JP4800507B2 - 直進作動装置およびこの直進作動装置を有する宇宙船および太陽光発電装置の展開システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナットとして形成された、回転運動を並進運動に変換するための手段と、回転駆動ユニットと、およびナットと協働するスピンドルとを有し、この場合、ナットがスピンドルと相対回転可能に結合されている直進作動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような直進作動装置が欧州特許公開第０６０３０６７号から既知である。従来技術から既知のこの直進作動装置は特に宇宙船内で使用するために設計され、この場合、ナットがねじ−ローラ機構として形成されている。スピンドルは回転駆動ユニットと一体回転可能に結合されている。
【０００３】
上記のねじ−ローラ機構の代替態様としてドイツ特許公開第４２０８１２６号からボール・ナットが既知であり、このボール・ナットは同様に回転運動を並進運動に変換するためのスピンドルと協働する。
【０００４】
欧州特許公開第０６０３０６７号に記載の上記の従来技術においては、直進駆動装置のスピンドルは常に回転駆動ユニットと結合されたままである。ナットと結合されている要素はスピンドルに対して並進運動をなして移動可能であり、極端な場合にはスピンドルから抜け出すことさえある。しかしながら、この場合、並進運動をなしまたは場合によりスピンドルと仮結合されている比較的大きな要素の場合、それに対応して大きなスピンドルが必要となり、このスピンドルは例えばナットとスピンドルとの間の結合を解放したのちに回転駆動ユニットにおける比較的大きな妨害要素としておよび回転駆動ユニットと結合された可能なその他の要素として残るという危険性が存在する。宇宙船における太陽光発電装置の展開の例において、これは、太陽光発電装置を展開したのちに比較的長いスピンドルが宇宙船の表面から突出してそれが太陽光発電装置の運動を妨害し、または太陽光発電装置を損傷させることすらあることを意味する。
【０００５】
特に太陽光発電装置のための展開システムの場合に対して、従来技術例えばドイツ特許公開第１９６４９７３９号から異なる構造が既知であるが、この構造はある種の欠点を有している。花火技術による解放（pyrotechnical release）においては、太陽光発電装置ユニットないしそれを支持する構造物に比較的大きな衝撃を与えることが問題であり、このことが、例えば宇宙船内に使用された場合に著しい障害の原因となる。さらに、この場合に粒子が周囲に浮遊し、粒子が太陽光発電装置ユニットまたはその他のユニットを損傷させることがあるという危険性が存在する。ドイツ特許公開第１９６４９７３９号は花火技術によらない解放装置を開示しているが、この解放装置は、同様に周囲に浮遊する粒子の危険性をそれ自身解消せず、この解放装置においては、ドイツ特許公開第１９６４９７３９号の請求項に教示されているように、固着したがって非解放の危険性を排除することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来技術の上記の欠点を解消し、特に宇宙船内の使用において衝撃作用または周囲に浮遊する粒子のない作動を可能にする直進作動装置を提供することが本発明の課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１の特徴により解決される。本発明の他の主題は、本発明による直進作動装置を有する宇宙船並びに太陽光発電装置の展開システムである。
【０００８】
本発明による直進作動装置においては、回転駆動ユニットがナットと一体回転可能に結合されている設計がなされている。したがって、回転駆動ユニットにより形成されるナットの回転運動によりスピンドルの並進運動が発生され、この並進運動は最終的にスピンドルをナットから解放させ、これにより、場合によりきわめて長いスピンドルであってもそれが回転駆動ユニットに残ることはなく、およびこれと結合されている要素が残ることはない。回転駆動ユニットがモータまたはばねとして形成されていてもよい。
【０００９】
しかしながら、代替態様としてまたは前記教示に関して、（場合により他のまたは複数の他の）回転駆動ユニットが、ナットと協働するスピンドルの領域に対してスピンドルの軸方向に力を与えるように設計されていてもよい。したがって、単独でまたはこの引張力または圧縮力の作用により支援されてナットを回転させ、これにより一方でスピンドルの並進運動を作用させることができる。この場合、回転駆動ユニットが弾性要素として形成されていてもよい。
