JPH0626480Y2

JPH0626480Y2 - 伸展構造物

Info

Publication number: JPH0626480Y2
Application number: JP1985108051U
Authority: JP
Inventors: 公亮三浦; 孝之北村; 覚万岡崎; 和弘阿部
Original assignee: Nippi Corp
Current assignee: Nippi Corp
Priority date: 1985-07-15
Filing date: 1985-07-15
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2000-07-15
Also published as: EP0209083B1; EP0209083A1; US4662130A; JPS6216099U; DE3663015D1

Description

【考案の詳細な説明】 −産業上の利用分野− 本考案は折畳んだ状態では小さな空間をしめ、伸展した
状態では縦長のトラスを形成する伸展構造物に関する。
より具体的にいえば、本考案は宇宙空間で使用される太
陽電池の翼片を支持する伸展機構として使用することが
できる伸展構造物に関する。

−従来技術− 現在および将来宇宙空間で使用される構造体の多くは一
般に大型寸法のものが要求される。しかるにこれら構造
体はロケツト、スペースシヤトル等により運ばれるため
その寸法はこれら運搬手段の収納室の寸法により制限さ
れている。

従来前記伸展構造物としては、商品名アストロマストと
呼ばれるものがよく知られている（特公昭４９−２６６
５３号公報参照）。このマストの構造の概要は、第１６
図から第１８図までに示されるように３本の縦はり材１
と、夫々が薄い四角形断面棒より作られかつ複数の結合
部（又は接手）４を介して上記縦はり材１と結合される
多数の棒状スペーサ（間隔子）２と、対角位置にある結
合部４間に対角的に延長された多数の張力索３とから構
成される。

上記のようなマストは、伸展状態にあるマストに軸方向
の圧縮荷重を作用させるとともに、このマストにねじり
荷重を与えると、縦はり部材がコイル状に変形し、その
長さが短縮される。また、この短縮状態にあるマストを
解放すると、その縦はりの弾性力によつて縦はりが直線
状に伸展し、所定の形状に伸展する。

このようなマストは、縦はりが連続した単一の部材であ
り、短縮の際にはこれが弾性変形するものであるから、
従来のように複数の部材をヒンジ等で連結して縦はりを
構成するいわゆる関節形のマストよりヒンジ等の可動部
分が少ない。

一般に、宇宙空間で使用される機構、構造物等は、液体
潤滑剤が使用できないこと、温度変化が大きいこと、ま
た真空であるため接触している２つの部材の摺動面で固
着等が生じやすいこと、等の条件のため、ヒンジ等の可
動部分の信頼性は一般に低くなる。

前述したマストは、縦はりの部分には可動部分はない
が、この縦はりとスペーサとの連結部に多数のヒンジ機
構を必要とし、この部分の信頼性を確保するには高い加
工精度が要求されるとともに、試験、調整等に多大の労
力を必要とする不具合があった。

−考案の目的− 本考案は以上の目的に基づいてなされたもので、本質的
に２つの部材が摺動する可動部分がなく、宇宙空間で使
用される場合にも高い信頼性が得られ、またその製造、
試験、調整等も容易な伸展構造物を提供することを目的
とするものである。

−考案の構成− 本考案の伸展構造物は、少なくとも３本以上の縦はりを
備え、これらの縦はりはコイル状に弾性変形可能なもの
である。これらの縦はりは所定の配置で互いに平行に配
置され、所定の間隔で設けられたスペーサによって互い
に所定の配置に保持されている。これらのスペーサは、
上記の縦はりの方向と略直交する方向に配置され、上記
の縦はりに対応した３本以上の脚部が放射状に突設され
ている。そして、これらの脚部の先端部は上記の縦はり
にそれぞれ取り付けられ、またこれらの脚部は弾性的に
ねじれ変形が可能なものである。

このような伸展構造物は、その伸展状態では各縦はりは
直線状に伸展されて互いに平行に配置され、スペーサに
よって互いに所定の配置間隔を保持するように連結さ
れ、ビーム状の構造物を構成する。また、この構造物が
短縮状態の場合には、上記の縦はりは密着コイル状に弾
性変形され、また上記の各スペーサは互いに重ね合わさ
れる。

この構造物が伸展、短縮される際には、上記の縦はりは
上記のスペーサに対して略９０゜回動する。このような
縦はりとスペーサとの相対的な回動は、このスペーサの
脚部が弾性的にねじれ変形することによって許容され
る。この伸展構造物は、本質的に軸受、ヒンジ等の２つ
の部材が摺動するような可動部分を備えていない。した
がって、構造が簡単であり、特に宇宙空間等で使用する
ものにおいては、上記のような可動部分がないので、そ
の信頼性が極めて高い。また、この構造物を組み立てる
際にも、上記のスペーサの脚部を縦はりに取り付ければ
よく、製造が容易であるとともに、試験、調整等の作業
も容易である。

