JPH10135725A - 同期回転２軸機械ヒンジアセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 宇宙アンテナの展開において、複雑なギアを
装備することなく安価で信頼性の高い機械的ヒンジアセ
ンブリを使用する。 【解決手段】 ２軸ヒンジアセンブリは、支持要素に統
合した同時回転を与える機械的装置から構成され、例え
ば宇宙アンテナのように、垂直ヒンジシャフトの軸に取
り付ける一方、同時に、水平ヒンジシャフトの周りに支
持シャフトを旋回させ、前記水平ヒンジシャフトは垂直
ヒンジシャフトの軸に垂直な方向に展開する第２の軸を
有する。前記ヒンジアセンブリはスペースクラフトの機
体の側面に平行に設置して使用し、抑え板装置によって
抑制され、抑制が解放された時、宇宙アンテナを前記水
平ヒンジシャフトの周りに、抑制された位置から展開位
置へと旋回させ、同時に垂直ヒンジシャフトの周りに回
転させ、アンテナリフレクタディスクを所定の方向に向
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙船のハウジン
グまたはフェアリング（ｆａｉｒｉｎｇ）内に格納され
て宇宙空間中に打ち上げられ、宇宙空間中に維持するよ
うに展開されるタイプで、通常、地球の軌道または遠距
離の宇宙探査用として、電磁信号を反射する人工衛星の
リフレクタに使用する機械ヒンジアセンブリに関する。

【０００２】

【従来の技術】高利得アンテナリフレクタは、宇宙船か
ら放たれてから、数十年の間、宇宙空間中に配置され
る。そのようなリフレクタの構造は、材料科学が発展す
るにつれて、また、技術の洗練や科学のニーズが増加す
るにつれて、広く変化してきている。大きな直径のアン
テナリフレクタは、展開中と展開後の両方において特有
の問題を投げかけている。展開した状態において二重に
湾曲した丈夫な剛性表面は、格納のために折り重ねるこ
とができない。たいてい、リフレクタは、折り重ねられ
た状態で１年から２年の間格納され、展開前の格納され
た配置をとる。以上の押し付けられた条件を共に満足す
るために、大きなリフレクタは、種々に重なった配置で
詰め込めるように花弁に分割されている。しかしなが
ら、そのような花弁の展開において必要とされる構造は
複雑で大きく重くなりがちであり、そのような構造の実
現を難しくしている。この理由により、花弁を伴って設
計されたものより大きなパラボラアンテナの反射表面
は、通常そのままの構造の形を使用している。参考とし
て、米国特許第４，８９９，１６７号がそのようなシス
テムを開示している。

【０００３】そのようなそのままの構造の要求に応じ
て、リブとメッシュのデザインが形成され、また、試験
されて使用されている。しかしながら、そのようなアン
テナは、放射方向と周囲方向の両方において弦を張ると
いう作業を被る傾向がある。そのような構成におけるメ
ッシュの使用は、最終的な形態となる放物鏡面の反射特
性を減ずるという固有の不都合さを有している。さら
に、メッシュは正確に放物面を形成させることができな
い。参考として、米国特許第３，７０７，７２０号がそ
のようなシステムを開示している。

【０００４】他のアンテナのデザインとしては、たいて
い、花弁が形作られた部分の中央に支柱を有しており、
傘に似た外形となっている。このことはまた、形成され
た表面の反射特性に影響を及ぼす。なぜなら、中央の部
分は通常、最適な反射率をもつ位置であるが、その部分
がその中央の支柱によりふさがれているからである。こ
うして、堅密な表面から展開する構造、放物面を維持し
て格納された状態、及び中央の支柱を使用しない展開状
態が要望されている。参考として、米国特許第３，２８
６，２７０号、第３，３９７，３９９号及び第３，７１
５，７６０号がそのようなシステムを開示している。

