(57)【要約】【課題】  より簡便な方法で展開可能なリフレクタ、並びに当該リフレクタを用いた展開アンテナ及び宇宙航行体を提供する。【解決手段】  断面が円形状、楕円形状又は多角形状に形成されるハブと、折り畳み時に前記ハブの外周側に面する内側面と、前記内側面の反対側の面となる外側面とをそれぞれ有する複数のリブであってし、各リブの内側面と各リブに隣接するリブの外側面、又は各リブの外側面と各リブに隣接するリブの内側面が部分的に重なり合うように前記ハブの外周に巻きついて折り畳まれ、前記ハブに接続される末端からその反対側に位置する先端に向かってパラボラ形状に展開される複数のリブと、前記複数のリブの各々の間に架設される電波を反射可能な面状体と、を含むリフレクタが提供される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が円形状、楕円形状又は多角形状に形成されるハブと、
折り畳み時に前記ハブの外周側に面する内側面と、前記内側面の反対側の面となる外側面とをそれぞれ有する複数のリブであって、各リブの内側面と各リブに隣接するリブの外側面、又は各リブの外側面と各リブに隣接するリブの内側面が部分的に重なり合うように前記ハブの外周に巻きついて折り畳まれ、前記ハブに接続される末端からその反対側に位置する先端に向かってパラボラ形状に展開される複数のリブと、
前記複数のリブの各々の間に架設される電波を反射可能な面状体と、
を含むリフレクタ。
【請求項２】
前記複数のリブの各々は、弾性を有し、折り畳まれた状態から前記弾性によって展開する、請求項１に記載のリフレクタ。
【請求項３】
前記複数のリブの各々は、互いに重ね合わされた少なくとも二枚の平板によって形成される請求項１又は２に記載のリフレクタ。
【請求項４】
前記複数のリブの各々は、前記末端と前記先端との間に所定の間隔で前記内側面又は前記外側面の少なくとも一つに配置される複数の規制部材を含む、請求項１又は２に記載のリフレクタ。
【請求項５】
前記複数のリブの各々は、前記末端と前記先端との間に所定の間隔で、前記二枚の平板に挟まれて配置される複数の規制部材を含む、請求項３に記載のリフレクタ。
【請求項６】
前記複数のリブの各々は、前記面状体が架設される上面を有し、
前記規制部材の各々は、前記上面に対して垂直か略垂直な方向に配置される、請求項４又は５に記載のリフレクタ。
【請求項７】
前記複数のリブの各々は、前記ハブの外周に沿うように、前記末端において前記ハブに接続される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項８】
前記複数のリブの各々は、前記末端から前記先端に向かうにつれて、前記ハブの中心軸に沿う方向の高さが低くなるように形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項９】
前記複数のリブの各々は、内側面及び外側面が前記ハブの中心軸に対して略平行になるように前記ハブに接続される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項１０】
前記面状体は、金属メッシュによって形成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項１１】
前記複数のリブの各々は、各リブの前記内側面と各リブの前記外側面が部分的に重なり合うように前記ハブの外周に巻き付いて折り畳まれる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリフレクタと、
前記リフレクタの面状体に電波を照射するための輻射器と、
を含む展開アンテナ。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリフレクタと、
前記リフレクタの面状体に電波を照射するための輻射器と、
前記電波によって送信するための情報を生成する制御装置と、
前記輻射器及び前記制御装置の駆動に必要な電力を供給するための電源装置と、
を含む宇宙航行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、リフレクタ、並びに当該リフレクタを用いた展開アンテナ及び宇宙航行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人工衛星等の宇宙航行体に搭載される展開アンテナ用のリフレクタは、可搬型アンテナ用や衛星搭載アンテナ用のリフレクタに代表されるように、移動中や未使用時にはコンパクトに収納され、使用時に展開して通信に用いられる。例えば、特許文献１には、アンテナ反射面として機能するケーブルネットワークを展開トラスで支持する展開アンテナにおいて、スライドヒンジを用いて、展開トラスを収納・展開できるようにしたことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０８６６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、上記のような技術を踏まえ、本開示では、様々な実施形態により、より簡便な方法で展開可能なリフレクタ、並びに当該リフレクタを用いた展開アンテナ及び宇宙航行体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によれば、「
断面が円形状、楕円形状又は多角形状に形成されるハブと、折り畳み時に前記ハブの外周側に面する内側面と、前記内側面の反対側の面となる外側面とをそれぞれ有する複数のリブであって、各リブの内側面と各リブに隣接するリブの外側面、又は各リブの外側面と各リブに隣接するリブの内側面が部分的に重なり合うように前記ハブの外周に巻きついて折り畳まれ、前記ハブに接続される末端からその反対側に位置する先端に向かってパラボラ形状に展開される複数のリブと、前記複数のリブの各々の間に架設される電波を反射可能な面状体と、を含むリフレクタ」が提供される。【０００６】
本開示の一態様によれば、「リフレクタと、前記リフレクタの面状体に電波を照射するための輻射器と、を含む展開アンテナ」が提供される。【０００７】
