JPH11266115A - 展開型アンテナトラス構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナ反射鏡面部を確実に展開させ、構造
的に内力バランスが十分取れ、かつ軽量で、収納寸法が
小さくできる展開型アンテナトラス構造を得る必要があ
る。 【解決手段】 展開トラスの基本モジュール１の上面に
アンテナ反射鏡面部２の鏡面２ａを取り付け、下面に背
面ケーブル２ｂを取り付け、両者をタイケーブル２ｃで
結合することにより反射鏡面形状を形成するとともに、
従来トラス構造の面内剛性を担っていた上下面面内部材
を取り去りアンテナ反射鏡面部１でトラス構造の面内剛
性が確保できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星あるい
は大型宇宙構造物に搭載される展開型アンテナトラス構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の展開型アンテナトラス構造
を示す。図において１はＮ角錐台（Ｎは４または６）の
形状をした展開トラスの基本モジュール、２は上記展開
トラスの基本モジュールの上面側に取り付けられたアン
テナ反射鏡面部、２ａは上記アンテナ反射鏡面部２の一
部をなす鏡面、２ｂは上記アンテナ反射鏡面部２の一部
をなす背面ケーブル、２ｃは上記アンテナ反射鏡面部２
の一部をなし上記鏡面２ａと上記背面ケーブル２ｂとを
結合するタイケーブル、２ｄは上記アンテナ反射鏡面部
２の一部をなし上記展開トラスの基本モジュール１との
結合インターフェースを有するスタンドオフ、３は上記
展開トラスの基本モジュール１の上面の各辺に備えられ
た主として圧縮を受ける第一の部材、４は上記展開トラ
スの基本モジュール１の下面の各辺に備えられた主とし
て圧縮を受ける第二の部材、５は上記展開トラスの基本
モジュール１の縦方向の各辺に備えられたスライドシャ
フト、６は上記展開トラスの基本モジュール１の各側面
に対角線状に配置された同期部材、７ａ及び７ｂは上記
展開トラスの基本モジュール１の上面及び下面に中心か
ら放射状に配置された引っ張りを受ける第一及び第二の
部材、８ａは上記圧縮を受ける第一の部材３の両端に取
り付けられ上記圧縮を受ける第一の部材３にばね力等の
展開力を作用させる第一の展開機構部、８ｂは上記圧縮
を受ける第二の部材４の両端に取り付けられ上記圧縮を
受ける第二の部材４にばね力等の展開力を作用させる第
二の展開機構部、１０は上記スライドシャフト５にその
軸方向の並進動作が可能なように結合されたスライダで
ある。圧縮を受ける第一及び第二の部材３及び４、スラ
イドシャフト５、同期部材６、引っ張りを受ける第一及
び第二の部材７ａ、７ｂ、スライダ１０は、スライドシ
ャフト５とスライダ１０の間の結合を除きそれぞれお互
いに回転自在のピン結合をされている。

【０００３】次に上記のように構成された従来の展開型
アンテナトラス構造の動作について説明する。図７に示
すように、展開トラスの基本モジュール１は第一及び第
二の展開機構部８ａ、８ｂの展開力により圧縮を受ける
第一及び第二の部材３及び４がたとえば折れ曲がった状
態（図７（ａ））から伸びるなどしてスライドシャフト
５を外側に押し拡げ、この時同期部材６及びスライダ１
０で接続されたスライドシャフト５が外側に略平行に動
作し（図７（ｂ））、引っ張りを受ける第一及び第二の
部材７ａ、７ｂ及びアンテナ反射鏡面部２を張力状態に
張架することにより展開動作を行う（図７（ｃ））。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
ている従来の展開型アンテナトラス構造では、展開動作
末期に急激に大きくなるアンテナ反射鏡面部２の反力に
よる展開抵抗力によりトラスの各部材が僅かな弾性変形
を生じ上下の圧縮を受ける第一及び第二の部材３及び４
の展開動作が非同期になるため、アンテナ反射鏡面部２
の反力を直接受ける上面の圧縮を受ける第一の部材３に
比べ、トラスの各部材を経由して間接的にしかアンテナ
反射鏡面部２の反力を受けない下面の圧縮を受ける第二
の部材４の展開が早くなり、結果として下面の圧縮を受
ける第二の部材４に取り付けられた第二の展開機構８ｂ
のばねエネルギー等がほとんどアンテナ反射鏡面部２の
展開に用いられず重量的に無駄になっているという問題
があった。アンテナ反射鏡面部２の反力による展開抵抗
力と第一及び第二の展開機構部８ａ、８ｂの展開力の関
係を図８に示す。

