(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量状態から無重量状態になったときに供試体を射出する射出装置であって、
供試体を付勢する付勢手段と、
一端が供試体に固定されていて、前記付勢手段により供試体が付勢されるよう供試体を引っ張るロープと、
互いに上下に対向し、前記ロープの他端に設けられた被挟持部を上下から挟持する上側部材及び下側部材と、
前記上側部材の上に取り付けられている重量体と、
を備えており、
重量状態のときには、供試体がロープに引っ張られていて付勢手段により付勢されている状態で、重量体により上側部材が下方に押されていて被挟持部が上側部材及び下側部材により挟持されており、
重量状態から無重量状態になったときに、重量体により上側部材が押されなくなり、被挟持部での挟持が解除され、供試体は付勢手段により押されて射出されることを特徴とする射出装置。
【請求項２】
前記射出装置は、供試体が射出される方向が所望の方向に向くよう、前記付勢手段を方向付ける配向機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の射出装置。
【請求項３】
重量状態から無重量状態になったときに供試体を射出する射出装置であって、
供試体を付勢する付勢手段と、
前記付勢手段により供試体が付勢された状態になるよう、供試体に力を加えて保持する保持部材と、
重量体と、
前記重量体が固定されており、重量状態のときに前記重量体により下方に力を加えられる作用部材と、
前記作用部材に加えられる力を前記保持部材に伝達して、保持部材に供試体を保持させる伝達機構と、
を備えており、
重量状態のときには、重量体により作用部材に加えられる力が伝達機構により保持部材に伝達されていて、供試体は付勢手段により付勢された状態で保持部材により保持されており、
重量状態から無重量状態になったときに、重量体から保持部材に伝達されていた力がなくなり、供試体は付勢手段により押されて射出されることを特徴とする射出装置。
【請求項４】
前記射出装置は、供試体が射出される方向が所望の方向に向くよう、前記付勢手段を方向付ける配向機構をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の射出装置。
【請求項５】
前記保持部材は、重量状態のときに供試体に接していて、重量状態から無重量状態になったときに供試体から離間し、
前記射出装置は、重量状態から無重量状態になった後に保持部材を供試体から離間した状態に維持する離間手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の射出装置。
【請求項６】
前記離間手段は、第１の磁性体と、この第１の磁性体と引き合う第２の磁性体とをさらに備えており、
前記第１の磁性体は、前記保持部材、前記伝達機構及び前記作用部材の内の少なくとも１つに設けられた作用部に固定されており、
この作用部は、重量状態から無重量状態になって保持部材が供試体から離間すると、保持部材に連動して接合位置に移動し、
前記第２の磁性体は、前記作用部が接合位置に位置しているときに前記第１の磁性体と接触する位置に配置されており、
重量状態から無重量状態になると、供試体から離間する保持部材に連動して作用部が接合位置に移動し、そして第１の磁性体と第２の磁性体が磁気的に接合し、この結果、保持部材が供試体から離間した状態に維持されることを特徴とする請求項５に記載の射出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供試体を射出する射出装置に関する。特に、無重量環境下で供試体を所望の初期速度で射出する射出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無重量環境下、例えば落下塔などを利用した無重量実験で実現される環境下では、供試体を所望の初期速度で射出する射出装置がしばしば用いられる。このような実験では、落下塔内で実験室を落下させ、無重量状態の実験室内で供試体を射出し、無重量状態での供試体の軌跡などを観測する。無重量状態が維持される時間は短いので、重量状態から無重量状態になると同時に供試体が射出されることが必要とされている。
【０００３】
従来の射出装置は、重量状態から無重量状態になったときに信号を発信するセンサーを有している。センサーからの信号は処理部に送られ、処理部はこの信号に応じて射出装置に供試体を射出させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の射出装置は、無重量状態を検知するための構成が複雑であり、コストが高い。
【０００５】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、簡単で安価な構成で無重量状態を検知することができる射出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる射出装置は、重量状態から無重量状態になったときに供試体を射出する射出装置であって、
