JP3866988B2 - 硬化型インフレータブル装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば宇宙空間に構築されるアンテナ・サンシールド・ソーラアレーなどの支持構造や、それ自体が軽量で高弾性率の構造部材となる宇宙インフレータブル構造、または、地球上で使用する仮設住宅や大形の屋根や壁などのインフレータブル構造等に応用できる硬化型インフレータブル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インフレータブル構造は、宇宙空間に配置されるアンテナ・サンシールド・ソーラアレーなどの支持・補強構造として研究・開発されている。その構造は、密閉された袋状構造物の内部にガス等を充填し、その内圧によりチューブ状やバルーン状などの所定の形状を作り構造物として利用するものである。チューブ状の場合、それ自体が支柱やトラス構造などのユニット部材となる。チューブ状のインフレータブル構造を組み合わせたり曲げたりして作った角環状や円環状のインフレータブル構造では、角環や円環で囲まれた内側にアンテナ素子を実装した膜状の平面アンテナや金属を蒸着したフィルムで構成した反射面を有するパラボラアンテナなどの膜面を張架する構造とすることができる。また、バルーン状インフレータブル構造の場合はそれ自体を反射面とすることができる。ソーラアレーの場合は、角環状や円環状のインフレータブル構造で張架する膜面にソーラセルを装着するか、またはバルーン状のインフレータブル構造の外表面にソーラセルを装着することができる。
【０００３】
図８は、このようなインフレータブル構造によってアンテナ素子を実装した円盤状の膜面を張架支持した平面アンテナの例で、１０はインフレータブル構造、１１はインフレータブル円環、１２は膜面からなる平面アンテナ、１３は膜面を支持・張架する膜面張架ケーブルである。この膜面からなる平面アンテナ１２に替わって反射鏡を張架する場合は、インフレータブル円環１１で張架するレンズ状の反射鏡もインフレータブル構造で作る。このようなインフレータブル構造１０を衛星軌道などの宇宙空間に配置するには、平面アンテナ１２などの膜面と共にインフレータブル円環１１を巻いたり折り畳んだりして、ロケットのフェアリング内に格納して打ち上げ、衛星軌道上でインフレータブル構造１０にガスや発泡ウレタンなどを充填し、所定の形状の構造物とする。このようにすることにより、巻いたり、折り畳まれている平面アンテナ１２を展開し、膜面張架ケーブル１３で平面アンテナ１２の膜面周縁を均一に引張って歪のない平面に張架する。
【０００４】
このように膜状のアンテナ支持構造をインフレータブル構造で作ることにより、宇宙空間に配置するアンテナなどの構造物をロケットにより打ち上げる際は、支持構造をアンテナと共に折り畳み、あるいは小さく巻いた状態でロケットのフェアリング内に収納し、衛星軌道上でガスを充填して所定の形状とした上で硬化させることにより、平面アンテナ等を支持・張架することができる。
【０００５】
これらの構造上の特性は、限られたロケットの打ち上げ質量（ペイロード）、フェアリング格納容積のもとで衛星軌道に機材を配置する上で有効であり、また、衛星軌道上に配置する人工衛星の各構造を軽量化し、打ち上げコストを低減する上で有効である。このため、インフレータブル構造は、衛星に搭載するアンテナやサンシールドやソーラアレーなどに好適な構造として、広く応用が検討されている。
【０００６】
これらの宇宙構造物は、構造上およびその耐宇宙環境性に対して高い信頼性が要求される。インフレータブル構造のチューブなどを構成する膜構造がフィルム単体の場合は、軽量で簡単な構造にできる利点があるが、常に内部のガス圧を制御しないと、構造の精度を保てなくなる。また、その膜構造が宇宙のごみとも言われるスペースデブリ等により損傷してガス圧が抜けるとその構造を維持できなくなる恐れがある。このため、これらのフィルムに硬化性の樹脂を含浸させた強化繊維を積層した、硬化型インフレータブル構造とすることが行われているが、これらの補強策は、ともすればその質量を増すこととなるため、軽量かつ信頼性の高い構造が望まれる。
【０００７】
このような多様な要求に応える構造として、硬化層として樹脂を含浸させたアラミド繊維や炭素繊維などの織物に気密層としてフィルムを重ねたものがインフレータブル構造の膜材料として使われている。この硬化層はインフレータブル構造を内圧で膨張展開するまでは、柔軟な状態に保たれており、展開完了後に硬化させる。この硬化方法には熱硬化型の樹脂を用いた加熱硬化や、冷却硬化型の樹脂を用いて加熱溶融したのちに冷却硬化する方法などが提案されている。
【０００８】
しかしながら、いずれの硬化方法も加熱のために硬化層にシート状のヒータを貼り付けたり、あるいはあらかじめ加熱したガスを導入しなければならず、未硬化状態で柔軟に折り畳む必要があるインフレータブル構造には、その折り畳みが困難になったり、あるいは硬化させるための装置が大きくなるといった影響が現れることが避けられない。
【０００９】
図９にシート状のヒータで加熱硬化する典型的なヒータ加熱型インフレータブル構造２０を示す。インフレータブル構造２０は気密層２１の上に硬化層２２を積層し、インフレーション装置２４からガスを導入して膨張展開させる。硬化層２２の上にはシート状ヒータ２３が全面に装着されているので、膜面を折り畳む際にヒータ２３も共に折り畳む必要があり、ヒータ２３も含めた膜厚が大きくなるために折り畳みが困難になったり、折り目でヒータ２３が損傷を受けることが避けられない。なおこの図では省略しているが、ヒータ２３の上にはさらに断熱層を積層するので、折り畳みはさらに困難になる。
【００１０】
図１０に加熱したガスを導入して加熱硬化する典型的な加熱ガス導入型インフレータブル構造３０を示す（角田博明・仙北谷由美、熱硬化型インフレータブル構造物、特願２０００−２２２８５３）。前例と異なり気密層３１と硬化層３２の上には折り畳みを妨げるシート状ヒータが装着されていないものの、硬化層３２に与える熱は外部に設けたヒータ３５で発生させてインフレーション装置３４から送り込むガスを介してインフレータブル構造３０の内部に導入して硬化層３２に伝熱し、導入されたガスは排気管３６と排気バルブ３７を介して排出するか、または他のインフレータブル構造へ導入する。このため、断熱材３３を装着しても途中の伝熱損失が大きく、加熱装置が大形化したり電源の容量が大きくなることが避けられない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、インフレータブル構造の硬化において、硬化前の硬化層の折り畳みを容易にするため、加熱のための熱の発生源を硬化層に直接装着することなく、またガス等を介さずに直接硬化層を加熱することにより、軽量で簡素でかつ硬化前の折り畳み状態では柔軟性を有する硬化層を実現する硬化型インフレータブル装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂を含浸させた硬化層と、前記硬化層に電流を流すための電極とを具備することを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層と、前記硬化層に電流を流すための電極とを具備することを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層と、前記硬化層にインフレータブル構造の外部から電磁波を照射する電磁波発生装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層と、インフレータブル構造の内部に設置され、前記硬化層に電磁波を照射する電磁波発生装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、内部に加熱によりガス化する物質が設けられ、該物質の加熱によるガス化により所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層、あるいは電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層とを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明は、前記硬化型インフレータブル装置において、硬化層の外側に保護層を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発泡硬化反応をする発泡性樹脂層と、前記発泡性樹脂層に電磁波を照射する電磁波発生装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１９】
