JPH0561801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特に人工衛星に用いる大口径の展
開アンテナ等において、高い格納性と高い剛性を
有する軽量な展開構造物に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、スペースシヤトル、アリアンロケツト等
の性能及び信頼性が向上し、宇宙利用に経済的な
メリツトが生まれて来ている。特に、大型展開ア
ンテナは船舶、車両等の移動体の通信用としてな
くてはならず、それを構成するための展開式骨組
構造方式が盛んに開発されてきた。このことは、
宇宙において展開構造方式が最も経済的であり、
巨大な構造を比較的容易に構築できると思われて
いるからである。

第４図、第５図及び第６図、第７図は、例えば
特開昭59−28704号公報に開示されている、従来
の展開アンテナに使用した展開構造物の格納時及
び展開時におけるそれぞれの形状を示す正面図及
び側面図である。図において、180度ヒンジ１ａ
は展開動作の駆動力となる渦巻きバネなどの弾性
バネを内包し、この弾性バネにより180度の開閉
角に達した時その回転動作をロツクするラツチ装
置を有している。また、135度ヒンジ１ｂは180度
ヒンジ１ａと同様の構成からなり135度の開閉角
に達したときにその回転動作をロツクする。これ
らのヒンジ１ａ，１ｂはフレーム２ａ，２ｂの開
閉を低摩擦条件の下に実現できる構成とされてい
る。

そして、フレーム２ａ，２ｂは前記各ヒンジ１
ａ，１ｂでその端部を互いに結合することによ
り、全体としてフープ状のアンテナが形成される
が、フレーム２ａは開閉移動はせず、フレーム２
ｂのみが開閉移動し、両者は管状の部材で構成さ
れている。

また、フレーム２ａ，２ｂ及びヒンジ１ａ，１
ｂには、所定間隔毎にその張力が調整可能な多数
の支持ワイヤ３が取り付けられており、この支持
ワイヤ３によりメツシユ状の可撓性アンテナ部材
４の周縁部を支持している。この可撓性アンテナ
部材４は、第７図に示されるように、上下２枚が
用いられそれぞれが支持ワイヤ３により保持され
ており、同時にこの２枚の可撓性アンテナ部材４
は結合ワイヤ５により互いを内側へ引張るように
取り付けられている。そして、この結合ワイヤ５
はその長さが周縁部から中心に向けて短くなつて
おり、これにより、可撓性アンテナ部材４を球面
状のパラボラアンテナとすることができ、可撓性
アンテナ部材４の少なくとも一方を導電性（電波
反射特性）を有する部材で構成することにより、
アンテナとしての役割りを持たせることが可能と
なる。

次に動作について説明する。前記のような展開
アンテナは、宇宙空間に打上げた後、第４図及び
第５図に示される格納状態からフレーム２が展開
を始め、それに従つて、フレーム間に折畳まれて
いた２枚の可撓性アンテナ部材４も徐々に広がり
始めることになる。

ここで、格納時においてフレーム２の内側に折
畳まれていた180度ヒンジ１ａはその開閉角が180
度になつた時に内蔵されたラツチ装置によりロツ
クされ、また外側にある135度ヒンジ１ｂはその
開閉角が135度で同様にロツクされる。このよう
にして、全てのヒンジ１がロツクされると、第６
図に示されるような略八角柱形のフープ状のアン
テナが形成される。そして、前述した２枚の可撓
性アンテナ部材４には支持ワイヤ３及び結合ワイ
ヤ５にて所定の張力が加わり、これによつて球面
のパラボラ面が形成されることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の展開アンテナに使用した展開構造物
は以上のように構成されているので、例えば大口
径の展開アンテナを構築する場合に、それぞれ端
部をヒンジ１ａ，１ｂで結合されたフレーム２
ａ，２ｂを展開し、単一の大口径のフープ形状の
フレーム構体を構築し、このフレーム構体によつ
てメツシユ状の可撓性アンテナ部材４を支持しな
ければならず、この可撓性アンテナ部材４はその
周縁部以外に何ら剛性な部材が存在することな
く、このために全体として剛性が低下し、アンテ
ナ指向方向の制御に伴う制御力などの外力が作用
した場合には、所望の形状を保持し得なくなると
いう問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、大口径のアンテナ反射鏡面支持構造
物などの大型の構造物を構築する際に、高い剛性
を確保でき、かつ格納性にも優れた展開構造物を
得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る展開構造物は、多角柱の軸に平
行な稜に配置される複数本の第１フレーム、上記
多角柱の２底面で隣接する上記第１フレームの各
端部間に配置される第２フレーム、上記第１フレ
ームの端部および上記第２フレームの中央部に取
付けられ上記フレームを上記多角柱の底面と交差
する方向に開閉するヒンジ、並びに上記多角柱の
底面の対角線に張架される対角ケーブルを有する
多角柱状フレーム構造体を複数個備え、上記複数
個の多角柱状フレーム構造体を、上記フレームを
共有しながら同一平面に各々の底面を形成するよ
うに結合して構成し、格納時には上記ヒンジによ
り上記第２フレームを隣接する第１フレーム間で
折り畳み、展開時には上記ヒンジに内蔵された駆
動源により上記フレームを上記多角柱の底面と交
差する方向に開くようにしたものである。

