(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、高い寸法精度を得られるようにしたインフレータブル構造体を提供することが課題である。【解決手段】  密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造体において、  前記伸展部の表面若しくは内部空間に、該伸展部の伸張長さを規制する規制手段を設け、該規制手段によりガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を規制若しくは、  前記伸展部の少なくとも一端側に剛体からなる伸展部支持部を設け、該支持部にガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を調整する調整機構を設けた。【選択図】      図２
2005193722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造体において、
前記伸展部の表面若しくは内部空間に、該伸展部の伸張長さを規制する規制手段を設け、該規制手段によりガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を規制可能に構成したことを特徴とするインフレータブル構造体。
【請求項２】
前記規制手段が前記伸展部より線膨張率の小さい材料で形成され、前記伸展部の表面若しくは内部空間に、長さ方向に沿って張設される線材であることを特徴とする請求項１記載のインフレータブル構造体。
【請求項３】
前記線材が信号線若しくはヒート線であることを特徴とする請求項１記載のインフレータブル構造体。
【請求項４】
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造体において、
前記伸展部の少なくとも一端側に剛体からなる伸展部支持部を設け、該支持部にガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を調整する調整機構を設けたことを特徴とするインフレータブル構造体。
【請求項５】
前記伸展部の再現形状の変動を調整する調整機構は、伸展部の伸張方向の長さを調整する調整手段若しくは伸展部と支持部間の角度を調整する調整手段、又は前記長さと角度を調整する調整手段の、１若しくは複数の組み合わせであることを特徴とする請求項４に記載したインフレータブル構造体。
【請求項６】
前記調整機構がインフレータブル構造体同士を連結するジョイント部と伸展部の支持部との間に位置することを特徴とする請求項４若しくは５に記載したインフレータブル構造体。
【請求項７】
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブルビームを複数組み合わせてなるインフレータブル構造体において、
インフレータブルビーム同士の組み合わせ構造が、ガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動するインフレータブルビーム伸展部の再現形状の変動を規制する幾何学的構造であることを特徴とするインフレータブル構造体。
【請求項８】
前記幾何学的構造が、折畳されたインフレータブルビームの伸展に伴って展開できるよう構成したトラス構造であることを特徴とするインフレータブル構造体。
【請求項９】
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造体再現方法であって、
前記インフレータブル構造体の両端部の剛体部を位置保持する剛体状の支持構造を設け、該支持構造に前記インフレータブル構造体の剛体部を取り付けた状態で硬化させて所定形状に再現することを特徴とするインフレータブル構造体の再現方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、折り畳んだ状態でロケットやスペースシャトル等に収納できるよう構成し、宇宙空間で内部に充填したガス等の内圧により、チューブ状、または柱状、もしくはバルーン状等の所望の形状に再現して硬化させ、宇宙での構造物などの組立に使用するインフレータブル構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ：Ｊａｐａｎ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙ）では、例えば将来の化石燃料の枯渇に備えて太陽エネルギーの有効利用を目的に、宇宙空間に大型太陽電池パネルを設置し、得られた電力をマイクロ波やレーザ光に変換して地上に送るＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）構想を発表している。
【０００３】
