JP2007036178A - 熱電変換装置および冷暖装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電素子への電源供給線等の接続を容易にし、その信頼性を高める。
【解決手段】複数のＰ型熱電素子１３とＮ型熱電素子１２とを所定の配列形状に配列してなる熱電素子組立体１と、熱電素子１２、１３の下面側の配列状態に対応する第１導電パターン部２２が形成され、熱電素子１２、１３と第１導電パターン部２２とが電気接続される第１絶縁基材２１と、熱電素子１２、１３の上面側の配列状態に対応する第２導電パターン部３２が形成され、熱電素子１２、１３と第２導電パターン部３２とが電気接続される第２絶縁基材３１と、第１、第２絶縁基材２１、３１のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで引き出されるこの絶縁基材と略並行な面状の延長部２Ｂとを備え、この延長部２Ｂに、導電パターン部２２、２２ａと電気接続される電源供給パターン部２２ｂが形成される。これにより、電源供給線等の接続を容易にしその信頼性を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペルチェ効果を利用し、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を流すことで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置およびそれを用いた冷暖装置に関する。

ペルチェ効果を利用した熱電変換装置として、絶縁板に形成された複数の開口部に交互に隣接して嵌め込まれたＰ型熱電素子とＮ型熱電素子と、隣接するＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とに順次電流が流れるようにＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを順番に接続する電極部を有し、この電極部を、樹脂フィルムからなるフレキシブルな電子回路基板上に形成した電極膜で構成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２０８７４１号公報

しかしながら、この種の装置を使用するに当たっては、熱電素子へ電源供給するためのリード線等を電極膜が形成される側の電子回路基板上に半田接続する必要があり、接続工程の追加が必要となるばかりか、電極膜とリード線等との接続強度も考慮する必要がある。

本発明の目的は、上記点に鑑み、熱電素子への電源供給線等の接続を容易にし、しかもその信頼性を高めることが可能な熱電変換装置および冷暖装置を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、部品点数を削減して組付性に優れた熱電変換装置および冷暖装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項１４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、複数のＰ型熱電素子（１３）と複数のＮ型熱電素子（１２）とを所定の配列形状に配列してなる熱電素子群（１）と、
熱電素子（１２、１３）の下面側の配列状態に対応する第１導電パターン部（２２）が形成され、熱電素子（１２、１３）と第１導電パターン部（２２）とが電気接続される第１絶縁基材（２１）と、
熱電素子（１２、１３）の上面側の配列状態に対応する第２導電パターン部（３２）が形成され、熱電素子（１２、１３）と第２導電パターン部（３２）とが電気接続される第２絶縁基材（３１）と、
第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで引き出されるこの絶縁基材と略並行な面状の引出し部材（２Ｂ）とを備え、
この引出し部材（２Ｂ）に、導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される引出しパターン部（２２ｂ）が形成されることを特徴としている。

この発明によれば、本発明では面状の引出し部材（２Ｂ）を用いて、外部に引出しパターン部（２２ｂ）を引き出すことが可能となり、従来のような個別に引出し線を接続する工数を低減可能となる他に、各引出しパターン部（２２ｂ）を一括して束ねる構成であり、各引出しパターン部（２２ｂ）の接続強度を相互補完することで接続部の信頼性を向上させることが可能となる。

なお、本発明の請求項１において表現する、外部まで引き出されるとは、第１、第２絶縁基材（２１、３１）と熱電素子（１２、１３）とで構成される熱電変換機能部分より外側まで引き出すことを意味する。

請求項２に記載の発明では、引出し部材（２Ｂ）は、第１、第２絶縁基材（２１、３１）とは異なる第３絶縁基材（２００）で構成され、第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端面に面状に固定されると共に、この絶縁基材側の導電パターン部（２２、２２ａ）と引出し部材側の引出しパターン部（２２ｂ）とが電気接続されることを特徴としている。

この発明によれば、本発明では引出し部材（２Ｂ）が別体であっても、絶縁基材の一端面にある各導電パターン部（２２、２２ａ）と、引出し部材（２Ｂ）の引出しパターン部（２２ｂ）とを面状に一括して接続できるため、接続工数を低減可能となる他、各引出しパターン部（２２ｂ）の接続強度を相互補完することで接続部の信頼性を向上させることが可能となる。しかも、一方の絶縁基材に延長部を一体形成する必要がなく、絶縁基材の選択の自由度を高めることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、引出し部材（２Ｂ）は、第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端からこの絶縁基材と略並行な面状でもって外部まで延長される延長部（２Ｂ）で構成され、この延長部（２Ｂ）に導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される引出しパターン部（２２ｂ）が形成されることを特徴としている。

この発明によれば、本発明では絶縁基材とその延長部（２Ｂ）とが一体であり、略並行な面を有するため、各導電パターン部（２２、２２ａ）と引出しパターン部（２２ｂ）とを連続するパターン状に形成することで、容易に外部に引き出すことが可能となる。しかも、同じ絶縁基材の延長上にあるため、接続部の信頼性を確実に向上させることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、引出し部材（２Ｂ）に形成される引出しパターン部（２２ｂ）の表面が絶縁部材（１１、２３、３１）で被覆されるため、引出しパターン部（２２ｂ）の劣化や損傷を防止し、信頼性を向上させることが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、引出し部材（２Ｂ）に形成される引出しパターン部（２２ｂ）は、熱電素子（１２、１３）に対し外部より電源を供給するための電源供給パターン部（２２ｂ）を有し、個別の引出し線に比べて接続の信頼性が高いため、外部からの電源供給を安定的に行うことが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、熱電素子群（１）は、前記熱電素子（１２、１３）を所定の配列形状に配列、保持する保持板（１１）に取り付けた熱電素子組立体（１）で構成されるため、各熱電素子（１２、１３）の組み付けが容易になる他、組み付け後も各熱電素子（１２、１３）の取付状態を補強することが可能となる。

