JP2000128094A - 衛星構体用サンドイッチパネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量かつ熱伝導性に優れ、かつ、搭載される
機器に対する振動荷重を軽減する衛星構体用サンドイッ
チパネルを得る。 【解決手段】 表皮材とハニカムコアと表皮材とアルミ
ハニカムコアを結合する接着剤とそのサンドイッチパネ
ルにおいて、パネルに埋め込まれる金属部品を表皮とハ
ニカムコアに接着する充填剤に振動エネルギー吸収機能
を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星の構造
体に用いられるサンドイッチパネルの改良に関し、衛星
に搭載される機器への振動荷重を軽減したことを特徴と
する衛星構体用サンドイッチパネルを提供するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星の構造体には軽量かつ高剛性で
あることからサンドイッチパネルが多用される。サンド
イッチパネルは、表皮材とハニカムコアと表皮材とハニ
カムコアを結合する接着剤とから構成される。サンドイ
ッチパネルには、金属部品が埋め込みまたは接着されて
おり、この金属部品を介して他の構造部材あるいはパネ
ルと締結され、あるいは搭載機器がサンドイッチパネル
に締結される。図６は、従来の衛星構体用サンドイッチ
パネルを示す図である。図６において、１は表皮材、２
はハニカムコア、３は表皮材とハニカムコアの接着剤で
ある。また、図７は、従来のサンドイッチパネルに埋め
込まれる金属部品を示す断面図である。図７において、
４は金属部品であり、表皮材１およびハニカムコア２に
あらかじめ開けられた孔に装入され、５の充填剤によっ
て孔およびハニカムコア２のコア空隙を充填して、表皮
材１およびハニカムコア２と接着されている。金属部品
４の埋め込み方法には図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に例
を示したような様々な種類がある。図８は、従来の機器
搭載状態の一例を示す図であり、機器６は振動エネルギ
ーを吸収する制振板７をはさんで金属部品４にボルト８
で締結される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】衛星はロケット打上げ
時に、加速度による荷重、振動による荷重および音響に
よる荷重などを受ける。これらの荷重条件は衛星に特有
であり、従来の技術では、搭載機器を打上げ時の荷重に
耐える構造とするために衛星特有の設計とすることが行
なわれている。このため、搭載機器の質量が重くなり、
あるいは地上用途の同一機能の部品を転用することがで
きないなどの欠点があった。一方、これらの荷重はロケ
ットより衛星の構造体を介して搭載機器に伝達されるの
で、搭載機器への荷重を低減する従来の技術として、機
器とサンドイッチパネルとの間に振動エネルギーを吸収
する制振板をはさむ方法があった。この方法において
は、構造強度に寄与しない制振板を用いるためその質量
の分衛星質量が増加する欠点があった。さらに制振板は
一般に熱伝導性が悪いため、熱伝導のみで熱が伝達され
る真空の宇宙空間において、熱が発生する機器において
は制振板を介してサンドイッチパネルに流れる熱流の抵
抗が増し、冷却効率が低下する欠点があった。

【０００４】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、機器を取付ける衛星構体用サンドイ
ッチパネルにおいて、機器取付け用の金属部品の充填剤
に制振機能を持たせ、機器へのロケット打上げ時に搭載
機器へ加わる荷重を低減し、かつ質量増加を抑制し、機
器からサンドイッチパネルへの熱伝導を妨げることがな
い衛星構体用サンドイッチパネルを得ることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明による衛星構
体用サンドイッチパネルは、サンドイッチパネルに埋め
込む金属部品を振動抑制機能を有する充填剤を用いてサ
ンドイッチパネルへ接着したことを特徴とする。ロケッ
ト打上げ時の荷重は、ロケットより衛星の構造体を通
じ、構体の一部を形成するサンドイッチパネルへ伝えら
れ、埋め込まれた金属部品を通じて機器へ伝達される。
この荷重経路にある充填剤に振動抑制機能を持たせるこ
とにより、振動エネルギーが充填剤で吸収され、搭載機
器への荷重を低減することができる。

【０００６】また、第２の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、金属部品を埋め込むために用いる充填
剤に、内部に微粒子を含む空孔を持ち振動抑制機能を有
する多孔質充填剤を用いたことを特徴とする。空孔中の
微粒子は基材と独立に運動できるよう構成する。サンド
イッチパネルに振動が加わった場合、微粒子は空孔中で
運動し、その運動エネルギーと空孔壁との衝突による熱
の発生によって振動エネルギーを吸収する。これにより
振動エネルギーが充填剤で吸収され、搭載機器への荷重
を低減することができる。

