WO2007142133A1 - 放電対策装置 - Google Patents

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WO2007142133A1
WO2007142133A1 PCT/JP2007/061173 JP2007061173W WO2007142133A1 WO 2007142133 A1 WO2007142133 A1 WO 2007142133A1 JP 2007061173 W JP2007061173 W JP 2007061173W WO 2007142133 A1 WO2007142133 A1 WO 2007142133A1
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conductive
conductive adhesive
discharge
adhesive
insulator
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PCT/JP2007/061173
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Mengu Cho
Yuya Sanmaru
Satoshi Hosoda
Minoru Iwata
Tatsuhito Fujita
Yasumasa Hisada
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Kyushu Institute Of Technology
Japan Aerospace Exploration Agency
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a conductive structure in an environment exposed to high energy electrons, such as a geostationary orbit satellite and a polar orbit satellite, and an electronic device mounted on the surface of the conductive structure in a negative direction due to inflowing negative charges.
  • the present invention relates to a discharge countermeasure device that prevents discharge by rising.
  • FIG. 25 is a diagram conceptually showing a spacecraft (satellite) and a detailed view showing a part of the solar cell array in cross section.
  • the panel on which the solar cells are installed is almost entirely covered with an insulating tape. Insulator tape is not attached to the backside.
  • a solar cell array consists of a number of solar cells combined in series and parallel with interconnectors, with solar cells with electrodes attached on both sides as the basic unit.
  • the solar battery cell whose surface is covered with a cover glass (insulator) is attached to the space mechanism body via an insulator tape.
  • Spacecraft in a geosynchronous orbit environment may encounter sudden substorms (magnetospheric storms) generated from solar activity, which is a major cause of spacecraft malfunctions.
  • the insulator on the surface of the spacecraft will have a potential different from that of the spacecraft.
  • the solar cell array has many triple junctions due to its structure, and the discharge may cause a short circuit and stop the power supply.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique for emitting electrons by exposing a triple junction where an insulator and a conductor are in contact to a space. However, specific means are not disclosed.
  • Non-Patent Document 2 in order to avoid satellite charging, the charged state is detected by a charging sensor and at the same time a high-density plasma is ejected to raise the satellite potential and eliminate the potential difference of each part of the satellite. Disclose technology. However, it is basically active control, such as mounting a sensor / plasma ejector, and must be equipped with a sensor, power supply, gas, etc.
  • Patent Document 1 discloses a technique for controlling the potential of a satellite provided with a photocathode electrically connected to the satellite and a light source that excites the photocathode. Has a point.
  • Non-Special Reference 1 Introducing Tne Passive Anode surface Emission athode, D. Coo ke et al, AIAA 2002—4049
  • Non-Patent Document 2 "High Voltage Frame and Differential Charging Observed on a Geosy nchronous Spacecraft", B.K.Dichter et al, 6th Spacecraft Charging Technology Conference, 1998
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-52900
  • the present invention corresponds to the negative charge flowing into the spacecraft even when the spacecraft encounters a substorm (magnetic storm) and high energy electrons are swept away.
  • the purpose is to prevent electricity charging more easily and at low cost by releasing a certain amount of electrons into the external space.
  • a conductive structure in an environment in which high-energy electrons are swept and an electronic element mounted on the surface of the conductive structure discharge due to a negative potential rising due to inflowing negative charges.
  • remove the insulating tape affixed to the conductive structure surface apply a conductive adhesive to the exposed conductive structure surface, and then apply an insulating film or conductive fiber reinforced plastic film on the conductive adhesive. And a part of the conductive adhesive is exposed to the outside.
  • the insulator film or conductive fiber reinforced plastic film is charged and a high electric field is applied to the conductive adhesive.
  • the electrons are released from the conductive adhesive by field electron emission, thereby preventing the potential increase in the negative direction of the conductive structure.
  • the discharge countermeasure device of the present invention covers a conductive plate fixed to the surface of an insulating tape affixed to the conductive structure surface and electrically connected to the conductive structure with a conductive adhesive, and An insulating film or a conductive fiber reinforced plastic film is pasted on the conductive adhesive, and a part of the conductive adhesive is exposed to the outside.
  • Insulator tape and insulator film are both made of a polyimide polymer material, and the conductive adhesive is a carbon adhesive. Part of the conductive adhesive exposed to the outside is a corner of the conductive adhesive located around the insulator film or conductive fiber reinforced plastic film, and a hole is inserted into the insulator film to insert the conductive adhesive. Either a conductor rod bonded to the insulating film, a hole formed in the insulating film, or a combination thereof.
  • the discharge countermeasure device of the present invention cuts off the insulating tape affixed to the conductive structure surface.
  • a conductive adhesive is applied to the exposed conductive structure surface, and a conductive plate electrically connected to the conductive structure via the conductive adhesive is fixed to the surface of the insulating tape.
  • An insulating film or a conductive fiber reinforced plastic film is pasted with a part of the upper surface of the conductive plate exposed to the outside. When high-energy electrons are encountered, the insulator film or conductive fiber reinforced plastic film is charged, a high electric field is applied to the conductive plate, and the conductive plate force is released by field electron emission, thereby negatively affecting the conductive structure. Prevent potential rise in direction.
  • the present invention it is possible to prevent charging easily and at low cost without requiring a power source and gas for emitting electrons.
  • the insulator outside the spacecraft is charged, electrons begin to be emitted at the same time, so that the insulator itself acts as a charge sensor and does not require a sensor with an electronic circuit.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a discharge mechanism.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first example of the discharge countermeasure device provided on the outer conductor surface of the spacecraft.
  • FIG. 3 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure device of the first example.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a discharge prevention mechanism.
  • FIG. 5 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure device of the second example.
  • FIG. 6 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure device of the third example.
  • FIG. 7 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure device of the fourth example.
  • FIG. 8 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure device of the fifth example.
  • FIG. 9 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure device of the sixth example.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view (A) showing details of the discharge countermeasure device of the seventh example and a cross-sectional view (B) showing the test device.
  • FIG. 11 is a perspective view (A) showing the arrangement of the conductive plate shown in FIG. 10 and the insulating film thereon, a top view (B) near the conductive plate columnar section, and a sectional view showing an example of dimensions ( C).
  • FIG. 12 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the eighth example, an upper view (B) near the conductive plate columnar section, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 13 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure device of the ninth example, an upper view (B) near the conductive plate columnar section, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 14 is a perspective view (A) showing the details of the discharge countermeasure apparatus of the tenth example, a top view (B) in the vicinity of the conductive plate columnar section, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 15 is a perspective view showing the details of the eleventh example of the anti-discharge device (A), near the center of the conductive plate. It is a top view (B) and a cross-sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 16 is a perspective view ( ⁇ ) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the twelfth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 17 is a perspective view ( ⁇ ) showing details of the discharge countermeasure device of the thirteenth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 18 is a perspective view ( ⁇ ) showing details of the discharge countermeasure device of the fourteenth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 19 is a perspective view ( ⁇ ) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the fifteenth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 20 is a perspective view ( ⁇ ) showing details of the discharge countermeasure device of the sixteenth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 21 is a perspective view ( ⁇ ) showing the details of the discharge countermeasure apparatus of the seventeenth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 22 is a perspective view ( ⁇ ) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the eighteenth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 23 is a perspective view ( ⁇ ) showing the details of the discharge countermeasure apparatus of the nineteenth example, a top view ( ⁇ ) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining an experimental system.
