(57)【要約】【課題】  燃焼ガスの発生量や、スラストを変動させず一定に維持することが出来る端面燃焼用固体推進薬及びその製造方法を提供する。【解決手段】  円筒状に成形されたインシュレーション１の内側に、インシュレーションと推進薬との接着力向上を図るための接着剤層３を塗布した後、その内側にスラリー状の推進薬２を充填し、加温硬化させて製作する。接着剤層３の内側にさらにライナー層４を塗布する場合は、塗布したライナー層４の硬化反応が完了した後、その内側にスラリー状の推進薬２を充填し、推進薬２を加温硬化させて製作する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填する端面燃焼用固体推進薬の製造方法であって、
前記インシュレーションを円筒状に成形するステップと、
前記インシュレーションの内側に接着剤層を塗布するステップと、
前記接着剤層の内側にスラリー状のコンポジット系推進薬を充填し、当該推進薬を硬化反応させるステップと、
を具備することを特徴とする端面燃焼用固体推進薬の製造方法。
【請求項２】
前記インシュレーションの材料は、IR、EPDM、NR、又はNBR、あるいはそれらを母層として、アスベスト、アラミド繊維、又は炭素繊維を含む複合材ゴムであり、前記接着剤層の材料は、イソシアネートを含む接着剤であることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填する端面燃焼用固体推進薬の製造方法であって、
前記インシュレーションを円筒状に成形するステップと、
前記インシュレーションの内側に接着剤層を塗布するステップと、
前記接着剤層の内側にライナー層を塗布し、当該ライナー層の硬化反応を完了させるステップと、
前記ライナー層の内側にスラリー状のコンポジット系推進薬を充填し、当該推進薬を硬化反応させるステップと、
を具備することを特徴とする端面燃焼用固体推進薬の製造方法。
【請求項４】
前記インシュレーションの材料は、IR、EPDM、NR、又はNBR、あるいはそれらを母層として、アスベスト、アラミド繊維、又は炭素繊維を含む複合材ゴムであり、前記接着剤層の材料はイソシアネートを含む接着剤であり、前記ライナー層の材料はポリブタジエンを主成分とするものであることを特徴とする、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記インシュレーションの板厚は、前記端面燃焼用固体推進薬をモータケース内に収納した状態で燃焼させたとき、前記推進薬燃焼面と前記インシュレーションとの境界での温度が、当該推進薬燃焼面の中央部に比べ５℃以上高くならないような板厚であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填した端面燃焼用固体推進薬であって、
前記インシュレーションと推進薬との間に接着剤層のみを有することを特徴とする端面燃焼用固体推進薬。
【請求項７】
前記インシュレーションの材料は、IR、EPDM、NR、又はNBR、あるいはそれらを母層として、アスベスト、アラミド繊維、又は炭素繊維を含む複合材ゴムであり、前記接着剤層の材料はイソシアネートを含む接着剤であることを特徴とする請求項６に記載の端面燃焼用固体推進薬。
【請求項８】
円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填した端面燃焼用固体推進薬であって、
前記インシュレーションと推進薬との間に接着剤層及び硬化反応を完了させたライナー層を有することを特徴とする端面燃焼用固体推進薬。
【請求項９】
前記インシュレーションの材料はIR、EPDM、NR、又はNBR、あるいはそれらを母層として、アスベスト、アラミド繊維、又は炭素繊維を含む複合材ゴムであり、前記接着剤層の材料はイソシアネートを含む接着剤であり、前記ライナー層の材料はポリブタジエンを主成分とするものであることを特徴とする、請求項８に記載の端面燃焼用固体推進薬。
【請求項１０】
