JP6650023B2 - 筐体構造および人工衛星 - Google Patents

Description

本発明は、人工衛星などの筐体構造に関する。

人工衛星の筐体として、パネル状の外壁を持つ中空の筐体が提案されている（例えば特許文献１および２）。この筐体の外面には、太陽電池パネルやセンサ等が設置される場合があり、筐体の外壁はこのような電子部品の支持体としても利用される。

特開２０１１−２４０７１９号公報 特開２００４−１９６１３８号公報

宇宙空間のように特殊な環境下においては、筐体外壁に対する電子部品の設置に関して、通常の環境よりも厳しい品質管理が要求され得る。例えば、電子部品を接着剤で筐体外壁に貼り付けることにより設置する場合、接着剤中に気泡が混入すると、宇宙空間において気泡が膨張し、電子部品が筐体外壁から分離してしまう場合がある。したがって、気泡の混入を防止しつつ電子部品の設置作業を行うことが要求される。

一方、筐体が中空体であることにより、電子部品の設置作業において、そのハンドリングが効率的に行えない場合がある。例えば、筐体が直方体形状のように多面体である場合、一面に対して電子部品の設置作業を行っている場合は他面に対して電子部品の設置作業を行うことが困難である。したがって、品質要求を満たしつつ、電子部品の設置作業を効率的に行うことが困難となっている。

本発明の目的は、筐体を構成するパネルに対して、電子部品の設置作業を容易化することにある。

本発明によれば、
第一の電子部品の収容空間を形成する筐体構造であって、
互いに平行に配置される複数の支柱と、
前記複数の支柱間に設けられ、外壁を構成する複数のパネルと、を備え、
前記複数のパネルのうちの少なくとも一つのパネルは、その外面に前記第一の電子部品と接続される第二の電子部品が設けられるパネルであり、
前記複数の支柱には、それぞれ、前記複数のパネルの縁部が挿入される溝が前記複数の支柱の長手方向に貫通するように形成され、
前記第二の電子部品は、前記縁部以外の位置に設けられる、
ことを特徴とする筐体構造が提供される。

また、本発明によれば、
電子部品の収容空間を形成する筐体と、
前記電子部品と接続される太陽電池パネルと、
を備えた人工衛星であって、
前記筐体は、
互いに平行に配置される複数の支柱と、
前記複数の支柱間に設けられ、外壁を構成する複数のパネルと、を備え、
前記複数のパネルのうちの少なくとも一つのパネルは、その外面に、前記太陽電池パネルが貼着されるパネルであり、
前記複数の支柱には、それぞれ、前記複数のパネルの縁部が挿入される溝が形成される、
ことを特徴とする人工衛星が提供される。

本発明によれば、筐体を構成するパネルに対して、電子部品の設置作業を容易化することができる。

本発明の一実施形態に係る人工衛星の斜視図。 図１の人工衛星の分解斜視図。 図１のI-I線断面図。 図３のII-II線断面図および部分拡大図。 別例の人工衛星の一部を分解した斜視図。 別例の人工衛星の斜視図。 図６Ａの人工衛星の分解斜視図。 別例の人工衛星の斜視図。 図７Ａの人工衛星の分解斜視図。

＜第一実施形態＞
図１〜図４を参照して本発明の一実施形態に係る人工衛星について説明する。図中、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する方向を示す。図１は本発明の一実施形態に係る人工衛星Ａの斜視図である。図２は人工衛星Ａの分解斜視図である。図３は図１のI-I線断面図である。図４は図３のII-II線断面図および部分拡大図である。

人工衛星Ａは、画像の撮影機能を備えた衛星であって、筐体１と、筐体１の外面に支持された複数の太陽電池パネル２とを備える。筐体１は全体として立方体形状を有しており、太陽電池パネル２は筐体１の四つの側面にそれぞれ二つずつ設けられている。太陽電池パネル２は太陽光を受けて発電し、筐体１内に収容される電子部品と接続されて電力を供給する。

筐体１は、複数の支柱１１と、複数のパネル１２と、複数の支持枠１３と、天部パネル１４と、底部パネル１５とを備える。以下、筐体１の筐体構造について説明する。

支柱１１は四本設けられており、互いに平行に配置されている。各支柱１１は、立方体形状をなす筐体１の四隅のうちのいずれか一つに位置している。支柱１１は一体成形品であり、例えば、アルミの押し出し成形品である。