  • FIG. 25 is a diagram conceptually showing a spacecraft (satellite) and a detailed view showing a part of the solar cell array in section.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a discharge mechanism.
  • Figure 1 ( ⁇ ) shows that the spacecraft encounters a high-energy electron and is charged to a large negative potential. The potential of the entire spacecraft is negative Then, there is a difference in charge due to the difference in materials, and a difference in charge occurs between the insulator (cover glass) and the conductor (solar cell electrode, interconnector, space mechanism).
  • FIG. 1 (B) shows that an electric field ( ⁇ ) is also generated in the differential force of charging.
  • Fig. 1 (C) shows that the electric field suddenly accelerates and discharge occurs.
  • Fig. 1 (D) shows that the material deteriorates and carbonizes due to the discharge, and power generation becomes impossible.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first example of a discharge countermeasure device provided on the outer conductor surface of the spacecraft.
  • FIG. 3 is a perspective view ( ⁇ ) and a cross-sectional view ( ⁇ ) showing details of the discharge countermeasure device of the first example.
  • a polyimide polymer tape (insulator film) of about several centimeters square is thermally fused (or bonded) to the space mechanism (conductor).
  • the spacecraft body is composed of an aluminum hard panel and CFRP (carbon fiber reinforced plastic: conductor) on it.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic: conductor
  • the center of the insulator film is hollowed out, and a conductive (carbon-based) adhesive is applied as a conductor to the exposed conductor surface.
  • An insulator (for example, polyimide polymer) film is further applied on the carbon adhesive, but the edge of the adhesive, that is, the upper corner of the carbon adhesive located around the polyimide polymer film. Be exposed to the outside.
  • the upper surface corner is formed on the insulating tape below the conductive adhesive, but it is not always necessary to form it on the insulating tape. It is sufficient if the conductive adhesive is connected to the conductor (spacecraft body).
  • the conductive adhesive is sandwiched between the top and bottom of the insulator film (tape), and the top corners are exposed to the outside, so that when high energy electrons are encountered on orbit, the polymer film Is charged and a high electric field is applied to the surface of the carbon-based adhesive. High-energy electrons and baluns are released from the adhesive by field electron emission and flow into other parts of the spacecraft. The current of the spacecraft is released and the spacecraft potential is increased in the positive direction. However, if the distance between the insulator film and the adhesive edge (exposure distance) is too large, electron emission will not occur.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a discharge prevention mechanism.
  • Fig. 4 (A) shows charging and electric field generation. Referring to Fig. 1, as described above, when the potential of the entire spacecraft becomes negative, the difference in material causes a difference in charging, and the insulator (cover glass) and conductor part (solar cell electrode connector, A charge difference occurs in the space mechanism).
  • FIG. 4B is a diagram showing electric field relaxation.
  • the potential of the conductor part is guided in the positive direction, and the potential difference is reduced.
  • This method does not require a power source or gas to emit electrons.
  • the insulator outside the anti-discharge device starts to charge and emits electrons at the same time, the insulator itself acts as a charge sensor, eliminating the need for a sensor incorporating an electronic circuit. According to a trial calculation, it is possible to prevent charging of ordinary geostationary orbit commercial satellites by simply attaching a few cm square emitters to each satellite.
  • FIG. 5 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the second example.
  • a conductor rod a mechanical pencil core with a diameter of about 0.5 mm and a length of about 5 mm is used in the prototype test
  • the first example is the same as the first example except for the portion adhered to the conductive adhesive.
  • electron emission occurred from the conductor rod.
  • FIG. 6 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure device of the third example.
  • the above-described insulator film was prototyped with a configuration in which a plurality of through holes (for example, 0.5 mm in diameter) were added at equal intervals in the vertical and horizontal directions.
  • the hole (3 X 3) in the figure is a prototype with 9 holes, and the figure is omitted to avoid complications. Electron emission also occurred from this hole.
  • FIG. 7 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the fourth example.
  • a conductor plate is fixed to the surface of the insulating tape by bonding, etc., and this conductor plate is connected to the cable. Electrically connected to the spacecraft (conductor) by means such as.
  • a conductive adhesive having a lower conductivity than copper (about 1/10 8 to 10 9 )
  • electrical short circuit with other conductors such as solar cells can be prevented. . If the end of the conductor plate is exposed, discharge is likely to occur, so the conductor plate is completely covered with a conductive adhesive.
  • FIG. 8 is a perspective view (A) showing the details of the discharge countermeasure apparatus of the fifth example and a cross-sectional view (B) thereof.
  • a conductive fiber reinforced plastic film is used in place of the insulator film of the first example (FIG. 3).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic using epoxy resin, thickness 0.1 to 0.2 mm
  • An experimental product s692 with a thickness of approximately 0.1 mm
  • the conductivity of the conductive adhesive (s692) is about 100 to 1000 [Ohm * cm], which is about 1/10 8 to 10 9 of copper.
  • CFRP is a conductor carbon fiber that has a resistivity of about 10 to 100 times that of copper, and is solidified with a resin that has a resistivity of about 10 2Q times that of copper. Contributes to charging as well.
  • the function is the same as that of the first example described above, the insulating film is difficult to perform dimensional control, whereas the CFRP has an advantage that the dimensional accuracy can be easily obtained.
  • the CFRP has an advantage that the dimensional accuracy can be easily obtained.
  • the conductive adhesive protrudes slightly, it does not affect the electron emission, but when the distance between the conductive fiber reinforced plastic film and the conductive adhesive edge is 1.58 mm or more, electron emission does not occur. Therefore, it is desirable to manage at about 0.1 to 1.
  • field emission was confirmed in both samples of conductive fiber reinforced plastic film size (98mmx40mm and 40mmx5mm).
  • FIG. 9 is a perspective view (A) and a cross-sectional view (B) showing the details of the discharge countermeasure device of the sixth example.
  • This is an alternative to the fifth example (Fig. 8), and shows an example in which the insulator tape is mounted on the surface of the spacecraft without being hollowed out.
  • a conductor plate is fixed to the surface of the insulating tape by bonding or the like, and this conductor plate is electrically connected to the spacecraft body by a cable or the like.
  • a conductive adhesive with a conductivity lower than that of copper (about 1/10 8 to 10 9 )
  • discharge with other conductors such as solar cells can be prevented.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the seventh example and its test apparatus. It is sectional drawing (B) which shows this.
  • FIG. 11 is a perspective view (A) showing the arrangement of the conductive plate shown in FIG. 10 and the insulating film thereon, a top view (B) in the vicinity of the columnar portion of the conductive plate, and a sectional view showing an example of dimensions ( C).
  • This seventh example shows an example in which an insulating tape (polyimide polymer tape) that is heat-sealed (or bonded) to the surface of an aluminum hard-cam panel and a conductive structure that also has CFRP force is cut and mounted. .
