緩衝装置および着陸装置
【課題】大きな衝撃を緩和し、且つ、繰り返し使用できる緩衝装置。
【解決手段】本体に結合された結合部と、外部からの衝撃を受ける受衝部と、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している。形状記憶合金部材を加熱して母相に変態させる加熱部を更に備えてもよい。また、加熱部は、形状記憶合金部材が初期形状に復元するまで緩衝部を加熱してもよいし、形状記憶合金部材が初期形状に復元する前に加熱を停止させる加熱制御部を更に備えてもよい。
【解決手段】本体に結合された結合部と、外部からの衝撃を受ける受衝部と、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している。形状記憶合金部材を加熱して母相に変態させる加熱部を更に備えてもよい。また、加熱部は、形状記憶合金部材が初期形状に復元するまで緩衝部を加熱してもよいし、形状記憶合金部材が初期形状に復元する前に加熱を停止させる加熱制御部を更に備えてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、緩衝装置および着陸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
想定される衝撃の大きさに応じて様々な緩衝装置がある。そのうちでも、特に大きな衝撃を受けることが予想される緩衝装置には、部材の塑性変形により衝撃を吸収する構造を有するものがある。
【０００３】
下記の特許文献１には、金属帯板の塑性変形により衝撃を吸収する構造の緩衝装置が記載される。また、下記特許文献２には、発砲樹脂等により形成された部材の変形および圧壊により衝撃を吸収する構造が記載される。
【特許文献１】特開２００２−０１３５７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１３５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような緩衝装置は、一部の部品の塑性変形、破壊により大きなエネルギを吸収する。従って、一旦動作した後は、塑性変形あるいは破壊した部材を交換しなければ当初の性能を回復することができない。このため、ランニングコストが高くなる。また、例えば、深海、宇宙空間等のように部品の交換が困難な環境では反復利用ができない。更に、反復使用に適していないので、開発試験等では使用し難い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の態様として本体に結合された結合部と、外部からの衝撃を受ける受衝部と、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の第２の態様として、移動する輸送機器を衝突させて当該輸送機器を停止させる緩衝装置であって、大地に対する相対位置を固定された固定部と、輸送機器を衝突させる受衝部と、一端を固定部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置が提供される。
【０００７】
更に、本発明の第３の態様として、浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、機体に結合された結合部と、着陸する場合に地面に当接する受衝部と、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している着陸装置が提供される。
【０００８】
また更に、本発明の第４の態様として、浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、機体に結合された結合部、着陸する場合に地面に当接する受衝部、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する、塑性変形する前の初期形状を記憶した形状記憶合金部材を含む緩衝部、および、形状記憶合金部材を加熱して母相に変態させる加熱部を各々が備えた複数の緩衝装置と、加熱部を個別に動作させる加熱制御部とを備え、着陸の衝撃を緩和したことにより塑性変形した形状記憶合金部材を個別に復元させて着陸した当該機体の姿勢を制御する着陸装置が提供される。
【０００９】
上記の発明の概要は、発明の全ての特徴を列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、着陸装置２０１を備えた月面着陸船２００の外観を示す斜視図である。また、図２は、同じ月面着陸船２００の側面図である。図示のように、月面着陸船２００は、本体２１０と、着陸装置として本体に装着された４脚の着陸装置２０１を備える。
【００１２】
本体２１０は、アルミ合金等のトラスとパネルとを組み合わせて形成された略立方体の筐体をなす。内部には、エンジン、燃料タンク、測定機器、通信機器等を収容する。本体２１０の下面にはノズル２６０が現れている。
【００１３】
４脚の着陸装置２０１は、互いに同じ構造を有し、本体２１０の四隅から放射状に拡がると共に、ノズル２６０の下端よりも下方まで延在する。これにより、概ね垂直に月面に降下した場合に、ノズル２６０を月面に当接させることなく着陸できる。
【００１４】
着陸装置２０１の各々は、複数のリンクを含む着陸脚と、着陸した場合に月面に当接する受衝部２２０と、受衝部２２０が受けた衝撃の一部を緩和する緩衝装置１００とを有する。着陸脚は、主脚２３０、ロワリンク２３２およびアッパリンク２４０を含む。
【００１５】
ロワリンク２３２およびアッパリンク２４０の各々の上端は、本体２１０の側面に軸支される。ロワリンク２３２の他端は、主脚２３０の下端近傍に結合される。この結合部は、着陸面２０２に平行な１軸の周りに回転自在に形成される。アッパリンク２４０の下端は、主脚２３０の上端に、やはり、着陸面２０２に平行な１軸の周りに回転自在に結合される。
【００１６】
主脚２３０は、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２よりも着陸面２０２に対して垂直に近い角度で装着される。主脚２３０の下端には、着陸面２０２に当接する受衝部２２０が配される。なお、受衝部２２０も、塑性変形または弾性変形により、着陸面２０２に密着する構造を有する場合もある。
【００１７】
また、アッパリンク２４０の上端近傍には、本体２１０から遠い側に突出したロッカアーム２４２が設けられる。緩衝装置１００は、ロッカアーム２４２の先端と、本体２１０の側面との間に装着される。なお、緩衝装置１００自体の構造は、図１に示した緩衝装置と同じなので、重複する説明は省く。
【００１８】
このような構造により、月面着陸船２００が浮上した状態から着陸面２０２に着陸した場合、まず、受衝部２２０が着陸面２０２に当接する。これにより、受衝部２２０および主脚２３０は、本体２１０に対して上方に変位する力を受ける。
【００１９】
主脚２３０は、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２の２本のリンクにより本体２１０に対して結合されている。従って、着陸面２０２に対する角度を大きく変えることなく、本体２１０に対して上方に変位する。
