JP2000211597A - 宇宙用展開構造物の保持解放機構及び保持ロッドの保持張力負荷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 宇宙船に折り畳まれた収納状態で搭載されて
軌道上で展開する宇宙用展開構造物を、地上から打ち上
げ環境及び軌道上の展開前まで保持し、軌道上で解放す
る保持解放機構において、保持ロッドに張力をかけるた
めにナットを回す際、ナットと保持ロッドの摩擦によっ
て保持ロッド自身にねじり力がかかるため、保持ロッド
の強度保証が困難であった。 【解決手段】 保持ロッド３をねじらないで張力を与え
るように、保持ロッド３の先端のねじ部の先に設けた工
具固定部をナット５を締め上げる工具とは別に保持ロッ
ド３の回転を抑えるように固定しながらナット５を締め
上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば宇宙船に
搭載される機器で地上及び打ち上げ環境は収納状態にあ
り、軌道上で展開する太陽電池パドルや大型アンテナ等
の宇宙用展開構造物を、収納状態では固定し、軌道上で
解放する保持解放機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】宇宙空間で大きな面積、体積を占める構
造物は、過酷なロケット打ち上げ環境に耐えるために、
打ち上げ時には宇宙船側壁に折り畳んで固定し、宇宙船
が軌道上に到着した後、固定部を解放して展開する必要
性がある。そのため固定部には展開構造物を強固に固定
する機能と軌道上で確実に解放する機能を併せ持つ保持
解放機構を用いる。

【０００３】従来の保持解放機構の収納状態を図７
（ａ）に示す。図において、１は宇宙船（または宇宙船
側壁に取り付けられたブラケット）、２は展開構造物、
３は展開構造物を宇宙船に押さえつけるための保持力
（張力）を受け持つ保持ロッド、４はロッドカッタ、５
は保持ロッド３に張力をかけるために締め上げるナッ
ト、６はワッシャ、７は解放時に切断された保持ロッド
３とともにナット５が外れるため、それを保持するため
宇宙船１に取り付けられたナットキャッチャー、８は解
放時に切断された保持ロッド３を受け止めるために展開
構造物２に取り付けられたロッドキャッチャー、９は切
断された保持ロッド３がロッドキャッチャー８に衝突す
る際の発生衝撃を緩和させるためのロッドキャッチャー
側緩衝材（例えばアルミハニカムコアやシリコンゴム
等）、１０は切断された保持ロッド３を引き抜くための
ロッド引き抜きばね、１１は保持ロッド３の張力による
押し付け力を受ける宇宙用展開構造物側及び宇宙船側の
分離面、１２はロッドカッタ４の内部にある火薬１３の
爆発力によって保持ロッド３を切断するカッター、１３
はカッター１２の切断力を発生する火薬、１４は火薬１
３を爆発させるための電気信号線である。また図７
（ｂ）に示すように保持ロッド３の先端部にはねじが加
工されており、ナット５を締め付けることで張力が発生
し、宇宙船１と展開構造物２を押し付けている。なお、
宇宙船１と展開構造物２が入れ替わっても同等の保持解
放機構であることは言うまでもない。

【０００４】また、図８にロッドカッタ４の宇宙船１へ
の取り付け状態を示す。１は宇宙船、４はロッドカッ
タ、１５はボルト、１６はワッシャである。

【０００５】また、図９（ａ）に従来の保持解放機構の
動作を示す。電気信号によって火薬１３が爆発し、カッ
ター１２に推進力を与えて保持ロッド３を展開構造物側
ロッド３ａと宇宙船側ロッド３ｂに切断する。保持ロッ
ド３ａはロッド引き抜きばね１０によってロッドキャッ
チャー８の内部につけられたロッドキャッチャー側緩衝
材９に衝突して止まる。また、保持ロッド３ｂはナット
キャッチャー７に衝突して止まる。図９（ｂ）、（ｃ）
に宇宙船１、展開構造物２、保持機構２７、展開機構２
６の関係を示す。図９（ｂ）では展開構造物２は保持解
放機構２７によって宇宙船１に保持されている。図９
（ｃ）では保持解放機構２７が作動することにより展開
機構２６の展開力によって展開構造物２が宇宙船１に対
して展開位置まで展開する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の保持解放
機構は地上において保持ロッド３に張力を与えようとし
てナット５を締める時に、ナット５と保持ロッド３の摩
擦によって保持ロッド３自身をねじってしまい、保持ロ
ッド３の強度保証が困難であるという問題があった。な
お、保持ロッド３はロッドカッタ４で切断される機能を
有するため、自由に太くできないという制約がある。

【０００７】また、従来の保持解放機構はナットキャッ
チャー７と切断された保持ロッド３ｂとの衝突で衝撃力
が発生してしまい、宇宙船１に搭載されている耐衝撃性
の低い機器に悪影響を及ぼすという問題点があった。

