(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性の接着剤を繊維織物に含浸させた硬化層と、気体が透過しにくい気密層とが積層される膜面により気密となる形状を有し、さらに前記膜面上にヒータ及び該膜面の最外層に設けられた多層断熱材と、を具備し、
外部より前記膜面内に気体を導入して膨張展開させた後、前記ヒータで前記硬化層を加熱して硬化させるインフレータブル構造物において、
前記多層断熱材上に光電変換素子を装着し、前記光電変換素子の受光により発生した電力を前記ヒータに供給して、前記接着剤を熱硬化させることを特徴とする熱硬化型インフレータブル構造物。
【請求項２】
前記熱硬化型インフレータブル構造物において、
前記光電変換素子が半導体で形成されたソーラセルであり、前記多層断熱材上に装着されることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化型インフレータブル構造物。
【請求項３】
前記熱硬化型インフレータブル構造物において、
前記光電変換素子がフレキシブル型のソーラセルからなり、前記多層断熱材上に装着されることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化型インフレータブル構造物。
【請求項４】
表面にフレキシブルソーラセルが装着された膜面構造と、
前記膜面構造外周に間隔をあけたフレーム状に設けられ、熱硬化性の接着剤を繊維織物に含浸させた硬化層と、気体が透過しにくい気密層とが積層される膜面上にヒータ及び多層断熱材を備えたインフレータブル構造膜面と、
前記インフレータブル構造膜面の内側から前記膜面構造を支持するケーブルと、
前記ヒータと前記フレキシブルソーラセルを電気的に接続するリード線と、を具備し、
前記インフレータブル構造が展開膨張した後で広げられた前記フレキシブルソーラセルで発生した電力が前記リード線を介してヒータに供給され、前記接着剤を熱硬化させることを特徴とする熱硬化型インフレータブル構造物。
【請求項５】
熱硬化性の接着剤を繊維織物に含浸させた硬化層と、気体が透過しにくい気密層とが積層される膜面により気密となる形状を有し、さらに前記膜面上にヒータ及び該膜面の最外層に多層断熱材を具備し、
前記膜面内に気体を導入して膨張展開させた後、前記ヒータで前記硬化層を加熱して硬化させるインフレータブル構造物において、
前記硬化層と前記気密層の間に温度センサを配置し、前記温度センサの検出結果に基づき、前記接着剤が最適に硬化する温度となるように、前記ヒータからの電力供給する制御部を有することを特徴とする熱硬化型インフレータブル構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙空間や地上において展開若しくは構築された構造物に適用され、特に大形アンテナ、合成開口レーダ、ソーラパドル等の構造物に適用する熱硬化型インフレータブル構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、大形アンテナ、合成開口レーダ、ソーラパドル等で代表される宇宙空間に展開したり構築された構造物は、宇宙空間を高速度で浮遊するデブリ、即ち寿命の尽きた人工衛星やロケットの残骸や破片等からなる宇宙ごみ、若しくは隕石や宇宙空間で自然に発生した浮遊物からなるメテオロイドが衝突する場合があり、これらによる損傷が構造物への致命的事故とならないような耐性を必要とする。
【０００３】
この宇宙構造物は例えば、インフレータブル構造を採用している。このインフレータブル構造では、わずかではあるが膜面からのガスリークもあり、長期間に渡って使用する場合には、常時気体を供給し続ける必要がある。
このような理由から宇宙でインフレータブル構造を硬化させる方法が研究されている。この方法でこれまでに試みられている代表的なものは、ウレタンをインフレータブル構造の内部で発泡硬化させる方法と熱硬化型エポキシ樹脂をヒータで加熱して硬化させる方法である。
【０００４】
図６には、従来技術によるウレタンを発泡硬化に用いた例について示す。
この構造物は、気密性を有するインフレータブル構造の膜面１と、内部で発泡して膨張するウレタン樹脂３からなり、ウレタン樹脂を充填するための充填装置２が繋がれている状態を示している。
