JP2000085697A - 衛星構体用サンドイッチパネル - Google Patents

衛星構体用サンドイッチパネル

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JP2000085697A
JP2000085697A JP10264448A JP26444898A JP2000085697A JP 2000085697 A JP2000085697 A JP 2000085697A JP 10264448 A JP10264448 A JP 10264448A JP 26444898 A JP26444898 A JP 26444898A JP 2000085697 A JP2000085697 A JP 2000085697A
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carbon fiber
heat sink
sandwich panel
adhesive
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Hiroyuki Shigemasa
裕之 重政
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量かつ熱安定性に優れ、かつ、放熱特性に
優れる衛星構体用サンドイッチパネルを得る。 【解決手段】 炭素繊維を強化材とした複合材料製の表
皮材の上に、炭素繊維を強化材とした複合材料製の表皮
材とヒートシンクを接着することによって、人工衛星の
構体パネルを熱膨張係数の小さな複合材料製の表皮材に
よるサンドイッチパネルで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星の構体
を構成する構体パネルの改良に関し、放熱性能を高める
とともに構造特性を改良した点を特徴とする。
【0002】
【従来の技術】人工衛星の構体を構成するサンドイッチ
パネルは、剛性が高く軽量な炭素繊維を強化材とする複
合材料や金属としては軽量で安価なアルミニウム合金を
表皮材としていた。そして、これらのサンドイッチパネ
ル上に発熱量の大きな機器を取り付ける場合には、その
機器からの放熱量を増すために、サンドイッチパネルと
機器の間にアルミニウム合金のヒートシンクを挟み込ん
でいた。図6は、従来のアルミニウム合金を表皮材とし
て使用しているサンドイッチパネルとヒートシンクと発
熱量の大きな高発熱機器を示す図であり、図7は、従来
の炭素繊維を強化材とする複合材料を表皮材として使用
しているサンドイッチパネルとヒートシンクと発熱量の
大きな高発熱機器を示す図である。図6において、1は
アルミニウム合金製の表皮材、2はアルミハニカムコ
ア、3は表皮材とアルミハニカムコアを結合している接
着剤、4はアルミニウム合金製のヒートシンク、5は高
発熱機器であり、6はアルミニウム合金製のヒートシン
クと表皮材の接着剤である。図7において、2はアルミ
ハニカムコア、3は表皮材とアルミハニカムコアを結合
している接着剤、4はアルミニウム合金製のヒートシン
ク、5は高発熱機器であり、6は炭素繊維を強化材とす
る複合材料製の表皮材、8はアルミニウム合金製のヒー
トシンクと複合材料製の表皮材の接着剤である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の衛星構体用のサ
ンドイッチパネル上に高発熱機器を搭載する場合には、
そのサンドイッチパネルの表皮材がアルミニウム合金製
の場合は、その表皮材上にアルミニウム合金製のヒート
シンクを構造用接着剤で接着し、その上に高発熱機器を
取り付けることにより、高発熱機器から熱を効率的に放
熱し、その機器の冷却をはかっていた。また、サンドイ
ッチパネルの表皮材が炭素繊維を強化材とする複合材料
製の場合は、アルミニウム合金製のヒートシンクと表皮
材の熱膨張のミスマッチにより発生する応力を回避する
ため、表皮材の上にアルミニウム合金製のヒートシンク
をシリコン等の弾性率の低い接着剤で接着し、表皮材と
ヒートシンクとの間の熱膨張ミスマッチを接着剤の変形
で逃げつつ使用していた。
【0004】しかし、アルミニウム合金製の表皮材を使
用したサンドイッチパネルからなる衛星構体は、サンド
イッチパネルの熱膨張係数が大きく、衛星の温度分布に
より衛星構体の熱変形が大きいという問題があった。
