(57)【要約】【課題】取付対象物の取付範囲の大きさに合わせて配置することができる熱電モジュールを提供する。【解決手段】熱電モジュール１は、熱電素子部品５及び基板７０を有する。熱電素子部品５は、直列に複数配列され、２枚の基板７０（基板７０Ａ及び基板７０Ｂ）の間に位置し、各基板７０と接着している。基板７０は、金属板７２の両面のうち、絶縁膜７４を形成された一方面を、熱電素子部品５に向けた状態で、熱電素子部品５と接着している。熱電素子部品５は、少なくとも一部の稜線部分を丸めた柱体の形状である熱電素子１０と、熱電素子１０の側壁面に設けられた電気的に絶縁する絶縁層２０と、リン青銅製の薄い板状であり、両端部を反対方向に屈曲した電極板３０とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電素子部品を含み、
前記熱電素子部品は、
柱体の形状である熱電素子と、
前記熱電素子の側壁面に設けられた、電気的に絶縁する絶縁層と
を有し、
前記熱電素子は、前記絶縁層から露出した上面及び底面近傍における稜線部分を丸めた柱体の形状である
熱電モジュール。
【請求項２】
金属製の薄い板状であり、両端部を反対方向に屈曲した電極板
をさらに有し、
前記電極板の厚みは、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の厚みであり、
前記電極板は、前記熱電素子の上面と、他の前記熱電素子の底面とを電気的に接続している
請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記熱電素子の上面側及び底面側に配置された基板
をさらに有し、
直列に接続した複数の前記熱電素子部品は、取付対象物の取付範囲の大きさに合わせて並べられ、
前記基板は、取付対象物の取付範囲の形状に合わせた外形形状に成形されている
請求項２に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記電極板は、中央部の板面に複数の貫通穴を有する
請求項２に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
柱体の形状である熱電素子と、
前記熱電素子の側壁面に設けられた、電気的に絶縁する絶縁層と
を有し、
前記熱電素子は、前記絶縁層から露出した上面及び底面近傍における稜線部分を丸めた柱体の形状である
熱電素子部品。
【請求項６】
熱電材料を上面及び底面近傍における稜線部分を丸めた柱体の形状に成形する工程と、
成形した前記熱電材料の側壁面に絶縁テープを巻き付ける工程と
を有する熱電素子部品の製造方法。
【請求項７】
熱電材料を柱体の形状に成形する工程と、
成形した前記熱電材料に絶縁膜を形成する工程と、
絶縁塗料の膜を形成した前記熱電材料のうち、上面及び底面の絶縁塗料の膜を取る工程と
を有する熱電素子部品の製造方法。
【請求項８】
金属板の両端部を反対方向に屈曲した電極板と他の前記電極板とで囲まれた空間を作るよう、当該電極板と他の当該電極板とを並べる工程と、
並べた前記電極板と他の前記電極板で囲まれた空間に、熱電素子を嵌め込む工程と、
嵌め込んだ前記熱電素子と前記電極板とを電気的に接続し、かつ、当該熱電素子と他の前記電極板とを電気的に接続する工程と
を有し、
前記電極板と他の前記電極板とで囲まれた空間は、当該電極板と他の当該電極板との中央部の板面が対向し、かつ、当該電極板の一方の端部の板面と他の当該電極板の他方の端部の板面とが対向する空間である
熱電モジュールの製造方法。
【請求項９】
取付対象物の取付範囲の大きさに合わせて、複数の前記熱電素子を並べて直列に接続する工程と、
取付対象物の取付範囲の形状に合わせた外形形状である２つの基板で、複数接続した前記熱電素子を挟み接着する工程と
を有する熱電モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電モジュール、熱電素子部品、熱電素子部品の製造方法、及び、熱電モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、基部と、複数の第１電極と、一方の端部が前記第１電極と夫々電気的に接続される複数の熱電変換素子と、該熱電変換素子の他方の端部に夫々電気的に接続される複数の第２電極と、前記熱電変換素子に電気的に接続される前記第１電極を、隣接する前記熱電変換素子に電気的に接続される前記第２電極に、電気的に接続する接続部とを備える熱電変換モジュールであって、前記第１電極または前記第２電極は、前記基部上