そして、充填装置２によりインフレータブル構造物の端部からウレタン樹脂３を注入すると、内部で化学反応が起きて発泡し、それによってインフレータブル構造物の膜面１は、膨張展開するとともに、最終的にはウレタン樹脂がインフレータブル構造の内部で硬化して硬化型インフレータブル構造物が構成される。この硬化方法は、インフレータブル構造の内部を充填した形で硬化させるものである。
【０００５】
一方、図７には、従来技術による熱硬化型エポキシ樹脂に用いた例について示す。この構造物は、気密層４ａと硬化層４ｂとが積層された硬化型インフレータブル構造膜面４と、その上層に設けられた加熱するためのヒータ５、ヒータ５上に設けられた多層断熱材６からなり、さらにヒータ用配線７、ヒータ５に電力を供給するためのヒータ電源８及び、膨張のための気体を導入するインフレーションシステム９が繋がれている状態を示している。このようなインフレータブル構造物を作製する場合には、まずインフレーションシステムから導入された気体で膨張展開させる。完全に展開してから、ヒータ５に通電し発熱させて硬化層となる熱硬化型エポキシ樹脂を硬化させる。多層断熱材６はヒータ５で発生した熱が外部に拡散することを防止し、熱の有効利用を図るためのものである。この硬化方法はインフレータブル構造の膜面のみを硬化させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術による硬化型インフレータブル構造物は、ウレタン樹脂の発泡硬化による例では、比較的小規模のインフレータブル構造には適用できるが、注入すべき長さが長かったり容積が大きくなると、内部に均一的にウレタンを行き渡らせることがが難しくなる。また、内部をウレタン樹脂で充填させるため、内容積が大きくなるほど重量が増してしまう。
【０００７】
さらに、膜面に貼り付けたヒータで加熱して硬化させる例では、ヒータに電力を供給するための充電池等の電源が必要となる。一般的な充電池は重量が重く打ち上げる際の負荷となり、またさらに充電用の回路が備わるため複雑になる。また、インフレータブル構造物を硬化させるのに必要な電力は確実に確保されなければならない。
【０００８】
また熱硬化型エポキシ樹脂は、太陽光の照射を利用して温度を上昇させることにより硬化させることも考えられるが、単に太陽熱を熱源として用いることだけでは、宇宙空間で硬化の際にインフレータブル構造を均一な温度に保つことは難しい。
【０００９】
そこで本発明は、硬化に際してインフレータブル構造の内部に樹脂を充填せずに、また充電池を使わず簡易なシステムにより硬化用の電力を確保し、この電力によってヒータを発熱させて硬化層を加熱硬化させる熱硬化型インフレータブル構造物を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、第１の発明として、熱硬化性の接着剤を繊維織物に含浸させた硬化層と、気体が透過しにくい気密層とが積層される膜面により気密となる形状を有し、さらに前記膜面上にヒータ及び該膜面の最外層に設けられた多層断熱材と、を具備し、外部より前記膜面内に気体を導入して膨張展開させた後、前記ヒータで前記硬化層を加熱して硬化させるインフレータブル構造物において、前記多層断熱材上に光電変換素子を装着し、前記光電変換素子の受光により発生した電力を前記ヒータに供給して、前記接着剤を熱硬化させる熱硬化型インフレータブル構造物を提供する。
【００１１】
第２の発明として、表面にフレキシブルソーラセルが装着された膜面構造と、前記膜面構造外周に間隔をあけたフレーム状に設けられ、熱硬化性の接着剤を繊維織物に含浸させた硬化層と、気体が透過しにくい気密層とが積層される膜面上にヒータ及び多層断熱材を備えたインフレータブル構造膜面と、前記インフレータブル構造膜面の内側から前記膜面構造を支持するケーブルと、前記ヒータと前記フレキシブルソーラセルを電気的に接続するリード線と、を具備し、前記インフレータブル構造が展開膨張した後で広げられた前記フレキシブルソーラセルで発生した電力が前記リード線を介してヒータに供給され、前記接着剤を熱硬化させる熱硬化型インフレータブル構造物を提供する。
【００１２】
第３の発明として、熱硬化性の接着剤を繊維織物に含浸させた硬化層と、気体が透過しにくい気密層とが積層される膜面により気密となる形状を有し、さらに前記膜面上にヒータ及び該膜面の最外層に多層断熱材を具備し、前記膜面内に気体を導入して膨張展開させた後、前記ヒータで前記硬化層を加熱して硬化させるインフレータブル構造物において、
