JP2008270421A - 熱電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、それぞれ電極を形成した１組の薄膜基板をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の両端面にそれぞれ取付け、全てのｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を電気的に直列に接続するとともに、一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させて成る熱電モジュールにおいて、導線が引っ張られる等して端部電極に外力が作用した状況においても、該端部電極に接続されている熱電素子等の損傷を未然に防止することの可能な、熱電モジュールを提供する。
【解決手段】複数のｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の配列方向に沿い、かつ端部電極１２Ｂの形成された一方側薄膜基板１０の縁部に沿う態様で、端部電極１２Ｂを延在させて形成したことを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の一方面に取付け、他方側薄膜基板における他方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の他方面に取付け、全てのｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を電気的に直列に接続するとともに、一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させて成る熱電モジュールに関する。

熱電モジュールの基本的な構成は、周知の如く、平面状に配列した所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子との全てを、各熱電素子の一方面に取付けた一方側電極と、各熱電素子の他方面に取付けた他方側電極とによって直列に接続したものであり、さらに大面積において大きな能力を得ることを目的として、一方側電極および他方側電極を、それぞれフレキシブル基板に設置して成る熱電モジュールが提供されている(例えば、特許文献１参照)。

図８および図９に示す従来の熱電モジュールＡは、平面状に配列した所定個数のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを、ベースフィルムＢｂに所定個数の一方側電極Ｂｔ、Ｂｔ…を配設した一方側薄膜基板Ｂと、ベースフィルムＣｂに所定個数の一方側電極Ｃｔ、Ｃｔ…を配設した一方側薄膜基板Ｃとより挟んで成っている。

さらに、上記熱電モジュールＡにおいては、一方側薄膜基板Ｂの一方側電極Ｃｔ、Ｃｔ…を、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの一方面にハンダ付けするとともに、他方側薄膜基板Ｃの他方側電極Ｃｔ、Ｃｔ…を、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの他方面にハンダ付けすることによって、全てのｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを電気的に直列に接続している。

また、一方側薄膜基板ＢのベースフィルムＢｂには、一対の端部電極Ｔ、Ｔが配設されており、一方の端部電極Ｔにプラス側の導線Ｗ(ｐ)がハンダ付けされ、他方の端部電極Ｔにマイナス側の導線Ｗ(ｍ)がハンダ付けされている。

ここで、何れの端部電極Ｔも、導線Ｗのハンダ付け時における熱電素子への熱影響、詳しくはハンダ付け時の熱が熱電素子に伝わってダメージを与えたり、導線Ｗを接合するハンダが熱電素子に付着して反応することで特性や機械的強度が損なわれることを低減し得る長さ(寸法)だけ、素子取付部Ｔａと導線取付部Ｔｂとを離隔させる目的で、短冊の如き細長い平面形状に形成されている。
特開２００５−５０７１５７号公報

ところで、従来の熱電モジュールＡにおいて、不用意に導線Ｗが引っ張られる等して端部電極Ｔに外力が作用した場合、端部電極Ｔを設置している一方側薄膜基板ＢのベースフィルムＢｂは、上記端部電極Ｔを拘束し得る十分な剛性を有備えていないため、端部電極Ｔと熱電素子Ｐ、Ｎとの接合部分や、熱電素子Ｐ、Ｎそのものが、端部電極Ｔに作用する外力によって損傷してしまい、もって熱電モジュールＡとしての機能を損なう不都合があった。

本発明は上記実状に鑑みて、端部電極に外力が作用した状況にあっても、熱電素子等の損傷を未然に防止することの可能な、熱電モジュールの提供を目的とするものである。

上記目的を達成するべく、請求項１に関わる熱電モジュールは、所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の一方面に取付け、他方側薄膜基板における他方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の他方面に取付け、全てのｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を電気的に直列に接続して成る熱電モジュールであって、一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させるとともに、複数のｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の配列方向に沿い、かつ端部電極の形成された一方側薄膜基板の縁部に沿う態様で、端部電極を延在させて形成したことを特徴としている。

