JPH07480B2 - 落下物体の制動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は落下する物体、特に自由落下する物体を気体の
クッションを利用して制動し、その物体の損傷を防止し
ながら回収する方法を提供するものである。

〔従来技術〕

例えば、無重力状態において合金を製造する実験や化学
反応や生物反応をさせる実験等各種の実験が試みられて
いる。これの代表的な例は人工衛星を利用する方法であ
るが、これには莫大な費用を必要とする上に、人工衛星
の打上げ時期等の問題があって簡単に実験することがで
きるものではない。そこで、地上にて無重力ないしはこ
れに近い状態の実験をすることが要望され、各種の実験
が試みられている。

落下距離が短い場合には落下する物体に作用する空気抵
抗を考慮する必要はないが、例えば航空機より物体を落
下させた場合のように落下距離が長い場合には落下する
物体に作用する空気による抵抗が増大して所定の微小重
力が得られないことになる。

このような問題を避けて早期に無重力状態ないしはこれ
に近い状態を得るために真空槽中を実験機材を搭載した
カプセルを落下させる方法が採用されている。真空槽は
高い搭を建設してその内部に据付けたり、あるいは地下
を深く掘り込んで据付けられるのが一般的であるが、こ
のような真空槽を使用した装置には次の問題がある。

即ち、落下する物体に充分な速度を与えるために真空槽
の長さを長くとると多大な制動加速度が生じたり、制動
距離を充分に大きくとる必要がある。そのために落下物
体を安全に回収することが困難ないしは不可能となる場
合がある上に、コストが著しく増大すると云う問題があ
った。

一般的な落下物体の制動手段としては、物体の落下位置
にピットを掘り、この中に砂を入れたサンドピット制動
方法、あるいは他のクッション材の使用したクッション
式制動方法、落下する物体を案内するガイドレールを設
けてこのガイドレールにブレーキを作用させるガイドレ
ール式制動方法等がある。

更に落下物体を軟着陸をさせる手段としてリニアモータ
を使用した方式が提案されているがこの装置は大規模な
ものとなると云う欠点がある。

〔発明が解決すべき問題点〕

前記のように、従来は高速度で落下する物体を制動する
手段としては衝撃に制動を与える手段が多く採用されて
おり、そのために落下物体を安全に回収することが困難
であった。

更に、リニアモータを使用して軟着陸させる方法は設備
が大型化し、コスト上に問題がある上に、このリニアモ
ータを実用化するための新しい技術を開発する必要があ
ると云う問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の落下物体の制動方法の問題点を解
消するために得られたものであって、その目的とすると
ころは、高速度で落下する物体を軟着陸させる手段を提
供すること、更に、安価に実現できる装置を提供するこ
とを目的とするものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するための本発明は、下方に落下物体で
破断可能な真空バリヤを設けた真空槽と、該真空槽の下
方に気体槽を設け、前記落下物体を気体層中において気
体クッション作用を与えて制動することを特徴とする落
下物体の制動方法である。

本発明は真空槽と、気体制動槽の少なくとも２つの槽を
直列に組合わせた装置を使用し、真空槽中を自由落下さ
せることによって空気抵抗を排除しながら落下物体に好
ましくは無重力状態を生じさせ、次いでこの落下物体に
気体制動好ましくは空動制動を与えることによって軟着
陸を確実に実現させることに特徴がある。

真空槽中から空気制動槽中へと落下物体を移行させる手
段は従来提案されていないが、本発明においては特に、
真空槽の下端部に落下物体が破断可能な真空バリヤを設
けて真空槽中の真空ないしは減圧状態を維持しながら、
次の気体制動槽に落下物体を移行させる際に真空槽中の
真空を維持していた破断し易いバリヤを落下物体自体に
よって破断させ、真空槽中から簡単に気体制動槽中へ移
行させるものである。