請求項７に記載の発明では、複数のＰ型熱電素子（１３）と複数のＮ型熱電素子（１２）とを所定の配列形状に配列してなる熱電素子群（１）と、
熱電素子（１２、１３）の下面側の配列状態に対応した第１電極部（２２ａ）を有する第１導電パターン部（２２、２２ａ）が形成され、熱電素子（１２、１３）と第１電極部（２２ａ）とが電気接続される第１絶縁基材（２１）と、
熱電素子（１２、１３）の上面側の配列状態に対応した第２電極部（３２ａ）を有する第２導電パターン部（３２、３２ａ）が形成され、熱電素子（１２、１３）と第２電極部（３２ａ）とが電気接続される第２絶縁基材（３１）と、
熱電素子（１２、１３）とは反対側の第１絶縁基材面側に配置され、第１電極部（２２ａ）より伝熱される熱を熱交換する放熱電極部材（７）と、
熱電素子（１２、１３）とは反対側の第２絶縁基材面側に配置され、第２電極部より伝熱される熱を熱交換する吸熱電極部材（８）と、
第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで引き出されるこの絶縁基材と略並行な面状の引出し部材（２Ｂ）とを備え、
この引出し部材（２Ｂ）に、導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される引出しパターン部（２２ｂ）が形成されることを特徴としている。

この発明によれば、本発明では各電極部（２２ａ、３２ａ）より伝熱される熱を熱交換する放熱電極部材（７）と吸熱電極部材（８）を設けることで、熱電素子（１２、１３）に発生する熱を効率的に外部に取り出すことが可能となる。

しかも、本発明では面状の引出し部材（２Ｂ）を用いて、外部に引出しパターン部（２２ｂ）を引き出すことが可能となり、従来のような個別に引出し線を接続する工数を低減可能となる他に、各引出しパターン部（２２ｂ）を一括して束ねる構成であり、各引出しパターン部（２２ｂ）の接続強度を相互補完することで接続部の信頼性を向上させることが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、第１電極部材（２２ａ）と放熱電極部材（７）、および第２電極部材（３２ａ）と吸熱電極部材（８）は、それぞれ接合部材（２５、３５）を用いて直接接合される構成としたため、熱伝達経路における熱損失を低減可能となり、第１、第２電極部材（２２ａ、３２ａ）から各電極部材（７、８）への熱の伝達効率を高めることが可能となる。

請求項９に記載の発明では、第１、第２絶縁基材（２１、３１）には、第１、第２電極部（２２ａ、３２ａ）に放熱、吸熱電極部材（７、８）を接合するための開口部（２１ａ、３１ａ）が形成されていることを特徴としている。この発明によれば、開口部（２１ａ、３１ａ）は、第１、第２絶縁基材（２１、３１）と第１、第２電極部（２２ａ、３２ａ）との接合部にて気密することができるため、内部の熱電素子群（１）への水滴等の侵入を防止することができる。

請求項１０に記載の発明では、引出し部材（２Ｂ）は、引き出される第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材と略同じ幅を有し、放熱電極部材（７）が設置される第１流路（Ａ）と、吸熱電極部材（８）が設置される第２流路（Ｂ）との間の流路隔壁を構成することを特徴としている。

この発明によれば、本発明では流路内に本装置を配置する際に、第１流路（Ａ）と第２流路（Ｂ）を分離する流路隔壁部材を特別に用意する必要がなくなり、部品点数の削減や組付工数の低減が可能となる。

請求項１１に記載の発明によれば、引出し部材（２Ｂ）は、第１流路（Ａ）と第２流路（Ｂ）の下流側に配置され、両流路間の流路隔壁を構成するため、最も温度差が生じる流路下流側の温熱媒体と冷熱媒体を確実に分離し、しかも、その流路隔壁の設置も容易に行うことが可能となる。

請求項１２に記載の発明では、引出し部材（２Ｂ）は、第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで延長される延長部（２Ｂ）で構成され、この延長部（２Ｂ）に導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される引出しパターン部（２２ｂ）が形成され、この引出しパターン部（２２ｂ）が、第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうちの他方の絶縁基材と、一方の絶縁基材からなる延長部（２Ｂ）とで挟み込まれるように構成されることを特徴としている。

この発明によれば、本発明では延長部（２Ｂ）に形成される引出しパターン部（２２ｂ）の表面が、他方の絶縁基材でもって覆われるため、新たな絶縁部材を追加被覆することを不要とし、しかも引出しパターン部（２２ｂ）の劣化や損傷を防止し、信頼性を向上させることが可能になる。

請求項１３に記載の発明では、引出し部材（２Ｂ）は、第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで延長される延長部（２Ｂ）で構成され、この延長部（２Ｂ）に導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される引出しパターン部（２２ｂ）が形成され、この引出しパターン部（２２ｂ）が、各熱電素子（１２、１３）を保持する面状の保持板（１１）の延長部（１１ｂ）と、一方の絶縁基材からなる延長部（２Ｂ）とで挟み込まれるように構成されることを特徴としている。

