JPS63280000A - 折畳み式トラス構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトラス構造体、そしてより詳細には宇宙空間に
おける使用にとって望ましい折畳み式のトラス構造体に
関する。

〔従来の技術〕

高い強度および／または剛性ならびに低い質量のために
トラス７８６体は宇宙空間における使用にとって望まし
いものである。外部荷重に対してトラス部材は純粋な引
張りまたはカラム状圧縮力（ｃｏｌｕｌｎａｒ　ｃｏＩ
ｌｐｒｅｓｓｉｏｎ）として反応する。このように高度
な指向性を有する荷重は、部材としての単方向性フィラ
メント状複合チューブの使用を許容するが、これは非常
に高い材料剛性対質量比率（ｒａｔｉｏｓ　ｏｆ　１ａ
ｔｅｒｉａ１　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ−ｔｏ−ｒｇａｓｓ
）を有している。また反復されるシンメトリ−というト
ラス特性が能率の良い包装を可能とする。

展開可能な（ｄｅｐ　１ｏｙａｂ　Ｉｅ）宇宙空間トラ
スの発展は、高い剛性および低い質量の点で一層高い性
能を求めて来ている。たとえば、展開可能な格子状カラ
ムはジェームス・イー・ウェッブ（Ｊａ＋ａｅｓ　Ｅ。

Ｗｅｂｂ）の米国特許第３．４８６．２７９号中に記載
されており、その第７図は縦梁が連続的な可撓性ロッド
から構成されているトラス構造体を開示している。従っ
て、縦梁に沿うヒンジは全く存在せず、また縦梁は、全
長にわたってカラムの折畳みによる影響を受けないとい
う点から利用される。

それはその縦梁が真直ぐな形状に弾性復帰する傾向を維
持するからである。縦梁ヒンジの不存在は構造体の低い
質量をもたらす。しかし、包装または折畳み状態におけ
る歪みの故でカラムは横断面において制限を受ける。縦
梁に沿う蝶着（ｈｉｎｑｉｎｏ）は縦梁部材寸殊におい
てより大きい自由度を許容することになるが、ヒンジの
コンプライアンスは部材の剛性を減少させることになる
。同じことがコウリョウ・ミウラの米国特許第４．５３
２，７４２号に当てはまる。これは縦梁として連続的な
可撓性ロッドを使用する同様なｍ遺体を開示しているが
、スペーサー２をその構造体の縦軸に沿って付加してい
る。

一白由度（ｓｉｎｇｌｅ−ｄｅｇｒｅｅ−ｏｆ−ｆｒｅ
ｅｄｏｉ）ヒンジ技術はヒンジのコンプライアンスを大
幅に減少させており、かつ関節式構造体を発展し得るも
のとする。ピータ−・トラス（Ｐｅｔｅｒ　Ｔｒｕｓｓ
）の米国特許第４，４８０．４１５号に開示されている
構造体であって、縦梁が三角形の横断面を形成するよう
に整列されているものは、折畳み可能なロッド部材の対
から形成される縦梁部材を包含している。

三角形の面に沿う縦梁に向けられる圧力はその縦梁を折
り畳むものである。ウェッブの上述した特許の第２図中
に開示されているのは展開可能なカラムであって、縦梁
は折り畳まれていないが、すじかいは折り畳まれている
。

〔発明の解決すべき問題点〕

一自由度ヒンジはヒンジのコンプライアンスを減少させ
るけれども、この種のヒンジはまた問題を持ち込むこと
になる。すなわち、一般にこの種のヒンジを用いるトラ
ス構造体を包装する場合、たとえいずれの最先端も歪ま
ないにしても、完全に展開された状態から完全に折り畳
まれた状態に移行する間、部材の歪みを伴う。その結果
、歪みの度合いに左右される展開のなめに力を必要とし
、また部材の寸法法めは歪みに耐えられる乙のに限定さ
れる。従って、上述した問題を克服するための宇宙空間
で使用しうるトラス構造体における改良に対しての継続
的なニーズが存在する。

〔問題点を解決する手段および作用〕

本発明は、構造体ユニットであって、縦梁が折り畳まれ
ることなく、ずしかいも折り畳まれることなく、そして
部材上には展開歪みが全く存在しないものを提供するこ
とによって上述の問題を克服するものである。

