JPS6321793B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 −産業上の利用分野− 本発明は折りたたんだ状態（収縮状態）では小
さな空間をしめ、伸展した状態（伸展状態）では
縦長のトラスを形成する伸展構造物に関する。よ
り具体的にいえば、本発明は宇宙空間で使用され
る太陽電池の翼片を支持する伸展機構として使用
することができる伸展構造物に関する。

−従来技術− 現在および将来、宇宙空間で使用される構造体
の多くは一般に大型寸法のものが要求される。し
かるに、これらの構造体はロケツト、スペースシ
ヤトル等により運ばれるため、その寸法はこれら
運搬手段の収納室の寸法により制限されている。

従来、このような伸展構造物としては、商品名
アストロマストと呼ばれるものがよく知られてい
る（特公昭49−26653号公報参照）。このマストの
構造の概要は、第１図から第３図まで示されるよ
うに３本の縦はり材１Ａと、薄い四角形断面棒よ
り作られかつ複数の結合部（又は接手）４Ａを介
して上記縦はり材１Ａと結合される多数の三角形
スペーサ（間隔子）２Ａと、対角位置にある結合
部４Ａ間に対角的に延長された多数の張力索３Ａ
とから構成される。

上記伸展構造物における伸展および収縮原理は
上記各部材を構成する材料の性質に依存してお
り、収縮力が伸展状態にあるマスト（伸展構造
物）の中心線方向に加えられると、マスト（伸展
構造物）はコイル状に巻かれ、収縮力が除かれる
と直線状に伸展されて当初のマスト形状に復帰す
る。この種の伸展構造物は構造物であると同時に
一種のメカニズムである。部品の数は最少限であ
つても、多数にのぼり、またその組合せである部
品間の接手も相当数にのぼる。このことは、取り
も直さず、機能試験における検査の工程数を増大
させる。宇宙での利用の場合、高い信頼性が要求
され、従つて検査の手間とコストは膨大となる。
事実、検査のコストは純粋な製造コストをはるか
に上まわる。

また製造者側においても問題がある。これらの
部品は互いに引張力、圧縮力が平衡するようにそ
れらの長さを微妙に調整することによつてはじめ
て正しく機能する。これらの調整には手間と時間
を要し、その結果製品の信頼性および製造コスト
に悪い影響をもたらす。

上記マスト型伸展構造物の伸展および収縮に当
つて、その両端は構造物全体の中心線のまわりに
回転変位されることになる。換言すれば、伸展あ
るいは収縮に際して、上記構造体の両端は、数回
から数十回構造物の中心線のまわりに回転され
る。上間伸展構造物のこのような特性は、宇宙空
間で使用されるシステムの設計に当つて種々の問
題を生じる。例えば、センサや写真機のような独
立した器材を人工衛星外に突出す場合は余り問題
はないが、これらの独立した器材が複雑なシステ
ムと組合わされる際に問題が生じる。その理由
は、上記マスト型伸展構造物の先端に取付けられ
た器材は、構造物の伸展や収縮に伴なつて回転さ
れるから、同器材と接続される次の器材もまた同
様に回転される必要がある。この回転運動の必要
性は上記システムの以後に接続される種々の器材
に対しても順次波及し、従つてシステム全体が影
響される。このような困難は太陽電池の翼片が単
に伸長される場合にも生じる。前述した回転運動
に対応させるための通常手段は、構造物の一端
に、例えば回転 動部をもつたキヤニスタ装置を
設けることである。しかし、このような対応手段
はその端部の剛性を減少させ、構造物の機構を複
雑化し、電気系統に対しては、スリツプリングの
装着を必要とする等の不利を生ずる。

従つて、この型の従来知られた伸展構造物は、
その重量が非常に軽く僅少な体積にまで収縮でき
ると言う著しい特徴にも拘らず、未だ充分実用さ
れうる域には達していない。

−発明の目的− 本発明の主目的は、軽量でかつできるだけ少量
の部品により構成された伸展可能の構造物、特に
縦はりと結合される水平部材の数及びこれらの部
材を結合する結合部の数が、従来の構造に比べ
て、数分の１に減少されかつこれら結合部の構造
も単純化された伸展可能な構造物を得るにある。

