(57)【要約】【課題】放熱といった受動的機能の他にサーモスタットのような温度調節といった能動的機能をも兼ね備えたヒートシンクを提供する。【解決手段】ヒートシンク１１−１〜１１−３は、形状記憶合金の第１部材と放熱用の第２部材とで螺旋状構造部を形成してなるヒートシンク本体部と、螺旋状構造部の一部が自身に触れたことを検知する検知部と、温度上昇に応じて螺旋状構造部が変態し該螺旋状構造部の一部が検知部に触れたとき、該検知をトリガとして所定の信号を送る信号送出部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶合金の第１部材と放熱用の第２部材とで螺旋状構造部を形成してなるヒートシンク本体部と、
前記螺旋状構造部の一部が自身に触れたことを検知する検知部と、
温度上昇に応じて前記螺旋状構造部が変態し該螺旋状構造部の一部が前記検知部に触れたとき、該検知をトリガとして所定の信号を送る信号送出部と、
を備えたことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記ヒートシンク本体部と前記検知部との対を複数備え、
前記ヒートシンク本体部の各々は当該螺旋状構造部の変態温度が異なり、
前記複数の検知部の各々は当該螺旋状構造部それぞれの所定の変態温度での変化に応じて温度の検知を行う、
請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部はつる巻状に形成される、
請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部は渦巻状に形成される、
請求項１または２に記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートシンクに関し、特に電子部品や電気機器を放熱するために用いられ、温度に応じて放熱面積を可変する形状記憶合金を用いたヒ−トシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気部品や電気機器等は、動作する際に熱を生じるが、部品や機器本体で放熱しきれない高温に達すると、破損や異常動作につながる場合がある。それを防ぐため従来よりヒートシンク、例えば放熱フィンが用いられてきた。
【０００３】
一般にヒ−トシンクは熱伝導率に優れるアルミ等の金属で形成され、放熱能力は主にその表面積によってが決まる。つまり、ヒートシンク毎に表面積は定まるため、ヒートシンク毎の放熱能力も定まる。また、ヒ−トシンクは放熱以外の機能はもたないものが一般的である。
【０００４】
ところで、公共事業で治水や利水を目的としたダム設備の放流警報システムでは高発熱体である無線設備や警報・放送設備等を用いるが、連続送信や連続放送等は行わず間欠的使用を条件に放熱能力の小さいヒートシンクを使用するケースが多い。
【０００５】
放熱能力の小さいヒートシンクを使用しているため、無線設備の送信時間延長、警報・放送設備の放送時間延長等の仕様変更が生じた場合、もしくは万一無線送信や放送が終了されず連続送信・連続放送に陥る不測の事態が発生した場合、無線設備や警報・放送設備等の破損や火災が発生する虞がある。
【０００６】
しかるに、以下に記すように、ある温度以下で変形してもその温度以上に加熱すると元の形状に回復する性質をもつ形状記憶合金を利用した発明が開示されている。形状記憶合金を利用した、ヒ−トシンクに関する発明が特許文献１〜３に、コイルバネ素子に関する発明が特許文献４に、アクチュエータに関する発明が特許文献５に、それぞれ開示されている。
【０００７】
特許文献１は、放熱フィンに形状記憶合金製の短冊板を組み合わせてファンによる気流を乱流とすることで同じ所要体積での放熱効率を向上させる構造の冷却装置を開示するものである。
【０００８】
特許文献２は、熱源（電子素子等）と熱源の伝熱面に密着したヒ−トシンクとの間に充填された熱伝達促進剤への面圧を、形状記憶合金製のバネ力で加圧して安定させ、熱抵抗を低減することで、放熱効率の向上を図る構造の電子素子装着装置を開示するものである。
【０００９】
特許文献３は、トランジスタの放熱量が小さい場合送風の邪魔にならないようにするため、トランジスタの放熱部を形状記憶合金からなるヒートシンク（放熱部材）と結合し、受熱量が増すほど放熱効果が高くなるように変形(放熱板を立たせるように)する構造の風量制御トランジスタの放熱装置を開示するものである。
【００１０】
特許文献４は、小容積で２方向性のコイルバネを実現するため形状記憶合金製コイルバネと形状を記憶していない金属のコイルバネとを二重螺旋とする構造の２方向性形状記憶コイルバネ素子を開示するものである。
