(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体水素タンクと液体酸素タンクとを有する上段ロケット２の前端のフランジ２ａとペイロード１の後端のフランジ１ａとを全周で包囲して、上段ロケット２とペイロード１とを連結するとともに、上段ロケット２の噴射終了後分離する環状のクランプバンド８であって、内面に上記２個のフランジ１ａ、２ａの外周側を収容する溝８ｃを有する２個の半円形の部材８ａ、８ｂで構成され、該半円形の部材８ａ、８ｂの一端は外方に向かって突出した凸形の締結部８ｅになっており、他端は内側に開いた凹形の締結部８ｄになっていて、凹凸を組み合わせて環状を形成するようになっており、上記半円形の部材８ａ、８ｂの内の少なくとも１個が形状記憶合金製で、内部に、噴射終了時に液体水素タンクと液体酸素タンクのいずれか一方に残っている液体水素または液体酸素を流通させる通路９を有していて、その通路９に液体水素または液体酸素を流通させると半円形の部材８ｂの曲率半径が増大して部材８ａ、８ｂ同士の結合が解除され、上段ロケット２とペイロード１とが分離するようになっていることを特徴とするロケットとペイロードとのクランプバンド。
【請求項２】
上記半円形の部材８ａ、８ｂの凸形の締結部８ｅの一方の面は上記フランジ１ａ、２ａ中心線を含む平面になっており、他方の面は外方に向かって上記平面に近づく斜面になっており、上記半円形の部材８ａ、８ｂの凹形の締結部８ｄの内面は上記凸形の締結部８ｅの外形と対応した形状になっている請求項１記載のロケットとペイロードとのクランプバンド。
【請求項３】
上段ロケット２前端のフランジ２ａとペイロード１後端のフランジ１ａとの間にスペーサ７が設けられ、クランプバンドは冗長系として２個並列に設けられている請求項１または請求項２記載のロケットとペイロードとのクランプバンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は上段ロケットと人口衛星などのペイロードとの結合・分離装置に使用するクランプバンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気を必要とするジェットエンジンに対して、真空中で自分の持っている燃料と酸化剤を燃焼させて推進するものをロケットという。ロケットの推進薬は、燃料と酸化剤から構成されているが、固体（ポリウレタン、硝酸アンモンなど）と液体（ヒトラジンなど）がある。固体は取り扱いに便利、必要なときにすぐ発射できるなどの利点があるが、一旦点火したらその後の制御ができないなどの欠点がある。固体ロケットは、大型ロケットのブースタとして使用することもある。大型ロケットの推進薬は、ほとんどが液体で、最近は液体水素と液体酸素の組み合わせの液水ロケットが主流になっている。
【０００３】
図３ないし図５は、ロケットとペイロードの従来の分離機構の図面であり、図３はロケットとペイロードの側面図、図４は従来のクランプバンドの斜視図、図５は割れナットの説明図である。図３において、１は人工衛星などのペイロードである。ペイロード１の後端にはフランジ１ａが設けられている。２は上段（または最終段）ロケットである。上段ロケット２の前端にはフランジ２ａが設けられている。２ｂは推進薬タンクであり、液体水素タンクと液体酸素タンクが前後に別々に設けられている。
【０００４】
３は一対のフランジ１ａ、７ａまたはフランジ７ａ、２ａを包囲するクランプバンドであり、７はスペーサである。クランプバンド３が２個並んで設けられているのは、もし一方の火薬が着火しなくても、もう１つの方が着火すれば外れるような工夫であり、冗長系（リダンダンシィ）として採用されている。しかし、信頼性が高い場合は、クランプバンド３は１個でもよく、その場合はスペーサ７は不要である。
【０００５】
クランプバンド３は、２個の半円形の部材３ａからなり、各部材３ａは両端にフランジ部３ｄを有しており、フランジ部３ｄにはボルト孔３ｃが穿設されている。部材３ａの内側にはＵ字状の溝３ｂが設けられていて、その溝３ｂ内にフランジ１ａ、７ａまたはフランジ７ａ、２ａを収容して、ペイロード１とロケット２を連結している。４はナット、５はボルトであり、このボルト・ナット５、４により、一対の部材３ａ、３ａを締結している。ナット４は図５に示すように割れナットである。
【０００６】
