(57)【要約】【課題】衝撃を受けたときの絶縁性を確保すること。【解決手段】熱電変換ユニット１０は、基板１１と、この基板１１に実装された複数の熱電変換モジュール１２と、熱電変換モジュール１２の第１面１２ａに接合された第１のヒートシンク２１と、熱電変換モジュール１２の第２面１２ｂに接合される第２のヒートシンク３１と、からなる。基板１１には、複数の熱電変換モジュール１２を接続する配線としての導体パターン１３が形成されている。第２のヒートシンク３１の基部３２においてフィン３３の並設面と反対側の面には、その四隅に突起部材３４が固定されている。突起部材３４は、熱電変換ユニット１０が衝撃を受けると、導体パターン１３を断線する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有する熱電変換素子を複数有する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールに接続された配線と、を備えた熱電変換ユニットであって、
衝撃を受けて前記配線を断線させる断線手段を備えることを特徴とする熱電変換ユニット。
【請求項２】
前記断線手段は、前記配線と対向配置された突部であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換ユニット。
【請求項３】
前記熱電変換モジュールは、前記配線としての導体パターンを介して基板に接合され、前記断線手段は、前記基板に形成された脆弱部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱電変換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有する熱電変換素子を複数有する熱電変換モジュールと、熱電変換モジュールに接続された配線と、を備えた熱電変換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱電変換ユニットとしては、特許文献１に記載のペルチェモジュールが知られている。
特許文献１に記載のペルチェモジュールは、複数のペルチェ素子と、ペルチェ素子を電気的に接続するペルチェ素子用配線基板とを備える。ペルチェ素子用配線基板には、ペルチェ素子が挿入固定される孔部が形成されている。そして、複数のペルチェ素子は、導体群によって接続されている。ペルチェ素子は、一方の主面がヒートシンクに当接しており、他方の主面が被温調体に当接している。そして、ペルチェ素子が駆動することで、被温調体の加熱又は冷却が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１１０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ペルチェモジュールに衝撃が加わって、意図しない接続経路で導体群が接続されると、漏電するおそれがある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、衝撃を受けたときの絶縁性を確保することができる熱電変換ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有する熱電変換素子を複数有する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールに接続された配線と、を備えた熱電変換ユニットであって、衝撃を受けて前記配線を断線させる断線手段を備えることを要旨とする。
【０００６】
これによれば、熱電変換ユニットに衝撃が加わると、その衝撃を受けた断線手段によって配線が断線される。このため、断線された配線には、電流が流れなくなり、衝撃を受けたときの絶縁性を確保することができる。
【０００７】
また、前記断線手段は、前記配線と対向配置された突部であってもよい。
これによれば、熱電変換ユニットが衝撃を受けると、突起部材が配線に向かって移動し、その突起部材によって配線が直接的に断線される。
【０００８】
また、前記熱電変換モジュールは、前記配線としての導体パターンを介して基板に接合され、前記断線手段は、前記基板に形成された脆弱部であってもよい。
これによれば、熱電変換ユニットが衝撃を受けると、基板は、脆弱部を中心として折れ曲がる。そして、基板が折れ曲がるのに追従して、導体パターンが断線される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、衝撃を受けたときの絶縁性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における熱電変換ユニットを示す分解斜視図。
【図２】実施形態における熱電変換ユニットを示す図１の１−１線断面図。
【図３】実施形態における熱電変換モジュールの構成図。
【図４】実施形態における第２のヒートシンクの斜視図。
【図５】実施形態における突起部材を拡大して示す断面図。
【図６】実施形態における熱電変換ユニットの作用を示す断面図。
