JP2004136759A

JP2004136759A - 薄膜展開構造物、そのための薄膜展開方法、並びに薄膜展開ユニット及び薄膜展開システム

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Publication number: JP2004136759A
Application number: JP2002302695A
Authority: JP
Inventors: Hironori Sawara; 佐原　宏典
Original assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Current assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP3944571B2

Abstract

【課題】薄膜筒から展開用の薄膜を弛みなく展開可能とし、展開薄膜の展開姿勢を変更可能とし、展開薄膜を交換可能とする薄膜展開構造体、そのための薄膜展開方法、並びに薄膜展開ユニット及び薄膜展開システムを提供する。
【解決手段】巻取り部材３に巻き取られている薄膜筒６の最外周部６ａを押さえ具４によって押圧可能とし、押さえ具４による押圧の解放状態で薄膜５の巻取り又は巻戻しをする。押さえ具４による薄膜５の押圧状態で巻取り部材３から延びている薄膜を展開薄膜２として保持する。押さえ具４による押圧状態のまま巻取り部材３と押さえ具４とを巻取り部材３の中心回りに同期して回動することにより、展開薄膜２の展開姿勢を可変にすることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に太陽光集光鏡や通信用アンテナ等の、宇宙での大型展開構造物への適用が可能な薄膜展開構造物、そうした薄膜展開構造物を得るための薄膜展開方法、並びに薄膜展開構造物を得るために利用される薄膜展開ユニット、及び薄膜展開ユニットを組み込んだ薄膜展開システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有害な電磁波や宇宙線に曝される宇宙環境下で使用される薄膜を用いた大型展開物として、例えば太陽光発電衛星における太陽光集光膜や、通信・データ衛星における電波受信用集束膜が開発されている。これらの大型展開物においては、微弱な光や電波を集束するために極めて大きな集束面積が要求されている。宇宙環境のような汚染環境下に置かれる薄膜は、紫外線や原子状酸素等に曝されることに起因して、時間経過と共に表面状態が劣化することが避け難い。こうした表面劣化を回避するため、薄膜の表面にコーティングを施して劣化を遅らせることが考えられる。
【０００３】
大集束面積を有する大型展開物については、使用開始前等の未使用時には、衛星内又は衛星外であっても付随した収容部に高収納率に格納する必要がある。そこで、ゴムのような弾性のある膜面に気体による圧力を加えて回転放物面を形成する気体膨脹式の集束膜が提案されている（例えば、非特許文献１）。しかしながら、この気体膨脹式の集束膜では、本来十分な精度で回転放物面を形成することができない。また、気体を密閉させるために反射面とは別に透明膜が必要であり、電磁波は、反射面に到達する前に１回、反射面で反射した後に１回の計２回、その透明膜を透過することになり、これら透過時での損失が少なくない。更に宇宙用の場合、宇宙デブリが衝突して密封用の透明膜に穴が開くと気体の漏出が起こり、印加圧力を維持できなくなり、ひいては回転放物面を維持できなくなるという虞がある。
【０００４】
そこで、気体膨脹式によらない方法として、別の形態を有する電磁波集束装置が本発明者らによって提案されている（特願２００１−１４７２０２、又は特願２００１−３２０５６３）。特願２００１−１４７２０２では、同一の放物線の断面形状を有する線焦点型の一次反射鏡と二次反射鏡からなる鏡群を備え、太陽光線を一点に集束させる。線焦点型の鏡を採用しているので、薄く軽量化が可能であり、小型に折り曲げ可能とした太陽光集光装置を提供している。特願２００１−３２０５６３では、母線に垂直な断面形状が放物線又はこれを模した曲線である線焦点型の反射鏡から成り、鏡の両端又はその近傍に曲げモーメント又は軸力を負荷させることで、断面形状を変更することによって、焦点距離を可変とした電磁波集束装置を提供している。
【０００５】
しかしながら、汚染環境下での反射面劣化は課題として残存しており、その反射面劣化に対処するには、反射面にコーティングを施すことによって劣化を遅らせる上記の対処が考えられている。反射面にコーティングを施すと反射面の反射率が低下し、集束効率を低下させることになって、その低下分を補うだけの面積を当初より用意する必要があり、余分な重量が増加し、コストが上昇する。また、表面劣化した薄膜については、新しい薄膜に交換することが求められる。その場合、宇宙環境のような状況では早急な人的対応が不可能であるので、取り換え用の薄膜を予め備えておく必要がある。しかしながら、現状では、超軽量で且つ柔軟性に富む薄膜を効率的に収納し、且つ劣化した薄膜を必要なときに迅速且つ効率良く新しい薄膜と交換することまでは実現されていない。交換用の薄膜を頻繁に輸送し人手にて交換するという手法に頼ることなく、薄膜を自律的・定期的に交換されることが望まれる。
【０００６】
【非特許文献１】
