JPH06166400A - 展開構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小さく収納した状態で宇宙空間などに運搬
し、これを展開することにより、輸送手段より大きな構
造物を容易に構築する。 【構成】 略多角形柱の二つの端面の多角形の略中央を
結ぶ中央骨材１５、夫々の略中央と多角形の頂点の夫々
とを放射状に結ぶ骨材１６−２７、略多角柱の側陵に配
された骨材３５−４０、中央骨材に添って摺動可能な摺
動節点２８、摺動節点と一方の端面の多角形の頂点の夫
々とを結ぶ斜骨材２９−３４、夫々の端面の多角形の辺
に添って配された可撓性線材４１−４６、多角柱の側面
の対角線に添って配した可撓性線材５３−６４と、これ
らを結合する節点１−１４により構成される構造物、及
びこの構造物を複数個結合した構造物で、摺動節点を移
動させることにより展開、収納する。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野）本発明は宇宙空間に於ける中大型
構造物、即ち、大型アンテナ構造、太陽発電衛星、字宙
植民地、宇宙工場あるいは宇宙基地などに用いることが
出来る展開構造物に関する。この展開構造物は、また、
地上構造物、例えば可搬式応急仮設構造物としても用い
ることが出来る。 （従来の技術）宇宙構造物は、スペースシャトルなどの
打ち上げロケットによりペイロードとして宇宙へ運ばれ
る。ペイロードは打ち上げロケットの能力により、その
体積と重量に制限を受けるため、できるだけ小さく軽く
作られる必要がある。中大型の宇宙構造物の代表的な構
造様式であるトラス構造の場合、重量的な制限よりも体
積の制限が支配的になることが多い。以上の背景のもと
で、打ち上げ時には畳み込みによって占める体積を小さ
くし、打ち上げ後宇宙において展開することによって最
終形態となる展開構造物が有望な宇宙構造物の様式とし
て注目されるようになった。このような展開構造物の代
表的なものとしては、マーチン・マリエッタ社のボック
ストラスがある。このトラスについては次の文献に記載
されている。Ｈｅｒｂｅｒｔ，Ｊ．Ｊ． ｅｔ ａ
ｌ．”Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｅｅｄｓ ｏｆ Ａｄ
ｖａｎｃｅｄ Ｅａｒｔｈ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ”ＮＡＳＡ ＣＰ−３６９８，Ｊ
ａｎ．１９８４．このトラスは、他の多くの２次元展開
構造物と同様に、多数の骨材の中央部を関節で折り曲げ
ることによって、畳込みを行うようになっている。更に
場合によっては寿命と剛性の面で不安の残る可撓性線材
をも多数用いている。宇宙空間で展開を自動あるいは半
自動的に行うためには、メカニズムの信頼性の高いこと
が要求されるが、信頼性確保の観点から、関節やロック
機構等の機構の数が少ないことが望ましい。更に、これ
らの機構は一般に重いので、軽量化が強く求められる宇
宙構造物などでは重量の面からも機構の数が少ないこと
が望まれる。一般に可撓性線材を多用することによりロ
ック機構などの機構の数を減らすことが出来るが、前記
トラスでは基本ユニット当り８本もの可撓性線材を用い
ながら４個ものロック機構を必要とするので好ましくな
い。そこで、本出願者は以上に述べた問題点を解決すべ
く、特開昭６２−２５６３４号に於て、関節と、関節の
ロック機構を極力少なくし、しかも剛性が高く軽量なト
ラス構造を提案した。 （発明が解決使用とする課題）大型宇宙アンテナなどで
は大面積のしかも精度の良いパラボラ曲面を構築する必
要がある。その一つの方法は導電体のメッシュを２次元
展開トラスに張り、展開トラスで展開して保持する方法
である。この時メッシュを所定の位置に保持することが
出来るのは展開トラスの部材と節点のみであるとする
と、メッシュを保持する面が略正三角形で構成されてい
る場合がパラボラ曲面の精度の上で最も効率がよいこと
が知られている。この様な略正三角形より構成される展
開トラスは上に述べた特開昭６２−２５６３４号で本出