供試体を付勢する付勢手段と、
一端が供試体に固定されていて、前記付勢手段により供試体が付勢されるよう供試体を引っ張るロープと、
互いに上下に対向し、前記ロープの他端に設けられた被挟持部を上下から挟持する上側部材及び下側部材と、
前記上側部材の上に取り付けられている重量体と、
を備えており、
重量状態のときには、供試体がロープに引っ張られていて付勢手段により付勢されている状態で、重量体により上側部材が下方に押されていて被挟持部が上側部材及び下側部材により挟持されており、
重量状態から無重量状態になったときに、重量体により上側部材が押されなくなり、被挟持部での挟持が解除され、供試体は付勢手段により押されて射出される。
【０００７】
本発明の請求項２に係わる射出装置では、前記射出装置は、供試体が射出される方向が所望の方向に向くよう、前記付勢手段を方向付ける配向機構をさらに備えている。
【０００８】
本発明の請求項３に係わる射出装置は、重量状態から無重量状態になったときに供試体を射出する射出装置であって、
供試体を付勢する付勢手段と、
前記付勢手段により供試体が付勢された状態になるよう、供試体に力を加えて保持する保持部材と、
重量体と、
前記重量体が固定されており、重量状態のときに前記重量体により下方に力を加えられる作用部材と、
前記作用部材に加えられる力を前記保持部材に伝達して、保持部材に供試体を保持させる伝達機構と、
を備えており、
重量状態のときには、重量体により作用部材に加えられる力が伝達機構により保持部材に伝達されていて、供試体は付勢手段により付勢された状態で保持部材により保持されており、
重量状態から無重量状態になったときに、重量体から保持部材に伝達されていた力がなくなり、供試体は付勢手段により押されて射出される。
【０００９】
本発明の請求項４に係わる射出装置は、前記射出装置は、供試体が射出される方向が所望の方向に向くよう、前記付勢手段を方向付ける配向機構をさらに備えている。
【００１０】
本発明の請求項５に係わる射出装置では、前記保持部材は、重量状態のときに供試体に接していて、重量状態から無重量状態になったときに供試体から離間し、
前記射出装置は、重量状態から無重量状態になった後に保持部材を供試体から離間した状態に維持する離間手段をさらに備えている。
【００１１】
本発明の請求項６に係わる射出装置は、前記離間手段は、第１の磁性体と、この第１の磁性体と引き合う第２の磁性体とをさらに備えており、
前記第１の磁性体は、前記保持部材、前記伝達機構及び前記作用部材の内の少なくとも１つに設けられた作用部に固定されており、
この作用部は、重量状態から無重量状態になって保持部材が供試体から離間すると、保持部材に連動して接合位置に移動し、
前記第２の磁性体は、前記作用部が接合位置に位置しているときに前記第１の磁性体と接触する位置に配置されており、
重量状態から無重量状態になると、供試体から離間する保持部材に連動して作用部が接合位置に移動し、そして第１の磁性体と第２の磁性体が磁気的に接合し、この結果、保持部材が供試体から離間した状態に維持される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態に係わる射出装置を説明する。先ず、図１及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態の射出装置を説明する。射出装置は、無重量環境下、例えば落下塔などを利用した無重量実験で実現される環境下で供試体を射出するのに使用される。射出装置は重量状態から無重量状態になったときに供試体を射出する。落下塔内で実験室を落下させてこの実験室内に無重量環境を作り出す場合には、射出装置は、この実験室内に取り付けられる。
【００１３】
図１は重量状態のときの射出装置の概略的な側面図である。実験室内で固定された基台１０の下方に向いた面にはハウジング１１が固定されている。ハウジング１１は、所定の重量を有する重量体３を内蔵している。重量体３はハウジング１１内で自由に動くことができる。射出装置はコイルバネ２を有している。コイルバネ２は供試体１を付勢する付勢手段として用いられている。コイルバネ２はハウジング１１を囲むように配置されている。コイルバネ２の収縮する方向は上下に向けられている。コイルバネ２の一端はハウジング１１に固定されている。
【００１４】
本実施の形態では付勢手段としてコイルバネ２が用いられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、付勢手段として板バネ、ゴムで形成されたバネ、空気バネなどを用いても良い。コイルバネ２の他端には供試体１を押すための押し部材４が固定されている。
【００１５】
供試体１にはロープ１ａの一端が固定されている。ハウジング１１の底を形成する下側部材１２と、押し部材４とにはそれぞれロープ１ａが通される通し孔１２ａ，４ａが形成されている。通し孔１２ａ，４ａは上下に並んでいる。ハウジング１１内には下側部材１２に対向している上側部材５が設けられている。上側部材５の上には重量体３が固定されている。通し孔１２ａ，４ａに通されてハウジング１１内に導かれたロープ１ａの他端は、上側部材５と下側部材１２で上下から挟持される。尚、本実施の形態ではロープ１ａの他端自体が、上側部材５と下側部材１２で挟持される被挟持部として用いられている。
