JPH0755677B2 - 展開トラス構造物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高い格納性を有し，軽量な開閉トラス構造物
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
れて来た。特に大型の展開アンテナは船舶，車両等の移
動体の通信用になくてはならず，これを構成する展開ト
ラス構造方式が盛んに開発されてきた。一方，科学利用
の面でも巨大な宇宙基地を作る計画がありこの基地の基
本構造方式としての展開トラス構造が重要な開発テーマ
となつている。これは宇宙においては展開構造方式が最
も経済的に，巨大な構造を構築できると思われているか
らである。

第４図は上記展開トラス構造に対し，米国学術誌「IEEE
TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION」AP−17
巻４号（1969年）にて示された，従来の展開トラス構造
を示す図で，図中，（１）は本トラス構造の上下面の三
角格子を構成し，中央部で折れ曲る事の可能な折れ曲り
部材，（２）は上下面の三角格子を支える斜部材，
（３）は上記折れ曲り部材（１）と斜部材（２）をピン
結合する結合子である。

第５図は第４図における破線の円で囲まれたＡ部の拡大
図で，（４）は結合子（３）の周辺に設けられたウエブ
で，折れ曲り部材（１）及び斜部材（２）を結合子
（３）とピン結合させるものである。

第６図は第４図における破線の円で囲まれたＢ部の拡大
図で，折れ曲り部材（１）の中央折れ曲り部の詳細を示
す図で，図中（５）は中央部をピン結合した２枚の板よ
り成る回転自在のヒンジレバー，（６）は上記ヒンジレ
バー（５）の一方の付根部に取付けられ，上記折れ曲り
部材（１）を展開する方向に上記ヒンジレバー（５）を
回転させる渦巻バネ，（７）は上記折れ曲り部材（１）
とヒンジレバー（５）を結合する結合ピンで（7a）及び
（7b）はヒンジレバー（５）と折れ曲り部材（１）を結
合するピン，（7c）は折れ曲り部材（１）同志を中央部
で結合する結合ピンである。

上記構造は,3本の折れ曲り部材（１）と３本の斜部材
（２）と３ケの結合子（３）より構成される四面体を複
数個結合した構成となつているため四面体トラス構造と
も呼ばれている。第７図は上記展開トラス構造の展開途
中を示す図である。

次に動作について説明する。はじめ格納形状に図示して
いない保持ケーブルで拘束された上記構造物は，地上か
らのコマンドで爆管等による保持ケーブルの切断により
可動できる状態となり，上記渦巻バネ（６）のバネ力に
より展開をはじめる。展開は渦巻バネ（６）のバネ力で
ヒンジレバー（５）を回転させる事により折れ曲り部材
（１）を結合ピン（7c）回りに回転させながら伸展させ
る。折れ曲り部材（１）の伸展により上下面の結合子
（３）は放射状に広がり展開が進行する。折れ曲り部材
（１）が直線状に伸展すると，ヒンジレバー（５）及び
渦巻バネ（６）のバネ力により生じる回転トルクと，折
れ曲り部材（１）の折れ曲り面での接触面圧力とが釣合
い，折れ曲り部材（１）は運動を停止する。これが展開
形状で構造は三角格子のみで結合された形状となる。三
角格子は基本的に剛い安定な構造であり，従来この種の
構造は非常に剛い構造で，展開アンテナ或は宇宙基地用
の構造体に適したものと考えられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来の構造は，実際には各部材の結合点が
一点に集中されないため，自分自身の形状すら保持しえ
ない柔い構造となつている。すなわち，三角格子が剛い
のは各部材の結合状況が第８図に示す様に一点で結合さ
れる場合に限るのであるが，従来の構造ではこの三角格
子が第９図に示すように多くのヒンジ結合点を持つてし
まうため剛性が出ないばかりか，不安定なリンク構造と
なつてしまうのである。なお第８図及び第９図において
（８）は三角格子を構成する基本部材，（９）は上記基
本部材（８）を結合するピンジヨイント，（３）は上記
ピンジヨイント（９）により基本部材（８）を結合する
結合子である。

