WO2020079818A1 - 射出装置及び射出システム - Google Patents

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WO2020079818A1
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armature
injection device
injection
conductive rails
conductive
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PCT/JP2018/038891
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French (fr)
Inventor
雄一 中田
藤村　浩
Original Assignee
株式会社日本製鋼所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41B—WEAPONS FOR PROJECTING MISSILES WITHOUT USE OF EXPLOSIVE OR COMBUSTIBLE PROPELLANT CHARGE; WEAPONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers

Definitions

  • the present invention relates to an injection device and an injection system.
  • Non-Patent Document 1 fireworks are widely enjoyed as an event.
  • a launch gunpowder and a fireworks ball are loaded in the launch cylinder.
  • the firing wire connected to the launch powder and the fireworks ball is ignited, and the fireworks ball is launched by the combustion gas of the launch powder.
  • the fireworks ball bursts and the fireworks spread in the air.
  • a wireless ignition device which can reduce delay and variation in ignition timing of a plurality of pyrotechnics (Patent Document 1).
  • the pyrotechnic product can be simultaneously ignited by performing simultaneous transmission from the master device to the slaves connected to the plurality of pyrotechnic products.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an injection device and an injection system that can safely eject an object with a simple configuration.
  • the injection device is configured such that a plurality of first conductive rails extending in a first direction and an electromagnetic force acting by a current flowing through the plurality of first conductive rails cause By moving in the first direction, an armature that accelerates and ejects the injection target from the ejection port, and a braking unit that brakes the armature that moves by the electromagnetic force are provided.
  • An injection system includes an injection device that injects an injection target, a power supply device that supplies a current to the injection device, and a control device that controls the supply of the current from the power supply device.
  • the injection device uses the plurality of first conductive rails extending in the first direction and the electromagnetic force acting by the current flowing through the plurality of first conductive rails to cause the first By moving in the direction of, the armature that accelerates and ejects the injection target from the ejection port, and the braking unit that brakes the armature that moves by the electromagnetic force.
  • an injection device and an injection system that can safely eject an object with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an injection system including the injection device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a basic configuration in a YZ cross section of the injection device according to the first exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration in a YZ section of the injection device according to the first exemplary embodiment. It is a figure which shows typically the structure of the XY cross section of the injection device in the AA line shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a modified example of the injection device according to the first exemplary embodiment. It is a figure which shows typically the structure of the XY cross section of the injection device 100 in the BB line shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a YZ cross section of the injection device according to the second exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of an XY section of the injection device according to the third exemplary embodiment. It is a figure which shows typically the armature which has the shape which holds an object.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of an injection system 1000 including the injection device 100 according to the first embodiment.
  • the injection system 1000 includes an injection device 100, a power supply device 101, and a control device 102.
  • the injection device 100 supplies the pulse current Id to the armature made of a conductor, and thereby accelerates the armature by the electromagnetic force (Lorentz force) acting on the armature.
  • the ejection target is accelerated by being pushed by the armature, and as a result, is ejected from the ejection port.
  • the power supply device 101 is connected to the injection device 100 and is configured to be able to supply the pulse current Id to the injection device 100.
  • the control device 102 is composed of, for example, a computer, and can control the operation of the power supply device 101 by giving a control signal CON.
  • the control device 102 can control the timing and period in which the power supply device 101 supplies the pulse current Id to the injection device 100, the current value of the pulse current Id, and the like. Thereby, the control device 102 can control the timing at which the injection target is injected from the injection device 100 and the injection speed of the injection target.
  • FIG. 2 schematically shows the basic structure of the object injection device 100 according to the first embodiment in the YZ section.
  • FIG. 3 schematically shows the configuration of the object injection device 100 according to the first embodiment in the YZ cross section.
  • the positive direction of the Z axis parallel to the horizontal direction of the paper (the right direction of the paper, also referred to as the first direction) is the emission direction of the object.
  • a vertical direction to the paper surface perpendicular to the Z direction is a Y direction (also referred to as a third direction), and a direction perpendicular to the Y direction and the Z direction is an X direction (also referred to as a second direction).
  • the object injection device 100 includes a tubular member 1, an armature 2, a braking unit 3, and conductive rails 11 and 12.
  • the tubular member 1 is configured as, for example, a cylindrical member whose axis is in the Z direction.
  • the tubular member 1 is not limited to the cylindrical shape. That is, the shape of the cross section of the tubular member 1 (XY cross section in FIG. 2) is not limited to the circular shape, and may be various shapes such as an elliptical shape and a polygonal shape including a quadrangle.
  • the end portion 1B of the tubular member 1 on the side opposite to the ejection port 1A may be open or may be closed.
  • the member forming the tubular member 1 may be provided with a hole or the like for weight reduction.
  • the conductive rails 11 and 12 are conductive members that extend in the axial direction (Z direction in FIG. 2) of the tubular member 1, and face the inner surface of the tubular member 1. It is provided. In FIG. 2, as an example, the conductive rails 11 and 12 are arranged so as to be separated in the vertical direction (Y direction) of the paper surface.
  • the conductive rail 11 is connected to the positive electrode of the power supply device 101, and the conductive rail 12 is connected to the negative electrode of the power supply device 101.
  • the armature 2 is composed of a conductor that contacts the conductive rails 11 and 12, and is held between the conductive rails 11 and 12. By causing the pulse current Id to flow through the conductive rails 11 and 12 and the armature 2, an electromagnetic force is generated in the armature 2, and the armature 2 extends along the axial direction of the tubular member 1 (Z direction in FIG. 2). Driven.
  • the tubular member 1 be made of an insulator.
  • a member made of an insulator may be provided between the tubular member 1 and the conductive rails 11 and 12.
  • the material of the tubular member 1 is not limited, and may be made of an insulator or a conductor.
