JP3477589B2

JP3477589B2 - 軸対称回転体の折り畳み構造

Info

Publication number: JP3477589B2
Application number: JP17382694A
Authority: JP
Inventors: 佐藤孝典; 松本信二; 金森洋史; 大石晃嗣; 高木健治; 上野浩史; 難波治之; 山川裕司; 大浦毅夫; 野崎健次; 田所久人
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 2003-12-10
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JPH07158794A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸を回転したとき軸を
対称として形成される円板、球面体等の物体（以下、軸
対称回転体という）の折り畳み構造に関し、利用分野と
しては、宇宙空間における太陽発電衛星、太陽集光集熱
装置、宇宙アンテナ、プラットフォーム等の構造物、ま
たは、地上における屋根、床、パラボラアンテナ等の構
造物或いは傘、帽子、玩具等の生活・日用品に適用され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、近年、宇宙空間において太陽発
電衛星、宇宙アンテナ、プラットフォーム等の軸対称回
転体を構築する必要性が高まりつつある。このような軸
対称回転体は、直径が１００〜１０００ｍにもおよぶ円
板状ないし球面状であって、これを支持するための構造
体を頑強なものにする必要があり、さらに、これを構築
するためには、構造物をロケットに搭載可能な構造と
し、さらに、無重力下での宇宙空間においてこれを組み
立てなければならないという特有の技術的課題をかかえ
ている。

【０００３】このような宇宙大型構造物を構築するため
に、従来考えられている方法は、例えば、太陽電池パネ
ルとこれを連結、支持するトラスを少しづつ分割してロ
ケットに搭載、運搬した後、宇宙空間においてＥＶＡ
（宇宙飛行士による船外活動）或いはＦＴＳ（フリー・
フライング・ロボット）を用いて太陽発電衛星を建設す
る方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法においては、構成部材を少しづつ分割してロケ
ットで運搬するために、ロケットへの収納効率が悪く、
従って運搬効率が低下しコスト高になるという問題を有
している。また、上記したＥＶＡによる建設の場合は、
放射線やデブリの危険性のある宇宙空間に、宇宙飛行士
を長時間さらしておくことになり安全性において問題が
あり、また、ＦＴＳを用いた宇宙でのトラス組立作業、
太陽電池パネル装着作業は、地上でも困難とされている
高度な知能を想定した複雑な作業がロボットに要求さ
れ、信頼性に劣るという問題を有している。さらに、地
上における屋根、床、パラボラアンテナ等の軸対称回転
体の構築の場合にも、トラック等に収納できる体積には
制限があり、同様に運搬効率が低下しコスト高になると
いう問題を有している。

【０００５】本発明は、上記問題を解決するものであっ
て、軸対称回転体を簡単にコンパクトに折り畳むことが
できる構造を提供することを目的とし、この折り畳み構
造を円板や球面体からなる構造物に適用すれば、運搬空
間への収納効率を飛躍的に増大させるとともに、工期の
短縮、建設コストの低減を可能とし、また、前記折り畳
み構造を傘、帽子、玩具等の生活・日用品に適用すれ
ば、携帯が便利で遊び心を誘発する製品を作ることがで
きる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の軸
対称回転体の折り畳み構造は、軸対称回転体１を径方向
に放射状に分割して構成される複数のユニット３と、こ
れらユニットを中心から外周に向けて多数に分割して構
成されるセル４と、前記各ユニットにおける各セル同士
を連結する折り畳み部材５と、隣接するユニットにおけ
るセルの折り畳み部材の端部を互いに接続部材により接
続する接続構造（図１（Ｂ））とを有し、隣接するユニ
ットにおけるセルの折り畳み部材の端部の接続部材の接
続は、前記接続構造が一つおきに交互に配置され、前記
各セルを軸対称回転体の径方向に交互に折り畳み可能に
するとともに、前記各ユニットを円板の径方向と直交す
る方向に交互に折り畳み可能にすることを特徴とする。

【０００７】なお、各ユニット３をセル４が径方向外側
にいくに従い、円周方向に分割するとともに、セル４の
径方向の幅を短くするようにしてもよい。また、折り畳
み構造を展開する手段としては、手動の他、軸対称回転
体１の中心に回転部２を配設し、該回転部の遠心力によ
り前記セルおよびユニットを展開可能にするようにして
もよいし、接続部材６を形状記憶合金またはバネ部材か
ら構成することにより、前記セルおよびユニットを展開
可能にするようにしてもよい。

