(57)【要約】【課題】従来品に比べ取り扱いの容易な大きさ及び形状の熱電変換素子を製造することができる熱電変換素子の製造方法を提供すること。【解決手段】第２工程では、第１中間加工品１９を延伸して線状体２７を形成するとともに、熱電変換材からなるナノワイヤを線状体の内部に形成し、線状体２７をローラ２５に巻き取ることによって第２中間加工品２９を作製し、第３工程では、加熱により、第２中間加工品２９中において隣り合う線状体２７の表面同士が熱融着された第３中間加工品を作製し、第４工程では、第３中間加工品を切断して、第４中間加工品を作製している。このような製造方法であれば、製造途中で細径化される線状体２７を束ねてから、熱電変換素子となる成形品を切り出すことができるため、取り扱いやすい大きさの成形品を切り出して、従来品より大きい熱電変換素子を製造することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材となるガラスの内部に熱電変換材を充填することによって、前記熱電変換材が前記母材の内部において一軸方向に延在する構造とされた第１中間加工品を作製する第１工程と、
前記母材が軟化する温度以上の温度で前記第１中間加工品を加熱して前記第１中間加工品を軟化させ、軟化した前記第１中間加工品を前記一軸方向に延伸して線状体を形成し、その際、前記線状体の内部において前記熱電変換材からなる部分の径をナノオーダーまで細径化することで、前記熱電変換材からなるナノワイヤを前記線状体の内部に形成し、さらに前記線状体を束ねることによって第２中間加工品を作製する第２工程と、
前記第２中間加工品を加熱することにより、前記第２中間加工品中において隣り合う前記線状体の表面同士が熱融着された第３中間加工品を作製する第３工程と、
前記第３中間加工品を切断して、前記ナノワイヤの両端を外部に露出させることにより、前記ナノワイヤの一端にある端面が露出する第１面と、前記ナノワイヤの他端にある端面が露出する第２面とを有する形状とされた第４中間加工品を作製する第４工程と、
前記第４中間加工品が有する前記第１面および前記第２面に、金属膜を形成することにより、熱電変換素子を製造する第５工程と
を含むことを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程は、前記熱電変換材としてｐ型半導体材料を用いることにより、前記ｐ型半導体材料が前記母材の内部において一軸方向に延在する構造とされたｐ型第１中間加工品を作製するともに、前記熱電変換材としてｎ型半導体材料を用いることにより、前記ｎ型半導体材料が前記母材の内部において一軸方向に延在する構造とされたｎ型第１中間加工品を作製する工程であり、
前記第２工程は、前記ｐ型第１中間加工品から形成された前記線状体と、前記ｎ型第１中間加工品から形成された前記線状体とを束ねて、これら２種類の異なる前記線状体が所定の位置関係に配列されてなる前記第２中間加工品を作製する工程である
ことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程は、回転駆動される支持体の外周に、軟化した前記第１中間加工品を途切れることなく幾重にも巻き付けることにより、前記第２中間加工品を作製する工程である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記支持体の内部には、回転軸と垂直をなす両端面の間を貫通する中空部が形成され、前記支持体の外周面から前記中空部まで貫通するスリットが形成されており、
前記第３工程は、前記第２中間加工品を前記支持体の外部から加熱するとともに、前記支持体の内部から前記スリットを介して供給される加熱気体により、前記第２中間加工品を前記支持体の内部からも加熱する工程である
ことを特徴とする請求項３に記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記第４工程は、前記第１面と前記第２面が、互いに垂直をなすように形成された前記第４中間加工品を作製する工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記第４工程は、前記第１面と前記第２面が、同一の水平面上にあるように形成された前記第４中間加工品を作製する工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項７】
ガラスからなるガラス部材と、
熱電変換材からなり、径の寸法がナノオーダーとされたナノワイヤと
を備え、
複数の前記ナノワイヤが、前記ガラス部材の内部を貫通し、各ナノワイヤの一端にある端面は、前記ガラス部材が有する第１面において前記ガラス部材の外部に露出する一方、各ナノワイヤの他端にある端面は、前記ガラス部材が有する第２面において前記ガラス部材の外部に露出する構造になっており、
さらに、前記ガラス部材の内部には、前記ナノワイヤと並列に前記第１面から前記第２面へと延びる空隙部が形成されている