また本発明は、前記硬化型インフレータブル装置において、発泡性樹脂層の外側に保護層を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第一の実施形態例によるジュール熱硬化型インフレータブル構造４０である。ここで、４１は例えばフィルム等からなる気密層、４２は例えば熱硬化型樹脂を含浸させた炭素繊維織物等からなる硬化層、４３は断熱材（保護層）、４４はインフレーション装置、４５と４６は硬化層４２の両端に設けた電極、４７は電極４５，４６に電流を流すための通電ケーブル、４８は硬化層４２に電流を流すための電源装置である。前記気密層４１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層４１の外面には硬化層４２が積層して設けられ、前記硬化層４２の外面には保護層となる断熱材４３が積層して設けられる。前記硬化層４２の両端に設けた電極４５，４６には通電ケーブル４７により電源装置４８が接続される。前記気密層４１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置４４が連結され、インフレーション装置４４から気密層４１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造４０はまず、インフレーション装置４４から気密層４１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、電源装置４８から通電ケーブル４７と電極４５，４６を介して硬化層４２に電流を流す。硬化層４２は炭素繊維織物で構成されているので、炭素繊維の通電により炭素繊維の持っている電気抵抗によりジュール熱が発生し、このジュール熱により熱硬化型樹脂が硬化する。その結果、硬化層４２が硬化し、インフレータブル構造４０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材４３は設けなくてもよい。
【００２２】
図２は、本発明の第二の実施形態例によるジュール熱可塑型インフレータブル構造５０である。ここで、５１は例えばフィルム等からなる気密層、５２は例えば熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物等からなる硬化層、５３は断熱材（保護層）、５４はインフレーション装置、５５と５６は硬化層５２の両端に設けた電極、５７は電極５５，５６に電流を流すための通電ケーブル、５８は硬化層５２に電流を流すための電源装置である。前記気密層５１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層５１の外面には硬化層５２が積層して設けられ、前記硬化層５２の外面には保護層となる断熱材５３が積層して設けられる。前記硬化層５２の両端に設けた電極５５，５６には通電ケーブル５７により電源装置５８が接続される。前記気密層５１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置５４が連結され、インフレーション装置５４から気密層５１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造５０はまず、インフレーション装置５４から気密層５１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、電源装置５８から通電ケーブル５７と電極５５，５６を介して硬化層５２に電流を流す。硬化層５２は炭素繊維織物で構成されているので、炭素繊維の通電により炭素繊維の持っている電気抵抗によりジュール熱が発生し、このジュール熱により熱可塑型樹脂が溶融する。その後、通電を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化し、インフレータブル構造５０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材５３は設けなくてもよい。
【００２３】
図３は、本発明の第三の実施形態例による電磁波硬化型インフレータブル構造６０である。ここで、６１は例えばフィルム等からなる気密層、６２は例えば熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物または化学繊維織物等からなる硬化層、６３は断熱材（保護層）、６４はインフレーション装置、６５は電磁波を発生させる電磁波発生装置である。前記気密層６１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層６１の外面には硬化層６２が積層して設けられ、前記硬化層６２の外面には保護層となる断熱材６３が積層して設けられる。インフレータブル構造６０の外部には硬化層６２に電磁波を照射できる位置に電磁波発生装置６５が配置される。前記気密層６１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置６４が連結され、インフレーション装置６４から気密層６１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造６０はまず、インフレーション装置６４から気密層６１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、電磁波発生装置６５から硬化層６２に電磁波を照射する。電磁波が照射された硬化層６２は、炭素繊維織物では導電性を有する炭素繊維が誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電加熱により発熱する。尚、化学繊維織物では化学繊維および熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電体なので、誘電加熱により発熱する。いずれにしても、電磁波を照射することにより硬化層６２が加熱される。熱硬化型樹脂の場合は加熱によりそのまま硬化する。熱可塑型樹脂の場合は加熱により熱可塑型樹脂が溶融し、その後、電磁波の照射を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化する。その結果、硬化層６２が硬化し、インフレータブル構造６０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材６３は設けなくてもよい。
【００２４】
