JP2000332512A - 支持構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、展開型構造物とそれを支える基部
構造とを接続し、展開型構造物と同期して展開可能、か
つ展開後に展開型構造物の姿勢補正が可能である支持構
造物において、基部構造を基準とした、展開構造物と本
支持構造物を組み合わせた構造物の剛性の向上と構造物
全体の収納効率の向上を目的とする。 【解決手段】 支持構造物を構成する伸縮部材１、２と
基部構造３０との結合、及び展開型構造物４０と基部構
造３０との結合に、展開型構造物と同期展開可能である
リンク機構１１〜１３を介して、各結合点間の距離を長
くとることが可能である点を特徴とする。

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、特に宇宙空間に
おける大型展開構造物、例えば大型アンテナ、宇宙ステ
ーションの骨組構造等を、所定の基部構造上に支持する
ために用いる支持構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙用構造物はＨ−ＩＩロケット等の打
上げロケットでペイロードとして宇宙空間へ運搬され
る。ペイロードは打上げロケットの運搬能力により打上
時の体積に制限を受けるため、大型構造物をそのままロ
ケットに搭載することが困難となる。したがって、打上
時には畳み込みによって占める体積を小さくし、打上げ
後宇宙空間において展開することによって最終形態とな
る展開構造物が、宇宙構造物として有利な形態であると
考えられている。

【０００３】展開構造物を人工衛星の構体等に結合する
場合、特に大型の展開構造物では収納時と展開時の形態
が大きく異なる為、収納時における展開構造物の人工衛
星への結合インターフェース点位置と、展開時における
展開構造物の結合インターフェース点位置とが大きく異
なる。このため、展開構造物を人工衛星の構体等に結合
する支持構造物に関しても、展開構造物と同期して展開
させることにより、展開過程における結合インターフェ
ース点位置の変化に対応可能な形態をとることが必要で
ある。

【０００４】一方、展開構造物がアンテナ等の場合、構
造物が熱変形等の形状変形をすることによって指向方向
誤差が発生することが想定される。このため支持構造物
には、宇宙空間においてアンテナ等の展開構造物の指向
方向を補正する機構が必要であると考えられており、近
年では前記支持構造物に指向方向を補正する機構を組み
込んだ構造物が注目されてきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の指向方向補正機
構を組み込んだ展開構造物の支持構造の特徴は、自身の
長さが可変である伸縮材を支持構造の主とした構成部材
とし、ヒンジ等の単一な連結部品を介して展開構造物及
び人工衛星の基部構造とに結合することを特徴とする。
この支持構造物は、伸縮材の駆動により展開構造物との
同期展開、及び展開後の展開構造物の指向方向の補正を
可能にする。しかしながら、ロケットの衛星搭載スペー
ス及び人工衛星への展開構造物の搭載スペースの制約に
より、展開構造物を結合すべき基部構造の大きさに制約
が生じるため、結果的に基部構造と各伸縮部材との結合
点同士の距離が短い形態となる。したがって、基部構造
を基準にした、支持構造物を含む展開構造物の剛性が大
きくとれないといった問題があった。

【０００６】この発明は、従来の支持構造物の特徴であ
る、展開構造物との同期展開及び展開後の展開構造物の
指向方向の補正といった機能を損なわず、前記支持構造
物の欠点である、基部構造を基準にした支持構造物を含
む展開構造物の剛性の低下を解消し、かつ高収納性を実
現することが可能な支持構造物を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明の支持構造物
は、展開型構造物と当該展開型構造物を支える基部構造
とを接続する支持構造物において、その一端に該当する
第１の接続部とその他端の該当する第２の接続部とが互
いに異なる位置に形成され、所定の駆動手段の駆動によ
り伸縮して前記第１の接続部と第２の接続部との距離が
変化する複数の伸縮部材と、前記伸縮部材の第１の接続
部と前記展開型構造物とを接続する、回転、移動及び弾
性変形の少なくとも１つが可能な連結部材と、前記複数
の伸縮部材のうち少なくとも１つの伸縮部材の第２の接
続部及び前記展開型構造物の基部構造物への接続部と前
記基部構造物との間をそれぞれ接続する、前記展開型構
造物と同期して展開可能なリンク機構とを具備し、さら
に前記リンク機構は、当該展開後、近似的にトラス構造
を形成するようにしたものである。

