JP2001099395A

JP2001099395A - 展開構造物

Info

Publication number: JP2001099395A
Application number: JP28103099A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Miyasaka; 明宏宮坂; Hirochika Ishikawa; 博規石川; Yumi Senbokutani; 由美仙北谷; Hiroaki Tsunoda; 博明角田; Yoshinori Nakasuga; 好典中須賀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2001-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】収納時の容積を小さくし、かつ展開安定性や
展開信頼性を高める。【解決手段】展開構造物は、展開時において１つの頂
点が互いに向かい合うように構造物の中心から放射線状
に配置される三角形状の複数の第１部材１と、放射線方
向の２つの縁辺が第１部材の放射線方向に沿った２つの
縁辺の延長線上に位置し、第１部材１を取り巻くように
配置される複数の第２部材２と、隣接する部材間を機械
的に連結し、収納時においては連結部を山折りあるいは
谷折りに折り畳むべく変形する連結部材３〜７とから構
成される。各連結部材３〜７は、収納時において山折り
と谷折りが交互に繰り返されるよう変形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星等に収納
状態で搭載され、宇宙空間で展開する平面型の展開構造
物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、宇宙空間で展開する展開構造
物として、衛星搭載用の太陽電池パドルが知られている
（例えば、特開平９−１４２４００号公報）。図９は特
開平９−１４２４００号公報に開示された太陽電池パド
ルの構造を示す斜視図である。複数の太陽電池パネル３
２は、打ち上げ時にはロケット内部で畳まれた状態で、
衛星本体３１に取りつけられており、宇宙空間で展開さ
れる。各太陽電池パネル３２は、ヒンジ３３によって回
転自在に連結され、展開時には図９に示すように１次元
的（線状）に展開される。太陽電池パドルは、一般的に
複数枚の太陽電池パネル３２をアコーデオンのように結
合することによって長さを変化させて面積を稼ぐことが
できるが、幅を変化させることができない。しかし、通
信量の増大や消費電力の増大に伴ってさらなる電力の供
給要求があり、太陽電池面積を広げて大電力を得ること
が求められているが、図９の太陽電池パドルのような１
次元的な展開では太陽電池面積を広げることが困難であ
った。

【０００３】そこで、２次元的に展開できる太陽電池パ
ドル（ソーラパネルアレイ）が提案されている（例え
ば、特開平９−３０４９９号公報）。図１０は特開平９
−３０４９９号公報に開示された太陽電池パドルの構造
を示す斜視図である。この太陽電池パドルは、剛体の太
陽電池パネル４１，４２を含んでおり、剛体パネル４
１，４２はお互いにヒンジ結合されている。さらに、パ
ネル４１，４２には、可とう性の太陽電池パネル４３，
４４，４５が取り付けられている。このような太陽電池
パドルを展開するには、まず各太陽電池パネルを図１０
（ｂ）〜図１０（ｄ）に示すように長さ方向に展開し、
続いて図１０（ｅ）、図１０（ｆ）に示すように両翼方
向に展開する。すなわち、ステップ１として構造物は１
次元的に展開され、その展開終了後にステップ２として
２次元的に展開される。より広大な面積を必要とする場
合には両翼方向の折り畳み数を複数にするなどが考えら
れる。以上の説明では太陽電池パドルのみに特化して記
述してきたが、図１０で説明した展開方法は、様々な機
器、例えば合成開口レーダやアクティブフェーズドアレ
イアンテナなど大型面積を持つアンテナにも応用でき
る。

【０００４】また、２次元的に展開できるその他の展開
構造物として、鏡面を高精度に保たなければならないメ
ッシュ型アンテナ（米国ヒューズ社製）が知られてい
る。図１１はメッシュ型アンテナの外観図である。メッ
シュ型アンテナ５１は、可とう性が高いため、弾性変形
を利用して緩やかに丸めた状態で衛星に搭載される。