【図７】別例の熱電変換ユニットを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図６にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、熱電変換ユニット１０は、基板１１と、この基板１１に実装された複数の熱電変換モジュール１２と、熱電変換モジュール１２の第１面１２ａに接合された第１のヒートシンク２１と、熱電変換モジュール１２の第２面１２ｂに接合される第２のヒートシンク３１と、からなる。
【００１２】
第１のヒートシンク２１は、矩形平板状をなす基部２２に対して複数のフィン２３を一定の間隔をおいて並設して形成されている。基部２２においてフィン２３の並設面と反対側の面には、矩形平板状の基板１１が接合されている。基板１１において、第１のヒートシンク２１の接合面と反対側の面には、複数の熱電変換モジュール１２と接続される配線としての導体パターン１３が形成されている。
【００１３】
基板１１には、基板１１の厚み方向に貫通するとともに、熱電変換モジュール１２が挿入される挿入孔１４が形成されている。挿入孔１４は、熱電変換モジュール１２と相似形をなし、かつ、熱電変換モジュール１２の外形形状より若干大きめに形成されている。挿入孔１４は、基板１１に１４個形成されており、基板１１の長手方向に沿って一定の間隔をおいて７個並び、基板１１の短手方向に沿って一定の間隔をおいて２個並ぶように形成されている。挿入孔１４には、熱電変換モジュール１２が挿入されている。
【００１４】
図３に示すように、熱電変換モジュール１２は、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子としてのペルチェ素子５１が交互に電気的に直列に接続された状態で使用される。ペルチェ素子５１は、通電の極性に応じて吸熱と放熱の相反する作用を行う第１面５１ａと第２面５１ｂを有する。また、熱電変換モジュール１２は、複数のペルチェ素子５１の一端面を電気的に接合するための第１電極５２ａを備える第１基板５２と、複数のペルチェ素子５１の他端面を電気的に接合するための第２電極５３ａを備える第２基板５３とを備える。
【００１５】
そして、ペルチェ素子５１は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用をする第１面５１ａ（一端面）が、はんだよりなる接合層５４を介して第１電極５２ａに電気的及び熱的に接合されている。また、ペルチェ素子５１において、第１面５１ａと逆の作用をする第２面５１ｂ（他端面）が、はんだよりなる接合層５５を介して第２電極５３ａに電気的及び熱的に接合されている。
【００１６】
このように、熱電変換モジュール１２は、ペルチェ素子５１及びペルチェ素子５１と接合層５４，５５を介して接合される第１及び第２電極５２ａ，５３ａを有する。さらに、第１面５１ａには、接合層５４、第１電極５２ａ及び第１基板５２を介して第１放熱部材５６が熱的に接合されるとともに、第２面５１ｂには、接合層５５、第２電極５３ａ及び第２基板５３を介して第２放熱部材５７が熱的に接合されている。したがって、第１放熱部材５６の第１基板５２と対向する面と反対側の面である第１面１２ａ（以下、熱電変換モジュール１２の第１面１２ａ）及び第２放熱部材５７の第２基板５３と対向する面と反対側の面である第２面１２ｂ（以下、熱電変換モジュール１２の第２面１２ｂ）は、吸熱と放熱の相反する作用を行う。
【００１７】
詳述すると、熱電変換モジュール１２の第１面１２ａは、ペルチェ素子５１の第１面５１ａが吸熱面となると熱電変換モジュール１２の第１面１２ａから第１放熱部材５６、第１基板５２、第１電極５２ａ及び接合層５４を介してペルチェ素子５１の第１面５１ａへ熱が伝達され、ペルチェ素子５１の第１面５１ａが放熱面となるとペルチェ素子５１の第１面５１ａから接合層５４、第１電極５２ａ、第１基板５２及び第１放熱部材５６を介して熱電変換モジュール１２の第１面１２ａへ熱が伝達される。
【００１８】
一方、熱電変換モジュール１２の第２面１２ｂも、ペルチェ素子５１の第２面５１ｂが吸熱面となると第２面１２ｂから第２放熱部材５７、第２基板５３、第２電極５３ａ及び接合層５５を介してペルチェ素子５１の第２面５１ｂへ熱が伝達され、ペルチェ素子５１の第２面５１ｂが放熱面となるとペルチェ素子５１の第２面５１ｂから接合層５５、第２電極５３ａ、第２基板５３及び第２放熱部材５７を介して熱電変換モジュール１２の第２面１２ｂへ熱が伝達される。
【００１９】
図１及び図２に示すように、熱電変換モジュール１２の第１面１２ａは、第１のヒートシンク２１と熱的に接合されている。また、第１のヒートシンク２１は、接合層５４、第１電極５２ａ、第１基板５２及び第１放熱部材５６を介してペルチェ素子５１の第１面５１ａに熱的に接合されていると捉えることもできる。
【００２０】
