(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラス部材を有する折り畳み展開可能な展開体と、
前記展開体を折り畳み状態に拘束保持可能であるとともに拘束保持した状態から解放可能な保持解放手段と、
前記保持解放手段による拘束保持した状態を解除した直後に前記展開体が有する自発展開膨張を生じさせる初期膨張エネルギーを前記初期膨張エネルギー自体を用いてフライホイール回転体の回転エネルギーに変換させることによって、前記展開体の振動を抑制しながら自然解放状態まで導く初期膨張制御手段と、
を備えることを特徴とする展開型装置。
【請求項２】
トラス部材を有する折り畳み展開可能な展開体と、
前記展開体を折り畳み状態に拘束保持可能であるとともに拘束保持した状態から解放可能な保持解放手段と、
前記保持解放手段による拘束保持した状態を解除した直後に前記展開体が有する自発展開膨張を生じさせる初期膨張エネルギーを吸収し前記展開体の振動を抑制しながら自然解放状態まで導く初期膨張制御手段と、
を備え、
前記初期膨張制御手段は、
前記展開体が折り畳まれて前記保持解放手段により拘束保持された状態において折り畳まれた前記展開体の外周に巻き付け可能なテープ体と、
前記テープ体の一端が固定して巻き付けられ他端が固定されずに巻き付けられ、前記展開体の自発展開膨張に伴い回転可能なテープ体巻付けドラムと、
前記テープ体巻付けドラムの回転に連動して回転するよう取り付けられたフライホイール回転体と、
前記保持解放手段による拘束保持を解除するタイミングで前記フライホイール回転体の回転を可能にするロック機構と、
を備えることを特徴とする展開型装置。
【請求項３】
前記初期膨張制御手段は、
前記展開体が折り畳まれて前記保持解放手段により拘束保持された状態において折り畳まれた前記展開体の外周に巻き付け可能なテープ体と、
前記テープ体の一端が固定して巻き付けられ他端が固定されずに巻き付けられ、前記展開体の自発展開膨張に伴い回転可能なテープ体巻付けドラムと、
前記テープ体巻付けドラムの回転に連動して回転するよう取り付けられた前記フライホイール回転体と、
前記保持解放手段による拘束保持を解除するタイミングで前記フライホイール回転体の回転を可能にするロック機構と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の展開型装置。
【請求項４】
前記テープは、
一端が前記テープ体巻付けドラムに固定され他端がフリーの状態にあり、前記テープ体巻付けドラムに二重に巻き付けられており、前記ロック機構による解除で前記展開体の自発展開膨張によって引っ張られ繰り出されると共に、前記テープ体巻付けドラムの回転に伴い一定量が自発展開膨張の後に繰り出され、前記他端が前記テープ体巻付けドラムからはずれ、前記テープ体巻付けドラムが引き続き同じ方向に回転し続けることによって前記テープ体巻付けドラムに最後まで巻き取られる
ことを特徴とする前記請求項２または３のいずれかに記載の展開型装置。
【請求項５】
前記テープ体巻付けドラムの回転を回転数を増幅して前記フライホイール回転体に伝達する増幅機構を備える
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の展開型装置。
【請求項６】
前記テープ体巻付けドラムに前記テープ体の繰り出し方向へ一定の回転力を与える定張力バネを備える
ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の展開型装置。
【請求項７】
前記展開型装置は、前記展開体を折り畳んだ状態で搬送体により所定の空間へ搬送されて前記空間で展開されるものであり、前記展開体は前記保持開放手段により前記搬送体に拘束保持されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の展開型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば人工衛星などの宇宙航行体に搭載される展開型アンテナ等の宇宙展開型装置に係り、展開動作を制御可能な展開型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、宇宙開発の分野においては、展開型アンテナ等の折畳み展開自在な宇宙構造物を宇宙空間に構築する手段として、宇宙構造物を地上で折畳み収容して宇宙空間まで輸送し、宇宙空間に到達した状態で宇宙構造物を展開させる方法が採用されている。
