(57)【要約】      （修正有）【課題】高い耐熱性を有する断熱材を提供する。【解決手段】内包する気体が真空中で抜け出る通気性構造体を用いる。空気中において通気性構造体が内包する気体が、熱的保護対象物による冷却で液化しないように、通気性構造体と熱的保護対象物の間には独立気泡を内包する発泡体層を設ける。通気性構造体への浸入を防止し、太陽光を反射し、または外部からの入熱を放射するように、通気性構造体の表面には保護層２３３を設ける。【選択図】図５Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的保護対象物の表面に積層される第１断熱層と、
前記第１断熱層の表面に積層される第２断熱層と、
前記第２断熱層の表面に積層されて水の浸入を防ぐ保護層と
を具備し、
前記第１断熱層は、
互いに独立した複数の独立気泡を内包する第１発泡体層
を具備し、
前記第２断熱層は、
通気性構造体層
を具備し、
前記通気性構造体層の少なくとも一部は、外部環境と連通している
断熱材。
【請求項２】
請求項１に記載の断熱材において、
前記通気性構造体層は、連続気泡を有する第２発泡体層である
断熱材。
【請求項３】
請求項２に記載の断熱材において、
前記第１発泡体層は、
独立気泡型ＰＩＦ（ポリイソシアヌレートフォーム）層
を具備し、
前記第２発泡体層は、
連続気泡型ＰＩＦ層
を具備する
断熱材。
【請求項４】
請求項２に記載の断熱材において、
前記第１発泡体層は、
独立気泡型ＰＩＦ層
を具備し、
前記第２発泡体層は、
連続気泡型ＰＩ（ポリイミド）発泡体層
を具備する
断熱材。
【請求項５】
請求項１に記載の断熱材において、
前記第１発泡体層は、
独立気泡型ＰＩＦ層
を具備し、
前記通気性構造体層は、
繊維構造体層
を具備する
断熱材。
【請求項６】
請求項３に記載の断熱材において、
前記保護層は、
独立気泡型ＰＩＦ層
を具備する
断熱材。
【請求項７】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記保護層は、
可視光に対する反射性能を有する白色顔料を含む塗膜
を具備する
断熱材。
【請求項８】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記保護層は、
可視光に対する反射性能を有するＦ−ＯＳＲ（フレキシブルオプティカルソーラーリフレクタ）
を具備する
断熱材。
【請求項９】
請求項４に記載の断熱材において、
前記保護層は、
前記第２断熱層の表面に積層されて、可視光に対する反射性能を有する反射膜と、
前記反射膜の表面に積層されて、可視光に対する透過性能および熱量に係る放射性能を有する放射膜
を具備する
断熱材。
【請求項１０】
請求項９に記載の断熱材において、
前記反射膜は、
銀、金またはアルミニウムのうち少なくとも１つ
を含む
断熱材。
【請求項１１】
請求項４に記載の断熱材において、
前記保護層は、
前記連続気泡型ＰＩ発泡体層の表面に形成されたＰＩスキン層と、
前記ＰＩスキン層の表面に分散または付着し、可視光に対する反射性能を有する白色顔料と
を具備する
断熱材。
【請求項１２】
請求項５に記載の断熱材において、
前記繊維構造体層は、
焼成炭素化繊維、メタアラミド繊維、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）またはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）のうち少なくとも１つ
を含む
断熱材。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記通気性構造体層の少なくとも一部と、前記外部環境とは、排気管を介して連通している
断熱材。
【請求項１４】
請求項１３に記載の断熱材において、
前記排気管は、
大気環境において前記排気管を閉塞可能な逆止弁
を具備する
断熱材。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記第２断熱層のうち少なくとも１つの端面に配置される水浸入防止部材
をさらに具備する
断熱材。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記第１断熱層の厚さは、１０ミリメートルより大きく、かつ、４０ミリメートルより小さい
断熱材。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記第２断熱層の厚さは、１０ミリメートルより大きく、かつ、５０ミリメートルより小さい
断熱材。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の断熱材を外壁の外側表面に設けた
液体燃料タンク。
【請求項１９】
請求項１８に記載の液体燃料タンク
を具備する
ロケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は断熱材に関する。断熱材は、例えば、ロケットなどの液体燃料タンクを熱的に保護するために好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
液体水素などの液体燃料を燃焼して推進するロケットが知られている。このようなロケットは、液体燃料を格納する液体燃料タンクを有する。
【０００３】
液体水素の場合、沸点は摂氏約マイナス２５２．６度であり、この温度を超えると気化する。気化した気体水素は、液体燃料タンクから排出される。ロケットのより長い航続距離を実現するために、液体燃料タンクを熱的に保護して、液体燃料の気化を防ぐことが考えられる。
【０００４】
打ち上げ前のロケットは、地上に設置されている。地上に設置されたロケットの周囲には空気があるので、例えば、空気を伝わる熱伝導による入熱から燃料タンクを熱的に保護することが考えられる。
【０００５】
また、打ち上げの最中のロケットは、主に推進方向前方の空気を圧縮するので、例えば、空力加熱と呼ばれる断熱圧縮現象などによって発熱する空気から伝わる熱伝導による入熱からも燃料タンクを熱的に保護することが考えられる。
【０００６】
さらに、宇宙空間に到達したロケットの周囲には空気は無く、また、ロケットには空力加熱が発生しない。他方で、ロケットは、太陽光の直射に晒されるので、例えば、太陽からの輻射入熱から燃料タンクを熱的に保護することが考えられる。
【０００７】
上記に関連して、特許文献１（ＷＯ２０１４／０８７８３４）には、断熱材が開示されている。この断熱材は、真空断熱材と、真空断熱材の少なくとも一面と接する硬質ポリウレタンフォームとを有する。真空断熱材は、気密性を有する外袋と、ヒュームドシリカの表面にバインダが付与されたバインダ付きヒュームドシリカを含む芯材が成形された成形体とを有する。成形体は、外袋内に減圧封入されている。硬質ポリウレタンフォームは、連続気泡を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／０８７８３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高い耐熱性を有する断熱材を提供することにある。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
いくつかの実施形態による断熱材は、第１断熱層（２３１）と、第２断熱層（２３２）と、保護層（２３３）とを有する。ここで、第１断熱層（２３１）は、熱的保護対象物（２２）の表面に積層される。第２断熱層（２３２）は、第１断熱層（２３１）の表面に積層される。保護層（２３３）は、第２断熱層（２３２）の表面に積層されて、水の浸入を防ぐ。第１断熱層（２３１）は、互いに独立した複数の独立気泡を内包する第１発泡体層（２３１−Ａなど）を有する。第２断熱層（２３２）は、通気性構造体層（２３２−Ａなど）を有する。通気性構造体層（２３２−Ａなど）の少なくとも一部（２４、２４−Ａ〜２４−Ｃ）は、外部環境と連通している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による断熱材は、高い耐熱性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、多段式ロケットの一構成例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示した多段式ロケットのうち、第２段ロケットの一構成例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、大気中の環境および真空中の環境における、各種断熱材の耐熱性能を比較するグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、独立気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、連続気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ａ−Ａによる断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ｂ−Ｂによる断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の一例を示す、図３Ａの一部を拡大した図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の別の一例を示す、図３Ａの一部を拡大した図である。