【００１１】
特許文献５は、形状記憶合金をコイル型にし、絶縁材を介してコイルに接触する熱電素子によるコイルの加熱／冷却によってコイルを伸縮させ、高い伸縮出力を得る構造のアクチュエータを開示するものである。コイルには渦巻スパイラル型も含まれている。
【００１２】
ところで、ヒ−トシンクの放熱能力は主に素材とその表面積で決まり可変ができなかったが、特許文献３に記載の発明では、放熱部材を形状記憶合金で構成し、熱量に応じて放熱部材の姿勢を変化させることで放熱効率を変化させている。前述の放送設備や警報設備で使用する高発熱機器の動作時間が仕様変更等によって延長された場合、ヒートシンクに形状記憶合金を用いれば、任意の温度を基準に表面積を可変することが可能となるため予め動作時間の延長分を見込んで最大放熱能力が高めのものを実装しておくことにより、仕様変更に対しヒ−トシンク自体の交換作業を行なうこと無く対応できる。
【００１３】
一方、特許文献５に記載の発明では、形状記憶合金をコイル型にし、これに与える熱量に応じてコイルを伸縮させることで、高い伸縮出力を得るアクチュエータを提供している。
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−１９０２６８号公報（段落[０００３]、[０００４] 、[０００９]、図１および要約書参照）
【特許文献２】特開平１０−１７３１１２号公報（段落[０００３]、[０００４] 、[０００９]、図２および要約書参照）
【特許文献３】特開昭５９−０８７８４４号公報（特許請求の範囲、第１頁の右欄の第１９行目〜第２頁の左欄の第３行目、図３参照）
【特許文献４】特開平０８−３１２７０５号公報（段落[０００５]〜[０００９]、[００１９]、図１および要約書参照）
【特許文献５】特開２００１−０９９２０６号公報（請求項１、３０、段落[０００２]〜[０００５]、[００２３]、[００５５]、図１および要約書参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１〜５に記載の発明を含む従来技術による形状記憶合金を利用したヒートシンク等の部材には、一般的に、部材そのものの機能以外の機能を含むものはない。例外として、ヒートシンクには放熱機能の他にフレームとしての構造的機能を有するものはあるものの、これら機能は何れも受動的なものである。そこで、本発明はヒートシンクに放熱といった受動的機能の他にサーモスタットのような温度調節といった能動的機能をも兼ね備えたヒートシンクを提供することを目的とする。
【００１６】
本発明はまた、ヒートシンクにより冷却される電子部品または電気機器の温度異常を段階的に検出する手段を備えたヒートシンクを提供することを他の目的とする。
【００１７】
本発明は垂直方向に伸長し得るスペースを有するヒートシンクを提供することをその他の目的とする。
【００１８】
本発明は水平方向に伸長し得るスペースを有するヒートシンクを提供することをその他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成する本発明の第一形態によるヒートシンクは、形状記憶合金の第１部材と放熱用の第２部材とで螺旋状構造部を形成してなるヒートシンク本体部と、前記螺旋状構造部の一部が自身に触れたことを検知する検知部と、温度上昇に応じて前記螺旋状構造部が変態し該螺旋状構造部の一部が前記検知部に触れたとき、該検知をトリガとして所定の信号を送る信号送出部と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成する本発明の第二形態によるヒートシンクは、上記ヒートシンクにおいて、前記ヒートシンク本体部と前記検知部との対を複数備え、前記ヒートシンク本体部の各々は当該螺旋状構造部の変態温度が異なり、前記複数の検知部の各々は当該螺旋状構造部それぞれの所定の変態温度での変化に応じて温度の検知を行う。
【００２１】
上記目的を達成する本発明の第三形態によるヒートシンクは、上記ヒートシンクにおいて、前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部はつる巻状に形成される。
【００２２】
上記目的を達成する本発明の第四形態によるヒートシンクは、上記ヒートシンクにおいて、前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部は渦巻状に形成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第一形態のヒ−トシンクによれば、任意の温度をヒートシンクの変態温度に設定し、該変態温度に設定した所定の温度を境に変態する事でその放熱面積を大きくし、放熱能力を可変する冷却機能の他に、所定の温度以上になった場合に警告信号等を送出する構成により、危険温度に至るなどの温度異常を検出し設定温度を保持するサーモスタットの機能を兼ね備えることができる。また、送出した信号を警報通知や強制冷却ファンの始動等に用いることにより、保安・保護機能としての役割も兼ねることができる。
