(57)【要約】【課題】強大な結合力を実現でき、しかも小さな力で衝撃なく簡単・確実に宇宙構造物等を分離させることができる宇宙構造物等の結合・分離装置及び宇宙構造物の結合・分離機構を提供することを目的とする。【解決手段】上下の人工衛星３，４に第１のシリンダ１１と第２のシリンダ１２を設け、両シリンダ１１，１２をバネ力を有するバンド１３で結合する。バンド１３の自由端部の台形歯形部１４，１５を噛合わせ、外面にカム体３４を押接する。アクチュエータ３６によりカム体３４を９０°回転させれば、バンド１３は自身のバネ力により拡開して台形歯形部１４と台形歯形部１５は分離し、且つ両シリンダ１１，１２のフランジ１１ｃ、１２ｃに嵌合していた嵌合体４０は離脱し、人工衛星３，４は分離する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本のバンドの一端部に互いに噛合う台形歯形部を形成して、互いの台形歯形部の噛合状態において双方のバンドに互いに張力を伝達するようにし、また一方の台形歯形部を他方の台形歯形部に垂直方向に押接するカム体と、このカム体を動作させるアクチュエータを備え、このアクチュエータによりカム体を動作させることにより前記押接状態を解除して台形歯形部を互いに離れる方向へ垂直移動させることを特徴とする結合・分離装置。
【請求項２】
請求項１記載の結合・分離装置を用いる宇宙構造物の結合・分離機構であって、第１の宇宙構造物に装着された第１のシリンダと、第２の宇宙構造物に装着された第２のシリンダと、第１のシリンダと第２のシリンダを接合させた状態で前記バンドの他端部を固定する固定部と、前記バンドを第１のシリンダと第２のシリンダの外周面に沿って湾曲させて相隣る前記バンドの一端部の前記台形歯形部同士を互いに噛合わせた状態で、一方の前記台形歯形部の外面に前記カム体を押接して双方の台形歯形部同士を互いに噛合わせることにより第１の宇宙構造物と第２の宇宙構造物を結合し、また前記アクチュエータにより前記カム体を作動させて前記押接状態を解除し、前記バンドを拡開させることにより第１の宇宙構造物と第２の宇宙構造物を分離することを特徴とする宇宙構造物の結合・分離機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星などの宇宙構造物を宇宙空間で自動分離させる宇宙構造物等の結合・分離装置及び宇宙構造物の結合・分離機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星はロケットにより宇宙空間へ打ち上げられ、宇宙空間においてロケットからの人工衛星の分離あるいは人工衛星同士の分離が行われる。
【０００３】
従来、このような宇宙構造物の分離装置としては、火工品を用いる方法が一般的であった。この方法は、マルマンクランプバンドと称される爆破ボルト等の火工品で宇宙構造物同士を結合しておき、所定のタイミングでこれを爆破することにより分離を実現していたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
宇宙構造物同士の結合には強大な結合力が必要なことから、上記のようなマルマンクランプバンドが用いられていたものである。しかしながら火工品を用いる方法は信頼性が高いという利点はあるが、爆破時には大きな衝撃が発生するため、人工衛星や付近の構造物等に悪影響を与えるおそれがあり、このため小型や超小型人工衛星等の分離には適さず、また分離を含むミッションを掲げる人工衛星にもその使用は望ましいものではなかった。
【０００５】
そこで本発明は、強大な結合力を実現でき、しかも小さな力で衝撃なく簡単・確実に宇宙構造物等を分離させることができる結合・分離装置及び宇宙構造物の結合・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】
【０００６】
請求項１記載の結合・分離装置は、２本のバンドの一端部に互いに噛合う台形歯形部を形成して、互いの台形歯形部の噛合状態において双方のバンドに互いに張力を伝達するようにし、また一方の台形歯形部を他方の台形歯形部に垂直方向に押接するカム体と、このカム体を動作させるアクチュエータを備え、このアクチュエータによりカム体を動作させることにより前記押接状態を解除して台形歯形部を互いに離れる方向へ垂直移動させるようにした。