ことを特徴とする熱電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２電極間の温度差を起電力に変換する熱電変換素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱電変換素子の製造方法としては、特許文献１および特許文献２に記載の製造方法が提案されていた。これらの製造方法では、まず、母材となるガラスに複数の貫通孔（例えば、直径１μｍ程度のもの）を形成して、その貫通孔に熱電変換材を充填し、それら母材および熱電変換材からなる中間加工品を作製していた。
【０００３】
そして、次の工程において、その中間加工品を加熱して軟化させ、その軟化した中間加工品を貫通孔の貫通方向に延伸していた。このような加工により、中間加工品は細長い線状体（例えば、直径１ｍｍ程度のもの）となり、その際、貫通孔内に充填された熱電変換材もワイヤ状になり、そのワイヤの直径はナノサイズ程度まで細くなる。
【０００４】
そして、次の工程では、上記線状体を延伸方向に対して略垂直に切断することによってチップ化し、このチップに電極を形成して、熱電変換素子を製造していた。
【特許文献１】特開２００６−１７３３９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載された熱電変換素子の製造方法において、上述のような手順で製造されるチップは、極めて微細なものとなる。そのため、このような微細な構造の熱電変換素子では、熱電変換素子の組み付け作業などを行う際に、その取り扱いが不便であった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来品に比べ取り扱いやすい大きさの熱電変換素子を製造することができる熱電変換素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本発明において、上記目的を達成するために採用した構成について説明する。
請求項１に記載の熱電変換素子の製造方法によれば、第２工程では、母材が軟化する温度以上の温度で第１中間加工品を加熱して第１中間加工品を軟化させ、軟化した第１中間加工品を一軸方向に延伸して線状体を形成し、その際、線状体の内部において熱電変換材からなる部分の径をナノオーダーまで細径化することで、熱電変換材からなるナノワイヤを線状体の内部に形成し、さらに線状体を束ねることによって第２中間加工品を作製し、第３工程では、第２中間加工品を加熱することにより、第２中間加工品中において隣り合う線状体の表面同士が熱融着された第３中間加工品を作製し、第４工程では、第３中間加工品を切断して、ナノワイヤの両端を外部に露出させることにより、ナノワイヤの一端にある端面が露出する第１面と、ナノワイヤの他端にある端面が露出する第２面とを有する形状とされた第４中間加工品を作製している。
【０００８】
このような製造方法であれば、製造途中で細径化される線状体を束ねてから、熱電変換素子となる成形品を切り出すことができる。したがって、製造途中で細径化された単一の線状体をそのまま切断していた従来製法に比べ、取り扱いやすい大きさの成形品を切り出して、従来品より大きい熱電変換素子を製造することができる。
【０００９】
また、束ねられる線状体の数を増やすことで、最終的に得られる熱電変換素子の大きさを変えることができるので、単一の線状体をそのまま切断していた従来製法よりも、熱電変換素子の大きさを容易に最適化することができる。
【００１０】
ところで、従来製法で、熱電変換材としてｐ型半導体材料を用いて製造された熱電変換素子と、ｎ型半導体材料を用いて製造された熱電変換素子とを組み合わせて一個のモジュールを製造しようとすると、極めて微細なチップを組み合わせて製造しなければならない。
【００１１】
その点、請求項２に記載の製造方法において、第１工程は、熱電変換材としてｐ型半導体材料を用いることにより、ｐ型半導体材料が母材の内部において一軸方向に延在する構造とされたｐ型第１中間加工品を作製するともに、熱電変換材としてｎ型半導体材料を用いることにより、ｎ型半導体材料が母材の内部において一軸方向に延在する構造とされたｎ型第１中間加工品を作製する工程となっており、第２工程は、ｐ型第１中間加工品から形成された線状体と、ｎ型第１中間加工品から形成された線状体とを束ねて、これら２種の異なる線状体が所定の位置関係に配列されてなる第２中間加工品を作製する工程となっている。
【００１２】
このような製造方法であれば、線状体を束ねる段階でｐ型半導体およびｎ型半導体を含む線状体束を形成して、この線状体束から熱電変換素子を切り出すことができる。したがって、ｐ型半導体を含むチップとｎ型半導体を含むチップそれぞれを独立に製造した後に、それらの極めて微細なチップを組み合わせざるを得なかった従来技術とは異なり、２種の半導体が含まれる熱電変換素子を、より簡単に製造できる。
【００１３】
また、上述の熱電変換素子の製造方法において、第２工程としては、様々なものが考えられる。一例としては、例えば、請求項３に記載の製造方法のように、第２工程は、回転駆動される支持体の外周に、軟化した第１中間加工品を途切れることなく幾重にも巻き付けることにより、第２中間加工品を作製する工程であるとよい。
