(57)【要約】【課題】基材の機械的強度を保ちつつ、出力の更なる向上を可能とした熱電変換装置を提供する。【解決手段】基材の第１の面側の面内において互いに交差する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとに各々並んで配置された複数の熱電変換素子３と、熱電変換素子３の温接点側の端部と熱的に接続される温接点部と、熱電変換素子３の冷接点側の端部と熱的に接続される冷接点部とを備え、温接点部と冷接点部とは、第１の方向Ｘに交互に並んで配置されると共に、第２の方向Ｙに交互に並んで配置され、基材は、温接点部と冷接点部とのうち、何れか一方の接点部に対応して設けられた薄肉部１５と、何れか他方の接点部に対応して設けられた厚肉部１６とを有し、且つ、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとは異なる第３の方向Ｔにおいて隣り合う厚肉部１６が連結されている。【選択図】図６
2020126986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向において互いに対向する第１の面と第２の面とを有する基材と、
前記基材の前記第１の面側の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とに各々並んで配置された複数の熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の温接点側の端部と熱的に接続される温接点部と、
前記熱電変換素子の冷接点側の端部と熱的に接続される冷接点部とを備え、
前記温接点部と前記冷接点部とは、前記第１の方向に交互に並んで配置されると共に、前記第２の方向に交互に並んで配置され、
前記基材は、前記温接点部と前記冷接点部とのうち、何れか一方の接点部に対応して設けられた薄肉部又は孔部と、何れか他方の接点部に対応して設けられた厚肉部とを有し、
且つ、前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向において隣り合う前記厚肉部が連結されていることを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
前記基材は、少なくとも前記薄肉部又は孔部よりも厚みを有した状態で、前記第３の方向において隣り合う前記厚肉部の間を連結する連結部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
【請求項３】
前記連結部は、前記第３の方向に延在して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記薄肉部又は孔部は、前記第３の方向において隣り合う前記薄肉部又は孔部が、前記第１の方向から見て互いにオーバーラップすると共に、前記第２の方向から見て互いにオーバーラップするように設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項５】
前記基材の面内において、前記薄肉部又は孔部の合計面積が、前記薄肉部又は孔部以外の合計面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項６】
前記薄肉部又は孔部は、平面視で八角形であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内燃機関や燃焼装置などからの排熱は、利用されないまま消失している。このため、省エネルギー化の観点から、この排熱の利用が近年着目されている。特に、熱から電気への変換を可能とする熱電変換装置の研究が盛んに行われている（例えば、下記特許文献１を参照。）。
【０００３】
具体的に、下記特許文献１には、絶縁性基板と、ｐ型及びｎ型の何れか一方の熱電変換材料からなり、絶縁性基板の第１の面上に相互に間隔をおいて複数配置された熱電変換材料膜（熱電変換素子）と、各熱電変換材料膜上にそれぞれ相互に離隔して形成された第１の電極及び第２の電極と、絶縁性基板の第１の面側に配置され、第１の電極に接触する凸部が設けられた第１の伝熱部材と、絶縁性基板の第２の面側に配置され、絶縁性基板の第２の面上であって第２の電極に対応する領域に接触する凸部が設けられた第２の伝熱部材とを有する熱電変換モジュール（熱電変換装置）が開示されている。
【０００４】
また、この熱電変換モジュールでは、第１の電極が熱電変換材料膜の一方の辺に沿って形成され、第２の電極が熱電変換材料膜の一方の辺に対向する他方の辺に沿って形成され、第１の電極が一方の側に隣接する熱電変換材料膜上の第２の電極に接続され、第２の電極が他方の側に隣接する熱電変換材料膜上の第１の電極に接続された構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０６５１８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した熱電変換装置における熱電変換特性の向上を図るためには、熱電変換素子の温接点側と冷接点側との間で温度差を大きくすることが重要である。また、熱源からの熱を効率良く利用するためには、熱電変換素子の温接点側に対して熱源から伝わる熱を集中させる必要がある。
【０００７】
例えば、上記特許文献１に記載の熱電変換モジュールでは、熱電変換素子の温接点側から冷接点側へ絶縁性基板を介して熱が伝わるため、温接点側と冷接点側との間の温度差を大きくすることができず、出力が向上しないといった問題が発生してしまう。
【０００８】
本発明者らは、この対策として、絶縁性基板に薄肉部又は孔部を設けて絶縁性基板を介した熱の伝導を抑制することによって、温接点側と冷接点側との温度差を大きくし、出力を向上させることを検討している。
【０００９】