【０００８】第２の発明の支持構造物は、展開型構造物
と当該展開型構造物を支える基部構造とを接続する支持
構造物において、その一端に該当する第１の接続部とそ
の他端の該当する第２の接続部とが互いに異なる位置に
形成され、所定の駆動手段の駆動により伸縮して前記第
１の接続部と第２の接続部との距離が変化する第１、第
２、第３の伸縮部材と、前記第１の伸縮部材の一端と前
記展開型構造物とを接続する第１の球面ジョイントと、
前記第１の伸縮部材の他端と前記基部構造とを接続する
第１のユニバーサルジョイントと、前記第２、第３の伸
縮部材の一端と前記展開型構造物とをそれぞれ接続する
第２、第３の球面ジョイントと、前記第２、第３の伸縮
部材の他端にそれぞれ設けられた第２、第３のユニバー
サルジョイントと、前記第２、第３のユニバーサルジョ
イントと前記基部構造とをそれぞれ接続する、前記展開
型構造物と同期して展開可能でかつ展開時の運動自由度
が１である第１、第２のリンク機構と、前記展開構造物
の基部構造への結合点１点に設けられた第４の球面ジョ
イントと、前記第４の球面ジョイントに接続する、前記
展開型構造物と同期して展開可能でかつ展開時の運動自
由度が１である第３のリンク機構とを具備し、さらに前
記第１、第２、第３のリンク機構を、展開動作時に機械
的に同期させ、かつ前記第１、第２、第３の伸縮部材そ
れぞれの展開運動時の伸縮プロファイルを規定するよう
にしたものである。

【０００９】第３の発明の支持構造物は、第２の発明に
おいて前記第１の球面ジョイントと第４の球面ジョイン
トとを結ぶ直線に対して前記第２、第３のユニバーサル
ジョイントの位置を非対称に配置するようにしたもので
ある。

【００１０】第４の発明の支持構造物は、第１、第２、
第３及び第４の棒状部材、前記第１、第２の棒状部材の
先端を剛に結合する金具、前記第３、第４の棒状部材を
相対的に回転可能に結合するラッチ機構付１軸ヒンジ、
当該リンク機構と前記伸縮部材の第２の接続部とを相対
回転可能に結合する第１のヒンジ、前記金具と前記第３
の棒状部材を相対回転可能に結合する第２のヒンジ、当
該リンク機構と前記基部構造物とを相対回転可能に結合
する第３、第４及び第５のヒンジ、前記ラッチ機構付１
軸ヒンジに結合され、リンク機構に展開力を発生するバ
ネとによりリンク機構を構成し、さらに前記ラッチ機構
付１軸ヒンジは、リンク機構の展開後に前記第３、第４
の棒状部材の相対回転を拘束するラッチ機構を有するも
のである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本形態の支持構造
物とその周辺の構成要素を図１に示す。この形態は、請
求項１〜請求項４の発明に対応する。但し請求項１の発
明の場合は、伸縮部材数、リンク機構数、及び球面ジョ
イント、ユニバーサルジョイント等のジョイント配置は
問わない。

【００１２】この形態では、請求項１の発明の展開型構
造物及び基部構造はそれぞれ展開型構造物４０及び基部
構造３０に対応し、伸縮部材は伸縮部材１〜３に対応す
る。伸縮部材１〜３は連結部材である球面ジョイント４
〜６を介して、展開型構造物４０に結合する。さらに、
伸縮部材１、２は、連結部材であるユニバーサルジョイ
ント７、８を介して、リンク機構１１、１２に結合す
る。伸縮部材３は連結部材であるユニバーサルジョイン
ト９を介して、基部構造３０に結合する。また、展開型
構造物４０は、連結部材である球面ジョイント１０を介
して、リンク機構１３に結合する。尚、基部構造３０は
ブーム３１により衛星構体へ結合する。

