JP2006294783A - 電気部品冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路基板の厚さ方向に沿った薄型化を実現でき、しかも、発熱する電気部品の冷却効果が高い電気部品冷却装置を得る。
【解決手段】 回路基板１６の表面に対して平行な一方向に沿ってＰ型熱電材料である薄肉板状のプレート４２と、Ｎ型熱電材料である薄肉板状のプレート４４とを隣接配置し、更に、発熱する電気部品１８の外周部に対してプレート４２、４４の接合部である吸熱部４６を回路基板１６の表面に対して平行な方向から当接させる。このような構造とすることで、回路基板１６の表面に対して平行な方向に温度勾配が生じる。これにより、熱電変換部材４０の回路基板１６の厚さ方向に沿った寸法の増加を極めて効果的に抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路基板上に設けられて動作中に発熱する電気部品を冷却するための電気部品冷却装置に関する。

パーソナルコンピュータ等に搭載される回路基板上に設けられた電気部品の中でも、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）やＣＰＵ等の半導体素子は動作中に発熱する。このような発熱が過剰になると、半導体素子が誤作動を起こしたり、また、破損する可能性があることや、このような半導体素子の周囲の他の電気部品に悪影響を及ぼす可能性があることから冷却装置を設けて発熱した半導体素子を冷却している。

この種の冷却装置の中でも一般的なのは、モータの駆動力でファンを回転させ、回路基板を収容する筐体内に外気を送り込み、この外気により半導体素子を冷却する強制空冷式の冷却装置である（一例として下記特許文献１を参照）。

しかしながら、このような空冷式の冷却装置の場合、モータの動作音やファンの風切り音が生じることから静粛性能が低いと言う問題がある。また、モータ自体の薄型化が難しく、このような強制空冷式の冷却装置を適用することで、装置全体の厚さが増すと言う問題がある。

一方、下記特許文献２には、所謂「ゼーベック効果」や「ペルチェ効果」の熱電効果を電子部品の冷却に用いた構成が示されている。なお、ゼーベック効果やペルチェ効果に関しては周知の技術であるため、その詳細に関する説明は省略する。

特許文献２に開示された構成では、回路基板上に設けられた発熱する電子部品の上にゼーベック効果に基づく熱電機能部品が取り付けられている。また、他の電子部品にはペルチェ効果に基づく熱電機能部品が取り付けられている。

ゼーベック効果に基づく熱電機能部品とペルチェ効果に基づく熱電機能部品とは導線によって電気的に接続されている。ゼーベック効果に基づく熱電機能部品が取り付けられた電子部品が発熱すると、熱電機能部品の電子部品に対向する側を高温側、その反対側を低温側とする温度勾配が生じ、ゼーベック効果により熱電機能部品に直流電流が生じると共に、高温側から低温側へ熱が移動する。

ゼーベック効果で生じた直流電流がペルチェ効果に基づく熱電機能部品に流れると、この熱電機能部品はペルチェ効果により電子部品側で吸熱現象が生じ、電子部品とは反対側で放熱現象が生じる。

このような、ゼーベック効果やペルチェ効果による吸熱、放熱現象によって電子部品が冷却される。
特許第２７１０７５０号公報 実公平７-１５１４０号公報

ところで、特許文献２に開示された構造では、ゼーベック効果に基づく熱電機能部品が電子部品上に取り付けられている。このため、回路基板が収容される筐体を薄型化しようとすると、熱電機能部品を薄型化しなくてはならない。

しかしながら、この熱電機能部品では電子部品が発熱した際に熱電機能部品の電子部品の側とその反対側との間で温度勾配が生じるため、熱電機能部品を薄型化することで本来は低温側となる電子部品とは反対側も電子部品に接近してしまい、十分な温度勾配が生じ難くなる。このため、特許文献２に開示された構造では熱電機能部品の電子部品とは反対側に放熱用のフィンを設けているが、このようなフィンを設けること自体が薄型化を妨げる要因の１つになる。

