JP3908364B2 - 展開型アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星等の宇宙航行体に搭載されて気象観測等の各種の観測に供する合成開口レーダ等に用いるのに好適する展開型アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、人工衛星に搭載される展開型アンテナ装置は、所望の観測性能を確保するために、搭載する衛星構体より大きな形状に構築される。そこで、このような展開型アンテナ装置は、複数のアンテナパネルを回動自在に連結して連設し、この複数のアンテナパネルの背面側には、折畳み展開自在に骨組み結合されるトラス構造体が折畳み展開機構を介して衛星構体に取付け配置される。
【０００３】
ところで、このような展開型アンテナ装置は、宇宙空間までの輸送を考慮して、アンテナパネルを折畳み収容して、そのパネル面を衛星取付部に積重する如く組み付けて、宇宙空間まで輸送する方法が採られる。そして、宇宙空間に到達したアンテナパネルは、先ず、衛星取付部に対して直交するように立設された後、指向方向に対応するアンテナ駆動位置に移動させ、このアンテナ駆動位置において折畳み位置から展開されて所望の運用に供される。
【０００４】
しかしながら、上記展開型アンテナ装置では、複数のアンテナパネルとトラス構造体を動作制御して、複数のアンテナパネルの折畳み展開を実現する構成上、複数のアンテナパネルの折畳み展開手段と、トラス構造体の折畳み展開手段との動作制御を同期して行うように有機的に結合させなければならないために、その構成が非常に複雑となると共に、その動作制御の信頼性が低いという問題を有する。
【０００７】
また、係る事情は、合成開口レーダに限るものでなく、例えば複数の太陽電池パネルを屏風状に折畳み展開可能に組合わせ配置した太陽電池パドルにおいても同様である。この太陽電池パドルは、特に、最近の宇宙開発の分野において、その大容量化を図るために、大形化を促進することが強く要請されていることで、展開動作の信頼性の向上を図ることが重大な課題となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来の展開型アンテナ装置では、構成が複雑となり、動作制御の信頼性が低いという問題を有する。
【０００９】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、信頼性の高い動作制御を実現し得るようにした展開型アンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、相互間が回動自在に連結されて連設される複数のアンテナパネルと、この複数のアンテナパネルを宇宙航行体の取付面に対して略直交する第１の位置と所定の傾斜角を有したアンテナ駆動位置を形成する第２の位置との間に回動自在に支持する支持手段と、この支持手段を第２の位置方向に付勢する第１の付勢手段と、前記複数のアンテナパネルを展開位置及び折畳み位置に支持するものであって、前記支持手段に基端が直線移動自在に係合されたトラス構造体と、この複数のアンテナパネル及び前記トラス構造体を展開方向に付勢する第２の付勢手段と、このトラス構造体の基端を直線移動自在に支持するものであって、前記第２の付勢手段の付勢力に抗してトラス構造体及び前記アンテナパネルを折畳み位置に支持し、直線移動に連動して前記アンテナパネル及び前記トラス構造体が前記第２の付勢手段と協働して展開を制御する直線移動機構とを具備し、前記支持手段は、宇宙航行体の取付面に一端を回動自在に支持された第１のアーム部材と、該第１のアーム部材の他端に一端を回動自在に支持された第２のアーム部材と、該第２のアーム部材の他端に一端を回動自在に支持され他端に複数のアンテナパネルの中央部が回動自在に連結された第３のアーム部材とが、屈曲伸展するものであることを特徴とする展開型アンテナ装置である。
【００１１】
上記構成によれば、複数のアンテナパネルは、支持手段（第１、第２、及び第３のアーム部材）により宇宙航行体の取付面に支持された状態で、折畳み収容位置から展開位置に移動調整される。そして、展開位置において、複数のアンテナパネルは、トラス構造体の基端が直線移動機構により展開方向に直線移動されると、第２の付勢手段の付勢力により該トラス構造体と共に、展開されてアンテナ駆動可能状態に設定される。これにより、複数のアンテナパネルは、折畳み位置から展開位置に至るまで支持手段（第１、第２、及び第３のアーム部材）に連結された状態で動作制御されて、所望の剛性が得られ、しかも、トラス構造体と同期して安定した信頼性の高い動作制御が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１及び図２はこの発明の一実施の形態に係る展開型アンテナ装置を示すもので、それぞれパネル展開状態の側面方向（図３のＣ方向）及び背面方向（図３のＤ方向）から見た状態を示す。すなわち、宇宙航行体１０には、その取付面に支持部材１１が設けられ、この支持部材１１は、後述する初期展開用の回動機構１２を介して取付面と略平行な軸回りに回動自在に設けられる（図３参照）。
