JP2001233299A - 宇宙展開構造体 - Google Patents
宇宙展開構造体Info
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Abstract
ったうえで、信頼性の高い高精度な折畳み展開動作を実
現し得るようにした 【解決手段】四辺リンク21a,b,c,d,e,fを
放射状に組み合わせて折畳み展開自在にトラス結合した
展開トラス20の隣接する四辺リンク21a,b,c,
d,e,fの外側の縦部材24a,b,c,d,e,f
間の対角線上にそれぞれ中間部を交差させて6対のワイ
ヤ部材90、91を張設して、その一対のワイヤ部材9
0、91に対して、一端が四辺リンク21a,b,c,
d,e,fの外側の縦部材24a,b,c,d,e,f
の一方端に一端がリンク結合され、他端がワイヤ部材9
0、91の交差点x1、x2、x3、x4、x5、x6
より延出された部位で該ワイヤ部材90、91に支持さ
れるロッド部材92、93を取着するように構成した。
Description
等に搭載されてなるパラボラアンテナの支持構造物や大
型宇宙構造物に用いられる宇宙展開構造体に関する。
合、現在ではスペースシャトルや宇宙ステーション・ミ
ールに於いて宇宙飛行士が作業を行う方式が採用されて
いるが、これらの方式では人的被害を考慮する必要性が
あると共にコストも高くつくという欠点を有し、また作
業期間の制約や構築構造物サイズの制約を受けることも
あり得る。
物を構成する方式として、モータ等の駆動力によって展
開構造体を折畳み状態から展開させて宇宙展開構造体を
形成する構成のものが国内外で研究されている。
特公平8−2555487号や特公平8−256716
4号同じく特公平8−2567192号等が知られてい
る。
は、いずれもロケットへの搭載性を考慮して折り畳みに
よる収納効率の向上を目指したものや軽量化のために構
成部材の数を減少させると言ったような単一性能の向上
を目的として構成されたものであり、その折畳み展開動
作の信頼性の要請を満足したうえで、その重量の要請を
満足することが困難なものである。
成する展開トラスをリンク部材を用いて多角錐台形状の
トラス構造にトラス結合して、そのリンク部材のリンク
結合部間にワイヤ部材を張設することにより、軽量化を
保ったうえで、展開状態における堅牢化を実現する方法
が採用されている。
軽量化と共に、堅牢化の要請を満足することが可能であ
るが、その折畳み状態において、リンク部材のリンク結
合部間に張設したワイヤ部材が大きく撓んで絡み合い、
その展開動作に支障を及ぼして、信頼性の高い折畳み展
開に悪影響を及ぼすという問題を有する。
では、いずれのものも、ワイヤ部材をトラス骨組み材と
して用いた展開トラスの場合、その折畳み状態で、ワイ
ヤ部材が絡み合い展開動作に悪影響を及ぼすという問題
を有する。
で、軽量化と共に、堅牢化の促進を図ったうえで、信頼
性の高い高精度な折畳み展開動作を実現し得るようにし
た宇宙展開構造体を提供することを目的とする。
を略四辺形状にリンク結合した複数の四辺リンクを放射
状に組み合わせて折畳み自在にトラス結合した展開トラ
スと、この展開トラスを折畳み展開する駆動手段と、前
記展開トラスの隣接する四辺リンクの先端側リンク部材
間の対角線間にそれぞれ中間部を交差させて張設される
複数対のワイヤ部材と、中間部が前記一対のワイヤ部材
にそれぞれ支持されるものであって、一端が前記四辺リ
ンクのリンク部材の一方端に一端がリンク結合され、他
端が前記ワイヤ部材の前記交差点より延出された部位で
該ワイヤ部材に支持される一対のロッド部材とを備えて
宇宙展開構造体を構成した。
辺リンクの折畳み状態で、ワイヤ部材がロッド部材によ
り四辺リンクの先端側リンク部材の一方端に位置規制さ
