JPS60233249A - 展開トラス - 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】 −２− ３．１　発明の目的 この発明は、畳込んだ状態では小さな空間をしめ、展開
した状態では巨視的に２次元又は′１次元的なトラス構
造物を形成する、あるいは、展開した状態での巨視的形
状を変えることのできる展開トラスに関するものであり
、宇宙空間等での中大型トラスの構築を容易に行うこと
を目的とするものである。

３．１．１　産業上の利用分野 本発明は、特に宇宙空間における中大型のＭＭ構造物構
築、すなわち、宇宙植民地、太陽発電衛星、大型アンテ
ナ、宇宙基地などの為の中大型宇宙構造物の横築に利用
しようとするものであるが、可搬式応急仮設構造物など
地上での利用も期待できる。

３．１．２　従来の技術 宇宙用構造物を構築する素材は、地上から運び上げるも
のであるから、宇宙構造物の素材には−３− （１）可能な限りＩＩＶ量であること。

（２）打上げロケットやスペースシャトル等の宇宙空間
への運搬手段に搭載できる寸法のものであること。

（３）運ｍ時の収納密度が高こいこと。

（４）宇宙空間での組立て作業が容易であること。

（５）組立てられた構造物の剛性が高いこと。

等が要求される。

大型宇宙構造物としてはトラス構造が最も有望視されて
おり、収納密度を高めた入れ子式柱材（ｎｅｓｔａｂｌ
ｃ　ｃｏｌｕｍ　）等も提案されている。しかし、この
様なトラス部材を宇宙空間で組立てる作業は容易ではな
く、自動化されたロボットを用いるにしても、危険を犯
して人が作業を行なわざるをえないことが予想される。

そこで、収納密度はある稈痘犠牲にしても、折畳んだ状
態で宇宙空間に運搬し、宇宙空間で自動的又は半自動的
に展開する展開構造物が要望され、主として１次元展開
構造物を中心として数種提案されている。商品名アズ１
〜ロマストと呼ばれるものがぞの代表例であ−４− る（特許公告昭４９−’２（３６５３）。２次元展間構
造についてはいまだに模索段階であり、実用に供され、
あるいは定着した展開構造様式はまだ無いのが実情であ
る。

３．１．３　発明が解決しようとする問題点問題点の第
１は、宇宙空間に２次元的な連続構造物を構築する要求
は強いにもかかわらず、２次元的な構造物に展開できる
展開構造物の決定版がいまだに無いことである。第２に
、現在の１次元展開構造物も収納密度が依然低いことで
ある。２次元展開構造物では高収納密度化の必要性は１
次元展開構造物に比べて更に強いものである。第３に、
現在の１．次元展開構造物はトラス骨材の中央位置に関
節を設けて折曲げるか、又は骨材に弾性変形を与えて畳
込むものであり、前者においては骨材のオイラー座屈強
度が低く、また後者においては展開して作られる構造物
の剛性が低い欠点がある。

第４に、パラボラアンテナなど高精度を要する構造物の
構築においては、重力下の地上では展開後−５− の形状精度チェックが困仰であり、また宇宙空間での熱
変形等の為に、宇宙空間でイの形状を調整できることが
望まれていることである。

本発明は収納密度が高く、かつ２次元的に自動的に展間
するものであり、併せて上記第３、第４の問題点をも解
決しようとするものである。

３．２　発明の構成 −に記目的を達成するだめのこの発明の要旨は、特許請
求範囲に記したところに存する。以下図面に従って本発
明の構成とその作用を更に詳細に説明する。

第１図は本発明特許請求範囲（１）項に記した展開トラ
ス実施例の１要素単位と、これにつらなる若干の部材の
一部を斜視図で示すものである。

同図に示す要素単位は、立方体の各稜線位置に配した骨
材と、各面の対角線の一方の位置に、対面の斜骨材と平
行に配した斜骨材により構成されているが、一般的には
、直方体の要素単位トラスの斜骨材の良さのみを若干伸
縮して得られるトラス−６− 構造が本発明の要素単位である。各骨材の両端は関節に
より回転可能な状態に結合されており、また、各斜骨材
は伸縮ｔ！ｓ構を内蔵している。１図の斜骨材はほぼ最
も収縮した状態を示している。伸縮の駆動機構は巨視的
曲面の調節を必要としない場合にはばね式、電動式など
のいずれをも使用できるが、曲面形状を調節する場合に
は、電動式などの制御可能な駆動機構とするか、専用の
微調機構を別途設ける。本発明の展開トラスは上記要素
単位を巨視的平面状又は曲面状に組立てたものである。

