JP5877412B2 - 自己駆動式継手および自己調節式継手アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、それが接続する要素を自動的に展開し、展開位置でロックするように設計された自己駆動式継手に関する。本発明はまた、少なくとも１つの継手によってともに連結された様々な要素から構成される継手アセンブリに関する。

本発明は特に、それらに限定されないが、宇宙分野およびとりわけ、ともに連接された様々な要素から構成され、宇宙に到達すると展開される衛星用太陽電池パネルの製造に応用される。その他多くの応用が宇宙分野および地上の両方で考えられる。

このような継手は、例えば仏国特許第２６３５０７７号明細書および仏国特許第２９０２７６３号明細書に述べられている。この継手は、自己駆動により解放できるため、継手に接続された要素が展開可能となる機械システムの形をとる。継手は、少なくとも１つの可撓性要素の作用を受けて回転するように作られた２つの継手取付具を含む。継手は、継手取付具の周りを交差し、かつ、継手取付具のうちの１つに各々属する可撓性軌道に取り付けられた２つのローラによって張力をかけられている、回転ストリップによって、遊びがない状態で保持されている。継手は、格納位置として知られる位置に継手を保持するための装置を含み、これは例えば、継手が取り付けられている太陽電池パネルの領域に位置する爆発ボルトまたはボルトカッターによって達成される。

継手を格納位置から展開位置として知られる位置へ通過させるために、可撓性要素は例えば、駆動トルクを応用するカルパンティエジョイントによって形成される。この駆動トルクは、継手が移動する間非常にムラがあり、そのため、解放する速度も同様にムラがある。

さらに、展開位置を確実に達成するために、継手を展開するトルクを発生させるために使用される可撓性要素を特大にする必要がある。例えば、パネル間に位置する電気ケーブルおよびいずれの継手にも固有の摩擦による、抵抗トルクを考慮する必要がある。この特大化は、展開終了時に、継手のエンドストップに対する衝撃という形でエネルギーが回復することを意味する。エンドストップにより吸収されたエネルギーは、衝撃の速度に依存するため、予期するのが困難である。継手の駆動要素の特大化は、継手のエンドストップと、同様に展開終了時に衝撃を受ける継手によって接続された要素との特大化につながる。

本発明は、解放する速度が調節される自己駆動式継手を提案することにより、上述の問題のすべてまたはいくつかを緩和して、駆動トルクが著しく過大評価されても、解放終了時の衝撃の影響を軽減可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の主題は、少なくとも１つの受動式駆動要素の作用を受けて回転するように作られた２つの継手取付具を含む、２つの隣接する要素間に取り付けられる自己駆動式継手であり、この継手は、継手が展開する速度を調節するための手段を含む。

１つの特定の実施形態によれば、２つの継手取付具うち第１の取付具は、継手が回転する時に２つの継手取付具のうち第２の取付具に属する第２の表面に対し、あるポイントで滑らずに回転するようになっている第１の表面を含む。継手が展開する速度を調節するための手段は、２つの表面の間の回転ポイントとして知られる移動ポイントで圧縮されたフレキシブルダクトを含む。ダクトは、回転ポイントによって分離されるダクトの２つのゾーンの間に位置する絞り部を含み、またダクトは、継手取付具が回転する時に、回転ポイントの前方で圧力が増加する流体を含む。

本発明の別の主題は、本発明による継手によってともに連結された様々な要素から構成される継手アセンブリである。

例として挙げた一実施形態の詳細な説明を読むことにより、本発明は一層よく理解され、他の利点は明白になるだろう。詳細な説明は、別紙の図面により図解されている。

「格納」位置にある、本発明による継手の一例を示す。 「展開」位置にある、図１の継手を示す。 格納された構成における継手の展開力学を概略的に示す。 展開された構成における継手の展開力学を概略的に示す。 継手が展開する速度を調節するための手段の、第１の実施形態を概略的に示す。 継手が展開する速度を調節するための手段の、第２の実施形態を概略的に示す。 （Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施形態に適する、温度の関数として速度調節を制御するための手段を示す。 （Ａ）および（Ｂ）は、第２の実施形態に適する、温度の関数として速度調節を制御するための手段を示す。 本発明による継手の別の実施形態を示す。 本発明による継手の別の実施形態を示す。 本発明による継手の別の実施形態を示す。 本発明による継手の別の実施形態を示す。

