JP2009231655A - 熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性を向上できるとともに、消費電力を小さくできる熱電変換モジュールを提供すること。
【解決手段】 間隔を保って配置された複数の熱電素子１３の隣接する一対の熱電素子１３の下端面間を基板側電極１２で接続するとともに、他の一対の熱電素子１３の上端面間を自由端側電極１４ａ，１４ｂで接続することにより、直列に接続された熱電変換モジュール１０を構成した。そして、基板側電極１２が接続する一対の熱電素子１３の下端面間の長さよりも自由端側電極１４ａ，１４ｂが接続する一対の熱電素子１３の上端面間の長さが短くなるようにした。また、基板側電極１２側が放熱側で、自由端側電極１４ａ，１４ｂ側が冷却側になるようにした。さらに、基板側電極１２を絶縁基板１１の上面に形成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱電変換を行うための熱電変換モジュールに関する。

従来から、ペルチェ効果を利用して熱電変換を行う熱電変換モジュールが加熱・冷却装置等に用いられている。この熱電変換モジュールは、通常、窒化アルミや酸化アルミ等からなる一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の銅パターンからなる電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれ熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより構成されている。そして、この場合の電極は、長方形に形成され、電極の一方の端部にＮ型熱電素子が取り付けられると、他方の端部にはＰ型熱電素子が取り付けられて各電極にそれぞれＮ型熱電素子とＰ型熱電素子とからなる一対の熱電素子が取り付けられる。

このような熱電変換モジュールでは、一対の絶縁基板のうちの一方の絶縁基板は加熱によって膨張し、他方の絶縁基板は冷却によって収縮する。このため、熱電変換モジュールの各絶縁基板、電極および熱電素子に、膨張や収縮による応力が生じて、熱電変換モジュールが破壊し易くなる。この破壊が生じることを防止して熱電変換モジュールの耐久性を向上させるために、一対の絶縁基板のうちの一方の絶縁基板を省略して、熱電素子の一方側を自由端にしたスケルトンタイプの熱電変換モジュールも開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この熱電変換モジュール（熱電モジュール）は、基板上に形成された基板側電極の上面に１個または２個の熱電素子を設置し、異なる基板側電極に設置され隣り合った熱電素子の上端間をそれぞれ自由端側電極で接続して構成されている。また、自由端電極には、蛇行部分が形成されて、膨張や収縮による応力を吸収できるようになっている。
特開平１１−６８１７５号公報

しかしながら、前述した従来のスケルトンタイプの熱電変換モジュール、特に大型のスケルトンタイプの熱電変換モジュールでは隣り合う熱電素子の端面間の長さや自由端側電極の長さが長くなるため、抵抗が大きくなりそれにともなってジュール発熱量が大きくなる。また、前述した自由端電極に蛇行部分が形成されている従来の熱電変換モジュールでは、隣り合う熱電素子の端面間の長さが長くない場合であっても自由端側電極の長さが長くなるため、抵抗が大きくなりそれにともなってジュール発熱量が大きくなる。このため、自由端側電極を冷却側として熱電変換モジュールを作動させた場合、通常の吸熱に加えて自由端側電極が発生するジュール熱も熱電変換モジュールの冷却側から吸熱しなければならなくなる。この結果、熱電変換モジュールの冷却側からの吸熱量が多くなり熱電変換モジュールの消費電力が大きくなる。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、耐久性を向上できるとともに、消費電力を小さくできる熱電変換モジュールを提供することにある。

前述した目的を達成するため、本発明に係る熱電変換モジュールの構成上の特徴は、間隔を保って配置された複数の熱電素子の隣り合った一対の熱電素子の一方の端面間をそれぞれ接続する複数の一方の電極と、複数の熱電素子の一対の熱電素子とは異なる隣り合った他の一対の熱電素子の他方の端面間をそれぞれ接続することにより、複数の熱電素子と、複数の一方の電極とを直列に接続する複数の他方の電極とを備えた熱電変換モジュールであって、一方の電極が接続する一対の熱電素子の一方の端面間の長さよりも他方の電極が接続する他の一対の熱電素子の他方の端面間の長さが短くなるようにしたことにある。

この場合、一方の電極側が放熱側で、他方の電極側が冷却側になるようにして熱電変換モジュールを使用することが好ましい。これによると、冷却側に位置する他方の電極が接続する他の一対の熱電素子の他方の端面間の長さが短くなるため、その部分の抵抗が小さくなり、それにともなって、ジュール発熱量が小さくなる。この結果、熱電変換モジュールの冷却側からの吸熱量が少なくなり熱電変換モジュールの消費電力が小さくなる。また、冷却側に位置する他方の電極が接続する他の一対の熱電素子の他方の端面間の長さが短くなるため、他方の電極の熱膨張、熱収縮に起因する熱応力が小さくなる。

このため、各電極を基板等に取り付けて熱電変換モジュールを使用する際に、熱電変換モジュールの耐久性が向上する。なお、本発明では、他方の電極が接続する他の一対の熱電素子の他方の端面間の長さが短くなればよく、他方の電極自体は長いものであってもよい。また、各電極の幅方向の長さは熱電素子を設置できる長さであれば短くても長くてもよいが、幅を大きくすることで電気抵抗を小さくすることができる。また、各電極の厚みを大きくすることでも電気抵抗を小さくすることができる。

また、本発明に係る熱電変換モジュールの他の構成上の特徴は、一方の電極が、基板の表面にフィンが形成された冷却フィンの裏面に、直接または絶縁基板を介して取り付けられていることにある。これによると、熱電変換モジュールの放熱側を冷却フィンにより効果的に冷却できるようになるため、熱電変換モジュールの作動効率を向上させることができる。

また、本発明に係る熱電変換モジュールのさらに他の構成上の特徴は、一方の電極と他方の電極との少なくとも一方が絶縁基板に取り付けられていることにある。これによると、強度の大きな熱電変換モジュールが得られる。また、一方にのみ絶縁基板を取り付ける場合には、放熱側に位置する一方の電極を絶縁基板に取り付けることが好ましい。これによると、放熱側に位置する一方の電極は絶縁基板によって強固に支持され、冷却側に位置する他方の電極はジュール発熱量が小さくなるため、熱電変換モジュールの耐久性がより向上する。

また、本発明に係る熱電変換モジュールのさらに他の構成上の特徴は、複数の熱電素子が、略円形の領域内に分散して配置されていることにある。このような熱電変換モジュールを、例えば、四角板状の絶縁基板に設けた場合、絶縁基板の四隅部分に大きな熱応力がかかり、熱電変換モジュールの四隅部分に破壊が生じ易くなるが、この四隅に熱電素子を設けないことで、熱電変換モジュールの耐久性を向上させることができる。また、この熱電変換モジュールを、円形板状の絶縁基板に設ける場合には、熱電素子の配置を絶縁基板の形状に応じたものにすることができる。この熱電素子の配置は、大型の熱電変換モジュールで用いた場合に、より大きな効果を奏する。