図４は、本発明の第四の実施形態例による電磁波硬化型インフレータブル構造７０である。ここで、７１は例えばフィルム等からなる気密層、７２は例えば熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物または化学繊維織物等からなる硬化層、７３は断熱材（保護層）、７４はインフレーション装置、７５はインフレータブル構造７０の内部に設置された電磁波を発生させる電磁波発生装置である。前記気密層７１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層７１の外面には硬化層７２が積層して設けられ、前記硬化層７２の外面には保護層となる断熱材７３が積層して設けられる。インフレータブル構造７０の内部には硬化層７２に電磁波を照射できる位置に電磁波発生装置７５が配置される。前記気密層７１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置７４が連結され、インフレーション装置７４から気密層７１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造７０はまず、インフレーション装置７４から気密層７１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、インフレータブル構造７０の内部の電磁波発生装置７５から硬化層７２に電磁波を照射する。電磁波が照射された硬化層７２は、炭素繊維織物では導電性を有する炭素繊維が誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電加熱により発熱する。尚、化学繊維織物では化学繊維および熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電体なので、誘電加熱により発熱する。いずれにしても、電磁波を照射することにより硬化層７２が加熱される。熱硬化型樹脂の場合は加熱によりそのまま硬化する。熱可塑型樹脂の場合は加熱により熱可塑型樹脂が溶融し、その後、電磁波の照射を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化する。その結果、硬化層７２が硬化し、インフレータブル構造７０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材７３は設けなくてもよい。
【００２５】
図５は、本発明の第五の実施形態例による加熱によりガス化する物質を有する硬化型インフレータブル構造８０である。ここで、８１は例えばフィルム等からなる気密層、８２は例えば熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物または化学繊維織物等からなる硬化層、８３は断熱材（保護層）、８４は加熱によりガス化する物質であり、固体や粉末状の場合は図のように装着できるが、液体の場合はマイクロカプセルに内包することによりインフレータブル構造８０内に実装する。８５はインフレータブル構造８０の内部に設置された電磁波を発生させる電磁波発生装置である。前記気密層８１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層８１の外面には硬化層８２が積層して設けられ、前記硬化層８２の外面には保護層となる断熱材８３が積層して設けられる。前記インフレータブル構造８０内部の気密層８１の内面には加熱によりガス化する物質８４が積層するようにして設けられる。インフレータブル構造８０の内部には硬化層８２に電磁波を照射できる位置に電磁波発生装置８５が配置される。前記気密層８１よりなる密閉された袋状構造物内には加熱によりガス化する物質８４が装着される。この物質８４に電磁波発生装置８５から電磁波を照射することにより物質８４が加熱されてガスを発生することにより、気密層８１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを充満して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、インフレータブル構造８０の内部の電磁波発生装置８５から硬化層８２に電磁波を照射する。電磁波が照射された硬化層８２は、炭素繊維織物では導電性を有する炭素繊維が誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電加熱により発熱する。尚、化学繊維織物では化学繊維および熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電体なので、誘電加熱により発熱する。いずれにしても、電磁波を照射することにより硬化層８２が加熱される。熱硬化型樹脂の場合は加熱によりそのまま硬化する。熱可塑型樹脂の場合は加熱により熱可塑型樹脂が溶融し、その後、電磁波の照射を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化する。その結果、硬化層８２が硬化し、インフレータブル構造８０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材８３は設けなくてもよい。また、硬化層として、電流がながれて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層を用いてもよい。
【００２６】
図６は、本発明の第六の実施形態例による発泡硬化型インフレータブル構造９０である。ここで、９１は密閉された袋状構造物に形成された例えばフィルム等からなる内側の気密層、９２は例えばフィルム等からなる外側の気密層、９３は加熱によりガス化する物質であり、固体や粉末状の場合は図のように気密層９１の内面に装着できるが、液体の場合はマイクロカプセルに内包することによりインフレータブル構造９０内に実装する。９４は発泡性樹脂、９５は断熱材（保護層）、９６はインフレータブル構造９０の内部に設置された電磁波を発生させる電磁波発生装置である。気密層９１で囲まれた内部に加熱によりガス化する物質９３を封入し、二つの気密層９１と９２で挟まれた領域に発泡性樹脂９４を入れたインフレータブル構造９０において、まず電磁波発生装置９６で電磁波を発生すると近くにある加熱によりガス化する物質９３に最初に電磁波が照射され誘電加熱により発熱させガス化により内圧を上げてインフレータブル構造９０を例えばチューブ状等の所定の形状に形成する。次に、発泡性樹脂９４に電磁波が照射されることにより、誘電加熱により発泡性樹脂９４が加熱され、その結果発泡硬化反応が生じる。これにより既に膨張しているインフレータブル構造９０の外壁が硬化し、中空のパイプ状の硬化型インフレータブル構造が得られる。尚、外側の気密層９２に代えて外側の非気密層を設けても、同様に実施することができる。
【００２７】
図７は、本発明の実施形態例に係る硬化型インフレータブル構造を組み合わせて使用した自己増殖型宇宙インフレータブル構造の概念図である。自己増殖型宇宙インフレータブル構造とは、太陽光を集めてエネルギに変換し、そのエネルギを次の宇宙インフレータブル構造の硬化に利用するものである。こうすることにより、多数のインフレータブル構造を硬化させる際に、最初のインフレータブル構造の硬化に必要なエネルギのみをバッテリ等で地球から運ぶだけで良い。上から順に自己増殖型宇宙インフレータブル構造１００，１１０，１２０とする。硬化はこの順に行う。実際にはこの繰り返しでいくつもの宇宙インフレータブル構造を硬化させることができる。インフレータブル構造１００はインフレータブル円環１０１が複数のインフレータブルストラット１０２の一端部に取付けられ支持されて構成される。複数のインフレータブルストラット１０２の他端部は一箇所に集められて電源部１０３が設置される。電源部１０３の表面にはソーラセル１０４が貼られている。電源部１０３の裏面側には電磁波発生装置１０５が設置されている。インフレータブル円環１０１の内部にも電磁波発生装置１０６が設置されており、電源部１０３からインフレータブルストラット１０２に沿わせたケーブル１０７を介して電磁波発生装置１０６に電力を供給する。太陽１０８から照射された光を反射鏡１０９で反射し、ソーラセル１０４の上に集光し電気に変換する。その電気を電磁波に変換する電磁波発生装置１０５から電磁波を照射する。インフレータブル構造１１０を構成するインフレータブル円環１１１は電磁波発生装置１０５からの電磁波に照射されて硬化する。インフレータブル構造１１０もインフレータブル構造１００と同様に反射鏡１１２で太陽光を反射し、ソーラセル１１３に集光する。ソーラセル１１３で電気に変換されたのち電磁波発生装置１１４から電磁波を照射する。インフレータブル構造１２０を構成するインフレータブル円環１２１は電磁波発生装置１１４からの電磁波に照射されて硬化する。以下同様に自己増殖的にインフレータブル構造の硬化を行うことができる。
