JP2008100652A

JP2008100652A - Movable hinge

Info

Publication number: JP2008100652A
Application number: JP2006286401A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Kagawa; 英史香河; Noboru Takechi; 昇武市; Akimasa Sugio; 晃正杉尾; Koji Yamaguchi; 耕司山口
Original assignee: JASPA CO Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: JASPA CO Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-05-01

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lightweight and reliable deploying means for a deployable structure. <P>SOLUTION: A movable hinge 10 comprises an inflator 12 which is swollen by the gas supply and shrunk by the gas discharge, ventilation pipes 14a, 16a which are communicated with the inflator and capable of supplying/discharging gas to/from the inflator, and two movable members (hinge plates) 14, 16 which are mounted on the inflator so that they overlap when the inflator is shrunk and developed gradually in a bellows shape as the inflator is swollen by the gas, and developed by about 180° when the inflator is completely swollen to the maximum. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、宇宙機に搭載される展開構造物や地上の建造物に備えられる展開構造物において、これらを展開させる際の駆動手段として利用できる可動ヒンジに関する。 The present invention relates to a movable hinge that can be used as a driving means when deploying a deployment structure mounted on a spacecraft or a deployment structure provided on a ground structure.

宇宙における大型の展開構造物は、宇宙機による輸送時には小さい容積内に収納し、宇宙機が宇宙に到達したあとに、大きく展開する必要がある。このような展開構造物を宇宙で展開させるための手段としてはこれまで、バネ、モータ（ステッピングモータ、超音波モータ）等が使用されてきた。 A large deployment structure in space must be stored in a small volume when transported by a spacecraft, and must be largely deployed after the spacecraft reaches space. Conventionally, springs, motors (stepping motors, ultrasonic motors) and the like have been used as means for deploying such a deployment structure in space.

しかしながら、バネは、構造物の展開経過をコントロールすることが難しいだけでなく、展開と収縮を繰り返し行う上で難点があった。また、モータは重量が重いため、宇宙機において厳しい制限が課せられる重量という点で不利であり、また、信頼性にも問題が残る。 However, the spring is not only difficult to control the progress of the development of the structure, but also has a difficulty in repeatedly expanding and contracting. In addition, since the motor is heavy, it is disadvantageous in terms of weight that places severe restrictions on the spacecraft, and there remains a problem in reliability.

本発明は、上記のような問題を解決し、軽量かつ信頼性の高い、展開構造物のための展開手段を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a deployment means for a deployment structure that is lightweight and highly reliable.

本発明に係る可動ヒンジは、ガスが供給されることにより膨らみ、ガスが排出されることにより萎むインフレータと、前記インフレータに連通し、インフレータに対してガスの供給及び排出を可能とする通気管と、前記インフレータが萎んだときは重なり合い、前記インフレータにガスが膨らむに従ってベローズ状に徐々に展開し、前記インフレータが完全に最大限に膨らんだときに約１８０度展開されるよう前記インフレータに取り付けられた２つの可動部材とを含む。 The movable hinge according to the present invention includes an inflator that swells when gas is supplied and is deflated when gas is discharged, and a vent pipe that communicates with the inflator and enables supply and discharge of gas to the inflator. When the inflator is deflated, it overlaps, gradually expands in a bellows shape as the gas inflates into the inflator, and is attached to the inflator so that it expands about 180 degrees when the inflator is fully inflated to the maximum. And two movable members.

前記通気管は、他の可動ヒンジの通気管と直接、又はチューブを用いて間接的に接続可能とされている。また、前記ガスの供給及び排出は前記通気管に接続されたポンプによって行うようにすることができる。 The vent pipe can be directly or indirectly connected to a vent pipe of another movable hinge. The supply and discharge of the gas can be performed by a pump connected to the vent pipe.

前記可動ヒンジには、前記可動部材が約１８０度開いたときにその状態を維持するためのロック機構を設けることができる。このロック機構は、例えば、前記２つの可動板の要の部分にそれぞれの可動板ごとに設けられた互いに対して回動可能な二つの円筒部材と、前記二つの円筒部材を突き当てる方向に付勢する付勢手段と、円筒部材の一方に設けられたカムと、当該カムの形状に対応した形状となるよう他方の円筒部材に設けられたノッチとを備え、前記可動部材が完全に展開したときに前記カムとノッチが前記付勢手段の付勢力によって嵌まり合うようにされたものとすることができる。 The movable hinge can be provided with a lock mechanism for maintaining the movable member when the movable member is opened about 180 degrees. For example, the locking mechanism is attached to a main portion of the two movable plates in a direction in which the two cylindrical members provided for the respective movable plates can rotate with respect to each other and the two cylindrical members abut against each other. A biasing means for biasing, a cam provided on one of the cylindrical members, and a notch provided on the other cylindrical member so as to have a shape corresponding to the shape of the cam, and the movable member is fully deployed Sometimes, the cam and the notch can be fitted together by the biasing force of the biasing means.