本開示の一態様によれば、「リフレクタと、前記リフレクタの面状体に電波を照射するための輻射器と、前記電波によって送信するための情報を生成する制御装置と、前記輻射器及び前記制御装置の駆動に必要な電力を供給するための電源装置と、を含む宇宙航行体」が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の様々な実施形態によれば、より簡便な方法で展開可能なリフレクタ、並びに当該リフレクタを用いた展開アンテナ及び宇宙航行体を提供することができる。【０００９】
なお、上記効果は説明の便宜のための例示的なものであるにすぎず、限定的なものではない。上記効果に加えて、または上記効果に代えて、本開示中に記載されたいかなる効果や当業者であれば明らかな効果を奏することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の第１実施形態に係る宇宙航行体１の構成を示す図である。
【図２】図２は、本開示の第１実施形態に係る宇宙航行体１の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本開示の第１実施形態に係る展開アンテナ１０の構成を示す図である。
【図４ａ】図４ａは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の構成を示す側面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の構成を説明するための図である。
【図４ｃ】図４ｃは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の構成を示す断面図である。
【図４ｄ】図４ｄは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の他の構成を示す断面図である。
【図５ａ】図５ａは、本開示の第１実施形態に係るハブ１３０の構成を示す斜視図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本開示の第１実施形態に係るハブ１３０の構成を上面から示す拡大図である。
【図６ａ】図６ａは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０とハブ１３０との取付構造を示す図である。
【図６ｂ】図６ｂは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０とハブ１３０との折り畳み構造を示す図である。
【図６ｃ】図６ｃは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０とハブ１３０との折り畳み構造を説明するための図である。
【図７】図７は、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の折り畳みを説明するための図である。
【図８】図８は、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の展開を説明するための図である。
【図９】図９は、本開示の第２実施形態に係るリブ１４０の構成を示す図である。
【図１０ａ】図１０ａは、本開示の第３実施形態に係るリブ１４０の構成を示す図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは、本開示の第３実施形態に係るリブ１４０の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本開示の第４実施形態に係るリブ１４０の構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面を参照して本開示の様々な実施形態を説明する。なお、図面における共通する構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００１２】
＜第１実施形態＞
１．宇宙航行体１の構成
図１は、本開示の第１実施形態に係る宇宙航行体１の構成を示す図である。図１によると、宇宙航行体１は、宇宙空間において宇宙航行体１そのものの航行の制御や宇宙航行体１の動作や姿勢の制御を行う制御ユニット３００と、宇宙空間において制御ユニット３００や輻射器１１０を含む様々な構成要素を駆動するための電力を供給する電源ユニット２００と、宇宙航行体１と地上又は他の宇宙航行体との間で情報の送受信を行うための通信ユニット１００とを含む。
【００１３】
図２は、本開示の第１実施形態に係る宇宙航行体１の構成を示すブロック図である。宇宙航行体１は、図２に示す構成要素の全てを備える必要はなく、一部を省略した構成をとることも可能であるし、他の構成要素を加えることも可能である。例えば、宇宙航行体１は、複数の電源ユニット２００及び／又は複数の通信ユニット１００を搭載することも可能である。
【００１４】
図２によると、宇宙航行体１は、メモリ３１０、プロセッサ３２０及びセンサ３３０を含む制御ユニット３００と、電源制御回路２１０、バッテリ２２０及びソーラーパネル２３０を含む電源ユニット２００と、通信制御回路１７０、送信器１７１、受信機１７２、輻射器１１０、反射器１２０を含む通信ユニット１００とを含む。これらの各構成要素は、制御ライン及びデータラインを介して互いに電気的に接続される。
【００１５】
メモリ３１０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、ＨＤＤ等から構成され、記憶部として機能する。メモリ３１０は、本実施形態に係る宇宙航行体１の様々な制御のための指示命令をプログラムとして記憶する。また、メモリ３１０は、一例として、カメラ（図示しない）で撮像された宇宙航行体１の外部の画像や、宇宙航行体１の制御のために必要な様々なセンサ３３０における検出情報などが適宜記憶される。
【００１６】
プロセッサ３２０は、メモリ３１０に記憶されたプログラムに基づいて宇宙航行体１の制御を行うとともに、通信ユニット１００を介して地上基地や他の宇宙航行体に送信するための情報を生成する。
【００１７】