本発明の他の目的は、その構成部材の組立、検
査および調整に要する経費および労力が節約でき
る伸展可能な構造物を得るにある。

本発明のさらに他の目的は、信頼性が高くかつ
構成に無駄のない伸展可能構造物を得るにある。

本発明のさらに他の目的は、スペーサの構成が
制約されず、縦はりに対して自由に設計し得る伸
展可能な構造物を達成するにある。

本発明のさらに他の目的は、スペーサがラーメ
ン構造であり、同スペーサで曲げモーメントを受
けることができる伸展可能な構造物を得るにあ
る。

−発明の構成− 本発明においては、長手方向に対して直角な面
内で間隔を保つて直線状に伸びた伸展状態からコ
イル状に変形される収縮状態に収縮可能な少なく
とも３本以上の縦はりと、これらの縦はりに沿い
一定の間隔をもつて設けられた複数の結合部と、
中心部から半径方向に突出した状態で一体成形さ
れる上記縦はりの数に対応した数の脚部を有しか
つこれらの脚部を上記結合部のそれぞれに回転可
能に結合されかつ上記縦はりの伸展状態では縦は
りの長手方向に対しほぼ直角な平面内で間隔を保
つように各縦はりを支持しかつ上記縦はりの収縮
状態では上記縦はりにより形成されたコイルのル
ープ内に互いに重ね合わされて収納される複数の
スペーサと、上記各結合部を対角位置にある他の
結合部と結合しかつ縦はりが伸展状態にあるとき
対角位置の結合部間に引張力を与える複数の張力
索とを備える伸展構造物が提案される。

−実施例− 以下、図面に沿つて本発明の実施例を詳細に説
明する。

第４図は本発明の１実施例による伸展構造物の
伸展時を示し、符号“１”で全体を示した３本の
縦はりは、FRP（繊維強化プラスチツク）のよう
な可撓性材料より構成されたので、これらの縦は
り１は一定の間隔Ｌを保つて互いに平行に立設さ
れ、上記縦はり１の長手方向に一定の距離Ｈをお
いて水平方向に延びる複数のスペーサ２が設けら
れる。これらのスペーサ２は縦はり１の長手方向
に対してほぼ直角な平面内に配置され、その中心
部に１個の貫通孔２ａが形成される。また縦はり
１の数に対応した数の脚部２ｂがスペーサ２と一
体にその中心部から半径方向外方に突出され、こ
れら脚部２ｂは結合部（又は接手）４を介して第
５図および第６図に示される状態で各縦はり１に
結合される。複数の張力索３は対角位置にある２
個の結合部４の一方から他方に掛渡されており、
上記伸展構造物の伸展状態における構造物の剛性
を増大する。さらに、一本のワイヤ等よりなる締
索５が各スペーサ２の中心の貫通孔２ａを貫通し
て縦はり１の長手方向に延長される。締索５の上
端は最上部のスペーサ２（図示せず）に取付けら
れ、その下端は繰出装置（図示せず）に取付けら
れる。この繰出装置の駆動により締索５の下端が
縦はり１の長手方向に繰出される。

スペーサ２の各脚部２ｂを対応する縦はり１に
結合する各結合部４は第６図に示すよう構成され
る。即ち、脚部２ｂの先端にはキヤツプ４１がか
ぶせられ、首部４３がキヤツプ４１から脚部２ｂ
の長手方向に突出され、これらの首部４３は縦は
り１を取囲むように縦はり１に固定する枠材４４
と結合される。上記各結合部４における上記スペ
ーサ２の脚部２ｂは、第６図の線Ｃ―C′を主回転
軸とし、またキヤツプ４１を通る線Ｄ―D′を副
回転軸とする２方向に対応する縦はり１に対して
回転可能に結合されるが、上記副回転軸Ｄ―
D′のまわりの回転接手は必ずしも必要ではない。
さらに、上記首部４３の先端部とスペーサ２に対
向する縦はり１の表面との間には小さな間隙G₁
が設けられる。この間隙G₁はキヤツプ４１の端
面と枠材４４の端面との間の間隙G₂と等しいか
あるいはそれよりも幾分長く選ばれる。

