(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直接接触または所定間隔で近接して配置された発熱体取付部および放熱体取付部と、これら取付部が接触または近接している領域の周縁部の複数個所において前記取付部間に配置された柱状部と、該柱状部を加熱するヒータと、該ヒータを制御する制御部を備えることを特徴とする熱抵抗制御装置。
【請求項２】
前記柱状部を介して前記発熱体取付部と放熱体取付部とが固定接続されている請求項１記載の熱抵抗制御装置。
【請求項３】
前記発熱体取付部と柱状部の間、および前記放熱体取付部と柱状部の間にはそれぞれ断熱材が配置されている請求項１または２記載の熱抵抗制御装置。
【請求項４】
前記発熱体取付部と柱状部は直接接触し、前記放熱体取付部と柱状部の間には断熱材が配置されている請求項１または２記載の熱抵抗制御装置。
【請求項５】
前記柱状部が熱膨張するとき、前記発熱体取付部と放熱体取付部との接触圧力または間隔が変化する請求項１記載の熱抵抗制御装置。
【請求項６】
前記発熱体取付部は発熱体の一部である請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１に記載の熱抵抗制御装置。
【請求項７】
前記放熱体取付部は放熱体の一部である請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１に記載の熱抵抗制御装置。
【請求項８】
前記発熱体取付部と前記柱状部がボルトで固定され、柱状部と放熱体取付部は該柱状部に形成されたネジ部により該放熱体取付部に固定される請求項２記載の熱抵抗制御装置。
【請求項９】
前記発熱体取付部と柱状部、および前記放熱体取付部と柱状部とは共にボルトで固定される請求項２記載の熱抵抗制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発熱部と放熱部とが接触する部分の熱抵抗を制御する熱抵抗制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高集積化に伴い発生する熱の処理が大きな問題となっている。精密な機器では動作時および非動作時の許容温度範囲が制限される場合が多い。特に人工衛星等に搭載される機器において、太陽光を受ける部分と受けない部分とで、大きな温度差が生じ熱的に厳しい条件となる。こうした熱的に厳しい条件で使用される機器は通常、機器側の熱放射面または衛星構体側の放熱体取付部までの放熱経路における熱抵抗をできるだけ小さくするように機器を取り付け、機器の高温側で許容温度範囲内になるようにしている。
【０００３】
しかし、衛星の軌道や姿勢変更によっては放熱量が大きく増大し、高温側の対策のために機器が冷却過剰になり、逆に機器の一部を低温側許容温度範囲内に収まるようにヒータを取り付けて暖めるケースがある。これは放熱経路の熱抵抗が一定となっていることが１つの原因である。放熱経路の熱抵抗を制御し、高温時には熱抵抗の値を小さくして機器からの放熱量を大きくし、低温時には熱抵抗の値を大きくして機器からの放熱量を小さくすることができれば、保温用のヒータが必要なくなるとともに、電力量を減らすことができる。
【０００４】
熱抵抗を変化させる装置の一例が、特開平０５−２５１５９５号公報に記載されている。この公報に記載された可変熱抵抗装置は、圧電素子の発生する力を利用して電気的に熱抵抗を変化させる装置である。放熱経路にある２つの熱伝導体間の接触面に圧電素子を配置し、圧電素子に印加する電圧により接触面を加圧制御し、熱抵抗を変化させる装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報記載の技術には、次のような問題点がある。第１は、熱抵抗値を最も小さいままの状態で維持するためには、常に圧電素子に最大電圧を加えつづけなければならないことである。これは最も熱を放熱したいときに、圧電素子からの発熱量が最も大きくなり、放熱のために逆に熱を発生させていることになる。第２は、熱抵抗を小さくしにくく放熱能力の増大が困難な構造になっていることである。圧電素子の発生する応力は、そのまま接触圧にはならず、熱伝導体を変形させるために使われてしまう。一般に熱伝導率のよい物質としては銅やアルミニウムなどの金属であるが、熱抵抗を小さくするためにはできるだけ厚い金属（銅やアルミニウムなど）を使用することが望ましい。しかしそのような金属を変形させるに大きな力が必要となる。変形をよくするためには厚さの薄い部分を設ける必要があるが、その部分では熱抵抗が大きくなってしまい、金属の熱伝導率の良さを活かせない。より多くの力を発生させるために、圧電素子を多量に用いれば、この部分からの発熱量が増大する。したがって、放熱能力を増大させるために、単に圧電素子を増設することは解決策とはならない。一方、放熱シートのような変形しやすい物質の熱伝導率は、金属とは数桁以上悪いため、全体としては熱抵抗を小さくすることは困難である。
