JP3422404B2

JP3422404B2 - 球面近似骨組み構造

Info

Publication number: JP3422404B2
Application number: JP00482897A
Authority: JP
Inventors: 仁三次; 在目黒
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 2003-06-30
Anticipated expiration: 2017-01-14
Also published as: JPH10200329A

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、人工衛星に搭載
する軽量なアンテナ反射鏡構造、特にロケットに搭載す
る際には小さく折り畳んで収納状態にし、所定の宇宙空
間で自動的に展開する一般的には展開アンテナと呼ばれ
る構造物のアンテナ反射鏡の基本構造として用いる球面
近似骨組み構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軽量な展開骨組み構造として、良く知ら
れた構造は傘である。図１２に示すように、傘は中心材
１から放射状に横材２を配置し、中心材１上を摺動する
スライダ３と該横材２間に斜材４を配置した構造を基本
としている。図中の白丸は、回転自由なピン結合部５を
表している。このように構成された傘は、スライダ３を
図の下方向に動かすことによって、中心材１の回りに棒
状に収納することができる。

【０００３】また、一般にジャンプ傘と呼ばれるもの
は、図１３に示すように、スライダ及び斜材を２段構成
にしたものであって、第１のスライダ３ａと横材２とを
第１の斜材４ａで連結し、第２のスライダ３ｂと第１の
斜材４ａとを第２の斜材４ｂで連結している。そして、
第１のスライダ３ａと第２のスライダ３ｂとの間に、バ
ネ６を挿入することによって、収納状態から自動的に展
開する機能を持たせている。

【０００４】傘の基本的な考え方、つまり、中心材１か
ら放射状にリンク構造を配置させて、それらを中心材１
上を摺動するスライダ３ａ、３ｂによって展開させる方
法は、従来からアンテナ反射鏡の基本構造として、例え
ば特願昭６３−１３４３３１号などで用いられている。
図１４に示すものは、特願昭６３−１３４３３１号に提
案された展開アンテナの実施例であり、横材２の上部に
金属膜７やケーブル８によって構成される電波の反射面
を取り付けている。

【０００５】こうした傘型の構造物を基本構造として横
材２の先端を結合することにより、大型のアンテナ反射
鏡を構成する場合、結合部分の剛性が低くなることが問
題となる。例えば、図１５は３つの基本構造を結合した
構造の例であり、この場合、基本構造をいくら丈夫にし
ても、基本構造の結合部分２ａで容易に変形してしま
う。こうした結合部分２ａの剛性の低さに起因する問題
を解決するためには、基本構造の中心材１から放射方向
に架設する構造を、一本の梁材としての横材２に代え
て、梁材を複数組み合わせて構成した平面四節機構とす
ることが有効である。

【０００６】すなわち、平面四節機構を中心材１に対し
て放射状に複数配置した構造物を基本構造として、平面
四節機構の先端を結合することで、結合部分の剛性の低
下を抑さえることができるからである。展開が可能な平
面四節機構を有する基本構造の一例として、特願平６−
２６３９３０号の実施例を図１６に示す。この図に示す
基本構造は、長さが可変である中心材１と、長さが固定
である上面材９、固定材１０及び下面材１１とからなる
平面四節機構１２を有し、固定材１０にほぼ平行に同期
材１３を有するもので構成されている。この基本構造
は、固定材１０同士の結合によって結合されるようにな
っている。

【０００７】そして、小野田らは、図１７に示す平面四
節機構１２において、上面材９と中心材１との長さの和
を、下面材１１と固定材１０との長さの和に等しくする
ことで展開収納が可能な平面四節機構の構成を提案して
いる（小野田、市田、渡辺、中田、橋元、”２次元展開
トラス“、第２９回宇宙科学技術連合講演会、（１９８
５）、ｐｐ．２４０−２４１及びＴｈｏｒｗａｌｄ，
Ｇ．，Ｍｉｋｕｌａｓ，Ｍ．，Ｊｒ．，”Ｌａｒｇｅ−
ＡｎｇｌｅＡｒｔｉｃｕｌａｔｅｄＢｅａｍＴｒｕ
ｓｓＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙＣｏｎ
ｓｉｄｅｒｉｎｇＯｆｆｓｅｔＪｏｉｎｔＭｏｄ
ｅｌｉｎｇ“，ＡＩＡＡＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｐ
ａｃｅｃｒａｆｔａｎｄＲｏｋｅｔｓ，Ｖｏｌ．３
３，Ｎｏ．４，１９９６，ｐｐ．５４３−５４９）。な
お図１６と図１７では、説明を簡略化するために、斜材
を除いたものを示している。

