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JP2015182696A - Method for assembling body structure for spacecraft - Google Patents

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JP2015182696A
JP2015182696A JP2014062804A JP2014062804A JP2015182696A JP 2015182696 A JP2015182696 A JP 2015182696A JP 2014062804 A JP2014062804 A JP 2014062804A JP 2014062804 A JP2014062804 A JP 2014062804A JP 2015182696 A JP2015182696 A JP 2015182696A
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resin
spacecraft
fusion
shell
assembling
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JP2014062804A
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圭一 奥山
Keiichi Okuyama
圭一 奥山
山口 耕司
Koji Yamaguchi
耕司 山口
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NEXT GENERATION SPACE SYSTEM TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
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NEXT GENERATION SPACE SYSTEM TECHNOLOGY RES ASS
NEXT GENERATION SPACE SYSTEM TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for assembling a resin body structure for a spacecraft, which reliably protects a spacecraft body against vibrations and impacts at a launch, and which achieves significant weight saving and manufacturing cost reduction.SOLUTION: A body structure comprises shells 14 and 15 made of a PEEK resin, and assumes a truncated octahedron shape. The shells 14 and 15 face each other to make fusion margins 46 face each other. A single fusion-bonding sheet 92 is arranged between the fusion margins 46. The pair of fusion margins 46 are heated and pressed by a pressing machine 80 in a state in which the fusion-bonding sheet 92 is sandwiched between them.

Description

この発明は、たとえば人工衛星に代表される地球や他惑星を周回する宇宙機や深宇宙空間を探査する宇宙機の構体の組立方法に関するものである。   The present invention relates to a method for assembling a structure of a spacecraft that orbits the earth and other planets represented by artificial satellites or a deep space.

宇宙開発プロジェクトは、当該プロジェクトの主目的のために開発された宇宙機(典型的には人工衛星)がロケットにて宇宙空間に打ち上げられるプロセスを有する。そして、このロケットの打ち上げを効率的且つ有意義なものとするために、上記主目的とは異なる目的で開発された人工衛星等が当該ロケットの打ち上げに便乗するのが一般的である。   A space development project has a process in which a spacecraft (typically an artificial satellite) developed for the main purpose of the project is launched into space by a rocket. In order to make the launch of this rocket efficient and meaningful, it is common for an artificial satellite or the like developed for a purpose different from the main purpose to piggyback on the launch of the rocket.

このような相乗り型の人工衛星は、さまざまな制約を受ける。たとえば、外形サイズ、質量、固有振動数等々である。特に、人工衛星の質量は打上コストに大きく影響するものであり、わずか1gの質量増加が打上コストを10万円程度増大させると言われている。このため、人工衛星には軽量化が厳しく要請される。その一方で、打上時に人工衛星にきわめて激しい振動や衝撃が加わる。この振動や衝撃による衛星本体の破損等の防止のため、一般に、衛星本体は構体を備えている(たとえば、特許文献1〜特許文献3参照)。   Such a shared satellite is subject to various restrictions. For example, external size, mass, natural frequency, etc. In particular, the mass of the satellite greatly affects the launch cost, and it is said that a mass increase of only 1 g increases the launch cost by about 100,000 yen. For this reason, artificial satellites are required to be lighter. On the other hand, extremely severe vibrations and impacts are applied to the satellite at launch. In order to prevent damage to the satellite body due to vibration or impact, the satellite body is generally provided with a structure (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開2013−184574号公報JP 2013-184574 A 特開2003−291898号公報JP 2003-291898 A 特開2003−291899号公報JP 2003-291899 A

従来の人工衛星用構体は、一般に直方体形状であり、アルミニウム合金や炭素繊維により強化された熱硬化性樹脂からなる複数のパネルがボルトにより締結されることにより構成されている。そして、軽量化のために、各パネルは、複雑な薄肉加工(たとえば、フライスによる切削)が施されたり、パネルにハニカムサンドイッチ構造が採用されている。   Conventional satellite structures are generally rectangular parallelepiped, and are configured by fastening a plurality of panels made of thermosetting resin reinforced with aluminum alloy or carbon fiber with bolts. In order to reduce the weight, each panel is subjected to complicated thin-wall processing (for example, cutting with a milling cutter) or a honeycomb sandwich structure is adopted for the panel.

しかしながら、構体は、ロケットの打ち上げ時の振動や衝撃に耐荷しなければならないので、その軽量化にも限界がある。また、各パネルはボルトにより締結されるが、かかる構造では、十分な構体の剛性が実現されにくい。さらに、打上時の振動により各パネルの締結が緩まないように多数のボルトが必要になる。そのため、ボルト締結作業が膨大となり、人工衛星の組立コストが増大する。しかも、多数のボルトが使用されることにより、打上時の振動や衝撃でいずれかのボルトが緩んでしまう可能性が高くなり、もし一本でもボルトが緩めば、ロケットと共振するなどの危険性が高くなる。   However, the structure must withstand the vibrations and shocks when the rocket is launched, so there is a limit to its weight reduction. Moreover, although each panel is fastened with a volt | bolt, in such a structure, sufficient rigidity of a structure is hard to be implement | achieved. Furthermore, a large number of bolts are required so that the fastening of each panel is not loosened by vibration at the time of launch. Therefore, the bolt fastening operation becomes enormous and the assembly cost of the artificial satellite increases. In addition, the use of a large number of bolts increases the possibility that one of the bolts will loosen due to vibration or impact at the time of launch, and if one bolt is loosened, there is a risk of resonance with the rocket. Becomes higher.

