JP6924055B2 - プリントヒーターを備えるヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して、輸送体の部材に関し、より具体的には、直接にプリントされたヒーターを備える、宇宙機器用のヒートパイプに関する。

従来より、抵抗ヒーターが宇宙機器に利用される場合がある。多くの抵抗ヒーターは、独立したヒーターとして予め形成されており、製造後に宇宙機器の部品に取り付けることを困難化するような材料や処理が用いられている。例えば、従来の抵抗ヒーターの中には、宇宙機器の部品への取り付けに際し、従来の抵抗ヒーターをヒートパイプに取り付けるのに用いられる接着剤と同様の接着剤を用いる従来の抵抗ヒーターがある。

従来の抵抗ヒーターをヒートパイプに取り付ける作業には、時間を要する場合がある。加えて、ヒートパイプに取り付けられた従来の抵抗ヒーターは、大きなスペースを必要としたり、電力の消費効率が悪い場合がある。

上述した先行技術の欠点を克服すべく、本出願の要旨により、直接にプリントされたヒーターを備えるヒートパイプ、及びその製造方法の実施形態が提供される。本出願の要旨は、現在の技術水準に鑑みて開発されたものであり、具体的には、宇宙機器に取り付けられる従来のヒーターの欠点に鑑みて開発されたものである。

一実施形態によれば、宇宙機器用のヒーターは、ヒートパイプを含む。また、前記ヒーターは、前記ヒートパイプに積層された第１層を含む。前記第１層は、非導電性材料から形成することができる。加えて、前記ヒーターは、前記ヒートパイプに前記第１層が積層された後に、前記第１層にプリントされた抵抗ヒーターを含む。前記ヒーターは、抵抗ヒーターに隣接する第２層を含む。前記抵抗ヒーターは、前記第１層と前記第２層との間に配置することができ、前記第２層は、非導電性材料から形成することができる。

前記ヒーターのいくつかの実施態様によれば、前記抵抗ヒーターは、前記第１層にプリントされた第１導電体と、前記第１導電体にプリントされた第２導電体と、を含む。前記第１導電体は、第１金属で形成することができる。また、前記第２導電体は、前記第１金属とは異なる第２金属で形成することができる。前記第１金属は、銅を含みうる。また、前記第２材料は、ニクロムのような抵抗金属を含みうる。

前記ヒーターの特定の実施態様によれば、前記第１層及び前記第２層のうちの少なくとも１つは、プリントされたセラミック層を含む。

前記ヒーターの特定の実施態様によれば、前記ヒーターは、前記第２層に積層された導電性静電気放電層を含む。

さらに別のいくつかの実施態様によれば、前記ヒーターは、複数のプライを含む。前記第１層は、前記複数のプライの第１プライを含み、前記抵抗ヒーターは、前記複数のプライの少なくとも第２プライを含み、前記第２層は、前記複数のプライの第３プライを含む。前記第１プライと前記第３プライのうちの少なくとも１つは、セラミックプライを含みうる。

他の実施形態では、輸送体は、複数のプライがプリントされたヒートパイプを含む。前記複数のプライは、非導電性材料からなる第１プライ、前記第１プライに積層された、第１導電材料からなる第２プライ、及び、前記第２プライに積層された、第２導電材料からなる第３プライを含む。前記輸送体は、前記第２プライに接続された少なくとも２つの導電性接点を含む。前記輸送体は、さらに、前記少なくとも２つの導電性接点に接続された電源を含む。前記電源は、前記少なくとも２つの導電性接点を介して、前記第２プライに電力を供給する。

前記輸送体のいくつかの実施態様によれば、前記電源は、前記第３プライの平衡温度に対応する平衡電圧以上の定電圧を前記第２プライに供給する。

前記輸送体の特定の実施態様によれば、前記複数のプライは、平坦な形状を有する。

前記輸送体のいくつかの実施態様によれば、前記複数のプライは、前記第３プライに積層された、非導電性材料からなる第４プライを含む。前記第１プライと前記第４プライとの間に、前記第２プライと前記第３プライが挟まれている。

前記輸送体のいくつかの実施態様によれば、前記複数のプライのうちの少なくとも１つは、セラミックプライである。

さらに別の実施形態によれば、宇宙空間における機器の加熱に用いるヒーターの製造方法は、ヒートパイプを準備することを含む。前記ヒートパイプは、当該ヒートパイプ内を流れて熱移送を促進する流体を含むよう構成されたものでもよい。前記方法は、さらに、前記ヒートパイプに第１非導電層を積層することと、前記ヒートパイプに前記第１非導電層を積層した後、前記第１非導電層に抵抗ヒーターをプリントすることと、前記抵抗ヒーターに第２非導電層を積層することと、を含み、これにより前記ヒーターを形成する。

前記方法のいくつかの実施態様によれば、前記第１非導電層に前記抵抗ヒーターをプリントすることは、前記第１非導電層に、第１導電材料を用いて導電層をプリントすることと、前記導電層に、第２導電材料を用いて加熱層をプリントすることと、を含む。前記ヒートパイプに前記第１非導電層を積層することは、前記ヒートパイプに前記第１非導電層をプリントすることを含みうる。前記抵抗ヒーターに前記第２非導電層を積層することは、前記抵抗ヒーターに前記第２非導電層をプリントすることを含みうる。