【０００３】
このような宇宙構造物には宇宙空間に到達するまでの間の打上時等に多大な衝撃が加わるために、保持解放装置を用いて折畳み収納状態にて確実に位置決め固定され、宇宙空間において、この保持解放装置が動作制御されて、その保持が解放され、その折畳み収納状態から展開機構が駆動制御されて所定の形状に展開され、所定の運用に供される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
折畳み収納状態にて位置決め固定された上記の展開型アンテナが宇宙空間において展開動作を開始する。この際、まず保持解放装置はその拘束保持した状態を速やかに解放する動作を実行する。
【０００５】
しかしながら、展開アンテナ装置は保持解放装置によりしっかりと締め付けられて収納されているため、展開アンテナ装置を構成するリンク機構からなる複数のトラス部材（骨組み構造）間に歪みエネルギーが蓄積されており、保持解放装置の解放直後に初期膨張力により自発展開膨張が発生する。
【０００６】
この結果、展開アンテナ装置の支持体に一部固定された箇所が反力を受けるなど、その初期膨張力により予期せぬ大きな振動が解放直後に発生し、展開アンテナモジュールのトラス部材の間に収納されていたメッシュ等のシート体が外に動き、隣のトラス部材の先端部に引っかかり、展開アンテナモジュールの円滑な展開が阻止されるなど解放動作が不安定になるという問題がある。
【０００７】
また、最近の宇宙航行体の大型化に伴って、その宇宙展開構造物が大型となり、その展開物が多数化されて折畳み収容状態が厚形化されるという実状があり、その開放時における展開動作がますます不安定となるという問題がある。
【０００８】
上記の問題は、展開アンテナ装置に限るものでなく、例えば複数の太陽電池パネルを折り畳み展開可能に組み合わせて配置される太陽電池パドル等の宇宙展開型装置においても同様に存在するものである。
【０００９】
上記の問題の解決は、特に、高信頼性の要請される宇宙開発の分野では、重要な課題の一つとなっている。
【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、簡易な構成であり初期解放時の膨張力を制御でき信頼性の高い展開動作が可能な展開型装置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、本発明による展開型装置は、トラス部材を有する折り畳み展開可能な展開体と、前記展開体を折り畳み状態に拘束保持可能であるとともに拘束保持した状態から解放可能な保持解放手段と、前記保持解放手段による拘束保持した状態を解除した直後に前記展開体が有する自発展開膨張を生じさせる初期膨張エネルギーを前記初期膨張エネルギー自体を用いてフライホイール回転体の回転エネルギーに変換させることによって、前記展開体の振動を抑制しながら自然解放状態まで導く初期膨張制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
これによって、初期膨張制御手段によって、保持解放手段による拘束保持した状態を解除した直後に展開体が有する自発展開膨張を生じさせる初期膨張エネルギーを吸収でき展開体の振動を抑制しながらゆっくりと自然解放状態まで導くことができ、保持解放直後に開放動作が不安定となること無く展開体の展開動作の確実化を図ることが可能となる。
【００１３】
また、前記初期膨張制御手段は、前記展開体が折り畳まれて前記保持解放手段により拘束保持された状態において折り畳まれた前記展開体の外周に巻き付け可能なテープ体と、前記テープ体の一端が固定して巻き付けられ他端が固定されずに巻き付けられ、前記展開体の自発展開膨張に伴い回転可能なテープ体巻付けドラムと、前記テープ体巻付けドラムの回転に連動して回転するよう取り付けられた前記回転体であるフライホイール回転体と、前記保持解放手段による拘束保持を解除するタイミングで前記フライホイール回転体の回転を可能にするロック機構と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
