JP4626263B2 - 熱電変換装置およびその熱電変換装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を流通させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置およびその熱電変換装置の製造方法に関するものであり、特に、隣接する熱電素子とそれに接続される電極部材の構成およびその電極部材の製造方法に関する。

従来、この種の熱電変換装置として、例えば、特許文献１に示すように、Ｎ型熱電素子およびＰ型熱電素子をこの順序で複数組直列に接続して熱電素子群を構成し、この熱電素子群を吸熱／放熱電極部材で順次直列接続するとともに、上記熱電素子群の一方に突設して吸熱電極部材それぞれに吸熱熱交換部材を結合し、さらに熱電素子群の他方に突設して放熱電極部材それぞれに放熱熱交換部材を結合し、それぞれ吸熱熱交換部および放熱熱交換部を構成している。

そして、これらの熱交換部をそれぞれ構成する各熱交換部材は、熱電素子群の並ぶ方向に沿って折曲される第１の折曲片および熱電素子の並ぶ方向とほぼ直角曲げられる第２の折曲片を備え、隣接する第２の折曲片の相互は電気的に絶縁して固定することにより、吸熱熱交換部と放熱熱交換部とを区画する壁を有するように構成している。これにより、吸熱電極部材および放熱電極部材からの熱を効率的に取り出して熱交換効率が良好となるとともに、区画壁が形成されることで吸熱部と放熱部との分離が容易にできる構造を備えている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３１６６２２８号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、熱の発生源であるＮＰ接続部（および、ＰＮ接続部）には、その熱を効率的に取り出すために複雑な形状をなす電極部材と熱交換部材とが多数個配設されている。そのため、これら電極部材相互の絶縁が問題になり、単に空気層だけで絶縁したのでは、複雑な形状をなす電極部材と熱交換部材が変形したときに、電極部材相互間で短絡（ショート）するという問題がある。このために、上記空気層を大きくしたのでは、全体の小型化が達成できない。

また、この種の装置に用いられる電極部材および熱交換部材の加工方法や製造方法について詳しくは記載されていないが、一般的に、単品で所定の形状に形成して必要個数分を製造するためには多大な加工工数を要する。

さらに、上記特許文献１のように、熱電素子、電極部材、熱電素子の順に交互に積層しその積層させた状態で熱電素子と電極部材とを接合させて構成しているので、この種の熱電素子が極小部品であるため各部品を積層するための組付作業がやり難いとともに、順次積層させて構成しているため組み付け工数が多大となる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、複数個の電極部材相互間が確実に絶縁される熱電変換装置およびその熱電変換装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、以下の請求項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、平板状の絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に、複数のＰ型熱電素子（１２）および複数のＮ型熱電素子（１３）をＰ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）の表側及び裏側が第１絶縁基板（１１）の表面から露出するように、Ｐ型Ｎ型を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子基板（１０）と、Ｐ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを、表側と裏側との夫々の側において、位置をずらせて電気的に接続する平板状の金属板から成る複数の電極部（２５）、および、電極部（２５）から外方に延出された金属板を折曲加工することにより電極部（２５）と一体に形成され、電極部（２５）より伝熱される熱を吸熱、放熱する熱交換部（２６）を有する複数の電極部材（２０）とを備え、電極部（２５）を介して表側から裏側、更に裏側から表側のように直列的に電極部材（２０）、並びに、Ｐ型熱電素子（１２）及びＮ型熱電素子（１３）を介して電流が流れるように複数個の電極部材（２０）が配設され、
複数個の電極部材（２０）は、該電極部材（２０）を成す金属板の周囲が平板状の絶縁部材（２１）の一部よって包囲されると共に、複数個の電極部材（２０）は前記折曲加工において絶縁部材（２１）と一体に加工されて形成されており、個々の電極部材（２０）相互間に絶縁部材（２１）の一部が介在し、該絶縁部材（２１）の一部によって個々の電極部材（２０）相互間が絶縁されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、複数個の電極部材（２０）は、該電極部材（２０）を成す金属板の周囲が平板状の絶縁部材（２１）の一部よって包囲されると共に、複数個の電極部材（２０）は折曲加工において絶縁部材（２１）と一体に加工されて形成されており、個々の電極部材（２０）相互間に絶縁部材（２１）の一部が介在し、該絶縁部材（２１）の一部によって個々の電極部材（２０）相互間が絶縁されているように構成したことにより、複雑な形状をなす電極部材（２０）が多数個配設されており、これらの電極部材（２０）が変形しても、電極部材（２０）相互間に、電極部材（２０）の外郭同士間を絶縁可能な絶縁部材（２１）が確実に介在されることにより、隣接する電極部材（２０）が確実に電気的に絶縁できる。