【００２０】
これに対して、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２の一端は、着陸面２０２に平行な１軸の周りに回転自在に、本体２１０に結合されている。これにより、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２は、本体２１０側の一端を軸として回動する。
【００２１】
図３は、図１において点線で囲った、緩衝装置１００の周辺を拡大して示す部分斜視図である。図４は、図２において点線で囲った、緩衝装置１００の周辺を拡大して示す部分斜視図である。
【００２２】
アッパリンク２４０のロッカアーム２４２は、アッパリンク２４０と一体的に形成される。これにより、アッパリンク２４０が変位した場合は、ロッカアーム２４２も共に変位する。
【００２３】
従って、月面着陸船２００が着陸して受衝部２２０および主脚２３０が上昇して、アッパリンク２４０の下端が上昇した場合、ロッカアーム２４２の上端において、緩衝装置１００の上端は上方に引き上げられる。緩衝装置１００の下端は、本体２１０に結合されているので、上端が上昇することにより、緩衝装置１００は引き延ばされる。
【００２４】
ロッカアームとアッパリンクの長さの比例配分により、緩衝装置１００が引き延ばされる量は、アッパリンク２４０の下端の変位よりも小さい。換言すれば、ロッカアーム２４２を介して緩衝装置１００を結合することにより、後述する緩衝材１５０（図５参照）が塑性変形を生じる範囲に想定される緩衝装置１００の伸縮量を納めることができる。
【００２５】
図５は、緩衝装置１００の構造を示す断面図である。図示のように、緩衝装置１００は、内筒１１０、外筒１２０、本体側結合部１３０、受衝部側結合部１４０および緩衝材１５０を備える。
【００２６】
内筒１１０および外筒１２０は、それぞれ略円筒形の外形を有する。内筒１１０の外径は、外筒１２０の内径よりもわずかに小さく、内筒１１０は外筒１２０の内側を、長手方向に円滑に摺動する。これにより、内筒１１０および外筒１２０は、全体として伸縮自在になる。
【００２７】
内筒１１０の一端に装着された本体側結合部１３０の一端は、この緩衝装置１００が搭載された車体、機体等の本体２１０に結合される。これにより、緩衝装置１００全体が、本体２１０に対して結合される。後述するように、緩衝装置１００に圧縮または伸長する応力が作用した場合も、本体２１０および緩衝装置１００の間隔は一定に保たれる。
【００２８】
外筒１２０の一端に装着された受衝部側結合部１４０の一端は、ロッカアーム２４２に結合される。従って、受衝部側結合部１４０は、外部から本体２１０に対して与えられる衝撃を受ける。これにより、本体２１０には、緩衝装置１００により緩和された衝撃が伝わる。
【００２９】
緩衝材１５０は、丸棒状の形状記憶合金により形成される。緩衝材１５０の一端は、本体側結合部１３０に近い位置において、内筒１１０に結合される。この実施例では、内筒１１０の外側から締結部材１１２によりかしめることにより、内筒１１０および緩衝材１５０が結合される。
【００３０】
緩衝材１５０の他端は、受衝部側結合部１４０に近い位置において、外筒１２０に結合される。この実施例では、外筒１２０の外側から締結部材１２２によりかしめることにより、外筒１２０および緩衝材１５０が結合される。
【００３１】
これにより、主脚２３０に加えられた衝撃は、緩衝材１５０の一端に伝達される。緩衝材１５０の他端は、本体２１０に対して一定の位置に固定されている。緩衝材１５０は、受けた衝撃の大きさに応じて塑性変形することにより衝撃のエネルギの一部を吸収して衝撃を緩和する。
【００３２】
なお、内筒１１０の内径は、緩衝材１５０の外径よりも僅かに大きい。また、緩衝材１５０の全長の９０％程度までは、内筒１１０の内側に収容されている。ただし、締結部材１１２によりかしめられた領域を除くと、内筒１１０は、緩衝材１５０を拘束せず、緩衝材１５０の自由な変位を許す。これにより、内筒１１０は、緩衝材１５０の変形を妨げることなく、緩衝材１５０の座屈等による不整な変形を防止する。
【００３３】
なお、緩衝材１５０に塑性変形を生じさせる力は、緩衝材１５０の長手方向に作用する圧縮力であっても引っ張り力であってもよい。いずれの場合も、緩衝材１５０の塑性変形により、衝撃エネルギの一部を吸収することができる。
【００３４】
また、緩衝材１５０は形状記憶合金により形成されているので、当初の形状を記憶させておけば、緩衝動作により塑性変形した後に、形状回復温度まで加熱することにより元の形状を回復することができる。従って、この緩衝装置１００は、緩衝材１５０の塑性変形により衝撃を緩和する構造でありながら、反復使用することができる。
【００３５】
図６は、他の実施形態に掛かる緩衝装置１００の構造を示す断面図である。なお、図５に示した緩衝装置１００と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
【００３６】
この緩衝装置１００は、図５に示した緩衝装置に対して、内筒１１０の内径がやや大きい。それに従って、外筒１２０の内径も大きくなっている。これにより、緩衝材１５０と内筒１１０および外筒１２０の間の間隙がより大きくなっている。
【００３７】
更に、この緩衝装置１００は、緩衝材１５０の全長の殆どにわたって巻き付けられた電熱線１６０を、緩衝材１５０と内筒１１０および外筒１２０の間に有する。これにより、電熱線１６０に電力を供給して形状回復温度まで加熱することにより、衝撃を受けて短縮または伸長された緩衝材１５０を元の形状まで戻すことができる。
【００３８】
図７は、図６に示した緩衝装置１００を備えた月面着陸船２００の制御系３００の構造を模式的に示す図である。図示のように、この月面着陸船２００は、電熱線１６０に電力を供給する共通の電源部３２０と、緩衝装置１００の各々に供給する電力量を個別に変化させることができる制御部３１０とを備える。
【００３９】
これにより、例えば、着陸面２０２が傾斜していた場合に、着陸後に、緩衝装置１００それぞれの復元量を個別に変えることにより、月面着陸船２００の本体を、着陸面２０２の傾斜にもかかわらず水平にすることができる。また、アンテナの指向性、測定機器等の打ち出し方向を調節する場合にも、緩衝装置１００をアクチュエータとして使用することができる。
【００４０】
なお、電熱線１６０に供給する電力は、緩衝材１５０の温度が上昇する範囲であれば、特に大電力であることは求められない。これにより、限られた電力で、月面着陸船２００の姿勢を制御する強力なアクチュエータとなる。
【００４１】
また、緩衝材１５０を形状回復温度まで加熱する場合の熱源は、電熱線１６０とは限らず、ロケット燃料等の燃焼を利用してもよい。また、地上における実験等では、緩衝装置１００に加熱装置を設けなくても、外部から熱風機等により加熱してもよい。更に、上記の例では、緩衝材１５０が伸長または短縮するように変形させる例について述べたが、緩衝材１５０の曲げ、捩じり等による塑性変形を利用する構造でもよい。
【００４２】