前記方法の特定の実施態様によれば、前記第１非導電層は、セラミックを含む。

いくつかの実施態様によれば、前記方法は、さらに、第１非導電層に熱電対をプリントすることを含む。前記方法は、さらに、前記第２非導電層にオーバーコート層を積層することを含んでもよい。前記オーバーコート層は、導電性静電放電層でもよい。

本開示の要旨について上述した特徴、構造、効果、及び／又は特性は、１つ又は複数の実施形態及び／又は実施態様において、任意の適当な態様で組み合わせることができる。下記の説明では、本開示の要旨の実施形態が十分に理解されるように、多くの詳細事項が具体的に提示されている。本開示の当業者であればわかるように、本開示の要旨は、特定の実施形態又は実施態様の具体的な特徴、細部、部材、材料、及び／又は方法のうちの１つ又は複数が無くても、実施可能である。場合によっては、実施形態又は実施態様のすべてには存在しない特徴及び効果が、特定の実施形態及び／又は実施態様において付加的に認識される可能性もある。また、場合によっては、周知の構造、材料、又は動作については、本開示の要旨の態様を不明瞭にするのを避けるため、詳細な図示や説明を省略している。本開示の要旨の特徴及び効果は、下記の説明及び添付の特許請求の範囲から、より明らかになるであろう。あるいは、以下に記載の要旨を実施することによって分かるであろう。

上記に簡単に説明した要旨の効果の理解を助ける目的で、要旨添付図面に示す具体的な実施形態を参照して、当該要旨をより具体的に説明する。添付図面は、要旨の典型的な実施形態を図示しているにすぎず、要旨の範囲を限定するものであると解釈されるべきではない。以下の図面を使用して、要旨をさらに具体的かつ詳細に記述し、説明する。

本開示の１つ又は複数の実施形態による、機器の熱を制御する温度制御システムを示す概略ブロック図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、プリントヒーターを備えるヒートパイプの宇宙機器を示す斜視図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、プリントヒーターを備えうるヒートパイプの一例を示す断面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、ヒートパイプに配されたプリントヒーターを示す断面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、ヒートパイプに第１非導電層をプリントするシステムの概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図５Ａの第１非導電層に抵抗ヒーターをプリントするシステムの概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図５Ａの第１非導電層に、図５Ｂの抵抗ヒーターの導電層をプリントするシステムの概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図５Ｂの抵抗ヒーターの加熱層をプリントするシステムの概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図５Ｂの抵抗ヒーターに第２非導電層をプリントするシステムの概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図５Ｅの第２非導電層にオーバーコートをプリントするシステムの概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、機器の熱を制御する他の温度制御システムを示す概略ブロック図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、宇宙機器用のヒーターの製造及び使用の方法を示す概略フロー図である。

本明細書において、「一実施形態」、「実施形態」、あるいは、これに類する語句は、その実施形態に関連付けて説明された特定の特徴、構造、あるいは特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを示す。「一実施形態において」、「実施形態において」、あるいは、これに類する表現は、すべてが同一の実施形態に言及していうる場合もあるが、これに限定されない。同様に、「実施態様」なる用語は、本開示の１つ又は複数の実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、あるいは、特性を有する実施態様を意味するが、他の相互関係が明示されていない限り、１つの実施態様が１つ又は複数の実施形態に関連付けられうることを意味する。

図１に示すように、一実施形態によれば、輸送体（例えば、宇宙船）又は軌道運動構造体（例えば、衛星、宇宙ステーション）などの宇宙機器の温度制御システム４０は、一体型ヒーターシステム（integrated heater system）６０を含む。一体型ヒーターシステム６０は、ヒートパイプにプリントされた部分を有する。図示の実施態様では、一体型ヒーターシステム６０は、抵抗ヒーター１３０、温度センサ１８０、及びヒーター制御モジュール１９０を含む。ヒーター制御モジュール１９０は、ハードウェア（例えば、回路、リレー、スイッチ、デジタルＩ／Ｏ接続など）と、ヒーター制御モジュール１９０の動作を制御するロジックと、を含む。いくつかの実施態様では、ヒーター制御モジュール１９０は、可撓性の薄膜マイクロチップであり、一実施態様では、可撓性基板にプリントされた複数のトランジスタを含む。通常、ヒーター制御モジュール１９０は、電力を熱に変換する抵抗ヒーター１３０に電力を供給する。抵抗ヒーター１３０が発生させる熱は、ヒーター制御モジュール１９０から供給される電力の電圧に応じて変動する。したがって、ヒーター制御モジュール１９０の電力モジュール１９２は、抵抗ヒーター１３０への供給電力の電圧を調整することによって、抵抗ヒーター１３０が発生させる熱を制御（例えば、変更又は調節）するよう構成されている。電力モジュール１９２の動作、及び、ヒーター制御モジュール１９０のその他の動作は、パルス幅変調信号などのデジタル信号により命令することができる。

温度センサ１８０には、抵抗ヒーター１３０の温度を所望の温度に調整する目的で、抵抗ヒーター１３０により達成される温度を測定するよう構成された様々な温度センサの任意のものが利用可能である。温度センサ１８０には、熱電対、デジタル温度センサ、又は、任意のその他の温度センサが利用可能である。

いくつかの実施態様では、通信モジュール１９４は、アンテナ、送受信機、ネットワークインターフェースコントローラなどのハードウェアを含んでおり、電子通信データの送受信が可能である。

