(57)【要約】      （修正有）【課題】所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、それぞれ電極が形成された１組の薄膜基板をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の両端面に取付け、ｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を直列に接続して成る熱電モジュールに於いて、熱交換ユニットの水冷板および熱交換板等の相手側部材に対し、熱電モジュールの組付け時において負荷される応力を全体に亘って均一化することができ、併せて全体に亘って熱電モジュールを相手側部材に対して均一に接触させることができ、もって相手側部材との間における接触熱抵抗の低減を可能とし、性能おび品質の向上を達成し得る熱電モジュールを提供する。【解決手段】熱電モジュールにおける一方側薄膜基板および他方側薄膜基板の中央域に取付孔を貫通形成するとともに、上記一方側薄膜基板および他方側薄膜基板の周辺域にも取付孔を貫通形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の一方面に取付けるとともに、他方側薄膜基板における他方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の他方面に取付け、前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子を直列に接続して成る熱電モジュールであって、
前記一方側薄膜基板および前記他方側薄膜基板の中央域に取付孔を貫通形成するとともに、前記一方側薄膜基板および前記他方側薄膜基板の周辺域に取付孔を貫通形成して成ることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
前記取付孔は、前記一方側薄膜基板および前記他方側薄膜基板におけるフィルムベースと、該フィルムベースの表面に形成された金属箔層とを貫通して形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の一方面に取付けるとともに、他方側薄膜基板における他方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の他方面に取付け、ｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を直列に接続して成る熱電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電モジュールの基本的な構成は、周知の如く、平面状に配列した所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子との全てを、各熱電素子の一方面に取付けた一方側電極と、各熱電素子の他方面に取付けた他方側電極とによって直列に接続したものであり、さらに大面積において大きな能力を得ることを目的として、一方側電極および他方側電極を、それぞれフレキシブル基板に設置して成る熱電モジュールが提供されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
また、図９および図１０に示した熱電モジュールＡは、例えば熱交換ユニットを製造する際の組付け性向上等を目的として柔軟性を得るべく提供されたもので、平面状に配列した所定個数のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを、ベースフィルムＢｂに所定個数の一方側電極Ｂｔ、Ｂｔ…を配設した一方側薄膜基板Ｂと、ベースフィルムＣｂに所定個数の一方側電極Ｃｔ、Ｃｔ…を配設した一方側薄膜基板Ｃとで挟持することにより構成されている。
【０００４】
さらに、上記熱電モジュールＡにおいては、一方側薄膜基板Ｂの一方側電極Ｃｔ、Ｃｔ…を、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの一方面に取付けるとともに、他方側薄膜基板Ｃの他方側電極Ｃｔ、Ｃｔ…を、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの他方面に取付けることによって、全てのｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを直列に接続している。
【０００５】
因みに、一方側薄膜基板Ｂに配設された一対の端部電極Ｔ、Ｔには、一方にプラス側の導線Ｗ(ｐ)が接続されているとともに、他方にマイナス側の導線Ｗ(ｍ)が接続されている。
【０００６】
図１１は、上述した熱電モジュールＡを用いて製造された熱交換ユニットを示しており、この熱交換ユニットＵは、水冷板Ｉと熱交換板Ｈとの間に熱電モジュールＡを挟持し、熱電モジュールＡと干渉することのない水冷板Ｉおよび熱交換板Ｈの外周域の複数箇所を、止めネジＳ、Ｓ…を用いて互いに締結することにより構成されている。
