JP2012121392A - 展開物の結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量かつ簡便な構成で、大きな展開トルクで展開物を展開できること。
【解決手段】結合部材３により結合した第１展開物及び第２展開物１，２に跨って設けた第１低剛性部材５と、該第１低剛性部材５の第１中間部分を保持しかつ前記結合部材３に連設した保持部材１０とを有する。前記第１展開物１には前記第１低剛性部材５の一端側が固定され、前記第２展開物２には前記第１低剛性部材５の他端側が固定されている。前記第１及び第２展開物１，２を収納した際には、前記第１低剛性部材５の歪エネルギーを蓄積し、前記第１及び第２展開物１，２を展開する際には、前記第１低剛性部材５の前記歪エネルギーが解放されることにより前記第１及び第２展開物１，２を展開する。
【選択図】図１

Description

本発明は、展開・収納可能な複数の展開物の結合構造に関する。

関連技術１としては、隣接するパネル同士を結合する複数個のヒンジによって構成されている二次元展開構造物が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この二次元展開構造物では、パネルを一列のパネル列となるように、かつパネル列の隣り合う任意のパネルの展開方向が異なるようにして展開形状を形成できるようにヒンジによってパネルを結合している。

また、二次元展開構造物では、ヒンジに巻きばねを組み込んで、収納状態でばねを解放することで展開するものであり、ばねを組み込んだヒンジ全てに粘性を利用した速度ダンパを組み込んだものである。

関連技術２としては、展開パネル相互間を回転動作可能に結合する結合部材であるヒンジを有する展開構造物の結合構造が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

この展開構造物の結合構造では、ヒンジをフレキシブルな板バネを結合機構かつ回転動作機構とし、板バネの弾性変形によってたたみこみ展開の動作を可能としている。

特開平７−２２３５９７号公報 特開平１１−９１６９８号公報

特許文献１では、ヒンジに巻きばねを組み込み、ばねを組み込んだヒンジ全てに粘性を利用した速度ダンパを組み込んだものであるので、構造が複雑であり、ヒンジの製作のため金属部材の切削加工に手間がかかり、ヒンジ全てに粘性を利用した速度ダンパを組み込という組み込み作業に手間がかかるという問題がある。

特許文献２では、特に質量制限が厳しい宇宙構造物おいては、金属性の板バネを使用した場合、ヒンジの製作のため金属部材の切削加工に手間がかるという問題がある。

それ故、本発明の目的は、金属製のスプリングよりも軽量であり、大きな展開トルクを発生することが可能な展開物の結合構造を提供することにある。

本発明によれば、複数の展開物を展開・収納を可能となすように結合した結合部材を含む展開物の結合構造において、前記展開物の内、少なくとも互いに隣接する第１展開物及び第２展開物を有し、前記第１展開物及び前記第２展開物に跨って設けた第１低剛性部材と、前記第１低剛性部材の第１中間部分の所定部を保持し、かつ前記結合部材に連設した保持部材とを有し、前記第１展開物に前記第１低剛性部材の一端側の所定部が固定されており、前記第２展開物に前記第１低剛性部材の他端側の所定部が固定されており、前記第１展開物及び前記第２展開物を閉じて収納した際には、前記第１低剛性部材が捩れ、かつ曲がることにより歪エネルギーを蓄積し、前記第１第２展開物及び前記第２展開物を展開する際には、前記第１低剛性部材に蓄積した前記歪エネルギーが解放されることにより前記第１展開物及び前記第２展開物が展開することを特徴とする展開物の結合構造が得られる。

本発明に従えば、展開物の展開動作を行うために低剛性部材を用いて構成することで、組み立て作業が容易であり、軽量でかつ大きな展開トルクを発生することが可能となる展開物の結合構造を提供できる。

本発明の第１実施形態による展開物の結合構造を示す斜視図である。 図１に示した展開物の結合構造の展開又は収納する途中の状態を示す斜視図である。 図１に示した展開物の結合構造を収納した状態を示す斜視図である。 図１に示した展開物の結合構造を太陽電池パネルに適用した例を示した平面図である。

以下、本発明の一実施形態による展開物の結合構造について図面を参照して説明する。

展開物の結合構造は、二個の展開物もしくは二個以上の展開物の組み合わせからなる。図１に示した本発明の一実施形態による結合構造体は、パネル形状の第１展開物１及びパネル形状の第２展開物２の二枚からなる。

図１を参照すると、この結合構造体は、互いに隣接する第１展開物１及び第２展開物２と、第１展開物１及び第２展開物２を展開・収納を可能となすように結合した棒状の結合部材３と、第１展開物１及び第２展開物２に跨って設けた棒状の第１低剛性部材５と、第１低剛性部材５の第１中間部分の所定部を保持しかつ結合部材３に結合した保持部材１０とを有する。