明確にするために、様々な図において、同じ要素には同一の参照符号を付けている。

本発明による継手１０は例えば、２つの機械加工された円筒状の金属ブロックからなる２つの継手取付具１２および１４を含む。継手取付具１２および１４は、とりわけ宇宙分野の場合にそうであるように、応用が適正である場合は、空胴にすることより軽量化が可能となる。継手取付具１２および１４の各々は、ねじまたはリベットなどの任意の適切な手段によって、アンカーポイント１５で、対応する要素Ｅ１、Ｅ２に固定されるように設計されている。

継手は、２つの継手取付具１２および１４が互いに対して移動できるように、転がり軸受、ボールスイベルまたは滑り軸受で取り付けてもよい。

各継手取付具１２および１４は、少なくとも１つの可撓性円筒状表面２２および２４をそれぞれ含み、これら表面は、継手が動く時に、互いに対して回転するようになっている。示した例において、円筒状表面２２および２４の直径は等しい。

任意の形の表面を備えた継手を製造することが可能である。これら２つの表面のうちの一方は、他方の表面上で回転できるように、有利に円筒状となっている。「円筒状」という用語は、最も広い意味で理解されるべきである。円筒の半径は、例えば、カムの場合またはスクロールの場合、変更してもよい。

可撓性円筒状表面２２および２４は、要素Ｅ１およびＥ２が互いに対して１８０°ずれた２つの対極位置の間を移動できるように、互いの上を回転する。要素Ｅ１およびＥ２が平坦な要素である場合、これらの第１の位置は、折り畳み位置または格納位置として知られており、要素Ｅ１およびＥ２が互いに対して折り畳まれ、互いに平行である場合に相当する。一方、展開位置として知られる第２の位置は、これらの要素が解放され、同一平面に位置している場合に相当する。図１および図３は格納位置に対応し、図２および図４は展開位置に対応する。

可撓性円筒状表面２２および２４が互いに対して回転する時、互いに恒久的に接触し続けるように、継手１０はさらに、表面２２および２４の上を回転するように、端部が各継手取付具に固定された可撓性金属ストリップ２６および２８を含む。これらのストリップは、その平面内では剛直で、平面外では可撓性がある。ストリップは例えば、ステンレス鋼で作られる。それらは圧延ストリップまたはガイドストリップとして知られる。

例えば、継手１０は、継手取付具１２および１４の中央部に位置し、これらの継手取付具に共通な中央面の両側の円筒状表面２２および２４の上に同一方向に巻き付けられた、中央にある２つの隣接する圧延ストリップ２６を含む。各圧延ストリップ２６の第１の端部は、継手取付具１２に直接固定されている。この取り付けは、例えば、ねじ１８を使用して行われる。この端部から、ストリップ２６は円筒状表面２２と２４との間を通り、表面２２、次いで表面２４に連続的に接触する。したがって、展開方向への継手１０の動きには、１つの継手取付具からストリップを巻き解き、それと同時に、対向する継手取付具上にそれらストリップを巻き上げる作用がある。

示した例において、継手１０は、継手取付具１２および１４の中央面に関して同様に対称的に、各ストリップ２６（継手取付具１２、１４の内側部分にそれら自身固定されている）の近くにある、継手取付具の外側部分に固定された他の２つの圧延ストリップ２８を含む。圧延ストリップ２８は、ストリップ２６および２８が継手取付具１２および１４の円筒状部分の上を互いに交差するように、継手取付具上に、ストリップ２６と反対方向に巻き付けられている。

継手１０の駆動は例えば、様々な図に示していないが、弾性ベルトで与えられ、その駆動により継手が自動的に展開し、展開位置でロックされる。そのような弾性ベルトの例示的な一実施形態が仏国特許第２６３５０７７号明細書に述べられている。

本発明によれば、継手１０は、継手が展開する速度を調節するための手段を含む。これらの手段は例えば、継手取付具のうちの一方、この場合取付具１４、に固定でき、他方の継手取付具１２により圧縮されるフレキシブルダクト３０から形成される。したがって、ダクト３０は円筒状表面２４に固定され、２つの円筒状表面２２および２４の回転ポイント３２でダクト３０が圧縮される。

ダクト３０は、回転ポイント３２によって分離されたダクト３０の２つのゾーン３６と３８との間に位置する絞り部３４を含む。回転ポイント３２における絞り部の寸法を良好に制御するために、円筒状表面２２および２４の両方に溝３３を機械加工してもよい。ダクト３０は、継手取付具１２および１４が回転する時、回転ポイント３２の前方で圧力が増加する流体を含む。回転ポイント３２がダクト３０に沿って移動する速度に伴い、２つのゾーン３６と３８との間の圧力差は増加する。この圧力差は、２つの円筒状表面２２および２４が回転すると、抵抗トルクを発生させる。したがって、回転速度が増加すればするほど、抵抗トルクが増加するため、２つの継手取付具１２および１４が互いに対して回転する速度が調節可能となる。