【００２４】
また、第一形態のヒ−トシンクによれば、不測の事態等で放熱対象の電子部品及び電気機器の温度が、当初の設計温度より上昇した場合、リミット温度を変態温度として設定しておくことで温度ヒュ−ズのような保安機能をも実現できる。
【００２５】
本発明の第二形態は、各種ヒートシンク毎に異なる温度で変態し、温度上昇を段階的に検出する手段を設ける。具体的にはヒートシンク本体部と検知部との対を複数備え、それぞれのヒートシンク本体部の動作は、所定の変態温度毎に異なるものであり、それゆえどのヒートシンク本体部が変態（伸長）したかに応じて温度異常を段階的に検出でき、複数段階の温度制御ができる。
【００２６】
本発明の第三形態によれば、ヒートシンクの水平方向にスペースがなく、垂直方向にスペースがある場合に好適なヒートシンクを提供することができる。
【００２７】
本発明の第四形態によれば、ヒートシンクの垂直方向にスペースがなく、水平方向にスペースがある場合に好適なヒートシンクを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るヒートシンクを備えた電気機器の概要を示す構成図である。図１全体に示す電気機器１の動作を以下に説明する。電機機器１（以下、単に機器１と記す）は異なる温度で変態する形状記憶合金を使用した複数のヒートシンク１１−１、１１−２および１１−３を含む。
【００２９】
ステップＳ１：機器１が設計温度範囲内で動作している時は、ヒートシンク１１−１および１１−２は、縮まっていて通常の放熱動作を行なう。
【００３０】
ステップＳ２：機器１の温度が上昇し、機器１の設計温度を超過した領域(Ｔ℃)に入るとヒートシンク１１−１が変態して放熱面積を増加し放熱効果を高める。
【００３１】
ステップＳ３：機器１が不測の事態等で、機器１の温度上昇が継続し、破壊や火災に至る危険温度領域（Ｔ＋α℃）に達すると、ヒートシンク１１−２が変態し、更に放熱面積を増加、放熱効果を高める。同時にヒートシンク１１−２の変態を、ヒートシンクの螺旋状の第１部材の先端が触れたことを検知する検知部により、温度上昇に応じて螺旋状の第１部材が伸長し先端が検知部に触れると、該検知をトリガとして所定の信号を送出し、サーモスタットのように電気的スイッチを閉じ、電動の冷却ＦＡＮ１５等を起動し、強制空冷にて機器１を冷却する。
【００３２】
ステップＳ４：不測の事態が収拾し、機器１の温度が下降するとヒートシンク１１−２が通常の形状に戻る。これをトリガにして冷却ＦＡＮ１５を停止し自然空冷に復帰する。
【００３３】
ステップＳ５：更に機器１の温度が下降するとヒートシンク１１−１は通常の形状に戻り、通常運転に復帰する。
なお、さらにヒートシンク１１−３の変態温度を前記Ｔ、前記Ｔ＋α℃とは異なる温度に設定すれば、前述のようなヒートシンク１１−１および１１−２による二段階の温度検知ではなく、これにヒートシンク１１−３をあわせた三段階の温度検知が可能になる。
【００３４】
従来は放熱機能、サーモスタット機能及び保安機能を実現するためには、各機能毎に設備を必要としたが、本発明によれば、一連の機能を1つの設備で実現することが可能であり設備の省スペ−ス化、省電力化、低コスト化が実現できる。
【００３５】
また、放熱機能、サーモスタット機能および保安・保護機能の３つの機能を備えたヒートシンクにおいて、サーモスタット機能および保安・保護機能の特性を利用し、電動の冷却ファンを付加したシステムとして実現することで、従来より信頼性の高い保安が可能となる。
【００３６】
変態温度の異なるヒ−トシンクを段階的に動作させて、上昇する温度によって放熱効率を上げていき、最終段のヒ−トシンクの動作をトリガにして電動の冷却ファンの駆動及びアラ−ムの発報動作を行なうことで、信頼性を高めた保安・保護システムを実現できる。
【００３７】
このように、本発明のヒートシンクは単独で下記の３つの機能を有するので機器のスペ−ス、コストおよびメンテナンスの全ての面においてメリットがある。
１．放熱機能
２．温度検出機能
３．想定外の温度上昇時における機器の保安・保護機能
【００３８】
さらに、上記３つの機能を実現するのために動作用電源を設けなくてもよく、電気的な故障のリスクを縮小することができる。
【００３９】