このように、特許文献２に開示された構造では、基板の厚さ方向に沿った装置全体の薄型化が極めて難しいと言う問題がある。

本発明は、上記事実を考慮して、回路基板の厚さ方向に沿った薄型化を実現でき、しかも、発熱する電気部品の冷却効果が高い電気部品冷却装置を得ることが目的である。

請求項１に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、回路基板に設けられた発熱する電気部品を冷却するための電気部品冷却装置であって、前記電気部品に対向する吸熱部でＰ型熱電材料とＮ型熱電材料とが電気的且つ機械的に接合されて、前記電気部品が発熱した際に、前記吸熱部の側と前記回路基板の表面の向きに対して交差した方向に沿って前記吸熱部とは反対側との間で生じる温度勾配で電流が流れる熱電変換部材を備える、ことを特徴としている。

請求項１に記載の本発明に係る電気部品冷却装置では、回路基板に設けられた電気部品が発熱すると、電気部品に対向する熱電変換部材の吸熱部を高温側、回路基板の表面の向きに対して交差した方向に沿った熱電変換部材の吸熱部とは反対側を低温側として温度勾配が生じる。

熱電変換部材は、Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料とが上記の吸熱部でＰ型熱電材料とＮ型熱電材料とが電気的且つ機械的に接合されることで形成される。

このため、上記のような温度勾配が生じるとゼーベック効果によって吸熱部にて吸収された熱エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されてＮ型熱電材料から吸熱部を介してＰ型熱電材料へ電流が流れると共に、上記の低温側（すなわち、回路基板の表面の向きに対して交差した方向に沿った熱電変換部材の吸熱部とは反対側）へ熱が移動する。

このように電気部品で生じた熱を吸収することで、電気部品の過剰な発熱が防止又は効果的に軽減され、電気部品の故障や、他の電気部品に対する熱の影響を防止又は効果的に軽減できる。

ここで、本発明に係る電気部品冷却装置における熱電変換部材は、上記のように電気部品が発熱すると、吸熱部と、回路基板の表面の向きに対して交差した方向に沿って吸熱部とは反対側との間で温度勾配が生じる。したがって、回路基板の厚さ方向に温度勾配を生じさせなくてもよいため、回路基板の厚さ方向への熱電変換部材の寸法の増加を極めて効果的に抑制でき、回路基板を含めて構成される装置を小型化（特に、回路基板の厚さ方向に沿った薄型化）できる。

請求項２に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、請求項１に記載の本発明において、前記回路基板の表面の向きに対して交差する方向に沿って前記電気部品と前記吸熱部とを対向させた、ことを特徴としている。

請求項２に記載の本発明に係る電気部品冷却装置では、熱電変換部材の吸熱部が、回路基板の表面の向きに対して交差する方向に沿って電気部品と対向している。すなわち、本発明に係る電気部品冷却装置では、熱電変換部材と電気部品とが回路基板の厚さ方向に対向しない。このため、回路基板を含めて構成される装置を更に小型化（特に、回路基板の厚さ方向に沿った薄型化）できる。

請求項３に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、請求項１又は請求項２に記載の本発明において、前記Ｐ型熱電材料と前記Ｎ型熱電材料とを、前記回路基板の表面の向きに対して交差した方向に沿って空隙を介して隣接配置した、ことを特徴としている。

請求項３に記載の本発明に係る電気部品冷却装置における熱電変換部材は、Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料とが回路基板の表面の向きに対して交差する方向に沿って空隙を介して互いに隣接配置されると共に、吸熱部でＰ型熱電材料とＮ型熱電材料とが電気的且つ機械的に接合されることで形成される。

すなわち、本発明に係る電気部品冷却装置では、熱電変換部材を構成するＰ型熱電材料とＮ型熱電材料とが回路基板の表面の向きに隣り合うことがない。このため、回路基板の厚さ方向への熱電変換部材の寸法の増加を更に抑制でき、回路基板を含めて構成される装置を小型化（特に、回路基板の厚さ方向に沿った薄型化）できる。

請求項４に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の本発明において、各々の前記吸熱部が互いに異なる方向から前記電気部品に対向した複数の前記熱電変換部材を備える、ことを特徴としている。

請求項４に記載の本発明に係る電気部品冷却装置では、複数の熱電変換部材の各吸熱部が、回路基板の表面の向きに対して交差すると共に互いに異なる方向から電気部品に対向する。

