WO2005027186A2

WO2005027186A2 - 展開型反射鏡

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Publication number: WO2005027186A2
Application number: PCT/JP2004/013488
Authority: WO
Inventors: Satoshi Harada; Akira Meguro; Hironori Ishikawa; Satoru Ozawa
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone; Satoshi Harada; Akira Meguro; Hironori Ishikawa; Satoru Ozawa
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2005-03-24
Also published as: CA2512530A1; WO2005027186A3; US20060181788A1; CA2512530C; US7216995B2

Abstract

本発明の展開型反射鏡は、展開トラスを構成する複数の伸縮部材間に渡設され、サーフェスケーブルに張力を付与したときに伸縮部材に生じる座屈モードの腹に対応する部分と節に対応する部分とを連結する連結部材を備える。また、サーフェスケーブルを内側サーフェスケーブルと、その外周に結合される外周サーフェスケーブルから構成し、内側サーフェスケーブルは、剛性が高く、張力の変化による長さ変化が小さいケーブルを用い、外周サーフェスケーブルは内側サーフェスケーブルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いる。内側サーフェスケーブルは、外周サーフェスケーブルを介して展開トラスから張力を付与され、所定の鏡面形状を形成する。

Description

明細書展開型反射鏡技術分野

本発明は、折り畳んだ状態で人工衛星等に搭載し、宇宙空間で展開させる展開型反射鏡に関する。特に、折り畳んだ状態で専有する体積が小さく、展開状態で所定の形状を形成する展開型反射鏡に関する。背景技術

人工衛星等に搭載される展開アンテナを宇宙空間に搬送する場合、搬送手段としてアリアン、 H— ΠΑ等のロケットを用いている。しかし、ロケットの貨物収容空間は、スペースが限定されているため、大型の展開アンテナを搬送する際には、小さく折り畳んだ状態でロケット内に収容し、ロケットが宇宙空間に到達した後に、この展開アンテナを展開している。このような展開アンテナを構成する展開型反射鏡の中には、複数の基本構造を組み合わせ、その基本構造の数次第で大型の展開アンテナを構成するものがある。

図 1 3は、従来の展開型反射鏡の構成例を示し、（a) は展開型反射鏡の全体構成を示す斜視図であり、（b) は展開型反射鏡の基本構造の一例を示す分解斜視図である。図において、展開型反射鏡の基本構造は、金属メッシュが張られたケ一ブルネットワーク 1 0 0、スタンドオフ 1 0 5、展開トラス 1 0 6から構成される。金属メッシュが張られたケーブルネットワーク 1 0 0は、スタンドオフ 1 0 5を介して展開トラス 1 0 6に取り付けられ、展開型反射鏡の表面が所定のパラボラ形状となるように多面体で近似する。展開トラス 1 0 6は展開および収納が可能であり、展開状態でスタンドオフ 1 0 5を所定の位置に保つことで、ケープルネットワーク 1 0 0を張力状態として、所定のパラボラ形状を形成する構成となっている。

図 1 4は、ケープノレネットワーク 1 0 0の詳細を示す分解斜視図である。図において、ケープルネットワークは、サーフェスケープノレ 1 0 1、金属メッシュ 1 ―

0 2、タイケーブル 1 0 3、バックケーブル 1 0 4に分解される。

金属メッシュ 1 0 2はサーフェスケーブル 1 0 1に取り付けられ、サーフェスケーブル 1 0 1の個々の接続点はタイケーブル 1 0 3により図中下方向に引き下げられ、所定の多面体形状を形成する。また、タイケ一プル 1 0 3に張力を与えるため、バックケープ、ノレ 1 0 4がタイケーブノレ 1 0 3に対してサーフェスケープル 1 0 1と反対の位置に設置されている。

所定の鏡面形状を得るために、製造時にサーフェスケーブル 1 0 1が形成する形状を測りながらケーブルの長さを調整して製造し、スタンドオフが所定の位置にあるときに所望の形状を得る構成をとつている。

図 1 5は、従来の展開型反射鏡の製造時に鏡面形状を所定の精度で形成するための手順を説明する図である。図において、製造時に鏡面を所定の形状とするために、サーフェスケープノレ 1 0 1およびバックケーブル 1 0 4に外側に張力を与え、鏡面を張った状態で形状を計測し、タイケーブル 1 0 3のケーブル長を調整する作業を所定の形状精度となるまで繰り返す。例えば、製造時に形状を測定し、サーフェスケーブル 1 0 1がパラボラ面の上側にずれている場合、タイケーブル 1 0 3を短くすることでサーフェスケーブル 1 0 1を押し下げ、所定の形状に近づける。形状はケーブルの張力状態で決まるため、あるケーブルを短くすると張力状態が変わってしまい、一度修整しただけでは所定の形状にならない。そこで、形状計測によりずれを測定し、個々の接続点 1 1 0ごとにタイケーブル 1 0 3の長さを調整することを繰り返すことで、サーフェスケーブル 1 0 1が所定の位置となるように調整をして、形状を確保していた。