次に、第４図から第６図に示された伸展構造物
がコイル状に収縮された後、再び伸展状態にされ
る場合について第７図及び第８図を用いて説明す
る。

前述した伸展構造物の収縮状態を示す第７図に
おいては、図の煩雑化をさけるため、前述した張
力索３及び締索５を省略してある。そして、第７
図及び第８図においては、前述した３本の縦はり
１は、収縮及び伸展の順序を示すために、符号
“101”，“102”，“103”で示してある。つまり、伸
展構造物の収縮状態を示す第７図では、縦はり１
０１の上側に縦はり１０２が、縦はり１０２の上
側に縦はり１０３が、縦はり１０３の上側に縦は
り１０１が再び重ね合わされたコイル状の状態で
ある。第７図の収縮状態では、半径方向に突出す
る脚部２ｂをもつた各スペーサ２は、これらのコ
イル状縦はり１０１，１０２，１０３により形成
された各ループの内部に収められ、これらスペー
サ２の中心の貫通孔２ａは側面方向から見て直線
状に配列される。また、これらのスペーサ２は、
上方より見ると、それらの貫通孔２ａを中心とし
て、コイル状に変形された縦はり１０１，１０
２，１０３の円周方向に順次僅かに変位した状態
にある。

第７図に示す伸展構造物の収縮状態において、
各縦はり１０１，１０２，１０３の下端が固定さ
れた状態で締索５の下端が繰出装置（図示せず）
により上方に繰出されると、スペーサ２はこの繰
出し動作に従つて締索５を中心として回転され、
コイル状に収縮された状態の縦はり１０１，１０
２，１０３は、第８図に示されるように、各コイ
ルのループが解かれるよう伸展し、最終的には、
第４図に示された伸展状態となる。

また、このように伸展された同伸展構造物を収
縮する場合にあつては、上述の伸展工程とは逆の
工程となり、締索５の下端を繰出装置で巻取るだ
けで、第７図に示される状態に復帰される。

第９図は本発明の伸展構造物の他の実施例を示
す。この実施例は第４図から第８図に示された２
個の伸展構造物を単体構造に組合わせたもので、
本実施例中、上記２個の伸展構造物１０，２０は
直列即ち長手方向に隣り合う状態に配置され、こ
れらの伸展構造物１０，２０の中間に繰出装置６
が設けられる。それぞれの構造物１０，２０は第
４図から第８図に示された伸展構造物と同一構造
に作られる。即ち、半径方向にそれぞれ突出する
脚部１２ｂ，２２ｂをもつたスペーサ１２，２２
は結合部１４，２４を介して対応する伸展構造物
１０，２０の３本の縦はり１１，２１と夫々結合
され、各伸展構造物１０，２０における張力索１
３，２３は対角位置にある結合部１４，２４の間
に結合され、締索１５，２５がスペーサ１２，２
２の中心部の貫通孔１２ａ，２２ａを貫通した状
態に設けられる。

この実施例の特微は、まず、上記一対の伸展構
造物１０，２０の一端が直接あるいは間接に中央
の繰出装置６と結合されている点にあり、第２
に、各伸展構造物１０，２０のコイル形成方向が
上記繰出装置６に対して逆対称の関係にある点に
あり、第３に、各伸展構造物１０，２２の収縮制
御を行なう締索１５，２５の繰出し操作が互いに
同期化される点にある。

第９図示の実施例において、各伸展構造物１
０，２０の収縮状態から締索１５の下端及び締索
２５の上端が繰出装置６より繰出された場合、上
記の各伸展構造物１０，２０は等しい長さだけ伸
展される。この場合、これらの伸展構造物１０，
２０中におけるコイル状縦はり１１，２１の分離
方向は繰出装置６から見て互いに鏡像的対応関係
にあり、このため、伸展構造物１０の上端と伸展
構造物２０の下端はほぼ同一速さで同一方向に回
転されることになる。したがつて、伸展構造物１
０の上端と伸展構造物２０の下端とは、相対的に
回転されることがないから、伸展構造物１０の上
端及び伸展構造物２０の下端が中心軸線のまわり
に回転できない状態に拘束される場合でも、繰出
装置６が回転されるだけであるので、これらの伸
展構造物１０，２０は伸展できる。各伸展構造物
１０，２０の完全な伸展後にあつては、剛性的に
連続したマスト状構造物が形成されることにな
る。

