(57)【要約】【課題】本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の展開アンテナよりも低重量で大型の展開アンテナを提供すること。【解決手段】第１のケーブル２３により格子状に構成された第１のネットワーク２１（以下第１ＮＷ）と、第１ＮＷ上に設けられた電波反射膜１６と、第１ＮＷに設けられ、第１のケーブルより伸縮性の大きい第２のケーブル２５によって構成された第２のネットワーク２２（以下第２ＮＷ）と、第２ＮＷの外周部に周方向に対して所定間隔で設けられた複数の支持部２７と、これら支持部に連結され、軸心線方向に伸縮可能に構成された複数のフレーム２と、これらフレームを伸展させ、上記支持部を第２ＮＷの径方向外側に押し広げることで、第２ＮＷを介して第１ＮＷを展開するワイヤー駆動装置１１と、上記複数のフレーム間に渡設され、第１ＮＷに張力を付与した時にフレームに生じる座屈モードの腹となる部分と節となる部分とを連結するケーブル１５とを具備する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の索条体によって格子状に構成された第１のネットワークと、
上記第１のネットワーク上に設けられた電波反射膜と、
上記第１のネットワークに設けられ、上記第１の索条体より伸縮性の大きい複数の第２の索条体によって構成された第２のネットワークと、
この第２のネットワークの外周部にその周方向に対して所定間隔で設けられた複数の外周固定点と、
これら外周固定点に連結され、その軸心線方向に伸縮可能に構成された複数の伸縮部材と、
これら伸縮部材を伸展させ、上記複数の外周固定点を上記第２のネットワークの外周方向に押し広げることで、上記第２のネットワークを介して上記第１のネットワークに張力を付与し、上記第１のネットワークを展開する伸展手段と、
上記複数の伸縮部材間に渡設され、上記第１のネットワークに張力を付与したときに上記伸縮部材に生じる座屈モードの腹に対応する部分と節に対応する部分とを連結する連結手段と、
を具備することを特徴とする展開アンテナ。
【請求項２】
上記連結手段はケーブルであることを特徴とする請求項１記載の展開アンテナ。
【請求項３】
上記ケーブルを収容しておく収容手段をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の展開アンテナ。
【請求項４】
上記第１のネットワークは、上記第１の索条体の長さによって、展開時にほぼパラボラ面となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の展開アンテナ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、折り畳んだ状態で人工衛星等に搭載し、宇宙空間で展開させる展開アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星等に搭載される展開アンテナを宇宙空間に搬送する場合、搬送手段としてアリアン、Ｈ−IIＡ等のロケットを用いている。しかしながら、ロケットの貨物収容空間は、スペースが限定されているため、大型の展開アンテナを搬送する際には、小さく折り畳んだ状態でロケット内に収容し、ロケットが宇宙空間に到達した後に、この展開アンテナを展開している。
【０００３】
このような展開アンテナの中には、複数の基本構造を組み合わせることにより構成されるものがある。そのような展開アンテナの場合には、組み合わせる基本構造の数次第で、大型の展開アンテナを構成することができる。
【０００４】
図１２は従来の展開アンテナの基本構造を示す斜視図、図１３は従来の展開アンテナの基本構造を分解して示す斜視図である。
【０００５】
図１２と図１３に示すように、この展開アンテナの基本構造は、アンテナ反射面として機能するケーブルネットワーク１００を有している。このケーブルネットワーク１００は、サーフェスケーブル１０１、金属メッシュ１０２、バックケーブル１０３、タイケーブル１０４により構成され、複数のスタンドオフ１０５によって骨組構造としての展開トラス１０６に支持されている。
【０００６】
この展開トラス１０６は、台形形状に形成された８つの平面リンク機構１０７により構成されている。これら平面リンク機構１０７は、中心軸部材１０８を共有することで、その周囲に放射状に等配されており、スライドヒンジ１０９を上記中心軸部材１０８の軸心線方向に沿って摺動させることで、展開トラス１０６を収納、展開できるようになっている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