このとき、調整を容易にするため、タイケーブル長の調整量と鏡面形状との対応が大きくなるように、タイケーブル 1 0 3はサーフェスケープノレ 1 0 1に対して横切る方向に配置していた。また、サーフェスケーブル 1 0 1を剛性が低く、張力変化による長さ変化が比較的大きいケーブルで構成し、バックケーブル 1 0 4を剛性が高く、張力変化による長さ変化が小さいケーブルで構成することで、図 1 5に示すように、タイケーブル 1 0 3の長さを変更した場合、タイケーブル 1 0 3に接続したサーフェスケーブル 1 0 1の位置が主として変更される構成をとっていた。図 1 6は、従来の展開型反射鏡の他の構成例を示す斜視図である。図において、ケーブルネットワーク 2 0 1は剛性が高く、張力変化による長さ変化が小さいケ一プルで構成され、剛性が低く、張力変化による長さ変化が比較的大きいサポートケーブル 2 0 2で支持される。サポートケーブル 2 0 2は膨張型膜面 2 0 3に取り付けられ、膨張型膜面 2 0 3が空気の導入等により膨張した状態でケーブルネットワーク 2 0 1が張力状態となる構成をとつている。

図 1 7は、従来の展開型反射鏡の他の構成例を示す斜視図である。図 1 8は、従来の展開型反射鏡の他の構成例の各要素を示す分解斜視図である。図において、展開型反射鏡は、アンテナ反射面として機能するケーブルネットワーク 1 0 0と、骨組構造としての展開トラス 1 0 6から構成される。このケーブルネットワーク 1 0 0は、サーフェスケーブル 1 0 1、金属メッシュ 1 0 2、タイケーブル 1 0 3、ノッタケ一プル 1 0 4により構成され、複数のスタンドオフ 1 0 5によって展開トラス 1 0 6に支持される。

この展開トラス 1◦ 6は、台形形状に形成された 8つの平面リンク機構 1 0 7 により構成されている。これら平面リンク機構 1 0 7は、中心軸部材 1 0 8を共有することで、その周囲に放射状に等配されており、スライドヒンジ 1 0 9を中心軸部材 1 0 8の軸心線方向に沿って摺動させることで、展開トラス 1 0 6を収納、展開できるようになつている（目黒在、三次仁、安藤和秀：モジユール化ケーブルメッシュ展開構造による大型衛星通信アンテナの構築、電子情報通信学会 Β— II分冊「次世代衛星通信技術小特集」電子情報通信学会論文誌、 Β— I I， Vol. j 76- B -II, No. 5， 1993， pp. 476-484) 。

平面リンク機構の伸縮駆動には、展開トラスの周囲に配設された環状のケープルを用いている。このケープノレは、各平面リンク機構の先端部に移動自在に接続されており、モータの回転によってケーブルの巻き取り量を調整することで、平面リンク機構を同期して伸縮させている。

ところで、従来の展開型反射鏡におけるケーブルネットワーク 1 0 0は、可撓性を有する柔軟なケーブルによって構成されており、自らの力ではアンテナ反射面としての形状を維持することができない。そのため、展開トラス 1 0 6の上面をパラボラ面を最小誤差近似した近似球面形状に形成しており、その上にスタンドオフ 1 0 5を介してケーブルネットワーク 1 0 0を張り付けることで、ケープルネットワーク 1 0 0をパラボラ面形状に維持している。

し力し、この方法を用いた場合、ケーブルネットワーク 1 0 0の形状が展開トラス 1 0 6の形状に大きく依存することになる。そのため、ケーブルネットヮーク 1 0 0に高精度の鏡面精度を持たせるためには、展開トラス 1 0 6の剛性をケ一ブルネットワーク 1 0 0の張力に負けないように大きくする必要がある。しかし、展開トラス 1 0 6の剛性を大きくするためには、展開トラスを構成する各部材を太くする必要があり、全体重量が増大するという問題がある。

また、従来の展開型反射鏡では、展開トラス 1 0 6の熱変形や、展開時の形状再現性などの要因により、ケーブルネットワーク 1 0 0に張力を付与して支持するスタンドオフ 1 0 5の位置が変位する。その結果、ケーブルネットワーク 1 0 0の釣り合い状態が変わり、個々のケーブル長が変化し形状が変化してしまう。そのため、支持部分の変形に対する感度が高く、支持構造を高精度に形成する必要があった。特に、調整のしゃすさの観点から、バックケーブルに剛性が高く、張力変化による長さ変化が小さいケーブルを用いていることから、スタンドオフ位置のわずかな変化により、張力が大きく変化し、釣り合い状態での個々のケーブルの張力が変化するためサーフェスケーブルの長さ変化が生じ、結果としてサ一フェスケーブルが形成する鏡面形状を大きく変化させてしまう問題があった。一方、従来の膨張型膜面を用いた展開型反射鏡では、膨張型膜面が展開収納可能なように、薄い膜から構成される。そのため、鏡面を貼る張力により容易に変形し、さらに、 11莫状の構造物の挙動を予測するのは非常に困難であるため、離れたところに設置される給電部との位置の偏差がどの程度になるか予測がつきにくく、反射鏡として機能させるのが困難である問題があった。