上記のような緩衝装置１００の利用は月面着陸船２００等の天体着陸船に限られるものではなく、自動車のバンパ、鉄道列車の車止め、エレベータの非常停止装置、航空機の着陸装置等、大きな衝撃を緩和することが求められる多くの用途に使用できる。
【００４３】
緩衝材１５０を形成する形状記憶合金としては、例えば、米国のＴｉＮｉ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ 社が製造するＣｕＡｌ（Ｎｉ）系単結晶合金を例示できる。この合金は、例えばＣｕ−１３．１Ａｌ−４．５Ｎｉの組成の場合に、摂氏１５０度程度まで塑性変形領域（マルテンサイト相）で安定し、非破壊変形量は９％に達する。従って、緩衝材１５０の材料として用いた場合に、大きな衝撃を緩和させることができる。
【００４４】
緩衝材１５０として上記の材料により形成した直径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの丸棒を用いて緩衝装置１００を製造し、更に、下記の表１に示す要求仕様の月面着陸船２００を形成した場合の性能について検討した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
前記のように、Ｃｕ−１３．１Ａｌ−４．５Ｎｉは９％まで塑性変形することが判っているが、実用においては、６％以下で使用することにした。即ち、着陸した場合に受衝部２２０が受けると想定される衝撃により、緩衝材１５０の変形量が６％以内となるように、アッパリンク２４０およびロッカアーム２４２の長さを決定した。
【００４７】
その結果、図８にひずみ応力線図を示す着陸装置２０１が形成された。この場合、緩衝装置１００の全長は、３４５ｍｍから３６６ｍｍまで変化する。このような衝撃に対する緩衝材１５０の変形量を、下記のパラメータを用いて解析した。なお、着陸装置２０１における摩擦はないものとした。
【００４８】
緩衝材を除く着陸装置要素（ＣＦＲＰ）：
密度ρ＝１６００［ｋｇ／ｍ３］
縦弾性係数（ヤング率）Ｅ＝７５０００［ＭＰａ］
横弾性係数Ｇ＝２８８４６［ＭＰａ］
ポアソン比ν＝０．３
緩衝材要素：
密度ρ＝７０００［ｋｇ／ｍ３］
縦弾性係数（ヤング率）Ｅ＝２５０００［ＭＰａ］
横弾性係数Ｇ＝９６１５［ＭＰａ］
ポアソン比ν＝０．３
【００４９】
上記のようなモデルにより得られた着陸装置２０１の特性の傾向を図９から図１３までに示す。図９は、主脚２３０への鉛直変位および垂直変位の傾向を示す。図１０は、アッパリンク２４０の変位の傾向を示す。図１１は、緩衝装置１００への軸力との関係を示す。図１２は、主脚２３０への接地反力と緩衝装置１００へ軸力との関係を示す。図１３は、主脚２３０下端における変位と、緩衝装置１００の上端における変位との関係を示す。
【００５０】
次に、図１３の結果を用いて、月面着陸船２００が着陸した場合について運動解析する。図１４に、月面着陸船２００の運動解析で用いる構造モデルを示す。また、運動解析において想定する緩衝材１５０単体の応力−変形特性を図１５に示す。
【００５１】
図１６は、月面着陸船２００の着陸直後における、本体２１０の垂直運動の変位を模式的に示す図である。ここで、Ｐ１は、形状記憶合金部材が塑性変形を起こした後、再び弾性領域に戻る時点を示す。着陸装置２０１が着陸の衝撃を受けた場合、着陸装置２０１全体の弾性変形領域を越えたエネルギは、緩衝材１５０の塑性変形により吸収される。
【００５２】
続いて、着陸装置２０１の弾性変形が原形を回復することにより、その弾性率に応じた振動が生じる。以降の運動は徐々に減少するので、緩衝材１５０が塑性変形を生じるのは、最初の圧縮領域、即ち、着陸開始から時点Ｐ１までの期間に限られる。しかしながら、時点Ｐ１までの期間に緩衝材１５０がエネルギを吸収するが、着陸装置２０１を形成する他の部材には弾性エネルギが蓄積されているので、時点Ｐ１以降の運動は小さな振幅から始まる。
【００５３】
図１７は、水平な着陸面２０２に月面着陸船２００が着陸することを想定した場合の、着陸装置２０１の運動モデルを示す図である。同図において、着陸装置２０１が着陸面２０２に当接した瞬間が原点となる。なお、着陸装置２０１の変形による着陸面２０２との摩擦は考慮していない。また、緩衝材１５０に生じる変位は線型として扱った。
【００５４】
ここで、ｍｂは、月面着陸船２００の質量を、ｍｌは着陸装置２０１の質量を表す。また、ｋｄ′およびＦｄ′は、緩衝材１５０の弾性係数ｋｄと塑性荷重の効果を表す。更に、ｋｌおよびｃｌは着陸装置２０１のバネ定数と減衰係数を示す。更に、ｋｃおよびｃｃは、着陸面２０２のバネ定数と減衰係数を示す。また更に、ｚｂおよびｚｌは各々着陸機本体の運動変位と着陸脚の運動変位を表す。
【００５５】
上記のような運動モデルにより、緩衝材１５０の変位に対する荷重は、図１８のように表すことができる。なお、図１８における数値は、下記の表２に示す通りである。
【００５６】
【表２】
【００５７】
これにより、緩衝材１５０の変位δと荷重ｆｄの関係は、図１９のように表すことができる。ここで、図１９における各数値を、下記の表３に示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
以上の結果、緩衝材１５０が塑性変形する場合の運動は、下記の数式１のように表すことができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
また、緩衝材１５０が弾性変形する場合の運動は、下記の数式２のように表すことができる。
【００６２】
【数２】
【００６３】
更に、月面着陸船２００の垂直方向（ｚ方向）の相対変形変位ｚｄに対する、緩衝材１５０の荷重ｆｄにより本体２１０が受ける力ｆｂは、下記の数式３のように表すことができる。
【００６４】
【数３】
【００６５】
更に、月面着陸船２００のダイナミクスを、着陸面２０２から浮上している場合と、着陸面２０２に対して接している場合とを分けて記述すると、下記の数式４および数式５のように表せる。
【００６６】
【数４】
【００６７】
【数５】
【００６８】
以上のような関係を勘案して、図２０に示すシミュレーションシステムを構築した。このシミュレーションシステムには多く４つのブロックに分けられ、各々、ｚｅからδへの変換、緩衝材１５０のδとｆｄの関係、ｆｄからｆｂへの変換、および、月面着陸船２００の運動方程を実行する。
【００６９】
また、ここで取り扱うシステムの場合には、緩衝材１５０に関わるパラメータとして、α、Ｓｄ、Ｌｄの３つがある。ここで、以下のシミュレーションにおいては、Ｌｄを固定値して、他のパラメータα、Ｓｄを変化させた場合について調べた。シミュレーションの条件を、下記の表４にまとめて示す。
【００７０】
【表４】
【００７１】
また、下記の表５に示すように、パラメータα、Ｓｄを３組用意した。なお、後述する測定結果も、表５に併せて示した。
【００７２】
【表５】
【００７３】
図２１から図２６までは、表５に示したＣａｓｅＡに係るシミュレーション結果を示す図である。即ち、図２１は、月面着陸船２００の本体２１０の垂直変位と経過時間との関係を示す。図２２は、月面着陸船２００の本体２１０の垂直移動速度と経過時間との関係を示す。
【００７４】
