JPH0613776B2 - 伸展構造物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は伸縮可能な伸展構造物に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば人工衛星等の宇宙機に搭載され宇宙空間で伸展さ
せて使用される伸展マスト等の伸展構造物として、少な
くとも３本以上の弾性縦梁を備え、この各縦梁をコイル
状に弾性変形させることによって縮小されるとともに、
各縦梁の復元によって柱状に伸展するものがある。

第５図〜第７図はこの種の伸展構造物として３本の弾性
縦梁を備えたものを示しており、第５図は伸展状態、第
６図は伸展途中の状態、第７図は縮小状態を示してい
る。この伸展構造物の構成を説明すると、図において、
１，２は円板状をなす端板、３はこの両端板１，２間に
設けられた同一長さの３本の弾性縦梁である。この弾性
縦梁３，３は、グラスファイバまたはカーボンファイバ
で強化したエポキシ樹脂等の弾性線材からなるもので、
この各縦梁３，３の下端は、下側端板１の上面にその外
周縁に沿わせて等間隔に設けたブラケツト４，４に枢着
されており、また各縦梁３，３の上端は、上側端板２の
下面にその外周縁に沿わせて等間隔に設けたブラケット
（図示せず）に枢着されている。５は前記両端板１，２
間に所定のピッチで多数段に設けられて各縦梁３，３を
互いに連結する横梁であり、この横梁５，５は縦梁３，
３の全長にわたって等間隔に設けられている。この横梁
５，５は、合成樹脂からなる弾性変形可能なもので、中
心部から放射状に延出する３本のアーム部の先端を各縦
梁３，３に固定して各縦梁３，３を互いに連結してい
る。また、６は端板１，２と横梁５，５との間および各
横梁５，５間にそれぞれ対をなす２本の縦梁（隣接する
縦梁）３，３を連結するようにＸ状に張られた斜索であ
る。この斜索６，６は、引張り強度の高い繊維索からな
っており、この斜索６，６は、横梁５，５によって区画
された各スパンごとに、その２つの対向角を結んでＸ状
に張られている。一方、７は両端板１，２の一方例えば
上側端板２を他方の端板（下側端板）１側に引張して伸
展構造物を縮小させる引索であり、この引索７は、上側
端板２の中心に連結されるとともに、各横梁５，５の中
心に設けた索通し孔８，８および下基板１の中心に設け
た索通し孔９を通して下基板１の下に引出され、モータ
により駆動される巻取ドラム（図示せず）に巻付けられ
ている。

この伸展構造物は、各弾性縦梁３，３をコイル状に弾性
変形させることによって縮小されるもので、前記巻取ド
ラムに引索７を巻取らせると、引索７によって上側端板
２が引下げられ、この上側端板２の引下げ力により各縦
梁３，３が上端側から第６図に示すようにコイル状に弾
性変形して行き（このとき、各縦梁３，３のコイル状変
形にともなって上側端板２が実線矢印方向に回転す
る）、最終的にコイル状に変形した各縦梁３，３のルー
プが重なり合う第７図に示す状態まで縮小される。な
お、横梁５，５は縦梁３，３のコイル状変形にともなっ
て捩れおよび撓み変形する。また、この伸展構造物は、
巻取ドラムを逆転させて引索７を緩めることにより伸展
されるようになっており、引索７を緩めると、コイル状
に変形されている各縦梁３，３が縦梁自体の反発力で復
元して上記縮小時と逆に構造物が柱状に伸展して行き
（このとき上側端板２は、各縦梁３，３の復元にもとな
って第６図に示す鎖線矢印方向に回転しながら上昇す
る）、最終的に第５図に示す状態まで伸展する。また、
前記斜索６，６は、構造物を第５図に示す状態に完全に
伸展させたときに緊張状態となって、隣接する縦梁３，
３と横梁５，５とで構成される矩形枠の筋かいとなるよ
うになっている。なお、この斜索６，６は引張り力に対
してのみ有効であるが、この斜索６，６はＸ状に張られ
ているために、前記矩形枠が対角線方向からの引張り力
および圧縮力によって変形するのを斜索６，６で防止す
ることができるから、伸展された構造物は、筋かい入り
ラーメン構造と同様な剛性をもつ。

