JPH02308559A - フレキシブル搬熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 相対的に移動しうる２つの物体間で熱交換するために用
いられるフレキシブル搬熱装置に関し、物体の移動に制
限が少なく、熱交換効率の高いフレキシブル搬熱装置の
提供を目的とし、相対的に移動しうる２つの物体間で熱
交換するために用いられるフレキシブル搬熱装置であっ
て、２つの概略円柱状のブロックを設け、前記２つの物
体の最大離間距離よりも長い複数のカーボン繊維のそれ
ぞれの一端部側近傍を前記一方のブロックの周囲に、他
端部側近傍を他方のブロックの周囲に配置し、該カーボ
ン繊維の両端部近傍がそれぞれ配置されたブロックを、
概略リング状に形成された型部材にそれぞれ嵌入し、酸
型部材に溶融した高熱伝導性を有する材料を流し込んだ
後に冷却することにより、該複数のカーボン繊維の両端
部分をそれぞれ固着して構成する。

産業上の利用分野 本発明は相対的に移動しうる２つの物体間で熱交換する
ために用いられるフレキシブル搬熱装置に関する。

近年、宇宙空間や真空ベルジャ等の人間が直接目視でき
ない環境下においては、人間の目の代用としてＣＣＤセ
ンサ等が多用されるようになってきた。このＣＣＤセン
サ等は解像度の向上や広い撮像領域を得るために多素子
化が進んでおり、また、装置の小型化等の要請から、マ
ルチプレクサ等の周辺素子を同一チップ内に組み込んで
構成されるようになってきており、これに伴ってその発
熱量が次第に多くなってきている。そして、ＣＣＤセン
サの周囲にはレンズ系等が配置されており、この熱によ
り周囲の構造物が熱膨張し光学特性の劣化を招くことが
あるため、ＣＣＤセンサ等で発生した熱を効率良く真空
ベルジャ等の外部に放出する必要がある。

一方、ＣＣＤセンサ等は移動テーブル上に搭載され、撮
像位置が変更されるため、冷却装置としては、その移動
の障害にならないような構成である必要があり、また、
筐体等から振動が伝達されるとＣＣＤセンサの解像度等
が劣化するので防振性を有している必要がある。

従来の技術 第６図は真空ベルジャあるいは真空チャンバ内に設けら
れたＣＣＤセンサの冷却を行うための従来の構成を示す
図である。同図にふいて、１１はレンズ系等に対して所
定の位置関係で設けられたＣＣＤセンサ（図示せず）に
接合された発熱側部材であり、１３は真空ベルジャ等の
筐体に固定された冷却手段である。冷却手段１３は熱伝
導率の良い円柱状の部材１５の周囲に、その内部を水が
流通するチューブ１７が巻き付けられて構成されている
。

冷却手段１３と発熱側部材１１との間には防振伝熱部材
１９が介装されており、この防振伝熱部材１９は熱伝導
性の良い金属ラミネートを複数積層し、これを略Ｕ字状
に形成したものであり、発熱側部材１１の熱を冷却手段
１３側ｉこ輸送するものである。冷却手段１３側に輸送
された熱（ま、冷却手段１３のチューブ１７内を流通す
る水１こよって真空ベルジャ等の外部に放出されるよう
１こなっている。

このように従来は、ＣＣＤセンサが発生した熱を略Ｕ字
状に形成された防振伝熱部材１９１ごより冷却手段１３
に輸送するようにして、筐体等からの振動がＣＣＤセン
サに伝達すやこと１こよる画イ象分解能の劣化等の障害
の発生を防止するようＩこしていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、上述したような防振伝熱部材は、図示のＸ及び
Ｚ方向の動きに対しては十分な柔軟性を持っているもの
の、Ｙ方向の動きに対して（よあまり柔軟でないため、
依然として真空ベルジャ等の筐体からの振動がＣＣＤセ
ンサに伝わってその解像度に悪影響を与えるという問題
があった。そして、熱輸送能力が低いという問題があり
、この能力を向上するために、金属ラミネートの積層数
を多くすると剛性が高（なり、さらに振動の伝達が多く
なるという問題もあった。

また、ＣＣＤセンサを移動する構成の装置においては、
その移動量に制限があるという問題もあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、相対的に移動しつる２つの物体
間で熱交換を行うための装置であって、物体の移動に制
限が少なく、熱交換効率の高いフレキシブル搬熱装置を
提供することである。

