【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｐ型及びＮ型熱電半導体材料からなるＰ型及びＮ型エレメントを用いて、ゼーベック効果による温度差発電（熱発電）や、ペルチェ効果による電子冷却・発熱を可能とするサーモモジュールを用いた熱電変換機構及びこれを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子機器には、電子機器を構成する部品を冷却、加熱するためにサーモモジュールを搭載したものがある。このサーモモジュールは、Ｐ型熱電半導体材料からなるＰ型エレメントと、Ｎ型熱電半導体材料からなるＮ型エレメントと、表面に電極が形成された２枚の基板と、前記２枚の基板間に前記Ｐ型エレメントと前記Ｎ型エレメントを配置して前記基板と接合させるための接合材と、前記基板の一方に設けられた外部電極を用いて、Ｐ型熱電半導体材料とＮ型熱電半導体材料を電極を介して接合し、ＰＮ接合対を形成することにより、作成される。
このサーモモジュールは、接合対間に温度差を与えることにより、ゼーベック効果に基づく電力を発生することから発電装置として、また素子に電流を流すことにより接合部の一方で冷却、他方で発熱が生じるペルチェ効果を利用した冷却装置や精密温度制御装置などとしての用途がある。
【０００３】
このサーモモジュールは、素子としての性能を高めるために数十から数百個といった複数個のＰＮ接合対を直列に形成したサーモモジュールとして作成使用されるのが一般的である。ＰＮ接合対の数が大きいほどペルチェ効果における冷却性能は向上する。
【０００４】
このサーモモジュールは、２枚の基板のうち一方がペルチェ効果によって生じる冷却効果を有し、他方が発熱する効果を有する。この時、内部の熱を充分に放熱する必要があるので、放熱側の基板は放熱対象に隙間無く接合する必要がある。
【０００５】
このサーモモジュールは吸熱効果による冷却を一方の基板で、放熱効果による加熱を他方の基板で行う。このサーモモジュールは可逆なモジュールであるため、電極の正負を逆転することで冷却側と放熱側を逆転させることができる。
【０００６】
サーモモジュールは冷却対象を冷却する吸熱面と放熱する放熱面の両面が存在するので一方で吸熱効果による冷却をしても、他方では放熱効果によって生じた熱によって加熱してしまうため、サーモモジュール放熱側の熱を使用環境外部に充分に放熱する必要がある。これまでは、電子機器内でサーモモジュールによる冷却を行う際には、その電子機器内での放熱効果による熱の放熱が問題となっていた。
【０００７】
熱の放熱については、従来は図７に示すようにヒートシンクを用いるのが一般的である。ここでは、サーモモジュール１１の放熱側基板にヒートシンク２０を直接はんだ１７で接合された状態となっている。（例えば特許文献１参照。）
【特許文献１】
特開２００２−１４８６６６号広報（第５頁、第１２−１３図）
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術で説明したように、電子機器内で冷却手段として使用されるサーモモジュールと、サーモモジュールから発生する熱の放熱手段としてのヒートシンクは冷却対象ならびに放熱対象において固定された状態であり、冷却対象ならびに放熱対象が動作を持つものであった場合には使用できないという欠点をもっていた。電子機器の中でも機構としての運動の無い部品の冷却は可能であるが、運動する手段を有した部品へのサーモモジュールの適応は困難であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、ペルチェ効果によって冷却、放熱を行うサーモモジュールと、サーモモジュールの冷却側基板に接触する冷却対象と、サーモモジュールからの熱を放熱する放熱部材と、一端がサーモモジュールの放熱側基板に接触し、他端が放熱部材と接続することで、サーモモジュールからの熱を放熱部材に伝達する熱伝達部材と、からなる電子機器において、冷却対象及びサーモモジュールと放熱部材との相対的位置変化に対して、熱伝達部材とサーモモジュールの放熱基板側及び放熱部材との接触状態を保つための追従手段を有することを特徴とする。
この発明によれば、従来は、サーモモジュールが固定されていたため、冷却対象や放熱対象に対して相対的に位置を変化させることが出来なかったのに対して、追従手段によって冷却対象や放熱対象に対して相対的に位置を変化させることができる。結果としてピックアップ部やスライダ部を有する冷却対象への冷却が可能となる。
【００１０】
また、追従手段は熱伝達部材に設けられていることを特徴とする。この発明によれば、上記における冷却対象や放熱対象に対して相対的に位置を変化させるために熱伝達部材に追従手段を適用するだけでよいため、冷却対象ならびに放熱対象に特別な改良を加えることなく、熱伝達部材を適用するだけで相対位置変化を実現させることができるので、結果として様々な冷却対象に対して冷却を容易に実現できる効果がある。
【００１１】
また、追従手段は熱伝達部材と放熱部材との間に設けられた関節機構にあることを特徴としている。この発明によれば熱伝達部材と放熱部材間の追従手段を関節機構とすることで、サーモモジュールと放熱部材の間隔が小さく、熱伝達部材に追従手段を適用するだけのスペースが無い場合においても適用できるため、省スペース化を期待できる。
【００１２】
また、追従手段は外力によって変形する箔で構成された熱伝達部材であることを特徴とした。この発明によれば熱伝達部材がサーモモジュール及び放熱部材の両者において隙間無く接合しても追従可能であるため、放熱効率が非常に優れつつ追従可能である効果がある。
【００１３】
また、追従手段は外力によって変形する細線で構成された熱伝達部材であることを特徴としている。この発明によれば追従効率と放熱効率に応じて細線本数を調整することで最適な環境を選択できるだけでなく、固定された柱状熱伝達部材より追従範囲も広いという効果が期待できる。
【００１４】
また、相対位置変化手段は、外力によって弾性変形することができることを特徴とする。この発明によれば、容易に相対位置変化を実現できるだけでなく、相対位置変化における可動部を用いる必要が無いため、部品点数の減少と低コスト化が期待できる。
【００１５】
また、熱伝達部材または係合部が関節を有することを特徴とする。この発明によれば、熱伝達部材が四節構造やパンタグラフ形状をとることができるため、正確に平行移動、垂直移動を行うことができる。
【００１６】
