JP7769331B2 - Reflective member for antenna, manufacturing method of reflective member for antenna, and terahertz observation antenna - Google Patents
Reflective member for antenna, manufacturing method of reflective member for antenna, and terahertz observation antennaInfo
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Description
本発明は、アンテナ用の反射部材、アンテナ用の反射部材の製造方法、及びテラヘルツ観測用アンテナに関する。 The present invention relates to a reflecting member for an antenna, a method for manufacturing a reflecting member for an antenna, and an antenna for terahertz observation.
反射鏡型アンテナにおいて、電波の反射層にアルミニウム層を形成することがある。例えば、予めパラボラ形状に成形された樹脂製構造基材の表面にアンカーコート剤層を設け、真空蒸着によりアルミニウム層を形成した構造が開示されている(例えば、特許文献1)。
また、基材層の表面にプラズマ溶射により形成したアンカー層の表面に、コールドスプレー法により反射層を形成した構造が開示されている(例えば、特許文献2)。
In some reflector antennas, an aluminum layer is formed on the radio wave reflection layer. For example, a structure has been disclosed in which an anchor coating agent layer is provided on the surface of a resin structural substrate preformed into a parabolic shape, and an aluminum layer is then formed by vacuum deposition (see, for example, Patent Document 1).
Also disclosed is a structure in which a reflective layer is formed by cold spraying on the surface of an anchor layer formed by plasma spraying on the surface of a substrate layer (for example, Patent Document 2).
特許文献1に示すように、反射面層のアルミニウムを真空蒸着により成膜すると、反射面層の金属反射膜が薄くなる。このため、長期宇宙環境耐性が低い。
特許文献2に示すように、反射鏡面をプラズマ溶射で成膜した場合、微細な空隙層が残る。このため、鏡面粗さが大きくなる。よって、高い鏡面形状精度を持つ鏡面が製造できない。
As disclosed in Patent Document 1, when aluminum is deposited as a reflective surface layer by vacuum deposition, the metal reflective film of the reflective surface layer becomes thin, which results in low long-term durability in the space environment.
As shown in Patent Document 2, when a reflecting mirror surface is formed by plasma spraying, a fine void layer remains, which increases the mirror surface roughness. As a result, it is not possible to manufacture a mirror surface with high mirror shape precision.
これらから、前記従来の構造によっては、高い鏡面形状精度を必要とするテラヘルツ波帯用の反射部材とすることができない。また、反射部材を人工衛星に搭載して宇宙空間で用いる際には、軽量かつ長期宇宙環境耐性に優れた反射部材が必要とされる。 For these reasons, the above-mentioned conventional structure cannot be used as a reflecting member for the terahertz wave band, which requires high mirror surface shape precision. Furthermore, when a reflecting member is mounted on an artificial satellite and used in space, a reflecting member that is lightweight and has excellent long-term durability in the space environment is required.
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、軽量かつ高精度で、長期環境耐性に優れた反射部材を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a reflective member that is lightweight, highly accurate, and has excellent long-term environmental resistance.
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るアンテナ用の反射部材は、曲面状の芯材と、前記芯材の内側面に沿って設けられた第1表皮と、前記芯材の外側面に沿って設けられた第2表皮と、前記第1表皮の、前記芯材に面しない側に設けられた反射鏡面成膜と、を備え、前記芯材と、前記第1表皮と、前記第2表皮とは炭素繊維強化樹脂によって形成され、前記芯材は、高さ方向が厚さ方向に面する柱が複数並べられて形成され、前記反射鏡面成膜は金属によって内部に空隙層を有さずに形成される。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The reflecting member for an antenna according to the present invention comprises a curved core material, a first skin provided along the inner surface of the core material, a second skin provided along the outer surface of the core material, and a reflective mirror surface coating provided on the side of the first skin that does not face the core material, wherein the core material, the first skin, and the second skin are formed from carbon fiber reinforced resin, the core material is formed from a plurality of pillars arranged such that the height direction faces the thickness direction, and the reflective mirror surface coating is formed from metal without having an internal void layer.
この発明によれば、芯材と、第1表皮と、第2表皮とは炭素繊維強化樹脂によって形成され、反射鏡面成膜は金属によって内部に空隙層を有さずに形成される。
芯材の厚さ方向の両側面に第1表皮及び第2表皮が設けられることで、厚さ方向に対称なサンドイッチパネル構造となる。これにより、芯材の厚さ方向に直交する方向からの入力に対しても変形しにくい構造とすることができる。
According to this invention, the core material, the first skin, and the second skin are made of carbon fiber reinforced resin, and the reflecting mirror surface coating is made of metal and has no void layer inside.
By providing the first and second skins on both sides of the core material in the thickness direction, a sandwich panel structure that is symmetrical in the thickness direction can be achieved, making it less likely to deform even when subjected to inputs perpendicular to the thickness direction of the core material.