これによって、ロック機構によって保持解放手段による拘束保持を解除するタイミングでフライホイール回転体の回転を可能にし、フライホイール回転体の外周に巻き付けたテープ体が引っ張られて繰り出されることでテープ体巻付けドラム及びフライホイール回転体が加速回転して初期膨張エネルギーをフライホイール効果による回転運動エネルギーに変換して吸収することができる。また、初期膨張制御手段はテープ体とテープ体巻付けドラムとフライホイール回転体等とロック機構によって簡易に構成されているので、使用実績や制御装置が必要なモータ及び温度制御が必要で回転範囲の制約を受けるロータリダンパなどを使用する必要がなくなり、高い信頼性で展開アンテナ装置の初期解放時の膨張力を制御することができる。
【００１５】
また、前記テープは、一端が前記テープ体巻付けドラムに固定され他端がフリーの状態にあり、前記テープ体巻付けドラムに二重に巻き付けられており、前記ロック機構による解除で前記展開体の自発展開膨張によって引っ張られ繰り出されると共に、前記テープ体巻付けドラムの回転に伴い一定量が自発展開膨張の後に繰り出され、前記他端が前記テープ巻付けドラムからはずれ、前記テープ体巻付けドラムが引き続き同じ方向に回転し続けることによって前記テープ体巻付けドラムに最後まで巻き取られることを特徴とする。
【００１６】
これによって、展開体の初期膨張エネルギーによって繰り出されるテープ体の繰り出し量をテープ体巻付けドラムの回転に対し２倍に得ることができると共に一定の初期膨張後に繰り出されたテープ体のフリー側の端部がテープ体巻付けドラムからはずれ、引き続き同じ方向に回転し続けることで今度は繰り出されたテープ体が最後まで巻き取られて展開体の展開動作に影響を及ぼすことがなくテープ体の回収を図ることが可能になる。
【００１７】
また、前記テープ体巻付けドラムの回転を回転数を増幅して前記フライホイール回転体に伝達する増幅機構を備えることを特徴とする。
【００１８】
これによって、フライホイール回転体の持つイナーシャが増速比の２乗に比例して作用するため、初期膨張エネルギーを回転運動エネルギーとして吸収するフライホイール効果を大幅に増大させることが可能となる。
【００１９】
また、前記テープ体巻付けドラムに前記テープ体の繰り出し方向へ一定の回転力を与える定張力バネを備えることを特徴とする。
【００２０】
これによって、展開体の初期膨張が予想よりも早く止まったり予想以上に膨張力が小さかった場合においても、テープ体の繰り出し及び巻き取りを最後まで確実に行うことが可能となる。
【００２１】
また、前記展開型装置は、前記展開体を折り畳んだ状態で搬送体により所定の空間へ搬送されて前記空間で展開されるものであり、前記展開体は前記保持開放手段により前記搬送体に拘束保持されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
折り畳み状態で宇宙空間へ搬送されて宇宙空間で展開される宇宙展開型装置の一例として、展開アンテナ装置を例にとり説明する。
【００２４】
図８は、保持解放装置２で複数の展開アンテナモジュール４を有する展開アンテナ装置１が折畳み収納状態にて確実に位置決め固定された様子を示すものである。図９はこの保持解放装置２が解放した直後の状態を示し、解放後に展開アンテナ装置１の複数の展開アンテナモジュール４は駆動制御されて所定の形状に展開を開始するときの状態を示す。
【００２５】
展開アンテナ装置１は、展開体としての複数の展開アンテナモジュール４と、展開アンテナモジュール４を宇宙へ搬送するための人工衛星（搬送体）に設けられた支持構体８に複数の展開アンテナモジュール４を折り畳み状態に拘束保持するとともに拘束保持した状態から解放可能な保持解放装置２と、保持解放装置２による拘束保持した状態を解除した直後に複数の展開アンテナモジュール４の各々を円滑に滑らかに展開させるための初期膨張制御手段１０とを備えている。複数の展開アンテナモジュール４の各々は骨組み構造を形成するトラス部材１４を有する。初期膨張制御手段１０は、複数の展開アンテナモジュール４の各々が有する自発展開膨張を生じさせる初期膨張エネルギーを吸収し展開アンテナモジュール４の振動を抑制しながら自然解放状態まで導くように機能する。ここでトラス部材１４は、単なる骨組み構造であってもよく、またはヒンジ機構であってもよい。