本発明はかかる背景のもとになされたものであって、その目的は、打上時の振動や衝撃から宇宙機本体を確実に保護すると共に大幅な軽量化と製造コストの削減を可能とする宇宙機用構体の実現のため、その組立方法を提供することである。   The present invention has been made based on such a background, and the purpose of the present invention is to provide a spacecraft that reliably protects the spacecraft body from vibrations and shocks during launch, and that can significantly reduce weight and reduce manufacturing costs. It is to provide an assembly method for realizing the machine structure.

(1) 本発明に係る宇宙機用構体の組立方法は、複数の樹脂製パネルが熱融着されることにより、宇宙機本体を収容する空間が内部に形成される多面体からなる宇宙機用構体の組立方法である。この組立方法は、上記複数の樹脂製パネルのうち隣り合う一対の樹脂製パネルのそれぞれの対向面の間に単一の熱可塑性樹脂シートが配置される第1工程と、上記隣り合う樹脂製パネルが、上記対向面が対向する方向に沿って所定の圧力で押圧されると共に発熱体により所定の温度に加熱される第2工程とを含む。   (1) A method for assembling a spacecraft structure according to the present invention is a spacecraft structure comprising a polyhedron in which a space for housing a spacecraft body is formed by heat-sealing a plurality of resin panels. This is an assembly method. The assembling method includes a first step in which a single thermoplastic resin sheet is disposed between opposing surfaces of a pair of adjacent resin panels among the plurality of resin panels, and the adjacent resin panels. Includes a second step in which the facing surface is pressed at a predetermined pressure along the facing direction and heated to a predetermined temperature by the heating element.

上記宇宙機用構体は樹脂からなるので、従来の金属製構体に比べて大幅な軽量化が実現される。したがって、この宇宙機用構体が複数の樹脂製パネルから構成される場合、各樹脂製パネルの接合手段の決定に際して大きな外力に耐えるための強度設計は不要である。この発明では、各樹脂製パネルが組み合わされる際に、隣り合う樹脂製パネル同士の間に単一の熱可塑性樹脂シートが配置された状態で、当該樹脂製パネル同士が発熱体により加熱されながら押圧される。このとき、上記熱可塑性樹脂シートが溶融し、上記隣り合う樹脂製パネル同士が融着される。   Since the spacecraft structure is made of resin, a significant weight reduction can be realized as compared with a conventional metal structure. Therefore, when this spacecraft structure is composed of a plurality of resin panels, it is not necessary to design the strength to withstand a large external force when determining the joining means for each resin panel. In this invention, when the resin panels are combined, in a state where a single thermoplastic resin sheet is disposed between adjacent resin panels, the resin panels are pressed while being heated by the heating elements. Is done. At this time, the thermoplastic resin sheet is melted, and the adjacent resin panels are fused.

(2) 上記宇宙機用構体は、一対の樹脂製パネルが突き合わされることにより形成される切頂八面体であり、各樹脂製パネルの突合部に形成された矩形の融着代が上記対向面を形成し、上記樹脂製パネル及び熱可塑性樹脂シートはPEEK樹脂を含んでいるのが好ましい。そして、上記発熱体は、ロッドヒータを備え且つ上記融着代を押圧するプレス手段を兼ねているのが好ましい。   (2) The spacecraft structure is a truncated octahedron formed by a pair of resin panels being abutted, and the rectangular fusion allowance formed at the abutting portion of each resin panel is the opposite It is preferable that the resin panel and the thermoplastic resin sheet include a PEEK resin. The heating element preferably includes a rod heater and also serves as a pressing means for pressing the fusion allowance.

この構成では、上記樹脂製パネルがPEEK樹脂を含むので、宇宙機用構体は宇宙空間において高温環境に晒されても機能が損なわれることはない。また、上記各樹脂製パネルの融着代同士は、ロッドヒータを備えた発熱体により加熱されると同時に加圧される。この方法によれば、樹脂製パネルの融着作業が簡単であり且つ作業時間が短縮される。   In this configuration, since the resin panel includes the PEEK resin, the function of the spacecraft structure is not impaired even when exposed to a high temperature environment in outer space. Further, the fusion margins of the resin panels are heated and simultaneously pressurized by a heating element having a rod heater. According to this method, the operation of fusing the resin panel is simple and the operation time is shortened.

