JP2007019442A - ペルチェモジュールの組み付け構造 - Google Patents

Abstract

【目的】 ペルチェモュールの組み込みは、その厚み方向、すなわち、熱吸収部材と熱放熱部材の面に密着させ、適正な力を均一に与える事が、熱効率の向上、および耐久性向上の面で重要である。
従来行われてきたネジ締め付けトルク管理による組み付け方法に代わり、ネジを締めるだけの簡単な作業で、適正な均一な面圧力をペルチェモュール面に与えられる組み付け構造を提供する。
【構成】 熱伝導シート２枚と２個以上の高さ位置決め用部材を使用して、ネジを締めるだけの調整不要の構成とする。ペルチェモジュールのＰＮ素子のバラツキ量を統計的に把握し、熱伝導シートのクッション性、すなわち、つぶす量、厚みを決定する。高さ位置決め用部材により、熱吸収部材と熱放熱部材の面の間隔、高さを規定すれば、ペルチェモュールには適正な均一な面圧力を与えられる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ペルチェユニットを構成するペルチェモジュールの組み付け構造およびペルチェモジュールの組み付け方法に関する。

図１は、従来、頻繁に使われていたセラミック基板型ペルチェモジュールの構成図である。ＰＮ素子３を電極２で繋ぎ、上下をセラミック板１で、固定している。ＰＮ素子３と電極２、セラミック基板１は、ハンダ結合であり、長期使用の場合、熱ストレスによる信頼性面での課題が残っていた。
この問題を解決する為に、図２で示すようなホルダー基板型スケルトン構造のペルチェモジュールが開発され、最近では、主流となっている。ＰＮ素子５を中央のホルダー基板６で結合しＰＮ素子５自体は、電極４でハンダ結合している。各電極４がフリーとなる為、結合部にかかるストレスが軽減し大面積化、高信頼性が実現した。同時に、各ＰＮ素子の厚みも製造上、バラツキを含んでおりｔ１≠ｔ２≠ｔ３となり、最少値、最大値が存在する。図１の従来のペルチェモジュールにおいても、厚みｔ１、ｔ２は、同じ厚みが、好ましいが、実際は、製造上の厚みバラツキを含みｔ１≠ｔ２となる。

上述のようにペルチェモュールは、各素子の厚みが、微妙に異なり、その厚みバラツキが、有る為、ペルチェモジュール組み付けの際に、平面性、密着性の維持が困難で、適正な均一な面圧力が得られない結果となっていた。実際の素子の厚みｔのバラツキは、統計的に処理すると、バラツキのσは、約０．０２ｍｍ程度であると推定されている。従って、６σでは約０．１２ｍｍ程度の素子厚みバラツキが発生している。
図３は従来の組み付け構造の断面図である。
取り付け面の平面性を目安に、ネジの締め付けトルクで管理している。ネジの締め付けトルク管理による組み付けの場合、高さ調整が厳密に行えず、平均的な素子の高さに調整され、この図３の様に、最小値の素子の面が接触せずに、ギャップ１４が発生し、均一な面圧が得られない結果となる。

この各ＰＮ素子５の電極４の上下面の平面性は、ペルチェモジュールとして重要であり、熱吸収部材９、熱放熱部材１１の面には、均一に接触する必要が有る。
図４は本発明の高さ位置決め用部材１５と伝導シート１３を利用した組み立て構造の断面図である。高さ位置決め用部材により、高さ、平面性が規定され、平均値、最大値、最小値の素子高さに対して、熱伝導シート１３のクッション性を利用し、バラツキを吸収し密着性を確保できる構造である。

このように、ペルチェモジュールのＰＮ素子５のバラツキ量を把握（最小値、最大値、平均値）し、σを用いた統計処理の値を参考とし、熱伝導シート１３のクッション性、すなわちつぶす量、厚みを決定し、高さ位置決め用部材１５により、高さを決定すれば、熱吸収部材９と熱放熱部材１１の単体の部品の平面性管理のみで最適なペルチェモジュールの組み付けが可能となる。

必要とされる熱伝導シート１３の最少厚みは、ＰＮ素子５の厚みの最大値から最小値の差分以上の厚みを、確保すれば良い。
熱伝導シート１３のクッション性、すなわちつぶす量は、その製品仕様に合わせ、熱伝導の効率、熱疲労、機械的な疲労を考慮して、決めることが、可能である。もちろん、この組み付け構造は、ホルダー基板型スケルトン構造のペルチェモュールのみでなく、従来のセラミック基板型ペルチェモュールにも適用可能である。その場合の熱伝導シート１３のクッション性、すなわちつぶす量は、ｔ１、ｔ２の差分以上の厚みを確保すれば良い。

図４にその１実施例を示す。
本使用例では、ネジ１２は、樹脂ネジを使用しているが、もちろん、ワッシャー、スペーサなど、熱絶縁をすれば、金属ネジでも、勿論、構わない。高さ位置決め用部材の材質は、熱絶縁と共にセラミック、樹脂などの膨張係数の小さい材料が適している。高さ位置決め用部材の形状は、カラーでも良いし、構造部材の一部に高さ位置決め用部分を設けても良い。

従来のネジ締め付けトルク管理、平面度の管理などの不安定な管理作業は不要となり、誰でも均一な品質なペルチェユニットの製造が可能となり、品質面での大幅な向上が期待できる。製造調整工程の削減すなわちコスト削減にも、おおいに寄与する。

は、従来のセラミック基板型のペルチェモジュール構造である。 は、ホルダー基板型スケルトンのペルチェモジュールの構造である。 従来の組み付け構造の断面図である。 本発明の組み付け構造の断面図である。

符号の説明

セラミック基板 １
電極 ２
ＰＮ素子 ３
電極 ４
ＰＮ素子 ５
ホルダー基板 ６
スプリングワッシャー ７
平ワッシャー ８
熱吸収部材 ９
ハンダ面 １０
熱放熱部材 １１
ネジ １２
熱伝導シート １３
ギャップ １４
高さ位置決め部材 １５

Claims (3)

1. 相対向する熱吸収部材９と熱放熱部材１１の間に挟持されてペルチェユニットを構成するペルチェモジュールに対し、そのペルチェモジュールの厚み方向の高さを規定する少なくとも２以上の高さ位置決め用部材１５を持つ、ペルチェモジュールの組み付け構造。
2. 相対向する熱吸収部材９と熱放熱部材１１の間に挟持されてペルチェユニットを構成するペルチェモジュールに対し、熱吸収部材９とペルチェモジュール、熱放熱部材１１とペルチェモジュールの間に、熱伝導シート１３を挟み、そのクッション性を利用し、ペルチェーモジュールの厚みを調整し、請求項１の高さ位置決め用部材１５を用いて、ペルチェモジュールの厚み方向の高さを規定する、ペルチェモジュールの組み付け構造。
3. 請求項２で、熱吸収部材９とペルチェモジュール、熱放熱部材１１とペルチェモジュールの間に、挟みこむ熱伝導シート１３は、ペルチェモジュールの各素子の厚みバラツキを全て吸収出来るよう、その各ＰＮ素子５の厚みバラツキ以上の厚みを有する熱伝導シート。

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