(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する熱源から離れた位置で、熱源の方向へ被姿勢制御体を向けるための姿勢制御駆動装置において、
前記被姿勢制御体を支持軸を介して回動可能に支持した本体と、
この本体に前記支持軸を中心として間隔を隔てて配置され温度変化に伴って伸縮する複数の形状記憶合金と、
これらの形状記憶合金の伸縮運動を前記被姿勢制御体の回動運動に変換する運動変換機構と、
前記本体に設けられ前記複数の形状記憶合金が配置された領域を、前記熱源の移動方向に沿って複数の区画に仕切る仕切板とを備え、
前記運動変換機構は、前記支持軸に一端が連結されたアームと、このアームの前記一端から離れた位置に回動可能に設けられた回動部材と、この回動部材と前記各形状記憶合金とを連結する連結ワイヤとを備え、
前記仕切板は、内部に前記形状記憶合金が配置された凹曲面形状に形成され、各区画毎に前記熱源からの熱をその区間内に配置された形状記憶合金に反射させる反射板によって構成されていることを特徴とする姿勢制御駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の姿勢制御駆動装置において、
前記運動変換機構は、前記各連結ワイヤを前記本体に対して所定の位置に保持する保持機構を含んで構成されていることを特徴とする姿勢制御駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の姿勢制御駆動装置において、
前記保持機構は、前記本体に設けられ溝部を有するガイドブロックと、このガイドブロックのガイド溝に回転可能に支持されかつガイド溝の底面とガイド面との間からワイヤの脱出を規制しつつワイヤを案内するガイドローラとを含んで構成されていることを特徴とする姿勢制御駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源の方向に被姿勢制御体を向けるための姿勢制御駆動装置に関する。たとえば、人工衛星、太陽電池自動車、太陽電池発電プラントなどで用いられる太陽電池パネルを、常に太陽に向くように姿勢制御するための姿勢制御駆動装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、人工衛星、太陽電池自動車、太陽電池発電プラントなどで用いられる太陽電池パネルを、常に太陽に向くように姿勢制御するには、受光センサにより太陽光の方向を検知し、この方向に太陽電池パネルが向くように、モータを駆動源とする駆動機構を制御する機構が多く採用されている。
【０００３】
このような機構では、モータを駆動源として太陽電池パネルの姿勢を制御する構造のため、モータや、このモータを駆動するための電源および制御回路などが必要である。このため、これらを搭載する機器によっては、電力、収納スペース、重量などによって大きな制約を受ける。とくに、小型の人工衛星に搭載する場合には、使用電力が限られるうえ、収納スペースや重量も制約をうけるため、これらの機器（モータ、電源、制御回路など）が不要な姿勢制御装置の開発が望まれている。
【０００４】
このような要望に対して、形状記憶合金を用いた姿勢制御駆動装置が提案されている（特許第３０６００１５号参照）。
この姿勢駆動装置は、装置本体の外面に、回転可能に取り付けられた被姿勢制御体を、形状記憶合金からなる複数の駆動部材を利用して、その形状記憶合金を外部にある熱源により加熱し、伸びまたは縮ませることにより、被姿勢制御体の姿勢を制御して熱源方向に向けるようにした構造である。
【０００５】
より詳細には、駆動部材は、基端側のコイル部と先端側のワイヤ部とで構成されている。装置本体の外面には、被姿勢制御体の回転軸心を中心に４本の支柱が９０度間隔で立設され、この各支柱に駆動部材のコイル部が装着されている。ワイヤ部は、支柱の先端に付設されたプーリにより案内されて伸び、その先端が被姿勢制御体の外周に沿って配置されたのち、コイルが装着された支柱に対応する部位から離れた他の部位で被姿勢制御体の外周に固定された構造である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した構造において、太陽に向いている形状記憶合金が太陽光により加熱されコイル部が収縮すると、ワイヤ部の先端が固定された被姿勢制御体の固定部が加熱されたコイル部に引き寄せられるように、被姿勢制御体が回転される。
さらに、被姿勢制御体の回転方向へ太陽が移動すると、その太陽に向いている次の形状記憶合金の収縮により、被姿勢制御体はさらに同方向へ回転しようとする。しかし、このとき、他の形状記憶合金がさらに被姿勢制御体の１／４周分の長さだけ伸びなければ、被姿勢制御体は回転できない。
