WO2022029827A1 - 伸展マスト、その製造方法及び太陽光発電パドル並びに宇宙構造物 - Google Patents

伸展マスト、その製造方法及び太陽光発電パドル並びに宇宙構造物 Download PDF

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WO2022029827A1
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fiber
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longitudinal direction
fiber reinforced
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和規 高垣
壮平 鮫島
一史 関根
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三菱電機株式会社
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    • H05B2203/003—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using serpentine layout

Definitions

  • This disclosure relates to an extension mast, its manufacturing method, a photovoltaic paddle, and a space structure.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique of winding a blanket to which a solar cell is attached in a roll shape and stretching it using a stretch mast.
  • this extension mast is generally composed of a highly elastic member such as a lightweight fiber reinforced plastic.
  • the stretch mast using fiber reinforced plastic has a problem that stress relaxation occurs and the elastic restoring force decreases when the stretch mast is stored in the winding form or the stretched form for a long period of time.
  • assisting members made of a long metal plate having elasticity are stacked so as to be relatively movable in the longitudinal direction along the extending mast, and the elastic restoring force of the assisting member causes the extension mast body to be formed. Techniques that assist in the transition to the extended or wound state are disclosed.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and is an extension mast that maintains the elastic restoring force of the extension mast while suppressing an increase in weight and volume, a manufacturing method thereof, and a photovoltaic paddle. It also aims to provide space structures.
  • the extension mast according to the present disclosure is a fiber-reinforced plastic that is arranged in contact with a first fiber layer using a fiber-reinforced plastic and a first fiber layer, and has a thermal expansion rate in the longitudinal direction used in the first fiber layer.
  • a second fiber layer using a fiber reinforced plastic having a thermal expansion rate larger than that of the second fiber layer and a heating wire arranged on the second fiber layer are provided, and the first fiber layer, the second fiber layer and the like are provided. It is characterized in that the number of times of overlapping of heating wires of different layers when the heating wires are wound and stored in a roll shape is minimized.
  • the extension mast according to the present disclosure is arranged in contact with the first fiber layer using the fiber reinforced plastic and the first fiber layer, and the thermal expansion rate in the longitudinal direction is the fiber used in the first fiber layer.
  • a second fiber layer using a fiber reinforced plastic having a larger thermal expansion rate in the longitudinal direction of the reinforced plastic and a heating wire arranged on the second fiber layer are provided, and the heating wire has a sine wave shape having a constant period. It is characterized in that the fibers are arranged so that the amplitudes differ in the longitudinal direction.
  • a first fiber layer using a fiber reinforced plastic and a fiber reinforced plastic having a thermal expansion rate in the longitudinal direction used in the first fiber layer are thermally expanded in the longitudinal direction.
  • a step a step of installing the sealed prepreg laminate in the autoclave and pressurizing and heating from the outside of the bagging film, and a step of taking out the prepreg laminate from the inside of the autoclave and removing the shaft member, the bagging film and the sealing material.
  • a first fiber layer using a fiber reinforced plastic and a fiber reinforced plastic having a thermal expansion rate in the longitudinal direction used in the first fiber layer are thermally expanded in the longitudinal direction.
  • a step a step of installing the sealed prepreg laminate in the autoclave and pressurizing and heating from the outside of the bagging film, and a step of taking out the prepreg laminate from the inside of the autoclave and removing the shaft member, the bagging film and the sealing material. It is characterized by comprising a step of arranging a heating wire having a sine wave shape having a fixed period and having different amplitudes in the longitudinal direction on the surface of the second fiber layer.
  • the vacuum valve it is possible to provide an extension mast that maintains the elastic restoring force of the extension mast while suppressing an increase in weight and volume, a method for manufacturing the extension mast, a photovoltaic power generation paddle, and a space structure. ..
  • extension mast for carrying out the present disclosure
  • the same parts or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an extension mast 1 in the first embodiment for carrying out the present disclosure.
  • the extension mast 1 is composed of a first fiber layer 2 made of fiber reinforced plastic, a second fiber layer 3 made of fiber reinforced plastic, and a heating wire 4, and is wound and stored in a roll shape. It has a function and a function of extending and extending into a rod shape.
  • the second fiber layer 3 is arranged in contact with the first fiber layer 2.
  • the coefficient of thermal expansion in the longitudinal direction of the fiber reinforced plastic used in the second fiber layer 3 is larger than the coefficient of thermal expansion in the axial direction of the fiber layer reinforced plastic used in the first fiber layer 2.
  • the thermal expansion rate in the longitudinal direction in a state where the extension mast 1 is extended is shown in the direction of P.
  • the fiber reinforced plastic for example, a carbon fiber reinforced plastic in which carbon fiber is impregnated with an epoxy resin can be used.
  • the heating wire 4 is arranged on the second fiber layer 3.
  • the heating wires 4 are arranged so that the number of times the heating wires of different layers are overlapped with each other when the heating wires 4 are wound and stored in a multi-layered manner in a roll shape is minimized.
  • a nichrome wire can be used as the heating wire 4.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the extension mast 1 in the first embodiment for carrying out the present disclosure.
  • FIG. 2A shows an extension mast in the extended state
  • FIG. 2B shows an extension mast during the transition from the extended state to the stored state
  • FIG. 2C shows the extended mast in the stored state.
  • the extended mast in the extended state, has a boom shape curled into a semi-cylindrical shape.
  • FIG. 2 (c) in the stored state, the extension mast 1 has a roll shape wound into a roll shape. The extension mast 1 can maintain its shape in each of the boom shape and the roll shape.
  • the extension mast 1 When the extension mast 1 shifts from the extension state to the retracted state, elastic strain energy is accumulated in the extension mast 1 as shown in FIG. 2 (b).
  • the extension mast 1 extends by releasing the accumulated elastic strain energy. Therefore, in the short term, the extension mast 1 can be arranged on both sides of the blanket, for example, so that the blanket can be stored and extended without requiring a special driving device. However, if it is stored in the winding form or the extended form for a long period of time, there is a problem that stress relaxation occurs and the elastic restoring force is lowered.
  • the extension mast of the present disclosure is arranged in contact with the first fiber layer 2 using the fiber reinforced plastic and the first fiber layer 2, and the thermal expansion rate in the longitudinal direction is the fiber used in the first fiber layer 2.
  • a second fiber layer 3 using a fiber reinforced plastic having a thermal expansion rate larger than the longitudinal thermal expansion rate of the reinforced plastic and a heating wire 4 arranged on the second fiber layer 3 are provided, and the first fiber layer 2,
  • the second fiber layer 3 and the heating wire 4 are wound and stored in a multi-layered manner in a roll shape, the number of times the heating wires of different layers are overlapped with each other is minimized.
  • Examples of the fiber reinforced plastic of the first fiber layer 2 include a fiber reinforced plastic made of carbon fiber K13C (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and an epoxy resin (longitudinal thermal expansion rate -1.4 ppm / K), and a second fiber layer.
  • a fiber reinforced plastic made of carbon fiber K13C manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
  • an epoxy resin longitudinal thermal expansion rate -1.4 ppm / K
  • a fiber reinforced plastic of No. 3 for example, a fiber reinforced plastic made of T800S (manufactured by Toray Co., Ltd.) and an epoxy resin (longitudinal thermal expansion rate ⁇ 0.1 ppm / K) can be used.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a stored state of the extension mast 1 in the first embodiment for carrying out the present disclosure.
  • the extension mast 1 is formed into a winding form by winding the extension mast 1 extended in a rod shape into a roll shape from the end portion.
  • the thermal expansion rate in the longitudinal direction of the fiber reinforced plastic of the second fiber layer 3 is higher than the thermal expansion rate in the axial direction of the fiber reinforced plastic of the first fiber layer 2. Due to the large configuration, when the resin is cooled from the curing temperature, the first fiber layer 2 has a tensile force in the longitudinal direction (direction P in FIG. 3), and the second fiber layer 3 has a longitudinal direction (FIG. 3).