前記インシュレーションの板厚は、前記端面燃焼用固体推進薬をモータケース内に収納した状態で燃焼させたとき、前記推進薬燃焼面と前記インシュレーションとの境界での温度が、当該推進薬燃焼面の中央部に比べ５℃以上高くならないような板厚であることを特徴とする、請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の端面燃焼用固体推進薬。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填した端面燃焼用固体推進薬及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体ロケットモータは液体ロケットに比べて構造が簡単で可動部分がないため、信頼性が高く、取り扱いも容易であり、推進薬を充填したまま長期保存することもできるという利点を有している。更に、固体推進薬を使用した固体ロケットは液体ロケットに比べ短時間に大推力を出すことができるという特徴も有している。
【０００３】
このような特徴を有する固体ロケットモータは、人工衛星打ち上げ用ロケットのメインモータや推力増強のための補助ロケットモータとして、あるいは防衛用のミサイル推進機関やロケット弾として利用されている一方、ロケットやミサイル等に装備される姿勢制御用の小型スラスタや、制御機器の圧力源、動力源用ガスジェネレータとしても幅広く利用されている。
【０００４】
ここで、小型スラスタやガスジェネレータのような利用分野においては、燃焼ガスの発生量や、スラストが変動せず一定であることが強く要求されるため、円柱状の固体推進薬を端面から燃焼させていく端面燃焼型の固体ロケットモータが利用されている。
【０００５】
端面燃焼用固体推進薬は、モータケース内に収納し、このような端面燃焼型の固体ロケットモータの推進薬として用いられる。
【０００６】
図５は従来の端面燃焼用固体推進薬の側面近傍における軸方向断面を示した図である。図５に示すように、従来の端面燃焼用固体推進薬は、円筒状に成形されたインシュレーション５１の内側に、インシュレーションと推進薬との接着力向上を図るため接着剤層５３を設け、応力リリース（緩衝材）のためその内側に更にライナー層５４を設け、これらの層をセミキュアした後にスラリー状の推進薬５２を充填し、加温硬化させて製作していた。
【０００７】
ここで、セミキュアとは、接着剤層５３やライナー層５４をいわゆる架橋反応により硬化反応させる場合において、架橋反応（硬化反応）を完了させない状態でとどめておくものをいい、これらの層をセミキュアするのは接着性を向上させるためである。ただし、セミキュアによる接着性の向上効果はそれほど大きくない。
【０００８】
セミキュアの工程は、温度及び時間で管理され、硬化が完了した状態に対する硬化の程度でセミキュアの程度が表される。つまり、１／２程度の硬化が完了した状態で硬化反応を止めた場合を１／２程度のセミキュアといい、同様に３／４程度で硬化反応を止めた場合は３／４程度のセミキュアという。
【０００９】
図６は、従来の端面燃焼用固体推進薬の燃焼パターンを軸方向断面にて示した図である。
【００１０】
図６に示すように、推進薬２はインシュレーション１内に充填された状態でモータケース７内に収納されている。燃焼面６を点火すると燃焼面６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・は時間の経過と共にインシュレーション１の近傍の燃焼が、燃焼面６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・の中央部に比べて先に進んで行く。これは、ライナー層５４がセミキュアされている場合、推進薬２の主要な成分の１つである酸化剤がライナー層５４の近傍に細粒として偏析し、その部分の燃焼速度が上昇するためである。
【００１１】
また、インシュレーション１外周をモータケース７内面に接着固定させない場合は、燃焼ガスがモータケース７とインシュレーション１との隙間に廻り込み、廻り込んだ燃焼ガスの熱によりインシュレーション１との境界部における推進薬２の温度が上昇する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしこのようにして製作した従来の端面燃焼用固体推進薬を用いた場合、推進薬中の酸化剤の細粒成分がインシュレーション近傍の推進薬中に偏析するため、燃焼時この部分の燃焼速度が部分的に上昇し、このため推進薬側面のインシュレーション近傍の燃焼速度が中央部に比べて速くなる。したがって、図６に示すように燃焼が進むにつれて固体推進薬燃焼面の中央部に比べて燃焼面端部の燃焼が進んでしまうので、燃焼面から発生する燃焼ガスの発生量を一定に維持することが出来なくなる。