(57)【要約】【課題】薄膜型の熱電モジュールの熱電性能を維持しつつ、バルク型の熱電モジュール並みの厚みを有するフレキシブルな熱電モジュールを提供する。【解決手段】熱電モジュール１００は、Ｐ型薄膜熱電素子１１およびＮ型薄膜熱電素子１２を備える最下層基板１上に、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２を備える中間層基板２が積層して構成される。Ｐ型薄膜熱電素子１１上にＰ型薄膜熱電素子２１が積層し、Ｎ型薄膜熱電素子１２上にＮ型薄膜熱電素子２２が積層して、Ｐ型薄膜熱電素子１１とＮ型薄膜熱電素子１２とが電気的に接続されることで熱電変換素子が形成される。最下層基板１および中間層基板２のそれぞれは、熱電モジュール１００を複数の短冊状領域に分ける切り欠き１０ａ，２０ａ，３０ａを有し、熱電変換素子は短冊状領域のそれぞれに形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型薄膜熱電素子およびＮ型薄膜熱電素子を備える複数の基板が、前記Ｐ型薄膜熱電素子同士、前記Ｎ型薄膜熱電素子同士が接続するように積層され、前記Ｐ型薄膜熱電素子と前記Ｎ型薄膜熱電素子とが電気的に接続されて構成される熱電変換素子を備える熱電モジュールであって、
複数の前記基板のそれぞれに形成され、前記熱電モジュールを複数の短冊状領域に分ける切り欠きと、
複数の前記短冊状領域のそれぞれに形成された前記熱電変換素子と、
を備える熱電モジュール。
【請求項２】
前記基板はポリイミドにより形成されている、
請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
最下層の基板は、円筒状の曲面に沿うように湾曲し、
複数の前記基板の切り欠きは、前記円筒の軸方向に延在し、
複数の前記基板の切り欠きの幅は、上層の基板ほど広い、
請求項１または請求項２に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
上下に重なる前記基板間の前記Ｐ型薄膜熱電素子同士および前記Ｎ型薄膜熱電素子同士は、前記基板を貫通する貫通孔に埋め込まれた半田を通して接続されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記Ｐ型薄膜熱電素子または前記Ｎ型薄膜熱電素子と前記半田との間に、前記半田の拡散を防止する拡散防止膜が形成されている、
請求項４に記載の熱電モジュール。
【請求項６】
複数の前記短冊状領域のそれぞれに、直列接続された複数の前記熱電変換素子が形成されている、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱電モジュール。
【請求項７】
異なる前記短冊状領域の前記熱電変換素子同士が直列に接続されている、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱電モジュール。
【請求項８】
異なる前記短冊状領域の前記熱電変換素子同士が並列に接続されている、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱電モジュール。
【請求項９】
複数の基板上にＰ型薄膜熱電素子およびＮ型薄膜熱電素子を形成する工程と、
複数の前記基板に切り欠きを形成する工程と、
前記Ｐ型薄膜熱電素子、前記Ｎ型薄膜熱電素子および切り欠きが形成された複数の前記基板を、前記Ｐ型薄膜熱電素子同士、前記Ｎ型薄膜熱電素子同士が重なるように積層する工程と、
積層された複数の前記基板を、湾曲した形状の上下の金型で挟み込んで加熱することで、複数の前記基板の成型および接合を行う工程と、
を備える熱電モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記基板はポリイミドにより形成されている、
請求項９に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記切り欠きを形成する工程において、複数の前記基板を積層する工程で複数の前記基板を位置合わせするための位置決め穴が、複数の前記基板に形成される、
請求項９または請求項１０に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１２】
積層する前の複数の前記基板の前記Ｐ型薄膜熱電素子および前記Ｎ型薄膜熱電素子に対応する位置に、半田が埋め込まれた貫通孔を形成する工程をさらに備え、
複数の前記基板の成型および接合を行う工程で、前記半田が溶融されることによって、上下に重なる前記基板間の前記Ｐ型薄膜熱電素子同士および前記Ｎ型薄膜熱電素子同士が接合される