【００１０】
この場合特に、スピンドルがプレストレスを受けたときに伸長可能なように形成されている設計がなされていてもよい。この場合、スピンドルに対してあらゆるタイプの適切な材料および構造方式が考えられるが、これらはそれぞれのプレストレスに適合されなければならないことは当然である。即ち、スピンドルは高いプレストレスを受入可能なようにチタンまたは鋼で製作されていてもよく、対応して比較的小さいまたは比較的高い弾性を有するように、中実に形成されてもまたは繊維または棒のように個別要素として構成されていてもよい。しかしながら、他の適切な材料例えば非金属材料またはその他の構造方式もまた可能である。
【００１１】
他方で、代替態様または追加態様により、回転駆動ユニットとして、スピンドルにプレストレスいわゆる引張力または圧縮力を与える少なくとも１つのばね要素のような弾性要素が設けられているように設計がなされていてもよい。このとき、上記のように、この弾性要素はスピンドルに引張力または圧縮力を与えることによりナットを回転させることができる。
【００１２】
ナットが、転がり本体を介してスピンドルと作用結合されているように設計がなされることが好ましい。これにより、スピンドルに対するナットの回転運動においては転がり抵抗に打ち勝つだけでよく、ナットとスピンドルとの間の滑り抵抗は発生しないことが保証される。上記の従来技術から既知のように、転がり本体としてローラまたはボールが設けられてもよい。
【００１３】
回転運動を行う前にナットをロックするためにロック装置が設けられてもよく、この場合、ナットは第１のロック装置と一体回転可能に結合されている。このロック装置はナットそれ自身の一部であってもよいが、ナットがそれと適切に一体回転可能に結合されている他の要素が設けられていてもよい。第１のロック装置は第２のロック装置と着脱可能および一体回転可能に結合可能であるように形成されている。これにより、両方のロック装置のロック位置においてはこれらがナットの回転運動を妨害し、および両方のロック装置を相互に解放したときにはナットに希望の回転運動を与えることができることが保証される。第１のロック装置はこのためにその表面上に突起または凹部を有し、この場合、第２のロック装置はこのときこの突起または凹部に対して相補の形状を有している。この場合、この相補の形状は、ナットの回転を防止するためにそれが突起または凹部と有効に協働するように形成されているだけでよい。
【００１４】
直進作動装置の応力のない作動を保証するために、スピンドルおよびナットが傾斜可能に支持部内に支持されているように設計がなされてもよい。これにより、スピンドルおよびナットの支持部の相互のオフセットを調整することができる。このために、支持部が例えばボール継手としてまたは他の適切な方法で形成されなければならない。
【００１５】
この直進作動装置は、対象物が相互に相対移動可能であり且つ特に相互に着脱可能に結合され、このとき対象物は、開放、展張、展開または分離の意味で解放可能であるあらゆる場所に使用可能である。これは、即ち、差し込み状態において固定結合が提供され、この固定結合は特に遠隔操作によっても簡単に解放可能である装置である。
【００１６】
本発明の他の主題は上記の直進作動装置を有する宇宙船である。この場合、回転駆動ユニットが例えば宇宙船と結合され、およびスピンドルがこのとき、着脱可能、展張可能または展開可能な宇宙船のユニットと一体回転可能に固定結合されていてもよい。このようなユニットは、例えば宇宙船の太陽光発電装置ユニットまたはアンテナ・ユニットを示してもよく、その他のマスト、着陸脚、外部装着荷重、複数の宇宙船（例えば衛星の積重ね）またはそれぞれ相互に分離されるべき親子宇宙船を示してもよい。
【００１７】
本発明の他の主題は、上記の直進作動装置を有する太陽光発電装置の展開システムである。この場合、直進作動装置は太陽光発電装置ユニットを展開するための締付保持および解放システムの部品として形成されていてもよい。
【００１８】
特定の実施態様において、ナットが太陽光発電装置ユニットの支持構造物と結合され、およびスピンドルが太陽光発電装置ユニットの最外層パネル要素と結合されているように設計がなされてもよい。これにより太陽光発電装置ユニットを展開するとき、スピンドルが支持構造物から例えば固定フレーム、乗り物例えば宇宙船等から分離されることが保証されるので、これがここでもはや障害を与えることはない。
