(57)【要約】【課題】基板の寿命を長くする。【解決手段】基板におけるはんだの繰り返し応力による疲労破壊が他の部分より早いことが判明し、２２℃（室温）よりも７０℃の高い温度帯域の方がはんだが破断に至るまでの歪の繰り返し回数は多くなることが判明したので、最低温度は室温よりも高い温度の雰囲気下にし、かつはんだに生じる最高温度と最低温度との温度差を小さくし、２方向から破断に至るまでの歪の繰り返し回数を多くするため、素子４の発熱による基板本体２の熱を吸収して大気中へ放熱するヒートシンク６を設け、基板本体２の高温時には基板本体２をヒートシンク６に当接させる一方、基板本体２の低温時には基板本体２をヒートシンク６から引き離すため、ヒートシンク６に立設したボルト５を基板本体２に挿通させ、ボルト５に挿通させた形状記憶合金８の下部を基板本体２に結合させ、形状記憶合金８の上部をボルト５にねじ込んだナット５ａに結合させた。【選択図】図３
2008010439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板本体にはんだを介して素子を実装した基板における前記素子の発熱と熱伝導とによる前記はんだ部分の最低温度を室温よりも高く保持して繰り返し熱応力を生じさせる温度帯域を高くし、かつ前記素子の発熱と熱伝導とによる前記はんだ部分の最高温度と最低温度との温度差を小さくし、前記はんだが繰り返し熱応力を受けて破壊するまでの繰り返し回数を多くすることにより、前記はんだと更には前記基板の寿命を長くすることを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項２】
基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記素子の発熱による前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放熱するヒートシンクを設け、
前記基板本体の高温時には前記基板本体を前記ヒートシンクに当接させる一方、前記基板本体の低温時には前記基板本体を前記ヒートシンクから引き離す第１駆動手段を設けたことを特徴とする冷却構造。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却構造において、
前記第１駆動手段として、前記ヒートシンクに対して前記基板本体を相対的に移動させる形状記憶合金を用いたことを特徴とする冷却構造。
【請求項４】
基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記素子の発熱による前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放出するヒートシンクを設け、
前記ヒートシンクには放熱用の複数のフィンを設け、
前記基板本体の高温時には前記夫々のフィンの相互間に放熱隙間を形成し、前記基板本体の低温時には前記夫々のフィンを同一方向へ倒して前記放熱隙間を小さくまたは閉塞する第２駆動手段を設けたことを特徴とする冷却構造。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却構造において、
前記第２駆動手段を構成するため、前記フィンを、高温になると平板状になり低温になると屈曲する形状記憶合金により形成したことを特徴とする冷却構造。
【請求項６】
請求項４または５に記載の冷却構造において、
前記夫々のフィンが倒れたときの外表面を、熱伝導率低減材料で覆ったことを特徴とする冷却構造。
【請求項７】
基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記素子の発熱による前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放熱するヒートシンクを設け、
前記基板本体の実装面および前記素子を覆う蓄熱部材を設け、
前記基板本体の高温時には前記蓄熱部材と前記基板本体との間に放熱隙間を形成して前記基板本体の熱を放出させ、前記基板本体の低温時には前記放熱隙間をなくして前記基板本体の熱を前記蓄熱部材に蓄熱する第３駆動手段を設けたことを特徴とする冷却構造。
【請求項８】
請求項７に記載の冷却構造において、
前記第３駆動手段として、前記基板本体に対して前記蓄熱部材を相対的に移動させる形状記憶合金を用いたことを特徴とする冷却構造。
【請求項９】
基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放出するヒートシンクを設け、