れて保護され、四辺リンクが展開されると、ワイヤ部材
が四辺リンクの先端部間に張設されてリンク部材間の堅
牢化を図る。これにより、軽量化を実現したうえで、展
開状態における堅牢化が図れ、しかも、信頼性の高い高
精度な折畳み展開動作を実現することが可能となる。
状にリンク結合した複数の四辺リクを放射状に組み合わ
せて折畳み自在にトラス結合した展開トラスと、この展
開トラスを折畳み展開する駆動手段と、この展開トラス
を複数個、折畳み展開自在に組み合わせ結合したトラス
結合体と、前記複数の展開トラスにそれぞれ複数対、張
設されるものであって、隣接する四辺リンクの先端側リ
ンク部材間の対角線間にそれぞれ中間部を交差させて張
設される一対のワイヤ部材と、中間部が前記一対のワイ
ヤ部材に支持されるものであって、一端が前記四辺リン
クのリンク部材の一方端に一端がリンク結合され、他端
が前記ワイヤ部材の前記交差点より延出された部位で該
ワイヤ部材に支持される一対のロッド部材と、前記隣接
する展開トラスの対向するロッド部材間を連結するロッ
ド連結部材とを備えて宇宙展開構造体を構成した。
複数の展開トラスの折畳み状態で、ワイヤ部材がロッド
部材により四辺リンクの先端側リンク部材の一方端に位
置規制されて保護され、四辺リンクが展開されて展開ト
ラスが展開されると、ワイヤ部材が四辺リンクの先端部
間に張設されてリンク部材間の堅牢化を図る。これによ
り、その軽量化を保ったうえで、展開状態における堅牢
化が図れ、しかも、信頼性の高い高精度な折畳み展開動
作を実現することが可能となる。
の他端に所定の間隔を有して前記ワイヤ部材に支持さ
れ、端部が隣接する四辺リンクの先端側リンク部材の他
方端にリンク結合される一対の第2のロッド部材を備え
て構成した。
状態において、ロッド部材及び第2のロッド部材の双方
で位置決めされることにより、さらに絡み合いの防止の
促進が図れる。
いて、図面を参照して詳細に説明する。
宙展開構造体を示すもので、放射状リブによる展開トラ
ス構造を用いたアンテナ反射鏡の一例を示す。
形状であるが、パラボラアンテナ鏡面などの曲面形状を
形成する場合には、6角柱の上面と下面の大きさが異な
り、本実施例では下面側6角形状が上面側6角形状より
も大きくなる6角錐台形状となっている。そして、この
アンテナ反射鏡を構成する宇宙展開構造体は、メッシュ
11を鏡面形状に保持するワイヤ12と、該ワイヤ12
及び上記メッシュ11を支持する6本の支持柱13から
なる反射鏡面部14と、反射鏡面部14を支持する展開
トラス20で構成される。
で、例えばリンク部材を略四辺形状にリンク結合した6
個の四辺リンク21a,b,c,d,e,fが、中央縦
部材22を共有する形で放射状に組み合わされて、6角
錐台形状にトラス結合される。
a,b,c,d,e,fの外側には、モジュール結合ヒ
ンジ25a,b,c,d,e,fと26a,b,c,
d,e,fが取り付けられている。そして、これらモジ
ュール結合ヒンジ25aと26f及び25fと26a、
25bと26a及び25aと26b、25cと26b及
び25bと26c、25dと26c及び25cと26
d、25eと26d及び25dと26e、25fと26
e及び25eと26fの間には、一対のワイヤ部材9
0、91がそれぞれ交差されて張設される。
同様に熱膨張率の殆どないシリコン材等が用いられ、そ
の両端が図3に示すように回動部材901、911を介
してモジュール結合ヒンジ25a,b,c,d,e,f
と26a,b,c,d,e,fに回動自在に結合されて
略対角線上に張設される。そして、これら6対のワイヤ
部材90、91は、その各交差点x1、x2、x3、x
4、x5、x6において相互間が固定される(図2参
照)。
れぞれワイヤ位置規制用のロッド部材92、93がその
