JPS61238597A - 八面体展開トラス構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 一産業上の利用分野− この発明は、たたみこまれた状態では小さな空間をしめ
、展開した時にはトラス状の構造物を形成する展開１ヘ
ラス構造物に関する。このような展開トラス構造物に類
する構造物は、一般に多くの用途が存在するが、軽量で
剛性を高くすることができ運搬の際には小さくたたみこ
まれるという特色の故に、特に宇宙空間における種々の
構造物に必要なものである。

一従来技術一 従来この」；うな１〜ラス状の展開構造物とｌＪではス
タックビームやテ１へラヘドラル１−ラスとか呼ばれて
いるものが代表的である。スタックビームはすべてはり
要素からなる展開１〜ラスビームであるが、これらのは
りの中央部に関節をもたせイこてはりを折りたたんでビ
ームをたたみこむというもので、主要な荷重部材である
１〜ラスビームの長手方向に平行なはりも中間から折り
たたんでている。

そのように中間部から折たたむはりの総数は全体のはり
の総数の約２／３にも達している。同時に、関節の数が
、展開してできあがった１〜ラスに必要な節点の数より
も大変多（その３倍近くに達しており、また関節でのも
のにも固定ｍ構をふくめて荷重に十分に耐えうるよう綿
密な］二夫をこらす必要がある。またテトラヘドラルｌ
−ラスは正四面体形状の１へラスを平面的に次々につな
き゛あわせざらに必要な部材を付は加えてできる１〜ラ
ス構造物で、そのたたみごみの方法としては平面の土面
おＪ：び下面を構成しでいる部材をすべてその中間から
折りこむというもので・、たたみごみのだめのメカニズ
ムをもった部材の総数は膨大なものになる。

参考資料 １　）　Ａｒｌａｍｓ：　ＳＴＡＣＢＥＡＭ　：　Ａｎ
　ＦＨｉｃｉｅｎｔｌ　０Ｗ−Ｍ　ａｓｓ、　３　ｅｑ
ｌｌｅｎｔｉａｌ　ｌｙ　Ｄ　ｅｐｉｏｙａｂｌｅＳ　
ｔｒｌｌｃｔｌｌｒｅ、　　Ｉ　　Ｅ　ＣＦ　Ｃ−８２
９２６０，Ｐ　ｒＯｃ。

１７ｔｈ　　Ｉ　ｎｔｅｒｓｏｃｉｅｔｙ　Ｅ　ｎｅｒ
ｏｙ　ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＥｎｇ、　Ｃｏｎｆ、、　
１９８２．　Ｖｏｌ、３．１５７８−１５８３゜２　）
ｌ−１ｅｄｇｅｐｅ口）：　　３ｅｑｕｅｎｔｉａｌ　
　Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ　　ｏｆ丁ｒｕｓｓ　　３　ｔ
ｒｕｃｔｕｒｅｓ、　　　Ｎ　Ａ　Ｓ　Ａ　　　ＣＰ−
２２１！＋（１９８２）　、　１７９−１９２゜ −発明の目的− 宇宙構造物どじてのトラス８４造物は、ロケッ１〜やス
ペースシャし・ルといった輸送機に、よつ−Ｃ宇宙空間
に運ばれ＜Ｚ　）プれぽならイ１い。大型の宇宙構造物
建設のためなどを考えると、それらの構造物（よ展開型
であってまず収納効率が良くなくてはならない。また、
重量もできる限り軽量であることが望まれる。トラスを
構成するはりそのものは複合材料などを用いて軒くでき
るが、関節や固定機構を軽量化することはなかなか困難
である。またＩｃだみこまれた状態では、これら関節や
固定機構が干渉するので、満足できる収納効率を得るた
めには設計段階で多くの工夫がいる。それらの点で関節
や固定機構の数が多数に及んでいる現在の展開トラス構
造物では、トラスの構造概念そのものの検討にまでさか
のぼってそれらの数を少なくすることにより、大巾な軽
量化と設計の簡略化が期待できるのである。展開トラス
構造物の概念そのものの検討にまでさかのぼることの必
要性については、特に従来の代表的な平面］・ラス構造
物であるテトラヘドラル１ヘラスの例を考えてみるのが
理解しやすい。上記のテトラヘドラルトラス構造物は従
来より四面体形状のトラスのくりかえしによる構造物と
考えられている。しかしこのトラス構造物は、八面体形
状のトラスのくりかえし、１なわちオクタヘドラルトラ
スとみるほうが適切である。