この発明によれば、熱融着により各樹脂製パネルが接合され、樹脂製の多面体からなる宇宙機用構体が組み立てられる。熱融着手段により樹脂製パネル同士が接合されるので、接合部分が均等に接着される。すなわち、宇宙機用構体は、構造体として安定し、外力(引張・圧縮力、ねじり、曲げなど)に対して高い耐性を示す。しかも、この宇宙機用構体は、従来のようにボルトによる締結構造を備えていないので、組立作業が簡単であり、組立コストも大幅に削減される。   According to this invention, the resin panels are joined by heat fusion, and the spacecraft structure composed of a polyhedron made of resin is assembled. Since the resin panels are bonded to each other by the heat sealing means, the bonded portions are bonded evenly. That is, the spacecraft structure is stable as a structure and exhibits high resistance to external forces (tensile / compressive force, torsion, bending, etc.). In addition, since the spacecraft structure does not have a bolt fastening structure as in the prior art, the assembly work is simple and the assembly cost is greatly reduced.

図1は、本発明の一実施形態に係る構体が採用された宇宙機の外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of a spacecraft employing a structure according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る宇宙機の要部分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the spacecraft according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に係る構体の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the structure according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に係る構体を構成する殻の展開模式図である。FIG. 4 is a developed schematic view of the shell constituting the structure according to one embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態に係る殻の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a shell according to an embodiment of the present invention. 図6は、図5におけるVI−VI断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 図7は、本発明の一実施形態に係る殻同士が熱融着される手順を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a procedure for heat-sealing shells according to an embodiment of the present invention. 図8は、本実施形態の変形例に係る構体の組立方法を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a structure assembling method according to a modification of the present embodiment.

以下、本発明の好ましい実施形態が、適宜図面が参照されながら説明される。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.

図1は、本発明の一実施形態に係る構体が採用された宇宙機の外観斜視図である。また、図2は、この宇宙機の要部分解斜視図である。   FIG. 1 is an external perspective view of a spacecraft employing a structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the main part of the spacecraft.

この宇宙機10は、深宇宙空間との通信用惑星として機能するものであり、その外形サイズは、一辺が50cmの立方体空間内に収まるように設計されている。また、宇宙機10は、その質量が50kg以下であり、いわゆる超小型人工惑星である。この宇宙機10は、宇宙機本体11と、この宇宙機本体11を囲繞する構体12とを有する。宇宙機10は電力で作動し、そのエネルギー源は太陽光である。したがって、この宇宙機10の構体12の表面には、図示されていない太陽電池が装着されている。   This spacecraft 10 functions as a planet for communication with deep space, and its outer size is designed to fit in a cubic space with a side of 50 cm. The spacecraft 10 has a mass of 50 kg or less and is a so-called micro artificial planet. The spacecraft 10 includes a spacecraft main body 11 and a structure 12 that surrounds the spacecraft main body 11. The spacecraft 10 operates with electric power, and its energy source is sunlight. Therefore, a solar cell (not shown) is mounted on the surface of the structure 12 of the spacecraft 10.

本実施形態に係る宇宙機10の特徴とするところは、上記構体12を備えている点、およびこの構体12が後述の方法により組み立てられる点である。この構体12は、後述の材料により後述の形状に形成されており、従来の宇宙機用構体に比べて大幅な軽量化と共に、良好な強度及び剛性並びに耐振動性及び耐衝撃性を実現している。   The spacecraft 10 according to the present embodiment is characterized in that the structure 12 is provided, and that the structure 12 is assembled by a method described later. This structure 12 is formed in the shape described later from the material described later, and realizes a good weight and strength as well as vibration resistance and impact resistance, as well as a significant weight reduction compared to a conventional spacecraft structure. Yes.

構体12は、炭素繊維により強化された樹脂(CFRP)からなる。本実施形態では、樹脂は、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂が採用されている。もっとも、PEEK樹脂に限定されるものではなく、種々の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂も採用され得る。また、CFRPに代えてガラス繊維を含有したガラス繊維強化樹脂(GFRP)等も採用され得る。さらに、ガラス繊維及び炭素繊維にて強化されていないPEEK樹脂その他の樹脂も採用され得る。   The structure 12 is made of a resin (CFRP) reinforced with carbon fibers. In this embodiment, PEEK (polyether ether ketone) resin is adopted as the resin. However, it is not limited to PEEK resin, and various thermoplastic resins or thermosetting resins can also be employed. In addition, glass fiber reinforced resin (GFRP) containing glass fibers may be employed instead of CFRP. Furthermore, PEEK resins and other resins that are not reinforced with glass fibers and carbon fibers may be employed.

図3は、構体12の分解斜視図である。   FIG. 3 is an exploded perspective view of the structure 12.

構体12は、宇宙機10の外形を画定するものであり、本実施形態では、図2が示すように切頂八面体に形成されている。構体12は、一対の殻14、15(特許請求の範囲に記載された「樹脂製パネル」に相当)を備えており、これらが対向配置されることによって上記切頂八面体が構成されている。図3が示すように、殻14は、4つの正六角形からなる主面16と、3つの正方形からなる副面17とを有する。つまり、殻14は7面を有し、したがって、構体12は、14面を有する構造体である。   The structure 12 defines the outer shape of the spacecraft 10, and in this embodiment, the structure 12 is formed in a truncated octahedron as shown in FIG. The structure 12 includes a pair of shells 14 and 15 (corresponding to “resin panel” recited in the claims), and the truncated octahedron is configured by disposing them in opposition. . As shown in FIG. 3, the shell 14 has a major surface 16 composed of four regular hexagons and a minor surface 17 composed of three squares. That is, the shell 14 has seven faces, and thus the structure 12 is a structure having fourteen faces.