しかしながら、このような薄肉部又は孔部を設けた場合、絶縁性基板の機械的強度が低下し、この絶縁性基板に破損等が生じ易くなる。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、基材の機械的強度を保ちつつ、出力の更なる向上を可能とした熱電変換装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕  厚み方向において互いに対向する第１の面と第２の面とを有する基材と、
前記基材の前記第１の面側の面内において互いに交差する第１の方向と第２の方向とに各々並んで配置された複数の熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の温接点側の端部と熱的に接続される温接点部と、
前記熱電変換素子の冷接点側の端部と熱的に接続される冷接点部とを備え、
前記温接点部と前記冷接点部とは、前記第１の方向に交互に並んで配置されると共に、前記第２の方向に交互に並んで配置され、
前記基材は、前記温接点部と前記冷接点部とのうち、何れか一方の接点部に対応して設けられた薄肉部又は孔部と、何れか他方の接点部に対応して設けられた厚肉部とを有し、
且つ、前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向において隣り合う前記厚肉部が連結されていることを特徴とする熱電変換装置。
〔２〕  前記基材は、少なくとも前記薄肉部又は孔部よりも厚みを有した状態で、前記第３の方向において隣り合う前記厚肉部の間を連結する連結部を有することを特徴とする前記〔１〕に記載の熱電変換装置。
〔３〕  前記連結部は、前記第３の方向に延在して設けられていることを特徴とする前記〔２〕に記載の熱電変換装置。
〔４〕  前記薄肉部又は孔部は、前記第３の方向において隣り合う前記薄肉部又は孔部が、前記第１の方向から見て互いにオーバーラップすると共に、前記第２の方向から見て互いにオーバーラップするように設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔５〕  前記基材の面内において、前記薄肉部又は孔部の合計面積が、前記薄肉部又は孔部以外の合計面積よりも大きいことを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔６〕  前記薄肉部又は孔部は、平面視で八角形であることを特徴とする前記〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、基材の機械的強度を保ちつつ、出力の更なる向上を可能とした熱電変換装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱電変換装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱電変換装置の構成を示す透視平面図である。
【図３】図２中に示す線分Ａ−Ａによる熱電変換装置の断面図である。
【図４】図２中に示す線分Ｂ−Ｂによる熱電変換装置の断面図である。
【図５】図２中に示す線分Ｃ−Ｃによる熱電変換装置の断面図である。
【図６】図２に示す熱電変換装置の要部を拡大して示す透視平面図である。
【図７】図２に示す熱電変換装置の薄肉部及び厚肉部の形状及び配置を示す平面模式図である。
【図８】比較例となる熱電変換装置の薄肉部及び厚肉部の形状及び配置を示す平面模式図である。
【図９】変形例となる熱電変換装置の薄肉部及び厚肉部の形状及び配置を示す平面模式図である。
【図１０】薄肉部の形状を例示した透視平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１５】
本発明の一実施形態として、例えば図１〜図７に示す熱電変換装置１について説明する。
なお、図１は、熱電変換装置１の外観を示す斜視図である。図２は、熱電変換装置１の構成を示す透視平面図である。図３は、図２中に示す線分Ａ−Ａによる熱電変換装置１の断面図である。図４は、図２中に示す線分Ｂ−Ｂによる熱電変換装置１の断面図である。図５は、図２中に示す線分Ｃ−Ｃによる熱電変換装置１の断面図である。図６は、図２に示す熱電変換装置１の要部を拡大して示す透視平面図である。図７は、熱電変換装置１の薄肉部１５及び厚肉部１６の形状及び配置を示す平面模式図である。
【００１６】
また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を熱電変換装置１の基板２の面内における第１の方向Ｘ、Ｙ軸方向を熱電変換装置１の基板２の面内における第２の方向Ｙ、Ｚ軸方向を熱電変換装置１の基板２の面内に対して直交する厚み方向Ｚとして、それぞれ示すものとする。
【００１７】
本実施形態の熱電変換装置１は、図１及び図２に示すように、基板２の面上に並んで配置された複数の熱電変換素子３を一対の端子４ａ，４ｂの間で直列に接続した構造を有している。
【００１８】
基板２は、図２〜図５に示すように、厚み方向Ｚにおいて互いに対向する第１の面（本実施形態では上面）２ａと第２の面（本実施形態では下面）２ｂとを有する絶縁性の基材からなる。基板２としては、例えばシート抵抗が１０Ω以上となる高抵抗シリコン(Ｓｉ)基板を用いることが好ましい。基板２のシート抵抗が１０Ω以上となることで、複数の熱電変換素子３の間で電気的な短絡が生じるのを防止することが可能である。
【００１９】
また、基板２としては、上述した高抵抗Ｓｉ基板の他にも、例えば、基板内に酸化絶縁層を有するＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板や、セラミック基板、その他の高抵抗単結晶基板などを用いることができる。さらに、基板２としては、シート抵抗が１０Ω以下となる低抵抗基板であっても、この低抵抗基板と熱電変換素子３との間に高抵抗材料を配置したものを用いることができる。