前記インフレータは、例えば、中空の円筒形に形成された気密性の繊維と、前記円筒の中に埋め込まれた複数のリング部材とを含み、前記円筒の両端は前記２つの可動部材と接合可能とされ、萎んだ状態から膨らんだ状態へ、又は膨らんだ状態から萎んだ状態に変化させたときに前記２つの可動部材が鞴に類似した動作をするように、前記繊維の所定部分を接着させたものである。 The inflator includes, for example, an airtight fiber formed in a hollow cylindrical shape and a plurality of ring members embedded in the cylindrical shape, and both ends of the cylindrical shape can be joined to the two movable members. The predetermined portion of the fiber is bonded so that the two movable members operate in a manner similar to a wrinkle when changed from a deflated state to a swollen state or from a swollen state to a deflated state. Is.

前記気密性の繊維は、特に宇宙用途の場合に、カプトンを用いることが望ましい。 As the airtight fiber, it is desirable to use Kapton, particularly in space applications.

前記の可動ヒンジをチューブによって複数接続するとともに各可動ヒンジの前記可動部材に展開要素を固定した展開構造物を構築することができる。これにより、前記インフレータが萎んだ状態のときは前記展開要素のすべては収納状態となり、前記インフレータが膨らんだときは前記展開要素のすべてが展開した状態となる。このような展開構造物は、特に宇宙で展開される宇宙用途に好適なものであるが、これに限らず、地上の建造物にも適用できる。 A plurality of the movable hinges are connected by a tube, and a deployment structure in which a deployment element is fixed to the movable member of each movable hinge can be constructed. As a result, when the inflator is in a deflated state, all of the deploying elements are stored, and when the inflator is inflated, all of the deploying elements are expanded. Such a deployment structure is particularly suitable for space applications deployed in space, but is not limited to this, and can also be applied to buildings on the ground.

本発明の可動ヒンジは、ガスの供給により膨らみ、ガスの排出により萎むことから、電気的な部品は不要であり、また機構部品も部品点数を極めて少なく抑えられることから、これを用いた展開構造物全体の重量は大幅に軽量化することができる。また、電気的、機械的部品を使わずに済むことから動作上の信頼性を向上させることができ、展開の際に電気的手段が不要となることから、宇宙用途に適用した場合に放射線による悪影響を受けにくい。また、本発明の可動ヒンジは、その通気管を介していくつも接続することができるので、展開構造物の拡張性に優れている。また、ポンプを作動させるだけで展開構造物全体を一斉に展開させ、あるいは閉じさせることができるので、動作の集中的な管理が可能となる。 Since the movable hinge of the present invention swells when gas is supplied and deflates when gas is discharged, electrical parts are unnecessary, and the number of parts of the mechanical parts can also be kept extremely low. The weight of the entire structure can be greatly reduced. In addition, it eliminates the need to use electrical and mechanical components, which can improve operational reliability and eliminates the need for electrical means during deployment. Less susceptible to adverse effects. In addition, since the movable hinge of the present invention can be connected in number through the vent pipe, the expandable structure is excellent in expandability. Further, since the entire deployment structure can be expanded or closed all at once by simply operating the pump, the operation can be centrally managed.

以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の一形態に係る可動ヒンジ１０の構造とその基本的な動作を示した図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した各状態間の遷移の様子をイメージし易いように示した斜視図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1A to 1C are diagrams showing the structure and basic operation of a movable hinge 10 according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2C are diagrams. It is the perspective view shown so that it might be easy to imagine the mode of transition between each state shown in FIG.

図１及び図２に示すように、可動ヒンジ１０は、主として、ベローズのように折り畳むことができる袋状のインフレータ１２と、このインフレータ１２の両端に設けられた、可動部材である一対のヒンジ板１４、１６と、通気管１４ａ、１６ａから構成されている。通気管１４ａ、１６ａは、それぞれ、ヒンジ板１４、１６に固設され、インフレータ１２と連通されており、これらを介してインフレータ１２にガスを供給し、又は、インフレータ１２内のガスを排出することができる。なお、ヒンジ板１４、１６については、後述の図５により分かり易く示してある。 As shown in FIGS. 1 and 2, the movable hinge 10 mainly includes a bag-like inflator 12 that can be folded like a bellows, and a pair of hinge plates that are movable members provided at both ends of the inflator 12. 14 and 16 and vent pipes 14a and 16a. The ventilation pipes 14a and 16a are respectively fixed to the hinge plates 14 and 16 and communicated with the inflator 12, through which gas is supplied to the inflator 12 or gas inside the inflator 12 is discharged. Can do. The hinge plates 14 and 16 are shown in an easy-to-understand manner in FIG.

