JP2006234250A - 加熱冷却装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第一の熱交換ブロック1と第二の熱交換ブロック2との間に熱電モジュール3が挟持された加熱冷却装置において、この熱電モジュール3を包囲する樹脂枠16が接合され、この樹脂枠16の端縁と少なくとも第二の熱交換ブロック2との接合部位が二液反応性常温硬化型接着剤17で密閉されていることを特徴とする加熱冷却装置及びその製造方法。
【選択図】 図2
Description
また本発明は、加熱冷却装置内で生じる温度差等による熱交換ブロック等の歪み及び圧縮・引張・衝撃などの外部応力を樹脂枠と接合部位の双方によって吸収し、熱電モジュールに掛かる負荷を軽減することを目的とする。
さらに本発明は、UV照射や加熱等の煩雑な硬化工程を経ることなく、隙間ゲージ等を使用して加熱冷却装置内の偏荷重等を検出し、耐熱性・耐久性・耐湿性に優れた接合部位を有する加熱冷却装置の製造方法を提供することを目的とする。
(1)第一及び第二の対向する熱交換ブロック間に熱電モジュールが挟持された加熱冷却装置において、該熱電モジュールを包囲する樹脂枠が敷設され、該樹脂枠の端縁と少なくとも一方の熱交換ブロックとの接合部位が二液反応性常温硬化型接着剤によって密閉されたことを特徴とする加熱冷却装置である。
ここで二液反応性常温硬化型接着剤としては、UV照射や加熱等を加えることなく硬化する接着剤が使用される。また二液反応性硬化型接着剤を用いることにより、密閉性、熱応力及び外部応力に対する耐久性が向上し、かつ適切な接着性、作業性を得ることができる。
さらに、樹脂枠の端縁と一方の熱交換ブロックとの接合部位において、樹脂枠の端縁と熱交換ブロックの表面とは必ずしも連設している必要はなく離間していてもよい。樹脂枠の端縁と熱交換ブロックの表面とが離間している場合は、二液反応性常温硬化型接着剤を接合部位に塗布することにより加熱冷却装置内の気密性を確保する。
樹脂枠は熱電モジュールの形状にあわせて平面視正方形若しくは長方形状であるのが一般的である。しかし熱交換ブロック間で生じた熱により樹脂枠自体が破断することがある。そこで請求項2に係る加熱冷却装置では、樹脂枠の角部をR状に形成することによって、角部の熱応力を分散させることにより、樹脂枠の耐久性を向上することができる。
ここで樹脂枠として、高強度・適度な弾性・高耐熱性をもつ高分子化合物を使用することにより、荷重・引張・衝撃などの外部応力、熱による歪み・高熱による加熱冷却部の損害を防止することができる。
また高分子化合物としては、種々のものを用いることができる。例えば、PC樹脂、PET樹脂、PBT樹脂、PPS樹脂、ABS等のプラスチック樹脂が使用される。特にPC樹脂が、可撓性・耐熱性・耐久性の点から好ましい。
樹脂枠の厚みは、加熱冷却装置の大きさに依存するが、第一の熱交換ブロックの大きさが20〜150mm×20〜150mm、第二の熱交換ブロックの大きさが20〜150mm×20〜150mmの加熱冷却装置においては、可撓性と強度の点から1.0mm〜2.5mmの厚みが好適である。
ここで引張強度、引張伸び率及び硬度が上記数値を満たさない場合には樹脂枠及び\又は接合部に破断が生じる可能性がある。さらに二液反応性常温硬化型接着剤としては、他材質との接着剪断強度として3.0MPa以上が好ましい。この数値未満では、接合部に剥離が生じる可能性が生じるからである。また接着剪断強度としては、4.0MPa以上がより好ましい。
上記の特性を満たす二液反応性常温硬化型接着剤としては、例えばエポキシ樹脂(主剤)にアミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤等を混合/反応させるもの等が挙げられる。
かかる構成によって、熱応力に対する耐久性と吸熱に対する高性能を得ることができる。特に冷却ブロック側に熱伝導シートを使用することにより、加熱冷却装置の歪みや熱電モジュールの機械的な応力を吸収することができる。特に第一の熱交換ブロックが冷却ブロックである場合には、冷却ブロックと熱電モジュール間に熱伝導シートを挟持することにより、第一及び第二の熱交換ブロックと熱電モジュール間の双方に熱伝導グリースを用いたものと同等の高性能な加熱冷却装置が得られる。
ここで、熱伝導シート及び熱伝導グリースの材質は特に限定されないが、例えばシリコン等を使用することができる。