この構想では、例えば図１３に示したように、赤道上空３万６０００ｋｍの静止軌道上に３．５×２．５ｋｍ程度の楕円形の一次ミラー９１と二次ミラー９２、及び直径２km程度の太陽電池パネル９３をトラス構造９４、９５で結合した宇宙エネルギー利用システム９６を設け、太陽光をこれら一次ミラー９１と二次ミラー９２で反射して太陽電池パネル９３に集光し、発電した電力をパネルの中でマイクロウェーブやレーザ光に変換して、９７のように地上に設けた受信用アンテナ９８（２ｋｍ程度の大きさ）やレーザ光受光部に送り、電力などのエネルギーとして取り出すもので、将来的には１００万ｋｗ級の発電を目指している。
【０００４】
すなわち、太陽電池パネルの発電効率は現状１２〜２４％であるから、大電力を得るためには大きな面積が必要であり、日陰になることが少ない静止軌道は、こういった大型の太陽電池パネルを設置するには好適な場所であるからである。
【０００５】
そしてこのような宇宙空間におけるシステム構造物の構築には、例えば特許文献１、２に示され、図１４（Ａ）、（Ｃ）に折り畳み状態を、図１４（Ｂ）、（Ｄ）に伸展状態を示したように、密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により、チューブ状、または柱状に再現して硬化させるインフレータブル構造で作成したビームなどのユニット部材や、同じく特許文献３、４に示されているように、バルーン状に形成するインフレータブル構造のアンテナなどが用いられるようになっている。
【０００６】
このようなインフレータブル構造体は、収納時には小さく折り畳まれ、宇宙空間で大きく膨らませることができるため、大型の構成部品であっても軽量、小型に収納できる特徴があるが、宇宙空間は隕石や宇宙ゴミ等の衝突により、穴が開いてしまうため、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などと組み合わせ、軌道上で膨らませてから硬化させるのが一般的である。しかしながら硬化させると、折り畳んだ状態の皺等による影響により正確な寸法精度に伸展できなかったり、又硬化時の発熱によって収縮し、目的とする寸法精度が出せずに硬化後の形状が不安定となり、また、システムが太陽側にあるときは２００℃以上、影の部分では−１５０℃以下となってその差が３５０℃以上にもなるため、その温度差の影響での膨張収縮により、再現形状が異なってしまうという技術的な問題がある。
【０００７】
すなわち、こういった大型のシステム構造物用インフレータブル構造体は、一本が２０ｍから１００ｍといった長さのものが使われるが、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂の硬化時の発熱による長さ変化が１００から５００ｐｐｍと１００μｍ／ｍ前後あり、また、温度変化による長さ変化が０．３％／℃、つまり３ｍｍ／ｍ程度有るから、前記した３５０℃の温度差の元ではインフレータブル構造体の単位長長さが２０ｍから１００ｍあるとその変化量は無視し得ない大きな値になる。
【０００８】
更にこのような宇宙空間におけるシステム構造物は、将来的に何十年にもわたって使用するため、例えば宇宙のゴミの衝突によってその中の一本が破損して交換する場合においても、新しいインフレータブル構造体を前と同じ長さに作る必要があるが、このような条件の下では高い寸法精度を得ることが非常に難しくなる。
【０００９】
かかる課題に対処する技術として前記した特許文献４には、インフレータブル膜を、中間に長さ調節用機構を設けたケーブルネットワークで結んで閉鎖膜面を形成することが示され、また特許文献５には、インフレータブル構造体の精度を高めるため、硬化層を、疑似等方性を有する３軸織物を用いて多層構造で構成し、軽量化と精度向上を実現する技術が示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−９０８９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２３７６９８号公報
【特許文献３】特開平２−２８８７０４号公報
【特許文献４】特開平８−２７９７１５号公報
【特許文献５】特開２００２−２００６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら前記特許文献１、２に示された技術は、折り畳んだインフレータブル構造体を容易に完全な伸張状態にしたり、コンパクトに折り畳むことのできるようにするためのもので、インフレータブル構造体の長さを正確に形成するためのものではない。また、特許文献３、４に示された技術はアンテナ鏡面を正確に形成するための構成であり、さらに特許文献５に記載された技術も、軽量化と精度向上を目的としたものであって、個々のインフレータブル構造体の長さを正確に形成するためのものではない。
【００１２】
そのため本発明においては、簡単な構成で、高い寸法精度を得られるようにしたインフレータブル構造体を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため本第１発明においては、
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造体において、