請求項２に関わる熱電モジュールは、所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の一方面に取付け、他方側薄膜基板における他方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の他方面に取付け、全てのｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を電気的に直列に接続して成る熱電モジュールであって、一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させるとともに、端部電極における素子取付部を、導線取付部を含んだ延在部位の軸線上から側方に外れた位置に形成したことを特徴している。

請求項３に関わる熱電モジュールは、所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の一方面に取付け、他方側薄膜基板における他方側電極をｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の他方面に取付け、全てのｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子を電気的に直列に接続して成る熱電モジュールであって、一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させるとともに、端部電極における素子取付部に、２個以上の熱電素子を並置して取付けたことを特徴としている。

請求項４の発明に関わる熱電モジュールは、請求項３の発明に係る熱電モジュールにおいて、端部電極の素子取付部に並置して取付けた２個以上の熱電素子を、電気的に並列に接続したことを特徴としている。

請求項１の発明に関わる熱電モジュールの構成においては、端部電極を複数のｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の配列方向に沿って延在させたことにより、端部電極に作用した外力の殆どが、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを配列したことで剛性の増大した一方側薄膜基板の縁部で受止められ、もって端部電極と熱電素子との接合部および熱電素子に作用する外力が軽減されるため、熱電モジュールにおける損傷を未然に防止することが可能となる。

請求項２の発明に関わる熱電モジュールの構成においては、端部電極の導線取付部を含む延在部位の軸線上から側方に外れた位置に素子取付部を形成したことにより、不用意に導線が引っ張られる等して端部電極の導線取付部に作用した外力は、導線取付部を含む延在部位の軸線上に沿って作用するものの、延在部位の軸線上から側方に外れて位置する素子取付部には大きく影響することはなく、もって端部電極と熱電素子との接合部および熱電素子に作用する外力が軽減されるため、熱電モジュールにおける損傷を未然に防止することが可能となる。

請求項３の発明に関わる熱電モジュールの構成においては、端部電極の素子取付部に２個以上の熱電素子を並置して取付けたことにより、端部電極に作用した外力は１個の熱電素子に集中することなく、複数の熱電素子に分散して作用するため、１個当たりの熱電素子に作用する負荷は小さなものとなり、もって端部電極と熱電素子との接合部および熱電素子に作用する外力が軽減されることで、熱電モジュールにおける損傷を未然に防止することが可能となる。

請求項４の発明に関わる熱電モジュールの構成においては、端部電極の素子取付部に取付けた２個以上の熱電素子を電気的に並列に接続したことで、端部電極に作用する外力によって熱電素子の何れかが損傷した場合でも、１個の熱電素子さえ損傷を免れれば熱電モジュール全体の回路が維持されるため、熱電モジュールにおけるサバイバビリティーを向上させることが可能となる。

以下、実施例を示す図面に基づいて、本発明の構成を詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明に関わる熱電モジュールの一実施例を示しており、この熱電モジュール１は、平面状に配列した所定個数のｐ型熱電素子Ｐ、Ｐ…、および所定個数のｎ型熱電素子Ｎ、Ｎ…を具備し、さらに全てのｐ型熱電素子Ｐとｎ型熱電素子Ｎとを上下から挟持する、一方側薄膜基板１０および他方側薄膜基板２０を具備している。

上記一方側薄膜基板１０は、矩形状を呈するベースフィルム１１の表面に、所定個数の一方側電極１２、１２…を配設して成り、また上記他方側薄膜基板２０は、矩形状を呈するベースフィルム２１の表面に、所定個数の他方側電極２２、２２…を配設して成っている。

ここで、所定個数のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎは、平面視において矩形状に配列されており、上記一方側薄膜基板１０のベースフィルム１１、および上記他方側薄膜基板２０のベースフィルム２１は、所定個数のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの配置領域よりも一回り大きい矩形状を呈している。

上記一方側薄膜基板１０の一方側電極１２、１２…は、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの一方面にハンダ付けされ、また他方側薄膜基板２０の他方側電極２２、２２…は、ｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの他方面にハンダ付けされ、これにより全てのｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎが互いに直列に接続されている。

