(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わされ相互に軸結合された複数のパネルにより形成され、前記パネルが重ね合わされた収納状態から回転展開されて使用される展開構造体において、展開側パネル及び固定側パネルの端部にそれぞれブラケットが設けられており、前記ブラケットには、前記展開側パネル及び前記固定側パネルがそれぞれ回転展開されたときに互いに係合するための係合部が設けられており、前記ブラケットにはさらに、前記展開側パネルを前記軸周りの回転運動及び前記軸方向の並進運動をさせて、前記展開側パネルの前記係合部を前記固定側パネルの前記係合部に誘導して係合させるヒンジピンが設けられていることを特徴とする展開構造体。
【請求項２】
前記係合部には、前記展開側パネルのブラケットの厚さと前記固定側パネルのブラケットの厚さとの合計が前記パネルと略同厚になるように切欠部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の展開構造体。
【請求項３】
一方の前記ブラケットに前記ヒンジピンが設けられ、その先端は他方の前記ブラケットに穿設された孔に挿入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の展開構造体。
【請求項４】
前記ヒンジピンが、前記固定側パネルに一端が固着された円筒体からなり、軸方向に傾斜させて穿設された斜溝及び軸方向に穿設された縦溝とからなるカムスロット並びに外周面に突設されたガイドピンを有するカムシリンダと、外周面にピンを突設した円柱体からなり、前記カムシリンダ内に設けた駆動装置に駆動されて前記カムスロット内に挿入されている前記ピンに誘導され、回転運動及び並進運動若しくは並進運動して前記カムシリンダの軸心部を軸方向に移動するインナスライダと、前記展開側パネルが外周面に固着された円筒体からなり、軸方向に穿設され前記カムスロットを貫通した前記ピンが挿入されるアウタスロット並びに内周面軸方向に形成され、前記ガイドピンを移動させるガイドスロットを設け、前記インナスライダの運動に対応して、前記ガイドピンと前記ガイドスロットとの回転角位相が異なるとき前記カムシリンダの外周を回転し、回転角位相が一致するとき軸方向を移動するアウタスライダとを設けていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の展開構造体。
【請求項５】
前記固定側パネルの一側の面と同一面をなし、側部から前記展開側パネルの展開される方向に突設したアームから他側の面方向に向け突設され、軸方向中央部に切欠部を設けた固定ピンと、前記展開側パネルが展開されたとき、前記固定ピンの立設位置上方に配置される前記展開側パネル面に穿設され、前記固定ピンが挿入される係合孔と、前記係合孔と直交して前記展開側パネル内に穿設された横穴内に、前記係合孔内への出入が自在にされて設置され、前記係合孔に挿入された前記固定ピンの切欠部内に進入して前記固定ピンを固定するロックキーとを設けた保持機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の展開構造体。
【請求項６】
前記展開側パネル及び前記固定側パネルの平面形が六角形にされ、前記展開側パネルを前記固定側パネルから順次展開させて、所定曲率を有する球面展開構造体を形成できるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の展開構造体。
【請求項７】
重ね合わされ収納状態にされている複数のパネルのうち、展開側パネルを固定側パネルから展開させて形成する展開構造体の展開方法において、展開側パネルを固定側パネルから順次展開させて、展開構造体からなる複数の小面積のパネルブロックを組み立てる工程と、結合を行う側のパネルブロックＡの結合部に配置されたパネルと結合される側のパネルブロックＢの対向位置に配置されたパネルとの間にテザーケーブルを掛け回す工程と、掛け回された前記テザーケーブルを手繰り寄せ、対向位置に配置されているパネルを相互当接させる工程と、当接したパネルを相互に連結し固定する工程とからなることを特徴とする展開構造体の展開方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙空間において展開して使用される構造体、又は地上実験において展開させて作動確認する構造体が展開されたとき、表面の凹凸が小さくされた展開構造体及び表面の凹凸を少くして設置できるようにした構造体の展開方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、宇宙ロケット等の性能及び信頼性が向上し、宇宙空間の利用に経済的なメリットが生まれて来ている。
特に大型の展開アンテナ，レクテナは船舶、車両等の移動体の通信用になくてはならず、これに利用するための大面積展開構造体が開発されつつある。
【０００３】
また、科学利用の面でも巨大な宇宙基地を作る計画があり、これらの宇宙基地に設置されて利用される反射鏡又は太陽電池パネルを構築するための大面積展開構造体も必要となって来ている。
【０００４】
このように宇宙空間において設置される大面積の構造体を指向した展開構造体の開発成果として、これまで特開平５−２２１３９３号「展開トラス構造物」、特開平５−２９４２９８号「宇宙構造物とその構築方法」、特開平８−２５００号「太陽電池パネル」、特開平８−２７９７１５号「展開構造物」、特開２００１−１１６１８７号「連結殻構造物の連結及び収納方法」等により、折り畳み、又は縮退させて収納しているトラス構造体を展開又は伸展させることにより、大面積の展開構造体を形成するようにしたものが提案されている。
【０００５】