〔作用〕

この発明における展開構造物は、ヒンジにより
多角柱の底面と交差する方向に折りたたみ・展開
される多数個の多角柱状フレーム構造体を結合し
て構成されるので、１個の多角柱状フレーム構造
体により大口径の展開構造物を得るのに比べて高
い剛性を確保でき、しかも隣接する多角柱状フレ
ーム構造体のフレーム同士が干渉することなく展
開動作を行なえ、格納性にも優れている。

さらに、対角ケーブルは、展開後において各多
角柱状フレーム構造体が多角柱の底面を含む面内
方向に変形するのを防止すると共にフレームに圧
縮力を作用させてヒンジ部のガタを押え、より安
定した構造を保つ働きをする。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図をもとに説明す
る。

第１図には本発明に係る展開構造物のフレーム
結合状態が示され、第２図には第１図の展開構造
物の展開途中の状態が示されている。

本発明において特徴的なことは、例えば展開構
造物の代表的用途である展開アンテナの主構造部
として適用した場合には、大口径のアンテナを高
い剛性を確保しながら形成できるようにし、かつ
展開アンテナをコンパクトに折畳むようにしたこ
とである。このような「高い剛性の確保」や「コ
ンパクトに折り畳めること」は、展開構造物一般
に要求されるメリツトである。このために、本発
明は多角柱状（この例では六角柱状）フレーム構
造体６を複数個、実施例では３個設け、これら多
角柱状フレーム構造体６の接続部分のフレームを
共用するためのヒンジ８を設けている。さらに、
多角柱の底面の対角線に張架される対角ケーブル
９を設けている。また、１０は多角柱の２底面の
対角線に張架された対角ケーブル９の両交点間に
張架され、対角ケーブル９のたるみを防止する軸
方向ケーブルである。

すなわち、第１図に示されるように、多角柱状
フレーム構造体は多角柱の軸に平行な稜に配置さ
れる複数本の第１フレームすなわち縦フレーム７
ａ及び多角柱の上下の２底面で隣接する第１フレ
ーム間に配置される第２フレームすなわち横フレ
ーム７ｂと横フレーム７ｂで形成される多角形平
面すなわち多角柱の底面において３方向のフレー
ムを結合する３方向ヒンジ８ａ、２方向フレーム
を結合する２方向ヒンジ８ｂ及び１方向フレーム
を結合する１方向ヒンジ８ｃで構成されている。

前記３方向ヒンジ８ａは多角柱状フレーム構造
体６同士を結合する部分に用いられ、１本の縦フ
レーム７ａで３個または２個の多角柱状フレーム
構造体６の縦フレームを共用し、横フレーム７ｂ
においても多角柱状フレーム構造体６の隣接部位
で共用するようにして各フレーム７を接続する。

前記２方向ヒンジ８ｂは多角柱状フレーム構造
体６の共用部分を有しない部位の角のフレーム接
続に用いられ、前記３方向ヒンジ８ａと同様にヒ
ンジ自体の開閉角度は一定角（120°）となつてい
る。

前記１方向ヒンジ８ｃは、本発明の折畳みスペ
ースを小さくするために設けられ、また複数の多
角柱状フレーム構造体６を結合し折畳む際のフレ
ーム同志の干渉を防止するために用いられる。す
なわち、この１方向ヒンジ８ｃは、横フレーム７
ｂをその中間位置で分離し、この分離部分に両者
を接続するように取り付けられており、この１方
向ヒンジ８ｃにより多角柱の底面と垂直になる
面、つまり多角柱状フレーム構造体６の外周面内
で開閉動作をすることができる。これによれば、
展開構造物を折畳んだ時に横フレーム７ｂにより
占有する面積がフレームの縦断面の面積により決
定されるので、従来の装置より横フレーム７ｂに
より占有する折畳み後の投影面積を極めて小さい
ものとすることが可能となる。また、この横フレ
ーム７ｂの開閉は展開アンテナの開閉方向の面と
異なる面で行われるので、複数個の多角柱状フレ
ーム構造体６が展開する際での相互間のフレーム
干渉を防止できるという利点がある。

