JP4296795B2 - 多層断熱ブランケット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、人工衛星の外表面に実装する熱制御(熱防御)材である金属フィルムによる多層断熱ブランケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多層断熱ブランケット(以下、ＭＬＩ：Multi Layer Insulationと称す)については、すでに人工衛星に搭載する熱制御材の一つとして使用されていることは周知のところである。
【０００３】
従来のＭＬＩの構成の一例として、金属を蒸着した高分子フィルムと高分子のネットから構成されており、金属蒸着により達成される低放射率面の放射断熱と、各フィルム間に挟み込んだ高分子のネットによるフィルム間の伝導断熱により、ＭＬＩの断熱性能が実現される従来技術が知られている(例えば、非特許文献１参照。)。
【０００４】
【非特許文献１】
茂原正道著「宇宙システム概論 −衛星の設計と開発−」培風館、1995年10月30日、P168-170
【０００５】
然るに、近年、衛星が大型化するにともない、推力発生装置の性能が向上してきたため、５００℃を超える高温環境では、耐熱温度が低い通常のＭＬＩでは対応できないという課題がある。
【０００６】
このため、海外では高温部分に熱制御材として、チタンの薄板や耐熱性高分子フィルムによる高温用ＭＬＩなどを使用している。しかし、これらの熱防御材は質量、加工性、コストの点で問題があり、また、更なる耐熱温度が要求される材料が課題となっている。既存の材料は耐熱温度が低く、現在要求されている高温環境でも適用可能な技術は、実現化されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の衛星の高温部分に使用する熱制御材として、チタンの薄板や耐熱性高分子フィルムによるＭＬＩなどが挙げられるが、質量、加工性、コストや耐熱性の点で問題がある。
【０００８】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、上記の質量、加工性、コストや断熱性を改善することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多層断熱ブランケットは、少なくとも一方の最外層が金属フィルム、他の最外層及び内層が耐熱金属フィルムにより積層されるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は推力発生装置近傍で使用するＭＬＩの積層構成を説明するための図であり、１は金属フィルムによるＭＬＩ、２は金属フィルム、３はエンボス加工を施した金属フィルムである。
【００１１】
推力発生装置近傍では高温環境のため、金属を蒸着した高分子フィルムと高分子のネットから構成される従来のＭＬＩでは耐熱温度が低いため対応できない。そのため、従来のＭＬＩ 上に金属フィルム（例えば、チタンをフィルム状に加工して形成されたもの）を積層したＭＬＩ１を重ねた構成とする。
【００１２】
金属フィルム２の上に重ねるエンボス加工を施した金属フィルム３による金属フィルムによるＭＬＩ１の構成を示しており、推力発生装置近傍の高温環境にて使用するＭＬＩは、フィルムＭＬＩの上に重ねて搭載するものである。
【００１３】
金属フィルムによるＭＬＩ１の構成は、宇宙空間および高温環境側に金属フィルム２を施し、第２層目以降は、フィルムの表面に凹凸をつける加工を施したエンボスの金属フィルム３、そして衛星側の最内層に再び金属フィルム２を施す。
【００１４】
ここで、エンボス加工を施した金属フィルム３は、例えば、チタンをフィルム状に加工して形成されたものである。
【００１５】
なお、熱伝達を低下させる処理として、バレル研磨により表面処理を施した金属フィルムにより積層されるものでも良い。
【００１６】
さらにまた、熱伝達を低下させる処理として、薬品により化学的に表面処理を施した金属フィルムにより積層されるものでも良い。
【００１７】
あるいは、上記熱伝達を低下させる処理として、金属を蒸着したフィルムの表面に付着するように処理を施した金属フィルムを積層するものでも良い。
【００１８】
なお、ＭＬＩ１の使用時の応用例として、衛星側の最内層に金属フィルム２を使用しない場合も可能である。
【００１９】
ＭＬＩ内層の金属フィルムにエンボス加工を施すことで、フィルム同士の接触を最小限に抑え、伝導断熱を図っている。この方法により、従来の高分子のネットを用いなくてもＭＬＩの構成が可能であるという効果がある。
【００２０】
実施の形態２．
図２は、ＭＬＩの端部処置構成を示しており、図２（ａ）はＭＬＩの断面図であり最外層の金属フィルム２を展開した時、図２（ｂ）は折り曲げ前の状態を表すＭＬＩの平面図で、図２(ｃ)は折り曲げ後の状態を表すＭＬＩの平面図で最外層の金属フィルム２を折り曲げた時の状態を表し、図２（ａ）のＰ方向から見たものである。