デヴィッド・リコジージュースキー（Ｄａｖｉｄ　Ｌｉｃｈｏｄｚｉｅｊｅｗｓｋｉ）、コスタス・キャサパキス（Ｃｏａｔａｓ　Ｃａｓｓａｐａｋｉｓ）　、「膨張式パワーアンテナ技術（Ｉｎｆｌａｔａｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　」、「第３７回アメリカ航空宇宙学会　航空宇宙の科学会議と展示会／ネバダ州リノ）（３７ｔｈ　ＡＩＡＡ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔ／　Ｒｅｎｏ，ＮＶ）　」論文集、アメリカ航空宇宙学会（ＡＩＡＡ［ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ］）　、１９９９年１月、９９−１０７４、（図１、図７、表１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、汚染環境下に曝されることがある暴露表面を持つ軽量且つ高品質な薄膜から構成される薄膜展開構造物について、交換用の薄膜を未使用時に不必要な面積又はスペースを占有することなく高収納率で収納した状態で用意しておき、必要なとき又は定期的に、自律的に定期交換可能にして、低コストで常時、暴露面を高品質状態に維持する点に解決すべき課題がある。また、その薄膜によって電磁波集束装置を実現する場合、暴露表面の形状を可変にすることが求められることがある。
【０００８】
この発明の目的は、これらの要求に応えるため、巻き取られた薄膜筒から展開用の薄膜を繰り出したり巻き取る際に、薄膜筒や展開薄膜の弛みを回避しつつ薄膜を保持可能とし、展開薄膜の姿勢を平坦状態や弛み状態に変更可能とし、また、展開薄膜を交換して、しかも電磁波反射装置や電磁波集束装置として適用可能な薄膜展開構造体、そのための薄膜展開方法、並びに薄膜展開ユニット及び薄膜展開システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決するため、この発明による薄膜展開方法は、巻取り部材に巻き取られている薄膜の最外周部を押さえ具によって押圧可能とし、前記押さえ具による押圧の解放状態で前記薄膜の巻取り又は巻戻しをし、前記押さえ具による前記薄膜の押圧状態で前記巻取り部材から延びている前記薄膜を展開状態に保持し、前記押さえ具による前記押圧状態のまま前記巻取り部材と前記押さえ具とを前記巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、前記薄膜の展開姿勢を可変にすることから成っている。
【００１０】
この薄膜展開方法によれば、巻取り部材に巻き取られている薄膜から成る薄膜筒の最外周部を押さえ具によって押圧可能としておき、押さえ具による押圧を解放した状態で巻取り部材を回転することで薄膜の巻取り又は巻戻しをすることができる。このとき、巻取り又は巻戻し量を調節することにより、薄膜には、圧縮や引っ張りを負荷することができる。薄膜の巻戻し状態のときに押さえ具によって薄膜を押圧することで、薄膜筒から延びている展開薄膜の端部分が押さえ具によって薄膜筒の最外周部に押されて支持される状態となり、巻取り部材に巻き取られている薄膜や展開されている薄膜が弛むことなく安定保持することができる。また、押さえ具による押圧状態のまま巻取り部材と押さえ具とを巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、巻取り部材に巻き取られている薄膜筒から延びる展開薄膜の角度を変えることができ、薄膜の展開姿勢が可変になる。
【００１１】
この薄膜展開方法において、展開されている前記薄膜は、前記押さえ具による前記押圧状態において、前記巻取り部材と前記押さえ具との同期回転量に応じて、平坦状態又は撓み状態に展開することができる。
また、前記薄膜の両端側で、前記巻取り部材による前記薄膜の巻取り又は巻戻しと、前記押さえ具による前記薄膜の押圧と押圧の解放とを行い、一方の前記巻取り部材から延びている前記薄膜を他方の前記巻取り部材へ巻き取ることにより、前記両巻取り部材間で展開される前記薄膜の交換をすることができる。
更に、前記両巻取り部材を互いに接近・離間可能とし、互いに離間させることで前記薄膜を展開し、互いに接近するときに前記薄膜は少なくとも一方の前記巻取り部材に巻き取ることができる。
【００１２】
また、この発明による薄膜展開ユニットは、薄膜の巻取りと巻戻しとが可能な巻取り部材、及び前記巻取り部材に巻き取られている前記薄膜の最外周部を押圧可能な押さえ具を備え、前記最外周部から延びる前記薄膜の展開姿勢を可変にするため、前記押さえ具による前記押圧状態で前記巻取り部材と前記押さえ具とを前記巻取り部材の中心回りに同期して回動可能としたことから成っている。
【００１３】
この薄膜展開ユニットによれば、押さえ具は巻取り部材に巻き取られて形成されている薄膜筒の最外周部を押圧可能であり、巻取り部材は押さえ具による押圧を解放した状態で回転することで薄膜の巻取り又は巻戻しをすることができる。このとき、巻取り又は巻戻し量を調節することにより、薄膜には、圧縮や引っ張りを負荷することができる。薄膜の巻戻し状態のときに押さえ具が薄膜を押圧することで、巻取り部材から巻き戻されて延びている展開薄膜の端部分は押さえ具によって薄膜筒の最外周部に押されて支持される状態となり、巻取り部材に巻き取られている薄膜や展開されている薄膜は、押さえ具という簡単な構造で且つ弛むことなく展開状態に安定保持することができる。押さえ具による押圧状態のまま巻取り部材と押さえ具とを巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、巻取り部材に巻き取られた薄膜筒から延びる展開薄膜の角度を変えることができ、薄膜の展開姿勢を可変とすることができる。
【００１４】
この薄膜展開ユニットにおいて、前記巻取り部材に回転自在に係合する支持部材を設け、前記押さえ具を、前記支持部材に前記巻取り部材の径方向に進退可能に支持することで前記薄膜の最外周部を押圧可能とし、前記巻取り部材は、単独で又は前記支持部材の回動と同期して回転可能とすることができる。押さえ具については、巻取り部材と回転自在に係合する支持部材に巻取り部材の径方向に進退可能に支持させることができる。巻取り部材を単独で回転させることで、薄膜の巻取りと巻戻しとを行うことができる。巻取り部材を支持部材の回動と同期して回転させることで、薄膜筒から延びる展開薄膜の角度、即ち展開姿勢を変えることができる。
