JP2004221899A

JP2004221899A - インフレータブル反射鏡アンテナ

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Publication number: JP2004221899A
Application number: JP2003006308A
Authority: JP
Inventors: Yumi Senbokutani; 由美仙北谷; Hiroaki Tsunoda; 博明角田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】電波反射に用いる凹面の曲率を保持できる大形でかつ軽量で展開型のアンテナを実現する。
【解決手段】周部が全周にわたって互いに接続された２枚の膜１，２から構成され、膜２は導電性を有するとともに、膜１は電波透過性を有し、これら膜により密封形成される本体内室に気体を充填してバルーン状構造物を形成した際、その内圧で膜２が電波を反射するための凹面として展開するインフレータブル反射鏡アンテナについて、膜２として、凹面の展開後に硬化する樹脂を用いる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インフレータブル反射鏡アンテナに関し、特に宇宙空間に配置されるインフレータブル構造の反射鏡アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間に配置されるアンテナなどの支持・補強構造として、インフレータブル構造の研究・開発が進んでいる。
このインフレータブル構造とは、密閉された袋状構造物の内室に気体を充填して、その内圧でチューブやバルーンなどの所定形状の構造物を構成するものである。
チューブ形状のインフレータブル構造については、それ自体が支柱やトラス構造などのユニット部材となり、あるいは角環や円環状のリングチューブとしてその内側にアンテナ素子を実装した膜を展開する構造とすることができる（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
バルーン状のインフレータブル構造については、一例として、図５に示すような、インフレータブル反射鏡アンテナ５０がある。
図５は従来のインフレータブル反射鏡アンテナを示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図を示している。
このインフレータブル反射鏡アンテナ５０は、その周部を全周にわたって互いに接続した、柔軟な電波透過膜５１と、導電処理を施した電波を反射するための柔軟な膜５２とから構成されている。そして、これら膜により密封形成される内室５７に気体充填装置５８から気体を充填してバルーン状構造物を形成して、その内圧により膜５２を凹面に保持することで、反射鏡アンテナを構成している。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】
特開２００１−０９９３９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のインフレータブル反射鏡アンテナでは、衛星搭載用の大型のアンテナ、例えば直径が数十メートル級のアンテナを作成する場合、電波反射に用いる凹面を形成する膜として展開容易な柔軟な部材を用いていることから、その剛性の不足により凹面の曲率を電波反射に必要な精度で保持することが難しいという問題点があった。また、その内室の内圧を高めて凹面の曲率を保持しようとすると、膜厚を大きくして強度を増す必要があり重量が増加してしまうという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電波反射に用いる凹面の曲率を保持できる大形でかつ軽量で展開型のインフレータブル反射鏡アンテナを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかるインフレータブル反射鏡アンテナは、周部が全周にわたって互いに接続された２枚の膜から構成され、膜のうち一方の膜は導電性を有するとともに、膜のうち他方の膜は電波透過性を有し、これら膜により密封形成される本体内室に気体を充填してバルーン状構造物を形成した際、その内圧で膜のうち一方の膜が電波を反射するための凹面として展開するインフレータブル反射鏡アンテナであって、一方の膜は、凹面の展開後に硬化する樹脂からなるものである。
【０００７】
一方の膜の樹脂として、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応で硬化するものを用いてもよい。
導電性を有する樹脂の具体例として、炭素繊維複合材料を用いてもよい。
