JP2542314B2 - 熱制御及び静電気放電の積層体 - Google Patents

熱制御及び静電気放電の積層体

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、熱的な安定を
維持するとともに静電気の電荷を消散させるために宇宙
船の装置(ハードウエア)のための保護外被として有用
な広範囲の無線周波数を透過させる積層体に関する。
【0002】
【従来の技術と発明の解決課題】通信装置のような種々
の型の装置は、電気的に充電され且つ大きな熱変化を含
んでいる(あるいは、充電されるか、若しくは大きな熱
変化を含んでいる)環境にある時に装置の損傷もしくは
変形を避けるために保護を必要とする。例えば、宇宙空
間の環境は、アンテナのような外部装置を両極端な温度
や荷電粒子の高い電束あるいはプラズマに晒す。短時間
の急激な温度変化は、外部装置内で機械の変形を引き起
こすことがよくある。宇宙空間のような極端な環境から
通信用装置を保護することには、宇宙船の装置を保護す
るのに通常使用されている材料が無線信号の伝送を妨害
するため特殊な問題が存在する。不良環境からの保護が
第一の課題ではあるが、これと材料費削減及び全重量の
抑制とは、相反する課題である。そんな訳で、電気及び
熱から保護でき、軽く、比較的廉価で、広範囲の無線周
波数を透過する堅固な材料が要求されている。
【0003】これらの特徴のいくつかを満足するいろい
ろな材料が先行技術に示されているが、これらの全てを
満足する材料は存在しない。例えば、Saville他
に付与された米国特許第4,816,328号は、改
装、積み込み及び貯蔵中に清潔にされた宇宙空間装置の
ための外被としての積層体の有益性を開示している。し
かしながら、この積層体は、非常に静電気的に充電され
た空間環境における使用に適していないし、熱制御面と
しても適さない。
【0004】DeGree他に付与された米国特許第
4,810,563号は、固体装置を取りつけるための
取り付け基部若しくはシャシー付着部材としての有益な
積層体を開示している。DeGreeの積層体は、金属
の伝導層を有しているため、本発明の積層体のように無
線周波数を透過しない。
【0005】Testardに付与された米国特許第
4,438,168号は、極低温装置のための熱絶縁と
して有用な熱遮蔽体を開示しているが、熱遮蔽体は、静
電気電荷の消散特性をもたない。
【0006】Muelenberg,Jr.に付与され
た米国特許第4,326,731号は、薄層を介して露
出している複数の開口点をもつ金属層を被覆している誘
電材料を有する静電気電荷消散層を開示している。この
誘電金属薄層は、無線周波数を透過しない。
【0007】S.C.ClarkとG.E.Alle
n,Sr.による”Thermo−Mechanica
l Design and Analysis Sys
temfor the Huges 76 Inch
Parabolic Antenna Reflect
or”(paper AIAA−82−0864)は、
いくつかの無線周波数の内のある無線周波数を透過する
熱制御面として有用な静電気放電性積層体を開示してい
る。しかしながら、この積層体はある範囲の無線周波数
のみを通過させるアルミニウムを沈積させた領域を有す
る。本発明の積層体は、製造が容易で、広範囲の周波数
に亙って無線周波数を透過し、宇宙船の外部装置のため
の種々の硬直した保護構造を製造するに当たってより簡
単に使用できる。
【0008】
【課題を解決するための手段】これの目的ならびに他の
目的を達成するために、本発明は、広範囲の無線周波数
を透過する熱及び静電気から保護するための積層体であ
り、電荷の充電量を安定的に引き下げるための伝導層
と、熱放射を反射し積層体の一方の面上の温度変化が積
層体の他方の面上の対応領域に及ぼす影響を制限する際
に伝導層を補助するために伝導層に接着された熱制御層
とを有する積層体を提供する。
【0009】
【実施例】さて、図1及び図2を参照すると、本発明の