  • the insulating tape affixed to the conductive structure surface is hollowed out, and a conductive adhesive is applied to the exposed conductive structure surface to fix the conductive plate to the surface of the insulating tape.
  • the conductive plate is electrically connected to the conductive structure via the conductive adhesive.
  • the conductive plate includes a flat conductive plate base and a conductive plate columnar portion that rises vertically from the center of the base.
  • the conductive plate material metal or conductive synthetic resin can be used. Since the conductive plate is small (especially thick), it is desirable that it be easy to manufacture.
  • the illustrated conductive plate has a simple structure, and thus the dimensional accuracy can be easily obtained and the yield can be improved. Therefore, merits such as reduction of manufacturing costs are born. In addition, it is advantageous in terms of deterioration and deterioration of surface stability.
  • the lowermost conductive plate base force columnar portion penetrates the insulator film and its tip is exposed. Moreover, it can replace with an insulator film and can use a conductive fiber reinforced plastic film.
  • the conductive plate base is a portion fixed to the conductive structure by an adhesive, and the conductive plate columnar portion is a portion contributing to electron emission.
  • An insulator film (polyimide polymer film) is heat-sealed (or adhered) to the upper surfaces of the conductive plate base and the columnar portion.
  • the shape of the exemplary conductive plate columnar portion viewed from the top is a square (or rectangular) as shown in FIG.
  • the side surface of the conductive plate base is bonded to the insulating tape on the upper surface of the conductive structure with an insulating adhesive including the side of the insulator film on the upper surface of the base.
  • an insulating adhesive including the side of the insulator film on the upper surface of the base.
  • the performance of the discharge countermeasure device of the seventh example was confirmed by a test device as shown in Fig. 10 (B).
  • the conductive plate was placed on a plastic fixed base instead of the conductive structure, and satellite potential was applied using a cable.
  • the side of the conductive plate base Instead of the electric adhesive, it was covered with a polyimide polymer tape. As a result of testing with such a test device, it was confirmed that electrons were actually emitted.
  • FIG. 12 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure device of the eighth example, a top view (B) in the vicinity of the conductive plate columnar section, and a sectional view (C) showing an example of dimensions. . It differs from the seventh example shown in FIG. 11 only in that the insulator film in the vicinity of the columnar portion of the conductive plate is hollowed out, and other configurations can be the same as the seventh example. it can. As a result, a part of the upper surface of the conductive plate base that follows only the side surfaces of the columnar part is exposed to the external space without being covered with the insulator film. In the eighth example, the electron emission was actually confirmed by the test equipment.
  • FIG. 13 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure device of the ninth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a cross-sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • the seventh example shown in FIG. 11 differs from the seventh example only in that the conductive plate columnar part is configured in a line shape and the side surface is exposed to the external space. It can be configured the same as the example.
  • FIG. 14 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the tenth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • the ninth example shown in FIG. 13 differs from the ninth example only in that the side surface of the conductive plate columnar portion configured in a line shape is formed in a jagged shape as shown in FIG. 14 (B). Other configurations can be the same as the ninth example. Even in this 10th example, it is possible to actually confirm the electron emission.
  • FIG. 15 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the eleventh example, a top view (B) near the center of the conductive plate, and a sectional view (C) showing an example of dimensions. .
  • This is different from the seventh example shown in FIG. 11 in that the conductive plate columnar portion does not exist, and instead, the surface of the conductive plate is exposed by hollowing out the insulating film.
  • the exposed shape may be the force illustrated as a square or other shape. This hollow surface of the conductive plate is exposed to the external space and emits electrons from here.
  • FIG. 16 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the twelfth example, a top view (B) near the conductive plate columnar section, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • the seventh example shown in FIG. 11 is a conductive plate columnar shape in which the upper surface of the conductive plate columnar portion is not covered with an insulator film. The only difference is that the top and side surfaces of the part are exposed to the external space, and the other configuration can be the same as that of the seventh example.
  • FIG. 17 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure device of the thirteenth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions. . It differs from the eighth example shown in FIG. 12 only in that the top surface of the conductive plate columnar part is exposed to the external space without being covered by the insulator film. The same configuration as in the example 8 can be achieved.
  • FIG. 18 is a perspective view (A) showing the details of the discharge countermeasure apparatus of the fourteenth example, a top view (B) in the vicinity of the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • a line-shaped columnar portion penetrates the insulator film from the lowermost conductive plate base, and its tip is exposed. It differs from the ninth example shown in Fig. 13 only in that the upper surface of the conductive plate columnar portion configured in a line shape is exposed to the external space without being covered by the insulator film.
  • the configuration can be the same as in the ninth example.
  • FIG. 19 is a perspective view (A) showing the details of the discharge countermeasure apparatus of the fifteenth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • the fourteenth example shown in FIG. 18 is that the part of the upper surface of the conductive plate base that follows the entire side surface of the line-shaped conductive plate columnar part is exposed without being covered with the insulator film.
  • the other configuration is the same as that of the 14th example.
  • FIG. 20 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the sixteenth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • the fifteenth example shown in FIG. 19 is that the upper surface of the line-shaped conductive plate is covered with an insulating film, and the upper surface of the conductive plate base is exposed with a predetermined width on the side surface of the conductive plate column and on both sides of the columnar portion.
  • the other configuration is the same as that of the fifteenth example.
  • FIG. 21 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the seventeenth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions.
  • the fourteenth example shown in FIG. 18 differs from the example shown in FIG. 21 (B) in that the side surface of the conductive plate columnar part configured in a line shape is jagged and exposed to the external space. The other configuration is the same as the 14th example.
  • FIG. 22 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure apparatus of the eighteenth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions. .
  • FIG. 23 is a perspective view (A) showing details of the discharge countermeasure device of the nineteenth example, a top view (B) near the conductive plate columnar part, and a sectional view (C) showing an example of dimensions. . It differs from the 18th example shown in FIG. 22 only in that an insulator film is attached to the upper surface of the columnar portion of the conductive plate, and the other configuration can be the same as the 18th example. it can.
  • the insulator film and the insulator tape are Kapton (polyimide type, thickness 0.063 mm), and the conductive adhesive is s692 (adhesiveness is A silicon resin containing carbon)) was fabricated with a thickness of about 1 mm.
  • s692 is conductive, it has a conductivity of about 1/10 8 to 1/10 9 of copper.
  • the prototype dimensions of the insulator film were 30 mm x 30 mm square.
  • the conductive adhesive protrudes slightly, it does not affect the electron emission, but if the distance between the insulator film and the adhesive end is 1.58 mm or more, no electron emission occurs, so about 0.1 to 1.58 mm It is desirable to manage at about 0.1 to lmm. Insulator tape must be punched before or after bonding. If part of the tape is exposed and exposed to V, discharge will easily occur! Cover it completely with conductive adhesive.