そして基本とりるたたみこみのモードを四面体形状のト
ラスのたたみごみのモートではなく八面体形状のトラス
のたたみこみのモードであるとｌＪで、それをトラス構
造物全体のたたみこみに応用することによって、すなわ
！５このように展開トラス構造物の概念そのものの検討
をふまえて、新しい展開方式のトラス構造物を創造する
ことができるのである。また、これらのトラス構造物は
、構造物であると同時に一種のメカニズムであって、関
節や固定機構を含めた部品数は大変多くなる。そのよう
な部品数の多い構造物の場合、特に宇宙での使用を考え
ると、高い信頼性を製品として確保するためには、調整
および検査に必要な手間とコストは膨大なものになって
しまう。このように現存する展開トラス構造物には多く
の問題点があり、これらを解決できる提案が望まれてい
る。本発明の目的はそのような要望に応えるものである
。

−発明の構成− 前項の目的を達成するだめの本発明の要旨とするところ
は、構造物が展開した時は、八面体形状＝　　６　− をなすトラスを組合せて構成される展開トラス構造物で
、ひとつの八面体を形成する２つの四角錐の共通の底と
なっている四角形を構成する４本の部材のうち、たがい
に相対する２辺に相当する２本づつの２絹の部材の少な
くとも１組の部材を折りたたむこと、もしくは伸ばすこ
とによって、１−ラス構造物を構成する八面体形状のト
ラスが次々に平面形状、もしくは一次元の棒形状にたた
みこまれることを特徴とする八面体展開トラス構造物に
存する。

以下、図面に沿って本発明の詳細な説明Ｊ°る。

第１図は本発明の基本をなす八面体形状のトラスを示す
。図の１から６までがトラスを形成する部材の節点で、
適切な関節機構を有しているものとする。７から１０ま
でが二つの四角錐の共通の底どなる四角形を構成する部
材である。これらの部材を折りまげたり、もしくは伸ば
したりすることによって、八面体形状のトラスを平面や
一次元の棒形状にたたみこむことかできる。第２図に、
前記の四角形を構成する部材のうち第１図に７および８
で示される相対する１絹の辺をなす２本の部材を折りま
げて、第１図の八面体が平面的にたたみこまれたどころ
を示す。図の１１および１２は、それぞれ部材７および
８の中間に設けられた節点で、折りまげのための関節機
構を有しているものどする。第２〜Ａ図は、前記の部材
が入れ子式などの適切な機構により伸ばされることによ
って、八面体が平面的にたたみこまれた状態を示す。

第１−Ｂ図は、第１図の八面体が第２図のように平面的
にたたみこまれたあと、さらに部材９および１０がそれ
らの中間にそれぞれ設けられた節点１３および１４のと
ころで折りまげられて、一次元の棒形状にたたみこまれ
た状態を示１゜この場合、部材７および８の折りまげら
れる方向は、第２図の場合とは異なって、たたみこみに
さいして収納効率がよい」；うに工夫されているものと
する。

第２−Ｃ図は、第２−Ａ図の状態を経由した後、同様に
棒形状に畳みこまれた状態を示す。これらの場合、図で
は１本の線でそれぞれの部材を表わしているが、実際の
構造物の部材には太さがある。

そこで、それらの部材が重なってもうまく収納状態に収
まるように、関節にはオフセットなどの適切な工夫がさ
れているものとする。また第１図の八面体から第１−Ｂ
図および第１−Ｃ図のように棒形状にたたみこまれる場
合、必ずしもそれぞれ第２図や第２−Ａ図のような平面
形状を経由する必要は無い。上記のようなたたみこみの
ための機構をもった八面体形状のトラスを、節点および
一部の部材を共有して、次々につなぎあわせてできる展
開トラス構造物のいくつかは、上記のひとつの八面体形
状トラスのたたみごみの方法を、時間的にあるいは空間
的に繰返し用いることによって、平面状あるいは一次元
の棒状にたたみこむことができるのである。

