(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に複数個のペルチェ素子を並置配設するとともに各基板に設けた接合電極にペルチェ素子が接合されているペルチェモジュールであって、各基板は接合電極配設部を囲む閉ループ状に形成された電源供給用リード電極を備えており、ペルチェ素子の配設部を囲む筒状であり且つ両端が基板に接続されたシール枠の両端開口縁が上記リード電極に接合されて、該シール枠で上記配設部が密閉されていることを特徴とするペルチェモジュール。
【請求項２】
筒状のシール枠はプラスチックからなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール。
【請求項３】
筒状のシール枠は絞り形成されたステンレス板からなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール。
【請求項４】
筒状のシール枠は非親水性処理が施された紙製のものであることを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール。
【請求項５】
リード電極は基板上においてシール枠の外周側に引き出された外部リード線接続用の端子部を備えていることを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール。
【請求項６】
基板はアルミ表面にアルミナ又は酸化ケイ素のメッキ処理を施したもので形成されており、接合電極及びリード電極は溶射工法で形成されていることを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール。
【請求項７】
一対の基板はシール枠の外側において複数本の支柱で連結されていることを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は複数のペルチェ素子からなるペルチェモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の基板間に複数個の熱電変換素子であるペルチェ素子を並置配設するとともに各基板に設けた接合電極にペルチェ素子を接合することで各ペルチェ素子を電気的に直列に且つ熱的に並列になるように接続配置したペルチェモジュールでは、湿度によるペルチェ素子の劣化を防ぐために、両基板間のペルチェ素子配設部の外周を密閉する防湿構造がとられる。たとえば特開平６−１７４３２９号公報に示されているように、ブチルゴムやシリコンゴム等からなるシール部材を上記外周部に充填したり、特開平６−２９４５６２号公報に示されているようにペルチェモジュールを封止袋で包んだり、あるいは特開平２−８３４４６号公報に示されているように、上記外周部に接着剤を充填することで密閉壁を形成することなどが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ブチルゴムやシリコンゴム等からなるシール部材や接着剤を充填して密閉壁を設けたものは、長期的にみると水分の侵入を許してしまい、ペルチェ素子を含む構成部材の腐食で電気的に断線してしまうことがある。接着剤を用いたものでは熱伝導率の低下を招くことも問題となる。
【０００４】
ペルチェモジュールを封止袋で包んだものでは、封止袋の熱伝導性が高くとも、このような部材が存在することは全体としての熱伝導率が低下し、熱的性能が劣ったものとなってしまう。
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは熱的性能や組立性を低下させることなく耐湿（防湿）性能の向上を得ることができるペルチェモジュールを提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、一対の基板間に複数個のペルチェ素子を並置配設するとともに各基板に設けた接合電極にペルチェ素子が接合されているペルチェモジュールにおいて、各基板は接合電極配設部を囲む閉ループ状に形成された電源供給用リード電極を備えており、ペルチェ素子の配設部を囲む筒状であり且つ両端が基板に接続されたシール枠の両端開口縁が上記リード電極に接合されて、該シール枠で上記配設部が密閉されていることに特徴を有している。
【０００６】
この時、筒状のシール枠にはプラスチックからなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたもの、絞り形成されたステンレス板からなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたもの、非親水性処理が施された紙製のものなどを好適に用いることができる。
【０００７】
また上記リード電極には基板上においてシール枠の外周側に引き出された外部リード線接続用の端子部を備えているものが好ましい。
さらに基板はアルミ表面にアルミナ又は酸化ケイ素のメッキ処理を施したもので形成し、接合電極及びリード電極は溶射工法で形成したものを好適に用いることができる。一対の基板がシール枠の外側において複数本の支柱で連結されているものであってもよい。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、基板間におけるペルチェ素子の配設部の外周をシール材や接着剤の充填で閉じるのではなく、筒状で且つ両端が基板に接合されるシール枠を用いていることから、水分の侵入の防止性能はシール枠の材質でほぼ決定されてしまうものであり、このために湿気の侵入の確実な防止を容易に行うことができるものである。