請求項２に記載の発明では、平板状の絶縁材料からなる絶縁部材（２１）に所定の間隔で形成された複数個の嵌合穴を有し、この複数個の嵌合穴に電極部材（２０）を成す金属板がそれぞれ配設されていることを特徴としている。
請求項２に記載の発明によれば、絶縁部材（２１）に所定の間隔で形成された複数個の嵌合穴に電極部材（２０）を成す金属板がそれぞれ配設されているから、絶縁部材（２１）に嵌合穴を介して電極部材（２０）を確実に位置決めできる。

請求項３に記載の発明では、電極部材（２０）は、絶縁部材（２１）を成すモールド用の絶縁材料と一体化されていることを特徴としている。
請求項３に記載の発明によれば、電極部材（２０）が絶縁部材（２１）を成すモールド用の絶縁材料と一体化されているから、モールド用の絶縁材料からなる絶縁部材（２１）で電極部材（２０）相互間の絶縁がなされる。

請求項４に記載の発明では、電極部材（２０）は、絶縁部材（２１）を成すラミネート加工用の絶縁材料と一体化されていることを特徴としている。
請求項４に記載の発明によれば、ラミネート加工用の絶縁材料からなる絶縁部材（２１）で電極部材（２０）相互間の絶縁がなされる。

請求項５に記載の発明では、電極部材（２０）は、電極部（２５）から外方に延出された平面に、ルーバー状、スリット状、オフセット状のいずれかの形状からなる熱交換部（２６）を有することを特徴としている。
請求項５に記載の発明によれば、これらの形状からなる熱交換部（２６）で効率よく吸熱または放熱することが出来る。

請求項６に記載の発明では、電極部材（２０）には、電極部（２５）の背面側に冷却流体もしくは被冷却流体が流通したときに、渦流を発生する伝熱促進部（２５ａ）が形成されていることを特徴としている。
請求項６に記載の発明によれば、渦流を発生する伝熱促進部（２５ａ）により、冷却流体もしくは被冷却流体との間で電極部（２５）が効率的に熱交換することが出来る。

請求項７に記載の発明では、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を摘んで、予め設置された絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に略碁盤目状に形成された基板穴に、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設する熱電素子基板（１０）の熱電素子組み付け工程と、
平板状の導電性材料に、隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを電気的に接続する平面状の電極部（２５）、およびその電極部（２５）から伝熱される熱を吸熱、放熱する熱交換部（２６）を有する電極部材（２０）を所定の形状に形成する前の状態となる平板状の金属板を外形抜き加工で成形する金属板成形工程と、
金属板成形工程で成形された金属板を所定の間隔に少なくとも複数個配置し、その外郭同士間で電気的に絶縁可能な絶縁部材（２１）を介して連結するように一体に形成する電極部材組み付け工程と、
電極部材組み付け工程で形成された複数個の金属板に電極部（２５）および熱交換部（２６）を所定の形状に成形加工により複数個同時に形成する成形加工工程と、
成形加工工程で所定の形状に形成され絶縁部材（２１）を介して連結された複数個の電極部材（２０）を摘んで、予め設置された絶縁材料からなる第２絶縁基板（２７）に略碁盤目状に形成された嵌合穴に、電極部（２５）を設置して一体に構成して、熱電素子基板（１０）に組み付けられた熱電素子（１２、１３）の端面にそれぞれの電極部（２５）を設置し、その後、電極部（２５）と熱電素子（１２、１３）の端面とを接合する接合工程とを備えることを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、電極部材組み付け工程と複数個同時に形成する成形加工工程とを有することにより、電極部材（２０）の外郭同士間を絶縁可能な絶縁部材（２１）を介することで隣接する電極部材（２０）が確実に電気的に絶縁できる。また、多数個配設される電極部材（２０）を複数個同時に形成できることで、所定の形状に形成する加工工数が大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。