【００２０】
複数の熱電変換素子３は、基板２の第１の面２ａ上にマトリックス状に並んで配置されている。複数の熱電変換素子３は、ｎ型半導体又はｐ型半導体の何れか一方（本実施形態ではｎ型半導体）である熱電変換膜からなる。熱電変換素子３をｎ型の熱電変換膜とした場合は、例えば高濃度（１０１８〜１０１９ｃｍ−３）のアンチモン(Ｓｂ)がそれぞれドープされたｎ型シリコン(Ｓｉ)膜とｎ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。また、複数の熱電変換素子３は、互いに同じ構成を有するｎ型半導体であってもよく、互いに異なる構成を有するｎ型半導体であってもよい。熱電変換素子３をｎ型半導体とした場合、熱電変換素子３には、冷接点側から温接点側に向けて電流が流れる。
【００２１】
一方、熱電変換素子３をｐ型の熱電変換膜とした場合は、例えば高濃度（１０１８〜１０１９ｃｍ−３）のボロン(Ｂ)がそれぞれドープされたｐ型シリコン(Ｓｉ)膜とｐ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。また、複数の熱電変換素子３は、互いに同じ構成を有するｐ型半導体であってもよく、互いに異なる構成を有するｐ型半導体であってもよい。熱電変換素子３をｐ型半導体とした場合、熱電変換素子３には、温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。
【００２２】
さらに、熱電変換素子３は、上述したｎ型又はｐ型半導体の多層膜に必ずしも限定されるものではなく、ｎ型又はｐ型半導体の単層膜であってもよい。また、半導体として酸化物の半導体を用いることもできる。また、例えば、有機高分子膜や金属膜などからなる熱電変換膜を用いることができる。また、熱電変換素子３は、上述した熱電変換膜に限らず、バルクからなるものを用いてもよい。
【００２３】
本実施形態の熱電変換装置１は、基板２の第１の面２ａ側の面内において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとのうち、第１の方向Ｘに並ぶ複数（本実施形態では８個）の熱電変換素子３を各々有して、第２の方向Ｙに並んで配置された複数（本実施形態では８列）の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを備えている。
【００２４】
熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する各熱電変換素子３は、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。また、各熱電変換素子３は、第１の方向Ｘを短手方向とし、第２の方向Ｙを長手方向として、第１の方向Ｘに一定の間隔で並んで配置されている。さらに、第２の方向Ｙにおいて隣り合う一方の熱電変換素子列と他方の熱電変換素子列とは、その間に一定の間隔を設けて互いに平行に並んで配置されている。
【００２５】
熱電変換装置１は、熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する各熱電変換素子３の第２の方向Ｙにおける一端側（−Ｙ側）に設けられた第１の電極５と、各熱電変換素子３の第２の方向Ｙにおける他端側（＋Ｙ側）に設けられた第２の電極６とを有している。第１の電極５及び第２の電極６は、各熱電変換素子３と電気的に接続されている。
【００２６】
第１の電極５及び第２の電極６の材料としては、金属を用いることが好ましく、その中でも特に、導電性及び熱伝導性が高く、且つ、形状加工がし易い、例えば銅(Ｃｕ)や金(Ａｕ)などを好適に用いることができる。
【００２７】
第１の電極５と第２の電極６とは、熱電変換素子３の第２の方向Ｙにおいて対向する一端側の側面と他端側の側面とに沿った上面に配置されている。また、第１の電極５と第２の電極６とは、基板２の第１の面２ａ上に配置されて、熱電変換素子３の第２の方向Ｙにおいて対向する一端側の側面と他端側の側面とに接触した構成としてもよい。
【００２８】
第１の電極５及び第２の電極６は、熱電変換素子３の短手方向（第１の方向Ｘ）の全域に亘って、互いに同じ大きさで平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。また、第２の方向Ｙにおいて隣り合う一方の熱電変換素子３と他方の熱電変換素子３との各間において、一方の熱電変換素子３の第１の電極５（又は第２の電極６）と、他方の熱電変換素子３の第２の電極６（又は第１の電極５）とが互いに離間した状態で配置されている。
【００２９】
熱電変換装置１は、複数の熱電変換素子３のうち、第１の電極５側から第２の電極６側に向けて電流が流れる熱電変換素子３（以下、必要に応じて「第１の熱電変換素子３１」として区別する。）と、第２の電極６側から第１の電極５側に向けて電流が流れる熱電変換素子３（以下、必要に応じて「第２の熱電変換素子３２」として区別する。）とを有している。
【００３０】
なお、図２では、一方の端子４ａから他方の端子４ｂに向かって流れる電流の方向と、第１の熱電変換素子３１に流れる電流の方向と、第２の熱電変換素子３２に流れる電流の方向とを、それぞれ矢印の向きで表している。
【００３１】
複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈは、第１の電極５と第２の電極６との間で流れる電流の方向が逆向きとなる熱電変換素子３が、第１の方向Ｘに交互に並んで配置された構成を有している。すなわち、熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈでは、第１の熱電変換素子３１と第２の熱電変換素子３２とが第１の方向Ｘに交互に並んで配置されている。
