(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
折畳み展開自在な展開型トラス構造体において、
中心棒と、
前記中心棒を一辺とし放射状に折畳み展開自在となるような複数の四辺リンク構造を形成する複数の連結棒を有する骨組構体と、
前記骨組構体を折畳み展開する開閉手段と、
前記開閉手段により前記骨組構体とともに連動して折畳み展開され、展開時に前記骨組構体の外側に張り出し可能となるように前記骨組構体と連結して設けられる延長棒と
を備えることを特徴とする展開型トラス構造体。
【請求項２】
前記延長棒は、前記四辺リンク構造の前記中心棒から半径方向に延びる前記連結棒の長さと前記四辺リンク構造の前記中心棒の軸芯方向に延びる前記連結棒の長さの和よりも大きい長さを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の展開型トラス構造体。
【請求項３】
前記延長棒は、
前記中心棒に折曲自在に結合された第１延長棒と、
前記第１延長棒と折曲自在に結合されるとともに前記骨組構体の前記連結棒に設けられた接合部で摺動自在に保持される第２延長棒と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の展開型トラス構造体。
【請求項４】
前記第１延長棒は、展開時の前記四辺リンク構造の前記中心棒の軸芯方向に延びる前記連結棒の長さとほぼ等しいかより短い長さを有し、
前記第２延長棒は、展開時の前記四辺リンク構造の前記中心棒から半径方向に延びる前記連結棒の長さと前記中心棒の軸芯方向に延びる前記連結棒の長さの和とほぼ等しいかより短い長さを有する
ことを特徴とする請求項３に記載の展開型トラス構造体。
【請求項５】
前記骨組構体は前記四辺リンク構造の対角線上に架設されて端部がそれぞれ折曲自在な対角連結棒を有し、
前記第１延長棒は、前記対角連結棒の一部を構成する
ことを特徴とする請求項３に記載の展開型トラス構造体。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の展開型トラス構造体の一方面に可携性導電膜がパラボラ形状に張設される反射鏡面が形成されてなることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、展開型トラス構造体及びそれを用いたアンテナ装置に係り、特に、宇宙基地を構成する構造物や宇宙空間に構築されるアンテナ装置等に用いられる展開型トラス構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙開発の分野においては、宇宙基地構想の開発が進められている。この宇宙基地構想にあっては、その宇宙基地の骨格や、アンテナの支持構造体を含む各種の展開型トラス構造体を、予め地上において組立てた後、折畳み収容して宇宙空間まで輸送し、宇宙空間で展開させる方法が考えられ、開発されている。
【０００３】
このような従来の展開型トラス構造体の一例を、図６、７に示す(特開平５−５８３９６号公報参照）。この展開型トラス構造体においては、中心軸４１の回りに四辺形状に接合された部材４２が放射状に配置されており、四辺形状の対角線上に架設された部材４３を伸縮駆動することで、展開および収納動作が可能になっている。なお、収納時の長手方向の寸法４４は、およそ中心軸４１と展開時の半径４５を加えた長さである。
【０００４】
この展開型トラス構造体をアンテナ鏡面の骨組構造として使用する場合、通信効率の向上のためには、なるべく直径を大きくする必要がある。一方、収納時の寸法(特に収納時の長さ)は打ち上げの費用を考慮するとなるべく小さいことが望ましい。この要求を満たす従来の方法の一つとして、図７に示すように、展開型トラス構造体４０を複数連結し、全体として一つの展開型構造体５０として機能させることがあげられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、展開型トラス構造体４０を複数連結したとしても、必要とされる所望の展開時寸法によっては、展開型トラス構造体を複数連結したことによる拡大の効果が、構造体の全質量の増加する割には見合わない場合がある。例えば、図７に示すように展開型トラス構造体４０を３個連結して所望のアンテナ有効径５１を得ようとした場合が顕著で、これは、連結後の構造体最外周の多角形形状が円形から大きく異なってしまうことに起因する。