【０００５】また、その他の展開構造物として、鏡面を
メッシュにして、背面に剛性を高めるためにトラス構造
物を配置した展開アンテナが提案されている（石川ほ
か、日本機械学会 No.99-7 Dynamics and Design Confe
rence'99 講演論文集D117）。図１２（ａ）、図１２
（ｂ）、図１２（ｃ）はこの展開アンテナの斜視図、図
１２（ｄ）、図１２（ｅ）、図１２（ｆ）はそれぞれ図
１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）の一部を拡大
した図である。この展開アンテナは、６方向に四辺形リ
ブ６１を配置し、６つのリブ６１を同期するように駆動
することによって展開の安定性を向上させている。６つ
のリブ６１の同期性はケーブル６２とばね６３，６４に
よって得られる。この展開アンテナの長所は、構造部材
のある一部を駆動すると他の部分も追従して展開する点
である。したがって、構造部材の一部に駆動力を与えさ
えすれば、全体が追従して展開するので、展開信頼性が
高くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】宇宙空間で２次元的に
展開される構造物では、展開が容易であることが要求さ
れる。また、宇宙空間など人の手が触れられない環境に
おいては構造物が所定の大面積に必ず展開する必要があ
る。これまで構造物を２次元的に展開するには、特に太
陽電池パドルのような剛体の構造物を展開する例として
は、図１０に示したように、いったん１次元的に展開
し、続いて２次元的に展開する２段階に分けた展開方法
が用いられている。しかしながら、この展開方法では、
展開構造物を大面積にする場合、両翼方向の折り畳み数
が増大し、ステップ１における１次元の長さが長くな
り、ステップ１の展開が終了する前にステップ２の展開
が始まる可能性が生じる。ステップ２の展開はステップ
１の展開を終了した後でなければ平面的な展開ができな
くなるため、展開安定性や信頼性が低いという問題点が
あった。また、仮にステップ順序を調整する制御機構な
どを取りつける場合には、重量的に重くなるという問題
点があった。

【０００７】また、図１１に示したメッシュ型アンテナ
では、素材の弾性で展開するため、非常に展開信頼性が
高い。しかし、折り目がつくように密に収納できないた
め、展開構造物を大面積にすると、収納時の容積を十分
に小さくすることができないという問題点があった。ま
た、図１２に示した展開アンテナでは、メッシュのよう
な柔軟な膜を鏡面構造部材として使用するため、アンテ
ナの平面度を高精度に設定することが難しいという問題
点があった。本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、収納時の容積を小さくすることができ、か
つ展開安定性や展開信頼性を高めることができる展開構
造物を提供することを目的とする。また、本発明は、高
い平面度を得ることができる展開構造物を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の展開構造物は、
展開時において１つの頂点が互いに向かい合うように構
造物の中心から放射線状に配置される三角形状の複数の
第１部材（１）と、展開時において前記放射線方向の２
つの縁辺が第１部材の放射線方向に沿った２つの縁辺の
延長線上に位置し、前記第１部材を取り巻くように配置
される複数の第２部材（２）と、隣接する部材間を機械
的に連結し、収納時においては連結部を山折りあるいは
谷折りに折り畳むべく変形する連結部材（３〜７）とを
備え、各連結部材は、収納時において前記山折りと谷折
りが交互に繰り返されるよう変形するものである。ま
た、本発明の展開構造物は、展開時において構造物の中
央の開口部を取り巻くように放射線状に配置される複数
の第１部材（１１）と、展開時において前記放射線方向
の２つの縁辺が第１部材の放射線方向に沿った２つの縁
辺の延長線上に位置し、前記第１部材を取り巻くように
配置される複数の第２部材（１２）と、隣接する部材間
を機械的に連結し、収納時においては連結部を山折りあ
るいは谷折りに折り畳むべく変形する連結部材（１３〜
１９）とを備え、各連結部材は、収納時において前記山
折りと谷折りが交互に繰り返されるよう変形するもので
ある。