この発明によれば、本発明では延長部（２Ｂ）に形成される引出しパターン部（２２ｂ）の表面が、保持板（１１）の延長部（１１ｂ）でもって覆われるため、新たな絶縁部材を追加被覆することを不要とし、しかも引出しパターン部（２２ｂ）の劣化や損傷を防止し、信頼性を向上させることが可能になる。

請求項１４に記載の発明では、第１吹出し開口部（９３）を有する第１ケース（９１）と第２吹出し開口部（９４）を有する第２ケース（９２）とを組み合わせて熱媒体が流通するダクトを構成する冷暖装置であって、
ダクト内に請求項９に記載の熱電変換装置を配置することで、放熱電極部材（７）が設置される第１流路（Ａ）と、吸熱電極部材（８）が設置される第２流路（Ｂ）とを構成すると共に、流路の下流側に配置された引出し部材（２Ｂ）により両流路間に流路隔壁を構成することを特徴としている。

この発明によれば、本発明では第１、第２ケース９１、９２で構成されるダクト内に本装置を配置する際に、第１流路（Ａ）と第２流路（Ｂ）を分離する流路隔壁部材を特別に用意する必要がなくなり、部品点数の削減や組付工数の低減が可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を、図１ないし図３に基づいて説明する。図１は熱電変換装置の全体構成を示し、そのうち図１（ａ）は、（ｂ）に示す熱電変換装置の上面模式図、図１（ｃ）はその下面模式図、図１（ｂ）は、図１（ｃ）中のＸ−Ｘ線に沿った断面模式図である。

本実施形態の熱電変換装置は、熱電素子組立体１、放熱電極基板２、および吸熱電極基板３から主に構成されている。具体的には、熱電素子組立体１は、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる保持板１１に設けた複数個の開口部１１ａに、Ｐ型熱電素子１３とＮ型熱電素子１２とを交互に複数個（この場合、６個）を嵌め込む形で配列してなる熱電素子群（この場合、４列）を並べた構造である。

なお、これらの熱電素子１２、１３の個数や列数は、熱電変換装置への要求性能などにより任意に選択可能な数である。

Ｐ型熱電素子１３は、ビスマス・テルル（Ｂｉ−Ｔｅ）系化合物からなるＰ型半導体により構成され、Ｎ型熱電素子１２は、同じくビスマス・テルル系化合物からなるＮ型半導体により構成された半導体部品であって、両素子１２、１３を保持板１１に略碁盤目状に配列する形で、一体的に成形されている。

もちろん、熱電素子１２、１３としては、ビスマス・テルル系化合物半導体以外にも、鉄・シリコン系化合物半導体やコバルト・アンチモン系化合物半導体など他の熱電半導体素子を用いることもできる。

放熱電極基板２は、本例では第１絶縁基材２１、この第１絶縁基材２１上に形成された第１導電パターン部２２、およびこの第１導電パターン部２２上に形成された絶縁膜２３の３層構造で構成されている。

なお、第１絶縁基材２１を含む放熱電極基板２は、後述する冷暖装置のケース部材９１、９２内に取り付けた際に、流路内を温風流路Ａと冷風流路Ｂとに分ける流路隔壁を構成する。そのため、少なくとも放熱電極基板２は流路幅と略同等の幅に設定して、流路分離を可能にしている。

実際には、後述するケース部材９１、９２への取り付けを考慮して、引出し部材を構成する長手方向の延長部２Ｂまでの区間を流路幅以上の幅となるように幅方向の延長部２Ａを設定してある。しかも、ケース部材９１、９２より外部に取り出す長手方向の延長部２Ｂの先端部は、コネクタ５とのマッチングを考慮して幅を絞ってある。

第１導電パターン部２２には、銅などの導電性薄膜をエッチング技術により電極パターン形状にパターンニングされた、両熱電素子１２、１３を電気接続する電極部２２ａと、放熱電極基板２の延長部２Ｂにおいて、図示しない直流電源より熱電素子１２、１３に電源を供給する電源供給パターン部２２ｂと、外部と温度センサ素子６（例えば、サーミスタ）との間で信号入出力を行うセンサ信号パターン部２２ｃとが形成されている。

この温度センサ素子６は、チップ素子であり、センサ信号パターン部２２ｃ上に半田接続される。この温度センサ素子６の搭載位置は、図示しない流路内の最下流側（この場合、右端側）の熱電素子１２、１３より少し下流側近傍に配置され、各熱電素子１２、１３によって加熱された最高温度状態（流通空気との熱交換の影響で左端より右端の方が温度が上昇する温度勾配をもつため）を放熱電極基板２側より検出し、熱電変換装置の通電制御などに利用する。

それによって、電極部２２ａは各熱電素子１２、１３を直列接続する電極回路部を構成し、図示しない直流電源の正側端子から順番に負側端子に向けて接続することになる。図１（ｂ）中に示した（＋）極、（−）極は局部的な極性関係を示すためのものである。

本例では、全ての熱電素子１２、１３が直列接続される関係に配列されており、一端が直流電源の正側端子に接続され、他端が直流電源の負側端子に接続されている。一方、延長部２Ｂに形成される電源供給パターン部２２ｂとセンサ信号パターン部２２ｃは、外部よりコネクタ５を介して直接電気接続を可能にする電源供給・温度検出回路部を構成している。