芯材、第1表皮、第2表皮が炭素繊維強化樹脂によって形成されることで、反射部材の全体としての重量を軽くすることができる。更に、炭素繊維強化樹脂は熱的安定性が高く、熱膨張による影響が少ない。つまり、周囲の温度あるいは直射日光等によって生じる熱膨張による変形を最小限とすることができる。よって、反射部材全体の大きさが熱膨張によって大きく変動することを防ぐことができる。また、反射部材の耐久性を向上することができる。 By forming the core material, first skin, and second skin from carbon fiber reinforced resin, the overall weight of the reflective member can be reduced. Furthermore, carbon fiber reinforced resin has high thermal stability and is less affected by thermal expansion. This means that deformation due to thermal expansion caused by ambient temperature or direct sunlight can be minimized. This prevents the overall size of the reflective member from changing significantly due to thermal expansion. It also improves the durability of the reflective member.
また、金属の内部に空隙層があると、反射鏡面成膜の表面を切削によって鏡面加工した時に空隙層によって表面に凸凹が生じる。反射鏡面成膜が金属によって内部に空隙層を有さずに形成されることで、加工後の反射部材の反射鏡面粗さを滑らかにすることができる。また、反射部材に用いる構造をすべて金属によって形成する場合と比較して、用いる金属の量を必要最小限とすることができる。金属の量を必要最小限とすることで、周囲の温度あるいは直射日光等によって金属に生じる熱膨張による変形を最小限とすることができる。 Furthermore, if there is a void layer inside the metal, the void layer will cause unevenness on the surface when the surface of the reflective mirror coating is machined to a mirror finish. By forming the reflective mirror coating from metal without an internal void layer, the roughness of the reflective mirror surface of the reflective member after processing can be smoothed. Furthermore, compared to when the structure used for the reflective member is made entirely from metal, the amount of metal used can be minimized. By minimizing the amount of metal, deformation caused by thermal expansion of the metal due to factors such as ambient temperature or direct sunlight can be minimized.
これらによって、第1表皮及び反射鏡面成膜に熱ひずみが生じることを防ぐことができる。よって、反射鏡面成膜の耐久性を向上し、長期にわたって反射鏡面成膜の精度を高く維持することができる。
以上から、軽量かつ高精度で、長期環境耐性に優れた反射部材とすることができる。このような作用を有する反射部材は、例えば、宇宙用、人工衛星搭載用の軽量高精度反射鏡型アンテナに適用する際に顕著な効果をもたらす。
These features prevent thermal strain from occurring in the first skin and the reflective mirror surface coating, thereby improving the durability of the reflective mirror surface coating and maintaining high accuracy in the reflective mirror surface coating for a long period of time.
From the above, it is possible to obtain a reflective member that is lightweight, highly accurate, and has excellent long-term environmental resistance. A reflective member having such properties brings about remarkable effects when applied to, for example, lightweight, highly accurate reflector antennas for space use or onboard artificial satellites.
また、前記反射鏡面成膜はアルミニウムによって形成されてもよい。 The reflective mirror coating may also be made of aluminum.
この発明によれば、反射鏡面成膜はアルミニウムによって形成される。これにより、より反射部材の軽量化に寄与することができる。 According to this invention, the reflective mirror surface coating is made of aluminum, which contributes to further reducing the weight of the reflective member.
また、前記反射鏡面成膜の厚さは、20μm以上40μm以下であってもよい。 Furthermore, the thickness of the reflective mirror coating may be 20 μm or more and 40 μm or less.
この発明によれば、反射鏡面成膜の厚さは、20μm以上40μm以下である。よって、十分な反射鏡面成膜の厚さを確保し、長期宇宙環境耐性の向上に寄与することができる。 According to this invention, the thickness of the reflective mirror coating is between 20 μm and 40 μm. This ensures a sufficient thickness of the reflective mirror coating, contributing to improved long-term durability in the space environment.
また、本発明に係るアンテナ用の反射部材は宇宙空間で用いられてもよい。 Furthermore, the reflecting member for an antenna according to the present invention may be used in outer space.
この発明によれば、反射部材は宇宙空間で用いられる。これにより、上述の各作用効果を顕著にもたらすことができる。 According to this invention, the reflective member is used in outer space, thereby significantly achieving the above-mentioned effects.
また、本発明に係るアンテナ用の反射部材の製造方法は、前記アンテナ用の反射部材を製造する製造方法であって、前記第1表皮に金属を溶射する溶射工程と、前記第1表皮に溶射された前記金属の内部における空隙層を除去するショットピーニング工程と、前記ショットピーニング工程を行った後の前記金属の表面を切削する切削工程と、を備える。 The method for manufacturing a reflecting member for an antenna according to the present invention is a method for manufacturing the reflecting member for an antenna, and comprises a spraying process for spraying metal onto the first skin, a shot peening process for removing void layers inside the metal sprayed onto the first skin, and a cutting process for cutting the surface of the metal after the shot peening process.
この発明によれば、第1表皮に金属を溶射する溶射工程と、第1表皮に溶射された金属の内部における空隙層を除去するショットピーニング工程と、ショットピーニング工程を行った後の金属の表面を切削する切削工程と、を備える。つまり、第1表皮に溶射された金属にショットピーニング工程を施した後に、切削工程によって表面を整えることで反射鏡面成膜を形成する。 This invention includes a spraying process in which metal is sprayed onto the first skin, a shot peening process in which voids inside the metal sprayed onto the first skin are removed, and a cutting process in which the surface of the metal is cut after the shot peening process. In other words, after the shot peening process is performed on the metal sprayed onto the first skin, the surface is smoothed by the cutting process to form a reflective mirror coating.
