(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体取付部と、放熱体取付部と、これら取付部と第１、第２の断熱材および第３、第４の断熱材を介して接続した第１の支持構造物および第２の支持構造物とを備えた箱型の構造体であって、
前記第１の支持構造物側に充填された第１の充填材と、前記第２の支持構造物側に充填された第２の充填材と、これら第１、第２の充填材および前記発熱体取付部と接触する第１の対面部および前記放熱体取付部と接触する第２の対面部とに囲まれた放熱径路と、この放熱径路を移動する良熱伝導体と、この良熱伝導体と第５の断熱材を介して接続したシャフトと、このシャフトを移動させる駆動部と、この駆動部を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする熱抵抗制御装置。
【請求項２】
前記コントローラから前記駆動部へ指令を出すと、前記シャフトに前記第５の断熱材を介して取り付けられた前記良熱伝導体が前記放熱径路の間を移動し、これにより前記放熱径路に占める前記良熱伝導体の割合を変化させ、前記放熱径路に対し前記良熱伝導体の占有率がもっとも大きくなるようにすることで前記放熱径路の熱抵抗を小さくし、前記放熱径路に対し前記良熱伝導体の占有率がもっとも小さくなるようにすることで前記放熱径路の熱抵抗を大きくすることを特徴とする請求項１記載の熱抵抗制御装置。
【請求項３】
前記放熱径路との前記第１、第２の対面部以外の前記発熱体取付部および前記放熱体取付部と前記第１の充填材の接触面に第１、第２の断熱層を、同様に前記放熱径路との前記第１、第２の対面部以外の前記発熱体取付部および前記放熱体取付部と前記第２の充填材の接触面に第３、第４の断熱層を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱抵抗制御装置。
【請求項４】
前記発熱体取付部と前記放熱体取付部とが前記第１、第２、第３および第４の断熱材を介さずに直接第１、第２の支持構造物によって取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱抵抗制御装置。
【請求項５】
前記第１の支持構造物にばねによる第１の圧縮展開機構を設け、前記第２の支持構造物に第２の圧縮展開機構を設け、これら第１、第２の圧縮展開機構は前記発熱体取付部と前記良熱伝導体との隙間および前記放熱体取付部と前記良熱伝導体との隙間をそれぞれ小さくし、接触面圧を生じさせることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱抵抗制御装置。
【請求項６】
前記良熱伝導体がくさび型の良熱伝導体であり、前記発熱体取付部の形状も前記くさび型の良熱伝導体の形状に合うように作られていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱抵抗制御装置。
【請求項７】
前記良熱伝導体がくさび型の良熱伝導体であり、前記放熱体取付部の形状も前記くさび型の良熱伝導体の形状に合うように作られていることを特徴とする請求項１又は請求項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】
本発明は熱抵抗制御装置に関し、特に放熱径路における各材料の割合を電気的に変えることにより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】
一般に、電子機器や精密機器（以下、単に機器と略す）においては、それらの動作時および非動作時の高温側および低温側の温度範囲が規定されることが多い。特に人工衛星等の宇宙機に搭載される機器において、宇宙機の外表面に太陽光が入射する場合と入射しない場合とで、その高温側、低温側ともに熱的に厳しい条件となる。近年、ミッションの多様化、コンピュータの高性能化に伴い、機器の発熱量が大きく増加している。こうした熱的に厳しい機器は通常、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、機器の温度が高温側の許容温度範囲内になるようにしている。しかし、衛星の軌道やミッションに伴う衛星の姿勢変更によっては放熱量の方が大きく増大し、高温側の対策のために機器が冷却過剰になり、機器の温度が低温側の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場合がある。これらは放熱経路の熱抵抗が一定となっているために生じる問題である。放熱経路の熱抵抗を制御することで高温時には熱抵抗の値を小さくして機器からの放熱を大きくし、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、衛星に必要な電力を減らすことができる。