【０００７】また、第３の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、金属部品を埋め込むために用いる充填
剤に、内部に微粒子を含む空孔を持ちかつ比重が０．７
から２．０である振動抑制機能を有する多孔質充填剤を
用いたことを特徴とする。空孔中の微粒子は振動によっ
て空孔中で運動し、その運動エネルギーと摩擦によって
振動エネルギーを吸収する。これにより振動エネルギー
が充填剤で吸収され、搭載機器への荷重を低減すること
ができる。比重を０．７から２．０としたことにより、
十分な振動エネルギー吸収機能を持ちかつ質量増加を抑
制することができる。

【０００８】また、第４の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、アルミニウムを表皮材としアルミニウ
ムハニカムコアを用い、内部にヒートパイプが埋め込ま
れたサンドイッチパネルであることを特徴とする。金属
部品を埋め込む充填剤に振動抑制機能を持たせたことに
より、振動エネルギーが充填剤で吸収され、金属部品で
サンドイッチパネルへ締結された搭載機器への荷重を低
減することができる。荷重が低減されることにより制振
板が不要となり、かつアルミニウムを表皮材とすること
によって、搭載機器は熱伝導性が高い表皮材と直接接触
し、ヒートパイプへ小さな熱抵抗で熱伝達することがで
きる。

【０００９】また、第５の発明による衛星構体用ヒート
パイプパネルは、表皮材が連続した炭素繊維を強化材と
し有機材をマトリックスとする複合材料からなり、その
サンドイッチパネルの内部にヒートパイプが埋め込まれ
たサンドイッチパネルであることを特徴とする。金属部
品を埋め込む充填剤に制振機能を持たせたことにより、
振動エネルギーが充填剤で吸収され、金属部品でサンド
イッチパネルへ締結された搭載機器への荷重を低減する
ことができる。炭素繊維を強化材とした複合材料を表皮
材とすることによって、軽量で高剛性のサンドイッチパ
ネルを得ることができるが、荷重が低減されることによ
り制振板が不要となり、その軽量化効果を最大限に発揮
することができる。炭素繊維には熱伝導率が高い繊維を
用いることにより、搭載機器は熱伝導性が高い表皮材と
直接接触し、ヒートパイプへ小さな熱抵抗で熱伝達する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は第１の発明
の実施の形態１を示す図であり、図において１は表皮
材、２はハニカムコア、３は表皮材１とハニカムコア２
の接着剤である。４はサンドイッチパネルに埋め込まれ
る金属部品であり、９はこの発明に関わる制振機能を持
つ充填剤である。表皮材１には、アルミニウム、炭素繊
維を強化材とし有機材をマトリックスとする複合材料あ
るいはアラミド繊維を強化材とし有機材をマトリックス
とする複合材料などが用いられる。ハニカムコア２に
は、アルミニウム、アラミド樹脂、炭素繊維あるいはア
ラミド繊維を強化材とし有機材をマトリックスとする複
合材料などが用いられる。充填剤９は、粘弾性特性を有
するポリマーが用いられる。粘弾性特性を有するポリマ
ーとしては、ゴム、エラストマー、ゲル化シリコン、ゲ
ル化ウレタン、液晶ポリマーなどを用いることができ
る。金属部品４はサンドイッチパネルに孔を開けて挿入
した後、金属部品４の表面に開けた細孔から液状の充填
剤を注入して孔および周辺のハニカムコアの空隙を埋
め、その後充填剤を硬化させてハニカムコア２および表
皮材１と金属部品４とを接着する。

【００１１】実施の形態２．図２は第２の発明の実施の
形態２を示す図であり、図２において１０はこの発明に
関わる振動抑制機能を持つ充填剤であり、内部に微粒子
１１を含む空孔１２を有する。微粒子１１は、図２のご
とく単一粒子であっても、図３のごとく複数の粒子がひ
とつの空孔内に存在していてもよい。微粒子１１は空孔
１２中で可動である。内部に微粒子１１を含む空孔１２
は、あらかじめ内部に微粒子を含むマイクロカプセルを
作成して硬化処理前の液状の充填剤に混合することによ
り充填剤に含有させることができる。あるいは微粒子を
含有した液状の充填剤を金属部品４のまわりに充填した
後、適当な熱処理を加えて充填剤を発泡させ、その泡中
に微粒子を閉じ込めてその場作成することもできる。第
２の発明に関わる充填剤の主剤は粘弾性特性を有するポ
リマーであってもそれ自体では振動吸収性能を有しない
材料であってもよい。後者では衛星構体に多用されるエ
ポキシ樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂などを用
いることができる。

