JP5121066B2 - コネクタの結合分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ロケットとこれに搭載した宇宙機との間や、宇宙機同士の間で電力供給等を行うのに好適なコネクタの結合分離装置に関するものである。

この種のコネクタとしては、例えば、打上げ塔側からロケットに電力を供給するアンビリカルコネクタや、ロケット側から搭載衛星に電力を供給するクイックディスコネクタがある。また、とくに、結合状態で打上げた後に宇宙空間で分離を行うコネクタには、火工品を備えた結合分離装置が使用されている。火工品を用いた結合分離装置は、構造がシンプルで作動の信頼性や機械強度が高いなどの利点がある。
「航空宇宙工学便覧」丸善株式会社、平成４年９月３０日、ｐ．８８９−８９０

ところで、近年では、宇宙往還機や宇宙ステーションといった有人のミッションにおいても、コネクタとその結合分離装置を使用することが必要になってきている。しかし、火工品を用いた従来の結合分離装置は、火工品の分離作動時に発生する衝撃が、微小重力環境に影響したり不要な推進力になる可能性があるという問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点に着目して成されたものであって、分離作動時の衝撃を低減することができるコネクタの結合分離装置を提供することを目的としている。

本発明のコネクタ結合分離装置は、一方の構造体側に設けた一方の継手部材と、他方の構造体側に設けた他方の継手部材から成るコネクタの結合分離装置であって、一方の構造体側に、一方の継手部材を他方の継手部材から分離移動可能に設けると共に、一方の継手部材に他方の継手部材から分離するための反発力を付与する分離用弾性体と、分離用弾性体の反発力に抗して一方の継手部材を他方の継手部材と結合させた状態に保持する回動可能な保持アームと、保持アームに対して係脱可能なアーム作動手段を備えている。

そして、コネクタ結合分離装置は、アーム作動手段が、保持アームに係合して同保持アームの回動を規制する係合体と、保持アームと係合体との係合を解除するためのアクチュエータを備えている構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

なお、上記構成において、一対の継手部材は、例えばプラグ及びレセプタクルであり、例えば、プラグ及びレセプタクルの少なくとも一方に、分離用弾性体、保持アーム及びアーム作動手段を備えたものとすることができる。

本発明のコネクタ結合分離装置によれば、火工品を廃止して、分離作動時の衝撃を大幅に低減することができると共に、一方及び他方の構造体間の距離を変えずにコネクタを分離することができ、とくに、宇宙環境で使用するコネクタへの適用に極めて有効なものとなる。

以下、図面に基づいて、本発明のコネクタの結合分離装置の一実施形態を説明する。
図１及び図２に示すコネクタＣは、一対の継手部材であるプラグＰ及びレセプタクルＲから成るものであって、一方の構造体ＡにプラグＰを設けると共に、他方の構造体ＢにレセプタクルＲを設け、一方の構造体Ａから他方の構造体Ｂに電力等を供給する。また、両構造体Ａ，Ｂは、例えばロケットとこれに搭載した宇宙機であり、結合状態で打ち上げて、宇宙空間で分離を行うこととなる。

上記のコネクタＣの結合分離装置は、この実施形態では、レセプタクルＲからプラグＰを分離するものとなっており、一方の構造体Ａ側に、プラグＰをレセプタクルＲから分離する方向に付勢する分離用弾性体１と、分離用弾性体１の反発力に抗してプラグＰを結合状態に保持する回動可能な保持アーム２と、保持アーム２に対して係脱可能なアーム作動手段３を備えている。

より具体的には、結合分離装置は、一方の構造体Ａに円筒状の固定具４を設け、固定具４の内側に保持具５を同軸状に収容すると共に、保持具５にフローティング機構６を介してプラグＰが同軸状に装着してある。そして、固定具４と保持具５の間に、先の分離用弾性体１が設けてある。図示の分離用弾性体１は、圧縮コイルばねであって、固定具４の中間部と保持具５の下端部との間に介装してあり、圧縮状態においてプラグＰを分離方向（図１中で下方向）に付勢している。

また、固定具４の上端部には、分離移動したプラグＰを受ける緩衝体７が設けてある。この緩衝体７は、複数の皿ばねを重ねたものであって、保持具５を介してプラグＰを受けるようになっている。

保持アーム２は、固定具４の両側に対称的に配置してあって、固定具４に回動自在に連結した連結部２ａと、連結部２ａの中央から外側に延出した保持部２ｂと、連結部２ａの片側から固定具４側に延出した掛止部２ｃを有している。連結部２ａは、図１（ｂ）に示す如く平面視で略コ字形状を成しており、保持部２ｂは、図２に示す如く側面視で横向きの略Ｕ字形状を成している。