上述された利点は、親指と人さし指との間にひ
とつの輪ゴムを掛渡し、この輪ゴムの中間にマツ
チ軸を挿入して輪ゴムを一方向にねじる場合を想
像すれば容易に理解願える。この場合、ねじれの
生ずる方向は鏡像的対称関係にあり、当然にその
両端は回転されず、輪ゴムの何れの部分にも 動
する個所は存在しない。換言すれば、鏡像関係に
ある一対のコイルのループの形成及び解消は、こ
れらのコイルの両端に何等の相対的回転を伴うこ
となく行なわれるのである。

直線状に伸展された縦はりに剛性を与えるのに
役立つ装置としては、キヤニスタ装置が知られて
いる。第９図に示した実施例における伸展構造物
１０，２０が伸展される場合に、同キヤニスタ装
置を使用すれば、見掛上、何等の回転を伴うこと
なく、伸展構造物１０の下端及び伸展構造物２０
の上端の摺動的回転運動、並びに、各伸展構造物
１０，２０の縦はり１１，２１のコイル状から直
線状への変形を実現できる。即ち、第９図の実施
例において、繰出装置６の内部に、背面側を繰出
装置６に固定する２個のキヤニスタ装置を組込
み、これらのキヤニスタ装置を伸展構造物１０，
２０の対応端に接続することにより、伸展中で
も、充分な剛性を保てる伸展構造物を得ることが
できる。

第９図に示された実施例の基本的な構成は、互
いに相反する方向にコイル状に収縮される縦はり
１１，２１をもつ複数の伸展構造物を直列に接続
することにより、コイル端部における回転運動を
防止する点にあつたが、この考えを発展すること
により第１０図及び第１１図に示す実施例が得ら
れる。

第１０図の実施例における伸展構造物１０Ａ，
２０Ａは繰出装置６Ａの一側に設けられる。この
場合、両伸展構造物１０Ａ，２０Ａの伸展長さは
等しくかつ伸展構造物２０Ａに対する締索２５Ａ
は伸展構造物１０Ａを通じて繰出装置６Ａと接続
される。締索２５Ａの繰出速度が伸展構造物１０
Ａを制御する締索１５Ａの繰出速度の２倍に選ば
れる時、伸展構造物２０Ａは伸展構造物１０Ａと
特しい長さだけ伸展され、伸展構造物１０Ａの上
端と伸展構造物２０Ａの下端との間に相対的回転
を生じることなく、伸展構造物１０Ａと伸展構造
物２０Ａとの接続端のみが回転される。つまり、
この実施例の構造では、伸展工程中における伸展
構造物２０Ａの下端と繰出装置６Ａとの間に相対
的回転運動が防止される。

第１１図に示した実施例では、伸展構造物１０
Ｂ，２０Ｂの伸展収縮制御は対応された繰出装置
６１及び６２により行なわれる。即ち、伸展構造
物１０Ｂの締索１５Ｂは伸展構造物１０Ｂの伸展
方向と平行する方向に繰出されると共に、伸展構
造物２０Ｂの締索２５Ｂは伸展構造物２０Ｂの伸
展方向に対し傾いた方向に繰出される。つまり、
締索２５Ｂの両端部は、伸展構造物１０Ｂ，２０
Ｂを中心とする円周上の等分割された位置におい
て繰出装置６２及び伸展構造物２０Ｂに対してそ
れぞれ固定され、繰出装置６２で制御される。し
たがつて、締索２５Ｂは、伸展構造物１０Ｂ，２
０Ｂの伸展状態おいて、全体構造の張力部材とし
て機能するから、伸展状態における構造物全体の
剛性が増大する。

第１１図示の実施例の場合、伸展構造物１０
Ｂ，２０Ｂの伸展工程が同期的に行なわれた場合
においても、それらの回転運動は厳密な意味では
同期化したものでないけれども、全体構造の両端
部の回転運動を制限する手段を設けることによ
り、伸展構造物１０Ｂ，２０Ｂの回転運動を正確
に同期化することができる。例えば、この実施例
においては、複数の締索２５Ｂの両端部を前述し
たように構造物１０Ｂ，２０Ｂを中心とした円周
上の等分割位置に固定すれば、伸展状態における
全体構造の両端部の回転運動は制限されるから、
このような締索２５Ｂによると、伸展状態におけ
る伸展構造物の安定状態を確保できる。