前記伸展部の表面若しくは内部空間に、該伸展部の伸張長さを規制する規制手段を設け、該規制手段によりガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を規制可能に構成したことを特徴とする例えばビーム状のインフレータブル構造体にある。
そして、具体的には、前記規制手段が前記伸展部より線膨張率の小さい材料で形成され、前記伸展部の表面若しくは内部空間に、長さ方向に沿って張設される線材であるのがよく、好ましくは前記線材が光ファイバのような信号線若しくは通電により加熱するヒート線であるのがよい。
そしてヒート線の場合は中空筒状のインフレータブル構造体表面に沿ってネット状に張設されるものがよい。
【００１４】
本第２発明は、密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造体において、
前記伸展部の少なくとも一端側に剛体からなる伸展部支持部を設け、該支持部にガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を調整する調整機構を設けたことを特徴とするビーム状のインフレータブル構造体にある。
この場合に、前記伸展部の再現形状の変動を調整する調整機構は、伸展部の伸張方向の長さを調整する調整手段若しくは伸展部と支持部間の角度を調整する調整手段、又は前記長さと角度を調整する調整手段の、１若しくは複数の組み合わせで構成され、
具体的には前記調整機構がインフレータブル構造体同士を連結するジョイント部と伸展部の支持部との間に位置するのがよい。
【００１５】
そして、前記調整機構や規制手段はビーム状のインフレータブル構造体単体に設けてもよく、又密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブルビームを複数組み合わせてなるインフレータブル構造体に設けてもよい。
【００１６】
さらに、第３発明は、密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブルビームを複数組み合わせてなるインフレータブル構造体において、
インフレータブルビーム同士の組み合わせ構造が、ガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動するインフレータブルビーム伸展部の再現形状の変動を規制する幾何学的構造、具体的には前記幾何学的構造が、折畳されたインフレータブルビームの伸展に伴って展開できるよう構成したトラス構造であることを特徴とする。
【００１７】
第四発明は密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたビーム状のインフレータブル構造体の再現方法であって、
前記インフレータブル構造体の両端部のジョイント部等の剛体部を位置保持する剛体状の支持構造を設け、該支持構造に前記インフレータブル構造体のジョイント部等の剛体部を取り付けた状態で硬化させて所定形状に再現することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
規制手段によりガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を規制可能に構成したために、インフレータブル構造体が伸展後の硬化、または温度変化によってその長さや形状が変動しても、高い寸法精度を有したインフレータブル構造体を宇宙空間で再現できる。
特に前記規制手段を、前記インフレータブル構造体の伸展部支持端を結んだ線材とすることにより、インフレータブル構造体を伸展させるときにその長さが部材の長さに規制された長さとなり、非常に簡単な構成で、高い寸法精度を容易に得られるインフレータブル構造体を提供することができる。
更に前記線材を信号線で構成することにより、該規制手段をインフレータブル構造体の信号ラインと兼用でき、又ヒート線で構成することにより、再現時の熱硬化を補助できる。
特に線材として光ファイバや信号線を使った場合、宇宙のゴミが衝突して破断した場合にそれを検知したり、構造体の変形や応力状態を検知できるようにするといったことや、ヒータ用熱線を用いた場合は熱硬化型樹脂を硬化させる熱源として使用するなど、種々の目的に使うことができる。
【００１９】
そして第２発明は、前記伸展部の少なくとも一端側に剛体からなる伸展部支持部を設け、該支持部にガス圧温度を含む再現雰囲気状態により変動する伸展部の再現形状の変動を調整する調整機構を設けることにより伸展部と無関係にこのインフレータブル構造体長さや角度を所定に揃えられ、しかも支持端部に長さや角度の自由度を持たせた調節機構とすることが、非常に簡単な構成で形成できる。
【００２０】
さらに、前記伸展部の再現形状の変動を調整する調整機構は、伸展部の伸張方向の長さを調整する調整手段若しくは伸展部と支持部間の角度を調整する調整手段、又は前記長さと角度を調整する調整手段の、１若しくは複数の組み合わせで構成することにより、インフレータブル構造体における伸展部が屈曲したり軸方向に変動が生じても、三次元方向に正確に寸法合わせのできるインフレータブル構造体を提供することができる。