さらに、結合構造体は、第１展開物１及び第２展開物２に跨って設けた棒状の第２低剛性部材６を有する。第２低剛性部材６の第１中間部分の所定部は、保持部材１０に保持されている。

第１展開物１には、第１低剛性部材５の一端側の所定部が固定されている。また、第２展開物２には、第１低剛性部材５の他端側の所定部が固定されている。さらに、第１展開物１には、第２低剛性部材６の一端側の所定部が固定されている。また、第２展開物２には、第２低剛性部材６の他端側の所定部が固定されている。

保持部材１０は、第１展開物１の第１展開物面１ａ及び第２展開物２の第２展開物面２ａに対向する向きに回動可能となすように結合部材３に結合されている。即ち、保持部材１０は、図２にも示すように、第１展開物１の第１展開物面１ａ及び第２展開物２の第２展開物面２ａを対向させる閉方向Ａ１，Ａ２、及び閉方向Ａ１，Ａ２とは逆向きの開方向Ｂ１，Ｂ２で回動可能となすように結合部材３に結合されている。

さらに、保持部材１０は、第１低剛性部材５の第１中間部分の所定部を保持する第１保持部１０ａと、第２低剛性部材６の第２中間部分の所定部を保持する第２保持部１０ｂとを有する。

第１及び第２保持部１０ａ，１０ｂは、円柱状を呈しており、軸方向で上下に一体に連設されている。第１保持部１０ａは、第２保持部１０ｂに回動可能に結合されている。第２保持部１０ｂは、結合部材３の長手方向の中央部分と結合されている。なお、第２の保持部１０ｂは、軸方向周りで結合部材３に回動可能に結合するようにしてもよい。

第１保持部１０ａには、軸方向を交差する方向で第１低剛性部材５が摺動可能に保持されている。第２保持部１０ｂには、軸方向を交差する方向で第２低剛性部材６が摺動可能に保持されている。

第１保持部１０ａには、図示しない貫通孔が形成されている。この貫通孔には、第１低剛性部材５の第１中間部分の所定部が挿通されて保持されている。また、第２保持部１０ｂには、図示しない貫通孔が形成されている。この貫通孔には、第１低剛性部材５の第１中間部分の所定部が挿通し保持されている。

なお、第１保持部１０ａ及び第２保持部１０ｂには貫通孔を形成しているが、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６を保持できる形状であればよく、貫通孔に限られるものではない。

また、第１保持部１０ａ及び第２保持部１０ｂは、円柱形状の部品に限らず、角柱形状の部品であっても、リング形状の部品、筒形状の部品や筒形状の部品の周面の一部にスリットが形成されているものであってもよい。

第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６は、第１保持部１０ａ及び第２保持部１０ｂにおいて交差した状態で保持部材１０に保持されている。即ち、第１低剛性部材５の一端側の所定部は、第１展開物１における一辺部１１ｃの所定部分に形成した第１固定部１１ａに固定されている。第２低剛性部材６の一端側の所定部は、第１展開物１における一辺部１１ｃに対向している他辺部１１ｄの所定部分に形成した第１固定部１１ｂに固定されている。

なお、第１展開物１における一辺部１１ｃ及び他辺部１１ｄは、結合部材３により結合した第１展開物１及び第２展開物２の辺と直交する辺である。

第１低剛性部材５の他端側の所定部は、第２展開物２における他辺部１２ｄの所定部分に形成した第２固定部１２ｂに固定されている。第２低剛性部材６の他端側の所定部は、第２展開物２における他辺部１２ｄに対向している一辺部１２ｃの所定部分に形成した第２固定部１２ａに固定されている。

なお、第２展開物２における一辺部１２ｃ及び他辺部１２ｄは、結合部材３により結合した第１展開物１及び第２展開物２の辺と直交する辺である。

第１及び第２展開物１，２を閉じて収納したときには、図３に示すように、第１展開物１と第２展開物２とが閉方向Ｂ１，Ｂ２で閉じられて対向する。このとき、第１固定部１１ａ，１１ｂと第２固定部１２ａ，１２ｂとがそれぞれ対向する。

第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６としては、GFRP（Grass Fiber Reinforced Plastics：ガラス繊維強化プラスチック）材を使用している。GFRPは、耐候性、耐熱性、耐薬品性、軽量かつ強度があり、電気絶縁性、電波透過性に優れているという特性を有する。

なお、第１及び第２低剛性部材５，６には剛性が低く、大変形でも破損しない部材を選定すればよい。例えば、低剛性部材は、剛性が低く、大変形でも破損しない棒状のゴム材であってもよい。

以下、図１乃至図３を参照して、第１展開物１及び第２展開物２の展開・収納について説明する。

第１展開物１及び第２展開物１，２が展開しているときには、図１に示したように、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６が、いずれも緩やかな略Ｓ状に曲げられて第１展開物１及び第２展開物１，２に固定されている。