−実施例− 以下、第１図から第１５図について本考案の実施例の詳
細を説明する。

第１図から第３図は本考案の１実施例による伸展構造物
の伸展時を示すもので、図中、符号１ＢはＦＲＰ（繊維
強化プラスチック）のような可撓性材料よりなる３本の
縦はりであり、これらの縦はり１Ｂは一定の間隔を保っ
て互いに平行に立設され、上記縦はり１Ｂの長手方向に
一定の距離をおいて複数の水平方向に延びるスペーサ２
Ｂが設けられる。各スペーサ２Ｂは縦はり１Ｂと同様に
ＦＲＰ等の弾性復元可能な弾性板材で製作するもので、
縦はり１Ｂの長手方向にほぼ垂直な平面内にそれぞれ配
置され、その中心部に１個の貫通孔２ｂが形成される。
また、各スペーサ２Ｂは縦はり１Ｂの数に対応した数の
脚部２ｃを有し、第１実施例における脚部２ｃはスペー
サ２Ｂの中心部から半径方向外方に突出した状態でスペ
ーサ２Ｂと一体に成形してあり、これらの脚部２ｃの先
端ａは第３図に示すように、スペーサ２Ｂの中心部平面
から直角に折立てた状態で成形され、各先端ａを対応縦
はり１Ｂに巻付けて接着剤等で固定される。勿論、縦は
り１Ｂに対する脚部２ｃの先端ａの固定は接着剤による
ものに限定するものではなく、例えば伸展構造物が大型
のものである場合には、各先端ａをリベットや他の固定
手段で縦はり１Ｂに固定することもある。したがって、
第１図から第３図の伸展状態では、スペーサ２Ｂの各脚
部２ｃは極めて初期的な状態にあり、それらのねじり方
向の受けないか、または、受けたとしても極く僅かであ
り、後述するように、伸展構造物の折畳み状態では、ス
ペーサ２Ｂの脚部２ｃはスペーサ２Ｂと同じ平面に弾性
変形し、それらのねじりエネルギにより縦はり１Ｂの伸
展方向の補助力を与える。また、スペーサ２Ｂの形状及
び構造は、前述したものに特定されるものではなく、脚
部２ｃをスペーサ２Ｂの中心部と同じ平面に位置するよ
うに製作し、各脚部２ｃを縦はり１Ｂに結合する際に、
脚部２ｃを直角にねじつて縦はり１Ｂに固定してもよ
く、この場合、脚部２ｃは縦はり１Ｂに対する結合時に
初期荷重状態となり、伸展構造物の折畳みにより脚部２
ｃの荷重状態が増大する。いい換えると、本考案にあっ
ては、縦はり１Ｂに対する脚部２ｃの結合時に正または
負の方向の荷重を与えるのも、さらに無荷重状態におく
のも自由である。

また、複数の張力索３Ｂの夫々は対角位置にある脚部２
ｃの先端ａの一方から他方に掛渡されて上記構造物が伸
展された後に、その構造物の剛性を増大する。さらに、
一本のワイヤ等よりなる締索５がスペーサ２Ｂの中心の
貫通孔２ｂを通じて縦はり１Ｂの長手の方向に延在せし
められる。締索５の上端は最上部のスペーサ２Ｂ（図示
されず）に取付けられ、その下端は繰出装置（図示され
ず）に取付けられる。この繰出装置の駆動により締索５
は縦はり１Ｂの長手の方向に引出される。

以下、この伸展構造物がループ状に収縮せしめられた後
に、伸展せしめられる場合について説明する。

本構造物の収縮された状態において、３本の縦はり１Ｂ
は第７図に示される円滑なループ状に互いに重合わさ
れ、その外形は全体として円筒状を呈する。上記重合わ
せ状態において、縦はり1B₁、1B₂及び1B₃は一定の順序
例えば縦はり1B₂が縦はり1B₁の下側にまた縦はり1B₃が
縦はり1B₂の下側に、縦はり1B₁が縦はり1B₃の下側に位
置されるよう互いに近接した状態となる。半径方向に突
出する脚部２ｃをもった各スペーサ２Ｂは、第４図に明
らかなように、これら縦はり１Ｂにより形成されたルー
プの内部に収められ、これらスペーサ２Ｂの中心の貫通
孔２ｂは縦方向から見て直線状に配置される。重合わさ
れたこれらのスペーサ２Ｂは、それらの貫通孔２ｂを中
心として、巻回された縦はり１Ｂの円周方向に順次僅か
に変位した状態になる。この収縮即ち折畳み状態におい
ては、スペーサ２Ｂの各脚部２ｃはスペーサ１Ｂの中心
部と同じ平面にあるが、この状態の脚部２ｃは伸展構造
物の曲げねじり変形により、ねじり方向に曲げ弾性変形
され、ひずみエネルギを蓄勢する。

