JP4247755B2 - 展開トラス構造及びアンテナ反射鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星等に搭載されてなるパラボラアンテナの支持構造や大型宇宙構造物の基本骨格を形成する展開トラス構造及びアンテナ反射鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間に大型の構造物を構築する場合、現在ではスペースシャトルや宇宙ステーション・ミールに於いて宇宙飛行士が作業を行う方式が採用されているが、これらの方式では人的被害を考慮する必要性があると共にコストも高くつくという欠点を有し、また作業期間の制約や構築構造物サイズの制約を受けることもあり得る。
【０００３】
このため、昨今では、宇宙空間に大型構造物を構成する方式として、モーター等の駆動力によって自動的に構造体を構成する展開トラス構造なるものが国内外で研究されている。
【０００４】
日本国内においても宇宙空間に大型アンテナを構成する手法として、既に特許第２５５５４８７号公報や特許第２５６７１６４号公報同じく特許第２５６７１９２号公報に記載されるように展開トラス構造を用いる方式が一般的になってきている。
【０００５】
図９は、従来の放射状リブによる展開トラスを用いたアンテナ反射鏡の一例を示す。
【０００６】
中央縦部材２０１には、四辺リンク２０２を構成する横部材２０３、２０４と外側縦部材２０５が回転自在に取り付けられ、中央縦部材２０１と外側縦部材２０５には７本の支持柱２０６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇが取り付けられ、支持柱２０６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇの間には、適当な張力がかけられた複数のワイヤーからなるワイヤーネットワーク２０７があり、このワイヤーネットワーク２０７によりメッシュ２０８はパラボラ面に沿うように支持されている。
【０００７】
図１０は、展開トラスの四辺リンク２０２が、展開トラスの展開収納運動に伴い、収納された様子を示す。
【０００８】
図のように、中央縦部材２０１と外側縦部材２０５には支持柱２０６ｇ，ａが立てられており、支持柱２０６ｇ，ａの長さにおいて、支持柱２０６ｇの長さが支持柱２０６ａの長さよりも短いと、展開トラスを収納させることにより支持柱２０６ｇ，ａの先端どうしの距離が長くなる。
【０００９】
また、図１１の例では、３角形に接続されたワイヤーの集合体として構成した反射鏡面を周囲６点の棒状の支持柱の鏡面側端部とアンテナ中心部の支持柱の鏡面側端部で支持し、支持柱の支持構造側端部と鏡面側形状を支持できるように接続するバックワイヤによって、反射鏡面は構成される。この構成では、伸び剛性の高いバックワイヤと伸び剛性の低い鏡面ワイヤーを接続するタイワイヤーの長さを調整することで、ワイヤー長誤差、ワイヤーの張力を与える力の誤差に対して、安定な鏡面を構成できると考えられている。
【００１０】
また、図１２のような反射鏡面の支持構造では、傘骨のような支持構造になっており、傘骨の間にネットワークを張架する構成となる。この構成では、ワイヤーネットワーク形状がシンプルで、反射鏡面を支持するワイヤーが周方向ワイヤーで構成されるために、外周部の変形が少なく、ワイヤーの弛みによるワイヤーの引っかかりも少ないと考えられる。
【００１１】
ところが、上記展開トラス構造では、いずれもロケットへの搭載性を考慮して折り畳みによる収納効率の向上を目指したものや軽量化のために構成部材の数を減少させると言ったような単一性能の向上を目的として構成されたものであり、収納性・軽量化・展開信頼性の向上といった総合的に展開トラス構造としての性能を満足することが困難なものであるという問題を有していた。
【００１２】
また、展開トラス構造を用いてアンテナ反射鏡を構成した場合、展開トラスの収納運動に伴い支持柱２０６ｇ，ａの先端どうしの距離が長くなることにより、メッシュ２０８をパラボラ面に沿わせるように、適当な張力がかけられたワイヤーネットワーク２０７は支持柱２０６ｇ，ａの先端を結ぶワイヤーの張力が上がり、ワイヤーが破損したり、展開収納を行う際に異常な力が発生して、展開収納動作が阻害される恐れがあった。
【００１３】
また、展開トラス構造を用いてアンテナ鏡面を構成する際に外周囲の変形、ピロー変形の影響が少なく、反射鏡面を構成するワイヤーが収納展開時に、支持構造の展開動作によって過度な力がかからないように構成するのが困難であり、この点からもアンテナ展開動作の信頼性を確保するのが困難であるという問題を有する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の展開トラス構造は、いずれのものも、宇宙開発の分野で要請される収納性・軽量化・展開信頼性の向上といった総合的な性能を満足することが困難であるという問題を有する。
【００１５】
また、従来のアンテナ反射鏡では、ワイヤーの張力が上がり、ワイヤーが破損したり、展開収納を行う際に異常な力が発生して、展開収納動作が阻害される虞れを有する。
【００１６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、収納性・軽量化・展開信頼性の向上を図り得るようにした展開トラス構造及びアンテナ反射鏡を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、第１から第４の四辺部材の端部を回転自在に四辺形状に結合した四辺構造を放射状に組み合わせて、この四辺構造の一方の対角線間に、中間部が回転自在に折れ曲がり自在に連接される第１及び第２の斜部材を架設した四辺トラス構造と、この四辺トラス構造の第１の四辺部材に摺動自在として架設される第１の摺動部材と、この第１の摺動部材と前記第１の斜部材とを回転自在にリンク結合する第１のリンク部材と、前記四辺トラス構造の第１の四辺部材に前記第１の摺動部材に干渉しない位置に摺動自在として架設される第２の摺動部材と、この第２の摺動部材と前記第１のリンク部材とを回転自在として結合される第２のリンク部材と、前記第１及び第２の摺動部材間に設置され、第１及び第２の摺動部材を前記第１の四辺部材に対して摺動させる力を付与するバネ部材とを備えて展開トラス構造を構成した。