一実施例− 第３図に本発明の実施例の展開時を示す。これは正八面
体を一次元的につなぎあわせてできる八面体展開トラス
ビームの一部分である。図の２１．２２、・・・、３５
は節点を示す。トラスビームを構成する部材のうちいく
つかの部材には、必要に応じてたたみごみのだめの中間
関節やあるいは入れ子などの適切な機構を有しているも
のとする。

第３−Ａ図は、このトラスビームを第２図に示づたたみ
ごみを用いてたたみこんだ状態を、第３−１３図は第２
−Ｂ図に示すたたみこみによりたたみこんだ状態を示す
。第２−Ａ図および第１−Ｃ図によるたたみこみもそれ
ぞれもちろん可能である。

第４図は、テトラヘドラルトラスとよばれる代表的な平
面トラス構造物の基本部分の平面図である。発明の目的
のところで述べたようにこのトラスは正八面体のくり返
しによってできている。図の４１．４２、および４３は
節点で、これらの節点を結んでできる三角形がひとつの
正八面体の−Ｆ面を、節点４４．４５、および４６を結
んでできる三角形が正八面体の下面を構成している。４
７は節点４１．４２、・・・、および４６により構成さ
れる正八面体１〜ラスの部Ｈのうちの１本であり、図の
左上にある正八面体と共有の部材である。

４Ｂ、４９、おＪ：び５０はそれぞれ部員で、これらの
節点と４３および４５の節点とを結ふと、イれは正八面
体を作りあげる２つの四角錐のうちの一つの四角錐を構
成している。この基本部分にはもうひとつの四角錐があ
り、それば、図の左下の部分を構成している。また節点
４２．４５、および７１６を含む面には別の基本部分に
お【プる図の左上の部分が、節点４１．４２、および４
６を含む面にはもう一つの別の基本部分における図の上
の部分がつながっていく。節点４５．４８．４≦）、お
よび５０を含む而にはさらに別の基本部分における図の
左下の部分がつながって、それぞれの基本部分にある前
記の四角鉗ふたつが一つの正八面体を構成するようにな
る。即ち全てが正八面体のくりかえしでできているわけ
である。この基本部分をいくつかならべてつなげてい（
と、より大ぎな八面体平面１〜ラス構造物となる。ぞれ
らの構造物のたたみこみには、基本的にこの基本部分の
たたみこみの方法を空間的にくりかえして使えばよい。

従来このにうな平面展開トラス構造物のたたみこみには
、単にトラス上面および下面の数多くの部材をすべて折
りこむという方法しか考えられていイアい。本発明の構
成のところで述べたような正八面体形状１ヘラスのたた
みごみの方法を、このよう’、Ｋ　ｍ進物に応用Ｊると
、より効率のよい平面展開１へラス構造物を０１造する
ことができる。そのような実施例を以下に示す。第５図
は、第４図の基本部分を構成する下面を図の子方にずら
して、−１から見て５７の部材のち、Ｌうど中間点の真
下に５６の節点がくるまうな１イ１１ｍ関係にした本発
明の実施例の基本部分である。ただし、図はわかりや１
くづるために完全に上からでなくわずかに斜めから見た
図になっている。この場合基本となる八面体は正八面体
からはずれた変形八面体となっており、それは節点の５
１．５２、・・・、および５６を結んで得られる。この
基本部分を立体的に見たのが第６図である。前記の１本
どなる変形八面体は、第６図において部材５７．５８．
５９、および６０を析りまげることによって一次元の棒
形状にたたみこまれるのである。第６図の基本部分全体
のたたみこみは次のようである。まず５７．５８．６１
、おにび６２の部材と、６５．６６、−　１２　　＝ ６７、および６８の部材を折曲げると基本部分は第６図
のような平面状にたたみこまれる。基本部分を多数つな
げたより大きな平面トラス４Ｍｍ物において、これらの
部材はいずれもひとつの基本の変形八面体のたたみごみ
のだめの部材に相当している訳である。次に部材５９．
６０を中間から折曲げ、同時に部材６３．６４を伸ば１
″と基本部分は第６−Ｂ図のように一次元の棒状にたた
みこまれる。使っている八面体のたたみこみのモードは
、第２−Ｂ図および第２−Ｃ図に相当するものである。