また、熱伝達部材と放熱部材の間に伸縮手段を設けたことを特徴とする。この発明によれば、冷却手段の上下方向についての運動について追従できるだけでなく、縮む時は熱伝達部材を収納させることができる。結果として電子機器内の省スペース化に有効である。
【００１７】
また、熱伝達部材または係合部が、冷却対象の相対的位置変化方向に自由度を有し、熱伝達部材と放熱部材の摺動面が接触していることを特徴とする。この発明によれば、自由度を有するスライド機構として機能し、熱伝達部材と放熱部材の摺動部の摩擦を小さくすることで、迅速な相対的位置変化に対応することができるだけでなく、回転体などの運動部を独立して有することでＸＹテーブルのようにスライド手段が独立して運動することができる。スライド手段が独立して運動することで、放熱対象の熱を振り払うような効果を期待でき結果として放熱性の向上を期待できる。
【００１８】
また、熱伝達部材が、円環状構造であることを特徴とする。この発明によれば、熱伝達全体が運動するため、熱伝達部材の放熱性に優れる点が挙げられる。熱伝達部材内に関節や伸縮手段を有する場合と異なり、部材自体の運動による摩擦の影響を考慮しなくてもよいため、摩擦による問題を無視することができる。また、円環状熱伝達部材上に複数個のサーモモジュールを接合することで蛇腹状にサーモモジュールを設置することができるため、凹凸部のある冷却対象にも適用できる利点も考えられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
本発明を適用した実施の形態１としての熱電変換機構１００について詳細な説明をする。図１は熱電変換機構１００の構成図である。熱電変換機構１００では、ペルチェ効果によって冷却、加熱を実現するサーモモジュール１１と冷却対象としてのピックアップ１２、サーモモジュール１１とピックアップ１２の相対的な位置変化に対する追従手段として、本形態では関節を適用し、関節機構３０としての蝶つがい１３、この蝶つがい１３に接続する脚部を有する熱伝達部材としてのブロック１４、関節の動きを潤滑にするための潤滑油１５、熱伝達部材の下部に接合する放熱部材としての放熱板１６、サーモモジュール１１、ピックアップ１２、ブロック１４、放熱板１６の各部材間を接合するための接合剤としてのはんだ１７とで構成される。
【００２０】
関節機構３０はサーモモジュール１１及びピックアップ１２が放熱板１６との相対的位置変化によって生じる外力によって変形できるようになっている。実施例では、図１に示すようにペルチェ効果によって冷却を可能とするサーモモジュール１１の上部に本発明における冷却対象としてのＣＤ、ＤＶＤ等のピックアップ１２を設置する。
サーモモジュール１１はペルチェ効果による冷却を実現できるサーモモジュールなら全てに有効であり、多段構造、スケルトン構造とあらゆる構造をしたサーモモジュールについて有効である。また、ピックアップ１２は可動する部品でなくても本発明は適用できるため、本実施例に範囲を限定するものではない。
【００２１】
使用するサーモモジュール１１のサイズは、ピックアップ１２の断面積よりも大きい基板を有するタイプのものが好ましい。ピックアップ１２に対してサーモモジュール１１が小さ過ぎると断面に水平な方向への運動を生じた時にサーモモジュールのＰＮ接合対の疲労破壊を生じる恐れがあるためである。
但し、サーモモジュール１１はいかなる寸法のものを使用しても本発明は実行できるため、これに限定するものではない。
【００２２】
そしてサーモモジュール下部に熱伝達部材としてのブロック１４を接合する。ここでは、サーモモジュール１１が運動する場合を考慮して、関節としての蝶つがい１３と接続したブロック１４を設置する。
但し関節は、蝶つがい１３でなくても本発明における追従手段としての関節機構３０として成立するので、関節機構３０として蝶つがい構造に限定するものではない。また、関節機構３０は熱伝達部材としてのブロック１４及びブロック１４と放熱部材としての放熱板１６の間に存在する係合部にも適用できる。
関節機構３０が熱伝達部材としてのブロック１４にある場合は、係合部ははんだ１７にて接合し、係合部に関節機構３０を有したい場合は、係合部に溝を入れることで係合部が可動部を有することができる。
【００２３】
本実施例はブロック１４に関節機構３０が適用されている場合において記述する。本実施例では、蝶つがい１３は、蝶つがい１３を中心として、ブロック１４が自由に角度を決められるようなコンパスの支点と脚の関係に類似した形状とする。ブロック１４は熱伝達部材としての役割を果たす。
ブロック１４の素材は熱伝導性が良く、加工しやすいＣｕ、Ａｌが理想であるが、物体同士の接触による熱伝導性を期待するものであって、素材の制限は無い。また蝶つがい１３とブロック１４はサーモモジュール１１及びピックアップ１２の運動に追従する必要があるので、蝶つがい１３とブロック１４間の摩擦係数は小さくなるよう、潤滑油１５を使用する。そしてブロック１４の下部に放熱対象としての放熱板１６を設置する。
【００２４】
但し放熱板１６についても放熱性に優れるものが好ましいが、これも上記のブロック１４と同様で、素材の制限は無い。
サーモモジュール１１とピックアップ部１２、サーモモジュール１１とブロック１４、ブロック１４と放熱板１６の設置方法は、熱伝導性の良いはんだ１７による接合を行う。各部材においてはんだ１７を隙間無く接合することで放熱性、熱伝導性は向上させることができる。但し接合部材についてもはんだ以外にもＡｇペースト、接着剤、ゲル化シート、シリコンシート等、熱伝導性の良い部材を使用しても本発明は実施可能であるため、部材を限定するものではない。また、はんだ１７による接合では運動を制限してしまう可能性のある時は、接触によって放熱させることも可能である。
【００２５】
また、一つの熱伝達部材としてのブロック１４を介しただけではサーモモジュール１１が発生させる熱の放熱が構造的に困難な場合は、放熱対象としての放熱板１６の形状をヒートシンク２０のように凹凸のあるものにし、全体の表面積を大きくすることで放熱性の向上を期待できる。このような構成を満たすことで、ピックアップ１２が位置を放熱板１６に対して相対的に変化させる場合においても可動部としての蝶つがい１３が可動することで、サーモモジュール１１を損傷させずに、ピックアップ１２の運動に追従させることができる。
【００２６】
＜実施の形態２＞
