專利名稱：展開型反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以折疊的狀態(tài)裝載于人造衛(wèi)星等上，并使其在宇宙空間中展開的展開型反射鏡。特別涉及在折疊的狀態(tài)下所占體積很小，而在展開狀態(tài)下形成預(yù)定形狀的展開型反射鏡。
背景技術(shù)：
在將裝載于人造衛(wèi)星等上的展開天線運送到宇宙空間上時，使用亞利安娜、H-IIA等火箭。但是，火箭的貨物容納空間由于其空間受到限制，因而在運送大型的展開天線時，在將其折疊得很小的狀態(tài)下容納到火箭內(nèi)，并在火箭到達(dá)宇宙空間之后再將該展開天線展開。在構(gòu)成這種展開天線的展開型反射鏡當(dāng)中，有一種反射鏡是對多個基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，并根據(jù)該基本結(jié)構(gòu)的數(shù)量來構(gòu)成大型展開天線的。
圖13示出了以往的展開型反射鏡的結(jié)構(gòu)例，其中(a)是示出展開型反射鏡的整體結(jié)構(gòu)的透視圖，(b)是示出展開型反射鏡的基本結(jié)構(gòu)的一個例子的分解透視圖。圖中，展開型反射鏡的基本結(jié)構(gòu)由張掛金屬網(wǎng)格的纜索網(wǎng)絡(luò)100、拉線釘105、展開桁架106構(gòu)成。張掛了金屬網(wǎng)格的纜索網(wǎng)絡(luò)100通過拉線釘105被安裝在展開桁架106上，呈多面體，并使展開型反射鏡的表面近似為預(yù)定的拋物線形狀。展開桁架106可以展開及收攏，通過在展開狀態(tài)下將拉線釘105保持在預(yù)定位置上，使得纜索網(wǎng)絡(luò)100呈張緊狀態(tài)并形成預(yù)定的拋物線形狀。
圖14是示出纜索網(wǎng)絡(luò)100的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的分解透視圖。圖中，纜索網(wǎng)絡(luò)被分解為表面纜索101、金屬網(wǎng)格102、連接纜索103及背面纜索104。
金屬網(wǎng)格102被安裝在表面纜索101上，表面纜索101的各個連接點被連接纜索103拉向圖中的下方，形成預(yù)定的多面體形狀。此外，為了向連接纜索103施加張力，背面纜索104被設(shè)置相對于連接纜索103與表面纜索101相反的位置上。
為了獲得預(yù)定的鏡面形狀，在制造時一邊測量形成表面纜索101的形狀一邊調(diào)整纜索的長度來進(jìn)行制造，由此在拉線釘處于預(yù)定位置時獲得期望的形狀。
圖15是用于說明在制造以往的展開型反射鏡時以預(yù)定精度形成鏡面形狀的工序的圖。圖中，為了在制造時將鏡面形成為預(yù)定的形狀，對表面纜索101及背面纜索104向外側(cè)施加張力，從而在展開鏡面的狀態(tài)下測量其形狀，并反復(fù)進(jìn)行調(diào)整連接纜索103的纜索長度的作業(yè)直至達(dá)到預(yù)定的形狀精度為止。例如，在制造時測量形狀，并且當(dāng)表面纜索101向拋物面的上側(cè)偏離時，通過縮短連接纜索103來壓低表面纜索101，使其接近預(yù)定的形狀。由于形狀是通過纜索的張緊狀態(tài)來確定的，并且一旦縮短某纜索，張緊狀態(tài)就會變化，所以只調(diào)整一次是無法達(dá)到預(yù)定形狀的。因此，通過形狀測量來測出偏差，并為每個連接點110重復(fù)進(jìn)行連接纜索103的長度調(diào)整，將表面纜索101調(diào)整到預(yù)定的位置，從而確保形狀。
此時，為了便于調(diào)整，將連接纜索103配置在橫穿表面纜索101的方向上，以增大連接纜索長度的調(diào)整量與鏡面形狀之間的對應(yīng)關(guān)系。此外，通過使用剛性低、張力變化所引起的長度變化較大的纜索構(gòu)成表面纜索101，且使用剛性高、張力變化所引起的長度變化小的纜索構(gòu)成背面纜索104，構(gòu)成如下結(jié)構(gòu)即，如圖15所示，當(dāng)改變連接纜索103的長度時，主要改變了表面纜索101連接到連接纜索103上的位置。
圖16是示出以往的展開型反射鏡的其他結(jié)構(gòu)例的透視圖。圖中，纜索網(wǎng)絡(luò)201通過剛性高、張力變化所引起的長度變化小的纜索構(gòu)成，并被剛性低、張力變化所引起的長度變化較大的支撐纜索202所支撐。支撐纜索202安裝在膨脹型薄膜表面203上，從而構(gòu)成在膨脹型薄膜表面203由于導(dǎo)入空氣等而膨脹的狀態(tài)下纜索網(wǎng)絡(luò)201成張緊狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