端部を、モジュール結合ヒンジ25a,b,c,d,
e,fから交差点x1,x2,x3,x4,x5,x6
よりモジュール結合ヒンジ26a,b,c,d,e,f
方向に延出させた状態で組み付けられる。このロック部
材92、93の交差点x1,x2,x3,x4,x5,
x6からの延出寸法は、例えば縦部材24a,b,c,
d,e,fの長さ寸法をhとすると、略同様に約h/2に
設定される。この延出寸法としては、これに限ることな
く、設定することも可能である。
ボン繊維強化プラスチック(CFPR)等の複合材料で
形成され、その各基端が上記回動部材901、911の
一方にそれぞれ支持されてモジュール結合ヒンジ25
a,b,c,d,e,fに回動自在に取り付けられる。
そして、ロッド部材92、93には、図3に示すよう
に、例えば断面が略凹状の収容部921、931が形成
され、この収容部921、931には、上記ワイヤ部材
90、91が収容されて、例えばカプトンテープ等のテ
ープ材94を用いて所定の間隔に接着固定される。
は、凹状の収容部921、931を設けた構造に限るこ
となく、その他、例えば筒状に形成したり、あるいは板
状に形成して、ワイヤ部材90、91を位置規制するよ
うに構成することが可能である。
ように14個が結合されて所望のトラス結合体30が形
成される。このトラス結合体30は、複数の展開トラス
20をモジュール結合ヒンジ25a,b,c,d,e,
fと26a,b,c,d,e,fにより回転自在に結合
することにより構成され、ブーム110を介して図示し
ない宇宙航行体本体に支持される。
展開トラス20は、その四辺リンク21a,b,c,
d,e,f間に張設される一対のワイヤ部材90、91
及びロッド部材92、93が、図5に示すように隣接す
る展開トラス20のワイヤ部材90、91のロッド部材
92、93に対向され、相互のロッド部材92及び9
2、93及び93が固定具95を用いて位置決め固定さ
れる(図6参照)。この際、ロッド部材92、93から
露出されるワイヤ部材90、91においても、隣接する
展開トラス20のワイヤ部材90、91との間で、略同
様に固定するようにしても良い。
すくするために、隣接する展開トラス20の一箇所に張
設されるワイヤ部材90、91及びロッド部材92、9
3のみを図示して説明したが、その他の周辺に張設され
るワイヤ部材90、91及びロッド部材92、93にお
いても、同様に隣接される展開トラス20のワイヤ部材
90、91及びロッド部材92、93と固定配置され
る。
うに6個の四辺リンク21a,b,c,d,e,fの四
辺リンク構造を有する。この四辺リンク21a,b,
c,d,e,fは、図7に示すように中央縦部材22か
らメッシュ11にほぼ沿うように横部材52、横部材5
3がヒンジ54、55を介して回転自在に支持されてい
る。また、横部材52、横部材53の先には、中央縦部
材22と同じように、ヒンジ56、57を介して回転自
在なように外側の縦部材24が支持されている。
縦部材24に接合されるよう構成される。
fは、その中央縦部材22のヒンジ54,55を結ぶ距
離と横部材52の長さの和と、外側の縦部材24a,
b,c,d,e,fのヒンジ56,57を結ぶ距離と横
部材53の長さの和がほぼ等しくなるように構成されて
いる。
のシャフト部58の中心線とヒンジ55の回転中心の間
が離れており、略同様に、外側の縦部材24のシャフト
部59の中心線とヒンジ56の回転中心の間が離れるよ
うに構成されている。
fの内側には、中央縦部材22にヒンジ60を介して回
転自在に取り付けられた斜部材61と、横部材53にヒ
ンジ62を介して回転自在に取り付けられた斜部材63
が、互いの端部においてヒンジ64を介して互いに回転
自在になるように取り付けられている。