【０００７】
請求項２記載の宇宙構造物の結合・分離機構は、請求項１記載の結合・分離装置を用いる宇宙構造物の結合・分離機構であって、第１の宇宙構造物に装着された第１のシリンダと、第２の宇宙構造物に装着された第２のシリンダと、第１のシリンダと第２のシリンダを接合させた状態で前記バンドの他端部を固定する固定部と、前記バンドを第１のシリンダと第２のシリンダの外周面に沿って湾曲させて相隣る前記バンドの一端部の前記台形歯形部同士を互いに噛合わせた状態で、一方の前記台形歯形部の外面に前記カム体を押接して双方の台形歯形部同士を互いに噛合わせることにより第１の宇宙構造物と第２の宇宙構造物を結合し、また前記アクチュエータにより前記カム体を作動させて前記押接状態を解除し、前記バンドを拡開させることにより第１の宇宙構造物と第２の宇宙構造物を分離するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、アクチュエータを駆動してカム体を作動させ、バンドに対する押接状態を解除すればバンドは拡開し、その結果、他端部の台形歯形同士は互いに分離する。この場合、モータなどのアクチュエータはカムを作動させる力を有していればよいので、小容量の小さなアクチュエータによって、第１の宇宙構造物と第２の宇宙構造物等の分離を大きな衝撃なく簡単・確実に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は人工衛星を搭載したロケットの側面図、図２は結合・分離装置で結合された上下２個の人工衛星の側面図、図３は上下２個の人工衛星と結合・分離装置の分解斜視図、図４は結合・分離装置の分解斜視図、図５は人工衛星を分離させる補助用の分離ユニットの斜視図、図６（ａ）は結合・分離装置の締着状態の平面図、図６（ｂ）は結合・分離装置の締着解除時の平面図、図７（ａ）は係合部の断面図、図７（ｂ）は嵌合部の断面図、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は嵌合部の離脱状態を示す断面図、図９（ａ）、（ｂ）は台形歯形部の分離説明図である。
【００１０】
図１において、ロケット本体１の頭部には左右２個のフェアリング２が設けられており、その内部に宇宙構造物としての上下２個の第１の人工衛星３と第２の人工衛星４が収納されている。人工衛星３，４は結合・分離装置１０により分離自在に結合されている。またロケット本体１の下部には左右２個の補助ロケット５が備えられている。
【００１１】
次に、結合・分離装置１０の説明を行う。図２は、人工衛星３，４の結合状態を示している。人工衛星３，４の下面と上面にはリング状の取付板１０ａ、１０ｂが装着されている。取付板１０ａの下面には第１のシリンダ１１が取付けられており、取付板１０ｂの上面には第２のシリンダ１２が取付けられている。上下のシリンダ１１，１２は互いに接合して締着用のバンド１３により結合されている。また両人工衛星３，４の間には補助用の分離ユニット５０が複数個設けられている。
【００１２】
図３及び図４において、第１のシリンダ１１と第２のシリンダ１２は上下対称な同形同寸であって、短円筒形の本体１１ａ、１２ａの上部と下部にフランジ１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃがつば状に形成されている。フランジ１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃには取付板１０ａ、１０ｂにネジやビス（図示せず）で取り付けるための孔部１１ｄ、１２ｄが複数個開孔されている。
【００１３】
図３及び図４において、バンド１３はステンレス鋼板などの強いバネ力を有する素材により帯状に形成されている。バンド１３は複数個（本例では図３に示すように４個、但し図４では２個のみ図示）あり、それぞれ一端部の内面と外面に互いに噛合う係合部としての台形歯形部１４，１５が複数個形成されている。図９（ａ）において、台形歯形部１４，１５の噛合状態において、左右の双方のバンド１３には互いに引き離す方向に張力Ｔを伝達している。
