(57)【要約】【課題】応答性の良好な宇宙構造物の分離機構を提供する。【解決手段】宇宙構造物の分離機構１Ａは、宇宙空間で第１構造体２から第２構造体３を分離させるものであり、第１構造体２に固定される第１部材４と、第２構造体３に固定される第２部材５とを備えている。第１部材４および第２部材５は、共に熱伝導率が相対的に低い絶縁性の材料からなる。第１部材４と第２部材５の間には通電層６が介在しており、第１部材４または第２部材５は接合層７により通電層６に接合されている。通電層６は、当該通電層６に電流が流されたときに、発熱により接合層７を破壊または溶解するように構成されている。【選択図】図１
2014124959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙空間で第１構造体から第２構造体を分離させる分離機構であって、
前記第１構造体に固定される、熱伝導率が相対的に低い絶縁性の材料からなる第１部材と、
前記第２構造体に固定される、熱伝導率が相対的に低い絶縁性の材料からなる第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材の間に介在する通電層と、
前記第１部材または前記第２部材を前記通電層に接合する、絶縁性の樹脂からなる接合層と、を備え、
前記通電層は、当該通電層に電流が流されたときに、発熱により前記接合層を破壊または溶解するように構成されている、宇宙構造物の分離機構。
【請求項２】
前記接合層は、樹脂からなる前記第１部材または前記第２部材の表層である、請求項１に記載の宇宙構造物の分離機構。
【請求項３】
前記接合層は、前記第１部材または前記第２部材とは別の接着剤からなる層である、請求項１に記載の宇宙構造物の分離機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば衛星やロケットなどの宇宙構造物に用いられる分離機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、宇宙構造物の分離機構として、火薬を用いない非火工品装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、図４（ａ）および（ｂ）に示すような分離機構１００が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された分離機構１００では、一方向に開口する箱状のラック１１０内に衛星１２０が収容されている。ラック１１０の底部には通電プレート１３０が配置されており、衛星１２０には通電プレート１３０と対向するインターフェイスプレート１２５が固定されている。インターフェイスプレート１２５の下面には窪みが形成されており、この窪みにスプリング１４０が配置されている。
【０００４】
インターフェイスプレート１２５の下面は、不図示の通電剥離性接着剤により通電プレート１３０に接着されている。通電剥離性接着剤とは、通電によって接着力が弱まって剥離する接着剤である。通電プレート１３０にはバッテリ１３５から電流が流されるようになっており、これにより通電剥離性接着剤が剥離し、スプリング１４０の付勢力により衛星１２０がラック１１０内から放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５１５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、通電剥離性接着剤を用いた分離機構では、通電剥離性接着剤に通電を開始してから剥離するまでにいくらかの時間（場合によっては数分）を要し、分離機構としての応答性が良くない。
【０００７】
そこで、本発明は、応答性の良好な宇宙構造物の分離機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の宇宙構造物の分離機構は、宇宙空間で第１構造体から第２構造体を分離させる分離機構であって、前記第１構造体に固定される、熱伝導率が相対的に低い絶縁性の材料からなる第１部材と、前記第２構造体に固定される、熱伝導率が相対的に低い絶縁性の材料からなる第２部材と、前記第１部材と前記第２部材の間に介在する通電層と、前記第１部材または前記第２部材を前記通電層に接合する、絶縁性の樹脂からなる接合層と、を備え、前記通電層は、当該通電層に電流が流されたときに、発熱により前記接合層を破壊または溶解するように構成されている。
【０００９】
上記の構成によれば、通電層に電流が流されると、通電層の発熱により接合層が破壊または溶解されるため、第２部材が第１部材から切り離される。しかも、通電層は熱伝導率の低い第１部材および第２部材に挟まれているので、通電層に電流を流したときには通電による発熱（ジュール熱）が逃げ難く、その熱が通電層内に蓄積される。その結果、通電層の温度が急激に上昇し、接合層の破壊または溶解が極めて短時間で生じる。これにより、応答性の良好な分離機構を得ることができる。
【００１０】
前記接合層は、樹脂からなる前記第１部材または前記第２部材の表層であってもよい。この構成によれば、通電層を第１部材と第２部材とで挟むという非常に単純な構造とすることができる。
【００１１】
