(57)【要約】【課題】  宇宙往還機等の構造物の表面に貼着されて熱防護層を形成するタイル状耐熱材において、製造に要する時間・労力・費用を大幅に削減するとともに、一層の軽量化を達成する。【解決手段】  平面形状が六角形状を呈するセラミックタイル１（タイル状耐熱材）を採用することにより、矩形状タイル２を採用した場合と比較して、所定の構造物の表面に熱防護層を形成するために必要なタイルの枚数やタイル形状の種類を大幅に低減する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の構造物の表面に複数貼着されて熱防護層を形成するタイル状耐熱材であって、
平面形状が六角形状を呈することを特徴とするタイル状耐熱材。
【請求項２】
シリカ繊維を主原料とする低密度セラミックタイルであることを特徴とする請求項１に記載のタイル状耐熱材。
【請求項３】
シリカ繊維を主原料とするとともに、アルミナ繊維、アルミノシリケート繊維及びアルミノボロシリケート繊維のうち少なくとも一つを補強材として配合した低密度セラミックタイルであることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイル状耐熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイル状耐熱材に関し、特に、宇宙往還機等の機体表面に貼着されて熱防護層を形成するタイル状耐熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、宇宙空間で所定の任務を果たした後、自身で軌道を離脱して大気層に突入して地上への帰還を果たす有翼型又はカプセル型の宇宙往還機が実用化されている。かかる宇宙往還機が宇宙空間から地球に帰還する際には、大気による空力加熱により厳しい高温環境にさらされ、機体表面は４００℃〜１５００℃もの高温に達する。このため、宇宙往還機の機体表面に耐熱及び断熱を目的とした熱防護材を貼着して、過酷な高温環境に耐え得る熱防護層を形成するようにしている。
【０００３】
宇宙往還機用の従来の熱防護材としては、カーボン／カーボン複合材料、耐熱金属製熱防護材、セラミックタイル等が提案されているが、カーボン／カーボン複合材料は製造コストが高く耐熱金属製熱防護材は重量が大きいという問題がある。このため、軽量でしかも比較的製造コストが低いセラミックタイルが好適に使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、近年においては、格子状のフェルト状断熱材の間にタイル状断熱材を配置してシート状の複合断熱材を構成し、この複合断熱材の両面に耐熱クロスを縫い合わせて可撓性断熱材を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−２１８６７７号公報（第４頁）
【特許文献２】特開平１０−２４６３９１号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載されたようなセラミックタイルは、図４に示すように平面形状が「矩形状」を呈するように構成されるのが一般的であった。そして、この「矩形状」のセラミックタイル（以下「矩形状タイル」という）２００を図４に示すような宇宙往還機１００の胴体下面１１０や翼下面１２０に複数貼着して熱防護層を形成する際には、貼着する表面の形状に対応させてタイル形状を一個ずつ異ならせていた。
【０００６】
しかし、従来の「矩形状タイル」を用いた場合には、貼着する表面の形状に対応するように多くの種類のタイル形状を設計・加工する必要があるため、機械加工プログラムを多数要する上に、加工されたタイルの三次元形状を測定するための治具や、タイルを貼着するための治具が多数必要となっていた。また、タイル形状の種類が多くなることに起因して、補修用のタイルの種類も多数必要であった。この結果、タイルの設計・加工・貼着の各作業に多大な時間・労力・費用を要するとともに、タイル全体として重量が大きくなっていた。
【０００７】
また、特許文献１に記載されたようなセラミックタイルを採用する場合には、タイル内への水の侵入を防止する目的でタイル側面にコーティングを施すが、従来の「矩形状タイル」を採用すると、コーティング作業中にタイルの角部が欠けたり割れたりする場合があった。一般的に、タイルの角部の欠けや割れは、角部の角度が小さいほど発生し易いと考えられる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の可撓性断熱材は、タイル状断熱材のほか、格子状のフェルト状断熱材や耐熱クロスを用いて構成されるものであるため、製造コストが比較的多くかかるという問題がある。
【０００９】
本発明の課題は、宇宙往還機等の構造物の表面に貼着されることにより熱防護層を形成するタイル状耐熱材において、製造に要する時間・労力・費用を大幅に削減するとともに、一層の軽量化を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の構造物の表面に複数貼着されて熱防護層を形成するタイル状耐熱材であって、平面形状が六角形状を呈することを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、平面形状が「六角形状」を呈するタイル状耐熱材を採用しているので、従来の「矩形状タイル」を採用した場合と比較して、所定の構造物の表面に熱防護層を形成するために必要なタイルの枚数やタイル形状の種類を大幅に低減することができる。