JP2000286464A - 熱電モジュール、及び熱電モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な熱効率及び耐久性を得ることができ、
且つ、少ない手間で製造でき、組み合わせて用いる外部
の部材による電極部材間の短絡を回避できる熱電モジュ
ール及び熱電モジュールの製造方法を提供すること。 【解決手段】 熱電素子を構成するｎ型熱電半導体素子
１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐと、これらの半導
体素子１２ｎ，１２ｐの一端部どうし、及び他端部どう
しを連結してｎ型熱電半導体素子１２ｎとｐ型熱電半導
体素子１２ｐとを交互に電気的に直列に接続する電極部
材１３，１４と、ｎ型熱電半導体素子１２ｎ及びｐ型熱
電半導体素子１２ｐ、電極部材１３，１４の露出面を被
覆する熱良導性の電気絶縁層１６とを備える熱電モジュ
ール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電モジュール、
及び熱電モジュールの製造方法に関し、特に、良好な熱
効率及び耐久性を得ることができ、且つ、少ない手間で
製造でき、組み合わせて用いる外部の部材による電極部
材間の短絡を回避できる熱電モジュール、及び熱電モジ
ュールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、熱電素子を備えた熱電モジュ
ールが広く使用されている。図５及び図６は、それぞ
れ、このような従来技術の熱電モジュールを示すもので
ある。

【０００３】図５に示す熱電モジュールは、熱電素子で
あるｎ型熱電半導体素子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子
１２ｐと、電極部材（上側電極板１３及び下側電極板１
４）と、基板１１´とを備えている。この熱電モジュー
ルでは、熱電素子であるｎ型熱電半導体素子１２ｎ及び
ｐ型熱電半導体素子１２ｐの端面間に、電極部材（上側
電極板１３及び下側電極板１４）がはんだ付けで接合さ
れており、これらの電極部材１３，１４によってｎ型熱
電半導体素子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐが交
互に電気的に直列に接続されている。そして、電極部材
１３，１４にはリード線１５を介して直流電源が接続さ
れており、この電源から電流を流すと、ペルチェ効果に
より、上側電極板１３と下側電極板１４のうちの一方で
吸熱が起こり他方で放熱が起こるようになっている。上
側電極板１３及び下側電極板１４は、互いに平行な平面
上に配設されており、これらのうちのいずれか一方が吸
熱面を形成し、他方が放熱面を形成している。

【０００４】尚、図５においては便宜上、上側電極板１
３で吸熱が起こり、下側電極板１４で放熱が起こるよう
に表されているが、電流を逆方向に供給することによ
り、下側電極板１４で吸熱作用を、上側電極板１３で放
熱作用を生じさせることも可能である。電極部材１３，
１４はセラミックス等の熱良導性の電気絶縁性を有する
基板１１´にメタライズ法等により接着され、これによ
り電極部材１３，１４及び熱電素子（ｎ型熱電半導体素
子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐ）が固定配置さ
れている。

【０００５】このような熱電モジュールは、液体や気体
の冷媒を用いる必要がなく、小型のものが製造可能なこ
とから、コンピュータのＣＰＵやＬＳＩを冷却する冷却
装置、車載用の小型の保温／冷蔵庫等に好適に用いられ
る。

【０００６】しかし、上述のような熱電モジュールにお
いては、一方の基板１１´が吸熱により冷却され、他方
の基板１１´が放熱により温度上昇する。そのため、こ
の基板１１´に電極部材１３，１４を介して固定されて
いる熱電半導体素子１２ｎ，１２ｐに熱ひずみが生じ、
熱電半導体素子１２ｎ，１２ｐと電極部材１３，１４と
の間の接合が外れてしまう等の破損を生じるおそれがあ
る。また、電極部材１３，１４が基板１１´により挟持
されているため、外部との熱交換が基板１１´を介して
行われ、本来発揮可能な熱交換能力が低減されてしまう
おそれもある。

【０００７】図６に示す熱電モジュールは、ｎ型熱電半
導体素子１２ｎとｐ型熱電半導体素子１２ｐが仕切板１
１に嵌通支持された、いわゆるスケルトン型の熱電モジ
ュールである。この熱電モジュールは、ｎ型熱電半導体
素子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐが仕切板１１
によって支持されるので、電極部材１３，１４を基板等
に接着固定する必要がない。そのため、例えば放熱面に
直接ヒートシンク等の金属製の熱交換部材を固定する
等、基板を介さずに外部の部材が配設される。熱交換部
材等の外部の部材は、熱電モジュールによる放熱や吸熱
の能力を良好に活用するために、主に金属製のものが用
いられる。そのため、外部の部材は、熱電モジュールに
固定される側の面に、樹脂性やセラミックス性の絶縁性
膜を被覆する等の絶縁処理が施され、外部の部材によっ
て電極部材間が電気的に短絡されるのを回避するように
なっている。