【図５Ａ】図５Ａは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ａ−Ａによる断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ｂ−Ｂによる断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、いくつかの実施形態による断熱材によって空気中で得られる作用効果を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、いくつかの実施形態による断熱材によって真空中で得られる作用効果を示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１実施形態による断熱材の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第１実施形態による断熱材の一構成例を示す、図５Ａの別の一部を拡大した図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、第１実施形態による断熱材の一構成例を示す、図５Ａのさらに別の一部を拡大した図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図５Ａの別の一部を拡大した図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第１実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図５Ａのさらに別の一部を拡大した図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図７Ｂに示した排気管の一構成例における第１状態を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図７Ｂに示した排気管の一構成例における第２状態を示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第２実施形態による断熱材の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第３実施形態による断熱材の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第３実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第３実施形態による断熱材のさらに別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、第３実施形態による断熱材のさらに別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第４実施形態による断熱材の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第４実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付図面を参照して、断熱材について、いくつかの実施形態を以下に説明する。なお、以下において、いくつかの実施形態に係る断熱材をロケットに適用した例について説明する。
【００１５】
図１Ａは、多段式ロケット１の一構成例を示す図である。図１Ａに示した多段式ロケット１は、第１段ロケット１１と、第２段ロケット１２とを有している。第２段ロケット１２は、フェアリング１３を有している。
【００１６】
なお、ここでは多段式ロケット１の段数が２段である場合について説明するが、この段数はあくまでも一例にすぎない。
【００１７】
図１Ａに例示した多段式ロケット１の構成要素の位置関係について説明する。なお、図１Ａに示した座標系のとおり、ここでは、ロケットの進行方向（推進方向）＋Ｚ方向を上方向と呼び、反対の−Ｚ方向を下方向と呼ぶ。
【００１８】
第１段ロケット１１は、多段式ロケット１の最下部に配置されている。第２段ロケット１２は、第１段ロケット１１の上段に設置されている。フェアリングは、第２段ロケット１２の最上部に配置されている。
【００１９】
多段式ロケット１の打ち上げにおいて、最初に第１段ロケット１１のエンジンが点火される。多段式ロケット１が、例えば、第１段ロケット１１の推進力によって所定の高度に達すると、第１段ロケット１１は第２段ロケット１２から切り離され、第２段ロケット１２が点火される。
【００２０】
フェアリング１３は、その内部に配置されている人工衛星等を、空気抵抗や空力加熱などから保護する目的で設けられている。第２段ロケット１２が大気圏外に到達すると、フェアリング１３も第２段ロケット１２から切り離される。
【００２１】
図１Ｂは、図１Ａに示した多段式ロケット１のうち、第２段ロケット１２の一構成例を示す図である。図１Ｂに例示した第２段ロケット１２は、第２段エンジン１２１と、液体燃料タンク１２２と、人工衛星分離装置１２３と、人工衛星１２４とを有している。なお、図１Ｂに例示した第２段ロケット１２からは、第１段ロケット位置１１０に配置されていた第１段ロケット１１が既に切り離されており、また、フェアリング位置１３０に設けられていたフェアリング１３も既に切り離されている。
【００２２】
図１Ｂに例示した第２段ロケット１２の構成要素の位置関係について説明する。なお、図１Ｂに示した座標系のとおり、図１Ａの場合と同様に、ここでも＋Ｚ方向を上方向と呼び、−Ｚ方向を下方向と呼ぶ。
【００２３】
第２段エンジン１２１は、第２段ロケット１２の最下部に配置されている。第２段エンジン１２１の上には、液体燃料タンク１２２が配置されている。液体燃料タンク１２２の上には人工衛星分離装置１２３が配置されている。人工衛星分離装置１２３の上には、人工衛星１２４が配置されている。
【００２４】
図１Ｂに例示した第２段ロケット１２の構成要素の動作について説明する。
【００２５】
第２段エンジン１２１は、第１段ロケット１１が切り離された後に点火されて、推進力を供給する。液体燃料タンク１２２は、液体水素などの液体燃料を格納しており、この液体燃料を第２段エンジン１２１に供給する。人工衛星分離装置１２３は、例えば、第２段ロケット１２が所定の位置に到達すると、人工衛星１２４を、液体燃料タンク１２２および第２段エンジン１２１から分離する。人工衛星１２４は、分離された後、または分離される前から、所定の動作を行う。
【００２６】
ここで、図１Ａおよび図１Ｂに例示した多段式ロケット１では、液体燃料タンク１２２自体が、多段式ロケット１の外壁の一部としても用いられている。言い換えれば、液体燃料タンク１２２の外側には、熱的に保護する断熱材等の表層材はあっても、ロケットの自重等の大きな荷重を支持する構造体は無い。
【００２７】
このとき、液体燃料タンク１２２の外壁は、構造体としては多段式ロケット１の外壁の一部であり、また、断熱材を介して外部の環境に晒されている。具体的には、打ち上げ前および打ち上げの最中には、液体燃料タンク１２２と、周囲の空気の間には断熱材等の表層材しか無い。したがって、液体燃料タンク１２２の外壁は、空気を伝達する熱伝導などによる入熱を断熱材が直接受ける。また、宇宙空間に到達した後は、周囲に空気がないため、液体燃料タンク１２２の断熱材等（表層材）が太陽光の直射に晒される。
【００２８】
したがって、液体燃料タンク１２２の外壁に設ける断熱材は、例えば、空気中および真空中の両方において、液体燃料タンク１２２を熱的に保護する性能を有することが望ましい。
【００２９】
図２Ａは、大気中の環境および真空中の環境における、各種断熱材の耐熱性を比較するグラフである。図２Ａのグラフにおいて、縦軸は熱伝導率を表している。
【００３０】
図２Ａのグラフは、合計８本の棒グラフを含んでいる。これら８本の棒グラフを、それぞれ、第１棒グラフａ１、第２棒グラフａ２、第３棒グラフｂ１、第４棒グラフｂ２、第５棒グラフｃ１、第６棒グラフｃ２、第７棒グラフｄ１および第８棒グラフｄ２と呼ぶ。これら８本の棒グラフの長さは、それぞれ、熱伝導率の相対評価を表している。
【００３１】
第１棒グラフａ１および第２棒グラフａ２は、それぞれ、空気中および真空中における、ＰＩＦ（ＰｏｌｙＩｓｏｃｙａｎｕｒａｔｅ  Ｆｏａｍ：ポリイソシアヌレート・フォーム）の熱伝導率を示している。
【００３２】
第３棒グラフｂ１および第４棒グラフｂ２は、それぞれ、空気中および真空中における、エアロゲル断熱材の熱伝導率を示している。
【００３３】
