JPH10236398A - 展開構造物 - Google Patents

展開構造物

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JPH10236398A
JPH10236398A JP9039271A JP3927197A JPH10236398A JP H10236398 A JPH10236398 A JP H10236398A JP 9039271 A JP9039271 A JP 9039271A JP 3927197 A JP3927197 A JP 3927197A JP H10236398 A JPH10236398 A JP H10236398A
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structures
deployment
side structures
cell
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JP9039271A
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Mitsuteru Yamato
光輝 大和
Jun Nakagawa
潤 中川
Hiroaki Tsunoda
博明 角田
Kenichi Hario
健一 針生
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JISEDAI EISEI TSUSHIN HOSO SYST KENKYUSHO KK
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
JISEDAI EISEI TSUSHIN HOSO SYST KENKYUSHO KK
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
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    • B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
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    • E04B1/3441—Structures characterised by movable, separable, or collapsible parts, e.g. for transport with hinged parts with articulated bar-shaped elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機構部品点数の増加に伴う可動信頼性の低下
を解消し、構造物全体の機構部品点数が増加しても、構
造物の１つの展開動作に関して安定な可動信頼性を提供
する。また従来の展開構造物は展開動作に失敗すると構
造物全体が歪んで構造物として機能できないが、本発明
においては万が一展開できない構造部分が存在しても部
分的には構造物として機能できる。 【解決手段】 分割型非同期展開構造物１３は、複数個
のセグメント１４及びセグメント結合用展開構造物１５
によって構成する。分割型非同期展開構造物１３はセグ
メント１４とこれに直接結合するセグメント結合用展開
構造物内の２個の側面構造を１つの展開単位として、各
展開単位毎に独立に展開動作を行え、１つの展開動作に
関係する部品点数を減少し高い展開信頼性を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙空間における
大型構造物、すなわち、大型アンテナ、宇宙ステーショ
ン等に用いることができる展開構造物に関するものであ
る。また、地上や月面、火星等における可搬式応急仮設
構造物にも利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】宇宙用構造物はＨ−ＩＩロケット等の打
上げロケットでペイロードとして宇宙へ運搬される。ペ
イロードは打上げロケットの運搬能力により、体積と重
量に制限を受けるため、可能な限り軽量コンパクトに設
計される必要がある。大型の宇宙構造物の代表的な構造
様式であるトラス構造の場合、重量的な制限より体積の
制限が支配的になる。以上の背景のもとで、打上げ時に
は畳み込みによって占める体積を小さくし、打上げ後宇
宙において展開することによって最終形態となる展開構
造物が、有望な宇宙構造物の様式として注目されること
となった。
【０００３】一般的に展開トラス構造物は、１つの平面
内で折り畳むことが可能な側面構造を複数個結合して構
成するセルと呼ばれる展開構造物が隣接する側面構造を
共有しつつ周期的に結合して一つの大きな展開構造物を
形成する構成になっている。展開構造物の大型化に対応
