(57)【要約】      （修正有）【課題】分離機構を大型化することなく必要数を減らすことができるノーズフェアリングの開頭機構を提供する。【解決手段】ノーズフェアリング２０が、複数のセグメント２４、ノーズキャップ２２、及び分離装置２８で構成される。複数のセグメント２４は、機軸の周方向に分割された独立セグメントと従属セグメントを有する。ノーズキャップ２２は、セグメント２４の先端部を把持する把持部２３を有する。分離装置２８は、把持部２３を先端部から離脱させる。セグメント２４は、末端部にヒンジ２６を有し、機体１４に設けられた回転軸１５を介して機体１４に連結されている。独立セグメントは、開頭時に、遠心力で、単独に、回転軸１５を中心に外方に回動する。従属セグメントは、独立セグメントにより周方向端部が係止され、独立セグメントの回動開始後に、遠心力で外方に回動する。【選択図】図８
2019077278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノーズフェアリングが、機軸の周方向に分割された複数のセグメントと、複数の前記セグメントの機軸方向先端部を把持する把持部を有するノーズキャップと、前記把持部を前記機軸方向先端部から離脱させる分離装置と、で構成され、
前記セグメントは、その機軸方向末端部にヒンジを有し、該ヒンジは、機体に設けられた回転軸を介して前記機体に連結され、
複数の前記セグメントは、開頭時に、前記機軸まわりの前記機体の回転による遠心力で、単独に、前記回転軸を中心に外方に回動する独立セグメントと、
前記独立セグメントにより周方向端部が係止され、前記独立セグメントの回動開始後に、前記遠心力で前記外方に回動する従属セグメントと、を有する、ノーズフェアリングの開頭機構。
【請求項２】
前記ヒンジは、前記回転軸に嵌合し機軸方向末端部が開口したＵ字状の機軸方向溝と、前記回転軸から間隔を隔てて平行に位置する固定軸と、を有し、
前記機体は、前記固定軸に嵌合し前記回転軸を中心とし半径方向外方が開口したＵ字状の半径方向溝を有する、請求項１に記載のノーズフェアリングの開頭機構。
【請求項３】
複数の前記セグメントの分割部は、前記機軸に対しねじれのない曲線、又は前記機軸を中心とする螺旋である、請求項１に記載のノーズフェアリングの開頭機構。
【請求項４】
前記セグメントの分割部は、気密にシールされている、請求項１に記載のノーズフェアリングの開頭機構。
【請求項５】
前記ノーズキャップは、機軸方向先端側に移動可能に、前記セグメントの１つに連結されている、請求項１に記載のノーズフェアリングの開頭機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロケットのフェアリングに係り、さらに詳しくは、ノーズフェアリングの開頭機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
惑星探査等のミッションを目的とするロケットは、通常、多段式ロケットであり、その先端部に人工衛星等を搭載する。
ロケット先端部の衛星搭載部分（衛星包絡域）を囲むフェアリングをノーズフェアリングと呼ぶ。
ノーズフェアリングは、人工衛星等を外部（宇宙空間等）に放出する際に、２以上に分割され、人工衛星等と干渉せずに外側に離脱する必要がある。この機構を開頭機構と呼ぶ。
【０００３】
上述したフェアリングの開頭機構は、例えば特許文献１、２、及び非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８５６９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２０７９８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Ｍ−Ｖロケットの構造・機構”、［ｏｎｌｉｎｅ］、宇宙航空研究開発機構特別資料、２００８年２月、［平成２９年４月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ．ｅｘｓｔ．ｊａｘａ．ｊｐ／ｄｓｐａｃｅ／ｂｉｔｓｔｒｅａｍ／ａ−ｉｓ／３５５０９／１／６４１１２００４．ｐｄｆ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、３段式ロケット１の一例を示す図である。この３段式ロケット１は、２つの段接手２ａ，２ｂにより連結された３段のロケット３ａ，３ｂ，３ｃからなる。ノーズフェアリング４は、３段ロケット３ｃの衛星搭載部分（衛星包絡域）を囲んでいる。
【０００７】
図２は、ノーズフェアリング４の側面図である。
ノーズフェアリング４は、この例では円筒形部分（シリンダ部５ａ）、円錐形部分（コーン部５ｂ）、及び、先端部分（ノーズキャップ５ｃ）からなる。
【０００８】
ノーズフェアリング４の分割位置は、この例では、３つの円形分割位置６ａ，６ｂ，６ｃと、２つの直線分割位置７ａ，７ｂである。
【０００９】
以下、円形分割位置６ａ，６ｂ，６ｃを分離する機構を、「曲分離機構」と呼び、直線分割位置７ａ，７ｂを分離する機構を、「直分離機構」と呼ぶ。また、特に必要な場合を除き、両者を単に「分離機構」と呼ぶ。