【００２１】
ＭＬＩを形成する際、端部からの放射による熱リークによって断熱性能の劣化が問題となる。そこで、必要な断熱性能を維持するため、ＭＬＩの最外層の金属フィルム２を他の構成品よりも大きく裁断し、それを最内層の金属フィルム２に折り込み、最外層の金属フィルム２の中間に配置されたエンボス加工を施した金属フィルム３の端面部分を包絡するような構成とする。
【００２２】
また、ＭＬＩ最外層の折り曲げの際、金属フィルム２の端部を２回折り曲げることで、接触箇所を増やし層間の熱抵抗を増大させ、面外(積層方向)の熱伝導リークを低減させる効果がある。
【００２３】
実施の形態３．
図３はＭＬＩ端部での金属ワイヤ４による縫製の構成を説明するための図であり、図３（a）はＭＬＩ平面図、図３（ｂ）はＭＬＩ断面図である。
通常使用する高分子の糸では、耐熱温度が約１２０℃であること、また金属のＭＬＩを束ねるほど強度がないためである。
【００２４】
金属ワイヤ４は、例えば、ステンレスワイヤが使用され、フィルムの両端からフィルムが裂けないように当て板５を間に挟んで縫製する。そして、ＭＬＩを往復した後１ステッチごとに結び目６を形成して切断する。
【００２５】
従来のＭＬＩでは端部を縫製する形式であるが、縫製に用いる糸を介しての熱伝導がわずかではあるが発生する。これに対して、金属フィルムによるＭＬＩでは高温環境で使用するため、従来のＭＬＩで使用した糸が溶けてしまうことから、耐熱性に優れた金属ワイヤを用いる。しかし、金属ワイヤでは熱伝導率が大きく、ＭＬＩ上で多く用いることは適切ではない。
【００２６】
そこで、図3のように一定間隔で金属ワイヤを縫製することにより、金属ワイヤを介しての熱伝導を少しでも低減させるよう、このような縫製形式を採用した。その結果、耐熱性および断熱特性の向上という効果がある。
【００２７】
これにより、形成したＭＬＩの構造を維持し、また金属ワイヤを介しての金属フィルム積層方向の熱伝導を低減できるので、耐熱性および断熱特性の向上という効果がある。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、以上で述べたように、従来のＭＬＩに比べて耐熱性および断熱特性の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１による推力発生装置近傍で使用するＭＬＩの積層構成を説明するための図である。
【図２】 実施の形態２によるＭＬＩ端部処置構成を説明するための図である。
【図３】 実施の形態３によるフィルムの縫製の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 金属フィルムによるＭＬＩ、 ２ 金属フィルム、 ３ エンボス加工を施した金属フィルム、 ４ 金属ワイヤ、 ５ 当て板、 ６ 結び目。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、人工衛星の外表面に実装する熱制御(熱防御)材である金属フィルムによる多層断熱ブランケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多層断熱ブランケット(以下、ＭＬＩ：Multi Layer Insulationと称す)については、すでに人工衛星に搭載する熱制御材の一つとして使用されていることは周知のところである。
【０００３】
従来のＭＬＩの構成の一例として、金属を蒸着した高分子フィルムと高分子のネットから構成されており、金属蒸着により達成される低放射率面の放射断熱と、各フィルム間に挟み込んだ高分子のネットによるフィルム間の伝導断熱により、ＭＬＩの断熱性能が実現される従来技術が知られている(例えば、非特許文献１参照。)。
【０００４】
【非特許文献１】
茂原正道著「宇宙システム概論 −衛星の設計と開発−」培風館、1995年10月30日、P168-170
【０００５】
然るに、近年、衛星が大型化するにともない、推力発生装置の性能が向上してきたため、５００℃を超える高温環境では、耐熱温度が低い通常のＭＬＩでは対応できないという課題がある。
【０００６】
このため、海外では高温部分に熱制御材として、チタンの薄板や耐熱性高分子フィルムによる高温用ＭＬＩなどを使用している。しかし、これらの熱防御材は質量、加工性、コストの点で問題があり、また、更なる耐熱温度が要求される材料が課題となっている。既存の材料は耐熱温度が低く、現在要求されている高温環境でも適用可能な技術は、実現化されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の衛星の高温部分に使用する熱制御材として、チタンの薄板や耐熱性高分子フィルムによるＭＬＩなどが挙げられるが、質量、加工性、コストや耐熱性の点で問題がある。