更に前記調整機構がインフレータブル構造体同士を連結するジョイント部と伸展部の支持部との間に位置させることにより調整幅を大きくとれる。
【００２１】
さらに、第三発明は、インフレータブルビームを複数組み合わせてなるインフレータブル構造体においてインフレータブルビーム同士の組み合わせ構造が、インフレータブルビーム伸展部の再現形状の変動を規制する幾何学的構造、具体的には、折畳されたインフレータブルビームの伸展に伴って展開できるよう構成したトラス構造とすることにより、この部材にビームを組み合わせた全体構造で形状規制ができるとともに、ユニットとしてのインフレータブル構造体の形状を規制する機能とインフレータブル構造体自体の補強機能を持たせることができ、宇宙のゴミの衝突などに際しても、大きな破損を防止することができる。
【００２２】
また、インフレータブル構造体周囲に、インフレータブル構造体と一緒に折り畳み可能に構成されていると共に端部に前記インフレータブル構造体の端部が結合され、インフレータブル構造体の伸展に伴って展開できるよう構成したトラス構造を設けることにより、インフレータブル構造体はトラス構造に規制されて常に一定形状のものを得ることができ、さらに、インフレータブル構造体を伸展させる際にトラス構造を展開するアクチュエータとして利用することもできるから、トラス構造の展開機構が不要となって簡素化ができる。
【００２３】
そして、第四発明のように、前記インフレータブル構造体を所定長さで支持する支持構造を設け、該支持構造に前記インフレータブル構造体を取り付けた後硬化させて所定長さや角度規制をすることにより、所定長さや角度規制されたインフレータブル構造体を簡単に得ることができ、多量の所定長さのインフレータブル構造体を得るときに有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２５】
図１は本発明のインフレータブル構造体を用いたトラス構造の説明図、図２は本発明になるインフレータブル構造体の第１実施例の外観図、図３は本発明の第１実施例のインフレータブル構造体における長さ調節機構の断面図、図４は本発明になるインフレータブル構造体の第２実施例における長さ調節機構の斜視図、図５は本発明になるインフレータブル構造体の第３実施例における長さ調節機構の断面図、図６は本発明になるインフレータブル構造体の第４実施例の断面図、図７は本発明になるインフレータブル構造体の第５実施例の構造を示した図、図８は本発明になるインフレータブル構造体の第６実施例の構造を示した図、図９は本発明になるインフレータブル構造体の第７実施例の外観図、図１０は図９に示した第９実施例に用いるリンク機構の展開時（Ａ）と収納時（Ｂ）の状態を示した図、図１１は本発明になるインフレータブル構造体の長さを規制して硬化させる場合に使用する治具の説明図、図１２は本発明になるインフレータブル構造体の長さとジョイント部の角度を規制しながら硬化させる場合に使用する治具の説明図である。
【００２６】
図中１は前記した宇宙空間におけるシステム構造物の構築に使用するトラス構造、２はトラス構造１の構成部品であるインフレータブル構造体で、このインフレータブル構造体２は、前記図１４で説明したように密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により、柱状、又はチューブ状、あるいは図示していないバルーン状に再現して硬化させて形成する。３はインフレータブル構造体２のジョイント部、１１は前記したようにインフレータブル構造体２を構成する伸展部で、この部位を折り畳んで収納し、宇宙空間で伸展させて柱状、又はチューブ状に形成する。１２は他のインフレータブル構造体と結合するためのジョイントで、詳細は示していないが互いに結合させる部位に結合孔などを有する。１３はインフレータブル構造体の長さ調節機構側のジョイント、１４は長さ調節機構用ボルト、１５は固定用ナット、１６はインフレータブル構造体の長さ調節機構側のボルト受け部で、これらボルト１４、固定用ナット１５、ボルト受け部１６でインフレータブル構造体の長さ調節機構を構成する。
【００２７】
２０は本発明になるインフレータブル構造体の第２実施例における伸展部、２１はジョイント、２２は伸展部２０の端部、２３はジョイント２１の端部、２４、２５は互いに逆方向のネジを切ったボルト、２６はボルト２４、２５に切られたネジに合わせ、内部に互いに逆方向の雌ネジを切った長さ調節ネジ、２７、２８はボルト２４、２５を一定範囲だけ回転可能に保持して端部２２、２３に設けられたボルト保持部、３０は伸展部２０の端部で、この端部３０は締め付け部３１と共働してボルト３２を有する球体３３を図示していないネジを用いて締め付けるよう構成され、ボルト３２を有するジョイント３５のボルト３２をボルト受け部３４螺合させ、長さを調節してナット３６により締め付けて固定することで、ジョイント３５と端部３０の長さと角度が調節できるようになっている。
【００２８】