【００３２】
また、熱電変換装置１は、第１の電極５と第２の電極６との間で流れる電流の方向が逆向きとなる熱電変換素子３が、第２の方向Ｙに交互に並んで配置された構成を有している。すなわち、熱電変換装置１では、第１の熱電変換素子３１と第２の熱電変換素子３２とが第２の方向Ｙに交互に並んで配置されている。
【００３３】
本実施形態の熱電変換装置１では、熱電変換素子列３Ａ，３Ｃ，３Ｅ，３Ｇにおいて、第１の熱電変換素子３１と第２の熱電変換素子３２とが第１の方向Ｘの一端側から他端側に向けて交互に並んで配置されている。一方、熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄ，３Ｆ，３Ｈにおいて、第２の熱電変換素子３２と第１の熱電変換素子３１とが第１の方向Ｘの一端側から他端側に向けて交互に並んで配置されている。
【００３４】
したがって、本実施形態の熱電変換装置１では、基板２の第１の面２ａ側の面内において、第１の熱電変換素子３１と第２の熱電変換素子３２とが、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに互い違いに並んで配置されている。
【００３５】
一対の端子４ａ，４ｂは、基板２の第１の面２ａ上に配置されている。なお、一対の端子４ａ，４ｂの材料としては、上述した第１の電極５及び第２の電極６で例示した材料と同じものを用いることができる。
【００３６】
一対の端子４ａ，４ｂのうち、一方の端子４ａは、第２の方向Ｙにおいて最も一端側（−Ｙ側）に位置する熱電変換素子列３Ａを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向Ｘにおいて最も一端側（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（第１の熱電変換素子３１）の第１の電極５と電気的に接続されている。すなわち、一方の端子４ａは、この第１の電極５の短手方向（第１の方向Ｘ）に連続しながら、第１の電極５よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置に平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。
【００３７】
これに対して、他方の端子４ｂは、第２の方向Ｙにおいて最も他端側（＋Ｙ側）に位置する熱電変換素子列３Ｈを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向Ｘにおいて最も一端（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（第２の熱電変換素子３２）の第１の電極５と電気的に接続されている。すなわち、他方の端子４ｂは、この第１の電極５の短手方向（第１の方向Ｘ）に連続しながら、第１の電極５よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置に平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。
【００３８】
本実施形態の熱電変換装置１は、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する複数の熱電変換素子３の各間を互いに直列に接続する複数の第１の配線７ａ，７ｂと、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈのうち、第２の方向Ｙにおいて隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈの各間を互いに直列に接続する複数の第２の配線８ａ，８ｂとを備えている。
【００３９】
複数の第１の配線７ａ，７ｂ及び複数の第２の配線８ａ，８ｂは、基板２の第１の面２ａ上に配置されて、電気的に接続される第１の電極５又は第２の電極６と連続して形成されている。したがって、第１の配線７ａ，７ｂ及び第２の配線８ａ，８ｂの材料としては、上述した第１の電極５及び第２の電極６で例示した材料と同じものを用いることができる。
【００４０】
第１の配線７ａ，７ｂは、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する複数の熱電変換素子３のうち、第１の方向Ｘにおいて隣り合う一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子との各間に配置されている。そして、第１の配線７ａ，７ｂは、一方の熱電変換素子と他方の熱電変換素子３との第１の電極５同士の間又は前記第２の電極６同士の間を電気的に接続している。
【００４１】
具体的には、図２に示す各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｍ−１（ｍは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子３の第２の電極（以下、「一方の第２の電極」という。）６と、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｎ番目に位置する熱電変換素子３の第２の電極（以下、「他方の第２の電極」という。）６とが、これら第２の電極６と同一直線上に並ぶ直線形状の第１の配線７ａを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜４である。）
【００４２】
第１の配線７ａは、一方の第２の電極６の短手方向（第１の方向Ｘ）の他端と、他方の第２の電極６の短手方向（第１の方向Ｘ）の一端とに連続しながら、これら第２の電極６と同一直線上に並んで直線状に形成されることによって、一方の第２の電極６と他方の第２の電極６との間で引き回されている。すなわち、一方の第２の電極６、他方の第２の電極６及び第１の配線７ａは、一直線上に並んで形成されている。
