JPS5837975A - 太陽電池アレイの支持構体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の関連する技術分野〕 この発明は、太陽電池アレイのような電気的素子用の支
持構体、特に宇宙技術用に適するものに関連する。

〔従来の技術〕

太陽電池アレイを比較的強固なパネル上に支持すること
は良く知られており、その様に取付けられた電池は人工
衛星のような宇宙船に電力を供給するのに利用されてい
る。

宇宙技術用としては、この様な電池とパネルは種々の状
況に、時には非常に厳しい条件に耐えねばならない。だ
とえば、宇宙船打上げ時の振動に耐えねばならない。打
上げ時には、例えば５０Ｈｚ未満特に約０〜３０Ｈｚの
範囲であるような低周波の強大な力が加わる。太陽電池
アレイを支持しているパネルがこの低周波に共振するこ
とは望ましくない。

打上げた後周回軌道に乗ると、支持パネル上のアレイは
折畳まれた形から動作状態である拡がった形に展開され
て電池が太陽の方を向くようにされる。この動作形態に
おいても低周波共振の発生は好ましいものではない。こ
の様な低周波共振は、宇宙船の運動中に太陽に対するア
レイの向きに誤差を導入することになシ、太陽電池の発
電能率を低下させる。パネルが低周波で共振する傾向を
低減するにはパネルが比較的剛性なものである必要があ
る。

太陽電池を支持するパネルは幾つかの熱的要求に合うよ
うに設計しなければならない。太陽電池は、半導体材料
で作った場合は、比較的もろくしかも熱膨張係数が約０
，５ｘｌＯ’＋１１１ｙｆＭｙＦ’（０，５Ｘ１０　’
インチ／インチ／Ｆ０）という低い値を示す。普通は、
この支持パネルはアルミニウムの蜂巣状コアにアルミニ
ウムの表皮層を設けたもので構成される。この様なパネ
ルの熱膨張係数は約１３　ｘ　ｌＯ−’　ｒｘｒｘ／１
ｍ／Ｆ　’（１３Ｘ１０　’インチ／インチ／Ｆ０）で
あって、太陽電池の熱膨張係数とは相当の不一致がある
。更に、このパネルは導電性であるから、太陽電池をパ
ネルから絶縁しなければならない。実際には、太陽電池
を誘電体の中間基板上に取付け、更に動作中における種
々の材料の熱膨張の差を吸収する機械的中間基板上に取
付ける。上記の様な中間基板は通常は各太陽電池に対す
るゴム製支持取付体を含んでいる。

宇宙技術用の太陽電池アレイに使用する適当なパネル支
持構体を実現することに関する上述の諸問題は、周知の
ことであって、多数の解決法が提案されたがそれぞれ欠
点を持っていた。たとえば、一つの構造としてアルミニ
ウム蜂巣状コアの上下両面をアルミニウム表皮層で被覆
したものがある。

その下面は、断面が矩形Ｃ字形のアルミニウム製ビーム
より成る補副材で補強されている。他方のアルミニウム
表皮層の上にはシリコンゴム取付体を設けてその上に太
陽電池を保持している。′この様な構造は、シリコンゴ
ム取付体の重量が加算されるので充分に満足すべきもの
ではない。また、このシリコンゴム取付体をアルミニウ
ム表皮層から分離するために、テトラ（Ｔｅｄｌ’ａｒ
）なる商標で市販されているプラスチック皮膜でこのア
ルミニウム表皮層を覆ってその上に上記ゴム取付体を保
持する必要があるが、この様な付加的な素子は構体に余
分な重量を付加することになる。

別の構造は、アルミニウム蜂巣状コアの上下両面に互に
向合うようにテトラ薄膜を設けたものを使用している。

この構造を補強するためにエポキシ樹脂で強化した炭素
繊維補剛材を使用している。

この様な構造は約１０Ｈｚの比較的低周波応答性を呈す
るがこの特性は大抵の打上げ条件において不都合なもの
である。

、　　また別の構造は、−側面をエポキシ強化グラファ
イト繊維布製の補剤用ビーム（梁）で補剤した導電体で
あるエポキシ強化炭素フィルタを使用している。この炭
素繊維布上にはテトラ薄膜が貼付けられ、その上にシリ
コンゴム取付体があって太陽電池を保持するようになっ
ている。これと同様な形態を利用した他の種々の構造も
使用されている。しかしこの様な構造は、すべて、望ま
しくない重量の付加と共振周波数が比較的低いという欠
点を持っている。