【０００６】
また、必要とされる所望の展開時寸法によっては、複数の展開型トラス構造体を連結するほどではなく、単一の展開型トラス構造体で手当て可能な場合もある。この場合、一つの展開型トラス構造体で、収納時の寸法が小さく、軽量であり、展開時に大きな外径が得られる構造であることが必要である。
【０００７】
収納時の長手方向の寸法４４は、打ち上げロケット内に、可能範囲で最大限にぎりぎりに確保された寸法である。
【０００８】
従来の展開型トラス構造体４０において、展開時の半径４５は収納時の長手方向の寸法４４よりも小さく、打ち上げロケット内にぎりぎりに確保された長手方向の寸法４４を十分に有効に利用した構造であるとは言い難い。
【０００９】
このため、打ち上げロケット内に最大限に確保された長手方向の寸法４４を有効に利用可能な展開型トラス構造体が望まれていた。
【００１０】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、打ち上げロケット内に確保された長手方向の寸法を有効に活用可能な展開型トラス構造体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の展開型トラス構造体は、折畳み展開自在な展開型トラス構造体において、中心棒と、前記中心棒を一辺とし放射状に折畳み展開自在となるような複数の四辺リンク構造を形成する複数の連結棒を有する骨組構体と、前記骨組構体を折畳み展開する開閉手段と、前記開閉手段により前記骨組構体とともに連動して折畳み展開され、展開時に前記骨組構体の外側に張り出し可能となるように前記骨組構体と連結して設けられる延長棒とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記延長棒は、前記四辺リンク構造の前記中心棒から半径方向に延びる前記連結棒の長さと前記四辺リンク構造の前記中心棒の軸芯方向に延びる前記連結棒の長さの和よりも大きい長さを有することを特徴とする。
【００１３】
前記延長棒は、前記中心棒に折曲自在に結合された第１延長棒と、前記第１延長棒と折曲自在に結合されるとともに前記骨組構体の前記連結棒に設けられた接合部で摺動自在に保持される第２延長棒と、を有することを特徴とする。
【００１４】
前記第１延長棒は、展開時の前記四辺リンク構造の前記中心棒の軸芯方向に延びる前記連結棒の長さとほぼ等しいかより短い長さを有し、前記第２延長棒は、展開時の前記四辺リンク構造の前記中心棒から半径方向に延びる前記連結棒の長さと前記中心棒の軸芯方向に延びる前記連結棒の長さの和とほぼ等しいかより短い長さを有することを特徴とする。
【００１５】
前記骨組構体は前記四辺リンク構造の対角線上に架設されて端部がそれぞれ折曲自在な対角連結棒を有し、前記第１延長棒は、前記対角連結棒の一部を構成することを特徴とする。
【００１６】
折畳み時に所定の長手方向長さを有する収納スペース内に収納可能であることを特徴とする。
【００１７】
前記延長棒は、前記所定の長手方向長さより大きい長さを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明のアンテナ装置は、前記展開型トラス構造体の一方面に可携性導電膜がパラボラ形状に張設される反射鏡面が形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
上述の発明において、延長棒を備えているので、収納時の展開型トラス構造体を小形かつ軽量にすることができ、この一方、展開時の展開型トラス構造体の有効径を大きくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の展開型トラス構造体の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
展開型トラス構造体は折畳み展開自在のものであり、折畳み時に所定長さ以下の長手方向長さを有する。ここで、所定長さとは、打ち上げロケット内に最大限に確保された収納スペース２１の長手方向の寸法２２をいう。展開型トラス構造体は、折畳み時にこの所定長さとほぼ同等の長手方向長さ２４を有する。