【０００９】また、上述の展開構造物の１構成例は、前
記連結部材を介して第１部材と連結される第３部材を前
記中央の開口部に備えるものである。また、上述の展開
構造物の１構成例は、前記第１部材、第２部材の表面に
アンテナ電子機器（２０）を配置したものである。ま
た、上述の展開構造物の１構成例は、前記第１部材、第
２部材の表面に太陽電池セル（２１）を配置したもので
ある。また、上述の展開構造物の１構成例は、展開時に
おいて構造物の外周に配置される環状のチューブ（２
２）と、展開時に前記チューブにガスを供給してチュー
ブを膨張させるガスボンベ（２３）とを備えるものであ
る。そして、上述の展開構造物の１構成例は、前記第１
部材、第２部材の表面に所望の波長の電磁波を透過さ
せ、これより波長の短い電磁波を遮断する部材（２４）
を配置したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】［実施の形態の１］次に、本発明
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態となる展開構造物が
完全に展開した状態を示す平面図である。図１の展開構
造物は、展開時において１つの頂点が互いに向かい合う
ように構造物の中心から放射線状に配置される三角形状
の複数の第１部材１と、展開時において内周側の縁辺が
第１部材１の外周側の縁辺と向かい合い、この内周側の
縁辺とつながる２つの縁辺が第１部材１の放射線方向に
沿った２つの縁辺の延長線上に位置し、これら２つの縁
辺とつながる外周側の縁辺が円弧状となる、第１部材１
を取り巻くように配置される複数の第２部材２と、隣接
する部材間を機械的に連結し、収納時においては連結部
を山折りあるいは谷折りに折り畳むべく変形する連結部
材３〜７とから構成される。なお、図１では、山折りの
連結部材３，５，６を一点鎖線で示し、谷折りの連結部
材４，７を破線で示している。

【００１１】第１部材１と第２部材２の個数は同一であ
る。また、第１部材１と第２部材２とは、平面度が維持
でき、かつ弾性変形が可能な材質、例えばＣＦＲＰ（Ca
rbonFiber Reinforced Plastic）等からなる。第１部材
同士を連結する連結部材３は、収納時に連結部を山折り
に折り畳むべく変形し、同じく第１部材同士を連結する
連結部材４は、収納時に連結部を谷折りに折り畳むべく
変形する。この連結部材３，４は、交互に配置される。

【００１２】第１部材１と隣接する第２の部材２とを連
結する連結部材５は、収納時に連結部を山折りに折り畳
むべく変形する。そして、第２部材同士を連結する連結
部材６は、収納時に連結部を山折りに折り畳むべく変形
し、同じく第２部材同士を連結する連結部材７は、収納
時に連結部を谷折りに折り畳むべく変形する。この連結
部材６，７は、交互に配置される。また、第１部材１と
第２部材２との間では、山折りと谷折りの位置が互いに
ずれるように連結部材３，４，６，７が配置される。

【００１３】このように、連結部材３，５，６の箇所を
山折りに、連結部材４，７の箇所を谷折りにすることに
より、展開すべき面を一部分も切ること無しに図２に示
すように折り畳み収納可能となる。収納性を高めるため
には、構造物の周方向の折り畳み数を増やす（部材１，
２の数を増やす）ことにより収納時の幅と奥行きを小さ
くすることができ、構造物の径方向の折り畳み数を増や
す（部材１，２の種類を増やす）ことにより収納時の高
さを低くすることができる。

【００１４】図２に示す収納状態の構造物を展開する駆
動力は、連結部材３〜７に設けられたばねやモータ等に
よって得られる。本発明では、各部材間の連結部を規則
的に山折りまたは谷折りにすることにより、全ての連結
部材３〜７で駆動力を発生する必要がなく、一部の連結
部材３〜７で駆動力を発生するようにすれば、展開時に
平面を構成する全ての部材１，２を同期して駆動し展開
させることができる。なお、図１の例では、展開後の構
造物の平面形状が円形となっているが、これを多角形と
してもよい。この場合には、第２部材２の外周側の縁辺
が直線、すなわち第２部材２が四角形となる。