技術文献にも、太陽電池用の種々の軽量支持構体が発表
されている。米国カリフォルニア州しドンドビーチ（Ｒ
ｓｄｏｎｄｏ　Ｂｅａｃｈ　）のＴＲＷ防衛および宇宙
システムグループ（Ｄｅｆｅｎｓｅ　ａｎｄ　５ｐａｃ
ｅ　ｇｙｓ　−ｔｅｍｓ　Ｇｒｏｕｐ　）のケリイ（Ｆ
ｒａｎｋ　Ｇ、Ｋｅｌｌｅｙ　）、ルス）　（Ｗｅｒｎ
ｅｒ　Ｌｕ５ｔ　）およびカーランド（Ｆｉｉｃｈａｒ
ｄＭ、Ｋｕｒｌａｎｄ　）氏による論文「ＴＤＲ８Ｓ太
陽電池アレイの設計の特徴（Ｄｅａｉｇｎ　Ｆｅａｔｕ
ｒｅｊ　ｏｆ　ａ　ＴＤＲ３ＳＳ、ｏｌａｒ　Ａｒｒａ
ｙ　）　Ｊ中に、端縁を巻いて接着した互に対面するカ
プトン（成るポリイミドプラスチック材料の登録商標）
シートと剛性を与えるためのエポキシ強化炭素繊維支持
構造とを持つアルミニウム蜂巣状基板より成るパネルが
記載されている。

この構造には接触パッドを持った太陽電池が使用される
。この方式の欠点は、太陽電池の熱膨張係数に比べてカ
プトンとアルミニウム蜂巣状基板構造との熱膨張係数が
可成り大きいことと、共振周波数が不都合に低いことで
ある。

国際航宙学連盟（Ｉｎｆｆ１ｅｙｎａｔｉｏｎａｌ　Ａ
ｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｌＦｓｄｅｙａｔｉｏｎ　）の
第２５回会議（１９７４年９月３′０日〜１０月５日、
アムステルダム）に於ける報告「炭素繊離技術を基礎と
した進歩した軽量で強固な太陽電池アレイ」中太陽電池
アレイの全体的な開発状況と傾向とが開示されている。

この報告には、太陽電池アレイ用の炭素繊維複合構造（
ＣＦりが記述されている。ＣＦＣは、アルミニウム蜂巣
状コアを覆う表皮として使用されサンドウィンチ構造を
形成するものである。この構造の欠点は、ＣＦＣ表皮シ
ートが導電性でその上に取付けるべき太陽電池との間に
絶縁性の中間体を要することである。この余分な構造は
全体の重量を増加させる。また別の案では、予め張力の
与えられた枠（フレーム）内に取付けられた柔軟な基板
を使用している。この構造の不利な点は、通常カプトン
であるその柔軟な基板の熱膨張係数が可成り大きく、そ
のため温度が上昇すると垂れ下がシまた温度が降下する
と収縮する傾向のあることである。この収縮が生ずると
、枠を変形させ前述のように電池の向きに誤差を生じさ
せる。ことになる。

１９７９年１月１５〜１７日に米国ニューオリンズで開
催された１層７回航空宇宙科学会議（１’７　Ａｅｒｏ
ｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　）にマソ
ツイオ（Ｖ、ＦｏＭａｚｚｉｏ　）氏およびピイクスラ
（Ｃ１Ｈ，Ｂｉｘ１ｅｒ　）氏によって発表された論文
「進んだ複合宇宙船構造のだめの高効率設計および製作
法」には、宇宙船構体用として、グラファイト／エポキ
シ（エポキシ強化炭素繊維）／エポキシおよびグラファ
イト／エポキシ蜂巣状複合構造物を用いた複合材料が記
載されている。この論文に述べられているように、太陽
電池アレイ構体は、積込まれた時に打上げの際の動的な
応答荷重に耐えるような高い強度を要求され、また軌道
上で展開される時には剛性が最小でなければならない。

この複合太陽電池アレイ構体用の推奨構造は、断面が開
いた眼の形をしたビームと閉じた箱形のビームとから成
るヨークすなわち枠（フレーム）の小部分を有する複合
サンドウィッチ形基板パネルとして述べられてｂる。こ
の複合サンドウィッチ形構造は、０．１２７　ｍｍ　（
０，００５インチ）の予め硬化させた平坦なグラファイ
ト−エポキシパネル面と０．３８＋＋ｒａ＋　（０，０
１５インチ）の予め硬化させたグラファイト−エポキシ
端縁材を有するアルミニウム蜂巣状コアとして説明され
ている。

この方式の欠点は、それが導電性であるという理由で、
前述したエポキシ強化炭素繊維面部材を使用する方式と
同じである。

米国特許第４１０１１０１号には、太陽電池を表面で支
持するためにカプトンのような合成材料で作った柔軟性
絶縁支持体を使用した太陽発電方式が説明されている。

このカプトン支持体は柔軟性があって枠体に保持されて
いる。この構造の、カプトン支持体の太陽電池支持面と
反対側における枠相互間には多数の補剛材が設けられて
いる。この構体は、カプトンが前述の如く比較的大きな
熱膨張係数を持っているので各太陽電池が互に位置ずれ
を起す可能性があるという欠点を持っている。この様な
位置ずれは電池相互間の接続に問題を生ずる。

