JP6831561B2

JP6831561B2 - 結合装置

Info

Publication number: JP6831561B2
Application number: JP2016240518A
Authority: JP
Inventors: 大助上土井; 渡辺　和樹; 和樹渡辺
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2036-12-12
Also published as: JP2017109734A

Description

本発明は、構造物を組み立てる際の構成要素や部品等を固定するために使用される結合装置に関する。

宇宙構造物組み立て用の結合装置には、必要な剛性・強度があること、軽量であること、構造がシンプルであることなどが要求される。これまでに軌道上で組み立てられた宇宙構造物の代表的なものとしては、国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）があるが、そこでの結合にはボルト・ナット機構やラッチ機構が使用されている。

ＪＥＭ曝露部結合装置の設計（日本機会学会２０００年度年次大会後援論文集（IV），５３９−５４０）

宇宙太陽光発電システム（ＳＳＰＳ）のような大型宇宙構造物の軌道上での組み立てで、ボルト・ナット機構やラッチ機構を用いると、宇宙飛行士による船外活動やロボットアーム操作もしくは高機能な組み立てロボット又は組み立て装置が必要となるため、組み立てコストが上昇し、時間もかかるという問題がある。本願発明は、このような問題点を解決することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本願発明の結合装置は、第１の結合部品と第２の結合部品とが互いに正対したときに結合する結合装置であって、
前記第１の結合部品には、第１の結合部品内部で移動可能に設けられた少なくとも一部が磁性体からなる第１の係止部が含まれ、
第２の結合部品には、
供給する電流の向きにより生成される磁界を反転させる電磁石と、
前記第２の結合部品へ移動した前記第１の係止部と係止する第２の係止部と、
前記電磁石により生成される磁界により前記第２の係止部を付勢して前記第２の係止部を前記第１の係止部との係止位置へ、又は、係止位置から係止が外れる位置へ駆動する永久磁石と、
が含まれ、
第１の結合部品と第２の結合部品が互いに正対したときに、前記第１の係止部は前記電磁石により生成される磁界により前記第２の結合部品へ移動し前記第２の係止部が前記第１の係止部に係止することにより前記第１の結合部品と前記第２の結合部品が結合され、前記電磁石により生成される磁界を反転させることにより前記第２の係止部と前記第１の係止部との係止が外れ第１の結合部品と第２の結合部品との結合が解除される。

前記第１の係止部が前記電磁石により生成される磁界により第２の結合部品へ移動するときに前記第２の係止部と接触しても、前記第１の係止部の第２の結合部品への移動が妨げられないように、前記第１の係止部の先端部は曲面形状であるとともに、前記第２の係止部の先端部には前記第１の係止部の曲面形状に沿ったテーパーを付けることができる。

第１の結合部品内部には、前記第１の係止部と前記第２の係止部との係止が外れたときに、前記第１の係止部が第２の結合部品から離れる方向に付勢する付勢手段を含めることができる。

前記第１の係止部と前記第２の係止部には、係止を確実にするために、返しを設けることができる。

さらに、第１の結合部品には、ガイドワイヤの一端が固定され、
第２の結合部品には、前記ガイドワイヤと係合し、又はガイドワイヤとの係合を解除する係合手段が設けられ、
第１の結合部品と第２の結合部品は、前記ガイドワイヤが前記係合手段に係合した状態で前記ガイドワイヤにより互いに正対位置へ案内されるようにすることができる。

さらに、第１の結合部品及び第２の結合部品は、単一のガイドワイヤに案内されて正対されるようになっており、
前記第１の結合部品と前記第２の結合部品が前記ガイドワイヤに沿って離れた位置にいるときに前記第２の結合部品から遠い方の前記第１の結合部品上には第１のフィッティング部材が設けられ、前記第１の結合部品と前記第２の結合部品が前記ガイドワイヤに沿って離れた位置にいるときに前記第１の結合部品に近い方の前記第２の結合部品上には第２のフィッティング部材が設けられ、かつ、前記第１のフィッティング部材及び第２のフィッティング部材は、第１の結合部品と第２の結合部品の結合動作及び結合解除動作を妨げない位置に設けられ、
前記第１のフィッティング部材と第２のフィッティング部材には、互いに係止して位置決めする位置決め手段が設けられ、
前記第１のフィッティング部材の位置決め手段には、前記ガイドワイヤが通る穴が設けられ、
前記第２の結合部品には、前記ガイドワイヤと係合し、又はガイドワイヤとの係合を解除する係合手段が設けられ、
前記第１の結合部品と前記第２の結合部品は、前記ガイドワイヤが前記係合手段に係合した状態で前記ガイドワイヤにより互いに正対位置へ案内され、前記第１のフィッティング部材及び前記第２のフィッティング部材が係合して位置決めすることにより、互いに正対するようにすることができる。

前記ガイドワイヤの一部は磁性体の素材から構成され、前記電磁石により生成される磁界によって前記ガイドワイヤの磁性体部分が前記係合手段による係合位置に引きつけられるようにすることができる。

