JPH0277398A - 展開トラス構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分母〕 乙の発明は高い格納性を有し、軽量な展開トラス構造物
に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、スペースシャトル、アリアンロケット等の性能及
び信頼性が向上し宇宙利用に経済的なメリットが生まれ
てきた。特に大型の展開アンテナは船舶、車両等の移動
体の通信用になくてはならず、これを構成する展開トラ
ス構造方式が盛んに開発されてきｔコ。一方、科学利用
の面でも巨大な宇宙基地を作る計画がありこの基地の基
本構造方式としての展開トラス構造が重要な開発テーマ
となっている。これは宇宙にとってはＲｒＭ構造方式が
最も経済的に、巨大な構造を構築できると思われている
からである。

第６図は上記展開トラス構造に対し、米国学術誌　ｒ　
ＩＥＥＥ　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　　ＯＮ　　Ａ
ＮＴＥＮＮ人Ｓ　　ＡＮＤ　　ＰＲＯＰ人−ＧＡＴＩＯ
Ｎｊ　Ａ　Ｐ　−１７巻４号（１９６９年）にて示され
た。

従来の展開シラス構造を示す図で２図中、（１）は本ト
ラス構造の上下面の三角格子を構成し、中央部で折れ曲
る事の可能な折れ曲り部材、（２）ｌよ上下面の三角格
子を支える斜部材、（３）は上記折れ曲り部材（１）と
斜部材（２）をピン結合する結合子である。第７図は、
第６図における破線の円で囲まれたＡ部の拡大図で、（
４）は結合子（３）の周辺に設けられたウェブで、折れ
曲り部材（１）及び斜部材（２）を結合子（３）とピン
結合させろものである。

第８図は第６図におけろ破線の円で囲まれｔこ８部の拡
大図で、折れ曲り部材（１）の中央折れ曲り部の詳細を
示す図で２図中（５）は中央部をピン結合した２枚の板
より成る回転自在のヒンジレバー、（６）は上記ヒンジ
レバー（５）の一方の付根部に取付けられ、上記折れ曲
り部材（１）を展開する方向に上記ヒンジレバー（５）
を回転させる渦巻バネ、（７１＋よ上記折れ曲り部材ｆ
ｉｌとヒンジレバー（５）を結合する結合ピンで（７ａ
）及び（７ｂ）はヒンジレバー（５）と折れ曲り部材（
１）を結合するピン、　（７ｃ）は折れ曲り部材（１）
同志を中央部で結合する結合ピンである。

上記構造は、３本の折れ曲り部材（１）と３本の斜部材
（２）と３ケの結合子（３）より構成される四面体を複
数個結合した構成となっているため四面体トラス構造と
も呼ばれている。第９図は上記展開トラス構造の展開途
中を示す図である。

次に動作について説明する。はじめ格納形状に図示して
いない保持ケーブルで拘束された上記構造物は、地上か
らのコマンドで爆管等による保持ケーブルの切断により
可動できる状態となり、上記渦巻バネ（６）のバネ力に
より展開をはしめる。展開は渦巻バネ（６）のバネ力で
ヒンジレバー（５）を回転させろ事により折れ曲り部材
（１）を結合ピン（７ｃ）回りに回転させながら伸展さ
せる。折れ曲り部材（１）の伸展により上下面の結合子
（３）は放射状に広がり展開が進行する。折れ曲り部材
（１）が直鎖状に伸展すると、ヒンジレバー（５）及び
渦巻バネ（６）のバネ力により生じる回転トルクと、折
れ曲り部材（１）の折れ曲りｉでの接触面圧力とが釣合
い、折れ曲り部材（１）は運！！！！ｌを停止する。こ
れが展開形状で構造は三角格子のみで結合された形状と
なる。三角格子は基本的に剛い安定な構造であり、従来
この種の構造は非常に剛い構造で、展開アンテナ或は宇
宙基地用の構造体に適したものと考えられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の構造は、実際には各部材の結合点が
一点に集中されないため、自分自身の形状すら保持しえ
ない柔い構造となっている。すなわち、三角格子が剛い
のは各部材の結合状況が第１０図に示す様に一点で結合
される場合ら限るのであるが、従来の構造ではこの三病
格子が第１１図に示すように多くのヒンジ結合点を持っ
てしまうため剛性が出ないばかりか、不安定なリンク構
造となってしまうのである。なお、第１Ｏ図及び第１Ｉ
図において、（８）は三角格子を構成する基本部材、（
９）は上記基本部材（８）を結合するピンジヨイント、
（３）は上記ピンジヨイント（９）により基本部材（８
）を結合する結合子である。

