JPS63251610A - 筒状構造体の継手 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えば、衛星搭載用アンテナタワー。

アンテナ本体、衛星構造物、あるいは宇宙ステーション
などの、特に重量軽減化が強く望まれる宇宙構造物にお
いて多用される継手の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

宇宙用構造物において用いられる筒状構造体の継手の例
として２人工衛星搭載用アンテナタワーに用いられた場
合について説明する。

第８図は、アンテナタワー〇〇がロケット打ち上げ時に
曝される荷重状況を示す図であシ、アンテナタワー（＋
ｌは、打ち上げ時のロケットの振動運動によシ、加速度
加振を受ける。

タワーには多くのミッション機器が搭載されているため
、それらを振動に抗して支持するためにアンテナタワー
の縦材を構成する筒状構造体（２）には、縦荷重αＧが
作用し、アンテナタワー〇Ｑの横材を構成する横部材（
３）には横荷重（４）が作用する。筒状構造体の継手ｔ
１）では、筒状構造体同志が結合されてタワーの縦材を
構成し、さらに縦材同志を連結する横部材が、接合さｎ
てアンテナタワー＋ＩＱの骨組の結節点を構成している
ので、継手（１］には横向Ｍ（４１と縦荷重ＵＳが集中
して作用することになる。

継手は上記の例のように１人工衛星打ち上げ時に。

人工衛星搭載用アンテナモジュールに負荷される強大な
打ち上げ荷重を支えて、筒状構造体間で伝達し１人工衛
星本体に荷重を逃がす役割を果たすものである。

従来の継手の構成は１例えば第９図で示すように１分解
され第１０図のように組み立てられておシ１図において
＋１３は継手を示し、　　（ｚａ）、（２ｂ）　＃ｉそ
の端部に周方向に等間隔に軸に平行に切シ込まれたスリ
ン）　８．、８２．Ｂ、、　Ｂ４　　を有する筒状構造
体、　　（３ａ）、（３ｂ）Ｆｉ、筒状構造体（ｚａ）
、（２ｂ）に対し斜めに結合される横部材、１５）は断
面が放射状をなす複数の板面からなる放射状板結合子、
　　（６ａ）。

（６ｂ）　、（６ｃ）、（ａｄ）Ｉ／ｉ、断面が扇形で
その円弧部中央が削除されてりるクリップ形結合子であ
る。

従来の継手には以下のような問題点がある。

まず第１点は上述のような構成の、従来の継手に対し、
第１１図に示すように横荷重が作用すると、筒状構造体
とクリップ型結合子との接合面に剥離力が働き、その分
布は（９３のようになると想定され９％に点Ａでは、横
荷重（４］の方向に対し、垂直に近い角度の接合面間で
力が授受されるので。

剥離力が特に集中し、低レベルの横荷重で剥離強度τ、
に達してしまい、これよシ大きな横荷重によ果的に横部
材が脱落してしまい、構造全体の致命的破壊を招くこと
があるという問題があった。

さらに、第２点は従来の継手では、縦荷重特に圧縮軸力
に対する荷重伝達能力が低下してしまうという問題がア
シ、例えば、第１２図に示すように、筒状構造体（２ａ
）、（２ｂ）に縦荷重（１６ａ）、（１６ｂ）が作用し
た場合において、力は筒状構造体とクリップ型結合子と
の接合面における剪断力となって伝達され、その分布ｉ
ｊ、　　（１０ａ）、（１０ｂ）のようにクリップ型結
合子の壁面の剛性低下部分Ｇ、、Ｇ２のアゴ部（切シ欠
き部）近傍で、低くなるような波状を呈するものと想定
され、低レベルの軸荷重で。

