(57)【要約】【課題】  熱電素子群の並ぶ方向に対して直交する側に熱電素子と電極部材とが接続する電極部を配設させることで、熱交換効率を低下させることなく、かつ組付性の向上が図れる熱電変換装置およびその熱電変換装置の製造方法を実現する。【解決手段】  絶縁基板１１に、Ｐ型熱電素子１２、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構成された熱電素子基板１０と、隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを電気的に接続するために平面状に形成された電極部２１、およびその電極部２１に伝熱可能に形成された吸熱／放熱部２２を有する電極部材２０とを備え、電極部材２０は、隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３との両端にそれぞれ電極部２１を直列的に接続するように半田付けで接合した。これにより、熱交換効率を低下させることなく、かつ組付性の向上が図れる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる絶縁基板（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構成された熱電素子基板（１０）と、
前記熱電素子基板（１０）に隣接して配列された前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）とを電気的に接続するために平面状に形成された電極部（２１）、およびその電極部（２１）に伝熱可能に形成された吸熱／放熱部（２２）を有する電極部材（２０）とを備え、
前記電極部材（２０）は、隣接して配列された前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）との両端にそれぞれ前記電極部（２１）を直列的に接続するように半田付けで接合したことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
前記電極部材（２０）は、前記Ｐ型熱電素子（１２）および前記Ｎ型熱電素子（１３）の両端に接合される前記電極部（２１）の背面側に垂直方向に向けて空間を有するように前記吸熱／放熱部（２２）を形成した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】
前記吸熱／放熱部（２２）は、前記電極部（２１）から外方に延出された平面に、ルーバ状、スリット状、オフセット状、フラット状、ピン状のいずれかの形状を成形加工で形成したことを特徴とする請求項２に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
平板状の導電性材料に、隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを電気的に接続する平面状の電極部（２１）、およびその電極部（２１）により伝熱される熱を吸熱もしくは放熱する吸熱／放熱部（２２）を有する電極部材（２０）を一体形成する成形加工工程と、
前記Ｐ型熱電素子（１２）および前記Ｎ型熱電素子（１３）を摘んで、予め設置された絶縁材料からなる絶縁基板（１１）に略碁盤目状に形成された基板穴に、前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）とを交互に複数個配列して熱電素子群を列設する熱電素子基板（１０）の組み付け工程と、
前記成形加工工程で形成された前記電極部材（２０）の前記電極部（２１）の背面側を摘んで、前記熱電素子基板（１０）に隣接して配列された前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）との両端にそれぞれの前記電極部（２１）を設置し、その後、前記Ｎ型熱電素子（１３）との両端と前記電極部（２１）とを半田付けで接合する接合工程とを備えることを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記熱電素子基板（１０）の組み付け工程および前記接合工程は、マウンター装置を用いて製造することを特徴とする請求項４に記載の熱電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記成形加工工程は、コイル状の導電性材料からせん断、折り曲げ、外形抜きにより前記電極部材（２０）を形成することを特徴とする請求項４に記載の熱電変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記成形加工工程は、平板状の導電性材料に前記吸熱／放熱部（２２）をエッチング処理で形成し、次にそれを折り曲げおよび外形抜きにより前記電極部材（２０）を形成することを特徴とする請求項４に記載の熱電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記成形加工工程は、平板状の導電性材料を押し出し加工で断面部を形成し、次にそれを外形抜きにより前記電極部材（２０）を形成することを特徴とする請求項４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流通させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置およびその熱電変換装置の製造方法に関するものであり、特に、隣接する熱電素子とそれに接続される電極部材の構成およびその電極部材の製造方法に関する。
【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に示すように、Ｎ型熱電素子およびＰ型熱電素子をこの順序で複数組直列に接続して熱電素子群を構成し、この熱電素子群を吸熱電極部材および放熱電極部材で順次直列接続するとともに、上記熱電素子群の一方に突設して吸熱電極部材それぞれに吸熱熱交換部材を結合し、さらに熱電素子群の他方に突設して放熱電極部材それぞれに放熱熱交換部材を結合し、それぞれ吸熱熱交換部分および放熱熱交換部分を構成している。
【０００３】