このように、第１絶縁基材２１上の電極部２２ａや各パターン部２２、２２ｂ、２２ｃは、導電性薄膜をエッチングすることで同時に形成でき、また同一絶縁基材２１に対し面状に各回路部を配置することができる。

絶縁膜２３において、熱電素子１２、１３と電極部２２ａとの接合箇所には開口が設けられ、そこに半田接合部２４が形成されている。また第１絶縁基材２１にも後述する放熱電極部材７が接合される開口部２１ａが設けられている。ここで、第１絶縁基材２１および絶縁膜２３は、本例では可撓性を有し熱的かつ電気的に絶縁性の樹脂フィルム、例えば、厚さが薄くても耐熱性や強度に優れた樹脂として、ポリイミドまたはアラミド系の樹脂フィルムが選択されている。

なお、第１絶縁基材２１、導電部２２、絶縁膜２３の３層構造の代用として、フレキシブルプリント基板や、平板状導体を樹脂フィルムで挟んだフラットケーブルや、個別に絶縁被覆された角状電線が平面状に連なったリボン電線を利用することも可能である。

次に、吸熱電極基板３は、本例では放熱電極基板２と同様に、第２絶縁基材３１、この第１絶縁基材３１上に形成された第２導電パターン部３２、およびこの第２導電パターン部３２上に形成された絶縁膜３３の３層構造で構成されている。この第２導電パターン部３２には、銅などの導電性薄膜をエッチング技術により電極パターン形状にパターンニングされた、両熱電素子１２、１３を接続する電極部３２ａが形成されている。

絶縁膜３３において、熱電素子１２、１３と電極部３２ａとの接合箇所には開口が設けられ、半田接合部３４が形成されている。また第２絶縁基材３１にも後述する吸熱電極部材８が接合される開口部３１ａが設けられている。

さらに、両電極基板２、３で挟み込まれた熱電素子組立体１への水滴等の侵入を防止するため、両電極基板２、３間を全周に渡って覆うように環状、例えばロ字形状のシール材４を介在させ、外部から隔離している。シール材４として例えばシリコーンゴムや樹脂がある。また、コネクタ５は、本例では放熱電極基板２に直接接続して電源供給や信号入出力を可能にしている。

上記実施形態によれば、第１絶縁基材２１とその延長部２Ｂとが一体であり、略並行な面を有するため、各導電パターン部（２２、２２ａ）と、引出しパターン部となる電源供給パターン部２２ｂとセンサ信号パターン部２２ｃとを連続するパターン状に形成することで、容易に外部に引き出すことが可能となる。しかも、同じ絶縁基材２１の延長上にあるため、接続部の信頼性を確実に向上させることが可能となる。

ここで、外部に引き出すとは、第１、第２絶縁基材２１、３１と熱電素子１２、１３とで構成される熱電変換部、つまり熱電素子組立体１に相当する部分より外側まで引き出すことを意味し、必ずしもケース外側まで引き出すことを限定するものではない。

なお、本例では便宜的に熱電素子組立体１に対して下方側を放熱電極基板２、上方側を吸熱電極基板３としているが、熱電素子１２、１３の直列回路に与える直流電源の極性を逆にすれば、放熱と吸熱の関係が入れ替わり、放熱電極基板２が吸熱、吸熱電極基板３が放熱を行わせることは可能であり、図１に示す設定関係に限定されるものではない。

（電極基板２、３の製造方法）
次に、図２（ａ）〜（ｅ）は、電極基板２の製造方法の一例を示す。第１絶縁基材２１としては、熱的かつ電気的に絶縁性の樹脂基材であり、リジッドもしくは可撓性、柔軟性を有する基材でよい。本例では基材に加わる熱応力などを緩和するために、可撓性を有し熱的かつ電気的に絶縁性の樹脂フィルム（例えば、ポリイミドまたはアラミド系の樹脂フィルム）が選択されている。第１導電部２２としては、銅薄膜、アルミニウム薄膜などの導電性薄膜が選択されている。

まず、図２（ａ）に示す工程では、第１絶縁基材の樹脂フィルム２１に、第１導電部となる銅などの導電性金属箔もしくは金属シート２２を接着する。もしくはスパッタリングにより形成した銅膜上に銅メッキにより成長させた２層構造の樹脂フィルム２１を用意する。

続いて、図２（ｂ）に示す工程では、図示しないホトレジスト膜を用いたエッチング処理により所定の電極パターン形状にパターンニングされ、第１導電パターン部２２が形成される。その際、樹脂フィルム１上の電極部２２ａ、各パターン部２２ｂ、２２ｃなどが同時に形成される。

続いて、図２（ｃ）に示す工程では、樹脂フィルム２１および第１導電パターン部２２上に、樹脂フィルム２１と同種の絶縁膜２３が被着される。続いて、図２（ｄ）、（ｅ）に示す工程では、第１導電パターン部２２が露出するように開口部を形成するため、この絶縁膜２３および樹脂フィルム２１にレジスト膜を設け、化学的もしくはメカニカルなエッチング技術、例えばサンドブラスト加工技術を用いて行い、その後開口部形成後にレジスト膜を除去する。

一例ではあるが、上記した製造方法により放熱電極基板２、および吸熱電極基板３も同様に製造できる。

また、電極基板２、３の他の製造方法として、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の位置に予め開口部を設けた絶縁膜２３Ａを用意しておき、この絶縁膜２３Ａと、第１導電パターン部２２が形成された第１絶縁基材の樹脂フィルム２１とを貼り合わせることで電極基板２、３を製造するようにしてもよい。なお、その場合でも樹脂フィルム２１の開口部は、図２（ｄ）に示すようなエッチング技術が用いられる。