センサ３３０は、一例として、宇宙航行体１の進行や姿勢の制御に必要なジャイロセンサ、加速度センサ、位置センサ、速度センサ等、宇宙航行体１の外部環境を観測するための温度センサ、照度センサ、赤外線センサ等、宇宙航行体１の内部環境を計測するための温度センサ、照度センサ等を含みうる。検出された情報・データは適宜メモリ３１０に記憶され、プロセッサ３２０による制御に用いられたり、通信ユニット１００を介して地上の基地に送信される。
【００１８】
電源制御回路２１０は、バッテリ２２０に接続されバッテリ２２０からの電力の充放電を制御する。バッテリ２２０は、電源制御回路２１０からの制御を受けて、ソーラーパネル２３０で生成された電力を充電するとともに、制御ユニット３００等の各駆動系に対して供給する電力を蓄積する。
【００１９】
通信制御回路１７０は、接続された輻射器１１０を介して、地上基地や他の宇宙航行体に対して情報を送受信するために、変調や復調などの処理を行う。変調された信号は、送信器１７１において高周波の無線周波数に変換されたのち増幅され、輻射器１１０を介して反射器１２０の反射面に放射される。本実施形態においては、輻射器１１０から放射された高周波信号は副鏡である副リフレクタ１２２で一旦反射され、さらに主鏡であるリフレクタ１２１によって外部へ放射される。一方、外部から受信した高周波信号は、逆の経路を通じて受信機１７２で受信され、通信制御回路１７０において復調される。なお、反射器１２０は、移動時や未使用時にはコンパクトに収納される一方で、使用時に展開される。また、本実施形態においては、展開アンテナには、少なくとも輻射器１１０及び反射器１２０を含む。
【００２０】
２．展開アンテナ１０の構成
図３は、本開示の第１実施形態に係る展開アンテナ１０の構成を示す図である。図３によると、本実施形態においては、展開アンテナ１０は、主には図１に図示された輻射器１１０及び反射器１２０から構成される。具体的には、展開アンテナ１０は、輻射器１１０と、輻射器１１０に対して所定の角度をもって対向するように配置され、輻射器１１０から放射される電波を主反射鏡であるリフレクタ１２１に反射するための副リフレクタ（副鏡）１２２と、副リフレクタ１２２の鏡面に対向するように配置され、副リフレクタ１２２により反射された電波をさらに反射して外部へ電波を放射する主反射鏡であるリフレクタ１２１と、副リフレクタ１２２を支持するための支持部材１８０と、を含む。展開アンテナ１０は、ハブ１３０が宇宙航行体１の台座１９０に固定されることにより、宇宙航行体１に設置される。
【００２１】
リフレクタ１２１は、ハブ１３０、複数のリブ１４０、面状体１５０、ケース１６０等を含む。リフレクタ１２１は、上記のとおり主反射鏡として機能するために、その反射面がパラボラ（放物）形状に形成されている。
【００２２】
ハブ１３０は、展開アンテナ１０の中心部のアンテナ軸Ｘ（ハブ１３０の中心軸Ｘともいう）に設けられる。ハブ１３０は、一例としては、プラスチック等の誘電体や、チタン、ステンレス等の金属により円柱状に形成される。ハブ１３０は、その外周面１３１ａ上にリブ取付部１３３が設けられ、複数のリブ１４０が所定の間隔で放射状に配設される。
【００２３】
リブ１４０は、複数のリブ１４０−１〜１４０−ｎを含む。各リブ１４０は、ハブ１３０を中心として所定の間隔で、ハブ１３０の外周に放射状に配設される。各リブ１４０の反射鏡面となる側の上面１４１ａはパラボラ形状に形成される。そして、パラボラ形状に形成された上面１４１ａ上に面状体１５０が架設される。リブ１４０は、一例としては、ステンレスバネ鋼や、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材料により形成されるバネ材であり、弾性を有する。
【００２４】
なお、リブ１４０は、本実施形態においては、全部で２４本のリブにより構成されている。しかし、リブ１４０は、展開アンテナの展開時の面積、用いるリブの材質・強度等に応じて、偶数や奇数に関係なくその本数を変更することが可能である。また、本実施形態においては、リブ１４０は所定の間隔で配設したが、当該間隔は、すべてのリブ１４０において一定の間隔としてもよいし、一部のみ間隔を密にしてもよいし、非規則的であってもよい。
【００２５】
リブ１４０とともにリフレクタ１２１を構成する面状体１５０は、互いに隣接する一対のリブ１４０間に架設される。面状体１５０は、電波を反射可能な材料により、全体としてパラボラ形状になるように形成される。面状体１５０は、一例としては、モリブデン、金、又はそれらの組み合わせにより形成される金属の網状体（金属メッシュ）により形成される。本実施形態においては、面状体１５０は略三角形状の金属メッシュをリブ１４０の数に応じて用意し、各金属メッシュを縫合し、リブ１４０のパラボラ形状に形成された上面１４１ａに架設される。
【００２６】
ここで、本実施形態においては、面状体１５０は、ハブ１３０の中心軸Ｘに向かう方向に対してはそれほど大きな張力を有していないものの、当該方向に垂直な方向に対しては一定の張力を有する。したがって、リブ１４０が展開してリフレクタ１２１が完全に開いた状態となった時には、その張力によって隣接するリブ１４０が互いに引っ張り合うことで、隣接するリブ１４０の間隔を保持することが可能となる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、面状体１５０は、互いに隣接する一対のリブ１４０間に、一つの面状体１５０が架設されている。しかし、一つの面状体１５０が、必ずしも一対のリブ１４０間に架設される必要はなく、連続する３つ以上のリブ１４０に渡って架設されるようにしてもよい。また、面状体１５０には、折り畳み形状の再現性をより確実にするために、予め所定の折り目を付けるようにしてもよい。また、面状体１５０は、リブ１４０への取付部分、すなわち各辺１５０ａ及び１５０ｂ又はその付近ではパラボラ形状をしているが、その他の位置においてもパラボラ形状をなすかそれに近い形状をなすことが好ましい。このような場合、展開アンテナの開成時において面状体１５０に一定以上の張力を維持することが可能となる。
【００２８】