【００１８】
また、この発明の展開トラス構造は、前記四辺トラス構造を、第１，第２の四辺部材と、第３，第４の四辺部材が略平行状態かつ対向するように並ぶ収納形状から、前記第１から第４の四辺部材が四辺形状をなす展開状態に至るまで、展開収納運動が可能に構成した。
【００１９】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第１から第４の四辺部材の互いの端部を回転自在に結合する結合部どうしの距離に於いて、第１の四辺部材における結合部距離と第２の四辺部材における結合部距離の和が、第３の四辺部材における結合部距離と第４の四辺部材における結合部距離の和とほぼ等しくなるように構成した。
【００２０】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第１から第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部に於いて、上記第１及び第３の四辺部材における結合部は、各々の部材の中心線上からお互いの対抗方向に突出して配置されるように構成した。
【００２１】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第３の四辺部材と上記第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部は、第３の四辺部材の中心線上もしくは該中心線に対して第１の四辺部材と反対側に配置するように構成した。
【００２２】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第１の斜部材の方が上記第２の斜部材よりも短くするように構成した。
【００２３】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第１の摺動部材もしくは第２の摺動部材の位置を制御することにより、展開収納動作を制御するように構成した。
【００２４】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第１の四辺部材と上記第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部の近傍に、モーターを設置し、モーターと同軸に設置されたプーリーとプーリーに巻かれたワイヤーを、上記第１の摺動部材もしくは第２の摺動部材に接続することにより、展開収納動作を制御するように構成した。
【００２５】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第１のリンク部材と上記第２のリンク部材を結合する箇所を、四辺トラス構造の収納状態で、第１のリンク部材の両端部の回転自在に結合される箇所間を結ぶ中心線に対して、第１の四辺部材と反対側に配置するように構成した。
【００２６】
また、この発明の展開トラス構造は、前記第２のリンク部材の数が第１のリンク部材の数よりも少なく備えて構成した。
【００２７】
上記構成によれば、上記収納時において、四辺形を構成する４部材のうち２部材をほぼ一直線上に並べることができるので、上記収納状態において全体寸法をコンパクトにすることが出来る。
【００２８】
また、展開力を与えるバネを第１及び第２の摺動部の間に設置し、これら摺動部に取り付けた第１及び第２リンク部材と第１及び第２の斜部材を介して展開力を上記四辺部材に伝達しているので、トラスの展開収納に伴うバネの伸縮距離が、リンクのてこ比により縮小され、結果としてバネの重量を低減させることができる。
【００２９】
また、上記第１から第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部に於いて、上記第１及び第３の四辺部材における結合部は、各々の部材の中心線上からお互いの対抗方向に突出して配置させることにより、上記収納状態において、上記第１と第２の斜部材が、突出部して配置された４個の結合部の内側に移動して、全体寸法をコンパクトに収納することが出来る。
【００３０】
また、上記第３の四辺部材と上記第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部を、第３の四辺部材の中心線上もしくは該中心線に対して第１の四辺部材と反対側に配置することで、上記収納時に第３の四辺部材と第４の四辺部材の四辺部材外側の形状を凹凸の無い形にすることができ、全体寸法をコンパクトにすることが出来る。
【００３１】
また、上記第１の斜部材を上記第２の斜部材よりも短くすることで、上記収納時に上記第１と第２の斜部材を上記の四辺部の内側に収納することができる。
【００３２】
また、上記第１の摺動部材もしくは第２の摺動部材の位置を、上記第１の四辺部材と上記第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部の近傍に配置されたモーターと、モーターと同軸に設置されたプーリーとプーリーに巻かれたワイヤーにより制御することで、重力下で展開トラスを保持しやすい構成とすることができる。
【００３３】
また、上記展開トラス構造が上記収納形状にある際に、上記第１のリンク部材と上記第２のリンク部材を結合する箇所を、第１のリンク部材の両端部の回転自在に結合される箇所間を結ぶ中心線に対して、第１の四辺部材と反対側に配置することで、第2のリンク部材を太くすることができ、上記圧縮バネによる引っ張 り力が働く第2のリンク部材の強度を増すことができる。
【００３４】
また、上記第２のリンク部材の数を上記第１のリンク部材の数よりも少なくすることにより、展開トラスの重量を低減することができる。
【００３５】
また、上記第２から第４の四辺部材と上記第１と第２の斜部材を第１の四辺部材に対して放射方向に複数配設し、同数の上記第１及び同数もしくは少数の第２のリンク部材を上記第１及び第２の摺動部材に配設しすることで、略多角柱形状あるいは略多角錐形状の展開トラス構造を構成することができる。
【００３６】
さらに、上記略多角柱形状あるいは略多角錐形状の展開トラスを、上記第３の四辺部材どうしを組み合わせるように複数個組み合わせることで、組み合わせ構造体を形成することができる。
