JP2002359405A - 熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並びに熱電素子配列ユニットを用いた熱電モジュール - Google Patents
熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並びに熱電素子配列ユニットを用いた熱電モジュールInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 p型とn型の熱電素子を複数配置した熱電素
子配列ユニットを容易に製造する。 【解決手段】 p型素子固定嵌合用貫通孔33を複数配
列形成した櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサ15aと、
n型素子固定嵌合用貫通孔34を複数配列形成した櫛歯
形状の第2の絶縁性スペーサ15bを有し、第1の絶縁
性スペーサ15aのp型素子固定嵌合用貫通孔33にそ
れぞれp型の熱電素子1aを挿通固定し、第2の絶縁性
スペーサ15bのn型素子固定嵌合用貫通孔34にそれ
ぞれn型の熱電素子1bを挿通固定し、第1の絶縁性ス
ペーサ1aの櫛歯35の隙間に第2の絶縁性スペーサ1
5bの櫛歯36を嵌合し、p型の熱電素子1aとn型の
熱電素子1bとを隣り合わせに交互に配置する。
子配列ユニットを容易に製造する。 【解決手段】 p型素子固定嵌合用貫通孔33を複数配
列形成した櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサ15aと、
n型素子固定嵌合用貫通孔34を複数配列形成した櫛歯
形状の第2の絶縁性スペーサ15bを有し、第1の絶縁
性スペーサ15aのp型素子固定嵌合用貫通孔33にそ
れぞれp型の熱電素子1aを挿通固定し、第2の絶縁性
スペーサ15bのn型素子固定嵌合用貫通孔34にそれ
ぞれn型の熱電素子1bを挿通固定し、第1の絶縁性ス
ペーサ1aの櫛歯35の隙間に第2の絶縁性スペーサ1
5bの櫛歯36を嵌合し、p型の熱電素子1aとn型の
熱電素子1bとを隣り合わせに交互に配置する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流を通電するこ
とにより冷却・加熱を行うペルチェ素子や、発電を生じ
せしめるゼーベック素子等の熱電素子を配列してユニッ
ト化した熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並び
に熱電素子配列ユニットを用いた熱電モジュールに関す
るものである。
とにより冷却・加熱を行うペルチェ素子や、発電を生じ
せしめるゼーベック素子等の熱電素子を配列してユニッ
ト化した熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並び
に熱電素子配列ユニットを用いた熱電モジュールに関す
るものである。
【0002】
【背景技術】熱電素子として一般的に知られているペル
チェ素子は、ビスマス・テルル等の金属間化合物にアン
チモン、セレン等の元素を添加することにより、p、n
型素子を形成し、このp、n型素子を注入電極を介在さ
せ交互に直列に並べ、該直列素子の両端に、電圧を印加
し、電流を流すことにより、素子と電極界面で冷却・加
熱効果を生ぜしめる素子であり、図11の(a)、
(b)に示す構成をとる。
チェ素子は、ビスマス・テルル等の金属間化合物にアン
チモン、セレン等の元素を添加することにより、p、n
型素子を形成し、このp、n型素子を注入電極を介在さ
せ交互に直列に並べ、該直列素子の両端に、電圧を印加
し、電流を流すことにより、素子と電極界面で冷却・加
熱効果を生ぜしめる素子であり、図11の(a)、
(b)に示す構成をとる。
【0003】また、ペルチェ素子の具体的構成は、p、
nの熱電素子1を直列に接続する電極2等を形成した厚
さ0.3〜1mm程度のアルミナ(Al2O3)等のセ
ラミック薄板等からなる絶縁性基板3、4を上下に対向
して配置し、上記基板3、4間に直径0.6〜3mm程
度、長さ0.5〜3mm程度のp型、n型のビスマス・
テルル等からなる熱電素子1を配置してなる。なお、こ
れら熱電素子1と、電極2間や、リード素子電極5間は
図示しない半田等により固定されている。図中、6はリ
ード端子である。
nの熱電素子1を直列に接続する電極2等を形成した厚
さ0.3〜1mm程度のアルミナ(Al2O3)等のセ
ラミック薄板等からなる絶縁性基板3、4を上下に対向
して配置し、上記基板3、4間に直径0.6〜3mm程
度、長さ0.5〜3mm程度のp型、n型のビスマス・
テルル等からなる熱電素子1を配置してなる。なお、こ
れら熱電素子1と、電極2間や、リード素子電極5間は
図示しない半田等により固定されている。図中、6はリ
ード端子である。
【0004】熱電素子1は従来、以下の二つの方法で作
られることが一般的である。 インゴット切断法:Bi2Te3にセレン、アンチモン
等の元素を適当量添加して、図示しない700℃〜90
0℃に保たれた融液からブリッジマン炉等を用いて直径
数十センチのインゴットを図15(a)に示すように作
製し、更にこれをウェハ状にスライシングし、更に図1
5(b)に示すように、該ウェハ8を、ダイサー9等の
切断手段により切断して上記所定寸法に素子1を形成す
る。尚、p型、n型の素子1はそれぞれ合金組成を調整
して別個に作成される。
られることが一般的である。 インゴット切断法:Bi2Te3にセレン、アンチモン
等の元素を適当量添加して、図示しない700℃〜90
0℃に保たれた融液からブリッジマン炉等を用いて直径
数十センチのインゴットを図15(a)に示すように作
製し、更にこれをウェハ状にスライシングし、更に図1
5(b)に示すように、該ウェハ8を、ダイサー9等の
切断手段により切断して上記所定寸法に素子1を形成す
る。尚、p型、n型の素子1はそれぞれ合金組成を調整
して別個に作成される。
【0005】型内成長法:図12(a)の斜視図に示す
ようにカーボンやアルミナ等からなる二つ割の成形型1
0を合わせ、図示しない位置決め・固定手段により固定
し、図13のようにBi2Te3にセレン、アンチモン
等の元素を適当量添加した700℃〜900℃に保たれ
た融液11に浸漬し、融液から成形型10を引き上げる
ことにより、図12(b)に示す角柱或いは円柱状の素
子を得る。得られた素子は、図14に示すように、図示
しない固定治具に取りつけられた後、長さ0.5〜3m
m程度の所定寸法に切断してモジュールに組み込む熱電
素子1とする。なお、Bi2Te3にセレンを添加する
ことによりp型の熱電素子材料となり、Bi2Te3に
アンチモンを添加することによりn型の熱電素子材料と
なる。
ようにカーボンやアルミナ等からなる二つ割の成形型1
0を合わせ、図示しない位置決め・固定手段により固定
し、図13のようにBi2Te3にセレン、アンチモン
等の元素を適当量添加した700℃〜900℃に保たれ
た融液11に浸漬し、融液から成形型10を引き上げる
ことにより、図12(b)に示す角柱或いは円柱状の素
子を得る。得られた素子は、図14に示すように、図示
しない固定治具に取りつけられた後、長さ0.5〜3m
m程度の所定寸法に切断してモジュールに組み込む熱電
素子1とする。なお、Bi2Te3にセレンを添加する
ことによりp型の熱電素子材料となり、Bi2Te3に
アンチモンを添加することによりn型の熱電素子材料と
なる。
【0006】次に熱電素子1を組み立てて熱電モジュー
ルを作成する方法について示すが、従来以下の二つの製
造方法(組立て方法)が採られていた。 直接組立て法:図16に示すように、アルミナ等のセラ
ミック製の整列治具12を、あらかじめ電極2を形成
し、更に半田をメッキ等により形成したアルミナ等から
なる回路基板4の上に載せ、所定寸法に切断されたp及
びn型熱電素子1を交互に整列治具12の配列孔13内
に入れて並べ、トンネル炉内で熱電素子1と基板4の電
極2間を固定する。固定後、整列治具12を外し、上側
に回路基板3を載せ、同様の方法で熱処理し、半田等で
固定することで熱電モジュールを作成する。
ルを作成する方法について示すが、従来以下の二つの製
造方法(組立て方法)が採られていた。 直接組立て法:図16に示すように、アルミナ等のセラ
ミック製の整列治具12を、あらかじめ電極2を形成
し、更に半田をメッキ等により形成したアルミナ等から
なる回路基板4の上に載せ、所定寸法に切断されたp及
びn型熱電素子1を交互に整列治具12の配列孔13内
に入れて並べ、トンネル炉内で熱電素子1と基板4の電
極2間を固定する。固定後、整列治具12を外し、上側
に回路基板3を載せ、同様の方法で熱処理し、半田等で
固定することで熱電モジュールを作成する。
【0007】スペーサ組立て法:熱電素子1を、図17
(a)に示すように所定の本数に対応する貫通孔14を
設けた薄板のセラミックやガラス/エポキシ樹脂等から
なる絶縁性スペーサ15を複数枚、所定の距離離間して
配置し、p型、n型の素子1を棒状のまま、交互に突き
通し、エポキシ接着剤を、貫通孔14と熱電素子1間に
