(57)【要約】【課題】  展開後の強度が強く、変形しにくいインフレータブルチューブ。【解決手段】  インフレータブルチューブ(10)は、収納状態で折り畳まれ又は丸められており、展開状態で棒状体を形成する。インフレータブルチューブは、筒状の側壁部(14)と前記側壁部の両端の２つの端壁部(15)と、前記端壁部の一方に設けられたガス供給口を有し、展開状態で棒状体となるチューブ(11)と、チューブの軸線方向に所定の間隔で設けられ、前記チューブの周に沿って結合された複数の枠部材(12)とを備える。チューブのガス供給口は、ガス供給手段のガス吹き出し口に接続されている。インフレータブルチューブを展開した状態で、枠部材がチューブを補強するようになっている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納状態で折り畳まれ又は押し潰されており、展開状態で棒状体を形成するインフレータブルチューブであって、
筒状の側壁部と前記側壁部の両端の２つの端壁部とを有し、展開状態で棒状体となるチューブと、
前記チューブの側壁部の周に沿って配置され前記チューブの周に結合された剛性を有する枠部材と、
を備え、
展開状態で、前記枠部材が前記チューブによる棒状体を補強するようになったことを特徴とするインフレータブルチューブ。
【請求項２】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、前記インフレータブルチューブは宇宙空間で使用されるインフレータブルチューブ。
【請求項３】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、前記端壁部の一方にガス供給口が設けられ、前記ガス供給口は、ガス供給手段のガス吹き出し口に接続されたインフレータブルチューブ。
【請求項４】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、前記チューブ内にガス化する物質を含むガス生成源が配置されたインフレータブルチューブ。
【請求項５】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記枠部材は、前記チューブの軸線方向に間隔をおいて複数設けられているインフレータブルチューブ。
【請求項６】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記枠部材は前記チューブの側壁部の外周に外接するように設けられたインフレータブルチューブ。
【請求項７】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記枠部材は前記チューブの側壁部の内周に内接するように設けられたインフレータブルチューブ。
【請求項８】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記チューブの側壁部の形状は円筒形であるインフレータブルチューブ。
【請求項９】
請求項１に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記チューブの側壁部の形状は多角柱であるインフレータブルチューブ。
【請求項１０】
請求項５に記載のインフレータブルチューブであって、前記枠部材は前記チューブの軸線方向に沿って一定の間隔で設けられたインフレータブルチューブ。
【請求項１１】
請求項５に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記枠部材は前記チューブの軸線方向に沿って変化する間隔で設けられたインフレータブルチューブ。
【請求項１２】
請求項９に記載のインフレータブルチューブであって、前記チューブの側壁部は、収納状態では谷折りと山折りを繰り返す折り方で折られているインフレータブルチューブ。
【請求項１３】
収納状態で折り畳まれ又は押し潰されており、展開状態で棒状体を形成するインフレータブルチューブであって、
筒状の側壁部と前記側壁部の両端の２つの端壁部とを有し、展開状態で棒状体となるチューブと、
前記チューブの内部に前記チューブの軸線と交わるように設けられ、前記チューブの側壁部の内面に沿って結合された剛性を有する板部材とを備え、