前記第２の結合部品には、前記係合手段を係合位置に付勢する第２の付勢手段と、第２の永久磁石とが設けられ、前記第２の永久磁石は、前記電磁石によって前記ガイドワイヤが係合位置に引きつけられるときは、前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記ガイドワイヤを係合しない位置に前記係合手段を付勢するようにすることができる。

前記第２の結合部品には、前記ガイドワイヤを前記係合位置へ案内するための溝状の凹部を形成することができる。

本発明のケーブルコネクタは、上記いずれかの結合装置を備えることができる。

本願発明の実施の一形態に係る結合装置のオス側の斜視図である。本願発明の実施の一形態に係る結合装置のメス側の斜視図である。オス側とメス側が正対してから結合し、結合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とメス側が正対してから結合し、結合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とメス側が正対してから結合し、結合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とメス側が正対してから結合し、結合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とメス側が正対してから結合し、結合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とメス側が正対してから結合し、結合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とメス側が正対してから結合し、結合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とワイヤ支持部とを繋ぐガイドワイヤにメス側が係合した状態を示す斜視図である。ガイドワイヤとメス側が係合するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。ガイドワイヤとメス側が係合するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。ガイドワイヤとメス側が係合するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。ガイドワイヤとメス側が係合するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。オス側とメス側とが相対的に近づく様子を時系列的に示した図である。オス側とメス側とが相対的に近づく様子を時系列的に示した図である。オス側とメス側とが相対的に近づく様子を時系列的に示した図である。メス側がガイドワイヤに係合した状態から係合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。メス側がガイドワイヤに係合した状態から係合を解除するまでの動作を時系列的に説明する断面図である。結合装置で必要部分を結合しながら展開構造物を展開させる様子を時系列的に説明する概略斜視図である。結合装置で必要部分を結合しながら展開構造物を展開させる様子を時系列的に説明する概略斜視図である。結合装置で必要部分を結合しながら展開構造物を展開させる様子を時系列的に説明する概略斜視図である。結合装置で必要部分を結合しながら展開構造物を展開させる様子を時系列的に説明する概略斜視図である。結合装置に装着するフィッティング部材の実施形態を示した斜視図である。結合装置にフィッティング部材を装着した状態を示した斜視図である。フィッティング部材が装着された結合装置のオス側を後方からみた斜視図である。フィッティング部材の動作を時系列的に説明する側面図である。フィッティング部材の動作を時系列的に説明する側面図である。オス側とメス側の相対的位置が固定されたときのフィッティング部材の状態を示した斜視図である。アンテナの各構成要素を宇宙空間で展開する手順を示した図である。アンテナの各構成要素を宇宙空間で展開する手順を示した図である。アンテナの各構成要素を宇宙空間で展開する手順を示した図である。アンテナの各構成要素を宇宙空間で展開する手順を示した図である。アンテナの各構成要素を宇宙空間で展開する手順を示した図である。

以下に図面を参照しながら、本願発明の実施の形態について説明する。

［１］結合装置の結合及び解除
図１は、本願発明の実施の一形態に係る結合装置を構成するオス側１０の斜視図であり、図２は同結合装置を構成するメス側２０の斜視図である。ここで、オス側１０は、特許請求の範囲に記載した第１の結合部品の一実施例であり、メス側２０は、同じく第２の結合部品の一実施例である。結合装置は、図１に示すオス側１０と図２に示すメス側２０が向き合って（正対して）オス側１０の結合ピン１２（オス側係止部の一実施例）の先端部が、メスの穴２０ａに入り込むことによって結合状態となる。

オス側１０にはガイドワイヤ１８の一端（その非磁性体の部分１８ｂ）が固設されている。メス側２０の正面には、オス側１０の結合ピン１２が入り込む穴２０ａと、この穴２０ａを水平に横切る滑らかな曲面で形成された溝状の凹部２０ｂが設けられている。図２示すように凹部２０ｂは、ガイドワイヤ１８（その磁性体の部分１８ａ）がその形状に沿って嵌まり込むことができる構造になっている。さらにメス側２０の凹部２０ｂの一方の側には、ロックピン２８が設けられている。

図３〜図９は、オス側１０とメス側２０とが正対した状態を、図２にＡ−Ａで示した直線を含むメス側の正面と垂直な面で切った結合装置の断面図であり、オス側１０とメス側２０が正対してから結合し、さらに、結合を解除するまでの動作を時系列的に示している。

オス側１０の内部に設けられた結合ピン１２は、図３では左右に並進移動可能とされている。オス側１０にはまたスプリング１４ａ、１４ｂ（付勢手段の一実施例）が設けられている。結合ピン１２は、先端部１２ａ、首部１２ｂ、本体部１２ｃ、底部１２ｄの各部から構成されている。先端部１２ａは、図１に示すように、滑らかな曲面形状をしており、首部１２ｂは、先端部１２ａと本体部１２ｃとの間で細くなっており、底部１２ｄは薄い円盤状とされている。これらの各部は磁性体からなる一体構造とされている。ただし、結合ピンの一部のみを磁性体とすることもできる。なお、本願明細書及び特許請求の範囲において「磁性体」といった場合には強磁性体も含む。

