WO2011102393A1 - 結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法 - Google Patents

結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法 Download PDF

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WO2011102393A1
WO2011102393A1 PCT/JP2011/053296 JP2011053296W WO2011102393A1 WO 2011102393 A1 WO2011102393 A1 WO 2011102393A1 JP 2011053296 W JP2011053296 W JP 2011053296W WO 2011102393 A1 WO2011102393 A1 WO 2011102393A1
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coupling
rotating
rotation
clamp band
separation
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PCT/JP2011/053296
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French (fr)
Inventor
神谷　俊宏
敬二 鈴木
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B7/00—Connections of rods or tubes, e.g. of non-circular section, mutually, including resilient connections
    • F16B7/04—Clamping or clipping connections
    • F16B7/0406—Clamping or clipping connections for rods or tubes being coaxial
    • F16B7/0426—Clamping or clipping connections for rods or tubes being coaxial for rods or for tubes without using the innerside thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B64G1/641—Interstage or payload connectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B64G1/641—Interstage or payload connectors
    • B64G1/642—Clamps, e.g. Marman clamps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B2200/00—Constructional details of connections not covered for in other groups of this subclass
    • F16B2200/50—Flanged connections
    • F16B2200/509—Flanged connections clamped

Definitions

  • the present invention relates to a coupling / separation device, a coupling / separation system, and a coupling / separation method, and in particular, a coupling / separation device, a coupling / separation system, and a coupling for coupling a structure to a flying object and separating the combined structure from the flying object. It relates to a separation method.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a general coupling / separating system.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the AA cross section of FIG.
  • the bond separation system includes a bond separation device 101 and a PAF (Payload Attached Fitting) structure 120.
  • the PAF structure 120 is a cylindrical pedestal mounted on a rocket and on which a satellite is placed.
  • the coupling / separation device 101 couples or separates the PAF structure 120 and the satellite-side structure 130 mounted thereon.
  • the satellite side structure 130 is a member on the satellite side having a cylindrical shape.
  • the diameters of the PAF structure 120 and the satellite side structure 130 are substantially equal. And when both are couple
  • the coupling / separating device 101 includes a clamp band 106 and a coupling unit 104.
  • the clamp band 106 is provided along a circumferential shape formed by a coupling portion between the PAF structure 120 and the satellite side structure 130.
  • the clamp band 106 includes a plurality of blocks 103 and a strap 102.
  • the plurality of blocks 103 are provided side by side along a circumferential shape formed by a joint portion between the PAF structure 120 and the satellite side structure 130.
  • the block 103 has a concave portion 103a (for example, a groove having a V-shaped cross section, hereinafter also referred to as a V groove) that engages the end portion 120a of the PAF structure 120 and the end portion 130a of the satellite side structure 130 together. Yes.
  • the PAF structure 120 and the satellite side structure 130 are coupled to each other by the end 120a and the end 130a being engaged by the recess 103a.
  • the strap 102 is coupled to a surface of the plurality of blocks 103 opposite to the concave portion 103a.
  • the plurality of blocks 103 and the strap 102 are integral. By tightening the strap 102, the plurality of blocks 103 are pushed from the surface opposite to the recess 103a toward the coupling portion.
  • the coupling portion 104 couples both end portions 102 a of the strap 102 and holds the clamp band 106 tight.
  • the coupling portion 104 is exemplified by a bolt-like member (not shown) provided at one end portion 102a of the strap 102 and a nut-like member (not shown) provided at the other end portion 102a.
  • the coupling portion 104 couples both end portions 102a of the strap 102 by screwing a bolt-shaped member into the nut-shaped member.
  • An outward force is applied to the clamp band 106 by a plurality of springs 105 attached to the outer rocket body.
  • the coupling / separation apparatus 101 uses a pyrotechnic to release (separate) the coupling between the satellite and the rocket.
  • the pyrotechnic article moves the cutting jig at a high speed during its operation, and cuts the bolt-shaped member of the connecting portion 104. By cutting the bolt-shaped member, both ends 102a of the strap 102 are separated. Thereby, the clamp band 106 is pulled outward at high speed by the tension of the clamp band 106 and the force of the spring 105. As a result, the plurality of blocks 103 also move outward at high speed, so that the coupling between the satellite and the rocket is released.
  • US Pat. No. 6,454,214 discloses an apparatus and method for joining two parts of a spacecraft.
  • the clamp releasably couples the first and second parts of the spacecraft and stores the energy of the releasable compressive stress when separating the first and second parts of the spacecraft. Is possible.
  • the clamp has a first end and a second end. At least one energy storage system is operable to convert at least a portion of the compressive stress of the clamp to rotational energy when the clamp is opened to separate the first and second portions of the spacecraft.
  • An energy storage system includes a first coupling portion including a screw portion, a second coupling portion including a screw portion, and a coupling device capable of performing an operation of complementarily engaging the screw portions of the first coupling portion and the second coupling portion.
  • the coupling device is operable to couple the first end and the second end of the clamp. During the separation, the coupling part and the coupling device are rotatable relative to each other such that the first coupling part and the second coupling part are released from the coupling device.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state when the strain stress in the PAF structure 120 and the satellite side structure 130 is released. This figure shows a cross section similar to FIG.
  • the satellite-side structure 130 is in a position of P0 in a state where strain stress is accumulated at the time of coupling.
  • the PAF structure 120 and the satellite-side structure 130 can move freely after the bolt-shaped member of the coupling portion 104 is cut and the block 103 is opened.
  • the strain stress is released at an extremely high speed, and an attempt is made to move to the PA where there is no strain stress.
  • the PAF structure 120 and the satellite-side structure 130 vibrate violently about the position of the PA as a center. That is, in addition to the impact caused by the pyrotechnics, the release of the tightening force is instantaneously performed, so that the impact is generated in the satellite-side structure 130.
  • it is necessary to tighten the design conditions of the satellite side equipment which causes problems in terms of cost, weight, and the like.
  • An object of the present invention is to provide a coupling / separation device, a coupling / separation system, and a coupling / separation method capable of reducing the separation impact when separating the coupling between a flying object (eg, a rocket) and a structure (eg, a satellite). Is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a coupling / separation device, a coupling / separation system, and a coupling capable of reducing an impact caused by momentarily releasing the strain energy of the satellite-side structure when the coupling is separated. It is to provide a separation method.
  • a coupling / separating device includes a clamp band that engages a mounting member of a flying object and a structure mounted on the mounting member, and a first coupling unit that couples or separates both ends of the clamp band. It has.
  • the first coupling part includes a rotating part that can rotate around a direction perpendicular to the circumferential direction of the clamp band, and a rotation holding part that makes the rotating part non-rotatable or rotatable. When both ends are joined, both ends are engaged with the rotating part from opposite directions, and the rotation holding part makes the rotating part non-rotatable. When separating both end portions, the rotation holding portion makes the rotation portion rotatable, and both end portions are detached from the rotation portion by rotation of the rotation portion.
  • the rotating portion includes a latch portion that engages both ends, and a rotating body that rotates around the shaft together with the latch portion. It is preferable that the rotating operation of the rotating portion is controlled by the moment of inertia of the rotating body.
  • the engaging positions of both end portions of the latch portion are symmetrical with respect to the axis.
  • the distance between the engaging position of each end and the shaft is smaller than the radius of the rotating body.
  • the coupling / separating device further includes a second coupling unit that couples or separates the middle part of the clamp band.
  • the second coupling portion preferably has the same structure as the first coupling portion in the clamp band.
  • the rotating portion has a shaft bearing on at least one of the upper side and the lower side.
  • the rotating body preferably has an opening.
  • the rotation holding unit includes a pin and a drive unit that inserts and removes the pin into and from the opening. It is preferable to make the rotation of the rotating body impossible by inserting a pin in the opening. It is preferable that the rotating body can be rotated by removing the pin from the opening.
  • the coupling / separating system of the present invention is mounted on a flying object, and a mounting member for mounting a structure and any one of the above paragraphs for connecting or separating the mounted structure to or from the mounting member. And a coupling / separating device as described above.
  • the first coupling portion is attached to the placement member.
  • the coupling / separation method of the present invention is a coupling / separation method using a coupling / separation system that couples or separates a structure from a flying object.
  • the coupling / separation system includes a mounting member that is mounted on the flying body and mounts the structure, and a coupling / separation device that couples or separates the mounted structure to the mounting member.
  • the coupling / separating device includes a clamp band that engages the mounting member and the structure, and a first coupling unit that couples or separates both ends of the clamp band.
  • the first coupling part includes a rotating part that can rotate around a direction perpendicular to the circumferential direction of the clamp band, and a rotation holding part that makes the rotating part non-rotatable or rotatable.
  • the first coupling portion is attached to the mounting member.
  • the rotation holding unit makes the rotation unit non-rotatable, and both ends are engaged with the rotation unit from opposite directions.
  • the coupling and separating method when separating both ends of the clamp band, a step of rotating the rotating unit by the rotation holding unit and a step of rotating the rotating unit by pulling the both ends in opposite directions by the tension of the clamp band And a step in which both end portions are detached from the rotating portion.
  • the present invention makes it possible to reduce the separation impact when separating the connection between the flying object and the structure. Further, according to the present invention, when the coupling is separated, it is possible to reduce an impact caused by momentarily releasing the strain energy of the satellite side structure.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a general coupling / separating system.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a general coupling / separation system.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state when the strain stress is released in the PAF structure and the satellite side structure.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the coupling / separation system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the AA cross section of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the first coupling portion and the vicinity of the coupling / separation system of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic front view showing the configuration of the first coupling portion and the vicinity of the coupling / separation system of FIG. 4.
  • FIG. 8 is a schematic right side view illustrating the configuration of the first coupling portion and the vicinity of the coupling / separation system of FIG. 4.
  • FIG. 9 is a schematic exploded view showing the configuration of the first coupling unit of the coupling / separating system of FIG. 4.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing the configuration of the first coupling portion and the vicinity thereof in the coupling / separating system of FIG. 4.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the coupled / separated system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic plan view showing the operation of the first coupling portion and the vicinity thereof according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is a schematic cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. 4 at each stage of FIG. 13B is a schematic cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. 4 at each stage of FIG.
