(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インフレータブル構造の膜面を有し、外部より気体を導入して気密に膨張展開された立体形状のインフレータブル構造物において、
さらに前記立体形状のインフレータブル構造物内に、前記硬化層を硬化させるための加熱を行う電熱線を配置し、
前記電熱線が発生した熱を前記気体により対流伝熱させて、前記硬化層を加熱して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、
前記電熱線は、前記立体形状から折り畳み収納時に前記インフレータブル構造物内で螺旋状に折り畳ま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、
前記電熱線をシート状に形成し、前記インフレータブル構造物内の前記膜面の内側からケーブルで吊されるように配置した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】
前記熱硬化型インフレータブル構造物において、
前記インフレータブル構造の膜面上に温度センサを設置し、前記膜面を加熱する際に、該膜面の温度を計測して前記硬化層の温度を認知し、前記電熱線による発熱を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の熱硬化型インフレータブル構造物。
【請求項５】
前記熱硬化型インフレータブル構造物において、前記インフレータブル構造の膜面の外表面側に多層断熱材を備え、前記膜面を加熱する際に、前記膜面の温度降下を抑制することを特徴とする請求項１乃至請求項３若しくは、請求項４のいずれか１つに記載の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係り、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。
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、熱の均一性等を考慮すると、硬化用のヒータを膜面（断熱材）上のほぼ全面に貼り付ける必要があるため、重量が重くなるという問題がある。
【０００７】
また、本来宇宙に打ち上げるにあったては、体積的に小さくすることが要求され、膜面を折り畳むことになるが、多数のヒータを貼り付けることで折り畳み方法に制約がでていた。さらに膜面を均一に加熱するためには、膜面全面に満遍なくヒータを貼り付けているがヒータの貼り付けが不完全な場合は、温度差が発生して部分的に硬化が不均一になることが考えられる。
そして、熱硬化型エポキシ樹脂は太陽光を照射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、インフレータブル構造を宇宙空間で均一の温度に保つことは難しい。
そこで本発明は、インフレータブル構造物の硬化に際して構造物内部に樹脂を充填せずに、インフレータブル構造物を膨張させる気体による対流伝熱で熱硬化層全体を均一に加熱して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。
【０００８】
【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、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インフレータブル構造の膜面を有し、外部より気体を導入して気密に膨張展開された立体形状のインフレータブル構造物において、さらに前記立体形状のインフレータブル構造物内に、前記硬化層を硬化させるための加熱を行う電熱線を配置し、前記電熱線が発生した熱を前記気体により対流伝熱させて、前記硬化層を加熱して硬化させる熱硬化型インフレーダブル構造物を提供する。
【０００９】
また、熱硬化型インフレータブル構造物において、電熱線は立体形状から折り畳み収納時に前記インフレータブル構造物内で螺旋状に折り畳まれる。また、電熱線をシート状に形成し、インフレータブル構造物内の前記膜面の内側からケーブルで吊されるように配置する。また、インフレーダブル構造の膜面上に温度センサを設置し、膜面を加熱する際にその膜面の温度を計測して、硬化層の温度を認知し、電熱線による発熱を制御する。さらにインフレーダブル構造の膜面の外表面側に多層断熱材を備え、膜面の温度降下を抑制する。
【００１０】
以上のような構成の熱硬化型インフレーダブル構造物は、構造物を立体的に膨張展開させる気体を利用して電熱線の発熱を対流伝熱により硬化層を加熱して硬化させる。また、電熱線は、収納時に螺旋状に畳んで収納可能な形状として、折り畳み収納時に収納体積を小さくさせる。電熱線をシート状に形成し、構造物内の前記膜面の内側からケーブルで吊される構成により、発熱量を増加させて硬化膜の硬化に必要な発熱を供給する。
さらに、膜面の温度を測定する温度センサを備え、硬化に必要な温度になるように電熱線の発熱量を制御して、少ない電力で信頼性の高い硬化層を形成する。インフレーダブル構造の膜面の外表面に多層断熱材を備えて、熱降下を抑制し、少ない電力で硬化させる。
【００１１】
【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。
この構造物には、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の膜面４と、インフレーションシステム９から送られてくる気体で該構造物が膨張展開した形状の時にほぼ中心で軸状になるような電熱線１０とが設けられている。この電熱線１０は、外部に露出する端子１３に接続されており、この端子１３は、電力供給ケーブル１２を介して電源１１に接続されている。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。
【００１２】
このような構成において、まず打ち上げ時に折り畳まれて    収納されたインフレータブル構造物（膜面４）がインフレーションシステム９から送られてくる気体により膨張展開される。その膨張された状態の時に、電熱線１０へ電源１１から電力を供給して発熱させる。そして、発生した熱がインフレータブル構造物の内部に充満している気体を媒介して対流伝熱により、膜面４に伝えられ、硬化層４ｂの温度を硬化に必要な温度まで上昇させる。このような加熱により熱硬化性の接着剤が含浸されている硬化層４ｂが硬化されて、膨張した形状に固定される。
