JP2003200899A - 展開構造体及び展開方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は宇宙空間で展開し使用される展開構
造体に関する。従来の展開構造体では、展開パネル間に
段差が生じ発電効率又は送電効率が悪くなり、またパネ
ル間が十分に固定されてなく衝撃により振動が発生し、
姿勢制御が困難になり、また指向性が定まらぬ不具合が
あった。本発明は、この不具合を解消できる展開構造体
の提供を課題とする。 【解決手段】 本発明の展開構造体は、展開側パネルの
重ね合わせ状態からの展開により形成される展開構造体
が、軸回りの回転、軸方向の並進運動により、係合部が
固定側パネルの係合部に誘導、係合され同一面にするヒ
ンジピン、同一面の展開側パネルと固定側パネルの位置
を保持し固定する保持機構を設けた。これにより、段差
を無くし、また結合部の剛性を高め上述した不具合を解
消できる展開構造体が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙空間において
展開して使用される構造体、又は地上実験において展開
させて作動確認する構造体が展開されたとき、表面の凹
凸が小さくされた展開構造体及び表面の凹凸を少くして
設置できるようにした構造体の展開方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、宇宙ロケット等の性能及び信頼性
が向上し、宇宙空間の利用に経済的なメリットが生まれ
て来ている。特に大型の展開アンテナ，レクテナは船
舶、車両等の移動体の通信用になくてはならず、これに
利用するための大面積展開構造体が開発されつつある。

【０００３】また、科学利用の面でも巨大な宇宙基地を
作る計画があり、これらの宇宙基地に設置されて利用さ
れる反射鏡又は太陽電池パネルを構築するための大面積
展開構造体も必要となって来ている。

【０００４】このように宇宙空間において設置される大
面積の構造体を指向した展開構造体の開発成果として、
これまで特開平５−２２１３９３号「展開トラス構造
物」、特開平５−２９４２９８号「宇宙構造物とその構
築方法」、特開平８−２５００号「太陽電池パネル」、
特開平８−２７９７１５号「展開構造物」、特開２００
１−１１６１８７号「連結殻構造物の連結及び収納方
法」等により、折り畳み、又は縮退させて収納している
トラス構造体を展開又は伸展させることにより、大面積
の展開構造体を形成するようにしたものが提案されてい
る。

【０００５】また、特開昭５９−２０８００号「宇宙船
の展開物展開機構」、特開昭６２−２４４８００号「展
開形宇宙用構造物」、特開平４−９２７９９号「六角セ
グメント装置」等により、積層されて収納されている平
面構造物を前後、左右に展開することにより、積層状態
から単層状態にして、大面積のものにできるようにした
展開構造体も提案されている。

【０００６】このような、展開構造体のうち、本願発明
とより類似すると考えられる、前述した特開昭６２−２
４４８００号で提案されている、図１２〜１５に示す展
開形宇宙構造物をもとに従来の技術を説明する。図１２
において、１は太陽電池セル又はアンテナ素子等の機能
材、２は機能材１をそれぞれの表面に設けて数ｍｍの厚
さにされた２ａ〜２ｆからなるパネル、３は隣接して配
置されるパネル２ａ〜２ｆ間を係合する３ａ，３ｂ等か
らなるラッチ機構、４は展開形宇宙構造物８を保持し、
又は展開形宇宙構造物８に制御信号等を伝達する人工衛
星、５は人工衛星４とパネル２ａとを連結する支持部
材、６は隣接して配置されるパネル２間を結合すると共
に、展開時の駆動力を発生させるヒンジピンである。

【０００７】上述の部材から構成された展開形宇宙構造
物８は、打ち上げ時にはロケットの頂部に設けられたフ
ェアリングの収納区画内に人工衛星４本体とともに収容
するために、図１２に示されているパネル２ｂ以下の全
てのパネル２ｂ〜２ｆが、パネル２ａの下に重ねられた
状態に積層されて折り畳まれ、さらに支持部材５を人工
衛星４の側面と連結しているヒンジまわりに回転させる
ことによって、人工衛星４の側面側に折り畳まれ、小容
積化されて宇宙空間まで移送される。

【０００８】宇宙空間に移送された展開形宇宙構造物
は、パネル２ｂ〜２ｆがパネル２ａに積層された状態の
まま、支持部材５と人工衛星４とを連結しているヒンジ
まわりの回転によって、パネル２ａ〜２ｆの平面がｘ−
ｚ平面と平行になるように、人工衛星４の側面から張り
出された後、重なった状態にされているパネル２を、ヒ
ンジピン６回りに順次回転させて展開し、展開形宇宙構
造物を形成する。即ち、図１４に示すように、隣接して
配置されているパネル２ａ，２ｂを相互に回転自在に結
合しているヒンジピン６には、両端が隣接しているヒン
ジピン６で結合されるパネル２ａ，２ｂのそれぞれに固
定され、予め巻き込んで回転力が付与されたバネ７が組
み込まれている。

【０００９】この各バネ７に付与されている回転力は、
パネル２ｂ〜２ｆがパネル２ａの下方に重ねられ、人工
衛星４の側面に収納されているときは拘束されている
が、パネル２全体を人工衛星４の側面から張り出しｘ−
ｚ面と平行状態にしたのち、まず、ヒンジピン６ａに組
み込まれているバネ７の回転力を拘束している拘束装置
を、火工品の爆発力等により破壊して解除することによ
り、パネル２ａは人工衛星４の側面から張り出された時
の姿勢を保持したまま、パネル２ａの下方に重ねられて
いるパネル２ｂ〜２ｆは一体となって、パネル２相互間
の状態を保ったままヒンジピン６ａ回りに回転する。