課題を解決するための手段 ２つの円柱状のブロックを設け、前記２つの物体の最大
離間距離よりも長い複数のカーボン繊維のそれぞれのτ
端部側近傍を前記一方のブロックの周囲に、他端部側近
傍を他方のブロックの周囲に配置する。そして、概略リ
ング状に形成された型部材に、該ブロックのカーボン繊
維！維を配置した部分をそれぞれ嵌入し、核型部材に溶
融された高熱伝導性を有する材料（例えば、インジウム
）を流し込んだ後に冷却・凝固せしめて、該複数のカー
ボンｍ維の両端部分を固着し、この部分を相対的に移動
しうる２つの物体に接合するようにして、上述した課題
を解決する。

作　　　用 本発明のフレキシブル搬熱装置は複数のカーボン繊維を
用いて構成されている。カーボン繊維は例えば黒鉛化系
ＨＰグレードで３００Ｋにおける熱伝導率は繊維軸方向
で８５〜１５０Ｗ／ｍＫ。

径方向に約３．３Ｗ／ｍＫであり、例えばアルミ（八β
）合金と比較すると、ＡＩ２合金の３００Ｋにおける熱
伝導率は１２０〜２２０Ｗ／ｍＫであるから、単体にお
ける熱伝導率に関しては劣っている。しかし、カーボン
繊維はその比重が金属より軽く、その強度も強く、そし
て柔軟性に優れているという特徴を有しており、強度が
強いから線径を細くすることができ、比重が軽いから使
用する本数を多くすることができ、本数を多くしても柔
軟性に優れており、総合的には金属よりも軽量で熱伝導
率を良くすることが可能である。

ここで、カーボン繊維の特徴をアルミ　（ＡＡ）合金と
比較して具体的に説明すると、必要伝熱量ＱをＩＷ１２
つの物体間の温度差ΔＴを３０℃、カーボン繊維及びＡ
１合金の長さしを１ｍ、カーボン繊維の熱伝導率ＫＣＰ
を１５０Ｗ／ｍＫ、アルミ合金の熱伝導率ＫＡＬを２２
０Ｗ／ｍＫとした場合のカーボン繊維及びアルミ合金の
必要断面積Ａ　（ｐ及びＡ　Ａ　Ｌは、 Ｒ（熱抵抗）＝Ｌ／ＡＫ Ｑ（伝熱量）＝ΔＴ／Ｒ であるから、 ＡｈＣＦ＝２．２２　　Ｘｌ０−’ｍ　　（等価直径は
１．６８ｃｍ）ＡＡｔ＝１．５１５　Ｘｌ０−’ｍ　　
（等価直径はＩＪ９ｃｍ）となる。

カーボン繊維及びアルミ合金の密度は１．６　Ｘ　１０
−３ｋｇ　／　ｍ’、２．７　　Ｘｌ０−’ｋｇ／ｍ’
であるから、カーボン繊維及びアルミ合金の重量ＢＣ，
Ｆ及びＢ　Ａ　Ｌは、ＢＣＦ＝０．３６ｋｇ５ＢＡｔ＝
０．４１ｋｇとなり、同程度の能力を実現するのに、カ
ーボン繊維の方が約１０％軽い構成とすることができる
ことがわかる。

また、上述のカーボン繊維の熱伝導率のデータに示され
ているように、カーボン繊維はその繊維軸方向には熱伝
導率が比較的高く、径方向には低いという特徴を有して
おり、カーボン繊維の中間部分で熱の吸収や放出は少な
く、その両端部間で効率良く熱交換することが可能であ
る。

一方、カーボン繊維は金属のようにその両端部をロウ付
けや溶接により熱交換すべき物体に接合することができ
ないという欠点を有しているが、本発明においては、複
数のカーボン繊維の端部に概略リング状に形成された型
部材を配置し、これに溶融した高熱伝導性を有する材料
（例えば、インジウム）を流し込み、冷却・凝固せしめ
ることにより、複数のカーボン繊維の＃部を固着すると
ともに、熱交換すべき２つの物体に対する接合部を形成
しており、この接合部を例えば、螺子により熱交換すべ
き物体にそれぞれ圧接・固定することができるから、上
記欠点は全く問題とならない。