【００１２】実施の形態３．第３の発明の実施の形態３
は、実施の形態２において、空孔体積と微粒子体積およ
び空孔含有量を適当に調整して充填剤の比重が０．７か
ら２．０となるようにしたことを特徴とする。充填剤の
比重ρは空孔体積分率をＶｐ、充填剤主剤の比重をρ
ａ、空孔内微粒子の比重をρｐ、空孔内体積に占める微
粒子の体積分率をｖとして、 ρ＝（１−Ｖｐ）・ρａ＋ｖ・Ｖｐ・ρｐ で表される。充填剤の比重が０．７より小さい組合せで
は、空隙体積が５０％程度以上を占め、充填剤の機械的
性質特に剛性と強度が小さくなる。充填剤の比重が２．
０より大きな組合せでは、充填剤の比重増加による質量
増加が大きくなり、従来の制振板を用いた場合と比べて
軽量化の効果がなくなる。

【００１３】実施の形態４．図４は第４の発明の実施の
形態４を示す図であり、図において１３はアルミニウム
合金製のヒートパイプであり、６の搭載機器が、制振機
能を持つ充填剤９でハニカムパネルに接着された金属部
品４に締結されて、直接表皮材のアルミニウムと接触す
る。

【００１４】実施の形態５．図５は第５の発明の実施の
形態５を示す図であり、図において１３はアルミニウム
合金製のヒートパイプであり、１４は炭素繊維で強化し
た有機材をマトリックスとする複合材料からなる表皮材
である。炭素繊維は４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導特
性を持つ繊維を用いる。１１の搭載機器が、制振機能を
持つ充填剤７でハニカムパネルに接着された金属部品４
に締結されて、直接表皮材の複合材料と接触する。

【００１５】

【発明の効果】第１の発明によれば、サンドイッチパネ
ルに埋め込む金属部品を振動抑制機能を有する充填剤を
用いてサンドイッチパネルに接着したことにより、ロケ
ット打上げ時の荷重は、振動抑制機能を有する充填剤を
介してサンドイッチパネルから機器へ伝達される。この
ため振動エネルギーが充填剤で吸収され、搭載機器への
荷重を低減することができる。搭載機器への荷重が低減
することにより、打上げ時の荷重に耐えるために必要で
あった搭載機器の質量増加を軽減することができる。あ
るいは、衛星に特有の設計が不要となり、同一機能を有
する地上用途の部品の転用が可能となる。一方、振動荷
重を低減するために用いられることがあった制振板は不
要となり、その分の質量増加が抑制される。制振板を用
いた場合と比べて機器からサンドイッチパネルへの熱抵
抗が減少する。

【００１６】また、第２の発明によれば、内部に基材と
独立に運動できる微粒子を含む空孔を有する多孔質充填
剤を用いたことにより、空孔中の微粒子の大きさと量と
を制御して振動吸収性能の周波数特性を変化させること
が容易となり、搭載機器に対して最適化した振動抑制機
能を持つ衛星構体用サンドイッチパネルを得ることがで
きる。この発明による充填剤は微粒子の運動により振動
エネルギーを吸収するため、充填剤の母材には必ずしも
制振機能を持たせる必要がなく、強度あるいは剛性が高
い接着剤を用いることができる。従って埋め込まれた金
属部品の接着の機械的性質を落とすことなく、搭載機器
への荷重を低減することができる。

【００１７】また、第３の発明によれば、内部に微粒子
を含む空孔を持ちかつ比重が０．７以上の振動抑制機能
を有する多孔質充填剤を用いることにより、十分な振動
エネルギー吸収機能を持ちかつ充填剤の機械的性質を落
とすことなく、搭載機器への荷重を低減することができ
る。比重が２．０以上の振動抑制機能を有する多孔質充
填剤を用いることにより、十分な振動エネルギー吸収機
能を持ちかつ制振板を使用する場合と比べて質量増加を
抑制することができる。

【００１８】また、第４の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、アルミニウムを表皮材としアルミニウ
ムハニカムコアを用い、内部にヒートパイプが埋め込ま
れたサンドイッチパネルに対して、金属部品を埋め込む
充填剤に振動抑制機能を持たせたことにより、搭載機器
を熱伝導性が高い表皮材と直接接触して締結することが
でき、ヒートパイプへ小さな熱抵抗で熱伝達することが
できる。

