(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ１０〜３０μｍのチタン薄葉材を水素ガスまたは不活性ガス雰囲気下、７００〜７４０℃で焼鈍した後、エンボス加工により複数の凹凸を形成するにあたり、複数の突起が形成された第１金型部材と、この第１金型部材に対向する面に上記突起の先端部を受入れ得るように上記各突起に対応された複数の凹部が形成された第２金型部材と、これら第１金型部材及び第２金型部材の間に配設され上記突起を個々に挿通させる複数の貫通穴が形成された板状の第３金型部材を用い、上記第２金型部材と上記第３金型部材の間に挿入された上記焼鈍後のチタン薄葉材にエンボス突起を形成することを特徴とするチタン薄葉材のエンボス加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の加工方法で加工されたチタン薄葉材を用いた多層断熱材。
【請求項３】
請求項１に記載の加工方法で加工されたチタン薄葉材であって、隣り合うチタン薄葉材の幅方向の端部をオーバーラップさせ、オーバーラップ部分をスポット溶接あるいはシーム溶接で接合してあることを特徴とする多層断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星等の宇宙飛翔体の外表面に使用される熱制御材などとして好ましく用いることができる多層断熱材、及び該多層断熱材に用いるチタン薄葉材のエンボス加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星、スペースシャトル、宇宙ステーションなどの宇宙飛翔体には熱制御材として多くの耐熱性フィルムが使用されている。代表的なものとして、ポリイミドフィルム、フッ素樹脂フィルムなどが挙げられる。これらの耐熱性フィルムは、宇宙空間において、衝突したゴミやチリが付着して熱制御材の機能を発揮できなくなる。このため、これらの欠点を補うべく種々の試みがなされている。例えば、ゴミやチリの付着を防止するための帯電防止化技術として、樹脂フィルムの表面にスパッタリング法によりステンレスのような金属の導電層を設けた帯電防止用保護フィルムがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、樹脂中にカーボンブラック等の導電性物質を分散させたスラリー液から導電性フィルム（無端ベルト）を形成する技術がある（例えば特許文献２参照）。また、人工衛星に搭載する熱制御材として、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、金属蒸着によ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断熱性を図った多層断熱ブランケットがある（例えば非特許文献１参照）。以下、このような多層断熱材あるいは多層断熱ブランケットをＭＬＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｌａｙｅｒ  Ｉｎｓｕｒａｔｉｏｎ）と称す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１１５２５１号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】特許第３４６３０６６号公報（第６頁、実施例）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】茂原正道「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（第１６８−１７０頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のような従来技術の場合、スパッタリングのための高真空や精度の高い雰囲気制御を備えた装置が必要で、コスト高になり、量産性にも欠ける。更に、耐熱性が４００℃程度となる。特許文献２のような技術においても樹脂の熱的性質に左右され、やはり４００℃程度が限界となる。近年、衛星の大型化、高精度化に伴い、推力発生装置の性能が向上してきたため、５００℃を越える高温環境での熱制御材が求められているが、上記非特許文献１のような通常のＭＬＩでは耐熱温度が低いため対応できないと言う課題がある。このため、海外では高温部分の熱制御材として、ステンレスの薄板や超耐熱性フィルムにステンレス、チタンなどの金属を蒸着した高温用ＭＬＩなどが使用されている。しかし、これらの熱制御材は質量、加工性、コストなどの点で問題があり、また更なる耐熱温度の要求に対し既存の材料では耐熱温度が低く、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】