圖17是示出以往展開型反射鏡的其他結(jié)構(gòu)例的透視圖。圖18是表示以往展開型反射鏡的其他結(jié)構(gòu)例中各構(gòu)件的分解透視圖。圖中，展開型反射鏡由起天線反射面作用的纜索網(wǎng)絡(luò)100和作為骨架結(jié)構(gòu)的展開桁架106構(gòu)成。所述纜索網(wǎng)絡(luò)100由表面纜索101、金屬網(wǎng)格102、連接纜索103、背面纜索104構(gòu)成，并通過多個拉線釘105被支撐在展開桁架106上。
該展開桁架106由八個形成為梯形形狀的平面連桿機(jī)構(gòu)107構(gòu)成。這些平面連桿機(jī)構(gòu)107以共享中心軸部件108的方式呈放射狀被均勻配置在該中心軸部件108的周圍，通過使滑動鉸鏈109沿著中心軸部件108的軸心線方向滑動，可收攏或展開展開桁架106(目黑在、三次仁、安藤和秀モジ ュ一ル ケ一ブルメッシユ展開構(gòu)造たよる大型衛(wèi)星通信アンテナの構(gòu)築、電子情報通信學(xué)會B-II分冊「次世代衛(wèi)星通信技術(shù)小特集」黿子情報通信學(xué)會論文誌、B-II.Vol.j76-B-II，No.5，1993，pp.476-484)。
在平面連桿機(jī)構(gòu)的伸縮驅(qū)動中使用配置在展開桁架周圍的環(huán)形纜索。該纜索可自由移動地連接在各平面連桿機(jī)構(gòu)的頂端部，從而通過馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)來調(diào)整纜索的卷繞量，從而使平面連桿機(jī)構(gòu)同步伸縮。
然而，以往的展開型反射鏡中的纜索網(wǎng)絡(luò)100由具有柔性的柔軟的纜索構(gòu)成，以自身的力量是無法維持天線反射面的形狀的。因此，將展開桁架106使其上表面以最小誤差近似為拋物面的方式形成為近似球面形狀，并在其上通過拉線釘105來張掛纜索網(wǎng)絡(luò)100，由此將纜索網(wǎng)絡(luò)100維持為拋物面形狀。
但是，當(dāng)使用此方法時，纜索網(wǎng)絡(luò)100的形狀很大程度上依賴于展開桁架106的形狀。因此，為了使纜索網(wǎng)絡(luò)100具有高精度的鏡面精度，需要增大展開桁架106的剛性以使其能夠承受纜索網(wǎng)絡(luò)100的張力。但是，為了增大展開桁架106的剛性，需要對構(gòu)成展開桁架的各部件進(jìn)行加粗，從而具有整體重量增大的問題。
此外，在以往的展開型反射鏡中，由于展開桁架106的熱變形、展開時的形狀再現(xiàn)性等因素，向纜索網(wǎng)絡(luò)100施加張力以進(jìn)行支撐的拉線釘105的位置將會發(fā)生移位。其結(jié)果是，纜索網(wǎng)絡(luò)100的平衡狀態(tài)發(fā)生變化，并且各個纜索長度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致形狀發(fā)生變化。因此，相對支撐部分的變形的靈敏度很高，因而需要高精度地形成支撐結(jié)構(gòu)。特別是，從調(diào)整的難易角度來看，由于背面纜索使用了剛性高、張力變化所引起的長度變化小的纜索，所以，拉線釘位置的輕微變化，就會導(dǎo)致很大的張力變化，并使得平衡狀態(tài)下的各個纜索的張力發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致表面纜索的長度變化，其結(jié)果是導(dǎo)致了形成表面纜索的鏡面形狀大大改變的問題。
另一方面，在以往的使用膨脹型薄膜表面的展開型反射鏡中，膨脹型薄膜表面由薄膜構(gòu)成，以便能夠展開或收攏。因此，拉伸鏡面的張力容易引起膨脹型薄膜表面的變形，而且難以預(yù)測膜狀結(jié)構(gòu)物的行為，因而很難預(yù)測其相對于位于遠(yuǎn)離位置的供電部的位置偏差，這意味著難以起反射鏡的作用的問題。
特別是，當(dāng)以膨脹型薄膜表面來構(gòu)成反射鏡時，在薄膜表面膨脹的狀態(tài)下無法正確地確定鏡面部分的位置。此外，由于在地面上受重力的影響，所以通過分析衛(wèi)星軌道上的失重狀態(tài)等來預(yù)測形狀是很重要的，但以目前的分析技術(shù)很難高精度地預(yù)測出薄膜表面的形狀。尤其是，展開型反射鏡自身需要以某種方式來支撐，但存在當(dāng)支撐薄膜表面時難以預(yù)測支撐位置與鏡面之間的位置關(guān)系的問題。
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)比以往的展開型反射鏡重量輕而且大的展開型反射鏡，同時實現(xiàn)如下的展開型反射鏡，該展開型反射鏡可以減小鏡面部分相對于通過施加張力以支撐纜索網(wǎng)絡(luò)的展開桁架的支撐位置的變形靈敏度，并且可減少為了向纜索網(wǎng)絡(luò)施加張力而產(chǎn)生的施加在展開桁架上的彎矩力。