メス側２０には、電磁石２２、上下に並進移動可能とされた２つのラッチピン２４ａ、２４ｂ（メス側係止部の一実施例）、各ラッチピンの後端部に固定された永久磁石２６ａ、２６ｂが含まれている。電磁石２２は、電流を供給することによって周囲に磁界を発生させることができ、また供給する電流の向きを反転させることによって発生する磁界の向きを反転させることができる。磁性体からなる結合ピン１２は、電磁石に供給する電流の向きに関わらず電磁石がオン状態（電流を供給した状態）であれば電磁石に引きつけられ、図の右側に付勢される。一方、永久磁石２６ａ、２６ｂは、電磁石がオン状態であっても、供給する電流の向きに応じて中心線に近づく向き（内向き）又は中心線から離れる向き（外向き）に付勢される。ラッチピン２４ａ、２４ｂの先端部には、結合ピン１２の先端部１２ａの曲面に沿ったテーパーが付けられている。

図３は、初期状態、すなわち電磁石がオフで、結合装置のオス側１０とメス側２０が最初に正対した状態を示している。図３では、ラッチピン２４ａ及び２４ｂは中心線から離れた位置にあるが、初期状態においてはラッチピン２４ａ及び２４ｂはどの位置にあってもよい。この状態で、永久磁石２６ａ、２６ｂが内向きに付勢される方向の電流を電磁石２２に供給すると、ラッチピン２４ａ及び２４ｂは、図４に示すように内側へ移動する。

一方、磁性体からなる結合ピン１２は、全体として電磁石によって右側に引きつけられる。このとき、オス側１０に設けられたスプリング１４ａ、１４ｂが結合ピン１２の底部１２ｄに当接し、結合ピン１２の右側への移動を妨げる向きに付勢するが、その付勢力は十分に弱い。また、ラッチピン２４ａ、２４ｂの先端に付けられたテーパー形状と結合ピンの先端部１２ａの曲面形状とによって、結合ピン１２は図５に示すようにラッチピン２４ａ、２４ｂを外側に押し退けて、さらに右向きに進むことができる。そして、結合ピン１２の先端部がラッチピン２４ａ、２４ｂを越え、さらに電磁石２２に引きつけられ、図６に示すように首部１２ｂがラッチピン２４ａ、２４ｂの位置に来ると、永久磁石２６ａ、２６ｂに働く磁力によって、ラッチピン２４ａ、２４ｂは内向きに付勢され、中心線に向かって移動する。

この状態で電磁石２２をオフにすると、電磁石２２による磁界は消えるが、図７に示すように、オス側１０に設けられたスプリング１４ａ、１４ｂが結合ピン１２の底部１２ｄに当接し左側に付勢するので、結合ピンの先端部１２ａの裏側がラッチピン２４ａ、２４ｂを左側に押圧する。その結果、結合ピン１２の先端部１２ａが、ラッチピン２４ａ、２４ｂによって係止された状態となる。このとき、先端部１２ａの裏面とラッチピン２４ａ、２４ｂとの摩擦力によって、ラッチピン２４ａ、２４ｂの外側への移動が妨げられ、係止状態が維持される。これにより、オス側１０とメス側２０との結合状態が確実なものとなる。以上から分かる通り、いったん結合ピン１２とラッチピン２４ａ、２４ｂがラッチされれば、電磁石２２をオフにすることができるので、結合状態を維持するために電力が消費されることはない。

なお、このとき、ラッチピン２４ａ、２４ｂが外側へ移動するのをより確実に防ぐために、ラッチピン２４ａ、２４ｂの先端及び結合ピン１２の先端部１２ａの裏側に返しを設け、両者が互いに掛止されるようにすることもできる。

次に、オス側１０とメス側２０の結合を解除する場合には、電磁石２２に先程とは逆向きの電流を流してオンにする。すると、図８に示すように、磁性体の結合ピン１２は、先程と同様に電磁石２２に引きつけられて右側へ付勢される。一方、永久磁石２６ａ、２６ｂは中心線から離れる向きに付勢され、ラッチピン２４ａ、２４ｂが外側へ向かって移動する。すなわち、結合ピン１２とラッチピン２４ａ、２４ｂとの係合が解除される。この状態で、図９に示すように、電磁石２２をオフにすると、結合ピン１２を右側に付勢する磁力は消滅する。このとき結合ピン１２は、オス側１０に設けられたスプリング１４ａ、１４ｂによって左側に付勢され、左へ向かって並進移動する。こうしてオス側１０とメス側２０との結合は解除され、切り離される。以上のようにして、結合装置のオス側１０とメス側２０との結合及び結合の解除が実現される。

［２］オス側とメス側との正対
上記［１］では、オス側１０とメス側２０が正対した状態から説明を始めたが、例えば宇宙空間で展開構造物を組み立てる場合、展開構造物の別々の部品にそれぞれ取り付けられ互いに離れた位置にあるオス側１０とメス側２０とを正対する位置に持ってくるには、これまでは前述のように宇宙飛行士による船外活動やロボットアーム操作もしくは高機能な組み立てロボット又は組み立て装置が必要であり、作業負担が大きかった。しかしながら、本願発明によれば、このような作業をより簡素化し、作業負担を軽減することができる。以下でその実施形態について説明する。