展開状態で、前記板部材が前記チューブによる棒状体を補強するようになったことを特徴とするインフレータブルチューブ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のインフレータブルチューブであって、前記板部材は、前記チューブの軸線方向に間隔をおいて複数設けられているインフレータブルチューブ。
【請求項１５】
請求項１３に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記板部材は円板であるインフレータブルチューブ。
【請求項１６】
請求項１３に記載のインフレータブルチューブであって、展開状態で、前記板部材は多角形板であるインフレータブルチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、折り畳んでコンパクトに収納されたものが、気体により膨張して、棒状の構造物を形成するインフレータブルチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
インフレータブル構造とは、折りたたんで小さく収納し、気体によって所要の形状にする構造物をいう。そのうちチューブ状のものをインフレータブルチューブという。宇宙空間で使用するインフレータブルチューブは、地上では折りたたんで小さく収納し、ロケット等による打ち上げ後、気体により膨張させて所定の形状にする。
【０００３】
従来のインフレータブルチューブは、収納状態では、平たく押しつぶされた状態で、折りたたまれている。展開時には、収納状態にあるインフレータブルチューブにガス等を注入して、棒状、又は柱状になるまで膨張させて展開する。
【０００４】
インフレータブルチューブは、展開後は中空状の筒構造となる。そのため、インフレータブルチューブは、その軸に垂直な方向の荷重がかかると、折れ曲がりやすく、荷重が小さくても、折れ曲がり断面が変形する場合がある。
【０００５】
参考として、構造解析プログラムを使用して、従来のインフレータブルチューブ1に荷重をかけたとき、変形する様子を解析した。解析する試料は、展開状態で、膜厚0.1ｍｍ、直径2.5ｃｍ、全長１ｍのアルミニウム製の円筒形のチューブである。このチューブを左端部で片持ちとし、右端部に垂直下方に荷重をかけ、荷重を次第に増加していく場合の変形を解析した。このときのインフレータブルチューブ1の変形を図１７に示す。図１７において、インフレータブルチューブの荷重をかける前の形状をＡで示す。右端部にかける荷重が11.5Ｎになったところで、インフレータブルチューブ1が図１７のＢに示すように変形した。このようなＢ1部分のような断面の変形を断面座屈と呼ぶ。図１８は断面座屈部Ｂ1部分の拡大図である。このように、従来のインフレータブルチューブは、中空構造なので、曲げ変形に対して弱いという欠点がある。
【０００６】
インフレータブルチューブには、表面を硬化したものもある。しかし、表面を硬化しても、中空の構造であるため、強度が弱い点は改善されず、インフレータブルチューブの軸に垂直な方向に荷重がかかると、変形しやすい。
【０００７】
特許文献１、２は、インフレータブルチューブの展開時にチューブが折れ曲がるのを防止し、円滑に展開するようにすることを目的とする。特許文献１は、インフレータブルチューブの外面又は内面に螺旋状に巻かれた管を設け、チューブと管にガスを流入させて、インフレータブルチューブを展開させる。特許文献２は、インフレータブルチューブの中に半径の異なる円筒形の膜を設け、最小半径の膜で仕切られた空間がある一定圧力以上になると次の空間にガスが流入するようにすることで、軸方向への展開がおおむね終了してから半径方向に展開するようにしている。しかし、特許文献１、２に示されるインフレータブルチューブは、展開するときの折れ曲りを防止するものであり、展開後の強度については従来のインフレータブルチューブと同様に弱く、変形しやすいものであった。
そのため、展開後の強度が強く、容易に変形しないインフレータブルチューブが望まれている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−９７２８９
【特許文献２】特開２００１−９７２９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、展開後の強度が強く、変形しにくいインフレータブルチューブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、インフレータブルチューブにおいて、チューブに枠部材又は板部材を設け、曲げ荷重に対する強度を向上させた。