  • An object 9 that is an injection target is arranged on the exit 1A side of the armature 2.
  • the object 9 is, for example, a spherical fireworks ball.
  • a braking portion 3 is provided on the inner surface of the tubular member 1 on the ejection port 1A side in order to brake the armature 2 moving toward the ejection port 1A side.
  • the braking portion 3 is composed of members 3A and 3B protruding from the inner surface of the tubular member 1 on the side of the ejection port 1A into the space surrounded by the conductive rails 11 and 12. Therefore, when the armature 2 moves toward the ejection opening 1A side and comes into contact with the braking portion 3, the armature 2 stops. Accordingly, it is possible to reliably prevent the armature 2 from being ejected from the ejection opening 1A.
  • the braking unit 3 may have a cushioning mechanism for mitigating an impact when braking the armature 2.
  • the braking portion 3 may be made of an elastic member such as rubber, or may have a mechanism for receiving the armature 2 by a mechanism including an elastic body such as a spring. As a result, the armature 2 can be gently decelerated, and the risk of damage to the armature 2 can be reduced.
  • FIG. 4 schematically shows the configuration of the XY cross section of the injection device 100 taken along the line AA shown in FIG.
  • the conductive rails 11 and 12 are arranged so as to be opposed to each other in the vertical direction (Y direction) of the paper surface of FIG.
  • the guide rails 21 and 22 for guiding the armature 2 may be arranged separately so as to face each other in the horizontal direction (X direction) of the paper surface of FIG.
  • the guide rails 21 and 22 are members provided on the inner surface of the tubular member 1 and extending in the axial direction of the tubular member 1 (Z direction in FIG. 2).
  • two guide rails are provided, but any number of guide rails may be provided as needed.
  • FIG. 5 schematically shows the configuration of an injection device 110 that is a modification of the injection device 100 according to the first embodiment.
  • the injection device 110 has a configuration in which the guide rails 21 and 22 of the injection device 100 shown in FIG. 4 are replaced with conductive rails 13 and 14 (also referred to as first conductive rails), respectively.
  • the conductive rail 13 is connected to the positive electrode of the power supply device
  • the conductive rail 14 is connected to the negative electrode of the power supply device.
  • a plurality of conductive rails can be provided so as to surround the object 9 in the XY plane. This allows the conductive rail to hold the position of the object 9 in the XY plane. Moreover, since the contact area between the conductive rail and the armature can be increased, the pulse current Id flowing through the armature can be easily increased.
  • the number of conductive rails is not limited to 2 or 4, and may be any number of 2 or more as long as the pulse current Id can be passed through the armature 2 for acceleration.
  • FIG. 6 schematically shows the configuration of the XY cross section of the injection device 100 taken along the line BB shown in FIG.
  • the braking portion 3 is composed of upper and lower members (provided in the Y direction) 3A and 3B inside the tubular member 1.
  • the members 3A and 3B project from the inner surface of the tubular member 1 toward the axis of the tubular member 1 to a position overlapping the armature 2. This makes it possible to prevent the members 3A and 3B from receiving the armature 2 when the armature 2 reaches the braking portion 3 and preventing the armature 2 from jumping out of the ejection opening 1A.
  • FIG. 7 schematically shows a sectional configuration of another example of the braking unit 3.
  • the braking portion 3 is configured as a cylindrical member provided inside the tubular member 1.
  • the inner diameter of the braking portion 3 is set so that the braking portion 3 overlaps the armature 2. This makes it possible to receive the armature 2 when the armature 2 reaches the braking portion 3 and prevent the armature 2 from jumping out from the ejection opening 1A.
  • the injection device according to the first embodiment it is possible to eject an object by electromagnetic force without using explosive powder. Further, in the injection device 100 according to the first embodiment, the armature 2 stays in the tubular member 1 without emitting, so that only the object 9 can be safely emitted.
  • the armature 2 is not ejected, so it can be reused. That is, it is possible to continuously eject the object from the ejection device 100 by reloading the tubular member 1 with the object to be ejected. In particular, it is possible to eject objects automatically and continuously by attaching an automatic object loading device to the ejection device 100.
  • the ejection device 100 has the following advantages.
  • the object ejecting apparatus 100 does not use explosives for ejecting the object 9, no special knowledge or qualification is required to prepare for ejecting the object with the ejecting apparatus. In addition, it is possible to eliminate the risk of violence. Further, the launch powder used in general launch fireworks is susceptible to environmental factors such as rain and humidity. Since launch fireworks are generally performed outdoors, it is difficult to eliminate the influence of environmental factors. On the other hand, according to this configuration, since the launch powder is not used, it is possible to eliminate the influence of such environmental factors.
  • the fireworks ball after launch draws a parabolic trajectory, but in order to make the fireworks look beautiful, it is desirable that the fireworks ball burst at the apex of the parabola.
  • the fireworks ball is launched by burning the explosive for launch loaded in the launch tube and the pressure of the generated combustion gas. Therefore, the ignition timing varies depending on the state of the explosive, and the launch timing and the initial velocity of the fireworks ball launched (that is, the altitude of the fireworks ball after launch) also vary. As a result, the timing at which the fireworks ball bursts may deviate from the desired timing. In addition, when it is desired to burst a large number of fireworks balls at the same time, the burst timing may be shifted. That is, even if the timing of the ignition command is controlled as in Patent Document 1, it is not possible to deal with the variation caused by the explosive for launching.
  • the ejection timing and the ejection speed of the object 9 can be easily adjusted by controlling the pulse current applied to the armature 2. Therefore, when the object 9 is a fireworks ball, the trajectory of the fireworks ball after launch can be easily controlled. Further, even when a large number of fireworks balls are launched by using a large number of injection devices, it is possible to easily adjust the altitude of the fireworks balls and the like.