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating an extended state of the extended mast 1 in the first embodiment for carrying out the present disclosure.
  • the extension mast 1 becomes an extension form by generating a force for extending the extension mast 1 wound in a roll shape into a rod shape.
  • Part of the force required for extension is obtained by releasing the stress remaining as internal stress in the first fiber layer 2 and the second fiber layer 3 in the storage stroke.
  • the residual stress can be released by releasing the fixing of the fixed end portion in order to maintain the winding form.
  • stress relaxation occurs and the elastic restoring force is lowered.
  • the coefficient of thermal expansion in the axial direction of the fiber reinforced plastic of the second fiber layer 3 is larger than the coefficient of thermal expansion in the longitudinal direction of the fiber reinforced plastic of the first fiber layer 2. It has become. Therefore, by passing a current through the heating wire 4 to heat the heating wire 4, the second fiber layer 3 expands more than the first fiber layer 2, so that the first fiber layer 2 has a longitudinal direction (FIG. FIG. A compressive force is generated in both directions in the direction of P in 4), and a tensile force is generated in the longitudinal direction (direction of P in FIG. 4) in the second fiber layer 3, and as a result, a resultant force is generated in the direction in which the extension mast 1 is extended. work.
  • the residual stress can assist the force to extend the extension mast 1 in a rod shape in the extension state without adding a member.
  • the extension mast can be advanced without requiring a special driving device.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating the overlap of heating wires of different layers when the extension mast 1 in the first embodiment for carrying out the present disclosure is housed.
  • the heating wires 5 and 6 shown in FIG. 5 show a part of the heating wires 4 in which the extension mast 1 is wound and stored in multiple layers in a roll shape, and the heating wires 5 and electricity are shown.
  • the heat ray 6 indicates a heating wire having different layers. As shown by the heating wires 5 and 6, when the heating wires 4 are rolled up and stored, the heating wires 4 are arranged in the longitudinal direction (direction P in FIG. 5) so that the number of times the heating wires of different layers overlap each other is minimized. Have been placed.
  • the heating wire 4 has, for example, a sinusoidal shape having a fixed period, and is arranged so that the amplitude differs in the longitudinal direction.
  • the wavelength when the heating wire 4 has a sinusoidal shape needs to be designed so that the first fiber layer 2 and the second fiber layer 3 can be appropriately heated by passing an electric current through the heating wire 4, for example.
  • the wavelength can be double the width of the extension mast 1.
  • the number of overlaps of the heating wires 4 may be the minimum number corresponding to the designed sine wave. For example, in a two-cycle sine wave, the overlap is four points. Is the minimum.
  • the carbon fiber reinforced plastic in which the carbon fiber is impregnated with the epoxy resin is used as the fiber reinforced plastic, but a material other than the carbon fiber and the epoxy resin may be used. Further, in the present embodiment, carbon fibers are used for both the first fiber layer 2 and the second fiber layer 3, but different fibers may be used.
  • the fiber of the fiber reinforced plastic for example, carbon fiber, glass fiber, quartz fiber, SiC fiber, aramid fiber and the like can be used.
  • an epoxy resin a cyanate ester resin, an unsaturated polyester resin, a polyether ether ketone resin, a thermoplastic polyimide resin, a polyphenylene sulfide resin and the like can be used.
  • a nichrome wire is used as the heating wire, but any material that generates heat by passing a current may be used, for example, a nickel-chromium alloy or an iron-chromium-aluminum alloy. May be used.
  • the sine wave shape having a fixed period is used as the arrangement of the heating wires 4, but the sine wave shape having a fixed period does not have to be used.
  • the heating wire 4 since the heating wire 4 only needs to have the minimum number of overlaps when it is wound up in a roll shape and stored, it may be, for example, a triangular wave or a superposed wave of a sine wave having a plurality of frequencies. Further, the number of heating wires 4 may be not one but a plurality. In that case, for example, by arranging the extension mast 1 so as not to be parallel to the longitudinal direction, it is possible to minimize the number of overlaps while maintaining a wide arrangement range of the heating wires.
  • the extension mast according to the present disclosure is arranged in contact with the first fiber layer using the fiber reinforced plastic and the first fiber layer 2, and the thermal expansion rate in the longitudinal direction is the first fiber layer 2.
  • the first fiber is provided with a second fiber layer 3 using a fiber reinforced plastic having a thermal expansion coefficient larger than the longitudinal thermal expansion rate of the fiber reinforced plastic used, and a heating wire 4 arranged on the second fiber layer 3.
  • the first fiber layer 2 is characterized in that the number of times the heating wires of different layers are overlapped with each other when the layer 2, the second fiber layer 3 and the heating wire 4 are wound and stored in a roll shape is minimized.
  • a force that shifts to the winding form acts when cooling from the molding temperature, so that the fiber layer 3 can be easily wound and stored in a roll shape.
  • a force that shifts to the stretched form works, so that a special drive device is not required, and the force that shifts to the stretched form of the stretchable mast can be assisted and stretched.
  • the heating wire is arranged on the second fiber layer and is arranged on the second fiber layer so that the number of overlaps when stored in the roll form is minimized, when the heating wire is wound into the roll form. Since the phase shifts due to the influence of the plate thickness, the overlapping area is minimized, and the increase in weight and volume can be suppressed to the minimum.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a manufacturing process according to the second embodiment for carrying out the present disclosure.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing one step of manufacturing the extension mast according to the second embodiment for carrying out the present disclosure.
  • steps S1 to S5 a member consisting of a first fiber layer 2 made of fiber reinforced plastic and a second fiber layer 3 made of fiber reinforced plastic, excluding the heating wire 4, is produced from the extension mast 1. .
  • step S1 a method using a prepreg material obtained by semi-curing a resin in which a resin and a fiber are integrated will be described.
  • the fiber-reinforced plastic prepreg material of the second fiber layer 3 is wound around the shaft member 13 having a substantially cylindrical shape so as to cover the entire circumference of the shaft member 13 and arranged.
  • the prepreg material of the first fiber layer 2 fiber reinforced plastic is wound around the prepreg material of the second fiber layer 3 fiber reinforced plastic and arranged to form a laminated prepreg laminate 12.
  • the coefficient of thermal expansion in the longitudinal direction of the fiber reinforced plastic used in the second fiber layer 3 is larger than the coefficient of thermal expansion in the longitudinal direction of the fiber reinforced plastic used in the first fiber layer 2.
  • the direction of winding around the shaft member 13 is the direction perpendicular to the extension direction P.
  • step S2 as shown in FIG. 7, the prepreg laminate 12 is wound around the shaft member 13, covered entirely with the bagging film 14, and sealed with the sealing material 15.
  • the pump (not shown) is operated to exhaust the air inside the bagging film 14 to reduce the pressure of the prepreg laminate 12.
  • step S3 the prepreg laminated body 12 is installed in the autoclave, and is heated by applying pressure from the outside of the bagging film 14. For example, the temperature of 120 ° C. is maintained at 3 atm for 3 hours.
  • step S4 the prepreg laminate 12 is taken out from the autoclave, and the shaft member 13, the bagging film 14, and the sealing material 15 are removed from the prepreg laminate 12.
  • the prepreg laminate 12 removed from the autoclave is machined to provide a slit portion in the longitudinal direction to create an open cross section, whereby the first fiber layer 2 and the second fiber layer 2 and the second of the extension mast 1 excluding the heating wire 4
  • the member made of the fiber layer 3 of the above is completed.
  • step S5 the member composed of the first fiber layer 2 and the second fiber layer 3 is formed into an extended form, and the heating wire 4 is arranged on the surface of the second fiber layer 3.
  • the heating wire 4 is arranged so that the number of times the heating wires of different layers are overlapped with each other when the extension mast 1 is wound up in a roll shape and stored is minimized. That is, it has a sine wave shape with a fixed period, and is arranged so that the amplitude differs in the longitudinal direction.
