(57)【要約】【課題】  複数の熱交換素子が固定板に確実に固定できるとともに熱交換素子の製造工数の低減が図れる熱電変換装置およびその装置の製造方法を実現する。【解決手段】  一対の吸熱、放熱基板２０の間に熱電素子基板１０が積層された状態において、それぞれの熱電素子１２、１３とそれぞれの電極部材１６とが電気的に直接接続されることで熱交換部材２５が吸熱側と放熱側とに区画して配設される熱電変換装置において、熱交換部材２５のそれぞれは、電極部材１６に伝熱可能に接合する電極部２５ａ、および電極部２５ａより伝熱される熱を熱交換する熱交換部２５ｂを有し、吸熱、放熱基板２０は、電極部２５ａの接合部近傍を第２保持板２１で保持させるとともに電極部２５ａに対向する他端側を固定板２２で固定させて、隣り合う熱交換部材２５相互が電気的に絶縁されるように構成した。これにより、熱交換部材２５が確実に固定できるとともに製造工数の低減が図れる。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＰ型熱電素子（１２）と複数のＮ型熱電素子（１３）とこれら複数の熱電素子（１２、１３）を保持する第１保持板（１１）とを有し、前記第１保持板（１１）に前記複数の熱電素子（１２、１３）を所定の配列形状に配列にしてなる熱電素子組立体（１０）と、
前記複数の熱電素子（１２、１３）のそれぞれに対応して設けられた複数の熱交換素子（２５）とこれら複数の熱交換素子（２５）を保持する第２保持板（２１）とを有し、前記熱電素子（１２、１３）の配列状態に対応する所定の配列状態に保持してなる一対の熱交換素子組立体（２０）とを備え、
前記一対の熱交換素子組立体（２０）の間に前記熱電素子組立体（１０）が積層された状態において、それぞれの前記熱電素子（１２、１３）とそれぞれの前記熱交換素子（２５）とが電気的に直接接続されることで前記複数の熱交換素子（２５）が吸熱側と放熱側とに区画して配設される熱電変換装置において、
前記熱交換素子（２５）のそれぞれは、前記熱電素子（１２、１３）に伝熱可能に接合する電極部（２５ａ）、およびその電極部（２５ａ）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部（２５ｂ）とを有し、
前記熱交換素子組立体（２０）は、前記電極部（２５ａ）の接合部近傍を前記第２保持板（２１）で保持させるとともに、前記電極部（２５ａ）に対向する他端側を固定板（２２）で固定させて、隣り合う前記熱交換素子（２５）相互が電気的に絶縁されるように構成したことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
前記熱電素子組立体（１０）は、前記複数のＰ型熱電素子（１２）と前記複数のＮ型熱電素子（１３）とを電気的に直接接続する複数の電極素子（１６）を有し、
前記複数の熱交換素子（２５）は、それぞれの前記電極部（２５ａ）がそれぞれの前記電極素子（１６）を介して前記熱電素子（１２、１３）に伝熱可能に接合されることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
【請求項３】
前記熱交換素子（２５）のそれぞれは、断面形状が略Ｕ字状に形成され、その底部に平面状からなる前記電極部（２５ａ）を形成し、その電極部（２５ａ）から外方に延出された平面に前記熱交換部（２５ｂ）を形成しており、
前記熱交換素子組立体（２０）は、前記電極部（２５ａ）に対向する他端側を前記固定板（２２）に固定したときに、前記熱交換素子（２５）の他端側が前記固定板（２２）の固定部に摩擦力を掛けるように固定されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記熱交換素子（２５）は、前記熱交換部（２５ｂ）、前記電極部（２５ａ）、前記熱交換部（２５ｂ）および連結部（２５ｃ）の順に連続的にコルゲート状に複数個形成されており、
前記熱交換素子組立体（２０）は、前記電極部（２５ａ）を前記第２保持板（２１）で保持した後に、前記連結部（２５ｃ）を切断し、その切断により前記連結部（２５ｃ）が切り取られた前記熱交換部（２５ｂ）相互の端部を前記固定板（２２）に固定していることを特徴とする請求項３に記載の熱電変換装置。
【請求項５】
前記熱交換素子（２５）は、前記電極部（２５ａ）に対向する他端側の断面が、前記電極部（２５ａ）に対して先開き状、またはすぼみ状のいずれか一方の形状に形成されて前記固定板（２２）に固定していることを特徴とする請求項３に記載の熱電変換装置。
【請求項６】
前記固定板（２２）は、前記電極部（２５ａ）に対向する他端側の断面が先開き状に形成されたときに、その固定部が切り取る前の前記連結部（２５ｃ）の部位近傍に形成されることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
【請求項７】
前記固定板（２２）は、前記電極部（２５ａ）に対向する他端側の断面がすぼみ状に形成されたときに、その固定部が前記電極部（２５ａ）に対向する部位に形成されることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
【請求項８】
前記熱交換素子組立体（２０）は、前記熱交換素子（２５）の前記電極部（２５ａ）に対向する他端側と前記固定板（２２）の固定部とが嵌合によって固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項９】
前記熱交換素子組立体（２０）は、前記熱交換素子（２５）の前記電極部（２５ａ）に対向する他端側と前記固定板（２２）の固定部とが接着剤を用いて固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項１０】
熱交換部（２５ｂ）、電極部（２５ａ）、熱交換部（２５ｂ）、連結部（２５ｃ）の順に連続的にコルゲート状に複数の熱交換素子（２５）を形成する熱交換素子形成体と、