また，熱電素子（１２、１３）の端面にそれぞれの電極部（２５）を設置し、その後、電極部（２５）と熱電素子（１２、１３）の端面とを接合する接合工程により、熱電素子（１２、１３）に電極部材（２０）を複数個同時に組み付けができる。従って、組み付け工数の低減が図れる。これにより、製造工数の低減が図れる。

請求項８に記載の発明では、電極部材組み付け工程は、平板状の絶縁材料からなる絶縁部材（２１）に所定の間隔で形成された複数個の嵌合穴にそれぞれ金属板を配設することを特徴としている。請求項８に記載の発明によれば、絶縁部材（２１）を介して所定の間隔を有して複数個の金属板を連結させることで複数個の電極部材（２０）を同時に所定の形状に形成できる。

請求項９に記載の発明では、電極部材組み付け工程は、成形型に複数個の金属板を所定の間隔に配置して、絶縁材料をモールドするモールド加工によって絶縁部材（２１）に一体構成したことを特徴としている。請求項９に記載の発明によれば、モールド加工によって隣接する電極部材（２０）が確実に電気的に絶縁できることで、複数個の電極部材（２０）を同時に所定の形状に形成できる。

請求項１０に記載の発明では、電極部材組み付け工程は、絶縁材料に複数個の金属板を所定の間隔に配置して、絶縁材料に貼り合わせるラミネート加工によって絶縁部材（２１）に一体構成したことを特徴としている。請求項１０に記載の発明によれば、ラミネート加工によって隣接する電極部材（２０）が確実に電気的に絶縁できることで、複数個の電極部材（２０）を同時に所定の形状に形成できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（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５に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図、図２は熱電変換装置の主要部の構成を示す分解模式図である。図３は図１に示すＡ−Ａ断面図である。図４は電極部材２０の形状を示す構成図、図５は電極部材２０の製造方法を示す説明図である。

本実施形態の熱電変換装置は、図１および図２に示すように、熱電素子基板１０、複数個の電極部材２０および一対のケース部材２８、２９とから構成している。熱電素子基板１０は、図３に示すように、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）からなる第１絶縁基板１１に、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して一体構成にしたものである。

そして、Ｐ型熱電素子１２は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１３はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＮ型半導体により構成された極小部品である。また、熱電素子基板１０は、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を第１絶縁基板１１に碁盤目状に配列するように一体成形で形成している。このときに、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３は、絶縁基板よりも上端面、下端面が突き出すように形成されている。

そして、電極部材２０は、熱電素子基板１０に配列された熱電素子群のうち、隣接するＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を電気的に接続する電極基板であり、隣接するＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３の両端に電極部２５が直列的に接続するように複数個配設している。

電極部材２０は、銅材などの導電性金属からなる板材で形成したもので、図４（ａ）ないし図４（ｃ）に示すように、断面がＵ字状からなり底部に平面状の電極部２５を形成している。そして、電極部２５から外方に延出された平面には熱交換部であるルーバー２６が形成されて一体に構成している。

本実施形態のルーバー２６は、電極部２５で発生した熱を吸熱、放熱するためのフィンであって、平板状の平面を切り起こしなどの成形加工により形成している。また、互いに隣接する電極部材２０同士は、詳しくは後述するが電気的に絶縁させるために絶縁材料からなる絶縁部材２１で連結して製造している。

さらに、絶縁部材２１で連結された電極部材２０を図１および図２に示すように、一端の電極部２５側が平板状の絶縁材料（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）からなる第２絶縁基板２７に結合するように構成され、電極部２５と対向する側には絶縁部材２１を含めて電極部材２０の末端が平板状の絶縁材料（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）からなるケース部材２８に結合している。

より具体的には、第２絶縁基板２７には、電極部２５が嵌合する基板穴（図示せず）を形成し、その基板穴に電極部２５を挿入して電極部材２０と第２絶縁基板２７とを一体に構成する。そして、ケース部材２８には電極部材２０の末端が嵌め合う溝部を形成し、その溝部に絶縁部材２１を含めて電極部材２０を結合させて構成する。