冷却ブロックの表面に溝を形成することにより、樹脂枠を配置する際の位置決めが容易となり、作業性が向上する。また樹脂枠の端とヒートシンクの表面とに隙間を形成することにより、隙間ゲージ等を使用して第一及び第二の熱交換ブロック、熱電モジュール、若しくはそれらの接続間の偏荷重等を検出することができる。すなわち、樹脂枠とヒートシンクの接合部の接合工程を、製造工程の最終工程とし、熱電モジュールと熱交換ブロック間にゴミ等の異物やネジ締めトルクの偏り等により生じる偏荷重を検出することによって、熱交換ブロック間における各部材の接合状態等を確認することができるからである。
かかる加熱冷却装置の製造方法によって、耐湿性・耐久性に優れた加熱冷却装置を製造することができる。
また本発明は、加熱冷却装置内で生じる温度差等による熱交換ブロック等の歪み及び圧縮・引張・衝撃などの外部応力を樹脂枠と接合部位の双方によって吸収し、熱電モジュールに掛かる負荷を軽減する効果を奏する。
さらに本発明は、UV照射や加熱等の煩雑な硬化工程を経ることなく、隙間ゲージ等を使用して加熱冷却装置内の偏荷重等を検出し、かつ耐熱性・耐久性に優れた接合部位を有する加熱冷却装置の製造方法を提供し得るという効果を奏する。
図1は、本発明の請求項1に対応する実施形態の一例を示す断面図である。
本実施形態の加熱冷却装置は、第一の熱交換ブロックである冷却ブロック1と、第二の熱交換ブロックであるヒートシンク2からなる熱交換ブロック間に熱電モジュール3が挟持されることにより構成されている。この熱電モジュール3を包囲するように樹脂枠6が敷設され、樹脂枠6の上端と冷却ブロック1及び樹脂枠6の下端とヒートシンク2との接合部位は、接着剤7で密閉されている。また本実施形態の加熱冷却装置では、熱電モジュールを包囲するように断熱材5が形成されている。断熱材5には、ネジ孔が複数箇所に穿設され、冷却ブロック1からヒートシンク2までを貫通するようにネジ4が螺着されている。ネジ4の頭部は冷却ブロック1の上面の凹部に収まっており、その上部には封止材8が充填され密封されている。
接着剤7としては温度条件25℃下において引張強度(ASTM D−638)10.0MPa以上、引張伸び率(ASTM D−638)60%以上、硬度(ASTM D−1706)ショアD60程度である二液反応性常温硬化型接着剤が使用された。ここではエポキシ樹脂(主剤)にアミン系硬化剤を混合・反応させることにより接合した。その硬化前特性として、2液混合時に粘度10〜60Pa・sが好適であった。
図2は、本発明の請求項3,4,6,7及び8に対応する他の実施形態の一例を示す断面図である。図1と同じ部材については、同じ符号を用いて説明する。
本実施形態の加熱冷却装置は、冷却ブロック1とヒートシンク2からなる熱交換ブロック間に熱電モジュール3が挟持されることにより構成されている。この熱電モジュール3を包囲するように樹脂枠16が敷設され、樹脂枠16の上端と冷却ブロック1及び樹脂枠16の下端とヒートシンク2との接合部位は、接着剤17で密閉されている。また本実施形態の加熱冷却装置では、熱電モジュール3を包囲するように断熱材5が形成されている。また冷却ブロック1と熱電モジュール3とは熱伝導シート12を介して接続されている。さらに熱電モジュール3とヒートシンク2とは熱伝導グリース14を介して接続されている。断熱材5には、ネジ孔が複数箇所に穿設され、冷却ブロック1の上方からヒートシンク2までを貫通するようにネジ4が螺着されている。ネジ4の頭部は冷却ブロック1の上面の凹部に収まっており、その上部には封止材8が充填され密封されている。
図3は、本発明の請求項2及び5に対応する他の実施形態の一例を説明するための部分斜視図である。図1と同じ部材については、同じ符号を用いて説明する。
本実施形態において、ヒートシンク2上に熱電モジュール3が載置され、この熱電モジュール3を包囲するように樹脂枠26が敷設されている。かかる樹脂枠26の4箇所にある角部は、全て湾曲した略角筒状の形状を有している。このように樹脂枠26の角部をR状に形成することにより、角部に熱応力が集中しないようにし、樹脂枠26の耐久性を向上を図っている。またヒートシンク2の表面には、溝20が形成されている。樹脂枠26は、溝20に嵌合する。
ここでヒートシンク2の材質は特に限定されないが、例えばアルミニウム合金、銅等が使用される。また熱電モジュール3は、複数のN型・P型熱電素子を所定配列で接続したペルチェモジュールで構成されている。かかるペルチェモジュール3にはリード線22より電流が印加される。また樹脂枠26は、ポリカーボネート樹脂であり、厚みは1.5mmである。ポリカーボネート樹脂の厚みを限定することにより、可撓性の向上を図っている。