図２３は、月面着陸船２００の本体２１０の垂直加速度と経過時間との関係を示す。図２４は、着陸装置２０１の垂直変位と経過時間の関係を示す。図２５は、着陸装置２０１の垂直速度と経過時間の関係を示す。図２６は、緩衝材１５０の長さと経過時間との関係を示す。図２７は、月面着陸船２００の本体２１０に作用する力と経過時間との関係を示す。
【００７５】
更に、同様に、ＣａｓｅＢおよびＣａｓｅＣに係るシミュレーションも実行したが、グラフの記載は割愛する。上記のようなシミュレーションにより、ＣａｓｅＡ、Ｂ、Ｃのいずれもが緩衝材１５０の最大許容塑性変形長さ以内にはなっている。しかしながら、ＣａｓｅＢでは、月面着陸船２００の本体２１０に作用する衝撃加速度が許容範囲を越えていることが判る。
【００７６】
また、ＣａｓｅＡおよびＣａｓｅＢを比較すると、αを大きくとった場合、▼ｚ▲ｂとｚｂの最大値が大きくなることが判る。また、δＰの最大値が小さくなることが判る。これらの結果から、αを大きくすることにより、着陸装置２０１のシステム剛性を高くできることが判る。
【００７７】
更に、ＣａｓｅＢおよびＣａｓｅＣを比較すると、Ｓｄを大きくとると、▼ｚ▲ｂおよびｚｂの最大値が大きくなることが判る。また、δＰの最大値が小さくなることも分る。これらの結果から、Ｓｄを大きくすることにより、着陸装置２０１のシステム剛性を高くできることが判る。
【００７８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示していない限り、また、前の処理の出力を後の処理で用いない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】月面着陸船２００の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】月面着陸船２００の構造を模式的に示す側面図である。
【図３】図１の一部を拡大して示す部分拡大斜視図である。
【図４】図２の一部を拡大して示す部分拡大斜視図である。
【図５】緩衝装置１００の構造を模式的に示す断面図である。
【図６】緩衝装置１００の他の構造を模式的に示す断面図である。
【図７】月面着陸船２００の制御系３００の構造を模式的に示す図である。
【図８】着陸装置２０１のひずみ応力線図を示す模式図である。
【図９】主脚２３０への鉛直変位および垂直変位の傾向を示すグラフである。
【図１０】アッパリンク２４０の変位の傾向を示すグラフである。
【図１１】緩衝装置１００への軸力との関係を示すグラフである。
【図１２】主脚２３０の接地反力と緩衝装置１００の軸力との関係を示すグラフである。
【図１３】主脚２３０下端と緩衝装置１００の変位との関係を示すグラフである。
【図１４】月面着陸船２００の運動解析で用いる構造モデルを示す図である。
【図１５】緩衝材１５０単体の応力−変形特性を示すグラフである。
【図１６】本体２１０の垂直運動の変位を模式的に示す図である。
【図１７】着陸装置２０１の運動モデルを示す図である。
【図１８】緩衝材１５０の変位に対する荷重はを示す図である。
【図１９】緩衝材１５０の変位δと荷重ｆｄの関係は、図１９のように表す。
【図２０】ミュレーションシステムの構造を模式的に示すブロック図である。
【図２１】本体２１０の垂直変位と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２２】本体２１０の垂直移動速度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２３】本体２１０の垂直加速度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２４】着陸装置２０１の垂直変位と経過時間の関係を示すグラフである。
【図２５】着陸装置２０１の垂直速度と経過時間の関係を示すグラフである。
【図２６】緩衝材１５０の長さと経過時間との関係を示すグラフである。
【図２７】本体２１０に作用する力と経過時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 緩衝装置、１１０ 内筒、１２０ 外筒、１３０ 本体側結合部、１４０ 受衝部側結合部、１５０ 緩衝材、１６０ 電熱線、２００ 月面着陸船、２０１ 着陸装置、２０２ 着陸面、２１０ 本体、２２０ 受衝部、２３０ 主脚、２３２ ロワリンク、２４０ アッパリンク、２４２ ロッカアーム、３００ 制御系、３１０ 制御部、３２０ 電源部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、緩衝装置および着陸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
想定される衝撃の大きさに応じて様々な緩衝装置がある。そのうちでも、特に大きな衝撃を受けることが予想される緩衝装置には、部材の塑性変形により衝撃を吸収する構造を有するものがある。
【０００３】
下記の特許文献１には、金属帯板の塑性変形により衝撃を吸収する構造の緩衝装置が記載される。また、下記特許文献２には、発砲樹脂等により形成された部材の変形および圧壊により衝撃を吸収する構造が記載される。
【特許文献１】特開２００２−０１３５７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１３５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような緩衝装置は、一部の部品の塑性変形、破壊により大きなエネルギを吸収する。従って、一旦動作した後は、塑性変形あるいは破壊した部材を交換しなければ当初の性能を回復することができない。このため、ランニングコストが高くなる。また、例えば、深海、宇宙空間等のように部品の交換が困難な環境では反復利用ができない。更に、反復使用に適していないので、開発試験等では使用し難い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の態様として本体に結合された結合部と、外部からの衝撃を受ける受衝部と、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の第２の態様として、移動する輸送機器を衝突させて当該輸送機器を停止させる緩衝装置であって、大地に対する相対位置を固定された固定部と、輸送機器を衝突させる受衝部と、一端を固定部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置が提供される。
【０００７】
更に、本発明の第３の態様として、浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、機体に結合された結合部と、着陸する場合に地面に当接する受衝部と、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部とを備え、形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している着陸装置が提供される。
【０００８】
