JP2002353525A - 熱電変換装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱抵抗を上昇させることなく、低コストでの
熱電変換装置の製造を可能にすること。 【解決手段】 複数の熱電変換素子９が配置され、複数
の熱電変換素子９の放熱側及び吸熱側に配置される複数
の電極１１，１２によって複数の熱電変換素子９が電気
的に接続されることにより、熱電変換装置１が構成され
る。熱電変換装置１は、放熱側及び吸熱側の少なくとも
一方側に配置される複数の電極１１が絶縁性部材１３に
よって固定された基板１０を備えており、その絶縁性部
材１３は放熱側の複数の電極１１による放熱面と吸熱側
の複数の電極１２による吸熱面との間の空間８に複数の
熱電変換素子９と干渉しない状態で配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の熱電変換
素子が配列された熱電変換装置及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の熱電変換装置１００を示
す断面図である。図１０に示す熱電変換装置１００はい
わゆるスケルトン構造で構成され、複数の熱電変換素子
１１０が樹脂板１２０に設けられた挿入孔１２１に挿入
され、各熱電変換素子１１０のほぼ中央部分と樹脂板１
２０とが接着剤１２２で固定される。このようなスケル
トン構造の熱電変換装置１００では樹脂板１２０が複数
の熱電変換素子１１０を固定することによって機械的強
度の向上が図られている。

【０００３】また、複数の熱電変換素子１１０の上端部
には複数の電極１３１が設けられ、また下端部には複数
の電極１３２が設けられる。これら複数の電極１３１，
１３２は各熱電変換素子１１０を導通させる機能を有す
るとともに、各熱電変換素子１１０の放熱及び吸熱にお
ける熱交換機能を有している。これら電極１３１，１３
２はセラミック材料等によって覆われていないので、熱
抵抗が小さく、効率的な熱交換が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱電変換装置１００では熱電変換素子１１０自体を接着
剤１２２で樹脂板１２０に固定するように構成されてい
るため、素子に熱損失が発生し、熱電変換装置としての
性能が低下する傾向にある。

【０００５】また、樹脂板１２０に熱電変換素子１１０
を固定するための挿入孔１２１を形成する必要がある
が、この挿入孔１２１の形状は熱電変換素子１１０の断
面形状とほぼ同一の形状に形成することが望まれるとと
もに、孔形状の寸法も高精度な状態に維持することが望
まれる。このため、樹脂板１２０に挿入孔１２１を形成
するために高精度な加工技術が必要となり、コストアッ
プの要因となっている。特に、熱電変換素子１１０の断
面形状は一般に四角形であるため、樹脂板１２０に四角
形の挿入孔１２１を高精度に形成することは困難であ
る。

【０００６】そこで、この発明は上記課題に鑑みてなさ
れたものであって、熱抵抗を上昇させることなく、低コ
ストで製造することの可能な熱電変換装置を提供するこ
とを目的とし、その製造方法をも提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、複数の熱電変換素子
（９）が配置され、前記複数の熱電変換素子の放熱側及
び吸熱側に配置される複数の電極（１１，１２；２１，
２２；３１，３２）によって前記複数の熱電変換素子が
電気的に接続された熱電変換装置（１，１ａ，１ｂ；
２，２ａ；３，３ａ）であって、前記放熱側及び前記吸
熱側の少なくとも一方側に配置される複数の電極（１
１；２１；３１）が絶縁性部材（１３；２３；３３）に
よって固定された基板（１０；２０；３０）を備え、前
記絶縁性部材が、前記放熱側の複数の電極（１１；２
１；３１）による放熱面と前記吸熱側の複数の電極（１
２；２２；３２）による吸熱面との間の空間（８）に前
記複数の熱電変換素子と干渉しない状態で配置されるこ
とを特徴としている。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱電変換装置において、前記絶縁性部材が樹脂材料で
あることを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の熱電変換装置において、前記基板における前記
複数の電極の少なくとも１つには、当該電極と前記絶縁
性部材とが前記放熱面又は前記吸熱面に垂直な方向に対
して、前記絶縁性部材を掛止する掛止部（１１ａ，１２
ａ）が設けられることを特徴としている。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の熱電変換装置において、前記基板（２０）において固
定された前記複数の電極（２１）が、板状の前記絶縁性
部材（２３）の両面に形成された複数の導電性部材（２
１ａ，２１ｂ）を有し、前記基板（２０）には、前記複
数の前記導電性部材を導通させる少なくとも１つのスル
ーホール（２９）が形成されることを特徴としている。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の熱電変換装置において、前記基板（３０）が、前記複
数の熱電変換素子の配置される位置に複数の孔（３９）
が形成された板状の前記絶縁性部材（３３）を備え、前
記複数の熱電変換素子（９）と前記基板（３０）におい
て固定された前記複数の電極（３１）との接合面側で前
記絶縁性部材と前記複数の電極とが固定されてなること
を特徴としている。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５
のいずれか１つに記載の熱電変換装置において、前記基
板が、前記放熱側及び前記吸熱側の双方に配置されるこ
とを特徴としている。

【００１３】請求項７に記載の発明は、各々が一端及び
他端を有する、複数の熱電変換素子（９）と、前記複数
の熱電変換素子の前記一端側に配置される複数の第１の
電極（１１；２１；３１）と、前記複数の熱電変換素子
の前記他端に配置される複数の第２の電極（１２；２
２，２６；３２）とによって前記複数の熱電変換素子が
電気的に接続された熱電変換装置（１，１ａ，１ｂ；
２，２ａ；３，３ａ）を製造する方法であって、（ａ）
前記複数の第１の電極の熱交換面と、前記複数の第２の
電極の熱交換面との間の空間（８）に前記複数の熱電変
換素子と干渉しない状態で配置される絶縁性部材（１
３；２３；３３）を用いて、前記複数の第１の電極を固
定した基板（１０；２０；３０）を生成する工程と、
（ｂ）前記複数の第１の電極に対して前記複数の熱電変
換素子の前記一端を固定することにより、前記基板に前
記複数の熱電変換素子を固定する工程と、（ｃ）前記複
数の熱電変換素子の前記他端に前記複数の第２の電極を
固定する工程とを備えている。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の熱電変換装置の製造方法において、前記工程（ａ）
が、前記複数の第１の電極と、前記絶縁性部材となる前
記樹脂材料とを用いたインサート成型によって、前記基
板（１０）を生成することを特徴としている。