可動ヒンジ１０は、図１（ａ）に示した閉じた状態のときはインフレータ１２が折り畳まれて収縮し、一対のヒンジ板１４、１６は近接して平行な状態となっている。この状態で、通気管１４ａ、１６ｂを介してインフレータ１２にガスを供給すると、図１（ｂ）に示すように折り畳まれたインフレータ１２が徐々に膨らんでヒンジ板１４、１６の下側が開いてゆき、最終的には、図１（ｃ）に示すように完全に展開する。このときインフレータ１２は最大限に膨らんで、一対のヒンジ板１４、１６は約１８０度展開した状態となる。 When the movable hinge 10 is in the closed state shown in FIG. 1A, the inflator 12 is folded and contracted, and the pair of hinge plates 14 and 16 are close to each other and in parallel. In this state, when gas is supplied to the inflator 12 through the vent pipes 14a and 16b, the folded inflator 12 gradually expands as shown in FIG. Finally, it is fully developed as shown in FIG. At this time, the inflator 12 is swelled to the maximum, and the pair of hinge plates 14 and 16 are expanded by about 180 degrees.

また、図１（ｃ）のように可動ヒンジ１０が展開した状態でインフレータ１２からガスを排出すると、インフレータ１２は徐々に収縮を始め、図１（ｂ）に示す状態を経て、最終的には図１（ａ）に示す元の閉じた状態に戻る。すなわち、通気管１４ａ、１６ｂを介してインフレータ１２にガスを供給／排出することによって、可動ヒンジ１０を、閉じた状態から展開状態へ、逆に、展開状態から閉じた状態へ自在に変化させることができる。この間にインフレータ１２は、ちょうどパイプオルガンの鞴（ふいご）に類似した動作を行う。 Further, when the gas is discharged from the inflator 12 with the movable hinge 10 deployed as shown in FIG. 1 (c), the inflator 12 starts to contract gradually and finally passes through the state shown in FIG. 1 (b). It returns to the original closed state shown in FIG. That is, by supplying / discharging gas to / from the inflator 12 through the vent pipes 14a and 16b, the movable hinge 10 can be freely changed from the closed state to the expanded state, and conversely from the expanded state to the closed state. Can do. During this time, the inflator 12 operates just like a pipe organ.

次に、可動ヒンジ１０の詳しい構造について説明する。図３及び図４は、インフレータ１２の構造を示した概略図である。インフレータ１２の素材に要求される仕様は、用途によって大きく異なる。例えは、耐熱性、耐放射線性、耐衝撃性、高強度性、高密閉性、気密性などが要求される宇宙用途では、「カプトン」（ディポン社の商標）という商品名でディポン社から供給されるフィルム素材をベースとした材料が適合する。このような厳しい性能が要求されない地上用途でも、適用する駆動対象の重量や大きさなどによって必要とされる性能は異なるが、例えば一般的な建造物への応用であれば、例えば塩化ビニール系やゴム系の素材を利用することができる。 Next, the detailed structure of the movable hinge 10 will be described. 3 and 4 are schematic views showing the structure of the inflator 12. The specifications required for the material of the inflator 12 vary greatly depending on the application. For example, in space applications that require heat resistance, radiation resistance, impact resistance, high strength, high sealability, airtightness, etc., supplied by Dupont under the trade name “Kapton” (a trademark of Dupont) The material based on the film material to be adapted. Even in ground applications where strict performance is not required, the required performance varies depending on the weight and size of the drive target to be applied. For example, if it is applied to general buildings, for example, vinyl chloride or Rubber materials can be used.

