JPH1187786A

JPH1187786A - 電子冷却・加熱装置

Info

Publication number: JPH1187786A
Application number: JP9242571A
Authority: JP
Inventors: Kazukiyo Yamada; 一清山田; Isao Morino; 勲森野
Original assignee: MORITSUKUSU KK; SERU APPL KK
Current assignee: MORITSUKUSU KK; SERU APPL KK
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】熱電素子の吸熱部の温度分布の不均一を改善
し、熱的ロスを減らし、人体等その形態に個人差がある
被冷却面にも取り付けが可能で、生産性が高い電子冷却
・加熱装置を提供する。【解決手段】Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体よりな
る熱電素子３を、熱電素子の幅の２倍よりも大きなピッ
チで複数対配置し、前記Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導
体の両端面に、これら端面を接合する面積の２倍よりも
大きな面積を有する吸熱側電極２，４を接合し、吸熱側
電極２，４を吸熱側基板１と放熱側基板５に接合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ効果を利
用し、電気的に吸熱もしくは放熱を行う冷却・加熱装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱電冷却・加熱装置は、図２３に
示すように、金属電極４４と同一材料の金属電極４５に
よって、熱電素子４３（Ｐ型熱電半導体及びＮ型熱電半
導体）を挟み込む構造を有し、両側の金属電極４４，４
５に電位差を与え、電流を通じることによって加熱ある
いは冷却を行う構成が基本になっていた。

【０００３】また熱電冷却・加熱装置の一般的な用途と
しては、冷暖房装置や冷蔵庫等の熱交換器に装着して利
用される場合が多いが、一対のＰ型熱電半導体及びＮ型
熱電半導体で構成される熱電素子で得られる冷却熱量は
極めてわずかで数百ｃａｌ／ｈに過ぎないため、通常、
多数の熱電素子を配列して用い、アルミナなどのセラミ
ック基板４６，４７で挟み込み、熱電モジュールとして
用いていた。

【０００４】前記熱電モジュールを用いた電子冷却・加
熱装置が特開平６−２９４５６１号公報に開示されてい
る。この電子冷却・加熱装置は熱電モジュールを熱良導
体であるアルミニウム等による金属性の吸熱部及び放熱
部に締着し、熱不良導体による支持部材を設けて電子加
熱冷却装置とするものであった。その構造は、熱電モジ
ュールを熱良導体からなる吸熱部と放熱部との間に挟ん
で締着し、吸熱部と放熱部の熱電モジュールとの締着区
域外の周囲に空間を形成すると共に熱不良導体からなる
支持部材で支持するものであった。ここで吸熱部は熱電
モジュールの極性切り替えで加熱部となったり冷却部と
なったりする。

【０００５】一方、人体などに直接装着して用いる電子
冷却・加熱装置の場合、装着感が重要であり、金属等を
用いた吸熱部を直接被冷却部位に装着出来ず、皮、布、
ゴム、プラスチック等の柔軟な部材を介するのが一般的
である。これら触感のよい材料は一般に熱伝導率が低
く、広い範囲からの吸熱が困難なため、熱電モジュール
から直接伝熱せず、アルミ板等の吸熱板で一旦広い範囲
に伝熱出来るようにした後、その吸熱板を触感のよい部
材で覆うのが一般的であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】熱電素子は、一般的に
ビスマス／テルル等の半導体からなり、その許容応力は
１ｍｍ²当り１．５ｋｇ程度であり、圧縮荷重に対して
極めて弱い。ところが、熱電モジュールを用いた電子冷
却・加熱装置により冷却・加熱する場合、冷却・加熱装
置の吸熱（加熱または冷却）部の吸熱（加熱または冷
却）面を被加熱冷却物に接触固定させて行うため、組立
固定するときに熱電モジュールに偏荷重が掛かったり、
固定後、被加熱物の落下等により放熱部に衝撃力が加わ
ることにより、熱電モジュールに許容応力以上の荷重が
掛かったりするため熱電モジュールが破壊することもあ
った。高密度に集積された熱電モジュールから効率よく
吸熱及び放熱を行うためには、熱伝導率のよい一般的に
は金属材料を用い、充分大きな断面積と表面積を有した
吸熱部及び放熱部を用いることが必要であって、必然的
に重量や外形寸法が大きく、熱電モジュールの大きさに
対して不安定な取り付けを余儀なくされる不具合があっ
た。

【０００７】このように従来の電子冷却・加熱装置で
は、ビスマス／テルル等からなる化合物半導体素子を使
用していたため、非常に脆く、たわみ等の機械的応力の
付加、衝撃等により破損し易い。そこで、図２３に示す
ように、熱電モジュール単体での強度を得るためと、Ｐ
型熱電半導体、Ｎ型熱電半導体相互の絶縁性を保つため
に、板状のアルミナ等のセラミック基板４６，４７で外
装していた。