するためには、次の２つの方策が考えられる。一つは前
述のセルの展開時の大きさを大きくすること、もう一つ
はセルの数を増加することである。
【０００４】従来の展開構造物の代表例としてヘキサリ
ンクトラス１がある。図１１にヘキサリンクトラス１の
全体構成図を、図１２にヘキサリンクトラス１を構成す
る６角柱セル２を示す。図１２に示すように、セル２は
同一の側面構造３を環状に結合することによって構成さ
れる。図１３に側面構造構成図を示す。図１３に示すよ
うに、２本の縦部材４の間の上部に上部折れ曲がり材５
を結合する。上部折れ曲がり材５は中央部で折れ曲がる
機構であり、ヒンジを介して縦部材４と上部折れ曲がり
材端部６で結合される。上部折れ曲がり材５は、同期機
構７を含む平面内で縦部材４に対し相対回転運動ができ
る。またその上部折れ曲がり材端部６にはつる巻きバネ
８を配置し、側面構造３の展開駆動源とする。さらに２
本の縦部材４の下部にそれぞれスライドヒンジ９を結合
し、このヒンジは縦部材４に沿って可動する。スライド
ヒンジ９は、自身が沿って可動する縦部材４と異なる縦
部材４の上方と、同期機構７が介して結合される。同期
機構７は２本の斜め部材を中央部１０で相対的回転運動
ができるように、ヒンジを介して結合したものであり、
さらにこの同期機構７の下部端部１１は、スライドヒン
ジ９を介して縦部材４と結合され、同期機構７を含む平
面内で縦部材４と同期機構７とは相対的に回転運動がで
きるように結合される。また下部折れ曲がり材１２は、
上部折れ曲がり材５と同様に中央部で折れ曲がる機構で
あり、同期機構７を含む平面内で、縦部材４と相対的に
回転運動ができるように、スライドヒンジ９を介して縦
部材４に結合される。
【０００５】前述の部品構成によって側面構造３は図１
４に示すような形態をとりながら展開動作を行う。すな
わち、つる巻きバネ８が発生するトルクによって上部折
れ曲がり材５が開くと同時に２本の縦部材４には並進方
向の力が働き、並進方向に移動する。これに伴って縦部
材４に結合している同期機構７が開くと同時に、同期機
構７と結合しているスライドヒンジ９が縦部材４に沿っ
て上方に摺動し、また下部折れ曲がり材１２も縦部材４
の並進方向の移動に伴って開く。上記の過程を経て側面
構造３は１つの平面内で展開動作を行う。
【０００６】セルは環状に複数の側面構造を結合するこ
とによって構成するが、セルを構成する隣接する側面構
造同士では一部の可動部品を共有するため、セル内の側
面構造は全て同期して展開動作を行う。前述したヘキサ
リンクトラス１の場合、セル内の隣接する側面構造３は
縦部材４とスライドヒンジ９を共有することによってセ
ル内の全ての側面構造が同期して展開動作を行う。図１
５にセルの展開途中の形態図を示す。したがって、ヘキ
サリンクトラス１は複数のセル２を隣接する側面構造３
を全て共有しつつ結合した展開構造物であるため、ヘキ
サリンクトラス１の展開過程においてはヘキサリンクト
ラス１を構成する全ての側面構造３が同期して展開す
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の展開型トラス構
造物の特徴は、全ての隣接するセルの側面構造が、隣り
合うセル間で共有されていることである。ゆえに従来の
展開トラス構造物は、ヒンジのガタ等がない機構的に理
想的な条件下では、展開動作中において構造物を構成す
る全ての展開機構が同期して展開を行うという性質を持
っていた。したがって、アンテナの大型化を目的として
１つの展開動作に関係するセル数すなわち可動機構部品
点数を増加させた場合、これに伴って、その機構部品一
つ一つの可動信頼性を極めて高くする必要がある。逆に
言えば設計上のわずかな不確定要因によって展開可否が
左右されやすく、可動機構部品点数の増加によって展開
構造物の大型化が幾何級数的に困難になる、といった問
題があった。
【０００８】本発明は、従来の同期展開型トラス構造物
の欠点である、構造物の大型化すなわち機構部品点数の
増加に伴う可動信頼性の低下を解消させ、構造物全体の
機構部品点数が増加しても、１つの展開動作に関係する
部品点数を少なくすることによって安定した可動信頼性
を提供するというものである。また、従来の展開構造物
は展開動作に失敗すると構造物全体が歪んで構造物とし
て機能できないが、本発明においては万が一展開できな
い構造部分が存在しても、部分的には構造物として機能
することが可能である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明の展開構造物
は、複数の６角柱セルと４角柱セルを、隣接する側面構
造を共有しつつ結合したセグメント構造を複数個備え、
かつ６つの側面構造を放射状に結合して構成して、１つ
のセグメントの端点に２つの側面構造が結合することに
よって合計３つのセグメントを結合するセグメント結合
用展開構造物を１つあるいは複数個備え、セグメントと