また、本発明に係る熱電変換モジュールのさらに他の構成上の特徴は、複数の熱電素子が、略四角形の領域内に分散して配置されているとともに、領域の四隅に熱電素子が密集した部分が形成されていることにある。このように、略四角形の領域の四隅に熱電素子が密集した部分を形成することによっても、熱電変換モジュールの耐久性を向上させることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係るスケルトンタイプの熱電変換モジュール１０を示している。熱電変換モジュール１０は、アルミナからなる四角板状の絶縁基板１１を備えている。そして、絶縁基板１１の上面に一定間隔を保って長方形の銅パターンからなる複数の基板側電極１２が取り付けられ、各基板側電極１２の上面に、縦長の直方体に形成された熱電素子１３が固定されている。熱電素子１３はビスマス・テルル系の合金からなっており、それぞれ下端面を基板側電極１２の長手方向の端部にハンダ付けにより固定されている。

各熱電素子１３のうちの隣り合った所定の一対の熱電素子の上端面には、それぞれ長方形の銅パターンからなる複数の自由端側電極１４ａ，１４ｂの端部がハンダにより固定されている。基板側電極１２および自由端側電極１４ａ，１４ｂの表面には、ニッケルメッキまたはニッケルメッキと金メッキとを施しておくことが好ましい。また、自由端側電極１４ａ，１４ｂの外側の面に絶縁処理を施しておくことも好ましい。さらに、熱電素子１３の両端面には、それぞれニッケルメッキ等のメッキが施されており、熱電素子１３と基板側電極１２とを接合するハンダおよび熱電素子１３と自由端側電極１４ａ，１４ｂとを接合するハンダとしては、Ｓｎ−Ｓｂ系ハンダ、Ａｕ−Ｓｎ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ等のＰｂフリーハンダを用いることが好ましい。

図２は、熱電変換モジュール１０から自由端側電極１４ａ，１４ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図３は、熱電変換モジュール１０から基板側電極１２およびリード線１５ａ，１５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。図２に示したように、各基板側電極１２は同形の細長い長方形に形成されており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に４個、左右方向に８個の全部で３２個が格子状に配置されている。なお、ここでいう前後方向は、図２および図３における上下方向で、図１では左右（右が前で左が後）になる。以下、図２のように、リード線１５ａ，１５ｂを下方に位置させた状態で図示の上下方向を前後方向として説明する。また、図１では、説明の便宜上（奥に位置する熱電素子１３を図示したため）、リード線１５ａを省略している。

また、絶縁基板１１の前端の２箇所の角部近傍に設けられた基板側電極１２の前端部には、それぞれリード線１５ａ，１５ｂがハンダ付けにより取り付けられ、このリード線１５ａ，１５ｂを介して外部から熱電変換モジュール１０に通電可能になっている。このリード線１５ａ，１５ｂは、表面に錫メッキが施された直径が０．５ｍｍの銅線で構成されている。そして、リード線１５ａ，１５ｂが取り付けられた２個の基板側電極１２の後端部には、それぞれ１個の熱電素子１３の下端面が接合され、その他の基板側電極１２には、それぞれ２個の熱電素子１３の下端面が接合されている。

また、熱電素子１３は、全部で６２個設けられており、この６２個の熱電素子１３の全てが、各基板側電極１２の端部側に配置されている。この６２個の熱電素子１３は、前後方向に延びる各列が左右一定間隔になり、左右方向に延びる列が、前後に長い間隔と短い間隔とが交互に位置するように配置され全体として縦横の列が全て直線状になる格子状に配置されている。すなわち、前後に隣接する２個の熱電素子１３は、同じ基板側電極１２に設置されたもの同士は離れた位置になり、異なる基板側電極１２に設置されたもの同士は接近した位置になる。

また、図３に示したように、自由端側電極１４ａは、基板側電極１２よりも長手方向の長さが短い長方形に形成され、自由端側電極１４ｂは、基板側電極１２と長手方向の長さが同じ程度で、自由端側電極１４ａよりも長手方向の長さが長い長方形に形成されている。自由端側電極１４ａは、熱電素子１３における最前列と最後列に配置されたものを除く接近した位置にある所定の一対の熱電素子１３をそれぞれ接続するもので、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に３個、左右方向に８個の全部で２４個が格子状に配置されている。

自由端側電極１４ｂは、熱電素子１３における最前列と最後列に配置された所定の一対の熱電素子１３をそれぞれ接続するもので、それぞれ長手方向を左右に向けて最前列の熱電素子１３に対応する部分に３個、最後列の熱電素子１３に対応する部分に４個の全部で７個がそれぞれ直線状に配置されている。この自由端側電極１４ｂが接続する一対の熱電素子１３間の距離は、自由端側電極１４ａが接続する一対の熱電素子１３間の距離よりも少し長くなっている。熱電素子１３の上端面は、各熱電素子１３、基板側電極１２および自由端側電極１４ａ，１４ｂが直列に接続されるようにして、各自由端側電極１４ａ，１４ｂに２個ずつ接合されている。

すなわち、前列左端に配置された基板側電極１２に下端面が接合された熱電素子１３の上端面が、自由端側電極１４ａの中の最前列左端の自由端側電極１４ａの前端部に接合され、その自由端側電極１４ａの後端部に前述した熱電素子１３の後方に位置する熱電素子１３の上端面が接合され、さらに、その熱電素子１３の下端面が、前後方向の２列目の左端に配置された基板側電極１２の前端部に接合されるといったようにして順次、各熱電素子１３が基板側電極１２と自由端側電極１４ａ，１４ｂとに接合されている。これによって、熱電変換モジュール１０に流れる電流の方向は、前後方向に延びながら一列ずつ左右に移動するジグザグ状になる。また、熱電素子１３は、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とで構成されており、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とが交互に配置されている。

Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とは、ともにビスマス、テルルを含む合金で構成されているが、若干異なる組成からなっている。また、熱電変換モジュール１０を構成する各部分の寸法は、以下のように設定されている。絶縁基板１１は、縦横（前後左右）がともに５８ｍｍで、厚みが０．６３５ｍｍに設定されている。熱電素子１３は、縦横の長さがともに、１．８ｍｍで、高さが１ｍｍに設定されている。基板側電極１２は、長手方向の長さが１２ｍｍ、幅が２ｍｍ、厚みが１００μｍに設定されている。そして、自由端側電極１４ａは、長手方向の長さが６ｍｍ、幅が２ｍｍ、厚みが１００μｍに設定され、自由端側電極１４ｂは、長手方向の長さが８ｍｍ、幅が２ｍｍ、厚みが１００μｍに設定されている。