第５棒グラフｃ１および第６棒グラフｃ２は、それぞれ、空気中および真空中における、第３棒グラフｂ１および第４棒グラフｂ２とは別のエアロゲル断熱材（の一種）の熱伝導率を示している。
【００３４】
第７棒グラフｄ１および第８棒グラフｄ２は、それぞれ、空気中および真空中における、Ｕ−Ｖａｃｕａ（登録商標）の熱伝導率を示している。なお、Ｕ−Ｖａｃｕａ（登録商標）は、真空断熱材の一種である。
【００３５】
図２Ａに示したグラフから読み取れるように、同一の断熱材であっても、空気中の熱伝導率よりも、真空中の熱伝導率の方が低い。これは、断熱材が内包する空気自体の熱伝導率が無視できない影響力を有していることを意味している。
【００３６】
なお、熱伝導率がより低いということは、熱がより伝達し難いことを意味しており、したがって断熱材としての性能がより高いことを意味している。
【００３７】
図２Ａに示したグラフからさらに読み取れるように、熱伝導率の、空気中および真空中の差は、ＰＩＦおよびＵ−Ｖａｃｕａでは比較的小さく、エアロゲルクＰＰおよびエアロゲルクＧＷでは比較的大きい。この違いは、各断熱材の構造の違いに由来する。すなわち、ＰＩＦは独立気泡型発泡断熱材であり、エアロゲルクＰＰおよびエアロゲルクＧＷは連続気泡型発泡断熱材である、という構造上の違いが存在する。以降、独立気泡型発泡断熱材および連続気泡型発泡断熱材の違いについて説明する。なお、Ｕ−Ｖａｃｕａはその表面が密閉された構成であって、独立気泡型発泡断熱材とも、連続気泡型発泡断熱材とも異なる特性を有しているので、以降は触れない。
【００３８】
図２Ｂは、独立気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。図２Ｂに例示したように、独立気泡型発泡断熱材は、樹脂構造体の内部に多数の独立気泡が存在する。これら多数の独立気泡は、内部に気体を含んでおり、かつ、それぞれに独立している。したがって、独立気泡型発泡断熱材は、たとえ真空中に置かれても、内包される気体はほぼそのまま残る。その結果、独立気泡型発泡断熱材の熱伝導率は、空気中および真空中での変化が比較的小さい。
【００３９】
図２Ｃは、連続気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。図２Ｃに例示したように、連続気泡型発泡断熱材は、樹脂構造体の内側に多数の連続気泡が存在する。空気中において、これら多数の連続気泡は、内側に空気を含んでおり、かつ、互いに連通している。したがって、連続気泡型発泡断熱材は、真空中に置かれると、内側に含んでいた空気が外部に抜け出して、樹脂構造体だけが残る。このため、連続気泡の内側も真空になる。その結果、連続気泡型発泡断熱材の熱伝導率は、空気中および真空中での変化が比較的大きい。
【００４０】
したがって、真空環境で使用される多段式ロケット１の液体燃料タンク１２２を、熱的により効果的に保護するためには、独立気泡型発泡断熱材よりも、連続気泡型発泡断熱材を用いることが望ましいと考えられる。
【００４１】
図３Ａは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ａ−Ａによる断面図である。図３Ａに示した座標系は、図１Ａおよび図１Ｂの場合と同様であって、＋Ｚ方向が多段式ロケット１の推進方向を示している。図３Ｂは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ｂ−Ｂによる断面図である。
【００４２】
図３Ａおよび図３Ｂに示した液体燃料タンク１２２は、液体燃料格納領域２１０と、タンク外壁２２０と、断熱材２３０とを有している。
【００４３】
液体燃料格納領域２１０は、タンク外壁２２０の内部に設けられている。また、断熱材２３０は、熱的保護対象物としてのタンク外壁２２０の外側に積層されている。
【００４４】
ここで、断熱材２３０が、連続気泡型発泡断熱材の一種である連続気泡型ＰＩＦ層であった場合について考える。宇宙空間において、すなわち真空中において、断熱材２３０としての連続気泡型ＰＩＦ層は、液体燃料タンク１２２の表面を太陽光の直射から保護する。さらに、真空中において連続気泡型ＰＩＦ層の内部は真空になっており、すなわち、太陽光の輻射入熱による熱量を液体燃料タンク１２２に伝達し得る気体を内包していない。このように、真空中において、連続気泡型ＰＩＦは液体燃料タンク１２２を熱的に保護する断熱材として好適であると考えられる。
【００４５】
次に、液体燃料タンク１２２の外壁を、空気中に配置する場合を想定する。
【００４６】
図４Ａは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の一例を示す、図３Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図４Ａでは、図３Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３０を拡大して示している。なお、図４Ａに示した座標系では、図３Ａの場合と同様に、＋Ｚ方向が多段式ロケット１の推進方向を示している。また、領域３０においては、−Ｘ方向が液体燃料タンク１２２の内側から外側を見た外側方向を示している。
【００４７】
図４Ａに示した例では、タンク外壁２２０の外側に連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａが積層されている。前述のとおり、液体燃料タンク１２２の外壁は多段式ロケット１の外壁の一部でもあるので、連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａは周囲の空気に接している。
【００４８】
ここで、打ち上げ前に地上で雨が降った場合などには、連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａの内側に水分などの浸入４１が発生する。浸入した水分は、表面張力などの作用によって、連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａの内部に留まる可能性がある。このとき、連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａのうち、水分などが浸入して留まっている部分は、水分の存在によって熱伝導率が悪化してしまう。この部分を、熱伝導率悪化領域２３０−Ｂと呼ぶ。
【００４９】
図４Ｂは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の別の一例を示す、図３Ａの一部を拡大した図である。図４Ｂも、図４Ａと同様に、図３Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３０を拡大しており、座標系の−Ｘ方向が液体燃料タンク１２２の内側から外側を見た外側方向を示している。
【００５０】
図４Ｂに示した例でも、図４Ａの場合と同様に、タンク外壁２２０に連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａが積層されている。前述のとおり、液体燃料タンク１２２は液体水素などの液体燃料を格納しており、その温度は非常に低い。その結果、液体燃料格納領域２１０から発生する冷却作用４２が連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａまで達し、連続気泡に内包される空気が液化する。空気などの液化によって生じた液体も、表面張力などの作用によって、連続気泡型ＰＩＦ層２３０−Ａの内部に留まる可能性がある。このとき、連続気泡型ＰＩＦ２３０−Ａのうち、液体が留まっている部分は、液体の存在によって熱伝導率が悪化してしまう。この部分を、熱伝導率悪化領域２３０−Ｃと呼ぶ。また、タンク外壁２２０が低温（例えば、摂氏１０度以下、あるいは摂氏０度以下）である場合には、タンク外壁２２０の周囲の空気中の水蒸気が凝固して、水となる。この場合も、水分の存在によって熱伝導率が悪化してしまう。
【００５１】
いくつかの実施形態では、連続気泡型発泡断熱材を用いて液体燃料タンク１２２を熱的に保護しながら、熱伝導率悪化領域２３０−Ｂ、２３０−Ｃの発生を防ぐ構成を提案する。
【００５２】
図５Ａは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ａ−Ａによる断面図である。図５Ａに示した座標系は、図３Ａなどの場合と同様であって、＋Ｚ方向が多段式ロケット１の推進方向を示している。図５Ｂは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図１Ｂに示した断面線Ｂ−Ｂによる断面図である。
【００５３】
図５Ａおよび図５Ｂに示した液体燃料タンク１２２は、液体燃料格納領域２１と、タンク外壁２２と、断熱材２３とを有している。断熱材２３は、第１断熱層２３１と、第２断熱層２３２と、保護層２３３とを含んでいる。
【００５４】
液体燃料格納領域２１は、タンク外壁２２の内部に設けられている。断熱材２３は、熱的保護対象物としてのタンク外壁２２のうち、例えば、側壁部分の外側に積層されている。