４０は伸展部、４１はジョイント、４２はインバー、スーパーインバー、カーボンファイバーケーブルなどを用いたワイヤ、４３はインバー、スーパーインバー、カーボンファイバーケーブル、光ファイバケーブル、信号ケーブル、ヒータ用熱線などの部材を用いたワイヤ、４４はワイヤ４３として光ファイバを使った場合は発光素子と受光素子を、ヒータ用熱線などを用いた場合はヒータコントローラを、信号ケーブルを用いた場合は信号の送受用のインターフェイスなどを設置するインターフェイス部、５０は伸展部、５１はインフレータブル構造体の伸展に伴って展開し、インフレータブル構造体の長さを規制するトラス構造、５２はジョイント、５３、５４はトラス構造５１を構成するリンク、５５はトラス構造５１を折り畳んで収納できるようリンク５３、５４をフレキシブルに連結する連結部材、６０は伸展部、６１はジョイント、６２は支持構造、６３は支持構造６２に取り付けられてジョイント６１の保持部６４を有する端部、７０は支持構造、７１は支持構造７０に取り付けられた端部で、この端部７１の一端にはジョイント６１の保持部７２が、他端には制御アクチュエータ７３に取り付けられた保持部材７４、７５が取り付けられ、さらに端部７１と保持部材７４には、インフレータブル構造体の長さを測るための測長システム７６が設けられている。
【００２９】
図１における１は、図１３に示した赤道上空の静止軌道上に設ける太陽エネルギー発電システム９６におけるトラス構造９４、９５に相当するトラス構造であり、このトラス構造１を構成するインフレータブル構造体２は、前記したように、密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により、柱状、又はチューブ状に再現して硬化させて形成し、ジョイント部３を、ロボットなどを用いて結合して自動的に組み立てられるようにしてある。
【００３０】
そして本発明になるインフレータブル構造体２の第１実施例においては、図２に外観図を示したように、宇宙空間で内部にガス等が充填される伸展部１１と、他のインフレータブル構造体と結合するため、詳細は示していないが互いに結合させる部位に結合孔などを有するジョイント１２、１３を有し、少なくとも一端のジョイント１３には、図３に示したように、このインフレータブル構造体２の長さを調節するための長さ調節機構を構成するボルト１４、伸展部１１に取り付けられたボルト受け部１６が設けられ、このジョイント１３のボルト１４を回転させて伸展部１１端側の剛体からなるボルト受け部１６からの長さを調節した後、ナット１５でボルト受け部１６を締め付けることでインフレータブル構造体２のジョイント１２と１３の間の長さを調節できるようになっている。
【００３１】
このようにインフレータブル構造体２を構成することにより、片側のジョイント１３を取り付けた後でボルト１４を回転させて長さ調節し、ナット１５でボルト受け部１６を締め付けることでボルト１４が固定され、ロボットなどによる自動化が容易であると共に、硬化時の発熱による収縮や、太陽側にあるときと影の部分に入ったときの約３５０℃にもなる温度差による伸縮があっても、容易に寸法精度の高いインフレータブル構造体２を得ることができ、例え何十年にもわたる使用によって破損するインフレータブル構造体があっても、高い寸法精度の交換用インフレータブル構造体を容易に得ることができる。
【００３２】
図４は、本発明になるインフレータブル構造体の第２実施例における長さ調節機構の斜視図であり、この第２実施例においては、インフレータブル構造体２の長さだけでなく、ジョイント２１の伸展部２０に対する角度も調節できるようにしたものである。すなわち、このインフレータブル構造体２の端部２２とジョイント２１の端部２３には、互いに逆方向のネジが切られたボルト２４、２５が、端部２２、２３に設けられたボルト受け部２７、２８によって一定範囲だけ回転可能に保持され、ボルト２４、２５に切られたネジに合わせ、内部に互いに逆方向の雌ネジを切った長さ調節ネジ２６を回転させることによって、ジョイント２１の伸展部２１に対する距離と角度が調節できるようになっている。
【００３３】
そのためこの第２実施例のインフレータブル構造体２は、伸展部２０が屈曲していても軸方向に変動が生じても、正確に寸法合わせのできるインフレータブル構造体２を提供することができる。
【００３４】
図５は、本発明になるインフレータブル構造体の第３実施例における長さ調節機構の断面図であり、第２実施例のインフレータブル構造体２が、長さと角度の調節を３ヶ所の長さ調節ネジ２６を調節することで行うようにしていたのに対し、この第３実施例では、球対偶とねじを用いて角度と長さの両方を調節できるようにしたものである。
【００３５】