あるいは、前記接合層は、前記第１部材または前記第２部材とは別の接着剤からなる層であってもよい。この構成によれば、種々の接着剤を用いることができ、設計の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、応答性の良好な宇宙構造物の分離機構を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る宇宙構造物の分離機構の動作説明図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る宇宙構造物の分離機構の動作説明図である。
【図３】実施例の宇宙構造物の分離機構の斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は従来の宇宙構造物の分離機構の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１（ａ）および（ｂ）に、本発明の第１実施形態に係る宇宙構造物の分離機構１Ａを示す。宇宙構造物は、第１構造体２および第２構造体３を含む。分離機構１Ａは、宇宙空間で第１構造体２から第２構造体３を分離させるものである。
【００１６】
具体的に、分離機構１Ａは、第１構造体２に固定される第１部材４と、第２構造体に固定される第２部材５を備えている。第１部材４と第２部材５の間には通電層６が介在しており、第２部材５は接合層７により通電層６に接合されている。
【００１７】
本実施形態では、第１部材４および第２部材５が互いに平行な板状をなしているが、第１部材４と第２部材５は、通電層６を介して互いに面接触可能な形状であれば、どのような形状を有していてもよい。
【００１８】
第１部材４および第２部材５は、共に熱伝導率が相対的に低い絶縁性の材料からなる。第１部材４および第２部材５を構成する材料の熱伝導率は、２Ｗ／ｍ・Ｋ以下が望ましく、１Ｗ／ｍ・Ｋ以下がより望ましい。本実施形態では、第２部材５が樹脂からなっている。
【００１９】
第１部材４を構成する材料は、第２部材５を構成する樹脂よりも耐熱性が優れたものであれば特に限定されるものではない。例えば、第１部材４を構成する材料としては、セラミックスや各種断熱材、または第２部材５を構成する樹脂よりも耐熱温度の高い樹脂等を用いることができる。ここで、耐熱温度とは、樹脂からなる部材が破壊または溶解して機械的な強度を失う温度をいう。
【００２０】
上述した材料の中でも、熱伝導率が低いという観点からは、樹脂を用いることが望ましい。樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂のどちらを用いてもよいが、特に耐熱温度が１００℃以上のエンジニアリングプラスチックを用いることが望ましい。このようなエンジニアリングプラスチックとしては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）などが挙げられる。
【００２１】
第２部材５を構成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの耐熱温度が１００℃未満の樹脂を用いることも可能であるが、耐熱温度が１００℃以上のエンジリアリングプラスチックを用いることが好ましい。また、第２部材５を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂だけでなく熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【００２２】
上述した接合層７は、絶縁性の樹脂からなるものである。本実施形態では、接合層７は第２部材５の表層７Ａである。接合層７は、第２部材５が通電層６に溶着されることにより形成される。
【００２３】
通電層６は、第１部材４の表面上に蒸着やメッキなどにより形成された金属薄膜である。この通電層６には一対の電極８１が取り付けられており、これらの電極８１間にケーブル８２を通じて電圧が印加されることにより通電層６に電流が流れる。通電層６は、当該通電層６に電流が流されたときに、発熱により接合層７を破壊または溶解するように構成されている。これにより、図１（ｂ）に示すように、第２部材５が第１部材４から切り離される。
【００２４】
通電層６を構成する金属としては、例えばニッケル、クロム、ニクロム（ニッケルクロム合金）などの電気抵抗率が高い金属が好適であるが、通電層６を電極８１間の抵抗が高くなるような構成にすればアルミニウムなどの電気抵抗率が低い金属を用いることも可能である。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態の分離機構１Ａでは、通電層６に電流が流されると、通電層６の発熱により接合層７が破壊または溶解されるため、第２部材５が第１部材４から切り離される。しかも、通電層６は熱伝導率の低い第１部材４および第２部材５に挟まれているので、通電層６に電流を流したときには通電による発熱（ジュール熱）が逃げ難く、その熱が通電層６内に蓄積される。その結果、通電層６の温度が急激に上昇し、接合層７の破壊または溶解が極めて短時間で生じる。これにより、応答性の良好な分離機構１Ａを得ることができる。
【００２６】
また、本実施形態では接合層７が第２部材５の表層７Ａであるので、通電層６を第１部材４と第２部材５とで挟むという非常に単純な構造とすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、第１部材４が第２部材５を構成する樹脂よりも耐熱性が優れた材料で構成されていた。しかし、第１部材４が第２部材５を構成する樹脂よりも耐熱温度の低い樹脂で構成されていて、通電層６に電流が流されて第１部材４の表層が破壊または溶解したときに、通電層６における第２部材５が接合された領域が周囲の領域と破断しながら第２部材５が第１部材４から切り離されてもよい。すなわち、接合層７は、樹脂からなる第１部材４の表層であってもよい。
