JP3717035B2 - 展開式骨組構造物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人工衛星に用いる大口径の展開アンテナや宇宙構造物の球面状部分などに用いられる、高い精度と剛性を有する展開式骨組構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軌道上に衛星を投入するロケットの信頼性と経済性が向上し、衛星利用の利点が増大している。また、通信需要が増大しているため、衛星通信業務の質的及び量的な向上が望まれている。特に、大型の展開アンテナは船舶、車両等の移動体の通信用として求められており、そのための展開式骨組構造方式が盛んに開発されてきた。また、低コストかつ高信頼性で、宇宙基地などの大型衛星を構築するための基本構造として、展開式骨組構造物（展開式トラス構造物）が重要な開発課題となっており、この構造物として、例えば特開平１−１５１６３０号公報、特開平６−２２４６２４号公報に記載されている物など種々の形態のものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の特開平１−１５１６３０号公報に記載の構造物は、結合子とスライドヒンジを有する心棒と、パンタグラフ形状の斜め部材とからなる骨組構造を基本要素とし、これを複数結合することにより、大規模な構造物を容易且つ剛性を持たせて構築可能にしたものであり、図７は展開状態にある骨組構造物の構成図である。
この構造物の作動を図７を参照して簡単に説明すると、この展開式骨組構造物では、格納時においては、斜部材４５ａ又は斜部材４５ｂと心棒４２の成す角θは零に近い状態まで折り畳まれており、外部からの保持装置（図示せず）によってその状態が保持されている。一方、展開時においては、上記保持装置を開放すると、ピン結合部４８、または結合子４１のピン軸、またはスライドヒンジ４３上のピン軸等に内蔵された渦巻きバネ（図示せず）等の駆動力によって斜部材４５ａ、４５ｂが展開され、これにより上記角θが増大していく。この時、スライドヒンジ４３が所定の位置まで移動すると、ストッパ４４に当接して斜部材４５ａ、４５ｂの展開動作は停止する。また、斜部材４５ａ、４５ｂはそれぞれ端部を結合子４１又はスライドヒンジ４３にピン結合されているとともに、個々の中間部のピン結合部４８で２本の斜部材４５ａ、４５ｂがパンタグラフ形状に相互にピン結合されていいるので、全ての斜部材４５ａ、４５ｂにおける展開角である角θが等しくなり同期展開が可能となっている。
しかしながら、上記の展開式骨組構造物では次ぎのような問題がある。
即ち、全ての斜部材における展開角である角θが等しくなって同期展開が可能であるためには、斜部材が等脚台形または長方形の対角線となり、六角形のモジュールに含まれる等脚台形または長方形が全て合同でなければならない。従って、基本モジュールの上面形状は正六角形となり、斜部材が等脚台形の対角線のときには基本モジュールの外形は正六角錐台、長方形のときには正六角柱となる。正六角形は平面充填形なので、正六角錐台を隣接して並べることはできない。
【０００４】
結果として、正六角柱状の基本モジュールを複数個結合することになり、それらが作る上面は平面形をなす。三角形や四角形を基本形状とする場合にも、同じ議論により基本モジュールの上面形状が正三角形や正四角形となる。正三角錐台や正四角錐台状の基本モジュールを複数個結合できる場合があるが、角錐台の稜線の成す角は展開するにつれて変化するので、結合を維持して展開することはできない。それ故、特開平１−１５１６３０号公報に示されている方法で実現できる展開式骨組構造物の展開形状は平面となる。あるいは逆に、平面を充填する多角形を基本要素とする骨組構造物を用いて球面を構成しようとすると、機構内に必要十分なガタを導入しなければ、構造物全体を同期展開することは困難である。これらは、ヒンジの填合のために必要となる微小な間隙や、製造上発生する隙間とは異なり、展開動作を実現するために新たに必要となるガタであり、展開用ガタと呼ぶ。
