(57)【要約】【課題】基板の温度分布がほぼ均一で信頼性が高い熱電変換モジュールを提供する。【解決手段】上下に間隔を介して対向配置された２枚の基板６，７の対向表面に複数の電極２を互いに間隔を介して形成し、上側基板６の表面の電極２と下側基板７の表面の電極２とは形成電極２の位置を互いにずらした状態で形成し、基板６，７間には複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を立設配置する。隣り合う熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を対応する電極２を介して順次接続して電極２と熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）とに電流を流す複数の独立した電流経路１（１ａ，１ｂ）を形成し、該電流経路１ａ，１ｂを互いに並設して基板６，７の電極形成面全体にわたって引き回し形成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に間隔を介して対向配置された２枚の基板を有し、これらの基板の対向表面には複数の電極が互いに間隔を介して形成されていて、上側基板表面の電極と下側基板表面の電極とは形成電極の位置を互いにずらした状態で形成されており、前記基板間には複数の熱電変換素子が立設配置され、隣り合う熱電変換素子が対応する電極を介して順次接続されて前記電極と前記熱電変換素子とに電流を流す複数の独立した電流経路が形成されており、該電流経路は互いに並設されて前記基板の電極形成面全体にわたって引き回し形成されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光通信用部品、理化学機器、携帯用クーラ、半導体プロセス中でのプロセス温度管理等に用いられて冷却や加熱を行う熱電変換モジュールや、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電変換モジュールに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
例えば図４に示すようなペルチェモジュール等の熱電変換モジュールが、光通信分野等の様々な分野に用いられている。熱電変換モジュールは、上下に互いに間隔を介して対向配置された２枚の基板６，７の間に、複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を立設配置して形成されている。
【０００３】
なお、本明細書において、「上下に互いに間隔を介して対向配置された基板」という表現における上下は、図４に示すような姿勢の状態における上下を意味しており、熱電変換モジュールを使用するときの姿勢は問わない。
【０００４】
基板６，７は、電気絶縁性を有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック製の基板であり、基板６，７の対向表面には複数の導通用の電極２が互いに間隔を介して形成されていて、上側基板６の表面の電極２と下側基板７の表面の電極２とは形成電極２の位置を互いにずらした状態で形成されている。
【０００５】
前記熱電変換素子５が対応する電極２を介して直列に接続されており、熱電変換素子５の接続回路が形成されている。なお、熱電変換素子５は、例えば図示されていない半田によって電極２に固定されている。
【０００６】
熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、ペルチェ素子として一般的に知られており、Ｐ型半導体により形成されたＰ型の熱電変換素子５ａと、Ｎ型半導体により形成されたＮ型の熱電変換素子５ｂとを有する。Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは交互に配置され、電極２を介して直列に接続されてＰＮ素子対が形成されている。
【０００７】
Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは、それぞれ、例えばビスマス・テルル等の金属間化合物にアンチモン、セレン等の元素を添加することにより形成されている。１つの熱電変換素子５は直径０．６〜３ｍｍ程度、長さ０．５〜３ｍｍ程度である。また、前記基板６，７は、例えば厚さ３ｍｍ程度に形成されている。
【０００８】
例えば下側の基板７に形成された、熱電変換素子５の接続回路の端部に位置する電極２（２ａ）にはリード線１０が半田９により半田付けされて接続されている。この熱電変換モジュールにおいて、通電手段（図示せず）によってリード線１０から電極２ａに電流を流すと、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電流が流れる。
【０００９】
そして、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。つまり、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ効果が生じる。
【００１０】
このペルチェ効果によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部、例えば上端部が発熱せしめられると、この熱が上側の基板６を介して、基板６の上側に設けられた部材に伝えられ、この部材の加熱が行われる。また、その逆に、ペルチェ効果によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の例えば上端部が冷却せしめられると、基板６を介し、基板６の上側に設けられた部材の冷却（吸熱）が行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような熱電変換モジュールにおいて、図３に示すような熱電変換モジュールが提案されている。なお、図３の（ａ）は、この提案の熱電変換モジュールの上側基板６の電極形成面を示す平面図であり、同図の（ｂ）は、この熱電変換モジュールを、上側基板６を透かした状態で示す平面図であり、同図の（ｃ）は、この熱電変換モジュールの側面図である。
【００１２】
この提案の熱電変換モジュールは、基板６，７の片端側に設けられた電極２と熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）とに電流を流す電流経路１ａと、基板６，７の残りの領域に設けられた電極２と熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）とに電流を流す電流経路１ｂを設け、これらの電流経路１ａ，１ｂを並列接続して形成されている。
【００１３】
なお、図３の（ｂ）においては、説明を分かりやすくするために、電流経路１ｂを破線で示しているが、電流経路１ｂも電流経路１ａと同様に連続した経路である。