  • laser projection or the like may be used.
  • the heating wire 4 may be temporarily fixed to the surface of the second fiber layer 3 with an adhesive tape or the like.
  • the adhesive is applied from above along the arranged heating wire 4. If an adhesive tape or the like is used to prevent misalignment, remove the adhesive tape or the like before applying the adhesive. Curing is promoted by applying heat or ultraviolet rays depending on the adhesive, and the heating wire 4 is integrated with the second fiber layer 3 to complete the extension mast 1.
  • the conditions for heating the prepreg laminate 12 under pressure differ depending on the type of resin constituting the prepreg laminate 12.
  • the method of arranging the prepreg laminated body 12 so as to cover the entire circumferential direction of the substantially cylindrical shaft member 13 has been described, but the prepreg laminated body 12 is arranged so as to cover the entire circumferential direction of the substantially cylindrical shaft member 13. If it is not arranged so as to cover the whole but is arranged so as to have a C-shape, an open cross section can be formed without processing after manufacturing.
  • the prepreg of the fiber reinforced plastic is used, but hand lay-up, Resin Transfer Molding, or the like may be used.
  • machining is used as the processing method of the prepreg laminated body 12, but it is sufficient if a slit in the longitudinal direction of the prepreg laminated body 12 can be provided and an open cross section can be produced.
  • laser processing may be used. good.
  • the method of arranging the heating wire 4 on the second fiber layer 3 and applying the adhesive is used, but it is sufficient if the heating wire 4 can be mounted on the surface of the second fiber layer 3.
  • the adhesive may be applied first to the arrangement position of the heating wire 4, and the heating wire 4 may be arranged on the adhesive.
  • the heating wire 4 is arranged on the surface of the prepreg material of the second fiber layer 3, and the second fiber is placed in the pressurizing and heating step of the prepreg laminate 12.
  • the layer 3 and the heating wire 4 may be integrated.
  • the adhesive may or may not be applied along the heating wire 4.
  • an acrylic-based, epoxy-based, silicon-based, phenol-based, polyethylene-based, polyimide-based, urethane-based, or polyurethane-based adhesive is used. Can be used.
  • the method for manufacturing an extension mast is a method for manufacturing a first fiber layer using a fiber reinforced plastic and a longitudinal heat of the fiber reinforced plastic used in the first fiber layer having a thermal expansion rate in the longitudinal direction.
  • the step of sealing the step of installing the prepreg laminate 12 in the autoclave and applying pressure from the outside of the bagging film 14 to heat it, and the step of taking out the prepreg laminate 12 from the inside of the autoclave, and taking out the shaft member 13, the bagging film 14 and the sealing material.
  • the extension mast 1 can be manufactured by including the step of removing the 15 and the step of arranging the heating wire 4 on the surface of the second fiber layer 3.
  • the extension mast 1 is arranged in contact with the first fiber layer 2 using the fiber reinforced plastic and the first fiber layer 2, and the thermal expansion rate in the longitudinal direction is the fiber reinforcement used in the first fiber layer 2.
  • a second fiber layer 3 using a fiber-reinforced plastic having a thermal expansion rate larger than that of the plastic in the longitudinal direction and a heating wire arranged on the second fiber layer 3 are provided, and the first fiber layer 2 and the second fiber layer 2 are provided.
  • the feature is that the number of times of overlapping of the heating wires of different layers when the fiber layer 3 and the heating wire 4 of the above are wound and stored in a roll shape is minimized, so that no special drive device is required.
  • the thermal stress caused by the difference in thermal expansion rate between the first fiber layer 2 and the second fiber layer 3 can assist the transition of the extension mast to the extended state or the winding state.
  • Embodiment 3 Next, the photovoltaic paddle to which the extension mast 1 is applied in the first embodiment for carrying out the present disclosure will be described with reference to FIGS. 8 and 9. From FIG. 8 and in FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts. In the following, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and the differences will be mainly described.
  • FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of the photovoltaic power generation paddle 7 in the third embodiment for carrying out the present disclosure.
  • FIG. 8 is a photovoltaic paddle 7 in a state in which the extension mast 1 is in the extended form.
  • FIG. 9 is a side view showing a schematic configuration of the photovoltaic power generation paddle 7 in the third embodiment for carrying out the present disclosure.
  • FIG. 9 is a photovoltaic power generation paddle 7 in a state in which the extension mast 1 is in a winding form.
  • the photovoltaic power generation paddle 7 includes one or more extension masts 1, a solar cell 8, a first paddle member 9, a second paddle member 10, and a solar cell 8. It consists of a blanket 11 that supports. A plurality of solar cell 8s are arranged on the surface of the blanket 11.
  • the photovoltaic paddle 7 includes an extension mast 1 having a function of extending the blanket 11 in a plane and a function of winding it in a roll. The extension mast 1 is arranged on both sides of the blanket 11 along, for example, the extension direction P.
  • a substantially cylindrical first paddle member 9 is attached to an end portion of the blanket 11 on the side that serves as a winding starting point.
  • the substantially cylindrical shape includes a prism whose cross-sectional shape is a perfect circle in a plane perpendicular to the axial direction, and a prism whose cross section is an ellipse.
  • a second paddle member 10 having a substantially polygonal prism shape is attached to an end portion of the blanket 11 on the side connected to a satellite structure (not shown), which is the end point at which the blanket 11 is wound.
  • the substantially polygonal prism shape includes a prism with rounded corners of the polygon.
  • the one or more extension masts 1 and the blanket 11 may or may not be connected.
  • the attitude control of the photovoltaic power generation paddle 7 can be stably performed.
  • first paddle member 9 and the second paddle member 10 for example, carbon fiber reinforced plastic is used.
  • solar cell 8 for example, a gallium arsenide (GaAs) solar cell can be used.
  • the blanket 11 for example, a Kapton film can be used. It was
  • the extension mast 1 of the photovoltaic power generation paddle 7 mounted on the artificial satellite is wound up at the time of launching the rocket, so that the shape of the rocket tip is limited.
  • the photovoltaic power generation paddle 7 can be efficiently stored in the ring.
  • the extension mast 1 is made into an extension form, so that the photovoltaic paddle 7 can generate electricity.
  • the extension force of the extension mast 1 releases the internal stress generated in the first fiber layer 2 and the second fiber layer 3 when the extension mast 1 is in the winding form, and the heating wire 4 mounted on the extension mast 1 It can be obtained by applying an electric current to the mast and heating it.
  • the power supply device for applying a current to the heating wire 4 may be mounted on the artificial satellite main body or may be mounted on the solar cell photovoltaic power generation paddle. By deploying the stored extension mast 1, a large-area solar power generation paddle 7 can be realized, and a large-capacity power generation can be obtained.
  • a gallium arsenide (GaAs) solar cell is used as the solar cell 8, but any device that generates power against sunlight may be used, for example, a silicon (Si) solar cell.
  • Si silicon
  • Rigid type solar cells or flexible solar cells such as organic thin-film solar cells using various compounds can be used.
  • an inflexible solar cell is used for the solar cell 8
  • a plurality of solar cells 8 are arranged on the blanket 11 with a space between them, so that the extension mast becomes a winding form. It is possible to suppress bending of the solar cell 8 at that time and prevent damage to the solar cell 8.
  • a Kapton film is used as the blanket 11, but a flexible film-like substrate having an insulating property may be used, and the materials thereof are, for example, polyethylene naphthalate (PEN) and polyethylene terephthalate. (PET), liquid crystal polymer (LCP) and the like can be used.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate.
  • LCP liquid crystal polymer
  • the artificial satellite has been described above as an application example of the photovoltaic power generation paddle 7, it may be used for other purposes.
  • the photovoltaic power generation paddle 7 requires a large amount of electric power during operation, etc., but is suitable when there are dimensional restrictions when electric power is not required, such as during transportation, and its intended use is not limited to artificial satellites.