特定の実施形態では、ヒーター制御モジュール１９０は、さらに、健全性モジュール（health module）１９６を含む。このモジュールは、抵抗ヒーター１３０を含む一体型ヒーターシステム６０について、１つ又は複数の健全性状況（health condition）を監視し、監視した健全性状況を、通信モジュール１９４を介して他の装置に送信する。いくつかの実施態様では、健全性モジュール１９６は、健全性状況を他の装置に連続的に送信する。代わりに、健全性モジュール１９６は、健全性状況が閾値を満たす場合のみ、健全性状況を他の装置に送信してもよい。例えば、健全性状況が閾値を満たすなど、監視された健全性状況に応じて、他の装置は、一体型ヒーターシステム６０の動作を永続的又は一時的に無効化してもよい。健全性モジュール１９６により監視される健全性状況としては、抵抗ヒーター１３０の性能、機能、及び／又は健全性に関する様々な状況のうちのいずれであってもよい。例えば、健全性状況は、抵抗ヒーター１３０の温度（温度センサ１８０により測定可能）でもよく、閾値は、抵抗ヒーター１３０の最大許容温度でもよい。いくつかの実施形態では、ヒーター制御モジュール１９０は、健全性状況が閾値を満たす場合に一体型ヒーターシステム６０の動作を無効化するよう動作可能である。

図２を参照すると、一実施形態では、宇宙機器２００は、例えば、温度制御システム４０などの温度制御システムにより温度制御されたヒートパイプ２０２を含みうる。図示のとおり、宇宙機器２００は、衛星であったり、あるいは、宇宙機器２００は、宇宙に類似する環境で動作可能な任意の適当な機器（例えば、ロケット、ミサイル、宇宙ステーション、宇宙船、スペースシミュレータ）である。特定の実施形態では、ヒートパイプ２０２は、接着剤を用いずに、ヒートパイプ２０２に直接プリントされたヒーターを有しうる。そのようなプリントヒーターは、ヒートパイプ２０２に接着剤で取り付けられるヒーターに比べかなり小さい。例えば、プリントヒーターは、接着剤でヒートパイプ２０２に取り付けられるヒーターの約１／８又は１／１０の大きさである。さらに、プリントヒーターが有する加熱部材の数は、接着剤取付型ヒーターよりも少ない個数の加熱要素で済ますことができる。したがって、プリントヒーターは、接着剤取付型ヒーターに比べて、少ない使用電力でヒートパイプに熱を供給することができる。図のヒートパイプ２０２は、宇宙機器２００の一部として示されているが、ヒートパイプ２０２は、広い温度範囲での動作するように製造された任意の適当なデバイスの一部であってもよい。

図３は、プリントヒーターを含むヒートパイプ２０２の断面図の一実施形態を示している。ヒートパイプ２０２には、ヒートパイプ２０２内を流れて熱伝達を促進する流体が充填されている。具体的には、一実施態様のヒートパイプ２０２は、外側ケーシング３０２、芯部３０４、及び蒸気キャビティ３０６を含む。外側ケーシング３０２及び芯部３０４は、アルミニウム、銅、及び鋼などの金属を含む伝熱材料で形成される。蒸気キャビティ３０６は、外側ケーシング３０２及び芯部３０４により包囲された空洞部分である。ヒートパイプ２０２の外側ケーシング３０２は、両端が実質的に平坦な形状や、実質的に円形、実質的に楕円形など、任意の形状を有するものでよい。

流体は、例えば、以下のサイクルによって、外側ケーシング３０２との熱交換を行う。外側ケーシング３０２から熱エネルギーを吸収することによって、流体が蒸発３０８して芯部３０４から蒸気キャビティ３０６に流入する。蒸発した流体は、蒸気キャビティ３０６を通って、ヒートパイプ２０２の低温部分へ移動３１０する。蒸発した流体は、凝縮３１２して液体に戻って、芯部３０４に吸収され、その際に熱エネルギーを放出する。液相の流体は、芯部３０４を通ってヒートパイプ２０２の高温部分へ移動３１４して、上記サイクルを繰り返す。

次に、図４は、ヒートパイプ２０２に積層されたプリントヒーター４００の断面図を示す。プリントヒーター４００は、ヒートパイプ２０２にプリントされた第１層４０２と、第１層２１０にプリントされた抵抗ヒーター１３０と、抵抗ヒーター４０４にプリントされた第２層４０６と、第２層４０６にプリントされたオーバーコート（overcoat）４０８と、を含む。いくつかの実施態様では、各種の層は、急速凝縮性のプラズマ（rapidly condensed plasma）を用いる直接描画法でプリントされてもよい。

第１層４０２、すなわち第１プライは、例えば、ガラス繊維、プラスチック、セラミック、シリコーン、ファブリックなどの非導電性材料から形成されうる。一実施態様では、第１層４０２は、ナノメータから数マイクロメートルの間の厚みを有する薄膜である。他の実施態様では、第１層４０２は、数マイクロメートルよりも厚い。図に示す構成では、第１層４０２は、実質的に平坦な形状を有する。いくつかの態様では、第１層４０２は、実質的に剛性あるいは非可撓性である。ただし、特定の他の実施態様では、第１層４０２は、非剛性の材料で形成することもでき、これにより、撓めたり、平坦でない形状に変形したりすることが可能になる。