【０００８】さらに、各セル４を太陽電池９とし接続部
材６として太陽電池を接続する電気ケーブルにしてもよ
いし、各セル４を平面鏡または電波反射板とし、円周方
向のユニット３の数を完全な平面を形成するのに必要な
数より少なくすることにより、各セル４に角度をもたせ
ることにより、光熱または電波を集めるようにしてもよ
い。ここで、上記構成に付加した番号は、本発明の理解
を容易にするために図面と対比させるためのもので、こ
れにより本発明の構成が何ら限定されるものではない。

【０００９】

【作用】本発明においては、例えば、図３に示すよう
に、隣接するユニット３ａ、３ｂ、３ｃにおけるセル４
の接続部材６の接続は、図１（Ｂ）に示した接続構造が
一つおきに交互に配置されるようにしており、この状態
から各ユニット３ａ、３ｂ、３ｃおよび各セル４を折り
畳んでいくと、図３（Ｂ）に示すように、各セル４は折
り畳み部材５により円板の径方向に交互に折り畳まれ、
同時に、各ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、接続部材６を
軸に交互に９０度回動して、円板の径方向と直交する方
向に交互に折り畳まれ、最終的に図３（Ｃ）に示す形状
に折り畳まれる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１ないし図９は、本発明の軸対称回転体の折
り畳み構造の１実施例を示し、軸対称回転体として巨大
円板からなる太陽発電衛星の例を示している。なお、本
発明はこれに限定されるものではなく、宇宙空間におけ
る太陽発電衛星、太陽集光集熱装置、宇宙アンテナ、プ
ラットフォーム等の構造物、または、地上における屋
根、床、パラボラアンテナ等の構造物或いは傘、帽子、
玩具等の生活・日用品にも適用可能である。

【００１１】図１（Ａ）は本発明における軸対称回転体
の模式図、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は図１（Ａ）の
要部拡大図である。図１（Ａ）において、軸対称回転体
１は、中心部に配設され、モータ（図示せず）を内蔵す
る回転部２と、回転部２の外周に固定され、円板を径方
向に放射状に分割して構成されるユニット３、３、…
と、これらユニット３を中心から外周に向けて多数に分
割して構成されるセル４、４、…とからなる。

【００１２】図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すよう
に、各ユニット３ａ、３ｂにおける各セル４同士は、折
り畳み部材５により連結されている。各セル４、４、…
は表面に太陽電池を備えており、その接続のための電気
ケーブル６は、図１（Ｃ）に示すように、各ユニット３
ａ、３ｂにおいて、各セル４同士のみを接続する構造
と、図１（Ｂ）に示すように、隣接するユニット３ａ、
３ｂのセル４の折り畳み部材５の端部を互いに接続する
構造とを備えている。

【００１３】図２はセルの断面図を示し、ベース部材７
の両面に接着材８により太陽電池９が固定されており、
また、ベース部材７には絶縁材１０を介して電線１１が
配置され太陽電池９に接続されている。

【００１４】図３は、各ユニットおよび各セルの折り畳
み状態を説明するための模式図である。図３（Ａ）にお
いて、隣接するユニット３ａ、３ｂ、３ｃにおけるセル
４の電気ケーブル６の接続は、図１（Ｂ）に示した接続
構造が一つおきに交互に配置されるようにしている。こ
の状態から各ユニット３ａ、３ｂ、３ｃおよび各セル４
を折り畳んでいくと、図３（Ｂ）に示すように、各セル
４は折り畳み部材５により円板の径方向に交互に折り畳
まれ、同時に、各ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、電気ケ
ーブル６を軸に交互に捻れるようにして９０度回動し
て、円板の径方向と直交する方向に交互に折り畳まれ、
最終的に図３（Ｃ）に示す形状に折り畳まれる。

