放熱器

【課題】本発明は、ペルチェ素子を用いて重要部品の温度を一定に保つ必要のあるデバイスに用いる放熱器に係り、より少ない電力で所期の効果を得ることのできる放熱器を提供することを目的とする。
【解決手段】ペルチェ素子を用いて重要部品の温度の安定化を図るデバイスの筐体の表面に、凸状の突片からなる放熱フィンを平行に複数配設し、各放熱フィン間の流路に、強制冷却ファンからの冷却風を流下させる放熱器に於て、前記放熱フィンの冷却風の上流側に、一定値より低い周囲温度で前記流路を閉鎖する可動部材を設けたことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱器に係り、詳しくはペルチェ素子を用いて重要部品の温度を一定に保つデバイスに用いる放熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるように、冷却，加熱効果のある電子部品としてペルチェ素子が広く知られており、従来、重要部品の温度を一定に保つ必要のあるデバイスでは、このペルチェ素子を用いて温度の安定化が図られている。
このように温度を一定に保つ必要のあるデバイスの例として、長距離・大容量伝送用の光送受信機のＬＤモジュールが挙げられ、このＬＤモジュールでは、周囲温度が２５℃より上昇した場合にはペルチェ素子にＬＤモジュールを冷却する方向に電流を流し、また、２５℃より低下した場合は逆方向に電流を流してＬＤモジュールを加熱することにより温度の安定化を図っている。
【０００３】
そして、高温に於ては回路やデバイス自体の発熱に加えてペルチェ素子も発熱するため、これを十分放熱できるだけの表面積の大きな（熱抵抗の小さな）放熱器が用いられている。
而して、従来、この種の放熱器は、図１１及び図１２に示す光送信モジュール１のように筐体（放熱筐体）３を放熱器として兼用させたものが一般的で、最小限の占有体積で最大の放熱効果（最少の熱抵抗）を得るため、熱伝導度のよい材料（例えば、アルミや銅等）で筐体３を形成し、更に、表面積を稼ぎつつ強制冷却ファンからの冷却風を妨げないように、筐体３の上部５に凸状の突片からなる放熱フィン７を冷却風の流れに沿って平行に複数配設して、各放熱フィン７間の流路（溝）８に強制冷却ファンからの冷却風を流下させる構造となっている。
【０００４】
そして、前記放熱フィン７は、筐体３の製造時にこれと一体に形成され、或いは筐体３と別途に削り出し等で製造されて筐体３の上部５に固着された構造となっており、放熱フィン７が取り付く筐体３の上部５の裏面側に、ペルチェ素子９やチップ１１を封止したＬＤモジュール１３が固着された構造となっている。
【特許文献１】特開２００６−８６３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし乍ら、上述の如き構造の放熱器は、発熱量が最大となる高温での放熱効率を第一の目的として設計されているため、低温でも放熱効率がよい。
このため、低温時にデバイスの温度を一定に保つために大電流を流してペルチェ素子を加熱しなければならず、加熱に要する電力が大きくなってしまう欠点があった。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、ペルチェ素子を用いて重要部品の温度を一定に保つ必要のあるデバイスに用いる放熱器に改良を加え、より少ない電力で所期の効果を得ることのできる放熱器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】
【０００６】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ペルチェ素子を用いて重要部品の温度の安定化を図るデバイスの筐体の表面に、凸状の突片からなる放熱フィンを平行に複数配設し、各放熱フィン間の流路に、強制冷却ファンからの冷却風を流下させる放熱器に於て、前記放熱フィンの冷却風の上流側に、一定値より低い周囲温度で前記流路を閉鎖する可動部材を設けたことを特徴とする。