図4は、請求項9及び10に対応する加熱冷却装置の製造方法の一例を説明するための分解斜視図である。図4(a)は熱交換ブロックをねじ締めするためのネジ34及び断熱スペーサ41等であり、(b)は第一の熱交換ブロックである冷却ブロック31の上方斜視図であり、(c)は前記(b)に示した冷却ブロック31の下方斜視図である。(d)は断熱材35の斜視図であり、(e)は樹脂枠36の斜視図である。(f)は熱電モジュール33の斜視図であり、(g)は第二の熱交換ブロックであるヒートシンク42である。図4(b)及び(c)に示す冷却ブロック31の大きさは100mm×100mmである。かかる冷却ブロック31の裏面には、図4(c)に示すように溝32が形成されている。この溝32に嵌合するように、熱電モジュール33を包囲する(e)に示す樹脂枠36の上縁を接着剤により接合する。他方、ヒートシンク42(若しくは冷却ブロック31)に熱電モジュール33を載置し、さらに熱電モジュール33を包囲するように断熱材35を載置する。なおヒートシンク42の上面の大きさは150mm×150mmである。
なお上記した加熱冷却装置の製造方法は一例であって、本発明は上記の方法に限定されるものではない。
2,42 ヒートシンク
3,33 熱電モジュール
4,34 ネジ
6,16,26,36 樹脂枠
7,17 二液反応性常温硬化型接着剤
8 封止材
10 溝
12 熱伝導シート
14 熱伝導グリース
32 溝
35 断熱材
Claims (10)
- 第一及び第二の対向する熱交換ブロック間に熱電モジュールが挟持された加熱冷却装置において、該熱電モジュールを包囲する樹脂枠が敷設され、該樹脂枠の端縁と少なくとも一方の熱交換ブロックとの接合部位が二液反応性常温硬化型接着剤によって密閉されたことを特徴とする加熱冷却装置。
- 前記樹脂枠が、角部の湾曲した略角筒状の形状を有することを特徴とする請求項1記載の加熱冷却装置。
- 前記樹脂枠と第一及び\又は第二の熱交換ブロックの接合箇所の位置決めを容易にし、かつより接合力を強化するために該第一及び\又は第二の熱交換ブロックの表面に樹脂枠を嵌合する溝を形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載された加熱冷却装置。
- 前記樹脂枠が、引張強度(ASTM D−638)50.0MPa以上、引張伸び率(ASTM D−638)50%以上、曲げ強度(ASTM D−790)80MPa以上、曲げ弾性率(ASTM D−790)2000〜3000MPaである高分子化合物によって形成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に記載された加熱冷却装置。
- 前記樹脂枠の厚みが1.0mm〜2.5mmであることを特徴とする請求項4記載の加熱冷却装置。
- 前記二液反応性常温硬化型接着剤が、温度条件25℃下において引張強度10.0MPa以上、引張伸び率50%以上、硬度(ASTM D−1706)ショアD50〜70であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載された加熱冷却装置。
- 前記第一の熱交換ブロックの表面に溝が形成されており、該溝に前記樹脂枠の端縁が接着剤により嵌着され、該樹脂枠の他端が第二の熱交換ブロックの表面より上部に位置し、該樹脂枠の他端と第二の熱交換ブロックの表面の隙間が二液反応性常温硬化型接着剤によって密閉されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一に記載された加熱冷却装置。
- 熱電モジュールと第一の熱交換ブロックが熱伝導シートを介して接続され、熱電モジュールと第二の熱交換ブロックが熱伝導グリースを介して接続されたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一に記載された加熱冷却装置。
- 表面に溝が形成された第一の熱交換ブロックの当該溝に熱電モジュールを包囲する樹脂枠の一端を接着剤により接合した後、該樹脂枠の他端と未接合の第二の熱交換ブロックの表面との隙間幅を計測器により計測することによって装置内の偏荷重や接続間の異物を検出した後、二液反応性常温硬化型接着剤で樹脂枠と第二の熱交換ブロックを接合することを特徴とする加熱冷却装置の製造方法。
- 前記接合工程を乾燥雰囲気内で行うことにより樹脂枠内の水分を減少させることを特徴とする請求項9記載の加熱冷却装置の製造方法。
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