本発明によれば、従来のヒ−トシンク機能に加えて、任意の温度条件で放熱能力を可変する機能を併せ持つことで、熱源の温度を一定に保とうとする特性を得ることができる。この特性は、サーモスタットとしての使用が可能であることを示しており、本来の機能である放熱動作と組合わせて利用すれば、受動的な機能のみであった従来のヒートシンクに対し、温度を制御するという能動的な機能を持たせることが可能となる。
【００４０】
本発明によれば、ヒートシンクの変態温度を設定温度≦危険温度の条件で設定しておくことで、ヒートシンクの放熱面積の増加に伴う放熱効果の向上で、無線設備や警報・放送設備等の破損や火災を回避することが可能となる。
【００４１】
本発明の実施形態に係るヒートシンクは本体部が螺旋状構造となっており、つる巻状または渦巻状に形成されている。最初に、つる巻状に形成されたヒートシンクの実施例を以下に説明する。
【００４２】
図２は本発明による第１実施例のヒートシンクの構成を示す斜視図である。図２に示すヒートシンク２１は電子部品２２の上に付着され、形状記憶合金製つる巻バネの形で構成される。形状記憶合金製つる巻バネは第１部材２３と第２部材２４とを有し、冷却ＦＡＮ２５からのエアーにより空冷される。
【００４３】
ヒートシンク２１は形状記憶合金製つる巻バネの温度変化による変態特性を利用し、放熱面積を変化させる構造とすることで、従来のヒートシンクが持ち得なかった付加機能であるサーモスタット機能およびヒートシンクを搭載した部品または機器の保安機能を実現できる。
【００４４】
図３は図２に示す形状記憶合金製つる巻バネで構成されたヒートシンクの概要を示す図であり、形状記憶合金製つる巻バネを構成する（Ａ）は材料を、（Ｂ）は第１部材を、（Ｃ）は第２部材をそれぞれ示す。
【００４５】
第１部材２３の典型例は形状記憶合金（Ni-Ti）であり、Ni-Ti合金は熱伝導率がステンレスと同程度で、放熱を目的とした用途には直接使用された例が無い。使用の主な目的はバイアス発生用、すなわち付勢をつけるためであり、ヒートシンクとして冷却機能を発揮するために放熱部を別途設ける必要があり余分なスペースが必要となる。
【００４６】
上記ヒートシンクによれば、つる巻バネの構造を、第１部材２３であるバイアス発生用の形状記憶合金(Ni-Ti)バネと第２部材２４である放熱用の熱伝導率の高い異種金属(Cu、Al等)とによるバネとの二重螺旋構造とすることで、形状記憶合金の熱伝導率の悪さ（ステンレスと同程度）を補い放熱効果を高め、その結果同じ容積でより高い放熱効率を実現できる。
【００４７】
また、上記ヒートシンクによれば、従来分離されていた放熱部とバイアス部とを一体化することで省スペ−ス化が可能となり、単位容積あたりの放熱効率向上を実現できる。
【００４８】
図４は図２に示すヒートシンクを構成するつる巻バネの巻線比率を変えた実施例を示す図である。つる巻バネを構成するバイアス発生用バネと放熱用バネの巻線比率を変え、形状記憶合金からなるバイアス発生用バネより放熱用バネの表面積を大きくし放熱面積を増大することで、同じ容積でより高い放熱効果を実現することが可能となり、ヒ−トシンクの放熱効率を向上できる。
【００４９】
図５は形状記憶合金製つる巻バネを構成する（Ａ）第１部材を、（Ｂ）は第２部材をそれぞれ示す図である。
【００５０】
ヒートシンクの容積に対する放熱効果をより高める目的で第１部材（Ni-Ti）のバイアス用バネを細線で、第２部材（Cu、Al等）の放熱用バネを帯状とすることでヒートシンクの放熱面積を増大し、同じ容積でより高い放熱効果を実現するヒートシンクが提供できる。
【００５１】
また、形状記憶合金を使用したバネの製造例はつる巻状のものが最も多く、製造が容易でありかつ安価である。更に形状記憶合金製バネを構成するバイアス発生用バネを細線で構成することにより形状記憶合金製バネの製造を容易かつ安価にすることが可能となる。
【００５２】
図６はつる巻バネを熱伝導率の高い金属板に複数個装着しモジュール化したヒートシンクの実施例を示す図である。図６に示すように複数個のつる巻バネを金属板６０に装着してモジュール化することにより広範な汎用性を持たせることが可能となる。特に大きな装置を冷却するための放熱に公的である。
【００５３】
また、複数のつる巻バネを装着した金属板６０を装置に固定する際、装置側の熱源との接触部位に粘着性の熱伝導シ−トで貼り付け金属板６０を固定することで特殊な加工を必要とせず後付けが容易となり汎用性を持たせることができる。
【００５４】
図７は図６に示すヒートシンクの上蓋に金属を用いた例を示す図である。図７に示すように、金属製の上蓋をすることで、放熱効果を高めると同時に外からの接触や衝撃によるヒートシンク本体の破損を回避することができる。
