(57)【要約】【課題】良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置を提供する。【解決手段】Ｐ型熱電素子２１と、Ｎ型熱電素子２２と、第１の電極板２３と、第２の電極板２４と、第１の塗布膜２５と、第２の塗布膜２６と、素子ホルダ２７と、シール材２８と、を備える。第１の塗布膜２５は第１の電極板２３上に形成され、第２の塗布膜２６は第２の電極板２６上に設けられている。電極上に形成する絶縁板として塗布膜を用いることによって、良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの熱電素子と、
前記熱電素子に設けられた電極と、
絶縁材料から形成され前記電極を覆うように形成された塗布膜と、を備えることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
前記熱電素子は複数設けられており、複数の前記熱電素子を保持する保持部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記塗布膜は前記電極のみを覆うように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記塗布膜は、セラミック、アルミナの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記熱電素子は、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とを備え、
前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子とは、前記電極を介して交互に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱電モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱電モジュールと、
前記熱電モジュールによって冷却される被冷却部と、を備えることを特徴とする熱電装置。
【請求項７】
ヒートシンク、ファンの少なくともいずれか一方を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の熱電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばデバイス内の局所冷却装置等として、熱電効果を利用した熱電素子が用いられている。熱電素子は、例えば熱電材料に電流を流すことにより、熱の流れを生じさせ、一方の端を冷却させ、他方の端を加熱するように温度勾配を生じさせるものである。このような温度勾配によって、熱の流れを生じさせることができるため、被冷却物から良好に熱を取り去ることが可能となる。このような熱電素子として、Ｐ型熱電素子と、Ｎ型熱電素子とが知られており、例えば特許文献１に示すようにＰ型熱電素子、Ｎ型熱電素子を交互に配置する構成も知られている。
【０００３】
また、従来の熱電モジュール１００を図３に示す。熱電モジュール１００は、Ｐ型熱電素子１２１と、Ｎ型熱電素子１２２と、第１の電極板１２３と、第２の電極板１２４と、熱伝導部材１２５，１２６と、を備える。熱伝導部材１２５，１２６は、熱電素子間を絶縁する。熱伝導部材（絶縁板）１２５，１２６としては、従来、例えばセラミック等の板状の部材、絶縁性を有するプラスチック製の板状の部材が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３１８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図３に示すような熱伝導部材は熱伝導の効率からは薄く形成することが好ましいが、機械的な強度等の点から厚さを薄くするには限界があり、熱伝導性の観点からは非常に厚いものを用いざるを得なかった。
【０００６】
また、偏荷重等による応力、機械的衝撃により、破損してしまうことがあり、信頼性の面で問題がある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる熱電素子は、
少なくとも１つの熱電素子と、
前記熱電素子に設けられた電極と、
絶縁材料から形成され前記電極を覆うように形成された塗布膜と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記熱電素子は複数設けられており、複数の前記熱電素子を保持する保持部を更に備えてもよい。
【００１０】
前記塗布膜は前記電極のみを覆うように設けられてもよい。
【００１１】
前記塗布膜は、セラミック、アルミナの少なくとも一方を含んでもよい。
【００１２】
前記熱電素子は、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とを備え、
前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子とは、前記電極を介して交互に接続されてもよい。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる熱電装置は、
第１の観点に係る熱電モジュールと、
前記熱電モジュールによって冷却される被冷却部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