【０００９】
しかも、各基板に接合電極配設部を囲む閉ループ状に形成された電源供給用リード電極を設け、シール枠の両端開口縁を上記リード電極に接合しているために、防湿性の点で問題を有する接着剤の使用を排除することができる。
上記シール枠としてプラスチックからなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたものを用いた時にはシール枠の製作が容易であり、シール枠として絞り形成されたステンレス板からなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたものを用いる時には、モジュールの強度の大幅な向上を図ることができる。また、シール枠として非親水性処理が施された紙製のものを用いる時には、シール枠を容易に且つ安価に製作することができる。
【００１０】
また上記リード電極を有するものにおいて、リード電極に基板上においてシール枠の外周側に引き出された外部リード線接続用の端子部を設けたならば、端子の引き出し部が防湿性を低下させることがない。
さらに基板をアルミ表面にアルミナ又は酸化ケイ素のメッキ処理を施したもので形成し、接合電極及びリード電極は溶射工法で形成している時、基板として適切な特性を有するものを簡便に得ることができ、一対の基板をシール枠の外側において複数本の支柱で連結している時には、機械的強度の向上を図ることができる。
【００１１】
【実施例】
以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、ここで示すペルチェモジュールは、図１及び図３に示すように、複数のペルチェ素子１，一対の基板２，２、筒状のシール枠３、基板２の四隅において一対の基板２，２同士を連結している筒状の支柱４で構成されている。
【００１２】
各ペルチェ素子１はＰ型の素子とＮ型の素子とが基板２，２の対向面に形成された接合電極１０によってπ型に順次接続されることで、電気的に直列に且つ熱的に並列に接続されている。また、各基板２における接合電極１０とペルチェ素子１とで構成される上記直列回路の両端は、各基板２の対向面に形成されているとともに外部との接続用の端子部１２を備えているリード電極１１に接続されている。
【００１３】
図５に一方の基板２を、図６に他方の基板２を示す。両基板２においては、ペルチェ素子１の直列接続のために接合電極１０の位置がずらされている。また、図から明らかなように、各基板２に設けられたリード電極１１は、接合電極１０の配置部分、つまり複数のペルチェ素子１の配置部分を囲む閉ループを構成する環状のものとして形成されている。
【００１４】
少なくとも表面が電気絶縁性を有するものとなっている上記基板２は、アルミナまたは窒化アルミのような単体、あるいはアルミの表面にアルマイト処理をしたもの、アルミの表面にアルミナまたは酸化ケイ素層を形成したもの、銅の表面に薄い接着絶縁層を形成したものなどの複合材で形成されたシート状のものとなっている。基板２として求められる特性及び後述の熱応力吸収部２０を含む製造の容易さという点では、図７や図９に示すように、アルミ２１の表面にアルミナまたは酸化ケイ素等のセラミック２２をメッキ処理したものが好適である。そしてこの基板２表面に設ける接合電極１０やリード電極１１、端子部１２などは溶射工法を用いることで簡便に形成することができる。
【００１５】
前記シール枠３は、ペルチェ素子１の配置部分を密封するためのもので、たとえばＡＢＳ樹脂などの絶縁材で筒状に形成されており、両端開口縁が各基板２の前記リード電極１１の閉ループ部分に接合されることで基板２，２と併せて、全ペルチェ素子１の配置空間を防湿のために密閉している。ここで、シール枠３とリード電極１１との接合は、図７に示すように、シール枠３におけるリード電極１１との接合に供する部分に、予め銅、ニッケル、錫等の金属膜３０をメッキや溶射などにより形成しておき、リード電極１１にはろう付けや半田付けの金属接合で接合している。長期的に見れば水分の侵入を許しやすい接着剤の使用を避けるためである。なお、ここにおけるシール枠３は、基板２，２の対向方向における荷重を担うものともなっている。
【００１６】
筒状の各支柱４はたとえば熱伝導度の低いファイバープラスチックなどで形成されているとともにその両端に銅、ニッケル、錫等の金属膜がメッキや溶射などで形成されたもので、基板２側に溶射等で設けた金属部１３にシール枠３の場合と同様にろう付けや半田付けで接合されている。なお、金属部１３はリード電極１１に対して絶縁されている。金属部１３は基板２に接合電極１０やリード電極１１への溶射工法による形成時に同時に形成すればよく、さらにペルチェ素子１とシール枠３と支柱４とを基板２に同時に接合することができるために、組立性もきわめて良好なものとすることができる。
【００１７】