【０００５】また、図９の模式図に示すように、アンテ
ナ反射鏡面２の取り付いていない展開トラスの基本モジ
ュール１だけの構造体の場合は、第一の展開機構８ａの
展開力が、上面の圧縮を受ける第一の部材３の圧縮力
と、引っ張りを受ける第一の部材７ａの引っ張り力に均
等に配分されるため、ガタのない構造体として十分機能
するが、図１０の模式図に示すように、片側にアンテナ
反射鏡面部２が取り付けられた構造体の場合では、第一
の展開機構８ａの展開力がほとんどアンテナ反射鏡面部
２の張架に費やされるため上面の引っ張りを受ける第一
の部材７ａに十分な張力が与えられず緩んで構造として
機能せず、逆に張力を与えようとするとアンテナ反射鏡
面部２の張架には不必要な大きくて重い第一の展開機構
８ａが必要となるという問題があった。

【０００６】また、アンテナ反射鏡面部２とトラスの基
本モジュール１との機械的インターフェースを簡略にす
るために、張力の大きなアンテナ反射鏡面部２がトラス
の基本模モジュール１の上面側に偏って取り付けられて
いるため、基本的に下面の部材は上面側の第一の展開機
構部８ａの発生力によって生ずる引っ張り力のみを受け
持てば良いが、逆に第二の展開機構部８ｂの発生力によ
り、圧縮を受ける第二の部材４に圧縮力をかける構成で
あり、展開機構部重量、部材重量が重くなるという問題
があった。

【０００７】また、アンテナ反射鏡面部２がトラスの基
本モジュール１の上面側に偏って取り付けられており、
スタンドオフ２ｄの長さだけ収納寸法が大きくなるとい
う問題があった。

【０００８】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、構造的に不用な展開機構部や
構造材を廃し、軽量で、構造特性の優れた展開型アンテ
ナトラス構造を得ることを目的としている。

【０００９】上記目的に加え、トラス部構成材の一部を
アンテナ反射鏡面部の構成材の一部で置き換えることに
より、軽量で、構成要素が少なく簡素で、スタンドオフ
の長さが短い収納寸法の小さな展開型アンテナトラス構
造を得ることを目的としている。

【００１０】上記目的に加え、上記のように構成された
展開トラスの基本モジュールを複数個繋ぎ合わせ、大型
のアンテナ反射鏡面を構成可能な展開型アンテナトラス
構造を得ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明による展開ア
ンテナトラス構造は、Ｎ角錐台（Ｎは４または６）を基
本モジュールとし、上記基本モジュールの上面下面の各
辺が折れ曲がる、あるいは伸び縮みする等してその長さ
を変える構造とするとともに、上記Ｎ角錐台の縦方向の
各辺間をパンタグラフ等の同期機構で接続して上記縦方
向の各辺の略平行を保つ構造とすることにより、展開、
収納動作可能な展開型アンテナトラス構造において、上
記基本モジュールの上面側にアンテナ反射鏡面部を取り
付け、上記基本モジュールの上面の各辺のパイプ材等の
主として圧縮を受ける部材を備え、上記基本モジュール
の下面の各辺にテンションロッドあるいはワイヤロープ
等の引っ張りを受ける部材を備え、上記圧縮を受ける部
材の両端に上記圧縮を受ける部材にばね力等の展開力を
作用させる展開機構部を取り付けたものである。

【００１２】また、第２の発明による展開型アンテナト
ラス構造は、上記基本モジュールの下面の略中心点と下
面の各頂点を放射状に結合する引っ張りを受ける部材を
備えたものである。

【００１３】また、第３の発明による展開型アンテナト
ラス構造は、Ｎ角錐台（Ｎは４または６）を基本モジュ
ールとし、上記基本モジュールの上面下面の各辺が折れ
曲がる、あるいは伸び縮みする等してその長さを変える
構造とするとともに、上記Ｎ角錐台の縦方向の各辺間を
パンタグラフ等の同期機構で接続して上記縦方向の各辺
の略平行を保つ構造とすることにより、展開、収納動作
可能な展開型アンテナトラス構造において、上記基本モ
ジュールの上面側にアンテナ反射鏡面部の鏡面を取り付
け、上記基本モジュールの下面側にアンテナ反射鏡面部
の背面ケーブルを取り付け、上記鏡面と上記背面ケーブ
ルをタイケーブルにて結合し、上記基本モジュールの上
面と下面の各辺に主として圧縮を受ける部材を備え、上
記上面及び下面の圧縮を受ける部材の両端に上記上面及
び下面の圧縮を受ける部材にばね力等の展開力を作用さ
せる展開機構部を取り付けたものである。