【００１５】［実施の形態の２］図３は、本発明の第２
の実施の形態となる展開構造物が完全に展開した状態を
示す平面図である。図３の展開構造物は、展開時におい
て構造物の中央の開口部１０を取り巻くように放射線状
に配置される複数の第１部材１１と、展開時において内
周側の縁辺が第１部材１１の外周側の縁辺と向かい合
い、この内周側の縁辺とつながる２つの縁辺が第１部材
１１の放射線方向に沿った２つの縁辺の延長線上に位置
する、第１部材１１を取り巻くように配置される四角形
状の複数の第２部材１２と、隣接する部材間を機械的に
連結し、収納時においては連結部を山折りあるいは谷折
りに折り畳むべく変形する連結部材１３〜１９とから構
成される。なお、図３では、山折りの連結部材１３，１
５，１６，１９を一点鎖線で示し、谷折りの連結部材１
４，１７，１８を破線で示している。

【００１６】第１部材１１と第２部材１２の材質は実施
の形態の１と同様である。第１部材同士を連結する連結
部材１３は、収納時に連結部を山折りに折り畳むべく変
形し、同じく第１部材同士を連結する連結部材１４は、
収納時に連結部を谷折りに折り畳むべく変形する。この
連結部材１３，１４は、交互に配置される。第１部材１
１と隣接する第２の部材１２とを連結する連結部材１５
は、収納時に連結部を山折りに折り畳むべく変形する。

【００１７】また、図３の例では、第２部材１２を３種
類設けている。構造物の径方向（前記放射線方向）に１
列に並ぶ３種類の第２部材１２は、互いに相似な形状を
している。同一種類に属する第２部材（構造物の中心か
ら同一半径の円周上に配置された第２部材）同士を連結
する連結部材１６は、収納時に連結部を山折りに折り畳
むべく変形し、同じく同一種類に属する第２部材同士を
連結する連結部材１７は、収納時に連結部を谷折りに折
り畳むべく変形する。この連結部材１６，１７は、交互
に配置される。

【００１８】異なる種類に属する第２部材同士を連結す
る連結部材は、収納時に連結部を谷折りに折り畳むべく
変形する連結部材１８と、収納時に連結部を山折りに折
り畳むべく変形する連結部材１９とが交互に配置され
る。また、第１部材１１と３種類の第２部材１２との間
では、山折りと谷折りの位置が互いにずれるように連結
部材１３，１４，１６，１７が配置される。収納状態の
構造物を展開する駆動力は、実施の形態の１と同様に、
連結部材１３〜１９の一部に設けられたばねやモータ等
によって得られる。

【００１９】実施の形態の１では、構造物の中心に位置
する第１部材１の頂点を１点で固定しているが、本実施
の形態では、構造物の中央付近に位置する、第１部材１
１の内周側の縁辺を少なくとも２点で固定するので、よ
り安定した展開が可能となる。また、本実施の形態で
は、構造物の中央を開口部１０としているが、この開口
部に第３部材を配置して、第１部材１１との間を連結部
材で連結するようにしてもよい。これにより、更に安定
した展開が可能となる。

【００２０】［実施の形態の３］図４（ａ）は実施の形
態の１の展開構造物をアンテナに適用した例を示す平面
図、図４（ｂ）は図４（ａ）の一部を拡大した図であ
る。近年、アンテナの大型化のため、衛星搭載用の反射
鏡を用いず、直接アンテナを地表に向けて大出力の電波
を照射する研究がなされている。

【００２１】本実施の形態では、図１の展開構造物の第
１部材１と第２部材２の表面にアンテナ電子機器２０を
配置することにより、このようなアンテナを実現するこ
とができる。アンテナ電子機器２０は、地表と向き合う
表側に配置される放射素子と、その裏側に配置される増
幅器とから構成される。なお、本実施の形態では、実施
の形態の１の展開構造物をアンテナに適用したが、実施
の形態の２の展開構造物をアンテナに適用してもよいこ
とは言うまでもない。