【００１５】請求項９に記載の発明は、請求項７又は８
に記載の熱電変換装置の製造方法において、前記複数の
第１の電極（１１）の各々には、当該電極と前記絶縁性
部材とが前記放熱面又は前記吸熱面に垂直な方向に対し
て前記絶縁性部材（１３）を掛止する掛止部（１１ａ）
が設けられており、前記工程（ａ）が、前記絶縁性部材
が前記掛止部に係合するように、前記基板を生成するこ
とを特徴としている。

【００１６】請求項１０に記載の発明は、請求項７に記
載の熱電変換装置の製造方法において、前記工程（ａ）
が、前記複数の第１の電極が配置される位置に対応し
て、板状の前記絶縁性部材（２３）に複数のスルーホー
ル（２９）を設け、前記絶縁性部材の前記位置に対応す
る両面に前記スルーホールを介して互いに導通する導電
性部材を形成することによって前記複数の電極（２１）
を形成することを特徴としている。

【００１７】請求項１１に記載の発明は、請求項７に記
載の熱電変換装置の製造方法において、前記工程（ａ）
が、前記複数の熱電変換素子と前記複数の第１の電極と
の接合面側で前記絶縁性部材と前記複数の第１の電極と
を固定することによって前記基板（３０）を生成するこ
とを特徴としている。

【００１８】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載の熱電変換装置の製造方法において、前記工程
（ａ）が、板状の前記絶縁性部材（３３）に対して前記
複数の熱電変換素子が配置される位置に複数の孔（３
９）を形成する工程を含み、前記工程（ｂ）が、前記複
数の熱電変換素子のそれぞれを前記複数の孔（３９）を
通して前記複数の第１の電極と接合させる工程を含んで
いる。

【００１９】請求項１３に記載の発明は、請求項７乃至
１２のいずれか１つに記載の熱電変換装置の製造方法に
おいて、前記工程（ａ）が、前記空間（８）に前記複数
の熱電変換素子と干渉しない状態で配置される他の絶縁
性部材（１４；２７；３６）を用いて、前記複数の第２
電極を固定した他の基板（１５；２５；３５）を生成す
る工程を含み、前記工程（ｃ）が、前記他の基板を前記
複数の熱電変換素子の前記他端に固定する工程を含んで
いる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２１】＜１．第１の実施の形態＞図１は第１の実
施の形態における熱電変換装置１を示す断面図である。
熱電変換装置１は、複数の電極１１と絶縁性部材１３と
を備えて構成される基板１０と、複数の熱電変換素子９
と、複数の電極１２とを備えて形成される。熱電変換素
子９はペルチェ効果によって吸熱作用乃至発熱作用を生
じさせるペルチェ素子等によって構成される。

【００２２】例えば、図１において熱電変換装置１の上
端部に設けられる複数の電極１２は、各熱電変換素子９
を導通させつつ、その上面が熱交換面の一方たる吸熱面
として作用する。また熱電変換装置１の下端部に設けら
れる複数の電極１１は、各熱電変換素子９を導通させつ
つ、その下面が熱交換面の他方たる放熱面として作用す
る。

【００２３】基板１０において絶縁性部材１３は複数の
電極１１を固定するために配置され、複数の電極１１の
位置を固定するとともに、熱電変換装置１の機械的強度
の向上を図っている。絶縁性部材１３は、放熱側の複数
の電極１１による放熱面と吸熱側の複数の電極１２によ
る吸熱面との間の空間８に設けられる。このため電極１
１の下面側放熱面の全面が外部に露呈し、熱交換機能を
低減することなく、各電極１１を固定することが可能に
なる。

【００２４】また、絶縁性部材１３の上面側には孔１９
が形成され、孔１９の形成位置に熱電変換素子９が配置
されることによって、電極１１と熱電変換素子９の端部
とを接続することが可能である。

【００２５】図２は絶縁性部材１３に形成される孔１９
を拡大して示す斜視図である。図２に示すように絶縁性
部材１３の上面側には熱電変換素子９の断面面積よりも
大きいサイズの円形状の孔１９が形成される。より具体
的には、熱電変換素子９が設置されるときに、孔１９の
側壁部分等と熱電変換素子９とが干渉しないようなサイ
ズの孔１９が形成される。このような構造により、熱電
変換素子９を基板１０の上面側から配置して電極１１に
接続する際に厳密な位置決め等を行う必要がなく、熱電
変換素子９と電極１１とを容易に接続することができ
る。そして絶縁性部材１３と熱電変換素子９とが接触し
ないように構成されるので、従来のスケルトン構造と比
較しても、熱電変換素子９の熱ロスが少なくなる。ま
た、このような構成により、熱電変換素子９は任意の断
面形状のものを採用することができ、設計の自由度も増
す。なお、電極１１は熱電変換素子９と半田付け等によ
って固定され、各熱電変換素子９への導通が実現でき
る。

【００２６】基板１０では電極１１と絶縁性部材１３と
が固着されることが必要である。そのため、複数の電極
１１を予め鋳型に配置しておき、それに絶縁性部材１３
となる樹脂材料等をインサートするインサート成型によ
って、基板１０を生成することができる。また、グリー
ンシートを用いて複数の電極１１を固着した後に焼結す
ることで基板１０を生成することもできる。これらいず
れの製法を用いても、孔１９を形成することができ、量
産の際には基板１０の製造コストを低廉化することがで
きる。特に、絶縁性の樹脂材料を用いてインサート成型
によって基板１０を作成することは低コスト化の観点か
ら最も有効である。

