(57)【要約】【課題】電極上への各熱電素子の配列を簡単に行うことができるとともに、工程数を削減することが可能な熱電モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】上電極１３が形成された上基板１１を３次元造型機の内部に設置し、上電極１３上にＰ型素子２０ｐを造型して第１中間体２３を生成した後、下電極１４が形成された下基板１２を３次元造型機の内部に設置し、下電極１４上にＮ型素子２０ｎを造型して第２中間体２６を生成する。その後、第１中間体２３及び第２中間体２６を対向させ、第１中間体２３のＰ型素子２０ｐを第２中間体２６の下電極１４に接合し、第２中間体２６のＮ型素子２０ｎを第１中間体２３の上電極１３に接合する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元造型機の内部に第１電極を設置する第１設置工程と、
前記第１電極上にＰ型とＮ型とのうちの一方である熱電特性を有する第１熱電素子を、前記３次元造型機により形成して、第１中間体を生成する第１形成工程と、
３次元造型機の内部に第２電極を設置する第２設置工程と、
前記第２電極上にＰ型とＮ型とのうちの他方である熱電特性を有する第２熱電素子を、前記３次元造型機により形成して、第２中間体を生成する第２形成工程と、
前記第１中間体の前記第１熱電素子を前記第２中間体の第２電極に接合し、前記第２中間体の前記第２熱電素子を前記第１中間体の前記第１電極に接合する接合工程と、
を備える、熱電モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記第１形成工程において、前記第１電極の表面を融点近くまで加温することにより軟化させた後に、前記第１熱電素子が形成される、
または、前記第２形成工程において、前記第２電極の表面を融点近くまで加温することにより軟化させた後に、前記第２熱電素子が形成される、
請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記第１設置工程の前に、前記第１電極の表面に接合材を付しておく、
または、前記第２設置工程の前に、前記第２電極の表面に接合材を付しておく、
請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記第１形成工程において、前記第１熱電素子は、前記第１電極側の接合面の面積が前記第２電極側の接合面の面積よりも大きく形成される、
または、前記第２形成工程において、前記第２熱電素子は、前記第１電極側の接合面の面積が前記第２電極側の接合面の面積よりも大きく形成される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項５】
長さ方向を起電力発生方向とし、前記起電力発生方向の両端が電極に接合される接合面とされている熱電素子であって、
前記両接合面のうち一方の接合面の面積が他方の接合面の面積より大きく形成されていることを特徴とする熱電素子。
【請求項６】
円錐台形状又は角錐台形状である錐台形状に形成されている、請求項５に記載の熱電素子。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の熱電素子を、面積の大きい側を低温側、面積の小さい側を高温側となるように配置し、複数の熱電素子をモジュール化して構成したことを特徴とする熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電モジュールの製造方法、熱電素子及び熱電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるゼーベック効果又はペルチェ効果を利用した熱電モジュール（熱電変換モジュールとも称される）として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この種の熱電モジュールは、電極パターンが形成された一対の基板間に、複数の熱電素子（熱電変換素子とも称される）を配列するようにして構成される。上記熱電モジュールでは、熱電素子としてＰ型素子及びＮ型素子が用いられ、これら極性の異なる熱電素子が各基板の電極パターンを通じて電気的に直列接続されるように、各基板の電極パターン及び各熱電素子の配列パターンが定められている。