ケース１６０は、ハブ１３０の外周に沿って、所定の間隔で開閉可能に配置される。ケース１６０は、閉成時にハブ１３０の外周面形状に沿うように、水平断面が円弧である瓦形状に形成される。そして、その閉成時には、ハブ１３０の外周とケース１６０との間に所定の幅の空間を形成し、その空間内に、ハブ１３０に巻き付けるように折り畳まれた各リブ１４０が収納される。
【００２９】
各ケース１６０には、それぞれ開放機構１６１を介してハブ１３０に配設される。開放機構１６１は、制御ユニット３００のプロセッサ３２０による展開指示又は閉成指示を受けて、ケース１６０を機構的に開閉する。開閉機構には、一例として、ウォームギアを介したモーターが利用される。
【００３０】
なお、ケース１６０は、展開アンテナの折り畳み時、すなわち、リブ１４０の収納時にリブ１４０の弾性力によって展開してしまうのを規制するために用いるものである。したがって、本実施形態においては、配置されるケース１６０の個数は、リブ１４０の展開を規制できれば、何個でもよい。また、その形状もハブ１３０の外周面形状に沿うように瓦形状にしたが、上記規制ができれば、いずれの形状でもよい。
【００３１】
３．リブ１４０の構成
図４ａは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の構成を示す側面図である。具体的には、図４ａは、図３に示すリブ１４０の側面図を示す。図４ａによると、リブ１４０は、電波の反射鏡面となる側の上面１４１ａ、上面１４１ａに対して反対側の面となる下面１４１ｂ、上面１４１ａ及び下面１４１ｂをそれぞれ接続し、ハブ１３０へ巻き付けるように折り畳まれたときにハブ１３０の外周側に面する内側面１４１ｃ、及びその反対側の面となる外側面１４１ｄを有する、横長の薄板平板形状である。リブ１４０は、ハブ１３０に接続される末端部１４２ａからその反対側の先端部１４２ｂに向かって、上面１４１ａがパラボラ形状に形成される。リブ１４０は、例えばステンレスバネ鋼や、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材料により形成されるバネ材で構成される。また、リブ１４０の末端部１４２ａには、ハブ１３０に固設するために、厚み方向に貫通する取付孔１４３（図４ａでは４個）が形成される。
【００３２】
本実施形態においては、リブ１４０は、所定の間隔で規制部材１４４を有する。規制部材１４４は、一定の厚みを有し、高強度で高剛性を有する部材であって、特に、リブ１４０を折り畳む方向、すなわちハブ１３０の中心軸に対して垂直な方向からの荷重に対して剛性を有する。規制部材１４４は、一例としては、上記剛性を確保するためのハニカム構造を有し、好ましくは直方体に形成される。なお、その形状は、直方体に限定するものではなく、いかなる形状であってもよい。規制部材１４４は、リブ１４０の末端部１４２ａから先端部１４２ｂにかけて、所定の間隔で、接着剤や溶接等の公知方法により、リブ１４０の内側面１４１ｃ又は外側面１４１ｄに固着される。このとき、各規制部材１４４は、固着される位置のリブ１４０の上面１４１ａに対して垂直か略垂直な方向に固着される。
【００３３】
なお、本実施形態においては、規制部材１４４は、内側面１４１ｃ又は外側面１４１ｄのいずれかに固着するようにしたが、その両面に固着するようにしてもよい。また、配置する間隔も、先端部１４２ｂに向かうほど配置の間隔が狭くないように配置してもよいし、広くなるように配置してもよいし、常に一定の間隔で配置してもよい。
【００３４】
規制部材１４４は、リブ１４０がハブ１３０の外周に巻きつくように折り畳まれる際に、リブ１４０が折れ曲がる方向を規制するための部材である。すなわち、本実施形態においては、各規制部材１４４は、直方体に形成され、当該規制部材１４４が配置された位置において、リブ１４０の上面１４１ａ及び／又は下面１４１ｂに対して垂直又は略垂直に配置される側面１４４ａ及び１４４ｂを有する。
【００３５】
図４ｂは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の構成を説明するための図である。具体的には、図４ｂは、リブ１４０に配置される規制部材１４４の機能を説明するための図である。図４ａのリブ１４０は、上記のとおり、上面１４１ａ及び／又は下面１４１ｂに対して垂直又は略垂直に配置される規制部材１４４を有する。しかし、図４ｂのリブ１４０は、上面１４１ａ及び／又は下面１４１ｂに対して垂直又は略垂直な方向ではなく、ハブ１３０の中心軸Ｘに対して平行な方向に配置された規制部材１４４を有する。したがって、各規制部材１４４によって挟まれた領域においては、リブ１４０をハブ１３０に巻き付けるように折り畳む際に、ハブ１３０の中心軸Ｘに対して平行に配置された側面１４４ａに沿って（線分Ｃ−Ｃ’に沿った方向）、すなわち中心軸Ｘに対して平行な方向に折れ曲がりやすくなる。その結果、図６ｃに示すように、リブ１４０は、ハブ１３０に対して螺旋状（リブ１４０が形成する回転面に対して垂直成分のある方向へ上昇する曲線状）、すなわちリブ１４０の末端部１４２ａから先端部１４２ｂに向かって徐々に高くなるように巻き付けられる。そのため、ハブ１３０は一定以上の高さを要することとなる。
【００３６】
一方、再び図４ａに戻り、本実施形態においては、上面１４１ａ及び／又は下面１４１ｂに対して垂直又は略垂直に配置される規制部材１４４を有する。したがって、図４ｂに示すリブ１４０とは異なり、各規制部材１４４によって挟まれた領域においては、リブ１４０をハブ１３０に巻き付けるように折り畳む際に、上面１４１ａ及び／又は下面１４１ｂに対して垂直又は略垂直な方向（線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向）に折れ曲がりやすくなる。すなわち、各規制部材１４４によって、中心軸Ｘに平行な方向に折れ曲がるのが規制され、中心軸Ｘに平行な方向に折れ曲がりがたくなる。その結果、図６ｂに示すように、リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿って、リブ１４０の末端部１４２ａの高さと同じか略同じ高さに先端部１４２ｂが位置するように、すなわち渦巻き状に折り畳まれる。そのため、ハブ１３０の高さを、リブ１４０の末端部１４２ａの高さｈ１と同程度まで抑制することが可能となる。
【００３７】