  • FIG. 14 is a schematic right side view illustrating a modified example of the first coupling unit and the configuration in the vicinity of the first coupling unit of FIG.
  • FIG. 15 is a schematic exploded view showing the configuration of the first coupling portion of the coupling / separating system of FIG. 14.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the coupling / separation system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the AA cross section of FIG.
  • the bond separation system includes a bond separation device 1 and a PAF (Payload Attached Fitting) structure 20.
  • the PAF structure 20 (mounting member) is a cylindrical pedestal mounted on a rocket and on which a satellite is mounted.
  • the coupling / separating device 1 couples or separates the PAF structure 20 and the satellite-side structure 30 placed thereon.
  • the satellite side structure 30 is a satellite side member having a cylindrical shape.
  • the diameters of the PAF structure 20 and the satellite side structure 30 are substantially equal. And when both are couple
  • the coupling / separating device 1 includes a clamp band 6, a first coupling unit 4, and a rotation holding unit 8. In addition, as shown in FIG. 4, the 2nd coupling
  • the clamp band 6 is provided along a circumferential shape formed by a joint portion between the PAF structure 20 and the satellite side structure 30. By tightening the clamp band 6, the satellite side structure 30 and the PAF structure 20 are deformed inward. That is, the satellite-side structure 30 and the PAF structure 20 contain strain stress (strain energy) accompanying deformation at the time of engagement.
  • the clamp band 6 includes a plurality of blocks 3 and a strap 2.
  • the plurality of blocks 3 are provided side by side along a circumferential shape formed by a joint portion between the PAF structure 20 and the satellite side structure 30.
  • the block 3 has a recess 3 a that engages the end 20 a of the PAF structure 20 and the end 30 a of the satellite-side structure 30 together.
  • the recess 3a forms a substantially V-shaped groove.
  • the PAF structure 20 and the satellite side structure 30 are coupled to each other by the end portion 20a and the end portion 30a being combined to form a mountain-shaped convex portion, and the convex portion engaging with the concave portion 3a.
  • the block 3 is made of aluminum, for example.
  • the strap 2 has a ring shape in which both end portions are joined by a joining portion 4 described later.
  • the strap 2 is coupled to the surface of the plurality of blocks 3 opposite to the recesses 3a.
  • the plurality of blocks 3 and the strap 2 are integral. By tightening the strap 2, the plurality of blocks 3 are pushed from the surface opposite to the recess 3a toward the coupling portion.
  • the plurality of blocks 3 are pushed in the center direction by this tightening force toward the center direction of the PAF structure 20 and the satellite structure 30.
  • the pushing force suppresses the forces of the PAF structure 20 and the satellite side structure 30 that are directed outward from the center in the recess 3a. Due to the balance between the pressing force and the strain stress of the PAF structure 20 and the satellite side structure 30, the engagement between the PAF structure 20 and the satellite side structure 30 and the clamp band 6 can be maintained.
  • An outward force is applied to the clamp band 6 by a plurality of springs 5 attached to an outer rocket body (not shown).
  • the strap 2 is made of steel (steel), for example.
  • the first coupling portion 4 joins both end portions of the strap 2 and maintains the tightening by the clamp band 6. Or the coupling
  • the rotation holding unit 8 is attached to the PAF structure 20 and fixes a rotation mass of the first coupling unit 4 described later so as not to rotate, or releases the fixing to enable rotation. Thereby, the coupling
  • the second coupling part 7 is provided at a position in the middle of the clamp band 6 (example: a position facing the first coupling part 4).
  • the second coupling unit 7 may have the same configuration as the coupling unit 104 described in FIG. That is, the 2nd coupling
  • bond part 7 is provided in order to make attachment of the clamp band 6 easy. Therefore, the 2nd coupling
  • the first coupling unit 4 may be separable as a backup when the first coupling unit 4 cannot separate at the time of satellite separation, or may be separated as usual.
  • the separation it is important to reduce vibration by rapid release of strain stress, and when vibration due to pyrotechnics is not important, the bolt-shaped member is cut with pyrotechnics to separate the bonds. Also good.
  • the configuration of the second coupling unit 7 is the same as that of the first coupling unit 4.
  • the redundancy of the first coupling unit 4 can be provided as a spare for the first coupling unit 4.
  • the second coupling unit 7 may be similarly coupled and separated. In that case, the separation of the coupling is performed simultaneously with the first coupling unit 4.
  • a plurality of configurations such as the first coupling portion 4 and the second coupling portion 7 can be provided.
  • FIG. 6 to 8 are schematic views showing the configuration of the first coupling portion and the vicinity thereof in the coupling / separation system of FIG. 6 is a plan view, FIG. 7 is a front view, and FIG. 8 is a right side view.
  • an attachment portion 11a and a hooking portion 12a are provided at one end 2a of the strap 2.
  • the attachment portion 11a fixedly attaches the hook portion 12a to the end portion 2a.
  • the hook 12a has a rectangular frame shape that does not have one side. And it is being fixed to the attaching part 11a on the side without the side. A portion corresponding to the inside of the frame can be hooked on a protruding portion 46a of a latch portion 46 of the first coupling portion 4 described later.
  • the other end 2b of the strap 2 is provided with an attachment portion 11b and a hooking portion 12b.
  • the attachment portion 11b fixedly attaches the hook portion 12b to the end portion 2b.
  • the hook 12b has a square frame shape that does not have one side.
  • a portion corresponding to the inside of the frame can be hooked on a protruding portion 46b of a latch portion 46 of the first coupling portion 4 described later. Since the attachment portions 11a and 11b and the hook portions 12a and 12b are members used for hooking the latch portion 46, they can be considered as hook portions.
  • FIG. 9 is a schematic exploded view showing the configuration of the first coupling unit of the coupling / separating system of FIG. 2.
  • the first coupling portion 4 includes a mounting bracket 41, a bearing 42, a rotating mass 43, and a latch portion 46. Among these, the rotation mass 43 and the latch portion 46 are attached to the attachment bracket 41 so as to be rotatable about the rotation axis C using the bearing 42.
  • the latch part 46 has the protrusion part 46a and the auxiliary
  • the protruding portion 46a is provided back-to-back with the auxiliary portion 46d, and the auxiliary portion 46b is provided with the protruding portion 46c.
  • the protrusion 46 a and the protrusion 46 c are provided at positions symmetrical with respect to the rotation axis C.
  • the auxiliary portion 46b and the auxiliary portion 46d are provided at positions symmetrical with respect to the rotation axis C.
  • the hook portion 12a of the strap 2 is inserted into a U-shaped groove (hereinafter also referred to as a U-groove) formed by the protruding portion 46a and the auxiliary portion 46b, and is hooked on the protruding portion 46a.
  • the hooking portion 12b of the strap 2 is inserted into a U groove formed by the protruding portion 46c and the auxiliary portion 46d, and is hooked on the protruding portion 46c.
  • the latch portion 46 has a shaft portion 44a at a lower portion thereof, and further has a shaft portion 44b at a lower portion thereof.
  • the shaft portion 44 a is fitted into the opening 43 a of the rotary mass 43 and fixedly couples the latch portion 46 and the rotary mass 43.
  • the rotation about the rotation axis C of the latch portion 46 is transmitted to the rotation mass 43.
  • the shaft portion 44 b is inserted into the bearing 42 and holds the latch portion 46 and the rotation mass 43 in a rotatable manner.
  • the latch portion 46 rotates by the tension of the clamp band 6 when the hooking portion 12a pulls the protruding portion 46a in one direction and the hooking portion 12b pulls the protruding portion 46b in the opposite direction.
  • the rotating mass 43 is a member on a substantially disk.
  • the shaft portion 44 a of the latch portion 46 is inserted into the opening 43 a and is fixedly coupled to the latch portion 46.
  • the rotating mass 43 rotates integrally with the latch portion 46.
  • the rotation operation (rotation state) of the latch unit 46 is controlled. For example, the greater the moment of inertia, the longer the time from the stationary state of the latch portion 46 to the start of rotation, and the lower the initial speed of rotation and its increase (acceleration).
  • the mass M, the density ⁇ , and the radius R can be changed.
  • other shapes such as a ring shape may be used.
  • the material of the rotating mass 43 is exemplified by a metal such as stainless steel.
  • a high-density material such as W (tungsten) or Pb (lead) can be used.
  • the mounting bracket 41 is a base portion of the first coupling portion 4 and is fixed to a side surface of the PAF structure 30.
  • the mounting bracket 41 has an opening 41a for holding the bearing 42 on the upper surface.
  • the bearing 42 is provided in the opening 41a.
  • the shaft portion 44b is inserted into the bearing portion 42a, and the rotating mass 43 and the latch portion 46 are rotatably held integrally.
  • the rotation axis C (z-axis direction) is a direction perpendicular to the circumferential direction (xy in-plane direction) of the clamp band 6. That is, when the clamp band 6 is coupled, the direction is perpendicular to the plane (xy plane) including the upper surface of the circumference of the clamp band 6 (z-axis direction).
  • the rotation axis C is directed in such a direction, the direction in which both end portions 2a and 2b of the clamp band 6 pull the latch portion 46 and the rotation surface of the rotation mass 43 can be on the same plane. Thereby, the rotation of the latch portion 46 can be easily converted into the rotation of the rotation mass 43 via the shaft portion 44a.
  • the rotation holding unit 8 includes an attachment member 13 and a rotation mass holding unit 14.
  • the attachment member 13 attaches the rotary mass holding part 14 to the inner side surface of the PAF structure 20.
  • the rotating mass holding unit 14 fixes the rotating mass 43 so as not to rotate, or releases the fixing to enable rotation.
  • the rotation mass holding unit 14 is exemplified by a pin puller, and includes a drive unit 14a and a pin 14b.
  • the drive unit 14 a fixes the rotation mass 43 so as not to rotate by inserting the pin 14 b into the hole 15 opened in the rotation mass 43.
  • the drive unit 14 a pulls the pin 14 b from the hole 15 of the rotary mass 43 to make the rotary mass 43 rotatable.
  • both ends 2a and 2b tend to move away from each other due to the tension of the clamp band 6.