また更に、本発明の第４の態様として、浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、機体に結合された結合部、着陸する場合に地面に当接する受衝部、一端を結合部に結合され、他端を受衝部に結合され、受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する、塑性変形する前の初期形状を記憶した形状記憶合金部材を含む緩衝部、および、形状記憶合金部材を加熱して母相に変態させる加熱部を各々が備えた複数の緩衝装置と、加熱部を個別に動作させる加熱制御部とを備え、着陸の衝撃を緩和したことにより塑性変形した形状記憶合金部材を個別に復元させて着陸した当該機体の姿勢を制御する着陸装置が提供される。
【０００９】
上記の発明の概要は、発明の全ての特徴を列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、着陸装置２０１を備えた月面着陸船２００の外観を示す斜視図である。また、図２は、同じ月面着陸船２００の側面図である。図示のように、月面着陸船２００は、本体２１０と、着陸装置として本体に装着された４脚の着陸装置２０１を備える。
【００１２】
本体２１０は、アルミ合金等のトラスとパネルとを組み合わせて形成された略立方体の筐体をなす。内部には、エンジン、燃料タンク、測定機器、通信機器等を収容する。本体２１０の下面にはノズル２６０が現れている。
【００１３】
４脚の着陸装置２０１は、互いに同じ構造を有し、本体２１０の四隅から放射状に拡がると共に、ノズル２６０の下端よりも下方まで延在する。これにより、概ね垂直に月面に降下した場合に、ノズル２６０を月面に当接させることなく着陸できる。
【００１４】
着陸装置２０１の各々は、複数のリンクを含む着陸脚と、着陸した場合に月面に当接する受衝部２２０と、受衝部２２０が受けた衝撃の一部を緩和する緩衝装置１００とを有する。着陸脚は、主脚２３０、ロワリンク２３２およびアッパリンク２４０を含む。
【００１５】
ロワリンク２３２およびアッパリンク２４０の各々の上端は、本体２１０の側面に軸支される。ロワリンク２３２の他端は、主脚２３０の下端近傍に結合される。この結合部は、着陸面２０２に平行な１軸の周りに回転自在に形成される。アッパリンク２４０の下端は、主脚２３０の上端に、やはり、着陸面２０２に平行な１軸の周りに回転自在に結合される。
【００１６】
主脚２３０は、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２よりも着陸面２０２に対して垂直に近い角度で装着される。主脚２３０の下端には、着陸面２０２に当接する受衝部２２０が配される。なお、受衝部２２０も、塑性変形または弾性変形により、着陸面２０２に密着する構造を有する場合もある。
【００１７】
また、アッパリンク２４０の上端近傍には、本体２１０から遠い側に突出したロッカアーム２４２が設けられる。緩衝装置１００は、ロッカアーム２４２の先端と、本体２１０の側面との間に装着される。なお、緩衝装置１００自体の構造は、図１に示した緩衝装置と同じなので、重複する説明は省く。
【００１８】
このような構造により、月面着陸船２００が浮上した状態から着陸面２０２に着陸した場合、まず、受衝部２２０が着陸面２０２に当接する。これにより、受衝部２２０および主脚２３０は、本体２１０に対して上方に変位する力を受ける。
【００１９】
主脚２３０は、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２の２本のリンクにより本体２１０に対して結合されている。従って、着陸面２０２に対する角度を大きく変えることなく、本体２１０に対して上方に変位する。
【００２０】
これに対して、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２の一端は、着陸面２０２に平行な１軸の周りに回転自在に、本体２１０に結合されている。これにより、アッパリンク２４０およびロワリンク２３２は、本体２１０側の一端を軸として回動する。
【００２１】
図３は、図１において点線で囲った、緩衝装置１００の周辺を拡大して示す部分斜視図である。図４は、図２において点線で囲った、緩衝装置１００の周辺を拡大して示す部分斜視図である。
【００２２】
アッパリンク２４０のロッカアーム２４２は、アッパリンク２４０と一体的に形成される。これにより、アッパリンク２４０が変位した場合は、ロッカアーム２４２も共に変位する。
【００２３】
従って、月面着陸船２００が着陸して受衝部２２０および主脚２３０が上昇して、アッパリンク２４０の下端が上昇した場合、ロッカアーム２４２の上端において、緩衝装置１００の上端は上方に引き上げられる。緩衝装置１００の下端は、本体２１０に結合されているので、上端が上昇することにより、緩衝装置１００は引き延ばされる。
【００２４】
ロッカアームとアッパリンクの長さの比例配分により、緩衝装置１００が引き延ばされる量は、アッパリンク２４０の下端の変位よりも小さい。換言すれば、ロッカアーム２４２を介して緩衝装置１００を結合することにより、後述する緩衝材１５０（図５参照）が塑性変形を生じる範囲に想定される緩衝装置１００の伸縮量を納めることができる。
【００２５】
図５は、緩衝装置１００の構造を示す断面図である。図示のように、緩衝装置１００は、内筒１１０、外筒１２０、本体側結合部１３０、受衝部側結合部１４０および緩衝材１５０を備える。
【００２６】
内筒１１０および外筒１２０は、それぞれ略円筒形の外形を有する。内筒１１０の外径は、外筒１２０の内径よりもわずかに小さく、内筒１１０は外筒１２０の内側を、長手方向に円滑に摺動する。これにより、内筒１１０および外筒１２０は、全体として伸縮自在になる。
【００２７】
内筒１１０の一端に装着された本体側結合部１３０の一端は、この緩衝装置１００が搭載された車体、機体等の本体２１０に結合される。これにより、緩衝装置１００全体が、本体２１０に対して結合される。後述するように、緩衝装置１００に圧縮または伸長する応力が作用した場合も、本体２１０および緩衝装置１００の間隔は一定に保たれる。
【００２８】
外筒１２０の一端に装着された受衝部側結合部１４０の一端は、ロッカアーム２４２に結合される。従って、受衝部側結合部１４０は、外部から本体２１０に対して与えられる衝撃を受ける。これにより、本体２１０には、緩衝装置１００により緩和された衝撃が伝わる。
【００２９】
緩衝材１５０は、丸棒状の形状記憶合金により形成される。緩衝材１５０の一端は、本体側結合部１３０に近い位置において、内筒１１０に結合される。この実施例では、内筒１１０の外側から締結部材１１２によりかしめることにより、内筒１１０および緩衝材１５０が結合される。
【００３０】
緩衝材１５０の他端は、受衝部側結合部１４０に近い位置において、外筒１２０に結合される。この実施例では、外筒１２０の外側から締結部材１２２によりかしめることにより、外筒１２０および緩衝材１５０が結合される。
【００３１】
これにより、主脚２３０に加えられた衝撃は、緩衝材１５０の一端に伝達される。緩衝材１５０の他端は、本体２１０に対して一定の位置に固定されている。緩衝材１５０は、受けた衝撃の大きさに応じて塑性変形することにより衝撃のエネルギの一部を吸収して衝撃を緩和する。
【００３２】