【０００８】また、前記熱電モジュール４１の基板４
６，４７の一方は吸熱側であり他方は発熱側である。吸
熱側と発熱側ではそれぞれの温度により、各々の熱膨張
係数によって発熱側では膨張し吸熱側では収縮して図２
４に示すようにその大きさが変化する。吸熱側と放熱側
の温度差が大きいほど、またそれぞれの長さが長いほど
互いの膨張収縮の差が大きくなり熱電素子の基板への接
合部あるいは熱電素子４３自身に応力が付加されること
になる。この応力による破壊を避けるため、やむなく熱
電モジュール１の面積を大きくできないという制限が生
じる。このため従来では図２４に示されるように多数の
熱電素子４３を小さな面積に密集して配置し、熱電モジ
ュール４１を構成していた。そして、それに非常に大面
積の吸熱部４８と放熱部４９を設けた電子冷却・加熱ユ
ニットを構成していた。このため平面構造であり、密集
した熱電素子４３によって吸熱部や放熱部が狭い範囲に
集中し、これらを直接人体等の曲面を有する部分の加熱
冷却に用いることが、形状や熱分布が集中する問題があ
るため、困難であった。

【０００９】従って、前記構造を持った熱電モジュール
を用いて、人体等の曲面を有する部分の加熱冷却を行う
場合、実開昭６４−５６７４８号公報では、人体の曲面
と吸熱板との間に保冷体を介在させる方法が開示されて
いるが、一般に保冷体の熱伝導性は非常に悪く、熱源か
ら被冷却部までの距離にばらつきのある広い範囲を、均
一に冷却或いは加熱することが困難であった。また、保
冷体の熱伝導性が悪いために、電気を流し始めてから被
冷却面が所要の温度に到達するまでに長い時間が必要
で、さらにそのため温度制御が難しいという課題を有し
ていた。実開昭６４−５４８５５号公報に開示されてい
るように複数の熱電モジュールを配置する場合もある
が、この場合熱伝導体に熱伝導率が低い触感のよい材料
を用いると熱電モジュールの直近が必要以上に吸熱され
て冷えすぎ、一方、離れたところでは吸熱出来ず冷やせ
ないという不具合が生じた。

【００１０】さらに、人体等の曲面を有する被冷却部の
形状に合わせた構造を有するモジュールであっても、微
小に切断・加工された多数の方形熱電素子を薄膜状の金
属もしくは耐熱性でフレキシブルな樹脂等に張り付けら
れた構造を有していた。このため、機械的強度が小さ
い、工数・歩留まりが低下する等の欠点を有していた。
また、アルミ板等の吸熱板で一旦広い範囲に伝熱出来る
ようにした後、その吸熱板を触感のよい部材で覆うよう
にした電子冷却・加熱装置では、被覆シートを吸熱部材
であるアルミ板に被覆しているだけなので、人体等その
形態に固体差がある被冷却面とアルミ板の形状との適合
が困難で密着性が悪く熱伝導効率が悪い欠点があった。
さらにアルミ板は剛体であり、人体等の曲面に対する適
合性に個人差があり、装着感に快適さを欠くという問題
があった。

【００１１】さらに、移動する人体等に取り付けて使用
する場合、使用時に不用意に付加される応力や衝撃等に
耐えられることが必要である。特開平６−２９４５６１
号公報では取扱上の衝撃等によって熱電モジュールが破
壊されないように支持部材を設けた方法が開示されてい
る。この方法にあっては、吸熱部が平面で大きく、人体
等の曲面を有する被冷却部への適用は困難である。また
全体に大きく重くなり、人体等に装着して移動する様な
場合には、使用できない欠点を有していた。

【００１２】ところで図２３の様に、熱電モジュールを
作成する際には、アルミナ等のセラミック基板４６，４
７と金属電極４４，４５との間に接着剤が介在する。一
般的に接着剤は金属電極４４，４５やセラミック基板４
６，４７に比べて熱伝導率が数百分の１であってきわめ
て小さい。このため、接着層で大きな熱抵抗が生じる。
特に熱電素子を密集して配置した図２３のような従来の
熱電モジュールでは、金属板４４，４５の面積が小さく
制限されているので熱伝導のための断面積が小さく、熱
の伝達ロスが大きい欠点があった。

【００１３】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、本発明の目的とするところは熱電素子の吸
熱部の温度分布の不均一を改善し、熱的ロスを減らし、
人体等その形態に個人差がある被冷却面にも取り付けが
可能で、生産性が高く、形状を小さくまた軽くして携帯
を容易にした電子冷却・加熱装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気冷却・
加熱装置は、Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体よりなる
熱電素子を、熱電素子の幅の２倍よりも大きなピッチで
複数対配置し、前記Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体の
両端面に、これら端面を接合する面積の２倍よりも大き
な面積を有する導電材を接合し、前記導電材を吸熱部と
放熱部とに接合したものである。