ところで、上記伸展構造物を縮小させる場合、構造物を
無理なくスムーズに縮小させるには、構造物をその一端
側から第６図に示すように順次縮小させてやることが必
要であるが、構造物の伸展状態において縦梁３，３が第
５図に示すようにその全長にわたって直線状に伸張して
いると、縦梁３，３はその軸方向圧縮力（引索７による
上側端板２の引下げ力）に耐え切れなくなったときに初
めて座屈を生じてこの部分からコイル状に変形すること
になるために、縦梁３，３に無理な力がかかるし、また
縦梁３，３の座屈開始位置つまりコイル状に変形し始め
る位置も特定できないために、縦梁３，３が例えば長さ
方向中央部付近からコイル状に変形し初めて、構造物を
うまく縮小させることができなくなってしまうこともあ
る。

このため、従来は、第８図に示すように各縦梁３，３の
縮小開始端側（ここでは上端側）を、縮小時にコイル状
に変形しやすいように彎曲させておくことが考えられて
おり、このように縦梁３，３の縮小開始端側をあらかじ
め彎曲させておけば、引索７により上側端板２を引下げ
たときに各縦梁３，３の縮小開始端側が速やかにコイル
状に変形し始めるから、構造物をその一端側から無理な
くスムーズに縮小させることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第８図に示した伸展構造物では、これを
完全に伸展させた状態においても各縦梁３，３の縮小開
始端側が図示のように彎曲しているために、伸展された
構造物の縮小開始端側が捩れた状態となり、そのために
この部分と構造物の強度が弱くなってしまうという問題
があった。

この発明は上記のような実情にかんがみてなされたもの
であって、その目的とするところは、従来のように縦梁
の縮小開始端側をコイル状に変形しやすいように彎曲さ
せておくことなく各縦梁をその一端側からコイル状に変
形させて構造物を無理なくスムーズに縮小させることが
できるとともに、構造物を伸展させたときには各縦梁を
全長にわたって直線状に伸張させて構造物の強度を高く
保つことができる伸展構造物を提供することにある。

〔問題点を解決する手段〕

この発明は、一方の端板とこの端板に最も近い横梁との
間にＸ状に張られる２本の斜索のうちの一方の斜索の端
板側索端を、前記一方の端板の縦梁枢着部付近に設けた
索案内手段で案内させて前記横梁側に折返し、この斜索
の折返し端に、前記一方の端板を他方の端板側に引張る
ための引索の索端を連結したことを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

すなわち、この発明の伸展構造物は、その縮小初期に、
一方の端板とこの端板に最も近い横梁との間にＸ状に張
られている斜索のうちの引索と連結した斜索を引索によ
り引張して端板と横梁との間の斜索長さを縮めてやるこ
とにより、この斜索で前記端板を引張り回転させて、こ
の端板に端部を枢着されている各縦梁の一端側を彎曲変
形させてやり、その後、引索の引張り力を前記斜索を介
して端板に作用させて、縦梁をコイル状に変形させなが
ら縮小するものであり、このようにすれば、従来のよう
に縦梁の縮小開始端側をコイル状に変形しやすいように
彎曲させておくことなく各縦梁をその一端側からコイル
状に変形させて構造物を無理なくスムーズに縮小させる
ことができるし、また、従来のように縦梁の縮小開始端
側を彎曲させておく必要がないために、構造物を伸展さ
せたときには各縦梁を全長にわたって直線状に伸張させ
て構造物の強度を高く保つことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を３本の縦梁を備えた伸展構
造物を例にとって第１図および第２図を参照し説明す
る。なお、この実施例の伸展構造物は上端側から縮小さ
れるものであり、上端部以外の構成は第５図〜第７図に
示した伸展構造物と同じであるから、ここでは構造物の
上端側の構成についてのみ説明する。

