(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジによって締結される２つの伝熱部材（１ａ、１ｂ）間に挟着されてペルチェユニット（１７）を構成するペルチェモジュールの組付構造において、第１ネジ（１１）の締結箇所を挟んで相対向するように、その一方の側にペルチェモジュール（１８）を、他方の側にこのペルチェモジュール（１８）と上記締結方向の厚さが略等しい挟装部材（１９）を、それぞれ上記両伝熱部材（１ａ、１ｂ）間に挟着されるように配置し、上記ペルチェモジュール（１８）を挟んで上記第１ネジ（１１）と相対向する位置に第２ネジ（１２）を締結し、上記挟装部材（１９）を挟んで上記第１ネジ（１１）と相対向する位置に第３ネジ（１３）を締結し、上記第１ネジ（１１）の締付力を、第２ネジ（１２）及び第３ネジ（１３）の締付力よりも大としていることを特徴とするペルチェモジュールの組付構造。
【請求項２】
上記第１ネジ（１１）の締付力は、第２ネジ（１２）及び第３ネジ（１３）の締付力の約２倍であることを特徴とする請求項１のペルチェモジュールの組付構造。
【請求項３】
上記第１ネジ（１１）のネジサイズを、上記第２ネジ（１２）及び第３ネジ（１３）のネジサイズよりも大きくしていることを特徴とする請求項１又は請求項２のペルチェモジュールの組付構造。
【請求項４】
ネジによって締結される２つの伝熱部材（１ａ、１ｂ）間に挟着されてペルチェユニット（１７）を構成するペルチェモジュールの組付方法において、第１ネジ（１１）の締結箇所を挟んで相対向するように、その一方の側にペルチェモジュール（１８）を、他方の側にこのペルチェモジュール（１８）と上記締結方向の厚さが略等しい挟装部材（１９）を、それぞれ上記両伝熱部材（１ａ、１ｂ）間に挟着されるように配置するとともに、上記ペルチェモジュール（１８）を挟んで上記第１ネジ（１１）の締結箇所と相対向する位置に第２ネジ（１２）の締結箇所を設け、また上記挟装部材（１９）を挟んで上記第１ネジ（１１）の締結箇所と相対向する位置に第３ネジ（１３）の締結箇所を設けておき、まず上記第１ネジ（１１）を締着し、次に第２ネジ（１２）又は第３ネジ（１３）を締着することを特徴とするペルチェモジュールの組付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ペルチェユニットを構成するペルチェモジュールの組付構造及び組付方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、ペルチェユニット１７の側面図である。このペルチェユニット１７は、ヒートシンク１ａ、１ｂのベース板３、３同士の間にペルチェモジュール１８、１９を挟持して構成されている。そして一方のヒートシンク１ａが吸熱器として機能するとともに、他方のヒートシンク１ｂが放熱器として機能し、これによってヒートポンプの作用をなすものである。またヒートシンク１ａ、１ｂは、互いに相対面するよう並置された複数のプレートフィン２を、平板状のベース板３に略垂直に立設してそれぞれ構成されている。
【０００３】
上記のようなペルチェユニット１７では、例えば特開平８−１２５２３８号公報に示すように、ヒートシンク１ａ、１ｂ同士がネジによって締結され、締結されたヒートシンク１ａ、１ｂ間にペルチェモジュール１８、１９が挟着される。図５は、上記ペルチェユニット１７における従来のペルチェモジュールの取付構造を示す透過平面図である。この取付構造では、挟装するペルチェモジュール１８の各４辺に対応して設けられた４カ所の締結箇所でネジ３１、３２、３３、３４を締め付け、これによってペルチェモジュール１８をヒートシンク１ａ、１ｂ間に挟着するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなペルチェユニット１７では、ヒートシンク１ａ、１ｂとペルチェモジュール１８との接触が密であればあるほど両者間の熱伝導効率が向上し、ペルチェユニット１７の熱交換効率も向上する。その意味では、上記ネジ３１、・・はなるべく大きな締付力で締着するのがよいということになる。一方、上記取付構造において各ネジ３１、３２、３３、３４間の締付力がアンバランスになると、ペルチェモジュール１８に偏荷重が加えられることになる。図６は、例えば第３ネジ３３と第４ネジ３４とのように、ペルチェモジュール１８を挟んで相対向するネジに締付力のアンバランスが生じた場合を示す模式側面図である。このように各ネジ３３、３４の締付力にアンバランスが生じると、ヒートシンク１ａが破線Ａに示すように傾斜して、ペルチェモジュール１８に偏荷重が加えられることになる。そしてこのような場合に各ネジ３１、・・の締付力がペルチェユニット１７の熱交換効率向上のため大きなものとされていると、シリコン素子をセラミック基板で挟んで構成されたペルチェモジュール１８は、容易に破損してしまう。そのため上記従来の組付構造ではペルチェユニット１７の熱交換効率の向上と製品の信頼性向上とを両立させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
