(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の第１絶縁性部と、
シート状の第２絶縁性部と、
前記第１絶縁性部と前記第２絶縁性部との間に厚さ方向が前記第１絶縁性部と前記第２絶縁性部との積層方向となるように収容された熱電変換材料からなる複数の板状部材であって、厚さ方向に直交する方向に位置する対向する２端部が熱起電力を取り出すための第１端部及び第２端部として機能する複数の板状部材と、
各板状部材と前記第１絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第１端部の前記第１絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第１絶縁性部よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導性部と、
各板状部材と前記第２絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第２端部の前記第２絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第２絶縁性部よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導性部と
を備えることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項２】
各第１高熱伝導性部及び各第２高熱伝導性部が、前記複数の板状部材を各板状部材からの熱起電力の総和が取り出せるように直列接続するための電極の一部である
ことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
各板状部材の第１端部、第２端部間の間隔が、各板状部材の第１端部、第２端部の並び方向の長さの１４％〜３０％の範囲内にある
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記第１絶縁性部が、その表層部分に、１つ又は２つの前記第１高熱伝導性部として機能する第１電極が１つ以上埋め込まれている部材であり、
前記複数の板状部材が、前記第１絶縁性部の前記第１電極が埋め込まれている側の面に直接形成された部材である
ことを特徴とする請求項２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記第２絶縁性部が、その表層部分に、１つ又は２つの前記第２高熱伝導性部として機
能する第２電極が１つ以上埋め込まれた部材であり、
前記第２絶縁性部に埋め込まれている各第２電極が、導電性接着剤によって、１つ又は２つの板状部材の第２端部に対して固定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願明細書で開示される技術は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールに、関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる熱電変換モジュールとして、図１３に示したような構成を有するπ型熱電素子を、図１４に示したように、セラミック基板間に多数個配置したものが知られている。
【０００３】
この熱電変換モジュールを用いれば、平面状の壁面を有する熱源からの廃熱を効率的に電気エネルギーに変換することは出来る。ただし、熱源の中には、平面状の壁面を有さないもの（例えば、パイプ）も存在する。従って、フレキシブルな熱電変換モジュールが望まれるのであるが、図１４に示した熱電変換モジュールの各部のサイズを変えることによってフレキシブルな熱電変換モジュールを実現するのは、極めて困難（実際上、不可能）である。
【０００４】
そのため、パイプ等に対しても使用できるフレキシブルな熱電変換モジュールとして、図１５及び図１６に示した構成を有する熱電変換モジュールが提案されている。
【０００５】