【００１３】図２（ａ）は、図１におけるリンク機構１
１の形態を示す図である。リンク機構１２、１３も同一
の構成である。リンク機構１１は、棒状部材１４〜１
７、ヒンジ７、１９〜２２、金具２３、つる巻きバネ２
４、ラッチ機構付１軸ヒンジ１８にて構成する。棒状部
材１６、１７は１軸ヒンジ１８を介して結合し相対的に
回転が可能である。また、棒状部材１４、１５は先端を
金具２３にて剛に結合する。金具２３と棒状部材１６と
はヒンジ１９にて相対回転可能な構成で結合する。リン
ク機構１１と基部構造とはヒンジ２０〜２１にて相対回
転可能な構成で結合する。さらにリンク機構１１は、ヒ
ンジ７にて伸縮部材１と結合する。各ヒンジ１８〜２２
の回転軸の方向は一致させる。

【００１４】図２（ｂ）（ｃ）は上記棒状部材１６と１
７とを回転自在に結合する上記ラッチ機構付１軸ヒンジ
１８を示す図であり、ラッチ機構付１軸ヒンジ１８は上
記棒状部材１６と１７との相対回転を拘束するラッチ機
構を有している。このラッチ機構付１軸ヒンジ１８はそ
の外周の所定部にラッチ溝ｈを形成した円板１８ａ、上
記棒状部材１６に結合され、つる巻バネ２４の展開駆動
力により棒状部材１６の回動に伴い上記円板１８ａの外
周上を摺動し、図２（ｃ）に示すように棒状部材１６の
展開後に上記ラッチ溝ｈにかん合するラッチ部材１８ｂ
とを有している。また上記ラッチ部材１８ｂは、バネを
内蔵しており、このバネにより上記円板１８ａの外周に
対し押し付けている。

【００１５】図３は、リンク機構１１の展開挙動を示し
たものである。リンク機構１２、１３も同一の挙動であ
る。リンク機構１１は、つる巻きバネ２４により自身が
展開駆動力を有する。展開後はヒンジ１８のラッチ機構
が作動し、棒状部材１６、１７の相対回転を拘束するこ
とにより、リンク機構１１を近似的にトラス構造とする
ことによって、剛な構造体を形成する。

【００１６】図４は、伸縮部材１の形態を示すものであ
る。伸縮部材２、３も同一の構成である。伸縮部材１
は、筒状部材Ａ２５、筒状部材Ｂ２６、モータ２７、ボ
ールネジ２８、ギヤ２９によって構成される。モータ２
７を駆動させることにより、ギヤ２９を介してボールネ
ジ２８を回転させることにより、筒状部材Ａ２５と筒状
部材Ｂ２６との相対距離を変化させることが可能であ
る。したがって伸縮部材１の両端であるヒンジ４、７間
の相対距離を変化させることができる。

【００１７】図５は、本形態の支持構造物の展開途中の
形態を示すものである。本形態の支持構造物は、結合す
る展開型構造物４０の展開と同期して、伸縮部材１、
２、３、リンク機構１１、１２、１３を駆動させ、支持
構造物全体を同期展開させることができる。

【００１８】図１の形態に加えて、リンク機構１１〜１
３をワイヤ及びプーリ等を用いて同期展開させるととも
に、各伸縮部材に対して展開動作時の伸縮量プロファイ
ルを与えたものが請求項２に対応する。展開構造物と支
持構造物を組み合わせた構造物の展開動作時の運動自由
度は次のように算出できる。展開構造物の有す自由度は
並進３自由度、回転３自由度、形態変化１自由度の合計
７自由度。伸縮部材の有す自由度は、同様に、並進３自
由度、回転３自由度、形態変化１自由度の合計７自由度
であり、伸縮部材は３本あるので３倍の２１自由度。リ
ンク機構は形態変化１自由度であり、３組あるので３倍
の３自由度。一方拘束自由度については以下のように算
出できる。球面ジョイントは３拘束自由度を有し、４組
あるので１２自由度拘束。ユニバーサルジョイントは４
拘束自由度を有し、３組あるので１２自由度拘束。展開
構造物は自身がワイヤ等により展開拘束を行う為、１拘
束自由度を有す。また、リンク機構は３組を同期させる
為２拘束自由度を有す。さらに各伸縮部材の伸縮プロフ
ァイルを規定する為、１本につき１拘束自由度合計３拘
束自由度を有す。以上より展開構造物と支持構造物を組
み合わせた構造物の総合自由度は、（７＋２１＋３）−
（１２＋１２＋１＋２＋３）＝１とすることができる。