【００２７】そして、基板１０の孔１９が形成された位
置に熱電変換素子９を設置し、熱電変換素子９の上端側
（吸熱側）に複数の電極１２を半田付けすることで、熱
電変換装置１が形成される。

【００２８】図３は熱電変換装置１の製造過程を示す工
程図である。熱電変換装置１を製造する際には、まず基
板１０を生成する（ステップＳ１）。この工程では、放
熱側の複数の電極１１による放熱面よりも上側の空間８
に絶縁性部材１３が配置されるようにインサート成型等
によって基板１０を作成する。この結果、放熱側におけ
る各電極１１の側面部の一部及び上面部の一部に絶縁性
部材１３が設けられ、電極１１の下面側は露出した状態
で、電極１１と絶縁性部材１３とが固定され、さらに絶
縁性部材１３に孔１９の形成された基板１０が得られ
る。

【００２９】次に、基板１０に対して熱電変換素子９の
一方端側（放熱側）を固定する工程が行われる（ステッ
プＳ２）。複数の熱電変換素子９はそれぞれ複数の孔１
９の形成された位置で電極１１に半田付けされる。

【００３０】最後に、基板１０に固定された複数の熱電
変換素子９の他方端側（吸熱側）に対して複数の電極１
２を固定することにより、熱電変換装置１を完成させ
る。

【００３１】このようにして得られる熱電変換装置１で
は、複数の電極１１による放熱面及び複数の電極１２に
よる吸熱面が露出しているので、熱交換機能を低下させ
ることなく、複数の電極１２を固定することができる。
また、絶縁性部材１３を樹脂材料やセラミックス（グリ
ーンシート等）によって構成すれば、熱電変換装置１の
機械的強度も向上させることができる。

【００３２】特に絶縁性部材１３が、放熱側の複数の電
極１１による放熱面と吸熱側の複数の電極１２による吸
熱面との間の空間８に複数の熱電変換素子９と干渉しな
い状態で配置されるので、基板１０の作成及び基板１０
への熱電変換素子９の取り付けを容易に行うことがで
き、熱電変換装置１の製造コストを低減することが可能
である。

【００３３】なお、上記説明においては、一例として電
極１２の上面が吸熱面として作用し、電極１１の下面が
放熱面として作用する場合について説明したが、逆であ
っても構わない。逆の場合は熱電変換素子９が上下反転
して配置されるだけである。

【００３４】＜２．第２の実施の形態＞図４は第２の実
施の形態における熱電変換装置１ａを示す断面図であ
る。熱電変換装置１ａは図１に示した熱電変換装置１と
ほぼ同様の構成をしており、同一部材については同一符
号を付しており、ここではそれらの詳細な説明を省略す
る。

【００３５】上記第１の実施の形態の熱電変換装置１で
は、絶縁性部材１３に対して上向きの力が加わった場
合、又は電極１１に対して下向きの力が加わった場合
に、絶縁性部材１３と電極１１とが剥離する可能性があ
る。そこで、この実施の形態の熱電変換装置１ａでは、
絶縁性部材１３と電極１１との離脱を防止する構造が設
けられる。

【００３６】熱電変換装置１ａにおいては、放熱側の各
電極１１の側面部に形成された凸状体によって構成され
る掛止部１１ａが設けられる。掛止部１１ａは絶縁性部
材１３を掛止するためのものである。電極１１の上面側
及び側面側の掛止部１１ａを含む部分に、絶縁性樹脂材
料等をインサートして凝結させたり、グリーンシートを
付設して焼結させることにより、絶縁性部材１３が各電
極１１の掛止部１１ａに掛止した状態で固着される。

【００３７】このように熱電変換装置１ａの各電極１１
の側面部に掛止部１１ａを設けることで、放熱面に垂直
な方向に電極１１と掛止部１１ａとが離脱することを防
止することができ、熱電変換装置１ａの耐久性が向上す
る。

【００３８】熱電変換装置１ａを製造する工程は図３に
示した工程と同様である。ただし、基板１０を生成する
工程（ステップＳ１）においては、電極１１として掛止
部１１ａの設けられたものを準備し、掛止部１１ａに絶
縁性部材１３が係合する状態で基板１０を生成すること
が必要である。

【００３９】なお、掛止部１１ａは凸状体であることに
限定されるものではなく、凹部であっても構わない。ま
た、この実施の形態においても、一例として電極１２の
上面が吸熱面として作用し、電極１１の下面が放熱面と
して作用する場合を仮定して説明したが、逆であっても
構わない。

【００４０】＜３．第３の実施の形態＞図５は第３の実
施の形態における熱電変換装置１ｂを示す断面図であ
る。熱電変換装置１ｂにおいては、放熱側だけでなく、
吸熱側にも複数の電極１２が固定された基板１５が配置
される。なお、図５では、図１及び図４に示した部材と
同一部材については同一符号を付しており、ここではそ
れらの詳細な説明を省略する。

【００４１】熱電変換装置１ｂは、放熱側の基板１０
と、吸熱側の基板１５と、複数の熱電変換素子９とを備
えて構成される。放熱側の基板１０は第２の実施の形態
で説明したものと同様である。

【００４２】吸熱側の基板１５は、複数の電極１２と、
電極１２の上面（放熱面）側よりも下側に設けられた絶
縁性部材１４とを備えて構成される。つまり、吸熱側に
おいても絶縁性部材１４は、放熱側の複数の電極１１に
よる放熱面と吸熱側の複数の電極による吸熱面との間の
空間８に設置され、複数の熱電変換素子９と干渉しない
ような孔１８が形成されて複数の電極１２に着設され
る。