すなわち、この熱電変換モジュール（以下、従来構成モジュールと表記する）は、基本的には、２枚のポリイミドシート間にＰ型及びＮ型熱電素子を挟んだものとなっている。ただし、従来構成モジュールには、主要部分は熱伝導率が低いポリイミド樹脂（以下、低κ部とも表記する）であるが、熱伝導率が高いＣｕからなる部分（以下、高κ部とも表記する）が埋め込まれているポリイミドシートが用いられている。そして、従来構成モジュールは、各ポリイミドシートの高κ部が、モジュールの外側の、熱電素子の各端部に相当する部分に位置するように、各部材を配置したものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３３６００号公報
【特許文献２】特許第３５７３４４８号明細書
【特許文献３】特開平１１−２５１６４８号公報
【特許文献４】特開２００６−１８６２５５号公報
【特許文献５】特開２００８−１８２１６０号公報
【特許文献６】特開平９−００８３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示の技術の課題は、フレキシブルな、上記した従来構成モジュールよりも高性能な熱電変換モジュールを、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、開示の技術の一態様の熱電変換モジュールは、シート状の第１絶縁性部と、シート状の第２絶縁性部と、前記第１絶縁性部と前記第２絶縁性部との間に収容された、熱電変換材料からなる、それらの間に発生する熱起電力が取り出される第１端部と第２端部とを有する複数の板状部材と、各板状部材と前記第１絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第１端部の前記第１絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第１
絶縁性部よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導性部と、各板状部材と前記第２絶縁性部との間に配置された、各板状部材の第２端部の前記第２絶縁性部側の面を覆う形状の、前記第２絶縁性部よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導性部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成を採用しておけば、フレキシブルな、従来構成モジュールよりも高性能な熱電変換モジュールを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】熱電変換モジュールの断面図。
【図２】熱電変換モジュールの平面図。
【図３Ａ】第１シート状部材の製造手順の説明図（その１）。
【図３Ｂ】第１シート状部材の製造手順の説明図（その２）。
【図３Ｃ】第１シート状部材の製造手順の説明図（その３）。
【図４Ａ】内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。
【図４Ｂ】内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。
【図５Ａ】図４Ａにその構成を示した熱電変換モジュールの内部温度分布の計算結果を示した図。
【図５Ｂ】図４Ｂにその構成を示した熱電変換モジュールの内部温度分布の計算結果を示した図。
【図６】図４Ａ、図４Ｂにその構成を示した熱電変換モジュール内の熱電素子中の温度分布を示した図。
【図７】ΔＴのシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。
【図８】ΔＴのシミュレーション計算に基づき算出したＥ値とＬ値との関係を示す図。
【図９Ａ】内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。
【図９Ｂ】内部温度分布のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。
【図１０】図９Ａ、図９Ｂにその構成を示した熱電変換モジュール内の熱電素子中の温度分布を示した図。
【図１１】温度変化時における反り量のシミュレーション計算を行った熱電変換モジュールの構成の説明図。