【０００８】上述のようなスケルトン型の熱電モジュー
ルにおいては、電極部材に直接、熱交換部材等の外部の
部材を配置することができるので、熱電モジュールの吸
熱面や放熱面と外部の部材との間で直接に良好な効率で
熱交換が行われる利点がある。また、電極部材１３，１
４が基板に固定されないため、熱電半導体素子１２ｎ，
１２ｐに発生する熱ひずみが緩和され、熱電半導体素子
１２ｎ，１２ｐと電極部材１３，１４との接合が外れ難
い等、良好な耐久性を得ることができる利点もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
スケルトン型の熱電モジュールでは、この熱電モジュー
ルの吸熱面に配設される外部の部材及び放熱面に配設さ
れる外部の部材それぞれに個別に上述したような絶縁処
理を行う必要があり、手間がかかる。外部の部材として
用いられるものは、様々な形状のものが存在し、特に絶
縁処理が困難である。また、上述のような熱電モジュー
ルは、スケルトン型であると否とにかかわらず、吸熱面
において水分が凝縮して結露を発生したり霜がついたり
しやすく、これにより電解腐食が起きる等耐久性が低下
する場合がある。

【００１０】本発明は、上述のような課題を解決するた
めになされたもので、良好な熱効果効率及び耐久性を得
ることができ、且つ、少ない手間で製造でき、組み合わ
せて用いる外部の部材による電極部材間の短絡を回避で
きる熱電モジュール、及び熱電モジュールの製造方法を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、熱電素子を構成する第１の素子部材及
び第２の素子部材と、前記第１の素子部材の一端部と前
記第２の素子部材の一端部と、及び前記第１の素子部材
の他端部と前記第２の素子部材の他端部とを連結して前
記第１の素子部材と前記第２の素子部材とを交互に電気
的に直列に接続する電極部材と、前記第１の素子部材の
一端部と前記第２の素子部材の一端部とを連結する前記
電極部材の前記他端部と反対側の面、及び前記第１の素
子部材の他端部と前記第２の素子部材の他端部とを連結
する前記電極部材の前記一端部と反対側の面を被覆する
熱良導性の電気絶縁層とを備える熱電モジュールを提供
することにより、前記目的を達成する。

【００１２】本発明の熱電モジュールにおいては、第１
の素子部材の一端部と第２の素子部材の一端部とを連結
する電極部材、及び第１の素子部材の他端部と第２の素
子部材の他端部とを連結する電極部材それぞれについ
て、外部の部材が接触配置される面が、熱良導性の電気
絶縁層によって被覆されている。この電気絶縁層は、第
１の素子部材、第２の素子部材及び電極部材を一体に取
り付けたモジュール本体に、蒸着や浸漬、噴霧等するこ
とによって、第１の素子部材と第２の素子部材の一端部
どうしを連結する電極部材と他端部どうしを連結する電
極部材の両方に、一度に形成させることができる。従っ
て、従来のように、第１の素子部材及び第２の素子部材
の一端側の電極部材に接触配置される外部の部材と、他
端側の電極部材に接触配置される外部の部材のそれぞれ
に、個別に電気絶縁層を形成する等の絶縁処理を行う場
合に比して、少ない手間で、電極部材間が外部の部材に
よって短絡されるのを回避することができる。そして、
スケルトン型の熱電モジュールにおいても、放熱面及び
吸熱面に、ヒートシンク等の電気導電性の外部の部材を
絶縁処理を行うことなく接触固定することができ、この
ようなスケルトン型の熱電モジュールとすることによ
り、良好な熱効果効率を得ながら、且つ、少ない手間
で、組み合わせて用いる外部の部材による電極部材間の
短絡を回避し、かつ高い耐久性を得ることができる。ま
た、モジュール本体は、第１の素子部材の一端部と第２
の素子部材の一端部とを連結する電極部材、及び前記第
１の素子部材の他端部と前記第２の素子部材の他端部と
を連結する電極部材が、それぞれ同一の平面上に配置さ
れている等、熱電モジュールに接着固定して用いる外部
の部材よりも形状が常に単純なので、電極部材に容易に
電気絶縁層を形成させることができる。従って、この点
からも、従来のように外部の部材に絶縁処理を施す場合
に比して少ない手間で、外部の部材による電極部材間の
短絡を回避することができる。更に、本発明の熱電モジ
ュールにおいては、第１の素子部材の一端部と第２の素
子部材の一端部とを連結する電極部材の前記素子部材の
他端部と反対側の面、及び、第１の素子部材の他端部と
前記第２の素子部材の他端部とを連結する電極部材の前
記素子部材の一端部と反対側の面が、電気絶縁層で被覆
されているので、吸熱により電極部材のこれらの面に結
露したり霜がついた場合にも、電極部材が電解腐食する
のが防止される。従って、従来のようにシリコン系樹脂
等により防湿のためのシーリングをする必要がない。ま
た、第１の素子部材の一端部と第２の素子部材の一端部
とを連結する電極部材の前記素子部材の他端部と反対側
の面、及び、第１の素子部材の他端部と前記第２の素子
部材の他端部とを連結する電極部材の前記素子部材の一
端部と反対側の面が、電気絶縁層で被覆されているの
で、電極部材のこれらの面に直接異物が付着するのが防
止され、また他のものが当たることによる衝撃が緩和さ
れ、電極部材の劣化が回避される。