【００４３】したがって、吸熱側においても熱交換機能
を低下させることなく、複数の電極１２を固定すること
ができ、熱電変換装置１ｂの機械的強度を向上させるこ
とができる。

【００４４】なお、吸熱側の電極１２にも凸状の掛止部
１２ａが設けられており、この掛止部１２ａに絶縁性部
材１４が掛止されているので、吸熱面に垂直な方向の力
が与えられても、電極１２と絶縁性部材１４との離脱は
生じず、熱電変換装置１の耐久性の向上が図られてい
る。

【００４５】このような熱電変換装置１ｂを製造する工
程は図３に示した工程と同様である。ただし、基板を生
成する工程（ステップＳ１）では吸熱側と放熱側との双
方の基板１０，１５を作成し、熱電変換素子９の他方端
側に電極を接続する工程（ステップＳ３）では放熱側の
基板１０に固定された複数の熱電変換素子９の吸熱側に
対する基板１５の固定が行われて、熱電変換装置１ｂが
生成される。

【００４６】なお、掛止部１２ａも凸状体であることに
限定されるものではなく、凹部であっても構わない。ま
た、この実施の形態においても、一例として電極１２の
上面が吸熱面として作用し、電極１１の下面が放熱面と
して作用する場合を仮定して説明したが、逆であっても
構わない。

【００４７】＜４．第４の実施の形態＞図６は第４の実
施の形態における熱電変換装置２を示す断面図である。
熱電変換装置２は、基板２０と、複数の熱電変換素子９
と、複数の電極２２とを備えて構成される。

【００４８】基板２０は、ガラスエポキシ基板等によっ
て構成される板状の絶縁性部材２３と、その絶縁性部材
２３の適所両面に設けられた銅箔等の導電性部材による
電極２１とを備えて構成される。ここで適所とは、熱電
変換素子９が配置され、各熱電変換素子９を導通させる
ために適切な位置である。絶縁性部材２３の電極２１が
形成された部分には、少なくとも１つ、例えば複数のス
ルーホール２９が形成され、これを介して基板２０の上
面側電極パターン２１ａと下面側電極パターン２１ｂと
の導通を図るとともに、上面側（熱電変換素子９）から
下面（放熱面）側への熱伝導性を得ている。熱電変換素
子９が配置される位置にスルーホール２９が形成される
場合には、そのサイズが熱電変換素子９の断面よりも小
さく、一の電極２１に対して複数個設けられることが好
ましい。一方、熱電変換素子９が配置される位置にスル
ーホール２９が形成されない場合には、そのサイズは熱
電変換素子９の断面より大きくても構わないし、一の電
極２１に対してサイズの大きなスルーホール２９を１個
だけ形成するようにしてもよい。

【００４９】図６に示すように下面側電極パターン２１
ｂは絶縁性部材２３に形成されたものであるため、電極
２１による放熱面（下面）は絶縁性部材２３よりも下方
に位置する。また、熱電変換素子９は上面側電極パター
ン２１ａに対して直接半田付けされて固定されるため、
絶縁性部材２３は熱電変換素子９と干渉しない状態で配
置されている。つまり、この実施の形態においても絶縁
性部材２３は、放熱側の複数の電極２１による放熱面と
吸熱側の複数の電極２２による吸熱面との間の空間８に
複数の熱電変換素子９と干渉しない状態で配置されてお
り、熱電変換装置２の熱交換機能を低下させることな
く、各熱電変換素子９を固定することが可能となってい
る。特に、基板２０において電極２１が形成される位置
に多数のスルーホール２９を形成することが、熱抵抗を
小さくして下面側電極パターン２１ｂに効率よく熱伝導
することに寄与し、熱交換機能を高める重要な要素とな
っている。

【００５０】また、基板２０としてガラスエポキシ基板
等を母材として使用することにより、熱電変換装置２の
機械的強度の向上を図ることも可能である。

【００５１】このような基板２０は一般的なプリント配
線基板を作成する技術によって容易に作成することがで
き、基板２０の作成コストも安価に抑えることができ
る。

【００５２】このような熱電変換装置２を製造する工程
は図３に示した工程と同様である。図３における基板を
生成する工程（ステップＳ１）では、まずガラスエポキ
シ基板等の板状の絶縁性部材２３を用意し、その絶縁性
部材２３の適所に複数のスルーホール２９を形成する。
そして絶縁性部材２３のスルーホール２９が形成された
位置（すなわち電極２１を形成すべき位置）の両面に対
して導電性部材を形成し、電極２１を絶縁性部材２３に
形成する。つまり、一般的なプリント配線基板を製造す
る工程と同様の工程によって基板２０を生成する。

【００５３】ステップＳ１において基板２０が形成され
ると、第１の実施の形態で説明したのと同様の手順（ス
テップＳ２，Ｓ３）を行うことで、基板２０の電極２１
に対して熱電変換素子９が固着され、その熱電変換素子
９の吸熱側に複数の電極２２が接続されて熱電変換装置
２が生成される。

【００５４】そして基板２０の作成が簡単であるととも
に、基板２０に対する熱電変換素子９の組み付け等も簡
単に行うことができるため、熱抵抗を上昇させることの
ない熱電変換装置２を低コストで製造するができる。

【００５５】この熱電変換装置２によれば、基板２０に
おいて絶縁性部材２３に対して直接に電極２１が着設さ
れるため、第２の実施の形態等で説明した掛止部等を電
極２１に設ける必要はない。

【００５６】なお、この実施の形態においても、一例と
して電極２２の上面が吸熱面として作用し、電極２１の
下面が放熱面として作用する場合を仮定して説明した
が、これらは逆であっても構わない。

【００５７】＜５．第５の実施の形態＞図７は第５の実
施の形態における熱電変換装置２ａを示す断面図であ
る。熱電変換装置２ａにおいては、放熱側だけでなく、
吸熱側にも基板２５が配置される。なお、図７では、こ
れまでに説明した部材と同一の部材については同一符号
を付しており、ここではそれらの詳細な説明を省略す
る。