【００５５】
断熱材２３のうち、第１断熱層２３１は、タンク外壁２２の表面に積層されている。第２断熱層２３２は、第１断熱層２３１の外側表面に積層されている。保護層２３３は、第２断熱層２３２の外側表面に積層されている。このように、タンク外壁２２と、第１断熱層２３１と、第２断熱層２３２と、保護層２３３とは、この順番に積層されている。
【００５６】
いくつかの実施形態では、第２断熱層２３２として、通気性構造体層を用いる。通気性構造体層とは、少なくともその一部が外部環境に連通しており、前述した連続気泡型発泡断熱材のように、空気中においては周囲の空気などの気体を内包する空間を有し、真空中においては内包していた気体が排出されてその空間が真空になる程度の通気性を有する構造体層である。第２断熱層２３２としては、後述するように、連続気泡型ＰＩＦ層や、連続気泡型ＰＩ（ＰｏｌｙＩｍｉｄｅ：ポリイミド）発泡体層や、繊維構造体層を用いることが出来る。
【００５７】
また、いくつかの実施形態では、保護層２３３を、図４Ａを参照して説明した事象等に対応するために用いる。保護層２３３としては、後述するように、連続気泡型の断熱材や、塗料や、金属などによる反射膜およびコーティング剤などによる放射膜の積層構造体や、Ｆ−ＯＳＲ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：フレキシブルオプティカルソーラーリフレクタ）などのように、気体や液体の第２断熱層２３２への浸入を抑制する気密性を有する構造体層を用いることが望ましい。
【００５８】
さらに、いくつかの実施形態では、第１断熱層２３１を、図４Ｂを参照して説明した事象等に対応するために用いる。第１断熱層２３１としては、後述するように、独立気泡型ＰＩＦ層などのように、独立気泡を内包する発泡体層などを用いることが望ましい。
【００５９】
図５Ｃは、断熱材２３によって空気中で得られる作用効果を示す断面図である。図５Ｄは、断熱材によって真空中で得られる作用効果を示す断面図である。
【００６０】
図５Ｃおよび図５Ｄは、いずれも、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。図５Ａ〜図５Ｄのそれぞれに示した座標系が示すように、＋Ｚ方向は多段式ロケット１の推進方向を示している。また、−Ｘ方向は、図５Ａ、図５Ｃおよび図５Ｄに示した領域３１において、液体燃料タンク１２２の内側から外側を見た外側方向を示している。
【００６１】
まず、図５Ｃは、タンク外壁２２と、第１断熱層２３１と、第２断熱層２３２と、保護層２３３とが、この順番に積層されている構成例を示している。図５Ｃは、液体燃料タンク（タンク外壁２２）が空気中の環境にある状態を示している。保護層２３３の外側には空気があり、第２断熱層２３２は連続気泡の内部に空気を含んでいる。
【００６２】
図５Ｃに示した状態において、保護層２３３を第２断熱層２３２の表面に設けることによって得られる作用効果の一例として、第２断熱層２３２への風雨浸入の抑制５１がある。すなわち、図４Ａを参照して説明したように、第２断熱層２３２の連続気泡に外部から水分が浸入した部分において熱伝導効率が悪化する事態を抑制出来る。また、保護層２３３が、光を反射する反射性能や、熱量を外部へ放射する放射性能や、その他の断熱性能を有していれば、断熱材２３の全体としての、外部から液体燃料タンクへの入熱の抑制５２が向上する。
【００６３】
図５Ｃに示した状態において、第１断熱層２３１をタンク外壁２２および第２断熱層２３２の間に設けることによって得られる作用効果として、液体燃料による冷却の抑制５３がある。すなわち、図４Ｂを参照して説明したように、第２断熱層２３２に内包される空気、水蒸気などが冷却されて液化した部分において熱伝導効率が悪化する事態を抑制出来る。また、第１断熱層２３１は、当然ながら、外部からの入熱の抑制５２にも寄与する。
【００６４】
次に、図５Ｄは、図５Ｃと同様に、タンク外壁２２と、第１断熱層２３１と、第２断熱層２３２と、保護層２３３とが、この順番に積層されている構成例を示している。ただし、図５Ｄは、図５Ｃとは異なり、液体燃料タンク（タンク外壁２２）が真空中の環境にある状態を示しており、保護層２３３の外側は、宇宙空間などの真空である。また、この環境において、通気性を有する第２断熱層２３２は、内包していた気体が外部に抜け出した状態にある。
【００６５】
図５Ｄに示した状態において、保護層２３３を第２断熱層２３２の表面に設けることによって得られる作用効果の一例として、保護層２３３が反射性能を有している場合は、太陽光の反射５４がある。このとき、保護層２３３の反射性能は、太陽光のうち、輻射入熱に特に影響する帯域である可視光に対して発揮されることが望ましい。また、保護層２３３が、光を反射する反射性能や、その他の断熱性能を有していれば、断熱材２３の全体としての、外部から液体燃料タンクへの入熱の抑制５２が向上する。さらに、保護層２３３が放射性能を有している場合は、熱量の放射５６が得られる。
【００６６】
なお、真空中において空気が抜けている状態の第２断熱層２３２は、空気中で空気を内包している状態よりも、断熱性能が向上している。断熱性能が向上した第２断熱層２３２を越える入熱については、第１断熱層２３１が液体燃料タンク１２２への入熱を抑制する。
【００６７】
以降、より具体的な実施形態を説明する。
【００６８】
（第１実施形態、構成例その１）
図６Ａは、第１実施形態による断熱材２３の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図６Ａは、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。ただし、図５Ａおよび図６Ａのそれぞれに示した座標系が示すとおり、＋Ｚ方向は、ロケットの推進方向を示しており、−Ｘ方向は、領域３１において、液体燃料タンク１２２の内側から外側を見た外側方向を示している。
【００６９】
図６Ａに示した実施形態では、図５Ａ〜図５Ｄに示した第１断熱層２３１として独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ａが用いられている。同様に、第２断熱層２３２として連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａが用いられており、保護層２３３として独立気泡型ＰＩＦ層２３３−Ａが用いられている。
【００７０】
言い換えれば、図６Ａに示した実施形態では、タンク外壁２２と、独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ａと、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａと、独立気泡型ＰＩＦ層２３３−Ａとが、この順番に積層されている。
【００７１】
ここで、液体燃料タンク（タンク外壁２２）によって冷却された連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａ内部の空気を気体のまま保ちたい。その一方で、多段式ロケット１の総重量はなるべく少なく保ちたい。このとき、一例として、独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ａの厚さは、１０ミリメートル以上４０ミリメートル以上、特に２０ミリメートル以上３０ミリメートル以下であることが望ましい。
【００７２】
図６Ｂは、第１実施形態による断熱材２３の一構成例を示す、図５Ａの別の一部を拡大した図である。より詳細には、図６Ｂは、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３２を拡大して示している。なお、座標系については、図６Ａの場合と同様である。
【００７３】
図６Ｂは、本実施形態による断熱材２３のうち、液体燃料タンク１２２の下側における端面を示している。この端面には、通気性構造体としての連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａに内包される気体が、真空中において外部に抜け出るために、すなわち外部環境との連通を確保するために、通気部２４を設けることが望ましい。
【００７４】
図６Ｂに示した通気部２４は、−Ｚ方向、すなわち多段式ロケット１を打ち上げる前においては重力の方向を向いている。したがって、打ち上げ前に通気部２４から雨水などが連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａの連続気泡内部に浸入する可能性は少ない。
【００７５】
図６Ｂに示した実施形態による断熱材２３のうち、上記の説明以外の特徴については、図６Ａを参照して説明した領域３１の場合と同様である。
【００７６】
図６Ｃは、第１実施形態による断熱材２３の一構成例を示す、図５Ａのさらに別の一部を拡大した図である。より詳細には、図６Ｃは、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３３を拡大して示している。座標系については、図６Ａの場合と同様である。