【0005】また、炭素繊維を強化材とする複合材料を
表皮材として使用するサンドイッチパネルは、剛性と熱
変形に対しては優れた特性を示すが、サンドイッチパネ
ルの熱膨張係数が小さいため、局部的な温度上昇を抑制
するために従来使用していたアルミニウム合金製のヒー
トシンクとの間に熱膨張ミスマッチが発生し、構造接着
が困難であり、シリコン等の接着剤を用いなければなら
ず、そのため接着強度が低いという問題点があった。
【0006】また、従来使用しているアルミニウム合金
製のヒートシンクは、熱伝導率が等方性であるため、高
発熱機器から発生する熱は全方位に等しく伝わるので、
構体内部の温度分布を考慮した設計を行いにくいという
問題点があった。
【0007】また、衛星内部で発生した熱を最終的に衛
星の外へ放熱させるためには、サンドイッチパネルの面
外方向へ熱を伝える必要があり、サンドイッチパネル
は、表裏の表皮間の熱抵抗が大きく、衛星内面と外面に
大きな温度差が発生し、効率的に外へ放熱できないとい
う問題点があった。
【0008】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、高発熱機器で発生する熱を効
率良く放熱することが可能な衛星構体用サンドイッチパ
ネルを得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明による衛星構
体用サンドイッチパネルは、炭素繊維を強化材とした複
合材料を表皮材とするサンドイッチパネルに対し、熱伝
導率が600W/m・K以上の高熱伝導炭素繊維を強化
材とした熱伝導率の疑似等方積層板をヒートシンクとし
て接着してあることを特徴とする衛星構体用サンドイッ
チパネルである。熱伝導率が600W/m・K以上の炭
素繊維を用いることによって、等方に積層した積層板の
熱伝導率は、アルミニウム合金とほぼ同等の熱伝導率を
得ることができる。
【0010】また、第2の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、炭素繊維を強化材とした複合材料を表
皮材とするサンドイッチパネルに熱伝導率が600W/
m・K以上の炭素繊維を強化材とした熱伝導率の異方性
積層板をヒートシンクとして、接着してあることによっ
てサンドイッチパネルとヒートシンクとの熱膨張のミス
マッチをなくすと同時に、ヒートシンクの熱伝導率の異
方性を利用し、ヒートシンクからの放熱の方向を制御し
ていることを特徴とする衛星構体用サンドイッチパネル
である。熱伝導率が600W/m・K以上の炭素繊維を
用いることによって、異方積層した積層板の熱伝導率
は、必要な方向に対して、純アルミニウムとほぼ同等の
熱伝導率を得ることができる。
【0011】また、第3の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、アルミニウム製の表皮材のアルミハニ
カムコア材との接着面を黒色処理し、かつ、コア材と表
皮材との接着剤をセルエッジ処理することによって、表
皮材の面どうしが直接向き合うことを特徴とする。
【0012】また、第4の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、表皮材とコア材との接着に使用するフ
ィルム状接着剤を赤外放射率を高くするために、黒色で
あることを特徴とする。
【0013】また、第5の発明による衛星構体用サンド
イッチパネルは、熱伝導率が600W/m・K以上の炭
素繊維を強化材とした一方向材をパネルの面外方向にそ
の両側の表皮材を結合するように埋め込んであることを
特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1を示す拡大図であり、図において2はアル
ミハニカムコア、3は炭素繊維を強化材とする複合材料
製の表皮材とアルミハニカムコアの接着剤、5は高発熱
機器、7は炭素繊維を強化材とする複合材料製の表皮
材、9は炭素繊維を強化材とする等方性積層板によるヒ
ートシンク、10は炭素繊維強化複合材料製のヒートシ
ンクと複合材料製の表皮材の接着剤である。このヒート
シンクの熱膨張性係数が、表皮材の熱膨張係数と近い値
を持つことによってヒートシンクと表皮材間の熱膨張に
よる応力の発生が小さく、接着部に発生する熱応力の緩
和のために弾性率の小さな接着剤を使用する必要がな
く、強度の高い構造用接着剤を使用することができる。