【００５８】熱電変換装置２ａは、放熱側の基板２０
と、吸熱側の基板２５と、複数の熱電変換素子９とを備
えて構成される。放熱側の基板２０は第４の実施の形態
で説明したものと同様である。

【００５９】吸熱側の基板２５は、ガラスエポキシ基板
等によって構成される板状の絶縁性部材２７と、その絶
縁性部材２７の適所両面に設けられた銅箔等の導電性部
材による電極２６とを備えて構成される。ここでも適所
とは、熱電変換素子９が配置され、各熱電変換素子９を
導通させるために適切な位置である。絶縁性部材２７の
電極２６が形成された部分には、少なくとも１つ、例え
ば複数のスルーホール２８が形成され、これを介して基
板２５の下面側電極パターン２６ａと上面側電極パター
ン２６ｂとの導通を図るとともに、下面側（熱電変換素
子９）から上面（吸熱面）側への熱伝導性を得ている。

【００６０】なお、この場合も熱電変換素子９が配置さ
れる位置にスルーホール２８が形成される場合には、そ
のサイズが熱電変換素子９の断面よりも小さく、一の電
極２６に対して複数個設けられることが好ましい。一
方、熱電変換素子９が配置される位置にスルーホール２
８が形成されない場合には、そのサイズは熱電変換素子
９の断面より大きくても構わないし、一の電極２６に対
してサイズの大きなスルーホール２８を１個だけ形成す
るようにしてもよい。

【００６１】図７に示すように基板２５の上面側電極パ
ターン２６ｂは絶縁性部材２７に形成されたものである
ため、電極２６による放熱面（上面）は絶縁性部材２７
よりも上方に位置する。また、熱電変換素子９は下面側
電極パターン２６ａに対して直接半田付けされて固定さ
れるため、絶縁性部材２７は熱電変換素子９と干渉しな
い状態で配置されている。つまり、この実施の形態にお
いても絶縁性部材２７は、放熱側の複数の電極２１によ
る放熱面と吸熱側の複数の電極２６による吸熱面との間
の空間８に複数の熱電変換素子９と干渉しない状態で配
置されており、熱電変換装置２ａの熱交換機能を低下さ
せることなく、各熱電変換素子９を固定することが可能
となっている。特に、基板２５において吸熱側の電極２
６が形成される位置に多数のスルーホール２８を形成す
ることが、熱抵抗を小さくして上面側電極パターン２６
ｂに効率よく熱伝導することに寄与し、熱交換機能を高
める重要な要素となっている。

【００６２】そして、この実施の形態の熱電変換装置２
ａでは、放熱側と吸熱側とのそれぞれに基板２０，２５
が配置されて熱電変換素子９の固定が行われるため、熱
電変換装置２ａの機械的強度をさらに向上させることが
可能である。

【００６３】このような熱電変換装置２ａを製造する工
程についても図３に示した工程と同様である。ただし、
基板を生成する工程（ステップＳ１）では吸熱側と放熱
側との双方の基板２０，２５を作成し、熱電変換素子９
の他方端側に電極を接続する工程（ステップＳ３）では
放熱側の基板２０に固定された複数の熱電変換素子９の
吸熱側に対し、基板２５の固定（半田付け）が行われ
て、熱電変換装置２ａが生成される。

【００６４】そして基板２０，２５の作成が簡単である
とともに、基板２０に対する熱電変換素子９の組み付け
工程や基板２５の取り付け工程等も簡単に行うことがで
きるため、熱抵抗を上昇させることのない熱電変換装置
２ａを低コストで製造するができる。

【００６５】なお、この実施の形態においても、一例と
して電極１２の上面が吸熱面として作用し、電極１１の
下面が放熱面として作用する場合を仮定して説明した
が、逆であっても構わない。

【００６６】＜６．第６の実施の形態＞図８は第６の実
施の形態における熱電変換装置３を示す断面図である。
熱電変換装置３は、基板３０と、複数の熱電変換素子９
と、複数の電極３２とを備えて構成される。

【００６７】基板３０は例えば放熱側に配置され、ガラ
スエポキシ基板等によって構成される板状の絶縁性部材
３３と、その絶縁性部材３３に固定される電極３１とを
備えて構成される。絶縁性部材３３には複数の孔３９が
形成される。各孔３９には熱電変換素子９を挿入するこ
とができるように、各孔３９のサイズは熱電変換素子９
の断面面積よりも大きく設定され、熱電変換素子９を電
極３１に配置した際に絶縁性部材３３が熱電変換素子９
と干渉しないように構成されている。つまり、熱電変換
装置３は絶縁性部材３３と熱電変換素子９とが接触しな
いように構成されるので、従来のスケルトン構造と比較
しても、熱電変換素子９の熱ロスが少なくなる。また、
このような構成により、熱電変換素子９は任意の断面形
状のものを採用することができ、設計の自由度も増す。
さらに、孔３９の形状を円形とし、低コストで複数の孔
３９を形成することができるように構成される。

【００６８】また、絶縁性部材３３の端部には両面側に
導電性部材３４が設けられ、上面側と下面側とがスルー
ホール３４ａで導通された状態となっている。この導電
性部材３４が外部端子を接続するための接続部となる。
導電性部材３４の下面側と端部電極３１ａの上面側とは
半田付けされ、それによって端部電極３１ａと絶縁性部
材３３とが固定された状態となる。

【００６９】また、他の電極３１については複数の孔３
９が形成された位置に対応して配置され、絶縁性部材３
３の下面側と複数の電極３１の上面側との固定部分３８
を接着剤や半田付け等によって固定する。ただし、固定
部分３８を半田付けによって固定する場合は、絶縁性部
材３３の固定部分３８に銅箔を形成し、その銅箔に対し
て予め半田を付着させておくことが好ましい。