また別の欠点は、可成り多数の補剛材を使用するので構
体にその重量が加算されることである。更に、電池への
熱的入力は放散されねばならず、またカプトンの温度サ
イクルによって枠が収縮時に歪を生ずることになる。そ
こで、要するに、太陽電池アレイ技術分野で適切と考え
られている構造は、枠体中に設けたエポキシ強化炭素繊
維補剛材によって剛性を持たせたカプトン層、別にエポ
キシ強化炭素繊維補剛材を有するアルミニウム蜂巣状構
体またはエポキシ強化炭素繊維蜂巣状構体を覆うエポキ
シ強化炭素繊維表皮を使用している。

そしてこれらの構造は既述の如き欠点を有するものであ
る。

〔発明の開示〕

この発明による、太陽電池の様な装置を支えるだめの軽
量で比較的剛性のある支持体は、互に対面する部材が接
着されるべき第１と第２の表面を有するアルミニウム蜂
巣状シートと、上記対面部材の一方のもの＼露出表面に
接着された補則素子とより構成される。この発明によれ
ば、各対面部材は、少なくとも１層のエポキシ強化を施
したポリバラベンズアミドの織布シートより成り、各補
則素子は長軸と横軸を有するエポキシ強化を施した炭素
繊維の補剛材より成り、この補剛材は一方の対面部材の
露出面に接着され、他方の対面部材の織布シートの露出
表面は装置アレイを取付は得るようにされていて、これ
ら対面部材と装置アレイと補剤素子は、すべて対面部材
の表面に平行な所定方向について実質的傾向じ実効熱膨
張係数を持つように構成されている。

〔発明の実施例〕

第１図に関し説明すると、１ｏは太陽光発電パネルで、
宇宙に打上げられる軌道衛星のような宇宙船に装着する
ことを意図したパネルアレイ中の１つのパネルである。

打上げ期間中はこのパネル群は折畳まれており軌道周回
を始めると展開位置をとるよう拡げられる。打上げによ
ってこの折畳まれたパネル群の各々には強烈なカと振動
が加えられる。打上げ状態では、５０Ｈ２未満の低周波
領域において、数種の打上げ機／宇宙船系の自然共振周
波数が生じ従って数Ｇの荷重がか＼ることか知られてい
る。それ故、折畳んだパネルｌＯの剛性は、その自然共
振周波数が打上げ時の系全体の自然共振周波数よシも高
くパネルの振動を宇宙船／打上げ後糸の残部から遮断し
得るように充分大きくなければならない。このパネルは
、打上げ中は、折畳まれておりかつ周知の方法で宇宙船
および／または打上げ機に結び着けられている。

パネルのこの結着点の数と間隔とは所定の宇宙船につい
て一定している。こういう理由で、パネル結着点の数と
間隔とはパネルの設計における制限事項となる。すなわ
ち、前述した打上げの際に生ずる大きな低周波数の力は
、周知の原理に従ってその結着点から折畳まれたパネル
に伝達される。

そこで、この結着点の数と配置に対するパネルの剛性は
パネル設計の際の主たる考慮事項となる。

従って、これらパネルの共振周波数に関し以下におよび
前文中で行なった論議は、パネルの結着点の位置に関し
て検討しなければならない。以下検討する特定の設計に
おいては、このパネル１０は、打上げ時に誘起される応
力と振動に耐えることができ、折畳まれて以下説明する
ような結着点で結び着けられているとき５０Ｈｚよりも
高い共振周波数を有する。

一つの系中で、数個のパネルが相互接続されてパネルア
レイを形成している。このアレイ中の１つのパネルは、
Ｙのパネルの結着点とは異なる位置にある腕木（ブーム
）接続点で腕木によって宇宙船に連結されている。アレ
イ中の隣接パネルを相互接続するリンクも結着位置とは
異なる位置で゛パネルに結合されている。展開状態にあ
る時の各パネルの共振周波数は、そのパネルが折畳まれ
て結び着けられた位置にある時の共振−周波数とは異な
ったものである。実際に、腕木およびパネル接続リンク
に接続され展開位置をとるパネルｌＯのアレイは全宇宙
船系中の他の如何なる可動素子の共振周波数よりも高い
共振周波数を呈する。打上げ後軌道を周回中に、解除機
構が働いてパネルを拡げて展開し、則ち展開した動作位
置とする。

動作期間中、パネルは高い熱入力を有する太陽エネルギ
にさらされる。その結果パネルは極端な熱サイクルを受
ける。第１図のパネル１０は、前述の如くその様な熱サ
イクルに耐えると共に軽量にもか＼わらず折畳み位置に
あって高い強度と剛性を呈する。