【０００５】
また、例えば、平面上に合同な複数の正六角形をその辺を共有させて配置し、それを球面状に投影して六角形の辺の長さを決め、展開式骨組構造物を実現した場合には、平面充填形である正六角形を球面上に投影するため、実現された骨組構造物の殆どの基本要素は正六角形を歪ませた物となり、場所によって歪みが異なる。そのため、この方法では、同一基本要素の繰り返しによって骨組構造物全体を構成することはできない。また、基本要素毎に異なる歪みに対応して展開機構を設計する必要があるので、展開動作が要素毎に異なり、全体を同期して展開させることは非常に困難なものとなる。即ち、前述の理由により機構内に展開用のガタがなければ、複数の結合されたモジュールを同期して展開することはできない。しかしながら、これらのような機構内のガタは、骨組構造物の形状精度と剛性の低下をきたし、想定した展開動作以外の運動が可能になり、想定外の運動を生じて展開動作を失敗させる可能性が生じるなどの問題を生じる。
【０００６】
また、特開平６−２２４６２４号公報に記載されているものは、展開アンテナにおいて、展開時に生ずるスタンドオフの変形量を小さくしかつ展開に必要な展開トルクを小さくできるパラボラ形状の展開アンテナであるが、このような球形の展開式骨組構造物を、展開用ガタを最小限に留めて同期展開させるためには、膨大な設計過程が必要になる。また、正六角形を歪ませた基本要素を用いるため、微妙に異なった部品が多く存在し、コスト増大等を招き、製作上で好ましくない。
これらの問題は、平面充填形を基本形状とする展開式骨組構造物を実現しようとしたことに端を発している。そのため、これらの問題点を克服し、より簡便に球面を構成する展開式骨組構造物を設計するために、基本的設計原理が求められる。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、大口径アンテナ反射鏡面支持構造物などの大型の球面構造物を構築する際に、機構内のガタ（展開ガタ）を必要とせず、高剛性と高精度を確保できる展開式骨組構造物を得ることを目的とする。
【０００８】
この発明に係る展開式骨組構造は、球面状の骨組構造を成すよう、準正多面体の双対多面体頂点位置を上面頂点とし、同多面体の内接球中心から上面頂点を通る放射線と同内接球より大きな半径を持つ同心球面との交点を下面頂点とし、同放射線の上面頂点と下面頂点の間を稜線とすることにより作られる角錐台状の骨組構造を基本要素とし、基本要素の側面を共有させて複数個結合した構造をなし、更に、基本要素の外形を角錐台としたまま稜線を同期して平行移動させる機構を備えたものである。
また、角錐台状の上記基本要素の稜線位置に固定した骨組構造を持ち、隣り合う稜線位置の固定した骨組構造を互いに平行移動させる展開機構を側面に持ち、稜線を共有する側面の平行移動を動期するための同期機構を稜線位置の固定した骨組構造に持ち、それらの展開機構を稜線位置の同期機構を通して連結した構造としたものである。
【０００９】
更に、上記展開機構を、２次元平面内を運動するパンタグラフ・リンク機構から構成したものである。
更にまた、上記角錐台状骨組構造の基本要素の上面節点相互間及び下面節点相互間には、展開後のガタを無くすことができる張力発生手段を備えるケーブルを張架したものである。
また、角錐台状の上記基本要素にあるリンク機構のヒンジに展開力を発生させる展開力付勢手段を有するとともに、上記ヒンジを線分で結んだ図形が、展開中に一直線状に至る手前においてヒンジの回転を止めて展開を停止させるストッパを、ヒンジ位置近傍等の適切な位置に配設したものである。
更に、上記展開力付勢手段を展開バネや展開アクチュエータにより構成したものである。
更にまた、上記展開機構を所定の形状で固定する保持装置を更に備えるものである。
【００１０】