複数のＰ型熱電素子（１２）と複数のＮ型熱電素子（１３）とこれら複数の熱電素子（１２、１３）を保持する第１保持板（１１）とを備え、前記第１保持板（１１）に前記複数の熱電素子（１２、１３）を所定の配列形状に配列にしてなる熱電素子組立体（１０）と、
前記熱交換素子形成体で形成された前記複数の熱交換素子（２５）とこれら複数の熱交換素子（２５）を保持する第２保持板（２１）とを備え、前記第２保持板（２１）に前記複数の熱交換素子（２５）の前記電極部（２５ａ）を前記熱電素子（１２、１３）の配列状態に対応する所定の配列状態に保持してなる一対の熱交換素子組立体（２０）と、
前記一対の熱交換素子組立体（２０）の間に前記熱電素子組立体（１０）が積層された状態において、前記電極部（２５ａ）と前記熱電素子（１２、１３）とを接合する熱電素子接合体と、
前記熱交換素子組立体（２０）に配列した前記複数の熱交換素子（２５）の前記連結部（２５ｃ）を切断し、その切断により前記連結部（２５ｃ）が切り取られた前記熱交換部（２５ｂ）相互の端部を前記固定板（２２）に固定する熱交換素子固定体とを有することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
【請求項１１】
前記熱電素子組立体（１０）は、前記複数のＰ型熱電素子（１２）と前記複数のＮ型熱電素子（１３）とを電気的に直接接続する複数の電極素子（１６）を有し、
前記複数の熱交換素子（２５）は、それぞれの前記電極部（２５ａ）がそれぞれの前記電極素子（１６）を介して前記熱電素子（１２、１３）に伝熱可能に接合されることを特徴とする請求項１０に記載の熱電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記熱交換素子固定体は、前記連結部（２５ｃ）が切り取られた前記熱交換部（２５ｂ）相互の端部が前記固定板（２２）の固定部に摩擦力を掛けるように固定されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の熱電変換装置の製造方法。
【請求項１３】
前記熱交換素子固定体は、前記連結部（２５ｃ）を切断するとともに、その切断により前記連結部（２５ｃ）が切り取られた前記熱交換部（２５ｂ）相互の端部を押し広げて前記固定板（２２）に固定することを連続的に行うことを特徴とする請求項１０に記載の熱電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を通電させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置およびその装置の製造方法に関するものであり、特に、第２保持板に配設される複数の熱交換素子の固定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱電変換装置として、例えば、特許文献１のように、複数の熱電素子を平面状に配設し、各熱電素子の一方面に一方側電極素子を設けるとともに、他方面に他方側電極素子を設けている。そして、一方側電極素子および他方側電極素子の少なくとも一方に熱交換素子を形成している熱電変換装置が知られている。
【特許文献１】特開２００３−１２４５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１のような装置では、一方側電極素子および他方側電極素子に対応する熱交換素子が複数個設けられるとともに、隣り合う熱交換素子相互は電気的に絶縁させて配設されている。また、これらの熱電素子が極小部品であるため熱交換素子の形成工数や組付工数が多大となるため生産性の低下の問題があった。
【０００４】
そこで、発明者らは、複数の熱電素子の配列状態に応じて配設される複数の熱交換素子の形成工数と組付工数との低減のために、熱交換素子を複数個同時に形成し、その連結部を切断させて隣り合う熱交換素子相互が電気的に絶縁されることを特徴とする特許を出願している（例えば、特願２００４−３４７１０１号参照）。
【０００５】
具体的には、複数のＰ型熱電素子と複数のＮ型熱電素子を所定の配列形状に配列にしてなる熱電素子組立体と、この熱電素子組立体に配列された複数のＰ型熱電素子と複数のＮ型熱電素子とを電気的に直列接続する複数の電極素子と、その複数の電極素子のそれぞれに対応して設けられた複数の熱交換素子とを備えている。
【０００６】
そして、その複数の熱交換素子を熱交換部、電極部、熱交換部、および連結部の順に連続的にコルゲート状に複数個形成し、第２保持板にそれぞれの電極部を保持させた状態で、その電極部と対向する他端側の連結部を切断し、その切断された端部を固定板に固定させて隣り合う熱交換素子相互を電気的に絶縁させている。
【０００７】
しかしながら、その後の発明者らの検討によれば、切断された端部が固定板の固定穴に嵌め込まれているが、嵌めただけであるため端部が固定板から外れて隣り合う熱交換部に互いに接触してショートする可能性があることを見出した。
【０００８】
つまり、熱交換素子の連結部および固定板の固定穴を、例えば、上記特願２００４−３４７１０１号に示す図９および図１０のように形成し、その切断された端部を固定板に嵌めると、熱交換素子をコルゲート状に形成したときの応力で、切断された端部が電極部に対して先開き状に作用して端部が互いに接触することが分った。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、複数の熱交換素子が固定板に確実に固定できるとともに熱交換素子の製造工数の低減が図れる熱電変換装置およびその装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項１３に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、複数のＰ型熱電素子（１２）と複数のＮ型熱電素子（１３）とこれら複数の熱電素子（１２、１３）を保持する第１保持板（１１）とを有し、この第１保持板（１１）に複数の熱電素子（１２、１３）を所定の配列形状に配列にしてなる熱電素子組立体（１０）と、複数の熱電素子（１２、１３）のそれぞれに対応して設けられた複数の熱交換素子（２５）とこれら複数の熱交換素子（２５）を保持する第２保持板（２１）とを有し、熱電素子（１２、１３）の配列状態に対応する所定の配列状態に保持してなる一対の熱交換素子組立体（２０）とを備え、