ヒートシンク、ファンの少なくともいずれか一方を更に備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電極上に形成する絶縁板として塗布膜を用いることによって、良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る熱電装置の構成例を示す図である。
【図２】熱電モジュールの構成例を示す図である。
【図３】従来の熱電モジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置について図を用いて説明する。
【００１８】
実施形態に係る熱電装置１０を図１に示す。また、熱電装置１０の熱電モジュール２０を図２に示す。熱電装置１０は、図１に示すように、熱電モジュール２０と、被冷却部１１と、吸熱部材１２と、ヒートシンク１３と、ファン１４と、制御部１５と、を備える。本実施形態の熱電装置１０では、被冷却部１１から発せられる熱を、熱電モジュール２０等によって取り除く。
【００１９】
熱電モジュール２０は、図１及び図２に示すように、Ｐ型熱電素子２１と、Ｎ型熱電素子２２と、第１の電極板２３と、第２の電極板２４と、第１の塗布膜２５と、第２の塗布膜２６と、素子ホルダ２７と、シール材２８と、を備える。
【００２０】
Ｐ型熱電素子２１は、Ｂ４Ｃ／Ｂ９Ｃ等のＰ型の熱電材料から構成される。Ｐ型熱電素子２１の一端（例えば、図２に示す下端）は第１の電極板２３に接続されており、他端（例えば、図２に示す上端）は第２の電極板２４に接続されている。
【００２１】
Ｎ型熱電素子２２は、ＳｉＧｅ／Ｓｉ等のＮ型の熱電材料から構成される。Ｎ型熱電素子２２の一端（例えば、図２に示す下端）は第２の電極板２４に接続されており、他端（例えば、図２に示す上端）は第１の電極板２３に接続されている。
【００２２】
また、本実施形態ではＰ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とは、交互に配置されており、それぞれ第１の電極板２３と第２の電極板２４とによって接続されている。具体的にはＰ型熱電素子２１の一端は、隣接するＮ型熱電素子２２の一端に第１の電極板２３を介して接続されており、Ｐ型熱電素子２１の他端は、別の隣接するＮ型熱電素子２２の他端に第２の電極板２４を介して接続されている。このように直列に接続されたＰ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とに、電流を流すと、第１の電極板２３が設けられている領域では吸熱現象が起き、第２の電極板２４が設けられている領域では発熱現象が起きる。この現象により、温度勾配が生じ、低温側（第１の電極板２３側）から高温側（第２の電極板２４側）へと熱を移動させることができる。
【００２３】
第１の電極板２３は、導電材料からなり、Ｐ型熱電素子２１の一端及びＮ型熱電素子２２の一端に（例えば、図２に示す下端）設置される。第１の電極板２３によって、Ｐ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とは電気的に接続される。また、第１の電極板２３上には第１の塗布膜２５が形成される。本実施形態では、熱電モジュール２０によって被冷却部１１を冷却する構成であるため、第１の電極板２３は高温側（発熱側）となる。
【００２４】
第２の電極板２４は、導電材料からなり、Ｐ型熱電素子２１の他端及びＮ型熱電素子２２の他端（例えば、図２に示す上端）に設置される。第２の電極板２４によって、Ｐ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とは電気的に接続される。また、第２の電極板２４上には第２の塗布膜２６が形成される。第１の電極板２３が高温側であるのに対し、第２の電極板２４は低温側（冷却側）となる。
【００２５】
第１の塗布膜２５は、絶縁性を備える材料、例えば、セラミック、アルミナ等を主体とする膜であり、第１の電極板２３上に形成される。第１の塗布膜２５は、セラミック、アルミナ等を所定の溶媒に混合させた塗料を塗布することによって形成される。
【００２６】
第２の塗布膜２６は、第１の塗布膜２５と同様に絶縁性を備える材料、例えば、セラミック、アルミナ等を主体とする膜であり、第２の電極板２４上に形成される。第２の塗布膜２６は、塗布することによって形成される。
【００２７】
本実施形態では、第１の塗布膜２５、第２の塗布膜２６が、セラミック、アルミナ等の絶縁材料を主体とする塗料を塗布することによって形成されている。これにより、従来のようにプラスチック等の板を用いる構成とは異なり、薄く形成することができ、熱伝導性を高めることが可能となる。例えば、従来、図３に示す熱伝導部材１２５，１２６として用いられる熱伝導シートは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚みであり、セラミック板は０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の厚みであり、熱伝導性を低下させる原因であった。これに対し、本願発明では塗布膜であり、２０μｍ〜１００μｍ程度の厚みであるため、熱伝導性を向上させることができる。
【００２８】
更に、第１の塗布膜２５と第２の塗布膜２６とは、それぞれ第１の電極板２３、第２の電極板２４上にのみ形成されている。これにより、図３に示すように複数の電極板に亘って設置された熱伝導部材とは異なり、機械的な衝撃耐力を向上させることが可能である。また、このように各電極板ごとに塗布膜を形成するため、塗布膜自体の厚みを絶縁性が保たれる限り、薄く形成することが可能となる。