また、絶縁基板１１の上面に、基板側電極１２を形成する方法としては、種々の方法を用いることができ、例えば、ＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法、ロウ付け法、メッキ法を用いることができる。また、絶縁基板１１の上面に、Ｍｏ−Ｍｎ（モリブデン−マンガン）法やＷ（タングステン）法によりメタライズ層を形成して、そのメタライズ層の上面にニッケルメッキを形成し、さらにその上面に基板側電極１２を構成する銅板をハンダで接合する方法を用いてもよい。この熱電変換モジュール１０は、リード線１５ａ，１５ｂを介して外部から通電することにより、基板側電極１２が放熱側になり、自由端側電極１４ａ，１４ｂ側が冷却側になるようにして使用される。

つぎに、以上のように構成した熱電変換モジュール１０を実施例１として、この熱電変換モジュール１０と、図４および図５に示した比較例１による従来の熱電変換モジュールとに対して消費電力の比較テストを行った結果について説明する。図４は、比較例１の熱電変換モジュールから自由端側電極１９（図５参照）を取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図５は、比較例１の熱電変換モジュールから基板側電極１７およびリード線１５ｃ，１５ｄを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。

図４に示したように、絶縁基板１６上に配置される各基板側電極１７は同形の細長い長方形に形成されており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に４個、左右方向に８個の全部で３２個が格子状に配置されている。この基板側電極１７は、熱電変換モジュール１０の基板側電極１２よりも長手方向の長さがやや短くなっている。また、基板側電極１７の上面に接合される熱電素子１８は、熱電変換モジュール１０と同様、全部で６２個設けられており、この６２個の熱電素子１８の全てが、左右前後に等間隔で格子状に配置されている。

そして、図５に示したように、自由端側電極１９は、すべて基板側電極１７と同形同大に形成され、全部で３１個設けられている。３１個の自由端側電極１９うちの２４個は、絶縁基板１６の中央側に位置しており、長手方向を前後に向けて前後方向に３個、左右方向に８個配置されている。また、残りの７個の自由端側電極１９は、それぞれ長手方向を左右に向けて配置されており、最前列の熱電素子１８に対応する部分に３個、最後列の熱電素子１８に対応する部分に４個設けられている。

すなわち、比較例１の熱電変換モジュールは、すべての熱電素子１８を等間隔で配置するとともに、基板側電極１７と自由端側電極１９とを同じもので構成し、基板側電極１７、熱電素子１８および自由端側電極１９の接続状態が、熱電変換モジュール１０の基板側電極１２、熱電素子１３および自由端側電極１４ａ，１４ｂの接続状態と同じになるようにして構成されている。また、比較例１の熱電変換モジュールのそれ以外の部分の構成や寸法等については、すべて熱電変換モジュール１０を構成する各部分と同一にした。

消費電力の比較テストは、実施例１および比較例１の熱電変換モジュール１０等における自由端側電極１４ａ，１４ｂおよび自由端側電極１９の温度を１０℃、基板側電極１２および基板側電極１７の温度を５０℃に設定し、吸熱量を２５Ｗとしたときの消費電力を比較した。その結果、比較例１の熱電変換モジュールの消費電力を１００とした場合に、実施例１の熱電変換モジュール１０の消費電力は、９５であった。この結果から、熱電変換モジュール１０のように、各基板側電極１２が接続する一対の熱電素子１３の下端面間の長さよりも、各自由端側電極１４ａ，１４ｂが接続する一対の熱電素子１３の上端面間の長さを短くすることにより、消費電力を少なくできることが分かる。

このように、本実施形態に係る熱電変換モジュール１０では、自由端側電極１４ａ，１４ｂの長手方向の長さを基板側電極１２の長手方向の長さよりも短くして、基板側電極１２側が放熱側になり、自由端側電極１４ａ，１４ｂ側が冷却側になるようにして使用される。このため、冷却側に位置する自由端側電極１４ａ，１４ｂが接続する一対の熱電素子１３の上端面間の長さが短くなって電気抵抗が小さくなり、ジュール発熱量が少なくなる。この結果、熱電変換モジュール１０の冷却側からの吸熱量が少なくなり熱電変換モジュール１０の消費電力が小さくなる。また、自由端側電極１４ａ，１４ｂの熱膨張、熱収縮に起因する熱応力が小さくなり、熱電変換モジュール１０の耐久性も向上する。

（第１実施形態の変形例１）
図６および図７は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールの各部分を示している。変形例１に係る熱電変換モジュールは、絶縁基板２１、基板側電極２２ａ，２２ｂ、熱電素子２３、自由端側電極２４ａ，２４ｂおよびリード線２５ａ，２５ｂで構成されている。そして、図６は、変形例１に係る熱電変換モジュールから自由端側電極２４ａ，２４ｂ（図７参照）を取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図７は、変形例１に係る熱電変換モジュールから基板側電極２２ａ，２２ｂおよびリード線２５ａ，２５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。

図６に示したように、基板側電極２２ａは、細長い長方形に形成され、基板側電極２２ｂは、細長い長方形の一方の端部から側方に短い四角形の突出部が突出したＬ形に形成されている。基板側電極２２ａ，２２ｂは合計で３２個設けられており、それぞれ長手方向を前後に向けて、前後方向に４個、左右方向に８個が格子状に配置されている。そのうち、基板側電極２２ｂは、最前列の左から２番目、４番目、６番目および最後列の左から２番目、４番目、６番目、８番目の位置に配置されている。また、最前列の基板側電極２２ｂは、突出部を前端右側に位置させ、最後列の基板側電極２２ｂは、突出部を後端左側に位置させた状態で形成されている。そして、基板側電極２２ｂが配置された位置以外の基板側電極形成位置には、基板側電極２２ａがそれぞれ形成されている。

また、絶縁基板２１の前端側の２箇所の角部近傍に設けられた基板側電極２２ａの前端部には、それぞれリード線２５ａ，２５ｂの端部がハンダによって固定されている。そして、リード線２５ａ，２５ｂが取り付けられた２個の基板側電極２２ａの後端部には、それぞれ１個の熱電素子２３の下端面が接合され、その他の基板側電極２２ａの両端部には、それぞれ１個の熱電素子２３の下端面が接合されている。また、各基板側電極２２ｂには、突出部と長手方向の突出部と反対側に位置する端部とにそれぞれ熱電素子２３の下端面が接合されている。これによって、熱電素子２３における前後に隣接し異なる基板側電極２２ａ，２２ｂに設置されたもの同士だけでなく、左右に隣接し基板側電極２２ａと基板側電極２２ｂとに設置されたもの同士も接近した位置になる。

また、図７に示したように、自由端側電極２４ａ，２４ｂは、基板側電極２２ａよりも長手方向の長さが短い長方形に形成され、自由端側電極２４ｂは、自由端側電極２４ａと、長手方向の長さがほぼ等しい長方形に形成されている。自由端側電極２４ａは、熱電素子２３における最前列と最後列に配置されたものを除く接近して隣接する所定の一対の熱電素子２３の上端面をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に３個、左右方向に８個の全部で２４個が格子状に配置されている。