このように、電気部品の周囲に設けられた複数の熱電変換部材の各吸熱部が電気部品にて生じた熱を吸収することで、電気部品の過剰な発熱がより一層効果的に防止又は軽減され、電気部品の故障や、他の電気部品に対する熱の影響を防止又は効果的に軽減できる。

請求項５に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の本発明において、前記熱電変換部材を前記回路基板に対して電気的に直接又は間接的に接続し、前記熱電変換部材にて生じた電流を前記回路基板に流す、ことを特徴としている。

請求項５に記載の本発明に係る電気部品冷却装置では、ゼーベック効果により熱電変換部材において熱エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されることで生じた電流が回路基板に流される。

これにより、ゼーベック効果により熱電変換部材で生じた電気エネルギーが回路基板の負荷に供される。このため、負荷に供されるバッテリー等の電気エネルギーの消耗を軽減できる。

請求項６に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の本発明において、前記Ｐ型熱電材料及び前記Ｎ型熱電材料の各々を、厚さ方向が前記回路基板の厚さ方向に沿った薄肉板状又はシート状に形成した、ことを特徴としている。

請求項６に記載の本発明に係る電気部品冷却装置によれば、Ｐ型熱電材料及びＮ型熱電材料の各々は、厚さ方向が回路基板の厚さ方向に沿った板状又は薄肉シート状に形成される。したがって、回路基板の厚さ方向への熱電変換部材の寸法の増加をより一層効果的に抑制でき、回路基板を含めて構成される装置を小型化（特に、回路基板の厚さ方向に沿った薄型化）できる。

請求項７に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の本発明において、厚さ方向が前記回路基板の厚さ方向に沿った薄肉板状又はシート状に形成され、厚さ方向一方の面で前記熱電変換部材を支持する支持体を備える、ことを特徴としている。

請求項７に記載の本発明に係る電気部品冷却装置によれば、回路基板の厚さ方向に沿って厚さ方向とされた薄肉板状又はシート状の支持体の厚さ方向一方の面に熱電変換部材が支持される。これにより、回路基板のプリント配線等にＰ型熱電材料やＮ型熱電材料が接触することを防止できる。

また、このような支持体に接着剤を塗布しておくことで、回路基板を収容したケース等に支持体を貼着することで、容易に熱電変換部材を取り付けることができる。

請求項８に記載の本発明に係る電気部品冷却装置は、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の本発明において、前記Ｐ型熱電材料及び前記Ｎ型熱電材料の各々の比抵抗及び熱伝導率に基づいて前記Ｐ型熱電材料及び前記Ｎ型熱電材料の各々の形状を設定する、ことを特徴としている。

請求項８に記載の本発明に係る電気部品冷却装置によれば、熱電変換部材を構成するＰ型熱電材料及びＮ型熱電材料の各々の形状は、Ｐ型熱電材料及びＮ型熱電材料の各々の比抵抗及び熱伝導率に基づいて設定される。これにより、熱電変換部材における熱電効果が十分に発揮され、電気部品を効果的に冷却できる。

以上説明したように、本発明に係る電気部品冷却装置では、回路基板の厚さ方向に沿った寸法を増大させることなく効果的に電気部品を冷却できる。

＜本実施の形態の構成＞
図４には本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置１０を適用した電気回路ユニット１２の構造の概略が断面図によって示されている。この図に示されるように、電気回路ユニット１２はケース１４を備えている。

ケース１４は、例えば、合成樹脂材等の絶縁性を有する材料によって比較的厚さ寸法が短い箱状に形成されており、その内側には回路基板１６が収容されている。回路基板１６は合成樹脂材等の絶縁性の材料によって平板状に形成されている。

回路基板１６上には図示しないプリント配線が施されていると共に、動作状態で発熱する電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の電気部品１８が設けられている。また、回路基板１６の厚さ方向一方の側には回路基板２０が設けられている。

回路基板２０は回路基板１６と同様には合成樹脂材等の絶縁性の材料によって平板状に形成されており、ケース１４の内部で回路基板１６に対して平行に配置されている。回路基板２０上には図示しないプリント配線が施されている。また、回路基板２０上には動作状態で発熱する電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の複数の電気部品２２、２４、２６が互いに隣接した状態で設けられている。

