JPH1134999A

JPH1134999A - 打ち上げ式無重力発生装置

Info

Publication number: JPH1134999A
Application number: JP18975497A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Sakai; 佳人酒井; Masato Mori; 正人森
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】打ち上げ式無重力発生装置において、中空体の
下降時に、中空体の外カプセルに空気ブレーキをかけて
下降速度を遅くして制動直前に外カプセルと内部実験装
置台を一体化させ、制動時の衝撃を低減させる打ち上げ
式無重力発生装置を提供する。【解決手段】基体１に、中空体（カプセル２０）を上空
に打ち上げる打ち上げ手段と、上空から自由落下してく
る中空体を制動する制動手段とを備え、打ち上げ後自由
落下してくる中空体の内部に無重力状態を得る打ち上げ
式無重力発生装置Ａにおいて、前記中空体は、下降時に
空気抵抗を増幅する部材（中空の半球２７等）を備える
構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中空体（以下適
宜「カプセル」と称する。）を上空に打ち上げ、上空か
ら自由落下してくるカプセルを回収し、カプセルの内部
に無重力状態を得る、打ち上げ式無重力発生装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】地球上において、内部が空洞である中空
体（カプセル）を上空から地上に向けて自由落下させる
と、その内部が無重力状態となり、カプセル内部に搭載
した実験装置を使用して各種の無重力実験が行われる。
ここで、長時間の実験時間を確保するにはカプセルの落
下時間をなるべく長く取る必要があるため、長大な落下
塔（ドロップタワー）を有する落下式無重力発生装置の
構築が要請される。しかし、長大な落下塔の構築には強
度等の観点から問題が多く、また多額の費用がかかると
いう問題もある。

【０００３】そこで従来においては、かかる問題点を解
消すべく、カプセルを上空に打ち上げる打ち上げ手段
と、上空から自由落下してくるカプセルを制動する手段
とを備えた、打ち上げ式無重力発生装置が開発されてい
る。このように構成すれば、カプセルが上空から地上に
向けて自由落下してくる間のみならず、カプセルを上空
に打ち上げてから上死点に達するまでの間もカプセル内
部に無重力状態を得ることができるため、同じ高さの装
置を使用する前記落下式と比較した場合には、約２倍の
時間の無重力状態を得ることができる。逆に、必要とさ
れる時間だけ無重力状態を得るには、前記落下式と比較
して約１／４の大きさの装置を構成すればよいため、そ
の構築が容易であり費用も低減される。

【０００４】従来においては、前記打ち上げ手段及び制
動手段を備えた打ち上げ式無重力発生装置として、リニ
アモータ方式のものが開発されていた。このリニアモー
タ方式の打ち上げ式無重力発生装置のカプセル５０は、
図７に示すように、上部が半球形の円筒形状の外カプセ
ル５１の両サイドに、リニアモータの二次導体となるジ
ュラルミン製の翼５２が取り付けられており、この翼５
２の外側には、ガイドレール５３でガイドされるガイド
ローラ５４が取り付けられ、翼５２を挟むリニアモータ
の一次導体たる電極（図示せず）に発生する磁力により
加速度を得て、ガイドレール５３に沿って昇降するよう
に構成されている。また、この外カプセル５１の内部に
は、実験装置や試料を入れた内部実験装置台５５が外カ
プセル５１の内を上下動可能に収容されている。

【０００５】このリニアモータ方式の打ち上げ式無重力
発生装置は、リニアモータの作用により外カプセル５１
に加速度を与えてカプセル５０を上昇させた後、自由落
下してくるカプセル５０をリニアモータの作用により制
動して回収するものである。また、この打ち上げ式無重
力発生装置は、打ち上げ時には、内部実験装置台５５を
外カプセル５１の内底に置いて打ち上げるが、上昇時に
は外カプセル５１が空気抵抗及びガイドレール５３の抵
抗を受けるので、理論通りの放物線運動より遅い速度で
上昇する。一方、内部実験装置台５５は空気抵抗等を受
けず理論通りの放物線運動で上昇するので、図８に示す
ように、上昇途中で内カプセル（内部実験装置台５５）
は外カプセル５１内部で浮き上がり（クリアランス）が
生じ、無重力状態になる。さらに、下降時にも外カプセ
ル５１が空気抵抗等を受けて落下速度が遅くなるが、内
部実験装置台５５は、空気抵抗等を受けないで自由落下
をするので、外カプセル５１内部で徐々に下降する。そ
して、外カプセル５１が着地する前にリニアモータによ
る電磁制動をかけて停止させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方式の打ち上げ式無重力発生装置においては、着地直
前にカプセル５０にリニアモータによる制動をかける
が、この制動は外カプセル５１に直接に作用し、外カプ
セル５１内で浮き上がっている内カプセル（内部実験装
置台５５）には直接に作用しない。また、図８に示すよ
うに、外カプセル５１と内カプセル（内部実験装置台５
５）の上死点のタイミングが異なるため、外カプセル５
１の下降開始後も、内部実験装置台５５と外カプセル５
１のクリアランスは広がり続け、図９に示すように、制
動時に最大のクリアランスとなる。つまり、外カプセル
５１に制動が作用すると内部実験装置台５５は外カプセ
ル５１の内底に衝突してしまい、この時の衝撃で内部実
験装置台５５に搭載した実験装置や試料を破損してしま
うという問題があった。