自由端側電極２４ｂは、熱電素子２３における最前列と最後列に配置された接近して隣接する所定の一対の熱電素子２３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を左右に向けて最前列の熱電素子２３に対応する部分に３個、最後列の熱電素子２３に対応する部分に４個の全部で７個がそれぞれ直線状に配置されている。熱電素子２３の上端面は、各熱電素子２３、基板側電極２２ａ，２２ｂおよび自由端側電極２４ａ，２４ｂが直列に接続されるようにして、各自由端側電極２４ａ，２４ｂに２個ずつ接合されている。

変形例１に係る熱電変換モジュールが備える絶縁基板２１、基板側電極２２ａ、熱電素子２３、自由端側電極２４ａおよびリード線２５ａ，２５ｂの材質や成形方法等は、それぞれ熱電変換モジュール１０が備える絶縁基板１１、基板側電極１２、熱電素子１３、自由端側電極１４ａおよびリード線１５ａ，１５ｂの材質や成形方法等と同様である。そして、基板側電極２２ｂに突出部を形成し、この突出部に熱電素子２３を接合することにより、自由端側電極２４ａだけでなく、自由端側電極２４ｂの長手方向の長さも短くすることができる。

変形例１に係る熱電変換モジュールを熱電変換モジュール１０と比較すると、自由端側電極２４ｂの長手方向の長さが、自由端側電極１４ｂの長手方向の長さよりも短くなる。このため、冷却側に位置する自由端側電極２４ｂが接続する一対の熱電素子２３の上端面間の長さも短くなってこの部分に生じる電気抵抗が小さくなり、それにともなってジュール発熱量も少なくなる。この結果、消費電力がさらに減少する。この変形例１に係る熱電変換モジュールのそれ以外の作用効果は、前述した熱電変換モジュール１０と同様である。

（第１実施形態の変形例２）
図８および図９は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る熱電変換モジュールの各部分を示している。変形例２に係る熱電変換モジュールは、絶縁基板３１、基板側電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、熱電素子３３、自由端側電極３４およびリード線３５ａ，３５ｂで構成されている。そして、図８は、変形例２に係る熱電変換モジュールから自由端側電極３４を取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図９は、変形例２に係る熱電変換モジュールから基板側電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃおよびリード線３５ａ，３５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。

図８に示したように、基板側電極３２ａは、細長い長方形に形成され、基板側電極３２ｂは、細長い長方形を中央部で直角に屈曲させた略Ｌ形に形成されている。また、基板側電極３２ｃは長さの短い長方形に形成されている。基板側電極３２ａは、それぞれ長手方向を前後に向けて、前後方向にそれぞれ３個、３個、２個、３個、２個、３個、２個、３個並んだ列が左から右に向って配置されている。各列に配置された基板側電極３２ａは、左右に隣り合った基板側電極３２ａと、基板側電極３２ａの長さの半分の長さ分位置を前後方向にずらして配置されている。

そして、絶縁基板３１の前部に３個の基板側電極３２ｂを配置させ、絶縁基板３１の後部に４個の基板側電極３２ｂを配置させることにより、前後に延びるように配置された基板側電極３２ａと基板側電極３２ｂとで、ジグザグ状に曲がりながら左右に延びていく略線状の配置構造が形成されている。また、基板側電極３２ｃは、絶縁基板３１の前部右端に形成されており、前部左端に形成された基板側電極３２ａの前端部と、基板側電極３２ｃの前端部とには、それぞれリード線３５ａ，３５ｂの端部がハンダによって固定されている。

そして、リード線３５ａ，３５ｂが取り付けられた基板側電極３２ａ，３２ｃの後端部には、それぞれ１個の熱電素子３３の下端面が接合され、その他の基板側電極３２ａ，３２ｂの両端部には、それぞれ１個の熱電素子３３の下端面が接合されている。このため、接近した一対の熱電素子３３が互いに等間隔を保って配置されるようになる。自由端側電極３４は、隣接して前後に配置された各一対の熱電素子３３の上端面をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に３個並んだ列と４個並んだ列とが交互に左から右に向って配置されている。自由端側電極３４は、左右に隣り合った自由端側電極３４と前後方向に位置をずらし千鳥状に配置されている。

変形例２に係る熱電変換モジュールによると、すべての自由端側電極３４の長手方向の長さを短くすることができる。このため、冷却側に位置する自由端側電極３４が接続する一対の熱電素子３３の上端面間の長さが短くなって電気抵抗がさらに小さくなり、それにともなってジュール発熱量も少なくなる。また、変形例２に係る熱電変換モジュールによると、すべての自由端側電極３４の向きを同じにすることができるとともに、その配置を交互に前後方向にずらした千鳥状にすることができる。このため、自由端側電極３４の配列を均一にすることができ、自由端側電極３４側の吸熱特性を均一化することができる。また、変形例２に係る熱電変換モジュールには熱による歪も生じ難くなり、変形例２に係る熱電変換モジュールの耐久性も向上する。変形例２に係る熱電変換モジュールのそれ以外の作用効果は、前述した熱電変換モジュール１０と同様である。

（第１実施形態の変形例３）
図１０は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る熱電変換モジュール１０ａを示している。この熱電変換モジュール１０ａでは、基板側電極１２ａの厚みが２００μｍと、前述した熱電変換モジュール１０の基板側電極１２の厚みよりも大きくなっている。この熱電変換モジュール１０ａのそれ以外の部分の構成については、前述した熱電変換モジュール１０と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記して説明は省略する。この熱電変換モジュール１０ａにおける自由端側電極１４ａ，１４ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図は図２と同一になり、基板側電極１２ａを取り除いた状態を上方から見た平面図は図３と同一になる。

この熱電変換モジュール１０ａでは、基板側電極１２ａの厚みを大きくしたため、基板側電極１２ａの長さが長くても、基板側電極１２ａに生じる電気抵抗が小さくなり、それにともなってジュール発熱量も少なくなる。このように、熱電変換モジュール１０ａによると、基板側電極１２ａにおけるジュール熱の損失が減少するため消費電力が小さくなる。この熱電変換モジュール１０ａのそれ以外の作用効果は、前述した熱電変換モジュール１０と同様である。

（第２実施形態）
図１１は、上下一対の絶縁基板を備えた熱電変換モジュール４０を示している。この熱電変換モジュール４０では、アルミナからなる四角板状の下側絶縁基板４１の上面に間隔を保って長方形の下側電極４２ａ，４２ｂ（図１２参照）が取り付けられ、各下側電極４２ａ，４２ｂの上面に、熱電素子４３が固定されている。各熱電素子４３の隣り合った所定の一対の熱電素子４３の上端面には、それぞれ長方形の上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ（図１３参照）の所定部分がハンダにより固定されている。そして、各上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅの上面は、アルミナからなる四角板状の上側絶縁基板４６に接合されている。また、所定の下側電極４２ａには、リード線４５ａ，４５ｂが接続されている。