【００７７】
図６Ｃは、本実施形態による断熱材２３のうち、液体燃料タンク１２２の上側における端面を示している。この端面は、＋Ｚ方向、すなわち多段式ロケット１を打ち上げるまでは重力と反対の方向を向いている。したがって、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａを雨水などの浸入から保護するために、気密性（シール性）を有する密閉部２５を設けることが望ましい。この密閉部２５として、例えば、独立気泡型ＰＩＦを用いても良い。
【００７８】
図６Ｃに示した実施形態による断熱材２３のうち、その他の構成および動作については、図６Ａを参照して説明した領域３１の場合と同様である。
【００７９】
図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明した本実施形態による断熱材２３は、第１断熱層２３１、第２断熱層２３２および保護層２３３の全てを、発泡倍率は異なるものの、同じＰＩＦで形成している。ＰＩＦは、形成時に発泡倍率を適宜に調節することで、独立気泡型ＰＩＦ層の形成と、連続気泡型ＰＩＦ層の形成とを、切り替えることが可能である。したがって、本実施形態による断熱材２３は、第１断熱層２３１、第２断熱層２３２および保護層２３３の全てを、同一の装置で、比較的容易に、かつ、比較的安価に形成できる。なお、第１断熱層２３１（独立気泡層）と、第２断熱層２３２（連続気泡層）と、保護層２３３（独立気泡層）とを、ＰＩＦ以外の同じ材料を用いて形成することも可能である。
【００８０】
（第１実施形態、構成例その２）
ここで、図６Ｂに示した通気部２４の変更例について説明する。液体燃料タンク１２２を含む第２段ロケット１２が、真空環境である宇宙空間に到達した際には、通気性構造体である第２断熱層２３２に内包されている空気が速やかに外部に排出されることが望ましい。また、第２断熱層２３２から排出された空気は、宇宙空間において冷却されて液化し、第２段ロケット１２の望ましくない場所に付着する可能性が考えられる。そこで、図６Ｂに示した通気部２４の配置や、排出方向や、総面積などを変更する手法を提案する。
【００８１】
図７Ａは、第１実施形態による断熱材２３の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図７Ａは、図６Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。なお、座標系については、図６Ａの場合と同様である。
【００８２】
図７Ａに示した構成例は、図６Ａに示した構成例に、排気管２６−Ａと、栓２５−Ａとを追加したものである。ここで、栓２５−Ａと呼ぶ構成要素は、実際には、排気管２６−Ａと、周囲の断熱材２３との隙間を埋めるシール材であっても良いし、排気管２６−Ａを固定する支持部であっても良い。このような構成要素を総称して、以降も栓と呼ぶ。図７Ａに示したその他の構成要素については、図６Ａの場合と同様である。
【００８３】
排気管２６−Ａは、保護層２３３としての独立気泡型ＰＩＦ層２３３−Ａを貫通している。排気管２６−Ａの一方の端部は、断熱材２３の外部に突出しており、開口部２４−Ａを有している。排気管２６−Ａの他方の端部は、第２断熱層２３２としての連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａに達している。栓２５−Ａは、排気管２６−Ａと、独立気泡型ＰＩＦ層２３３−Ａとの間の隙間を塞いでいる。
【００８４】
排気管２６−Ａの両端は互いに連通しており、通気性構造体である連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａに内包される空気などは、真空中においては排気管２６−Ａの内側を通って外部に排出される。なお、空気中において雨などが排気管２６−Ａの内側を通って連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａに浸入しないように、開口部２４−Ａは、−Ｚ方向、すなわち重力の方向（鉛直下方向）を向いていることが望ましい。しかしながら、排出された空気などの第２段ロケット１２への望ましくない付着を抑制する観点からは、開口部２４−Ａの方向は、−Ｚ方向よりも、第２段ロケット１２から見て外側（例えば、重力方向と外側方向との合成方向である斜め下方向）を向いていても良い。
【００８５】
図７Ｂは、第１実施形態による断熱材２３の別の構成例を示す、図５Ａの別の一部を拡大した図である。より詳細には、図７Ｂは、図６Ｂに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３２を拡大して示している。なお、座標系については、図６Ａの場合と同様である。
【００８６】
図７Ｂに示した構成例は、図６Ｂに示した構成例に、排気管２６−Ｂと、栓２５−Ｂとを追加したものである。図７Ｂに示したその他の構成要素については、図６Ｂの場合と同様である。
【００８７】
図７Ｂに示した排気管２６−Ｂおよび栓２５−Ｂは、それぞれ、図７Ａに示した排気管２６−Ａおよび栓２５−Ａと同様の構成であるが、設ける場所および形状が変更されている。すなわち、排気管２６−Ｂおよび栓２５−Ｂは、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａの、液体燃料タンク１２２の下側における端面に設けられている。また、排気管２６−Ｂ自身が−Ｚ方向、すなわち重力の方向に設けられているので、排気管２６−Ｂの開口部２４−Ｂも−Ｚ方向を向いている。言い換えれば、図７Ｂに示した排気管２６−Ｂは、図７Ａに示した排気管２６−Ａのように曲げる必要が無い。
【００８８】
排気管２６−Ｂおよび栓２５−Ｂに係るその他の構成および動作は、図７Ａに示した排気管２６−Ａおよび栓２５−Ａの場合とそれぞれ同様である。
【００８９】
図７Ｃは、第１実施形態による断熱材２３の別の構成例を示す、図５Ａのさらに別の一部を拡大した図である。より詳細には、図７Ｃは、図６Ｃに対応する変更例であって、図５Ｃに示した断面図のうち、破線で囲った領域３３を拡大して示している。なお、座標系については図６Ａの場合と同様である。
【００９０】
図７Ｃに示した構成例は、図６Ｃに示した構成例に、排気管２６−Ｃと、栓２５−Ｃとを追加したものである。図７Ｃに示したその他の構成要素については、図６Ｃの場合と同様である。
【００９１】
図７Ｃに示した排気管２６−Ｃおよび栓２５−Ｃは、それぞれ、図７Ａに示した排気管２６−Ａおよび栓２５−Ａと同様の構成であるが、設ける場所および形状が変更されている。すなわち、排気管２６−Ｃおよび栓２５−Ｃは、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａの、液体燃料タンク１２２の上側における端面に設けられている。したがって、図７Ｃに示した排気管２６−Ｃは、開口部２４−Ｃが−Ｚ方向を向くために、図７Ａに示した排気管２６−Ａよりもさらに曲がっている。その結果、開口部２４−Ｃの方向は、重力の方向を向いている。代替的に、開口部２４−Ｃの方向は、重力方向と、外壁２２である側壁の外側方向との合成方向である斜め下方向を向いていても良い。
【００９２】
排気管２６−Ｃおよび栓２５−Ｃに係るその他の構成および動作は、図７Ａに示した排気管２６−Ａおよび栓２５−Ａの場合とそれぞれ同様である。
【００９３】
図７Ａ〜図７Ｃを参照して説明した、排気管２６−Ａ〜２６−Ｃおよび栓２５−Ａ〜２５−Ｃを用いる構成では、第２断熱層２３２への雨などの浸入を抑制するために、開口部２４−Ａ〜２４−Ｃを、例えば重力の方向に向けた。この構成の変更例として、排気管２６−Ａ〜２６−Ｃの内部に逆止弁を設けても良い。この変更例について説明する。
【００９４】
図８Ａは、図７Ｂに示した排気管２６−Ｂの一構成例における第１状態を示す断面図である。図８Ｂは、図７Ｂに示した排気管２６−Ｂの一構成例における第２状態を示す断面図である。図８Ａおよび図８Ｂは、図７Ｂに示した排気管２６−Ｂに逆止弁２７を設けた場合について、大気環境から第２断熱層２３２への風雨浸入の抑制５７を行う第１状態と、第２断熱層２３２から真空環境への空気の流出５８を行う第２状態とを、それぞれ示している。なお、図７Ａに示した排気管２６−Ａと、図７Ｃに示した排気管２６−Ｃにも、同様の逆止弁２７を設けることが出来る。
【００９５】
図８Ａおよび図８Ｂに示した構成例による排気管２６−Ｂは、例えば、逆止弁２７と、蝶番２８と、バネ２９とを有している。蝶番２８は、排気管２６−Ｂの内壁に設けられている。逆止弁２７は、排気管２６−Ｂの内側を遮断または連通するように設けられており、かつ、一端が蝶番２８に接続されている。バネ２９は、一端が排気管２６−Ｂの内壁に接続されており、他端が逆止弁２７に接続されている。
【００９６】
図８Ａに示した第１状態の大気環境においては、開口部２４−Ｂから排気管２６−Ｂの奥へ風雨が浸入しようとした場合は、逆止弁２７が排気管２６−Ｂを遮断する位置に配置されることが望ましい。
【００９７】