發(fā)明內(nèi)容
在第一發(fā)明的展開型反射鏡中，向纜索網(wǎng)絡(luò)施加張力以使其呈展開狀態(tài)的展開桁架包括多個伸縮部件、伸展裝置、連結(jié)裝置。多個伸縮部件分別連結(jié)于多個外周固定點上，并可在其軸心線方向上伸縮，其中所述多個外周固定點是在表面纜索的外周部分上對于其圓周方向以預(yù)定間隔設(shè)置的。伸展裝置使多個伸縮部件伸展，并將多個外周固定點向表面纜索的外周方向擴(kuò)展，從而向表面纜索施加張力以使其展開。連結(jié)裝置架設(shè)于多個伸縮部件之間，連結(jié)屈曲模態(tài)(buckling mode)的腹點所對應(yīng)的部分和節(jié)點所對應(yīng)的部分，所述屈曲模態(tài)是當(dāng)向表面纜索施加張力時在伸縮部件上產(chǎn)生的。
由此，在展開桁架的伸縮部件上產(chǎn)生的屈曲模態(tài)的腹點所對應(yīng)部分的移位由于與節(jié)點所對應(yīng)的部分連結(jié)而被限制，從而抑制了伸縮部件上產(chǎn)生的屈曲本身，可以防止展開桁架的屈曲損壞。
在第二發(fā)明的展開型反射鏡中，作為通過展開桁架的伸展而受張力從而變?yōu)檎归_狀態(tài)的纜索網(wǎng)絡(luò)具有將多個三角形的各頂點作為連接點的表面纜索、安裝于表面纜索上以作為電磁波反射膜的金屬網(wǎng)格、以及通過多個連接纜索連接到表面纜索上的背面纜索，其在展開狀態(tài)下形成以三角形為一個單元的多面體結(jié)構(gòu)，并可以折疊。另外，表面纜索由內(nèi)側(cè)表面纜索和結(jié)合在其外周上的外周表面纜索構(gòu)成，內(nèi)側(cè)表面纜索使用了剛性高、張力變化所引起的長度變化小的纜索，外周表面纜索使用了與內(nèi)側(cè)表面纜索相比起來剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。
如果構(gòu)成展開型反射鏡的鏡面部分的纜索網(wǎng)絡(luò)由于展開桁架而處于張緊狀態(tài)，則其取為多面體形狀，該多面體形狀由構(gòu)成內(nèi)側(cè)表面纜索的各個三角形的三個邊的長度唯一確定。此時，通過抑制內(nèi)側(cè)表面纜索的長度變化，可以抑制近似為鏡面的多面體形狀的變形量，從而能夠抑制鏡而部分的變形量。
在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，通過用剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索構(gòu)成外周表面纜索，使得展開桁架的移位被外周表面纜索吸收，從而抑制了鏡面部分的張力變化。因此，可以降低對于展開桁架的移位的變形靈敏度。另一方面，展開桁架沒有必要正確地保持纜索網(wǎng)絡(luò)的支撐位置，只要施加張力即可，從而可以緩和對于設(shè)計的要求條件。此外，可以容易地分析預(yù)測展開桁架的變化，并且也可以預(yù)測其相對于天線供電部的位置精度，該天線供電部是在確定鏡面的性能方面是不可欠缺的，由此提高了設(shè)計可靠性。
第三發(fā)明的展開型反射鏡是通過組合下述兩種結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的，其中一個結(jié)構(gòu)是第一發(fā)明中的在展開桁架上添加連結(jié)裝置的結(jié)構(gòu)，另一個結(jié)構(gòu)是第二發(fā)明中的相對于內(nèi)側(cè)表面纜索而使用了柔軟的外周表面纜索的結(jié)構(gòu)。
第四發(fā)明是如第一發(fā)明的展開型反射鏡，其中，使用纜索作為連結(jié)裝置。
第五發(fā)明是如第四發(fā)明的展開型反射鏡，其中，配有容納纜索的容納裝置。
第六發(fā)明是如第一至第三發(fā)明中任一發(fā)明所述的展開型反射鏡，其中，在表面纜索與背面纜索之間設(shè)置了展開桁架。
第七發(fā)明是如第一發(fā)明的展開型反射鏡，其中，作為連接纜索與背面纜索，使用了與表面纜索相比起來剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。
第八發(fā)明是如第一發(fā)明所述的展開型反射鏡，其中，表面纜索被構(gòu)成為在展開時呈近似拋物面。
第九發(fā)明是如第二或第三發(fā)明所述的展開型反射鏡，其中，作為連接纜索與背面纜索，使用了與內(nèi)側(cè)表面纜索相比起來剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。
第十發(fā)明是如第二或第三發(fā)明所述的展開型反射鏡，其中，內(nèi)側(cè)表面纜索被構(gòu)成為在展開時呈近似拋物面。