第１図および第２図において、２は伸展構造物の上側端
板、３は３本の弾性縦梁であり、この各縦梁３，３の両
端は下側端板（第５図〜第７図参照）および上側端板２
の外周縁部に設けたブラケツト４，４に枢着されてい
る。また、５ａは各縦梁３，３を互いに連結する横梁の
うちの上側端板２に最も近い最上段横梁、６は斜索であ
り、最上段横梁５ａより下側の斜索６，６は従来の伸展
構造物と同様に張られている。また、上側端板２および
最上段横梁５ａと対をなす２本の縦梁（隣接する縦梁）
３，３とによって構成される矩形枠の２つの対向角を結
ぶように張られて前記矩形枠の引張り筋かいとなる２本
ずつの斜索６ａ，６ｂのうち、第１図の斜索（鎖線で示
した斜索）６ａは、従来の伸展構造物と同様に、対をな
す２本の縦梁３，３のうちの一方の縦梁３の端板枢着部
と他方の縦梁３の最上段横梁連結部とに両端を連結固定
してこの間に張られており、第２の斜索６ｂは、その一
端を一方の縦梁３の最上段横梁連結部に連結固定して第
１斜索６ａとＸ状に交差するように張られている。そし
て、この第２斜索６ｂの他端側は、上側端板２の前記他
方の縦梁３の枢着部付近に設けた索案内孔１０に移動可
能に挿通されて上側端板２の上面に導出されるととも
に、上側端板２の中心部に設けた索通し孔１１へと導か
れてこの索通し孔１１を通して上側端板２下に導出され
ることにより、最上段横梁５ａ側に折返されており、上
側端板２を下側端板側に引張する引索７の索端は、この
第２斜索６ｂの索端に連結されている。また、前記第２
斜索６ｂには、構造物を完全に伸展させたときに第１図
に示すように前記索案内孔１０の上縁で受止められて上
側端板２と最上段横梁５ａとの間の第２斜索６ｂを緩ま
ないように上側端板２に支持させる上側ストッパ１２
と、引索７の引下げにより引張り移動される第２斜索６
ｂがある程度移動したときに第２図に示すように前記索
案内孔１０の下縁で受止められて第２斜索６ｂの引張り
移動量を規制する下側ストッパ１３とが固定されてい
る。

この伸展構造物は、第５図〜第７図に示した伸展構造物
と同様に、引索７を下方に引くことにより各縦梁３，３
をコイル状に変形させながら縮小され、引索７を緩めて
やることによりコイル状に変形している各縦梁３，３の
復元によって柱状に伸展するもので、伸展状態にある構
造物の縮小は次のようにして行なわれる。

構造物の縮小に際して引索７を下方に引くと、まずこの
引索７に連結されている第２斜索６ｂが引索７によって
端板中心側に引張り移動され、その分だけ上側端板２と
最上段横梁５ａとの間の第２斜索６ｂの長さが縮められ
て行き、これにともなって上側端板２が最上段横梁５ａ
との間の第２斜索６ｂで引張られて第１図に示す矢印方
向に回転し、これに連れて上端を上側端板２に枢着され
ている各縦梁３，３が第２図に示すように端板２の回転
方向に彎曲変形する。なお、この場合第２斜索６ｂとＸ
状に交差している第１斜索６ａは上側端板２の回転を妨
げる方向に張られているが、上側端板２が回転するとこ
れに連れて構造物の上端側が周方向に捩れ変形するため
に、第１斜索６ａによって上側端板２の回転が妨げられ
ることはない。そして、第２斜索６ｂがある程度基板中
心側に引張り移動されてこの第２斜索６ｂに固定されて
いる下側ストッパ１３が上側端板２の索案内孔１０の下
縁に受止められると、第２斜索６ｂはそれ以上は移動し
なくなるために、引索７の引張り力は第２斜索６ｂの端
板２上の部分および前記下側ストッパ１３を介して上側
端板２に直接作用し、上側端板２が引索７によって引下
げられるが、このときはすでに各縦梁３，３の上端側が
彎曲変形しているために、各縦梁３，３は上側端板２の
引下げにともなって上側端板２をさらに回転させながら
コイル状に変形して行く。