【０００７】
形状記憶合金のワイヤ部を被姿勢制御体の外周に沿って配置する構造の場合、形状記憶合金の伸縮量を大きく採らなければならないから、実際上、被姿勢制御体の回転角度が制限される。ちなみに、特許第３０６００１５号に記載された実施形態の構造の場合、被姿勢制御体の回転角度についての記載はないが、９０度程度、最大でも１８０度程度と推定される。つまり、太陽の移動に対して、被姿勢制御体の姿勢を制御できない場合も生じる。
仮に、形状記憶合金の伸縮量を大きくできたとしても、伸びた状態のときに被姿勢制御体の外周に沿わない部分が生じてしまい、隣接するワイヤ部が絡み合って、被姿勢制御体の回転を阻害する場合も考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、従来のような受光センサ、モータおよびこれに付随する機器などを用いることなく、被姿勢制御体の姿勢を制御することができるとともに、熱源の移動に対して被姿勢制御体の姿勢を角度に制限されることなく制御可能な姿勢制御駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の姿勢制御駆動装置は、上記目的を達成するため、次の構成を採用している。
請求項１に記載の姿勢制御駆動装置は、移動する熱源から離れた位置で、熱源の方向へ被姿勢制御体を向けるための姿勢制御駆動装置において、前記被姿勢制御体を支持軸を介して回動可能に支持した本体と、この本体に前記支持軸を中心として間隔を隔てて配置され温度変化に伴って伸縮する複数の形状記憶合金と、これらの形状記憶合金の伸縮運動を前記被姿勢制御体の回動運動に変換する運動変換機構と、前記本体に設けられ前記複数の形状記憶合金が配置された領域を、前記熱源の移動方向に沿って複数の区画に仕切る仕切板とを備え、前記運動変換機構は、前記支持軸に一端が連結されたアームと、このアームの前記一端から離れた位置に回動可能に設けられた回動部材と、この回動部材と前記各形状記憶合金とを連結する連結ワイヤとを備え、前記仕切板は、内部に前記形状記憶合金が配置された凹曲面形状に形成され、各区画毎に前記熱源からの熱をその区間内に配置された形状記憶合金に反射させる反射板によって構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成の姿勢制御駆動装置によれば、熱源が移動すると、その熱源に向いている形状記憶合金が加熱される。いま、形状記憶合金は、温度が上がると縮み、温度が下がると伸びるとすると、加熱された形状記憶合金は縮み、逆に、熱が与えられない形状記憶合金は伸びる。このようにして、複数の形状記憶合金が伸縮すると、運動変換機構を介して、被姿勢制御体が姿勢変化される。つまり、運動変換機構のアームは、縮んだ形状記憶合金側へ回動されるから、支持軸を介して被姿勢制御体が姿勢変化される。従って、従来のような受光センサ、モータおよびこれに付随する機器などを用いることなく、被姿勢制御体の姿勢を制御することができるから、エネルギー源が少ないところや、収納場所、重量に制約を受けるところでも適用できる。
熱源が移動していくと、その熱源に対応する形状記憶合金が順番に縮んでいくので、これに伴ってアームは回転される。このとき、アームの他端側（支持軸から離れた位置）には、回動部材を介して、各形状記憶合金からの連結ワイヤが連結されているから、各形状記憶合金はアームの一端から回動部材までの偏心量の約２倍に相当する長さだけ伸縮できればよいから、熱源の移動に対して被姿勢制御体の姿勢を角度に制限されることなく制御できる。しかも、回動部材は、アームの他端側に回動自在に支持されているから、アームの回転に伴って回動部材も回動し、各形状記憶合金からの連結ワイヤの相対的な位置関係を保つことができるから、回転を阻害することがなく、この点からも、被姿勢制御体の姿勢を角度に制限されることなく制御できる。つまり、被姿勢制御体の姿勢を３６０度を超える角度でも制御できる。
また、複数の形状記憶合金が配置された領域を、熱源の移動方向に沿って複数の区画に仕切る仕切板が設けられているから、各区画毎に熱が与えられる区画と熱が与えられない区画とに仕切ることができる。これにより、熱が与えられる区画に配置された形状記憶合金は縮み、熱が与えられない区画に配置された形状記憶合金は伸びるから、これらの形状記憶合金の伸縮により、被姿勢制御体の姿勢を制御することができる。
さらに、仕切板は、内部に形状記憶合金が配置されかつ凹曲面形状に形成された反射板により構成されているから、ある区画に熱が与えられると、その熱は反射板を介して反射されその内部に配置された形状記憶合金に与えられるから、熱を効率的に形状記憶合金に加えることができる。