２図、３図は４要素単位の各骨材及び斜骨月の中心軸を
実線で示し、更にこれらに隣接する若干の要素単位を２
点鎖線で概略的に示した斜視図であり、要素単位の組立
て方を示すものである。要素単位の組立てに際しては、
２図に示ずＪ：うに、互いに隣接する要素中位と、直方
体の１面及びその面内の骨材及び斜骨材を共有し、かつ
、斜骨材の配置がその面に関して鏡像的配置関係となる
向きに組立てる。ここに、鏡像的配置関係とは寸法、−
７− 角度なども一致する厳密な意味での鏡像関係を意味する
ものではない。３図は２図の斜骨材の長さのみを若干変
えて作られるものであり、巨視的曲面を形成する場合の
組立て方を例示するものである。斜骨材が伸縮機構を備
えているので、これは２図の展開トラスと木質的に同一
のトラス構造である。

特許請求範囲（２）項の展開トラスは、４図にその実施
例を示すように、上記展開トラスの要素単位の斜骨材の
配置を、対面のそれと平行にならない方の対角線位置と
し、更に、巨視的平面又は曲面の表裏面にあたる位置の
斜骨月を、２本の対角線位置に張った張力索で置換えた
ものを要素単位とするものである。斜骨材は上記と同様
に伸縮機構を有する。特許請求範囲（２）項の展開トラ
スは」ｍ２要素単位を前項と同様に、互いに隣接する要
素単位と、１面及びその面に含まれる骨材と斜骨材を共
有し、斜骨材配置が鏡像的配置関係となるにうな向ぎに
巨視的平面又は巨視的曲面に組立てたものである。

−８− ３，２，１問題点を解決覆るだめの手段及びその作用 ２図は平面的に展開された状態の本展開トラスを概略的
に斜視図で示すもので、ここでは要素単位が立方体の場
合の実施例を示したものである。

各線分はトラスの骨材及び斜骨材を示し、それらの両端
は回転的に結合されている。２図に於て、斜骨材１及び
これに平行なすべての斜骨材と、斜骨材２及びこれに平
行なすべての斜骨材の、長さをほぼ、／１−倍に伸長す
ることにより、２図に示したトラス構造は５図のように
折畳まれる。ここに、５図及び後続の６図、７図及び７
−Ａ図は、本展開トラスの折畳み及び展開の仕組みを示
す目的の図であり、これらの図においては、この目的に
は本質的でない骨材などの太さ及び関節の各部材の中心
線からの偏心等は省略している。

５図に於て、斜骨材３、斜骨材４、斜骨材５、斜骨材６
、斜骨材７、斜骨材８及びこれらに平行なすべての斜骨
材の長さをほぼ、／Ｖ倍に伸長する−　９　− ことにＪ：す、このトラス構造は６図の状態を経て７図
のように折畳まれる。

７図は、はぼ折畳みが終了した状態の本発明のトラス構
造を、斜視図で概略的に示すものである。

７図ではすべての骨材が平行に近くなり、大変高い収納
密度が得られている。７−Ａ図は、折畳まれた形状をわ
かり易く示す目的で、７図に於て内部の骨材及び、斜骨
材を省略したものである。参考までに記すと、骨材の太
さが無限に細い仮想的な場合には、更に斜骨材を伸長す
ることにより、最終的には骨材の長さの３倍の長さの線
分にまで折畳まれることとなる。

８図は、１図に示した実施例について、折畳まれた状態
の３要素単位と、これに連なる若干の骨材及び斜骨材の
一部を、斜視図で示すものである。

同図は、折畳まれた骨材等がいかに平行に近くなり、高
い収納密度が得られているかをよく示している。斜骨材
の伸長部は、宇宙空間での展開時に駆動力となる張力を
伝達するのみで、展開後に各種荷重の伝達を行うもので
はないので、この部分−１０− は同図に示す様に極めて細い部材で製作し、重ｊｌ軽減
を計ることができる。