そして、上記ペルチェ素子１は、接合電極１０に直接接合されるのではなく、熱応力緩和のための緩和部材１５を介して接合電極１０に接合されている。緩和部材１５は、電気伝導度及び熱伝導度が高く且つペルチェ素子１とヤング率がほぼ等しい材質、たとえば焼鈍した銅からなるもので、ペルチェ素子１の両面に無害の金属を予めメッキしておき、ニッケル、金、半田等のメッキが施された緩和部材１５をペルチェ素子１の両面に半田接合することで、ペルチェ素子１を一対の緩和部材１５，１５でサンドイッチしておき、このサンドイッチ構造となったペルチェ素子１を基板１の接合電極１０に半田接合もしくは金属ペーストにより接合してある。緩和部材１５として銅を用いているのは、電気伝導度及び熱伝導度が高く且つ安価な材料であるためであり、また焼鈍してあるのは、ペルチェ素子１に比して高い銅のヤング率をペルチェ素子１のヤング率とほぼ同じ値まで下げるためである。
【００１８】
このようにペルチェ素子１と基板２との間に緩和部材１５を介在させた場合、ペルチェ素子１の抵抗値を小さく保ちつつ実質的な高さを大きくすることができ、そしてペルチェ素子１と緩和部材１５との一体部材に熱応力が加わることになるためにペルチェ素子１と緩和部材１５との接合部にかかる熱応力を軽減することができるほか、加熱側となる基板２と冷却側となる基板２との間の距離をかせぐことができるため、熱輻射によるロスを低減して性能向上を図ることができるものともなる。
【００１９】
また各基板２は、接合電極１０，１０間の部分及び接合電極１０とリード電極１１との間の部分に、互いの対向面側に突出する複数本の突条からなる熱応力吸収部２０を備えている。なお、リード電極１１と接合電極１０との接続部及び一部の接合電極１０はこの熱応力吸収部２０を横切って設けられている。各基板２，２の外面側には、上記筒状の支柱４を貫通するボルトによって、熱交換部材が固着される。
【００２０】
上記熱応力吸収部２０は、基板２が図９に示すようにアルミ２１の表面にセラミック層２２を設けたものである場合、アルミの薄板２１（たとえば厚み０．１ｍｍ）に金型等で絞りを入れることで形成され、セラミック層２２や電極１０，１１は熱応力吸収部２０の形成後に形成される。熱応力吸収部２０は、基板２の熱による伸縮が基板２とペルチェ素子１（緩和部材１５）との接合部に与える応力を軽減するものであり、緩和部材１５の存在が前述のようにペルチェ素子１自体にかかる応力を軽減することもあって、ペルチェ素子１が熱応力によって破損することはない。
【００２１】
また図９に示すように、突条として形成された熱応力吸収部２０に接合電極１０の一部が乗り上げるようにしておき、この乗り上げ部分でペルチェ素子１（と緩和部材１５のブロック）の位置を規制するようにして、熱応力吸収部２０がペルチェ素子１の配列位置決め部材を兼ねるようにしておけば、組立時のばらつきを軽減してペルチェ素子１間の絶縁ピッチを一定に保つことができ、組立性の向上及び電気的特性の向上に寄与することになる。接合電極１０をこのように形成するにあたっては、図９に示すように、ソルダーレジスト８などの絶縁材を利用するとよい。溶射工法による接合電極１０やリード電極１１などの形成が容易且つ精確なものとすることができる。つまり、溶射の際の銅などの粉末が電極形成部以外に付着しても容易に除去することができるものであり、電極間の絶縁を確実に行うことができる。
【００２２】
図１０及び図１１に示す実施例は、ポリエチレンやポリスチレン、ポリプロピレン、エンジニアリングプラスチック等からなるとともにペルチェ素子１の貫通孔６０を備えている位置決めシート６を基板２，２間の部分に配設したもので、位置決めシート６による各ペルチェ素子１の位置決め整列により、ペルチェモジュールの組立性の向上と、熱ストレスなどによるペルチェ素子１の移動の規制とを図ったものである。また図１０に示すものでは、支柱４として蛇腹状のものを用いているが、これは衝撃緩和機能を支柱４に持たせるためである。
【００２３】
筒状のシール枠３としては、図１２に示すようにように、一端に内フランジ３１、他端に外フランジ３２を有するものとして絞り形成されたステンレス板からなるものを用いてもよい。この場合においてもリード電極１１との接合に供する部分には銅やニッケル、錫などの接合しやすい金属の層をメッキや溶射などによってシール枠３の端縁に形成して、リード電極１１への金属接合を行えるようにしておく。この場合、シール枠３の機械的強度が大であるために、前記支柱４がなくともペルチェモジュールに十分な強度を持たせることができるとともに、支柱４の配設スペースが不要となるためにモジュールの小型化を図ることができるものとなる。
【００２４】
またシール枠３としては、図１３に示すように、段ボール紙状の紙製の筒状のものに非親水性処理、たとえばワニス処理、パリレン処理、低融点ガラスによる処理を施したものを用いることができる。さらに、該シール枠３を上記リード電極１１に接合するために、閉ループ状の薄い銅板３９をシール枠３の両端開口縁に接着で取り付けてもよい。
【００２５】
いずれにしても、シール枠３としては、両端間の熱抵抗が高く、電気的に絶縁されており、さらに湿気の侵入を防ぐものであれば、そして好ましくは強度が高いものであれば、どのようなものでも好適に用いることができる。
さらには、ペルチェ素子１には結晶タイプのものと焼結タイプのものとがあるが、効率的には結晶タイプのものが高い。従って効率の良さを求めるならば、結晶タイプを使用することになるが、この結晶タイプは機械的ストレスに対して脆いという問題を有している。一方、焼結タイプのものは効率が劣るものの機械的ストレスに対しては結晶タイプのものよりも耐性が大きい。このために、多数個配置したペルチェ素子１のうち、四隅部分と中央部分に位置するペルチェ素子１（Ｐ型素子）を焼結タイプで構成し、残るペルチェ素子１を結晶タイプで構成するならば、機械的荷重を焼結タイプのペルチェ素子１で受けることが可能となり、対荷重性能が高く、しかも効率のよいものを得ることができる。場合によっては支柱４が無くとも荷重に耐えることができるものとなるために、モジュールの小型化にも寄与するものとなる。