【００３７】
また、この発明は、電波を反射するメッシュと、このメッシュを所望の曲面に整形するワイヤーをつなぎ合わせて構成したワイヤーネットワークとを備えて、このワイヤーネットワークを支持する支持柱を、展開トラス構造の略多角柱形状あるいは略多角錐台形状の角の点に相当する部位のみに配置してアンテナ反射鏡を構成した。
【００３８】
また、この発明のアンテナ反射鏡は、前記ワイヤーネットワークの網構造によりメッシュ表面を多角形の集合体のような支持構造で支持し、外周の支持構造に支持される多角形部分については、周方向、及び面直方向のみのワイヤーネットで構成し、他の多角形部分は、径方向、周方向、面直方向のワイヤーネットで構成した。
【００３９】
また、この発明のアンテナ反射鏡は、前記ネットワークワイヤーと展開トラス構造が隣接する箇所で、前記ネットワークワイヤーを、所定の傾斜角度をもって前記展開トラス構造に取付配置するように構成した。
【００４０】
上記構成によれば、略多角柱形状あるいは略多角錐形状を構成する展開トラス構造と、電波を反射するメッシュと、該メッシュを所望の曲面に整形するワイヤーをつなぎ合わせて構成したワイヤーネットワークと、上記展開トラス構造に取り付けられワイヤーネットワークを支持する支持柱とを有するアンテナ反射鏡において、上記支持柱を上記展開トラス構造の上記略多角柱形状あるいは上記略多角錐形状の角の点に相当する部位にのみ設置するようにアンテナ反射鏡を構成しているので、展開トラス構造の展開収納動作により支持柱の先端どうしの距離が長くなることでワイヤーの張力が上がり、ワイヤーが破損したり、展開収納動作を妨げることはない。
【００４１】
また、メッシュ反射鏡面を多角形の集合体のように構成したワイヤーネットで押さえ、外周の支持構造に支持される多角形部分については、周方向、及び面直方向のみのワイヤーネットで構成し、他の多角形部分は、径方向、周方向、面直方向のワイヤーネットで構成することで、反射鏡面の外周部変形が少なくなる。
【００４２】
また、ネットワークワイヤーと径方向の支持構造部材が隣接する箇所で部材とワイヤーを接続して、支持構造の収納展開動作にならってワイヤーが収納展開動作する構造と、支持構造部材とネットワークワイヤーの接続部分を支持部材とある角度だけ傾斜させて接続した構造としているので、収納展開動作時に過度な力がワイヤーに作用せずに、高い形状精度の反射鏡面が確保できるアンテナ支持構造を提供できる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る放射状リブによる展開トラス構造を用いたアンテナ反射鏡の一例を示す。
【００４５】
図１に示すように、この発明の一実施の形態に係る展開トラス構造は、ほぼ６角柱形状であるが、パラボラアンテナ鏡面などの曲面形状を形成する場合には、６角柱の上面と下面の大きさが異なり、本実施例では下面側６角形状が上面側６角形状よりも大きくなる６角錐台形状となっている。この発明の展開構造物の構成は、アンテナ反射鏡面となるメッシュ１１と、メッシュの形状を保持するワイヤー１２と、ワイヤー１２、メッシュ１１を支持する６本の支持柱１３からなる反射鏡面部１４と、反射鏡面部１４を支持する展開トラス２０からなる。
【００４６】
図２は、この発明のアンテナ反射鏡を構成する展開トラス構造を示す。図のように６個の四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは中央縦部材２２を共有する形で組み合わされ、６角錐台の展開トラス２０を構成している。
【００４７】
この展開トラス２０をモジュール２３と呼ぶ。６角錐台形状のモジュール２３の外側の縦部材２４ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの外側にはモジュール結合ヒンジ２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと２６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが取り付けられている。
【００４８】
図３は、図２に示すモジュール２３を１４個結合して構成した展開トラス３０を示す。展開トラス３０は複数のモジュール２３をモジュール結合ヒンジ２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと２６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆにより回転自在に結合することにより構成される。展開トラス３０を構成する個々のモジュール２３の上面の６角形の各点３１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、直接パラボラ面を構成してもよい。
【００４９】
ただし、図３に示す展開トラス３０では、図２に示す点３１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、このモジュール２３を構成する四辺リンク２１の基本寸法を同一とし、これら四辺リンク２１の中心線を含む平面どうしがなす角度を、３６０度を四辺リンク２１の数６で割った６０度より２〜３度以下程度増減させることにより、同一球面状に存在するように構成している。
【００５０】
パラボラアンテナの機能を満たすためには、メッシュ１１はパラボラ面上に無ければならないが、上記支持柱１３の長さを適当な値にすることで、支持柱１３の先端の点３２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆがパラボラ面上の点となるように設定してある。
【００５１】
上述のように、図３に示す展開トラス３０は、図２に示す展開トラス２０の集合体であり、この展開トラス３０を用いてアンテナ反射鏡を構成するには、図１の支持柱１３の先端の点３２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを、モジュールごとに個別に、パラボラ面上の点となるように設定すればよい。
【００５２】
