JP4706819B2

JP4706819B2 - 熱電装置

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Publication number: JP4706819B2
Application number: JP2004263286A
Authority: JP
Inventors: 勝彦尾上
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006080326A

Description

本発明は、熱電変換を行う熱電モジュールを備えた熱電装置に関する。

従来から、ペルチェ効果またはゼーベック効果等を利用して熱変換を行ったり、発電を行ったりする熱電モジュールが加熱・冷却装置や発電装置等に用いられている（例えば、特許文献１参照）。この熱電モジュールは、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、一対の絶縁基板間に複数の熱電素子を固定して構成されている。また、この熱電モジュールでは、一対の絶縁基板のうちの一方の絶縁基板は、切断された２個のもので構成されている。これにより、一対の絶縁基板間の熱膨張差が吸収されて、熱電モジュールの破壊が防止され、耐久性が向上する。
実開昭５９−９１７６５号公報

前述した熱電モジュールは、通常一対の絶縁基板の外面（下側の絶縁基板の下面と上側の絶縁基板の上面）に、グリスを介してヒートシンク材が接した状態で所定の機器に組み付けられる。しかしながら、グリスは、熱伝導性が低いため、絶縁基板とヒートシンク材との境界面で熱抵抗が大きくなってしまう。この結果、熱電モジュールの駆動効率が低下し、消費電力が大きくなってしまうという問題が生じている。また、熱電モジュールとヒートシンク材とが固定されていないため、熱電モジュールを所定の機器に実装する際に取り付けのために要する部材の点数が多くなり、組み立てが面倒になるという問題も生じている。

本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、熱応力の発生を低減させることにより、耐久性を向上させることのできる熱電装置を提供することである。

前述した目的を達成するため、本発明に係る熱電装置の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合することにより、一対の絶縁基板間に電極と熱電素子とを接続した状態で配置して構成される熱電モジュールを備えた熱電装置であって、一対の絶縁基板のうちの少なくとも一方の絶縁基板を、電極と熱電素子とを接続した状態を維持したまま分割して複数の分割絶縁基板にするとともに、一面に溝部が形成された板状のヒートシンク材を、溝部が形成された面を複数の分割絶縁基板の外側の面に対向させた状態で、熱伝導性を有する接合材を介して複数の分割絶縁基板に接合したことにある。

本発明に係る熱電装置では、一対の絶縁基板のうちの少なくとも一方の絶縁基板を分割して複数の分割絶縁基板にするとともに、ヒートシンク材における分割絶縁基板に対向する部分に溝部を形成して、熱電モジュールにヒートシンク材を接合している。このため、一対の絶縁基板間の温度差により、一方の絶縁基板に膨張が生じ、他方の絶縁基板に収縮が生じても、複数の分割基板間によって温度差による膨張・収縮の差が吸収され、絶縁基板や熱電素子等が破壊することが防止される。

また、ヒートシンク材は、接合材を介して複数の分割基板に接合されるが、ヒートシンク材における分割絶縁基板に接合される面には溝部が形成されているため、ヒートシンク材も溝部によって、分割絶縁基板と同様、温度差による膨張・収縮の差を吸収される。このため、熱電モジュールやヒートシンク材自身の破壊が防止される。また、接合材が熱伝導性を有するため、絶縁基板とヒートシンク材との境界面での熱抵抗が小さくなり、熱電装置の駆動効率が低下したり、消費電力が大きくなったりすることを防止できる。さらに、熱電モジュールとヒートシンク材とが固定されているため、熱電装置を所定の機器に実装する際の組み立てが容易になる。

また、本発明に係る熱電装置の他の構成上の特徴は、複数の分割絶縁基板間に隙間を設け、ヒートシンク材の溝部を隙間に沿わせて形成したことにある。これによると、各分割絶縁基板と、ヒートシンク材における溝部によって分割された各部分とが一体となって、膨張したり収縮したりするようになるため、温度差によって熱電装置が破壊されることを確実に防止できる。

