JP6212356B2 - フレキシブル・ローリング・トラックをもつヒンジのための駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、構成要素の駆動システムに関する。それは、特に、例えばアンテナまたは太陽電池など、宇宙突出部を展開する機構の分野に応用される。

上述の駆動システムにおいては、構成要素例えば取付用品は、一般的にヒンジの周りに互いに移動できるように取り付けられる。このようなシステムは、従って数列のヒンジを含んでいる。これらのヒンジは、一般的にトーション・スプリング、らせんスプリングまたは大工継ぎ手タイプの駆動構成要素を使用し、突出部の完全な展開を確保するために抵抗トルクに対抗すること及び発生されるトルクに関して必要な余裕を保証することを可能にしている。

これに関連して、既知の駆動構成要素は、過駆動を伴う変動駆動トルクを発生し、この過駆動により展開終了時に衝撃がもたらされる。

この衝撃は、かなり激しくなり、展開終了時における宇宙突出部の損傷及び宇宙船の操縦を妨げる漂遊トルクを生ずることがある。この問題を軽減するために、展開構造は、展開において発生する行程端衝撃に耐えるように寸法を決定し、かつ、強化することができるが、この解決方法は、不十分であり、かつ、特に完成構造の重量増加をもたらす。

一部の開発において、抵抗トルクを殆どゼロにする展開機構が考案された。例えば仏国特許出願第２６３５０７７号明細書において記述されているヒンジ列のような機構は、わずかな駆動電力しか要求しないという長所をもち、かつ、行程端衝撃の発生を最小化する。特に重量及び体積に関して上記の機構に対して行われた強化から他の機構が生まれている。１つのかかる展開機構が仏国特許出願第０６０５６５３号明細書において開示されている。

上述の仏国特許出願第２６３５０７７号明細書及び同第０６０５６５３号明細書において記述されているもののような既知の機構の角度展開機能は、１８０°に限定されている。さらに、それらの全体的運動は、それらの構造のために、非常に不規則な駆動トルクを発生する。最後に、既知展開機構の展開速度は、すでに説明したように、前記展開速度が調整されないために、行程端におけるエネルギーの復活、従って衝撃をもたらす。

これらの欠点を是正するために、引用仏国特許出願第２９６８２３４号明細書において公開された特許出願において記述されているトルク制御式の駆動装置が提案された。かかる装置は、殆どゼロの抵抗トルクをもつことを可能とする。この装置は、すでにシステムに存在するローリング・フレキシブル・トラックを利用して駆動することに基づいている。特定の形状をフレキシブル・トラックに与えることにより、巻き取り用のフレキシブル・ブレードあるいは平たいケーブルなどの巻き取り手段の交差点からのフレキシブル・トラック相互間の接触点のずれを可能とする。上記の巻き取り手段は、取付用品を形成し、システムの種々の構成要素が結合される２つのほぼ平行な巻き取りシリンダ間にリンク要素を形成している。この方法により、上述の接触点と交差点間の距離に依存するトルクにより、それらの間の取付用品の回転が引き起こされる。リンク要素を形成する巻き取り手段間の「交差点」は、長手方向の軸即ち取付用品の回転の軸にほぼ平行であり、かつ、２つの巻き取り手段の両方を同時に通過する軸として広い意味に解釈するべきである。上述のトルク制御式駆動装置の例について、これから図１を参照しつつさらに詳しく説明する。

上述の装置において、アルキメデス・スプリング即ちらせんスプリングの形状のような特定の形状をフレキシブル・トラックに与えた場合、応力を受けるトラックの横方向たわみに関する問題が生ずる。このトラックの横方向たわみは、装置の駆動トルクの制御に関する問題が引き起こす。図２に示すこの問題について、これから説明する。