【図１２】反り量のシミュレーション計算結果を示した図。
【図１３】既存の熱電変換モジュールに用いられているπ型熱電素子の外観図。
【図１４】既存の熱電変換モジュールの外観図。
【図１５】既存のフレキシブルな熱電変換モジュール（従来構成モジュール）の断面図。
【図１６】従来構成モジュールの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明者らが開発した熱電変換モジュールの構成等を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に、発明者らが開発した熱電変換モジュール１の断面図を示し、図２に、熱電変換モジュール１の平面図を示す。なお、図２は、絶縁性接着剤層１８及び第２絶縁性材料部２１（図１参照。詳細は後述）が除去されている場合における熱電変換モジュール１の平面図である。また、これらの図を含む、以下で説明に用いる各図は、熱電変換モジュール
１の各構成要素を認識し易い大きさとするために、各構成要素の縮尺や数を適宜変更したものとなっている。
【００１３】
この熱電変換モジュール１は、廃熱を電気エネルギーに変換するために、一方の面を廃熱源に貼り付けて使用するフレキシブルなシート状（フィルム状）のモジュールである。
【００１４】
図１及び図２に示してあるように、熱電変換モジュール１は、第１絶縁性材料部１１、複数の第１電極１２、複数のＰ型熱電素子１５ｐ、複数のＮ型熱電素子１５ｎを備えている。また、熱電変換モジュール１は、絶縁性接着剤層１８、複数の導電性接着剤層１９、複数の第２電極２２及び第２絶縁性材料部２１も備えている。
【００１５】
熱電変換モジュール１が備える各第１電極１２は、１組のＮ型熱電素子１５ｎ及びＰ型熱電素子１５ｐの端部間を電気的に接続する導体、熱電変換モジュール１の出力端子のいずれかとして機能する部材である。この第１電極１２の構成材料は、一般的な導電性材料、つまり、導電性を有するが故に熱伝導率が比較的に高い材料、であれば良い。ただし、第１電極１２の熱伝導率が高い方が、熱電素子１５ｘ（ｘ＝ｎ、ｐ）の端部間の温度差を大きくすることが出来る。また、熱電変換モジュール１は安価に製造できた方が良いので、第１電極１２の構成材料としては、熱伝導率κが大きく、且つ、安価な材料であるＣｕ（銅：κ≒４００Ｗ／ｍＫ）を用いておくことが望ましい。
【００１６】
以下、説明の便宜上、各タイプの熱電素子１５ｘ（ｘ＝ｎ、ｐ）の第１電極１２が設けられている側の端部、面のことを、それぞれ、第１端部、下面と表記することにする。また、各熱電素子１５ｘの，第１端部とは逆側の端部、熱電素子１５ｘの，下面と対向する面のことを、それぞれ、第２端部、上面と表記することにする。
【００１７】
第１絶縁性材料部１１は、上記した複数の第１電極１２を保持した、絶縁性及び柔軟性（可撓性）を有する部材（詳細は後述）である。
【００１８】
各第２電極２２は、同一の第１電極１２により電気的に接続されていない，１組のＮ型熱電素子１５ｎ及びＰ型熱電素子１５ｐの第２端部の上面間を、導電性接着剤層１９（詳細は後述）を介して電気的に接続するための部材（導体）である。この第２電極２２の構成材料も、一般的な導電性材料であれば良い。ただし、第２電極２２も、第１電極１２と同様に、Ｃｕから構成しておくことが望ましい。
【００１９】
第２絶縁性材料部２１は、複数の第２電極２２を保持した、絶縁性及び柔軟性を有する部材である。この第２絶縁性材料部２１と、上記した第１絶縁性材料部１１とは、全体として絶縁性と或る程度の柔軟性とを有する部材でありさえすれば、単一の材料からなる部材であっても、複数種類の材料からなる部材であっても良い。
【００２０】
なお、第１絶縁性材料部１１／第２絶縁性材料部２１は、実際には、“全体として絶縁性及び柔軟性を有する”という条件以外にも、“熱伝導率が、第１電極１２／第２電極２２のそれよりも低い”という条件を満たす必要がある部材である。しかしながら、絶縁性を有する一般的な材料（有機高分子等）の熱伝導率は、導電性材料の熱伝導率よりも２〜３桁程度小さい。そのため、第１絶縁性材料部１１、第２絶縁性材料部２１の構成材料は、熱伝導率の大きさを特に考慮することなく、選択することが出来る。