第７図は、第５図に示される２つの八面体のうち右下の
八面体を反転させてなおかつそれを第７図のＪ：うに少
し左にずらした本発明の実施例の部分をを示す。節点７
３．７４、および７５が−Ｖ方の八面体と共有の節点と
なっている。この場合、くり返しの基本部分は図に示し
たものとなる。すなわち図の上面には別の基本部分の下
面が、図の下面には別の基本部分の上面がつながり、ざ
らに図の右側には別の基本部分の左側が、図の左側には
別の基本部分の右側がつながっていくことを繰り返して
大ぎな八面体平面１〜ラス構造物となっていく。第８図
１４この基本部分を立体的に見たものである。第８−Ａ
図は、平面状にたたみこまれた状態、第８−Ｂ図は、７
９．８０．８３、および８４の部材を伸ばして一次元の
棒状にたたみこまれた状態を示す。八面体のたたみごみ
のモードとしては第２’−Ｃ図に相当覆るものを用いて
いる。

今まで述べてきた実施例の基本部分において、たたみこ
みのための機構を有する部材のいくつかは、ワイヤーあ
るいは大きな弾性変位を拾す部材でおぎかえることがで
き、本発明はそのような構造物も含むものである。

さらに以上の実施例を適切な位置で区切り、それを−中
位と１）で、それらを複数個結合する設計も、輸送のた
めの収納容積の制限やまた生産性の観点から有りｊであ
る。

一発明の効果− 八面体形状をなすトラスを次々につなぎあわせてできる
トラス構造物において、ひとつの八面体を形成する２つ
の四角鉗の共通の底となっている四角形を構成覆る４本
の部材の長さを伸ばしたり、もしくはそれらの部材に設
けた中間関節においてそれらの部材を折りたたむことに
より、それらの構造物の全体のただみこみを行なうこと
で数多（の効果が生じた。

第一に、前記のような部材に着目せずにたたみこみを行
っていた従来の展開１ヘラス構造物に比べて、たたみこ
みのために中間関節や長さを伸ばしたりするためのメカ
ニズムを設（プたはりの数がＦＥ倒的に少なくなったこ
とである。それによって、重量の節減はもらろんのこと
部品製造や調整および検査のコス］へを大きく低減する
ことができる。

また関節の設計も割合容易である。さらに、調整の手間
が減少したことで高い信頼性を持つ製品を製作すること
が容易になる。

第二に、収納効率が高いことである。本発明の多くの実
施例のように一次元の棒状にたたみこまれる場合はもち
ろんのこと、あるいは展開１−ラスビームの実施例のひ
とつにあるような平面的にたたみこまれる場合でもその
平面形状の底面積は伸−１５＝ 展時の１へラスビーフ１の基本どなる三角形か占める断
面積のぜいぜい２倍程庶である。このような収納効率の
高さは近い将来における展開型の大型宇宙構造物に必須
のものである。特に本発明の実施例の一つである一次元
の棒状にたたみこまれる１〜ラス４Ｍ造物は、伸展時に
はそのままで大変太きイ５宇宙ＩＭ　漬物を形成するこ
とにイ【る。スペースシ１１トルの貨物室を長手方向一
杯に使ったどすると１本の部材が７、あるいは８ｍ稈度
の人きイｆトラス構造物が伸展構造物どして可能になる
。このように大きな１へラスＩｆ４造物はイの実現が切
望されながらも今までのところ収納効率の点で問題があ
り、組立型の１〜ラス構造物でのみ可能であったもので
ある。しかるに組立型のトラス構造物には宇宙飛行士の
船外活動＜２どの点で非常に多くの［学−１−の問題点
があり、展開１ヘラス構造物でそれが可能となることは
大型宇宙構造物建設の−１−で非常に大きな効果がある
。