【００１３】本発明の熱電モジュールは、基板を備え、
基板に電極部材が固着されることにより電極部材及び素
子部材が固定されている熱電モジュール、仕切板を備
え、ｋの仕切板に素子部材が嵌通固定されている、いわ
ゆる両側スケルトン型の熱電モジュール、及び片側スケ
ルトン型の熱電モジュールのいずれとすることもでき
る。本発明の熱電モジュールは、基板に固定されずに外
部の部材と直接接触する電極部材の短絡を少ない手間で
防止できる点で、スケルトン型の熱電モジュールにおい
て有用である。また、電極部材を基板に固定した非スケ
ルトン型の熱電モジュールにおいても、基板として電気
絶縁性のものを用いたり、導電性のものに絶縁処理を行
って用いる等の必要がなくなり、導電性を有する基板を
そのまま使用することで、少ない手間で、良好な熱交換
効率を得ることが可能である。

【００１４】本発明の熱電モジュールにおいて、前記電
気絶縁層は、電極部材または電極部材を含む組み立て体
を電気絶縁性物質雰囲気下に放置し該電気絶縁性物質を
電極部材に蒸着する手法によって形成することができ
る。また、電気絶縁性物質を含む溶液中に電極部材また
は電極部材を含む組立体を浸漬した後、この溶液から取
り出して乾燥させる手法によって形成することができ
る。また、電気絶縁性物質を噴霧した後乾燥させる手法
によっても形成することができる。電気絶縁性物質を蒸
着する手法は、電極部材の表面に略均一な電気絶縁層を
形成でき、また乾燥工程が不必要であることから、好ま
しく採用される。前記電気絶縁層は、蒸着により形成さ
せる場合には、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素
樹脂や、ポリパラキシリレン等により形成することがで
き、浸漬により形成させる場合には、エポキシ樹脂等に
より形成することができる。

【００１５】本発明の熱電モジュールにおいて、前記電
気絶縁層は、電極部材の露出面全面を被覆するものとす
ることができる。電極部材のうち外部に露出する露出面
の全面を電気絶縁層で被覆することにより、電極部材間
が外部の部材によって短絡されるのを回避することがで
きる他、電極部材の全面において、結露や霜による電解
腐食を回避でき、直接異物が付着するのを防止でき、更
に外部の物が当たって生じる衝撃が緩和され、電極部材
の劣化を一層良好に回避することができる。

【００１６】本発明の熱電モジュールにおいて、前記電
気絶縁層は、第１の素子部材、第２の素子部材、及び電
極部材の露出面全面を被覆するものとすることができ
る。第１の素子部材、第２の素子部材、及び電極部材の
うち外部に露出する露出面の全面を電気絶縁層で被覆す
ることにより、電極部材間が外部の部材によって短絡さ
れるのを回避することができる他、電極部材の全面にお
いて、結露や霜による電解腐食を回避でき、更に、電極
部材及び第１の素子部材、第２の素子部材において直接
異物が付着するのを防止でき、更に外部の物が当たって
生じる衝撃が緩和され、熱電モジュール全体の劣化を良
好に回避することができる。

【００１７】本発明は、熱電素子を構成する第１の素子
部材及び第２の素子部材の一端部どうし及び他端部どう
しを電極部材により連接し前記第１の素子部材と前記第
２の素子部材とを交互に電気的に直列に接続したモジュ
ール本体を形成するモジュール本体形成行程と、前記第
１の素子部材及び前記第２の素子部材の一端部どうしを
連結する前記電極部材の前記他端部と逆側の面、及び、
前記第１の素子部材及び前記第２の素子部材の他端部ど
うしを連結する前記電極部材の前記一端部と逆側の面
を、熱良導性の電気絶縁層で被覆する被覆行程とを含む
熱電モジュールの製造方法を提供することにより、前記
目的を達成する。この本発明の熱電モジュールの製造方
法によって、上述の本発明の熱電モジュールを製造する
ことができる。本発明の熱電モジュールの製造方法にお
いて、第１の素子部材及び第２の素子部材の一端部どう
しを連結する電極部材の素子部材の他端部と逆側の面、
及び、第１の素子部材及び第２の素子部材の他端部どう
しを連結する電極部材の素子部材の一端部と逆側の面
は、外部の部材と接触可能に配置される面である。

【００１８】本発明の熱電モジュールの製造方法の前記
被覆行程において、電極部材に熱良導性の電気絶縁層を
被覆する手法としては、電極部材または電極部材を含む
組み立て体を電気絶縁性物質雰囲気下に放置し該電気絶
縁性物質を電極部材に蒸着する手法、電気絶縁性物質を
含む溶液中に電極部材または電極部材を含む組立体を浸
漬した後、この溶液から取り出して乾燥させる手法、及
び、電気絶縁性物質を噴霧した後乾燥させる手法等を採
用することができる。これらの手法は、いずれも、第１
の素子部材及び第２の素子部材の一端部どうしを連結す
る電極部材、及び、第１の素子部材及び第２の素子部材
の他端部どうしを連結する電極部材の両方に、一度に電
気絶縁層を被覆形成することができる。従って、従来の
ように、第１の素子部材及び第２の素子部材の一端側の
電極部材に接触配置される外部の部材と、他端側の電極
部材に接触配置される外部の部材のそれぞれに、個別に
電気絶縁層を形成する等の絶縁処理を行う場合に比し
て、少ない手間で、電極部材間が外部の部材によって短
絡されるのを回避可能な熱電モジュールを製造すること
ができる。前記電気絶縁層は、蒸着により形成させる場
合には、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂
や、ポリパラキシリレン等により形成することができ、
浸漬により形成させる場合には、エポキシ樹脂等により
形成することができる。