支柱１１は、その長手方向をＺ方向とする四角柱状の部材である。支柱１１の四つの側面のうち、隣接する二つの側面には溝１１１が形成されている。本実施形態の場合、溝１１１は、支柱１１の長手方向に貫通するように形成されており、支柱１１の側面に開口するだけでなく、長手方向の両端部１１４にも開口している。この溝１１１にはパネル１２のＸ方向またはＹ方向の両縁部が挿入される。

支柱１１の両端部１１４には、それぞれ、ネジ部１１５が形成されている。二つのネジ部１１５は本実施形態の場合、Ｚ方向に延びるネジ穴であるが、ネジ軸であってもよい。あるいは、二つのネジ部１１５のうちの一方がネジ穴で、他方がネジ軸であってもよい。ネジ部１１５は、支柱１１の両端部１１４に、それぞれ、支持枠１３を固定するために用いられる。また、支柱１１は、ネジ部１１５を利用して支柱１１を長手方向に連結可能であり、全長を長くした支柱１１を簡易に得ることが可能である。具体例については第四実施形態として後述。

支柱１１の四つの角部のうち、外側に位置する角部には凹部１１２が形成されている。この凹部１１２には複数の取付穴１１３が開口している。取付穴１１３は二つ形成されており、支柱１１を、その対角線方向に貫通している。この取付穴１１３にはネジが挿入され、筐体１１の内部に配置される支持体６が固定される。支柱１１の四つの角部のうち、内側に位置する角部には支持体６との当接面を確保するために面状に形成されている。

支持枠１３は正方形状の枠体であり、二つ設けられている。一方の支持枠１３は四つの支柱１１の一方の端部１１４を連結し、他方の支持枠１３は四つの支柱１１の長手方向の他方の端部１１４を連結する。支持枠１３の四隅には取付穴１３１が形成されており、ネジを取付穴１３１を通してネジ部１１５に螺合することで、支持枠１３と支柱１１とが互いに固定される。

四つの支柱１１と二つの支持枠１３とを組み立てることで、立方体形状の骨格が形成される。支持枠１３の四隅は、支柱１１の溝１１１を閉鎖しないように切り欠きが形成されており、骨格形成後も支柱１１の端部１１４において、溝１１１は支持枠１３に塞がれずに開放した状態にある。

支持枠１３の四辺の中間部分には、取付穴１３２が形成されている。取付穴１３２にはナットが固着され、ネジによって天部パネル１４または底部パネル１５が固定される。

複数のパネル１２は、筐体１の外壁を構成する。本実施形態の場合、パネル１２は四つ設けられており、筐体１の四つの側面を形成する。各パネル１２は正方形の平坦なパネルであり、そのＸ方向またはＹ方向の両縁部が、隣接する支柱１１の各溝１１１に挿入され、隣接する支柱１１間をつなぐようにして配置される。パネル１２を溝１１１に挿抜する構成としたことで、パネル１２を分離自在に支柱１１に装着できる。

各パネル１２は、例えば、アルミ板等の板材の表面に絶縁材を被覆して形成することができる。絶縁材は可撓性を有する材料、例えば、樹脂の薄膜とすることができる。絶縁材が可撓性を有することで、溝１１１に対してパネル１２をがたつきなくしっかりと係止することができる。

四つの支柱１１と、四つのパネル１２とを組み立てると、これらによって角筒、特に四角筒が形成される。このとき、図４の拡大図に示すように、パネル１２の外面および太陽電池パネル２は、隣接する支柱１１の外面を含む仮想面Ｌよりも内側に位置している。このため、パネル１２の外面および太陽電池パネル２が、四つの支柱１１によって、外部から保護することができる。例えば、人工衛星Ａを四角筒状の収容器に収容してロケットに格納し、宇宙空間において収容器からＺ方向に放出する際、収容器の内壁面と四つの支柱１１とは接触するものの、パネル１２や太陽電池パネル２を内壁面から僅かに離間させることができ、パネル１２や太陽電池パネル２の表面が擦れる等の損傷を受ける事態を回避できる。

天部パネル１４は、外形の輪郭が正方形状のパネルであり、筐体１の天壁を構成する。天部パネル１４の中央部には、光を通過させる開口部１４１が形成されている。開口部１４１は、レンズ鏡筒３の光軸と同心の露光開口部を形成する。

