(57)【要約】【課題】フレキシブルジョイントの製造工程を簡略化することで製造コストの低減及び製造時間の短縮を図ることができるロケットモータと可動ノズルとを接続するフレキシブルジョイントを提供する。【解決手段】固体ロケットモータ１と可動ノズル５とを接続するフレキシブルジョイント１４であって、金属又は繊維強化複合材料からなる硬質隔壁１４ｂと、２０℃以上１２０℃以下の温度で両末端官能基を有する液状ゴムと硬化剤とを反応させ、液状ゴムを硬化することで形成された可撓性の軟質隔壁１４ａとを有し、硬質隔壁１４ｂと軟質隔壁１４ａは、リング形状であり、かつ、積層構造を構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体ロケットモータと可動ノズルとを接続するフレキシブルジョイントであって、
金属又は繊維強化複合材料からなる硬質隔壁と、
２０℃以上１２０℃以下の温度で両末端官能基を有する液状ゴムと硬化剤とを反応させ、該液状ゴムを硬化することで形成された可撓性の軟質隔壁とを有し、
前記硬質隔壁と軟質隔壁は、リング形状であり、かつ、積層構造を構成する、ことを特徴とするフレキシブルジョイント。
【請求項２】
前記液状ゴムは、液状ポリブタジエンゴム、液状イソプレンゴム、液状ポリサルファイド、シリコンゴムのいずれか１つ又はこれらの混合物である、ことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルジョイント。
【請求項３】
固体ロケットモータと可動ノズルとを接続するフレキシブルジョイントの製造方法であって、
金属又は繊維強化複合材料からなり、かつ、内径の異なるリング形状の複数の硬質隔壁と、リング形状の凹部を有する加工容器とを準備し、
（Ａ）前記凹部内において、前記複数の硬質隔壁を所定間隔を開けて重ね合わせて配置し、
（Ｂ）両末端官能基を有する液状ゴムと硬化剤とを混合した状態で前記硬質隔壁の隙間に流し込み、
（Ｃ）前記加工容器を２０℃以上１２０℃以下の温度で加熱し、前記液状ゴムを硬化させる、ことを特徴とするフレキシブルジョイントの製造方法。
【請求項４】
前記液状ゴムは、液状ポリブタジエンゴム、液状イソプレンゴム、液状ポリサルファイド、シリコンゴムのいずれか１つ又はこれらの混合物である、ことを特徴とする請求項３に記載のフレキシブルジョイントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルジョイントとその製造方法に関する。
【０００２】
従来、固体ロケットモータや宇宙機のスラスタにおいて、噴流ガスの方向を変えて推力方向の制御をするため、可動ノズルが用いられる。かかる可動ノズルをモータ等に結合する構造としては、「フレキシブルジョイント」が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、「フレキシブルジョイント」を採用した可動ノズルが開示されている。
図１は、特許文献１において開示された可動ノズルの構成図である。図１において、固体ロケットモータ４０のモータケース４１の尾部４２の開口縁に、フレキシブルジョイント４３を介してピッチ軸及びヨー軸回りに首振り可能に可動ノズル４４が取り付けられている。
尾部４２と可動ノズル４４との間にはリニアアクチュエータ４５が配置されており、リニアアクチュエータ４５を伸縮動作させて可動ノズル４４に首振り動作をさせることによって、噴流ガスの方向制御を行うようになっている。
【０００４】
モータ着火後のモータ内圧によりフレキシブルジョイント４３が変形し、可動ノズル４４の回転中心（ピボットポイント）がずれると、ノズル回転半径が変わってしまう。
したがって、高い制御精度を必要とする可動ノズルの場合、ノズル偏向角の誤差を補正するために、図１に示す構成のように、尾部４２と可動ノズル４４との間にノズル偏向角検出用のリファレンスロッド４７が配置される。
【０００５】