  • Test samples were prepared in which solar cells were arranged in the center of the aluminum plate, and various discharge avoidance devices as shown below were installed around them. That is, CFRP strips with CFRP (carbon fiber reinforced plastic) fixed with conductive adhesive RTV-S692 (Tsubaker), conductive adhesive RTV-S692 installed in strips S692 strip, CFRP adhesive s692 CFRP strip (rough), sanded on the surface, and conductive adhesive RTV-S692 installed in a crown shape S692 Crown and carbon rod fixed with adhesive s692 and polyimide polymer film (Capton made by Permacel) Sword mountain covered with swords The sword mountain (without the sword) covered with a sword was used as a discharge avoidance device. The exposed part of the aluminum plate (coupon frame) was covered with Kapton. From now on, this test sample will be used as a coupon.
  • CFRP strips with CFRP (carbon fiber reinforced plastic) fixed with conductive adhesive RTV-S692 (Tsubaker)
  • FIG. 24 is a diagram for explaining the experimental system.
  • a coupon is placed on the XY stage in the vacuum chamber in order to simulate the geostationary orbit environment at the time of substorm occurrence, and the coupon frame is biased through a 10 ⁇ resistor with a high voltage power supply Vbias.
  • the high-energy electrons were irradiated from the electron gun and placed in the environment when the substorm was encountered.
  • the X-Y stage and trek probe in the figure are for measuring the surface potential.
  • the purpose of this experiment is to generate field emission triggered by charging with an electron beam.
  • the conductive adhesive s692 force is also expected to generate field electron emission due to the shape of microprojections and the electric field due to charging of surrounding insulators.
  • This phenomenon occurs, it is possible to form an electric current loop through the ground (the wall of the grounded chamber) via the ground to reduce the noise voltage of the coupon, so the potential of the coupon can be monitored at any time. And saved on a PC.
  • each part of the spacecraft at each end of the solar battery panel, for example, each end of the solar battery circuit consisting of about 100 circuits.
  • the space mechanism and the panel to which the solar cell is attached are connected as a structure, and since the space mechanism and the panel are conductors, the potential difference between the space mechanism and the panel is small. Therefore, in order for the solar cell to not be destroyed by the discharge, it must be ensured that there is no solar cell and that the potential of the spacecraft is not lowered! In this sense, it is meaningful to install an anti-discharge device on the spacecraft.

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Abstract

　本発明は、高エネルギーの電子がふりそそぐ環境にある導電構体及びその面上に取り付けられた電子素子が、流入する負電荷により電位が負方向に上昇して放電するのを防止する。導電構体面に貼った絶縁体テープをくりぬいて、露出した導電構体面に導電性接着剤を塗布し、さらに、該導電性接着剤の上に絶縁体フィルムを貼ると共に、該導電性接着剤を外部に露出させて構成する。高エネルギー電子に遭遇した際に絶縁体フィルムが帯電して、導電性接着剤に高電界が印加して、電界電子放出により電子を導電性接着剤から放出することにより導電構体の負方向電位上昇を防止する。

Description

明 細 書
放電対策装置
技術分野
[0001] 本発明は、静止軌道衛星や極軌道衛星など、高エネルギー電子に晒される環境に ある導電構体及びその面上に取り付けられた電子素子が、流入する負電荷により電 位が負方向に上昇して放電するのを防止する放電対策装置に関する。
背景技術
[0002] 近年の宇宙機の大電力化に伴い、宇宙プラズマによる宇宙機太陽電池アレイ上で の帯電放電現象が大きな問題となってきて!、る。宇宙機の機能は太陽電池発電によ りまかなわれているため、放電によるダメージが宇宙機の全損を招くことにもなり得る 。つまり太陽電池アレイでの放電を回避することが宇宙機の長寿命化に直結するの である。
[0003] 図 25は、宇宙機 (衛星)を概念的に示す図と、その太陽電池アレイの一部を断面で 示す詳細図である。太陽電池を取り付けるパネルは、表側のほぼ全面が絶縁体テー プで覆われている。裏面には絶縁体テープは貼付 '融着されていない。太陽電池ァ レイは、両側に電極を取り付けた太陽電池セルを基本単位として、多数の太陽電池 セルをインタコネクタにより直並列に組み合わせて構成される。カバーガラス (絶縁体 )で表面を覆った太陽電池セルは、宇宙機構体上に絶縁体テープを介して取り付け られている。静止軌道環境にある宇宙機は、太陽活動から発生する突発的なサブス トーム (磁気圏嵐）に遭遇することがあり、これが、宇宙機の不具合の主な原因となる 。高エネルギーの電子がふりそそぎ、宇宙機の電位は数 kV以上の負電位に上昇す る。宇宙機表面の絶縁体は宇宙機と異なる電位をもつことになる。宇宙機表面の真 空、絶縁体、導体（=宇宙機と同電位)の接する箇所 (トリプルジャンクション）に電界 が集中し、放電が起こる。特に、太陽電池アレイには構造上トリプルジャンクションが 多く存在しており、放電が回路の短絡を招き、電力供給を停止する事態になりうる。