これらの回路基板１６、２０に構成される電気回路は、図５の回路図に示される負荷２８を構成しており、これらの回路基板１６、２０に構成された電気回路はバッテリー３０に接続されている。

一方、図４に示されるように、回路基板１６の電気部品１８が設けられている側には、本実施の形態に係る電気部品冷却装置１０を構成する複数の熱電変換部材４０が設けられている。図１及び図３に示されるように、各々の熱電変換部材４０は一対のプレート４２、４４を備えている。プレート４２はＰ型の半導体や金属により構成された熱電材料によって回路基板１６に対して略平行な薄肉板状に形成されている。

これに対して、プレート４４はＮ型の半導体や金属により構成された熱電材料によって回路基板１６に対して略平行な薄肉板状に形成されている。これらのプレート４２、４４は各々の厚さ方向側の面に対して平行な方向に隣接配置され、ケース１４の裏面に一体的に固着されている。

このようなプレート４２、４４で構成された熱電変換部材４０は全体的に略矩形の薄肉平板状に構成されている。さらに、上記の電気部品１８の平面視での形状又は電気部品１８の設置範囲の形状を略矩形とみなした場合に、本実施の形態では、これらのプレート４２とプレート４４とで対を成す熱電変換部材４０が、電気部品１８又は電気部品１８の設置範囲の角部で回路基板１６の厚さ方向（すなわち、回路基板１６の表面の向き）に対して直交する方向に沿って隣接して設けられている。

熱電変換部材４０のうち、電気部品１８又は電気部品１８の設置範囲の角部に対向した部分は吸熱部４６とされており、電気部品１８の外周部に接触している。吸熱部４６及び吸熱部４６の近傍ではプレート４２とプレート４４とが互いに接合されており電気的に導通している。

さらに、熱電変換部材４０には空隙としてのスリット４８が形成されている。スリット４８は、吸熱部４６を介して電気部品１８又は電気部品１８の設置範囲の角部とは反対側に形成されており、吸熱部４６及びその近傍でのプレート４２とプレート４４との接合部分を除いてスリット４８がプレート４２とプレート４４とを隔てている。

また、以上の構成の熱電変換部材４０のうち、各々の厚さ方向に対して直交する方向に沿って互いに隣接した熱電変換部材４０の間にはスリット５０が形成されており、隣接する熱電変換部材４０の間が基本的に絶縁状態とされている。

また、図２に示されるように、回路基板２０の電気部品２２、２４、２６が設けられている側にも本実施の形態に係る電気部品冷却装置１０を構成する複数の熱電変換部材４０が設けられている。

図２に示されるように、各々の熱電変換部材４０は基本的に先に説明した電気部品１８の周囲に設けられた熱電変換部材４０と同じ構成で、電気部品２２、２４、２６の設置範囲の形状を略矩形とみなした場合に、電気部品２２、２４、２６の設置範囲の角部で回路基板２０の厚さ方向（すなわち、回路基板２０の表面の向き）に対して直交する方向に沿って隣接して設けられ、吸熱部４６が電気部品２２、２４、２６の何れかの外周部に接触している。

さらに、電気部品２２、２４、２６の設置範囲の周囲に設けられた熱電変換部材４０と回路基板２０との間には、支持体としてのベースプレート５６が設けられている。ベースプレート５６は合成樹脂材等の絶縁性を有する材料により回路基板２０に対して平行な薄肉板状に形成されており、ケース１４の所定部位や、回路基板１６又は回路基板２０の所定部位に支持されている。ベースプレート５６の表面に電気部品２２、２４、２６の設置範囲の周囲に設けられた熱電変換部材４０が貼着されている。

以上の構成の熱電変換部材４０のプレート４２、４４の各々には接続線５２の一端が電気的且つ機械的に接続されている。接続線５２の一端は、プレート４２、４４の厚さ方向に対して直交する方向に沿って電気部品１８、２２、２４、２６の設置位置とは反対側のプレート４２、４４の端部で直接的又は間接的に接続されている。