請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の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、熱電変換素子を用いた熱電モジュールによる発電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｐ型のバルクの熱電素子とＮ型のバルクの熱電素子とをΠ型接続したバルク型の熱電変換モジュール（以下「熱電モジュール」という）が知られている。バルク型の熱電モジュールとしては、熱電性能指数Ｚが１程度のものが実用化されている。ここで、無次元性能指数ＺＴは、ＺＴ＝（Ｓ２σ／κ）Ｔとして表すことができる（Ｓはゼーベック係数、σは導電率、κは熱伝導率、Ｔは絶対温度である）。一方、薄膜型の熱電モジュールは、ＩｏＴ（Internet of Things）等の独立電源として小規模な電力用電源として利用されている。
【０００３】
例えば下記の特許文献１に開示された熱電発電システムとしての熱電モジュールは、微小な熱電素子チップを樹脂薄膜等からなる２枚のフレキシブル基板上の実装ランドに高密度に実装して構成されている。また、熱電モジュールを湾曲配管の形状に沿わせることを可能にするために、２枚のフレキシブル基板の片方に、フレキシブル性を持たせるための複数のスリットが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２０７９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄膜型の熱電モジュールは、結晶構造を制御することで熱伝導率を小さくでき、また、導電率には影響しない材料を用いることで高いＺＴが得られる。しかし、薄膜型の熱電モジュールに大きな温度差を与えることは困難であり、薄膜型の熱電モジュールの高い発電性能を十分に利用できていないのが現状である。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、薄膜型の熱電モジュールの熱電性能を維持しつつ、バルク型の熱電モジュール並みの厚みを持つ、フレキシブルな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、Ｐ型薄膜熱電素子およびＮ型薄膜熱電素子を備える複数の基板が、前記Ｐ型薄膜熱電素子同士、前記Ｎ型薄膜熱電素子同士が接続するように積層され、前記Ｐ型薄膜熱電素子と前記Ｎ型薄膜熱電素子とが電気的に接続されて構成される熱電変換素子を備える熱電モジュールであって、複数の前記基板のそれぞれに形成され、前記熱電モジュールを複数の短冊状領域に分ける切り欠きと、複数の前記短冊状領域のそれぞれに形成された前記熱電変換素子と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る熱電モジュールは、Ｐ型薄膜熱電素子およびＮ型薄膜熱電素子を備える複数の基板で構成されているため、薄膜型の熱電モジュールの熱電性能を有する。また、それら複数の基板のそれぞれが複数の短冊状領域に分割されているため、当該熱電モジュールは、例えば円筒状の配管の表面に沿って変形させて配設できるフレキシブル性を有し、高い発電性能が得られる。また、当該熱電モジュールは、複数の基板が積層されて成るため厚みを大きくできる。よって、熱電変換素子に大きな温度差を与えることができ、それによっても高い発電性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュールの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュールの上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュールの分解斜視図である。
【図４】最下層基板の上面図である。
【図５】最下層基板のポリイミド基板の上面図である。
【図６】中間層基板の上面図である。
【図７】中間層基板のポリイミド基板の上面図である。
【図８】最上層基板の下面図である。
【図９】最上層基板のポリイミド基板の下面図である。
【図１０】最下層基板の製造方法を説明するための図である。
【図１１】中間層基板の製造方法を説明するための図である。
【図１２】最上層基板の製造方法を説明するための図である。