【００１６】
挟持は重量状態のときに行われる。挟持の際、上側部材５は重量体３により下方に押されてロープ１ａの他端に押し付けられる。上側部材５は柔軟性があり、摩擦係数の大きな材料、例えばスポンジ、フェルト、ゴムなどで形成されている。上側部材５がロープ１ａの他端に押し付けられると、上側部材５は変形してロープ１ａの他端にフィットする。この結果、ロープ１ａの一端が比較的強い力で引っ張られる場合でも、ロープ１ａの挟持が安定して強固になされる。尚、本実施の形態では上側部材５と重量体３は別の材料で形成されているが、同じ材料で一体的に形成されていても良い。
【００１７】
次に、射出装置の動作を説明する。初め重量状態のときに、図１に示されているように供試体１を付勢した状態でロープ１ａの他端を上側部材５と下側部材１２で挟持させる。詳細には、先ず押し部材４をコイルバネ２の弾性力に抗して押し上げ、押し上げた状態で保持する。次に、ロープ１ａを通し孔４ａ，１２ａに通してロープ１ａの他端をハウジング１１内に導く。この後、ロープ１ａの他端の上に上側部材５を介して重量体３を載置する。上述したように重量体３により上側部材５が下方に押され、この結果ロープ１ａの他端は上側部材５と下側部材１２により挟持される。挟持の際、供試体１が押し部材４に接近する、好ましくは供試体１が押し部材４に接触するとともに、ロープ１ａが供試体１と下側部材１２の間でほぼ直線状に延びるようにする。挟持の後、押し部材４の保持を解除する。解除すると、供試体１がロープ１ａに引っ張られていてコイルバネ２により付勢されている状態が実現される。この状態で、重量体３により上側部材５が下方に押されていてロープ１ａの他端が上側部材５及び下側部材１２により挟持されている。
【００１８】
このとき、ロープ１ａにはロープ１ａの他端を上側部材５と下側部材１２の間から引き出そうとする力が働く。重量体３の重量は、この力に抗して強固にロープ１ａの挟持がなされるよう、十分大きく設定されている。
【００１９】
図２は無重量状態になったときの射出装置の概略的な側面図である。重量状態から無重量状態になった時点、即ち実験開始時に、重量体３により上側部材５が押されなくなり、ロープ１ａの他端での挟持が解除され、供試体１はコイルバネ２により押し部材４を介して押されて下方に射出される。
【００２０】
供試体１射出速度は、供試体１の質量などに基づいて、コイルバネ２のバネ定数、実験開始時間前のコイルバネ２の縮み量などを適切に選択することにより、任意に設定できる。
【００２１】
上述したように構成された射出装置を用いれば、実験開始時に落下塔などの無重量試験設備側から、電気的信号を何ら受け取ることなく射出を実行できる。従って、簡単で安価な構成で無重量状態を検知することができる。また、実験開始時間を早められるのみならず、装置の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
本実施の形態の射出装置では、実験開始時と同時にロープ１ａの挟持が解除される。即ち、本実施の形態の射出装置は重量の検知装置として機能することを意味する。そのため、本実施の形態の射出装置はある実験で無重量実験開始時に電気信号をＯＮにしたい場合に使用するスイッチ装置などにも応用できる。
【００２３】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態の射出装置を説明する。図３は射出装置の概略的な側面図である。落下塔内の実験室内で固定された基台２０には上下に延びるシャフト２１を介して平板状の下側部材２２が取り付けられている。下側部材２２はシャフト２１を介して回転する。このとき、下側部材２２の上面の向きは常に上方に維持される。下側部材２２にはヒンジ２３を介して回動部材２４が取り付けられている。回動部材２４にはコイルバネ２の一端が固定されている。コイルバネ２の他端には供試体１を押して射出するための押し部材４が固定されている。ヒンジ２３周りに回動部材２４が回動することで、コイルバネ２の収縮方向、即ち供試体１が射出される方向を下方から横方向を越えて上方まで向けることができる。さらに、下側部材２２が回転できるので、供試体１が射出される方向を所望の方向に向けることができる。シャフト２１とヒンジ２３はコイルバネ２を方向付ける配向機構を形成している。
【００２４】
供試体１にはロープ１ａの一端が固定されている。押し部材４、回動部材２４及び下側部材２２にはそれぞれロープ１ａが通される通し孔４ａ，２４ａ，２２ａが形成されている。下側部材２２の上面には重量体３が載置される。重量体３の下には上側部材５が固定されている。通し孔４ａ，２４ａ，２２ａに通されて下側部材２２の上面に導かれたロープ１ａの他端は、上側部材５と下側部材２２で上下から挟持される。上側部材５は、第１の実施の形態と同様に、柔軟性があり、摩擦係数の大きな材料で形成されており、挟持の際に変形してロープ１ａの他端にフィットする。