図５に示されるように、これらの接続線５２は、ケース１４内に設けられた（例えば、回路基板１６、２０の少なくとも一方に設けられた）電位差調整回路５４の入力端子に接続されている。電位差調整回路５４では入力された電圧をバッテリー３０の電圧と同等の大きさに調整して出力する機能を有しており、この電位差調整回路５４の出力端子はバッテリー３０の両端子に接続されている。

＜本実施の形態の作用、効果＞
次に、本電気部品冷却装置１０の作用並びに効果について説明する。回路基板１６、２０上の電気回路、すなわち、図５に示される負荷２８が通電されて負荷２８が動作すると、回路基板１６、２０上に設けられた電気部品１８、２２、２４、２６が発熱する。上述したように、これらの電気部品１８、２２、２４、２６の外周部には熱電変換部材４０の吸熱部４６が接触しているため、電気部品１８、２２、２４、２６にて生じた熱は吸熱部４６に伝わる。

吸熱部４６に電気部品１８、２２、２４、２６にて生じた熱が伝わることで、熱電変換部材４０には、吸熱部４６側が高温側で、接続線５２の一端が接続された部分の側が低温側となるような温度勾配が生じる。このような温度勾配が熱電変換部材４０に生じると、所謂「ゼーベック効果」により、吸熱部４６で吸収した熱エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されてプレート４４に接続された接続線５２からプレート４４、プレート４２を介してプレート４２に接続された接続線５２へと電流が流れると共に、プレート４２、４４の接続線５２が接続された部分及びその近傍で放熱が生じる。

ケース１４の裏面に貼着された熱電変換部材４０の場合には、更に、プレート４２、４４から放出された熱はケース１４に伝わり、ケース１４の外部へ放熱される。また、ベースプレート５６に貼着された熱電変換部材４０の場合には、更に、プレート４２、４４から放出された熱はベースプレート５６に伝わるか、又は、プレート４２、４４からケース１４の内部に放出される。

このように、電気部品１８、２２、２４、２６の熱が熱電変換部材４０により吸収されることで、これらの電気部品１８、２２、２４、２６の温度上昇を防止又は抑制でき、過剰な温度上昇による電気部品１８、２２、２４、２６の破壊や、負荷２８の誤作動等を効果的に防止できる。

また、このような電気部品１８、２２、２４、２６の温度上昇の防止や抑制は、回路基板１６、２０上やその近傍にファン等の送風機構を設けることでも達成は可能である。しかしながら、このような送風機構は動作音が発生するため静粛性能が悪く、また、送風機構をケース１４内に設けることで、ケース１４が大型化してしまい、特に、ケース１４の厚さ寸法が増大してしまう。

これに対して本実施の形態では、熱電変換部材４０のゼーベック効果によって電気部品１８、２２、２４、２６を冷却する構成であるため、作動音が発生せず、静粛性能が極めて高い。さらに、熱電変換部材４０は薄肉の板状に形成されている。このため、ケース１４の厚さ寸法の増大、すなわち、ケース１４の大型化を極めて効果的に抑制できる。

しかも、熱電変換部材４０の吸熱部４６は、熱電変換部材４０の厚さ方向に対して直交した側で電気部品１８、２２、２４、２６に対向して接触する構造である。このような構造とすることでもケース１４の厚さ寸法の増大、すなわち、ケース１４の大型化を極めて効果的に抑制できるのみならず、吸熱部４６で吸収した熱を放熱する部分、すなわち、プレート４２、４４の接続線５２の一端が接続された部分と吸熱部４６との間隔（寸法）をケース１４の厚さ寸法の増加させることなく十分に確保できる。

これによっても、プレート４２、４４の接続線５２の一端が接続された部分と吸熱部４６との間での温度勾配を十分に生じさせることができ、また、電気部品１８、２２、２４、２６から十分に離れた位置で放熱できる。これにより、熱電変換部材４０による電気部品１８、２２、２４、２６の冷却効果を向上させることができる。

さらに、熱電変換部材４０で生じた電流は電位差調整回路５４に入力されると、電位差調整回路５４でバッテリー３０の電圧と同等の電圧まで変圧されて負荷２８に供給される。このように、熱電変換部材４０が電気エネルギーに変換した熱エネルギーを負荷２８に供給することで、負荷２８が消費するバッテリー３０の電力を軽減できる。