この発明に係る展開式骨組構造は、準正多面体の双対多面体を基本形状とし、角錐台状の基本要素の側面を共有させて複数個結合した構造としているので、大口径の展開アンテナの支持構造物などの大型構造物を構築する場合において、一種類の角錐台状の骨組構造の繰り返しにより、全体が一様に高い剛性を持つよう概略球面の一部のみならず概略球面全体をなす展開式骨組構造物を容易に構築することができる。また、この発明は全ての準正多面体の双対多面体を基本形状として実行できるので、ある大きさと曲率半径をもつ球面に対して、複数の異なった骨組構造を同じ手順で作成でき、骨組構造物に課せられた要求に応じて適切なものを選択できる。
更にまた、この発明で用いる準正多面体の双対多面体には、各面を構成する多角形の内心と接する内接球が存在するため、最長でも上面頂点から内接球面までの距離のスタンドオフを上面頂点位置に配置すれば、展開式骨組構造と干渉することなく反射球面を展開式骨組構造の上面に張架できる。実際には、さらに短いスタンドオフでも干渉することはなく、反射球面の張架が容易な展開式骨組構造を実現できる。また、各面の内心位置に立てた垂線が一点で交わるため、基本要素上の上面に反射平面を張架するだけで、高精度が求められない太陽光集光装置などのリフレクタを構成できる。
【００１１】
また、この発明に係る展開式骨組構造は、基本要素に含まれる複数の稜線を同期して平行移動することにより展開動作を行うため、パンタグラフ・リンク機構のように、展開用ガタを用いないで稜線を平行移動できる機構を用いることにより、展開用ガタを必要としない概略球面あるいはその一部をなす展開式骨組構造物を構築することができ、構造の精度と強度を高く保つことができるとともに、安定な展開動作を実現できる。この際、パンタグラフ・リンク機構に展開用ガタを追加することなく、部材の太さを考慮してヒンジオフセットを設けることができる。展開状態において張力をもって張架されるケーブルの作用、又は、展開状態において内力を残した状態で展開機構を固定することにより、ヒンジなどに存在する微小なガタが消滅し、安定な形状を保持して高い精度を有する展開式骨組構造となし得る。
【００１２】
更に、この発明の展開式骨組構造によれば、角錐台状の基本要素にある平行四辺形リンク機構のヒンジを線分で結んだ図形が平行四辺形から長方形に成る前に展開が終了するよう、ヒンジ位置にヒンジの回転を止めるストッパを有することにより、展開力を加えても展開が進展しなくなる特異的な機構形態を展開動作から排除することができ、過大な展開力を発生することなく安定に展開動作し、構造破損の可能性が低く、信頼性の高い展開式骨組構造物を得ることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
準正多面体の双対多面体の頂点位置を上面頂点とし、同多面体の内接球中心から上面頂点を通る放射線と同内接球より大きな半径を持つ同心球面との交点を下面頂点とし、同放射線の上面頂点と下面頂点の間を稜線とすることにより作られる角錐台状の骨組構造を基本要素とし、上記基本要素の側面を共有させて複数個結合した構造からなる展開式骨組構造であって、前記角錐台状の基本要素は、該基本要素の外形を角錐台としたまま稜線を同期して移動させることができる同期機構と展開機構とを備え、前記同期機構は前記稜線位置で固定され、前記展開機構は隣り合う稜線位置で固定された前記同期機構の間で展開できるパンタグラフ・リンク機構を備えてなり、さらに前記パンタグラフ・リンク機構は展開機構上面部材、展開機構下面部材、展開機構縦部材を備え、これらによって作られる側面形状が平行四辺形になるようピンヒンジ連結され、さらに前記パンタグラフ・リンク機構の一端はスライドヒンジ、他端は固定ピン結合部で前記展開機構縦部材に結合されていることを特徴とする展開式骨組構造物である。
また、前記同期機構は、展開機構に展開力を与える展開力付勢手段を備えてなることを特徴とする展開式骨組構造物である。