前述した各実施例においては縦はり１，１１，
２１が使用されたが、これらの縦はり１，１１，
２１をコイル状に収縮させるためには、そのコイ
ル形成方向を規制する種々の手段を採用できる。
それらの方法のうち１つは、縦はり１，１１，２
１とスペーサ２，１２，２２との間に設けられる
結合部４，１４，２４に、両者の間に回動範囲を
規制するストツパを設け、伸展状態における縦は
り１，１１，２１が一方向にのみ変形できる構造
とするものであり、他の手段としては、伸展状態
における縦はり１，１１，２１の変形される側の
側面を切り欠いて断面積を部分的に変化させてお
き、伸展状態の縦はり１，１１，２１が同側面側
に変形され易くするか、または、伸展状態の縦は
り１，１１，２１に初期ねじり荷重を加えて、同
初期ねじり荷重の方向へ縦はり１，１１，２１が
変形され易くすればよい。

また、以上の説明においては、各縦はり１，１
１，２１を単一の連続可撓性材料から作るものを
例示したが、例えば前述の特公昭49−26653号公
報に示されているように、多数の縦はり片を多数
の回転結合部を用いて継ぎ合わせた構造のもので
あつてもよい。

さらに、縦はり１，１１，２１としては、伸展
構造物の伸展形状が筍状になる構造や、構造物の
長手方向に沿つて構造物の断面積が段階的に変化
される構造も特定の場合に有効である。また、縦
はり１，１１，２１をその長手方向に沿つて一定
の長さに分割し、これらの分割片をつなぎ合せて
使用する方法も、長い伸展構造物を製作する場合
には有利である。

一体に形成された半径方向に延びる脚部２ｂ，
１２ｂ，２２ｂをもつた上述のスペーサ２，１
２，２２についても種々の変形が考えられるが、
これらの変形例は第１２図から第１４図に示して
ある。

第１２図のスペーサ３２はその中心部３２ｃの
面積を第５図に示されたものより減少させたもの
で、中心部３２ｃに貫通孔３２ａが形成され、同
中心部３２ｃから放射方向に突出した脚部３２ｂ
を備えている。

第１３図のスペーサ４２は、その中心部４２ｃ
に三角形の貫通孔４２ａが形成され、又脚部４２
ｂの側縁が第１６図に示されるように斜下方に曲
げられる。いい換えると、脚部４２ｂは互いには
まり合う屋根型断面に成形されるから、スペーサ
の重量が軽減され、そ機械的強度が増大されると
共に、伸展構造物の収縮状態において、スペーサ
４２が互いにはまり合う構造が得られる。

第１４図に示されるスペーサ５２では、貫通孔
５２ａを形成した中心部５２ｃから４本の脚部５
２ｂが半径方向に突出してある。これらの脚部５
２ｂを通るスペーサ５２の断面は、第１７図に示
されるように、中心部５２ｃから外方に向かつて
各脚部５２ｂを下方に曲げられた形状を有する
が、このようなスペーサ５２の構造では、中心部
５２ｂと脚部５２ｂとの間の剛性配分を変えてス
ペーサを軽量化できる。

第１５図に示されるスペーサ６２では、貫通孔
６２ａを有するリング状の中心部６２ｃから４本
の脚部６２ｂが半径方向に突出され、貫通孔６２
ａの直径はほぼ脚部６２ｂの長さに等しく選ばれ
る。

−発明の効果− 機械的ネツトワークの理論より等距離の３点に
到達する最短距離は、これら３点を結ぶ幾何学的
三角形によるものではなく、これら３点と三角形
の中心とで結ぶものであるとの事実から理解され
るように、本発明による半径方向のスペーサは、
第１図から第３図に示された三角形に配置された
薄肉四角形棒よりなる従来のスペーサに比較し
て、構成部材を結合するのに最短の経路となる。