【００２５】
本実施の形態ではロープ１ａの他端自体が、上側部材５と下側部材１２で挟持される被挟持部として用いられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、被挟持部はロープ１ａの他端に固定され、摩擦係数の大きな材料で形成された平板状部材で形成されていても良い。平板状部材が挟持されたときの接触面積はロープ１ａの他端自体が挟持されたときの接触面積よりも大きい。従って、平板状部材を用いた場合、より安定して強固に挟持が行われる。平板状部材及び通し孔４ａ，２４ａ，２２ａのサイズは、平板状部材が容易に通し孔４ａ，２４ａ，２２ａを通過できるよう選択される。
【００２６】
ロープ１ａの他端を挟持する上側部材５と下側部材１２の構成は上記に限定されない。テコを介して重量体に働く重力を伝達し、これをロープ１ａの他端を挟持する力として利用しても良い。例えば、互いにヒンジで結合された上側部材及び下側部材を用いても良い。ヒンジ周りに上側部材を回動させると、上側部材と下側部材が互いに上下に対向する。ヒンジの近傍でロープ１ａの他端を上側部材と下側部材で挟持し、上側部材の上に重量体を取り付ける。このとき、重量体をヒンジから離れた場所に取り付ける。このように上側部材と下側部材を構成することにより、ロープ１ａの他端はテコを用いない場合よりも強い力で挟まれるので、極めて強固に挟持がなされる。
【００２７】
次に、射出装置の動作を説明する。初め重量状態のときに、シャフト２１とヒンジ２３を用いてコイルバネ２の収縮方向、即ち供試体１が射出される方向を所望の方向に向ける。供試体１が射出される射出方向を設定した後、ロープ１ａの他端を通し孔４ａ，２４ａ，２２ａに通して下側部材２２の上面に導く。コイルバネ２を蓄勢した状態で保持する。ロープ１ａの他端をたぐりよせると、供試体１が押し部材４に当接する。ロープ１ａが張った状態でロープ１ａの他端を上側部材５と下側部材１２で挟持させる。コイルバネ２の保持を解除すると、供試体１が付勢された状態で挟持がなされる。
【００２８】
重量状態から無重量状態になると、ロープ１ａの他端での挟持が解除され、供試体１はコイルバネ２により押し部材４を介して押されて射出される。このとき、供試体１は上記のように設定された射出方向に射出される。
【００２９】
本実施の形態の射出装置を用いれば、重量状態から無重量状態になった時点で供試体１を所望の初速度で所望の方向に射出することができる。
【００３０】
次に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して本発明の第３の実施の形態の射出装置を説明する。図４（Ａ）は重量状態のときの射出装置の側面図である。落下塔内の実験室に固定された基台３０の下面にはコイルバネ２の一端が固定されている。コイルバネ２の収縮方向は下方に向けられている。コイルバネ２の他端には押し部材４が固定されている。
【００３１】
基台３０には、コイルバネ２の縮み量を調節するためのストッパ２ａが固定されている。ストッパ２ａは基台３０と押し部材４の間に配置されている。ストッパ２ａの上下方向の長さは調節可能である。押し部材４を押してコイルバネ２を縮めると、押し部材４はストッパ２ａに当接する。このとき、コイルバネ２の縮み量は、ストッパ２ａの上下方向の長さに対応した量になる。
【００３２】
押し部材４の両側には、重量状態のときに押し部材４の下に配置される供試体１を保持する保持部材６がそれぞれ１つずつ配置されている。それぞれの保持部材６は２つの支柱３１に設けられたヒンジ３１ａにそれぞれ回動可能に取り付けられている。支柱３１は基台３０に固定されている。回動する２つの保持部材６は両開きの扉のように押し部材４を両側から覆うことができる。
【００３３】
押し部材４の両側であって、２つの保持部材６のさらに外側には、重量体３が固定された作用部材７が１つずつ配置されている。それぞれの作用部材７は保持部材６から離間している。保持部材６と作用部材７は伝達部材８によりつながれている。保持部材６と作用部材７の間の距離、即ち伝達部材８の長さは適切に設定されている。作用部材７と伝達部材８は保持部材６とともにヒンジ３１ａ周りに回動する。
【００３４】
それぞれの作用部材７の上側に設けられた作用部３２ａには第１の磁性体３２が１つずつ固定されている。それぞれの第１の磁性体３２の上方には基台３０に固定された第２の磁性体３３が配置されている。第２の磁性体３３は第１の磁性体３２と引き合う。
【００３５】
次に、射出装置の動作を説明する。初め重量状態のときに、両開きの扉を開くように保持部材６を回動させて押し部材４を露出させる。ストッパ２ａの上下方向の長さを所定の長さに調節する。押し部材４を押してコイルバネ２を縮めると、上述したように押し部材４がストッパ２ａに当接する。この結果、コイルバネ２は、所定の縮み量だけ縮む。次に、押し部材４の下に供試体１を位置させた後、扉を閉じるように保持部材６を回動させる。