【００２８】
本発明の実施形態例に係る硬化型インフレータブル構造において以下のような作用効果が発揮され、宇宙開発を初めとする多くの用途においてその特性を発揮することにより、産業の発展に寄与することができる。
【００２９】
・インフレータブル構造の硬化に硬化層を構成する炭素繊維に通電した際のジュール熱を利用するので、硬化層に発熱のためのヒータなどを装着する必要がなく、軽量で簡素な構成を有する折り畳みが容易なインフレータブル構造が得られる。
【００３０】
・直接通電する他に電磁波を照射して、導電性を有する炭素繊維は誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている樹脂は誘電加熱により発熱させることにより、硬化層にヒータを貼り付けることなく硬化層を加熱することができる。また、炭素繊維織物の替わりに化学繊維織物を使用した場合は、繊維も樹脂も誘電体なので、誘電加熱により発熱し、同様に硬化層を加熱することができる。
【００３１】
・電磁波の照射による加熱では、硬化層の全面に渡って均一な発熱を生じさせることができる。またそのために、インフレータブル構造の硬化時の変形が小さくできる。
【００３２】
・電磁波の照射により気密層の内側に封入した、加熱によりガス化する物質を加熱してその体積を増加させるので、これに伴うインフレータブル構造の内圧の増加をインフレータブル構造の膨張の全部または一部に使うことができる。
【００３３】
・加熱で使うエネルギの熱への変換効率が良いので、効率良くインフレータブル構造の硬化を行うことができる。
【００３４】
・加熱で使うエネルギの熱への変換効率が良いので、小さな装置でインフレータブル構造の硬化を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、インフレータブル構造の硬化において、硬化前の硬化層の折り畳みを容易にするため、加熱のための熱の発生源を硬化層に直接装着することなく、またガス等を介さずに直接硬化層を加熱することにより、軽量で簡素でかつ硬化前の折り畳み状態では柔軟性を有する硬化層を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係るジュール熱硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図２】本発明の実施形態例に係るジュール熱溶融冷却硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る電磁波硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図４】本発明の実施形態例に係る電磁波硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図５】本発明の実施形態例に係る加熱によりガス化する物質を有する硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図６】本発明の実施形態例に係る発泡硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図７】本発明の実施形態例に係る自己増殖型宇宙インフレータブル構造を示す斜視図である。
【図８】従来のインフレータブル構造を示す斜視図である。
【図９】従来のヒータ加熱型インフレータブル構造を示す斜視図である。
【図１０】従来の加熱ガス導入型インフレータブル構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ インフレータブル構造
１１ インフレータブル円環
１２ 平面アンテナ
１３ 膜面張架ケーブル
２０ ヒータ加熱型インフレータブル構造
２１ 気密層
２２ 硬化層
２３ シート状ヒータ
２４ インフレーション装置
３０ 加熱ガス導入型インフレータブル構造
３１ 気密層
３２ 硬化層
３３ 断熱材
３４ インフレーション装置
３５ ヒータ
３６ 排気管
３７ 排気バルブ
４０ ジュール熱硬化型インフレータブル構造
４１ 気密層
４２ 硬化層
４３ 断熱材
４４ インフレーション装置
４５ 電極
４６ 電極
４７ 通電ケーブル
４８ 電源装置
５０ ジュール熱溶融冷却硬化型インフレータブル構造
５１ 気密層
５２ 硬化層
５３ 断熱材
５４ インフレーション装置
５５ 電極
５６ 電極
５７ 通電ケーブル
５８ 電源装置
６０ 電磁波硬化型インフレータブル構造
６１ 気密層
６２ 硬化層
６３ 断熱材
６４ インフレーション装置
６５ 電磁波発生装置
７０ 電磁波硬化型インフレータブル構造
７１ 気密層
７２ 硬化層
７３ 断熱材
７４ インフレーション装置
７５ 電磁波発生装置
８０ 加熱によりガス化する物質を有する硬化型インフレータブル構造
８１ 気密層
８２ 硬化層
８３ 断熱材
８４ 加熱によりガス化する物質
８５ 電磁波発生装置
９０ 発泡硬化型インフレータブル構造
９１ 内側の気密層
９２ 外側の気密層
９３ 加熱によりガス化する物質
９４ 発泡性樹脂
９５ 断熱材
９６ 電磁波発生装置
１００ 自己増殖型宇宙インフレータブル構造
１０１ インフレータブル円環
１０２ インフレータブルストラット
１０３ 電源部
１０４ ソーラセル
１０５ 電磁波発生装置
１０６ 電磁波発生装置
１０７ ケーブル
１０８ 太陽
１０９ 反射鏡
１１０ 自己増殖型宇宙インフレータブル構造
１１１ インフレータブル円環
１１２ 反射鏡
１１３ ソーラセル
１１４ 電磁波発生装置
１２０ 自己増殖型宇宙インフレータブル構造
１２１ インフレータブル円環
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば宇宙空間に構築されるアンテナ・サンシールド・ソーラアレーなどの支持構造や、それ自体が軽量で高弾性率の構造部材となる宇宙インフレータブル構造、または、地球上で使用する仮設住宅や大形の屋根や壁などのインフレータブル構造等に応用できる硬化型インフレータブル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インフレータブル構造は、宇宙空間に配置されるアンテナ・サンシールド・ソーラアレーなどの支持・補強構造として研究・開発されている。その構造は、密閉された袋状構造物の内部にガス等を充填し、その内圧によりチューブ状やバルーン状などの所定の形状を作り構造物として利用するものである。チューブ状の場合、それ自体が支柱やトラス構造などのユニット部材となる。チューブ状のインフレータブル構造を組み合わせたり曲げたりして作った角環状や円環状のインフレータブル構造では、角環や円環で囲まれた内側にアンテナ素子を実装した膜状の平面アンテナや金属を蒸着したフィルムで構成した反射面を有するパラボラアンテナなどの膜面を張架する構造とすることができる。また、バルーン状インフレータブル構造の場合はそれ自体を反射面とすることができる。ソーラアレーの場合は、角環状や円環状のインフレータブル構造で張架する膜面にソーラセルを装着するか、またはバルーン状のインフレータブル構造の外表面にソーラセルを装着することができる。
【０００３】