また、前記展開力付勢手段は展開バネであることを特徴とする展開式骨組構造物である。
また、前記展開力付勢手段は展開アクチュエータであることを特徴とする展開式骨組構造物である。
また、前記展開機構を固定する保持装置を備えていることを特徴とする展開式骨組構造物である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面により本発明の実施の形態について説明する。
第１実施形態
図１乃至図４はこの発明の第１実施形態を示す図であり、図１は、全ての面が菱形をなす準正多面体の双対多面体の部分について本発明を実施した展開式骨組構造における、展開途中と展開後の概略形状を示す斜視図、図２は上記実施の形態による展開式骨組構造の展開後の部分的な概略形状を示す斜視図、図３は図２の一つの基本要素をなす骨組構造の展開途中と展開後の形状を示す斜視図、図４は図３の番号１１の稜線付近の同期機構部と展開機構部の一部分を示す斜視図である。
これらの図において、１は上面、２は下面、３は内接球中心、４は放射線、５は上面頂点、６は下面頂点である。ここで、内接球とはこの準正多面体の双対多面体に、各面を構成する多角形の内心位置で接する内接球である。また、放射線とは内接球中心を通る直線である。
【００１５】
図１の展開式骨組構造は、上面と下面が菱形で上面頂点と下面頂点を結ぶ稜線が放射線上に乗る角錐台状の骨組構造を基本要素とし、角錐台状の骨組構造の側面を共有させて複数個結合した構造を持つ。基本要素は、稜線が互いになす角度を一定に保ちつつ上面頂点間又は下面頂点間距離を変化させ、基本要素の外形を角錐台としたまま稜線を同期して平行移動させることができる機構を備えた展開式骨組構造物である。但し、骨組構造の具体的な構成では、角錐台の辺上に骨組構造の部材が、頂点上に骨組構造の節点が具体的に存在するものに限定せず、包絡形状が上記角錐台に適合するものであればさしつかえない。また、上記において、準正多面体の双対多面体を構成する面のうち４面のみを取り出したものを示したが、面の数はこれに限定されるのではなく、準正多面体の双対多面体を構成する連続する面のうち任意の個数のものを用いてさしつかえない。
【００１６】
更に、これらの図において、７は共有上面部材、８は共有下面部材、９は頂点縦部材、１０は展開機構部、１１は同期機構部、１２は張力発生手段としてのケーブルである。図３においては、煩雑さを避けるため全てのケーブルは省略されている。ケーブルは、展開状態において所定の張力が発生するように、予めその長さが調節されている。但し、図１から図４に描かれている機構では、このケーブルは省略しても良い。また、展開機構部１０と同期機構部１１は、角錐台状の骨組構造の側面を形成し、この部分を側面骨組とも呼ぶ。隣り合う二つの角錐台状の骨組構造は、側面骨組を共有して接している。
【００１７】
図４において、１３（ａ〜ｄ）は展開機構上面部材、１４（ａ〜ｄ）は展開機構下面部材、１５（ａ〜ｅ）は展開機構縦部材であり、これらによって作られる側面形状が平行四辺形になるよう、上面ピンヒンジ１６（ａ〜ｅ）と下面ピンヒンジ１７（ａ〜ｅ）で図のように連結される。パンタグラフ部材１８（ａ〜ｄ）の一端はスライドヒンジ１９（ａ〜ｃ）、他端は固定ピン結合部２０（ａ〜ｃ）で展開機構縦部材１５（ａ、ｃ、ｅ）に結合され、パンタグラフ部材１８（ａ〜ｄ）同士は自由ピン結合部２１（ａ、ｂ）でピン結合されるが、展開機構縦部材１５（ｂ、ｄ）には結合されない。
なお、必要に応じて展開機構を構成するヒンジ位置とヒンジ動作を制限するストッパを設定することにより、展開力を加えても展開が進展しなくなる特異的な機構形態を展開動作から排除することが可能である。
【００１８】
