(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃負荷時に観測機器を保護しかつ衝撃負荷後に観測機器の向きの調整を行う観測機器の支持装置であって、ベースブロックと、ベースブロックに衝撃負荷方向に沿う第１の軸回りに回動可能に支持される第１回動ブロックと、観測機器を保持しかつ第１回動ブロックに第１の軸と直交する第２の軸回りに回動可能に支持される第２回動ブロックと、第１回動ブロックを回動させることで衝撃が負荷される前の段階でベースブロックに対して第２回動ブロックを第１の軸上で接触させると共に衝撃負荷後にベースブロックから第２回動ブロックを離間させつつ観測機器の第１の軸回りの向きを調整する第２回動ブロックの駆動機構と、衝撃負荷後に第２回動ブロックを回動させて観測機器の第２の軸回りの向きを調整する第２回動ブロックの作動機構を備えたことを特徴とする観測機器の支持装置。
【請求項２】
第２回動ブロックの駆動機構は、ベースブロックおよび第１回動ブロックの間に設けた第１の軸方向のボールねじ部と、第１回動ブロックに回動力を付与するアクチュエータを具備している請求項１に記載の観測機器の支持装置。
【請求項３】
第１回動ブロックへの回動力は、アクチュエータに設けた歯車と、第１回動ブロックに設けた歯部との噛み合いにより伝達される請求項２に記載の観測機器の支持装置。
【請求項４】
第２回動ブロックの作動機構は、第２回動ブロックの重心を第２の軸からオフセットさせてなる自動調整機構である請求項１ないし３のいずれかに記載の観測機器の支持装置。
【請求項５】
観測機器の第２の軸回りの向きを微調整する微調整機構を設けた請求項１ないし４のいずれかに記載の観測機器の支持装置。
【請求項６】
微調整機構は、第２回動ブロックに設けたアクチュエータと、アクチュエータに設けた歯車と、第１回動ブロックに設けられてアクチュエータの歯車と噛み合う歯部を具備している請求項５に記載の観測機器の支持装置。
【請求項７】
衝撃負荷時にベースブロックと第２回動ブロックとを固定しかつ衝撃負荷後にベースブロックに対する第２回動ブロックの固定を解除するストッパを設けた請求項１ないし６のいずれかに記載の観測機器の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、惑星の地中に地震計や熱量計などの観測機器を打ち込んで内部構造を調査する際に、観測機器を打ち込み時の衝撃から守りかつ打ち込み後にその向きを調整する（地震計ではその計測軸の調芯を行う）のに利用される観測機器の支持装置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、惑星の地中に地震計や熱量計などの観測機器を打ち込んで内部構造を調査する場合、観測機器はペネトレータに搭載されて打ち込まれるが、打ち込み後に観測機器の向きを調整する都合上、観測機器にペネトレータ機軸回りの回動自由度を持たせるための第１回動体と、機軸と直交する軸回りの回動自由度を持たせるための第２回動体との間に隙間を設ける必要がある。
【０００３】
ところが、観測機器を打ち込み時の衝撃から守るうえで、両回動体の間の隙間を極力少なくしたとしても、打ち込み時における回動体同士の衝突を避けることはできないことから、大きな衝撃が短時間のうちに、すなわち、大きな力積が両回動体の支持機構や観測機器に負荷されることとなり、その結果、この衝撃に耐え得る支持機構の設計が要求されると共に耐衝撃性に優れた観測機器を選択することが必要となって、重量が増加してしまうという問題を有しており、この問題を解決することが課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記した課題に着目してなされたもので、例えば、惑星の地中に観測機器を打ち込んで内部構造を調査する場合において、打ち込み後に観測機器の向きを調整することができるのは勿論のこと、重量の増加を招くことなく観測機器を打ち込み時の衝撃から守ることができる観測機器の支持装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、衝撃負荷時に観測機器を保護しかつ衝撃負荷後に観測機器の向きの調整を行う観測機器の支持装置であって、ベースブロックと、ベースブロックに衝撃負荷方向に沿う第１の軸回りに回動可能に支持される