【００１９】また、第５の発明による衛星構体用ヒート
パイプパネルは、表皮材が連続した炭素繊維を強化材と
し有機材をマトリックスとする複合材料からなり、その
サンドイッチパネルの内部にヒートパイプが埋め込まれ
たサンドイッチパネルに対して、金属部品を埋め込む充
填剤に振動抑制機能を持たせたことにより、搭載機器を
熱伝導性が高い表皮材と直接接触して締結することがで
き、ヒートパイプへ小さな熱抵抗を熱伝達することがで
きる。炭素繊維を強化材とした複合材料を表皮材とする
ことによってアルミニウム表皮材と比べ、より軽量で高
剛性のサンドイッチパネルを得ることができるが、振動
抑制機能を持つ充填剤を用いることにより、制振板など
の質量増加を抑制することができ、炭素繊維を強化材と
した複合材料を表皮材とする軽量化効果を最大限に生か
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の発明による衛星構体用サンドイッチパ
ネルの実施の形態１を示す図である。

【図２】 第２の発明による衛星構体用サンドイッチパ
ネルの実施の形態２を示す図である。

【図３】 第２の発明による衛星構体用サンドイッチパ
ネルの実施の形態２の他の実施例を示す図である。

【図４】 第４の発明による衛星構体用サンドイッチパ
ネルの実施の形態４を示す図である。

【図５】 第５の発明による衛星構体用サンドイッチパ
ネルの実施の形態５を示す図である。

【図６】 従来の衛星構体用サンドイッチパネルを示す
図である。

【図７】 従来の衛星構体用サンドイッチパネルに埋め
込まれる金属部品を示す図である。

【図８】 従来の衛星構体用サンドイッチパネルに機器
を搭載する一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 表皮材、２ ハニカムコア、３ 接着剤、４ 金属
部品、５ 充填剤、６機器、７ 制振板、８ ボルト、
９ 充填剤、１０ 充填剤、１１ 微粒子、１２ 空
孔、１３ ヒートパイプ、１４ 炭素繊維を強化材とす
る複合材料製の表皮材、１５ アルミニウム製の表皮
材、１６ アルミハニカムコア。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AB01B AB10A AB10B AB10C AD11A AD11C AK51 AK53 AK69 AL09 AN00 AT00A AT00C BA03 BA06 BA13 CA23B CB00 DC02B DE01B DG01A DG01C DH02A DH02C DJ10B GB41 GB90 JH02B JJ01 JL03 YY00B 4F211 AA36 AB11 AB26 AD03 AD16 AE07 AG03 AH42 SA17 TA03 TC01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表皮材とハニカムコアと表皮材とハニカ
   ムコアを結合する接着剤とから構成されるサンドイッチ
   パネルにおいて、サンドイッチパネルに埋め込む金属部
   品を振動抑制機能を有する充填剤を用いてサンドイッチ
   パネルに接着したことを特徴とする衛星構体用サンドイ
   ッチパネル。
2. 【請求項２】 サンドイッチパネルに埋め込む金属部品
   を、内部に微粒子を含む空孔を持ち振動抑制機能を有す
   る多孔質充填剤を用いてサンドイッチパネルに接着した
   ことを特徴とする請求項１記載の衛星構体用サンドイッ
   チパネル。
3. 【請求項３】 サンドイッチパネルに埋め込む金属部品
   を、内部に微粒子を含む空孔を持ち比重が０．７から
   ２．０である振動抑制機能を有する多孔質充填剤を用い
   てサンドイッチパネルに接着したことを特徴とする請求
   項２記載の衛星構体用サンドイッチパネル。
4. 【請求項４】 表皮材がアルミニウムでありコアがアル
   ミハニカムコアであり、そのサンドイッチパネルの内部
   にヒートパイプが埋め込まれているサンドイッチパネル
   であって、サンドイッチパネルに埋め込む金属部品を振
   動抑制機能を有する充填剤を用いてサンドイッチパネル
   に接着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の衛星構体用サンドイッチパネル。
5. 【請求項５】 表皮材が連続した炭素繊維を強化材とし
   有機材をマトリックスとする複合材料からなり、そのサ
   ンドイッチパネルの内部にヒートパイプが埋め込まれて
   いるサンドイッチパネルであって、サンドイッチパネル
   に埋め込む金属部品を振動抑制機能を有する充填剤を用
   いてサンドイッチパネルに接着したことを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載の衛星構体用サンドイッチ
   パネル。