前記硬化層と前記気密層の間に温度センサを配置し、前記温度センサの検出結果に基づき、前記接着剤が最適に硬化する温度となるように、前記ヒータからの電力供給する制御部を有する熱硬化型インフレータブル構造物を提供する。
【００１３】
以上のような構成の熱硬化型インフレータブル構造物では、光電変換素子により発生した電力によりヒータが発熱し熱硬化性の接着剤を繊維織物に含浸させた硬化層が硬化される。また、インフレータブル構造で支持する構造物の表面にソーラセルが装着され、インフレータブル構造の多層断熱材の表面上の光電変換素子だけでは硬化に必要な電力が得られない場合に、そのソーラセルがより多くの電力を発生して、ヒータに供給して硬化層を加熱する。さらに、インフレータブル構造の膜面に温度センサを備えて、硬化に必要な温度になるようにヒータヘ供給する電力を制御するので膜面の硬化が安定して行われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１には、本発明による第１の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物の概念的な構成を示し説明する。また、図２には、図１に示した膜面の断面構造を示している。
【００１５】
この構造物は、気密層４ａと硬化層４ｂとが積層された硬化型インフレータブル構造膜面４と、その上層に順次、硬化用のヒータ５、多層断熱材６が積層し、その多層断熱材６表面には光電変換素子、例えばソーラセル１０が張り付けられて構成されている。このソーラセル１０とヒータ５とはリード線１１で接続され、ソーラセル１０で発生した電力は、ヒータ５に供給される。また、この構造物は、気体を内部に入れて展開膨張した形状の時には、外部にその気体が漏れ出ないように気密な構造となっている。
【００１６】
このような構成において、ソーラセル１０が太陽光等を受光すると光電変換より電力が発生し、その電力がリード線１１を通じてヒータ５に供給される。この電力供給によりヒータ５が発熱し、硬化層４ｂの温度を硬化に必要な温度まで上昇させ、熱硬化性の接着剤が含浸されている硬化層４ｂを硬化させる。
【００１７】
以上のように本実施形態によれば、従来のような充電池を携帯して電力を供給しなくとも、ソーラセルを備えることにより、太陽光を受光して発生した電力をヒータにより熱に変換して硬化層４ｂを硬化させることができる。本実施形態で、採用したソーラセルは軽量であるため、打ち上げ重量や電池容量に余裕のない小形衛星などに適用することにより、簡易にインフレータブル構造物の膜面を適正に硬化させることができる。
【００１８】
図３には、本発明の第２の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物の膜面の断面構造を示し説明する。
この断面構造は、前述した第１の実施形態と同様に気密層４ａと硬化層４ｂとが積層された硬化型インフレータブル構造膜面４と、その上層に順次、硬化用のヒータ５、多層断熱材６が積層して構成され、さらに、多層断熱材６の最外層にはフレキシブルソーラセル１２が張り付けられている。この多層断熱材６は、元々フレキシブルな構造であるため、フレキシブルソーラセル１２を装着することにより、インフレータブル構造の膜面を折り畳んだり丸めたりして容易に収納することができる。
【００１９】
本実施形態においても、フレキシブルソーラセル１２が太陽光を受光すると電力が発生し、その電力がリード線１１を介してヒータ５に供給される。この電力供給によりヒータ５が発熱し、熱硬化性の接着剤が含浸されている硬化層４ｂの温度を硬化に必要な温度まで上昇させ、硬化層４ｂを硬化させる。
【００２０】
図４に本発明の第３の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物を示し説明する。
この構造は、前述したと同様なフレキシブルソーラセル１２と、このフレキシブルソーラセル１２が装着された膜面構造１３と、その外周に設けられたフレーム状のインフレータブル構造膜面１４と、フレーム内側から膜面構造１３を支持するケーブル１５と、インフレータブル構造物１４に装着されたヒータ５とからなり、フレキシブルソーラセル１２からヒータ５に電力を伝達するリード線１６が接続されている。なお、硬化型インフレータブル構造膜面４は、気密層４ａと硬化層４ｂとが積層されて構成される。
【００２１】