  • the outer skin of the fireworks ball is thick, it will increase the weight of the fireworks ball. If the weight of the fireworks ball is large, a large amount of launch powder must be used, and considering the strength of the fireworks ball (object 9) and the launch tube (cylindrical member 1), the size and weight of the fireworks ball are considered. The launch altitude will be limited.
  • FIG. 8 schematically shows the configuration of the YZ cross section of the object injection device 200 according to the second embodiment.
  • the injection device 200 according to the second embodiment is a modification of the injection device 100 according to the first embodiment, and has a configuration in which the braking unit 3 is replaced with the braking unit 4.
  • the braking unit 3 stops the armature 2 by mechanically contacting the armature 2 moving toward the injection port.
  • the braking unit 4 of the injection device 200 is configured to stop the armature 2 by the electromagnetic force.
  • the braking unit 4 has conductive rails 4A and 4B (also referred to as a second conductive rail).
  • the conductive rails 4A and 4B are conductive members extending in the axial direction (Z direction in FIG. 8) of the tubular member 1, and are provided so as to face the inner surface of the tubular member 1.
  • the conductive rails 4A and 4B are provided on the side of the injection port 1A of the conductive rails 11 and 12, respectively.
  • the conductive rails 4A and 4B are electrically insulated from the conductive rails 11 and 12, respectively.
  • the conductive rail 4A is connected to the pulse power source and the negative electrode, and the conductive rail 4B is connected to the positive electrode of the pulse power source.
  • the armature 2 When the acceleration of the armature 2 is started, the armature 2 starts moving toward the ejection port and reaches the braking unit 4. At this time, since the direction of the pulse current Is flowing through the armature 2 and the conductive rails 4A and 4B is opposite to the direction of the pulse current Id flowing through the armature 2 and the conductive rails 11 and 12, it acts on the armature 2. The direction of the electromagnetic force is also reversed. As a result, the armature 2 is decelerated. By appropriately setting the value of the pulse current Is flowing through the conductive rails 4A and 4B, the armature 2 can be stopped before reaching the ejection opening 1A.
  • the braking unit 4 can gradually decelerate the armature 2 by the electromagnetic force, it is possible to mitigate the impact at the time of braking the armature 2. This can reduce the risk of the armature 2 being damaged.
  • the braking unit 3 may be further provided as in the injection device 100. Accordingly, even when the braking of the armature 2 by the braking unit 4 is insufficient, the braking unit 3 can surely stop the armature 2.
  • the number of conductive rails (second conductive rails) of the braking unit 4 is not limited to two, and may be any number greater than or equal to 2 as long as the pulse current Is can be passed through the armature 2 to decelerate.
  • Embodiment 3 An injection device according to the third embodiment will be described.
  • the minimum size of the opening of the injection port 1A is smaller than the size of the armature 2. Therefore, the size of the object 9 to be ejected may be limited to a size smaller than the minimum size of the opening of the ejection port 1A. Therefore, in order to hold the position of the object 9 in the XY plane, a guide rail for holding the object 9 may be provided so as not to interfere with the armature.
  • FIG. 9 schematically shows the configuration of the XY cross section of the object injection device 300 according to the third embodiment.
  • the injection device 300 has a configuration in which the armature 2 is replaced with the armature 5 and guide rails 31 to 34 for guiding the object 9 are further provided in the injection device 100 according to the first embodiment.
  • the guide rails 31 to 34 are members that extend in the axial direction of the tubular member 1 (Z direction in FIG. 9) and are arranged so as not to interfere with the armature 5.
  • the armature 5 is provided with notches 5A to 5D for avoiding interference with the guide rails 31 to 34, respectively. It can be understood that the interference between the guide rails 31 to 34 and the armature 5 can be prevented by providing the guide rails 31 to 34 so that the cutout portions 5A to 5D can be inserted therethrough.
  • four guide rails for guiding the object 9 are provided here, an arbitrary number of guide rails for guiding the object may be provided as necessary.
  • the position of the object 9 on the XY plane can be held by the guide rail that guides the object 9.
  • FIG. 10 schematically shows the armature 6 having a shape for holding the object 9.
  • the armature 6 has a main body portion 6A made of a conductive member, and a pedestal portion 6B provided on the side of the ejection opening 1A of the main body portion 6A.
  • the main body 6A is similar to the armature shown in FIG.
  • the pedestal portion 6B has a shape capable of holding the object 9.
  • the pedestal portion 6B is provided with a recess for holding the spherical object 9, and when the armature 6 and the object 9 are moving in the Z direction by fitting the object 9 in the recess.
  • the position of the object 9 in the XY plane can be kept constant.
  • the configuration of the armature 6 is merely an example, and the shapes and arrangements of the main body 6A and the pedestal 6B can be appropriately changed according to the shape of the object 9.
  • the object 9 is not exposed to high temperature and high pressure, and thus the outer skin or the housing of the object 9 can be made of any material. . Further, the outer cover or the casing of the object 9 may be made of a flexible material as long as it can withstand the acceleration at the time of injection.
  • an injection device For example, it is also possible to load an injection device with an object in which various articles such as food and daily necessities are stored in a container or a bag and inject the same.
  • a parachute or the like that is deployed after the ejection may be attached to the ejected object.
  • an object containing the above-described article can be easily delivered to an isolated place due to a natural disaster or the like from a separated position toward the place.
  • the injection device according to the above-described embodiment is capable of continuously ejecting objects, it is also possible to quickly spray a plurality of objects over a wide range.
  • the injection device since the injection device according to the above-described embodiment does not use explosives that are dangerous substances for injection, it is installed outdoors, inside a building or on the rooftop, in a moving body such as a vehicle, a ship, or an aircraft, and installed in any place. It is possible.
  • the number of conductive rails is two, but as in the first embodiment, as long as the pulse current can be passed through the armature to accelerate, the number is two or more. May be any number.