  • the latch portion 46 and the rotation mass 43 rotate, the both end portions 2a and 2b of the clamp band 6 are separated, and the clamp band 6 is loosened.
  • the clamp band 6 is loosened, the strain stress of the PAF structure 20 and the satellite side structure 30 that the clamp band 6 has been pressed down is released by the loose amount.
  • the rotation proceeds thereafter, and both end portions 2a and 2b of the clamp band 6 are finally separated, and the clamp band 6 is pulled by the spring 5 and separated from the coupling portion.
  • the both ends 2a and 2b of the clamp band 6 are separated, and the clamp band 6 is separated, so that all of the strain stress of the satellite side structure 30 is released.
  • the rotation holding unit 8 is not limited to the above embodiment as long as the rotation mass 43 can be held unrotatably and can be rotated. For example, a method of fixing and stopping the rotating mass 43 from above and below can be considered.
  • the control device 16 controls the operation of the rotation holding unit 8. For example, when the control device 13 is a timer, the control device 16 sets the pin 14b of the rotation mass holding unit 14 of the rotation mass 43 so that the rotation mass 43 of the first coupling unit 4 does not rotate until a preset time. It is inserted into the opening 15. When the preset time is reached, the pin 14b of the rotating mass holding unit 14 is pulled out from the opening 15 so that the rotating mass 43 of the first coupling unit 4 can rotate. Or when the control apparatus 16 is a microcomputer, you may control the insertion / extraction operation
  • the rotation mass 43 thus determined for example, the following can be considered.
  • the distance (hereinafter also referred to as offset) between the rotation axis C and the hooking portions 12a and 12b when the hooking portions 12a and 12b are hooked on the protrusions 46a and 46b in the latch portion 46 is the radius of the rotary mass 43. It is set to be smaller. This is because if the offset size is reduced, the resistance to start rotation can be relatively increased. By doing so, even if the size of the rotating mass 43 is reduced, the time required for the rotation can be set to a desired value. Thereby, space saving and mass reduction of the rotation mass 43 can be achieved.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing the configuration of the first coupling portion and the vicinity thereof in the coupling / separating system of FIG. 4.
  • This figure shows the coupling state clearly.
  • the hook portion 12 a is hooked on the protruding portion 46 a of the latch portion 46 and fits in a U groove formed by the protruding portion 46 a and the auxiliary portion 46 b.
  • the hooking portion 12b is hooked on the protruding portion 46c of the latch portion 46, and is fitted in a U groove formed by the protruding portion 46c and the auxiliary portion 46d.
  • This state is held by the rotation holding portion 8 (not shown in this figure; see FIG. 8) inserting the pin 14 b of the rotation mass holding portion 14 into the hole 15 of the rotation mass 43.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the coupled / separated system according to the embodiment of the present invention.
  • 6 and 12 are schematic plan views showing the operation of the first coupling portion and the vicinity thereof according to the embodiment of the present invention.
  • 13A to 13B are schematic cross-sectional views showing the AA cross section of FIG. 4 at each stage of FIG.
  • the satellite side structure 30 is attached to the coupled separation system. That is, the satellite side structure 30 is coupled to the PAF structure 20 by the clamp band 6 (FIGS. 4 to 8 and FIG. 10). At this time, the hook portions 12 a and 12 b of the both end portions 2 a of the clamp band 6 are hooked on the latch portion 46.
  • the rotating mass holding part 14 is fixed so that the rotating mass 43 cannot be rotated by inserting the pin 14 b into the hole 15 of the rotating mass 43.
  • the latch portion 46 fixed to the rotary mass 43 is similarly fixed at the positions shown in FIGS. This state is shown in FIG. 6 and FIG. 13A.
  • the block 3 After mounting the satellite side structure 30 on the PAF structure 20, the block 3 is fitted around the PAF structure 20, the strap 2 is tightened, and the hooks 12a and 12b of both ends 2a and 2b are latched.
  • a method of hooking to 46 is conceivable.
  • the second coupling portion 7 is provided in the middle of the clamp band 6 as shown in FIG. 4, after placing the satellite side structure 30 on the PAF structure 20, the block 3 is fitted around the strap 2 and the strap 2. It is conceivable to complete the coupling of the first coupling portion 4 and then couple the second coupling portion 7 in the same manner as in the prior art and tighten the clamp band 6 using a bolt-shaped member. At this time, the clamp band 6 is extended longer than its natural length, and its tension is, for example, about 30 kN.
  • control device 16 turns on the rotation mass holding unit 14 of the rotation holding unit 8 when the time for separating the satellite-side structure 30 has been reached.
  • the rotating mass holding part 14 pulls out the pin 14a from the hole 15 of the rotating mass 43 (step S01). Thereby, the rotation mass 43 can be rotated. As a result, the latch portion 46 fixed to the rotary mass 43 can also rotate.
  • both ends 2a and 2b tend to move away from each other due to the tension of the clamp band 6 that has been tightened. That is, the hooking portions 12a and 12b try to leave in opposite directions. Along with the separation, the protrusions 46a and 46b are pulled in opposite directions, whereby the latch portion 46 starts to rotate (step S02).
  • the latch portion 46 is integral with the rotating mass 43, and the rotating mass 43 is larger in size and larger in mass than the latch portion 46. Therefore, the rotation (rotation speed and acceleration) of the latch unit 46 is generally determined by the moment of inertia of the rotating mass 43. Therefore, for example, if the moment of inertia is relatively large, the rotation of the rotating mass 43 can be relatively slow.
  • separate can be made relatively slow.
  • the both ends 2a and 2b of the clamp band 6 are separated by the rotation of the latch portion 46, and the circumferential length of the clamp band 6 is substantially extended. Since the clamp band 6 is loosened and the tightening force is weakened in this way, the clamp band 6 can move slightly outward, so that the PAF structure 20 and the satellite-side structure 30 can spread slightly outward from the position P0 to the position P1. it can. As a result, the strain stress of the satellite-side structure 30 that the clamp band 6 has pressed down is released by the loose amount. This state is shown in FIG. 12 and FIG. 13B.
  • the satellite is separated by the operation of the combined separation system as described above.
  • a mechanism for gradually releasing the tightening force applied to the coupling portion by the clamp band 6 over time as compared with the conventional case In this mechanism, when the coupling between the two end portions 2a and 2b of the clamp band 6 is separated, the movement of the both end portions 2a and 2b to move away from the first coupling portion 4 is controlled by the rotational mobility of the rotary mass 43. Yes.
  • the tension of the clamp band 6 is applied to both ends 2a and 2b. Rather than releasing the tension instantaneously, the tension is released by causing the rotation mass 43 to rotate, so that it takes time corresponding to the moment of inertia of the rotation mass 43 to release the tension.
  • the clamping force of the clamp band 6 can be gradually released over time as compared with the conventional case. As a result, it is possible to greatly reduce the impact caused by releasing the tightening force.
  • a configuration other than pyrotechnics (a member that does not use explosives) can be used as the first coupling portion 4, which is a configuration in which coupling and release are performed by the rotation of the latch portion 46.
  • pyrotechnics a member that does not use explosives
  • the first coupling portion 4 is a configuration in which coupling and release are performed by the rotation of the latch portion 46.
  • the structure of the satellite side structure 30 and the PAF structure 20, that is, the interface between the satellite and the rocket can be made the same as before. Therefore, compatibility with other rockets can be maintained as seen from the satellite.
  • the first coupling portion 4 having the bearing 42 on one side of the rotating mass 43 is used.
  • the present invention is not limited to this example, and the first coupling portion 4 having bearings may be provided on both sides of the rotating mass 43. Examples thereof are shown in FIGS. 14 and 15. Examples thereof will be described below.
  • FIG. 14 is a schematic right side view showing a modified example of the first coupling portion of the coupling / separating system of FIG. 4 and the configuration in the vicinity thereof.
  • FIG. 15 is a schematic exploded view showing a configuration of a modified example of the first coupling portion of the coupling / separating system of FIG. 14.
  • the first coupling portion 4 includes a mounting bracket 41, a bearing 42, a rotating mass 43, an upper mounting bracket 48, an upper bearing 47, and a latch portion 46.
  • the latch part 46 has the protrusion part 46a and the auxiliary
  • the latch portion 46 has shaft portions 44c, 44a and 44b at the lower portion thereof.
  • the shaft portion 44 c is inserted into the upper bearing 47 and holds the latch portion 46 and the rotation mass 43 in a rotatable manner.
  • the shaft portion 44 a is fitted into the opening 43 a of the rotating mass 43 and fixedly couples the latch portion 46 and the rotating mass 43.
  • the rotation of the rotation mass 43 is transmitted to the latch unit 46.
  • the shaft portion 44b is inserted into the bearing 42 and holds the latch portion 46 and the rotating mass 43 in a rotatable manner.
  • the upper mounting bracket 48 is provided between the rotary mass 43 and the upper portion of the latch portion 46 and is fixed to the side surface of the PAF structure 30.
  • the upper mounting bracket 48 has an opening 48 a that passes therethrough for holding the upper bearing 47.
  • the bearing 47 is provided in the opening portion 48a, and the shaft portion 44c is inserted into the bearing portion 47a to hold the rotating mass 43 and the latch portion 46 so as to be integrally rotatable.
  • the rotation of the latch portion 46 and the rotary mass 43 rotates around an axis (rotary axis) C passing through the center of the shaft portion 44, the rotary mass 43, and the bearing 42.
  • the rotation axis C (z-axis direction) is a direction perpendicular to the circumferential direction (xy in-plane direction) of the clamp band 6. That is, when the clamp band 6 is coupled, the direction is perpendicular to the plane (xy plane) including the upper surface of the circumference of the clamp band 6 (z-axis direction).
  • a bearing 47 is provided in the vicinity of the upper portion of the latch portion 46 where a large force is applied. In this way, the bearing 47 is also provided in the vicinity of the upper portion of the latch portion 46, and the shaft portion is supported on both sides of the rotary mass 43. Therefore, the shaft portion is supported only by the bearing 42 away from the latch portion 46. Compared with the case of 8, the rotation of the latch portion 46 and the rotation mass 43 can be performed stably.
  • the coupling / separation device of the present invention is configured to couple or separate the clamp band that engages the mounting member of the flying object and the structure mounted on the mounting member, and both ends of the clamp band.