【００４３】
また、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する熱電変換素子３のうち、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｍ番目に位置する熱電変換素子３の第１の電極（以下、「一方の第１の電極」という。）５と、第１の方向Ｘの一端側（−Ｘ側）から２ｍ＋１番目に位置する熱電変換素子３の第１の電極５（以下、「他方の第１の電極」という。）５とが、これら第１の電極５と同一直線上に並ぶ直線形状の第１の配線７ｂを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｍ＝１〜３である。）
【００４４】
第１の配線７ｂは、一方の第１の電極５の短手方向（第１の方向Ｘ）の他端と、他方の第１の電極５の短手方向（第１の方向Ｘ）の一端とに連続しながら、これら第１の電極５と同一直線上に並んで直線状に形成されることによって、一方の第１の電極５と他方の第１の電極５との間で引き回されている。すなわち、一方の第１の電極５、他方の第１の電極５及び第１の配線７ｂは、一直線上に並んで形成されている。
【００４５】
第２の配線８ａ，８ｂは、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈのうち、第２の方向Ｙにおいて隣り合う一方の熱電変換素子列と他方の熱電変換素子列との第１の方向Ｘにおいて最も一端側又は他端側に位置する熱電変換素子３よりも外側（−Ｘ側又は＋Ｘ側）に配置されている。そして、第２の配線８ａ，８ｂは、一方の熱電変換素子列及び他方の熱電変換素子列の第１の方向Ｘにおいて最も一端側又は他端側に位置する熱電変換素子３の第１の電極５同士の間又は第２の電極６同士の間を電気的に接続している。
【００４６】
具体的には、図２に示す複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈのうち、第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）から２ｎ−１（ｎは自然数を表す。）番目に位置する熱電変換素子列３Ａ，３Ｃ，３Ｅ，３Ｇの第１の方向Ｘにおいて最も他端側（＋Ｘ側）に位置する熱電変換素子３の第１の電極５と、第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）から２ｎ番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄ，３Ｆ，３Ｈの第１の方向Ｘにおいて最も他端側（＋Ｘ側）に位置する熱電変換素子３の第１の電極５とが、屈曲した形状の第２の配線８ａを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜４である。）
【００４７】
第２の配線８ａは、これら第１の電極５の短手方向（第１の方向Ｘ）の他端と連続しながら、各第１の電極５よりも外側（＋Ｘ側）に突出した位置にて屈曲し、その間で第１の方向Ｘとは直交する方向（第２の方向Ｙ）に直線状に形成されることによって、これら第１の電極５の間で引き回されている。
【００４８】
また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈのうち、第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）から２ｎ番目に位置する熱電変換素子列３Ｂ，３Ｄ，３Ｆの第１の方向Ｘにおいて最も一端側（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３の第１の電極５と、第２の方向Ｙの一端側（−Ｙ側）から２ｎ＋１番目に位置する熱電変換素子列３Ｃ，３Ｅ，３Ｆの第１の方向Ｘにおいて最も一端側（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３の第１の電極５とが、屈曲した形状の第２の配線８ｂを介して電気的に接続されている。（但し、本実施形態では、ｎ＝１〜３である。）
【００４９】
第２の配線８ｂは、これら第１の電極５の短手方向（第１の方向Ｘ）の一端と連続しながら、各第１の電極５よりも外側（−Ｘ側）に突出した位置にて屈曲し、その間で第１の方向Ｘとは直交する方向（第２の方向Ｙ）に直線状に形成されることによって、これら第１の電極５の間で引き回されている。
【００５０】
これにより、本実施形態の熱電変換装置１では、各熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する複数の熱電変換素子３の各間が複数の第１の配線７ａ，７ｂを介して互いに直列に接続されている。また、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈのうち、第２の方向Ｙにおいて隣り合う一方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３と、他方の熱電変換素子列を構成する複数の熱電変換素子３との各間が互いに直列に接続されるように、複数の熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈの各間が複数の第２の配線８ａ，８ｂを介して互いに直列に接続されている。
【００５１】
熱電変換装置１は、図２〜図５に示すように、熱電変換素子列３Ａ〜３Ｈを構成する各熱電変換素子３に、温接点側となる第１の電極５又は第２の電極６（以下、まとめて「温接点側電極９」という。）と、冷接点側となる第２の電極６又は第１の電極５（以下、まとめて「冷接点側電極１０」という。）とを有している。