したがって、この状態では、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６には、歪エネルギーがほとんど加わっていない状態となっている。

次に、図２に示したように、第１展開物１及び第２展開物１，２を互いに閉方向Ａ１，Ａ２へ閉じていく。このとき、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６は、第１固定部１１ａ，１１ｂ及び第２固定部１２ａ、１２ｂに固定されている状態で、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６が保持部材１０に保持されている。

したがって、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６が、捩れを生じ、曲がることにより、次第に歪エネルギーを蓄積していく。そして、図３に示したように、第１展開物１及び第２展開物２を互いに閉方向Ａ１，Ａ２へ閉じる。この際、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６が大きく捩れ、約１８０度の角度に曲がることにより、第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６に大きな歪エネルギーが蓄積される。

このように第１低剛性部材５及び第２低剛性部材６に歪エネルギーが蓄積されている状態において、閉じられた第１展開物１及び第２展開物２の角部にワイヤー（図示せず）を通して収納状態を維持する。

第１及び第２展開物１，２を展開する際には、閉じられた第１展開物１及び第２展開物２の角部のワイヤーを切り離すと、第１低剛性部材５に蓄積した歪エネルギーが解放され、第１及び第２展開物１，２が展開する。

即ち、第１及び第２展開物１，２を展開動作では、第１及び第２低剛性部材５，６にねじり及び曲げを加え、その反力を利用して展開動作を行うことで、大きな展開トルクを発生する。

なお、宇宙空間において第１及び第２展開物１，２を使用した場合には、第１展開物１及び第２展開物２の角部のワイヤーを切り離すために、例えば、火薬を用いてワイヤーを破壊することが行なわれる。

図４は、図１に示した実施形態の展開物の結合構造を太陽電池パネルに適用した例を示している。

なお、図１により説明した結合部材３、第１展開物１、第２展開物２、第１低剛性部材５、第２低剛性部材６、保持部材１０と同じ部材については同じ符号を付して説明する。

図４を参照して、太陽電池パネルは、第１展開物１及び第２展開物２の結合構造が結合されていない第１展開物１側に、第１付加展開物２１、第２付加展開物２２、第３付加展開物２３及び第３付加展開物２４を備えている。

互いに隣接している第１展開物１及び第１付加展開物２１は、結合部材３１により結合されている。第１展開物１には、第１低剛性部材５１の一端側の所定部が固定されている。第１付加展開物２１には、第１低剛性部材５１の他端側の所定部が固定されている。

また、第１展開物１には、第２低剛性部材６１の一端側の所定部が固定されている。第１付加展開物２１には、第２低剛性部材６１の他端側の所定部が固定されている。

保持部材１０１は、第１展開物１の第１展開物面１ａ及び第１付加展開物２１の第１付加展開物面２１ｆに対向する向きに回動可能となすように結合部材３１に結合されている。

第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１は、保持部材１０１において交差した状態で保持されている。第１低剛性部材５１の一端側の所定部は、第１展開
物１における他辺部１１ｄの所定部分に形成した第１固定部１１ｂに固定されている。第２低剛性部材６１の一端側の所定部は、第１展開物１における他辺部１１ｄに対向している一辺部１１ｃの所定部分に形成した第１固定部１１ａに固定されている。

第１低剛性部材５１の他端側の所定部は、第１付加展開物２１における他辺部２１ｄの所定部分に形成した第２固定部２１ｂに固定されている。第２低剛性部材６１の他端側の所定部は、第１付加展開物２１における他辺部２１ｄに対向している一辺部２１ｃの所定部分に形成した第２固定部２１ａに固定されている。

第１展開物１及び第１付加展開物２１を閉じて収納したときには、第１固定部１１ａ，１１ｂと第２固定部２１ａ，２１ｂとがそれぞれ対向する。

第１展開物１及び第１付加展開物２１が展開しているときには、図４に示したように、第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１が、いずれも緩やかな略Ｓ状に曲げられて第１展開物１及び第１付加展開物２１に固定されている。

したがって、この状態では、第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１には、歪エネルギーがほとんど加わっていない状態となっている。

次に、第１展開物１及び第２付加展開物２１を図２に示した第１展開物１及び第２展開物１，２と同様に互いに閉方向Ａ１，Ａ２へ閉じていく。このとき、第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１は、第１固定部１１ａ，１１ｂ及び第２固定部２１ａ、２１ｂに固定されている状態で、第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１が保持部材１０１に保持されている。

したがって、第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１が、捩れを生じ、曲がることにより、次第に歪エネルギーを蓄積していく。そして、図３に示した第１展開物１及び第２展開物２と同様に、第１展開物１及び第２付加展開物２１を互いに閉方向Ａ１，Ａ２へ閉じる。この際、第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１が大きく捩れ、約１８０度の角度に曲がることにより、第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６に大きな歪エネルギーが蓄積される。