【００１０】また、一体となって回転するパネル２ｂ〜
２ｆが１８０°回転したとき、図１３に示すようなパネ
ル２ａに設けた雄型のラッチ機構３ａ′とパネル２ｂに
設けた雌型３ａ″のラッチ機構とが噛み合わせること
で、パネル２ｂ〜２ｆのヒンジ６ａ回りの回転が規制さ
れ、パネル２ｂ〜２ｆは、回転位置に保持され、パネル
２ａからｚ軸方向に展開された状態になる。

【００１１】続いて、ヒンジピン６ｂに組み込んだバネ
７の拘束力を同様にして解除することにより、パネル２
ｂはパネル２ａから展開された時の姿勢を保持し、パネ
ル２ｂの下方に重ねられていたパネル２ｃ〜２ｆは一体
となって、平行状態を保持してヒンジピン６ｂ回りに回
転し、同様に１８０°回転したとき、パネル２ｂに設け
た雄型のラッチ機構とパネル２ｃに設けた雌型のラッチ
機構とが噛み合い、パネル２ｃ〜２ｆのヒンジピン６ｂ
回りの回転が規制され、パネル２ｃ〜２ｆは回転位置に
保持されて、パネル２ｂからｚ軸方向に展開された状態
になる。

【００１２】このように、パネル２ａの下方に重ねら
れ、人工衛星４の側面に収納されて小容積化にされてい
たパネル２ｂ〜２ｆは、順次展開されて図１２に示すよ
うに、ｚ軸方向に展開した長尺の展開形宇宙構造物８に
できる。なお、上述したものでは、パネル２ａ〜２ｆを
回転自在に結合しているヒンジピン６の取付け位置を各
パネル２のｚ軸方向端部にして、パネル２ｂ〜２ｆの全
てをｚ軸方向に展開させるものにしているが、ヒンジピ
ン６の取付け位置を図１５に示すように、パネル２のｚ
軸方向端部からｘ軸方向端部に変えたヒンジピン６ｃ，
６ｄにすることにより、パネル２をｘ軸方向にも展開さ
せることができるようになる。

【００１３】しかしながら、このような展開形宇宙構造
物８は、パネル２を積層状態からヒンジピン６回りの回
転運動をさせるだけで展開する構成にしているために、
展開後の隣接するパネルの間には、各パネル２の法線方
向にパネル２の厚さと隣接パネル２との間に生じる隙間
の和に相当する段差が生じ、理想的な平面又は曲面が形
成できないことによる不具合が生じる。

【００１４】即ち、このような展開形宇宙構造物８を、
例えば、太陽電池パネルとして使用するようにした場合
には、展開形宇宙構造物を形成する各パネル２の法線方
向を正確に光源（太陽）に正対させないと、光源から遠
い方向に配置されているパネルには、近い方向に配置さ
れているパネルによって形成される段差による影が生じ
て発電効率が悪化するという不具合が生じ、また、電力
送電アンテナとして使用するようにした場合は、パネル
外周１〜２ｍの範囲の前方に障害物（送電方向に配置さ
れているパネル）があるために電波が干渉し、送電効率
が悪化するという不具合が生じ、さらにはアンテナをフ
ェイズアレイアンテナとして機能させる場合には、段差
を補正するための電波の位相制御回路が複雑になるとい
う不具合がある。

【００１５】このような不具合は、前述した展開形宇宙
用構造物が採用されている太陽電池セル又はアンテナ素
子等の様に、パネル２の厚みが数ｍｍ程度の場合は軽微
であり、実用上の影響は少ない。しかしながら、近年、
図１６に示すよう上面を太陽電池パネルとし、下面を電
力送電アンテナにして、宇宙空間において発電を行な
い、発電された電力を地上に送電するために、展開構造
体１０で構成される太陽発電システムを宇宙空間に設置
する開発が進められているが、このような展開構造体１
０を形成するためのパネル１１には、２つ以上の機能を
持たせることが必要となり、一枚当たりのパネル１１の
厚さが１０ｍｍ以上になり、隣接パネル間に形成される
段差が前述した展開形宇宙構造物８に使用されているパ
ネル２の場合よりもさらに大きくなり、上述した不具合
は顕著になり許容できないものとなる。

【００１６】さらに、このような展開構造体１０では発
電効率の向上に必要とする大きな展開面積を得るため
に、展開するパネル１１の枚数を増やす必要があり、上
述した従来の構造のものでは、上述した段差により生じ
る問題に加えて、構造体の剛性上の問題が生じる。

【００１７】即ち、図に示すように、パネル１１の厚さ
が従来のパネルよりも数倍〜十数倍と厚くなり質量が大
きくなる上に、大きな展開面積を形成するパネル１１同
士は、隣接するパネル１１間のみで接続され、しかも、
図１３に示すようなラッチ機構３等の係合により結合す
るようにしただけのものであるため、パネル１１間の結
合力が小さく、構造体全体としての剛性が低く、このた
めに微小な衝撃によっても展開構造体が大きく振動し、
姿勢制御が困難になり、さらにはこれらの振動により指
向性が定まらなくなるという問題があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の展開
構造体が有する上述した不具合を解消するために、隣接
して配置されるパネルを相互に連結するヒンジピンに回
転運動と並進運動をさせることによって、パネル間の展
開を行うことによって、展開後のパネル間に段差のない
展開構造体を実現すると共に、隣接するパネル間の結合
力を高めて振動の生じにくくした展開構造体、およびそ
の展開方法を提供することを課題とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】このため、第１番目の本
発明の展開構造体は、次の手段とした。 （１）重ね合わされ収納状態にされた複数のパネルのう
ち、相互に軸結合され回転自在にされている展開側パネ
ルを固定側パネルから順次回転展開させて形成される展
開構造体が、展開側パネルを軸まわりの回転運動及び軸
方向の並進運動をさせて、展開側パネルにブラケット等
で形成され、ヒンジピンを設けるようにしている係合部
を、固定側パネルに形成されている切欠部等の係合部に
誘導して係合させ、展開時の展開側パネルと固定側パネ
ルとの面を同一、又は段差の小さいものにできるヒンジ
ピンと、同一面に形成されている展開側パネルと固定側
パネルとの展開位置を保持して固定する保持機構とを設
けるものとした。

