(57)【要約】【課題】将来の大規模な宇宙構造物の形成においては、その建設経費の削減と信頼性の向上のため、コンパクトに収納可能であり且つ簡便に拡張可能な機構を備えた展開構造物を考案する必要がある。また、構造物の姿勢軌道制御からの要求条件を考慮すると、高い剛性を持つ大型構造物の自動形成技術が必要となる。本発明の解決しようとする課題は、剛性の高い棒状構造材だけでトラス構成の展開構造物を形成する機構とその連結方法である。【解決手段】本発明の展開構造物では、従来から多用されているワイヤを張り巡らせることによりその剛性を高めることはしないで、圧縮に対する剛性の高い棒状構造材だけを使用してトラス構造物を構成する。このトラス構造物は、伸縮する棒状構造材を斜交い構造材とするトラス構成アームと、これらを連結するジョイントの２種の構造要素によって構成される。これらを連結する方法により諸々の形状のトラス平板を形成することが可能となる。【選択図】　図１３
2004017957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行四辺形を成すように４個のヒンジにより交互に連結された２個の枠組み棒状構造材１１及び２個の枠組み棒状構造材１２と、該平行四辺形の対角線を結んで斜交いを成す伸縮可能な１個の斜交い棒状構造材とから成る構造物であって、収納時にはすべての該枠組み棒状構造材が平行に並んだ形状となってコンパクトに折り畳み可能となり、展開時には該斜交い棒状構造材によって長方形の形状に固定されるトラス構成アーム１０と、
正六角柱の形状を有した構造物であって、該正六角柱の６つの側面と前記トラス構成アームの平行四辺形の一辺との連結が可能なジョイント２０とから成り、
複数個の前記ジョイントを介して複数個の前記トラス構成アームとを連結して構成したことを特徴とするトラス構成の展開構造物。
【請求項２】
前記ジョイントの６個の側面に６個の前記トラス構成アームが固定され、収納時には前記枠組み棒状構造材が平行に並ぶことにより前記６個のトラス構成アームが束ねられた状態となり、展開時には前記枠組み棒状構造材が長方形を成して外周方向に進展することにより前記６個のトラス構成アームが前記ジョイントを中心にして外側６方向に展開するように連結固定された傘状アーム群３０と、
前記ジョイントと同等である外周ジョイント２０ａと該外周ジョイントの１２０度離れた２つの側面に連結固定された２個の該トラス構成アームとから成る繋ぎのアーム群であって、前記傘状アーム群に属し且つ隣り合わない３個の前記トラス構成アームの外周側先端に該傘状アーム群のトラス構成アームとは上下反対方向に進展する姿勢でかつ該外周アーム群が前記傘状アーム群を覆うように固定された３個の繋ぎアーム群４０と、
該繋ぎアーム群の先端同士を予め連結固定する前記ジョイントと同等の３個の外周繋ぎジョイント２０ｂとから成り、
収納時には前記枠組み棒状構造材と前記斜交い棒状構造材とが束ねられることにより六角形の断面形状を成し、展開時には３個の前記外周繋ぎジョイント２０ｂと前記傘状アーム群３０の３個の該トラス構成アームとを連結固定することにより六角形台座６０を形成したことを特徴とするトラス構成の展開構造物。
【請求項３】
請求項２に記載された連結固定の様式に従って、請求項２に記載された複数の前記傘状アーム群３０と複数の前記繋ぎアーム群４０と複数の前記外周繋ぎジョイント２０ｂとを自在に連結固定して、展開時には該連結固定の状態に対応した形状のトラス平板を形成したことを特徴とするトラス構成の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２次元平面内だけでなく、厚さ方向にもトラス構造を形成することのできるトラス構成の展開構造物に関するものである。さらに詳しく述べると、宇宙空間での構造物の建設においては、輸送効率を高めるためだけでなく、軌道上での建設作業を低減するため、打ち上げ時には折り畳まれてコンパクトに収納可能であり、軌道上に輸送された後は簡単且つ確実に所定の形状を構成することのできる展開構造物が望まれるが、この発明は構造物を形成する棒状構造材の伸縮動作のみにより、束状の構造物から剛性の高いトラス構造の平板を形成する機構及びその形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、宇宙での展開構造物には、人工衛星に搭載される太陽電池パネルや大型アンテナがある。前者での応用では、太陽電池パネルを複数のパネルに分割して単純に折り畳んだ展開構造物が多い。通常、折り畳まれた太陽電池パネルは衛星側面に収納されて軌道上まで運ばれ、軌道上で展開されて太陽エネルギーを収集し易いように平板を形成する。また、後者の応用では、棒状構造材とワイヤを組み合わせてアンテナ曲面を形成することが一般的であり、ワイヤを強く引っ張って構造全体の剛性を高め、ワイヤを緩めてコンパクトに収納するような工夫が成されている。