また、特開昭５９−２０８００号「宇宙船の展開物展開機構」、特開昭６２−２４４８００号「展開形宇宙用構造物」、特開平４−９２７９９号「六角セグメント装置」等により、積層されて収納されている平面構造物を前後、左右に展開することにより、積層状態から単層状態にして、大面積のものにできるようにした展開構造体も提案されている。
【０００６】
このような、展開構造体のうち、本願発明とより類似すると考えられる、前述した特開昭６２−２４４８００号で提案されている、図１２〜１５に示す展開形宇宙構造物をもとに従来の技術を説明する。
図１２において、１は太陽電池セル又はアンテナ素子等の機能材、２は機能材１をそれぞれの表面に設けて数ｍｍの厚さにされた２ａ〜２ｆからなるパネル、３は隣接して配置されるパネル２ａ〜２ｆ間を係合する３ａ，３ｂ等からなるラッチ機構、４は展開形宇宙構造物８を保持し、又は展開形宇宙構造物８に制御信号等を伝達する人工衛星、５は人工衛星４とパネル２ａとを連結する支持部材、６は隣接して配置されるパネル２間を結合すると共に、展開時の駆動力を発生させるヒンジピンである。
【０００７】
上述の部材から構成された展開形宇宙構造物８は、打ち上げ時にはロケットの頂部に設けられたフェアリングの収納区画内に人工衛星４本体とともに収容するために、図１２に示されているパネル２ｂ以下の全てのパネル２ｂ〜２ｆが、パネル２ａの下に重ねられた状態に積層されて折り畳まれ、さらに支持部材５を人工衛星４の側面と連結しているヒンジまわりに回転させることによって、人工衛星４の側面側に折り畳まれ、小容積化されて宇宙空間まで移送される。
【０００８】
宇宙空間に移送された展開形宇宙構造物は、パネル２ｂ〜２ｆがパネル２ａに積層された状態のまま、支持部材５と人工衛星４とを連結しているヒンジまわりの回転によって、パネル２ａ〜２ｆの平面がｘ−ｚ平面と平行になるように、人工衛星４の側面から張り出された後、重なった状態にされているパネル２を、ヒンジピン６回りに順次回転させて展開し、展開形宇宙構造物を形成する。
即ち、図１４に示すように、隣接して配置されているパネル２ａ，２ｂを相互に回転自在に結合しているヒンジピン６には、両端が隣接しているヒンジピン６で結合されるパネル２ａ，２ｂのそれぞれに固定され、予め巻き込んで回転力が付与されたバネ７が組み込まれている。
【０００９】
この各バネ７に付与されている回転力は、パネル２ｂ〜２ｆがパネル２ａの下方に重ねられ、人工衛星４の側面に収納されているときは拘束されているが、パネル２全体を人工衛星４の側面から張り出しｘ−ｚ面と平行状態にしたのち、まず、ヒンジピン６ａに組み込まれているバネ７の回転力を拘束している拘束装置を、火工品の爆発力等により破壊して解除することにより、パネル２ａは人工衛星４の側面から張り出された時の姿勢を保持したまま、パネル２ａの下方に重ねられているパネル２ｂ〜２ｆは一体となって、パネル２相互間の状態を保ったままヒンジピン６ａ回りに回転する。
【００１０】
また、一体となって回転するパネル２ｂ〜２ｆが１８０°回転したとき、図１３に示すようなパネル２ａに設けた雄型のラッチ機構３ａ′とパネル２ｂに設けた雌型３ａ″のラッチ機構とが噛み合わせることで、パネル２ｂ〜２ｆのヒンジ６ａ回りの回転が規制され、パネル２ｂ〜２ｆは、回転位置に保持され、パネル２ａからｚ軸方向に展開された状態になる。
【００１１】
続いて、ヒンジピン６ｂに組み込んだバネ７の拘束力を同様にして解除することにより、パネル２ｂはパネル２ａから展開された時の姿勢を保持し、パネル２ｂの下方に重ねられていたパネル２ｃ〜２ｆは一体となって、平行状態を保持してヒンジピン６ｂ回りに回転し、同様に１８０°回転したとき、パネル２ｂに設けた雄型のラッチ機構とパネル２ｃに設けた雌型のラッチ機構とが噛み合い、パネル２ｃ〜２ｆのヒンジピン６ｂ回りの回転が規制され、パネル２ｃ〜２ｆは回転位置に保持されて、パネル２ｂからｚ軸方向に展開された状態になる。
【００１２】
このように、パネル２ａの下方に重ねられ、人工衛星４の側面に収納されて小容積化にされていたパネル２ｂ〜２ｆは、順次展開されて図１２に示すように、ｚ軸方向に展開した長尺の展開形宇宙構造物８にできる。
なお、上述したものでは、パネル２ａ〜２ｆを回転自在に結合しているヒンジピン６の取付け位置を各パネル２のｚ軸方向端部にして、パネル２ｂ〜２ｆの全てをｚ軸方向に展開させるものにしているが、ヒンジピン６の取付け位置を図１５に示すように、パネル２のｚ軸方向端部からｘ軸方向端部に変えたヒンジピン６ｃ，６ｄにすることにより、パネル２をｘ軸方向にも展開させることができるようになる。
【００１３】
しかしながら、このような展開形宇宙構造物８は、パネル２を積層状態からヒンジピン６回りの回転運動をさせるだけで展開する構成にしているために、展開後の隣接するパネルの間には、各パネル２の法線方向にパネル２の厚さと隣接パネル２との間に生じる隙間の和に相当する段差が生じ、理想的な平面又は曲面が形成できないことによる不具合が生じる。
【００１４】
即ち、このような展開形宇宙構造物８を、例えば、太陽電池パネルとして使用するようにした場合には、展開形宇宙構造物を形成する各パネル２の法線方向を正確に光源（太陽）に正対させないと、光源から遠い方向に配置されているパネルには、近い方向に配置されているパネルによって形成される段差による影が生じて発電効率が悪化するという不具合が生じ、また、電力送電アンテナとして使用するようにした場合は、パネル外周１〜２ｍの範囲の前方に障害物（送電方向に配置されているパネル）があるために電波が干渉し、送電効率が悪化するという不具合が生じ、さらにはアンテナをフェイズアレイアンテナとして機能させる場合には、段差を補正するための電波の位相制御回路が複雑になるという不具合がある。
【００１５】