本発明を適用した実施の形態２としての熱電変換機構２００についてその詳細を図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は、実施の形態２としての熱電変換機構２００、図２（ｂ）は可動後の熱電変換機構２００である。関節機構３０を有した熱伝達部材としてブロック１４を組み合わせたことで作成した平行四辺形構造を成す四節構造とすることで図２（ｂ）のように平行定規のような上面と下面が平行になるように運動させることができる。四節構造は、ブロック１４とそれを止めるピン１３で構成される。ピン１３は、ブロック１４の繋ぎ合わせることが目的であり、運動を妨げないようにブロック１４とピンの間の摩擦を小さくするために、潤滑油１５を使用してもよい。四節構造を使用する場合は、ブロック１４とサーモモジュール１１及び放熱板１６を接合する。
【００２７】
＜実施の形態３＞
本発明を適用した実施の形態３としての熱電変換機構３００、３０１についてその詳細を図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は、実施の形態３としての熱電変換機構３００、図３（ｂ）は可動後の熱電変換機構３００、図３（ｃ）は実施の形態３としての熱電変換機構３０１である。冷却対象がピックアップ１２のように不規則変化をする場合は、熱伝達部材にブロック１４ではなく、ワイヤ状の銅線２１を複数本使用することで対応できる。ブロック１４に銅線２１をワイヤボンディングやはんだ付けによって接合するため、ブロック１４には皮膜としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどのメッキが施されていることが好ましい。本数については、サーモモジュール１１が放熱する熱を放熱板１６に充分に熱伝達することのできるだけの本数を使用する。
【００２８】
銅線の太さについてはサーモモジュール１１及びピックアップ１２が相対的な位置変化をすることについて追従可能な柔らかさを有する必要がある。また銅線については、外力によって弾性変形可能な素材の線を使用することでも本実施例は適用できる。この際の銅線２１の長さは上下部のブロック１４までの距離よりも長くしておくことで運動の幅が長くても追従可能になる。また、図３（ｃ）に示した熱電変換機構３０１は銅線２１の替わりに外力によって弾性変形が可能な程度の柔らかさを有した放熱板１６を適用している。弾性変形が可能であるため、サーモモジュール１１の微小な放熱板１６に対しての相対的な位置変化について追従可能である。
【００２９】
＜実施の形態４＞
本発明を適用した実施の形態４としての熱電変換機構４００についてその詳細を図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は、実施の形態４としての熱電変換機構４００、図４（ｂ）は可動後の熱電変換機構４００である。固定部分をサーモモジュール１１及び放熱対象としての放熱板１６に接した関節のみにすれば図４（ａ）に示すようなパンタグラフ形状の関節機構３０にすることもできる。パンタグラフ形状の関節機構３０であれば全体を通しての伸縮が可能であることから、冷却対象が上下に激しく運動する部品にも適用できる。
【００３０】
パンタグラフを使用する際には、上下部となる蝶つがい１３を放熱板１６に接合する。パンタグラフの接合方法は、サーモモジュール１１及びピックアップ１２の運動が単純な上下運動のみであれば、パンタグラフの上部関節をサーモモジュール１１の放熱対象と、パンタグラフの下部を放熱板１６と隙間無くはんだ１７で接合する。サーモモジュール１１の放熱対象に本発明にある金属部材としてのブロック１４や放熱板１６を使用する際に複数個、複数枚使用することも可能である。複数個の金属部材を使用することで、様々な個所へ熱的に接触することになる。放熱対象全体の体積が大きいほど、熱容量も大きくなるので熱源近傍の部分的な熱の上昇を緩和することができる。
【００３１】
＜実施の形態５＞
本発明を適用した実施の形態５としての熱電変換機構５００についてその詳細を図５（ａ）、図５（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は、実施の形態５としての熱電変換機構５００、図５（ｂ）は可動後の熱電変換機構５００である。熱電変換機構５００は熱電変換機構１００で構成された要素の中で熱伝達部材としてのブロック１４について、放熱板１６に接触した状態で配置されている熱伝達部材と放熱部材の係合部に存在する球体１８、サーモモジュール１１と放熱板１６と接合されている熱伝達部材としての伸縮棒１９とで構成されている。
係合部は、球体１８の運動を妨げることの無い程度に可動範囲を有することにする。ブロック１４は、サーモモジュール１１とはんだ１７によって接合されている。球体１８の材質は、熱伝達部材となるため、熱伝導性に優れた金属性の素材であることが好ましい。
【００３２】
放熱板１６に球体１８が入り込む空間を設け、ブロック１４の代わりにロッドアンテナ状の伸縮棒１９を球体１８に接合させる。球体１８を放熱板１６の上面にて点接触している状態であり、伸縮棒１９はサーモモジュール１１の運動に追従することができる。同時に伸縮棒１９もサーモモジュール１１の上下方向への運動によって伸びたり、収納したりが可能である。接合方法はサーモモジュール１１とピックアップ１２、サーモモジュール１１と伸縮棒１９ははんだ財１７で隙間無く接合、球体１８と伸縮棒１９もはんだ１７で接合するが、伸縮棒１８の運動の妨げにならないように、放熱板１６上面に球体１８が現れている部分のみの接合とする。この実施の形態５を実行することで、収納性に優れ、相対的な位置変化に追従した電子機器を実現することができる。
【００３３】
＜実施の形態６＞
本発明を適用した実施の形態６としての熱電変換機構６００について図６（ａ）、図６（ｂ）を用いて詳細に説明する。図６（ａ）は実施の形態６としての熱電変換機構６００、図６（ｂ）可動後の熱電変換機構６００である。熱電変換機構６００は、サーモモジュール１１とピックアップ１２、放熱部材としての放熱板１６、熱伝達部材として円環状部材である箔２２で構成されている。熱伝達部材がベルト状、リボン状の薄さとした円環状金属部材としての箔２２にすることで、金属部材が一軸方向への運動をする時も円環状の箔２２はキャタピラ運動をすることができる。円環状の箔２２がスライド機構４０として働くことで、冷却対象１２の相対的位置変化に対応することができる。
【００３４】