【０００３】
このような熱抵抗制御技術の一例として、特開平０５−２５１５９５号公報記載の「可変熱抵抗装置」が知られている。
【０００４】
この公報に記載された可変熱抵抗装置は、圧電素子の発生力を利用して電気的に熱抵抗を変化させる装置であり、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熱伝導体を加圧し、これら熱伝導体間の熱抵抗を変化させる技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の熱抵抗制御装置は、熱を放熱したいときに圧電素子からの発熱量は大きくなり、放熱するためにさらに熱を発生させていることになるので、熱抵抗値を小さい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という欠点を有している。
【０００６】
また、圧電素子の発生力はそのまま接触圧にはならずに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が挙げられ、これらの熱抵抗を小さくするためにはできるだけ厚い金属にしなければならないが、そのような金属を変形させるには大きな力が必要となる。小さい力で変形を行う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り、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、その分可変熱抵抗装置からの発熱量が増大する。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性能のものしか存在しないため、全体としては熱抵抗を小さくできない。従って、熱抵抗を小さくすることが困難なため放熱能力の増大に対応できない構造になるという欠点を有している。
【０００７】
本発明の目的は、熱抵抗を小さくでき放熱能力に優れた熱抵抗制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱抵抗制御装置は、発熱体取付部と、放熱体取付部と、これら取付部と第１、第２の断熱材および第３、第４の断熱材を介して接続した第１の支持構造物および第２の支持構造物とを備えた箱型の構造体であって、
前記第１の支持構造物側に充填された第１の充填材と、前記第２の支持構造物側に充填された第２の充填材と、これら第１、第２の充填材および前記発熱体取付部と接触する第１の対面部および前記放熱体取付部と接触する第２の対面部とに囲まれた放熱径路と、この放熱径路を移動する良熱伝導体と、この良熱伝導体と第５の断熱材を介して接続したシャフトと、このシャフトを移動させる駆動部と、この駆動部を制御するコントローラとを備えたことを特徴としている。
【００１０】
前記コントローラから前記駆動部へ指令を出すと、前記シャフトに前記第５の断熱材を介して取り付けられた前記良熱伝導体が前記放熱径路の間を移動し、これにより前記放熱径路に占める前記良熱伝導体の割合を変化させ、前記放熱径路に対し前記良熱伝導体の占有率がもっとも大きくなるようにすることで前記放熱径路の熱抵抗を小さくし、前記放熱径路に対し前記良熱伝導体の占有率がもっとも小さくなるようにすることで前記放熱径路の熱抵抗を大きくすることを特徴としている。
【００１１】
前記放熱径路との前記第１、第２の対面部以外の前記発熱体取付部および前記放熱体取付部と前記第１の充填材の接触面に第１、第２の断熱層を、同様に前記放熱径路との前記第１、第２の対面部以外の前記発熱体取付部および前記放熱体取付部と前記第２の充填材の接触面に第３、第４の断熱層を設けたことを特徴としている。
【００１２】
前記発熱体取付部と前記放熱体取付部とが前記第１、第２、第３および第４の断熱材を介さずに直接第１、第２の支持構造物によって取り付けられていることを特徴としている。
【００１３】
前記第１の支持構造物にばねによる第１の圧縮展開機構を設け、前記第２の支持構造物に第２の圧縮展開機構を設け、これら第１、第２の圧縮展開機構は前記発熱体取付部と前記良熱伝導体との隙間および前記放熱体取付部と前記良熱伝導体との隙間をそれぞれ小さくし、接触面圧を生じさせることを特徴としている。
【００１４】
前記良熱伝導体がくさび型の良熱伝導体であり、前記発熱体取付部の形状も前記くさび型の良熱伝導体の形状に合うように作られていることを特徴としている。
【００１５】