また、展開トラスとして、軸心線方向に伸縮可能な６つの平面リンク機構を放射状に配置した構成も知られている。この構成では、上記複数の平面リンク機構をその軸心線方向に伸縮駆動することで、展開トラスの収納、展開を行っている。
【０００８】
平面リンク機構の伸縮駆動には、展開トラスの周囲に配設された環状のケーブルを用いている。このケーブルは、各平面リンク機構の先端部に移動自在に接続されており、モータの回転によってケーブルの巻き取り量を調整することで、平面リンク機構を同期して伸縮させている。
【非特許文献１】目黒  在、三次  仁、安藤  和秀：モジュール化ケーブルメッシュ展開構造による大型衛星通信アンテナの構築、電子情報通信学会Ｂ−II分冊「次世代衛星通信技術小特集」電子情報通信学会論文誌、Ｂ−II，Ｖｏｌ．ｊ７６−Ｂ−II，Ｎｏ５，１９９３．５，ｐｐ．４７６−４８４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述のケーブルネットワーク１００は、可撓性を有する柔軟なケーブルによって構成されており、自らの力ではアンテナ反射面としての形状を維持することができない。
【００１０】
そのため、展開トラス１０６の上面をパラボラ面を最小誤差近似した近似球面形状に形成しており、その上にスタンドオフ１０５を介して上記ケーブルネットワーク１００を貼り付けることで、ケーブルネットワーク１００をパラボラ面形状に維持している。
【００１１】
しかしながら、この方法を用いた場合、ケーブルネットワーク１００の形状が展開トラス１０６の形状に大きく依存することになる。そのため、ケーブルネットワーク１００に高精度の鏡面精度を持たせるためには、展開トラス１０６の剛性をケーブルネットワーク１００の張力に負けないように大きくする必要がある。
【００１２】
しかしながら、展開トラス１０６の剛性を大きくするためには、展開トラス１０６を構成する各部材を太くする必要があり、全体重量が増大するという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の展開アンテナよりも低重量で大型の展開アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の展開アンテナは次のように構成されている。
【００１５】
（１）複数の第１の索条体によって格子状に構成された第１のネットワークと、上記第１のネットワーク上に設けられた電波反射膜と、上記第１のネットワークに設けられ、上記第１の索条体より伸縮性の大きい複数の第２の索条体によって構成された第２のネットワークと、この第２のネットワークの外周部にその周方向に対して所定間隔で設けられた複数の外周固定点と、これら外周固定点に連結され、その軸心線方向に伸縮可能に構成された複数の伸縮部材と、これら伸縮部材を伸展させ、上記複数の外周固定点を上記第２のネットワークの外周方向に押し広げることで、上記第２のネットワークを介して上記第１のネットワークに張力を付与し、上記第１のネットワークを展開する伸展手段と、上記複数の伸縮部材間に渡設され、上記第１のネットワークに張力を付与したときに上記伸縮部材に生じる座屈モードの腹に対応する部分と節に対応する部分とを連結する連結手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
（２）（１）に記載された展開アンテナであって、上記連結手段はケーブルであることを特徴とする。
【００１７】
（３）（２）に記載された展開アンテナであって、上記ケーブルを収容する収容手段をさらに具備することを特徴とする。
【００１８】
（４）（１）に記載された展開アンテナであって、上記第１のネットワークは、上記第１の索条体の長さによって、展開時にほぼパラボラ面となるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、展開トラスの剛性を重量を増加することなく高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するために最良の形態について説明する。
【００２１】