【図１３】切り欠きおよび伸長部の形状の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る熱電モジュールの組み立て方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態１における熱電変換素子の接続方法を示す上面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における熱電変換素子の接続方法を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１、図２および図３は、本発明の実施の形態１に係る熱電モジュール１００の構成を示す図であり、それぞれ熱電モジュール１００の断面図、上面図および分解斜視図である。
【００１１】
図１および図３のように、熱電モジュール１００は、高温側となる最下層の基板１と、低温側となる最上層の基板３と、その間に挟まれた複数の中間層の基板２とが積層して構成されている。以下、最下層の基板１を「最下層基板１」、中間層の基板２を「中間層基板２」、最上層の基板３を「最上層基板３」という。
【００１２】
まず、最下層基板１の構成について説明する。図１のように、最下層基板１は、絶縁性基板であるポリイミド基板１０と、ポリイミド基板１０上に形成された複数の電極パターン１３と、各電極パターン１３上に形成されたＰ型薄膜熱電素子１１およびＮ型薄膜熱電素子１２とを備えている。電極パターン１３の材料としては、例えば銅などの導電材料を用いることができる。Ｐ型薄膜熱電素子１１およびＮ型薄膜熱電素子１２の材料としては、例えばＢｉ−Ｔｅを主成分とする熱電材料を用いることができる。また、Ｐ型薄膜熱電素子１１およびＮ型薄膜熱電素子１２の表面には、半田の拡散を防止する拡散防止膜（例えばＮｉ膜など）が形成されていてもよい。
【００１３】
最下層基板１の上面図を図４に、ポリイミド基板１０の上面図を図５に示す。図５のように、ポリイミド基板１０には、ポリイミド基板１０を複数の短冊状の領域（以下「短冊状領域」という）に分ける切り欠き１０ａが形成されている。ただし、切り欠き１０ａはポリイミド基板１０を完全には分割しておらず、隣り合う短冊状領域の間は、ポリイミド基板１０の切り欠き１０ａが途切れた部分１０ｂで繋がっている。当該部分１０ｂは、幅が細く、外力によって伸びやすくなっている。以下、当該部分１０ｂを「伸長部１０ｂ」という。また、ポリイミド基板１０の四隅には、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３を重ね合わせる際の位置決めに用いられる位置決め穴１０ｃが形成されている。
【００１４】
図４のように、電極パターン１３は、ポリイミド基板１０の短冊状領域のそれぞれに形成されている。また、各電極パターン１３上には、一対のＰ型薄膜熱電素子１１およびＮ型薄膜熱電素子１２が形成されている。各電極パターン１３上のＰ型薄膜熱電素子１１とＮ型薄膜熱電素子１２とは、電極パターン１３を通して電気的に接続される。
【００１５】
次に、中間層基板２の構成について説明する。図１のように、中間層基板２は、絶縁性基板であるポリイミド基板２０と、ポリイミド基板２０上に形成されたＰ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２とを備えている。Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２の材料としては、例えばＢｉ−Ｔｅを主成分とする熱電材料を用いることができる。また、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２の表面には、半田の拡散を防止する拡散防止膜（例えばＮｉ膜など）が形成されていてもよい。
【００１６】
中間層基板２の上面図を図６に、ポリイミド基板２０の上面図を図７に示す。図７のように、ポリイミド基板２０は、最下層基板１のポリイミド基板１０（図５）と同様の形状を有している。すなわち、ポリイミド基板２０には、ポリイミド基板２０を複数の短冊状領域に分ける切り欠き２０ａが形成されている。ただし、切り欠き２０ａはポリイミド基板２０を完全には分割しておらず、隣り合う短冊状領域の間は、ポリイミド基板２０の切り欠き２０ａが途切れた部分２０ｂで繋がっている。当該部分２０ｂは、幅が細く、外力によって伸びやすくなっている。以下、当該部分２０ｂを「伸長部２０ｂ」という。また、ポリイミド基板２０の四隅には、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３を重ね合わせる際の位置決めに用いられる位置決め穴２０ｃが形成されている。
【００１７】