同期機構縦部材２２は頂点縦部材９の位置にあり、その上を同期機構スライドヒンジ２３が動く。同期機構スライドヒンジ２３の張出部材は、スライドヒンジ１９ａに摺動ヒンジで結合され、展開力付勢手段としての展開バネ２４の縮力により同期機構スライドヒンジ２３を引き上げるとスライドヒンジ１９ａも引き上げられ、展開運動が生じる。但し、展開力付勢手段としては、展開バネ２４の代わりに展開力を発生する展開アクチュエータ等を用いても良い。同期機構スライドヒンジ２３の張出部材は、その頂点縦部材に会する側面骨組の数だけあり、全ての展開機構部と同様に接続することにより異なった側面骨組の展開を同期させる。
【００１９】
上記図１以外の各面が菱形を成す準正多面体の双対多面体に対してこの発明を実施する場合、上記図１から図４と同様に実施できる。
次に、この発明の第１実施形態である上記図１から図４に示す展開式骨組構造の動作について説明する。図１には、二つの骨組構造の概略形状が描かれているが、上下の順に展開が進行している。基本要素が角錐台を保ったまま稜線を平行移動して上面及び下面の菱形を大きくすることにより、展開が進行する。上面又は下面の菱形は常に相似なので、内接球中心３を固定すると、多面体の頂点を通る放射線を展開の進行状況によらず一致させることができる。すなわち、展開の進行に連れて多面体の各頂点が同一の放射線上を放射状に移動するので、この骨組構造は半径方向に展開が進行する。
【００２０】
更に、上記展開式骨組構造の動作の詳細について、図２から図４を用いて説明する。この第１実施形態では、格納時においては、図４に示す骨組上面部材１３（ａ〜ｆ）同士が成す角θは零に近い状態まで折り畳まれており、外部からの保持装置（図示しない）又は同期機構スライドヒンジ２３を同期機構縦部材２２に固定する保持装置（図示しない）によって、その状態が保持されている。
展開時においては、上記保持装置を開放すると、展開バネ２４が発生する同期機構スライドヒンジ２３を上方に動かす駆動力により、スライドヒンジ１９ａを上方に動かす。スライドヒンジ１９ａへの駆動力は、パンタグラフ部材１８（ａ〜ｄ）、スライドヒンジ１９（ａ〜ｃ）、固定ピン結合部２０（ａ〜ｃ）、自由ピン結合部２１（ａ、ｂ）で構成されるパンタグラフに伝えられ、１５ａ、１５ｃ、１５ｅの間隔を広げ、上記角θが増大することにより展開が進行する。全ての骨組上面部材１３（ａ〜ｆ）と全ての骨組下面部材１４（ａ〜ｆ）がそれぞれ直線になり、上記角θが１８０度になると、前述のヒンジ構成により上面ピンヒンジ１６（ａ〜ｅ）と下面ピンヒンジ１７（ａ〜ｅ）の運動が制限され、図２又は図３の状態で展開動作は停止する。この時、ケーブル１２は所定の張力を持って上面節点間と下面節点間に張架されるように、予めその長さを調整されている。この張力は、隣り合う上面節点間又は下面節点間の距離を小さくする方向に展開機構部を圧縮する内力を生じるので、上面ピンヒンジ１６（ａ〜ｅ）、下面ピンヒンジ１７（ａ〜ｅ）、スライドヒンジ１９（ａ〜ｃ）、固定ピン結合部２０（ａ〜ｃ）、自由ピン結合部２１（ａ、ｂ）に含まれるガタが無くなり、この発明による展開式骨組構造は高精度の構造となる。
【００２１】
尚、展開状態において展開バネ２４が発生する駆動力により、同期機構スライドヒンジ２３が上方に引きつけられた状態で骨組展開構造が保持されるが、適切なラッチ機構などの保持装置（図示しない）によって同期機構スライドヒンジ２３を同期機構縦部材２２に固定すると、より強固に骨組展開構造が固定できる。
【００２２】
同期機構スライドヒンジ２３の張出部材は、その頂点縦部材９に会する側面骨組の数だけあり、全ての展開機構部と同様に接続することにより、異なった側面骨組の展開を同期させる。角錐台の隣接した側面骨組にある展開機構部は、同期機構部を介してリンクされる。結果として、角錐台の全ての展開機構部は同期して展開するので、角錐台の骨組構造の展開は図３のようになり、上面節点を順に線分で結んだ多角形が常に菱形を保つ。その間、同一の側面骨組の縦部材１５は互いに平行が保たれるので、側面骨組の両端にある頂点縦部材９（同期機構縦部材２２）がなす角は一定である。