[0004] 非特許文献 1は、絶縁体と導体の接する三重接合点を空間に露出することで、電 子を放出させる技術を開示する。しかし、具体的手段を開示していない。 [0005] 非特許文献 2は、衛星帯電を回避するために、帯電センサーにより帯電状態を検 知すると同時に高密度プラズマを噴出することで、衛星電位を上昇させると共に、衛 星各部の電位差をなくす技術を開示する。しかし、センサー ·プラズマ噴出器を搭載 するなど、基本的に能動制御であり、センサー、電源、ガス等を搭載しなければなら ない。
[0006] また、特許文献 1は、衛星と電気的に接続した光電陰極及びこれを励起する光源を 備えて、衛星の電位を制御する技術を開示するが、上記非特許文献 2と同様な問題 点を有している。
非特干文献 1： Introducing Tne Passive Anode surface Emissionし athode , D. Coo ke et al, AIAA 2002—4049
非特許文献 2： "High Voltage Frame and Differential Charging Observed on a Geosy nchronous Spacecraft", B.K. Dichter et al, 6th Spacecraft Charging Technology Con ference, 1998
特許文献 1：特開平 7— 52900号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、係る問題点を解決するために、宇宙機がサブストーム (磁気圏嵐）に遭 遇して、高エネルギーの電子がふりそそいでも、宇宙機に流入する負電荷に相当す る量の電子を宇宙機力も外部空間に対して放出することで、より簡便に低コストで帯 電防止を図ることを目的として!/、る。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の放電対策装置は、高エネルギーの電子がふりそそぐ環境にある導電構体 及びその面上に取り付けられた電子素子が、流入する負電荷により電位が負方向に 上昇して放電するのを防止する。導電構体面に貼った絶縁体テープをくりぬいて、露 出した導電構体面に導電性接着剤を塗布し、さらに、該導電性接着剤の上に絶縁体 フィルム或いは導電繊維強化プラスチックフィルムを貼ると共に、該導電性接着剤の 一部を外部に露出させて構成する。高エネルギー電子に遭遇した際に絶縁体フィル ム或 、は導電繊維強化プラスチックフィルムが帯電して、導電性接着剤に高電界が 印加して、電界電子放出により電子を導電性接着剤から放出することにより導電構体 の負方向の電位上昇を防止する。
[0009] また、本発明の放電対策装置は、導電構体面に貼った絶縁体テープの表面に固 定して該導電構体と電気的に接続した導体板を導電性接着剤で覆い、さらに、該導 電性接着剤の上に絶縁体フィルム或いは導電繊維強化プラスチックフィルムを貼ると 共に、該導電性接着剤の一部を外部に露出させて構成する。
[0010] 絶縁体テープ及び絶縁体フィルムは、 、ずれもポリイミド系高分子材料力 なり、か つ、導電性接着剤は炭素系接着剤である。外部に露出させる導電性接着剤の一部 は、絶縁体フィルム或いは導電繊維強化プラスチックフィルムの周囲に位置する導電 性接着剤の角部、該絶縁体フィルムに穴をあけて挿入し導電性接着剤に接着した導 体棒、或いは該絶縁体フィルムに空けた穴のいずれか、若しくはそれらの組み合わ せである。
[0011] さらに、本発明の放電対策装置は、導電構体面に貼った絶縁体テープをくりぬいて
、露出した導電構体面に導電性接着剤を塗布し、この導電性接着剤を介して導電構 体と電気的に接続される導電板を、絶縁体テープの表面に固定する。導電板の上面 は、一部を外部に露出させた状態で、絶縁体フィルム或いは導電繊維強化プラスチ ックフィルムを貼る。高エネルギー電子に遭遇した際に絶縁体フィルム或いは導電繊 維強化プラスチックフィルムが帯電して、導電板に高電界が印加して、電界電子放出 により電子を導電板力 放出することにより導電構体の負方向の電位上昇を防止す る。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、電子を放出させるための電源もガスも必要とすることなぐより簡 便に低コストで帯電防止を図ることができる。また、宇宙機外側の絶縁体が帯電する と同時に電子放出を始めるので、その絶縁体自身が帯電センサーの役目を果たして おり、電子回路を組んだセンサーを必要としない。
[0013] 現在の衛星の軌道上不具合による保険金請求の半分以上を太陽電池アレイゃバ ッテリーなどの電源系機器が占めており、それらの力なりの部分が衛星の帯電に起因 するものである。簡便な手法で帯電を防止することにより、衛星の信頼性向上に大き く役立たせることができる。
図面の簡単な説明
[図 1]放電メカニズムを説明する図である。
[図 2]宇宙機の外部導体面に備えた第 1の例の放電対策装置を例示する図である。
[図 3]第 1の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図 (B)である
[図 4]放電防止メカニズムを説明する図である。
[図 5]第 2の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図 (B)である
[図 6]第 3の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図 (B)である
[図 7]第 4の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図 (B)である
[図 8]第 5の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図 (B)である
[図 9]第 6の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図 (B)である
[図 10]第 7の例の放電対策装置の詳細を示す断面図 (A)及びその試験用装置を示 す断面図（B)である。
[図 11]図 10に示した導電板とその上の絶縁体フィルムの配置を示す斜視図 (A) ,導 電板柱状部近辺の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 12]第 8の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺の上 面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 13]第 9の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺の上 面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 14]第 10の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺の 上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 15]第 11の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板中央部近辺の 上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 16]第 12の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 17]第 13の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 18]第 14の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 19]第 15の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 20]第 16の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 21]第 17の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 22]第 18の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 23]第 19の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)、導電板柱状部近辺の 上面図（Β) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。