【００１９】本発明の熱電モジュールの製造方法におい
て、前記被覆行程が、前記モジュール本体を熱良導性の
電気絶縁成分を含む雰囲気下に放置し、蒸着により前記
電気絶縁層を形成させるものである熱電モジュールの製
造方法とすることができる。これにより、第１の素子部
材及び第２の素子部材の一端部どうしを連結する電極部
材、及び、第１の素子部材及び第２の素子部材の他端部
どうしを連結する電極部材の両方に、一度に電気絶縁層
を被覆形成することができる。従って、従来のように、
第１の素子部材及び第２の素子部材の一端側の電極部材
に接触配置される外部の部材と、他端側の電極部材に接
触配置される外部の部材のそれぞれに、個別に電気絶縁
層を形成する等の絶縁処理を行う場合に比して、少ない
手間で、電極部材間が外部の部材によって短絡されるの
を回避可能な熱電モジュールを製造することができる。
この場合の電気絶縁成分としては、ポリテトラフルオロ
エチレンや、ポリパラキシリレン等を用いることができ
る。

【００２０】本発明の熱電モジュールの製造方法におい
て、前記被覆行程が、前記モジュール本体を熱良導性の
電気絶縁成分を含む被覆液中に浸漬し、引き上げた後乾
燥させることにより前記電気絶縁層を形成させるもので
ある熱電モジュールの製造方法とすることができる。こ
れにより、第１の素子部材及び第２の素子部材の一端部
どうしを連結する電極部材、及び、第１の素子部材及び
第２の素子部材の他端部どうしを連結する電極部材の両
方に、一度に電気絶縁層を被覆形成することができる。
従って、従来のように、第１の素子部材及び第２の素子
部材の一端側の電極部材に接触配置される外部の部材
と、他端側の電極部材に接触配置される外部の部材のそ
れぞれに、個別に電気絶縁層を形成する等の絶縁処理を
行う場合に比して、少ない手間で、電極部材間が外部の
部材によって短絡されるのを回避可能な熱電モジュール
を製造することができる。この場合の電気絶縁成分とし
ては、エポキシ樹脂等を用いることができる。

【００２１】

【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。図１は、本発
明の熱電モジュールの一実施形態の概略構成を示す断面
図である。

【００２２】本実施形態の熱電モジュールは、図１に示
すように、モジュール本体１０と、このモジュール本体
の表面を被覆する電気絶縁層１６とを含む。モジュール
本体１０は、貫通孔の形成された仕切板１１と、第１の
素子部材としてのｎ型熱電半導体素子１２ｎ及び第２の
素子部材としてのｐ型熱電半導体素子１２ｐと、銅板な
どで構成された電極板（上側電極板１３、下側電極板１
４）とを備えている。ｎ型熱電半導体素子１２ｎ及びｐ
型熱電半導体素子１２ｐは、互いに同径且つ同軸長の円
柱形状であって、仕切板１１の貫通孔を貫通して仕切板
１１に直角方向に固定配置されている。ｎ型熱電半導体
素子１２ｎとｐ型熱電半導体素子１２ｐとは、互い違い
に配設されており、それぞれ異なる型の熱電半導体素子
と隣接している。仕切板１１は、電気絶縁性の板状部材
であり、例えば、ガラスエポキシ板等を用いることがで
きる。このｎ型熱電半導体素子１２ｎ及びｐ型熱電半導
体素子１２ｐには、ビスマス・テルル等の半導体単結晶
を用いることができる。

【００２３】そして、１つのｐ型熱電半導体素子１２ｐ
と１つのｎ型熱電半導体素子１２ｎとが対となって、各
対毎に、ｐ型熱電半導体素子１２ｐの上端面とｎ型熱電
半導体素子１２ｎの上端面との間には上側電極板１３が
架設されている。上側電極板１３は、ｐ型熱電半導体素
子１２ｐ及びｎ型熱電半導体素子１２ｎの各上端面には
んだにより接合されている。上側電極板１３は全て仕切
板１１と平行な１つの平面上に配置されており、上側電
極板１３の上側の面（仕切板１１と逆側の面）によっ
て、この上側電極板１３の上側の面を含む吸熱面Ｃが形
成されている。また、各対のうちのｎ型熱電半導体素子
１２ｎの下端面と、このｎ型熱電半導体素子に隣接して
いる異なる対のｐ型熱電半導体素子１２ｐの下端面との
間に、下側電極板１４が架設されている。下側電極板１
３は、ｐ型熱電半導体素子１２ｐ及びｎ型熱電半導体素
子１２ｎの各下端面にはんだにより接合されている。下
側電極板１４は、仕切板１１に対して上側電極板１３と
逆側において仕切板１１と平行な他の１つの平面上に配
置されており、下側電極板１４の下側の面（仕切板１１
と逆側の面）によって、この下側１４電極板１４の下側
の面を含む放熱面Ｈが形成されている。