  • any number of guide rails for guiding the armature 2 may be provided.
  • the braking unit 4 has been described as being configured by the two conductive rails 4A and 4B, the braking unit 4 has the same structure as the conductive rail (first conductive rail) for accelerating the armature described in the first embodiment. It may be configured by any of the above conductive rails.
  • the armature after ejecting the object can be easily returned to the initial position SP by causing a pulse current to flow through the conductive rail and applying an electromagnetic force in the direction opposite to that at the time of ejection to the armature. It goes without saying that there is.
  • the pulse current flows through the conductive rail and the armature, but the current flowing through the conductive rail and the armature is not limited to the pulse current.
  • a direct current may be passed through the conductive rail and the armature.
  • a mechanism that ejects an object with an elastic body such as a spring can be considered.
  • an elastic body when used, a large force is required to return the elastic body after ejecting an object, and it is necessary to provide a dedicated mechanism.
  • the armature in the injection device according to the above-described embodiment, the armature can be easily returned to its original position, which is advantageous.

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Abstract

射出装置（１００）及び射出システム（１０００）は、簡易な構成で、安全に物体を射出することができるものとして構成される。導電レール（１１、１２）は、Ｚ方向に延在している。電機子（２）は、導電レール（１１、１２）を介してパルス電流Ｉｄが流れることで作用する電磁力によって、Ｚ方向に移動することで、射出対象物である物体（９）を加速して、射出口（１Ａ）から射出する。制動部（３）は、電磁力によって移動する電機子（２）を制動する。

Description

射出装置及び射出システム
　本発明は、射出装置及び射出システムに関する。
　国内外で開催される各種行事においては、催し物として打ち上げ花火が広く楽しまれている（非特許文献１）。こうした打ち上げ花火は、打ち上げ筒内に打ち上げ用の火薬と花火玉を装填する。そして、打ち上げ用の火薬と花火玉に接続された導火線に点火し、打ち上げ用の火薬の燃焼ガスによって花火玉が打ち上げられる。打ち上げ後、導火線の種火が花火玉に到達すると、花火玉が破裂して、空中で花火が展開する。
　打ち上げ花火を含む、火薬などの爆発反応を利用した火工品については、火工品の性能発揮又は安全性確保のため、その点火を高精度に制御することが求められる。その一例として、複数の火工品の点火のタイミングの遅れとばらつきを低減できる無線点火装置が提案されている（特許文献１）。この無線点火装置では、複数の火工品に接続された子機に親機から一斉送信を行うことで、火工品を同時点火することができる。
特開２０１１－１２９０３号公報
「花火産業の成長戦略　～協調と競争による市場拡大と地域創生を目指して～」、拠点レポート（東北）、２０１６年７月、日本政策投資銀行、２０１８年１０月４日検索、ＵＲＬ：https://www.dbj.jp/pdf/investigate/area/tohoku/pdf_all/tohoku1607_01.pdf
　花火玉を打ち上げるような一般的な射出装置では、物体の射出に火薬を用いるため、特有の問題が生じる。火薬は危険物であるので、射出装置に射出用の火薬を装填するには、特別な知識や資格を有する者が行う必要がある。また、周囲からの引火などで望ましくない時期に射出用の火薬が暴発するおそれがあり、安全性の点で根本的な問題を有する。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、簡易な構成で安全に物体を射出できる射出装置及び射出システムを提供することを目的とする。
　一実施の形態にかかる射出装置は、第１の方向に延在する複数の第１の導電レールと、　前記複数の第１の導電レールを介して電流が流れることで作用する電磁力によって、前記第１の方向に移動することで、射出対象物を加速して射出口から射出する電機子と、前記電磁力によって移動する前記電機子を制動する制動部と、を有するものである。