ショットピーニング工程によって、溶射後の金属の内部における空隙層を除去することができる。切削工程によって金属の表面を切削することで、ショットピーニング工程を行った後の金属の表面を修正加工することができる。ここで、上述のショットピーニング工程によって金属の内部の空隙層が除去されている。このため、空隙層によって切削工程後の金属の表面に生じる凹凸を無くすことができる。よって、より反射鏡面成膜の表面粗さを滑らかにすることができる。これにより、高い鏡面形状精度の反射部材とすることができる。 The shot peening process can remove the void layer inside the metal after thermal spraying. By cutting the metal surface in the cutting process, the metal surface after the shot peening process can be modified. The void layer inside the metal is removed by the above-mentioned shot peening process. This eliminates the unevenness that occurs on the metal surface after the cutting process due to the void layer. This makes it possible to further smooth the surface roughness of the reflective mirror coating. This allows for a reflective member with high mirror shape precision.
また、前記溶射工程において、前記金属の厚さを250μm以上溶射してもよい。 Furthermore, in the thermal spraying process, the metal may be sprayed to a thickness of 250 μm or more.
この発明によれば、金属の厚さを250μm以上溶射する。これにより、その後のショットピーニング工程及び切削工程を経た後においても十分な反射鏡面成膜の厚さを確保することができる。 According to this invention, the metal is sprayed to a thickness of 250 μm or more. This ensures that the thickness of the reflective mirror coating remains sufficient even after the subsequent shot peening and cutting processes.
また、本発明に係るテラヘルツ観測用アンテナは、前記アンテナ用の反射部材を備える。 The terahertz observation antenna according to the present invention also includes a reflecting member for the antenna.
この発明によれば、本発明に係るアンテナ用の反射部材をテラヘルツ観測用アンテナに備える。炭素繊維強化樹脂を構成に用いることで、軽量且つ安定した性能を備えたアンテナとすることができる。また、本発明に係る反射鏡面成膜によって、テラヘルツ波帯用とする用途に対応することができる。よって、宇宙用、人工衛星搭載用としてテラヘルツ波帯まで対応でき、かつ高い信頼性を備えた軽量高精度反射鏡型アンテナとすることができる。 According to this invention, a terahertz observation antenna is equipped with a reflector for an antenna according to the present invention. By using carbon fiber reinforced resin in its construction, the antenna can be lightweight and has stable performance. Furthermore, the reflector surface coating according to the present invention makes it possible to accommodate applications in the terahertz wave band. Therefore, a lightweight, high-precision reflector antenna can be created that is compatible with the terahertz wave band for space use and onboard artificial satellites, and is highly reliable.
本発明によれば、軽量かつ高精度で、長期環境耐性に優れた反射部材を提供することができる。 The present invention makes it possible to provide a reflective member that is lightweight, highly accurate, and has excellent long-term environmental resistance.
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係るアンテナ用の反射部材を説明する。
図1に示すアンテナ100は、反射部材10と、放射器20と、支持部30と、基台部40と、を備える、いわゆるパラボラアンテナである。本実施形態に係るアンテナ100は、例えば、テラヘルツ観測用アンテナとして、宇宙用あるいは人工衛星搭載用に好適に用いられる。
Hereinafter, a reflecting member for an antenna according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a so-called parabolic antenna that includes a reflecting member 10, a radiator 20, a support portion 30, and a base portion 40. Antenna 100 according to this embodiment is suitable for use in space or on an artificial satellite, for example, as an antenna for terahertz observation.
反射部材10は、テラヘルツ波帯をはじめとする観測対象の電波を放射器20に向けて反射する。
放射器20は、反射部材10によって反射された電波を観測し、不図示の受信機に伝達する。放射器20は、反射部材10の焦点に設けられる。
支持部30は、反射部材10と基台部40とを連結し、支持する役割を有する。
基台部40は、反射部材10、放射器20、支持部30をそれぞれ支持する部位である。基台部40は、例えば、アンテナ100を人工衛星に搭載する際に、前記人工衛星と連結する部位である。あるいは、アンテナ100を地上に設置する際に地面に設けられてもよい。
The reflecting member 10 reflects radio waves to be observed, including those in the terahertz wave band, toward the radiator 20 .
The radiator 20 observes the radio waves reflected by the reflecting member 10 and transmits them to a receiver (not shown). The radiator 20 is provided at the focal point of the reflecting member 10.
The support portion 30 serves to connect and support the reflecting member 10 and the base portion 40 .
Base portion 40 is a portion that supports reflecting member 10, radiator 20, and support portion 30. Base portion 40 is a portion that is connected to an artificial satellite when antenna 100 is mounted on the artificial satellite, for example. Alternatively, base portion 40 may be provided on the ground when antenna 100 is installed on the ground.