部、例えば傘機構を構成する摺動部材70が中央縦部材
2ジ71、72が取り付けられる。そして、これらヒン
ジ71、72には、回転自在に2に対して摺動自在に取
り付けられ、摺動部材70と斜部材61には、それぞれ
ヒンリンク73が支持されている。リンク73には、ヒ
ンジ71,72を結んだ直線とはずれた位置にヒンジ7
4が設けられ、ヒンジ74によりリンク73にはリンク
75が回転自在に支持されている。
央縦部材22の半分程度であり、これに対して斜部材6
3は、中央縦部材22の半分と横部材52の長さの和に
ほぼ等しくなっている。一方、中央縦部材22には、摺
動部材70とは別の摺動部材76が中央縦部材22に対
して摺動自在に取り付けられており、摺動部材76には
ヒンジ77が取り付けられ、ヒンジ77により上記リン
ク75が回転自在に支持されている。
には、圧縮バネ80が係着されている。
材76を押し広げるように運動することにより、斜部材
61とリンク73,75により構成されたリンク群が自
動開傘機構と同様に作用し、摺動部材70と摺動部材7
6が図4中A方向に進むとともに、ヒンジ64が図4中
B方向に、中央縦部材22から離れる方向に運動する。
d,e,fのヒンジ62の位置は、ヒンジ64の位置に
対して、ヒンジ64から斜部材63を自由に回転させた
ときのヒンジ62の軌跡と四辺リンク21a,b,c,
d,e,fを自由に運動させたときに横部材53に取り
付けられたヒンジ62の軌跡の交点に定まるため、本来
1自由度である四辺リンク21a,b,c,d,e,f
の形状は一意に定まる。ここで、ヒンジ64は、図4中
B方向に移動されると、斜部材61と斜部材63が直線
に近づくことにより、四辺リンク21a,b,c,d,
e,fの対角の位置にあるヒンジ60とヒンジ62の距
離が広がるので、四辺リンク21a,b,c,d,e,
fが展開運動して、展開トラス20が展開運動される。
0と摺動部材76を押し広げるように運動すると、例え
ば図示しない展開駆動部を構成する駆動モータが駆動さ
れてワイヤ機構が駆動され、上記圧縮バネ80の付勢力
を規制して展開トラス20の展開動作が行われる。
例えばその展開トラス20が、それぞれ圧縮バネ80の
展開付勢力に抗して折畳み収容されて例えば宇宙空間に
輸送される。この展開トラス20の折畳み状態におい
て、四辺リンク21a,b,c,d,e,fが上述した
ように折畳み収容されることにより、その周壁に交差さ
せて配設したワイヤ部材90、91の張力が緩んだ状態
となり、該四辺リンク21a,b,c,d,e,fの周
囲に撓んだ状態に収容される。
示すようにそのワイヤ部材90、91の撓みを、その基
端から交差点x1,x2,x3,x4,x5,x6より
h/2までを規制して、その撓み量を最小限に設定す
る。この結果、ワイヤ部材90、91は、四辺リンク2
1a,b,c,d,e,fの外側の縦部材24a,b,
c,d,e,f間に位置規制し、該外側の縦部材24
a,b,c,d,e,f等への絡みつきが防止される。
駆動モータ(図示せず)が駆動されてワイヤ機構(図示
せず)が駆動されると共に、上記展開トラス20の各圧
縮バネ80の規制が解放される。すると、展開トラス2
0は、圧縮バネ80及びワイヤ機構(図示せず)の作用
により、摺動部材70と摺動部材76が押し広げれらて
四辺リンク21a,b,c,d,e,fが展開される
(図1及び図4参照)。
e,fの外側の縦部材24a,b,c,d,e,fに張
設されるワイヤ部材90、91は、それぞれロッド部材
92、93により折畳み位置から位置規制されながら展
開位置に案内される(図8参照)。ここで、トラス結合
体30は、その14個の展開トラス20が、その展開状
態において、交差して張設される対のワイヤ部材90、
91の作用により、略6角錐台形状に位置規制されて、