一対の熱交換素子組立体（２０）の間に熱電素子組立体（１０）が積層された状態において、それぞれの熱電素子（１２、１３）とそれぞれの熱交換素子（２５）とが電気的に直接接続されることで複数の熱交換素子（２５）が吸熱側と放熱側とに区画して配設される熱電変換装置において、
熱交換素子（２５）のそれぞれは、熱電素子（１２、１３）に伝熱可能に接合する電極部（２５ａ）、およびその電極部（２５ａ）より伝熱される熱を熱交換する熱交換部（２５ｂ）とを有し、
熱交換素子組立体（２０）は、電極部（２５ａ）の接合部近傍を第２保持板（２１）で保持させるとともに、電極部（２５ａ）に対向する他端側を固定板（２２）で固定させて、隣り合う熱交換素子（２５）相互が電気的に絶縁されるように構成したことを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、他端側を固定板（２２）に固定させることで、熱交換素子（２５）の形成時に生ずる応力が残っていても熱交換素子（２５）の他端側が固定板（２２）から外れることはない。これにより、隣り合う熱交換素子（２５）相互が電気的に接触することはない。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、熱電素子組立体（１０）は、複数のＰ型熱電素子（１２）と複数のＮ型熱電素子（１３）とを電気的に直接接続する複数の電極素子（１６）を有し、複数の熱交換素子（２５）は、それぞれの電極部（２５ａ）がそれぞれの電極素子（１６）を介して熱電素子（１２、１３）に伝熱可能に接合されることを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、上述した請求項１では、熱交換素子（２５）の電極部（２５ａ）が直接隣り合う熱電素子（１２、１３）に伝熱可能に接合される構成の熱電変換装置に本発明を適用させたが、これに限らず、電極部（２５ａ）が別体の電極素子（１６）を介して熱電素子（１２、１３）に接合される構成の熱電変換装置であっても本発明が適用される。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、熱交換素子（２５）のそれぞれは、断面形状が略Ｕ字状に形成され、その底部に平面状からなる電極部（２５ａ）を形成し、その電極部（２５ａ）から外方に延出された平面に熱交換部（２５ｂ）を形成しており、
熱交換素子組立体（２０）は、電極部（２５ａ）に対向する他端側を固定板（２２）に固定したときに、熱交換素子（２５）の他端側が固定板（２２）の固定部に摩擦力を掛けるように固定されたことを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、熱交換素子（２５）の他端側が固定板（２２）から外れることはない。また、後述する請求項９に示す接着剤にて固定する方法でなくても確実に固定できる。しかも、この方法であると、熱交換素子組立体（２０）を組み立てるときに、接着剤方法よりも大幅に組付け工数の低減が図れる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、熱交換素子（２５）は、熱交換部（２５ｂ）、電極部（２５ａ）、熱交換部（２５ｂ）および連結部（２５ｃ）の順に連続的にコルゲート状に複数個形成されており、熱交換素子組立体（２０）は、電極部（２５ａ）を第２保持板（２１）で保持した後に、連結部（２５ｃ）を切断し、その切断により連結部（２５ｃ）が切り取られた熱交換部（２５ｂ）相互の端部を固定板（２２）に固定していることを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、熱交換素子（２５）の形成工数、第２保持板（２１）への組付工数が、単品で形成するよりも大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、熱交換素子（２５）は、電極部（２５ａ）に対向する他端側の断面が、電極部（２５ａ）に対して先開き状、またはすぼみ状のいずれか一方の形状に形成されて固定板（２２）に固定していることを特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、具体的には、熱交換素子（２５）の形状に応じて固定板（２２）に固定すれば、例えば、熱交換素子（２５）が先開き状であれば、固定板（２２）の固定部で他端側を閉じるように保持すれば、固定部に摩擦力を掛けることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、固定板（２２）は、電極部（２５ａ）に対向する他端側の断面が先開き状に形成されたときに、その固定部が切り取る前の連結部（２５ｃ）の部位近傍に形成されることを特徴としている。この発明によれば、より具体的には、他端側を閉じるように保持することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、固定板（２２）は、電極部（２５ａ）に対向する他端側の断面がすぼみ状に形成されたときに、その固定部が電極部（２５ａ）に対向する部位に形成されることを特徴としている。この発明によれば、他端側を開くように保持することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、熱交換素子組立体（２０）は、熱交換素子（２５）の電極部（２５ａ）に対向する他端側と固定板（２２）の固定部とが嵌合によって固定されることを特徴としている。この発明によれば、熱交換素子（２５）の他端側が固定板（２２）から外れることはない。ただし、熱交換素子（２５）の他端側および固定板（２２）の固定部に嵌め合い形状を施す必要がある。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、熱交換素子組立体（２０）は、熱交換素子（２５）の電極部（２５ａ）に対向する他端側と固定板（２２）の固定部とが接着剤を用いて固定されることを特徴としている。この発明によれば、熱交換素子（２５）の他端側が固定板（２２）から外れることはない。