本実施形態は、インフレータブル構造が展開した後で広げられた膜面構造１３に装着したフレキシブルソーラセル１２へ太陽光を照射させることにより、電力を発生させて、その電力をリード線１６を介してヒータ５に供給することにより、インフレータブル構造物の膜面の硬化層を硬化させる。
【００２２】
図５は本発明の第４の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物の膜面の断面構造を示し説明する。
この構造物は、前述した第１の実施形態と同様に、気密層４ａと硬化層４ｂとが積層された硬化型インフレータブル構造膜面４と、その上層に設けられた加熱するためのヒータ５と、該ヒータ５上に設けられた多層断熱材６とが積層し、さらに最外層にはソーラセル１０が張り付けられている。
そして気密層４ａと硬化層４ｂの間には、温度センサ１７が設けられ温度センサ用リード線１８を介して、制御ボックス１９に接続される。またヒータ５とソーラセル１０を接続するリード線１１に、リレースイッチ２０が設けられて、制御用リード線２１により制御ボックス１９に接続されている。
【００２３】
このような構成において、制御ボックス１９により温度センサ１７で検出した硬化層４ｂの温度をモニタして、リレースイッチ２０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、ヒータ５への電力供給を調整して、硬化に必要な温度を維持する。
また本実施形態では、大形宇宙構造物を例として説明したが、勿論これに限定されるものではなく、展開する必要がある構造ならばどのような寸法であっても応用することができる。また、その利用は宇宙に限定されるものではなく、地上に構築する構造物にも応用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、硬化に際して、インフレータブル構造物の内部を樹脂等で充填する必要がなく、また膜面に装着したヒータを発熱させるのに充電池等の電源が不要であり、システムの簡素化と重量の軽減を行うインフレータブル構造物を提供することができる。また、多層断熱材の表面をソーラセルで覆うことにより、紫外線や放射線による多層断熱材の劣化を抑えることができる。またソーラセルで発生した電力はインフレータブル構造の硬化に使ったあとは、他の機器に電力を供給するのに使うことができ、大形な宇宙構造物の表面積を有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物の概念的な構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の熱硬化型インフレータブル構造物における膜面の断面構成を示す図である。
【図３】本発明による第２の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物の概念的な構成を示す図である。
【図４】本発明による第３の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物の概念的な構成を示す図である。
【図５】本発明による第４の実施形態に係る熱硬化型インフレータブル構造物の概念的な構成を示す図である。
【図６】従来の硬化型インフレータブル構造物において、ウレタン樹脂充填型インフレータブル構造の一例を示す図である。
【図７】従来の硬化型インフレータブル構造物において、ヒータで加熱する硬化型インフレータブル構造物の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…インフレータブル構造膜面
２…ウレタン樹脂供給装置
３…ウレタン樹脂
４…硬化型インフレータブル構造膜面
４ａ…気密膜
４ｂ…硬化膜
５…ヒータ
６…多層断熱材
７…ヒータ電力供給ケーブル
８…ヒータ電源
９…インフレーションシステム
１０…ソーラセル
１１…ソーラセル用リード線
１２…フレキシブルソーラセル
１３…膜面構造
１４…膜面構造支持用インフレータブル構造
１５…膜面構造支持用ケーブル
１６…ソーラセル用リード線
１７…温度センサ
２０…リレースイッチ
２１…制御用リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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