【００２２】［実施の形態の４］図５（ａ）は、実施の
形態の１の展開構造物を太陽電池に適用した例を示す平
面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部を拡大した図であ
る。本実施の形態では、図１の展開構造物の第１部材１
と第２部材２の表面に太陽電池用のセル２１を配置する
ことにより、大口径の太陽電池を実現することができ、
大電力の要求に答えることができる。なお、本実施の形
態では、実施の形態の１の展開構造物を太陽電池に適用
したが、実施の形態の２の展開構造物を太陽電池に適用
してもよいことは言うまでもない。

【００２３】［実施の形態の５］図６は、実施の形態の
１の展開構造物の外周に環状のチューブを配置した例を
示す平面図である。実施の形態の１〜４では、収納状態
の構造物を展開するための駆動力を連結部材に設けたば
ねやモータ等によって発生させていた。これに対し、本
実施の形態では、ばねやモータの代わりに、展開構造物
の外周を一周するチューブ２２を用いて駆動力を発生さ
せる。チューブ２２は、例えば有機系の高分子材料（ポ
リイミドやポリエステル）等からなり、展開構造物の外
縁を形成する各第２部材２の外縁に取り付けられてい
る。

【００２４】展開時に、チューブ２２の閉鎖空間内にガ
スボンベ２３から不活性ガス（例えば窒素ガス）等のガ
スを供給すると、チューブ２２が膨張して展開駆動力が
発生する。これにより、部材１，２を同期して駆動し展
開させることができる。収納時のチューブ２２は、図７
に示すように各第２部材２の外縁に沿って折り畳まれて
いる。そして、収納状態の構造物の中央付近には、ガス
ボンベ２３を収めることが可能な空間が確保されてお
り、構造物を折り畳むとガスボンベ２３が中央付近に集
まるので、ガスボンベ２３を効率良く収納することがで
きる。

【００２５】以上のように、本実施の形態では、展開構
造物の外周を一周するチューブ２２を用いることによ
り、連結部材にばねやモータ等を設ける必要がなくなる
ので、展開構造物の軽量化が可能となる。また、円環状
のチューブ２２の膨張により展開構造物の中心から全放
射線方向に一様な張力が発生するので、展開構造物の平
面度を向上させることができる。したがって、本実施の
形態をアンテナに適用すれば、高精度のアンテナを実現
することができる。

【００２６】［実施の形態の６］図８は、本発明の第６
の実施の形態となる展開構造物を示す斜視図である。本
実施の形態は、実施の形態の３で示したアンテナにおい
て、所望の波長の電磁波を透過させ、これより波長の短
い赤外線や紫外線等の電磁波を遮断する天蓋２４を第１
部材と第２部材の表面に前記アンテナ電子機器を覆うよ
うに配置したものである。

【００２７】天蓋２４は、例えばテドラカプトンからな
る。実施の形態の３のように、第１部材、第２部材の表
面に電子機器を配置する場合には、太陽光の照射量の変
化に伴う急激な温度変化によって電子機器が故障する可
能性が高い。そこで、展開構造物の表面に天蓋２４を取
り付けることによって急激な温度変化から電子機器を保
護することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、各部材間の連結部を規
則的に山折りまたは谷折りにすることにより、大面積の
展開構造物であっても、収納時の容積を小さくすること
ができる。また、一部の連結部材で展開のための駆動力
を発生させればよく、一部の連結部材で駆動力を発生さ
せると、展開時に平面を構成する全ての第１部材と第２
部材を同期させて展開させることができ、展開安定性や
展開信頼性を高めることができる。さらに、展開型のア
ンテナに適用する場合には、展開すべき面を一部分も切
ること無しに折り畳むことができるので、アンテナ表面
における配線の自由度を広げることができる。