【００２４】
ただし、固定部が多いので接着剤を塗布するための製造工数が増加する。また、一方が高熱側となるため耐熱性の優れた接着剤が要求されるとともに、他方が低温側となるため耐水性の有する接着剤が要求される。
【００２５】
請求項１０に記載の発明では、熱交換部（２５ｂ）、電極部（２５ａ）、熱交換部（２５ｂ）、連結部（２５ｃ）の順に連続的にコルゲート状に複数の熱交換素子（２５）を形成する熱交換素子形成体と、
複数のＰ型熱電素子（１２）と複数のＮ型熱電素子（１３）とこれら複数の熱電素子（１２、１３）を保持する第１保持板（１１）とを備え、この第１保持板（１１）に複数の熱電素子（１２、１３）を所定の配列形状に配列にしてなる熱電素子組立体（１０）と、
熱交換素子形成体で形成された複数の熱交換素子（２５）とこれら複数の熱交換素子（２５）を保持する第２保持板（２１）とを備え、この第２保持板（２１）に複数の熱交換素子（２５）の電極部（２５ａ）を熱電素子（１２、１３）の配列状態に対応する所定の配列状態に保持してなる一対の熱交換素子組立体（２０）と、
一対の熱交換素子組立体（２０）の間に熱電素子組立体（１０）が積層された状態において、電極部（２５ａ）と熱電素子（１２、１３）とを接合する熱電素子接合体と、
熱交換素子組立体（２０）に配列した複数の熱交換素子（２５）の連結部（２５ｃ）を切断し、その切断により連結部（２５ｃ）が切り取られた熱交換部（２５ｂ）相互の端部を固定板（２２）に固定する熱交換素子固定体とを有することを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、これらの製造工程のうち、熱交換素子形成体および熱交換素子組立体（２０）を有することにより、熱交換素子（２５）の形成工数、第２保持板（２１）への組付工数が、単品で形成するよりも大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明では、熱電素子組立体（１０）は、複数のＰ型熱電素子（１２）と複数のＮ型熱電素子（１３）とを電気的に直接接続する複数の電極素子（１６）を有し、複数の熱交換素子（２５）は、それぞれの電極部（２５ａ）がそれぞれの電極素子（１６）を介して熱電素子（１２、１３）に伝熱可能に接合されることを特徴としている。この発明によれば、上述の請求項２と同じ効果を奏する。
【００２８】
請求項１２に記載の発明では、熱交換素子固定体は、連結部（２５ｃ）が切り取られた熱交換部（２５ｂ）相互の端部が固定板（２２）の固定部に摩擦力を掛けるように固定されることを特徴としている。この発明によれば、熱交換素子（２５）の他端側が固定板（２２）から外れることはない。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、熱交換素子固定体は、連結部（２５ｃ）を切断するとともに、その切断により連結部（２５ｃ）が切り取られた熱交換部（２５ｂ）相互の端部を押し広げて固定板（２２）に固定することを連続的に行うことを特徴としている。
【００３０】
この発明によれば、熱交換部（２５ｂ）相互の端部を確実に固定板（２２）に固定できるとともに組付性の向上が図れる。
【００３１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を図１ないし図８に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱電変換装置の主要部を示す平面図である。図２は図１に示すＡ−Ａ断面図、図３は図２に示すＣ−Ｃ断面図、図４は図２に示すＤ−Ｄ断面図である。
【００３３】
また、図５は熱電変換装置の全体構成を示す分解模式図である。図６は第２保持板２１の形状を示す平面図、図７（ａ）および図７（ｂ）は図１に示すＢ−Ｂ断面図である。さらに、図８は熱交換部材２５の製造方法を説明する説明図である。
【００３４】
本実施形態の熱電変換装置は、図１ないし図７に示すように、複数個のＰ型、Ｎ型の熱電素子１２、１３を配列した熱電素子組立体である熱電素子基板１０と、隣接する熱電素子１２、１３とを電気的に直列接続する電極素子である電極部材１６と、その電極部材１６に伝熱可能に結合する熱交換素子である熱交換部材２５を複数個配設させた一対の熱交換素子組立体である吸熱、放熱基板２０、一対の固定板２２および一対のケース部材２８とから構成している。
【００３５】
熱電素子組立体である熱電素子基板１０は、図３および図４に示すように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第１保持板１１に、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して一体構成にしたものである。
【００３６】
Ｐ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＰ型半導体により構成され、Ｎ型熱電素子１３はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＮ型半導体により構成された極小部品である。また、熱電素子基板１０は、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を第１保持板１１に碁盤目状に配列するように一体成形で形成している。このときに、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３は、第１保持板１１よりも上端面、下端面が突き出すように形成されている。