【００２３】
図１及び図２に示した通り、隣り合う角錐台の骨組構造は側面骨組を共有して結合されているので、骨組構造全体でも同期して展開が行われる。また、展開バネ２４の代わりに展開アクチュエータを用いると、複数の同期機構部に配置されたアクチュエータを同期させることにより、構造全体の展開を無理なく同期させることができる。
尚、上記図１以外の各面が菱形をなす準正多面体の双対多面体に対して、この発明を実施する場合も、全く同様に展開が行われる。
【００２４】
第２実施形態
図５乃至図６はこの発明に係わる第２実施形態の図であり、図５は、全ての面が５角形をなす準正多面体の双対多面体の部分について本発明を実施した展開式骨組構造における、展開途中と展開後の概略形状を示す斜視図、図６は上記実施の形態による展開式骨組構造の展開機構部の配置を示す斜視図である。
これらの図において、３１は上面、３２は下面、３３は内接球中心、３４は放射線、３５は上面頂点、３６は下面頂点、３７は展開機構部Ａ、３８は展開機構部Ｂである。
この発明の第１実施形態で示した各面が菱形を成すものを除くと、準正多面体の双対多面体の各面は、図５のように、等辺多角形にはならない。このように、各面が等辺多角形ではない準正多面体の双対多面体に対して本発明を実施したものを第２実施形態とする。
【００２５】
図５の展開式骨組構造は、第１実施形態と同様に、上面と下面が５角形で上面頂点と下面頂点を結ぶ稜線が放射線上に乗る角錐台状の骨組構造を基本要素とし、角錐台状の骨組構造の側面を共有させて複数個結合した構造を持つ。基本要素は、稜線が互いになす角度を一定に保ちつつ上面頂点間又は下面頂点間距離を変化させ、基本要素の外形を角錐台としたまま稜線を同期して平行移動させることができる機構を備えた展開式骨組構造である。但し、骨組構造の具体的な構成では、角錐台の辺上に骨組構造の部材が、頂点上に骨組構造の節点が具体的に存在するものに限定せず、包絡形状が上記角錐台に適合するものであればさしつかえない。また、上記において、準正多面体の双対多面体を構成する面のうち５面のみを取り出したものを示したが、面の数はこれに限定されるのではなく、準正多面体の双対多面体を構成する面のうち連続する任意の個数のものを用いてさしつかえない。
【００２６】
第２実施形態においても角錐台状の基本要素の構成は図２、展開式骨組構造の動作は図３、展開機構部と同期機構部の基本的な構成は図４と同様なので省略する。図５及び図６に示した通り、隣接する角錐台状の基本要素同士は側面骨組を共有して結合されているので、骨組構造全体でも展開が同期して進行する。
第１実施形態と異なり、第２実施形態においては多面体の各面が等辺多角形にならないため、異なった長さの辺が会する頂点がある。このような頂点では、一つの頂点縦部材に会する側面骨組の展開機構部すべてを、同期機構部を介して機構的に連結できるわけではない。ただし、各展開機構部は一つ以上の隣接する展開機構部と同期機構部を介して機構的に連結される。
図６に示した例では、展開機構部Ａと展開機構部Ｂとは、どの同期機構部を介しても機構的に連結されていないが、外周部の展開機構部Ａおよび内側の展開機構部Ｂの各々においては、隣接する展開機構部同士は同期機構部を介して機構的に連結されている。更に、展開機構部Ａと展開機構部Ｂは５ケ所の稜線位置で結合されており、その拘束条件により全体として同期して展開する。
【００２７】
尚、上述したこの発明による展開式骨組構造を、宇宙通信などに用いられる展開アンテナリフレクタに用いる場合には、基本要素の多面体の上面頂点等の適切な部位にスタンドオフ等の保持部材を配置し、上記スタンドオフを介して金属メッシュや反射コーティングを施した膜面等を反射面として張架するように構成すればよい。また、通信以外の目的に供せられるリフレクタ、例えば太陽光集光装置等に用いる場合にも、同様にして反射面を構成することが容易にできる。