第１図において、パネル１０は支持構造すなわち基板構
造１２、補剤素子すなわちビーム（梁）枠組１４、およ
びシリコン太陽電池１６のアレイを具えている。ビーム
枠組１４は、第２図に詳細に図示されているが、基板１
２の一端縁２２から他端縁２３に延びる２木の細長い真
直ぐなビーム１日と２０を持っている。ビーム１８と２
０には、中央ビーム２日により相互連結された２木の平
行ビーム２４と２６が連結されていて、これら３木のビ
ーム２４．２６および２８はＨ形構造をなしている。こ
、の構造は比較的少数のビームで基板１２に剛性を与え
得る利点がある。

第５図を参照して説明すると、基板１２はたとえば約６
．３５ｍの厚さを有するアルミニウム蜂巣状コア３ｏで
出来ている。このコア３０の両表面には対面部材が接着
されており、その対面部材は、たとえばイー、アイ、デ
ュポン社（Ｅ−Ｉ−ｄｕＰｏｎｔ　Ｃｏｒｐ−）の登録
商標製品ケプラ（Ｋｓｖｌａｒ　）のような、エポキシ
強化ポリバラベンズアミド織布の１層または多重層３２
．３４で構成されている。層３２は太陽電池を支持しま
た層３４はビーム枠組１４を支持する。

アルミニウム蜂巣状コア３０は、セルの側壁３１ニ直角
方向の強度と弾性率が非常に低く、また軸３３に平行な
方向すなわち蜂巣セルの側壁３３に平行な方向における
弾性率は可成り高い。アルミニウムは、比較的高い熱膨
張係数を有し、しかも良好な熱導体である。層３２は、
２方向性のケブラ繊維織布よりなり、アルミニウム蜂巣
状コア３０の上面に固着されている。コア３ｏの下面に
固着された層３４も２方向性のケブラ繊維織布ヱある。

この織布け、好ましくは１２０織（Ｗｅａｖｅ）のよう
な平衡した単調な波を持っているものである。この織布
は樹脂でまたはエポキシで強化された材料である。この
樹脂またはエポキシは、室温で最初は粘性がありかつ柔
軟性をもっている。高温にさらすと織布中に浸み込んだ
樹脂またはエポキシは硬化して硬くなる。この材料は、
硬い状、態では非常に剛直で強度が大きい。この織布の
織り方は、このシート材料の面における熱膨張係数が太
陽電池１６の熱膨張係数と実質的に同一すなわち大体０
，５ｘｌＯｍ／ｍ／Ｆ’の近傍にあるように選ばれる。

ケブラは、通常、繊維の長手方向に負の熱膨張係数を呈
する。すなわち、ケブラ４つと呼ばれる一つのケブラの
熱膨張係数は−１、１ｘ　１０　’　ｍｍ／ｍｍ／Ｆ　
’である。これは、温度が上昇すると収縮することを意
味している。しか仁、この材料は太陽電池の熱膨張係数
とその熱膨張係数が整合するように方向づけすることが
できる。このために、１２０織りのケブラ織布け、糸が
互に直交していて、０．４×１０−６ｍφｍｌＦ　’の
熱膨張係数を有し、この値は太陽電池の熱膨張係数に殆
ど等しい。上記の材料はその比強度（密度で割った強度
）が、アルミニウム６０６１−Ｔ６の１０１，６ｘｌＯ
”　ｍに比べて４Ｂ２．６ｘｌＯ５＋ｍもある。

このケブラ材料の比弾性率（密度で割った弾性率）は上
記したアルミニウムの２５４０ｘｌＯ’Ｂに等しい。

ケブラ材料は誘電体であってかつ熱絶縁性である。

ケブラ材料に市販の注型用エポキシ樹脂を含浸させると
、硬化させたとき非常に剛直で堅い表皮層を形成する織
布となる。このエポキシ強化ケブラ織布け、誘電性で、
テトラや他の重量付加素子と・０々るような中間材を全
く必要とせずに太陽電池１６を直接取付けるのに適して
いる。

とのケブラ層を蜂巣状コアに接着する方法は２種類ある
がそのどちらの方法を使用しても良い。

第１の方法は、グブラを同時硬化する方法、すなわちこ
れをコアに接着する時同時に硬化させるやり方である。

それには、エポキシを含浸させた２ツ（］１ｉ３２ト３
４をアルミニウム・コアの上に載置し真空中で約２５０
〜３５０Ｆ’の高温で硬化処理をする。

この加熱処理の間この構体は多孔質でない柔軟なプラス
チック・バッグの中に入れておく。このバッグの内部を
排気して、次にこのバック外の大気圧によって上記画素
子を加圧する。この工程は真空バッグ法として積層技術
の分野で周知である。

この硬化の過程中にグブラ層３２と３４は蜂巣状コアに
接着する。蜂巣状コアの°両表面は平坦でしかも上記の
硬化処理は加圧下で行なわれるから、コアの面に緊密に
接触しているケブラ層は、硬化後は自然に平坦になる。