【００２０】（ａ）これにより、パネルを順次展開させ
て形成される展開構造体は、パネルに複数の機能を持た
せる必要があり、パネル厚が大きく質量の大きいパネル
を使用して展開構造体を組み立てる場合においても、隣
接パネルとの間に段差がない、又は太陽電池パネル、電
力送電アンテナ等に使用する場合においても、段差が性
能、効率に軽微な影響しか生じない数ｍｍ程度のものに
することができ、宇宙空間に設置される太陽発電システ
ム等を高効率で作動できるものにできる。

【００２１】また、隣接パネル間は保持機構により強固
に連結、固定されているために、パネル厚が大きくなり
質量が大きくなるにも拘わらず、展開構造体全体として
の剛性が高められ、宇宙空間において行われる展開構造
体の軌道修正時に発生する衝撃等による振動発生が軽減
でき、姿勢制御が容易になるとともに、指向性を高める
ことができる。

【００２２】また、第２番目の本発明の展開構造体は、
（１）の手段に加え、次の手段とした。

【００２３】（２）ヒンジピンが、固定側パネルに一端
が固着された円筒体からなり、軸方向に傾斜させて穿設
された斜溝及び軸方向に穿設された縦溝とからなるカム
スロット並びに外周面に突設されたガイドピンを設けた
カムシリンダと、外周面にピンを突設した円柱体からな
り、カムシリンダ内に設けた駆動装置に駆動されてカム
スロット形状にあわせたカムスロット内に挿入されてい
るピンのガイドにより、回転運動と並進運動との組み合
わせ運動若しくは並進運動をして、カムシリンダの軸心
部を軸方向に移動するインナスライダと、展開側パネル
が外周面に固着されカムシリンダの外周面を軸方向に摺
動する円筒体からなり、軸方向に穿設されてカムスロッ
トを貫通したピンの先端部が挿入されるアウタスロット
並びに内周面軸方向にカムスロット外周面から突出させ
たガイドピンを移動させることができるガイドスロット
を削成して設け、インナスライダの運動に対応して、ピ
ンとガイドスロットとの回転方向の位相が異なる時はカ
ムシリンダ外周を回転し、回転方向の位相一致時には軸
方向に移動するアウタスライダとを設けるものとした。

【００２４】なお、インナスライダを作動させる駆動装
置としては、例えばバネ力、流体圧力、又は電動モータ
とねじを利用したもので形成でき、またその作動は衛星
等からの指示により行うことができる。

【００２５】（ｂ）これにより、上述した（ａ）に加
え、インナスライダを作動させる駆動装置を始動させる
だけで、ヒンジピンを構成する部材が展開側パネルを固
定側パネルから展開させて、パネルを順次展開させてい
き隣接して配置されているパネル間に段差のない又は小
さい段差の展開構造体が形成される。

【００２６】また、第３番目の本発明の展開構造体は、
前記（１）の手段に加え、次の手段とした。

【００２７】（３）保持機構が、固定側パネルの一側の
面と同一面をなし、側部から展開側パネルの展開される
方向に突設したアームから他側の面方向に向け突設さ
れ、軸方向中央部に切欠部を設けた固定ピンと、展開側
パネルが展開されたとき、固定ピンの立設位置上方に配
置される展開側パネル面に穿設され、固定ピンが挿入さ
れる係合孔と、係合孔と直交して展開側パネル内に穿設
された横穴から係合孔内への出入が自在にされて横穴内
に設置され、係合孔に挿入された固定ピンの切欠部内に
進入して固定ピンを係合孔内に固定するロックキーとを
設けるものとした。

【００２８】（ｃ）これにより、上述した（ａ）に加
え、隣接パネルとの間がヒンジピンのほかに保持機構に
より、強固に連結、固定され、展開構造体全体としての
剛性を高めたものにできるために、複数の機能を持たせ
る必要があり、パネル厚の大きいパネルを使用して質量
の大きい展開構造体を組み立てた場合においても、展開
構造体に発生する衝撃等による振動発生を軽減でき、姿
勢制御を容易にでき又指向性に優れるものにできる。

【００２９】また、第４番目の本発明の展開構造体は、
前記（１）の手段に加え、次の手段とした。

【００３０】（４）展開側パネル及び固定側パネルの平
面形が六角形にされ、六角形の対角部等に設けるように
したヒンジピンを中心に回転させることにより、重ね合
わされ収納状態にされている展開側パネルを固定側パネ
ルから順次展開させて、所定曲率の球面展開構造体を形
成できるものとした。

【００３１】（ｄ）これにより、上述した（ａ）に加
え、展開構造体が球面状に形成されるので、展開構造体
を太陽発電システム等に採用した場合、展開構造体の設
置又は設置後の姿勢制御により、展開構造体の光源（太
陽）側を凸面状にして太陽電池パネルを配置し、地上側
を凹面状にして電力送電アンテナを配置すれば、段差が
小さくなることと相俟って発電効率がより優れ、また展
開構造体の曲率半径を任意に選択することにより、地上
の所定位置への送電効率に優れた太陽発電システムにす
ることができる。