また、モータ着火時のノズル機軸方向変位により、リニアアクチュエータ４５に大きな衝撃荷重が作用するため、可動ノズル４４とリニアアクチュエータ４５との間には、リニアアクチュエータ４５に対する可動ノズルからの負荷荷重が最大運用荷重を超えた場合に作動して負荷荷重を軽減する緩衝装置４６が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、上記特許文献１に記載されているようなフレキシブルジョイントは、気密性と耐久性の観点から、一般に金属や繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰ）からなる硬質隔壁とゴムの積層構造になっている。
【０００８】
しかし、ゴムに天然ゴムやイソプレンゴム等の加硫ゴムを用いた場合、これらのゴムは固体のゴムであるため、図２（Ａ）及び（Ｂ）に記載するように、大型のフレキシブルジョイントを製造する場合においては、加圧加熱装置３１を用いることによって、積層構造３２の加熱処理（１２０〜１６０℃）に加えて形を成形するための加圧処理（０．５〜２ＭＰａ）を行う必要があった。
【０００９】
また、上記ゴムは、はじめに硬質隔壁を製造し、後に硬質隔壁面にゴムの層を貼り付け、その内側に硬質隔壁を設置し、再び硬質隔壁面にゴムの層を貼り付けるといった作業を外側から内側に順次に繰り返すという手順で加工を行う方法が一般的であるが、一層ずつ順番に積層する必要があるため、作業に多大な時間と手間を要す必要があるという問題点を有していた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、かかる問題点を解決するために考案されたものである。すなわち、フレキシブルジョイントの製造工程を簡略化することで製造コストの低減及び製造時間の短縮を図ることができるフレキシブルジョイントとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明によれば、固体ロケットモータと可動ノズルとを接続するフレキシブルジョイントであって、
金属又は繊維強化複合材料からなる硬質隔壁と、
２０℃以上１２０℃以下の温度で両末端官能基を有する液状ゴムと硬化剤とを反応させ、該液状ゴムを硬化することで形成された可撓性の軟質隔壁とを有し、
前記硬質隔壁と軟質隔壁は、リング形状であり、かつ、積層構造を構成する、ことを特徴とするフレキシブルジョイントが提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、固体ロケットモータと可動ノズルとを接続するフレキシブルジョイントの製造方法であって、
金属又は繊維強化複合材料からなり、かつ、内径の異なるリング形状の複数の硬質隔壁と、リング形状の凹部を有する加工容器とを準備し、
（Ａ）前記凹部内において、前記複数の硬質隔壁を所定間隔を開けて重ね合わせて配置し、
（Ｂ）両末端官能基を有する液状ゴムと硬化剤とを混合した状態で前記硬質隔壁の隙間に流し込み、
（Ｃ）前記加工容器を２０℃以上１２０℃以下の温度で加熱し、前記液状ゴムを硬化させる、ことを特徴とするフレキシブルジョイントの製造方法が提供される。
【００１３】
さらに、本発明において、前記液状ゴムは、液状ポリブタジエンゴム、液状イソプレンゴム、液状ポリサルファイド、シリコンゴムのいずれか１つ又はこれらの混合物である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、フレキシブルジョイントの原料として、硬化剤と反応し、２０℃以上１２０℃以下の温度で加熱することによって硬化する液状ゴムを用いることによって、加圧工程を省略することが可能になり、また、硬質隔壁の間に軟質隔壁を貼り付ける作業時間を短縮化させることが可能になるため、製造コストの低減及び製造時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】特許文献１に開示された従来の可動ノズルの構成図である。
【図２】従来技術におけるフレキシブルジョイント製造時の模式図である。
【図３】本発明における固体ロケットモータの模式図である。
【図４】本発明におけるフレキシブルジョイント周辺の構成図である。
【図５】本発明における硬質隔壁を設置した場合の加工容器の斜視図である。
【図６】本発明における硬質隔壁を設置した場合の加工容器の断面図である。