なお、内筒１１０の内径は、緩衝材１５０の外径よりも僅かに大きい。また、緩衝材１５０の全長の９０％程度までは、内筒１１０の内側に収容されている。ただし、締結部材１１２によりかしめられた領域を除くと、内筒１１０は、緩衝材１５０を拘束せず、緩衝材１５０の自由な変位を許す。これにより、内筒１１０は、緩衝材１５０の変形を妨げることなく、緩衝材１５０の座屈等による不整な変形を防止する。
【００３３】
なお、緩衝材１５０に塑性変形を生じさせる力は、緩衝材１５０の長手方向に作用する圧縮力であっても引っ張り力であってもよい。いずれの場合も、緩衝材１５０の塑性変形により、衝撃エネルギの一部を吸収することができる。
【００３４】
また、緩衝材１５０は形状記憶合金により形成されているので、当初の形状を記憶させておけば、緩衝動作により塑性変形した後に、形状回復温度まで加熱することにより元の形状を回復することができる。従って、この緩衝装置１００は、緩衝材１５０の塑性変形により衝撃を緩和する構造でありながら、反復使用することができる。
【００３５】
図６は、他の実施形態に掛かる緩衝装置１００の構造を示す断面図である。なお、図５に示した緩衝装置１００と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
【００３６】
この緩衝装置１００は、図５に示した緩衝装置に対して、内筒１１０の内径がやや大きい。それに従って、外筒１２０の内径も大きくなっている。これにより、緩衝材１５０と内筒１１０および外筒１２０の間の間隙がより大きくなっている。
【００３７】
更に、この緩衝装置１００は、緩衝材１５０の全長の殆どにわたって巻き付けられた電熱線１６０を、緩衝材１５０と内筒１１０および外筒１２０の間に有する。これにより、電熱線１６０に電力を供給して形状回復温度まで加熱することにより、衝撃を受けて短縮または伸長された緩衝材１５０を元の形状まで戻すことができる。
【００３８】
図７は、図６に示した緩衝装置１００を備えた月面着陸船２００の制御系３００の構造を模式的に示す図である。図示のように、この月面着陸船２００は、電熱線１６０に電力を供給する共通の電源部３２０と、緩衝装置１００の各々に供給する電力量を個別に変化させることができる制御部３１０とを備える。
【００３９】
これにより、例えば、着陸面２０２が傾斜していた場合に、着陸後に、緩衝装置１００それぞれの復元量を個別に変えることにより、月面着陸船２００の本体を、着陸面２０２の傾斜にもかかわらず水平にすることができる。また、アンテナの指向性、測定機器等の打ち出し方向を調節する場合にも、緩衝装置１００をアクチュエータとして使用することができる。
【００４０】
なお、電熱線１６０に供給する電力は、緩衝材１５０の温度が上昇する範囲であれば、特に大電力であることは求められない。これにより、限られた電力で、月面着陸船２００の姿勢を制御する強力なアクチュエータとなる。
【００４１】
また、緩衝材１５０を形状回復温度まで加熱する場合の熱源は、電熱線１６０とは限らず、ロケット燃料等の燃焼を利用してもよい。また、地上における実験等では、緩衝装置１００に加熱装置を設けなくても、外部から熱風機等により加熱してもよい。更に、上記の例では、緩衝材１５０が伸長または短縮するように変形させる例について述べたが、緩衝材１５０の曲げ、捩じり等による塑性変形を利用する構造でもよい。
【００４２】
上記のような緩衝装置１００の利用は月面着陸船２００等の天体着陸船に限られるものではなく、自動車のバンパ、鉄道列車の車止め、エレベータの非常停止装置、航空機の着陸装置等、大きな衝撃を緩和することが求められる多くの用途に使用できる。
【００４３】
緩衝材１５０を形成する形状記憶合金としては、例えば、米国のＴｉＮｉ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ 社が製造するＣｕＡｌ（Ｎｉ）系単結晶合金を例示できる。この合金は、例えばＣｕ−１３．１Ａｌ−４．５Ｎｉの組成の場合に、摂氏１５０度程度まで塑性変形領域（マルテンサイト相）で安定し、非破壊変形量は９％に達する。従って、緩衝材１５０の材料として用いた場合に、大きな衝撃を緩和させることができる。
【００４４】
緩衝材１５０として上記の材料により形成した直径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの丸棒を用いて緩衝装置１００を製造し、更に、下記の表１に示す要求仕様の月面着陸船２００を形成した場合の性能について検討した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
前記のように、Ｃｕ−１３．１Ａｌ−４．５Ｎｉは９％まで塑性変形することが判っているが、実用においては、６％以下で使用することにした。即ち、着陸した場合に受衝部２２０が受けると想定される衝撃により、緩衝材１５０の変形量が６％以内となるように、アッパリンク２４０およびロッカアーム２４２の長さを決定した。
【００４７】
その結果、図８にひずみ応力線図を示す着陸装置２０１が形成された。この場合、緩衝装置１００の全長は、３４５ｍｍから３６６ｍｍまで変化する。このような衝撃に対する緩衝材１５０の変形量を、下記のパラメータを用いて解析した。なお、着陸装置２０１における摩擦はないものとした。
【００４８】
緩衝材を除く着陸装置要素（ＣＦＲＰ）：
密度ρ＝１６００［ｋｇ／ｍ３］
縦弾性係数（ヤング率）Ｅ＝７５０００［ＭＰａ］
横弾性係数Ｇ＝２８８４６［ＭＰａ］
ポアソン比ν＝０．３
緩衝材要素：
密度ρ＝７０００［ｋｇ／ｍ３］
縦弾性係数（ヤング率）Ｅ＝２５０００［ＭＰａ］
横弾性係数Ｇ＝９６１５［ＭＰａ］
ポアソン比ν＝０．３
【００４９】
上記のようなモデルにより得られた着陸装置２０１の特性の傾向を図９から図１３までに示す。図９は、主脚２３０への鉛直変位および垂直変位の傾向を示す。図１０は、アッパリンク２４０の変位の傾向を示す。図１１は、緩衝装置１００への軸力との関係を示す。図１２は、主脚２３０への接地反力と緩衝装置１００へ軸力との関係を示す。図１３は、主脚２３０下端における変位と、緩衝装置１００の上端における変位との関係を示す。
【００５０】
次に、図１３の結果を用いて、月面着陸船２００が着陸した場合について運動解析する。図１４に、月面着陸船２００の運動解析で用いる構造モデルを示す。また、運動解析において想定する緩衝材１５０単体の応力−変形特性を図１５に示す。
【００５１】
図１６は、月面着陸船２００の着陸直後における、本体２１０の垂直運動の変位を模式的に示す図である。ここで、Ｐ１は、形状記憶合金部材が塑性変形を起こした後、再び弾性領域に戻る時点を示す。着陸装置２０１が着陸の衝撃を受けた場合、着陸装置２０１全体の弾性変形領域を越えたエネルギは、緩衝材１５０の塑性変形により吸収される。
【００５２】
続いて、着陸装置２０１の弾性変形が原形を回復することにより、その弾性率に応じた振動が生じる。以降の運動は徐々に減少するので、緩衝材１５０が塑性変形を生じるのは、最初の圧縮領域、即ち、着陸開始から時点Ｐ１までの期間に限られる。しかしながら、時点Ｐ１までの期間に緩衝材１５０がエネルギを吸収するが、着陸装置２０１を形成する他の部材には弾性エネルギが蓄積されているので、時点Ｐ１以降の運動は小さな振幅から始まる。