第１回動ブロックと、観測機器を保持しかつ第１回動ブロックに第１の軸と直交する第２の軸回りに回動可能に支持される第２回動ブロックと、第１回動ブロックを回動させることで衝撃が負荷される前の段階でベースブロックに対して第２回動ブロックを第１の軸上で接触させると共に衝撃負荷後にベースブロックから第２回動ブロックを離間させつつ観測機器の第１の軸回りの向きを調整する第２回動ブロックの駆動機構と、衝撃負荷後に第２回動ブロックを回動させて観測機器の第２の軸回りの向きを調整する第２回動ブロックの作動機構を備えた構成としており、この観測機器の支持装置の構成を上記した課題を解決するための手段としている。
【０００６】
また、本発明の請求項２に係わる観測機器の支持装置において、第２回動ブロックの駆動機構は、ベースブロックおよび第１回動ブロックの間に設けた第１の軸方向のボールねじ部と、第１回動ブロックに回動力を付与するアクチュエータを具備している構成とし、本発明の請求項３に係わる観測機器の支持装置において、第１回動ブロックへの回動力は、アクチュエータに設けた歯車と、第１回動ブロックに設けた歯部との噛み合いにより伝達される構成としている。
【０００７】
さらに、本発明の請求項４に係わる観測機器の支持装置において、第２回動ブロックの作動機構は、第２回動ブロックの重心を第２の軸からオフセットさせてなる自動調整機構である構成とし、本発明の請求項５に係わる観測機器の支持装置は、観測機器の第２の軸回りの向きを微調整する微調整機構を設けた構成とし、本発明の請求項６に係わる観測機器の支持装置において、微調整機構は、第２回動ブロックに設けたアクチュエータと、アクチュエータに設けた歯車と、第１回動ブロックに設けられてアクチュエータの歯車と噛み合う歯部を具備している構成としている。
【０００８】
さらにまた、本発明の請求項７に係わる観測機器の支持装置において、衝撃負荷時にベースブロックと第２回動ブロックとを固定しかつ衝撃負荷後にベースブロックに対する第２回動ブロックの固定を解除するストッパを設けた構成としている。
【０００９】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる観測機器の支持装置では、この支持装置に衝撃が負荷される以前に第２回動ブロックの駆動機構によって、ベースブロックに対して第２回動ブロックを第１の軸上で接触させておけば、衝撃負荷時において、ベースブロックと第２回動ブロックとが衝撃負荷方向に衝突することが回避されるので、観測機器および第２回動ブロックの作動機構はダメージを受けないこととなり、したがって、この衝撃に対応する設計が容易になって、構造がシンプルになると共に観測機器の選択の自由度が増し、その結果、重量の軽減が図られることとなる。
【００１０】
また、衝撃負荷後において、第２回動ブロックの駆動機構の作動により第１回動ブロックが回動させれば、ベースブロックから第２回動ブロックが離間するのと同時に、観測機器の第１の軸回りの向きの調整がなされることとなる。
【００１１】
そして、この状態において、第２回動ブロックの作動機構を作動させれば、第２回動ブロックは何ら支障なく回動するので、観測機器の第２の軸回りの向きの調整がなされることとなり、したがって、構造がよりシンプルになって、重量の軽減が図られることとなる。
【００１２】
本発明の請求項２に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としているので、第１回動ブロックが滑らかに回動する、すなわち、ベースブロックからの第２回動ブロックの離間動作がスムーズになされることとなり、本発明の請求項３に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としていることから、アクチュエータの歯車と、第１回動ブロックの歯部との噛み合いにより生じる保持力によって、観測機器の第１の軸回りにおける位置保持がなされることとなる。
【００１３】