上述のように、反射部材10は、観測対象の電波を反射する。図2に示すように、反射部材10は、芯材11と、第1表皮12と、第2表皮13と、接着層14と、反射鏡面成膜15と、を備える。
芯材11は、外周が円状であり、表面が曲面状の部材である。芯材11の表面の曲面状は、芯材11の中心を通る任意の断面曲線が、例えば、放物線(パラボラ)となるように形成される。これにより、芯材11は飛来する電波に対する焦点を有し、アンテナ100における反射部材10の基礎を構成する。あるいは、前記断面曲線は、放物線状でなく、アンテナ100や光学系の電気設計の結果によって適宜決定されてもよい。
芯材11は、炭素繊維強化樹脂(CFRP)によって形成されることが好ましい。芯材11は、高さ方向が厚さ方向に面する柱が複数並べられて形成される。例えば、図2に示すように、芯材11は、前記柱が六角柱の、いわゆるハニカム構造であることが好ましい。これにより、芯材11の厚さ方向の変形を抑える。前記柱は、三角柱や四角柱、あるいは円柱が複数並べられて形成されてもよい。前記柱は中空であってもよいし、中実であってもよい。
As described above, the reflecting member 10 reflects radio waves from an observation target. As shown in Fig. 2, the reflecting member 10 includes a core material 11, a first skin 12, a second skin 13, an adhesive layer 14, and a reflective mirror surface coating 15.
The core material 11 is a member having a circular outer periphery and a curved surface. The curved surface of the core material 11 is formed so that any cross-sectional curve passing through the center of the core material 11 is, for example, a parabola. This allows the core material 11 to have a focal point for incoming radio waves and forms the basis of the reflecting member 10 in the antenna 100. Alternatively, the cross-sectional curve may not be parabolic, but may be determined as appropriate based on the electrical design of the antenna 100 and the optical system.
The core material 11 is preferably made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). The core material 11 is formed by arranging a plurality of pillars whose height direction faces the thickness direction. For example, as shown in FIG. 2, the core material 11 preferably has a so-called honeycomb structure in which the pillars are hexagonal pillars. This suppresses deformation of the core material 11 in the thickness direction. The pillars may be triangular pillars, square pillars, or may be formed by arranging a plurality of circular pillars. The pillars may be hollow or solid.
第1表皮12は、芯材11の曲面状の内側面に沿って設けられたシート状の部材である。つまり、第1表皮12は、芯材11と同様に曲面状の部材である。第1表皮12の、芯材11に面しない側の側面には、反射鏡面成膜15が形成される(後述する)。
第2表皮13は、芯材11の曲面状の外側面に沿って設けられたシート状の部材である。つまり、第2表皮13は、芯材11と同様に曲面状の部材である。あるいは、各構成部品の設計によっては、第2表皮13は曲面状でなくてもよい。例えば、平面状であってもよい。本実施形態において、第2表皮13の芯材11に面しない側の側面には、例えば、支持部30が取り付けられる。
The first skin 12 is a sheet-like member provided along the curved inner surface of the core material 11. In other words, the first skin 12 is a curved member similar to the core material 11. A reflective mirror surface deposition film 15 (described later) is formed on the side of the first skin 12 that does not face the core material 11.
The second skin 13 is a sheet-like member provided along the curved outer surface of the core material 11. In other words, the second skin 13 is a curved member similar to the core material 11. Alternatively, depending on the design of each component, the second skin 13 does not have to be curved. For example, it may be flat. In this embodiment, for example, a support part 30 is attached to the side of the second skin 13 that does not face the core material 11.
第1表皮12及び第2表皮13は、炭素繊維強化樹脂によって形成されることが好ましい。具体的には、シート状の炭素繊維強化樹脂を積層し、図3に示すように、成形型Dによってオートクレーブ成形されることが好ましい。なお、このとき、第1表皮12あるいは第2表皮13と成形型Dとの間には、離型剤Pが配置されることが好ましい。 The first skin 12 and the second skin 13 are preferably formed from carbon fiber reinforced resin. Specifically, it is preferable to laminate sheets of carbon fiber reinforced resin and autoclave mold them using a molding die D, as shown in Figure 3. At this time, it is preferable to place a mold release agent P between the first skin 12 or second skin 13 and the molding die D.
接着層14は、芯材11と第1表皮12及び芯材11と第2表皮13とを固定する。接着層14には、例えば、エポキシ樹脂が好適に用いられる。
このように、炭素繊維強化樹脂によって形成された第1表皮12と第2表皮13とが芯材11の両側面を挟むように設けられることで、反射部材10におけるサンドイッチパネル構造を形成する。
The adhesive layer 14 fixes the core material 11 to the first skin 12 and the core material 11 to the second skin 13. For example, an epoxy resin is preferably used for the adhesive layer 14.
In this way, the first skin 12 and the second skin 13 formed from carbon fiber reinforced resin are arranged to sandwich both side surfaces of the core material 11, thereby forming a sandwich panel structure in the reflecting member 10.