圖1是示出本發(fā)明展開型反射鏡的結(jié)構(gòu)例(1)的透視圖；圖2是示出框架2的結(jié)構(gòu)例的概要圖；圖3是示出平面連桿3的結(jié)構(gòu)例的概要圖；圖4是示出金屬線驅(qū)動裝置11的結(jié)構(gòu)的概要圖；圖5是示出展開桁架53展開或收攏的中間狀態(tài)的透視圖；圖6是示出展開桁架53的收攏狀態(tài)的透視圖；圖7是示出本發(fā)明展開型反射鏡中展開桁架53的特征結(jié)構(gòu)的透視圖；圖8是示出纜索15的容納裝置的結(jié)構(gòu)例的概要圖；圖9是示出纜索15的容納裝置的結(jié)構(gòu)例的概要圖；圖10是示出本發(fā)明展開型反射鏡中纜索網(wǎng)絡(luò)51的特征結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖11是示出本發(fā)明展開型反射鏡的結(jié)構(gòu)例(2)的透視圖；圖12是示出實驗結(jié)果的曲線圖；
圖13示出了以往展開型反射鏡的結(jié)構(gòu)例，其中，(a)是示出展開型反射鏡的整體結(jié)構(gòu)的透視圖，(b)是示出展開型反射鏡的基本結(jié)構(gòu)的一個例子的分解透視圖；圖14是示出纜索網(wǎng)絡(luò)100的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖15是用于說明在制造以往的展開型反射鏡時以預(yù)定精度形成鏡面形狀的工序的圖；圖16是示出以往展開型反射鏡的其他結(jié)構(gòu)例的透視圖；圖17是示出以往展開型反射鏡的其他結(jié)構(gòu)例的透視圖；圖18是示出以往展開型反射鏡的其他結(jié)構(gòu)例的各構(gòu)件的分解透視圖。
具體實施例方式
圖1是示出本發(fā)明展開型反射鏡的結(jié)構(gòu)例(1)的透視圖。圖中，本結(jié)構(gòu)例的展開型反射鏡通過將纜索網(wǎng)絡(luò)51經(jīng)拉線釘52張掛在展開桁架53之上，來形成了鏡面形狀。例如，當(dāng)將纜索網(wǎng)絡(luò)51以預(yù)定形狀用作通信衛(wèi)星上安裝的大型展開天線的反射鏡時，鏡面部分取拋物線狀，并通過設(shè)置于焦點位置的供電部(圖中未示出)接收發(fā)送電磁波。
展開桁架53連接多個(這里為六個)框架2(伸縮部件)的各底端部而配置成放射狀，并能夠以底端部為旋轉(zhuǎn)點進(jìn)行折疊或展開。在折疊的收攏狀態(tài)下所占體積變小，展開狀態(tài)下形成為預(yù)定的形狀。在展開桁架53的各框架2的頂端部上設(shè)置拉線釘52，該拉線釘52的頂端部連接在纜索網(wǎng)絡(luò)51的外周部上。展開桁架53在展開狀態(tài)下向構(gòu)成纜索網(wǎng)絡(luò)51的表面纜索施加張力，并且由表面纜索形成的多個三角形多面體近似成預(yù)定的曲面。該多面體的曲面形狀由張力施加狀態(tài)下的三角形各邊的長度決定。
圖2是示出了框架2的結(jié)構(gòu)例的概要圖。圖中，框架2由多個(這里為五個)平面連桿3構(gòu)成。各平面連桿3沿著框架2的軸心線方向并列設(shè)置，相鄰的平面連桿3之間彼此前后顛倒地連結(jié)，以構(gòu)成鏡像結(jié)構(gòu)。
圖3是示出了平面連桿3的結(jié)構(gòu)例的概要圖。圖中，平面連桿3具有第一連桿4a～第五連桿4e。第一連桿4a～第五連桿4e由外形及厚度相等的中空圓軸構(gòu)成，其長度被設(shè)定為各自確定的值。其中，第一連桿4a～第四連桿4d通過旋轉(zhuǎn)鉸鏈5連結(jié)，從而構(gòu)成矩形框形狀的鏈環(huán)，在其內(nèi)側(cè)配置第五連桿4e。
該第五連桿4e的一個端部通過旋轉(zhuǎn)鉸鏈6可自由旋轉(zhuǎn)地連結(jié)在第一連桿4a的一個端部上，另一個端部通過滑動鉸鏈7可滑動地連結(jié)在與第一連桿4a相對的第三連桿4c上。另外，第五連桿4e與滑動鉸鏈7通過旋轉(zhuǎn)鉸鏈8可旋轉(zhuǎn)地連結(jié)。
環(huán)形的金屬線9被連接在滑動鉸鏈7的預(yù)定位置上。該金屬線9被卷掛在分別設(shè)置于第三連桿4c的軸心線方向兩側(cè)的小滑輪10之間，其中間部分被金屬線驅(qū)動裝置11(伸展裝置)所保持。
圖4是示出了金屬線驅(qū)動裝置11的結(jié)構(gòu)的概要圖。圖中，金屬線驅(qū)動裝置11具有馬達(dá)12，并在其驅(qū)動軸上固定了大滑輪13。金屬線9被卷在大滑輪13上，通過馬達(dá)12旋轉(zhuǎn)大滑輪13，可使金屬線9與滑動鉸鏈7一起在第三連桿4c的軸心線方向上前進(jìn)或后退。