また、一方の膜の樹脂の具体例として、紫外線で硬化する紫外線硬化性を有するもの、光により硬化する光硬化性を有するもの、加熱により硬化する熱硬化性を有するもの、加熱後の冷却により固化する熱硬化性を有するものを用いてもよい。
【０００８】
また、一方の膜を保持する構成として、一方の膜の凹面の背面側に設けられ、一方の膜と接続されて内室を密封形成する膜状の樹脂からなり、その内室への気体充填による内圧で膨張展開して形成されるリブをさらに設けてもよい。
この際、リブの樹脂として、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応で硬化するものを用いてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるインフレータブル反射鏡アンテナについて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態にかかるインフレータブル反射鏡アンテナを示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を示している。
このインフレータブル反射鏡アンテナ１０は、前述した図５と同様に、電波透過性を有する柔軟な樹脂からなる膜１と、電波を反射する凹面（回転放物面）３を形成するための導電性を有する樹脂からなる膜２とから構成され、これら膜１および膜２の周部１Ｓ，２Ｓを全周にわたって互いに貼り合わせて接続することにより本体内室７を密封形成している。
【００１０】
このインフレータブル反射鏡アンテナ１０は、衛星搭載時に折り畳まれており、宇宙空間での展開時に、気体充填装置８から本体内室７へ気体を充填する。これにより、本体内室７の内圧が高まって膨張し、膜１および膜２によりバルーン状構造物が形成され、膜２が電波を反射するための凹面３として展開される。
本発明では、この膜２を形成する樹脂として、アンテナ展開後に自身で硬化する硬化性を有する樹脂を用いることにより、十分な剛性を膜２に持たせ、電波反射に必要な精度で凹面３の曲率を保持している。
【００１１】
膜２の硬化性としては、膜２が宇宙環境へ露出した際に生ずる物理的反応（宇宙環境で得られる物理的作用）を利用してもよい。この物理的反応としては、紫外線、太陽光、あるいは太陽熱による温度変化に対する反応を利用できる。
例えば、宇宙環境での物理的反応として太陽からの紫外線の影響を利用する場合、膜２の樹脂として紫外線の照射により硬化する紫外線硬化性を有する樹脂を用いればよい。このような紫外線硬化性を有する樹脂としては、紫外線（ＵＶ）硬化型エポキシ樹脂など、公知の樹脂を利用できる。また、紫外線以外の光を利用する場合も光の波長が変わるだけで、同様の光硬化型エポキシ樹脂などを利用すればよい。
【００１２】
また、宇宙環境での物理的反応として温度変化の影響を利用する場合、膜２の樹脂として温度変化により硬化する温度硬化性樹脂を用いればよい。人工衛星は、太陽光を受けている状態と地球の陰に入った食の状態とでは、その温度が大きく変化し、衛星の軌道によっては温度差が数１００℃も生じる場合もあり、これを樹脂の硬化に利用する。
加熱により硬化する熱硬化性を有する樹脂としては、熱硬化型エポキシ樹脂など公知の樹脂を用いればよい。また加熱後の冷却により半永久的に硬化する熱硬化性を有する樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ：ＰｏｌｙＡｍｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ＰｏｌｙＥｔｈｅｒＥｔｈｅｒＫｅｔｏｎｅ）、ポリアリレンサルファイド（ＰＡＳ：ＰｏｌｙａｒｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）などの公知の樹脂を利用すればよい。
【００１３】
なお、膜２は少なくとも凹面３において導電性を有していればよく、例えば、凹面３の表面にカーボンや金属の導電膜を形成したり、導電性塗料を塗布するなどの公知の導電処理を予め施しておけばよい。また、導電性樹脂として、炭素繊維（カーボンファイバー）やガラス繊維（グラスファイバー）などの強化繊維に樹脂を浸透させ、加熱や加圧して成形した炭素繊維複合部材を用いて膜２自体を形成してもよい。
また、膜２さらには膜１について、本体内室７の機密性を高めるため、樹脂の内側に機密層を設けてもよい。
【００１４】