図３に示すように、インフレータ１２の基本形状は、両端が開放された中空の円筒形であり、この中に６個程度のリング部材３０が、図３に示すように平行に埋め込まれている。この基本形状から、図４に示すように、リング部材３０の部分が山折り、リング部材とリング部材の間が谷折りになるように折り畳みながら、この円筒形を左右からベローズ状に収縮させる。こうして折り畳まれたインフレータ１２の一方の側（図３及び図４では下側）に接着剤を塗布して相互に接着する。このとき、反対側（図３及び図４では上側）は、折り畳まれた状態から開いた状態へ、あるいはその逆に、自在に状態を変えることができる。 As shown in FIG. 3, the basic shape of the inflator 12 is a hollow cylindrical shape whose both ends are open, and about six ring members 30 are embedded in parallel therein as shown in FIG. . From this basic shape, as shown in FIG. 4, the cylindrical member is contracted in a bellows shape from the left and right while folding the ring member 30 so that the portion of the ring member 30 is mountain-folded and the space between the ring member and the ring member is valley-folded. Adhesive is applied to one side (the lower side in FIGS. 3 and 4) of the inflator 12 folded in this manner and bonded to each other. At this time, the state of the opposite side (the upper side in FIGS. 3 and 4) can be freely changed from the folded state to the opened state or vice versa.

こうして得られたインフレータ１２の両端部に対し、図５に示すように、例えばＣＦＲＰ材などからなるヒンジ板１４、１６を接着剤で接着する。このとき、ヒンジ板１４、１６には予め通気管１４ａ、１６ａを固設しておき、これをインフレータ１２に漏れのないよう接着することによって、インフレータ１２と通気管１４ａ、１６ａとの連通を確保する。 As shown in FIG. 5, hinge plates 14 and 16 made of, for example, a CFRP material are bonded to both ends of the inflator 12 thus obtained with an adhesive. At this time, vent pipes 14a and 16a are fixed to the hinge plates 14 and 16 in advance, and are bonded to the inflator 12 so as not to leak, thereby ensuring communication between the inflator 12 and the vent pipes 14a and 16a. To do.

一対のヒンジ板１４、１６が展開動作をする際の軸となる部分（図３及び図４では上側部分、図５ではヒンジ板１４と１６が接する部分）には、図６に示すようなロック機構４０が設けられている。図６（ａ）はロック機構４０だけを取り出した図である。ここで、円筒部材６０、６２にはそれぞれ、取付板７０、７２が取り付けられている。この取付板７０、７２はそれぞれ、ヒンジ板１４、１６を固定するためのものである。 A portion as a shaft when the pair of hinge plates 14 and 16 are deployed (the upper portion in FIGS. 3 and 4 and the portion where the hinge plates 14 and 16 contact in FIG. 5) is locked as shown in FIG. A mechanism 40 is provided. FIG. 6A shows only the lock mechanism 40 taken out. Here, attachment plates 70 and 72 are attached to the cylindrical members 60 and 62, respectively. The mounting plates 70 and 72 are for fixing the hinge plates 14 and 16, respectively.

円筒部材６０、６２の中には、図６（ｂ）に示すように、円筒部材６０、６２の内径よりも外径が僅かに小さい円筒状の芯６６が設けられており、円筒部材６０、６２は芯６６に摺接しながらこれを軸として回動可能とされている。芯６６の内部にはさらにバネ６４が設けられている。このバネ６４の一端は図６（ａ）の上端部において円筒部材６０に、他端は図６（ａ）の下端部において円筒部材６２にそれぞれ固定され、ロック機構４０の中央部８０において、両円筒部材６０、６２を芯６６に沿って突き当てる方向（すなわちバネが縮む方向）に付勢している。 In the cylindrical members 60 and 62, as shown in FIG. 6B, a cylindrical core 66 having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the cylindrical members 60 and 62 is provided. 62 is rotatable about the core 66 while sliding on the core 66. A spring 64 is further provided inside the core 66. One end of the spring 64 is fixed to the cylindrical member 60 at the upper end of FIG. 6A, and the other end is fixed to the cylindrical member 62 at the lower end of FIG. 6A. The cylindrical members 60 and 62 are biased in a direction in which the cylindrical members 60 and 62 are abutted along the core 66 (that is, a direction in which the spring is contracted).

図６（ｃ）は、ロック機構４０の中央部分８０だけを拡大した図である。図６（ｃ）に示すように、ロック機構４０の中央部８０において、円筒部材６０にはカム６０ａが、円筒部材６２にはこのカムの形状に対応したノッチ６２ａが形成されている。取付板７０、７２に取り付けられたヒンジ板１４、１６が閉じているときは（図１（ａ）の状態）、カム６０ａとノッチ６２ａは外れた状態にある。したがって、円筒部材６０と６２は、ロック機構４０の中央部においてこのカム６０ａの高さ分だけ離間した状態にある。 FIG. 6C is an enlarged view of only the central portion 80 of the lock mechanism 40. As shown in FIG. 6C, in the central portion 80 of the locking mechanism 40, the cam 60a is formed in the cylindrical member 60, and the notch 62a corresponding to the shape of the cam is formed in the cylindrical member 62. When the hinge plates 14 and 16 attached to the attachment plates 70 and 72 are closed (the state shown in FIG. 1A), the cam 60a and the notch 62a are in a detached state. Therefore, the cylindrical members 60 and 62 are separated from each other by the height of the cam 60 a at the center of the lock mechanism 40.