すなわちこの第３実施例における長さと角度の調節機構は、伸展部２０の端部３０に、図示していないネジなどでボルト３２を有する球体３３を両側から挟んで締め付けられるよう構成した締め付け部３１が設けられ、この締め付け部３１により、球体３３のボルト３２を任意の方向に向けて保持できるようになっている。またボルト３２は、ジョイント３５に結合されているボルト受け部３４への螺合深さを調節することで、ジョイント３５と球体３３の間隔を調節できるようになっており、その長さ調節後にナット３６を締めることで、強固に固定することができるようになっている。従って、前記第２実施例に比し、非常に簡単にインフレータブル構造体２の長さと端部に対するジョイント３５の角度を調節することができる。
【００３６】
なお、この第１から第３の実施例で説明したインフレータブル構造体２の端部に設けた長さ調節機構は、いずれもボルトを用いた場合を説明したが、これはボルトだけに限らず、長さ方向に自由度を持たせらればどのような機構でも良く、例えば車のジャッキなどに使われるシザーズリンクやピストン方式で嵌合させるもの、シリンダー形状にしておいてクランプする形式のものなど、種々の形式のものを用いることができる。
【００３７】
図６は、本発明になるインフレータブル構造体の第４実施例の断面図であり、今まで説明してきた第１〜３実施例では、インフレータブル構造体２を硬化させた後でその長さを調節するようにしたが、この第４実施例では、折り畳んで伸展部にガス等を充填して伸展させる際、その伸展長さを規定することで常に一定の長さのインフレータブル構造体２が得られるようにするものである。
【００３８】
すなわちこの図６に示した第４実施例のインフレータブル構造体２は、伸展部４０の両端に設けられたジョイント４１を、例えばチタンやアルミ、マグネシウム、Ｃ(カーボン)ＦＲＰ、ベリリウム、樹脂などで構成し、インバー（ニッケル基合金）、スーパーインバー、カーボンファイバーケーブルなどの低膨張係数の材料を用いた所定長さのワイヤ４２やチェーンなどの部材で結合し、伸展部４０がガス等の充填で伸展していく際、ワイヤ４２やチェーンなどの部材が延びきるとそれ以上は伸展できないようになっている。そのため、伸展部４０の長さがワイヤ４２やチェーンなどの部材の長さで規定され、常に同じ長さのインフレータブル構造体２が得られる。従って、前記した第１〜３実施例のように長さ調節という工程が不要になり、宇宙空間に於けるトラス構造の組立を非常に短時間でおこなえるようになる。
【００３９】
なお、ジョイント４１とワイヤ４２やチェーンなどの部材などの部材の結合部は、ワイヤ４２やチェーンなどの部材の端部に輪を作り、ジョイント４１に設けたフックにかけてかしめたり、ジョイント４１に孔を開けてワイヤ４２やチェーンなどの部材を挿入し、横からイモネジで締めたり、ワイヤ４２やチェーンなどの部材自身をカシメで接合する方法など、いろいろ考えられ、ワイヤやチェーンなどの部材自体の本数も１本だけでなく、複数本のワイヤやチェーンなどの部材を用いるようにしても良い。又ワイヤを用いた場合の太さとしては、インフレータブル構造体２の長さが５〜１０ｍの場合、インバーでは２００〜５００μｍ、光ファイバーでは６００〜１５００μｍくらいが最適である。
【００４０】
図７、図８は、本発明になるインフレータブル構造体の第５、第６実施例の外観図であり、前記第４実施例ではワイヤ４２やチェーンなどの部材を伸展部４０の中を通すようにしたが、この第５、第６実施例では、インフレータブル構造体を多層構造で構成し、その硬化層にインバー、スーパーインバー、カーボンファイバーケーブル（図７の第５実施例）、光ファイバケーブル、信号ケーブル、ヒータ用熱線など（図８の第６実施例）を用いたワイヤなどの部材をネット状に張り巡らし、伸展部の長さを硬化層に入れたこれらネット状のワイヤなどの部材によって規定できるようにしたものである。
【００４１】
このようにインフレータブル構造体２を構成することにより、常に一定長さのインフレータブル構造体２が得られると共に、伸展部４０が非常に丈夫になって宇宙のゴミの衝突などに際しても、大きな破損を防止することができる。また第６実施例では、インターフェイス部４４に、ワイヤ４３などの部材として光ファイバを使った場合は発光素子と受光素子を、信号ケーブルを用いた場合は信号の送受用のインターフェイスを、ヒータ用熱線などを用いた場合はヒータコントローラなどを設置することにより、例えば光ファイバや信号線を用いた場合は、宇宙のゴミが衝突して破断した場合にそれを検知したり、太陽光の状態を検知できるようにするといったことや、ヒータ用熱線を用いた場合は熱硬化型樹脂を硬化させる熱源として使用することができる。
【００４２】
すなわちインフレータブル構造体２の硬化は、前記したように熱硬化型、または紫外線硬化型の樹脂を使うのが一般的であるが、ガス等の充填による伸展部の伸張が途中の状態で硬化が始まってしまうと、例え前記第１〜第５実施例のようにインフレータブル構造体２を構成しても、長さ調節ができるだけの長さが得られる前に硬化してしまう場合がある。
【００４３】
このようなことを防ぐためには、インフレータブル構造体２を伸展する際、太陽光や紫外光が当たらないようシェードを設けるか、図１３に於ける９６のようなシステムが地球の陰に入った時を見計らって伸展させ、所定長さに伸展した後、シェードを外したり太陽光や紫外光が当たる位置まで来るのを待つようにすればよいが、シェードによってインフレータブル構造体２を隠したり地球の陰に入るのを待つということは制約が多い。それに対してヒータ用熱線を用いれば、こういった制約に拘束されずに任意の時に熱硬化型樹脂を硬化させることができる。