塗布し、硬化させることにより固定する。しかる後、切
断治具(図示せず)にスペーサごと、一体化体を装着
し、図17(b)に示すように、ダイシングソー等の切
断手段により熱電素子1を切断線16に沿って切断し、
図9に示す熱電素子配列ユニット(絶縁性スペーサ15
に複数のp型とn型の熱電素子1が交互に配列固定され
たスペーサ/素子複合体)17を作る。かかる工程の
後、熱電素子配列ユニット17の上下に前記、直接組み
立て法と同様の半田固定法により基板3、4を配置し、
図9(b)に示す熱電モジュールを得る。
(a)に示すように所定の本数に対応する貫通孔14を
設けた薄板のセラミックやガラス/エポキシ樹脂等から
なる絶縁性スペーサ15を複数枚、所定の距離離間して
配置し、p型、n型の素子1を棒状のまま、交互に突き
通し、エポキシ接着剤を、貫通孔14と熱電素子1間に
塗布し、硬化させることにより固定する。しかる後、切
断治具(図示せず)にスペーサごと、一体化体を装着
し、図17(b)に示すように、ダイシングソー等の切
断手段により熱電素子1を切断線16に沿って切断し、
図9に示す熱電素子配列ユニット(絶縁性スペーサ15
に複数のp型とn型の熱電素子1が交互に配列固定され
たスペーサ/素子複合体)17を作る。かかる工程の
後、熱電素子配列ユニット17の上下に前記、直接組み
立て法と同様の半田固定法により基板3、4を配置し、
図9(b)に示す熱電モジュールを得る。
【0008】尚、Bi2Te3をベースとする熱電素子
1は、銅や銀からなる電極材と直接、半田付けにより良
好な電気的・機械的接続をすることが困難なため、通
常、熱電素子1の両端部にNi.Auメッキ等を用いる
ことが多いが、この場合、図10に示すように、熱電素
子1の中間部に、メッキレジスト等を形成する絶縁のた
めのコーティング18を設けメッキ19が形成される。
1は、銅や銀からなる電極材と直接、半田付けにより良
好な電気的・機械的接続をすることが困難なため、通
常、熱電素子1の両端部にNi.Auメッキ等を用いる
ことが多いが、この場合、図10に示すように、熱電素
子1の中間部に、メッキレジスト等を形成する絶縁のた
めのコーティング18を設けメッキ19が形成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】インゴット切断法や型
内成長法のいずれにおいても、小径・短尺の熱電素子1
をp、nそれぞれに切断して作る方法においては、端部
にメッキを行う際に、両端子間のメッキ短絡が生じやす
い問題点があった。そのために図10に示すように中間
部にメッキが付着することを防止するためのレジストコ
ーティング18を一本、一本確実に施し、又、熱電素子
1の放熱特性を損じることが無いようにメッキ後に、こ
のコーティング18を完全に除去することを行っていた
が、工程が煩雑であり、かつコーティング18の完全被
覆・除去のために多大な工数がかかる問題点があった。
内成長法のいずれにおいても、小径・短尺の熱電素子1
をp、nそれぞれに切断して作る方法においては、端部
にメッキを行う際に、両端子間のメッキ短絡が生じやす
い問題点があった。そのために図10に示すように中間
部にメッキが付着することを防止するためのレジストコ
ーティング18を一本、一本確実に施し、又、熱電素子
1の放熱特性を損じることが無いようにメッキ後に、こ
のコーティング18を完全に除去することを行っていた
が、工程が煩雑であり、かつコーティング18の完全被
覆・除去のために多大な工数がかかる問題点があった。
【0010】また、型内成長法により作成した多数の熱
電素子1を図17に示すように、絶縁性スペーサ15の
貫通孔14に挿入していく方法においては、該Bi2T
e3合金が極めて脆く、かつ小応力に対して変形しやす
い性質を持つため、1mm以下の素子1については貫通
孔自体を1.2mm以上にとる必要があり、熱電モジュ
ールの素子冷却面での均熱性を保持するための条件であ
る素子1の高密度配列が困難であるという問題点があっ
た。
電素子1を図17に示すように、絶縁性スペーサ15の
貫通孔14に挿入していく方法においては、該Bi2T
e3合金が極めて脆く、かつ小応力に対して変形しやす
い性質を持つため、1mm以下の素子1については貫通
孔自体を1.2mm以上にとる必要があり、熱電モジュ
ールの素子冷却面での均熱性を保持するための条件であ
る素子1の高密度配列が困難であるという問題点があっ
た。
【0011】また、この方法ではスペーサ15があるた
めに熱電素子の両端の短絡現象は生じない利点はある
が、スペーサ15と貫通孔14を一体化するためのエポ
キシ接着剤の塗布・乾燥・硬化に時間がかかる欠点と放
熱性を損なわないために行うはみ出し部分のエポキシ樹
脂除去が困難である欠点を有している。
めに熱電素子の両端の短絡現象は生じない利点はある
が、スペーサ15と貫通孔14を一体化するためのエポ
キシ接着剤の塗布・乾燥・硬化に時間がかかる欠点と放
熱性を損なわないために行うはみ出し部分のエポキシ樹
脂除去が困難である欠点を有している。
【0012】更に、いずれの方法においてもp、n素子
1を手作業で交互に配列することは極めて面倒であり、
自動化するために高価な部品挿入・配設機を使用せざる
を得なく、又、この場合でも、一個一個の配列に時間が
かかる問題点があった。
1を手作業で交互に配列することは極めて面倒であり、
自動化するために高価な部品挿入・配設機を使用せざる
を得なく、又、この場合でも、一個一個の配列に時間が
かかる問題点があった。
【0013】本発明においては、p、n各熱電素子を切
断したり、個別に挿入することなく、又、メッキ短絡が
生じにくく、更にエポキシ樹脂等を用いることなく、多
数本の熱電素子を容易に、かつ、高密度に配列すること
が可能な熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並び
に熱電素子ユニットを用いた熱電モジュールを提供する
ことを目的とする。
断したり、個別に挿入することなく、又、メッキ短絡が
生じにくく、更にエポキシ樹脂等を用いることなく、多
数本の熱電素子を容易に、かつ、高密度に配列すること
が可能な熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並び
に熱電素子ユニットを用いた熱電モジュールを提供する
ことを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のような構成をもって、課題を解決する
手段としている。すなわち、第1の発明の熱電素子配列
ユニットは、櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサと櫛歯形
状の第2の絶縁性スペーサとを有し、前記第1の絶縁性
スペーサのそれぞれの櫛歯には1つ以上のp型素子固定
嵌合用貫通孔が配列形成されて該p型素子固定嵌合用貫
通孔にはそれぞれp型の熱電素子が挿通固定され、前記
第2の絶縁性スペーサのそれぞれの櫛歯には1つ以上の
n型素子固定嵌合用貫通孔が配列形成されて該n型素子
固定嵌合用貫通孔にはそれぞれn型の熱電素子が挿通固
定されており、前記第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間
に前記第2の絶縁性スペーサの櫛歯が嵌合して前記p型
の熱電素子と前記n型の熱電素子とが隣り合わせに交互
に配置されている構成をもって課題を解決する手段とし
ている。
するために、次のような構成をもって、課題を解決する
手段としている。すなわち、第1の発明の熱電素子配列
ユニットは、櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサと櫛歯形
状の第2の絶縁性スペーサとを有し、前記第1の絶縁性
スペーサのそれぞれの櫛歯には1つ以上のp型素子固定
嵌合用貫通孔が配列形成されて該p型素子固定嵌合用貫
通孔にはそれぞれp型の熱電素子が挿通固定され、前記
第2の絶縁性スペーサのそれぞれの櫛歯には1つ以上の
n型素子固定嵌合用貫通孔が配列形成されて該n型素子
固定嵌合用貫通孔にはそれぞれn型の熱電素子が挿通固
定されており、前記第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間
に前記第2の絶縁性スペーサの櫛歯が嵌合して前記p型
の熱電素子と前記n型の熱電素子とが隣り合わせに交互
に配置されている構成をもって課題を解決する手段とし
ている。
【0015】また、第2の発明の熱電素子配列ユニット
は、上記第1の発明の構成に加え、前記第1の絶縁性ス
ペーサと第2の絶縁性スペーサは互いに間隔を介して嵌
合配置されている構成をもって課題を解決する手段とし
ている。
は、上記第1の発明の構成に加え、前記第1の絶縁性ス
ペーサと第2の絶縁性スペーサは互いに間隔を介して嵌
合配置されている構成をもって課題を解決する手段とし
ている。
【0016】さらに、第3の発明の熱電素子配列ユニッ
トは、上記第1又は第2の発明の構成に加え、前記第1
と第2の絶縁性スペーサの櫛歯は櫛歯の基端部から斜め