在圖3所示的平面連桿3中，若使滑動鉸鏈7在第三連桿4c的軸心線方向上移動，則第五連桿4e在由第一連桿4a～第四連桿4d構(gòu)成的鏈環(huán)的內(nèi)側(cè)繞著旋轉(zhuǎn)鉸鏈6而旋轉(zhuǎn)，從而使連結(jié)于第五連桿4e上的第一連桿4a朝著與第三連桿4c的軸心線方向傾斜的方向移動。即，如圖3中實線與點劃線所示，平面連桿3相對于框架2的軸心線方向(圖3中的左右方向)的長度被改變。另一方面，由于框架2被連結(jié)成相鄰平面連桿3彼此構(gòu)成鏡像結(jié)構(gòu)，因而通過移動各平面連桿3的滑動鉸鏈7，能夠如圖5及圖6所示的那樣展開或收攏展開桁架53。
另外，在上述結(jié)構(gòu)例中，當(dāng)使框架2伸展時，作為其驅(qū)動裝置使用了使滑動鉸鏈7移動的金屬線驅(qū)動裝置11，但并不限定于此，例如，也可以在構(gòu)成平面連桿3的旋轉(zhuǎn)鉸鏈5、6、8中，在其全部或者一部分上連結(jié)馬達(dá)的驅(qū)動軸，從而構(gòu)成伸縮平面連桿3的結(jié)構(gòu)。
圖7是示出了本發(fā)明展開型反射鏡中展開桁架53的特征結(jié)構(gòu)的透視圖。圖中，在相鄰的框架2之間架設(shè)了多根(這里為六根)纜索15(連結(jié)裝置)。這些纜索15在相鄰的框架2之間，將與框架2上產(chǎn)生的屈曲模態(tài)的節(jié)點對應(yīng)的部分彼此之間連結(jié)起來，并將與屈曲模態(tài)的節(jié)點對應(yīng)的部分和與腹點對應(yīng)的部分連結(jié)起來。
在這里假設(shè)的屈曲模態(tài)中，由于各框架2的頂端部成為節(jié)點，中間部分成為腹點，所以用兩根纜索15將相鄰框架2的頂端部彼此連結(jié)成交叉狀，并用兩根纜索15將相鄰框架2的頂端部與中間部分別連結(jié)成交叉狀。另外，圖5示出了展開桁架53展開中途中的纜索15的狀態(tài)。
圖8及圖9是示出了纜索15的容納裝置的結(jié)構(gòu)例的概要圖。圖中，纜索15的容納裝置是將纜索15卷繞容納的鼓50。該鼓50可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于各框架2上，其外周面上形成有卷繞纜索15的槽51。通過這樣的結(jié)構(gòu)，在容納展開型反射鏡時將纜索15卷繞到鼓50上，從而可防止纜索15彼此纏結(jié)。另外，當(dāng)展開型反射鏡被展開時，隨著各框架2的伸展，各個纜索15從各個鼓50被拉出。
圖10是示出了本發(fā)明展開型反射鏡中的纜索網(wǎng)絡(luò)51的特征結(jié)構(gòu)的分解透視圖。圖中，纜索網(wǎng)絡(luò)51可被分解為表面纜索61、金屬網(wǎng)格62、連接纜索63及背面纜索64。
表面纜索61由內(nèi)側(cè)表面纜索61a、外周表面纜索61b、最外周的端部表面纜索61c構(gòu)成。背面纜索64由內(nèi)側(cè)背面纜索64a、外周背面纜索64b、最外周的端部背面纜索64c構(gòu)成。表面纜索由連接多個三角形的各頂點的纜索網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在展開狀態(tài)下構(gòu)成將三角形作為一個單元的多面體結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，內(nèi)側(cè)表面纜索61a使用了剛性高、張力變化所引起的長度變化小(硬)的纜索。剛性高、張力變化所引起的長度變化小(硬)的纜索例如有粗細(xì)(直徑)為2mm左右的凱夫拉(Kevlar)線等延伸非常小的纜索，當(dāng)用5kgf左右的力拉伸1m長的該凱夫拉線等時，其伸長量在幾mm或其以下。
內(nèi)側(cè)表面纜索61a通過外周表面纜索61b連接到端部表面纜索61c上。外周表面纜索61b及端部表面纜索61c使用了與內(nèi)側(cè)表面纜索61a相比起來剛性低、張力變化所引起的長度變化大(柔軟)的纜索，即使用了長度變化所引起的張力變化小的纜索。作為剛性低、張力變化所引起的長度變化大(柔軟)的纜索，有使用如橡膠、彈簧等那樣延伸非常大的材料形成的纜索，是在以預(yù)定張力拉伸時，即使改變拉伸量也可以忽略力的變化的纜索。
作為電磁波反射膜的金屬網(wǎng)格被安裝在內(nèi)側(cè)表面纜索61a的背面。當(dāng)然也可以將作為電磁波反射膜的金屬網(wǎng)格安裝在整個表面纜索61的背面。
由纜索網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的背面纜索64被配置在金屬網(wǎng)格62的背面。該背面纜索64的內(nèi)側(cè)背面纜索64a通過外周背面纜索64b被連接到端部背面纜索64c上。表面纜索61的多個三角形的各頂點的連接點與纜索64通過各自對應(yīng)的連接纜索63而連接。這里，雖然拉伸表面纜索61的連接纜索63全都在相反側(cè)連接到背面纜索64上，但也可以采用從展開桁架上的適當(dāng)?shù)狞c直接拉伸表面纜索61的結(jié)構(gòu)。