図８は、このようなインフレータブル構造によってアンテナ素子を実装した円盤状の膜面を張架支持した平面アンテナの例で、１０はインフレータブル構造、１１はインフレータブル円環、１２は膜面からなる平面アンテナ、１３は膜面を支持・張架する膜面張架ケーブルである。この膜面からなる平面アンテナ１２に替わって反射鏡を張架する場合は、インフレータブル円環１１で張架するレンズ状の反射鏡もインフレータブル構造で作る。このようなインフレータブル構造１０を衛星軌道などの宇宙空間に配置するには、平面アンテナ１２などの膜面と共にインフレータブル円環１１を巻いたり折り畳んだりして、ロケットのフェアリング内に格納して打ち上げ、衛星軌道上でインフレータブル構造１０にガスや発泡ウレタンなどを充填し、所定の形状の構造物とする。このようにすることにより、巻いたり、折り畳まれている平面アンテナ１２を展開し、膜面張架ケーブル１３で平面アンテナ１２の膜面周縁を均一に引張って歪のない平面に張架する。
【０００４】
このように膜状のアンテナ支持構造をインフレータブル構造で作ることにより、宇宙空間に配置するアンテナなどの構造物をロケットにより打ち上げる際は、支持構造をアンテナと共に折り畳み、あるいは小さく巻いた状態でロケットのフェアリング内に収納し、衛星軌道上でガスを充填して所定の形状とした上で硬化させることにより、平面アンテナ等を支持・張架することができる。
【０００５】
これらの構造上の特性は、限られたロケットの打ち上げ質量（ペイロード）、フェアリング格納容積のもとで衛星軌道に機材を配置する上で有効であり、また、衛星軌道上に配置する人工衛星の各構造を軽量化し、打ち上げコストを低減する上で有効である。このため、インフレータブル構造は、衛星に搭載するアンテナやサンシールドやソーラアレーなどに好適な構造として、広く応用が検討されている。
【０００６】
これらの宇宙構造物は、構造上およびその耐宇宙環境性に対して高い信頼性が要求される。インフレータブル構造のチューブなどを構成する膜構造がフィルム単体の場合は、軽量で簡単な構造にできる利点があるが、常に内部のガス圧を制御しないと、構造の精度を保てなくなる。また、その膜構造が宇宙のごみとも言われるスペースデブリ等により損傷してガス圧が抜けるとその構造を維持できなくなる恐れがある。このため、これらのフィルムに硬化性の樹脂を含浸させた強化繊維を積層した、硬化型インフレータブル構造とすることが行われているが、これらの補強策は、ともすればその質量を増すこととなるため、軽量かつ信頼性の高い構造が望まれる。
【０００７】
このような多様な要求に応える構造として、硬化層として樹脂を含浸させたアラミド繊維や炭素繊維などの織物に気密層としてフィルムを重ねたものがインフレータブル構造の膜材料として使われている。この硬化層はインフレータブル構造を内圧で膨張展開するまでは、柔軟な状態に保たれており、展開完了後に硬化させる。この硬化方法には熱硬化型の樹脂を用いた加熱硬化や、冷却硬化型の樹脂を用いて加熱溶融したのちに冷却硬化する方法などが提案されている。
【０００８】
しかしながら、いずれの硬化方法も加熱のために硬化層にシート状のヒータを貼り付けたり、あるいはあらかじめ加熱したガスを導入しなければならず、未硬化状態で柔軟に折り畳む必要があるインフレータブル構造には、その折り畳みが困難になったり、あるいは硬化させるための装置が大きくなるといった影響が現れることが避けられない。
【０００９】
図９にシート状のヒータで加熱硬化する典型的なヒータ加熱型インフレータブル構造２０を示す。インフレータブル構造２０は気密層２１の上に硬化層２２を積層し、インフレーション装置２４からガスを導入して膨張展開させる。硬化層２２の上にはシート状ヒータ２３が全面に装着されているので、膜面を折り畳む際にヒータ２３も共に折り畳む必要があり、ヒータ２３も含めた膜厚が大きくなるために折り畳みが困難になったり、折り目でヒータ２３が損傷を受けることが避けられない。なおこの図では省略しているが、ヒータ２３の上にはさらに断熱層を積層するので、折り畳みはさらに困難になる。
【００１０】
図１０に加熱したガスを導入して加熱硬化する典型的な加熱ガス導入型インフレータブル構造３０を示す（角田博明・仙北谷由美、熱硬化型インフレータブル構造物、特願２０００−２２２８５３）。前例と異なり気密層３１と硬化層３２の上には折り畳みを妨げるシート状ヒータが装着されていないものの、硬化層３２に与える熱は外部に設けたヒータ３５で発生させてインフレーション装置３４から送り込むガスを介してインフレータブル構造３０の内部に導入して硬化層３２に伝熱し、導入されたガスは排気管３６と排気バルブ３７を介して排出するか、または他のインフレータブル構造へ導入する。このため、断熱材３３を装着しても途中の伝熱損失が大きく、加熱装置が大形化したり電源の容量が大きくなることが避けられない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、インフレータブル構造の硬化において、硬化前の硬化層の折り畳みを容易にするため、加熱のための熱の発生源を硬化層に直接装着することなく、またガス等を介さずに直接硬化層を加熱することにより、軽量で簡素でかつ硬化前の折り畳み状態では柔軟性を有する硬化層を実現する硬化型インフレータブル装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂を含浸させた硬化層と、前記硬化層に電流を流すための電極とを具備することを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層と、前記硬化層に電流を流すための電極とを具備することを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層と、前記硬化層にインフレータブル構造の外部から電磁波を照射する電磁波発生装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層と、インフレータブル構造の内部に設置され、前記硬化層に電磁波を照射する電磁波発生装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、内部に加熱によりガス化する物質が設けられ、該物質の加熱によるガス化により所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層、あるいは電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層とを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明は、前記硬化型インフレータブル装置において、硬化層の外側に保護層を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
また本発明の硬化型インフレータブル装置は、ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発泡硬化反応をする発泡性樹脂層と、前記発泡性樹脂層に電磁波を照射する電磁波発生装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１９】