円環状の金属部材としての箔２２は、扁平した楕円状であることが理想であり、サーモモジュールの運動に追従して破損しない程度の柔軟性を有する必要がある。箔の厚さは１ｍｍ以内が好ましく、薄箔を何枚を重ね合わせたものでも可能である。上記の円環状金属部材は、それ自体が曲がりやすいため、関節を有する事無くとも冷却対象１２の相対的位置変化について追従することができる。よってこの方式を採用すれば、金属部材が省スペースで運動することができる。また、この実施の形態６は図６（ａ）、図６（ｂ）から見て奥行き方向に充分な幅を有することで、図面から見て、上下方向、左右方向、奥行き方向へ冷却対象１２が相対的位置変化する時でも追従することができるため、冷却対象１２がＣＤ、ＤＶＤなどに用いられるピックアップ部のような複雑な相対的位置変化をする部品であった時に有効である。
【００３５】
また、図６（ｃ）に実施の形態６の応用例とした熱電変換機構６０１を示す。構成は熱電変換機構６００と、スライド機構４０として、放熱板１６の下面部にレール２３が放熱板１６がスライド可能なように設置されており、レール２３下はＸＹテーブル２４上に設置されている。放熱板１６の下にレール２３があることにより、冷却対象１２の相対的位置変化に対する追従をスムーズに行うことができる。但しレール２３単体では、冷却対象１２が複雑な運動を行う場合において対応しきれない場合があるので、相対的位置変化の微調整にＸＹテーブル２４を用いる。レール２３で冷却対象１２の相対的位置変化に対する追従を行い、微調整にＸＹテーブル２４を使用することで、熱電変換機構６００より適応性、微調性に優れた熱電変換が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、ペルチェ効果によって冷却することのできるサーモモジュールによって対象部品を冷却することのできる電子機器において、サーモモジュールが発生させる熱の放熱対象として従来はヒートシンク等固定された部材を使用していたのに対し、相対位置変化手段を有することで冷却対象がスライド機構、ピックアップ機構のように可動するものであっても相対的な位置変化に対応した電子機器を実現できる。また、放熱対象が運動することで熱を発散できる点も特徴である。同様の機構で放熱対象側のみを運動させることで熱の発散を期待するのであれば、固定された部材を冷却対象とした従来のサーモモジュールの使用にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態１である熱電変換機構１００の構成図である。
【図２】（ａ）実施の形態２である熱電変換機構２００の構成図である。
（ｂ）熱電変換機構２００の可動後の図である。
【図３】（ａ）実施の形態３である熱電変換機構３００の構成図である。
（ｂ）熱電変換機構３００の可動後の図である。
（ｃ）実施の形態３である熱電変換機構３０１の構成図である。
【図４】（ａ）実施の形態４である熱電変換機構４００の構成図である。
（ｂ）熱電変換機構４００の可動後の図である。
【図５】（ａ）実施の形態５である熱電変換機構５００の構成図である。
（ｂ）熱電変換機構５００の可動後の図である。
【図６】（ａ）実施の形態６である熱電変換機構６００の構成図である。
（ｂ）熱電変換機構６００の可動後の図である。
（ｃ）実施の形態６である熱電変換機構６０１の構成図である。
【図７】従来のヒートシンクを用いたサーモモジュールの放熱方法を示した図である。
【符号の説明】
１１ サーモモジュール
１２ ピックアップ
１３ 蝶つがい、ピン
１４ ブロック
１５ 潤滑油
１６ 放熱板
１７ はんだ
１８ 球体
１９ 伸縮棒
２０ ヒートシンク
２１ 銅線
２２ 箔
２３ レール
２４ ＸＹテーブル
３０ 関節機構
４０ スライド機構
１００、２００、３００、３０１、４００、５００、６００、６０１ 熱電変換機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a thermo-module that uses P-type and N-type elements made of P-type and N-type thermoelectric semiconductor materials to enable temperature difference power generation (thermal power generation) by the Seebeck effect and electronic cooling and heat generation by the Peltier effect. The present invention relates to a thermoelectric conversion mechanism used and an electronic device using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Some conventional electronic devices include a thermo module for cooling and heating components constituting the electronic device. The thermo module includes a P-type element made of a P-type thermoelectric semiconductor material, an N-type element made of an N-type thermoelectric semiconductor material, two substrates having electrodes formed on a surface thereof, and the substrate between the two substrates. A P-type thermoelectric semiconductor material and an N-type thermoelectric semiconductor material are electroded using a bonding material for arranging the P-type element and the N-type element and bonding them to the substrate, and an external electrode provided on one of the substrates. To form a PN junction pair.