方向に伸設形成されている構成をもって課題を解決する
手段としている。
トは、上記第1又は第2の発明の構成に加え、前記第1
と第2の絶縁性スペーサの櫛歯は櫛歯の基端部から斜め
方向に伸設形成されている構成をもって課題を解決する
手段としている。
【0017】さらに、第4の発明の熱電素子配列ユニッ
トの製造方法は、複数のp型素子固定嵌合用貫通孔を備
えた櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサと、複数のn型素
子固定嵌合用貫通孔を備えた櫛歯形状の第2の絶縁性ス
ペーサとを用意し、前記第1の絶縁性スペーサに形成さ
れた複数のp型素子固定嵌合用貫通孔に対応する貫通孔
を備えた少なくとも一対のp型素子成形手段を、孔位置
を合わせて前記第1の絶縁性スペーサの表裏両面に重ね
合わせ着脱自在に一体化することでp型素子形成積層体
を形成し、該p型素子形成積層体をp型素子の材料の融
液に浸漬してp型素子形成積層体の孔に融液を充填さ
せ、然る後に冷却硬化してp型の熱電素子をp型素子形
成積層体の前記孔内に成形し、然る後に前記p型素子成
形手段を第1の絶縁性スペーサから取り除いて複数のp
型の熱電素子を第1の絶縁性スペーサに配列形成する工
程と、前記第2の絶縁性スペーサに形成された複数のn
型素子固定嵌合用貫通孔に対応する貫通孔を備えた少な
くとも一対のn型素子成形手段を、孔位置を合わせて前
記第2の絶縁性スペーサの表裏両面に重ね合わせ着脱自
在に一体化することでn型素子形成積層体を形成し、該
素子形成積層体をn型素子の材料の融液に浸漬してn型
素子形成積層体の孔に融液を充填させ、然る後に冷却硬
化してn型の熱電素子をn型素子形成積層体の前記孔内
に成形し、然る後に前記n型素子成形手段を第2の絶縁
性スペーサから取り除いて複数のn型の熱電素子を第2
の絶縁性スペーサに配列形成する工程とを有し、しかる
後に、前記第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に前記第
2の絶縁性スペーサの櫛歯を嵌合して前記p型の熱電素
子と前記n型の熱電素子とを隣り合わせに交互に配置す
る構成をもって課題を解決する手段としている。
トの製造方法は、複数のp型素子固定嵌合用貫通孔を備
えた櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサと、複数のn型素
子固定嵌合用貫通孔を備えた櫛歯形状の第2の絶縁性ス
ペーサとを用意し、前記第1の絶縁性スペーサに形成さ
れた複数のp型素子固定嵌合用貫通孔に対応する貫通孔
を備えた少なくとも一対のp型素子成形手段を、孔位置
を合わせて前記第1の絶縁性スペーサの表裏両面に重ね
合わせ着脱自在に一体化することでp型素子形成積層体
を形成し、該p型素子形成積層体をp型素子の材料の融
液に浸漬してp型素子形成積層体の孔に融液を充填さ
せ、然る後に冷却硬化してp型の熱電素子をp型素子形
成積層体の前記孔内に成形し、然る後に前記p型素子成
形手段を第1の絶縁性スペーサから取り除いて複数のp
型の熱電素子を第1の絶縁性スペーサに配列形成する工
程と、前記第2の絶縁性スペーサに形成された複数のn
型素子固定嵌合用貫通孔に対応する貫通孔を備えた少な
くとも一対のn型素子成形手段を、孔位置を合わせて前
記第2の絶縁性スペーサの表裏両面に重ね合わせ着脱自
在に一体化することでn型素子形成積層体を形成し、該
素子形成積層体をn型素子の材料の融液に浸漬してn型
素子形成積層体の孔に融液を充填させ、然る後に冷却硬
化してn型の熱電素子をn型素子形成積層体の前記孔内
に成形し、然る後に前記n型素子成形手段を第2の絶縁
性スペーサから取り除いて複数のn型の熱電素子を第2
の絶縁性スペーサに配列形成する工程とを有し、しかる
後に、前記第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に前記第
2の絶縁性スペーサの櫛歯を嵌合して前記p型の熱電素
子と前記n型の熱電素子とを隣り合わせに交互に配置す
る構成をもって課題を解決する手段としている。
【0018】さらに、第5の発明の熱電モジュールは、
上記第1又は第2又は第3の発明の熱電素子配列ユニッ
トが上下の基板間に配設され、各熱電素子の端部が上下
の各基板側の電極に接続されてp型の熱電素子とn型の
熱電素子とが交互に直列接続されている構成をもって課
題を解決する手段としている。
上記第1又は第2又は第3の発明の熱電素子配列ユニッ
トが上下の基板間に配設され、各熱電素子の端部が上下
の各基板側の電極に接続されてp型の熱電素子とn型の
熱電素子とが交互に直列接続されている構成をもって課
題を解決する手段としている。
【0019】本発明の熱電素子配列ユニットにおいて、
櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサのそれぞれの櫛歯には
1つ以上のp型素子固定嵌合用貫通孔が配列形成されて
該p型素子固定嵌合用貫通孔にはそれぞれp型の熱電素
子が挿通固定され、前記第2の絶縁性スペーサのそれぞ
れの櫛歯には1つ以上のn型素子固定嵌合用貫通孔が配
列形成されて該n型素子固定嵌合用貫通孔にはそれぞれ
p型の熱電素子が挿通固定されている。
櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサのそれぞれの櫛歯には
1つ以上のp型素子固定嵌合用貫通孔が配列形成されて
該p型素子固定嵌合用貫通孔にはそれぞれp型の熱電素
子が挿通固定され、前記第2の絶縁性スペーサのそれぞ
れの櫛歯には1つ以上のn型素子固定嵌合用貫通孔が配
列形成されて該n型素子固定嵌合用貫通孔にはそれぞれ
p型の熱電素子が挿通固定されている。
【0020】そして、前記第1の絶縁性スペーサの櫛歯
の隙間に前記第2の絶縁性スペーサの櫛歯が嵌合して、
前記p型の熱電素子と前記n型の熱電素子とが隣り合わ
せに交互に配置されて本発明の熱電素子配列ユニットが
形成されている。
の隙間に前記第2の絶縁性スペーサの櫛歯が嵌合して、
前記p型の熱電素子と前記n型の熱電素子とが隣り合わ
せに交互に配置されて本発明の熱電素子配列ユニットが
形成されている。
【0021】上記のように、本発明の熱電素子配列ユニ
ットは、第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に前記第2
の絶縁性スペーサの櫛歯を嵌合して形成されているもの
であり、本発明の熱電素子配列ユニットの製造方法のよ
うに、第1、第2の絶縁性スペーサの素子固定嵌合用貫
通孔にそれぞれ複数のp型、n型の熱電素子を成形し
て、その状態で、第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に
前記第2の絶縁性スペーサの櫛歯を嵌合して形成できる
ので、本発明の熱電素子配列ユニットは容易に製造可能
である。
ットは、第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に前記第2
の絶縁性スペーサの櫛歯を嵌合して形成されているもの
であり、本発明の熱電素子配列ユニットの製造方法のよ
うに、第1、第2の絶縁性スペーサの素子固定嵌合用貫
通孔にそれぞれ複数のp型、n型の熱電素子を成形し
て、その状態で、第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に
前記第2の絶縁性スペーサの櫛歯を嵌合して形成できる
ので、本発明の熱電素子配列ユニットは容易に製造可能
である。
【0022】つまり、本発明の熱電素子配列ユニットに
あっては、第1、第2の絶縁性スペーサにそれぞれ形成
されたp型、n型の素子固定嵌合用貫通孔壁面とp型、
n型の熱電素子の固定は、溶融状態の熱電素子材料が固
体化する凝固の固定力で固定されるので、接着剤の使用
は不要となる。
あっては、第1、第2の絶縁性スペーサにそれぞれ形成
されたp型、n型の素子固定嵌合用貫通孔壁面とp型、
n型の熱電素子の固定は、溶融状態の熱電素子材料が固
体化する凝固の固定力で固定されるので、接着剤の使用
は不要となる。
【0023】したがって、本発明の熱電素子配列ユニッ
トにおいては、接着剤を用いることによる接着剤塗布、
乾燥等の煩雑、非効率性の作業から開放されるととも
に、接着剤による放熱性の阻害要因も取り除かれるの
で、信頼性の高い高品質の熱電素子配列ユニットを低コ
ストで提供でき、この熱電素子配列ユニットを使用した
熱電モジュールの信頼性、高性能化が図れ、併せて、生
産性改善の低コスト化が達成可能となる。
トにおいては、接着剤を用いることによる接着剤塗布、
乾燥等の煩雑、非効率性の作業から開放されるととも
に、接着剤による放熱性の阻害要因も取り除かれるの
で、信頼性の高い高品質の熱電素子配列ユニットを低コ
ストで提供でき、この熱電素子配列ユニットを使用した
熱電モジュールの信頼性、高性能化が図れ、併せて、生
産性改善の低コスト化が達成可能となる。
【0024】また、本発明の熱電素子配列ユニットは、
第1と第2の配列ユニットを上記のように別工程で形成
することができるものであるため、例えば1つの絶縁性