図６のように、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２は、ポリイミド基板２０の短冊状領域のそれぞれに形成されている。Ｐ型薄膜熱電素子２１は、中間層基板２を最下層基板１に重ねたときに、最下層基板１のＰ型薄膜熱電素子１１に対応する位置に配置される。また、Ｎ型薄膜熱電素子２２は、中間層基板２を最下層基板１に重ねたときに、最下層基板１のＮ型薄膜熱電素子１２に対応する位置に配置される。また、ポリイミド基板２０には、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２に対応する部分のそれぞれに、ポリイミド基板２０を貫通する貫通孔２０ｄが、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２よりも小さいサイズで形成されており、各貫通孔２０ｄにはペースト状の半田２３が埋め込まれている。
【００１８】
この構成により、最下層基板１上に中間層基板２を重ね合わせると、図１のように、最下層基板１のＰ型薄膜熱電素子１１と中間層基板２のＰ型薄膜熱電素子２１との間、および、最下層基板１のＮ型薄膜熱電素子１２と中間層基板２のＮ型薄膜熱電素子２２との間が、半田２３を介して接続される。また、複数の中間層基板２を重ね合わせると、上下に重なる中間層基板２間のＰ型薄膜熱電素子１１同士およびＮ型薄膜熱電素子１２同士が、半田２３を通して接続される。よって、図１のように、最下層基板１上に複数の中間層基板２を積層すると、縦方向に直列接続したＰ型薄膜熱電素子１１および複数のＰ型薄膜熱電素子２１と、縦方向に直列接続したＮ型薄膜熱電素子１２および複数のＮ型薄膜熱電素子２２とが、最下層基板１の電極パターン１３を介して接続されて成る熱電変換素子が、複数個形成される。
【００１９】
次に、最上層基板３の構成について説明する。図１のように、最上層基板３は、絶縁性基板であるポリイミド基板３０と、ポリイミド基板３０の下面に形成された電極パターン３１と、電極パターン３１の下面に形成された半田３２とを備えている。電極パターン３１の材料としては、例えば銅などの導電材料を用いることができる。
【００２０】
最上層基板３の下面図を図８に、ポリイミド基板３０の下面図を図９に示す。図９のように、ポリイミド基板２０は、最下層基板１のポリイミド基板１０（図５）および中間層基板２のポリイミド基板２０（図７）と同様の形状を有している。すなわち、ポリイミド基板３０には、ポリイミド基板３０を複数の短冊状領域に分ける切り欠き３０ａが形成されている。ただし、切り欠き３０ａはポリイミド基板３０を完全には分割しておらず、隣り合う短冊状領域の間は、ポリイミド基板３０の切り欠き３０ａが途切れた部分３０ｂで繋がっている。当該部分３０ｂは、幅が細く、外力によって伸びやすくなっている。以下、当該部分３０ｂを「伸長部３０ｂ」という。また、ポリイミド基板３０の四隅には、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３を重ね合わせる際の位置決めに用いられる位置決め穴３０ｃが形成されている。
【００２１】
図８のように、電極パターン３１は、ポリイミド基板３０の短冊状領域のそれぞれに形成されている。電極パターン３１は、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３が積層されたとき、同じ短冊状領域に形成される複数の熱電素子が直列に接続されるように、隣り合う熱電変換素子のＰ型薄膜熱電素子２１とＮ型薄膜熱電素子２２とに跨がって配置される。一部の電極パターン３１は、ポリイミド基板２０から突出して、外部接続用の端子部３１ａとして機能する。
【００２２】
また、電極パターン３１上には、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２と接続する部分に半田３２が形成されている。なお、図８では、理解を助けるため、Ｐ型薄膜熱電素子２１と接続する半田３２には「Ｐ」の文字、Ｎ型薄膜熱電素子２２と接続する半田３２には「Ｎ」の文字を付している。図８では「Ｐ」と「Ｎ」の配列が図４および図６とは逆になっているが、これは、図４および図６が上面図であるのに対し、図８は下面図であるためである。
【００２３】
以上のように、熱電モジュール１００は、最下層基板１と、複数の中間層基板２と、最上層基板３とが積層して構成され、縦方向に直列接続したＰ型薄膜熱電素子１１および複数のＰ型薄膜熱電素子２１と、縦方向に直列接続したＮ型薄膜熱電素子１２および複数のＮ型薄膜熱電素子２２とが、最下層基板１の電極パターン１３を介して接続されて成る熱電変換素子を備える。また、熱電モジュール１００は、切り欠き１０ａ，２０ａ，３０ａによって複数の短冊状領域に分けられており、熱電変換素子は短冊状領域のそれぞれに複数個形成される。また、同じ短冊状領域に形成された複数の熱電変換素子は、最上層基板３の電極パターン３１を介して直列に接続される。