この状態から前述のようにインフレータ１２が膨張してヒンジ板１４、１６が開くに従って、円筒部材６０、６２は芯６６に摺接しながらこれを軸として回動する。そして、ヒンジ板１４、１６が１８０度近くまで展開すると、図６（ｃ）の上段に示すように、カム６０ａがノッチ６２ａに嵌まり始め、最終的に１８０度まで展開すると、その下段のように、カム６０ａとノッチ６２ａは完全に嵌まり合ってロック状態となる。これによりヒンジ板１４、１６はこれ以上開くことはできなくなる。 From this state, as the inflator 12 expands as described above and the hinge plates 14 and 16 open, the cylindrical members 60 and 62 rotate around the core 66 while sliding on the core 66. When the hinge plates 14 and 16 are expanded to nearly 180 degrees, as shown in the upper part of FIG. 6 (c), the cam 60a starts to fit into the notches 62a, and finally when expanded to 180 degrees, the lower part is In addition, the cam 60a and the notch 62a are completely fitted and locked. As a result, the hinge plates 14 and 16 cannot be opened any further.

逆に、ヒンジ板１４、１６を閉じるときは、インフレータ１２からガスを排出する際に、カム６０ａがバネ６４の付勢力に抗してノッチ６２ａから外れるだけの負圧を初期段階のみ加えれば、カム６０ａはノッチ６２ａから外れ、その後はスムーズにヒンジ板１４、１６を閉じる動作を行うことができる。 On the contrary, when closing the hinge plates 14 and 16, when discharging gas from the inflator 12, if a negative pressure is applied only at the initial stage so that the cam 60 a is released from the notch 62 a against the biasing force of the spring 64, The cam 60a is detached from the notch 62a, and thereafter the hinge plates 14 and 16 can be smoothly closed.

なお、図６（ｃ）に示したカム６０ａとノッチ６２ａの形状を若干変えることによって、嵌まり合った両者が簡単に外れないようにすることもできる。例えば宇宙用途において、一端展開した構造物を閉じる必要がなく、むしろヒンジ板１４、１６が開いた状態を長期間にわたって確実に維持したい場合には、カム６０ａ、ノッチ６２ａをこのような形状にすることもできる。 Note that, by slightly changing the shapes of the cam 60a and the notch 62a shown in FIG. 6C, it is possible to prevent the fitted members from easily coming off. For example, in a space application, when it is not necessary to close a structure that has been deployed once, but rather to maintain the hinge plates 14 and 16 open for a long period of time, the cam 60a and the notch 62a are formed in such a shape. You can also.

図７は、これまで説明した可動ヒンジ１０のヒンジ板１４、１６に、大きな面積のパドル２０、２２を取り付けた状態を示している。このようにパドルを取り付けた状態で可動ヒンジ１０を駆動させると、パドル２０、２２は、可動ヒンジ１０の動作に合わせて、閉じた状態から展開状態へ、あるいは展開状態から閉じた状態へと遷移する。また、展開状態でパドルを固定する必要がある場合には、図６に示したロック機構４０でヒンジ板１４、１６を固定する。 FIG. 7 shows a state in which paddles 20 and 22 having a large area are attached to the hinge plates 14 and 16 of the movable hinge 10 described so far. When the movable hinge 10 is driven with the paddle attached in this manner, the paddles 20 and 22 transition from the closed state to the expanded state or from the expanded state to the closed state in accordance with the operation of the movable hinge 10. To do. Further, when it is necessary to fix the paddle in the unfolded state, the hinge plates 14 and 16 are fixed by the lock mechanism 40 shown in FIG.

図８は、これまで説明した可動ヒンジをｎ個（１０₁〜１０_n）直列に連結した状態を示した図であり、１番目の可動ヒンジ１０₁の通気管１４ａにはガスの供給／排出を行うポンプ４２が接続され、ｎ番目の可動ヒンジ１０_nの通気管１６ａにはガス系統を封止するためのエンダ４４が取り付けられている。このように複数の可動ヒンジを連結してそれぞれのインフレータ１２を互いに連通させた状態でポンプ４２を作動させることによって、すべての可動ヒンジ１０₁〜１０_nを一斉に駆動させることができる。 FIG. 8 is a diagram showing a state in which _n (10 ₁ to 10 _n ) movable hinges described so far are connected in series, and gas is supplied / discharged to the vent pipe 14a of the _first movable hinge 10 _1. A pump 42 is connected, and an end 44 for sealing the gas system is attached to the vent pipe 16a of the _nth movable hinge 10n. Thus, by operating the pump 42 in a state where a plurality of movable hinges are connected and the inflators 12 are in communication with each other, all the movable hinges 10 ₁ to 10 _n can be driven simultaneously.