【００１０】
図３は、従来の分離機構８の一例を示す図であり、（Ａ）は分離前、（Ｂ）は分離後である。
この例において、互いに隣接してノーズフェアリング４の一部を構成する２つのセグメント９を第１セグメント９ａと第２セグメント９ｂと呼ぶ。
【００１１】
図３（Ａ）において、第１セグメント９ａにはプレート１０が挿入されており、シェアピン１１によってプレート１０と第１セグメント９ａとが結合されている。また、第１セグメント９ａとプレート１０に囲まれる部分には、紐状の火薬を中心に装填した扁平管１２が挿入されている。
この分離機構８は、図３（Ｂ）に示すように、扁平管１２の火薬を発火することにより、扁平管１２が円形になる力が働き、その力によりシェアピン１１が切断され、第１セグメント９ａと第２セグメント９ｂを分離するようになっている。
【００１２】
上述した従来の分離機構８は、第１セグメント９ａと第２セグメント９ｂを分離して、例えば、二枚貝が貝を開くようにノーズフェアリング４を開頭する。
【００１３】
しかし、図２に示したノーズフェアリング４において、分離機構８は、セグメント９の各分離箇所に必要であり、全体として多数（例えば１０以上）の分離機構８が必要となる。
また、分離機構８には、ノーズフェアリング４に作用する外力が作用する。そのため、分離機構８に作用する荷重が大きく、分離機構８が大型化する。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、分離機構を大型化することなく必要数を減らすことができるノーズフェアリングの開頭機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、ノーズフェアリングが、機軸の周方向に分割された複数のセグメントと、複数の前記セグメントの機軸方向先端部を把持する把持部を有するノーズキャップと、前記把持部を前記機軸方向先端部から離脱させる分離装置と、で構成され、
前記セグメントは、その機軸方向末端部にヒンジを有し、該ヒンジは、機体に設けられた回転軸を介して前記機体に連結され、
複数の前記セグメントは、開頭時に、前記機軸まわりの前記機体の回転による遠心力で、単独に、前記回転軸を中心に外方に回動する独立セグメントと、
前記独立セグメントにより周方向端部が係止され、前記独立セグメントの回動開始後に、前記遠心力で前記外方に回動する従属セグメントと、を有する、ノーズフェアリングの開頭機構が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ノーズキャップの把持部により、複数のセグメントの機軸方向先端部が把持されている。また、ノーズキャップを機軸方向先端側に移動する分離装置を備える。従って、分離装置により、ノーズキャップを機軸方向先端側に移動し、その把持部を各セグメントの機軸方向先端部から離脱させることができる。
【００１７】
セグメントは、機軸方向末端部にヒンジを有するので、ノーズキャップの把持部が離脱すると、機体の回転による遠心力が外向きに作用し、各セグメントを花が開花するように開頭させることができる。
【００１８】
従って、単一の分離装置により複数のセグメントを開頭させることができ、分離機構を大型化することなく必要数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】３段式ロケットの一例を示す図である。
【図２】ノーズフェアリングの側面図である。
【図３】従来の分離機構の一例を示す図である。
【図４】本発明によるノーズフェアリングの開頭機構の第１実施形態を示す側面図である。
【図５】ヒンジの一例を示す図である。
【図６】図４のＣ部の断面図である。
【図７】図４のＡ−Ａ断面図（Ａ）とＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。
【図８】本発明によるノーズフェアリングの開頭機構の第２実施形態を示す側面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ断面図（Ａ）とＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。
【図１０】本発明によるノーズフェアリングの開頭機構の第３実施形態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
図４は、本発明によるノーズフェアリング２０の開頭機構の第１実施形態を示す側面図である。
この図において、ノーズフェアリング２０は、ノーズキャップ２２と、機軸の周方向に分割された複数のセグメント２４とで構成される。
【００２２】
この例において、複数のセグメント２４の分割部２１は、機軸に対しねじれのない曲線である。
【００２３】
各セグメント２４は、その機軸方向末端部２４ｂ（図の下端）に、ヒンジ２６を有する。ヒンジ２６は、機体１４に設けられた回転軸１５を介して機体１４に連結され、セグメント２４を回転軸１５を中心に外方に回動し、かつ機体１４から離脱させるようになっている。
ここで、機体１４とは、ノーズフェアリング２０を有するロケット（例えば３段ロケット３ｃの本体部分である。