請求項２，３に記載の第１駆動手段と、請求項４〜６に記載の複数のフィンおよび第２駆動手段と、請求項７，８に記載の蓄熱部材および第３駆動手段と、の少なくともいずれか２組を備えたことを特徴とする冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板が熱応力を繰り返し受けたときに疲労破壊するまでの寿命を延ばした基板の冷却方法および冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両としての例えばバッテリーフォークリフトなどにはバッテリーが搭載されており、このバッテリーは車両が金属製であるために絶縁性の面から有利な低圧のものが用いられている。そして、バッテリーの電圧が低いので、モータにはバッテリーから数十アンペアの大電流が流される。また、電動車両には電装品が搭載されており、電装品として素子（ＦＥＴ等）が基板本体に実装されており、大電流用の素子は発熱量が多いために温度が上昇し、温度が上昇した素子から熱伝導により基板本体へ熱が伝達される。そして、電流ゼロ時である電動車両の停止時と最大電流時である負荷時とでは素子の発熱量が大きく異なることから、基板本体の温度は時間と共に変化し、温度の高い時間帯と温度の低い時間帯とがあってヒートサイクルを構成する。
【０００３】
一方、基板の構成部品は、基板本体と、該基板本体に実装する素子と、該素子を基板本体に結合するためのはんだとからなる。そして、基板本体はＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の高分子材料とアルミや銅などの金属製であり、素子はＦＥＴなどの高分子材料であり、はんだはすずを主成分とした合金である。このように構成部品は夫々材質が異なるので、線膨張係数が夫々異なり、温度変化に対する歪の量が夫々異なることから、各構成部品間に熱応力が発生する。このようにして生じる熱応力は素子の発熱状態によって変動することから、熱応力はモータの負荷の状態によって変動することになる。そして、熱応力の変動は繰り返し応力となって構成部品間に負荷される。構成部品間に繰り返し熱応力が負荷されると、疲労により構成部品の破壊が生じ、破壊による短絡や断線が発生する虞がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、特許文献１は熱応力を緩和させる目的で、熱応力が生じないように構成部品の剛性を小さくするため基板本体の固定部分の近傍に穴を設けたものである。特許文献２は熱応力を緩和させる目的で、構成部品の温度差が少なくなるように放熱性を向上させたものである。特許文献３は基板に実装した素子と該素子を覆うシールドケースとの間に介在させたくの字状の導熱部品の内部に形状記憶合金からなるバネを設け、放熱性を向上させたものである。
【特許文献１】特開２００２−１５８４０７号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０４９９号公報
【特許文献３】特開平０９−０８３１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、基板が繰り返し熱応力を受けて疲労破壊されたことの根本原因を追究したところ、その原因の多くは、はんだの部分が疲労により損傷したことが原因であるということが判明した。はんだの部分は基板本体を構成するアルミや銅に比べて強度が小さいことと、接続が目的ゆえに素子に比べて占有体積が小さいにも拘らず、この小さな体積で素子から伝達される熱量を受けることになり、単位体積あたりに負荷される熱量が過大であることによる。
【０００６】
しかし、はんだは接続することを目的とする物理的特性を有し、はんだは寸法上の制約があるため、はんだ自体を改善することは困難である。
【０００７】
一方、はんだの疲労特性は、２２℃（室温）よりも７０℃の温度帯域での繰り返しの方が、破断に至るまでの歪の繰り返し回数が多くなることがわかってきた。また、はんだに生じる最高温度と最低温度との温度差を小さくすれば、温度差によって生じる繰り返し歪の振幅も小さくなり、疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなることがわかっている。
【０００８】
そこで本発明は、上記の課題を解決し、基板本体の最低温度を室温よりも高い温度に保持し、かつ最高温度と最低温度との温度差を小さくすることにより、はんだと更には基板の繰り返し熱応力による疲労破壊に対して寿命を延ばすようにした基板の冷却方法および冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明の構成は、基板本体にはんだを介して素子を実装した基板における前記素子の発熱と熱伝導とによる前記はんだ部分の最低温度を室温よりも高く保持して繰り返し熱応力を生じさせる温度帯域を高くし、かつ前記素子の発熱と熱伝導とによる前記はんだ部分の最高温度と最低温度との温度差を小さくし、前記はんだが繰り返し熱応力を受けて破壊するまでの繰り返し回数を多くすることにより、前記はんだと更には前記基板の寿命を長くすることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、はんだの温度が上昇したら冷却しても室温まで戻さず、ある程度高い温度に保持されているので、繰り返し熱応力を生じさせる温度帯域が高くなる。このため、疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなる。また、はんだの最高温度と最低温度との温度差が小さい。このため、熱応力を繰り返し受けることにより生じる歪の振幅も小さくなり、はんだが破断するまでの繰り返し回数が多くなる。従って、２方向からはんだの寿命が延び、更には基板の寿命も延びる。