【０００８】また、従来の保持解放機構の分離面１１は
宇宙船１側及び展開構造物２側ともに振動環境による焼
き付き防止のために潤滑等の表面処理を実施している
が、地上振動試験、ハンドリング等で展開状態において
本部位の潤滑剤が剥げ落ちる等の損傷を発見した場合、
展開構造物を宇宙船から取り外して再潤滑処理を実施す
るため、補修が大がかりとなる問題点があった。

【０００９】また、従来の保持解放機構の保持ロッド３
は振動環境によって保持ロッド３が展開構造物に対して
大きくずれないようにする目的で展開構造物２に設ける
穴径と保持ロッド３のロッド径のすきまは小さい。ま
た、保持ロッド３のロッド引き抜きばね１０が押す径が
一番大きい部位は、引き抜き動作の信頼性を高めるため
ロッドキャッチャー８とのすきまは小さい。結果として
引き抜き動作途中の保持ロッド３ａは展開構造物２の穴
とロッドキャッチャー内壁でガイドされるため、引き抜
き途中で保持ロッド３ａの先端近傍に保持ロッド半径方
向（ラジアル）に障害物等による変位拘束があるとこじ
りが生じ、動作信頼性が低下するという問題点があっ
た。

【００１０】また、従来の保持解放機構は、ロッドカッ
タ４の保持ロッド３を切断する際に発生する金属粉を宇
宙船１内部に拡散させる問題点があった。

【００１１】また、従来の保持解放機構のロッドカッタ
４は宇宙船１にボルトで直接締結されているために、ロ
ッドカッタ４が発生する衝撃力が宇宙船１に直接伝搬し
てしまい、宇宙船１に搭載されている耐衝撃性の低い機
器に悪影響を及ぼすという問題点があった。

【００１２】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、動作信頼性の高い宇宙用展開
構造物の保持解放機構を提供することを目的とするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る保持解
放機構は、ナット５を締め上げる際に保持ロッド３をね
じらないで張力を与えるように、保持ロッド３の先端の
ねじ部の先にさらに工具固定部を設けたものである。

【００１４】第２の発明による保持解放機構は、保持ロ
ッド３ｂがナットキャッチャー７と衝突する際の衝撃を
緩和させるためにナットキャッチャー７内部に緩衝材を
備えたものである。

【００１５】第３の発明による保持解放機構は、宇宙船
１側及び展開構造物２側の分離面に交換可能な部品を備
えたものである。

【００１６】第４の発明による保持解放機構は、引き抜
き途中の保持ロッド３ａのラジアル方向に障害物等によ
る変位拘束に対する耐性を高めるために展開構造物２の
穴とかん合する保持ロッド３の部位に段差を設けて引き
抜き途中の可動角度を大きくしたものである。

【００１７】第５の発明に係る保持解放機構は、保持ロ
ッド３の切断時に発生する金属粉を宇宙船１内部に拡散
させないようにロッドカッタ４の保持ロッド３通過穴を
延長するようにスリーブを備えたものである。

【００１８】第６の発明に係る保持解放機構は、ロッド
カッタ４の動作時衝撃を緩和するために、宇宙船１とロ
ッドカッタ４の間に緩衝材を備えたものである。

【００１９】第７の発明に係る保持ロッドの保持張力負
荷方法は、保持ロッド３をねじらないで張力を与えるよ
うに、保持ロッド３の先端のねじ部の先に設けた工具固
定部をナット５を締め上げる工具とは別に保持ロッド３
の回転を抑えるように固定しながらナット５を締め上げ
るものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１（ａ）は保
持ロッド３の先端のねじ部の先に工具固定部を設けた保
持解放機構を示すもので図１（ｂ）にその詳細を示す。
図において２０は工具固定部として４角形の突起を設け
た例を示している。なお、保持ロッド３は通常チタン合
金等の高強度材料で製造され、ねじ部、工具固定部は保
持ロッド３として一体成形される。

【００２１】次に保持ロッド３に張力をかける手順を説
明する。あらかじめ展開構造物２は宇宙船１と接触させ
ておき、保持ロッド３及び引き抜きばね１０を展開構造
物２側から挿入し、ロッドカッタ４の穴を通しておく。
その後、ワッシャ６とナット５を保持ロッド３の先端に
装着し、工具固定部２０をスパナ等で保持ロッド３が回
転しないように固定しながら、別のスパナ等の工具でナ
ット５を回転させて締め上げ、保持ロッド３に張力をか
ける。適正な張力がかかったかどうかは保持ロッド３に
貼付した歪みゲージ等で測定し、その確認後に、ナット
キャッチャー７を宇宙船１に、ロッドキャッチャー８を
展開構造物２に取り付ける。