【００１４】
この場合、回転駆動される支持体についても、様々な形態のものが考えられるが、一例を挙げれば、回転軸と垂直をなす断面が円形となっている支持体などが好適である。
また、請求項４に記載の製造方法においては、支持体の内部には、回転軸と垂直をなす両端面の間を貫通する中空部が形成され、支持体の外周面から中空部まで貫通するスリットが形成されており、第３工程は、第２中間加工品を支持体の外部から加熱するとともに、支持体の内部からスリットを介して供給される加熱気体により、第２中間加工品を支持体の内部からも加熱する工程となっている。
【００１５】
このような製造方法であれば、第３工程において、第２中間加工品は、支持体の外側から加熱されるだけでなく、加熱した気体により支持体の内側からも加熱されることとなる。したがって、請求項１に記載の製造方法の第３工程に比べ、より効率的に第２中間加工品を加熱することができる。
【００１６】
次に、請求項５に記載の製造方法において、第４工程は、第１面と第２面が、互いに垂直をなすように形成された第４中間加工品を作製する工程となっている。
このような製造方法であれば、熱電変換素子の配設対象となる箇所において、温度差が生じている低温部のある面と高温部のある面が、互いに垂直となる面上にあったとしても、適した位置に配設可能な熱電変換素子を製造することができる。
【００１７】
次に、請求項６に記載の製造方法において、第４工程は、第１面と第２面が、同一の水平面上にあるように形成された第４中間加工品を作製する工程となっている。
このような製造方法であれば、熱電変換素子の配設対象となる箇所において、温度差が生じている低温部のある面と高温部がある面が、互いに同一の水平面上にあったとしても、適した位置に配設可能な熱電変換素子を製造することができる。
【００１８】
さらに、請求項７に記載の熱電変換素子は、ガラス部材と、ナノワイヤとを備え、複数のナノワイヤが、ガラス部材の内部を貫通し、各ナノワイヤの一端にある端面は、ガラス部材が有する第１面においてガラス部材の外部に露出する一方、各ナノワイヤの他端にある端面は、ガラス部材が有する第２面においてガラス部材の外部に露出する構造になっており、さらに、ガラス部材の内部には、ナノワイヤと並列に第１面から第２面へと延びる空隙部が形成されている。
【００１９】
このような熱電変換素子であれば、ガラス部材に比べ熱伝導率の低い空隙部が形成されているため、この種の空隙部が形成されていないものに比べ、熱電変換素子全体としての熱伝導率を低くすることができ、熱電変換素子としての性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について、いくつかの具体的な例を挙げて説明する。
［第１実施形態］
《１．１》熱電変換素子の構造
図１は、本実施形態の熱電変換素子１の概略を示した斜視図である。
【００２１】
熱電変換素子１は、図１に示すように、ガラス部材３、ナノワイヤ５、および電極７から構成される。
ナノワイヤ５は、熱電変換材（本実施形態では、Ｂｉ（ビスマス）にＴｅ（テルル）を数％ドープした合金）からなり、径の寸法がナノサイズ（本実施形態では、１０ｎｍ）とされたワイヤ状の部材である。また、ナノワイヤ５は、ガラス部材３の内部に複数形成されており、ガラス部材３を構成する面のうち２面において、各ナノワイヤ５の端面が外部に露出している。さらに、ナノワイヤ５の端面が露出している面においては、ガラス部材３とナノワイヤ５の端面との面積比が略３０％となっている。
【００２２】
電極７は、銅製の薄膜で、ナノワイヤ５の端面と電気的に接続されており、ガラス部材３の面のうちナノワイヤ５の端面が露出している各面を覆っている。
《１．２》熱電変換素子の製造方法
以下に、図２〜図４を用いて、第１実施形態における熱電変換素子１の製造方法について説明する。第１実施形態における熱電変換素子１の製造方法は、以下に説明するように、第１工程〜第５工程からなる。
【００２３】
図２（Ａ）は、ガラステンプレート１０の概略を示した斜視図であり、図２（Ｂ）は、第１実施形態における第１工程の説明図である。図３（Ａ）は、第１実施形態における第２工程の説明図であり、図３（Ｂ）は、第１実施形態における第２工程の説明図であり、図３（Ｃ）は、第１実施形態における第３工程の説明図である。図４（Ａ）は、第１実施形態における第４工程の説明図であり、図４（Ｂ）は、第１実施形態における第４中間加工品４９の説明図であり、図４（Ｃ）は、同第４中間加工品４９の端面の一部の拡大図である。
【００２４】
《１．２．１》第１工程
第１工程は、第１装置１２を用いて、ガラステンプレート１０と熱電変換材を加工して、第１中間加工品１９を作製する工程である。
【００２５】
ガラステンプレート１０は、図２（Ａ）に示すように、ガラス製の円柱状の部材（本実施形態では、直径５０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）であり、内部において一軸方向に延在する貫通孔１１（本実施形態では、直径１μｍ）が複数形成されているものである。
【００２６】