【００１４】また、第４の発明による展開型アンテナト
ラス構造は、上記基本モジュールからなる複数個の展開
型アンテナトラス構造を、互いに隣り合う展開型アンテ
ナトラス構造の側面構造を共有して結合し、上記アンテ
ナ反射鏡面部を一体型に形成したものである。

【００１５】また、第５の発明による展開型アンテナト
ラス構造は、上記基本モジュールからなる複数個の展開
型アンテナトラス構造を、互いに隣り合う展開型アンテ
ナトラス構造の側面構造の各頂点間を結合部材で結合し
たものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
一実施例である展開型アンテナトラス構造における展開
後の形状を示す斜視図である。図において１、２、３、
５、６、８ａ、１０は従来の展開型アンテナトラス構造
と同一の部分を示すものであり、１はＮ角錐台（Ｎは４
または６）の形状をした展開トラスの基本モジュール、
２は上記展開トラスの基本モジュールの上面側に取り付
けられたアンテナ反射鏡面部、２ａは上記アンテナ反射
鏡面部２の一部をなす鏡面、２ｂは上記アンテナ反射鏡
面部２の一部をなす背面ケーブル、２ｃは上記アンテナ
反射鏡面部２の一部をなし上記鏡面２ａと上記背面ケー
ブル２ｂとを結合するタイケーブル、２ｄは上記アンテ
ナ反射鏡面部２の一部をなし上記展開トラスの基本モジ
ュールとの結合インターフェースを有するスタンドオ
フ、３は上記展開トラスの基本モジュール１の上面の各
辺に備えられた主として圧縮を受ける第一の部材、５は
上記展開トラスの基本モジュール１の縦方向の各辺に備
えられたスライドシャフト、６は上記展開トラスの基本
モジュール１の各側面に対角線状に配置された同期部
材、８ａは上記圧縮を受ける第一の部材３の両端に取り
付けられ上記圧縮を受ける第一の部材３にばね力等の展
開力を作用させる第一の展開機構部、１０は上記スライ
ドシャフト５にその軸方向の並進動作が可能なように結
合されたスライダであり、これらの従来の構成品と展開
トラスの基本モジュール１の下面の各辺に備えられたた
とえばテンションロッドあるいはワイヤロープ等の引っ
張りを受ける第三の部材９とによって構成される。圧縮
を受ける第一の部材３、スライドシャフト５、同期部材
６、、引っ張りを受ける第三の部材９、スライダ１０
は、スライドシャフト５とスライダ１０の間の結合を除
きそれぞれお互いに回転自在のピン結合をされている。
なお、引っ張りを受ける第三の部材９にワイヤロープ等
の可とう性材を使用した場合は、スライダ１０への取付
は回転拘束された状態でもよい。

【００１７】次に、上記のように構成された展開型アン
テナトラス構造の動作について説明する。図１に示すよ
うに、展開トラスの基本モジュール１は第一の展開機構
部８ａの展開力により圧縮を受ける第一の部材３がたと
えば折れ曲がった状態から伸びるなどして同期部材６お
よびスライダ１０を押し拡げ、これに伴いスライドシャ
フト５が外側に略平行に動作し、同時に引っ張りを受け
る第三の部材９及びアンテナ反射鏡面部２を張力状態に
張架することにより展開動作を行う。このようにすれ
ば、アンテナ反射鏡面部２の展開にほとんど寄与しない
下部の第二の展開機構８ｂを廃することができるため、
従来の展開型アンテナトラス構造に比較して効率の良い
軽量な展開型アンテナトラス構造を得ることができる。

【００１８】また、アンテナ反射鏡面部張架時に従来の
展開型アンテナトラス構造では構造材として機能しにく
い上面の引っ張りを受ける第一の部材７ａを廃し、アン
テナ反射鏡面部張架時に張力の作用する下面に配置され
た圧縮を受ける第二の部材４と引っ張りを受ける第二の
部材７ｂを引っ張りを受ける第三の部材９に置き換える
ことにより、従来の展開型アンテナトラス構造に比較し
て効率の良い軽量な展開型アンテナトラス構造を得るこ
とができる。

【００１９】実施の形態２．上記実施の形態１では、ト
ラスの基本モジュール１の下面の面内剛性を十分高くす
ることができず、アンテナ構造全体の剛性が要求を満足
しない恐れがある。しかし、図２に示すように、上記基
本モジュールの下面の略中心点と下面の各頂点を放射状
に結合する。引っ張りを受ける第二の部材７ｂを追加す
ることにより、下面の面内剛性を高めることができる。

