WO2022168319A1 - 伸展ブーム、太陽電池パドル、及び、伸展ブーム製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the extension cylinder has a tubular shape formed when the extension boom 120 is in an extended state. A portion of the extension tube is shown on the right side of FIG.
- the extended extension boom 120 has a cylindrical shape with the axis in the extension direction as the central axis.
- the extension direction is the direction in which the extension boom 120 in the stowed state is extended, is one of the lateral directions of the cylinder, and is the direction that intersects the longitudinal direction of the cylinder.
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Abstract
Description
伸展ブームを伸展したマストの剛性を得る方法として、特許文献1は、一対の湾曲したブーム材を組合せ、組合せたブーム材の周りを、被覆体を用いて被覆する技術を開示している。
筒形に巻かれた状態から前記筒形の短手方向の一方である伸展方向に伸展される伸展ブームであって、
前記筒形の長手方向における一端と他端とのそれぞれには突起部と窪み部とが交互に形成されており、
前記一端における突起部それぞれは、前記他端における窪み部それぞれと対向しており、
前記一端における窪み部それぞれは、前記他端における突起部それぞれと対向しており、
前記伸展ブームは、前記筒形に巻かれた状態から前記伸展方向に沿って伸展される際に、
前記一端における突起部それぞれと、前記一端における突起部それぞれに対向している前記他端における窪み部それぞれとが噛み合い、
前記一端における窪み部それぞれと、前記一端における窪み部それぞれに対向している前記他端における突起部それぞれとが噛み合い、
前記伸展方向に沿って筒状の形状が構成される。
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る太陽電池パドル100の具体例を示す模式図を示している。太陽電池パドル100は人工衛星用太陽電池パドルとも呼ばれる。図1において、伸展状態である太陽電池パドル100が示されている。伸展状態は展開状態とも呼ばれる。フレキシブル太陽電池ブラケット110を展開した状態を保持するために、太陽電池パドル100は伸展ブーム120及びビーム140を備える。太陽電池パドル100の収納状態において、伸展ブーム120及びフレキシブル太陽電池ブラケット110が支持構造部130に巻き付く。収納状態における太陽電池パドル100は、伸展状態における太陽電池パドル100よりも短い。収納状態は太陽電池パドル100を収納した状態である。収納状態において、伸展ブーム120は筒形に巻かれて収納されている。伸展状態は太陽電池パドル100を展開した状態である。伸展状態において、伸展ブーム120は伸展されている。伸展ブーム120は、筒形に巻かれた状態から筒形の短手方向の一方である伸展方向に伸展される。
噛み合い壁面123は、突起部125の外縁と、窪み部126の外縁とから成る。噛み合い壁面123は凸部噛み合い壁面とも呼ばれる。噛み合い壁面123の形状は、具体例として歯車等において用いられるインボリュート曲線である。本例において突起部125と窪み部126との滑らかな噛み合いが実現される。噛み合い壁面123の形状は、具体例として、突起部125の外縁の曲線と、窪み部126の外縁の曲線とを合わせた曲線である。噛み合い壁面123の形状は、直線と曲線とから成ることもあり、直線のみから成ることもある。噛み合い壁面123の形状はサイクロイド曲線であってもよい。突起部125の少なくともいずれかの外縁の形状と窪み部126の少なくともいずれかの外縁の少なくとも一部の形状とは、インボリュート曲線又はサイクロイド曲線であってもよい。噛み合い壁面123の形状は、突起部125と窪み部126との滑らかな噛み合いを実現することができる曲線であって、凸形状を有する曲線であればどのような曲線であってもよい。伸展ブーム120の製造を容易にする観点から、当該曲線の形状は容易に数値制御することができる関数によって一義的に決まる形状が好ましい。なお、人手による裁断によって伸展ブーム120を製造する場合等、噛み合い壁面123に曲線を加工することが難しい場合において、噛み合い壁面123の形状を曲線にする代わりに、噛み合い壁面123の形状を矩形等の直線から成る形状としてもよい。