【０００５】大きくて軽量かつ柔軟なアンテナは、グラ
ファイトファイバ強化プラスチック合成繊維から形成さ
れ、スペースクラフトの機体中にコンパクトな形に包み
込まれており、その大きな反射アンテナをもつ人工衛星
を載せたスペースクラフトから放たれて花弁を開かせ
る。例えば、人工衛星は信号の受信及び送信、またはそ
の一方のためにアンテナを必要とする。そのような衛星
及びアンテナは、比較的軽量で、強く、コンパクトな状
態に折畳め、かつ意図的に操作して広げられ、展開され
た状態に動作できなければならない。概して、スペース
クラフトが打ち上げられている間、リフレクタが、スペ
ースクラフトの側面と反対の向きに折り返されてコンパ
クトに格納された配置がとれ、また、宇宙空間中での動
作位置へと広げられ展開する動作を可能とし、スペース
クラフトの支持体にヒンジ接合される柔軟なアンテナリ
フレクタの使用が要望されている。そのような展開動作
は、スペースクラフトの側面に対して垂直に伸びた方向
へリフレクタを広げるべく、ヒンジ軸（第１の軸）上の
アンテナ支持体を回転させ、さらに第１の軸に垂直な第
２の軸の周りにそのリフレクタを回転させて、信号源ま
たは目標となるものの方向にリフレクタを向ける動作と
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】アンテナの展開におい
て、２つの異なる軸の周りにそのアンテナを遠隔的に方
向付けするのに、人工衛星に複雑なギアを装備した独立
動力ユニットを供給することが知られている。そのよう
な動力ユニットは、機械的なヒンジと比較して重く、故
障の問題を抱え、高価で信頼性の低いものとなってい
る。故に、先行技術のモータ駆動される２軸ヒンジアセ
ンブリにおけるそれら問題を克服する、特に人工衛星用
の簡素化した２軸ヒンジアセンブリを提供することが本
発明の主題である。

【０００７】また、支持要素を回転させ展開させるべく
協働する２つの統合した回転軸を有する、比較的簡素
で、軽量な機械的ヒンジの必要性が迫っている。例え
ば、宇宙アンテナのように、第１軸の周りに所望の放射
位置へ回転させ、かつ同時に、リフレクタを所望の方向
へ向けるのに第１軸に垂直な方向に伸長された第２軸の
周りに、所望の位置へと支持要素を回転させる機械的ヒ
ンジが要望されている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による新手法の２
軸ヒンジアセンブリは、宇宙アンテナのシャフトのよう
に、アンテナシャフト自体の周りへの支持要素の統合同
時回転を与える機械的装置であり、また同時に、その支
持要素の回転軸となる支持シャフトに垂直な方向に伸長
された第２の軸を有したヒンジシャフトの周りに、その
支持シャフトを旋回させる。また、本発明の２軸ヒンジ
アセンブリは、スペースクラフトの側面に平行に取り付
けられるように使用されるものである。

【０００９】本発明によるヒンジアセンブリは、例えば
１つかそれ以上のスプリングによって展開方向に機械的
にバイアスされており、また、例えば従来の衛星上に設
置されている抑え板装置によって、支持要素を受け入れ
るべく、コンパクトに格納された状態へと力が作用され
て抑制されている。衛星がいったん宇宙空間中で宇宙船
から放たれると、アンテナの抑え板は、適当な地上指令
によって、各アンテナを展開されるべく位置に、所望の
角度、例えばスペースクラフトの表面に対して９０度に
回転させ展開させるようにヒンジスプリングを解放させ
る。アンテナ支持シャフトのヒンジシャフトの周りへの
旋回動作または回転は同時に、支持シャフトの軸の周り
に支持シャフト自身の所定量の回転を生み出す。ここ
で、所定量の回転とは、アンテナのリフレクタ表面が宇
宙アンテナによって受信及び送信、またはその一方の信
号の方向に一致するような所望の方向に向けられる時の
回転である。例えば、第１軸またはヒンジ軸の周りの旋
回量は、約９０度に制限され、同時に起こるシャフト自
身の所望の位置への約４５度となるような回転を生み出
し、所定の方向へリフレクタを向かせる。