このように本発明のフレキシブル搬熱装置によれば、軽
量で柔軟性に優れたカーボン繊維を用いて構成している
から、相対的に移動しうる２つの物体間で、その移動の
障害となったり、振動を伝達したりすることが少なく、
効率の良い熱交換を行うことができるようになる。

実施例 以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

第５図は本発明の一実施例の全体構成を示す図である。

２１はその内部を真空状態に保つチャンバであり、この
真空チャンバ２１の内部には可動型のＣＣＤ撮像装置２
３が収容されている。

このＣＣＤ撮像装置２３は伝熱板２５に固定されたＣＣ
Ｄセンサ２７の画像取り込み側にレンズ系２９を所定の
位置関係で配置して構成されており、このＣＣＤ撮像装
置２３は断熱部材３１．３１を介して、移動テーブル３
３に固定されている。移動テーブル３３はＸ、Ｙ、Ｚモ
ータ３５ａ，３７ａ，３９ａによりそれぞれ移動される
ｘＳｙ、ｚテーブル３５，３７．３９により構成されて
おり、ＣＣＤ撮像装置２３を３軸方向に移動して所定の
位置に位置決めするものである。

このようなＣＣＤ撮像装置２３においては、ＣＣＤセン
サ２７の発熱による熱膨張によりレンズ系２９との位置
関係に誤差が生じることがあるため、ＣＣＤセンサ２７
で発生した熱を真空チャンバ２１の外部に放出する必要
がある。このため、ＣＣＤセンサ２７が取り付けられた
伝熱板２５と真空チャンバ２１の側壁に封着された放熱
フィン４１との間を、本発明によるフレキシブル搬熱装
置４３により連絡して熱の輸送を行うようにしている。

４５は放熱フィン４１に向かって送風するファンである
。

以下、フレキシブル搬熱装置４３の製造方法を第１図及
び第２図を参照して説明する。その中央部分に雌螺子が
形成された２つの円柱状アルミブロック４７ａ，４７ｂ
を、両端部に雄螺子が形成され、その中間部分の径が螺
子部の径よりも細く形成された連結棒４９を螺合するこ
とにより、その軸方向が概略一致するように連結してお
く　（第２図参照）。この連結されたアルミブロック４
７ａ，４７ｂの周囲にエポキシ系の接着剤を塗布する。

次いで、第４図の伝熱板２５と放熱フィン４１との最大
離間距離（Ｘ、Ｙ、Ｚテーブル３５゜３７．３９の移動
によりＣＣＤセンサ２７が放熱フィン４１から最も遠い
位置にあるときの距離）よりも長い複数のカーボン繊維
５１を線径方向に隣接配置するとも（乙その両端部近傍
のみが、接着剤により接着されて形成されたカーボン繊
維列５３ａ，５３ｂ、５３Ｃを準備し、カーボン繊維列
５３ａの両端部近傍をそれぞれアルミプロ・ンク４７ａ
，４７ｂの周囲に巻きつけて固着する。

そして、その内側及び外側にエポキシ系の接着剤を塗布
したアルミリング５５ａ，５５ｂをアルミブロック４７
ａ，４７ｂに巻きつけられたカーボン繊維列５３ａにそ
れぞれ嵌入した後、カーボン繊維列５３ｂを巻きつけ固
着し、同様にその内側及び外側にエポキシ系の接着剤を
塗布したアルミリング５７ａ，５７ｂをアルミリング５
５ａ。

５５ｂに巻きつけられたカーボン繊維列５３ｂにそれぞ
れ嵌入した後、カーボン繊維列５３Ｃを巻きつけ固着し
、さらに、概略リング状の型部材５９ａ，５９ｂを嵌入
する。各カーボン繊維５１の端部は図示のようにアルミ
ブロック４７ａ，４７ｂ及びアルミリング５５ａ，５５
ｂ、５７ａ，５７ｂの端面よりも突き出している。ここ
で、前記アルミブロック４７ａ，４７ｂを連結している
連結棒４９を回転して取り外し、アルミブロック４７ａ
，４７ｂの螺子穴を螺子等で埋める。型部材５９ａ，５
９ｂに低融点のハンダ材であるインジウム６１ａ，６１
ｂ　（融点１４０℃）を溶融したものを流し込み、冷却
・凝固せしめることにより、複数のカーボン繊維５１の
端部を固着し、このようにしてフレキシブル搬熱装置４
３が構成される。