に配置され、前記基部に沿うと共に互いに直交する２つの軸線をＸ軸及びＹ軸として、前記熱電変換素子は、前記基部上に前記Ｘ軸方向に複数並べられて素子列を構成し、該素子列は、Ｙ軸方向に複数並べられた熱電変換モジュールが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、その側面が絶縁体に覆われ上面と底面が上部電極と下部電極を構成する柱状の同一導電型の半導体からなる熱電変換素子を絶縁基板にその底面が接するように格子状に配列された熱電変換素子モジュールであって、主部と足からなる電極パターンが前記絶縁基板の所定の位置に配置され、前記電極パターンの主部に前記熱電変換素子の下部電極をその底面で接合され、一の熱電変換素子の下部電極の当該電極パターンの足と次の熱電変換素子の上部電極が、当該足と前記次の熱電変換素子の側面とその間の絶縁基板を覆う蒸着した金属で接続され、前記全ての熱電変換素子が直列に接続されていることを特徴とする熱電変換素子モジュールが開示されている。
特許文献１及び２に記載されているユニレグ型の熱電変換モジュールは、基板上にモジュールを配列し作製されているため、発熱体の大きさ、形状あるいは冷却対象の大きさ、形状に対して、フレキシブルなモジュールになっていない。
【０００４】
また、特許文献３には、中空筒状の耐熱性絶縁材料の内部にｐ型或いはｎ型の熱電変換材料が充満して構成される熱電変換素子であり、前記耐熱性絶縁材料及び熱電変換材料の端面における表面粗さＲａが０．８μｍよりも大きく４．５μｍ以下であり、前記耐熱性絶縁材料及び前記熱電変換材料の端面に密着する電極をさらに有することを特徴とする熱電変換素子が開示されている。
特許文献３の熱電変換モジュールは、中空の筒を用いるため筒の分だけ隙間ができ高密度に配列されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７９５３９号公報
【特許文献２】特開２０１７−７６７２０号公報
【特許文献３】特表２０１３−５４２５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、取付対象物の取付範囲の大きさに合わせて配置することができる熱電モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱電モジュールは、複数の熱電素子部品を含み、前記熱電素子部品は、柱体の形状である熱電素子と、前記熱電素子の側壁面に設けられた、電気的に絶縁する絶縁層とを有し、前記熱電素子は、前記絶縁層から露出した上面及び底面近傍における稜線部分を丸めた柱体の形状である。
【０００８】
好適には、金属製の薄い板状であり、両端部を反対方向に屈曲した電極板をさらに有し、前記電極板の厚みは、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の厚みであり、前記電極板は、前記熱電素子の上面と、他の前記熱電素子の底面とを電気的に接続している。
【０００９】
好適には、前記熱電素子の上面側及び底面側に配置された基板をさらに有し、直列に接続した複数の前記熱電素子部品は、取付対象物の取付範囲の大きさに合わせて並べられ、前記基板は、取付対象物の取付範囲の形状に合わせた外形形状に成形されている。
【００１０】
好適には、前記電極板は、中央部の板面に複数の貫通穴を有する。
【００１１】
また、本発明に係る熱電素子部品は、柱体の形状である熱電素子と、前記熱電素子の側壁面に設けられた、電気的に絶縁する絶縁層とを有し、前記熱電素子は、前記絶縁層から露出した上面及び底面近傍における稜線部分を丸めた柱体の形状である。
【００１２】
また、本発明に係る熱電素子部品の製造方法は、熱電材料を上面及び底面近傍における稜線部分を丸めた柱体の形状に成形する工程と、成形した前記熱電材料の側壁面に絶縁テープを巻き付ける工程とを有する。
【００１３】
また、本発明に係る熱電素子部品の製造方法は、熱電材料を柱体の形状に成形する工程と、成形した前記熱電材料に絶縁膜を形成する工程と、絶縁塗料の膜を形成した前記熱電材料のうち、上面及び底面の絶縁塗料の膜を取る工程とを有する。
【００１４】
また、本発明に係る熱電モジュールの製造方法は、金属板の両端部を反対方向に屈曲した電極板と他の前記電極板とで囲まれた空間を作るよう、当該電極板と他の当該電極板とを並べる工程と、並べた前記電極板と他の前記電極板で囲まれた空間に、熱電素子を嵌め込む工程と、嵌め込んだ前記熱電素子と前記電極板とを電気的に接続し、かつ、当該熱電素子と他の前記電極板とを電気的に接続する工程とを有し、前記電極板と他の前記電極板とで囲まれた空間は、当該電極板と他の当該電極板との中央部の板面が対向し、かつ、当該電極板の一方の端部の板面と他の当該電極板の他方の端部の板面とが対向する空間である。