【００１５】図４は、本発明による軸対称回転体の構築
例を示している。図４（Ａ）において、軸対称回転体１
の直径を６６ｍ、中心径を２ｍとし、軸対称回転体１を
１２８のユニット３に分割すると、図４（Ｂ）に示すよ
うに、一つのユニット３の径方向の長さが３２ｍ、外周
の長さが約１．６ｍ、内周の長さが約４９ｍｍとなる。
ここでは、ユニット３を４５０のセル４に分割し、セル
の径方向長さを内周から外周に向けて４９〜９３ｍｍと
し、セルの厚みを２ｍｍとしている。この状態から図４
（Ｃ）に示すように各セル４を折り畳み、ユニット３を
９０度回動させて図４（Ｄ）に示すように折り畳むと、
軸対称回転体１が直径約３．８ｍ、高さ約１．６ｍの円
筒形状に小型化される。

【００１６】図５ないし図９は、軸対称回転体を展開し
ていく様子を説明するための模式図であり、図３（Ｃ）
で示した折り畳んだ状態でロケットに搭載して宇宙空間
の適当な軌道に乗せた後、図１で示した回転部２を回転
させる。この回転エネルギーは、最初の回転を発生させ
るエネルギーだけでよく、回転部２の回転により、各ユ
ニット３、３、…および各セル４、４、…に遠心力が発
生し、折り畳まれた各ユニット３、３、…および各セル
４、４、…が展開され、最終的に図９に示す軸対称回転
体からなる太陽発電衛星が構築される。

【００１７】図１０は、本発明の他の実施例を示す模式
図である。なお、図１の実施例と同一の構成については
同一番号を付けて説明を省略する。

【００１８】本実施例においては、ユニット３のセル４
が径方向外側にいくに従い長さが大きくなるので、所定
の位置でセルを円周方向に２つのユニット１３ａ、１３
ｂに分割するとともに、セルの径方向の幅を半分程度に
し、さらに、ユニット１３ａ、１３ｂが径方向外側にい
くと、再びユニットを分割する構造を採用している。図
中、○印は図１（Ｃ）に示した接続構造であり、○印以
外は図１（Ｂ）に示した接続構造である。ただし、Ｄの
接続構造は、セル４ａ、４ｂがフリーで、セル４ｃ、４
ｄが接続部材により接続されている。

【００１９】本実施例によれば、ユニットをセルが径方
向外側にいくに従い順次分割していくため、折り畳んだ
ときの高さを低く抑えることができる。なお、本実施例
においては、セルを円周方向に２つのユニット１３ａ、
１３ｂに分割するとともに、セルの径方向の幅を半分程
度にしているが、円周方向に３つ以上に分割してもよい
し、セルの径方向の幅を半分以下にしてもよい。

【００２０】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々
の変形が可能である。例えば、上記実施例においては、
各ユニットにおけるセル４同士を折り畳み部材５により
連結しているが、この折り畳み部材はなくても折り畳み
が可能である。また、上記実施例においては、軸対称回
転体を回転部２の回転により展開させるようにしている
が、折り畳み部材５および電気ケーブル６（または前記
接続部材）を薄膜状の形状記憶合金にして展開させるよ
うにしてもよいし、薄膜状のバネ部材にして展開させる
ようにしてもよい。また、傘、帽子、玩具等の場合には
手動でもよい。さらに、太陽発電衛星以外の場合には、
電気ケーブル６の代わりに、ワイヤー、シート等の接続
部材を用いればよい。

【００２１】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。本実施例は、太陽集光集熱装置に適用されるもので
あり、前記実施例のセル４が平面鏡となり、電気ケーブ
ル６の代わりに、ワイヤー、シート等の接続部材を用い
る。太陽集光集熱装置の場合には、光熱を各平面鏡に反
射させて焦点に集める必要がある。

【００２２】図１１において、複数の台形のセル（平面
鏡）４を一平面状に並べることによって一つの円板が形
成される。各平面鏡４は半径および円周方向を折り目
（○印）として幾重にも折り畳める構造になっている。
円周方向の分割数をｎとすると、完全な平面円板を形成
するためには、各ユニット３の中心角αを３６０／ｎと
する必要がある。ここで、中心角α＝３６０／ｎのユニ
ット３をｎ−２ａ（ａは整数）だけ円状に繋げて並べる
と、完全な平面円板は形成されず、図１２に示すよう
に、個々の平面鏡４は円板面に対して角度を有すること
になる。