また、図中に示す左右端に配設される電極部材２０の末端には、それぞれ端子２４ａ、２４ｂが設けられ、その端子２４ａ、２４ｂには、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ａに接続し、負側端子を端子２４ｂに接続するようにしている。

これにより、上方側に配設される電極部材２０は、図中に示す左端からＰ型熱電素子１２、Ｎ型熱電素子１３、Ｐ型熱電素子１２の順に電気的に接続するように複数個配設され、下方側に配設される電極部材２０は、Ｎ型熱電素子１３、Ｐ型熱電素子１２、Ｎ型熱電素子１３の順に電気的に接続するように複数個配設されるように構成している。

因みに、端子２４ａから入力された直流電源は、図中に示す左端のＰ型熱電素子１２から上側の電極部材２０を介してＮ型熱電素子１３に直列的に流れ、次に、このＮ型熱電素子１３から下方に配設された電極部材２０を介してＰ型熱電素子１２に直列的に流れるように構成している。つまり、熱電素子１２、１３の両端に直流電流が直列的に流れるように接続される。

このときに、ＰＮ接合部を構成する二つの電極部２５は、ペルチェ効果によって高温の状態となり、ＮＰ接合部を構成する二つの電極部２５は低温の状態となる。つまり、上方側に形成されたルーバー２６は放熱部である放熱熱交換部を形成して高温の状態が伝熱されて冷却流体が接触され、下方側に形成されたルーバー２６は吸熱部である吸熱熱交換部を形成して低温の状態が伝熱されて被冷却流体が接触される。

言い換えれば、図１に示すように、熱電素子基板１０を区画壁として、ケース部材２８、２９により、熱電素子基板１０の両側に送風通路を形成して、その送風通路に空気を流通することで、ルーバー２６と空気とが熱交換され、熱電素子基板１０を区画壁として、上側のルーバー２６で空気を加熱することができ、下側のルーバー２６で空気を冷却することができる。

なお、本実施形態では、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ａ側に接続し、負側端子を端子２４ｂ側に接続して端子２４ａに直流電源を入力させたが、これに限らず、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ｂ側に接続し、負側端子を端子２４ａ側に接続して端子２４ｂに直流電源を入力させても良い。ただし、このときには、上側の電極部材２０側が吸熱熱交換部を形成し、下側の電極部材２０側が放熱熱交換部を形成するようになる。

次に、本発明の要部である電極部材２０の製造方法と本実施形態の組み付け方法について説明する。本実施形態では、まず、熱電素子１２、１３は、図３に示すように、第１絶縁基板１１に設けられた基板穴にＰ型とＮ型を交互に略碁盤目状に複数個配列して熱電素子基板１０を一体に構成する。なお、このときは、半導体、電子部品などを制御基板に組み付けるための製造装置であるマウンター装置を用いて製造してもよい。

そして、この熱電素子基板１０に隣接して配列された熱電素子１２、１３の両端に配設する電極部材２０は、少なくとも複数個同時に電極部２５、ルーバー２６を有する形状に形成するとともに、熱電素子１２、１３の端面に同時に組み付けるように構成していることを特徴としている。

これを具体的に図５（ａ）ないし図５（ｄ）に基づいて説明すると、まず、図５（ａ）に示すように、薄板状の絶縁材料（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）からなる絶縁部材２１に、電極部２５およびルーバー２６を所定の形状に形成する前の状態の金属板２０ａを所定の間隔を隔てて一体に構成する。

言い換えれば、平板状の導電性材料を電極部２５およびルーバー２６を所定の形状に形成する前の状態の金属板２０ａを所定の大きさに外形抜き加工で成形する。これを金属板成形工程と称する。

そして、図５（ａ）に示すように、上述した絶縁部材２１に金属板成形工程で製造した金属板２０ａを複数個配置して絶縁材料を介して連結する。これを電極部材組み付け工程と称する。これにより、金属板２０ａ同士は電気的に絶縁部材２１で絶縁されることになる。なお、絶縁部材２１と金属板２０ａとは、接着剤を用いて接合させても良い。