特に、膨張型膜面で反射鏡を構成した場合、膜面の膨張状態での鏡面部分の位置が正確に定まらない。また、地上では重力の影響を受けるため、衛星軌道上の無重力の状態など、解析的に形状を予測することが重要であるが、膜面の形状を高精度に予測するのは、現状の解析技術では非常に困難である。特に、展開型反射鏡自身を何らかの形で支える必要があるが、膜面を支持すると、支持位置と鏡面の位置関係が予測困難であるという問題がある。 „

本発明の目的は、従来の展開型反射鏡よりも軽量で大型の展開型反射鏡を実現できるとともに、ケーブルネットワークに張力を付与して支持する展開トラスの支持位置変位に対する鏡面部分の変形感度を減らすことができ、またケーブルネットワークに張力を付与するために生じる展開トラスに加わる曲げモーメント力を軽減することができる展開型反射鏡を実現することである。発明の開示

請求の範囲 1の発明の展開型反射鏡は、ケーブルネットワークに張力を付与して展開状態とする展開トラスとして、複数の伸縮部材、伸展手段、連結手段を備える。複数の伸縮部材は、サーフェスケーブルの外周部にその周方向に対して所定間隔で設けられた複数の外周固定点にそれぞれ連結され、その軸心線方向に伸縮可能に構成される。伸展手段は、複数の伸縮部材を伸展させ、複数の外周固定点をサーフェスケーブルの外周方向に押し広げることで、サーフェスケーブルに張力を付与して展開する。連結手段は、複数の伸縮部材間に渡設され、サーフスケーブルに張力を付与したときに伸縮部材に生じる座屈モードの腹に対応する部分と節に対応する部分とを連結する。

これにより、展開トラスの伸縮部材に生じる座屈モードの腹に対応する部分の変位が、節に対応する部分との連結によって制限され、伸縮部材に生じる座屈そのものが抑制され、展開トラスの座屈破壌を防止することができる。

請求の範囲 2の発明の展開型反射鏡は、展開トラスの伸展によって張力が付与されて展開状態となるケーブルネットワークとして、複数の三角形の各頂点を接続点とするサーフェスケーブルと、サーフェスケーブルに取り付けられて電波反射膜となる金属メッシュと、サーフェスケーブルに複数のタイケーブルで接続されたバックケーブルとを有し、展開状態で三角形を一つの要素とする多面体構造を形成し、折り畳み可能である。さらに、サーフェスケーブルは、内側サーフエスケープノレと、その外周に結合される外周サーフェスケープノレから構成され、内側サーフェスケーブルは、剛性が高く、張力の変化による長さ変化が小さいケーブルを用い、外周サーフェスケーブルは内側サーフェスケーブルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いる。 „

展開型反射鏡の鏡面部分を構成するケーブルネットワークは、展開トラスによつて張力状態にあれば、内側サーフェスケーブルの個々の三角形を構成する 3辺の長さによって一意に決まる多面体形状を取る。このとき、内側サーフェスケーブルの長さ変化を抑えることにより、鏡面を近似する多面体形状の変形量を抑制でき、鏡面部分の変形量を抑えることが可能となる。

本発明の構成では、外周サーフェスケーブルを剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブルで構成することにより、展開トラスの変位は外周サーフェスケーブルで吸収されて鏡面部分の張力変化が抑えられる。したがって、展開トラスの変位に対する変形感度を低減することができる。一方、展開トラスはケーブルネットワークの支持位置を正確に保つ必要はなく、張力を与えればよく、これまでより設計に対する要求条件を緩和することができる。また、展開トラスは、挙動の解析的な予測が容易であり、鏡面としての性能を決める上で不可欠なアンテナ給電部に対する位置精度が予測でき、設計時の信頼性が向上する。請求の範囲 3の発明の展開型反射鏡は、請求の範囲 1の発明における展開トラスに連結手段を付加した構成と、請求の範囲 2の発明における内側サーフエスケ一ブルに対して柔らかレ、外周サーフェスケーブルを用いる構成を組み合わせで構成される。

請求の範囲 4の発明は、請求の範囲 1に記載の展開型反射鏡において、連結手段としてケーブルを用いる。

請求の範囲 5の発明は、請求の範囲 4に記載の展開型反射鏡において、ケープルを収しておく収容手段を備える。

請求の範囲 6の発明は、請求の範囲 1〜 3のいずれかに記載の展開型反射鏡において、展開トラスをサーフェスケーブルとバックケーブルとの間に設ける。請求の範囲 7の発明は、請求の範囲 1に記載の展開型反射鏡において、タイケ一ブルおよびバックケーブルとして、サーフェスケーブルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブ^/を用いる。

請求の範囲 8の発明は、請求の範囲 1に記載の展開型反射鏡において、サーフエスケーブルは、展開時にほぼパラボラ面となるように構成する。

請求の範囲 9の発明は、請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の展開型反射鏡において、タイケーブルおよびバックケーブルとして、内側サーフェスケープルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さレ、ケーブルを用いる。請求の範囲 1 0の発明は、請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の展開型反射鏡において、内側サーフェスケーブルは、展開時にほぼパラボラ面となるように構成する。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の展開型反射鏡の構成例（1) を示す斜視図である。