【００２３】このとき形成される個々の平面鏡４の角度
は、図１３に示すように、円板中心からの距離によって
異なり、この円板に太陽からの平行光線を照射すると、
幾何学的にその反射光は焦点に集まる。この焦点部に太
陽電池、炉（るつぼなど）或いはスターリングエンジン
（外燃機関）などを配設し、所用の形態として太陽エネ
ルギーを利用することができる。

【００２４】なお、本実施例の折り畳み方法は前記実施
例と同様であるので説明を省略する。また、本実施例の
平面鏡を電波反射板に代えることにより宇宙アンテナに
も適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、軸対称回転体を簡単にコンパクトに折り畳むこ
とができる構造を提供することができ、この折り畳み構
造を巨大円板や巨大球面体に適用すれば、運搬空間への
収納効率を飛躍的に増大させるとともに、工期の短縮、
建設コストの低減を可能とし、また、前記折り畳み構造
を傘、帽子、玩具等の生活・日用品に適用すれば、携帯
が便利で遊び心を誘発する製品を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸対称回転体の折り畳み構造の１実施
例を示し、図１（Ａ）は軸対称回転体の模式図、図１
（Ｂ）および図１（Ｃ）は図１（Ａ）の要部拡大図であ
る。

【図２】図１におけるセルの断面図である。

【図３】図１における各ユニットおよび各セルの折り畳
み状態を説明するための模式図である。

【図４】本発明による軸対称回転体の折り畳み構造を示
す模式図である。

【図５】軸対称回転体を展開していく様子を説明するた
めの模式図である。

【図６】軸対称回転体を展開していく様子を説明するた
めの模式図である。

【図７】軸対称回転体を展開していく様子を説明するた
めの模式図である。

【図８】軸対称回転体を展開していく様子を説明するた
めの模式図である。

【図９】軸対称回転体を展開していく様子を説明するた
めの模式図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示す模式図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示す模式図である。

【図１２】本発明の他の実施例を示す模式図である。

【図１３】本発明の他の実施例を示す模式図である。

【符号の説明】

１…軸対称回転体、２…回転部、３、３ａ〜３ｃ、１３
ａ、１３ｂ…ユニット４、４ａ〜４ｄ…セル、５…折り畳み部材、６…接続部
材（電気ケーブル）９…太陽電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大石晃嗣東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者高木健治東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者上野浩史東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者難波治之東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者山川裕司東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者大浦毅夫東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者野崎健次東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者田所久人東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16S 1/00 E04B 5/00 B64G 1/22 B64G 1/44 H01Q 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸対称回転体を径方向に放射状に分割して
構成される複数のユニットと、これらユニットを中心か
ら外周に向けて多数に分割して構成されるセルと、前記
各ユニットにおける各セル同士を連結する折り畳み部材
と、隣接するユニットにおけるセルの折り畳み部材の端
部を互いに接続部材により接続する接続構造とを有し、
隣接するユニットにおけるセルの折り畳み部材の端部の
接続部材の接続は、前記接続構造が一つおきに交互に配
置され、前記各セルを軸対称回転体の径方向に交互に折
り畳み可能にするとともに、前記各ユニットを円板の径
方向と直交する方向に交互に折り畳み可能にすることを
特徴とする軸対称回転体の折り畳み構造。
【請求項２】前記各ユニットをセルが径方向外側にいく
に従い、円周方向に分割するとともに、セルの径方向の
幅を短くすることを特徴とする請求項１に記載の軸対称
回転体の折り畳み構造。
【請求項３】前記軸対称回転体の中心に回転部を配設
し、該回転部の遠心力により前記セルおよびユニットを
展開可能にすることを特徴とする請求項１または２に記
載の軸対称回転体の折り畳み構造。
【請求項４】前記接続部材を形状記憶合金またはバネ部
材から構成することにより、前記セルおよびユニットを
展開可能にすることを特徴とする請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載の軸対称回転体の折り畳み構造。
【請求項５】前記各セルが太陽電池を備え、前記接続部
材が太陽電池を接続する電気ケーブルであることを特徴
とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の軸対
称回転体の折り畳み構造。
【請求項６】前記各セルが平面鏡または電波反射板であ
って、円周方向のユニットの数を完全な平面を形成する
のに必要な数より少なくすることにより、各セルに角度
をもたせることを特徴とする請求項１ないし請求項５の
いずれかに記載の軸対称回転体の折り畳み構造。