【００１５】このように構成することにより、熱電素子
の間隔が従来に比べ非常に広く配置することが出来、電
極の幅や長さを大きくすることが可能となった。その結
果、電極の面積を大きくすることが可能となった。同時
に電極の面積を大きくしたので、電極を流れる電流に対
して充分な電極の断面積を保持したまま電極の厚みを薄
くすることが可能となって電極の柔軟性を増すことが可
能となった。そのため、外部からの曲げや捻りによる応
力を直接熱電素子と電極の接合部（例えば半田付け部
分）等に付加されることを軽減することが出来る。また
電極を広く大きくしたことにより、熱伝導面積が大きく
なったので、電極と基板の間に介在する接合部（例えば
接着剤層）による熱抵抗を軽減する事が出来、熱的ロス
を軽減することが出来る。

【００１６】また、人体へ直接装着する場合の触感を向
上させる目的等で、熱伝導率が５［Ｗ／ｍ．Ｋ］以下の
部材を被吸熱面に接する部分に用いて前記吸熱部を構成
しても、前記電極面積を大きくしたことによる熱的ロス
改善効果や、熱電素子を従来より分散して配置するよう
にしたので、被冷却面に接する吸熱面の温度分布の不均
一性を改善することが出来る。

【００１７】さらに、放熱部を吸熱部に対し伸縮し得る
構造とすることにより、吸熱部の加熱冷却による膨張伸
縮の差を、伸縮構造によって逃がすことが出来る。この
放熱部の構造としては、網状に構成された熱良導体の部
分を有するもの、綿状に構成された熱良導体（例．スチ
ールウール）の部分を有するもの、螺旋状に構成された
熱良導体の部分を有するもの、波板状に構成された熱良
導体の部分を有するもの等がある。ここで、波板状の部
分に穴または切り欠き有するように構成すると、更に放
熱での通気性を改善し、放熱の効率を上げることが出来
る。

【００１８】また、放熱部を吸熱部に対し複数に分割し
てお互いに離隔して設けても、上記同様に、吸熱部と放
熱部の加熱冷却による膨張伸縮の差を、分割構造によっ
て逃がすことが出来る。

【００１９】さらに、前記導電体は、接合される一対の
熱電素子と熱電素子の間で、機械的強度を小さくした部
分を設けることにより、曲面を有する部位に接着する場
合に、電極が曲がる応力が熱電素子の電極への接合部に
直接付加されることを軽減し、熱電素子の破壊を防止す
ることが出来る。

【００２０】また、熱電素子を互いに電気絶縁性及び熱
不良導体性を有する部材で連結することで、熱電素子を
電極に接合する場合に、電極上への載置を効率的に行う
ことが出来、生産性が向上する。さらに、熱電素子の外
周が熱不良導体によって補強されるので、電子冷却・加
熱装置を被冷却・加熱物に装着固定するとき、或は装着
後被冷却・加熱物の放熱部に加わる不用意な衝撃力が抑
制され、熱電素子の破損を防ぐことが出来る。同様に、
熱不良導体からなる支持部材とＰ型熱電半導体とＮ型熱
電半導体とを混在して、熱不良導性及び電気絶縁性を有
する連結部材によって接合し、前記電極で電気的に直列
となるように接合したものを、放熱部または吸熱部に接
合するようにしても、電子冷却・加熱装置を被加熱冷却
物に装着固定するとき、或いは装着後被加熱冷却物の放
熱部に加わる不用意な衝撃力を、支持部材や熱電素子に
接合固定された熱不良導体によって分担するため、熱電
素子に加わる荷重が抑制され熱電素子の破損を防ぐこと
が出来る。

【００２１】さらに、前記吸熱部と放熱部との間を、熱
不良導体によって連結接合された複数の熱不良導体から
なる支持部材によって支持することにより、組立に手間
が掛からず熱電素子に加わる荷重や衝撃力を抑制するこ
とが出来る。

【００２２】また、Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体
を、熱不良導体及び電気絶縁性を有する部材によって接
合し、前記電極で電気的に接合したもので、所定の間隔
でお互いに嵌合し、電気的結合を得る構造を有する様に
することで、連続的に生産することが可能となり、生産
性が向上する。

【００２３】さらに、前記Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半
導体を、所定の配置で、電気絶縁性及び熱不良導性を有
する部材で連続的に接合して複数対配置し、前記電極で
電気的に直列となるように接合したものを、耐湿性封止
材を塗布するか或いは耐湿性封止材に浸積した後、放熱
部または吸熱部に接合する様にすることで、熱電素子近
傍に湿気を寄せ付けず、熱電素子の構成金属が電気的腐
食を起こさないため、冷却不能に陥ることを防ぐことが
出来る。