また、上記第１、第２の各実施形態はあくまで本発明を適用した一例であり、ケーブル等の張力発生手段、バネ等の展開力付勢手段、ストッパ等の保持手段は、従来から存在する同様の機能を達成できる構成に置き換えることができることは当然である。
また、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した通り、この発明によれば、準正多面体の双対多面体を基本形状とし、角錐台状の基本要素に含まれる複数の稜線を同期して平行移動することにより展開動作を行うため、展開用ガタを必要とせずに概略球面の一部のみならず概略球面全体をなす展開式骨組構造を構築することができる。
また、この発明の展開式骨組構造は、準正多面体の双対多面体を基本形状とし、多角形を上面と下面にもつ角錐台状の骨組構造を基本要素とし、その側面を共有させて結合した構造としているので、一種類の角錐台状の骨組構造の繰り返しにより、大口径の展開アンテナの支持構造物や宇宙構造物の球面状部分などの大規模な概略球面の展開式骨組構造を容易に構築することができる。
更にまた、この発明で用いる準正多面体の双対多面体には、各面を構成する多角形の内心と接する内接球が存在するため、最長でも上面頂点から内接球面までの距離のスタンドオフを上面頂点位置に配置すれば、展開式骨組構造と干渉することなく反射球面を展開式骨組構造の上面に張架できる。実際には、さらに短いスタンドオフでも干渉することはなく、反射球面の張架が容易な展開式骨組構造を実現できる。また、各面の内心位置に立てた垂線が一点で交わるため、基本要素上の上面に反射平面を張架するだけで、高精度が求められない太陽光集光装置などのリフレクタを構成できる。
この発明は、全ての準正多面体の双対多面体を基本形状として実行できるので、ある大きさと曲率半径をもつ球面に対して、複数の異なった骨組構造案を作成でき、ミッション要求に応じて適切なものを選択できる。例えば、菱形のみからなる準正多面体の双対多面体、５角形のみからなる準正多面体の双対多面体などを基本形状とする骨組構造を設計し、構造重量、部品数、構造強度、構造精度などを比較検討し、最適なものを選択できる。
更に、この発明による展開式骨組構造では、基本要素を構成する展開機構を、基本的に２次元平面内を運動するパンタグラフ・リンク機構から構成することにより、部材が有限の太さを持っている場合にも、展開用ガタを導入することなしに部材の太さを考慮したヒンジオフセットを設けることができるため、ガタによる様々な弊害を回避し、高い構造精度と剛性をもち、安定で確実に展開動作する骨組構造を実現できる。
更にまた、展開状態において、張力をもって張架されるケーブルの作用、又は、展開機構に内力を残した状態で展開機構を固定することにより、ヒンジなどに存在する微小なガタが消滅し、安定な形状を保持して高い精度を有する展開式骨組構造物となる。
また、第１実施形態に係わるものでは、頂点縦部材にある同期機構により、頂点縦部材を共有する側面骨組構造の展開機構部が同期して展開され、また、各側面骨組構造は必ず他の側面骨組構造と頂点縦部材を共有しているので、全ての展開機構部は連結されており、この結果、全ての展開機構部が同期して展開される。
第２実施形態に係わるものでも、隣接する角錐台状の基本要素同士は側面骨組を共有して結合されているので、骨組構造全体でも展開が同期して進行する。ただし、多面体の各面が等辺多角形にならないため、各展開機構部は頂点縦部材で会する側面骨組の展開機構部すべてと、機構的に連結されるわけではないが、必ず一つ以上の隣接する展開機構部と同期機構部を介して機構的に連結される。
すなわち、何れの実施の形態でも、構造全体の展開を無理なく同期させることができ、確実で信頼性の高い展開式骨組構造物を得ることができる。