【００２１】
図４に示すように、展開型トラス構造体３０は中心部に立設された中心棒２を有し、中心棒２の回りには円周を等分する角度で例えば８方向に放射状に突出するように８個の骨組構体１が形成されている。
【００２２】
図２に示すように、各々の骨組構体１は、中心棒２の両端に折曲自在に結合された第１の連結棒３及び第２の連結棒４と、連結棒３，４の端部間に架設された第３の連結棒５とを有する。一組の第１の連結棒３と第２の連結棒４と第３の連結棒５は中心棒２を一辺とする四辺形状で節点において折曲自在に結合されている。
【００２３】
また、展開型トラス構造体は、骨組構体１を折畳み展開する開閉手段８を備えている。さらに、展開型トラス構造体は、開閉手段８により骨組構体１とともに連動して開閉し、展開時に前記骨組構体１の外側に張り出し可能に骨組構体１に取り付けられた延長棒９を備えている。
【００２４】
延長棒９は、中心棒２の上端に折曲自在に結合された第１延長棒１０と、第１延長棒１０の端部の折り曲げ部１２で折れ曲げ自在に結合される第２延長棒１１とを有する。第２延長棒１１は、第１の連結棒３と第３の連結棒５との結合点の近傍に設けられた接合部１３に摺動自在に保持され骨組構体１の外側に張り出している。
【００２５】
接合部１３は、図２の紙面に垂直な方向の回動軸の回りに回動自在に設けられている。接合部１３が図２の紙面に垂直な回動軸の回りに回動自在であるので、第２延長棒１１は、開閉手段８によって骨組構体１が折畳み展開することに連動して接合部１３で摺動自在に保持されながら折り曲げ部１２を瞬間回転中心として図２の紙面内で回動する。
【００２６】
展開時に、折り曲げ部１２において第１延長棒１０と第２延長棒１１とのなす角度はできるだけ１８０度に近い角度に、例えば１６０度程度に取られている。これによって、延長棒９の全体の長さ、すなわち第１延長棒１０の長さと第２延長棒１１の長さとの和をできるだけ大きくとることができる。
【００２７】
また、骨組構体１は、第１の連結棒３と第２の連結棒４と第３の連結棒５と中心棒２とで形成される四辺形の対角線上に架設されて端部がそれぞれ折曲自在な対角連結棒１４を有する。対角連結棒１４によって、第１の連結棒３と第２の連結棒４と第３の連結棒５と中心棒２とで形成される四辺リンク構造の面内における剛性を確保することができる。
【００２８】
第１延長棒１０は、展開した状態で対角連結棒１４と同一直線を形成し、対角連結棒１４の一部を構成する。また、第１延長棒１０と第２延長棒１１との結合点である折り曲げ部１２は、対角連結棒１４上に設けられている。なお、第１延長棒１０は展開した状態で対角連結棒１４と同一直線を必ずしも形成する必要はなく、折り曲げ部１２を対角連結棒１４上以外に設けらることも可能である。
【００２９】
対角連結棒１４は、折り曲げ部１２の位置よりも中心棒２に近い側に屈曲部１５を有する。開閉手段８による折畳み展開動作に伴い、対角連結棒１４は屈曲部１５で二つに折れ曲げが可能である。開閉手段８による折畳み展開動作に伴い、対角連結棒１４は屈曲部１５で折れ曲がる。屈曲部１５の対角連結棒１４上における位置は、開閉手段８によって骨組構体１が安定して折畳み展開可能になる位置に設定されている。折り曲げ部１２の位置を屈曲部１５の位置に比べて中心棒２からより離れた側に設定したことにより、延長棒９の全体の長さ、すなわち第１延長棒１０の長さと第２延長棒１１の長さとの和を大きくとることができる。
【００３０】
開閉手段８は、図３に示すように、中心棒２に上下動可能に取り付けられた上部材１６ａと、下部材１６ｂと、上部材１６ａと下部材１６ｂとの間で装着されたバネ部材１７と、上部材１６ａと第１延長棒１０（及び／又は対角連結棒１４）との間にヒンジ結合された第１操作部材１８と、下部材１６ｂと第１操作部材１８との間にヒンジ結合された第２操作部材１９とを有する。
【００３１】
上部材１６ａ及び下部材１６ｂを中心棒２に沿って引き下げることにより、第１操作部材１８と第２操作部材１９は第１延長棒１０と対角連結棒１４とを中心棒２側へ接近するように引き込み、これに伴い、延長棒９は折り曲げ部１２で第１延長棒１０と第２延長棒１１とに折れ曲がり、対角連結棒１４は屈曲部１５において折れ曲がる。