【００１５】
また、本発明に係る熱電モジュールの製造方法は、取付対象物の取付範囲の大きさに合わせて、複数の前記熱電素子を並べて直列に接続する工程と、取付対象物の取付範囲の形状に合わせた外形形状である２つの基板で、複数接続した前記熱電素子を挟み接着する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、取付対象物の取付範囲の大きさに合わせて配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態における熱電モジュール１の構成を例示する図である。
【図２】組み立て後の熱電素子部品５を例示する図である。
【図３】組み立て前の熱電素子部品５を例示する斜視図である。
【図４】熱電素子部品５の製造方法（Ｓ１０）を説明するフローチャートである。
【図５】熱電モジュール１の製造方法（Ｓ３０）を説明するフローチャートである。
【図６】熱電素子ユニット３を例示する図である。
【図７】長尺型の熱電モジュール１を例示する斜視図である。
【図８】平面型の熱電モジュール１を例示する斜視図である。
【図９】実施形態における変形例１を説明する図である。
【図１０】実施形態における変形例２を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、本発明がなされた背景を説明する。
熱電モジュールは、基板上に配置した素子の上部と下部に温度差を与え発電する発電モジュールと、素子に通電することによってペルチェ効果による冷却を行うペルチェモジュールの２通りがある。どちらの熱電モジュールも従来は、基板の上に素子を形成あるいは固定する方式で製作されており、はんだ付け、ロウ付け、銀ペースト等により、基板上に堅固に固定していた。そのため、基板の上に素子を形成あるいは固定する方式での製作である場合、基板の大きさに基づいてモジュールの大きさが決定していた。基板の大きさを変えると、配線パターン等の製作プロセスの多くを変更しなければならず、簡単に基板の大きさを変えることはできなかった。
一方で、熱電モジュールを効率的に配置するには、例えば熱電変換モジュールを発熱体の大きさや形状に合わせて製作する必要があり、またペルチェモジュールを冷却対象の大きさや形状に合わせて製作する必要があった。
つまり、従来の熱電モジュールでは、予め基板の大きさが決定したものを適宜並べ替えながら配置するしかなく、場合によっては、熱電モジュールが配置されない箇所が生じ、隙間なく配置できなかった。言い換えると、フレキシブルなモジュールにはなっていなかった。
そこで、本発明によれば、取付対象物となる発熱体や冷却対象物の大きさや形状に合わせて、適宜形状を変更可能な熱電モジュールを提供することにより、隙間なく配置することができる。
【００１９】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
［構成］
図１は、本実施形態における熱電モジュール１の構成を例示する図である。
図１に例示するように、熱電モジュール１は、熱電素子部品５及び基板７０を有し、本例の熱電モジュール１は、熱電素子部品５及び基板７０により構成されている。
熱電素子部品５は、直列に複数配列され、２枚の基板７０（基板７０Ａ及び基板７０Ｂ）の間に位置し、各基板７０と接着している。基板７０は、金属板７２の両面のうち、絶縁膜７４を形成された一方面を、熱電素子部品５に向けた状態で、熱電素子部品５と接着している。
【００２０】
また、本例の熱電モジュール１は、熱電素子部品５の上部と下部に温度差を与え発電させる発電モジュールとする場合と、熱電素子部品５に通電することによってペルチェ効果による冷却を行うペルチェモジュールとする場合の２通りが可能である。なお、本例の熱電モジュール１は、ペルチェモジュールであり、熱電素子部品５の上面側が高温側であり、熱電素子部品５の底面側が低温側である。
また、熱電モジュール１は、複数の熱電素子部品５を直列に繋いだユニレグ型の熱電モジュールである。この熱電モジュール１は、ｎ型の熱電素子を含む熱電素子部品５のみ、あるいはｐ型の熱電素子を含む熱電素子部品５のみを接続し構成している。
【００２１】
（熱電素子部品５）
図２は、組み立て後の熱電素子部品５を例示する図である。
図３は、組み立て前の熱電素子部品５を例示する斜視図である。