従って、タイルの設計・加工・貼着の各作業に要する時間・労力・費用を大幅に削減することができるとともに、タイル全体としての軽量化を達成することができる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明によれば、平面形状が「六角形状」を呈するタイル状耐熱材を採用しているので、従来の「矩形状タイル」と比較すると角部の角度が大きくなる。従って、タイル側面へのコーティング作業が容易となるとともに、コーティング作業中におけるタイルの欠損を少なくして、歩留まりを向上させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイル状耐熱材において、シリカ繊維を主原料とする低密度セラミックタイルであることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、タイル状耐熱材は、シリカ繊維を主原料とする低密度セラミックタイル（例えば密度約０．１４ｇ／ｃｍ3程度のセラミックタイル）であるので、さらなる軽量化を達成することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のタイル状耐熱材において、シリカ繊維を主原料とするとともに、アルミナ繊維、アルミノシリケート繊維及びアルミノボロシリケート繊維のうち少なくとも一つを補強材として配合した低密度セラミックタイルであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、タイル状耐熱材は、シリカ繊維を主原料とするとともに、アルミナ繊維、アルミノシリケート繊維及びアルミノボロシリケート繊維のうち少なくとも一つを補強材として配合した低密度セラミックタイルであるので、軽量化とともに高強度化を達成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、平面形状が「六角形状」を呈するタイル状耐熱材を採用しているので、所定の構造物の表面に熱防護層を形成するために必要なタイルの枚数やタイル形状の種類を大幅に低減することができる。従って、タイルの設計・加工・貼着の各作業に要する時間・労力・費用を大幅に削減することができるとともに、タイル全体としての軽量化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係るタイル状耐熱材の一例として、耐熱性の無機質繊維を重ね合せ無機質接合剤を加えて焼き固めた軽量のセラミックタイル１を挙げて説明することとする。
【００１９】
まず、図１を用いて、本実施の形態に係るセラミックタイル（以下、「本タイル」という）１の構成について説明する。本タイル１は、図１（ａ）に示すように、平面形状が六角形状を呈するものである。平面形状が六角形状を呈する本タイル１を使用することにより、図１（ｂ）に示した矩形状タイル２を使用した場合と比較して、所定の構造物の表面に熱防護層を形成するために必要なタイルの枚数を低減することができる。
【００２０】
例えば、熱収縮の影響でタイルの製造サイズが最大長さ（対角線長さＬ）で制限される場合、図１（ａ）に示した本タイル１の面積Ｓ6と、図２（ａ）に示した従来の矩形状タイル２の面積Ｓ4と、を比較すると、以下の式（１）〜（３）で示されるようにＳ6はＳ4に対して約３０％大きくなる。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
【数２】
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【００２３】
【数３】
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【００２４】
従って、一定面積Ｓを有する表面を覆う場合に必要な本タイル１の枚数をＮ6、矩形状タイル２の枚数をＮ4とすると、以下のような関係式（４）が成り立つ。この式（４）に示されるように、同じ面積を覆う場合には、本タイル１を使用すると矩形状タイル２を使用した場合と比較して枚数を約２３％低減することができる。
【００２５】
【数４】
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【００２６】
また、本タイル１は平面形状が六角形状を呈しているため、所定の表面を覆う場合に「対称形」を多く採用することができるので、従来の矩形状タイル２を使用した場合と比較して必要なタイル形状の種類を低減することができる。
【００２７】
例えば、従来の矩形状タイル２を用いて図３に示したカプセル型宇宙往還機１０の底面１１（直径約５ｍ）を覆う場合には、１２０〜１３０種類のタイル形状が必要となる（図２（ｂ）参照）。これに対し、本タイル１を用いた場合には、３０〜４０種類のタイル形状を採用するだけで同一面積を有する底面１１を覆うことができる（図２（ａ）参照）。このため、タイル形状を決定して加工するために必要な機械加工プログラムの数や、加工されたタイルの三次元形状を測定するための治具の数や、タイルを貼着するための治具の数や、補修用のタイルの数を約１／４に削減することができる。
【００２８】
また、タイルの製造サイズが最大長さ（対角線長さＬ）で制限される場合において、図１（ａ）に示した本タイル１の突合せ長さ（全周長さ）Ｌ6と、図１（ｂ）に示した従来の矩形状タイル２の突合せ長さ（全周長さ）Ｌ4と、を比較すると、各々の突合せ長さＬ6、Ｌ4は式（５）、（６）のように表される。
【００２９】
【数５】
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【００３０】
【数６】
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【００３１】