【００１０】本発明の第１の実施例によれば、リフレク
タシャフトは、ヒンジ支持体に固定されたギア部の歯と
で一体となる歯を有するギア部分に固定されている。例
えば、それはリフレクタシャフトが回転される一方、ヒ
ンジ軸の周りを旋回させられる。第２の実施例によれ
ば、リフレクタシャフトは、リフレクタシャフトの回転
を生み出すべくヒンジ支持体に接して緩やかに接合され
る一方、リフレクタシャフトはヒンジ軸の周りを旋回さ
せられる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、人工衛星１０
が一側面１２に接続された単一のアンテナ支持ヒンジア
センブリ１１と共に示されている。アンテナ支持ヒンジ
アセンブリ１１は、アンテナリフレクタ１３、支持シャ
フト１４及びヒンジ１５からなる。そのアセンブリは、
展開され、または広がった状態で示されており、ヒンジ
軸の周りを折畳められまたはコンパクトな状態（破線で
示した位置）から衛星表面１２に平行かつ離れる方向に
下向きに回転させられる。

【００１２】アンテナリフレクタ１３は、シャフト１４
に固定された剛直な支持構造１６、及び、アセンブリ１
１がコンパクトな状態にさせられて所望の起動へと運搬
する宇宙船中に入れ込まれる時に衛星の機体の周りに曲
げるまたは傾けることが可能な合成リフレクタ膜１７か
ら構成される。衛星が宇宙空間の軌道上へ放たれた後、
地上の指令によってアンテナの抑え板が解放され、ヒン
ジアセンブリ１１が自動的にリフレクタ１３を展開状態
へと動作させる一方、同時にリフレクタ１３を所定の望
まれる信号方向に向けるべく支持シャフト１４を回転さ
せる。

【００１３】図２及び図３に示すヒンジアセンブリ１８
は、本発明の第１の実施例を構成し、コンパクトな状態
に抑制されたアセンブリを示している。伸展アンテナ支
持シャフト２０のＴ型の軸受けハウジング１９は、展開
スプリング２３、２４を押し付けているピンまたはスタ
ッド２１、２２により垂直な方向に回転され、抑制力が
和らげられる時、軸受けハウジング１９をバイアスし、
水平な方向または展開状態に戻す張力の下にある。スプ
リング２３及び２４の各一端は、フランジの差し込み穴
２５、２６の全体に取り付けられ、その差し込み穴２
５、２６は、水平ヒンジシャフト２８のジャーナル及び
軸受け２９を差し込む穴が空いた壁を両側に有するＵ型
のヒンジハウジング２７に取り付けられている。Ｔ型軸
受けハウジングアセンブリにおいて、Ｔ型の水平交差部
材はヒンジシャフト２８全体から構成され、Ｔ型の垂直
方向の部材は図３に示す鉛直または垂直ヒンジシャフト
３５を含む軸受けハウジング１９から構成されている。

【００１４】図２及び図３の実施例において、伸展アン
テナ支持シャフト２０、及びアンテナリフレクタ３０全
体の自動同期回転は、水平のベベルギア（傘歯車）３１
と垂直のベベルギア３２との噛み合いによって生じ、Ｔ
型のヒンジ軸受けハウジングアセンブリがそこでの抑制
力が解放される時、その交差部材である水平のヒンジシ
ャフト２８の周りを垂直な位置からスプリング２３及び
２４の押力によって展開位置へ下向きに回転するような
動作となる。図３によって明確に示されるように、伸展
アンテナシャフト２０は、上フランジ３４に固定された
下フランジ３３から構成され、その上フランジ３４は垂
直ヒンジシャフト３５とで一体となっている。ベベルギ
ア部３１はシャフトフランジ３４と一体になっている
か、またはブレイズ溶接されており、シャフト３５は上
部と下部の軸受け３６及び３７によって、軸受けハウジ
ング１９中に回転可能に取り付けられている。アンテナ
アセンブリの展開位置に向かう下方向の動きを抑えるべ
く、ヒンジシャフト２８にダンパー手段３８が取り付け
られており、アンテナリフレクタアセンブリの傾き角度
または範囲は、ベベルギア部３１の相対位置またはアン
テナの周囲の長さを調節することにより制御され、及び
／または、垂直ヒンジシャフト３５の回転量を制限する
ことで水平ヒンジシャフト２８の回転量を制限する抑止
手段を使用することで制御される。