【０００８】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、上記の質量、加工性、コストや断熱性を改善することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多層断熱ブランケットは、少なくとも一方の最外層が金属フィルム、他の最外層及び内層が耐熱金属フィルムにより積層されるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は推力発生装置近傍で使用するＭＬＩの積層構成を説明するための図であり、１は金属フィルムによるＭＬＩ、２は金属フィルム、３はエンボス加工を施した金属フィルムである。
【００１１】
推力発生装置近傍では高温環境のため、金属を蒸着した高分子フィルムと高分子のネットから構成される従来のＭＬＩでは耐熱温度が低いため対応できない。そのため、従来のＭＬＩ 上に金属フィルム（例えば、チタンをフィルム状に加工して形成されたもの）を積層したＭＬＩ１を重ねた構成とする。
【００１２】
金属フィルム２の上に重ねるエンボス加工を施した金属フィルム３による金属フィルムによるＭＬＩ１の構成を示しており、推力発生装置近傍の高温環境にて使用するＭＬＩは、フィルムＭＬＩの上に重ねて搭載するものである。
【００１３】
金属フィルムによるＭＬＩ１の構成は、宇宙空間および高温環境側に金属フィルム２を施し、第２層目以降は、フィルムの表面に凹凸をつける加工を施したエンボスの金属フィルム３、そして衛星側の最内層に再び金属フィルム２を施す。
【００１４】
ここで、エンボス加工を施した金属フィルム３は、例えば、チタンをフィルム状に加工して形成されたものである。
【００１５】
なお、熱伝達を低下させる処理として、バレル研磨により表面処理を施した金属フィルムにより積層されるものでも良い。
【００１６】
さらにまた、熱伝達を低下させる処理として、薬品により化学的に表面処理を施した金属フィルムにより積層されるものでも良い。
【００１７】
あるいは、上記熱伝達を低下させる処理として、金属を蒸着したフィルムの表面に付着するように処理を施した金属フィルムを積層するものでも良い。
【００１８】
なお、ＭＬＩ１の使用時の応用例として、衛星側の最内層に金属フィルム２を使用しない場合も可能である。
【００１９】
ＭＬＩ内層の金属フィルムにエンボス加工を施すことで、フィルム同士の接触を最小限に抑え、伝導断熱を図っている。この方法により、従来の高分子のネットを用いなくてもＭＬＩの構成が可能であるという効果がある。
【００２０】
実施の形態２．
図２は、ＭＬＩの端部処置構成を示しており、図２（ａ）はＭＬＩの断面図であり最外層の金属フィルム２を展開した時、図２（ｂ）は折り曲げ前の状態を表すＭＬＩの平面図で、図２(ｃ)は折り曲げ後の状態を表すＭＬＩの平面図で最外層の金属フィルム２を折り曲げた時の状態を表し、図２（ａ）のＰ方向から見たものである。
【００２１】
ＭＬＩを形成する際、端部からの放射による熱リークによって断熱性能の劣化が問題となる。そこで、必要な断熱性能を維持するため、ＭＬＩの最外層の金属フィルム２を他の構成品よりも大きく裁断し、それを最内層の金属フィルム２に折り込み、最外層の金属フィルム２の中間に配置されたエンボス加工を施した金属フィルム３の端面部分を包絡するような構成とする。
【００２２】
また、ＭＬＩ最外層の折り曲げの際、金属フィルム２の端部を２回折り曲げることで、接触箇所を増やし層間の熱抵抗を増大させ、面外(積層方向)の熱伝導リークを低減させる効果がある。
【００２３】
実施の形態３．
図３はＭＬＩ端部での金属ワイヤ４による縫製の構成を説明するための図であり、図３（a）はＭＬＩ平面図、図３（ｂ）はＭＬＩ断面図である。
通常使用する高分子の糸では、耐熱温度が約１２０℃であること、また金属のＭＬＩを束ねるほど強度がないためである。
【００２４】
金属ワイヤ４は、例えば、ステンレスワイヤが使用され、フィルムの両端からフィルムが裂けないように当て板５を間に挟んで縫製する。そして、ＭＬＩを往復した後１ステッチごとに結び目６を形成して切断する。
【００２５】
従来のＭＬＩでは端部を縫製する形式であるが、縫製に用いる糸を介しての熱伝導がわずかではあるが発生する。これに対して、金属フィルムによるＭＬＩでは高温環境で使用するため、従来のＭＬＩで使用した糸が溶けてしまうことから、耐熱性に優れた金属ワイヤを用いる。しかし、金属ワイヤでは熱伝導率が大きく、ＭＬＩ上で多く用いることは適切ではない。
【００２６】
そこで、図3のように一定間隔で金属ワイヤを縫製することにより、金属ワイヤを介しての熱伝導を少しでも低減させるよう、このような縫製形式を採用した。その結果、耐熱性および断熱特性の向上という効果がある。
【００２７】