【００１１】
基板の寿命の長さは、強度が小さく体積が小さいために疲労破壊するまでの繰り返し回数が少ないはんだの部分の寿命に左右される。この発明では、基板本体の温度が低くなると冷却効率を下げるので、冷却されてもはんだの温度を室温まで戻すことなくある程度高い温度に保持することになり、疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなる。また、最高温度と最低温度との温度差が小さくなるので、熱応力を繰り返し受けることによって生じる歪の振幅も小さくなり、はんだが疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなる。従って、温度帯域と温度差との２方向からはんだの寿命が延び、基板の寿命も延びる。
【００１２】
請求項２に係る発明の構成は、基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記素子の発熱による前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放熱するヒートシンクを設け、前記基板本体の高温時には前記基板本体を前記ヒートシンクに当接させる一方、前記基板本体の低温時には前記基板本体を前記ヒートシンクから引き離す第１駆動手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、基板本体の温度が高くなった時には第１駆動手段の作用により基板本体がヒートシンクに当接し、熱伝導により基板本体からヒートシンクへ熱が伝わり、基板本体の温度が降下する。一方、基板本体の温度が低くなった時には基板本体がヒートシンクから引き離されて両者の間に空間が形成されるので熱伝導がなくなり、基板本体の温度は下がらないように保持される。
【００１４】
請求項３に係る発明の構成は、請求項２に記載の冷却構造において、前記第１駆動手段として、前記ヒートシンクに対して前記基板本体を相対的に移動させる形状記憶合金を用いたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第１駆動手段を構成するために形状記憶合金を用いたので、形状記憶合金が温度差によって伸びたり縮んだりすることにより、あるいは屈曲したり復帰したりすることにより、ヒートシンクに基板本体が当接したり引き離されたりする。
【００１６】
請求項４に係る発明の構成は、基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記素子の発熱による前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放出するヒートシンクを設け、前記ヒートシンクには放熱用の複数のフィンを設け、前記基板本体の高温時には前記夫々のフィンの相互間に放熱隙間を形成し、前記基板本体の低温時には前記夫々のフィンを同一方向へ倒して前記放熱隙間を小さくまたは閉塞する第２駆動手段を設けたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、基板本体の温度が高くなった時には、フィンの相互間に放熱隙間が形成され、フィンの熱が放熱隙間を介して大気中へ放出される。一方、基板本体の温度が低くなった時には、第２駆動手段の作用によりフィンが同一方向へ倒れて放熱隙間を狭くまたは閉塞するので、フィンの熱が大気中へ放出されず、基板本体の温度は下がらないように保持される。
【００１８】
請求項５に係る発明の構成は、請求項４に記載の冷却構造において、前記第２駆動手段を構成するため、前記フィンを、高温になると平板状になり低温になると屈曲する形状記憶合金により形成したことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、第２駆動手段を構成するためフィンを形状記憶合金により形成したので、基板本体の温度が低くなった時には屈曲して放熱隙間がなくなり、基板本体の温度が高くなった時には復帰して放熱隙間が形成される。
【００２０】