【００３２】また、宇宙空間での太陽発電システムの設
置時には、展開構造体の曲率半径を小さくすることによ
り、設置位置の近傍で設置された太陽発電システムの性
能試験等が実施できるようになり、設置作業の効率化が
図れる。

【００３３】また、本発明の展開構造体の展開方法は、
つぎの工程を採用して大面積の展開構造体を製作するも
のとした。

【００３４】（５）・重ね合わされている展開側パネル
を固定側パネルから順次展開させて、展開構造体を構成
する複数の小面積のパネルブロックを組み立てる工程、 ・結合を行う側のパネルブロックＡの結合部に配置され
たパネルと、結合される側のパネルブロックＢの結合部
位置に配置したパネルとの間にテザーケーブルを掛け回
す工程、 ・掛け回されたテザーケーブルを手繰り寄せ、相互に対
向位置に配置されているパネルを相互当接させる工程、 ・当接しているパネルを相互に連結し固定する工程。

【００３５】（ｅ）これにより、上述した（ａ）と同様
な作用、効果が得られることに加え、宇宙空間において
も、現有のロケットを含む技術で一辺又は直径が数ｋｍ
にもなる大型（大面積）の展開構造体が設置できるよう
になり、効率の良い宇宙空間の利用が可能になる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の展開構造体の実施
の一形態を図面に基づき説明する。従来の技術で説明し
たように、宇宙空間に太陽発電システム等を構成する大
きな面積の展開構造体を設置するためには、地上で製作
されたパネルを、鎖状に連結したものを折り畳み相互に
重ね合わせて、ロケット頂部に設けられているフェアリ
ング内に収容して移送する必要がある。即ち、現状のロ
ケットでは、最大の直径を有するＨ２ロケットでも、こ
のフェアリング内の横断面積は３ｍ×５ｍ程度であり、
パネル１枚の大きさはこれ以下にする必要があるために
３ｍ×３ｍの面積にされ、またパネルには２つ以上の機
能を持たせるために２０ｃｍ程度の厚さにされたパネル
を、２０乃至３０枚程度折り畳んだ状態でフェアリング
内に収容して、移送することが考えられている。

【００３７】図１は、本発明の展開構造体の実施の第１
形態のパネルを、このような状況から折り畳み移送でき
る状態にしたもので、説明を簡単にするために折り畳ま
れたパネルのうちの２枚だけを取り出して示した鳥瞰
図、図２は、図１に示すパネルの折り畳み状態から展開
構造体にするための展開状況を示す鳥瞰図、図３は、展
開されたパネルの相互の面を平滑してパネル間に段差を
なくして結合するためのヒンジピンの作動を示す拡大断
面図である。

【００３８】図１に示すように、同一寸法に形成された
２枚の正方形のパネル５１ａ，５１ｂには、重ね合わせ
たとき同一位置に配置される頂部から、それぞれのパネ
ル厚みの半分の厚さにされ、片面がパネル面と同一面を
形成するようにした円弧状のブラケット５２ａ，５２ｂ
が、側方に向けて突出して設けられている。また、この
ブラケット５２ａ，５２ｂが対向して設けられているパ
ネル厚さ片側半分の箇所には、ブラケット５２ａ，５２
ｂの形状に合わせて切欠部が設けられ、この切欠部でブ
ラケット５２ａ，５２ｂが重ね合わされたときの厚さ
が、パネル５１ａ，５１ｂの厚さと同じになるようにし
ている。

【００３９】また、ブラケット５２ｂからはブラケット
５２ａに向けて、図１２に示したヒンジピン６ａと同様
の構造のヒンジピン５３が突出して設けられ、その先端
はブラケット５２ａに穿設された孔に挿入され、パネル
５１ａとパネル５１ｂとを連結するようにしている。

【００４０】このような２枚のパネル５１ａ，５１ｂ
は、パネル５１ｂをヒンジピン５３を中心として回転さ
せ、図に示すように重ね合わせられた状態にされ、小容
積化されて移送される。なお、図において５４は、パネ
ル５１ｂがパネル５１ａから展開されたとき、パネル５
１ａ，５１ｂの展開位置を相互に固定するために、パネ
ル５１ａの側部から張り出して設けたアーム６７から、
パネル５１ｂの対向面に向けて立設されて保持機構の一
部を構成する固定ピンで、これについては後述する。

【００４１】図２において、図１２において説明したよ
うに、重ね合わせられた状態で人工衛星４の側面に沿っ
て収納され、フェアリング内に収容されて展開位置まで
移送されたパネル５１は、図２（ａ）に示すように、図
１２に示す支持部材５と同様の部材によって、収納状態
にされている人工衛星４の側面から張り出された後、図
２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、パネル５１ａの側
面が人工衛星４側面に沿った状態に保持されて、パネル
５１ｂをヒンジピン５３中心に回転させ、図２（ｄ）に
示すように９０°回転させ展開させると、ブラケット５
２ｂ全体がパネル５１ａに設けられている切欠部上方に
位置することとなり、この状態でブラケット５２ｂを下
降させると、図２（ｅ）、図２（ｆ）に示すようブラケ
ット５２ｂはパネル５１ａの切欠部にはめ込まれ、パネ
ル５１ａ，５１ｂは結合部に段差が生じない同一面をな
して展開された状態にすることができる。