【００２０】実施の形態３．上記実施の形態１では、ア
ンテナ反射鏡面部２がトラスの基本モジュール１の上面
側に偏って取り付けられているため、スタンドオフ２ｄ
の長さだけ収納寸法が大きくなる。しかし、図３に示す
ように、展開トラスの基本モジュール１の上面の各頂点
になるスライドシャフト５の先端にアンテナ反射鏡面部
の鏡面２ａを取り付けることにより、上面の面内剛性を
維持しつつアンテナ反射鏡面部のスタンドオフ２ｄの長
さを短くし、下面の各頂点になるスライダ１０にアンテ
ナ反射鏡面部の背面ケーブル２ｂを取り付けることによ
り下面の面内剛性を高め、下面の引っ張りを受ける第三
の部材９を従来の展開型アンテナトラス構造での圧縮を
受ける第二の部材４に戻すことにより背面ケーブル２ｂ
の張力を受け、その圧縮を受ける第三の部材４のたとえ
ば両端に第二の展開機構８ｂを設けることにより背面ケ
ーブル２ｂに張力を与え、上面の第一の展開機構８ａは
ほぼ鏡面２ａにのみ張力を与えられるエネルギーを有す
るもので良いためその重量は軽くなり、鏡面２ａと背面
ケーブル２ｂを複数のタイケーブル２ｃで結合すること
により鏡面２ａのパラボラ形状を維持することが可能に
なるため、従来の展開型アンテナトラス構造に比較して
構造的に内力バランスが取れた収納時の寸法の小さな展
開型アンテナトラス構造を得ることができる。

【００２１】実施の形態４．図４ではこの発明の第４の
実施の形態を示すもので、上記実施の形態３で示した展
開トラスの基本モジュールからなる複数個の展開型アン
テナトラス構造を、互いに隣り合う展開型アンテナトラ
ス構造の側面構造１１を共有して結合し、上記アンテナ
反射鏡面部２を一体型に形成することにより、大きな開
口径のアンテナ反射鏡面を持つ展開型アンテナトラス構
造を得ることができる。また上記実施の形態１及び２で
示した展開型アンテナトラス構造を用いても同様な大き
な開口径のアンテナ反射鏡面を持つ展開型アンテナトラ
ス構造を得ることができる。

【００２２】実施の形態５．図５ではこの発明の第５の
実施の形態を示すもので、上記実施の形態３で示した展
開トラスの基本モジュールからなる複数個の展開型アン
テナトラス構造を、互いに隣り合う展開型アンテナトラ
ス構造の側面構造１１の各頂点間を結合部材１２で結合
することにより、大きな開口径のアンテナ反射鏡面を持
つ展開型アンテナトラス構造を得ることができる。また
上記実施の形態１及び２で示した展開型アンテナトラス
構造を用いても同様な大きな開口径のアンテナ反射鏡面
を持つ展開型アンテナトラス構造を得ることができる。

【００２３】ところで上記説明では、この発明を展開型
アンテナトラスに利用する場合について述べたが、その
他の展開構造物にも利用できることはいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】第１の発明によれば、アンテナ反射鏡面
部の張架にほとんど寄与しない下部の展開機構を廃し、
下面の構造材を軽量な引張を受ける部材に置き換えるこ
とができるため、従来の展開型アンテナトラス構造と比
較して効率の良い軽量な展開型アンテナトラス構造を得
ることができる。

【００２５】また、第２の発明によれば、軽量な構造を
維持したまま展開型アンテナトラス構造の下面の面内剛
性を高めることができる。

【００２６】また、第３の発明によれば、展開型アンテ
ナトラス構造の面内剛性を保持する部材をアンテナ反射
鏡面が兼ねることができ、スタンドオフの長さも短くて
良いため、従来の展開型アンテナトラス構造と比較して
構造的に内力バランスが取れた収納時の寸法の小さな展
開型アンテナトラス構造を得ることができる。

【００２７】また、第４の発明によれば、軽量で大きな
開口径のアンテナ反射鏡面を持つ展開型アンテナトラス
構造を得ることができる。

【００２８】また、第５の発明によれば、第４の発明と
同様に大きな開口径のアンテナ反射鏡面を持ち、展開ト
ラスの基本モジュール毎に試験評価等が可能な展開型ア
ンテナトラス構造を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す展開型アンテ
ナトラス構造の展開状態の斜視図である。