このセグメントに直接結合しているセグメント結合用展
開構造物の２個の側面構造を１つの独立した展開単位と
し、展開過程において個々の展開単位は物理的に互いに
干渉することなく展開動作を行う。このような展開動作
を各展開単位毎に順次独立して行うことによって、全て
の展開単位の展開動作を終了させる。本展開形態をとる
ことによって、第１の発明の展開構造物は、１つの展開
動作に関係する機構部品点数を少なくして展開構造物の
可動信頼性を確保することができる。
【００１０】第２の発明の展開構造物は、第１の発明の
展開構造物と同様の原理によって展開構造物の可動信頼
性を確保することに加え、展開後は構造物全体で曲面を
構成することが可能である。
【００１１】第３の発明の展開構造物は、上記の第１ま
たは第２の発明の展開構造物と同様の原理によって展開
構造物の可動信頼性を確保することに加え、全ての展開
単位が順次独立して展開した後に、隣接するセグメント
を相互に部分的に結合させることにより、非同期に展開
動作を行う展開構造物の剛性を向上させることが可能と
なる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１は第１の発明の実施の形態を示す全
体構成図である。図１のように分割型非同期展開構造物
１３は、６角柱セル構造２を３個結合してその外縁に４
角柱セル構造１７を２個結合したセグメント構造１４
を、セグメント結合用展開構造物１５を介して結合する
ことによって構成する。ただし図１に示す分割型非同期
展開構造物の中心のセグメント構造１４は、６角柱セル
構造２を３個結合してその外縁には３個のセグメント結
合用展開構造物１８を結合している。分割型非同期展開
構造物１３を構成するセグメント構造の数とセグメント
結合用展開構造物の数は任意である。またセグメント構
造１４を構成する６角柱セル構造２と４角柱セル構造１
７の数は、セグメントとこれに直接結合するセグメント
結合用展開構造物内の側面構造を、セルの上面側から見
たときの外縁が６角形を構成していれば特定されない。
尚、第１の発明においては図１内の展開後セグメント結
合機構１６は含まない。
【００１３】図２は、本発明の分割型非同期展開構造物
１３の展開挙動を示したものであり、同図は図１１の分
割型非同期展開構造物１３の上方から見た様子を示す。
図２に示すように、本展開構造物は収納時においては全
てのセグメント１４及びセグメント結合用展開構造物１
５がそれぞれ小さく収納されており、その後１個のセグ
メント１４とこのセグメントに直接結合するセグメント
結合用展開構造物１５の２個の側面構造３を１つの展開
単位として、順次展開単位毎に展開動作を行う。図２に
示す分割型非同期展開構造物１３の場合においては、展
開動作過程における隣接する展開単位同士の物理的干渉
を避けるため、まず中心セグメント１８及びこれに結合
するセグメント結合用展開構造物の内で、中心セグメン
ト１８に直接結合している側面構造の展開を開始・終了
する。その後、セグメント結合用展開構造物１５を介し
て中心セグメント１８に結合しているセグメント１４と
セグメント結合用展開構造物１５の未展開の部分が、順
次独立に各展開単位毎に展開を開始・終了する。図２に
示す分割型非同期展開構造物１３の場合においては、周
辺のセグメントの展開順序は全くの任意である。全ての
セグメント１４とセグメント結合用展開構造物１５の展
開動作が終了すると本発明の分割型非同期展開構造物１
３が最終的な展開形状となる。
【００１４】図３は、従来の同期展開構造物の展開挙動
を本発明の分割型非同期展開構造物１３の展開挙動との
比較のために示したものである。同図は図１１のヘキサ
リンクトラス１の上方から見た様子を示す。前述した通
り、従来の同期展開構造物は隣接するセルの側面構造３
が全て共有されており、全て部材・機構が同期して展開
動作を行うため、１つの展開動作に関係する部品点数が
比較的多い。
【００１５】図４は、３つの６角柱セル２と２つの４角
柱セル１７とを組み合わせたセグメント１４を示した図
である。各６角柱セル２は１本の側面構造縦部材４の周
りに、隣接する側面構造３を共有しつつ軸対称に結合す
る。４角柱セル２０は、図３の側面構造３を４つの組み
合わせたものに相当し、結合した３つの６角柱セル２の
外縁に隣接する側面構造を共有しつつ結合する。また図
５にセグメント結合用展開構造物１５の構成図を示す。
セグメント結合用展開構造物１５は、図６に示すように
同期動作する隣接した２面の側面構造３の縦部材４を３
組縦部材結合用ブロックＡ１９と縦部材結合用ブロック
Ｂ２０を介して放射状に結合して構成する。セグメント
結合用展開構造物１５の側面構造はセグメントを構成す
る側面構造と同一なものにすることが可能であるが、セ
グメントを支持する機能上、セグメント結合用展開構造
物の側面構造の部材剛性はセグメントを構成する側面構
造の部材剛性と比較して大きくする必要がある。