願者などが提案した展開トラスを用いても実現できる。
特開昭６２−２５６３４号の第５実施例で示した構造物
を用いて２次元展開トラスを構築した場合、展開した状
態のトラスの表面は第７図のような構成となる。同図で
白丸印は摺動節点とロック機構の搭載位置を、また、黒
丸印は表面骨材のロック機構付き中央関節をそれぞれ示
す。同構成でのロック機構の数は他の展開機構に比べて
少ないものではあるが、それでも大規模な展開トラスを
構築するには多数のロック機構が必要となり、満足でき
るものではない。また、大型宇宙アンテナの場合、地上
で全体を展開してメッシュの精度調整を行うことは、作
業スペース、重力の影響、作業性の観点から実際的では
なく、部分モジュール毎に調整を行ったものを結合する
方法が有力と考えられる。この場合、第７図に於て６個
の略正三角形から構成される略正６角形を１モジュール
として、このモジュール毎にメッシュの調整をするのが
自然であるが、この場合ロック機構の約２／３はモジュ
ールの境界に存在することになる。各々のモジユールは
単独で展開構造物として機能する必要があるので、これ
らの境界上のロック機構や摺動節点は各々のモジュール
に必要とされ、結局１カ所に２個ずつ必要となる。その
結果、モジュール毎の調整を行おうとすることによりロ
ック機構や摺動節点の数が大幅に増大することとなり、
満足できるものでなくなる。よって本発明は、このよう
な略正三角形より構成される面を持つ構成とした場合の
ロック機構の数を更に少なくし、さらに、モジュール構
成とした場合にロック機構などの機構の数の増加が少な
い優れた展開構造物を得ることを目的とする。 （課題を解決するための手段）本発明の第１の展開構造
物は、ｎを３以上の整数とし、展開した状態では、上面
中央節点と、下面中央節点と、これらの２節点を結ぶ中
央骨材と、上面中央節点をとりまくように配置されたｎ
個の上面周辺節点と、下面中央節点をとりまくように配
置されたｎ個の下面周辺節点と、中央骨材に沿って摺動
可能な摺動節点と、上面中央節点と上面周辺節点の各々
とをそれぞれ結ぶｎ本の上面骨材と、下面中央節点と下
面周辺節点の各々とをそれぞれ結ぶｎ本の下面骨材と、
上面周辺節点の各々と下面周辺節点のうちのこれに相対
するものとをそれぞれ結ぶｎ本の側面骨材と、摺動節点
と下面周辺節点の各々とをそれぞれ結ぶｎ本の斜骨材
と、全体として上面周辺節点を頂点とするｎ辺形を形成
するよう上面周辺節点を順次結合するｎ本の上面可撓性
線材と、全体として下面周辺節点を頂点とするｎ辺形を
形成するよう下面周辺節点を順次結合するｎ本の下面可
撓性線材と、２本の側面骨材と１本の上面可撓性線材と
１本の下面可撓性線材とで構成されるｎ個の四辺形の各
々２本の対角線位置にそれぞれ配した合計２ｎ本の側面
可撓性線材から構成され、摺動節点を上面中央節点から
遠ざかる方向に移動させることにより、コンパクトな形
態に畳み込むことが出来、摺動節点を元の位置に戻すこ
とにより元の形態の構造物に展開できることを特徴とす
る。本発明の第２の展開構造物は上記第１の展開構造物
に於て、一部の可撓性線材を省略したものである。本発
明の第３の展開構造物は上記第１〜２の展開構造物に於
て、全てまたは一部の可撓性線材を中央付近に関節を持
つ骨材で置き換えたものである。本発明の第４の展開構
造物は上記第３の展開構造物に於て、中央関節を持つ骨
材の一部または全部の中央関節にロック機構を設けたも
のである。本発明の第５の展開構造物は上記第１〜４の
展開構造物を複数個連結して形成される展開構造物であ
る。本発明の第６の展開構造物は上記第１〜４の展開構
造物を、接合境界に於いて隣接する構造要素や機構を重
複させず、共有させながら、複数個連結して形成される
展開構造物である。 （作用）本発明の第１の展開構造物に於いては、摺動節
点を中央骨材に沿って上面中央節点から離れる方向へ摺
動させると、下面周辺節点が下方に移動し、斜骨材が中
央骨材及びその延長線に添うように集まり、下面骨材が
下面中央節点を頂点として山形をなすように漸次立ち上
がって中央骨材の延長線に添うように集まり、側面骨材