【０００８】このような技術を用いて作成した平面四節
機構１２を中心材１から放射方向に配置して展開アンテ
ナを構成する方法は、例えば特開平６−１６６４００号
や特開平５−５８３９６号で提案されている。図１８は
特開平６−１６６４００号に提案されている展開骨組み
構造の展開の様子を示したものであり、中心材１上をス
ライダ３が摺動することによって、同期した展開と収納
ができる。図１９は特開平５−５８３９６号に提案され
ている展開骨組み構造を示したものであり、中心材１上
をスライダ３が摺動することによって、図２０に示すよ
うに展開収納を行う仕組となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】平面四節機構１２を放
射状に配置して基本構造を構成し、複数の基本構造を結
合することによってアンテナ反射鏡のような曲面を近似
する骨組み構造を実現するには、何種類の平面四節機構
１２や基本構造を必要とするかを明確にしなければなら
ない。と言うのは、１種類の基本構造でアンテナ反射鏡
のような曲面を近似する骨組みは実現できないからであ
る。その際、展開可能であることや所望の曲面を近似す
ることなどの構造的な要求を満足することはもちろんで
あるが、低コスト、短納期で提供することが必要であ
る。

【００１０】低コスト化や短納期化のためには平面四節
機構１２をできるだけ同一寸法のもので構成することが
効果的である。同一の構造要素を使用することの経済性
への効果は、特に、大型の反射鏡面を基本構造の繰り返
しで作成する際に顕著である。衛星に搭載される大型の
アンテナ反射鏡、特に基本構造を結合して大型の反射鏡
を構成する場合には、図２１に示すように、各平面四節
機構１２の上面は球面Ｓを近似するように設計製造し、
反射鏡面（パラボラ面）１３と平面四節機構１２とはス
タンドオフ（スタッドとよばれることもある）１４で結
合し、各スタンドオフ１４の長さを調整することによっ
て、平面四節機構１２上の球面Ｓと、反射鏡面１３のパ
ラボラ面Ｐとの差を吸収するという考え方が広く用いら
れている。

【００１１】このように構成することによって、平面四
節機構１２からなる骨組み構造の曲率がどこも同じにな
るという効果があり、低コスト化を見込むことができ
る。球面Ｓを近似してかつ展開可能な骨組み構造の設計
方法として特願平６−２６３９２２号では、中心と定め
た基本構造１０Ａの放射方向に、同一幾何形状を有する
基本構造１０Ｂを配置する手法が提案されている。この
手法によれば、中心と定めた基本構造１０Ａから放射方
向に一層、基本構造が増えると、一種類の基本構造の種
類の増加で済む。すなわち、図２２は１０Ａで示す基本
構造を中心として特願平６−２６３９２２号の述べられ
ている方法で基本構造を配置した例を示したもので、同
一のマークは同一の幾何形状を表している。

【００１２】しかし、特願平６−２６３９２２号では、
基本構造が巨視的な六角錐台形状を有し、主要な構造部
材が、六角錐台の側面に架設させることを前提としてお
り、ここで問題としているような平面四節機構１２が基
本構造の中心材１から放射方向に架設されるような構造
には、この設計手法は適用できない。

【００１３】平面四節機構１２を放射状に架設した構成
の骨組み構造に関する形状決定方法として特開平６−３
２２９３号では、請求項３及び実施例において平面四節
機構の横梁の長さを変えることによって曲面を構成する
ことを提案している。また小野田らは文献Ｏｎｏｄａ，
Ｆｕ，Ｍｉｎｅｓｕｇｉ，”Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏ
ｎａｌｌｙＤｅｐｌｏｙａｂｌｅＨｅｘａｐｏｄ
Ｔｒｕｓｓ“，ＡＩＡＡ−９５−１２７９−ＣＰ，Ｐａ
ｒｔII，（１９９５），ｐｐ．１０６０−１０６７で、
収納条件の誤差偏差を最小とするように、部材長を決定
する方法を提案している。しかし、いずれの方法であっ
ても、平面四節機構の幾何形状を、配置される位置に応
じて変更させることになり、特に、複数の基本構造を結
合した構成においては、平面四節機構の種類が増えてく
ることによって製造コストや製造に要する時間の面で非
効率である上に、具体的にどのように部材寸法を決定す
るかという開示性の面から不十分であった。