この発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、軽量でコストも抑えられ、５００℃の高温下でも安定した状態で熱制御できる多層断熱材を得ることを第１の目的としている。また、該多層断熱材に用いるチタン薄葉材を、低コストで耐熱化加工できる量産性に優れた加工方法を得ることを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る多層断熱材は、厚さ１０〜３０μｍのチタン薄葉材を水素ガスまたは不活性ガス雰囲気下、７００〜７４０℃で焼鈍した後、エンボス加工により複数の凹凸を形成するにあたり、複数の突起が形成された第１金型部材と、この第１金型部材に対向する面に上記突起の先端部を受入れ得るように上記各突起に対応された複数の凹部が形成された第２金型部材と、これら第１金型部材及び第２金型部材の間に配設され上記突起を個々に挿通させる複数の貫通穴が形成された板状の第３金型部材を用い、上記第２金型部材と上記第３金型部材の間に挿入された上記焼鈍後のチタン薄葉材にエンボス突起を形成することを特徴とするチタン薄葉材のエンボス加工方法で加工されたチタン薄葉材を用いたものである。
【０００９】
また、この発明に係る多層断熱材に用いるチタン薄葉材のエンボス加工方法は、厚さ１０〜３０μｍのチタン薄葉材を水素ガスまたは不活性ガス雰囲気下、７００〜７４０℃で焼鈍した後、エンボス加工により複数の凹凸を形成するにあたり、複数の突起が形成された第１金型部材と、この第１金型部材に対向する面に上記突起の先端部を受入れ得るように上記各突起に対応された複数の凹部が形成された第２金型部材と、これら第１金型部材及び第２金型部材の間に配設され上記突起を個々に挿通させる複数の貫通穴が形成された板状の第３金型部材を用い、上記第２金型部材と上記第３金型部材の間に挿入された上記焼鈍後のチタン薄葉材にエンボス突起を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の多層断熱材においては、厚さ１０〜３０μｍのチタン薄葉材を水素ガスまたは不活性ガス雰囲気下、７００〜７４０℃で焼鈍した後、エンボス加工により複数の凹凸を形成するにあたり、複数の突起が形成された第１金型部材と、この第１金型部材に対向する面に上記突起の先端部を受入れ得るように上記各突起に対応された複数の凹部が形成された第２金型部材と、これら第１金型部材及び第２金型部材の間に配設され上記突起を個々に挿通させる複数の貫通穴が形成された板状の第３金型部材を用い、上記第２金型部材と上記第３金型部材の間に挿入された上記焼鈍後のチタン薄葉材にエンボス突起を形成することを特徴とするチタン薄葉材のエンボス加工方法で加工されたチタン薄葉材を用いたことにより、従来のＭＬＩに比べて軽量性（低比重）、耐熱性、高強度等、金属材本来の物理的、機械的特性が保持され、さらに断熱特性が向上され、高温下で安定した状態で熱制御できる。また、加工が容易であり金型のメンテナンスも容易なことでコストも抑えられる。
【００１１】
また、この発明の多層断熱材に用いるチタン薄葉材のエンボス加工方法によれば、厚さ１０〜３０μｍのチタン薄葉材を水素ガスまたは不活性ガス雰囲気下、７００〜７４０℃で焼鈍した後、エンボス加工により複数の凹凸を形成するにあたり、複数の突起が形成された第１金型部材と、この第１金型部材に対向する面に上記突起の先端部を受入れ得るように上記各突起に対応された複数の凹部が形成された第２金型部材と、これら第１金型部材及び第２金型部材の間に配設され上記突起を個々に挿通させる複数の貫通穴が形成された板状の第３金型部材を用い、上記第２金型部材と上記第３金型部材の間に挿入された上記焼鈍後のチタン薄葉材にエンボス突起を形成するようにしたので、一般的な設備を用いて低コストで量産性高く耐熱化加工することができ、金型のメンテナンスも容易な加工方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による多層断熱材に用いる複数の凹凸が形成されたチタン薄葉材を示す平面図である。