以上説明した様に折れ曲り部材を用いる従来の展開トラ
ス構造は基本的に不安定な構造のため，展開アンテナ或
は宇宙基地本体構造として所用の剛性が出せないという
致命的な問題点があつた。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で展開後形状にて構造的に安定で剛性の高い展開トラス
構造物を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による展開トラス構造物は，一端にピンジヨイ
ント部を有する結合子が結合され，他端にストツパーを
有する心棒と，展開時に上記心棒上をスライドし，最終
的に上記ストツパーにあたり静止する主スライドヒンジ
と，上記主スライドヒンジに一端をピン結合され放射状
に伸びる４本のリブと，上記心棒の一端と主スライドヒ
ンジ間をスライドする同期スライドヒンジと，一端が上
記同期スライドヒンジに対し放射状にピン結合され，か
つ他端が上記４本のリブにそれぞれピン結合された４本
の同期梁と，上記主スライドヒンジと同期スライドヒン
ジ間に設けられたコイルバネとを備え，上記心棒の向き
を隣り合うものが逆向きとなる様に配列されるとともに
展開トラス構造物の自由端となるリブを除くリブを互い
に逆向きの心棒の結合子で結合し，かつ互いに逆向きと
なる心棒上の結合子を斜材で結合してなる複数の骨組
と，上記心棒の向きが同じとなる心棒上の結合子相互
間，上記展開トラス構造物の自由端となるリブの他端相
互間，および上記展開トラス構造物の自由端となるリブ
の他端と上記結合子相互間に有し，展開トラス構造物の
展開時それぞれの相互間に張架されるワイヤーとを取付
けたものである。

〔作用〕

この発明においては，四角錐を構成する各頂点相互間に
張架されたワイヤーがリブに圧縮力を生じさせ力の平衡
状態を実現させているためピン結合された部分のガタは
消え基本モジユールである四角錐は安定な構造となり高
い剛性の獲得が容易となる。

さらに，上記の各四角錐がそれぞれ同期して展開するた
め，展開の信頼性が増し，またスプリングの力により四
角錐を展開させるための外からのエネルギーが不用とな
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す展開形状での展開ト
ラス構造物を示す図で，（3a），（3b）はピンジヨイン
ト部を有する結合子，（3c）は展開トラス構造物の自由
端となるリブの他端に有する結合子，（10）は先端に結
合子（３）を取付けた心棒で，隣接する心棒は互いに軸
の方向を逆にして配置されている。（11）は心棒（10）
上をスライドする主スライドヒンジ，（12）は一端が上
記主スライドヒンジ（11）に放射状にピン結合され，上
記心棒の軸方向に対し直交になる方向に展開可能なリブ
で，上記心棒（10）上の結合子（3a）とは逆向きとな
り，隣接する逆向きの心棒（10）上に取り付けられた結
合子（3b）にピン結合される。又上記展開トラス構造物
の自由端となるリブは結合子（3c）に結合されている。

（13）は上記心棒（10）の先端に取り付けられた結合子
（3a）相互間，（3b）相互間，上記展開トラス構造物の
自由端に配置された結合子（3c）相互間，及び上記心棒
上に取付けられた周辺部結合子（3a）と上記展開トラス
構造物の自由端に配置された結合子（3c）相互間に取り
付けられたワイヤーで，上記展開トラス構造物の展開時
に引張られる様に設定されたものである。

（２）は上面側の結合子（3a）と下面側の結合子（3
b），（3c）をピン結合により結合する斜部材，（14）
は結合子（３）と主スライドヒンジ（11）の間の心棒上
をスライドする同期スライドヒンジ，（15）は上記同期
スライドヒンジ（14）に一端をピン結合し，他端をリブ
（12）上にピン結合した同期梁を示す。

第２図は第１図のＣ部を拡大した図で，（16）は展開時
に主スライドヒンジ（11）の下死点をきめるストツパ
ー，（17）は本発明の展開トラス構造物を展開させる駆
動力を与えるコイルばね，θは心棒（11）とリブ（12）
のなす角度を示しており，展開時90°付近になる様に設
定されている。