第１装置１２は、図２（Ｂ）に示すように、加圧槽１３、加圧槽１３の内部に配設された加熱槽１４、加圧槽１３に接続された真空ポンプ１５と加圧ポンプ１６、および加圧槽１３と各ポンプの間に配設された２個のバルブ１７、１８から構成される。
【００２７】
この第１工程では、まず、図２（Ｂ）に示すように、ガラステンプレート１０と所定量の熱電変換材（この時点では固体）を加熱槽１４中に投入する。そして、真空ポンプ１５により加圧槽１３の内部を真空状態にしながら、加熱槽１４を熱電変換材の融点より高温（本実施形態では、Ｂｉの融点２７１．４℃より高い３００℃に設定）まで加熱することで熱電変換材を溶融させ、熱電変換材の融液中にガラステンプレート１０が浸漬された状態にする。
【００２８】
この後、バルブ１７を閉じ、バルブ１８を開けて加圧ポンプ１６で加圧槽１３の内部に不活性ガス（本実施形態ではＡｒ（アルゴン））を導入し、加圧槽１３内を数百気圧まで加圧することで、ガラステンプレート１０の貫通孔１１に熱電変換材を充填する。
【００２９】
そして、加熱槽１４の温度を室温まで下げると、加熱槽１４中において、熱電変換材が固化するので、その中から、貫通孔１１内に熱電変換材が充填された状態になっているガラステンプレート１０を取り出す。このような手順で得られたものが、第１中間加工品１９である。
【００３０】
《１．２．２》第２工程
第２工程は、第２装置２０を用いて、第１中間加工品１９を加工して、第２中間加工品２９を作製する工程である。
【００３１】
第２装置２０は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、ヒータ２２、ローラ２５、および図示しないモータから構成されている。ローラ２５は、回転軸と垂直をなす断面が円形のものであり、モータにより回転駆動される。
【００３２】
この第２工程では、まず、第１中間加工品１９における２つの円形の端面のうち、一つの端面に錘２１を接着する。そして、錘２１が接着された端面を下方にして第１中間加工品１９をヒータ２２で加熱し、第１中間加工品１９を軟化させる。このとき、ヒータ２２で加熱する温度は、ガラステンプレート１０が流動化する温度以上（ガラスが軟化する温度以上）とされる。
【００３３】
このように軟化した第１中間加工品１９は、下端側の一部分が、図３（Ａ）に示すように、錘２１によって、貫通孔１１の貫通方向と同方向に延伸されて、延伸前よりも細径化された線状体２７となる。その際、線状体２７の内部において、貫通孔１１の径はナノオーダーまで細径化（本実施形態では１０ｎｍ）され、熱電変換材からなるナノワイヤ５が形成されることになる。
【００３４】
そして、図３（Ａ）に示すように、線状体２７にローラ２５を接触させて、接触した部分をローラ２５の外周面に固定する。次に、線状体２７の接触した部分より下側の箇所で切断して、錘２１および第１中間加工品１９の下端部分を切り離す。
【００３５】
そして、図３（Ｂ）に示すように、ローラ２５を回転駆動して、第１中間加工品１９の線状体２７となった部分を引っ張りながらローラ２５の外周に巻き取る。このように第１中間加工品１９をローラ２５に巻き取ると、軟化した第１中間加工品１９は、線状体２７になっていなかった部分が順に延伸されてゆくので、これにより、連続的に線状体２７を形成しながら、その線状体２７をローラ２５に巻き取ってゆくことができる。
【００３６】
そして、第１中間加工品１９を線状体２７としたもの全てをローラ２５の外周面にて巻取ることにより、線状体２７が幾重にも巻かれることとなる。このようにローラ２５の外周上に作製されたものが、第２中間加工品２９である。
【００３７】
《１．２．３》第３工程
第３工程は、第２中間加工品２９を加工して、第３中間加工品３９を作製する工程である。
【００３８】
この第３工程では、図３（Ｂ）に示すように、第２中間加工品２９をローラ２５とともに外部から図示しないヒータで加熱する。このとき、ヒータで加熱する温度は、第２工程における第２装置２０のヒータ２２による加熱温度に比べて、低温に設定される。
【００３９】
このヒータの加熱により、第２中間加工品２９中において、隣り合う線状体２７の表面同士が熱融着することとなる。このようにローラ２５の外周上において作製されたものが、第３中間加工品３９である。
【００４０】
《１．２．４》第４工程
第４工程は、第３中間加工品３９を加工して、第４中間加工品４９を作製する工程である。
【００４１】
この第４工程では、図４（Ａ）に示すように、第３中間加工品３９から適当な大きさのものを切り出す。このように切り出されたものにおいては、図４（Ｂ）に示すように、ナノワイヤ５の一端にある端面が露出する第１面と、ナノワイヤ５の他端にある端面が露出する第２面とを有する形状となる。そして、このような形状のものにおいて、第１面と第２面を有する形状を維持したまま、所望の大きさ及び形状となるように切断する。このように切断したものが、第４中間加工品４９である。
【００４２】