【００２４】そして、これらの電極板（上側電極板１３
及び下側電極板１４）によって、ｎ型熱電半導体素子１
２ｎとｐ型熱電半導体素子１２ｐとが交互に電気的に直
列に接続されている。直列の接続の両端に位置する電極
板１３，１４にはリード線１５，１５（うち一方は図示
されず）が接続されており、電源からこのリード線１５
を介して電流が所定の方向に供給されると、ペルチェ効
果により上側電極板１３で吸熱が起こり下側電極板１４
で発熱が起こるようになっている。尚、電流を逆方向に
供給することにより、下側電極板１４で吸熱作用を、上
側電極板１３で発熱作用を生じさせることも可能であ
る。

【００２５】上側電極板１３の吸熱面Ｃ側の面と、下側
電極板１４の放熱面Ｈ側の面には、これらの面全面を被
覆する熱良導性の電気絶縁層１６が形成されている。こ
の電気絶縁層１６は、上側電極板１３の吸熱面Ｃ側の面
及び下側電極板１４の放熱面Ｈ側の面のみでなく、上側
電極１３の仕切板１１側の面に回り込んでこの面のうち
ｐ型熱電半導体素子１２ｐ及びｎ型熱電半導体素子１２
ｎとの接合部以外の全面を被覆し、且つｐ型熱電半導体
素子１２ｐ及びｎ型熱電半導体素子１２ｎの周面を被覆
し、下側電極板１４の仕切板１１側の面のうちｐ型熱電
半導体素子１２ｐ及びｎ型熱電半導体素子１２ｎとの接
合部以外の全面を被覆している。また、リード線１５
は、自由端部を残して、接続する電極板（上側電極板１
３または下側電極板１４）とともに被覆されている。そ
の結果、電気絶縁層１６は、上側電極板１３、下側電極
板１４、ｐ型熱電半導体素子１２ｐ、ｎ型熱電半導体素
子１２ｎ、及びリード線１５のうち他の部材に接触せず
露出している露出面全面を被覆している。そして、上側
電極板１３、下側電極板１４、ｐ型熱電半導体素子１２
ｐ、ｎ型熱電半導体素子１２ｎ、及びリード線１５のう
ちの自由端部を除く部分は、この電気絶縁層１６によっ
て閉塞されている。この電気絶縁層１６は、上側電極板
１３や下側電極板１４の発熱や吸熱の効率をなるべく低
減しない熱良導性であり、且つ電気絶縁性を有するもの
であれば特に制限されるものではないが、ポリテトラフ
ルオロエチレン等のフッ素樹脂や、ポリパラキシリレ
ン、エポキシ樹脂等が好ましく用いられる。

【００２６】次に、本発明の熱電モジュールの製造方法
の一実施形態であって、上述の実施形態の熱電モジュー
ルの製造方法について説明する。図２は本実施形態の熱
電モジュールの製造方法を示す説明図である。まず、図
２（ａ）に示すように、仕切板１１に、ｎ型熱電半導体
素子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐを互い違いに
嵌通させ固定する。そして、上側電極板１３及び下側電
極板１４をそれぞれｎ型熱電半導体素子１２ｎ及びｐ型
熱電半導体素子１２ｐの上端面どうし及び下端面どうし
に架設し、これらの電極板（上側電極板１３及び下側電
極板１４）によって、ｎ型熱電半導体素子１２ｎとｐ型
熱電半導体素子１２ｐとを交互に電気的に直列に接続す
る。電極板１３，１４とｎ型熱電半導体素子１２ｎ及び
ｐ型熱電半導体素子１２ｐとは、はんだ付けによって接
合する。また、直列の接続の両端に位置する電極板１４
にはリード線１５を接合する。これにより、ｎ型熱電半
導体素子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐの上端面
どうし及び下端面どうしを電極板により連接しｎ型熱電
半導体素子１２ｎとｐ型熱電半導体素子１２ｐとを交互
に電気的に接続したモジュール本体１０が形成される
（モジュール本体形成行程）。

【００２７】次に、図２（ｂ）に示すように、複数のモ
ジュール本体１０を、リード線１５の自由端部を挟持し
た状態で保持し、熱良導性の電気絶縁成分であるエポキ
シ樹脂成分を含むエポキシ樹脂液（被覆液Ｌ）内に浸漬
する。このとき、リード線１５の自由端部までがエポキ
シ樹脂液内に浸かるようにする。そしてエポキシ樹脂液
を各モジュール本体１０の２つの電極板１３，１４の間
まで入り込ませ、電極板１３，１４の露出面全面、ｎ型
熱電半導体素子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐの
周壁全面、及びリード線１５の自由端部以外の表面をエ
ポキシ樹脂液で覆わせた後、モジュール本体１０をエポ
キシ樹脂液から引き上げる。そして、そのままモジュー
ル本体１０を放置し、モジュール本体１０の表面に付着
したエポキシ樹脂液を風乾する（被覆行程）。これによ
り、図１に示す、モジュール本体１０のｎ型熱電半導体
素子１２ｎ、ｐ型熱電半導体素子１２ｐ及び電極板１
３，１４の露出面全面と、リード線１５のうち自由端部
を除く部分の周面全面が、熱良導性の電気絶縁層１６に
被覆された熱電モジュールが完成する。