（熱電変換装置の組付構造）
次に、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を、熱媒体として、例えば冷風および温風に分離して提供する冷暖装置に組付けた組付構造について、図４ないし図７を用いて説明する。なお、熱媒体としては、空気以外の流体、例えば気体や水等の液体にも適用可能である。

図４は、図１に示す熱電変換装置を冷暖装置のケースに組付けた状態を示す断面模式図、図５は、図４中のＹ−Ｙ線に沿った断面模式図である。まず、図４において、吹出し開口部９３、９４が形成された一対のケース部材９１、９２を組付けたケース内に熱電変換装置が組み付けられている。

この上流には、図示しない送風ファンが設置されている。下側ケース部材９１には、この場合温風を吹き出す温風吹出し開口部（第１吹出し開口部）９３が形成され、上側ケース部材９２には、この場合冷風を吹き出す冷風吹出し開口部（第２吹出し開口部）９４が形成されている。

熱電変換装置を構成する放熱電極基板２は、ケース部材９１、９２が形成する収納空間の投影形状（いわゆる流路幅）より少し広い平面形状を有し、放熱電極基板２の幅方向に延長された両延長部２Ａが、シール部材９５を介して両ケース部材９１、９２で挟み付ける形で固定されている。

両ケース部材９１、９２は、上側ケース部材９２を、下側ケース部材９１の弾性変形可能な係止部９６を変形させつつ押し込むことにより組付け固定されている。しかも、放熱電極基板２の長手方向に延長された延長部２Ｂが、シール部材９５を介して両ケース部材９１、９２で挟み付ける形で固定され、延長部２Ｂの先端部がコネクタ５と連結されている。

それによって、この放熱電極基板２を、ケース部材９１、９２が形成する収納空間を温風流路（第１流路）Ａと冷風流路（第２流路）Ｂに分離する流路隔壁として利用できると共に、第１絶縁基材２１および絶縁膜２３の熱的絶縁性を活用して両流路Ａ、Ｂ間の熱伝達を最小限に抑えるために利用することができる。そのため、両流路Ａ、Ｂを分離する流路隔壁部材を特別に容易する必要がなくなり、部品点数の削減や組付工数の低減が可能となる。

また、放熱電極基板２側の各電極部２２ａ、および吸熱電極基板３側の各電極部３２ａには、半田接合部２５、３５により放熱電極部材７および吸熱電極部材８が各々直接半田接合されている。そのため、熱伝達経路における熱損失を低減可能となり、各電極部２２ａ、３２ａから各電極部材７、８への熱の伝達効率を高めることが可能となる。両電極部材７、８は、熱伝導性の高い部材、例えば銅の薄板状部材によるフィンで構成されている。

また、図５においては、各電極部材７、８の両端の間隔が少し不均一に配置されているが、両電極基板温風流路Ａ、冷風流路Ｂ内にできる限り均等間隔に配置されて流路内の温度バラツキを少なくすることが、熱交換効率や空調上からも望ましい。

なお、本例では、放熱電極部材７および吸熱電極部材８を個々に各電極部２２ａおよび電極部３２ａに半田接合しているが、熱電素子１２、１３の保持板１１と同様の図５中に２点鎖線で示す第２、第３保持板７１、８１を用意し、各放熱電極部材７を第２保持板７１の開口部に予め嵌め込み固定しておき、また各吸熱電極部材８も第３保持板８１の開口部に予め嵌め込み固定しておき、各放熱電極部材７を一括して各電極部２２ａに接合し、また各吸熱電極部材８を一括して各電極部３２ａに接合するようにすれば、組付け作業性を格段に向上させることができる。

次に、図６は、コネクタ５の一例を示す断面模式図である。リードターミナル５２がコネクタ５のハウジング５１内に形成され、放熱電極基板２の長手方向の延長部２Ｂを、レバー５３によりコネクタ５のリードターミナル５２に圧接して、電気接続する構成である。それによって、各パターン部２２ｂ、２２ｃとの電気接続作業が容易になり、しかも確実な電気接続が可能となる。

なお、図７は、両ケース部材９１、９２の組付構造の変形例を示す組付け部分の模式図である。本例では抜け止め防止用のピン構造を用い、上側ケース部材９２のピン部９２ａを、下側ケース部材９１の係合穴９１ａに押し込むことにより、ピン部９２ａの鍔部９２ｂが弾性変形することで係合穴９１ａを貫通し、復元した鍔部９２ｂが係止部として作用することで組付け固定される例である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態における熱電変換装置を、図８（ａ）および図８（ｂ）により説明する。図８（ａ）は、（ｂ）に示す熱電変換装置の下面模式図、図８（ｂ）は、（ａ）中のＺ−Ｚ線に沿った断面模式図である。

図１に示す第１実施形態と異なる点は、第１実施形態では放熱電極基板２から外部に取り出す電源供給パターン部２２ｂとセンサ信号パターン部２２ｃを同じ放熱電極基板２の延長部２Ｂに形成したのに対し、第２実施形態では放熱電極基板２とは異なる電極基板２００を設ける。