図 2は、フレーム 2の構成例を示す概略図である。

図 3は、平面リンク 3の構成例を示す概略図である。

図 4は、ワイヤー駆動装置 1 1の構成を示す概略図である。

図 5は、展開トラス 5 3の展開途中あるいは収納途中の状態を示す斜視図である。

図 6は、展開トラス 5 3の収納状態を示す斜視図である。

図 7は、本発明の展開型反射鏡における展開トラス 5 3の特徴構成を示す斜視図である。

図 8は、ケーブル 1 5の収容手段の構成例を示す概略図である。

図 9は、ケーブル 1 5の収容手段の構成例を示す概略図である。

図 1 0は、本宪明の展開型反射鏡におけるケーブルネットワーク 5 1の特徴構成を示す分解斜視図である。

図 1 1は、本発明の展開型反射鏡の構成例 (2) を示す斜視図である。

図 1 2は、実験結果を示すグラフである。

図 1 3は、従来の展開型反射鏡の構成例を示し、（a) は展開型反射鏡の全体構成を示す斜視図であり、（b) は展開型反射鏡の基本構造の一例を示す分解斜視図である。 .

図 1 4は、ケーブルネットワーク 1 0 0の詳細を示す分解斜視図である。図 1 5は、従来の展開型反射鏡の製造時に鏡面形状を所定の精度で形成するための手順を説明する図である。

図 1 6は、従来の展開型反射鏡の他の構成例を示す斜視図である。 „

図 1 7は、従来の展開型反射鏡の他の構成例を示す斜視図である。

図 1 8は、従来の展開型反射鏡の他の構成例の各要素を示す分解斜視図である _c 発明を実施するための最良の形態

図 1は、本発明の展開型反射鏡の構成例（1) を示す斜視図である。図において、本構成例の展開型反射鏡は、展開トラス 5 3の上にケーブルネットワーク 5 1がスタンドオフ 5 2を介して張られることで、鏡面形状を形成する構成である。例えば、通信衛星に搭載される大型の展開アンテナとして、ケーブルネットワーク 5 1を所定の形状で反射鏡として用いる場合、鏡面部分はパラボラ形状を取り、焦点位置に設置された給電部（図示せず）で電波を送受する構成になる。

展開トラス 5 3は、複数（ここでは 6本）のフレーム 2 (伸縮部材）の各基端部を連結して放射状に配置し、基端部を回動点にして折り畳みまたは展開可能に構成される。折り畳んだ収納状態では専有体積が小さくなり、展開状態では所定の形状を形成する。展開トラス 5 3の各フレーム 2の先端部にはスタンドオフ 5 2が設けられ、このスタンドオフ 5 2の先端部がケーブルネットワーク 5 1の外周部に接続される。展開トラス 5 3は、展開状態でケープノレネットワーク 5 1を構成するサーフェスケーブルに張力を付与し、サーフェスケーブルにより形成される複数の三角形が所定の曲面を多面体近似する。この多面体の曲面形状は、張力付与状態における三角形の各辺の長さにより決定される。

図 2は、フレーム 2の構成例を示す概略図である。図において、フレーム 2は複数（ここでは 5つ）の平面リンク 3によって構成される。各平面リンク 3は、フレーム 2の軸心泉方向に沿って並設されており、隣り合う平面リンク 3同士は、互いに鏡像体となるように、すなわち表裏反転するように連結される。

図 3は、平面リンク 3の構成例を示す概略図である。図において、平面リンク 3は、第 1のリンク 4 a〜第 5のリンク 4 eを有する。第 1のリンク 4 a〜第 5 のリンク 4 eは、外形おょぴ肉厚が等しい中空丸軸からなり、その長さはそれぞれ決められた値に設定される。このうち、第 1のリンク 4 a〜第 4のリンク 4 d は、回転ヒンジ 5を介して連結されることにより矩形枠状の連鎖を構成しており、その内側に第 5のリンク 4 eが配置される。この第 5のリンク 4 eの一端部は、回転ヒンジ 6を介して第 1のリンク 4 aの一端部に回転可能に連結され、他端部はスライドヒンジ 7を介して第 1のリンク 4 aと対向する第 3のリンク 4 cにスライド可能に連結される。なお、第 5のリンク 4 eとスライドヒンジ 7は、回転ヒンジ 8によって回転可能に連結される。スライドヒンジ 7の所定位置には、環状のワイヤー 9が接続される。このワイヤー 9は、第 3のリンク 4 cの軸心線方向両側にそれぞれ設けられた小プーリ 1 0間に掛け渡されており、その中途部はワイヤー駆動装置 1 1 (伸展手段）によつて保持される。