メッシュ１１を支持するケーブルは、上記のようにメッシュの形状がパラボラ面になるようにワイヤー１２により保持されるが、ワイヤー１２は、メッシュ１１を直接支持するサーフェスワイヤー４０とサーフェスワイヤー４０より展開トラス２０に近い位置に存在するサポートワイヤー４１と、サーフェスワイヤー４０とサポートワイヤー４１もしくは四辺リンク部材を結ぶタイワイヤー４２からなる。
【００５３】
サーフェスワイヤー４０はタイワイヤー４２によりサポートワイヤー４１もしくは四辺リンク部材と結ばれることにより、サーフェスワイヤー４０上の点がパラボラ面上の点となるように設定される。
【００５４】
また、各ワイヤーは、ゆるんでメッシュ１１の姿勢が変化しないように、展開トラス２０が展開した状態で適当な張力がかけられている。
【００５５】
さらに展開トラス２０においては、図１のように外側の縦部材２４の上部の点と隣接する外側の縦部材２４の下部の点、外側の縦部材２４の下部の点と隣接する外側の縦部材２４の上部の点を結ぶようにクロスワイヤーが張架されており、各クロスワイヤーは、ゆるんで展開トラス２０の姿勢が変化しないように、展開トラス２０が展開した状態で適当な張力がかけられている。
【００５６】
また、クロスワイヤーどうしの交点は、固定してもよい。
【００５８】
さらに、クロスワイヤーは、外側の縦部材２４の上部の点どうし、下部の点どうしを結ぶように張架してもよい。
【００５９】
図４に展開トラス２０を構成する６個の四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの構造を示す。中央縦部材２２からメッシュ１１にほぼ沿うように横部材５２、横部材５３がヒンジ５４、５５を介して回転自在に支持されている。また、横部材５２、横部材５３の先には、中央縦部材２２と同じように、ヒンジ５６、５７を介して回転自在なように外側の縦部材２４が支持されている。
【００６０】
なお、上述の６本の支持柱１３は、外側の縦部材２４に接合されるよう構成される。
【００６１】
上記四辺リンク２１は、四辺リンク２１を構成する中央縦部材２２のヒンジ５４，５５を結ぶ距離と横部材５２の長さの和と、外側の縦部材２４のヒンジ５６，５７を結ぶ距離と横部材５３の長さの和がほぼ等しくなるように構成されている。
【００６２】
また、図４に示すように、中央縦部材２２のシャフト部５８の中心線とヒンジ５５の回転中心の間が離れており、同様に外側の縦部材２４のシャフト部５９の中心線とヒンジ５６の回転中心の間が離れるように構成している。
【００６３】
四辺リンク２１の内側には中央縦部材２２にヒンジ６０を介して回転自在に取り付けられた斜部材６１と、横部材５３にヒンジ６２を介して回転自在に取り付けられた斜部材６３が、互いの端部においてヒンジ６４を介して互いに回転自在になるように取り付けられている。中央縦部材２２には、摺動部材７０が中央縦部材２２に対して摺動自在に取り付けられ、摺動部材７０と斜部材６１には、それぞれヒンジ７１、７２が取り付けられ、それらヒンジ７１、７２には回転自在にリンク７３が支持されている。リンク７３には、ヒンジ７１，７２を結んだ直線とはずれた位置にヒンジ７４が設けられ、ヒンジ７４によりリンク７３にはリンク７５が回転自在に支持されている。
【００６４】
上記リンク７３と斜部材６１の長さは、中央縦部材２２の半分程度であり、これに対して斜部材６３は、中央縦部材２２の半分と横部材５２の長さの和から外側の縦部材２４の長さを引いた差分の長さとほぼ等しくなっている。一方、中央縦部材２２には、摺動部材７０とは別の摺動部材７６が中央縦部材２２に対して摺動自在に取り付けられており、摺動部材７６にはヒンジ７７が取り付けられ、ヒンジ７７により上記リンク７５が回転自在に支持されている。
【００６５】
そして、摺動部材７０と摺動部材７６の間には、圧縮バネ８０が係着されている。
【００６６】
上記圧縮バネが摺動部材７０と摺動部材７６を押し広げるように運動することにより、斜部材６１とリンク７３，７５により構成されたリンク群が自動開傘機構と同様に作用し、摺動部材７０と摺動部材７６が図４中Ａ方向に進むとともに、ヒンジ６４が図４中Ｂ方向に、中央縦部材２２から離れる方向に運動する。
【００６７】
このときの四辺リンクのヒンジ６２の位置は、ヒンジ６４の位置に対して、ヒンジ６４から斜部材６３を自由に回転させたときのヒンジ６２の軌跡と四辺リンク２１を自由に運動させたときに時の横部材５３に取り付けられたヒンジ６２の軌跡の交点に定まるため、本来１自由度である四辺リンク２１の形状は一意に定まる。いまヒンジ６４の位置が図４中Ｂ方向に移動することにより、斜部材６１と斜部材６３が直線に近づくため、四辺リンク２１の対角の位置にあるヒンジ６０とヒンジ６２の距離が広がるので、四辺リンク２１が展開運動し、展開トラス２０が展開運動することになる。
【００６８】
したがって、上記圧縮バネが摺動部材７０と摺動部材７６を押し広げるように運動することにより、展開トラス２０が展開運動する。
【００６９】
さらに、摺動部材７０には、図示しない制御ワイヤーが取り付けられており、中央縦部材２２の反射鏡面部１４と反対側には図示しない制御モーターが取り付けられていて、制御モーターの回転軸と同軸に取り付けられた図示しないプーリーに制御ワイヤーを取り付けている。制御モーターは、該モーターと同軸の前記プーリーに制御ワイヤーを巻き取ることで摺動部材７０の動きを制御するとともに、四辺リンク２１の動きおよび、該四辺リンク２１の組み合わせにより構成される展開トラス２０の展開収納動作を制御する。
【００７０】
上記実施の形態においては、上述のように、展開トラス２０において外側の縦部材２４に接合される支持柱１３は上記略多角錐形状の角の点に相当する部位にのみ設置されていて、中央縦部材２２のシャフト部５８と同軸上には支持柱１３を設けていない。
【００７１】
また、上記サーフェスワイヤー４０を支持するタイワイヤー４２は取り付け部位９０により横部材５２に接合されているが、タイワイヤー４２の端点９１，９２を結ぶ直線と隣接するタイワイヤーとサーフェスワイヤーの交点９３，９４を結ぶ直線と直交する直線が、図４に示すように図４中矢印Ｃに示す方向に傾斜角度をもって傾斜するように取り付けられている。なお該傾斜角度は約２０度前後である。
【００７３】
図５は、展開トラス２０を収納して、上記の四辺リンクを折り畳んだ状態を示す。
【００７４】