本展開トラスの展開は、上記の逆の動作にｊ：り行なえ
るが、実際には７図又は８図の状態から４図の状態を経
由する必要はなく、７図の状態と２図の状態との中間的
状態を経由しての折畳み及び展開が可能である。

２図の構造は、斜前材のみの長さを若干伸縮覆ることに
より、３図の様な浅い任意の巨視的曲面を形成する展開
トラスに変形できることは明らかである。３図の状態の
斜前材の長さは、折畳まれた７図の状態のそれより、す
べて短い。従って、展開終了状態の斜前材の長さを、意
図する巨視的曲面に対応する長さとしておくことにより
、巨視的に任意の浅い曲面を持つ展開トラスが得られる
ことが判る。

また、これらの任意の浅い巨視的曲面を構築Ｊる立体ト
ラスは、斜前材の長さをｆ７倍前後にまで伸長させるこ
とにより７図の状態に折畳むことができ、かつその逆の
動作により、７図の状態の−１１− １〜ラス１１６造が、３図の状況のように、巨視的に任
意の浅い曲面に展開できる事が明らかである。史に、展
開終了状態の本展開１−ラスは、折畳み及び展開の為の
斜骨拐の伸縮機構を用いるなどして、斜前材の長さを更
に微調節することにより、その巨視的曲面形状を変えら
れることが判る。

特許請求範囲（２）項は、特許請求範囲（１）項におい
て、巨視的平面又は曲率の小さい曲面を形成づる展間ト
ラスの、展開及び折畳みの為に必要とされる伸縮機構の
数を減少させるように改良したものである。その要素単
位は４図に示したようなものである。

９図、１０図、１１図、１２図及び１３図は、特許請求
範囲（２）項の構造物の折畳み及び展開の方法を斜視図
で示すものであり、９−Ａ図、１０−Ａ図、１１−Ａ図
、１２−Ａ図及び１３−Ａ　１１は、上記各図の内容を
三面図によりそれぞれ示したものである。従って、これ
らの図では、折畳み及び展開の仕組みの説明の目的には
本質的でない各部材の太さ及び関節の部材中心線からの
偏−１２− 心などは省略しである。これらの図は、本発明展開トラ
スのうちの１要素単位のみを取出して図示したものであ
り、太線弁は両端末を回転的に結合された骨材及び斜め
骨材を示し、細線力及び組曲線は張力歯を示す。

９図は、立方体要素単位を用いて巨視的平面を構築する
展開トラスの、展開状態の１要素単位を示すものである
。９図において、斜前材１６、斜前材１７、斜前材１８
、及び斜前材１９の長さを伸長すると、９図の立体トラ
スは、１０図、１１図の状態をへて、あるいは１３図の
状態をへて、１２図の状態に折畳まれる。

１０図、１１図、及び１３図は、折畳み又は展開途中の
展開トラスの１要素単位を斜視図で概略的に示す。

１２図は、はぼ折畳みが終了した状態の展開トラス構造
の１要素単位を斜視図で概略的に示す。

これらの図に示した要素単位に隣接する要素単位も、同
時に、同様にして、折り畳まれることは明らかである。

参考までに、骨材の太さが無限に細−１３＝ い仮想的な場合には、斜前材の長さを更に長くすること
により、最終的には骨材の２倍の長さの線分にまで折畳
まれることとなる。このことは、折畳み状態での不可避
的最小寸法が、特許請求範囲（１）項の展開トラスの２
／３であることを示す。

展開は上記の逆の動作により、各斜前材の良さを元の長
さにまで収縮させて行う。また、巨視的平面を形成する
本発明の立体トラスは、張力歯と斜前材の長さを比較的
少量変えることにより、任意の浅い巨視的曲面に変形で
きることは前述の通りであるので、巨視的曲面を持つ索
補強型の展開トラスが作られることは前述の場合と同様
である。