【００２９】
素子ホルダ２７は、絶縁性を有する材料から形成され、例えば平面形状が櫛形等に形成される。素子ホルダ２７は、Ｐ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２との間に設けられ、Ｐ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とを保持する。本実施形態では、上述したように塗布膜が複数の電極板に亘って形成されておらず、塗布膜は電極板毎に形成されるため、素子ホルダ２７を設けることによって、Ｐ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とが接触することを防ぎ、各熱電素子間を絶縁することができる。
【００３０】
シール材２８は、絶縁性を備える樹脂等からなり、熱電モジュール２０の周縁領域に形成される。
【００３１】
被冷却部１１は、熱電モジュール２０等によって冷却することで、発する熱を良好に除去されるものであり、例えばコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。被冷却部１１の一端には、吸熱部材１２が設けられている。
【００３２】
吸熱部材１２は、熱伝導性の高い材料、例えば銅、アルミニウムから形成された板状の部材である。吸熱部材１２は被冷却部１１と熱電モジュール２０との間に設けられており、被冷却部１１から発せられた熱を熱電モジュール２０へと伝達する。
【００３３】
ヒートシンク１３は、熱伝導性の高い材料、例えば銅、アルミニウムから形成され、複数のフィンを備える。ヒートシンク１３は熱電モジュール２０の熱を放散させることにより温度を下げる機能を有する。
【００３４】
ファン１４は、ヒートシンク１３のフィンと対向するように設けられている。ファン１４によって、ヒートシンク１３への空気の接触面積を拡大させることにより、Ｐ型熱電素子２１及びＮ型熱電素子２２の吸熱効果及び放熱効果を高めることが可能となる。
【００３５】
制御部１５は、所定の制御装置からなり、熱電モジュール２０内のＰ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とに流す電流量を制御する。
【００３６】
本実施形態の熱電装置１０では、熱電モジュール２０内の第１の塗布膜２５、第２の塗布膜２６が、セラミック、アルミナ等を主体とする塗料を塗布することによって形成されている。これにより、プラスチック等の板状の部材を用いる構成とは異なり、膜を薄く形成することができ、熱伝導性を高めることが可能となる。更に、第１の塗布膜２５と第２の塗布膜２６とは、それぞれ第１の電極板２３、第２の電極板２４上にのみ形成する。これにより、複数の電極板に亘って一枚の熱伝導板を設ける構成と異なり、機械的な衝撃耐力を向上させることが可能である。更に、本実施形態では素子ホルダ２７を備えることにより、良好に熱電素子間を絶縁することが可能であり、機械的な衝撃耐力もより向上させることが可能である。このように本実施形態によれば、電極上に形成する絶縁板として塗布膜を用いることによって、良好な熱伝導性と良好な信頼性を備える熱電モジュール及びこれを用いた熱電装置を提供することができる。
【００３７】
本発明は上述した実施形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、Ｐ型熱電素子２１とＮ型熱電素子２２とを交互に配置させ、それぞれの熱電素子を第１の電極板２３及び第２の電極板２４によって接続する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、Ｐ型熱電素子２１又はＮ型熱電素子２２のみであってもよく、いずれかの熱電素子を複数設ける構成であってもよい。
【００３８】
更に、上述した実施形態では、熱電モジュール２０を冷却するため、ヒートシンクとファンとを設ける構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、いずれか一方のみであってもよい。更に、ヒートシンク、ファン等以外の冷却手段によって冷却を行うことも可能である。
【００３９】
また、上述した実施形態では熱電モジュール２０によって被冷却部１１を冷却する構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、電流を逆方向に流すことにより、被冷却部に対応する位置に設けた物を加熱することも可能である。更には、本実施形態の熱電モジュールではペルチェ効果を用いているが、これに限られずゼーベック効果を用いてもよい。例えば熱電モジュールの一端を加熱し、他端を冷却（もしくは一端より低い温度）とすることで、熱電モジュール内に熱起電力を生じさせてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０  熱電装置
１１  被冷却部
１２  吸熱部材
１３  ヒートシンク
１４  ファン
１５  制御部
２０  熱電モジュール
２１  Ｐ型熱電素子
２２  Ｎ型熱電素子
２３  第１の電極板
２４  第２の電極板
２５  第１の塗布膜
２６  第２の塗布膜
２７  素子ホルダ
２８  シール材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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