上記のように、リンク７３には、ヒンジ７１，７２を結んだ直線とはずれた位置にヒンジ７４が設けられているが、図５に示すように展開トラス２０の収納時には、ヒンジ７４はヒンジ７１，７２を結んだ直線に対して中央縦部材２２と反対側になるように構成されている。
【００７５】
このように構成された上記実施の形態によれば、外側の縦部材２４がほぼ横部材５２ないしは横部材５３を半径とする１／４円運動をするのに対し、摺動部材７０と摺動部材７６の間に勘合された圧縮バネ８０の長さの変化量はリンク７５の長さと同程度であり、リンク７５の長さは中央縦部材２２の長さの約半分であるリンク７３よりも短いので、図４と図５に示すように、四辺リンクを運動させる際に、力点であるバネの長さの変化量を少なくすることができ、これによりバネの仕事量を抑えることができるので、バネの重量を低減させることができる。
【００７６】
また、上記実施の形態のように、四辺リンクを構成する中央縦部材２２のヒンジ５４，５５を結ぶ距離と横部材５２の長さの和と、外側の縦部材２４のヒンジ５６，５７を結ぶ距離と横部材５３の長さの和がほぼ等しくなっているので、図５のように、四辺リンクは展開トラス２０の収納時に細長い四角形形状に折り畳むことができる。
【００７７】
さらに、図５のように中央縦部材２２のシャフト部５８とヒンジ５５の回転中心に距離があり、同様に外側の縦部材２４のシャフト部５９とヒンジ５６の回転中心に距離があることで、これらの距離によって生じる隙間１００に収納状態での斜部材６１，６３を収納することができる。
【００７８】
また、上記実施の形態では、四辺リンク２１の外側の凹凸を少なくするために、外側の縦部材２４のシャフト部５９の中心線とヒンジ５７の回転中心を一致させているが、これは外側の縦部材２４のシャフト部５９と横部材５３のシャフト部１０１の直径を同一としているためであり、例えばサーフェスワイヤー４０の張力に耐えてメッシュ１１をパラボラ面に一致させるために、シャフト部５９をシャフト部１０１よりも太くする場合には、図５のようにヒンジ５７をシャフト部５９の中心線から四辺リンクの外側に移動させれば、本実施例と同様に四辺リンク２１の外側の凹凸を少なくすることができる。
【００７９】
さらに、斜部材６３に対し斜部材６１が短いことにより、図のように収納状態においても、細長い略四角形形状をした四辺リンクの内部に、斜部材６１，６３を収納することができる。
【００８０】
また、図１、２に示す展開トラス２０の対称性から、展開トラス２０の重心は、中央縦部材２２の中心線上にあることは言うまでもないが、中央縦部材２２の反射鏡面部１４と反対側に制御モーターを取り付けることにより、重力下で展開トラス２０を保持する際に、中央縦部材２２をワイヤーでつり下げるだけで、反射鏡面部１４を上、もしくは下に向けることができ、これにより反射鏡面部１４の平面精度を測定する際に重力の補償が行いやすくなる。
【００８１】
さらに、反射鏡面部１４を上にした状態で展開トラス２０をつり下げるために、メッシュ１１に中央部分に直径１０ｍｍ程度の小穴を設けてもかまわない。
【００８２】
また、図５に示すように展開トラス２０の収納時には、ヒンジ７４をヒンジ７１，７２を結んだ直線に対して中央縦部材２２と反対側になるように構成することにより、圧縮バネ８０により引っ張り力が作用するリンク７５を太くすることができるので、リンク７５が破損する懸念がない。
【００８３】
また、この実施の形態ではリンク７５の数をリンク７３と同数にしているが、摺動部材７０と摺動部材７６の間を回転自在なリンクとして結合するリンク７５は、少なくとも１つだけ存在すれば、自動開傘機構としての機能を発揮する。
【００８４】
ただし、リンク７５の数を１つにすると、斜部材６１とリンク７３，７５により構成されたリンク群による自動開傘機構が、中央縦部材２２のシャフト部５８に対して非対称になるので、展開トラス２０が展開収納運動する際に摺動部７６がシャフト部５８と直角方向に押しつけられ、摺動部７６を運動させるための摩擦力が大きくなる。
【００８５】
したがって、リンク７５は少なくともシャフト部５８に対して、ほぼ対称に２個以上設けることが望ましい。
【００８６】
図６は、図３に示す展開トラス３０に反射鏡面部１４を組み合わせることにより、開口径の大きな展開アンテナを構成し、これを搭載した衛星の概観を示したものである。このように図２に示すモジュール２３を複数個結合すると、大型の展開トラス３０を構成することができ、これに反射鏡面部１４を組み合わせることにより、開口径の大きな展開アンテナの反射鏡として使用することができる。
【００８７】
また、図６に於いて、ブーム１１０に取り付けられた、大型の展開トラス３０を展開運動させる際に、ブーム１１０は大型の展開トラス３０の展開による重心移動の反力を受けるが、上記制御モーターにより複数個の展開トラス２０の展開を制御して、展開に要する時間を長くすることにより、該反力の最大値を低く抑えることができ、ブーム１１０が受ける負荷を小さくすることができるので、ブーム１１０の構造を簡略化することができ、結果としてブーム１１０の重量を低減させることができる。
【００８８】
さらに、上記実施の形態では、上述のように、展開トラス２０において外側の縦部材２４に接合される支持柱１３は上記略多角錐形状の角の点に相当する部位にのみ設置されていて、中央縦部材２２のシャフト部５８と同軸上には支持柱１３を設けていないので、図５のように外側の縦部材２３に接合された支持柱１３が収納時に縦になることで、サーフェスワイヤー４０が図５中上方向に引っ張られても、サーフェスワイヤー４０の中点１２０が支持柱により固定されていないので、該中点１２０は図５中上方向に移動可能であり、サーフェスワイヤー４０の張力が上がり、ワイヤーが破損したり、展開収納動作を妨げることはない。
【００８９】
さらに、図４に示すようにタイワイヤー４２の端点９１，９２を結ぶ直線と隣接するタイワイヤーとサーフェスワイヤーの交点９３，９４を結ぶ直線と直交する直線が、図４中矢印Ｃに示す方向に傾斜角度をもって傾斜するように取り付けられているので、端点９１，９２を結ぶ線分と端点９２と支持柱１３の先端点１２１を結ぶ線分が、タイワイヤー４２の端点９１，９２を結ぶ直線と隣接するタイワイヤーとサーフェスワイヤーの交点９３，９４を結ぶ直線と直交する直線が平行になるよう構成した場合に比べて長くなっており、図５のように四辺リンク２１が収納された状態で、外側の縦部材２４に接合された支持柱１３が縦になり、サーフェスワイヤー４０が図５中上方向に引っ張られても、サーフェスワイヤー４０の張力が上がり、ワイヤーが破損したり、展開収納動作を妨げることはない。