第２の方法は、剛性化するためにケブラ層を予め硬化処
理する方法である。次にこの層を、アメリカン・サイア
ナミド社（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｙａｎａｍｉｄ　Ｃｏ
　−ｒｐ、）製のエポキシ接着剤ＦＭ１２３（登録商標
）のような接着剤層（厚さＯ，ｘ５＋＋ｙｍ）によって
、アルミニウム蜂巣状コアに貼付ける。上記前れの例に
おいてもケブラ層はＯ”、”’１１４　ｍｍ　（４，５
ミル）厚さの単層である。予め硬化処理を施す上記方法
の欠点は、クブラ層をアルミニウム峰巣状コアに貼付る
だめに接着剤の中間体を使用するので全構体にその重量
が付加されることである。そのだめに同時硬化法が望ま
しい方法である。

第５図におけるビーム枠組１４は上記ケブラ層３４が硬
化した後でこの層に取付けられる。ケブラ層にこのビー
ムを接着するにはレフコウエルド（Ｌｓ−ｆｋｏｗｅｌ
ｄ　）　１０９−　ＬＭ５２　　接着剤を使用する、太
陽電池１６はケブラ層３２が硬化した後でこの層上に配
設される。このビームは、また、ケブラ表皮層と蜂巣状
コアの同時硬化処理の際に取付けるεとも可能である。

誘電性のケプラ層に保持された各電池は互に電気的に絶
縁されている。

太陽電池１６は相互接続体（図示せず）により周知の方
法で互に電気的に接続される。周知のように太陽電池１
６は表面１７と１９（第３図）にそれぞれ電極を持って
いる。従って、表面１７を支持面に保持させたときは隣
接電池から電気的に絶縁しなければならない。従来の装
置ではその様な絶縁に余分な電気絶縁性材料を必要とし
たが、この発明の構造によれば、層３２が誘電性である
から余分な電気的絶縁のための部材を必要としない。更
に１この一体化構造は、最小数の材料しか要せず、しか
も単位面積当り所定の重量に対し非常に高い剛性と強度
を持っている。

この構造は通常大きな寸法たとえば１８２．８８ｃｍ　
ｘ１２１．９２ｃ＋＋＋のパネルより成るものであるか
ら、その剛直性を付加するために、ビーム枠組１４が使
用されている。更に重要なことは、この枠組１４がこの
構造の熱膨張係数を一様に保つ働きをすることである。

ビーム枠組１４中の各ビームは第２図に示されるように
同じ断面形状を持っている。従って、第３図および第４
図に１８で示されているものだけを説明する。第２図の
ビームのすベズについての特徴は、その長軸の方向３６
について実質的に零または僅かに正の（０，５ｘ１．Ｏ
”−’　）熱膨張係数を示すことである。

ビーム１Ｂは、長軸の方向３６に剛性が強化されている
と共に所望の熱膨張係数を呈する点で独特のものである
。ビーム１８は相異なる材料より成る複数層でできてい
る。そのコア材料はエポキシ強化炭素繊維織布３８であ
る。このコア織布３８の織糸は互に直交するの方向に延
びている。織布３８は基底部４０と２つの脚部！２．，
４４を有する樋状に成形されている。横方向のフランジ
４６と４８がこの脚部４２．４４から互に反対方向に延
びている。織布３８は、樹脂またはエポキシ強化材料で
あって、室温ではねばねばしているが高温で硬化処理を
施すと非常に剛直な堅い材料になる。

通常の２方向性エポキシ強化炭素繊維織布け、たとえば
０．５Ｘ１０−’麿／　ｒｍ／　Ｆ０程度の、僅かに正
の熱膨張係数を持っている。この様な繊維は、パーキュ
リーズ社（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ　Ｃａｒｐ、　）で、高強
度グラファイトのマグナマイト（Ｍ４．ｇｎａｍｉｔｓ
　）　ＡＳＩ　、中間の強度および弾性率（モジュラス
）のグラファイトであるマグナマイトＦＩＴＳ　、高弾
性率（モジュラス）のグラファイト、マグナマイトＨＭ
Ｓ　％および超高弾性率のグラファイトであるマグナマ
イトＵＨＭＳ　、等として製造されている。セラニーズ
（Ｃｅ−１１ａｎｅｓｅ　Ｃｏｒｐ、　）は、高強度グ
ラファイトのセリオン（Ｃｅ１ｌｉｏｎ　）３０００、
および超高弾性率のグラファイトであるＧＹ−７０とＧ
’ｌ’ＦＯ１を製造している。ユニオン・カーバイド社
（Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ　Ｃａｒｐ、　）は、高
強度のグラファイトであるＴ３００および超高弾性率の
グラフアイ）　Ｐ’７５Ｓを製造している。第３図に示
すビーム材を作るのに好適する炭素繊維は、セラニーズ
ＧＹ−’ｉ’○或いはユニオン・カーバイド社のｐ７５
Ｓである。この材料は、直線状（単方向形状）では比弾
性率が１’７１９．５８Ｘ１０’　（ｐｎ、比強度が４
３．１８×１０５６Ｉｎであり、これに対し、アルミニ
ラＡ６０６１−’ｒ６の場合には比弾性率が２５４　ｘ
　１０　ｃＭ、比強度が１０．１６×１０６Ｉｎ　　で
ある。２方向性の積層繊維は互に直交している。第４図
の単層織布３８および７１の繊維は矢印３６と平行な長
軸に対して何れも０°および９０゜に向けられている。