図２及び図３に例示するように、熱電素子部品５は、熱電素子１０、絶縁層２０、電極板３０、及び、接合材４０を有し、本例の熱電素子部品５は、熱電素子１０、絶縁層２０、電極板３０、及び、接合材４０により構成されている。
【００２２】
熱電素子１０は、熱及び電気エネルギーを相互に変換する材料を成形した素子である。まず、熱電素子１０を成形する熱電材料を説明する。熱電素子１０を成形する熱電材料は、例えば、シリサイド系の熱電材料である。具体的にはマグネシウムシリサイド（Ｍｇ２Ｓｉ）系の熱電材料であり、より具体的にはＭｇＳｉＳｎ合金、又は、Ｍｇ２Ｓｉ合金を主成分とする熱電材料である。ここで、マグネシウムシリサイドは、ｎ型の熱電変換材料として非常に高性能であり、ユニレグ型の素子を構成するのに好ましい。なお、本例の熱電素子１０を成形する熱電材料は、ＭｇＳｉＳｎ合金を主成分とする材料である。この熱電材料は、Ｍｇ２ＳｉとＭｇＯとで構成された母相と、母相中に形成された空孔と、空孔の壁面に付着した、シリコンを主成分とするシリコン層とを含む。母相は、ＭｇＳｉＳｎ合金において、化学組成が互いに異なる２つのＳｉリッチ相（第１Ｓｉリッチ相及び第２Ｓｉリッチ相と呼称する）を有する。第１Ｓｎリッチ相は、第２Ｓｉリッチ相よりＳｎの組成比率が高く、第２Ｓｉリッチ相は、第１Ｓｎリッチ相よりＳｉの組成比率が高い。また、熱電材料は、熱電材料の重量に対して１．０ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下のＭｇＯを含有する。さらに、熱電材料を構成するシリコン層は、アモルファスＳｉ、またはアモルファスＳｉと微結晶のＳｉとにより構成される。
【００２３】
次に、熱電素子１０の外観構成を説明する。熱電素子１０は、少なくとも一部の稜線部分を丸めた柱体の形状に成形されている。本例の熱電素子１０は、絶縁層２０から露出している上面又は底面近傍の稜線部分を丸面形状としている。なお、熱電素子１０は、、少なくとも一部の稜線部分を落とした柱体に成形されていれば、丸面形状でなく、稜線部分を平面状に落とした角面形状であってもよい。
また、熱電素子１０は、柱体のうち、多角柱の形状である。熱電素子１０が多角柱である場合、三角柱、四角柱、又は五角柱であってもよいが、効率的に配列するには四角柱（例えば直方体又は立方体）が好ましい。
【００２４】
絶縁層２０は、熱電素子１０の側壁面上に設けられた、電気的に絶縁する層であり、例えば、絶縁シートまたは絶縁膜により形成される。絶縁層２０が絶縁シートで形成される場合、絶縁層２０は、テープ状にした絶縁シート（以下絶縁テープ）を、熱電素子１０の側壁面を覆うように接着し形成する。また、絶縁層２０が絶縁膜で形成される場合、絶縁層２０は、熱電素子１０の側壁面を絶縁塗料で被覆し形成する。なお、本例の絶縁層２０は、熱電素子１０の側壁面に設けた絶縁テープで形成される。
また、絶縁層２０は、熱電素子１０の上部及び下部近傍に配置せず、熱電素子１０の側壁面のみに配置している。つまり、絶縁層２０は、長さ方向における熱電素子１０の中央部に位置している。また、絶縁層２０の長さＬ２は、電素子１０の長さＬ１より短い。これは、熱電素子１０の角を予め角を落とし、熱電素子１０の角と電極板３０との接触を防止できるため、絶縁層２０は、熱電素子１０の上部及び下部近傍にまで配置する必要はない。これにより、熱電素子１０に対して絶縁層２０を必要最低限に設けることができるため節約することができる。
【００２５】
電極板３０は、薄い板状であり、両端部を反対方向に屈曲した金属板である。言い換えると、電極板３０は、第１板材３２の一方端部と第２板材３４との一方端部とを、第３板材３６で接続した形状に形成されている。本例の電極板３０は、一方の端部を略直角に屈曲して第１板材３２及び第３板材３６を形成し、これと反対方向に、他方の端部を略直角に屈曲して第２板材３４及び第３板材３６を形成した、断面形状が略Ｚ字状となっている。また、電極板３０は、第１板材３２と第２板材３４とが略平行となっている。
また、電極板３０は、銅を主成分とした合金により形成されている。具体的には、電極板３０は、バネ用の銅を主成分とした合金により形成されている。ここで、バネ用の銅を主成分とした合金とは、例えば、バネ用リン青銅、バネ用ベリリウム銅、バネ用洋白、バネ用チタン銅、及び、バネ用ニッケルすず銅が挙げられる。なお、本例の電極板３０は、バネ用のリン青銅により形成された電極板である。ここで、リン青銅は、熱伝導率が低い点、復元性に優れる点、強度が高い点、曲げ、絞り加工性が良い点、及び、電気伝導率が高い点等の特徴がある。