は下方に移動しながら中央骨材及びその延長線の周辺に
集まり、同時に上面骨材もこれらに引かれて上面中央節
点を頂点とする山形をなすように中央骨材の周辺に集ま
り、可撓性線材はたるみ、最終的に、全ての骨材が中央
骨材及びその延長線に添うように集まり、コンパクトな
形態に畳み込まれる。展開は上述と逆の順序で行われ、
最終的には可撓性線材が完全に張って、展開した状態の
構造物の形態が保持される。本発明の第２の構造物は、
本発明の第１の構造物に於いて、可撓性線材のうち、省
略しても展開状態に於いてそれ自体でまたは複数個連結
された状態で形状保持が可能なものの全部または一部を
省略して、構造物の単純化を図ったもので、同様にして
展開や畳込みが行える。本発明の第３の構造物では、場
合によっては寿命や剛性の点で不十分な可撓性線材を中
央関節を持つ骨材に置き換え、寿命や剛性を改善するも
のであり、畳み込みに際してこれらの骨材が中央関節で
折れ曲がることにより、上述と同様にコンパクトな形態
に畳み込まれ、展開できる。本発明の第４の構造物で
は、本発明の第３の構造物に於いて、中央関節にロック
機構を設けて、展開した中央関節付き骨材が通常の骨材
として機能するようにすることにより、より多くの部材
の省略を可能とし、同時に強度、剛性を向上させたもの
であり、上述と同様にコンパクトな形態に畳み込まれ、
展開できる。本発明の第５の構造物では、本発明の第１
〜４の構造物を、隣接する構造要素や機構を重複させな
がら複数個連結したもので、各々の構造物を単体で整備
した上で組み立てて全体として巨視的２次元状の大きな
構造物を構築でき、上記のようにして各々の構造物を畳
み込み、展開することにより、全体として巨視的２次元
状構造物がコンパクトな形態に畳み込まれ、展開でき
る。本発明の第６の構造物では、本発明の第１〜４の構
造物を、隣接する構造要素や機構を重複させず、共有さ
せながら複数個連結することにより部材の重複を避け、
軽量な全体として巨視的２次元状の大きな構造物を構築
でき、上記のようにして各々の構造物を畳み込み、展開
することにより、全体として巨視的２次元状構造物が畳
み込まれ、展開できる。 （実施例）以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明
する。第１図は本発明の第１実施例を示す。同図に於い
てはｎは６で、１〜６は上面周辺節点、７〜１２は下面
周辺節点で、節点１３は上面中央節点、節点１４は下面
中央節点である。骨材１５は中央骨材、骨材１６〜２１
は上面骨材、骨材２２〜２７は下面骨材、接点２８は摺
動節点、骨材２９〜３４は斜骨材、骨材３５〜４０は側
面骨材である。線材４１〜４６は上面可撓性線材、線材
４７〜５２は下面可撓性線材、線材５３〜６４は側面可
撓性線材であり、これらの可撓性線材は構造物が完全に
展開した状態でたるみがなくなるような長さとなってい
る。可撓性線材は例えば金属ワイヤーで構成される。中
央骨材１５には摺動節点２８がはめられていて、この摺
動節点は中央骨材１５に沿って摺動可能とされている。
摺動節点は環体で、その内部の孔に中央骨材１５が貫通
し、環体の外側に斜骨材の端部を回動可能に取り付ける
ヒンジが設けられているうえ、展開した状態では上面中
央節点１３に近接して固定保持されるようなロック機構
を有している。上面骨材、下面骨材及び斜骨材は、両端
で関節を介して回動可能な様に節点に結合されている。
なお、図示の例では全体形状が直正６角柱をなしている
が、上下面は正６角形でなくてもよく、全体形状は正確
な角柱でなくともよい。第２図の展開状態からこの展開
構造物を折り畳むには、摺動節点２８の固定ロックを外
し、中央骨材１５に沿って摺動節点２８を節点１３から
離れる方向に摺動させると、第２図のように下面骨材が
下面中央節点１４を頂点とする山形になり、側面骨材が
下方に移動すると共に中央骨材１５に近づき、これにつ
れて上面骨材も上面中央節点１３を頂点とする山形に変
形して中央骨材に添うように集まる。この間、可撓性線
材はたるみ、摺動節点２８を更に移動させることにより
ついには全ての骨材が中央骨材１５及びその延長線に添