図８Ｂに示した第２状態の真空環境においては、第２断熱層２３２から外部へ流出する空気を妨げないように、逆止弁２７が排気管２６−Ｂを解放する位置に配置されることが望ましい。
【００９８】
逆止弁２７の配置は、バネ２９の力を適宜に調整することで実現しても良いし、他の制御装置を用いても良い。
【００９９】
（第２実施形態）
ここで、第２実施形態について説明する。以降、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、本実施形態による断熱材２３として、２種類の構成例について説明する。これら２種類の構成例は、共通する特徴を有している。すなわち、図６Ａに示した第１実施形態と同様に、第１断熱層２３１として独立気泡型ＰＩＦ層を用いており、かつ、第２断熱層２３２として連続気泡型ＰＩＦ層を用いている。言い換えれば、これら２種類の構成例のそれぞれにおいて、図６Ａに示した第１実施形態と比較すると、保護層２３３の構成が異なる。
【０１００】
したがって、本実施形態による断熱材２３で得られる効果のうち、第１断熱層２３１および第２断熱層２３２に係る部分は第１実施形態の場合と同様である。
【０１０１】
（第２実施形態、その１）
図９Ａは、第２実施形態による断熱材２３の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図９Ａは、図６Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１０２】
図９Ａに示した断熱材２３は、図６Ａに示した第１実施形態による断熱材２３のうち、保護層２３３としての独立気泡型ＰＩＦ層２３３−Ａを、塗膜２３３−Ｂに置き換えたものに等しい。図９Ａに示したその他の構成要素は、図６Ａの場合と同様である。すなわち、図９Ａに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｂおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｂは、それぞれ、図６Ａに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ａおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ａに対応する。
【０１０３】
塗膜２３３−Ｂは、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｂの表面に塗料を塗布し、塗料に含まれる溶剤が揮発して乾燥することなどで得られる。塗膜２３３−Ｂの主成分は、塗料に含まれるベース材である。
【０１０４】
塗料に含まれる顔料６１は、塗膜２３３−Ｂの内部に、所定の密度で分布している。顔料６１は、太陽光の、特に可視光帯域に対して反射性能を有していることが望ましい。このような特性を有する顔料６１の具体例としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）などがある。酸化チタンは、一般的な白色塗料にも用いられており、入手や取り扱いが比較的容易である。
【０１０５】
（第２実施形態、その２）
図９Ｂは、第２実施形態による断熱材２３の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図９Ｂは、図９Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１０６】
図９Ｂに示した断熱材２３は、保護層２３３として、図９Ａ示した塗膜２３３−ＢをＦ−ＯＳＲ２３３−Ｃに置き換えたものに等しい。図９Ｂに示したその他の構成要素は、図９Ａの場合と同様である。すなわち、図９Ｂに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｃおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｃは、それぞれ、図９Ａに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｂおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｂに対応する。
【０１０７】
Ｆ−ＯＳＲ２３３−Ｃは、太陽光の吸収率が小さく、かつ、全半球赤外放射率が高い、太陽光反射板であって、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｃの表面に接着する（例えば、表面に巻き付けて接着する）ことが可能である。なお、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｃの表面形状は、Ｆ−ＯＳＲの変形特性に適合する範囲内で設計することが望ましい。
【０１０８】
上記に説明したように、本実施形態による断熱材２３は、保護層２３３が反射性能を有している。保護層２３３の反射性能によって、宇宙空間において太陽光の、特に可視光帯域の成分による輻射入熱から液体燃料タンク１２２を熱的に保護する、という効果が得られる。
【０１０９】
その他、図９Ａに示した塗膜２３３−Ｂも、図９Ｂに示したＦ−ＯＳＲ２３３−Ｃも、連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｂ、２３３−Ｃへの風雨の浸入を防止することが出来る。
【０１１０】
（第３実施形態）
ここで、第３実施形態について説明する。以降、図１０Ａ〜図１０Ｄを参照して、本実施形態による断熱材２３として、４種類の構成例について説明する。これら４種類の構成例は、共通する特徴を有している。すなわち、図６Ａに示した第１実施形態や、図９Ａおよび図９Ｂに示した第２実施形態と同様に、本実施形態でも第１断熱層２３１として独立気泡型ＰＩＦ層を用いている一方で、第２断熱層２３２としては、本実施形態では連続気泡型ＰＩＦ層ではなく連続気泡型ＰＩ発泡体層を用いている。また、これら４種類の構成例のそれぞれにおいて、保護層２３３の構成がそれぞれ異なる。
【０１１１】
したがって、本実施形態による断熱材２３で得られる効果のうち、第１断熱層２３１に係る部分は第１実施形態および第２実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の第２断熱層２３２に用いる連続気泡型ＰＩ発泡体層は、ＰＩ材料が発泡したＰＩ発泡体で形成される。ＰＩ発泡体の耐熱性能は、ＰＩＦの耐熱性能よりも優れているので、本実施形態による断熱材２３には、第１実施形態または第２実施形態による断熱材２３よりも優れた耐熱性能が期待される。
【０１１２】
（第３実施形態、その１）
図１０Ａは、第３実施形態による断熱材２３の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図１０Ａは、図９Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１１３】
図１０Ａに示した断熱材２３は、第２断熱層２３２として、図９Ａに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｂを、連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄに置き換えたものに等しい。図１０Ａに示したその他の構成要素は、図９Ａの場合と同様である。すなわち、図１０Ａに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｄ、塗膜２３３−Ｄおよび顔料６１は、それぞれ、図９Ａに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｂ、塗膜２３３−Ｂおよび顔料６１に対応する。
【０１１４】
本実施形態による断熱材２３としての塗膜２３３−Ｄおよび顔料６１が有する反射性能と、この反射性能もたらす作用効果については、図９Ａの場合と同様である。
【０１１５】
その一方で、前述のとおり、連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄを構成するＰＩ樹脂は、ＰＩＦ樹脂よりも耐熱性能に優れている。すなわち、ＰＩ発泡体は摂氏約３００度以上程度の耐熱性能を有する一方で、ＰＩＦの耐熱性能は摂氏約１２０度以下程度である。ここで、外部からの入熱によって加熱された独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｄの温度を、例えば摂氏約１００度以下に保つことを考える。その一方で、多段式ロケット１の総重量はなるべく少なく保つことを考える。このとき、一例として、連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄの厚さは、１０ミリメートル以上５０ミリメートル以下であることが望ましい。
【０１１６】