このような不具合は、前述した展開形宇宙用構造物が採用されている太陽電池セル又はアンテナ素子等の様に、パネル２の厚みが数ｍｍ程度の場合は軽微であり、実用上の影響は少ない。
しかしながら、近年、図１６に示すよう上面を太陽電池パネルとし、下面を電力送電アンテナにして、宇宙空間において発電を行ない、発電された電力を地上に送電するために、展開構造体１０で構成される太陽発電システムを宇宙空間に設置する開発が進められているが、このような展開構造体１０を形成するためのパネル１１には、２つ以上の機能を持たせることが必要となり、一枚当たりのパネル１１の厚さが１０ｍｍ以上になり、隣接パネル間に形成される段差が前述した展開形宇宙構造物８に使用されているパネル２の場合よりもさらに大きくなり、上述した不具合は顕著になり許容できないものとなる。
【００１６】
さらに、このような展開構造体１０では発電効率の向上に必要とする大きな展開面積を得るために、展開するパネル１１の枚数を増やす必要があり、上述した従来の構造のものでは、上述した段差により生じる問題に加えて、構造体の剛性上の問題が生じる。
【００１７】
即ち、図に示すように、パネル１１の厚さが従来のパネルよりも数倍〜十数倍と厚くなり質量が大きくなる上に、大きな展開面積を形成するパネル１１同士は、隣接するパネル１１間のみで接続され、しかも、図１３に示すようなラッチ機構３等の係合により結合するようにしただけのものであるため、パネル１１間の結合力が小さく、構造体全体としての剛性が低く、このために微小な衝撃によっても展開構造体が大きく振動し、姿勢制御が困難になり、さらにはこれらの振動により指向性が定まらなくなるという問題があった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の展開構造体が有する上述した不具合を解消するために、隣接して配置されるパネルを相互に連結するヒンジピンに回転運動と並進運動をさせることによって、パネル間の展開を行うことによって、展開後のパネル間に段差のない展開構造体を実現すると共に、隣接するパネル間の結合力を高めて振動の生じにくくした展開構造体、およびその展開方法を提供することを課題とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このため、第１番目の本発明の展開構造体は、次の手段とした。
（１）重ね合わされ相互に軸結合された複数のパネルにより形成され、パネルが重ね合わされた収納状態から回転展開されて使用される展開構造体において、展開側パネル及び固定側パネルの端部にそれぞれブラケットが設けられており、ブラケットには、展開側パネル及び固定側パネルがそれぞれ回転展開されたときに互いに係合するための係合部が設けられており、ブラケットにはさらに、展開側パネルを軸周りの回転運動及び軸方向の並進運動をさせて、展開側パネルの係合部を固定側パネルの係合部に誘導して係合させるヒンジピンが設けられているものとした。
【００２０】
（ａ）これにより、パネルを順次展開させて形成される展開構造体は、パネルに複数の機能を持たせる必要があり、パネル厚が大きく質量の大きいパネルを使用して展開構造体を組み立てる場合においても、隣接パネルとの間に段差がない、又は太陽電池パネル、電力送電アンテナ等に使用する場合においても、段差が性能、効率に軽微な影響しか生じない数ｍｍ程度のものにすることができ、宇宙空間に設置される太陽発電システム等を高効率で作動できるものにできる。
【００２１】
また、隣接パネル間は保持機構により強固に連結、固定されているために、パネル厚が大きくなり質量が大きくなるにも拘わらず、展開構造体全体としての剛性が高められ、宇宙空間において行われる展開構造体の軌道修正時に発生する衝撃等による振動発生が軽減でき、姿勢制御が容易になるとともに、指向性を高めることができる。
【００２２】
また、第２番目の本発明の展開構造体は、（１）の手段に加え、次の手段とした。
（２）係合部には、展開側パネルのブラケットの厚さと固定側パネルのブラケットの厚さとの合計が前記パネルと略同厚になるように切欠部が設けられているものとした。
また、第３番目の本発明の展開構造体は、（１）又は（２）の手段に加え、次の手段とした。
（３）一方のブラケットにヒンジピンが設けられ、その先端は他方のブラケットに穿設された孔に挿入されているものとした。
【００２３】
また、第４番目の本発明の展開構造体は、（１）乃至（３）のいずれかの手段に加え、次の手段とした。
（４）ヒンジピンが、固定側パネルに一端が固着された円筒体からなり、軸方向に傾斜させて穿設された斜溝及び軸方向に穿設された縦溝とからなるカムスロット並びに外周面に突設されたガイドピンを有するカムシリンダと、外周面にピンを突設した円柱体からなり、カムシリンダ内に設けた駆動装置に駆動されてカムスロット内に挿入されているピンに誘導され、回転運動及び並進運動若しくは並進運動してカムシリンダの軸心部を軸方向に移動するインナスライダと、展開側パネルが外周面に固着された円筒体からなり、軸方向に穿設されカムスロットを貫通したピンが挿入されるアウタスロット並びに内周面軸方向に形成され、ガイドピンを移動させるガイドスロットを設け、インナスライダの運動に対応して、ガイドピンとガイドスロットとの回転角位相が異なるときカムシリンダの外周を回転し、回転角位相が一致するとき軸方向を移動するアウタスライダとを設けるものとした。
【００２４】
なお、インナスライダを作動させる駆動装置としては、例えばバネ力、流体圧力、又は電動モータとねじを利用したもので形成でき、またその作動は衛星等からの指示により行うことができる。
【００２５】
（ｂ）これにより、上述した（ａ）に加え、インナスライダを作動させる駆動装置を始動させるだけで、ヒンジピンを構成する部材が展開側パネルを固定側パネルから展開させて、パネルを順次展開させていき隣接して配置されているパネル間に段差のない又は小さい段差の展開構造体が形成される。