【００１６】図７は、６角柱セル２と３個と４角柱セル
１７を２個結合したセグメント１４の外縁の凹部にセグ
メント結合用展開構造物１５が結合した状態を示す。セ
グメント結合用展開構造物１５を構成する側面構造の中
でセグメント１４に直接結合する２個の側面構造は、結
合するセグメント１４の側面構造の縦部材４とスライド
ヒンジ９を共有しつつ結合させ、セグメントを構成する
全ての側面構造と同期して可動する。また図８は、６角
柱セル２を３個と４角柱セル１７を２個結合したセグメ
ント１４とこれに結合するセグメント結合用展開構造物
１５の展開途中の形態を示している。同図に示すよう
に、分割型非同期展開構造物１３はセグメント１４及び
これに直接結合するセグメント結合用展開構造物１５内
の２個の側面構造を１つの展開単位として、各展開単位
毎に順次独立して展開動作を行う。
【００１７】実施の形態２．本発明の実施の形態２の分
割型非同期展開構造物の構成要素は、本発明の実施の形
態１の分割型非同期展開構造物の構成要素と同一であ
る。ただし、実施の形態２の発明の分割型非同期展開構
造物を構成する側面構造３は、これを構成する上部折れ
曲がり材５の長さと下部折れ曲がり材１２との長さを変
えることにより、上部折れ曲がり材５と下部折れ曲がり
材１２と２本の縦部材４とで囲まれる４角形の形状を台
形とすることによって、この側面構造を環状に結合して
構成するセル構造の形状を錐台とする。実施の形態２の
発明の分割型展開構造物はこの錐台状の複数のセル構造
によって構成する。
【００１８】実施の形態３．本発明の実施の形態３の分
割型非同期展開構造物の構成要素は、本発明の実施の形
態１，２の発明の分割型非同期展開構造物の構成要素に
加え、展開後セグメント結合用機構１６をもつ。図１
に、構造物全体の中での展開後セグメント結合用機構１
６の設置位置を示す。展開後セグメント結合用機構１６
は、セグメント構造１４を構成する側面構造３のうち、
隣接するセグメントと最も近い位置にあって分割型非同
期展開構造物１３の外縁に位置する側面構造３の縦部材
４に設置し、セグメント構造１４とこれに直接結合する
セグメント結合用展開構造物１５内の２個の側面構造３
を１つの展開単位として順次展開単位毎に展開した後
に、隣接するセグメント構造１４の側面構造３の縦部材
４と機械的に結合する。
【００１９】図９にセグメント１４に付加した展開後セ
グメント結合機構１６の位置を示す。同図に示すように
展開後セグメント結合機構１６は隣接するセグメント１
４の側面構造３の縦部材４に設置する。図１０に展開後
セグメント結合機構１６の詳細図を示す。図１０に示す
ように、隣接する２つのセグメントの一方のセグメント
の外縁の縦部材４にＶ字型の溝をもった溝付金具２１が
結合している。各セグメントを含む展開単位毎にそれぞ
れ独立に展開した後、２つのセグメント結合金具２２が
渦巻バネ２３によって回転し溝付金具に結合することに
よって、隣接するセグメントを結合する。
【００２０】
【発明の効果】第１の発明による展開構造物は、複数の
セルによって構成するセグメントとこれに直接結合する
セグメント結合用展開構造物内の２個の側面構造を一つ
の展開単位とした展開単位毎に展開を行うため、一つの
展開動作に関係する機構部品数を少なくして人間による
修理が困難な宇宙空間における機構の可動信頼性を確保
することによって、宇宙用構造物の大型化を容易にする
ものである。
【００２１】また第１の発明の展開構造物は、セグメン
ト及びセグメント結合用展開構造物を結合した展開単位
毎に開発・試験を行うことができる。宇宙構造物の地上
における試験においては、供試体の寸法が増大するにつ
れて試験設備が大規模かつ試験評価が複雑になる傾向に
あるため、１つの展開単位構造のような比較的小規模な
大きさの構造物毎に試験を行うことは、試験作業の簡単
化、労力軽減、コストの低減、省スペース化につなが
る。とくに展開特性試験を行う場合においては、隣接す
る展開単位構造間の影響評価を行う必要はなく展開単位
そのものの試験評価を行えば十分であり、比較的容易な
試験が可能である。
【００２２】展開構造物を大規模化する場合、セグメン
トとセグメント結合用展開構造物を追加するだけで容易
に拡張することができる。しかもセグメントとセグメン
ト結合用展開構造物を結合した展開単位での展開信頼性
が保証されていれば、拡張することによって新たに構成
される展開構造物全体の展開特性の評価を行う必要がな
い。
【００２３】第２の発明による展開構造物は、第１の発
明による展開構造物の特徴を備えていることに加え、展
開後に構造物が曲率をもつことができるため、本展開構
造物によってアンテナを構成することが容易となる。
【００２４】第３の発明による展開構造物は、第１及び
第２の発明による展開構造物の特徴を備えていることに
加え、展開後セグメント結合機構を用いることにより、
展開構造物全体の剛性の向上を図ることができ、宇宙空