スペーサにp型熱電素子とn型熱電素子の両方を挿通固
定する場合よりも容易に熱電素子配列ユニットを形成で
きる。
第1と第2の配列ユニットを上記のように別工程で形成
することができるものであるため、例えば1つの絶縁性
スペーサにp型熱電素子とn型熱電素子の両方を挿通固
定する場合よりも容易に熱電素子配列ユニットを形成で
きる。
【0025】つまり、例えば1つの絶縁性スペーサにp
型熱電素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合に
は、細心の注意が必要となり、また、一方側の熱電素子
を絶縁性スペーサの貫通孔に形成する際、他方の熱電素
子の材料が付着等しないようにマスキングする必要があ
るが、本発明においてはマスキングが不要となり、熱電
素子配列ユニットの製造が容易となる。
型熱電素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合に
は、細心の注意が必要となり、また、一方側の熱電素子
を絶縁性スペーサの貫通孔に形成する際、他方の熱電素
子の材料が付着等しないようにマスキングする必要があ
るが、本発明においてはマスキングが不要となり、熱電
素子配列ユニットの製造が容易となる。
【0026】また、一方の熱電素子を形成後、マスキン
グをした状態で他方の熱電素子形成用に熱電素子の材料
の融液に、先に形成した熱電素子を浸漬することによっ
て、先に形成した熱電素子特性に悪影響を与える心配も
無くなり、熱電素子配列ユニットの歩留まりを向上させ
ることができる。
グをした状態で他方の熱電素子形成用に熱電素子の材料
の融液に、先に形成した熱電素子を浸漬することによっ
て、先に形成した熱電素子特性に悪影響を与える心配も
無くなり、熱電素子配列ユニットの歩留まりを向上させ
ることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づき説明する。なお、以下の説明において、従来例
と共通の構成部分には共通の符号を付して、重複説明は
省略又は簡略化する。図1の(a)には、本発明に係る
熱電素子配列ユニットの一実施形態例が分解状態で示さ
れており、同図の(b)には、この実施形態例の熱電素
子配列ユニット17の平面図が、同図の(c)には同図
の(b)のA−A’断面図が、それぞれ示されている。
に基づき説明する。なお、以下の説明において、従来例
と共通の構成部分には共通の符号を付して、重複説明は
省略又は簡略化する。図1の(a)には、本発明に係る
熱電素子配列ユニットの一実施形態例が分解状態で示さ
れており、同図の(b)には、この実施形態例の熱電素
子配列ユニット17の平面図が、同図の(c)には同図
の(b)のA−A’断面図が、それぞれ示されている。
【0028】同図の(a)に示すように、本実施形態例
の熱電素子配列ユニット17は、櫛歯形状の第1の絶縁
性スペーサ15(15a)と櫛歯形状の第2の絶縁性ス
ペーサ15(15b)とを有している。第1、第2の絶
縁性スペーサ15(15a,15b)は、いずれも、厚
さ0.1〜1mm程度のセラミック等の耐熱基板からな
る。第1の絶縁性スペーサ15aの櫛歯35の基端部3
0は直角2辺に形成され、第2の絶縁性スペーサ15b
の櫛歯36の基端部31も直角2辺に形成されている。
の熱電素子配列ユニット17は、櫛歯形状の第1の絶縁
性スペーサ15(15a)と櫛歯形状の第2の絶縁性ス
ペーサ15(15b)とを有している。第1、第2の絶
縁性スペーサ15(15a,15b)は、いずれも、厚
さ0.1〜1mm程度のセラミック等の耐熱基板からな
る。第1の絶縁性スペーサ15aの櫛歯35の基端部3
0は直角2辺に形成され、第2の絶縁性スペーサ15b
の櫛歯36の基端部31も直角2辺に形成されている。
【0029】なお、図6の(a)には、本実施形態例の
熱電素子配列ユニット17を構成する第2の絶縁性スペ
ーサ15bの平面図が示され、同図の(b)には第1の
絶縁性スペーサ15aの平面図が示されている。
熱電素子配列ユニット17を構成する第2の絶縁性スペ
ーサ15bの平面図が示され、同図の(b)には第1の
絶縁性スペーサ15aの平面図が示されている。
【0030】第1の絶縁性スペーサ15aの櫛歯35
は、基端部30から斜め方向に伸設形成されており、そ
れぞれの櫛歯35には、1つ以上のp型素子固定嵌合用
貫通孔33が配列形成されている。該p型素子固定嵌合
用貫通孔33は、それぞれ、例えば直径が0.6mmに
形成されており、図1の(a)に示すように、p型素子
固定嵌合用貫通孔33にそれぞれp型の熱電素子1(1
a)が挿通固定されて第1の配列ユニット41が形成さ
れている。
は、基端部30から斜め方向に伸設形成されており、そ
れぞれの櫛歯35には、1つ以上のp型素子固定嵌合用
貫通孔33が配列形成されている。該p型素子固定嵌合
用貫通孔33は、それぞれ、例えば直径が0.6mmに
形成されており、図1の(a)に示すように、p型素子
固定嵌合用貫通孔33にそれぞれp型の熱電素子1(1
a)が挿通固定されて第1の配列ユニット41が形成さ
れている。
【0031】また、第2の絶縁性スペーサ15bの櫛歯
36は、基端部31から斜め方向に伸設形成されてお
り、それぞれの櫛歯36には、1つ以上のn型素子固定
嵌合用貫通孔34が配列形成されている。該n型素子固
定嵌合用貫通孔34は、それぞれ、例えば直径が0.6
mmに形成されており、n型素子固定嵌合用貫通孔34
にそれぞれp型の熱電素子1(1b)が挿通固定されて
第2の配列ユニット42が形成されている。
36は、基端部31から斜め方向に伸設形成されてお
り、それぞれの櫛歯36には、1つ以上のn型素子固定
嵌合用貫通孔34が配列形成されている。該n型素子固
定嵌合用貫通孔34は、それぞれ、例えば直径が0.6
mmに形成されており、n型素子固定嵌合用貫通孔34
にそれぞれp型の熱電素子1(1b)が挿通固定されて
第2の配列ユニット42が形成されている。
【0032】本実施形態例の熱電素子配列ユニット17
は、図1の(b)に示すように、第1の配列ユニット4
1を構成する第1の絶縁性スペーサ15aの櫛歯35の
隙間に、第2のユニット42を構成する第2の絶縁性ス
ペーサ15bの櫛歯36が嵌合することにより形成さ
れ、それにより、p型の熱電素子1aとn型の熱電素子
1bとが隣り合わせに交互に配置され、かつ、第1の絶
縁性スペーサ15aの基端部30と第2の絶縁性スペー
サ15bの基端部31を辺とした四辺形状(四角形状)
に形成されている。
は、図1の(b)に示すように、第1の配列ユニット4
1を構成する第1の絶縁性スペーサ15aの櫛歯35の
隙間に、第2のユニット42を構成する第2の絶縁性ス
ペーサ15bの櫛歯36が嵌合することにより形成さ
れ、それにより、p型の熱電素子1aとn型の熱電素子
1bとが隣り合わせに交互に配置され、かつ、第1の絶
縁性スペーサ15aの基端部30と第2の絶縁性スペー
サ15bの基端部31を辺とした四辺形状(四角形状)
に形成されている。
【0033】また、本実施形態例の熱電素子配列ユニッ
ト17において、第1の絶縁性スペーサ15aと第2の
絶縁性スペーサ15bは互いに間隔を介して嵌合配置さ
れており、第1と第2の絶縁性スペーサ15a,15b
同士が接触して干渉することを抑制している。さらに、
本実施形態例において、p型の熱電素子1aとn型の熱
電素子1bは第1の絶縁性スペーサ15aと第2の絶縁
性スペーサ15bの表裏両面から突出している。
ト17において、第1の絶縁性スペーサ15aと第2の
絶縁性スペーサ15bは互いに間隔を介して嵌合配置さ
れており、第1と第2の絶縁性スペーサ15a,15b
同士が接触して干渉することを抑制している。さらに、
本実施形態例において、p型の熱電素子1aとn型の熱
電素子1bは第1の絶縁性スペーサ15aと第2の絶縁
性スペーサ15bの表裏両面から突出している。
【0034】本実施形態例の熱電素子配列ユニット17
は以上のように構成されており、次に、本実施形態例の
熱電素子配列ユニット17の製造方法について説明す
る。
は以上のように構成されており、次に、本実施形態例の
熱電素子配列ユニット17の製造方法について説明す
る。
【0035】図2の(a)に示すように、第1の絶縁性
スペーサ15aの表面側に、カーボン等により形成され
た耐熱性の成形上型21を配置し、第1の絶縁性スペー
サ15aの裏面側に、カーボン等により形成された耐熱
性の成形下型22を配置する。成形上型21と成形下型
22は第1の絶縁性スペーサ15aに形成された複数の
p型素子固定嵌合用貫通孔33に対応する貫通孔20を
備えた一対のp型素子成形手段として機能するものであ
り、例えば同じ厚みに形成されている。
スペーサ15aの表面側に、カーボン等により形成され
た耐熱性の成形上型21を配置し、第1の絶縁性スペー
サ15aの裏面側に、カーボン等により形成された耐熱
性の成形下型22を配置する。成形上型21と成形下型
22は第1の絶縁性スペーサ15aに形成された複数の
p型素子固定嵌合用貫通孔33に対応する貫通孔20を
備えた一対のp型素子成形手段として機能するものであ