図１２は、熱電変換モジュール４０から上側絶縁基板４６および上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅを取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図１３は、熱電変換モジュール４０から上側絶縁基板４６、下側電極４２ａ，４２ｂおよびリード線４５ａ，４５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。図１２に示したように、各下側電極４２ａ，４２ｂは長手方向の長さが同じ細長い長方形に形成されており、下側電極４２ａの幅は、下側電極４２ｂの幅よりもやや小さくなっている。

下側電極４２ａ，４２ｂは合計で３２個設けられており、それぞれ長手方向を前後に向けて、前後方向に４個、左右方向に８個が格子状に配置されている。そのうち、下側電極４２ｂは、最前列の左から２番目、４番目、６番目および最後列の左から２番目、４番目、６番目、８番目の位置に配置されている。また、下側絶縁基板４１の前端側２箇所の角部に設けられた下側電極４２ａの前端部には、それぞれリード線４５ａ，４５ｂが取り付けられ、外部から通電可能になっている。

そして、リード線４５ａ，４５ｂが取り付けられた２個の下側電極４２ａの後端部には、それぞれ１個の熱電素子４３の下端面が接合され、その他の下側電極４２ａおよび下側電極４２ｂには、それぞれ２個の熱電素子４３の下端面が接合されている。下側電極４２ａに接合された熱電素子４３は、それぞれ下側電極４２ａの幅方向に中央部に配置されている。また、下側電極４２ｂに接合された熱電素子４３は、それぞれ上側電極４４ａ等によって上端面を接続される熱電素子４３に対して接近するように幅方向の位置を中央からずらした状態で配置されている。

また、図１３に示したように、上側電極４４ａは、下側電極４２ａと同形同大の長方形に形成され、上側電極４４ｂは、上側電極４４ａよりも長手方向の長さが僅かに短い長方形に形成されている。そして、上側電極４４ｃ，４４ｄ，４４ｅは、上側電極４４ａ，４４ｂよりも幅が大きな長方形に形成されており、長手方向の長さは、上側電極４４ｃと上側電極４４ｅとは同じで、上側電極４４ｄは、上側電極４４ｃと上側電極４４ｅよりも短くなっている。なお、上側電極４４ｄの長手方向の長さは、上側電極４４ｂの長手方向の長さと略同じになっている。

上側電極４４ａは、熱電素子４３における最前列と最後列に配置されたものを除く接近して隣接した所定の一対の熱電素子４３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に３個、左右方向に８個の全部で２４個が格子状に配置されている。上側電極４４ｂは、熱電素子４３における最後列に配置された所定の隣接する一対の熱電素子４３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を左右に向けて４個が直線状に配置されている。上側電極４４ｃ，４４ｄ，４４ｅは、熱電素子４３における最後列に配置された所定の隣接する一対の熱電素子４３をそれぞれ接続しており、それぞれ１個が長手方向を左右に向けて上側電極４４ｃ，４４ｄ，４４ｅの順に直線状に配置されている。

このように配置された、下側電極４２ａ，４２ｂは、下側絶縁基板４１の上面の大部分を塞ぐようにして密集して形成され、上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅは、熱電素子５３の位置に関係なく、上側絶縁基板４６の下面の大部分を塞ぐようにして密集して形成されている。熱電素子４３の上端面は、各熱電素子４３、下側電極４２ａ，４２ｂおよび上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅが直列に接続されるようにして、各上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅに２個ずつが接近して接合されている。また、上側絶縁基板の大きさは、縦横がともに５８ｍｍで、厚みが０．６３５ｍｍに設定されている。それ以外の熱電変換モジュール４０を構成する各部分の材質や組付け方法および使用方法等については、前述した熱電変換モジュール１０等と同じである。

このように、本実施形態に係る熱電変換モジュール４０では、下側電極４２ａ，４２ｂおよび上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅを大きく形成しているため、熱電素子４３の吸熱または放熱の効率を向上させることができる。これによると、下側絶縁基板４１を放熱側、上側絶縁基板４６を冷却側とした場合に、熱電素子４３の下部から下側電極４２ａ，４２ｂに伝わる熱は、下側電極４２ａ，４２ｂ内を水平方向に広がって分散したのちに、下側絶縁基板４１に素早く伝わっていく。

このため、下側電極４２ａ，４２ｂや下側絶縁基板４１に生じる熱抵抗を小さくすることができる。また、冷却側では、上側絶縁基板４６に吸収される外部の熱が、上側電極４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅによって効率よく熱電素子４３の上部に伝わるようになり、この場合も冷却側に生じる熱抵抗を小さくすることができる。この結果、熱電変換モジュール４０の消費電力が少なくなるとともに、耐久性が向上する。この熱電変換モジュール４０のそれ以外の作用効果については、前述した熱電変換モジュール１０等と同じである。

（第２実施形態の変形例１）
図１４および図１５は、本発明の第２実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールの各部分を示している。変形例１に係る熱電変換モジュールは、下側絶縁基板５１、下側電極５２、熱電素子５３、上側電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ、リード線５５ａ，５５ｂおよび上側絶縁基板（図示せず）で構成されている。そして、図１４は、変形例１に係る熱電変換モジュールから上側絶縁基板および上側電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図１５は、変形例１に係る熱電変換モジュールから上側絶縁基板、下側電極５２およびリード線５５ａ，５５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。

図１４に示したように、下側電極５２は、長方形に形成された部分の長手方向の両端部における幅方向の中央に熱電素子５３またはリード線５５ａ，５５ｂを取り付けるための略正方形の接合部５２ａ，５２ｂを突出させた形状に形成されている。下側電極５２は合計で３２個設けられており、それぞれ長手方向を前後に向けて、前後方向に４個、左右方向に８個が格子状に配置されている。下側電極５２のうちの前列の左右両端に配置された下側電極５２の前端部に位置する接合部５２ａには、それぞれリード線５５ａ，５５ｂの端部がハンダによって固定されている。

そして、リード線５５ａ，５５ｂが取り付けられた２個の下側電極５２の接合部５２ａ以外のすべての接合部５２ａ，５２ｂに、熱電素子５３の下端面が接合されている。各熱電素子５３は、左右方向の間隔が一定で、前後方向の間隔が大きな部分と小さな部分とが交互になるように配置されている。また、図１５に示したように、上側電極５４ａは、「王」の文字を縦方向に細長く伸ばした形状をしており、上側電極５４ｂは、上側電極５４ａの形状を変形して「王」の字の上下の横片を細くし、中央の横片を太くして略正方形にするとともに、縦片の位置を左右の一方にずらした形状に形成されている。

上側電極５４ｃは、上側電極５４ｂの形状をさらに変形して、「王」の字の上または下の横片を太くして上下に延びる長方形にした形状に形成され、上側電極５４ｄは、上側電極５４ｃを左右対称にした形状に形成されている。上側電極５４ａは、熱電素子５３における最前列と最後列に配置されたものを除く接近して隣接する所定の一対の熱電素子５３の上端面をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に３個、左右方向に８個の全部で２４個が格子状に配置されている。