【００２１】
Ｎ型熱電素子１５ｎ、Ｐ型熱電素子１５ｐは、それぞれ、Ｎ型熱電変換材料、Ｐ型熱電変換材料からなる矩形状部材である。各タイプの熱電素子１５ｘの構成材料（Ｎ型熱電変換材料、Ｐ型熱電変換材料）としては、どのような熱電変換材料も使用することが出来る。ただし、熱電素子１５ｘの構成材料としては、熱電変換モジュール１により電気エネル
ギーに変換される廃熱の温度域におけるゼーベック係数の絶対値が大きな材料を採用しておくことが望ましい。
【００２２】
また、各熱電素子１５ｘのサイズ〔全長Ｌ０、幅（図２における上下方向の長さ）、及び、厚さ〕は、熱電素子１５ｘ（及び熱電変換モジュール１）を製造しやすいサイズとすることが出来るが、原則として、第１端部・第２端部間（第１電極１２・第２電極２２間）の抵抗が高い方が、大きな熱起電力が発生する。また、熱電素子１５ｘの厚さが厚くなると、熱電変換モジュール１を曲げたときに熱電素子１５ｘが破断しやすくなる。従って、各熱電素子１５ｘは、幅よりも全長Ｌ０の方が長い形状の、比較的に薄い（例えば、数μｍ程度の厚さの）部材としておくことが望ましい。
【００２３】
さらに、発明者らが鋭意研究した結果（詳細は後述）、第１電極１２・第２電極２２間の間隔である有効長Ｌが、熱電素子１５ｘの全長Ｌ０の１４〜３０％の範囲内の値、特に全長Ｌ０の２０％程度の値となるようにしておくと、熱電素子１５ｘから大きな電力を取り出せることが分かっている。そのため、有効長Ｌが、全長Ｌ０の１４〜３０％の範囲内の値、特に全長Ｌ０の２０％程度の値となるように、熱電変換モジュール１の各部のサイズを決定しておくことが望ましい。
【００２４】
次に、熱電変換モジュール１のさらに具体的な構成を、熱電変換モジュール１の製造手順と共に説明する。
【００２５】
熱電変換モジュール１の製造時には、まず、第１絶縁性材料部１１及び複数の第１電極１２を備えた第１シート状部材１０と、第２絶縁性材料部２１及び複数の第２電極２２を備えた第２シート状部材２０とが、製造される。
【００２６】
既に説明した構成から明らかなように、第２シート状部材２０は、第１シート状部材１０と同手順で製造できるものである。そのため、以下では、第１シート状部材１０の製造手順のみを説明することにする。
【００２７】
上記構成を有する第１シート状部材１０は、例えば、図３Ａ〜図３Ｂに示した手順で製造することが出来る。
【００２８】
すなわち、図３Ａ〜図３Ｂに示した手順による第１シート状部材１０の製造時には、まず（図３Ａ参照）、絶縁性及び柔軟性を有する材料（例えば、ポリイミド樹脂）からなる１０〜３０μｍ程度の厚さの部材１１ａ上に、導電性材料（例えば、Ｃｕ）からなる１０〜３０μｍ程度の厚さの薄膜１３を形成した部材が、用意される。この部材は、部材１１ａ上に薄膜１３をスパッタ法等により直接形成したものであっても、部材１１ａ上に薄膜１３を接着剤により貼り付けたもの（例えば、銅貼ポリイミドフィルムといった名称で市販されているもの）であっても良い。
【００２９】
次いで、薄膜１３上へのレジストパターンの形成、形成したレジストパターンをマスクとした薄膜１３のウェットエッチ、レジストパターンの除去といった一連の処理により、図３Ｂに示してあるように、薄膜１３が複数の第１電極１２にパターニングされる。
【００３０】
その後、図３Ｃに示してあるように、部材１１ａの、第１電極１２が形成されていない領域（以下、非電極領域と表記する）上に、絶縁性及び柔軟性を有する材料層１１ｂが形成される。そして、部材１１ａと材料層１１ｂとからなる部分が、第１絶縁性材料部１１として機能するシート状部材１０が製造される。
【００３１】
なお、材料層１１ｂの構成材料は、絶縁性と或る程度の柔軟性とを有するものでありさ
えすれば良い。従って、例えば、部材１１ａの非電極領域上のみに、グリーンレジストを塗布した後、乾燥させることにより、材料層１１ｂを形成することが出来る。また、部材１１ａの非電極領域上のみにポリアミド酸の溶液を塗布して乾燥させた後、ポリアミド酸をイミド化させるための熱処理を行うことによって、材料層１１ｂを形成することも出来る。