り、例えば同じ厚みに形成されている。
【0036】成形上型21と成形下型22のそれぞれの
孔20の位置を第1の絶縁性スペーサ15aのp型素子
固定嵌合用貫通孔33に合わせて第1の絶縁性スペーサ
15aの表裏両面に重ね合わせ、着脱自在に一体化する
ことで、図2の(b)に示すようにp型素子形成積層体
23を形成する。
孔20の位置を第1の絶縁性スペーサ15aのp型素子
固定嵌合用貫通孔33に合わせて第1の絶縁性スペーサ
15aの表裏両面に重ね合わせ、着脱自在に一体化する
ことで、図2の(b)に示すようにp型素子形成積層体
23を形成する。
【0037】なお、p型素子形成積層体23は、成形下
型22と第1の絶縁性スペーサ15aと成形上型21を
適宜の保持手段(図示せず)を用いて機械的に一体化
し、分解可能に保持して形成されるものであり、例えば
成形上型21と成形下型22の四隅に形成した孔32に
ピン(図示せず)を嵌合する等の方法により保持され
る。
型22と第1の絶縁性スペーサ15aと成形上型21を
適宜の保持手段(図示せず)を用いて機械的に一体化
し、分解可能に保持して形成されるものであり、例えば
成形上型21と成形下型22の四隅に形成した孔32に
ピン(図示せず)を嵌合する等の方法により保持され
る。
【0038】そして、p型素子形成積層体23を、上側
開口のハウジング43に装着した状態で、図3の(a)
に示すように、p型素子の材料の融液11(11a)を
収容した融液浴26に浸漬してp型素子形成積層体23
の孔に融液11aを充填させる。
開口のハウジング43に装着した状態で、図3の(a)
に示すように、p型素子の材料の融液11(11a)を
収容した融液浴26に浸漬してp型素子形成積層体23
の孔に融液11aを充填させる。
【0039】なお、上記ハウジング43は、カーボン等
の耐熱性の材料により形成し、融液浴26は例えばグラ
ファイト等により箱状に形成し、p型素子の材料の融液
11aは、Bi2Te3にSb2Te3を固溶させて生
成したp型の熱電素子材料を700〜800℃に加温・
溶融させて形成する。
の耐熱性の材料により形成し、融液浴26は例えばグラ
ファイト等により箱状に形成し、p型素子の材料の融液
11aは、Bi2Te3にSb2Te3を固溶させて生
成したp型の熱電素子材料を700〜800℃に加温・
溶融させて形成する。
【0040】その後の引き上げ冷却によって、p型の熱
電素子材料を冷却硬化してp型素子の熱電素子1aをp
型素子形成積層体23の前記孔内に成形し、p型素子形
成積層体23をハウジング43から外し、成形上型21
と成形下型22を第1の絶縁性スペーサ15aから取り
除いて、図3の(b)に示すように、複数のp型熱電素
子1aが第1の絶縁性スペーサ15aに配列された第1
の配列ユニット41を得る。
電素子材料を冷却硬化してp型素子の熱電素子1aをp
型素子形成積層体23の前記孔内に成形し、p型素子形
成積層体23をハウジング43から外し、成形上型21
と成形下型22を第1の絶縁性スペーサ15aから取り
除いて、図3の(b)に示すように、複数のp型熱電素
子1aが第1の絶縁性スペーサ15aに配列された第1
の配列ユニット41を得る。
【0041】なお、必要に応じ、成形上型21と成形下
型22を第1の絶縁性スペーサ15aから取り除く前に
p型の熱電素子1aの両面(上面と下面)の研磨を行な
い、p型の熱電素子1aの両端面にメッキを行う場合
は、第1の絶縁性スペーサ15aから成形下型22と成
形上型21を取り去る前に、前記研磨工程の後に、ニッ
ケルメッキ等を行う。
型22を第1の絶縁性スペーサ15aから取り除く前に
p型の熱電素子1aの両面(上面と下面)の研磨を行な
い、p型の熱電素子1aの両端面にメッキを行う場合
は、第1の絶縁性スペーサ15aから成形下型22と成
形上型21を取り去る前に、前記研磨工程の後に、ニッ
ケルメッキ等を行う。
【0042】また、上記第1の配列ユニット41を得る
工程と別の、以下に述べる工程により第2の配列ユニッ
ト42を得る。すなわち、図4の(a)に示すように、
第2の絶縁性スペーサ15bの表面側に、カーボン等に
より形成された耐熱性の成形上型51を配置し、第2の
絶縁性スペーサ15bの裏面側に、カーボン等により形
成された耐熱性の成形下型52を配置する。
工程と別の、以下に述べる工程により第2の配列ユニッ
ト42を得る。すなわち、図4の(a)に示すように、
第2の絶縁性スペーサ15bの表面側に、カーボン等に
より形成された耐熱性の成形上型51を配置し、第2の
絶縁性スペーサ15bの裏面側に、カーボン等により形
成された耐熱性の成形下型52を配置する。
【0043】成形上型51と成形下型52は第2の絶縁
性スペーサ15bに形成された複数のn型素子固定嵌合
用貫通孔34に対応する貫通孔50を備えた一対のn型
素子成形手段として機能するものであり、例えば同じ厚
みに形成されている。
性スペーサ15bに形成された複数のn型素子固定嵌合
用貫通孔34に対応する貫通孔50を備えた一対のn型
素子成形手段として機能するものであり、例えば同じ厚
みに形成されている。
【0044】成形上型51と成形下型52のそれぞれの
孔50の位置を第2の絶縁性スペーサ15bのn型素子
固定嵌合用貫通孔34に合わせて第2の絶縁性スペーサ
15bの表裏両面に重ね合わせ、着脱自在に一体化する
ことで、図4の(b)に示すようにn型素子形成積層体
24を形成する。
孔50の位置を第2の絶縁性スペーサ15bのn型素子
固定嵌合用貫通孔34に合わせて第2の絶縁性スペーサ
15bの表裏両面に重ね合わせ、着脱自在に一体化する
ことで、図4の(b)に示すようにn型素子形成積層体
24を形成する。
【0045】なお、n型素子形成積層体24は、成形下
型52と第2の絶縁性スペーサ15bと成形上型51を
適宜の保持手段(図示せず)を用いて機械的に一体化
し、分解可能に保持して形成されるものであり、例えば
成形上型51と成形下型52の四隅に形成した孔38に
ピン(図示せず)を嵌合する等の方法により保持され
る。
型52と第2の絶縁性スペーサ15bと成形上型51を
適宜の保持手段(図示せず)を用いて機械的に一体化
し、分解可能に保持して形成されるものであり、例えば
成形上型51と成形下型52の四隅に形成した孔38に
ピン(図示せず)を嵌合する等の方法により保持され
る。
【0046】そして、n型素子形成積層体24を上側開
口のハウジング43に装着した状態で、図5の(a)に
示すように、n型素子の材料の融液11(11b)を収
容した融液浴26に浸漬してn型素子形成積層体24の
孔に融液を充填させる。
口のハウジング43に装着した状態で、図5の(a)に
示すように、n型素子の材料の融液11(11b)を収
容した融液浴26に浸漬してn型素子形成積層体24の
孔に融液を充填させる。
【0047】なお、上記ハウジング43は、カーボン等
の耐熱性の材料により形成し、融液浴26は例えばグラ
ファイト等により箱状に形成し、n型素子の材料の融液
11bは、Bi2Te3にBi2Se3を固溶させて生
成したn型の熱電素子材料を700〜800℃に加温・
溶融させて形成する。
の耐熱性の材料により形成し、融液浴26は例えばグラ
ファイト等により箱状に形成し、n型素子の材料の融液
11bは、Bi2Te3にBi2Se3を固溶させて生
成したn型の熱電素子材料を700〜800℃に加温・
溶融させて形成する。
【0048】その後の引き上げ冷却によって、n型の熱
電素子材料を冷却硬化してn型素子の熱電素子1bをn
型素子形成積層体24の前記孔内に成形し、然る後にn
型素子形成積層体24をハウジング43から外し、成形
上型51と成形下型52を第2の絶縁性スペーサ15b
から取り除いて、図5の(b)に示すように、複数のn
型熱電素子1bが第1の絶縁性スペーサ15bに配列さ
れた第2の配列ユニット42を得る。
電素子材料を冷却硬化してn型素子の熱電素子1bをn
型素子形成積層体24の前記孔内に成形し、然る後にn
型素子形成積層体24をハウジング43から外し、成形
上型51と成形下型52を第2の絶縁性スペーサ15b
から取り除いて、図5の(b)に示すように、複数のn
型熱電素子1bが第1の絶縁性スペーサ15bに配列さ
れた第2の配列ユニット42を得る。
【0049】なお、必要に応じ、成形上型51と成形下
型52を第2の絶縁性スペーサ15bから取り除く前に
n型の熱電素子1bの両面(上面と下面)の研磨を行な
い、n型の熱電素子1bの両端面にメッキを行う場合
は、第2の絶縁性スペーサ15bから成形下型52と成
形上型51を取り去る前に、前記研磨工程の後に、ニッ
ケルメッキ等を行う。
型52を第2の絶縁性スペーサ15bから取り除く前に
n型の熱電素子1bの両面(上面と下面)の研磨を行な
い、n型の熱電素子1bの両端面にメッキを行う場合
は、第2の絶縁性スペーサ15bから成形下型52と成
形上型51を取り去る前に、前記研磨工程の後に、ニッ
ケルメッキ等を行う。
【0050】本実施形態例において、前記第1の配列ユ
ニット41を得る工程と、第2の配列ユニット42を得
る工程の順序は特に限定されるものではなく適宜設定さ