【００１４】
しかしながら、電流経路１ａ側の抵抗値と電流経路１ｂ側の抵抗値は、電極２や熱電変換素子５の微妙な作製誤差等に伴って微妙に異なるものであり、この微妙な差による電流の流れの差が発生する。そうすると、例えばこの熱電変換モジュールの基板６の上面が、熱電変換モジュールの動作時に偏った温度分布を有するものになってしまう。
【００１５】
また、図３に示す構成において、電流経路１ａ，１ｂのいずれか一方側が故障したときには、顕著な温度分布障害または温度分布異常が発生し、熱電変換モジュールによって冷却する機器に影響しかねないことになり、信頼性を損ねるといった問題が生じる。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、基板の温度分布がほぼ均一で信頼性が高い熱電変換モジュールを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、本発明は、上下に間隔を介して対向配置された２枚の基板を有し、これらの基板の対向表面には複数の電極が互いに間隔を介して形成されていて、上側基板表面の電極と下側基板表面の電極とは形成電極の位置を互いにずらした状態で形成されており、前記基板間には複数の熱電変換素子が立設配置され、隣り合う熱電変換素子が対応する電極を介して順次接続されて前記電極と前記熱電変換素子とに電流を流す複数の独立した電流経路が形成されており、該電流経路は互いに並設されて前記基板の電極形成面全体にわたって引き回し形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００１９】
図１には、本発明に係る熱電変換モジュールの一実施形態例が示されており、図１の（ｃ）に示すように、本実施形態例の熱電変換モジュールも、従来例と同様に、上下に間隔を介して配置された２枚の基板６，７と、これらの基板６，７の対向表面に形成された複数の電極２と、基板６，７の間に立設配置された複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を有している。
【００２０】
なお、図１の（ａ）は、基板６の電極形成面の平面図であり、同図の（ｂ）は、熱電変換モジュールを、上側基板６を透かした状態で示す平面図であり、同図の（ｃ）は本実施形態例の熱電変換モジュールの側面図である。
【００２１】
本実施形態例の熱電変換モジュールの特徴は、図１の（ｂ）に示すように、隣り合う熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が対応する電極２を介して順次接続されて、電極２と熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）とに電流を流す複数（ここでは２つ）の独立した電流経路１（１ａ，１ｂ）が形成されており、該電流経路１（１ａ，１ｂ）が互いに並設されて基板６，７の電極形成面全体にわたって引き回し形成されていることである。
【００２２】
電流経路１ａ，１ｂは、基板７に形成されている電極２ａ１，２ａ２で分岐している。また、電流経路１ａ，１ｂは、基板６，７の一端側１１から他端側１２にかけて並設され、さらに、基板６，７の一端側１１と他端側１２で順次折り返して形成されている。
【００２３】
なお、図１の（ｂ）においては、説明を分かりやすくするために、電流経路１ｂを破線で示しているが、電流経路１ｂも電流経路１ａと同様に連続した経路である。
【００２４】
本実施形態例は以上のように構成されており、上記２つの電流経路１ａ，１ｂが、互いに並設されて基板６，７の電極形成面全体にわたって引き回し形成されているので、電流経路１ａ側の抵抗値と電流経路１ｂ側の抵抗値が微妙に異なっていて、この微妙な差による電流の流れの差が発生しても、例えば熱電変換モジュールの基板６の上面温度が偏ることを抑制できる。
【００２５】
また、本実施形態例によれば、たとえ電流経路１ａ，１ｂのいずれか一方側が故障しても、図３に示した熱電変換モジュールのように、顕著な温度分布障害や温度分布異常が発生することはなく、信頼性の高い熱電変換モジュールを実現することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、２つの電流経路１ａ，１ｂを有していたが、３つ以上の独立した電流経路１を設けて熱電変換モジュールを形成してもよい。この場合も、３つ以上の独立した電流経路１を互いに並設して基板６，７の電極形成面全体にわたって引き回し形成することにより、上記実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
また、電流経路１の形成態様は、上記実施形態例に限定されるものではなく、適宜設定されるものであり、例えば図２に示すような態様で、２つ以上（ここでは２つ）の電流経路１（ここでは１ａ，１ｂ）を配設してもよい。
【００２８】
さらに、上記説明は、いずれもペルチェ効果によって、熱電変換モジュールが冷却・加熱を行う例について説明したが、本発明の熱電変換モジュールは、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電変換モジュールにも適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、熱電変換モジュールの上下の基板間に設けられた隣り合う熱電変換素子が対応する電極２を介して順次接続されて、複数の独立した電流経路が形成され、該電流経路が互いに並設されて基板の電極形成面全体にわたって引き回し形成されているので、各電流経路の抵抗値が微妙に異なっていて、この微妙な差による電流の流れの差が発生しても、熱電変換モジュールの基板の温度が偏ることを抑制できる。
【００３０】
また、本発明によれば、たとえ上記独立した複数の電流経路のいずれかが故障しても、顕著な温度分布障害や温度分布異常が発生することはなく、信頼性の高い熱電変換モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱電変換モジュールの一実施形態例を模式的に示す要部構成図である。
【図２】本発明に係る熱電変換モジュールの他の実施形態例に形成されている電流経路を模式的に示す説明図である。
【図３】熱電変換モジュールにおいて、電極と熱電変換素子に電流を流す２つの電流経路を備えた熱電変換モジュールの提案例を示す説明図である。
【図４】従来の熱電変換モジュールの例を側面図により示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ　電流経路
２　電極
５，５ａ，５ｂ　熱電変換素子
６，７　基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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