【００３７】
そして、図中に示す左右上端に配設する熱電素子１２、１３には、それぞれ端子２４ａ、２４ｂが設けられ、その端子２４ａ、２４ｂには、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ａに接続し、負側端子を端子２４ｂに接続するようにしている。
【００３８】
電極素子である電極部材１６は、平板状の銅材などの導電性金属から形成され、熱電素子基板１０に配列された熱電素子群のうち、隣接するＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を電気的に直接接続する電極である。その平面形状は、図３および図４に示すように、すべて同一形状で統一されており、隣接する熱電素子１２、１３の端面を覆う程度の矩形状に形成している。
【００３９】
そして、この電極部材１６は、熱電素子基板１０に配列された熱電素子１２、１３の配列状態に対応する所定の位置に配置して接合により結合している。つまり、隣接する熱電素子１２、１３の両端に複数個配設している。より具体的には、熱電素子基板１０の片面側（図３参照）では、隣接する熱電素子１２、１３が電気的にＰＮ接合（後述する）となるように接続し、他面側（図４参照）では、電気的にＮＰ接合（後述する）となるように接続している。なお、第１電極部材１６は熱電素子１２、１３の端面に半田付けで接合している。
【００４０】
また、熱電素子基板１０の片面側（図３参照）に配設する電極部材１６は、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に配設する場合と、熱電素子群の外端より内側に隣接する熱電素子１２、１３に配設する場合とは、配設方向が異なる方向に配設している。
【００４１】
つまり、熱電素子群の外端に隣接する熱電素子１２、１３に配設するときは、熱電素子群に直交する方向に配設し、熱電素子群の外端より内側に隣接する熱電素子１２、１３に配設するときは、熱電素子群に沿う方向に配設している。ここで、熱電素子基板１０に複数個の電極部材１６を接合により配設させた組立て状態を電極素子組立体１５と称する。
【００４２】
熱交換素子組立体である吸熱、放熱基板２０は、図１および図２に示すように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第２保持板２１に、複数個の熱交換部材２５を一体に構成している。
【００４３】
また、熱交換部材２５は、銅材などの導電性金属からなる薄肉の板材を用いて、図７（ａ）に示すように、断面が略Ｕ字状からなり底部に平面状の電極部２５ａを形成し、その電極部２５ａから外方に延出された平面にルーバー状の熱交換部２５ｂを形成している。この熱交換部２５ｂは、電極部２５ａから伝熱される熱を吸熱、放熱するためのフィンであり、切り起こしなどの成形で電極部２５ａと一体に形成している。
【００４４】
ところで、本実施形態の熱交換部材２５は、隣り合う熱交換部２５ｂ相互間が連結部２５ｃを介して複数個連結するように構成している。つまり、本実施形態では、熱交換部材２５を単品で形成するよりも複数個まとめて形成して、電極部２５ａを電極部材１６に組みつけて接合した後に、熱交換部材２５相互が電気的に絶縁させるように連結部２５ｃを切断している。
【００４５】
より具体的には、熱電素子基板１０に碁盤目状に配列された熱電素子１２、１３のうち、少なくとも熱電素子群の列側に沿って、隣り合う熱交換部２５ｂとの間に連結部２５ｃを介して複数個連続的にコルゲート（波型）状に形成している。つまり、図１に示すように、第１〜第５列までを列数ごとに複数個の熱交換部材２５が連結部２５ｃを介して連結している。
【００４６】
ここで、第１列、および第５列に配設する熱交換部材２５と第２列ないし第４列に配設する熱交換部材２５では異なる形状（例えば、風の流れ方向に沿う長さと電極部２５ａの長さが異なる）で形成している。
【００４７】
なお、電極部２５ａと熱交換部２５ｂとを有する熱交換部材２５をコルゲート（波型）状に形成するには、単品で成形するプレス加工よりも複数個の熱交換部材２５を形成するローラー加工で製造する方が、特に熱交換部２５ｂの形成工程の生産性が極めて良好である。
【００４８】
さらに、雌雄型を備えるプレス加工で製造するよりも、熱交換部２５ｂ、電極部２５ａ、熱交換部２５ｂ、連結部２５ｃと順にローラーにより材料を送って成形するローラー加工のほうが型などの設備費が低コストで成形工程を行なうことができる。なお、本実施形態では熱交換部２５ｂの形状をルーバー状に形成したが、これに限らず、スリット状、オフセット状の形状に形成しても良い。
【００４９】
そして、列数ごとに形成された熱交換部材２５は、それぞれの電極部２５ａが平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第２保持板２１に保持される。具体的には、図６に示すように、第２保持板２１には電極部２５ａが嵌合する嵌合孔２１ａを形成し、その嵌合孔２１ａに電極部２５ａを挿入して熱交換部材２５と第２保持板２１とを一体に構成している。
【００５０】
なお、図中に示す２１ｂは爪部であって、電極部２５ａが嵌合孔２１ａに挿入したときに抜けを防止するための出っ張り状のツメである。そして、詳しくは後述するが、図７（ｂ）に示すように、連結部２５ｃを切断し、その切断により連結部２５ｃが切り取られた熱交換部２５ｂ相互の端部を押し広げるようにして固定板２２の固定部である固定穴２２ａに押し曲げて固定するようにしている。
【００５１】
つまり、切り取られた端部が固定穴２２ａに摩擦力が掛かるようにして固定板２２に固定している。これにより、切り取られた端部が固定板２２から外れることがなく、隣り合う熱交換部２５ｂ相互が電気的に絶縁される。なお、固定板２２は、第２保持板２１と同じように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなり、連結部２５ｃが貫通するように固定穴２２ａが形成されている。