【００２８】
また、第１構造体２と第２構造体３は、どちらが主要構造体であってもよいし、どちらが副構造体であってもよい。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、図２（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る宇宙構造物の分離機構１Ｂを説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００３０】
本実施形態の分離機構１Ｂが第１実施形態の分離機構１Ａと異なるのは、接合層７が第２部材５とは別の接着剤７Ｂからなる層である点だけである。本実施形態では、通電層６に電流が流されたときに、通電層６は、当該通電層６の温度が接着剤７Ｂの軟化温度以上となるように発熱する。ここで、軟化温度とは、ＪＩＳＫ ６８３３−１に規定される測定方法により測定される温度である。これにより、第１実施形態と同様に、接合層７が破壊または溶解する。
【００３１】
本実施形態では、第１部材４と第２部材５は同一の材料で構成されていてもよい。すなわち、第１部材４および第２部材は、熱伝導率が相対的に低い絶縁性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよい。
【００３２】
本実施形態の構成でも、通電層６の温度が急激に上昇し、接合層７の破壊または溶解が極めて短時間で生じるため、応答性の良好な分離機構１Ｂを得ることができる。
【００３３】
また、本実施形態では接合層７が第２部材５とは別の接着剤７Ｂからなる層であるので、種々の接着剤を用いることができ、設計の自由度を高めることができる。
【００３４】
なお、通電層６が第２部材５の表面上に形成された金属薄膜であり、接着剤７Ｂからなる接合層７が第１部材４と通電層６の間に配置されていてもよい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明について実施例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
図３に、実施例の分離機構１Ｃを示す。まず、ＡＢＳ樹脂を用いて、１８ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの直方体の第２部材５を作製した。第２部材５の中心には、ボルトＢ挿通用の貫通穴が設けられている。ついで、厚さ３ｍｍのガラスクロス系断熱材（日光化成社製ロスナイボード）を１０ｍｍ×３０ｍｍに切断し、２つの板状の第１部材４を得た。各第１部材４の一方の主面にニッケルを蒸着し、厚さ０．８μｍの通電層６を形成した。最後に、エポキシを主剤、ポリチオールを硬化剤とする二液性の接着剤７Ｂ（コニシ社製ボンドクイック５）を用いて、第２部材５の互いに反対側を向く一対の側面に通電層６を接合した。これにより、分離機構１Ｃを得た。
【００３７】
試験として、第２部材５の貫通穴にボルトＢを挿通し、第１部材４を固定した状態で、ボルトＢを図３中に矢印で示す方向に引っ張った。なお、接合層７には当該接合層７と平行な力のみが作用するように、ボルトＢの頭部と第２部材５の端面との間に、凹リング９１と凸リング９２からなる球面座金９を配置した。
【００３８】
通電層６に電流を流さない状態では、ボルトＢの引っ張り力が約２０００Ｎで第２部材５が第１部材４から切り離された。このことから、第１部材４と第２部材５とが強固に接合されていることが分かる。
【００３９】
一方、ボルトＢを約１０００Ｎで引っ張った状態で通電層６に通電したときには、通電開始から僅かに０．８秒で第２部材５が第１部材４から切り離された。このことから、分離機構１Ｃとしての応答性が良好であることが分かる。
【００４０】
なお、前述の実施例では、金属としてニッケルを使用しているが、より電気抵抗率が低い金属、例えばアルミニウム等を使用して通電層を形成する場合は、膜厚を小さくするまたは、蛇行するパターン回路が形成されるようにスリットを設けて回路幅を短く回路長を長くする事により、電気抵抗を同等とすれば前述の実施例と同様の応答性を得る事が出来る。
【００４１】
また、前述の実施例では、市販の接着剤を使用しているが、さらに耐熱性の高い接着剤を使用すると、若干の応答性は犠牲になるが、高温環境下でも使用出来る分離装置となる。なお、宇宙空間では、１００℃を越える環境でも使用出来る（接合強度を保持する）事が要求される場合がある。なお、同様に接合を樹脂の溶着による場合は、その樹脂の耐熱性により、種々の温度環境に対応しうる分離装置を開発しうる。
【符号の説明】
【００４２】
１Ａ，１Ｂ  宇宙構造物の分離機構
２    第１構造体
３    第２構造体
４    第１部材
５    第２部材
６    通電層
７    接合層
７Ａ  表層
７Ｂ  接着剤
８    給電装置
【図１】
2014124959.tif 000003
【図２】
2014124959.tif 000004
【図３】
2014124959.tif 000005
【図４】
2014124959.tif 000006