【００５２】
温接点側電極９は、第１の熱電変換素子３１の第２の電極６及び第２の熱電変換素子３２の第１の電極５により構成されている。一方、冷接点側電極１０は、第１の熱電変換素子３１の第１の電極５及び第２の熱電変換素子３２の第２の電極６により構成されている。したがって、温接点側電極９と冷接点側電極１０とは、第１の方向Ｘに交互に並んで配置されると共に、第２の方向Ｙに交互に並んで配置されている。すなわち、温接点側電極９と冷接点側電極１０とは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに互い違いに並んで配置されている。
【００５３】
温接点側電極９は、第２の方向Ｙにおいて隣り合う第１の電極５及び第２の電極６により構成されている。また、冷接点側電極１０は、第２の方向Ｙにおいて隣り合う第１の電極５及び第２の電極６により構成されている。
【００５４】
但し、第２の方向Ｙにおいて最も一端側（−Ｙ側）に位置する第２の熱電変換素子３２の第１の電極５と、第２の方向Ｙにおいて最も他端側（＋Ｙ側）に位置する第１の熱電変換素子３１の第２の電極６とは、それぞれ単独で温接点側電極９を構成している。
【００５５】
また、第２の方向Ｙにおいて最も一端側（−Ｙ側）に位置する第１の熱電変換素子３１の第１の電極５と、第２の方向Ｙにおいて最も他端側（＋Ｙ側）に位置する第２の熱電変換素子３２の第２の電極６とは、それぞれ単独で冷接点側電極１０を構成している。
【００５６】
本実施形態の熱電変換装置１は、高温（加熱）側の伝熱部材として、基板２の第１の面２ａ側に配置された伝熱板１１を備えている。伝熱板１１は、熱電変換素子３との間に間隔を設けて配置されている。伝熱板１１は、空気よりも熱伝導率の高い材料、好ましくは基板２よりも熱伝導率の高い材料からなる。そのような伝熱板１１の材料としては、金属を用いることが好ましく、その中でも特に、熱伝導率が高く、且つ、形状加工がし易い、例えばアルミニウム(Ａｌ)や銅(Ｃｕ)などを好適に用いることができる。また、伝熱板１１は、複数の伝熱部材により構成されていてもよい。
【００５７】
伝熱板１１は、温接点側電極９と伝熱部１２を介して熱的に接合されている。伝熱部１２は、伝熱板１１と温接点側電極９との互いに対向する面のうち、何れか一方の面側から突出された凸部１２ａを有している。
【００５８】
本実施形態では、伝熱板１１側から突出された凸部１２ａにより伝熱部１２が構成されている。凸部１２ａは、伝熱板１１と一体に形成されているため、この凸部１２ａ（伝熱部１２）の材料としては、上述した伝熱板１１で例示した材料と同じものを用いることができる。
【００５９】
本実施形態の伝熱部１２は、伝熱板１１の各温接点側電極９と対向する位置から基板２側（−Ｚ側）に向けて突出された複数の凸部１２ａを有している。各凸部１２ａは、平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）を有して、各温接点側電極９を構成する第１の電極５及び第２の電極６と厚み方方向Ｚにおいて重なる範囲Ｄ１で突出して設けられている。
【００６０】
また、各凸部１２ａの先端は、例えば絶縁性の接合材（図示せず。）を介して各温接点側電極９と電気的に絶縁された状態で熱的に接合されている。接合材は、空気よりも熱伝導率の高い絶縁材料からなる。そのような接合材の材料としては、例えばＵＶ硬化型樹脂やシリコーン系樹脂、熱伝導グリース（例えばシリコーン系のグリースや、金属酸化物を含む非シリコーン系のグリース等）などを用いることができる。
【００６１】
なお、伝熱部１２は、上述した凸部１２ａの先端に設けられた絶縁層等により温接点側電極９と電気的に絶縁されている場合、又は、凸部１２ａの先端と温接点側電極９との間で電気的な絶縁性が問題とならない場合、上述した絶縁性の接合材を介さずに温接点側電極９と直接接合されていてもよい。
【００６２】
また、伝熱部１２は、上述した伝熱板１１側から突出された凸部１２ａにより構成された場合に限らず、温接点側電極９側から突出された凸部１２ａにより構成することも可能である。この場合、凸部１２ａは、温接点側電極９（第１の電極５及び第２の電極６）と一体に形成されているため、この凸部１２ａ（伝熱部１２）の材料としては、上述した第１の電極５及び第２の電極６で例示した材料と同じものを用いることができる。
【００６３】
さらに、伝熱部１２として、伝熱板１１と温接点側電極９との間を熱的に接合する別の伝熱部材（上記接合材を含む。）を設けることも可能である。例えば、温接点側電極９の厚みを冷接点側電極１０の厚みよりも大きくすることによって、伝熱板１１と温接点側電極９とが、上述した凸部１２ａを介さずに、伝熱部１２としての上記接合材を介して熱的に接合された構成とすることも可能である。
【００６４】
また、本実施形態の熱電変換装置１では、上述した伝熱板１１と温接点側電極９との間を伝熱部１２（凸部１２ａ）を介して接合することによって、基板２の第１の面２ａ側と伝熱板１１との間に空間Ｋが設けられている。
【００６５】
なお、本実施形態の熱電変換装置１では、上述した空間Ｋに伝熱部１２よりも熱伝導性が低い材料からなる断熱材を充填することも可能である。すなわち、伝熱部１２は、伝熱板１１と温接点側電極９との間において、その周囲（空間Ｋや断熱材）よりも相対的に熱伝導率が高い部分を形成している。
【００６６】
本実施形態の熱電変換装置１は、図１、図３〜図５に示すように、複数の熱電変換素子３の周囲よりも外側において、基板２と伝熱板１１との間が封止材１３を介して封止されている。封止材１３は、例えば、シリコーン系接着剤などの高温対応の接着剤からなり、基板２と伝熱板１１との間の周囲を囲むように封止している。
【００６７】