図１に示したように、結合装置のオス側１０には、ガイドワイヤ１８（その非磁性体の部分１８ｂ）の一端が固設されている。このガイドワイヤ１８は、図１０に示すように他端がワイヤ支持部３０に固定されている。ガイドワイヤ１８の一部１８ａは磁性体の素材からなり、その他の非磁性体の部分１８ｂには例えば炭素繊維複合材などの非磁性体の素材からなる。

図１１〜図１４、図１８、図１９は、図２にＢ−Ｂで示した直線を含むメス側の正面と垂直な面で切ったメス側２０の断面図であり、図１５〜図１７は、オス側１０とメス側２０とが相対的に近づく様子を時系列的に示した図である。これらの図を参照しながら、ガイドワイヤ１８によってオス側とメス側を正対させるよう案内する動作を説明する。ロックピン２８の上部には、ロックピン２８を下向きに付勢するスプリング２８ａ（第２の付勢手段の一実施例）が設けられている。また、ロックピン２８と一体的に永久磁石２８ｂが設けられている。図１１に示す初期状態、すなわち電磁石２２がオフの状態では、ロックピン２８はスプリング２８ａにより付勢されて下側に位置する。なお、図１１には、メス側２０の正面前方に、ガイドワイヤの磁性体部分１８ａが来ている状態が示されている。

初期状態から、図１２に示すように、電磁石２２をオンにすると、永久磁石２８ｂが上向きに付勢されて、ロックピン２８はスプリング２８ａの下向きの力に抗して上側へ移動する。同時に、ガイドワイヤ１８の磁性体部分１８ａは、電磁石２２に引きつけられて右側へ移動し、メス側２０の凹部２０ｂの中に入り込む。したがって、ガイドワイヤ１８が凹部２０ｂにある程度近づいていてある程度凹部２０ｂと平行になっていれば、凹部２０ｂと正確に平行になっていなくても、メス側２０の電磁石２２をオンにすることによって磁性体のガイドワイヤ１８ａは図１３に示すように自発的にロックピン２８の内側へと入り込む。

続いて電磁石２２をオフにすると、永久磁石２８ａを付勢する磁界は消えるので、ロックピン２８は、スプリング２８ａによって下向きに付勢され、図１４に示すように、下側へ移動する。これにより、ガイドワイヤ１８はメス側２０から外れなくなりメス側２０に係合された状態となる。前述の図１０は、このようにガイドワイヤ１８がメス側２０に係合された状態を示している。

いったんガイドワイヤ１８がメス側に係合すれば、図１５〜図１７に示すように、このガイドワイヤ１８に沿ってオス側１０とメス側２０とを相対的に移動させて、最終的に両者を正対させることができる。そして、オス側１０とメス側２０が正対したら、［１］で説明した手順に従ってオス側１０とメス側２０とを結合させることができる。なお、ガイドワイヤ１８のうち磁性体１８ａの部分は十分に短く、オス側１０とメス側２０が近づいた段階では、メス側２０にロックされているガイドワイヤ１８は非磁性体の部分１８ｂとなっている。

オス側１０とメス側２０が正対した後ガイドワイヤ１８とメス側２０との係合を解除するには、電磁石２２をオンにする。すると、図１８に示すように永久磁石２８ｂが上向きに付勢され、ロックピン２８はスプリング２８ａの下向きの力に抗して上側へ移動して係合が解除される。このとき、ガイドワイヤ１８は非磁性体の部分１８ｂとなっているので、ガイドワイヤ１８は電磁石２２がオンでも引力は働かず、したがって、図１９に示すようにガイドワイヤ１８をメス側２０から容易に引き離すことができる。

［３］構造物の展開
次に、これまで述べた実施形態を利用して、展開構造物を組み立てる手順について説明する。図２０は、展開される前の収納状態の２つの展開モジュール４０、５０を模式的に示している。この例では、展開モジュール４０、５０は、太陽電池パネル又はアンテナパネルである。展開モジュール４０には、両側の結合部４２、４４の間に多数のパネルが蛇腹状に折り畳まれて収納されている。結合部４２、４４、５２、５４の４つの隅に「・」印で示した位置には、図１及び図２に示した結合装置のオス側１０又はメス側２０が設けられている。図２０の例では、結合部４２と結合部５２の接する部分の一方にオス側、他方にメス側が設けられ、互いに結合されている。

図２１は、左側の展開モジュール４０の各パネルを展開させた状態を示している。この展開動作は、結合部４２、４４の間に設けられた伸展マスト４６を伸展させることにより、蛇腹状に折り畳まれている各パネルを引き延ばすことによって行われる。このとき同時に、展開モジュール４０の側方に設けられた２本のガイドワイヤ１８も結合部に設けられたワイヤ支持部から巻き出される。

続いて、隣の展開モジュール５０の各パネルを展開するが、その際に、図１４を参照して説明したように、ガイドワイヤ１８をメス側２０に係合する。この状態で、図２２に示すように、伸展マスト７６を伸展させる。図２３に示すように、展開モジュール５０が展開モジュール４０と同じ長さまで展開されると、結合部４４及び５４における結合装置のオス側とメス側が正対するので、［１］で説明した手順に従って両者を結合させる。これにより、２つのモジュール４０及び５０が展開され、かつ互いに固定される。さらに、この展開モジュール５０の右側に同様の収納された展開モジュールを接続し、同じ手順で展開させ、固定することができる。かかる作業を繰り返すことによって、大規模な展開構造物を構築することが可能となる。