また上記問題を解決するために、各ネジを第１ネジ３１、第２ネジ３２、第３ネジ３３、第４ネジ３４という順序で少しずつ何回も締めていくという取付方法も提案されている。しかしながらこのような取付方法を採用したのでは、ペルチェユニット１７の組立に関する作業工数がきわめて大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、作業工数を増加させることなく、均一な面圧をもってペルチェモジュールを伝熱部材間に挟着することが可能なペルチェモジュールの組付構造及び組付方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１のペルチェモジュールの組付構造は、ネジによって締結される２つの伝熱部材１ａ、１ｂ間に挟着されてペルチェユニット１７を構成するペルチェモジュールの組付構造において、第１ネジ１１の締結箇所を挟んで相対向するように、その一方の側にペルチェモジュール１８を、他方の側にこのペルチェモジュール１８と上記締結方向の厚さが略等しい挟装部材１９を、それぞれ上記両伝熱部材１ａ、１ｂ間に挟着されるように配置し、上記ペルチェモジュール１８を挟んで上記第１ネジ１１と相対向する位置に第２ネジ１２を締結し、上記挟装部材１９を挟んで上記第１ネジ１１と相対向する位置に第３ネジ１３を締結し、上記第１ネジ１１の締付力を、第２ネジ１２及び第３ネジ１３の締付力よりも大としていることを特徴としている。
【０００８】
上記請求項１のペルチェモジュールの組付構造では、第１ネジ１１の両側に配置されたペルチェモジュール１８と挟装部材１９とによって、伝熱部材１ａ、１ｂが傾斜して締結されるのを規制し、ペルチェモジュール１８に加えられる面圧を均一なものとすることが可能となる。なお挟装部材１９は、他のペルチェモジュール１９そのものであってもよいし、そのような機能を有さないダミー部材であってもよい。また、第２ネジ１２及び第３ネジ１３を締結することにより、伝熱部材１ａ、１ｂが傾斜して締結されるのを確実に防止し、ペルチェモジュール１８に加えられる面圧をより均一なものとすることが可能となる。さらに、ネジ１１、１２、１３による締結力を、ペルチェモジュール１８及び挟装部材１９の各部分に対して均等に配分し、ペルチェモジュール１８に加えられる面圧を確実に均一なものとすることが可能となる。
【００１２】
請求項２のペルチェモジュールの組付構造は、上記第１ネジ１１の締付力は、第２ネジ１２及び第３ネジ１３の締付力の約２倍であることを特徴としている。
【００１３】
上記請求項２のペルチェモジュールの組付構造では、ネジ１１、１２、１３による締結力を、ペルチェモジュール１８及び挟装部材１９の各部分に対して均等に配分し、ペルチェモジュール１８に加えられる面圧を確実に均一なものとすることが可能となる。
【００１４】
請求項３のペルチェモジュールの組付構造は、上記第１ネジ１１のネジサイズを、上記第２ネジ１２及び第３ネジ１３のネジサイズよりも大きくしていることを特徴としている。
【００１５】
請求項３のペルチェモジュールの組付構造においては、請求項３や請求項４のように締付力を変化させる場合に、締付トルクを大きく変化させず、ネジサイズの大小変化による軸力変化によって締付力を変化させることができる。従って締付トルクを変化させる場合のような過小トルクによるネジの緩み、過大トルクによるネジの破断等の問題を回避でき、この結果、製品の信頼性が向上する。
【００１６】
また請求項４のペルチェモジュールの組付方法は、ネジによって締結される２つの伝熱部材１ａ、１ｂ間に挟着されてペルチェユニット１７を構成するペルチェモジュールの組付方法において、第１ネジ１１の締結箇所を挟んで相対向するように、その一方の側にペルチェモジュール１８を、他方の側にこのペルチェモジュール１８と上記締結方向の厚さが略等しい挟装部材１９を、それぞれ上記両伝熱部材１ａ、１ｂ間に挟着されるように配置するとともに、上記ペルチェモジュール１８を挟んで上記第１ネジ１１の締結箇所と相対向する位置に第２ネジ１２の締結箇所を設け、また上記挟装部材１９を挟んで上記第１ネジ１１の締結箇所と相対向する位置に第３ネジ１３の締結箇所を設けておき、まず上記第１ネジ１１を締着し、次に第２ネジ１２又は第３ネジ１３を締着することを特徴としている。
【００１７】
上記請求項４のペルチェモジュールの組付方法では、ペルチェモジュール１８と挟装部材１９とに挟まれた位置に締結箇所が設けられた第１ネジ１１からまず締結している。従って各ネジ１１、１２、１３をそれぞれ最後まで一気に締結するようにしても、ペルチェモジュール１８に加えられる面圧を均一なものとすることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のペルチェモジュールの組付構造及び組付方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