図 4は、ワイヤー駆動装置 1 1の構成を示す概略図である。図において、ワイヤー駆動装置 1 1は、モータ 1 2を有しており、その馬区動軸には大プーリ 1 3が固定される。この大プーリ 1 3には、ワイヤー 9が卷き取られており、モータ 1 2によって大プーリ 1 3を回転させることで、ワイヤー 9をスライドヒンジ 7と共に第 3のリンク 4 cの軸心線方向に進退できるようになっている。 ' 図 3に示す平面リンク 3において、スライドヒンジ 7を第 3のリンク 4 cの軸心線方向に移動させると、第 5のリンク 4 eが第 1のリンク 4 a〜第 4のリンク 4 dで構成される連鎖の内側で回転ヒンジ 6の周りに回転し、第 5のリンク 4 e に連結された第 1のリンク 4 aを第 3のリンク 4 cの軸心線方向と傾斜する方向に移動させる。すなわち、平面リンク 3は、図 3中に実線と一点鎖線で示すように、フレーム 2の軸心線方向（図 3における左右方向）に対する長さを変化させる。一方、フレーム 2は、隣り合う平面リンク 3が互いに鏡像体となるよう連結されているため、各平面リンク 3のスライドヒンジ 7を移動させることで、図 5 および図 6に示すように、展開トラス 5 3を展開、収納できるようになっている。なお、上記の構成例では、フレーム 2を伸展させる際に、その駆動手段としてスライドヒンジ 7を移動させるワイヤー駆動装置 1 1を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば平面リンク 3を構成する回転ヒンジ 5， 6， 8のうち、全部あるいは一部にモータの駆動軸を連結することで、平面リンク 3を伸縮するような構成にしてもよい。

図 7は、本発明の展開型反射鏡における展開トラス 5 3の特徴構成を示す斜視図である。図において、隣り合うフレーム 2の間には複数（ここでは 6本）のケ一プル 1 5 (連結手段）が渡設される。これらのケーブル 1 5は、隣り合うフレーム 2の間において、フレーム 2に生じる座屈モードの節に対応する部分同士、および座屈モードの節に対応する部分と腹に対応する部分とをそれぞれ連結する。ここで想定する座屈モードでは、各フレーム 2の先端部が節となり、中途部が腹となるため、隣り合うフレーム 2の先端部同士を 2本のケーブル 1 5で襻掛け状に連結し、隣り合うフレーム 2の先端部と中途部とをそれぞれ 2本のケープノレ 1 5で襻掛け状に連結する。なお、図 5には展開トラス 5 3の展開途中におけるケーブル 1 5の様子を示す。

図 8および図 9は、ケーブル 1 5の収容手段の構成例を示す概略図である。図において、ケープノレ 1 5の収容手段は、ケーブル 1 5を卷き取って収容するドラム 5 0である。このドラム 5 0は、各フレーム 2に回転可能に設けられており、その外周面にはケーブル 1 5が巻き取られる溝 5 1が形成される。このような構成により、展開型反射鏡の収納時にケーブル 1 5をドラム 5 0に卷き取っておくことで、ケーブル 1 5同士が絡み合うのを防止することができる。なお、展開型反射鏡の展開時には、各フレーム 2の伸展に伴って、各ケーブル 1 5が各ドラム 5 0から引き出されるようになつている。

図 1 0は、本発明の展開型反射鏡におけるケーブルネットワーク 5 1の特徴構成を示す分角?斜視図である。図において、ケーブルネットワーク 5 1は、サーフエスケープノレ 6 1、金属メッシュ 6 2、タイケープノレ 6 3、バックケープノレ 6 4 に分解される。

サーフェスケープノレ 6 1は、内側サーフェスケープノレ 6 1 a、外周サーフェスケーブル 6 1 b、最外周の端部サーフェスケーブル 6 1 cより構成される。バックケーブル 6 4は、内側バックケーブル 6 4 a、外周バックケーブル 6 4 b、最外周の端部バックケーブル 6 4 cより構成される。サーフェスケーブルは、複数の三角形の各頂点を接続するケーブルネットワークより構成され、展開状態で三角形を一つの要素とする多面体構造になる。この構成では、内側サーフェスケープル 6 1 aには剛性が高く、張力の変化による長さ変化が小さい（硬い）ケープルを用いる。剛性が高く、張力の変ィヒによる長さ変化が小さい（硬い）ケーブルとしては、例えば太さ（直径） 2 mm程度のケプラー線など、 l mの長さのものを 5 k g f程度の力で引っ張ったときに、伸びる量が数 mm程度からそれ以下の非常に伸ぴのないケーブルがある。

内側サーフェスケーブル 6 1 aは、外周サーフェスケーブル 6 1 bを介して端部サーフェスケーブル 6 1 cに接続される。外周サーフェスケーブル 6 1 bおよぴ端部サーフェスケーブル 6 1 cは、内側サーフェスケープノレ 6 1 aに比べて、剛性の低い、張力の変化による長さ変化が大きい（柔らかい）ケーブル、すなわち長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いている。剛性の低い、張力の変化による長さ変化が大きい (柔らかい) ケーブルとしては、ゴム、パネなどのように、非常に伸びる素材のケーブルがあり、所定の張力で引っ張った時に、引っ張る量を変えても力の変化が無視できるケーブルである。

内側サーフェスケーブル 6 1 aの裏面には、電波反射膜となる金属メッシュ 6 2が取り付けられる。なお、サーフェスケーブル 6 1の全体の裏面に、電波反射膜となる金属メッシュ 6 2を取り付けてもよい。