ここで、本タイル１を使用すると、式（４）に示すように、矩形状タイル２を使用した場合と比較して同じ面積を覆う場合の枚数を低減することができるので、所定面積を覆う場合における矩形状タイル２の突合せ長さの総和ＬS4を例えば「１００Ｌ4」とすると、同じ面積を覆う場合における本タイル１の突合せ長さの総和ＬS6は「約７７Ｌ6」となる。このため、同じ面積を覆う場合における本タイル１の突合せ長さの総和ＬS6は、次式（７）に示されるように、矩形状タイル２の突合せ長さの総和ＬS4と比較して約１８％低減されることとなる。
【００３２】
【数７】
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【００３３】
一般的に、タイル側面には水の侵入を防ぐ目的でコーティングが施され、タイル間にはギャップフィラが埋設されるが、コーティング時に使用される塗料の重量（体積）やギャップフィラの重量（体積）は、タイルの突合せ長さの総和に比例する。本タイル１を使用した場合には、式（７）に示すように、矩形状タイル２を使用した場合と比較して突合せ長さの総和を約１８％低減することができるので、コーティング時に使用される塗料の重量（体積）やギャップフィラの重量（体積）を約１８％低減することができる。
【００３４】
本タイル１の厚さは、要求される熱防護特性や強度特性等に応じて適宜決めることができる。また、本タイル１の密度は、要求される重量や強度特性に応じて適宜決めることができる。例えば軽量化を目的とする場合には、高純度シリカ繊維を主原料とした密度約０．１４ｇ／ｃｍ3程度の低密度セラミックタイルを調製するようにする。また、軽量化とともに高強度化を目的とする場合には、シリカ繊維を主原料とするとともに、アルミナ繊維、アルミノシリケート繊維及びアルミノボロシリケート繊維のうち少なくとも一つを補強用無機質繊維（補強材）として配合した密度約０．２０ｇ／ｃｍ3程度の低密度セラミックタイルを調製するようにする。なお、本発明において低密度セラミックタイルとは、密度約０．２０ｇ／ｃｍ3以下のセラミックタイルを意味する。
【００３５】
以上説明した実施の形態においては、平面形状が「六角形状」を呈するセラミックタイル（本タイル）１を採用しているので、所定の構造物の表面（例えばカプセル型宇宙往還機１０の底面１１）を覆う場合に必要なタイルの枚数やタイル形状の種類を、従来の矩形状タイル２を使用した場合と比較して低減することができる。この結果、タイルの設計・加工・貼着の各作業に要する時間・労力・費用を大幅に削減することができるとともに、タイル全体としての軽量化を達成することができる。
【００３６】
また、以上説明した実施の形態においては、平面形状が「六角形状」を呈するセラミックタイル（本タイル）１を採用しているので、所定の構造物の表面を覆う場合におけるタイルの突合せ長さの総和を、従来の矩形状タイル２を使用した場合と比較して低減することができる。従って、タイル側面へのコーティング時に使用される塗料の重量（体積）や、タイル間に埋設されるギャップフィラの重量（体積）を低減することができる。
【００３７】
また、以上説明した実施の形態に係るセラミックタイル（本タイル）１の平面形状は「六角形状」を呈しているので、従来の矩形状タイル２と比較すると角部の角度が大きくなる。従って、タイル側面へのコーティング作業が容易となるとともに、コーティング作業中におけるタイルの欠損を少なくして、歩留まりを向上させることができる。
【００３８】
なお、以上の実施の形態においては、本発明に係るタイル状耐熱材の一例として、無機質繊維等からなる「セラミックタイル」を採用し、このセラミックタイルの平面形状を「六角形状」とした例を示したが、軽量で耐熱性を有する他の材料で構成したタイル状耐熱材の平面形状を「六角形状」とした場合においても同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、図３に示したカプセル型宇宙往還機１０の側面１２に本タイル１を貼着した場合や、図４に示した有翼宇宙往還機１００の胴体下面１１０や翼下面１２０に本タイル１を貼着した場合や、宇宙往還機以外の構造物の表面に本タイル１を貼着した場合においても、本発明による効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係るセラミックタイルの平面図であり、（ｂ）は従来の矩形状タイルの平面図である。
【図２】（ａ）はカプセル型宇宙往還機の底面を本実施の形態に係るセラミックタイルで覆った状態を示す説明図であり、（ｂ）はカプセル型宇宙往還機の底面を従来の矩形状タイルで覆った状態を示す説明図である。
【図３】本実施の形態に係るセラミックタイルが適用されるカプセル型宇宙往還機の斜視図である。
【図４】（ａ）は従来の矩形状タイルを有翼宇宙往還機の胴体下面に貼着した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は従来の矩形状タイルを有翼宇宙往還機の翼下面に貼着した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      セラミックタイル（タイル状耐熱材）
１０    カプセル型宇宙往還機（所定の構造物）
１１    カプセル型宇宙往還機の底面（所定の構造物の表面）
１２    カプセル型宇宙往還機の側面（所定の構造物の表面）
１００  有翼宇宙往還機（所定の構造物）
１１０  有翼宇宙往還機の胴体下面（所定の構造物の表面）
１２０  有翼宇宙往還機の翼下面（所定の構造物の表面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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