上述のように、芯材11と、第1表皮12と、第2表皮13とは、いずれも炭素繊維強化樹脂によって形成されることが好ましい。具体的には、ピッチ系高弾性炭素繊維の一方向繊維材による疑似等方積層構造であることが好ましい。また、前記高弾性炭素繊維の弾性率は、例えば、60tのものが好適に用いられる。これにより、上述の各構成の熱変形を少なくする。また、面内構造の方向性を有さない構造とすることが好ましい。
また、炭素繊維強化樹脂におけるマトリックス樹脂はポリシアネート系であることが好ましい。これにより吸湿性を少なくすることで、真空状態でのパネルの脱湿変形を少なくすることが好ましい。
また、炭素繊維強化樹脂の炭素繊維の繊維含有率を60%として、熱変形をさらに小さくすることがより好ましい。
As described above, the core material 11, the first skin 12, and the second skin 13 are preferably all formed of carbon fiber reinforced resin. Specifically, they preferably have a quasi-isotropic laminate structure using unidirectional fiber material of pitch-based high-elasticity carbon fiber. Furthermore, the high-elasticity carbon fiber preferably has an elastic modulus of, for example, 60t. This reduces thermal deformation of each of the above-mentioned components. Furthermore, it is preferable to have a structure that does not have an in-plane structure direction.
Furthermore, the matrix resin in the carbon fiber reinforced resin is preferably a polycyanate resin, which reduces moisture absorption and thus reduces moisture decomposition deformation of the panel in a vacuum state.
It is more preferable to set the carbon fiber content of the carbon fiber reinforced resin to 60% to further reduce thermal deformation.
反射鏡面成膜15は、第1表皮12の、芯材11に面しない側に設けられる。反射鏡面成膜15は、反射部材10に向けて飛来した電波(特にテラヘルツ波帯)を反射する。上述のように、第1表皮12は芯材11の曲面状に沿って設けられ、前記曲面状は焦点を備える。よって、反射鏡面成膜15によって反射した電波は焦点に集約される。
反射鏡面成膜15はアルミニウムをはじめとする金属によって、内部に空隙層を有さずに形成されることが好ましい。本実施形態において、空隙層を有さないとは、反射鏡面成膜15を形成する金属の内部における空隙層が5%未満の状態をいうものとする。以下において、反射部材10の製造方法及び反射鏡面成膜15の成形方法を説明する。
The reflective mirror coating 15 is provided on the side of the first skin 12 that does not face the core material 11. The reflective mirror coating 15 reflects radio waves (particularly those in the terahertz wave band) that are incident toward the reflecting member 10. As described above, the first skin 12 is provided along the curved surface of the core material 11, and the curved surface has a focal point. Therefore, the radio waves reflected by the reflective mirror coating 15 are concentrated at the focal point.
The reflective mirror surface coating 15 is preferably formed of a metal such as aluminum without an internal void layer. In this embodiment, "without an internal void layer" refers to a state in which the internal void layer of the metal forming the reflective mirror surface coating 15 is less than 5%. Below, a method for manufacturing the reflective member 10 and a method for forming the reflective mirror surface coating 15 will be described.
(反射部材10の製造方法)
反射部材10は、芯材11と、第1表皮12と、第2表皮13とが接着層14によって接着され、第1表皮12に反射鏡面成膜15が設けられることで形成される。具体的には、下記のように製造される。
すなわち、図4に示すように、上述のように成形型Dによってオートクレーブ成形された第1表皮12又は第2表皮13の上に接着層14を配置し、その上に芯材11を設置する。その後、芯材11に接着層14を配置し、第2表皮13又は第1表皮12を設置する。これにより、反射部材10の基礎的な構造を形成する。
次に、上述のように形成された構造の第1表皮12に、反射鏡面成膜15を形成する。反射鏡面成膜15の形成手順には、溶射工程と、ショットピーニング工程と、切削工程と、を備える。
(Method for manufacturing the reflecting member 10)
The reflecting member 10 is formed by bonding a core material 11, a first skin 12, and a second skin 13 together with an adhesive layer 14, and providing a reflective mirror surface coating 15 on the first skin 12. Specifically, the reflecting member 10 is manufactured as follows.
4, the adhesive layer 14 is placed on the first skin 12 or the second skin 13 that has been autoclave-molded using the mold D as described above, and the core material 11 is then placed on top of that. Thereafter, the adhesive layer 14 is placed on the core material 11, and the second skin 13 or the first skin 12 is placed on top of that. This completes the basic structure of the reflective member 10.
Next, the reflective mirror coating 15 is formed on the first skin 12 of the structure formed as described above. The procedure for forming the reflective mirror coating 15 includes a thermal spraying process, a shot peening process, and a cutting process.
(溶射工程)
溶射工程では、第1表皮12(表皮)にアルミニウム(金属)を溶射する。具体的には、大気プラズマ溶射が好適に用いられる。また、第1表皮12にアルミニウムを溶射する際、図5に示すように、第1表皮12の表面にはアンダーコート層UCを設けることが好ましい。アンダーコート層UCは、例えば、シリカを含む無機系の材料を用いることが好ましい。ここで、大気プラズマ溶射によって溶射されたアルミニウムには、内部に空隙層が生じる。下記のショットピーニング工程によって、前記空隙層を除去する。
(Thermal spraying process)
In the thermal spraying process, aluminum (metal) is sprayed onto the first skin 12 (skin). Specifically, atmospheric plasma spraying is preferably used. When spraying aluminum onto the first skin 12, an undercoat layer UC is preferably provided on the surface of the first skin 12, as shown in FIG. 5. The undercoat layer UC is preferably made of an inorganic material containing silica, for example. Here, a void layer is generated inside the aluminum sprayed by atmospheric plasma spraying. The void layer is removed by the shot peening process described below.