【０００７】本発明は上記問題点を解決すべくなされた
もので、下降時に、外カプセル５１に空気ブレーキをか
けて下降速度を遅くして制動直前に外カプセル５１と内
部実験装置台５５を一体化させ、制動時の衝撃を低減さ
せる打ち上げ式無重力発生装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
課題を解決すべくなされたものであり、その手段とし
て、基体に、中空体を上空に打ち上げる打ち上げ手段
と、上空から自由落下してくる中空体を制動する制動手
段とを備え、打ち上げ後自由落下してくる中空体の内部
に無重力状態を得る打ち上げ式無重力発生装置におい
て、前記中空体は、下降時に空気抵抗を増幅する部材を
備える構成とすることにより、制動時の衝撃を低減させ
たものである。また、前記空気抵抗を増幅する部材とし
て、前記中空体の上方に取り付けられた中空の半球を備
えたことにより、制動時の衝撃を低減させたものであ
る。また、前記空気抵抗を増幅する部材として、前記中
空体の下端に取り付けられた下側開口の断面凹状の部材
を備えたことにより、制動時の衝撃を低減させたもので
ある。また、前記空気抵抗を増幅する部材として、前記
中空体の周囲に取付けられた下側が末広がりの鍔状の部
材を備えたことにより、制動時の衝撃を低減させたもの
である。また、前記空気抵抗を増幅する部材として、前
記中空体の周囲に取付けられた下側開口の断面略円錐状
の部材を備えたことにより、制動時の衝撃を低減させた
ものである。また、前記空気抵抗を増幅する部材の各々
を適宜組み合わせて使用し、制動時の衝撃を低減させた
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る打ち上げ式無
重力発生装置の実施の形態について、図１乃至図３に基
づいて説明を行う。図１は、本発明に係る打ち上げ式無
重力発生装置の装置全体の概要を示す正面図であり、図
２は、図１の打ち上げ式無重力発生装置のカプセルを示
す一部破断の拡大図であり、図３は、図１の打ち上げ式
無重力発生装置の打ち上げ時のカプセル内部の状態を示
す模式図である。

【００１０】本発明に係る打ち上げ式無重力発生装置Ａ
は、図１に示すように、基体１に、中空体たるカプセル
２０の打ち上げ・制動手段であるリニアモータ式の打ち
上げ・制動装置１０を備え、さらに、その他の付属機器
を備えてなるものである。以下、その詳細について具体
的に説明を行う。

【００１１】基体１は、例えば、底板２の上に、複数本
の縦支柱４、横梁６が組み合わされて塔状に構成される
ものである。図示する実施の形態においては、四角形状
に構成される底板２の両側面の中央部には、それぞれ２
本の縦支柱４が立設される。なお、その本数は２本に限
定されるものではない。この縦支柱４は、打ち上げ式無
重力発生装置Ａの高さを画するものであるため、カプセ
ル２０を打ち上げ回収することによりカプセル２０の内
部に得られる無重力状態が必要とされる時間だけ継続す
るように、その長さを適宜構成する。また、縦支柱４の
内側面には、カプセル２０に形成されるガイドローラ２
４と係合してカプセル２０を支持するガイドレール５が
取り付けられている。縦支柱４の高さ方向における数ヶ
所には、それぞれの縦支柱４同士を連結して基体１を堅
牢に構成するための横梁６が複数設けられる。

【００１２】また、リニアモータ式の打ち上げ・制動装
置１０は、直線的に電極を埋め込んだコイル１１と、こ
のコイル１１に電源を供給するコントロール装置１２か
ら構成され、このコントロール装置１２からコイル１１
の電極に供給する電源の電圧、周波数を変化させること
により、カプセル２０を加速して打ち上げを行い、また
下降するカプセル２０を減速して停止させるものであ
る。