［４］オス側とメス側との正対その２
図２４は、図１及び図２に示した結合装置のオス側１０とメス側２０との正対動作をより容易かつ確実なものとするためのフィッティング部材の実施形態を示しており、同図（Ａ）のフィッティング部材５０はオス側に装着され、同図（Ｂ）のフィッティング部材６０はメス側に装着される。図２５は、図１及び図２に示した結合装置のオス側１０及びメス側２０に、それぞれフィッティング部材５０、６０を装着した状態を示した斜視図である。

図２５では、フィッティング部材５０、６０の構造を分かり易くするために、ガイドワイヤ１８が図中で垂直となるように結合装置のオス側１０及びメス側２０を配置している。図２５では、いずれのフィッティング部材もオス側、メス側の上部に装着されているが、この位置関係は、オス側のフィッティング部材５０については、オス側とメス側がガイドワイヤに沿って離れた位置にいるときにメス側から遠い方に設けられており、メス側フィッティング部材６０については、オス側とメス側がガイドワイヤに沿って離れた位置にいるときにオス側に近い方に設けられている。また、オス側フィッティング部材５０及びメス側フィッティング部材６０は、オス側とメス側の結合動作及び係合解除動作を妨げない位置に設けられている。

図２６は、フィッティング部材５０が装着された結合装置のオス側１０を後方から見た斜視図である。同図に示すように、オス側フィッティング部材５０は、スプリング付きのヒンジ５８を介して結合装置のオス側１０の上部に装着され、図２５左側に示すように回動可能とされている。また、ヒンジ５８のスプリングによって、オス側フィッティング部材５０はヒンジが閉じる向きに弱く付勢されている。なお、フィッティング部材５０は、回動可能かつ閉じる向きに弱く付勢すれていればよく、そのための手段はスプリング付きのヒンジ５８には限られない。一方のメス側フィッティング部材６０は、本実施形態ではメス側２０の上部に固定して装着されるが、メス側２０と一体のもとして形成することもできる。

図２４に示すように、オス側フィッティング部材５０は、水平板部５０ａ、５０ｃと、これらを繋ぐ垂直板部５０ｂからなる。上側の水平板部５０ａの中央部にはやや前方に突出した凸部５６が形成され、そこから下向きに位置決めピン５２が設けられている。位置決めピン５２の両側には、メス側フィッティング部材６０に設けられた回転拘束ピン６６ａ、６６ｂがそれぞれ挿入される半円柱状の溝５４ａ、５４ｂが形成されている。位置決めピン５２の中央部には、位置決めピン５２及び凸部５６を貫通する穴５２ａが形成されている。この穴５２ａには、ガイドワイヤが通される。この点は、ガイドワイヤ１８の一端がオス側１０に固設されている図１の実施形態とは異なる。

一方のメス側フィッティング部材６０の上部の中央には、オス側フィッティング部材５０の凸部５６と対応した形状の凹部６２が形成され、その前方には、オス側フィッティング部材５０の位置決めピン５２を受け入れる穴６４が形成されている。この穴６４の前方部は、切り欠かれている。なお、図２４及び図２５には図示されていないが、この切欠きの側面部分には、オス側フィッティング部材５０の位置決めピン５２が入り易くかつ抜けやすいように、テーパーが付けられている。メス側フィッティング部材６０の前方部にはテーパー部６８が形成されている。テーパー部６８の両側には、オス側フィッティング部材５０に形成された溝５４ａ、５４ｂに対応する位置に回転拘束ピン６６ａ、６６ｂが設けられている。

次に、フィッティング部材５０及び６０の動作について説明する。図２７及び２８はこの動作を説明するための側面図であり、図２７はオス側１０とメス側２０がガイドワイヤ１８に案内されて近づく場合、図２８はガイドワイヤによらないで両者が近づく場合を示している。

フィッティング部材５０、６０が装着された結合装置のオス側１０及びメス側２０が、図１５〜図１７に示すようにガイドワイヤ１８に案内されて互いに近づく場合は、図２７に示すように、オス側１０の正面１０ａとメス側２０の正面２０ａとは同一の平面を共有する。この場合には、図２７に示すように、オス側フィッティング部材５０は回動することなく、オス側１０とメス側２０とが正対する。このとき、位置決めピン５２がメス側フィッティング部材６０の穴６４に受け入れられ、同時にメス側フィッティング部材６０の回転拘束ピン６６ａ、６６ｂがオス側フィッティング部材５０の溝５４ａ、５４ｂに受け入れられて、オス側１０とメス側２０の相対的位置が固定される。