【００９０】
続いて、この発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明においては、前述した実施の形態と同一構成要素には、同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００９１】
図７は、展開トラス２０を構成する四辺リンク２１を示したものである。
【００９２】
本実施例においても、第１の実施例同様にモジュール２３の中央部には支持柱１３が無く、中央縦部材２２から放射状に伸びた四辺リンク２１の先端にのみ支持柱１３が存在する。
【００９３】
この第２の実施の形態が上記実施の形態と異なる点は、タイワイヤー４２の横部材５２への接合方法と、該タイワイヤーがサーフェスワイヤー４０となす角度にある。
【００９４】
この第２の実施の形態においては、サーフェスワイヤー４０を支持するタイワイヤー４２は、図示しないスライドリングを介して取り付け部位に取り付けられ、該取り付け部位は横部材５２に接合されている。このスライドリングは前記取り付け部位の非対称山型形状のレール部１３２に摺動可能なように勘合される。
【００９５】
また、第２の実施の形態においては、タイワイヤー４２の端点９１，９２を結ぶ直線と隣接するタイワイヤーとサーフェスワイヤーの交点９３，９４を結ぶ直線と直交する直線が平行になるよう構成してあり、図７のように展開時には、タイワイヤー４２に張力が働くので、タイワイヤー４２を取り付けたスライドリングは非対称山型形状のレール部１３２の山の頂点の位置に引き込まれて安定している。
【００９６】
図５のように四辺リンク２１が収納された状態で、外側の縦部材２４に接合された支持柱１３が縦になり、サーフェスワイヤー４０が図５中上方向に引っ張られても、タイワイヤー４２は、スライドリング、取り付け部位のレール部１３２を介して横部材５２に接合されているので、タイワイヤー４２を取り付けたスライドリングがレール部１３２に沿って図７中右側方向に移動し、非対称山型形状のレール部１３２の頂点位置から移動する。これにより、サーフェスワイヤー４０の張力が上がり、ワイヤーが破損したり、展開収納動作を妨げることはない。
【００９７】
続いて、この発明の第３の実施の形態を説明する。なお、以下の説明においては、前述の実施の形態と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００９８】
図８は、図１と同様の放射状リブによる展開トラスを用いたアンテナ反射鏡の一例を示す。
【００９９】
この第３の実施の形態においても、上記実施の形態と同様に、モジュール２３の中央部には、支持柱１３が無く、中央縦部材２２から放射状に伸びた四辺リンク２１の先端にのみ支持柱１３が存在する。
【０１００】
この第３の実施の形態が上記各実施の形態と異なる点は、タイワイヤー４２の取り付け箇所である。
【０１０１】
即ち、サーフェスワイヤー４０を支持するタイワイヤー４２は、横部材５２の間を環状に結ぶサポートワイヤー４１に接合される。
【０１０２】
この実施の形態のアンテナ反射鏡が、展開トラス２０の収納動作により図５のように四辺リンク２１が折り畳まれると、隣接する四辺リンク２１を構成する横部材５２どうしの距離が近くなるため、サポートワイヤー４１を弛ませることができる。したがって、タイワイヤー４２をサポートワイヤー４１に接合しておけば、サポートワイヤー４１の弛みによりタイワイヤー４２の取り付け点の拘束を自由にすることができ、タイワイヤー４２に取り付けられたサーフェスワイヤー４０も取り付け点の拘束を自由になり、サーフェスワイヤー４０の張力が上がり、ワイヤーが破損したり、展開収納動作を妨げることはない。
【０１０３】
続いて、この発明の第４の実施の形態を説明する。図１３に示すように、この第４の実施の形態に係る展開構造物３００の構造は、ほぼ６角柱形状に形成される。すなわち、支持構造３０１は、中心から径方向の６方向に支持部材（以下横部材３０２と記す）を配置したリブ型構造であり、反射鏡面は、サーフェスワイヤー３０３と呼ぶ反射鏡面側の多角形集合体、ここでは、３角形形状３０４と外周部の８角形形状３０５の集合体として構成した網状のワイヤーネットと、電波反射材料を使用したメッシュ部分（図示せず）と、反射鏡面形状を支持するために支持構造の横部材間に張架したサポートワイヤー３０６と、サーフェスワイヤー３０３とサポートワイヤー３０６を接続するタイワイヤー３０７から構成される。
【０１０４】
上記サポートワイヤー３０６は、実施の形態のように横部材３０２間に配置することで、横部材３０２の間に存在するサポートワイヤー３０６の接続点と支持構造３０１を最短距離で接続することができ、ワイヤー３０３、３０６、３０７が弛んだ状態となっても、ワイヤーの移動可能な範囲を最小限に押さえることが可能となり、収納から展開への変形時にワイヤーと支持構造３０１が絡みにくい構造となる。また、支持構造３０１へ直接接続する部分が多く取れるので、反射鏡面接続点と支持構造への接続距離を比較的短くとれるので、構造変形が生じた際にワイヤーの弛みによる形状精度劣化を押さえることが可能となる。
【０１０５】
また、サーフェスワイヤー３０３は、反射鏡面側から金属メッシュを覆う構造とし、支持構造３０１側からタイワイヤー３０７を接続して、タイワイヤー３０７の長さを調整することで反射鏡面を形成する。そして、支持構造３０１との接続は、外周部に配置した支持柱３０８にサーフェスワイヤー３０３とサポートワイヤー３０７を接続し、リブ状に配置した接続部に部材接続タイワイヤー３０９を接続する構造を採る。
【０１０６】
さらに、反射鏡面中央部分のワイヤー接続部３１０と、径方向の鏡面側横部材に接続した中央サポートワイヤー３１１を鏡面中央部で中央タイワイヤー３１２により接続する。横部材３０２に接続された中央サポートワイヤー３１１は、支持構造３０１の収納動作と共に接続点が図中上部へ移動するために、せん断変形を利用した支持構造で問題となる収納動作時のワイヤーの突っ張りを低減できる。
【０１０７】