【００２９】また、構造物の中央に第３部材を配置し
て、第１部材との間を連結部材で連結することにより、
更に安定した展開が可能となる。

【００３０】また、構造物の外周に環状のチューブを配
置することにより、連結部材にばねやモータ等の駆動力
源を設ける必要がなくなるので、展開構造物の軽量化が
可能となる。さらに、円環状のチューブの膨張により展
開構造物の中心から全放射線方向に一様な張力が発生す
るので、展開構造物の平面度を向上させることができ
る。

【００３１】また、第１部材、第２部材の表面に所望の
波長の電磁波を透過させ、これより波長の短い電磁波を
遮断する部材を配置することにより、太陽光の強度変動
による電子機器への影響を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態となる展開構造物
が完全に展開した状態を示す平面図である。

【図２】図１の展開構造物の収納状態を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明の第２の実施の形態となる展開構造物
が完全に展開した状態を示す平面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態において図１の展
開構造物をアンテナに適用した例を示す平面図及び拡大
図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態において図１の展
開構造物を太陽電池に適用した例を示す平面図及び拡大
図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態において図１の展
開構造物の外周に環状のチューブを配置した例を示す平
面図である。

【図７】図６の展開構造物の収納状態を示す斜視図で
ある。

【図８】本発明の第６の実施の形態となる展開構造物
の斜視図である。

【図９】従来の太陽電池パドルの構造を示す斜視図で
ある。

【図１０】従来の他の太陽電池パドルの構造を示す斜
視図である。

【図１１】従来のメッシュ型アンテナの外観図であ
る。

【図１２】従来の展開アンテナの構造を示す斜視図及
び拡大図である。

【符号の説明】

１、１１…第１部材、２、１２…第２部材、３〜７、１
３〜１９…連結部材、２０…アンテナ電子機器、２１…
太陽電池セル、２２…チューブ、２３…ガスボンベ、２
４…天蓋。

フロントページの続き (72)発明者仙北谷由美東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者角田博明東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者中須賀好典東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】展開時において１つの頂点が互いに向か
い合うように構造物の中心から放射線状に配置される三
角形状の複数の第１部材と、展開時において前記放射線方向の２つの縁辺が第１部材
の放射線方向に沿った２つの縁辺の延長線上に位置し、
前記第１部材を取り巻くように配置される複数の第２部
材と、隣接する部材間を機械的に連結し、収納時においては連
結部を山折りあるいは谷折りに折り畳むべく変形する連
結部材とを備え、各連結部材は、収納時において前記山折りと谷折りが交
互に繰り返されるよう変形することを特徴とする展開構
造物。
【請求項２】展開時において構造物の中央の開口部を
取り巻くように放射線状に配置される複数の第１部材
と、展開時において前記放射線方向の２つの縁辺が第１部材
の放射線方向に沿った２つの縁辺の延長線上に位置し、
前記第１部材を取り巻くように配置される複数の第２部
材と、隣接する部材間を機械的に連結し、収納時においては連
結部を山折りあるいは谷折りに折り畳むべく変形する連
結部材とを備え、各連結部材は、収納時において前記山折りと谷折りが交
互に繰り返されるよう変形することを特徴とする展開構
造物。
【請求項３】請求項２記載の展開構造物において、前記連結部材を介して第１部材と連結される第３部材を
前記中央の開口部に備えることを特徴とする展開構造
物。
【請求項４】請求項１又は２記載の展開構造物におい
て、前記第１部材、第２部材の表面にアンテナ電子機器を配
置したことを特徴とする展開構造物。
【請求項５】請求項１又は２記載の展開構造物におい
て、前記第１部材、第２部材の表面に太陽電池セルを配置し
たことを特徴とする展開構造物。
【請求項６】請求項１又は２記載の展開構造物におい
て、展開時において構造物の外周に配置される環状のチュー
ブと、展開時に前記チューブにガスを供給してチューブを膨張
させるガスボンベとを備えることを特徴とする展開構造
物。
【請求項７】請求項４記載の展開構造物において、前記第１部材、第２部材の表面に所望の波長の電磁波を
透過させ、これより波長の短い電磁波を遮断する部材を
配置したことを特徴とする展開構造物。