かく（本発明は、従来のこの秤のものに伺等加えること
もなく、むしろ差引くように単純な構成で、前記の要望
に十分に応え、かつ従来のものより種々の点で優れた展
開トラス構造物であることが示された。

【図面の簡単な説明】 第１図は斜視図で本発明で扱う基本の八面体形状トラス
の構成を示す。第２図、第２−Ａ図、第２−Ｂ図、第２
−Ｃ図は線図的斜視図で、本発明の基本の八面体形状ト
ラスのたたみこまれた状態を示す。第３図は線図的斜視
図で本発明の実施例の展開時を示す。第３−Ａ図、およ
び第３−Ｂ図は線図的斜視図で、第３図の実施例の収納
時を示ず。第４図は線図的平面図で本発明の実施例のひ
とつである八面体平面展開トラス構造物の基本部分を示
している。第５図はほとんど平面図に近い線図的斜視図
で本発明の実施例の基本部分の展開時、そして第６図は
その線図的斜視図である。第６−Ａ図は、それがたたみ
こまれて平面形状になった状態を示した線図的斜視図で
あり、第６−Ｂ図はさらにそれが一次元の棒状にたたみ
こまれた収納時を示ず線図的斜視図である。第７図はけ
と−１７＝ んと平面図に近い線図的斜視図で本発明の実施例の基本
部分の展開時、そして第８図はその絵図的斜視図である
。第８−Ａ図はそれがたたみこまれて平面形状になった
状態を示した線図的斜視図であり、第８−１３図はさら
にそれが一次元の棒状にたたみこまれた収納時を示ず線
図的斜視図である。 １．２．３．４．５．６．２１． ２２．２３．２４．２５．２６． ２７．２８．２９．３０．３１． ３２．３３．３４．３５．４１． ４２．４３．４４．４５．４６． ４８．４９．５０，５１．５２． ５３．５４．５５．５６．７１． ７２．７３．７４．７５．７６：関節 １１．１２．１３．１・４：展開および収納のための中
間関節 ゛　４７：部材 ７．８．９．１０，５７．５８． ５９．６０．６１．６２．６３、 ６４、６５、６６．６７．６８． ７７、７８、７９．８０．８２． ８３．８４：展開および収納のための機構を有する部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造物が展開した時は、八面体形状をなすトラス
   を組合せて構成される展開トラス構造物で、ひとつの八
   面体を形成する２つの四角錐の共通の底となっている四
   角形を構成する４本の部材のうち、たがいに相対する２
   辺に相当する２本づつの２組の部材の少なくとも１組の
   部材を折りたたむこと、もしくは伸ばすことによって、
   トラス構造物を構成する八面体形状のトラスが次々に平
   面形状、もしくは一次元の棒形状にたたみこまれること
   を特徴とする八面体展開トラス構造物。
2. （２）特許請求範囲第１項において、ひとつの八面体を
   形成する２つの四角錐の共通の底となっている四角形を
   構成する４本の部材のうち、たがいに相対する２辺に相
   当する２本づつの２組の部材を折りたたむこと、もしく
   は１組の部材を折りたたみそして別の１組の部材を伸ば
   すことによって、トラス構造物を構成する八面体形状の
   トラスが次々に一次元の棒形状にたたみこまれることを
   特徴どする八面体展開トラス構造物。
3. （３）特許請求の範囲第１項および第２項において、折
   りたたむ部材、もしくは伸ばす部材をワイヤーで置きか
   え、展開した時にそのワイヤーが圧縮力を受けても構造
   物として安定に機能するように保つために必要なワイヤ
   ーをさらに付け加えた八面体展開トラス構造物。
4. （４）特許請求範囲第１項および第２項において、折り
   たたむ部材を大きな弾性変位を許す部材で置きかえた八
   面体展開トラス構造物。