【００１９】
応力のない作動を保証するために、スピンドルが第１の支持部内で太陽光発電装置ユニットの最外層パネル要素に対して傾斜可能に支持され、およびナットが第２の支持部内で支持構造物に対して傾斜可能に支持されているように設計がなされてもよい。これにより太陽光発電装置ユニットの支持構造物に対する可能なオフセットを容易に吸収することができる。
以下に本発明の特定の実施態様を図１ないし６により詳細に説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は例えば宇宙船用太陽光発電装置の展開システム内に使用されている本発明による直進作動装置を示す。この装置はスピンドル３を着脱可能に固定するために使用されるナット１を含む。このスピンドル３を介して太陽光発電装置ユニット８がプレストレスのもとで相互に保持ないし締付保持されている。図１に太陽光発電装置ユニット８の個々のパネル要素が断面図で示されている。スピンドル３は対応結合要素１３例えばボール・カップを介して太陽光発電装置ユニットと一体回転可能に固定結合されている。ここで結合要素１３は、スピンドル３を介して太陽光発電装置ユニット８を相互に保持ないし締付保持するためのプレストレスとして引張力を与えることが可能なように設計がなされてもよい。このプレストレスは例えばスピンドル３の端部における他のナット１５により与えられてもよく、この場合、スピンドル３はその他方の端部においてナット１内に固定されている。
【００２２】
プレストレスは、スピンドル３の伸びが形成されるほど高く選択されてもよい。これによりスピンドルは回転駆動ユニット２２となり、その理由は、ナット１がそれを許容すると直ちに、スピンドル３が再び収縮しようと試み且つこの場合にナット１が回転され、これによりこのとき再びスピンドル３はナット１から直進運動の形で外に移動されるからである。スピンドル３が中実材料からなる場合、伸びはその全長にわたり形成される。しかしながら、スピンドル３は部分領域内のにみ特定の弾性を有してもよく、この弾性は例えば弾性材料から形成されまたは例えば個別要素（繊維、棒等）のような他の構造により形成されてもよい。
【００２３】
これの代替態様としてまたはスピンドル３の伸びによるこのプレストレス作用を支援するために、１つまたは複数のばね３２が設けられてもよく、ばね３２はスピンドル３それ自身にプレストレスを与え、プレストレスはこのときスピンドル３を介してナット１に伝達される。したがって、このような手段によっても、スピンドル３をナット１に対してプレストレスを与えることができる。同様に、引張力が与えられ、引張力はそれを可能にすると直ちにナット１を回転させ、このとき再びスピンドル３はナット１から直進運動の形で抜き出される。この場合、ばね３２もまた回転駆動ユニットを形成する。しかしながら、引張力を与えるばね３２の代わりに、スピンドル３に圧縮力を与える適切な弾性要素、例えばスピンドル３のナット１とは反対側端部においてスピンドル３に作用する前記適切な弾性要素が設けられてもよい。したがって、ナット１を回転させるためにスピンドル３が一部ナット１から引き出されないで一部押し出されることになり、これによりスピンドル３は最終的にナット１から抜き出される。
【００２４】
スピンドル３をナット１から抜き出すこのような運動を与える他の代替または追加方法は、ナット１と一体回転可能に固定結合されている回転駆動ユニット２を設けることにある。これをさらに詳細に説明する。
【００２５】
即ち、ナット１の回転によりスピンドル３の並進運動を発生することができ、この並進運動は最終的にスピンドル３をナット１から分離させ、したがってスピンドル３と、結合要素１３を介してスピンドル３と結合されている太陽光発電装置ユニット８とからなる複合ユニットを、ナットおよびそれと結合されている要素により形成されている締付保持システムから解放させることができる。
【００２６】
ナット１は例えば図５に示すようにローラ・ナットとして形成されていてもよく、即ちナット１はローラ４を有し、一方でローラ４はスピンドル３と作用結合を形成し、スピンドル３はローラ４と同様にその全長の少なくとも部分領域内にねじを有している。
【００２７】