【００２４】また、熱不良導体からなる支持部材とＰ型
熱電半導体とＮ型熱電半導体を混在して、熱不良導体に
よって連続的に複数対接合し、前記電極で電気的に直列
となるよう接合したものを、耐湿性封止材を塗布するか
或いは耐湿性封止材に浸積した後、放熱部または吸熱部
に接合するようにすることで、同様の防湿効果が得られ
るばかりでなく、支持部材によって、熱電素子に付加さ
れる衝撃等の応力を軽減することが出来る。吸熱部と放
熱部の間にあって前記熱電素子の周囲を密閉する熱不良
導体からなる耐湿性封止部材を設ける様にしても、同様
に防湿効果を得ることが出来る。

【００２５】また、前記耐湿性封止部材は耐湿性弾性枠
体とすれば組立が容易で、同様の防湿効果を得ることが
出来る。吸熱部と放熱部の少なくとも何れか一方に嵌合
手段で嵌合して吸熱部と放熱部との間に耐湿性封止部材
を配置し、耐湿性封止部材を吸熱部及び放熱部に耐湿性
接着剤で接着するようにすれば、組立が容易で、さらに
確実な防湿効果を得ることが出来る。

【００２６】さらに、吸熱部を可撓性部材とすること
で、曲面に装着することが可能となる。また、可撓性の
素材を用いた保護ベースに装着することで、曲面等に装
着することが可能な上、外部からの衝撃等を防止し、使
用上の取扱性を向上することが出来る。さらに、屈曲可
能な状態に連続して連結された保護ベースに装着し、吸
熱部に可撓性部材を用いることで、曲面等に装着するこ
とが可能な上、外部からの衝撃等を防止し、使用上の取
扱性を向上することが出来る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２８】〔１〕電子冷却・加熱装置の第１の構成図１は本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第１の構
成を示す。この図の（１）は平面図、（２）は側面図、
（３）は正面図である。また、図２（１）は図１（３）
のＡ−Ａから見たものであり、図２（２）は図１（３）
のＢ−Ｂから見たものである。さらに、図３（１）、
（２）は放熱側基板の正面図と下面図であり、図３
（３）、（４）は放熱フィンの正面図と下面図である。

【００２９】この電子冷却・加熱装置において、吸熱側
基板１は例えば熱伝導率が０．８［Ｗ／ｍ・Ｋ］を有す
るシリコン系のゴム板により構成されている。また、放
熱側基板５は、例えば厚さが１ｍｍのアルミ板に陽極酸
化皮膜処理を施して表面を電気絶縁性とし、さらに封口
処理を施したものである。吸熱側電極２及び放熱側電極
４は、例えば表面にニッケルメッキを施した厚さ０．１
５ｍｍの銅板を図２（１）、（２）に示す形状にプレス
加工で打ち抜いたものである。

【００３０】吸熱側電極２は、吸熱側基板１に図２
（１）に示す配置で熱良導性接着剤を用いて接着する。
放熱側電極４は、放熱側基板５に図２（２）に示す配置
で熱良導性接着剤を用いて接着する。放熱側基板５の上
には、例えば厚さが０．０５ｍｍのアルミ板を、図１
（３）のように波板状（屏風状）に折り曲げた放熱フィ
ン６を所定の配置で熱良導性接着剤を用いて接着する。
吸熱側電極２と放熱側電極４の所定の部位にはクリーム
状の半田ペーストを印刷する。そして、吸熱側基板１と
放熱側基板５との間には、図２に示す配置で、例えば直
径２ｍｍ、厚さ１．８ｍｍに形成された丸棒状の熱電素
子３（Ｐ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体）を挟持し、
図１の状態でリフロー加熱炉により半田付け接合を行
う。

【００３１】図示しないリード線を電極の両端に接合
し、図示しない電源より直流電圧を供給することによ
り、吸熱及び発熱作用を起こすことができる。供給する
電圧の極性を反転すれば、吸熱側と発熱側が反転する。

【００３２】上記のように構成した電子冷却・加熱装置
では放熱部が伸縮できるので、図４に示すように曲げて
使用することができる。また、熱電素子を広い範囲に分
散して用いているが、放熱部が伸縮できる構造のため、
熱膨張・収縮により熱電素子の電極への接合部へ付加さ
れる応力が軽減される。さらに、シリコンゴムのような
熱伝導性の低い部材を用いて吸熱部を構成しても、大き
な電極面積の作用により、電熱効率が高くすることがで
きるので、被冷却面に接する吸熱部の温度分布を比較的
均一にすることができる。また、図示しないベルト等を
両端に設ければ、人体の腕、頚部、額等、曲面を有する
部位に装着感を損なわずに取り付けることが可能とな
る。ここで、放熱フィン６の波板の部分に所定の配置で
穴又は切り欠きを設ければ通気性が向上するので、放熱
効率を向上させることができる。なお、便宜上、図４及
び図６〜図９では吸熱側電極と放熱側電極の図示を省略
する。