【０００３】
ここで、上記熱電モジュールの従来の製造方法について説明する。先ず、粉末状の熱電材料を焼結してインゴットを作成し、これを所定の厚さ寸法にカットしてプレートを作成する。その後、そのプレートをダイサー等によってダイシングし、所定形状（例えば角柱状）を有する複数の熱電素子を作成する。これらの工程をＰ型の熱電素子及びＮ型の熱電素子のそれぞれについて行う。
【０００４】
上記のようにしてＰ型及びＮ型の各熱電素子を作成した後、一方の基板に形成された電極パターン上に接合材としてのはんだクリーム等を塗布し、電極パターン上に複数の熱電素子を配置していく。この際、Ｐ型素子とＮ型素子とが直列接続となるように、各熱電素子を所定の配列パターンで配列していく。その後、熱電素子が配列された一方の基板の上方から、電極パターン上に接合材が塗布された他方の基板を電極形成面が素子側となるようにして被せる。最後に、それをリフロー炉等の加熱炉に導入してはんだ付け処理を行い、各熱電素子と各基板の電極パターンとを接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１７８１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の製造方法では、各熱電素子が所定の配列パターンで配列されるように、電極パターン上に熱電素子を１つ１つ配置していく必要がある。しかしながら、このような作業は手間がかかるし、例えば素子サイズが小さくなるほど、熱電素子を摘まんだり、各熱電素子を配列パターン通りに正確に配置したりすること自体が困難となる。
【０００７】
また、従来の製造方法では、各熱電素子の作成からモジュール化までの工程数が多くなり、製造コストの増大や生産性の低下を招くという懸念がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極上への各熱電素子の配列を簡単に行うことができるとともに、工程数を削減することが可能な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。
【０００９】
また、そのような製造方法によって形成することができる熱電素子及び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】
【００１０】
上記課題を解決すべく、第１の発明では、熱電モジュールの製造方法であって、３次元造型機の内部に第１電極を設置する第１設置工程と、前記第１電極上にＰ型とＮ型とのうちの一方である熱電特性を有する第１熱電素子を、前記３次元造型機により形成して、第１中間体を生成する第１形成工程と、３次元造型機の内部に第２電極を設置する第２設置工程と、前記第２電極上にＰ型とＮ型とのうちの他方である熱電特性を有する第２熱電素子を、前記３次元造型機により形成して、第２中間体を生成する第２形成工程と、前記第１中間体の前記第１熱電素子を前記第２中間体の第２電極に接合し、前記第２中間体の前記第２熱電素子を前記第１中間体の前記第１電極に接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
第１の発明によれば、第１熱電素子を第１電極に位置決めした状態で形成することができるとともに、第２熱電素子を第２電極に位置決めした状態で形成することができる。よって、従来のように各熱電素子を形成した後、それらを１つ１つ電極上に配置していく必要がなく、各熱電素子の配列を簡単に行うことが可能になる。
【００１２】
加えて、各熱電素子の形成と、各電極に対する各熱電素子の配置とが同時に行われるため、従来、素子形成とは別に行っていた素子配列の工程を省略可能となる。そればかりか、３次元造型機では、熱電材料の粉末から直接、熱電素子を形成できるため、インゴットやプレートを作成したり、プレートをダイシングしたりする工程を省略することもできる。よって、各熱電素子の作成からモジュール化までの全体工程数を削減することができ、製造コストの低減や生産性の向上を図ることが可能になる。
【００１３】