さらに、上記のように熱電変換部材４０でのゼーベック効果により電気部品１８、２２、２４、２６で生じた熱を吸収して電気部品１８、２２、２４、２６を冷却する構成であることから、ファン等の送風機構とは異なり機械的な駆動部分を持たない。このため、駆動部分での動作不良等がそもそも生じることがなく、安定した吸熱効果（冷却効果）を得ることができる。

＜熱電変換部材４０の変形例＞
次に、熱電変換部材４０の変形例について説明する。図６には熱電変換部材４０の変形例である熱電変換部材６０の構成の概略が図４に対応した平面図によって示されている。

熱電変換部材６０を構成するプレート４２（すなわち、Ｐ型の金属又は半導体）は、電気部品１８と対向する部位を頂部とする略直角三角形状とされている。また、熱電変換部材６０を構成するプレート４４（すなわち、Ｎ型の金属又は半導体）は、電気部品１８と対向する部位を頂部とするプレート４２とは略線対称の略直角三角形状とされている。

これらのプレート４２、４４は頂部と直角部とを結ぶ辺で互いに隣り合っており、このため、熱電変換部材６０全体としては平面視で電気部品１８と対向する部位を頂部とする略二等辺三角形状とされている。プレート４２、４４は、電気部品１８の側（すなわち、上記の頂部側）が吸熱部４６とされており、この吸熱部４６とその近傍部分でプレート４２とプレート４４とが互いに接合されて電気的に導通している。さらに、各プレート４２、４４の底辺部分にはそれぞれ接続線５２の一端が接続されている。

一方、図７には熱電変換部材４０の変形例である熱電変換部材７０の構成の概略が図４に対応した平面図によって示されている。熱電変換部材７０はプレート４４（すなわち、Ｎ型の金属又は半導体）を備えている。

但し、熱電変換部材７０のプレート４４は平面視で略矩形とされており、その設置範囲は、概ね、電気部品１８の平面視での設置範囲の形状を略矩形とみなした場合に、電気部品１８の平面視での長手方向及び幅方向の各々略中央よりも一方の側に設けられる。複数の熱電変換部材７０を構成する各プレート４４は互いに隣接して配置されており、各プレート４４の間にはスリット７２が形成されて各プレート４４同士は電気的に絶縁状態とされている。

さらに、上記のスリット７２の内側にはプレート４２が設けられている。熱電変換部材７０のプレート４２はプレート４４に比べると十分に細幅でスリット７２に沿って長手の板状（又は、棒状、或いは線状）に形成されており、その長手方向に沿った電気部品１８側の端部が吸熱部４６とされ、隣り合うプレート４４の一方に接合されている。

また、プレート４２の長手方向他端部と電気部品１８とは反対側でのプレート４４の端部には、それぞれ接続線５２の一端が接続されている。

以上のような変形例の熱電変換部材６０、７０は、平面視での各プレート４２、４４の形状が熱電変換部材４０とは異なるものの、Ｐ型の金属又は半導体によりプレート４２が形成されて、Ｎ型の金属又は半導体によりプレート４２が形成されている点では熱電変換部材４０と構成は同じである。

また、プレート４２、４４の厚さ方向に対して直交した側の端部を吸熱部４６としてプレート４２、４４の厚さ方向に対して直交した方向から吸熱部４６を電気部品１８に接触させた点も熱電変換部材４０と構成は同じである。したがって、このような熱電変換部材６０、７０を用いても基本的には熱電変換部材４０と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができる。

＜プレート４２、４４に用いる材料と、熱電変換部材の形状の選択＞
ところで、熱電変換部材４０、６０、７０のプレート４２を構成するＰ型の半導体や金属には様々な種類があり、次の表１に示されるように、その一例としては鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合金であるニクロム、クロム（Ｃｒ）とニッケル（Ｎｉ）の合金であるクロメル、アンチモン（Ｓｂ）をドープしたビスマス−テルル合金（Ｂｉ₂Ｔｅ₃）等がある。