【００２６】
図１乃至図４は、初期膨張制御手段１０の構成及びその動作を説明する図である。初期膨張制御手段１０は、複数の展開アンテナモジュール４が折り畳まれて保持解放手段２により拘束保持された状態にあるときに折り畳まれた複数の展開アンテナモジュール４の外周に巻き付けられる金属テープ２０と、金属テープ２０の一端が固定して巻き付けられ他端が固定されずに巻き付けられ、複数の展開アンテナモジュール４の自発展開膨張に伴い回転可能なテープ体巻付けドラム２２と、テープ体巻付けドラム２２の回転に連動して回転するよう取り付けられたフライホイール回転体２４と、テープ体巻付けドラム２２の回転に連動して回転するよう取り付けられた回転伝達手段としてドラム２２の回転をフライホイール回転体２４に回転数を増幅して伝える増幅機構２６と、保持解放装置２による拘束保持を解除するタイミングでフライホイール回転体２４の回転の停止の解除を可能な回転ロック機構２８とを備えている。
【００２７】
図１は、初期膨張制御手段１０の初期設定状態を示す図である。複数の展開アンテナモジュール４は、人工衛星によって宇宙空間に運ばれるまでは図８に示すように保持解放装置２により折畳み収納された状態で人工衛星などの宇宙航行体の支持構体８に確実に位置決め固定されている。
【００２８】
この収納保持状態にある展開アンテナ装置モジュール４はリンク機構からなる複数トラス部材で構成され、展開アンテナ装置モジュール４の縦トラス部材１４の外周に、例えばスチールテープなどからなる金属テープ２０が巻き付けられ、その両端がアイドルローラ３２，３４を介してテープ体巻付けドラム２２に巻き付けられている。ここで、金属テープ２０はテープ体巻付けドラム２２に片端が固定され、もう片端はフリーの状態で巻き付けられ、金属テープ２０はテープ体巻付けドラム２２に二重に巻き付けて設定されている。
【００２９】
一方、テープ体巻付けドラム２２に対して、その回転力で連動するようにフライホイール回転体２４が、例えば平歯車列からなる増速機構２６を介して取り付けられている。フライホイール回転体２４には、例えば直動式ソレノイドあるいはパラフィンアクチュエータからなる回転ロック機構２８が備え付けられており、フライホイール回転体２４の回転の停止及び解除の動作が可能なように構成されている。
【００３０】
図２乃至図４は、宇宙空間に到達後、保持解放装置２が動作制御され、展開アンテナ装置への保持が解放された直後から、展開機構が駆動制御されて展開を開始するまでの初期膨張過程における初期膨張制御手段１０の動作手順を説明する図である。
【００３１】
図１に示す初期状態から保持解放装置２が動作してその保持が解放されると、折り畳み収納されていた展開アンテナ装置１を構成するリンク機構からなる複数のトラス部材１４間に蓄積されていた歪みエネルギーにより初期膨張力が発生する。図２に示すように回転ロック機構２８を解除すると、展開アンテナ装置１は初期膨張力によって周囲外方に拡がるため、金属テープ２０が引っ張られ繰り出されると共に、テープ体巻付けドラム２２が回転を開始し、連動するフライホイール回転体２４も回転加速を始める。
【００３２】
次に図３に示すように、一定の初期膨張後に自然解放状態まで展開アンテナ装置１が拡がると、繰り出された金属テープ２０のフリー側の片端２０ａがテープ体巻付けドラム２２からはずれて、引き続き同方向にドラム２２が回転し続けることで、今度は繰り出された金属テープ２０がそのままドラム２２に巻き取られるようになる。この場合、フライホイール回転体２４で吸収した回転運動エネルギーがドラム２２の巻き取り回転に利用される。
【００３３】
図４に示すように繰り出された金属テープ２０は最後までドラム２２に巻き取られ、回収されて、その後、展開アンテナ装置１は展開機構の駆動制御で所定の形状に展開され運用に供される。
【００３４】