【００３２】
複数の第１電極１２が形成されている材料層１１ｂの全面（図３Ｂ参照）に、絶縁性及び柔軟性を有する材料層を形成した後、当該材料層の表面を第１電極１２が露出するまで研削研磨することにより、材料層１１ｂを形成することも出来る。
【００３３】
さらに、第１シート状部材１０を、上記したものとは全く異なる手順で製造することも出来る。例えば、４０〜５０μｍ程度の厚さのポリイミドフィルムの各所（第１電極１２が形成されるべき部分）をハーフエッチした後、ハーフエッチした部分にＣｕ等をスパッタ法等により充填するといった手順で、第１シート状部材１０を製造することも出来る。
【００３４】
第１シート状部材１０及び第２シート状部材２０の製造完了後には、第１シート状部材１０上に複数のＰ型熱電素子１５ｐを形成する処理と、第１シート状部材１０上に複数のＮ型熱電素子１５ｎを形成する処理とが行われる。前者の処理としては、例えば、メタルマスクを用いて、第１シート状部材１０上のＮ型熱電素子１５ｎを形成すべき部分（領域）のみに、（Ｂｉ2Ｔｅ3）1-X（Ｓｂ2Ｔｅ3）X〔Ｘ＝０．７〜０．８５〕を真空蒸着法等により１μｍ程度堆積させる処理が行われる。また、後者の処理としては、例えば、メタルマスクを用いて、第１シート状部材１０上のＰ型熱電素子１５ｐを形成すべき部分のみに、（Ｂｉ2Ｔｅ3）1-X（Ｂｉ2Ｓｅ3）X〔Ｘ＝０〜０．１５〕を真空蒸着法等により１μｍ程度堆積させる処理が行われる。
【００３５】
熱電素子１５ｘの形成後には、出力端子として設けられている２つの第１電極１２（図２における最も上側の第１電極１２と、最も下側の第１電極１２）に、リード線が接続される。次いで、各熱電素子１５ｘの第２電極２２と接触させる領域（つまり、第２端部の上面）に導電性接着剤（例えば、銀ペースト）を塗布し、他の領域に絶縁性接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）を塗布する作業が行われる。
【００３６】
その後、接着剤を塗布した構造上に、第２シート状部材２０が、同一の第１電極１２により電気的に接続されていない，隣接する１組のＮ型熱電素子１５ｎ、Ｐ型熱電素子１５ｐの第２端部が各第２電極２２下に位置するように、貼り付けられる。次いで、必要である場合には、導電性接着剤及び／又は絶縁性接着剤を硬化させるための処理（例えば、熱処理）が行われる。そして、各熱電素子１５ｘの第２端部が、導電性接着剤層１９を介して電気的／熱的に第２電極２２と接触しており、第１シート状部材１０・第２シート状部材２０間、熱電素子１５ｘ・第２シート状部材２０間が絶縁性接着剤層１８により接着されている熱電変換モジュール１（図１参照。）が製造される。
【００３７】
次に、熱電変換モジュール１に、上記構成を採用した理由を説明する。なお、以下の説明では、熱電素子の各端部の反対側の面に、電極として機能する高κ部（熱伝導率が高い部分）が設けられている構成（つまり、図１に示してあるような構成）のことを、開発構成と表記する。また、熱電素子の各端部の反対側の面に、低熱伝導率絶縁層を介して高κ部が設けられている構成のことを、従来構成と表記する。
【００３８】
既に説明したように、シート状（フィルム状）の熱電変換モジュールとして、図１３及び図１４に示した構成（つまり、従来構成）を採用したものが開発されている。そして、従来構成を採用しておけば、熱電素子の端部間に温度差を付けることが出来る。しかしながら、熱電素子の各端部と高κ部との間に低熱伝導率絶縁層（低κ部）が挟まっていない
方が、熱電素子の端部間の温度差は大きくなるはずである。また、高κ部を設けるべき箇所は、熱電素子の端部であるため、高κ部を、Ｎ型熱電素子・Ｐ型熱電素子間を接続する電極形状のものとしておけば、高κ部と電極とを別途形成する必要も無くなることになる。
【００３９】
このように、開発構成を採用することによって高性能な熱電変換モジュールを実現できる可能性がある。そのため、発明者らは、まず、図４Ａに示した構成を有する熱電変換モジュール、及び、図４Ｂに示した構成を有する熱電変換モジュールの内部温度分布のシミュレーション計算を、以下の条件で、行った。