れるものであり、いずれか一方を先に行なっても良い
し、両方をそれぞれ同じタイミングで行なってもよい。
ニット41を得る工程と、第2の配列ユニット42を得
る工程の順序は特に限定されるものではなく適宜設定さ
れるものであり、いずれか一方を先に行なっても良い
し、両方をそれぞれ同じタイミングで行なってもよい。
【0051】そして、図1に示したように、第1の絶縁
性スペーサ15aの櫛歯35の隙間に第2の絶縁性スペ
ーサ15bの櫛歯36を嵌合することにより、p型の熱
電素子1aとn型の熱電素子1bとを隣り合わせに交互
に配置して、本実施形態例の熱電素子配列ユニット17
を得る。
性スペーサ15aの櫛歯35の隙間に第2の絶縁性スペ
ーサ15bの櫛歯36を嵌合することにより、p型の熱
電素子1aとn型の熱電素子1bとを隣り合わせに交互
に配置して、本実施形態例の熱電素子配列ユニット17
を得る。
【0052】本実施形態例の熱電素子配列ユニット17
は、上記のように、第1の配列ユニット41と第2の配
列ユニット42を個別に形成し、第1の絶縁性スペーサ
15aの櫛歯35の隙間に第2の絶縁性スペーサ15b
の櫛歯36を嵌合することにより製造するものであり、
p型とn型の熱電素子1a,1bが交互に規則正しく配
列された熱電素子配列ユニット17を容易に製造するこ
とができる。
は、上記のように、第1の配列ユニット41と第2の配
列ユニット42を個別に形成し、第1の絶縁性スペーサ
15aの櫛歯35の隙間に第2の絶縁性スペーサ15b
の櫛歯36を嵌合することにより製造するものであり、
p型とn型の熱電素子1a,1bが交互に規則正しく配
列された熱電素子配列ユニット17を容易に製造するこ
とができる。
【0053】また、本実施形態例の熱電素子配列ユニッ
ト17は、上記のように第1の配列ユニット41と第2
の配列ユニット42とを別工程で形成することができる
ものであるため、例えば1つの絶縁性スペーサにp型熱
電素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合よりも
容易に熱電素子配列ユニット17を形成できる。
ト17は、上記のように第1の配列ユニット41と第2
の配列ユニット42とを別工程で形成することができる
ものであるため、例えば1つの絶縁性スペーサにp型熱
電素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合よりも
容易に熱電素子配列ユニット17を形成できる。
【0054】つまり、例えば1つの絶縁性スペーサにp
型の熱電素子1aとn型の熱電素子1bの両方を挿通固
定する場合には、細心の注意が必要となり、また、一方
側の熱電素子1を絶縁性スペーサの貫通孔に形成する
際、他方の熱電素子1の材料が付着等しないようにマス
キングする必要があるが、本実施形態例においてはマス
キングが不要となり、熱電素子配列ユニット17の製造
が容易となる。
型の熱電素子1aとn型の熱電素子1bの両方を挿通固
定する場合には、細心の注意が必要となり、また、一方
側の熱電素子1を絶縁性スペーサの貫通孔に形成する
際、他方の熱電素子1の材料が付着等しないようにマス
キングする必要があるが、本実施形態例においてはマス
キングが不要となり、熱電素子配列ユニット17の製造
が容易となる。
【0055】また、一方の熱電素子1を形成後、マスキ
ングをした状態で他方の熱電素子形成用に熱電素子1の
材料の融液に、先に形成した熱電素子1を浸漬すること
によって、先に形成した熱電素子の特性に悪影響を与え
る心配も無くなる。
ングをした状態で他方の熱電素子形成用に熱電素子1の
材料の融液に、先に形成した熱電素子1を浸漬すること
によって、先に形成した熱電素子の特性に悪影響を与え
る心配も無くなる。
【0056】さらに、本実施形態例の熱電素子配列ユニ
ット17を構成する第1と第2の配列ユニット41,4
2は、第1、第2の絶縁性スペーサ15a,15bにそ
れぞれ形成されたp型素子固定嵌合用貫通孔33の壁面
とn型素子固定嵌合用貫通孔34の壁面と熱電素子1
a,1bの固定を、溶融状態の熱電素子材料が固体化す
る凝固の固定力で行なっているので、接着剤の使用は不
要となる。
ット17を構成する第1と第2の配列ユニット41,4
2は、第1、第2の絶縁性スペーサ15a,15bにそ
れぞれ形成されたp型素子固定嵌合用貫通孔33の壁面
とn型素子固定嵌合用貫通孔34の壁面と熱電素子1
a,1bの固定を、溶融状態の熱電素子材料が固体化す
る凝固の固定力で行なっているので、接着剤の使用は不
要となる。
【0057】したがって、本実施形態例の熱電素子配列
ユニット17においては、接着剤を用いることによる接
着剤塗布、乾燥等の煩雑、非効率性の作業から開放され
るとともに、接着剤による放熱性の阻害要因も取り除か
れるので、信頼性の高い高品質の熱電素子配列ユニット
17を低コストで提供でき、この熱電素子配列ユニット
17を使用した熱電モジュールの信頼性、高性能化が図
れ、併せて、生産性改善の低コスト化が達成できる。
ユニット17においては、接着剤を用いることによる接
着剤塗布、乾燥等の煩雑、非効率性の作業から開放され
るとともに、接着剤による放熱性の阻害要因も取り除か
れるので、信頼性の高い高品質の熱電素子配列ユニット
17を低コストで提供でき、この熱電素子配列ユニット
17を使用した熱電モジュールの信頼性、高性能化が図
れ、併せて、生産性改善の低コスト化が達成できる。
【0058】図7には、本実施形態例の熱電素子配列ユ
ニット17を用いて熱電モジュールを形成する方法が示
されており、同図に示すように、熱電素子配列ユニット
17を基板3,4間に配置し、基板側の電極2と熱電素
子1(1a,1b)の端面メッキ部分を半田接続するこ
とにより、熱電モジュールが得られる。
ニット17を用いて熱電モジュールを形成する方法が示
されており、同図に示すように、熱電素子配列ユニット
17を基板3,4間に配置し、基板側の電極2と熱電素
子1(1a,1b)の端面メッキ部分を半田接続するこ
とにより、熱電モジュールが得られる。
【0059】この際、図8の(a)に示すように、基板
4の角部に形成された2つのリード端子電極5には、そ
れぞれリード端子6が接続され、その後、同図の(b)
に示すように、基板3が熱電素子配列ユニット17上に
設けられ、同図の(c)に示すように、各熱電素子1
(1a,1b)の端部が上下の各基板3,4側の電極に
接続されてp型の熱電素子1aとn型の熱電素子1bと
を交互に直列接続した本発明の熱電モジュールを得る。
4の角部に形成された2つのリード端子電極5には、そ
れぞれリード端子6が接続され、その後、同図の(b)
に示すように、基板3が熱電素子配列ユニット17上に
設けられ、同図の(c)に示すように、各熱電素子1
(1a,1b)の端部が上下の各基板3,4側の電極に
接続されてp型の熱電素子1aとn型の熱電素子1bと
を交互に直列接続した本発明の熱電モジュールを得る。
【0060】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることなく様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記
実施形態例において、p型とn型の熱電素子1(1a,
1b)の両端面に導体メッキを施す方法を述べたが、熱
電素子1(1a,1b)の材料として半田接続性が良好
の材料が使用された場合は、このメッキ工程は省略する
ことも可能である。
ることなく様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記
実施形態例において、p型とn型の熱電素子1(1a,
1b)の両端面に導体メッキを施す方法を述べたが、熱
電素子1(1a,1b)の材料として半田接続性が良好
の材料が使用された場合は、このメッキ工程は省略する
ことも可能である。
【0061】また、上記実施形態例では、第1、第2の
絶縁性スペーサ15a,15bの基端部30,31は、
それぞれ直角2辺に形成され、第1、第2の絶縁性スペ
ーサ15a,15bの櫛歯35,36は、それぞれ、基
端部30,31から斜め方向に伸設形成されていたが、
第1、第2の絶縁性スペーサ15a,15bの基端部3
0,31は直線状に形成してもよいし、第1、第2の絶
縁性スペーサ15a,15bの櫛歯35,36は、それ
ぞれ、基端部30,31からほぼ垂直方向に伸設形成さ
れていてもよい。
絶縁性スペーサ15a,15bの基端部30,31は、
それぞれ直角2辺に形成され、第1、第2の絶縁性スペ
ーサ15a,15bの櫛歯35,36は、それぞれ、基
端部30,31から斜め方向に伸設形成されていたが、
第1、第2の絶縁性スペーサ15a,15bの基端部3
0,31は直線状に形成してもよいし、第1、第2の絶
縁性スペーサ15a,15bの櫛歯35,36は、それ
ぞれ、基端部30,31からほぼ垂直方向に伸設形成さ
れていてもよい。
【0062】このようにした場合でも、櫛歯35,36
の嵌合によりp型の熱電素子1aとn型の熱電素子1b
とを交互に配列して熱電素子配列ユニット17を得るこ
とができるし、熱電素子配列ユニット17の上下に配設