【００５２】
ところで、端子２４ａから入力された直流電源は、図２に示すように、図中に示す右端の上側の電極部材１６からＮ型熱電素子１３に流れ、下側の電極部材１６を介して隣のＰ型熱電素子１２に直列的に流れ、次に、このＰ型熱電素子１２から上方の電極部材１６を介してＮ型熱電素子１３に直列的に流れるように構成している。つまり、熱電素子１２、１３の両端に直流電流が直列的に流れるように接続されている。
【００５３】
このときに、ＰＮ接合部を構成する上方の電極部材１６は、ペルチェ効果によって高温の状態となり、ＮＰ接合部を構成する下方の電極部材１６は低温の状態となる。つまり、上方に配設された熱交換部２５ｂは放熱部である放熱熱交換部を形成して高温の状態が伝熱されて冷却流体が接触され、下方に配設された熱交換部２５ｂは吸熱部である吸熱熱交換部を形成して低温の状態が伝熱されて被冷却流体が接触される。
【００５４】
言い換えれば、図２に示すように、熱電素子基板１０を区画壁として、熱電素子基板１０の両側にケース部材２８で送風通路を形成して、その送風通路に空気を流通することで、熱交換部２５ｂと空気とが熱交換され、熱電素子基板１０を区画壁として、上方の熱交換部２５ｂで空気を加熱することができ、下方の熱交換部２５ｂで空気を冷却することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、直流電源の正側端子を端子２４ａ側に接続し、負側端子を端子２４ｂ側に接続して端子２４ａに直流電源を入力させたが、これに限らず、直流電源の正側端子を端子２４ｂ側に接続し、負側端子を端子２４ａ側に接続して端子２４ｂに直流電源を入力させても良い。ただし、このときには、上方の熱交換部材２５が吸熱熱交換部を形成し、下方の熱交換部材２５が放熱熱交換部を形成するようになる。
【００５６】
次に、熱交換部材２５の製造方法と熱電変換装置の組付け方法とについて説明する。まず、複数個の熱交換部材２５の製造方法は、ロール加工によって製造する。つまり、雌雄一対のローラーに帯状の導電性材料を送り込んで、熱交換部２５ｂ、電極部２５ａ、熱交換部２５ｂ、連結部２５ｃと順に連続的にコルゲート状となった複数個の熱交換部材２５が形成される。これを熱交換素子形成体と請求項では称する。
【００５７】
一方、熱電素子１２、１３は、図３および図４に示すように、第１保持板１１に設けられた基板穴にＰ型とＮ型を交互に略碁盤目状に複数個配列して熱電素子基板１０を一体に構成する。なお、このときは、半導体、電子部品などを制御基板に組み付けるための製造装置であるマウンター装置を用いて製造してもよい。これを熱電素子組立体１０と請求項では称する。
【００５８】
そして、平面状に形成された電極部材１６を摘んで、図３および図４に示すように、熱電素子基板１０に隣接して配列された熱電素子１２、１３の端面に設置し、複数個設置した後に、熱電素子１２、１３と電極部材１６とを半田付けで接合する。これを電極素子組立体１５と称する。
【００５９】
なお、この電極素子組立体１５は片面ごとに行い、他方の片面は熱電素子基板１０を反転した後にその片面を接合するようにしている。また、熱電素子１２、１３の端面の接合面には、予めペーストハンダなどをスクリーン印刷で薄く均一に塗っておいてから接合工程を行なうと半田付けが容易にできる。
【００６０】
そして、熱交換素子形成体で形成されたコルゲート状となった複数個の熱交換部材２５を摘んで、第２保持板２１に設けられた嵌合孔２１ａに、列ごとに電極部２５ａを挿入して第２保持板２１に複数列の熱交換部材２５を配列して吸熱、放熱基板２０を形成する。これを熱交換素子組立体２０と請求項で称する。
【００６１】
なお、この熱交換素子組立体２０は、放熱側の吸熱、放熱基板２０と吸熱側の吸熱、放熱基板２０とを一対形成する。そして、放熱側の吸熱、放熱基板２０と吸熱側の放熱電極基板２０との間に、電極素子組立体１５を挟んで組み合わせて、それぞれの電極素子１６にそれぞれの電極部２５ａとを当接させて一斉に半田付けにより接合する。これを請求項で称する接合組立体である。
【００６２】
なお、この接合組立体は片面ごとに行い、他方の片面は熱電素子基板１０を反転した後にその片面を接合するようにしている。そして、接合組立体で電極素子組立体１５に熱交換素子組立体２０が接合された熱交換部材２５のうち、隣り合う熱交換部２５ｂ間の連結部１２ｃを切断し、その切断により連結部１２ｃが切り取られた熱交換部２５ｂの端部相互の曲げ加工を行って、切り取られたが端部が固定板の固定穴２２ａに押し曲げて固定する。これを熱交換素子固定体と請求項で称する。
【００６３】
これを、図７（ａ）および図６（ｂ）に基づいて説明する。図７（ａ）は、上述した接合組立体を終了したときの部分構成図であって、熱交換部材２５が連結部２５ｃを介して電気的に接続された状態である。それを熱交換素子固定体で、図７（ｂ）に示すように、連結部２５ｃを切断し、その切断により連結部１２ｃが切り取られた熱交換部２５ｂの端部を固定穴２２ａに押し曲げるものである。
【００６４】
より具体的には、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、固定板２２に形成された固定穴２２ａに連結部１２ｃを挿入する。そして、先端に刃先が形成された切断曲げ治具を図８（ａ）に示す矢印の方向に移動させることで、連結部２５ｃが切断されるとともに、図８（ｂ）に示すように、切断された端部が切断曲げ治具により押し広げられて固定板２２に押し曲げられることになる。
【００６５】
つまり、切断された端部が固定穴２２ａに摩擦力が掛かるように変形することになる。これにより、切断された端部が固定板２２に固定されることで隣り合う熱交換部材２５相互が電気的に絶縁される。
【００６６】