【００１６】
また、支持部材１１には、第１のアーム部材１３の一端が回動軸１３ａを介して回動自在に支持され（図３参照）、この第１のアーム部材１３の他端には、例えばカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の第２のアーム部材１４の一端が回動軸１４ａを介して回動自在に支持される。同様に、第２のアーム部材１４の他端には、第３のアーム部材１４０の一端が回動軸１４ｂを介して回動自在に支持される。
【００１７】
第２のアーム部材１４及び第３のアーム部材１４０には、図４に示すように直線移動機構を構成するラック１５が矢印Ａ，Ｂ方向に設けられ、このラック１５には、ピニオン１６が移動自在に歯合される。このピニオン１６は、移動部材１７に収納される。そして、この移動部材１７には、駆動モータ及び減速歯車を含む駆動部材１８が収容され、この駆動部材１８には、上記ピニオン１６が回転力伝達可能に連結され、その回転駆動に連動してピニオン１６を回転駆動して、ラック１５に沿って直線移動させ、移動部材１７を同方向に移動案内する。
【００１８】
上記第２のアーム部材１４の他端の第３のアーム部材１４０には、その他端に、例えばフェーズドアレーアンテナを形成する四辺形状のアライミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）製の第１のアンテナパネル１９が２枚、挟持する如く配置されて、その一辺の略中央部がパネル回動ヒンジ２０を介して回動自在に連結される。そして、この第１のアンテナパネル１９の各他端には、略同様の四辺形状のアライミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）製の第２のアンテナパネル２１がそれぞれパネル回動ヒンジ２２を介して回動自在に結合されて連設される。
【００１９】
上記パネル回転ヒンジ２０，２２には、コイルバネが内蔵され、上記第１及び第２のアンテナパネル１９，２１に対して展開方向に付勢力を付与して、該第１及び第２のアンテナパネル１９，２１を折畳み位置から展開位置に回動付勢する。
【００２４】
また、図１〜図４において、移動部材１７には、例えば上記ＣＦＲＰ製のトラス構造体を形成する、例えば４本の第１のリンク部材２７の一端が第１の回動ヒンジ２８を介して回動自在にそれぞれ連結される。そして、これら第１のリンク部材２７の各他端は、それぞれ上記第１のアンテナパネル１９の他端に第２の回動ヒンジ２９を介して回動自在に連結される。
【００２５】
上記第１のリンク部材２７の中間部には、それぞれ第２のリンク部材３０の一端が第３の回動ヒンジ３１を介して回動自在に連結される。これら第２のリンク部材３０は、中間部が第４の回動ヒンジ３２を介して回動自在に設けられており、その他端が第２のアンテナパネル２１の中間部に第５の回動ヒンジ３３を介して回動自在に連結される。
【００２６】
上記第２のリンク部材３０は、第１のリンク部材２７が矢印Ａ方向に移動されると、これに連動して、第４の回動ヒンジ３２から第１及び第２のアンテナパネル１９，２１の折曲方向と逆（山、谷が逆向き）方向に折り曲り収容される。これにより、第１及び第２のリンク部材２７，３０は、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１の折畳み展開動作に同期して、信頼性の高い安定した折畳み展開が可能となる。
【００２７】
上記第４の回動ヒンジ３２には、コイルバネが内蔵され、上記第２のリンク部材３０に対して展開方向に付勢力を付与して、トラス構造体の折畳み位置から展開位置に回動付勢する。
【００２８】
ここで、移動部材１７に支持される第１の回動ヒンジ２８は、上記パネル回動ヒンジ２０に対して、間隔Ｘ（図４）だけ離間されて配置される。この間隔Ｘにより、第１及び第２のリンク部材２７，３０は、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１の展開動作と同時に展開動作を開始して、同期展開される。
【００２９】
また、上記第１のアンテナパネル１９には、例えば一方に折畳み収容用の回動部３４（図３）が、上記第２のアーム部材１４に対応して設けられ、この回動部３４は、回動軸３４ａを介してパネル搭載用取付部３５に回動自在に取付けられる。この取付部３５は、上記回動機構１２を介して上記支持部材１１に対応して回動可能に組付けられる。これにより、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１は、上述したように折畳み収容された状態において、図示しない駆動源により、上記回動機構１２が駆動されると、これに連動して支持部材１１及び取付部３５が回動されて、そのパネル面が宇宙航行体１０の取付面上に積重された折畳み収容状態（図６）から取付面に略直交上に立設される（この位置が第１の位置であり、これを図５及び図３中において、破線で示す）。ここで、支持部材１１及び取付部３５は、宇宙航行体１０の取付面に位置決めされて第１及び第２のアンテナパネル１９，２１が位置決めされる。