(ショットピーニング工程)
上述のように、第1表皮12に溶射されたアルミニウムの内部における空隙層を除去する工程である。具体的には、無数のショットを、アルミニウムの表面に衝突させる。ショットは、例えば、直径70μm程度の炭素鋼ビーズが好適に用いられる。また、ショットの衝突速度は40m/s程度であることが好ましい。この工程により、アルミニウムの内部に生じた空隙層を除去するとともに、アルミニウムの表面に改質硬化を与える。
(Shot peening process)
As described above, this is a process for removing the void layer inside the aluminum sprayed onto the first skin 12. Specifically, countless shots are collided with the surface of the aluminum. For example, carbon steel beads with a diameter of approximately 70 μm are preferably used as the shots. The impact speed of the shots is preferably approximately 40 m/s. This process removes the void layer that has formed inside the aluminum and modifies and hardens the surface of the aluminum.
(切削工程)
ショットピーニング工程を行った後のアルミニウムの表面を切削する工程である。具体的には、CNC機械切削加工により、上述のように形成したアルミニウムの層を、設計曲面になるように削る。機械切削によってアルミニウムの層を修正加工することで、高精度な鏡面形状を形成する。あるいは、精度誤差を少なくする。これにより、高精度なアルミ反射面形状(例えば、表面粗さ1μm以下)を形成する。
(Cutting process)
This is a process of cutting the aluminum surface after the shot peening process. Specifically, the aluminum layer formed as described above is cut by CNC machine cutting so as to form a designed curved surface. By correcting the aluminum layer by machine cutting, a highly accurate mirror surface shape is formed. Alternatively, accuracy errors are reduced. This results in a highly accurate aluminum reflecting surface shape (for example, a surface roughness of 1 μm or less).
上述の各工程、特に溶射工程とショットピーニング工程とは、以下のように行うことが可能である。すなわち、例えば、一度の溶射工程によって、その後のショットピーニング工程及び切削工程によっても第1表皮12が露出しない程度に比較的厚くアルミニウムの層を形成してもよい(例えば、40μm程度)。あるいは、溶射工程とショットピーニング工程とを交互に繰り返し行うことで、一度の溶射工程によるアルミニウムの層の厚さを薄く形成してもよい(例えば、20μm程度)。 The above-mentioned processes, particularly the thermal spraying process and shot peening process, can be performed as follows. That is, for example, a single thermal spraying process can form a relatively thick aluminum layer (e.g., about 40 μm) that does not expose the first skin 12 even in the subsequent shot peening and cutting processes. Alternatively, the thermal spraying process and shot peening process can be alternately repeated to form a thin aluminum layer (e.g., about 20 μm) in a single thermal spraying process.
アルミニウムの層を形成する際は、切削加工による削り代を確保するために、少なくとも250μm以上の層を形成することが好ましい。
これらの工程によって、図5に示す断面のように、アルミニウムの層の内部に空隙層を有さず、かつアルミニウムの表面粗さを滑らかにした反射鏡面成膜15を形成する。
When forming the aluminum layer, it is preferable to form a layer having a thickness of at least 250 μm in order to ensure a cutting allowance during cutting work.
Through these steps, a reflective mirror coating 15 is formed, as shown in the cross section of FIG. 5, which does not have a void layer inside the aluminum layer and has a smooth aluminum surface.
以上説明したように、本実施形態に係る反射部材10によれば、芯材11と、第1表皮12と、第2表皮13とは炭素繊維強化樹脂によって形成され、反射鏡面成膜15は金属によって内部に空隙層を有さずに形成される。
芯材11の厚さ方向の両側面に第1表皮12及び第2表皮13が設けられることで、厚さ方向に対称なサンドイッチパネル構造となる。これにより、芯材11の厚さ方向に直交する方向からの入力に対しても変形しにくい構造とすることができる。
As described above, in the reflective member 10 according to this embodiment, the core material 11, the first skin 12, and the second skin 13 are formed from carbon fiber reinforced resin, and the reflective mirror surface coating 15 is formed from metal without having an internal void layer.
The first skin 12 and the second skin 13 are provided on both thickness-wise sides of the core material 11, resulting in a sandwich panel structure that is symmetrical in the thickness direction. This makes it possible to create a structure that is less likely to deform even when subjected to input from a direction perpendicular to the thickness direction of the core material 11.