【００５５】
図８は図６に示すヒートシンクの上蓋に網目状の蓋を用いた例を示す図である。図８に示すヒートシンクには熱伝導率の高い金属（Cu、Al等）を素材とした網目構造の上蓋を用いることで、放熱効率を向上させることができる。
【００５６】
図９は図６に示すヒートシンクの上蓋に太目の四角形の棒状とし荒めの網目とした構造の蓋を用いた例を示す図である。このような構造により、通気面積を大とすることで冷却対象物が空気に触れる面積が大となるので放熱効率を向上させることができる。
【００５７】
図１０は図１全体に示す電気機器を冷却するヒートシンクと上蓋との接触部位に放熱シートを貼り付けた構造を示す図である。図１０に示すように複数のつる巻バネによるヒートシンクと上蓋との接触部位に放熱プレート１６を貼り付けることにより、ヒートシンクと上蓋との間の接触面積を増やし、放熱効率を向上させることができる。
【００５８】
図１１は図１全体に示す電気機器を冷却するヒートシンクと上蓋との接触部位に熱伝導シートを貼り付けた構造を示す図である。図１１に示すように複数のつる巻バネによるヒートシンクとの接触部位に熱伝導性が大きい熱伝導シート１７を貼り付けることにより、熱伝導シート１７の熱伝導性が大きいので熱抵抗を下げ、放熱効率を向上させることができる。
【００５９】
図１２は本発明によるつる巻バネ構造のヒートシンクのサーモスタット機能の特性を示す図である。従来は、熱発生源（部品・機器等）の温度を一定に保とうとした時、熱源の温度をセンサ等により監視し、予め設定した温度に達した時点でセンサ信号により電動の冷却ファンを起動して冷却していた。これに対し、本発明は、これら一連の機能（センサ機能・冷却機能）をヒ−トシンクのみで実現しようとするものである。また従来は、サーモスタットと連携した冷却機能を有する機器には、動作に電源が必要であったが、本発明によるヒートシンクには、冷却機能を有する機器用の電源が不要となるというメリットもある。
【００６０】
本発明によるヒートシンクは温度が上昇した場合、予め設定した変態温度を境に伸長して放熱面積を大きくし、逆に温度が下降した場合、同変態温度を境に収縮して放熱面積を小さくするようヒートシンクの形状を可変するので、結果として熱源を変態温度付近に保とうとする特性をヒートシンク単体で得ることができる。ヒートシンクのこの特性は、サ−モスタットの機能を代替えするものである。この機能を利用した具体的例として次のものを挙げる。熱発生源である部品及び機器等の温度上昇によるヒートシンクの変態をヒートシンクの螺旋状の第１部材の先端が触れたことを検知する検知部により、温度上昇に応じて螺旋状の第１部材が伸長し先端が検知部に触れると、該検知をトリガとして所定の信号を送出し、サーモスタットのように電気的スイッチを閉じ、電動の冷却ＦＡＮ１５等を起動し、強制空冷にて熱発生源である機器１を冷却する。
【００６１】
図１３は本発明によるつる巻バネ構造のヒートシンクの保安機能の特性を示す図である。従来は、熱発生源である部品及び機器等が動作中に不測の事態（外部温度上昇等）で温度上昇し当初の設計値を超過した場合に下記のように対策していた。
（１）センサ連動の電動ファン等で強制空冷する。
（２）温度ヒュ−ズ等の保安部品を実装する。
【００６２】
しかしながら、上記対策（１）および（２）は以下の問題を内包している。
対策（１）では電動ファンが故障する二重障害が発生した場合は対処できず、機器の破損や火災につながる恐れがある。
【００６３】
上記対策（１）の問題を解決するため温度ヒュ−ズを用いる対策（２）がある。しかし、温度ヒュ−ズは、発熱の根本原因である電力の供給を断ってしまうので、部品や機器の動作を止めてしまい、機器によっては、連続運転が必須で停止が許されないものも存在するが、この場合対処できない。
【００６４】
これに対して本発明は、予めヒ−トシンクの変態温度を熱発生源である部品や機器のリミット温度に設定することで、不測の事態による温度超過時に二重障害が発生した場合でも、部品や機器の運転を止めずに放熱することが可能となる。
【００６５】
次に、渦巻状に形成されたヒートシンクの実施例を以下に説明する。
図１４は本発明による第２実施例のヒートシンクの構成を示す斜視図である。図１４に示すヒートシンク１２１は電子部品１２２の上に付着され、形状記憶合金製渦巻バネの形で構成される。形状記憶合金製渦巻バネは第１部材１２３を有し、冷却ＦＡＮ１２５からのエアーにより空冷される。
【００６６】
後述するように、本発明は、形状記憶合金製渦巻バネの温度変化による変態特性を利用し、放熱面積を変化させる構造で、従来のヒートシンクが持ち得なかった付加機能を実現することができる。
【００６７】