図4は、殻14の展開模式図である。   FIG. 4 is a developed schematic view of the shell 14.

同図が示すように、殻14は、主板18、19、20、21(上記主面16を形成)と、副板22、23、24(上記副面17を形成)とを備えている。主板18〜21は、正六角形を呈する。主板18の外辺25、26、27にそれぞれ主板19、20、21が連続している。また、主板18の外辺28、29、30にそれぞれ副板22、23、24が連続している。そして、主板18の外辺25〜30に沿って主板19〜21及び副板22〜24が折り曲げられることにより、図3が示す器状の殻14が形成される。   As shown in the figure, the shell 14 includes main plates 18, 19, 20, and 21 (forming the main surface 16) and sub plates 22, 23, and 24 (forming the sub surface 17). The main plates 18 to 21 have a regular hexagonal shape. Main plates 19, 20, and 21 are connected to outer sides 25, 26, and 27 of the main plate 18, respectively. Further, sub plates 22, 23, and 24 are continuous with the outer sides 28, 29, and 30 of the main plate 18, respectively. Then, the main plates 19 to 21 and the sub plates 22 to 24 are bent along the outer sides 25 to 30 of the main plate 18 to form the vessel-shaped shell 14 shown in FIG.

本実施形態では、殻14は、プリプレグ又はセミプレグを用いて形成される。すなわち、炭素繊維にPEEK樹脂を含浸させたシート(プリプレグ又はセミプレグ)が、たとえば所要の金型を用いて加熱及び加圧されることにより器状の殻14が形成される。この場合、単一のプリプレグ又はセミプレグは薄肉のシートであるから、複数枚のプリプレグ又はセミプレグが積層されて肉厚が2mmの殻14が形成される。なお、殻14の肉厚は、1.0mm〜4.0mmに設定され得る。   In this embodiment, the shell 14 is formed using a prepreg or a semi-preg. That is, a vessel-like shell 14 is formed by heating and pressing a sheet (prepreg or semi-preg) in which carbon fiber is impregnated with PEEK resin, for example, using a required mold. In this case, since the single prepreg or semi-preg is a thin sheet, a plurality of prepregs or semi-pregs are laminated to form a shell 14 having a thickness of 2 mm. Note that the thickness of the shell 14 can be set to 1.0 mm to 4.0 mm.

この殻14の主板19に孔31が設けられている。この孔31の形状は正六角形であり、これにより、主板19の各辺に内側に突出した帯部32が形成されている。この帯部32は、宇宙機本体11が取り付けられる部分である。本実施形態では、この帯部32に宇宙機本体11のフランジ47(図1及び図2参照)がボルト等により締結される。また、主板20に窓33が設けられている。この窓33は、主板20に孔が開けられることにより形成されている。この窓33は、主板19に設けられた孔31と同様の形状であり、宇宙機10が組み立てられる際の作業窓として使用される。この窓33には、蓋13(図1参照)が取り付けられる。蓋13は、ボルト等により締結されるか、熱融着により接着される。蓋13の材質は、炭素繊維強化樹脂が採用され得る。ただし、電波透過性が要求される場合は、蓋13の材質はガラス繊維強化樹脂が採用される。   A hole 31 is provided in the main plate 19 of the shell 14. The shape of the hole 31 is a regular hexagon, whereby a band portion 32 protruding inward is formed on each side of the main plate 19. This belt part 32 is a part to which the spacecraft main body 11 is attached. In the present embodiment, the flange 47 (see FIGS. 1 and 2) of the spacecraft main body 11 is fastened to the band portion 32 by bolts or the like. A window 33 is provided on the main plate 20. The window 33 is formed by making a hole in the main plate 20. The window 33 has the same shape as the hole 31 provided in the main plate 19 and is used as a work window when the spacecraft 10 is assembled. A lid 13 (see FIG. 1) is attached to the window 33. The lid 13 is fastened with a bolt or the like, or bonded by thermal fusion. Carbon fiber reinforced resin can be adopted as the material of the lid 13. However, when radio wave transmission is required, glass fiber reinforced resin is used as the material of the lid 13.

図5は、殻14の斜視図であって、当該殻14の内壁面が図示されている。また、図6は、図5におけるVI−VI断面図である。   FIG. 5 is a perspective view of the shell 14 and shows the inner wall surface of the shell 14. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.

