JPH06104479B2 - 展開型トラス構造及び展開力を有するヒンジ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、収納状態から２次元的に展開可能な展開型ト
ラス構造及び展開力を有するヒンジ機構に関するもので
ある。

〔従来技術〕

宇宙用大型アンテナや太陽光集光器等に用いられる展開
型構造物は、打上げ時コンパクトに収納可能で且つ宇宙
空間で２次元的に展開可能であることが必要であり、こ
の展開構造物として展開パネル式のもの、金属メッシュ
とフレーム構造とを組合せたもの（例えば、特開昭62−
15904号公報参照）、展開型トラス構造からなるものな
ど種々提案されている。

この展開型構造物は宇宙空間で２次元的に展開され、そ
の表面に反射面を形成するため反射膜材などが設けられ
るが、宇宙用大型アンテナや太陽光集光器の場合反射膜
材は全体として放物面に形成される。

上記展開型構造物で宇宙用大型アンテナ等を形成するう
えで、展開型パネル式のもの或いは金属メッシュとトラ
ス構造を組合せたものではその展開面積に限界がある
が、展開型構造物をトラス構造で構成する場合には、大
型の構造物に展開でき、構造物全体の剛性が高く且つト
ラス部材長を適宜設定することにより所望の曲面形状に
展開でき且つ反射面精度を高く維持し得るなど種々の特
徴を備えているので、展開型トラス構造は最も有望視さ
れている。

上記宇宙用展開型構造物に用いる展開型トラス構造とし
て種々の型式のものが提案され、例えば特開昭61−2385
97号公報には、八面体トラス構造を基本構成とする展開
型トラス構造が記載され、またNASAのH.G.Bush等及びロ
ッキード社のR.R.Johnson などの共著で文献「Large Sp
ace Antenna Technology,1984年12月4-6」に発表した論
文「Synchronously Deployable Tetrahedral Truss Ref
lector 」には、四面体トラス構造を基本構成とする展
開型トラス構造が記載されている。

一方、上記のように四面体トラス構造を基本構成とする
展開型トラス構造を収納状態にして打上げて宇宙空間で
展開する為に、通常展開したときの上面側の多数の上面
トラス部材のスパン中央部及び下面側の多数の下面トラ
ス部材のスパン中央部には夫々ヒンジ機構が設けられ、
収納状態において上面及び下面トラス部材は相対的に所
定角度回動させた屈曲位置に保持され、展開状態におい
て上面及び下面トラス部材は直線状の伸長位置に切換え
られる。

上記の論文の展開型トラス構造では、上記ヒンジ機構と
して通常の単なるヒンジ結合部が用いられ、トラス部材
は２つ折り状に屈曲した屈曲位置から伸長位置に切換え
られる。

一方、展開型トラス構造を宇宙空間で自動的に展開させ
る為の展開力付与機構として、上記の論文の展開型トラ
ス構造では、四面体トラスの各節点部の節点ヒンジ機構
に展開同期機構と複合化して設けられた展開力付与機構
であって、ガイドロッドと、ガイドロッドに可動に外装
されたスライド及びダンパ及び圧縮コイルバネと、スラ
イダと各トラス部材を連結する同期リンクなどからなる
展開力付与機構が記載されている。

一方、特開昭59−77119号公報には、展開力付与機能を
有する展開ヒンジ機構であって、１対の部材の端部を支
軸を介してヒンジ結合するとともに１対のリンク部材を
介してリンク結合し、支軸の回りに展開付勢用の第１ス
プリングを装着し、またリンク結合部に展開状態保持用
の第２スプリングを装着し、１対の部材を２つ折り状に
屈曲した屈曲位置において第１スプリングにより展開力
を付与し、また直線状に展開した伸長位置において第２
スプリングにより伸長状態を保持する付勢力を付与する
ようにした展開ヒンジ機構が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記公報及び論文に記載の展開型トラス構造では、反射
面を構成する個々のセルの形状が三角形であることか
ら、平面状反射面等を形成するときには特に問題はない
が、放物面など曲面状反射面をトラス部材に取付けた反
射膜材で形成するときには各セルの曲面形状精度を高め
ることが困難で大型アンテナ等の性能低下が避けられな
い。仮に、セル形状が四角形の場合にも同様である。

上記論文の四面体トラス構造は、反射面のセル形状が三
角形をなして細分化されるので反対面側のトラス部材の
部材数が多くなるだけでなく、反射面側のトラス部材は
折り曲げヒンジ機構で屈伸可能なものなのでヒンジ機構
はトラス部材の部材数に応じて多くなり、重量が増加し
且つ製作コストが全体として高価になる。