【００２６】
また、第５番目の本発明の展開構造体は、前記（１）乃至（３）のいずれかの手段に加え、次の手段とした。
【００２７】
（５）固定側パネルの一側の面と同一面をなし、側部から展開側パネルの展開される方向に突設したアームから他側の面方向に向け突設され、軸方向中央部に切欠部を設けた固定ピンと、展開側パネルが展開されたとき、固定ピンの立設位置上方に配置される展開側パネル面に穿設され、固定ピンが挿入される係合孔と、係合孔と直交して展開側パネル内に穿設された横穴内に、係合孔内への出入が自在にされて設置され、係合孔に挿入された固定ピンの切欠部内に進入して固定ピンを固定するロックキーとを設けた保持機構をさらに備えるものとした。
【００２８】
（ｃ）これにより、上述した（ａ）に加え、隣接パネルとの間がヒンジピンのほかに保持機構により、強固に連結、固定され、展開構造体全体としての剛性を高めたものにできるために、複数の機能を持たせる必要があり、パネル厚の大きいパネルを使用して質量の大きい展開構造体を組み立てた場合においても、展開構造体に発生する衝撃等による振動発生を軽減でき、姿勢制御を容易にでき又指向性に優れるものにできる。
【００２９】
また、第６番目の本発明の展開構造体は、前記（１）乃至（３）のいずれかの手段に加え、次の手段とした。
【００３０】
（６）展開側パネル及び固定側パネルの平面形が六角形にされ、展開側パネルを固定側パネルから順次展開させて、所定曲率を有する球面展開構造体を形成できるものとした。
【００３１】
（ｄ）これにより、上述した（ａ）に加え、展開構造体が球面状に形成されるので、展開構造体を太陽発電システム等に採用した場合、展開構造体の設置又は設置後の姿勢制御により、展開構造体の光源（太陽）側を凸面状にして太陽電池パネルを配置し、地上側を凹面状にして電力送電アンテナを配置すれば、段差が小さくなることと相俟って発電効率がより優れ、また展開構造体の曲率半径を任意に選択することにより、地上の所定位置への送電効率に優れた太陽発電システムにすることができる。
【００３２】
また、宇宙空間での太陽発電システムの設置時には、展開構造体の曲率半径を小さくすることにより、設置位置の近傍で設置された太陽発電システムの性能試験等が実施できるようになり、設置作業の効率化が図れる。
【００３３】
また、本発明の展開構造体の展開方法は、つぎの工程を採用して大面積の展開構造体を製作するものとした。
【００３４】
（７）重ね合わされ収納状態にされている複数のパネルのうち、展開側パネルを固定側パネルから展開させて形成する展開構造体の展開方法において、
・展開側パネルを固定側パネルから順次展開させて、展開構造体からなる複数の小面積のパネルブロックを組み立てる工程、
・結合を行う側のパネルブロックＡの結合部に配置されたパネルと結合される側のパネルブロックＢの対向位置に配置されたパネルとの間にテザーケーブルを掛け回す工程、
・掛け回されたテザーケーブルを手繰り寄せ、対向位置に配置されているパネルを相互当接させる工程、
・当接したパネルを相互に連結し固定する工程。
【００３５】
（ｅ）これにより、上述した（ａ）と同様な作用、効果が得られることに加え、宇宙空間においても、現有のロケットを含む技術で一辺又は直径が数ｋｍにもなる大型（大面積）の展開構造体が設置できるようになり、効率の良い宇宙空間の利用が可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の展開構造体の実施の一形態を図面に基づき説明する。
従来の技術で説明したように、宇宙空間に太陽発電システム等を構成する大きな面積の展開構造体を設置するためには、地上で製作されたパネルを、鎖状に連結したものを折り畳み相互に重ね合わせて、ロケット頂部に設けられているフェアリング内に収容して移送する必要がある。
即ち、現状のロケットでは、最大の直径を有するＨ２ロケットでも、このフェアリング内の横断面積は３ｍ×５ｍ程度であり、パネル１枚の大きさはこれ以下にする必要があるために３ｍ×３ｍの面積にされ、またパネルには２つ以上の機能を持たせるために２０ｃｍ程度の厚さにされたパネルを、２０乃至３０枚程度折り畳んだ状態でフェアリング内に収容して、移送することが考えられている。
【００３７】
図１は、本発明の展開構造体の実施の第１形態のパネルを、このような状況から折り畳み移送できる状態にしたもので、説明を簡単にするために折り畳まれたパネルのうちの２枚だけを取り出して示した鳥瞰図、図２は、図１に示すパネルの折り畳み状態から展開構造体にするための展開状況を示す鳥瞰図、図３は、展開されたパネルの相互の面を平滑してパネル間に段差をなくして結合するためのヒンジピンの作動を示す拡大断面図である。
【００３８】
図１に示すように、同一寸法に形成された２枚の正方形のパネル５１ａ，５１ｂには、重ね合わせたとき同一位置に配置される頂部から、それぞれのパネル厚みの半分の厚さにされ、片面がパネル面と同一面を形成するようにした円弧状のブラケット５２ａ，５２ｂが、側方に向けて突出して設けられている。
また、このブラケット５２ａ，５２ｂが対向して設けられているパネル厚さ片側半分の箇所には、ブラケット５２ａ，５２ｂの形状に合わせて切欠部が設けられ、この切欠部でブラケット５２ａ，５２ｂが重ね合わされたときの厚さが、パネル５１ａ，５１ｂの厚さと同じになるようにしている。
【００３９】
また、ブラケット５２ｂからはブラケット５２ａに向けて、図１２に示したヒンジピン６ａと同様の構造のヒンジピン５３が突出して設けられ、その先端はブラケット５２ａに穿設された孔に挿入され、パネル５１ａとパネル５１ｂとを連結するようにしている。
【００４０】