【００３０】
この位置決め状態において、宇宙航行体１０の取付面に略直交状に立設された第１及び第２のアンテナパネル１９，２１は、支持部材１１の保持が解除され、回動軸１４ａに装着した図示しないモータを駆動すると、第１及び第２及び第３のアーム部材１３，１４，１４０が回動軸１３ａ，１４ａ，１４ｂを介して回動されることにより、回動部３４が取付部３５に対して、回動軸３４ａを介して、図５及び図３中実線で示す展開初期位置（第２の位置）に回動される。なお、前述の図４は図５をＥ方向から見たアンテナパネル収容時の側面図である。
【００３１】
上記構成において、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１は、図６に示すように宇宙航行体１０に対して、そのパネル面が取付面に積重するように収容された状態において、図示しないロック機構により、積重位置に位置決めされて、宇宙空間に輸送される。そして、宇宙空間に到達した状態で、先ず、上記ロック機構（図示せず）の位置決めが解除され、その後、回動機構が駆動されて、パネル折畳み状態で、図７に示すように第１及び第２のアンテナパネル１９，２１が宇宙航行体１０の取付面に対して略直交する待機位置（第１の位置）に設定される。
【００３２】
この待機位置において、第１のアーム部材１３の保持が解除されると、第１のアーム部材１３が支持部材１１に対して回動軸１３ａを介して回動され、これに連動して第２のアーム部材１４が第１のアーム部材１３に対して回動軸１４ａを介して回動され、これに連動して第３のアーム部材１４０が第２のアーム部材１４に対して回動軸１４ｂを介して回動され、図５中の破線で示す折畳み初期位置（第１の位置）から実線で示す所定の角度傾斜された展開初期位置（第２の位置）に移動される。即ち、図５中の破線で示すように屈曲していた第１のアーム部材１３、第２のアーム部材１４、第３のアーム部材１４０が、図５中の実線で示すように伸展する。この際、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１は、その回動部３４が取付部３５に対して回動軸３４ａを介して同方向に展開初期位置（第２の位置）まで回動される。
【００３３】
この展開初期位置（第２の位置）において、直線駆動機構の駆動部材１８（図４）が駆動され、そのピニオン１６がラック１５に対して矢印Ａ方向に直線移動されて、移動部材１７が同方向に移動される。これにより、第１のリンク部材２７は、展開されると共に、第２のリンク部材３０が第４の回動ヒンジ３２の付勢力により図４に示すパネル折畳み状態から図８〜図１０に示すように順に展開される。そして、展開完了位置に到達すると、移動部材１７は、その図示しないラッチ機構により、ラッチされて位置決めされる。
【００３４】
同時に、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１は、上記第１及び第２のリンク部材２７，３０の展開に連動して、パネル回動ヒンジ２０，２２の付勢力により、展開初期位置から展開位置まで回動されて展開される（図４，図８〜図１０参照）。
【００３５】
このパネル展開動作時、上記第１及び第２のリンク部材２７，３０と第１及び第２のアンテナパネル１９，２１は、その展開速度が、移動部材１７の移動速度により速度制御され、安定した展開動作が行われる。
【００３６】
このように、上記展開型アンテナ装置は、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１を、第２のアーム部材１４にパネル回動ヒンジ２０を介して展開自在に組み付けると共に、パネル支持構造を構成するトラス構造体の第１のリンク部材２７を、第２のアーム部材１４に移動部材１７を介して直線移動自在に組み付けて、この第２のアーム部材１４を第１のアーム部材１３を介して宇宙航行体１０の取付面に、折畳み収容位置、展開初期位置及び展開位置に移動自在に組み付けて、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１を第１及び第２のアーム部材１３，１４を介して折畳み収容位置、展開初期位置を経由させて展開位置に移動させた状態で、移動部材１７の直線移動に連動してトラス構造体の第１及び第２のリンク部材２７，３０と第１及び第２のアンテナパネル１９，２１を同期して展開させるように構成した。
【００３７】