折畳まれない縦梁およびすじかいは所要ヒンジの数を最
小にするので、コンプライアンスならびに重量は減少す
る。展開歪みの欠如はあらゆる剛性および寸法を有する
部材の使用を許容する。

下記の一方もしくは双方の影響の故で、ヒンジを備えた
構造体の関節運動（ａｒｔ　ｉｃｕ　ｆａｔ　１ｏｎ）
の間に歪みが現れる。それらの影響というのは（ａ）関
節つなぎ部材がそれらを連結するので関連する２個のヒ
ンジは、相互間の角方位において変化すること、（ｂ）
２個の関連するヒンジの一方が他方の軸に沿って移動す
ること、である。換言すれば、２個のヒンジが回転する
各平面は相対的角度において変化し、または１個のヒン
ジは、コネクティングロッド部材の存在にも拘らず他の
ものの軸に沿って移動するのである。本発明においては
、これら現象のいずれも発生することはない。すなわち
、関連するヒンジは位置あるいは方位において相互に対
し変化することはない。

本発明はトラス構造体、特に宇宙空間における使用に適
したものを構成するために利用することができる０本発
明の基本的なビルディング・ブロックは３個の剛性部材
であって、直角三角形々状をもってフレームユニットを
構成するものから成り、これらの部材は縦梁、ずじかい
、およびバッテン（ｂａｔｔｅｎ）である、このフレー
ムユニットは、包装あるいは格納状態から展開状態への
移行の間に形状が変化することはなく、そしてこれは剛
性バッテン部材を端と端とをくっつけるように四辺形に
接続することによって３個の別の同様なフレームに連結
されるものである。このように連結されたバッテン部材
は平面を形成する。縦梁およびすじかいはそれらの関連
バッテンにヒンジにより連結され、かつそのバッテン部
材に平行な軸の周りで回動する。

付加的なフレーム部材は折畳みバッテンであって、これ
によって構造体が完成する。この折畳みバッテンはその
中間点において蝶着され、そして一端においてフレーム
のコーナーに連結され、そこでは縦梁とずじかいとか合
体しており、また他端においては隣接フレームユニット
（すなわち、他の縦梁−すじかいジヨイント）に連結さ
れている。この方法で、折畳みバッテン部材は縦梁、す
しかい、および剛性バッテン部材と展開状態において組
み合わされて、構造体の四辺膨面を形成する。折畳みバ
ッテン部材は、展開状態と折畳み状態間の移行中に、そ
れらの中間点ヒンジの周りで回動する。折畳みバッテン
の中間点におけるヒンジは、４本の剛性バッテン部材に
より形成された面に垂直な展開トラス構造体の縦軸に平
行な軸の周りに回動する。格納および展開状態間の移行
中、折畳みバッテンの回動軸は剛性バッテン平面に対し
垂直のままであって、本発明による部材歪みのない特性
を維持するものである。

トラスビーム構造体は、次のように互いに連結された複
数個のこの種構造体ユニットを使用して組み立てること
ができる。すなわち、それは縦梁がビーム構造体の縦軸
に沿って延び、一方バッテンは縦梁に垂直に延びると共
にすじかいが縦梁およびバッテンを安定させるというも
のである。このようにして、本発明は荷重支持部材（＃
ＰＩ梁およびすじかい）を折り畳むことなく、それでも
コンバクトな包装に格納できるという構造体を開示する
ものである。

更に展開が部材歪みを惹き起こすことなく、部材寸法お
よび構成に際してより一層の自由を許容し、かつ剛性、
低質量の構造体を提供するものである。

本発明では、剛性構造体エレメントを関節に組合わせる
ことが可能である。この関節は提供されタユ：−／’な
ヒンジ集合体（ｈｉｎ’ａｅ　ｃｌｕｓｔｅｒｓ）ノ使
用によって該構造体をコンパクトに折り畳むなめに必要
なものであり、このヒンジ集合体はＭ！Ｓ遺体をコンパ
クトな寸法に折り畳ませると共に折り畳まれていない部
材を依然として利用させるものである。ヒンジ集合体は
コーナージヨイントおよびフレーム部材端部片を包含す
るが、この端部片は各種のフレーム部材を所望の角度で
合致させながらなお一白由度をもって折畳みおよび展開
状態間で回転させるものである。