【００４２】即ち、図３（ａ）に示すように、本実施の
形態で採用されているヒンジピン５３では、ブラケット
５２ｂから突出させたヒンジピン５３の先端が、ブラケ
ット５２ａに穿設された孔に挿入され、ブラケット５２
ａ，５２ｂが重ね合わせられた状態から、展開させる側
のパネル５１ｂを９０°回転させると図３（ｂ）に示す
ように、ブラケット５２ｂがパネル５１ａの切欠部上方
で、はめ込みできる状態に配置されることになる。この
状態でヒンジピン５３に図１２に示したバネ７と同様に
設けている図示省略したバネが作動して、ブラケット５
２ｂを押し下げることにより、図３（ｃ）に示すよう
に、ブラケット５２ｂがパネル５１ａの切欠部に嵌まり
こみ、パネル５１ａ，５１ｂは同一面をなして展開され
ることになる。

【００４３】次に、図４は前述した正方形パネル２に代
えて、六角形のパネルを展開して球面状に形成される本
発明の実施の第２形態の展開構造体を示す図である。図
５に示すように、折り畳まれた状態で移送された本実施
の形態の展開構造体を形成する六角形のパネル５５は、
六角形の対向頂角部に交互に設けた後述するヒンジピン
５６回りに、折り畳まれたパネルの一方側、例えば最上
方に折り畳まれているパネル５５から回転させていくこ
とにより、順次展開していき図４に示す球面状の展開構
造体を形成することができる。

【００４４】このようにして任意の曲率半径を有し、段
差のない球面に形成された展開構造体は、例えば、光源
に対向して設けられている図の左側の球面（凸面）に太
陽電池パネルを設けるようにし、地上に対向して設けら
れている図の右側の球面（凹面）に、太陽電池パネルで
発電された電力を地上等に送電する電力送電アンテナを
設けるようにすれば、パネル段差の影響を受けない発電
効率の高いものにでき、また、曲率半径を地上等の任意
の場所に焦点を形成できる所定の大きさにすることによ
り、地上に効率の良い送電ができる発電システムになる
とともに、宇宙空間への発電システムの設置時には展開
構造体の曲率半径を一時的に小さくすることにより、宇
宙空間の任意の場所、例えば展開構造体から数１０ｍ離
れた場所においても、発電システムの設置状態及び性能
を確認することができるようになる。

【００４５】次に、図６は図５に示した本実施の形態で
採用しているヒンジピン５６の構造の一例を示す詳細鳥
瞰図である。図に示すように、このヒンジピン５６はイ
ンナスライダ５７、カムシリンダ５８、及びアウタスラ
イダ５９からなり、円筒状のカムシリンダ５８の内部に
は、円柱状のインナスライダ５７が軸方向に移動自在に
されて収容されるとともに、外周面に沿って同様に軸方
向に移動自在にされた円筒状のアウタスライダ５９が設
けられている。なお、以下の説明において説明を簡単に
するため、パネル５５のうち、図１に示したパネル５１
ａのようにパネル展開時に展開前と同じ状態に保持され
るパネル５５を固定側パネル５５′と呼称し、展開前か
ら回転運動、並進運動をして固定側パネル５５′から展
開するパネル５５′を展開側パネル５５″と呼称するこ
ととする。

【００４６】固定側パネル５５′のブラケット５２ａか
ら展開側パネル５５″のブラケット５２ｂに向けて突設
したカムシリンダ５８には、インナスライダ５７の外周
面から突出して設けられたピン６０を貫通させて軸方向
に移動するインナスライダ５７の動きをガイドする、軸
方向に対し傾斜させて設けた斜溝と、軸方向に平行に設
けられ斜溝の端部と一端部が連通された縦溝とからなる
カムスロット６１が穿設されるとともに、外周面にはア
ウタスライダ５９の軸方向の動きを制御するガイドピン
６６が突設されている。

【００４７】さらに、カムシリンダ５８の軸心部には、
内部を移動自在にされたインナスライダ５７の一端部に
端部が連結され、インナスライダ５７に軸方向の駆動力
を発生させるバネ６２と、インナスライダ５７の他端部
に端部が連結され、バネ６２力を拘束してインナスライ
ダ５７を所定の位置に保持するとともに、パネルの展開
時にはバネ６２力の拘束力を解除し、インナスライダ５
７をバネ力によって軸方向に移動させることができるよ
うにした火口品等で構成された始動装置６３が設けられ
ている。

【００４８】また、展開側パネル５５″のブラケット５
２ｂ内周面が、その外周面に固着されたアウタスライダ
５９には、軸方向と平行に穿設されカムスロット６１を
貫通したピン６０の先端部が挿通されるアウタスロット
６４が設けられ、さらに内周面にはカムシリンダ５８の
外周面に突設したガイドピン６６が通過できるようにし
たガイドスロット６５が軸方向と平行に穿設されてい
る。

【００４９】ヒンジピン５６はこのように構成されてい
るので、パネル５５の展開位置で始動装置６３を作動さ
せてバネ６２力の拘束を解除すると、インナスライダ５
７はバネ６２力によりカムスロット６１の斜溝に挿通さ
れているピン６０にガイドされて回転しながら軸方向に
移動する。このピン６０の移動に伴い、アウタスライダ
５９もインナスライダ５７と同様に回転するが、アウタ
スライダ５９はカムシリンダ５８外周面に突設したガイ
ドピン６６が、ガイドスロット６５とは異なる回転角度
に位置しているために、軸方向への移動がこのガイドピ
ン６６によって阻止され、図７（ａ）、（ａ’）〜図７
（ｂ）、（ｂ’）に示すように、軸方向に移動すること
はない。即ち、展開側パネル５５″は固定側パネル５
５′と平行状態で回転運動をするだけである。