また、図３および図４に示す如く、一方側薄膜基板１０のベースフイルム１１には、一対の端部電極１２Ａと端部電極１２Ｂとが配設されており、一方の端部電極１２Ａには、プラス側の導線３０Ａがハンダ付けされ、他方の端部電極１２Ｂには、マイナス側の導線３０Ｂがハンダ付けされている。

図５および図６に示す如く、上記一方の端部電極１２Ａおよび他方の端部電極１２Ｂは、一方側薄膜基板１０のベースフイルム１１における縁部１１ｅに沿って延在しており、併せて上記一方の端部電極１２Ａおよび他方の端部電極１２Ｂは、上記ベースフイルム１１の縁部１１ｅに沿って配置されたｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの配列方向に沿って延在している。

図５に示す如く、一方の端部電極１２Ａは、ｐ型熱電素子Ｐの接続される素子取付部１２Ａａと、端部に導線取付部１２Ａｂを有する延在部位１２Ａｃとを備え、図中において倒立Ｌ字状に屈曲した平面形状を呈しており、延在部位１２Ａｃの導線取付部１２Ａｂには、プラス側の導線３０Ａがハンダ付けされている。

上記延在部位１２Ａｃは、ベースフイルム１１の縁部１１ｅ、およびｐ型熱電素子Ｐとｎ型熱電素子Ｎとの配列方向に沿って延在しており、上記延在部位１２Ａｃの軸線ａ−ａ上から側方に外れた位置に、上記素子取付部１２Ａａが突出形成されている。

また、上記一方の端部電極１２Ａにおいて、素子取付部１２Ａａと導線取付部１２Ａｂとは、導線３０Ａのハンダ付け時におけるｐ型熱電素子Ｐへの熱影響を低減し得る長さだけ離隔して形成されており、上記素子取付部１２Ａａには、並置された３個のｐ型熱電素子Ｐ、Ｐ、Ｐがハンダ付けされている。

図６に示す如く、他方の端部電極１２Ｂは、ｎ型熱電素子Ｎの接続される素子取付部１２Ｂａと、端部に導線取付部１２Ｂｂを有する延在部位１２Ｂｃとを備え、図中においてＬ字状に屈曲した平面形状を呈しており、延在部位１２Ｂｃの導線取付部１２Ｂｂには、プラス側の導線３０Ｂがハンダ付けされている。

上記延在部位１２Ｂｃは、ベースフイルム１１の縁部１１ｅ、およびｐ型熱電素子Ｐとｎ型熱電素子Ｎとの配列方向に沿って延在しており、上記延在部位１２Ｂｃの軸線ａ−ａ上から側方に外れた位置に、上記素子取付部１２Ｂａが突出形成されている。

また、上記他方の端部電極１２Ｂにおいて、素子取付部１２Ｂａと導線取付部１２Ｂｂとは、導線３０Ｂのハンダ付け時におけるｎ型熱電素子Ｎへの熱影響を低減し得る長さだけ離隔して形成されており、上記素子取付部１２Ｂａには、並置された３個のｎ型熱電素子Ｎ、Ｎ、Ｎがハンダ付けされている。

ここで、図７(ａ)に示す如く、他方の端部電極１２Ｂにおける素子取付部１２Ｂａにハンダ付けされた３個のｎ型熱電素子Ｎ(ａ)、Ｎ(ｂ)、Ｎ(ｃ)は、一方側薄膜基板１０における端部電極１２Ｂと、他方側薄膜基板２０における他方側電極２２(ｌ)との間で電気的に並列に接続されている。

また、図示を省略したものの、一方の端部電極１２Ａにおける素子取付部１２Ａａにハンダ付けされた３個のｐ型熱電素子Ｐ、Ｐ、Ｐも、上述した３個のｎ型熱電素子Ｎ、Ｎ、Ｎと同様、一方側薄膜基板１０における端部電極１２Ａと、他方側薄膜基板２０における他方側電極２２との間で電気的に並列に接続されている。