前述した伸展構造物の収縮された状態において、コイル
状になった縦はり１Ｂの下端が固定された状態で締索５
が繰出装置（図示せず）により上方に引出されると、ス
ペーサ２Ｂはこの引出動作に従って締索５を中心として
回転せしめられると共に、コイル状に収縮せしめられた
縦はり１Ｂは第５図に示されるようにループが解かれる
よう伸展せしめられて、最終的に第２図に示されるよう
に伸展状態となる。この伸展過程において、収縮時に蓄
勢されたスペーサ２Ｂの脚部２ｃのひずみエネルギが徐
々に開放され、縦はり１Ｂの伸展の際の補助力を与え
る。したがって、第１実施例の構造においては、第４図
からの収縮状態から第２図の伸展状態に至る過程が安定
したものとなる。

また、このように伸展された構造物を収縮する場合にあ
っては、上述の工程と逆の工程となり、これにより構造
物は第４図に示される状態に復帰せしめられるようルー
プ状に収縮せしめられる。

第６図は本考案の伸展構造物の他の実施例を示す。この
実施例は第１図から第５図に示された２個の伸展構造物
を単体構造に組合わせたもので、本実施例中、上記２個
の伸展構造物１０及び２０は直列に配置され、これらの
構造物１０及び２０の中間に、繰出装置即ち収納ドラム
６が設けられる。それぞれの構造物１０及び２０は前述
した実施例のものと同一構造に作られる。即ち、半径方
向にそれぞれ突出する脚部２ｃをもつたスペーサ２Ｂ及
び２Ｃは脚部２ｃの先端ａを介して各構造物についた３
本の縦はり１Ｂ及び１Ｃと夫々結合され、張力索３Ｂ及
び３Ｃは対角位置にある脚部２ｃの先端ａの間に延びて
おり、締索５Ｂ及び５Ｃがスペーサ２Ｂ及び２Ｃの中心
部を貫通した状態に設けられる。

この実施例の特徴は、まず、上記一対の構造物１０及び
２０がそれらの一端において直接あるいは間接に中央の
収納ドラム６と結合されている点にあり、第２に、各構
造物中におけるコイル形成の方向が中央の繰出装置即ち
収納ドラム６の進行につれて互いに逆対称の関係にある
点にあり、第３に、上方及び下方の締索５Ｂ及び５Ｃの
引出し装置が互いに同期化されている点にある。

上述の実施例構造において締索５Ｂ及び５Ｃが収縮され
た状態から上方及び下方に引出された場合、上記上方及
び下方の構造物１０及び２０は等しい長さだけ伸展され
る。この場合、これら構造物１０及び２０中におけるコ
イル状縦はり１Ｂの分離方向は中央の収納ドラム６から
見て互いに鏡像的対応関係にあり、従って構造物１０及
び２０の外方端部はほぼ同一速度で同一方向に回転され
ることになる。したがって、上方及び下方の構造物１０
及び２０は、相互に回転されることがないから、これら
構造物の外方端がそれらの中心軸線の回りに回転されな
いよう拘束される場合でも、これら構造物はその伸展を
継続することができ、この場合、中央の収納ドラム６が
回転されることになる。構造物の伸展が終った時、その
主構成部分中に何等の回転摺動部材を用いることなく、
剛性的に連続したマスト状構造物が形成されることにな
る。この伸展過程において、スペーサ２Ｂ及び２Ｃの蓄
積されたねじりエネルギにより構造物１０及び２０は、
縦はり１Ｂ及び１Ｃを伸展方向に付勢するから、スペー
サにこのような蓄勢力がない場合に比較し縦はり１Ｂ及
び１Ｃの円滑な伸展を期待できる。

上述された利点は、親指と人さし指との間にゴムバンド
を掛け、このゴムバンドの中間にマッチの軸をはめて上
記ゴムバンドを一方向にねじる場合を考慮することによ
り容易に理解される。この場合、ねじれの生ずる方向は
鏡像的対称関係にあり、当然にその両端は回転されず、
ゴムバンドの何れの部分にも摺動する個所は存在しな
い。換言すれば、鏡像関係にある一対のループの形成及
び解消はこれらループの両端に何等の相対的回転を伴う
ことなく行なわれる。