但し、曲率の大きい曲面を形成した場合には、折畳み過
程の初期に、一部の張力歯を一時的に伸長させる必要が
生じる為、斜前材のみの伸縮により折畳み、展開できる
のは、巨視的平面を構築する場合か、あるいは、一時的
伸長量が張力歯の弾性変形内にとどまるような曲率の小
さい曲面を構築する場合かに限られる。また、展開状態
の本展開トラスの巨視的曲面形状を変えるしくみは、特
許−１４− 請求範囲（１）項と同一である。ただし、この場合にも
、上記の理由により、巨視的曲面の調節範囲は曲率の小
さい範囲に限定される。張力索の若干の伸縮を行えば、
特許請求範囲（１）項と同様の曲面形成が可能なことは
いうまでもない。

３．２．２　実施例 特許請求範囲（１）項に示した展開トラスの実施例の１
要素単位と、それに連なる若干の骨材等を１図に、また
、これを折畳んだ状態の３要素単位と、それに連なる若
干の骨材等を８図にそれぞれ示した。更に、特許請求範
囲（２）項の展開１〜ラスの実施例の１要素単位と、そ
れに連なる若干の骨材等を４図に示した。これらの図で
は関節の詳細は省略しである。各関節に必要な自由度と
回転角度は一般に使用目的により異なり、また、関節の
過剰の自由度は構造安定の上からも好ましくないので、
いかなる関節を用いるかは実施に際して最適のものを選
択すべきであるからである。例えば、巨視的平面を構築
し、面の調節を必要とし−１５＝ ない場合には、１自由度の関節で実施可能である。

要素単位の各面の四辺形の対角線位置にある斜骨材は、
両対角線位置に張られた張力索で餡換えることができる
。しかも前項までに述べたと同一の方法により、対にな
る張力索の一方の長さを伸長し、他方をたるませること
により折畳め、かつ張力索の長さをもとの長さにまで縮
めることにより展開でき、あるいは、その長さを調節す
ることにより、巨視的曲面形状を変えられる。従って、
特許請求範囲〈１）項の展開トラスの斜骨材の全部又は
一部を、２対の対角線位置に張った張力索で胃換えた索
補強型展開トラスは、本発明に含まれるものと覆る。

また、本発明の巨視的２次元的展開トラスの一部分を取
出した１次元展開トラスも当然本発明の一部である。

更に、本展開トラスは、いずれも静定構造物ではないの
で、その部材の一部を省略しても構造物として成立つば
かりでなく、本発明の仕組みによる折畳み・展開及び形
状調節機能も失わない。こ−１６＝ の様な展開トラスは、その展開、折畳み、あるいは巨視
的形状を変える仕組みが同一であるので、本発明に含ま
れるものとする。どの部材を省略゛づるかは使用目的に
応じて強度及び剛性の立場と部品点数の立場から決定す
べぎである。

以下に適用例を３例示ず。

（１）宇宙プラットフォーム 本発明の展開トラスを２次元的に展開し、宇宙空間にお
（プる作業や観測の各種足場とすることができる。この
場合には平面を構築することが多く、形状調節の必要も
ないので、一般的には特許請求範囲（２）項の展開トラ
スが有利である。

（２）大型パラボラアンテナ 本発明は巨視的に浅い曲面を構築することが容易であり
、かつ、必要ならその巨視的形状を調整づ−ることもで
きるので、宇宙空間で使用する大型のパラボラアンテナ
の構築に極めて有利である。巨視的曲面の表面に張る反
射膜は通常極めて細い金属線によるメツシュであり、剪
断変形させることができるものが多いが、剪断変形させ
ることが困＝　１７　− ￥１１な膜を使用する場合には、例えば１要素単位当た
りを２枚の三角形の膜で覆うこととし、１４−Ａ〜１４
−０図に示１ようにして膜を折畳む。膜の厚さは骨材の
太さに比べて極めて薄いから、畳込まれた１％ｊを近傍
の骨材の間に挟み込むことかでき、また、その為に収納
密度が実質的に低下することはない。パラボラ曲面の焦
点付近に給電部又は副反射面等を保持する構造物には、
本発明を１次元展開１−ラスとして用いる。