【００１４】
また図３及び図４において、バンド１３の他端部には屈折部１６が形成されている。屈折部１６には孔部１７が開孔されている。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、４個のバンド１３はシリンダ１１，１２の外周面に沿って湾曲させてシリンダ１１，１２に巻回・締着されている。そして相隣るバンド１３の屈折部１６は間隔Ｗをおいて互いに対向し、孔部１７にボルト１８を挿通し、ボルト１８の端部にナット１９を螺着することにより、互いに結合されている。またバンド１３には、ストッパ３７、嵌合体４０（いずれも後述）を取付けるための孔部２１，２２が開孔されている。
【００１５】
次に、係合体３０ａ、３０ｂについて説明する。係合体３０ａ、３０ｂは、上記台形歯形部１４，１５同士の噛合状態の維持・解除を行うためのものであって、図４に示すように、台形歯形部１４の内側と台形歯形部１５の外側に位置し、互いに対向して配設されている。本例では図６（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視して１８０°離れた位置に２組設けられている。一方の係合体３０ａは、第２のシリンダ１２の上側フランジ１２ｃに装着されている。図４において、係合体３０ａ、３０ｂには互いに対向する孔部３１、３２が穿孔されている。孔部３１，３２にボルト３３を挿通することにより、両者３０ａ、３０ｂは一体的に結合される。この結合状態において、図４及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、外側の係合体３０ｂの内部には、長円形の横断面を有するカム体３４が収納される。
【００１６】
図４、図７において、カム体３４の偏心位置には回転軸３５が挿着される。回転軸３５はアクチュエータとしてのモータ３６に駆動されて回転する。図６（ａ）、（ｂ）は結合・分離装置の組立て状態を示している。バンド１３の孔部２１にストッパ３７のピン３７ａを挿入し、ピン３７ａの先端部はシリンダ１１又は１２の外面に溶接手段などにより固着されている。
【００１７】
図４及び図６（ａ）、（ｂ）及び図７において、係合体３０ａ、３０ｂはバンド１３の一端部の台形歯形部１４，１５を抱持するように互いに突き合わされ、孔部３１，３２にボルト３３を挿着して結合されている。
【００１８】
図６（ａ）、図９（ａ）は、この結合状態において、互いに係合した台形歯形部１４，１５に対して縦向きのカム体３４で一方の台形歯形部１５の外面に対して垂直方向に押接し、台形歯形部１４，１５同士を強く噛合わせている状態を示している（押接力Ｆ）。また図６（ｂ）、図９（ｂ）は、モータ３６を駆動してカム体３４を９０°回転させて横向きにした状態を示している。この状態で、隣接するバンド１３は、ボルト１８とナット１９による結合位置を固定部（支点）とし、自由端部である台形歯形部１４，１５側は、バンド１３自身の強いバネ力により外方へ拡開し、台形歯形部１４と台形歯形部１５の噛合状態は解除されている。バンド１３の拡開限度は、バンド１３がストッパ３７に当接することにより規定される。
【００１９】
次に、図４、図７（ｂ）を参照して、嵌合体４０を説明する。嵌合体４０はバンド１３の中央部内面にボルト４１により取付けられている。図７（ｂ）に示すように、嵌合体４０の内面にはテーパ状の内凹面４３が形成されている。シリンダ１１，１２のフランジ１１ｃ、１１ｃの外面は、この内凹面４３が接合するテーパ面となっている。図７（ｂ）に示すように、嵌合部４０の内凹面４３が被嵌合部であるフランジ１１ｃ、１２ｃに嵌合した状態で、シリンダ１１，１２は結合状態を維持する。
【００２０】