一方、プレート４４を構成するＮ型の半導体や金属にも様々な種類があり、次の表１に示されるように、その一例としては、アルミニウム（Ａｌ）とニッケル（Ｎｉ）の合金であるアルメル、銅（Ｃｕ）とニッケル（Ｎｉ）の合金であるコンスタンタン、セレン（Ｓｅ）をドープしたビスマス−テルル合金（Ｂｉ₂Ｔｅ₃）等がある。

ところで、本実施の形態のように、Ｐ型の熱電変換材料とＮ型の熱電変換材料とを部分的に接合した構造で、Ｐ型の熱電変換材料の長さをＬ_P、幅をＷ_P、厚さをＴ_P、比抵抗をρ_P、熱伝導率をκ_Pとして、Ｎ型の熱電変換材料の長さをＬ_N、幅をＷ_N、厚さをＴ_N、比抵抗をρ_N、熱伝導率をκ_Nとした場合に、以下の式（１）を満たすと熱電変換の効率（すなわち、放熱効率）が良い。

（Ｌ_N・Ｗ_P・Ｔ_P）／（Ｌ_P・Ｗ_N・Ｔ_N）＝（ρ_P・κ_P）／（ρ_N・κ_N）・・・（１）

すなわち、プレート４２の比抵抗ρ_Pと熱伝導率κ_Pとの積に比べてプレート４４の比抵抗ρ_Nと熱伝導率κ_Nとの積が極めて大きい場合（すなわち、ρ_P・κ_P＜＜ρ_N・κ_Nの場合）には、プレート４２の断面積をプレート４４の断面積に比べて小さくすることで、熱電変換の効率を高めることができる。

したがって、例えば、表１のＡ群に含まれる材料でプレート４２を形成して表１のＤ群に含まれる材料でプレート４４を形成したような場合には、熱電変換部材７０のような構造とすることで熱電変換の効率を高めることができる。

一方、プレート４２の比抵抗ρ_Pと熱伝導率κ_Pとの積に比べてプレート４４の比抵抗ρ_Nと熱伝導率κ_Nとの積が極めて小さい場合（すなわち、ρ_P・κ_P＞＞ρ_N・κ_Nの場合）には、プレート４２の断面積をプレート４４の断面積に比べて大きくすることで、熱電変換の効率を高めることができる。

したがって、例えば、表１のＢ群に含まれる材料でプレート４２を形成して表１のＣ群に含まれる材料でプレート４４を形成したような場合には、熱電変換部材７０におけるプレート４２の形状とプレート４４の形状とを替えた構造とすることで熱電変換の効率を高めることができる。

これに対して、プレート４２の比抵抗ρ_Pと熱伝導率κ_Pとの積とプレート４４の比抵抗ρ_Nと熱伝導率κ_Nとの積との差異が比較的小さい場合には、プレート４２の断面積をプレート４４の断面積との差異を小さくするすることで、熱電変換の効率を高めることができる。

したがって、例えば、表１のＡ群に含まれる材料でプレート４２を形成して表１のＣ群に含まれる材料でプレート４４を形成したような場合や表１のＢ群に含まれる材料でプレート４２を形成して表１のＤ群に含まれる材料でプレート４４を形成したような場合には、熱電変換部材４０や熱電変換部材６０のような構造とすることで熱電変換の効率を高めることができ、特に、プレート４２の比抵抗ρ_Pと熱伝導率κ_Pとの積とプレート４４の比抵抗ρ_Nと熱伝導率κ_Nとの積との差異が極めて小さい場合には、熱電変換部材６０のようにプレート４２とプレート４４とを対称構造とすることで熱電変換の効率を飛躍的に高めることができる。

以上のように、プレート４２の比抵抗ρ_Pと熱伝導率κ_Pとの積とプレート４４の比抵抗ρ_Nと熱伝導率κ_Nとの積の差異に基づいてプレート４２、４４の形状を設定することで、効率よく電気部品１８を冷却できる。

なお、本実施の形態では、電気部品１８の角部又は電気部品２２、２４、２６の設置範囲を矩形状とみなした際の設置範囲の角部で、回路基板１６や回路基板２０の厚さ方向（すなわち、回路基板１６の表面の向き）に対して直交する方向に沿って熱電変換部材４０を隣接させた。しかしながら、特許請求の範囲の請求項１に記載の本発明の観点からすると、本発明がこのような構成に限定されるものではない。

