JP7425432B2 - メッシュ構造体およびその製造方法、アンテナ反射鏡、電磁シールド材、導波管 - Google Patents

メッシュ構造体およびその製造方法、アンテナ反射鏡、電磁シールド材、導波管 Download PDF

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Description

本発明は、メッシュ構造体およびその製造方法、メッシュ構造体を含むアンテナ反射鏡、電磁シールド材および導波管に関する。
技術試験衛星ＶＩＩＩ型（ＥＴＳ－ＶＩＩＩ）「きく８号」の大型展開アンテナ（ＬＤＲ）では、アンテナ反射鏡に金属製のメッシュ構造体が使用されている。このメッシュ構造体は、モリブデン繊維に金メッキした素線（金メッキモリブデン繊維の素線）を、トリコット編み（ダブルアトラス編み）で編み込んだものである。このメッシュ構造体は、Ｓ帯の電波を反射する（例えば、非特許文献１参照）。
Ｋａｓｕｈｉｓａ Ｋａｍｅｇａｉ、Ｍａｓａｔｏ Ｔｓｕｂｏｉ、"Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｎ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ ａ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－Ｗａｖｅ Ｓｐａｃｅ Ｒａｄｉｏ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ．ＩＩ．Ｍｅｔａｌ Ｍｅｓｈ Ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ"、Ｐｕｂｌ．Ａｓｔｒｏｎ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ ６５，２１，２０１３ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２５
金メッキモリブデン繊維は、レアメタルであるモリブデンを含むため、資源の確保が難しくなることが懸念される。そのため、導電性、弾性率、機械的強度、熱膨張率において、金メッキモリブデン繊維と同等の性能を有する材料を用いたメッシュ構造体が望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、資源の確保が容易であり、金メッキモリブデン繊維と同等の性能を有する材料を含むメッシュ構造体およびその製造方法、メッシュ構造体を含むアンテナ反射鏡、電磁シールド材および導波管を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、メッシュ構造体であって、ジルコニウム銅繊維の素線をトリコット編みした編物であり、前記ジルコニウム銅繊維は、銅にジルコニウムを０．２５ａｔ％～５．０ａｔ％添加した合金を伸線加工した繊維であり、前記ジルコニウム銅繊維は、導電率が１５％ＩＡＣＳ～９５％ＩＡＣＳ、機械的強度が４５０ＭＰａ～２０００ＭＰａ、熱膨張係数が１．８×１０ －５ ／℃である。
この発明に係るメッシュ構造体によれば、ジルコニウム銅繊維およびステンレス鋼繊維が、導電性、弾性率、機械的強度および熱膨張率において、金メッキモリブデン繊維と同等の性能を有するため、レアメタルであるモリブデンを用いることなく、所望の性能を有するアンテナ反射鏡面等が得られる。また、この発明に係るメッシュ構造体によれば、ジルコニウム銅繊維およびステンレス鋼繊維を含む編物または織物であるため、金メッキモリブデン繊維からなるメッシュ構造体よりも安価に製造できる。
また、本発明は、本発明のメッシュ構造体の製造方法であって、ジルコニウム銅繊維の素線と、水溶性繊維の素線とを含み、前記ジルコニウム銅繊維の素線と前記水溶性繊維の素線とでトリコット編みした第１の編物を形成する工程と、前記第１の編物を水中に浸漬して、前記水溶性繊維の素線を溶解し、前記ジルコニウム銅繊維の素線を含む第２の編物を形成する工程と、を有し、前記ジルコニウム銅繊維は、導電率が１５％ＩＡＣＳ～９５％ＩＡＣＳ、機械的強度が４５０ＭＰａ～２０００ＭＰａ、熱膨張係数が１．８×１０ －５ ／℃である。
この発明に係るメッシュ構造体の製造方法によれば、第１の編物または第１の織物を形成する際に、水溶性繊維の素線により、素線同士の間に生じる摩擦を低減し、素線同士の接触によって、素線が折れることを防止できる。また、第１の編物または第１の織物の形状を保ったまま、水溶性繊維の素線を容易に除去できる。
この発明に係るメッシュ構造体によれば、資源の確保が容易であり、導電性、弾性率、機械的強度、熱膨張率において、金メッキモリブデン繊維と同等の性能を発揮することができる。