また、本発明に係る熱電装置のさらに他の構成上の特徴は、複数の分割絶縁基板間の隙間の幅と、溝部の幅とを略等しい長さに設定したことにある。これによると、分割絶縁基板間の隙間とヒートシンク材に形成される溝部との幅が略等しくなるため、温度差による膨張・収縮をより効果的に吸収することができる。これによって、熱電装置の耐久性をさらに向上させることができる。

また、本発明に係る熱電装置のさらに他の構成上の特徴は、溝部を格子状に形成したことにある。また、本発明に係る熱電装置のさらに他の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合することにより、一対の絶縁基板間に電極と熱電素子とを接続した状態で配置して構成される熱電モジュールを備えた熱電装置であって、一対の絶縁基板のうちの少なくとも一方の絶縁基板を、電極と熱電素子とを接続した状態を維持したまま分割して複数の分割絶縁基板にするとともに、複数の分割絶縁基板の外側の面に対向する面に、複数の分割ヒートシンク材をポリイミド樹脂で接合することにより一体化するとともに一面に溝部が形成されたヒートシンク材の一面を、熱伝導性を有する接合材を介して前記複数の分割絶縁基板に接合したことにある。

（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、本実施形態に係る熱電装置１０を示している。この熱電装置１０は、熱電モジュール１１とヒートシンク材１２とで構成されており、熱電モジュール１１は、アルミナからなる四角板状の下側絶縁基板１３と上側絶縁基板１４とからなる一対の絶縁基板を備えている。上側絶縁基板１４は、左右前後各４列に分割された１６枚の分割絶縁基板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ等（図３参照）で構成されており、全体形状が下側絶縁基板１３と略同形の四角板状に形成されている。また、分割絶縁基板１４ａ等のそれぞれの境界部分には、所定の幅の隙間１４ｅが形成されている。

また、下側絶縁基板１３の上面には一定間隔を保って複数の下部電極１５，１５ａ（図２参照）が取り付けられ、上側絶縁基板１４の下面に一定間隔を保って複数の上部電極１６が取り付けられている。そして、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなる複数の熱電素子１７が、それぞれ下端面を下部電極１５，１５ａにハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極１６に図示しないハンダにより固定されて下側絶縁基板１３と上側絶縁基板１４を一体的に連結している。

図２は、下部電極１５，１５ａと熱電素子１７とが取り付けられた下側絶縁基板１３を上方から見た状態を示している。図示のように、下部電極１５は、一定間隔で配置された熱電素子１７のうちの２個の熱電素子１７が配置された位置にかかる長さの長方形に形成されており、下部電極１５ａは、３個の熱電素子１７が配置される位置にかかるだけの長さの長方形に形成されている。そして、下側絶縁基板１３の上面における四隅の角のうちの図１および図２における手前両側に位置する２箇所の角部近傍に下部電極１５ａが長手方向を前後方向に向けて取り付けられ、下側絶縁基板１３の上面におけるその他の部分には下部電極１５が取り付けられている。

下部電極１５のうちの最前列および最後列（図１および図２の状態で）に配置される下部電極１５は、長手方向を左右方向に向けて取り付けられ、その他の部分（下部電極１５ａが取り付けられた部分も除く。）に配置される下部電極１５は、長手方向を前後方向に向けた状態で取り付けられている。そして、すべての下部電極１５の上面両側部分にそれぞれ熱電素子１７の下面が接合され、２個の下部電極１５ａの上面後端側部分には、それぞれ１個の熱電素子１７の下面が接合されている。また、下部電極１５ａの上面前端側部分には、それぞれリード線１８ａ，１８ｂが接続されて外部から通電可能になっている。