また、電極板３０を形成する金属の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］は、例えば２０以上１４０以下であり、具体的な熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］は、５０以上７０以下である。なお、本例の電極板３０を形成するバネ用リン青銅の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］は、６０以上６５以下の範囲内であり、具体的な熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］は６３である。
また、電極板３０を形成する金属の電気伝導率［％ＩＡＣＳ］は、例えば５以上３０以下であり、具体的な電気伝導率［％ＩＡＣＳ］は、１０以上２５以下である。なお、本例の電極板３０を形成するバネ用リン青銅の電気伝導率［％ＩＡＣＳ］は、１０以上１５以下の範囲内であり、具体的な電気伝導率［％ＩＡＣＳ］は１２である。
また、電極板３０は、例えば、高温側に位置する熱電素子１０Ａの上面と、低温側に位置する熱電素子１０Ｂの底面とを接続している（図１）。電極板３０は、熱伝導率が低いバネ用リン青銅で形成することにより、２つの熱電素子１０の間での熱移動を抑えることができる。
また、電極板３０の厚みは、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の厚みに形成され、本例の電極板３０の厚みは、０．０５ｍｍである。電極板３０の厚みを０．０１ｍｍより薄くすると、材料の節約や省スペース化を図ることが期待できるが、復元力を失い変形やすくなる。一方で、電極板３０の厚みを０．１０ｍｍより厚くすると、復元力を保持し変形しにくくなるが、電極板３０の厚みが厚くなるため材料やスペースを多く使用することとなる。よって、本例の電極板３０の厚みを０．０５ｍｍとすることにより、厚みを薄く形成しても変形しにくく、復元性に優れる電極板とすることができる。
【００２６】
接合材４０は、熱電素子１０と電極板３０とを接合する接合材であり、例えば、半田材料又は銀ペーストである。
このように、熱電素子部品５は、側壁面に絶縁層２０を配置した熱電素子１０と電極板３０とを接合材４０で接合し構成している。
【００２７】
（基板７０）
図１に例示するように、基板７０は、取付対象物の取付範囲の形状に合わせた外形形状に成形された基板である。なお、間接的に取付対象物の取付範囲の形状に合わせて外形を成形してもよい。取付対象物の取付範囲の形状に合わせて直列に複数接続した熱電素子部品５の形状に合わせて成形してもよい。基板７０は、金属製または合成樹脂製により形成される。なお、本例の基板７０は、金属板７２であり、金属板７２の一方の面に絶縁膜７４を有する。
金属板７２は、一方の面に絶縁膜７４を形成された金属製の平板である。金属板７２は、表面をアルマイト処理したアルミニウム板、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成したアルミニウム板、又は、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した銅板である。金属板７２は、複数接続した熱電素子部品５（熱電素子ユニット３）の形状に合わせて成形されている。例えば、複数接続した熱電素子部品５が、長方形型であれば、金属板７２は、長方形型に形成される。
絶縁膜７４は、熱電素子部品５と金属板７２とが電気的に非接続としている絶縁膜である。
このように、熱電モジュール１は、熱電素子部品５及び基板７０により構成されている。
【００２８】
［製造方法］
次に、熱電素子部品５の製造方法を説明する。
図４は、熱電素子部品５の製造方法（Ｓ１０）を説明するフローチャートである。
図４に例示するように、ステップ１００（Ｓ１００）において、製造者は、ｎ型あるいはｐ型の熱電材料のどちらか一方を選択し、選択した熱電材料を立方体又は直方体の形状に成形する。製造者は、成形した立方体又は直方体に成形した熱電材料における上面及び底面近傍の稜線部分を面取り加工し、丸面形状にする（熱電素子１０の製作）。
【００２９】
ステップ１０５（Ｓ１０５）において、製造者は、成形した熱電素子１０の側壁面に絶縁テープを巻き付ける（絶縁層２０の製作）。なお、製造者は、絶縁テープを巻き付けた後、巻き付けた絶縁テープから露出した、熱電素子１０の上面及び底面近傍の稜線部分において、面取り加工のしていない部分がある場合は追加加工し修正する。