上面温度：１００℃
下面温度：    ０℃
低κ部の熱伝導率  ：０．１７Ｗ／ｍＫ（≒ポリイミド樹脂の熱伝導率）
高κ部の熱伝導率  ：４０１Ｗ／ｍＫ（≒Ｃｕの熱伝導率）
熱電素子の熱伝導率：１００Ｗ／ｍＫ
【００４０】
なお、上記説明及び以下の説明において、上面温度、下面温度とは、それぞれ、熱電変換モジュールの構成図（図４Ａ、図４Ｂ、図７等）における上側の面の温度、下側の面の温度のことである。
【００４１】
その結果、１μｍ厚、１００μｍ長の熱電素子の各端部の反対側の面に、それぞれ、１μｍ厚の低κ部を介して、２５μｍ厚、４５μｍ長の高κ部が形成されている熱電変換モジュール（図４Ａ）の内部温度分布は、図５Ａに示したものとなることが分かった。また、当該熱電変換モジュールの熱電素子内の温度分布は、図６に示したもの（“従来構成”と記してあるもの）となることが分かった。
【００４２】
一方、同サイズの熱電素子の各端部の反対側の面に、それぞれ、２４．９μｍ厚、４５μｍ長の高κ部が直接形成されている熱電変換モジュール（図４Ｂ）では、内部温度分布が図５Ｂに示したものとなり、熱電素子内の温度分布が図６に示したもの（“開発構成”と記してあるもの）となることが分かった。なお、図５Ａ及び図５Ｂ中に記してある各曲線は、温度が、その左端及び右端に示してある温度（単位は、℃）となる箇所を示す線（いわゆる等温線）である。また、図６は、熱電素子の各部分の温度を、各部分の図４Ａ、図４Ｂにおける左端からの距離（図６では、“位置”）に対してプロットした図である。
【００４３】
これらの結果は、『開発構成を採用すれば（熱電素子の各端部の反対側の面に電極として機能する高κ部を直接形成しておけば）、従来構成を採用した場合よりも大きな温度差が熱電素子の端部間に発生する』ということを意味するものである。
【００４４】
ただし、熱電素子の各端部に電極として機能する高κ部を直接形成する場合、高κ部（電極）の長さが長くなるほど、熱電素子として実際に機能する部分（つまり、熱電素子の，高κ部と接触していない部分；以下、有効部分と表記する）の長さが減少することになる。そして、有効部分の長さが減少すれば、出力が低下するので、有効長Ｌに適切な値があることが予想される。
【００４５】
そのため、発明者らは、図７に示した構成を有する熱電変換モジュールの熱電素子の有効部分の両端の温度差ΔＴのシミュレーション計算を、各種Ｌ値について、以下の条件で、行った。
上面温度：１００℃
下面温度：    ０℃
第１低κ部の熱伝導率：１．５Ｗ／ｍＫ（≒ガラスの熱伝導率）
第２低κ部の熱伝導率：０．２Ｗ／ｍＫ（≒ポリイミド樹脂の熱伝導率）
高κ部の熱伝導率    ：４０１Ｗ／ｍＫ（≒銅の熱伝導率）、
熱電素子の熱伝導率  ：    ５Ｗ／ｍＫ
【００４６】
次いで、“ΔＴ2／Ｌ”値（以下、Ｅ値と表記する）を、各シミュレーション計算結果
に基づき算出した。なお、Ｅ（＝ΔＴ2／Ｌ）値を算出しているのは、この値が、熱電素
子の最大出力を示す値であるからである。
【００４７】
具体的には、熱電素子と接続された負荷の抵抗をＲL、熱電素子の有効部分の抵抗をＲ
、負荷に流れる電流をＩと表記すると、負荷に供給される電力量Ｉ2ＲLが最大となるのは、ＲL＝Ｒの場合である。そして、当該場合における電力量Ｐmaxは、熱電素子の有効部分の抵抗Ｒ、熱電素子のゼーベック係数Ｓ、熱電素子の有効部分の両端の温度差ΔＴから、以下の（１）式にて算出することが出来る。
【００４８】
【数１】
0005493562.tif 000002
【００４９】
また、熱電素子の断面積をＡ、熱電素子の電気抵抗率をρと表記すると、Ｒ＝ρＬ／Ａが成立する。従って、上記（１）式は、以下の（２）式に変形することが出来る。
【００５０】
【数２】
0005493562.tif 000003
【００５１】
このように、熱電素子の最大出力相当の値（Ｐmaxに比例する値）として、Ｅ（＝ΔＴ2／Ｌ）値を使用できる。このため、Ｅ値を、各シミュレーション計算結果に基づき算出したのである。
【００５２】
図８に、各Ｌ値に対するＥ値の算出結果を示す。