まず、図１〜図９を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る展開アンテナの構成を示す斜視図、図２は同実施の形態に係る展開トラスの構成を示す斜視図である。
【００２３】
図１と図２に示すように、本発明の展開アンテナは展開トラス１を有している。この展開トラス１は複数、本実施の形態では６本のフレーム２（伸縮部材）によって構成されており、これらフレーム２の基端部を１つに連結することで放射状に等配されている。
【００２４】
図３は同実施の形態に係るフレームの構成を示す構成図である。
【００２５】
図３に示すように、各フレーム２は複数、本実施の形態では５つの平面リンク３によって構成されている。これら平面リンク３は、フレーム２の軸心線方向に沿って並設されており、隣り合う平面リンク３同士は、互いに鏡像体となるように、すなわち、表裏反転するように連結されている。
【００２６】
図４は同実施の形態に係る平面リンクの構成を示す概略図である。
【００２７】
図４に示すように、各平面リンク３は、第１〜第５のリンク４ａ〜４ｅを有している。これら第１〜第５のリンク４ａ〜４ｅは、外形、及び肉厚が等しい中空丸軸からなり、その長さはそれぞれ決められた値に設定されている。このうち、第１〜第４のリンク４ａ〜４ｄは、回転ヒンジ５により連結されることで矩形枠状の連鎖を構成しており、その内側には第５のリンク４ｅが配置されている。
【００２８】
この第５のリンク４ｅの一端部は、回転ヒンジ６を介して第１のリンク４ａの一端部に回転可能に連結され、他端部はスライドヒンジ７を介して第１のリンク４ａと対向する第３のリンク４ｃにスライド可能に連結されている。なお、第５のリンク４ｅとスライドヒンジ７は、回転ヒンジ８によって回転可能に連結されている。
【００２９】
上記スライドヒンジ７の所定位置には、環状のワイヤー９が接続されている。このワイヤー９は、第３のリンク４ｃの軸心線方向両側にそれぞれ設けられた小プーリ１０間に掛け渡されており、その中途部はワイヤー駆動装置１１（伸展手段）によって保持されている。
【００３０】
図５は同実施の形態に係るワイヤー駆動装置の構成を示す概略図である。
【００３１】
図５に示すように、このワイヤー駆動装置１１は、モータ１２を有しており、その駆動軸には大プーリ１３が固定されている。この大プーリ１３には、上記ワイヤー９が巻き取られており、上記モータ１２によって大プーリ１３を回転させることで、ワイヤー９をスライドヒンジ７と共に第３のリンク４ｃの軸心線方向に進退できるようになっている。
【００３２】
図４に示すように、上記構成の平面リンク３において、スライドヒンジ７を第３のリンク４ｃの軸心線方向に移動させると、第５のリンク４ｅが第１〜第４のリンク４ａ〜４ｄで構成される連鎖の内側で回転ヒンジ６周りに回転し、第５のリンク４ｅに連結された第１のリンク４ａを第３のリンク４ｃの軸心線方向と傾斜する方向に移動させる。すなわち、各平面リンク３は、図４中に実線と一点鎖線で示すように、フレーム２の軸心線方向（図４における左右方向）に対する長さを変化させる。
【００３３】
そのため、本実施の形態のフレーム２は、隣り合う平面リンク３が互いに鏡像体となるよう連結されているため、各平面リンク３のスライドヒンジ７を移動させることで、図６と図７に示すように、展開トラス１を展開、収納できるようになっている。
【００３４】
図２に示すように、隣り合うフレーム２の間には複数、本実施の形態では６本のケーブル１５が渡設されている。これらのケーブル１５は、フレーム２に生じる座屈モードの節に対応する部分同士、及び座屈モードの節に対応する部分と腹に対応する部分とをそれぞれ連結している。
【００３５】
本実施の形態で想定する座屈モードでは、各フレーム２の先端部が節となり、中途部が腹となるため、隣り合うフレーム２の先端部同士を２本のケーブル１５で襷掛け状に連結し、隣り合うフレーム２の先端部と中途部とをそれぞれ２本のケーブル１５で襷掛け状に連結している。
【００３６】
上記構成の展開トラス１には、アンテナ展開構造物としてのケーブルネットワーク２０が支持されている（図１参照）。
【００３７】
図８は同実施の形態に係るケーブルネットワークの構成を示す斜視図である。
【００３８】
図８に示すように、このケーブルネットワーク２０は、第１のネットワーク２１（太線で示す部分）と第２のネットワーク２２（細線で示す部分）によって構成されている。
【００３９】
第１のネットワーク２１は、伸縮性の小さい複数の第１のケーブル２３（第１の索条体）をノード２４により結合することで三角格子状に構成されており、その一方の面は搭載面２１ａをなしている。