[図 24]実験システムを説明する図である。
[図 25]宇宙機 (衛星)を概念的に示す図と、その太陽電池アレイの一部を断面で示す 詳細図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 宇宙機 (人工衛星）が軌道上で高エネルギー電子に遭遇すると、宇宙機電位が大 きく負電位をもち、宇宙機表面の絶縁体との間で大きな電位差が発生する。電位差 力 Sあるしきい値を超えると放電が発生し、表面劣化、電磁ノイズ、部品破壊、果ては 宇宙機機能の全損に至る可能性がある。宇宙機電位よりも絶縁体表面電位が正の 時力 放電発生のしきい値が数 100Vと低いために対処が必要である。
[0016] 図 1は、放電メカニズムを説明する図である。図 1 (Α)は、宇宙機が高エネルギー電 子に遭遇して、大きく負電位に帯電した状態を示している。宇宙機全体の電位が負 になると、材料の違いから帯電に差が出て、絶縁体 (カバーガラス）と導体部分 (太陽 電池電極やインタコネクタ、宇宙機構体)で帯電差が生じる。
[0017] 図 1 (B)は、帯電の差力も電界（Δν)が発生することを示している。これによつて、 図 1 (C)に示すように、電界の急激な加速が起こり放電が発生する。そして、図 1 (D) に示すように、放電により材質が劣化、炭化し発電不能に陥る。
[0018] 放電発生を未然に防ぐためには、宇宙機の電位が高エネルギー電子によって負電 位に帯電することを防止すればよい。宇宙機に流入する負電荷に相当する量の電子 を宇宙機力 外部空間に対して放出することで、帯電防止が可能になる。
[0019] 図 2は、宇宙機の外部導体面に備えた放電対策装置の第 1の例を示す図である。
図 3は、第 1の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (Α)及びその断面図 (Β)であ る。図示したように、宇宙機構体 (導電体）に、数 cm角程度のポリイミド系高分子テー プ (絶縁体フィルム）を熱融着 (或いは接着）している。宇宙機構体は、例えば図 2〖こ 示すように、アルミハ-カムパネルとその上の CFRP (炭素繊維強化プラスチック：導電 体)によって構成される。通常、太陽電池パネル (太陽電池を取り付ける宇宙機構体） には宇宙機構体と太陽電池の絶縁をとる目的で、取付位置全面が絶縁体フィルムで 覆われる。
[0020] この絶縁体フィルムの中心をくりぬき、露出した導体面に導電体として導電性 (炭素 系)接着剤を塗布する。炭素系接着剤の上に更に絶縁体 (例えば、ポリイミド系高分 子)フィルムを貼るが、接着剤の縁、即ち、ポリイミド系高分子フィルムの周隨こ位置 する炭素系接着剤の上面角部が外部に対して露出するようにする。この上面角部は 、図 3 (B)に示すように、導電性接着剤がはりだして下の絶縁体テープの上に形成さ れているが、絶縁体テープの上に形成する必要は必ずしも無ぐ導電性接着剤が導 電体 (宇宙機構体）に接続されていれば十分である。但し、テープをくりぬいた部分 の一部が露出していると放電が発生し易いので完全に導電性接着剤で覆う。このよう に、導電性接着剤が絶縁体フィルム (テープ)で上下共に挟まれて、上面角部を外部 に対して露出することで、軌道上で高エネルギー電子に遭遇した際に高分子フィル ムが帯電し、炭素系接着剤表面に高電界が印加される。電界電子放出により電子が 接着剤から放出され、宇宙機のその他の部分に流入する高エネルギー電子とバラン スした電流を放出させて、宇宙機電位を正方向に上昇させる。但し、絶縁体フィルム と接着剤端までの間の距離 (露出距離)をあまりに大きくすると電子放出は起こらない
(試作試験において、 1.58mm以上の場合に、電子放出が起こらな力つた)。
[0021] 図 4は、放電防止メカニズムを説明する図である。図 4 (A)は、帯電、電界発生を示 す図である。図 1を参照して、前述したように、宇宙機全体の電位が負になると、材料 の違いから帯電に差が出て、絶縁体 (カバーガラス）と導体部分 (太陽電池電極ゃコ ネクタ、宇宙機構体)で帯電差が生じる。
[0022] 図 4 (B)は、電界緩和を示す図である。帯電による電界をきつかけに、電子を放出 することで導体部分の電位を正方向へ導き、電位差が小さくなる。本手法は、電子を 放出させるための電源もガスも必要としない。また、放電対策装置外側の絶縁体が帯 電すると同時に電子放出を始めるので、その絶縁体自身が帯電センサーの役目を 果たしており、電子回路を組んだセンサーを必要としない。試算によれば数 cm角の 放出部を 100個程度衛星各部に貼り付けるだけで、通常の静止軌道商用衛星の帯 電を防止できる。
[0023] 図 5は、第 2の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図（B)で ある。図示したように、絶縁体フィルムに縦横に等間隔に複数の穴をあけ、この穴の 中に導体棒 (試作試験では、直径 0.5mm,長さ 5mm程度のシャープペンシル芯を使 用）を挿入して導電性接着剤に接着した部分以外は、第 1の例と同じである。図中に 導体棒（3 X 3)とあるのは、 9本立てて試作したものであり、図は煩雑を防ぐため 4本 を省略している。試作試験では、導体棒からも、電子放出が起こった。
[0024] 図 6は、第 3の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図（B)で ある。第 1の例（図 3)として前述した絶縁体フィルムに、縦横に等間隔に複数の貫通 穴 (例えば、直径 0.5mm)を追カ卩した構成で試作したものである。図中に穴（3 X 3)と あるのは、 9個穴を開けて試作したものであり、図は煩雑を防ぐため 4個を省略してい る。この穴からも、電子放出が起こった。
[0025] 図 7は、第 4の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図（B)で ある。宇宙機構体の表面に、絶縁体テープをくりぬくこと無く実装する場合の例を示 す。絶縁体テープの表面に導体板を接着などにより固定し、この導体板をケーブル 等により宇宙機 (導電体)と電気的に接続する。この導体板の表面に、銅より低い導 電率（ 1/108〜109程度)の導電性接着剤で覆うことで太陽電池などの他の導体との 電気的な短絡を防ぐことができる。導体板の端が露出していると放電が発生し易いの で導体板を完全に導電性接着剤で覆う。
[0026] 図 8は、第 5の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図（B)で ある。この例は、第 1の例（図 3)の絶縁体フィルムに代えて、導電繊維強化プラスチッ クフィルムを用いたものである。導電繊維強化プラスチックとして、 CFRP (エポキシ系 の榭脂を使用したカーボン繊維強化プラスチック、厚さ 0.1〜0.2mm)を用い、絶縁体 テープ (カプトン=ポリイミド系、厚さ 0.063mm)と、導電性接着剤（s692を厚さ 0.1mm 程度接着）により試作した。導電性接着剤（s692)の導電率は 100〜1000 [Ohm*cm] 程度であり、銅の 1/108〜109程度の導電率である。 CFRPは銅の 10〜100倍程度の抵 抗率を持つ導体の炭素繊維を、銅の 102Q倍程度の抵抗率の樹脂で固めており，この 榭脂の部分が、図 3の絶縁体フィルムと同様に帯電に寄与する。
[0027] 機能としては上述した第 1の例と同等であるが、 絶縁体フィルムは寸法管理がやり 難いのに対して、 CFRPは寸法精度を出しやすいメリットがある。特に小型の短冊状に 加工した場合，電界放出が起こる面積が増えるメリットがある。第 1の例と同様に、導 電性接着剤は多少はみ出しても電子放出に影響はないが、導電繊維強化プラスチ ックフィルムと導電性接着剤端間の距離が 1.58mm以上になると電子放出が起こらな いので、 0.1〜1程度で管理することが望ましい。試作試験では導電繊維強化プラス チックフィルム大小 2種類の寸法（98mmx40mmおよび 40mmx5mm)のサンプルの両方 で電界放出を確認した。
[0028] 図 9は、第 6の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)及びその断面図（B)で ある。第 5の例（図 8)の別案であり，宇宙機構体の表面に、絶縁体テープをくりぬくこ と無く実装する場合の例を示す。図 7と同様に、絶縁体テープの表面に導体板を接 着などにより固定し、この導体板をケーブル等により宇宙機構体と電気的に接続する 。導体板を銅より低い導電率（ 1/108〜109程度)の導電性接着剤で覆うことで太陽電 池などの他の導体との放電を防ぐことができる。