殻14は、前述のように4つの主板18〜21と3つの副板22〜24とを有する。主板18のまわりに他の主板19〜21及び副板22〜24が配置されているが(図4参照)、互いに隣り合う面同士は、境界部分において折り曲げられた状態となっている。本実施形態では、この境界部分に沿って補強シート45が設けられている。この補強シート45は、細長帯状に形成され、上記境界部分を覆っている。補強シート45は、炭素繊維により強化されたPEEK樹脂が採用され得る。この補強シート45は、省略されてもよい。   The shell 14 has the four main plates 18 to 21 and the three sub plates 22 to 24 as described above. Other main plates 19 to 21 and sub plates 22 to 24 are arranged around the main plate 18 (see FIG. 4), but the surfaces adjacent to each other are bent at the boundary portion. In the present embodiment, a reinforcing sheet 45 is provided along this boundary portion. The reinforcing sheet 45 is formed in an elongated strip shape and covers the boundary portion. The reinforcing sheet 45 may be made of PEEK resin reinforced with carbon fibers. The reinforcing sheet 45 may be omitted.

なお、上記殻15は、殻14と同様の構成であるので、その説明は省略される。図3が示すように、殻14に殻15が突き合わされることにより、構体12が形成される。隣り合う殻14と殻15とが突き合わされる部位(特許請求の範囲に記載された「突合部」に相当)、すなわち、主板19の外辺34、35、36、主板20の外辺37、38、39、主板21の外辺40、41、42、副板22の外辺43、副板23の外辺44及び副板24の外辺45は、対向する殻15に熱融着され、固着される。本実施形態では、上記外辺34〜45に融着代46が形成されている。殻14と殻15とが突き合わされることにより、各融着代46が当接し合う。この融着代43が融着されることにより、殻14と殻15とを接合する作業が容易になるし、殻14、15が強固に融着される。もっとも、この融着代43は省略されてもよい。   Since the shell 15 has the same configuration as the shell 14, the description thereof is omitted. As shown in FIG. 3, the shell 12 is abutted against the shell 14 to form the structure 12. Sites where adjacent shells 14 and 15 are abutted (corresponding to “butting portions” described in the claims), that is, outer sides 34, 35, 36 of the main plate 19, outer sides 37 of the main plate 20, 38, 39, the outer sides 40, 41, 42 of the main plate 21, the outer side 43 of the sub-plate 22, the outer side 44 of the sub-plate 23 and the outer side 45 of the sub-plate 24 are heat-sealed to the opposing shell 15, It is fixed. In the present embodiment, a fusion allowance 46 is formed on the outer sides 34 to 45. By joining the shell 14 and the shell 15, the fusion allowances 46 come into contact with each other. By fusing the fusion allowance 43, the operation of joining the shell 14 and the shell 15 becomes easy, and the shells 14 and 15 are firmly fused. However, the fusion allowance 43 may be omitted.

図7は、殻14と殻15とが熱融着される手順を示す模式図である。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a procedure in which the shell 14 and the shell 15 are heat-sealed.

前述のように殻14と殻15とが突き合わされると(図3参照)、向かい合う融着代46同士が対向する。図7は、この状態を示している。この一対の融着代46のそれぞれの対向面91の間に、一枚の融着シート92が配置される。この融着シート92は、炭素繊維にて強化されたPEEK樹脂(プリプレグ)からなる。ただし、宇宙機10に電波透過性が供給される場合は、炭素繊維に代えて電気伝導性を示さないガラス繊維などが採用され得る。また、融着シート92は、繊維にて強化されていないPEEK樹脂やその他の樹脂から構成され得る。融着シート92の肉厚は、本実施形態では0.2mmである。ただし、融着シート92の肉厚は、これに限定されるものではない。   When the shell 14 and the shell 15 are abutted as described above (see FIG. 3), the fusion allowances 46 facing each other face each other. FIG. 7 shows this state. One fusion sheet 92 is disposed between the opposing surfaces 91 of the pair of fusion allowances 46. The fusion sheet 92 is made of PEEK resin (prepreg) reinforced with carbon fibers. However, when radio wave permeability is supplied to the spacecraft 10, glass fibers that do not exhibit electrical conductivity may be employed instead of carbon fibers. Further, the fusion sheet 92 can be made of PEEK resin or other resin that is not reinforced with fibers. The thickness of the fusion sheet 92 is 0.2 mm in this embodiment. However, the thickness of the fusion sheet 92 is not limited to this.

上記融着代46及び融着シート92が、プレス装置95によって挟み込まれる。このプレス装置95は、下型96及び上型97を備えており、上型97と下型96とが互いに接離する。上型97及び下型96にロッドヒータ89(特許請求の範囲に記載された「発熱体」に相当)が内蔵されている。このロッドヒータ89が発熱することにより、上型97及び下型96が加熱される。そして、ロッドヒータ89が発熱されながら上型97及び下型96がいわゆる型締めされると、上記融着代46及び融着シート92が矢印98の方向にプレスされる。融着シート92は熱可塑性樹脂シートであるから、加熱されることにより溶融し、その結果、隣り合う融着代46が矢印98の方向に向かい会って融着される。   The fusion allowance 46 and the fusion sheet 92 are sandwiched by a press device 95. The press device 95 includes a lower die 96 and an upper die 97, and the upper die 97 and the lower die 96 come in contact with each other. The upper die 97 and the lower die 96 incorporate a rod heater 89 (corresponding to “heating element” described in claims). When the rod heater 89 generates heat, the upper die 97 and the lower die 96 are heated. When the upper die 97 and the lower die 96 are clamped while the rod heater 89 generates heat, the fusion allowance 46 and the fusion sheet 92 are pressed in the direction of the arrow 98. Since the fusion sheet 92 is a thermoplastic resin sheet, it is melted by being heated, and as a result, the adjacent fusion allowances 46 face each other in the direction of the arrow 98 and are fused.