【特許文献１】特開２００５−５０７１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来の熱電モジュールＡを用いた熱交換ユニットＵでは、水冷板Ｉおよび熱交換板Ｈの外周域の複数箇所を、止めネジＳによって互いに締結しているため、上記熱電モジュールＡの外周部に偏荷重が付加され、さらにネジＳの締付け力によって、水冷板Ｉおよび熱交換板Ｈが図１１中の二点鎖線で示す如く反り変形し、熱電モジュールＡとの接触が不均一なものとなるため、水冷板Ｉおよび熱交換板Ｈに対する接触熱抵抗が徒らに増大し、もって熱交換ユニットＵとしての性能や品質を低下させる原因となっていた。
【０００８】
上記不都合を解消するには、止めネジＳの締付け力により変形することのないよう、水冷板Ｉおよび熱交換板Ｈの厚さを増して剛性を高めたり、上記水冷板Ｉおよび熱交換板Ｈに剛性の高い材料を使用する等の対応策が考えられるものの、熱交換ユニットＵの徒らな肥大化や、製造に関わるコストの増大を招いてしまう不都合があった。
【０００９】
本発明は上記実状に鑑みて、例えば熱交換ユニットの水冷板および熱交換板等の相手側部材に対し、熱電モジュールの組付け時において負荷される応力を全体に亘って均一化することができ、併せて全体に亘って熱電モジュールを相手側部材に対して均一に接触させることができ、もって相手側部材との間における接触熱抵抗の低減を可能とし、例えば熱交換ユニットにおける性能おび品質の向上を達成し得る熱電モジュールの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するべく、請求項１に関わる熱電モジュールは、所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の一方面に取付けるとともに、他方側薄膜基板における他方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の他方面に取付け、ｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を直列に接続して成る熱電モジュールであって、一方側薄膜基板および他方側薄膜基板の中央域に取付孔を貫通形成するとともに、一方側薄膜基板および他方側薄膜基板の周辺域に取付孔を貫通形成して成ることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明に関わる熱電モジュールは、請求項１の発明に関わる熱電モジュールにおいて、取付孔が、一方側薄膜基板および他方側薄膜基板におけるフィルムベースと、該フィルムベースの表面に形成された金属箔層とを貫通して形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明に関わる熱電モジュールの構成によれば、一方側薄膜基板および他方側薄膜基板の中央域と周辺域とに取付孔を貫通形成したことにより、例えば熱交換ユニットを構成する水冷板と熱交換板との間に熱電モジュールを挟持し、各々の貫通上取付孔に貫通させた止めネジによって、上記熱電寝ジュールの中央域と周辺域とを締結することにより、熱電モジュールの組付け時において負荷される応力を全体に亘って均一化することができ、併せて全体に亘って熱電モジュールを相手側部材に対して均一に接触させることができ、もって相手側部材との間における接触熱抵抗の低減を可能とし、例えば熱交換ユニットにおける性能おび品質の向上を達成し得る熱電モジュールを得ることができる。
【００１３】
請求項２の発明に関わる熱電モジュールの構成によれば、一方側薄膜基板および他方側薄膜基板のフィルムベースと金属箔層とを貫通させて取付孔を形成したことで、上記取付孔の周囲が金属箔層により補強されて強度が大幅に向上し、もって不用意な損傷を未然に防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施例を示す図面に基づいて、本発明の構成を詳細に説明する。  
図１〜図４は、本発明に関わる熱電モジュールの一実施例を示しており、この熱電モジュール１は、平面状に配列した所定個数のｐ型熱電素子Ｐ、Ｐ…、および所定個数のｎ型熱電素子Ｎ、Ｎ…を具備し、さらに全てのｐ型熱電素子Ｐとｎ型熱電素子Ｎとを上下から挟持する、一方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０を具備している。
【００１５】
上記一方側薄膜基板１０は、矩形状を呈するベースフィルム１１の表面に、所定個数の一方側電極１２、１２…を配設して成り、また上記他方側薄膜基板２０は、矩形状を呈するベースフィルム２１の表面に、所定個数の他方側電極２２、２２…を配設して成っており、上記一方側薄膜基板１０の一方側電極１２、１２…を、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの一方面にハンダ付けするとともに、他方側薄膜基板２０の他方側電極２２、２２…を、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの他方面にハンダ付けすることによって、全てのｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを互いに直列に接続している。