【００４０】
この搭載面２１ａは、各第１のケーブル２３の長さによって、全ての第１のケーブル２３を張設した時に略パラボラ面形状となるよう形成されており、その上には金属メッシュ等の電波反射素材からなる電波反射膜１６（図１参照）が貼り付けられている。
【００４１】
なお、本実施の形態では、第１のケーブル２３同士の接続にノード２４を用いているが、これに限定されるものではなく、第１のケーブル２３の端部同士を単に結束するだけでもよい。
【００４２】
一方、第２のネットワーク２２は、上記第１のケーブル２３よりも伸縮性の大きい複数の第２のケーブル２５をノード２６により結合することで、網目状、本実施の形態では三角格子状に構成されている。
【００４３】
なお、本実施の形態では、第２のケーブル２５同士の接続にノード２６を用いているが、これに限定されるものではなく、第２のケーブル２５の端部同士を単に結束するだけでもよい。
【００４４】
第２のネットワーク２２の外周部には、その周方向に対して等配された複数、本実施の形態では６つの支持部２７（外周固定点）が設けられている（４つのみ図示）。これら支持部２７は、展開トラス１を構成する６本のフレーム２の先端部とそれぞれ連結しており、各フレーム２を軸心線方向に伸展することで、第２のネットワーク２２を介して第１のネットワーク２１を展開できるようになっている。
【００４５】
次に、上記構成の展開アンテナを使用する際の作用について説明する。
【００４６】
上記構成の展開アンテナを打ち上げる場合、図７に示すように、展開トラス１を小さく折り畳んでロケットのフェアリングに収納しておく。
【００４７】
ロケットが打ち上げられ、衛星がロケットから分離されて所定の軌道に達したら、展開アンテナを展開させるためにモータ１２でワイヤー９を駆動し、全てのスライドヒンジ７を第３のリンク４ｃの軸心線に沿って第４のリンク４ｄ側に移動させる。
【００４８】
これによって、各フレーム２は、図６に示すように、その軸心線方向に徐々に伸展してゆき、第２のネットワークの支持部２７を放射状に押し広げる。そして、図２に示すように、展開トラス１の各フレーム２が完全に伸展すると、第２のネットワーク２２を介して付与される張力によって、第１のネットワーク２１はパラボラ面形状に展開する。
【００４９】
このとき、各フレーム２の先端部には、第１、第２のネットワーク２１、２２に付与される張力と略同じ大きさの圧縮力が軸心線方向に対して作用している。そのため、ケーブルネットワーク２０を展開する際には、この圧縮力によって各フレーム２に座屈が発生することになる。
【００５０】
しかしながら、本発明の展開アンテナでは、上述したように、隣り合うフレーム２に生じる座屈モードの節に対応する部分と腹に対応する部分とをケーブル１５によって連結している。そのため、座屈モードの腹に対応する部分の変位が、節に対応する部分に連結されたケーブル１５よって制限されるから、各フレーム２に生じる座屈そのものが抑制され、フレーム２の座屈破壊を防止することができる。
【００５１】
発明者は、上述した効果を証明するために、３種類の展開トラスＩ〜IIIを用意し、座屈実験を行った。この座屈実験は、展開トラスＩ〜IIIにケーブルネットワークを掛け、このケーブルネットワークに張力を付与することで、展開トラスＩ〜IIIを構成するフレームの座屈荷重を調べたものである。なお、展開トラスＩ〜IIIの構造は、下記の通りである。
【００５２】
展開トラスＩは、本実施の形態に係る展開トラスと同じ構造であって、第１〜第５のリンク２ａ〜２ｅの外形は約２０［ｍｍ］、第１〜第５のリンク４ａ〜４ｅの肉厚は約０．５［ｍｍ］、展開トラスの総重量は約２７．１［ｋｇ］である。
【００５３】
展開トラスIIは、本実施の形態に係る展開トラスからケーブル１５を取り除いた構造であって、第１〜第５のリンク４ａ〜４ｅの外形は約２０［ｍｍ］、第１〜第５のリンク２ａ〜２ｅの肉厚は約０．５［ｍｍ］、展開トラスの総重量は約２７．１［ｋｇ］である。
【００５４】
展開トラスIIIは、本実施の形態に係る展開トラスからケーブル１５を取り除いた構造であって、第１〜第５のリンク４ａ〜４ｅの外形は約２５［ｍｍ］、第１〜第５のリンク４ａ〜４ｅの肉厚は約０．５［ｍｍ］、展開トラスの総重量は約２８．５［ｋｇ］である。すなわち、フレームIIIは、フレームIIを構成する第１〜第５のリンク４ａ〜４ｅの外形を約５［ｍｍ］太くしたものである。