【００１５】
この薄膜展開ユニットにおいて、前記支持部材は前記巻取り部材を回転駆動する駆動軸に回転自在に嵌合されたスリーブとし、前記押さえ具は、前記スリーブ上に保持された直動体の直動運動を前記直動体に連結されたリンク機構を介して変換することにより、前記巻取り部材の径方向に進退させることができる。スリーブは巻取り部材を回転駆動する駆動軸の単独の回転を許容し、また、駆動軸と同期して回動することができる。スリーブとリンク機構とは、薄膜筒を軸方向に挟んで対に設けることができる。
【００１６】
この薄膜展開ユニットにおいて、前記巻取り部材を第１モータの駆動軸で回転駆動し、前記支持部材を前記駆動軸を回転自在に係合し且つ第２モータで駆動される筒体とし、前記押さえ具を、前記筒体に設けられたアクチュエータによって前記巻取り部材の径方向に進退させることができる。筒体は巻取り部材を回転駆動する第１モータの駆動軸の単独の回転を許容し、また、第２モータによって第１モータの駆動軸と同期して回動することができる。押さえ具が長尺である場合、アクチュエータは押さえ具に沿って複数個並べて配置することができる。
【００１７】
また、この発明による薄膜展開システムは、上記の薄膜展開ユニットが前記薄膜の繰出し側と巻取り側とに配設されており、前記薄膜の一部が常時少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットに巻き取られており、前記薄膜の残る一部が前記両薄膜展開ユニット間において前記薄膜の移動に伴って交換可能に展開されていることから成っている。
【００１８】
この薄膜展開システムによれば、薄膜の繰出し側と巻取り側とに配設した二つの薄膜展開ユニットの少なくとも一方に、薄膜の一部を常時巻き取っておき、薄膜の残る一部を両薄膜展開ユニット間において展開される。一方の薄膜展開ユニットにおいて薄膜の巻取りをするときに、他方の薄膜展開ユニットにおいて薄膜の巻き戻しを行うことにより、巻取り又は巻戻し量を調節することで薄膜に圧縮や引っ張りを負荷することができ、また、両薄膜展開ユニット間に展開される薄膜の展開広さを変えたり、外部に曝される薄膜の交換をする等の、柔軟性を持って薄膜を取り扱うことができる。
【００１９】
この薄膜展開システムにおいて、少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットは、前記押さえ具による前記薄膜の最外周部における押圧位置が変動するのを防止するため、前記薄膜の移動量に応じて前記巻取り部材の位置を調整可能とすることができる。
また、一方の薄膜展開ユニットから他方の薄膜展開ユニットへの薄膜の移動によって巻取り部材から見た薄膜筒の最外周部の位置は変動する。薄膜の移動量に応じて前記巻取り部材の位置を調整することにより、押さえ具による薄膜の最外周部における押圧位置を変えることがなく、薄膜の展開状態を一定に維持することができる。
更に、少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットは他方の前記薄膜展開ユニットに対して接近・離間可能であり、前記両薄膜展開ユニットの接近状態では、前記薄膜は少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットに巻取り可能とすることができる。
【００２０】
この薄膜展開システムにおいて、前記両薄膜展開ユニットに、別の前記薄膜展開システムの前記薄膜展開ユニットを対応させて巻取り軸線方向に順次、多段に接続することにより、展開面積を拡大化可能とすることができる。薄膜展開ユニットを巻取り軸線方向に順次、多段に接続することで、薄膜展開システムを巻取り軸線方向にも拡大し、展開面積を拡大化することができる。展開薄膜の暴露表面が電磁波反射性を備える場合には、より大きな面積で電磁波の反射や受信が可能となり、或いは複数の焦点距離を持つ多焦点型電磁波集束装置として機能させることができる。
【００２１】
更に、この発明による薄膜展開構造物は、薄膜を巻取り又は巻戻し可能とする巻取り部材、前記巻取り部材に巻き取られている前記薄膜の最外周部を押圧可能とする押さえ具、及び前記巻取り部材から延びる前記薄膜の一部から成り前記押さえ具による押圧状態で展開状態に保持された展開薄膜部を備え、前記押さえ具による前記薄膜の押圧状態で前記巻取り部材と前記押さえ具とを、巻き取られた前記薄膜と共に前記巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、前記展開薄膜部の展開姿勢が可変にされたことから成っている。
【００２２】
この薄膜展開構造物によれば、巻取り部材に巻き取られた薄膜筒から延びる薄膜の一部は、展開薄膜部として展開される。展開薄膜部は、端部が押さえ具によって薄膜筒の最外周部に押圧状態で保持されるので、巻取り部材に巻き取られている薄膜や展開されている薄膜は、押さえ具という簡単な構造で且つ弛むことなく展開状態に安定保持される。また、巻取り部材への薄膜の巻取り又は巻戻しによって、展開薄膜部の展開広さが可変であり、巻取り又は巻戻し量を調節することで薄膜に圧縮や引っ張りを負荷することもできる。更に、押さえ具による薄膜の押圧状態で、巻取り部材と押さえ具とを薄膜筒と共に巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、展開薄膜部の展開姿勢の変更が容易である。
【００２３】