このような第４中間加工品４９の切断面は、図４（Ｃ）に示すように、表面が接する位置関係にある線状体２７の表面同士は熱融着されているものの、空隙４５が介在する位置関係にある線状体２７の表面同士は熱融着されておらず、この空隙４５が、第４中間加工品４９の内部において、第１面から第２面へと延在する状態になっている。
【００４３】
《１．２．５》第５工程
第５工程は、第４中間加工品４９から熱電変換素子１を製造する工程である。
この第５工程では、第４中間加工品４９の面のうちナノワイヤ５の端面が外部に露出している２面に、周知のイオンプレーティング装置（図示略）により、電極７となる金属膜を形成する。このように加工されることで、所望の大きさ及び形状の熱電変換素子１が製造される。
【００４４】
《１．３》本実施形態の効果
以上のような本実施形態の製造方法であれば、製造途中で細径化される線状体２７を束ねてから、熱電変換素子１となる成形品を切り出すことができる。したがって、製造途中で細径化された単一の線状体をそのまま切断していた従来製法に比べ、取り扱いやすい大きさの成形品を切り出して、従来品より大きい熱電変換素子１を製造することができる。
【００４５】
また、束ねられる線状体２７の数を増やすことで、最終的に得られる熱電変換素子１の大きさを変えることができるので、単一の線状体をそのまま切断していた従来製法よりも、熱電変換素子１の大きさを容易に最適化することができる。
【００４６】
また、本実施形態の製造方法によれば、ガラス部材に比べ熱伝導率の低い空隙４５を有する熱電変換素子１を製造することができる。
したがって、本実施形態の製造方法で製造された熱電変換素子あれば、この種の空隙が形成されていない熱電変換素子に比べ、熱電変換素子全体としての熱伝導率を低くすることができるので、熱電変換素子としての性能を向上させることができる。
【００４７】
［第２実施形態］
以下に、図５および図６を用いて、第２実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００４８】
図５（Ａ）は、第２実施形態における第２工程の説明図であり、図５（Ｂ）は、第２実施形態における第３工程の説明図である。図６（Ａ）は、第２実施形態における第４工程の説明図であり、図６（Ｂ）は、第２実施形態における第４中間加工品６５の説明図であり、図６（Ｃ）は、同第４中間加工品６５の端面の一部の拡大図である。
【００４９】
本実施形態における第１工程では、第１実施形態とは異なり、予め一端が塞がれた形状のガラス管（本実施形態では、外径１０ｍｍ、内径６ｍｍ）をガラステンプレートとして利用し、このガラステンプレートの内部に、溶融した熱電変換材を注入する。このような方法で熱電変換材を注入すれば、第１実施形態における第１工程とは異なり、ミクロンオーダーの貫通孔１１に熱電変換材を充填しなくても済むので、より容易に熱電変換材を充填することができる。このような第１工程で作製されたものが、第１中間加工品６１である。
【００５０】
次の第２工程では、図５（Ａ）に示すように、第１実施形態と略同様の作業により、第１中間加工品６１から第２中間加工品６３を作製する。なお、第２実施形態の場合、熱電変換材が注入されたガラス管の内腔は、第１実施形態で例示した貫通孔１１より内径が大きいので、第１中間加工品６１を延伸する際には、第１実施形態の場合よりも長い線状体６２が作製される。これにより、第１実施形態の第２工程と同程度までナノワイヤの細径化が図られることになる。
【００５１】
そして、次の第３工程では、図５（Ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の作業により、第２中間加工品６３をヒータで加熱して第３中間加工品６４を作製する。
次の第４工程では、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の作業により、第３中間加工品６４を切断して、第４中間加工品６５を作製する。ここで、本実施形態の第４中間加工品６５の切断面は、図６（Ｃ）に示すように、第１実施形態のものとは異なり、各線状体６２の切断面にナノワイヤ５の端面が１個ずつ形成されている。
【００５２】
以上説明した通り、本実施形態の製造方法によれば、第１実施形態における第１工程とは異なり、ミクロンオーダーの貫通孔１１に熱電変換材を充填しなくても済むので、より容易に熱電変換材を充填することができる。
【００５３】
［第３実施形態］
以下に、図７を用いて、第３実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００５４】
図７（Ａ）は、第３実施形態における第２工程の説明図であり、図７（Ｂ）は、第３実施形態における第４工程の説明図であり、図７（Ｃ）は、第３実施形態における第４中間加工品７８の説明図である。
【００５５】
本実施形態における第１工程では、第１実施形態と同様の第１工程にて、２種類の第１中間加工品を作製する。具体的には、熱電変換材としてｐ型半導体材料を用いて第１中間加工品７１を作製するとともに、熱電変換材としてｎ型半導体材料を用いて第１中間加工品７２を作製する。
【００５６】