このような２枚のパネル５１ａ，５１ｂは、パネル５１ｂをヒンジピン５３を中心として回転させ、図に示すように重ね合わせられた状態にされ、小容積化されて移送される。
なお、図において５４は、パネル５１ｂがパネル５１ａから展開されたとき、パネル５１ａ，５１ｂの展開位置を相互に固定するために、パネル５１ａの側部から張り出して設けたアーム６７から、パネル５１ｂの対向面に向けて立設されて保持機構の一部を構成する固定ピンで、これについては後述する。
【００４１】
図２において、図１２において説明したように、重ね合わせられた状態で人工衛星４の側面に沿って収納され、フェアリング内に収容されて展開位置まで移送されたパネル５１は、図２（ａ）に示すように、図１２に示す支持部材５と同様の部材によって、収納状態にされている人工衛星４の側面から張り出された後、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、パネル５１ａの側面が人工衛星４側面に沿った状態に保持されて、パネル５１ｂをヒンジピン５３中心に回転させ、図２（ｄ）に示すように９０°回転させ展開させると、ブラケット５２ｂ全体がパネル５１ａに設けられている切欠部上方に位置することとなり、この状態でブラケット５２ｂを下降させると、図２（ｅ）、図２（ｆ）に示すようブラケット５２ｂはパネル５１ａの切欠部にはめ込まれ、パネル５１ａ，５１ｂは結合部に段差が生じない同一面をなして展開された状態にすることができる。
【００４２】
即ち、図３（ａ）に示すように、本実施の形態で採用されているヒンジピン５３では、ブラケット５２ｂから突出させたヒンジピン５３の先端が、ブラケット５２ａに穿設された孔に挿入され、ブラケット５２ａ，５２ｂが重ね合わせられた状態から、展開させる側のパネル５１ｂを９０°回転させると図３（ｂ）に示すように、ブラケット５２ｂがパネル５１ａの切欠部上方で、はめ込みできる状態に配置されることになる。この状態でヒンジピン５３に図１２に示したバネ７と同様に設けている図示省略したバネが作動して、ブラケット５２ｂを押し下げることにより、図３（ｃ）に示すように、ブラケット５２ｂがパネル５１ａの切欠部に嵌まりこみ、パネル５１ａ，５１ｂは同一面をなして展開されることになる。
【００４３】
次に、図４は前述した正方形パネル２に代えて、六角形のパネルを展開して球面状に形成される本発明の実施の第２形態の展開構造体を示す図である。
図５に示すように、折り畳まれた状態で移送された本実施の形態の展開構造体を形成する六角形のパネル５５は、六角形の対向頂角部に交互に設けた後述するヒンジピン５６回りに、折り畳まれたパネルの一方側、例えば最上方に折り畳まれているパネル５５から回転させていくことにより、順次展開していき図４に示す球面状の展開構造体を形成することができる。
【００４４】
このようにして任意の曲率半径を有し、段差のない球面に形成された展開構造体は、例えば、光源に対向して設けられている図の左側の球面（凸面）に太陽電池パネルを設けるようにし、地上に対向して設けられている図の右側の球面（凹面）に、太陽電池パネルで発電された電力を地上等に送電する電力送電アンテナを設けるようにすれば、パネル段差の影響を受けない発電効率の高いものにでき、また、曲率半径を地上等の任意の場所に焦点を形成できる所定の大きさにすることにより、地上に効率の良い送電ができる発電システムになるとともに、宇宙空間への発電システムの設置時には展開構造体の曲率半径を一時的に小さくすることにより、宇宙空間の任意の場所、例えば展開構造体から数１０ｍ離れた場所においても、発電システムの設置状態及び性能を確認することができるようになる。
【００４５】
次に、図６は図５に示した本実施の形態で採用しているヒンジピン５６の構造の一例を示す詳細鳥瞰図である。
図に示すように、このヒンジピン５６はインナスライダ５７、カムシリンダ５８、及びアウタスライダ５９からなり、円筒状のカムシリンダ５８の内部には、円柱状のインナスライダ５７が軸方向に移動自在にされて収容されるとともに、外周面に沿って同様に軸方向に移動自在にされた円筒状のアウタスライダ５９が設けられている。
なお、以下の説明において説明を簡単にするため、パネル５５のうち、図１に示したパネル５１ａのようにパネル展開時に展開前と同じ状態に保持されるパネル５５を固定側パネル５５′と呼称し、展開前から回転運動、並進運動をして固定側パネル５５′から展開するパネル５５′を展開側パネル５５″と呼称することとする。
【００４６】
固定側パネル５５′のブラケット５２ａから展開側パネル５５″のブラケット５２ｂに向けて突設したカムシリンダ５８には、インナスライダ５７の外周面から突出して設けられたピン６０を貫通させて軸方向に移動するインナスライダ５７の動きをガイドする、軸方向に対し傾斜させて設けた斜溝と、軸方向に平行に設けられ斜溝の端部と一端部が連通された縦溝とからなるカムスロット６１が穿設されるとともに、外周面にはアウタスライダ５９の軸方向の動きを制御するガイドピン６６が突設されている。
【００４７】
さらに、カムシリンダ５８の軸心部には、内部を移動自在にされたインナスライダ５７の一端部に端部が連結され、インナスライダ５７に軸方向の駆動力を発生させるバネ６２と、インナスライダ５７の他端部に端部が連結され、バネ６２力を拘束してインナスライダ５７を所定の位置に保持するとともに、パネルの展開時にはバネ６２力の拘束力を解除し、インナスライダ５７をバネ力によって軸方向に移動させることができるようにした火口品等で構成された始動装置６３が設けられている。
【００４８】
また、展開側パネル５５″のブラケット５２ｂ内周面が、その外周面に固着されたアウタスライダ５９には、軸方向と平行に穿設されカムスロット６１を貫通したピン６０の先端部が挿通されるアウタスロット６４が設けられ、さらに内周面にはカムシリンダ５８の外周面に突設したガイドピン６６が通過できるようにしたガイドスロット６５が軸方向と平行に穿設されている。