そして、この熱交換部分をそれぞれ構成する各熱交換部材は、熱電素子群の並ぶ方向に沿って折曲される第１の折曲片および熱電素子の並ぶ方向とほぼ直角曲げられる第２の折曲片を備え、隣接する第２の折曲片の相互は電気的に絶縁して固定することにより、吸熱熱交換部分と放熱熱交換部分とを区画する壁を有するように構成している。これにより、吸熱電極部材および放熱電極部材からの熱を効率的に取り出して熱交換効率が良好となるとともに、区画壁が形成されることで吸熱部と放熱部との分離が容易にできる構造を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１６６２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１によれば、この種の熱電素子は極小部品であるとともに、熱電素子、電極部材、熱電素子の順に交互に積層しその積層させた状態で熱電素子と電極部材とを接合させて構成しているので、特に各部品を積層するための組付作業がやり難いため組付性が劣る問題がある。しかも、これら構成部品をより小型にしようとすると、さらに組付作業がやり難く小型化に限界が生ずる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、熱電素子群の並ぶ方向に対して直交する側に熱電素子と電極部材とが接続する電極部を配設させることで、熱交換効率を低下させることなく、かつ組付性の向上が図れる熱電変換装置およびその熱電変換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】
【０００６】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項８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、絶縁材料からなる絶縁基板（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構成された熱電素子基板（１０）と、この熱電素子基板（１０）に隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを電気的に接続するために平面状に形成された電極部（２１）、およびその電極部（２１）に伝熱可能に形成された吸熱／放熱部（２２）を有する電極部材（２０）とを備え、
電極部材（２０）は、隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）との両端にそれぞれ電極部（２１）を直列的に接続するように半田付けで接合したことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、極小部品である熱電素子（１２、１３）と、隣接する熱電素子（１２、１３）に接続する電極部材（２０）を重ね合わせるように配列させたことにより、従来の熱電素子（１２、１３）と電極部材（２０）とを直列的に積層させる方式よりも組付作業が容易にできる。
【０００８】
また、隣接する熱電素子（１２、１３）と電極部材（２０）とを平面状に形成された電極部（２１）において半田付けで接合したことにより、接続部で発生する熱を効率的に取り出すことが可能となる。これにより、接続部における熱抵抗を小さくすることができるので装置の熱交換効率を低下させることはない。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、電極部材（２０）は、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）の両端に接合される電極部（２１）の背面側に垂直方向に向けて空間を有するように吸熱／放熱部（２２）を形成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、電極部（２１）の背面側が垂直方向に向けて空間を有することで、半導体、制御基板などの電子部品を組み付けるための装置であるマウンター装置を用いることが可能となる。これにより、極小部品でかつ数量の多い熱電素子（１２、１３）、電極部材（２０）の組み付けが容易にできることで組付性の向上が図れる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、吸熱／放熱部（２２）は、電極部（２１）から外方に延出された平面に、ルーバ状、スリット状、オフセット状、フラット状、ピン状のいずれかの形状を成形加工で形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、これらの吸熱／放熱部（２２）の形状は、上述した電極部（２１）の背面側の垂直方向に向けて形成される空間を縮小することがないのでマウンター装置の活用に支障をきたすことはない。また、吸熱／放熱部（２２）をこれらの形状で形成することにより、吸熱／放熱部（２２）の熱交換効率が向上することで装置の熱交換効率を低下させることはない。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、平板状の導電性材料に、隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを電気的に接続する平面状の電極部（２１）、およびその電極部（２１）により伝熱される熱を吸熱もしくは放熱する吸熱／放熱部（２２）を有する電極部材（２０）を一体形成する成形加工工程と、
Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を摘んで、予め設置された絶縁材料からなる絶縁基板（１１）に略碁盤目状に形成された基板穴に、Ｐ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを交互に複数個配列して熱電素子群を列設する熱電素子基板（１０）の組み付け工程と、
成形加工工程で形成された電極部材（２０）の電極部（２１）の背面側を摘んで、熱電素子基板（１０）に隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）との両端にそれぞれの電極部（２１）を設置し、その後、Ｎ型熱電素子（１３）との両端と電極部（２１）とを半田付けで接合する接合工程とを備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、上記製造工程によって極小部品でかつ数量の多い熱電素子（１２、１３）、電極部材（２０）の組み付けが容易にできることで組付性の向上が図れ、かつ精度良く製造することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、熱電素子基板（１０）の組み付け工程および接合工程は、マウンター装置を用いて製造することを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、具体的には、電子部品を組み付けるためのマウンター装置を用いることで組み付け性の向上が図れる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、成形加工工程は、コイル状の導電性材料からせん断、折り曲げ、外形抜きにより電極部材（２０）を形成することを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、電極部材（２０）の製造が、例えば、プレス加工などで連続して形成できるので製造コストを安くすることが可能である。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、成形加工工程は、平板状の導電性材料に吸熱／放熱部（２２）をエッチング処理で形成し、次にそれを折り曲げおよび外形抜きにより電極部材（２０）を形成することを特徴としている。請求項７に記載の発明によれば、上述したプレス加工の他にエッチング処理で形成することで製造コストを安くすることが可能である。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、成形加工工程は、平板状の導電性材料を押し出し加工で断面部を形成し、次にそれを外形抜きにより電極部材（２０）を形成することを特徴としている。請求項８に記載の発明によれば、上述したプレス加工の他に押し出し加工で形成することで製造コストを安くすることが可能である。