次の第２工程では、図７（Ａ）に示すように、第１中間加工品７１から形成された線状体７３と、第１中間加工品７２から形成された線状体７４とを同じローラ２５の外周に巻き取り、これら２種の異なる線状体が所定の位置関係に配列されてなる第２中間加工品を作製する。
【００５７】
次の第３工程では、第１実施形態と同様の作業により、第２中間加工品をヒータで加熱して第３中間加工品７５を作製する。
次の第４工程では、図７（Ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の作業により、第３中間加工品７５を切断する。そして、図７（Ｃ）に示すように、所望の大きさ及び形状となるように切断して、第４中間加工品７８を作製する。
【００５８】
そして、第５工程では、第４中間加工品７８に金属膜を形成して、所望の大きさの熱電変換素子を製造する。
このとき、ナノワイヤの端面が外部に露出する状態にある２面のうち、一方の面には、ｐ型部分７６から隣接するｎ型部分７７への導電経路となる金属膜が形成され、他方の面には、ｎ型部分７７から隣接するｐ型部分７６への導電経路となる金属膜が形成される。しかも、これら２面に形成された金属膜は、ｐ型部分７６とｎ型部分７７とが交互に直列接続された導電経路を構成する位置に形成される。このような金属膜を形成すれば、ｐ型部分７６およびｎ型部分７７のそれぞれにおいて、上記２面のいずれか一方から他方に向かって電流が流れ、且つ、その電流の流れる向きがｐ型部分７６とｎ型部分７７とで互いに逆向きになる導電経路を構成でき、この熱電変換素子単体でも、十分に大きな起電力を得ることができる。
【００５９】
したがって、本実施形態の製造方法であれば、ｐ型半導体を含むチップとｎ型半導体を含むチップそれぞれを独立に製造した後に、それらの極めて微細なチップを組み合わせざるを得なかった従来技術とは異なり、２種の半導体が含まれる熱電変換素子を、より簡単に製造できる。
【００６０】
［第４実施形態］
以下に、図８（Ａ）を用いて、第４実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。図８（Ａ）は、第３実施形態における第２工程の説明図である。
【００６１】
本実施形態においては、第２工程が第１実施形態とは異なる工程となるが、第１工程、第３工程、第４工程、および第５工程は、第１実施形態と略同様の工程となっている。
具体的には、本実施形態の第２工程で利用するローラ８１において、図８（Ａ）に示すように、回転軸と垂直をなす断面の形状が楕円形になっている。また、この楕円形の断面における長軸の長さは、第１実施形態におけるローラ２５の円形の断面の直径と同じ長さになっている。
【００６２】
このような形態のローラ８１を利用しても、第１実施形態で例示した熱電変換素子と同等な機能を有する熱電変換素子を製造することができ、しかも、第１実施形態で例示した熱電変換素子に比べ、曲率の小さな形状の熱電変換素子を製造することができる。
【００６３】
［第５実施形態］
以下に、図８（Ｂ）を用いて、第５実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。図８（Ｂ）は、第５実施形態における第２工程の説明図である。
【００６４】
本実施形態においては、第２工程が第１実施形態とは異なる工程となるが、第１工程、第３工程、第４工程、および第５工程は、第１実施形態と略同様の工程となっている。
具体的には、本実施形態の第２工程で利用するローラ８３において、図８（Ｂ）に示すように、回転軸と垂直をなす断面の形状が四角形の頂点部分に丸みを付けた形状となっている。また、この四角形の断面における対角線の長さは、第１実施形態におけるローラ２５の円形の断面の直径と同じ長さになっている。
【００６５】
このような形態のローラ８３を利用しても、第１実施形態で例示した熱電変換素子を同等な機能を有する熱電変換素子を製造することができ、しかも、第１実施形態で例示した熱電変換素子に比べ、曲率の小さな形状の熱電変換素子を製造することができる。
【００６６】
［第６実施形態］
以下に、図９を用いて、第６実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。図９は、第６実施形態における第２工程の説明図である。
【００６７】
本実施形態において、第１実施形態と異なる工程は、第２工程および第３工程であり、第１工程、第４工程、および第５工程は、第１実施形態と略同様の工程となる。
本実施形態の第２工程では、第２装置のローラ８５の形状が第１実施形態のものと異なる。具体的には、図９に示すように、本実施形態のローラ８５は、回転軸と垂直をなす断面が円形であり、内部には回転軸と垂直をなす両端面の間を貫通する中空部８６が形成されている。また、ローラ８５の外周面から中空部８６まで貫通するスリット８７が回転軸と平行をなすように延設されている。
【００６８】
次に本実施形態の第３工程では、図示しない加熱空気供給装置が、ローラ８５の中空部８６に加熱した空気を供給することができるように配設されている。そして、第１実施形態と同様の図示しないヒータで第２中間加工品を外部から加熱するとともに、中空部８６からスリット８７を介して供給される加熱空気により、第２中間加工品をローラ８５の内部からも加熱する。