する基板側の電極の配置構成を適宜設定することによ
り、p型の熱電素子1aとn型の熱電素子1bとを交互
に直列接続すれば、本発明の熱電モジュールを構成する
ことができる。
の嵌合によりp型の熱電素子1aとn型の熱電素子1b
とを交互に配列して熱電素子配列ユニット17を得るこ
とができるし、熱電素子配列ユニット17の上下に配設
する基板側の電極の配置構成を適宜設定することによ
り、p型の熱電素子1aとn型の熱電素子1bとを交互
に直列接続すれば、本発明の熱電モジュールを構成する
ことができる。
【0063】ただし、第1、第2の絶縁性スペーサ15
a,15bの基端部30,31および櫛歯35,36の
構成を上記実施形態例のようにすると、四角形状の基板
面に沿って熱電素子1をより一層高密度に配列すること
ができ、効率的に動作可能な熱電モジュールを形成可能
にできるため、好ましい。
a,15bの基端部30,31および櫛歯35,36の
構成を上記実施形態例のようにすると、四角形状の基板
面に沿って熱電素子1をより一層高密度に配列すること
ができ、効率的に動作可能な熱電モジュールを形成可能
にできるため、好ましい。
【0064】
【発明の効果】本発明の熱電素子配列ユニットは、第1
の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に第2の絶縁性スペーサ
の櫛歯を嵌合することにより形成されているものであ
り、本発明の熱電素子配列ユニットの製造方法のよう
に、第1の絶縁性スペーサにp型の熱電素子を成形等に
より固定する工程と、第2の絶縁性スペーサにn型の熱
電素子を成形等により固定する工程とを別々に行なった
後、絶縁性スペーサ同士を嵌合して製造できるので、容
易に製造することができる。
の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に第2の絶縁性スペーサ
の櫛歯を嵌合することにより形成されているものであ
り、本発明の熱電素子配列ユニットの製造方法のよう
に、第1の絶縁性スペーサにp型の熱電素子を成形等に
より固定する工程と、第2の絶縁性スペーサにn型の熱
電素子を成形等により固定する工程とを別々に行なった
後、絶縁性スペーサ同士を嵌合して製造できるので、容
易に製造することができる。
【0065】つまり、本発明の熱電素子配列ユニットに
よれば、p型、n型の熱電素子は、それぞれ成形により
形成することができるので、p型、n型の熱電素子を個
別に切断、配列することが無く、したがって、素子配列
の誤りや、素子配列等の取り扱い時に素子が脆性破損す
る等の問題を除去でき、又、熱電素子の大きさが広いも
のも素子数の多いものもほぼ同一の時間で製造出きる
等、生産性が高い。
よれば、p型、n型の熱電素子は、それぞれ成形により
形成することができるので、p型、n型の熱電素子を個
別に切断、配列することが無く、したがって、素子配列
の誤りや、素子配列等の取り扱い時に素子が脆性破損す
る等の問題を除去でき、又、熱電素子の大きさが広いも
のも素子数の多いものもほぼ同一の時間で製造出きる
等、生産性が高い。
【0066】また、本発明の熱電素子配列ユニットによ
れば、熱電素子の径の小さなものの高密度配列が可能で
あり、熱電モジュールに使用した場合に、均一な冷却・
加熱効果が得られるため、通信用レーザダイオード等の
温度制御用のモジュールとして有効である。
れば、熱電素子の径の小さなものの高密度配列が可能で
あり、熱電モジュールに使用した場合に、均一な冷却・
加熱効果が得られるため、通信用レーザダイオード等の
温度制御用のモジュールとして有効である。
【0067】さらに、本発明の熱電素子配列ユニットに
よれば、熱電素子端面のメッキ等の端部処理が簡易であ
り、かつ、そのメッキ処理時に熱電素子の端部間周面へ
のコーティング処理が不要となり、また、メッキ後にそ
のコーティングを取り除く作業も不要となる。
よれば、熱電素子端面のメッキ等の端部処理が簡易であ
り、かつ、そのメッキ処理時に熱電素子の端部間周面へ
のコーティング処理が不要となり、また、メッキ後にそ
のコーティングを取り除く作業も不要となる。
【0068】さらに、本発明の熱電素子配列ユニットに
おいては、第1、第2の絶縁性スペーサの素子固定嵌合
用貫通孔に融液が直接接触し、素子固定嵌合用貫通孔内
面の微小突起(孔内壁面の凹凸)等に融液状の素子材料
が食い込んで、その後の冷却により素子材料が固体化す
ることによってp型、n型の熱電素子を第1、第2の絶
縁性スペーサの素子固定嵌合用貫通孔にそれぞれ凝固固
定することができるため、熱電素子と絶縁性スペーサと
の固定に接着剤等が不要であり、接着作業が省略できる
とともに、当然に従来例においては必要であった接着剤
のはみ出し部分の除去工程も省略できる。
おいては、第1、第2の絶縁性スペーサの素子固定嵌合
用貫通孔に融液が直接接触し、素子固定嵌合用貫通孔内
面の微小突起(孔内壁面の凹凸)等に融液状の素子材料
が食い込んで、その後の冷却により素子材料が固体化す
ることによってp型、n型の熱電素子を第1、第2の絶
縁性スペーサの素子固定嵌合用貫通孔にそれぞれ凝固固
定することができるため、熱電素子と絶縁性スペーサと
の固定に接着剤等が不要であり、接着作業が省略できる
とともに、当然に従来例においては必要であった接着剤
のはみ出し部分の除去工程も省略できる。
【0069】さらに、本発明の熱電素子配列ユニットに
よれば、熱電素子の長さを直接成長法に比べ短くするこ
とができるため、素子形成工程の時間を短くすることが
できる。
よれば、熱電素子の長さを直接成長法に比べ短くするこ
とができるため、素子形成工程の時間を短くすることが
できる。
【0070】さらに、本発明の熱電素子配列ユニット
は、第1の絶縁性スペーサにp型の熱電素子を成形等に
より固定する工程と、第2の絶縁性スペーサにn型の熱
電素子を成形等により固定する工程とを別々に行えるも
のであるため、例えば1つの絶縁性スペーサにp型熱電
素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合よりも容
易に熱電素子配列ユニットを形成できる。
は、第1の絶縁性スペーサにp型の熱電素子を成形等に
より固定する工程と、第2の絶縁性スペーサにn型の熱
電素子を成形等により固定する工程とを別々に行えるも
のであるため、例えば1つの絶縁性スペーサにp型熱電
素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合よりも容
易に熱電素子配列ユニットを形成できる。
【0071】つまり、例えば1つの絶縁性スペーサにp
型熱電素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合に
は、細心の注意が必要となり、また、一方側の熱電素子
を絶縁性スペーサの貫通孔に形成する際、他方の熱電素
子の材料が付着等しないようにマスキングする必要があ
るが、本発明の熱電素子配列ユニットにおいてはマスキ
ングが不要となり、熱電素子配列ユニットの製造が容易
となる。
型熱電素子とn型熱電素子の両方を挿通固定する場合に
は、細心の注意が必要となり、また、一方側の熱電素子
を絶縁性スペーサの貫通孔に形成する際、他方の熱電素
子の材料が付着等しないようにマスキングする必要があ
るが、本発明の熱電素子配列ユニットにおいてはマスキ
ングが不要となり、熱電素子配列ユニットの製造が容易
となる。
【0072】また、本発明の熱電素子配列ユニットにお
いては、一方の熱電素子を形成後、マスキングをした状
態で他方の熱電素子形成用に熱電素子の材料の融液に、
先に形成した熱電素子を浸漬することによって、先に形
成した熱電素子特性に悪影響を与える心配も無くなり、
熱電素子配列ユニットの歩留まりを向上させることがで
きる。
いては、一方の熱電素子を形成後、マスキングをした状
態で他方の熱電素子形成用に熱電素子の材料の融液に、
先に形成した熱電素子を浸漬することによって、先に形
成した熱電素子特性に悪影響を与える心配も無くなり、
熱電素子配列ユニットの歩留まりを向上させることがで
きる。
【0073】さらに、本発明の熱電素子配列ユニットに
おいて、第1の絶縁性スペーサと第2の絶縁性スペーサ
は互いに間隔を介して嵌合配設されている構成によれ
ば、第1の絶縁性スペーサと第2の絶縁性スペーサが干
渉し合うことを抑制できる。
おいて、第1の絶縁性スペーサと第2の絶縁性スペーサ
は互いに間隔を介して嵌合配設されている構成によれ
ば、第1の絶縁性スペーサと第2の絶縁性スペーサが干
渉し合うことを抑制できる。
【0074】さらに、本発明の熱電素子配列ユニットに
おいて、第1と第2の絶縁性スペーサの櫛歯は櫛歯の基
端部から斜め方向に伸設形成されている構成によれば、
絶縁性スペーサの面方向により高密度に熱電素子を配列
することができ、効率的に動作可能な熱電モジュールの
形成を図ることができる。
おいて、第1と第2の絶縁性スペーサの櫛歯は櫛歯の基
端部から斜め方向に伸設形成されている構成によれば、
絶縁性スペーサの面方向により高密度に熱電素子を配列
することができ、効率的に動作可能な熱電モジュールの