【００３６】
以上の動作が終了した時点で、保持部材６は供試体１に接しており、伝達部材８はほぼ水平に延びている。重量体３に重力が働くことで、作用部材７が重量体３により下方に力を加えられる。作用部材７に働く力は伝達部材８とヒンジ３１ａを介して保持部材６に伝達される。伝達部材８とヒンジ３１ａは伝達機構として用いられている。この力が保持部材６に伝達されると、保持部材６は供試体１に力を加えて保持する。この結果、供試体１はコイルバネ２により付勢された状態で保持される。
【００３７】
コイルバネ２のバネ定数と、供試体１が付勢された状態で保持されたときのコイルバネ２の縮み量は、供試体１が射出されるときの初速度に基づいて設定されている。重量体３の重量、伝達部材８の長さは、保持部材６により供試体１が付勢された状態で適正に保持されるよう設定されている。
【００３８】
重量状態から無重量状態になると、重量体３から保持部材６に伝達されていた力がなくなる。この結果、供試体１はコイルバネ２により押され、保持部材６を押しのけて下方に射出される。
【００３９】
図４（Ｂ）は無重量状態になったときの射出装置の側面図である。押しのけられた保持部材６は供試体１から離間する。離間する供試体１に連動して、作用部３２ａは所定の位置（以降、接合位置とする）に移動する。第２の磁性体３３は、作用部３２ａが接合位置に位置しているときに、第１の磁性体３２と接触する位置に配置されている。作用部３２ａの移動の結果、第１の磁性体３２と第２の磁性体３３が磁気的に接合するので、作用部３２ａは接合位置に保持される。この結果、保持部材６は供試体１から離間した状態に維持される。第１の磁性体３２と第２の磁性体３３とは、保持部材６を供試体１から離間した状態に維持する離間手段を形成している。
【００４０】
本実施の形態の射出装置を用いれば、上記第１及び第２の実施の形態のように、供試体１にロープなどの付属物を取り付ける必要がない。
【００４１】
本実施の形態では、伝達機構は伝達部材８とヒンジ３１ａを有しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、伝達機構は１以上のリンク、１以上のカムなど有していても良い。
【００４２】
また、本実施の形態では、コイルバネ２が伸びる方向は下方に向けられており、供試体１は下方に射出されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、コイルバネ２が伸びる方向は斜め下方に向けられていても良い。この場合も本実施の形態と同様の保持部材、伝達機構、作用部材及び重量体を用いることができる。また、コイルバネ２が伸びる方向は上方に向けられていても良い。この場合、重量体から伝達機構により保持部材に力が伝達されると、保持部材が供試体１を下方に押すように、保持部材、伝達機構、作用部材及び重量体は構成される。
【００４３】
また、本実施の形態の射出装置は、第２の実施の形態と同様に、コイルバネ２を方向付ける配向機構を備えていても良い。例えば、基台３０に取り付けられ、これを回動させる可動機構を備えていても良い。
【００４４】
また、本実施の形態では、作用部３２ａは作用部材７に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、保持部材又は伝達機構に設けられていても良い。また、保持部材、伝達機構及び作用部材に複数設けられていても良い。
【００４５】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したことから明らかなように、本発明に従った射出装置においては、簡単で安価な構成で無重量状態を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における重量状態のときの射出装置の概略的な側面図。
【図２】無重量状態になったときの図１の射出装置の概略的な側面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態における射出装置の概略的な側面図。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第３の実施の形態における射出装置の概略的な側面図。（Ａ）は重量状態のとき。（Ｂ）は無重量状態になったとき。
【符号の説明】
１  供試体
１ａ  ロープ
２  コイルバネ（付勢手段）
２ａ  ストッパ
３  重量体
４  押し部材
５  上側部材
６  保持部材
７  作用部材
８  伝達部材（伝達機構）
１２  下側部材
２１  シャフト（配向機構）
２２  下側部材
２３  ヒンジ（配向機構）
３１ａ  ヒンジ（伝達機構）
３２  第１の磁性体（離間手段）
３２ａ  作用部
３３  第２の磁性体（離間手段）
【図１】
0003726104.tif 000002
【図２】
0003726104.tif 000003
【図３】
0003726104.tif 000004
【図４】
0003726104.tif 000005