【００１１】
本発明の１態様におけるインフレータブルチューブは、収納状態で折り畳まれ又は押し潰されており、展開状態で棒状体を形成する。
インフレータブルチューブは、筒状の側壁部と前記側壁部の両端の２つの端壁部とを有し、展開状態で棒状体となるチューブと、前記チューブの周に沿って配置され前記チューブの周に結合された剛性を有する複数の枠部材とを備え、展開状態で、前記枠部材が前記チューブによる棒状体を補強するようになっている。
これにより、展開した後のインフレータブルチューブの強度を向上させることができる。
【００１２】
前記インフレータブルチューブは宇宙空間で使用されてもよい。
前記端壁部の一方にガス供給口が設けられ、前記ガス供給口は、ガス供給手段のガス吹き出し口に接続されていもよい。前記チューブ内にガス化する物質を含むガス生成源が配置されていもよい。
展開状態で、前記枠部材は、前記チューブの軸線方向に間隔をおいて複数設けられていてもよい。
展開状態で、前記枠部材は前記チューブの側壁部の外周に外接するように設けてもよい。展開状態で、前記枠部材は前記チューブの側壁部の内周に内接するように設けてもよい。
展開状態で、前記チューブの側壁部の形状は円筒形であってもよい。展開状態で、前記チューブの側壁部の形状は多角柱であってもよい。
【００１３】
展開状態で、前記枠部材は前記チューブの軸線方向に沿って一定の間隔で設けられていてもよい。展開状態で、前記枠部材は前記チューブの軸線方向に沿って変化する間隔で設けられていてもよい。
前記チューブの側壁部は、収納状態では谷折りと山折りを繰り返す折り方で折られていてもよい。
【００１４】
本発明の別の態様におけるインフレータブルチューブは、収納状態で折り畳まれ又は押し潰されており、展開状態で棒状体を形成する。
インフレータブルチューブは、筒状の側壁部と前記側壁部の両端を封止する２つの端壁部とを有し、展開状態で棒状体となるチューブと、前記チューブの内部に前記チューブの軸線と交わるように設けられ、前記チューブの側壁部の内面に沿って結合された剛性を有する板部材とを備え、展開状態で、前記板部材が前記チューブによる棒状体を補強するようになっている。
【００１５】
前記インフレータブルチューブは宇宙空間で使用されてもよい。
前記端壁部の一方にガス供給口が設けられ、前記ガス供給口は、ガス供給手段のガス吹き出し口に接続されていもよい。前記チューブ内にガス化する物質を含むガス生成源が配置されていもよい。
展開状態で、前記枠部材は、前記チューブの軸線方向に間隔をおいて複数設けられていてもよい。
前記板部材は円板でもよい。前記板部材は多角形板でもよい。
展開状態で、前記板部材は前記チューブの軸線方向に沿って一定の間隔で設けられていてもよい。展開状態で、前記板部材は前記チューブの軸線方向に沿って変化する間隔で設けられていてもよい。
前記チューブの側壁部は、収納状態では谷折りと山折りを繰り返す折り方で折られていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、チューブを強化する枠部材構造を設けることにより、展開後の強度が強く、変形しにくいインフレータブルチューブを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１〜３は、本発明の第１の実施形態によるインフレータブルチューブを示す。図１はインフレータブルチューブの収納状態を示す斜視図、図２は展開の途中の状態を示す斜視図、図３は展開状態を示す斜視図である。図３に示すように、第１の実施形態のインフレータブルチューブ10は、展開状態では、アルミニウム製のチューブ11を有する。このチューブは筒状の側壁部14と、その両端部の端壁部15を備え、一方の端壁部15にガス供給口（図示せず）を有する。後述するように、チューブ11の材質はアルミニウムに限定されない。
【００１８】
チューブ11の外周部には、外形が円形のアルミニウム製の枠部材12が設けられている。図３の４−４線に沿った断面図を図４に示す。枠部材12の断面は半円形形状であり、枠部材12の内周部はチューブ11の側壁部14の外面に接合している。枠部材12を接合する方法は、ロー付け、溶接等があるが、接合方法はこれらに限定されず、任意の接合方法を用いることができる。枠部材12は、チューブ11の長手方向に沿って等間隔に３箇所に設けられている。枠部材12の個数は３個に限定されず、いくつでもよい。