一方、図２８に示すように、オス側１０とメス側２０がガイドワイヤに案内されずに、それぞれの正面１０ａ、２０ａにほぼ垂直な方向から互いに近づく場合には、両者が正対しようとすると、オス側１０に装着されたオス側フィッティング部材５０の水平板部５０ａは、メス側フィッティング部材６０のテーパー部６８に当接し、オス側フィッティング部材５０はテーパー部６８に沿って開く方向に回動する。オス側フィッティング部材５０はヒンジ５８のスプリングによって閉じる方向に付勢されているため、オス側１０とメス側２０が十分に近づくと、位置決めピン５２がメス側フィッティング部材６０の穴６４に受け入れられ、同時にメス側フィッティング部材６０の回転拘束ピン６６ａ、６６ｂがオス側フィッティング部材５０の溝５４ａ、５４ｂに受け入れられて、オス側１０とメス側２０の相対的位置が固定される。また、オス側１０とメス側２０がガイドワイヤ１８によって案内される場合であっても、オス側１０の正面１０ａとメス側２０の正面２０ａとが同一共有平面から少し離れた場合にも、フィッティング部材５０及び６０を設けておくことによって、円滑にオス側１０とメス側２０の位置決めをすることができる。

なお、図２４及び図２５では、メス側フィッティング部材６０に回転拘束ピン６６ａ、６６ｂを設け、オス側フィッティング部材５０に対応する溝５４ａ、５４ｂを形成した実施形態について説明したが、位置決めピン５２と対応する穴６４のみでオス側１０とメス側２０の相対的位置が固定されるのであれば、回転拘束ピン６６ａ、６６ｂ及び溝５４ａ、５４ｂは必要ではない。

図２９は、上記のようにしてオス側１０とメス側２０の相対的位置が固定されたときのフィッティング部材の状態を示した斜視図である。この状態で、オス側１０とメス側２０は［１］で説明した手順で動作し、オス側１０とメス側２０は互いに結合される。一方、結合を解除する場合には、［１］で説明したように、電磁石２２をオフにすると、結合ピン１２はオス側１０に設けられたスプリング１４ａ、１４ｂによって左側に付勢され左へ向かって並進移動する。こうしてオス側１０とメス側２０との結合は解除される。前述のようにメス側フィッティング部材６０の穴６４の前方部には切り欠きが形成され、この切欠きにはテーパーが付けられている。オス側フィッティング部材５０は回動可能とされていることから、位置決めピン５２は切欠きのテーパーに沿って動いてオス側フィッティング部材５０の位置決めピン５２は穴６４から外れることができる。

［５］構造物の展開その２
図３０乃至３４は、展開構造物としてのアンテナの各構成要素を宇宙空間で展開して大型のアンテナを宇宙空間において構築する手順を示している。各図では、動作の順番を矢印で示している。図３０の一番左側は、宇宙機から放出された状態の衛星本体７０と、展開前すなわち畳まれた状態のアンテナ８０を示している。この状態から、衛星本体７０は左右両側において太陽電池パドル７４を展開する。これは、衛星に必要な電力を確保するためである。続いて、ブーム７６を伸展させることによって、畳まれた状態のアンテナ８０を衛星本体７０から所定の距離だけ離す。

次に図３１に示すように、アンテナ８０の構成要素を左右に展開する。この左右への展開には、例えばローラマイトヒンジを利用する。続いて、図３２に示すように、アンテナ８０の１列目（一番手前）のパネル列８０₁を前方方向へ展開する。この前方への展開には、ストリングヒンジを利用する。一列目に含まれる各パネルは、元々互いにストリングヒンジで繋がっていて、展開完了後にテンショナ機構によるラッチによりパネル同士は結合される。なお、２列目以降のパネル間の結合は永久磁石を利用する。各列の先端部には、ガイドワイヤが巻かれたリールが設けられており、ガイドワイヤの先端は、左右に展開されたアンテナ８０の構成要素に繋がれている。各パネル列の先端部が前方へ展開するときに、リールに巻かれているガイドワイヤ１８が巻き出される。したがって、前方への展開が完了するとそのパネル列の側方にはガイドワイヤ１８が張設された状態となる。

１列目のパネル列８０₁の先端部の２列目側には、前述の実施形態のいずれかの結合装置のオス側１０が装着され、２列目のパネル列８０₂の１列目側にはこの結合装置のメス側２０が装着されている。２列目のパネル列８０₂の３列目側及び３列目以降のパネル列の先端部の両側にも同様に結合装置のオス側１０又はメス側２０が装着されている。１列目のパネル展開が完了すると、結合装置のメス側２０の電磁石２２をオンとすることによって、図１３に示すようにメス側２０は張設されたガイドワイヤ１８の磁性体部分１８ａを引き込む。そして、電磁石２２をオフにすることによって、図１４に示すように、ロックピン２８が下方に付勢され、メス側２０がガイドワイヤ１８に係合され、この状態で２列目のパネル展開が行われる。以下、３列目以降のパネル展開でも同様の動作が行われる。