これによれば、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１は、折畳み位置から展開位置に至るまで第１及び第２のアーム部材１３，１４に連結された状態で動作制御されて、所望の剛性が得られ、しかも、トラス構造体と同期して安定した信頼性の高い動作制御が可能となる。
【００３８】
また、これによれば、移動部材１７を第２のアーム部材１４に対して直線駆動してトラス構造体の第１のリンク部材２７の展開制御と共に、展開速度を制御していることにより、特別にダンパ機構を備えることなく、信頼性の高い展開動作が実現される。この結果、宇宙開発に最適なまでの小形・軽量化の促進を容易に図ることが可能となる。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、第１のリンク部材２７の展開速度を制御する移動部材１７を直線駆動する直線駆動機構をラック１５及びピニオン１６を用いて構成した場合で説明したが、これに限ることなく、各種の直線駆動機構を用いて構成可能である。
【００４０】
また、上記実施の形態では、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１を各２枚用いた４枚のパネル構造に適用した場合で説明したが、この枚数に限ることなく、２枚以上のパネル構造のものに適用可能であり、いずれの場合にも同様の効果が期待される。
【００４１】
さらに、上記実施の形態では、第１及び第２のアンテナパネル１９，２１の背面に第１及び第２のリンク部材２７，３０を用いたトラス構造体を設けて構成した場合で説明したが、このトラス構造体に限ることなく、各種のトラス構造体を用いて構成することが可能である。
【００４４】
よって、この発明は上記実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にして、信頼性の高い動作制御を実現し得るようにした展開型アンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態に係る展開型アンテナ装置の展開状態を示した図。
【図２】 図１のアンテナパネルの背面側のトラス構造体との配置関係を示した図。
【図３】 図１を側面から見た状態を示した図。
【図４】 図１のアンテナパネル及びトラス構造体の折畳み状態を示した図。
【図５】 図１の展開初期位置を示した図。
【図６】 図１のパネル折畳み収納状態を示した図。
【図７】 図１の展開待機位置を示した図。
【図８】 アンテナパネルとトラス構造体の展開途中を示した図。
【図９】 アンテナパネルとトラス構造体の展開途中を示した図。
【図１０】 アンテナパネルとトラス構造体の展開完了状態を示した図。
【符号の説明】
１０…宇宙航行体。
１１…支持部材。
１２…回動機構。
１３，１４，１４０…第１、第２、及び第３のアーム部材。
１３ａ，１４ａ，１４ｂ…回動軸。
１５…ラック。
１６…ピニオン。
１７…移動部材。
１８…駆動部材。
１９，２１…第１及び第２のアンテナパネル。
２０，２２…パネル回動ヒンジ。
２７，３０…第１及び第２のリンク部材。
２８，２９，３１，３２，３３…第１乃至第５の回動ヒンジ。
３４…回動部。
３４ａ…回動軸。
３５…取付部。

Claims (3)

1. 相互間が回動自在に連結されて連設される複数のアンテナパネルと、
   この複数のアンテナパネルを宇宙航行体の取付面に対して略直交する第１の位置と所定の傾斜角を有したアンテナ駆動位置を形成する第２の位置との間に回動自在に支持する支持手段と、
   この支持手段を第２の位置方向に付勢する第１の付勢手段と、
   前記複数のアンテナパネルを展開位置及び折畳み位置に支持するものであって、前記支持手段に基端が直線移動自在に係合されたトラス構造体と、
   この複数のアンテナパネル及び前記トラス構造体を展開方向に付勢する第２の付勢手段と、
   このトラス構造体の基端を直線移動自在に支持するものであって、前記第２の付勢手段の付勢力に抗してトラス構造体及び前記アンテナパネルを折畳み位置に支持し、直線移動に連動して前記アンテナパネル及び前記トラス構造体が前記第２の付勢手段と協働して展開を制御する直線移動機構と
   を具備し、
   前記支持手段は、宇宙航行体の取付面に一端を回動自在に支持された第１のアーム部材と、該第１のアーム部材の他端に一端を回動自在に支持された第２のアーム部材と、該第２のアーム部材の他端に一端を回動自在に支持され他端に複数のアンテナパネルの中央部が回動自在に連結された第３のアーム部材とが、屈曲伸展するものであることを特徴とする展開型アンテナ装置。
2. 前記直線移動機構は、支持手段の司る第２の位置においてトラス構造体を直線移動制御することを特徴とする請求項１記載の展開型アンテナ装置。
3. 前記トラス構造体は、ヒンジ結合部がアンテナパネルの折畳み方向と逆方向に折曲されて折畳み収容されることを特徴とする請求項１又は２記載の展開型アンテナ装置。

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