前記良熱伝導体がくさび型の良熱伝導体であり、前記放熱体取付部の形状も前記くさび型の良熱伝導体の形状に合うように作られていることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の熱抵抗制御装置の原理図である。
【００１９】
図１を参照すると、熱抵抗制御装置１は発熱体２と放熱体３との間に取り付けられる。熱抵抗制御装置１は、放熱経路に１つあるいは複数の材料を使用し、放熱経路における各材料の占める割合を変化させることにより、熱抵抗を電気的に制御するものである。
【００２０】
図２は本発明の熱抵抗制御装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【００２１】
図２に示す本実施の形態は、発熱体取付部１０と、放熱体取付部２０と、これら取付部と断熱材３１ａ，３１ｂおよび断熱材３１ｃ，３１ｄを介して接続した支持構造物３０ａおよび支持構造物３０ｂとを備えた箱型の構造体であって、支持構造物３０ａ側に充填された充填材７と、支持構造物３０ｂ側に充填された充填材７ａと、これら充填材７，７ａおよび発熱体取付部１０と接触する対面部１１および放熱体取付部２０と接触する対面部２１とに囲まれた放熱径路６と、この放熱径路６を移動する良熱伝導体４４と、この良熱伝導体４４と断熱材４３を介して接続したシャフト４２と、このシャフト４２を移動させる駆動部５と、駆動部５を制御するコントローラ４とから構成されている。なお、充填材７，７ａは同一であってもよい。つまり、しきりがなく１つの領域を形成していてもよい。
【００２２】
動作原理は、コントローラ４から駆動部５へ指令を出すと、シャフト４２に断熱材４３を介して取り付けられた良熱伝導体４４が放熱経路６の間を移動する。
【００２３】
これにより放熱経路６に占める良熱伝導体４４の割合を変化させることができる。発熱体取付部１０と放熱体取付部２０との間の熱抵抗は、放熱経路６に占める良熱伝導体４４の占める割合によって変化することから、発熱体取付部１０と放熱体取付部２０との間の熱抵抗を電気的に制御することができる。
【００２４】
つまり、熱抵抗制御装置１は放熱経路６に占める良熱伝導体４４の割合を変化させることにより熱抵抗を電気的に制御するものである。良熱伝導体４４は断熱材４３を介してシャフト４２に取り付けられている。断熱材４３は熱伝導率ができるだけ小さいものが望ましい。それは熱抵抗制御装置１において熱抵抗を最小にする際、シャフト４２を介して外部から熱が流入するのを防ぎ、また熱抵抗の評価の際にシャフト４２を介する熱の出入りが外乱となるのを防ぐためである。シャフト４２の位置はコントローラ４からの指令により駆動部５によって制御される。良熱伝導体４４は発熱体取付部１０と放熱体取付部２０との間に配置されている。ここで発熱体取付部１０は図１に示す発熱体２そのものであってもよく、また放熱体取付部２０は放熱体３そのものであってもよい。
【００２５】
発熱体取付部１０と放熱体取付部２０は、断熱材３１ａ，３１ｂと支持構造物３０ａおよび断熱材３１ｃ，３１ｄと支持構造物３０ｂを介して取り付けられている。シャフト４２が支持構造物３０ｂを貫通する部分は、発熱体取付部１０、放熱体取付部２０および断熱材３１ｃ，３１ｄ、支持構造物３０ｂにより囲まれる部分に満たされた充填材７ａがある場合に、熱抵抗制御装置１の外部に熱が流出しないように密閉できるようなシール材３２が取り付けられている。
【００２６】
また熱抵抗制御装置１は、発熱体取付部１０、放熱体取付部２０、断熱材３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄおよび支持構造物３０ａ，３０ｂにより囲まれる箱型構造とすることで、機器取付面としての機械的強度・剛性を高めている。発熱体取付部１０は発熱体取付面１２から良熱伝導体４４との対面部１１へと向かう放熱経路６の熱抵抗が小さくなるように肉厚の形状であるが、支持構造物３０ａ，３０ｂへと向かう部分は熱抵抗が大きくなるよう薄肉形状としている。同様に放熱体取付部２０も良熱伝導体４４との対面部２１から放熱体取付面２２へと向かう放熱経路６の熱抵抗が小さくなるよう肉厚の形状であるが、支持構造物３０ａ，３０ｂへと向かう部分は熱抵抗が大きくなるよう薄肉形状としている。
【００２７】