【００１４】そこで、本発明は、展開機能を具備した平
面四節機構を中心材から放射方向に架設して構成した基
本構造と呼ぶ球面近似骨組み構造、及び基本構造を複数
結合して構成した大型の球面近似骨組み構造を、低コス
ト及び短納期で実現する技術を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、中心材（１）を中心にして
複数の平面四節機構（１２）を放射方向に配置してなる
展開可能な球面近似骨組み構造であって、前記各平面四
節機構（１２）は、上端と下端との間の距離が可変であ
り、全ての平面四節機構（１２）の共有となる前記中心
材（１）と、この中心材（１）の上端に一端が回転自由
に結合された上面材（９）と、前記中心材（１）の下端
に一端が回転自由に結合された下面材（１１）と、上端
が前記上面材（９）の他端に回転自由に結合され、下端
が前記下面材（１１）の他端に回転自在に結合され、上
下端間の距離が固定である固定材（１０）と、この固定
材（１０）と前記中心材（１）との間にあって、上端が
上面材（９）の中間部に回転自由に結合され、下端が下
面材（１１）の中間部に回転自由に結合された同期材
（１３）と、前記中心材（１）に、軸方向に摺動自在に
設けられたスライダ（３）と、一端が前記スライダ
（３）に回転自由に結合され、他端が前記固定材（１
０）の上端あるいは下端のいずれか一方に回転自由に結
合された斜材（４）とを有してなり、前記各平面四節機
構（１２）は、同一の幾何形状のもので構成されている
とともに、その上面材（９）及び下面材（１１）が前記
中心材（１）を中心にして所定の方向に放射状に配置さ
れ、かつ中心材（１）及び固定材（１０）の各上端が展
開状態において所定の径の球面上に位置するように構成
されていることを特徴としている。

【００１６】請求項２に係る発明は、中心材（１）を中
心にして複数の平面四節機構（１２）を放射方向に配置
してなる展開可能な球面近似骨組み構造であって、前記
各平面四節機構（１２）は、上端と下端との間の距離が
固定であり、全ての平面四節機構（１２）の共有となる
前記中心材（１）と、この中心材（１）の上端に一端が
回転自由に結合された上面材（９）と、前記中心材
（１）の下端に一端が回転自由に結合された下面材（１
１）と、上端が前記上面材（９）の他端に回転自由に結
合され、下端が前記下面材（１１）の他端に回転自在に
結合され、上下端間の距離が固定である固定材（１０）
と、前記中心材（１）に、軸方向に摺動自在に設けられ
たスライダ（３）と、一端が前記スライダ（３）に回転
自由に結合され、他端が前記固定材（１０）の上端ある
いは下端のいずれか一方に回転自由に結合された斜材
（４）とを有してなり、前記各平面四節機構（１２）
は、同一の幾何形状のもので構成されているとともに、
その上面材（９）及び下面材（１１）が前記中心材
（１）を中心にして所定の方向に放射状に配置され、か
つ前記斜材（４）の他端が固定材（１０）の上端に結合
されている場合には中心材（１）と上面材（９）との長
さの和と、下面材（１１）と固定材（１０）との長さの
和とを等しく構成し、前記斜材（４）の他端が固定材
（１０）の下端に結合されている場合には中心材（１）
と下面材（１１）との長さの和と、上面材（９）と固定
材（１０）との長さの和とを等しく構成し、かつ中心材
（１）及び固定材（１０）の各上端が展開状態において
所定の径の球面上に位置するように構成されていること
を特徴としている。

【００１７】請求項３に係る発明は、請求項１又は請求
項２記載の球面近似骨組み構造において、中心材（１）
を中心にして互いに隣り合う平面四節機構（１２）の固
定材（１０）の上端同士をケーブル材（１７）を用いて
結合したことを特徴としている。

【００１８】請求項４に係る発明は、請求項１、請求項
２又は請求項３記載の球面近似骨組み構造を基本構造
（２０）とし、この基本構造（２０）を複数組に合わせ
て構成した球面近似骨組み構造であって、隣接する基本
構造（２０）は、固定材（１０）同士を結合することに
より結合されており、全ての基本構造（２０）の中心材
（１）及び固定材（１０）の各上端が展開状態において
所定の径の球面上に位置するように構成されていること
を特徴としている。

【００１９】請求項５に係る発明は、請求項１、請求項
２又は請求項３記載の球面近似骨組み構造を基本構造
（２０）とし、この基本構造（２０）を複数組に合わせ
て構成した球面近似骨組み構造であって、隣接する基本
構造（２０）は、固定材（１０）同士を結合することに
より結合されており、各基本構造（２０）における中心
材（１）の上端から固定材（１０）の上端までの放射方
向及び距離が定まっており、かつこれらの各上端の位置
が展開状態において所定の径の球面上にあるという第１
のルールと、結合される基本構造（２０）の中心材
（１）の上端の位置が隣り合う２つの固定材（１０）の
上端から同一の距離にあり、かつ展開状態において所定
の径の球面上にあるという第２のルールとによって、各
中心材（１）の上端及び各固定材（１０）の上端の位置
を一意に決定していることを特徴としている。

【００２０】そして、上記のように構成された請求項１
に係る発明においては、中心材（１）の上端と下端との
距離を変えることにより、全体を展開状態にしたり収納
状態にしたりすることができる。しかも、中心材（１）
を中心にして同一幾何形状を有する平面四節機構（１
２）によって構成することができるから、低コスト化及
び短納期化を達成することができる。