[0029] 図 10は、第 7の例の放電対策装置の詳細を示す断面図 (A)及びその試験用装置 を示す断面図（B)である。図 11は、図 10に示した導電板とその上の絶縁体フィルム の配置を示す斜視図 (A) ,導電板柱状部近辺の上面図 (B) ,及び寸法の一例を示 す断面図（C)である。この第 7の例は、アルミハ-カムパネルと CFRP力もなる導電構 体の表面に熱融着 (或いは接着)した絶縁体テープ (ポリイミド系高分子テープ)をくり ぬ 、て実装する場合の例を示す。
[0030] 導電構体面に貼った絶縁体テープをくりぬいて、露出した導電構体面に導電性接 着剤を塗布して、絶縁体テープの表面に導電板を固定する。これによつて、導電板 は、導電性接着剤を介して導電構体と電気的に接続される。導電板は、平板状の導 電板基部と、該基部中央から垂直方向に立ち上がる導電板柱状部とから構成される 。導電板材質としては、金属或いは導電性の合成樹脂を用いることができる。導電板 は、小さい (特に厚さ）ので制作がし易いことが望まれるが、例示の導電板は、構成が 簡単なために寸法精度が出し易ぐ歩留まりがよくなる。従って製造コストが下げられ る等々のメリットが生まれる。また、表面の安定性がよぐ変質、劣化の点で有利であ る。
[0031] 図示したように、最下層の導電板基部力 柱状部が絶縁体フィルムを突き抜けてそ の先端が露出している。また、絶縁体フィルムに代えて、導電繊維強化プラスチック フィルムを用いることができる。導電板基部は、接着剤により導電構体に固定される 部分であり、導電板柱状部は、電子放出に寄与する部分である。導電板基部及び柱 状部の上面には、絶縁体フィルム (ポリイミド系高分子フィルム）が熱融着 (或いは接 着）される。例示の導電板柱状部の上面から見た形状は、図 11 (B)に示すように、正 方形 (或いは矩形)である。また、導電板基部の側面は、基部上面の絶縁体フィルム 側面も含めて絶縁性接着剤により、導電構体上面の絶縁体テープに対して接着され る。これによつて、導電構体上面の絶縁体テープ上面と、導電板基部側面と、その上 の絶縁体フィルム側面が一体に接着されると共に、導電板基部側面の露出が防止さ れる。外部空間に露出しているのは、導電板柱状部側面のみである。
[0032] 第 7の例の放電対策装置の性能は、図 10 (B)に示すような試験装置により確認し た。試験装置において、導電板は、導電構体ではなくプラスチック製固定台の上に 載置して、ケーブルを用いて衛星電位を印加した。また、導電板基部の側面は、導 電性接着剤に代えてポリイミド系高分子テープで覆った。このような試験装置により 試験した結果、実際に電子放出を確認することが出来た。
[0033] 図 12は、第 8の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 11に示した第 7の例と は、導電板柱状部近辺の絶縁体フィルムがくりぬかれている点でのみ相違しており、 その他の構成は、第 7の例と同一に構成することができる。これによつて、柱状部の全 ての側面だけでなぐそれに続く導電板基部の上面の一部が、絶縁体フィルムによつ て覆われること無ぐ外部空間に露出している。この第 8の例についても、試験装置に より、実際に電子放出を確認することが出来た。
[0034] 図 13は、第 9の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 11に示した第 7の例と は、導電板柱状部を、ライン状に構成して、その側面を外部空間に露出している点で のみ相違しており、その他の構成は、第 7の例と同一に構成することができる。
[0035] 図 14は、第 10の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 13に示した第 9の例と は、ライン状に構成した導電板柱状部側面を、上から見た図 14 (B)に示されるよう〖こ 、ギザギザ形状にした点でのみ相違しており、その他の構成は、第 9の例と同一に構 成することができる。この第 10の例についても、実際に電子放出を確認することが出 こ ο
[0036] 図 15は、第 11の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板中央部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 11に示した第 7の例と は、導電板柱状部が存在せず、代わりに、絶縁体フィルムをくりぬいて、導電板表面 を露出している点で、相違している。露出形状は、正方形として例示した力 他の形 状にすることもできる。このくりぬいた導電板表面力 外部空間に露出して、ここから 電子放出をすることになる。
[0037] 図 16は、第 12の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 11に示した第 7の例と は、導電板柱状部の上面が、絶縁体フィルムによって覆われること無ぐ導電板柱状 部の上面及び側面が外部空間に露出している点でのみ相違しており、その他の構 成は、第 7の例と同一に構成することができる。
[0038] 図 17は、第 13の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 12に示した第 8の例と は、導電板柱状部の上面が、絶縁体フィルムによって覆われること無ぐ外部空間に 露出している点でのみ相違しており、その他の構成は、第 8の例と同一に構成するこ とがでさる。
[0039] 図 18は、第 14の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。最下層の導電板基部から ライン形状の柱状部が絶縁体フィルムを突き抜けてその先端が露出している。図 13 に示した第 9の例とは、ライン状に構成した導電板柱状部の上面が、絶縁体フィルム によって覆われること無ぐ外部空間に露出している点でのみ相違しており、その他 の構成は、第 9の例と同一に構成することができる。
[0040] 図 19は、第 15の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 18に示した第 14の例と は、ライン形状の導電板柱状部の側面の全面だけでなぐそれに続く導電板基部上 面の一部が絶縁体フィルムによって覆われることなぐ露出している点でのみ相違し ており、その他の構成は、第 14の例と同一に構成することができる。
[0041] 図 20は、第 16の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 19に示した第 15の例と は、ライン形状の導電板の上面を、絶縁体フィルムによって覆い、導電板柱状部側面 及び柱状部両側に所定幅で導電板基部上面が露出している点でのみ相違しており 、その他の構成は、第 15の例と同一に構成することができる。
[0042] 図 21は、第 17の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 18に示した第 14の例と は、ライン状に構成した導電板柱状部の側面が、上から見た図 21 (B)に示されるよう に、ギザギザ形状になって、外部空間に露出している点で相違しており、その他の構 成は、第 14の例と同一に構成することができる。 [0043] 図 22は、第 18の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 21に示した第 17の例と は、絶縁体フィルムをくりぬいて、導電板柱状部側面及び柱状部両側に所定幅で導 電板基部上面が露出している点でのみ相違しており、その他の構成は、第 17の例と 同一に構成することができる。
[0044] 図 23は、第 19の例の放電対策装置の詳細を示す斜視図 (A)、導電板柱状部近辺 の上面図（B) ,及び寸法の一例を示す断面図（C)である。図 22に示した第 18の例と は、導電板柱状部上面に絶縁体フィルムを付着させた点でのみ相違しており、その 他の構成は、第 18の例と同一に構成することができる。
実施例 1
[0045] 図 3に例示の第 1の例の放電対策装置において、絶縁体フィルム及び絶縁体テー プはカプトン (ポリイミド系、厚さ 0.063mm)で、導電性接着剤は、 s692 (接着性がある シリコン榭脂に炭素を含ませたものである。）を厚さ lmm程度接着して試作した。 s69 2は、導電性があるとはいえ銅の 1/108〜1/109程度の導電率である。絶縁体フィルム の試作寸法は 30mm X 30mmの正方形とした。