This thermo module generates electric power based on the Seebeck effect by giving a temperature difference between the junction pair, so as to generate electricity based on the Seebeck effect. It is used as a cooling device using the Peltier effect or a precision temperature control device.
[0003]
This thermo module is generally produced and used as a thermo module in which several tens to hundreds of PN junction pairs are formed in series in order to enhance the performance as an element. The cooling performance in the Peltier effect improves as the number of PN junction pairs increases.
[0004]
In this thermomodule, one of the two substrates has a cooling effect caused by the Peltier effect, and the other has an effect of generating heat. At this time, since the internal heat needs to be sufficiently dissipated, the substrate on the heat dissipating side must be joined to the heat dissipating object without any gap.
[0005]
In this thermo module, cooling by the heat absorption effect is performed on one substrate, and heating by the heat radiation effect is performed on the other substrate. Since this thermo module is a reversible module, the cooling side and the heat radiation side can be reversed by reversing the polarity of the electrode.
[0006]
Since the thermo module has both a heat absorbing surface to cool the object to be cooled and a heat radiating surface to radiate heat, even if it is cooled by the heat absorbing effect on the one hand, it is heated by the heat generated by the heat radiating effect on the other. It is necessary to sufficiently dissipate the heat on the outside of the usage environment. Heretofore, when cooling with a thermo module in an electronic device, heat radiation due to a heat radiation effect in the electronic device has been a problem.
[0007]
For heat radiation, conventionally, a heat sink is generally used as shown in FIG. Here, the heat sink 20 is directly joined to the heat radiation side substrate of the thermo module 11 by the solder 17. (For example, see Patent Document 1)
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2002-148666 (Page 5, FIG. 12-13)
[Problems to be solved by the invention]
[0008]
As described in the related art, a thermo module used as a cooling unit in an electronic device and a heat sink serving as a heat radiating unit for heat generated from the thermo module are fixed in a cooling object and a heat radiating object. In addition, it has a disadvantage that it cannot be used when the heat radiation target has an operation. Although it is possible to cool parts without movement as a mechanism in electronic equipment, adaptation of a thermo module to parts having means for moving has been difficult.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a thermo module that performs cooling and heat radiation by the Peltier effect, a cooling object that contacts a cooling-side substrate of the thermo module, a heat radiation member that radiates heat from the thermo module, and one end of the thermo module A heat transfer member that transfers heat from the thermo module to the heat radiating member by contacting the heat radiating side substrate and the other end is connected to the heat radiating member; It is characterized by having a follow-up means for maintaining a contact state between the heat transfer member, the heat radiating board side of the thermo module and the heat radiating member with respect to the relative position change.
According to the present invention, the position of the cooling module or the heat radiation target cannot be changed relative to the cooling target or the heat radiation target because the thermo module has been conventionally fixed. Can be changed relative to. As a result, it is possible to cool the cooling target having the pickup unit and the slider unit.
[0010]
Further, the follower is provided on the heat transfer member. According to the present invention, it is only necessary to apply the follow-up means to the heat transfer member in order to change the position relative to the cooling object and the heat radiating object, so that a special improvement is added to the cooling object and the heat radiating object. Therefore, the relative position change can be realized only by applying the heat transfer member, and as a result, there is an effect that various cooling objects can be easily cooled.
[0011]
Further, the following means is provided in a joint mechanism provided between the heat transfer member and the heat radiation member. According to the present invention, the following mechanism between the heat transfer member and the heat radiating member is an articulated mechanism, so that the space between the thermo module and the heat radiating member is small, and even when there is no space for applying the following means to the heat transfer member. Applicable, space saving can be expected.
[0012]
Further, the follower is a heat transfer member made of a foil that is deformed by an external force. According to the present invention, even if the heat transfer member is joined without gaps in both the thermo module and the heat radiating member, the heat radiating member can follow the heat radiating member.
[0013]
Further, the follower is a heat transfer member composed of a thin wire that is deformed by an external force. According to the present invention, not only can the optimum environment be selected by adjusting the number of fine wires according to the tracking efficiency and the heat radiation efficiency, but also the effect that the tracking range is wider than that of the fixed columnar heat transfer member can be expected.