図４ｃは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の構成を示す断面図である。具体的には、図４ｃは、図４ａに示す線Ａ−Ａ’におけるリブ１４０の断面を示す図である。図４ｃを参照すると、リブ１４０は、ハブ１３０の中心軸Ｘに対して垂直な方向に伸延する上面１４１ａ及び下面１４１ｂと、上面１４１ａ及び下面１４１ｂを接続する内側面１４１ｃ及び外側面１４１ｄとによって構成される長方形状の断面を有する。内側面１４１ｃは、ハブ１３０へ巻き付けるように折り畳まれたときにハブ１３０の外周側に向いた面であり、外側面１４１ｄは、外周側と同じ方向に向いた面である。なお、本実施形態においては、リブ１４０は、内側面１４１ｃから外側面１４１ｄに向かう厚み方向に薄く、上面１４１ａから下面１４１ｂに向かう高さ方向に厚く形成される。リブ１４０は、弾性を有する各種バネ材から製造されるところ、このように構成することによって、軸Ｘに平行な上方向からの荷重に対しては一定の剛性を有する一方で、軸Ｘに垂直な方向からの荷重に対しては十分な可撓性を有することが可能となる。
【００３８】
図４ｄは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の他の構成を示す断面図である。具体的には、図４ｄは、図４ａに示す線Ａ−Ａ’におけるリブ１４０の断面の他の例を示す図である。図４ｄを参照すると、図４ｃの例と同様に、リブ１４０は、上面１４１ａ及び下面１４１ｂと、内側面１４１ｃ及び外側面１４１ｄとを有する。さらに、リブ１４０は、軸Ｘに垂直な方向に湾曲した形状、すなわちコンベックステープのように幅方向に湾曲した形状を有する。より具体的には、リブ１４０は、内側面１４１ｃ側が窪み、外側面１４１ｄ側に突出した断面形状を有する。このような形状を有することによって、リブ１４０が折り畳まれた状態から完全に伸びた状態への遷移、及び完全に伸びた状態から折り畳まれた状態への遷移を容易にする。一方で、リブ１４０が、完全に伸びた状態から折り畳む方向とは逆方向へ折り曲げられるのを抑制することができる。
【００３９】
４．ハブ１３０の構成
図５ａは、本開示の第１実施形態に係るハブ１３０の構成を示す斜視図である。また、図５ｂは、本開示の第１実施形態に係るハブ１３０の構成を上面から示す拡大図である。図５ａ及び図５ｂを参照すると、ハブ１３０は、全体として、断面が略円形状に形成される。なお、断面形状は、円形状に限らず、楕円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。
【００４０】
ハブ１３０は、円柱状に形成された内周面１３１ｂと、多角柱（例えば、２４角柱）状に形成された外周面１３１ａとを有する。外周面１３１ａには、取り付けるリブ１４０の数に応じて、平面状に形成されるリブ取付部１３３を有する。各リブ取付部１３３は、取り付けられるリブ１４０の取付孔１４３に対応する位置に、リブ取付孔１３２を有する。そして、リブ１４０の取付孔１４３とハブ１３０のリブ取付孔１３２は、ネジ等の公知の方法によって互いに固定される。
【００４１】
本実施形態においては、ハブ１３０は、ハブ１３０の中心軸に沿った方向において、高さｈ２を有する。上記のとおり、本実施形態におけるリブ１４０は規制部材１４４の働きによって、渦巻き状に折り畳まれる。したがって、高さｈ２は、リブ１４０の末端部１４２ａにおける高さｈ１と同じか略同じ高さに形成される。
【００４２】
本実施形態においては、２４本のリブ１４０が用いられる。したがって、ハブ１３０は、その外周に沿って２４個のリブ取付部１３３を含み、ハブ１３０の外周は全体として２４角形状に形成されている。また、各リブ１４０は、その末端部１４２ａがリブ取付部１３３の平面に沿うように配置される。したがって、各リブ１４０は、ハブ１３０の仮想上の外接円Ｄの地点Ｐ（リブ取付部１３３のリブ１４０が伸延する方向における端部）における接線Ｅに沿って取り付けられるのではなく、当該接線Ｅから角度θ（例えば、１５度）だけリブ１４０が展開される方向へ、すなわちハブ１３０の中心軸Ｘとは反対の方向へ傾斜して取り付けられる。
【００４３】
５．ハブ１３０へのリブ１４０の取付構造及び折り畳み構造
図６ａは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０とハブ１３０との取付構造を示す図である。なお、図６ａにおいては、説明の便宜上、複数のリブ１４０の内の一つのリブ１４０−１とハブ１３０との取付構造を図示しているが、その他のリブ１４０−２〜１４０−ｎについても同様の取付構造でハブ１３０に取り付けられる。
【００４４】
ハブ１３０の外周面１３１ａには、所定の間隔で配置される複数のリブ取付孔１３２（例えば、一つのリブ取付孔１３２は、４個の孔を有する。）が形成される。このリブ取付孔１３２と、リブ１４０の末端部１４２ａの取付孔１４３とは孔位置が対応しており、リブ１４０とハブ１３０の外周面１３１ａとは、不図示のボルト等によりリブ１４０の外側から固定される。本実施形態においては、各リブ取付孔１３２は、外周面１３１ａ上に平面状に形成されるリブ取付部１３３に設けられる。そして、リブ１４０の末端部１４２ａ側の内側面１４１ｃが、リブ取付部１３３の平面に沿って固設される。
【００４５】
本実施形態においては、リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿うように、具体的には平面状のリブ取付部１３３に沿うように固設される。しかし、リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿うように、具体的にはハブ１３０の外周面１３１ａの外接円の接線Ｅ（図５ｂ）に沿うように固設されてもよい。すなわち、ハブ１３０の中心軸に対して垂直に交わる方向に沿って固設されるものでなければ、ハブ１３０の外周面１３１ａへの取付角度は適宜設計することが可能である。さらに、ヒンジ機構やリブ１４０の末端部１４２ａへの補強（いずれも、図示しない。）が必要となる可能性もあるが、ハブ１３０の中心軸に対して垂直に交わる方向にハブ１３０を取り付けることも可能である。
【００４６】