上記の論文の展開型トラス構造では、ヒンジ機構として
展開力付与機能のないヒンジ結合部を用い、節点ヒンジ
機構に展開同期機構と複合化された展開力付与機構を用
いているが、例えば６本の上面トラス部材と３本の傾斜
トラス部材に一括して展開力を付与するので、ガイドロ
ッド、スライダ、ダンパ及びコイルバネなどが大型化す
ること、コイルバネが強力なものなので大きなダンパを
必要とすること、コイルバネからダンパを介してスライ
ダに作用する展開力を同期リンクの圧縮軸力を介してト
ラス部材に伝達するので同期リンクが大型化することな
どの問題がある。

上記特開昭59−77119号公報の展開ヒンジ機構では、１
対のリンク部材を必要とするのでヒンジ機構が大型化し
重くなること、屈曲位置のときにも伸長位置のときにも
１対のリンク部材がトラス部材の外側へ大きく突出する
ので、収納状態における展開型トラス構造が全体として
大型化し打上げコストが高価になること、屈曲位置から
所定角度展開しないうちは第１スプリングの展開力に対
して第２スプリングが展開を妨げるように作用するの
で、大きな展開力の必要な展開開始初期における展開力
が低下することなどの問題がある。

本発明の目的は、小型・軽量でパイプ状のトラス部材内
スペースを有効活用し得るような展開力を有するヒンジ
機構及びこのヒンジ機構を組込んだ展開型トラス構造を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

第１請求項に係る展開型トラス構造は、収納状態から展
開可能な展開型トラス構造において、上記展開型トラス
構造は、展開力を有するヒンジ機構で連結され且つ収納
状態のときに２つ折り状に屈曲されるとともに展開状態
のときに直線状に伸びる複数のトラス部材を備え、上記
各展開力を有するヒンジ機構は、１対の分割トラス部材
の端部同士を回動自在に連結する支軸と、１対の分割ト
ラス部材内に亙って配設されるとともに一端が一方の分
割トラス部材にまた他端が他方の分割トラス部材に夫々
固定された弾性部材と、上記支軸の外周側に配設され、
収納状態のときに弾性部材を案内してその経路を展開状
態のときよりも長く保持する案内部材とを備え、収納状
態のときに案内部材によって案内されて弾性変形した弾
性部材の弾性力で両分割トラス部材に展開力を付与する
ように構成されているものである。

第２請求項に係る展開型トラス構造は、基本的に第１請
求項と同様の構成を備えているうえ、更にその展開型ト
ラス構造は、展開したときに、倒立正六角錐の上面の各
辺の両端の節点と上記正六角錐の頂部節点と上記正六角
錐に隣接し且つ上記各辺を共有する倒立正六角錐の頂部
節点とで決定される６個の四面体と、上記各節点とこの
節点に対応する各３個の頂部節点とで決定される６個の
四面体とを形成する四面体トラス構造を基本構成として
備えている。

第３請求項に係る展開力を有するヒンジ機構は、ロッド
状の１対の部材を直線状に伸した伸長位置と両部材を相
対的に所定角度回動させた屈曲位置とに切換自在に両部
材の端部同士を支軸を介して連結するヒンジ機構におい
て、１対の部材内に亙って配設されるとともに一端が一
方の部材にまた他端が他方の部材に夫々固定された弾性
部材と、上記支軸の外周側に配設され、屈曲位置のとき
に弾性部材を案内してその経路を伸長位置のときよりも
長く保持する案内部材とを備え、屈曲位置のときに案内
部材によって案内されて弾性変形した弾性部材の弾性力
で両部材に展開力を付与するように構成されているもの
である。

〔作用〕

第１請求項に係る展開型トラス構造においては、展開力
を有するするヒンジ機構で連結され且つ収納状態のとき
に２つ折り状に屈曲されるとともに展開状態のときに直
線状に伸びる複数のトラス部材を備えているので、上記
複数のトラス部材を夫々２つ折り状に屈曲させることに
より体積効率より折り畳んだ収納状態にすることが出
来、また複数のトラス部材を夫々直線状に伸ばすことに
より展開状態にすることが出来る。

上記展開力を有するヒンジ機構において、収納状態のと
きに案内部材により案内される弾性部材の経路が展開状
態のときよりも長くなって弾性部材が弾性変形し、その
弾性力で１対の分割トラス部材に展開力が付与されるの
で、展開型トラス構造に複数の展開力を有するヒンジ機
構の展開力で展開状態に展開することになる。