【００３３】〔２〕電子冷却・加熱装置の第２の構成図５及び図６は本発明を適用した電子冷却・加熱装置の
第２の構成を示す。図６において、図４と対応する部分
には、図４に付した符号と同一の符号が付してある。

【００３４】ここでは吸熱側基板として、図５に示すよ
うな熱伝導率が約０．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］のアクリル系の
粘着テープを用いる。そして、剥離紙１３を剥がした上
に、吸熱側の銅電極２を図２（１）のように配置して接
着した後、第１の実施の形態と同様にリフロー加熱炉に
より半田付け接合する。これを、図６に示すように、所
定の形状に形成したバネ鋼２１に接着し、さらに装着感
を与えるための被覆２２を被覆することで構成した。

【００３５】このように構成することにより、第１の構
成と同様の効果を奏する電子冷却・加熱装置が得られ
る。また、所定の形状を保った曲面を有するので、人体
の腕や、頚部、額等にベルト等を用いることなく簡単に
装着することが可能である。

【００３６】〔３〕電子冷却・加熱装置の第３の構成図７は本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第３の構
成を示す。この図の（１）は平面図、（１）は側面図、
（３）は正面図である。

【００３７】ここでは放熱部６ａを熱良導性の繊維或い
は条を網状に編んだ物、又は綿状に形成した物（グラス
ウール等）を用いて構成した。このように構成すると、
放熱部はあらゆる方向に伸縮可能となるので、さらに広
い範囲に熱電素子を分散配置することが可能となる。ま
た、このことにより吸熱部を３次元の曲面にも装着する
ことが可能となる。さらに、人体等の個体差がある曲面
にも馴染み易くなる。そして、被冷却部への密着性が向
上して熱伝導性が向上し、装着感も向上する。〔４〕電子冷却・加熱装置の第４の構成図８は本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第４の構
成を示す。この図の（１）は平面図、（１）は側面図、
（３）は正面図である。

【００３８】ここでは放熱フィン６ｂ熱電素子３毎に分
離するとともに、放熱側基板と放熱フィン６ｂとを同一
材料で一体的に構成した。このように構成しても、第１
の構成と同様な効果を得ることができる。

【００３９】〔５〕電子冷却・加熱装置の第５の構成図９は本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第４の構
成を示す。この図の（１）は平面図、（１）は側面図、
（３）は正面図である。

【００４０】ここでは放熱部６ｃを、熱良導性の線或い
は条を螺旋状に巻回したものを用いて構成した。このよ
うに構成しても、第１の構成と同様な効果が得られる。

【００４１】〔６〕熱電素子の配置例図１０は本発明を
適用した熱電冷却・加熱装置における電極と熱電素子と
の配置関係の例を示す。この図に示すように、熱電素子
３の幅Ｃに対してその水平方向の配列ピッチＤ及び垂直
方向の配列ピッチＥとの間には、Ｄ＞２ＣＥ＞２Ｃの関係がある。すなわち、熱電素子３の配列ピッチはそ
の幅の２倍よりも大きくなっている。

【００４２】また、電極の面積Ｆ・Ｇと熱電素子３の面
積πＣ²／４との間には、Ｆ・Ｇ＞２・２・（πＣ²／４）＝πＣ² の関係がある。すなわち、電極２の面積は電極２上の２
個の熱電素子３の面積の和の２倍よりも大きい。

【００４３】〔７〕熱電素子の別の配置例図１１は本発明を適用した熱電冷却・加熱装置における
電極と熱電素子との配置関係の別の例を示す。ここで
は、電気絶縁性と熱不良導性を有する材料で構成した支
持体３１を熱電素子３の隣に配置した。この支持体３１
は熱電素子３と同一の長さに形成されており、吸熱側電
極及び放熱側電極に熱不良導性接着剤によって接着され
る。

【００４４】この構成によれば、組立の際、或いは被冷
却体に装着されるとき、或いは使用時に加わる衝撃や予
期せぬ応力等を支持体３１で受けることができるので、
熱電素子３の破壊を防止することができる。なお、支持
体３１はこの図に示すような内部が中空（管状）のもの
ではなく、棒状に形成してもよい。

【００４５】ここでも熱電素子３の幅とその配列ピッ
チ、電極２の面積と電極２上の熱電素子３と支持体３１
の面積の和との間には、図１０と同様の関係がある。

【００４６】〔８〕電極の別の構成例図１２は吸熱側電極の別の３個の構成例を示す。この３
個の構成例は吸熱側電極に機械的強度の低い部分を設け
たものである。すなわち、図１２（１）では電極２ａの
中央部に幅の狭い部分３２を設けた。また、図１２
（２）では電極２ｂの中央部に穴３３を設けた。そし
て、図１２（３）、（４）では電極２ｃの中央部に薄い
部分３４を設けた。