ナット１の意図に反した回転運動を防止するために、ロック機構として図３に示すロック装置５が設けられている。この実施例においてはロック装置はスリーブ５であり、スリーブ５内にナット１が一体回転可能に圧入されている。スリーブ５はその表面のある領域内に突起７を有し、突起７はスリーブ５およびナット１からなる複合ユニットの回転運動のロックを、第２のロック装置６例えば棒、ボルト等により可能にする。図１、２および４が示すように、スリーブ５は、この場合ばね２として形成されている回転駆動ユニットと一体回転可能に結合されている。この実施例においては、このために渦巻ばね２が設けられ、渦巻ばね２はナット１の回転運動の前にプレストレス状態にあり、ロックの解放後即ちロック装置６および７が相互に解放されたのちに、そのストレス除去によりスリーブ５の回転運動したがってスリーブと結合されているナット１の回転運動が行われる。上記のように、他の回転駆動ユニット２２、３２が代替または追加の回転駆動ユニットとして設けられていてもよい。しかしながら、図を簡単にするために、図１に３つのすべてのタイプの回転駆動ユニット２、２２、３２が共に示されている。
【００２８】
確実な回転運動を保証するために、図２に示すように、ナット１、スリーブ５および渦巻ばね２からなる全体ユニットがハウジング９内に設けられ、ハウジング９は底板１４と結合され、または例えば直接宇宙船の表面と結合されている。ハウジング９内でのスリーブ５およびナット１の回転運動における摩擦を低減させるために、スリーブ５とハウジング９との間にハウジングの上部領域において対応軸受１０例えばころ軸受が設けられている。
【００２９】
両方のロック装置６、７の相互の解放は適切な各装置により行うことができる。このために、図１の実施例においては、ロック装置６はボルトとして形成され、ボルトはアングル・レバー１１を介してスライダ２０と結合され、スライダ２０は例えばモータまたは電磁石のようなアクチュエータ１２により移動させることができる。この場合、スライダ２０の並進運動はアングル・レバー１１を介してボルト６の並進運動に変換され、ボルト６はこの運動において突起７から解放され、したがってスリーブ５並びにスリーブ５と結合されているナット１の回転運動が開始される。しかしながら、ロック装置６またはアクチュエータ１２として例えば形状記憶合金等のような他の適切な装置が使用されてもよい。
【００３０】
図６は再び図１に示す装置の断面図を示し、図１で既に説明した直進作動装置の要素が図６にも再び示されている。ばね２の図示のみが省略され、ばね２は実施態様に応じてそれぞれ、上記のようになくてもよいからである。しかしながら、図６に示した図においては特に１つの特定の詳細が示されている。この場合、片側の上部領域内にスピンドルを支持するために、並びに反対側でハウジング９内にナット１およびスリーブ５を支持するためにボールソケット形軸継手１３、１５が設けられ、ボールソケット形軸継手１３、１５はこれらの両方の支持点のオフセットを相互に、即ちスピンドル３の斜め位置を調整するので、このようなオフセットにもかかわらず、装置内特にスピンドル３並びにその支持点内に応力は発生しない。即ち、スリーブ５がナット１と共にハウジング９の上部領域内の支持部１５内でハウジング９に対して傾斜可能であると同様に、スピンドル３は上方支持部１３内で最上層の太陽光発電装置ユニット８に対して傾斜されてもかまわない。したがって、スピンドル３をナット１から完全に解放するまで、この装置の応力のない作動が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による直進作動装置を有する太陽光発電装置の展開システムを示す図である。
【図２】図１に示す展開システムのスピンドルに対する締付保持機構の断面図である。
【図３】ロック装置を有するナットの略示図である。
【図４】回転駆動ユニットとしてのばねとナットとの結合を示す平面図である。
【図５】ローラ・ナットとして形成されたナットの断面図である。
【図６】図１に示した装置の断面図である。
【符号の説明】
１ ナット
２、２２、３２ 回転駆動ユニット
３ スピンドル
４ 転がり本体
５ 第１のロック装置
６ 第２のロック装置
７ 突起または凹部
８ 太陽光発電装置ユニット
１３、１５ 支持部（ボールソケット形軸継手、結合要素）
１４ 支持構造物

Claims (18)

1. ナット（１）として形成された、回転運動を並進運動に変換するための手段と、回転駆動ユニット（２、２２、３２）と、およびナット（１）と協働するスピンドル（３）とを有し、この場合、ナット（１）がスピンドル（３）と相対回転可能に結合されている直進作動装置において、