[0014]
Further, the relative position changing means can be elastically deformed by an external force. According to the present invention, not only the relative position change can be easily realized, but also it is not necessary to use a movable part in the relative position change, so that a reduction in the number of parts and a reduction in cost can be expected.
[0015]
Further, the heat transfer member or the engagement portion has a joint. According to the present invention, since the heat transfer member can have a four-bar structure or a pantograph shape, the parallel movement and the vertical movement can be accurately performed.
[0016]
Further, an expansion and contraction means is provided between the heat transfer member and the heat radiation member. According to the present invention, not only can the cooling unit follow the vertical movement of the cooling unit, but also the heat transfer member can be housed when the cooling unit contracts. As a result, it is effective for saving space in the electronic device.
[0017]
Further, the heat transfer member or the engagement portion has a degree of freedom in a relative position change direction of the object to be cooled, and the heat transfer member and the sliding surface of the heat radiation member are in contact with each other. According to the present invention, by functioning as a slide mechanism having a degree of freedom, by reducing the friction between the sliding portion of the heat transfer member and the heat dissipating member, it is possible not only to respond to a rapid relative position change, but also to rotate By independently having a moving part such as a body, the sliding means can independently move like an XY table. The independent movement of the slide means can be expected to have the effect of shaking off the heat of the heat radiating object, and consequently the heat radiating property can be improved.
[0018]
Further, the heat transfer member has an annular structure. According to the present invention, since the entire heat transfer moves, the heat transfer member is excellent in heat dissipation. Unlike the case where the heat transfer member has joints and expansion / contraction means, it is not necessary to consider the influence of friction due to the movement of the member itself, so that the problem due to friction can be ignored. Further, by joining a plurality of thermo modules on the annular heat transfer member, the thermo modules can be installed in a bellows-like manner, so that the thermo module can be applied to a cooling object having irregularities.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<Embodiment 1>
The thermoelectric conversion mechanism 100 according to Embodiment 1 to which the present invention is applied will be described in detail. FIG. 1 is a configuration diagram of the thermoelectric conversion mechanism 100. In the thermoelectric conversion mechanism 100, a joint is applied in the present embodiment as a thermo module 11 for realizing cooling and heating by the Peltier effect and a pickup 12 as a cooling target, and as a means for following a relative position change between the thermo module 11 and the pickup 12. A hinge 13 as a joint mechanism 30, a block 14 as a heat transfer member having legs connected to the hinge 13, a lubricating oil 15 for lubricating the movement of the joint, and a lower part of the heat transfer member It is composed of a heat radiating plate 16 as a heat radiating member, a thermo module 11, a pickup 12, a block 14, and a solder 17 as a bonding agent for joining the respective members of the heat radiating plate 16.
[0020]
The joint mechanism 30 is configured so that the thermo module 11 and the pickup 12 can be deformed by an external force generated by a change in the relative position with respect to the heat sink 16. In the embodiment, as shown in FIG. 1, a pickup 12 such as a CD or a DVD as a cooling target according to the present invention is installed above a thermomodule 11 capable of cooling by the Peltier effect.
The thermo module 11 is effective for all thermo modules that can realize cooling by the Peltier effect, and is effective for thermo modules having a multi-stage structure, a skeleton structure, and any other structures. Further, since the present invention can be applied even if the pickup 12 is not a movable part, the scope is not limited to the present embodiment.
[0021]
The size of the thermo module 11 used is preferably of a type having a substrate larger than the cross-sectional area of the pickup 12. This is because if the thermo module 11 is too small with respect to the pickup 12, the PN junction pair of the thermo module may be fatigue-ruptured when the cross section moves in the horizontal direction.
However, since the present invention can be carried out using any size of the thermo module 11, the present invention is not limited to this.
[0022]
Then, a block 14 as a heat transfer member is joined to a lower portion of the thermo module. Here, the block 14 connected to the hinge 13 as a joint is installed in consideration of the case where the thermo module 11 moves.
However, since the joint is realized as the joint mechanism 30 as the following means in the present invention even if the hinge is not the hinge 13, the joint mechanism 30 is not limited to the hinge structure. In addition, the joint mechanism 30 can be applied to the block 14 as a heat transfer member and the engaging portion existing between the block 14 and the heat radiating plate 16 as a heat radiating member.
When the joint mechanism 30 is in the block 14 as a heat transfer member, the engaging portion is joined by the solder 17, and when it is desired to have the joint mechanism 30 in the engaging portion, a groove is formed in the engaging portion. The joint may have a movable part.
[0023]
This embodiment will be described in the case where the joint mechanism 30 is applied to the block 14. In the present embodiment, the hinge 13 has a shape similar to the relationship between the fulcrum of the compass and the legs such that the block 14 can freely determine the angle around the hinge 13. Block 14 serves as a heat transfer member.
The material of the block 14 is ideally Cu and Al, which have good thermal conductivity and are easy to process, but are expected to have thermal conductivity due to contact between objects, and there is no limitation on the material. Since the hinge 13 and the block 14 need to follow the movement of the thermo module 11 and the pickup 12, the lubricating oil 15 is used so that the coefficient of friction between the hinge 13 and the block 14 becomes small. Then, a heat radiating plate 16 as a heat radiating object is provided below the block 14.