  • the extension mast of the solar power generation paddle is arranged in contact with the first fiber layer 2 using the fiber reinforced plastic and the first fiber layer 2, and is thermally expanded in the longitudinal direction.
  • the thermal stress caused by the difference in thermal expansion rate between the first fiber layer and the second fiber layer causes the extension mast to shift to the extended state or the winding state. Can help. Therefore, by using the extension mast 1 in the first embodiment, it is possible to realize a large-area photovoltaic power generation paddle 7 by maintaining the elastic restoring force of the extension mast while suppressing an increase in weight and volume. It is possible to obtain a large amount of power generation.
  • Embodiment 4 a space structure provided with a photovoltaic paddle to which the extension mast 1 is applied according to the first embodiment for carrying out the present disclosure will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
  • FIGS. 10 to 12 the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding portions. In the following, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and the differences will be mainly described.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a space structure provided with a photovoltaic paddle according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the space structure 200 is, for example, an artificial satellite, and includes a photovoltaic power generation paddle 100, a structure main body 110, and an antenna 120.
  • the structure main body 110 is, for example, a satellite structure, and the photovoltaic power generation paddle 100 is connected to both sides of the structure main body 110, for example.
  • the antenna 120 is attached to, for example, the upper surface or the front surface of the structure main body 110.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a space structure provided with a photovoltaic paddle according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 shows an artificial satellite when it is housed in the fairing P1 which is the tip of the rocket.
  • the photovoltaic paddle 100 is housed in the fairing P1 of the rocket in a state where the blanket 11 is wound up in a roll shape.
  • the photovoltaic paddle 100 extends the blanket 11 together with the extension mast 1 after the space structure 200 is exposed to outer space.
  • the solar cell 8 receives sunlight and starts power generation.
  • the space structure 200 is arranged in contact with the first fiber layer 2 using the fiber reinforced plastic and the first fiber layer 2, and has a thermal expansion rate in the longitudinal direction.
  • a second fiber layer 3 using a fiber reinforced plastic having a thermal expansion rate larger than the longitudinal thermal expansion rate of the fiber reinforced plastic used in the fiber layer 2 of 1 and a heating wire arranged on the second fiber layer 3 are provided. Since the first fiber layer 2, the second fiber layer 3 and the heating wire 4 are wound and stored in a roll shape, the number of times the heating wires of different layers are overlapped with each other is minimized.
  • the thermal stress caused by the difference in thermal expansion rate between the first fiber layer 2 and the second fiber layer 3 assists the transition of the extension mast to the extended state or the winding state without requiring a special driving device. can do. Therefore, by using the extension mast 1 in the first embodiment, it is possible to realize a large-area photovoltaic power generation paddle 7 by maintaining the elastic restoring force of the extension mast while suppressing an increase in weight and volume. It is possible to obtain a large amount of power generation. Further, since the space structure 200 includes a photovoltaic paddle 100 capable of winding the blanket 11 in a roll shape using this extension mast, the space structure 200 can be easily housed in the fairing P1 of the rocket at the time of launch. ..
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing another example of the space structure provided with the photovoltaic paddle according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the space structure 200 is, for example, a space station.
  • the structure body 110 of the space station includes, for example, a structural frame called a truss, and at least one photovoltaic paddle 100 is attached to the structure body 110.
  • FIG. 12 shows an example in which the number of the photovoltaic power generation paddles 100 is, for example, four, but the number may be one or four or more.
  • extension masts of the extension mast are shown, but at least one extension mast may be used, for example, one extension mast may be provided in the center of the blanket 11. It may be arranged.
  • Embodiments 1 to 4 may be appropriately combined as long as the gist of the present disclosure is not deviated.