そして、この電極基板２００に形成した電源供給パターン部２２ｂとセンサ信号パターン部２２ｃとを、放熱電極基板２の端部に面状に設けた電極取出し部２２ｄに対して一括で（一斉に）半田接合するように構成したこと、放熱電極基板２と吸熱電極基板３として３層構造に代えて第１、第２絶縁基材２１、３１と電極部２２ａ、３２ａとの２層構造としたこと、および電極基板２００としては耐環境性や熱的絶縁性を考慮して、絶縁膜２３、導電パターン部２２、絶縁基材２１の３層構造としたことである。

それにより、放熱電極基板２と吸熱電極基板３の長手方向の長さを略同じにできるため、熱電変換装置の組付性や生産性を向上できる。一方、外部と放熱電極基板２との電気接続に関しては、従来のように電極部毎に個々に電気接続（半田接合）せずに、平板状の電極基板２００を用いることで、全ての電極取出し部２２ｄに対して同じ面状に一括して電気接続（半田接合）することができ、接続工数を低減することが可能となる。

しかも、個々の電極取出し分２２ｄが電極基板２００にてお互いに連結し補強し合っているため、接続強度を相互補完し、従来に比べて接続部の剥離に対する強度を高め、接続部の信頼性を向上させることが可能となる。また、一方の絶縁基材２１に延長部を一体形成する必要がなく、絶縁基材の選択の自由度を高めることが可能である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態における熱電変換装置を、図９に示す断面模式図により説明する。図１に示す第１実施形態と異なる点は、放熱電極基板２と吸熱電極基板３として３層構造に代えて第１、第２絶縁基材２１、３１と電極部２２ａ、３２ａとの２層構造としたこと、および放熱電極基板２の長手方向に延長された延長部２Ｂでは、耐環境性や熱的絶縁性を考慮して、熱的絶縁性のある絶縁膜などの表面被覆材２３Ａ、導電パターン部２２、絶縁基材２１の３層構造としたことである。

それによって、第１実施形態より簡単な構成でもって第１実施形態に近い作用効果を期待できる例である。

（第４実施形態）
本実施形態では、本発明における熱電変換装置の変形例を、図１０（ａ）〜（ｄ）により説明する。まず、図１０（ａ）に示す第１変形例では、放熱電極基板２と吸熱電極基板３の形状を成形して全熱電素子１２、１３の収容空間を形成するように構成すると共に、延長部２Ｂの導電パターン部２２（つまり引出しパターン部２２ｂ）を両電極基板２、３（つまり第１、第２絶縁基材２１、３１）で挟み込むように覆う構造とすること、および放熱電極基板２と吸熱電極基板３として３層構造に代えて第１、第２絶縁基材２１、３１と電極部２２ａ、３２ａとの２層構造としている。

それにより、第３実施形態に対してシール材４、および絶縁膜などの表面被覆材２３Ａを不要にできる。このように、本発明では延長部２Ｂに形成される引出しパターン部２２ｂの表面が、他方の絶縁基材３１でもって覆われるため、新たな絶縁部材を追加被覆することを不要とし、しかも引出しパターン部２２ｂの劣化や損傷を防止し、信頼性を向上させることが可能になる。

また、図１０（ｂ）に示す第２変形例では、放熱電極基板２と吸熱電極基板３の形状を成形して全熱電素子１２、１３の収容空間を形成するように構成すると共に、延長部２Ｂの導電パターン部２２（つまり引出しパターン部２２ｂ）を両電極基板２、３で覆う構造とすること、および各熱電素子１２、１３を固定する絶縁性の保持板１１を延長させて延長部１１ｂを設ける構造とし、この保持板１１の長手方向の両端部を放熱電極基板２と吸熱電極基板３とで挟み付ける形で固定すると共に、放熱電極基板２と吸熱電極基板３として３層構造に代えて第１、第２絶縁基材２１、３１と電極部２２ａ、３２ａとの２層構造としている。

それにより、第１変形例の効果に加えて、第３実施形態に対してシール材４および絶縁膜などの表面被覆材２３Ａを不要にでき、また保持板１１を固定することで、熱電素子１１、１２を確実に固定できる。

また、図１０（ｃ）に示す第３変形例では、放熱電極基板２と吸熱電極基板３の形状を成形して全熱電素子１２、１３の収容空間を形成するように構成すること、各熱電素子１２、１３を固定する絶縁性の保持板１１をコネクタ５側まで延長させて延長部１１ｂを設け、この延長部１１ｂと第１絶縁基材２１の延長部２Ｂとで挟み付ける形で、この延長部２Ｂに形成された導電パターン部２２（つまり引出しパターン部２２ｂ）を覆う構造とすること、およびこの保持板１１の長手方向の両端部を放熱電極基板２と吸熱電極基板３とで挟み付ける形で固定すると共に、放熱電極基板２と吸熱電極基板３として３層構造に代えて第１、第２絶縁基材２１、３１と電極部２２ａ、３２ａとの２層構造としている。

それにより、第３実施形態に対してシール材４および絶縁膜などの表面被覆材２３Ａを不要にでき、また保持板１１を固定することで、熱電素子１１、１２を確実に固定できる。このように、本発明では延長部２Ｂに形成される引出しパターン部２２ｂの表面が、保持板１１の延長部１１ｂでもって覆われるため、新たな絶縁部材を追加被覆することを不とし、しかも引出しパターン部２２ｂの劣化や損傷を防止し、信頼性を向上させることが可能になる。

また、図１０（ｄ）に示す第４変形例では、第３変形例に対し、延長部２Ｂにおける導電パターン部２２ｂを保持板１１の延長部１１ｂ側に形成しておき、放熱電極基板２と保持板１１とを組付ける際に、放熱電極基板２側に形成した導電パターン部２２と半田接合する点が異なる。