【００５３】
図１７は、水平な着陸面２０２に月面着陸船２００が着陸することを想定した場合の、着陸装置２０１の運動モデルを示す図である。同図において、着陸装置２０１が着陸面２０２に当接した瞬間が原点となる。なお、着陸装置２０１の変形による着陸面２０２との摩擦は考慮していない。また、緩衝材１５０に生じる変位は線型として扱った。
【００５４】
ここで、ｍｂは、月面着陸船２００の質量を、ｍｌは着陸装置２０１の質量を表す。また、ｋｄ′およびＦｄ′は、緩衝材１５０の弾性係数ｋｄと塑性荷重の効果を表す。更に、ｋｌおよびｃｌは着陸装置２０１のバネ定数と減衰係数を示す。更に、ｋｃおよびｃｃは、着陸面２０２のバネ定数と減衰係数を示す。また更に、ｚｂおよびｚｌは各々着陸機本体の運動変位と着陸脚の運動変位を表す。
【００５５】
上記のような運動モデルにより、緩衝材１５０の変位に対する荷重は、図１８のように表すことができる。なお、図１８における数値は、下記の表２に示す通りである。
【００５６】
【表２】
【００５７】
これにより、緩衝材１５０の変位δと荷重ｆｄの関係は、図１９のように表すことができる。ここで、図１９における各数値を、下記の表３に示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
以上の結果、緩衝材１５０が塑性変形する場合の運動は、下記の数式１のように表すことができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
また、緩衝材１５０が弾性変形する場合の運動は、下記の数式２のように表すことができる。
【００６２】
【数２】
【００６３】
更に、月面着陸船２００の垂直方向（ｚ方向）の相対変形変位ｚｄに対する、緩衝材１５０の荷重ｆｄにより本体２１０が受ける力ｆｂは、下記の数式３のように表すことができる。
【００６４】
【数３】
【００６５】
更に、月面着陸船２００のダイナミクスを、着陸面２０２から浮上している場合と、着陸面２０２に対して接している場合とを分けて記述すると、下記の数式４および数式５のように表せる。
【００６６】
【数４】
【００６７】
【数５】
【００６８】
以上のような関係を勘案して、図２０に示すシミュレーションシステムを構築した。このシミュレーションシステムには多く４つのブロックに分けられ、各々、ｚｅからδへの変換、緩衝材１５０のδとｆｄの関係、ｆｄからｆｂへの変換、および、月面着陸船２００の運動方程を実行する。
【００６９】
また、ここで取り扱うシステムの場合には、緩衝材１５０に関わるパラメータとして、α、Ｓｄ、Ｌｄの３つがある。ここで、以下のシミュレーションにおいては、Ｌｄを固定値して、他のパラメータα、Ｓｄを変化させた場合について調べた。シミュレーションの条件を、下記の表４にまとめて示す。
【００７０】
【表４】
【００７１】
また、下記の表５に示すように、パラメータα、Ｓｄを３組用意した。なお、後述する測定結果も、表５に併せて示した。
【００７２】
【表５】
【００７３】
図２１から図２６までは、表５に示したＣａｓｅＡに係るシミュレーション結果を示す図である。即ち、図２１は、月面着陸船２００の本体２１０の垂直変位と経過時間との関係を示す。図２２は、月面着陸船２００の本体２１０の垂直移動速度と経過時間との関係を示す。
【００７４】
図２３は、月面着陸船２００の本体２１０の垂直加速度と経過時間との関係を示す。図２４は、着陸装置２０１の垂直変位と経過時間の関係を示す。図２５は、着陸装置２０１の垂直速度と経過時間の関係を示す。図２６は、緩衝材１５０の長さと経過時間との関係を示す。図２７は、月面着陸船２００の本体２１０に作用する力と経過時間との関係を示す。
【００７５】
更に、同様に、ＣａｓｅＢおよびＣａｓｅＣに係るシミュレーションも実行したが、グラフの記載は割愛する。上記のようなシミュレーションにより、ＣａｓｅＡ、Ｂ、Ｃのいずれもが緩衝材１５０の最大許容塑性変形長さ以内にはなっている。しかしながら、ＣａｓｅＢでは、月面着陸船２００の本体２１０に作用する衝撃加速度が許容範囲を越えていることが判る。
【００７６】
また、ＣａｓｅＡおよびＣａｓｅＢを比較すると、αを大きくとった場合、▼ｚ▲ｂとｚｂの最大値が大きくなることが判る。また、δＰの最大値が小さくなることが判る。これらの結果から、αを大きくすることにより、着陸装置２０１のシステム剛性を高くできることが判る。
【００７７】
更に、ＣａｓｅＢおよびＣａｓｅＣを比較すると、Ｓｄを大きくとると、▼ｚ▲ｂおよびｚｂの最大値が大きくなることが判る。また、δＰの最大値が小さくなることも分る。これらの結果から、Ｓｄを大きくすることにより、着陸装置２０１のシステム剛性を高くできることが判る。
【００７８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示していない限り、また、前の処理の出力を後の処理で用いない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】月面着陸船２００の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】月面着陸船２００の構造を模式的に示す側面図である。
【図３】図１の一部を拡大して示す部分拡大斜視図である。
【図４】図２の一部を拡大して示す部分拡大斜視図である。
【図５】緩衝装置１００の構造を模式的に示す断面図である。
【図６】緩衝装置１００の他の構造を模式的に示す断面図である。
【図７】月面着陸船２００の制御系３００の構造を模式的に示す図である。
【図８】着陸装置２０１のひずみ応力線図を示す模式図である。
【図９】主脚２３０への鉛直変位および垂直変位の傾向を示すグラフである。
【図１０】アッパリンク２４０の変位の傾向を示すグラフである。
【図１１】緩衝装置１００への軸力との関係を示すグラフである。
【図１２】主脚２３０の接地反力と緩衝装置１００の軸力との関係を示すグラフである。
【図１３】主脚２３０下端と緩衝装置１００の変位との関係を示すグラフである。
【図１４】月面着陸船２００の運動解析で用いる構造モデルを示す図である。
【図１５】緩衝材１５０単体の応力−変形特性を示すグラフである。
【図１６】本体２１０の垂直運動の変位を模式的に示す図である。
【図１７】着陸装置２０１の運動モデルを示す図である。
【図１８】緩衝材１５０の変位に対する荷重はを示す図である。
【図１９】緩衝材１５０の変位δと荷重ｆｄの関係は、図１９のように表す。
【図２０】ミュレーションシステムの構造を模式的に示すブロック図である。
【図２１】本体２１０の垂直変位と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２２】本体２１０の垂直移動速度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２３】本体２１０の垂直加速度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２４】着陸装置２０１の垂直変位と経過時間の関係を示すグラフである。
【図２５】着陸装置２０１の垂直速度と経過時間の関係を示すグラフである。