抵抗ヒーター１３０、すなわち第２プライは、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、第１層４０２にプリントされた第１導電体、及び、第１導電体にプリントされた第２導電体を有する。特定の実施態様では、第１導電体と第２導電体とは、別個のプライであると見做すことができる。図示の実施態様では、抵抗ヒーター１３０の第１導電体及び第２導電体は、実質的に平坦な形状をしている。第１導電体は、第１金属で形成されており、第２導電体は、第２金属で形成されている。第１金属は、第２金属と異なる金属であってもよい。様々な実施態様で、第１金属及び第２金属は、銀、銅、金、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、黄銅、青銅、鉄、白金、鋼、鉛、カンタル、ニクロム、キュプロニッケル、ニッケル合金、及び、任意の様々な抵抗金属（resistive metal）のうちの１つ又は複数を含む。第１導電体及び第２導電体は、プリントに際してはプラズマ状態であって、プリント及び乾燥した後に固体になるようにしてもよい。

第２層４０６、すなわち第３プライは、第１層と４０２同様に、ガラス繊維、プラスチック、セラミック、シリコーン、ファブリックなどの非導電性材料から形成されうる。一実施態様では、第２層４０６は、ナノメータから数マイクロメートルの間の厚みを有する薄膜である。他の実施態様では、第２層４０６は、数マイクロメートルよりも厚い。図に示す構成では、第２層４０６は実質的に平坦な形状を有する。いくつかの実施態様では、第２層４０６は、実質的に剛性あるいは非可撓性である。ただし、特定の実施態様では、第２層４０６は、非剛性の材料で形成することもでき、これにより、撓めたり、平坦でない形状に変形したりすることが可能になる。

オーバーコート４０８、すなわち第４プライは、静電気を伝えるプライマーから形成されていると共に、静電放電材料を含みうる。オーバーコート４０８は、例えば、エポキシ、ウレタン、リクロン（licron：登録商標）などの材料を含みうる。

図５Ａ〜図５Ｆを参照すると、一実施態様では、プリントヒーター４００はヒートパイプ２０２に、少なくとも１つのプリントヘッドを用いてプリントされる。図示の実施形態では、プリンタ（図示せず）は、第１層４０２、第２層４０６、抵抗ヒーター１３０、及びオーバーコート４０８をプリントするための１つ又は複数のプリントヘッド５１０を含む。図５Ａに示すように、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１材料を含む第１材料供給源５２０と、当該第１材料供給源５２０から第１材料５２２を吐出するためのノズルと、を備えている。矢印の方向で示すように、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１層４０２がプリントされるヒートパイプ２０２の表面に対して並進（例えば、平衡に）移動する。１つ又は複数のプリントヘッド５１０がヒートパイプ２０２の表面に沿って移動するに伴って、当該１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、移動しながら、ヒートパイプ２０２の表面に第１材料５２２を吐出して第１層４０２を形成する。いくつかの実施態様では、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１材料５２２をヒートパイプ２０２上に均一な厚みで吐出して、第１層４０２を形成することが望ましい。上述したように、第１材料５２２は、非導電性材料である。

図５Ｂに示すように、第１層４０２のプリント後、第２材料を含む第２材料供給源５３０と、当該第２材料供給源５３０から第２材料５３２を吐出するためのノズルと、を備える１つ又は複数のプリントヘッド５１０が、抵抗ヒーター１３０がプリントされる第１層４０２の表面に沿って並進移動する。１つ又は複数のプリントヘッド５１０が第１層４０２の表面に沿って移動するに伴って、当該１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１層４０２の表面に第２材料５３２を吐出して抵抗ヒーター１３０を形成する。いくつかの実施態様では、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第２材料５３２を第１層４０２上に均一な厚みで吐出して、抵抗ヒーター１３０を形成することが望ましい。上述したように、第２材料５３２は、導電体（例えば、導電性材料）である。

いくつかの実施形態では、１つ又は複数のプリントヘッド５１０を用いて、第１層４０２に対して温度センサ１８０及び／又はヒーター制御モジュール１９０をプリントしてもよい。例えば、１つ又は複数のプリントヘッド５１０が第１層４０２の表面に対して移動するに伴って、当該１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、１又は複数種類の材料を第１層４０２の表面に吐出して、温度センサ１８０及び／又はヒーター制御モジュール１９０を形成する。あるいは、第１層４０２に対して抵抗ヒーター１３０をプリントするよりも前又は後に、別のプリント処理にて、温度センサ１８０及びヒーター制御モジュール１９０の一方あるいは両方を第１層４０２にプリントして形成してもよいし、予め形成した上で抵抗ヒーター１３０に電気的に接続してもよい。

抵抗ヒーター１３０は、複数のプリント工程を経てプリントすることができる。図５Ｃ及び図５Ｄは、複数のプリント工程で抵抗ヒーター１３０をプリントする処理を示す。図５Ｃに示すように、第１層４０２のプリント後、第２材料を含む第２材料供給源５３０と、当該第２材料供給源５３０から第２材料５３２を吐出するためのノズルと、を備える１つ又は複数のプリントヘッド５１０が、第１導電体層５３４がプリントされる第１層４０２の表面に沿って並進移動する。１つ又は複数のプリントヘッド５１０が第１層４０２の表面に沿って移動するに伴って、当該１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１層４０２の表面に第２材料５３２を吐出して第１導電体層５３４を形成する。いくつかの実施態様では、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第２材料５３２を第１層４０２上に均一な厚みで吐出して、第１導電体層５３４を形成することが望ましい。上述したように、第２材料５３２は、導電体（例えば、導電性材料）である。一実施態様では、第１導電体層５３４は、他の部材に加えて、抵抗ヒーター要素を電源に接続する回路を含む。