【００２８】上述の熱電モジュールの製造方法では、モ
ジュール本体１０全体を熱良導性のエポキシ樹脂の溶液
に浸漬することによりエポキシ樹脂を被覆させるので、
上側電極板１３の吸熱面Ｃ側の表面及び下側電極板１４
の放熱面Ｈ側の表面を含む、ｎ型熱電半導体素子１２
ｎ、ｐ型熱電半導体素子１２ｐ及び電極板１３，１４の
露出面全面と、リード線１５のうち自由端部を除く部分
の周面全面を、１つの行程によって同時にほぼ等しい条
件下でエポキシ樹脂で被覆することができる。そして、
上述の熱電モジュールの製造方法では、上側電極板１３
の吸熱面Ｃ側の表面及び下側電極板１４の放熱面Ｈ側の
表面が電気絶縁層１６によって被覆されている熱電モジ
ュールを製造でき、吸熱面Ｃや放熱面Ｈにヒートシンク
等の外部の部材を接触固定する場合に、この外部の部材
に電気絶縁層１６を設ける等の絶縁処理の必要のない熱
電モジュールを製造することができる。上述の熱電モジ
ュールの製造方法では、上側電極板１３の吸熱面Ｃ側の
表面及び下側電極板１４の放熱面Ｈ側の表面を１つの行
程で同時にエポキシ樹脂で被覆することができる。従っ
て、吸熱面Ｃ及び放熱面Ｈの両方に外部の部材を取り付
けて用いる場合にこれらの外部の部材両方にそれぞれ絶
縁処理をするよりも少ない手間で、熱電モジュールの、
上側電極板１３どうし及び下側電極板１４どうしの短絡
を回避することができる。また、上述の熱電モジュール
の製造方法では、上側電極板１３の吸熱面Ｃ側の表面及
び下側電極板１４の放熱面Ｈ側の表面と同時に、ｎ型熱
電半導体素子１２ｎ、ｐ型熱電半導体素子１２ｐ及び電
極板１３，１４の露出面全面と、リード線１５のうち自
由端部を除く部分の周面全面を、１つの行程によってエ
ポキシ樹脂で被覆することができ、少ない手間で、電極
板１３，１４が電解腐食し難く、また、電極板１３，１
４やｎ型熱電半導体素子１２ｎ、ｐ型熱電半導体素子１
２ｐ、リード線１５の表面に直接異物が付着することが
なく、他のものが当たることによる衝撃を受け難く、耐
久性の良好な熱電モジュールを製造することができる。

【００２９】上述の構成を有し、上述の実施形態の熱電
モジュールの製造方法によって製造される本実施形態の
熱電モジュールでは、上側電極板１３及び下側電極板１
４に電気絶縁層１６を介して直接ヒートシンク等の外部
の部材が接触固定され、良好な熱効率を得る。そして、
上側電極板１３と下側電極板１４それぞれについて、外
部の部材が接触配置される面が、エポキシ樹脂の電気絶
縁層１６によって被覆されており、この電気絶縁層１６
によって、外部の部材に絶縁処理を施さなくても、上側
電極板１３どうし及び下側電極板１４どうし間が外部の
部材で短絡されるのが回避される。この電気絶縁層１６
は、上側電極板１３及び下側電極板１４をｎ型熱電半導
体素子１２ｎ及びｐ型熱電半導体素子１２ｐに接合架設
したモジュール本体１０をエポキシ樹脂液に浸漬するこ
とによって、上側電極板１３と下側電極板１４の両方の
部材に一度に形成させることができる。従って、従来の
ように、熱電モジュールの放熱面Ｈに接触される部材及
び吸熱面Ｃに接触配置される外部の部材のそれぞれに個
別に絶縁処理を行う場合に比して、少ない手間で、上側
電極板１３及び下側電極板と外部の部材との間に電気絶
縁層１６を形成することができる。また、モジュール本
体１０は外部の部材よりも形状が単純であり、上側電極
板１３の吸熱面Ｃ側の面及び下側電極板１４の放熱面Ｈ
側の面に容易に電気絶縁層１６を形成させることがで
き、この点からも、従来のように形状が複雑な外部の部
材に絶縁処理を施す場合に比して少ない手間で、上側電
極板１３及び下側電極板と外部の部材との間に電気絶縁
層１６を形成することができる。

【００３０】この様に、本実施形態の熱電モジュールに
よると、従来のように、熱電モジュールの放熱面Ｈに接
触される部材及び吸熱面Ｃに接触配置される外部の部材
のそれぞれに個別に絶縁処理を行う場合に比して、少な
い手間で、上側電極板１３どうし及び下側電極板１４ど
うし間が外部の部材によって短絡されるのを回避しなが
ら、上側電極板１３及び下側電極板１４に電気絶縁層１
６を介して直接ヒートシンク等の外部の部材を接触固定
して良好な熱交換効率を得ることができる。

【００３１】本実施形態の熱電モジュールによると、上
側電極板１３及び下側電極板１４が耐食性の電気絶縁性
層によって被覆されているので、上側電極板１３及び下
側電極板１４が、結露や霜によって電解腐食するのが防
止される。この耐食性の電気絶縁性層による被覆は、上
側電極板１３の吸熱面Ｃ側の面及び下側電極板１４の放
熱面Ｈ側の面に電気絶縁層１６を形成させるのと同時に
行うことができ、従来のようにシリコン系樹脂等により
防湿のためのシーリングをせずに、少ない手間で、上側
電極板１３及び下側電極板１４の電解腐食を回避するこ
とができる。