【図２６】緩衝材１５０の長さと経過時間との関係を示すグラフである。
【図２７】本体２１０に作用する力と経過時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 緩衝装置、１１０ 内筒、１２０ 外筒、１３０ 本体側結合部、１４０ 受衝部側結合部、１５０ 緩衝材、１６０ 電熱線、２００ 月面着陸船、２０１ 着陸装置、２０２ 着陸面、２１０ 本体、２２０ 受衝部、２３０ 主脚、２３２ ロワリンク、２４０ アッパリンク、２４２ ロッカアーム、３００ 制御系、３１０ 制御部、３２０ 電源部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に結合された結合部と、
外部からの衝撃を受ける受衝部と、
一端を前記結合部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部と
を備え、
前記形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置。
【請求項２】
前記形状記憶合金部材において母相が安定する変態温度まで、前記形状記憶合金部材を加熱する加熱部を更に備える請求項１に記載の緩衝装置。
【請求項３】
前記加熱部は、前記形状記憶合金部材が前記初期形状に復元するまで前記緩衝部を加熱する請求項２に記載の緩衝装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記形状記憶合金部材が前記初期形状に復元する前に加熱を停止させる加熱制御部を更に備える請求項２に記載の緩衝装置。
【請求項５】
前記形状記憶合金部材は、ニッケルを添加された銅およびアルミニウムの合金の単結晶により形成される請求項１から請求項４までのいずれかに記載の緩衝装置。
【請求項６】
移動する輸送機器を衝突させて当該輸送機器を停止させる緩衝装置であって、
大地に対する相対位置を固定された固定部と、
輸送機器を衝突させる受衝部と、
一端を前記固定部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部と
を備え、
前記形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置。
【請求項７】
浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、
前記機体に結合された結合部と、
着陸する場合に地面に当接する受衝部と、
一端を前記結合部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部と
を備え、
前記形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している着陸装置。
【請求項８】
浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、
前記機体に結合された結合部、
着陸する場合に地面に当接する受衝部、
一端を前記結合部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する、塑性変形する前の初期形状を記憶した形状記憶合金部材を含む緩衝部、および、
前記形状記憶合金部材を加熱して母相に変態させる加熱部
を各々が備えた複数の緩衝装置と、
前記加熱部を個別に動作させる加熱制御部とを備え、
着陸の衝撃を緩和したことにより塑性変形した前記形状記憶合金部材を個別に復元させて、着陸した当該機体の姿勢を制御する着陸装置。
【請求項１】
本体に結合された結合部と、
外部からの衝撃を受ける受衝部と、
一端を前記結合部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部と
を備え、
前記形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置。
【請求項２】
前記形状記憶合金部材において母相が安定する変態温度まで、前記形状記憶合金部材を加熱する加熱部を更に備える請求項１に記載の緩衝装置。
【請求項３】
前記加熱部は、前記形状記憶合金部材が前記初期形状に復元するまで前記緩衝部を加熱する請求項２に記載の緩衝装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記形状記憶合金部材が前記初期形状に復元する前に加熱を停止させる加熱制御部を更に備える請求項２に記載の緩衝装置。
【請求項５】
前記形状記憶合金部材は、ニッケルを添加された銅およびアルミニウムの合金の単結晶により形成される請求項１から請求項４までのいずれかに記載の緩衝装置。
【請求項６】
移動する輸送機器を衝突させて当該輸送機器を停止させる緩衝装置であって、
大地に対する相対位置を固定された固定部と、
輸送機器を衝突させる受衝部と、
一端を前記固定部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部と
を備え、
前記形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している緩衝装置。
【請求項７】
浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、
前記機体に結合された結合部と、
着陸する場合に地面に当接する受衝部と、
一端を前記結合部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する形状記憶合金部材を含む緩衝部と
を備え、
前記形状記憶合金部材は、塑性変形する前の初期形状を記憶している着陸装置。
【請求項８】
浮上した状態から着陸面に着陸する機体の着陸装置であって、
前記機体に結合された結合部、
着陸する場合に地面に当接する受衝部、
一端を前記結合部に結合され、他端を前記受衝部に結合され、前記受衝部が衝撃を受けた場合に塑性変形する、塑性変形する前の初期形状を記憶した形状記憶合金部材を含む緩衝部、および、
前記形状記憶合金部材を加熱して母相に変態させる加熱部
を各々が備えた複数の緩衝装置と、
前記加熱部を個別に動作させる加熱制御部とを備え、
着陸の衝撃を緩和したことにより塑性変形した前記形状記憶合金部材を個別に復元させて、着陸した当該機体の姿勢を制御する着陸装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１０−１１２４０４（Ｐ２０１０−１１２４０４Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８３５２１（Ｐ２００８−２８３５２１）
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（５０２２９４１７２）株式会社ウェルリサーチ (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（５０２２９４１７２）株式会社ウェルリサーチ (5)
【Ｆターム（参考）】
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