すなわち、各プレート４２、４４の吸熱部４６が形成する略矩形状の孔５８を、電気部品１８の平面視での外周形状よりも小さく形成し、回路基板１６の厚さ方向に沿って各プレート４２、４４の吸熱部４６と電気部品１８とを対向させつつ、例えば、図１に示される各プレート４２、４４と同様にケース１４に固着する構成としてもよい。

このような構成とした場合には次のようなメリットがある。例えば、電気部品１８の側方に設けられた他の電気部品の高さ寸法（すなわち、回路基板１６の厚さ方向に沿った寸法）が電気部品１８以上の場合には、孔５８の内側に電気部品１８を入り込ませるように各プレート４２、４４を配置すると、他の電気部品がプレート４２、４４に干渉してしまう。

このように、孔５８の内側に電気部品１８を入り込ませるように各プレート４２、４４を配置した際には、他の電気部品がプレート４２、４４に干渉するような構造であっても、回路基板１６の厚さ方向に沿って各プレート４２、４４の吸熱部４６と電気部品１８とを対向させる構造とすることで、プレート４２、４４が回路基板１８の厚さ方向に沿って他の電気部品の側方に配置される。これにより、他の電気部品がプレート４２、４４に干渉することを防止できる。

なお、このような構造とした場合には、孔５８の内周形状をできる限り小さくする方が吸熱部４６における受熱面積を増大できるので好ましい。

本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置の要部の構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置の他の要部の構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置の要部の構成を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置を適用した電気回路ユニットの構成の概略を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置と電気回路ユニットとの関係を示す概略的な回路図である。 本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置の要部の変形例を示す図３に対応した平面図である。 本発明の一実施の形態に係る電気部品冷却装置の要部の他の変形例を示す図３に対応した平面図である。

符号の説明

１０ 電気部品冷却装置
１６ 回路基板
１８ 電気部品
２０ 回路基板
２２ 電気部品
４０ 熱電変換部材
４２ プレート（Ｐ型熱電材料）
４４ プレート（Ｎ型熱電材料）
４６ 吸熱部
４８ スリット（空隙）
５６ ベースプレート（支持体）
６０ 熱電変換部材
７０ 熱電変換部材

Claims (8)

1. 回路基板に設けられた発熱する電気部品を冷却するための電気部品冷却装置であって、
   前記電気部品に対向する吸熱部でＰ型熱電材料とＮ型熱電材料とが電気的且つ機械的に接合されて、前記電気部品が発熱した際に、前記吸熱部の側と前記回路基板の表面の向きに対して交差した方向に沿って前記吸熱部とは反対側との間で生じる温度勾配で電流が流れる熱電変換部材を備える、
   ことを特徴とする電気部品冷却装置。
2. 前記回路基板の表面の向きに対して交差する方向に沿って前記電気部品と前記吸熱部とを対向させた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気部品冷却装置。
3. 前記Ｐ型熱電材料と前記Ｎ型熱電材料とを、前記回路基板の表面の向きに対して交差した方向に沿って空隙を介して隣接配置した、ｃｃ
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気部品冷却装置。
4. 各々の前記吸熱部が互いに異なる方向から前記電気部品に対向した複数の前記熱電変換部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電気部品冷却装置。
5. 前記熱電変換部材を前記回路基板に対して電気的に直接又は間接的に接続し、前記熱電変換部材にて生じた電流を前記回路基板に流す、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電気部品冷却装置。
6. 前記Ｐ型熱電材料及び前記Ｎ型熱電材料の各々を、厚さ方向が前記回路基板の厚さ方向に沿った薄肉板状又はシート状に形成した、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電気部品冷却装置。
7. 厚さ方向が前記回路基板の厚さ方向に沿った薄肉板状又はシート状に形成され、厚さ方向一方の面で前記熱電変換部材を支持する支持体を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の電気部品冷却装置。
8. 前記Ｐ型熱電材料及び前記Ｎ型熱電材料の各々の比抵抗及び熱伝導率に基づいて前記Ｐ型熱電材料及び前記Ｎ型熱電材料の各々の形状を設定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の電気部品冷却装置。

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