なお、基板１１の厚みは、熱電変換モジュール１２の厚みに比べて薄くなっており、熱電変換モジュール１２は、第２面１２ｂが、基板１１よりも第２のヒートシンク３１に向けて突出している。各熱電変換モジュール１２の第２面１２ｂには、第２のヒートシンク３１の基部３２が熱的に接合されるとともに、熱電変換モジュール１２によって第２のヒートシンク３１が支持されている。また、第２のヒートシンク３１は、接合層５５、第２電極５３ａ、第２基板５３及び第２放熱部材５７を介してペルチェ素子５１の第２面５１ｂに熱的に接合されていると捉えることもできる。
【００２１】
第２のヒートシンク３１は、矩形平板状をなす基部３２に対して複数のフィン３３を一定の間隔をおいて並設して形成されている。基部３２においてフィン３３の並設面と反対側の面には、各熱電変換モジュール１２の第２面１２ｂが接合されている。
【００２２】
図４に示すように、第２のヒートシンク３１の基部３２においてフィン３３の並設面と反対側の面には、その四隅に突部としての突起部材３４が固定されている。突起部材３４は、三角柱状をなしており、三角柱を形成する三つの側面のうちの一側面が基部３２に固定されている。突起部材３４は、三角柱の軸方向が基部３２の短手方向に延びる状態で基部３２に固定されている。突起部材３４は、絶縁性の材料で形成されている。
【００２３】
図５に示すように、熱電変換ユニット１０において、突起部材３４は、導体パターン１３に対向する位置に設けられている。また、突起部材３４は、三角柱の軸方向に延びる一つの頂端が、導体パターン１３に対向するように基部３２に固定されている。突起部材３４の頂端が対向する位置は、導体パターン１３の表面のうち、挿入孔１４の周囲であり、挿入孔１４の角部の外側である。
【００２４】
上記のように構成された熱電変換ユニット１０は、通電の極性に応じて熱電変換モジュール１２の第１面１２ａと第２面１２ｂが吸熱及び放熱の反する作用を行う。そして、第１のヒートシンク２１及び第２のヒートシンク３１を介して冷却対象や加熱対象（例えば、熱媒体）を冷却したり、加熱したりすることができ、例えば、車両に搭載される。
【００２５】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図６に示すように、熱電変換ユニット１０に、第２のヒートシンク３１側から衝撃が加わると、熱電変換モジュール１２に支持されている第２のヒートシンク３１が、熱電変換モジュール１２を押圧して、熱電変換モジュール１２が損傷を受ける。そして、第２のヒートシンク３１が押圧されて、第１のヒートシンク２１に向けて移動することで、第２のヒートシンク３１に固定された突起部材３４は、導体パターン１３に向けて移動し、突起部材３４の頂端が導体パターン１３に突き刺さって導体パターン１３を分断する。これによって、各熱電変換モジュール１２を接続する導体パターン１３が断線される。したがって、本実施形態では、突起部材３４が熱電変換ユニット１０に衝撃が加わったときに、衝撃を受けて導体パターン１３（配線）を断線する断線手段として機能している。
【００２６】
また、第１のヒートシンク２１側から衝撃が加わると、第１のヒートシンク２１が第２のヒートシンク３１に向けて移動することで、導体パターン１３が突起部材３４に向けて移動し、突起部材３４の頂端が導体パターン１３に突き刺さって導体パターン１３を分断する。
【００２７】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第２のヒートシンク３１の基部３２において導体パターン１３と対向する位置に突起部材３４を設けた。したがって、熱電変換ユニット１０に衝撃が加わると、その衝撃を受けた突起部材３４によって導体パターン１３が分断され、各熱電変換モジュール１２に接続された導体パターン１３には、電流が流れなくなる。したがって、熱電変換ユニット１０が衝撃を受けたときの絶縁性を確保することができる。
【００２８】
（２）断線手段として、導体パターン１３の対向方向に位置する突起部材３４を用いている。ところで、断線手段として、導体パターン１３に形成した切欠も挙げられ、この切欠は、熱電変換ユニット１０が衝撃を受けたときに、切欠から導体パターン１３を断線させる。しかしながら、導体パターン１３に切欠を形成すると、導体パターン１３の抵抗値が上昇してしまう。突起部材３４を用いることで、導体パターン１３の抵抗値の上昇を抑えつつ、導体パターン１３を断線することができる。
【００２９】
（３）配線として、基板１１上に形成された導体パターン１３を用いている。導体パターン１３は、ワイヤハーネスに比べて、厚みが薄いため、配線としてワイヤハーネスを用いる場合に比べて、配線を断線しやすい。
【００３０】
（４）熱電変換モジュール１２に接合された第２のヒートシンク３１の基部３２に突起部材３４を固定している。すなわち、熱電変換ユニット１０の既存の構成に突起部材３４を設けているため、突起部材３４を固定するための部材を別途設ける必要がなく、部品点数の削減が図られている。
【００３１】