うように集まり、構造物がコンパクトな形態に畳み込ま
れる。展開は上述と逆の順序で行われる。なお、第２図
に於いては、図が過度に煩雑とならないように側面可撓
性線材を省いて示してある。摺動節点２８の一例は特開
昭６２−２８８２７２号公報に記載されていて公知に属
するので、その説明は省略する。同例のようにロック機
構の解除と摺動節点の駆動をモータで行うことにより、
展開のみならず畳み込みも自動的に行える。展開のみを
行う場合にはばねの力で摺動節点を駆動することにより
簡略化が図れる。なお、以上及び以降の説明では、便宜
的に第１図における上方を上方、第１図における下方を
下方と呼んでいるが、展開構造物の上下は絶対的な向き
ではないことに留意すべきである。第３図には本発明の
第２実施例を示す。展開した時の全体形状が正確な六角
柱ではない第１実施例の構造物を互いに側面を接しなが
ら複数個連結して、巨視的曲面を構成したものであり、
上述のようにして各々の部分構造物を畳み込み、展開す
ることにより、全体構造物をコンパクトな形態に畳み込
み、元の形態に展開できるものである。なお、図面が過
度に煩雑となることを防ぐために、第３図では表面に露
出した構造部材のみを図示してある。第１実施例はそれ
自体で安定な構造物であるので、これをモジュールとし
て単体で整備を行った後に第３図のように多数のモジュ
ールを連結して大きな構造物を構築することが出来る
が、その際にモジュールの境界で重複する構造要素の多
くは一般に断面積の小さい可撓性線材であるので、重量
の面での無駄を少なく抑えることが出来る。第４図には
本発明の第３実施例を示す。この実施例は、上面骨材、
下面骨材、側面骨材、中央骨材、及び摺動節点の結合の
仕方に於いては第１実施例と全く同一であるので、同じ
符号を付して説明は省略する。この第３実施例が第１実
施例と異なる点は、上下面可撓性線材を廃し、同位置に
中央付近にロック機構を備えた中央関節を有する骨材６
５〜７６を配し、側面可撓性線材を全て廃した点にあ
る。本構造物の畳込みと展開は第１実施例と同様にして
行われるが、畳み込みに際しては中央関節を有する骨材
は第５図のように中央関節で折り曲げられ、構造物が完
全に展開した状態では中央関節付き骨材は直線状に伸び
て中央関節がロックされる。第４図の構造物はそれ自体
としては不安定なトラスであるが、これを多数個結合し
た構造物は、境界に位置する構造要素や機構を共有させ
るか否かに拘らず安定なものとなる。この第３実施例の
構造物を、側面を接しさせながらかつこの境界面に位置
する構造要素や機構を共有させながら多数個連結させる
と、２次元的に折り畳まれまた逆に２次元的に展開する
巨視的平面状または曲面状の構造物となるが、その展開
した状態での上面は第６図のようになる。同図に於いて
白丸印は摺動節点とそのロック機構の位置を示し、黒丸
印はロック機構付き中央関節を示す。例えば、本出願者
らが特開昭６２−２５６３４で提案した、機構の数が少
ないことを特徴とする展開トラスの第５実施例により、
上記と同様の上下面が略正三角形の部材構成となる２次
元展開トラスを構築すると、その上面は第７図のように
なる。ここに、白丸印と黒丸印の意味は第６図の場合と
同じである。第６図を第７図と比べると摺動節点、中央
関節共に第６図の本発明では数が半減していることが明
らかである。結果として、本発明ではロック機構、駆動
機構なども半減し、展開の信頼性及び重量の点で優れた
展開構造物が得られている。第３実施例の構造物を、側
面骨材と上下面周辺節点のみを共有させながら多数個連
結させることによっても巨視的平面状または曲面状の２
次元展開構造物となる。その展開した状態での上面は第
８図のようになる。同図に於いて影を付けた部分が１つ
１つの第３実施例の構造物であり、白丸印は摺動節点と
そのロック機構の位置を示し、黒丸印はロック機構付き
中央関節を示す。同図では第６図よりも更に単位面積当
たりの摺動節点の数が減少している。 （発明の効果）以上に述べたように、本発明の展開構造
物は、展開、畳み込みに際して、ロックしたり、ロック
を解除したり、あるいは駆動する必要のある機構の数が
