(57)【要約】 【課題】  熱電変換素子の損傷を抑止し、熱電変換素子の機能を良好に保つ。【解決手段】  一方向に沿って長い一方主面を有する絶縁性の第１基板１１と、絶縁性の第２基板１２と、上記一方向に沿って１列に配置された複数の第１電極３１と、第１電極３１のそれぞれに対向して１列に配置された複数の第２電極３２と、第１基板３１と第２基板３２との間に配置され、対向する複数の第１電極３１および複数の第２電極３２のうち一方向に沿った両端部の少なくとも一方に接合された補強部材６と、補強部材６が接合された第１電極３１および第２電極３２を除く対向する複数の第１電極３１および複数の第２電極３２にそれぞれ接合された、ｎ型半導体からなる複数の熱電変換素子２と、隣接する熱電変換素子２を電気的に直列接続している導電部３３とを備え、補強部材６は、引張破断荷重（単位：Ｎ）が熱電変換素子２よりも大きいことを特徴とする熱電変換部材を提供する。【選択図】  図１
2014007357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に沿って長い一方主面を有する絶縁性の第１基板と、
該第１基板の前記一方主面に平行に対向する主面を備えた絶縁性の第２基板と、
前記第１基板の前記一方主面に前記一方向に沿って１列に配置された複数の第１電極と、前記第２基板の前記対向する主面に、複数の前記第１電極のそれぞれに対向して１列に配置された複数の第２電極と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、対向する複数の前記第１電極および複数の前記第２電極のうち前記一方向に沿った両端部の少なくとも一方に接合された補強部材と、
該補強部材が接合された前記第１電極および前記第２電極を除く対向する複数の前記第１電極および複数の前記第２電極にそれぞれ接合された、ｎ型半導体からなる複数の熱電変換素子と、
前記一方向に沿って隣接する前記熱電変換素子に接合された一方の前記第１電極と他方の前記第２電極とを前記隣接する熱電変換素子の間の領域の外側のみを通過して接続し、前記隣接する熱電変換素子を電気的に直列接続している導電部とを備え、
前記補強部材は、引張破断荷重（単位：Ｎ）が前記熱電変換素子よりも大きいことを特徴とする熱電変換部材。
【請求項２】
前記補強部材は、引張り強さ（単位：Ｐａ）が前記熱電変換素子よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の熱電変換部材。
【請求項３】
前記補強部材は、ヤング率（単位：Ｐａ）が前記熱電変換素子よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の熱電変換部材。
【請求項４】
前記熱電変換素子は、Ｍｇ２Ｓｉを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱電変換部材。
【請求項５】
前記補強部材は、ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項４記載の熱電変換部材。
【請求項６】
前記補強部材は、前記第１電極に接合される第１接合面と、前記第２電極に接合される第２接合面と、前記第１接合面および前記第２接合面の間を貫通する貫通孔とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱電変換部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、熱エネルギーを電気エネルギーに変換、または電気エネルギーを熱エネルギーに変換するための熱電変換部材が提案されている。熱電変換部材を用いることで、例えば自動車や船舶等の内燃機関からの排熱のエネルギーを電気エネルギーに変換することができる。熱電変換部材には、両端に温度差をつけると電力を得ることができる熱電変換素子が用いられている。熱電変換部材を発電用途に用いる場合は、熱電変換素子の両端部の温度差を適切な範囲に保つ必要がある。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、一対の基板と、各基板の対向する面に夫々設けられた複数の電極と、一端が一方の基板側の電極に電気的に接続されるとともに、他端が他方の基板側の電極に電気的に接続された複数のｎ形の熱電変換素子とを備えて構成された熱電変換部材が開示されている。特許文献１に開示された熱電変換部材では、複数のｎ型熱電変換素子の間隙に、複数のｎ型熱電変換素子を電気的に直列接続するための導電部材が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０５８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような、従来の熱電変換部材では、熱電変換素子の間隙に金属からなる導電部材が配置されており、熱電変換素子や電極が配置された基板からの輻射熱がこの導電部材に多く届くことになる。このため、導電部材自体が熱せられて、導電部材を介して低温側の電極に多量の熱が流入し、熱電変換素子の温度差が小さくなってしまう課題があった。このような導電部材の加熱の問題は、熱電変換部材全体の大きさが小さくなり、熱電変換素子間の間隙が小さくなるとより顕著となり、熱電変換部材の小型化の制約となっていた。