力学的見地からも、本発明によるスペーサは従
来のものと相違する。即ち、薄肉四角形棒より構
成された三角形構造は明らかに三角形トラスであ
り、これに対し、本発明による一体構造の半径方
向スペーサはラーメン構造であり、これらのスペ
ーサは、加えられる曲げモーメントを、その中心
部が含まれる平面内の応力として負担できる。

本発明によれば、従来簡単な構造と考えられて
いたものよりもさらに簡単なスペーサの構造が可
能となる。また、従来の構造物はそれ自体完成し
たはしご状の平面トラスを３面組合せたものであ
るが、本発明による構造物は分解して平面トラス
にすることはできない。この理由は、本発明によ
る伸展構造物のスペーサは、隣あう縦はりが含ま
れる平面内にはなく、この点で本発明による伸展
構造物は特異な構造である。本発明は推奨すべき
実施例について記述されたが、本発明はこれら実
施例に限定されるものではなく、種々の変形及び
変更が本発明の範囲を逸脱することなくなされう
ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は伸展状態にある従来の伸展構造物を示
す斜視図、第２図は同伸展構造物の水平方向断面
図、第３図は同伸展構造物の縦はりとスペーサと
の結合状態を示す拡大断面図、第４図は本発明に
よる伸展構造物の好ましい実施例の伸展状態の斜
視図、第５図は同伸展構造物の水平断面図、第６
図は同伸展構造物の縦はりとスペーサ間との結合
状態を示す拡大断面図、第７図は同伸展構造物の
収縮状態の斜視図、第８図は同伸展構造物が収縮
状態から伸展される場合の斜視図、第９図は本発
明による伸展構造物の他の実施例の伸展状態を示
す斜視図、第１０図及び第１１図は本発明の更に
他の実施例を示す略図、第１２図は本発明に使用
するスペーサの他の実施例を示す平面図、第１３
図は本発明に使用するスペーサの更に他の実施例
を示す平面図、第１４図は本発明のスペーサの更
に他の実施例を示す平面図、第１５図は本発明に
使用されるスペーサの更に他の実施例を示す平面
図、第１６図は多数のスペーサが重ね合わされた
場合の第１３図の―線に沿う断面図、第
１７図は第１４図の−線に沿う断面図で
ある。 １，１１，２１…縦はり、２，１２，２２，３
２，４２，５２，６２…スペーサ、２ａ，１２
ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ…
中心孔、２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２
ｂ，５２ｂ，６２ｂ…脚部、３，１３，２３…張
力索、４，１４，２４…結合部（接手）、４１…
キヤツプ、４３…首部、４４…枠材、５，１５，
２５…締索、６，６Ａ，６１，６２…繰出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長手方向に対して直角な面内で間隔を保つて
   直線状に伸びた伸展状態からコイル状に変形され
   る収縮状態に収縮可能な少なくとも３本以上の縦
   はりと、これらの縦はりに沿い一定の間隔をもつ
   て設けられた複数の結合部と、中心部から半径方
   向に突出した状態で一体成形される上記縦はりの
   数に対応した数の脚部を有しかつこれらの脚部を
   上記結合部のそれぞれに回転可能に結合されかつ
   上記縦はりの伸展状態では縦はりの長手方向に対
   しほぼ直角な平面内で間隔を保つように各縦はり
   を支持しかつ上記縦はりの収縮状態では上記縦は
   りにより形成されたコイルのループ内に互いに重
   ね合わされて収納される複数のスペーサと、上記
   各結合部を対角位置にある他の結合部と結合しか
   つ縦はりが伸展状態にあるとき対角位置の結合部
   間に引張力を与える複数の張力索とを備える伸展
   構造物。 ２ 上記縦はりは弾性的に連続した一本の可撓性
   部材から構成される特許請求の範囲第１項記載の
   伸展構造物。 ３ 上記縦はりはコイル状に収縮可能でかつこの
   収縮状態から螺旋状に伸展される特許請求の範囲
   第１項記載の伸展構造物。 ４ 上記縦はりは複数の縦はり片とこれらの縦は
   り片を順次結合する複数の回転接手とよりなる特
   許請求の範囲第１項記載の伸展構造物。