【図２】図１に示されたチタン薄葉材の凸部を模式的に説明する側面図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるチタン薄葉材のエンボス加工方法を概略的に説明する図であり、（ａ）はエンボス加工装置の要部構成図、（ｂ）は図３（ａ）に示されたプレス順送型を概念的に説明する斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるチタン薄葉材のエンボス加工方法に用いるプレス順送型を概念的に説明する斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態４によるエンボス加工されたチタン薄葉材の広幅品の製造法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による多層断熱材に用いる複数の凹凸が形成されたチタン薄葉材を示す平面図、図２は図１に示されたチタン薄葉材の凸部（エンボス突起）を模式的に説明する側面図である。図において、チタン薄葉材としてのチタン箔１は、厚さｔが１０μｍ〜３０μｍ、更に好ましくは２０〜２５μｍ、幅Ｗが２５０±１．０ｍｍの金属チタンの長尺フィルム状（シート状、あるいは膜状）であり、エンボス加工によって形成されたエンボス突起である複数の凸部２が千鳥格子状に形成されている。
【００１４】
なお、上記凸部２は、図の左右両端部の接合代部を除く中央部の全領域に形成されている。なお、この例では、接合代部の幅Ａは１１±０．５ｍｍ、中央部の幅Ｂは２２８±０．５ｍｍである。また、凸部２の直径φは３ｍｍ、高さｈは０．３ｍｍ（＋０．１５ｍｍ、−０ｍｍ）、図１の上下方向に隣り合う凸部２相互の１／２ピッチ寸法Ｃは、２．９±０．１ｍｍ、図の左右方向に隣り合う凸部２相互の１／２ピッチ寸法Ｄは、２．９±０．１ｍｍである。
【００１５】
上記のようなチタン箔１への凸部２の形成加工は、後述する実施の形態２のチタン薄葉材のエンボス加工方法によって、プレスの順送型を用いてチタン箔１を図１の矢印Ｅ方向に逐次移動させつつ連続的に行われる。上記チタン箔１の厚さが１０μｍよりも薄くなると凸部２の形成加工が困難となり、また、弱い力でも破損し易くなるので好ましくない。一方、該厚さが３０μｍよりも厚くなると、得られるＭＬＩの質量が大きくなり、効果の割にコストが増加するので好ましくない。従って、チタン箔１の厚さｔは１０μｍ〜３０μｍの範囲が好ましく、就中２０μｍ〜２５μｍの範囲とすることは実用上更に好ましい。
【００１６】
なお、上記凸部２の直径φは、３ｍｍに限定されるものではなく、適宜変更できる。直径φを３ｍｍよりも小さくした場合は、直径φに応じて隣り合う凸部２相互の間隔を小さくし、大きくした場合は間隔を大きくすることが望ましい。一方、凸部２の高さｈは、０．３ｍｍ以上、更に好ましくは０．３５ｍｍ以上が良い。該高さｈが０．３ｍｍ未満の場合、熱制御材としての隣接する薄葉材相互の間の伝熱特性を低下させる効果の発現が不十分となるので、０．３ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００１７】
凸部２を側面から見たときの形状は図２に示すように、大凡半円形状ないしはドーム状である。凸部２のチタン箔１の平面部との境界部、及び凸部２の頂部の周囲部は滑らかな曲線状に形成されている。また、凸部２をチタン箔１の面方向に多数設ける場合のパターンとして、図２のように千鳥格子状に配設することは、チタン箔１を複数層に重ねた場合、隣接する層間で凸部２の位置が合致して一方の凸部の裏側の凹部に他方の凸部が入り込む確率が小さくなるので、正方格子状とするよりも望ましい。なお、凸部２はランダムに配置しても差し支えない。
【００１８】
上記のように形成されたチタン箔１は、千鳥格子状に多数の凸部（エンボス突起）２が形成されていることにより、複数層に重ねてＭＬＩ（図示省略）を構成したときのチタン箔１相互間の接触面積が小さくなることで伝導断熱を顕著に低下できる。本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、実施の形態１のＭＬＩは、従来の耐熱フィルムにアルミニウムをスパッタしたＭＬＩに比べて、金属チタンフィルム本来の機械的性質、帯電防止特性が保持され、更に５００℃以上に曝される環境でも十分な耐熱性及び断熱特性が向上されたものであることが確認された。
【００１９】
このため、該チタン箔１を複数層に重ねたＭＬＩは、人工衛星の例えば推進エンジン部近傍の５００℃を超える部分などに用いる熱制御材として好ましく、人工衛星を安定した状態で保護することができる。また、素材が薄いので得られるＭＬＩは可撓性に富み、取り扱いが容易である。さらに質量を小さくできるので、人工衛星に用いる場合には特に有利である。なお、上記チタン箔１のみでＭＬＩを構成しても良いが、目的、用途に応じてチタン箔１を他の薄葉材と組み合わせて複合素材からなるＭＬＩとしても良い。