また、上部電極１６は、すべて下部電極１５と同形の長方形に形成されており、それぞれ下部電極１５に対して熱電素子１７の略１個分の配置場所に等しい距離をずらして上側絶縁基板１４の下面に取り付けられている。そして、熱電素子１７の上端面は、各熱電素子１７、下部電極１５，１５ａおよび上部電極１６が直列に接続されるようにして、各上部電極１６の両側部分にそれぞれ接合されている。すなわち、図３は、上部電極１６と熱電素子１７とが取り付けられた上側絶縁基板１４を上方から見た状態を示しており、図示のように、上部電極１６は、すべて長手方向を前後方向に向けた状態で上側絶縁基板１４の下面に取り付けられている。このため、リード線１８ａ，１８ｂ間は、熱電素子１７等を介して直列状態で接続される。

ヒートシンク材１２は、四角板状のアルミニウムで構成されており、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したように、下面に、ヒートシンク材１２を左右前後各４列に分割するように溝部１２ａが格子状に形成されている。この溝部１２ａの間隔および幅は、上側絶縁基板１４を構成する分割絶縁基板１４ａ等の間隔および隙間１４ｅと略同じに設定されている。そして、このヒートシンク材１２の下面は、エポキシ系接着剤１９を介して上側絶縁基板１４の上面に固定されている。また、図４（ａ）における二点鎖線は、上側絶縁基板１４を示しており、熱電モジュール１１とヒートシンク材１２との大きさを比較するために示している。

なお、熱電モジュール１１は、縦横の長さがそれぞれ４０ｍｍで、高さが３．２ｍｍに設定され、熱電素子１７は、上下の端面における縦横の幅がともに、１．８ｍｍに設定され、高さが１．３ｍｍに設定されている。また、この熱電素子１７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。この熱電モジュール１１では、熱電素子１７は、隣り合った１個のＰ型熱電素子と１個のＮ型熱電素子とを１対として１２８対で構成されている。また、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とは、ともにビスマス・テルル系の合金からなっているが組成は多少異なっている。ヒートシンク材１２は、縦横の長さがそれぞれ３７．９ｍｍで高さが１０ｍｍに設定されている。また、溝部１２ａの幅は、０．５ｍｍ、深さは９ｍｍに設定され、溝部１２ａ間に位置するヒートシンク材１２の各部分の長さは、それぞれ９．１ｍｍに設定されている。

このように構成された熱電装置１０は、所定の機器内に設置されて、例えば、熱電気変換装置として使用される。すなわち、リード線１８ａ，１８ｂの端部を電源に接続して、熱電装置１０に電力を供給すると、熱電装置１０の一方の面、例えば、下側絶縁基板１３には発熱が生じて下側絶縁基板１３側は加熱され、上側絶縁基板１４には吸熱が生じて上側絶縁基板１４側は冷却される。

つぎに、以上のように構成した熱電装置１０と、図５に示した比較例による熱電装置２０とに対してパワーサイクルテストを行った結果について説明する。熱電装置２０は、図１に示した熱電モジュール１１と同一の熱電モジュール２１とヒートシンク材２２とで構成されている。そして、ヒートシンク材２２は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したように、溝部が形成されてない四角板状のアルミニウムで構成されている。この熱電装置２０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱電装置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いる。

パワーサイクルテストは、熱電装置１０，２０を、表面にグリスを塗布した銅製の台（図示せず）上に設置し、台の温度を８０℃に保持した状態で行った。そして、その間、熱電装置１０，２０に、最大電流である７．４アンペアの電流を、５分間流したのちに５分間停止させる操作を繰り返し、そのパワーサイクルテストを所定回数繰り返したときの熱電装置１０，２０の電気抵抗変化率を比較した。その結果を図７に示している。図７では、熱電装置１０のデータを実線ａで示し、熱電装置２０のデータを実線ｂで示した。

図７に示したように、サイクル数が１０００回以下では、熱電装置１０，２０の電気抵抗変化率に大きな変化は見られないが、熱電装置２０の電気抵抗変化率は、熱電装置１０の電気抵抗変化率よりも大きな値を示した。また、サイクル数が２０００回に達したときには、熱電装置２０の電気抵抗変化率と、熱電装置１０の電気抵抗変化率との間に大きな差が生じ始めた。すなわち、熱電装置１０の電気抵抗変化率が、３％程度（推定）であるのに対し、熱電装置２０の電気抵抗変化率は、５％程度まで大きくなった。