すなわち、１組の繊維は長軸に平行であり他方の組の繊
維はそれに対して直交している、４５°と一４５°（０
°から４５°と９０°の向き）という様な他の角度関係
も選択可能である。

太陽電池とビーム枠組１４との矢印３６方向における熱
膨張係数間に不整合があると、熱サイクルの期間にこの
構体に歪を生ずることになる。長さ３６方向の剛性が大
きく、熱膨張係数が太陽電池のそれと近似しかつ軽量で
ある構体を実現することが望ましい。

単方向性のエポキシ強化炭素繊維を多層に形成したもの
が第３図の層３８に固着されている。この単方向性エポ
キシ強化炭素繊維は成る共通の方向に互に平行に延びて
いる。この様な繊維の熱膨張係数は零に近く僅かに負で
ある。この発明の特徴に従って、単方向性炭素繊維強化
エポキシ層より成る２つの層５０と５２が基底部４ｏの
一表面上に、また単方向性炭素繊維強化エポキシ層の他
の２つの層５４と５６が基底部４ｏの下面上に設けられ
ている。

一つの例では、ビームを形成するには、所望の断面形状
をもった雌型中に室温で材料を入れ、次にこれらを圧力
釜の中に入れる。この圧力釜は２５０＋　３５０　’）
：’で２．５４（！ＩＩ＋平方当り４５．３６　ＫＦ　
（１００ｐｓｉ）の圧力に昇圧された窒素雰囲気を持っ
ている。第２の例では、ビームの材料を対をなす型の間
に入れて４５．３６Ｋｐ（１００ｐｓｉ　）の力で加圧
する。この加圧期間中に、この材料は２５０〜３５０丁
で硬化する。層５０．５２．５２および５６は単層テー
プであってその繊維はビームの長軸に平行な方向３６に
延びている。基底部４０の一表面上にある２つの層５０
と５２および基底部４ｏの下面にある２つの層５４と５
６は、熱サイクルによって生ずる曲げモーメントに対し
て互に整合する傾向がある。すなわち、層５０と５２の
温度変化は両層を膨張または収縮させようとする力を生
ずるがこれは層５４と５６の膨張または収縮によって生
ずる同様々力と２方向性の織布層３８に関して反対のも
のである。従って、熱サイクルが生じたとき、基底部４
０の一表面上にある層５４と５２は、該基底部４０の他
方の面上にある層５４と５６が生成するトルクと丁度逆
向きで平衡したトルクを生じ、結局誘起される正味のト
ルクは零になる。

各層５０．５２．５４および５６間には方向３６に対し
て直交し基底部４０と平行な方向に片ってその幅に１０
０分の数量（数ミル）程度の僅かな差があるが、上記の
平衡したトルクに対するその影響は無視できる程度に過
ぎない。この様に熱による２組の２重層の膨張または収
縮は基底部４０に対して互に逆の平衡したトルクを生じ
させる。この様な平衡トルクが無いと、ビームはサーモ
スタットのバイメタル素子と同じ様な具合にその長軸に
対して曲ったり歪んだりすることになる。

この単方向性テープは２方向性織布３８と共働して所望
の熱膨張係数を発生する。基底部４０の上下両面のこの
多重層は基底部４０の長さ方向に相隔たる点において核
部４０に直角方向に加わる力によって生ずる応力に対し
大きな抵抗を示す。

上記と同様な理由で、ビーム１８のフランジ４８と４６
の各上下両面にはそれぞれ互に鏡像的に配置された単方
向性層６０と６２および同様な層６４と６６が設けられ
ている。これらの層６０．６２．６４および６６け何れ
も単層の単方向性エポキシ強化炭素繊維テープから成る
ものである。層６０〜６４中の繊維は、すべて層５０〜
５４中の繊維と平行な方向に延びている。両フランジの
上表面上の層６０．６４はそれぞれ下側の層６２．６６
中に熱によって生じた応力に対し反対するように働く。