その分布の頂点は剪断破壊応力τ８に達してしまい。

これ以上大きな軸荷重で、接合部の破壊が発生し。

縦部材としての筒状構造体が分離してしまい、やにシ構
造全体の致命的破壊を招くことがあるという問題があっ
た。

また、第３点は、従来の筒状構造体の継手では。

第１３図に示すように、ａ状の構造体の軸心Ｃ４上で軸
心０２．　Ｃ，が交わる。１組の横部材（３ａ）、（３
ｂ）に作用する引張、圧縮の荷重（４ａ）、（４ｂ）に
よシ、筒状構造体の縦荷重ｉｌＧとつりあう強大な剪断
力＋Ｉｌｌが作用するが、従来の継手では、この剪断力
が一旦。

クリップ型結合子（６）に伝達され、その後に筒状構造
体に作用していたため、クリップ型結合子（６）のアゴ
部Ｇ、、Ｇ２等の部分の剛性が小さいので、その伝達効
率が低下することがあった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
のであり、横部材からの力が継手部に伝達されても、接
合面での剥離が生じに〈〈、剥離強度の大きい継手で、
しかも同時に、縦方向荷重に対しても、荷重方向剛性が
高く、荷重伝達能力の大きい継手を１重量を増加させる
ことなく、実現することを目的とする。

また、この発明の別の発明は、放射状板結合子に大きな
剪断荷重が作用した場合でも、アゴ部での剛性低下を生
ぜず、また、板部の剪断破壊が生じにくい、継手を実現
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の継手では、放射状板結合子を筒状構造体に固
定するのに、断面が閉じた扇形をした中空柱状の分割円
筒を複数個、筒状構造体と放射状仮結合子の間に挿入し
て、筒状構造体の内面全体と分割円筒の円柱面部分全体
を接合するものである。

また、この発明の別の発明では、放射状板結合子と、筒
状構造体とを直接に連結するような補強材？、放射状板
結合子をはさむかたちで装着するものである。

〔作用〕

この発明においては、放射状板結合子を筒状構造体に固
定するのに、断面形状を保持する能力の大きい、薄肉の
閉断面部材である上記の分割円筒を用い、かつ、それを
節状構造体の内部に挿入し。

筒状構造の内面で、四分円筒の円柱面部分の全面に亘っ
て接合させるので、横荷重が放射状板結合子に作用して
も、筒状構造体と分割円筒との接合面での力の授受にお
いて１分割円筒の断面が変形せず、よって分割円筒が均
等に筒状構造体を押すので、剥離力の集中が起こらず、
よって接合面の剥離が生ぜず、横部材の離脱が生じない
ようにすることができるという作用がある。

また、縦荷重が筒状構造体に作用した場合でも。

筒状構造と分割円筒との接合面に切り欠きかなく。

四分円筒の円柱面全面で筒状構造と接合でき、しかも、
四分円筒での荷重方向剛性の低下もないので、十分平均
化した分布力が継手に作用することになシ、結果として
大きな縦荷重に対する伝達能力が発揮できる。

また、この発明の別の発明では放射状板結合子に大きな
剪断力が作用する場合でも筒状構造体に直接接合される
補強材を放射状板結合子をはさむように装着することで
、効率よく節状構造体に剪断力を伝えて板部の剪断破壊
を防ぐことができる。

〔実施例１ 第１図は、この発明の１実施例を示す継手の組立構成図
であり、第２図はこの実施例の斜視図である。以上の各
図中の番号、記号は従来の継手と同一の構成品を示すが
、さらに（８）は分割円筒を示す。

第３図は、この１実施例の継手に横荷重が働いた場合の
力の分散伝達の概略を示す断面図である。

横荷重（４）が作用すると、その力は放射状板結合子（
５）に伝達され２次にその放射状板結合子に接着等で接
合されている分割円筒（８）に伝達される。その力は最
終的に分割円筒（８）からｆｔＪ秋構造体＋２）に伝達
されるが、この円筒（８］が閉断面部材であるので。