在本結(jié)構(gòu)例中，由于在內(nèi)側(cè)表面纜索61a中使用了剛性高的纜索，因而張力變化所引起的長度變化很小，從而如果施加有張力就會形成預(yù)定的形狀。因此，即使拉線釘52的位置從預(yù)定位置偏離，只要展開桁架53支撐，以使從外周表面纜索61b及端部表面纜索61c向內(nèi)側(cè)表面纜索61a施加張力，安裝在內(nèi)側(cè)表面纜索61a上的金屬網(wǎng)格62就形成預(yù)定的形狀。
另外，在本結(jié)構(gòu)例中，由于外周表面纜索61b及端部表面纜索61c使用了剛性低、張力變化所引起的長度變化大(柔軟)的纜索，所以在被拉線釘52支撐時，拉線釘位置發(fā)生了移位時的施加到內(nèi)側(cè)表面纜索61a上的張力變化小于以往的表面纜索。由于展開再現(xiàn)性或軌道上的熱形變等因素，將展開狀態(tài)下的拉線釘52的位置保持恒定是非常困難的，但由于通過本結(jié)構(gòu)例可以抑制與支撐位置的移位對應(yīng)的鏡面形變，所以能夠形成比以往精度更高的鏡面。
另外，在連接纜索63及背面纜索64中，也與外周表面纜索61b及端部表面纜索61c一樣，可以使用與內(nèi)側(cè)表面纜索61a相比起來剛性低、張力變化所引起的長度變化大(柔軟)的纜索，即長度變化所引起的張力變化小的纜索。
此外，也可以使整個表面纜索61具有相同的硬度，并且在連接纜索62及背面纜索64中使用與表面纜索61相比起來剛性低、張力變化所引起的長度變化大(柔軟)的纜索，即長度變化所引起的張力變化小的纜索。
然而，下述兩種結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是相互獨立的，其中所述一種結(jié)構(gòu)是指圖7所示的利用纜索15來防止向纜索網(wǎng)絡(luò)51施加張力的展開桁架53的屈曲的結(jié)構(gòu)，另一種結(jié)構(gòu)是指圖10所示的在向堅固的內(nèi)側(cè)表而纜索61a施加張力來形成預(yù)定的鏡面形狀的同時，用柔軟的外周表面纜索61b吸收拉線釘位置的移位以穩(wěn)定鏡面形狀的結(jié)構(gòu)。因此，可將這兩個要素分別單獨地應(yīng)用到以往的展開型反射鏡中。此外，也可以將這兩個要素組合應(yīng)用到以往的展開型反射鏡中。
圖11是示出了本發(fā)明展開型反射鏡的結(jié)構(gòu)例(2)的透視圖。圖中，本結(jié)構(gòu)例是在形成纜索網(wǎng)絡(luò)的表面纜索71與背面纜索72之間配置了展開桁架73的結(jié)構(gòu)。表面纜索71與背面纜索72通過連接纜索而連接，并且在展開桁架73的展開狀態(tài)下，施加張力來伸展表面纜索71與背面纜索72。
在結(jié)構(gòu)例(1)的情況下，由于纜索網(wǎng)絡(luò)(表面纜索、金屬網(wǎng)格、連接纜索、背面纜索)be被配置在展開桁架的上部，所以由于向表面纜索施加張力而產(chǎn)生的反作用力通過拉線釘作用于展開桁架的上部，因此，由于將表面纜索橫向擴(kuò)展而產(chǎn)生的從外側(cè)向中心方向的壓縮力和在圖1中相對于中心欲使向上彎曲的彎矩力起作用。另一方面，在圖11的結(jié)構(gòu)例(2)的情況下，由于在展開狀態(tài)下向表面纜索71與背面纜索72施加張力，所以在展開狀態(tài)下相對于展開桁架73，由表面纜索71施加的反作用力所產(chǎn)生的力矩成相對于中心朝向圖中上方的方向。而由背面纜索72引起的反作用力與其相反，成相對于中心朝向圖中下方的方向，從而這兩種力相互抵消，因此在展開桁架73上產(chǎn)生的力主要為從外側(cè)朝向中心的壓縮力。在這種情況下，圖7所示的利用纜索15防止展開桁架53的屈曲的結(jié)構(gòu)很有效。
此外，結(jié)構(gòu)例(2)的表面纜索71也可以如圖10所示的那樣，由內(nèi)側(cè)表面纜索61a、外周表面纜索61b以及端部表面纜索61c構(gòu)成。外周表面纜索61b及端部表面纜索61c使用了與內(nèi)側(cè)表面纜索61a相比剛性低、張力變化所引起的長度變化大(柔軟)的纜索，即使用了長度變化所引起的張力變化小的纜索。此外，背面纜索72及展開桁架73也可以使用與內(nèi)側(cè)表面纜索61a相比剛性低、張力變化所引起的長度變化大(柔軟)的纜索，即可以使用長度變化所引起的張力變化小的纜索。
下面，對如上所述構(gòu)成的展開型反射鏡的使用方式進(jìn)行說明，并對本發(fā)明的作用效果進(jìn)行說明。
當(dāng)發(fā)射使用了本發(fā)明展開型反射鏡的展開天線時，如圖6所示，將展開桁架53折疊得很小來容納在火箭的整流罩中。在火箭被發(fā)射，衛(wèi)星從火箭分離而到達(dá)預(yù)定的軌道后，為了使展開桁架53展開，以馬達(dá)12驅(qū)動金屬線9，使得所有的滑動鉸鏈7沿著第三連桿4c的軸心線向第四連桿4d一側(cè)移動。