  • the first coupling part includes a rotating part that can rotate around a direction perpendicular to the circumferential direction of the clamp band, and a rotation holding part that makes the rotating part non-rotatable or rotatable. When both ends are joined, both ends are engaged with the rotating part from opposite directions, and the rotation holding part makes the rotating part non-rotatable. When separating both end portions, the rotation holding portion makes the rotation portion rotatable, and both end portions are detached from the rotation portion by rotation of the rotation portion.
  • the both ends of the clamp band when the both ends of the clamp band are separated, the both ends are separated little by little by the rotating operation of the rotating body, not instantaneously. Therefore, the time required for the separation can be extended by the time required for the rotation of the rotating body. Thereby, it is possible to give a margin for the clamp band to loosen by the time. By utilizing the looseness of the clamp band, the strain stress generated by the structure being fastened to the clamp band can be released gently. As a result, the separation impact can be greatly reduced.
  • the rotating portion includes a latch portion that engages both ends, and a rotating body that rotates around the shaft together with the latch portion. It is preferable that the rotating operation of the rotating portion is controlled by the moment of inertia of the rotating body. In this case, since the location where the both ends are engaged (latch portion) and the location where the rotational operation is controlled by the moment of inertia (rotating body) are different, the rotational operation can be easily controlled. Further, controlling the moment of inertia of the rotating operation can be controlled by a plurality of parameters such as the mass and size of the rotating body, and desired performance can be easily imparted.
  • the engaging positions of both end portions of the latch portion are symmetrical with respect to the axis. In this case, it is considered that the operations at both ends are symmetric, and the rotation operation including the rotating body can be performed more stably.
  • the distance between the engaging position of each end and the shaft is smaller than the radius of the rotating body. In this case, since the resistance at the start of rotation can be relatively increased, the time required for rotation can be easily set to a desired value even if the size of the rotating body is reduced. Thereby, space saving and mass reduction of a rotary body can be achieved.
  • the coupling / separating device further includes a second coupling unit that couples or separates the middle part of the clamp band.
  • a second coupling unit that couples or separates the middle part of the clamp band.
  • the second coupling portion preferably has the same structure as the first coupling portion in the clamp band. In this case, it is possible to provide redundancy for the first coupling unit in the coupling / separating apparatus.
  • the rotating portion has a shaft bearing on at least one of the upper side and the lower side. In this case, the rotation part can be rotated more stably.
  • the rotating body preferably has an opening.
  • the rotation holding unit includes a pin and a drive unit that inserts and removes the pin into and from the opening. It is preferable to make the rotation of the rotating body impossible by inserting a pin in the opening. It is preferable that the rotating body can be rotated by removing the pin from the opening. In this case, the operation of the rotating body can be controlled by a simple method of inserting and removing the pins.
  • the coupling / separating system of the present invention is mounted on a flying object, and a mounting member for mounting a structure and any one of the above paragraphs for connecting or separating the mounted structure to or from the mounting member. And a coupling / separating device as described above.
  • the first coupling portion is attached to the placement member.
  • the above-described coupling / separation device of the present invention is used. Therefore, when the both ends of the clamp band are separated, the both ends can be gradually separated by the rotating operation of the rotating body. Accordingly, it is possible to extend the time for separation by the time required for the rotation of the rotating body, and to give a margin for the clamp band to be loosened by the time. By utilizing the looseness of the clamp band, the strain stress generated by the structure being fastened to the clamp band can be released gently. As a result, the separation impact can be greatly reduced.
  • the coupling / separation method of the present invention is a coupling / separation method using a coupling / separation system that couples or separates a structure from a flying object.
  • the coupling / separation system includes a mounting member that is mounted on the flying body and mounts the structure, and a coupling / separation device that couples or separates the mounted structure to the mounting member.
  • the coupling / separating device includes a clamp band that engages the mounting member and the structure, and a first coupling unit that couples or separates both ends of the clamp band.
  • the first coupling part includes a rotating part that can rotate around a direction perpendicular to the circumferential direction of the clamp band, and a rotation holding part that makes the rotating part non-rotatable or rotatable.