【図７】本発明における硬質隔壁を設置した場合の加熱容器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための実施形態を図面に基づいて説明する。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。
【００１７】
図３は、本発明における固体ロケットモータの模式図である。
この図において、１は固体ロケットモータ、５は可動ノズル、２１は燃焼室、２２は燃焼ガスである。また、Ａは後述するフレキシブルジョイント周辺を示している。
【００１８】
固体ロケットモータ１は、内部に燃料を搭載した燃焼室２１を有しており、ここで燃料を燃焼させることによって発生した燃焼ガス２２を可動ノズル５から外部に向けて噴射することによって、推進力を得て前進する構成になっている。
図中のＡは、後述するフレキシブルジョイント１４周辺についての位置を示しており、後述するように、かかる部位によって可動ノズル５の噴射方向の制御を可能にしている。
【００１９】
図４（Ａ）は、本発明におけるフレキシブルジョイント周辺の構成図であり、図４（Ｂ）は、フレキシブルジョイントの拡大図である。
この図において、１は固体ロケットモータ、３はモータケース、４はノズル取付部、５は可動ノズル、１４はフレキシブルジョイント、１４ａは軟質隔壁、１４ｂは硬質隔壁、１４ｃは断熱フレキシブルジョイント、１４ｄは構造フレキシブルジョイントである。
【００２０】
固体ロケットモータ１のモータケース３には、可動ノズル５を取り付けるためのノズル取付部４が設けられている。モータケース３には高温の燃焼ガスを発生させる固体推進剤が充填されている。
【００２１】
可動ノズル５とノズル取付部４との間には、伸縮駆動するアクチュエータ（図示しない）が配置されている構成であってもよい。このアクチュエータを伸縮駆動させることで、可動ノズル５をピッチ軸回り及びヨー軸回りに首振り動作させることが可能であり、これにより、噴流ガスの方向制御を行うことが可能になる。
【００２２】
フレキシブルジョイント１４は、可動ノズル５とノズル取付部４の間に配置され、可動ノズル５を偏向（首振り）可能に支持すると共に、可動ノズル５とノズル取付部４との間の気密性を確保するように周方向に延びるリング状の積層構造になっており、可動ノズル５の機軸周りの回転を拘束する。上記積層構造は、軟質隔壁１４ａと硬質隔壁１４ｂとを交互に多数積層したものであり、積層方向には相対的に剛性が高いが、層に沿う方向には弾性を有しているため変形する。
【００２３】
フレキシブルジョイント１４を構成する軟質隔壁１４ａは、硬化剤と反応し、２０℃以上１２０℃以下で加熱されることで硬化する両末端官能基を有する液状ゴムであり、具体的には、液状ポリブタジエンゴム、液状イソプレンゴム、液状ポリサルファイド、シリコンゴム等であることが望ましい。
【００２４】
また、従来においては、天然ゴムやイソプレンゴムといった固形のゴムをタイル状に貼り付けることでフレキシブルジョイント１４を製造しているため、貼り付ける際に生じる隙間に空気が残ってしまう場合があった。
そのため、この場合においては、この空気を押し出すために高い圧力での加圧を行う必要があった。
【００２５】
この点に対して、本発明においては、製造時において液状である液状ゴムを用いるため、空気の混入を防止することが可能になった。
よって、従来のような高圧での加圧を行う必要がなくなるため、製造工程において加圧装置が不要になり、コストの低減を図ることができるという効果を有している。
【００２６】
また、製造された硬質隔壁１４ｂに液状ゴムを注入する作業についても、従来使用していた固形のゴムを硬質隔壁に貼り付ける場合と比較して、作業時間を短縮させることが可能になる。
【００２７】
なお、本発明において用いる硬化剤は、液状ゴムが液状ポリブタジエンゴム又は液状イソプレンゴムである場合には、ヘキサメチレンジイソシアネートやイソホロンジイソシアネート等のイソシアネート系硬化剤であることが望ましい。また、液状ゴムがポリサルファイドである場合には、二酸化マンガン及びフタル酸系可塑剤、さらに液状ゴムがシリコンゴムである場合には、触媒系接着剤を硬化剤として用いることが望ましい。
【００２８】
フレキシブルジョイント１４を構成する積層構造の硬質隔壁１４ｂは、金属板やＦＲＰなどで構成できるが、断熱性を高めるための断熱フレキシブルジョイント１４ｃ、強度を高めるための構造フレキシブルジョイント１４ｄに分けることができる。