【００１３】この打ち上げ式無重力発生装置Ａに使用さ
れる中空体のカプセル２０は、図２に示すように、二重
カプセル構造になっており、円筒形状の外カプセル２１
の本体部２１ａの内部に、円盤状の内部実験装置台２２
が上下動可能に収納されている。この外カプセル２１
の上端部２１ｂは、外カプセル２１の上昇時に空気抵抗
が減少するよう半球形に形成されており、反対に外カプ
セル２１の下端部２１ｃは、外カプセル２１の下降時に
空気抵抗を増幅する部材として下側が開口された半球形
の凹面に形成されている。なお、下端部２１ｃは、必ず
しも半球形の凹面にする必要はなく、平面にしてもかま
わない。

【００１４】また、外カプセル２１の本体部２１ａの外
側面の両側には、リニアモータの二次導体となるジュラ
ルミン製の翼２３，２３が取り付けられ、この翼２３，
２３の外側面には、左右に適数のガイドローラ２４が設
けられており、このガイドローラ２４が基体２の縦支柱
４に取り付けられるガイドレール５に係合することによ
り、カプセル２０はガイドレール５に沿って昇降を行
う。内部実験装置台２２の上には、各種の無重力実験を
行う実験装置２５が固定されている。

【００１５】さらに、この外カプセル２１の上方には、
本体部２１ａより複数の支持材２６が立設され、この支
持材２６には空気抵抗を増幅する部材として空気ブレー
キの役目を果たす２個の中空の半球２７が開口面を下に
して取付けられている。この実施の形態では、中空の半
球２７を２個にしたが、２個に限定されるものではな
く、必要に応じて増減してよい。

【００１６】このように構成された打ち上げ式無重力発
生装置Ａの動作説明を図１及び図３に基づいて行う。ま
ず、スタート時は、カプセル２０は打ち上げ・制動装置
１０に位置され、実験装置２５が固定された内部実験装
置台２２は、図３（ａ）に示すように、外カプセル２１
の内底に載置されている。次いで、カプセル２０はリニ
アモータの作用により加速されて打ち上げられる。

【００１７】打ち上げられたカプセル２０の上昇中は、
外カプセル２１は加速度により上昇するが、重力と空気
抵抗やガイドローラの抵抗により上昇速度が落ちてきて
遂には速度が０となり、上死点に達する。一方、内部実
験装置台２２は、外カプセル２１によって加速され一緒
に上昇するが、外カプセル２１と異なり空気抵抗やガイ
ドローラの抵抗を受けないので、外カプセル２１と内部
実験装置台２２の加速度に差が生じ、図３（ｂ）に示す
ように、内部実験装置台２２が外カプセル２１の中で浮
き上がる状態となり、無重力状態が発生する。

【００１８】次いで、カプセル２０が上死点を過ぎて下
降に入ると、カプセル２０は重力によって下向きに加速
される。外カプセル２１は空気抵抗やガイドローラの抵
抗を受けて理論値より遅くなり、内部実験装置台２２は
空気抵抗やガイドローラの抵抗を受けないので理論値通
り下降するが、上死点を過ぎた段階では、図３（ｃ）に
示すように、内部実験装置台２２は、外カプセル２１の
中でまだ浮き上がり状態となっており、無重力状態が発
生している。

【００１９】さらに、カプセル２０が下降すると、カプ
セル２０の下降速度が増すが、外カプセル２１の下端部
２１ｃに形成された半球形の凹面と、外カプセル２１の
上方に取り付けられた２個の中空の半球２７の空気ブレ
ーキ作用により、下降速度が抑えられる。そのため、外
カプセル２１の中で浮き上っていた内部実験装置台２２
は、図３（ｄ）に示すように、外カプセル２１の底に静
かに軟着陸して載置され、この状態で外カプセル２１が
リニアモータの作用により制動されるので、外カプセル
２１と内部実験装置台２２が一緒に停止する。

【００２０】このように、本発明の実施の形態によれ
ば、カプセル２０が制動される前に、内部実験装置台２
２は外カプセル２１と一体になり、カプセル２０が制動
されても内部実験装置台２２が外カプセル２１の内底に
衝突することが防止されるので、内部実験装置台２２に
固定された実験装置２５が安全に保護される。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図４乃至図６に基づ
いて説明する。図４に示す実施例は、カプセル２０の本
体の周囲に、空気抵抗を増幅する部材として空気ブレー
キ用の下側が末広がりの鍔状の部材３１を取り付けたも
ので、この鍔状の部材３１の個数及び外径寸法等はブレ
ーキ効果を実験して適宜決定することができる。