【００４４】
また、こういった宇宙空間にあるシステム構造物は太陽からの輻射をまともに受けるが、構造物自体が約６ｋｍにもなる大型であると共に非常に柔らかい構造であるため、全体の輻射圧が数十Nという大きな力となり、撓んでしまう。しかも、赤道上空の静止軌道にあるため定期的に地球の影に入り、前記したように温度差が約３５０℃にもなり、これら熱の影響と輻射圧によって励起される振動が常にあって、制振制御する必要もある。こういった場合にワイヤ４２として光ファイバや信号線を用いると、こういった制振制御のための信号線として使うこともできる。
【００４５】
図９は、本発明になるインフレータブル構造体の第７実施例の外観図であり、今まで説明してきた第１〜第６実施例では、いずれもインフレータブル構造体２内、またはインフレータブル構造体２に取り付けた長さ調節機構を有していたが、この第７実施例では、リンク５３、５４、連結部材５５などで構成されるトラス構造５１内部にインフレータブル構造体２の伸展部５０を収容すると共に、ジョイント５２もこのトラス構造５１に取り付けたものである。そしてトラス構造５１自体、図１０（Ｂ）に示したようにリンク５３、５４を連結部材５５によって折り畳むことができるよう構成し、インフレータブル構造体２の収納時は図１０（Ｂ）に示したようにトラス構造５１も折り畳み、インフレータブル構造体２の伸展に伴ってトラス構造５１も図１０（Ａ）のように展開、伸展して、インフレータブル構造体２を展開アクチュエータとして利用すると共に、長さを規制できるようにしたものである。
【００４６】
このようにインフレータブル構造体２を展開アクチュエータとして利用することにより、トラス構造５１を折り畳んでも複雑な展開機構が不要となり、簡素化することができ、さらにインフレータブル構造体２自体も常に一定長さのものを得ることができる。
【００４７】
なお、以上の説明におけるインフレータブル構造体は、全て柱状、又はチューブ状の場合を例に説明してきたが、バルーン状のインフレータブル構造体においては、長さ規制が必要なところに以上説明してきた図２から図５に示した第１から第３の実施例の長さ調節機構を設けることで、同様に長さ調節を行うことができる。また、図６に示した第４実施例の場合は、バルーン状のインフレータブル構造体における長さ規制が必要な方向を結んでワイヤを設け、図７、図８に示した第５、第６実施例の場合は、バルーン状のインフレータブル構造体の多層構造にワイヤなどの部材をネット状に設け、そのワイヤなどの部材によってインフレータブル構造体が展開したときに所定長さの形状となるようにすればよい。また、図９に示した第７実施例の場合は、バルーン状のインフレータブル構造体全体をこのトラス構造で包むように構成すれば、同様に所定長さの構造体を得ることができる。
【００４８】
図１１、図１２は、本発明になるインフレータブル構造体２の長さを規制しながら硬化させる場合に使用する治具（図１１）と、ジョイント部６１の角度と長さの両方を規制しながら硬化させる場合に使用する治具の説明図（図１２）である。この図１１、図１２に示した治具は、支持構造６２、７０に設けられた端部６３、保持部６４、端部７１、保持部７２、及び他の端部７１に取り付けられた制御アクチュエータ７３で支持される保持部材７４、７５に、インフレータブル構造体２のジョイント６１を取り付けて硬化させ、長さを規制するもので、前記図７、図８に示した第５、第６実施例を硬化させる場合に用いても効果的な治具である。
【００４９】
このように保持部６４、７２、７５に、インフレータブル構造体２のジョイント６１を取り付けて伸展部６０を硬化させることにより、インフレータブル構造体２は常時同じ長さに形成できる。更に図１２に示した治具の場合、端部７１と保持部材７４に設けられた測長システム７６により、インフレータブル構造体２の両端に設けられたジョイント６１の間の距離と角度を測り、所定の角度、距離となるよう制御アクチュエータ７３で保持部材７４を制御することができ、支持構造７０の熱環境等の外乱による変形が相殺できるから、精度の良いインフレータブル構造体２が製造可能となる。なお、この図１１、図１２に示した方法では、インフレータブル構造体を伸ばしてジョイント６１を保持部６４、７２、７５に取り付け、その後硬化させるという３工程が必要であるが、インフレータブル構造体を大量に作る場合には、精度良く安価に製造できるという利点がある。
【００５０】
以上種々述べてきたように、インフレータブル構造体が伸展後の硬化、または温度変化によってその長さが変動しても、インフレータブル構造体長さを所定長さに揃える機構を設けることで、高い寸法精度を有したインフレータブル構造体を提供することができる。
【００５１】
そしてこのインフレータブル構造体長さを所定長さに揃える機構を、前記インフレータブル構造体の少なくとも一端部に備えた長さ方向に自由度を持たせた長さ調節機構とすることにより、非常に簡単な構成で、高い寸法精度を容易に得られるインフレータブル構造体を提供することができる。