なお、本実施形態の各変形例では、第１、第２絶縁基材２１、３１に開口部２１ａ、３１ａを設けずに形成されている。これは、放熱電極部材７および吸熱電極部材８を直接電極部２２ａ、３２ａに接合せずに、電極部２２ａ、３２ａより第１、第２絶縁基材２１、３１を介して放熱電極部材７および吸熱電極部材８に熱伝達させる構造としている。

これにより、内部に構成される熱電素子組立体１への水滴等の侵入をより確実に防止することができる。

（他の実施形態）
以上の第３、第４実施形態では、第１、第２絶縁基材２１、３１に開口部２１ａ、３１ａを設けずに形成させたが、具体的には、図１１（ａ）ないし図１１（ｄ）に示すように、第１、第２絶縁基材２１、３１に、電極部２２ａ、３２ａの一端面に放熱、吸熱電極部材７、８を接合するための開口部２１ａ、３１ａを形成している。

これによれば、開口部２１ａ、３１ａを第１、第２絶縁基材２１、３１と電極部２２ａ、３２ａとの接合部にて気密することができるため、内部の熱電素子組立体１への水滴等の侵入を防止することができる。

なお、図１１（ａ）は図１０（ａ）に示す第１変形例、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）に示す第２変形例、図１１（ｃ）は図１０（ｃ）に示す第３変形例、図１１（ｄ）は図１０（ｄ）に示す第４変形例であり、開口部２１ａ、３１ａのほかの構成部品は同一であるため説明を省略する。

また、その他の変形例として、電源供給回路や温度検出回路を電極基板２、３の両者に振り分けてもよい。また、コネクタ５をケース部材９１、９２に一体的に形成しておけば、部品点数の削減が可能になる。

本発明の第１実施形態における熱電変換装置の全体構成を示し、そのうち（ａ）は、（ｂ）に示す熱電変換装置の上面模式図、（ｃ）はその下面模式図、（ｂ）は、（ｃ）中のＸ−Ｘ線に沿った断面模式図である。 本発明の第１実施形態における電極基板２の製造方法の一例を示す工程図である。 本発明の第１実施形態における電極基板２、３の他の製造方法を示す工程図である。 図１に示す熱電変換装置を冷暖装置のケースに組付けた状態を示す断面模式図である。 図４中のＹ−Ｙ線に沿った断面模式図である。 本発明の第１実施形態におけるコネクタ５の一例を示す断面模式図である。 本発明の第１実施形態における両ケース部材９１、９２の組付構造の変形例を示す組付け部分の模式図である。 本発明の第２実施形態における熱電変換装置の全体構成を示し、（ａ）は、（ｂ）に示す熱電変換装置の下面模式図、（ｂ）は、（ａ）中のＺ−Ｚ線に沿った断面模式図である。 本発明の第３実施形態における熱電変換装置の断面模式図である。 （ａ）ないし（ｄ）は、本発明の第４実施形態における本発明における熱電変換装置の第１〜第４変形例を示す断面模式図である。 （ａ）ないし（ｄ）は、他の実施形態における本発明における熱電変換装置の第１〜第４変形例を示す断面模式図である。

符号の説明

１…熱電素子組立体（熱電素子群）
２…放熱電極基板
２Ａ…幅方向の延長部
２Ｂ…長手方向の延長部（引出し部材、流路隔壁）
３…吸熱電極基板
４…シール材
５…コネクタ
６…温度センサ素子
７…放熱電極部材
８…吸熱電極部材
１１…保持板（絶縁部材）
１２…Ｎ型熱電素子、熱電素子
１３…Ｐ型熱電素子、熱電素子
２１…第１絶縁基材
２１ａ…開口部
２２…第１導電パターン部（導電パターン部）
２２ａ…電極部（第１電極部、導電パターン部）
２２ｂ…電源供給パターン部（引出しパターン部）
２２ｃ…センサ信号パターン部（引出しパターン部）
２３、３３…絶縁膜（絶縁部材）
２４、３４…半田接合部（接合部材）
２５、３５…半田接合部（接合部材）
３１…第２絶縁基材（絶縁部材）
３１ａ…開口部
３２…第２導電パターン部
３２ａ…電極部（第２電極部）
９１…下側ケース部材（第１ケース）
９２…上側ケース部材（第２ケース）
９３…温風吹出し開口部（第１吹出し開口部）
９４…冷風吹出し開口部（第２吹出し開口部）
２００…第３絶縁基材（引出し部材）
Ａ…温風流路（第１流路）
Ｂ…冷風流路（第２流路）

Claims (14)