また本発明は、前記硬化型インフレータブル装置において、発泡性樹脂層の外側に保護層を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第一の実施形態例によるジュール熱硬化型インフレータブル構造４０である。ここで、４１は例えばフィルム等からなる気密層、４２は例えば熱硬化型樹脂を含浸させた炭素繊維織物等からなる硬化層、４３は断熱材（保護層）、４４はインフレーション装置、４５と４６は硬化層４２の両端に設けた電極、４７は電極４５，４６に電流を流すための通電ケーブル、４８は硬化層４２に電流を流すための電源装置である。前記気密層４１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層４１の外面には硬化層４２が積層して設けられ、前記硬化層４２の外面には保護層となる断熱材４３が積層して設けられる。前記硬化層４２の両端に設けた電極４５，４６には通電ケーブル４７により電源装置４８が接続される。前記気密層４１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置４４が連結され、インフレーション装置４４から気密層４１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造４０はまず、インフレーション装置４４から気密層４１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、電源装置４８から通電ケーブル４７と電極４５，４６を介して硬化層４２に電流を流す。硬化層４２は炭素繊維織物で構成されているので、炭素繊維の通電により炭素繊維の持っている電気抵抗によりジュール熱が発生し、このジュール熱により熱硬化型樹脂が硬化する。その結果、硬化層４２が硬化し、インフレータブル構造４０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材４３は設けなくてもよい。
【００２２】
図２は、本発明の第二の実施形態例によるジュール熱可塑型インフレータブル構造５０である。ここで、５１は例えばフィルム等からなる気密層、５２は例えば熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物等からなる硬化層、５３は断熱材（保護層）、５４はインフレーション装置、５５と５６は硬化層５２の両端に設けた電極、５７は電極５５，５６に電流を流すための通電ケーブル、５８は硬化層５２に電流を流すための電源装置である。前記気密層５１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層５１の外面には硬化層５２が積層して設けられ、前記硬化層５２の外面には保護層となる断熱材５３が積層して設けられる。前記硬化層５２の両端に設けた電極５５，５６には通電ケーブル５７により電源装置５８が接続される。前記気密層５１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置５４が連結され、インフレーション装置５４から気密層５１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造５０はまず、インフレーション装置５４から気密層５１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、電源装置５８から通電ケーブル５７と電極５５，５６を介して硬化層５２に電流を流す。硬化層５２は炭素繊維織物で構成されているので、炭素繊維の通電により炭素繊維の持っている電気抵抗によりジュール熱が発生し、このジュール熱により熱可塑型樹脂が溶融する。その後、通電を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化し、インフレータブル構造５０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材５３は設けなくてもよい。
【００２３】
図３は、本発明の第三の実施形態例による電磁波硬化型インフレータブル構造６０である。ここで、６１は例えばフィルム等からなる気密層、６２は例えば熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物または化学繊維織物等からなる硬化層、６３は断熱材（保護層）、６４はインフレーション装置、６５は電磁波を発生させる電磁波発生装置である。前記気密層６１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層６１の外面には硬化層６２が積層して設けられ、前記硬化層６２の外面には保護層となる断熱材６３が積層して設けられる。インフレータブル構造６０の外部には硬化層６２に電磁波を照射できる位置に電磁波発生装置６５が配置される。前記気密層６１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置６４が連結され、インフレーション装置６４から気密層６１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造６０はまず、インフレーション装置６４から気密層６１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、電磁波発生装置６５から硬化層６２に電磁波を照射する。電磁波が照射された硬化層６２は、炭素繊維織物では導電性を有する炭素繊維が誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電加熱により発熱する。尚、化学繊維織物では化学繊維および熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電体なので、誘電加熱により発熱する。いずれにしても、電磁波を照射することにより硬化層６２が加熱される。熱硬化型樹脂の場合は加熱によりそのまま硬化する。熱可塑型樹脂の場合は加熱により熱可塑型樹脂が溶融し、その後、電磁波の照射を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化する。その結果、硬化層６２が硬化し、インフレータブル構造６０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材６３は設けなくてもよい。
【００２４】
図４は、本発明の第四の実施形態例による電磁波硬化型インフレータブル構造７０である。ここで、７１は例えばフィルム等からなる気密層、７２は例えば熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物または化学繊維織物等からなる硬化層、７３は断熱材（保護層）、７４はインフレーション装置、７５はインフレータブル構造７０の内部に設置された電磁波を発生させる電磁波発生装置である。前記気密層７１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層７１の外面には硬化層７２が積層して設けられ、前記硬化層７２の外面には保護層となる断熱材７３が積層して設けられる。インフレータブル構造７０の内部には硬化層７２に電磁波を照射できる位置に電磁波発生装置７５が配置される。前記気密層７１よりなる密閉された袋状構造物にはインフレーション装置７４が連結され、インフレーション装置７４から気密層７１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入できるように構成される。すなわち、インフレータブル構造７０はまず、インフレーション装置７４から気密層７１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを導入して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、インフレータブル構造７０の内部の電磁波発生装置７５から硬化層７２に電磁波を照射する。電磁波が照射された硬化層７２は、炭素繊維織物では導電性を有する炭素繊維が誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電加熱により発熱する。尚、化学繊維織物では化学繊維および熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電体なので、誘電加熱により発熱する。いずれにしても、電磁波を照射することにより硬化層７２が加熱される。熱硬化型樹脂の場合は加熱によりそのまま硬化する。熱可塑型樹脂の場合は加熱により熱可塑型樹脂が溶融し、その後、電磁波の照射を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化する。その結果、硬化層７２が硬化し、インフレータブル構造７０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材７３は設けなくてもよい。