以上説明した様に折れ曲り部材を用いる従来の展開トラ
ス構造は基本的に不安定な構造のため。

展開アンテナ、或は宇宙基地本体構造として、所用の剛
性が出せないという致命的な課題があった。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、展開形状にて構造的に安定で剛性の高い展開トラス構
造物を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の第１の発明による展開トラス構造物は、Ｎ（
Ｎｌよ３，４．６）角形の各頂点に配置され端末にピン
ジヨイントを有する第１の結合子と、上記Ｎ角形を底面
とするＮ角錐の頂点に配置され端末にビンジヨイント部
を有する第２の結合子と。

一端を上記第２の結合子に放射状にピン結合され。

他端を上記第１の結合子にそれぞれピン結合されたＮ本
の斜部材と、上記Ｎ角形の周上に配置され上記第１の結
合子間にＨ開時、張架されるＮ本のワイヤーと、上記Ｎ
角形の内部にあり一端にピンジヨイント部を有する第３
の結合子が結合され。

かつ他端にストッパーを有するガイド棒と、上記ガイド
棒上をスライドするスライドヒンジと、−端が上記スラ
イドヒンジに放射状にピン結合され。

他端が上記第１の結合子にピン結合され上記ガイド棒の
軸方向に対しそれぞれ直交となる方向に展開可能なＮ本
のリブと、一端を上記ガイド棒の端末の第３の結合子に
ピン結合され、他端を上記Ｎ本のリブにそれぞれピン結
合されたＮ本の同期リブと、上記ガイド棒上にあり上記
スライドヒンジと上記ガイド棒端末の第３の結合子の間
に取り付けられたコイルばねとから成るＮ角錐骨組を単
位とし、上記Ｎ角錐骨組を上記斜部材と、第１の結合子
及び第２の結合子を共有する形で、かつ上記ガイド棒の
向きが隣接するもの同志が逆向きとなる様に結合したも
のである。

この発明の第２の発明による展開トラス構造物ばＮ（Ｎ
は３，４，６１角形の各頂点に配置され端末にピンジヨ
イントを有する第１の結合子と、上記Ｎ角形を底面とす
るＮ角錐の頂点に配置され端末にピンジヨイント部を有
する第２の結合子と、−端を上記第２の結合子に放射状
にピン結合され。

他端を上記第１の結合子にそれぞれピン結合されたＮ本
の斜部材と、上記Ｎ角形の周囲に配置され上記第１の結
合子間に展開時、張架されるＮ本のワイヤーと、上記Ｎ
角形の内部にあり一端にビンジヨイント部を有する第３
の結合子が結合され。

かつ他端にモータ、ボールネジ及びナツトより成る伸展
機構を有するガイド棒と、上記伸展機構の別の端末に具
備された主ヒンジと、一端が上記主ヒンジに放射状にピ
ン結合され、他端が上記第１の結合子にピン結合され上
記ガイド棒の軸方向に対しそれぞれ直交となる方向に展
開可能なＮ本のリブと、一端を上記ガイド棒の端末の第
３の結合子にピン結合され、他端を上記Ｎ本のリブにそ
れぞれピン結合されたＮ本の同期リブとから成るＮ角錐
骨組を単位とし、上記Ｎ角錐骨組を上記斜部材と第１の
結合子及び第２の結合子を共有する形でかつ上記ガイド
棒の向きが隣接するもの同志が逆向きとなる様に結合し
たものである。

〔作　用〕

この発明の第１の発明においては、Ｎ（Ｎは３゜４．６
）角錐の底面を構成する各頂点相互間に張架されたワイ
ヤーがリブに圧縮力を生じさせ力の平衡状態を実現させ
ているため、ピン結合された部分のガタは消え基本モジ
ュールであるＮ角錐は安全な構造となり高い剛性の獲得
が容易となる。さらに上記の各Ｎ角錐がそれぞれほぼ同
期して展開するため、展開の信頼性が増し、またコイル
ばねの力によりＮ角錐を展開させるための外からのエネ
ルギーが不用となる。