【００４７】このように構成すると、吸熱部を曲げて使
用するときに、電極の機械的強度の低い部分に曲げの力
が集中し、熱電素子の電極への接合部に曲げによる応力
が及ぶのを回避することができるので、熱電素子の破壊
を防止することができる。

【００４８】

〔９〕熱電素子ユニットの構成例図１３〜図１６は熱電素子３を電気絶縁性及び熱不良導
性を有する連結部材３５で、予め所定の配置で互いに連
結したものである。また、図１４では熱電素子３と支持
体３１を連結部材３５で連結した。さらに、図１５では
熱電素子３と支持体３１を連結部材３５で連結し、この
連結部材３５を折り曲げてＸとＸの部分の２箇所で切り
欠きにより互いに固定している。そして、図１６では熱
電素子３を連結部材３５で連結するとともに、それを折
り曲げたときに電極２ｄと電極２ｅが互いに嵌合して電
気的結合を得るように構成した。なお、図１６では嵌合
する箇所を１つだけ図示したが、実際には所定の間隔毎
に多数の箇所で嵌合するように構成する。

【００４９】図１３のように構成すると、熱電素子３を
電極上に配置して半田付けする際、作業が容易で生産性
が向上する。また、熱電素子３の外面が熱不良導体の連
結部材３５で補強されているため、熱電素子３の破壊を
より効果的に防止することができる。図１４〜図１５の
ように構成すると、図１３の構成による効果に加えて、
さらに図１１の構成の効果が得られる。図１６のように
構成すると、さらに熱電素子３の数に関わらず、連続的
に部品を生産することが可能となり、生産性が向上す
る。

【００５０】ここで、図１７を参照しながら熱電素子３
を連結部材３５で予め連結する方法について説明する。
この図において、まずプラスチックフィルム３５Ａを真
空成形法を用いて、所定の間隔で細長い収容部３５Ｂを
持った容器状に形成する。次にこの収容部３５Ｂの所定
の位置に、予め棒状に製造した熱電半導体３を載置す
る。次いで前記プラスチックフィルム３５Ａ、熱電半導
体３、及び収容部３５Ｂに電気絶縁性及び熱不良導性を
有する熱硬化性接着剤３５Ｃを充填塗布する。次にこの
上からプラスチックフィルムで構成したカバー３５Ｄを
重ね合わせる。次にこれらを加熱して接着剤３５Ｃを硬
化させ、プラスチックフィルム３５Ａ、熱電半導体３、
及びカバー３５Ｄを接着する。次に所定の間隔をおいて
連続的に積層した切断刃３６により、これらプラスチッ
クフィルム３５Ａ、熱電半導体３、接着剤３５Ｃ、及び
カバー３５Ｄを所定の長さに分割切断する。この状態の
ものを熱電半導体列３７とする。熱電半導体列３７は洗
浄した後、巻き取る。

【００５１】〔１０〕防湿加工を施した熱電素子ユニッ
トの構成例図１８〜図２１は防湿加工を施した熱電素子ユニットの
構成例を示す。

【００５２】図１８では、Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半
導体からなる熱電素子３を、所定の配置で、電気絶縁性
及び熱不良導性を有する連結部材３５で連続的に接合す
る（図１３参照）。そして、吸熱側電極２及び放熱側電
極４で電気的に直列になるように接続したものに、耐湿
性封止材３８を塗布するか、又は耐湿性封止材３８に浸
漬した後、放熱部及び吸熱部に接合する。

【００５３】このように構成すると、電気的腐食を防ぐ
べき最小部分だけに連続的に防湿加工を施すことができ
るため、防湿材（耐湿性封止材）の節約ができるとと
も、取扱が容易で確実に防湿加工を施すことができ、生
産性が極めて高い。

【００５４】同様に図１９は、Ｐ型熱電半導体とＮ型熱
電半導体からなる熱電素子３と熱不良導体からなる支持
部材３５とを所定の配置で混在させたものを電気絶縁性
及び熱不良導性を有する連結部材３５で連続的に接合す
る（図１４参照）。そして、吸熱側電極２及び放熱側電
極４で電気的に直列になるように接続したものに、耐湿
性封止材３８を塗布するか、又は耐湿性封止材３８に浸
漬した後、放熱部及び吸熱部に接合する。

【００５５】このように構成すると、連続的に部品状態
で防湿加工が出来る。また、支持体３１が一体となって
いるので、組立の際、或いは被冷却体に装着する際、或
いは使用時に付加される衝撃や予期せぬ応力等を支持体
３１で受けることが出来る。さらに、熱電素子の外面が
熱不良導体で補強されているため、熱電素子の破壊をよ
り効果的に防止できる。したがって、組立が容易で生産
性を高めることができる。

【００５６】図２０では吸熱側基板１と放熱側基板５と
の間に、熱電素子３の周囲を密閉する熱不良導体からな
る耐湿性封止部材３９を設けた。この構成ににより、電
気的腐食を防止すること出来るので、熱電素子の故障を
防止することができる。この耐湿性封止部材３９を耐湿
性弾性体枠で構成してもよい。