少なく、重量及び信頼性の面で優れている。また、モジ
ュール毎に整備をした展開構造物を連結して大きな構造
物を構成するに当たり、構造要素や機構の重複による無
駄を少なくすることが出来る点でも優れている。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１実施例の展開構造物の展開状態に
於ける斜視図、第２図は同折り畳み途中の状態を示す斜
視図である。なお、第２図に於いては過度に煩雑になる
ことを避けるために側面可撓性線材を省いてある。第３
図は本発明の第２実施例の展開構造物の展開状態に於け
る斜視図である。なお、第３図では過度に煩雑となるこ
とを避けるために構造物の巨視的表面の部材のみを示し
てある。第４図は本発明の第３実施例の展開構造物の展
開状態に於ける斜視図、第５図は同折り畳み途中の状態
を示す斜視図、第６図は本発明の第３実施例の展開構造
物を側面を共有させながら複数個結合して構築した巨視
的２次元状展開構造物の表面の平面図である。第７図
は、特開昭６２−２５６３４号の第５実施例で示した２
次元展開構造物を用いて、表面が略正三角形で構成され
る２次元展開トラスを構築した場合の、展開した状態の
トラスの表面を示す平面図で、本発明と比較のために示
すものである。第８図は本発明の第３実施例の展開構造
物を側面部材を共有させながら複数個結合して構築した
巨視的２次元状展開構造物の表面の平面図である。 １〜６…上面周辺節点、７〜１２…下面周節点、 １３
…上面中央節点、１４…下面中央節点、１５…中央骨
材、１６〜２１…上面骨材、２２〜２７…下面骨材、２
８…摺動節点、２９〜３４…斜骨材、３５〜４０…側面
骨材、４１〜４６…上面可撓性骨材、４７〜５２…下面
可撓性骨材、５３〜６４…側面可撓性線材、６５〜７６
…ロック機構付き中央関節を有する骨材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ｎを３以上の整数とし、展開した状態では、上面中
   央節点と、下面中央節点と、これらの２節点を結ぶ中央
   骨材と、上面中央節点をとりまくように配置されたｎ個
   の上面周辺節点と、下面中央節点をとりまくように配置
   されたｎ個の下面周辺節点と、中央骨材に沿って摺動可
   能な摺動節点と、上面中央節点と上面周辺節点の各々と
   をそれぞれ結ぶｎ本の上面骨材と、下面中央節点と下面
   周辺節点の各々とをそれぞれ結ぶｎ本の下面骨材と、上
   面周辺節点の各々と下面周辺節点のうちのこれに相対す
   るものとをそれぞれ結ぶｎ本の側面骨材と、摺動節点と
   下面周辺節点の各々とをそれぞれ結ぶｎ本の斜骨材と、
   全体として上面周辺節点を頂点とするｎ辺形を形成する
   よう上面周辺節点を順次結合するｎ本の上面可撓性線材
   と、全体として下面周辺節点を頂点とするｎ辺形を形成
   するよう下面周辺節点を順次結合するｎ本の下面可撓性
   線材と、２本の側面骨材と１本の上面可撓性線材と１本
   の下面可撓性線材とで構成されるｎ個の四辺形の各々２
   本の対角線位置にそれぞれ配した合計２ｎ本の側面可撓
   性線材から構成され、摺動節点を上面中央節点から遠ざ
   かる方向に移動させることにより、コンパクトな形態に
   畳み込むことが出来、摺動節点を元の位置に戻すことに
   より元の形態の構造物に展開できることを特徴とする構
   造物。 ２． 特許請求の範囲第１項記載の構造物に於て、一部
   の可撓性線材を省略した構造物。 ３． 特許請求の範囲第１〜２項記載の構造物に於て、
   全てまたは一部の可撓性線材を中央付近に関節を持つ骨
   材で置き換えた構造物。 ４． 特許請求の範囲第３項記載の構造物に於て、中央
   関節を持つ骨材の一部または全部の中央関節にロック機
   構を設けた構造物。 ５． 特許請求の範囲第１〜４項記載の構造物を複数個
   連結して形成される構造物。 ６． 特許請求の範囲第１〜４項記載の構造物を、接合
   境界に於いて隣接する構造要素や機構を重複させず、共
   有させながら、複数個連結して形成される構造物。