二つの保持アーム２は、図１及び図２に示すように、分離用弾性体１を圧縮してプラグＰをレセプタクルＲに結合した状態において、固定具４に形成した開口部４ａを通して、保持部２ｂの先端部で保持具５の下端部を受ける。このとき、両保持アーム２は、図２（ｂ）に示すように、掛止部２ｃが互いに上下に重なり、この掛止部２ｃに対して先のアーム作動手段３が係合する。

アーム作動手段３は、保持アーム２に係合して同保持アーム２の回動を規制する係合体８と、保持アーム２と係合体８との係合を解除するためのアクチュエータ９とを備えている。さらに、この実施形態のアーム作動手段３は、係合体８を離脱方向に付勢する離脱用弾性体１０と、係合体８に係合して同係合体８の移動を規制するストッパ１１を備えると共に、アクチュエータ９が、係合体８からストッパ１１を離脱させることにより保持アーム２と係合体８との係合を解除するものとなっている。

ここで、固定具４には、図１（ｂ）に示す如く横方向に張出した支持板１２が設けてあり、支持板１２上に係合体８や離脱用弾性体１０が配置してある。係合体８は、板状の係合部８ａと、係合部８ａの中央に形成した係合孔８ｂと、係合部８ａの端部に連続する軸部８ｃと、軸部８ｃの先端に設けたフランジ部８ｄを有している。離脱用弾性体１０は、圧縮コイルばねであって、支持板１２に固定したケース１３に収容してあり、その中心に係合体８の軸部８ｃを貫通状態にして、係合体８のフランジ部８ｄとケース１３のキャップ１４との間に介装してある。

そして、上記係合体８は、図２（ｂ）に示すように、先述の保持アーム２の重ねた掛止部２の下側に係合部８ａの先端部を介在させることで、保持アーム２の回動を規制している。このとき、係合体８は、離脱用弾性体１０を圧縮状態にし、係合孔８ｂに係合したストッパ１１によって移動が規制されている。

ストッパ１１は、ピン状を成しており、アクチュエータ９により駆動される。アクチュエータ９は、例えば、パラフィンが溶解する際の体積変化を利用したパラフィンアクチュエータであり、ストッパ１１を離脱方向（図１中で下方向）に駆動する。この場合、アクチュエータ９には、パラフィンを溶解させるための加熱手段（図示せず）を設ける。なお、アクチュエータ９には、ソレノイド式のものなどを用いることもできる。

また、この実施形態の結合分離装置は、ストッパ１１及びアクチュエータ９が、係合体８からストッパ１１を離脱させる方向に移動可能に設けてあり、ストッパ１１及びアクチュエータ９を手動により移動させる手動操作機構１５を備えている。

手動操作機構１５は、固定具４に連結した外筒１６と、アクチュエータ９を保持する内筒１７を備え、例えば、外筒１６と内筒１７をねじ結合している。また、手動操作機構１５は、外筒１６に、回転伝達用のケーブル１８を挿設したフレキシブルシャフト１９が同軸状に連結してある。ケーブル１８は、その一端部に、フレキシブルシャフト１９の先端部から突出した操作部１８ａを有し、他端部に、ジョイント２０を介して内筒１７が連結してある。操作部１８ａは、工具類で回転操作し得るように角棒状を成している。

上記構成を備えたコネクタＣの結合分離装置は、図１及び図２に示すように、プラグＰとレセプタクルＲとを結合し、例えばロケットの打上げ時において振動等を受けても、結合状態を確実に維持することができる。

そして、結合分離装置は、コネクタＣの分離を行うには、制御装置からの指令によりアクチュエータ９を作動させるだけで良い。すなわち、結合分離装置は、アクチュエータ９によりストッパ１１を移動させて、同ストッパ１１と係合体８との係合を解除すると、離脱用弾性体１０の反発力で係合体８が移動し、図３（ｂ）に示すように、係合体８の係合部８ａと両保持アーム２の掛止部２ｃとの係合を解除する。

これにより、結合分離装置は、プラグＰや保持アーム２に分離用弾性体１の反発力が常に付与されているので、図４（ｂ）に示すように両保持アーム２が回動して、保持具５の下端部から保持部２ｂが離れると同時に、図３及び図４に示すように、プラグＰがレセプタクルＲから分離する。この際、結合分離装置は、分離移動したプラグＰ及び保持具５を緩衝体６で受けて、分離時の衝撃をより一層低減する。