【００２２】図５に示す実施例は、カプセル２０の本体
の周囲に、空気抵抗を増幅する部材として空気ブレーキ
用の中空の断面半円錐状の部材３２を複数個取り付けた
もので、この断面半円錐状の部材３２の詳細は図６に示
す。また、この断面半円錐状の部材３２の個数及び外径
寸法等はブレーキ効果を実験して適宜決定することがで
きる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、基体に、
中空体を上空に打ち上げる打ち上げ手段と、上空から自
由落下してくる中空体を制動する制動手段とを備え、打
ち上げ後自由落下してくる中空体の内部に無重力状態を
得る、打ち上げ式無重力発生装置において、前記中空体
は、下降時に空気抵抗を増幅する部材を備える構成とす
ることにより、制動時の衝撃を低減させたものであるの
で、制動時における外カプセルと内カプセルとの衝突を
回避することができ、内部実験装置台に固定された実験
装置等の破損を防止できる。また、前記空気抵抗を増幅
する部材は、前記中空体の上方に取り付けられた中空の
半球とすることにより、空気ブレーキの効果を増すこと
ができ、中空の半球の数を増減して空気ブレーキの効果
を適宜に設定することができる。また、前記空気抵抗を
増幅する部材として、前記中空体の下端に取り付けられ
た下側開口の断面凹状の部材を備えたことにより、空気
ブレーキの効果を増すことができる。また、前記空気抵
抗を増幅する部材として、前記中空体の周囲に取付けら
れた下側が末広がりの鍔状の部材を備えたことにより、
空気ブレーキの効果を増すことができ、鍔状の部材の数
を増減して空気ブレーキの効果を適宜に設定することが
できる。また、前記空気抵抗を増幅する部材として、前
記中空体の周囲に取付けられた下側開口の断面半円錐状
の部材を備えたことにより、空気ブレーキの効果を増す
ことができ、その数を増減して空気ブレーキの効果を適
宜に設定することができる。さらに、前記空気抵抗を増
幅する部材を適宜組み合わせることにより、空気ブレー
キの効果を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る打ち上げ式無重力発生装置の装置
全体の概要を示す正面図である。

【図２】図１の打ち上げ式無重力発生装置のカプセルを
示す一部破断の拡大図である。

【図３】図１の打ち上げ式無重力発生装置の打ち上げ時
のカプセル内部の状態を示す模式図である。

【図４】本発明に係る打ち上げ式無重力発生装置の実施
例を示す正面図である。

【図５】本発明に係る打ち上げ式無重力発生装置の実施
例を示す正面図である。

【図６】図５の打ち上げ式無重力発生装置の空気抵抗を
増幅する部材の拡大図である。

【図７】従来の打ち上げ式無重力発生装置のカプセルを
示す正面図である。

【図８】従来の打ち上げ式無重力発生装置のカプセル打
ち上げ特性を示す図である。

【図９】従来の打ち上げ式無重力発生装置のカプセルの
クリアランス発生カーブを示す図である。

【符号の説明】

Ａ打ち上げ式無重力発生装置１基体２底板４縦支柱５ガイドレール６横梁１０打ち上げ・制動装置１１コイル１２コントロール装置２０カプセル２１外カプセル２２内部実験装置台２３翼２４ガイドローラ２５実験装置２６支持材２７中空の半球３１鍔状の部材３２断面半円錐状の部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体に、中空体を上空に打ち上げる打ち
上げ手段と、上空から自由落下してくる中空体を制動す
る制動手段とを備え、打ち上げ後自由落下してくる中空
体の内部に無重力状態を得る打ち上げ式無重力発生装置
において、前記中空体は、下降時に空気抵抗を増幅する部材を備え
ていることを特徴とする打ち上げ式無重力発生装置。
【請求項２】前記空気抵抗を増幅する部材として、前
記中空体の上方に取り付けられた中空の半球を備えたこ
とを特徴とする請求項１に記載の打ち上げ式無重力発生
装置。
【請求項３】前記空気抵抗を増幅する部材として、前
記中空体の下端に取り付けられた下側開口の断面凹状の
部材を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の打ち上げ式無重力発生装置。
【請求項４】前記空気抵抗を増幅する部材として、前
記中空体の周囲に取付けられた下側が末広がりの鍔状の
部材を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の
いずれか一項に記載の打ち上げ式無重力発生装置。
【請求項５】前記空気抵抗を増幅する部材として、前
記中空体の周囲に取付けられた下側開口の断面略半円錐
状の部材を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項
４のいずれか一項に記載の打ち上げ式無重力発生装置。