以下、図５について説明する。ナット４は中心線を通る放射状の平面によって４個ないし６個に分割されており、各分割片はホルダ６によって支持されている。ホルダ６は火薬室６ｅとピストン６ｃを収容するケーシング６ｄとケーシング６ｄとから支持されるリング６ｂと先端にナット４の各分割片が固着された２本ないし３本のＵ字状に形成された板ばね６ａとからなる。板ばね６ａは花の蕾状にナット４の各分割片を狭窄する方向に付勢するとともに、板ばね６ａの底部中心はピストン６ｃをケーシング６ｄに押し付けている。６ｆは火薬室６ｅの火薬に点火する点火栓である。
【０００７】
点火栓６ｆに通電して火薬に点火すると、ピストン６ｃは矢印６gの方向にケーシング６ｄから飛び出し、リング６bとピストン６ｃにより板ばね６ａの底部は上方に向かって凸状に変形し、板ばね６ａの先端は花びらが開くように矢印６ｈ方向に拡がり、ナット４の各分割片はボルト５から離れる。したがって、一対の部材３ａ、３ａのボルト・ナット５、４による締結は解除され、クランプバンド３は分離して、ペイロード１と上段ロケット２とが分離する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ペイロード１と上段ロケット２との分離が、以上述べたように火工品により行われると、作動時に数千Ｇの高い衝撃が発生するため、人工衛星などのペイロードに高い耐衝撃性が求められ、構造重量が嵩む原因となっている。
【０００９】
本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、ペイロード１と上段ロケット２の分離機構に火工品を使用せず、クランプバンドに形状記憶性合金を使用して、その変形を利用して分離を行うようにし、ペイロードの重量の軽減を図ることができるロケットとペイロードのクランプバンドを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のロケットとペイロードのクランプバンドは、上段ロケットの前端のフランジとペイロードの後端のフランジとを全周で包囲して、上段ロケットとペイロードとを連結するとともに、上段ロケットの噴射終了後分離する環状のクランプバンドであって、２個の半円形の部材で構成され、その内の少なくとも１個が形状記憶合金製で、内部に極低温の推進薬の通路を有していて、推進薬を流通させると部材の曲率半径が増大して部材同士の結合が解除され、上段ロケットとペイロードとが分離するようになっているものである。
【００１１】
半円形の部材は、一端が凸形に、他端が凹形に形成されていて、凹凸を組み合わせて環状を形成するようになっているのが好ましい。
【００１２】
上段ロケット前端のフランジとペイロード後端のフランジとの間にスペーサが設けられ、クランプバンドは２個並列に設けられていれば信頼性が向上する。
【００１３】
次に本発明のロケットとペイロードのクランプバンドの作用を説明する。内側にＵ字状の溝を有し、両端に締結部を有する２個の半円形の部材を組み合わせて環状に形成し、上段ロケットの前端のフランジとペイロードの後端のフランジの周縁部を包囲して、上段ロケットとペイロードとを連結する。２個の半円形の部材の内の少なくとも１個は形状記憶合金製であり、内部に極低温の推進薬の流通可能な通路が形成されている。形状記憶合金製の部材は、常温では半円形であり、極低温に冷却すると曲率半径が大きくなるように作られている。したがって、通路に極低温の推進薬を流すと冷却されて曲率半径が大きくなり、締結部の締結が解除され、クランプバンドはばらばらになり、上段ロケットとペイロードとは分離する。
【００１４】
このように、本発明のクランプバンドは、従来のように火工品を使用しないので、ペイロードに大きな衝撃が発生しない。したがって、人工衛星などのペイロードに大きな耐衝撃性を付与する必要がなく、重量低減が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に本発明のロケットとペイロードのクランプバンドの平面図である。図２はクランプバンドの一方の部材の斜視図である。これらの図において、８はクランプバンドである。クランプバンド８は内側にＵ字状の溝８ｃを有していて、上段ロケット２の前端のフランジ２ａとペイロード１の後端のフランジ１ａの周縁部を全周で包囲して、上段ロケット２とペイロード１とを連結するとともに、上段ロケットの噴射終了後分離する働きをする環状の部品である。