この発明の第２の発明においては、Ｎ（Ｎは３゜４．６
）角錐を構成する各頂点相互間に張架されたワイヤーが
リブに圧縮力を生じさせ力の平衡状態を実現させている
ため、ピン結合された部分のガタは消え基本モジュール
であるＮ角錐は安全な構造となり高い剛性の獲得が容易
となる。

さらに、上記の各Ｎ角錐がそれぞれ伸展機構により完全
に同期して展開させられるため、展開の信頼性が増す。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１の発明の一実施例を示すＩｆ！
ｃ開形状方形五角錐の展開トラス構造物を示す図で（２
）は斜部材、　（３ａ）、　（３ｂ）は上記五角錐の頂
点に配置されたピンジヨイント部を有する第１．第２の
結合子、　（３ｃ）は上記五角錐の底面三角形の内側に
配置され、後述のガイド棒０〔の頭部に具備された第３
の結合子、α０）は先端に結合子（３ｃ）を取り付けた
ガイド棒で、隣接する五角錐のガイド俸は互いに軸の方
向を逆にして配置されている。（ＩＩ）ばガイド棒ａ〔
上をスライドするスライドヒンジ、■は一端が上記スラ
イドヒンジ（１１）に放射状にピン結合され、他端が上
記五角錐の底面三角形の頂点上の第１の結合子（３ａ）
にピン結合され、上記ガイド棒ＱＯＩの軸方向に対し直
交になる方向に展開可能なリブ、ｑ■ば上記トラス構造
の上下面を成す上記五角錐の底面に配置された結合子（
３ａ）或は（３ｂ）相互間に展開時張架されるワイヤー
、（２）は一端を上記リブ（Φにピン結合され他端を上
記ガイド棒α０）上の第３の結合子（３Ｃ）にピン結合
された同期リブである。

第２図は第１図にて破線で囲んだ０部を拡大した図でａ
９は展開時上記スライドヒンジθｌ）の下死点を決める
ストッパー、　（ＩＱば上記ガイド棒ＱＯ）上の第３の
結合子（３ｃ）とスライドヒンジ０１）間に具備されこ
の発明の展開トラス構造物を展開させる駆動力を与える
コイルばね、θはガイド棒叫とリブ（ののなす角度を示
しており、ＴＩ開開中°から約９０°まで変化し、Ｎ聞
役９０°付近になる様に設定された展開角度である。

上記の様１こ構成された展開トラス構造物の展開動作に
ついて以下に説明する。第３図はこの発明の展開トラス
構造物の展開途中を示す図で２図より想定される様にこ
の発明の展開トラス構造物は格納時に同期リブ（ロ）を
−辺とし、これにピン結合されているリブ（■及びガイ
ド捧ａωで構成される三角形はつぶれており、第２図に
示すリブ＠とガイド棒α〔のなす展開角度θ【よ零にな
っている。展開はコイルばね（０のばね力によりスライ
ドヒンジｏ１）と第３の結合子（３ｃ）間を押し広げる
事によってなされる。上記スライドヒンジ０１）と第３
の結合子（３ｃ）間の距離が増大すると、上記同期リブ
（ロ）、リブ■及びガイド捧ＱＯで構成される三角形は
広がり上記展開角度θは増大する。上記θの増大は上記
スライドヒンジθ０に集まる３本のリブ■の他端にある
第１の結合子（３ａ）で出来る三角形を広げ、この三角
形を底面とする五角錐骨組も広がる。

展開角θが９０°近辺にまで増大すると、スライドヒン
ジａＤはストッパー（１９に近づき、第１の結合子（３
ａ）或は第２の結合子（３ｂ）相互間に取り付けられた
ワイヤー■は張架される。上記ワイヤー〇聾はスライド
ヒンジ（ＩＩ）がストッパー（１９に当り静止するまで
張架され続けろ。張架されたワイヤー０３）は第１の結
合子（３ａ）或は第２の結合子（３ｂ）をリブ（■側に
押し付けるため、当該ビン結合部のガタがなくなり、涙
量トラス構造１よ剛性の高い構造となる。