【００５２】
さらに、このインフレータブル構造体長さを所定長さに揃える機構を、長さ調節機構と角度調節機構を直列構造にしたもの、あるいは、インフレータブル構造体の少なくとも一端部に形成した非接触空間を利用して介在させた長さ調節機構と角度調節機構とすることにより、インフレータブル構造体における伸展部が屈曲したり軸方向に変動が生じても、正確に寸法合わせのできるインフレータブル構造体を提供することができる。
【００５３】
また、インフレータブル構造体長さを所定長さに揃える機構を、インフレータブル構造体の端部を結んだ所定長さのワイヤなどの部材とすることにより、インフレータブル構造体を伸展させるときにその長さがワイヤなどの部材の長さに規制された長さとなり、非常に簡単な構成で、高い寸法精度を容易に得られるインフレータブル構造体を提供することができる。
【００５４】
さらに、インフレータブル構造体長さを所定長さに揃える機構を、多層構造としたインフレータブル構造体の伸展部に配され、伸展部の伸展時、伸展部を所定長さとするようネット状に構成されたワイヤなどの部材とすることにより、このワイヤなどの部材にインフレータブル構造体の長さを規制する機能とインフレータブル構造体自体の補強機能を持たせることができ、宇宙のゴミの衝突などに際しても、大きな破損を防止することができる。またワイヤなどの部材として光ファイバや信号線を使った場合、宇宙のゴミが衝突して破断した場合にそれを検知したり、構造体の変形や応力状態を検知できるようにするといったことや、ヒータ用熱線を用いた場合は熱硬化型樹脂を硬化させる熱源として使用するなど、種々の目的に使うことができる。
【００５５】
また、インフレータブル構造体周囲に、インフレータブル構造体と一緒に折り畳み可能に構成されていると共に端部に前記インフレータブル構造体の端部が結合され、インフレータブル構造体の伸展に伴って展開できるよう構成したトラス構造を設けることにより、インフレータブル構造体はトラス構造に規制されて常に一定長さのものを得ることができ、さらに、インフレータブル構造体を伸展させる際にトラス構造を展開するアクチュエータとして利用することもできるから、トラス構造の展開機構が不要となって簡素化ができる。
【００５６】
そして、前記インフレータブル構造体を所定長さで支持する支持構造を設け、該支持構造に前記インフレータブル構造体を取り付けた後硬化させて所定長さとすることにより、所定長さのインフレータブル構造体を簡単に得ることができ、多量の所定長さのインフレータブル構造体を得るときに有利である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、硬化時の発熱によって収縮したり、太陽側と影の部分の３５０℃にもなる温度差による膨張や収縮に影響されずに所定長さが得られるインフレータブル構造体を得ることができ、宇宙空間に於けるシステム構造物の構築を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のインフレータブル構造体を用いたトラス構造の説明図である。
【図２】本発明になるインフレータブル構造体の第１実施例の外観図である。
【図３】本発明の第１実施例のインフレータブル構造体における長さ調節機構の断面図である。
【図４】本発明になるインフレータブル構造体の第２実施例における長さ調節機構の斜視図である。
【図５】本発明になるインフレータブル構造体の第３実施例における長さ調節機構の断面図である。
【図６】本発明になるインフレータブル構造体の第４実施例の断面図である。
【図７】本発明になるインフレータブル構造体の第５実施例の構造を示した図である。
【図８】本発明になるインフレータブル構造体の第６実施例の構造を示した図である。
【図９】本発明になるインフレータブル構造体の第７実施例の外観図である。
【図１０】図９に示した第９実施例に用いるリンク機構の展開時（Ａ）と収納時（Ｂ）の状態を示した図である。
【図１１】本発明になるインフレータブル構造体の長さを規制して硬化させる場合に使用する治具の説明図である。
【図１２】本発明になるインフレータブル構造体の長さとジョイント部の角度を規制しながら硬化させる場合に使用する治具の説明図である。
【図１３】赤道上空の静止軌道上に設ける太陽エネルギー発電システムの概念図である。
【図１４】インフレータブル構造体の折り畳み方法と伸展状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
２  インフレータブル構造体
１１  伸展部
１２  ジョイント
１３  長さ調節機構側ジョイント
１４  長さ調節機構用ボルト
１５  固定用ナット
１６  ボルト受け部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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