【００１５】図４の実施例において、ヒンジアセンブリ
４０は、図３に示すようなリフレクタ３０とそのシャフ
ト２０を有し、そのシャフト２０は、Ｔ型シャフト軸受
けハウジングアセンブリ４２内に回転可能に支持された
アンテナリフレクタシャフトと一体となしたフランジ４
１に固定され、その構成はフランジ３３と、図３のハウ
ジング１９内の軸受け３６及び３７によって回転可能に
支持されたシャフト３５との接合に類似している。

【００１６】実施例の図３と図４の本質的な違いは、噛
み合ったベベルギア３１及び３２を、リフレクタ支持フ
ランジ４１の周辺部とＵ型ヒンジ支持ハウジング４４の
両壁の一方とに、鳩目またはボールジョイント４５、４
６によって緩やかに接合された連結部材４３とに置き換
えていることである。ヒンジシャフト４７のジャーナル
端は、ヒンジ支持ハウジング４４の両壁に対置する両穴
及び図３の軸受け２９に類似した軸受け中で回転可能に
支持される。また、シャフト軸受けハウジングアセンブ
リ４２は、図４における折り畳まれたまたは垂直の位置
に抑制された状態として示されている。また、展開スプ
リング５０及び５１を押し付けているピンまたはスタッ
ド４８及び４９を伴い、抑制力が解放される時に水平ま
たは展開位置へ戻すようにハウジングアセンブリ４２を
バイアスする張力の下にある。

【００１７】Ｔ型シャフトハウジングアセンブリ４２が
ヒンジシャフト４７のジャーナル端の周りを垂直な位置
から水平な位置へとまたは所定の中間の位置へと旋回す
る時、連結部材４３はリフレクタを支持するフランジ４
１及びそのシャフトを所定の角度にまたは距離に回転さ
せ、同時に、ヒンジシャフト４７の周りのハウジングア
センブリ４２を旋回させる。アンテナシャフトフランジ
４１上の接合鳩目またはボールジョイント４５は、ヒン
ジシャフト４７の回転軸、及び、ヒンジハウジング４４
上の接合鳩目またはボールジョイント４６の位置の後方
またはヒンジハウジング４４と衛星との接合側に配置さ
れている。この接合は、連結部材４３にフランジ４１の
回転量を制御させ、ヒンジシャフト４７上のハウジング
アセンブリ４２の回転の制限なく、支持されたリフレク
タを制御できる。

【００１８】当業者にとって、他の機械的な手段がアン
テナリフレクタシャフトの回転を、リフレクタシャフト
の回転軸に垂直なヒンジシャフトの回転に一体的に調和
させるのに使用でき、モータまたは他の電気的な動力手
段を必要とせずに、自動的な同時回転を生み出せること
は明らかである。以上の説明は本発明の実例にすぎない
ことを理解されたい．様々な選択対象と修正が、当業者
により本発明を基にせずに考え出されることが可能であ
る。それゆえに、本発明は、本願特許請求の範囲に収ま
る範囲内でのすべてのそのような選択対象、修正及び変
更を受け入れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 コンパクトに折畳められた状態（破線によっ
て示されている）から展開するアンテナリフレクタにヒ
ンジ接合された人工衛星の斜視図である。

【図２】 本発明の第1の実施例による２軸アンテナ支
持ヒンジの斜視図である。

【図３】 図２の３−３におけるアンテナ支持ヒンジの
断面図である。

【図４】 本発明の他の実施例による２軸アンテナ支持
ヒンジの透視図である。

【符号の説明】

１０ 人工衛星 １１ アンテナ支持ヒンジアセンブリ １２ 衛星表面 １３、３０ アンテナリフレクタ １４ 支持シャフト １５ ヒンジ １６ 支持構造 １７ 合成リフレクタ膜 １８、４０ ヒンジアセンブリ １９ Ｔ型の軸受けハウジング ２０ 伸展アンテナ支持シャフト ２１、２２、４８、４９ スタッド ２３、２４、５０、５１ 展開スプリング ２５、２６ フランジ差し込み穴 ２７、４４ Ｕ型ヒンジ支持ハウジング ２８、４７ 水平ヒンジシャフト ２９ 軸受け ３１ 水平ベベルギア ３２ 垂直ベベルギア ３３ 下フランジ ３４ 上フランジ ３５ 垂直ヒンジシャフト ３６ 上部軸受け ３７ 下部軸受け ３８ ダンパー手段 ４１ リフレクタ支持フランジ ４２ ハウジングアセンブリ ４３ 連結部材 ４５、４６ ボールジョイント