【０００３】
しかしながら、前者の応用では、それぞれのパネルには相応の剛性が必要であり、パネル間の連結にも相応の剛性がなければ、人工衛星本体の姿勢制御に良くない影響を与えかねない。従って、軽量で剛性の高い太陽電池パネルを実現するため、剛性の高い進展型のマストに膜状の太陽電池を帆のように取り付けるフレキシブル太陽電池パネルが開発されている。
【０００４】
また、後者の応用では、ワイヤの張力に依存して構造物全体の剛性を高めようとしても限界があり、通常の方法では、大型化するに従って構造物全体の柔軟性が高まるはずである。さらに規模が大きくなり形状が複雑になると、これらの展開動作は極めて複雑なものとなり、動作の信頼性が低下する。従って、構造全体の姿勢軌道制御を必要とする大型構造物の形成技術としては不適当であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、本発明に関わる従来技術の分野では、大規模な宇宙構造物の形成に有力な収納展開機構技術を見いだすことが困難であった。また、構造物の姿勢軌道制御からの要求条件を考慮すると、剛性の高い構造物を実現することのできる機構形成技術が必要となる。さらに、軌道上への資材の輸送と宇宙構造物の建設を効率的に進めるには、輸送時には棒状構造材が束ねられてコンパクトに収納可能であり、軌道上では容易にトラス構造を形成して高剛性の大型構造物を組み立てることのできる収納展開機構を考案することが、将来の大型宇宙ステーションや宇宙太陽発電衛星の効果的な開発に欠かせないものである。
【０００６】
従って、本発明の解決しようとする課題は、構造物の剛性を高めるためにワイヤ等の柔軟構造材を用いることはせず、数種類の棒状構造材だけを汎用的に使用して構成したトラス構造の展開構造物を考案することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、構造物を形成する棒状構造材の伸縮動作のみにより、束状の構造物から剛性の高いトラス構造の平板を形成する機構技術に関するものである。
【０００８】
本発明の請求項１に関わるトラス構成の展開構造物は、平行四辺形を成すように４個のヒンジにより交互に連結された２個の枠組み棒状構造材１１及び２個の枠組み棒状構造材１２と、該平行四辺形の対角線を結んで斜交いを成す伸縮可能な１個の斜交い棒状構造材とから成る構造物であって、収納時にはすべての該枠組み棒状構造材が平行に並んだ形状となってコンパクトに折り畳み可能となり、展開時には該斜交い棒状構造材によって長方形の形状に固定されるトラス構成アーム１０と、正六角柱の形状を有した構造物であって、該正六角柱の６つの側面と前記トラス構成アームの平行四辺形の一辺との連結が可能なジョイント２０とから成り、複数個の前記ジョイントを介して複数個の前記トラス構成アームとを連結して構成したことを特徴としたものである。
【０００９】
この請求項１に関わって形成されるトラス構成の展開構造物は６個のトラス構成アームと１個のジョイントとから構成され、他の機構は一切不要であるとともに、請求項２及び請求項３に関わる構造物の主要構成物となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に関わるトラス構成の展開構造物は、前記ジョイントの６個の側面に６個の前記トラス構成アームが固定され、収納時には前記枠組み棒状構造材が平行に並ぶことにより前記６個のトラス構成アームが束ねられた状態となり、展開時には前記枠組み棒状構造材が長方形を成して外周方向に進展することにより前記６個のトラス構成アームが前記ジョイントを中心にして外側６方向に展開するように連結固定された傘状アーム群３０と、前記ジョイントと同等である外周ジョイント２０ａと該外周ジョイントの１２０度離れた２つの側面に連結固定された２個の該トラス構成アームとから成る繋ぎのアーム群であって、前記傘状アーム群に属し且つ隣り合わない３個の前記トラス構成アームの外周側先端に該傘状アーム群のトラス構成アームとは上下反対方向に進展する姿勢でかつ該外周アーム群が前記傘状アーム群を覆うように固定された３個の繋ぎアーム群４０と、該繋ぎアーム群の先端同士を予め連結固定する前記ジョイントと同等の３個の外周繋ぎジョイント２０ｂとから成り、収納時には前記枠組み棒状構造材と前記斜交い棒状構造材とが束ねられることにより六角形の断面形状を成し、展開時には３個の前記外周繋ぎジョイント２０ｂと前記傘状アーム群３０の３個の該トラス構成アームとを連結固定することにより六角形台座６０を形成したことを特徴としたものである。