また、封止材１３により封止された基板２と伝熱板１１との間には、減圧された空間Ｋが設けられていてもよい。なお、減圧された空間Ｋは、減圧雰囲気下において、基板２と伝熱板１１との間を封止材１３により封止する方法や、封止材１３に一部に孔部を設けて、この孔部を通して空間Ｋを減圧した後に孔部を封止する方法などを用いて形成することが可能である。
【００６８】
本実施形態の熱電変換装置１では、基板２において、少なくとも冷接点側電極１０と対向する部分の厚みが、少なくとも温接点側電極９と対向する部分の厚みよりも厚くなる構成を有している。
【００６９】
具体的に、基板２の第１の面２ａが平面であるのに対して、基板２の第２の面２ｂには、複数の凹部１４が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに並んで設けられている。複数の凹部１４は、平面視で略八角形状を有して、各温接点側電極９を構成する第１の電極５及び第２の電極６と厚み方方向Ｚにおいて重なる範囲Ｄ１を含んで一定の深さで凹んで設けられている。
【００７０】
一方、凹部１４以外の部分は、各冷接点側電極１０を構成する第１の電極５及び第２の電極６と厚み方方向Ｚにおいて重なる範囲Ｄ２を含んで凹部１４の底面よりも一定の高さで突出して設けられている。
【００７１】
これにより、基板２は、凹部１４が設けられた部分に薄肉部１５と、互いに隣り合う薄肉部１５の間に、この薄肉部１４の厚みよりも厚くなる厚肉部１６とを有している。
【００７２】
薄肉部１５は、各熱電変換素子３の温接点側の端部（本実施形態では温接点側電極９）と熱的に接続される温接点部に対応して設けられている。具体的に、この温接点部は、伝熱部１２の凸部１２ａのうち、各温接点側電極９を構成する第１の電極５及び第２の電極６と厚み方方向Ｚにおいて重なる部分により構成されている。
【００７３】
薄肉部１５は、この温接点部の周囲を平面視で囲むように設けられている。すなわち、この薄肉部１５は、平面視で略八角形状を有して、その中央部に温接点部が位置するように設けられている。
【００７４】
本実施形態の熱電変換装置１では、図６及び図７に示すように、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとは異なる第３の方向Ｔ（本実施形態では第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して互いに逆向きに斜めとなる２方向）において隣り合う薄肉部１５が、第１の方向Ｘから見て互いにオーバーラップすると共に、第２の方向Ｙから見て互いにオーバーラップするように設けられている。
【００７５】
また、基板２の面内において、複数の薄肉部１５の面積を合計した面積（以下、「薄肉部１５の合計面積」という。）は、薄肉部１５以外の部分の面積を合計した面積（以下、「薄肉部１５以外の合計面積」という。）よりも大きくなっている。
【００７６】
厚肉部１６は、各熱電変換素子３の冷接点側の端部（本実施形態では冷接点側電極１０）と熱的に接続される冷接点部に対応して設けられている。具体的に、この冷接点部は、基板２の厚肉部１６のうち、各冷接点側電極１０を構成する第１の電極５及び第２の電極６と厚み方方向Ｚにおいて重なる部分により構成されている。
【００７７】
したがって、温接点部と冷接点部とは、第１の方向Ｘに交互に並んで配置されると共に、第２の方向Ｙに交互に並んで配置されている。すなわち、温接点部と冷接点部とは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに互い違いに並んで配置されている。
【００７８】
基板２は、第３の方向Ｔにおいて隣り合う厚肉部１６の間を連結する連結部１７を有している。連結部１７は、少なくとも薄肉部１５よりも厚み（本実施形態では厚肉部１５と同じ厚み）を有して、第３の方向Ｔにおいて隣り合う薄肉部１４の間で第３の方向Ｔに延在して設けられている。すなわち、この連結部１７の厚みは、薄肉部１５の厚みよりも厚くなっている。
【００７９】
なお、本実施形態では、厚肉部１６と連結部１７とが同じ厚みを有することから、厚肉部１６と連結部１７とが第３の方向Ｔに面一で設けられている。このため、厚肉部１６と連結部１７との境界については、明確に区別できないものの、連結部１７は、基板２のうち、上述した第３の方向Ｔにおいて隣り合う薄肉部１４の間で第３の方向Ｔに延在した部分である。
【００８０】
以上のような構成を有する熱電変換装置１では、伝熱板１１を高温（加熱）側に配置し、基板２の第２の面２ｂを低温（放熱／冷却）側に配置する。これにより、伝熱板１１から凸部１２ａ（伝熱部１２）を介して温接点側電極９に伝わる熱によって、各熱電変換素子３の温接点側電極９側が相対的に高温となる。一方、各熱電変換素子３に伝わる熱は、冷接点側電極１０から基板２の厚肉部１６を介して外部に放熱されるため、各熱電変換素子３の冷接点側電極１０側が相対的に低温となる。したがって、各熱電変換素子３の温接点側電極９と冷接点側電極１０との間に温度差が発生する。
【００８１】
これにより、各熱電変換素子３の第１の電極５と第２の電極６との間に電荷（キャリア）の移動が起こる。すなわち、各熱電変換素子３の第１の電極５と第２の電極６との間には、ゼーベック効果による起電力（電圧）が発生し、各熱電変換素子３には、冷接点側電極１０から温接点側電極９に向けて電流が流れる。
【００８２】
１つの熱電変換素子３で発生する起電力（電圧）は小さいものの、一方の端子４ａと他方の端子４ｂとの間には、複数の熱電変換素子３が直列に接続されている。したがって、これら一方の端子４ａと他方の端子４ｂとの間からは、その総和の起電力として、比較的高い電圧を取り出すことが可能である。また、一方の端子４ａ側から他方の端子４ｂ側に向けて電流を流すことが可能である。
【００８３】