本実施形態に係る構体12は、樹脂成形品として構成された殻14、15からなる。したがって、構体12は、軽量で且つ良好な強度及び剛性が確保されるうえ、耐振動性及び耐振動性にも優れた構造体となる。また、構体12を構成する各面の境界部分に上記補強シート45が設けられているので、構体12の強度及び剛性は大幅に上昇する。さらに、各殻14、15は、ボルト等による締結構造ではなく、熱融着により固着されるから、構体12の組立作業が簡単で組立コストが大幅に削減される。   The structure 12 according to this embodiment includes shells 14 and 15 configured as resin molded products. Therefore, the structure 12 is light and secures good strength and rigidity, and also has excellent vibration resistance and vibration resistance. Moreover, since the said reinforcement sheet 45 is provided in the boundary part of each surface which comprises the structure 12, the intensity | strength and rigidity of the structure 12 increase significantly. Furthermore, since the shells 14 and 15 are fixed not by fastening with bolts or the like but by heat fusion, the assembly work of the structure 12 is simple and the assembly cost is greatly reduced.

加えて、殻14、15が樹脂成形品であるから、構体12の表面がきわめて滑らかになる。PEEK樹脂の熱伝導率は金属にくらべて非常に低いことも相俟って、適切な塗料が塗られた構体12は、宇宙空間において太陽熱(赤外線放射)の吸収を抑え、宇宙機本体11の温度変化が抑制される。従来のように構体が金属で構成される場合は、太陽熱の吸収が抑制されるために構体表面が滑面に仕上げられなければならないが、この加工コストは膨大である。これに比べて本実施形態では、かかる加工コストの問題は生じない。   In addition, since the shells 14 and 15 are resin molded products, the surface of the structure 12 becomes extremely smooth. Combined with the fact that the thermal conductivity of PEEK resin is much lower than that of metal, the structure 12 coated with an appropriate paint suppresses the absorption of solar heat (infrared radiation) in outer space, and the spacecraft body 11 Temperature change is suppressed. When the structure is made of metal as in the prior art, the surface of the structure has to be made smooth to suppress the absorption of solar heat, but this processing cost is enormous. Compared to this, in this embodiment, the problem of the processing cost does not occur.

ところで、宇宙機10の動力源は電力であり、そのために構体12には図示されていない太陽電池パネルが配置される。本実施形態では、構体12は、切頂八面体である。したがって、構体12がかかる多面体であれば、主板18〜21等は、太陽電池パネルを配置するために十分な面積を確保することができる。しかも、切頂八面体は、構造体として球に近似するから、構体12が宇宙空間で回転する場合に熱制御が容易になる。さらに、殻14と殻15は、上記外辺34〜42を介して接着されている。すなわち、波形の接合面が構体12を周回することになるので、構体12のねじり剛性がきわめて高くなるという利点がある。   By the way, the power source of the spacecraft 10 is electric power. For this purpose, a solar cell panel (not shown) is arranged on the structure 12. In this embodiment, the structure 12 is a truncated octahedron. Therefore, if the structure 12 is a polyhedron, the main plates 18 to 21 and the like can secure a sufficient area for arranging the solar cell panel. Moreover, since the truncated octahedron approximates a sphere as a structure, thermal control is facilitated when the structure 12 rotates in outer space. Further, the shell 14 and the shell 15 are bonded via the outer sides 34 to 42. That is, since the corrugated joint surface goes around the structure 12, there is an advantage that the torsional rigidity of the structure 12 becomes extremely high.

特に本実施形態では、構体12は、肉厚が1.0mm〜4.0mmのPEEK樹脂からなる。本実施形態では、PEEK樹脂に含まれるカーボン繊維は、開繊糸織物100g/m・20ply、繊維体積率は41%、繊維の弾性係数は、40tf/mmであり、PEEK樹脂が390°C、30kgf/cmの条件のもとで所定時間だけプレスされる。これにより、構体12は、きわめて軽量且つ良好な強度及び剛性が実現される。なお、構体12の肉厚は、本実施形態では前述のように2mmに設定されているが、構体12に要求される機械的強度及び剛性により、肉厚は適宜設計変更される。 In particular, in this embodiment, the structure 12 is made of PEEK resin having a thickness of 1.0 mm to 4.0 mm. In this embodiment, the carbon fiber contained in the PEEK resin is a spread yarn fabric of 100 g / m 2 · 20 ply, the fiber volume ratio is 41%, the fiber elastic modulus is 40 tf / mm 2 , and the PEEK resin is 390 °. C, pressed for a predetermined time under the condition of 30 kgf / cm 2 . As a result, the structure 12 is extremely light and has good strength and rigidity. Although the thickness of the structure 12 is set to 2 mm in the present embodiment as described above, the thickness is appropriately changed depending on the mechanical strength and rigidity required for the structure 12.