【００１９】
また、インフレータブルチューブ10は、チューブ11にガスを供給するためのボンベ18に結合されている。ボンベ18内部には、気体、液体、又は固体のガス原料が収められている。ガスとしては、例えば窒素ガスが用いられるが、チューブ11を膨張させるのに適した他の任意のガスを用いることができる。又は、一定の温度、気圧の条件になると気化、昇華する固体の物質を収めておくこともできる。例えば、ペレット状のナフタリンを用いることができる。
【００２０】
ボンベ18は、ガスを吹き出す吹き出し口（図示せず）を有する。ボンベ18の吹き出し口には、弁が設けられ、またこの弁を開閉させるための制御部が設けられ、制御部からの弁開閉信号に従って弁を開閉させることができる。この吹き出し口の弁が開くとボンベの内部からガスが吹き出すようになっている。この吹き出し口は、チューブ11の一方の端壁部に設けられたガス供給口に接続され、チューブ11にガスを供給することができる。
【００２１】
人工衛星による打ち上げ前は、インフレータブルチューブ10は図１に示す収納状態になっている。この状態では、枠部材12は隣接する枠部材12と接触し、チューブ11の側壁部14は押し潰されて不規則に折り曲げられ、複数の枠部材12の内部に収納されている。枠部材12は剛性があり、収納状態でも形状は展開状態のときと変わらない。
図１に示す収納状態で、制御部からの弁開閉信号に従って、弁が開状態になると、ボンベ18からチューブ11にガスが注入され、チューブ11内の圧力が高まり、チューブ11は次第に長手方向に伸長していく。この状態を図２に示す。更にガスを注入していくと、チューブ11が円筒形になり、図３に示す展開状態になる。展開状態になると、ガス流量制御機構により、それ以上のガスが流入しないようにする。
【００２２】
第１の実施形態によるインフレータブルチューブは、チューブ11の側壁部14が枠部材１2により強化されているので、強度が強く変形しにくい。
【００２３】
図５、６は、本発明の第２の実施形態によるインフレータブルチューブ20を示す。図５はインフレータブルチューブ20を展開した状態の斜視図であり、図６は図５の６−６線に沿った断面図である。第１の実施形態では、チューブ11の側壁部14の外面に枠部材12が設けられていたが、第２の実施形態では、チューブ11の側壁部14の内面に枠部材22が設けられている。図６に示すように、枠部材22の外周は円筒形であり、枠部材22の外面がチューブ11の側壁部14の内面に結合されている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。第２の実施形態によるインフレータブルチューブも、チューブ11の側壁部14が枠部材22により強化されているので、強度が強く変形しにくい。
【００２４】
図７、８は、本発明の第３の実施形態によるインフレータブルチューブ30を示す。図７はインフレータブルチューブ30を展開した状態の斜視図であり、図８は図７の８−８線に沿った断面図である。第３の実施形態では、チューブ31の側壁部34の断面は、円形ではなく六角形である。端壁部35の外形も六角形である。枠部材32の外形は、チューブ31の断面に合わせて六角形となっている。枠部材32は、チューブ31の側壁部34に外接して結合されている。
インフレータブルチューブの側壁部の断面形状は、六角形に限らず、他の多角形を使用することもできる。枠部材はチューブの側壁部に内接するように設けることもできる。第３の実施形態によるインフレータブルチューブも、チューブ31の側壁部34が枠部材32により強化されているので、強度が強く変形しにくい。
【００２５】
図９、１０は、本発明の第４の実施形態によるインフレータブルチューブ40を示す。図９は、インフレータブルチューブ40を展開した状態の斜視図であり、図１０は図９の１０−１０線に沿った断面図である。第４の実施形態では、チューブ11の側壁部14の内面に枠部材22の代わりに円板42が設けられている。円板42の外周は円形であり、円板42の外周がチューブ11の内面に結合されている。円板42の中心部にはガスを通すための孔43が形成されている。その他の点は、第２の実施形態と同様である。第３の実施形態によるインフレータブルチューブも、チューブ11の側壁部14が円板42により強化されているので、強度が強く変形しにくい。