【００１６】
なお、図３および図４に示す如く、一方側薄膜基板１０のベースフイルム１１に配設された一対の端部電極１２ｔ、１２ｔには、一方にプラス側の導線３０Ａがハンダ付けされているとともに、他方にマイナス側の導線３０Ｂがハンダ付けされている。
【００１７】
図２に示す如く、上記一方側薄膜基板１０におけるベースフイルム１１の中央域には、取付孔１４が貫通形成されているとともに、上記ベースフイルム１１の周辺域にも、上記ベースフィルム１１の四方の縁部に沿って取付孔１４、１４…が貫通形成されており、上記一方側薄膜基板１０のベースフイルム１１には、その中央域と周辺域とにおいて、一方側電極１２、１２…を避けて計９個の取付孔１４、１４…が形成されている。
【００１８】
一方、図１に示す如く、上記他方側薄膜基板２０におけるベースフイルム２１の中央域には、取付孔２４が貫通形成されているとともに、上記ベースフイルム２１の周辺域にも、上記ベースフィルム２１の四方の縁部に沿って取付孔２４、２４…が貫通形成されており、上記他方側薄膜基板２０のベースフイルム２１には、その中央域と周辺域とにおいて、上述した一方側薄膜基板１０の取付孔１４、１４…と相対向する態様で、計９個の取付孔２４、２４…が形成されている。
【００１９】
図４、図５および図６に示す如く、一方側薄膜基板１０における取付孔１４、１４…は、ベースフイルム１１の表面に形成された矩形状の金属箔層から成る補強部１３に、ベースフイルム１１とともに貫通形成されている(図７(ｂ)参照)。また、ベースフイルム１１の側縁(図中の上縁と下縁)に沿って並ぶ３箇所の補強部１３は、ベースフイルム１１の側縁に倣って延在する桟部１３(ｌ)によって連結されている。
【００２０】
同じく、他方側薄膜基板２０における取付孔２４、２４…は、ベースフイルム２１の表面に形成された矩形状の金属箔層から成る補強部２３に、ベースフイルム２１とともに貫通形成されている(図７(ａ)参照)。また、ベースフイルム２１の側縁(図中の上縁と下縁)に沿って並ぶ３箇所の補強部２３は、ベースフイルム２１の側縁に倣って延在する桟部２３(ｌ)によって連結されている。
【００２１】
ここで、上記一方側薄膜基板１０は、表面の全体に金属箔層を形成したベースフイルム１１を用意し、エッチングによって金属箔層から形成した電極部１３(ｔ)、１３(ｔ)…に、一方側電極１２、１２…をハンダ接合して成るもので、上記補強部１３および桟部１３(ｌ)は、上記電極部１３(ｔ)、１３(ｔ)…とともにエッチングにより金属箔層から形成されている。
【００２２】
同じく、上記他方側薄膜基板２０は、表面の全体に金属箔層を形成したベースフイルム２１を用意し、エッチングによって金属箔層から形成した電極部２３(ｔ)、２３(ｔ)…に、一方側電極２２、２２…をハンダ接合して成るもので、上記補強部２３および桟部２３(ｌ)は、上記電極部２３(ｔ)、２３(ｔ)…とともにエッチングにより金属箔層から形成されている。
【００２３】
図８は、上述した熱電モジュール１を用いて製造した熱交換ユニットの一例を示しており、この熱交換ユニット１００は、熱交換板１０１と水冷板１０２との間に熱電モジュール１を挟持し、水冷板１０２と熱電モジュール１とを貫通して熱交換板１０１に螺着する複数の止めネジ１０３、１０３…によって、熱交換板１０１と水冷板１０２との複数箇所を互いに締結することで構成されている。
【００２４】
ここで、複数の止めネジ１０３、１０３…のうち、一本の止めネジ１０３は、熱電モジュール１の他方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０の中央域に形成されて相対向する、一組の取付孔１４および取付孔２４を貫通しており、その他の止めネジ１０３、１０３…は、熱電モジュール１の他方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０の周辺域に形成されて相対向する、取付孔１４、１４…および取付孔２４、２４…を貫通している。
【００２５】
上述の如く構成された熱交換ユニット１００によれば、該熱交換ユニット１００の構成要素である熱電モジュール１において、一方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０の中央域と周辺域とに取付孔(１４、２４)を貫通形成したことで、熱交換板１０１と水冷板１０２との間に挟持した熱電モジュール１は、複数の取付孔(１４、２４)に貫通させた止めネジ１０３、１０３…によって、その中央域および周辺域が締結されることとなる。
【００２６】