上側電極５４ｂは、熱電素子５３における最前列中央の２個と最後列に配置された隣接する所定の一対の熱電素子５３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を左右に向けて最前列の熱電素子５３に対応する部分に１個、最後列の熱電素子５３に対応する部分に４個が直線状に配置されている。各上側電極５４ｂは、それぞれ「王」の字の縦片に相当する部分を外部側に位置させて配置されている。上側電極５４ｃは、熱電素子５３における最前列左側に配置された一対の熱電素子５３を接続しており、上側電極５４ｄは、熱電素子５３における最前列右側に配置された一対の熱電素子５３を接続している。

熱電素子５３の上端面は、各熱電素子５３、下側電極５２および上側電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが直列に接続されるようにして、各上側電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄに２個ずつ接合されている。また、熱電素子５３の上端面は、各上側電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの「王」の字の縦片における各横片間に位置する小さな略正方形に形成された部分に接合されている。この変形例１に係る熱電変換モジュールを構成する材質や組付け方法および使用方法等については、前述した熱電変換モジュール４０と同じである。

このように、この変形例１に係る熱電変換モジュールでも、熱伝導率の大きな銅からなる下側電極５２および上側電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを大きく形成しているため、熱が広がり易くなり、熱電素子５３の吸熱または放熱の効率を向上させることができる。また、変形例１に係る熱電変換モジュールでは、下側電極５２および上側電極５４ａ等の全体を大きくするのではなく、熱電素子５３が接合される部分は、小さな正方形に形成しているため、熱電素子５３の接合位置に位置ずれが生じることを防止できる。変形例１に係る熱電変換モジュールのそれ以外の作用効果は、前述した熱電変換モジュール４０作用効果と同様である。

（第２実施形態の変形例２）
図１６および図１７は、本発明の第２実施形態の変形例２に係る熱電変換モジュールの各部分を示している。この変形例２に係る熱電変換モジュールは、下側絶縁基板６１、下側電極６２ａ，６２ｂ、熱電素子６３、上側電極６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅ、リード線６５ａ，６５ｂおよび上側絶縁基板（図示せず）で構成されている。そして、図１６は、変形例２に係る熱電変換モジュールから上側絶縁基板および上側電極６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅを取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図１７は、変形例２に係る熱電変換モジュールから上側絶縁基板、下側電極６２ａ，６２ｂおよびリード線６５ａ，６５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。

図１６に示したように、各下側電極６２ａ，６２ｂは長手方向の長さが同じ細長い長方形に形成されており、下側電極６２ａの幅は、下側電極６２ｂの幅よりもやや小さくなっている。下側電極６２ａ，６２ｂは合計で３２個設けられており、それぞれ長手方向を前後に向けて、前後方向に４個、左右方向に８個が格子状に配置されている。そのうち、下側電極６２ｂは、最前列の左から２番目、４番目、６番目および最後列の左から２番目、４番目、６番目、８番目の位置に配置されている。また、最前列の左右両側に配置された下側電極６２ａの前端部を除く、下側電極６２ａ，６２ｂの長手方向の端部には、それぞれ、熱電素子６３を位置ずれを防止した状態で接合するための接合部が形成されている。

この接合部は、正方形に形成された部分の角部を含む周囲に略Ｌ形の電極層が形成されていない部分を間隔を保って形成することにより熱電素子６３に位置ずれが生じることを防止する構造になっている。また、下側電極６２ａに形成された接合部は、それぞれ下側電極６２ａの幅方向に中央部に配置されているが、下側電極６２ｂに形成された接合部は、そこに設置される熱電素子６３がそれぞれ上側電極６４ａ等によって上端面を接続される熱電素子６３に対して接近するように幅方向の位置を中央からずらした状態で配置されている。また、最前列の左右両側に設けられた下側電極６２ａの前端部には、それぞれリード線６５ａ，６５ｂが取り付けられ、外部から通電可能になっている。そして、下側電極６２ａ，６２ｂの各接合部に、それぞれ熱電素子６３の下端面が接合されている。

また、図１７に示したように、上側電極６４ａは、下側電極６２ａと同形同大の長方形に形成され、上側電極６４ｂは、上側電極６４ａよりも長手方向の長さが僅かに短い長方形に形成されている。そして、上側電極６４ｃ，６４ｄ，６４ｅは、上側電極６４ａ，６４ｂよりも幅が大きな長方形に形成されており、長手方向の長さは、上側電極６４ｃ、上側電極６４ｅ、上側電極６４ｄの順に長くなっている。なお、上側電極６４ｄの長手方向の長さは、上側電極６４ｂの長手方向の長さと略同じになっている。

また、各上側電極６４ａの中央部分には、それぞれ下側電極６２ａ，６２ｂの接合部と同じ形状の接合部が互いに接近した状態で２個形成されている。各上側電極６４ｂ，６４ｄの長手方向の中央部分で下側絶縁基板６１の外部側に位置する部分には、それぞれ接合部が互いに接近した状態で２個形成されている。また、上側電極６４ｃ，６４ｅにおける上側電極６４ｄ寄り部分で下側絶縁基板６１の外部側に位置する部分にもそれぞれ接合部が互いに接近した状態で２個形成されている。

上側電極６４ａは、熱電素子６３における最前列と最後列に配置されたものを除く所定の接近した一対の熱電素子６３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に３個、左右方向に８個の全部で２４個が格子状に配置されている。上側電極６４ｂは、熱電素子６３における最後列に配置された所定の接近した一対の熱電素子６３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を左右に向けて４個が直線状に配置されている。上側電極６４ｃ，６４ｄ，６４ｅは、熱電素子６３における最後列に配置された所定の接近した一対の熱電素子４３をそれぞれ接続しており、それぞれ１個が長手方向を左右に向けて左から上側電極６４ｃ，６４ｄ，６４ｅの順に直線状に配置されている。

このように、変形例２に係る熱電変換モジュールでは、下側電極６２ａ，６２ｂおよび各上側電極６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅにそれぞれ接合部を形成したため、熱電素子６３が位置ずれすることを確実に防止できる。変形例２に係る熱電変換モジュールのそれ以外の作用効果は、前述した熱電変換モジュール４０作用効果と同様である。

（第３実施形態）
図１８および図１９は、本発明の第３実施形態に係る熱電変換モジュールの各部分を示している。第３実施形態は、スケルトンタイプの熱電変換モジュールに関するものであり、この熱電変換モジュールは、絶縁基板７１、基板側電極７２ａ，７２ｂ、熱電素子７３、自由端側電極７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄおよびリード線７５ａ，７５ｂで構成されている。そして、図１８は、熱電変換モジュールから自由端側電極７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄを取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図１９は、熱電変換モジュールから基板側電極７２ａ，７２ｂおよびリード線７５ａ，７５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。