【００２１】請求項２に係る発明においては、スライダ
（３）を中心材（１）に沿って移動することにより、全
体を展開状態にしたり収納状態にしたりすることができ
る。しかも、中心材（１）を中心にして同一幾何形状を
有する平面四節機構（１２）によって構成することがで
きるから、低コスト化及び短納期化を達成することがで
きる。

【００２２】請求項３に係る発明においては、ケーブル
材（１７）によって、各平面四節機構（１２）の中心材
（１）回りの回転に関する剛性を向上させることができ
る。しかも、中心材（１）を中心にして同一幾何形状を
有する平面四節機構（１２）によって構成することがで
きるから、低コスト化及び短納期化を達成することがで
きる。

【００２３】請求項４に係る発明においては、各基本構
造（２０）を平面四節機構（１２）の固定材（１０）を
介して結合しているから、結合部の剛性の低下を防止す
ることができる。しかも、各基本構造（２０）の平面四
節機構（１２）を同一の幾何形状のもので構成すること
ができるから、低コスト化及び短納期化を達成すること
ができる。

【００２４】請求項５に係る発明においては、各基本構
造（２０）における中心材（１）の上端から固定材（１
０）の上端までの放射方向及び距離が定まっており、か
つこれらの各上端の位置が所定の径の球面上にあるとい
う第１のルールと、結合される基本構造（２０）の中心
材（１）の上端の位置が隣り合う２つの固定材（１０）
の上端から同一の距離にあり、かつ所定の径の球面上に
あるという第２のルールとによって、各中心材（１）の
上端及び各固定材（１０）の上端の位置を一意に決定す
ることができる。したがって、複数の基本構造（２０）
を結合することによって、より大型の球面近似骨組み構
造を簡単に製造することができる。しかも、平面四節機
構（１２）を同一幾何形状のもので構成することができ
るから、コストの低減及び納期の短縮を図ることができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例に基づき図１〜図１１を参照して説明する。なお、
図１〜図３は第一の実施例、図４は第二の実施例、図５
は第三の実施例、図６〜図１１は第四の実施例を示して
いる。

【００２６】まず、図１〜図３を参照して第一の実施例
を説明する。ただし、図１２〜図２２に示した従来例の
構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説
明を簡略化する。

【００２７】この第一の実施例で示す球面近似骨組み構
造は、図１に示すように、平面四節機構１２を、中心材
１の上下に設けた上ハブ１５、下ハブ１６を介して六等
分した方向に放射状に配置したもので構成されている。
平面四節機構１２は、図１６に示したものと同一のもの
で構成されている。ただし、図１に示す平面四節機構１
２には、中心材１から固定材１０の上端に延びる斜材４
を明記してある。すなわち、斜材４は、一端が図２に示
すように、ピン結合部５及びスライダ３を介して中心材
１に結合され、他端がピン結合部（図示せず）を介して
固定材１０の上端に結合されている。

【００２８】また、上面材９は、一端がピン結合部５及
び上ハブ１５を介して中心材１の上端に結合され、他端
がピン結合部（図示せず）を介して固定材１０の上端に
結合されている。下面材１１は、一端がピン結合部５及
び下ハブ１６を介して中心材１の下端に結合され、他端
がピン結合部（図示せず）を介して固定材１０の下端に
結合されている。

【００２９】さらに、本実施例では、図１に示すよう
に、同期材１３を用いて平面四節機構１２を構成してい
る。そして、中心材１を図２に示すように、内筒１ａ及
び外筒１ｂによって構成することにより中心材１の上端
と下端との間の距離を可変とし、これによって展開及び
収納が可能となるように構成している。なお、内筒１ａ
と外筒１ｂとの間に挿入したバネ（図示せず）によって
展開駆動力を得ており、内筒１ａが外筒１ｂから引き出
されるにしたがって、骨組み構造は図３に示すように、
（ａ）から（ｄ）へと収納状態になる。

【００３０】上記のように構成された球面近似骨組み構
造においては、中心材１を中心にして放射状に延びる平
面四節機構１２を同一の幾何形状のもので構成すること
ができるから、低コスト化及び短納期化を達成すること
ができる。

【００３１】次ぎに、この発明の第二の実施例を図４を
参照して説明する。ただし、第一の実施例と共通する要
素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。この
第二の実施例が第一の実施例と異なる点は、中心材１の
上端と下端との距離が固定になっている点、同期材１３
が設けられていない点、スライダ３を中心材１の軸方向
に駆動することによって、展開及び収納が行われるよう
になっている点である。