さらに、サイクル数が３０００回に達したときには、熱電装置２０の電気抵抗変化率と、熱電装置１０の電気抵抗変化率との間にさらに大きな差が生じた。すなわち、この状態では熱電装置１０の電気抵抗変化率が、まだ４％程度であるのに対し、熱電装置２０の電気抵抗変化率は、１５％程度まで大きくなった。ここで、このテストの条件下における熱電装置の電気抵抗変化率の限界値を、例えば、１０％としておく。これによると、熱電装置２０は、サイクル数が２５００回以上で使用可能な範囲を超えてしまっていると判断できる。

また、熱電装置１０の電気抵抗変化率は、サイクル数が５０００回に達しても５％であった。この結果から、溝部１２ａが形成されたヒートシンク材１２を用いた熱電装置１０の方が、溝部のないヒートシンク材２２を用いた熱電装置２０よりも耐久性が大幅に高くなることがわかる。なお、熱電装置１０等の電気抵抗は、初期の段階から、使用や高温加熱等による劣化にしたがって徐々に高くなるように変化していく。したがって、長時間の使用によっても、電気抵抗に変化が生じない、または変化の少ない熱電装置ほど耐久性の優れたものである。

（第２実施形態）
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材３２を示している。このヒートシンク材３２では、下面に形成された溝部３２ａが、ヒートシンク材３２を左右前後各８列に分割するように格子状に形成されている。このヒートシンク材３２のそれ以外の部分の構成については、前述したヒートシンク材１２と同一である。また、本実施形態に係る熱電装置が備える熱電モジュールは、前述した熱電モジュール１１と同一のものである。なお、図８（ａ）における二点鎖線は、上側絶縁基板１４を示している。

この熱電装置を用いて前述したパワーサイクルテストと同じパワーサイクルテストを行った。その結果、サイクル数が５０００回に達したときの電気抵抗変化率は、４．５％であった。この結果から、上側絶縁基板１４の分割数よりも、ヒートシンク材３２の分割数を多くすることにより、熱電装置の耐久性はさらに向上することが分かる。すなわち、本実施形態に係る熱電装置では、第１実施形態におけるヒートシンク材１２の分割数が１６であるのに対して、ヒートシンク材３２の分割数を６４にすることにより、サイクル数が５０００回のときの電気抵抗変化率を、熱電装置１０よりも０．５％減少させることができた。

（第３実施形態）
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材４２を示している。このヒートシンク材４２では、下面に形成された溝部４２ａが、ヒートシンク材４２を左右前後各２列に分割するように形成されている。このヒートシンク材４２のそれ以外の部分の構成については、前述したヒートシンク材１２と同一である。また、本実施形態に係る熱電装置が備える熱電モジュールは、前述した熱電モジュール１１と同一のものである。なお、図９（ａ）における二点鎖線も、上側絶縁基板１４を示している。

この熱電装置を用いて前述したパワーサイクルテストを行った。その結果、サイクル数が５０００回に達したときの電気抵抗変化率は、７．５％であった。この結果から、上側絶縁基板１４の分割数よりも、ヒートシンク材４２の分割数を少なくすることにより、熱電装置の耐久性は徐々に低下していくことが分かる。すなわち、本実施形態に係る熱電装置では、ヒートシンク材１２の分割数が１６であるのに対して、ヒートシンク材４２の分割数を４にしたことによって、サイクル数が５０００回のときの電気抵抗変化率が、熱電装置１０よりも２．５％上昇した。ただし、この実施形態に係る熱電装置でも、図５に示した比較例による熱電装置２０と比較すると、耐久性は大幅に向上されており、良好な状態での使用が可能である。