次に動作について説明する。この発明における
展開構造物は、格納時においては横フレーム７ｂ
はその中央においてヒンジ８ｃにより多角柱の底
面外方向に折りたたまれており、縦フレーム７ａ
と相互になす角θがほぼ０度に近い状態で、外部
からの保持装置（図示しない）によつて保持され
ている。展開にあたつては、上記保持装置を解放
すると、ヒンジ８ａ〜８ｃに内蔵されたうず巻き
バネなど（図示しない）の駆動力によつて横フレ
ーム７ｂが展開され、角θが増大していく。角θ
がほぼ90°の位置まで横フレーム７ｂが展開され
ると、ヒンジ８ａ〜８ｃ部に配設されたストツパ
ー機構（図示しない）により横フレーム７ｂの回
転角が固定され展開動作は止まる。このとき、対
角ケーブル９は所定の張力をもつてヒンジ８ａ，
８ｂ間に張架されるように、あらかじめその長さ
を調整されている。上記対角ケーブル９は横フレ
ーム７ｂによつて形成される多角柱の底面の対角
線上に張架されているので、多角柱状フレーム構
造体６が何らかの外力を受けて上記底面内方向に
変形しようとしたとき、その変形を拘束し、多角
柱状フレーム構造体６の形状を安定させる。さら
に対角ケーブル９の張力により、反力として横フ
レーム７ｂ間には圧縮力が作用し、ヒンジに有す
るガタを押えて構造安定性を高める働きがある。

さらに、この実施例においては、軸剛性の小さ
い軸方向ケーブル１０を多角柱の２底面の対角線
に張架された対角ケーブルの両交点間に張架して
いるので、対角ケーブル９が展開状態においてた
るみを生じるのを防止できる。

なお、第２図においては簡単のため対角ケーブ
ル９および軸方向ケーブル１０は図示されていな
い。

なお、上記実施例では軸方向ケーブル１０が軸
剛性の小さいケーブルである場合を示したが、こ
れは第３図に示す様に軸剛性の大きいケーブル１
１の途中に弱いバネ１２を入れたものでもよく、
上記実施例と同様の効果を奏する。また、対角ケ
ーブル９の剛性の値によつては軸方向ケーブル１
０は無くてもよい。

また、上記実施例では多角柱状フレーム構造体
６が六角柱である場合について示したが、これに
限るものではなく、四角柱などであつても上記実
施例と同様の効果が得られるのは明白である。

さらに、上記実施例では多角柱状フレーム構造
体６が３個の場合について説明したが、構造体６
の数には特に制限はなく、数十から数百の多角柱
状フレーム構造体６を結合し、口径数十ｍの展開
構造物を実現することも可能である。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、多角柱の軸
に平行な稜に配置される複数本の第１フレーム、
上記多角柱の２底面で隣接する上記第１フレーム
の各端部間に配置される第２フレーム、上記第１
フレームの端部および上記第２フレームの中央部
に取付けられ上記フレームを上記多角柱の底面と
交差する方向に開閉するヒンジ、並びに多角柱の
底面の対角線に張架される対角ケーブルを有する
多角柱状フレーム構造体を複数個備え、上記複数
個の多角柱状フレーム構造体を、上記フレームを
共有しながら同一平面に各々の底面を形成するよ
うに結合して構成し、格納時には上記ヒンジによ
り上記第２フレームを隣接する上記第１フレーム
間で折り畳み、展開時には上記ヒンジに内蔵され
た駆動源により上記フレームを上記多角柱の底面
と交差する方向に開くようにしたので、大型の構
造物を構築する際に高い剛性を確保でき、しかも
収納性にも優れた展開構造物が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による展開構造物
を示す概略構成図、第２図は第１図のものの格
納・展開途中の状態を示す説明図、第３図はこの
発明の他の実施例による展開構造物を示す説明
図、第４図は従来の展開アンテナの格納時を示す
正面図、第５図は従来の展開アンテナの格納時を
示す側面図、第６図は従来の展開アンテナの展開
時を示す正面図、第７図は従来の展開アンテナの
展開時を示す側面図である。 図において、３は支持ワイヤ、４は可撓性アン
テナ部材、５は結合ワイヤ、６は多角柱状フレー
ム構造体、７ａは縦フレーム、７ｂは横フレー
ム、８ａは３方向ヒンジ、８ｂは２方向ヒンジ、
８ｃは１方向ヒンジ、９は対角ケーブル、１０，
１１は軸方向ケーブル、１２はバネである。な
お、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多角柱の軸に平行な稜に配置される複数本の
   第１フレーム、上記多角柱の２底面で隣接する上
   記第１フレームの各端部間に配置される第２フレ
   ーム、上記第１フレームの端部および上記第２フ
   レームの中央部に取付けられ上記フレームを上記
   多角柱の底面と交差する方向に開閉するヒンジ、
   並びに上記多角柱の２底面の対角線に張架される
   対角ケーブルを有する多角柱状フレーム構造体を
   複数個備え、上記複数個の多角柱状フレーム構造
   体を、上記フレームを共有しながら同一平面に
   各々の底面を形成するように結合して構成し、格
   納時には上記ヒンジにより上記第２フレームを隣
   接する上記第１フレーム間で折り畳み、展開時に
   は上記ヒンジに内蔵された駆動源により上記フレ
   ームを上記多角柱の底面と交差する方向に開くよ
   うにした展開構造物。 ２ 多角柱の２底面の対角線に張架された対角ケ
   ーブルの両交点間に張架され、上記対角ケーブル
   のたるみを防止する軸方向ケーブルを備えた特許
   請求の範囲第１項記載の展開構造物。