【００２４】
以下、ポリイミド基板１０の製造方法について説明する。最初に、最下層基板１の製造方法を説明する。まず、図１０（ａ）のような平板状のポリイミド基板１０を用意する。続いて、ポリイミド基板１０の上に銅などから成る金属プレートを貼り付け、当該金属プレートをエッチング等の手法を用いてパターニングすることで、図１０（ｂ）のように、ポリイミド基板１０上に電極パターン１３を形成する。そして、スパッタ等の手法により、図１０（ｃ）のように、電極パターン１３の上にＰ型薄膜熱電素子１１およびＮ型薄膜熱電素子１２を形成する。Ｐ型薄膜熱電素子１１およびＮ型薄膜熱電素子１２上に、Ｎｉ等からなる拡散防止膜を形成してもよい。
【００２５】
その後、プレス機などを用いて、平板状のポリイミド基板１０を図４に示した形状に型抜きすることで、ポリイミド基板１０に、切り欠き１０ａ、伸長部１０ｂおよび位置決め穴１０ｃを形成する。以上の工程により、最下層基板１が完成する。
【００２６】
次に、中間層基板２の製造方法を説明する。まず、図１１（ａ）のような平板状のポリイミド基板２０を用意する。続いて、スパッタ等の手法により、図１１（ｂ）のように、ポリイミド基板２０の上にＰ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２を形成する。Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２上に、Ｎｉ等からなる拡散防止膜を形成してもよい。
【００２７】
その後、ポリイミド基板２０を裏返し、ポリイミド基板２０を裏側からエッチングすることで、図１１（ｃ）のように、ポリイミド基板２０のＰ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２に対応する位置に貫通孔２０ｄを形成する。貫通孔２０ｄは、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２よりも小さいサイズで形成する。このとき貫通孔２０ｄには、Ｐ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２の裏面が露出される。
【００２８】
そして、スクリーン印刷等の手法により、図１１（ｄ）に示すように、貫通孔２０ｄ内に、ペースト状の半田２３を埋め込み形成する。半田２３を埋め込む前に、貫通孔２０ｄ内に露出したＰ型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２の裏面に、Ｎｉ等からなる拡散防止膜を形成してもよい。
【００２９】
その後、プレス機などを用いて、平板状のポリイミド基板２０を図６に示した形状に型抜きすることで、ポリイミド基板２０に、切り欠き２０ａ、伸長部２０ｂおよび位置決め穴２０ｃを形成する。以上の工程により、中間層基板２が完成する。
【００３０】
次に、最上層基板３の製造方法を説明する。まず、図１２（ａ）のような平板状のポリイミド基板３０を用意する。続いて、ポリイミド基板３０の上に銅などから成る金属プレートを貼り付け、当該金属プレートをエッチング等の手法を用いてパターニングすることで、図１２（ｂ）のように、ポリイミド基板３０上に電極パターン３１を形成する。さらに、エッチングなどの手法により、ポリイミド基板３０の両端を除去することで、図１２（ｃ）に示すように、電極パターン３１の一部をポリイミド基板３０から突出させる。このときポリイミド基板３０から露出した電極パターン３１の部分が、外部接続のための端子部３１ａとなる。電極パターン３１となる金属プレートの表面に、酸化防止と半田の拡散防止のために、Ｎｉ膜を形成してもよい。
【００３１】
そして、スクリーン印刷等の手法により、図１２（ｄ）のように、電極パターン３１上にペースト状の半田３２を形成する。半田３２は、最下層基板１を中間層基板２の上に重ねたときに電極パターン３１と型薄膜熱電素子２１およびＮ型薄膜熱電素子２２とが接続する部分に形成される。
【００３２】
その後、プレス機などを用いて、平板状のポリイミド基板３０を図８に示した形状に型抜きすることで、ポリイミド基板３０に、切り欠き３０ａ、伸長部３０ｂおよび位置決め穴３０ｃを形成する。以上の工程により、最上層基板３が完成する。なお、図１２（ｃ）を用いて説明したポリイミド基板３０のエッチング工程と、図１２（ｄ）を用いて説明した半田３２の形成工程とは、どちらが先に行われてもよい。