本発明の請求項４に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としたため、衝撃負荷後において、第２回動ブロックの駆動機構の作動により、ベースブロックから第２回動ブロックが離間すると、これと同時に、第２回動ブロックが自重により回動して、観測機器の第２の軸回りの向きの調整がなされることから、構造がより一層シンプルになり、重量のさらなる軽減化が図られることとなり、本発明の請求項５に係わる観測機器の支持装置では、偶然にも第２回動ブロックの重心が第２の軸の上方でかつ第２の軸を通る鉛直線上に位置して第２回動ブロックが自重により回動しない場合が生じたとしても、微調整機構を作動させれば、第２回動ブロックの重心が第２の軸を通る鉛直線からずれて自重による回動がなされることとなり、本発明の請求項６に係わる観測機器の支持装置において、アクチュエータの歯車と、第１回動ブロックの歯部との噛み合いにより生じる保持力によって、観測機器の第２の軸回りにおける位置保持がなされることとなる。
【００１４】
本発明の請求項７に係わる観測機器の支持装置では、衝撃負荷時においてベースブロックに接触している第２回動ブロックの回動が確実に規制されることとなる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としたため、例えば、惑星の地中に観測機器を打ち込んで内部構造を調査する場合には、打ち込み後における観測機器の向きの調整を確実に行うことができ、構造のシンプル化を図って重量の大幅な軽減を実現したうえで、観測機器を打ち込み時の衝撃から守ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としたから、衝撃負荷後において、ベースブロックから第２回動ブロックを円滑に離間させることができ、本発明の請求項３に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としていることから、観測機器の向きの調整後において、観測機器の第１の軸回りにおける位置を保持することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１７】
さらに、本発明の請求項４に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としているので、請求項１に係わる観測機器の支持装置よりも構造をより一層シンプルなものとすることができ、その結果、重量のさらなる軽減化が実現可能であるという非常に優れた効果がもたらされ、本発明の請求項５に係わる観測機器の支持装置では、第２回動ブロックの重心が第２の軸の上方でかつ第２の軸を通る鉛直線上に位置するようなことが生じたとしても、第２回動ブロックを自重により確実に回動させることができ、本発明の請求項６に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としたから、観測機器の向きの調整後において、観測機器の第２の軸回りにおける位置を保持することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１８】
さらにまた、本発明の請求項に係わる観測機器の支持装置では、上記した構成としているので、衝撃負荷時においてベースブロックに接触している第２回動ブロックの回動を確実に阻止することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係わる観測機器の支持装置を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１〜図３は本発明に係わる観測機器の支持装置の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係わる観測機器の支持装置を月の探査に用いるペネトレータに搭載した場合を示す。
【００２１】
図２に示すように、頭部を略円錐状としたペネトレータＰは、尾部に観測機器の支持装置１を内蔵していると共に、尾端に母船Ｌとの結合・分離部Ｐａを介して月面突入用のロケットモータＲを分離可能に連結している。
【００２２】
このペネトレータＰは、図３（ａ）に示すように、地球Ｅから打ち上げられた後、母船Ｌとともにトランス軌道Ｔを経て月Ｍの周回軌道Ｍａに入り、分離軌道Ｍｂの分離点Ｍｃにおいて母船Ｌから切り離され（図３（ｂ））、月面突入用のロケットモータＲに点火して（図３（ｃ））、円錐状頭部の方向制御およびニューテーション角制御を行うのに続いて（図３（ｄ））、ロケットモータＲを切り離し（図３（ｅ））、月面Ｍｆに突入するものとなっている（図３（ｆ））。
【００２３】