　一実施の形態にかかる射出システムは、射出対象物を射出する射出装置と、前記射出装置に電流を供給する電源装置と、前記電源装置からの前記電流の供給を制御する制御装置と、を有し、前記射出装置は、第１の方向に延在する複数の第１の導電レールと、前記複数の第１の導電レールを介して前記電流が流れることで作用する電磁力によって、前記第１の方向に移動することで、射出対象物を加速して射出口から射出する電機子と、前記電磁力によって移動する前記電機子を制動する制動部と、を有するものである。
　一実施の形態によれば、簡易な構成で安全に物体を射出できる射出装置及び射出システムを提供することができる。
実施の形態１にかかる射出装置を含む射出システムの構成を模式的に示す図である。 実施の形態１にかかる射出装置のＹ－Ｚ断面における基本的構成を模式的に示す図である。 実施の形態１にかかる射出装置のＹ－Ｚ断面における構成を模式的に示す図である。 図２に示すＡ－Ａ線での射出装置のＸ－Ｙ断面の構成を模式的に示す図である。 実施の形態１にかかる射出装置の変形例の構成を模式的に示す図である。 図２に示すＢ－Ｂ線での射出装置１００のＸ－Ｙ断面の構成を模式的に示す図である。 制動部３の他の例の断面構成を模式的に示す図である。 実施の形態２にかかる射出装置のＹ－Ｚ断面の構成を模式的に示す図ある。 実施の形態３にかかる射出装置のＸ－Ｙ断面の構成を模式的に示す図ある。 物体を保持する形状を有する電機子を模式的に示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
実施の形態１
　実施の形態１にかかる物体の射出装置について説明する。図１に、実施の形態１にかかる射出装置１００を含む射出システム１０００の構成を模式的に示す。射出システム１０００は、射出装置１００、電源装置１０１及び制御装置１０２を有する。
　射出装置１００は、導体からなる電機子にパルス電流Ｉｄを供給し、それによって電機子に作用する電磁力（ローレンツ力）によって電機子を加速する。射出対象物は電機子に押されることで加速され、その結果、射出口から射出される。
　電源装置１０１は、射出装置１００と接続され、射出装置１００にパルス電流Ｉｄを供給可能に構成される。
　制御装置１０２は、例えばコンピュータなどで構成され、制御信号ＣＯＮを与えることで電源装置１０１の動作を制御することができる。例えば、制御装置１０２は、電源装置１０１が射出装置１００へパルス電流Ｉｄを供給するタイミングや期間、パルス電流Ｉｄの電流値などを制御することができる。これにより、制御装置１０２は、射出装置１００から射出対象物が射出されるタイミングや射出対象物の射出速度を制御することができる。
　次いで、射出装置１００の構成及び動作について説明する。図２に、実施の形態１にかかる物体の射出装置１００のＹ－Ｚ断面における基本的構成を模式的に示す。図３に、実施の形態１にかかる物体の射出装置１００のＹ－Ｚ断面における構成を模式的に示す。図２では、紙面水平方向に平行なＺ軸の正方向（紙面右方向、第１の方向とも称する）を物体の射出方向とする。また、Ｚ方向に垂直な紙面鉛直方向をＹ方向（第３の方向とも称する）、Ｙ方向及びＺ方向に垂直な方向をＸ方向（第２の方向とも称する）とする。
　物体の射出装置１００は、筒状部材１、電機子２、制動部３及び導電レール１１及び１２を有する。
　筒状部材１は、例えばＺ方向を軸とする円筒形状の部材として構成される。但し、筒状部材１は、円筒形状に限られるものではない。すなわち、筒状部材１の断面（図２のＸ－Ｙ断面）形状は、円形に限られるものではなく、楕円形や、四角形を含む多角形などの、各種の形状としてもよい。また、筒状部材１の射出口１Ａと反対側の端部１Ｂは、開放されていてもよいし、閉塞されていてもよい。また、筒状部材１を構成する部材には、軽量化のための孔などを設けてもよい。
　導電レール１１及び１２（第１の導電レールとも称する）は、筒状部材１の軸方向（図２のＺ方向）に延在する導電性部材であり、筒状部材１の内面に対向して設けられる。図２では、例として、導電レール１１及び１２は、紙面鉛直方向（Ｙ方向）に離隔して配置されている。導電レール１１は電源装置１０１の正極と接続され、導電レール１２は電源装置１０１の負極と接続される。
　電機子２は、導電レール１１及び１２に接触する導体で構成されており、導電レール１１及び１２との間に保持される。導電レール１１及び１２と電機子２とにパルス電流Ｉｄを流すことで、電機子２には電磁力が生じ、電機子２は筒状部材１の軸方向（図２のＺ方向）に沿って駆動される。
　上記したように、導電レール１１及び１２にはパルス電流Ｉｄが流れる。したがって、パルス電流Ｉｄの導通を防止するため、筒状部材１は絶縁体で構成されることが望ましい。また、パルス電流Ｉｄの導通を防止するため、筒状部材１と導電レール１１及び１２との間に絶縁体からなる部材を設けてもよい。この場合、筒状部材１の材質は限定されることはなく、絶縁体で構成されてもよいし、導電体で構成されてもよい。
　電機子２の射出口１Ａ側には、射出対象物である物体９が配置される。ここでは、物体９は、例えば球形の花火玉である。導電レール１１及び１２及び電機子２にパルス電流Ｉｄを流すと、電機子２には電磁力が生じ、電機子２は初期位置ＳＰから射出口１Ａへ向けて加速される。これにより、物体９は電機子２に押されて加速され、射出口１Ａから射出される。
　射出装置１００には、射出対象物である物体９のみを射出するため、電機子２が射出口１Ａから飛び出すことを防止する必要がある。そのため、筒状部材１の射出口１Ａ側の内面には、射出口１Ａ側へ向けて移動する電機子２を制動するため、制動部３が設けられる。図２では、一例として、制動部３は、筒状部材１の射出口１Ａ側の内面から、導電レール１１及び１２に囲まれた空間へ突き出した部材３Ａ及び３Ｂで構成される。よって、電機子２が射出口１Ａ側へ向けて移動して制動部３に接触することで、電機子２が停止する。これにより、電機子２が射出口１Ａから射出されることを、確実に防止することができる。
　制動部３は、電機子２を制動するときの衝撃を緩和するための緩衝機構を有してもよい。例えば、制動部３は、ゴム等の弾性を有する部材で構成してもよいし、バネ等の弾性体を含む機構によって電機子２を受け止める機構を有してもよい。これにより、電機子２を緩やかに減速し、電機子２が破損するおそれを低減することができる。
