JP2001308397A - ペルチェモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペルチェモジュールにおいて、熱電素子と電
極とを半田等で機械的に拘束すると使用中に熱応力の集
中が発生し、信頼性寿命の低下を招く。 【解決手段】 熱電素子１の片方の端面は導電性電極２
と電気的に接続させる為に半田４を用いて機械的に拘束
し、且つ、もう片方の端面については対向する電極延設
部２ａとの押圧により電気的に接続する。そうすれば熱
伝素子１は片方の端面では電極延設部２ａに機械的拘束
をされず、押圧部での熱電素子１の滑りと電極延設部２
ａの撓みによって熱応力を分散することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェモジュー
ル使用中に発生する熱応力を分散し、その信頼性寿命を
向上させる技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ペルチェモジュールによる冷却装置は電
子冷却装置とも呼ばれ、ヒートポンプの吸熱作用を利用
した他の冷却装置とは異なり、コンプレッサ−等の設置
場所が不要なことやフロン等の冷媒を使用しないことか
ら有用性が高く、携帯用冷蔵庫や光電管の冷却など広範
な用途で使用されている。これらペルチェモジュール
は、熱電素子における熱電効果の中でも特に電気を通す
ことでジュール熱以外の熱の発生するペルチェ効果を利
用したものであり、一般的な構成としては、対向する導
電性電極間に熱伝素子群を配設し、さらに導電性電極の
吸熱側、発熱側にそれぞれベースを挟んで熱交換器を設
置する構成をとる。ここで熱電素子群と導電性電極との
接合部では、従来から、半田あるいは導電性接着材料等
を介することで、電気的接続のみならず機械的にも強固
に接合されていた。しかし熱交換器の放熱側が高温、吸
熱側が低温となることでペルチェモジュール内で大きな
温度差が生じ、加えて全体を構成する部品の材料は当然
各々が異なった線膨張係数を有していることから、長期
間にわたりペルチェモジュールを使用すれば熱応力が繰
り返し発生することになり、比較的強度の弱い熱電素子
に破損が生じたり、熱応力が特に集中する導電性電極と
熱電素子との接合部において半田等の接着材料に破壊や
歪みを招き、結果としてペルチェモジュールの信頼性寿
命を縮めることになった。これに対して、特開平８−６
４８７６号公報等は半田のかわりに熱伝導性が良く、且
つ、弾性を有する材料を介して導電性電極と熱電素子と
を接合させた構成であり、接合材料の弾性変形によって
熱応力の発生を抑えるものである。また特開平１１−６
８１７５号公報は自由端側電極に蛇行部分を持たせた構
成であり、電極自体の弾性変形によって熱応力を緩和す
るものである。両者は共に弾性変形を利用して熱応力を
分散させるものであるが、強固ではないにしろ電極と熱
電素子とが機械的に拘束されていることには変わりはな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたものであり、導電性電極板と熱電素子とが
電気的には接続するが機械的には拘束されない構成と
し、かかる構成により熱応力を分散させることによって
信頼性寿命の長いペルチェモジュールを提供することを
課題とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決する為
に、請求項１記載の本発明は、少なくとも一対の熱電素
子とそれらを電気的に接続する導電性電極と電極を保持
しているベースから成り、熱電素子の片方の端面が一方
の導電性電極と半田固着されており、もう片方の端面
が、他方の電極におけるベースへの固定部分から延設さ
れてベースとの間に空間を有する電極延設部と押圧され
ていることを特徴とするペルチェモジュールとする。

【０００５】加えて請求項２記載の本発明は、請求項１
において、電極延設部と熱電素子との間に、それらを固
着しないペースト状のような導電性材料が介在されてい
ることを特徴とするペルチェモジュールとする。

【０００６】さらに請求項３記載の本発明は、請求項１
において、電極延設部と熱交換器との間に良熱伝導性材
料が介在されていることを特徴とするペルチェモジュー
ルとする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に示す実
施形態に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に
おける第一の例の組み立て途中の概略図を示しており、
少なくとも一対の柱状の熱電素子１と、電極延設部２ａ
を有する導電性電極２と、放熱フィン等による熱交換器
と接合されるベース３から構成されるペルチェモジュー
ルである。ここで電極延設部２ａは弾性を有するもので
あり、形状は略ヘの字型とし、電極２の側面部から延設
し、且つ、電極延設部２ａの先端部が電極２と平行にな
るように形成する。

【０００８】ベース３上に、電極延設部２ａと電極２と
が所定の間隔で交互に連なるよう配設する。このとき電
極２とベース３とを半田等の材料を用いて接合し、電極
延設部２ａとベース３と間には遊びの空間が生じるよう
にする。さらに、熱電素子１の片方の端面と電極２とを
半田４を用いて接合すれば、熱電素子１と電極２は電気
的に接続し、且つ、機械的にも拘束される状態となる。
上述のように放熱、吸熱双方のベース３，３に各部材
１，２を取付け、熱電素子１の自由な端面と電極延設部
２ａとが対向する状態でベース３，３を向い合わせる。