上記展開力を有するヒンジ機構では弾性部材と案内部材
とからなる簡単かつ軽量な機構で分割トラス部材に展開
力を付与することが出来るうえ、分割トラス部材内の空
間を有効活用して弾性部材を配設するので、ヒンジ機構
を小型化して展開型トラス構造の全体ボリュームを小さ
くすることが出来る。

第２請求項に係る展開型トラス構造においては、基本的
に第１請求項と同様の作用が得られる。更に、12個の四
面体を形成する四面体トラス構造を基本構成としている
ので、剛性が高く振動しにくく軽量化が可能なものとな
る。

加えて、展開状態において反射面側となる上面の個々の
セルの形状は正六角形なので、放物面など曲面状の反射
面との適合性に優れ、曲面状反射面の形状精度を高める
ことが出来るので、アンテナなどの性能を向上させるこ
とが出来る。

更に、セル形状が正六角形故に上面トラス部材の部材数
を低減することが出来るので、その分だけ軽量化でき宇
宙への仕上げコストと製作コストを低減することが出来
る。

第３請求項に係る展開力を有するヒンジ機構において
は、屈曲位置のときに案内部材により案内される弾性部
材の経路が伸長位置のときよりも長くなって弾性部材が
弾性変形し、その弾性力で１対の部材に展開力が付与さ
れる。

しかも、この展開力を有するするヒンジ機構では、弾性
部材と案内部材とからなる簡単且つ軽量な機構で１対の
部材に展開力を付与することが出来るうえ、１対の部材
内の空間を有効活用して弾性部材を配設するのでヒンジ
機構を小型化・軽量化することが出来るうえ、弾性部材
や案内部材が部材の外部へ突出しないように構成できる
ので収納状態の体積を小さくすることが出来る。

〔発明の効果〕 第１請求項に係る展開型トラス構造によれば、上記〔作
用〕の項で説明したように、展開力を有するヒンジ機構
が簡単かつ軽量な機構で展開力を付与するようになって
おり、しかもその展開力を付与する弾性部材がトラス部
材内の空間を有効活用して配設されているので、展開型
トラス構造の総部材数を低減し且つ軽量化し、収納状態
のときの全体ボリュームを小さくすることが出来る。

第２請求項に係る展開型トラス構造によれば、上記〔作
用〕の項で説明したように、基本的に第１請求項と同様
の効果が得られる。更に、展開状態における上面の個々
のセル形状を正六角形に形成することにより、反射膜材
で形成される曲面状反射面との適合性を高め、反射面の
形状精度を高め、アンテナ等の性能を向上させることが
出来る。更に、上面トラス部材の部材数を低減して軽量
化を図り、宇宙への仕上げコストと製作コストを低減す
ることが出来る。

第３請求項に係る展開力を有するヒンジ機構によれば、
上記〔作用〕の項で説明したように、弾性部材と案内部
材とからなる簡単且つ軽量な機構で展開力を付与するこ
とが出来、ヒンジ機構を軽量化することが出来、１対の
部材内の空間を有効活用して弾性部材を配設するので、
ヒンジ機構を小型化することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

本実施例は、コンパクトに折り畳んだ収納状態で宇宙空
間へ打上げ、宇宙空間で２次元的な拡がりを持つプレー
ト状のトラス構造に展開して宇宙用大型アンテナや太陽
光集光器などに使用される展開型トラス構造に本発明を
適用した場合の一例である。

第１図は、この展開型トラス構造の基本構成である展開
型トラス構造ユニットＴを示すものであり、第１図
（ａ）はトラス構造ユニットＴを折り畳んだ収納状態、
第１図（ｄ）トラス構造ユニットＴの展開状態を示し、
第１図（ｂ）及び第１図（ｃ）は夫々収納状態から展開
状態へ移る途中の状態を示している。

次に、上記トラス構造ユニットＴの展開状態における骨
組構造について、第１図（ｄ）に基いて説明する。

このトラス構造ユニットＴは、その中央部には６辺を形
成する６本の上面トラス部材１（以下、部材１という）
と６本の稜トラス部材２（以下、部材２という）とで倒
立正六角錐が形成され、部材１同士は各節点P₁において
ヒンジ接合され、６本の部材２は頂部節点P₂においてヒ
ンジ結合されている。更に、上記倒立正六角錐の外側に
各部材１を共有して形成される倒立正六角錐の頂部節点
P₂aと中央部の頂部節点P₂とが下面トラス部材３（以
下、部材３という）で連結されるとともに、相互に隣接
する頂部節点P₂a同士が部材３と同機能の下面トラス部
材3A（以下、部材3Aという）で連結され、また各頂部節
点P₂aとそれに対応する各部材１の両端の節点P₁とが部
材２と同機能の稜部材2A（以下、部材2Aという）で連結
されている。