また、横部材３０２に直接接続されたタイワイヤー３０９は、横部材３０２とある傾斜角をもって配置しているため、例えば、図中長さａとｂの和がｃとｄの和よりも長くなるように接続点３１３を決定することで、収納時にワイヤーの突っ張りが低減可能となる。
【０１０８】
さらに、ａとｂの和がｃとｄの和が等しくなるような位置を設定すれば、収納から展開まである程度の張力状態が保たれて、ワイヤーの絡み付きを防止することが可能となる。
【０１０９】
最外周に配置する外周サーフェスワイヤー３１４を径方向から接続するワイヤーを設けずに周方向のみのワイヤーで構成すると、最外周部エッジの内側へのえぐれ込みが小さくなることは自明であるが、周方向のみの外周サーフェスワイヤー３１４で構成すると、横部材３０２間に配置された外周サーフェスワイヤー３１４と横部材３０２上のワイヤーで反射鏡面が区分けされるために、メッシュ特有のピロー変形が大きくなり鏡面の形状精度向上に限界がある。
【０１１０】
この実施の形態では、形状精度を向上させるために、３角形の区分け部分３０４を反射鏡面内側に形成して、その最外周ワイヤーを周方向ワイヤーのみで構成し、外周部に８角形形状の区切り部分３０５を設けている。この構成によれば、外周部での反射鏡面の変形量を押さえて電波反射に有効な面を広くとることが可能となる。
【０１１１】
このように、上記展開トラス構造は、四辺構造と、対角線間に中間に折れ曲がり部分を設けた斜部材６１，６３で構成される四辺トラス構造と、展開駆動機構として、２個の摺動部材７０，７６と斜部材６１，６３を結合したリンク部材と、摺動部材７０，７６間に設置された圧縮バネ８０を備えて、この展開駆動機構で四辺トラス構造を展開収納するように構成した。
【０１１２】
これによれば、収納状態において全体寸法がコンパクトで、しかも、バネの重量が小さく、重力下で保持しやすい構成とすることができ、圧縮バネ８０による引っ張り力が働くリンク部材の強度を増すことができ、重量が軽い略多角柱形状あるいは略多角錐形状に形成することが可能となり、宇宙空間に構築する各種構造物の形成に好適される。
【０１１３】
また、この略多角柱形状あるいは略多角錐形状の展開トラス構造を複数個組み合わせて組み合わせ構造体を形成することができる。
【０１１４】
さらに、上記展開トラス構造に、ワイヤーネットワーク１２を支持する支持柱１３を立て、この支持柱１３に電波を反射するメッシュを張設して反射鏡面を形成してアンテナ反射鏡を形成した。これによれば、大型、かつ軽量の反射鏡面を容易に構成することが可能となり、宇宙空間に構築するアンテナ反射鏡の大型化の促進に寄与される。
【０１１５】
なお、上記実施の形態では、略６角柱形状の展開トラス構造を放射方向の４辺リンクの組み合わせで構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、略８角形等の略多角柱形状あるいは略多角錐形状に組み合わせ結合するように構成することも可能である。
【０１１６】
さらに、上記実施の形態では、アンテナ反射鏡に適用した場合で説明したが 、これに限ることなく、その他、宇宙空間に構築するプラットホーム等の各種の構造物においても適用可能である。
【０１１７】
よって、この発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施できることは勿論である。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、収納性・軽量化・展開信頼性の向上を図り得るようにした展開トラス構造及びアンテナ反射鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係わる展開トラス構造を用いたアンテナ反射鏡を示した斜視図である。
【図２】図１の展開トラス構造を取出して示した斜視図である。
【図３】図１のモジュールを１４個結合して構成したアンテナ反射鏡を示した斜視図である。
【図４】図１の展開トラス構造を構成する四辺トラス構造を取出して示した平面図である。
【図５】図１の展開トラス構造を収納して、四辺トラス構造を折り畳んだ状態を示した平面図である。
【図６】図１の展開トラス構造に反射鏡面部を組み合わせることにより構成したアンテナ反射鏡を示した斜視図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態に係わる展開トラス構造を構成する四辺リンクを示した平面図である。
【図８】この発明の第３の実施の形態に係わる展開トラス構造を用いたアンテナ反射鏡を示した斜視図である。
【図９】従来の放射状リブによる展開トラス構造を用いたアンテナ反射鏡を示す斜視図である。
【図１０】従来の展開トラス構造の四辺リンクが、展開収納運動に伴い、収納された様子を示した斜視図である。
【図１１】従来のトラス型展開構造物の構成を示した斜視図である。
【図１２】従来の傘型展開構造物と反射鏡面との関係を説明するために一部概略を示した構成図である。
【図１３】 この発明による第４の実施例に係わるアンテナ反射鏡の構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
１１・・・メッシュ。
１２・・・ワイヤー。
１３・・・支持柱。
１４・・・反射鏡面部。
２０・・・展開トラス。
２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ・・・四辺リンク。
２２・・・中央縦部材。
２３・・・モジュール。
２４ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ・・・外側の縦部材。
２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ・・・モジュール結合ヒンジ。
２６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ・・・モジュール結合ヒンジ。
３０・・・展開トラス。
３１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ・・・展開トラス上面の６角形の点。
３２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ・・・支持柱１３先端の点。