断熱フレキシブルジョイント１４ｃは、断熱性を高める必要があるため、ＦＲＰなどのプラスチック系材料であるのが好ましく、構造フレキシブルジョイント１４ｄは、強度を高めるために金属によって形成されることが好ましい。
【００２９】
図５は、本発明における硬質隔壁を設置した場合の加工容器の斜視図であり、図６は、本発明における硬質隔壁を設置した場合の加工容器の断面図である。
この例において、２１は加工容器、２１ａは中央部、２１ｂは側面部、２１ｃは上部、２２は凹部、２６はタンク、２７は液状ゴム、２８は真空ポンプである。
【００３０】
加工容器２１は、中央部において凹部２２を有する側面部２１ｂ、配置された硬質隔壁１４ｂの中空部に設置する中央部２１ａ、側面部２１ｂにおける凹部２２において密閉空間を作るための上部２１ｃからなる。中央部２１ａ及び側面部２１ｂは、配置した硬質隔壁１４ｂの高さよりも高く設計する必要がある。
この例において、凹部２２は、硬質隔壁１４ｂを設置するために、底面が水平になっており、この底面と硬質隔壁１４ｂが密着する形で設置される。
なお、硬質隔壁１４ｂの底面が水平でない場合には、凹部２２の底面についても、これに合わせて設計することが可能である。
【００３１】
フレキシブルジョイント１４は、加工容器２１を用いることによって、以下の手順で製造することができる。
（１）側面部２１ｂにおける凹部２２において、内径の異なるリング形状である複数の硬質隔壁１４ｂを、液状ゴム２７を流し込むための間隔を維持させながら設置する。
（２）中央部２１ａ及び上部２１ｃによって、内部の密閉を行う。
（３）真空ポンプ２８を使用して上記密閉された空間を真空にする。
（４）タンク２６に格納されている液状ゴム２７と硬化剤（図示しない）とを混合した状態で、硬質隔壁１４ｂの隙間に流し込む。
（５）２０℃以上１２０℃以下の温度で加熱を行うことによって、液状ゴム２７を硬化させ、軟質隔壁１４ａを形成する。
【００３２】
上記方法において、硬質隔壁１４ｂが格納された内部空間は真空になっているため、液状ゴム２７を流し込む際に空気の混入を防ぐことができる。
【００３３】
また、この加工容器２１を用いることによって、複数の硬質隔壁１４ｂを重ね合わせる形で配置した後に、その隙間に液状ゴムを流し込んだ場合であっても、硬化する前の液状ゴムが硬質隔壁１４ｂの隙間等から流れ出ることを防止しながら加工を行うことができる。
【００３４】
図７は、本発明における硬質隔壁を設置した場合の加熱容器の断面図である。
この例において、２３はヒーター、２５は加熱容器である。
【００３５】
加熱容器２５は円柱形状であり、内部の側面に一周するようにヒーター２３が設置されている。このヒーター２３によって、液状ゴム２７を硬化させ、フレキシブルジョイント１４の形状を成形させることができる。
この例において、ヒーター２３は、加熱容器２５の内部における側面に設置されているが、例えば、加熱容器２５の内部における上面に設置されていてもよい。
また、加熱容器２５は、液状ゴムを十分に硬化させることができれば、例えば、直方体形状であってもよく、さらに、密閉していない構造であってもよい。
【００３６】
前記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、前記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００３７】
１  固体ロケットモータ、３  モータケース、４  ノズル取付部、
５  可動ノズル、１４  フレキシブルジョイント、
１４ａ  軟質隔壁、１４ｂ  硬質隔壁、
１４ｃ  断熱フレキシブルジョイント、
１４ｄ  構造フレキシブルジョイント、
２１  加工容器、２１ａ  中央部、２１ｂ  側面部、２１ｃ  上部、
２２  凹部、２３  ヒーター、２５  加熱容器、
２６  タンク、２７  液状ゴム、２８  真空ポンプ
【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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