従って、このトラス構造ユニットＴは、各部材１の両端
の節点P₁・P₁と頂部節点P₂とこの部材１を共有する倒立
正六角錐の頂部節点P₂aとで決定される６組の６組の四
面体と、各節点P₁とこの節点P₁に対応する３個の頂部節
点P₂・P₂a・P₂aとで決定される６個の四面体とを形成す
る四面体トラス構造になっている。

上記トラス構造ユニットＴを基本構成とし、第２図に示
すように、頂部節点P₂を有する倒立正六角錐の外側に頂
部節点P₂aを夫々有する６個の倒立正六角錐を構成し、
更にそれらの外側にも同様に多数の倒立正六角錐を構成
していくことにより、上面には多数の正六角形状のセル
を有する２次元的な拡がりを持つプレート状のトラス構
造TC（以下プレート状トラス構造TCという）を構成する
ことが出来る。

上記２次元展開型トラス構造TCは用途に応じてその上面
及び下面が平面をなすように或いは部材長を適宜設定す
ることにより放物面などの曲面をなすように構成される
が、何れの場合にも多数の正六角形セルからなる上面に
反射膜部材などが取付けられ電波反射面或いは太陽光集
光面等として活用される。

第３図に示すように、トラス構造ユニットＴの部材１・
２・2A・３・3Aの夫々は例えば表面にアルマイト層を形
成したアルミニウム製パイプ材で構成され、部材１のス
パン中央部及び部材３・3Aのスパン中央部には夫々後述
のヒンジ機構10が設けられ、部材１は直線状に伸した伸
長位置と２つ折り状に下方へ屈曲させた屈曲位置とに切
換自在に構成され、また部材３・3Aは直線状に伸した伸
長位置と上方へ２つ折り状に屈曲させた屈曲位置とに切
換自在に構成されている。

上記頂部節点P₂には、下面内の放射状の６本の部材３及
び正六角錐の稜に位置する６本の部材２をヒンジ結合す
る頂部節点ヒンジ機構20が設けられ、この頂部節点ヒン
ジ機構20に付随する頂部節点展開同期機構30が設けられ
ている。尚、各頂部節点P₂aにも上記と同様の頂部節点
ヒンジ機構20及び頂部節点展開同期機構30が設けられて
いる。

更に、各節点P₁には、上面内の放射状の３本の部材１及
び正六角錐の稜に位置する３本の部材２・2Aをヒンジ結
合する節点ヒンジ機構40が設けられ、この節点ヒンジ機
構40に付随する節点展開同期機構50が設けられている。

上記頂部節点ヒンジ機構20及び頂部節点展開同期機構30
について、第４図に基いて説明する。

頂部節点P₂の頂部節点部材21の上端外周部には６個の第
１結合部22が円周６等分位置に放射状に突設され、頂部
節点部材21の下端外周部には第１結合部22よりも長い６
個の第２結合部23が第１結合部22から30度位相をずらし
た円周６等分位置に放射状に突設され、各第１結合部22
にはそれに直交する水平のピン24を介して部材２の下端
部の１対の結合片2aが回動自在に連結され、また各第２
結合部23にはそれに直交する水平のピン25を介して部材
３の端部の１対の結合片3aが回動自在に連結されてい
る。但し、第４図には同様の部材を省略し、１本の部材
２・３を連結した状態を示してある。上記トラス構造ユ
ニットＴでは、第６図に示すように収納状態において、
６本の部材２と６本の部材３が鉛直方向に向けて折り畳
まれたときに、６本の部材２の外側に６本の部材３が円
周６等分位置で外接するように第１結合部22と第２結合
部23の半径方向長さが設定されている。

上記頂部節点展開同期機構30は、トラス構造ユニットＴ
を展開するときに、６本の部材２と６本の部材３とが等
しい展開度で展開するように同期させる為のものであ
り、第４図に示すように、頂部節点部材21の中央部に鉛
直向きの案内孔31が形成され、ガイドロッド32（これ
が、同期用基準ロッドに相当する）は案内孔31に上下摺
動自在に挿通装着され、ガイドロッド32の上端部にはリ
ンク連結具33が外嵌固着され、リンク連結具33の上端外
周部には６本の部材２に夫々臨む２又状の第１連結部34
が放射状に突設され、また第１連結部34の下方へ所定距
離隔てた位置でリンク連結具33の下端外周部には６本の
部材３に夫々臨む２又状の第２連結部35が放射状に突設
されている。