【００６９】
本実施形態の製造方法によれば、第３工程において、第２中間加工品は、ローラ８５の外側からヒータにより加熱されるだけでなく、加熱空気によりローラ８５の内側からも加熱されることとなる。したがって、本実施形態の製造方法であれば、第１実施形態の第３工程に比べ、より効率的に第２中間加工品を加熱することができる。
【００７０】
［第７実施形態］
以下に、図１０を用いて、第７実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。図１０（Ａ）は、第７実施形態における第２工程の説明図であり、図１０（Ｂ）は、第７実施形態における第４工程の説明図である。
【００７１】
本実施形態においては、第２工程、第３工程、および第４工程が、第１実施形態とは異なる工程となるが、第１工程、第５工程は第１実施形態と略同様の工程となる。
本実施形態の第２工程において、図１０（Ａ）に示すように、第２装置は、第１実施形態のようなローラ２５の代わりに、金属製の板状部材９１を備えている。板状部材９１は、その板厚方向をＺ方向とするＸ，Ｙ，Ｚ直交座標系において、Ｘ方向およびＹ方向に駆動されるものである。
【００７２】
また、ヒータで過熱されて軟化した第１中間加工品１９は、板状部材９１の表面に対してＺ方向から供給される。
これにより、第２工程では、図１０（Ａ）に示すように、細径化された線状体２７を、板状部材９１の表面に途切れることなく積み重ねることで、第２中間加工品を作製する。
【００７３】
そして、第３工程では、第２中間加工品を加熱後に切断することにより、線状体２７が複数束ねられた第３中間加工品９３を作製する。その後、第４工程では、図１０（Ｂ）に示すように、第３中間加工品９３から適当な大きさに切断し、さらに、所望の大きさ及び形状となるように切断して、第４中間加工品を作製する。
【００７４】
このように、本発明の製造方法で熱電変換素子を製造する際、支持体としては、必ずしもローラを用いる必要はない。すなわち、上記板状部材９１の如き支持体を利用しても、線状体２７を束ねて、第１実施形態で例示した熱電変換素子と同等な機能を有する熱電変換素子を製造することができる。
【００７５】
［第８実施形態］
以下に、図１１を用いて、第８実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７６】
図１１（Ａ）は、第８実施形態における第４工程の説明図であり、図１１（Ｂ）は、第８実施形態における第４工程の説明図であり、図１１（Ｃ）は、第８実施形態における第４中間加工品の概略図である。
【００７７】
本実施形態において、第１実施形態と異なる工程は、第４工程である。その他の製造工程の第１工程、第２工程、第３工程、および第５工程は、第１実施形態と略同様の工程である。
【００７８】
本実施形態の第４工程では、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すように、第３中間加工品３９を切断することで、２個の切断面が垂直をなすような第４中間加工品９５を作製する。その後、第５工程にて、２個の電極が互いに垂直をなしており、２個の電極の間が離間しているような熱電変換素子を製造する。
【００７９】
このような製造方法で熱電変換素子を製造すれば、第１実施形態とは異なる位置に電極が配置された熱電変換素子を製造できる。したがって、この熱電変換素子であれば、熱電変換素子の配設対象となる箇所において、低温面と高温面が互いに垂直な位置関係にあったとしても、適切に熱電変換素子を配設できる。
【００８０】
［第９実施形態］
以下に、図１２を用いて、第９実施形態における熱電変換素子の製造方法について、上述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００８１】
図１２（Ａ）は、第９実施形態における第４工程の説明図であり、図１２（Ｂ）は、第９実施形態における第４工程の説明図であり、図１２（Ｃ）は、第９実施形態における第４中間加工品の概略図である。
【００８２】
本実施形態において、第１実施形態と異なる工程は、第４工程である。その他の製造工程の第１工程、第２工程、第３工程、および第５工程は、第１実施形態と略同様の工程である。
【００８３】
本実施形態の第４工程では、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示すように、第３中間加工品を切断することで、２個の切断面が同一の水平面上にあるような第４中間加工品９７を作製する。その後、第５工程にて、２個の電極が同一の水平面上にあり、２個の電極の間が離間しているような熱電変換素子を製造することができる。
【００８４】
このような製造方法で熱電変換素子を製造すれば、第１実施形態とは異なる位置に電極が配置された熱電変換素子を製造できる。したがって、この熱電変換素子であれば、熱電変換素子の配設対象となる箇所において、低温面と高温面が同一面内にあったとしても、適切に熱電変換素子を配設できる。