【００１３】
次に図２には、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し説明する。本実施形態の構成部位においては、前述した第１の実施形態と同等の部位には同じ参照符号を付し、本実施形態における特徴部分のみについて説明する。
この構造物には、前述したと同様な気密層４ａと硬化層４ｂとの積層構造からなる膜面４と、インフレーションシステム９から送られてくる気体で該構造物が膨張展開した形状の時にほぼ中心で軸状になり、収納時には螺旋状に畳まれた電熱線１５が設けられている。
【００１４】
このような構成において、まずインフレーションシステム９から送られてくる気体でインフレータブル構造物が膨張展開される。その膨張の際に、螺旋状に畳まれた電熱線１５が延伸して、ほぼ直線状態となる。そして、電熱線１５へ電源１１から電力を供給して発熱させ、気体を媒介して対流伝熱による加熱で膜面４の硬化層４ｂを硬化させる。
本実施形態の構成によれば、電熱線１５が螺旋状に畳まれて収納できるため、宇宙へ打ち上げるに際して膜面４を収納するに際して、折り畳みを阻害することなく、また展開に際しても展開挙動の妨げになることはない。
【００１５】
次に図３には、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し説明する。本実施形態の構成部位においては、前述した第１の実施形態と同等の部位には同じ参照符号を付し、本実施形態における特徴部分のみについて説明する。
この構造物は、前述したと同様な気密層４ａと硬化層４ｂとの積層構造からなる膜面４と、複数のシートにそれぞれ貼られた電熱線１６と、構造物内部で各シートを吊着するケーブル１７とで構成される。これらの電熱線１６は、内部配線１２ａで接続され、さらに端子１３まで接続されている。
【００１６】
このような構成において、まずインフレーションシステム９から送られてくる気体でインフレータブル構造物が膨張展開される。その膨張の際に、構造物内部に収納されている各シートが広げられてつり下げられた状態となる。そして、電熱線１６へ電源１１から電力を供給して発熱させ、気体を媒介して対流伝熱による加熱で膜面４の硬化層４ｂを硬化させる。
【００１７】
本実施形態の構成によれば、電熱線１６は複数のシートに貼られてそれぞれが内部に配置されているため、硬化層４ｂの硬化に必要な発熱を行うのに十分な面積を確保できる。また、インフレータブル構造の収納時においても、その収納を阻害することなく、また展開に際しても展開挙動の妨げになることはない。
【００１８】
次に図４には、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し説明する。本実施形態の構成部位においては、前述した第１の実施形態と同等の部位には同じ参照符号を付し、本実施形態における特徴部分のみについて説明する。
この構造物は、前述したと同様な気密層４ａと硬化層４ｂとの積層構造からなる膜面４と、インフレーションシステム９から送られてくる気体で該構造物が膨張展開した形状の時にほぼ中心で軸状になるような電熱線１０とが設けられている。この電熱線１０は、端子１３及び電力供給ケーブル１２を介して電源１１に接続されている。さらに、気密層４ａには、温度センサ１８が貼り付けられ、この温度センサ１８による検出信号が温度センサ用ライン１９を介して、電源１１に接続される。
【００１９】
このような構成において、インフレータブル構造物（膜面４）がインフレーションシステム９から送られてくる気体により膨張展開され、電熱線１０へ電源１１から電力を供給して熱が発生する。そして、構造物内部に充満する気体を媒介して発生した熱が膜面４に伝えられ、硬化層４ｂの温度を硬化に必要な温度まで上昇させる。その際に、内部温度を温度センサ１８で計測し、この検出信号により、硬化層４ｂの熱硬化性の接着剤が硬化するのに必要な温度になるように電源１１から電熱線１０のオン・オフで発熱におけるフィードバック制御が行われる。
【００２０】
次に図５には、本発明による第５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。本実施形態は、前述した第１の実施形態と同等な構成部位で構成され、さらに膜面４の硬化層４ｂ上に多層断熱材２０を設けた構造である。
この多層断熱材２０を設けたことにより、インフレータブル構造の温度低下を抑制でき、硬化に必要な加熱するための電力消費を少なくすることができる。
【００２１】
以上説明した各実施形態によれば、膨張展開されたインフレータブル構造物を硬化するに際して、構造物内部を樹脂等で充填する必要がなく、また熱硬化型の膜面に直接ヒータを装着しないため膜面の展開の妨げにもならない。
【００２２】
また、インフレータブル構造の内部での局所的な発熱であっても、気体による対流伝熱により膜面を満遍なく加熱することができるので、膜面の均質な硬化を行うことができる。勿論、この多層断熱材は、第１実施形態だけでなく、その他の第２、第３及び第４の実施形態に適用して同等の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、インフレータブル構造物の硬化に際して構造物内部に樹脂を充填せずに、インフレータブル構造物を膨張させる気体による対流伝熱で熱硬化層全体を均一に加熱して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】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。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４】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５】本発明による第５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】
４…硬化型インフレータブル構造の膜面
４ａ…気密層
４ｂ…硬化層
９…インフレーションシステム
１０…電熱線
１１…電源
１２…電力供給ケーブル
１３…端子
【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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