【００５５】
図９は実験結果を示すグラフである。なお、グラフの横軸はケーブルネットワークに付与する張力の値を示し、縦軸はフレームに作用する圧縮力の値を示している。
【００５６】
図９に示すように、フレームIIの座屈荷重が約３［ｋｇｆ］であるのに対し、本発明のフレームＩの座屈荷重は１１［ｋｇｆ］となることがわかった。すなわち、フレームに生じる座屈モードの節となる部分と腹となる部分をケーブル１５で連結することにより、座屈荷重が約８［ｋｇｆ］も大きくなることが明らかとなった。
【００５７】
一方、フレームIIIの座屈荷重は約１２［ｋｇｆ］であり、本発明のフレームＩの座屈荷重よりも大きい。しかしながら、フレームIIIは、各リンクの外形を太くしているため、総重量が約１１．４［ｋｇ］も重くなっている。
【００５８】
この実験結果により、本発明の展開アンテナのように、隣り合うフレームに作用する座屈モードの腹となる部分と節となる部分をケーブル１５で連結することで、展開トラス１の重量を増大させることなく、フレーム２の座屈荷重を飛躍的に大きくできることが確認された。
【００５９】
次に、図１０と図１１を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６０】
図１０は本発明の第２の実施の形態に係る展開トラスの構造を示す斜視図、図１１は同実施の形態に係るドラムの構成を示す概略図である。
【００６１】
図１０と図１１に示すように、本実施の形態に係る展開アンテナは、ケーブル１５を巻き取って収容するためのドラム５０（収容手段）を備えている。このドラム５０は、各フレーム２に回転可能に設けられており、その外周面には上記ケーブル１５が巻き取られる溝５１が形成されている。
【００６２】
このような構成にすれば、展開アンテナの収納時にケーブル１５をドラム５０に巻き取っておくことで、ケーブル１５同士が絡み合うのを防止することができる。なお、展開アンテナの展開時には、各フレーム２の伸展に伴って、各ケーブル１５が各ドラム５０から引き出されるようになっている。
【００６３】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００６４】
具体的には、フレーム２を伸展させる際に、その駆動手段としてスライドヒンジ７を移動させるワイヤー駆動装置１１を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば平面リンク３を構成する回転ヒンジ５、６、８のうち、全部あるいは一部にモータの駆動軸を連結することで、平面リンク３を伸縮するような構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る展開アンテナの構成を示す斜視図。
【図２】同実施の形態に係る展開トラスの構成を示す斜視図。
【図３】同実施の形態に係るフレームの構成を示す構成図。
【図４】同実施の形態に係る平面リンクの構成を示す概略図。
【図５】同実施の形態に係るワイヤー駆動装置の構成を示す概略図。
【図６】同実施の形態に係る展開トラスの展開途中、或いは収納途中の状態を示す斜視図。
【図７】同実施の形態に係る展開トラスの収納状態を示す斜視図。
【図８】同実施の形態に係るケーブルネットワークの構成を示す斜視図。
【図９】実験結果を示すグラフ。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る展開トラスの構成を示す斜視図。
【図１１】同実施の形態に係るドラムの構成を示す概略図。
【図１２】従来の展開アンテナの基本構造を示す斜視図。
【図１３】従来の展開アンテナの基本構造を分解して示す斜視図。
【符号の説明】
【００６６】
２…フレーム（伸縮部材）、１１…ワイヤー駆動装置（伸展手段）、１５…ケーブル（連結手段）、１６…電波反射膜、２１…第１のネットワーク、２２…第２のネットワーク、２３…第１のケーブル（第１の索条体）、２５…第２のケーブル（第２の索条体）、２７…支持部（外周固定点）、５０…ドラム（収容手段）。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006080577.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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