また、さらに滑らかな突起部125と窪み部126との噛み合いを実現するために、具体例として噛み合い開始部122の近傍に抑えを設ける等、補助的な機構を伸展ブーム120等に設置してもよい。抑えは、伸展ブームから独立した部品であり、突起部125と窪み部126との噛み合いを補助する機能を有する部品である。具体的には、抑えは突起部125及び窪み部126をガイドして突起部125及び窪み部126を正常に■み合わせる役割を果たす。
H/Rの値は、伸展状態から収納状態への遷移における安定性に関わっている。当該遷移において、突起部125の形状と窪み部126の形状とは変化する。突起部125の高さが直径Rに対して高すぎる場合、突起部125と窪み部126とのバランスが悪くなる。特に、H/Rの値が0.5よりも大きい場合、当該遷移が滑らかに行われず、また、収納状態において収納筒の長手方向の剛性が変化するため収納筒の形状が安定しない。また、H及びRは実数であるため、H/Rの値の下限は、0よりも大きい。なお、H/Rの値が0に近づくほど突起部125と窪み部126との噛み合いによる効果が小さくなり、好ましいH/Rの下限値は0.0001である。
ここで、実際には収納筒の底面に相当する部分に平行な収納筒の断面が真円ではないことから、直径Rは、収納筒の底面に相当する部分に平行な収納筒の断面の面積から算出される円相当径である。また、図2において、伸展ブーム120の一部が伸展された状態における収納筒を用いて直径Rが説明されているが、図2における直径Rの説明は直径Rのイメージの説明に過ぎない。直径Rは、典型的には、伸展ブーム120が完全に収納された状態における収納筒に対して定義される。直径Rは、収納筒における長手方向に直交する断面の外形の直径に相当する長さを示す。
なお、収納状態において突起部125と窪み部126とが曲面になることから、長さWは伸展状態において測定された長さである。
CFRPプリプレグ124を伸展筒に成型する前に突起部125と窪み部126とを加工せず、CFRPプリプレグ124を伸展筒に成形した後に機械加工等により突起部125と窪み部126とを加工して伸展状態における伸展ブーム120の形状を得てもよい。しかしながら、伸展筒に成形した後に突起部125と窪み部126とを加工する場合、伸展ブームを変形させながら加工する必要がある。そのため、この場合において、抑え及び振動によるクラック発生等の破損が発生することと、クリープによる変形が起きること等によりマストの強度が低下するリスクがある。そのため、伸展筒を成型する前に突起部125と窪み部126とを加工する手順の方が、伸展筒を成型した後に突起部125と窪み部126とを加工する手順よりも、伸展ブーム120を、容易に製造することができ、かつ、低いリスクで製造することができるため好ましい。
以上のように、本実施の形態に係る伸展ブーム120は単一の伸展ブームである。また、伸展ブーム120を伸展する際に突起部125と窪み部126とが噛み合うことにより伸展ブーム120を伸展したマストの剛性が確保される。
本実施の形態によれば、伸展された伸展ブーム120は、単一のブームでありながら伸展方向に直交する断面が閉断面であるため、突起部125と窪み部126との干渉によって伸展方向における変形が拘束される。従って、伸展された伸展ブーム120であるマストはねじり剛性を持つ。また、本実施の形態によれば、比較的簡易な機構を有する伸展ブーム120によりねじり剛性を有するマストを得ることができる。
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態は、突起部125がアンダーカットを有することを特徴とする。
図4は、本実施の形態に係る伸展ブーム120の噛み合い部の模式図を示している。本図は伸展筒の一部を示している。噛み合い壁面123において、窪み部126の近くにアンダーカット部127が存在する。アンダーカット部127が存在することにより、突起部125と窪み部126との噛み合いを外す力が想定外に加わった場合であっても、一端におけるアンダーカット部127と他端におけるアンダーカット部127とが引っ掛かっているため、突起部125と窪み部126との噛み合いが外れにくい。そのため、アンダーカット部127が存在することによりマストの剛性を維持することができない状態を回避することができる。