【００３３】
本実施の形態では、電力取り出し用の配線を電極パターン３１に取り付ける作業を容易にする目的で、電極パターン３１の一部にポリイミド基板３０から突出した端子部３１ａを設けた。しかし、電力取り出し用の配線を電極パターン３１に取り付け可能であれば、端子部３１ａは必ずしも設けなくてよい。端子部３１ａを設けない場合、図１２（ｃ）を用いて説明したポリイミド基板３０のエッチング工程は省略してもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂが図１３（ａ）のように屈曲した形状となるように、切り欠き１０ａ，２０ａ，３０ａを形成したが、伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂの形状はどのようなものでもよい。例えば、図１３（ｂ）のように、屈曲の向きが互いに異なる伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂを組み合わせてもよいし、図１３（ｃ）のように、伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂは直線状でもよい。ただし、伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂは、熱電変換素子が形成される短冊状領域よりも外力によって伸びやすくする必要があるため、伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂの幅は、短冊状領域の幅よりも十分に細くする必要がある。
【００３５】
次に、完成した最下層基板１、中間層基板２、最上層基板３を用いて熱電モジュール１００を組み立てる。図１４は、その組み立て方法を説明するための図である。ここでは、円筒状の配管に取り付けるための熱電モジュール１００を形成するものとする。
【００３６】
まず、配管の外形と同様に湾曲した山型の表面形状を持つ下金型４１を用意する。そして、下金型４１の上に、最下層基板１と、複数の中間層基板２と、最上層基板３とを、この順に重ねて設置する。このとき、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３の向きは、切り欠き１０ａ，２０ａ，３０ａが、下金型４１の円筒の軸方向に延在するように定められる。
【００３７】
また、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３を下金型４１上に設置する際、下金型４１に設けられた位置決めピン４３を、位置決め穴１０ｃ，２０ｃ，３０ｃに通す。それにより、最下層基板１のＰ型薄膜熱電素子１１、中間層基板２のＰ型薄膜熱電素子２１および最上層基板３の半田３２が重なり、且つ、最下層基板１のＮ型薄膜熱電素子１２、中間層基板２のＮ型薄膜熱電素子２２および最上層基板３の半田３２が重なるように、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３が位置合わせされる。
【００３８】
位置決めピン４３は、下金型４１の表面に対してほぼ垂直に立設しているため、上層の基板ほど、横方向（配管の周方向）に引っ張られる。よって、最下層基板１の伸長部１０ｂよりも、中間層基板２の伸長部２０ｂが長く伸び、複数の中間層基板２の伸長部２０ｂは上層のものほど長く伸び、最上層基板３の伸長部３０ｂは最も長く伸びる。
【００３９】
つまり、上層の基板ほど、切り欠きの幅が広くなる。すなわち、最下層基板１の切り欠き１０ａの幅よりも、中間層基板２の切り欠き２０ａの幅の方が広く、複数の中間層基板２の切り欠き２０ａは上層のものほど幅が広く、最上層基板３の切り欠き３０ａは最も幅が広くなる。よって、図１４のように、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３それぞれの短冊状領域は、その幅が積層前とほぼ同じに維持され、下金型４１の表面に対してほぼ垂直に積層される。
【００４０】
その後、最上層基板３の上から上金型４２を被せ、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３を下金型４１と上金型４２とで挟み込む。このとき、伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂは切断されてもよい。
【００４１】