請求項６に係る発明の構成は、請求項４または５に記載の冷却構造において、  前記夫々のフィンが倒れたときの外表面を、熱伝導率低減材料で覆ったことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、倒れたフィンの外表面が熱伝導率低減材料で覆われているので、夫々のフィンが同一方向へ倒れて放熱隙間が閉塞された場合には、フィンの間から熱が大気中へ放出されないだけでなく、屈曲したフィンの外表面が熱伝導率低減材料により覆われることになるので、フィンから熱伝導率低減材料の外表面への熱伝導率が低く、熱伝導率低減材料から大気中へ放出される熱の量も少なくなり、基板本体の温度低下が一段と抑制される。
【００２２】
請求項７に係る発明の構成は、基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記素子の発熱による前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放熱するヒートシンクを設け、前記基板本体の実装面および前記素子を覆う蓄熱部材を設け、前記基板本体の高温時には前記蓄熱部材と前記基板本体との間に放熱隙間を形成して前記基板本体の熱を放出させ、前記基板本体の低温時には前記放熱隙間をなくして前記基板本体の熱を前記蓄熱部材に蓄熱する第３駆動手段を設けたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、基板本体の温度が高い時には、第３駆動手段の作用により基板本体から蓄熱部材が引き離され、基板本体と蓄熱部材との間に放熱隙間が形成され、基板本体の熱が放熱隙間を介して大気中へ放出される。一方、基板本体の温度が低い時には、蓄熱部材が基板本体に当接して放熱隙間がなくなるので、基板本体の熱が蓄熱部材に蓄熱され、基板本体の温度は下がらないように保持される。
【００２４】
請求項８に係る発明の構成は、請求項７に記載の冷却構造において、前記第３駆動手段として、前記基板本体に対して前記蓄熱部材を相対的に移動させる形状記憶合金を用いたことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、第３駆動手段を構成するために形状記憶合金を用いたので、形状記憶合金が温度差によって伸びたり縮んだりすることにより、あるいは屈曲したり復帰したりすることにより、基板本体に蓄熱部材が当接したり引き離されたりする。
【００２６】
請求項９に係る発明の構成は、基板本体にはんだを介して素子を実装し、前記基板本体の熱を吸収して大気中へ放出するヒートシンクを設け、請求項２，３に記載の第１駆動手段と、請求項４〜６に記載の複数のフィンおよび第２駆動手段と、請求項７，８に記載の蓄熱部材および第３駆動手段と、の少なくともいずれか２組を備えたことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、基板本体の温度に応じて、基板本体がヒートシンクに当接して熱伝導により基板本体からヒートシンク熱が伝わったり、あるいは基板本体がヒートシンクから切り離されて基板本体の温度が保持されたりする。また、基板本体の温度に応じて、夫々のフィンの相互間に放熱隙間が形成されてフィンの熱が大気中へ放出されたり、夫々のフィンが同一方向へ倒れて放熱隙間を閉塞する等して基板本体の温度が保持されたりする。また、基板本体の温度に応じて、蓄熱部材と基板本体との間に放熱隙間が形成され該放熱隙間を介して基板本体の熱が放出されたり、放熱隙間がなくなって基板本体の熱が蓄熱部材に蓄熱されて基板本体の温度が保持たりする。３つの構成のうちのいずれか２組あるいは３組の全ての作用が行われる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１に係る基板の冷却方法によれば、はんだの温度が上昇したら冷却しても室温まで戻さず、ある程度高い温度に保持して繰り返し熱応力を生じさせる温度帯域を高くするので、はんだが破断するまでの繰り返し回数が多くなる。また、はんだの最高温度と最低温度との温度差を小さくするので、熱応力を繰り返し受けることにより生じる歪の振幅も小さくなり、はんだが破断するまでの繰り返し回数が多くなる。従って、２方向からはんだの寿命が延び、更には基板の寿命も延びる。
【００２９】
請求項２，４，７，９に係る冷却構造によれば、基板本体の温度が高い時には第１駆動手段または第２駆動手段または第３駆動手段の作用により冷却効率を高めて最高温度を抑制する一方、基板本体の温度が低い時には冷却効率を低くして必要以上の温度低下を抑制するので、基板本体の温度が室温よりも高い状態に保持されることになり、繰り返し熱応力を生じさせる温度帯域が高くなるので、基板の寿命を左右するはんだが破断するまでの繰り返し回数が多くなるだけでなく、最高温度と最低温度との温度差が小さくなるため、熱応力を繰り返し受けることにより生じる歪の振幅も小さくなり、はんだが疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなる。従って、２方向からはんだの寿命が延び、更に基板の寿命も長くなり、基板の信頼性および耐久性が向上する。