尚、上述したフレキシブル搬熱装置の製造にあたって、
２つのアルミブロック４７ａ，４７ｂを連結棒４９によ
り連結したものを使用したが、このようなものでなく、
１本の円柱状の棒を用いて製造し、前記連結棒４９を２
つのアルミブロックから取り外すときと同じときに、該
１本の棒の中間部分を切除するようにすることもできる
。

第３図及び第４図はこのようにして形成されたフレキシ
ブル搬熱装置４３の一端部側を真空チャンバ２１の側壁
に封着された放熱フィン４１に取り付けた部分の構成を
示している。図中、６３ａ及び６３ｂは概略リング形状
の部材を半割りにした形状に形成された一対の固定部材
であり、この固定部材５３ａ，５３ｂにはフレキシブル
搬熱装置４３の型部材５９ａ，５９ｂが嵌合しうるよう
に段差が形成されている。この段差部分には弾性部材６
５が取り付けられている。固定部材６３ａは放熱フィン
４１に複数の螺子６７により固定されており、フレキシ
ブル搬熱装置４３の型部材５９ｂ近傍部分が一方の固定
部材６３ａに嵌合された後、他方の固定部材６３ｂで型
部材５９ｂを挟み込み、螺子６９で固定することにより
フレキシブル搬熱装置４３が放熱フィン４１に圧接・固
定されるようになっている。ＣＣＤセンサ２７が取り付
けられた伝熱板２５に対するフレキシブル搬熱装置４３
の固定も同様になされている。

然して、ＣＣＤセンサ２７で発生した熱は伝熱板２５、
フレキシブル搬熱装置４３のインジウム等からなる接合
部を介して複数のカーボン繊維５１に導かれ、これを伝
熱して他方の接合部から、放熱フィン４１に伝熱され、
ファン４５による送風により真空チャンバ２１の外部に
放出されるようになっている。

本実施例によれば、カーボンｍ維５１は小型、軽量で柔
軟性に優れているから、ＣＣＤセンサ２７の移動の負担
となったり、真空チャンバ２１からの振動が伝達される
ことはなく、また、カーボン繊維５１の熱伝導率はその
軸方向に高く線径方向に低いから、その中間部分で周囲
に熱を放出したり、あるいは吸収したりすることが少な
く、ＣＣＤセンサ２７で発生した熱は効率良く真空チャ
ンバ２１の外部に放出される。

発明の効果 以上詳述したように、本発明（ごよるフレキシブル搬熱
装置は、軽量で柔軟性に優れており、相対的に移動しつ
る２つの物体間で、その移動の障害となったり、振動を
伝達したりすることが少なく、効率の良い熱交換を行う
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例のフレキシブル搬熱装置を示す
一部断面図、 第２図は本発明一実施例のフレキシブル擬態装置製造時
に用いる連結棒を示す図、 第３図は本発明一実施例のフレキシブル搬熱装置取付部
近傍の縦断面図、 第４図は同じく噴断面図、 第５図は本発明一実施例の全体構成図、第６図は従来技
術の説明図である。 ２１・・・真空チャンバ、 ２７・・・ＣＣＤセンサ、 ４１・・・放熱フィン、 ４３・・・フレキシブル搬熱装置、 ４７ａ，４７ｂ・・・アルミブロック、５１・・・カー
ボン繊維、 ５９ａ，５９ｂ・・・型部材、 ６１ａ，６１ｂ・・・インジウム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相対的に移動しうる２つの物体間で熱交換するために用
   いられるフレキシブル搬熱装置であって、２つの概略円
   柱状のブロック（４７ａ，４７ｂ）を設け、前記２つの
   物体の最大離間距離よりも長い複数のカーボン繊維（５
   １）のそれぞれの一端部側近傍を前記一方のブロック（
   ４７ａ）の周囲に、他端部側近傍を他方のブロック（４
   ７ｂ）の周囲に配置し、該カーボン繊維（５１）の両端
   部近傍がそれぞれ配置されたブロック（４７ａ，４７ｂ
   ）を、概略リング状に形成された型部材（５９ａ，５９
   ｂ）にそれぞれ嵌入し、該型部材（５９ａ，５９ｂ）に
   溶融した高熱伝導性を有する材料（６１ａ，６１ｂ）を
   流し込んだ後に冷却することにより、該複数のカーボン
   繊維（５１）の両端部分をそれぞれ固着して構成したこ
   とを特徴とするフレキシブル搬熱装置。