【００２５】
図５は、本発明の第五の実施形態例による加熱によりガス化する物質を有する硬化型インフレータブル構造８０である。ここで、８１は例えばフィルム等からなる気密層、８２は例えば熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物または化学繊維織物等からなる硬化層、８３は断熱材（保護層）、８４は加熱によりガス化する物質であり、固体や粉末状の場合は図のように装着できるが、液体の場合はマイクロカプセルに内包することによりインフレータブル構造８０内に実装する。８５はインフレータブル構造８０の内部に設置された電磁波を発生させる電磁波発生装置である。前記気密層８１は密閉された袋状構造物に形成され、前記気密層８１の外面には硬化層８２が積層して設けられ、前記硬化層８２の外面には保護層となる断熱材８３が積層して設けられる。前記インフレータブル構造８０内部の気密層８１の内面には加熱によりガス化する物質８４が積層するようにして設けられる。インフレータブル構造８０の内部には硬化層８２に電磁波を照射できる位置に電磁波発生装置８５が配置される。前記気密層８１よりなる密閉された袋状構造物内には加熱によりガス化する物質８４が装着される。この物質８４に電磁波発生装置８５から電磁波を照射することにより物質８４が加熱されてガスを発生することにより、気密層８１よりなる密閉された袋状構造物内にガスを充満して膨らませて例えばチューブ状等の所定の形状にする。その後、インフレータブル構造８０の内部の電磁波発生装置８５から硬化層８２に電磁波を照射する。電磁波が照射された硬化層８２は、炭素繊維織物では導電性を有する炭素繊維が誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電加熱により発熱する。尚、化学繊維織物では化学繊維および熱硬化型樹脂または熱可塑型樹脂が誘電体なので、誘電加熱により発熱する。いずれにしても、電磁波を照射することにより硬化層８２が加熱される。熱硬化型樹脂の場合は加熱によりそのまま硬化する。熱可塑型樹脂の場合は加熱により熱可塑型樹脂が溶融し、その後、電磁波の照射を停止し温度が降下すると熱可塑型樹脂は冷却硬化する。その結果、硬化層８２が硬化し、インフレータブル構造８０は膨張展開された形状で硬化され、硬化型インフレータブル構造になる。なお、保護層となる断熱材８３は設けなくてもよい。また、硬化層として、電流がながれて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層を用いてもよい。
【００２６】
図６は、本発明の第六の実施形態例による発泡硬化型インフレータブル構造９０である。ここで、９１は密閉された袋状構造物に形成された例えばフィルム等からなる内側の気密層、９２は例えばフィルム等からなる外側の気密層、９３は加熱によりガス化する物質であり、固体や粉末状の場合は図のように気密層９１の内面に装着できるが、液体の場合はマイクロカプセルに内包することによりインフレータブル構造９０内に実装する。９４は発泡性樹脂、９５は断熱材（保護層）、９６はインフレータブル構造９０の内部に設置された電磁波を発生させる電磁波発生装置である。気密層９１で囲まれた内部に加熱によりガス化する物質９３を封入し、二つの気密層９１と９２で挟まれた領域に発泡性樹脂９４を入れたインフレータブル構造９０において、まず電磁波発生装置９６で電磁波を発生すると近くにある加熱によりガス化する物質９３に最初に電磁波が照射され誘電加熱により発熱させガス化により内圧を上げてインフレータブル構造９０を例えばチューブ状等の所定の形状に形成する。次に、発泡性樹脂９４に電磁波が照射されることにより、誘電加熱により発泡性樹脂９４が加熱され、その結果発泡硬化反応が生じる。これにより既に膨張しているインフレータブル構造９０の外壁が硬化し、中空のパイプ状の硬化型インフレータブル構造が得られる。尚、外側の気密層９２に代えて外側の非気密層を設けても、同様に実施することができる。
【００２７】
図７は、本発明の実施形態例に係る硬化型インフレータブル構造を組み合わせて使用した自己増殖型宇宙インフレータブル構造の概念図である。自己増殖型宇宙インフレータブル構造とは、太陽光を集めてエネルギに変換し、そのエネルギを次の宇宙インフレータブル構造の硬化に利用するものである。こうすることにより、多数のインフレータブル構造を硬化させる際に、最初のインフレータブル構造の硬化に必要なエネルギのみをバッテリ等で地球から運ぶだけで良い。上から順に自己増殖型宇宙インフレータブル構造１００，１１０，１２０とする。硬化はこの順に行う。実際にはこの繰り返しでいくつもの宇宙インフレータブル構造を硬化させることができる。インフレータブル構造１００はインフレータブル円環１０１が複数のインフレータブルストラット１０２の一端部に取付けられ支持されて構成される。複数のインフレータブルストラット１０２の他端部は一箇所に集められて電源部１０３が設置される。電源部１０３の表面にはソーラセル１０４が貼られている。電源部１０３の裏面側には電磁波発生装置１０５が設置されている。インフレータブル円環１０１の内部にも電磁波発生装置１０６が設置されており、電源部１０３からインフレータブルストラット１０２に沿わせたケーブル１０７を介して電磁波発生装置１０６に電力を供給する。太陽１０８から照射された光を反射鏡１０９で反射し、ソーラセル１０４の上に集光し電気に変換する。その電気を電磁波に変換する電磁波発生装置１０５から電磁波を照射する。インフレータブル構造１１０を構成するインフレータブル円環１１１は電磁波発生装置１０５からの電磁波に照射されて硬化する。インフレータブル構造１１０もインフレータブル構造１００と同様に反射鏡１１２で太陽光を反射し、ソーラセル１１３に集光する。ソーラセル１１３で電気に変換されたのち電磁波発生装置１１４から電磁波を照射する。インフレータブル構造１２０を構成するインフレータブル円環１２１は電磁波発生装置１１４からの電磁波に照射されて硬化する。以下同様に自己増殖的にインフレータブル構造の硬化を行うことができる。
【００２８】
本発明の実施形態例に係る硬化型インフレータブル構造において以下のような作用効果が発揮され、宇宙開発を初めとする多くの用途においてその特性を発揮することにより、産業の発展に寄与することができる。
【００２９】
・インフレータブル構造の硬化に硬化層を構成する炭素繊維に通電した際のジュール熱を利用するので、硬化層に発熱のためのヒータなどを装着する必要がなく、軽量で簡素な構成を有する折り畳みが容易なインフレータブル構造が得られる。
【００３０】
・直接通電する他に電磁波を照射して、導電性を有する炭素繊維は誘導加熱により発熱し、また誘電体である含浸されている樹脂は誘電加熱により発熱させることにより、硬化層にヒータを貼り付けることなく硬化層を加熱することができる。また、炭素繊維織物の替わりに化学繊維織物を使用した場合は、繊維も樹脂も誘電体なので、誘電加熱により発熱し、同様に硬化層を加熱することができる。
【００３１】
・電磁波の照射による加熱では、硬化層の全面に渡って均一な発熱を生じさせることができる。またそのために、インフレータブル構造の硬化時の変形が小さくできる。