【００３２】
次に、図１、図２及び図４を参照して、展開型トラス構造体の折畳み展開動作について説明する。
【００３３】
図１は、打ち上げロケット内に設けられた収納スペース２１内に収納された展開型トラス構造体の収納時の形態を示す。対角連結棒１４は「くの字」に折れ曲がって、第１の連結棒３と第２の連結棒４の間に収納されている。延長棒９は、後述するように、収納スペース２１の長手方向長さ２２よりも僅かに短いため、収納スペース２１の長手方向に飛び出すことなく、収納スペース２１の中に収まっている。
【００３４】
図２は本発明の展開型トラス構造体の展開時の形態を示している。図１に示す状態から図２に示す状態へ展開させる場合、開閉手段８によっては延長棒９及び対角連結棒１４を押し上げ、第１の連結棒３及び第２の連結棒４を節点の回りに回動させ、中心棒２及び連結棒３，４，５で構成される四辺リンク構造を開く。対角連結棒１４は四辺リンク構造の面内剛性を保つ位置、すなわち対角線上の近傍に到達する。この動作と連動して、延長棒９は折り曲げ部１２及び接合部１３にその姿勢を拘束されながら回転および並進動作を行う。図２に示す展開完了時には、第２延長棒１１の先端が第３の連結棒５よりも外側に張り出す。この結果、展開時の展開型トラス構造体は最外径Ｒを得る。最外径Ｒの長さは、後述するように、収納スペース２１の長手方向長さ２２より大きい。
【００３５】
図４は展開型トラス構造体３０の展開動作を示す図である。図４（ａ）は折畳み状態を示し、図４（ｂ），（ｃ）は折畳み途中（展開途中）を示し、図４（ｄ）は展開状態を示す。収納時(図４（ａ）)は円柱状の収納スペース２１に収まっており、展開時(図４（ｄ）)は収納時の長さ２２以上の最外径Ｒをもつ多角形状に展開する。なお、外側に張り出した第２延長棒１１の剛性が低いために機能上問題になる場合にはこれをサポートする部材を設けても良い。
【００３６】
また、図４は８方向ヘ放射状に突出する８個の骨組構体１が形成された例を示しているが、打ち上げロケット内において収納時のスペースと重量が許されれば骨組構体１の個数をさらに増やしてもよい。骨組構体１の個数が多い方が、有効径(内接する円の直径)を大きくできて好都合である。また、有効径は小さくなるが、軽量化と省スペース化のため、骨組構体１の個数を減らしてもよい。
【００３７】
次に、延長棒９の長さ寸法について説明する。
【００３８】
第１の連結棒３と第２の連結棒４と第３の連結棒５と中心棒２とで形成される四辺リンク構造において、第１の連結棒３と第２の連結棒４の長さをＡとし、第３の連結棒５の長さをＢとする。第１延長棒１０は長さＡよりわずかに短くほぼ長さＡに等しい長さを有することができる。ここで、第１延長棒１０は中心棒２の上端２ａを中心に回動して折り畳まれた場合にほぼ中心棒２と重なり、第１延長棒１０は中心棒２の下端２ｂから突出することはない。第２延長棒１１は長さ（Ａ＋Ｂ）よりわずかに短くほぼ長さ（Ａ＋Ｂ）に等しい長さを有することができる。ここで、第２延長棒１１は中心棒２の上端２ａを中心に回動して折り畳まれた場合に、折り曲げ部１２は中心棒２の下端２ｂ近傍に位置するので、中心棒２の上端２ａから第２延長棒１１の先端部までの長さは長さＢを越えることはない。従って、延長棒９は全体の長さとして、長さ（２Ａ＋Ｂ）よりわずかに短くほぼ長さ（２Ａ＋Ｂ）に等しい長さを有することができる。この結果、最外径Ｒの長さとして、収納スペース２１の長手方向長さ２２（ほぼ長さ（Ａ＋Ｂ）に等しい長さ）より大きくとることが可能になる。
【００３９】
次に、図５を参照して、打ち上げロケット内に設けられた収納スペース２１の大きさと、本発明に係る展開型トラス構造体の骨組構体１と従来の骨組構体５０との大きさの関係について説明する。
【００４０】
図５（ａ）は、展開型トラス構造体が折り畳まれた状態で収納される収納スペース２１を模式的に示す。収納スペース２１は、打ち上げロケット内に最大限に確保された長手方向の寸法２２を有する。寸法２２はほぼ長さ（Ａ＋Ｂ）に等しい長さを有する。
【００４１】
図５（ｃ）は、延長棒９を備えていない従来の骨組構体５０を示す。骨組構体５０は、軸線方向に長さＡを有し、半径方向に長さＢを有する。この場合、従来の展開型トラス構造体の取り得る最外径Ｒは長さＢであり、収納スペース２１の長手方向の寸法２２より小さい。