図４は、ペルチェユニット１７の側面図である。このペルチェユニット１７は、ヒートシンク（伝熱部材）１ａ、１ｂのベース板３、３同士の間に、第１ペルチェモジュール１８と第２ペルチェモジュール１９とを挟持して構成されている。両ペルチェモジュール１８、１９は平面正方形状をなす同一の構成を有し、ヒートシンク１ａ、１ｂによる挟持方向の厚さも略同一である。そして各ペルチェモジュール１８、１９に所定方向の通電を行うことにより、一方のヒートシンク１ａが吸熱器として機能するとともに、他方のヒートシンク１ｂが放熱器として機能し、これによってヒートポンプの作用をなすものである。またヒートシンク１ａ、１ｂは、互いに相対面するよう並置された複数のプレートフィン２を、平板状のベース板３に略垂直に立設してそれぞれ構成されている。
【００２０】
図１は、上記ペルチェユニット１７におけるペルチェモジュールの組付構造を、ヒートシンク１ａを透視する形で示す透過平面図である。この組付構造では、挟装する第１ペルチェモジュール１８及び第２ペルチェモジュール１９の間に、両ペルチェモジュール１８、１９から略等間隔をあけて第１ネジ１１を締結するようになっている。そして第１ペルチェモジュール１８を挟んで上記第１ネジ１１と対向する位置に第２ネジ１２を締結し、また第２ペルチェモジュール１９を挟んで上記第１ネジ１１と対向する位置に第３ネジ１３を締結するようになっている。また各ネジ１１、１２、１３と隣接するペルチェモジュール１８、１９との間の距離は、それぞれ互いに略等しいものとされている。
【００２１】
次に、ペルチェモジュールの組付方法について、図２の模式側面図を用いて説明する。両ペルチェモジュール１８、１９は、あらかじめ所定の位置決め部材を用いて両ヒートシンク１ａ、１ｂの間に挟装しておく。そしてまず上記第１ネジ１１の締結を、所定の締付トルク（軸力）でもって最後まで一気に締め付けることによって行う。そして次に第２ネジ１２を、上記第１ネジ１１の約１／２の締付トルク（軸力）でもって最後まで一気に締め付ける。そしてさらに第３ネジ１３を、上記第２ネジ１２と同様の締付トルクでもって最後まで一気に締め付ける。これによって上記第２ネジ１２及び第３ネジ１３は、ヒートシンク１ａ、１ｂに対して第１ネジ１１の約１／２の締付力を付与することになる。
【００２２】
両ペルチェモジュール１８、１９の間で第１ネジ１１を締結する上記のようなペルチェモジュールの組付構造を用いれば、ペルチェモジュール１８、１９自身がヒートシンク１ａの傾斜を規制する。従って均一な面圧をもってヒートシンク１ａ、１ｂのベース面３にペルチェモジュール１８、１９を密着させることができる。しかもペルチェモジュール１８、１９を挟んで第１ネジ１１と相対向する位置において第２ネジ１２及び第３ネジ１３による締着を行っている。従って上記面圧はさらに均一なものとなる。この場合、まず両ペルチェモジュール１８、１９の間に存する第１ネジ１１から締結し、その後に両側方に位置する第２ネジ１２及び第３ネジ１３を締結するようにしている。従ってネジ１１、１２、１３の締付工程でヒートシンク１ａの傾斜が生じ、これがそのまま固定されてしまうという事態を確実に回避することができる。そのため各ネジ１１、１２、１３をそれぞれの締付トルクになるまで最後まで一気に締め付けても、上記面圧にアンバランスが生じることはない。従ってペルチェユニット１７の組立に関する作業工数を増加させることもない。さらに両ペルチェモジュール１８、１９に締結力を与える第１ネジ１１の締付力を第２ネジ１２及び第３ネジ１３の締付力の約２倍としている。従って各ネジ１１、１２、１３による締結力はペルチェモジュール１８、１９の各部分に対して均等に分配され、これによって上記面圧分布は一段と均一化されたものとなる。なお上記では、第１ネジ１１、第２ネジ１２、及び第３ネジ１３として同一ネジサイズのものを用い、締付トルクを変化させることによって締付力を変化させているが、これは第１ネジ１１のネジサイズを、第２ネジ１２及び第３ネジ１３のネジサイズよりも大きくし、略同一の締付トルクでもってこれらを締付け、これによって締付力を変化させるようにしてもよい。このようにすれば、締付トルクを変化させる場合のような過小トルクによるネジの緩み、過大トルクによるネジの破断等の問題を回避でき、この結果、製品の信頼性が向上する。
【００２３】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば上記ペルチェユニット１７は２つのペルチェモジュール１８、１９を備えて成るものであるから、そのうち第２ペルチェモジュール１９を組付構造の挟装部材として機能させている。しかしながら第１ペルチェモジュール１８だけを備えて成るペルチェユニット１７の場合には、上記挟装部材としてネジ締結方向の厚さが第１ペルチェモジュール１８と略等しく成されたダミー部材を用いることができる。