【００４９】
ヒンジピン５６はこのように構成されているので、パネル５５の展開位置で始動装置６３を作動させてバネ６２力の拘束を解除すると、インナスライダ５７はバネ６２力によりカムスロット６１の斜溝に挿通されているピン６０にガイドされて回転しながら軸方向に移動する。
このピン６０の移動に伴い、アウタスライダ５９もインナスライダ５７と同様に回転するが、アウタスライダ５９はカムシリンダ５８外周面に突設したガイドピン６６が、ガイドスロット６５とは異なる回転角度に位置しているために、軸方向への移動がこのガイドピン６６によって阻止され、図７（ａ）、（ａ’）〜図７（ｂ）、（ｂ’）に示すように、軸方向に移動することはない。
即ち、展開側パネル５５″は固定側パネル５５′と平行状態で回転運動をするだけである。
【００５０】
次いで、図７（ｃ）、（ｃ’）に示すように、アウタスライダ５９が回転してガイドスロット６５とガイドピン６６とが同一回転角度位置になると、ガイドピン６６によるアウタスライダ５９の軸方向の移動阻止が解除されるために、図７（ｄ）、（ｄ’）に示すように、アウタスライダ５９は同一回転角度を保持してカムシリンダ５８の軸方向、換言すれば、展開側パネル５５″のブラケット５２ｂは、固定側パネル５５′に設けられた切欠部方向に移動し、図７（ｅ）、（ｅ’）に示すように、ブラケット５２ｂの底面がパネル５５′の切欠部に載置される位置まで移動し、展開側パネル５５″は固定側パネル５５′との段差をなくして展開することができる。
【００５１】
次に、図８は、図１に示した固定ピン５４と同様にして、固定側パネル５５′に設けるようにした保持機構を構成する固定ピンの詳細を示す図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図、図９は図８に示された固定ピン５４と係合し、固定ピン５４と共に保持機構を形成する係合孔で、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は側面図である。
図に示すように、一側の面（上面）を固定側パネル５５′の面と同一にして、パネル５５′の側部から張り出して設けたアーム６７の他側の面からは、展開側パネル５５″が展開されたとき、パネル５５′、５５″の展開位置を相互に固定するために、パネル５５″の対向面に向けて、軸方向中央部に切欠を設けた固定ピン５４を立設させている。
【００５２】
この固定ピン５４は、展開側パネル５５″を展開したとき固定ピン５４が配置されている位置に、図９に示すようパネル５５″に穿設された係合孔６８に挿入され、係合孔６８の側部から出入させるようにしたロックキー６９が切欠に嵌入され、パネル５５′、５５″の展開位置を相互に固定するようにしている。
【００５３】
即ち、図１０（ａ）に示すように、展開側パネル５５″が展開され固定ピン５４と係合孔６８との軸心が同一軸上に配置された後、前述したようにヒンジピン５６を作動させることにより、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）に示すように、展開側パネル５５″を固定側パネル５５′に近づけていくと、固定ピン５４は係合孔６８に挿入されていく。
図１０（ｅ）に示すように、固定ピン５４の円柱部が、係合孔６８と直交して設けられロックキー６９を収容している横穴位置まで到達すると、ロックキー６９を係合孔６８内に突出させているバネ７０力に抗してピン６９を横穴に押し戻して、さらに挿入されていく。
【００５４】
次いで、固定ピン５４が軸方向中央部に設けた切欠と係合孔６８に設けた横穴の位置とが一致するまで挿入されると、それまで固定ピン５４の円柱部で押圧され縮退していたバネ７０が伸展することにより、図１０（ｆ）に示すように、ロックキー６９が切欠内に進入して、パネル５５′と５５″とを展開位置にして相互に固定する。
【００５５】
以上、太陽発電システム等を宇宙空間に設置する展開構造体について説明したが、前述したように、現状の最大の直径を有するロケットでもペイロードを収容するフェアリング内の容積は、少量のパネルを収容して移送できるだけであるために、宇宙空間に形成できる展開構造体の展開面積は限定されたものになる。
【００５６】
一方、宇宙空間に設置される太陽発電システム等において、発電効率、送電効率等を考慮した場合は、より大量の電力を地上等に送電できるシステムにすることが好ましく、展開構造体の展開面積を大きくすることが要望されている。
このような要望に対応するために、図１１は上述のようにして形成された展開構造体の各ブロックを順次つなぎ合わせて、大面積の展開構造体を形成する展開構造体の展開方法を示す図である。
【００５７】
図１１において、図１１（ａ）は宇宙空間に形成される展開構造体を構成するための小面積の各ブロックを、テザーケーブルで繋ぐ工程を示す図、図１１（ｂ）は各ブロックを繋いでいるテザーケーブル手繰り寄せて各ブロックを相互に近づけている工程を示す図、図１１（ｃ）は相互に近づけられた各ブロックを連結して、大面積の展開構造体を形成した状態を示す図である。
【００５８】
図１１（ａ）に示すように、前述したようにして形成され隣接するパネル間の段差をなくし、パネル間が強固に固定されて剛性が高められたブロックＡ７１とブロックＢ７２との間には、複数本のテザーケーブル７３がブロックＡ７１、ブロックＢ７２の連結部にそれぞれ配置されたパネル５５間に掛け回された後、図１１（ｂ）に示すように、このテザーケーブル７３を手繰り寄せることにより、ブロックＡ７１とブロックＢ７２とを近接させて、ブロックＡ７１、ブロックＢ７２の連結部にそれぞれ配置されているパネル間を、相互に連結することにより図１１（ｃ）に示すように、大面積の集合ブロック７４にした展開構造体を形成することができる。