[0024]
However, it is preferable that the heat radiating plate 16 is also excellent in heat radiating property. However, as in the case of the above-described block 14, there is no limitation on the material.
The thermo module 11 and the pickup unit 12, the thermo module 11 and the block 14, and the block 14 and the heat radiating plate 16 are connected by solder 17 having good thermal conductivity. By joining the solder 17 without gaps in each member, heat dissipation and heat conductivity can be improved. However, as for the joining member, the present invention can be carried out using a member having good thermal conductivity such as an Ag paste, an adhesive, a gelling sheet, a silicon sheet, etc. other than the solder, so that the member is not limited. . Further, when there is a possibility that the movement is restricted in the joining by the solder 17, it is possible to dissipate heat by contact.
[0025]
If it is structurally difficult to radiate the heat generated by the thermo module 11 only through the block 14 as one heat transfer member, the shape of the heat radiating plate 16 as the heat radiating object may be uneven like the heat sink 20. By increasing the overall surface area, improvement in heat dissipation can be expected. By satisfying such a configuration, even when the position of the pickup 12 changes relative to the heat radiating plate 16, the hinge 13 as a movable portion moves, so that the thermo module 11 is not damaged, The movement of the pickup 12 can be followed.
[0026]
<Embodiment 2>
A thermoelectric conversion mechanism 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). FIG. 2A shows the thermoelectric conversion mechanism 200 according to the second embodiment, and FIG. 2B shows the thermoelectric conversion mechanism 200 after being moved. As shown in FIG. 2B, the upper and lower surfaces of the parallel ruler are parallel as shown in FIG. 2B by forming a four-node structure forming a parallelogram structure created by combining the block 14 as a heat transfer member having the joint mechanism 30. You can exercise to become. The four-bar structure has a block 14 and a pin 13 for stopping the block. The purpose of the pins 13 is to join the blocks 14, and a lubricating oil 15 may be used to reduce the friction between the blocks 14 and the pins so as not to hinder the movement. When the four-bar structure is used, the block 14, the thermomodule 11, and the heat sink 16 are joined.
[0027]
<Embodiment 3>
The details of the thermoelectric conversion mechanisms 300 and 301 according to the third embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3A shows a thermoelectric conversion mechanism 300 as a third embodiment, FIG. 3B shows a thermoelectric conversion mechanism 300 after being moved, and FIG. 3C shows a thermoelectric conversion mechanism 301 as a third embodiment. . In the case where the object to be cooled changes irregularly like the pickup 12, it can be dealt with by using a plurality of wire-shaped copper wires 21 instead of the block 14 as the heat transfer member. In order to join the copper wire 21 to the block 14 by wire bonding or soldering, it is preferable that the block 14 be plated with Au, Ag, Cu, or the like as a film. As for the number, the number used is such that the heat radiated by the thermomodule 11 can be sufficiently transferred to the heat radiating plate 16.
[0028]
Regarding the thickness of the copper wire, it is necessary that the thermo module 11 and the pickup 12 have a softness that can follow the relative position change. The present embodiment can also be applied to a copper wire using a wire made of a material that can be elastically deformed by an external force. At this time, the length of the copper wire 21 is made longer than the distance to the upper and lower blocks 14 so that the copper wire 21 can follow even if the width of the movement is long. Further, the thermoelectric conversion mechanism 301 shown in FIG. 3C employs a heat radiating plate 16 having such a softness that elastic deformation can be performed by an external force instead of the copper wire 21. Since elastic deformation is possible, it is possible to follow a relative position change of the thermo module 11 with respect to the minute heat radiating plate 16.
[0029]
<Embodiment 4>
A thermoelectric conversion mechanism 400 according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). FIG. 4A shows a thermoelectric conversion mechanism 400 according to the fourth embodiment, and FIG. 4B shows a thermoelectric conversion mechanism 400 after being moved. If the fixed part is only the joint in contact with the thermo module 11 and the heat radiating plate 16 as a heat radiating object, a pantograph-shaped joint mechanism 30 as shown in FIG. Since the pantograph-shaped joint mechanism 30 can expand and contract throughout, it can be applied to components in which the object to be cooled moves violently up and down.
[0030]
When the pantograph is used, the hinges 13 serving as upper and lower portions are joined to the heat sink 16. If the movement of the thermo module 11 and the pickup 12 is only a simple vertical movement, the upper joint of the pantograph is radiated by the thermo module 11 and the lower part of the pantograph is soldered to the heat radiating plate 16 and the solder 17 without any gap. Join. When using the block 14 or the heat radiating plate 16 as a metal member according to the present invention as a heat radiating object of the thermo module 11, a plurality or a plurality of heat radiating plates can be used. By using a plurality of metal members, various parts are brought into thermal contact. Since the heat capacity increases as the volume of the entire heat radiation target increases, it is possible to mitigate a partial rise in heat near the heat source.
[0031]
<Embodiment 5>
The details of a thermoelectric conversion mechanism 500 according to a fifth embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 5A shows a thermoelectric conversion mechanism 500 according to the fifth embodiment, and FIG. 5B shows a thermoelectric conversion mechanism 500 after being moved. The thermoelectric conversion mechanism 500 exists in the engagement portion between the heat transfer member and the heat radiating member, which is disposed in contact with the heat radiating plate 16 with respect to the block 14 as the heat transmitting member among the elements configured by the thermoelectric conversion mechanism 100. , A thermo-module 11 and a telescopic bar 19 as a heat transfer member joined to the heat sink 16.