このため、小型スラスタやガスジェネレータのような利用分野において、燃焼ガスの発生量や、スラストを変動させず一定に維持することが出来なかった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る端面燃焼用固体推進薬の製造方法は、円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填する端面燃焼用固体推進薬の製造方法であって、前記インシュレーションを円筒状に成形するステップと、前記インシュレーションの内側に接着剤層を塗布するステップと、前記接着剤層の内側にスラリー状のコンポジット系推進薬を充填し、当該推進薬を硬化反応させるステップと、を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る端面燃焼用固体推進薬の製造方法は、円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填する端面燃焼用固体推進薬の製造方法であって、前記インシュレーションを円筒状に成形するステップと、前記インシュレーションの内側に接着剤層を塗布するステップと、前記接着剤層の内側にライナー層を塗布し、当該ライナー層の硬化反応を完了させるステップと、前記ライナー層の内側にスラリー状のコンポジット系推進薬を充填し、当該推進薬を硬化反応させるステップと、を具備することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る端面燃焼用固体推進薬は、円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填した端面燃焼用固体推進薬であって、前記インシュレーションと推進薬との間に接着剤層のみを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る端面燃焼用固体推進薬は、円筒状インシュレーションの内側に推進薬を充填した端面燃焼用固体推進薬であって、前記インシュレーションと推進薬との間に接着剤層及び硬化反応を完了させたライナー層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように、本発明に係る端面燃焼用固体推進薬又はその製造方法によれば、ライナー層をなくしたのでインシュレーション近傍の推進薬中に酸化剤が細粒として偏析することがない。したがって、推進薬側面のインシュレーション近傍の燃焼速度が中央部に比べて速くなることがなく、燃焼面から発生する燃焼ガスの発生量や、スラストを変動させず一定に維持することができる。
【００１８】
また、本発明に係る端面燃焼用固体推進薬又はその製造方法によれば、ライナー層を設ける場合は、ライナーの硬化反応を完了させておくことにしたので、インシュレーション近傍の推進薬中に酸化剤が細粒として偏析することはない。したがって、推進薬側面のインシュレーション近傍の燃焼速度が中央部に比べて速くなることがなく、燃焼面から発生する燃焼ガスの発生量や、スラストを変動させず一定に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施例１
図１は実施例１の端面燃焼用固体推進薬の側面近傍における軸方向断面を示した図である。図１に示すように、この端面燃焼用固体推進薬は、円筒状に成形されたインシュレーション１の内側に、インシュレーションと推進薬との接着力向上を図るための接着剤層３を塗布した後、その内側にスラリー状の推進薬２を充填し、加温硬化させて製作する。
【００２０】
ここで、インシュレーション１は、材料として、IR、EPDM、NR、又はNBR、あるいはそれらを母層として、アスベスト、アラミド繊維、又は炭素繊維を含む複合材ゴムを用いる。また、インシュレーション１の板厚は、推進薬２をモータケース内に収納した状態で燃焼させたとき、推進薬燃焼面６の前記インシュレーションとの境界部における温度が、当該推進薬燃焼面の中央部に比べ５℃以上高くならないような板厚とする。
【００２１】
インシュレーション１の内側に塗布する接着剤層３は、イソシアネートを含む接着剤を使用する。
【００２２】