この薄膜展開構造物において、前記展開薄膜部の両端を前記巻取り部材と前記押さえ具とによって支持し、前記両巻取り部材間で展開される前記展開薄膜部を、前記押さえ具による前記押圧状態において、前記巻取り部材と前記押さえ具との同期回転量に応じて、平坦状態又は撓み状態に展開することができる。
また、繰出し側の前記巻取り部材から前記薄膜を繰り出し、巻取り側の前記巻取り部材によって前記薄膜を巻き取ることにより、前記両巻取り部材間で展開される前記展開薄膜部を未使用の展開薄膜部に交換することできる。
【００２４】
この薄膜展開構造物において、前記薄膜の暴露表面を平坦な太陽光反射面又は電波反射面とした電磁波反射装置、或いは前記薄膜の暴露表面を断面放物線状曲面を持つ太陽光反射集光面又は電波反射集光面とした電磁波反射集束装置として適用されている。平坦にする場合、弛み無く張られた薄膜平面を実現することができる。暴露表面を電磁波反射面とすれば、この薄膜展開構造物は平面電磁波反射装置として機能する。暴露表面の両端に負荷をかけて撓ませることによって薄膜形状を放物線筒又はこれを模する曲線筒とすれば、線焦点型電磁波集束装置として機能させることもできる。
【００２５】
上記薄膜展開方法及び薄膜展開構造物においては、展開薄膜は、巻取り部材と押さえ具との同期回転量がゼロで押さえ具による展開薄膜への曲げ負荷がないときに平坦状態に展開されており、巻取り部材と押さえ具とを回転したときには、その同期回転量に応じて展開薄膜に曲げ負荷が生じ、例えば、断面放物線状曲面等の撓み状態に展開される。
【００２６】
この薄膜展開方法及び薄膜展開構造物においては、薄膜の両端側で、巻取り部材による薄膜の巻取り又は巻戻しと、押さえ具による薄膜の押圧と押圧の解放とを行うことで、展開された薄膜が例えば汚染環境下で劣化するような場合、劣化した使用済みの展開薄膜を巻取ると同時に、他方の巻取り部材上の薄膜筒から使用済みの展開薄膜に連続する未使用の薄膜を巻き戻して展開薄膜とすることにより、劣化した使用済み薄膜を未劣化の新しい薄膜と置き換えることで交換することができる。交換回数については、薄膜筒での収容量に応じて複数回の展開薄膜部の交換が可能である。
【００２７】
上記薄膜展開方法、薄膜展開システム及び薄膜展開構造物においては、少なくとも一方の巻取り部材又は薄膜展開ユニットを他方の巻取り部材又は薄膜展開ユニットに対して接近・離間可能とすることにより、巻取り部材に巻き付けられていた薄膜を巻き戻して、展開したり、展開薄膜の広さを任意に調節することができることができる。また、未使用時等の場合のように、両巻取り部材又は両薄膜展開ユニットを互いに接近させるときには、展開していた薄膜を少なくとも一方の巻取り部材に又は薄膜展開ユニットにおいて巻き取ることによって、薄膜の暴露面長さを可及的に短くし、薄膜の展開を閉じることができると共に、全体をコンパクトに畳むことができ、高収納率を実現することができる。従って、薄膜の展開前、閉じた後において、特に、宇宙用として積載荷物の一つとしてロケットで打ち上げるときに、収納や運搬において高い利便性を発揮することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
この発明による薄膜展開構造物、薄膜展開方法、並びに薄膜展開ユニット及び薄膜展開システムの実施例を、図面を参照して説明する。図１はこの発明による薄膜展開方法及び薄膜展開ユニットの一実施例を示す概略断面図であり、（Ａ）は薄膜の支持状態を示す概略図、（Ｂ）は薄膜の姿勢変更の様子を示す概略図である。薄膜展開ユニット１は、図１（Ａ）に示すように、薄膜５を薄膜筒６として巻取り可能な巻取り部材３と、薄膜筒６の最外周部６ａを押さえることが可能な押さえ具４とを備えている。巻取り部材３は、この実施例では、巻取り軸の形態を有している。巻取り部材３の回りに筒状に巻き取られた薄膜５は、薄膜筒６の最外周部６ａから接線状に繰り出されて延びており、繰り出される直前の部分が押さえ具４によって薄膜筒６の最外周部６ａ上の一箇所で押さえられることで、薄膜５の支持状態が得られている。薄膜５の他端は、適宜の支持手段によって支持されている。押さえ具４によって薄膜５を薄膜筒６に押圧状態とすることによって、薄膜筒６の弛みや、展開されている薄膜（展開薄膜、以下同じ）２の弛みを防止している。展開薄膜２の表面は暴露表面２ａであり、目的に応じて使用される。
【００２９】
巻取り部材３を回転することによって、薄膜５の支持状態、即ち、基準面７に対する傾斜角度を変えることができる。即ち、巻取り部材３、薄膜筒６及び押さえ具４は一体となって回転可能であり、図１（Ｂ）に示すように、薄膜５は押さえ具４によって薄膜筒６の最外周部６ａに押さえ付けられた押圧状態のまま巻取り部材３の中心回りに角度ψだけ回転することによって、基準面７に対する展開薄膜２の支持姿勢（傾斜角度ψ）が変更される。展開薄膜２の端部には曲げモーメントが作用し、薄膜５の暴露表面２ａを目的に応じて任意に傾斜・湾曲させることが可能となる。
【００３０】
図２は、図１に示す薄膜展開ユニットによる薄膜の繰出しを説明する概略図であり、（Ａ）は薄膜の繰出し前の支持状態を示す概略図、（Ｂ）は（Ａ）に示す状態から薄膜の繰出し状態を示す概略図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）と同様、薄膜展開ユニット１において押さえ具４による薄膜５の支持状態を示す図である。図２（Ｂ）に示すように、巻取り部材３の周囲に巻き取られていた薄膜筒６に薄膜５を押さえていた押さえ具４を最外周部６ａから離間することによって、巻取り部材３がフリーな状態で回転可能となり、薄膜筒６から未使用の薄膜５を巻き戻すことができる。このとき、押さえ具４は巻取り部材３と共には回転しない。既に使用されていた薄膜５の暴露表面２ａが外部汚染環境によって劣化してしまった場合、薄膜５の繰り出しによって、薄膜筒６から劣化していない新たな暴露表面２ａを持つ薄膜５が送り出され、展開薄膜２として使用に供される。繰り出しが終了すれば、押さえ具４は再び、図２（Ａ）に示すように薄膜筒６の最外周部６ａ上の一点を押さえて、薄膜５を支持する。