【００２２】なお、上記実施の形態１において、工具固
定部２０は４角の突起形状である必要性はなく、図１
（ｃ）に示すように６角の穴を保持ロッド３のねじ部先
端に設け、六角レンチで回転を防止できる等のものであ
れば同様の効果を奏することは言うまでもない。

【００２３】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す図で、図２において１７はナットキャッチャ
ー７の内部に設けられたナットキャッチャー側緩衝材で
ある。ナットキャッチャー側緩衝材１７は例えばアルミ
ハニカムコアやシリコンゴム等である。

【００２４】切断されたナットキャッチャー７側の保持
ロッド３ｂは張力によって蓄積されていた歪みエネルギ
ーやカッター１２の切断力等によってナットキャッチャ
ー７方向に飛んでくるが、ナットキャッチャー側緩衝材
１７に当たって衝撃が吸収される。

【００２５】なお、上記実施の形態２において、ナット
キャッチャー側緩衝材１７はナットキャッチャー７内壁
に設ける必要性はなく、保持ロッド３の先端に設けても
同様の効果を奏することは言うまでもない。

【００２６】実施の形態３．図３（ａ）はこの発明の実
施の形態３を示す図で、図３において１８は宇宙船に取
り付けられた分離面を備えた宇宙船側キャップ、１９は
展開構造物に取り付けられた分離面を備えた展開構造物
側キャップである。

【００２７】宇宙船側キャップ１８及び展開構造物側キ
ャップ１９は、その分離面が固体潤滑等の表面処理が施
されており、地上試験等による分離面の損傷度合いに応
じてこれらの部品を交換することで容易に分離面を修復
することが可能となる。図３（ｂ）に展開状態の宇宙船
側キャップ１８及び展開構造物側キャップ１９を示す。

【００２８】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示す図で、図４において２３は保持ロッド３が展
開構造物２の穴とはめあう部位の近傍に設けた段差部で
ある。段差部２３と展開構造物２に設ける穴とはすきま
は小さいが、段差部２３が穴から抜けた後の保持ロッド
３と穴とのすきまは大きい。

【００２９】段差部２３と展開構造物２に設ける穴との
すきまが小さいため、振動環境によって保持ロッド３が
展開構造物に対して大きくずれることは防げる。また、
段差部２３が穴から抜けた後の保持ロッド３と穴とのす
きまが大きいことによって、保持ロッド３のロッド引き
抜きばね１０が押す径が一番大きい部位がロッドキャッ
チャー８とのすきまが小さいものの、引き抜き動作途中
の保持ロッド３ａの可動角度が大きくなるため、保持ロ
ッド半径方向（ラジアル）に障害物等で変位拘束されて
も保持ロッド３ａは引き抜くことが可能となる。

【００３０】実施の形態５．図５（ａ）はこの発明の実
施の形態５を示す図で、図５において２１はロッドカッ
タ４の保持ロッド３の通過穴を展開構造物側に延長する
スリーブを備えた宇宙船側キャップ、２２はロッドカッ
タ４の保持ロッド３の通過穴をナット５側に延長するス
リーブを備えたスリーブ付きワッシャである。図５
（ｂ）にスリーブ付きワッシャ２２の斜視図を示す。

【００３１】保持ロッド３を切断する際に切断面から金
属粉が発生するが、宇宙船側キャップ２１とスリーブ付
きワッシャ２２のスリーブ部が発生した金属粉の宇宙船
内部への拡散を防止することが可能となる。

【００３２】なお、スリーブ部は宇宙船側キャップ１８
及びワッシャ６との別のパーツにしても同様の効果を奏
する。

【００３３】実施の形態６．図６はこの発明の実施の形
態６を示す図で、図６において２４はボルト１５の軸力
を受けるスリーブ付きワッシャ、２５はロッドカッタ４
の緩衝材である。

【００３４】ロッドカッタ４は緩衝材２５のみに接触
し、ロッドカッタ４自身の発生衝撃力を直接宇宙船１に
伝搬させることを防止することが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】第１及び第７の発明によれば、摩擦係数
の影響等の不確定要素が支配するねじり力をかけること
なく保持ロッド３に設計した軸力のみがかかるため、保
持解放機構の信頼性を向上させることに効果がある。ま
た、不確定なねじり力を与えないことが明らかであるた
め、作業性も向上し、結果として低コスト化に効果があ
る。

【００３６】第２の発明によれば、保持解放機構の発生
する宇宙船１側で解放衝撃力が低減するため、宇宙船１
内部の耐衝撃性の低い機器への悪影響をなくすことが可
能となり、ひいては宇宙船１全体の信頼性を向上させる
効果がある。