一方、部材２の下端付近のガイドロッド32に対面する部
分には所定長さのスリット36が軸方向に形成され、部材
２が仮想線で図示の収納位置から実線で図示の展開位置
に展開するときに部材２の軸心が移動する展開面に金属
製の細いロッドからなる第１リンク部材37（これが、軸
力部材に相当する）が配設され、第１リンク部材37の上
端部は対応する第１連結部34に展開面と直交するピン37
aを介して回動自在に連結されるとともに、第１リンク
部材37の下端部のリング金具37bはスリット36の上端部
から部材２内へ導入され、スリット36の下端付近で展開
面と直交する水平のピン2bを介して部材２に回動自在に
連結されている。但し、リング金具37bを省略し、第１
リンク部材37の下端部を直接ピン2bに枢着してもよい。
このことはリング金具についても同様である。

部材３の端部付近の上面側部分には所定長さのスリット
38が軸方向に形成され、部材３が仮想線で図示の収納位
置から実線で図示の展開位置に展開するときに部材３の
軸心が移動する展開面に第１リンク部材37よりも長い金
属製の細いロッドからなる第２リンク部材39（これが、
軸力部材に相当する）が配設され、第２リンク部材39の
上端部は対応する第２連結部35に展開面と直交するピン
39aを介して回動自在に連結されるとともに、第２リン
ク部材39の下端部のリング金具39bはスリット38のガイ
ドロッド32側の端部付近で展開面と直交するピン3bを介
して部材３に回動自在に連結されている。

上記第１及び第２リンク部材37・39の長さ、ピン2b・3b
の取付位置、第１及び第２結合部22・23の半径方向長さ
及び高さ位置、及び第１及び第２連結部34・35の半径方
向長さ及び相互高さ位置などの幾何学構成は適切に設定
されており、トラス構造ユニットＴを収納状態から展開
するときに６本の部材２と６本の部材３が等しい展開度
を保ち乍ら同期して展開するようになっている。

次に、上記節点ヒンジ機構40及び節点展開同期機構50に
ついて第５図に基いて説明する。

節点P₁の節点部材41の上端部には相互に120度の開角を
なして３個の第１結合部42が放射状に突設され、節点部
材41の第１結合部42の下方に隣接する部分には第１結合
部42同士の中間に夫々対応し且つ第１結合部42よりも細
く長い３個の第２結合部43が放射状に突設され、各第１
結合部42にはそれに直交する水平のピン1aを介して部材
１の端部の１対の結合片1bが回動自在に連結され、また
各第２結合部43にはそれに直交する水平のピン2cを介し
て部材２・2Aの上端の１対の結合片2dが回動自在に連結
されている。尚、トラス構造ユニットＴの単体の場合、
１対の部材2A間の上方の第１結合部42には部材１が未だ
結合されていない。

上記節点展開同期機構50は、トラス構造ユニットＴを展
開するときに、２本の部材１と３本の部材２・2Aとが等
しい展開度で展開するように同期させる為のものであ
る。

上記節点部材41の中央部に鉛直向きの案内孔52が形成さ
れ、ガイドロッド53（これが、同期用基準ロッドに相当
する）は案内孔52に上下摺動自在に挿通装着され、ガイ
ドロッド53の下端部にはリンク連結具51が外嵌固着され
ている。上記リンク連結具51は、上下に所定長さを有
し、その上端部には部材１に対応する３個の２又状の第
１連結部54が放射状に突設され、またリンク連結具51の
下端部には部材２・2Aに対応する３個の２又状の第２連
結部55が放射状に突設されている。

前記頂部節点展開同期機構30と同様に、部材１が収納位
置から展開位置へ展開するときの部材１の軸心の展開面
内に第１リンク部材56が配設され、第１リンク部材56の
上端部のリング金具はピン1cを介して部材１に連結さ
れ、また第１リンク部材56の下端部は対応する第１連結
部54に連結されている。

部材２・2Aが収納位置から展開位置へ展開するときの部
材２・2Aの軸心の展開面内に第２リンク部材57が配設さ
れ、第２リンク部材57の外側の上端部のリング金具は部
材２・2Aの内側の１対のブラケット58にピン2eを介して
連結され、また第２リンク部材57の内側の下端部は対応
する第２連結部55に連結されている。