従って、発熱体取付部１０の熱のほとんどは良熱伝導体４４を介して放熱体取付部２０へと伝わる。発熱体取付部１０と良熱伝導体４４および放熱体取付部２０と良熱伝導体４４のそれぞれの隙間は、良熱伝導体４４が移動に支障がない範囲においてできるだけ小さいことが望ましい。これは熱抵抗制御装置１の放熱能力をできるだけ高めるためである。発熱体取付部１０、放熱体取付部２０および断熱材３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ、支持構造物３０ａ，３０ｂにより囲まれる部分には、発熱体取付部１０と良熱伝導体４４および放熱体取付部２０と良熱伝導体４４のそれぞれの隙間の熱抵抗を小さくするように充填材７，７ａが挿入されている。充填材７，７ａとしては、気体、液体およびゲル状物質があげられるが、材質として熱伝導率が高く、良熱伝導体４４が可動し易いよう粘性の小さい材料が望ましい。
【００２８】
なお上述の通り、１つの熱抵抗制御装置１に対して１つの良熱伝導体４４を配置した場合について説明したが、良熱伝導体４４の数に制限はない。熱抵抗制御装置１についての寸法についても、寸法による制約はなく、必要な放熱量が多い場合には寸法を大きくすることによって放熱能力を調整することができる。
【００２９】
また、良熱伝導体４４の形状は直方体の場合について説明したが、良熱伝導体４４の形状に制約はない。さらにまた、充填材７，７ａがあるものとして説明したが、充填材７，７ａがない場合についても発熱体取付部１０と良熱伝導体４４および放熱体取付部２０と良熱伝導体４４それぞれの隙間は十分小さく放射による熱結合が期待できることから、充填材７，７ａの有無による制約はない。
【００３０】
図３は図２の実施の形態の熱抵抗が小さい場合の動作を説明する図である。
【００３１】
また、図４は図２の実施の形態の熱抵抗が大きい場合の動作を説明する図である。
【００３２】
なお、図３，図４において図２に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
図３を参照して、熱抵抗制御装置１の熱抵抗を小さくする場合の動作について説明すると、コントローラ４の指令により駆動部５がシャフト４２の位置を変化させて、放熱経路６のうち良熱伝導体４４の占有率がもっとも大きくなるようにする。このときシャフト４２のすべての位置の中で最も放熱径路６の熱抵抗が小さくなる。
【００３４】
次に図４を参照して、熱抵抗制御装置１の熱抵抗を大きくする場合の動作について説明すると、コントローラ４の指令により駆動部５がシャフト４２の位置を変化させて、放熱経路６のうち良熱伝導体４４の占有率がもっとも小さくなるようにする。このときシャフト４２のすべての位置の中で最も放熱径路６の熱抵抗が大きくなる。
【００３５】
図５は本発明の熱抵抗制御装置の第二の実施の形態を示すブロック図である。
【００３６】
なお、図５において図２に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図５を参照すると、放熱径路６との対面部１１，２１以外の発熱体取付部１０と充填材７の接触面および放熱体取付部２０と充填材７の接触面にそれぞれ断熱層８ａ，８ｂが、同様に放熱径路６との対面部１１，２１以外の発熱体取付部１０と充填材７ａの接触面および放熱体取付部２０と充填材７ａの接触面にそれぞれ断熱層８ｃ，８ｄが設けられている。充填材７，７ａがあると、放熱経路６以外からも充填材７，７ａを介して発熱体取付部１０と放熱体取付部２０の間で熱の出入りが生じるため、熱抵抗制御装置１の熱抵抗の上限値が低下する。そこで断熱層８ａ〜８ｄを設けることにより、熱抵抗制御装置１の熱抵抗の上限値を大きくすることができる。
【００３８】
図６は本発明の熱抵抗制御装置の第三の実施の形態を示すブロック図である。
【００３９】
なお、図６において図２に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
図６を参照すると、発熱体取付部１０と放熱体取付部２０が断熱材を介さずに直接支持構造物３０ａ，３０ｂによって取り付けられている。断熱材３１ａ〜３１ｄを介さないことにより、支持構造物３０ａ，３０ｂからの熱の出入りを積極的に利用することができる。熱抵抗制御装置１の熱抵抗の上限値が低下することになるが、下限値をより低くすることができるため、大きな発熱機器に対応することができる。また支持構造物３０ａ，３０ｂとしては銅やアルミニウム等の金属の使用が考えられ、熱抵抗制御装置１の強度・剛性をさらに高めることができる。
【００４１】
図７は本発明の熱抵抗制御装置の第四の実施の形態を示すブロック図である。
【００４２】
なお、図７において図２に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