天部パネル１４の四辺には、その周縁を９０度折り曲げて形成された、Ｚ方向に延びるストッパ１４２が形成されている。ストッパ１４２は、パネル１２の外側に位置し、パネル１２が溝１１１から脱落することを防止する。

天部パネル１４には、また、取付穴１４３が形成されている。ネジを取付穴１４３に通して、支持枠１３の取付穴１３２に固着されたナットに螺合することで、天部パネル１４が支持枠１３に固定される。

底部パネル１５は、外形の輪郭が正方形状の枠体であり、筐体１の底壁を構成する。底部パネル１５の四隅には、取付穴１５１が形成されており、脚部１６のネジ軸を取付穴１３１、１５１を通してネジ部１１５に螺合することで、底部パネル１５および支持枠１３と支柱１１とが互いに固定される。脚部１６は四つ設けられており、底部パネル１５の四隅に位置しており、そのＺ方向の端部がネジ軸になっている。

底部パネル１５の四辺には、その周縁を９０度折り曲げて形成された、Ｚ方向に延びるストッパ１５２が形成されている。ストッパ１５２は、パネル１２の外側に位置し、パネル１２が溝１１１から脱落することを防止する。

筐体１の内部の収容空間１０には、レンズ鏡筒３と、駆動ユニット４と、支持体６と、複数の基板５と、支持体７とを備える。

レンズ鏡筒３はＺ方向に光軸が設定された焦点距離が可変のレンズ鏡筒であり、例えば、カセグレン型の望遠鏡である。駆動ユニット４はレンズ鏡筒３の焦点距離を変更するユニットであり、モータあるいはソレノイド等のアクチュエータを含む。複数の基板５には、レンズ鏡筒３を通る光が結像され、画像を撮影する撮像素子や、各種のセンサ、姿勢制御ユニット、電源回路、制御回路等が実装され、これらの電子部品の電力は太陽電池パネル１２から供給される。

支持体６はレンズ鏡筒３を支持すると共に、四つの支柱１１が接続されてこれらの立体の剛性を向上する補強部材である。支持体６は、正方形の板状の本体６１の四隅に柱状の連結部６２が形成された部材である。レンズ鏡筒３は本体６１の中央部に支持され、連結部６２は支柱１１の、凹部１１２の反対側に当接する。連結部６２には、凹部１１２に形成された各取付穴１１３に対応するネジ穴６３が形成されており、凹部１１２側からネジを取付穴１１３に挿通し、ネジ穴６３に螺合することで支持体６と支柱１１とが互いに固定される。支持体６がレンズ鏡筒３の支持と、四つの支柱１１の補強とを兼用することで、部品点数を減らすことができる。凹部１１２を設けたことで、ネジの頭部が凹部１１２内に収まり、筐体１の外方へ突出しない。これにより、例えば、人工衛星Ａを四角筒状の収容器に収容してロケットに格納し、宇宙空間において収容器からＺ方向に放出する際、収容器の内壁面にネジの頭部が引っかかって放出不良が発生する事態を回避できる。

支持体７は、主に基板５を支持する正方形状の枠体であり、その四隅には柱状のベース部７１が形成されている。このベース部７１は複数の基板５のうちの一つが挿入されるスリットを有して、この基板５を支持すると共に、支持軸７２が立設されている。支持軸７２は支持体６の連結部６２とベース部７１との間を連結し、残りの基板５が支持軸７２に支持されている。

なお、基板５は、Ｘ又はＹ方向に引き出し可能に設けてもよい。例えば、支持軸７２に切り欠き部を設け、パネル１２を外した状態で、切り欠きに沿って基板５をＸ方向又はＹ方向に抜き差しできるようにしてもよい。これにより、パネル１２を取り外すだけで基板５を交換等できるため、基板５の交換にあたって周辺の構造体を全て分解又は取り外さなければならない事態を防ぐことができる。

係る構成からなる人工衛星Ａでは、パネル１２が支柱１１と分離可能であるので、骨格部分の組立てと、パネル１２に対する太陽電池パネル２の設置とを別々に行うことができる。

例えば、四つの支柱１１と二つの支持枠１３とを組み立てることで、立方体形状の骨格が形成され、これに支持体６および７によってレンズ鏡筒３、駆動ユニット４および基板５を組み付けておくことができる。