【００５９】
なお、図においては、ブロックＡ７１とブロックＢ７２との２つのブロックを連結して行う展開構造体の展開方法について示したが、３個以上のブロックを同時に連結してより大きな展開構造体を形成することもできるものである。
【００６０】
以上、本発明の展開構造体及び展開方法の実施の一形態を宇宙空間で実施する場合を想定して説明したが、本発明は宇宙空間で実施する展開構造体及び展開方法に限定されるものではなく、例えば地上での展開構造体の製作においても適用できるものである。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の展開構造体は、重ね合わされ相互に軸結合された複数のパネルにより形成され、パネルが重ね合わされた収納状態から回転展開されて使用される展開構造体において、展開側パネル及び固定側パネルの端部にそれぞれブラケットが設けられており、ブラケットには、展開側パネル及び固定側パネルがそれぞれ回転展開されたときに互いに係合するための係合部が設けられており、ブラケットにはさらに、展開側パネルを軸周りの回転運動及び軸方向の並進運動をさせて、展開側パネルの係合部を固定側パネルの係合部に誘導して係合させるヒンジピンが設られている。
【００６２】
これにより、順次展開させて形成される展開構造体は、パネルに複数の機能を持たせるためパネル厚の大きいパネルを使用して展開構造体を組み立てる場合でも、隣接パネルとのあいだに段差がなく、又はあっても性能、効率に軽微な影響しか生じない数ｍｍ程度のものにでき、宇宙空間に設置される太陽発電システム等を高効率できる。
隣接パネル間は保持機構により連結、固定されているために、展開構造体全体の剛性が高められ展開構造体に発生する衝撃等による振動発生が軽減でき、姿勢制御が容易になり、指向性を高めることができる。
また、本発明は、係合部には、展開側パネルのブラケットの厚さと固定側パネルのブラケットの厚さとの合計がパネルと略同厚になるように切欠部が設けられている。
これにより、パネルは係合時に段差が生じない同一面をなして展開された状態となる。
また、本発明は、一方の前記ブラケットに前記ヒンジピンが設けられ、その先端は他方の前記ブラケットに穿設された孔に挿入されている。
【００６３】
本発明のヒンジピンは、固定側パネルに一端が固着された円筒体からなり、軸方向に傾斜させて穿設された斜溝及び軸方向に穿設された縦溝とからなるカムスロット並びに外周面に突設されたガイドピンを有するカムシリンダと、外周面にピンを突設した円柱体からなり、カムシリンダ内に設けた駆動装置に駆動されてカムスロット内に挿入されているピンに誘導され、回転運動及び並進運動若しくは並進運動してカムシリンダの軸心部を軸方向に移動するインナスライダと、展開側パネルが外周面に固着された円筒体からなり、軸方向に穿設されカムスロットを貫通したピンが挿入されるアウタスロット並びに内周面軸方向に形成され、ガイドピンを移動させるガイドスロットを設け、インナスライダの運動に対応して、ガイドピンとガイドスロットとの回転角位相が異なるときカムシリンダの外周を回転し、回転角位相が一致するとき軸方向を移動するアウタスライダとからなるものとした。
【００６４】
これにより、インナスライダの作動を行う駆動装置を始動させるのみで、ヒンジピンを構成する部材が展開側パネルを固定側パネルから順次展開させて、隣接して配置されたパネル間に段差のない展開構造体が形成できる。
【００６５】
また、本発明は、固定側パネルの一側の面と同一面をなし、側部から展開側パネルの展開される方向に突設したアームから他側の面方向に向け突設され、軸方向中央部に切欠部を設けた固定ピンと、展開側パネルが展開されたとき、固定ピンの立設位置上方に配置される展開側パネル面に穿設され、固定ピンが挿入される係合孔と、係合孔と直交して展開側パネル内に穿設された横穴内に、係合孔内への出入が自在にされて設置され、係合孔に挿入された固定ピンの切欠部内に進入して固定ピンを固定するロックキーとを設けた保持機構をさらに備えるものからなる。
【００６６】
これにより、隣接パネルとの間が保持機構により強固に連結、固定され展開構造体全体の剛性が高められ、複数の機能を持たせたパネル厚の大きいパネルを使用して運動質量の大きい展開構造体の場合でも、衝撃等による展開構造体の振動発生を軽減でき、姿勢制御性、指向性に優れるものにできる。
【００６７】
また、本発明の展開側パネル及び固定側パネルの平面形が六角形にされ、展開側パネルを固定側パネルから順次展開させて、所定曲率を有する球面展開構造体を形成できるものにした。
【００６８】
これにより、球面状に形成された展開構造体を太陽発電システム等に採用した場合、光源（太陽）側を凸面状にして太陽電池パネルを配置し、地上側を凹面状にして電力送電アンテナを配置して発電効率に優れ、送電効率に優れた太陽発電システムにできる。
また、宇宙空間での太陽発電システムの設置時展開構造体の曲率半径を小さくして、設置位置の近傍でシステムの性能試験等が実施でき、設置作業の効率化が図れる。
【００６９】
また、本発明の展開構造体の展開方法は、重ね合わされ収納状態にされている複数のパネルのうち、展開側パネルを固定側パネルから展開させて形成する展開構造体の展開方法において、展開側パネルを固定側パネルから順次展開させて、展開構造体からなる複数の小面積のパネルブロックを組み立てる工程、結合を行う側のパネルブロックＡの結合部に配置されたパネルと結合される側のパネルブロックＢの対向位置に配置されたパネルとの間にテザーケーブルを掛け回す工程、掛け回されたテザーケーブルを手繰り寄せ、対向位置に配置されているパネルを相互当接させる工程、当接したパネルを相互に連結し固定する工程を採用した。
【００７０】