上記第１及び第２リンク部材56・57の長さ、ピン1c・2e
の取付位置、第１及び第２結合部42・43の半径方向長さ
及び高さ位置、第１及び第２連結部54・55の半径方向長
さ及び相互の高さ位置などの幾何学的構成は適切に設定
されており、トラス構造ユニットＴを収納状態から展開
するときに２本の部材１と３本の部材２・2Aとが等しい
展開度を保ち乍ら同期して展開するようになっている。

次に、上記部材１・３・3Aの各スパン中央部に設けられ
るヒンジ機構10について、第12図〜第14図に基いて説明
するが、これらのヒンジ機構10は同様のものなので、部
材3Aのヒンジ機構10について説明する。

第12図に示すように、部材3Aをスパン中央部で２分割し
た分割部材3A₁と分割部材3A₂の相対向する端面には、展
開状態において直線状に伸長した伸長位置となったとき
に相互に当接する当接面3cが形成され、一方の分割部材
3A₁の端部には１対の鉛直のブラケット11が一体的に固
着され、両当接面3cと分解部材3A₁・3A₂の下端との交差
部を軸心とする水平の支軸12が両ブラケット11に亙って
架着され、支軸12はその一端の頭部12aと他端部に螺着
した係止具12cとで軸方向に移動しないように規制され
ている。

他方の分割部材3A₂の端部は両ブラケット11間に配設さ
れ、分割部材3A₂の端部に固着された部分円筒状のブッ
シュ部材13が支軸12に回動自在に外嵌され、これにより
分割部材3A₁・3A₂は実線で図示の伸長位置と仮想線で図
示のように２つ折り状に折り曲げた屈曲位置とに切換自
在に構成されている。尚、第12図では便宜上分割部材3A
₂を分割部材3A₁の方へ180度回動して屈曲位置にしたよ
うに図示したが、実際には屈曲位置のとき両分割部材3A
₁・3A₂は共に鉛直姿勢となる。

更に、ブッシュ部材13の軸方向中央部の外周部には、半
円周環状の案内部材14が伸長位置のときに分割部材3A₁
側に位置するように配設されてブッシュ部材13に固着さ
れ、案内部材14の外周部にはＶ溝14aが形成されてい
る。

更に、屈曲位置にある分割部材3A₁・3A₂に展開力を付与
する為の弾性部材として、両分割部材3A₁・3A₂内にワイ
ヤ15とその両端部に夫々連結されたコイルバネ16とが設
けられ、これらは当接面3Cに対して略対称に配設され、
分割部材3A₁内のコイルバネ16の端部はピン16aを介して
分割部材3A₁に固定され、分割部材3A₂内のコイルバネ16
の端部はピン16aを介して分割部材3A₂に固定され、伸長
位置のときにも両コイルバネ16は若干弾性的に伸びた状
態になっていて、このときワイヤ15は案内部材14の上側
に位置して案内部材14の上端部のＶ溝14aに係合してい
る。

ここで、トラス構造ユニットＴが収納状態つまり両分割
部材3A₁・3A₂が屈曲位置のとき、案内部材14が支軸12に
対して分割部材3A₁・3A₂と反対側に位置し、案内部材14
のＶ溝14aに係合しているワイヤ15の経路が長くなり、
両コイルバネ16が大きく弾性変形して伸びた状態になっ
ているので、ワイヤ15に大きな張力が作用し、支軸12の
軸心からＶ溝14aまでのレバー長に張力を掛けて得られ
る回転モーメントが各分割部材3A₁・3A₂に作用し、その
回転モーメントで両分割部材3A₁・3A₂に展開力が付与さ
れる。

更に、屈曲位置から伸長位置に切換えられたときに、両
分割部材3A₁・3A₂を伸長位置に固定する為のロック機構
17が次のように設けられている。

分割部材3A₂のうちの両ブラケット11の内側の部分には
支軸12と平行な１対のピン孔3dが透設され、両ブラケッ
ト11には伸長位置のときにピン孔3dに同心に連なるピン
孔11aが夫々形成され、各ピン孔3dに内方より鍔付ピン1
8が摺動自在に装着され、これら鍔付ピン18の鍔部18a間
に圧縮コイルバネ19が装着され、両鍔付ピン18はコイル
バネ19で外方へ付勢されている。

屈曲位置のときに各鍔付ピン18の外端はブラケット11の
内面に当接して係止され、屈曲位置から伸長位置へ展開
する途中においても各鍔付ピン18はブラケット11の内面
に当接しつつ移動し、伸長位置になると各鍔付ピン18の
外端部が対応するピン孔3dに嵌合して両分割部材3A₁・3
A₂が伸長位置にロックされる。