上述した構成の熱電モジュール１によれば、端部電極１２Ａ、１２Ｂを、複数のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの配列方向に沿って延在させたことで、導線３０Ａ、３０Ｂを引っ張る等して端部電極１２Ａ、１２Ｂに作用した外力の殆どは、ｐ型熱電素子Ｐとｎ型熱電素子Ｎとを配列したために剛性の増大したベースフィルム１１の縁部で受止められることとなる。

これにより、端部電極１２Ａとｐ型熱電素子Ｐとの接合部およびｐ型熱電素子Ｐに作用する外力、或いは端部電極１２Ｂとｎ型熱電素子Ｎとの接合部およびｎ型熱電素子Ｎに作用する外力が軽減され、もって熱電モジュール１おける損傷を未然に防止することが可能となる。

また、上述した構成の熱電モジュール１によれば、端部電極１２Ａ、１２Ｂにおける延在部位１２Ａｃ、１２Ｂｃの軸線ａ−ａ上から側方に外れた位置に素子取付部１２Ａａ、１２Ｂａを形成したことにより、導線３０Ａ、３０Ｂが引っ張られる等して端部電極１２Ａ、１２Ｂの導線取付部１２Ａｂ、１２Ｂｂに作用した外力は、延在部位１２Ａｃ、１２Ｂｃの軸線ａ−ａ上に沿って作用するものの、上記軸線ａ−ａ上から側方に外れて位置する素子取付部１２Ａａ、１２Ｂａに対して直接に大きく影響することはない。

これにより、端部電極１２Ａとｐ型熱電素子Ｐとの接合部およびｐ型熱電素子Ｐに作用する外力、或いは端部電極１２Ｂとｎ型熱電素子Ｎとの接合部およびｎ型熱電素子Ｎに作用する外力が軽減され、もって熱電モジュール１おける損傷を未然に防止することが可能となる。

さらに、上述した構成の熱電モジュール１によれば、端部電極１２Ａ、１２Ｂの素子取付部１２Ａａ、１２Ｂａに、複数個のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを並置して取付けたことで、導線３０Ａ、３０Ｂが引っ張られる等して端部電極１２Ａ、１２Ｂに作用した外力は、１個のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎのみに集中することなく、複数個の熱電素子に分散して作用するために、１個のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎに作用する負荷は小さなものとなる。

これにより、端部電極１２Ａとｐ型熱電素子Ｐとの接合部およびｐ型熱電素子Ｐに作用する外力、或いは端部電極１２Ｂとｎ型熱電素子Ｎとの接合部およびｎ型熱電素子Ｎに作用する外力が軽減され、もって熱電モジュール１おける損傷を未然に防止することが可能となる。

また、上述した構成の熱電モジュール１においては、端部電極１２Ａ、１２Ｂの素子取付部１２Ａａ、１２Ｂａに取付けた２個以上のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを、電気的に並列に接続したことによって、端部電極１２Ａ、１２Ｂに作用する外力によって熱電素子の何れかが損傷した場合でも、１個の熱電素子さえ損傷を免れれば、熱電モジュール１における全体の回路が維持されるため、熱電モジュール１のサバイバビリティーが格段に向上することとなる。

ここで、図７(ｂ)に示した熱電モジュール１では、端部電極１２Ｂの素子取付部１２Ｂａに接続された３個のｎ型熱電素子Ｎ(ａ)、Ｎ(ｂ)、Ｎ(ｃ)のうち、２個のｎ型熱電素子Ｎ(ａ)、Ｎ(ｂ)を、他方側薄膜基板２０の共通する他方側電極２２と接続して単なる補強用部品に利用し、１個のｎ型熱電素子Ｎ(ｃ)のみを他方側薄膜基板２０の他方側電極２２と電気的に接続させて回路を形成している。因みに、一方の端部電極１１Ａの素子取付部１２Ａａに接続された３個のｐ型熱電素子Ｐ、Ｐ、Ｐも、上述した３個のｎ型熱電素子Ｎ(ａ)、Ｎ(ｂ)、Ｎ(ｃ)と同じく、２個を捨て素子として補強用部品に利用するとともに、１個のｐ型熱電素子Ｐのみを回路の構成部品としていることは勿論である。