【００８５】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
【００８６】
上記の各実施形態では、熱電変換材はＢｉ（ビスマス）にＴｅ（テルル）を数％ドープした合金であったが、熱電変換材はこれに限定されるものではない。例えば、Ｓｉ（シリコン）にＧｅ（ゲルマニウム）等を数％ドープした合金や、Ｐｂ（鉛）にＴｌ（タリウム）等を数％ドープした合金等、熱電変換材であればどのような合金でも良い。
【００８７】
また、上記の各実施形態では、第５工程として、イオンプレーティング装置により電極となる金属膜を形成していたが、電極を形成する方法はこれに限定されるものではない。例えば、周知の方法であるスパッタ、蒸着等の方法を採用しても良く、金属膜を形成できる方法であればどのような方法でも良い。
【００８８】
また、上記の第１実施形態では、第１工程として、第１装置を利用してガラステンプレートの貫通孔に熱電変換材を充填していたが、貫通孔に熱電変換材を充填する方法はこれに限定されるものではない。例えば、液状または微細粉末状の熱電変換材を貫通孔に注入して充填する方法を採用しても良く、貫通孔に熱電変換材を充填することができる方法であればどのような方法でも良い。
【００８９】
また、上記の第８実施形態では、第４工程において、２個の切断面が垂直をなすような第４中間加工品を作製し、第９実施形態では、２個の切断面が同一の水平面上にあるような第４中間加工品を作製していたが、第４中間加工品における２個の切断面の位置関係はこれらに限定されるものではない。
【００９０】
例えば、第３中間加工品を切断することで、２個の切断面のなす角度が６０度または１２０度になるような第４中間加工品を作製しても良く、熱電変換素子の配設対象となる箇所に応じて、適切に配設できるような形状の熱電変換素子を製造しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】第１実施形態における熱電変換素子の概略を示した斜視図である。
【図２】（Ａ）は、ガラステンプレートの概略を示した斜視図であり、（Ｂ）は、第１実施形態における第１工程の説明図である。
【図３】（Ａ）は、第１実施形態における第２工程の説明図であり、（Ｂ）は、同第２工程の説明図であり、（Ｃ）は、第１実施形態における第３工程の説明図である。
【図４】（Ａ）は、第１実施形態における第４工程の説明図であり、（Ｂ）は、第１実施形態における第４中間加工品の説明図であり、（Ｃ）は、同第４中間加工品の端面の一部の拡大図である。
【図５】（Ａ）は、第２実施形態における第２工程の説明図であり、（Ｂ）は、第２実施形態における第３工程の説明図である。
【図６】（Ａ）は、第２実施形態における第４工程の説明図であり、（Ｂ）は、第２実施形態における第４中間加工品の説明図であり、（Ｃ）は、同第４中間加工品の端面の一部の拡大図である。
【図７】（Ａ）は、第３実施形態における第２工程の説明図であり、（Ｂ）は、第３実施形態における第４工程の説明図であり、（Ｃ）は、第３実施形態における第４中間加工品の説明図である。
【図８】（Ａ）は、第４実施形態における第２工程の説明図であり、（Ｂ）は、第５実施形態における第２工程の説明図である。
【図９】第６実施形態における第２工程の説明図である。
【図１０】（Ａ）は、第７実施形態における第２工程の説明図であり、（Ｂ）は、第７実施形態における第４工程の説明図である。
【図１１】（Ａ）は、第８実施形態における第４工程の説明図であり、（Ｂ）は、第８実施形態における第４工程の説明図であり、（Ｃ）は、第８実施形態における第４中間加工品の概略図である。
【図１２】（Ａ）は、第９実施形態における第４工程の説明図であり、（Ｂ）は、第９実施形態における第４工程の説明図であり、（Ｃ）は、第９実施形態における第４中間加工品の概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・熱電変換素子、３・・・ガラス部材、５・・・ナノワイヤ、７・・・電極、１０・・・ガラステンプレート、１１・・・貫通孔、１２・・・第１装置、１３・・・加圧槽、１４・・・加熱槽、１５・・・真空ポンプ、１６・・・加圧ポンプ、１７，１８・・・バルブ、１９，６１，７１，７２・・・第１中間加工品、２０・・・第２装置、２１・・・錘、２２・・・ヒータ、２５，８１，８３，８５・・・ローラ、２７，６２，７３，７４・・・線状体、２９，６３・・・第２中間加工品、３９，６４，７５，９３・・・第３中間加工品、４５・・・空隙、４９，６５，７８，９５，９７・・・第４中間加工品、７６・・・ｐ型部分、７７・・・ｎ型部分、８６・・・中空部、８７・・・スリット、９１・・・板状部材。
【図１】
2010056160.tif 000003
【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】
2010056160.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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