図１８に示したように、基板側電極７２ａは細長い長方形に形成され、基板側電極７２ｂは、基板側電極７２ａよりも長手方向の長さが短い長方形に形成されている。基板側電極７２ａ，７２ｂは合計で３２個設けられており、それぞれ長手方向を前後に向けて、前後方向に４個、左右方向に８個が格子状に配置されている。そのうち、基板側電極７２ｂは、最前列の左から２番目、７番目および最後列の左から１番目、２番目、７番目、８番目の位置に配置されている。すなわち、基板側電極７２ａ，７２ｂは、絶縁基板７１の上面の四隅における最前列両側の基板側電極７２ａが形成された部分以外の部分にスペースが形成されるように配置されている。

そして、基板側電極７２ｂが配置された位置以外の基板側電極形成位置には、基板側電極７２ａがそれぞれ形成されている。また、最前列両側の基板側電極７２ａの前端部には、それぞれリード線７５ａ，７５ｂの端部がハンダによって固定されている。そして、リード線７５ａ，７５ｂが取り付けられた２個の基板側電極７２ａの後端部には、それぞれ１個の熱電素子７３の下端面が接合され、その他の基板側電極７２ａ，７２ｂの両端部には、それぞれ１個の熱電素子２３の下端面が接合されている。このため熱電素子７３は、絶縁基板７１の四隅を除いたやや中央寄りの部分に配置されている。

また、図１９に示したように、自由端側電極７４ａは、基板側電極７２ｂよりも長手方向の長さが短い長方形に形成され、自由端側電極７４ｂは、長手方向の長さが基板側電極７２ｂと略同じ長方形に形成されている。自由端側電極７４ｃは、自由端側電極７４ｂと同程度の細長い長方形の一端部の側方に正方形の突出部を形成した形状に形成され、自由端側電極７４ｄは、自由端側電極７４ｃと左右対称になったＬ形状に形成されている。自由端側電極７４ａは、熱電素子７３における最前列と最後列に配置されたものを除く互いに接近した所定の一対の熱電素子７３の上端面をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を前後に向けて前後方向に３個、左右方向に８個の全部で２４個が格子状に配置されている。

自由端側電極７４ｂは、熱電素子７３における最前列中央の２個と最後列に配置された互いに隣接した所定の一対の熱電素子７３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を左右に向けて最前列の熱電素子７３に対応する部分に１個、最後列の熱電素子２３に対応する部分に４個の全部で７個が配置されている。最後列の自由端側電極７４ｂは、中央側が外部に向って突出する円弧を描くように配置されている。また、自由端側電極７４ｃは、最前列左の２個の熱電素子７３を接続し、自由端側電極７４ｄは、最前列右の２個の熱電素子７３を接続している。

そして、自由端側電極７４ｃ，７４ｄは、最前列中央に配置された自由端側電極７４ｂとで、それぞれに接合される熱電素子の中央側が外部に向って突出する円弧状になるようにして配置されている。このため、熱電素子７３の上端面は、各熱電素子７３、基板側電極７２ａ，７２ｂおよび自由端側電極７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄが直列に接続されるようにして、各自由端側電極７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄに２個ずつ接合されている。

このように、本実施形態に係る熱電変換モジュールでは、絶縁基板７１における四隅に熱電素子７３が配置されてない部分を形成して、熱電素子７３が絶縁基板７１の中央よりの部分に取り付けられるようにしている。このため、絶縁基板７１の四隅近傍に配置される熱電素子７３にかかる熱応力を小さくすることができ、絶縁基板７１や熱電素子７３の耐久性を向上させることができる。この熱電変換モジュールは、大型に形成されたときにより一層耐久性を発揮できる。この熱電変換モジュールのそれ以外の作用効果は、前述した熱電変換モジュール１０と同様である。

（第３実施形態の変形例１）
図２０および図２１は、本発明の第３実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールの各部分を示している。この熱電変換モジュールは、絶縁基板８１、基板側電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃ、熱電素子８３、自由端側電極８４ａ，８４ｂおよびリード線８５ａ，８５ｂで構成されている。そして、図２０は、熱電変換モジュールから自由端側電極８４ａ，８４ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示しており、図２１は、熱電変換モジュールから基板側電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃおよびリード線８５ａ，８５ｂを取り除いた状態を上方から見た平面図を示している。

図２０に示したように、各基板側電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃは、同じ幅の長方形に形成されており、基板側電極８２ａは、基板側電極８２ｂよりも長手方向の長さが長く、基板側電極８２ｃは、基板側電極８２ｂよりも長手方向の長さが短くなっている。基板側電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃは、長手方向を前後に向けて左右に８列配置されている。そして、基板側電極８２ａは、左右方向の中央４列のすべてに前後に４個が並んで配置されているとともに、左側および右側のそれぞれ２列の前後方向の中央に２個が前後に並んで配置されている。そして、基板側電極８２ａが設けられていない四隅に、基板側電極８２ｂ，８２ｃが前後に並んでそれぞれ２列配置されている。

前部側に配置された基板側電極８２ｂ，８２ｃは、基板側電極８２ｃが前側で基板側電極８２ｂが後側に配置され、後部側に配置された基板側電極８２ｂ，８２ｃは、基板側電極８２ｂが前側で基板側電極８２ｃが後側に配置されている。また、最前列両側の基板側電極８２ｃの前端部には、それぞれリード線８５ａ，８５ｂの端部がハンダによって固定されている。そして、リード線８５ａ，８５ｂが取り付けられた２個の基板側電極８２ｃの後端部には、それぞれ１個の熱電素子８３の下端面が接合され、その他の基板側電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃの両端部には、それぞれ１個の熱電素子８３の下端面が接合されている。このため熱電素子８３は、絶縁基板８１の中央部よりも四隅の部分により密集して配置されている。

また、図２１に示したように、自由端側電極８４ａは、長手方向の長さが基板側電極８２ｂと略同じ長方形に形成され、自由端側電極８４ｂは、長手方向の長さが基板側電極８２ｂよりもやや長く、基板側電極８２ａよりも短い長方形に形成されている。自由端側電極８４ａは、熱電素子８３における最前列と最後列に配置されたものを除く互いに接近した所定の一対の熱電素子８３の上端面をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を前後に向けて３２個が配置されている。自由端側電極８４ａは、中央側に前後方向に３個、左右方向に８個の全部で２４個が格子状に配置され、その外部側の四隅に２個ずつが左右に並んで配置されている。

自由端側電極８４ｂは、熱電素子８３における最前列と最後列に配置された互いに隣接した所定の一対の熱電素子８３をそれぞれ接続しており、それぞれ長手方向を左右に向けて最前列の熱電素子８３に対応する部分に３個、最後列の熱電素子２３に対応する部分に４個の全部で７個がそれぞれ直線状に配置されている。熱電素子８３の上端面は、各熱電素子８３、基板側電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃおよび自由端側電極８４ａ，８４ｂが直列に接続されるようにして、各自由端側電極８４ａ，８４ｂに２個ずつ接合されている。