本発明の実施形態に係るメッシュ構造体の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ反射鏡の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電磁シールド材の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る導波管の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る導波管の概略構成を示し、図５のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る導波管の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る導波管の概略構成を示し、図６のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。
［メッシュ構造体］
以下、図１を参照して、本実施形態のメッシュ構造体について説明する。
図１は、本実施形態のメッシュ構造体の概略構成を示す平面図である。
本実施形態のメッシュ構造体１は、図１に示すように、素線１０を含む編物である。言い換えれば、本実施形態のメッシュ構造体１は、素線１０を用いてメッシュ状（網目状）に編成した編物である。
図１には、メッシュ構造体１が、素線１０をトリコット編みした編物である場合を例示する。本実施形態のメッシュ構造体１は、素線１０をトリコット編みした編物に限定されない。本実施形態のメッシュ構造体１は、素線１０をニット編みした編物、素線１０をメリヤス編みした編物、素線１０をダブルアトラス編みした編物、素線１０をシングルサテン編みした編物等であってもよい。
メッシュ構造体１が編物である場合、編み幅の大きさは特に限定されず、メッシュ構造体１の用途等に応じて適宜調整される。例えば、メッシュ構造体１を、アンテナ反射鏡面として用いる場合、編物の編み幅の大きさは、アンテナ反射鏡面によって送信および受信する電波の波長に応じて調整される。
また、本実施形態のメッシュ構造体１は、素線１０を含む織物であってもよい。言い換えれば、本実施形態のメッシュ構造体１は、素線１０を経糸および緯糸として用い、その経糸および緯糸を交互に交差させて密に織り上げた平織の織物であってもよく、経糸または緯糸のいずれかを織物の表面に長く浮かせて織り上げる繻子織の織物であってもよく、経糸と緯糸を３本以上、上下に組合せて連続させ織物の表面に斜めの線を浮き出させる綾織の織物であってもよい。
素線１０は、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線である。素線１０は、ジルコニウム銅繊維の単繊維またはステンレス鋼繊維の単繊維であってもよく、ジルコニウム銅繊維の単繊維またはステンレス鋼繊維の単繊維を２本以上束ねた繊維の束であってもよい。
ジルコニウム銅繊維は、銅にジルコニウムを０．２５ａｔ％（アトミック・パーセント）～５．０ａｔ％添加した合金を伸線加工した繊維である。ジルコニウム銅繊維は、導電性が高く、弾性率が高く、機械的強度が高く、熱膨張率が低く、導電率は１５％ＩＡＣＳ～９５％ＩＡＣＳであり、機械的強度は４５０ＭＰａ～２０００ＭＰａであり、熱膨張係数は１．８×１０－５／℃程度のジルコニウム銅繊維が好ましく用いられる。
ステンレス鋼繊維は、ステンレス鋼を伸線加工した繊維である。ステンレス鋼繊維は、機械的強度が高く、公知のステンレス鋼繊維を用いることができる。
素線１０の直径は、特に限定されず、メッシュ構造体１の用途等に応じて適宜調整される。
ジルコニウム銅繊維の素線の表面またはステンレス鋼繊維の素線の表面には、メッキ層が設けられていてもよい。メッキ層は、ジルコニウム銅繊維の素線の表面およびステンレス鋼繊維の素線の表面を平滑にする。これにより、素線１０を編んで編物とした場合に、素線１０同士の間に生じる摩擦を低減し、素線１０同士の接触によって、素線１０が折れることを防止できる。
メッキ層としては、金メッキ層、ニッケルメッキ層が挙げられる。
メッキ層の厚さは、ジルコニウム銅繊維の素線の表面またはステンレス鋼繊維の素線の表面を平滑にすることができれば、特に限定されない。
メッキ層の形成方法としては、電解メッキ法または無電解メッキ法が用いられる。
本実施形態のメッシュ構造体１は、ジルコニウム銅繊維またはステンレス鋼繊維を含む編物または織物であるため、任意の形状をなすことができる柔軟性を有する。