したがって、上記伸展構造物によれば、従来のように縦
梁の縮小開始端側をコイル状に変形しやすいように彎曲
させておくことなく各縦梁３，３をその一端側からコイ
ル状に変形させて構造物を無理なくスムーズに縮小させ
ることができるし、また従来のように縦梁の縮小開始端
側を彎曲させておく必要がないために、構造物を伸展さ
せたときには各縦梁３，３を全長にわたって直線状に伸
張させて構造物の強度を高く保つことができる。また上
記実施例では、第２斜索６ｂに、構造物を完全に伸展さ
せたときに上側端板２の索案内孔１０の上縁で受止めら
れて上側端板２と最上段横梁５ａとの間の第２斜索６ｂ
を緩まないように上側端板２に支持させる上側ストッパ
１２を固定しているから、構造物を第１図に示すように
伸展させた状態では第２斜索６ｂが引張り筋かいとして
働くことになる。

なお、上記伸展構造物のように引索７で第２斜索６ｂを
引張って上側端板２を回転させると、この第２斜索６ｂ
の長さが縮められるのにともなって上側端板２と最上段
横梁５ａおよび対をなす２本の縦梁３，３からなる矩形
枠に、鎖線で示した第１斜索６ａで結ばれている対角方
向に伸びようとする歪みが生じるが、第１斜索６ａはそ
の長さが決まっているために、この第１斜索６ａの引張
り力で最上段横梁５ａが大きく撓み変形するから、上記
伸展構造物では、前記第１斜索６ａをある程度の引張り
力が作用したときに伸張するようにして、最上段横梁５
ａの撓み変形を緩和してやるのが望ましい。

このように前記第１斜索６ａを伸張させるには、この第
１斜索６ａにこの斜索６ａの伸張を許容するスプリング
部材を設ければよい。第３図は上記スプリング部材の一
例を示したもので、こスプリング部材１４は、グラスフ
ァイバまたはカーボンファイバで強化したエポキシ樹脂
等の弾性線材あるいは弾性金属からなる棒状または板状
のばね部材１５からなっており、その両端には索通しリ
ング１５ａ，１５ｂが取付けられている。そして、上記
第１斜索６ａは、縦梁３の端板枢着部に連結される索体
Ａと、縦梁３の最上段横梁連結部に連結される索体Ｂと
に切離されており、一方の索体Ａはばね部材１５の一端
側の索通しリング１５ａを通してばね部材１５の他端部
に連結され、他方の索体Ｂはばね部材１５の他端側の索
通しリング１５ｂを通してばね部材１５の一端部に連結
されている。上記ばね部材１５は、両方の索体Ａ，Ｂを
互いに引寄せる方向に一定のばね力で引張するもので、
このばね部材１５は、第１斜索６ａにかかる引張り力が
小さいときは第３図（ａ）に示すように伸びた状態にあ
り、第１斜索６ａにかかる引張り力が最上段横梁５ａに
過大な撓み変形を起させるような引張り力に近くなった
ときに、第３図（ｂ）に示すように円弧状に弾性変形し
て第１斜索６ａを伸張させ、過剰な引張り力を吸収して
最上段横梁５ａの撓み変形を緩和する。