図５Ｄに示すように、第１導電体層５３４のプリント後、第３材料を含む第３材料供給源５４０と、当該第３材料供給源５４０から第３材料５４２を吐出するためのノズルと、を備える１つ又は複数のプリントヘッド５１０が、第２導電体層５４４がプリントされる第１導電体層５３４の表面に沿って並進移動する。１つ又は複数のプリントヘッド５１０が第１導電体層５３４の表面に沿って移動するに伴って、当該１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１導電体層５３４の表面に第３材料５４２を吐出して、第２導電体層５４４を形成する。いくつかの実施態様では、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第３材料５４２を第１導電体層５３４上に均一な厚みで吐出して第２導電体層５４４を形成することが望ましい。上述したように、第３材料５４２は、導電体（例えば、導電性材料）である。一実施態様では、第２導電体層５４４は、他の部材に加えて、抵抗ヒーター要素及び／又は加熱層（heater layer）を含む。

図５Ｅに示すように、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１材料を含む第１材料供給源５２０と、当該第１材料供給源５２０から第１材料５２２を吐出するためのノズルと、を備える第１材料供給源５２０を再び利用する。方向矢印で示すように、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第２層４０６がプリントされる抵抗ヒーター１３０の表面に対して並進（例えば、平行に）移動する。１つ又は複数のプリントヘッド５１０が抵抗ヒーター１３０の表面に沿って移動するに伴って、当該１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、抵抗ヒーター１３０の表面に第１材料５２２を吐出して第２層４０６を形成する。つまり、第１層４０２及び第２層４０６の間には、抵抗ヒーター１３０が挟まれる。いくつかの実施態様では、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第１材料５２２を抵抗ヒーター１３０上に均一な厚みで吐出して、第２層４０６を形成することが望ましい。上述したように、第１材料５２２は、非導電性材料である。

図５Ｆに示すように、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第４材料を含む第４材料供給源５５０と、第４材料供給源５５０から第４材料５５２を吐出するためのノズルと、を備えている。方向矢印で示すように、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、オーバーコート４０８がプリントされる第２層４０６の表面に対して並進（例えば、平行に）移動する。１つ又は複数のプリントヘッド５１０が第２層４０６の表面に沿って移動するに伴って、当該１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第２層４０６の表面に第４材料５５２を吐出してオーバーコート４０８を形成する。いくつかの実施態様では、１つ又は複数のプリントヘッド５１０は、第４材料５５２を第２層４０６上に均一な厚みで吐出して、オーバーコート４０８を形成することが望ましい。上述したように、第４材料５５２は、静電気を伝えるプライマーから形成されており、静電放電材料を含みうる。

図６は、機器の熱を制御するための別の温度制御システム６００を示す概略ブロック図である。温度制御システム６００は、抵抗ヒーター１３０がプリントされたヒートパイプ２０２を含む。

具体的には、抵抗ヒーター１３０は、ヒートパイプ２０２に直接プリントされた第１導電体６０２（例えば、導電性材料）を含む（例えば、既に説明したように、第１導電体６０２は、第１層４０２に直接プリントされてもよい）。第１導電体６０２は、銀、銅、金、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、黄銅、青銅、鉄、白金、鋼、鉛、カンタル、ニクロム、キュプロニッケル、ニッケル合金、及び、任意の様々な抵抗金属のうちの１つ又は複数を含みうる金属から形成されうる。また、抵抗ヒーター１３０は、ヒートパイプ２０２に直接にプリントされた第２導電体６０４（例えば、導電性材料）を含む。具体的には、第２導電体６０４は、第１層４０２及び／又は第１導電体６０２に直接にプリントされてもよい。特定の実施態様では、第１導電体６０２は、第１層４０２及び／又は第２導電体６０４に直接にプリントされてもよい。様々な実施態様では、第１導電体６０２及び第２導電体６０４は、互いに接触しており、第１導電体６０２及び第２導電体６０４間を導電していてもよい。第２導電体６０４は、銀、銅、金、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、黄銅、青銅、鉄、白金、鋼、鉛、カンタル、ニクロム、キュプロニッケル、ニッケル合金、及び、任意の様々な抵抗金属のうちの１つ又は複数を含みうる金属から形成されうる。いくつかの実施態様では、第１導電体６０２及び第２導電体６０４は、互いに異なる材料から形成されうる。一実施態様では、第１導電体６０２が銅を含み、第２導電体６０４が、ニクロム、又は、ニクロムに類似する様々な抵抗金属のうちの任意のものを含む。

第１導電体６０２は、第２導電体６０４に電力を伝える第１導電体トレース６０６及び第２導電体トレース６０８を含む。また、第２導電体６０４は、抵抗ヒーター素子などの加熱層である。第１導電体トレース６０６には、第１接点６１０が電気的に接続されており、第２導電体トレース６０８には、第２接点６１２が電気的に接続されており、これら接点により、電力モジュール１９２（例えば、電源）を第２導電体６０４に接続して、第２導電体６０４への電力供給を容易に行える。上述したように、ヒーター制御モジュール１９０は、電力モジュール１９２を制御して、抵抗ヒーター１３０に所望の量の電力を供給させることができる。いくつかの実施態様では、電力モジュール１９２は、平衡温度に対応する平衡電圧以上の定電圧を抵抗ヒーター１３０に供給する。