これにより、形成したＭＬＩの構造を維持し、また金属ワイヤを介しての金属フィルム積層方向の熱伝導を低減できるので、耐熱性および断熱特性の向上という効果がある。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、以上で述べたように、従来のＭＬＩに比べて耐熱性および断熱特性の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１による推力発生装置近傍で使用するＭＬＩの積層構成を説明するための図である。
【図２】 実施の形態２によるＭＬＩ端部処置構成を説明するための図である。
【図３】 実施の形態３によるフィルムの縫製の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 金属フィルムによるＭＬＩ、 ２ 金属フィルム、 ３ エンボス加工を施した金属フィルム、 ４ 金属ワイヤ、 ５ 当て板、 ６ 結び目。
Claims (13)
- 少なくとも一方の最外層が金属フィルム、他の最外層及び内層が接触による熱伝導と輻射による熱伝達を低下させる処理を行った金属フィルムにより積層される多層ブランケットであって、
上記最外層の一方の金属フィルムを上記他の最外層及び上記内層の金属フィルムよりも大きく裁断し、上記他の最外層及び上記内層の金属フィルムの端面部分を包絡するように折り曲げることを特徴とする多層断熱ブランケット。 - 上記一方の最外層である金属フィルムの折り曲げの際、端部を２回折り曲げることを特徴とする請求項１記載の多層断熱ブランケット。
- 任意のピッチで金属ワイヤを使用して上記多層断熱ブランケットの端面部分を縫製することを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の多層断熱ブランケット。
- 上記熱伝導を低下させる処理として、エンボス加工を施した金属フィルムにより積層されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の多層断熱ブランケット。
- 上記熱伝達を低下させる処理として、バレル研磨や薬品によりフィルム表面の放射率を小さくする処理を施した金属フィルムにより積層されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の多層断熱ブランケット。
- 上記熱伝達を低下させる処理として、金属を蒸着させたフィルムにより積層されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の多層断熱ブランケット。
- 少なくとも一方の最外層が金属フィルム、内層が接触による熱伝導と輻射による熱伝達を低下させる処理を行った金属フィルムにより積層される多層ブランケットであって、
上記最外層の一方の金属フィルムを上記内層の金属フィルムよりも大きく裁断し、上記内層の金属フィルムの端面部分を包絡するように折り曲げることを特徴とする多層断熱ブランケット。 - 上記一方の最外層である金属フィルムの折り曲げの際、端部を２回折り曲げることを特徴とする請求項７記載の多層断熱ブランケット。
- 任意のピッチで金属ワイヤを使用して上記多層断熱ブランケットの端面部分を縫製することを特徴とする請求項７、８のいずれかに記載の多層断熱ブランケット。
- 上記熱伝導を低下させる処理として、エンボス加工を施した金属フィルムにより積層されることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の多層断熱ブランケット。
- 上記熱伝達を低下させる処理として、バレル研磨や薬品によりフィルム表面の放射率を小さくする処理を施した金属フィルムにより積層されることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の多層断熱ブランケット。
- 上記熱伝達を低下させる処理として、金属を蒸着させたフィルムにより積層されることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の多層断熱ブランケット。
- 人工衛星の外表面に実装する熱制御材であり、宇宙空間側の最外層と上記最外層に重ねられた内層とからなる多層断熱ブランケットであって、
上記最外層は金属フィルムであり、
上記内層は、表面に凹凸をつけるエンボス加工を施したチタンのフィルムを複数枚積層した多層のチタンフィルムからなることを特徴とする多層断熱ブランケット。
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- 2003-02-20 JP JP2003042159A patent/JP4296795B2/ja not_active Expired - Fee Related
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