破断し易いバリヤを構成する板材としては、落下物体の
衝撃力によって簡単に破壊されると共に真空槽内を充分
に真空状態を形成することができることが必要である。

具体的には、例えば、薄いアルミニウム板や破断し易く
加工した金属板、あるいは破断し易い合成樹脂板等を使
用することができる。この真空バリヤが落下物体によっ
て破断される際にはこの落下物体に内部のものを破壊す
るような大きな衝撃力を与えないものであることが好ま
しい。

気体制動槽としては落下物体自体を一種のピストンない
しはピストンの構成部材と見做し、このピストンを気体
制動槽中を移動させながら気体クッションを作用させる
ものである。この気体クッションは、気体制動槽中の気
体、特に空気を排出する速度を制御することによって制
御することが可能である。

気体制動槽中をピストンが気体を圧縮しながら降下する
際に、その圧縮された気体の量を落下物体の位置と気体
の圧力との関係から制御することによって落下物体を軟
着陸させることが可能である。

〔実 施 例〕

図を参照して実施例を説明すると、第１図は本発明の第
１の実施例を示すものであって、真空槽１と気体制動槽
２とが直列に配置され、真空槽１の上部より物体（試験
用機器等）３を自由落下させ、真空槽１の下端に固定さ
れている真空バリヤ４を破断して気体制動槽２の上部に
止まっている制動用ピストン５に到達し、この制動用ピ
ストン５と共に気体制動槽２中を降下し、その間に気体
のクッション作用による制動を受けるのである。なお、
クッション作用とは、気体の圧縮効果による反発力を利
用するものである。

前記気体制動槽２の長手方向には複数の位置検知センサ
６と圧力検知センサ７とが設けてあり、これらのセンサ
による信号で気体制動槽２の下部に設けてある自動流量
調節装置８を制御して制動用ピストン５、即ち物体３の
降下速度を制御するものである。

なお、センサとしては光電管、レーザ関知センサ、リミ
ットスイッチ等の各種のものを採用することができる。

第２図は制動制御システムを適用した装置の概略図、第
３図はブロック図である。

物体３は、例えば小型の合金製造装置等の試験用機器を
内臓した一種のカプセル等であって、制動用ピストン５
と共に気体制動槽２内を、この制動用ピストン５の下方
の気体ａを圧縮しながら降下するわけであるが、この
際、物体３の降下に伴なって気体ａの圧力が上昇する
が、物体３の位置を位置検知センサ６で検知し、更に圧
力センサ７で圧力変化を検知し、自動流量調節装置８を
作動させて排出する気体ｂの流量を制御して物体３を軟
着陸させるのである。

なお、前記各センサ6,7と自動流量調節装置８の制動制
御システムは第３図のブロック図で示す通りである。

第４図は真空槽１の下端部に設けた真空バリヤ４の取付
構造の一例を示す図であって、ステンレス薄板等を薄膜
素材からなる真空バリヤ４をＯリング９を介して締付具
10によって真空槽１の下端に設けられている係合部11と
係合して気密性を保持している。真空槽１の内部が真空
状態であると外部の空気の圧力でこの真空バリヤ４は内
側に球状に膨らんで取付けられることになる。また、真
空槽１内の真空度が高いと真空バリヤ４は確実に真空槽
１の端部に密着してシールする。

例えば、真空槽１の内径が200cmである場合には、ステ
ンレス板製の真空バリヤ４を使用した場合には、その板
厚は0.3mmないし0.4mmのもので良い。

第５図は気体制動槽１の上部において物体３を受けるた
めに待機している制動用ピストン５の一例を示すもので
あって、制動用ピストン５の中央部は臼状にくりぬかれ
てその中に落下物体３を受ける際に緩衝作用を与えるた
めの緩衝材15が設けてある。そしてその底部に落下物体
３を固定するための固定装置16が設けられている。更
に、制動用ピストン５の周囲には多数の気体噴出孔17が
設けてあり、高圧ガスボンベ18より高圧ガスｇを気体制
動槽２と制動用ピストン５との間隙に噴出してガスベア
リング効果を与えている。