（第４実施形態）
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第４実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材５２を示している。このヒートシンク材５２の上面には、下部側が先細りになった円錐形の穴部５１が、左右前後に等間隔で各８列設けられている。そして、ヒートシンク材５２の下面には、ヒートシンク材１２の溝部１２ａと同一の溝部５２ａが形成されている。このヒートシンク材５２のそれ以外の部分の構成については、前述したヒートシンク材１２と同一である。

また、本実施形態に係る熱電装置が備える熱電モジュールは、前述した熱電モジュール１１と同一のものである。なお、図１０（ａ）における二点鎖線も、上側絶縁基板１４を示している。この熱電装置では、穴部５１に、被冷却物、例えば、ＤＮＡ増幅液等を容器に充填し、その充填した容器をセットした状態で、熱電装置を作動させることができる。これによると、被冷却物を効率よく冷却できる。この実施形態のそれ以外の作用効果については、前述した熱電装置１０と同様である。

（第５実施形態）
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第５実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材６２を示している。このヒートシンク材６２では、ヒートシンク材６２を構成する部分が切断により完全に分割されて、１６個の分割ヒートシンク材６２ａで構成されている。そして、各分割ヒートシンク材６２ａは、溝部１２ａと同じ幅の間隔を保って配置されている。このヒートシンク材６２のそれ以外の構成については、前述したヒートシンク材１２と同一である。また、本実施形態に係る熱電装置が備える熱電モジュールは、前述した熱電モジュール１１と同一のものである。なお、図１１（ａ）における二点鎖線も、上側絶縁基板１４を示している。

この熱電装置を用いて前述したパワーサイクルテストを行った。その結果、サイクル数が５０００回に達したときの電気抵抗変化率は、３％であった。この結果から、ヒートシンク材６２を完全に分割することにより、各分割絶縁基板１４ａ等と、それに対応する分割ヒートシンク材６２ａとが一体となって移動可能になるため熱応力が大幅に減少し、熱電装置の耐久性がさらに向上することが分かる。この実施形態のそれ以外の作用効果については、前述した熱電装置１０と同様である。

（第６実施形態）
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第６実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材７２を示している。このヒートシンク材７２は、１６個に分割された各分割ヒートシンク材７２ａの上面を、厚み０．０３ｍｍのポリイミド樹脂７１で接合することにより一体化して構成されている。このヒートシンク材７２のそれ以外の部分の構成については、前述したヒートシンク材６２と同一である。また、本実施形態に係る熱電装置が備える熱電モジュールは、前述した熱電モジュール１１と同一のものである。なお、図１２（ａ）における二点鎖線も、上側絶縁基板１４を示している。

この熱電装置では、分割ヒートシンク材７２ａがポリイミド樹脂７１によって一体的に接合されているため、ヒートシンク材６２を備えた熱電装置と比較して、熱電モジュールとヒートシンク材７２との接合が容易になる。また、この熱電装置においては、熱電モジュールとヒートシンク材７２とを接合させたのちに、ポリイミド樹脂７１を除去することもできる。この実施形態のそれ以外の作用効果については、前述した熱電装置１０と同様である。

（第７実施形態）
図１３は、本発明の第７実施形態に係る熱電装置８０を示している。この熱電装置８０は、熱電モジュール８１と、ヒートシンク材８２と、下部ヒートシンク材８８とで構成されている。そして、この熱電装置８０では、上側絶縁基板８４だけでなく、熱電モジュール８１の下側絶縁基板８３も所定の個数の分割絶縁基板に分割されており、その下面にエポキシ系接着剤８９を介して、下部ヒートシンク材８８が固定されている。

下側絶縁基板８３における各分割絶縁基板間の隙間８３ｅは、上側絶縁基板８４の隙間８４ｅに対して、２個の熱電素子８７が配置されたスペース分だけ位置をずらして形成されている。そして、下部ヒートシンク材８８の上面における下側絶縁基板８３の隙間８３ｅに対向する部分には、溝部８８ａが形成されている。溝部８８ａの深さや幅は、ヒートシンク材８２の溝部８２ａと同じ大きさに設定されている。また、下部電極８５は、各熱電素子８７および上部電極８６とともに接続されるようにして、下側絶縁基板８３の上面に固定されている。この熱電装置８０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱電装置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。