直線状に伸展された縦はりに剛性を与えるに役立つ装置
としてキヤニスタ装置が知られている。この装置は上述
の実施例における夫々の構造物１０及び２０が伸展され
る場合に使用すれば見掛上、何等の回転を伴うことな
く、それらの端部の摺動回転とコイル状から直線状への
変化を実現させる。第６図の実施例において、中央の収
納ドラム６中に互いにその背面が接続された２個のキャ
ニスタ装置（繰出装置）を用いかつ構造物１０及び２０
を互いにこれら２個のキヤニスタ装置（繰出装置）を通
じて接続することにより、伸展中でも、充分な剛性を保
持する伸展構造物を得ることができる。

第９図に示された実施例の基本的な構成は、互いに相反
する方向にループを形成する複数の構造物を直列に接続
することによりループ端部における回転を防止する点に
あったが、この考えを発展することにより第７図及び第
８図に示す実施例が得られる。

第７図の実施例における構造物10A及び20Aは収納ドラム
６Ａの一側に設けられる。この場合、両構造物10A及び2
0Aの伸展長さは等しい。構造物20Aに対する締索５Ｄは
構造物10Aを通じて収納ドラム６Ａと接続される。締索
５Ｄの排出速度が締索５Ｅのそれの２倍に選ばれる時、
構造物20Aは構造物10Aと等しい長さだけ伸展され、双方
の端部間に相対的回転を生じることなく等しい角度だけ
回転されることになる。

第８図に示した実施例では構造物10B及び20Bの伸展及び
伸縮は夫々の繰出装置6B及び6Cにより行なわれ、この場
合構造物10Bの締索５Ｆは構造物10Bの伸展方向と平行す
る方向に引出されると共に、構造物20Bの締索５Ｇは構
造物20Bの伸展方向に対し傾いた方向に引出される。即
ち、構造物20Bの締索５Ｇは、構造物10B及び20Bの外部
に設けられており、繰出装置６Ｂで制御される。締索５
Ｇは、伸展が終った後、張力部材として構造物全体の剛
性を増大させる。

この場合、２個の構造物１０Ｂ及び２０Ｂの伸展が同期
的に行なわれた場合においても、それらの回転は正確に
は同期化したものではない。しかしながら、その両端部
の回転を制限する手段を設けることにより構造物10B及
び20Bの回転運動を正確に同期化することができる。上
記実施例において締索５Ｇを３次元に配置することによ
り両端部の回転は制限されるが、この構成によると、構
造物の伸展後に、伸展構造物の安定状態を確保できる。

以上に述べた各実施例においては縦はり１Ｂ、１Ｂ及び
１Ｃが使用されるが、これらの縦はりをループ状に収縮
させるため、そのループ形成方向を規制する種々の方法
が従来知られている。その１つは縦はり１Ｂ、１Ｃの断
面を部分的に変化せしめるもの、他の方法としては、縦
はり１Ｂ、１Ｃに初期ねじり荷重を加えるものがある。

また、以上の説明においては、各縦はり１Ｂ、１Ｃを単
一の連続可撓性材料から作るものを例示したが、例えば
前述の特公昭４９−26653号公報に示されているように
多数の縦はり片を多数の回転結合物を用いて継ぎ合わせ
た構造ものであってもよい。

さらに、その伸展状態においてその長手方向に傾斜する
構造や、その長手方向に沿って構造物の断面積が変化せ
しめられる構造物も特定の場合に有効である。また、縦
はりをその長手方向に沿う一定の長さに切断し、このよ
うに切断された多数の区間をつなぎ合せて使用する方法
も生産性の点から有利である。

中心部分と一体に形成された半径方向に延びる脚部２ｃ
をもった上述のスペーサ２Ｂについても種々の変形が考
えられ、それらは第９図から第１４図に示してある。

第９図の例はその中心部分の面積が第１図に示されたも
のより減少したものである。

第１０図の例では、その中心部分に設けられた貫通孔２
ｂが三角形に形成され、又脚部２ｃの側縁が第１１図に
示されるように斜下方に曲げられて脚部全体として一つ
の溝を形成するようになされている。この構造によりス
ペーサの重量は軽減され、その機械的強度は増大され
る。本考案による伸展構造物が収縮せしめられる場合、
上述の溝をもったスペーサは互いに重合わされるので都
合がよい。