【００３１】
図３は、この発明による薄膜展開システムの一実施例を示しており、（Ａ）は薄膜展開システムの一例を示す概念図、（Ｂ）は展開薄膜を撓ませた状態の薄膜展開システムの一例を示す概念図、（Ｃ）は展開薄膜を非対称に置いた薄膜展開システムの一例を示す概念図である。図３（Ａ）に示す薄膜展開システム１０ａは、１組の薄膜展開ユニット１ａ，１ｂと、一方の薄膜展開ユニット（例えば、１ａ）から他方の薄膜展開ユニット（例えば、１ｂ）へと連続して掛け渡された展開薄膜２とを有している。薄膜展開ユニット１ａにおいては未使用の薄膜５が薄膜筒６として巻き取られており、薄膜展開ユニット１ｂにおいては使用済みの薄膜８が薄膜筒９として巻き取られている。図３に示す薄膜展開システム１０ａにおいて、左側を繰出し側の薄膜展開ユニット１ａとし、右側を巻取り側の薄膜展開ユニット１ｂと定義する。両者共、押さえ具４によって薄膜５を薄膜筒６，９の最外周部６ａ，９ａ上に押圧状態に保持することで、薄膜筒６　，９や展開薄膜２の弛みの発生を防止することができる。巻取り部材３の位置及び回転角を適宜調節することで、両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂ間に張り渡された展開薄膜２を緊張状態に置き、展開薄膜２は平坦状態に維持される。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂにおいて、巻取り部材３の位置と回転角を適宜調節することで、展開薄膜２を撓ませることが可能である。一例として、巻取り部材３及び押さえ具４を互いに内向きに角度ψだけ回転させることで、暴露表面２ａの形状を両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂ間で対称な放物線状の湾曲面又はこれを模する曲面とすることができる。同様に、巻取り部材３の位置と回転角を適宜調節することで、展開薄膜２の暴露表面２ａを非対称に撓ませることも可能である。一例として、図３（Ｃ）に示すように、巻取り側の薄膜展開ユニット１ｂを繰出し側の薄膜展開ユニット１ａに対して持ち上げ且つ薄膜展開ユニット１ａの巻取り部材３及び押さえ具４を薄膜８の押圧状態で内向きに角度ψで回転させることにより、展開薄膜２の暴露表面２の形状を非対称な放物線状の湾曲面又はこれを模した曲面とすることができる。
【００３３】
図３に示す薄膜展開システムは、電磁波反射機能がある薄膜を用いた電磁波反射装置に適用されている。図３（Ｂ）の場合は、対称型の線焦点型電磁波集束装置となり、準平行に入射して展開薄膜２の暴露表面２ａで反射された電磁波を、巻取り部材３間の中心の空間上のある地点で線集光させることができる。また、図３（Ｃ）は、非対称型の線焦点型電磁波集束装置となり、準平行に入射して薄膜暴露面２で反射された電磁波は、巻取り部材３間の中心以外の空間上のある地点で線集光される。図３に示す薄膜展開システムにおいては、展開薄膜２の両端側共に薄膜展開ユニット１ａ，１ｂを配置したが、薄膜展開ユニットの配置はこれに限るものではなく、展開薄膜２の一端側にのみ薄膜展開ユニット１を配置し、展開薄膜２の他端側は任意の支持機構で支持することもできる。
【００３４】
図４は、この発明による薄膜展開システムにおける暴露表面を交換する概念図であり、図４（Ａ）は暴露表面の交換前の状態を示す概略図、図４（Ｂ）は暴露表面の交換後を示す概略図である。図４に示す薄膜展開システム２０は、薄膜５の供給状態が異なる以外は、図３に示した薄膜展開システム１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）と同じ構造を有しているので、同じ部材及び部位には同じ符号を付すことでその構造についての再度の説明を省略する。薄膜展開システム２０も、電磁波反射装置として適用されている。図４（Ａ）と図４（Ｂ）とにおいて薄膜５上の点Ａの移動に示すように、繰出し側の薄膜展開ユニット１ａによって繰り出された一部の薄膜５は、その表面において新しい暴露表面２ａを提供する。それに伴って古い薄膜は、使用済薄膜８として巻取り側の薄膜展開ユニット１ｂにおいて巻き取られる。従って、薄膜展開ユニット１ａにおける未使用の薄膜５の薄膜筒６の外径は減少し、薄膜展開ユニット１ｂにおける使用済の薄膜８の薄膜筒９の外径は増大する。このとき、暴露表面２ａを基準面７に対して一定の配置とするためには、両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂの巻取り部材３ａ，３ｂの位置を調整する必要がある。位置調整の一例として、薄膜展開ユニット１ａの巻取り部材３ａの中心を通る基準面７ａに対して、薄膜展開ユニット１ｂの巻取り部材３ｂの中心を通る基準面７ｂの高さ位置を調整する方式がある。基準面７ａと基準面７ｂとの間隔Ｄは、使用済薄膜８の巻取り量に応じて変化する。
【００３５】
図５は、この発明による薄膜展開システムの格納状態と展開状態を示す概略図であり、図５（Ａ）は薄膜展開システムの格納状態を示す概略図、図５（Ｂ）は薄膜展開システムの展開中の状態を示す概略図である。図５に示す薄膜展開システム３０は、薄膜５の供給状態が異なる以外、図３に示した電磁波反射装置１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）と同じ構造を有しているので、同じ部材及び部位には同じ符号を付すことで、その構造についての再度の説明を省略する。薄膜展開システム３０についても、電磁波反射装置として適用可能である。図５（Ａ）に示す薄膜展開システム３０の使用開始前の格納状態では、薄膜５は繰出し側の薄膜展開ユニット１ａにフルに巻取り状態にあり、巻取り側の薄膜展開ユニット１ｂには巻き取られていない。格納状態では、一組の薄膜展開ユニット１ａ，１ｂの巻取り部材３ａ，３ｂの間隔は最小とされるので、展開薄膜２の暴露表面２ａの暴露長さが最短となり、高い収納性を示している。