【００２６】
図１１は、本発明の第５の実施形態によるインフレータブルチューブ50を示す斜視図である。インフレータブルチューブ50は、アルミニウム製のチューブ11を備え、チューブ11は筒状の側壁部14と、その両端部の端壁部15とを有する。チューブ11の側壁部14の外面には、外形が円形のアルミニウム製の枠部材12が設けられている。各々の枠部材12は、第１の実施形態の枠部材12と同じである。第１の実施形態では、枠部材12は等間隔で設けられたが、第５の実施形態では、枠部材12はチューブ11の長手方向に沿って左から４つが間隔Ｌ51で等間隔に設けられ、その右側はＬ51より大きい間隔Ｌ52で等間隔に設けられている。ボンベは取り外した状態を示し、一方の端壁部15にガス供給口16が設けられている。その他の点は第１の実施形態と同様である。
第５の実施形態によるインフレータブルチューブは、枠部材12の間隔を変えている。インフレータブルチューブの強度を強くしたい部分に枠部材12を重点的に配置できるので、重量の増加を最小限に抑えながら、強度の向上を図ることができる。
【００２７】
図１２は、本発明の第６の実施形態によるインフレータブルチューブ60を示す斜視図である。インフレータブルチューブ60は、アルミニウム製のチューブ61を備え、チューブ61は筒状の側壁部14と、その両端部の端壁部65とを有する。チューブ11の側壁部14の外面には、外形が円形のアルミニウム製の枠部材12が設けられている。各々の枠部材12は、第１の実施形態の枠部材12と同じである。第６の実施形態では、枠部材12の間隔は、左からL61、L62、L63、L64、L65と次第に大きくなっている。
また、一方の端壁部65にガス供給口は設けられていず、ボンベからガスを供給しない。その代わりに、チューブ61の内部にガス生成源67が設けられている。ガス生成源67は、常温では固体であって、温度が高く(例えば200℃以上)なると、昇華して気体となる物質、例えばペレット状のナフタリンを含む。ガス生成源67は、打ち上げ前は固体であり、打ち上げ後宇宙空間で太陽光を受けると、チューブ61の温度が上昇し、ガス生成源67の温度も上昇する。ガス生成源67は、気化温度を超えると気化するので、チューブ61内の圧力が高まり、チューブ61が展開状態となる。その他の点は第５の実施形態と同様である。
第６の実施形態によるインフレータブルチューブも、枠部材12の間隔を変えている。インフレータブルチューブの強度を強くしたい部分に枠部材12を重点的に配置できるので、重量の増加を最小限に抑えながら、強度の向上を図ることができる。第６の実施形態では、ガスを入れておくボンベを用いないので、インフレータブルチューブ全体の軽量化を図ることができる。
【００２８】
図１３、１４は、本発明の第７の実施形態によるインフレータブルチューブ70を示す。図１３は、インフレータブルチューブ70の展開途中の状態を示す斜視図であり、図１４は、インフレータブルチューブ70の展開した状態を示す斜視図である。第７の実施形態では、チューブ71の側壁部74の断面は四角形である。枠部材72の外形も四角形である。チューブ71の側壁部74は、収納状態では、谷折りと山折りを繰り返す折り方で折られている。一定の間隔の山折り部分に枠部材72が設けられている。端壁部75も四角形であり、一方の端壁部75にはガス供給口76が設けられている。ガス供給口76からガスをチューブ71内に充填すると、図１３に示す状態を経て、図１４に示す管状の構造物となる。
第７の実施形態によるインフレータブルチューブ70は、収納状態ではチューブ71の側壁部74が規則的に折り畳まれている。そのため、チューブに不規則に折り曲げにくい材料でも使用することができ、また展開動作がスムーズである。
【００２９】
インフレータブルチューブのチューブの材料は、アルミニウムに限定されない。収納状態からチューブに展開するのに適した材料であれば、他の任意の金属材料を用いることができる。また、デュポン社のケブラー等のアミラド系材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの樹脂材料を用いることができる。本発明は、インフレータブルチューブのチューブの材料によらず実施することができる。
【００３０】