これにより、宇宙空間においても、ロケットを含む現有の技術で一辺又は直径が数ｋｍにもなる大型の展開構造体を設置でき、効率の良い宇宙空間の利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の展開構造体の実施の第１形態のパネルを折り畳み移送できる状態にしたパネルを２枚だけを示した鳥瞰図、
【図２】図１に示すパネルの折り畳み状態から展開構造体を形成する展開状況を示す鳥瞰図、
【図３】展開されたパネルの相互の面を平滑してパネル間を結合するためのヒンジ部の一例を示す拡大断面図、
【図４】本発明の展開構造体の実施の第２形態を示す鳥瞰図、
【図５】図４に示す六角形のパネルを重ね合わせ移送できる状態を示す鳥瞰図、
【図６】図５に示す本発明のヒンジピンの構造の一例を一部破断面で示す鳥瞰図、
【図７】図５に示すヒンジピンの作動状況を経時的に示す図で、図７（ａ）〜図７（ｅ）は縦断面図、図７（ａ’）〜図７（ｅ’）は横断面図、
【図８】本発明の保持装置を構成する固定ピンを示す図で、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は平面図、
【図９】本発明の保持装置を図８に示す固定ピンとともに構成する係合孔を示す図で、図９（ａ）は縦断面図、図９（ｂ）は平面図、
【図１０】本発明の保持装置の作動状況を経時的に示す図、
【図１１】本発明の展開構造体の展開方法を経時的に示す図、
【図１２】パネルを使用して形成した従来の展開構造体の一例を示す鳥瞰図、
【図１３】図１２に示すラッチ機構の拡大鳥瞰図、
【図１４】図１２に示すヒンジピンの拡大分解鳥瞰図、
【図１５】パネルを使用して形成した従来の展開構造体の他の例を示す鳥瞰図。
【図１６】パネル厚の大きいパネルを使用して形成した従来の展開構造体を示す鳥瞰図である。
【符号の説明】
１                              機能材
２，２ａ〜２ｆ                  パネル
３，３ａ，３ａ′，３ａ″，３ｂ  ラッチ機構
４                              人工衛星
５                              支持部材
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ      ヒンジピン
７                              ばね
８                              展開形宇宙構造物
１０                            展開構造体
１１                            パネル
５１，５１ａ，５１ｂ            パネル
５２，５２ａ，５２ｂ            ブラケット
５３                            ヒンジピン
５４                            固定ピン
５５                            パネル
５５′                          固定側パネル
５５″                          展開側パネル
５６                            ヒンジピン
５７                            インナスライダ
５８                            カムシリンダ
５９                            アウタスライダ
６０                            ピン
６１                            カムスロット
６２                            バネ
６３                            始動装置
６４                            アウタスロット
６５                            ガイドスロット
６６                            ガイドピン
６７                            アーム
６８                            係合孔
６９                            ロックキー
７０                            バネ
７１                            （パネル）ブロックＡ
７２                            （パネル）ブロックＢ
７３                            テザーケーブル
７４                            （集合）ブロック
【図１】
0003854509.tif 000002
【図２】
0003854509.tif 000003
【図３】
0003854509.tif 000004
【図４】
0003854509.tif 000005
【図５】
0003854509.tif 000006
【図６】
0003854509.tif 000007
【図７】
0003854509.tif 000008
【図８】
0003854509.tif 000009
【図９】
0003854509.tif 000010
【図１０】
0003854509.tif 000011
【図１１】
0003854509.tif 000012
【図１２】
0003854509.tif 000013
【図１３】
0003854509.tif 000014
【図１４】
0003854509.tif 000015
【図１５】
0003854509.tif 000016
【図１６】
0003854509.tif 000017