(57)【要約】【課題】ペルチェ素子にかかる荷重をより均一にしてペルチェ素子とヒートシンクとの密着性を向上したペルチェユニットを提供する。【解決手段】ケース６の上面部７は、フィン３のそれぞれの先端部３ａに対向する上方内面部７ａを有し、ケース６の側面部８は、フィン３の側面に面する側方内面部８ａを有している。上方内面部７ａには、上方内面部７ａから先端部３ａに向かって部分的に突出する突出部９がケース６に一体的に設けられている。先端部３ａに対向する突出部９の下端面９ａは、先端部３ａに接して荷重をかけている。突出部９以外の部分では、フィン３の先端部３ａと上方内面部７ａとの間には、隙間１０が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレート及び該ベースプレートの一方の第１の面に設けられた複数のフィンを有するヒートシンクと、
前記ベースプレートの他方の第２の面に接するように設けられたペルチェ素子と、
前記ヒートシンクを内部に収容するように設けられたケースと
を備えたペルチェユニットであって、
前記複数のフィンのそれぞれの先端部に対向する前記ケースの上方内面部から前記先端部に向かって部分的に突出するように設けられた荷重部材が、前記複数のフィンのうちの一部のフィンの先端部に荷重をかけ、
前記ペルチェユニットを前記第１の面に対向する方向から見たときに、前記荷重部材は、前記ペルチェ素子を少なくとも含む領域に設けられている、ペルチェユニット。
【請求項２】
前記荷重部材が設けられた部分以外の前記上方内面部と前記先端部とに接するように第１弾性部材が設けられ、該第１弾性部材の弾性率は、前記荷重部材の弾性率よりも小さい、請求項１に記載のペルチェユニット。
【請求項３】
前記荷重部材は前記ケースとは別体である、請求項１または２に記載のペルチェユニット。
【請求項４】
前記荷重部材は、
前記上方内面部から前記先端部に向かって部分的に突出する突出部と、
前記先端部に対向する前記突出部の下端面と前記先端部とに接するように設けられた第２弾性部材と
を備える、請求項１または２に記載のペルチェユニット。
【請求項５】
前記第１弾性部材と前記第２弾性部材とは同一材料から形成されると共に一体的に形成されている、請求項４に記載のペルチェユニット。
【請求項６】
前記複数のフィンは、前記第１の面から前記先端部までの距離が変化可能な弾性構造を有する、請求項１に記載のペルチェユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はペルチェユニットに係り、特に、ペルチェ素子とヒートシンクとを組み合わせたペルチェユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や電池等の熱源、あるいはこれらの熱源が収容された空間内を冷却するため、ペルチェ素子とヒートシンクとを組み合わせたペルチェユニットが用いられる。ペルチェ素子とは、交互に配列したＰ型半導体とＮ型半導体とを金属電極を介して電気的に直列接続したものであり、直流電流を流すと一方の面（吸熱面）の熱を他方の面（放熱面）に移動させるという作用を有している。すなわち、ペルチェ素子の吸熱面と熱源とを熱的に接続すれば、熱の移動作用を利用して熱源を冷却することが可能となる。
【０００３】
ペルチェユニットは一般的に、ヒートシンクのベースプレートにペルチェ素子が接し、ペルチェ素子が接する面とは反対側のベースプレートの面に複数のフィンが設けられ、複数のフィンがケース内に収容される構成を有している。ペルチェユニットではないが、このような構成が、例えば特許文献１等に複数チップのモジュールとして記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１７３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、ペルチェユニットを組み付けるにあたって、ケース側からペルチェ素子側に向けて組み付け荷重をかけている。この荷重によってヒートシンクの流路を形成し、ヒートシンクとペルチェ素子とを密着させている。しかしながら、このような一般的な構成では、ケースが複数のフィン全体に均等に荷重をかけている。ペルチェユニットは、ヒートシンクに対してペルチェ素子と面する部分以外の部分は、ペルチェ素子以外で熱伝導することを防ぐため、ヒートシンクとは何も接しないように構成する。したがって、ペルチェ素子を中心にベースプレートが反ってしまい、ペルチェ素子にかかる荷重が不均一になる結果、ペルチェ素子の破壊や性能低下のおそれがあるといった問題点があった。特にペルチェ素子の面積に対して、ヒートシンクの面積が大きくなるとこの問題が顕著になる。特許文献１に開示された技術は単に、全体としてヒートシンクとしてのフィンの反りを抑えるのみであり、半導体デバイス（ペルチェ素子に相当）の部分とその他の部分とのベースプレートの反り（変形）については配慮されていない。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ベースプレートの反りに伴うペルチェ素子の破壊や性能低下を抑制し、ペルチェ素子とヒートシンクとの密着性を向上したペルチェユニット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】