次に、上記トラス構造ユニットの作用について説明す
る。

上記トラス構造ユニットＴは、12個の四面体を形成する
トラス構造なので、剛性が高く安定したトラス構造とな
り、単位重量当りの基本振動数が高くなる。

また、このトラス構造ユニットＴの上面は正六角形セル
となるので、トラス構造ユニットＴを多数組合せたプレ
ート状トラス構造TCの上面に反射膜材を設けて、放物面
など曲面状反射面を形成する場合に、部材１と反射膜材
との適合性がよく、大型アンテナや太陽光集光器の性能
を高めることが出来る。更に、四面体トラス構造で三角
形セルとする場合に比較して上面トラス部材の部材数を
節減することが出来る。

前記頂部節点ヒンジ機構20、節点ヒンジ機構40及びヒン
ジ機構10を設けたので、第１図（ａ）の収納状態に体積
効率よく収納することが出来、この収納状態から第１図
（ｄ）の展開状態に展開することが出来る。このこと
は、トラス構造ユニットＴを多数組合せたプレート状ト
ラス構造TCについても同様である。

尚、第６図は収納状態のトラス構造ユニットＴの頂部節
点P₂の部分の平面図であるが、この状態において部材３
は部材２の外側に位置するので部材３に連結された第２
リンク部材39と部材２との干渉を防ぐ為に、第４図に図
示のように部材２の表面部の所定個所にはリンク部材挿
通溝39cが凹設されている。第７図・第８図は夫々収納
状態のトラス構造ユニットＴの底面図及び平面図であ
る。

前記頂部節点展開同期機構30と節点展開同期機構50を設
けたので、トラス構造ユニットＴを収納状態から展開す
るときに、全部の頂部節点P₂・P₂aにおいて部材２・2A
及び部材３・3Aが同期して展開し、全部の節点P₁におい
て部材１・２・2Aが同期して展開する。尚、この展開時
の展開力は既述のようにヒンジ機構10に設けたコイルバ
ネ16の弾性力で発生する。

ここで、トラス構造ユニットＴを展開するときに、第９
図に示すように各ヒンジ機構10のヒンジ点間に幾何学的
にズレ量ｄが発生するが、これについて第10図のような
モデルにて解析した結果、第11図のような結果が得ら
れ、上記ズレ量ｄが微小量なので分割部材3A₁・3A₂、第
１及び第２リンク部材56・57の微小弾性変形により吸収
されることになる。

上記頂部節点展開同期機構30の第２リンク部材39及び節
点展開同期機構50の第１リンク部材56は張力部材なので
伸縮しないようなワイヤ等で代用することも可能で、何
れにしても小型・軽量化することが出来る。

尚、上記実施例を次のように部分的に変更してもよい。

（１） 前記展開力を有するヒンジ機構10は、第１図に
図示のような四面体展開型トラス構造以外に種々の構造
の展開型トラス構造（例えば、展開同期機構30・50を備
えていない展開型トラス構造）にも同様に適用すること
ができる。トラス部材としてはチタン合金製パイプ材を
用いることもあり得る。

更に、ヒンジ機構10は、宇宙用の展開型トラス構造以外
に地球上で用いられる種々のパイプ構造物のヒンジ機構
として適用し得ることは言うまでもない。

（２） 頂部節点や節点の展開同期機構30・50の第１及
び第２リンク部材39・56には圧縮軸力は作用せず弾力の
み作用するのでこれらは可撓性のワイヤなどで構成して
もよい。

（３） ヒンジ機構10のワイヤ15としては複数の又は１
本のピアノ線からなる可撓性のワイヤを用いてもよく、
また１本のコイルバネ16を省略してワイヤ15の一端部を
ピン16aに固定してもよい。また、伸長位置のときのコ
イルバネ16の弾性力を大きく設定して伸長位置に保持す
る保持力を発生させる構成にしてもよい。或いは、ワイ
ヤとコイルバネとからなる別の弾性部材を同様に配設
し、その弾性部材は案内部材に係合させずにブッシュ部
材13の外周に案内させ且つその弾性変形量を大きく保持
し、その弾性部材で大きな展開保持力を発生させる構成
にしてもよい。尚、コイルバネ16の代わりに種々の弾性
部材（例えば、ゴム紐）を用いてもよい。