【００３０】
前記のことを換言すれば、ヒートサイクルによって生じる歪の振幅が小さくなるので、従来よりも電流の量を大きくして基板本体の温度を上げることが可能になるということであり、基板の寿命を従来と同じにした場合には、基板の小型・軽量化が可能となり、低コスト化や省資源，環境負荷の軽減に寄与する。
【００３１】
前記のようにはんだが疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなるので、疲労に対する安全範囲で材料を使うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
まず、基板の基本構造を図１に示す。基板１は、金属ベースなどの基板本体２の実装面である上面に絶縁層２ａを設け、該絶縁層２ａの上に回路パターン２ｂを形成し、該回路パターン２ｂにはんだ３を介してＦＥＴなどの素子４の電極４ａの部分や、素子４のリード４ｂの部分を結合し、基板本体２にはボルト５を介してヒートシンク６を結合して構成している。
【００３３】
素子４に電流が流れて発熱することに起因して基板１の温度が時間と共に変化し、ヒートサイクルが生じて基板１に熱応力が繰り返し負荷される。このため、基板１に繰り返し歪が生じて疲労破壊が生じる。
【００３４】
基板１が破断に至るまでの繰り返し回数が少ない部分が基板１のどこであるかを調べた結果、基板本体２を構成するアルミや銅に比べ、はんだ３の部分は破断に至るまでの繰り返し回数が少ないことが判明した。つまり、はんだ３の部分は接続することが目的であるため、素子３に比べて占有体積が小さく、素子４から伝達される熱量を小さな体積で受けることになり、単位体積あたりに負荷される熱量が過大であり、そのため多くの場合においてはんだ３の部分が疲労により破断する。そして、接続することが目的であるというはんだ３の物理的特性と寸法上の制約があるため、はんだ３自体を改善することは困難である。
【００３５】
一方、はんだ３の疲労特性を２２℃（室温）とこれよりも高温の例えば７０℃雰囲気下とで実験したところ、図２に示す結果を得た。図２の縦軸は、付加される「公称せん断歪振幅」であり、横軸は「破断繰り返し数」を示す。図のように、２２℃の雰囲気下の場合よりも７０℃の雰囲気下の場合の方が、繰り返し熱応力を生じさせる温度帯域が高いので、同一の歪振幅を与えた場合に、破断に至るまでの繰り返し回数が多いことがわかる。
【００３６】
このことは、はんだ３の温度が上昇したら冷却しても室温まで戻さず、ある程度高い温度で保持しておいた方がはんだ３が破断するまでの繰り返し回数が多くなることを意味する。このほか、はんだ３の通電中の温度（最高温度）と休止中の温度（最低温度）との温度差を小さくすることができれば、熱応力を繰り返し受けることによって生じる歪の振幅も小さくなり、疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなる。
【００３７】
上記のことを踏まえ、最低温度を室温よりも高い温度に保持し、かつ基板の温度上昇を抑制すると共に温度低下を抑制して最高温度と最低温度との温度差を小さくする冷却方法を採用することが望ましく、このような冷却方法を採用した冷却構造を実施の形態１〜７として以下に示す。
（ａ）実施の形態１
まず、実施の形態１を図３に示す。図１と同様に基板本体２にはんだ３を介して素子４が実装され、素子４の発熱による基板本体２の熱を吸収して該熱を大気中へ放出するヒートシンク６が設けられている。基板本体２の高温時には基板本体２をヒートシンク６に当接させる一方、基板本体２の低温時には基板本体２をヒートシンク６から引き離す第１駆動手段が設けられている。
【００３８】
第１駆動手段の構成を説明する。ヒートシンク６の四隅にはボルト５が立設され、夫々のボルト５の下端はヒートシンク６に結合されている。夫々のボルト５は基板本体２および絶縁層２ａに形成されたガイド孔に挿通されている。また、夫々のボルト５は筒状の形状記憶合金８の内部に挿通されており、夫々のボルト５の上部にはナット５ａがねじ込まれている。形状記憶合金８としては、温度が上昇すると図３（ａ）に示すように伸び、温度が降下すると図３（ｂ）に示すように縮む性質のものが用いられ、ヒートシンク６に対して基板本体２を相対的に移動させることができるように、形状記憶合金８の上部はナット５ａに結合され、下部は絶縁層２ａに結合されている。
【００３９】
基板本体２と外部との接続に用いられるリード線の長さは、ヒートシンク６に対して基板本体２が昇降するため、余裕を持たせて長めに設定されている。
【００４０】