【００５７】図２１では吸熱側電極２ｄと２ｅを嵌合さ
せて電気的結合を得るようにしたもの（図１６参照）に
耐湿性封止材３８を塗布するか、又は耐湿性封止材３８
に浸漬した後、放熱部及び吸熱部に接合するものであ
る。

【００５８】なお、便宜上、図１８、図１９、及び図２
１では、熱電素子３の配列間隔が熱電素子３の幅の２倍
以下になっているが、実際には２倍を越える間隔で配置
することは言うまでもない。

【００５９】〔１１〕可撓性保護ベースに装着した熱電
素子ユニット図２２は吸熱部を可撓性部材で構成し、放熱部６、熱電
素子３、及び電極２を金属製の保護ベース４０に装着す
る。そして、複数の保護ベース４０の間を例えば時計ベ
ルト状の連結金具４１で連結する。このように構成する
と、曲面等に装着することが可能となる上、外部からの
衝撃等から熱電素子に付加される応力を阻止し、使用上
の取扱性を向上させることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば放熱部を吸熱部に対して伸縮可能に構成したの
で、放熱部と吸熱部の熱応力による阻止破壊を防止する
ことができる。

【００６１】また、熱電素子を配置する間隔を長くした
ので、熱電素子が広い範囲に分散した配置される。この
ため、電極面積を広くすることができる。そして、電極
を広く、かつ薄くすることができるので、電極が曲がり
やすくなる。このため、外部から付加される応力により
曲げられるような場合でも、熱電素子と電極との接合部
に応力が集中することを防止し、熱電素子の破壊を抑制
することができる。

【００６２】さらに、吸熱部を可撓性を有する部材で構
成したので、人体等の曲面を有する部位に容易に装着す
ることができる。

【００６３】また、支持部材や連結部材を設けることに
より、外部からの衝撃等による破壊を防止することがで
きる。

【００６４】さらに、防湿剤や防湿部材による封止を行
ったので、電気的腐食による電子加熱・冷却装置の動作
不良を防止することができる。

【００６５】そして、保護ケースに内装することで、取
扱が容易になり、信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第１の
構成を示す図である。

【図２】図１（３）のＡ−Ａ及びＢ−Ｂから見た図であ
る。

【図３】図１の放熱側基板及び放熱フィンの正面図と下
面図である。

【図４】図１の電子冷却・加熱装置の使用例を示す図で
ある。

【図５】本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第２の
構成における吸熱側基板の断面図である。

【図６】本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第２の
構成を示す図である。

【図７】本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第３の
構成を示す図である。

【図８】本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第４の
構成を示す図である。

【図９】本発明を適用した電子冷却・加熱装置の第５の
構成を示す図である。

【図１０】本発明を適用した熱電冷却・加熱装置におけ
る電極と熱電素子との配置関係の例を示す図である。

【図１１】本発明を適用した熱電冷却・加熱装置におけ
る電極と熱電素子との配置関係の別の例を示す図である

【図１２】吸熱側電極に機械的強度の低い部分を設けた
構成例である。

【図１３】熱電素子を電気絶縁性及び熱不良導性を有す
る連結部材で連結した構成例を示す図である。

【図１４】熱電素子と熱不良導体からなる支持部材とを
混在して、熱不良導性及び電気絶縁性を有する連結部材
によって連結した構成例を示す図である。

【図１５】熱電素子と熱不良導体からなる支持部材とを
混在して、熱不良導性及び電気絶縁性を有する連結部材
によって連結する際に連結部材同志を嵌合させた構成例
を示す図である。