このように、周部が全周にわたって互いに接続された２枚の膜１，２から構成され、これら膜により密封形成される本体内室に気体を充填してバルーン状構造物を形成した際、その内圧で膜２が電波を反射するための凹面として展開するインフレータブル反射鏡アンテナについて、膜２は導電性を有する凹面を形成するとともに、膜１は電波透過性を有し、膜２として、凹面の展開後に硬化する樹脂を用いるようにしたので、膜２自身の剛性を容易に高めることができ、電波反射に必要な精度で凹面の曲率を保持できる。したがって、衛星搭載用の大型のアンテナを作成する場合、例えば直径が数十メートル級のアンテナであっても、電波反射に用いる凹面の曲率を保持できる大形でかつ軽量で展開型のインフレータブル反射鏡アンテナを実現できる。
【００１５】
また、膜２の樹脂として、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応で硬化する樹脂、例えば紫外線、太陽光、あるいは太陽熱による温度変化に対する物理的反応で硬化する樹脂を用いるようにしたので、膜２を硬化させるための手段を別途も受ける必要がなく、インフレータブル反射鏡アンテナの形成に必要な構成を簡素化でき、重量を増加させることなく膜２の剛性を容易に高めることができる。
【００１６】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるインフレータブル反射鏡アンテナ１１について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態にかかるインフレータブル反射鏡アンテナ１１を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図を示している。
本実施の形態では、前述した第１の実施の形態にかかるインフレータブル反射鏡アンテナ１０の構成に加え、膜２の凹面３の背面４に、膜２を支持するためのインフレータブル構造からなる凸形状のリブ５を設けている。
【００１７】
図３にリブ５の断面図を示す。このリブ５は、膜２と同様の樹脂からなるリブ形成用の膜が、図３に示すように、膜２との間にリブ内室７Ａを密封形成するよう膜２の背面４に貼り合わされており、このリブ内室７Ａに気体を充填することにより、リブ５が形成される。また、本体内室７への気体充填とは別個にリブ５へ気体を充填するための気体充填装置９および気体通路６を設けている。
アンテナ展開時には、まず気体充填装置９から気体をリブ５のリブ内室７Ａへ充填することによりリブ５を膨張展開させた後、そのリブ５を硬化させることによりインフレータブル構造の台座を形成する。そして、その後に気体充填装置８から本体内室７へ気体を充填して膜１および膜２からなるバルーン状構造物を形成することにより、電波を反射するための凹面３として膜２を展開し、展開後、膜２を硬化する。
【００１８】
このように、膜２の凹面３の背面４に、インフレータブル構造のリブ５を設けるようにしたので、膜２の凹面３をより確実に支持できる。さらに、そのリブ５として膜２と同様の硬化性を有する樹脂を用いるようにしたので、アンテナ展開後に自身の剛性が高まり、膜２の凹面３をより強固に支持できる。
また、リブ５を膨張展開してインフレータブル構造の台座を形成した後、膜１および膜２からなるバルーン状構造物を形成して凹面３として膜２を展開するようにしたので、前述した第２の実施の形態と同様に、膜２の凹面３の支持に対する効果が得られるとともに、リブ５による台座に沿って膜２を所望の曲率へ容易に展開できる。
【００１９】
リブ５の形状としては、全体として背面４から突出した凸形状であれば凹面３を支持できるが、背面４に沿って畝状に延在させることにより、凹面３をより強固に支持できる。さらに、図３（ｃ）に示すように、リブ５を互いに交差させ、さらには格子状に配置することにより、より強固に支持できる。
なお、リブ５の硬化については、膜２の硬化に先だって行ってもよく、ほぼ同時に硬化させてもよい。
【００２０】
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる反射鏡アンテナ１２について説明する。図４は本発明の第３の実施の形態にかかる反射鏡アンテナ１２の製造工程を示す図である。
本実施の形態では、前述した第１の実施の形態で説明した膜１および膜２により形成されたバルーン状構造物１０Ａを用いて、地上にて反射鏡アンテナ１２を形成する場合について説明する。
【００２１】
まず、図４（ａ）に示すように、膜１および膜２からバルーン状構造物１０Ａを膨張展開し、膜２を硬化させる。この工程については前述した第１の実施の形態と同様である。また、バルーン状構造物１０Ａの膜２は、反射鏡として例えば回転放物面の一部をなすよう所望の曲率を有しているものとする。
次に、図４（ｂ）に示すように、硬化した膜２の外側に反射鏡となる柔軟な膜２Ａを被せ、その膜２Ａを硬化させる。この膜２Ａは、前述の膜２と同様にその凹面に予め導電性を有しており、膜２Ａの樹脂は、膜２と同様に物理的反応により硬化する硬化性を有している。
【００２２】