このような冷却構造では、素子４の発熱量が多くて基板本体２の温度が高くなった時には形状記憶合金８が伸びるので、図３（ａ）のように基板本体２が降下してヒートシンク６に当接する。このため、熱伝導により基板本体２からヒートシンク６へ熱が伝わって基板本体２の温度が降下する。一方、素子４の発熱量が少なく基板本体２の温度が低くなった時には、図３（ｂ）のように形状記憶合金８が縮むので基板本体２が引き離され、基板本体２とヒートシンク６との間に空間９が形成される。このため、基板本体２からヒートシンク６へ熱が伝わらなくなり、基板本体２の温度は下がらないように保持される。即ち、基板本体２の温度に応じて、放熱効率が高くなったり低くなったり切り換わる。
【００４１】
基板１の寿命の長さは、強度が小さく体積が小さいために疲労破壊するまでの繰り返し回数が少ないはんだ３の部分の寿命に左右される。この発明では、基板本体２の温度が低くなると冷却効率を下げるので、はんだ３の温度を下げても室温まで戻すことなくある程度高い温度に保持することになり、疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなる。また、最高温度と最低温度との温度差が小さくなるので、熱応力を繰り返し受けることによって生じる歪の振幅も小さくなり、はんだ３が疲労破壊するまでの繰り返し回数が多くなる。従って、温度帯域と温度差との２方向からはんだ３の寿命が延び、基板１の寿命も延びる。
（ｂ）実施の形態２
次に、実施の形態２を図４に示す。この実施の形態は、実施の形態１において基板本体２をヒートシンク６に当接させあるいは引き離す第１駆動手段の構成のみが異なるので、同一部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４２】
実施の形態１では、形状記憶合金として温度が上昇すると伸び、温度が降下すると縮む性質のものが用いられていたが、実施の形態２はこれとは逆であり、温度が上昇すると図４（ａ）に示すように形状記憶合金１１が縮み、温度が降下すると図３（ｂ）に示すように伸びて基板本体２を押し上げる形状記憶合金が用いられている。ヒートシンク６の上面の４箇所には凹部が形成され該凹部に形状記憶合金１１が収容されている。形状記憶合金１１は温度が上昇すると図４（ａ）に示すように縮んでその上面の高さがヒートシンク６の上面の高さと同じになり、温度が下がると伸びてその上面の高さがヒートシンク６の上面の高さよりも高くなるので、ヒートシンク６と基板本体２との間に空間９が形成される。この場合は、ボルト５にねじ結合されたナット５ａと絶縁層２ａとの間に、復帰用のばね１０が設けられている。
【００４３】
このような冷却構造では、素子４の発熱量が多くて基板本体２の温度が高くなった時には図４（ａ）のように形状記憶合金１１が縮むので、基板本体２が降下してヒートシンク６に当接する。一方、素子４の発熱量が少なく基板本体２の温度が低くなった時には、図４（ｂ）のように形状記憶合金１１が伸びるので、基板本体２が押し上げられてヒートシンク６から分離する。
【００４４】
この実施の形態の場合は、実施の形態１の場合と異なって基板本体２がヒートシンク６から分離した図４（ｂ）の状態でも、形状記憶合金１１が基板本体２の下面を支持することになるので、安定しており信頼性が高い。
【００４５】
その他の構成，作用は実施の形態１と同じなので、説明を省略する。
（ｃ）実施の形態３
次に、実施の形態３を図５に示す。この実施の形態は、実施の形態１において基板本体２をヒートシンク６に当接させあるいは引き離す第１駆動手段の構成のみが異なるので、同一部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４６】
実施の形態３では、形状記憶合金が温度上昇して屈曲することによりヒートシンク６に対して基板本体２が当接し、逆に温度が降下して形状記憶合金が復帰することにより両者が引き離されるようにしたものである。図５（ａ）（ｂ）に示すように、基板本体２の外周部の上面とヒートシンク６の外周部の上面とが形状記憶合金１２を介して連結されている。即ち、ヒートシンク６の上に該ヒートシンク６よりも少し小さい基板本体２が載せられ、形状記憶合金１２の外端部がヒートシンク６の上面にボルト１３を介して結合され、該形状記憶合金１２の内端部が基板本体２の上面にボルト１３を介して結合されている。形状記憶合金１２は基板本体２の周囲４方に配置されている。
【００４７】
このような冷却構造では、素子４の発熱量が多くて基板本体２の温度が高くなった時には図５（ａ）のように形状記憶合金１２が屈曲するので、基板本体２が降下してヒートシンク６に当接する。一方、素子４の発熱量が少なく基板本体２の温度が低くなった時には、図３（ｂ）のように形状記憶合金８が復帰するので基板本体２が押し上げられ基板本体２がヒートシンク６から分離する。
【００４８】
その他の構成，作用は実施の形態１と同じなので、説明を省略する。
（ｄ）実施の形態４