  • 1 Extension mast 2 1st fiber layer, 3 2nd fiber layer, 4, 5, 6 heating wire, 7, 100 photovoltaic power generation paddle, 8 solar cell, 9 1st paddle member, 10 2nd paddle member , 11 blanket 12 prepreg laminate, 13 shaft member, 14 bagging film, 15 sealing material, 110 structure body, 120 antenna, 200 space structure.

Landscapes

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Abstract

本開示に係る伸展マスト（１）は、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層（２）と、第１の繊維層（２）と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層（３）と、第２の繊維層（３）上に配置された電熱線（４，５，６）とを備え、第１の繊維層（２）、第２の繊維層（３）および電熱線（４，５，６）がロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線（４，５，６）同士の重なり回数が最小となることを特徴とする。これにより、重量や容積の増加を抑制しつつ、伸展マストの弾性復元力を維持することができる。

Description

伸展マスト、その製造方法及び太陽光発電パドル並びに宇宙構造物
  本開示は、伸展マスト、その製造方法及び太陽光発電パドル並びに宇宙構造物に関する。
  近年、人工衛星を活用した高速大容量通信の需要が高まっており、高機能な通信機器を搭載した通信放送衛星の開発が進められている。このような人工衛星では、通信機器の電力消費量の増大に伴い、大電力を供給することが可能な太陽光発電パドルが求められている。太陽光発電パドルには太陽電池セルが搭載され、太陽光を電気エネルギーに変換して電力を得ている。太陽光発電パドルは、通常、打ち上げ時に折り畳んだ状態でロケットの先端部分であるフェアリングに収納され、宇宙空間で所望の形状に展開される。
  現在、人工衛星では一般的に、複数の連結された平板状のパネルに太陽電池セルが配設されたリジット型の太陽光発電パドルが用いられている。しかし、人工衛星が収納されるフェアリングの容積には限界があることから、リジット型の太陽光発電パドルでは、パネルのサイズや枚数に制限がある。
　そこで、人工衛星の小型軽量化及び大電力化の両立を実現するものとして、平板状のパネルの代わりに、ブランケットと呼ばれる可撓性のフィルム状の基板に太陽電池セルが配設されたフレキシブル型の太陽光発電パドルが注目されている。非特許文献１には、太陽電池セルが貼り付けられたブランケットをロール状に巻き取り、伸展マストを用いて伸展する技術が開示されている。
　この伸展マストは、一般的に、例えば軽量な繊維強化プラスチックといった高弾性の部材で構成されることが知られている。しかし、繊維強化プラスチックを用いた伸展マストは、長期間、巻取形態あるいは伸展形態で保管すると、応力緩和が起こり弾性復元力が低下するという問題がある。特許文献１には、弾性を有する長尺の金属製板材によって構成される助勢部材を伸展マストに沿って長手方向に相対移動自在に重ねて設け、助勢部材の弾性復元力によって、伸展マスト本体の伸展状態あるいは巻取状態への移行を助勢する技術が開示されている。
特開２０１８－１９６５号公報
Bao Hoang; Steve White; Brian Spence; Steven Kiefer, "Commercialization of Deployable Space Systems' roll-out solar array (ROSA) technology for Space Systems Loral (SSL) solar arrays" Aerospace Conference,30 June 2016
  しかしながら、特許文献１の伸展マストでは、金属製の助勢部材を用いることにより、伸展マストの重量が増したり、巻き取った際の伸展マストのロール径が大きくなり収納時の容積が大きくなったりする課題があった。
  本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、重量や容積の増加を抑制しつつ、伸展マストの弾性復元力を維持する伸展マスト、その製造方法及び太陽光発電パドル並びに宇宙構造物を提供することを目的とする。
  本開示に係る伸展マストは、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、第１の繊維層と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層と、第２の繊維層上に配置された電熱線とを備え、第１の繊維層、第２の繊維層および電熱線がロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となることを特徴とする。
  また、本開示に係る伸展マストは、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、第１の繊維層と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層と、第２の繊維層上に配置された電熱線とを備え、電熱線は、一定周期の正弦波形状であり、長手方向で振幅が異なるように配置されていることを特徴とする。
  さらに、本開示に係る伸展マストの製造方法は、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層とを軸部材に巻き付けてプリプレグ積層体を形成するステップと、軸部材に巻き付けられたプリプレグ積層体をバギングフィルムで覆い、シール材で密閉するステップと、密閉されたプリプレグ積層体をオートクレーブ内に設置し、バギングフィルムの外部から加圧して加熱するステップと、オートクレーブ内からプリプレグ積層体を取り出し、軸部材とバギングフィルムとシール材とを取り外すステップと、ロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となるように配置された電熱線を第２の繊維層の表面に配置するステップとを備えることを特徴とする。
  さらに、本開示に係る伸展マストの製造方法は、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層とを軸部材に巻き付けてプリプレグ積層体を形成するステップと、軸部材に巻き付けられたプリプレグ積層体をバギングフィルムで覆い、シール材で密閉するステップと、密閉されたプリプレグ積層体をオートクレーブ内に設置し、バギングフィルムの外部から加圧して加熱するステップと、オートクレーブ内からプリプレグ積層体を取り出し、軸部材とバギングフィルムとシール材とを取り外すステップと、一定周期の正弦波形状であり、長手方向で振幅が異なるように配置された電熱線を第２の繊維層の表面に配置するステップとを備えることを特徴とする。
　本開示に係る真空バルブによれば、重量や容積の増加を抑制しつつ、伸展マストの弾性復元力を維持する伸展マスト、その製造方法及び太陽光発電パドル並びに宇宙構造物を提供することができる。
本開示の実施の形態１に係る伸展マストの概略構成を示す斜視図である。 本開示の実施の形態１に係る伸展マストを説明するための説明図である。 本開示の実施の形態１に係る伸展マストの収納状態を説明する斜視図である。 本開示の実施の形態１に係る伸展マストの伸展状態を説明する斜視図である。 本開示の実施の形態１に係る伸展マストを収納したときの異なる層の電熱線同士の重なりを説明する平面図である。 本開示の実施の形態２に係る伸展マストの製造工程を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態２に係る伸展マストを製造する一工程を示す説明図である。 本開示の実施の形態３に係る太陽光発電パドルの概略構成を示す平面図である。 本開示の実施の形態３に係る太陽光発電パドルの概略構成を示す側面図である。 本開示の実施の形態４に係る太陽光発電パドルを備えた宇宙構造物の概略構成を示す斜視図である。 本開示の実施の形態４に係る太陽光発電パドルを備えた宇宙構造物を示す概略構成を示す平面図である。 本開示の実施の形態４に係る太陽光発電パドルを備えた宇宙構造物の他の例を示す概略構成図である。
  以下、本開示を実施するための伸展マスト、伸展マストの製造方法、および伸展マストを適用した太陽光発電パドル並びに宇宙構造物を、図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
実施の形態１．
  図１は、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１の概略構成を示す斜視図である。伸展マスト１は、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層２と、繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３と、電熱線４からなる構成であり、ロール状に巻き取って収納させる機能と棒状に伸ばして伸展させる機能とを有している。第２の繊維層３は第１の繊維層２と互いに接して配置されている。第２の繊維層３で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率は、第１の繊維層２で用いられる繊維層強化プラスチックの軸方向の熱膨張率より大きい。図１では、伸展マスト１を進展させた状態での長手方向の熱膨張率をＰの方向で表している。繊維強化プラスチックとしては、例えば炭素繊維にエポキシ樹脂を含侵させた炭素繊維強化プラスチックを用いることができる。電熱線４は第２の繊維層３上に配置されている。電熱線４は、ロール状に多層に巻き取って収納したときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となるように配置されている。電熱線４としては、例えばニクロム線を用いることができる。
  図２は、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１を説明するための説明図である。図２（ａ）は、伸展状態の伸展マスト、図２（ｂ）は、伸展状態から収納状態へ移行中の伸展マスト、図２（ｃ）は、収納状態の伸展マストを示す。図２（ａ）に示すように、伸展状態において、伸展マストは、半円筒状に丸まったブーム形状を有する。また図２（ｃ）に示すように、収納状態において、伸展マスト１は、ロール状に巻き取られたロール形状を有する。伸展マスト１は、ブーム形状とロール形状とのそれぞれで形状を維持することができる。
　伸展マスト１が伸展状態から収納状態に移行する際、図２（ｂ）に示すように、伸展マスト１には、弾性ひずみエネルギーが蓄積される。伸展マスト１は、蓄積された弾性ひずみエネルギーを解放することで伸展する。そのため、短期的には伸展マスト１は、例えばブランケットの両側に配置されることにより、特別な駆動装置を必要とせず、ブランケットの収納及び伸展を行うことができる。しかし、長期間、巻取形態あるいは伸展形態で保管すると応力緩和が起こり、弾性復元力が低下する問題がある。