図５は、図１乃至図４で示した構成および動作原理に基づいて設計した初期膨張制御手段１０の一実施例を示す図である。図５において増速機構２６は歯数比の異なる平歯車列によって多段で構成されており、フライホイール回転体２４は直動式ソレノイドを用いた回転ロック機構２８によってその回転の停止及びその解除が制御される。また、アイドルローラ３２，３４の片方には金属テープ２０の繰り出し巻き取りがスムーズに行われるよう対向して補助ローラ３６が設けられている。図５における符号４０は定張力バネを示し、定張力バネ４０はワイア４２を利用してテープ体巻付けドラム２２に取り付けたプーリ４４で補助回転力を与える機構である。初期設定時には定張力バネ４０の作用回転量に応じてワイア４２がプーリ４４に巻き付けられており、定張力バネ４０の作用量終了でワイア４２がプーリ４４から外れるように構成されている。
【００３５】
また、図６に示すように金属テープ２０には薄いスチールテープが用いられ、テープ２０には等間隔であけた長丸穴５０が設けられており、テープ体巻付けドラム２２の周囲には対向する先の丸いピン５２が取り付けられて、ピン５２が長丸穴５０に挿入され、スチールテープ２０の繰り出し及び巻き取りが確実に行われるようになっている。また、図６に示すようにスチールテープ２０の一端をドラム２２に固定する箇所Ｒのドラム周形状を曲面にすることで繰り出し終了から引き続き巻き取りへと切り替わるときに、スチールテープ２０が滑らかに巻き取られるように構成されている。
【００３６】
一方、金属テープ２０で外周囲を巻き付けられるリンク機構からなる展開アンテナ装置１は、その構成する複数のトラス部材１４に対してスチールテープ２０が接触する箇所において、図７に示すような構造のブラケット１５を取り付けることにより、金属テープ２０の最小曲げ半径を考慮に入れてテープ２０の強度を保つと共に、金属テープ２０の繰り出し巻き取り動作においてテープ２０がずれたり、倒れたり、はずれるのを防ぎ、膨張力制御作用を確実に行えるように構成されている。また、スチールテープ２０のテープ表面は滑りを良くするため場合によってはテフロンコーティング等の表面処理が施されている。
【００３７】
本発明の実施の形態において、保持解放装置２による拘束保持した状態を解除するタイミングで回転ロック機構２８によってフライホイール回転体２４の回転停止を解除する。すると、展開アンテナ装置１に発生する初期膨張により、テープ体巻付けドラム２２の外周に巻き付けた金属テープ２０が引っ張られて繰り出されることでテープ体巻付けドラム２２が回転を開始し、連動するフライホイール回転体２４が加速回転する。そして、展開アンテナ装置１に蓄積されていた初期膨張エネルギーはフライホイール効果による回転運動エネルギーに変換され吸収され、展開アンテナ装置１は振動を抑制しながら自然解放状態に至るまでゆっくりと膨張し初期膨張が制御されるので、保持解放装置２による保持解放直後に開放動作が不安定となること無く、展開アンテナ装置１の展開動作の確実化を図ることが可能となる。
【００３８】
また、初期膨張制御手段１０は金属テープ２０とテープ体巻付けドラム２２とフライホイール回転体２４等と回転ロック機構２８等によって簡易に構成されているので、使用実績や制御装置が必要なモータ及び温度制御が必要で回転範囲の制約を受けるロータリダンパなどを使用する必要がなくなり、高い信頼性で展開アンテナ装置１の初期解放時の膨張力を制御することができる。
【００３９】
また、金属テープ２０がテープ体巻付けドラム２２に片端が固定され他端がフリーの状態で二重にしてドラム２２に巻き付けられるようにしたので、展開アンテナ装置１の初期膨張力によって繰り出される金属テープ２０の繰り出し量をテープ体巻付けドラム２２の回転に対し２倍に稼ぐことが出来ると共に、一定の初期膨張後に繰り出された金属テープ２０のフリー側の片端がテープ体巻付けドラム２２からはずれ、引き続き同じ方向に回転し続けることで、今度は繰り出された金属テープ２０が最後まで巻き取られて展開構造物の展開動作に影響を及ぼすことがなく、金属テープ２０の回収を図ることができる。
【００４０】
また、テープ体巻付けドラム２２の回転を回転数を増幅してフライホイール回転体２４に伝達する増幅機構２６を備えているので、フライホイール回転体２４の持つイナーシャが増速比の２乗に比例して作用するため、初期膨張エネルギーを回転運動エネルギーとして吸収するフライホイール効果を大幅に増大させることが可能となる。