第２の発明では、前記第１形成工程において、前記第１電極の表面を融点近くまで加温することにより軟化させた後に、前記第１熱電素子が形成される、または、前記第２形成工程において、前記第２電極の表面を融点近くまで加温することにより軟化させた後に、前記第２熱電素子が形成されることを特徴とする。
【００１４】
第２の発明によれば、第１形成工程又は第２形成工程において熱電素子及び電極を接合することができ、電極に固定された状態の熱電素子を形成することが可能になる。これにより、第１中間体又は第２中間体の取り扱い時において熱電素子の姿勢や位置が変動することが抑制され、素子配列を安定させた状態で熱電モジュールを製造することが可能になる。
【００１５】
第３の発明では、上記第１の発明において、前記第１設置工程の前に、前記第１電極の表面に接合材を付しておく、または、前記第２設置工程の前に、前記第２電極の表面に接合材を付しておくことを特徴とする。
【００１６】
第３の発明によれば、第１又は第２形成工程において、電極との間に接合材が介在した状態で熱電素子が形成される。これにより、第１熱電素子と第１電極とを接合し、第２熱電素子と第２電極とを接合することができる。
【００１７】
第４の発明では、上記第１の発明〜第３の発明のいずれかにおいて、前記第１形成工程において、前記第１熱電素子は、前記第１電極側の接合面の面積が前記第２電極側の接合面の面積よりも大きく形成される、または、前記第２形成工程において、前記第２熱電素子は、前記第１電極側の接合面の面積が前記第２電極側の接合面の面積よりも大きく形成されることを特徴とする。
【００１８】
第４の発明によれば、熱電素子において第１電極側の端部と第２電極側の端部との温度差を大きくすることができる。これにより、熱電素子の発電量を増大させることができ、熱電効率に優れた熱電モジュールを製造することが可能になる。
【００１９】
第５の発明では、長さ方向を起電力発生方向とし、前記起電力発生方向の両端が電極に接合される接合面とされている熱電素子であって、前記両接合面のうち一方の接合面の面積が他方の接合面の面積より大きく形成されていることを特徴とする。
【００２０】
第５の発明によれば、長さ方向（起電力発生方向）の一端部と他端部との温度差を大きくすることができ、発電量を増大させることが可能になる。
【００２１】
第６の発明では、上記第５の発明において、円錐台形状又は角錐台形状である錐台形状に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
第６の発明では、長さ方向（高さ方向）の両端面を上記第５の発明に係る両接合面とすることで、上記第５の発明に係る熱電素子を好適に実現できる。さらに、例えば長さ方向に直交する断面の面積が一定である柱状の熱電素子に比べて、側面部の表面積が大きくなり、側面部での放熱領域を拡大することもできる。
【００２３】
第７の発明では、熱電モジュールであって、上記第５の発明又は第６の発明に記載の熱電素子を、面積の小さい側を高温側、面積の大きい側を低温側となるように配置し、複数の熱電素子をモジュール化して構成したことを特徴とする。
【００２４】
第７の発明によれば、各熱電素子において低温側の接合面の面積が高温側の接合面の面積よりも大きいことで、高温側での入熱量よりも低温側での放熱量を大きくすることができる。このため、高温側の端部が昇温しても、低温側の端部は低温に維持されやすくなり、これら両端部間の温度差を好適に拡大することができる。これにより、各熱電素子の発電量を増大させることができ、熱電効率に優れた熱電モジュールを実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱電モジュールの正面図。
【図２】上電極が形成された上基板の電極側から見た平面図。
【図３】下電極が形成された下基板の電極側から見た平面図。
【図４】熱電モジュールの製造方法を説明するための説明図。
【図５】熱電モジュールの製造方法を説明するための説明図。
【図６】熱電素子の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
【００２７】
＜熱電モジュールの構成＞