また、接着剤のほかに、絶縁部材２１の熱収縮を応用して金属板２０ａを固定させるようにしても良い。また、接着剤に接着効果を持たせておいて高温で金属板２０ａと絶縁部材２１とを接合しても良い。なお、図中に示す２点鎖線は次の工程において折り曲げ位置となる部位を示している。

そして、図５（ｂ）に示すように、複数個の金属板２０ａから電極部２５、ルーバー２６を所定の形状になるように折り曲げ、切り起こしなどの成形加工により複数個同時に形成する。これにより、電極部材２０が絶縁部材２１により複数個連結される。これを成形加工工程と称する。

なお、このときに、図中に示すＢ矢視からの形状は、図５（ｄ）のように、絶縁部材２１で連結してコルゲート状（波型）に形成している。そして、図５（ｃ）に示すように、第２絶縁基板２７に設けられた嵌合穴に一端の電極部２５を略碁盤目状に複数個配列して一体に構成する。

そして、熱電素子基板１０に組みつけられた熱電素子１２、１３の両端面に電極部２５を設置し、その後、電極部２５と熱電素子１２、１３の両端面とを半田付けにより接合する。これを接合工程と称する。なお、この接合工程は片面ごとに行ない、他方の片面は熱電素子基板１０を反転した後に、他方の片面を接合するようにしている。また、熱電素子１２、１３の端面の接合面には、予めペーストハンダなどをスクリーン印刷で薄く均一に塗っておいてから接合工程を行なうと半田付けが容易にできる。

これにより、上方側に配設される電極部材２０が隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを直列的に接続されるとともに、下方側に配設される電極部材２０が隣接して配列されたＮ型熱電素子１３とＰ型熱電素子１２とを直列的に接続される。

そして、ケース部材２８、２９を組み付けて空気通路を形成することで上方側に放熱熱交換部が形成され、下方側に吸熱熱交換部が形成されて、これに空気を流通させることで冷風、温風を得ることが可能となる。従って、従来は単品で形成していた電極部材２０が、複数個同時に所定の形状に形成できることで製造工数の大幅な低減が図れる。

また、熱電素子基板１０に組みつけられた熱電素子１２、１３の両端面に電極部２５を設置して接合する組み付けにおいても同時に行なえることで、さらに、製造工数の低減が図れる。

以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、電極部２５とルーバー２６とを有する電極部材２０を、その外郭同士間で電気的に絶縁可能な絶縁部材２１を介して電極部２５およびルーバー２６を所定の形状に形成される前の状態の金属板２０ａを少なくとも複数個連結するように一体に形成した後に、それぞれの金属板２０ａに電極部２５およびルーバー２６を所定の形状に複数個同時に形成できるように構成したことにより、所定の形状に形成する加工工数が大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。

電極部材２０は、平板状の絶縁材料からなる絶縁部材２１に所定の間隔で形成された複数個の嵌合穴に金属板２０ａがそれぞれ配設されていることにより、絶縁部材２１を介して所定の間隔を有して複数個の金属板を連結させることで複数個の電極部材２０を同時に所定の形状に形成できる。また、電極部材２０の外郭同士間を絶縁可能な絶縁部材２１を介することにより隣接する電極部材２０が確実に電気的に絶縁できる。

電極部材組み付け工程と複数個同時に形成する成形加工工程とを有することにより、電極部材２０の外郭同士間を絶縁可能な絶縁部材２１を介することで隣接する電極部材２０が確実に電気的に絶縁できる。また、多数個配設される電極部材２０を複数個同時に形成できることで、所定の形状に形成する加工工数が大幅に低減できる。これにより、製造工数の低減が図れる。

また，熱電素子１２、１３の端面にそれぞれの電極部２５を設置し、その後、電極部２５と熱電素子１２、１３の端面とを接合する接合工程により、熱電素子１２、１３に電極部材２０を複数個同時に組み付けができる。従って、組み付け工数の低減が図れる。これにより、製造工数の低減が図れる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、平板状の絶縁材料からなる絶縁部材２１に所定の間隔で形成された複数個の嵌合穴に金属板２０ａがそれぞれ配設する電極部材組み付け工程で製造したが、これに限らず、成形型に複数個の金属板２０ａを所定の間隔に配置して、絶縁材料をモールドするモールド加工によって絶縁部材２１に一体構成するように製造しても良い。