このように、本実施形態に係る熱電変換モジュールでは、絶縁基板８１における中央部分に熱電素子８３を均等に分散させて配置するとともに、絶縁基板８１の四隅に熱電素子８３が密集している部分を形成している。これによっても、熱電変換モジュールの耐久性を向上させることができる。この熱電変換モジュールのそれ以外の作用効果は、前述した第３実施形態に係る熱電変換モジュールと同様である。

（第４実施形態）
図２２は、本発明の第４実施形態に係る熱電変換モジュール９０を示している。この熱電変換モジュール９０は、フィン側電極９２、熱電素子９３、自由端側電極９４、リード線９５ａ，９５ｂ、冷却フィン９６およびフィン側電極９２を冷却フィン９６に接着する接着層９７で構成されている。また、この熱電変換モジュール９０が備えるフィン側電極９２、熱電素子９３、自由端側電極９４およびリード線９５ａ，９５ｂの配置や組付け方法は、前述した第１実施形態に係る熱電変換モジュール１０が備える基板側電極１２、熱電素子１３、自由端側電極１４ａ，１４ｂおよびリード線１５ａ，１５ｂの配置等と同じである。

また、冷却フィン９６はアルミ二ウムからなっており、板状の基板９６ａの一方の面に、複数の板状のフィン９６ｂを基板９６ａに直交させて一定間隔で形成することにより構成されている。また、接着層９７は、絶縁性を備えており、フィン側電極９２と冷却フィン９６の基板９６ａとの間を絶縁性を維持しながら接合している。これによると、熱電変換モジュール９０の放熱側を冷却フィン９６により効果的に冷却できるため、熱電変換モジュール９０の作動効率を向上させることができる。

つぎに、以上のように構成した熱電変換モジュール９０を実施例２として、この熱電変換モジュール９０と、図４および図５に示した比較例１による熱電変換モジュールと同じ配列で各部材の大きさが同じに形成された熱電変換モジュールから絶縁基板１１を省略したものを接着層９７を用いて冷却フィン９６に取り付けた熱電変換モジュール（比較例２）とに対して、消費電力の比較テストを行った。なお、熱電変換モジュール９０では、熱電素子９３等が配置された領域を５４ｍｍ×５４ｍｍとしたのに対し、比較例２の熱電変換モジュールでは、熱電素子等が配置された領域を３０ｍｍ×３０ｍｍとして、熱電素子等を中央に密集させて配置した。また、冷却フィン９６等としては、それぞれ基板９６ａ等の大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍのものを使用した。

消費電力の比較テストは、実施例２および比較例２の熱電変換モジュール９０等における冷却フィン９６にファン（図示せず）を用いて温度３０℃の空気を吹き付けながら行い、自由端側電極９４等の温度を１０℃に設定し、吸熱量を２５Ｗとしたときの消費電力を比較した。その結果、比較例２の熱電変換モジュールの消費電力を１００とした場合に、実施例２の熱電変換モジュール９０の消費電力は、９６であった。この結果から、冷却フィン９６を用いた場合も、本発明に係る熱電変換モジュールは、従来の熱電変換モジュールよりも消費電力を少なくできることが分かる。

また、本発明に係る熱電変換モジュールは、前述した各実施形態に限定するものでなく、本発明の技術的範囲で適宜変更して実施することが可能である。例えば、前述した各実施形態では、基板側電極１２等を放熱側にし、自由端側電極１４ａ，１４ｂ等を冷却側にしているが、基板側電極１２等を冷却側にし、自由端側電極１４ａ，１４ｂ等を放熱側にしてもよい。これによっても良好な熱電変換モジュールを得ることができる。また、前述した第１〜第３実施形態では、熱電変換モジュールの下部側に位置する絶縁基板１１等や、上側に位置する上側絶縁基板４６等をアルミナで構成しているが、これに代えて、窒化アルミ等のセラミックで構成してもよいし、ポリイミドやエポキシ等の有機系樹脂で構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る熱電変換モジュールを示した側面図である。 図１に示した熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 図１に示した熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 比較例１の熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 比較例１の熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 第１実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 第１実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 第１実施形態の変形例２に係る熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 第１実施形態の変形例２に係る熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 第１実施形態の変形例３に係る熱電変換モジュールを示した側面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱電変換モジュールを示した側面図である。 図１１に示した熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 図１１に示した熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 第２実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 第２実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 第２実施形態の変形例２に係る熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 第２実施形態の変形例２に係る熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 第３実施形態に係る熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 第３実施形態に係る熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 第３実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールから自由端側電極を取り除いた状態を示した平面図である。 第３実施形態の変形例１に係る熱電変換モジュールから基板側電極とリード線とを取り除いた状態を示した平面図である。 本発明の第４実施形態に係る熱電変換モジュールを示した正面図である。

符号の説明

１０，１０ａ，４０，９０…熱電変換モジュール、１１，２１，３１，７１，８１…絶縁基板、１２，１２ａ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，７２ａ，７２ｂ，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ…基板側電極、１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３…熱電素子、１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，８４ａ，８４ｂ，９４…自由端側電極、４１，５１，６１…下側絶縁基板、４２ａ，４２ｂ，５２，６２ａ，６２ｂ…下側電極、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅ…上側電極、４６…上側絶縁基板、９２…フィン側電極、９６…冷却フィン、９６ａ…基板、９６ｂ…フィン。

Claims (6)

1. 間隔を保って配置された複数の熱電素子の隣り合った一対の熱電素子の一方の端面間をそれぞれ接続する複数の一方の電極と、前記複数の熱電素子の前記一対の熱電素子とは異なる隣り合った他の一対の熱電素子の他方の端面間をそれぞれ接続することにより、前記複数の熱電素子と、前記複数の一方の電極とを直列に接続する複数の他方の電極とを備えた熱電変換モジュールであって、
   前記一方の電極が接続する前記一対の熱電素子の一方の端面間の長さよりも前記他方の電極が接続する前記他の一対の熱電素子の他方の端面間の長さが短くなるようにしたことを特徴とする熱電変換モジュール。
2. 前記一方の電極側が放熱側で、前記他方の電極側が冷却側になるようにして使用される請求項１に記載の熱電変換モジュール。
3. 前記一方の電極が、基板の表面にフィンが形成された冷却フィンの裏面に、直接または絶縁基板を介して取り付けられている請求項２に記載の熱電変換モジュール。
4. 前記一方の電極と前記他方の電極との少なくとも一方が絶縁基板に取り付けられている請求項１または２に記載の熱電変換モジュール。
5. 前記複数の熱電素子が、略円形の領域内に分散して配置されている請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュール。
6. 前記複数の熱電素子が、略四角形の領域内に分散して配置されているとともに、前記領域の四隅に前記熱電素子が密集した部分が形成されている請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュール。

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