本実施形態の熱電変換装置１では、上述した第３の方向Ｔにおいて隣り合う厚肉部１６の間が連結部１７を介して連結された構成となっている。これにより、基板２の面内における厚肉部１６よりも薄肉部１５の割合が増す場合でも、基板２の機械的強度を維持することが可能である。
【００８４】
また、本実施形態の熱電変換装置１では、基板２の面内における厚肉部１６よりも薄肉部１５の割合が増すことで、伝熱板１１から伝熱部１２を介して温接点側電極９側に伝わる熱が基板２を介して冷接点側電極１０側へと伝わりにくくなる。これにより、各熱電変換素子３の出力を向上させることが可能である。
【００８５】
ここで、図８に示すように、比較例となる熱電変換装置１００について説明する。
なお、図８は、比較例となる熱電変換装置１００の薄肉部１５及び厚肉部１６の形状及び配置を示す平面模式図である。また、図８では、上記熱電変換装置１と同等の部位について説明を省略すると共に、同じ符号を付すものとする。
【００８６】
比較例となる熱電変換装置１００は、図８に示すように、図７に示す熱電変換装置１よりも薄肉部１５の割合が増すことによって、第３の方向において隣り合う厚肉部１６の間が薄肉部１５により分断された構成となっている。この構成の場合、基板２の機械的強度が低下してしまう。
【００８７】
これに対して、本実施形態の熱電変換装置１では、基板２の機械的強度を保ちつつ、出力の更なる向上を図ることが可能である。
【００８８】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明は、図９に示す熱電変換装置１Ａのような構成であってもよい。なお、図９は、変形例となる熱電変換装置１Ａの薄肉部１５及び厚肉部１６の形状及び配置を示す平面模式図である。
【００８９】
具体的に、この熱電変換装置１Ａは、図９に示すように、上述した連結部１７を介することなく、第３の方向Ｔにおいて隣り合う厚肉部１６同士が直接連結された構成となっている。また、薄肉部１５は、平面視で略四角形状（矩形状）となっている。
【００９０】
この構成の場合、上記熱電変換装置１よりも薄肉部１５の割合が減るものの、基板２の機械的強度を保つことが可能である。
【００９１】
また、上記薄肉部１５については、上述した平面視で八角形や四角形（矩形）であるものに限らず、その形状について適宜変更を加えることが可能である。例えば、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示すような薄肉部１５Ａ〜１５Ｄの形状とすることが可能である。なお、図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、薄肉部１５Ａ〜１５Ｄの形状を例示した透視平面図である。
【００９２】
このうち、図１０（Ａ）に示す薄肉部１５Ａのように、平面視で略六角形状を有するものであってもよい。一方、図１０（Ｂ）に示す薄肉部１５Ｂのように、平面視で略円形状（楕円形状や長円形状などを含む。）を有するものであってもよい。一方、図１０（Ｃ）に示す薄肉部１５Ｃのように、平面視で角部が丸みを帯びた略四角形状を有するものであってもよい。一方、図１０（Ｄ）に示す薄肉部１５Ｄのように、平面視で上記八角形のうち、第２の方向Ｙで対向する２辺に沿った厚肉部１６が伝熱部１２側に突き出したような形状を有するものであってもよい。
【００９３】
また、上記熱電変換装置１，１Ａでは、上述した薄肉部１５（凹部１４）の代わりに、基板２を厚み方向Ｚに貫通する孔部を設けた構成としてもよい。孔部は、基板２を厚み方向Ｚに貫通する以外は、基本的に薄肉部１５（凹部１４）と同様の構成とすることが可能である。
【００９４】
この場合も、上記熱電変換装置１，１Ａと同様に、第３の方向Ｔにおいて隣り合う厚肉部１６の間を連結した構成とする。これにより、基板２の面内における厚肉部１６よりも薄肉部１５の割合が増す場合でも、基板２の機械的強度を保ちつつ、出力の更なる向上を図ることが可能である。
【００９５】
なお、上記熱電変換装置１，１Ａでは、伝熱板１１を高温（熱源）側とし、基板２を低温（放熱／冷却）側に配置した場合を例示している。この場合、上述した温接点部（一方の接点部）に対応した薄肉部１５と、冷接点部（他方の接点部）に対応した厚肉部１６とが設けられた構成となる。
【００９６】
一方、上記熱電変換装置１，１Ａでは、基板２を高温（熱源）側に配置し、伝熱板７を低温（放熱／冷却）側に配置することによって、熱源からの熱が基板２側から伝わるようにしてもよい。この場合、上述した冷接点部（一方の接点部）に対応した薄肉部１５と、温接点部（他方の接点部）に対応した厚肉部１６とが設けられた構成となる。
【００９７】
また、上記熱電変換装置１，１Ａでは、上述したｎ型半導体からなる熱電変換素子３を用いた場合を例示しているが、それとは逆にｐ型半導体からなる熱電変換素子３を用いた場合は、一対の端子４ａ，４ｂの間で複数の熱電変換素子３に流れる電流の方向（矢印の向き）が逆向きとなる。
【符号の説明】
【００９８】
１，１Ａ…熱電変換装置  ２…基板（基材）  ２ａ…第１の面  ２ｂ…第２の面  ３…熱電変換素子  ３Ａ〜３Ｈ…熱電変換素子列  ３１…第１の熱電変換素子  ３２…第２の熱電変換素子  ４ａ…一方の端子  ４ｂ…他方の端子  ５…第１の電極  ６…第２の電極  ７ａ，７ｂ…第１の配線  ８ａ，８ｂ…第２の配線  ９…温接点側電極  １０…冷接点側電極  １１…伝熱板（伝熱部材）  １２…伝熱部  １２ａ…凸部  １３…封止材  １４…凹部  １５，１５Ａ〜１５Ｄ…薄肉部  １６…厚肉部  １７…連結部  Ｘ…第１の方向  Ｙ…第２の方向  Ｚ…厚み方向  Ｔ…第３の方向
【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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