【００３６】
図５（Ｂ）に示すように、巻取り側の薄膜展開ユニット１ｂを繰出し側の薄膜展開ユニット１ａから遠ざかる方向に移動させて、両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂの間隔を広げる。繰出し側の薄膜展開ユニット１ａの巻取り部材３ａに巻き取られている薄膜５は、図５（Ａ）と図５（Ｂ）とにおいて薄膜５上の点Ａが移動したのを示すように、巻取り側の薄膜展開ユニット１ｂの巻取り部材３ｂによる引っ張りによって引き出して、両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂ間で掛け渡した展開薄膜２とすることができる。また、一旦展開された暴露表面２ａを目的に応じて再収納する場合には、展開薄膜２を、繰出し側の薄膜展開ユニット１ａと巻取り側の薄膜展開ユニット１ｂの一方又は両方で巻き取り、再び展開薄膜２の長さを最小として収納することも可能である。
【００３７】
図５に示す例において、展開薄膜２の両端側共に両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂを配置したが、配置はこれに限るものではなく、展開薄膜２の一端（例えば、繰出し側）にのみ薄膜展開ユニット１ａを配置し、もう一端は任意の支持機構で支持しても良い。
【００３８】
図６は、この発明による大暴露表面を持つ薄膜展開システムの一例を概念的に示す斜視図である。図６に示す薄膜展開システム４０は、図３に示す薄膜展開システム１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）を、薄膜５の幅方向（巻取り軸線方向）に複数接続して構成されている。薄膜展開システム１０を接続可能にするため、両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂにおいて、巻取り部材４１は、一端側において接続用軸４２が設けられると共に他端側において接続用穴４３が形成されており、接続機能を持つ接続型巻取り部材として構成されている。両薄膜展開ユニット１ａ，１ｂにおいて、接続用軸４２を接続用穴４３に挿入することによって接続型巻取り部材４１が次々に長手方向に接続される。その結果、複数の薄膜展開システム１０が展開薄膜２の幅方向に並べられ、各展開薄膜２が並んで配置されることによって、大きな暴露表面４４を示す薄膜展開システム４０が得られる。薄膜展開システム４０は、他のシステムと同様に、電磁波反射装置に適用可能である。
【００３９】
図６において、薄膜展開ユニット１ａ同士及び１ｂ同士の接続に、接続用軸４２と接続用穴４３との嵌合い構造を持つ接続型支持部材４１を用いたが、接続機構はこの嵌合い構造に限るものではなく、薄膜展開ユニット１ａ，１ｂの他の部品に同様の機能を持たせたものでも良いし、或いは接続にのみ用いられる部品や機構を、薄膜展開ユニット１ａ，１ｂに取り付けたのでも良い。
【００４０】
図６に示す薄膜展開システム４０は、複数の薄膜展開システム１０の接続によって得られたより大きな面積の暴露表面４４を持つが、各薄膜展開システム１０が連動して同じ挙動を示し、同じ焦点距離を有する単焦点の線焦点型電磁波集束装置として機能することができる。あるいは、各薄膜展開システム１０が独立して異なった挙動を示し、異なる焦点距離を有する複焦点の線焦点型電磁波集束装置として機能してもよい。また、必ずしも全ての暴露表面２ａが電磁波反射面である必要は無く、目的に応じて多様な面特性を有するのでもよい。
【００４１】
図２〜図６に基づく説明では、この発明による薄膜展開システムとして説明したが、その手順に着目することにより薄膜展開方法としても、また得られた展開物に着目することにより薄膜展開構造物としても認識可能であることは明らかである。
【００４２】
図７は、この発明による薄膜展開ユニットの実施例を示す断面図である。図７（Ａ）は非同軸型の薄膜展開ユニットの断面図であり、（Ｂ）は同軸型の薄膜展開ユニットの断面図である。図７に示す薄膜展開ユニット５０ａ，５０ｂは、巻取り軸回転用の第１駆動軸５５と支持部材回転用の第２駆動軸５６とを備えている。第１駆動軸５５は、その周囲に巻き取られた薄膜筒６又は９の外周から押さえ具４が離れている場合に駆動されて、薄膜を巻き戻し又は巻き取るために用いられる。また、第２回転軸５５は、押さえ具４の回転角を変えるために用いられる。第１駆動軸５５と第２り駆動軸５６との中心が一致していない場合を図７（Ａ）に示す非同軸型、中心が一致している場合を図７（Ｂ）に示す同軸型と定義する。
【００４３】
図７（Ａ）に示す非同軸型の薄膜展開ユニット５０ａは電動機のような駆動装置５１によって駆動される。非同軸型の場合、駆動装置５１の出力は切替器５２によって、第１駆動軸５５と第２駆動軸５６とに選択して伝達される。第１駆動軸５５が駆動される場合には、薄膜筒６又は９が直接に駆動され、薄膜５又は８が繰り出され又は巻き取られる。第２駆動軸５６はその両端部において軸受５３，５３によって回転自在に支持されており、第２駆動軸５６に薄膜筒６又は９の両端から離れた位置において取り付けられている歯車５４，５４が、第１駆動軸５５に回転自在に嵌合されたスリーブ歯車５７に噛み合っている。駆動装置５１の出力が切替器５２によって第２駆動軸５６に伝達される場合、スリーブ歯車５７の回転に伴って、押さえ具４が第１駆動軸５５の回りに回動され、同時にスリーブ歯車５７に組み合わされた直動装置５８が第１駆動軸５５の軸線方向に平行に進退する。直動装置５８の進退する直線運動はリンク機構５９を介して押さえ具４に伝達され、押さえ具４を薄膜筒６又は９の径方向に駆動し、押さえ具４を薄膜筒６又は９の最外周部に対して接近・当接、又は離間させることができる。なお、このとき、第１駆動軸５５も、同じ回転角度だけ回転される。