　次いで、筒状部材１の軸方向（Ｚ方向）と垂直な断面（Ｘ－Ｙ平面）での物体の射出装置１００の構成について説明する。図４に、図２に示すＡ－Ａ線での射出装置１００のＸ－Ｙ断面の構成を模式的に示す。
　図４に示すように、導電レール１１及び１２は、図４の紙面鉛直方向（Ｙ方向）で対向するように離隔して配置される。また、例えば、電機子２をガイドするためのガイドレール２１及び２２が、図４の紙面水平方向（Ｘ方向）で対向するように離隔して配置されてもよい。ガイドレール２１及び２２は、導電レール１１及び１２と同様に、筒状部材１の内面に設けられた、筒状部材１の軸方向（図２のＺ方向）に延在する部材である。ここでは、ガイドレールが２本設けられているが、必要に応じて任意の数のガイドレールを設けてもよい。
　本実施の形態では、２本の導電レールが設けられる構成について説明したが、必要に応じて導電性レールの数を増加させてもよい。図５に、実施の形態１にかかる射出装置１００の変形例である射出装置１１０の構成を模式的に示す。
　射出装置１１０は、図４に示す射出装置１００のガイドレール２１及び２２を、それぞれ導電レール１３及び１４（第１の導電レールとも称する）に置換した構成を有する。本構成では、導電レール１３が電源装置の正極と接続され、導電レール１４が電源装置の負極と接続される。
　図４の構成では、Ｘ－Ｙ平面において物体９を囲むように複数の導電レールを設けることができる。これにより、導電性レールで物体９のＸ－Ｙ平面における位置を保持することができる。また、導電性レールと電機子との接触面積を増加させることができるので、電機子に流すパルス電流Ｉｄを容易に増加させることができる。
　なお、導電レール（第１の導電レール）の数は２又は４に限られず、電機子２にパルス電流Ｉｄを流して加速できる限り、２以上の任意の数としてもよい。
　次いで、制動部３についてより詳細に説明する。図６に、図２に示すＢ－Ｂ線での射出装置１００のＸ－Ｙ断面の構成を模式的に示す。この例では、制動部３は、筒状部材１の内側の上下（Ｙ方向に設けられた）部材３Ａ及び３Ｂで構成される。部材３Ａ及び３Ｂは、筒状部材１の内側の面から筒状部材１の軸へ向けて、電機子２と重複する位置まで突き出している。これにより、電機子２が制動部３へ到達したときに部材３Ａ及び３Ｂが電機子２を受け止め、電機子２が射出口１Ａから飛び出すことを防止できる。
　次に、制動部３の他の例ついて説明する。図７に、制動部３の他の例の断面構成を模式的に示す。この例では、制動部３は、筒状部材１の内側に設けられた円筒形状の部材として構成される。制動部３の内径は、制動部３が電機子２と重複するように設定される。これにより、電機子２が制動部３へ到達したときに電機子２を受け止め、電機子２が射出口１Ａから飛び出すことを防止できる。
　以上、実施の形態１にかかる射出装置によれば、火薬を用いることなく、電磁力によって物体を射出することができる。また、実施の形態１にかかる射出装置１００では、電機子２が射出することなく筒状部材１に留まるため、物体９のみを安全に射出することができる。
　電機子２は射出されないため、再利用が可能である。すなわち、射出対象物を再度筒状部材１に装填することで、射出装置１００から連続的に物体を射出することが可能である。特に、物体の自動装填装置を射出装置１００に取り付けることで、自動的かつ連続的物体を射出することも可能である。
　物体９が打ち上げ花火で用いられる花火玉である場合、射出装置１００は以下の利点を有する。
　上記したように、物体の射出装置１００では物体９の射出に火薬を用いないので、射出装置での物体の射出準備には特別な知識や資格を要しない。また、暴発などの危険性を未然に排除することができる。また、一般的な打ち上げ花火で用いられる打ち上げ用火薬は、雨や湿度のなどの環境要因の影響を受けやすい。打ち上げ花火は一般に屋外で行われるものであるので、環境要因に影響を排除することが難しい。これに対し、本構成によれば、打ち上げ用火薬を用いないので、こうした環境要因による影響を排除することができる。
　通常、打ち上げ後の花火玉は放物線状の軌跡を描くが、花火を美しく見せるには、放物線の頂点で花火玉が破裂することが望ましい。しかしながら、花火玉は、打ち上げ筒内に装填した打ち上げ用の火薬を燃焼させ、生じた燃焼ガスの圧力によって打ち上げられる。そのため、火薬の状態によっては点火のタイミングにばらつきが生じ、打ち上げのタイミングや打ち上げた花火玉の初速（すなわち、打ち上げ後の花火玉の高度）にばらつきが生じる。これにより、花火玉が破裂するタイミングが所望のタイミングからずれてしまう事態が生じうる。また、多数の花火玉を同時に破裂させたい場合、破裂タイミングがずれてしまう事態も生じうる。つまり、特許文献１におけるように、点火指令のタイミングを制御したとしても、打ち上げ用の火薬に起因するばらつきには対応できない。
　これに対し、本構成では、物体９の射出タイミングや射出速度は、電機子２に与えるパルス電流を制御することで容易に調整することが可能である。したがって、物体９が花火玉である場合には、打ち上げ後の花火玉の軌跡を容易に制御できる。また、多数の射出装置を用いて多数の花火玉を打ち上げる場合でも、花火玉の高度等を容易に合わせることが可能である。
　本構成によれば、花火玉に対する制約を緩和することも可能である。一般的な打ち上げ花火では、発射時の燃焼ガスの圧力に耐えるため、花火玉の外皮には十分な厚みを持たせる必要がある。これは、花火玉の軽量化を阻害し、打ち上げの困難性を増加させる。また、花火玉の外皮は通常紙製であるものの、破裂後に飛散して廃棄物となってしまう。廃棄物か環境に与える影響を考えると廃棄物を減少させることが望ましい。
　また、花火玉の外皮が厚い場合には花火玉の重量の増加につながる。花火玉の重量が大きい場合には多量の打ち上げ用火薬を使用しなければならず、花火玉（物体９）及び打ち上げ用筒（筒状部材１）の強度を考えると、花火玉の寸法や重量、打ち上げ高度などが制限されてしまう。