  • the first coupling portion is attached to the mounting member.
  • the rotation holding unit makes the rotation unit non-rotatable, and both ends are engaged with the rotation unit from opposite directions.
  • the coupling and separating method when separating both ends of the clamp band, a step of rotating the rotating unit by the rotation holding unit and a step of rotating the rotating unit by pulling the both ends in opposite directions by the tension of the clamp band And a step in which both end portions are detached from the rotating portion.
  • the above-described combined separation system of the present invention is used. Therefore, when the both ends of the clamp band are separated, the both ends can be gradually separated by the rotating operation of the rotating body.

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Abstract

　結合分離装置は、飛翔体の載置部材と載置部材に載置された構造物とを係合するクランプバンドと、クランプバンドの両端部を結合又は分離する第１結合部とを具備する。第１結合部は、クランプバンドの周方向に対して垂直な方向を軸Ｃとして回転可能な回転部と、回転部を回転不可能にし、又は回転可能にする回転保持部とを備える。両端部を結合するとき、両端部は互いに逆方向から回転部に係合され、回転保持部は回転部を回転不可能にする。両端部を分離するとき、回転保持部は回転部を回転可能にし、両端部は回転部の回転で回転部から脱離する。

Description

結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法
　本発明は、結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法に関し、特に、飛翔体に構造物を結合し、結合された構造物を飛翔体から分離する結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法に関する。
　飛翔体（例示：ロケット）と構造物（例示：人工衛星）とを結合・分離する結合分離システムが知られている。ロケットの結合分離システムでは、衛星とロケットとの結合を、金属製のクランプバンドで締め付けることで行われている。図１は、一般的な結合分離システムの構成を示す概略平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面の構成を示す概略断面図である。結合分離システムは、結合分離装置１０１とＰＡＦ（Ｐａｙｌｏａｄ　Ａｔｔａｃｈｅｄ　Ｆｉｔｔｉｎｇ）構造１２０とを備えている。ＰＡＦ構造１２０は、ロケットに搭載され、衛星を載置する円筒形状の台座である。結合分離装置１０１は、ＰＡＦ構造１２０と、その上に搭載された衛星側構造１３０とを結合又は分離する。ただし、衛星側構造１３０は、円筒形状を有する衛星側の部材である。ＰＡＦ構造１２０及び衛星側構造１３０の直径は概ね等しい。そして両者が結合される場合、結合分離装置１０１に締め付けられて、本来の直径よりも小さい直径に押し込められる。それにより、ＰＡＦ構造１２０及び衛星側構造１３０には歪応力が発生している。結合分離装置１０１は、クランプバンド１０６と結合部１０４とを備えている。
　クランプバンド１０６は、ＰＡＦ構造１２０と衛星側構造１３０との結合部分の成す円周形状に沿って設けられている。クランプバンド１０６は、複数のブロック１０３と、ストラップ１０２とを備えている。複数のブロック１０３は、ＰＡＦ構造１２０と衛星側構造１３０との結合部分の成す円周形状に沿って並んで設けられている。ブロック１０３は、ＰＡＦ構造１２０の端部１２０ａと衛星側構造１３０の端部１３０ａとを併せて係合する凹部１０３ａ（例示：断面がＶ字型の溝、以下Ｖ溝ともいう）を有している。ＰＡＦ構造１２０と衛星側構造１３０とは、端部１２０ａと端部１３０ａとが凹部１０３ａで係合することで、互いに結合している。ストラップ１０２は、複数のブロック１０３における凹部１０３ａと反対の面に結合している。複数のブロック１０３とストラップ１０２とは一体である。ストラップ１０２を締め付けることで、複数のブロック１０３を、凹部１０３ａと反対の面から結合部分に向かって押し込んでいる。結合部１０４は、ストラップ１０２の両端部１０２ａを結合して、クランプバンド１０６の締め付けを保持する。結合部１０４は、ストラップ１０２の一方の端部１０２ａに設けられたボルト状部材（図示されず）と、他方の端部１０２ａに設けられたナット状部材（図示されず）とに例示される。結合部１０４は、ボルト状部材をナット状部材にねじ込むことで、ストラップ１０２の両端部１０２ａを結合する。クランプバンド１０６には、外側のロケット本体に取り付けられた複数のバネ１０５により外向きの力が加えられている。
　結合分離装置１０１では、衛星とロケットとの結合の解除（分離）は、火工品を用いて行う。火工品は、その動作時に切断治具を高速に移動させ、結合部１０４のボルト状部材を切断する。そのボルト状部材の切断により、ストラップ１０２の両端１０２ａが分離される。それにより、クランプバンド１０６が、クランプバンド１０６の張力及びバネ１０５の力で高速に外側に引っ張られる。その結果、複数のブロック１０３も高速に外側に移動するので、衛星とロケットとの結合が解除される。
　関連する技術として、米国特許ＵＳ６４５４２１４号公報に、宇宙船の二つの部分を結合する装置及び方法が開示されている。クランプは、宇宙船の第１部分と第２部分とを開放可能に結合し、及び宇宙船の第１部分と第２部分とを分離するときに開放可能な圧縮応力のエネルギーを蓄積する操作が可能である。クランプは、第１端部と第２端部を備えている。少なくとも一つのエネルギー蓄積システムは、クランプを開いて宇宙船の第１部分と第２部分とを分離するときにクランプの圧縮応力の少なくとも一部を回転のエネルギーに変換する操作が可能である。エネルギー蓄積システムは、ネジ部を含む第１結合部と、ネジ部を含む第２結合部と、第１結合部と第２結合部のネジ部を相補的に係合する操作が可能な結合装置とを備える。結合装置は、クランプの第１端部と第２端部とを結合する操作が可能である。分離の間、結合部と結合装置とは、第１結合部と第２結合部が結合装置から開放されるように互いに回転可能である。
米国特許ＵＳ６４５４２１４号公報
　図１及び図２に示される結合分離装置１０１では、衛星とロケットとの結合を解除（分離）するとき、結合部１０４のボルト状部材が切断されて、クランプバンド１０６の張力及びバネ１０５の力で高速に外側に引っ張られる。その結果、クランプバンド１０６の締め付け力によりブロック１０３を介して押さえつけられていたＰＡＦ構造１２０及び衛星側構造１３０における中心から外側方向に向かう力（歪応力）が開放される。図３は、ＰＡＦ構造１２０及び衛星側構造１３０における歪応力が開放された時の様子を示す模式図である。この図は、図２と同様の断面を示している。衛星側構造１３０は、結合時には、歪応力を蓄積した状態で、Ｐ０の位置にある。しかし、ＰＡＦ構造１２０及び衛星側構造１３０は、結合部１０４のボルト状部材が切断されブロック１０３が開放された後は自由に動ける。そのため、極めて高速に歪応力を開放して、歪応力の無い位置であるＰＡへ移ろうとする。その結果、ＰＡＦ構造１２０及び衛星側構造１３０は、ＰＡの位置を略中心として激しく振動することになる。すなわち、火工品による衝撃に加えて、締め付け力の開放が瞬時に行われることにより、衛星側構造１３０に衝撃が発生してしまうことになる。このような分離衝撃が大きい場合には、衛星側機器の設計条件を厳しくする必要が出て、コストや重量等の面で問題となる。
　本発明の目的は、飛翔体（例示：ロケット）と構造物（例示：衛星）との結合を分離するとき、分離衝撃を低減することが可能な結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、当該結合を分離するとき、衛星側構造の歪エネルギーが瞬間的に開放されることによる衝撃を低減することが可能な結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法を提供することにある。
　この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
　本発明の結合分離装置は、飛翔体の載置部材と載置部材に載置された構造物とを係合するクランプバンドと、クランプバンドの両端部を結合又は分離する第１結合部とを具備する。第１結合部は、クランプバンドの周方向に対して垂直な方向を軸として回転可能な回転部と、回転部を回転不可能にし、又は回転可能にする回転保持部とを備える。両端部を結合するとき、両端部は互いに逆方向から回転部に係合され、回転保持部は回転部を回転不可能にする。両端部を分離するとき、回転保持部は回転部を回転可能にし、両端部は回転部の回転で回転部から脱離する。
　上記の結合分離装置において、回転部は、両端部が係合するラッチ部と、ラッチ部と共に軸を中心に回転する回転体とを含むことが好ましい。回転体の慣性モーメントにより、回転部の回転動作が制御されることが好ましい。
　上記の結合分離装置において、ラッチ部における両端部の各々の係合する位置は、軸に対して対称な位置であることが好ましい。
　上記の結合分離装置において、両端部の各々の係合する位置と軸との距離は、回転体の半径よりも小さいことが好ましい。
　上記の結合分離装置において、クランプバンドの途中の部分を結合又は分離する第２結合部を更に具備することが好ましい。
　上記の結合分離装置において、第２結合部は、クランプバンドにおける第１結合部と同一構造であることが好ましい。
　上記の結合分離装置において、回転部は、その上側及び下側のうちの少なくとも一方に軸用の軸受を有することが好ましい。
　上記の結合分離装置において、回転体は、開口部を有することが好ましい。回転保持部は、ピンと、ピンを開口部に出し入れする駆動部とを備える。開口部にピンを入れることで、回転体の回転を不可能にすることが好ましい。開口部からピンを抜くことで、回転体の回転を可能にすることが好ましい。
　本発明の結合分離システムは、飛翔体に搭載され、構造物を載置する載置部材と、載置される構造物を載置部材に結合し又は分離する、上記各段落のいずれか一つに記載の結合分離装置とを具備する。第１結合部は、載置部材に取り付けられる。
　本発明の結合分離方法は、飛翔体に構造物を結合し又は分離する結合分離システムを用いた結合分離方法である。ここで、結合分離システムは、飛翔体に搭載され、構造物を載置する載置部材と、載置される構造物を載置部材に結合し又は分離する結合分離装置とを具備する。結合分離装置は、載置部材と構造物とを係合するクランプバンドと、クランプバンドの両端部を結合又は分離する第１結合部とを備える。第１結合部は、クランプバンドの周方向に対して垂直な方向を軸として回転可能な回転部と、回転部を回転不可能にし、又は回転可能にする回転保持部とを備える。第１結合部は、載置部材に取り付けられている。両端部を結合するとき、回転保持部は回転部を回転不可能にし、両端部は互いに逆方向から回転部に係合される。結合分離方法は、クランプバンドの両端部を分離するとき、回転保持部により回転部を回転可能にするステップと、クランプバンドの張力で両端部を互いに逆方向に引っ張ることにより回転部を回転させるステップと、両端部が回転部から脱離するステップとを具備する。
　本発明により、飛翔体と構造物との結合を分離するとき、分離衝撃を低減することが可能となる。また、本発明により、当該結合を分離するとき、衛星側構造の歪エネルギーが瞬間的に開放されることによる衝撃を低減することが可能となる。