【図１６】熱電素子を電気絶縁性及び熱不良導性を有す
る連結部材で連結し、電極で電気的に接合した電極同志
をお互いに嵌合した構成例を示す図である。

【図１７】熱電素子を連結部材で予め連結する方法を説
明する図である。

【図１８】防湿加工を施した熱電素子ユニットの第１の
構成例を示す図である。

【図１９】防湿加工を施した熱電素子ユニットの第２の
構成例を示す図である。

【図２０】防湿加工を施した熱電素子ユニットの第３の
構成例を示す図である。

【図２１】防湿加工を施した熱電素子ユニットの第４の
構成例を示す図である。

【図２２】可撓性性保護ベースに装着した熱電素子ユニ
ットの構成例を示す図である。

【図２３】従来の熱電冷却・加熱装置の構成を示す図で
ある。

【図２４】吸熱側と放熱側の温度差により膨張・収縮が
起こる様子を示す図である。

【符号の説明】

１…吸熱側基板、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ…
吸熱側電極、３…熱電素子、４…放熱側電極、５…放熱
側基板、６，６ｂ…放熱フィン、６ａ…網状放熱部、６
ｃ…螺旋状放熱部、１１…ライナー、１２…粘着剤、１
３…剥離紙、２１…バネ鋼、２２…被覆材、３１…支持
部材、３２…幅の狭い部分、３３…穴、３４…薄い部
分、３５…連結部材、３８…耐湿性封止材、３９…耐湿
性封止部材、４０…保護ベース。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体よりな
る熱電素子を、熱電素子の幅の２倍よりも大きなピッチ
で複数対配置し、前記Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体の両端面に、これ
ら端面を接合する面積の２倍よりも大きな面積を有する
導電材を接合し、前記導電材を吸熱部と放熱部とに接合したことを特徴と
する電子冷却・加熱装置。
【請求項２】前記吸熱部は、熱伝導率が５［Ｗ／ｍ・
Ｋ］以下の部材を被吸熱面に接する部分に用いて構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の電子冷却・
加熱装置。
【請求項３】放熱部を吸熱部に対し伸縮し得る構造と
したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子冷却
・加熱装置。
【請求項４】放熱部を吸熱部に対し複数に分割して互
いに離隔して設けたことを特徴とする請求項１又は２に
記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項５】前記放熱部は、網状に構成された熱良導
体の部分を有することを特徴とする請求項３に記載の電
子冷却・加熱装置。
【請求項６】前記放熱部は、綿状に構成された熱良導
体の部分を有することを特徴とする請求項３に記載の電
子冷却・加熱装置。
【請求項７】前記放熱部は、螺旋状に構成された熱良
導体の部分を有することを特徴とする請求項３に記載の
電子冷却・加熱装置。
【請求項８】前記放熱部は、波板状に構成された熱良
導体の部分を有することを特徴とする請求項３に記載の
電子冷却・加熱装置。
【請求項９】前記放熱部は、波板状に構成された熱良
導体の部分を有し、その波板状の部分に穴または切り欠
きを有することを特徴とする請求項８に記載の電子冷却
・加熱装置。
【請求項１０】前記導電材は、接合される一対の熱電
素子と熱電素子の間で、機械的強度を小さくした部分を
有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に
記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項１１】前記熱電素子を電気絶縁性で熱不良導
体の連結部材で互いに連結したことを特徴とする請求項
１〜１０のいずれか１項に記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項１２】前記吸熱部と放熱部との間を、熱不良
導体の連結部材によって接合された複数の熱不良導体か
らなる支持部材によって支持することを特徴とする請求
項１〜１１のいずれか１項に記載の電子冷却・加熱装
置。
【請求項１３】熱不良導体からなる支持部材とＰ型熱
電半導体とＮ型熱電半導体とを混在して、熱不良導性及
び電気絶縁性を有する連結部材によって連結し、前記電
極で電気的に直列となるよう接合したものを、前記放熱
部又は吸熱部に接合したことを特徴とする請求項１〜１
２のいずれか１項に記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項１４】前記電極は、所定の間隔で互いに嵌合
し、電気的結合を得る構造を有することを特徴とする請
求項１〜１３のいずれか１項に記載の電子冷却・加熱装
置。
【請求項１５】前記Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体
とを、所定の配置で、電気絶縁性及び熱不良導性を有す
る部材で連続的に接合して複数対配置し、前記電極で電
気的に直列となるよう接合したものを、耐湿性封止材を
塗布あるいは耐湿性封止材に浸積した後、前記放熱部ま
たは吸熱部に接合することを特徴とする請求項１〜１４
のいずれか１項に記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項１６】熱不良導体からなる支持部材とＰ型熱
電半導体とＮ型熱電半導体とを混在して、熱不良導性及
び可撓性を有する部材によって連続的に複数対接合し、
前記電極で電気的に直列となるよう接合したものを、耐
湿性封止材を塗布するか又は耐湿性封止材に浸積した
後、前記放熱部または吸熱部に接合することを特徴とす
る請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電子冷却・加
熱装置。
【請求項１７】熱不良導体からなる耐湿性封止部材を
前記吸熱部と放熱部の間にあって前記熱電素子の周囲を
密封するように設けたことを特徴とする請求項１〜１４
のいずれか１項に記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項１８】前記耐湿性封止部材は耐湿性弾性体枠
である請求項１７に記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項１９】前記吸熱部と放熱部の少なくとも一方
に嵌合して吸熱部と放熱部との間に耐湿性封止部材を配
置し、この耐湿性封止部材を前記吸熱部及び放熱部に耐
湿性接着剤で接着してなることを特徴とする請求項１２
に記載の電子冷却・加熱装置。
【請求項２０】ベースとなる部材が屈曲可能であるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電
子冷却・加熱装置。
【請求項２１】屈曲可能な素材を用いた保護ベースに
装着したことを特徴とする請求項２０に記載の電子冷却
・加熱装置。
【請求項２２】屈曲可能な状態に連続して連結された
保護ベースに装着したことを特徴とする請求項２０に記
載の電子冷却・加熱装置。