   スピンドル（３）がナット（１）との相対回転によって直進運動の形で抜き出し可能となっており、
   第１の回転駆動ユニット（２）がナット（１）からスピンドル（３）を抜き出す方向にナット（１）を回転させるようにナット（１）と一体回転可能に結合され、
   第２の回転駆動ユニット（２２、３２）がスピンドル（３）の軸方向の引張力を発生させるようにスピンドル（３）にプレストレスを作用させ、該プレストレスによって、スピンドル（３）がナット（１）から抜き出される方向にナット（１）が回転可能であることを特徴とする直進作動装置。
2. 第１の回転駆動ユニット（２）がモータまたはばねとして形成されていることを特徴とする請求項１記載の直進作動装置。
3. 第２の回転駆動ユニット（２２、３２）が、ナット（１）と協働するスピンドル（３）の領域に対してスピンドル（３）の軸方向に力を与えることを特徴とする請求項１または２記載の直進作動装置。
4. 第２の回転駆動ユニット（２２、３２）が弾性要素として形成されていることを特徴とする請求項３記載の直進作動装置。
5. スピンドル（３）がプレストレスを受けたときに伸長可能なように形成されていることを特徴とする請求項３または４記載の直進作動装置。
6. 第２の回転駆動ユニット（３２）として、スピンドル（３）にプレストレスを与える少なくとも１つのばね要素が設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の直進作動装置。
7. ナット（１）が、転がり本体（４）を介してスピンドル（３）と作用結合されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の直進作動装置。
8. 転がり本体（４）がローラまたはボールとして形成されていることを特徴とする請求項７記載の直進作動装置。
9. ナット（１）が第１のロック装置（５）と一体回転可能に結合され、第１のロック装置（５）が第２のロック装置（６）と着脱可能および一体回転可能に結合可能であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の直進作動装置。
10. 第１のロック装置（５）がその表面上に突起または凹部（７）を有し、および第２のロック装置（６）がこの突起または凹部（７）に対して相補の形状を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の直進作動装置。
11. スピンドル（３）およびナット（１）が傾斜可能に支持部（１３、１５）内に支持されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の直進作動装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の直進作動装置を有する宇宙船。
13. 第１の回転駆動ユニット（２）が宇宙船と結合され、およびスピンドル（３）が、着脱可能、展張可能または展開可能な宇宙船のユニット（８）と一体回転可能に結合されていることを特徴とする請求項１２記載の宇宙船。
14. スピンドル（３）が太陽光発電装置ユニット（８）またはアンテナ・ユニットと結合されていることを特徴とする請求項１３記載の宇宙船。
15. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の直進作動装置を有する太陽光発電装置の展開システム。
16. 直進作動装置が太陽光発電装置ユニット（８）を展開するための締付保持および解放システムの部品として形成されていることを特徴とする請求項１５記載の太陽光発電装置の展開システム。
17. ナット（１）が太陽光発電装置ユニット（８）の支持構造物（１４）と結合され、およびスピンドル（３）が太陽光発電装置ユニット（８）の最外層パネル要素と結合されていることを特徴とする請求項１６記載の太陽光発電装置の展開システム。
18. スピンドル（３）が第１の支持部（１３）内で太陽光発電装置ユニット（８）の最外層パネル要素に対して傾斜可能に支持され、およびナット（１）が第２の支持部（１５）内で支持構造物（１４）に対して傾斜可能に支持されていることを特徴とする請求項１７記載の太陽光発電装置の展開システム。

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