【００３２】
・電磁波の照射により気密層の内側に封入した、加熱によりガス化する物質を加熱してその体積を増加させるので、これに伴うインフレータブル構造の内圧の増加をインフレータブル構造の膨張の全部または一部に使うことができる。
【００３３】
・加熱で使うエネルギの熱への変換効率が良いので、効率良くインフレータブル構造の硬化を行うことができる。
【００３４】
・加熱で使うエネルギの熱への変換効率が良いので、小さな装置でインフレータブル構造の硬化を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、インフレータブル構造の硬化において、硬化前の硬化層の折り畳みを容易にするため、加熱のための熱の発生源を硬化層に直接装着することなく、またガス等を介さずに直接硬化層を加熱することにより、軽量で簡素でかつ硬化前の折り畳み状態では柔軟性を有する硬化層を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係るジュール熱硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図２】本発明の実施形態例に係るジュール熱溶融冷却硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る電磁波硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図４】本発明の実施形態例に係る電磁波硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図５】本発明の実施形態例に係る加熱によりガス化する物質を有する硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図６】本発明の実施形態例に係る発泡硬化型インフレータブル構造を示す一部切欠斜視図である。
【図７】本発明の実施形態例に係る自己増殖型宇宙インフレータブル構造を示す斜視図である。
【図８】従来のインフレータブル構造を示す斜視図である。
【図９】従来のヒータ加熱型インフレータブル構造を示す斜視図である。
【図１０】従来の加熱ガス導入型インフレータブル構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ インフレータブル構造
１１ インフレータブル円環
１２ 平面アンテナ
１３ 膜面張架ケーブル
２０ ヒータ加熱型インフレータブル構造
２１ 気密層
２２ 硬化層
２３ シート状ヒータ
２４ インフレーション装置
３０ 加熱ガス導入型インフレータブル構造
３１ 気密層
３２ 硬化層
３３ 断熱材
３４ インフレーション装置
３５ ヒータ
３６ 排気管
３７ 排気バルブ
４０ ジュール熱硬化型インフレータブル構造
４１ 気密層
４２ 硬化層
４３ 断熱材
４４ インフレーション装置
４５ 電極
４６ 電極
４７ 通電ケーブル
４８ 電源装置
５０ ジュール熱溶融冷却硬化型インフレータブル構造
５１ 気密層
５２ 硬化層
５３ 断熱材
５４ インフレーション装置
５５ 電極
５６ 電極
５７ 通電ケーブル
５８ 電源装置
６０ 電磁波硬化型インフレータブル構造
６１ 気密層
６２ 硬化層
６３ 断熱材
６４ インフレーション装置
６５ 電磁波発生装置
７０ 電磁波硬化型インフレータブル構造
７１ 気密層
７２ 硬化層
７３ 断熱材
７４ インフレーション装置
７５ 電磁波発生装置
８０ 加熱によりガス化する物質を有する硬化型インフレータブル構造
８１ 気密層
８２ 硬化層
８３ 断熱材
８４ 加熱によりガス化する物質
８５ 電磁波発生装置
９０ 発泡硬化型インフレータブル構造
９１ 内側の気密層
９２ 外側の気密層
９３ 加熱によりガス化する物質
９４ 発泡性樹脂
９５ 断熱材
９６ 電磁波発生装置
１００ 自己増殖型宇宙インフレータブル構造
１０１ インフレータブル円環
１０２ インフレータブルストラット
１０３ 電源部
１０４ ソーラセル
１０５ 電磁波発生装置
１０６ 電磁波発生装置
１０７ ケーブル
１０８ 太陽
１０９ 反射鏡
１１０ 自己増殖型宇宙インフレータブル構造
１１１ インフレータブル円環
１１２ 反射鏡
１１３ ソーラセル
１１４ 電磁波発生装置
１２０ 自己増殖型宇宙インフレータブル構造
１２１ インフレータブル円環
Claims (8)
- ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、
前記気密層に積層され、電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂を含浸させた硬化層と、
前記硬化層に電流を流すための電極と
を具備することを特徴とする硬化型インフレータブル装置。 - ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、
前記気密層に積層され、電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層と、
前記硬化層に電流を流すための電極と
を具備することを特徴とする硬化型インフレータブル装置。 - ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、
前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層と、
前記硬化層にインフレータブル構造の外部から電磁波を照射する電磁波発生装置と
を具備することを特徴とする硬化型インフレータブル装置。 - ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、
前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層と、
インフレータブル構造の内部に設置され、前記硬化層に電磁波を照射する電磁波発生装置と
を具備することを特徴とする硬化型インフレータブル装置。 - 内部に加熱によりガス化する物質が設けられ、該物質の加熱によるガス化により所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、
前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発熱する熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた炭素繊維織物もしくは化学繊維織物よりなる硬化層、あるいは電流が流れて発熱する炭素繊維織物に熱硬化型樹脂もしくは熱可塑型樹脂を含浸させた硬化層と
を具備することを特徴とする硬化型インフレータブル装置。 - 硬化層の外側に保護層を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の硬化型インフレータブル装置。
- ガスが導入されて所定形状の密閉された袋状構造物に形成される気密層と、
前記気密層に積層され、電磁波を照射することにより発泡硬化反応をする発泡性樹脂層と、
前記発泡性樹脂層に電磁波を照射する電磁波発生装置と
を具備することを特徴とする硬化型インフレータブル装置。 - 発泡性樹脂層の外側に保護層を設けたことを特徴とする請求項７項記載の硬化型インフレータブル装置。
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| JP2002044980A JP3866988B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 硬化型インフレータブル装置 |
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