本発明に係る熱電モジュール１０の構成について図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２８】
図１に示すように、熱電モジュール１０は、対向配置された一対の上基板１１及び下基板１２と、これら基板１１，１２間に配置された複数の熱電素子２０とを備えている。
【００２９】
上基板１１は、絶縁基板となっており、例えばガラスエポキシ基板等によって構成されている。図２に示すように、上基板１１は平面視で矩形状をなしており、その表面には、第１電極としての上電極１３が複数形成されている。各上電極１３は、例えば銅やモリブデン又はこれらの合金等の導電材料によって形成されており、２個の熱電素子２０を配置可能な薄板状をなしている。
【００３０】
下基板１２も上基板１１と同様に絶縁基板となっており、図３に示すように、その表面には、第２電極としての下電極１４が複数形成されている。各下電極１４は、上基板１１の各上電極１３と同様の形状及び大きさを有しているが、その配置位置は、各上電極１３に対して半ピッチ分（素子１個分）ずれたものとなっている。
【００３１】
そして、図１に示すように、上基板１１に形成された上電極１３に各熱電素子２０の上端部２０ａが接合されているとともに、下基板１２に形成された下電極１４に各熱電素子２０の下端部２０ｂが接合されている。すなわち、本実施の形態において熱電素子２０は、長さ方向（各電極１３，１４の対向方向）を起電力発生方向として使用されるものとなっており、詳しくは、上端部２０ａと下端部２０ｂとの温度差によって起電力を発生させるように構成されている。熱電素子２０は、例えばシリコン−ゲルマニウム系、マグネシウム−シリサイド系、マンガン−シリサイド系等の熱電材料によって形成されている。
【００３２】
熱電モジュール１０では、熱電素子２０としてＰ型の熱電素子（Ｐ型素子）２０ｐとＮ型の熱電素子（Ｎ型素子）２０ｎとを有しており、これらＰ型素子２０ｐ及びＮ型素子２０ｎが熱電素子２０の配列方向において交互に配置されている。そして、１つのＰ型素子２０ｐと、それに隣り合う１つのＮ型素子２０ｎとが一対とされ、これら両素子２０ｐ，２０ｎの上端部が１つの上電極１３と接合されている。その際、上電極１３と下電極１４との配置位置が半ピッチ分ずれていることで、下基板１２側では、隣り合う上電極１３ａ，１３ｂの一方に接合されたＮ型素子２０ｎと、他方に接合されたＰ型素子２０ｐとの各下端部が１つの下電極１４に接合されるようになっている。
【００３３】
なお、図２では、上電極１３に対するＰ型素子２０ｐ及びＮ型素子２０ｎの各接合面をそれぞれ符号２１ｐ，２１ｎで示し、図３では、下電極１４に対するＰ型素子２０ｐ及びＮ型素子２０ｎの各接合面を符号２２ｐ，２２ｎで示している。また、これらの図では、Ｐ型素子２０ｐの接合面２１ｐ，２２ｐと、Ｎ型素子２０ｎの接合面２１ｎ，２２ｎとの区別を容易化するため、両者に異なるハッチングを付している。
【００３４】
そして、Ｐ型素子２０ｐ及びＮ型素子２０ｎが上電極１３及び下電極１４に対して上記のように接合されることで、それら両素子２０ｐ，２０ｎが電気的に直列接続された状態となり、直列経路が構成される。この直列経路の両端となる下電極１４ａ，１４ｂからはリード線１５が引き出されており、このリード線１５を介して、熱電モジュール１０で発生した電力を取り出すことが可能となっている。
【００３５】
上記熱電モジュール１０の使用に際しては、加熱ダクト等の熱源と冷却ダクト等の冷却装置との間に上記熱電モジュール１０が配置される。これにより、熱電モジュール１０に温度差が付与され、各熱電素子２０が発電する。その際、本実施の形態では、上基板１１が冷却装置側で下基板１２が熱源側となるように、熱電モジュール１０の向きが設定される。すなわち、上基板１１側が低温となり、下基板１２側が高温となるように温度差が付与される。なお、必ずしも熱源及び冷却装置の両方を用いる必要はなく、いずれか一方のみの使用であってもよい。
【００３６】
ここで、本実施の形態では、発電量を高めるべく、熱電素子２０の形状が工夫されている。以下、かかる構成について説明する。
【００３７】