並行して、パネル１２に太陽電池パネル２を設置する作業を行う。太陽電池パネル２は例えばパネル１２の外面に接着剤によって貼着される。この貼り付け作業において接着剤に気泡が混入すると、宇宙空間において気泡が膨張して太陽電池パネル２の剥離を招く場合がある。また、太陽電池パネル２は、パネル１２のうち、溝１１１に挿入される縁部以外の位置に設ける必要がある。

本実施形態の場合、筐体１とは分離した部材単体の状態で、パネル１２に太陽電池パネル２を貼り付けることができるので、気泡の混入防止や、太陽電池パネル２の位置決めを正確に行える環境下で、効率的に設置作業を行える。したがって、筐体１を構成するパネル１２に対して、太陽電池パネル２の設置作業を容易化することができる。また、その後の保管も、筐体１のように立体形状の状態よりも、パネル状態で保管できるので、保管スペースの削減等において有利である。

骨格部分の組立てと、パネル１２に対する太陽電池パネル２の設置とが完了するとこれらを組み立てる。支柱１１の溝１１１は、支持枠１３の取付け後においても、端部１１４において開口しているので、ここからパネル１２を差し込んで支柱間１１にパネル１２を組み付けることができる。パネル１２の差し込みの際、太陽電池パネル２は溝１１１に挿入される縁部以外の位置に貼り付けられているので、支柱１１と太陽電池パネル２とが干渉することはない。最後に天部パネル１４、底部パネル１５並びに脚部１６を取り付けて人工衛星Ａが完成する。

本実施形態の筐体１の構造は、構成が比較的簡素であることから、比較的小型の人工衛星、例えば、１Ｕと呼ばれる１０ｃｍ角のキューブ型の人工衛星等に適用容易である。

＜第二実施形態＞
支持体６および支持体７の構成としては、種々の構成が採用可能であり、図５はその別例である支持体６’、支持体７’を例示している。図５は、第一実施形態の人工衛星Ａにおいて支持体６および支持体７に代えて支持体６’、支持体７’を採用した人工衛星Ａ’を示している。同図は人工衛星Ａ’の四つのパネル１２のうちの二つを取り外した状態を示している。

支持体６’は、第一実施形態の本体６１、連結部６２に相当する本体６１’と、四つの連結部６２’とを含み、第一実施形態の本体６１、連結部６２よりも剛性を高めた構成としている。支持体７’は本体６１に連結されており、その四隅からＺ方向に延びる軸部７２’により複数の基板５を支持している。

＜第三実施形態＞
第一実施形態の人工衛星Ａは立方体形状をなしているが、直方体形状に構成することも可能である。図６Ａおよび図６Ｂは本発明の別の実施形態に係る人工衛星Ｂの斜視図と分解斜視図である。人工衛星Ｂのうち、人工衛星Ａと同じ構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成を説明する。

人工衛星Ｂは、支柱１１、パネル１２に代わる支柱１１Ｂ、パネル１２Ｂを備える。支柱１１Ｂおよびパネル１２Ｂは、支柱１１、パネル１２よりもＺ方向の長さを長くしたものであり、これにより人工衛星Ｂは人工衛星Ａよりも全長が長くなっている。全長が長いことにより、内部の収容空間１０の容積を大きくして積載物を多くすることができ、また、より焦点距離が長いレンズ鏡筒３を採用可能となる。

逆に言うと、支柱１１およびパネル１２を支柱１１Ｂ、パネル１２Ｂに代えるだけで、他の部品を共用しながら、異なる全長の筐体１を得ることができる。本実施形態は、例えば、２Ｕと呼ばれる全長２０ｃｍの人工衛星等に適用容易である。

＜第四実施形態＞
第三実施形態よりも全長が長い人工衛星を構築することも可能である。図７Ａおよび図７Ｂは本発明の別の実施形態に係る人工衛星Ｃの斜視図と分解斜視図である。人工衛星Ｃのうち、人工衛星ＡやＢと同じ構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成を説明する。

人工衛星Ｃも、人工衛星Ｂと同様に支柱とパネルのＺ方向の全長を延ばすことで、全長を長くしているが、支柱については第一実施形態の支柱１１と第三実施形態の支柱１１Ｂとを連結して用い、パネルのみ専用品（パネル１２Ｃ）としている。支柱１１と支柱１１Ｂとは、ネジ部１１５を利用して互いに連結される。支柱１１の溝１１１と支柱１１Ｂの溝１１１とが連続するので、これらの連結体の端部からパネル１２Ｃを差し込むことができる。