【００２４】
図５は、ヒンジ２６の一例を示す図である。この図は、（Ａ）〜（Ｄ）の順で、機体１４からセグメント２４が離脱する状態を示している。
【００２５】
図５（Ａ）は、離脱前を示している。この図において、ヒンジ２６は、機体１４に設けられた回転軸１５に嵌合し機軸方向末端部が開口したＵ字状の機軸方向溝２６ａと、回転軸１５から間隔を隔てて平行に位置する固定軸２７と、を有する。
また、機体１４は、固定軸２７に嵌合し回転軸１５を中心とし半径方向外方が開口したＵ字状の半径方向溝１６を有する。
上述した構成により、図５（Ａ）に示すように、回転軸１５と機軸方向溝２６ａとの嵌合により、ヒンジ２６に作用する半径方向の力を回転軸１５で支持することができる。また、固定軸２７と半径方向溝１６との嵌合により、ヒンジ２６に作用する機軸方向の力を半径方向溝１６で支持することができる。
【００２６】
図５（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、セグメント２４の先端部２４ａを開放した状態を示している。
セグメント２４の先端部２４ａが開放され、セグメント２４に半径方向外方向きの外力（例えば遠心力）が作用すると、セグメント２４は回転軸１５を中心にして外方に傾動（開頭）する。
この傾動（開頭）の初期には、（Ｂ）（Ｃ）に示すように、固定軸２７と半径方向溝１６とが嵌合しているため、回転軸１５と機軸方向溝２６ａとの嵌合が維持される。
【００２７】
次いで、（Ｄ）に示すように、所定の角度で固定軸２７と半径方向溝１６との嵌合が外れると、回転軸１５と機軸方向溝２６ａとの嵌合も外れるので、機体１４からセグメント２４が離脱する。
【００２８】
上述したヒンジ２６の構成により、セグメント２４の先端部２４ａを開放するだけで、機体１４からセグメント２４を離脱させることができる。すなわちヒンジ２６は、回転軸１５を中心に回転する所定の角度（例えば６０〜７０度）で機体１４から離脱するようになっており、開頭後に自動的に離脱する。
【００２９】
図６（Ａ）は、図４のＣ部の断面図である。
この図において、ノーズキャップ２２は、複数のセグメント２４の機軸方向先端部２４ａ（図の上端）を把持する把持部２３を有する。把持部２３は、この例では、機軸を中心とする内面を有するリング状部材であり、ノーズキャップ２２の下端内側に一体的に固定されている。
また、先端部２４ａには、把持部２３と機軸方向に嵌合する外面を有する支持部材２４ｃが上端内側に一体的に固定されている。
【００３０】
図６（Ａ）において、開頭機構は、さらに、分離装置２８を備える。
分離装置２８は、開頭時に、ノーズキャップ２２を機軸方向先端側（図で上側）に移動し、把持部２３を先端部２４ａから離脱させる。
【００３１】
分離装置２８は、この例では、シリンダ２８ａとピストンロッド２８ｂとを有する。
シリンダ２８ａはブラケット２８ｃを介してセグメント２４の１つに固定され、ピストンロッド２８ｂの先端はノーズキャップ２２の一部に接している。
分離装置２８は、例えば火薬のガス圧でピストンロッド２８ｂをシリンダ２８ａから突出させ、ノーズキャップ２２を機軸方向先端側（図で上側）に移動するようになっている。
またこの例で、ノーズキャップ２２は、機軸方向先端側に移動可能に、把持部２３（又は支持部材２４ｃ）を介してセグメント２４の１つに連結されている。
【００３２】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の別の実施形態図である。
この図において、シリンダ２８ａとピストンロッド２８ｂは、電動又はガス圧式の直動アクチュエータである。その他の構成は図６（Ａ）と同様である。
かかる直動アクチュエータを用いることにより、火薬を用いないので、打ち上げ前の地上で動作確認を行うことができ、確実な動作を保証することができる。
【００３３】
図７は、図４のＡ−Ａ断面図（Ａ）とＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。
この図において、４つのセグメント２４は、２つの独立セグメント２５Ａと２つの従属セグメント２５Ｂとからなる。
【００３４】
独立セグメント２５Ａと従属セグメント２５Ｂの周方向両端部には、突起部２４ｄ、２４ｅがそれぞれ設けられている。
従って、複数のセグメント２４の分割部２１において、独立セグメント２５Ａの突起部２４ｄは、従属セグメント２５Ｂの突起部２４ｅの外側に半径方向に重なって位置する。
【００３５】
上述した構成により、独立セグメント２５Ａは、開頭時に、機体１４の回転による遠心力で、単独に、回転軸１５を中心に外方に回動することができる。
また、従属セグメント２５Ｂは、独立セグメント２５Ａにより周方向端部が係止されており、独立セグメント２５Ａの回動開始後に、それに追従して機体１４の回転による遠心力で、従属して、回転軸１５を中心に外方に回動することができる。
【００３６】
なお、複数のセグメント２４の分割部２１は、図示しないシール部材により、気密にシールされている。このシール部材は、セグメント２４の開頭に対する抵抗が小さい材料で構成されているのがよい。