本発明によるインフレータブルチューブの強度解析結果を図１５、１６に示す。試料として、図１７に示す従来のインフレータブルチューブと同様の膜厚0.1ｍｍ、直径2.5ｃｍ、全長１ｍのアルミニウム製の円筒形のチューブを用いた。このチューブの左端部から25ｃｍおきにアルミニウム製の枠部材を設けた。枠部材の断面は直径５ｍｍ、外径が10.5ｃｍである。このチューブの左端部で片持ちとし、図１５の試験と同様に、右端部に荷重を垂直下方にかけていく。右端部にかける荷重が15.2Ｎと15.3Ｎの間になったところで、インフレータブルチューブが座屈した。荷重が15.2Ｎのときの状態を図１５に、荷重が15.3Ｎのときの状態を図１６に示す。この解析から、チューブが座屈する荷重は、15.2Ｎと15.3Ｎの間であることがわかった。枠部材構造を設けることにより、インフレータブルチューブの座屈する荷重が従来のインフレータブルチューブと比較して約33％高くなった。
【００３１】
本発明によるインフレータブルチューブは、人工衛星や宇宙ステーションの太陽電池パネル、アンテナ構体、放熱板などの構造物に使用することができる。また、宇宙空間で使用する構造物に限らず、地上の建造物における構造物にも同様に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態によるインフレータブルチューブの収納状態を示す斜視図。
【図２】図１のインフレータブルチューブの展開途中の状態を示す斜視図。
【図３】図１のインフレータブルチューブの展開した状態を示す斜視図。
【図４】図３の４−４線に沿った断面図。
【図５】第２の実施形態によるインフレータブルチューブの展開した状態を示す斜視図。
【図６】図５の６−６線に沿った断面図。
【図７】第３の実施形態によるインフレータブルチューブの展開した状態を示す斜視図。
【図８】図７の８−８線に沿った断面図。
【図９】第４の実施形態によるインフレータブルチューブの展開した状態を示す斜視図。
【図１０】図９の１０−１０線に沿った断面図。
【図１１】第５の実施形態によるインフレータブルチューブの展開した状態を示す斜視図。
【図１２】第６の実施形態によるインフレータブルチューブの展開した状態を示す斜視図。
【図１３】第７の実施形態によるインフレータブルチューブの展開途中の状態を示す斜視図。
【図１４】第７の実施形態によるインフレータブルチューブの展開した状態を示す斜視図。
【図１５】本発明の実施の形態によるインフレータブルチューブに15.2Ｎの荷重をかけたときの状態を示す概観図。
【図１６】図１５のインフレータブルチューブに15.3Ｎの荷重をかけたときの状態を示す概観図。
【図１７】従来のインフレータブルチューブの荷重により変形した状態を示す概観図。
【図１８】図１７の断面座屈部の拡大図。
【符号の説明】
【００３３】
1,10,20,30,40,50,60,70  インフレータブルチューブ
11,31,61  チューブ
12,22,32,72  枠部材
14,34,74  側壁部
15,35,65,75  端壁部
16,76  ガス供給口
18  ボンベ
31  チューブ
42  円板
43  孔
67  ガス生成源
【図１】
2005119541.tif 000003
【図２】
2005119541.tif 000004
【図３】
2005119541.tif 000005
【図４】
2005119541.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005119541.tif 000008
【図７】
2005119541.tif 000009
【図８】
2005119541.tif 000010
【図９】
2005119541.tif 000011
【図１０】
2005119541.tif 000012
【図１１】
2005119541.tif 000013
【図１２】
2005119541.tif 000014
【図１３】
2005119541.tif 000015
【図１４】
2005119541.tif 000016
【図１５】
2005119541.tif 000017
【図１６】
2005119541.tif 000018
【図１７】
2005119541.tif 000019
【図１８】
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