推進薬２は、コンポジット系推進薬が用いられ、バインダー、酸化剤、助燃剤、硬化剤、及び燃焼速度調整剤とからなる。ここで、バインダーとして末端水酸基ポリブタジエン(HTPB)、末端カルボキシル基ポリブタジエン(CTPB)等が使用され、これが燃料ともなる。さらに、酸化剤として過塩素酸アンモニュウムが、また、燃焼温度を高める機能を持つ助燃材としてアルミニュウム粉末が用いられる。
【００２３】
ここで、接着剤層３の内側（推進薬２側）にライナー層４が塗布されていないので推進薬２を構成する成分中の酸化剤の細粒がライナー層４の近傍に偏析するという問題が避けられる。
【００２４】
図３及び図４は実施例１の効果を試すための燃焼実験結果を示したものである。
【００２５】
図３（ａ）は実施例１と同一構成、すなわち左からインシュレーション１、その右側面に接着剤層３を塗布し、そしてその右側面に推進薬２を配した構成の端面燃焼用推進薬の試供体Ｎｏ．１を示している。ここで、上部から点火され燃焼は上から下に進行する。燃焼の進行中に、試供体を側面から見ると、燃焼面が破線Ａのように見える。
【００２６】
図３（ｂ）は比較例として従来の構成、すなわち左からインシュレーション１、その右側面に接着剤層３を塗布し、さらにその右側面にライナー層４を塗布し、そしてその右側面に推進薬２を配した構成の端面燃焼用推進薬の試供体Ｎｏ．２及び試供体Ｎｏ．３を示している。ここでも同様に、上部から点火され燃焼は上から下に進行する。燃焼の進行中に、試供体を側面から見ると、燃焼面が破線Ａのように見える。ただし試供体Ｎｏ．２では、ライナー層は３／４程度セミキュアされ、試供体Ｎｏ．３ではライナー層は１／２程度セミキュアされている。
【００２７】
図４は、上記試供体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、及びＮｏ．３を、圧力を一定に保った圧力容器に収納し、上部から燃焼させて所定の時間が経過したとき、図３に示した配置、すなわち左からインシュレーション１、接着剤層３、ライナー層４（ただし、試供体Ｎｏ．２、及びＮｏ．３の場合のみライナー層４が存在する）、および推進薬２という配置、となるような方向からその側面を撮影した写真である。
【００２８】
燃焼は、上から下に進行しており、ここで明るく見えているのが燃焼の炎であり、炎の下部に黒く見えている面との境界が燃焼面Ａである。
【００２９】
図４に示すように、上記試供体Ｎｏ．１の燃焼面Ａは、上記試供体Ｎｏ．１は、試供体Ｎｏ．２又はＮｏ．３と比べて平らであることが分かる。これは試供体Ｎｏ．１には、ライナー層４がなく、したがって、推進薬２中の酸化剤の細粒がライナー層４の近傍に偏析しないためその部分の燃焼速度が速くなるということがないためである。
【００３０】
このように、実施例１によれば、接着剤層３の内側にライナー層４を塗布しないので、推進薬２中の酸化剤の細粒がライナー層４の近傍に偏析しないため、インシュレーション１近傍における推進薬２の燃焼速度が中央部に比べて速くなることがなく、燃焼面６から発生する燃焼ガスの発生量を一定に維持することができる。
【００３１】
また、実施例１によれば、インシュレーション１の板厚は、推進薬２をモータケース内に収納した状態で燃焼させたとき、推進薬燃焼面６の前記インシュレーションとの境界部における温度が、当該推進薬燃焼面の中央部に比べ５℃以上高くならないような板厚としている。このため、燃焼ガスがインシュレーション１とモータケース７との隙間に廻り込んでも、インシュレーション１により推進薬２側面への熱伝達が妨げられので、インシュレーション１近傍における推進薬の温度上昇が避けられる。したがって、この部分の燃焼温度が燃焼面６の中央部に比べてそれほど高くならず、燃焼面６から噴出する燃焼ガスの発生量を一定に維持することができる。
【００３２】
実施例２
図２は実施例２の端面燃焼用固体推進薬の側面近傍における軸方向断面を示した図である。図２に示すように、この端面燃焼用固体推進薬は、円筒状に成形したインシュレーション１の内側に、インシュレーションと推進薬との接着力向上を図るための接着剤層３を塗布し、さらにその内側にライナー層４を塗布し、塗布したライナー層４の硬化反応が完了した後、その内側にスラリー状の推進薬２を充填し、推進薬２を加温硬化させて製作する。
【００３３】