好ましい実施例の積層体10は、伝導層12と熱制御層
24とから構成される。伝導層12は、好ましくは半導
体であって、好ましい実施例においては、ゲルマニウム
である。熱制御層24は、伝導層12に接する薄層14
と、薄層14に接着された網状の層16と、熱を反射す
る被膜20とから構成される。好ましい実施例におい
て、網状層16は、エポキシ含浸し編んだポリアミド織
物であり、熱反射被膜20は、登録商標Tedlarの
ようなポリビニルフッ化物(PVF)の薄層(DuPo
ntによって市販されている)である。
【0010】これらの構成物が無線周波数の送波を透過
することから、本発明の積層体は、4〜16ギガヘルツ
のような宇宙空間での応用に一般に使用されている広範
囲の通信周波数に亙って無線周波数を透過する。静電気
電荷が積層体10上に集積すると、この静電気電荷は、
伝導層12に沿って移動した後、伝導層12に接続され
低位の静電気の電位点に接地されている導体(図示な
し)を介して移動することによって放電される。伝導層
12と導体を介して移動する静電気電荷は接地されてい
るので、宇宙船上のある点から付近の装置上のより低位
の静電気の電位への有害なアークを発する静電気放電
は、回避することができる。
【0011】積層体10は、外部装置が遥か遠い宇宙に
向けられている場合、外部熱源から例えば宇宙船の外部
装置に向けられた熱エネルギの高い割合を反射したり、
外部装置によって発生される放射熱を反射する熱制御面
でもある。さらに、積層体10は、外部装置が高温もし
くは低温のいずれかの両極端な温度にさらされている場
合、外部装置の温度勾配を調整して、温度の変化率を減
ずる。このようにして、外部装置における物理的変形を
回避する。
【0012】積層体10は、剛性を賦与して種々の形状
に形成できる。形状に関係なく無線周波数を透過する材
料であるため、この材料は、いろいろな応用において容
易に使用できる。例えば、積層体10は、宇宙船のアン
テナの反射器用レードームを形成するのに使用できる。
積層体10が、宇宙船のアンテナ反射器用の外被として
使用される場合、これは、外部(太陽)からの熱を反射
するとともに、内部放射熱を反射してアンテナ反射器へ
戻すことによってアンテナ反射器における温度をほとん
ど一定に維持する。内部放射熱の反射が、部分的に陰が
生じる場合であってもアンテナ反射器における極端な温
度と温度勾配を抑える。反射器が、遥か遠い宇宙に面し
ている場合、熱を反射する被膜20は、反射器の温度が
下がる比率が十分に減じられるようにアンテナ反射器か
らの放射された熱エネルギを反射する。
【0013】伝導層12は、宇宙空間のような環境にあ
る電荷が集積して、ある低電位点もしくは接地点へ消散
することができる層として機能する。この伝導層12
は、また積層体の伝導層12側に配された熱源からの熱
放射をも反射する。伝導層12は、積層体10を通って
伝達したい無線周波数に対してはその無線周波数を透過
しなければならない。積層体10の伝導層12は、熱制
御層24と接する。伝導層12の厚さは、その熱吸収を
制限し、しかも静電気を消散させることができる十分な
電気伝導性を維持するように選択される。好ましい実施
例において、伝導層12は、例えば500〜2500オ
ングストロームの範囲の一定の厚さで熱制御層24上に
沈積された領域であるゲルマニウムとする。
【0014】熱制御層24は、また広範囲の無線周波数
で透過性であり、熱勾配減衰器や熱反射器として動作す
る。熱制御層24は、積層体10が直接熱にさらされる
ときに放射熱を反射する際に伝導層12を補助する。熱
制御層24は、また外部装置の温度の降下率を減少する
ためにこの層が覆う装置から放射される熱放射を反射す
る。こうして、急速な温度変化から生じる装置の変形を
回避する。
【0015】熱制御層24は、熱反射被膜20、好まし
くはシリカを主体とした塗料被覆若しくは登録商標Te
dlarとしてDuPontから市販されているPVF
のようなPVF薄層を有する。熱反射被膜20は、好ま