図７(ｂ)に示した熱電モジュール１においても、端部電極１２Ａ、１２Ｂの素子取付部１２Ａａ、１２Ｂａに、複数個のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを並置して取付けたことで、端部電極１２Ａ、１２Ｂに作用した外力は、複数個の熱電素子に分散して作用するため、端部電極１２Ａとｐ型熱電素子Ｐとの接合部およびｐ型熱電素子Ｐに作用する外力、或いは端部電極１２Ｂとｎ型熱電素子Ｎとの接合部およびｎ型熱電素子Ｎに作用する外力が軽減され、もって熱電モジュール１おける損傷を未然に防止することが可能となる。

なお、図１〜図７に示した実施例の熱電モジュール１においては、端部電極１２Ａ、１２Ｂの素子取付部１２Ａａ、１２Ｂａに、それぞれ３個のｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎを並置して接続させているが、上記素子取付部１２Ａａ、１２Ｂａに並置して接続されるｐ型熱電素子Ｐおよびｎ型熱電素子Ｎの個数は、２個以上であれば、熱電モジュールの仕様等に基づいて適宜に設定し得ることは言うまでもない。

本発明に関わる熱電モジュールの一実施例を示す全体上面図。 図１に示した熱電モジュールの全体下面図。 図１に示した熱電モジュールの側面断面である図１中のIII−III線断面図。 図１に示した熱電モジュールから上面側の薄膜基板を取り除いた状態を上方から観た全体平面図。 図１に示した熱電モジュールの下面側の薄膜基板を実装面から観た要部平面図。 図１に示した熱電モジュールの下面側の薄膜基板を実装面から観た要部平面図。 (ａ)および(ｂ)は、端部電極に対する熱電素子の接続状態を示す概念的な断面図。 (ａ)および(ｂ)は、従来の熱電モジュールを示す平面図および側面図。 図８中の IX−IX 線断面図。

符号の説明

１…熱電モジュール、
１０…一方側薄膜基板、
１１…ベースフィルム、
１１ｅ…縁部、
１２…一方側電極、
１２Ａ…端部電極、
１２Ａａ…素子取付部、
１２Ａｂ…導線取付部、
１２Ａｃ…延在部位、
１２Ｂ…端部電極、
１２Ｂａ…素子取付部、
１２Ｂｂ…導線取付部、
１２Ｂｃ…延在部位、
２０…他方側薄膜基板、
２１…ベースフィルム、
２２…他方側電極、
３０Ａ…導線、
３０Ｂ…導線、
Ｐ…ｐ型熱電半導体素子(熱電素子)、
Ｎ…ｎ型熱電半導体素子(熱電素子)。

Claims (4)

1. 所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の一方面に取付け、他方側薄膜基板における他方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の他方面に取付け、全ての前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子を電気的に直列に接続して成る熱電モジュールであって、
   一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における前記熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させるとともに、複数の前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の配列方向に沿い、かつ前記端部電極の形成された前記一方側薄膜基板の縁部に沿う態様で、前記端部電極を延在させて形成したことを特徴とする熱電モジュール。
2. 所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の一方面に取付け、他方側薄膜基板における他方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の他方面に取付け、全ての前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子を電気的に直列に接続して成る熱電モジュールであって、
   一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における前記熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させるとともに、前記端部電極における前記素子取付部を、前記導線取付部を含んだ延在部位の軸線上から側方に外れた位置に形成したことを特徴とする熱電モジュール。
3. 所定個数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを平面状に配列し、一方側薄膜基板における一方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の一方面に取付け、他方側薄膜基板における他方側電極を前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子の他方面に取付け、全ての前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子を電気的に直列に接続して成る熱電モジュールであって、
   一対の端部電極における素子取付部と導線取付部とを、導線のハンダ付け時における前記熱電素子への熱影響を低減し得る長さ離隔させるとともに、前記端部電極における前記素子取付部に、２個以上の前記熱電素子を並置して取付けたことを特徴とする熱電モジュール。
4. 前記端部電極の前記素子取付部に並置して取付けた２個以上の前記熱電素子を、電気的に並列に接続したことを特徴とする請求項３記載の熱電モジュール。

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