本実施形態のメッシュ構造体１によれば、ジルコニウム銅繊維またはステンレス鋼繊維が、導電性、弾性率、機械的強度および熱膨張率において、金メッキモリブデン繊維と同等の性能を有するため、レアメタルであるモリブデンを用いることなく、所望の性能を有するアンテナ反射鏡面等が得られる。また、本実施形態のメッシュ構造体１は、ジルコニウム銅繊維またはステンレス鋼繊維を含む編物または織物であるため、金メッキモリブデン繊維からなるメッシュ構造体よりも安価に製造できる。
［メッシュ構造体の製造方法］
本実施形態のメッシュ構造体の製造方法は、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線と、水溶性繊維の素線とを含む第１の編物または第１の織物を形成する工程（以下、「第１の工程」と言う。）と、第１の編物または第１の織物を水中に浸漬して、水溶性繊維の素線を溶解し、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線を含む第２の編物または第２の織物を形成する工程（以下、「第２の工程」と言う。）と、を有する。
ここで、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線を「第１の素線」、水溶性繊維の素線を「第２の素線」という場合がある。
第１の工程では、第１の素線と第２の素線を合わせてメッシュ状に形成し、第１の編物または第１の織物を形成する。具体的には、第１の素線と第２の素線を束ねて素線の束とし、その素線の束をメッシュ状に形成し、第１の編物または第１の織物を形成する。
第１の素線は、ジルコニウム銅繊維の単繊維またはステンレス鋼繊維の単繊維であってもよく、ジルコニウム銅繊維の単繊維またはステンレス鋼繊維の単繊維を２本以上束ねた繊維の束であってもよい。
第１の素線と第２の素線の束は、第１の素線と第２の素線が撚られて形成されていてもよく、第１の素線と第２の素線が互いにそれぞれの長手方向に沿って接するように形成されていてもよい。
第１の工程にて第１の編物を形成する場合、第１の素線と第２の素線の束を用いて、トリコット編み、ニット編み、メリヤス編み、ダブルアトラス編み、シングルサテン編み等により、第１の編物を形成する。
また、メッシュ構造体を、例えば、アンテナ反射鏡として用いる場合、第１の編物の編み幅の大きさを、アンテナ反射鏡によって送信および受信する電波の波長に応じて調整する。
第１の工程にて第１の織物を形成する場合、第１の素線と第２の素線の束を用いて、平織、繻子織、綾織等により、第１の織物を形成する。
水溶性繊維の素線を構成する樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂、メチロール化ユリア（尿素）樹脂、メチロール化メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース等が挙げられるが、これらに限定されず、公知の水溶性樹脂を用いることができる。
水溶性繊維の素線の直径は、特に限定されず、メッシュ構造体の用途等に応じて適宜調整される。
第２の工程では、第１の編物または第１の織物を水中に浸漬して、第１の編物または第１の織物を形成する水溶性繊維の素線を溶解し、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線を含む第２の編物または第２の織物を形成する。第１の編物または第１の織物を水中に浸漬すると、第１の編物または第１の織物を形成していた水溶性繊維の素線のみが溶解して消失し、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線が、第１の編物または第１の織物の形状を保持したまま残る。これにより、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線を含む第２の編物または第２の織物が得られる。第２の編物は、第１の編物から水溶性繊維の素線を除去したものである。第２の織物は、第１の織物から水溶性繊維の素線を除去したものである。すなわち、第２の編物または第２の織物は、上述のメッシュ構造体である。
水溶性繊維の素線を溶解する際、水の温度は特に限定されないが、水溶性繊維の素線を短時間で溶解することができる温度であることが好ましい。