【０００９】図１の状態で向い合うベース３，３を互い
に接近させると、図２の概略図に示すように、熱電素子
１の自由な端面と対向する電極延設部２ａとがそれぞれ
押圧される。この状態では、熱電素子１は両端面におい
て電極２及び電極延設部２ａと電気的に接続され、ペル
チェモジュール全体としては熱電素子１群が直列に接続
されることになる。これに対し機械拘束状態を見てみる
と、熱電素子１は片方の端面においてはベース３と機械
的に拘束されているが、もう片方の端面においては、電
極延設部２ａが弾性を有すること及び熱電素子１が電極
延設部２ａ表面を自由に滑ることができることにより、
熱電素子１はベース３と機械的に拘束されていない状態
となる。よって、ペルチェモジュール使用中の熱変化に
より各部品間にサイズの変化が生じた場合にも、上述の
熱電素子１端面と電極延設部２ａとの押圧部における円
滑な可動性および電極延設部２ａの可撓性によって調整
されるので、結果として熱応力を分散させることにな
り、ペルチェモジュール内の熱応力集中部における破損
や歪みの発生を低減させることができる。

【００１０】本発明の実施形態における第二の例につい
て図３に基づいて説明する。但し図１及び図２で示した
第一の例と同様の構成については一部省略する。熱電素
子１は、その片方の端面を導電性電極２と半田４により
固着することで電極２と電気的に接合され、且つ、機械
的に拘束された状態にする。熱電素子１のもう片方の端
面は、対向する電極延設部２ａとの間にそれらを固着し
ないペースト状のような導電性材料５を介在させて電極
延設部２ａと押圧することにより、電極延設部２ａと電
気的に接合され、且つ、機械的には拘束されない状態と
する。この構成を取るペルチェモジュールは、非固着型
の導電性材料５を介さずに電極延設部２ａと熱電素子１
とを押圧するペルチェモジュールとを比較すれば、電極
延設部２ａと熱電素子１間の熱抵抗及び電気的接触抵抗
を低減し、さらに押圧部の磨耗を防止することができ
る。

【００１１】次に本発明の実施形態における第三の例に
ついて図４に基づいて説明する。但し第一の例及び第二
の例と同様の構成については一部省略する。熱電素子１
の片方の端面を半田４により電極２と固着させること
で、電気的に接続し、且つ、機械的に拘束された状態と
する。もう片方の熱電素子１端面については非固着型の
導電性材料５を介して電極延設部２ａと押圧することで
電気的に接合し、且つ、機械的に拘束されない状態とす
る。さらに電極延設部２ａとベース３との空間部にグリ
スやゲル状のような良熱伝性材料６を装填する構成をと
ることで、上記構成のペルチェモジュールは、かかる空
間部に何にも介さず構成されるペルチェモジュールと比
較して、電極延設部２ａとベース３間の熱抵抗を低減す
ることができる。

【００１２】

【発明の効果】上述のように本発明の請求項１記載の発
明にあっては、熱電素子の片方の端面と電極延設部とを
押圧により電気的接続させることで両者は機械的に拘束
されず、使用時に吸熱側部材の収縮および放熱側部材の
膨張による熱応力が発生しても、熱電素子が電極延設部
表面上を円滑に可動することと電極延設部自身がベース
との空間を利用して撓むことにより熱応力を分散するこ
とができるので、部品の破損や歪みを防止することがで
き、結果としてペルチェモジュールの信頼性寿命が向上
する。また熱電素子としてＰ型半導体とＮ型半導体を交
互にベース上に配設してゆくのが一般的なペルチェモジ
ュールの構成であるが、本発明のような構成ならば、吸
熱側ベースにＰ（Ｎ）型半導体、放熱側ベースにＮ
（Ｐ）型半導体をそれぞれ配設する作業で充分であり、
Ｐ型、Ｎ型半導体を交互に配設してゆく場合と比較すれ
ば作業効率を向上させることができる。

【００１３】本発明の請求項２記載の発明にあっては、
熱電素子と電極との押圧部分にペースト状のような非固
着型の導電性材料を設けることで、熱電素子と電極延設
部との接触部分の熱抵抗及び電気接触抵抗を軽減するこ
とができる。また、該押圧部での熱伝素子の滑りによる
磨耗を防止することができる。

【００１４】また本発明の請求項３記載の発明にあって
は、電極延設部とベースとの間にグリスやゲル状のよう
な両者を機械的に拘束することのない良熱伝導性材料を
設けることで、その間の熱抵抗を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における第一の例の組立途中
の概略図である。

【図２】本発明の実施形態における第一の例の概略図で
ある。

【図３】本発明の実施形態における第二の例の概略図で
ある。

【図４】本発明の実施形態における第三の例の概略図で
ある。

【符号の説明】

１ 熱電素子 ２ 導電性電極 ２ａ 電極延設部 ３ ベース ４ 半田 ５ 導電性材料 ６ 良熱伝導性材料

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一対の熱電素子とそれらを電
   気的に接続する導電性電極と該電極を保持しているベー
   スとから成り、熱電素子の片方の端面が一方の導電性電
   極と半田固着されており、もう片方の端面が、他方の電
   極におけるベースへの固定部分から延設されてベースと
   の間に空間を有する電極延設部と押圧されていることを
   特徴とするペルチェモジュール。
2. 【請求項２】 請求項１において、電極延設部と熱電素
   子との間に、それらを固着しないペースト状のような導
   電性材料が介在されていることを特徴とするペルチェモ
   ジュール。
3. 【請求項３】 請求項１において、電極延設部とベース
   との間に良熱伝導性材料が介在されていることを特徴と
   するペルチェモジュール。