図１は、一般的な結合分離システムの構成を示す概略平面図である。 図２は、一般的な結合分離システムの構成を示す概略断面図である。 図３は、ＰＡＦ構造及び衛星側構造における歪応力が開放された時の様子を示す模式図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る結合分離システムの構成を示す概略平面図である。 図５は、図４のＡ－Ａ断面の構成を示す概略断面図である。 図６は、図４の結合分離システムの第１結合部及び近傍の構成を示す概略平面図である。 図７は、図４の結合分離システムの第１結合部及び近傍の構成を示す概略正面図である。 図８は、図４の結合分離システムの第１結合部及び近傍の構成を示す概略右側面図である。 図９は、図４の結合分離システムの第１結合部の構成を示す概略分解図である。 図１０は、図４の結合分離システムの第１結合部及びその近傍の構成を示す概略斜視図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る結合分離システムの動作を示すフロー図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る第１結合部及びその近傍の動作を示す概略平面図である。 図１３Ａは、図１１の各段階における図４のＡ－Ａ断面を示す概略断面図である。 図１３Ｂは、図１１の各段階における図４のＡ－Ａ断面を示す概略断面図である。 図１４は、図４の結合分離システムの第１結合部の変形例及び近傍の構成を示す概略右側面図である。 図１５は、図１４の結合分離システムの第１結合部の構成を示す概略分解図である。
　以下、本発明の結合分離装置、結合分離システム、及び結合分離方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。ここでは、結合分離システムが搭載される飛翔体としてロケット、飛翔体に結合され分離される構造物として衛星、の場合を例にして説明する。
　本発明の実施の形態に係る結合分離装置及び結合分離システムの構成について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る結合分離システムの構成を示す概略平面図である。図５は、図４のＡ－Ａ断面の構成を示す概略断面図である。結合分離システムは、結合分離装置１と、ＰＡＦ（Ｐａｙｌｏａｄ　Ａｔｔａｃｈｅｄ　Ｆｉｔｔｉｎｇ）構造２０とを備えている。
　ＰＡＦ構造２０（載置部材）は、ロケットに搭載され、衛星を載置する円筒形状の台座である。結合分離装置１は、ＰＡＦ構造２０と、その上に載置された衛星側構造３０とを結合又は分離する。ただし、衛星側構造３０は、円筒形状を有する衛星側の部材である。ＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０の直径は概ね等しい。そして両者が結合される場合、結合分離装置１に締め付けられて、本来の直径よりも小さい直径に押し込められる。それにより、ＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０には歪応力が発生している。結合分離装置１は、クランプバンド６と、第１結合部４と、回転保持部８とを備えている。なお、図４に示すように、更に第２結合部７を備えていても良い。
　クランプバンド６は、ＰＡＦ構造２０と衛星側構造３０との結合部分の成す円周形状に沿って設けられている。クランプバンド６を締め付けることにより、衛星側構造３０とＰＡＦ構造２０は内側に変形する。すなわち、衛星側構造３０とＰＡＦ構造２０は、係合時に、変形に伴う歪応力（歪エネルギー）を内包することになる。クランプバンド６は、複数のブロック３と、ストラップ２とを備えている。
　複数のブロック３は、ＰＡＦ構造２０と衛星側構造３０との結合部分の成す円周形状に沿って並んで設けられている。ブロック３は、ＰＡＦ構造２０の端部２０ａと衛星側構造３０の端部３０ａとを併せて係合する凹部３ａを有している。凹部３ａは略Ｖ字型の溝を形成している。ＰＡＦ構造２０と衛星側構造３０とは、端部２０ａと端部３０ａとが合わさって山型の凸部を形成し、当該凸部が凹部３ａに係合することで、互いに結合している。ブロック３は、例えば、アルミニウムで形成されている。
　ストラップ２は、両端部を後述される結合部４により結合された環形状を有する。ストラップ２は、複数のブロック３における凹部３ａと反対の面に結合している。複数のブロック３とストラップ２とは一体である。ストラップ２を締め付けることで、複数のブロック３を凹部３ａと反対の面から結合部分に向かって押し込んでいる。
　ＰＡＦ構造２０及び衛星構造体３０の中心方向に向かうこの締め付け力で、複数のブロック３を当該中心方向に押し込んでいる。その押し込む力で、凹部３ａにおいて、当該中心から外側方向に向かうＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０の力を抑え込んでいる。その押え込む力とＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０の歪応力との釣り合いにより、ＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０とクランプバンド６との係合を維持することができる。クランプバンド６には、外側のロケット本体（図示されず）に取り付けられた複数のバネ５により外向きの力が加えられている。ストラップ２は、例えば、鋼（スチール）で形成されている。
　第１結合部４は、ストラップ２の両端部を結合して、クランプバンド６による締め付けを維持する。又は、両端部の結合を分離して、クランプバンド６による締め付けを開放する。第１結合部４の詳細は後述する。回転保持部８は、ＰＡＦ構造２０に取り付けられ、後述される第１結合部４の回転マスを回転できないように固定し、又はその固定を開放して回転可能にする。それにより、第１結合部４の結合を保持し、又はその結合を開放する。
　第２結合部７を備える場合には、その第２結合部７は、クランプバンド６の途中の位置（例示：第１結合部４と対向する位置）に設けられる。第２結合部７は、例えば、図１で説明した結合部１０４と同じ構成を用いることができる。すなわち、第２結合部７は、ボルト状部材をナット状部材にねじ込むことで、ストラップ２の両端部を結合する。ここで、第２結合部７は、クランプバンド６の取り付けを容易にするために設けられる。そのため、第２結合部７は切断されず、したがって火工品を用いない。ただし、衛星分離のときに第１結合部４で分離できない場合のバックアップとして分離可能としてもよいし、従来どおり分離するようにしてもよい。その分離を行うとき、歪応力の急速な開放による振動の低減が重要であり、火工品による振動が重要でない場合には、火工品でボルト状部材を切断して結合の分離を行っても良い。
　また、第２結合部７の構成を第１結合部４と同一構成とすることも考えられる。その場合、第１結合部４の予備用として、第１結合部４の冗長性を持たせることができる。あるいは、第２結合部７にも同様に結合分離をさせても良い。その場合、結合の分離は、第１結合部４と同時に行う。更に、第１結合部４や第２結合部７のような構成を、複数個所設けることも可能である。
　次に、第１結合部４の詳細について説明する。
　図６～図８は、図４の結合分離システムの第１結合部及びその近傍の構成を示す概略図である。図６は平面図、図７は正面図、及び図８は右側面図である。
　ストラップ２の一方の端部２ａには、取付部１１ａ及び引掛け部１２ａが設けられている。取付部１１ａは、引掛け部１２ａを端部２ａに固定的に取り付ける。引掛け部１２ａは、一つの辺を有さない四角い枠の形状を有している。そして、その辺の無い側で取付部１１ａに固定されている。枠の内側に相当する部分を、後述される第１結合部４のラッチ部４６の突出部４６ａに引っ掛かることが可能となっている。同様に、ストラップ２の他方の端部２ｂには、取付部１１ｂ及び引掛け部１２ｂが設けられている。取付部１１ｂは、引掛け部１２ｂを端部２ｂに固定的に取り付ける。引掛け部１２ｂは、一つの辺を有さない四角い枠の形状を有している。そして、その辺の無い側で取付部１１ｂに固定されている。枠の内側に相当する部分を、後述される第１結合部４のラッチ部４６の突出部４６ｂに引っ掛かることが可能となっている。取付部１１ａ、１１ｂ及び引掛け部１２ａ、１２ｂは、ラッチ部４６に引っ掛けるために用いる部材であるから引掛け部と考えることができる。
　第１結合部４については、まず図９を参照して説明する。図９は、図２の結合分離システムの第１結合部の構成を示す概略分解図である。第１結合部４は、取付ブラケット４１と、軸受４２と、回転マス４３と、ラッチ部４６とを備えている。このうち、回転マス４３及びラッチ部４６は、軸受４２を用いて、取付ブラケット４１に回転軸Ｃを中心に回転可能に取り付けられている。
　ラッチ部４６は、その上部に、突出部４６ａ及び補助部４６ｂと、突出部４６ｃ及び補助部４６ｄとを有している。突出部４６ａは補助部４６ｄと、及び、補助部４６ｂは突出部４６ｃと、それぞれ互いに背中合わせに設けられている。そして、突出部４６ａと突出部４６ｃとは、回転軸Ｃに対して対称な位置に設けられている。同様に、補助部４６ｂと補助部４６ｄとは、回転軸Ｃに対して対称な位置に設けられている。ストラップ２の引掛け部１２ａは、突出部４６ａと補助部４６ｂとで形成される断面がＵ字型の溝（以下Ｕ溝ともいう）に挿入され、突出部４６ａに引っ掛けられる。同様に、ストラップ２の引掛け部１２ｂは、突出部４６ｃと補助部４６ｄとで形成されるＵ溝に挿入され、突出部４６ｃに引っ掛けられる。これらのＵ溝は、溝の開口部が開いた状態にある。そのため、その溝内から開口部へ向かう方向（成分）の力を引掛け部１２ａ、１２ｂに付与すれば、それらをＵ溝から引き出すことができる。
　ラッチ部４６は、その下部に軸部４４ａを有し、更にその下部に軸部４４ｂを有している。軸部４４ａは、回転マス４３の開口部４３ａと嵌合して、ラッチ部４６と回転マス４３とを固定的に結合している。ラッチ部４６の回転軸Ｃを中心とした回転を回転マス４３に伝達する。軸部４４ｂは、軸受４２に挿入され、ラッチ部４６及び回転マス４３を回転可能に保持している。ラッチ部４６は、クランプバンド６の張力により引掛け部１２ａが突出部４６ａを一方向に、引掛け部１２ｂが突出部４６ｂを反対方向にそれぞれ引っ張ることで回転する。
　回転マス４３は、略円板上の部材である。ラッチ部４６の軸部４４ａを開口部４３ａに挿入されて、ラッチ部４６と固定的に結合されている。回転マス４３は、ラッチ部４６と一体で回転する。回転マス４３は、ラッチ部４６の回転に際して、ラッチ部４６に慣性モーメント（Ｉ＝ＭＲ２／２：質量Ｍ、半径Ｒの場合）を付与する。それにより、ラッチ部４６の回転動作（回転状態）を制御する。例えば、慣性モーメントを大きくすればするほど、ラッチ部４６の静止状態から回転を開始するまでの時間を長くし、回転開始初期の速度やその上昇（加速度）を低くすることができる。回転動作を所望の状態に制御するためには、例えば、質量Ｍや密度ρや半径Ｒを変更することで行うことができる。また、所望の慣性モーメントを与えることができれば、リング形状のような他の形状であっても良い。回転マス４３の材料は、ステンレスのような金属が例示される。大きさを小さくしたい場合、Ｗ（タングステン）やＰｂ（鉛）のような高密度材料を用いることも可能である。
　取付ブラケット４１は、第１結合部４の基部であり、ＰＡＦ構造３０の側面に固定されている。取付ブラケット４１は、上部表面に軸受４２を保持する開口部４１ａを有している。軸受４２は、その開口部４１ａに設けられている。軸受４２は、軸受部４２ａに軸部４４ｂを挿入され、回転マス４３及びラッチ部４６を一体的に回転可能に保持している。
　ラッチ部４６と回転マス４３の回転は、軸部４４ａ、４４ｂや回転マス４３や軸受４２の中心を通る回転軸Ｃを中心として回転する。回転軸Ｃ（ｚ軸方向）は、クランプバンド６の周方向（ｘｙ面内方向）に対して垂直な方向である。すなわち、クランプバンド６が結合している時、クランプバンド６の周の上面を含む平面（ｘｙ平面）に対して垂直な方向（ｚ軸方向）である。回転軸Ｃがこのような方向を向くことで、クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂがラッチ部４６を引っ張る方向と、回転マス４３の回転面とを同一面上とすることができる。それにより、ラッチ部４６の回転を、軸部４４ａを介して容易に回転マス４３の回転に変換することができる。