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平ヒンジシャフトの両端を回転可能
   に支持する穴をもつ対置した壁を有するＵ型ヒンジ支持
   部材と、 Ｔ型の交差部材が水平ヒンジシャフト及び前記交差部材
   の垂直な方向の部材からなるＴ型軸受けハウジングと、
   から構成される同期回転２軸機械的アセンブリであっ
   て、 前記交差部材に垂直な前記部材は前記水平ヒンジシャフ
   トの回転軸に垂直な軸に沿って回転すべく支持された垂
   直ヒンジシャフトとなる第２のヒンジシャフトを含むさ
   らなる軸受けハウジングからなり、 前記第２のヒンジシャフトは前記軸受けハウジングの外
   側にフランジ部材を含み、 前記軸受けハウジングをバイアスし、前記水平ヒンジシ
   ャフトの周りに１方向に、抑制された位置から展開位置
   へと回転する前記軸受けハウジングと前記Ｕ型ヒンジ支
   持部材との間に設けられるバイアス手段と、 前記軸受けハウジングは、前記水平ヒンジシャフトの周
   りをその軸に沿って回転する時に、同時に前記フランジ
   部材と前記第２のヒンジシャフトをその回転軸に沿っ
   て、抑制された位置から展開位置へと、前記第２のヒン
   ジシャフトの回転軸に垂直な方向に自動的に回転するべ
   く前記第２のヒンジシャフトのフランジ部材と前記Ｕ型
   ヒンジ支持体とを連結する連結手段と、 を有することを特徴とする同期回転２軸機械的アセンブ
   リ。
2. 【請求項２】 前記第２のヒンジシャフトのフランジ部
   材は、前記Ｕ型ヒンジ支持部材上に固定されたギアを噛
   み合わせる回転ギア手段から構成され、 前記軸受けハウジングが前記水平ヒンジシャフト軸の周
   りを回転する時に、前記第２のヒンジシャフト軸の周り
   に前記第２のヒンジシャフトを同時に自動的に所定量回
   転することを特徴とする請求項１記載の同期回転２軸機
   械的アセンブリ。
3. 【請求項３】 前記第２のヒンジシャフトのフランジ部
   材は、 前記Ｕ型ヒンジ支持への柔軟な連結手段からなり、前記
   軸受けハウジングが前記水平のヒンジシャフト軸の周り
   を回転させられる時に、前記フランジ部材及び前記第２
   のヒンジシャフトをその軸の周りに所定量回転させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の同期回転２軸機械的アセ
   ンブリ。
4. 【請求項４】 前記第２のヒンジシャフトの前記フラン
   ジ部材は、人工衛星のアンテナリフレクタディスクを支
   持し、前記第２のシャフトを前記ディスクに向けて所定
   の望まれる方向に回転し、同時に前記水平ヒンジシャフ
   トを展開位置へと回転することを特徴とする請求項１記
   載の同期回転２軸機械的アセンブリ。
5. 【請求項５】 前記水平ヒンジシャフトと連結し、展開
   位置への回転速度を制御するダンパ手段をさらに含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の同期回転２軸機械的アセ
   ンブリ。
6. 【請求項６】 前記バイアス手段はスプリング手段であ
   ることを特徴とする請求項１記載の同期回転２軸機械的
   アセンブリ。
7. 【請求項７】 前記スプリング手段はコイルスプリング
   であり、その一端がヒンジ支持部材に取り付けられ、他
   端が前記垂直な軸受けハウジングに取り付けられている
   ことを特徴とする請求項６記載の同期回転２軸機械的ア
   センブリ。