図１５は図１４に示す渦巻バネ構造のヒートシンクを部品に取付けた状態を示す図であり、（Ａ）はヒートシンクを部品に垂直に取付けた状態を示し、（Ｂ）はヒートシンクを部品に水平に取付けた状態を示す図である。
【００６８】
図１５の（Ａ）に示すように、渦巻バネ構造のヒートシンクの第１部材１２３Ａの角度を電子部品１２２に垂直とし、ヒートシンクの第１部材１２３Ａの側面から冷却ファン１２５等により強制空冷する。
【００６９】
図１５の（Ｂ）に示すように、渦巻バネ構造のヒートシンクの別の態様の第２部材１２３Ｂの角度を電子部品１２２に水平とし、放熱体である電子部品１２２からの熱対流を妨げることなく効率的に自然放熱する。
【００７０】
図１６はヒ−トシンク基部を可動式とし渦巻バネ角度を可変できるようにする構造を示す図である。この構造により、ヒ−トシンクの設置条件によらず最適な放熱効率で使用することが可能となる。
【００７１】
図１７は渦巻バネの二重巻き構造の具体例を示す図である。形状記憶合金（Ni-Ti）は、熱伝導率がステンレスと同程度で、放熱を目的とした用途には直接使用されることなく、主に形状を可変するために用いられる。この形状記憶合金をヒートシンクに適用する場合、従来では放熱部を別途設ける必要があり、占有スペースが必要となる。それゆえ、本発明は、渦巻バネの構造を、形状可変用の形状記憶合金(Ni-Ti)バネと放熱用の熱伝導率の高い金属(Cu、Al等)とによる二重巻き構造とすることで、同じ体積でより高い放熱効率を実現するものである。
【００７２】
形状記憶合金の特性の１つである低熱伝導率(ステンレスと同程度)をカバ−するために熱伝導率の高い金属(CuまたはAl)の渦巻バネを並行して巻き込む構造とする。このように、放熱部と形状可変部を一体化することで省スペ−ス化が可能となり、単位体積あたりの放熱効率を向上させることができる。
【００７３】
図１８は渦巻バネの二重巻き構造の他の具体例を示す図である。図１７に示す形状可変用バネをつる巻バネとし、放熱用バネを帯状とすることにより、形状記憶合金製の渦巻バネの製造を容易にすることができる。形状記憶合金を使用したバネの製造例はつる巻状のものが最も多く、製造が技術的に容易であると同時に安価である。
【００７４】
図１９は本発明による渦巻バネ構造のヒートシンクのサーモスタット機能の特性を示す図である。図１９は図１２に示すつる巻バネ構造のヒートシンクを渦巻バネ構造のヒートシンクに置換えたときのサーモスタット機能の特性を示す。
【００７５】
図２０は本発明による渦巻バネ構造のヒートシンクの保安機能の特性を示す図である。図１９は図１３に示すつる巻バネ構造のヒートシンクを渦巻バネ構造のヒートシンクに置換えたときの保安機能の特性を示す。
【００７６】
図２１は渦巻バネ構造のヒートシンクを収容する金属製ケ−スの斜視図であり、（Ａ）は渦巻バネが閉じた状態を示し、（Ｂ）は渦巻バネが開いた状態を示す図である。渦巻バネ構造のヒートシンク２２１の中心Ｃをケ−ス２２８の底部に固定し、ヒートシンク２２１を金属製のケ−ス２２８内に収容することで、外からの接触や衝撃によるヒートシンク２２１の本体の破損を回避することができる。また、このケ−ス２２８を、熱伝導率の高い金属（Cu、Al等）で製造することで、同じ体積でも放熱効果を高めることができる。
【００７７】
図２１の（Ａ）に示すように、ヒートシンク２２１は、渦巻バネ２２３と金属ケ−ス２２８の接触部位に熱伝導材２２７を充填した構造であり、熱伝導材２２７により、熱抵抗を下げ、放熱効率を向上させることができる。
【００７８】
図２１の（Ａ）に示す構造により、渦巻バネを構成する第１部材２２３が開いた時に金属製のケ−ス２２８と接触する部位に熱伝導材２２７を貼り付ける構造とすることで、熱抵抗を下げ放熱効率を向上させることができる。
【００７９】
図２２は渦巻バネと金属ケ−ス間に熱伝導材を充填した構造を示す図であり、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【００８０】
図２２の（Ａ）に示すように、ヒートシンク２２１は、渦巻バネを構成する第１部材２２３と金属ケ−ス２２８間に熱伝導材２２７を充填した構造（渦巻バネの最外周の曲線（Ｒ）に合わせて熱伝導材２２７を充填した構造）で、放熱効率を向上させることができる。
【００８１】
図２３は金属ケ−ス構造に熱伝導率の高い金属（Cu、Al等）を素材としたメッシュ構造の上蓋２３０を具備する構造を示す図である。放熱効率を向上させることができる。
【００８２】