　次に、図６～図８を参照して、ラッチ部４６及び回転マス４３の回転は、上述した回転保持部８により制御される。回転保持部８は、取付部材１３と、回転マス保持部１４とを備えている。取付部材１３は、回転マス保持部１４をＰＡＦ構造２０の内側側面に取り付けている。回転マス保持部１４は、回転マス４３を回転しないように固定し、又はその固定を開放して回転可能にする。回転マス保持部１４は、ピンプラーに例示され、駆動部１４ａと、ピン１４ｂとを含む。駆動部１４ａは、ピン１４ｂを回転マス４３に開口された穴１５に挿入することで、回転マス４３を回転できないように固定する。また、駆動部１４ａは、ピン１４ｂを回転マス４３の穴１５から引き抜くことで、回転マス４３を回転可能にする。
　回転マス４３が回転可能になると、クランプバンド６の張力により両端部２ａ、２ｂが互いに離れる方向へ移動しようとする。それに伴い、ラッチ部４６及び回転マス４３が回転し、クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂが離れて、クランプバンド６が緩む。クランプバンド６が緩むことにより、クランプバンド６が押え込んでいたＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０の歪応力がその緩んだ分だけ開放される。そして、その後、回転が進み、クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂは最終的に分離して、クランプバンド６がバネ５に引っ張られて結合部分から離れる。クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂが分離し、クランプバンド６が離れることにより、衛星側構造３０の歪応力が全て開放される。
　このとき、回転マス４３の回転に伴ってクランプバンド６が緩むので、回転に要する時間の分だけ歪応力の開放に時間がかかる。このように、ＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０は一気に歪応力を開放するのではなく、時間をかけて応力を開放するので、歪応力の開放による振動や衝撃を大幅に抑制することができる。それにより、衛星分離の衝撃を低減することができる。なお、回転保持部８は、回転マス４３を回転不可能に保持し、回転可能にすることができれば、上記形態に限定されるものではない。例えば、上下から回転マス４３を挟んで固定して停止させる方法などが考えられる。
　制御装置１６は、回転保持部８の動作を制御する。例えば、制御装置１３がタイマーの場合、制御装置１６は、予め設定された時刻まで、第１結合部４の回転マス４３が回転しないように、回転マス保持部１４のピン１４ｂを回転マス４３の開口部１５に挿入させておく。そして、予め設定された時刻になったら、回転マス保持部１４のピン１４ｂを開口部１５から引き抜き、第１結合部４の回転マス４３が回転可能にする。又は、制御装置１６が、マイクロコンピュータの場合、プログラム制御により、上記回転マス保持部１４のピン１４ｂの出し入れ動作を制御してもよい。更に、その制御に際して、外部の制御装置から他の制御信号を受けて、上記プログラム制御をおこなっても良い。更に、制御装置１６として、ロケット内に搭載された他の制御装置を兼用しても良い。
　第１結合部４の回転マス４３の大きさ及び質量に関しては、例えば、以下のように決定される。まず、ラッチ部４６の静止状態から回転を開始するまでの時間や、回転開始初期の速度の上昇（加速度）をどの程度に設定するかを決定する。その後、その初期状態を実現する慣性モーメント（Ｉ＝ＭＲ２／２）を決定する。そのようにして決定された回転マス４３の一例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。図４において、クランプバンド６での締め付け時の荷重が３０ｋＮ、ＰＡＦ構造２０の直径φ０が１０００ｍｍの場合、例えば、回転マス４３の直径は２０ｃｍ程度、回転マス４３の質量は５ｋｇ程度、ＰＡＦ構造２０の質量は１００ｋｇ程度である。これは、回転保持部８から開放されて回転可能になってから、クランプバンド６の両端が離れるまで、数１０ｍｓｅｃ（１０ｍｓｅｃオーダー）にしたい場合である。この場合、従来の火工品を用いた場合（図１）である数ｍｓｅｃ（１ｍｓｅｃオーダー）と比較して、１０倍程度遅くすることができる。
　また、ラッチ部４６において引掛け部１２ａ、１２ｂが突出部４６ａ、４６ｂに引っ掛けられたときの回転軸Ｃと引掛け部１２ａ、１２ｂとの距離（以下オフセットともいう）は、回転マス４３の半径よりも小さくなるように設定されている。これは、オフセットのサイズを小さくすると、回転開始の抵抗を相対的に大きくできるからである。そのようにすることで、回転マス４３の大きさを小さくしても、回転に要する時間を所望の値にすることができる。それにより、回転マス４３の省スペース化や低質量化を図ることができる。
　図１０は、図４の結合分離システムの第１結合部及びその近傍の構成を示す概略斜視図である。
　この図は、結合状態をわかりやすく示している。第１結合部４において、引掛け部１２ａは、ラッチ部４６の突出部４６ａに引っ掛けられ、突出部４６ａと補助部４６ｂとが成すＵ溝に嵌っている。同様に、引掛け部１２ｂは、ラッチ部４６の突出部４６ｃに引っ掛けられ、突出部４６ｃと補助部４６ｄとが成すＵ溝に嵌っている。この状態は、回転保持部８（この図において図示されず；図８を参照）が回転マス保持部１４のピン１４ｂを回転マス４３の穴１５に挿入することで保持されている。
　次に、本発明の実施の形態に係る結合分離装置及び結合分離システムの動作（結合分離方法）について説明する。図１１は、本発明の実施の形態に係る結合分離システムの動作を示すフロー図である。図６及び図１２は、本発明の実施の形態に係る第１結合部及びその近傍の動作を示す概略平面図である。図１３Ａ～図１３Ｂは、図１１の各段階における図４のＡ－Ａ断面を示す概略断面図である。
　事前に、衛星側構造３０は、結合分離システムに取り付けられている。すなわち、衛星側構造３０は、クランプバンド６によりＰＡＦ構造２０に結合している（図４～図８、図１０）。このとき、クランプバンド６の両端部２ａの引掛け部１２ａ、１２ｂは、ラッチ部４６に引っ掛けられている。回転マス保持部１４はピン１４ｂを回転マス４３の穴１５に挿入することで、回転マス４３を回転できないように固定している。その結果、回転マス４３に固定されたラッチ部４６も同様に、図５～図８、図１０に示す位置に固定されている。この状態を示したのが、図６及び図１３Ａである。
　取り付け方法は、ＰＡＦ構造２０上に衛星側構造３０を載置した後、ブロック３をその周囲に嵌め込み、ストラップ２を締め上げて、その両端部２ａ、２ｂの引掛け部１２ａ、１２ｂをラッチ部４６に引掛ける方法が考えられる。また、クランプバンド６の途中に、図４のように第２結合部７を設ける場合には、ＰＡＦ構造２０上に衛星側構造３０を載置した後、ブロック３をその周囲に嵌め込み、ストラップ２の第１結合部４の結合を完成し、しかる後に従来と同様にして第２結合部７を結合して、ボルト状部材を用いてクランプバンド６を締め上げる方法が考えられる。このとき、クランプバンド６はその自然長と比較して長く引き伸ばされており、その張力は、例えば、約３０ｋＮである。
　このようにして結合分離装置１を用いてＰＡＦ構造２０に取り付けられている衛星側構造３０を分離するには、以下の分離シーケンスを用いる。
　まず、制御装置１６は、衛星側構造３０を分離する時刻に達した段階で、回転保持部８の回転マス保持部１４をＯＮにする。回転マス保持部１４は、回転マス４３の穴１５からピン１４ａを引き抜く（ステップＳ０１）。それにより、回転マス４３が回転可能になる。その結果、回転マス４３に固定されたラッチ部４６も回転可能になる。
　ラッチ部４６が回転可能になると、締め上げられていたクランプバンド６の張力により両端部２ａ、２ｂが互いに離れる方向へ移動しようとする。すなわち、引掛け部１２ａ、１２ｂが互いに反対の方向に離れようとする。その離れることに伴い、突出部４６ａ、４６ｂが互いに反対方向に引っ張られることにより、ラッチ部４６が回転し始める（ステップＳ０２）。ラッチ部４６は回転マス４３と一体であり、回転マス４３はラッチ部４６よりも大きさが大きく且つ質量が大きい。そのため、ラッチ部４６の回転（回転の速度や加速度）は回転マス４３の慣性モーメントで概ね決定されることになる。したがって、例えば、慣性モーメントを相対的に大きくしておけば、回転マス４３の回転を相対的に緩やかにすることができる。それにより、クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂが離れる速度を相対的に遅くすることができる。ラッチ部４６の回転によりクランプバンド６の両端部２ａ、２ｂが離れて、クランプバンド６の周方向の長さが、実質的に延伸したようになる。このようにしてクランプバンド６が緩み、その締め付け力が弱まることで、クランプバンド６が少し外側に移動できるので、ＰＡＦ構造２０及び衛星側構造３０は位置Ｐ０から位置Ｐ１へ少し外側に広がることができる。それにより、クランプバンド６が押え込んでいた衛星側構造３０の歪応力がその緩んだ分だけ開放される。その状態を示したのが、図１２及び図１３Ｂである。
　そして、その後、ラッチ部４６の回転が進むと、ラッチ部４６のＵ溝はクランプバンド６の両端部２ａ、２ｂの移動方向へその開口部を向けることになる。その結果、クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂはＵ溝から最終的に飛び出し、クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂの結合が分離する。そして、クランプバンド６は、バネ５に引っ張られて衛星側構造３０とＰＡＦ構造２０との結合部分から離れる。クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂが分離し、クランプバンド６が離れることにより、衛星側構造３０は何の拘束受けなくなる。その結果、衛星側構造３０の歪応力は全て開放される（ステップＳ０３）。それにより、衛星側構造３０とＰＡＦ構造２０との結合が開放される（分離する）。
　以上のような結合分離システムの動作により、衛星が分離される。
　本実施の形態では、クランプバンド６により結合部分に付与されている締め付け力を、従来の場合と比較して時間をかけて緩やかに開放する機構が設けられている。この機構では、クランプバンド６の両端部２ａ、２ｂの結合を分離するとき、両端部２ａ、２ｂが第１結合部４から離れようとする運動を、回転マス４３の回転運度で制御している。両端部２ａ、２ｂにはクランプバンド６の張力がかかっている。その張力を瞬時に開放するのではなく、その張力に回転マス４３を回転させる仕事をさせることで、張力の開放に回転マス４３の慣性モーメントに対応した時間がかかるようにしている。それにより、クランプバンド６の締め付け力を従来の場合と比較して時間をかけて緩やかに開放することができる。その結果、締め付け力開放による衝撃を大幅に低減することが可能となる。
　また、本実施の形態では、第１結合部４として、ラッチ部４６の回転で結合及び解除を行う構成という、火工品以外の構成（火薬を使用していない部材）を用いることができる。それにより、火工品による衝撃を緩和することも可能である。火工品を使用しない場合、運用制約が無くなる。加えて、再利用が可能なため、実際の使用の前に、現物で試験をすることが可能となる。
　更に、本実施の形態では、衛星側構造３０やＰＡＦ構造２０の構造、すなわち衛星とロケットとのインターフェースをこれまでと同じにすることができる。そのため、衛星から見て他のロケットと互換性を維持することができる。
　なお、上記実施の形態では、回転マス４３の片側に軸受４２を有する第１結合部４を用いている。しかし、本発明はこの例に限定されるものではなく、回転マス４３の両側に軸受を有する第１結合部４を有していても良い。その例を示しているのが、図１４及び図１５である。以下にその例について説明する。
　図１４は、図４の結合分離システムの第１結合部の変形例及びその近傍の構成を示す概略右側面図である。図１５は、図１４の結合分離システムの第１結合部の変形例の構成を示す概略分解図である。第１結合部４は、取付ブラケット４１と、軸受４２と、回転マス４３と、上部取付ブラケット４８と、上部軸受４７と、ラッチ部４６とを備えている。