インフレータ１２に対するガスの供給及び排出は、例えば地上用途であれば一般的なポンプを利用することができる。一方、宇宙用途の場合には、一般的なポンプの他に、窒素などを媒体としたヒートポンプを利用することができる。ヒートポンプは、閉じた系の中に流体を封入し、これを加熱することによって液体状態の窒素を気体に相変化させることによって加圧し、逆に気体状態の窒素を冷却して液体に相変化させることによって減圧することができるポンプである。 For supply and discharge of gas to the inflator 12, for example, a general pump can be used for ground use. On the other hand, in the case of space use, in addition to a general pump, a heat pump using nitrogen or the like as a medium can be used. A heat pump encloses a fluid in a closed system, pressurizes it by changing the phase of liquid nitrogen to gas by heating it, and conversely cools the nitrogen of gas to change the phase to liquid This is a pump that can be depressurized.

図９乃至図１１は、これまで説明した可動ヒンジ１０を実際に宇宙用途で利用することを想定した実証実験を行ったときの様子を示した図である。この実証実験では、８個の可動ヒンジ１０₁〜１０₈と８枚のパドル２０₁〜２０₄、２２₁〜２２₄を用いて、直線的に展開される展開構造物を作製した。ここでは符号５０で示した部分が、宇宙機の本体として想定している部分である。宇宙機に適用する場合、２０₁〜２０₄、２２₁〜２２₄には、ソーラーパネルやアンテナの部品を装着し、可動ヒンジ１０₁〜１０₈を閉じた状態で宇宙機に収納して宇宙へ打ち上げ、その後十分な時間をかけて可動ヒンジ１０₁〜１０₈を展開させる。 FIG. 9 to FIG. 11 are views showing a state when a demonstration experiment is performed assuming that the movable hinge 10 described so far is actually used in space applications. In this demonstration experiment, a deployment structure that is linearly developed was produced using _eight movable hinges 10 ₁ to 10 ₈ and eight paddles 20 _{1 to} 20 ₄ and 22 _{1 to} 22 ₄ . Here, the portion indicated by reference numeral 50 is a portion assumed as the main body of the spacecraft. When applied to spacecraft, the 20 ₁ to 20 _4, 22 ₁ to 22 _4, fitted with a solar panel, an antenna parts, it is housed in the spacecraft with closed movable hinge 10 ₁ to 10 ₈ Space After that, the movable hinges 10 ₁ to 10 ₈ are deployed for a sufficient time.

図９は、すべての可動ヒンジ１０が閉じた状態であり、この状態でポンプ４２からインフレータにガスを供給することによって、図１０に示すようにパドルが徐々に展開し、最終的には図１１に示すようにパドルが完全に開いた状態となる。この図１１を見ると分かるように、紙面表側に可動ヒンジ１０₁、１０₃、１０₅、１０₇が、また、紙面裏側に可動ヒンジ１０₂、１０₄、１０₆、１０₈が設けられている。各可動ヒンジのインフレータは、チューブ４６によって相互に連通されているとともに、ポンプ４２とも接続されている。図９乃至図１１では、実験用の装置だったため、ポンプ４２を本体の外部に置いたが、実際の宇宙機では、図１２に示すように、ポンプとして前述のヒートポンプを用い、これを宇宙機の内部に装備することとなろう。 FIG. 9 shows a state in which all the movable hinges 10 are closed. In this state, by supplying gas from the pump 42 to the inflator, the paddle gradually expands as shown in FIG. As shown, the paddle is fully open. As can be seen from FIG. 11, movable hinges 10 ₁ , 10 ₃ , 10 ₅ , 10 ₇ are provided on the front side of the paper, and movable hinges 10 ₂ , 10 ₄ , 10 ₆ , 10 ₈ are provided on the back side of the paper. Yes. The inflators of the respective movable hinges are connected to each other by a tube 46 and are also connected to the pump 42. In FIG. 9 to FIG. 11, since it was an experimental device, the pump 42 was placed outside the main body. However, in an actual spacecraft, as shown in FIG. It will be equipped inside.