間における大型構造物の高精度の姿勢制御及び位置精度
の確保が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分割型非同期展開構造物の実施の形
態を示す全体外観図である。
【図２】 本発明の分割型非同期展開構造物の展開挙動
を示す図であり、図は構造物の上方から見た様子を示す
ものである。
【図３】 従来の展開構造物の展開挙動を示す図であ
り、図は構造物の上方から見た様子を示すものである。
【図４】 ３つの６角柱セルと２つの３角柱セルとを組
み合わせたセグメント構造の構成図である。
【図５】 セグメント結合用展開構造物の構成図であ
る。
【図６】 セグメント結合用展開構造物を構成する側面
構造の結合形態を示す図である。
【図７】 セグメントとセグメント結合用展開構造物と
を組み合わせた構造の構成図である。
【図８】 セグメントとセグメント結合用展開構造物と
を組み合わせた構造の構成図であり、この構造の展開途
中の形態を示す図である。
【図９】 展開後セグメント結合機構の取付位置を示す
図である。
【図１０】 展開後セグメント結合機構の構成図であ
る。
【図１１】 従来の展開構造物である、ヘキサリンクト
ラス構造の構成図である。
【図１２】 側面構造を環状に６個結合した６角柱セル
の構成図である。
【図１３】 セルを構成する側面構造の構成図である。
【図１４】 側面構造の展開挙動を示す図である。
【図１５】 展開途中段階での６角柱トラスの形態図で
ある。
【符号の説明】
１ ヘキサリンクトラス、２ ６角柱セル構造、３ 側
面構造、４ 縦部材、５ 上部折れ曲がり材、６ 上部
折れ曲がり材端部、７ 同期機構、８ つる巻きバネ、
９ スライドヒンジ、１０ 同期機構中央部、１１ 同
期機構下部端部、１２ 下部折れ曲がり材、１３ 分割
型非同期展開構造物、１４ セグメント構造、１５ セ
グメント結合用展開構造物、１６ 展開後セグメント結
合機構、１７ ４角柱セル構造、１８ 中心セグメン
ト、１９ 縦部材結合用ブロックＡ、２０ 縦部材結合
用ブロックＢ、２１ 溝付金具、２２ セグメント結合
金具、２３ 渦巻バネ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 潤 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 角田 博明 東京都千代田区岩本町二丁目12番５号 株 式会社次世代衛星通信・放送システム研究 所内 (72)発明者 針生 健一 東京都千代田区岩本町二丁目12番５号 株 式会社次世代衛星通信・放送システム研究 所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の棒状部材及びヒンジによって構成
    される宇宙用展開構造物であって、１つの平面内で折り
    畳むことが可能な側面構造を６個環状に結合した６角柱
    セル構造複数個と４個環状に結合した４角柱セル構造複
    数個を組み合わせて、上記のセル構造の隣接する側面構
    造を共有しつつ結合したセグメント構造を複数個備え、
    かつ６つの側面構造を放射状に結合して構成して、１つ
    のセグメントの端点に２つの側面構造が結合することに
    よって合計３つのセグメントを結合するセグメント結合
    用展開構造物を１つあるいは複数個備え、セグメントと
    このセグメントの端部に直接結合しているセグメント結
    合用展開構造物の２個の側面構造とを、１つの独立した
    展開単位とすることを特徴とする展開構造物。
  2. 【請求項２】 複数の棒状部材及びヒンジによって構成
    される宇宙用展開構造物であって、１つの平面内で折り
    畳むことが可能な側面構造を６個環状に結合した６角錐
    台セル構造複数個と４個環状に結合した４角錐台セル構
    造複数個を組み合わせて、上記のセル構造の隣接する側
    面構造を共有しつつ結合したセグメント構造を複数個備
    え、かつ６つの側面構造を放射状に結合して構成して、
    １つのセグメントの端点に２つの側面構造が結合するこ
    とによって合計３つのセグメントを結合するセグメント
    結合用展開構造物を１つあるいは複数個備え、セグメン
    トとこのセグメントの端部に直接結合しているセグメン
    ト結合用展開構造物の２個の側面構造とを、１つの独立
    した展開単位とすることを特徴とする展開構造物。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の展開構造物におい
    て、各展開単位毎に展開を終了した後に、隣接するセグ
    メント同士を機械的に結合することを特徴とする展開構
    造物。
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