【００１９】
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】
【００２０】
（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３に基づいて説明する。図１（ａ）は本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り、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図である。図２は熱電変換装置の主要部の構成を示す分解模式図である。また、図３は熱電変換装置の製造方法における製造工程の流れを示す工程説明図である。
【００２１】
本実施形態の熱電変換装置は、図１（ａ）ないし図３（ｃ）および図２に示すように、絶縁基板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構成された熱電素子基板１０と、隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを電気的に接続する電極部材２０とから構成している。
【００２２】
熱電素子基板１０は、平板状の絶縁材料（例えば、ＰＰＳ樹脂やＬＣＰ樹脂など）からなる絶縁基板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。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少部品である。
【００２３】
なお、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を絶縁基板１１に略碁盤目状に配列するように基板穴を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、絶縁基板１１よりも上端面、下端面が外方に突き出すように形成している。
【００２４】
電極部材２０は、熱電素子基板１０に隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを電気的に接続する電極であって、銅材などの導電性材料からなり平面状に形成した電極部２１が熱電素子１２、１３の上方側ではＰ型からＮ型に電流が流れるように接続し、熱電素子１２、１３の下方側ではＮ型からＰ型に電流が流れるように接続している。
【００２５】
これにより、Ｐ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とが直列的に接続されている。なお、熱電素子１２、１３と電極部材２０との接合は、熱電素子１２、１３の端面と電極部２０との接合面を半田付けで接合している。
【００２６】
また、本実施形態の電極部材２０は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、平面状に形成された電極部２１から外方に延出された平面に電極部２１より伝熱する熱を吸熱もしくは放熱するための吸熱／放熱部２２が一体で形成している。さらに、この形状として、ピン状になるように形成するとともに、電極部２０の背面側に垂直方向に向けて空間を有するように形成している。
【００２７】
言い換えれば、電極部２０の背面側に空間を形成することにより、電極部材２０を熱電素子１２、１３の端面に組み付けるときに、電極部２０の背面側をマウンター装置（後述する）でつまみ易いように形成している。なお、ピン状に形成した吸熱／放熱部２２には、図示していないが電極部２１より伝熱する熱を熱交換するように構成している。
【００２８】
ところで、熱電素子１２、１３間を接続する電極部２１には、ＰＮ接合部を構成する上方側の電極部材２０がペルチェ効果により高温の状態となることで、この高温の熱が吸熱／放熱部２２に伝達して冷却流体（例えば、空気）と熱交換されて温風が得られる。一方、ＮＰ接合部を構成する下方側の電極部材２０がペルチェ効果により低温の状態となることで、この低温の熱が吸熱／放熱部２２に伝達して被冷却流体（例えば、空気）と熱交換されて冷風が得られる。
【００２９】
つまり、熱電素子１２、１３間を流れる電流量に応じて、一端の電極部材２０の温度が上昇して他端の電極部材２０の温度が低下し、さらに、電流方向を逆にするとこれらの熱現象が逆転するというものである。因みに、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。
【００３０】
次に、以上の構成による熱電変換装置の製造方法について説明する。図３に示すように、まず、電極部材２０の製造は、Ａに示すプレス工程において、コイル状の導電性材料をアンコイルしてせん断により電極部２１、吸熱／放熱部２２を一体成形する。そして、Ｂに示す折り曲げ工程において、所望する断面形状となるように折り曲げる。そして、Ｃに示す切断工程において、所定の寸法に外形抜きにより切断する。つまり、ＡないしＣに至る成形加工工程により形成される。
【００３１】
一方、熱電素子基板１０とその熱電素子基板１０に電極部材２０を組み付ける製造工程がＤからＦに至る熱電素子基板１０の組み付け工程と接合工程によって熱電変換装置を製造する。なお、ＤからＦに至る工程では、半導体、制御基板などの電子部品を組み付けるための装置であるマウンター装置を用いて行なうようにしている。
【００３２】
これは、極小部品でかつ数量の多い熱電素子１２、１３および電極部材２０の組み付け性の向上を図ったものであって、熱電素子１２、１３および電極部材２０をつまみ易いような形状に形成することで、これらの組み付けが容易となる。具体的には、Ｄに示す組立工程１において、装置に設けられた治具を熱電素子１２、１３の一端に吸引により摘んで、予め装置に設置された絶縁基板１１の略碁盤目状に形成された基板穴に、Ｐ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを交互に複数個配列して熱電素子群を列設させて一体構成する。これを請求項で言う熱電素子基板１０の組み付け工程である。
【００３３】
そして、Ｅに示す組立工程２において、装置に設けられた治具を成形加工工程で形成された電極部材２０の一端に吸引により摘んで、電極部２１を隣接されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３の端面に設置する。そして、Ｆに示す接合工程において、熱電素子１２、１３の端面と電極部２０との接合面を半田付けで接合している。