　これに対し、本構成では、花火玉（物体９）の射出に火薬を用いないので、外皮の厚みを軽減することが可能となる。また、打ち上げ時の加速に耐えられるならば、花火玉の外皮を、花火玉の破裂後に焼尽する素材及び厚みで構成することも可能である。
　さらに、一般的な打ち上げ花火では、通常、１つの花火玉に対し１つの打ち上げ筒を用意する必要がある。そのため、花火大会を開催しようとすると、多数の打ち上げ筒を用意しなればならず、その運搬に多大な労力が必要である。また、打ち上げ用火薬は危険物であり、多数の打ち上げ筒のそれぞれに慎重に打ち上げ用火薬を装填する必要があり、その設置に多大な時間を要する。これに対し、本構成によれば、上記したように、打ち上げ用火薬の装填は必要とせずに連続的な物体の射出が可能であるので、１つの射出装置で時間的に離隔した複数の物体の打ち上げに対応することができる。よって、射出装置の設置数を、一般的な打ち上げ花火の打ち上げ用筒の設置数よりも減らすことができる。これにより、資材運搬に要する労力を低減し、かつ、設置に要する時間を削減することも可能である。
実施の形態２
　実施の形態２にかかる射出装置について説明する。図８に、実施の形態２にかかる物体の射出装置２００のＹ－Ｚ断面の構成を模式的に示す。実施の形態２にかかる射出装置２００は、実施の形態１にかかる射出装置１００の変形例であり、制動部３を制動部４に置換した構成を有する。
　射出装置１００では、制動部３は、射出口に向かって移動する電機子２と機械的に接触することで電機子２を停止させていた。これに対し、射出装置２００の制動部４は、電磁力によって電機子２を停止させるものとして構成される。
　図８に示すように、制動部４は、導電レール４Ａ及び４Ｂ（第２の導電レールとも称する）を有する。導電レール４Ａ及び４Ｂは、筒状部材１の軸方向（図８のＺ方向）に延在する導電性部材であり、筒状部材１の内面に対向して設けられる。導電レール４Ａ及び４Ｂは、それぞれ導電レール１１及び１２の射出口１Ａの側に設けられる。導電レール４Ａ及び４Ｂは、それぞれ導電レール１１及び１２とは電気的に絶縁されている。導電レール４Ａはパルス電源と負極と接続され、導電レール４Ｂはパルス電源の正極と接続される。
　電機子２の加速が開始されると、電機子２は射出口へ向けて移動を初め、制動部４に到達する。このとき、電機子２と導電レール４Ａ及び４Ｂとに流れるパルス電流Ｉｓの向きは、電機子２と導電レール１１及び１２とに流れるパルス電流Ｉｄの向きと反対になるため、電機子２に作用する電磁力の方向も逆転する。これにより、電機子２は減速される。導電レール４Ａ及び４Ｂを介して流すパルス電流Ｉｓの値を適切に設定することで、射出口１Ａに到達する前に電機子２を停止させることができる。
　また、制動部４は、電磁力によって徐々に電機子２を減速することができるので、電機子２の制動時の衝撃を緩和することができる。これにより、電機子２が破損するおそれを低減することができる。
　なお、安全確保の観点から、射出装置１００と同様に、制動部３をさらに設けてもよい。これにより、制動部４による電機子２の制動が不十分な場合な場合でも、制動部３によって電機子２を確実に停止させることができる。
　制動部４の導電レール（第２の導電レール）の数は２に限られず、電機子２にパルス電流Ｉｓを流して減速できる限り、２以上の任意の数としてもよい。
実施の形態３
　実施の形態３にかかる射出装置について説明する。実施の形態１及び２にかかる射出装置において制動部３が設けられる場合、射出口１Ａの開口部の最小寸法は、電機子２の寸法よりも小さくなる。このため、射出される物体９の寸法も、射出口１Ａの開口部の最小寸法よりも小さな寸法に制限される場合がある。そのため、物体９のＸ－Ｙ平面における位置を保持するため、電機子と干渉しないように物体９を保持するガイドレールを設けてもよい。
　図９に、実施の形態３にかかる物体の射出装置３００のＸ－Ｙ断面の構成を模式的に示す。射出装置３００は、実施の形態１にかかる射出装置１００に、電機子２が電機子５に置換され、かつ、物体９をガイドするガイドレール３１～３４がさらに設けられた構成を有する。
　ガイドレール３１～３４は、筒状部材１の軸方向（図９のＺ方向）に延在する部材であり、電機子５と干渉しないように配置される。この例では、電機子５には、ガイドレール３１～３４との干渉を避けるための切り欠き部５Ａ～５Ｄがそれぞれ設けられている。切り欠き部５Ａ～５Ｄを挿通可能にガイドレール３１～３４を設けることで、ガイドレール３１～３４と電機子５との干渉を防止できることが理解できる。ここでは、物体９をガイドするガイドレールが４本設けられているが、必要に応じて物体をガイドするガイドレールを任意の数だけ設けてもよい。
　本構成によれば、物体９をガイドするガイドレールによって、物体９のＸ－Ｙ平面での位置を保持することができる。
　また、物体をガイドするガイドレールに代えて、電機子によってＸ－Ｙ平面における物体９の位置を保持することも可能である。図１０に、物体９を保持する形状を有する電機子６を模式的に示す。電機子６には、導電性部材で構成される本体部６Ａと、本体部６Ａの射出口１Ａ側に設けられた台座部６Ｂとを有する。本体部６Ａについては、図１に示す電機子と同様である。台座部６Ｂは、物体９を保持可能な形状を有している。この例では、台座部６Ｂは、球形の物体９を保持するための凹部が設けられており、凹部に物体９が嵌まりことで、電機子６及び物体９がＺ方向に移動しているときの、物体９のＸ－Ｙ平面における位置を一定に保つことができる。なお、電機子６の構成は一例に過ぎず、本体部６Ａと台座部６Ｂの形状及び配置は、物体９の形状に応じて適宜変更可能であることは、言うまでもない。
その他の実施の形態
　なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、物体９の例として打ち上げ花火用の花火玉について説明したが、物体９はこの例に限られない。
　上述の実施の形態にかかる射出装置は、射出に火薬を用いないので、物体９が高温及び高圧に晒されることはないので、物体９の外皮又は筐体を任意の素材で構成することができる。また、射出時の加速に耐えられるならば、物体９の外皮又は筐体を柔軟な素材で構成してもよい。