本発明の１つの目的は、特に、上述の欠点を軽減することである。従って、本発明により、少なくとも２つのフレキシブル・ローリング・トラックを含む駆動装置を提案する。各フレキシブル・トラックの表面に垂直な力がフレキシブル・トラック間の接触点に働くようにするために、これらのトラックは、フレキシブル・トラックの半径方向収縮を可能にする弾性手段に関連付けられる。

本発明の１つの長所は、開示される実施形態の１つによる駆動装置が先行技術による既知の装置に比べて相当な体積低減及び相当な重量低減をもたらすことである。

本発明のもう１つの長所は、開示される実施形態の１つによる駆動装置が堅固性及びロバスト性においても相当に改善されることである。

より具体的には、本発明の主題は、２つのほぼ平行な巻き取りシリンダ、長手方向リンクを形成する巻き取り手段、及び少なくとも２つのフレキシブル・トラックを含む駆動装置である。この巻き取り手段は、巻き取りシリンダ間に所定の距離を維持するのに適しており、かつ、巻き取りシリンダの周りに巻かれる。各フレキシブル・トラックは、各巻き取りシリンダに取り付けられる。これらのフレキシブル・トラックは、相互に向き合うように配置され、かつ、接触点をもつ。巻き取り手段の働きによりプレストレス力がフレキシブル・トラックの前記接触点に加わる。この駆動装置は、各巻き取りシリンダと対応するフレキシブル・トラック間に配置される弾性手段も含んでいる。この弾性手段は、半径方向圧縮力が各フレキシブル・トラックに、少なくとも前記接触点においてフレキシブル・トラックの表面に垂直に、加わるように構成される。

本発明の１つの実施形態では、フレキシブル・トラックは、らせん形断面をもつ円筒とすることができる。

本発明の１つの実施形態では、フレキシブル・トラックは、円形断面をもつ円筒とすることができる。

本発明の１つの実施形態では、弾性手段は、複数のセル即ちビームまたはプレートの３次元配列からなるメッシュにより形成することができる。

本発明の１つの実施形態では、フレキシブル・トラックに関連付けられる弾性手段は、巻き取りシリンダの外部円周とフレキシブル・トラックの内部円周の間に含まれる容積中に配置される複数のセルにより形成することができる。

本発明の１つの実施形態では、セルは、フレキシブル・トラックのロール・バンドの幅以下の長さをもつことができる。

本発明の１つの実施形態では、セルは、多角形断面をもつことができる。

本発明の１つの実施形態では、セルは、弾性手段が縦に引っ張ると横にも膨らむ構造をもつように構成することができる。

本発明の１つの実施形態では、弾性手段は、巻き取りシリンダの外部円周のすべての周りに配置することができる。

本発明の１つの実施形態では、弾性手段は、巻き取りシリンダの外部円周の一定の角度部分の周りに配置することができる。

本発明のもう１つの主題は、少なくとも１つの第１展開突出部及び１つの第２展開突出部を含む人工衛星用の展開システムである。この装置は、記述される実施形態のいずれかによる駆動装置を含むことも特徴とする。これらの展開突出装置は、巻き取りシリンダ及びフレキシブル・トラックにより形成される各アセンブリに取り付けられる。

本発明のその他の特徴及び長所は、添付図面を参照しつつ、これから行う説明により明らかになるであろう。

先行技術による既知の駆動トルク式ローリング・ヒンジ・システムの図であり、畳み込まれている姿勢及び展開されている姿勢を示している。 フレキシブル・トラックのたわみ現象を要約的に示す図である。 本発明の例示的実施形態による駆動装置の一部を示す透視図である。

図１は、上述仏国特許出願第２９６８２３４号明細書において開示されている駆動システムを示す図である。駆動システムは、フレキシブル・ブレードのような巻き取り手段３により、または例えばケーブルなどのその他の適切な要素により所定の位置に支持されるほぼ平行な巻き取りシリンダ１ａ、１ｂを含んでいる。巻き取り手段３は、巻き取りシリンダ１ａ、１ｂの周りに８の字状に巻かれる。個別に見ると、各巻き取り手段は、特に、直線部分３ａまたは３ｂを含んでいる。各直線部分３ａ、３ｂは、巻き取りシリンダ１ａ、１ｂのそれぞれの周りに巻かれている巻き取り手段の部分により延長されている。巻き取り手段は、交差点Ｃにおいて交差している。