【００３４】
なお、以上の工程のうち、ＥおよびＦ工程は片面ごとに行ない、他方の片面は熱電素子基板１０を反転した後に、ＥおよびＦ工程を行なうようにしている。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。
【００３５】
以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、極小部品である熱電素子１２、１３と、隣接する熱電素子１２、１３に接続する電極部材２０を重ね合わせるように接合させたことにより、従来の熱電素子１２、１３と電極部材２０とを直列的に積層させる方式よりも組付作業が容易にできる。
【００３６】
また、隣接する熱電素子１２、１３と電極部材２０とを平面状に形成された電極部２１において半田付けで接合したことにより、接続部で発生する熱を効率的に取り出すことが可能となる。これにより、接続部における熱抵抗を小さくすることができるので装置の熱交換効率を低下させることはない。
【００３７】
また、電極部２１の背面側に垂直方向に向けて空間を有するようにピン状の吸熱／放熱部２２を形成したことにより、半導体、制御基板などの電子部品を組み付けるための装置であるマウンター装置を用いることが可能となる。これにより、極小部品でかつ数量の多い熱電素子１２、１３、電極部材２０の組み付けが容易にできることで組付性の向上が図れる。
【００３８】
また、成形加工工程は、コイル状の導電性材料からせん断、折り曲げ、外形抜きにより電極部材２０を形成することにより、電極部材２０の製造が、例えば、プレス加工などで連続して形成できるので製造コストを安くすることが可能である。
【００３９】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、吸熱／放熱部２２の形状をピン状に形成したが、これに限らず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、吸熱／放熱部２２の形状をフラット状に形成してもよい。また、その他、図５（ａ）ないし（ｃ）のように、電極部２１から外方に延出された平面を切り起こして吸熱／放熱部２２の形状をルーバー状に形成しても良い。
【００４０】
さらに、図６（ａ）ないし（ｃ）のように、電極部２１から外方に延出された平面にスリット孔２３を形成して吸熱／放熱部２２の形状をスリット状に形成しても良い。また、図７（ａ）ないし（ｃ）のように、電極部２１から外方に延出された平面に対して交互に突き出して吸熱／放熱部２２の形状をオフセット状に形成してもよい。
【００４１】
これらの形状によれば、いずれの吸熱／放熱部２２の形状も電極部２１の背面側の垂直方向に向けて形成される空間を縮小することがないのでマウンター装置の活用に支障をきたすことはない。また、吸熱／放熱部２２をこれらの形状で形成することにより、吸熱／放熱部２２の熱交換効率が向上することで装置の熱交換効率を低下させることはない。
【００４２】
（第３実施形態）
以上の実施形態では、電極部材２０の成形加工において、Ａに示すプレス成形（図３参照）で電極部２１と吸熱／放熱部２２とを一体形成したが、これに限らず、図８（ａ）に示すように、平板状の導電性材料に吸熱／放熱部２２をエッチング処理で形成し、次にそれを折り曲げおよび外形抜きにより電極部材２０を形成するようにしても良い。
【００４３】
また、図８（ｂ）に示すように、平板状の導電性材料を押し出し加工で断面部を形成し、次にそれを外形抜きにより電極部材２０を形成するようにしても良い。これによれば、上述したプレス加工よりも製造コストを安くすることが可能である。
【００４４】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、電極部材２０をプレス成形と折り曲げとで別々の工程により形成していたが、ローラ成形により電極部材２０の断面形状を形成しても良い。
【００４５】
また、以上の実施形態では、吸熱／放熱部２２を電極部２１から外方に延出された平面に形成したが、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、電極部２１の一部を切り起こして吸熱／放熱部２２を形成してもよい。ただし、このときには、図９（ａ）に示すように、電極部２１の背面側に垂直方向に対して必要分だけの空間をゆうするとともに、電極部２１の電流通過断面積が必要量確保されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図２】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分解模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態における熱電変換装置の製造工程の流れを示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２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、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換装置の全体構成を示す模式図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換装置の全体構成を示す模式図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換装置の全体構成を示す模式図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は本発明の第３実施形態における電極部材２０の一加工工程を示す矢視図である。
【図９】（ａ）は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、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…熱電素子基板
１１…絶縁基板
１２…Ｐ型熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子
２０…電極部材
２１…電極部
２２…吸熱／放熱部
【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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【図８】
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【図９】
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