この月面Ｍｆに突入する際にペネトレータＰに負荷される機軸（第１の軸）Ｌ１方向の大きな衝撃荷重（力積；約１００００Ｇ×２５ｍｓｅｃ）から観測機器を守る支持装置は、図１に示すように、ペネトレータＰの外殻Ｐｓに固定したベースブロック２と、このベースブロック２に衝撃負荷方向に沿う機軸Ｌ１回りに回動可能に支持される第１回動ブロックとしてのロールブロック３と、複数個の観測機器（図では計測軸を互いに直交させた２個の月震計ｍｈ，ｍｖのみ示す）を保持しかつロールブロック３に軸受５を介して機軸Ｌ１と直交するピッチ軸（第２の軸）Ｌ２回りに回動可能に支持される第２回動ブロックとしてのピッチブロック４と、衝撃負荷時にベースブロック２に対してピッチブロック４を機軸Ｌ１上で接触させると共に衝撃負荷後にベースブロック２からピッチブロック４を離間させるピッチブロック駆動機構１０を備えている。
【００２４】
このピッチブロック駆動機構１０は、機軸Ｌ１と同軸配置されるベースブロック２の円柱部２ａおよびこの円柱部２ａに嵌装したロールブロック３の円筒部３ａの間に設けたボールねじ部１１と、アクチュエータとしてのモータ１２と、モータ１２に設けたはすば歯車１３と、ロールブロック３の円筒部３ａに設けた歯部１４を具備しており、モータ１２のはすば歯車１３とロールブロック３の歯部１４とを噛み合わせてモータ１２からロールブロック３に回動力を付与して回動させることにより、ピッチブロック４を機軸Ｌ１に沿って移動させるようになっている。
【００２５】
この場合、ピッチブロック４を機軸Ｌ１に沿って移動させるのにロールブロック３の回動を伴うようにしていることから、このピッチブロック駆動機構１０は、衝撃負荷後にロールブロック３を回動させて月震計ｍｈ，ｍｖにおける各計測軸の機軸Ｌ１回りの向きを調整するロールブロック３の作動機構を兼ねるものとなっている。
【００２６】
また、支持装置１は、衝撃負荷後にピッチブロック４を回動させて月震計ｍｈ，ｍｖにおける各計測軸のピッチ軸Ｌ２回りの向きを調整するピッチブロック作動機構（第２回動ブロックの作動機構）を備えており、この実施例において、ピッチブロック作動機構は、ピッチブロック４の重心をピッチ軸Ｌ２からオフセットさせて、ピッチブロック４の自重による回動を可能とした自動調整機構としてある。
【００２７】
さらに、この支持装置１は、ピッチブロック４の周縁部に設けたアクチュエータとしてのハーモニックドライブ付きステップモータ３１と、このステップモータ３１に設けた平歯車３２と、ロールブロック３に設けられてステップモータ３１の平歯車３２と噛み合う歯部３３を具備した微調整機構３０を備えており、この微調整機構３０は、ピッチブロック４を微回動させて月震計ｍｈ，ｍｖにおける各計測軸のピッチ軸Ｌ２回りの向きを微調整するものとなっている。
【００２８】
さらにまた、この支持装置１は、ベースブロック２に設けられて機軸Ｌ１上に位置するピン４１と、ピッチブロック４の外周面に設けられてピン４１と係合可能とした係合穴４２からなるストッパ４０を備えており、衝撃負荷時には、ベースブロック２のピン４１とピッチブロック４の係合穴４２とを係合させて両者を固定し、衝撃負荷後には、ピン４１と係合穴４２とを離間させてベースブロック２に対するピッチブロック４の固定状態を解除するようになっている。
【００２９】
なお、ペネトレータＰは、ロケットモータＲを切り離した後、機軸回りにスピンするようになっており、この支持装置１において、ペネトレータＰが月面Ｍｆに突入した際のスピン停止時にロールブロック３に生じる慣性力がこのロールブロック３の締め込み方向に作用するようになすことによって、衝撃負荷時にベースブロック２とロールブロック３とを固定するようにしている。
【００３０】
この観測機器の支持装置１では、ロケットモータＲを切り離したペネトレータＰが月面Ｍｆに突入するのに先立って、図１（ａ）に示すように、ピッチブロック駆動機構１０を作動させてベースブロック２にピッチブロック４を機軸Ｌ１上で接触させておくと、ペネトレータＰが月面Ｍｆに突入した際の機軸Ｌ１方向の衝撃負荷時において、ベースブロック２とピッチブロック４とが衝撃負荷方向に衝突することが回避されるので、月震計ｍｈ，ｍｖなどの観測機器，ロールブロック３の作動機構を兼ねるピッチブロック駆動機構１０およびピッチブロック作動機構はダメージを受けないこととなる。
【００３１】