図２４は図２３に示すケースの上蓋を、押えバネ付きネジにより加圧する構造を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は押えバネ付きネジの詳細図である。ケース２２８のアルミメッシュ製の上蓋２３０Ａを、押えバネ付きネジ２４０により適度な圧力で押える事で、ヒ−トシンクの変態を妨げることなく熱抵抗を下げ放熱効率を向上させることができる。図２４の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、押えバネ付きネジ２４０はヒートシンクとケース２２８下部の熱伝導材２２７との間の密着性を高める。押えバネ付きネジ２４０は適度な圧力を発生させる為のバネ２４１とワッシャ２４２とネジタップ２４２とをもつ。
【００８３】
図２５は本発明の渦巻バネ式形状記憶合金を用いた第１具体例のヒートシンクにおける温度変化に応じて変化する渦巻バネの形状を示す図であり、（Ａ）は常温時の形状、（Ｂ）は設定温度時の形状、（Ｃ）は上限温度時の形状をそれぞれ示す図である。
【００８４】
つる巻バネ式と異なり渦巻バネ式の形状記憶合金を用いたヒートシンクはヒートシンクの本体を固定しないでも機能を発揮できるので、設置後にヒートシンクの数を調整して、放熱効率を上げたり下げたりすることができる。
【００８５】
また、サ−モスッタット機能においても、つる巻バネ式では一度設置したら後で容易に調整はできないが、渦巻バネ式では変態温度の異なるヒ−トシンクを適宜追加または削除する事で設置後の調整が容易となる。
【００８６】
図２５の（Ａ）に示すように、渦巻バネ式形状記憶合金はケースの上方挿入部から供給され、ケースの下方取出し部から取り出すことができる。ケース内の渦巻バネ式形状記憶合金がそれぞれ異なる変態温度を持つ場合、常温時の形状では放熱効果は低く、図２５の（Ｂ）に示すように、最初の設定温度到達時は設定温度時の形状となり、放熱効果は中位であり、図２５の（Ｃ）に示すように、最終温度到達時は上限温度時の形状となり、放熱効果は最大となる。
【００８７】
図２６は本発明の渦巻バネ式形状記憶合金を用いた第２具体例のヒートシンクを示す図である。つる巻バネ式のヒートシンクでは放熱対象面積が広範囲に亘る場合、多数のヒートシンクを固定した構造としなくてはならず、機構が複雑化し製造コストが嵩む。これに対し渦巻きバネ式のヒートシンクは水平方向にスペ−スがあれば狭小なスペ−ス環境においても、巻き数と幅を調整する事で、機能を最大限に発揮させる事ができるので、スペ−ス的な制約が厳しい実装の場合、特に有効的に利用できる。
【００８８】
渦巻バネ式のヒートシンクはつる巻バネ式と比較した場合、製造時に巻き数とサイズを調整する事で少数のヒートシンクで同じ機能を実現できる。
【００８９】
（付記１）
形状記憶合金の第１部材と放熱用の第２部材とで螺旋状構造部を形成してなるヒートシンク本体部と、
前記螺旋状構造部の一部が自身に触れたことを検知する検知部と、
温度上昇に応じて前記螺旋状構造部が変態し該螺旋状構造部の一部が前記検知部に触れたとき、該検知をトリガとして所定の信号を送る信号送出部と、
を備えたことを特徴とするヒートシンク。
（付記２）
前記ヒートシンク本体部と前記検知部との対を複数備え、
前記ヒートシンク本体部の各々は当該螺旋状構造部の変態温度が異なり、
前記複数の検知部の各々は当該螺旋状構造部それぞれの所定の変態温度での変化に応じて温度の検知を行う、
付記１に記載のヒートシンク。
（付記３）
前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部はつる巻状に形成される、
付記１または２に記載のヒートシンク。
（付記４）
前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部は渦巻状に形成される、
付記１または２に記載のヒートシンク。
【００９０】
（付記５）
形状記憶合金に放熱用金属を沿わせた螺旋状構造部により構成されるヒートシンク本体部と、
前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部の先端が触れたことを検知する検知部と、
温度上昇に応じて前記螺旋状構造部が伸長し該螺旋状構造部の先端が前記検知部に触れると、該検知をトリガとして所定の信号を送る信号送出部と、
を備えたことを特徴とするヒートシンク。
（付記６）
前記ヒートシンク本体部と前記検知部の対を複数備え、それぞれのヒートシンク本体部は変態温度が異なり、
前記複数の検知部は前記複数のヒートシンク本体部のそれぞれ所定の変態温度での変化に応じて温度の検知を段階的に行う、
付記５に記載のヒートシンク。
（付記７）
前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部はつる巻状に形成される、