本発明の特徴であると信じられる新規な特性、すなわち
その構成および操作方法に関する特性ならびにその他の
目的および効果は、本発明の好ましい実施態様を例示す
る添付図面について考察する以下の説明によって一層良
く理解されるであろう、しかしながら、添付図面は例示
および説明のみの目的のものであって、本発明を限定す
る定義を意図するものではないことを明瞭に理解すべき
である。

〔実施例〕

第１図はフレームセクション１０１および１０２を含ん
で成る本発明に従って構成された展開可能トラス構造体
を示している。第１（ａ）図はその完全に展開した状態
におけるビーム構造体を示しており、一方第１　（ｂ）
図および第１（Ｃ）図は中間の展開段階を経由して第１
（ｄ）図に示す完全に折り畳まれた状態に至る構造体を
示している。

２個のセクション１０１および１０２は互いに鏡像の関
係にあるので、セクション１０１を詳細に説明するもの
とする。セクション１０１は四辺形横断面を有し、かつ
その縦軸に沿って延びる４本０ＦＲ１２，１４，１６お
Ｊ：び１８を備えている。

これらの縦梁はセクション１０１の四つの面を形成して
いる。

縦梁１２および１８はバッテン部材２０の各端部に連結
されている。その他の縦梁もバッテン部材２２．２４お
よび２６により同様に連結されており、これらのバッテ
ン部材の全ては縦梁部材に対し垂直である。すしかい部
材２８は、接続されていない＊ｉ１２およびバッテン２
０の端部間に延在することによって縦梁１２およびバッ
テン部材２０を安定させる。同様に、ずじかい部材３０
は縦梁部材１４およびバッテン部材２２間に延在し、す
じかい部材３２は縦梁部材１６およびバッテン部材２４
間に延び、そしてずじかい部材３４は縦梁部材１８およ
びバッテン部材２６間に延在している。

このようにして、セクション１０１の各面はすしかいに
より二分されている。

第１図は展開の段階を目に見えるようにするのを助ける
ために部分的に陰影を付した、この種の面の一つを示し
ている。

フレームセクションを完成させるのは、それぞれ縦梁部
材間に延在し、かつバッテン部材２０゜２２．２４およ
び２６に対向する各四辺形而上に配置された４本のバッ
テン部材３６，３８．４０および４２である。上記の構
造体は、本発明の好ましい実施態様に従ってカラムを構
成するために使用することのできる最小のｉａ造棒体ユ
ニットある。第１図は２個の構造体ユニット１０１およ
び１０２から構成された短いカラムを示している。

２個を超えるこの種ユニット１０１．１０２を用いて、
より長いビーム構造体を構成することができることは明
らかである。従って、縦梁１２は、縦梁部材１１２によ
る＃１遺体の縦軸に沿って継続されるものである。同様
に、縦梁部材１４は縦梁部材１１４と関連させられ、縦
梁部材１６は縦梁部材１１６と関連させられ、そして縦
梁部材１８はｍ梁部材１１８と関連させられるものであ
る。

更に、縦梁部材１１２乃至１１８はそれぞれバッテン部
材１２０，１２２．１２４および１２６によって相互に
接合されている。２個の椙遺体ユニット１０１．１０２
は折畳みバッテン部材３６゜３８．４０および４２を「
共有している」、好ましい実施態様において、一方の横
遺体ユニットのすしかい部材は関連構造体ユニットのす
しかい部材の「鏡像」として位置決めされている。従っ
て、すじかい部材１２８は、すしかい部材２８と同一の
四辺形而上に配置され、かつずじかい部材２８と同一の
端部において、折畳みバッテン部材３６に接合されてい
る。同様に、すじかい部材１３０はすじかい部材３０と
関連させられ、すじかい部材１３２はすじかい部材３２
と関連させられ、そしてすじかい部材１３４はすじかい
部材３４と関連させられている０図示されたものより遥
かに大きく広がる空間を有するカラム状椙迫体を作るた
めに、他の構造体ユニットを、横遺体１０上に付加する
ことができる。