【００２０】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るチタン薄葉材のエンボス加工方法を概略的に説明する図であり、（ａ）はエンボス加工装置の要部構成図、（ｂ）は図３（ａ）に示されたプレス順送型を概念的に説明する斜視図である。図において、エンボス加工装置１０は、ロール状ないしはコイル状に巻かれたチタン薄葉材であるチタン箔１１を矢印Ｅ方向に送出する送出部１２、この送出部１２から送出されたチタン箔１１を検出すると共にガイドするガイドロール部１３、及びこのガイドロール部１３を経たチタン箔１１の挿入ガイド１４ａを有するエンボス加工プレス部１４、図示省略している巻取装置などを備えている。エンボス加工プレス部１４は、加圧＆順送り構成となっているが、一般的なプレス装置を利用できる部分であるので、機構部等の詳細は図示省略している。
【００２１】
エンボス加工プレス部１４の要部構成物である金型は、図３（ｂ）に示すように、複数の凹部１５ａが千鳥格子状に規則的に形成された第１の金型１５と、この第１の金型１５に対向する面に、例えばシリコーンラバーなどの弾性材１６が設けられた第２の金型１７を備えている。上記凹部１５ａは、直径３ｍｍ、深さ３ｍｍで凹部１５ａの周縁部は所定半径のＲ状に形成されている。上記弾性材１６は厚さ３ｍｍの板状である。
【００２２】
上型である第２の金型１７は、下型である第１の金型１５との間に設けられたチタン箔１１に対して弾性材１６を介してプレス圧：４０ＭＰａで矢印Ｆ方向に加圧するように構成されている。上記チタン箔１１は、厚さ１０〜３０μｍ好ましくは厚さ２０〜２５μｍのもので、圧延後、巻出し及び巻取り機構を備えた、水素ガス、またはアルゴンガスあるいは窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下、７００℃〜７４０℃の炉内で高温熱処理したものが好ましく用いられる。焼鈍したチタン箔１１は、機械的破断時の伸びが１５％以上になり、エンボス加工時の０．３５ｍｍ以上の凸部高さに対し、先端クラックなどの欠陥発生が生じないものとなる。
【００２３】
上記のように構成された実施の形態２によるエンボス加工装置１０においては、送出部１２から矢印Ｅ方向に送出されたチタン箔１１に対し、エンボス加工プレス部１４において、複数の凹部１５ａが千鳥格子状に規則的に形成された第１の金型１５と第２の金型１７の間に挿入されたチタン箔１１を、弾性材１６を介してプレスすることで、弾性材１６の弾性変形圧力によって、チタン箔１１に第１の金型１５の凹部１５ａに対応した位置にエンボス突起である凸部２（図１、２）が千鳥格子状のパターンで形成される。チタン箔１１は、順次エンボス加工プレス部１４に送出され、エンボス突起である凸部２が連続的に形成され、図示省略している巻取装置に巻き取られる。なお、形成された凸部２は、上記の条件で設計寸法と略同じの直径３ｍｍ、凸部の高さ０．３５ｍｍで、マイクロクラックなど欠陥や加工むらの無いエンボス加工チタン箔を製造することができた。
【００２４】
上記のように実施の形態２によれば、チタン箔１を水素ガスまたは不活性ガス雰囲気下で焼鈍した後、複数の凹部１５ａが千鳥格子状に規則的に形成された第１の金型１５と第２の金型１７の間でシリコーンラバーなどの弾性材１６を介してプレスし、該弾性材１６の弾性変形圧力でエンボス突起である凸部２を形成するようにしたので、一般的な設備を用いて量産性高く容易に製造することができる。加工コストも安価にできる。また、得られた多数の凸部２を有するチタン箔は、チタン金属箔本来の機械的、物理的性質が保持され、さらにＭＬＩを構成したときの断熱特性が向上され、５００℃以上に晒される人工衛星の推進エンジン部の熱制御材として実用に耐えるものである。
【００２５】
なお、第１の金型１５及び第２の金型１７をローラー状に形成し、第２の金型１７の外周面に弾性材１６を設け、第２の金型１７を第１の金型１５に対して所定の圧力をかけつつ回転させ、第１、第２の金型１５、１７相互の間に介装されたチタン箔１に対して連続してエンボス加工するように構成することもできる。