次に、実施の形態４を図６に示す。この実施の形態では、図１と同様に、基板本体２がボルト５を介してヒートシンク６に結合されている。そして、ヒートシンク６の下面には放熱用のフィン１４が複数設けられている。フィン１４は、本実施の形態では断面形状がＬ字形であり、紙面と直角な方向へ長く伸びている。
【００４９】
基板本体２の高温時には、夫々のフィン１４は、図６（ａ）のように相互間に放熱隙間１５を形成している。基板本体２の低温時には、図６（ｂ）のように夫々のフィン１４を同一方向へ倒して放熱隙間１５を閉塞するため、フィン１４を動かす第２駆動手段を構成するために、ここではフィン１４が形状記憶合金により形成されている。つまり、フィン１４は高温になると図６（ａ）のように取付部を除いて平面状になり、低温時になると図６（ｂ）のように屈曲するため、放熱隙間１５がなくなる。
【００５０】
このような冷却構造では、素子４の発熱量が多くて基板本体２の温度が高くなった時には、図６（ａ）のように形状記憶合金が平板状になることにより夫々のフィン１４の相互間に放熱隙間１５が形成されるので、フィン１４の熱が放熱隙間１５を介して大気中へ放出される。一方、素子４の発熱量が少なく基板本体２の温度が低くなった時には、図６（ｂ）のように夫々のフィン１４が同一方向へ倒れて放熱隙間１５を閉塞するので、フィン１４の熱が内部にこもって大気中へ放出されず、基板本体２の温度は下がらないように保持される。即ち、基板本体２の温度に応じて、放熱効率が高くなったり低くなったり切り換わる。
【００５１】
前記のように、基板１の寿命の長さははんだ３の部分の寿命に左右され、はんだ３の寿命は温度帯域と温度差との２方向から延びるので、基板１の寿命も延びる。
【００５２】
実施の形態４はヒートシンク６に対して基板本体２が昇降する構成ではないため、基板本体２と外部との接続に用いられるリード線は、長さに余裕を持たせておく必要はない。
【００５３】
なお、図６（ｂ）のように夫々のフィン１４が同一方向へ倒れて放熱隙間１５を閉塞する構成に代えて、放熱隙間１５を小さくする構成であってもよい。
（ｅ）実施の形態５
次に、実施の形態５を図７に示す。この実施の形態は、実施の形態４の一部を変更したものなので、同一部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００５４】
図のように、夫々のフィン１４が屈曲したときの外表面が、熱伝導率低減材料として熱伝導率の低い樹脂１４ａで覆われている。
【００５５】
このような冷却構造では、図７のように夫々のフィン１４が同一方向へ倒れて放熱隙間が閉塞された場合には、フィン１４の間から熱が大気中へ放出されないだけでなく、屈曲したフィン１４の外表面が樹脂１４ａにより覆われているので、フィン１４から樹脂１４ａの外表面への熱伝導率が低く、樹脂１４ａの外表面から大気中へ放出される熱の量も少なくなり、フィン１４，ヒートシンク６，基板本体２の温度低下が一段と抑制される。このため、実施の形態５は、実施の形態４よりも一段と保温性が高いものとなる。
【００５６】
その他の構成，作用は実施の形態４と同じなので、説明を省略する。
（ｆ）実施の形態６
次に、実施の形態６を図８に示す。この実施の形態では、図１と同様に、基板本体２がボルト５を介してヒートシンク６に結合されている。そして、基板本体２の実装面である上面および素子４を覆う蓄熱部材１６が設けられている。蓄熱部材１６の下面を基板本体２の上面に密着させた時に隙間が生じないように、素子４等が入り込む凹部１６ａが形成されている。
【００５７】
基板本体１６の高温時には図８（ａ）に示すように蓄熱部材１６と基板本体２との間に放熱隙間１７を形成して基板本体２および素子４の熱を放出させ、基板本体２の低温時には図８（ｂ）に示すように放熱隙間１７をなくして基板本体２および素子４の熱を蓄熱部材１６に蓄熱するように蓄熱部材１６を駆動する第３駆動手段が設けられている。第３駆動手段を構成するため、基板本体２に対して蓄熱部材１６を相対的に移動させる形状記憶合金１９が用いられる。
【００５８】
以下に、第３駆動手段の構成を説明する。基板本体２の上部の四隅にガイドロッド１８が立設される一方、ガイドロッド１８と対応する位置の蓄熱部材１６にはガイド孔１６ｂが形成され、該ガイド孔１６ｂにガイドロッド１８が挿通されている。形状記憶合金１９としては筒形状のものが用いられ、温度が上昇すると伸びて温度が下降すると縮む性質の材料が用いられる。形状記憶合金１９は、ガイドロッド１８が内部に挿入された状態でガイド孔１６ｂの内部下方に収容されている。ガイド孔１６ｂの長さ方向での中間位置には形状記憶合金１９の上端を支持するための支持部材２０が結合されている。
【００５９】