フレキシブル・トラック２ａ、２ｂは、それぞれ、巻き取りシリンダ１ａ、１ｂのそれぞれに円形断面により接続されている。フレキシブル・トラック２ａ、２ｂは、相互に向かい合い、かつ、相互に接触するように配置されている。巻き取りシリンダ１ａ、１ｂ及び関連フレキシブル・トラック２ａ、２ｂからなるアセンブリが取付用品１２ａ、１２ｂを形成している。巻き取り手段３は、フレキシブル・トラック２ａ、２ｂ間の接触点Ｐに加わるプレストレス力を引き起こす。巻き取りシリンダ１ａ、１ｂ及びフレキシブル・トラックの基本的に円形の形状のために、フレキシブル・トラック２ａ、２ｂ間の接触点Ｐ及び巻き取り手段３の交差点Ｃは、２つの巻き取りシリンダ１ａ、１ｂの２つの回転軸を通過する平面に垂直であり、かつ、２つの巻き取りシリンダ１ａ、１ｂの回転軸に平行かつそれらから等距離にある平面上に整列される。太陽電池などの突出部は、各巻き取りシリンダ／フレキシブル・トラック・アセンブリ１ａ−２ａ／１ｂ−２ｂに取り付けることができる。

フレキシブル・トラック２ａ、２ｂは、らせん形状のフレキシブル・トラックから構成することができる。フレキシブル・トラック２ａ、２ｂの輪郭は、複数のらせん部分及び／または複数の円形輪郭の部分により形成することもできる。特定のらせん形状は、フレキシブル・トラックの２ａ、２ｂの接触点Ｐを巻き取り手段３の交差点Ｃからずらすことを可能にする。接触点Ｐ及び交差点Ｃは、巻き取りシリンダ１ａ、１ｂの回転軸に平行な同一軸上に位置していない。接触点Ｐから交差点Ｃに対する距離Ｄだけのこのずれは、巻き取り手段３により引き起こされ、接触点Ｐに加えられるプレストレス力のずれをもたらす。このために、接触点Ｐと交差点Ｃの間にトルクＲが生じ、それがフレキシブル・トラック２ａ、２ｂ及び巻き取りシリンダ１ａ、１ｂを含む取付用品１２ａ、１２ｂの回転を引き起こす。取付用品１２ａ、１２ｂの相互回転は、フレキシブル・トラック２ａ、２ｂのらせん形状のために、フレキシブル・トラック２ａ、２ｂの変形、より具体的には接触点におけるたわみの変化をもたらす。このとき、巻き取りシリンダ１ａ、１ｂの円形断面をもつ円筒形形状のために、巻き取りシリンダ１ａ、１ｂ間の中心相互間距離の方は一定値を保つのに対し、閉鎖姿勢Ｆにおける中心相互距離の長さＥは開放姿勢Ｏにおける中心相互距離の長さＥ’に等しくなる。

トルクＲは、らせんの形状及びフレキシブル・トラック２ａ、２ｂの物理的特性、特にその弾力性及び剛性に対して採用する選択手段により調節することができる。フレキシブル・トラック２ａ、２ｂに加わるトルクＲを増大するために、大きな開口角をもつらせんを用いることにより接触点Ｐの交差点Ｃからのずれを増大すること、または剛性の高いフレキシブル・トラックを使用することにより接触点Ｐに働く力を増大することができる。接触点Ｐに働く力を増大するために、フレキシブル・トラック２ａ、２ｂのたわみを増大することも可能である。