【0015】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2を示す拡大図であり、図において2はアルミハニカ
ムコア、3は炭素繊維を強化材とする複合材料製の表皮
材とアルミハニカムコアの接着剤、5は高発熱機器、7
は炭素繊維を強化材とする複合材料製の表皮材、10は
炭素繊維強化複合材料製のヒートシンクと複合材料製の
表皮材の接着剤、11は炭素繊維を強化材とする異方性
積層板によるヒートシンクである。このヒートシンクの
熱膨張性係数が、表皮材の熱膨張係数と近い値を持つこ
とによってヒートシンクと表皮材間の熱膨張による応力
の発生が小さく、接着部に発生する熱応力の緩和のため
に弾性率の小さな接着剤を使用する必要がなく、強度の
高い構造用接着剤を使用することができる。また、ヒー
トシンクが熱伝導率において異方性を持つことによっ
て、発熱の少ない方へ熱を効率的に逃がすことができ
る。
【0016】実施の形態3.図3はこの発明の実施の形
態3を示す拡大図であり、図において2はアルミハニカ
ムコア、5は高発熱機器、12はアルミハニカムコアと
の接着面を黒色処理してあるアルミニウム合金製の表皮
材、13はセルエッジ処理したアルミハニカムコアと表
皮材の接着剤である。アルミニウム合金製の表皮材のア
ルミハニカムコアとの黒色処理した赤外放射率の高い面
どうしが、接着剤によって遮られずに向かい合うことに
よって高発熱機器から表皮材へ伝わった熱を効率良く他
方の表皮材へ伝えることができる。
【0017】実施の形態4.図4はこの発明の実施の形
態4を示す拡大図であり、図において1はアルミニウム
合金製の表皮材、2はアルミハニカムコア、5は高発熱
機器、14は黒色の表皮材とアルミハニカムコアの接着
剤である。黒色の赤外放射率の高い接着面どうしが向か
い合うことによって高発熱機器から表皮材を介して接着
剤へ伝わった熱を効率良く他方の接着剤を介して他方の
表皮材へ伝えることができる。
【0018】実施の形態5.図5はこの発明の実施の形
態5を示す拡大図であり、図において1はアルミニウム
合金製の表皮材、2はアルミハニカムコア、3は表皮材
とアルミハニカムコアの接着剤、5は高発熱機器、15
は炭素繊維を強化材とした一方向材である。高発熱機器
から表皮材へ伝わった熱は、炭素繊維を強化材とした一
方向材を伝わり、効率良く他方の表皮材へ伝えることが
できる。
【0019】
【発明の効果】第1の発明によれば、ヒートシンクとし
て炭素繊維を強化材としている複合材料を使用している
ため、サンドイッチ表皮材とヒートシンクとの間に熱膨
張係数が違うことによる熱応力の発生が小さくなり、そ
のことによって、弾性係数の小さな接着剤を使用する必
要がなくなり構造用の接着剤を使用することができるよ
うになる。また、サンドイッチ板として軽量かつ剛性に
優れる炭素繊維を強化材とする複合材料製の表皮材を用
いることができるようになり衛星構体全体を熱変形を小
さく押さえることができる。
【0020】また、第2の発明によれば、ヒートシンク
として炭素繊維を強化材としている複合材料を異方性に
積層して使用しているため、高発熱機器からの熱伝導の
方向を制御することができる。そのため、衛星構体内部
の熱設計において、低温側に効率良く放熱させることが
できる。また、第1の発明と同様に、サンドイッチ表皮
材とヒートシンクとの間に熱膨張係数が違うことによる
熱応力の発生が小さくなり、そのことによって、弾性係
数の小さな接着剤を使用する必要がなくなり構造用の接
着剤を使用することができるようになる。また、サンド
イッチ板として軽量かつ剛性に優れる炭素繊維を強化材
とする複合材料製の表皮材を用いることができるように
なり衛星構体全体を熱変形を小さく押さえることができ
る。
【0021】また、第3の発明によれば、アルミニウム
合金製の表皮材の向き合う面が赤外放射率を高くするた
めに黒色に処理してあり、かつ、その処理してある面ど
うしが接着剤によって遮られずに向かい合うことによっ
て高発熱機器から表皮材へ伝わった熱を効率良く他方の
表皮材へ伝えることができる。
【0022】また、第4の発明によれば、赤外放射率を
高くするために黒色にしてある接着剤どうしが向かい合
うことによって、高発熱機器から表皮材を介して接着剤
に伝わった熱を効率良く他方の接着剤を介して他方の表
皮材へ伝えることができる。
【0023】また、第5の発明によれば、高発熱機器か
ら表皮材へ伝わった熱は、炭素繊維を強化材とした一方