本実施形態のメッシュ構造体の製造方法によれば、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線と、水溶性繊維の素線とを含む第１の編物または第１の織物を形成する第１の工程を有するため、第１の編物または第１の織物を形成する際に、水溶性繊維の素線により、素線同士の間に生じる摩擦を低減し、素線同士の接触によって、素線が折れることを防止できる。また、本実施形態のメッシュ構造体の製造方法によれば、第１の編物または第１の織物を水中に浸漬して、水溶性繊維の素線を溶解し、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線を含む第２の編物または第２の織物を形成する第２の工程を有するため、第１の編物または第１の織物の形状を保ったまま、水溶性繊維の素線を容易に除去して、ジルコニウム銅繊維の素線またはステンレス鋼繊維の素線を含む編物または織物であるメッシュ構造体を得ることができる。
［アンテナ反射鏡］
図２は、本実施形態のアンテナ反射鏡の概略構成を示す斜視図である。
本実施形態のアンテナ反射鏡１００は、図２に示すように、上述のメッシュ構造体１を含む。詳細には、本実施形態のアンテナ反射鏡１００では、上述のメッシュ構造体１がアンテナ反射鏡面１３０を構成する。
図２に示すように、本実施形態のアンテナ反射鏡１００は、アンテナ展開機構１１０と、アンテナ展開機構１１０の位相角度を調整するバンド１２０と、アンテナ反射鏡面１３０と、を含む。なお、図２では、アンテナ反射鏡面１３０として、それを構成するメッシュ構造体１のみを示している。
アンテナ展開機構１１０は、リンク機構により収容状態と展開状態との間で変形可能に構成されている。アンテナ展開機構１１０は、例えば、六角形の頂点となる位置にメッシュ構造体１を取り付けるための支持部材を含む。
メッシュ構造体１は、折り畳み可能な柔軟性を有していてもよい。
アンテナ反射鏡１００は、折り畳まれた状態でロケットのフェアリング内に収容され、宇宙空間において図２に示す展開形状に展開される。展開された状態で、アンテナ展開機構１１０からメッシュ構造体１に適切な張力が与えられ、メッシュ構造体１が所定の形状に広げられ、アンテナ反射鏡面１３０を形成する。
本実施形態のアンテナ反射鏡１００によれば、上述のメッシュ構造体１がアンテナ反射鏡面１３０を構成するため、メッシュ構造体１を構成するジルコニウム銅繊維またはステンレス鋼繊維が、導電性、弾性率、機械的強度および熱膨張率において、金メッキモリブデン繊維と同等の性能を有するから、所望の通信性能（反射性能）を有するアンテナ反射鏡が得られる。
［電磁シールド材］
図３は、本実施形態の電磁シールド材の概略構成を示す斜視図である。
本実施形態の電磁シールド材２００は、図３に示すように、上述のメッシュ構造体１を含む。
本実施形態の電磁シールド材２００は、図３に示すように、例えば、磁気記憶装置３００の外周を覆うように用いられる。
磁気記憶装置３００は、磁気ディスク３１０と、磁気ディスク３１０に対して書込みおよび読出しを行うヘッド３２０と、磁気ディスク３１０およびヘッド３２０を収容する筐体３３０と、を含む。
メッシュ構造体１が電磁シールド材２００を構成する場合、メッシュ構造体１の編み幅の大きさは、目的とする遮蔽性に応じて調整される。
ここでは、電磁シールド材２００が筐体３３０の外周を覆っている場合を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態の電磁シールド材２００は筐体３３０と一体をなしていてもよい。すなわち、電磁シールド材２００が筐体３３０内に埋設されていてもよく、電磁シールド材２００が筐体３３０の外周面に接着されていてもよい。
本実施形態の電磁シールド材２００は、例えば、パソコン、携帯電話、ディスプレイ等の電子機器やデバイス等、電磁シールドするために対象機器を限定せずに用いることができる。
本実施形態の電磁シールド材２００によれば、上述のメッシュ構造体１を含むため、メッシュ構造体１を構成するジルコニウム銅繊維またはステンレス鋼繊維が、導電性、弾性率、機械的強度および熱膨張率において、金メッキモリブデン繊維と同等の性能を有するから、所望の遮蔽性を有する電磁シールド材が得られる。
［導波管］
図４は、本実施形態の導波管の概略構成を示す斜視図である。図５は、本実施形態の導波管の概略構成を示し、図４のＡ－Ａ線に沿う断面図である。
本実施形態の導波管４００は、図４および図５に示すように、上述のメッシュ構造体１を含む。
本実施形態の導波管４００は、長手方向と垂直な断面形状が矩形状の管（中空体）からなる導波部４１０および導波部４１０の両端にそれぞれ連接するフランジ４２０，４２０を含む導波管本体４３０と、導波部４１０内において、内面４１０ａに沿って配置されたメッシュ構造体１と、を含む。
導波部４１０の開口部４１１はフランジ４２０に設けられ、導波部４１０はフランジ４２０の表面４２０ａにて開口している。
導波管本体４３０は、母材であるエポキシ樹脂等の樹脂と強化材である炭素繊維とを含む炭素繊維強化プラスチックで構成されている。