図７を参照すると、支持構造物３０ａにばね等による圧縮展開機構９ａが設けられ、支持構造物３０ｂにばね等による圧縮展開機構９ｂが設けられている。圧縮展開機構９ａ，９ｂの圧縮機構は発熱体取付部１０と良熱伝導体４４との隙間および放熱体取付部２０と良熱伝導体４４との隙間をそれぞれ小さくし、接触面圧を生じさせるためのものである。図２の例では発熱体取付部１０と良熱伝導体４４および放熱体取付部２０と良熱伝導体４４それぞれの間の熱の出入りは、充填材７，７ａまたは放射を介して行われるが、接触面圧を生じさせることにより発熱体取付部１０と良熱伝導体４４および放熱体取付部２０と良熱伝導体４４それぞれの間の熱抵抗を低くすることができる。一方、圧縮展開機構９ａ，９ｂの展開機構は熱抵抗制御装置１の熱抵抗の値を変化させる際に、良熱伝導体４４が可動しやすいようにするためのものである。圧縮展開機構９ａ，９ｂは通常圧縮側に働くようにすることで、熱抵抗の値を変化させるとき以外では消費電力が発生しないようにすることができる。
【００４４】
図８は本発明の熱抵抗制御装置の第五の実施の形態を示すブロック図である。
【００４５】
なお、図８において図２に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
図８を参照すると、良熱伝導体がくさび型良熱伝導体４５になっており、また発熱体取付部１０側の形状もくさび型良熱伝導体４５の形状に合うように作られている。この場合、くさび型良熱伝導体４５の割合ではなく、発熱体取付部１０と放熱体取付部２０との間にあるくさび型良熱伝導体４５の大きさを変えることにより熱抵抗を制御するものである。
【００４７】
なお、くさび型良熱伝導体４５の形状に発熱体取付部１０側の形状を合せたが、放熱体取付部２０側の形状を合せるようにしても同じである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱抵抗制御装置は、熱抵抗の制御を良熱伝導体の位置制御に置き換えることで、外部からの電気的な良熱伝導体位置制御により熱抵抗を制御できるという効果を有している。
【００４９】
また、熱抵抗の抵抗値を変化させるときのみ駆動装置を動かす電力が必要であり、いかなる位置状態においても熱抵抗を維持するための消費電力は必要ないので、熱抵抗を制御させて運用する際の電力を低減させるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱抵抗制御装置の原理図である。
【図２】本発明の熱抵抗制御装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【図３】図２の実施の形態の熱抵抗が小さい場合の動作を説明する図である。
【図４】図２の実施の形態の熱抵抗が大きい場合の動作を説明する図である。
【図５】本発明の熱抵抗制御装置の第二の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の熱抵抗制御装置の第三の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の熱抵抗制御装置の第四の実施の形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の熱抵抗制御装置の第五の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    熱抵抗制御装置
２    発熱体
３    放熱体
４    コントローラ
５    駆動部
６    放熱径路
７，７ａ    充填材
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ    断熱層
９ａ，９ｂ    圧縮展開機構
１０    発熱体取付部
１１    対面部
１２    発熱体取付面
２０    放熱体取付部
２１    対面部
２２    放熱体取付面
３０ａ，３０ｂ    支持構造物
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ    断熱材
３２    シール材
４２    シャフト
４３    断熱材
４４    良熱伝導体
４５    くさび型良熱伝導体
【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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【図７】
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【図８】
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