付記５または６に記載のヒートシンク。
（付記８）
前記ヒートシンク本体部の螺旋状構造部は渦巻状に形成される、
付記５または６に記載のヒートシンク。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートシンクを備えた電気機器の概要を示す構成図である。
【図２】本発明による第１実施例のヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示す形状記憶合金製つる巻バネで構成されたヒートシンクの概要を示す図であり、形状記憶合金製つる巻バネを構成する（Ａ）は材料を、（Ｂ）は第１部材を、（Ｃ）は第２部材をそれぞれ示す。
【図４】図２に示すヒートシンクを構成するつる巻バネの巻線比率を変えた実施例を示す図である。
【図５】形状記憶合金製つる巻バネを構成する（Ａ）第１部材を、（Ｂ）は第２部材をそれぞれ示す図である。
【図６】つる巻バネを熱伝導率の高い金属板に複数個装着しモジュール化したヒートシンクの実施例を示す図である。
【図７】図６に示すヒートシンクの上蓋に金属を用いた例を示す図である。
【図８】図６に示すヒートシンクの上蓋に網目状の蓋を用いた例を示す図である。
【図９】図６に示すヒートシンクの上蓋に太目の四角形の棒状とし荒めの網目とした構造の蓋を用いた例を示す図である。
【図１０】図１全体に示す電気機器を冷却するヒートシンクと上蓋との接触部位に放熱シートを貼り付けた構造を示す図である。
【図１１】図１全体に示す電気機器を冷却するヒートシンクと上蓋との接触部位に熱伝導シートを貼り付けた構造を示す図である。
【図１２】本発明によるつる巻バネ構造のヒートシンクのサーモスタット機能の特性を示す図である。
【図１３】本発明によるつる巻バネ構造のヒートシンクの保安機能の特性を示す図である。
【図１４】本発明による第２実施例のヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示す渦巻バネ構造のヒートシンクを部品に取付けた状態を示す図であり、（Ａ）はヒートシンクを部品に垂直に取付けた状態を示し、（Ｂ）はヒートシンクを部品に水平に取付けた状態を示す図である。
【図１６】ヒ−トシンク基部を可動式とし渦巻バネ角度を可変できるようにする構造を示す図である。
【図１７】渦巻バネの二重巻き構造の具体例を示す図である。
【図１８】渦巻バネの二重巻き構造の他の具体例を示す図である。
【図１９】本発明による渦巻バネ構造のヒートシンクのサーモスタット機能の特性を示す図である。
【図２０】本発明による渦巻バネ構造のヒートシンクの保安機能の特性を示す図である。
【図２１】渦巻バネ構造のヒートシンクを収容する金属製ケ−スの斜視図であり、（Ａ）は渦巻バネが閉じた状態を示し、（Ｂ）は渦巻バネが開いた状態を示す図である。
【図２２】渦巻バネと金属ケ−スの接触部位以外の箇所に熱伝導材を充填した構造を示す図であり、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図２３】金属ケ−ス構造に熱伝導率の高い金属（Cu、Al等）を素材としたメッシュ構造の上蓋２３０を具備する構造を示す図である。
【図２４】図２３に示すケースの上蓋を、押えバネ付きネジにより加圧する構造を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は押えバネ付きネジの詳細図である。
【図２５】本発明の渦巻バネ式形状記憶合金を用いた第１具体例のヒートシンクにおける温度変化に応じて変化する渦巻バネの形状を示す図であり、（Ａ）は常温時の形状、（Ｂ）は設定温度時の形状、（Ｃ）は上限温度時の形状をそれぞれ示す図である。
【図２６】本発明の渦巻バネ式形状記憶合金を用いた第２具体例のヒートシンクを示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１    電気機器
１１−１、１１−２、１１−３、２１、１２１、２２１    ヒートシンク
１５、２５、１２５    冷却ファン
１６    放熱プレート
１７    熱伝導シート
２２、１２２    電子部品
２３、１２３、２２３    第１部品
２４、２２４    第２部品
６０    金属板
２２７    熱伝導材
２２８    ケース
２３０    上蓋
２４０    押えバネ付きネジ
２４１    押さえバネ
２４２    ワッシャ
２４３    ネジタップ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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