図９乃至１１の実証実験の結果から、本実施形態に係る可動ヒンジを宇宙用途に用いた場合には、かなりの規模の展開構造物への応用が可能であると考えられる。また、本実施形態の可動ヒンジの動力源はガスであるため、従来のモータ駆動の装置と比較して小型・軽量化が図られる。具体的には、現在、宇宙用の展開構造物に利用されている超音波モータは５０ｇ程度であるが、本実施形態の可動ヒンジは、カプトンフィルムをベースとした場合には、２ｇ程度の重量に抑えることができる。 From the results of the demonstration experiment of FIGS. 9 to 11, it is considered that when the movable hinge according to this embodiment is used for space use, it can be applied to a deployment structure of a considerable scale. Further, since the power source of the movable hinge of the present embodiment is gas, it is possible to reduce the size and weight as compared with the conventional motor-driven device. Specifically, the ultrasonic motor currently used for space deployment structures is about 50 g, but the movable hinge of this embodiment has a weight of about 2 g when it is based on a Kapton film. Can be suppressed.

また、本実施形態の可動ヒンジは、超音波モータなどと異なり電気的な部品を使用しておらず、また機械的構造も極めて単純であるため、宇宙用途においては特に重要な高い信頼性が期待できる。また、電気的部品を使用していないことから、宇宙用途に特有の放射線に対する耐性も高い。さらに、可動ヒンジは、それを一つのノードとして簡単にノード接続が可能であるため、展開構造物の規模の拡張が必要な場合も比較的簡単に対応できる。また、可動ヒンジの駆動源は、ヒートポンプの場合であればその中の気化液化剤であり、その圧力をチューブで宇宙機本体に設置したヒートポンプから伝達できるので、すべての駆動ヒンジを集中的に管理することが可能である。 In addition, unlike the ultrasonic motor and the like, the movable hinge of the present embodiment does not use electrical parts, and the mechanical structure is extremely simple. Therefore, high reliability that is particularly important in space applications is expected. it can. In addition, since no electrical parts are used, it is highly resistant to radiation unique to space applications. Furthermore, since the movable hinge can be easily connected to a node as a single node, it is relatively easy to cope with the need to expand the scale of the deployable structure. In addition, the drive source of the movable hinge is the vaporizing liquefying agent in the case of a heat pump, and the pressure can be transmitted from the heat pump installed in the spacecraft body with a tube, so all the drive hinges are centrally managed. Is possible.

さらに、本実施形態の駆動ヒンジは、動作のコントロールをガスの圧力を利用して行うため動作の微妙なコントロールが可能である。このため、バネなどを使った場合に従来から問題となっていた、展開時の動作における衝撃を軽減することができると考えられる上、チューブを介して圧力をすべての駆動ヒンジに同時に供給することができるため、すべての駆動ヒンジを同時に駆動させ、パドルを一斉に展開させることができるという利点がある。 Furthermore, since the drive hinge of the present embodiment controls the operation using the gas pressure, the operation can be delicately controlled. For this reason, it can be considered that the impact during deployment, which has been a problem when using springs, can be reduced, and pressure can be simultaneously supplied to all drive hinges via tubes. Therefore, there is an advantage that all the drive hinges can be driven at the same time and the paddles can be deployed simultaneously.

本実施形態の可動ヒンジは、上述の宇宙用途だけでなく、地上においても様々な用途が想定される。例えば、競技場を全天候型とするために設けられる天井を開閉可能とするための駆動機構としての用途が考える。また、本実施形態の可動ヒンジは、ロボットアームの間接機構、電気ノイズ（電磁波等）を嫌う医療機器や航空機等のアクチュエータ、非常に微妙な握力コントロールを要する薬品用のマニピュレータにおける利用が考えられる他、小型、軽量、低ノイズ、微細コントロール性といった特徴を活かして生体の気管・血管等の内部におけるアクチュエータとしての利用も考えられる。 The movable hinge of the present embodiment is assumed to be used not only for the above-described space use but also for the ground. For example, the use as a drive mechanism for enabling opening and closing of a ceiling provided to make the stadium an all-weather type is considered. In addition, the movable hinge of the present embodiment can be used in an indirect mechanism of a robot arm, an actuator of a medical device or an aircraft that dislikes electric noise (such as electromagnetic waves), and a manipulator for a medicine that requires very delicate grip force control. Utilizing the features such as small size, light weight, low noise and fine controllability, it can be used as an actuator inside the trachea and blood vessels of living organisms.