【００３２】そして、斜材４の他端は固定材１０の上端
に結合されており、中心材１と上面材９との長さの和
と、下面材１１と固定材１０との長さの和とが等しく構
成されている。また、スライダ３の駆動は、バネ（図示
せず）によって駆動するようになっている。すなわち、
球面近似骨組み構造が収納状態にあるときには、上記バ
ネを圧縮して撓ませた状態に保持し、宇宙空間に出て展
開する際には、バネの保持状態を解いて、同バネの力に
よってスライダ３を中心材１の軸方向に移動させ、これ
により球面近似骨組み構造を自動的に展開するようにな
っている。なお、ピン結合部５に回転バネ（図示せず）
を設け、この回転バネの駆動力により球面近似骨組み構
造を展開するように構成してもよい。

【００３３】上記のように構成された球面近似骨組み構
造においても、第一の実施例と同一の作用効果を奏す
る。

【００３４】なお、上記第二の実施例においては、斜材
４の他端を固定材１０の上端に結合するように構成した
が、斜材４の他端を固定材１０の下端に結合するように
構成してもよい。ただしこの場合には、中心材１と下面
材１１との長さの和と、上面材９と固定材１０との長さ
の和とを等しく構成する必要がある。

【００３５】次ぎに、この発明の第三の実施例を図５を
参照して説明する。ただし、第一の実施例と共通する要
素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。この
第三の実施例が第一の実施例と異なる点は、互いに隣り
合う平面四節機構１２の固定材１０の上端同士をテンシ
ョンワイヤー（ケーブル材）１７を用いて結合している
点である。

【００３６】上記のように構成された球面近似骨組み構
造においては、テンションワイヤー１７によって、各平
面四節機構１２の中心材１回りの回転に関する剛性を向
上させることができる。その他、第一の実施例と同一の
作用効果を奏する。

【００３７】次ぎに、この発明の第四の実施例を図６〜
１１を参照して説明する。ただし、第四の実施例と共通
する要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化す
る。

【００３８】この第四の実施例で示す球面近似骨組み構
造は、図６に示すように、第四の実施例で示した球面近
似骨組み構造を基本構造２０とし、この基本構造２０を
複数組に合わせて大型の球面近似骨組み構造を構成して
ものである。各基本構造２０は、固定材１０同士を結合
することにより結合されている。

【００３９】そして、隣接する基本構造２０は、図１０
に示すように、各基本構造２０における中心材１の上端
から固定材１０の上端までの放射方向（矢印で示す）及
び距離Ｌが定まっており、かつこれらの各上端の位置が
展開状態において所定の径の球面上にあるという第１の
ルールと、結合される基本構造２０の中心材１の上端の
位置が隣り合う２つの固定材１０の上端から同一の距離
Ｌにあり、かつ展開状態において所定の径の球面上にあ
るという第２のルールとによって、各中心材１の上端及
び各固定材１０の上端の位置が一意に決定されている。

【００４０】すなわち、図１０中の座標系は紙面がｘｙ
平面に対応しており、球面中心はｚ軸上に存在してい
る。ｚ軸回りの回転対称性を利用すればｙ＝０及びｙ＝
（√３）ｘの２つの平面に囲まれた６０度分の設計がで
きれば十分である。以下では、上面材９の配置について
の説明を行うが、上面材９の配置が決定できれば、図１
１に示すように、球面中心Ｃと、上面材９の一端及び他
端とを結ぶ線上に中心材１及び固定材１０を配置すると
ともに、下面材１１の一端及び他端を配置すれば、平面
四節機構１２を決定することが可能である。図１１に示
すように、ピン結合部５が中心材１及び固定材１０の上
端及び下端に対してオフセットされている場合でも、中
心材１及び固定材１０の上端、下端を結ぶ輪郭１２０を
平面四節機構１２とし、その輪郭１２０を上辺を上面材
９として設計を行うことができるので、本質的な問題は
ない。

【００４１】以下、各中心材１の上端及び固定材１０の
上端を、図１０においてイ、ロ、ハ・・・の記号の節点
で示して説明する。

【００４２】節点ロの位置は、節点イと節点ロとの間が
所定の平面四節機構１２の距離Ｌであり、かつ節点ロが
球面上に配置され、図１０中ｘｚ平面内に存在すること
から、一意に決定することができる。節点ハは、節点イ
から距離Ｌの位置にあり、球面上に存在し、かつｙ＝
（√３）ｘの平面に存在することから一意に決定するこ
とができる。すなわち、節点ロ、ハは、節点イから所定
の放射方向及び距離Ｌにあり、かつ球面上にあるという
第１のルールによって一意に定まる。また、第１のルー
ルは、ある節点からの距離、球面上にあるという条件及
び対称性から導出される平面上に存在する条件とで節点
を決定するものであるというこもできる。