また、構体12を構成する殻14、15は、図3が示すような形状に裁断されたプリプレグから成形される。したがって、殻14、15は高い寸法精度にて成形され、その結果、構体12の機械的強度が設計どおりに仕上がる。   Further, the shells 14 and 15 constituting the structure 12 are formed from a prepreg cut into a shape as shown in FIG. Therefore, the shells 14 and 15 are formed with high dimensional accuracy, and as a result, the mechanical strength of the structure 12 is finished as designed.

本実施形態では、上記殻14及び殻15が前述のように一枚の融着シート92を介して熱融着され、接合部分が均等に接着される。したがって、構体12は、構造体として安定し、外力(引張・圧縮力、ねじり、曲げなど)に対して高い耐性を示す。しかも、構体12は、従来のようにボルトによる締結構造を備えていないので、組立作業が簡単になり、組立コストが大幅に削減される。   In the present embodiment, the shell 14 and the shell 15 are heat-sealed through the single fusion sheet 92 as described above, and the joint portions are bonded evenly. Therefore, the structure 12 is stable as a structure and exhibits high resistance to external forces (tensile / compressive force, torsion, bending, etc.). Moreover, since the structure 12 does not have a bolt fastening structure as in the prior art, the assembling work is simplified and the assembling cost is greatly reduced.

図8は、本実施形態の変形例に係る構体12の組立方法を示す模式図である。同図が示すように、本変形例では、簡単なハンディタイプのプレス機80が使用される。   FIG. 8 is a schematic view showing a method for assembling the structure 12 according to a modification of the present embodiment. As shown in the figure, in this modification, a simple handy type press 80 is used.

本実施形態及び変形例では、融着代46の肉厚は、2mm程度である。すなわち、融着代46の肉厚は薄く、人間の手の握力によっても十分に熱融着が可能である。この変形例では、プレス機80は、一対の操作アーム81、82を備える。各操作アーム81、82は、作業者が手で操作するものである。各操作アーム81、82は、支軸85を介してクロスして連結されている。各操作アーム81、82は、支軸85を中心に回動自在であって、作業者が操作アーム81、82の基端部86を操作することにより、先端部87が接離する。この先端部87にプレス台83、84が設けられている。プレス台83、84は金属等の熱伝導率の高い材料からなり、ボルト79により上記先端部87に締結されている。プレス台83、84にそれぞれロッドヒータ89が内蔵されている。ロッドヒータ89に図示されていない電源装置が接続されており、この電源装置によりロッドヒータ89の発熱量が制御される。プレス台83、84は、前述のように熱伝導率が高いので、ロッドヒータ89が発熱することによって、その温度が均等に上昇する。   In this embodiment and the modification, the thickness of the fusion allowance 46 is about 2 mm. That is, the thickness of the fusion allowance 46 is thin, and sufficient heat fusion is possible even with the gripping force of a human hand. In this modification, the press machine 80 includes a pair of operation arms 81 and 82. Each operation arm 81 and 82 is operated by an operator by hand. The operation arms 81 and 82 are crossed and connected via a support shaft 85. The operation arms 81 and 82 are rotatable about the support shaft 85, and when the operator operates the base end portions 86 of the operation arms 81 and 82, the distal end portions 87 are brought into contact with and separated from each other. Press stands 83 and 84 are provided at the distal end portion 87. The press stands 83 and 84 are made of a material having a high thermal conductivity such as a metal, and are fastened to the tip portion 87 by a bolt 79. Rod heaters 89 are built in the press stands 83 and 84, respectively. A power supply device (not shown) is connected to the rod heater 89, and the amount of heat generated by the rod heater 89 is controlled by this power supply device. Since the press tables 83 and 84 have high thermal conductivity as described above, the temperature of the press tables 83 and 84 rises evenly when the rod heater 89 generates heat.

同図が示すように、殻14と殻15とが突き合わされることにより、融着代46が対向する。各融着代46の間に融着シート92が挟み込まれ、融着代46がプレスされる。具体的には、作業者が操作アーム81、82を握り、プレス台83、84を融着代46に押し付ける。このときのプレス機80よる押圧力は、10kgf/cm〜20kgf/cmである。この程度の押圧力であれば、本変形例に係るハンディタイプのプレス機80でも十分に発揮される。また、融着シート92の加熱温度は、385°C〜405°C、加熱及び加圧時間は、5分〜15分である。いずれの条件においても、上記融着代46は、その対向面91の全域において均等に融着され、殻14と殻15とが簡単に且つ確実に接合される。 As shown in the figure, when the shell 14 and the shell 15 are abutted, the fusion allowance 46 is opposed. The fusion sheet 92 is sandwiched between the fusion allowances 46, and the fusion allowances 46 are pressed. Specifically, the operator holds the operation arms 81 and 82 and presses the press tables 83 and 84 against the fusion allowance 46. Pressing machine 80 by the pressing force at this time is 10kgf / cm 2 ~20kgf / cm 2 . With such a pressing force, the handy-type press 80 according to the present modification is sufficiently exerted. The heating temperature of the fusion sheet 92 is 385 ° C. to 405 ° C., and the heating and pressing time is 5 minutes to 15 minutes. In any condition, the fusion allowance 46 is uniformly fused over the entire area of the facing surface 91, and the shell 14 and the shell 15 are easily and reliably joined.