それぞれが所望の強度に保たれることにより、軽量化の
要求を満足したうえで、全体として堅牢にして強固な構
造が確保された状態で、所望の鏡面形状に形成される。
リンク21a,b,c,d,e,fを放射状に組み合わ
せて折畳み展開自在にトラス結合した展開トラス20の
隣接する四辺リンク21a,b,c,d,e,fの外側
の縦部材24a,b,c,d,e,f間の対角線上にそ
れぞれ中間部を交差させて6対のワイヤ部材90、91
を張設して、その一対のワイヤ部材90、91に対し
て、一端が四辺リンク21a,b,c,d,e,fの外
側の縦部材24a,b,c,d,e,fの一方端に一端
がリンク結合され、他端がワイヤ部材90、91の交差
点x1、x2、x3、x4、x5、x6より延出された
部位で該ワイヤ部材90、91に支持されるロッド部材
92、93を取着するように構成した。
辺リンク21a,b,c,d,e,fの折畳み状態で、
ワイヤ部材90、91がロッド部材92、93により四
辺リンク21a,b,c,d,e,fの外側の縦部材2
4a,b,c,d,e,fの一方端にその弛みが規制さ
れて保護された状態で折畳まれる。そして、ワイヤ部材
90、91は、四辺リンク21a,b,c,d,e,f
が展開されると、外側の縦部材24a,b,c,d,
e,fの先端部間に張設されて四辺リンク21a,b,
c,d,e,fを放射状に位置規制して、展開トラス2
0を堅牢に位置決め保持する。
実現したうえで、展開状態における堅牢化が図れ、しか
も、信頼性の高い高精度な折畳み展開動作を実現するこ
とができる。
ことなく、例えば図9に示すように構成しても良い。
0、91に対して上記一対のロッド部材92、93の他
端と所定の間隔を有して第2のロッド部材96、97を
取り付け配置する。この第2のロッド部材96、97
は、その基端が上記回動部材901、911の他方にそ
れぞれ支持されて上記ワイヤ部材90、91に対して上
記ロッド部材92、93と所定の間隙を有して取り付け
配置される。
には、例えば上記ロッド部材92、93と略同様に断面
が略凹状の収容部961、971が形成され、この収容
部961、971には、上記ワイヤ部材90、91が収
容されて、例えば同様のカプトンテープ等のテープ材7
4を用いて所定の間隔に接着固定される。これによれ
ば、展開トラス20の折畳み状態におけるワイヤ部材9
0、91の弛みの軽減がさらに図れることにより、絡み
防止の向上を図ることができる。
0、91を四辺リンク21a,b,c,d,e,fのモ
ジュール結合ヒンジ25a,b,c,d,e,fと26
a,b,c,d,e,f間に直接的に張設してロッド部
材92、93を沿うように取着するように構成した場合
で説明したが、これに限ることなく、例えばこれらワイ
ヤ部材90、91とロッド部材92、93とを直列状に
連結して四辺リンク21a,b,c,d,e,f間に張
設するように構成することも可能である。
0を連結したトラス結合体30の隣接する展開トラス2
0のロッド部材92、93同士を固定具95を用いて接
続するように構成した場合で説明したが、これに限るこ
となく、沿うように配置される隣接する展開トラス20
の各ワイヤ部材90、91の双方を同一のロッド部材を
用いて直接的に位置規制するように構成することも可能
である。
えば14個の展開トラス20を組み合わせたトラス結合
体30に適用した場合で説明したが、これに限ることな
く、1個の展開トラス20を宇宙航行体本体等の支持構
体に対して折畳み展開自在に配設する構成においても適
用可能である。
状の展開トラス20に適用した場合で説明したが、これ
に限ることなく、略8角形等の略多角錐台形状あるいは
略多角柱形状の構造の展開構造物や、各種宇宙機器を含
む展開構造物においても適用可能である。