【００４３】また、節点ホの位置は、隣り合う２つの節
点ロ、ハから等しい距離Ｌにあり、かつ球面上に存在す
ることから、一意に決定することができる。すなわち、
上記第２のルールにより、節点ホの位置を一意に決定す
ることができる。そして、上記第１のルール及び第２の
ルールを繰り返すことで、図１０に示す各節点イ、ロ、
ハ、ニ、ホ、ヘ・・・を一意に決定することができる。
なお、図１０では、第１のルールを矢印で表し、第２の
ルールを菱形で表している。

【００４４】一方、図６においては、１４個の基本構造
２０を結合するとともに、展開した状態を示している。
図中○印は各基本構造２０の中心材１の位置を表してい
る。各基本構造２０は、図７に示すように、固定材１０
の上端に設けた上ハブ１８及び固定材１０の下端に設け
た下ハブ（図示せず）を介して結合されている。この結
合は、結合板１９を用いてネジ１９ａによって行われて
いる。

【００４５】そして、例えば基本機構２０における上面
材９の両端間の距離であって、中心材１の中心線上の上
端から固定材１０の中心線上の上端との距離が２４００
ｍｍ、固定材１０の中心線上の上下端間の距離が６００
ｍｍ、中心材１の中心線からピン結合部５のピン中心線
までの距離が２２ｍｍ、固定材１０の中心線からピン結
合部５のピン中心線までの距離が６６ｍｍ、中心材１の
中心線上の上端及び結合されている固定材１０の中央の
上端がすべて曲率半径２７．５ｍの球面上に位置してい
る場合、各基本構造２０の中心材１１から放射状に延在
する各平面四節機構１２の隣り合う２つのなす角度Ｋ
（図８参照）の分布を調査してみると、表１のようにな
る。

【００４６】

【表１】ここで基本構造タイプとは、図９に示すように、結合す
る位置によって異なる基本構造２０であり、２０Ａ〜２
０Ｅに別れるものである。上記表１の調査結果から、基
本構造２０Ｅが最も角度Ｋの偏差が大きく、最大が６
４．６度、最小が５４．８度である。

【００４７】上記のように構成された球面近似骨組み構
造において、収納展開を行うには、中心材１を伸縮する
ことにより行う。基本構造２０を複数結合した状態で
は、各基本構造２０ごとに展開駆動することは非効率で
あるため、いくつかの基本構造をまとめて展開制御す
る。なお、図４に示す第二の実施例の球面近似骨組み構
造を基本構造２０として複数結合した場合には、平面四
節機構１２の可動部分のいずれか、あるいは中心材１上
を摺動するスライダ３をバネやモータで移動することに
よって、収納展開を行う。

【００４８】そして、上記球面近似骨組み構造によれ
ば、上記第１のルールと、第２のルールとによって、各
中心材１の上端及び各固定材１０の上端の位置を一意に
決定することができる。したがって、複数の基本構造２
０Ａ〜２０Ｅを結合することによってより大型の球面近
似骨組み構造を簡単に製造することができ、コストの低
減及び納期の短縮を図ることができる。

【００４９】しかも、２０Ａ〜２０Ｅからなる１４個の
基本構造２０は、平面四節機構１２や結合部の構造がす
べて同一で、中心材１における５種類のハブ１５、１６
における平面四節機構の取り付け角度（図８）を変える
ことのみによって構成することができる。したがって、
コストの低減、納期の短縮を図ることができるととも
に、これらのコストの低減、納期の短縮に伴う、設計上
のオーバーヘッドも現実的には、ほとんどない。なお、
平面四節機構１２を同一にすることは、上記第１のルー
ルと、第２のルールとの繰り返しのみで実現できる。

【００５０】また、角度Ｋの偏差が２度以内であれば、
テンションワイヤー１７の長さを調整することによっ
て、基本構造２０の各部材に過大な力が加わったり、展
開動作を損なうことなく、基本構造２０の形状を決定す
ることができる。このため、基本構造２０Ａ、２０Ｂ、
２０Ｃについては、角度Ｋが６０．０度、６１．０度、
５９．０度、５９．０度、６１．０度、６０．０度のハ
ブ１５、１６を用い、基本構造２０Ｄ、２０Ｅについて
は、角度Ｋが５８．０度、６１．０度、６２．０度、５
５．０度、６０．０度、６３．０度のハブ１５、１６を
用いることで、全体としては２種類のハブ１５、１６に
よって１４個の基本構造２０のすべてをまかなうことが
できる。このように、部品の種類の低減によって、設
計、製造に関わる経費を大幅に削減することができ、か
つ納期の短縮も図ることができる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１に係る発明においては、中心材
（１）の上端と下端との距離を変えることにより、全体
を展開状態にしたり収納状態にしたりすることができ
る。しかも、中心材（１）を中心にして同一幾何形状を
有する平面四節機構（１２）によって構成することがで
きるから、低コスト化及び短納期化を達成することがで
きる。