なお、本実施形態では、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、切断折り曲げ治具を備えて熱交換素子固定体を形成したが、これに限らず、レーザー光を照射するレーザー加工、カッターを用いて矢印の方向にスライドさせて連結部２５ｃを切断するようにして、別治具により切断された端部を押し曲げるようにしても良い。
【００６７】
そして、第２保持板２１の上方側、下方側をケース部材２８により空気経路を形成するように組み付けることで、上方側に放熱熱交換部が形成され、下方側に吸熱熱交換部が形成されて、これに空気を流通させることで冷風、温風を得ることが可能となる。なお、この種の熱電変換装置として、半導体や電気部品などの発熱部品の冷却用や暖房装置などの加熱用に用いられる。
【００６８】
以上のような工程による製造方法によれば、まず、熱交換素子形成体により、複数個の熱交換部材２５を連続的に成形するようにしたことにより、プレス加工で単品製造する従来の製造方法に比べて形成工数を低減できる。
【００６９】
また、熱交換部材２５を複数個連続的にコルゲート状に形成して電極部材１６の一端面に結合させることにより、ロール成形による成形が可能となることで、熱交換部材２５の形成工数および組付工数が大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。
【００７０】
以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、電極部２５ａの接合部近傍を第２保持板２１で保持させるとともに、電極部２５ａに対向する他端側を固定板２２で固定させて、隣り合う熱交換部材２５相互が電気的に絶縁されるように構成したことにより、熱交換部材２５の形成時に生ずる応力が残っていても熱交換部材２５の他端側が固定板２２から外れることはない。これにより、隣り合う熱交換部材２５相互が電気的に接触することはない。
【００７１】
また、電極部２５ａに対向する他端側を固定板２２に固定したときに、熱交換部材２５の他端側が固定板２２の固定穴２２ａに摩擦力を掛けるように固定されたことにより、熱交換部材２５の他端側が固定板２２から外れることはない。また、この固定を接着剤で固定させる方法があるが、接着剤にて固定する方法でなくても確実に固定できる。しかも、この方法であると、吸熱、放熱基板２０を組み立てるときに、接着剤方法よりも大幅に組付け工数の低減が図れる。
【００７２】
また、熱交換部材２５を熱交換部２５ｂ、電極部２５ａ、熱交換部２５ｂおよび連結部２５ｃの順に連続的にコルゲート状に複数個形成させたことにより、熱交換部材２５の形成工数、第２保持板２１への組付工数が、単品で形成するよりも大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。
【００７３】
また、本発明では、電極部２５ａ、熱交換部２５ｂ、連結部２５ｃの順に連続的にコルゲート状に複数の熱交換部材２５を形成する熱交換素子形成体と、この熱交換素子形成体で形成された複数の熱交換部材２５とこれら複数の熱交換部材２５を保持する第２保持板２１とを備え、この第２保持板２１に複数の熱交換部材２５の電極部２５ａを電極部材１６の配列状態に対応する所定の配列状態に保持してなる一対の熱交換素子組立体とを有している。
【００７４】
これにより、熱交換部材２５の形成工数、第２保持板２１への組付工数が、単品で形成するよりも大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。
【００７５】
また、連結部２５ｃを切断するとともに、その切断により連結部２５ｃが切り取られた熱交換部２５ｂ相互の端部を押し広げて固定板２２に固定することを連続的に行う熱交換素子固定体を有することにより、切り取られた熱交換部２５ｂ相互の端部を確実に固定板２２に固定できるとともに組付性の向上が図れる。
【００７６】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、固定板２２に形成する固定穴２２ａを熱交換部材２５の連結部２５ｃを貫通するように形成し、その固定穴２２ａに切り取られた端部を電極部２５ａ側に押し広げるように押し曲げて固定穴２２ａに固定させたが、これに限らず、固定穴２２ａを電極部２５ａの一端面と対向する側に形成し、切り取られた端部を連結部２５ｃ側に押し広げるように押し曲げて固定穴２２ａに固定させても良い。
【００７７】
具体的には、図９に示すように、熱交換部材２５の電極部２５ａの一端面と対向する側に固定穴２２ａを形成し、連結部２５ｃを切断し、その切断された端部を曲げ治具により連結部２５ｃ側に押し広げるように押し曲げて固定穴２２ａに固定させる。
【００７８】
つまり、切断された熱交換部２５ｂ間の端部を固定板１２に固定するものであり、これによれば、切断された端部により固定穴２２ａに摩擦力が掛かることで、切断された端部を固定穴２２ａに確実に固定できる。従って、隣り合う熱交換部材２５相互が電気的に接触することはない。
【００７９】
なお、固定穴２２ａの開口面積は電極部２５ａの一端面に対して同等か、またはやや狭く形成すると、切断された端部が固定穴２２ａにより大きい摩擦力を掛けることができる。
【００８０】
（第３実施形態）
以上の実施形態では、隣り合う熱交換部２５ｂとの間に連結部２５ｃを介して複数個連続的にコルゲート（波型）状に形成して、組付け時にその連結部２５ｃを切断する熱交換部材２５に本発明を適用させたが、これに限らず、電極部２５ａと熱交換部２５ｂとを有する単品で形成した熱交換部材２５に本発明を適用させても良い。
【００８１】
具体的には、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）および図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すように、各種形状の熱交換部材２５を固定板１２に固定するように形成したものであり、図１０に示すものが固定板２２の固定穴２２ａが隣り合う熱交換部２５ｂ相互間に形成し、図１１に示すものが固定板２２の固定穴２２ａが電極部２５ａの一端面と対向する側に形成している。