抵抗ヒーター１３０への供給電圧の制御を容易にするべく、ヒートパイプ２０２に熱電対６１４がプリントされていてもよい。具体的には、熱電対６１４は、第１層４０２に直接にプリントされていてもよい。熱電対６１４は、熱電対６１４に電力を伝える第１導電体トレース６１６及び第２導電体トレース６１８を含む。第１導電体トレース６１６には、第１接点６２０が電気的に接続されており、第２導電体トレース６１８には、第２接点６２２が電気的に接続されており、これら接点により、ヒーター制御モジュール１９０を熱電対６１４に接続して、熱電対６１４の作動及び／又は監視を容易に行える。上述したように、ヒーター制御モジュール１９０は、熱電対６１４により監視される温度を利用して、抵抗ヒーター１３０への電力供給量を制御しうる。

図７は、宇宙機器用ヒーターの製造及び使用の方法７００の一実施形態を示す。方法７００は、７０２において、内部を流れる流体が熱交換を促進するよう構成されたヒートパイプを準備することを含む。加えて、方法７００は、７０４において、ヒートパイプに第１非導電層を積層することを含む。いくつかの実施態様では、第１非導電層をヒートパイプに積層することは、第１非導電層をヒートパイプにプリントすることを含みうる。次に、方法７００は、７０６において、第１非導電層に熱電対をプリントすることを含みうる。また、方法７００は、ヒートパイプに第１非導電層を積層した後、第１非導電層に抵抗ヒーターをプリントすることを含み、その際に、７０８において、第１導電材料を用いて、第１非導電層に導電層をプリントすることを含み、７１０において、第２導電材料を用いて、導電層に加熱層をプリントすることを含む。方法７００は、７１２において、抵抗ヒーターに第２非導電層を積層してヒーターを形成することを含む。特定の実施態様では、抵抗ヒーターに第２非導電層を積層することは、抵抗ヒーターに第２非導電層をプリントすることを含みうる。

方法７００は、さらに、７１４において、第２非導電層にオーバーコートを積層することを含みうる。このオーバーコートは、導電性静電気放電層であってもよい。また、方法７００は、７１６において、電源を導電層に電気的に接続することを含みうる。

また、方法７００は、７１８において、導電層への印加電圧を、熱電対からの入力に基づいて調整することを含みうる。この印加電圧は、平衡電圧であってもよく、この電圧は、加熱層に対して連続的に印加することにより、加熱層の温度を平衡温度に到達させるのに十分な高さの電圧であると定義される。加えて、方法７００は、７２０において、導電層への印加電圧を受けて、加熱層が熱を発生させることを含みうる。

本明細書では、材料をヒートパイプにプリントして、ヒートパイプ上にヒーターを形成する多くの実施態様について説明したが、いくつかの実施態様では、ヒーターを形成する材料を、平坦面、曲面、その他の形状の面を有する任意の適当な機器にプリントすることも可能である。

上記の説明において、「上」、「下」、「上側」、「下側」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上方」「下方」などの用語が用いられている場合がある。これらの用語は、相対的な関係の説明を明確にする目的で、該当する場合に用いられているが、これらの用語は、絶対的な関係、位置、及び／又は配向を示すことを意図したものではない。例えば、ある物体の「上側」の面は、その物体を反転させるだけで「下側」の面になりうるが、その場合も、物体自体は同じである。また、「含む」「備える」「有する」及びこれらの変形の用語は、別段の明確な記載が無い限り、「含むがこれに限定されない」ことを意味する。アイテムが列挙されている場合、別段の明確な記載が無い限り、それらアイテムのいずれか又は全てが、相互に排他的であることや、相互に包括的であることを意味するものではない。単数形での記載は、別段の明確な記載がない限り、「１又は複数の」を意味する場合もある。また、「複数」なる用語は、「少なくとも２つ」と定義することができる。

加えて、１つの要素が別の要素に「接続されている（coupled）」とする記載は、本明細書においては、直接的な接続と間接的な接続とを含みうる。直接的な接続は、１つの要素が別の要素に接続されており、何らかの接触状態にあると定義することができる。間接的な接続は、２つの要素が互いに直接接触せずに接続されており、これら接続要素間に１つ又は複数の別の要素が介在すると定義することができる。また、本明細書において、１つの要素を別の要素に固定するとの記載は、直接的な固定と間接的な固定とを含みうる。また、本明細書において、「隣接する」との記載は、必ずしも接触を意味するわけではない。例えば、１つの要素は、別の要素に接触していない場合でも、隣接するということができる。

本明細書において、「のうちの少なくとも１つ」という語句がアイテムの列挙について用いられる時は、列挙されたアイテムの１つ又は複数を様々な組み合わせで使用してもよく、また、列挙されたアイテムのうち１つだけを必要とする場合もあることを意味する。アイテムは、ある特定の物体、対象、又はカテゴリーであってもよい。換言すると、「のうちの少なくとも１つ」とは、列挙されたアイテムを任意の組み合わせで任意の数だけ使用してもよいが、列挙されたアイテムのすべてを必要とするとは限らないことを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、アイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、アイテムＡ；アイテムＡとアイテムＢ；アイテムＢ；アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ；又は、アイテムＢとアイテムＣ、を意味する場合がある。場合によっては、「アイテムＡ、アイテムＢ、アイテムＣのうち少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、２つのアイテムＡ、１つのアイテムＢ、及び１０のアイテムＣを意味する場合、４つのアイテムＢ及び７つのアイテムＣを意味する場合、あるいは、その他の適当な組み合わせを意味する場合がある。