【００５２】請求項２に係る発明においては、スライダ
（３）を中心材（１）に沿って移動することにより、全
体を展開状態にしたり収納状態にしたりすることができ
る。しかも、中心材（１）を中心にして同一幾何形状を
有する平面四節機構（１２）によって構成することがで
きるから、低コスト化及び短納期化を達成することがで
きる。

【００５３】請求項３に係る発明においては、ケーブル
材（１７）によって、各平面四節機構（１２）の中心材
（１）回りの回転に関する剛性を向上させることができ
る。しかも、中心材（１）を中心にして同一幾何形状を
有する平面四節機構（１２）によって構成することがで
きるから、低コスト化及び短納期化を達成することがで
きる。

【００５４】請求項４に係る発明においては、各基本構
造（２０）を平面四節機構（１２）の固定材（１０）を
介して結合しているから、結合部の剛性の低下を防止す
ることができる。しかも、各基本構造（２０）の平面四
節機構（１２）を同一の幾何形状のもので構成すること
ができるから、低コスト化及び短納期化を達成すること
ができる。

【００５５】請求項５に係る発明においては、各基本構
造（２０）における中心材（１）の上端から固定材（１
０）の上端までの放射方向及び距離が定まっており、か
つこれらの各上端の位置が所定の径の球面上にあるとい
う第１のルールと、結合される基本構造（２０）の中心
材（１）の上端の位置が隣り合う２つの固定材（１０）
の上端から同一の距離にあり、かつ所定の径の球面上に
あるという第２のルールとによって、各中心材（１）の
上端及び各固定材（１０）の上端の位置を一意に決定す
ることができる。したがって、複数の基本構造（２０）
を結合することによって、より大型の球面近似骨組み構
造を簡単に製造することができる。しかも、平面四節機
構（１２）を同一幾何形状のもので構成することができ
るから、コストの低減及び納期の短縮を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一の実施例として示した球面近似
骨組み構造の斜視図。