（３）太陽発電衛星 宇宙空間に数キロメートル四方規模の構造物を構築し、
これに太陽電池を張って発電し、得られた電力をマイク
［１ウエーブで地上に送るいわゆる太陽発電衛星構想が
提案されているが、本発明はこの大型構造物として大変
有効である。この様な大型の構造物を、ばらばらの骨材
を組立てることにより構築することは膨大な時間と宇宙
空旧における作業を要するが、本発明の展開トラスで例
えば数百メートル規模の部分構造物を自動的に構築して
これを組立てて数キロメートル四方規模の構造−１８− 物を構築することにより、宇宙空間での作業時間と作業
量が飛躍的に減少できる。また、太陽電池を張った膜を
地上で１４−Ａ〜１４−０図のようにして折畳んでおく
ことにより、宇宙空間での作業を更に減少させることが
できる。更に、本発明は電力を地上に送るための大型ア
ンテナをも構築できる。

更に大型の太陽発電衛星を構築するには、より大型の１
次元部材を組立てた巨視的平面状のトラスを構築するこ
ととなるが、本発明の１次元展開トラスをこれに用いる
。

３．３　発明の効果 本発明は、 （１）斜前材又は張力索を駆動機構で収縮させることに
より、巨視的に１次元、及び２次元の構造物が自動的に
展開できる （２）折畳み状態では、全ての骨材がほぼ平行にできる
為、収納密度を他の展開トラスに比べて極めて高くでき
る。

＝　１９　− （３）骨材及び斜前材を中央で折ることはないので、そ
れらの座屈強度の低下を防ぎ、軽量化の十でも有利であ
る。

（４）平面や直線のみならず、巨視的曲面及び曲線へも
展開出来、かつ展開用駆動機構を利用するなどして斜前
材又は張力索の長さを調節することにより、巨視的曲面
形状を調節できる。

等の長所を兼備えるものであり、スペースプラットフォ
ーム等の構築はもとより、巨視的曲面に太陽電池や反射
膜を張っておくことにより、太陽発電衛星や、大型パラ
ボラアンテナ等の極めて容易な構築を可能にした。また
、本展開１〜ラスは、展開の為の駆動機構を利用するな
どして、その巨視的形状を調節できることから、高い鏝
面精度を要するパラボラアンブナ等に生じた好ましくな
い熱変形等を、宇宙空間で実時間的かつ自動的に補正で
きる利点を持つ。