本実施形態の導波管４００によれば、ＣＦＲＰ製の導波管本体４３０の導波部４１０の内面４１０ａに沿って上述のメッシュ構造体１が配置されているため、導波部４１０の内面４１０ａに金メッキ等により導電性の被膜を形成することなく、導波部４１０内において、電磁波を伝送することができる。すなわち、本実施形態の導波管４００によれば、従来のような、導波部４１０の内面４１０ａに金メッキ等により導電性の被膜を形成する工程が不要となるため、製造コストを低減することができる。
なお、本実施形態の導波管４００では、導波部４１０の長手方向と垂直な断面形状が矩形状である場合を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態の導波管４００は、導波部４１０の長手方向と垂直な断面形状が正方形状、円形状、楕円形状等であってもよい。
［導波管］
図６は、本実施形態の導波管の概略構成を示す斜視図である。図７は、本実施形態の導波管の概略構成を示し、図６のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。
本実施形態の導波管５００は、図６および図７に示すように、上述のメッシュ構造体１を含む。
本実施形態の導波管５００は、長手方向と垂直な断面形状が矩形状の管（中空体）からなる蛇腹ホース状の導波部５１０および導波部５１０の両端にそれぞれ連接するフランジ５２０，５２０を含む導波管本体５３０と、導波部５１０に内張されたメッシュ構造体１と、を含む。
導波部５１０の開口部５１１はフランジ５２０に設けられ、導波部５１０はフランジ５２０の表面５２０ａにて開口している。
導波管本体５３０は、金属、プラスチック、炭素繊維強化プラスチック等からなる。
本実施形態の導波管５００は、蛇腹ホース状の導波部５１０と導波部５１０に内張された上述のメッシュ構造体１を有するため、柔軟性（可撓性）を有する。
本実施形態の導波管５００によれば、蛇腹ホース状の導波部５１０に上述のメッシュ構造体１が内張されているため、導波部５１０内にメッシュ構造体１からなる平滑な導波路を形成することができる。その結果、導波部５１０内を伝送する電磁波の損失を減らすことができる。
なお、本実施形態の導波管５００では、導波部５１０の長手方向と垂直な断面形状が矩形状である場合を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態の導波管５００は、導波部５１０の長手方向と垂直な断面形状が正方形状、円形状、楕円形状等であってもよい。
１ メッシュ構造体
１０ 素線
１００ アンテナ反射鏡
１１０ アンテナ展開機構
１２０ バンド
１３０ アンテナ反射鏡面
２００ 電磁シールド材
３００ 磁気記憶装置
３１０ 磁気ディスク
３２０ ヘッド
３３０ 筐体
４００，５００ 導波管
４１０，５１０ 導波部
４１１，５１１ 開口部
４２０，５２０ フランジ
４３０，５３０ 導波管本体

Claims (6)

  1. ジルコニウム銅繊維の素線をトリコット編みした編物であり、前記ジルコニウム銅繊維は、銅にジルコニウムを０．２５ａｔ％～５．０ａｔ％添加した合金を伸線加工した繊維であり、
    前記ジルコニウム銅繊維は、導電率が１５％ＩＡＣＳ～９５％ＩＡＣＳ、機械的強度が４５０ＭＰａ～２０００ＭＰａ、熱膨張係数が１．８×１０ －５ ／℃であることを特徴とするメッシュ構造体。
  2. 前記ジルコニウム銅繊維の素線の表面にメッキ層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のメッシュ構造体。
  3. 請求項１または２に記載のメッシュ構造体を含むことを特徴とするアンテナ反射鏡。
  4. 請求項１または２に記載のメッシュ構造体を含むことを特徴とする電磁シールド材。
  5. 請求項１または２に記載のメッシュ構造体を含む中空体であることを特徴とする導波管。
  6. 請求項１に記載のメッシュ構造体の製造方法であって、
    ジルコニウム銅繊維の素線と、水溶性繊維の素線とを含み、前記ジルコニウム銅繊維の素線と前記水溶性繊維の素線とでトリコット編みした第１の編物を形成する工程と、
    前記第１の編物を水中に浸漬して、前記水溶性繊維の素線を溶解し、前記ジルコニウム銅繊維の素線を含む第２の編物を形成する工程と、を有し、
    前記ジルコニウム銅繊維は、導電率が１５％ＩＡＣＳ～９５％ＩＡＣＳ、機械的強度が４５０ＭＰａ～２０００ＭＰａ、熱膨張係数が１．８×１０ －５ ／℃であることを特徴とするメッシュ構造体の製造方法。
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