【００２６】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３によるチタン薄葉材のエンボス加工方法に用いるプレス順送型を概念的に説明する斜視図である。なお、この実施の形態３は、実施の形態２におけるエンボス加工プレス部１４に用いる金型を以下説明するように変更したものである。図において、エンボス加工プレス部１４に用いる金型は、千鳥格子状に突設された複数の突起１８ａを有する第１金型部材１８と、この第１金型部材１８に対向する面に上記突起１８ａの先端部を受入れ得るように各突起１８ａに対応された複数の凹部１９ａが形成された第２金型部材１９と、これら第１金型部材１８及び第２金型部材１９の間に配設され上記突起１９ａを個々に挿通させる複数の貫通穴２０ａが形成された板状の第３金型部材２０からなる。
【００２７】
なお、下型である第１金型部材１８の上記突起１８ａは、直径３ｍｍ、高さ３ｍｍで、突起１８ａの頂部は半球状ないしはドーム状で、周囲が滑らかな曲線状にＲ加工されている。中型である第３金型部材２０は、板厚が２．５ｍｍで、貫通穴２０ａの直径が３．２ｍｍである。また、上型である第２金型部材１９に設けられた凹部１９ａは、直径が３．２ｍｍ、深さ１．６ｍｍである。その他の構成は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
上記のように構成された実施の形態３においては、焼鈍後のチタン箔１１は、図示のように第２金型部材１９と第３金型部材２０の間に位置するように送給され、第３金型部材２０の貫通穴２０ａを貫通される第１金型部材１８の突起１８ａが第２金型部材１９に設けられた凹部１９ａに進入するときに塑性変形され、チタン箔１１に断熱性能を与える寸法である、高さが０．３５ｍｍのエンボス突起が形成される。なお、第３金型部材２０の板厚を変えることで凸部（エンボス突起）２（図１、２）の高さを調整できる。
【００２９】
上記実施の形態３によれば、チタン薄葉材を不活性ガス雰囲気下で焼鈍した後、エンボス加工するようにしたので、汎用的な設備を用いて量産性高く加工することができるなど、上記実施の形態２と同様の効果が期待できる。また、エンボス加工プレス部１４に弾性材１６を用いていないので、金型のメンテナンスが容易となる。
【００３０】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４によるエンボス加工されたチタン薄葉材の広幅品の製造法を説明する図である。なお、この実施の形態４は、実施の形態２、３のような方法によって得られた図１に示すような実施の形態１の成形加工品から広幅品を得るものである。また、図５中、エンボス突起は図示していない。厚さが１０〜３０μｍ程度のチタン薄葉材は、通常のアルミニウムやステンレス箔のように５００〜１０００ｍｍ幅の広幅品を製造することが難しく、鉄鋼材メーカ等から得られる焼鈍したチタン箔は、現状では１００〜２８０ｍｍ幅のものである。
【００３１】
図において、幅Ｗａが２５０ｍｍのエンボス加工された第１のチタン箔１ａと、幅Ｗｂが２５０ｍｍのエンボス加工された第２のチタン箔１ｂとは幅方向の端部１０ｍｍをオーバーラップさせ、オーバーラップした部分Ｇを図５のドット２１で示すように約１０ｍｍ〜２０ｍｍ間隔でチタン箔１ａ、１ｂ同士を、スポット溶接あるいはシーム溶接等の接合手段で接合する。これにより、全幅が４９０ｍｍの広幅の熱制御材が得られる。
上記のように実施の形態４によれば、５００℃以上に晒される人工衛星の推進エンジン部の熱制御材として適用する場合などに好適な広幅の大きな形状のＭＬＩを製造することができる。なお、必要があれば更に広幅にできることは言うまでもない。
【００３２】
なお、上記実施の形態１〜４で例示したチタン箔１（１ａ、１ｂ）の幅や厚さなどの寸法、エンボス突起を構成する凸部２の形状、各寸法、間隔、パターンなどは何れも一例に過ぎず、適宜変更し得るものであることは言うまでもない。また、チタン箔１、１１の素材は純チタン金属、チタン合金の何れでも良い。ところで、上記実施の形態ではこの発明を宇宙飛翔体に用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３３】
１（１ａ、１ｂ）  チタン箔（チタン薄葉材）、  ２  凸部（エンボス突起）、  １０  エンボス加工装置、  １１  チタン箔、  １２  送出部、  １３  ガイドロール部、  １４ａ  挿入ガイド、  １４  エンボス加工プレス部、  １５  第１の金型、  １５ａ  凹部、  １６  弾性材、  １７  第２の金型、  １８  第１金型部材、  １８ａ  突起、  １９ａ  凹部、  １９  第２金型部材、  ２０  第３金型部材、  ２０ａ  貫通穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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