展開段階中一定であるトルクＲを作成するために、アルキメデスらせん形状が好ましいであろう。

駆動トルクＲは、ヒンジに対して外部の要素により引き起こされる一定の変動摩擦トルクを補償するために適合させることもできる。これらの要素は、一般的に２つの太陽電池パネル間で電気を運ぶ電気ケーブルの束であろう。従って、展開の全期間中殆ど一定である駆動余裕を得ることができる。従って駆動要求を厳密に必要な値に調節することができる。

図２は、図１を参照して前述した駆動システムで発生するフレキシブル・トラックのたわみ現象を要約的に示している。

図２は、特に、巻き取りシリンダ１ａ、１ｂの周りに配置される２つのフレキシブル・トラック２ａ、２ｂを含む駆動装置の部分断面を表している。巻き取りシリンダ１ａ、１ｂの運動中、例えば、第１巻き取りシリンダ１ａの右回転運動中（この運動に、この図により示されている非制限的例における第２巻き取りシリンダ１ｂの左回転運動が伴う）、フレキシブル・トラック２ａ、２ｂの横方向たわみが発生し、フレキシブル・トラック２ａ、２ｂに接線方向への接触点Ｐの望ましくない変位をもたらす。前に指摘したように、接触点Ｐの変位は、駆動装置の駆動トルクの良好な制御を害する。

本発明により、例えばらせん形の断面をもつ全面的に円筒形のトラックに、フレキシブル・トラックの半径方向収縮を可能にする弾性手段を関係づけることより、各フレキシブル・トラックの表面に垂直な力がフレキシブル・トラック間の接触点に働くようにすることを提案する。フレキシブル・トラックの断面は、例えば、円形でもよい。以下において説明する図３は、弾性手段に関連付けられるフレキシブル・トラックの非制限的例示実施形態を示す。

図３は、本発明の例示実施形態による駆動装置の一部を示す透視図である。

図３は、特に、フレキシブル・トラック２ａにより巻かれる巻き取りシリンダ１ａを示している。

図３により示される例では、駆動装置のフレキシブル・トラック２ａ（全面的には示されていない）は、全面的にらせん形状であり、かつ、巻き取りシリンダ１ａの周りに配置されている。フレキシブル・トラック２ａは、例えば、複数のお互いに平行なロール・バンド３２から構成することができる。

この駆動装置は、巻き取りシリンダ１ａとフレキシブル・トラック２ａの間に配置される弾性手段３０も含む。この弾性手段は、スプリング効果を発生し、かつ、各フレキシブル・トラックに半径方向の圧縮力を各フレキシブル・トラックの表面に、少なくともフレキシブル・トラック間の接触点においてフレキシブル・トラックの表面に垂直に、加えることによりフレキシブル・トラック同士の接触を緊密に保つように構成される。

弾性手段は、セル即ちビームまたはプレートの３次元配列からなるメッシュのようなフレキシブルな構造物により形成することができる。

図３により示される例では、弾性手段は、フレキシブルなメッシュを形成する複数のセル３０ａにより形成することができる。セル３０ａは、巻き取りシリンダ１ａの回転軸に平行な多数の軸上の全面的円筒形とすることができる。この図により示されている例では、セル３０ａは、フレキシブル・トラック２ａにより設けられるロール・バンドの全幅の長さ以下にわたって伸びる。当然のことであるが、この説明は本発明を制限するものではない。セル３０ａは、種々の形状の断面をもつことができる。図３により示されている例では、セル３０ａは、不規則多角形の形状の断面をもっており、それらの面積は、巻き取りシリンダ１ａからフレキシブル・トラック２ａへの距離とともに増加する。その他の形状、特にその他の多角形、うろこ形等も考えられる。

有利なことに、セル３０の断面の形状は、縦に引っ張ると横にも膨らむ構造（即ち、負のポアソン比をもつ）を弾性ビームにもたせる形状とすることができる。セルは、例えば、鼓胴形の断面をもつことができる。