この膜２Ａの硬化後、バルーン状構造物１０Ａから剥がすことにより、図４（ｃ）に示すように、椀型の反射鏡アンテナ１２が形成される。
このように、インフレータブル構造を持つバルーン状構造物１０Ａを型として用いることにより、大型かつ軽量で、所望の曲率を持った反射鏡アンテナを容易に製造できる。
なお、これら工程は地上で行われることから、紫外線や温度変化を与えることにより、膜２，２Ａの硬化のための物理的反応を意図的に生じさせる必要がある。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、周部が全周にわたって互いに接続された２枚の膜から構成され、これら膜により密封形成される本体内室に気体を充填してバルーン状構造物を形成した際、その内圧で膜のうち一方の膜が電波を反射するための凹面として展開するインフレータブル反射鏡アンテナであって、膜のうち一方の膜の凹面に導電性を有するとともに、膜のうち他方の膜に電波透過性を有し、一方の膜として、凹面の展開後に硬化する樹脂を用いるようにしたので、電波反射用凹面を形成する膜自身の剛性を容易に高めることができ、電波反射に必要な精度で凹面の曲率を保持できる。したがって、衛星搭載用の大型のアンテナを作成する場合、例えば直径が数十メートル級のアンテナであっても、電波反射に用いる凹面の曲率を保持できる大形でかつ軽量で展開型のインフレータブル反射鏡アンテナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるインフレータブル反射鏡アンテナを示す構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかるインフレータブル反射鏡アンテナを示す構成図である。
【図３】図２のインフレータブル反射鏡アンテナで用いるリブを示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態にかかる反射鏡アンテナの製造工程を示す図である。
【図５】従来のインフレータブル反射鏡アンテナを示す構成図である。
【符号の説明】
１０…インフレータブル反射鏡アンテナ（第１の実施の形態）、１１…インフレータブル反射鏡アンテナ（第２の実施の形態）、１２…反射鏡アンテナ（第３の実施の形態）、１…膜、１Ｓ…膜周部、２，２Ａ…膜（電波反射用）、２Ｓ…膜周部、３…凹面、４…背面、５…リブ、６…気体通路、７…本体内室、７Ａ…リブ内室、８，９…気体充填装置。

Claims

周部が全周にわたって互いに接続された２枚の膜から構成され、前記膜のうち一方の膜は導電性を有するとともに、前記膜のうち他方の膜は電波透過性を有し、これら膜により密封形成される本体内室に気体を充填してバルーン状構造物を形成した際、その内圧で前記膜のうち一方の膜が電波を反射するための凹面として展開するインフレータブル反射鏡アンテナであって、
前記一方の膜は、前記凹面の展開後に硬化する樹脂からなることを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記樹脂は、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応で硬化することを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記樹脂は、炭素繊維複合材料からなることを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記樹脂は、紫外線で硬化する紫外線硬化性を有することを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記樹脂は、光により硬化する光硬化性を有することを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記樹脂は、加熱により硬化する熱硬化性を有することを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記樹脂は、加熱後の冷却により固化する熱硬化性を有することを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記一方の膜の凹面の背面側に設けられ、前記一方の膜と接続されて内室を密封形成する膜状の樹脂からなり、その内室への気体充填による内圧で膨張展開して形成されるリブをさらに備えることを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。
請求項８に記載のインフレータブル反射鏡アンテナにおいて、
前記リブの樹脂は、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応で硬化することを特徴とするインフレータブル反射鏡アンテナ。