金属メッシュ 6 2の裏面には、ケーブルネットワークよりなるバックケーブル 6 4が配置される。このバックケーブル 6 4は、内側バックケーブル 6 4 aが外周バックケーブル 6 4 bを介して端部バックケーブル 6 4 cに接続される。サーフェスケープノレ 6 1の複数の三角形の各頂点の接続点とバックケーブル 6 4とはそれぞれ対応したタイケーブル 6 3で接続される。ここでは、サーフェスケープノレ 6 1を引っ張るタイケーブル 6 3はすべて反対側でバックケーブル 6 4に接続するが、サーフェスケーブル 6 1を直接展開トラス上の適当な点から引っ張る構成としてもよレ、。

本構成例では、内側サーフェスケーブル 6 1 aに剛性が高いケーブルを用いているため、張力の変化による長さ変化は小さく、張力が付与されていれば所定の形状を形成する。したがって、スタンドオフ 5 2の位置が所定の位置からずれても、外周サーフェスケーブル 6 1 bおよび端部サーフェスケーブル 6 1 cから内側サーフェスケーブル 6 1 aに対して張力を付与するように展開トラス 5 3が突つ張りさえすれば、内側サーフェスケーブル 6 1 aに取り付けられた金属メッシュ 6 2は所定の形状を形成する。

さらに、本構成例では、外周サーフェスケーブル 6 1 bおよび端部サーフェス ^

ケーブル 6 1 cに剛性が低く、張力の変化による長さ変化が大きい（柔らカ^、）ケーブルを用いているだめ、スタンドオフ 5 2に支持される際、スタンドオフ位置が変位したときの内側サーフェスケーブル 6 1 aに与える張力変化は、従来のサ^ "フェスケーブルよりも小さいものとなる。展開再現性や軌道上での熱変形などの要因により、展開状態でのスタンドオフ 5 2の位置を一定に保つのは非常に困難であるが、本構成例により支持位置の変位に対する鏡面変形が抑制されるため、従来よりも高精度なパラボラ鏡面が形成可能となる。

なお、タイケープ Λ^ 6 3およびバックケーブ^ ^ 6 4には、外周サーフェスケーブル 6 1 bおよび端部サーフェスケーブル 6 1 cと同様に、内側サーフェスケーブル 6 1 aに比べて、剛性が低く、張力の変化による長さ変化が大きい (柔らかい）ケーブル、すなわち長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いてもよい。

また、サーフェスケーブル 6 1の全体を一律の硬さとし、タイケープノレ 6 2およびバックケーブル 6 4をサーフェスケーブル 6 1に比べて、剛性の低い、張力の変化による長さ変化が大きい（柔らかい）ケーブル、すなわち長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いてもよい。

ところで、図 7に示したケーブルネットワーク 5 1に張力を与える展開トラス 5 3の座屈をケーブル 1 5を用いて防ぐ構成と、図 1 0に示した固い内側サーフエスケーブル 6 1 aに張力を与えて所定の鏡面形状を形成しながら、スタンドォフ位置の変位を柔らかい外周サーフェスケープノレ 6 1 bで吸収して鏡面形状を安定化する構成は、互いに独立な関係にある。したがって、従来の展開型反射鏡に対して、これら 2つの要素をそれぞれ個別に適用することができる。また、従来の展開型反射鏡に対して、これら 2つの要素を組み合わせて適用することも可能である。

図 1 1は、本発明の展開型反射鏡の構成例（2) を示す斜視図である。図において、本構成例は、ケーブルネットワークを形成するサーフェスケーブル 7 1とバックケープノレ 7 2との間に、展開トラス 7 3を配置した構成である。サーフェスケーブル 7 1とバックケープノレ 7 2はタイケーブルを介して接続され、展開トラス 7 3の展開状態で、張力を付与してサーフェスケーブル 7 1とバックケープノレ _

7 2を押し広げる構成をとつている。

構成例（1) の場合は、ケーブルネットワーク（サーフェスケーブル、金属メッシュ、タイケープ Λ^、バックケープが展開トラスの上部に配置されるため、サーフェスケープノレに張力を与えるための反力がスタンドオフを介して展開トラスの上部にかかることから、サーフェスケーブルを横方向に広げるための外側から中心方向に向かう圧縮力に加えて、図 1において中心に対して上方向に曲げようとするモーメント力が働くこととなる。一方、図 1 1の構成例 (2) の場合には、展開状態で、サーフェスケーブル 7 1とバックケーブル 7 2に張力を与えるため、展開状態で展開トラス 7 3に対し、サーフェスケーブル 7 1が与える反力により生じるモーメントは中心に対し図中上方向に向かう方向になる。一方、バックケ一ブル 7 2による反力は逆に中心に対し図中下向きに向かう方向となり、互いに打ち消しあうため、展開トラス 7 3に生じる力は主として、外側から中心に向かう圧縮力となる。このような場合には、図 7に示したケーブル 1 5により展開トラス 5 3の座屈を防ぐ構成が有効である。