第４図はこの発明の第２の発明の一実施例を示す展開形
状での五角錐の展開トラス構造物を示す図で、（２）は
斜部材、　（３ａｌ　、　（３ｂ）は上記五角錐の頂点
に配置されたピンジヨイント部を有する結合子。

（３ｃ）は上記五角錐の底面三角形の内側に配置され後
述のガイド棒ａ（ｌｌｌの頭部に具備された結合子、ａ
ωば先端に結合子（３ｃ）を取付けたガイド棒で、隣接
する五角錐のガイド棒は互いに軸の方向を逆にして配置
されている。（酌はガイド棒０（１の他端に取り付けら
れた伸展機構（０）に結合される主ヒンジを示す。なお
２図中■〜（２）は第１図にて説明したものと同一のも
のである。

第５図は第４図り部を拡大した図で、（酌は伸展機構（
０）の内部に固定されたモータ、（至）はモータ（■の
回転軸に直結したボールネジ、　（２１）はボールネジ
（至）にかん合するナツトであり、ガイド棒叫の端に固
定されている。上記モータ（■、ボールネジ■及びナツ
ト（２１）により伸展機構（１９）を成す。図中θは展
開角度を示すもので既に第２図で説明したものと同一の
ものである。

上記の様に構成された展開トラス構造物の展開動作につ
いて以下説明する。展開動作は、この発明の第１の発明
と展開駆動力の与え方が異なる点を除いて基本的に同一
である。この発明の展開トラス構造物は、格納時に同期
リブ（ロ）を−辺とし。

これにピン結合されているリブ（支）及びガイド棒叫て
構成される三角形はつぶれており、第５図に示すリブ■
とガイド棒Ｑ（１１のなす展開角度θは零になっている
。展開は、モータ（凶の回転軸が回転し。

回転軸に直結したボールネジ（至）が回転し、ナツト（
２１）及びナツト（２１）を固定するガイド棒０ωを押
し上げ、主ヒンジ（ｒｒ）と第３の結合子（３ｃ）間の
距離を増大させる事によってなされる。

上記主ヒンジ（ｒ？）と第３の結合子（３ｃ）間の距離
が増大すると、上記同期リブ（１４）、　　リブ■及び
ガイド棒叫で構成されろ三角形は広がり上記展開角度θ
は増大する。上記θの増大は上記主ヒンジ（ｒｒ）に集
る３本のリブ■の他端にある第１の結合子（３ａ）で出
来る三角形を広げ、この三角形を底面とする五角錐骨組
も広がる。

展開角θが９０’近辺にまで増大すると、第１の結合子
（３ａ）或は第２の結合子（３ｂ）相互間に取れ付けら
れたワイヤー■は張架される。各モータは図に示されて
いない外部のコントローラにより同期駆動する様に制御
されてお吻所定の角度だけ回転するとコントローラによ
りモータは回転を停止し。

保持モードとして通電状態を維持し保持力を有する。張
架されたワイヤー〇は第１の結合子（３ａ）或は第２の
結合子（３ｂ）をリブ■側に押し付けるため。

当該ビン結合部のガタがなくなり、展開トラス構造は剛
性の高い構造となる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明の第１の発明はＮ角錐の底面を構
成する各頂点相互間にワイヤーを張架しガタのないＮ角
錐骨組よりトラス構造を構築しているため高い剛性を容
易に得られるという効果がある。さらにこの発明は、リ
ブとガイド棒間に展開の同期をとる同期ケーブルと展開
エネルギーを供給するコイルばねを設けているため、展
開がほぼ同期し展開の信頼性が上がり、自刃で展開が達
成されるという効果がある。

