JP6667914B2 - 断熱材及び多層断熱材 - Google Patents
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Description
例えば、宇宙探査機や人工衛星などの宇宙空間で動作する宇宙機器は、正常な機能を果たすためには、宇宙機器内部の温度上昇や温度低下を所定の範囲内に抑制することが求められる。一例として、太陽と宇宙機の距離が近いなどにより太陽光強度が強い領域の場合には、太陽光の入射による宇宙機器内部の温度上昇を低減する必要がある。一方、例えば太陽と宇宙機の距離が遠いなどにより太陽光強度が低い領域の場合には、宇宙機器内部からの放熱による温度低下を抑制する必要がある。
電波を透過させるように構成された第1誘電体多層膜と、
赤外線放射率が0.5未満であり、電波を透過させるように構成された第2誘電体多層膜と、
第1誘電体多層膜が形成された第1主面と、第2誘電体多層膜が形成された第2主面と、を含む第1基材と、を具備する、断熱材を提供する。
また、太陽光が入射しない領域においては、より温度が高い断熱対象物(例えば宇宙機器)から赤外線が放射されるが、当該断熱材によって赤外線放射をカットすることができる。これにより、当該断熱材10を備える断熱対象物は、内部の温度低下を抑制することができるため、正常な機能を確保することができる。
さらに、この断熱材では、第1誘電体多層膜及び第2誘電体多層膜を組み合わせることにより、金属を用いないため、電波を透過させることができる。
スペーサは、ポリイミドフォームで形成することによって、軽量で断熱材とすることが好ましい。
積層された複数の基材と、
電波を透過させるように構成され、複数の基材それぞれの少なくとも一方の主面に形成された誘電体多層膜と、
複数の基材の間に配置されたスペーサと、を具備し、
複数の誘電体多層膜の少なくとも一つの赤外線放射率が0.5未満である、多層断熱材(MLI:Multilayer Insulator)を提供することもできる。
太陽光が入射する領域においては、断熱材の表面において赤外線を高放射することから、当該断熱材を備える断熱対象物(例えば宇宙機器)では、太陽光の影響による温度上昇を抑制することができ、赤外線放射をカットすることができるため、正常な機能を確保することができる。
また、太陽光が入射しない領域においては、より温度が高い断熱対象物(例えば宇宙機器)から赤外線が放射されるが、当該断熱材によって赤外線放射をカットすることができる。これにより、当該断熱材10を備える断熱対象物は、内部の温度低下を抑制することができるため、正常な機能を確保することができる。
さらに、例えば宇宙探査機のように電波の送受を行う必要のある宇宙機器では、アンテナを断熱材の外側に配置する必要がある。したがって、例えば太陽光が入射する領域における宇宙機器では、アンテナが宇宙空間に直接晒されるため、断熱材に覆われていないアンテナに太陽光が直接入射するため、アンテナが温度上昇しやすい。温度上昇したアンテナの熱は宇宙機器の本体に伝導するため、宇宙機器の内部が温度上昇しやすくなる。しかし、本発明の断熱材は電波を透過させることができることから、アンテナを断熱材の内側へ収容可能となり、より断熱性を向上させることが可能となる。また、太陽光が入射しない領域における宇宙機器においても、アンテナを断熱材の内側に収容することによって、宇宙機器の内部温度の低下を抑制でき、より断熱性を向上させることが可能となる。
図1A,1Bは、本発明の一実施形態に係る多層断熱材10が宇宙機器の外面に貼り付けられた状態を示す部分断面図である。図1A,1Bは、多層断熱材10が宇宙機器の本体を構成する構造材20の外面に貼り付けられた状態を示している。図1A,1Bにおいて、多層断熱材10の上方が宇宙空間であり、構造材20の下方が宇宙機器の内部である。図1Aは太陽光が入射する場合を示し、図1Bは太陽光が入射しない場合を示す。
2.1 全体構成
図2は、図1Aの一点鎖線で囲んだ領域A1を拡大して示す部分断面図である。構造材20の外面には相互に間隔をあけて配置された複数の接続部30が設けられ、複数の接続部30によって多層断熱材10と構造材20との間に空間が形成されている。これにより、多層断熱材10と構造材20との間での熱伝導を防止することができ、断熱性能をより発揮することができる。