射鏡の支持構造として用いた場合で説明したが、これに
限ることなく、その他、宇宙空間に構築するプラットホ
ーム等の折畳み展開可能に構成される各種の構造物にお
いても適用可能である。
態に限定されるものではなく、その他、この発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々の変形を実施できることは勿論
である。
ば、軽量化と共に、堅牢化の促進を図ったうえで、信頼
性の高い高精度な折畳み展開動作を実現し得るようにし
た宇宙展開構造体を提供することができる。
の展開トラスを取り出して示した斜視図である。
る。
ロッド部材の取り付け構成を説明するために示した平面
図である。
ンテナ反射鏡を示した斜視図である。
イヤ部材及びロッド部材の配線処理を説明するために示
した説明図である。
に示した平面図である。
概念図である。
体の要部を取り出して示した平面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 リンク部材を略四辺形状にリンク結合し
た複数の四辺リンクを放射状に組み合わせて折畳み自在
にトラス結合した展開トラスと、 この展開トラスを折畳み展開する駆動手段と、 前記展開トラスの隣接する四辺リンクの先端側リンク部
材間の対角線間にそれぞれ中間部を交差させて張設され
る複数対のワイヤ部材と、 中間部が前記一対のワイヤ部材にそれぞれ支持されるも
のであって、一端が前記四辺リンクのリンク部材の一方
端に一端がリンク結合され、他端が前記ワイヤ部材の前
記交差点より延出された部位で該ワイヤ部材に支持され
る一対のロッド部材とを具備したことを特徴とする宇宙
展開構造体。 - 【請求項2】 リンク部材を略四辺形状にリンク結合し
た複数の四辺リクを放射状に組み合わせて折畳み自在に
トラス結合した展開トラスと、 この展開トラスを折畳み展開する駆動手段と、 この展開トラスを複数個、折畳み展開自在に組み合わせ
結合したトラス結合体と、 前記複数の展開トラスにそれぞれ複数対、張設されるも
のであって、隣接する四辺リンクの先端側リンク部材間
の対角線間にそれぞれ中間部を交差させて張設される一
対のワイヤ部材と、 中間部が前記一対のワイヤ部材に支持されるものであっ
て、一端が前記四辺リンクのリンク部材の一方端に一端
がリンク結合され、他端が前記ワイヤ部材の前記交差点
より延出された部位で該ワイヤ部材に支持される一対の
ロッド部材と、 前記隣接する展開トラスの対向するロッド部材間を連結
するロッド連結部材とを具備したことを特徴とする宇宙
展開構造体。 - 【請求項3】 さらに前記一対のロッド部材の他端に所
定の間隔を有して前記ワイヤ部材に支持され、端部が隣
接する四辺リンクの先端側リンク部材の他方端にリンク
結合される一対の第2のロッド部材を具備したことを特
徴とする請求項1又は2記載の宇宙展開構造体。 - 【請求項4】 前記ロッド部材及び第2のロッド部材
は、ワイヤ部材の収容される凹部が形成され、この凹部
に前記ワイヤ部材が収容されて該ワイヤ部材の中間部を
所定間隔に位置決め固定してなることを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか記載の宇宙展開構造体。 - 【請求項5】 前記一対のロッド部材は、他端が交差点
より前記四辺リンクの先端側リンク部材の長さ寸法の約
1/2だけ延出させることを特徴とする請求項1乃至4
のいずれか記載の宇宙展開構造体。 - 【請求項6】 前記展開トラスは、多角錐台形状を有す
ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の宇
宙展開構造体。
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