由此，如圖5所示，各框架2沿著其軸心線方向緩緩伸展，從而放射狀地擴(kuò)展框架2頂端的拉線釘52。然后，如圖7所示，各框架2一旦完全伸展，由于經(jīng)展開桁架53施加來的張力，纜索網(wǎng)絡(luò)51就會展開為拋物面形狀。此時，在各框架2的頂端部存在向軸心線方向作用的壓縮力，該壓縮力的大小與施加到纜索網(wǎng)絡(luò)51上的張力大致相同。因此，當(dāng)展開纜索網(wǎng)絡(luò)51時，各框架2由于該壓縮力而產(chǎn)生屈曲。
但是，如上所述，本發(fā)明的展開型反射鏡通過纜索15將在相鄰的框架2上產(chǎn)生的屈曲模態(tài)的節(jié)點所對應(yīng)的部分和腹點所對應(yīng)的部分相連結(jié)起來。因此，屈曲模態(tài)的腹點所對應(yīng)部分的移位通過連結(jié)于節(jié)點所對應(yīng)部分的纜索15而被限制，因而各框架2上產(chǎn)生的屈曲本身得以抑制，從而可防止框架2的屈曲損壞。
為了證明上述效果，發(fā)明人準(zhǔn)備了三種展開桁架I～I(xiàn)II，并進(jìn)行了屈曲實驗。該屈曲實驗是將纜索網(wǎng)絡(luò)掛在展開桁架I～I(xiàn)II上，并通過向該纜索網(wǎng)絡(luò)施加張力來檢查構(gòu)成展開桁架I～I(xiàn)II的框架的屈曲載荷的。另外，展開桁架I～I(xiàn)II的結(jié)構(gòu)如下所示。
展開桁架I與本發(fā)明展開型反射鏡的展開桁架53結(jié)構(gòu)相同，第一至第五連桿4a～4e的外徑約為20(mm)，第一至第五連桿2a～2e的厚度約為0.5(mm)，展開桁架的總重量約為27.1(kg)。
展開桁架II具有在本發(fā)明展開型反射鏡的展開桁架53中去掉了纜索15的結(jié)構(gòu)，第一至第五連桿4a～4e的外徑約為20(mm)，第一至第五連桿4a～4e的厚度約為0.5(mm)，展開桁架的總重量約為27.1(kg)。
展開桁架III具有在本發(fā)明展開型反射鏡的展開桁架53中去掉了纜索15的結(jié)構(gòu)，第一至第五連桿4a～4e的外徑約為25(mm)，第一至第五連桿4a～4e的厚度約為0.5(mm)，展開桁架的總重量約為38.5(kg)。即，展開桁架III比構(gòu)成展開桁架II的第一至第五連桿4a～4e的外徑要粗大約5(mm)。
圖12是示出實驗結(jié)果的曲線圖。圖中，曲線圖的橫軸表示施加到纜索網(wǎng)絡(luò)上的張力的值，縱軸表示作用于框架上的壓縮力的值?？芍归_桁架II屈曲載荷大約為3(kgf)，而本發(fā)明中的展開桁架I的屈曲載荷約為11(kgf)。即可以得知，通過用纜索15連結(jié)成為框架上產(chǎn)生的屈曲模態(tài)的節(jié)點的部分和成為腹點的部分，屈曲載荷增大了大約8(kgf)。
另一方面，展開桁架III的屈曲載荷約為12(kgf)，大于展開桁架I的屈曲載荷。但是，展開桁架III由于加粗了各連桿的外徑，所以總重量多出了約11.4(kg)。
通過該實驗結(jié)果可以確認(rèn)通過如本發(fā)明的展開型反射鏡那樣用纜索15連結(jié)作用于相鄰框架上的屈曲模態(tài)的腹點所對應(yīng)的部分和節(jié)點所對應(yīng)的部分，能夠極大增大框架2的屈曲載荷，而不用增加展開桁架53的重量。
工業(yè)實用性本發(fā)明的展開型反射鏡具有展開桁架通過柔軟的外周表面纜索向構(gòu)成鏡面部分的內(nèi)側(cè)表面纜索施加張力的結(jié)構(gòu)，因此，即使展開桁架的支撐位置發(fā)生移位，也可以降低鏡面部分的變形靈敏度，從而可以形成鏡面精度比以往高的鏡面。
此外，由于相對于預(yù)定的鏡面精度，向纜索網(wǎng)絡(luò)施加張力的展開桁架所要求的支撐位置的要求精度與以往相比可以降低，所以可放寬對于展開桁架構(gòu)成部件的變形的容許范圍。由此，可降低部件剛性，并能夠用尺寸小或更薄的部件來構(gòu)成，從而能夠構(gòu)成更輕的展開型反射鏡。
此外，通過在表面纜索與背面纜索之間配置展開桁架，可減少向纜索網(wǎng)絡(luò)施加張力時施加在展開桁架上的彎矩力，由此可減小部件上的負(fù)載，從而可使用更輕的部件，并可設(shè)計出重量輕的結(jié)構(gòu)。
此外，通過采用展開桁架的伸縮部件上產(chǎn)生的屈曲模態(tài)的腹點所對應(yīng)部分的移位由于與節(jié)點所對應(yīng)部分的連結(jié)而被限制的結(jié)構(gòu)，可抑制伸縮部件上產(chǎn)生的屈曲本身。因此，可防止使用輕質(zhì)部件的展開桁架的屈曲損壞。
權(quán)利要求