【００４２】
これに対し、図５（ｂ）は、延長棒９を備えた骨組構体１を示す。骨組構体１は、軸線方向に長さＡを有し、半径方向に延長棒９の全体の長さ（２Ａ＋Ｂ）を有する。この場合、展開型トラス構造体３０の取り得る最外径Ｒは長さ（２Ａ＋Ｂ）であり、収納スペース２１の長手方向の寸法２２より大きくとることができる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、第１延長棒１０と第２延長棒１１とからなる延長棒９を備えているので、展開時の最外径Ｒとして収納スペース２１の長手方向寸法２２よりも大きくとることができる。
【００４４】
また、  第１延長棒１０の長さを長さＡにとり、第２延長棒１１の長さを長さ（Ａ＋Ｂ）にとることにより、展開型トラス構造体３０の取り得る最外径Ｒを長さ（２Ａ＋Ｂ）にほぼ近い長さにとることができる。
【００４５】
この結果、収納時の展開型トラス構造体を小形かつ軽量にすることができ、この一方、展開時の展開型トラス構造体の有効径を大きくすることができる。
【００４６】
次に、図８を参照して、展開型トラス構造体３０をアンテナ装置の鏡面支持用の支持構造体３５として適用した例を説明する。
【００４７】
支持構造体３５は、図４等に示した展開型トラス構造体３０において延長棒９の先端にスタンドオフ３１を備え、これを支柱として可擦性導電膜３２がパラボラ形状に張設され、反射鏡面が形成されるように構成されている。収納スペース２１に収納される時は、可携性導電膜３２は折りたたまれた部材の内側に入り、全体は円柱状に折り畳まれ収納スペース２１に収納される。
【００４８】
支持構造体３５は展開型トラス構造体３０を基礎にして形成されているので、収納スペース２１の長手方向の寸法２２よりも大きな有効半径を有する反射鏡面を形成することができる。
【００４９】
なお、複数個の展開型トラス構造体３０を所定の分布で配列することにより、さらに大きな複合展開型トラス構造体を形成することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の構成によれば、延長棒を備えているので、収納時に小形でかつ軽量であり展開時に大きな有効径を確保可能な展開型トラス構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の展開型トラス構造体を構成する骨組構体の収納時の形態を示す図。
【図２】本発明の展開型トラス構造体を構成する骨組構体の展開時の形態を示す図。
【図３】図２に示す骨組構体の中心棒の近傍を拡大して示す図。
【図４】本発明の展開型トラス構造体の展開動作を示す図であり、（ａ）は収納時の状態を示し、（ｂ），（ｃ）は動作途中の状態を示し、（ｄ）は展開時の状態を示す。
【図５】収納スペース（ａ）の大きさと、展開型トラス構造体の有効径との関係を本発明の場合（ｂ）と従来の場合（ｃ）とを比較して示す図。
【図６】従来の展開型トラス構造体を示す図であり、（ａ）は収納時の状態を示し、（ｂ）は動作途中の状態を示し、（ｃ）は展開時の状態を示す。
【図７】従来の展開型トラス構造体を3個連結させて大口径化した場合の例を示す図。
【図８】本発明の展開型トラス構造体に可携性導電膜を張設し、展開アンテナを構成した例を示す図。
【符号の説明】
１  本発明の展開型トラス構造体を構成する骨組構体
２  中心棒
３  第１の連結棒
４  第２の連結棒
５  第３の連結棒
８  開閉手段
９  延長棒
１０  第１延長棒
１１  第２延長棒
１２  折り曲げ部
１４  対角連結棒
１５  屈曲部
２１  収納スペース
２２  収納スペースの長手方向寸法
３０  本発明による展開型トラス構造体
３５  可携性導電膜を張設した展開型トラス構造体
【図１】
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【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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【図８】
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