つまり、この衝撃に対応する各機構の設計が容易になって、構造がシンプルになると共に観測機器の選択の自由度が拡大することとなり、その結果、支持装置１の全体重量の軽減が図られることとなる。
【００３２】
一方、ペネトレータＰが月面Ｍｆに突入した後において、図１（ｂ）に示すように、ピッチブロック駆動機構１０を作動させてベースブロック２からピッチブロック４を離間させると、ピッチブロック作動機構の作動によりピッチブロック４が回動して、すなわち、ピッチブロック４が自重により回動して、月震計ｍｈ，ｍｖのピッチ軸Ｌ２回りの向きが自動的に調整される。
【００３３】
このピッチブロック駆動機構１０の作動によるピッチブロック４の移動に際して、ロールブロック３を回動させるので、ピッチブロック駆動機構１０の作動と同時に、月震計ｍｈ，ｍｖにおける機軸Ｌ１回りの向きの調整が合せて実施され、これにより、月震計ｍｈ，ｍｖの各計測軸は水平方向および鉛直方向にそれぞれ調芯されることとなる。
【００３４】
次いで、微調整機構３０の作動により、ピッチブロック４を微回動させて月震計ｍｈ，ｍｖにおける各計測軸のピッチ軸Ｌ２回りの向きを微調整する。
【００３５】
この観測機器の支持装置１では、ピッチブロック駆動機構１０が、ロールブロック３の作動機構を兼ねているうえ、ピッチブロック４が自重により回動するようにしていることから、構造がより一層シンプルになり、重量のさらなる軽減化が図られることとなる。
【００３６】
また、この観測機器の支持装置１では、ピッチブロック駆動機構１０をベースブロック２およびロールブロック３の間に設けたボールねじ部１１と、モータ１２と、はすば歯車１３と、ロールブロック３に設けた歯部１４から構成しているので、ロールブロック３が滑らかに回動する、すなわち、ベースブロック２からのピッチブロック４の離間動作がスムーズになされるのに加えて、はすば歯車１３と、ロールブロック３の歯部１４との噛み合いにより生じる保持力によって、月震計ｍｈ，ｍｖの機軸Ｌ１回りの位置保持がなされることとなる。
【００３７】
さらに、この観測機器の支持装置１では、微調整機構３０を備えているので、例えピッチブロック４の重心がピッチ軸Ｌ２の上方でかつこのピッチ軸Ｌ２を通る鉛直線上に位置してピッチブロック４が自重により回動しない場合が生じたとしても、この微調整機構３０を作動させれば、ピッチブロック４の重心がピッチ軸Ｌ２を通る鉛直線からずれて自重による回動がなされ、加えて、微調整機構３０のステップモータ３１に設けた平歯車３２と、ロールブロック３に設けた歯部３３との噛み合いで生じる保持力によって、月震計ｍｈ，ｍｖのピッチ軸Ｌ２回りにおける位置保持がなされることとなる。
【００３８】
さらにまた、この観測機器の支持装置１では、ストッパ４０を設けているので、衝撃負荷時において、このストッパ４０のピン４１と係合穴４２とを係合させてベースブブロック２とピッチブロック４とを固定すれば、ベースブロック２に接触しているピッチブロック４の回動が確実に規制されることとなる。
【００３９】
本発明に係わる観測機器の支持装置の詳細な構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる観測機器の支持装置の一実施例を示す打ち込み時の断面説明図（ａ）および打ち込み後における観測機器の向き調整時の断面説明図（ｂ）である。
【図２】図１に示した観測機器の支持装置を搭載したペネトレータの断面説明図である。
【図３】図２に示したペネトレータが月に打ち込まれるまでの軌跡を説明する図（ａ）〜（ｆ）である。
【符号の説明】
１  観測機器の支持装置
２  ベースブロック
３  ロールブロック（第１回動ブロック）
４  ピッチブロック（第２回動ブロック）
１０  ピッチブロック駆動機構（第２回動ブロックの駆動機構）
１１  ボールねじ部
１２  モータ（アクチュエータ）
１３  はすば歯車
１４  歯部
３０  微調整機構
３１  ハーモニックドライブ付きステップモータ（アクチュエータ）
３２  平歯車
３３  歯部
４０  ストッパ
４１  ピン
４２  係合穴
Ｌ１  機軸（第１の軸）
Ｌ２  ピッチ軸（第２の軸）
ｍｈ，ｍｖ  月震計（観測機器）
【図１】
0003791864.tif 000002
【図２】
0003791864.tif 000003
【図３】
0003791864.tif 000004