【００７０】上記のように絶縁性部材３３は、電極３１
に対し熱電変換素子９が取り付けられる側と同一側に取
り付けられ、電極３１による下面（放熱面）を露出して
熱交換機能を低下させないように構成されている。

【００７１】絶縁性部材３３としてガラスエポキシ基板
等を用いることにより、熱電変換装置２の機械的強度の
向上を図ることも可能である。また、このような基板３
０は一般的なプリント配線基板を作成する技術によって
容易に作成することができ、基板３０の作成コストも安
価に抑えることができる。

【００７２】そして基板３０に設けられた絶縁性部材３
３の複数の孔３９が形成された位置に複数の熱電変換素
子９を配置し、各熱電変換素子９と各電極３１とを半田
付けによって固定する。そして基板３０に固定された熱
電変換素子９の他方端側（吸熱側）に対して複数の電極
３２を半田付けすることで、熱電変換装置３を生成す
る。

【００７３】このような熱電変換装置３を製造する工程
は図３に示した工程と同様である。図３における基板を
生成する工程（ステップＳ１）では、まずガラスエポキ
シ基板等の板状の絶縁性部材３３を用意し、その絶縁性
部材３３の適所に複数の孔３９を形成する。そして絶縁
性部材３３の孔３９が形成された位置に対応して複数の
電極３１を配置し、半田付け等によって固定する。

【００７４】ステップＳ１において基板３０が形成され
ると、第１の実施の形態で説明したのと同様の手順（ス
テップＳ２，Ｓ３）を行うことで、基板３０の電極３１
に対して熱電変換素子９が固着され、その熱電変換素子
９の吸熱側に複数の電極３２が接続されて熱電変換装置
３が生成される。

【００７５】この結果、基板３０の絶縁性部材３３は、
放熱側の複数の電極３１による放熱面と吸熱側の複数の
電極３２による吸熱面との間の空間８に複数の熱電変換
素子９と干渉しない状態で配置されるため、絶縁性部材
３３が熱抵抗となることは少ない。よって、熱電変換装
置３の熱交換機能を低下させることなく、各熱電変換素
子９を固定することが可能となっている。

【００７６】また、基板３０の作成が簡単であるととも
に、基板３０に対する熱電変換素子９の組み付け等も簡
単に行うことができるため、熱抵抗を上昇させることの
ない熱電変換装置３を低コストで製造するができる。

【００７７】なお、この実施の形態においても、一例と
して電極３２の上面が吸熱面として作用し、電極３１の
下面が放熱面として作用する場合を仮定して説明した
が、これらは逆であっても構わない。

【００７８】＜７．第７の実施の形態＞図９は第７の実
施の形態における熱電変換装置３ａを示す断面図であ
る。熱電変換装置３ａにおいては、放熱側だけでなく、
吸熱側にも第６の実施の形態と同様の基板３５が配置さ
れる。なお、図９では、これまでに説明した部材と同一
の部材については同一符号を付しており、ここではそれ
らの詳細な説明を省略する。

【００７９】熱電変換装置３ａは、放熱側の基板３０
と、吸熱側の基板３５と、複数の熱電変換素子９とを備
えて構成される。放熱側の基板３０は第６の実施の形態
で説明したものと同様である。

【００８０】吸熱側の基板３５は、ガラスエポキシ基板
等によって構成される板状の絶縁性部材３６と、その絶
縁性部材３６に固定される電極３２とを備えて構成され
る。絶縁性部材３６には複数の孔３９が形成される。各
孔３９には熱電変換素子９を挿入することができるよう
に、各孔３９のサイズが熱電変換素子９の断面面積より
も大きく設定され、熱電変換素子９を電極３１に配置し
た際に絶縁性部材３３が熱電変換素子９と干渉しないよ
うに構成されている。また、孔３９の形状を円形とし、
低コストで複数の孔３９を形成することができるように
構成される。

【００８１】図９に示すように基板３５の絶縁性部材３
６は電極３２に対して下方側から設置されるとともに、
熱電変換素子９と干渉しない状態で配置されている。な
お、絶縁性部材３６と電極３２との接着は接着剤や半田
等によって行われる。

【００８２】基板３５の絶縁性部材３６も、放熱側の複
数の電極３１による放熱面と吸熱側の複数の電極３２に
よる吸熱面との間の空間８に複数の熱電変換素子９と干
渉しない状態で配置されており、熱電変換装置３ａの熱
交換機能を低下させることなく、各熱電変換素子９を固
定することが可能となっている。

【００８３】そして、この実施の形態の熱電変換装置３
ａでは、放熱側と吸熱側とのそれぞれに基板３０，３５
が配置されて熱電変換素子９の固定が行われるため、第
６の実施の形態の熱電変換装置３と比較して、熱電変換
装置３ａの機械的強度をさらに向上させることが可能で
ある。

【００８４】このような熱電変換装置２ａを製造する工
程についても図３に示した工程と同様である。ただし、
基板を生成する工程（ステップＳ１）では吸熱側と放熱
側との双方の基板３０，３５を作成し、熱電変換素子９
の他方端側に電極を接続する工程（ステップＳ３）では
放熱側の基板３０に固定された複数の熱電変換素子９の
吸熱側に対し、基板３５の固定（半田付け）が行われ
て、熱電変換装置３ａが生成される。

【００８５】そして基板３０，３５の作成が簡単である
とともに、基板３０に対する熱電変換素子９の組み付け
工程や基板３５の取り付け工程等も簡単に行うことがで
きるため、熱抵抗を上昇させることのない熱電変換装置
３ａを低コストで製造するができる。