【０００７】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の放熱器に於て、前記可動部材は、放熱フィンの上流側端部に固着され、一定値以上の周囲温度で断面Ｌ字状の形状に回復して前記流路を開放し、一定値より低い周囲温度で平坦な形状に変形されて前記流路を閉鎖する形状記憶合金製の開閉金具であることを特徴とする。
更に、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の放熱器に於て、前記開閉金具は、総ての放熱フィンの上流側端部に固着されていることを特徴とし、請求項４に係る発明は、請求項２に記載の放熱器に於て、前記開閉金具は、ペルチェ素子の取付位置に応じて、放熱フィンの上流側端部に固着されていることを特徴とする。
【０００８】
一方、請求項５に係る発明は、請求項１に記載の放熱器に於て、前記可動部材は、筐体の表面に回転可能に取り付き、前記流路を開閉する回転フィンで、該回転フィンは形状記憶合金からなる感温アクチュエータに接続され、該感温アクチュエータは、一定値以上の周囲温度で形状を回復して前記回転フィンを回転させて前記流路を開放し、一定値より低い周囲温度で前記流路を回転フィンで閉鎖することを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の放熱器に於て、前記感温アクチュエータは、一定値以上の周囲温度で伸長する形状に回復するコイル状の形状記憶合金バネと、該形状記憶合金バネのバネ力に抗するバネ力を持ったコイルバネとからなり、該感温アクチュエータと前記回転フィンとの間にワイヤが接続されると共に、該回転フィンに前記コイルバネと反対方向へ張力を与える第二のコイルバネが、回転フィンにワイヤを介して接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項７に係る発明は、ペルチェ素子を用いて重要部品の温度の安定化を図るデバイスの筐体の表面に、一定値より低い周囲温度で該表面を覆い、一定値以上の周囲温度で筐体の表面から離間するように形状を回復する形状記憶合金からなる可動部材を装着したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
各請求項に係る発明によれば、従来に比し少ないペルチェ素子の消費電力でデバイスの温度を一定に保つことができることとなった。
そして、請求項３に係る発明によれば、開閉金具を総ての放熱フィンの上流側端部に固着することで、デバイスの仕様に応じペルチェ素子の取付位置が異なっても一つの筐体で総ての仕様に対応できる。
【００１２】
また、請求項４に係る発明のように、ペルチェ素子の取付位置に応じて開閉金具を放熱フィンの上流側端部に固着すれば、開閉金具の個数を軽減して部品点数と取付工数の削除を図ることができる。
更に、請求項６の発明によれば、可動部材たる回転フィンと感温部たる感温アクチュエータを分離した構造としたため、感温アクチュエータはペルチェ素子と熱的に近い位置に設置し、回転フィンはペルチェ素子よりも風上側に置くといった最適設計を容易に行える利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図４は請求項１乃至請求項３に係る発明の一実施形態を示し、図１に於て、１５は図１１の光送信モジュールと同様、図示しない光送信モジュールの筐体（放熱筐体）の上部表面に平行に配設した複数の凸状の突片からなる放熱フィンで、これらの放熱フィン１５は筐体の製造時に筐体と一体に形成され、放熱フィン１５はアルミや銅等の熱伝導度のよい材料で形成されている。
【００１４】
そして、放熱フィン１５が形成された筐体の上部の裏面側にペルチェ素子やチップを封止したＬＤモジュールが取り付き、図１２のＬＤモジュール１３と同様、本実施形態に於ても、周囲温度が２５℃より上昇した場合にペルチェ素子にＬＤモジュールを冷却する方向に電流を流し、周囲温度が２５℃より低下した場合は、ペルチェ素子にＬＤモジュールを冷却する方向に電流を流して温度の安定化を図るようになっている。