図２及び図３に示すように、本実施の形態に係る熱電素子２０は、上電極１３に対する接合面２１の面積が下電極１４に対する接合面２２の面積よりも大きくなるように形成されている。詳しくは、図１に示すように、熱電素子２０が角錐台形状をなしており、長さ方向（高さ方向）の両端面が上記両接合面２１，２２となるように構成されている。
【００３８】
このような構成において、下基板１２を高温側基板とし、上基板１１を低温側基板とした場合、各熱電素子２０では、低温側に位置する接合面２１の面積が大きいことで、上端部２０ａ側の放熱量も大きくなる。この場合、下基板１２からの熱で下端部２０ｂ側が昇温しても、上端部２０ａ側は低温に維持されやすくなり、上端部２０ａと下端部２０ｂとの温度差を大きくすることができる。これにより、各熱電素子２０での発電量が増大され、熱電モジュール１０の熱電効率を向上させることが可能になる。
【００３９】
さらに、各熱電素子２０が角錐台形状であることで、例えば角柱状である場合に比べ、側面部２０ｃの表面積が大きくなり、側面部２０ｃでも放熱領域が拡大される。これにより、下基板１２からの熱が熱電素子２０の上端部２０ａに伝わることが抑制され、上端部２０ａと下端部２０ｂとの温度差を一層大きくすることができる。
【００４０】
＜熱電モジュール１０の製造方法＞
本実施の形態では、３次元造型機を用いて上記熱電モジュール１０を製造するものとなっている。以下、その具体的方法について図４〜図６を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
熱電モジュール１０の製造にあたっては先ず、図４（ａ）に示すように、上電極１３が形成された上基板１１を３次元造型機内の設置台３１に設置する（第１設置工程）。この際、上電極１３の形成面を上側とした状態で、設置台３１上の所定の設置位置に上基板１１を位置決めする。
【００４２】
次に、図４（ｂ）に示すように、設置台３１に設置された上基板１１の各電極１３上に、３次元造型機によって各Ｐ型素子２０ｐを形成し、第１中間体２３を生成する（第１形成工程）。この工程では、先ず、Ｐ型素子２０ｐを構成する熱電材料の粉末を、上電極１３が形成された上基板１１の表面全体に敷き詰めて熱電材料層（粉末床）２４を形成する。その後、この熱電材料層２４のうちＰ型素子２０ｐを造型する領域２５にレーザ光を照射し、領域２５の熱電材料層２４を溶融・焼結させる。これをＰ型素子２０ｐの高さ寸法分だけ繰り返し、焼結部分を積層していく。その際、上層のレーザ照射時に下層の焼結部分との接合（積層方向の接合）も行われるため、一体化された状態のＰ型素子２０ｐが形成される。
【００４３】
３次元造型機には、各Ｐ型素子２０ｐの形状、各種サイズ及び配列パターン（座標位置）を示す３次元データが入力又は記憶されており、この３次元データに基づいて上記レーザ光の照射処理が行われる。このため、第１形成工程では、上基板１１上に配置される全てのＰ型素子２０ｐが並行して形成されていくだけでなく、各Ｐ型素子２０ｐが配列パターンに対応する位置に位置決めされた状態で形成されていく。つまり、各Ｐ型素子２０ｐの形成と配列とが同時に行われる。
【００４４】
また、各Ｐ型素子２０ｐの形成に際しては、上基板１１上に１層分の熱電材料層２４を形成する都度、当該材料層２４に焼結用のレーザ光を照射する。この場合、初層の形成時に行うレーザ照射に際しては、レーザ光の一部が熱電材料層２４を透過したり、熱電材料層２４の熱が上電極１３に伝わったりすることで、上電極１３の表面温度が上昇する。
【００４５】
その際、レーザ光の出力や照射時間を調整することで、上電極１３の表面を融点近くまで加温し、軟化させる。これにより、レーザ光が照射される領域２５において、軟化状態の上電極１３と溶融状態の熱電材料層２４とが馴染み、その後、両者が固化することで接合される。つまり、本実施の形態では、Ｐ型素子２０ｐの形成及び配列に留まらず、上電極１３とＰ型素子２０ｐとの接合も第１形成工程において行われる。
【００４６】
例えば、前述した従来の製造方法のように、電極上に熱電素子を配置した段階で両者が接合されていない場合には、リフロー炉等への運搬時において素子配列が乱れやすくなる。このため、慎重な運搬作業が求められたり、素子配置のやり直しや修正を強いられたりするおそれがある。また、リフロー炉等による加熱工程においても、素子両端のはんだを溶融させた際に素子が傾いたり、動いたりする懸念もある。