次に、図２、図３、図５を参照して分離ユニット５０を説明する。分離ユニット５０は、棒体５１と、棒体５１が挿入されたバネ材であるコイルスプリング５２から成っている。棒体５１の下端のつば部５３には孔部５４が開孔されており、孔部５４にネジやビスなどの止具（不図示）を挿入することにより、分離ユニット５０は下側の人工衛星４の上面に立設され、その状態でコイルスプリング５２は一方の人工衛星３を他方の人工衛星４から分離させる方向）のバネ力を有する。勿論、分離ユニット５０は上側の人工衛星３に設けてもよい。
【００２１】
この宇宙構造物の結合・分離機構は上記のような構成より成り、次に図６〜図９を参照して動作を説明する。図６（ａ）及び図７（ａ）、（ｂ）は、上下のシリンダ１１，１２（すなわち上下の人工衛星３，４）が結合された状態を示している。この状態で、長円形のカム体３４は図６（ａ）、図９（ａ）に示すようにバンド１３に対してタテ姿勢であり、台形歯形部１５の外面に垂直方向に押接して台形歯形部１４，１５を互いにしっかり係合させている。また図７（ｂ）に示すように、バンド１３の内側に設けられた嵌合体４０は、上下のシリンダ１１，１２のつば部１１ｃ、１２ｃはしっかり嵌合し、上下のシリンダ１１，１２（すなわち上下の人工衛星３，４）が分離しないように結合している。
【００２２】
さて、制御部（図外）からの指令によりモータ３６が駆動すると、カム体３４は９０°回転し、図６（ｂ）、図９（ｂ）に示すバンド１３に対してヨコ姿勢となる。すると、バンド１３は、ボルト１８とナット１９による固定部を支点とし、台形歯形部１４，１５が形成された自由端部側は締着バンド１３自身のバネ力により外側へ拡開する（矢印Ｎ１）。すると、図６（ｂ）、図９（ｂ）に示すように台形歯形部１４と台形歯形部１５は互いに離れる方向へ垂直移動する（矢印Ｎ４）。また、バンド１３の内側に装着された嵌合体４０は、図８（ａ）〜（ｂ）に示すようにシリンダ１１，１２のフランジ１１ｃ、１２ｃから離れる（矢印Ｎ２）。すると、上下のシリンダ１１，１２（すなわち上下の人工衛星３，４）は分離する（図８（ｃ）の矢印Ｎ３）。この場合、シリンダ１１は分離ユニット５０のコイルスプリング５２に蹴り上げられてシリンダ１２から積極的に分離される。以上により、第１の人工衛星３と第２の人工衛星４の分離は実現する。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、アクチュエータを駆動してカム体を作動させ、バンドに対する押接状態を解除すればバンドは拡開し、その結果、一端部の台形歯形部同士は互いに分離することにより、第１の宇宙構造物と第２の宇宙構造物等は分離する。この場合、モータなどのアクチュエータはカムを作動させる力を有していればよいので、小容量の小さなアクチュエータによって、第１宇宙構造物と第２の宇宙構造物等の分離を衝撃なく簡単・確実に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】人工衛星を搭載したロケットの側面図
【図２】結合・分離装置で結合された上下２個の人工衛星の側面図
【図３】上下２個の人工衛星と結合・分離装置の分解斜視図
【図４】結合・分離装置の分解斜視図
【図５】人工衛星を分離させる補助用の分離ユニットの斜視図
【図６】（ａ）結合・分離装置の締着状態の平面図（ｂ）結合・分離装置の締着解除時の平面図
【図７】（ａ）係合部の断面図（ｂ）嵌合部の断面図
【図８】（ａ）嵌合部の離脱状態を示す断面図（ｂ）嵌合部の離脱状態を示す断面図（ｃ）嵌合部の離脱状態を示す断面図
【図９】（ａ）台形歯形部の分離説明図（ｂ）台形歯形部の分離説明図
【符号の説明】
【００２５】
１  ロケット
３，４  人工衛星
１０  分離装置
１１  第１のシリンダ
１１ｃ  フランジ（被嵌合部）
１２  第２のシリンダ
１２ｃ  フランジ（被嵌合部）
１３  バンド
１４，１５  台形歯形部
１８  ボルト（固定部）
１９  ナット（固定部）
３０ａ、３０ｂ  係合体
３４  カム体
３６  モータ（アクチュエータ）
４０  嵌合体
５０  分離ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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