しくは内部放射熱の反射性を最大にするために白色であ
る。例えば、NASAが承認するS−13 GLOwh
iteのシリカを主体した被覆のような熱反射被膜20
を使用してもよい。同様の熱及び電気の特性をもつ他の
熱反射被覆材料が、シリカを主体とした被覆とTedl
ar(登録商標)のようなPVF薄層との代わりに使用
されてもよい。
【0016】本発明の好ましい実施例において、熱制御
層24は、また伝導層12のための基質であることと反
射被膜20のためのキャリアとして機能する薄層14を
有する。薄層14は、このようにして積層体を支持し、
実際上これを共に保持する。薄層14は、好ましくは、
その物理的完全性と元来の形状を維持すると共に、高温
に耐えることができる特性を備えていて、無線周波数の
電磁放射を透過するポリミド薄層である。例えば、こ
のようなポリミド薄層は、Kapton(登録商標)
としてDuPontから市販されている。同様の熱及び
電気の特性をもつ他の材料をポリミド薄層の代わりに
使用してもよい。
【0017】好ましい実施例において、熱制御層24
は、さらに伝導層12と反対の薄層14の側に接着され
た網状層16を有して積層体10を堅固にする。網状層
16は、好ましくは商標名NomexとしてDuPon
tから市販されている不燃性ポリアミド織物から形成さ
れる。網状層16は、商標名KevlarとしてDuP
ontから市販されているポリアミド織物等の織られ
た、編まれた、或は編まれたものでないポリアミド布で
あってもよい。ポリアミド織物がエポキシ樹脂を含浸さ
れその後固められると、補助的な堅固さと強度が積層体
10に付加される。同様の熱及び電気の特性をもつ他の
類似材料をポリアミド織物の代わりに使用してもよい。
【0018】好ましい実施例において、ゲルマニウム層
は約1100オングストロームの厚さで、薄層14とし
て機能するKapton薄層は約0.0254mm(1
mil)の厚さで、網状層16として使用されているN
omexの織物は0.1016mm(4mil)〜0.
127mm(5mil)の厚さで、熱反射被膜として使
用されるTedlar薄層は約0.0254mm(1m
il)の厚さである。この構成にすると、積層体10
は、無線周波数の99%以上を通過させるが、光の4〜
5%しか通過させない。概して、層が厚くなると、積層
体10は、あまり光を通さないと同時に無線周波数をも
透過しなくなる。こうして、これらの寸法を増大する
と、積層体10の光の透過を制限することができるが、
積層体を通過する無線周波数の量も減少することにな
る。
【0019】熱制御層24の別の実施例は、薄層14か
網状層16のいずれかか、または伝導層12及び熱反射
被膜20のための十分な構成の支持体として機能し無線
周波数放射を透過する他の層と組み合わせた熱反射被膜
20から形成することができる。また、熱制御層24
は、理論上では薄層14の強度と熱反射被膜20の熱反
射を組み合わせる材料だけから形成される。しかしなが
ら、そのような材料は、現段階では存在しない。
【0020】以上の記述は、好ましい実施例を示してい
るが、本発明の範囲を制限するものでない。本発明の範
囲は、特許請求の範囲によってのみ制限されるべきであ
る。上の記述から、多くの変更は、本発明の技術分野の
当業者には明白だろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の積層体の好ましい実施例の斜視図であ
る。
【図2】図1の線2−2による積層体断面図である。
【符号の説明】
10 積層体 12 伝導層 14 薄層 16 網状層 20 熱反射被膜 24 熱制御層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・ディー・ホルベリ アメリカ合衆国カリフォルニア州パイ ン・グローブ、アイリシュタウン・ロー ド14074 (56)参考文献 米国特許4479131(US,A)

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 層上に集積される静電気の電荷を消散