第１２図に示される変形例では、スペーサ２Ｂの中心部
から４孔の脚部２ｃが半径方向に突出され、これらの脚
部２ｃを通る断面は第１３図に示されるように中心部か
ら外方に向かって下方に曲げられ、これにより重量が軽
減されると共にスペーサ２Ｂの応力分布が改善される。

第１４図に示される変形例では円環状の中心部から４個
の脚部２ｃが半径方向に突出され、貫通孔２ｂの直径は
ほぼ脚部２ｃの長さに等しく選ばれる。

第１５図は本考案の別の実施例によるスペーサ２Ｃを用
いた伸展構造物の拡大図であり、この実施例構造はあま
り剛性を必要としない伸展構造物に適している。即ち、
この実施例においては、前述した張力索並びに締索が省
略され、スペーサ２Ｃは、剛体の中心部材２ｄと、この
中心部材２ｄから放射方向に延長された複数組の多数の
パイプ即ち棒状部材２ｅとから構成してある。これらの
棒状部材２ｅは２本ずつ組にされ、棒状部材２ｅの先端
は対応する縦はり１Ｂに等間隔ではめ付け固定する固定
筒２ｆに固定されている。したがって、このような構造
の伸展構造物における各棒状部材２ｅはねじり荷重を負
担できかつスペーサ２Ｃはラーメン構造となつて曲げモ
ーメントをも負担できるので、軽量かつ安価な伸展構造
物を得ることができる。

なお、前記実施例にといては、宇宙工学の分野で用いる
伸展構造物の場合を例示したが、本考案の伸展構造物は
他の分野でも使用できることはむろんである。

−考案の効果− 本考案によれば、スペーサ自体がラーメン構造であり、
しかもヒンジを全く使用しない伸展構造物を得ることが
でき、機械試験や検査工程においてスペーサと縦はりの
間の完全な固定関係のみをチェックするだけで精度を保
てるので、機能試験や検査コストの安い、信頼性に富ん
だ伸展構造物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図に示される本考案の実施例による伸展構
造物の水平断面図、第２図は同伸展構造物の伸展状態の
斜視図、第３図は第１図の実施例における縦はりとスペ
ーサ間の接続を示す拡大断面図、第４図は第１図に示さ
れた実施例の収縮状態の斜視図、第５図は第１図に示さ
れる実施例の収縮状態から伸展される場合の斜視図、第
６図は本考案による伸展構造物の他の実施例の伸展過程
を示す斜視図、第７図及び第８図は本考案の更に他の実
施例を示す模式図、第９図は本考案に使用するスペーサ
の他の実施例を示す平面図、第１０図は本考案に使用す
るスペーサの更に他の実施例を示す平面図、第１１図は
多数のスペーサが積重ねられた場合の第１０図のＡ−Ａ
線に沿う断面図、第１２図は本考案のスペーサの更に他
の実施例を示す平面図、第１３図は第１２図のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第１４図は本考案に使用されるスペーサ
の更に他の実施例を示す平面図、第１５図は本考案の別
のスペーサを用いる場合の伸展状態の拡大斜視図、第１
６図は伸展状態にある従来の伸展構造物を示す斜視図、
第１７図は第１６図の構造物の水平方向断面図、第１８
図は第１６図に示される伸展構造物の縦はりとスペーサ
間の接続状態を示す拡大断面図、第１９図から第２１図
は改良された別の従来の伸展構造物の第１６図から第１
８図に対応した図である。 1,１Ａ〜１Ｃ……縦はり、 2,２Ａ〜２Ｃ……スペーサ、 10B,20B……伸展構造物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−67909（ＪＰ，Ａ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】コイル状に弾性変形可能な少なくとも３本
以上の縦はりと、この縦はりの長手方向に対して所定の
間隔で配置されこれら縦はりを所定の配置間隔に保持す
るスペーサとを備えた伸展構造物において、上記のスペーサは上記の縦はりの長手方向に対して略直
交する方向に配置され、上記の各縦はりに対応して中心
部から放射状に突出した３本以上の脚部を備えており、
これらの脚部は弾性的にねじれ変形が可能なように構成
され、これらの各脚部の先端部は上記の縦はりにそれぞ
れ取り付けられていることを特徴とする伸展構造物。
【請求項２】前記のスペーサは、前記の脚部を一体に形
成した板状の部材であることを特徴とする実用新案登録
請求の範囲第１項記載の伸展構造物。
【請求項３】前記のスペーサは、板状の中心部材と、こ
の中心部材から放射方向に突設された複数組の弾性変形
可能な棒状部材とから構成される脚部とを備え、各組の
棒状部材の先端部は対応する縦はりに取り付けられてい
ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
の伸展構造物。