（４） ヒンジ機構10のロック機構17の鍔付ピン18の端
部を半球状に形成し、ピン孔11aを半球凹部に形成して
もよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図（ａ）は収
納状態のトラス構造ユニットの概略斜視図、第１図
（ｂ）・（ｃ）は夫々展開途中のトラス構造ユニットの
概略斜視図、第１図（ｄ）は展開状態のトラス構造ユニ
ットの概略斜視図、第２図は複数のトラス構造ユニット
からなる２次元的な拡がりを持つプレート状のトラス構
造の概略平面図、第３図はトラス構造ユニットの斜視
図、第４図は頂部節点ヒンジ機構と頂部節点展開同期機
構の要部斜視図、第５図は節点ヒンジ機構と節点展開同
期機構の斜視図、第６図は収納状態における頂部節点ヒ
ンジ機構の要部平面図、第７図・第８図は夫々収納状態
のトラス構造ユニットの底面図と平面図、第９図はトラ
ス構造ユニットの展開動作説明図、第10図は節点展開同
期機構の機構図、第11図はヒンジ機構の展開度とズレ量
との関係を示す特性図、第12図はヒンジ機構の縦断面
図、第13図は第12図XIII−XIII線断面図、第14図は第12
図XIV−XIV線断面図である。 Ｔ……展開型トラス構造、TC……２次元的な拡がりを持
つプレート状のトラス構造、 P₁……節点、P₂・P₂a……頂部節点、 １……上面トラス部材、２……稜トラス部材、３・3A…
…下面トラス部材、 3A₁・3A₂……分割トラス部材、 10……ヒンジ機構、12……支軸、 14……案内部材、15……ワイヤ、 16……コイルバネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 ＮＡＳＡ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｕ ｂｌｉｃａｔｉｏｎ 2368，ＬＡＲＧＥ ＳＰＡＣＥ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥ ＭＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 1984, （1985）ＮＡＳＡ（米） Ｈ．Ｇ．Ｂｕｓ ｈ，Ｃ．Ｌ．Ｈｅｒｓｔｒｏｍ，Ｐ．Ａ. Ｓｔｅｉｎ ａｎｄ Ｒ．Ｒ．Ｊｏｈｎｓ ｏｎ，「ＳＹＮＣＨＲＯＮＯＵＳＬＹ Ｄ ＥＰＬＯＹＡＢＬＥ ＴＥＴＲＡＨＥＤＲ ＡＬ ＴＲＵＳＳＲＥＦＬＥＣＴＯＲ」, Ｐ237−250

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】収納状態から展開可能な展開型トラス構造
   において、 上記展開型トラス構造は、展開力を有するヒンジ機構で
   連結され且つ収納状態のときに２つ折り状に屈曲される
   とともに展開状態のときに直線状に伸びる複数のトラス
   部材を備え、 上記各展開力を有するヒンジ機構は、 １対の分割トラス部材の端部同士を回動自在に連結する
   支軸と、１対の分割トラス部材内に亙って配設されると
   ともに一端が一方の分割トラス部材にまた他端が他方の
   分割トラス部材に夫々固定された弾性部材と、 上記支軸の外周側に配設され、収納状態のときに弾性部
   材を案内してその経路を展開状態のときよりも長く保持
   する案内部材とを備え、収納状態のときに案内部材によ
   って案内されて弾性変形した弾性部材の弾性力で両分割
   トラス部材に展開力を付与するように構成されているこ
   とを特徴とする展開型トラス構造。
2. 【請求項２】上記展開型トラス構造は、展開したとき
   に、倒立正六角錐の上面の各辺の両端の節点と上記正六
   角錐の頂部節点と上記正六角錐に隣接し且つ上記各辺を
   共有する倒立正六角錐の頂部節点とで決定される６個の
   四面体と、上記各節点とこの節点に対応する各３個の頂
   部節点とで決定される６個の四面体とを形成する四面体
   トラス構造を基本構成として備えていることを特徴とす
   る第１請求項に記載の展開型トラス構造。
3. 【請求項３】ロッド状の１対の部材を直線状に伸した伸
   長位置と両部材を相対的に所定角度回動させた屈曲位置
   とに切換自在に両部材の端部同士を支軸を介して連結す
   るヒンジ機構において、 １対の部材内に亙って配設されるとともに一端が一方の
   部材にまた他端が他方の部材に夫々固定された弾性部材
   と、 上記支軸の外周側に配設され、屈曲位置のときに弾性部
   材を案内してその経路を伸長位置のときよりも長く保持
   する案内部材とを備え、 屈曲位置のときに案内部材によって案内されて弾性変形
   した弾性部材の弾性力で両部材に展開力を付与するよう
   に構成されていることを特徴とする展開力を有するヒン
   ジ機構。