この図８から明らかなように、Ｅ値は、有効長Ｌが２００μｍである場合に最大値をとり、有効長Ｌが６００μｍである場合に極大値をとる。そして、Ｌ値を、全長Ｌ０の１４％〜３０％の範囲の値としておけば、Ｅ値を、比較的に大きな値（有効長Ｌが６００μｍである場合のＥ値よりも大きな値）とすることが出来る。また、Ｌ値を、全長Ｌ０の２０％の値としておけば、Ｅ値を最も大きくすることが出来る。
【００５３】
従って、有効長Ｌが、全長Ｌ０の１４〜３０％の範囲内の値、特に全長Ｌ０の２０％程度の値となるように、熱電変換モジュール１の各部のサイズを決定しておくことが望ましいことになる。
【００５４】
また、上記した熱電変換モジュール１の製造手順は、熱電素子１５ｘ・第２電極２２間を導電性接着剤により接着するものであった。この製造手順によれば、『熱電素子１５ｘ上に、スパッタ等によって直接第２電極２２を形成した後、熱電素子１５ｘ、第２電極２２上等をポリイミド樹脂等で覆う』といった手順よりも、開発構成を有する熱電変換モジュールを簡単に製造することが出来る。ただし、上記製造手順は、熱伝導率が悪い導電性接着剤層１９（空洞部分を含む導電性接着剤層１９等）が形成されてしまう可能性があるものとなっている。
【００５５】
そのため、発明者らは、何らかの原因により導電性接着剤層１９の熱伝導率が悪くなってしまった場合にも、熱電素子１５ｘの端部間に十分な温度差を発生させることが出来るか否かを確認するためのシミュレーション計算も行った。
【００５６】
具体的には、発明者らは、図９Ａに示した構成、すなわち、接着剤層の全てが熱伝導率が低い材料層（図では、低ｋ接着剤層）となっている熱電変換モジュールの内部温度分布のシミュレーション計算を、以下の条件で、行った。
上面温度：１００℃
下面温度：    ０℃
低κ部の熱伝導率      ：０．２Ｗ／ｍＫ（≒ポリイミド樹脂の熱伝導率）
高κ部の熱伝導率      ：４０１Ｗ／ｍＫ（≒Ｃｕの熱伝導率）
熱電素子の熱伝導率    ：    ５Ｗ／ｍＫ
低ｋ接着剤層の熱伝導率：０．２Ｗ／ｍＫ
【００５７】
また、比較のため、図９Ｂに示した構成、すなわち、１２．５μｍ厚の低κ部が高κ部の外側（図９Ａ）ではなく高κ部の内側に設けられている構成を有する熱電変換モジュールの内部温度分布のシミュレーション計算も、同条件で行った。
【００５８】
その結果、図１０に示したように、何らかの原因により接着剤層の熱伝導率が悪くなってしまった場合にも、開発構成（図９Ａに示した構成）を採用した熱電変換モジュールの方が、従来構成（図９Ｂに示した構成）を採用した熱電変換モジュールよりも、熱電素子の端部間の温度差が大きくなることが確認できた。
【００５９】
ただし、このシミュレーション計算結果は、“導電性接着剤層１９をうまく形成しないと、各熱電素子１５ｘの端部間に大きな温度差を発生させることが出来ない”ということを意味するものでもある。従って、上記のような不具合が発生することを防止するために、製造手順が若干複雑にはなるものの、『熱電素子１５ｘ上に、スパッタ等によって直接第２電極２２を形成した後、熱電素子１５ｘ、第２電極２２上等をポリイミド樹脂等で覆う』といった手順で、熱電変換モジュール１を製造するようにしても良い。
【００６０】
最後に、熱サイクルに対する熱電変換モジュール１の耐久性に関する検討結果を説明しておくことにする。
【００６１】
熱電変換モジュール１は、熱膨張係数、ポアソン比等が異なる複数種類の材料で構成せざるを得ないものである。そして、廃熱温度は、通常、周期的に上下するため、熱電変換モジュール１の上記構成が、温度変化によって生ずる反り量が大きいものである場合には、耐久性を向上させるために、何らかの対処を行う必要があることになる。
【００６２】
そのため、発明者らは、図１１に示した構成を有する、電極長Ｌ１（高κ部の長さ）を異ならせた４つの熱電変換モジュールについて、温度を１５０℃から３０℃へ変化させた場合に生ずる反り量（左端が固定されている状態での右端変化量）を、シミュレーション計算した。なお、シミュレーション計算は、低κ部、高κ部の構成材料が、それぞれ、ポリイミド樹脂、Ｃｕであり、熱電素子が、Ｓｉであるとして行った。すなわち、シミュレーション計算は、各部の弾性定数、ポアソン比、熱膨張係数は、以下の表に示したものであるとして行った。