ところで、本実施形態では、構体12は切頂八面体に形成されている。ただし、構体12の外形は切頂八面体に限定されるものではなく、種々の多面体が採用され得る。ただし、前述のように、汎用の太陽電池パネルが採用される場合は、これが配置できる平面部分が必要である。また、仮に曲面に設置できる太陽電池パネルが採用され得るならば、構体12の外形が球体であってもよい。   By the way, in this embodiment, the structure 12 is formed in the truncated octahedron. However, the outer shape of the structure 12 is not limited to the truncated octahedron, and various polyhedrons can be adopted. However, as described above, when a general-purpose solar cell panel is employed, a plane portion on which this can be arranged is necessary. Further, if a solar cell panel that can be installed on a curved surface can be adopted, the outer shape of the structure 12 may be a sphere.

また、上記融着代46を熱融着する際に発熱する発熱体は、本実施形態ではロッドヒータ89が採用されているが、これに代えてニクロム線やエナメル線が採用されてもよい。   Further, in the present embodiment, the rod heater 89 is adopted as the heating element that generates heat when the fusion allowance 46 is heat-sealed, but a nichrome wire or an enamel wire may be adopted instead.

10・・・宇宙機
11・・・宇宙機本体
12・・・構体
14・・・殻
15・・・殻
18・・・主板
19・・・主板
20・・・主板
21・・・主板
22・・・副板
23・・・副板
24・・・副板
31・・・孔
32・・・帯部
33・・・窓
46・・・融着代
80・・・プレス機
81・・・操作アーム
82・・・操作アーム
83・・・プレス台
84・・・プレス台
85・・・支軸
86・・・基端部
87・・・先端部
89・・・ロッドヒータ
91・・・対向面
92・・・融着シート
95・・・プレス機
96・・・上型
97・・・下型
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Spacecraft 11 ... Spacecraft body 12 ... Structure 14 ... Shell 15 ... Shell 18 ... Main plate 19 ... Main plate 20 ... Main plate 21 ... Main plate 22 ..Sub-plate 23 ... Sub-plate 24 ... Sub-plate 31 ... Hole 32 ... Strip 33 ... Window 46 ... Fusion allowance 80 ... Press machine 81 ... Operation Arm 82 ... Operating arm 83 ... Press stand 84 ... Press stand 85 ... Support shaft 86 ... Base end 87 ... Front end 89 ... Rod heater 91 ... Opposite surface 92 ... Fusing sheet 95 ... Press machine 96 ... Upper die 97 ... Lower die

Claims (2)

複数の樹脂製パネルが熱融着されることにより、宇宙機本体を収容する空間が内部に形成される多面体からなる宇宙機用構体の組立方法であって、
上記複数の樹脂製パネルのうち隣り合う一対の樹脂製パネルのそれぞれの対向面の間に単一の熱可塑性樹脂シートが配置される第1工程と、
上記隣り合う樹脂製パネルが、上記対向面が対向する方向に沿って所定の圧力で押圧されると共に発熱体により所定の温度に加熱される第2工程とを含む宇宙機用構体の組立方法。
A method of assembling a spacecraft structure comprising a polyhedron in which a space for housing a spacecraft body is formed by heat-sealing a plurality of resin panels,
A first step in which a single thermoplastic resin sheet is disposed between the opposing surfaces of a pair of adjacent resin panels among the plurality of resin panels;
A method of assembling a spacecraft structure, comprising: a second step in which the adjacent resin panels are pressed at a predetermined pressure along a direction in which the facing surfaces face each other and heated to a predetermined temperature by a heating element.
上記宇宙機用構体は、一対の樹脂製パネルが突き合わされることにより形成される切頂八面体であり、
各樹脂製パネルの突合部に形成された矩形の融着代が上記対向面を形成し、
上記樹脂製パネル及び熱可塑性樹脂シートは、PEEK樹脂を含んでおり、
上記発熱体は、ロッドヒータを備え且つ上記融着代を押圧するプレス手段を兼ねている請求項1に記載の宇宙機用構体の組立方法。



The spacecraft structure is a truncated octahedron formed by a pair of resin panels being abutted,
The rectangular fusion margin formed at the abutting portion of each resin panel forms the facing surface,
The resin panel and the thermoplastic resin sheet contain PEEK resin,
2. The method of assembling a spacecraft structure according to claim 1, wherein the heating element includes a rod heater and also serves as a pressing unit that presses the fusion allowance.



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