向材を伝わり、放熱による熱移動を介せず、効率良く他
方の表皮材へ伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による衛星構体用サンドイッチ板の
実施の形態1を示す図である。
【図2】 この発明による衛星構体用サンドイッチ板の
実施の形態2を示す図である。
【図3】 この発明による衛星構体用サンドイッチ板の
実施の形態3を示す図である。
【図4】 この発明による衛星構体用サンドイッチ板の
実施の形態4を示す図である。
【図5】 この発明による衛星構体用サンドイッチ板の
実施の形態5を示す図である。
【図6】 従来のアルミニウム合金製の表皮材を用いた
衛星構体用サンドイッチ板を示す図である。
【図7】 従来の炭素繊維を強化材とした複合材料製の
表皮材を用いた衛星構体用サンドイッチ板を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 アルミニウム合金製の表皮材、2 アルミハニカム
コア、3 表皮材とアルミハニカムコアの接着剤、4
アルミニウム合金製のヒートシンク、5 高発熱機器、
6 アルミニウム合金製のヒートシンクとアルミニウム
合金製の表皮材の接着剤、7 炭素繊維を強化材とする
複合材料製の表皮材、8 アルミニウム合金製のヒート
シンクと複合材料製の表皮材の接着剤、9 炭素繊維を
強化材とする等方性積層板によるヒートシンク、10
炭素繊維強化複合材料製のヒートシンクと複合材料製の
表皮材の接着剤、11 炭素繊維を強化材とする異方性
積層板によるヒートシンク、12 アルミハニカムコア
との接着面を黒色処理してあるアルミニウム合金製の表
皮材、13 セルエッジ処理したアルミハニカムコアと
表皮材の接着剤、14 黒色の表皮材とアルミハニカム
コアの接着剤、15炭素繊維を強化材とした一方向材。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続した炭素繊維を強化材とし、有機材
    をマトリックスとする複合材料からなる表皮材とアルミ
    ハニカムコアと表皮材とアルミハニカムコアを結合する
    接着剤から構成されるサンドイッチパネルの外面に、熱
    伝導率が600W/m・K以上の連続した炭素繊維を強
    化材とし有機材をマトリックスとする複合材料からなる
    等方性積層板をヒートシンクとして接着し、かつ、表皮
    材とヒートシンクとの接着には構造用接着剤を使用した
    ことを特徴とする衛星構体用サンドイッチパネル。
  2. 【請求項2】 連続した炭素繊維を強化材とし、有機材
    をマトリックスとする複合材料からなる表皮材とアルミ
    ハニカムコアと表皮材とアルミハニカムコアを結合する
    接着剤から構成されるサンドイッチパネルの外面に、熱
    伝導率が600W/m・K以上の連続した炭素繊維を強
    化材とし有機材をマトリックスとする複合材料からなる
    異方性積層板をヒートシンクとして接着し、かつ、ヒー
    トシンクの熱伝導性の異方性を利用しヒートシンクから
    の放熱の方向を制御するようにしたことを特徴とする衛
    星構体用サンドイッチパネル。
  3. 【請求項3】 アルミニウム合金からなる表皮材とアル
    ミハニカムコアと表皮材とアルミハニカムコアを結合す
    る接着剤から構成されるサンドイッチパネルにおいて、
    表皮材のアルミコア側が黒色に処理してあり、かつ、ア
    ルミハニカムコアと表皮材との接着剤がアルミハニカム
    コアのセルのエッジのみに付着してあることを特徴とす
    る衛星構体用サンドイッチパネル。
  4. 【請求項4】 サンドイッチパネルの表皮材とコア材と
    の接着に使用するフィルム状接着剤が赤外放射率を高く
    するために、黒色にしてあることを特徴とする衛星構体
    用サンドイッチパネル。
  5. 【請求項5】 炭素繊維を強化材とした一方向材をパネ
    ルの面外方向にその両側の表皮材と接着して埋め込んで
    あることを特徴とする衛星構体用サンドイッチパネル。
JP10264448A 1998-09-18 1998-09-18 衛星構体用サンドイッチパネル Pending JP2000085697A (ja)

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