【００４７】
この点、本実施の形態では、各Ｐ型素子２０ｐの形成と併せて上電極１３との接合が行われるため、Ｐ型素子２０ｐの姿勢や位置を固定することができ、その後の工程で素子配列が乱れることを抑制できる。これにより、運搬が容易となるばかりか、素子配置のやり直し等の発生を抑制することもでき、生産性を向上させることが可能になる。
【００４８】
なお、熱電材料の粉末粒径は、特に限定されるものではないが、１μｍ以上で且つ１００μｍ以下とすることが好ましく、１０μｍ以上で且つ８０μｍ以下とすることがさらに好ましい。粉末粒径を１μｍ以上とすることで、熱電材料層２４における１層分の厚み寸法が小さくなり過ぎず、Ｐ型素子２０ｐの造型時間が過度に長くなることを抑制できる。また、粉末粒径を１００μｍ以下とすることで、上記厚み寸法が過大となることが回避され、滑らかな側面形状のＰ型素子２０ｐを造型しやすくなるほか、レーザ照射に際して上電極１３を加温しやすくなり、接合処理の容易化を図ることもできる。
【００４９】
上記のようにして第１中間体２３を形成した後は、これを３次元造型機内から取り出し、その後、図４（ｃ）に示すように、下電極１４が形成された下基板１２を設置台３１に設置する（第２設置工程）。この際、下電極１４の形成面を上側とした状態で、設置台３１上の所定の設置位置に下基板１２を位置決めする。
【００５０】
次に、図４（ｄ）に示すように、設置台３１に設置された下基板１２の各電極１４上に、３次元造型機によって各Ｎ型素子２０ｎを形成し、第２中間体２６を生成する（第２形成工程）。この第２形成工程は、Ｎ型素子２０ｎを構成する熱電材料の粉末を用い、上記第１形成工程と同様の方法で行う。第２形成工程の終了後は、第２中間体２６を３次元造型機から取り出す。
【００５１】
その後、第１中間体２３の上電極１３及び第２中間体２６の下電極１４のそれぞれに、はんだクリーム等の接合材２７（図５参照）を塗布する。接合材２７は、上電極１３及び下電極１４の各表面のうちＰ型素子２０ｐ、Ｎ型素子２０ｎが形成されていない部分に塗布する。
【００５２】
続いて、図５に示すように、接合材２７が塗布された第１中間体２３の上下を反転させ、接合材２７が塗布された第２中間体２６と対向させる。そして、第１中間体２３と第２中間体２６との位置合わせを行った上で、第１中間体２３を第２中間体２６に向けて移動させる。その後、第１中間体２３に形成されたＰ型素子２０ｐが第２中間体２６の下電極１４（接合材２７）に当接し、且つ、第２中間体２６に形成されたＮ型素子２０ｎが第１中間体２３の上電極１３（接合材２７）に当接するまで両中間体２３，２６を接近させ、第３中間体を生成する。なお、この作業は、手作業により行ってもよいし、昇降装置等を用いて機械的に行ってもよい。
【００５３】
最後に、上記第３中間体をリフロー炉等の加熱炉に導入し、加熱処理を行う。これにより、第１中間体２３のＰ型素子２０ｐを第２中間体２６の下電極１４に接合し、第２中間体２６のＮ型素子２０ｎを第１中間体２３の上電極１３に接合する（接合工程）。なお、接合材２７としてはんだクリームを用いた場合、接合工程は、はんだ付け工程となり、加熱処理は、はんだ付け処理となる。
【００５４】
以上、詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果を奏する。
【００５５】
・上電極１３が形成された上基板１１を３次元造型機の内部に設置し、上電極１３上にＰ型素子２０ｐを造型して第１中間体２３を生成した後、下電極１４が形成された下基板１２を３次元造型機の内部に設置し、下電極１４上にＮ型素子２０ｎを造型して第２中間体２６を生成した。その後、第１中間体２３及び第２中間体２６を対向させ、第１中間体２３のＰ型素子２０ｐを第２中間体２６の下電極１４に接合し、第２中間体２６のＮ型素子２０ｎを第１中間体２３の上電極１３に接合するようにした。
【００５６】
上記構成によれば、Ｐ型素子２０ｐを上電極１３に位置決めした状態で形成することができるとともに、Ｎ型素子２０ｎを下電極１４に位置決めした状態で形成することができる。よって、従来のように各熱電素子を形成した後、それらを１つ１つ電極上に配置していく必要がなく、各熱電素子の配列を簡単に行うことが可能になる。