【００１５】
尚、本実施形態は、放熱フィン１５を筐体に一体形成した光送信モジュールに本発明を適用したものであるが、別途製造した放熱フィンを筐体の上部に複数取り付けた光送信モジュールに本発明を適用することも可能である。
そして、図１に示すように強制冷却ファン（図示せず）からの冷却風Ｗが、放熱フィン１５間の流路（溝）１７を流下するようになっているが、本実施形態は、上述の如き従来と同様の構成に加え、総ての放熱フィン１５の冷却風Ｗの上流側端部１９に、一定値（一例として２５℃）より低い低温時に前記流路１７を閉鎖する可動部材を取り付けたことを特徴とする。
【００１６】
図２乃至図４に示すように可動部材は、一定値（２５℃）より低い低温にて平面状に加工されて、一定値（２５℃）以上の高温で断面Ｌ字状の形状を回復する形状記憶合金からなる薄肉な板状の開閉金具２１で、その一端側２１ａ側が放熱フィン１５の上流側端部１９にネジ止め，接着，スポット溶接等の手段で固着されている。
そして、図４に示すように前記開閉金具２１は、夫々、周囲温度が一定値（２５℃）より低い低温時に平坦な形状を利用して放熱フィン１５間の流路１７の入口を閉鎖し、そして、周囲温度が一定値（２５℃）以上の高温に達すると、図１及び図３に示すように断面Ｌ字状の形状を回復して流路１７の入口を開放するように構成されている。
【００１７】
本実施形態はこのように構成されており、筐体内に組み込まれたＬＤモジュールは、既述したように周囲温度が２５℃以上に上昇した場合にペルチェ素子にＬＤモジュールを冷却する方向に電流を流し、周囲温度が２５℃より低下した場合はＬＤモジュールを加熱するように逆方向に電流を流して温度の安定化を図るが、斯様に周囲温度が２５℃以上の高温になると、図４の如く平坦な形状に変形して放熱フィン１５間の流路１７を閉鎖していた開閉金具２１は、図１及び図３に示すように断面Ｌ字状の形状を回復して流路１７の入口を開放するため、強制冷却ファンからの冷却風Ｗが放熱フィン１５間の流路１７を流下して従来と同様な放熱特性が得られることとなる。
【００１８】
そして、周囲温度が２５℃より低下すると、既述したようにペルチェ素子に逆方向の電流を流してペルチェ素子を加熱するが、斯様に周囲温度が低下すると、図４の如く開閉金具２１は平坦な形状に変形して流路１７を閉鎖して冷却風Ｗの流入を妨げるため、放熱フィン１５の熱抵抗が大きくなって放熱特性が悪化し、この結果、少ない電力でペルチェ素子が速やかに加熱される。そして、周囲温度が再び２５℃以上の高温になると、開閉金具２１が断面Ｌ字状の形状を回復して流路１７の入口を開放するため、良好な放熱特性が回復する。
【００１９】
このように本実施形態は、周囲温度が一定値以上の高温に達すると、放熱フィン１５の上流側端部１９に固着した開閉金具２１が断面Ｌ字状の形状を回復して流路１７を開放するため、放熱フィン１５の良好な放熱特性が確保でき、また、周囲温度が一定値より低下すると、開閉金具２１が流路１７の通風をブロックして放熱フィン１５の熱抵抗が大きくなるように構成したので、従来に比し少ないペルチェ素子の消費電力でＬＤモジュールの温度を一定に保つことができることとなった。
【００２０】
また、本実施形態は、開閉金具２１を総ての放熱フィン１５の上流側端部１９に固着したので、デバイスの仕様に応じペルチェ素子の取付位置が異なっても、一つの筐体で総ての仕様に対応できる利点を有する。
尚、斯様に開閉金具２１を総ての放熱フィン１５に固着せず、ペルチェ素子の取付位置に応じて開閉金具２１を放熱フィン１５の上流側端部１９に適宜固着してもよく、この請求項１，請求項２及び請求項４の一実施形態によれば、開閉金具の個数を軽減して部品点数と取付工数の削除を図ることが可能である。
【００２１】