このように構成したため、上側絶縁基板８４だけでなく、下側絶縁基板８３を構成する各部分も移動可能になる。これによって、熱電装置８０の破壊防止がさらに確実になり、熱電装置８０の耐久性が向上する。また、この場合、熱電装置８０を所定の機器に取り付ける際に、下部ヒートシンク材８８をスペーサとして用いることができる。これによって、別途、スペーサを容易する必要がなくなり、部品点数が減少するとともに、熱電装置８０の取り付けが容易になる。この熱電装置８０のそれ以外の作用効果については、前述した熱電装置１０と同様である。

（第８実施形態）
図１４は、本発明の第８実施形態に係る熱電装置９０を示している。この熱電装置９０では、ヒートシンク材９２が、切断によって完全に分割されて複数個の分割ヒートシンク材９２ａで構成されている。同様に、下部ヒートシンク材９８も、切断によって完全に分割されて複数個の分割下部ヒートシンク材９８ａで構成されている。この熱電装置９０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱電装置８０と同一である。したがって、同一部分に同一符合を記している。

この熱電装置９０によると、各分割絶縁基板１４ａ等と、それに対応する分割ヒートシンク材９２ａとが一体となって移動可能になるとともに、下側絶縁基板８３を構成する各絶縁基板と、それに対応する分割下部ヒートシンク材９８ａとが一体となって移動可能になる。このため熱電装置９０を構成する各部分が、膨張・収縮を吸収するように移動できるようになって熱電装置９０に発生する熱応力が大幅に減少する。この結果、熱電装置９０の耐久性は大幅に向上する。この熱電装置９０のそれ以外の作用効果については、前述した熱電装置８０と同様である。

また、本発明に係る熱電装置は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜変更して実施することができる。例えば、下側絶縁基板１３等や上側絶縁基板１４等の分割数や切断箇所等は、熱電装置の使用条件等に応じて変更することができる。また、同様に、ヒートシンク材１２等や下部ヒートシンク材８８等に設ける溝部や切断部等も、使用条件等に応じて適宜変更することができる。さらに、熱電装置を構成する各部分の形状、大きさ、材質等についても本発明の技術的範囲内で変更が可能である。例えば、下側絶縁基板１３等や上側絶縁基板１４等を構成する材料は、アルミナに限定されず、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、表面が絶縁処理されたアルミニウムなどの金属基板等で構成してもよい。

また、ヒートシンク材１２等や下部ヒートシンク材８８等を構成する材料は、アルミニウムに限定されるものでなく、アルミニウム合金、銅、銅合金など、熱伝導率の大きな材質のものであれば使用することができる。さらに、熱電モジュール１１等と、ヒートシンク材１２等や下部ヒートシンク材８８等とを接合する接合材としても、エポキシ系接着剤１９等に限定されず、他系の接着剤やフィラーを含む接着剤を用いてもよい。また、ハンダやろうを用いてもよい。

さらに、複数の分割絶縁基板１４ａ等の隙間の幅と、ヒートシンク材１２等の溝部１２ａ等の幅は、等しいことが、熱抵抗を下げ、かつ熱応力を緩和するという点では好ましい。ただし、接合材として接着剤を使用する場合等は、どちらかの隙間の幅を小さくすることが、接合の際に、余った接着剤の逃げ場を確保できることから好ましい。特に、電気伝導性の接着剤を使用する場合は、この接着剤による電気的短絡は絶対に避けなくてはいけないので、接合の際に、余った接着剤の逃げ場を確保することは極めて重要である。また、上部電極１６等、熱電素子１７等、下部電極１５等は、通常電気的に直列に接続されるが、これに限定されるものでなく、並列に接続されてもよい。