従って、この単方向性繊維は、両端縁２２と２３におけ
る力のような、基底部４０の面に垂直な力によって生ず
る曲げに対して、ビームに大きな強度を与える。第２図
に示シタヒームは、太陽電池とケブラーアルミニウム蜂
巣状コア構体の各熱膨張係数によく整合した熱膨張係数
を呈する。ビーム１８の、横方向寸法すなわち基底部４
０の面上でビーム１８の方向３６に直交する方向の寸法
は、所望のものとは異なる熱膨張係数を示す。しかし、
方向３６に沿って延びる繊維の層５０．５２．５４およ
び５６があるために、この横方向における曲げに対する
ビームの抵抗は比較的弱く、またビームの横方向の膨張
は熱的変化があってもこの複合構体全体に対して殆ど悪
影響を及ぼさない。アルミニウム蜂巣状コア３ｏは、前
述の如く比較射熱膨張係数が大きくまたその平面たとえ
ば方向３６について比較的強度の小さな構体であるが、
温度変化に遭遇してもケルバ層具と３２の構造的な剛性
によって膨張が防がれる。第３図において水平方向にお
ける層３２と３４の強度はアルミニウム・コアの強度よ
りも遥かに大きい。

このビームの構造を完成させるために、第４図に示され
る如く、エポキシ強化２方向性炭素織布層７１を単方向
性繊維層６２と６６を覆ってフランジ４６と４８に取付
ける。層７１中の繊維は、層３日中の繊維と同方向にす
なわち方向３６に関し平行におよび直交して延びている
。このビームを硬化処理してから、層３２と３４の硬化
処理中にまたは硬化処理後に、第３図に示すように蜂巣
状コア３０と共に層３４にビームを取付けて完全な構体
とする。グラファイトの２方向性織布は１３５織りのよ
うなものである。

宇宙船の構造によっては、ビームに層５０〜５４．６０
〜６６の様な層をよシ多数または少数設けることができ
る。基底部４０とフランジ４６．４８を通る横断軸の周
りの曲げモーメントの大きさは宇宙船の構造が異れば異
なったものになる。層５０〜５４．６０〜６６の数はそ
の様な曲げモーメントの大きさによって決定される。

腕木接続リンク７４（第２図参照）７５５ビーム２６の
丁度ビーム１８と２０の中央に設けられている。このリ
ンクは宇宙船（図示せず）にこのパネルを取付けるだめ
のパネル展開用腕木（図示せず）を受入れるものである
。ビーム２４の丁度ビーム１８と２０の中央部に第２の
リンク７４′が設けられており、これはパネル１０に対
して第２のパネルを折畳みおよび展開する向きに連結す
るパネル相互連結リンク（図示せず）を受入れるように
されている。ビーム１日と２０に設けられたねじ付金属
挿入具７６は、打上げ中宇宙船にこのパネルを保持して
おくためのパネル支持素子たとえばボルトを受入れる。

リンク’ｉ’４、’７４’および挿入具７６は金属製で
あるが、電解腐蝕を防止する丸めに炭素（グラファイト
）製のビームから電気的に絶縁しなければならない。

このために、挿入具７６とリンク７４．７４′は、ビー
ムのこれらの取付部に固着されている誘電性ケルバ付属
具（図示せず）中に取付けられる。

前述の通り、挿入具マロは所定の宇宙船に対して所定の
離隔関係をもって固定されている。従って、パネル１０
の剛性は挿入具７６の位置に対して測定する。パネル１
０をこの挿入具７６の位置で宇宙船に取付けたときのこ
のパネルの共振周波数は５０Ｈｚ以上である。これらの
挿入具は、パネル１０に対して対称的に位置し、更に具
体的にはビーム２４と２６の接続部に近接してビーム１
８と２０に対し対称的に位置している。たとえば、こ＼
で述べた寸法形状のパネルの場合には、挿入具′７６は
方向３６に沿って中心間距離が１２．ｌ、９２　ｃＩｎ
（４８インチ）で、方向３６に直交する方向に中心間距
離８６，５２　ｃｙｎ　（３８インチ）だけ隔てられて
いる。腕木（図示せず）を取付けるべきリンク７４と７
４／はビーム２６と２４の中心点のそれぞれ固着されて
いる。

これら結着点の位置はビーム１８．２０．２４．２６お
よび２８の配置を決める場合の一要因となる。また、パ
ネルの形状と寸法もビームの配置を決定する際に考慮す
べき要因である。こ＼に図示したビームの配置はＨ形で
あるが上記諸要因によっては他の形状も使用できる。た
とえば、ビーム枠組は、矩形、正方形、星形、格子形そ
の他の形状となし得る。また、パネルは矩形状のものを
図示したが、これも他の任意形状とし得るものである。

結着用の挿入具７６は、宇宙船まで延びるボルトを受入
れるねじ孔を有するものであることが望ましい。隣接す
る折畳まれたパネルの挿入具７６は整列していてかつ互
にボルト締めされている。これらの代りに、ローブや他
の形式の結着機構を受入れる他の適当な装置を使用する
こともできる。