【００３７】第３の発明によれば、傷つき易い分離面の
簡便な交換が可能となるため、低コスト化に効果があ
る。

【００３８】第４の発明によれば、保持ロッド３の引き
抜き時の障害物等による変位拘束に対する耐性が向上す
るため、動作信頼性の向上に効果がある。

【００３９】第５の発明によれば、保持ロッド３の切断
時に発生する金属粉の宇宙船１内部への拡散が防止可能
となり、宇宙船内部機器の短絡及び汚染等が防止できる
ため、宇宙船全体の信頼性を向上させる効果がある。

【００４０】第６の発明によれば、ロッドカッタ４自身
が発生する衝撃力を緩和させることが可能となるため、
宇宙船内部の耐衝撃性の低い機器への悪影響がなくな
り、宇宙船全体の信頼性を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態２を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態３を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態４を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態５を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態６を示す図である。

【図７】 従来の保持解放機構の保持状態を示す図であ
る。

【図８】 従来の保持解放機構のロッドカッタ４の実装
状態を示す図である。

【図９】 従来の保持解放機構の動作を示す図である。

【符号の説明】

１ 宇宙船、２ 展開構造物、３ 保持ロッド、４ ロ
ッドカッタ、５ ナット、６ ワッシャ、７ ナットキ
ャッチャー、８ ロッドキャッチャー、９ ロッドキャ
ッチャー側緩衝材、１０ ロッド引き抜きばね、１１
分離面、１２カッター、１３ 火薬、１４ 電気信号
線、１５ ボルト、１６ ワッシャ、１７ ナットキャ
ッチャー側緩衝材、１８ 宇宙船側キャップ、１９ 展
開構造物側キャップ、２０ 保持ロッドの工具固定部、
２１ スリーブ付き宇宙船側キャップ、２２ スリーブ
付きワッシャ、２３ 保持ロッドの段差部、２４ スリ
ーブ付きワッシャ、２５ 緩衝材、２６ 展開機構、２
７ 保持解放機構。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 宇宙船に折り畳まれた収納状態で搭載さ
   れて軌道上で展開する宇宙用展開構造物を地上から打ち
   上げ環境及び軌道上の展開前まで保持し、展開時に解放
   する宇宙用展開構造物の保持解放機構において、保持ロ
   ッド、この保持ロッドに張力をかけるためのナット、前
   記保持ロッド張力による押し付け力を受ける宇宙用展開
   構造物及び宇宙船側の分離面、前記保持ロッドを切断す
   るロッドカッタ、前記ロッドカッタを宇宙船に固定する
   ボルト、前記保持ロッドを引き抜くロッド引き抜きば
   ね、前記ロッドカッタにより切断されて引き抜かれた保
   持ロッドを受け止めるロッドキャッチャー、当該保持ロ
   ッドを受け止める際の衝撃を低下させる緩衝材、前記切
   断されたナット側の保持ロッドを受け止めるナットキャ
   ッチャーとを備え、前記保持ロッド先端に設けられ、地
   上において前記保持ロッドに張力をかけるために前記ナ
   ットを回す際、そのトルクによって上記保持ロッドが回
   転してねじ切れないように工具で固定する工具固定部を
   備えたことを特徴とする宇宙用展開構造物の保持解放機
   構。
2. 【請求項２】 前記ナットキャッチャーにおいて、切断
   されたナット側保持ロッドがナットキャッチャーに衝突
   する際の衝撃を緩和させるために緩衝材を備えたことを
   特徴とする請求項１記載の宇宙用展開構造物の保持解放
   機構。
3. 【請求項３】 前記宇宙用展開構造物及び宇宙船側の分
   離面において、交換可能な部品を備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の宇宙用展開構造物の保持解放機構。
4. 【請求項４】 前記保持ロッドにおいて、分離時の保持
   ロッド引き抜き途中の可動角度を増大させるために、展
   開構造物とのかん合部位に段差がある保持ロッドを備え
   たことを特徴とする請求項１記載の宇宙用展開構造物の
   保持解放機構。
5. 【請求項５】 前記ロッドカッタにおいて、保持ロッド
   の切断によって発生する金属粉が宇宙船内部で拡散しな
   いようにロッドカッタの保持ロッド貫通穴を延長するス
   リーブを備えたことを特徴とする請求項１記載の宇宙用
   展開構造物の保持解放機構。
6. 【請求項６】 前記ロッドカッタにおいて、ロッドカッ
   タの動作時衝撃を緩和させるために、ロッドカッタと宇
   宙船の間に緩衝材を備えたことを特徴とする請求項１記
   載の宇宙用展開構造物の保持解放機構。
7. 【請求項７】 請求項１記載の宇宙用展開構造物の保持
   解放機構において、前記保持ロッドをねじらないで張力
   を与えるように、前記保持ロッドの先端の工具固定部
   を、ナットを締め上げる工具とは別に保持ロッドの回転
   を抑えるように固定しながら前記ナットを締め上げるこ
   とを特徴とする保持ロッドの保持張力負荷方法。