【００５０】次いで、図７（ｃ）、（ｃ’）に示すよう
に、アウタスライダ５９が回転してガイドスロット６５
とガイドピン６６とが同一回転角度位置になると、ガイ
ドピン６６によるアウタスライダ５９の軸方向の移動阻
止が解除されるために、図７（ｄ）、（ｄ’）に示すよ
うに、アウタスライダ５９は同一回転角度を保持してカ
ムシリンダ５８の軸方向、換言すれば、展開側パネル５
５″のブラケット５２ｂは、固定側パネル５５′に設け
られた切欠部方向に移動し、図７（ｅ）、（ｅ’）に示
すように、ブラケット５２ｂの底面がパネル５５′の切
欠部に載置される位置まで移動し、展開側パネル５５″
は固定側パネル５５′との段差をなくして展開すること
ができる。

【００５１】次に、図８は、図１に示した固定ピン５４
と同様にして、固定側パネル５５′に設けるようにした
保持機構を構成する固定ピンの詳細を示す図で、図８
（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図、図９は図８に示
された固定ピン５４と係合し、固定ピン５４と共に保持
機構を形成する係合孔で、図９（ａ）は平面図、図９
（ｂ）は側面図である。図に示すように、一側の面（上
面）を固定側パネル５５′の面と同一にして、パネル５
５′の側部から張り出して設けたアーム６７の他側の面
からは、展開側パネル５５″が展開されたとき、パネル
５５′、５５″の展開位置を相互に固定するために、パ
ネル５５″の対向面に向けて、軸方向中央部に切欠を設
けた固定ピン５４を立設させている。

【００５２】この固定ピン５４は、展開側パネル５５″
を展開したとき固定ピン５４が配置されている位置に、
図９に示すようパネル５５″に穿設された係合孔６８に
挿入され、係合孔６８の側部から出入させるようにした
ロックキー６９が切欠に嵌入され、パネル５５′、５
５″の展開位置を相互に固定するようにしている。

【００５３】即ち、図１０（ａ）に示すように、展開側
パネル５５″が展開され固定ピン５４と係合孔６８との
軸心が同一軸上に配置された後、前述したようにヒンジ
ピン５６を作動させることにより、図１０（ｂ）〜図１
０（ｄ）に示すように、展開側パネル５５″を固定側パ
ネル５５′に近づけていくと、固定ピン５４は係合孔６
８に挿入されていく。図１０（ｅ）に示すように、固定
ピン５４の円柱部が、係合孔６８と直交して設けられロ
ックキー６９を収容している横穴位置まで到達すると、
ロックキー６９を係合孔６８内に突出させているバネ７
０力に抗してピン６９を横穴に押し戻して、さらに挿入
されていく。

【００５４】次いで、固定ピン５４が軸方向中央部に設
けた切欠と係合孔６８に設けた横穴の位置とが一致する
まで挿入されると、それまで固定ピン５４の円柱部で押
圧され縮退していたバネ７０が伸展することにより、図
１０（ｆ）に示すように、ロックキー６９が切欠内に進
入して、パネル５５′と５５″とを展開位置にして相互
に固定する。

【００５５】以上、太陽発電システム等を宇宙空間に設
置する展開構造体について説明したが、前述したよう
に、現状の最大の直径を有するロケットでもペイロード
を収容するフェアリング内の容積は、少量のパネルを収
容して移送できるだけであるために、宇宙空間に形成で
きる展開構造体の展開面積は限定されたものになる。

【００５６】一方、宇宙空間に設置される太陽発電シス
テム等において、発電効率、送電効率等を考慮した場合
は、より大量の電力を地上等に送電できるシステムにす
ることが好ましく、展開構造体の展開面積を大きくする
ことが要望されている。このような要望に対応するため
に、図１１は上述のようにして形成された展開構造体の
各ブロックを順次つなぎ合わせて、大面積の展開構造体
を形成する展開構造体の展開方法を示す図である。

【００５７】図１１において、図１１（ａ）は宇宙空間
に形成される展開構造体を構成するための小面積の各ブ
ロックを、テザーケーブルで繋ぐ工程を示す図、図１１
（ｂ）は各ブロックを繋いでいるテザーケーブル手繰り
寄せて各ブロックを相互に近づけている工程を示す図、
図１１（ｃ）は相互に近づけられた各ブロックを連結し
て、大面積の展開構造体を形成した状態を示す図であ
る。

【００５８】図１１（ａ）に示すように、前述したよう
にして形成され隣接するパネル間の段差をなくし、パネ
ル間が強固に固定されて剛性が高められたブロックＡ７
１とブロックＢ７２との間には、複数本のテザーケーブ
ル７３がブロックＡ７１、ブロックＢ７２の連結部にそ
れぞれ配置されたパネル５５間に掛け回された後、図１
１（ｂ）に示すように、このテザーケーブル７３を手繰
り寄せることにより、ブロックＡ７１とブロックＢ７２
とを近接させて、ブロックＡ７１、ブロックＢ７２の連
結部にそれぞれ配置されているパネル間を、相互に連結
することにより図１１（ｃ）に示すように、大面積の集
合ブロック７４にした展開構造体を形成することができ
る。

【００５９】なお、図においては、ブロックＡ７１とブ
ロックＢ７２との２つのブロックを連結して行う展開構
造体の展開方法について示したが、３個以上のブロック
を同時に連結してより大きな展開構造体を形成すること
もできるものである。