【図２】同球面近似骨組み構造の要部側面図。

【図３】同球面近似骨組み構造の展開から収納までの状
態を示す斜視図。

【図４】この発明の第二の実施例として示した球面近似
骨組み構造の斜視図。

【図５】この発明の第三の実施例として示した球面近似
骨組み構造の斜視図。

【図６】この発明の第四の実施例として示した球面近似
骨組み構造の平面図。

【図７】同球面近似骨組み構造における固定材の結合部
の構造を示す斜視図。

【図８】同球面近似骨組み構造の中心材を示す斜視図。

【図９】同球面近似骨組み構造における配置によって異
なる基本構造を示す平面図。

【図１０】同球面近似骨組み構造における各基本構造を
配置するための第１のルール及び第２のルールを示す平
面図。

【図１１】同球面近似骨組み構造における各基本構造の
平面四節機構を示す側面図。

【図１２】第１の従来例として示した傘の図。

【図１３】第２の従来例として示したジャンプ傘の図。

【図１４】第３の従来例として示した展開アンテナのた
めの傘型展開構造を示す図。

【図１５】同傘型展開構造を結合した図。

【図１６】第４の従来例として示した平面四節機構の側
面図であって、（ａ）は展開状態を示す図、（ｂ）は収
納状態を示す図。

【図１７】第５の従来例として示した平面四節機構の側
面図であって、（ａ）は展開状態を示す図、（ｂ）は収
納状態を示す図。

【図１８】第６の従来例として示した展開骨組み構造の
斜視図であって、（ａ）は展開状態を示す図、（ｂ）は
展開と収納の途中の状態を示す図。

【図１９】第７の従来例として示した展開骨組み構造の
斜視図。

【図２０】同展開骨組み構造を示す要部側面図であっ
て、（ａ）〜（ｃ）は展開状態から収納状態までを示す
図。

【図２１】従来例において、展開骨組み構造によって得
られる球面からパラボラ面を得る構成を示す図。

【図２２】従来例の基本構造の配置を示す平面図。

【符号の説明】

１中心材３スライダ４斜材９上面材１０固定材１１下面材１２平面四節機構１３同期材１７ケーブル材２０基本構造

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−228805（ＪＰ，Ａ) 特開平６−32293（ＪＰ，Ａ) 特開平４−132402（ＪＰ，Ａ) 特開平２−135902（ＪＰ，Ａ) 特開平７−183723（ＪＰ，Ａ) 特開平２−295206（ＪＰ，Ａ) 特開平１−305607（ＪＰ，Ａ) 特開平５−58396（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 15/14 - 15/20 B64G 1/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中心材（１）を中心にして複数の平面四
節機構（１２）を放射方向に配置してなる展開可能な球
面近似骨組み構造であって、前記各平面四節機構（１２）は、上端と下端との間の距
離が可変であり、全ての平面四節機構（１２）の共有と
なる前記中心材（１）と、この中心材（１）の上端に一
端が回転自由に結合された上面材（９）と、前記中心材
（１）の下端に一端が回転自由に結合された下面材（１
１）と、上端が前記上面材（９）の他端に回転自由に結
合され、下端が前記下面材（１１）の他端に回転自在に
結合され、上下端間の距離が固定である固定材（１０）
と、この固定材（１０）と前記中心材（１）との間にあ
って、上端が上面材（９）の中間部に回転自由に結合さ
れ、下端が下面材（１１）の中間部に回転自由に結合さ
れた同期材（１３）と、前記中心材（１）に、軸方向に
摺動自在に設けられたスライダ（３）と、一端が前記ス
ライダ（３）に回転自由に結合され、他端が前記固定材
（１０）の上端あるいは下端のいずれか一方に回転自由
に結合された斜材（４）とを有してなり、前記各平面四節機構（１２）は、同一の幾何形状のもの
で構成されているとともに、その上面材（９）及び下面
材（１１）が前記中心材（１）を中心にして所定の方向
に放射状に配置され、かつ中心材（１）及び固定材（１
０）の各上端が展開状態において所定の径の球面上に位
置するように構成されていることを特徴とする球面近似
骨組み構造。
【請求項２】中心材（１）を中心にして複数の平面四
節機構（１２）を放射方向に配置してなる展開可能な球
面近似骨組み構造であって、前記各平面四節機構（１２）は、上端と下端との間の距
離が固定であり、全ての平面四節機構（１２）の共有と
なる前記中心材（１）と、この中心材（１）の上端に一
端が回転自由に結合された上面材（９）と、前記中心材
（１）の下端に一端が回転自由に結合された下面材（１
１）と、上端が前記上面材（９）の他端に回転自由に結
合され、下端が前記下面材（１１）の他端に回転自在に
結合され、上下端間の距離が固定である固定材（１０）
と、前記中心材（１）に、軸方向に摺動自在に設けられ
たスライダ（３）と、一端が前記スライダ（３）に回転
自由に結合され、他端が前記固定材（１０）の上端ある
いは下端のいずれか一方に回転自由に結合された斜材
（４）とを有してなり、前記各平面四節機構（１２）は、同一の幾何形状のもの
で構成されているとともに、その上面材（９）及び下面
材（１１）が前記中心材（１）を中心にして所定の方向
に放射状に配置され、かつ前記斜材（４）の他端が固定
材（１０）の上端に結合されている場合には中心材
（１）と上面材（９）との長さの和と、下面材（１１）
と固定材（１０）との長さの和とを等しく構成し、前記
斜材（４）の他端が固定材（１０）の下端に結合されて
いる場合には中心材（１）と下面材（１１）との長さの
和と、上面材（９）と固定材（１０）との長さの和とを
等しく構成し、かつ中心材（１）及び固定材（１０）の
各上端が展開状態において所定の径の球面上に位置する
ように構成されていることを特徴とする球面近似骨組み
構造。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の球面近似骨
組み構造において、中心材（１）を中心にして互いに隣
り合う平面四節機構（１２）の固定材（１０）の上端同
士をケーブル材（１７）を用いて結合したことを特徴と
する球面近似骨組み構造。
【請求項４】請求項１、請求項２又は請求項３記載の
球面近似骨組み構造を基本構造（２０）とし、この基本
構造（２０）を複数組に合わせて構成した球面近似骨組
み構造であって、隣接する基本構造（２０）は、固定材（１０）同士を結
合することにより結合されており、全ての基本構造（２０）の中心材（１）及び固定材（１
０）の各上端が展開状態において所定の径の球面上に位
置するように構成されていることを特徴とする球面近似
骨組み構造。
【請求項５】請求項１、請求項２又は請求項３記載の
球面近似骨組み構造を基本構造（２０）とし、この基本
構造（２０）を複数組に合わせて構成した球面近似骨組
み構造であって、隣接する基本構造（２０）は、固定材（１０）同士を結
合することにより結合されており、各基本構造（２０）における中心材（１）の上端から固
定材（１０）の上端までの放射方向及び距離が定まって
おり、かつこれらの各上端の位置が展開状態において所
定の径の球面上にあるという第１のルールと、結合され
る基本構造（２０）の中心材（１）の上端の位置が隣り
合う２つの固定材（１０）の上端から同一の距離にあ
り、かつ展開状態において所定の径の球面上にあるとい
う第２のルールとによって、各中心材（１）の上端及び
各固定材（１０）の上端の位置を一意に決定しているこ
とを特徴とする球面近似骨組み構造。