【００３０】
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、製造者は、厚み０．０５ｍｍのリン青銅製の金属板の両端部を反対方向に折り曲げ加工する。製造者は、１枚の金属板のうち一方の端部を山折り加工し、他方の端部を谷折り加工する。本例の金属板は、一方の端部を略直角に屈曲して第１板材３２及び第３板材３６を形成し、これと反対方向に、他方の端部を略直角に屈曲して第２板材３４及び第３板材３６を形成する。このように、電極板３０を製作する。
【００３１】
ステップ１１５（Ｓ１１５）において、製造者は、半田又は銀ペーストを用いて、絶縁層２０を設けた熱電素子１０と電極板３０とを接合する。製造者は、例えば、熱電素子１０の底面と電極板３０の第２板材３４とを接合する。熱電素子１０は、絶縁層２０から露出した底面近傍の稜線部分を丸めため、電極板３０の第２板材３４以外の部分との接触を防止し、短絡を防ぐことができる。
このように、本製造方法によれば、熱電素子部品５を効率的に製造することができる。なお、本製造方法において、Ｓ１００〜Ｓ１０５とＳ１１０との順序を入れ替えてもよい。
【００３２】
次に、熱電モジュール１の製造方法を図５〜図８を参照して説明する。
図５は、熱電モジュール１の製造方法（Ｓ３０）を説明するフローチャートである。
図６は、熱電素子ユニット３を例示する図である。
図７は、長尺型の熱電モジュール１を例示する斜視図である。
図８は、平面型の熱電モジュール１を例示する斜視図である。
図５に例示するように、ステップ３００（Ｓ３００）において、製造者は、熱電素子部品５の製造方法（Ｓ１０）にて複数の熱電素子部品５を製作する。製造者は、図６に例示するように、製作した複数の熱電素子部品５を、既定数直線的に並べ、直列に接合する（熱電素子ユニット３の製作）。本例での熱電素子ユニット３は、直列に接合した５つの熱電素子部品５で１ユニットとする。熱電素子ユニット３は、絶縁層１０から露出した稜線部分を丸めた熱電素子１０を並べることにより、熱電素子部品５と他の熱電素子部品５とを接近させて配置しても、熱電素子部品５の熱電素子１０の角部分と、他の熱電素子部品５の電極板３０との接触を防止することができる。これにより、熱電素子部品５と他の熱電素子部品５との離間間隔をより狭めることができる。
また、製造者は、熱電素子部品５に含まれる熱電素子１０においてｎ型又はｐ型のどちらか単一で組み立て、ユニレグ構造とした熱電素子ユニット３とする。製造者は、型又はｐ型の一方の素子を選択することにより、並べる順番等を考慮することなく、効率的に組み立てることができる。
【００３３】
ステップ３０５（Ｓ３０５）において、製造者は、製作した複数の熱電素子ユニット３を冷却対象の大きさや形状に合わせて並べる。製造者は、半田又は銀ペーストを用いて、並べた熱電素子ユニット３同士を接合し、一体的に構成する。製造者は、冷却対象の形状が長尺型である場合、例えば２つの熱電素子ユニット３を接合し、図７に示すよう長尺型に組み立ててもよし、冷却対象の形状が正方形型又は長方形型である場合、例えば４つの熱電素子ユニット３を接合し、図８に示すよう正方形型又は長方形型に組み立ててもよい。このように、製造者は、ユニット化した熱電素子部品５を組み合わせることにより、モジュールの製作時間を短縮することができる。
【００３４】
ステップ３１０（Ｓ３１０）において、製造者は、冷却対象物の大きさや形状に合わせて、金属板７２を切り出す。製造者は、例えば冷却対象物の大きさや形状が長尺型の形状であれば、図７に示すよう長尺型の金属板を切り出し、また、例えば正方形型又は長方形型の形状であれば、図８に示すよう正方形型又は長方形型の金属板を切り出す。製造者は、切り出した金属板７２の一方の面に絶縁膜７４を形成する。（基板７０の製作）
なお、金属板７２の切り出しにおいて、間接的に冷却対象物の大きさや形状に合わせて外形を成形してもよく、例えば冷却対象物の取付範囲の形状に合わせて直列に複数接続した、一体的に構成した熱電素子ユニット３の形状に合わせて成形してもよい。
【００３５】
ステップ３１５（Ｓ３１５）において、製造者は、製作した２枚の基板７０で、一体的に構成した熱電素子ユニット３を挟み接着する。製造者は、図７及び図８に例示するように、熱電素子ユニット３の上方において基板７０Ａを配置し、下方において基板７０Ｂを配置する。配置された基板７０は、絶縁膜７４を形成された面を熱電素子ユニット３側に向けた状態で配置される。金属製の基板７０で熱電素子ユニット３を挟み接着することにより、一体的に構成した熱電素子ユニット３が強度的な安定性を増し、熱の移動を容易にできる。基板７０は、金属基板であるため、セラミックス基板よりも衝撃力に強くかつ低価格で熱伝導の大幅な改善が期待できる。なお、熱電素子部品５と基板７０との間に熱伝導を良くするため熱伝導の良いグリースを挟んでもよい。