【０００７】
この発明に係るペルチェユニットは、ベースプレート及びベースプレートの一方の第１の面に設けられた複数のフィンを有するヒートシンクと、ベースプレートの他方の第２の面に接するように設けられたペルチェ素子と、ヒートシンクを内部に収容するように設けられたケースとを備えたペルチェユニットであって、複数のフィンのそれぞれの先端部に対向するケースの上方内面部から先端部に向かって部分的に突出するように設けられた荷重部材が、複数のフィンのうちの一部のフィンの先端部に荷重をかけ、ペルチェユニットを第１の面に対向する方向から見たときに、荷重部材は、ペルチェ素子を少なくとも含む領域に設けられている。ケースの上方内面部からフィンの先端部に向かって部分的に突出するように設けられた荷重部材によって、ヒートシンクの複数のフィンのうちの一部のフィンの先端部に荷重がかけられるので、ヒートシンクのベースプレートの反りを防ぐ。
荷重部材が設けられた部分以外の上方内面部と先端部とに接するように第１弾性部材が設けられ、第１弾性部材の弾性率は、荷重部材の弾性率よりも小さくてもよい。
荷重部材はケースとは別体であってもよい。
荷重部材は、上方内面部から先端部に向かって部分的に突出する突出部と、先端部に対向する突出部の下端面と先端部とに接するように設けられた第２弾性部材とを備えてもよい。第１弾性部材と第２弾性部材とは同一材料から形成されると共に一体的に形成されてもよい。
複数のフィンは、第１の面から先端部までの距離が変化可能な弾性構造を有してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ケースの上方内面部からフィンの先端部に向かって部分的に突出するように設けられた荷重部材によって、ヒートシンクの複数のフィンのうちの一部のフィンの先端部に荷重がかけられるので、ヒートシンクのベースプレートの反りを防ぎ、ベースプレートの反りに伴うペルチェ素子の破壊や性能低下を抑制し、ペルチェ素子とヒートシンクとの密着性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るペルチェユニットの断面図である。
【図２】実施の形態１に係るペルチェユニットにおいて、荷重部材が設けられる領域を説明するための図である。
【図３】実施の形態２に係るペルチェユニットの断面図である。
【図４】実施の形態２に係るペルチェユニットの変形例の断面図である。
【図５】実施の形態３に係るペルチェユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るペルチェユニットの断面図を図１に示す。ペルチェユニット１は、ベースプレート２及びベースプレート２の一方の第１の面２ａに設けられた複数のフィン３を有するヒートシンク４と、ベースプレート２の他方の第２の面２ｂに接するように設けられたペルチェ素子５と、ヒートシンク４を内部に収容するように設けられたケース６とを備えている。
【００１１】
ケース６は、フィン３の先端部３ａの上方に位置する上面部７と、上面部７に垂直であると共にフィン３を側方から囲むように設けられた側面部８とを有している。上面部７は、フィン３のそれぞれの先端部３ａに対向する上方内面部７ａを有し、側面部８は、フィン３の側面に面する側方内面部８ａを有している。上方内面部７ａには、上方内面部７ａから先端部３ａに向かって部分的に突出する突出部９がケース６に一体的に設けられている。先端部３ａに対向する突出部９の下端面９ａは、先端部３ａに接して荷重をかけている。このため、突出部９は、荷重部材を構成する。突出部９以外の部分では、フィン３の先端部３ａと上方内面部７ａとの間には、隙間１０が形成されている。
【００１２】
ベースプレート２の第１の面２ａに対向する方向（図１の矢印Ａの方向）からペルチェユニット１を見た状態を図２に示す。この状態では、本来はケース６しか見えないが、図２には、ケース６によって隠されている突出部９を破線で描くと共にケース６及びヒートシンク４（図１参照）で隠されているペルチェ素子５を一点鎖線で描いている。実施の形態１では、突出部９は、ペルチェ素子５の上方でペルチェ素子５とほぼ同じ領域を占めるように設けられている。尚、この形態に限定するものではなく、突出部９がペルチェ素子５を少なくとも全て含む領域に設けられていれば、ペルチェ素子５の領域より大きくてもよい。ただし、突出部９の領域がペルチェ素子５の領域よりもあまりにも大きくなると、ベースプレート２の反りが生じやすくなる。また、ペルチェ素子５の領域より突出部９の領域が小さければ、ペルチェ素子５以外へかかる荷重は確実にわずかになるので、ベースプレートの反りをより生じにくくできる。
【００１３】