縦に引っ張ると横にも膨らむ構造は、在来の構造に比べて非常に小さい接線応力を受けるフレキシブル・トラックの半径方向変位の効果により変形され得るという長所を与える。この長所は、従って、フレキシブル・トラックの接触点の接線たわみを最小化することを可能にする。

縦に引っ張ると横にも膨らむ構造の別の長所は、エネルギーを放散させ、それにより取付用品の回転速度を調整するために、この構造を使用できるということに関係している。実際、縦に引っ張ると横にも膨らむ構造のセルは、例えば、制振材、例えば粘弾性型の材料により満たすことができる。セルの容積を考えると、セルは変形中に在来の構造に比し、高い比率で変化し、従って制振材は相当な差圧を受け、それ故により多くのエネルギーを放散し、それにより回転速度が規制される。

弾性手段は、巻き取りシリンダ１ａの外側円周全体の周り、巻き取りシリンダ１ａとフレキシブル・トラック２ａの内側円周の間に含まれる空間に配置することができる。１つの有利な実施形態では、図３により示されているように、セル３０ａは、巻き取りシリンダ１ａの円周の一定の角度部分のみの周りに配置することもできるが、かかる構成は、重量及び体積の低減において別の利点を与える。

１ａ 第１巻き取りシリンダ
１ｂ 第２巻き取りシリンダ
２ａ トラック
２ｂ トラック
３ 巻き取り手段
３ａ 直線部分
３ｂ 直線部分
１２ａ 取付用品
１２ｂ 取付用品
３０ 弾性手段
３０ａ セル
３２ バンド
Ｃ 交差点
Ｄ 距離
Ｆ 閉鎖姿勢
Ｏ 開放姿勢
Ｐ 接触点
Ｒ トルク

Claims (11)

1. ２つのほぼ平行な巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）、長手方向リンク要素を形成する巻き取り手段（３）、少なくとも２つのフレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）、及び各巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）と対応するフレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）の間に配置される弾性手段（３０）を含む駆動装置であって、前記巻き取り手段（３）が前記巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）間に所定の距離を維持するのに適しており、かつ、前記巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）の周りに巻かれ、各フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）が各巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）に取り付けられ、前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）が、お互いに向き合うように配置され、かつ、接触点（Ｐ）をもち、前記巻き取り手段（３）の働きによりプレストレス力が前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）の前記接触点（Ｐ）に加わり、及び前記弾性手段（３０）が各フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）に少なくとも前記接触点（Ｐ）において前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）の表面に垂直な半径方向の圧縮力を加えるように構成されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）がらせん形断面をもつ円筒形であることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）が円形断面をもつ円筒形であることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記弾性手段（３０）が複数のセル（３０ａ）即ちビームまたはプレートの３次元配列により構成されるメッシュにより形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）に関連付けられる前記弾性手段（３０）が前記巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）の外側円周と前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）の内側円周の間に含まれる容積内に配置される複数のセル（３０ａ）により形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
6. 前記セル（３０ａ）が前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）のロール・バンドの幅以下の長さをもつことを特徴とする、請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記セル（３０ａ）が多角形の断面をもつことを特徴とする、請求項５又は６に記載の駆動装置。
8. 前記弾性手段が縦に引っ張ると横にも膨らむ構造をもつように前記セル（３０ａ）が構成されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の駆動装置。
9. 前記弾性手段（３０）が前記巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）の外側円周全部の周りに配置されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の駆動装置。
10. 前記弾性手段（３０）が前記巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）の外側円周の一定の角度の部分の周りに配置されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の駆動装置。
11. 少なくとも１つの第１展開突出部及び１つの第２展開突出部を含み、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の駆動装置も含むことを特徴とする人工衛星のための展開システムであって、前記展開突出部は、前記巻き取りシリンダ（１ａ、１ｂ）及び前記フレキシブル・トラック（２ａ、２ｂ）により形成される各アセンブリに取り付けられる人工衛星のための展開システム。

Images