４０・・・サーフェスワイヤー。
４１・・・サポートワイヤー。
４２・・・タイワイヤー。
５２・・・横部材。
５３・・・横部材。
５４・・・ヒンジ。
５５・・・ヒンジ。
５６・・・ヒンジ。
５７・・・ヒンジ。
５８・・・シャフト部。
５９・・・シャフト部。
６０・・・ヒンジ。
６１・・・斜部材。
６２・・・ヒンジ。
６３・・・斜部材。
６４・・・ヒンジ。
７０・・・摺動部材。
７１・・・ヒンジ。
７２・・・ヒンジ。
７３・・・リンク。
７４・・・ヒンジ。
７５・・・リンク。
７６・・・摺動部材。
７７・・・ヒンジ。
８０・・・圧縮バネ。
９１・・・端点。
９２・・・端点。
９３・・・交点。
９４・・・交点。
１００・・・隙間。
１０１・・・シャフト部。
１１０・・・ブーム。
１２０・・・中点。
１３２・・・レール部。
２０１・・・中央縦部材。
２０２・・・四辺リンク。
２０３・・・横部材。
２０４・・・横部材。
２０５・・・外側の縦部材。
２０６・・・支持柱。
２０７・・・ワイヤーネットワーク。
３００・・・展開トラス構造。
３０１・・・支持構造。
３０２・・・横部材。
３０３・・・サーフェスワイヤー。
３０４・・・三角形区切り部分。
３０５・・・８角形区切り部分。
３０６・・・サポートワイヤー。
３０７・・・タイワイヤー。
３０８・・・支持柱。
３０９・・・横部材接続タイワイヤー。
３１０・・・中央部分のワイヤー接続部。
３１１・・・中央サポートワイヤー。
３１２・・・中央タイワイヤー。
３１３・・・接続点。
３１４・・・外周サーフェスワイヤー。

Claims (12)

1. 第１から第４の四辺部材の端部を回転自在に四辺形状に結合した四辺構造を放射状に組み合わせて、この四辺構造の一方の対角線間に、中間部が回転自在に折れ曲がり自在に連接される第１及び第２の斜部材を架設した四辺トラス構造と、
   この四辺トラス構造の第１の四辺部材に摺動自在として架設される第１の摺動部材と、
   この第１の摺動部材と前記第１の斜部材とを回転自在にリンク結合する第１のリンク部材と、
   前記四辺トラス構造の第１の四辺部材に前記第１の摺動部材に干渉しない位置に摺動自在として架設される第２の摺動部材と、
   この第２の摺動部材と前記第１のリンク部材とを回転自在として結合される第２のリンク部材と、
   前記第１及び第２の摺動部材間に設置され、第１及び第２の摺動部材を前記第１の四辺部材に対して摺動させる力を付与するバネ部材と
   を具備した展開トラス構造。
2. 前記四辺トラス構造は、第１，第２の四辺部材と、第３，第４の四辺部材が略平行状態かつ対向するように並ぶ収納形状から、前記第１から第４の四辺部材が四辺形状をなす展開状態に至るまで、展開収納運動が可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の展開トラス構造。
3. 前記第１から第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部に於いて、上記第１及び第３の四辺部材における結合部は、各々の部材の中心線上からお互いの対抗方向に突出して配置されて構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の展開トラス構造。
4. 前記第３の四辺部材と上記第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部は、第３の四辺部材の中心線上もしくは該中心線に対して第１の四辺部材と反対側に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の展開トラス構造。
5. 前記第１の斜部材の方が上記第２の斜部材よりも短いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の展開トラス構造。
6. 前記第１の摺動部材もしくは第２の摺動部材の位置を制御することにより、展開収納動作を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の展開トラス構造。
7. 前記第１の四辺部材と上記第４の四辺部材の端部を回転自在に結合する結合部の近傍に、モーターを設置し、モーターと同軸に設置されたプーリーとプーリーに巻かれたワイヤーを、上記第１の摺動部材もしくは第２の摺動部材に接続することにより、展開収納動作を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の展開トラス構造。
8. 前記第１のリンク部材と上記第２のリンク部材を結合する箇所を、四辺トラス構造の収納状態で、第１のリンク部材の両端部の回転自在に結合される箇所間を結ぶ中心線に対して、第１の四辺部材と反対側に配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の展開トラス構造。
9. 前記第２のリンク部材の数が第１のリンク部材の数よりも少ないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の展開トラス構造。
10. 電波を反射するメッシュと、このメッシュを所望の曲面に整形するワイヤーをつなぎ合わせて構成したワイヤーネットワークとを具備し、このワイヤーネットワークを支持する支持柱を、請求項１乃至９のいずれか記載の展開トラス構造の略多角柱形状あるいは略多角錐台形状の角の点に相当する部位のみに配置することを特徴とするアンテナ反射鏡。
11. 前記ワイヤーネットワークの網構造によりメッシュ表面を多角形の集合体のような支持構造で支持し、外周の支持構造に支持される多角形部分については、周方向、及び面直方向のみのワイヤーネットで構成し、他の多角形部分は、径方向、周方向、面直方向のワイヤーネットで構成したことを特徴とする請求項１０記載のアンテナ反射鏡。
12. 前記ネットワークワイヤーと展開トラス構造が隣接する箇所で、前記ネットワークワイヤーを、所定の傾斜角度をもって前記展開トラス構造に取付配置したことを特徴とする請求項１０又は１１記載のアンテナ反射鏡。

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