また、図３３に示すように、２列目のパネル列８０₂を前方へ展開するときは、１列目のパネル列８０₁の先端に設けられたモータの動力を利用して、２列目のパネル列８０₂の先端に設けられたメス側２０が係合しているガイドワイヤ１８をワイヤを巻き上げることによって、２列目のパネル列８０₂を前方へ展開する。そして、２列目のパネル列８０₂の先端部に設けられたメス側２０は、ガイドワイヤ１８に案内されて１列目のパネル列８０₁の先端部のオス側１０に近づき、［２］又は［４］で説明した動作で互いに正対し、そして［１］で説明した動作で互いに結合される。図３２に示すように、３列目以降のパネル列８０₃等も同様に展開し、すべてのパネル列が前方方向へ展開され固定されると、アンテナの展開が完了する。このように本発明を利用すると、大型アンテナの構築が可能となる。なお、上記では、先に展開されるパネル列の先端部にオス側１０を設け、次に展開されるパネル列の先端に対応するメス側２０を設けた場合について説明したが、ガイドワイヤ１８を用いずにパネル展開を行う場合には、オス側１０とメス側２０とを逆に設けてもよい。

［６］結合装置の用途
これまでの実施形態の説明では、宇宙空間での展開構造物を展開した後に各部を結合し固定するために結合装置を利用する場合について述べた。しかしながら、本発明の結合装置は、宇宙用途に限られるものではなく、地上における構造物の組み立て、例えば高所における太陽電池パネル等を展開するような場合にも本願発明を適用することができる。

また、本発明は、上述の結合装置を備えるケーブル用コネクタを提供することができる。例えば多数のコネクタで接続されている海底ケーブルのコネクタ同士の結合に本発明の結合装置を適用できる。既に述べたように、コマンド制御でオス側とメス側を結合し又は結合を解除することができるので、海底ケーブルの各部を本発明の結合装置で結合しておき、例えばメンテナンスが必要となった海底ケーブルの部分について、関連するコネクタ部分をコマンド制御により結合を解除することで、簡単にメンテナンスが必要な海底ケーブルの部分を回収することができ、また、メンテナンスが完了した部分を元の場所に戻してコネクタ部分を結合させることができる。

さらに、本発明の結合装置を例えば小型の装置として用いる場合、コンピュータサーバーなどの配線をつなぐケーブル用コネクタとして用いることもできる。サーバーの配線は複雑でメンテナンス等の作業で取り外しと取り付けが困難な場合があるが、電磁石のオン／オフを利用して、簡易に作業することが可能となる。

以上説明したように、本願発明に係る結合装置によれば、電磁石のオン／オフを利用して、各部の係止状態、係合状態を制御することができるので構造が簡素化され、精密な位置合わせも不要となるので、結合及び結合解除の作業並びにオス側及びメス側を正対させる作業が容易となり、作業負担を大幅に軽減することができる。

なお、これまで説明した内容は本願発明の一実施形態に過ぎず、その内容によって発明の技術的範囲が限定されるものではない。

１０オス側
１２結合ピン
１４ａ、１４ｂスプリング
１８ガイドワイヤ
２０メス側
２２電磁石
２４ａ、２４ｂラッチピン
２６ａ、２６ｂ永久磁石
２８ロックピン
２８ａスプリング
２８ｂ永久磁石
３０ワイヤ支持部
４０、５０展開モジュール
４２、４４、５２、５４結合部
４６、７６伸展マスト
５０オス側フィッティング部材
５２位置決めピン
５４ａ、５４ｂ溝
５６凸部
５８ヒンジ
６０メス側フィッティング部材
６２凹部
６４穴
６６ａ、６６ｂ回転拘束ピン
６８テーパー部
７０衛星本体
７４太陽電池パドル
７６ブーム
８０アンテナ