このように、本製造方法によれば、熱電モジュール１を効率的に製造することができる。なお、本製造方法において、Ｓ３００〜Ｓ３０５とＳ３１０との順序を入れ替えてもよい。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の熱電モジュール１によれば、熱電素子ユニット３の数や組み合わせ方を適宜変えることにより、取付対象物である発熱体や冷却対象物の大きさや形状に対して、フレキシブルな熱電モジュールとすることができる。
また、熱電モジュール１は、熱電素子部品５を隙間なく実装した熱電素子ユニット３を既定数配列しモジュール化することにより、同じ面積でであっても、従来の基板の形状に基づいた熱電モジュールよりも、熱電素子をより多く配列することができる。これにより、熱電変換の変換効率を向上させることが出来る。また、熱電素子部品５を隙間なく実装できるため、小型化を図ることができる。
【００３７】
また、熱電モジュール１によれば、熱電素子ユニット３の並べ方によって、大型化が可能となる。例えば、冷却素子としてのペルチェモジュールへの応用において、冷蔵庫を始め応用の範囲が広がる。これにより、ペルチェ素子の大幅な普及に繋がる。
【００３８】
次に、ユニレグ型の熱電モジュール１における熱電素子１０及び電極板３０の特性を算出した。
［ユニレグ型の熱電モジュール１における熱電素子１０（ｎ型素子）の特性］
Ａ：電気抵抗率  ：１×１０−３Ωｃｍ
Ｂ：熱伝導率    ：３Ｗ／ｍＫ
Ｃ：素子形状    ：０．５×０．５×０．６（ｃｍ）
Ｄ：素子の電気抵抗Ｒ：１×１０−３×０．６／０．５×０．５＝２．４ｃｍΩ
Ｅ：熱伝導は、断面積０．５×０．５＝０．２５であるから、相対的に３×０．２５＝０．７５
［ユニレグ型に熱電モジュール１おける電極板３０（リン青銅製）の特性］
Ａ：電気抵抗率  ：１３．３×１０−６Ωｃｍ
Ｂ：熱伝導率    ：６７Ｗ／ｍＫ  （０．ｌｍｍｔ）
Ｃ：配線形状    ：０．０１×０．５×０．８（ｃｍ）
Ｄ：配線抵抗Ｒ  ：１３．３×１０−６×０．８／０．０１×０．５＝２．１２８ｃｍΩ
Ｅ：熱伝導は、断面積０．０１×０．５＝０．００５であるから、相対的に６７×０．００５＝０．３３５
以上より、０．１ｍｍのリン青銅製の電極板３０をユニレグ型の配線に使用すると電気抵抗は素子とほぼ同等で、かつ、熱伝導は素子の１／２に抑えられる。
【００３９】
次に、上記実施形態における変形例を説明する。
なお、変形例では、上記実施形態と実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
［変形例１］
上記実施形態の熱電素子部品５の製造方法Ｓ１０において、熱電素子１０に絶縁テープを巻き付け絶縁層２０とした形態を説明したが、変形例１では、絶縁膜を形成し絶縁層２０とする形態を説明する。絶縁膜を形成する方法として、例えば、絶縁塗料に浸漬する法と、真空成膜方法とがある。真空成膜方法には、物理的気相成長法（ＰＶＤ）と、化学的気相成長法（ＣＶＤ）がある。なお、本例では、図９を参照し、絶縁塗料に熱電素子を浸漬する方法を具体例として説明する。
図９は、実施形態における変形例１を説明する図である。
ステップ１００（Ｓ１００）において、製造者は、ｎ型あるいはｐ型の熱電材料のどちらか一方を選択し、選択した熱電材料を立方体又は直方体の形状に成形する。
【００４０】
ステップ１０５（Ｓ１０５）において、製造者は、図９（Ａ）に例示するように、成形した熱電素子１０を絶縁塗料に浸漬し、絶縁塗料から取り出した熱電素子１０を乾燥させる。これにより、図９（Ｂ）に例示するように、熱電素子１０の側壁面、上面及び底面には、絶縁塗料の膜（絶縁膜）が形成される（絶縁層２０の形成）。
【００４１】
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、製造者は、図９（Ｃ）に例示するように、熱電素子１０の上面及び底面を研削し、絶縁膜を取り除く。例えば、熱電素子１０の色と、絶縁膜の色とが異なる場合、製造者は、上面及び底面を研削することにより、熱電素子１０の上下方向が明確となる。
【００４２】