断面が変形しに〈〈、よってはｙ均等に筒状構造体を押
すことになシ、よって接合面では、十分平均化された力
の授受が実現できる。

その力の分布１１″ｔ　１９１のようになると想定され
るので、接合面間の力の集中は生じず、よって剥離も生
じにくくなるという効果がある。よってこの閉断面の分
割円筒を用いることで、十分な断面剛性を与えられるの
で１分割円筒の肉厚も薄くすることができて、よシ軽量
な継手で、しかも大きな横荷重に耐える継手を構成する
仁とができる。

またさらに、第４図はこの実施例の継手に縦荷重が作用
した場合の継手内部での荷重の伝達の概略を示す■面で
あシ、また縦荷重（１Ｓａ）が作用すると、その力は筒
状構造体の（２ａ）に伝達され、さらに９分割円筒（８
ａ）、（８ｂ）に伝達されるが１分割円筒が閉断面部材
であシ、筒状構造体と接合される円柱面に切り欠き部が
ないため、荷重方向の剛性が低下せず１周方向に均等に
分布した軸力（ＩＱを受は得て、しかもよシ広い面積で
接合できるので。

大きな荷重伝達能力を発揮し得る。また別途２分割円筒
の筒状構造体に対する位置決めが必要な場合には、第５
図に示すように分割円筒の円柱面部分の中央に小さなビ
ン穴を明け、継手組立時にビンを挿入して突起させてお
き、そのビン（１７ａ）　。

（ｉｙｂ）にあたるまで、筒状構造体を挿入することで
２分割円筒の位置を決めることが可能゛となる。

また、放射状板結合子に負荷される剪断荷重が増大する
ような場合には、放射状板結合子と筒状構造体の上に補
強材を装着すればよい。第６図は補強材（７］を放射状
板結合子（５）と筒状構造体（２ａ）。

（２ｂ）を直接連結するように、放射状板結合子（５）
の板部をはさみ横部材（４）と結合した。この発明の別
の発明を示す図であシ、坂部に作用する剪断力αＤを、
直接に、筒状構造体の軸方向分布力ａ１とつシあわせる
ことにより、効率よく伝達することができる。

〔発明の効果〕

この発明は１以上説明したとおシ、断面が閉じた扇形金
なす、薄肉閉断面部材であることを特徴とした分割円筒
を、筒状構造体と放射状板結合子との間に、複数本挿入
し、筒状構造体の内部で接合するという簡単な構造によ
シ、横部材（斜部材も同様）から伝達される横荷重に対
し、接合部での剥離を生、じにくい、大きな横荷重に耐
える剥離強度の大きい継手を実現でき、しかも分割円筒
を薄肉化することで、軽量に実現できるという効果があ
る。

また同時に、この発明は、筒状構造体に作用する縦荷重
に対し、筒状構造体の内側全面と四分円筒の外側全面を
接合し得ることにより、荷重の分散を十分に平均化でき
、しかもよ〕広い面積で接合できることにより大きな縦
荷重伝達能力も併せ発揮し得るという効果もある。

また、この発明は分割円筒の円柱面中央に小さなビン穴
を設け、継手組立時にビンｔ−挿入することで、筒状構
造体の内部に挿入さ九る分割円筒の位置決めを正確に実
施でき、２つの筒状構造体の内部に均等に分割円筒を挿
入できるという効果がある。