さらに、結合分離装置は、万一、アクチュエータが作動しなくなった場合でも、手作業で分離を行うことができる。この場合には、手動操作機構１５において、操作部１８ａを工具で回転操作することで、ケーブル１８及びジョイント２０を介して内筒１７を回転させる。これにより、外筒１６にねじ結合している内筒１７が移動して、アクチュエータ９及びストッパ１１が後退し、ストッパ１１と係合体８の係合孔８ｂとの係合を解除することができる。その後の分離動作は、アクチュエータ９による分離と同様である。

上記の手動操作機構１５は、ケーブル１８やフレキシブルシャフト１９を採用しているので、コネクタＣの周囲に他の機器類が配置してあるような場合でも、離れた位置で分離操作を行うことができると共に、ケーブル１８やフレキシブルシャフト１９が撓むことにより、作業位置の自由度が高いものとなる。

このように、コネクタＣの結合分離装置は、分離用弾性体１、保持アーム２、及び係合体８やアクチュエータ９を含むアーム作動手段３により、コネクタＣの結合状態を確実に維持し得ると共に、従来の装置で使用していた火工品を廃止して分離作動時の衝撃を大幅に低減することができる。

また、結合分離装置は、アーム作動手段３が、離脱用弾性体１０やストッパ１１を備えると共に、係合体８からストッパ１１を離脱させることにより保持アーム２と係合体８との係合を解除するアクチュエータ９としたことで、コネクタＣの結合状態をより確実に維持すること画できると共に、単一のアクチュエータ９により低衝撃の良好な分離を行うことができる。

したがって、上記結合分離装置は、宇宙曝露空間などの危険な環境や低衝撃の分離が要求される様々な環境で使用するコネクタへの適用に極めて有効である。また、結合分離装置は、コネクタＣを分離しても、両構造体Ａ，Ｂの距離が変化しないので、このような点においても、宇宙環境等で使用するコネクタに好適である。

なお、本発明のコネクタの結合分離装置は、その構成が上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。また、上記実施形態では、一方の継手部材であるプラグＰを移動させる構成としたが、レセプタクルＲを移動させる構成にすることも勿論可能である。

本発明のコネクタの結合分離装置の一実施形態において、コネクタの結合時の状態を説明する断面図（ａ）及びレセプタクルを省略した平面図（ｂ）である。 コネクタの結合時の状態を説明する側面図（ａ）及び保持アームの説明図（ｂ）である。 コネクタの分離後の状態を説明する断面図（ａ）及びレセプタクルを省略した平面図（ｂ）である。 コネクタの分離後の状態を説明する側面図（ａ）及び保持アームの説明図（ｂ）である。

符号の説明

Ｃ コネクタ
Ｐ プラグ（一方の継手部材）
Ｒ レセプタクル（他方の継手部材）
１ 分離用弾性体
２ 保持アーム
３ アーム作動手段
７ 緩衝体
８ 係合体
９ アクチュエータ
１０ 離脱用弾性体
１１ ストッパ
１５ 手動操作機構

Claims (4)

1. 一方の構造体側に設けた一方の継手部材と、他方の構造体側に設けた他方の継手部材から成るコネクタの結合分離装置であって、
   一方の構造体側に、
   一方の継手部材を他方の継手部材から分離移動可能に設けると共に、一方の継手部材に他方の継手部材から分離するための反発力を付与する分離用弾性体と、分離用弾性体の反発力に抗して一方の継手部材を他方の継手部材と結合させた状態に保持する回動可能な保持アームと、保持アームに対して係脱可能なアーム作動手段を備え、
   アーム作動手段が、保持アームに係合して同保持アームの回動を規制する係合体と、保持アームと係合体との係合を解除するためのアクチュエータを備えていることを特徴とするコネクタの結合分離装置。
2. アーム作動手段が、係合体を離脱方向に付勢する離脱用弾性体と、係合体に係合して同係合体の移動を規制するストッパと、係合体からストッパを離脱させることにより保持アームと係合体との係合を解除するアクチュエータを備えたことを特徴とする請求項１に記載のコネクタの結合分離装置。
3. 他方の継手部材から分離して移動した一方の継手部材を受ける緩衝体を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコネクタの結合分離装置。
4. ストッパ及びアクチュエータが、係合体からストッパを離脱させる方向に移動可能に設けてあり、ストッパ及びアクチュエータを手動により移動させる手動操作機構を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載のコネクタの結合分離装置。

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