【００６０】以上、本発明の展開構造体及び展開方法の
実施の一形態を宇宙空間で実施する場合を想定して説明
したが、本発明は宇宙空間で実施する展開構造体及び展
開方法に限定されるものではなく、例えば地上での展開
構造体の製作においても適用できるものである。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の展開構造
体は、重ね合わされ収納状態にされた複数のパネルのう
ち展開側パネルの展開により形成される展開構造体が、
展開側パネルを軸回りの回転、軸方向の並進運動によ
り、展開側パネルの係合部を固定側パネルの係合部に誘
導し係合して展開時展開側パネルと固定側パネルとを同
一面にするヒンジピン、同一面が形成された展開側パネ
ルと固定側パネルの位置を保持し固定する保持機構を設
けた。

【００６２】これにより、順次展開させて形成される展
開構造体は、パネルに複数の機能を持たせるためパネル
厚の大きいパネルを使用して展開構造体を組み立てる場
合でも、隣接パネルとのあいだに段差がなく、又はあっ
ても性能、効率に軽微な影響しか生じない数ｍｍ程度の
ものにでき、宇宙空間に設置される太陽発電システム等
を高効率できる。隣接パネル間は保持機構により連結、
固定されているために、展開構造体全体の剛性が高めら
れ展開構造体に発生する衝撃等による振動発生が軽減で
き、姿勢制御が容易になり、指向性を高めることができ
る。

【００６３】本発明のヒンジピンは、固定側パネルに固
着された円筒体からなり、軸方向から傾斜した斜溝及び
同方向の縦溝からなるカムスロットおよび外周面に突設
したガイドピンを設けたカムシリンダ、外周面にピンを
突設した円柱体からなり、カムスロット内に挿入された
ピンを介しカムシリンダ内の駆動装置で駆動され、カム
スロット形状に合わせ回転運動及び／又は並進運動を
し、軸方向へ移動するインナスライダ、展開側パネルを
外周面に固着した円筒体からなり、カムスロットを貫通
したピンが挿入される軸方向のアウタスロット並びに内
周面軸方向にガイドピンが移動できるガイドスロットを
有し、インナスライダの運動に対応してピンとガイドス
ロットとの回転位相に応じてカムシリンダ外周を回転
し、又は軸方向に移動するアウタスライダとからなるも
のとした。

【００６４】これにより、インナスライダの作動を行う
駆動装置を始動させるのみで、ヒンジピンを構成する部
材が展開側パネルを固定側パネルから順次展開させて、
隣接して配置されたパネル間に段差のない展開構造体が
形成できる。

【００６５】また、本発明の保持機構は、固定側パネル
面と同一面をなし、側部から展開側パネルの展開側に突
設したアームから固定側パネルの他側面に向け突設さ
れ、中央部に切欠部を設けた固定ピン、展開側パネル展
開時、固定ピン位置に配置される展開側パネル面に穿設
され、固定ピンが挿入される係合孔と、係合孔と直交し
て穿設された横穴に設置され係合孔内の固定ピンの切欠
部内に進入し固定するロックキーとからなる。

【００６６】これにより、隣接パネルとの間が保持機構
により強固に連結、固定され展開構造体全体の剛性が高
められ、複数の機能を持たせたパネル厚の大きいパネル
を使用して運動質量の大きい展開構造体の場合でも、衝
撃等による展開構造体の振動発生を軽減でき、姿勢制御
性、指向性に優れるものにできる。

【００６７】また、本発明の展開側パネル及び固定側パ
ネルの平面形状は六角形にされ、ヒンジピンを中心に回
転により展開側パネルを固定側パネルから順次展開さ
せ、所定曲率の球面展開構造体を形成できるものにし
た。

【００６８】これにより、球面状に形成された展開構造
体を太陽発電システム等に採用した場合、光源（太陽）
側を凸面状にして太陽電池パネルを配置し、地上側を凹
面状にして電力送電アンテナを配置して発電効率に優
れ、送電効率に優れた太陽発電システムにできる。ま
た、宇宙空間での太陽発電システムの設置時展開構造体
の曲率半径を小さくして、設置位置の近傍でシステムの
性能試験等が実施でき、設置作業の効率化が図れる。

【００６９】また、本発明の展開構造体の展開方法は、
展開側パネルを固定側パネルから順次展開させた小面積
の展開構造体の複数のブロックを組み立てる工程、結合
を行うブロックＡの結合部に配置したパネルと結合され
るブロックＢの対向位置に配置したパネルとの間にテザ
ーケーブルを掛け回す工程、掛け回されたテザーケーブ
ルを手繰り寄せ、対向位置のパネルを相互当接させる工
程、当接しているパネルを相互に連結し固定する工程を
採用した。

【００７０】これにより、宇宙空間においても、ロケッ
トを含む現有の技術で一辺又は直径が数ｋｍにもなる大
型の展開構造体を設置でき、効率の良い宇宙空間の利用
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の展開構造体の実施の第１形態のパネル
を折り畳み移送できる状態にしたパネルを２枚だけを示
した鳥瞰図、

【図２】図１に示すパネルの折り畳み状態から展開構造
体を形成する展開状況を示す鳥瞰図、

【図３】展開されたパネルの相互の面を平滑してパネル
間を結合するためのヒンジ部の一例を示す拡大断面図、

【図４】本発明の展開構造体の実施の第２形態を示す鳥
瞰図、

【図５】図４に示す六角形のパネルを重ね合わせ移送で
きる状態を示す鳥瞰図、

【図６】図５に示す本発明のヒンジピンの構造の一例を
一部破断面で示す鳥瞰図、

【図７】図５に示すヒンジピンの作動状況を経時的に示
す図で、図７（ａ）〜図７（ｅ）は縦断面図、図７
（ａ’）〜図７（ｅ’）は横断面図、

【図８】本発明の保持装置を構成する固定ピンを示す図
で、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は平面図、