【００３２】本実施形態の熱電モジュールによると、ｎ
型熱電半導体素子１２ｎ、ｐ型熱電半導体素子１２ｐ、
上側電極板１３、下側電極板１４、及びリード線１５に
おいて、露出面全面が電気絶縁性層によって被覆されて
いるので、これらの部材に直接異物が付着するのが防止
され、また他のものが当たることによる衝撃が緩和さ
れ、これらを原因とする各部材の劣化が回避され、良好
な耐久性を得ることができる。この耐食性の電気絶縁性
層による被覆は、上側電極板１３の吸熱面Ｃ側の面及び
下側電極板１４の放熱面Ｈ側の面に電気絶縁層１６を形
成させるのと同時に行うことができ、従来のようにリー
ド線１５を収縮チューブで絶縁する等の必要がなく、少
ない手間と部材で、良好な耐久性を得ることができる。

【００３３】図３は本発明の熱電モジュールを含む熱電
保温／冷却装置であり、本発明の熱電モジュールの上述
の実施形態を含む小型の冷蔵庫を模式的に示す概略構成
図である。この熱電保温／冷却装置（小型冷蔵庫）は、
図３に示すように、冷蔵する物品を収納する保冷室３１
が形成された筺体３０と、筺体３０の保冷室３１を冷却
するための上述の実施形態の熱電モジュール１と、放熱
装置としてのコルゲートフィン２５（ヒートシンク）及
びファン２６とを備えている。

【００３４】筺体３０は、図示されない一面が開放され
ており、ここから保冷室３１へ物品を出し入れするよう
になっている。この開放された一面には蓋体（図示され
ず）が蝶着されており、物品を出し入れする時以外には
蓋体によって保冷室３１を密閉するようになっている。
筺体３０及び蓋体は、外部からの衝撃等から内部を保護
するための外壁３２と、この外壁３２の保冷室３１側の
断熱材層３３と、断熱材層３３の更に保冷室３１側の熱
良導性金属層３４とからなる３層構造をしている。筺体
１０には、熱電モジュール１の形状に合わせて外壁３２
及び断熱層３３が切り欠かれて熱良導性金属層３４が外
方に露出した切り欠き部３０ａが形成されている。そし
てこの筺体３０の切り欠き部３０ａに熱電モジュール１
が嵌合固定され、上側電極板１３側には電気絶縁層１６
を介して熱良導性金属層３４が面接固定されている。熱
電モジュール１の放熱面Ｈは筺体３０の外部に配置され
かつ筺体３０の外方に張出配置されている。

【００３５】熱電モジュール１の下側電極板１４側に
は、電気絶縁層１６を介して、放熱用のコルゲートフィ
ン２５が、その基台部２５ａを、面接固定されている。
そしてこのコルゲートフィン２５の外方にはファン２６
が取り付けられており、コルゲートフィン２５周囲の暖
まった空気を外部に放出するとともに新鮮な空気を導入
してコルゲートフィン２５による放熱効率を上げるよう
になっている。

【００３６】上述のような構成の本実施形態の熱電保温
／冷却装置（小型冷蔵庫）では、保冷室３１の内壁であ
る熱良導性金属層３４が電気絶縁層１６を介して上側電
極板１３と熱交換を行い、コルゲートフィン２５が電気
絶縁層１６を介して下側電極板１４と熱交換を行うよう
になっているので、良好な熱交換効率を得ることができ
る。また、熱電モジュール１の吸熱面Ｃ及び放熱面Ｈに
電気絶縁層１６が形成されているので、コルゲートフィ
ン２５や筺体３０の熱電モジュール接触面に絶縁処理を
行う必要がなく、少ない手間で、良好な熱交換効率を得
ることができる。この様に、本発明の熱電モジュールを
用いることにより、少ない手間で良好な熱交換効率の冷
蔵・保温装置を得ることができる。

【００３７】尚、本発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、各部材の形状、大きさ、材料、製造手
順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変
更が可能である。例えば、上述の実施形態においては、
熱電モジュール１として、熱電半導体素子１２ｎ，１２
ｐが仕切板１１により支持されているものが用いられて
いるが、図４に示すように、仕切板が無く、電極板１
３，１４が基板１１´に固定されるものとしてもよい。
この場合には、熱電モジュール１の外部の部材は基板１
１´に接触するが、電極板１３，１４の放熱面Ｈ側の面
及び吸熱面Ｃ側の面を電気絶縁性層１６で被覆すること
により、セラミック製等の絶縁性の基板に限らず金属等
の非絶縁性の基板１１´を絶縁処理を施すことなく用い
ることが可能となり、少ない手間で良好な熱交換効率を
得ることができる。