本発明の実施の一形態に係る可動ヒンジ１０の構造とその基本的な動作を示した図である。It is the figure which showed the structure of the movable hinge 10 which concerns on one Embodiment of this invention, and its fundamental operation | movement. 図１に示した各状態間の遷移の様子をイメージし易いように示した斜視図である。It is the perspective view shown so that it might be easy to imagine the mode of transition between each state shown in FIG. インフレータ１２の構造を示した概略図である。3 is a schematic view showing the structure of an inflator 12. FIG. インフレータ１２の構造を示した概略図である。3 is a schematic view showing the structure of an inflator 12. FIG. 可動ヒンジの詳しい構造を示した図である。It is the figure which showed the detailed structure of the movable hinge. 可動ヒンジのロック機構を示した図である。It is the figure which showed the locking mechanism of a movable hinge. 可動ヒンジ１０のヒンジ板１４、１６に、大きな面積のパドル２０、２２を取り付けた状態を示した図である。FIG. 3 is a view showing a state in which paddles 20 and 22 having a large area are attached to hinge plates 14 and 16 of the movable hinge 10. ｎ個の可動ヒンジを直列に連結した状態を示した図である。It is the figure which showed the state which connected n movable hinges in series. 可動ヒンジ１０を実際に宇宙用途で利用することを想定した実証実験を行ったときの様子を示した図である。It is the figure which showed the mode when the proof experiment assumed that the movable hinge 10 was actually utilized for space use was performed. 可動ヒンジ１０を実際に宇宙用途で利用することを想定した実証実験を行ったときの様子を示した図である。It is the figure which showed the mode when the proof experiment assumed that the movable hinge 10 was actually utilized for space use was performed. 可動ヒンジ１０を実際に宇宙用途で利用することを想定した実証実験を行ったときの様子を示した図である。It is the figure which showed the mode when the proof experiment assumed that the movable hinge 10 was actually utilized for space use was performed. ポンプとしてヒートポンプを用い、これを宇宙機の内部に装備した状態を示した図である。It is the figure which showed the state equipped with the inside of a spacecraft using the heat pump as a pump.

Explanation of symbols

１０可動ヒンジ
１２インフレータ
１４、１６ヒンジ板
１４ａ、１６ａ通気管
３０リング部材
４０ロック機構
４２ポンプ
４４エンダ
４６チューブ
５０宇宙機本体
６０、６２円筒部材
６０ａカム
６２ａノッチ
６４バネ
６６芯
７０、７２取付板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Movable hinge 12 Inflator 14, 16 Hinge board 14a, 16a Vent pipe 30 Ring member 40 Lock mechanism 42 Pump 44 Ender 46 Tube 50 Spacecraft main body 60, 62 Cylindrical member 60a Cam 62a Notch 64 Spring 66 Core 70, 72 Mounting plate

Claims

An inflator that swells when gas is supplied and deflates when gas is discharged;
A vent pipe that communicates with the inflator and enables supply and discharge of gas to the inflator;
2 attached to the inflator so as to overlap when the inflator is deflated, gradually expand in a bellows shape as the gas expands into the inflator, and expands about 180 degrees when the inflator is fully expanded to the maximum. Two movable members,
A movable hinge comprising:

2. The movable hinge according to claim 1, wherein the vent pipe is connectable directly or indirectly with a vent pipe of another movable hinge.

Furthermore, the movable hinge of Claim 1 or 2 which provided the lock mechanism for maintaining the state when the said movable member opens about 180 degree | times.

The lock mechanism biases two cylindrical members provided for each movable plate at a main portion of the two movable plates and capable of rotating with respect to each other, and in a direction in which the two cylindrical members abut against each other. Including a biasing means, a cam provided on one of the cylindrical members, and a notch provided on the other cylindrical member so as to have a shape corresponding to the shape of the cam, and the movable member is fully deployed The movable hinge according to claim 3, wherein the cam and the notch are sometimes fitted together by a biasing force of the biasing means.

The movable hinge according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas is supplied and discharged by a pump connected to the vent pipe.

The inflator includes an airtight fiber formed in a hollow cylindrical shape and a plurality of ring members embedded in the cylinder, and both ends of the cylinder can be joined to the two movable members, A predetermined part of the fiber is bonded so that the two movable members operate in a manner similar to a wrinkle when changed from a deflated state to a swollen state or from a swollen state to a deflated state. The movable hinge as described in any one of Claims 1 thru | or 5 which exists.

The movable hinge according to claim 1, wherein the airtight fiber is a kapton.

A deployment structure part in which a plurality of movable hinges according to any one of claims 1 to 7 are connected by a tube and a deployment element is fixed to the movable member of each movable hinge, wherein the inflator is in a deflated state The unfolding structure is characterized in that all of the unfolding elements are stored and all the unfolding elements are unfolded when the inflator is inflated.

The deployment structure according to claim 8, wherein each deployment element is deployed in space.