【図９】本発明の保持装置を図８に示す固定ピンととも
に構成する係合孔を示す図で、図９（ａ）は縦断面図、
図９（ｂ）は平面図、

【図１０】本発明の保持装置の作動状況を経時的に示す
図、

【図１１】本発明の展開構造体の展開方法を経時的に示
す図、

【図１２】パネルを使用して形成した従来の展開構造体
の一例を示す鳥瞰図、

【図１３】図１２に示すラッチ機構の拡大鳥瞰図、

【図１４】図１２に示すヒンジピンの拡大分解鳥瞰図、

【図１５】パネルを使用して形成した従来の展開構造体
の他の例を示す鳥瞰図。

【図１６】パネル厚の大きいパネルを使用して形成した
従来の展開構造体を示す鳥瞰図である。

【符号の説明】

１ 機能材 ２，２ａ〜２ｆ パネル ３，３ａ，３ａ′，３ａ″，３ｂ ラッチ機構 ４ 人工衛星 ５ 支持部材 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ヒンジピン ７ ばね ８ 展開形宇宙構造物 １０ 展開構造体 １１ パネル ５１，５１ａ，５１ｂ パネル ５２，５２ａ，５２ｂ ブラケット ５３ ヒンジピン ５４ 固定ピン ５５ パネル ５５′ 固定側パネル ５５″ 展開側パネル ５６ ヒンジピン ５７ インナスライダ ５８ カムシリンダ ５９ アウタスライダ ６０ ピン ６１ カムスロット ６２ バネ ６３ 始動装置 ６４ アウタスロット ６５ ガイドスロット ６６ ガイドピン ６７ アーム ６８ 係合孔 ６９ ロックキー ７０ バネ ７１ （パネル）ブロック
Ａ ７２ （パネル）ブロック
Ｂ ７３ テザーケーブル ７４ （集合）ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J105 AA03 AC06 BA06 5J020 AA03 BA09 CA02 CA05 DA02 5J046 AA04 AA07 AA09 AB05 DA01 KA03 KA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重ね合わされ収納状態にされた複数のパ
   ネルのうち、相互に軸結合されている展開側パネルを固
   定側パネルから回転展開させて形成される展開構造体に
   おいて、前記展開側パネルを前記軸まわりの回転運動及
   び前記軸方向の並進運動をさせて、前記展開側パネルの
   係合部を前記固定側パネルの係合部に誘導して係合さ
   せ、展開状態の前記展開側パネルと前記固定側パネルと
   の段差を低減できるヒンジピンと、前記展開側パネルと
   前記固定側パネルとの展開位置を保持して固定する保持
   機構とを設けていることを特徴とする展開構造体。
2. 【請求項２】 前記ヒンジピンが、前記固定側パネルに
   一端が固着された円筒体からなり、軸方向に傾斜させて
   穿設された斜溝及び軸方向に穿設された縦溝とからなる
   カムスロット並びに外周面に突設されたガイドピンを有
   するカムシリンダと、外周面にピンを突設した円柱体か
   らなり、前記カムシリンダ内に設けた駆動装置に駆動さ
   れて前記カムスロット内に挿入されている前記ピンに誘
   導され、回転運動及び並進運動若しくは並進運動して前
   記カムシリンダの軸心部を軸方向に移動するインナスラ
   イダと、前記展開側パネルが外周面に固着された円筒体
   からなり、軸方向に穿設され前記カムスロットを貫通し
   た前記ピンが挿入されるアウタスロット並びに内周面軸
   方向に形成され、前記ガイドピンを移動させるガイドス
   ロットを設け、前記インナスライダの運動に対応して、
   前記ガイドピンと前記ガイドスロットとの回転角位相が
   異なるとき前記カムシリンダの外周を回転し、回転角位
   相が一致するとき軸方向を移動するアウタスライダとを
   設けていることを特徴とする請求項１の展開構造体。
3. 【請求項３】 前記保持機構が、前記固定側パネルの一
   側の面と同一面をなし、側部から前記展開側パネルの展
   開される方向に突設したアームから他側の面方向に向け
   突設され、軸方向中央部に切欠部を設けた固定ピンと、
   前記展開側パネルが展開されたとき、固定ピンの立設位
   置上方に配置される前記展開側パネル面に穿設され、前
   記固定ピンが挿入される係合孔と、前記係合孔と直交し
   て前記展開側パネル内に穿設された横穴内に、前記係合
   孔内への出入が自在にされて設置され、前記係合孔に挿
   入された前記固定ピンの切欠部内に進入して前記固定ピ
   ンを固定するロックキーとを設けていることを特徴とす
   る請求項１の展開構造体。
4. 【請求項４】 前記展開側パネル及び前記固定側パネル
   の平面形が六角形にされ、前記展開側パネルを前記固定
   側パネルから順次展開させて、所定曲率を有する球面展
   開構造体を形成できるようにしたことを特徴とする請求
   項１の展開構造体。
5. 【請求項５】 重ね合わされ収納状態にされている複数
   のパネルのうち、展開側パネルを固定側パネルから展開
   させて形成する展開構造体の展開方法において、展開側
   パネルを固定側パネルから順次展開させて、展開構造体
   からなる複数の小面積のパネルブロックを組み立てる工
   程と、結合を行う側のパネルブロックＡの結合部に配置
   されたパネルと結合される側のパネルブロックＢの対向
   位置に配置されたパネルとの間にテザーケーブルを掛け
   回す工程と、掛け回された前記テザーケーブルを手繰り
   寄せ、対向位置に配置されているパネルを相互当接させ
   る工程と、当接したパネルを相互に連結し固定する工程
   とからなることを特徴とする展開構造体の展開方法。