第２図は基礎ヒンジ集合体を示しており、これは剛性バ
ッテン部材がすしかいおよび縦梁部材と合体する横遺体
のコーナーにおいて使用されるものである。ヒンジ集合
体はコーナージヨイントを包含し、これは複数個の平坦
な突出部を備えている。縦梁およびすじかいの端部は平
坦な突出部をもって蝶着されている。平坦な突出部のそ
れぞれは孔を備えており、これはフレーム部材の端部を
接合すべく機能するものである。コーナージヨイントお
よびフレーム部材の端部における孔は整列されており、
ビンが孔に挿入される。この方法によって、各フレーム
部材は所望の方法によりヒンジジヨイントに関し自由に
回転される６本発明において使用される各ヒンジ集合体
は、回転中に一自由度を許容するように形成されている
。

たとえば、すじかいはバッテン部材と平行な軸の周りで
回転するのに対し、それらの縦軸は回転軸に対し傾斜し
ている。従って、ヒンジジヨイントと蝶着されているす
しかい端部は第２図および第３図に示すように、くの字
形ベンド（ｄＯＱ−１ｅＯｂｅｎｄ）を備えている。剛
性バッテン部材もまた、平坦な突出部に隣接するコーナ
ージヨイントに接続されている。第２図に示すように、
基礎ヒンジ集合体のみが縦梁およびすじかい部材を回転
させる。剛性バッテン部材は適所に固定され、そして回
転することはない。

第３図は中間構造ヒンジ集合体を示しており、ここで縦
梁、すしかい、および折畳みバッテン部材が連結される
。このヒンジ集合体は、中間構造ヒンジ集合体により連
結された全フレーム部材が該ヒンジ集合体に対して回転
することを除き、第２図のヒンジ集合体と同様に構成さ
れている。この場合も全ての回転は一自由度によるもの
である。

第３図はｂフジジヨイント２００を示しており、ここに
各種の部材が枢着されている一、ジヨイント２００は縦
梁部材１２および１１２を相互に連結し、折畳みバッテ
ン部材３６および３８を共に接続して＜ｍ遺体のコーナ
ーを形成し）、そして更に関連すじかい部材２８および
１２８を連結する。

展開状態からカラム横遺体の折畳み状態への移行の間、
折畳みバッテン部材３６および３８はカラム横遺体から
離れて、それらの中間点ヒンジにおいて外方へ回動する
ことになり、縦梁部材１２゜１１２は第１（ｂ）図に示
されるように、相互に向かって回動し、ずじかい部材２
８および１２８はそれに応じて従動する。

第４（ａ）図はすじかい部材２２０の詳細を示しており
、これは該すしかい部材の対向する側に配置された切り
欠きまたはトラフ部２２２および２２４を備えなすしか
い部材の中間点における形状を示すものである。構造体
１０を折り畳むと、すじかい部材は略同一平面態様にお
いて載置されることになるので、この形状が必要である
。ずじかい部材２２０が類似のすしかい部材の頂部に、
かつ相互に対面するトラフ部に関して、それと直交して
据えられると、２本のすしかい部材は略同一平面となる
。この方法によりすじかい部材２２０は２本の他の同様
なすしかい部材を直交状態で横切ることができる一方、
それらと共に同一平面内に存在している。このようにし
て、４本の同様なすしかい部材が互いに直交的に横断可
能である一方、フラットに存在することになる。第４（
ｂ）図は略同一平面状態で介在載置している４本のすし
かい部材２２０，２３０，２４０．２５０の配列を示し
ており、これはｌ１ｊ３ｆｉ体の折畳みに従うものであ
る。