なお、上記スプリング部材１４は、上記のようなものに
限らず、コイルばねや、第４図に示すような定荷重ばね
１６を使用してもよい。

また、上記実施例では、第２斜索６ｂを上側端板２の縦
梁枢着部付近に設けた索案内孔１０および上側端板２の
中心部に設けた索通し孔１１で案内させて引索７に連結
しているが、この第２斜索６ｂは、上側端板２の縦梁枢
着部付近の下面にリングまたはローラ等の索案内部材を
設けて、この索案内部材で案内させて第２斜索６ｂを折
返し、この斜索６ｂの折返し端に引索７を連結してもよ
い。さらに、上記実施例では、上端側から縮小される構
造物について説明したが、この発明は下端側から縮小さ
れる伸展構造物にも適用できるし、またこの発明は、３
本以上の縦梁を備えた伸展構造物にも適用することがで
きる。なお、縦梁の本数を多くした伸展構造物の場合
は、隣接する２本の縦梁を対としてこの隣接する２本の
縦梁間にそれぞれ斜索を張ってもよいし、また少なくと
も１本おきの２本の縦梁を対としてこの縦梁間にそれぞ
れ斜索を張ってもよい。

〔発明の効果〕

この発明の伸展構造物は、一方の端板とこの端板に最も
近い横梁との間にＸ状に張られる２本の斜索のうちの一
方の斜索の端板側索端を、前記一方の端板の縦梁枢着部
付近に設けた索案内手段で案内させて前記横梁側に折返
し、この斜索の折返し端に、前記一方の端板を他方の端
板側に引張するための引索の索端を連結したものであっ
て、その縮小初期に、引索を連結した斜索を前記引索に
より引張して端板と横梁との間の斜索長さを縮めてやる
ことにより、この斜索で前記一方の端板を引張り回動さ
せてこの端板に端部を枢着されている各縦梁の一端側を
彎曲変形させてやり、その後、引索の引張り力を前記斜
索を介して端板に作用させて、縦梁をコイル状に変形さ
せながら縮小するものであるから、従来のように縦梁の
縮小開始端側をコイル状に変形しやすいように彎曲させ
ておくことなく各縦梁をその一端側からコイル状に変形
させて構造物を無理なくスムーズに縮小させることがで
きるし、また、従来のように縦梁の縮小開始端側を彎曲
させておく必要がないために、構造物を伸展させたとき
には各縦梁を全長にわたって直線状に伸張させて構造物
の強度を高く保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示す伸展状
態および縮小開始状態における伸展構造物の上端部の斜
視図、第３図および第４図はそれぞれ引索に連結しない
側の斜索に設けるスプリング部材の斜視図、第５図，第
６図および第７図は伸展構造物の原理構成を示す伸展状
態，伸縮途中の状態および縮小状態の斜視図、第８図は
従来の伸展構造物の完全伸展状態の斜視図である。 ２……上側端板、３……弾性縦梁、５ａ……最上段横
梁、６ａ……第１斜索、６ｂ……第２斜索、７……引
索、１０……索案内孔、１１……索通し孔、１２……上
側ストッパ、１３……下側ストッパ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端を上下一対の端板に枢着した少なくと
   も３本以上の弾性縦梁と、前記両端板間に所定のピッチ
   で多数段に設けられて前記各縦梁を互いに連結する多数
   の横梁と、前記端板と横梁との間および各横梁間にそれ
   ぞれ対をなす２本の縦梁を連結するようにＸ状に張られ
   た斜索と、前記両端板の一方を他方の端板側に引張する
   ための引索とからなり、前記引索によって一方の端板を
   他方の端板側に引張することにより各縦梁をコイル状に
   弾性変形させて縮小されるとともに、前記引索を緩める
   ことにより各縦梁を直線状に復元させて柱状に伸展する
   伸展構造物において、前記一方の端板とこの端板に最も
   近い横梁との間にＸ状に張られる２本の斜索のうちの一
   方の斜索と端板側索端を、前記一方の端板の縦梁枢着部
   付近に設けた索案内手段で案内させて前記横梁側に折返
   し、この斜索の折返し端に前記引索の索端を連結したこ
   とを特徴とする伸展構造物。