別段の記載が無い限り、本明細書における「第１」、「第２」等の用語は、単に標識として用いられており、これらの用語で言及しているアイテムに対して、順序、位置、又は階層的な要件を課すものではない。また、例えば「第２の」アイテムについて言及することによって、例えば「第１の」又は番号の小さいアイテム、及び／又は、「第３の」又は番号の大きいアイテムの存在を要件とするものでも、排除するものでもない。

本開示に含まれる概略フロー図は、概ね、論理フローを示す図として記載されている。したがって、図示の順や符号を付したステップは、開示の方法の一実施形態を示すものである。図示の方法における１つ又は複数のステップ又はその一部について、均等な機能、論理、又は効果を有するその他の方法やステップも想定することができる。また、当該方法の論理ステップの説明において用いた形式や記号も、本方法の範囲を限定すると理解されるべきではない。フロー図において様々な種類の矢印又は線が用いられているが、対応する実施形態の範囲がこれによって限定されると理解されるべきでない。実際、いくつかの矢印やその他の接続線は、図示の方法の論理的な流れを示唆するためだけに用いられている。例えば、矢印は、図示の方法において列挙されたステップとステップの間に存在する、不特定長の待機又は監視の期間の示す場合もある。加えて、特定の方法は、記載したステップの順に厳密にしたがって実行される場合も、そうでない場合もある。

本開示で説明した機能部の多くは、その実施態様の独立性を特に強調するために、モジュールと呼ばれている。モジュールは、例えば、カスタムの超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路又はゲートアレイを含む、あるいは、論理チップ、トランジスタ、その他のディスクリート部品などの既製の半導電体を含むハードウェア回路として実現することができる。モジュールは、さらに、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジック、プログラマブル論理デバイスなどの、プログラム可能なハードウェアデバイスに組み込むこともできる。

また、モジュールは、様々な種類のプロセッサによって実行されるソフトウェアに組み込むこともできる。例えば、プログラムコードの特定モジュール（identified module）には、例えば、オブジェクト、プロシージャ、又は関数として構成されている、コンピュータ命令の物理ブロック又は論理ブロックを１つ又は複数含めることができる。ただし、特定モジュールの実行ファイル（executables）は、物理的に一緒に配置される必要はなく、別々の位置に保存された異種の命令を含んでもよい。これらが論理的に接続されると、モジュールが構成され、そのモジュールに定められた目的が達成される。

実際に、コンピュータ可読のプログラムコードのモジュールは、１つの命令であっても、多数の命令であってもよく、さらには、いくつかの異なるコードセグメント、別々のプログラム、及び、いくつかのメモリデバイスに分散されていてもよい。同様に、本明細書では、モジュール内に演算データ（operational data）が特定、図示されている場合があるが、これらを任意の適当な形で具現化し、任意の適当な種類のデータ構造にまとめてもよい。演算データは、単一のデータセットとして集められてもよいし、異なる記憶装置上などの異なる位置に分散させてもよいし、少なくとも一部が、単なる電子信号としてシステム又はネットワーク上に存在してもよい。モジュール又はモジュールの一部がソフトウェアに組み込まれる場合は、コンピュータ可読プログラムコードは、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において格納及び／又は搬送されてもよい。

コンピュータ可読媒体は、有形なコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、限定するものではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、ホログラフィック、マイクロメカニカル、又は半導電体のシステム、装置、もしくはデバイス、又はこれらの任意の適当な組み合わせであってもよい。

コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例には、限定するものではないが、可搬型のコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、可搬型のコンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタ多用途ディスク（ＤＶＤ）、光学記憶装置、磁気記憶装置、ホログラフィック記憶媒体、マイクロメカニカル記憶装置、又はこれらの任意の適当な組み合わせが含まれる。本明細書のコンテキストにおいては、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用したり、これらに関連させて使用したりするためのプログラムコードを含有及び／又は格納することができる任意の有形の媒体であってもよい。

コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読の有形な信号媒体であってもよい。コンピュータ可読の信号媒体は、コンピュータ可読のプログラムコードを、例えば、ベースバンドにおいて又は搬送波の一部として包含する伝搬データ信号を含みうる。このような伝搬信号は、限定するものではないが、電気的、電磁的、磁気的、光学的、又は、これらの任意の適当な組み合わせを含む様々な形態のうちの任意の形態をとることができる。コンピュータ信号媒体は、コンピュータ可読の記憶媒体除く媒体であって、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用する又はこれらに関連して使用するためのコンピュータ可読プログラムコードを通信、伝搬、又は転送できる任意のコンピュータ可読媒体であってもよい。コンピュータ可読信号媒体に組み込まれたコンピュータ可読のプログラムコードは、限定するものではないが、無線、有線、光ケーブル、無線周波数（ＲＦ）、又はこれらの任意の適当な組み合わせを含む任意の適当な媒体を用いて送信することができる。

一実施形態において、コンピュータ可読媒体は、１つ又は複数のコンピュータ可読記憶媒体と、１つ又は複数のコンピュータ可読信号媒体との組み合わせで構成されていてもよい。例えば、コンピュータ可読のプログラムコードは、光ファイバーケーブルを介して電磁信号として伝搬させることにより、プロセッサによる実行を可能にすると共に、ＲＡＭ記憶装置に格納することにより、プロセッサによる実行を可能にしてもよい。