Claims

第１の結合部品と第２の結合部品とが互いに正対したときに結合する結合装置であって、
前記第１の結合部品には、第１の結合部品内部で移動可能に設けられた少なくとも一部が磁性体からなる第１の係止部が含まれ、
第２の結合部品には、
供給する電流の向きにより生成される磁界を反転させる電磁石と、
前記第２の結合部品へ移動した前記第１の係止部と係止する第２の係止部と、
前記電磁石により生成される磁界により前記第２の係止部を付勢して前記第２の係止部を前記第１の係止部との係止位置へ、又は、係止位置から係止が外れる位置へ駆動する永久磁石と、
が含まれ、
第１の結合部品と第２の結合部品が互いに正対したときに、前記第１の係止部は前記電磁石により生成される磁界により前記第２の結合部品へ移動し前記第２の係止部が前記第１の係止部に係止することにより前記第１の結合部品と前記第２の結合部品が結合され、前記電磁石により生成される磁界を反転させることにより前記第２の係止部と前記第１の係止部との係止が外れ第１の結合部品と第２の結合部品との結合が解除され、
さらに、
第１の結合部品には、ガイドワイヤの一端が固定され、
第２の結合部品には、前記ガイドワイヤと係合し、又はガイドワイヤとの係合を解除する係合手段が設けられ、
第１の結合部品と第２の結合部品は、前記ガイドワイヤが前記係合手段に係合した状態で前記ガイドワイヤにより互いに正対位置へ案内されることを特徴とする結合装置。
前記第１の係止部が前記電磁石により生成される磁界により第２の結合部品へ移動するときに前記第２の係止部と接触しても、前記第１の係止部の第２の結合部品への移動が妨げられないように、前記第１の係止部の先端部は曲面形状であるとともに、前記第２の係止部の先端部には前記第１の係止部の曲面形状に沿ったテーパーが付けられていることを特徴とする請求項１に記載の結合装置。
第１の結合部品内部には、前記第１の係止部と前記第２の係止部との係止が外れたときに、前記第１の係止部が第２の結合部品から離れる方向に付勢する付勢手段が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の結合装置。
前記第１の係止部と前記第２の係止部には、両者が接する部分に両者が互いに係止される返しが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の結合装置。
前記ガイドワイヤの一部は磁性体の素材から構成され、前記電磁石により生成される磁界によって前記ガイドワイヤの磁性体部分が前記係合手段による係合位置に引きつけられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の結合装置。
前記第２の結合部品には、前記係合手段を係合位置に付勢する第２の付勢手段と、第２の永久磁石とが設けられ、前記第２の永久磁石は、前記電磁石によって前記ガイドワイヤが係合位置に引きつけられるときは、前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記ガイドワイヤを係合しない位置に前記係合手段を付勢することを特徴とする請求項５に記載の結合装置。
前記第２の結合部品には、前記ガイドワイヤを前記係合位置へ案内するための溝状の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の結合装置。
第１の結合部品と第２の結合部品とが互いに正対したときに結合する結合装置であって、
前記第１の結合部品には、第１の結合部品内部で移動可能に設けられた少なくとも一部が磁性体からなる第１の係止部が含まれ、
第２の結合部品には、
供給する電流の向きにより生成される磁界を反転させる電磁石と、
前記第２の結合部品へ移動した前記第１の係止部と係止する第２の係止部と、
前記電磁石により生成される磁界により前記第２の係止部を付勢して前記第２の係止部を前記第１の係止部との係止位置へ、又は、係止位置から係止が外れる位置へ駆動する永久磁石と、
が含まれ、
第１の結合部品と第２の結合部品が互いに正対したときに、前記第１の係止部は前記電磁石により生成される磁界により前記第２の結合部品へ移動し前記第２の係止部が前記第１の係止部に係止することにより前記第１の結合部品と前記第２の結合部品が結合され、前記電磁石により生成される磁界を反転させることにより前記第２の係止部と前記第１の係止部との係止が外れ第１の結合部品と第２の結合部品との結合が解除され、
第１の結合部品及び第２の結合部品は、単一のガイドワイヤに案内されて正対されるようになっており、
前記第１の結合部品と前記第２の結合部品が前記ガイドワイヤに沿って離れた位置にいるときに前記第２の結合部品から遠い方の前記第１の結合部品上には第１のフィッティング部材が設けられ、前記第１の結合部品と前記第２の結合部品が前記ガイドワイヤに沿って離れた位置にいるときに前記第１の結合部品に近い方の前記第２の結合部品上には第２のフィッティング部材が設けられ、かつ、前記第１のフィッティング部材及び第２のフィッティング部材は、第１の結合部品と第２の結合部品の結合動作及び結合解除動作を妨げない位置に設けられ、
前記第１のフィッティング部材と第２のフィッティング部材には、互いに係止して位置決めする位置決め手段が設けられ、
前記第１のフィッティング部材の位置決め手段には、前記ガイドワイヤが通る穴が設けられ、
前記第２の結合部品には、前記ガイドワイヤと係合し、又はガイドワイヤとの係合を解除する係合手段が設けられ、
前記第１の結合部品と前記第２の結合部品は、前記ガイドワイヤが前記係合手段に係合した状態で前記ガイドワイヤにより互いに正対位置へ案内され、前記第１のフィッティング部材及び前記第２のフィッティング部材が係合して位置決めすることにより、互いに正対することを特徴とする結合装置。
前記第１の係止部が前記電磁石により生成される磁界により第２の結合部品へ移動するときに前記第２の係止部と接触しても、前記第１の係止部の第２の結合部品への移動が妨げられないように、前記第１の係止部の先端部は曲面形状であるとともに、前記第２の係止部の先端部には前記第１の係止部の曲面形状に沿ったテーパーが付けられていることを特徴とする請求項８に記載の結合装置。
第１の結合部品内部には、前記第１の係止部と前記第２の係止部との係止が外れたときに、前記第１の係止部が第２の結合部品から離れる方向に付勢する付勢手段が含まれることを特徴とする請求項８又は９に記載の結合装置。
前記第１の係止部と前記第２の係止部には、両者が接する部分に両者が互いに係止される返しが設けられていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の結合装置。
前記ガイドワイヤの一部は磁性体の素材から構成され、前記電磁石により生成される磁界によって前記ガイドワイヤの磁性体部分が前記係合手段による係合位置に引きつけられることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の結合装置。
前記第２の結合部品には、前記係合手段を係合位置に付勢する第２の付勢手段と、第２の永久磁石とが設けられ、前記第２の永久磁石は、前記電磁石によって前記ガイドワイヤが係合位置に引きつけられるときは、前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記ガイドワイヤを係合しない位置に前記係合手段を付勢することを特徴とする請求項１２に記載の結合装置。
前記第２の結合部品には、前記ガイドワイヤを前記係合位置へ案内するための溝状の凹部が形成されていることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の結合装置。
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の結合装置を備える、ケーブル用コネクタ。