    し、熱放射を反射する、4〜16GHzの周波数範囲の
    マイクロ波を透過する伝導層と、 熱放射を反射し、積層体の一方の面上の温度変化が積層
    体の他方の面上の対応領域に及ぼす影響を最小にするた
    めに、前記伝導層と接合された前記マイクロ波を透過す
    熱制御層であって、実質的に一定厚さの熱反射被膜を
    有する熱制御層と、を具備している 熱と静電気から保護するための積層体。
  2. 【請求項2】 前記伝導層が、半導体から構成される請
    求項1に記載の積層体。
  3. 【請求項3】 前記半導体が、ゲルマニウムである請求
    項2に記載の積層体。
  4. 【請求項4】 半導体層が、500〜2500オングス
    トロームの一定の厚さをもつ請求項1に記載の積層体。
  5. 【請求項5】 前記熱反射被膜が、シリカを主体とする
    被覆から構成される請求項に記載の積層体。
  6. 【請求項6】 前記熱反射被膜が、ポリビニルフッ化物
    薄層から構成される請求項に記載の積層体。
  7. 【請求項7】 前記熱制御層が、前記伝導層と前記熱反
    射被膜のための基質として機能するために前記伝導層と
    前記熱反射被膜との間にさらに薄層を有する請求項
    記載の積層体。
  8. 【請求項8】 前記薄層が、ポリイミド薄層から構成さ
    れる請求項に記載の積層体。
  9. 【請求項9】 前記熱反射被膜が、シリカを主体とする
    被覆から構成される請求項に記載の積層体。
  10. 【請求項10】 前記熱反射被膜が、ポリビニルフッ化
    物薄層から構成される請求項に記載の積層体。
  11. 【請求項11】 前記熱制御層が、さらに網状層を有す
    る請求項に記載の積層体。
  12. 【請求項12】 前記網状層が、ポリアミド網状体であ
    る請求項11に記載の積層体。
  13. 【請求項13】 前記網状層が、堅固な網状体である請
    求項11に記載の積層体。
  14. 【請求項14】 前記堅固な網状体が、含浸された後固
    められたポリアミド網状体である請求項13に記載の積
    層体。
  15. 【請求項15】 前記熱反射被膜が、シリカを主体とす
    る被覆から構成される請求項11に記載の積層体。
  16. 【請求項16】 前記熱反射被膜が、ポリビニルフッ化
    物薄層から構成される請求項11に記載の積層体。
  17. 【請求項17】 前記網状層が、ポリアミド織物から構
    成される請求項11に記載の積層体。
  18. 【請求項18】 前記ポリアミド織物が、堅固である請
    求項17に記載の積層体。
  19. 【請求項19】 第一面と第二面をもつポリイミド薄層
    と、前記薄層の第一面に接するポリアミド網状体と、前
    記ポリアミド網状体に接するシリカを主体とする被覆と
    から構成される熱絶縁層と、 前記ポリイミド薄層の第二面に接する500〜2500
    オングストロームの範囲の一定の厚さをもつゲルマニウ
    ム層と、 を有する熱と静電気から保護するための積層体。
  20. 【請求項20】 第一面と第二面をもつポリイミド薄層
    と、前記薄層の第一面に接するエポキシ樹脂を含浸され
    たポリアミド織物と、前記ポリアミド織物に接する実質
    的に一定の厚さのボリビニルフッ化物薄層とから構成さ
    れる熱絶縁層と、 前記ポリイミド薄層の第二面に接する500〜2500
    オングストロームの範囲の一定の厚さをもつゲルマニウ
    ム層と、 を有する熱と静電気から保護するための積層体。
JP4203247A 1991-08-27 1992-07-08 熱制御及び静電気放電の積層体 Expired - Fee Related JP2542314B2 (ja)

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