1. 複数のＰ型熱電素子（１３）と複数のＮ型熱電素子（１２）とを所定の配列形状に配列してなる熱電素子群（１）と、
   前記熱電素子（１２、１３）の下面側の配列状態に対応する第１導電パターン部（２２）が形成され、前記熱電素子（１２、１３）と前記第１導電パターン部（２２）とが電気接続される第１絶縁基材（２１）と、
   前記熱電素子（１２、１３）の上面側の配列状態に対応する第２導電パターン部（３２）が形成され、前記熱電素子（１２、１３）と前記第２導電パターン部（３２）とが電気接続される第２絶縁基材（３１）と、
   前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで引き出されるこの絶縁基材と略並行な面状の引出し部材（２Ｂ）とを備え、
   この引出し部材（２Ｂ）に、前記導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される引出しパターン部（２２ｂ）が形成されることを特徴とする熱電変換装置。
2. 前記引出し部材（２Ｂ）は、前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）とは異なる第３絶縁基材（２００）で構成され、前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端面に面状に固定されると共に、この絶縁基材側の前記導電パターン部（２２、２２ａ）と前記引出し部材側の前記引出しパターン部（２２ｂ）とが電気接続されることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 前記引出し部材（２Ｂ）は、前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端からこの絶縁基材と略並行な面状でもって外部まで延長される延長部（２Ｂ）で構成され、この延長部（２Ｂ）に前記導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される前記引出しパターン部（２２ｂ）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
4. 前記引出し部材（２Ｂ）に形成される前記引出しパターン部（２２ｂ）の表面が絶縁部材（１１、２３、３１）で被覆されることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の熱電変換装置。
5. 前記引出し部材（２Ｂ）に形成される前記引出しパターン部（２２ｂ）は、前記熱電素子（１２、１３）に対し外部より電源を供給するための電源供給パターン部（２２ｂ）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の熱電変換装置。
6. 前記熱電素子群（１）は、前記熱電素子（１２、１３）を所定の配列形状に配列、保持する保持板（１１）に取り付けた熱電素子組立体（１）で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の熱電変換装置。
7. 複数のＰ型熱電素子（１３）と複数のＮ型熱電素子（１２）とを所定の配列形状に配列してなる熱電素子群（１）と、
   前記熱電素子（１２、１３）の下面側の配列状態に対応した第１電極部（２２ａ）を有する第１導電パターン部（２２、２２ａ）が形成され、前記熱電素子（１２、１３）と前記第１電極部（２２ａ）とが電気接続される第１絶縁基材（２１）と、
   前記熱電素子（１２、１３）の上面側の配列状態に対応した第２電極部（３２ａ）を有する第２導電パターン部（３２、３２ａ）が形成され、前記熱電素子（１２、１３）と前記第２電極部（３２ａ）とが電気接続される第２絶縁基材（３１）と、
   前記熱電素子（１２、１３）とは反対側の前記第１絶縁基材面側に配置され、前記第１電極部（２２ａ）より伝熱される熱を熱交換する放熱電極部材（７）と、
   前記熱電素子（１２、１３）とは反対側の前記第２絶縁基材面側に配置され、前記第２電極部より伝熱される熱を熱交換する吸熱電極部材（８）と、
   前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで引き出されるこの絶縁基材と略並行な面状の引出し部材（２Ｂ）とを備え、
   この引出し部材（２Ｂ）に、前記導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される引出しパターン部（２２ｂ）が形成されることを特徴とする熱電変換装置。
8. 前記第１電極部材（２２ａ）と放熱電極部材（７）、および前記第２電極部材（３２ａ）と吸熱電極部材（８）は、それぞれ接合部材（２５、３５）を用いて直接接合される構成であることを特徴とする請求項７に記載の熱電変換装置。
9. 前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）には、前記第１、第２電極部（２２ａ、３２ａ）に前記放熱、吸熱電極部材（７、８）を接合するための開口部（２１ａ、３１ａ）が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の熱電変換装置。
10. 前記引出し部材（２Ｂ）は、引き出される前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材と略同じ幅を有し、前記放熱電極部材（７）が設置される第１流路（Ａ）と、前記吸熱電極部材（８）が設置される第２流路（Ｂ）との間の流路隔壁を構成することを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
11. 前記引出し部材（２Ｂ）は、前記第１流路（Ａ）と前記第２流路（Ｂ）の下流側に配置され、両流路間の前記流路隔壁を構成することを特徴とする請求項１０に記載の熱電変換装置。
12. 前記引出し部材（２Ｂ）は、前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで延長される延長部（２Ｂ）で構成され、この延長部（２Ｂ）に前記導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される前記引出しパターン部（２２ｂ）が形成され、
    この引出しパターン部（２２ｂ）が、前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうちの他方の絶縁基材と、前記一方の絶縁基材からなる前記延長部（２Ｂ）とで挟み込まれるように構成されることを特徴とする請求項１、または請求項３ないし請求項８のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
13. 前記引出し部材（２Ｂ）は、前記第１、第２絶縁基材（２１、３１）のうち少なくとも一方の絶縁基材の一端から外部まで延長される延長部（２Ｂ）で構成され、この延長部（２Ｂ）に前記導電パターン部（２２、２２ａ）と電気接続される前記引出しパターン部（２２ｂ）が形成され、
    この引出しパターン部（２２ｂ）が、前記各熱電素子（１２、１３）を保持する面状の保持板（１１）の延長部（１１ｂ）と、前記一方の絶縁基材からなる前記延長部（２Ｂ）とで挟み込まれるように構成されることを特徴とする請求項１、または請求項３ないし請求項８のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
14. 第１吹出し開口部（９３）を有する第１ケース（９１）と第２吹出し開口部（９４）を有する第２ケース（９２）とを組み合わせて熱媒体が流通するダクトを構成する冷暖装置であって、
    前記ダクト内に請求項９に記載の熱電変換装置を配置することで、前記放熱電極部材（７）が設置される第１流路（Ａ）と、前記吸熱電極部材（８）が設置される第２流路（Ｂ）とを構成すると共に、流路の下流側に配置された前記引出し部材（２Ｂ）により両流路間に流路隔壁を構成することを特徴とする冷暖装置。

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