【００１１】
この請求項２に関わって形成されるトラス構成の展開構造物は１２個のトラス構成アームと７個のジョイントとから構成され、他の機構は一切不要である。また、展開時にはすべてのトラス構成アームがジョイントによって連結されることとなり、立体的なトラス構成の構造物を形成する
【００１２】
また、本発明の請求項３に関わるトラス構成の形成方法は、請求項２に記載された連結固定の様式に従って、請求項２に記載された複数の前記傘状アーム群３０と複数の前記繋ぎアーム群４０と前記外周繋ぎジョイント２０ｂとを自在に連結固定して、展開時には該連結固定の状態に対応した形状のトラス平板を形成したことを特徴としたものである。
【００１３】
この請求項３に関わって形成される如何なる形状の展開構造物も傘状アーム群と繋ぎアーム群とジョイントとの組み合わせによって構成され、立体的なトラス構成の構造物を形成するのに他の機構は一切不要である。さらに詳細に見れば、本発明に属する如何なる形状のトラス構成の展開構造物も複数のトラス構成アームと複数のジョイントによってのみ構成されることになり、これらは汎用構造材となっている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【図１】は、請求項１記載のトラス構成展開構造物を構成するトラス構成アーム１０の一実施例を示す図である。各々２個の枠組み棒状構造材１１及び１２は、ヒンジ１３及び１４により１軸の回転自由度を維持してお互いに連結され、平行四辺形の枠組みを形成する。斜交い棒状構造材１５は、２個のヒンジ１６により１軸の回転自由度を維持して２個の枠組み棒状構造材１２に連結され、その長さを変更することにより平行四辺形の枠組み形状を変える。
【図２】は、斜交い棒状構造材１５の長さが最も短縮した状態を示しており、本発明の展開構造物が展開した時の形状である長方形を形成している。
【図３】は、斜交い棒状構造１５の長さが最も伸張した状態で枠組み構造材が束状になることを示しており、本発明の展開構造物が収納されるときの形状を形成している。
【００１５】
【図４】は、２種の枠組み棒状構造材１１及び１２と斜交い棒状構造材１５とが連結された状態と、連結ガイド１７が枠組み棒状構造材１２に取り付けられた状態を示す図である。枠組み棒状構造材１１は枠組み棒状構造材１２とヒンジ１３で連結しており、斜交い棒状構造１５は枠組み棒状構造材１２とヒンジ１６で連結している。また、斜交い棒状構造１５は自己の長さを変えるアーム長調節機構１８を持つ。アーム長の調節は従来の一般的な方法によって実現可能であり、本発明の実施においてその方法を特定する必要がないので、説明を省略する。
【００１６】
【図５】は、６個のトラス構成アーム１０を傘状に連結固定するジョイント２０の一実施例を示す図である。正六角柱の６個の接合側面２１にはトラス構成ア
ームを連結固定する接合溝２２が設けられ、
【図４】に示した連結ガイド１７を接合溝２２に挿入することによりトラス構成アーム１０がジョイント２０に固定される機構を形成している。この連結固定は従来の一般的な方法によって実現可能であり、本発明の実施においてその方法を特定する必要がないので、説明を省略する。
【００１７】
【図６】は、６個のトラス構成アーム１０がジョイント２０に連結される前の
それぞれの位置関係を示した図であり、これらの連結固定により
【図７】に示した傘状アーム群３０を形成する。
【００１８】
【図８】は、傘状アーム群３０の周りに、ジョイント２０と同等の外周ジョイント２０ａと２個のトラス構成アーム１０とを連結固定した繋ぎアーム群４０を３カ所に連結し、さらにこれら３個の繋ぎアーム群４０を３個の外周繋ぎジョイ
ント２０ｂで連結する前のそれぞれの位置関係を示す図である。
【図９】は、これらを連結固定することにより形成される展開途上の展開構造物５０を示したも
のである。
【図１０】に示すように、展開途上では繋ぎアーム群４０と傘状アーム群３０のアームの外側先端とが離れており、展開完了により連結ガイド１７が
接合溝２２に挿入されて連結固定される。従って、
【図１１】に示すように展開
完了時にはトラス構成の六角形台座６０を形成し、収納時には
【図１２】に示すような束状の構造物６１に縮小される。
【００１９】
【図１１】に示すトラス形成の六角形台座６０が複数のトラス構成アームと複数のジョイントとの連結によって形成される最小のトラス構成展開構造物であ
るのに対して、
【図１３】の構造物７０は７個の傘状アーム群を３０個のトラス構成アームと２４個のジョイントによって連結形成した連結７型トラス構成展開
構造物Ａの一例であり、
【図１４】の構造物７１はその収納状態での連結７型ト
ラス構成展開構造物Ａの外観を示す図である。さらに、