また、下側絶縁基板１３等や上側絶縁基板１４等の下部電極１５等あるいは上部電極１５等が固定される面と反対の面、つまり熱電モジュール１１等の表面にあたる絶縁基板の面に、薄い銅層が形成されても良い。この際には、この銅層とヒートシンク材１２等が接合剤によって接着されることになる。なお、この薄い銅層は、反対側にある電極層とのバランスを取るために形成される。この銅層の存在により、熱電モジュール１１等を組み立てるためのハンダ付け工程のような高温においても、表裏に銅層があるため、絶縁基板が大きく反ることがなくなり、熱電モジュール１１等の組み立てが容易になる。

本発明の第１実施形態に係る熱電装置を示す正面図である。図１に示した熱電装置が備える下側絶縁基板に下部電極と熱電素子を取り付けた状態を示す平面図である。図１に示した熱電装置が備える上側絶縁基板に上部電極と熱電素子を取り付けた状態を示す平面図である。図１の熱電装置が備えるヒートシンク材を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。比較例による熱電装置を示す正面図である。図５の熱電装置が備えるヒートシンク材を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。パワーサイクルテストの結果を示すグラフである。第２実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。第３実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。第４実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図、（ｃ）は底面図である。第５実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。第６実施形態に係る熱電装置が備えるヒートシンク材を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。第７実施形態に係る熱電装置を示す正面図である。第８実施形態に係る熱電装置を示す正面図である。

符号の説明

１０，８０，９０…熱電装置、１１，８１…熱電モジュール、１２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２…ヒートシンク材、１２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，８８ａ…溝部、１３，８３…下側絶縁基板、１４，８４…上側絶縁基板、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…分割絶縁基板、１４ｅ，８３ｅ…隙間、１５，１５ａ，８５…下部電極、１６，８６…上部電極、１７，８７…熱電素子、１９，８９…エポキシ系接着剤、６２ａ，７２ａ，９２ａ…分割ヒートシンク材、７１…ポリイミド樹脂、８８，９８…下部ヒートシンク材、９８ａ…分割下部ヒートシンク材

Claims

対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面の所定箇所に電極を形成し、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合することにより、前記一対の絶縁基板間に前記電極と前記熱電素子とを接続した状態で配置して構成される熱電モジュールを備えた熱電装置であって、
前記一対の絶縁基板のうちの少なくとも一方の絶縁基板を、前記電極と前記熱電素子とを接続した状態を維持したまま分割して複数の分割絶縁基板にするとともに、一面に溝部が形成された板状のヒートシンク材を、前記溝部が形成された面を前記複数の分割絶縁基板の外側の面に対向させた状態で、熱伝導性を有する接合材を介して前記複数の分割絶縁基板に接合したことを特徴とする熱電装置。
前記複数の分割絶縁基板間に隙間を設け、前記ヒートシンク材の溝部を前記隙間に沿わせて形成した請求項１に記載の熱電装置。
前記複数の分割絶縁基板間の隙間の幅と、前記溝部の幅とを略等しい長さに設定した請求項２に記載の熱電装置。
前記溝部を格子状に形成した請求項１ないし３のうちのいずれか一つに記載の熱電装置。
対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面の所定箇所に電極を形成し、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合することにより、前記一対の絶縁基板間に前記電極と前記熱電素子とを接続した状態で配置して構成される熱電モジュールを備えた熱電装置であって、
前記一対の絶縁基板のうちの少なくとも一方の絶縁基板を、前記電極と前記熱電素子とを接続した状態を維持したまま分割して複数の分割絶縁基板にするとともに、前記複数の分割絶縁基板の外側の面に対向する面に、複数の分割ヒートシンク材をポリイミド樹脂で接合することにより一体化するとともに一面に溝部が形成されたヒートシンク材の前記一面を、熱伝導性を有する接合材を介して前記複数の分割絶縁基板に接合したことを特徴とする熱電装置。