流体は例えば液体で、速度は絞り部３４の流体の流れを調整することによって調節される。選択される液体は、継手１０のすべての格納および運転条件において液体のままでありえるものである。宇宙分野では、−１００℃〜＋１００℃程度の温度範囲で使用可能なアルコール系液体を選択してもよい。また、微粒子またはナノ粒子を有する流体も、増粘特性および減衰特性があるため使用してもよい。例えば、強磁性粒子、二酸化チタン粒子またはカーボンナノチューブを使用してもよい。

絞り部３４は、ダクト３０で実現される、断面が減少する簡単なものでもよい。また、流体がダクト３０の中を移動する時に、圧力降下を生じさせる泡またはフィルタをダクト内に配置することができる。

実施例１
図５は、継手１０が展開する速度を調節するための手段の、第１の実施形態を概略的に示す。この第１の実施形態では、流体が圧力を受けてダクト３０を通過することができるように、絞り部３４は、回転ポイント３２でダクトを圧縮することによって形成される。ダクト３０の端部４０および４２は塞がれている。２つの継手取付具１２および１４が互いに接して回転する時、その回転について、取付具１２の場合は矢印４４で、取付具１４の場合は矢印４６で示しているが、流体の圧力は、ゾーン３６と比べてゾーン３８において増加する。流体は、絞り部３４を通って流れることにより、２つのゾーン３６および３８における圧力を平衡に保つ傾向がある。絞り部３４の特性寸法は、この実施形態においては穴部であるが、円筒状の溝３３が円筒状表面２２および２４の両方において作られる場合、２つの円筒状表面２２および２４の回転軸線を分離する距離、または溝の深さから得られる。

実施例２
図６は、継手１０が展開する速度を調節するための手段の、第２の実施形態を概略的に示す。この第２の実施形態では、絞り部３４は、示した例において、ダクト３０を完全に挟み、流体を通過させない回転ポイント３２から離れている。２つのゾーン３６および３８は、絞り部３４と回転ポイント３２との間に位置する。ダクト３０は閉路を形成している。流体は、矢印４８で示された回転ポイント３２の移動によって、ダクト３０を通って駆動される。

図５および図６は、回転ポイント３２において、円筒状表面２２と２４との間に挟まれたダクト３０を示す。このポイントの近くでは、ダクト３０は直線である。あるいは、図３および図４に示されるように、ダクト３０は円筒状表面のうちの１つに固定し、その周りに巻き付けてもよい。

２つの円筒状表面２２および２４の、互いに対する回転に抵抗するトルクは、流体の粘性に依存する。この粘性は、流体の温度で変化する。これは特に、熱量が重要となりうる宇宙分野において慎重を期する問題である。一般に、粘性は高温時より低温時の方が高い。したがって、継手１０の速度は温度上昇に伴って増加する。温度変化が速度調節に与える影響を低減するために、継手１０は、流体の粘性変化の関数として、絞り部３４の特性寸法を変えるための手段を含んでもよい。

図７Ａおよび７Ｂは、図５に示した第１の実施形態に適するこれらの手段の一例を示す。より具体的には、２つの円筒状表面２２および２４はそれぞれ、ローラ５２および５４から形成される。ローラ５２の場合は２つのホイール５６および５８に、ローラ５４の場合はホイール６０および６２に各々固定されている。ローラ５２および５４の片側においては、ホイール５６および６０が互いの上で回転し、ローラ５２および５４の反対側においては、ホイール５８および６２が互いの上で回転する。ホイール５６および５８の直径は等しく、ローラ５２の直径より大きい。同様に、ホイール６０および６２の直径も等しく、ローラ５４の直径より大きい。このような直径の差により、２つのローラ５２と５４との間に、絞り部３４を形成するためにダクト３０を挟む、空間６４を作ることができる。一方ではローラ５２および５４について、また他方ではホイール５６〜６２について、それぞれの熱膨脹係数が異なる材料を選択することによって、ローラ５２および５４の間隔、空間６４の寸法、そして、それによって、絞り部３４の特性寸法を変えることができる。例えば、ローラ５２および５４に選択する材料は、ホイール５６〜６２の材料より高い熱膨脹係数を有するものである。したがって、図７Ｂで示した低温時における絞り部３４の特性寸法は、図７Ａで示した高温時の特性寸法より小さい。