【００１９】図６は、本形態の支持構造物によって、結
合する展開構造物の姿勢補正挙動を示すものである。本
図は請求項２に対応する。図６の各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸をそれ
ぞれ、ピッチ、ロール、ヨー軸と呼ぶことにする。本支
持構造は、伸縮部材１〜３の長さを変えることにより、
球面ジョイント１０をピボット点として、結合する展開
構造物をピッチ軸、ロール軸、ヨー軸まわりに回転させ
て姿勢補正を行うことが可能である。

【００２０】実施の形態２．この形態の支持構造物とそ
の周辺の構成要素を図７に示す。この形態は、請求項３
の発明に対応する。

【００２１】図７に示すようにこの発明の支持構造物
は、展開構造物４０とリンク機構１３とを結合している
球面ジョイント１０と、展開構造物４０と伸縮部材３と
を結合している第１の球面ジョイント６とを結ぶ直線に
関して、リンク機構１１、１２と伸縮部材１、２とを結
合しているユニバーサルジョイント７、８の両点を、非
対称に配置した形態をとる。

【００２２】この発明の支持構造物は、前記形態をとる
ことによって、展開構造物４０の姿勢補正時においてロ
ール軸とヨー軸まわりの回転自由度が特異な関係となっ
て互いに連成動作することを防ぐことにより、基部構造
３０を基準とした展開構造物と保持構造物を組み合わせ
た構造物の、ロール軸及びヨー軸まわりの剛性低下を防
ぐことが可能である。

【００２３】なお図８は従来の支持構造物の構成を示す
ものである。各伸縮部材が直接基部構造に結合してお
り、各結合点の距離を大きくとることができない。

【００２４】

【発明の効果】第１の発明の支持構造物は、支持する展
開構造物と同期展開可能なリンク機構を用いることによ
り、支持構造物を構成する複数の伸縮材と基部構造との
各結合点間の距離を長くとることができ、収納性を損な
わず支持構造物の剛性の増加を実現することができる。
これにより例えば宇宙空間における大型構造物の高精度
な姿勢制御及び位置精度の確保が容易になる。

【００２５】第２の発明の支持構造物は、第１の発明に
よる支持構造物の特徴を備えていることに加え、支持構
造物の展開制御を容易にする為、展開制御用のハードウ
ェアの削減や制御ロジックの簡素化が可能となる。また
機構学的に過拘束となることを避けている為、熱変形等
による部材の変形を原因とした展開抵抗力を受け難く、
高い展開信頼性を確保することが可能である。

【００２６】第３の発明の支持構造物は、第１、第２の
発明による支持構造物の特徴を備えていることに加え、
構成部材の配置を非対称にすることにより、展開構造物
の展開後の姿勢補正動作時における支持構造の構造学的
自由度が特異になることを防ぎ、支持構造物の剛性低下
を避けることが可能となる。したがって大型構造物の高
精度な姿勢制御及び位置制御の確保が容易になる。

【００２７】第４の発明の支持構造物は、第１〜第３の
発明に用いるリンク機構を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の支持構造物の実施の形態を示す全
体外観斜視図である。

【図２】 この発明の支持構造物を構成するリンク機構
の実施の形態を示す全体外観斜視図である。

【図３】 この発明の支持構造物を構成するリンク機構
の展開挙動を示す図である。

【図４】 この発明の支持構造物を構成する伸縮部材の
実施の形態を示す図である。

【図５】 この発明の支持構造物の展開挙動を示す全体
外観斜視図である。

【図６】 この発明の支持構造物の姿勢補正挙動を示す
全体外観斜視図である。

【図７】 この発明の支持構造物であり、幾何学的に非
対称な構造の実施の形態を示す外観正面図である。

【図８】 従来の支持構造物の実施の形態を示す全体外
観斜視図である。

【符号の説明】

１、２、３ 伸縮部材、４、５、６、１０ 球面ジョイ
ント、７、８、９ ユニバーサルジョイント、１１、１
２、１３ リンク機構、１４、１５、１６、１７ 棒状
部材、１８ ラッチ機構付１軸ヒンジ、１９、２０、２
１、２２ ヒンジ、２３ 金具、２４ つる巻きバネ、
２５ 筒状部材Ａ、２６ 筒状部材Ｂ、２７ モータ、
２８ ボールネジ、２９ ギヤ、３０ 基部構造、３１
ブーム、４０ 展開型構造物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 潤 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 原田 聡 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5J046 AA02 AA05 AA10 AA18 AB00 DA01 DA03 DA05 5J047 AA02 AA05 AA10 AA18 AB00 BA01 BA10 BA11 BB22 BC15