芯材11、第1表皮12、第2表皮13が炭素繊維強化樹脂によって形成されることで、反射部材10の全体としての重量を軽くすることができる。更に、炭素繊維強化樹脂は熱的安定性が高く、熱膨張による影響が少ない。つまり、周囲の温度あるいは直射日光等によって生じる熱膨張による変形を最小限とすることができる。よって、反射部材10全体の大きさが熱膨張によって大きく変動することを防ぐことができる。また、反射部材10の耐久性を向上することができる。 By forming the core material 11, first skin 12, and second skin 13 from carbon fiber reinforced resin, the overall weight of the reflective member 10 can be reduced. Furthermore, carbon fiber reinforced resin has high thermal stability and is less affected by thermal expansion. This means that deformation due to thermal expansion caused by ambient temperature or direct sunlight can be minimized. This prevents the overall size of the reflective member 10 from changing significantly due to thermal expansion. Furthermore, the durability of the reflective member 10 can be improved.
また、金属の内部に空隙層があると、反射鏡面成膜15の表面を切削によって鏡面加工した時に空隙層によって表面に凸凹が生じる。反射鏡面成膜15が金属によって内部に空隙層を有さずに形成されることで、加工後の反射部材10の反射鏡面粗さを滑らかにすることができる。また、反射部材10に用いる構造をすべて金属によって形成する場合と比較して、用いる金属の量を必要最小限とすることができる。金属の量を必要最小限とすることで、周囲の温度あるいは直射日光等によって金属に生じる熱膨張による変形を最小限とすることができる。 Furthermore, if there is a void layer inside the metal, the void layer will cause unevenness on the surface when the surface of the reflective mirror coating 15 is mirror-finished by cutting. By forming the reflective mirror coating 15 from metal without a void layer inside, the roughness of the reflective mirror surface of the reflective member 10 after processing can be smoothed. Furthermore, compared to when the structure used in the reflective member 10 is made entirely of metal, the amount of metal used can be minimized. By minimizing the amount of metal, deformation due to thermal expansion of the metal caused by ambient temperature or direct sunlight can be minimized.
これらによって、第1表皮12及び反射鏡面成膜15に熱ひずみが生じることを防ぐことができる。よって、反射鏡面成膜15の耐久性を向上し、長期にわたって反射鏡面成膜15の精度を高く維持することができる。
以上から、軽量かつ高精度で、長期環境耐性に優れた反射部材10とすることができる。このような作用を有する反射部材10は、例えば、宇宙用、人工衛星搭載用の軽量高精度反射鏡型アンテナに適用する際に顕著な効果をもたらす。
These features make it possible to prevent thermal strain from occurring in the first skin 12 and the reflective mirror surface coating 15. This improves the durability of the reflective mirror surface coating 15, and allows the precision of the reflective mirror surface coating 15 to be maintained at a high level for a long period of time.
From the above, it is possible to obtain a lightweight, highly accurate, and long-term environmentally resistant reflector 10. The reflector 10 having such properties brings about remarkable effects when applied to, for example, a lightweight, highly accurate reflector antenna for space use or for use on an artificial satellite.
また、反射鏡面成膜15はアルミニウムによって形成される。これにより、より反射部材10の軽量化に寄与することができる。 In addition, the reflective mirror surface coating 15 is made of aluminum, which further contributes to reducing the weight of the reflective member 10.
また、反射鏡面成膜15の厚さは、20μm以上40μm以下である。よって、十分な反射鏡面成膜15の厚さを確保し、長期宇宙環境耐性の向上に寄与することができる。 In addition, the thickness of the reflective mirror surface coating 15 is between 20 μm and 40 μm. This ensures a sufficient thickness for the reflective mirror surface coating 15, contributing to improved long-term durability in the space environment.
また、反射部材10は宇宙空間で用いられる。これにより、上述の各作用効果を顕著にもたらすことができる。 The reflective member 10 can also be used in outer space, which can significantly enhance the effects described above.
また、第1表皮12に金属を溶射する溶射工程と、第1表皮12に溶射された金属の内部における空隙層を除去するショットピーニング工程と、ショットピーニング工程を行った後の金属の表面を切削する切削工程と、を備える。つまり、第1表皮12に溶射された金属にショットピーニング工程を施した後に、切削工程によって表面を整えることで反射鏡面成膜15を形成する。 The method also includes a spraying process in which metal is sprayed onto the first skin 12, a shot peening process in which voids within the metal sprayed onto the first skin 12 are removed, and a cutting process in which the surface of the metal is cut after the shot peening process. In other words, the metal sprayed onto the first skin 12 is subjected to the shot peening process, and then the surface is smoothed by the cutting process to form the reflective mirror coating 15.
ショットピーニング工程によって、溶射後の金属の内部における空隙層を除去することができる。切削工程によって金属の表面を切削することで、ショットピーニング工程を行った後の金属の表面を修正加工することができる。ここで、上述のショットピーニング工程によって金属の内部の空隙層が除去されている。このため、空隙層によって切削工程後の金属の表面に生じる凹凸を無くすことができる。よって、より反射鏡面成膜15の表面粗さを滑らかにすることができる。これにより、高い鏡面形状精度の反射部材10とすることができる。 The shot peening process can remove the void layer inside the metal after thermal spraying. By cutting the metal surface in the cutting process, the metal surface after the shot peening process can be modified. The void layer inside the metal is removed by the above-mentioned shot peening process. This eliminates the unevenness that occurs on the metal surface after the cutting process due to the void layer. This makes it possible to further smooth the surface roughness of the reflective mirror coating 15. This allows for a reflective member 10 with high mirror shape precision.