図８Ａおよび図８Ｂは、図６に示した第２の実施形態に適する絞り部３４の特性寸法を変えるための手段の別の例を示す。より具体的には、絞り部３４は、ニードル弁７０によって部分的に閉塞されてもよい。ニードル弁は、ダクト３０に固定された支持体７４の第１の端部７２で組み合されている。その一部分である絞り部３４は、支持体７４の第２の端部７６と組み合されている。すでに述べたように、ニードル弁７０に、熱膨脹係数が支持体より高い材料を選択することによって、ニードル弁７０の先端部７８は、流体の温度変化に応じて、程度の差はあるが、移動して絞り部３４を塞ぐ。図８Ａにおける高温時の絞り部３４の特性寸法は、図８Ｂにおける低温時の特性寸法と比較して小さい。

図９〜１２は、継手が展開する速度を調節するための手段を含む継手の別の実施形態を示す。

ダクト３０は円筒状表面２４に固定されている。この例において、回転ホイール８０は円筒状表面２４の上を滑ることなく回転する。回転ホイール８０は、断面が円形で、直径は円筒状表面２４の直径より小さい。この例において、例えば可変半径カムなどの断面が円形でない回転ホイールを使用することができる。図９〜図１２は、図９の格納位置から始まり、図１２の展開位置までの様々な位置における継手を示す。

１０ 継手
１２ 第１の継手取付具
１４ 第２の継手取付具
１５ アンカーポイント
１８ ねじ
２２ 第１の円筒状表面
２４ 第２の円筒状表面
２６、２８ 可撓性金属ストリップ
３０ フレキシブルダクト
３２ 回転ポイント
３３ 溝
３４ 絞り部
３６、３８ ゾーン
４０、４２ ダクトの端部
４４ 継手取付具１２の回転を示す矢印
４６ 継手取付具１４の回転を示す矢印
４８ 回転ポイントの移動を示す矢印
５２、５４ ローラ
５６、５８、６０、６２ ホイール
６４ 空間
７０ ニードル弁
７２ 支持体の第１の端部
７４ 支持体
７６ 支持体の第２の端部
７８ 先端部
８０ 回転ホイール
Ｅ１、Ｅ２ 隣接する要素

Claims (9)

1. 少なくとも１つの受動式駆動要素の作用を受けて回転するように作られた２つの継手取付具（１２、１４）を含む、２つの隣接する要素（Ｅ１、Ｅ２）の間に取り付けられる自己駆動式継手であって、前記２つの継手取付具のうちの第１の取付具（１２）は、前記継手が回転する時に、前記２つの継手取付具のうちの第２の取付具（１４）に属する第２表面（２４）に対し、あるポイントで滑ることなく回転するようになっている第１の表面（２２）を含み、前記継手は、前記継手が展開する速度を調節するための手段（３０、３４）を含み、前記継手が展開する速度を調節するための前記手段は、回転ポイント（３２）として知られる移動ポイントにおいて、前記２つの表面（２２、２４）の間で圧縮される少なくとも１つのフレキシブルダクト（３０）を含み、前記ダクト（３０）は、前記回転ポイント（３２）で分離されている前記ダクト（３０）の２つのゾーン（３６、３８）の間に位置する絞り部（３４）を含み、前記ダクト（３０）は、前記継手取付具（１２、１４）が回転する時に、前記回転ポイント（３２）の前方で圧力が増加する流体を含む、継手。
2. 前記フレキシブルダクト（３０）が、前記第２の表面（２４）に固定されている、請求項１に記載の継手。
3. 前記第１の表面（２２）が円筒状である、請求項２に記載の継手。
4. 前記第１の円筒状表面（２２）が可変半径を有する、請求項３に記載の継手。
5. 前記絞り部（３４）が、前記ダクト（３０）を前記回転ポイント（３２）で圧縮することによって形成され、前記ダクト（３０）の端部（４０、４２）が塞がれている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の継手。
6. 前記ダクト（３０）が閉路を形成し、前記２つのゾーン（３６、３８）が前記絞り部（３４）と前記回転ポイント（３２）との間に位置している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の継手。
7. 前記流体の粘性変化の関数として、前記絞り部（３４）の特性寸法を変えるための手段（５２〜６２;７０〜７６）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の継手。
8. 前記絞り部（３４）の特性寸法に変えるための手段（５２〜６２;７０〜７６）が、異なる熱膨脹係数を有する材料を含む、請求項７に記載の継手。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の継手（１０）によってともに連結される様々な要素（Ｅ１、Ｅ２）から構成された継手アセンブリ。

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