本明細書においては、本発明め特定の実施例を説明し、
かつ例示したが、変形および変更は当業者には容易にし
得るものである。たとえば、バッテン部材および縦梁は
等しい長さのものとして示されているが、この種の形状
は本発明の要件ではない、信頼性があり、高強度の林料
を、本発明によるトラス構造体を製造するために利用し
得ることをもまた考えられる。たとえば、ヒンジおよび
ジヨイントをステンレス鋼から構成し、またフレーム部
材は黒鉛エポキシ複合チュービングから構成することが
できる。従って、本発明の範囲は、ここで説明され、か
つ例示された具体的実施例に限定されるものではない特
許請求の範囲に関して判断されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施態様に従うカラム構造体
について、中間の展開段階を経由して完全に展開した状
態から完全に折り畳んだ状態に至るまでを示す斜視図、
第２図は各種の構造体部材を連結するために用いる基礎
ヒンジ集合体を示す斜視図、第３図は各種の構造体部材
を連結するために用いる中間椙遺ヒンジ集合体を示す斜
視図、そして第４図は第１（ａ）図のすしかい部材につ
いて更に詳細を示す図である。 １０・・・構造体、　１２．１４．１６．１８゜１１２
．１１４，１１６．１１８・・・縦梁、２０゜２２．２
４．２６，１２０，１２２，１２４゜１２６・・・バッ
テン部材、２８，３０，３２．３４゜３６．３８，４０
．４２，１２８，１３０゜１３２．１３４，２２０，２
３０，２４０゜２５０・・・すしかい部材、１０１，１
０２・・・フレームセクション、２００・・・ヒンジジ
ヨイント、２２２．２２４・・・トラフ部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１個のフレームユニットを備え、各フ
   レームユニットは４本の剛性で細長いバッテン、縦梁お
   よびすじかい部材ならびに４本の折畳みバッテン部材か
   ら構成され、 該４本の剛性バッテン部材は、その端末点において四辺
   形を形成するように連結され、 各縦梁は、それが関連する剛性バッテン部材の長手方向
   軸に平行な軸の周りで回動するように、かつ展開位置に
   おいて各縦梁が前記四辺形により形成される平面に対し
   て垂直であるように、前記四辺形の各コーナーにおいて
   関連する剛性バッテン部材に対し第一の端部において枢
   着され、 各すじかいは関連する縦梁の自由端および該関連する縦
   梁と関連する剛性バッテン部材の自由端に連結され、各
   すじかいは、それが該縦梁と同一の軸の周りで回転し、
   かつすじかいの略中間点で相互に対向しかつ隣接して配
   置された２個のトラフ部を備えるように、該剛性バッテ
   ン部材に対し枢着され、 前記折畳みバッテン部材は、トラス構造体の折畳みおよ
   び展開位置間の移行の間に回動するように、その中間点
   において前記四辺形の面に対し垂直である軸の周りにヒ
   ンジ結合され、かつその端部においてすじかいと縦梁と
   の連結点に枢着されることを特徴とする折畳み位置およ
   び展開位置間に運動可能であるトラス構造体。
2. （２）少なくとも１個の構造体ユニットと、少なくとも
   ４本の折畳みバッテン部材とを備え、 前記構造体ユニットは４個のフレームユニットから構成
   され、各フレームユニットは直角三角形を形成する３本
   の細長い部材を含んで成り、各フレームユニットの第一
   脚は他のフレームユニットの第一脚に連結されて連結さ
   れた該第一脚が剛体四辺形を形成し、各フレームユニッ
   トの残りの第二脚および斜辺は、第一脚の長手方向軸に
   平行な軸の周りで回動するように第一脚に対し枢着され
   ており、この斜辺は、該斜辺長手方向軸の中間点におい
   て相互に対向しかつ隣接して配置された２個のトラフ部
   を備えており、前記折畳みバッテン部材は、フレームユ
   ニットが展開位置であって、前記フレームユニットが前
   記四辺形により形成される平面に対し垂直である位置と
   、折畳み位置であって、前記フレームユニットが前記四
   辺形に対し平行である面内に存在する位置との間を移動
   するべく前記四辺形の内部に向って回動するように、そ
   の中間点でその長手方向軸に対し垂直であり、かつそれ
   らの端部においてフレームユニットに対し枢着された軸
   の周りにヒンジ結合されていることを特徴とする折畳み
   位置および展開位置間に運動可能であるトラス構造体。
3. （３）フレーム部材が複数のヒンジにより枢着され、こ
   れらのヒンジが、運動を単一平面に限定される一自由度
   ヒンジとして構成される第２項記載のトラス構造体。
4. （４）バッテン部材および縦梁が等しい長さを有してい
   る第２項記載のトラス構造体。
5. （５）トラス部材が黒鉛／エポキシ・チューブから構成
   される第２項記載のトラス構造体。