【００４４】
図７（Ｂ）に示す同軸型の薄膜展開ユニット５０ｂにおいては、第１モータ６０の出力は第１駆動軸５５に直接に伝達されて巻取り部材を駆動し、薄膜を繰り出すか又は巻き取る。第１駆動軸５５は、第２駆動軸５６に対して軸受５３，５３によって相対回転自在である。第２モータ６１の出力は第２駆動軸５６に伝達され、支持部材である筒体６２を回転駆動する。筒体６２は第１駆動軸５５と相対回転自在であるが、各モータ６０，６１内の磁極の作用によって、盲動が防止されている。筒体６２にはアクチュエータの形式を取る複数個の直動装置６８が並べて取り付けられており、第１駆動軸５５に巻き取られている薄膜筒６又は９の外周の法線方向に駆動し、押さえ具４を薄膜筒６又は９の最外周部に対して接近・当接、又は離間させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明による薄膜展開方法によれば、巻取り部材に巻き取られている薄膜から成る薄膜筒の最外周部は押さえ具によって押圧可能であり、押さえ具による押圧を解放した状態で巻取り部材を回転することで薄膜の巻取り又は巻戻しをし、このとき、巻取り又は巻戻し量を調節することで、薄膜には、圧縮や引っ張りを負荷することができる。薄膜の巻戻し状態のときに押さえ具によって薄膜を押圧することで、薄膜筒から延びている展開薄膜の端部分が押さえ具によって薄膜筒の最外周部に押されて支持される状態となり、巻取り部材に巻き取られている薄膜や展開されている薄膜が弛むことなく安定保持することができる。また、押さえ具による押圧状態のまま巻取り部材と押さえ具とを巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、巻取り部材に巻き取られている薄膜筒から延びる展開薄膜の角度を変えることができ、薄膜の展開姿勢が可変になる。
【００４６】
この発明による薄膜展開ユニットによれば、薄膜の少なくとも一端側で薄膜を繰り出すか巻き取ることができ、巻き取られた薄膜筒を外方から押圧する押さえ具で薄膜筒や展開薄膜の弛みを防止することができ、更に巻取り部材と押さえ具とを共に回転することで、展開薄膜に負荷を与えて薄膜の展開姿勢を変更することができる。
【００４７】
この発明による薄膜展開システムによれば、薄膜の両端において薄膜展開ユニットを備え、薄膜展開ユニット間の距離、基準面からの高さ、巻取り部材と押さえ具との回転角度を変更することにより、使用開始前の収納状態から展開状態まで薄膜展開に関して幅広い柔軟なシステムを提供することができる。
【００４８】
この発明による薄膜展開構造物によれば、得られた構造物として、多様な電磁波反射装置や電磁波集束装置に適用可能である。しかも、薄膜等の物資の頻繁な補給や人的対応に頼ることなく、大面積の薄膜展開物を実現すること、薄膜展開物の薄膜を自主的・定期的に交換すること、そして薄膜展開物の機能や品質を低コストで常に維持することができる。また、薄膜展開物に負荷をかけることや、その負荷により薄膜展開物の展開形態を任意に変化し、制御することが可能となる。本薄膜展開構造物を複数接続することにより、上記機能を有した、より大面積の薄膜展開物を実現することもできる。更に、上記機能によって、太陽光発電衛星に要求される、極めて大きな面積を有する太陽光集光装置を、低コストで実現し、また運用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による薄膜展開方法及び薄膜展開ユニットの一実施例を示す概略断面図であり、（Ａ）は薄膜の支持状態を示す概略図、（Ｂ）は薄膜の姿勢変更の様子を示す概略図である。
【図２】図１に示す薄膜展開ユニットによる薄膜の繰出しを説明する概略図であり、（Ａ）は薄膜の繰出し前の支持状態を示す概略図、（Ｂ）は（Ａ）に示す状態から薄膜の繰出し状態を示す概略図である。
【図３】この発明による薄膜展開システムの一実施例を示す図であり、（Ａ）は薄膜展開システムの一例を示す概念図、（Ｂ）は展開薄膜を撓ませた状態の薄膜展開システムの一例を示す概念図、（Ｃ）は展開薄膜を非対称に置いた薄膜展開システムの一例を示す概念図である。
【図４】この発明による薄膜展開システムにおける暴露表面を交換する概念図であり、（Ａ）は暴露表面の交換前の状態を示す概略図、（Ｂ）は暴露表面の交換後を示す概略図である。
【図５】この発明による薄膜展開システムの格納状態と展開状態を示す概略図であり、（Ａ）は薄膜展開システムの格納状態を示す概略図、（Ｂ）は薄膜展開システムの展開中の状態を示す概略図である。
【図６】この発明による大暴露表面を持つ薄膜展開システムの一例を概念的に示す斜視図である。
【図７】この発明による薄膜展開ユニットの実施例を示す断面図であり、（Ａ）は非同軸型の薄膜展開ユニットの断面図であり、（Ｂ）は同軸型の薄膜展開ユニットの断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，５０ａ，５０ｂ　薄膜展開ユニット
２　展開薄膜
２ａ　暴露表面
３　巻取り部材
４　押さえ具
５　薄膜（未使用、交換用）
６，９　薄膜筒
７　基準面
８　使用済薄膜
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，２０，３０，４０　薄膜展開システム