図１に示されるように、ペルチェユニット１では、ケース６はヒートシンク４に対し、突出部９が接しているフィン３のみに荷重をかけている。上述したように、突出部９は、矢印Ａの方向からペルチェユニット１を見たときに、ペルチェ素子５とほぼ同じ領域を占めるように設けられているので、ヒートシンク４にかけられた荷重は主に、ペルチェ素子５にかけられることになる。そうすると、ベースプレート２のうち、ペルチェ素子５と接している部分以外の部分にかかる荷重はわずかとなるので、ペルチェ素子５を中心としたベースプレート２の反りを防ぐことができる。
【００１４】
このように、ケース６の上方内面部７ａからフィン３の先端部３ａに向かって部分的に突出するように設けられた突出部９によって、ヒートシンク４の複数のフィン３のうちの一部のフィン３の先端部３ａに荷重がかけられるので、ヒートシンク４のベースプレート２の反りを防ぎ、ベースプレート２の反りに伴うペルチェ素子５の破壊や性能低下を抑制し、ペルチェ素子５とヒートシンク４との密着性を向上することができる。
【００１５】
実施の形態１では、荷重部材は、ケース６に一体的に設けられた突出部９であったが、この形態に限定するものではない。平らな上方内面部７ａとフィン３の先端部３ａとの間に設けられ、突出部９と同じ形状の板状部材を荷重部材として用いてもよい。この場合、板状部材は、金属、セラミック、ゴム、樹脂等、任意の材料で形成してもよい。
【００１６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るペルチェユニットについて説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係るペルチェユニットは、実施の形態１に対して、隙間１０に弾性を有する部材を設けたものである。
【００１７】
図３に示されるように、ペルチェユニット１１は、隙間１０に設けられた第１弾性部材１２を有している。第１弾性部材１２は、上方内面部７ａ及びフィン３の先端部３ａの両方に接し、実施の形態１の隙間１０に相当する部分を完全に埋めるように設けられている。ただし、完全に埋めるように設ける必要はなく、隙間１０に相当する部分内に部分的に設けられてもよい。また、第１弾性部材１２は、荷重がかかったときに容易に変形するようなゴムや樹脂等の弾性率の小さな材質から形成することが好ましい。少なくとも、突出部９よりも小さい弾性率を有することが必要である。その他の構成は、実施の形態１と同じである。弾性率が小さいということは変形しやすく、ひずみ（変形量）に対して発生する応力が小さい。したがって第１弾性部材１２に接するフィン３にかかる荷重は小さくなる。
【００１８】
ペルチェユニット１１では、ケース６はヒートシンク４に対し、突出部９が接しているフィン３だけではなく、第１弾性部材１２が接しているフィン３にも荷重をかけている。すなわち、フィン３全体に荷重をかけている。しかし、ペルチェ素子５の上方でペルチェ素子５とほぼ同じ領域を占めるように設けられた突出部９に接するフィン３以外のフィン３には、突出部９よりも小さい弾性率の第１弾性部材１２によって荷重がかけられているので、ベースプレート２のうち、ペルチェ素子５に接している部分にかけられる荷重よりも、ペルチェ素子５に接していない部分にかけられる荷重は小さくなる。その結果、ペルチェ素子５を中心としたベースプレート２の反りが抑えられ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
また、ペルチェユニット１１において、例えば空気が、隣り合うフィン間を流れることにより熱交換を行うが、空気とフィン３との接触面積が大きいほど、その熱交換性能は向上する。そのため、空気は、隣り合うフィン間を流れることが好ましい。しかし、隙間１０に第１弾性部材１２がないと、一部の空気が隙間１０内に流入してしまう。隙間１０内では、空気はフィン３の先端部３ａとしか接触せず、その面積も小さいので、熱交換性能は低くなってしまう。ペルチェユニット１１では、隙間１０が第１弾性部材１２によって埋められていることにより、空気は、隣り合うフィン間のみを流れるので、隙間１０に第１弾性部材１２がない実施の形態１に係るペルチェユニット１よりも熱交換性能が高くなる。尚、第１弾性部材１２が隙間１０内に部分的に設けられた場合には、隙間１０を完全に埋めた場合に比べてこの効果が劣るが、隙間１０内が完全に空になっている実施の形態１に係るペルチェユニット１よりも熱交換性能を高めることができる。
【００２０】
実施の形態２では、ペルチェ素子５が設けられている領域では、突出部９が直接フィン３の先端部３ａに荷重をかけているが、この形態に限定するものではない。図４に示されるように、フィン３の先端部３ａと突出部９の下端面９ａとに接するように、第２弾性部材１３を設けてもよい。この場合、突出部９と第２弾性部材１３とが荷重部材を構成する。第２弾性部材１３は、第１弾性部材１２よりも弾性率の大きな材料から形成することが好ましいが、第１弾性部材１２と同じ材料であっても、第２弾性部材１３は第１弾性部材１２よりも薄いので、突出部９と第２弾性部材１３との組み合わせによる全体の弾性率が第１弾性部材１２の弾性率よりも大きくなる。第１弾性部材１２と第２弾性部材１３とが同じ材料から形成される場合には、１枚のシートから突出部９の部分をくりぬいて凹部を設けることで第１弾性部材１２と第２弾性部材１３とを一体的に形成でき、製造方法が簡単になる。さらに、第２弾性部材１３の代わりに、金属、セラミック、ゴム、樹脂等、任意の材料で形成された板状部材を設けてもよい。この場合には、突出部９と板状部材とが荷重部材を構成する。さらに、突出部９ではなく、板状部材のみを設けてもよく、この場合には、板状部材が荷重部材を構成する。また、第１弾性部材１２や第２弾性部材１３がゴムや樹脂などフィン３や上面部７より熱伝導率が低いもので構成すれば、熱がフィン３と上面部７との間を伝わりにくくなるので、フィン３間を流れる熱媒との熱交換の効率を向上させる事が見込める。