【００３７】
上述した本発明の第１実施形態によれば、各セグメント２４の末端部２４ｂは、ヒンジ２６を介して機体１４に連結され、先端部２４ａは、ノーズキャップ２２の把持部２３により把持されている。
従って、ノーズフェアリング２０の開頭前に、各セグメント２４を定位置に保持することができる。
【００３８】
また、分離装置２８を備えるので、開頭時に、分離装置２８により、ノーズキャップ２２を機軸方向先端側に移動し、その把持部２３を各セグメント２４の機軸方向先端部２４ａから離脱させることができる。
【００３９】
各セグメント２４は、機軸方向末端部２４ｂにヒンジ２６を有するので、機軸方向先端部２４ａがノーズキャップ２２から離脱すると、機体１４の回転による遠心力が外向きに作用し、各セグメント２４を花が開花するように開頭させることができる。
【００４０】
各セグメント２４が回転軸１５を中心に外方に回動すると、機体全体の機軸まわりの慣性モーメントが大きくなるので、機体１４の回転速度を減速することができる。
また、ヒンジ２６は、回転軸１５を中心に回転する所定の角度（例えば６０〜７０度）で機体１４から離脱するようになっており、開頭後に自動的に離脱する。
【００４１】
従って、単一の分離装置２８により複数のセグメント２４を開頭させることができ、分離機構を大型化することなく必要数を減らすことができる。
【００４２】
また、複数のセグメント２４を同一又は類似の大きさ及び形状にできるので、構成部分（セグメント２４）を小型化して製造設備を小さくでき、量産効果による低コスト化ができる。
【００４３】
図８は、本発明によるノーズフェアリング２０の開頭機構の第２実施形態を示す側面図である。
この図において、複数のセグメント２４の分割部２１は、機軸を中心とする螺旋である。
【００４４】
図９は、図８のＡ−Ａ断面図（Ａ）とＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。
この図において、４つのセグメント２４は、２つの独立セグメント２５Ａと２つの従属セグメント２５Ｂとを有する。
【００４５】
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４６】
上述した本発明の第２実施形態によれば、各セグメント２４の末端部２４ｂは、ヒンジ２６を介して機体１４に連結され、先端部２４ａは、ノーズキャップ２２の把持部２３により把持されている。
従って、ノーズフェアリング２０の開頭前に、各セグメント２４を定位置に保持することができる。
【００４７】
また、この実施形態では、セグメント２４の分割部２１が、機軸を中心とする螺旋であるため、各セグメント２４に作用する軸方向又は半径方向の力を螺旋の分割部２１を介して隣接するセグメント２４に伝達することができる。これにより、セグメント２４の応力と荷重の分散化ができ、セグメント２４を軽量化できる。
その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００４８】
図１０は、本発明によるノーズフェアリング２０の開頭機構の第３実施形態を示す側面図である。
この図において、ノーズフェアリング２０は、図２と同様に、円筒形部分（シリンダ部２９ａ）、円錐形部分（コーン部２９ｂ）、及び、先端部分（ノーズキャップ２２）からなる。
その他の構成と効果は、第２実施形態と同様である。
【００４９】
なお本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ３段式ロケット、２ａ，２ｂ  段接手、３ａ  １段ロケット、
３ｂ  ２段ロケット、３ｃ  ３段ロケット４  ノーズフェアリング、
５ａ  シリンダ部、５ｂ  コーン部、５ｃ  ノーズキャップ、
６ａ，６ｂ，６ｃ  円形分割位置、７ａ，７ｂ  直線分割位置、
８  分離機構、９  セグメント、９ａ  第１セグメント、
９ｂ  第２セグメント、１０  プレート、１１  シェアピン、
１２  扁平管、１４  機体、１５  回転軸、１６  半径方向溝、
２０  ノーズフェアリング、２１  分割部、２２  ノーズキャップ、
２３  把持部、２４  セグメント、２４ａ  先端部、２４ｂ  末端部、
２４ｃ  支持部材、２４ｄ、２４ｅ  突起部、２５Ａ  独立セグメント、
２５Ｂ  従属セグメント、２６  ヒンジ、２６ａ  機軸方向溝、
２７  固定軸、２８  分離装置、２８ａ  シリンダ、２８ｂ  ピストンロッド、
２８ｃ  ブラケット、２９ａ  シリンダ部、２９ｂ  コーン部
【図１】
2019077278.tif 000003
【図２】
2019077278.tif 000004
【図３】
2019077278.tif 000005
【図４】
2019077278.tif 000006
【図５】
2019077278.tif 000007
【図６】
2019077278.tif 000008
【図７】
2019077278.tif 000009
【図８】
2019077278.tif 000010
【図９】
2019077278.tif 000011
【図１０】
2019077278.tif 000012