【００８６】なお、この実施の形態においても、一例と
して電極３２の上面が吸熱面として作用し、電極３１の
下面が放熱面として作用する場合を仮定して説明した
が、逆であっても構わない。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
熱電変換装置によれば、放熱側及び吸熱側の少なくとも
一方側に配置される複数の電極が絶縁性部材によって固
定された基板を備えており、その絶縁性部材が、放熱側
の複数の電極による放熱面と吸熱側の複数の電極による
吸熱面との間の空間に複数の熱電変換素子と干渉しない
状態で配置されるため、熱交換機能を低下させることな
く熱電変換素子を固定することができるとともに、低コ
ストな熱電変換装置を実現することができる。

【００８８】請求項２に記載の熱電変換装置によれば、
絶縁性部材が樹脂材料であるので、比較的安価な熱電変
換装置を実現することができる。

【００８９】請求項３に記載の熱電変換装置によれば、
基板における複数の電極の少なくとも１つに、当該電極
と絶縁性部材とが放熱面又は吸熱面に垂直な方向に対し
て絶縁性部材を掛止する掛止部が設けられるため、電極
と絶縁性部材とが放熱面又は吸熱面に垂直な方向に離脱
することがなく、熱電変換装置の耐久性及び強度を向上
させることができる。

【００９０】請求項４に記載の熱電変換装置によれば、
基板に固定された複数の電極が、板状の絶縁性部材の両
面に形成された複数の導電性部材を有し、基板には、複
数の導電性部材を導通させる少なくとも１つのスルーホ
ールが形成されるため、熱交換機能を低下させることな
く複数の熱電変換素子を固定することができるととも
に、低コストな熱電変換装置を実現することができる。

【００９１】請求項５に記載の熱電変換装置によれば、
基板が、複数の熱電変換素子の配置される位置に複数の
孔が形成された板状の絶縁性部材を備えており、複数の
熱電変換素子と基板において固定された複数の電極との
接合面側で絶縁性部材と複数の電極とが固定されて構成
されるため、熱交換機能を低下させることなく複数の熱
電変換素子を固定することができるとともに、低コスト
な熱電変換装置を実現することができる。

【００９２】請求項６に記載の熱電変換装置によれば、
基板が放熱側及び吸熱側の双方に配置されるため、熱電
変換装置の耐久性及び強度をさらに向上させることがで
きる。

【００９３】請求項７に記載の熱電変換装置の製造方法
によれば、熱交換機能を低下させることのない熱電変換
素子を低コストで製造することが可能である。

【００９４】請求項８に記載の熱電変換装置の製造方法
によれば、複数の第１の電極と、絶縁性部材となる樹脂
材料とを用いたインサート成型によって、基板を生成す
るため、容易かつ安価に基板を生成することができ、そ
の結果、低コストで熱電変換装置を製造することができ
る。

【００９５】請求項９に記載の熱電変換装置の製造方法
によれば、複数の第１の電極の各々には、当該電極と絶
縁性部材とが放熱面又は吸熱面に垂直な方向に対して絶
縁性部材を掛止する掛止部が設けられ、絶縁性部材が掛
止部に係合するように、基板を生成するため、製造され
る熱電変換装置の耐久性及び強度を向上させることがで
きる。

【００９６】請求項１０に記載の熱電変換装置の製造方
法によれば、複数の第１の電極が配置される位置に対応
して、板状の絶縁性部材に複数のスルーホールを設け、
絶縁性部材の位置に対応する両面にスルーホールを介し
て互いに導通する導電性部材を形成することによって複
数の電極を形成するため、熱交換機能を低下させること
なく複数の熱電変換素子を固定することができるととも
に、低コストで熱電変換装置を製造することができる。

【００９７】請求項１１に記載の熱電変換装置の製造方
法によれば、複数の熱電変換素子と複数の第１の電極と
の接合面側で絶縁性部材と複数の第１の電極とを固定す
ることによって基板を生成するため、熱交換機能を低下
させることなく複数の熱電変換素子を固定することがで
きるとともに、低コストで熱電変換装置を製造すること
ができる。

【００９８】請求項１２に記載の熱電変換装置の製造方
法によれば、板状の絶縁性部材に対して複数の熱電変換
素子が配置される位置に複数の孔を形成し、複数の熱電
変換素子のそれぞれを複数の孔を通して複数の第１の電
極と接合させるため、簡単に複数の熱電変換素子と複数
の第１の電極とを固定することができ、低コストで熱電
変換装置を製造することができる。

【００９９】請求項１３に記載の熱電変換装置の製造方
法によれば、空間に複数の熱電変換素子と干渉しない状
態で配置される他の絶縁性部材を用いて、複数の第２電
極を固定した他の基板を生成し、他の基板を複数の熱電
変換素子の他端に固定するため、製造される熱電変換装
置の耐久性及び強度をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における熱電変換装置を示す
断面図である。

【図２】絶縁性部材に形成される孔を拡大して示す斜視
図である。

【図３】熱電変換装置の製造過程を示す工程図である。

【図４】第２の実施の形態における熱電変換装置を示す
断面図である。

【図５】第３の実施の形態における熱電変換装置を示す
断面図である。

【図６】第４の実施の形態における熱電変換装置を示す
断面図である。

【図７】第５の実施の形態における熱電変換装置を示す
断面図である。

【図８】第６の実施の形態における熱電変換装置を示す
断面図である。

【図９】第７の実施の形態における熱電変換装置を示す
断面図である。

【図１０】従来の熱電変換装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，２，２ａ，３，３ａ 熱電変換装置 ８ 吸熱面と放熱面との間の空間 ９ 熱電変換素子 １０，１５，２０，２５，３０，３５ 基板 １１，１２，２１，２２，２６，３１，３２ 電極 １３，１４，２３，２７，３３，３６ 絶縁性部材 １８，１９，３９ 孔