【００２１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係るペルチェユニットについて説明する。
この発明の実施の形態３に係るペルチェユニットは、実施の形態１に対して、フィンが弾性構造を有するようにしたものである。
図５に示されるように、ペルチェユニット２１において、ヒートシンク４の複数のフィン２３は、弧状に湾曲した形状を有しており、これにより、ベースプレート２の第１の面２ａからフィン２３の先端部２３ａまでの距離が変化可能な弾性構造を有している。このようなフィン２３はベースプレート２から切り起こして作成することもできる。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２２】
実施の形態１と同様にして、ペルチェユニット２１では、ケース６はヒートシンク４に対し、突出部９が接しているフィン２３のみに荷重をかける。突出部９に接しているフィン２３は荷重によって縮み、ベースプレート２の第１の面２ａからフィン２３の先端部２３ａまでの距離が短くなる。一方、突出部９に接していないフィン２３は、荷重がかからず、当該距離は変化しないので、その先端部２３ａは、上方内面部７ａに、突出部９に接するフィン２３より小さい荷重で接するか、接しないで荷重がかからない状態になる。この結果、突出部９によって、ヒートシンク４の複数のフィン２３のうちの一部のフィン２３の先端部２３ａに荷重がかけられるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態３では、実施の形態１の隙間１０に相当する部分において、隣り合うフィン間を空気等の流体が流れ、フィン２３の側面と熱交換が可能なので、熱交換性能の低下を抑えることができる。
【００２３】
実施の形態３では、フィン２３が弾性構造を有するために弧状に湾曲した形状を有していたが、この形態に限定するものではない。フィンの中央部分を任意の角度で折り曲げた「くの字」形状や、「くの字」形状をフィンの長さ方向に連続させた「ジグザグ」形状であってもよい。また、フィンと第１の面２ａとの角度を９０°以外の角度にし、その角度が変化可能にした構成であってもよい。その他様々な構成が考えられるが、第１の面２ａからフィンの先端部までの距離が変化可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。
【００２４】
実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、平らな上方内面部７ａとフィン２３の先端部２３ａとの間に設けられ、突出部９と同じ形状の板状部材を荷重部材として用いてもよい。また、実施の形態２と同様に、突出部９の下端面９ａとフィン２３の先端部２３ａとに接するように、第２弾性部材１３や板状部材を設けてもよい。
【００２５】
実施の形態１〜３では、吸熱側と放熱側とを区別せずに説明したが、いずれの側にも実施の形態１〜３の構成が適用可能であり、いずれか一方のみに適用してもよい。また、実施の形態１〜３では、１つのヒートシンク４に１つのペルチェ素子５が接するように設けられた構成であったが、この構成は、発明の説明を簡単にするためのものであり、１つのヒートシンク４に任意の間隔をあけてペルチェ素子５が複数設けられていてもよい。この場合には、各ペルチェ素子５の位置に対応するように、ケース６の上方内面部７ａに複数の荷重部材を設ければよい。
【符号の説明】
【００２６】
１，１１，２１  ペルチェユニット、２  ベースプレート、２ａ  （ベースプレートの）第１の面、２ｂ  （ベースプレートの）第２の面、３  フィン、３ａ  （フィンの）先端部、４  ヒートシンク、５  ペルチェ素子、６  ケース、７ａ  上方内面部、９  突出部（荷重部材）、９ａ  （突出部の）下端面、１０  隙間、１２  第１弾性部材、１３  第２弾性部材（荷重部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014007180.tif 000005
【図４】
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【図５】
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