Claims

巻取り部材に巻き取られている薄膜の最外周部を押さえ具によって押圧可能とし、前記押さえ具による押圧の解放状態で前記薄膜の巻取り又は巻戻しをし、前記押さえ具による前記薄膜の押圧状態で前記巻取り部材から延びている前記薄膜を展開状態に保持し、前記押さえ具による前記押圧状態のまま前記巻取り部材と前記押さえ具とを前記巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、前記薄膜の展開姿勢を可変にすることから成る薄膜展開方法。
展開されている前記薄膜は、前記押さえ具による前記押圧状態において、前記巻取り部材と前記押さえ具との同期回転量に応じて、平坦状態又は撓み状態に展開されることから成る請求項１に記載の薄膜展開方法。
前記薄膜の両端側で、前記巻取り部材による前記薄膜の巻取り又は巻戻しと、前記押さえ具による前記薄膜の押圧と押圧の解放とを行い、一方の前記巻取り部材から延びている前記薄膜を他方の前記巻取り部材へ巻き取ることにより、前記両巻取り部材間で展開される前記薄膜の交換をすることから成る請求項１に記載の薄膜展開方法。
前記両巻取り部材を互いに接近・離間可能とし、互いに離間させることで前記薄膜を展開し、互いに接近するときに前記薄膜は少なくとも一方の前記巻取り部材に巻き取ることから成る請求項３に記載の薄膜展開方法。
薄膜の巻取りと巻戻しとが可能な巻取り部材、及び前記巻取り部材に巻き取られている前記薄膜の最外周部を押圧可能な押さえ具を備え、前記最外周部から延びる前記薄膜の展開姿勢を可変にするため、前記押さえ具による前記押圧状態で前記巻取り部材と前記押さえ具とを前記巻取り部材の中心回りに同期して回動可能としたことから成る薄膜展開ユニット。
前記巻取り部材に回転自在に係合する支持部材が設けられており、前記押さえ具は、前記支持部材に前記巻取り部材の径方向に進退可能に支持されることで前記薄膜の最外周部を押圧可能であり、前記巻取り部材は、単独で又は前記支持部材の回動と同期して回転可能であることから成る請求項５に記載の薄膜展開ユニット。
前記支持部材は前記巻取り部材を回転駆動する駆動軸に回転自在に嵌合されたスリーブであり、前記押さえ具は、前記スリーブ上に保持された直動体の直動運動が前記直動体に連結されたリンク機構を介して変換されることにより、前記巻取り部材の径方向に進退されることから成る請求項６に記載の薄膜展開ユニット。
前記巻取り部材は第１モータの駆動軸で回転駆動され、前記支持部材は前記駆動軸を回転自在に支持し且つ第２モータで駆動される筒体であり、前記押さえ具は、前記筒体に設けられたアクチュエータによって前記巻取り部材の径方向に進退されることから成る請求項６に記載の薄膜展開ユニット。
請求項５〜８のいずれか１項に記載の薄膜展開ユニットが前記薄膜の繰出し側と巻取り側とに配設されており、前記薄膜の一部が常時少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットに巻き取られており、前記薄膜の残る一部が前記両薄膜展開ユニット間において前記薄膜の移動に伴って交換可能に展開されていることから成る薄膜展開システム。
少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットは、前記押さえ具による前記薄膜の最外周部における押圧位置が変動するのを防止するため、前記薄膜の移動量に応じて前記巻取り部材の位置を調整可能としたことから成る請求項９に記載の薄膜展開システム。
少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットは他方の前記薄膜展開ユニットに対して接近・離間可能であり、前記両薄膜展開ユニットの接近状態では、前記薄膜は少なくとも一方の前記薄膜展開ユニットに巻取り可能であることから成る請求項９に記載の薄膜展開システム。
前記両薄膜展開ユニットに、別の前記薄膜展開システムの前記薄膜展開ユニットを対応させて巻取り軸線方向に順次、多段に接続することにより、展開面積を拡大化可能であることからなる請求項９に記載の薄膜展開システム。
薄膜を巻取り又は巻戻し可能とする巻取り部材、前記巻取り部材に巻き取られている前記薄膜の最外周部を押圧可能とする押さえ具、及び前記巻取り部材から延びる前記薄膜の一部から成り前記押さえ具による押圧状態で展開状態に保持された展開薄膜部を備え、前記押さえ具による前記薄膜の押圧状態で前記巻取り部材と前記押さえ具とを、巻き取られた前記薄膜と共に前記巻取り部材の中心回りに同期して回動することにより、前記展開薄膜部の展開姿勢が可変にされたことから成る薄膜展開構造物。
前記展開薄膜部の両端が前記巻取り部材と前記押さえ具とによって支持され、前記両巻取り部材間で展開される前記展開薄膜部は、前記押さえ具による前記押圧状態において、前記巻取り部材と前記押さえ具との同期回転量に応じて、平坦状態又は撓み状態に展開されていることから成る請求項１３に記載の薄膜展開構造物。
繰出し側の前記巻取り部材から前記薄膜を繰り出し、巻取り側の前記巻取り部材によって前記薄膜を巻き取ることにより、前記両巻取り部材間で展開される前記展開薄膜部が未使用の展開薄膜部に交換可能であることから成る請求項１４記載の薄膜展開構造物。
前記両巻取り部材を互いに接近・離間可能とし、互いに接近状態では前記薄膜を少なくとも一方の前記巻取り部材に巻き取ることによって、高収納率を実現したことから成る請求項１４に記載の薄膜展開構造物。
前記薄膜の暴露表面を平坦な太陽光反射面又は電波反射面とした電磁波反射装置、或いは前記薄膜の暴露表面を断面放物線状曲面を持つ太陽光反射集光面又は電波反射集光面とした電磁波反射集束装置として適用されていることから成る請求項１４に記載の薄膜展開構造物。