〔発明の効果〕

第１図および第２図に示した構体け、（イ）非常に強靭
（剛性がある）で、（ロ）打上げ状態で宇宙船に装着さ
れたとき５０Ｈｚよりも高い自然共振周波数を有し、（
ハ）比較的小量の材料しか使わず軽量であり、に）幾つ
かの装置蜘種々の素子を接合するだめの余分な接着剤を
必要とせず、（ホ）表面層３２と太陽電池１６との間に
余分な誘電性中間層を必要とすることがなく（アルミニ
ウム・コアと、導電性表皮を使用する従来方式とは異な
って）、（へ）すべての構成要素が相互に具合よく熱的
に整合している。ケブラ層３２．３４およびビーム枠組
１４と組合せ構成したアルミニウム峰巣状コアは独特の
熱特性を持っている。熱の良導体であるアルミニウムは
、太陽に面する熱絶縁層３２から太陽と反対側を向いて
いる熱絶縁層３４に熱を伝達する。ケルバは高い放射性
をもつ良好な熱幅射体であるから、伝達された熱を宇宙
空間へ放射する。こうして、このアルミニウム・コアと
フルバ皮層の組合せは従来の構造に比べてより効率良く
構体の温度を均等化するように働く。

各素子を組立構成するのに同時硬化処理をするのが好ま
しい方法であると説明したが、或種の装置については種
々のクブラ層を予め硬化処理して後でそれらを取付・け
ることの方が望ましい場合が生ずることは、当業者には
容易に理解できょう。

しかし、それらの装置では、ビーム、層３２．３４およ
びアルミニウム３０などを含む種々の素子を取付けるた
めに別の接着剤を使用することが必要になる。

層３２と３４のグブラ繊維は、その−組の繊維を方向３
６（第４図参照）すなわち第１図では基板１２の長手方
向と平行にしてＯｏおよび９００の方向を向いている。

他方の繊維はこの方向に直交して基板を偏方向に横切っ
て延びている。すなわち、グブラ繊維は第１図に示すよ
うに電池の格子構造と平行になっている。ケブラ繊維は
その長さ方向について最大の強さを示す。第２図のビー
ム１８と２０においてはその長さ方向３６に最大の剛性
が、すなわち横軸を中心とした曲げ応力に対する抵抗が
必要である。従って、−組のケブラ繊維はこの方向に平
行になっていて、方向３６に直交する軸を中心とするト
ルクに対してこの構体が最大の剛性を呈するようにして
いる。

第２図において、ビーム１’８．、２０．２４および２
６の連結点の上部には、厚さが０．１１４　ｗ　（４，
５ミル）のエポキシ強化２方向性ポリバラベンズアミド
織布の単層よ構成る補強板７ｏが設けられている。ビー
ム２８と２４および２６との連結点の上部には補強板７
２がある。この補強板７０と７２は梁２Ｌ、２６および
２８の所要位置に正しく接着固定されている。

一部のものしか図示されていないが、各ビームの相互連
結点の角の部分にはＬ形の重ね板′７日が取付けられて
いる。これらの重ね板は、エポキシ強化２方向性炭素繊
維織布の単層または多重層より成り各連結点でビームを
補強している。補強板７０と７２および重ね板７日には
比較的小量の材料しか使われていないから、これがビー
ムの枠組全体の熱膨張係数に対する影響は無視できる程
度である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施しだ一例パネルの斜視図、第２
図は第１図のパネルの下面を示す斜視図、第３図は３−
３線における第２図のパネルの要部断面図、第４図は第
１図第２図および第３図の構造に使用される補剛材の一
例を示す斜視図、第５図は第１図のパネルの一部を切欠
して内部の種々の構造を示す斜視図である。 １０・・・支持体（パネル）、１６・・・電気的装置（
太陽電池）のアレイ、１４・・・補剤素子のアレイ、１
８．２０．２４．２６．２Ｂ・・・補剤素子、４０．４
２．４４．４６．４８・・・・・・補剤素子を構成する
エポキシ強化炭素繊維の補剛材（ビームＬ　３２．３４
・・・対面部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ対面部材が接着された第１と第２の表面
   を有するアルミニウムの蜂巣状シートと上記対面部材の
   一方のもの＼露出表面に接着されだ補剛素子とより成り
   、上記の各対面部材は少なくとも１層のエポキシ強化ポ
   リバラベンズアミド織布シートより成シ、上記の各補剛
   素子は長手軸と横軸を有するエポキシ強化炭素繊維の補
   剛材よりなり上記対面部材の一方のもの＼上記織布シー
   トの露出表面に接着されており、上記対面部材のうちの
   他方のもの＼織布シートの露出表面には電気的装置のア
   レイが取付けられるようにされて、これら対面部材と電
   気的装置のアレイおよび補剛素子はすべて上記対面部材
   の表面に平行な所定方向について実質的に同じ実効熱膨
   張係数を有するようにされている、電気的装置用の支持
   体。