【００５７】
加えて、各熱電素子２０の形成と、各電極１３，１４に対する各熱電素子２０の配置とが同時に行われるため、従来、素子形成とは別に行っていた素子配列の工程を省略可能となる。そればかりか、熱電材料の粉末から直接、熱電素子２０を形成できることから、インゴットやプレートを作成したり、プレートをダイシングしたりする工程を省略することもできる。よって、各熱電素子の作成からモジュール化までの全体工程数を削減することができ、製造コストの低減や生産性の向上を図ることが可能になる。
【００５８】
・上電極１３の表面を融点近くまで加温することにより軟化させた後に、Ｐ型素子２０ｐを形成するようにした。この場合、第１形成工程においてＰ型素子２０ｐと上電極１３とを接合することができ、上電極１３に固定された状態のＰ型素子２０ｐを形成することが可能になる。これにより、第１中間体２３の取り出し時や運搬時等においてＰ型素子２０ｐの姿勢や位置が変動することが抑制され、第１中間体２３の取り扱いが容易になる。さらに、接合工程において下電極１４上の接合材２７を溶融させた場合にも、Ｐ型素子２０ｐが傾いたり、動いたりすることがない。
【００５９】
また、第２形成工程においても、下電極１４の表面を融点近くまで加温することにより軟化させた後に、Ｎ型素子２０ｎを形成するため、第２中間体２６においても上記と同様の効果を得ることが可能になる。なお、上記実施の形態では、第１及び第２形成工程の両方で電極表面を軟化させた後に熱電素子を形成する構成としたが、いずれか一方の工程でのみ行う構成としてもよい。
【００６０】
・上電極１３に対する接合面２１の面積が下電極１４に対する接合面２２の面積よりも大きくなるように、熱電素子２０を構成した。この場合、熱電素子２０において高温側の入熱量と低温側の放熱量との差異を大きくすることができ、上端部２０ａと下端部２０ｂとの温度差を大きくすることが可能になる。特に、下基板１２を高温側基板とし、上基板１１を低温側基板とした場合には、下基板１２からの熱で下端部２０ｂ側が昇温しても、上端部２０ａ側は低温に維持されやすくなり、これら両端部２０ａ，２０ｂ間の温度差を好適に拡大することが可能になる。
【００６１】
＜その他の実施の形態＞
本発明は上記実施の形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。
【００６２】
（１）上記実施の形態では、熱電モジュール１０に温度差を付与して発電する構成としたが、各熱電素子２０をペルチェ素子として用い、各熱電素子２０に電流を流して温度差を発生させる調温装置（例えば冷却装置）を構成するものでもよい。
【００６３】
（２）上記実施の形態では、３次元造型機において粉末焼結方式により各熱電素子２０を形成したが、例えば、シート積層方式や指向性エネルギー堆積方式等の他の３次元造型方式により各熱電素子２０を形成してもよい。
【００６４】
（３）上記実施の形態では、電極が形成された基板を３次元造型機の内部に設置する構成としたが、基板上に形成されていない電極を設置する構成としてもよい。但し、この場合、個々の電極が分離状態にあるため、３次元造型機内への設置等に手間がかかる懸念があり、このような観点では上記実施の形態のように構成することが好ましい。
【００６５】
（４）上記実施の形態では、上電極１３の表面を軟化させてＰ型素子２０ｐとの接合を図る構成としたが、上電極１３の構成材料とＰ型素子２０ｐの構成材料との組み合わせによっては、両者の接合が困難な場合がある。このような場合には、第１設置工程の前に上電極１３上にはんだクリーム等の接合材を付しておき、第１設置工程において、接合材が付された上基板１１を３次元造型機内に設置するようにしてもよい。この場合、第１形成工程において接合材上に熱電素子２０が形成されるものとなり、接合材によって上電極１３とＰ型素子２０ｐとを接合することができる。
【００６６】
なお、上記接合材を、下電極１４及びＰ型素子２０ｐの接合に用いる接合材と同じものとすることで、後の接合工程において、上電極１３及びＰ型素子２０ｐの接合と、下電極１４及びＰ型素子２０ｐの接合とをまとめて行うことができ、製造工程を簡略化することが可能になる。また、電極上に接合材が付された基板の設置は、第２設置工程においても行うことができる。但し、必ずしも第１設置工程及び第２設置工程の両方で行う必要はなく、いずれか一方のみで行ってもよい。