[0046] 導電性接着剤は多少はみ出しても電子放出に影響はな ヽが、絶縁体フィルムと接 着剤端までの距離が 1.58mm以上になると電子放出が起こらないので、 0.1〜1.58m m程度、望ましくは 0.1〜lmm程度で管理することが望ましい。絶縁体テープは、接 着 '融着する前か後にくりぬく必要がある。テープをくりぬいた部分の一部が露出して V、ると放電が発生し易!、ので完全に導電性接着剤で覆う。
実施例 2
[0047] アルミプレート中央に太陽電池セルを配置し、その周囲に、以下に示すような種々 の放電回避装置を設置した試験サンプルを作成した。即ち、 CFRP (炭素繊維強化プ ラスチック）を導電性接着剤 RTV-S692 (ヮッカー社)で固定した CFRP短冊、導電性接 着剤 RTV-S692を短冊状に設置した S692短冊、 CFRPを接着剤 s692で固定し表面を サンデイングした CFRP短冊 (粗)、導電性接着剤 RTV-S692を王冠状に設置した S692 王冠、炭素棒を接着剤 s692で固定しポリイミド系高分子フィルム (Permacel社製カプト ン)で覆った剣山、剣山カゝら炭素棒を抜きとつたもので接着剤 s692上に穴あきカプト ンで覆った剣山（剣なし)を、放電回避装置として用いた。アルミプレート (クーポンフ レーム）の露出部はカプトンで覆った。以後この試験サンプルをクーポン (Coupon)と
[0048] 図 24は、実験システムを説明する図である。図示したように、サブストーム発生時の 静止軌道環境を模擬するために真空チャンバ一内の X-Yステージ上にクーポンを配 置し、高電圧電源 Vbiasで 10Μ Ωの抵抗を介してクーポンフレームをバイアスし、高 エネルギー電子を電子銃より照射して、サブストーム遭遇時の環境に置いた。図中の X-Yステージ及びトレックプローブは、表面電位を計測するためのものである。太陽 電池セルに逆電位勾配 (カバーガラス電位〉セルの金属部の電位)を形成させるた め、カバーガラスの二次電子係数 (反射電子 Z入射電子）が 1以上となる条件として、 バイアス電圧- 5kVに対して電子ビーム電圧 5.2— 5.0keVと選定した。
[0049] この実験は、電界放出を電子ビームによる帯電をきっかけに発生させることを目的 としている。導電性接着剤 s692力も微小突起などの形状と周囲の絶縁物の帯電によ る電界により電界電子放出が発生することを見込んで 、る。この現象の発生時には 空間（接地したチャンバ一壁)への電子の放出力 グランドを介した電流ループを形 成し、クーポンのノィァス電圧を小さくすることが考えられるため、随時クーポンの電 位をモニターし、 PCに保存した。
[0050] 以上の実験システムにより、電子放出の発生を確認することに成功した。クーポン 負バイアス電位の上昇、 IRカメラの発光映像により電子放出が発生したことを確認し た。また、電子放出が起きている状態では太陽電池セルでは放電が発生しないこと を確認した。
[0051] ここで電界放出が発生した箇所に注目すると、炭素棒剣山、剣山（剣なし)、 CFRP 短冊である。これらの共通する特徴は導電性接着剤 s692を使用して ヽることである。 そして導電性接着剤 s692の短冊や王冠からは何も発生しな力つたことから、シート状 の絶縁物を導電性接着剤 s692でクーポンに接着することで電界放出が発生すると言 える。
[0052] 絶縁シート下に導電性接着剤 s692を置き、電子ビームを照射することで主に側面 力 電界放出が発生する。つまり、静止軌道宇宙機に取り付けることで、サブストーム に遭遇し、宇宙機の電位が負に陥っても自動的に電子を放出し、宇宙機の電位を正 に導き逆電位勾配を予防する、といった放電回避システムを構築することが可能にな る。今回のサンプルで 0.15mAの電流を放出した力 静止軌道では 10mA程度の電流 を放出できればサブストーム遭遇時でも宇宙機の電位が負に陥ることを防止できる。 よって数 cm角のもの 100個を太陽電池パネルの各部、例えば約 100回路からなる太 陽電池回路の終端毎に宇宙機各部に取り付ければよいと見積もることができる。宇 宙機構体と太陽電池を取り付けるパネルとは構造としてつながって 、て、宇宙機構 体もパネルも導体であることから宇宙機構体とパネルとの電位差は小さ 、。したがつ て太陽電池が放電によって破壊されな 、ためには、太陽電池が無 、宇宙機構体の 電位も下がらな 、ようにしなければならな!/、。その意味で宇宙機構体にも放電対策装 置を設置する意味がある。

Claims

請求の範囲
[1] 高エネルギーの電子がふりそそぐ環境にある導電構体及びその面上に取り付けられ た電子素子が、流入する負電荷により電位が負方向に上昇して放電するのを防止す る放電対策装置において、
前記導電構体面に貼った絶縁体テープをくりぬいて、露出した導電構体面に導電 性接着剤を塗布し、さら〖こ、該導電性接着剤の上に絶縁体フィルム或いは導電繊維 強化プラスチックフィルムを貼ると共に、該導電性接着剤の一部を外部に露出させて 構成し、
高工ネルギー電子に遭遇した際に前記絶縁体フィルム或いは導電繊維強化プラス チックフィルムが帯電して、前記導電性接着剤に高電界が印加して、電界電子放出 により電子を前記導電性接着剤から放出することにより前記導電構体の負方向の電 位上昇を防止することから成る放電対策装置。
[2] 前記絶縁体テープ及び前記絶縁体フィルムは、いずれもポリイミド系高分子材料から なり、かつ、前記導電性接着剤は炭素系接着剤である請求項 1に記載の放電対策装 置。
[3] 前記外部に露出させる導電性接着剤の一部は、前記絶縁体フィルム或いは導電繊 維強化プラスチックフィルムの周囲に位置する導電性接着剤の角部である請求項 1 に記載の放電対策装置。
[4] 前記外部に露出させる導電性接着剤の一部は、前記絶縁体フィルムの周隨こ位置 する導電性接着剤の角部、該絶縁体フィルムに穴をあけて挿入し導電性接着剤に 接着した導体棒、或いは該絶縁体フィルムに空けた穴のいずれ力、若しくはそれらの 組み合わせである請求項 1に記載の放電対策装置。
[5] 高エネルギーの電子がふりそそぐ環境にある導電構体及びその面上に取り付けられ た電子素子が、流入する負電荷により電位が負方向に上昇して放電するのを防止す る放電対策装置において、
前記導電構体面に貼った絶縁体テープの表面に固定して該導電構体と電気的に 接続した導体板を導電性接着剤で覆い、さらに、該導電性接着剤の上に絶縁体フィ ルム或!、は導電繊維強化プラスチックフィルムを貼ると共に、該導電性接着剤の一 部を外部に露出させて構成し、
高工ネルギー電子に遭遇した際に前記絶縁体フィルム或いは導電繊維強化プラス チックフィルムが帯電して、前記導電性接着剤に高電界が印加して、電界電子放出 により電子を前記導電性接着剤から放出することにより前記導電構体の負方向の電 位上昇を防止することから成る放電対策装置。
[6] 前記絶縁体テープ及び前記絶縁体フィルムは、いずれもポリイミド系高分子材料から なり、かつ、前記導電性接着剤は炭素系接着剤である請求項 5に記載の放電対策装 置。
[7] 前記外部に露出させる導電性接着剤の一部は、前記絶縁体フィルム或いは導電繊 維強化プラスチックフィルムの周囲に位置する導電性接着剤の角部である請求項 5 に記載の放電対策装置。
[8] 前記外部に露出させる導電性接着剤の一部は、前記絶縁体フィルムの周隨こ位置 する導電性接着剤の角部、該絶縁体フィルムに穴をあけて挿入し導電性接着剤に 接着した導体棒、或いは該絶縁体フィルムに空けた穴のいずれ力、若しくはそれらの 組み合わせである請求項 5に記載の放電対策装置。
[9] 高エネルギーの電子がふりそそぐ環境にある導電構体及びその面上に取り付けられ た電子素子が、流入する負電荷により電位が負方向に上昇して放電するのを防止す る放電対策装置において、
前記導電構体面に貼った絶縁体テープをくりぬいて、露出した導電構体面に導電 性接着剤を塗布し、この導電性接着剤を介して導電構体と電気的に接続される導電 板を、絶縁体テープの表面に固定し、
前記導電板の上面は、一部を外部に露出させた状態で、絶縁体フィルム或いは導 電繊維強化プラスチックフィルムを貼り、
高工ネルギー電子に遭遇した際に前記絶縁体フィルム或いは導電繊維強化プラス チックフィルムが帯電して、前記導電板に高電界が印加して、電界電子放出により電 子を前記導電板力 放出することにより前記導電構体の負方向の電位上昇を防止す ることから成る放電対策装置。
[10] 前記導電板は、導電性接着剤により導電構体に固定される平板状の基部と、該基部 中央力 垂直方向に立ち上がる柱状部とから構成される請求項 9に記載の放電対策 装置。
前記導電板は、少なくともその側面が覆われる状態で、絶縁性接着剤により導電構 体上面の絶縁体テープに対して接着される請求項 9に記載の放電対策装置。
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