このような冷却構造では、素子４の発熱量が多くて基板本体２の温度が高い時には、形状記憶合金１９が伸びるため図８（ａ）に示すように支持部材２０を介して蓄熱部材１６が押し上げられ、蓄熱部材１６が基板本体２から離れて両者間に放熱隙間１７が形成される。このため、素子４および基板本体２の熱が該放熱隙間１７を介して大気中へ放出される。一方、素子４の発熱量が少なく基板本体２の温度が低い時には形状記憶合金１９が伸むため、図８（ｂ）に示すように蓄熱部材１６が下がって放熱隙間１７がなくなるので、素子４および基板本体２の熱が蓄熱部材１６に蓄熱され、基板本体２の温度は下がらないように保持される。即ち、基板本体２の温度に応じて、放熱効率が高くなったり低くなったり切り換わる。
【００６０】
前記のように、基板１の寿命の長さははんだ３の部分の寿命に左右され、はんだ３の寿命は温度帯域と温度差との２方向から延びるので、基板１の寿命も延びる。
【００６１】
実施の形態６では、実施の形態１〜５と異なり、基板本体２の実装面を蓄熱部材１６で覆うので、素子４の保温効果が高い。
【００６２】
その他の構成，作用は実施の形態１と同じなので説明を省略する。
（ｇ）実施の形態７
最後に、実施の形態７について説明する。
【００６３】
この実施の形態は、図３，図４，図５のように基板本体２とヒートシンク６とを形状記憶合金により当接させたり分離させたりする構成と、図６，図７のようにヒートシンク６にフィン１４を複数形成して放熱隙間１５を形成したり、フィン１４を同一方向へ倒して放熱隙間１５を閉塞したり、更にフィン１４の外表面に熱伝導率の低い樹脂１４ａを形成する構成と、図８のように、基板本体２の実装面である上面および素子４を覆う蓄熱部材１６を設け、蓄熱部材１６と基板本体２との間に放熱隙間１７を形成したり、放熱隙間１７をなくしたりする構成と、の３つの構成のうちのいずれか２組または３組の全てを組み合わせて基板を構成するものである。
【００６４】
このような冷却構造では、図３，図４，図５のように基板本体２の温度に応じて、基板本体２をヒートシンク６に当接させて該基板本体２の熱を熱伝導によりヒートシンク６へ伝えたり、あるいは基板本体２をヒートシンク６から分離させて基板本体２の温度を保持したり、図６，図７のように基板本体２の温度に応じて、夫々のフィン１４の相互間に放熱隙間を形成してフィン１４の熱を大気中へ放出したり、夫々のフィン１４を同一方向へ倒して放熱隙間を閉塞させる等してフィン１４から大気中へ熱を放出しないようにして基板本体２の温度を保持したり、図８のように、蓄熱部材１６と基板本体２との間に放熱隙間１７を形成して該放熱隙間１７を介して基板本体２の熱を放出されたり、放熱隙間１７をなくし基板本体２の熱が放熱されないように蓄熱して基板本体２の温度を保持したり、３つの作用のうちのいずれか２組あるいは３組の全ての作用が行われる。即ち、基板本体２の温度に応じて、放熱効率が高くなったり低くなったり切り換わる。
【００６５】
このように３つの構成から組み合わせを選択できるので、素子の発熱量や、基板本体の温度上昇と冷却時間との運転パターンや、基板取付スペースなどから、任意の組み合わせを選択できる。
【００６６】
前記のように、基板１の寿命の長さははんだ３の部分の寿命に左右され、はんだ３の寿命は温度帯域と温度差との２方向から延びるので、基板１の寿命も延びる。
【００６７】
なお、図８の実施の形態６では、温度が上昇したら形状記憶合金が伸びて蓄熱部材１６が押し上げられることにより放熱隙間１７が形成され、温度が下降したら形状記憶合金が縮んで蓄熱部材１６が降下する性質の形状記憶合金を用いた場合を示したが、温度が上昇したら形状記憶合金が縮んで蓄熱部材１６が押し上げられるように構成したり、あるいは温度が上昇したら形状記憶合金が屈曲あるいは復帰して蓄熱部材１６が押し上げられるように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】冷却構造に係り、基本構造を示す断面図。
【図２】冷却構造における公称せん断歪振幅と破断繰り返し数との関係を示すグラフ。
【図３】冷却構造に係り、（ａ）は高温時の断面図、（ｂ）は低温時の断面図（実施の形態１）。
【図４】冷却構造に係り、（ａ）は高温時の断面図、（ｂ）は低温時の断面図（実施の形態２）。
【図５】冷却構造に係り、（ａ）は高温時の断面図、（ｂ）は低温時の断面図（実施の形態３）。
【図６】冷却構造に係り、（ａ）は高温時の断面図、（ｂ）は低温時の断面図（実施の形態４）。
【図７】冷却構造に係り、低温時の断面図（実施の形態５）。
【図８】冷却構造に係り、（ａ）は高温時の断面図、（ｂ）は低温時の断面図（実施の形態６）。
【符号の説明】
【００６９】
１…基板
２…基板本体
３…はんだ
４…素子
６…ヒートシンク
８，１１，１２…形状記憶合金（第１駆動手段）
１４…フィン（形状記憶合金，第２駆動手段）
１４ａ…樹脂（熱伝導率低減材料）
１５，１７…放熱隙間
１６…蓄熱部材
１９…形状記憶合金（第３駆動手段）
【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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