図６ｂは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０とハブ１３０との折り畳み構造を示す図である。なお、図６ｂにおいては、説明の便宜上、複数のリブ１４０の内のリブ１４０−１及び１４０−２の折り畳み構造を示しているが、その他のリブ１４０−３〜１４０−ｎについても同様である。
【００４７】
本実施形態において、リブ１４０−１及び１４０−２は、ハブ１３０の外周に沿って、末端部１４２ａから先端部１４２ｂに向かって、巻き取られるように折り畳まれる。ここで、リブ１４０−１及び１４０−２は、それぞれハブ１３０の外周に沿うように固設される（図６ａ）。そのため、リブ１４０の末端部１４２ａに、折り畳みによる大きな応力が発生せず、安定して収納することが可能となる。
【００４８】
リブ１４０は、図４ａ及び図４ｂにおいて説明したとおり、規制部材１４４によって、リブ１４０−１及び１４０−２の末端部１４２ａの高さと同じか略同じ高さに先端部１４２ｂが位置するように、すなわち渦巻き状（リブ１４０が形成する回転面に対して垂直方向の成分がないか、ほぼない状態で巻き付けられた状態）に折り畳まれる。そのため、単一のリブ（リブ１４０−１）のみに着目すると、図６ｂに示す通り、リブ１４０−１がハブ１３０に巻き付くように折り畳まれた際、リブ１４０−１の外側面１４１ｄと内側面１４１ｃとが、区間Ｒにおいて、部分的に重なり合うことになる。また、同様に、単一のリブ（リブ１４０−２）のみに着目すると、図６ｂに示す通り、リブ１４０−２がハブ１３０に巻き付くように折り畳まれた際、リブ１４０−２の外側面１４１ｄと内側面１４１ｃとが部分的に重なり合うことになる。なお、本実施形態においては、区間Ｒ以外の部分で、外側面１４１ｄと内側面１４１ｃとが重なりあっていないが、リブ１４０−１の長さによっては、ハブ１３０の外周に複数回にわたって巻き付けられる。したがって、重なり合っている区間の長さは外周全体となっても良い。また、一方で、リブ１４０の長さがハブ１３０の外周よりも短い場合には、上記の部分的な重なりは形成されない場合もありうる。
【００４９】
また、リブ１４０−１及び１４０−２がそれぞれ渦巻き状に折り畳まれる。そのため、リブ１４０−１とそれに隣接するリブ１４０−２に着目すると、リブ１４０−１の末端部１４２ａの位置からリブ１４０−２の先端部１４０ｂの位置までの区間（区間Ｓ）において、リブ１４０−１及び１４０−２は互いに重なり合ってハブ１３０に巻き付けられる。したがって、当該区間Ｓにおいて、リブ１４０−１の外側面１４１ｄとリブ１４０−２の内側面１４１ｃ、及びリブ１４０−２の外側面１４１ｄとリブ１４０−１の内側面１４１ｃとが、互いに部分的に重なり合うように巻き付けられる。
【００５０】
図６ｃは、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０とハブ１３０との折り畳み構造を説明するための図である。具体的には、図４ｂに示すリブ１４０をハブ１３０に巻き取るように折り畳んだ場合の構造を示す図である。この場合、リブ１４０は、ハブ１３０に対して螺旋状、すなわちリブ１４０の末端部１４２ａから先端部１４２ｂに向かって徐々に高くなるように巻き付けられる。したがって、図６ｃに示す通り、リブ１４０の外側面１４１ｄ及び内側面１４１ｃが重なり合うことなく、巻き付けられることとなる。
【００５１】
６．リブ１４０の折り畳みと展開
図７は、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の折り畳みを説明するための図である。また、図８は、本開示の第１実施形態に係るリブ１４０の展開を説明するための図である。
【００５２】
図７によると、各リブ１４０がハブ１３０の周囲に巻き取られ、これら巻き取られたリブ１４０を外側から囲むように複数のケース１６０が周囲に配設される。各ケース１６０は、水平断面が円弧である瓦形状をしており、これら複数のケース１６０が全体として円筒形を成すよう配設されている。すなわち、収納時には、複数のリブ１４０の各々はハブ１３０の外周方向に撓められ、末端部１４２ａから先端部１４２ｂに向かってハブ１３０の周囲に巻き取られる。その後、複数のケース１６０による外部拘束が加えられる。リブ１４０は展開する方向に弾性を有するが、ケース１６０による外部拘束により、自身の弾性により勝手に展開することが規制される。
【００５３】
図８には、各ケース１６０が、その下縁に設けられた開放機構１６１を中心に、ハブ１３０から離間するよう開放された状態が示されている。この開放は各ケース１６０の下部に設けた開放機構１６１により機構的に行われる。この開放機構１６１には、例えばウォームギアを介したモーターによりケース１６０の開傘を行う機構が用いられる。
【００５４】
各ケース１６０が開放されると、各リブ１４０に対する各ケース１６０による外部拘束が解除され、これらのリブ１４０自体の弾性的復元力により、リブ１４０が自動的に展開し始める。各リブ１４０の弾性的復元力による巻き戻しが完了すると、図８に示すようなリフレクタ１２１のパラボラ形状が形成される。すなわち、展開時には、各リブ１４０に対する複数のケース１６０による外部拘束を解除することで、各リブ１４０自体の弾性的復元力によって、他の部材による加重なしに、自動的に展開する。
【００５５】
なお、展開に際して、リブ１４０は面外方向に対してはある程度の誤差を持って展開することが想定される。しかしながら、リブ１４０の面内形状は正確に元のパラボラ形状を示す。展開アンテナ１０の鏡面精度は、軸Ｘ方向の誤差、すなわちリブ１４０の面内方向の位置誤差をもって評価され、リブ１４０の面外方向の位置誤差は大きな影響を与えない。これにより、展開によるアンテナ１０の鏡面精度を確保することができる。
【００５６】