【００１１】
請求項２に記載の姿勢制御駆動装置は、請求項１に記載の姿勢制御駆動装置おいて、前記運動変換機構は、前記各連結ワイヤを前記本体に対して所定の位置に保持する保持機構を含んで構成されていることを特徴とする。
この構成の姿勢制御駆動装置によれば、複数の形状記憶合金が伸縮運動すると、これらの伸縮運動は、ワイヤを介して、アームの回動運動に変換される。このとき、ワイヤは、保持機構を介して、本体の所定位置に保持されいるから、アームの回動運動しても、ワイヤ同士が絡まって動作しなくなるという不具合を防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の姿勢制御駆動装置は、請求項２に記載の姿勢制御駆動装置おいて、前記保持機構は、前記本体に設けられ溝部を有するガイドブロックと、このガイドブロックのガイド溝に回転可能に支持されかつガイド溝の底面とガイド面との間からワイヤの脱出を規制しつつワイヤを案内するガイドローラとを含んで構成されていることを特徴とする。
この構成の姿勢制御駆動装置によれば、ワイヤはガイドローラに案内されつつ動作するから、形状記憶合金の伸縮をアームにスムースかつ確実に伝達できる。しかも、形状記憶合金が伸びると、ワイヤにたるみが生じるが、ワイヤにたるみが生じても、ガイド溝の底面とガイドローラのガイド面との間からワイヤが脱出するのを規制されているから、ワイヤ同士が絡まって動作しなくなるという不具合を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の姿勢制御駆動装置を示している。この姿勢制御駆動装置は、人工衛星に取り付けられ被姿勢制御体である太陽電池パドル１を太陽（熱源）の方向へ向けるためのもので、太陽電池パドル１を姿勢変更可能（回動可能）に支持した本体１０と、この本体１０に太陽の移動方向に沿って配置され温度変化に伴って伸縮する複数の形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆと、これらの形状記憶合金の伸縮運動を太陽電池パドル１の姿勢変化運動に変換する運動変換機構４０と、太陽電池パドル１の回動とバランスさせるバランス機構６０と、複数の形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆが配置された領域を、太陽の移動方向に沿って複数の区画に仕切るとともに、各区画毎に太陽からの熱をその区画内に配置された形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆに反射させる仕切板としての反射板３０Ａ〜３０Ｆとを備える。
【００１６】
本体１０は、人工衛生本体に取り付けられる四角形状のベースプレート１１と、このベースプレート１１に３本の支柱１２を介してベースプレート１１と平行に支持された円盤状の支持プレート１３とを備える。支持プレート１３の中心位置には支持軸としてのパドル取付軸１４の基端部が回転可能に支持され、このパドル取付軸１４の先端には太陽電池パドル１が取り付けられている。つまり、太陽電池パドル１は、本体１０にパドル取付軸１４を介して回動可能に取り付けられている。なお、太陽電池パドル１は、パドル取付軸１４に取り付けられる円盤状の取付プレート２を備えている。
【００１７】
形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆは、図２および図３にも示すように、それぞれコイル状で、温度が高くなると長さが縮み、温度が低くなると長さが伸びるように熱処理されているとともに、ベースプレート１１の外周（パドル取付軸１４を中心とする円周）６０度間隔位置にそれぞれ配置されている。つまり、ベースプレート１１の外周に６個の形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆが配置されている。各形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆは、基端部が前記ベースプレート１１の外周６０度間隔位置に設けられた突起２１に係合され、先端部にワイヤ係止部２２を有する。
【００１８】
反射板３０Ａ〜３０Ｆは、図３および図４にも示すように、内部に形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆが配置された凹曲面形状に形成され、かつ、その凹曲面がパドル取付軸１４を中心として外向きに配置されている。隣接する反射板３０Ａ〜３０Ｆの端部は、互いに重ね合わされたのち、支柱１２，３１に差し込まれ、この支柱１２，３１がベースプレート１１に固定されている。