図５乃至図８は請求項１，請求項５及び請求項６に係る発明の一実施形態を示し、本実施形態は、前記開閉金具２１に代え、放熱フィン１５の冷却風Ｗの上流側に、前記流路１７を開閉する正面視矩形状の回転フィン（可動部材）２３を複数装着したもので、回転フィン２３は夫々、放熱フィン１５と同軸上に軸支した回転軸２５によって、図示しない筐体（放熱筐体）の上部表面に回転可能に並設されている。
【００２２】
そして、図５に示すように回転フィン２３の向きが放熱フィン１５と一直線上にあるとき、回転フィン２３は放熱フィン１５間の流路１７の入口側を開放し、そして、図８に示すように回転フィン２３が矢印Ａ方向へ回転すると、回転フィン２３の左右端部が夫々隣接する回転フィン２３の左右端部に当接して、流路１７の入口を閉鎖するようになっている。
【００２３】
次に、回転フィン２３の開閉駆動機構を説明すると、図５に於て、２７はペルチェ素子と熱的に近い筐体の上部表面に固着された感温アクチュエータで、図６及び図７に示すように感温アクチュエータ２７は、断面コ字状に形成された平面視矩形状のケーシング２９と、該ケーシング２９の前後の側壁３１，３３を挿通して略中間に平板状の境界部３５が形成された作動軸３７と、該境界部３５を挟んでケーシング２９内の前後に収容された形状記憶合金バネ３９と通常のコイルバネ４１とからなり、両バネ３９，４１の中央を作動軸３７が挿通している。
【００２４】
而して、感温アクチュエータ２７は、放熱フィン１５と平行にケーシング２９が筐体の上部表面に固着され、前側の側壁３１から突出する作動軸３７の端部に１本のワイヤ４３の一端が接続されている。そして、図５に示すように該ワイヤ４３は、筐体の上部表面に装着されたローラ４５により回転フィン２３方向へ平面視Ｌ字状に配線されて、各回転フィン２３の上部の一端側に順次接続されている。
【００２５】
そして、前記形状記憶合金バネ３９は、一定値（２５℃）以上の高温で図７の如く伸長した状態に形状を回復する形状記憶合金からなるコイル状のバネ部材で、一定値（２５℃）より低い低温時に図６の如く伸縮した形状に変形されている。そして、前記コイルバネ４１は、該形状記憶合金バネ３９のバネ力（伸長）に抗するバネ力を持った一般的なバネ部材である。
【００２６】
このため、感温アクチュエータ２７の周囲温度が一定値（２５℃）より低い低温時には、図６の如く形状記憶合金バネ３９が伸縮してコイルバネ４１が伸長するため、前記境界部３５と作動軸３７を介してワイヤ４５が矢印Ｂ方向に引っ張られて、図８に示すように各回転フィン２３が矢印Ａ方向に回転するようになっている。そして、斯様に各回転フィン２３が矢印Ａ方向に回転して図６の如くコイルバネ４１が側壁３１と境界部３５との間で最大限に伸長したとき、図８に示すように各回転フィン２３の左右端部が、夫々、隣接する回転フィン２３の左右端部に当接して、流路１７の入口を閉鎖するように設計されている。
【００２７】
また、図５中、４７は各回転フィン２３に前記コイルバネ４１と反対方向（図８中、矢印Ｃ方向）へ張力を与える第二のコイルバネで、該コイルバネ４７と各回転フィン２３との間に、ローラ４９を介して平面視Ｌ字状に配線されたワイヤ５１が接続されている。
従って、上述したようにコイルバネ４１が回転フィン２３を矢印Ａ方向へ回転させる場合、コイルバネ４１はこのコイルバネ４７のバネ力に抗して回転フィン２３を同方向へ回転させることとなる。
【００２８】
そして、感温アクチュエータ２７の周囲温度が一定値（２５℃）以上になると、図７に示すように形状記憶合金バネ３９は伸長した形状を回復するため、前記コイルバネ４７による張力との相乗作用でワイヤ４３が矢印Ｄ方向に繰り出されて回転フィン２３が矢印Ｃ方向へ回転する。そして、図７に示すように形状記憶合金バネ３９が側壁３３と境界部３５との間で最大限に伸長したとき、図５に示すように各回転フィン２３が放熱フィン１５と一直線上になって、放熱フィン１５間の流路１７の入口側を開放するように設計されている。
【００２９】
本実施形態はこのように構成されているから、感温アクチュエータ２７の周囲温度が一定値（２５℃）以上になると、図７の如く形状記憶合金バネ３９が伸長した形状を回復する。そして、コイルバネ４７による張力との相乗作用でワイヤ４３が矢印Ｄ方向に繰り出されて、回転フィン２３が図８の状態から矢印Ｃ方向へ回転して図５の如く放熱フィン１５間の流路１７の入口側を開放するため、放熱フィン１５の良好な放熱特性が確保できる。