また、構成例（2) のサーフェスケーブル 7 1については、図 1 0に示すように内側サーフェスケーブル 6 1 a、外周サーフェスケープノレ 6 1 bおよび端部サーフェスケープノレ 6 1 cで構成してもよい。外周サーフェスケープノレ 6 1 bおよび端部サーフェスケーブル 6 1 cは、内側サーフェスケーブル 6 1 aに比べて、剛性が低く、張力の変化による長さ変化が大きい（柔ら力い）ケーブル、すなわち長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いる。また、バックケープノレ 7 2およびタイケ一プル 7 3についても、内側サーフェスケーブル 6 1 aに比べて、剛性が低く、張力の変化による長さ変化が大きい（柔ら力い）ケーブル、すなわち長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いてもよい。

以上のように構成される展開型反射鏡の使用形態について説明し、本発明による作用効果について説明する。

本発明の展開型反射鏡を用いた展開アンテナを打ち上げる場合には、図 6に示すように、展開トラス 5 3を小さく折り畳んでロケットのフェアリングに収納する。ロケットが打ち上げられ、衛星がロケットから分離されて所定の軌道に達したら、展開トラス 5 3を展開させるためにモータ 1 2でワイヤー 9を駆動し、全 ^ ^

てのスライドヒンジ 7を第 3のリンク 4 cの軸心線に沿って第 4のリンク 4 d側に移動させる。

これにより、各フレーム 2は、図 5に示すように、その軸心線方向に徐々に伸展してゆき、フレーム 2の先端のスタンドオフ 5 2を放射状に押し広げる。そして、図 7に示すように、各フレーム 2が完全に伸展すると、展開トラス 5 3を介して付与される張力によって、ケーブルネットワーク 5 1はパラボラ面形状に展開する。このとき、各フレーム 2の先端部には、ケーブルネットワーク 5 1に付与される張力と略同じ大きさの圧縮力が軸心線方向に対して作用する。そのため、ケーブルネットワーク 5 1を展開する際には、この圧縮力によって各フレーム 2 に座屈が発生することになる。

しかし、本発明の展開型反射鏡は、上述したように、隣り合うフレーム 2に生じる座屈モードの節に対応する部分と腹に対応する部分とをケーブル 1 5によつて連結している。そのため、座屈モードの腹に対応する部分の変位が、節に対応する部分に連結されたケーブル 1 5よって制限されるから、各フレーム 2に生じる座屈そのものが抑制され、フレーム 2の座屈破壊を防止することができる。発明者は、上述した効果を証明するために、 3種類の展開トラス Ι〜ΙΠ を用意し、座屈実験を行った。この座屈実験は、展開トラス Ι〜ΙΙΙ にケーブルネットワークを掛け、このケーブルネットワークに張力を付与することで、展開トラス I〜： [II を構成するフレームの座屈荷重を調べたものである。なお、展開トラス I〜ΙΠ の構造は、次の通りである。

展開トラス Iは、本発明の展開型反射鏡の展開トラス 5 3と同じ構造であって、第 1〜第 5のリンク 2 a〜2 eの外形は約 20 [mm] 、第 1〜第 5のリンク 4 a ~ 4 eの肉厚は約 0. 5 [mm] 、展開トラスの総重量は約 27. 1 [ k g ] である。展開トラス IIは、本発明の展開型反射鏡の展開トラス 5 3からケーブル 1 5を取り除いた構造であって、第 1〜第 5のリンク 4 a〜4 eの外形は約 20 [mm]、第 1〜第 5のリンク 2 a〜2 eの肉厚は約 0. 5 [mm] 、展開トラスの総重量は約 27. 1 [ k g ] である。

展開トラス III は、本発明の展開型反射鏡の展開トラス 5 3からケーブル 1 5 を取り除いた構造であって、第 1〜第 5のリンク 4 a〜4 eの外形は約 25 [m m] 、第 1〜第 5のリンク 4 a 4 _eの肉厚は約 0. 5 [mm] 、展開トラスの総重量は約 38. 5 [ k g ] である。すなわち、展開トラス III は、展開トラス IIを構成する第 1〜第 5のリンク 4 a 4 eの外形を約 5 [mm]太くしたものである。図 1 2は実験結果を示すグラフである。図において、グラフの横軸はケープノレネットワークに付与する張力の値を示し、縦軸はフレームに作用する圧縮力の値を示している。展開トラス IIの座屈荷重が約 3 [ k g f ] であるのに対し、本発明における展開トラス Iの座屈荷重は 11 [ k g f ] となることがわかった。すなわち、フレームに生じる座屈モードの節となる部分と腹となる部分をケーブル 1 5で連結することにより、座屈荷重が約 8 [ k g f ] も大きくなることが明らかとなった。

—方、展開トラス III の座屈荷重は約 1 2 [ k g f ] であり、展開トラス Iの座屈荷重よりも大きい。し力し、展開トラス III は、各リンクの外形を太くしているため、総重量が約 11. 4 [ k g ] も重くなつている。

この実験結果により、本宪明の展開型反射鏡ように、隣り合うフレームに作用する座屈モードの腹となる部分と節となる部分をケーブル 1 5で連結することで、展開トラス 5 3の重量を増大させることなく、フレーム 2の座屈荷重を飛躍的に大きくできることが確認された。産業上の利用可能性