また、液体燃料タンク１２２によって冷却された連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄ内部の空気を気体のまま保ちたい。その一方で、多段式ロケット１の総重量はなるべく少なく保ちたい。このとき、一例として、独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｄの厚さは、１０ミリメートル以上４０ミリメートル以下であることが望ましい。
【０１１７】
（第３実施形態、その２）
図１０Ｂは、第３実施形態による断熱材２３の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図１０Ｂは、図１０Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１１８】
図１０Ｂに示した断熱材２３は、保護層２３３として、図１０Ａに示した塗膜２３３−Ｄを、反射膜２３３−Ｅおよび放射膜２３４−Ｅの積層構造体に置き換えたものに等しい。図１０Ｂに示したその他の構成要素は、図１０Ａの場合と同様である。すなわち、図１０Ｂに示した連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｅおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｅは、それぞれ、図１０Ａに示した連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｄに対応する。
【０１１９】
反射膜２３３−Ｅは、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む金属を、連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｅの表面に蒸着して形成した蒸着層である。ここで、上記３種類の金属は、太陽光の可視光帯域において特に高い反射率が得られる材料であるが、本実施形態による反射膜２３３−Ｅはこれらの金属を用いた蒸着層に限定するものではない。
【０１２０】
放射膜２３４−Ｅは、例えば、シリコーンなどの材料を用いた透明コーティング剤による膜である。ここで、シリコーンは、高い全半球赤外放射率および高い垂直放射率を有しており、外部から入熱した熱量を放射膜２３４−Ｅが外部に放射することによって、液体燃料タンク１２２に入熱する熱量の総量を低減する効果が得られる。さらに、シリコーンなどの透明コーティング剤は、可視光に対して優れた透過性を有し、反射膜２３３−Ｅの反射性能を阻害しないことが望ましい。
【０１２１】
（第３実施形態、その３）
図１０Ｃは、第３実施形態による断熱材２３のさらに別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図１０Ｃは、図１０Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１２２】
図１０Ｃに示した断熱材２３は、保護層２３３として、図１０Ａに示した塗膜２３３−Ｄの代わりに、第２断熱層２３２としての連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄの表面にあるＰＩスキン膜２３３−Ｆを用いて顔料６１を保持したものに等しい。図１０Ｃに示したその他の構成は、図１０Ａの場合と同様である。すなわち、図１０Ｃに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｆおよび連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｆは、それぞれ、図１０Ａに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｄおよび連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄに対応する。
【０１２３】
ＰＩ発泡体の製造方法として、型枠を用いる手法が知られている。すなわち、所望する形状を有する型枠を用意し、型枠の内側でＰＩ材料が発泡することで、所望する形状を有するＰＩ発泡体が得られる。このとき、ＰＩ発泡体の、型枠の内壁に接していた表面には、他の部分よりも発泡倍率が低い、または発泡していない、気密性を有する膜状の部分が形成される。このような部分をＰＩスキン膜と呼ぶ。ＰＩスキン膜は、ＰＩ発泡体の内部への風雨の浸入を防ぐことが出来る。
【０１２４】
本実施形態では、上記の製造方法などを用いて、第２断熱層２３２としての連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｆの、液体燃料タンク１２２から見て外側の表面に、ＰＩスキン膜２３３−Ｆを形成する。ただし、その前段階として、型枠内壁のうち、ＰＩスキン膜２３３−Ｆを形成したい面に、顔料６１を予め散布しておく。この状態で、ＰＩ材料を型枠の内部に流入し、ＰＩ材料が発泡して連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｆが形成されると、顔料６１はＰＩスキン膜２３３−Ｆに取り込まれて、その表面に付着し、またはその内部に分散する。
【０１２５】
その結果、顔料６１を内包するＰＩスキン膜２３３−Ｆは、図９Ａに示した塗膜２３３−Ｂや、図１０Ａに示した塗膜２３３−Ｄなどの場合と同様に、太陽光の、特に可視広帯域に対して反射性能を有する保護膜として機能する。
【０１２６】
（第３実施形態、その４）
図１０Ｄは、第３実施形態による断熱材２３のさらに別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図１０Ｄは図９Ｂまたは図１０Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１２７】
保護層２３３に注目すると、図１０Ｄに示した断熱材２３は、図１０Ａに示した塗膜２３３−ＤをＦ−ＯＳＲ２３３−Ｇに置き換えたものに等しい。図１０Ｄに示した他の構成要素は、図１０Ａの場合と同様である。すなわち、図１０Ｄに示した連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｇおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｇは、それぞれ、図１０Ａに示した連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｄおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｄに対応する。
【０１２８】
また、第２断熱層２３２に注目すると、図１０Ｄに示した断熱材２３は、図９Ｂに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｃを連続気泡型ＰＩ発泡体層２３２−Ｇに置き換えたものに等しい。図１０Ｄに示した他の構成要素は、図９Ｂの場合と同様である。すなわち、図１０Ｄに示したＦ−ＯＳＲ２３３−Ｇおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｇは、それぞれ、図９Ｂに示したＦ−ＯＳＲ２３３−Ｃおよび独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｃに対応する。
【０１２９】
図１０Ｄに示したＦ−ＯＳＲ２３３−Ｇについて、その特性、得られる作用効果、形成時の注意点などは、図９Ｂの場合と同様である。
【０１３０】
（第４実施形態）
ここで、第４実施形態について説明する。以降、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、本実施形態による断熱材２３として、２種類の構成例について説明する。これら２種類の構成例は、共通する特徴を有している。すなわち、図６Ａ、図９Ａ、図９Ｂおよび図１０Ａ〜図１０Ｄに示した第１実施形態〜第３実施形態と同様に、本実施形態でも第１断熱層２３１として独立気泡型ＰＩＦ層を用いている。また、その一方で、第２断熱層２３２としては、本実施形態では、第１実施形態〜第３実施形態とは異なり、連続気泡型ＰＩＦ層や連続気泡型ＰＩ発泡体層ではなく、通気性構造体層である繊維構造体層を用いている。また、本実施形態による２種類の構成例において、保護層２３３の構成はそれぞれ異なる。
【０１３１】
本実施形態で用いる繊維構造体層は、繊維構造体で構成されている。この繊維構造体は、高い難燃性および高い耐熱性と、低い熱伝導性とを有していることが望ましい。また、この繊維構造体層は、連続気泡型ＰＩＦ層や連続気泡型ＰＩ発泡体と同様に、内包された空気が真空中で抜け出せる程度の通気性を有していることが望ましい。
【０１３２】
本実施形態で用いる繊維構造体層は、一例として、アクリル焼成対炎繊維のニードルフェルトや、３次元構造の織布などからなる難燃シート材を、中空構造を有するように貼り合せて構成することが出来る。このように構成された難燃シート材は、積層された繊維同士が離間しないように、高い層間強度を備えていることが望ましい。
【０１３３】