【００４１】
また、テープ体巻付けドラム２２に金属テープ２０の繰り出し方向へ一定の回転力を与える定張力バネ４０を備えているので、展開アンテナ装置１の初期膨張が予想よりも早く止まったり予想以上に膨張力が小さかった場合においても、初期膨張制御手段１０の回転機構系の持つ摩擦成分を補償して、金属テープ２０の繰り出し及び巻き取りを最後まで確実に行うことが可能となる。
【００４２】
なお、上述の説明において、宇宙展開型装置として展開アンテナ装置１を例にとり説明したが、これに限るものではなく、例えば複数の太陽電池パネルを折り畳み展開可能に組み合わせて配置される太陽電池パドル等の展開構造物においても同様に構成した機構によって適用することが可能である。
また、本発明における展開型装置として、宇宙展開型装置を例にとり説明したが、展開型装置としては、宇宙展開型装置に限らず、宇宙以外の他の空間、例えば、地球上の他の場所で展開する展開型装置であってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の構成によれば、保持解放手段により拘束保持した状態を解除した直後に展開体が有する自発展開膨張を生じさせる初期膨張エネルギーを吸収でき、展開体の振動を抑制しながらゆっくりと自然解放状態まで導くことができ、保持解放手段により拘束保持した状態の解除直後の開放動作が不安定となることがなく展開体の展開動作を確実に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の展開型装置の一実施形態の展開アンテナ装置における初期膨張制御手段の構成を示す図。
【図２】宇宙空間に到達後、保持解放装置が動作制御され展開アンテナ装置への保持が解放された直後から展開機構が駆動制御されて展開を開始するまでの初期膨張過程における初期膨張制御手段の動作手順を説明する図。
【図３】図２に続く初期膨張過程における動作手順を説明する図。
【図４】図３に続く初期膨張過程における動作手順を説明する図。
【図５】本発明の一実施形態における初期膨張制御手段の構成を示す図であり、（ａ）は（ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図であり、（ｃ）は（ｄ）の側面図であり、（ｄ）は（ｂ）の側面図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるテープ体巻付けドラムとテープ体の形状を示す図。
【図７】本発明の一実施形態におけるテープ体をトラス部材に巻き付けやすくするためにブラケットを設けた例を示す縦断面図（ａ）と（ａ）におけるＡ−Ａの横断面図（ｂ）。
【図８】保持解放手段で複数の展開アンテナモジュールを有する展開アンテナ装置が折畳み収納状態に位置決め固定された様子を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は下平面図であり、（ｃ）は上平面図であり、（ｄ）は正面図である。
【図９】保持解放手段による拘束保持の状態から解放された直後の状態を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は下平面図であり、（ｃ）は上平面図である。
【符号の説明】
１  展開アンテナ装置
２  保持解放装置
４  展開アンテナモジュール
１０  初期膨張制御手段
１４  トラス体
２０  金属テープ
２２  テープ体巻付けドラム
２４  フライホイール回転体
２６  増幅機構
４０  定張力バネ
【図１】
0003863411.tif 000002
【図２】
0003863411.tif 000003
【図３】
0003863411.tif 000004
【図４】
0003863411.tif 000005
【図５】
0003863411.tif 000006
【図６】
0003863411.tif 000007
【図７】
0003863411.tif 000008
【図８】
0003863411.tif 000009
【図９】
0003863411.tif 000010