【図２】 この発明の実施の形態２を示す展開型アンテ
ナトラス構造の展開状態の斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態３を示す展開型アンテ
ナトラス構造の展開状態の斜視図である。

【図４】 この発明の実施の形態４を示す展開型アンテ
ナトラス構造の展開状態の斜視図である。

【図５】 この発明の実施の形態５を示す展開型アンテ
ナトラス構造の展開状態の斜視図である。

【図６】 従来の展開型アンテナトラス構造の展開状態
の斜視図である。

【図７】 従来の展開型アンテナトラス構造の動作を示
す模式図である。

【図８】 従来の展開型アンテナトラス構造の展開抵抗
力と展開力の関係を示す模式図である。

【図９】 従来の展開型アンテナトラス構造でアンテナ
反射鏡面部の取り付いていない展開トラスの基本モジュ
ールだけでの、各部材内力状態を示す模式図である。

【図１０】 従来の展開型アンテナトラス構造での、各
部材内力状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 展開トラスの基本モジュール、２ アンテナ反射鏡
面部、２ａ 鏡面、２ｂ 背面ケーブル、２ｃ タイケ
ーブル、２ｄ スタンドオフ、３ 圧縮を受ける第一の
部材、４ 圧縮を受ける第二の部材、５ スライドシャ
フト、６ 同期部材、７ａ 引っ張りを受ける第一の部
材、７ｂ 引っ張りを受ける第二の部材、８ａ 第一の
展開機構部、８ｂ 第二の展開機構部、９ 引っ張りを
受ける第三の部材、１０ スライダ、１１ 側面構造、
１２ 結合部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大和 光輝 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 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 (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 川上 用一 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ角錐台（Ｎは４または６）を基本モジ
   ュールとし、上記基本モジュールの上面下面の各辺が折
   れ曲がる、あるいは伸び縮みする等してその長さを変え
   る構造とするとともに、上記Ｎ角錐台の縦方向の各辺間
   をパンタグラフ等の同期機構で接続して上記縦方向の各
   辺の略平行を保つ構造とすることにより、展開、収納動
   作可能な展開型アンテナトラス構造において、上記基本
   モジュールの上面側に取り付けられたアンテナ反射鏡面
   部と、上記基本モジュールの上面の各辺に備えられた主
   として圧縮を受ける部材と、上記基本モジュールの下面
   の各辺に備えられた引っ張りを受ける部材と、上記圧縮
   を受ける部材に取り付けられ、上記圧縮を受ける部材に
   ばね力等の展開力を作用させる展開機構部とで構成され
   たことを特徴とする展開型アンテナトラス構造。
2. 【請求項２】 上記基本モジュールの下面の略中心点と
   下面の各頂点を放射状に結合する引っ張りを受ける部材
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の展開型アン
   テナトラス構造。
3. 【請求項３】 Ｎ角錐台（Ｎは４または６）を基本モジ
   ュールとし、上記基本モジュールの上面下面の各辺が折
   れ曲がる、あるいは伸び縮みする等してその長さを変え
   る構造とするとともに、上記Ｎ角錐台の縦方向の各辺間
   をパンタグラフ等の同期機構で接続して上記縦方向の各
   辺の略平行を保つ構造とすることにより、展開、収納動
   作可能な展開型アンテナトラス構造において、上記基本
   モジュールの上面側に取り付けられたアンテナ反射鏡面
   部の鏡面と、上記基本モジュールの下面側に取り付けら
   れたアンテナ反射鏡面部の背面ケーブルと、上記鏡面と
   上記背面ケーブルを結合するタイケーブルと、上記基本
   モジュールの上面と下面の各辺に備えられた主として圧
   縮を受ける部材と、上記上面及び下面の圧縮を受ける部
   材に取り付けられ、上記上面及び下面の圧縮を受ける部
   材にばね力等の展開力を作用させる展開機構部とで構成
   されたことを特徴とする展開型アンテナトラス構造。
4. 【請求項４】 上記基本モジュールからなる複数個の展
   開型アンテナトラス構造を、互いに隣り合う展開型アン
   テナトラス構造の側面構造を共有して結合し、上記アン
   テナ反射鏡面部を一体型に形成してなることを特徴とす
   る請求項１から３いずれか記載の展開型アンテナトラス
   構造。
5. 【請求項５】 上記基本モジュールからなる複数個の展
   開型アンテナトラス構造を、互いに隣り合う展開型アン
   テナトラス構造の側面構造の各頂点間を結合部材で結合
   してなることを特徴とする請求項１から３いずれか記載
   の展開型アンテナトラス構造。