このようなアクリル焼成対炎繊維の具体例としては、ポリアクリルニトリル前駆体を、摂氏約３００〜５００度程度で焼成炭素化した繊維であるポリアクリルニトリル系耐炎化成繊維がある。
【０１３４】
その他の代替繊維としては、メタアラミド繊維、ＰＴＦＥ（ＰｏｌｙＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎ：ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ＰｏｌｙＥｔｈｅｒＥｔｈｅｒＫｅｔｏｎｅ：ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ：ポリフェニレンサルファイド）などがある。これらの代替繊維は、いずれも、高い耐熱性および高い難燃性を有する有機系繊維である。
【０１３５】
また、このように構成された繊維構造体層の表面には、表皮材を設けることが望ましい。この表皮材は、樹脂バインダーなどによる接着が可能であって、その表面に保護層２３３を積層可能であることが望ましい。
【０１３６】
本実施形態で用いる接着剤（表皮材と、保護層２３３とを接着する接着剤）は、高い耐熱性を有していることが望ましい。このような接着剤の具体例としては、エポキシ、エポキシ／ビスマレイミド、ポリイミド／シリコーンなどの熱硬化型接着剤がある。これらの熱硬化型接着剤は、最大で摂氏約３５０度程度の高温まで適用可能である。その他、一液硬化型のエポキシや、二液硬化型のエポキシもある。これらの接着剤は、最大で摂氏約２００度程度の高温まで適用可能である。
【０１３７】
（第４実施形態、構成例その１）
図１１Ａは、第４実施形態による断熱材２３の一構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図１１Ａは、図９Ａに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１３８】
図１１Ａに示した断熱材２３は、第２断熱層２３２として、図９Ａに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｂを、繊維構造体層としての難燃シート２３２−Ｈに置き換えたものに等しい。図１１Ａに示したその他の構成要素は、図９Ａの場合と同様である。すなわち、図１１Ａに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｈ、塗膜２３３−Ｈおよび顔料６１は、それぞれ、図９Ａに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−Ｂ、塗膜２３３−Ｂおよび顔料６１に対応する。
【０１３９】
本構成例による断熱材２３としての塗膜２３３−Ｈおよび顔料６１が有する反射性能と、この反射性能もたらす作用効果については、図９Ａの場合と同様である。
【０１４０】
（第４実施形態、構成例その２）
図１１Ｂは、第４実施形態による断熱材２３の別の構成例を示す、図５Ａの一部を拡大した図である。より詳細には、図１１Ｂは、図９Ｂに対応する変更例であって、図５Ａに示した断面図のうち、破線で囲った領域３１を拡大して示している。
【０１４１】
図１１Ｂに示した断熱材２３は、第２断熱層２３２として、図９Ｂに示した連続気泡型ＰＩＦ層２３２−Ｂを、繊維構造体としての難燃シート２３２−Ｉに置き換えたものに等しい。図１１Ｂに示した他の構成要素は、図９Ｂの場合と同様である。すなわち、図１１Ｂに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−ＩおよびＦ−ＯＳＲ２３３−Ｉは、それぞれ、図９Ｂに示した独立気泡型ＰＩＦ層２３１−ＣおよびＦ−ＯＳＲ２３３−Ｃに対応する。
【０１４２】
本構成例による断熱材２３としてのＦ−ＯＳＲ２３３−Ｉが有する反射性能と、この反射性能がもたらす作用効果については、図９Ｂの場合と同様である。
【０１４３】
上記で説明された実施形態に係る断熱材２３をロケットに適用した場合、地上における空気中の環境と、宇宙における真空中の環境との両方において、高い耐熱性を有する断熱材を有するロケットが提供される。
【０１４４】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１４５】
１  多段式ロケット
１１  第１段ロケット
１１０  第１段ロケット位置
１２  第２段ロケット
１２１  第２段エンジン
１２２  液体燃料タンク
１２３  人工衛星分離装置
１２４  人工衛星
１３  フェアリング
１３０  フェアリング位置
２１  液体燃料格納領域
２１０  液体燃料格納領域
２２  タンク外壁
２２０  タンク外壁
２３  断熱材
２３０  断熱材
２３０−Ａ  連続気泡型ＰＩＦ層
２３０−Ｂ  熱伝導率悪化領域
２３０−Ｃ  熱伝導率悪化領域
２３１  第１断熱層
２３１−Ａ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｂ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｃ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｄ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｅ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｆ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｇ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｈ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３１−Ｉ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３２  第２断熱層
２３２−Ａ  連続気泡型ＰＩＦ層
２３２−Ｂ  連続気泡型ＰＩＦ層
２３２−Ｃ  連続気泡型ＰＩＦ層
２３２−Ｄ  連続気泡型ＰＩ発泡体層
２３２−Ｅ  連続気泡型ＰＩ発泡体層
２３２−Ｆ  連続気泡型ＰＩ発泡体層
２３２−Ｇ  連続気泡型ＰＩ発泡体層
２３２−Ｈ  難燃シート
２３２−Ｉ  難燃シート
２３３  保護層
２３３−Ａ  独立気泡型ＰＩＦ層
２３３−Ｂ  塗膜
２３３−Ｃ  Ｆ−ＯＳＲ
２３３−Ｄ  塗膜
２３３−Ｅ  反射膜
２３３−Ｆ  ＰＩスキン膜
２３３−Ｇ  Ｆ−ＯＳＲ
２３３−Ｈ  塗膜
２３３−Ｉ  Ｆ−ＯＳＲ
２３４−Ｅ  放射膜
２４  通気部
２４−Ａ  開口部
２４−Ｂ  開口部
２４−Ｃ  開口部
２５  密閉部
２５−Ａ  栓
２５−Ｂ  栓
２５−Ｃ  栓
２６−Ａ  排気管
２６−Ｂ  排気管
２６−Ｃ  排気管
２７  逆止弁
２８  蝶番
２９  バネ
３０  領域
３１  領域
３２  領域
３３  領域
４１  水分などの浸入
４２  冷却作用
５１  風雨の浸入の抑制
５２  入熱の抑制
５３  冷却の抑制
５４  太陽光の反射
５５  入熱の抑制
５６  熱量の放射
５７  風雨浸入の抑制
５８  空気の流出
６１  顔料
【図１Ａ】
2016176489.tif 000003
【図１Ｂ】
2016176489.tif 000004
【図２Ａ】
2016176489.tif 000005
【図２Ｂ】
2016176489.tif 000006
【図２Ｃ】
2016176489.tif 000007
【図３Ａ】
2016176489.tif 000008
【図３Ｂ】
2016176489.tif 000009
【図４Ａ】
2016176489.tif 000010
【図４Ｂ】
2016176489.tif 000011
【図５Ａ】
2016176489.tif 000012
【図５Ｂ】
2016176489.tif 000013
【図５Ｃ】
2016176489.tif 000014
【図５Ｄ】
2016176489.tif 000015
【図６Ａ】
2016176489.tif 000016
【図６Ｂ】
2016176489.tif 000017
【図６Ｃ】
2016176489.tif 000018
【図７Ａ】
2016176489.tif 000019
【図７Ｂ】
2016176489.tif 000020
【図７Ｃ】
2016176489.tif 000021
【図８Ａ】
2016176489.tif 000022
【図８Ｂ】
2016176489.tif 000023
【図９Ａ】
2016176489.tif 000024
【図９Ｂ】
2016176489.tif 000025
【図１０Ａ】
2016176489.tif 000026
【図１０Ｂ】
2016176489.tif 000027
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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