インシュレーション１の材料及び板厚は実施例１の場合と同じであり、実施例１の場合と同様に、接着剤層３は、イソシアネートを含む接着剤を使用し、推進薬２は、コンポジット系推進薬が用いられ、推進薬２はバインダー、酸化剤、助燃剤、硬化剤、及び燃焼速度調整剤とで構成される。
【００３４】
実施例１では用いられなかったライナー層４は、ポリブタジエンを主成分として構成される。
【００３５】
図３及び図４に示した燃焼実験結果からも分かる通り、燃焼面の傾きは、ライナー層４のセミキュアを３／４程度にした場合の方が、１／２程度にした場合より小さくなっている。これは、セミキュアの程度を上げれば上げるほどライナー層４の近傍に細粒として偏析する酸化剤の量が減少するため、酸化剤の偏析による燃焼速度上昇が抑制されるためだと考えられる。したがって、硬化反応をさらに進めライナー層４の硬化反応を完了させておけば、ライナー層４の近傍に酸化剤が細粒として偏析しないため、燃焼面はさらに平らになるであろうことがこの実験結果からも明らかである。
【００３６】
このように、実施例２によれば、接着剤層３の内側に塗布したライナー層４を完全に硬化反応させるので、推進薬２中の酸化剤の細粒がライナー層４の近傍に偏析しないため、インシュレーション１近傍における推進薬２の燃焼速度が中央部に比べて速くなることがなく、燃焼面から発生する燃焼ガスの発生量を一定に維持することができる。
【００３７】
また、実施例２によれば、インシュレーション１の板厚は、推進薬２をモータケース内に収納した状態で燃焼させたとき、推進薬燃焼面６の前記インシュレーションとの境界部における温度が、当該推進薬燃焼面の中央部に比べ５℃以上高くならないような板厚としている。このため、燃焼ガスがインシュレーション１とモータケース７との隙間に廻り込んでも、インシュレーション１により推進薬２側面への熱伝達が妨げられので、インシュレーション１近傍における推進薬の温度上昇が避けられる。したがって、この部分の燃焼温度が燃焼面６の中央部に比べてそれほど高くならず、燃焼面から発生する燃焼ガスの発生量を一定に維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
上記のように、本発明に係る端面燃焼用固体推進薬又はその製造方法によれば、ライナー層をなくしたのでインシュレーション近傍の推進薬中に酸化剤が細粒として偏析することがない。したがって、推進薬側面のインシュレーション近傍の燃焼速度が中央部に比べて速くなることがなく、燃焼面から発生する燃焼ガスの発生量や、スラストを変動させず一定に維持することができるので、端面燃焼用固体推進薬の品質向上に貢献することが出来る。
【００３９】
また、本発明に係る端面燃焼用固体推進薬又はその製造方法によれば、ライナー層を設ける場合は、ライナーの硬化反応を完了させておくことにしたので、インシュレーション近傍の推進薬中に酸化剤が細粒として偏析することはない。したがって、推進薬側面のインシュレーション近傍の燃焼速度が中央部に比べて速くなることがなく、燃焼面から発生する燃焼ガスの発生量や、スラストを変動させず一定に維持することができるので、端面燃焼用固体推進薬の品質向上に貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１の端面燃焼用固体推進薬の側面近傍における軸方向断面を示した図である。
【図２】実施例２の端面燃焼用固体推進薬の側面近傍における軸方向断面を示した図である。
【図３】燃焼実験用端面燃焼用固体推進薬の構成を示す概略図である。
【図４】端面燃焼用固体推進薬燃焼実験結果を示す写真である。
【図５】従来の端面燃焼用固体推進薬の側面近傍における軸方向断面を示した図である。
【図６】従来の端面燃焼用固体推進薬の燃焼パターンを軸方向断面にて示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  インシュレーション
２  推進薬
３  接着剤層
４  ライナー
【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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【図６】
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