落下物体３の慣性力を受けて降下する制動用ピストン５
は、極めて高速であり、その周面が制動槽２の内壁面に
接触した場合には焼付を生ずることがあるが、前記のよ
うに制動用ピストン５の周囲より高圧ガスｇを噴出する
ことによってこと欠点を防止することができる。

前記のように真空槽１に真空バリヤ４を設けて落下する
物体３でこの真空バリヤ４を破断して気体制動槽２に突
入させ、この気体制動槽２中において、気体の圧縮効果
によるクッションを作用させるので、高速で落下した物
体３を軟着陸させることができ、この物体３の内部に収
容されている機器類の破損を防止できる。

第６図は第２の実施例を示すものであって、制動槽２の
内部に落下物体３をガイドするガイド機構20（潤滑性の
ある磁気ガイド等）を設け、高速で落下する落下物体３
を正確にガイドしながら落下させ、気体クッションを与
えることができる。なお、この装置の場合には第５図に
示したようなガスベアリング機構を制動ピストン５に持
たなくても良い。

〔発明の効果〕 本発明は、真空槽と気体制動槽とを直列に配列し、前記
真空槽の下部には落下物体で破断可能な真空バリヤを設
け、前記気体制動槽中において気体の圧縮に伴うクッシ
ョン作用を利用して落下物体に制動を与えるように構成
したので次の効果を奏することができる。

（１） 真空槽中を高速で落下した物体に簡単な装置で
もって制動作用を与えることができるので、地上におい
ても例えば無重力状態を伴う各種の実験を簡単に行な
い、しかもこの物体を破壊することなく回収したり、あ
るいは物体が若干破壊された場合であっても、内部の機
器類の破壊を防止することが可能である。

（２） 真空槽の下方に気体制動槽が設けられているた
めに、落下する物体とこの気体制動槽との間に一種のシ
リンダとピストンの作用を行うことができ、高速で落下
する物体でも短い距離で制動することができる。

（３） 気体制動槽中に気体の量を物体の落下位置や内
部の気体の圧力によって制御することによって物体に適
した制動を与えることができる。

（４） 真空槽は落下物体によって破断することができ
る真空バリヤを設けているので、真空中の落下を行な
い、これを気体制動槽によって気体の圧縮作用によるク
ッションで安全に制動することができる。

しかもこの気体制動槽による制動手段は、比較的安価に
製造することができる。

本発明は、前記のように高速で落下する物体に比較的短
い距離で制動を与えて軟着陸させることができるので、
微小重力実験設備や核廃棄物等の地下貯蔵時の落下回収
等に好適に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる落下物体の制動方法を
示す概略図、第２図は気体制動装置の要部を示す図、第
３図は前記気体制動装置の制御システムを示すブロック
図、第４図は真空槽に設けた真空バリヤ部分の断面図、
第５図は制動ピストンの一例を示す断面図、第６図は第
２の実施例にかかる制動方法を示す図である。 １……真空槽、２……制動槽、３……落下物体、４……
真空バリヤ、５……制動用ピストン、６……位置検知セ
ンサ、７……圧力センサ、８……自動流量調節装置、９
……Ｏリング、10……締付具、11……係合部、15……緩
衝材、16……固定装置、17……高圧ガス噴出口、18……
高圧ガスボンベ（圧縮気体）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松中 信恭 東京都中央区築地５丁目６番４号 三井造 船株式会社内 (72)発明者 西沢 秀博 東京都中央区築地５丁目６番４号 三井造 船株式会社内 (72)発明者 田村 富雄 東京都千代田区岩本町３丁目10番１号 三 井建設株式会社内 (72)発明者 伊藤 達男 東京都千代田区岩本町３丁目10番１号 三 井建設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−187700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−248000（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−266232（ＪＰ，Ａ) 米国特許3408870（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下方に落下物体で破断可能な真空バリヤを
   設けた真空槽と、該真空槽の下方に気体槽を設け、前記
   落下物体を気体槽中において気体クッション作用を与え
   て制動することを特徴とする落下物体の制動方法。