【０００６】
本発明は、以上の課題に鑑み、むだな電力を発生させず効率よく熱抵抗を制御できる熱抵抗制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の熱抵抗制御装置は、互いに直接接触または所定間隔で近接して配置された発熱体取付部および放熱体取付部と、これら取付部が接触または近接している領域の周縁部の複数個所においてこれら取付部間に配置された柱状部と、該柱状部を加熱するヒータと、該ヒータを制御する制御部を備える。この装置は、柱状部を介して発熱体取付部と放熱体取付部とが固定接続することができる。発熱体取付部と柱状部の間、および放熱体取付部と柱状部の間にはそれぞれ断熱材を配置することができる。あるいは、発熱体取付部と柱状部は直接接触し、放熱体取付部と柱状部の間に断熱材を配置することができる。
【０００９】
上記熱抵抗制御装置では、発熱体取付部と柱状部がボルトで固定し、柱状部と放熱体取付部は該柱状部に形成されたネジ部により該放熱体取付部に固定することができる。発熱体取付部と柱状部、および放熱体取付部と柱状部とは両部分ともボルトで固定することができる。また発熱体取付部は発熱体の一部であり、放熱体取付部は放熱体の一部であることが可能である。
【００１０】
上記装置では、熱抵抗を外部から効率的に制御でき、また電力を効率的に使用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図６は、本発明の熱抵抗制御装置の配置例を示す。本発明の熱抵抗制御装置１は、図６に示すように発熱体１４と放熱体２４の間に取り付けられ、発熱体１４から放熱体２４への放熱量を制御するものである。図６では、発熱体１４と熱抵抗制御装置１、及び放熱体２４と熱抵抗制御装置１とはそれぞれ別個の構成部分である。図６の構成では、熱抵抗制御装置は、発熱体１４及び放熱体２４とは別個の発熱体取付部及び放熱体取付部を備える。しかし、発熱体取付部は発熱体１４の一部であってもよく、放熱体取付部は放熱体２４の一部であってもよい。この場合、発熱体１４及び放熱体２４のそれぞれの一部が直接接触あるいは非常に近接して配置し、これら接触部又は近接部の周縁部において発熱体１４と放熱体２４の間に後述する柱状部を配置する構成となる。
【００１２】
図１は、本発明の熱抵抗制御装置の構成例を示す。発熱体取付部１１の接触面１３と放熱体取付部２１の接触面２３とが接触して、または非常に近接して対向配置されている。この接触領域の周縁部には柱状部３１が２個所に配置されている。柱状部３１は板状の断熱材３２、３３を介して発熱体取付部１１と放熱体取付部２１の間に取り付けられる。さらに発熱体取付部１１と柱状部３１は、ボルト（またはネジ）４１で固定されている。柱状部３１の側面にはヒータ３４が接合されており、ヒータ３４には温度制御部３５が接続する。
【００１３】
図３は、柱状部が配置された領域の拡大断面図である。柱状部３１は断熱材３３、３２を介してそれぞれ発熱体取付部１１と放熱体取付部２１の間に配置されている。発熱体取付部１１と柱状部３１はボルト４１で結合固定されている。また放熱体取付部２１と柱状部３１は、該柱状部３１に形成された雄ネジが放熱体取付部２１に形成された雌ネジに嵌めこまれ、結合固定されている。ヒータ３４は柱状部３１の側面に接合している。
【００１４】
上記構成において、既に述べたように発熱体取付部１１は発熱体の本体の一部であってもよい。また放熱体取付部２１は放熱体の本体の一部であってもよい。断熱材３２、３３は、セラミクスのような熱伝導率の小さいものが望ましい。柱状部３１をできるだけ効率よく加熱し、また発熱体取付部１１および放熱体取付部２１への影響を最小にするためである。柱状部３１はできるだけ線膨張率の大きな材料を用いる。図１では柱状部３１は２個所であるが、必要に応じて３個所以上でもよい。また発熱体取付部１１と放熱体取付部２１の接触しまたは近接する領域の面積は放熱量に応じて設計時に適宜変更する。図３の例では、柱状部３１と発熱体取付部１１とが独立のボルト４１で固定されているが、柱状部３１に下側にも雌ネジを形成して柱状部３１と放熱体取付部２１も同じようにボルトで固定することもできる。