【図１５】の構造物８０は１９個の傘状アーム群を７２個のトラス構成アームと５４個のジョイントによ
って連結形成した連結１９型トラス構成展開構造物Ｂの一例であり、
【図１６】の構造物８１はその収納状態での連結１９型トラス構成展開構造物Ｂの外観を示す図である。
【００２０】
以上の実施例から明らかなように、どのような形状であれ、複数のトラス構成アームと複数のジョイントとの連結により、様々な形状のトラス構成展開構造物の形成が可能となった。ただし、同じ形状のトラス構造平板を構成する場合でも、傘状アーム群とトラス構成アームとジョイントとを連結する方法は一様ではなく、構造物全体の組み立て手順により、その連結方法を随意変更することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の実施により、トラス構成アームとジョイントの２種類の構造材により、収納時には構造材を束状にした構造物を形成し、展開時にはトラス構成の平板構造物を形成する展開構造物を実現するものである。そして、この構造物は同一構成品を多用し、その種類は僅かに２種類である。このため、製品コスト、運用コストの低減が可能となった。また、展開構造物同士の連結、分離も容易に行えるため、構造物全体の拡張性、整備性に優れた構造物の建設が可能となった。特に、展開構造物のトラス構造化が可能となったことにより、宇宙構造物としての剛性が一段と高まり、その柔軟性による姿勢軌道制御上の問題を緩和することとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、トラス構成アームを例示する図である。
【図２】は、トラス構成アームの展開が完了した時の形状を示す図である。
【図３】は、トラス構成アームの収納時の形状を示す図である。
【図４】は、トラス構成アームの構造材の連結状態を詳細に示す図である。
【図５】は、トラス構成アームを連結するジョイントを例示する図である。
【図６】は、傘状アーム群を形成する構成品の配置状態を示す図である。
【図７】は、傘状アーム群の展開途上にある形状を示す図である。
【図８】は、六角形台座を形成する構成品の配置状態を示す図である。
【図９】は、六角形台座の展開途上にある形状を示す図である。
【図１０】は、展開途上にある六角形台座の傘状アーム群と繋ぎアーム群との配置関係を示す図である。
【図１１】は、六角形台座の展開完了時の形状を示す図である。
【図１２】は、六角形台座の収納時の形状を示す図である。
【図１３】は、７個の傘状アーム群を連結した連結７型トラス構成展開構造物Ａの展開状態を示す図である。
【図１４】は、７個の傘状アーム群を連結した連結７型トラス構成展開構造物Ａの収納状態を示す図である。
【図１５】は、１９個の傘状アーム群を連結した連結１９型トラス構成展開構造物Ｂの展開状態を示す図である。
【図１６】は、１９個の傘状アーム群を連結した連結１９型トラス構成展開構造物Ｂの収納状態を示す図である。
【符号の説明】
１０　トラス構成アーム
１１　枠組み棒状構造材（アーム長）
１２　枠組み棒状構造材（アーム厚）
１３　ヒンジ
１４　ヒンジ
１５　斜交い棒状構造材
１６　ヒンジ
１７　連結ガイド
１８　アーム長調節機構
２０　ジョイント
２０ａ　外周ジョイント
２０ｂ　外周繋ぎジョイント
２１　接合側面
２２　接合溝
３０　傘状アーム群
４０　繋ぎアーム群
５０　六角形台座のトラス構成展開構造物（展開途上）
６０　六角形台座のトラス構成展開構造物（展開時）
６１　六角形台座のトラス構成展開構造物（収納時）
７０　連結７型トラス構成展開構造物Ａ（展開時）
７１　連結７型トラス構成展開構造物Ａ（収納時）
８０　連結１９型トラス構成展開構造物Ｂ（展開時）
８１　連結１９型トラス構成展開構造物Ｂ（収納時）
【図１】
2004017957.tif 000003
【図２】
2004017957.tif 000004
【図３】
2004017957.tif 000005
【図４】
2004017957.tif 000006
【図５】
2004017957.tif 000007
【図６】
2004017957.tif 000008
【図７】
2004017957.tif 000009
【図８】
2004017957.tif 000010
【図９】
2004017957.tif 000011
【図１０】
2004017957.tif 000012
【図１１】
2004017957.tif 000013
【図１２】
2004017957.tif 000014
【図１３】
2004017957.tif 000015
【図１４】
2004017957.tif 000016
【図１５】
2004017957.tif 000017
【図１６】
2004017957.tif 000018