【００３８】上述の実施形態においては、モジュール本
体１０を電気絶縁性の成分を含む浸漬液に浸漬すること
によりモジュール本体１０に電気絶縁層１６を被覆形成
させているが、モジュール本体１０を熱良導性の電気絶
縁成分を含む雰囲気下に放置し、蒸着により前記電気絶
縁層１６を形成させてもよい。この場合、熱良導性の電
気絶縁成分としては、ポリテトラフルオロエチレンやポ
リパラキシリレン等が好ましい。また、電気絶縁成分を
モジュール本体１０に噴霧することによって、電気絶縁
層１６を形成させてもよい。尚、上述の実施形態のよう
に被覆液Ｌに浸漬して電気絶縁層１６を形成させる場合
には、各部材の縁部において電気絶縁層１６が薄くなり
やすく、また浸漬後乾燥工程が必要であり、また電気絶
縁成分を噴霧する場合にはｎ型熱電半導体素子１２ｎ、
ｐ型熱電半導体素子１２ｐ、電極板１３，１４のうち互
いに対向する側の面に電気絶縁成分が到達し難くこの部
位に電気絶縁層１６が形成されにくいのに比し、蒸着に
よる場合には１つの行程で均一な電気絶縁層１６を形成
させることができる点で好ましい。

【００３９】上述の熱電保温／冷却装置では、熱電モジ
ュールに、放熱装置としてコルゲートフィン２５及びフ
ァン２６が用いられているが、これに代えて、熱電モジ
ュールの放熱面Ｈに面接配置されるジャケットとこのジ
ャケットとの間で冷水を循環させる循環装置とからなる
液冷式の放熱装置や、ヒートパイプ等の種々の放熱装置
を用いることもできる。また、本発明の熱電モジュール
が適用される熱電保温／冷却装置は、小型冷蔵庫に限ら
れるものではなく、コンピュータのＣＰＵやＬＳＩを冷
却する冷却装置とすることもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る熱電
モジュール、及び熱電モジュールの製造方法によれば、
良好な熱効果効率及び耐久性を得ることができ、且つ、
少ない手間で製造でき、組み合わせて用いる外部の部材
による電極部材間の短絡を回避することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱電モジュールの一実施形態の概略構
成を示す断面図である。

【図２】図１の熱電モジュールの製造方法を示す説明図
である。

【図３】図１の熱電モジュールを含む小型の冷蔵庫を模
式的に示す概略構成図である。

【図４】本発明の熱電モジュールのその他の実施形態の
概略構成を示す断面図である。

【図５】従来技術の熱電モジュールの概略構成を示す斜
視図である。

【図６】従来技術の熱電モジュールの他の例の概略構成
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 熱電モジュール １０ モジュール本体 １１ 仕切板 １１´ 基板 １２ｎ ｎ型熱電半導体素子 １２ｐ ｐ型熱電半導体素子 １３ 上側電極板 １４ 下側電極板 １５ リード線 １６ 電気絶縁層 ２５ コルゲートフィン ２６ ファン ３０ 筺体 ３０ａ 切り欠き部 ３１ 保冷室 ３２ 外壁 ３３ 断熱材層 ３４ 熱良導性金属層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電素子を構成する第１の素子部材及び
   第２の素子部材と、 前記第１の素子部材の一端部と前記第２の素子部材の一
   端部と、及び前記第１の素子部材の他端部と前記第２の
   素子部材の他端部とを連結して前記第１の素子部材と前
   記第２の素子部材とを交互に電気的に直列に接続する電
   極部材と、 前記第１の素子部材の一端部と前記第２の素子部材の一
   端部とを連結する前記電極部材の前記他端部と反対側の
   面、及び前記第１の素子部材の他端部と前記第２の素子
   部材の他端部とを連結する前記電極部材の前記一端部と
   反対側の面を被覆する熱良導性の電気絶縁層とを備える
   ことを特徴とする熱電モジュール。
2. 【請求項２】 前記電気絶縁層は、電極部材の露出面全
   面を被覆することを特徴とする請求項１に記載の熱電モ
   ジュール。
3. 【請求項３】 前記電気絶縁層は、前記第１の素子部
   材、前記第２の素子部材、及び前記電極部材の露出面全
   面を被覆することを特徴とする請求項２に記載の熱電モ
   ジュール。
4. 【請求項４】 熱電素子を構成する第１の素子部材及び
   第２の素子部材の一端部どうし及び他端部どうしを電極
   部材により連接し前記第１の素子部材と前記第２の素子
   部材とを交互に電気的に直列に接続したモジュール本体
   を形成するモジュール本体形成行程と、 前記第１の素子部材及び前記第２の素子部材の一端部ど
   うしを連結する前記電極部材の前記他端部と逆側の面、
   及び、前記第１の素子部材及び前記第２の素子部材の他
   端部どうしを連結する前記電極部材の前記一端部と逆側
   の面を、熱良導性の電気絶縁層で被覆する被覆行程とを
   含むことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
5. 【請求項５】 前記被覆行程が、前記モジュール本体を
   熱良導性の電気絶縁成分を含む雰囲気下に放置し、蒸着
   により前記電気絶縁層を形成させるものであることを特
   徴とする請求項４に記載の熱電モジュールの製造方法。
6. 【請求項６】 前記被覆行程が、前記モジュール本体を
   熱良導性の電気絶縁成分を含む被覆液中に浸漬し、引き
   上げた後乾燥させることにより前記電気絶縁層を形成さ
   せるものであることを特徴とする請求項４に記載の熱電
   モジュールの製造方法。