以上、本実施形態に係るリフレクタ１２１によれば、各リブ１４０の折り畳み・展開は、各リブ１４０の弾性変形と復元力によって実現される。すなわち、リブ１４０の折り畳み・展開のための特段のメカニズムが不必要である。そのため、本実施形態によれば、簡易な構成により宇宙空間において容易に展開可能、且つ、展開後の所望のパラボラ形状を実現可能である。また、各リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿って配設される。したがって、各リブ１４０の収納時にリブ１４０の末端部１４２ａに加わる応力を極力低減することが可能となる。さらに、各リブ１４０は、規制部材１４４を備えるため、折り畳み時に、螺旋状に折り畳まれるのが規制される。したがって、リブ１４０が巻き付けられるハブ１３０も最小限の高さで形成することが可能である。
【００５７】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、リブ１４０に一枚の平板状の弾性部材を用いる場合について説明した。第２実施形態においては、リブ１４０として複数枚の平板（本実施形態では、平板１４０ａ及び１４０ｂの２枚）を用いる場合について説明する。なお、本実施形態は、以下で具体的に説明する点を除いて、第１実施形態における構成と同様である。したがって、それらの事項の詳細な説明は省略する。
【００５８】
図９は、本開示の第２実施形態に係るリブ１４０の構成を示す図である。具体的には、図９は、第２実施形態に係るリブ１４０の斜視図を示す。図９によると、リブ１４０は、一対の平板１４０ａ及び１４０ｂから構成され、各平板１４０ａ及び１４０ｂは互いに重なり合うように固着される。このとき、平板１４０ａ及び１４０ｂは、その間に挟まれて配置された規制部材１４４を介して接着される。リブ１４０には、その末端部１４２ａに、ハブ１３０に固設するための取付孔１４３が設けられる。また、リブ１４０は、平板１４０ａ及び１４０ｂが重ね合わされた状態で、全体として、第１実施形態と同様に、上面１４１ａ、下面１４１ｂ、内側面１４１ｃ、及び外側面１４１ｄを有する。リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿うようにハブ１３０に固設されるが、ハブ１３０の外周に向かう方向において可撓性を有する。一方、ハブ１３０に巻き取られた状態に置いては、展開する方向に弾性を有する。
【００５９】
ここで、平板１４０ａ及び１４０ｂを接着する規制部材１４４は、第１実施形態と同様に、リブ１４０の折れ曲がる方向を規制するように働く。すなわち、図４ａ及び図４ｂで説明したのと同様に、各規制部材１４４によって、各規制部材の間の部分において折れ曲がりやすくなっているが、中心軸Ｘに平行な方向に折れ曲がるのが規制される。一方で、規制部材１４４によって、リブ１４０は、上面１４１ａ及び／又は下面１４１ｂに対して垂直又は略垂直な方向（線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向）に折れ曲がりやすくなる。つまり、第１実施形態と同様に、ハブ１３０へ巻き付けると、その内側面１４１ｃと外側面１４１ｄが部分的に重なり合うように巻き付けられ、リブ１４０の高さを抑制することが可能となる。
【００６０】
なお、本実施形態においてリブ１４０は、２枚の平板１４０ａ及び１４０ｂから構成したが、さらに平板を追加して３枚以上を重ね合わせることも可能である。また、その際、規制部材１４４は、すべての平板の間に配置する必要はなく、内側面１４１ｃ側から外側面１４１ｄ側に向かって、平板、平板、規制部材、平板の順番のように、一部の間にのみ配置するようにしてもよい。
【００６１】
以上、第２実施形態に係るリフレクタ１２１によれば、各リブ１４０の折り畳み・展開は、各リブ１４０の弾性変形と復元力によって実現される。すなわち、リブ１４０の折り畳み・展開のための特段のメカニズムが不必要である。そのため、本実施形態によれば、簡易な構成により宇宙空間において容易に展開可能、且つ、展開後の所望のパラボラ形状を実現可能である。また、各リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿って配設される。したがって、各リブ１４０の収納時にリブ１４０の末端部１４２ａに加わる応力を極力低減することが可能となる。さらに、各リブ１４０は、規制部材１４４を備えるため、折り畳み時に、螺旋状に折り畳まれるのが規制される。したがって、リブ１４０が巻き付けられるハブ１３０も最小限の高さで形成することが可能である。さらに、リブ１４０が平板１４０ａ及び１４０ｂの２枚構成になっているため、リブ１４０の剛性をさらに高めることが可能となる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
第１及び第２実施形態では、各リブ１４０が有する弾性によって展開し、また展開後も面状体１５０が有する張力によって隣接するリブ１４０同士の間隔を保持するようにした。しかし、当該張力の影響によって、隣接するリブ１４０の間隔が本来あるべき間隔より小さくなり、半開きの状態となる可能性がある。そこで、第３実施形態においては、隣接するリブ１４０の間に補強リブ１４５を設けた。なお、本実施形態は、以下で具体的に説明する点を除いて、第１及び第２実施形態における構成と同様である。したがって、それらの事項の詳細な説明は省略する。
【００６３】
図１０ａ及び図１０ｂは、本開示の第３実施形態に係るリブ１４０の構成を示す図である。具体的には、図１０ａは、リフレクタ１２１の各リブ１４０が展開している途中の状態を示す図である。また、図１０ｂは、リフレクタ１２１の各リブ１４０が完全に展開した状態を示す図である。
【００６４】
図１０ａによると、リブ１４０−１の先端部１４２ｂの外側面１４１ｄと、隣接するリブ１４０−２の先端部１４２ｂの内側面１４１ｃとの間に、Ｌ型フランジ１４６が対向するように配置される。そして、当該Ｌ型フランジ１４６の裏面に補強リブ１４５の両端部がそれぞれ固設されることで、各リブ１４０−１及び１４０−２の間に補強リブ１４５が配置される。
【００６５】
補強リブ１４５は、バネ材からなる横長の平板である。一例としては、補強リブ１４５は、コンベックステープのように、幅方向に湾曲した形状を有する。なお、湾曲した態様で、長手方向に重ね合わせて用いることも可能である。
【００６６】
リフレクタ１２１の折り畳み時には、図１０ａに示すとおり、補強リブ１４５はハブ１３０の中心軸Ｘ方向に撓められ、隣り合うリブ１４０の先端間の距離が短い状態で収納される。一方、展開時には、図１０ｂに示すとおり、補強リブ１４５の弾性的復元力によって、隣り合うリブ１４０間の距離を強制的に保持することが可能となる。