このように第１低剛性部材５１及び第２低剛性部材６１に歪エネルギーが蓄積されている状態において、閉じられた第１展開物１及び第１付加展開物２１の角部にワイヤー（図示せず）を通して収納状態を維持する。

第１展開物１及び第１付加展開物２１を展開する際には、閉じられた第１展開物１及び第１付加展開物２１の角部のワイヤーを切り離すと、第１低剛性部材５１に蓄積した歪エネルギーが解放され、第１展開物１及び第１付加展開物２１が展開する。

即ち、第１展開物１及び第１付加展開物２１を展開動作では、第１及び第２低剛性部材５１，６１にねじり及び曲げを加え、その反力を利用して展開動作を行うことで、大きな展開トルクを発生する。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、人工衛星の結合構造物である人工衛星の太陽電池パネルの結合構造物、その他、宇宙用に関わらず、地上の結合構造物として展開・収納を必要とする汎用品の展開物の結合構造に適用できる。

１ 第１展開物
１ａ 第１展開物面
２ 第２展開物
２ａ 第２展開物面
３，３１ 結合部材
５,５１ 第１低剛性部材
６,６１ 第２低剛性部材
１０,１０１ 保持部材
１０ａ 第１保持部
１０ｂ 第２保持部
１１ａ，１１ｂ 第１固定部
１１ｃ，１２ｃ，２１ｃ 一辺部
１１ｄ，１２ｄ，２１ｄ 他辺部
１２ｂ，２１ｂ 第２固定部
２１ 第１付加展開物
２１ｆ 第１付加展開物面
Ａ１，Ａ２ 閉方向
Ｂ１，Ｂ２ 開方向

Claims (9)

1. 複数の展開物を展開・収納を可能となすように結合した結合部材を含む展開物の結合構造において、
   前記展開物の内、少なくとも互いに隣接する第１展開物及び第２展開物を有し、前記第１展開物及び前記第２展開物に跨って設けた第１低剛性部材と、前記第１低剛性部材の第１中間部分の所定部を保持し、かつ前記結合部材に連設した保持部材とを有し、
   前記第１展開物に前記第１低剛性部材の一端側の所定部が固定されており、
   前記第２展開物に前記第１低剛性部材の他端側の所定部が固定されており、
   前記第１展開物及び前記第２展開物を閉じて収納した際には、前記第１低剛性部材が捩れ、かつ曲がることにより歪エネルギーを蓄積し、
   前記第１第２展開物及び前記第２展開物を展開する際には、前記第１低剛性部材に蓄積した前記歪エネルギーが解放されることにより前記第１展開物及び前記第２展開物が展開することを特徴とする展開物の結合構造。
2. 前記保持部材は、前記第１展開物の第１展開物面及び前記第２展開物の第２展開物面に対向する向きに回動可能となすように前記結合部材に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の展開物の結合構造。
3. 前記第１展開物及び前記第２展開物に跨って設けた第２低剛性部材６を有し、前記保持部材には、前記第１低剛性部材の第１中間部分の所定部及び前記第２低剛性部材の第２中間部分の所定部が保持されていることを特徴とする請求項１及び２のいずれか１項に記載の展開物の結合構造。
4. 前記保持部材は、前記第１低剛性部材の前記第１中間部分の所定部を保持する第１保持部と、前記第２低剛性部材の第２中間部分の所定部を保持する第２保持部とを有し、前記第１保持部及び前記第２保持部同士が、軸方向で一体に連設されていることを特徴とする請求項３に記載の展開物の結合構造。
5. 前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方が、前記結合部材に前記軸方向周りで回動可能に結合されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の展開物の結合構造。
6. 前記第１保持部には、前記軸方向を交差する方向で前記第１低剛性部材が摺動可能に保持されており、前記第２保持部には、前記軸方向を交差する方向で前記第２低剛性部材が摺動可能に保持されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の展開物の結合構造。
7. 前記第１低剛性部材及び前記第２低剛性部材が前記第１保持部及び前記第２保持部において交差した状態で前記保持部材に保持されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の展開物の結合構造。
8. 前記第１展開物及び前記第２展開物がパネル形状を呈しており、前記第１低剛性部材及び第２低剛性部材の前記一端側の所定部が前記第１展開物において互いに対向する二つの辺部の所定部分に形成した第１固定部にそれぞれ固定されており、前記第１低剛性部材及び第２低剛性部材の前記他端側の所定部が前記第２展開物において互いに対向する二つの辺部の所定部分に形成した第２固定部にそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の展開物の結合構造。
9. 前記第１展開物及び前記第２展開物の前記結合構造が結合されていない側に前記結合構造と同じ結合構造により結合されている付加展開物を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の展開物の結合構造。

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