これによれば、モールド加工によって隣接する電極部材２０が確実に電気的に絶縁できることで、複数個の電極部材２０を同時に所定の形状に形成できる。

また、これらの方法の他に、絶縁材料に複数個の金属板２０ａを所定の間隔に配置して、絶縁材料に貼り合わせるラミネート加工によって絶縁部材２１に一体構成するように製造しても良い。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、電極部材２０を上方側もしくは下方側の全ての個数をまとめて絶縁部材２１に一体に構成するようにしたが、これに限らず、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、図中に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃの列数ごとに複数個を分割させて１列ごとに複数個構成しても良い。

また、以上の実施形態では、金属板２０ａを電極部２５およびルーバー２６を所定の形状に形成する前の状態で外形抜き加工により形成して絶縁部材２１に一体構成させたが、これに限らず、図７に示すように、金属板２０ａ形成する外形抜き加工において、同時にルーバー２６を所定の形状に形成した金属板２０ａを絶縁部材２１に一体構成させても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、熱交換部の形状をルーバー２６で形成したが、これに限らず、電極部２５から外方に延出された平面にスリット孔を形成するスリット状にしても良い。また、電極部２５から外方に延出された平面に対して交互に突き出ように形成するオフセット状にしてもよい。

また、以上の実施形態では、電極部２５を平面状に形成したが、図８に示すように、電極部２５の背面側に、例えば、三角状に切り起こしを形成させて、電極部２５の背面側で渦流を発生させる伝熱促進部２５ａを形成させても良い。

これによれば、熱の発生源となる電極部２５からじかにその熱を効率的に取り出すことができる。これにより、切り起こしなどの成形加工は複数個同時に容易に加工することができる。

また、以上の実施形態では、電極部材２０の断面を略Ｕ字状に形成し、その底部を電極部２５およびその電極部２５から外方に延出された平面にルーバー２６を形成した形状で構成したが、これに限らず、図９に示すように、電極部材２０を略櫛歯状に形成し、その略櫛歯状の一端に二つの電極部２５と、その二つの電極部２５とを電気的に接続する接続部２３を形成し、さらに、電極部２５から外方に延出された平面にルーバー２６を形成する形状であっても良い。これによれば、以上の実施形態よりも放熱部の放熱面積を大きく取れる。

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す模式図である。 本発明の第１実施形態における熱電変換装置の主要部の構成を示す分解模式図である。 図１に示すＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態における電極部材２０の全体構成を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。 （ａ）ないし（ｃ）は本発明の第１実施形態における電極部材２０の製造工程を示す説明図、（ｄ）は（ｂ）に示すＢ矢視図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の第３実施形態における電極部材２０と絶縁部材２１との構成を示す構成図である。 本発明の第３実施形態の変形例における熱電電極部材２０と絶縁部材２１との構成を示す構成図である。 他の実施形態における電極部材２０の構成を示す模式図である。 他の実施形態の変形例における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１０…熱電素子基板
１１…第１絶縁基板
１２…Ｐ型熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子
２０…電極部材
２１…絶縁部材
２５…電極部
２５ａ…伝熱促進部
２６…ルーバー（熱交換部）
２７…第２絶縁基板

Claims (10)