さらに、この発明の別の発明は、放射状板結合子と、筒
状構造体を直接に連結する補強材を介して横部材又は斜
め部材を装着することによシ、板部に作用する剪断力を
、効率よく筒状構造体に伝達し、剛性の低下を防ぎ、板
部の剪断破壊を生じにくくするという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例を示す筒状構造体の継手の
組立構成図、第２図はこの実施例の組みあがった状態の
斜視図、第３図はこの実施例の継手に横荷重が働いた場
合の力の伝達分散の概略図。 第４図はこの発明の継手に縦荷重が働いた場合の力の伝
達分散の概略図、第５図はこの発明による筒状構造体へ
の分割円筒の内挿時の位置決め方法を示す図、第６図は
、この発明の別の発明に係る実施例を示す筒状構造体の
継手の組み立て図、第１図は、この発明の別の発明に係
る実施例の継手に、−組の横部材の引張、圧縮により、
剪断力が作用した場合の、力の分散、伝達を示す図、第
８図は従来の継手による宇宙構造物の構成例である。 人工衛星搭載用アンテナモジュールの打ち上げ時に、筒
状構造体の継手に働く荷重の概略を説明する図、第９図
は従来の筒状構造体の継手の組立構成図、第１０図は従
来の筒状構造体の斜視図、第１１図はこの従来の継手に
横荷重が働いた場合の力の伝達分散の概略図を示す図、
第１２図は従来の継手に縦荷重が作用した場合の力の伝
達分散の概略を示す図、第１３図は従来の継手に剪断力
が作用した場合の軸方向分布力の概略区分示す図である
。 図において、（１ンは継手、（２）は筒状構造体、（３
）は継手に横から接合される横部材、（４）は横部材か
ら継手に作用する横荷重、（５）は放射状板結合子、（
６）はクリップ形結合子、（７）は補強材、（８）は分
割円筒。 り９】は筒状構造体に働く断面方向分布力、（ＩＱは軸
方向分布力、１Ｘ５は衛星本体、（１３はロケツ）、ｆ
１４１Ｖｉロケットの運動、α９は支持反力、Ｏｅは縦
荷重、αηは位置決めピン、（１８はアンテナタワーを
示す。 なお１図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示しである。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの筒状構造体を直列に結合し、さらに両者の
   軸線に対し、角度をもつて斜めに交わる他の方向から入
   る複数の横又は斜め部材を結合するための継手において
   、上記の筒状構造体の１つの軸と、横又は斜め部材の複
   数の軸をそれぞれ含む複数の平面内にある板からなると
   ころの断面が放射状をなす放射状板結合子を、２つの筒
   状構造体の端部にその軸にそつて入れたスリットに挿入
   し、さらに上記の筒状構造体と放射状板結合子との間に
   、断面が扇形をした薄肉閉断面材の、中空柱状の分割円
   筒を複数個挿入して固定したことを特徴とする筒状構造
   体の継手。
2. （２）分割円筒にピン穴を明け、組み立て時に一時的に
   ピンを挿入して突起させることで筒状構造体に挿入した
   時の位置決めを可能とすることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の筒状構造体の継手。
3. （３）放射状板結合子が炭素繊維強化複合材料であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の筒状構
   造体の継手。
4. （４）分割円筒が炭素繊維強化複合材料であることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載
   の筒状構造体の継手。
5. （５）２つの筒状構造体を直列に結合し、さらに両者の
   軸線に対し、角度をもつて斜めに交わる他の方向から入
   る複数の横又は斜め部材を結合するための継手において
   、上記の筒状構造体の１つの軸と、横又は斜め部材の複
   数の軸をそれぞれ含む複数の平面内にある板からなると
   ころの断面が放射状をなす放射状板結合子を、２つの筒
   状構造体の端部にその軸にそつて入れたスリットに挿入
   し、さらに上記の筒状構造体と放射状板結合子との間に
   断面が扇形をした薄肉閉断面材の、中空柱状の分割円筒
   を複数個挿入して固定し、かつ上記放射状板結合子が横
   又は斜め部材と結合される板部をはさみ横又は斜め部材
   と結合する補強材を上記２つの筒状構造体に接合してな
   ることを特徴とする筒状構造体の継手。
6. （６）分割円筒にピン穴を明け、組み立て突起させるこ
   とで筒状構造体に挿入した時の位置決めを可能とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（５）項記載の筒状構
   造体の継手。
7. （７）放射状板結合子が炭素繊維強化複合材料であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（５）項記載の筒状構
   造体の継手。
8. （８）分割円筒が炭素繊維強化複合材料であることを特
   徴とする特許請求の範囲第（５）項又は第（６）項記載
   の筒状構造体の継手。
9. （９）補強材が炭素繊維強化複合材料であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（５）項記載の筒状構造体の継
   手。