　ラッチ部４６は、その上部に、突出部４６ａ及び補助部４６ｂと、突出部４６ｃ及び補助部４６ｄとを有している。これらの構成は、図９の場合と同様である。また、ラッチ部４６は、その下部に、軸部４４ｃ、４４ａ、４４ｂを有している。軸部４４ｃは、上部軸受４７に挿入され、ラッチ部４６及び回転マス４３を回転可能に保持する。軸部４４ａは、回転マス４３の開口部４３ａと嵌合して、ラッチ部４６と回転マス４３とを固定的に結合する。回転マス４３の回転をラッチ部４６に伝達する。軸部４４ｂは、軸受４２に挿入され、ラッチ部４６及び回転マス４３を回転可能に保持する。
　上部取付ブラケット４８は、回転マス４３とラッチ部４６の上部との間に設けられ、ＰＡＦ構造３０の側面に固定されている。上部取付ブラケット４８は、上部軸受４７を保持するための貫通する開口部４８ａを有している。軸受４７は、その開口部４８ａに設けられ、軸受部４７ａに軸部４４ｃを挿入され、回転マス４３及びラッチ部４６を一体的に回転可能に保持する。
　なお、取付ブラケット４１、軸受４２、及び回転マス４３の構成は、図９の場合と同様であるので、その説明を省略する。
　ラッチ部４６と回転マス４３の回転は、軸部４４や回転マス４３や軸受４２の中心を通る軸（回転軸）Ｃを中心として、回転する。回転軸Ｃ（ｚ軸方向）は、クランプバンド６の周方向（ｘｙ面内方向）に対して垂直な方向である。すなわち、クランプバンド６が結合している時、クランプバンド６の周の上面を含む平面（ｘｙ平面）に対して垂直な方向（ｚ軸方向）である。
　この場合にも、図５～図８の場合と同様の効果を得ることができる。
　更に、この場合、軸受４２に加えて、大きな力がかかるラッチ部４６上部の近傍に軸受４７を設けている。このように、ラッチ部４６上部の近傍にも軸受４７を設け、回転マス４３の両側で軸部を支持しているので、ラッチ部４６から離れた軸受４２だけで軸部を支える図５～図８の場合と比較して、ラッチ部４６及び回転マス４３の回転を安定的に行うことができる。
　このように、本発明の結合分離装置は、飛翔体の載置部材と載置部材に載置された構造物とを係合するクランプバンドと、クランプバンドの両端部を結合又は分離する第１結合部とを具備する。第１結合部は、クランプバンドの周方向に対して垂直な方向を軸として回転可能な回転部と、回転部を回転不可能にし、又は回転可能にする回転保持部とを備える。両端部を結合するとき、両端部は互いに逆方向から回転部に係合され、回転保持部は回転部を回転不可能にする。両端部を分離するとき、回転保持部は回転部を回転可能にし、両端部は回転部の回転で回転部から脱離する。本発明では、クランプバンドの両端部を分離するとき、瞬間的に分離するのではなく、回転体の回転動作により少しずつ両端部を離して行くようにしている。そのため、回転体の回転にかかる時間分だけ分離に係る時間を延ばすことができる。それにより、当該時間分だけクランプバンドが緩む余裕を与えることができる。そのクランプバンドの緩みを利用して、構造物がクランプバンドに締め付けられて生じている歪応力を緩やかに開放することができる。その結果、分離衝撃を大幅に低減することができる。
　上記の結合分離装置において、回転部は、両端部が係合するラッチ部と、ラッチ部と共に軸を中心に回転する回転体とを含むことが好ましい。回転体の慣性モーメントにより、回転部の回転動作が制御されることが好ましい。この場合、両端部を係合する箇所（ラッチ部）と、慣性モーメントにより回転動作を制御する箇所（回転体）とを異ならせているので、回転動作の制御を容易に行うことができる。また、回転動作を慣性モーメント制御することは、回転体の質量や大きさなどの複数のパラメータで制御でき、所望の性能を付与しやすくできる。
　上記の結合分離装置において、ラッチ部における両端部の各々の係合する位置は、軸に対して対称な位置であることが好ましい。この場合、両端部の動作が対称的になると考えられ、回転体を含めた回転動作をより安定的に行わせることができる。
　上記の結合分離装置において、両端部の各々の係合する位置と軸との距離は、回転体の半径よりも小さいことが好ましい。この場合、回転開始の抵抗を相対的に大きくできるので、回転体の大きさを小さくしても、回転に要する時間を所望の値に設定しやすくすることができる。それにより、回転体の省スペース化や低質量化を図ることができる。
　上記の結合分離装置において、クランプバンドの途中の部分を結合又は分離する第２結合部を更に具備することが好ましい。この場合、第２結合部の種類によっては、第１結合部の装着用の治具として用いたり、第１結合部の予備として用いたりすることができる。
　上記の結合分離装置において、第２結合部は、クランプバンドにおける第１結合部と同一構造であることが好ましい。この場合、結合分離装置における第１結合部の予備とし、その冗長性を持たせることができる。
　上記の結合分離装置において、回転部は、その上側及び下側のうちの少なくとも一方に軸用の軸受を有することが好ましい。この場合、回転部の回転をより安定的に行わせることができる。
　上記の結合分離装置において、回転体は、開口部を有することが好ましい。回転保持部は、ピンと、ピンを開口部に出し入れする駆動部とを備える。開口部にピンを入れることで、回転体の回転を不可能にすることが好ましい。開口部からピンを抜くことで、回転体の回転を可能にすることが好ましい。この場合、ピンの出し入れという簡便な方法で、回転体の動作を制御することができる。
　本発明の結合分離システムは、飛翔体に搭載され、構造物を載置する載置部材と、載置される構造物を載置部材に結合し又は分離する、上記各段落のいずれか一つに記載の結合分離装置とを具備する。第１結合部は、載置部材に取り付けられる。本発明では、上述された本発明の結合分離装置を用いている。そのため、クランプバンドの両端部を分離するとき、回転体の回転動作により少しずつ両端部を離して行くようにすることができる。それにより、回転体の回転にかかる時間分だけ分離に係る時間を延ばして、当該時間分だけクランプバンドが緩む余裕を与えることができる。そのクランプバンドの緩みを利用して、構造物がクランプバンドに締め付けられて生じている歪応力を緩やかに開放することができる。その結果、分離衝撃を大幅に低減することができる。
　本発明の結合分離方法は、飛翔体に構造物を結合し又は分離する結合分離システムを用いた結合分離方法である。ここで、結合分離システムは、飛翔体に搭載され、構造物を載置する載置部材と、載置される構造物を載置部材に結合し又は分離する結合分離装置とを具備する。結合分離装置は、載置部材と構造物とを係合するクランプバンドと、クランプバンドの両端部を結合又は分離する第１結合部とを備える。第１結合部は、クランプバンドの周方向に対して垂直な方向を軸として回転可能な回転部と、回転部を回転不可能にし、又は回転可能にする回転保持部とを備える。第１結合部は、載置部材に取り付けられている。両端部を結合するとき、回転保持部は回転部を回転不可能にし、両端部は互いに逆方向から回転部に係合される。結合分離方法は、クランプバンドの両端部を分離するとき、回転保持部により回転部を回転可能にするステップと、クランプバンドの張力で両端部を互いに逆方向に引っ張ることにより回転部を回転させるステップと、両端部が回転部から脱離するステップとを具備する。本発明では、上述された本発明の結合分離システムを用いている。そのため、クランプバンドの両端部を分離するとき、回転体の回転動作により少しずつ両端部を離して行くようにすることができる。それにより、回転体の回転にかかる時間分だけ分離に係る時間を延ばして、当該時間分だけクランプバンドが緩む余裕を与えることができる。そのクランプバンドの緩みを利用して、構造物がクランプバンドに締め付けられて生じている歪応力を緩やかに開放することができる。その結果、分離衝撃を大幅に低減することができる。
　本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
　この出願は、２０１０年２月１８日に出願された特許出願番号２０１０－０３３９７１号の日本特許出願に基づいており、その出願による優先権の利益を主張し、その出願の開示は、引用することにより、そっくりそのままここに組み込まれている。

Claims (10)

  1. 　飛翔体の載置部材と前記載置部材に載置された構造物とを係合するクランプバンドと、
    　前記クランプバンドの両端部を結合又は分離する第１結合部と
    　を具備し、
    　前記第１結合部は、
    　　前記クランプバンドの周方向に対して垂直な方向を軸として回転可能な回転部と、
    　　前記回転部を回転不可能にし、又は回転可能にする回転保持部と
    　　を備え、
    　前記両端部を結合するとき、前記両端部は互いに逆方向から前記回転部に係合され、前記回転保持部は前記回転部を回転不可能にし、
    　前記両端部を分離するとき、前記回転保持部は前記回転部を回転可能にし、前記両端部は前記回転部の回転で前記回転部から脱離する
    　結合分離装置。
  2. 　請求項１に記載の結合分離装置において、
    　前記回転部は、
    　　前記両端部が係合するラッチ部と、
    　　前記ラッチ部と共に前記軸を中心に回転する回転体とを含み、
    　前記回転体の慣性モーメントにより、前記回転部の回転動作が制御される
    　結合分離装置。
  3. 　請求項２に記載の結合分離装置において、
    　前記ラッチ部における前記両端部の各々の係合する位置は、前記軸に対して対称な位置である
    　結合分離装置。
  4. 　請求項３に記載の結合分離装置において、
    　前記両端部の各々の係合する位置と前記軸との距離は、前記回転体の半径よりも小さい
    　結合分離装置。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の結合分離装置において、
    　前記クランプバンドの途中の部分を結合又は分離する第２結合部を更に具備する
    　結合分離装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の結合分離装置において、
    　前記第２結合部は、前記クランプバンドにおける前記第１結合部と同一構造である
    　結合分離装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載の結合分離装置において、
    　前記回転部は、その上側及び下側のうちの少なくとも一方に前記軸用の軸受を有する
    　結合分離装置。
  8. 　請求項２に記載の結合分離装置において、
    　前記回転体は、開口部を有し、
    　前記回転保持部は、
    　　ピンと、
    　　前記ピンを前記開口部に出し入れする駆動部と
    　　を備え、
    　　前記開口部にピンを入れることで、前記回転体の回転を不可能にし、
    　　前記開口部から前記ピンを抜くことで、前記回転体の回転を可能にする
    　結合分離装置。
  9. 　飛翔体に搭載され、構造物を載置する載置部材と、
    　載置される前記構造物を前記載置部材に結合し又は分離する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の結合分離装置と
    　を具備し、
    　前記第１結合部は、前記載置部材に取り付けられる
    　結合分離システム。
  10. 　飛翔体に構造物を結合し又は分離する結合分離システムを用いた結合分離方法であって、
    　前記結合分離システムは、
    　　前記飛翔体に搭載され、前記構造物を載置する載置部材と、
    　　載置される前記構造物を前記載置部材に結合し又は分離する結合分離装置と
    　　を具備し、
    　　前記結合分離装置は、
    　　　前記載置部材と前記構造物とを係合するクランプバンドと、
    　　　前記クランプバンドの両端部を結合又は分離する第１結合部と
    　　　を備え、
    　　　前記第１結合部は、
    　　　　前記クランプバンドの周方向に対して垂直な方向を軸として回転可能な回転部と、
    　　　　前記回転部を回転不可能にし、又は回転可能にする回転保持部と
    　　　　を備え、
    　　前記第１結合部は、前記載置部材に取り付けられ、
    　　前記両端部を結合するとき、前記回転保持部は前記回転部を回転不可能にし、前記両端部は互いに逆方向から前記回転部に係合され、
    　前記結合分離方法は、
    　前記クランプバンドの両端部を分離するとき、前記回転保持部により前記回転部を回転可能にするステップと、
    　前記クランプバンドの張力で前記両端部を互いに逆方向に引っ張ることにより前記回転部を回転させるステップと、
    　前記両端部が前記回転部から脱離するステップと
    　を具備する
    　結合分離方法。
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