上記の様に構成された展開トラス構造物の展開動作につ
いて以下に説明する。この発明の展開トラス構造物は，
格納時に心棒（10）上の結合子，例えば（3a）と上記心
棒（10）上の主スライドヒンジ（11）と，上記主スライ
ドヒンジ（11）に一端をピン結合されたリブ（12）の他
端に結合された別の結合子，例えば（3b），を３つの頂
点とする三角形はつぶれており，第２図に示すリブ（1
2）と心棒（10）の角度θは零になつている。展開はコ
イルばね（17）のばね力により主スライドヒンジ（11）
と同期スライドヒンジ（14）間を押し広げる事によつて
なされる。上記主スライドヒンジ（11）と同期スライド
ヒンジ（14）間の距離が増大すると，心棒（10）上の結
合子（3a）と上記主スライドヒンジ（11）間の距離が増
大するが，上記結合子（3a）と上記別の結合子（3b）と
の距離が斜部材（２）にて一定長に保たれ，更に上記別
の結合子（3b）と上記主スライドヒンジ（11）間の距離
もリブ（12）の長さで保持されているため，上記３つの
頂点よりなる三角形は広がり，上記リブ（12）と心棒
（10）のなす角度θは増大する。上記リブ（12）と心棒
（10）のなす角度θが増大すると，上記別の結合子（3
b）と，上記主スライドヒンジ（11）に一端をピン結合
された別のリブ（12）の他端に設けられた更に別の結合
子，例えば（3c），間の距離も増大する。上記主スライ
ドヒンジ（11）がストツパー（16）の近くに来ると，上
面側結合子（3a）相互間，下面側結合子（3b），（3c）
相互間，並びに上面側自由端にある結合子（3a）と下面
側自由端にある結合子（3c）相互間のワイヤー（13）は
張架される。上記ワイヤー（13）は主スライドヒンジ
（11）がストツパー（16）に当るまで張架され続ける。
張架されたワイヤー（13）は結合子（３）をリブ（12）
側に押し付けるため，ピン結合部のガタがなくなり，展
開トラス構造は剛性の高い構造となる。

第３図はこの発明の展開トラス構造物の展開途中の図を
示す。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおりワイヤーを各四角錐頂点
間に張架しガタのない構造としているため高い剛性を容
易に得られるという効果がある。

またこの発明は，リブと心棒間に展開の同期をとる同期
梁と展開エネルギーを供給するコイルばねを設けている
ため，展開が同期し展開の信頼性が上り，自力で展開が
達成されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す展開後の展開トラス
構造物の概念図，第２図はこの発明の実施例における部
材結合部を示す図，第３図はこの発明の実施例における
展開途中の形状を示す図，第４図は従来例での展開後形
状の図，第５図は従来例での斜部材結合部を示す図，第
６図は従来例での三角格子の折れ曲り部材の機構を示す
図，第７図は従来例での展開途中の形状を示す図，第８
図は従来考えられていた三角格子の物理モデル図，第９
図は従来例における三角格子の実際の物理モデル図を示
す。 図において，（１）は折れ曲り部材，（２）は斜部材，
（３）は結合子，（４）はウエブ，（５）はヒンジレバ
ー，（６）は渦巻バネ，（７）は結合ピン，（８）は基
本部材，（９）はピンジヨイント，（10）は心棒，（1
1）は主スライドヒンジ，（12）はリブ，（13）はワイ
ヤー，（14）は同期スライドヒンジ，（15）は同期梁，
（16）はストツパー，（17）はコイルバネである。 なお図中，同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−14447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14449（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−69759（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端にピンジヨイント部を有する結合子が
   結合され，かつ他端にストツパーを有する心棒，上記心
   棒上をスライドする主スライドヒンジ，一端が上記主ス
   ライドヒンジに対し，放射状にピン結合され，上記心棒
   の軸方向に対しそれぞれ直交になる方向に展開可能な４
   本のリブ，上記心棒の一端と主スライドヒンジ間をスラ
   イドする同期スライドヒンジ，一端が上記同期スライド
   ヒンジに対し放射状にピン結合され，かつ他端が上記４
   本のリブにそれぞれピン結合された４本の同期梁，上記
   主スライドヒンジと同期スライドヒンジ間に設けられた
   コイルバネとを備え，上記心棒の向きを隣り合うものが
   逆向きとなる様に配列されるとともに展開トラス構造物
   の自由端となるリブを除くリブを互いに逆向きの心棒の
   結合子で結合し，かつ互いに逆向きとなる心棒上の結合
   子を斜部材で結合してなる複数の骨組と，上記心棒の向
   きが同じとなる心棒上の結合子相互間，上記展開トラス
   構造物の自由端となるリブの他端相互間，および上記展
   開トラス構造物の自由端となるリブの他端と上記結合子
   相互間に有し，展開トラス構造物の展開時，それぞれの
   相互間に張架されるワイヤーとを具備した事を特徴とす
   る展開トラス構造物。