また、金属の厚さを250μm以上溶射する。これにより、その後のショットピーニング工程及び切削工程を経た後においても十分な反射鏡面成膜15の厚さを確保することができる。 In addition, the metal is sprayed to a thickness of 250 μm or more. This ensures that the reflective mirror coating 15 remains sufficiently thick even after the subsequent shot peening and cutting processes.
また、本発明に係る反射部材10をテラヘルツ観測用アンテナに備える。炭素繊維強化樹脂を構成に用いることで、軽量且つ安定した性能を備えたアンテナ100とすることができる。また、本発明に係る反射鏡面成膜15によって、テラヘルツ波帯用とする用途に対応することができる。よって、宇宙用、人工衛星搭載用としてテラヘルツ波帯まで対応でき、かつ高い信頼性を備えた軽量高精度反射鏡型アンテナとすることができる。 The reflecting member 10 according to the present invention is also included in an antenna for terahertz observation. By using carbon fiber reinforced resin in its construction, the antenna 100 can be made lightweight and have stable performance. Furthermore, the reflecting mirror surface coating 15 according to the present invention makes it suitable for use in the terahertz wave band. This makes it possible to create a lightweight, high-precision reflector antenna that is highly reliable and can handle up to the terahertz wave band for use in space or onboard an artificial satellite.
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、芯材11における第2表皮13を備える側、すなわち反射鏡面成膜15が設けられない側の表面は、曲面状でなくてもよい。
また、反射鏡面成膜15には、上述のアルミニウム以外の金属を用いてもよい。
また、アンテナ100は、支持部30あるいは基台部40を有さず、反射部材10が直接人工衛星に取り付けられてもよい。
また、上述のサンドイッチパネル構造、すなわち芯材11を厚くすることで、熱による変形をさらに抑制することを可能としてもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the surface of the core material 11 on the side where the second skin 13 is provided, i.e., the side on which the reflective mirror surface coating 15 is not provided, does not need to be curved.
The reflecting mirror surface film 15 may be made of a metal other than aluminum.
Furthermore, the antenna 100 may not have the support portion 30 or the base portion 40, and the reflecting member 10 may be attached directly to the satellite.
Furthermore, by increasing the thickness of the above-described sandwich panel structure, i.e., the core material 11, it may be possible to further suppress deformation due to heat.
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the components in the above embodiment may be replaced with well-known components as appropriate, and the above-mentioned modifications may be combined as appropriate, without departing from the spirit of the present invention.
10 反射部材
11 芯材
12 第1表皮
13 第2表皮
15 反射鏡面成膜
100 アンテナ
10 Reflecting member 11 Core material 12 First skin 13 Second skin 15 Reflecting mirror surface coating 100 Antenna
Claims (7)
前記芯材の内側面に沿って設けられた第1表皮と、
前記芯材の外側面に沿って設けられた第2表皮と、
前記第1表皮の、前記芯材に面しない側に設けられた反射鏡面成膜と、
を備え、
前記芯材は、柱が複数並べられて形成され、
前記複数の柱は、前記複数の柱の高さ方向が前記芯材の厚さ方向に沿うように配置され、
前記反射鏡面成膜は金属によって内部に空隙層を有さずに形成される、
アンテナ用の反射部材。 A curved core material,
a first skin provided along an inner surface of the core material;
a second skin provided along the outer surface of the core material;
a reflective mirror coating provided on the side of the first skin that does not face the core material;
Equipped with
The core material is formed by arranging a plurality of pillars ,
the plurality of pillars are arranged such that the height direction of the plurality of pillars is along the thickness direction of the core material,
The reflective mirror coating is formed of metal without an internal void layer.
Reflective material for antennas.
請求項1に記載のアンテナ用の反射部材。 The reflective mirror coating is made of aluminum.
The reflector for an antenna according to claim 1.
請求項1又は2に記載のアンテナ用の反射部材。 The thickness of the reflective mirror coating is 20 μm or more and 40 μm or less.
The reflector for an antenna according to claim 1 or 2.
前記第1表皮に金属を溶射する溶射工程と、
前記第1表皮に溶射された前記金属の内部における空隙層を除去するショットピーニング工程と、
前記ショットピーニング工程を行った後の前記金属の表面を切削する切削工程と、
を備える、
アンテナ用の反射部材の製造方法。 A method for manufacturing a reflecting member for an antenna according to any one of claims 1 to 4, comprising the steps of:
a thermal spraying step of thermally spraying a metal onto the first skin;
a shot peening process for removing a void layer inside the metal sprayed on the first skin;
a cutting step of cutting the surface of the metal after the shot peening step;
Equipped with
A method for manufacturing a reflector for an antenna.
請求項5に記載のアンテナ用の反射部材の製造方法。 In the thermal spraying step, the metal is sprayed to a thickness of 250 μm or more.
A method for manufacturing the reflector for an antenna according to claim 5.
テラヘルツ観測用アンテナ。 A reflector for an antenna according to any one of claims 1 to 4,
Antenna for terahertz observation.
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