【００２６】
ところで、リード電極１１における端子部１２をシール枠３が接合される閉ループ状のものから外側に引き出しているのは、端子部１２を設けることが防湿性の低下を招くことがないようにするためであり、また端子部１２を図５及び図６に示すようにＬ字形に延設したものとして形成しているのは、端子部１２への外部リード線の半田付け時の熱の影響が、シール枠３とリード電極１１との接合に及びにくくなるようにするためであるが、図１４に示すように、基板２に端子片２５を切り起こしによって形成して、この端子片２５でリード線２９をかしめ固定する時には、半田付けの熱影響を考える必要がなくなり、従って端子部１２とリード電極１１におけるシール枠３の接合部との間の距離を大きくとる必要もなくなる。
【００２７】
図１５に示すように、基板２を貫通する別途固定片２６によってリード線２９を固定してもよい。基板２における固定片２６のかしめ部に設けた凹部２７は、熱交換部材と固定片２６とを干渉を避けるためのものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、基板間におけるペルチェ素子の配設部の外周をシール材や接着剤の充填で閉じるのではなく、筒状で且つ両端が基板に接合されるシール枠を用いていることから、水分の侵入の防止性能はシール枠の材質でほぼ決定されてしまうものであり、このために湿気の侵入の確実な防止を容易に行うことができるものである。また、熱的性能の低下を抑えることも容易であり、モジュール全体の強度の向上にも寄与させることができて、耐衝撃性能の向上も図ることができる。
【００２９】
しかも、各基板に接合電極配設部を囲む閉ループ状に形成された電源供給用リード電極を設け、シール枠の両端開口縁を上記リード電極に接合していることから、防湿性の点で問題を有する接着剤の使用を排除することができ、より高い防湿性を得ることができる。
また、シール枠としてプラスチックからなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたものを用いた時にはシール枠を容易に且つ安価に製作することができるために全体としてのコスト低減を図ることができ、シール枠として絞り形成されたステンレス板からなるとともにリード電極との接合部に接合用金属被膜が形成されたものを用いる時には、モジュールの強度の向上をより高めることができる。また、シール枠として非親水性処理が施された紙製のものを用いる時には、シール枠を容易に且つ安価に製作することができてコストを低減することができる。
【００３０】
さらに上記リード電極を有するものにおいて、リード電極に基板上においてシール枠の外周側に引き出された外部リード線接続用の端子部を設けたならば、端子の引き出し部が防湿性を低下させることがないものとなる。
さらに基板をアルミ表面にアルミナ又は酸化ケイ素のメッキ処理を施したもので形成し、接合電極及びリード電極は溶射工法で形成している時、基板として適切な特性を有するものを簡便に得ることができるものであり、一対の基板をシール枠の外側において複数本の支柱で連結している時には、機械的強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例の破断斜視図である。
【図２】同上の斜視図である。
【図３】同上の分解斜視図である。
【図４】同上の断面図である。
【図５】同上の一方の基板を示す破断正面図である。
【図６】同上の他方の基板を示す破断正面図である。
【図７】同上の拡大断面図である。
【図８】同上の拡大断面図である。
【図９】同上の拡大断面図である。
【図１０】他の実施例の断面図である。
【図１１】  (a)は同上の拡大断面図、(b)は位置決めシートの斜視図である。
【図１２】シール枠の他例を示すもので、(a)は側面図、(b)は斜視図である。
【図１３】シール枠の別の例を示す分解斜視図である。
【図１４】端子部の他例を示すもので、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図１５】端子部の別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ペルチェ素子
２  基板
３  シール枠
１０  接合電極
１１  リード電極
【図１】
0003951315.tif 000002
【図２】
0003951315.tif 000003
【図３】
0003951315.tif 000004
【図４】
0003951315.tif 000005
【図５】
0003951315.tif 000006
【図６】
0003951315.tif 000007
【図７】
0003951315.tif 000008
【図８】
0003951315.tif 000009
【図９】
0003951315.tif 000010
【図１０】
0003951315.tif 000011
【図１１】
0003951315.tif 000012
【図１２】
0003951315.tif 000013
【図１３】
0003951315.tif 000014
【図１４】
0003951315.tif 000015
【図１５】
0003951315.tif 000016