本実施形態は、例えば、３Ｕと呼ばれる全長３０ｃｍの人工衛星等に適用容易である。支柱１１を１Ｕ用の支柱、支柱１１Ｂを２Ｕ用の支柱とし、支柱１１と支柱１１Ｂとを連結して３Ｕ用の支柱とすることができる。これにより、全長が異なる複数種類の筐体を簡単に用意できる。

＜他の実施形態＞
上記各実施形態では、パネル１２〜１２Ｃに太陽電池パネル２を設置したが、設置する電子部品はこれに限られず、センサであってもよい。センサは例えば太陽の方位を検知する方位センサ等であってもよい。また、パネル１２〜１２Ｃに設置される電子部品が複数種類あってもよい。電子部品の設置方法は、接着剤の貼り付けに限られず、ネジ止めや嵌合等であってもよい。本実施形態では、パネル１２〜１２Ｃは筐体１とは分離した部材単体の状態で、電子部品を設置できるので、位置決め精度や固定精度が要求される場合であっても、電子部品の設置作業においてその取扱いが比較的容易である。

また、上記各実施形態では、本発明の筐体構造を人工衛星に適用した例を説明したが、本発明の筐体構造は電子部品が外面に設置される他の用途にも適用可能である。

また、上記各実施形態の筐体１では、複数の支柱１１等と複数のパネル１２等とが四角筒状の筒体を形成する例を説明したが、三角筒状や六角筒状等、他の多角筒状の筒体を形成してもよい。更に、円筒状、楕円筒状の筒体を形成してもよい。

また、上記各実施形態の筐体１では、複数の支柱１１等と複数のパネル１２等とを、溝１１１にパネル１２等の縁部を挿入する取付構造とすることで、互いに分離可能な構造としたが、取付構造はこれに限られず、ネジ止めや穴と軸の嵌合等、他の係合構造であってもよい。

なお、上記各実施形態の筐体１では、複数の支柱１１で囲まれた空間を横切るように対向する支柱１１を連結して筐体１の剛性を補強する補強部材（図２の支持体６，支持体７、あるいは図５の支持体６’，支持体７’）を設けた構造をそれぞれ例示したが、例えば、用途に応じて筐体の強度が保てる場合には、このような補強部材を設けなくてもよいし、仮に補強部材を設ける場合であっても梁状に設けずパネル状の板部材を補強部材として設けてもよいし、枠部材により複数の支柱１１を取り囲むように補強してもよいし、これらを適宜組み合わせて補強してもよい。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

Claims (7)

1. 第一の電子部品の収容空間を形成する筐体構造であって、
   互いに平行に配置される複数の支柱と、
   前記複数の支柱間に設けられ、外壁を構成する複数のパネルと、を備え、
   前記複数のパネルのうちの少なくとも一つのパネルは、その外面に前記第一の電子部品と接続される第二の電子部品が設けられるパネルであり、
   前記複数の支柱には、それぞれ、前記複数のパネルの縁部が挿入される溝が前記複数の支柱の長手方向に貫通するように形成され、
   前記第二の電子部品は、前記縁部以外の位置に設けられる、
   ことを特徴とする筐体構造。
2. 前記第二の電子部品は、前記縁部以外の位置において接着剤により前記パネルに貼り付けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の筐体構造。
3. 前記複数の支柱の両端部には、他の前記支柱を連結可能なネジ部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の筐体構造。
4. 前記複数の支柱と前記複数のパネルとは、角筒を形成し、
   前記パネルの外面および前記第二の電子部品は、隣接する前記支柱の外面を含む仮想面よりも内側に位置している、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の筐体構造。
5. 前記第二の電子部品は、太陽電池パネルまたはセンサである、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の筐体構造。
6. 電子部品の収容空間を形成する筐体と、
   前記電子部品と接続される太陽電池パネルと、
   を備えた人工衛星であって、
   前記筐体は、
   互いに平行に配置される複数の支柱と、
   前記複数の支柱間に設けられ、外壁を構成する複数のパネルと、を備え、
   前記複数のパネルのうちの少なくとも一つのパネルは、その外面に、前記太陽電池パネルが設けられるパネルであり、
   前記複数の支柱には、それぞれ、前記複数のパネルの縁部が挿入される溝が形成される、
   ことを特徴とする人工衛星。
7. 前記電子部品は、前記複数の支柱に接続される支持体に支持される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の人工衛星。