また、この発明の第２の発明は、上記第１の発明と同様
の高剛性を容易にＮｆｌできる他に主ヒンジを伸展機構
により伸展させているため、各Ｎ角錐骨組が多小の外乱
に拘らず確実に同期して展開するため更に展開の信頼性
が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の発明の一実施例を示す展開後
の展開トラス構造物の概念図、第２図はこの発明の第１
の発明の実施例における部材結合部を示す図、第３図は
この発明の第１の発明の実施例における展開途中の形状
を示す図、第４図はこの発明の第２の発明の一実施例を
示す展開後の展開トラス構造物の概念図、第５図はこの
発明の第２の発明の実施例における部材結合部を示す図
。 第６図は従来例での展開段形状の図、第７図は従来例で
の斜部材結合部を示す図、第８図は従来例での三角格子
の折れ曲り部材の機構を示す図、第９図は従来例での展
開途中の形状を示す図、第１０図は従来考えられていた
三角格子の物理モデル図。 第１１図は従来例における三角格子の実際の物理モデル
図を示す。 図において、（１）は折れ曲り部材、（２）は斜部材。 （３）は結合子、（４）はウェブ、（５）はとンジレバ
ー、（６）は渦巻バネ、（７）は結合ピン、（８）は基
本部材、（９）はビンジヨイント、α〔はガイド棒、　
（ＪＤはスライドヒンジ、＠はリブ、■はワイヤー、（
ロ）は同期リブ。 （１つはストッパー、（υはコイルばね、（Ｗは主ヒン
ジ。 （凶はモータ、（■はナツト、（至）はボールネジ、　
　（２１）はナツトである。 なお１図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ（Ｎは３、４、６）角形の各頂点に配置され端
   末にピンジョイント部を有する第１の結合子、上記Ｎ角
   形を底面とするＮ角錐の頂点に配置され端末にピンジョ
   イント部を有する第２の結合子、一端を上記第２の結合
   子に放射状にピン結合され、他端を第１の上記結合子に
   それぞれピン結合されたＮ本の斜部材、上記Ｎ角形の周
   上に配置され、上記第１の結合子間に展開時、張架され
   るＮ本のワイヤー、上記Ｎ角形の内部にあり一端にピン
   ジョイント部を有する第３の結合子が結合され、かつ他
   端にストッパーを有するガイド棒、上記ガイド棒上をス
   ライドするスライドヒンジ、一端が上記スライドヒンジ
   に放射状にピン結合され、他端が上記第１の結合子にピ
   ン結合され上記ガイド棒の軸方向に対しそれぞれ直交と
   なる方向に展開可能なＮ本のリブ、一端を上記ガイド棒
   の端末の第３の結合子にピン結合され、他端を上記Ｎ本
   のリブにそれぞれピン結合されたＮ本の同期リブ、上記
   ガイド棒上にあり上記スライドヒンジと上記ガイド棒端
   末の第３の結合子の間に取り付けられたコイルばねとか
   ら成るＮ角錐骨組を単位とし、上記Ｎ角錐骨組を上記斜
   部材、第１の結合子及び第２の結合子を共有する形で、
   かつ上記ガイド棒の向きが隣接するもの同志が逆向きと
   なる様に結合された事を特徴とする展開トラス構造物。
2. （２）Ｎ（Ｎは３、４、６）角形の各頂点に配置され端
   末にピンジョイント部を有する第１の結合子、上記Ｎ角
   形を底面とするＮ角錐の頂点に配置され端末にピンジョ
   イント部を有する第２の結合子、一端を上記第２の結合
   子に放射状にピン結合され、他端を上記第１の結合子に
   それぞれピン結合されたＮ本の斜部材、上記Ｎ角形の周
   囲に配置され、上記第１の結合子間に展開時、張架され
   るＮ本のワイヤー、上記Ｎ角形の内部にあり一端にピン
   ジョイント部を有する第３の結合子が結合され、かつ他
   端に伸展機構を有するガイド棒、上記伸展機構の別の端
   末に具備された主ヒンジ、一端が上記主ヒンジに放射状
   にピン結合され、他端が上記第１の結合子にピン結合さ
   れ上記ガイド棒の軸方向に対しそれぞれ直交となる方向
   に展開可能なＮ本のリブ、一端を上記ガイド棒の端末の
   第３の結合子にピン結合され、他端を上記Ｎ本のリブに
   それぞれピン結合されたＮ本の同期リブとから成るＮ角
   錐骨組を単位とし、上記Ｎ角錐骨組を上記斜部材、第１
   の結合子及び第２の結合子を共有する形で、かつ上記ガ
   イド棒の向きが隣接するもの同志が逆向きとなる様に結
   合された事を特徴とする展開トラス構造物。