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の熱電変換素子（９）が配置され、
   前記複数の熱電変換素子の放熱側及び吸熱側に配置され
   る複数の電極（１１，１２；２１，２２；３１，３２）
   によって前記複数の熱電変換素子が電気的に接続された
   熱電変換装置（１，１ａ，１ｂ；２，２ａ；３，３ａ）
   であって、 前記放熱側及び前記吸熱側の少なくとも一方側に配置さ
   れる複数の電極（１１；２１；３１）が絶縁性部材（１
   ３；２３；３３）によって固定された基板（１０；２
   ０；３０）を備え、 前記絶縁性部材は、前記放熱側の複数の電極（１１；２
   １；３１）による放熱面と前記吸熱側の複数の電極（１
   ２；２２；３２）による吸熱面との間の空間（８）に前
   記複数の熱電変換素子と干渉しない状態で配置されるこ
   とを特徴とする熱電変換装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱電変換装置におい
   て、 前記絶縁性部材は樹脂材料であることを特徴とする熱電
   変換装置（１，１ａ，１ｂ）。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の熱電変換装置に
   おいて、 前記基板における前記複数の電極の少なくとも１つに
   は、当該電極と前記絶縁性部材とが前記放熱面又は前記
   吸熱面に垂直な方向に対して、前記絶縁性部材を掛止す
   る掛止部（１１ａ，１２ａ）が設けられることを特徴と
   する熱電変換装置（１ａ，１ｂ）。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の熱電変換装置におい
   て、 前記基板（２０）において固定された前記複数の電極
   （２１）は、板状の前記絶縁性部材（２３）の両面に形
   成された複数の導電性部材（２１ａ，２１ｂ）を有し、 前記基板（２０）には、前記複数の前記導電性部材を導
   通させる少なくとも１つのスルーホール（２９）が形成
   されることを特徴とする熱電変換装置（２，２ａ）。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の熱電変換装置におい
   て、 前記基板（３０）は、前記複数の熱電変換素子の配置さ
   れる位置に複数の孔（３９）が形成された板状の前記絶
   縁性部材（３３）を備え、前記複数の熱電変換素子
   （９）と前記基板（３０）において固定された前記複数
   の電極（３１）との接合面側で前記絶縁性部材と前記複
   数の電極とが固定されてなることを特徴とする熱電変換
   装置（３，３ａ）。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
   熱電変換装置において、 前記基板は、前記放熱側及び前記吸熱側の双方に配置さ
   れることを特徴とする熱電変換装置（１ｂ；２ａ；３
   ａ）。
7. 【請求項７】 各々が一端及び他端を有する、複数の熱
   電変換素子（９）と、前記複数の熱電変換素子の前記一
   端側に配置される複数の第１の電極（１１；２１；３
   １）と、前記複数の熱電変換素子の前記他端に配置され
   る複数の第２の電極（１２；２２，２６；３２）とによ
   って前記複数の熱電変換素子が電気的に接続された熱電
   変換装置（１，１ａ，１ｂ；２，２ａ；３，３ａ）を製
   造する方法であって、 （ａ）前記複数の第１の電極の熱交換面と、前記複数の
   第２の電極の熱交換面との間の空間（８）に前記複数の
   熱電変換素子と干渉しない状態で配置される絶縁性部材
   （１３；２３；３３）を用いて、前記複数の第１の電極
   を固定した基板（１０；２０；３０）を生成する工程
   と、 （ｂ）前記複数の第１の電極に対して前記複数の熱電変
   換素子の前記一端を固定することにより、前記基板に前
   記複数の熱電変換素子を固定する工程と、 （ｃ）前記複数の熱電変換素子の前記他端に前記複数の
   第２の電極を固定する工程とを備える、熱電変換装置の
   製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の熱電変換装置の製造方
   法において、 前記工程（ａ）は、前記複数の第１の電極と、前記絶縁
   性部材となる前記樹脂材料とを用いたインサート成型に
   よって、前記基板（１０）を生成することを特徴とす
   る、熱電変換装置の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７又は８に記載の熱電変換装置の
   製造方法において、 前記複数の第１の電極（１１）の各々には、当該電極と
   前記絶縁性部材とが前記放熱面又は前記吸熱面に垂直な
   方向に対して前記絶縁性部材（１３）を掛止する掛止部
   （１１ａ）が設けられており、 前記工程（ａ）は、前記絶縁性部材が前記掛止部に係合
   するように、前記基板を生成することを特徴とする、熱
   電変換装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項７に記載の熱電変換装置の製造
    方法において、 前記工程（ａ）は、前記複数の第１の電極が配置される
    位置に対応して、板状の前記絶縁性部材（２３）に複数
    のスルーホール（２９）を設け、前記絶縁性部材の前記
    位置に対応する両面に前記スルーホールを介して互いに
    導通する導電性部材を形成することによって前記複数の
    電極（２１）を形成することを特徴とする、熱電変換装
    置の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項７に記載の熱電変換装置の製造
    方法において、 前記工程（ａ）は、前記複数の熱電変換素子と前記複数
    の第１の電極との接合面側で前記絶縁性部材と前記複数
    の第１の電極とを固定することによって前記基板（３
    ０）を生成することを特徴とする、熱電変換装置の製造
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の熱電変換装置の製
    造方法において、 前記工程（ａ）は、板状の前記絶縁性部材（３３）に対
    して前記複数の熱電変換素子が配置される位置に複数の
    孔（３９）を形成する工程を含み、 前記工程（ｂ）は、前記複数の熱電変換素子のそれぞれ
    を前記複数の孔（３９）を通して前記複数の第１の電極
    と接合させる工程を含む、熱電変換装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項７乃至１２のいずれか１つに記
    載の熱電変換装置の製造方法において、 前記工程（ａ）は、前記空間（８）に前記複数の熱電変
    換素子と干渉しない状態で配置される他の絶縁性部材
    （１４；２７；３６）を用いて、前記複数の第２電極を
    固定した他の基板（１５；２５；３５）を生成する工程
    を含み、 前記工程（ｃ）は、前記他の基板を前記複数の熱電変換
    素子の前記他端に固定する工程を含む、熱電変換装置の
    製造方法。