【００８２】
より具体的には、図１０（ａ）に示すように、図中に示す左側が第２保持板２１および固定板２２に組付け前の形状を示し、右側が組付け後の形状を示しており、熱交換部材２５の断面形状を熱交換部２５ｂの端部が徐々に狭めるすぼみ状の略Ｕ字状に形成し、その熱交換部２５ｂの端部が固定板２２の固定穴２２ａに摩擦力を掛けるように配設している。
【００８３】
これによれば、固定穴２２ａに熱交換部２５ｂの端部が組み込んだ際に、その端部と固定穴２２ａとの間に摩擦力が作用する。これにより、隣り合う熱交換部２５ｂ相互が接触することはない。
【００８４】
また、図１０（ｂ）に示すように、熱交換部材２５の断面形状を電極部２５ａの一端面と熱交換部２５ｂの端部とが直交する略Ｕ字状に形成するとともに、固定板２２の固定穴２２ａの開口面積を上記図１０（ａ）よりも狭く形成して、熱交換部２５ｂの端部が先開き状になるように固定板２２に組み付ける。
【００８５】
これによれば、固定穴２２ａに熱交換部２５ｂの端部が組み込んだ際に、その端部と固定穴２２ａとの間に摩擦力が作用する。これにより、隣り合う熱交換部２５ｂ相互が接触することはない。
【００８６】
また、図１０（ｃ）に示すように、熱交換部２５ｂの端部と固定穴２２ａとを嵌めあい形状に形成し、熱交換部２５ｂの端部に形成した嵌合部２５ｄを固定穴２２ａに嵌合させるように構成しても良い。
【００８７】
さらに、図１１（ａ）に示すように、熱交換部材２５の断面形状を熱交換部２５ｂの端部が徐々に広がる先開き状の略Ｕ字状に形成し、その熱交換部２５ｂの端部が固定板２２の固定穴２２ａに摩擦力を掛けるように配設している。これによれば、固定穴２２ａに熱交換部２５ｂの端部が組み込んだ際に、その端部と固定穴２２ａとの間に摩擦力が作用する。これにより、隣り合う熱交換部２５ｂ相互が接触することはない。
【００８８】
また、図１１（ｂ）に示すように、熱交換部材２５の断面形状を電極部２５ａの一端面と熱交換部２５ｂの端部とが直交する略Ｕ字状に形成するとともに、固定板２２の固定穴２２ａの開口面積を上記図１１（ａ）よりも狭く形成して、熱交換部２５ｂの端部がすぼみ状になるように固定板２２に組み付ける。これによれば、固定穴２２ａに熱交換部２５ｂの端部が組み込んだ際に、その端部と固定穴２２ａとの間に摩擦力が作用する。これにより、隣り合う熱交換部２５ｂ相互が接触することはない。
【００８９】
なお、図１１（ｃ）に示すように、熱交換部２５ｂの端部と固定穴２２ａとを嵌めあい形状に形成し、熱交換部２５ｂの端部に形成した嵌合部２５ｄを固定穴２２ａに嵌合させるように構成しても良い。
【００９０】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、熱交換部２５ｂの端部が固定板２２の固定穴２２ａに摩擦力を掛けるように固定させるか、または熱交換部２５ｂの端部と固定板２２の固定穴２２ａとを嵌めあい形状で形成して嵌合により固定させたが、これに限らず、熱交換部２５ｂの端部と固定板２２の固定穴２２ａとに接着剤を介して固定させても良い。
【００９１】
ただし、この方法は、固定箇所が多いので接着剤を塗布するための製造工数が増加する。また、一方が高熱側となるため耐熱性の優れた接着剤が要求されるとともに、他方が低温側となるため耐水性の有する接着剤が要求される。
【００９２】
また、以上の実施形態では、熱交換部材２５の電極部２５ａを隣接する熱電素子１２、１３に別体の電極部材１６を介して接合する方式の熱電変換装置に本発明を適用させたが、これに限らず、具体的には、図１２に示すように、電極部材１６を設けずに、熱交換部材２５の電極部２５ａを直接隣接する熱電素子１２、１３に接合させる方式の熱電変換装置に適用させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１実施形態における熱電変換装置の主要部の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図２に示すＤ−Ｄ断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す分解模式図である。
【図６】本発明の第１実施形態における第２保持板２１の形状を示す平面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は本発明の第１実施形態における熱交換部材２５の製造方法を説明する説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態における熱交換部材２５の組付け後の形状を示す縦断面図である。
【図１０】（ａ）ないし（ｃ）は本発明の第２実施形態における熱交換部材２５の組付け前と組付け後の形状を示す模式図である。
【図１１】（ａ）ないし（ｃ）は本発明の第２実施形態の変形例における熱交換部材２５の組付け前と組付け後の形状を示す模式図である。
【図１２】他の実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０…熱電素子基板（熱電素子組立体）
１１…第１保持板
１２…Ｐ型熱電素子、熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子、熱電素子
１６…電極部材（電極素子）
２０…吸熱、放熱基板（熱交換素子組立体）
２１…第２保持板
２２…固定板
２５…熱交換部材（熱交換素子）
２５ａ…電極部
２５ｂ…熱交換部
２５ｃ…連結部
【図１】
2006287067.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006287067.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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