更に、この発明の展開式骨組構造物によれば、ヒンジ位置とヒンジ動作を制限するストッパを設定することにより、展開力を加えても展開が進展しなくなる特異的な機構形態を展開動作から排除することができ、機構の特異性を補うための補助的な展開力発生位置などを追加することなしに、数少ない展開力発生装置により、過大な展開力を発生することなく安定に展開動作し、構造破損の可能性が低く、信頼性の高い展開式骨組構造物を得ることができる。
更にまた、保持装置により上記展開機構を固定することにより展開式骨組構造物を固定できるので、展開途中の任意の形態で展開動作を停止できる。更に、展開力をアクチュエータで発生する場合には、展開力を逆転することにより展開動作を逆転し収納動作も可能になる、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明を各面が菱形をなす準正多面体の双対多面体の部分について実施した展開式骨組構造における展開途中と展開後の概略形状を示す斜視図である。
【図２】 図１の展開式骨組構造の展開後の部分的な概略形状を示す斜視図である。
【図３】 図２の一つの基本要素の骨組構造の展開途中と展開後の形状を示す斜視図である。
【図４】 図２の同期機構部と展開機構部の一部分を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第２実施形態による展開式骨組構造の展開途中と展開後の概略形状を示す斜視図である。
【図６】 図５の展開機構部の機構的な連結関係を示す斜視図である。
【図７】 従来例としての展開状態にある骨組構造物の構成図である。
【符号の説明】
１ 上面
２ 下面
３ 内接球中心
４ 放射線
５ 上面頂点
６ 下面頂点
７ 共有上面部材
８ 共有下面部材
９ 頂点縦部材
１０ 展開機構部
１１ 同期機構部
１２ ケーブル
１３ 展開機構上面部材
１４ 展開機構下面部材
１５ 展開機構縦部材
１６ 上面ピンヒンジ
１７ 下面ピンヒンジ
１８ パンタグラフ部材
１９ スライドヒンジ
２０ 固定ピン結合部
２１ 自由ピン結合部
２２ 同期機構縦部材
２３ 同期機構スライドヒンジ
２４ 展開バネ
３１ 上面
３２ 下面
３３ 内接球中心
３４ 放射線
３５ 上面頂点
３６ 下面頂点
３７ 展開機構部Ａ
３８ 展開機構部Ｂ

Claims (5)

1. 準正多面体の双対多面体の頂点位置を上面頂点とし、同多面体の内接球中心から上面頂点を通る放射線と同内接球より大きな半径を持つ同心球面との交点を下面頂点とし、同放射線の上面頂点と下面頂点の間を稜線とすることにより作られる角錐台状の骨組構造を基本要素とし、上記基本要素の側面を共有させて複数個結合した構造からなる展開式骨組構造であって、前記角錐台状の基本要素は、該基本要素の外形を角錐台としたまま稜線を同期して移動させることができる同期機構と展開機構とを備え、前記同期機構は前記稜線位置で固定され、前記展開機構は隣り合う稜線位置で固定された前記同期機構の間で展開できるパンタグラフ・リンク機構を備えてなり、さらに前記パンタグラフ・リンク機構は展開機構上面部材、展開機構下面部材、展開機構縦部材を備え、これらによって作られる側面形状が平行四辺形になるようピンヒンジ連結され、さらに前記パンタグラフ・リンク機構の一端はスライドヒンジ、他端は固定ピン結合部で前記展開機構縦部材に結合されていることを特徴とする展開式骨組構造物。
2. 前記同期機構は、展開機構に展開力を与える展開力付勢手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の展開式骨組構造物。
3. 前記展開力付勢手段は展開バネであることを特徴とする請求項２に記載の展開式骨組構造物。
4. 前記展開力付勢手段は展開アクチュエータであることを特徴とする請求項２に記載の展開式骨組構造物。
5. 前記展開機構を固定する保持装置を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の展開式骨組構造物。

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