【００１５】
本熱抵抗制御装置１の動作について、図１、２を参照して説明する。本装置の初期状態では、発熱体取付部１１の接触面１３と放熱体取付部２１の接触面２３は、ボルト４１の締め付けにより加圧されて接触している。すなわち初期状態において、接触面１３と接触面２３の熱抵抗は最も小さい状態になっている。ただし加圧程度によって熱抵抗はある程度変動する。また接触面の表面粗さをできるだけ小さくすることにより初期状態での熱抵抗をより小さくできる。
【００１６】
熱抵抗制御装置１の熱抵抗を大きくする場合、ヒータ３４を加熱することにより、柱状部３１を熱膨張させる。温度制御部３５からの制御信号によりヒータ３４が発熱し、柱状部３１の温度が上昇する。温度上昇に伴い柱状部３１は熱膨張し、接触面１３と接触面２３の間の接触圧が減少し、さらに図２に示されるように隙間ができる。接触面１３と接触面２３が接触している場合でも、接触圧が減少すれば熱抵抗は大きくなる。柱状部３１の熱膨張により発生する隙間は、空気等の媒体を介しての熱伝導になり、真空中では放射となる。いずれも初期状態に比べ熱抵抗が大きくなる。
【００１７】
上記構成では熱抵抗を大きくして機器（発熱体）から熱を逃さない、すなわち対象機器を暖める場合にヒータ加熱により熱抵抗を大きくするため、電力の効率利用が図られる。
【００１８】
図４に示された構成例では、柱状部３１と発熱体取付部１１の間に断熱材が挿入されていない。これは、通常熱抵抗を大きくするときは機器等を暖めたい場合が多いためである。熱抵抗制御装置１の熱抵抗を大きくするため、ヒータ３４により柱状部３１を加熱し熱膨張させるが、そのヒータの熱の一部を積極的に発熱体取付部１１側に逃がすことにより、発熱体取付部１１に取り付けられている機器をも暖めることができる。
【００１９】
図５の構成例では、柱状部３１にはヒータが接合しておらず、また温度制御部も取り付けられていない。また、初期状態で接触面１３と接触面２３の間に隙間ができるような形状となっている。この構成では、発熱体取付部１１に取り付けられた機器（発熱体）からの熱のみにより、発熱体取付部１１が熱膨張により変形する。接触面１３と接触面２３とが、発熱体が所定の温度以上になったときに接触し、発熱体から放熱できるように、その間隔を調整しておく。接触面同士が接触すると、接触面２３を介して発熱体の熱が放熱され、発熱体取付部１１および発熱体の温度を低下させることができる。一定以上の放熱がされれば、発熱体取付部１１の温度が下がるため熱収縮がおき、再び接触面１３と接触面２３の間に隙間ができる。したがって、柱状部３１に取り付けていたヒータ等を備えず、初期状態で接触面１３と接触面２３の間の隙間を調整することにより、放熱量を制御できる。このように図５の構成では一層簡易な構成で熱抵抗を制御できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本熱抵抗制御装置では、発熱体取付部と放熱体取付部との間隔をその間に配置された柱状部の熱膨張により制御するので放熱部への熱抵抗を外部から電気的に効率的に制御できる。熱抵抗を大きくする（機器を暖める）場合にヒータを発熱させるので無駄な電力の消費が少ない。
【００２１】
またヒータ等を用いない非常に簡易な構成によっても必要な熱抵抗の制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱抵抗制御装置の構成例であって初期状態を示す側面図。
【図２】本発明の熱抵抗制御装置の構成例であって熱抵抗の高い状態を示す側面図。
【図３】本発明の熱抵抗制御装置の周縁部の構成例を示す拡大断面図。
【図４】本発明の熱抵抗制御装置の他の構成例を示す側面図。
【図５】  熱抵抗制御装置の他の構成例を示す側面図。
【図６】本発明の熱抵抗制御装置の配置を示す図。
【符号の説明】
１１    発熱体取付部
１２    放熱体取付部
１３、２３    接触面
３１    柱状部
３２、３３    断熱材
３４    ヒータ
【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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