【００６３】
【表１】
0005493562.tif 000004
【００６４】
また、比較のため、２つの高κ部を、熱電素子の同一面上に設けた熱電変換モジュールの反り量のシミュレーション計算も行った。
【００６５】
その結果、図１２に示したように、２つの高κ部を熱電素子の同一面上に設けておくと（“片面配置”）、反り量が比較的に大きくなってしまうが、２つの高κ部を熱電素子の逆側の面上に設けておけば（“両面交互配置”）、電極長Ｌ１に依らず、反り量を比較的に小さな量とすることが出来ることが確認できた。
【００６６】
このように、熱電変換モジュール１の構成は、温度変化時の反り量が比較的に小さな構成ともなっている。従って、上記した熱電変換モジュール１は、上記構成のままでも十分な耐久性を持つモジュールとなっていると言うことが出来る。
【００６７】
《変形例》
上記した熱電変換モジュール１は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、各シート状部材（第１シート状部材１０、第２シート状部材２０）として、各電極（第１電極１２、第２電極２２）が膜面方向に貫通している部材を採用することが出来る。ただし、そのようなシート状部材を採用した場合、非導電性の部分にしか取り付けられない熱電変換モジュール１が得られてしまうことになる。また、各電極の劣化（酸化）や、電極間のショー路も生じ易くなるため、上記構成（図１参照。）を採用しておくことが望ましい。
【００６８】
また、熱電変換モジュール１の第１電極１２、第２電極２２は、１組の熱電素子１５ｘ間を接続する電極、熱電素子１５ｘの端部間に温度差を付けるための高κ部の双方として機能するものであったが、熱電変換モジュール１を、電極及び高κ部として別の部材を備えたモジュールに変形することも出来る。具体的には、例えば、熱電変換モジュール１を、上記したものよりも薄い第２電極２２を備え、第２電極２２の熱電素子１５ｘ上の部分にのみ高κ部を備えたモジュールに変形することが出来る。ただし、熱電変換モジュール１を、そのようなモジュールに変形しても、高κ部の形成に使用する材料量を減らせるだけである。従って、特殊な事情（極めて高価な材料で高κ部を形成する等）がない限り、上記した熱電変換モジュール１の構成を採用しておくことが望ましい。
【符号の説明】
【００６９】
１  熱電変換モジュール
１０  第１シート部材
１１  第１絶縁性材料部
１２  第１電極
１５ｎ  Ｎ型熱電素子
１５ｐ  Ｐ型熱電素子
１８  絶縁性接着剤層
１９  導電性接着剤層
２０  第２シート部材
２１  第２絶縁性材料部
２２  第２電極
【図１】
0005493562.tif 000005
【図２】
0005493562.tif 000006
【図３Ａ】
0005493562.tif 000007
【図３Ｂ】
0005493562.tif 000008
【図３Ｃ】
0005493562.tif 000009
【図４Ａ】
0005493562.tif 000010
【図４Ｂ】
0005493562.tif 000011
【図５Ａ】
0005493562.tif 000012
【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
0005493562.tif 000015
【図８】
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【図９Ａ】
0005493562.tif 000017
【図９Ｂ】
0005493562.tif 000018
【図１０】
0005493562.tif 000019
【図１１】
0005493562.tif 000020
【図１２】
0005493562.tif 000021
【図１３】
0005493562.tif 000022
【図１４】
0005493562.tif 000023
【図１５】
0005493562.tif 000024
【図１６】
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