1.一種展開型反射鏡，包括可折疊的纜索網(wǎng)絡(luò)，包括表面纜索，其以多個三角形的各頂點為連接點；金屬網(wǎng)格，安裝在所述表面纜索上以作為電磁波反射膜；背面纜索，通過多個連接纜索連接在所述表面纜索上，該可折疊的纜索網(wǎng)絡(luò)在展開狀態(tài)下形成以三角形為一個單元的多面體結(jié)構(gòu)，和展開桁架，向所述纜索網(wǎng)絡(luò)施加張力，從而使其成為展開狀態(tài)，所述展開型反射鏡的特征在于，所述展開桁架包括多個伸縮部件，分別連結(jié)在多個外周固定點上，并可在其軸心線方向上伸縮，其中所述多個外周固定點是在所述表面纜索的外周部分上對于其圓周方向以預(yù)定間隔設(shè)置的；伸展裝置，使所述多個伸縮部件伸展，并將所述多個外周固定點向所述表面纜索的外周方向擴(kuò)展，從而向所述表面纜索施加張力以使其展開；和連結(jié)裝置，架設(shè)于所述多個伸縮部件之間，連結(jié)屈曲模態(tài)的腹點所對應(yīng)的部分和節(jié)點所對應(yīng)的部分，所述屈曲模態(tài)是當(dāng)向所述表面纜索施加張力時在所述伸縮部件上產(chǎn)生的。
2.一種展開型反射鏡，包括可折疊的纜索網(wǎng)絡(luò)，包括表面纜索，其以多個三角形的各頂點為連接點；金屬網(wǎng)格，安裝在所述表面纜索上以作為電磁波反射膜；背面纜索，通過多個連接纜索連接在所述表面纜索上，該可折疊的纜索網(wǎng)絡(luò)在展開狀態(tài)下形成以三角形為一個單元的多面體結(jié)構(gòu)，和展開桁架，向所述纜索網(wǎng)絡(luò)施加張力，從而使其成為展開狀態(tài)，所述展開型反射鏡的特征在于，所述表面纜索由內(nèi)側(cè)表面纜索和結(jié)合在其外周上的外周表面纜索構(gòu)成，所述內(nèi)側(cè)表面纜索使用了剛性高、張力變化所引起的長度變化小的纜索，所述外周表面纜索使用了與所述內(nèi)側(cè)表面纜索相比起來剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。
3.如權(quán)利要求1所述的展開型反射鏡，其特征在于，所述表面纜索由內(nèi)側(cè)表面纜索和結(jié)合在其外周上的外周表面纜索構(gòu)成，所述內(nèi)側(cè)表面纜索使用了剛性高、張力變化所引起的長度變化小的纜索，所述外周表面纜索使用了與所述內(nèi)側(cè)表面纜索相比起來剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。
4.如權(quán)利要求1所述的展開型反射鏡，其特征在于，所述連結(jié)裝置為纜索。
5.如權(quán)利要求4所述的展開型反射鏡，其特征在于，包括容納所述纜索的容納裝置。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的展開型反射鏡，其特征在于，所述展開桁架被設(shè)置在所述表面纜索與所述背面纜索之間。
7.如權(quán)利要求1所述的展開型反射鏡，其特征在于，作為所述連接纜索及所述背面纜索，使用了與所述表面纜索相比起來剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。
8.如權(quán)利要求1所述的展開型反射鏡，其特征在于，所述表面纜索被構(gòu)成為在展開時呈近似拋物面。
9.如權(quán)利要求2或3所述的展開型反射鏡，其特征在于，作為所述連接纜索及所述背面纜索，使用了與所述內(nèi)側(cè)纜索相比起來剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。
10.如權(quán)利要求2或3所述的展開型反射鏡，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)表面纜索被構(gòu)成為在展開時呈近似拋物面。
全文摘要
本發(fā)明的展開型反射鏡具有連結(jié)裝置，該連結(jié)裝置架設(shè)于構(gòu)成展開桁架的多個伸縮部件之間，連結(jié)屈曲模態(tài)的腹點所對應(yīng)的部分和節(jié)點所對應(yīng)的部分，該屈曲模態(tài)是當(dāng)向表面纜索施加張力時在伸縮部件上產(chǎn)生的。此外，由內(nèi)側(cè)表面纜索和結(jié)合在其外周上的外周表面纜索構(gòu)成表面纜索，內(nèi)側(cè)表面纜索使用了剛性高、張力變化所引起的長度變化小的纜索，外周表面纜索使用了與內(nèi)側(cè)表面纜索相比剛性低、長度變化所引起的張力變化小的纜索。內(nèi)側(cè)表面纜索通過外周表面纜索受來自展開桁架的張力，從而形成預(yù)定的鏡面形狀。
文檔編號H01Q15/14GK1748342SQ200480003640
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月10日
發(fā)明者原田聰, 目黑在, 石川博規(guī), 小澤悟 申請人:日本電信電話株式會社