本発明の展開型反射鏡は、鏡面部分を形成する内側サーフェスケーブルに柔らかい外周サーフェスケーブルを介して、展開トラスが張力を付与する構成であるので、展開トラスの支持位置が変位しても鏡面部分の変形感度を減らすことができ、従来より鏡面精度の高い鏡面を形成することができる。

また、所定の鏡面精度に対し、ケーブルネットワークに張力を与える展開トラスに要求される支持位置の要求精度が従来より軽減可能となるため、展開トラスを構成する部材の変形に対する許容範囲を広げることができる。これにより、部材剛性を下げることができ、部材寸法が小さいものあるいはより薄いもので構成することが可能となり、より軽量な展開型反射鏡を構成することができる。

また、サーフェスケーブルとバックケーブルとの間に展開トラスを配置するこ _J

とにより、ケーブルネットワークに張力を付与する際に展開トラスに加わる曲げモーメントカを軽減でき、部材への負荷が小さくなり、より軽量な部材を使用でき、軽量な構造を設計することができる。

また、展開トラスの伸縮部材に生じる座屈モードの腹に対応する部分の変位が、節に対応する部分との連結によって制限される構成をとることにより、伸縮部材に生じる座屈そのものを抑制することができる。したがって、軽量な部材を使用した展開トラスの座屈破壌を防止することができる。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 複数の三角形の各頂点を接続点とするサーフェスケーブルと、前記サーフエスケーブルに取り付けられて電波反射膜となる金属メッシュと、前記サーフエスケーブルに複数のタィケーブルで接続されたバックケーブルからなり、展開状態で三角形を一つの要素とする多面体構造を形成する折り畳み可能なケーブルネットワークと、

前記ケーブルネットワークに張力を付与して展開状態とする展開トラスとを備えた展開型反射鏡において、

前記展開トラスは、

前記サーフェスケーブルの外周部にその周方向に対して所定間隔で設けられた複数の外周固定点にそれぞれ連結され、その軸心線方向に伸縮可能に構成された複数の伸縮部材と、 . 前記複数の伸縮部材を伸展させ、前記複数の外周固定点を前記サーフェスケーブルの外周方向に押し広げることで、前記サーフェスケーブ^ こ張力を付与して展開する伸展手段と、

前記複数の伸縮部材間に渡設され、前記サーフェスケーブルに張力を付与したときに前記伸縮部材に生じる座屈モードの腹に対応する部分と節に対応する部分とを連結する連結手段と

を備えたことを特徴とする展開型反射鏡。

( 2 ) 複数の三角形の各頂点を接続点とするサーフェスケーブルと、前記サーフェスケーブルに取り付けられて電波反射膜となる金属メッシュと、前記サーフエスケーブルに複数のタィケーブルで接続されたバックケープノレからなり、展開状態で三角形を一つの要素とする多面体構造を形成する折り畳み可能なケープルネットワークと、

前記サーブエスケーブルは、内側サーフェスケーブルと、その外周に結合される外周サーフェスケーブルから構成され、前記内側サーフェスケーブルは、剛性が高く、張力の変化による長さ変化が小さいケーブルを用い、前記外周サーフェスケーブルは前記内側サーフェスケープルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いることを特徴とする展開型反射鏡。

( 3 ) 請求の範囲 1に記載の展開型反射鏡において、

前記サーフェスケーブルは、内側サーフェスケーブルと、その外周に結合される外周サーフェスケーブルから構成され、

前記内側サーフェスケーブルは、剛性が高く、張力の変化による長さ変化が小さいケーブルを用い、前記外周サーフヱスケーブルは前記内側サーフェスケープルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いることを特徴とする展開型反射鏡。

( 4 ) 請求の範囲 1に記載の展開型反射鏡において、

前記連結手段は、ケーブルであることを特徴とする展開型反射鏡。

( 5 ) 請求の範囲 4に記載の展開型反射鏡において、

前記ケーブルを収容しておく収容手段を備えたことを特徴とする展開型反射鏡。

( 6 ) 請求の範囲 1〜 3のいずれかに記載の展開型反射鏡において、

前記展開トラスは、前記サーフェスケーブルとバックケーブルとの間に設けられることを特徴とする展開型反射鏡。

( 7 ) 請求の範囲 1に記載の展開型反射鏡において、

前記タイケーブルおよび前記バックケーブルとして、前記サーフェスケーブルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いることを特徴とする展開型反射鏡。

( 8 ) 請求の範囲 1に記載の展開型反射鏡において、

前記サーフェスケーブルは、展開時にほぼパラボラ面となるように構成されていることを特徴とする展開型反射鏡。

( 9 ) 請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の展開型反射鏡において、前記タイケ一プルおよび前記バックケーブルとして、前記内側サーフェスケーブルに比べて、剛性が低く、長さの変化による張力変化が小さいケーブルを用いることを特徴とする展開型反射鏡。 ( 1 0 ) 請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の展開型反射鏡において、前記内側サーフェスケーブルは、展開時にほぼパラボラ面となるように構成されていることを特徴とする展開型反射鏡。