　例えば、射出装置から離れた位置に物体を運搬するために用いてもよい。例えば、射出装置に、コンテナや袋に食料や日用品等の各種の物品を収めた物体を装填して射出することも可能である。また、射出された物体に、射出後に展開するパラシュート等を取り付けてもよい。この場合、例えば、自然災害等により孤立した場所に、離隔した位置から当該場所へ向けて、上記したような物品が収められた物体を容易に送り届けることができる。さらに、上記したように、上述の実施の形態にかかる射出装置は、連続的な物体の射出が可能であるので、広範囲に複数の物体を迅速に散布することも可能である。
　また、上述の実施の形態にかかる射出装置は、射出に危険物である火薬を用いないので、屋外、建物の内部や屋上、車両、船舶及び航空機などの移動体など、任意の場所に設置することが可能である。
　実施の形態２及び３にかかる射出装置では導電レール（第１の導電レール）の数は２であるが、実施の形態１と同様に、電機子にパルス電流を流して加速できる限り、２以上の任意の数としてもよい。
　実施の形態２にかかる射出装置においても、実施の形態１と同様に、電機子２をガイドする任意の数のガイドレールを設けてもよい。
　実施の形態３にかかる射出装置においても、実施の形態１にかかる制動部３及び制動部４の一方又は両方を設けてもよい。また、制動部４は２本の導電レール４Ａ及び４Ｂにより構成されるものとして説明したが、実施の形態１で説明した電機子を加速する導電レール（第１の導電レール）と同様に、２以上の任意の導電レールで構成されてもよい。
　物体を射出した後の電機子は、導電レールにパルス電流を流して、電機子に射出時とは反対方向の電磁力を作用させることで、容易に初期位置ＳＰへ復座させることが可能であるのは、言うまでもない。
　上述の実施の形態では、導電レール及び電機子にパルス電流が流れるものとして説明したが、導電レール及び電機子に流れる電流はパルス電流に限定されるものではない。導電レール及び電機子には、例えば直流電流を流してもよい。
　上述の実施の形態では、導電レール、ガイドレール及び制動部が筒状部材に設けられる構成について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、導電レール、ガイドレール及び制動部支持できるならば、筒状部材以外の他の部材を用いてもよいことは言うまでもない。
　一般的な射出装置としては、打ち上げ用火薬などの火薬を用いるもののほか、バネなどの弾性体によって物体を射出する機構も考えうる。しかし、弾性体を用い場合には、物体を射出した後に、弾性体を復座させる際に大きな力を要することとなり、専用の機構を設ける必要がある。これに対し、上述の実施の形態にかかる射出装置では、電機子を容易に復座させることができるので、有利である。
１　筒状部材
１Ａ　射出口
１Ｂ　端部
２、５、６　電機子
３、４　制動部
４Ａ、４Ｂ、１１～１４　導電レール
５Ａ　切り欠き部
６Ａ　本体部
６Ｂ　台座部
９　物体
２１、２２、３１～３４　ガイドレール
１００、１１０、２００、３００　射出装置
１０１　電源装置
１０２　制御装置
１０００　射出システム

Claims (10)

  1. 　第１の方向に延在する複数の第１の導電レールと、
    　前記複数の第１の導電レールを介して電流が流れることで作用する電磁力によって、前記第１の方向に移動することで、射出対象物を加速して射出口から射出する電機子と、
    　前記電磁力によって移動する前記電機子を制動する制動部と、を備える、
    　射出装置。
  2. 　前記制動部は、前記複数の第１の導電レールに囲まれた空間へ突き出した部材であり、
    　前記電磁力によって移動する前記電機子が前記部材に機械的に接触することで、前記電機子が制動される、
    　請求項１に記載の射出装置。
  3. 　前記部材は、前記電機子と接触したときの衝撃を緩和する緩衝機構を備える、
    　請求項２に記載の射出装置。
  4. 　前記制動部は、
    　前記複数の第１の導電レールよりも前記射出口側に前記第１の導電レールと電気的に分離して設けられ、前記第１の方向に延在する複数の第２の導電レールを備え、
    　前記電機子に、前記複数の第２の導電レールを介して、前記複数の第１の導電レールを介して流れた前記電流とは反対方向の電流を流すことにより、前記電機子を制動する、
    　請求項１に記載の射出装置。
  5. 　前記制動部は、前記複数の第１の導電レールに囲まれた空間へ突き出した部材をさらに備え、
    　前記複数の第２のレールに沿って移動した前記電機子が前記部材に機械的に接触することで、前記電機子が制動される、
    　請求項４に記載の射出装置。
  6. 　前記部材は、前記電機子と接触したときの衝撃を緩和する緩衝機構を備える、
    　請求項５に記載の射出装置。
  7. 　前記電機子と干渉しないように設けられ、前記射出対象物をガイドする、前記第１の方向に延在するガイドレールをさらに備える、
    　請求項１乃至６のいずれか一項に記載の射出装置。
  8. 　前記電機子は、前記ガイドレールを挿通可能な部分が設けられる、
    　請求項７に記載の射出装置。
  9. 　前記電機子は、
    　前記電流が流れる導体部と、
    　前記導体部と結合され、前記射出対象物の外形に沿った形状を有する台座部と、を有する、
    　請求項１乃至８のいずれか一項に記載の射出装置。
  10. 　射出対象物を射出する射出装置と、
    　前記射出装置に電流を供給する電源装置と、
    　前記電源装置からの前記電流の供給を制御する制御装置と、を備え、
    　前記射出装置は、
    　第１の方向に延在する複数の第１の導電レールと、
    　前記複数の第１の導電レールを介して前記電流が流れることで作用する電磁力によって、前記第１の方向に移動することで、前記射出対象物を加速して射出口から射出する電機子と、
    　前記電磁力によって移動する前記電機子を制動する制動部と、を備える、
    　射出システム。
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