図3は、図2の一点鎖線で囲んだ領域A2を更に拡大して示す部分断面図である。図1Aに示す多層断熱材10の第1光学部材11は、第1基材B1と、第1誘電体多層膜F1と、第2誘電体多層膜F2と、を有する。第1誘電体多層膜F1は、第1基材B1の外側の主面に形成されている。第2誘電体多層膜F2は、第1基材B1の内側の主面に形成されている。
第1基材の厚みは、一例として、10〜1000μmであってもよく、15〜500μmであってもよく、20〜200μmであってもよい。
第2誘電体多層膜F2における高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜の組み合わせとしては、例えば、Geと硫化物、Geとフッ化物、などの組み合わせが挙げられる。Geと組み合わせることができる低屈折率の硫化物としては、例えば、硫化亜鉛(ZnS)などが挙げられる。また、Geと組み合わせることができる低屈折率のフッ化物としては、例えば、フッ化カルシウム(CaF2)、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化バリウム(BaF2)などが挙げられる。
第2誘電体多層膜F2では、各誘電体膜の厚さを適切に設定することにより、赤外領域の波長帯全域を反射することが可能となる。各誘電体膜の厚さは、任意の設計手法に基づいて設計可能である。また、第2誘電体多層膜F2における誘電体膜の層数は適宜決定可能である。
図8は、図2の一点鎖線で囲んだ領域A4を更に拡大して示す部分断面図である。第2光学部材12は、第2基材B2と、第3誘電体多層膜F3と、を有する。第3誘電体多層膜F3は、第2基材B2の両主面にそれぞれ形成されている。以下の説明では、主に最も外側の第2光学部材12について説明するが、他の第2光学部材12も同様の構成を有する。
このように、赤外線の低放射と低吸収の繰り返しにより、内側の光学部材に赤外線が伝わりにくくなり、赤外線がカットされる。したがって、第2光学部材12を第1光学部材11に対向して配置することにより、多層断熱材10の断熱性能を更に向上させることができる。また、他の第2光学部材12も、最も外側の第2光学部材12と同様の機能を発揮する。このように、複数の第2光学部材12の作用により、多層断熱材10の断熱性能が更に向上する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
このような多層断熱材であっても、断熱効果を発揮できる。
11…第1光学部材
12…第2光学部材
13…スペーサ
20…構造材
30…接続部
F1,F2,F3…誘電体多層膜
B1,B2…基材
Claims (5)
- 電波を透過させるとともに、太陽光の波長帯の全領域にわたって反射し、太陽光よりも大きい波長帯の赤外線を放射するように構成された第1誘電体多層膜と、
赤外線放射率が0.5未満であり、電波を透過させるように構成された第2誘電体多層膜と、
前記第1誘電体多層膜が形成された第1主面と、前記第2誘電体多層膜が形成された第2主面と、を含む基材と、
を具備する、断熱材。 - 前記基材の前記第2主面側に配置されたスペーサを更に具備する、
請求項1に記載の断熱材。 - 前記スペーサがポリイミドフォームで形成された、
請求項2に記載の断熱材。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の断熱材を具備する、
多層断熱材。 - 積層された複数の基材と、
電波を透過させるように構成され、前記複数の基材それぞれの少なくとも一方の主面に形成された複数の誘電体多層膜と、
前記複数の基材の間に配置されたスペーサと、を具備し、
前記複数の誘電体多層膜の少なくとも一つが、太陽光の波長帯の全領域にわたって反射し、太陽光よりも大きい波長帯の赤外線を放射するように構成された第1誘電体多層膜であり、
前記複数の誘電体多層膜の少なくとも一つが、赤外線放射率が0.5未満の第2誘電体多層膜である、
多層断熱材。
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