（５）突起部材３４は、挿入孔１４の角部より外側で導体パターン１３に対向配置されている。導体パターン１３において、挿入孔１４の角部外側は、応力が集中する箇所である。このため、突起部材３４が導体パターン１３に突き当たったとき、導体パターン１３に応力を集中させ導体パターン１３を好適に分断させることができる。
【００３２】
（６）突起部材３４を複数設けている。具体的には、突起部材３４を導体パターン１３の四隅に対向して設けている。このため、熱電変換ユニット１０の平面領域のいずれかの位置から衝撃が加わっても、突起部材３４が衝撃を受けて導体パターン１３を分断することができる。また、複数の突起部材３４が受ける衝撃の大きさに差があっても、いずれかの突起部材３４で導体パターン１３を断線することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図７に示すように、第１のヒートシンク２１、基板１１及び導体パターン１３に断線手段である脆弱部としての切欠２１ａ，１１ａ，１３ａを形成してもよい。第１のヒートシンク２１、基板１１及び導体パターン１３において、切欠２１ａ，１１ａ，１３ａを形成した部分は、他の部分に比べて厚みが薄く、衝撃を受けると折れ曲がりやすい。このため、熱電変換ユニット１０に衝撃が加わると、第１のヒートシンク２１及び基板１１において切欠２１ａ，１１ａ，１３ａを形成した部分が破損し、切欠２１ａ，１１ａを形成した部分を中心として基板１１及び第１のヒートシンク２１が折れ曲がる。そして、基板１１及び第１のヒートシンク２１が折れ曲がることで、導体パターン１３が基板１１に追従して折れ曲がり、導体パターン１３が断線される。なお、切欠は、第１のヒートシンク２１、基板１１及び導体パターン１３のうち少なくともいずれか一つに形成されていればよい。また、脆弱部として、切欠の代わりに、基板１１の一部を他の部分よりも脆い材料で形成してもよい。なお、第１のヒートシンク２１において、切欠を形成する部分及び脆い材料で形成する部分は、基部２２に限られず、フィン２３であってもよい。
【００３４】
○  突起部材３４の形状は、円錐状、円柱状、四角柱状や、五角柱状など、他の形状であってもよい。また、平板のような形状であってもよい。すなわち、突起部材３４は、導体パターン１３（配線）を断線できれば、どのような形状であってもよい。
【００３５】
○  突起部材３４は導体パターン１３に対向するように設けられていれば、その数を増やしてもよいし、減らしてもよい。また、突起部材３４は、導体パターン１３に対向するように設けられていれば、位置を変更してもよい。更に、突起部材３４は、導体パターン１３と対向していなくてもよい。この場合、突起部材３４が衝撃を受けたとき、突起部材３４により基板１１を折り曲げて導体パターン１３を断線させる。
【００３６】
○  突起部材３４は絶縁性の材料で形成したが、配線との絶縁が確保できれば、突部はどのような材料で形成されてもよい。例えば、配線と突部との間に絶縁部材を設ければ、突部は導電材料で形成されてもよいし、導電材料で形成された突部を絶縁層で覆う構成でもよい。
【００３７】
○  配線として、ワイヤハーネスなどの導線を用いてもよい。
○  配線は、衝撃を受けたとき、断線手段により断線できれば、基板１１内に設けられていてもよい。
【００３８】
○  第１のヒートシンク２１及び第２のヒートシンク３１を設けなくてもよい。この場合、突起部材３４は、導体パターン１３上に固定されてもよいし、他の部材によって支持されてもよい。
【００３９】
○  基板１１に形成される挿入孔１４の数は増やしてもよいし、減らしてもよい。また、挿入孔１４の数に合わせて、熱電変換モジュール１２の数を増やしてもよいし、減らしてもよい。
【００４０】
○  突部は、第２のヒートシンク３１と別体の突起部材３４ではなく、第２のヒートシンク３１に一体形成されたものでもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
【００４１】
（イ）前記第１面及び前記第２面のうち少なくともいずれか一方には、ヒートシンクが熱的に接合されるとともに、前記突起部材は前記ヒートシンクに固定されることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換ユニット。
【００４２】
（ハ）前記脆弱部は、切欠であることを特徴とする請求項３に記載の熱電変換ユニット。
【符号の説明】
【００４３】
１０…熱電変換ユニット、１１ａ…脆弱部及び断線手段としての切欠、１２…熱電変換モジュール、１２ａ…第１面、１２ｂ…第２面、１３…配線としての導体パターン、１３ａ…脆弱部及び断線手段としての切欠、２１ａ…脆弱部及び断線手段としての切欠、３４…断線手段としての突起部材、５１…熱電変換素子としてのペルチェ素子、５１ａ…第１面、５１ｂ…第２面。
【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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