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 展開型構造物と当該展開型構造物を支え
   る基部構造とを接続する支持構造物において、その一端
   に該当する第１の接続部とその他端の該当する第２の接
   続部とが互いに異なる位置に形成され、所定の駆動手段
   の駆動により伸縮して前記第１の接続部と第２の接続部
   との距離が変化する複数の伸縮部材と、前記伸縮部材の
   第１の接続部と前記展開型構造物とを接続する、回転、
   移動及び弾性変形の少なくとも１つが可能な連結部材
   と、前記複数の伸縮部材のうち少なくとも１つの伸縮部
   材の第２の接続部及び前記展開型構造物の基部構造物へ
   の接続部と前記基部構造物との間をそれぞれ接続する、
   前記展開型構造物と同期して展開可能なリンク機構とを
   具備し、さらに前記リンク機構は、当該展開後、近似的
   にトラス構造を形成することを特徴とする支持構造物。
2. 【請求項２】 展開型構造物と当該展開型構造物を支え
   る基部構造とを接続する支持構造物において、その一端
   に該当する第１の接続部とその他端の該当する第２の接
   続部とが互いに異なる位置に形成され、所定の駆動手段
   の駆動により伸縮して前記第１の接続部と第２の接続部
   との距離が変化する第１、第２、第３の伸縮部材と、前
   記第１の伸縮部材の一端と前記展開型構造物とを接続す
   る第１の球面ジョイントと、前記第１の伸縮部材の他端
   と前記基部構造とを接続する第１のユニバーサルジョイ
   ントと、前記第２、第３の伸縮部材の一端と前記展開型
   構造物とをそれぞれ接続する第２、第３の球面ジョイン
   トと、前記第２、第３の伸縮部材の他端にそれぞれ設け
   られた第２、第３のユニバーサルジョイントと、前記第
   ２、第３のユニバーサルジョイントと前記基部構造とを
   それぞれ接続する、前記展開型構造物と同期して展開可
   能でかつ展開時の運動自由度が１である第１、第２のリ
   ンク機構と、前記展開構造物の基部構造への結合点１点
   に設けられた第４の球面ジョイントと、前記第４の球面
   ジョイントに接続する、前記展開型構造物と同期して展
   開可能でかつ展開時の運動自由度が１である第３のリン
   ク機構とを具備し、さらに前記第１、第２、第３のリン
   ク機構を、展開動作時に機械的に同期させ、かつ前記第
   １、第２、第３の伸縮部材それぞれの展開運動時の伸縮
   プロファイルを規定することを特徴とする支持構造物。
3. 【請求項３】 前記第１の球面ジョイントと第４の球面
   ジョイントとを結ぶ直線に対して前記第２、第３のユニ
   バーサルジョイントの位置を非対称に配置したことを特
   徴とする請求項２記載の支持構造物。
4. 【請求項４】 第１、第２、第３及び第４の棒状部材、
   前記第１、第２の棒状部材の先端を剛に結合する金具、
   前記第３、第４の棒状部材を相対的に回転可能に結合す
   るラッチ付１軸ヒンジ、当該リンク機構と前記伸縮部材
   の第２の接続部とを相対回転可能に結合する第１のヒン
   ジ、前記金具と前記第３の棒状部材を相対回転可能に結
   合する第２のヒンジ、当該リンク機構と前記基部構造物
   とを相対回転可能に結合する第３、第４及び第５のヒン
   ジ、前記ラッチ付１軸ヒンジに結合され、リンク機構に
   展開力を発生するバネとによりリンク機構を構成し、さ
   らに前記ラッチ付１軸ヒンジは、リンク機構の展開後に
   前記第３、第４の棒状部材の相対回転を拘束するラッチ
   機構を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか記
   載の支持構造物。