  本開示の伸展マストは、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層２と、第１の繊維層２と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層２で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３と、第２の繊維層３上に配置された電熱線４とを備え、第１の繊維層２、第２の繊維層３および電熱線４がロール状に多層に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となることを特徴とする。第２の繊維層３の繊維強化プラスチックの軸方向の熱膨張率が、第１の繊維層２の繊維強化プラスチックの軸方向の熱膨張率より大きいため、伸展マスト１に温度変化が生じた際に、伸展マスト１を収納または伸展させる力が生じる。また、電熱線がロール形態に収納したときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となるように、第２の繊維層３上に配置されているため、重量や容積の増大を回避して熱応力による助勢を実現し、長期間の巻取形態あるいは伸展形態により応力緩和が生じても伸展マストの弾性復元力を維持することができる。第１の繊維層２の繊維強化プラスチックとしては例えば、炭素繊維Ｋ１３Ｃ（三菱ケミカル社製）とエポキシ樹脂からなる繊維強化プラスチック（長手方向熱膨張率 ―１．４ｐｐｍ／Ｋ）、第２の繊維層３の繊維強化プラスチックとしては例えば、Ｔ８００Ｓ（東レ社製）とエポキシ樹脂からなる繊維強化プラスチック（長手方向熱膨張率 ―０．１ｐｐｍ／Ｋ）を用いることができる。
  図３は、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１の収納状態を説明する斜視図である。収納状態では、棒状に伸ばして伸展した伸展マスト１を端部からロール状に巻き取ることで伸展マスト１が巻取形態になる。その際、実施の形態１における伸展マスト１では、第２の繊維層３の繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率が第１の繊維層２の繊維強化プラスチックの軸方向の熱膨張率よりも大きい構成のため、樹脂の硬化温度からの冷却時に、第１の繊維層２には長手方向（図３のＰの方向）には引張力、第２の繊維層３には長手方向（図３のＰの方向）は対向する圧縮力が生じ、結果として、伸展マスト１を収納する方向へ合力が働く。この合力はロール状の巻取形態で第１の繊維層２および第２の繊維層３に内部応力として残留する。このため、特別な駆動装置を必要とせず、樹脂の硬化温度からの冷却時に巻取形態に移行する力を助勢することができる。収納状態で巻取形態となった伸展マスト１は、その端部を固定することで巻取形態を維持できる。
  図４は、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１の伸展状態を説明する斜視図である。伸展状態では、ロール状に巻き取られた伸展マスト１を棒状に伸ばす力が生じることで伸展マスト１が伸展形態になる。伸展に必要となる力の一部は上記収納行程で第１の繊維層２および第２の繊維層３に内部応力として残留した応力が解放されることで得られる。具体的には、巻取形態を維持するために固定した端部の固定を解除することで、残留した応力を開放することができる。しかし、長期間、巻取形態あるいは伸展形態で保管すると応力緩和が起こり、弾性復元力が低下する問題がある。実施の形態１における伸展マスト１では、第２の繊維層３の繊維強化プラスチックの軸方向の熱膨張率が第１の繊維層２の繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率よりも大きい構成となっている。そのため、電熱線４に電流を流し、電熱線４を発熱させることで、第２の繊維層３が第１の繊維層２よりも膨張するため、第１の繊維層２には長手方向（図４のＰの方向）には両方向へ圧縮力、第２の繊維層３には長手方向（図４のＰの方向）は引張力が生じ、結果として、伸展マスト１を伸展する方向へ合力が働く。上記残留した応力で伸展力に加え、部材の追加なく、伸展状態で伸展マスト１を棒状に伸ばす力を助勢することができる。これにより、長期間の巻取形態により応力緩和が生じたとしても特別な駆動装置を必要とせず、伸展マストの進展を行うことができる。第２の繊維層３の長手方向の熱膨張率と第１の繊維層２の長手方向の熱膨張率の差が大きいほうが、収納状態から伸展状態へ移行を助勢する力は大きくなる。
  図５は、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１を収納したときの異なる層の電熱線同士の重なりを説明する平面図である。図５に示す電熱線５、６は電熱線４のうち、伸展マスト１がロール状に多層に巻き取って収納されている部分の一部の層のものを示しており、電熱線５と電熱線６は異なる層の電熱線を示す。電熱線５、６が示すように、ロール状に巻き取って収納したとき、異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となるように長手方向（図５のＰの方向）に電熱線４が配置されている。電熱線４は例えば、一定周期の正弦波形状であり、長手方向で振幅が異なるように配置されている。一定周期の正弦波形状にすることで、ロール形態に巻き取ったときに板厚分の影響で位相がずれ、また長手方向で振幅が異なるため、収納時の電熱線４の重なり面積を最小に抑えることができる。電熱線４を正弦波形状とした場合の波長は、電熱線４に電流を流すことで第１の繊維層２および第２の繊維層３を適切に加熱できるよう設計する必要があるが、例えば、波長を伸展マスト１の幅の２倍とすることができる。なお、電熱線４を正弦波形状とした場合、電熱線４の重なりは、設計した正弦波に応じた最小の数であればよく、例えば、２周期の正弦波では重なりが４点となるものが最小である。
  なお、本実施の形態においては、繊維強化プラスチックとして炭素繊維にエポキシ樹脂を含侵させた炭素繊維強化プラスチックを用いたが、炭素繊維およびエポキシ樹脂以外の材料でもよい。また、本実施の形態においては、第１の繊維層２と第２の繊維層３ともに炭素繊維を用いたが、それぞれ異なる繊維を使用してもよい。繊維強化プラスチックの繊維としてはたとえば、炭素繊維、ガラス繊維、クオーツ繊維、ＳｉＣ繊維、アラミド繊維などが使用できる。また、繊維強化プラスチックの母材プラスチック材料としては、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂などを用いることができる。
  なお、本実施の形態においては、電熱線としてニクロム線を用いたが、電流を流すことにより熱を発生させる材料であればよく、例えば、ニッケル・クロム系合金や鉄・クロム・アルミニウム系合金などを用いてもよい。
  なお、本実施の形態においては、電熱線４の配置として一定周期の正弦波形状を用いたが、一定周期の正弦波形状でなくてもよい。電熱線４はロール状に巻き取って収納したときの重なり回数が最小となればよいので、例えば三角波や複数の周波数の正弦波の重ね合わせ波などでもよい。また、電熱線４は一本でなく複数であってもよい。その場合、例えば伸展マスト１の長手方向と並行でないように配置することで広い電熱線の配置範囲を維持しつつ、重なり回数を最小にすることができる。
  以上より、本開示に係る伸展マストは、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、第１の繊維層２と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層２で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３と、第２の繊維層３上に配置された電熱線４とを備え、第１の繊維層２、第２の繊維層３および電熱線４がロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となることを特徴としており、第１の繊維層２と第２の繊維層３との長手方向の熱膨張率差に起因する熱応力によって、成形温度からの冷却時に巻取形態に移行する力が働くため容易にロール状に巻き取って収納できる。一方、電熱線を用いて加熱すると、伸展形態に移行する力が働くため、特別な駆動装置を必要とせず、伸展マストの伸展形態に移行する力を助勢して伸展できる。また、電熱線は第２の繊維層に配置され、ロール形態に収納したときの重なり回数が最小となるように、第２の繊維層上に配置されているため、ロール形態に巻き取ったときに板厚分の影響で位相がずれるため、重なり面積が最小になって、重量や容積の増加を最小限に抑制できる。
実施の形態２．
  次に、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１の製造方法について説明する。図６は、本開示を実施するための実施の形態２における製造工程を示すフローチャートである。図７は、本開示を実施するための実施の形態２係る伸展マストを製造する一工程を示す説明図である。
  ステップＳ１～Ｓ５では、伸展マスト１のうち、電熱線４を除く、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層２と、繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３から成る部材を作製する。まず、ステップＳ１では、樹脂と繊維が一体化された樹脂を半硬化させたプリプレグ材料を使用した方法で説明する。まず、略円柱形状の軸部材１３の上に、第２の繊維層３の繊維強化プラスチックのプリプレグ材を軸部材１３の円周方向全体を覆うように巻き付けて配置する。次に第１の繊維層２繊維強化プラスチックのプリプレグ材を第２の繊維層３繊維強化プラスチックのプリプレグ材の上に巻き付けて配置し積層したプリプレグ積層体１２を形成する。第２の繊維層３で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率は、第１の繊維層２で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい。このとき、軸部材１３に巻き付ける方向は、伸展方向Ｐに対して垂直な方向である。
  ステップＳ２で、図７に示すように、プリプレグ積層体１２を、軸部材１３に巻きつけた状態で、バギングフィルム１４で全体を覆い、シール材１５で密閉する。シール材１５で密閉した後、ポンプ（図示せず）を動作させることで、バギングフィルム１４で覆った内部の空気を排出し、プリプレグ積層体１２を減圧状態にする。
  ステップＳ３で、プリプレグ積層体１２をオートクレーブ内に設置し、バギングフィルム１４の外部から加圧して加熱する。例えば３気圧下で１２０℃の温度を３時間保持する。
  ステップＳ４で、オートクレーブ内からプリプレグ積層体１２を取り出し、プリプレグ積層体１２から軸部材１３、バギングフィルム１４及びシール材１５を取り外す。オートクレーブ内から取り外されたプリプレグ積層体１２を機械加工により長手方向のスリット部を設け開断面を作製することによって、伸展マスト１のうち、電熱線４を除く、第１の繊維層２と第２の繊維層３から成る部材を完成させる。