そして、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３を下金型４１と上金型４２とで挟んだ状態で、上金型４２と下金型４１を加熱する。それにより、最下層基板１は、下金型４１の表面（円筒状の曲面）に沿って湾曲するとともに、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３で構成される熱電モジュール１００が、下金型４１および上金型４２にフィットした形状に成型される。それと同時に、半田２３および半田３２が溶融し、上下に重なるＰ型薄膜熱電素子１１，２１が接合され、上下に重なるＮ型薄膜熱電素子１２，２２が接合される。その後、下金型４１および上金型４２を冷却して半田２３および半田３２を固化する。
【００４２】
最後に、図１５のように、端子部３１ａに配線５０を、半田などを用いて接合する。本実施の形態では、隣り合う短冊状領域の熱電変換素子を互いに逆向きにしており、隣り合う短冊状領域の熱電変換素子を、配線５０を用いて直列に接続している。その結果、熱電モジュール１００に構成される熱電変換素子は全て直列に接続されるため、熱電モジュール１００の出力電圧を高くすることができる。
【００４３】
以上のように、実施の形態１に係る熱電モジュール１００を構成する最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３のそれぞれは、複数の短冊状領域に分割されており、隣り合う短冊状領域の間は伸びやすい形状の伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂによって繋がっている。そのため、最下層基板１、中間層基板２および最上層基板３は、容易に曲面状に変形できる。従って、熱電モジュール１００は、例えば円筒状の配管の表面に沿って変形させて配設できるフレキシブル性を有し、それにより熱伝達ロスが低減されて高い発電性能が得られる。また、短冊状領域は、伸長部１０ｂ，２０ｂ，３０ｂに比べて変形しにくいため、熱電モジュール１００を変形させたときに短冊状領域の熱電変換素子にかかる応力を低減でき、熱電モジュール１００の信頼性が向上する。
【００４４】
さらに、一般的な薄膜型の熱電変換素子には大きな温度差を与えることは困難であるが、実施の形態１の熱電モジュール１００では、複数のＰ型薄膜熱電素子およびＮ型薄膜熱電素子を積層することでバルク相当の厚みを形成しているため、熱電変換素子に大きな温度差を与えることができ、それによっても高い発電性能が得られる。
【００４５】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、図１５に示したように、隣り合う短冊状領域の熱電変換素子を互いに逆向きに形成し、全ての熱電変換素子を直列に接続することによって高い出力電圧を得た。しかし、熱電変換素子を全て直列に接続すると、いずれかの熱電変換素子に断線が生じると熱電モジュール１００の出力電圧はゼロになる。
【００４６】
そこで、実施の形態２では、図１６のように、隣り合う短冊状領域の熱電変換素子を同じにし、その両端を配線５０で繋ぐことで、隣り合う短冊状領域の熱電変換素子を並列に接続させる。この構成によれば、いずれかの熱電素子に断線が生じたとしても、出力電圧を維持することができる、熱電モジュール１００の信頼性向上に寄与できる。
【００４７】
実施の形態２の熱電モジュール１００は、Ｐ型薄膜熱電素子１１，２１およびＮ型薄膜熱電素子１２，２２の配列が異なることを除いて、実施の形態１と同様の構成である。そのため、実施の形態２の熱電モジュール１００は、実施の形態１と同様の製造方法で形成することができる。
【００４８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  熱電モジュール、１  最下層基板、２  中間層基板、３  最上層基板、１０，２０，３０  ポリイミド基板、１０ａ，２０ａ，３０ａ  切り欠き、１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ  伸長部、１０ｃ，２０ｃ，３０ｃ  位置決め穴、２０ｄ  貫通孔、１１，２１  Ｐ型薄膜熱電素子、１２，２２  Ｎ型薄膜熱電素子、２３，３２  半田、１３，３１  電極パターン、３１ａ  端子部、４１  下金型、４２  上金型、４３  位置決めピン、５０  配線。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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