本発明の側面の処理を実行するためのコンピュータ可読のプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、及び、「Ｃ」プログラミング言語又はこれに類するプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述することができる。コンピュータ可読プログラムコードは、全体をユーザのコンピュータ上で実行してもよいし、一部をユーザのコンピュータ上でスタンドアローンソフトウェアパッケージとして実行してもよいし、一部をユーザのコンピュータ上で、かつ、一部をリモートコンピュータやサーバ上で実行してもよいし、全体をリモートコンピュータやサーバ上で実行してもよい。後者の場合、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介して、リモートコンピュータをユーザのコンピュータに接続してもよい。また、（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いたインターネットを介して）外部コンピュータに接続してもよい。

本開示の要旨は、その精神、又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実現することができる。記載された実施形態は、すべての点において、単なる例示であり、限定的なものではないと考えられるべきである。特許請求の範囲の意味及び均等物の範囲内に入るすべての変更は、その範囲内に包含されるべきである。

Claims (14)

1. ヒートパイプと、
   前記ヒートパイプに積層された、非導電性材料からなる第１層と、
   前記ヒートパイプに前記第１層が積層された後に、前記第１層にプリントされた抵抗ヒーターと、
   前記抵抗ヒーターに隣接し、非導電性材料からなる第２層と、を含み、
   前記抵抗ヒーターは、前記第１層と前記第２層との間に位置し、
   前記抵抗ヒーターは、前記第１層にプリントされた第１導電体と、前記第１導電体にプリントされた第２導電体と、と含み、
   前記第１導電体は第１金属からなり、前記第２導電体は、前記第１金属とは異なる第２金属からなる、宇宙機器用のヒーター。
2. 前記第２層に積層された静電気放電層をさらに含む、請求項１に記載のヒーター。
3. ヒートパイプと、
   前記ヒートパイプに積層された、非導電性材料からなる第１層と、
   前記ヒートパイプに前記第１層が積層された後に、前記第１層にプリントされた抵抗ヒーターと、
   前記抵抗ヒーターに隣接し、非導電性材料からなる第２層と、
   前記第２層に積層された静電気放電層と、を含み、
   前記抵抗ヒーターは、前記第１層と前記第２層との間に位置する、宇宙機器用のヒーター。
4. 前記ヒーターは、複数のプライを含み、前記第１層は、前記複数のプライのうちの第１プライを含み、前記抵抗ヒーターは、前記複数のプライのうちの少なくとも第２プライを含み、前記第２層は、前記複数のプライのうちの第３プライを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のヒーター。
5. 非導電性材料からなる第１プライ、前記第１プライに積層された、第１導電材料からなる第２プライ、及び、前記第２プライに積層された、第２導電材料からなる第３プライ、を含む複数のプライがプリントされたヒートパイプと、
   前記第２プライに接続された少なくとも２つの導電性接点と、
   前記少なくとも２つの導電性接点に接続されており、前記少なくとも２つの導電性接点を介して前記第２プライに電力を供給する電源と、を含む輸送体。
6. 前記電源は、前記第３プライの平衡温度に対応する平衡電圧以上の定電圧を前記第２プライに供給する、請求項５に記載の輸送体。
7. 前記複数のプライは、前記第３プライに積層された、非導電性材料からなる第４プライを含み、前記第１プライと前記第４プライとの間に、前記第２プライと前記第３プライが挟まれている、請求項５又は６に記載の輸送体。
8. ヒートパイプを準備し、この際に、前記ヒートパイプは、当該ヒートパイプ内を流れる流体が熱移送を促進するよう構成されており、
   前記ヒートパイプに第１非導電層を積層し、
   前記ヒートパイプに前記第１非導電層を積層した後、前記第１非導電層に抵抗ヒーターをプリントし、
   前記抵抗ヒーターに第２非導電層を積層して、前記ヒーターを形成する、ことを含む、宇宙空間における機器の加熱に用いるヒーターの製造方法であって、
   前記第１非導電層に前記抵抗ヒーターをプリントするに際し、
   前記第１非導電層に、第１導電材料を用いて導電層をプリントし、
   前記導電層に、第２導電材料を用いて加熱層をプリントする、方法。
9. 前記ヒートパイプに前記第１非導電層を積層するに際し、前記ヒートパイプに前記第１非導電層をプリントする、請求項８に記載の方法。
10. ヒートパイプを準備し、この際に、前記ヒートパイプは、当該ヒートパイプ内を流れる流体が熱移送を促進するよう構成されており、
    前記ヒートパイプに第１非導電層を積層し、
    前記ヒートパイプに前記第１非導電層を積層した後、前記第１非導電層に抵抗ヒーターをプリントし、
    前記抵抗ヒーターに第２非導電層を積層して、前記ヒーターを形成する、ことを含む、宇宙空間における機器の加熱に用いるヒーターの製造方法であって、
    前記ヒートパイプに前記第１非導電層を積層するに際し、前記ヒートパイプに前記第１非導電層をプリントする、方法。
11. 前記抵抗ヒーターに前記第２非導電層を積層するに際し、前記抵抗ヒーターに前記第２非導電層をプリントする、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第１非導電層は、セラミックを含む、請求項８〜１１のいずれかに記載の方法。
13. さらに、前記第１非導電層に、熱電対をプリントする、請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。
14. さらに、前記第２非導電層にオーバーコートを積層し、前記オーバーコートは、導電性静電気放電層である、請求項８〜１３のいずれかに記載の方法。

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