  次にステップＳ５で、第１の繊維層２と第２の繊維層３から成る部材を伸展形態にし、電熱線４を第２の繊維層３表面に配置する。電熱線４は伸展マスト１をロール状に巻き取って収納したときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となるように配置する。つまり、一定周期の正弦波形状であり、長手方向で振幅が異なるように配置する。この際、電熱線４を正確な位置配置するため、レーザープロジェクションなどを使用してもよい。また、電熱線４の位置ずれを防止するために、粘着テープなどにより、電熱線４を第２の繊維層３表面に仮止めをしてもよい。そして、配置した電熱線４に沿うように、上から接着剤を塗布する。位置ずれ防止のために粘着テープなどを使用した場合、接着剤塗布前に、粘着テープなどは除去する。接着剤に応じて熱または紫外線などを与えることで硬化を促進させ、電熱線４を第２の繊維層３と一体化させることで、伸展マスト１を完成させる。
  ここで、プリプレグ積層体１２を加圧下で加熱する条件は、プリプレグ積層体１２を構成する樹脂の種類によって異なる。また、本実施の形態においては、プリプレグ積層体１２を略円柱形状の軸部材１３の円周方向全体を覆うように配置する方法で説明したが、プリプレグ積層体１２を略円柱形状の軸部材１３全体を覆うように配置せず、Ｃ型形状となるように配置すれば、製造後に加工することなく開断面を形成することができる。また、本実施の形態においては、繊維強化プラスチックのプリプレグを用いたが、ハンドレイアップ、Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇなどを用いてもよい。また、本実施の形態においては、プリプレグ積層体１２の加工方法として機械加工を用いたが、プリプレグ積層体１２の長手方向のスリットを設け開断面を作製できればよく、例えばレーザー加工などを用いてもよい。また、本実施の形態においては、電熱線４を第２の繊維層３に配置した上に接着剤を塗布する方法を用いたが、電熱線４を第２の繊維層３表面に実装できればよく、電熱線４の配置位置に先に接着剤を塗布し、その上に電熱線４を配置させてもよい。また、プリプレグ積層体１２を加圧・加熱する工程の前に、第２の繊維層３のプリプレグ材表面に電熱線４を配置し、プリプレグ積層体１２の加圧・加熱工程で第２の繊維層３と電熱線４を一体化してもよい。この際、電熱線４に沿って接着剤を塗布してもよいし、塗布しなくてもよい。なお、電熱線４を第２の繊維層３表面に接着する接着剤としてはたとえば、アクリル系、エポキシ系、シリコン系、フェノール系、ポリエチレン系、ポリイミド系、ウレタン系、ポリウレタン系などの接着剤を使用することができる。
  以上より、本開示に係る伸展マストの製造方法は、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３とを軸部材１３に巻きつけてプリプレグ積層体１２を形成するステップと、プリプレグ積層体１２をバギングフィルム１４で覆い、シール材１５で密閉するステップと、プリプレグ積層体１２をオートクレーブ内に設置し、バギングフィルム１４の外部から加圧して加熱するステップと、オートクレーブ内からプリプレグ積層体１２を取り出し、軸部材１３、バギングフィルム１４及びシール材１５を取り外すステップと、電熱線４を第２の繊維層３表面に配置するステップとを備えることにより、伸展マスト１を製造することができる。この伸展マスト１は、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層２と、第１の繊維層２と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層２で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３と、第２の繊維層３上に配置された電熱線とを備え、第１の繊維層２、第２の繊維層３および電熱線４がロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となることを特徴としているため、特別な駆動装置を必要とせずに、第１の繊維層２と第２の繊維層３との熱膨張率差に起因する熱応力によって、伸展マストの伸展状態あるいは巻取状態への移行を助勢することができる。
実施の形態３．
  次に、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１を適用した太陽光発電パドルについて、図８及び図９を参照して説明する。図８から及び図９中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。以下では、実施の形態１と同様である点の説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
  図８は、本開示を実施するための実施の形態３における太陽光発電パドル７の概略構成を示す平面図である。図８は、伸展マスト１が伸展形態になった状態の太陽光発電パドル７である。図９は、本開示を実施するための実施の形態３における太陽光発電パドル７の概略構成を示す側面図である。図９は、伸展マスト１が巻取形態になった状態の太陽光発電パドル７である。
  図８及び図９に示すように、太陽光発電パドル７は、一つまたは複数の伸展マスト１と太陽電池セル８と、第１パドル部材９と、第２パドル部材１０と、太陽電池セル８を支持するブランケット１１とからなる。ブランケット１１の面には太陽電池セル８が複数配設される。太陽光発電パドル７は、ブランケット１１を平面状に伸展させる機能およびロール状に巻き取る機能を有する伸展マスト１を備える。伸展マスト１は、例えば伸展方向Ｐに沿ってブランケット１１の両側に配置される。ブランケット１１の巻き取られる起点となる側の端部には、略円柱形状の第１パドル部材９が取り付けられている。ここで略円柱形状とは、軸方向に垂直な平面での断面形状が真円である柱体の他、楕円である柱体を含む。またブランケット１１の巻き取られる終点となる、図示しない衛星構造体と接続される側の端部には、略多角柱形状の第２パドル部材１０が取り付けられている。ここで略多角柱形状とは、多角形の角が丸まった柱体を含む。第１パドル部材９と第２パドル部材１０の間には一つまたは複数の伸展マスト１およびブランケット１１が存在し、一つまたは複数の伸展マスト１およびブランケット１１はそれぞれ第１パドル部材９と第２パドル部材１０と接続されている。一つまたは複数の伸展マスト１とブランケット１１は接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。
  第１パドル部材９及び第２パドル部材１０でブランケット１１の両端を支持することで、太陽光発電パドル７の姿勢制御を安定的に行うことができる。第１パドル部材９及び第２パドル部材１０は、例えば炭素繊維強化プラスチックが用いられる。太陽電池セル８としては例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）太陽電池を用いることができる。また、ブランケット１１としては例えば、カプトンフィルムを用いることができる。　
  太陽光発電パドル７を人工衛星に適用した場合、ロケット打上げ時には、人工衛星に搭載した太陽光発電パドル７の伸展マスト１を巻取形態にすることで、形状の限定されるロケット先端部分のフェアリングに太陽光発電パドル７を効率よく収納することができる。人工衛星が宇宙空間に到達したのちに、伸展マスト１を伸展形態にすることで、太陽光発電パドル７が発電可能な状態になる。伸展マスト１の伸展力は伸展マスト１を巻取形態にする際に第１の繊維層２と第２の繊維層３に発生した内部応力を開放することおよび伸展マスト１に実装した電熱線４に電流を与え、加熱することで得ることができる。電熱線４に電流を与えるための電源装置は、人工衛星本体に搭載されていてもよいし、太陽電池光発電パドルに搭載されていてもよい。収納された伸展マスト１を展開することで、大面積の太陽光発電パドル７を実現することができ、大容量の発電力を得ることができる。
  なお、本実施の形態においては、太陽電池セル８としてガリウム砒素（ＧａＡｓ）太陽電池セルを用いたが、太陽光に対して発電するデバイスであればよく、例えばシリコン（Ｓｉ）太陽電池セルのような化合物を使用したリジット型の太陽電池セルまたは有機薄膜太陽電池セルなどのフレキシブル太陽電池セルなどを用いることができる。太陽電池セル８にフレキシブルでない太陽電池セルを使用する場合、ブランケット１１上には複数の太陽電池セル８がそれぞれの間に間隔を有しながら配置されることで、伸展マストが巻取形態になった際の太陽電池セル８の曲げを抑制し、太陽電池セル８の損傷を防ぐことができる。
  なお、本実施の形態においては、ブランケット１１としてはカプトンフィルムを用いたが、絶縁性を有する可撓性のフィルム状の基板であればよく、材料としては例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などを用いることができる。なお、上記では太陽光発電パドル７の適用例として、人工衛星で説明したが、他の用途に使用してもよい。太陽光発電パドル７は運用時等に大容量の電力が必要となるが、搬送時等の電力が不要なときに寸法の制約がある場合に適しており、使用用途は人工衛星に限定されない。
  上述のとおり、本実施の形態に係る太陽光発電パドルの伸展マストは、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層２と、第１の繊維層２と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層２で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３と、第２の繊維層３上に配置された電熱線とを備え、第１の繊維層２、第２の繊維層３および電熱線４がロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となることを特徴としているため、特別な駆動装置を必要とせずに、第１の繊維層と第２の繊維層との熱膨張率差に起因する熱応力によって、伸展マストの伸展状態あるいは巻取状態への移行を助勢することができる。よって、実施の形態１における伸展マスト１を用いることで、重量や容積の増加を抑制しつつ、伸展マストの弾性復元力を維持することで、大面積の太陽光発電パドル７を実現することができ、大容量の発電力を得ることができる。
実施の形態４．
  次に、本開示を実施するための実施の形態１における伸展マスト１を適用した太陽光発電パドルを備えた宇宙構造物について、図１０から図１２を参照して説明する。図１０から図１２中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。以下では、実施の形態１と同様である点の説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
  図１０は、本開示の実施の形態４係る太陽光発電パドルを備えた宇宙構造物を示す概略構成図である。図１０に示すように、宇宙構造物２００は例えば人工衛星であり、太陽光発電パドル１００と、構造物本体１１０と、アンテナ１２０とを備える。構造物本体１１０は、例えば衛星構造体であり、太陽光発電パドル１００は、例えば構造物本体１１０の両側に接続されている。アンテナ１２０は、例えば構造物本体１１０の上面や正面に取り付けられている。