形成を図ることができる。
【0075】さらに、本発明の熱電素子配列ユニットの
製造方法によれば、上記優れた効果を奏する熱電素子配
列ユニットを確実に得ることができる。
製造方法によれば、上記優れた効果を奏する熱電素子配
列ユニットを確実に得ることができる。
【0076】さらに、本発明の熱電モジュールによれ
ば、上記優れた効果を奏する本発明の熱電素子配列ユニ
ットを用いて熱電モジュールを構成することにより、製
造が容易で歩留まりが高く、さらに、均一な冷却・加熱
効果を得られる、通信用レーザダイオード等の温度制御
用として適した優れた熱電モジュールを実現することが
できる。
ば、上記優れた効果を奏する本発明の熱電素子配列ユニ
ットを用いて熱電モジュールを構成することにより、製
造が容易で歩留まりが高く、さらに、均一な冷却・加熱
効果を得られる、通信用レーザダイオード等の温度制御
用として適した優れた熱電モジュールを実現することが
できる。
【図1】本発明に係る熱電素子配列ユニットの一実施形
態例の構成を示す説明図である。
態例の構成を示す説明図である。
【図2】上記実施形態例の熱電素子配列ユニットを構成
する第1の配列ユニットの製造工程を示す説明図であ
る。
する第1の配列ユニットの製造工程を示す説明図であ
る。
【図3】上記第1の配列ユニットの図2に続く製造工程
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図4】上記実施形態例の熱電素子配列ユニットを構成
する第2の配列ユニットの製造工程を示す説明図であ
る。
する第2の配列ユニットの製造工程を示す説明図であ
る。
【図5】上記第2の配列ユニットの図4に続く製造工程
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図6】上記実施形態例の熱電素子配列ユニットを構成
する第1の絶縁性スペーサと第2の絶縁性スペーサの平
面図である。
する第1の絶縁性スペーサと第2の絶縁性スペーサの平
面図である。
【図7】上記実施形態例の熱電素子配列ユニットを使用
した熱電モジュールの組立て状態を、リード端子を省略
して示す説明図である。
した熱電モジュールの組立て状態を、リード端子を省略
して示す説明図である。
【図8】上記実施形態例の熱電素子配列ユニットを使用
した熱電モジュールをリード端子取り付け状態で示す説
明図(a)、(b)と熱電モジュールの分解断面図
(c)である。
した熱電モジュールをリード端子取り付け状態で示す説
明図(a)、(b)と熱電モジュールの分解断面図
(c)である。
【図9】熱電素子配列ユニットを使用した熱電モジュー
ルの組立て状態例の説明図である。
ルの組立て状態例の説明図である。
【図10】熱電素子の両端にメッキを施す従来例の説明
図である。
図である。
【図11】一般的な熱電モジュールの組立て状況の説明
図である。
図である。
【図12】型内成長法による熱電素子の作製説明図であ
る。
る。
【図13】型内成長法による熱電素子の成長工程の説明
図である。
図である。
【図14】成長形成した熱電素子の材料を切断して所定
長さの熱電素子を形成する説明図である。
長さの熱電素子を形成する説明図である。
【図15】インゴット切断法による熱電素子の作製法の
説明図である。
説明図である。
【図16】熱電モジュールの直接組立て法の説明図であ
る。
る。
【図17】熱電モジュールのスペーサ組立て法の説明図
である。
である。
1,1a,1b 熱電素子 15,15a,15b 絶縁性スペーサ 17 熱電素子配列ユニット 21,51 成形上型 22,52 成形下型 23,24 素子形成積層体
Claims (5)
- 【請求項1】 櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサと櫛歯
形状の第2の絶縁性スペーサとを有し、前記第1の絶縁
性スペーサのそれぞれの櫛歯には1つ以上のp型素子固
定嵌合用貫通孔が配列形成されて該p型素子固定嵌合用
貫通孔にはそれぞれp型の熱電素子が挿通固定され、前
記第2の絶縁性スペーサのそれぞれの櫛歯には1つ以上
のn型素子固定嵌合用貫通孔が配列形成されて該n型素
子固定嵌合用貫通孔にはそれぞれn型の熱電素子が挿通
固定されており、前記第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙
間に前記第2の絶縁性スペーサの櫛歯が嵌合して前記p
型の熱電素子と前記n型の熱電素子とが隣り合わせに交
互に配置されていることを特徴とする熱電素子配列ユニ
ット。 - 【請求項2】 第1の絶縁性スペーサと第2の絶縁性ス
ペーサは互いに間隔を介して嵌合配置されていることを
特徴とする請求項1記載の熱電素子配列ユニット。 - 【請求項3】 第1と第2の絶縁性スペーサの櫛歯は櫛
歯の基端部から斜め方向に伸設形成されていることを特
徴とする請求項1または請求項2記載の熱電素子配列ユ
ニット。 - 【請求項4】 複数のp型素子固定嵌合用貫通孔を備え
た櫛歯形状の第1の絶縁性スペーサと、複数のn型素子
固定嵌合用貫通孔を備えた櫛歯形状の第2の絶縁性スペ
ーサとを用意し、前記第1の絶縁性スペーサに形成され
た複数のp型素子固定嵌合用貫通孔に対応する貫通孔を
備えた少なくとも一対のp型素子成形手段を、孔位置を
合わせて前記第1の絶縁性スペーサの表裏両面に重ね合
わせ着脱自在に一体化することでp型素子形成積層体を
形成し、該p型素子形成積層体をp型素子の材料の融液
に浸漬してp型素子形成積層体の孔に融液を充填させ、
然る後に冷却硬化してp型の熱電素子をp型素子形成積
層体の前記孔内に成形し、然る後に前記p型素子成形手
段を第1の絶縁性スペーサから取り除いて複数のp型の
熱電素子を第1の絶縁性スペーサに配列形成する工程
と、前記第2の絶縁性スペーサに形成された複数のn型
素子固定嵌合用貫通孔に対応する貫通孔を備えた少なく
とも一対のn型素子成形手段を、孔位置を合わせて前記
第2の絶縁性スペーサの表裏両面に重ね合わせ着脱自在
に一体化することでn型素子形成積層体を形成し、該素
子形成積層体をn型素子の材料の融液に浸漬してn型素
子形成積層体の孔に融液を充填させ、然る後に冷却硬化
してn型の熱電素子をn型素子形成積層体の前記孔内に
成形し、然る後に前記n型素子成形手段を第2の絶縁性
スペーサから取り除いて複数のn型の熱電素子を第2の
絶縁性スペーサに配列形成する工程とを有し、しかる後
に、前記第1の絶縁性スペーサの櫛歯の隙間に前記第2
の絶縁性スペーサの櫛歯を嵌合して前記p型の熱電素子
と前記n型の熱電素子とを隣り合わせに交互に配置する
ことを特徴とする熱電素子配列ユニットの製造方法。 - 【請求項5】 請求項1又は請求項2又は請求項3記載
の熱電素子配列ユニットが上下の基板間に配設され、各
熱電素子の端部が上下の各基板側の電極に接続されてp
型の熱電素子とn型の熱電素子とが交互に直列接続され
ている熱電モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001164710A JP2002359405A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並びに熱電素子配列ユニットを用いた熱電モジュール |
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---|---|---|---|
JP2001164710A JP2002359405A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並びに熱電素子配列ユニットを用いた熱電モジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002359405A true JP2002359405A (ja) | 2002-12-13 |
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ID=19007494
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---|---|---|---|
JP2001164710A Pending JP2002359405A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 熱電素子配列ユニットおよびその製造方法並びに熱電素子配列ユニットを用いた熱電モジュール |
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---|---|
JP (1) | JP2002359405A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2001
- 2001-05-31 JP JP2001164710A patent/JP2002359405A/ja active Pending
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