ここで、アンダーカット部127は、伸展状態において一端における突起部125と他端における突起部125とが引っ掛かるよう設けられたアンダーカットである。なお、噛み合い壁面123の曲線がインボリュート曲線である場合において、負の転位係数を与えることによりアンダーカット部127が得られる。
接着剤は、熱硬化タイプの接着剤であってもよい。熱硬化タイプの接着剤は、日照による温度上昇により硬化する。ただし、熱硬化タイプの接着剤を用いる場合において、地上において待機している時に接着剤が硬化すると伸展ブーム120を展開することができなくなるため、硬化温度が100℃以上である接着剤を用いることが好ましい。
以上のように、本実施の形態によれば、突起部125がアンダーカット部127を有することにより、伸展状態において突起部125と窪み部126との噛み合いが外れにくい。
前述した各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
また、実施の形態は、実施の形態1から2で示したものに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。実施の形態1から2で説明した手順は、適宜変更されてもよい。
Claims (10)
- 筒形に巻かれた状態から前記筒形の短手方向の一方である伸展方向に伸展される伸展ブームであって、
前記筒形の長手方向における一端と他端とのそれぞれには突起部と窪み部とが交互に形成されており、
前記一端における突起部それぞれは、前記他端における窪み部それぞれと対向しており、
前記一端における窪み部それぞれは、前記他端における突起部それぞれと対向しており、
前記伸展ブームが前記筒形に巻かれた状態から前記伸展方向に沿って伸展される際に、
前記一端における突起部それぞれと、前記一端における突起部それぞれに対向している前記他端における窪み部それぞれとが噛み合い、
前記一端における窪み部それぞれと、前記一端における窪み部それぞれに対向している前記他端における突起部それぞれとが噛み合い、
前記伸展方向に沿って筒状の形状が構成される伸展ブーム。 - 前記突起部の少なくともいずれかの外縁の形状と前記窪み部の少なくともいずれかの外縁の少なくとも一部の形状とは、インボリュート曲線又はサイクロイド曲線である請求項1に記載の伸展ブーム。
- 前記突起部は、アンダーカットを有する請求項1又は2に記載の伸展ブーム。
- 前記筒形における前記長手方向に直交する断面の外形の直径に相当する長さを示すRと、前記一端における窪み部の下端から前記一端における突起部の上端までの前記長手方向に沿った長さを示すHとの比であるH/Rの値が、0よりも大きく、かつ、0.5以下である請求項1から3のいずれか1項に記載の伸展ブーム。
- 前記筒形における前記長手方向に直交する断面の外形の直径に相当する長さを示すRと、隣接している1対の突起部と窪み部との全体の前記伸展方向に沿った長さを示すWとの比であるW/Rの値が、0よりも大きく、かつ、0.6以下である請求項1から4のいずれか1項に記載の伸展ブーム。
- 前記伸展ブームは、繊維強化プラスチックから成る請求項1から5のいずれか1項に記載の伸展ブーム。
- 前記繊維強化プラスチックは編み込まれており、
前記繊維強化プラスチックの編み込み方向が2以上である請求項6に記載の伸展ブーム。 - 前記突起部及び前記窪み部に、紫外線硬化タイプ又は熱硬化タイプの接着剤が塗布されている請求項1から7のいずれか1項に記載の伸展ブーム。
- 人工衛星に用いられる太陽電池パドルであって、
請求項1から8のいずれか1項に記載の伸展ブームを備える太陽電池パドル。 - 伸展方向に交わる方向における一端と他端とが平行である素材の前記一端と前記他端とのそれぞれに突起部と窪み部とを交互に形成し、前記伸展方向に交わる方向に沿って前記素材を筒形に巻いて伸展ブームを製造する伸展ブーム製造方法であって、
前記一端における突起部それぞれは、前記他端における窪み部それぞれと対向しており、
前記一端における窪み部それぞれは、前記他端における突起部それぞれと対向しており、
前記伸展ブームは、前記筒形に巻かれた状態から前記伸展方向に沿って伸展される際に、
前記一端における突起部それぞれと、前記一端における突起部それぞれに対向している前記他端における窪み部それぞれとが噛み合い、
前記一端における窪み部それぞれと、前記一端における窪み部それぞれに対向している前記他端における突起部それぞれとが噛み合い、
前記伸展方向に沿って筒状の形状が構成される伸展ブーム製造方法。
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