【００６７】
以上、第３実施形態に係るリフレクタ１２１によれば、各リブ１４０の折り畳み・展開は、各リブ１４０の弾性変形と復元力によって実現される。すなわち、リブ１４０の折り畳み・展開のための特段のメカニズムが不必要である。そのため、本実施形態によれば、簡易な構成により宇宙空間において容易に展開可能、且つ、展開後の所望のパラボラ形状を実現可能である。また、各リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿って配設される。したがって、各リブ１４０の収納時にリブ１４０の末端部１４２ａに加わる応力を極力低減することが可能となる。さらに、各リブ１４０は、規制部材１４４を備えるため、折り畳み時に、螺旋状に折り畳まれるのが規制される。したがって、リブ１４０が巻き付けられるハブ１３０も最小限の高さで形成することが可能である。さらに、補強リブ１４５を有するので、隣り合うリブ１４０間の間隔を一定に保持することが可能となる。
【００６８】
＜第４実施形態＞
第１〜第３実施形態では、末端部１４２ａ及び先端部１４２ｂにおいて高さが略同じであるリブ１４０を用いる場合について説明した。第４実施形態においては、末端部１４２ａから先端部１４２ｂに向かうにつれて高さが徐々に低く形成されたリブ１４０を用いた。なお、本実施形態は、以下で具体的に説明する点を除いて、第１〜第３実施形態における構成と同様である。したがって、それらの事項の詳細な説明は省略する。
【００６９】
図１１は、本開示の第４実施形態に係るリブ１４０の構成を示す側面図である。具体的には、図１１によると、図４ａで示したリブ１４０と同様に、リブ１４０は、電波の反射鏡面となる側の上面１４１ａ、上面１４１ａに対して反対側の面となる下面１４１ｂ、上面１４１ａ及び下面１４１ｂをそれぞれ接続し、ハブ１３０へ巻き付けるように折り畳まれたときにハブ１３０の外周側に面する内側面１４１ｃ、及びその反対側の面となる外側面１４１ｄを有する、横長の薄板平板形状である。また、ハブ１３０に対して渦巻き状に折り畳むため、図４ａで示したリブ１４０と同様に規制部材１４４を有する。
【００７０】
ここで、リフレクタ１２１において、一般的に、末端部１４２ａは、先端部１４２ｂに対して相対的に多くの荷重がかかる。したがって、本実施形態では、荷重がおおくかかる末端部１４２ａにおいては、ハブ１３０の中心軸Ｘに沿う方向の高さが高く形成され、先端部１４２ｂに向かうにつれて徐々に低く形成される。具体的には、リブ１４０は、末端部１４２ａでは高さｈ３を有しているのに対し、先端部１４２ｂでは高さｈ３よりも低い高さｈ４を有している。なお、図１１の例では、先端部１４２ｂに、図１０ａ及び図１０ｂで示す補強リブが取り付けられる。したがって、補強リブを取り付けるために、リブ１４０の先端は、高さｈ４よりも若干高く（幅が広く）形成されている。
【００７１】
以上、第４実施形態に係るリフレクタ１２１によれば、各リブ１４０の折り畳み・展開は、各リブ１４０の弾性変形と復元力によって実現される。すなわち、リブ１４０の折り畳み・展開のための特段のメカニズムが不必要である。そのため、本実施形態によれば、簡易な構成により宇宙空間において容易に展開可能、且つ、展開後の所望のパラボラ形状を実現可能である。また、各リブ１４０は、ハブ１３０の外周に沿って配設される。したがって、各リブ１４０の収納時にリブ１４０の末端部１４２ａに加わる応力を極力低減することが可能となる。さらに、各リブ１４０は、規制部材１４４を備えるため、折り畳み時に、螺旋状に折り畳まれるのが規制される。したがって、リブ１４０が巻き付けられるハブ１３０も最小限の高さで形成することが可能である。
【００７２】
＜その他＞
第１〜第４実施形態においては、リフレクタ１２１に加えて副リフレクタ１２２を有するいわゆるカセグレン形式の展開アンテナ１０について説明した。しかし、当該展開アンテナ１０に限らず、グレゴリアン形式の展開アンテナであってもよいし、リフレクタ１２１の前面から電波を放射するパラボラ形状を有する展開アンテナであってもよい。
【００７３】
また、リフレクタ１２１は、展開アンテナ１０及び当該展開アンテナ１０を含む宇宙航行体１に対して用いたが、リフレクタ１２１又は展開アンテナ１０を、他の用途に用いてもよい。例えば、航空機や自動車に設置して、移動式の通信装置として利用することも可能である。
【００７４】
各実施形態で説明した各要素を適宜組み合わせるか、それらを置き換えて構成することも可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  宇宙航行体
１０  展開アンテナ
１００  通信ユニット
２００  電源ユニット
３００  制御ユニット
【図１】
2019087236.tif 000003
【図２】
2019087236.tif 000004
【図３】
2019087236.tif 000005
【図４ａ】
2019087236.tif 000006
【図４ｂ】
2019087236.tif 000007
【図４ｃ】
2019087236.tif 000008
【図４ｄ】
2019087236.tif 000009
【図５ａ】
2019087236.tif 000010
【図５ｂ】
2019087236.tif 000011
【図６ａ】
2019087236.tif 000012
【図６ｂ】
2019087236.tif 000013
【図６ｃ】
2019087236.tif 000014
【図７】
2019087236.tif 000015
【図８】
2019087236.tif 000016
【図９】
2019087236.tif 000017
【図１０ａ】
2019087236.tif 000018
【図１０ｂ】
2019087236.tif 000019
【図１１】
2019087236.tif 000020
【国際調査報告】
2019087236.tif 000021
2019087236.tif 000022
2019087236.tif 000023
2019087236.tif 000024