【００３０】
そして、周囲温度が一定値より低下すると、図６の如く形状記憶合金バネ３９が伸縮してコイルバネ４１が伸長するため、ワイヤ４５が矢印Ｂ方向に引っ張られて図８の如く各回転フィン２３が矢印Ａ方向に回転して流路１７の入口を閉鎖する。
このように本実施形態は、周囲温度に応じ感温アクチュエータ２７で回転フィン２３の向きを変えて、流路１７への冷却風Ｗの流入を調整するように構成したので、本実施形態によっても、図１の実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能で、従来に比し少ないペルチェ素子の消費電力でＬＤモジュールの温度を一定に保つことができることとなった。
【００３１】
また、本実施形態は、可動部材たる回転フィン２３と、感温部たる感温アクチュエータ２７を分離した構造としたため、感温アクチュエータ２７はペルチェ素子と熱的に近い位置に設置し、回転フィン２３はペルチェ素子よりも風上側に置くといった最適設計を容易に行える利点を有する。
図９及び図１０は請求項７に係る発明の一実施形態を示し、図中、５３はアルミや銅等の熱伝導度のよい材料で形成された光送信モジュールの筐体（放熱筐体）で、図１２の従来例と同様、その上部５５の裏面側にペルチェ素子やチップを封止したＬＤモジュールが固着されている。
【００３２】
また、筐体５３の上部５５の表面には、図９の如く断面Ｌ字状の形状記憶を持たせ、一定値（２５℃）より低い低温にて平面状に加工した４枚のＮｉ−Ｔｉ合金の形状記憶合金からなる可動フィン（可動部材）５７が同方向に並べて装着されており、筐体５５の上部表面の多くの領域が、平面状に展開した可動フィン５７で覆われるようになっている。
そして、可動フィン５７の周囲温度が一定値（２５℃）以上の高温になると、図９に示すように可動フィン５７が断面Ｌ字状の形状を回復してその一片５９が筐体５５の上部表面から離間して上方へ起立するため、冷却風Ｗが一片５９間の流路６１を流下する。
【００３３】
また、周囲温度が一定値（２５℃）より下がると、図１０に示すように可動フィン５７が平面状に変形して、筐体５５の上部表面の多くの領域が平面状の可動フィン５７で覆われるようになっている。
本実施形態はこのように構成されているから、既述したように可動フィン５７の周囲温度が一定値（２５℃）以上の高温になると、図９の如く可動フィン５７が断面Ｌ字状の形状を回復して、その一片５９が筐体５５の上部表面から離間して上方へ起立するため、筐体５３の上部５５が流路６１を流下する冷却風Ｗに触れて良好な放熱効果が得られる。
【００３４】
また、可動フィン５７の周囲温度が一定値（２５℃）より下がると、図１０に示すように可動フィン５７が平面状に変形して、筐体５５の上部表面の多くの領域が平面状の可動フィン５７で覆われる。
而して、アルミの熱伝導度が２３７Ｗ／（ｍ・ｋ）、銅の熱伝導度が３９０Ｗ／（ｍ・ｋ）であるのに対し、代表的な形状記憶合金であるＮｉ−Ｔｉ合金の熱伝導度は２０Ｗ／（ｍ・ｋ）と悪いため、図１０の如く可動フィン５７が平面状に変形して筐体５５の上部表面の多くの領域が可動フィン５７で覆われると、筐体５３の熱抵抗が大きくなる。
【００３５】
このように本実施形態は、可動フィン５７の周囲温度が一定値（２５℃）以上の高温になると、図９の如く可動フィン５７が断面Ｌ字状の形状を回復して、筐体５３の上部表面が冷却風Ｗに触れ、また、可動フィン５７の周囲温度が一定値（２５℃）より下がると、図１０に示すように可動フィン５７が平面状に変形して筐体５５の上部表面を覆って放熱効率を悪くするように構成したので、既述した各実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能で、従来に比し少ないペルチェ素子の消費電力でＬＤモジュールの温度を一定に保つことができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】請求項１乃至請求項３の一実施形態に係る放熱器の放熱フィンとこれに取り付く開閉金具の全体斜視図である。