【００１９】
運動変換機構４０は、図２および図３にも示すように、パドル取付軸１４に一端が連結されたアーム４１と、このアーム４１の他端（一端のパドル取付軸１４から離れた位置）に軸４２を介して取り付けられた回動部材としてのワイヤ係止リング４３と、このワイヤ係止リング４３と各形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆとを連結するワイヤ４４と、この各ワイヤ４４を本体１０に対して所定の位置に保持する保持機構４５Ａ〜４５Ｆとを備えている。
パドル取付軸１４から軸４２までの距離（偏心量）は、形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆが伸縮する量（伸縮量）に対して、約１／２以下に設定されている。
保持機構４５Ａ〜４５Ｆは、図５にも示すように、支持プレート１３の内面側に固定された固定ブロック５１と、この固定ブロック５１に軸５２を介して取り付けられガイド溝５３を有するガイドブロック５４と、このこのガイドブロック５４のガイド溝５３に回転可能に支持されかつガイド溝５３の底面とガイド面（Ｖ溝面）との間からワイヤ４４の脱出を規制しつつワイヤ４４を案内するガイドローラ５５とを含んで構成されている。
【００２０】
バランス機構６０は、図４にも示すように、パドル取付軸１４に取り付けられた第１の歯車６１と、この第１の歯車６１に噛合された第２の歯車６２と、この第２の歯車６２に噛合された第３の歯車６３と、この第３の歯車６３に噛合されパドル取付軸１４に回動可能に支持された第４の歯車６４と、この第４の歯車６４と一体的に設けられたバランスプレート６５とから構成されている。つまり、パドル取付軸１４が回転すると、バランスプレート６５がパドル取付軸１４とは逆方向へ回転するようになっている。
【００２１】
このような構成において、たとえば、図６（Ａ）において、矢示方向から太陽光が照射されると、この太陽光に向いている形状記憶合金２０Ｆが、太陽光を直接受けて、かつ、反射板３０Ｆからの反射光を受けて加熱される。このとき、この形状記憶合金２０Ｆ以外の形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｅについては、反射板３０Ａ〜３０Ｆにより太陽光が遮られるから、形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｅはあまり加熱されない。
すると、加熱された形状記憶合金２０Ｆは、予め記憶された形状（縮んだ形状）に変形される。他の形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｅは、低温の状態では剛性が低いので、加熱された形状記憶合金２０Ｆの引張力に抗しきれずに伸びる（図７参照）。その結果、図６（Ｂ）において、形状記憶合金２０Ｆが縮むと、ワイヤ４４がアーム４１を図６（Ｂ）中時計方向へ回動させる。つまり、太陽電池パドル１が太陽の方向へ向くように姿勢制御される。
【００２２】
従って、本実施形態によれば、従来のような受光センサやモータなどを用いることなく、太陽電池パドル１の姿勢を制御することが可能であるから、エネルギー源が少ないところや、収納場所が限られたところでも適用できる。
【００２３】
また、形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆの伸縮運動を太陽電池パドル１の回動運動に変換する運動変換機構４０を、パドル取付軸１４に一端が連結されたアーム４１と、このアーム４１の他端に軸４２を介して回動可能に設けられたワイヤ係止リング４３と、このワイヤ係止リング４３と各形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆとを連結するワイヤ４４とを備える構成としたので、太陽の移動に対して太陽電池パドル１の姿勢を制御することができる。
つまり、太陽が移動していくと、その太陽に対応する形状記憶合金が順番に収縮されていくので、これに伴ってアーム４１は回転される。このとき、アーム４１の他端側（支持軸から離れた位置）には、ワイヤ係止リング４３が回動可能に設けられ、これに各形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆからのワイヤ４４が連結されているから、熱源の移動に対して太陽電池パドル１の姿勢を角度に制限されることなく制御できる。
【００２４】