【００２４】
また３つ以上のペルチェモジュール１８、・・をヒートシンク１ａ、１ｂ間に挟着して成るペルチェユニット１７の場合にも、ペルチェモジュール１８、・・自身によってヒートシンク１ａ、１ｂの傾斜を規制する上記の組付構造及び組付方法を適用することができる。この場合にもペルチェモジュール１８、・・同士の間にネジの締結箇所を設けるとともに、この締結箇所とペルチェモジュール１８、・・を挟んで対向する位置に他のネジの締結箇所を設けるのである。そして組み付けに際しても、上記と同様に、まずペルチェモジュール１８、・・同士の間に締結するネジから先に締め付けていく。
【００２５】
さらに単一のペルチェモジュール１８の組付構造として、図３に示すような構造を採用することができる。この組付構造では、ペルチェモジュール１８の中央部に第１ネジ１１の締結箇所を設け、この締結箇所における第１ネジ１１一本でヒートシンク１ａ、１ｂを締結するのである。この場合には、ペルチェモジュール１８のうち第１ネジ１１の締結箇所を挟んで相対向する部分が、互いにペルチェモジュール及び挟装部材として機能することになる。従って１つのペルチェモジュール１８によって、ヒートシンク１ａ、１ｂが傾斜して締結されるのを規制し、上記面圧にアンバランスが生じるのを防止することができる。
【００２６】
なお本明細書においては、熱電半導体そのものをペルチェ素子と称し、このペルチェ素子を並べてその両側からセラミック板でサンドイッチ状に挟持した構造体をペルチェモジュール１８と称し、さらにこのペルチェモジュール１８とヒートシンク１ａ、１ｂとを組み立てた組立品をペルチェユニット１７と称している。
【００２７】
【発明の効果】
上記請求項１のペルチェモジュールの組付構造では、第１ネジの両側に配置されたペルチェモジュールと挟装部材とによって、伝熱部材が傾斜して締結されるのを規制し、ペルチェモジュールに加えられる面圧分布を均一なものとすることができる。従ってネジによる締結力を大きくしてもペルチェモジュールに破損が生じること回避でき、これによってペルチェユニットの熱交換効率の向上と製品の信頼性向上とを両立させることが可能となる。また、第２ネジ及び第３ネジを締結することにより、伝熱部材が傾斜して締結されるのを確実に防止することができる。従ってペルチェモジュールに加えられる面圧分布を、より均一なものとすることが可能となる。さらに、ネジによる締結力を、ペルチェモジュール及び挟装部材の各部分に対して均等に配分することができる。従ってペルチェモジュールに加えられる面圧分布を一段と均一なものとすることが可能となる。
【００２９】
さらに請求項２のペルチェモジュールの組付構造では、ネジによる締結力を、ペルチェモジュール及び挟装部材の各部分に対して均等に配分することができる。従ってペルチェモジュールに加えられる面圧分布を一段と均一なものとすることが可能となる。
【００３０】
請求項３のペルチェモジュールの組付構造においては、ネジサイズの大小変化による軸力変化によって締付力を変化させるようにしているので、締付トルクを変化させる場合のような過小トルクによるネジの緩み、過大トルクによるネジの破断等の問題を回避でき、この結果、製品の信頼性が向上する。
【００３１】
請求項４のペルチェモジュールの組付方法では、各ネジをそれぞれ最後まで締結しても、伝熱部材を傾斜させずに締結することができる。従ってペルチェユニットの組立に関する作業工数が増加するのを、確実に回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態のペルチェモジュールの組付構造を示す透過平面図である。
【図２】上記組付構造を示す模式側面図である。
【図３】上記ペルチェモジュールの組付構造の変形例を示す透過平面図である。
【図４】上記ペルチェモジュールの組付構造を用いて構成されるペルチェユニットの側面図である。
【図５】従来例のペルチェモジュールの組付構造を示す透過平面図である。
【図６】従来例のペルチェモジュールの組付構造を用いて構成されるペルチェユニットを示す模式側面図である。
【符号の説明】
１ａ  ヒートシンク
１ｂ  ヒートシンク
１１    第１ネジ
１２    第２ネジ
１３    第３ネジ
１７    ペルチェユニット
１８    第１ペルチェモジュール
１９    第２ペルチェモジュール
【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】
0003601332.tif 000006
【図６】
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