【図２】放熱フィンとこれに取り付く開閉金具の部分斜視図である。
【図３】開閉金具の動作を説明する放熱フィンと開閉金具の部分斜視図である。
【図４】開閉金具の動作を説明する放熱フィンと開閉金具の部分斜視図である。
【図５】請求項１，請求項５及び請求項６の一実施形態に係る放熱器の放熱フィンと回転フィン，感温アクチュエータの平面図である。
【図６】感温アクチュエータの構造を示す断面図である。
【図７】感温アクチュエータの構造を示す断面図である。
【図８】回転フィンの動作を説明する放熱フィンと回転フィン，感温アクチュエータの平面図である。
【図９】請求項７の一実施形態に係る筐体（放熱筐体）の全体斜視図である。
【図１０】低温時に於ける筐体の全体斜視図である。
【図１１】放熱筐体を用いた従来の光送信モジュールの全体斜視図である。
【図１２】図１１の光送信モジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１５放熱フィン
１７，６１流路
１９上流側端部
２１開閉金具（可動部材）
２３回転フィン（可動部材）
２５回転軸
２７感温アクチュエータ
２９ケーシング
３１，３３側壁
３５境界部
３７作動軸
３９形状記憶合金バネ
４１，４７コイルバネ
４３，５１ワイヤ
４５，４９ローラ
５３筐体（放熱筐体）
５７可動フィン（可動部材）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子を用いて重要部品の温度の安定化を図るデバイスの筐体の表面に、凸状の突片からなる放熱フィンを平行に複数配設し、各放熱フィン間の流路に、強制冷却ファンからの冷却風を流下させる放熱器に於て、
前記放熱フィンの冷却風の上流側に、一定値より低い周囲温度で前記流路を閉鎖する可動部材を設けたことを特徴とする放熱器。
【請求項２】
前記可動部材は、放熱フィンの上流側端部に固着され、一定値以上の周囲温度で断面Ｌ字状の形状に回復して前記流路を開放し、一定値より低い周囲温度で平坦な形状に変形されて前記流路を閉鎖する形状記憶合金製の開閉金具であることを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
【請求項３】
前記開閉金具は、総ての放熱フィンの上流側端部に固着されていることを特徴とする請求項２に記載の放熱器。
【請求項４】
前記開閉金具は、ペルチェ素子の取付位置に応じて、放熱フィンの上流側端部に固着されていることを特徴とする請求項２に記載の放熱器。
【請求項５】
前記可動部材は、筐体の表面に回転可能に取り付き、前記流路を開閉する回転フィンで、該回転フィンは形状記憶合金からなる感温アクチュエータに接続され、
該感温アクチュエータは、一定値以上の周囲温度で形状を回復して前記回転フィンを回転させて前記流路を開放し、一定値より低い周囲温度で前記流路を回転フィンで閉鎖することを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
【請求項６】
前記感温アクチュエータは、一定値以上の周囲温度で伸長する形状に回復するコイル状の形状記憶合金バネと、該形状記憶合金バネのバネ力に抗するバネ力を持ったコイルバネとからなり、
該感温アクチュエータと前記回転フィンとの間にワイヤが接続されると共に、該回転フィンに前記コイルバネと反対方向へ張力を与える第二のコイルバネが、回転フィンにワイヤを介して接続されていることを特徴とする請求項５に記載の放熱器。
【請求項７】
ペルチェ素子を用いて重要部品の温度の安定化を図るデバイスの筐体の表面に、一定値より低い周囲温度で該表面を覆い、一定値以上の周囲温度で筐体の表面から離間するように形状を回復する形状記憶合金からなる可動部材を装着したことを特徴とする放熱器。

【図１】