【００６７】
（５）上記実施の形態において、第１形成工程の後に、上電極１３とＰ型素子２０ｐとの接合部の周囲に、はんだクリーム等の接合材を付してもよい。例えば、軟化接合によるＰ型素子２０ｐの保持力が不十分な場合に、接合材の粘性等によってそれをサポートすることができる。また、接合部の周囲に付した接合材は、後の接合工程において固化した場合、上電極１３とＰ型素子２０ｐとの接合に寄与するため、完成品である熱電モジュール１０における各Ｐ型素子２０ｐの接合力を強化することもできる。なお、接合材は、必ずしも接合部の周囲全体に付す必要はなく、少なくとも一部に付せばよい。また、上記構成は下電極１４とＮ型素子２０ｎとの関係においても適用することができるが、その際、Ｐ型素子２０ｐ又はＮ型素子２０ｎのいずれかのみで行ってもよい。
【００６８】
（６）上記実施の形態において、第１設置工程に先立ち、レーザ光（熱電材料に合わせて波長設定されたレーザ光）に対する反射率についての熱電材料層２４との差分が、上電極１３よりも小さい導電材料層を上電極１３の表面に形成してもよい。すなわち、上電極１３が、第２導電層と、第２導電層上に設けられ、熱電材料層２４との反射率の差分が第２導電層よりも小さい第１導電層とを備えており、第１導電層上にＰ型素子２０ｐが形成される構成としてもよい。レーザ光に対する熱電材料層２４の反射率と上電極１３の反射率とが大きく異なる場合、レーザ照射による両者の接合が困難となるおそれがあるが、上記のように、反射率を近づけてレーザ照射を行うことで、接合が容易となることを期待できる。
【００６９】
なお、上電極１３（第２導電層）の構成材料を銅とした場合、第１導電層は、例えば、当該電極１３上にニッケルメッキ処理を行うことで形成するとよい。また、上記構成は、下電極１４についても適用することができるが、その際、上電極１３又は下電極１４のいずれかのみで行ってもよい。
【００７０】
（７）上記実施の形態では、第１中間体２３の上電極１３と第２中間体２６の下電極１４とのそれぞれに接合材を塗布したが、第１中間体２３の上電極１３と、第１中間体２３におけるＰ型素子２０ｐの接合面２２ｐとに接合材を塗布し、第２中間体２６側には塗布しないようにしてもよい。この場合、一方の中間体にのみ塗布作業を行えば済むため、工程を簡略化することができる。なお、上記とは逆に、第２中間体２６に対して塗布作業を行ってもよい。
【００７１】
（８）上記実施の形態では、熱電素子２０を角錐台形状としたが、円錐台形状としてもよい。また、図６（ａ）に示すように、熱電素子２０の側面部２０ｃに溝部３３を形成して凹凸を設けたり、側面部２０ｃを曲面で構成したりしてもよい。これにより、側面部２０ｃの表面積を拡大して放熱効果を高めることができ、両端部２０ａ，２０ｂ間の温度差を一層大きくすることが可能になる。
【００７２】
なお、凹凸や曲面は、択一的なものではなく、両方を組み合わせて用いてもよい。また、これらは必ずしも側面部２０ｃの全体に形成する必要はなく、一部に形成してもよい。さらに、溝部３３は螺旋溝に限らず、縦溝等の他の溝形状であってもよい。ちなみに、凹凸や曲面を採用した上記変形例は、本発明の「錐台形状」に含まれるものである。すなわち、本発明の「錐台形状」は、完全な錐台形状に限定されるものではなく、全体として概ね錐台形状であるものを含む概念である。
【００７３】
また、図６（ｂ）に示すように、熱電素子２０の内部に空洞部３４を設け、素子内側に放熱面（放熱部）を確保する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０…熱電モジュール、１３…上電極、１４…下電極、２０…熱電素子、２０ｐ…Ｐ型素子、２０ｎ…Ｎ型素子、２１…接合面、２２…接合面、２３…第１中間体、２６…第２中間体。
【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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