【図面の簡単な説明】

１図は本発明特許請求範囲（１）項に記した展−２０− 聞トラス実施例の１要素単位と、これに連なる若干の部
材の一部を、斜視図で示すものである。 ２図、３図は特許請求範囲（１）項の４要素単位の各骨
材及び斜前材の中心軸を実線で示し、更にこれらに隣接
する若干の要素単位を２点鎖線で概略的に示した斜視図
であり、要素中位の組立て方を示すものである。 ４図は、特許請求範囲（２）項の展開トラスの実施例の
１要素単位と、これに連なる若干の部材の一部を、斜視
図で示すものである。 ５図〜７図は特許請求箱ＷＪ＋　（１）項の展開１〜ラ
スの４要素単位を実線で、これに連なる若干の要素単位
の概略を２点鎖線でそれぞれ示した斜視図であり、折畳
み及び展開の方法を概略的に示すものである。これらの
図においては部材の太さ、関節の偏心等は省略しである
。５図は２図の展開トラスを一方にほぼ折畳んだ状態を
示す。６図は５図の展開トラスを第２の方向へ折畳み始
めた状態を示し、７図はほぼ折畳みが終了した状態を示
す。 ７−Ａ図は、折畳まれた形状を分り易く示す目的−２１
− で、７図に於て内部の骨材及び、斜前材を省略したもの
である。 ８図は特許請求範囲（１）項の展開トラス実施例の折畳
まれた状態の３要素単位と、これに連なる若干の骨材及
び斜前材の一部を、斜視図で示すものである。 ９図、１０図、１１図、１２図及び１３図は特許請求範
囲（２）項の展開トラスの１要素単位を斜視図で概念的
に示し、折畳み・展開の方法を斜視図で示すものであり
、９−Ａ図、１０−Ａ図、１１−Ａ図、１２−Ａ図及び
１３−Ａ図は、上記各図の内容をそれぞれ三面図により
概念的に示したものである。これらの図では、折畳み・
展開の仕組みの説明の目的には本質的でない各部材の太
さ及び関節の部材中心線からの偏心などは省略しである
。９図及び、９−Ａ図は展開状態の１要素単位を示し、
１０図、１１図、１３図及び１〇−Ａ図、１１−Ａ図、
１３−Ａ図は、折畳みあるいは展開途中の１要素単位を
示し、１２図及び１２−Ａ図は、はぼ折畳みが終了した
状態を示す。 −２２− １４図は特許請求範囲（１）項の巨視的表裏面に張った
膜の折畳み方法例を斜視図で示づもので、１要素中位に
張った膜と、４辺形周辺の骨材及び対角線位置の訓告材
を、概念的に示すものである。 要素単位当りの膜は、三角形のもの２枚より構成され、
２枚の合せ線が四辺形の対角線のうらの訓告材が配置さ
れていない方の対角線と一致するＪ：う張られている。 １４−Ａ図が展開状態、１４−０図が折畳み状態、１４
−Ｂ図がその中間状態を示す。 １　、、、、、、、、、、、、訓告材１２　、、、、、
、、、、、、、訓告材２３　、、、、、、、’、、、、
、斜骨材３４　、、、、、、、、、、、、訓告材４５　
、、、、、、、、、、、、訓告材５６　、、、、、、、
、、、、、訓告材６７　、、、、、、、、、、、、訓告
材７８　、、、、、、、、、、、、訓告材８９　、、、
、、、、、、、、、骨材９ １０、、、、、、、、、、骨材１〇 −２３＝ １１　、、、、、、、、骨材１１ １２　、、、、、、、、、、骨材１２ １３　、、、、、、、、、、骨材１３ １４、、、、、、、、、、関節１４ １５　、、、、、、、、、、訓告材１の伸長部分１６、
、、、、、、、、、訓告材１６ １７、、、、、、．６．、訓告材１７ １８　、、、、、、、、’、、斜骨材１８１９　、、、
、、、、、、、訓告ＩＪ１９２０　、、、、、、、、、
、張力索２０２１　、、、、、、、、、、張力索２１２
２　、、、、、、、、、、張力索２２２３　、、、、、
、、、、、張力索２３２４　、、、、、、、、、、ｉｌ
！　２４２５　、　、　、　、　、　、　、．１．膜２
５２６　、、、、、、、、、、膜の合ぜ線特許出願人　
小野田淳次部 −２４− ９−Ａ　図 １３　図 １３−Ａ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直方体の各稜線位置に骨材を配し、直方体の各面
   の２本の対角線のうちの一方の位置に可変長斜骨材を対
   面のそれと平行になる向きに配したトラス構造を要素単
   位とし、この要素単位を、巨視的一平面に、隣接する要
   素単位と、直方体の同一形状の一面及びその面内の骨材
   と斜骨拐を共有し、かつそれぞれの要素内の斜骨材の向
   きが、共。 有された面に関して実質的に鏡像的位置関係となる向き
   に、複数個並べて作られる巨視的に平面状の立体トラス
   、あるいは、この巨視的に平面状の立体トラスの各斜骨
   材の長さを、互いに幾何学的関係を満たす長さだけ伸縮
   して形成される巨視的曲面状の立体トラスで、斜骨材の
   長さを伸ばすことにより小さな空間へ２次元的に折畳め
   、かつ、斜骨材の長さをもとの長さにまで収縮させるこ
   と−１− により、もとの巨視的平面又は巨視的曲面へ２次元的に
   展開し、あるいは、斜骨材の長さを駆動機構により互い
   に幾何学的条件を満足する長さだけ調節することににり
   その巨視的な曲面形状を変える展開トラス。
2. （２）特許請求範囲（１）項に於いて、可変長斜骨材の
   位置を、直方体要素単位の対面内のそれと平行とならな
   い位置に配し、かつ巨視的平面又は曲面の表裏面にあた
   る位置の斜骨材のみを、斜骨材の位置及びもう一方の対
   角線位置に配した張力索で置換えた、巨視的平面状又は
   曲率の小さい巨視的曲面状の索補強型立体トラスで、斜
   骨材の長さを伸長することにより小さな空間へ２次元的
   に折畳め、かつ、斜骨材の長さをもとの長さまで収縮さ
   せることにより、もとの巨視的平面または巨視的曲面に
   展開し、あるいは斜骨材の長さを駆動機構で調節するこ
   とにより巨視的曲面形状を変える展開トラス。