The engaging portion has a movable range that does not hinder the movement of the sphere 18. The block 14 is joined to the thermo module 11 by solder 17. The material of the spherical body 18 is preferably a metallic material having excellent heat conductivity because it serves as a heat transfer member.
[0032]
A space in which the sphere 18 enters is provided in the heat sink 16, and a rod antenna-shaped telescopic rod 19 is joined to the sphere 18 instead of the block 14. The sphere 18 is in point contact with the upper surface of the heat sink 16, and the telescopic bar 19 can follow the movement of the thermomodule 11. At the same time, the telescopic bar 19 can be extended or stored by the vertical movement of the thermo module 11. As for the joining method, the thermo module 11 and the pickup 12, the thermo module 11 and the extensible bar 19 are joined with a soldering material 17 without any gap, and the sphere 18 and the extensible bar 19 are joined with the solder 17, but the movement of the extensible bar 18 is not hindered. Then, only the portion where the sphere 18 appears on the upper surface of the heat sink 16 is joined. By executing the fifth embodiment, it is possible to realize an electronic device that is excellent in storability and follows a relative position change.
[0033]
<Embodiment 6>
A thermoelectric conversion mechanism 600 according to Embodiment 6 to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6A shows a thermoelectric conversion mechanism 600 according to the sixth embodiment, and FIG. 6B shows a thermoelectric conversion mechanism 600 after moving. The thermoelectric conversion mechanism 600 includes a thermo module 11 and a pickup 12, a heat radiating plate 16 as a heat radiating member, and a foil 22 that is an annular member as a heat transmitting member. By forming the heat transfer member as a belt-shaped or ribbon-shaped thin metal foil 22 as an annular metal member, even when the metal member moves in one axis direction, the annular foil 22 can make a caterpillar motion. it can. Since the annular foil 22 functions as the slide mechanism 40, it is possible to cope with a change in the relative position of the cooling target 12.
[0034]
Ideally, the foil 22 as an annular metal member has a flat and elliptical shape, and needs to have such flexibility that it does not break following the movement of the thermomodule. The thickness of the foil is preferably within 1 mm, and any number of thin foils can be stacked. Since the above-mentioned annular metal member is easy to bend itself, it can follow the relative position change of the cooling object 12 without having a joint. Therefore, if this method is adopted, the metal member can move in a space-saving manner. The sixth embodiment has a sufficient width in the depth direction as viewed from FIGS. 6 (a) and 6 (b), so that the cooling object 12 can be moved vertically, horizontally, and depthwise as viewed from the drawing. Can be followed even when the relative position changes, which is effective when the object to be cooled 12 is a component having a complicated relative position change such as a pickup unit used for a CD, a DVD or the like.
[0035]
FIG. 6C shows a thermoelectric conversion mechanism 601 as an application example of the sixth embodiment. In the configuration, as the thermoelectric conversion mechanism 600 and the slide mechanism 40, the rail 23 is installed on the lower surface of the heat radiator 16 so that the heat radiator 16 can slide, and the rail 23 is installed on the XY table 24 below the rail 23. . Since the rails 23 are provided below the heat radiating plate 16, it is possible to smoothly follow the relative position change of the cooling target 12. However, since the rail 23 alone may not be able to cope with the case where the cooling object 12 performs a complicated movement, the XY table 24 is used for fine adjustment of the relative position change. By following the relative position change of the cooling target 12 with the rail 23 and using the XY table 24 for fine adjustment, thermoelectric conversion with better adaptability and fine tuning than the thermoelectric conversion mechanism 600 is possible.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in an electronic device in which a target component can be cooled by a thermo module that can be cooled by a Peltier effect, conventionally, a fixed member such as a heat sink is used as a heat radiation target of heat generated by the thermo module. On the other hand, by having the relative position changing means, even if the object to be cooled is movable like a slide mechanism or a pickup mechanism, it is possible to realize an electronic device corresponding to the relative position change. Another characteristic is that heat can be dissipated by the movement of the heat radiation target. If heat dissipation is expected by moving only the heat-dissipation target side by the same mechanism, the present invention can be applied to the use of a conventional thermo-module in which a fixed member is a cooling target.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 100 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 200 according to a second embodiment.
FIG. 3B is a diagram after the thermoelectric conversion mechanism 200 has moved.
FIG. 3A is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 300 according to a third embodiment.
FIG. 3B is a diagram after the thermoelectric conversion mechanism 300 has moved.
(C) is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 301 according to the third embodiment.
FIG. 4A is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 400 according to a fourth embodiment.
(B) is a diagram after the thermoelectric conversion mechanism 400 has been moved.
FIG. 5A is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 500 according to a fifth embodiment.
FIG. 6B is a diagram after the thermoelectric conversion mechanism 500 has moved.
FIG. 6A is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 600 according to a sixth embodiment.
(B) is a diagram after the thermoelectric conversion mechanism 600 has moved.
(C) is a configuration diagram of a thermoelectric conversion mechanism 601 according to the sixth embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for dissipating heat of a thermo module using a conventional heat sink.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Thermo module 12 Pickup 13 Hinge, pin 14 Block 15 Lubricating oil 16 Heat sink 17 Solder 18 Sphere 19 Telescopic rod 20 Heat sink 21 Copper wire 22 Foil 23 Rail 24 XY table 30 Joint mechanism 40 Slide mechanism 100, 200, 300, 301 , 400, 500, 600, 601 thermoelectric conversion mechanism