また、各連結ワイヤ４４を本体１０に対して所定の位置に保持する保持機構４５Ａ〜４５Ｆを設けたので、複数の形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆが伸縮運動すると、これらの伸縮運動は、ワイヤ４４を介して、アーム４１の回動運動に変換される。このとき、ワイヤ４４は、保持機構４５Ａ〜４５Ｆを介して、本体１０の所定位置に保持されいるから、アーム４１の回動運動しても、ワイヤ４４同士が絡まって動作しなくなるという不具合を防止できる。
【００２５】
また、保持機構４５Ａ〜４５Ｆは、本体１０に設けられガイド溝５３を有するガイドブロック５４と、このガイドブロック５４のガイド溝５３に回転可能に支持されかつガイド溝５３の底面とガイド面との間からワイヤ４４の脱出を規制しつつワイヤ４４を案内するガイドローラ５５とを含む構成であるから、ワイヤ４４はガイドローラ５５に案内されつつ動作するから、形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆの伸縮をアーム４１にスムースかつ確実に伝達できる。しかも、形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆが伸びると、ワイヤ４４にたるみが生じるが、ワイヤ４４にたるみが生じても、ガイド溝５３の底面とガイドローラ５５のガイド面との間からワイヤ４４が脱出するのを規制されているから、ワイヤ４４同士が絡まって動作しなくなるという不具合を防止できる。
【００２６】
また、複数の形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆが配置された領域を、太陽の移動方向に沿って複数の区画に仕切る反射板３０Ａ〜３０Ｆが設けられているから、各区画毎に熱が与えられる区画と熱が与えられない区画とに仕切ることができる。これにより、熱が与えられる区画に配置された形状記憶合金は収縮し、熱が与えられない区画に配置された形状記憶合金は伸びるから、これらの形状記憶合金の伸縮により、太陽電池パドル１の姿勢を制御することができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施形態で説明した姿勢制御駆動装置に限定されるものでなく、次のような変形例も含む。
たとえば、上記実施形態では、形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆを６０度間隔毎に６つ配置したが、形状記憶合金の数はこれに限られない。また、これらの形状記憶合金２０Ａ〜２０Ｆのうちの何本かをばねに置き換えてもよい。
【００２８】
また、上記実施形態では、人工衛星に取り付けられた状態において、太陽電池パドル１の姿勢を制御するようにしたが、本発明はこれに限られない。たとえば、太陽電池自動車や太陽電池発電プラントなどにおいて、太陽電池パネルを、常に太陽に向くように姿勢制御するようにしてもよい。
このような場合、太陽電池パネルを３６０度の範囲において姿勢制御する必要がないため、形状記憶合金を円周上に沿って配置する必要がなく、熱源が移動する範囲に沿って配置すればよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の姿勢制御駆動装置によれば、従来のような受光センサやモータなどを用いることなく、被姿勢制御体の姿勢を制御することができるとともに、熱源の移動に対して被姿勢制御体の姿勢を角度に制限されることなく制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る姿勢制御駆動装置の一実施形態を示す図である。
【図２】同上実施形態の要部を拡大して示す図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】同上実施形態における反射板および運動変換機構を示す斜視図である。
【図５】同上実施形態における保持機構を示す図である。
【図６】同上実施形態における作用を示す図である。
【図７】同上実施形態における形状記憶合金の温度−発生力の関係を示す図である。
【符号の説明】
１    太陽電池パドル（被姿勢制御体）
１０  本体
１４  パドル取付軸（被姿勢制御体の支持軸）
２０Ａ〜２０Ｆ  形状記憶合金
３０Ａ〜３０Ｆ  反射板（仕切板）
４０  運動変換機構
４１  アーム
４３  ワイヤ係止リング（回動部材）
４４  ワイヤ
４５Ａ〜４５Ｆ  保持機構
５３  ガイド溝
５４  ガイドブロック
５５  ガイドローラ
【図１】
0003726253.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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