  図１１は、本開示の実施の形態４係る太陽光発電パドルを備えた宇宙構造物を示す概略構成図である。図１１は、ロケットの先端部分であるフェアリングＰ１に収納されている際の人工衛星を示す。図１１に示すように、ロケット打ち上げ時に、太陽光発電パドル１００は、ブランケット１１がロール状に巻き取られた状態でロケットのフェアリングＰ１内に収納される。太陽光発電パドル１００は、宇宙構造物２００が宇宙空間に暴露された後に、伸展マスト１とともにブランケット１１を伸展させる。ブランケット１１が伸展された後、太陽電池セル８が太陽光を受けて発電を開始する。
  上述のとおり、本実施の形態に係る宇宙構造物２００は、繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層２と、第１の繊維層２と接して配置され、長手方向の熱膨張率が第１の繊維層２で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層３と、第２の繊維層３上に配置された電熱線とを備え、第１の繊維層２、第２の繊維層３および電熱線４がロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となることを特徴としているため、特別な駆動装置を必要とせずに、第１の繊維層２と第２の繊維層３との熱膨張率差に起因する熱応力によって、伸展マストの伸展状態あるいは巻取状態への移行を助勢することができる。よって、実施の形態１における伸展マスト１を用いることで、重量や容積の増加を抑制しつつ、伸展マストの弾性復元力を維持することで、大面積の太陽光発電パドル７を実現することができ、大容量の発電力を得ることができる。さらに、宇宙構造物２００は、この伸展マストを用いてブランケット１１をロール状に巻き取ることができる太陽光発電パドル１００を備えるため、打ち上げ時にロケットのフェアリングＰ１に容易に収納されることができる。
  なお、宇宙構造物２００が人工衛星である例を示したが、その他の宇宙構造物であってもよい。図１２は、本開示の実施の形態４係る太陽光発電パドルを備えた宇宙構造物の他の例を示す概略構成図である。図１２に示すように、宇宙構造物２００は、例えば宇宙ステーションである。宇宙ステーションの構造物本体１１０は、例えばトラスと呼ばれる構造フレームを備え、少なくとも１つの太陽光発電パドル１００が取り付けられている。図１２は、太陽光発電パドル１００が例えば４つである例を示したが、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
  また、実施の形態３及び４において、伸展マストの２本の伸展マストを用いた例を示したが、伸展マストは少なくとも１本あればよく、例えばブランケット１１の中央に、１本の伸展マストを配置してもよい。
  また、本開示のその要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態１から４に開示されている複数の構成要素の適宜組み合わせてもよい。
１　伸展マスト、２　第１の繊維層、３　第２の繊維層、４、５、６　電熱線、７、１００　太陽光発電パドル、８　太陽電池セル、９　第１パドル部材、１０　第２パドル部材、１１　ブランケット １２ プリプレグ積層体 、１３ 軸部材、１４ バギングフィルム、１５ シール材、１１０ 構造物本体、１２０ アンテナ、２００ 宇宙構造物。

Claims (6)

  1. 繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、
    前記第１の繊維層と接して配置され、長手方向の熱膨張率が前記第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層と、
    前記第２の繊維層上に配置された電熱線とを備え、
    前記第１の繊維層、前記第２の繊維層および前記電熱線がロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となることを特徴とする伸展マスト。
  2. 繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、
    前記第１の繊維層と接して配置され、長手方向の熱膨張率が前記第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層と、
    前記第２の繊維層上に配置された電熱線とを備え、
    前記電熱線は、一定周期の正弦波形状であり、長手方向で振幅が異なるように配置されていることを特徴とする伸展マスト。
  3. 繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、長手方向の熱膨張率が前記第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層とを軸部材に巻き付けてプリプレグ積層体を形成するステップと、
    前記軸部材に巻き付けられた前記プリプレグ積層体をバギングフィルムで覆い、シール材で密閉するステップと、
    密閉された前記プリプレグ積層体をオートクレーブ内に設置し、前記バギングフィルムの外部から加圧して加熱するステップと、
    前記オートクレーブ内から前記プリプレグ積層体を取り出し、前記軸部材と前記バギングフィルムと前記シール材とを取り外すステップと、
    ロール状に巻き取って収納されるときの異なる層の電熱線同士の重なり回数が最小となるように配置された電熱線を前記第２の繊維層の表面に配置するステップと
    を備えることを特徴とする伸展マストの製造方法。
  4. 繊維強化プラスチックを用いた第１の繊維層と、長手方向の熱膨張率が前記第１の繊維層で用いられる繊維強化プラスチックの長手方向の熱膨張率より大きい繊維強化プラスチックを用いた第２の繊維層とを軸部材に巻き付けてプリプレグ積層体を形成するステップと、
    前記軸部材に巻き付けられた前記プリプレグ積層体をバギングフィルムで覆い、シール材で密閉するステップと、
    密閉された前記プリプレグ積層体をオートクレーブ内に設置し、前記バギングフィルムの外部から加圧して加熱するステップと、
    前記オートクレーブ内から前記プリプレグ積層体を取り出し、前記軸部材と前記バギングフィルムと前記シール材とを取り外すステップと、
    一定周期の正弦波形状であり、長手方向で振幅が異なるように配置された電熱線を前記第２の繊維層の表面に配置するステップと
    を備えることを特徴とする伸展マストの製造方法。
  5. ブランケットと、
    前記ブランケットをロール状に巻き取って収納させる機能及び伸展させる機能を有する、請求項１又は２に記載の伸展マストと、
    前記ブランケットの面に複数配設される太陽電池セルと、
    を備えることを特徴とする太陽光発電パドル。
  6. 請求項５に記載の太陽光発電パドルと、
    前記太陽光発電パドルが取り付けられる構造物本体と
    を備えることを特徴とする宇宙構造物。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210372464A1 (en) * 2020-06-02 2021-12-02 Opterus Research and Development, Inc. Living hinge boom
CN116043409A (zh) * 2022-12-08 2023-05-02 安徽省天助纺织科技集团股份有限公司 一种废旧纺织品制造保温材料的制造装置及其工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014008929A (ja) * 2012-07-02 2014-01-20 Sakase Adtec Kk 伸展構造物
WO2019230019A1 (ja) * 2018-05-31 2019-12-05 三菱電機株式会社 太陽光発電パドル、その製造方法及び宇宙構造物
US20200122864A1 (en) * 2017-04-26 2020-04-23 Opterus Research and Development Inc. Deformable structures collapsible tubular mast (ctm)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5164129A (en) * 1989-04-27 1992-11-17 University Of Lowell Method of fabricating a self-deploying structural element
US8042305B2 (en) * 2005-03-15 2011-10-25 Alliant Techsystems Inc. Deployable structural assemblies, systems for deploying such structural assemblies
US10570605B2 (en) * 2016-07-14 2020-02-25 Helios Applied Science Inc. Photoinitiation-based deployable structures
JP6905831B2 (ja) * 2017-01-19 2021-07-21 日本板硝子株式会社 合わせガラス

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014008929A (ja) * 2012-07-02 2014-01-20 Sakase Adtec Kk 伸展構造物
US20200122864A1 (en) * 2017-04-26 2020-04-23 Opterus Research and Development Inc. Deformable structures collapsible tubular mast (ctm)
WO2019230019A1 (ja) * 2018-05-31 2019-12-05 三菱電機株式会社 太陽光発電パドル、その製造方法及び宇宙構造物

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BAO HOANGSTEVE WHITEBRIAN SPENCESTEVEN KIEFER: "Commercialization of Deployable Space Systems' roll-out solar array (ROSA) technology for Space Systems Loral (SSL) solar arrays", AEROSPACE CONFERENCE, 30 June 2016 (2016-06-30)
See also references of EP4190702A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210372464A1 (en) * 2020-06-02 2021-12-02 Opterus Research and Development, Inc. Living hinge boom
CN116043409A (zh) * 2022-12-08 2023-05-02 安徽省天助纺织科技集团股份有限公司 一种废旧纺织品制造保温材料的制造装置及其工艺

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