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、製造者は、厚み０．０５ｍｍのリン青銅製の金属板を折り曲げ加工する。本例の金属板は、一方の端部を略直角に屈曲して第１板材３２及び第３板材３６を形成し、これと反対方向に、他方の端部を略直角に屈曲して第２板材３４及び第３板材３６を形成する。
【００４３】
ステップ１１５（Ｓ１１５）において、製造者は、半田又は銀ペーストを用いて、絶縁層２０を設けた熱電素子１０と電極板３０とを接合する。
このように、本製造方法によれば、熱電素子部品５を効率的に製造することができる。
【００４４】
［変形例２］
上記実施形態では、熱電素子部品５を並べて接合しユニット又はモジュールを製造したが、本例では、製作した電極板３０を複数並べ、並べた電極板３０に囲まれた空間に熱電素子１０を配置し接合しユニット又はモジュールを製造する。
図１０は、実施形態における変形例２を説明する図である。
ステップ３００において、図１０（Ａ）に例示するように、製造者は、電極板３０と他の電極板３０とで囲まれた空間を作るよう、電極板３０と他の電極板３０とを並べる。具体的には、複数の電極板３０Ａ〜３０Ｅを既定の間隔Ａ〜Ｄをあけて並べる。ここで、電極板３０と他の電極板３０とで囲まれた空間とは、例えば、電極板３０Ａと電極板３０Ｂとに着目して説明すると、電極板３０Ａと電極板３０Ｂとの中央部（第３板材３６）の板面が対向し、かつ、電極板３０Ａの一方の端部（第２板材３４）の板面と電極板３０Ｂの（第１板材３２）の板面とが対向する空間、即ち、隙間Ａである。以下、同様に、隙間Ｂ〜Ｄは、２つの電極板に囲まれた空間となっている。
【００４５】
ステップ３０２において、図１０（Ｂ）に例示するように、製造者は、複数並べた電極板３０の各隙間Ａ〜Ｄに１つずつ熱電素子１０を嵌め込む。
【００４６】
ステップ３０４において、図１０（Ｃ）に例示するように、製造者は、嵌め込んだ熱電素子１０と電極板３０とを電気的に接続し、かつ、熱電素子１０と他の電極板３０とを接合材４０にて電気的に接続する。例えば、隙間Ａに位置する熱電素子１０に着目すると、製造者は、熱電素子１０の底面と電極板３０Ａの第２板材３４と接合し、熱電素子１０の上面と電極板３０Ｂの第１板材３２と接合する。また、電極板３０Ｂに着目すると、電極板３０Ｂの第１板材３２と隙間Ａに位置する熱電素子１０の上面とを接合し、電極板３０Ｂの第２板材３４と隙間Ｂに位置する熱電素子１０の底面とを接合する。
このように、電極板３０を複数並べ、並べた電極板３０により囲まれた空間に熱電素子１０を配置することで、ユニット又はモジュールを製造することができる。
【００４７】
［変形例３］
上記実施形態の熱電素子部品５に含まれる電極板３０において、電極板３０の中央部（第３板材３６）に貫通穴を複数設けてもよい。これにより、熱電素子１０の高温側と低温側との熱移動を抑えることが期待できる。
【００４８】
［変形例４］
上記実施形態では、熱電素子１０の側壁面に絶縁層２０を設けた場合を説明したが、本例では、電極板３０の中央部（第３板材３６）における表裏の板面に絶縁層２０を設けてもよい。これにより、電極板３０は、熱電素子１０の側壁面と電気的に非接続となる。このとき、電極板３０の板幅より熱電素子１０の幅が小さいことが好ましい。例えば、熱電モジュール１を構成するときに、電極板３０の板幅方向に熱電素子部品５を並べた場合に、電極板３０の板幅より熱電素子１０の幅が大きいと、隣り合う熱電素子１０の側壁面が接触し短絡するおそれがある。そのため、電極板３０の板幅より熱電素子１０の幅が小さいことが好ましい。
【００４９】
［変形例５］
上記実施形態では、ユニレグ型の熱電モジュールにおいて、熱電素子の稜線部分を丸角または角面に面取りし側壁面に絶縁層を設けた場合を説明したが、これに限定するものではない。ｎ型及びｐ型の熱電素子を交互に並べる、いわゆるπ（パイ）型の熱電モジュールにおける熱電素子の稜線部分を面取りし側壁面に絶縁層を設けてもよい。ｎ型及びｐ型の熱電素子の各熱電素子の稜線部分を面取りすることにより、ｎ型の熱電素子とｐ型の熱電素子とを隙間なく配設することができるため、小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…熱電モジュール
５…熱電素子部品
１０…熱電素子
２０…絶縁層
３０…電極板
４０…接合材
７０…基板
３…熱電素子ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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