1. 平板状の絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に、複数のＰ型熱電素子（１２）および複数のＮ型熱電素子（１３）を前記Ｐ型熱電素子（１２）および前記Ｎ型熱電素子（１３）の表側及び裏側が前記第１絶縁基板（１１）の表面から露出するように、Ｐ型Ｎ型を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子基板（１０）と、
   前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）とを、前記表側と前記裏側との夫々の側において、位置をずらせて電気的に接続する平板状の金属板から成る複数の電極部（２５）、および、前記電極部（２５）から外方に延出された金属板を折曲加工することにより前記電極部（２５）と一体に形成され、前記電極部（２５）より伝熱される熱を吸熱、放熱する熱交換部（２６）を有する複数の電極部材（２０）とを備え、
   前記電極部（２５）を介して前記表側から前記裏側、更に前記裏側から前記表側のように直列的に前記電極部材（２０）、並びに、前記Ｐ型熱電素子（１２）及び前記Ｎ型熱電素子（１３）を介して電流が流れるように複数個の前記電極部材（２０）が配設され、
   前記複数個の電極部材（２０）は、該電極部材（２０）を成す金属板の周囲が平板状の絶縁部材（２１）の一部よって包囲されると共に、前記複数個の電極部材（２０）は前記折曲加工において前記絶縁部材（２１）と一体に加工されて形成されており、
   前記個々の電極部材（２０）相互間に前記絶縁部材（２１）の前記一部が介在し、該絶縁部材（２１）の前記一部によって個々の電極部材（２０）相互間が絶縁されていることを特徴とする熱電変換装置。
2. 平板状の絶縁材料からなる前記絶縁部材（２１）に所定の間隔で形成された複数個の嵌合穴を有し、この複数個の嵌合穴に前記電極部材（２０）を成す前記金属板がそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 前記電極部材（２０）は、前記絶縁部材（２１）を成すモールド用の絶縁材料と一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
4. 前記電極部材（２０）は、前記絶縁部材（２１）を成すラミネート加工用の絶縁材料と一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
5. 前記電極部材（２０）は、前記電極部（２５）から外方に延出された平面に、ルーバー状、スリット状、オフセット状のいずれかの形状からなる前記熱交換部（２６）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の熱電変換装置。
6. 前記電極部材（２０）には、前記電極部（２５）の背面側に冷却流体もしくは被冷却流体が流通したときに、渦流を発生する伝熱促進部（２５ａ）が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
7. Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を摘んで、予め設置された絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に略碁盤目状に形成された基板穴に、前記Ｐ型熱電素子（１２）および前記Ｎ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設する熱電素子基板（１０）の熱電素子組み付け工程と、
   平板状の導電性材料に、隣接して配列された前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）とを電気的に接続する平面状の電極部（２５）、およびその電極部（２５）から伝熱される熱を吸熱、放熱する熱交換部（２６）を有する電極部材（２０）を所定の形状に形成する前の状態となる平板状の金属板を外形抜き加工で成形する金属板成形工程と、
   前記金属板成形工程で成形された前記金属板を所定の間隔に少なくとも複数個配置し、その外郭同士間で電気的に絶縁可能な絶縁部材（２１）を介して連結するように一体に形成する電極部材組み付け工程と、
   前記電極部材組み付け工程で形成された複数個の前記金属板に前記電極部（２５）および前記熱交換部（２６）を所定の形状に成形加工により複数個同時に形成する成形加工工程と、
   前記成形加工工程で所定の形状に形成され前記絶縁部材（２１）を介して連結された複数個の前記電極部材（２０）を摘んで、予め設置された絶縁材料からなる第２絶縁基板（２７）に略碁盤目状に形成された嵌合穴に、前記電極部（２５）を設置して一体に構成して、前記熱電素子基板（１０）に組み付けられた前記熱電素子（１２、１３）の端面にそれぞれの前記電極部（２５）を設置し、その後、前記電極部（２５）と前記熱電素子（１２、１３）の端面とを接合する接合工程とを備えることを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
8. 前記電極部材組み付け工程は、平板状の絶縁材料からなる前記絶縁部材（２１）に所定の間隔で形成された複数個の嵌合穴にそれぞれ前記金属板を配設することを特徴とする請求項７に記載の熱電変換装置の製造方法。
9. 前記電極部材組み付け工程は、成形型に複数個の前記金属板を所定の間隔に配置して、絶縁材料をモールドするモールド加工によって前記絶縁部材（２１）に一体構成することを特徴とする請求項７に記載の熱電変換装置の製造方法。
10. 前記電極部材組み付け工程は、絶縁材料に複数個の前記金属板を所定の間隔に配置して、絶縁材料に貼り合わせるラミネート加工によって前記絶縁部材（２１）に一体構成することを特徴とする請求項７に記載の熱電変換装置の製造方法。

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