なお、冗長系として、クランプバンド８を２個設ける場合には、ペイロード１のフランジ１ａと上段ロケットのフランジ２ａとの間にスペーサ７を介在させればよい。クランプバンド８は２個の半円形状の部材８ａ、８ｂで構成されている。半円形状の部材８ａ、８ｂの一端には内側に開いた凹部が形成された締結部８ｄが設けられ、他端には外方に向かって突出した凸部が形成された締結部８ｅが設けられていて、凸部を凹部に挿入して部材８ａと部材８bとが締結する。部材８ａは通常の金属製であり、部材８bは形状記憶合金製で、内部に極低温の推進薬が流通する通路９を有している。形状記憶合金は、任意の形状をあらかじめ記憶させておくと、低温相または高温相で変形を加えても、加熱または冷却して高温相または低温相にすると変形前の元の形状に戻る性質がある合金であり、低温相と高温相では金属の組織が異なっている。形状記憶合金には、たとえば、ニッケル・チタン合金、銅・亜鉛・アルミ合金などがあり、適用する温度範囲によって適当なものを選べばよい。
【００１６】
通路９には推進薬の入口９aと出口９ｂがあり、入口９aには推進薬の配管が接続されている。推進薬は、液体水素（温度２０Ｋ）と液体酸素（温度９０Ｋ）であり、それぞれ別々に上段ロケット２内の２個の推進薬タンク２ｂ、２ｂ内に収容されている。推進薬タンク２ｂ、２ｂと通路９の入口９aとの間は、配管１０によって接続されていて、途中に液体水素の遮断弁１０aと液体酸素の遮断弁１０bが設けられている。
【００１７】
次に本実施形態の作用を説明する。クランプバンド８は、内側にＵ字状の溝８ｃを有し、両端に締結部８ｄ、８ｅを有する２個の半円形の部材８ａ、８ｂを組み合わせて環状に形成し、上段ロケット２の前端のフランジ２ａとペイロード１の後端のフランジ１ａの周縁部を包囲して、上段ロケット２とペイロード１とを連結する。半円形の部材８ｂは形状記憶合金製であり、内部に極低温の推進薬の流通可能な通路９が形成されている。形状記憶合金製の部材は、通常では半円形であり、極低温に冷却すると曲率半径が大きくなるように作られている。したがって、通路に極低温の推進薬を流すと冷却されて曲率半径が大きくなり、締結部８ｄ、８ｅの締結が、図１の点線で示すように解除され、クランプバンド８はばらばらになり、上段ロケット２とペイロード１とは分離する。なお、上段ロケット２の噴射終了時には推進薬の液体水素または液体酸素のいずれか一方は必ず残っているので、残っている方の推進薬の遮断弁１０ａまたは１０bを開いて、通路９内に極低温の推進薬を流通させる。また、凹部および凸部の一方の辺は図に示すように斜めに形成されているので、部材８ｂが変形したときに容易に分離する。
【００１８】
このように、本発明のクランプバンド８は、従来のように火工品を使用しないので、ペイロード１に大きな衝撃が発生しない。したがって、人工衛星などのペイロード１に大きな耐衝撃性を付与する必要がなく、重量低減が可能になる。
【００１９】
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。たとえば、クランプバンドの一方が形状記憶合金製であるとして説明したが、両方が形状記憶合金製であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のロケットとペイロードとのクランプバンドは、従来のように火工品を使用しないので、ペイロードに大きな衝撃が発生しない。したがって、人工衛星などのペイロードに大きな耐衝撃性を付与する必要がなく、重量低減が可能になるなどの大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロケットとペイロードとのクランプバンドの平面図である。
【図２】クランプバンドの一方の部材の斜視図である。
【図３】従来のクランプバンドの側面図である。
【図４】従来のクランプバンドの斜視図である。
【図５】割れナットの説明図である。
【符号の説明】
１    ペイロード
１ａ  ペイロード後端のフランジ
２    上段ロケット
２ａ  上段ロケット前端のフランジ
８    クランプバンド
９    推進薬の通路
【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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