このように、熱電モジュール１における中央域と周辺域とが締結されることで、組付け時において負荷される応力が熱電モジュール１の全体に亘って均一化することとなり、相手側部材である熱交換板１０１および水冷板１０２に対して、熱電モジュール１を全体に亘って均一に接触させることができ、熱交換板１０１および水冷板１０２との間における接触熱抵抗が低減し、もって熱交換ユニットにおける性能および品質の向上を達成することが可能となる。
【００２７】
また、上述した構成の熱電モジュール１によれば、一方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０のフィルムベース(１１、２１)と金属箔層(１３、２３)とを貫通させて取付孔(１４、２４)を形成したことで、上記取付孔(１４、２４)の周囲が金属箔層(１３、２３)により補強されて強度が大幅に向上し、もって不用意な損傷を未然に防止することが可能となる。
【００２８】
さらに、実施例の熱電モジュール１によれば、一方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０のフィルムベース(１１、２１)の側縁に沿って並ぶ３箇所の補強部(１３、２３)を、ベースフイルム(１１、２１)の側縁に倣って延在する桟部(１３(ｌ)、２３(ｌ))によって連結したことで、ベースフイルム(１１、２１)における側縁の強度が向上し、もって不用意な損傷を未然に防止することが可能となる。
【００２９】
なお、上述した実施例の熱電モジュール１においては、一方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０の中央域と周辺域との、計９箇所に取付孔(１４、２４)を貫通形成しているが、中央域と周辺域との位置関係を順守するものであれば、取付孔の設置個数およびレイアウト(位置態様)は、熱電モジュールの仕様等に基づいて任意に設定し得ることは勿論である。
【００３０】
また、上述した実施例の熱電モジュール１においては、一方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０のフィルムベース(１１、２１)の対向する側縁に沿って、補強部(１３、２３)を連結する桟部(１３(ｌ)、２３(ｌ))を設けているが、周辺域の取付孔(補強部)をフィルムベース(１１、２１)の四方の縁部に近づけて配置し、フィルムベース(１１、２１)の全周に亘って桟部を形成しても良く、これによってベースフイルム(１１、２１)の全周の強度が向上し、不用意な損傷を未然に防止することが可能となる。
【００３１】
また、上述した実施例の熱電モジュール１においては、一方側薄膜基板および他方側薄膜基板のフィルムベースに金属箔層から成る補強部を設け、フィルムベースと補強部とに亘って取付孔を貫通形成しているが、金属箔層から成る補強部を設けることなく、一方側薄膜基板および他方側薄膜基板のフィルムベースにのみ取付孔を形成しても良く、このような構成おいても、相手側部材に対して熱電モジュールを全体に亘って均一に接触させることができ、もって相手側部材との間における接触熱抵抗を低減させ得ることは言うまでもない。
【００３２】
さらに、上述した実施例においては、水冷板と熱交換板との間に本発明の熱電モジュールを挟持して成る熱交換ユニットを開示しているが、熱交換モジュールを相手側部材に当接させて成る種々の装置に対しても、本発明に関わる熱交換モジュールを極めて有効に適用し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に関わる熱電モジュールの一実施例を示す全体上面図。
【図２】図１に示した熱電モジュールの全体下面図。
【図３】図１に示した熱電モジュールの側面断面である図１中のIII−III線断面図。
【図４】図１に示した熱電モジュールから上面側の薄膜基板を取り除いた状態を上方から観た全体平面図。
【図５】図１に示した熱電モジュールの上面側の薄膜基板を実装面から観た平面図。
【図６】図１に示した熱電モジュールの下面側の薄膜基板を実装面から観た平面図。
【図７】(ａ)は上面側の薄膜基板における取付孔を含む断面を示す図５中のａ−ａ線断面図、(ｂ)は下面側の薄膜基板における取付孔を含む断面である図６中のｂ−ｂ線断面図。
【図８】図１に示した熱電モジュールの組付け状態を示す熱交換装置の概念図。
【図９】(ａ)および(ｂ)は、従来の熱電モジュールを示す平面図および側面図。
【図１０】図９中のＸ−Ｘ線断面図。
【図１１】従来の熱電モジュールの組付け状態を示す熱交換装置の概念図。
【符号の説明】
【００３４】
１…熱電モジュール、
１０…一方側薄膜基板、
１１…ベースフィルム、
１２…一方側電極、
１３…金属箔層、
１４…取付孔、
２０…他方側薄膜基板、
２１…ベースフィルム、
２２…他方側電極、
２３…金属箔層、
２４…取付孔、
Ｐ…ｐ型熱電半導体素子(熱電素子)、
Ｎ…ｎ型熱電半導体素子(熱電素子)、
１００…熱交換ユニット、
１０１…水冷板、
１０２…熱交換板、
１０３…止めネジ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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