【０００６】
また、特許文献１記載の熱電変換部材は、ｎ型熱電変換素子を直列に接続するための導電部材を、各熱電変換素子の間隙に配置するための手間が大きく、熱電変換部材を比較的低コストに製造することができなかった。
【０００７】
また、熱電変換部材は、温度変化が比較的大きい場所に配置されることが多く、一対の基板の間隙に複数の熱電変換素子を配置した場合、温度変化に伴う各部材の熱膨張や熱収縮の程度の差に起因した力が、特定部分の熱電変換素子に集中してかかる場合がある。従来の熱電変換部材では、このような温度変化に起因して発生した力で熱電変換素子が損傷し、熱電変換素子の熱電変換機能が低下したり、最終的には熱電変換素子が破壊されてしまう場合もあった。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方向に沿って長い一方主面を有する絶縁性の第１基板と、該第１基板の前記一方主面に平行に対向する主面を備えた絶縁性の第２基板と、前記第１基板の前記一方主面に前記一方向に沿って１列に配置された複数の第１電極と、前記第２基板の前記対向
する主面に、複数の前記第１電極のそれぞれに対向して１列に配置された複数の第２電極と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、対向する複数の前記第１電極および複数の前記第２電極のうち前記一方向に沿った両端部の少なくとも一方に接合された補強部材と、該補強部材が接合された前記第１電極および前記第２電極を除く対向する複数の前記第１電極および複数の前記第２電極にそれぞれ接合された、ｎ型半導体からなる複数の熱電変換素子と、前記一方向に沿って隣接する前記熱電変換素子に接合された一方の前記第１電極と他方の前記第２電極とを前記隣接する熱電変換素子の間の領域の外側のみを通過して接続し、前記隣接する熱電変換素子を電気的に直列接続している導電部とを備え、前記補強部材は、引張破断荷重（単位：Ｎ）が前記熱電変換素子よりも大きいことを特徴とする熱電変換部材を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、熱電変換素子の間を比較的小さく、高密度に熱電変換素子を配置した場合であっても、熱電変換素子の両端の間の温度差を比較的良好に保つことができ、かつ、温度変化に起因した力による熱電変換素子の損傷を抑止し、熱電変換素子の機能を良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の熱電変換部材の第１の実施形態を説明する図であり、（ａ）は熱電変換部材１の斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の熱電変換部材について説明する図であり、（ａ）は熱電変換部材が備える補強部材６０を含む一部を拡大して示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で示す平面で切断した断面図、（ｃ）は熱電変換部材が備える熱電変換素子２を含む一部を拡大して示す側面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線で示す平面で切断した断面図である。である。
【図３】本発明の熱電変換部材の第２の実施形態を説明する図であり、（ａ）は熱電変換部材の第２の実施形態の斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の熱電変換部材の第３の実施形態の側面図であり、（ｂ）は、本発明の熱電変換部材の第４の実施形態の正面図である。
【図５】図１に示す熱電変換部材の製造方法の一例について説明する側面図である。
【図６】図１に示す熱電変換部材の製造方法の一例について説明する上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の熱電変換部材について説明する。図１は、本発明の熱電変換部材の第１の実施形態である熱電変換部材１について説明する図であり、（ａ）は熱電変換部材１の斜視図、（ｂ）は正面図である。図２（ａ）は熱電変換部材１が備える後述する補強部材６０を含む一部を拡大して示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で示す平面で切断した断面図、（ｃ）は熱電変換部材１が備える後述する熱電変換素子２を含む一部を拡大して示す側面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線で示す平面で切断した断面図である。
【００１２】
熱電変換部材１は、一方向[図１（ａ）および（ｂ）における左右方向]に沿って長い一方主面１１Ａを有する絶縁性の第１基板１１と、第１基板１１の一方主面１１Ａに平行に対向する主面１２Ａ（以降、単に主面１２Ａともいう）を備えた絶縁性の第２基板１２と、第１基板１１の一方主面１１Ａに一方向に沿って１列に配置された複数の第１電極３１と、第２基板１２の主面１２Ａに、複数の第１電極３１のそれぞれに対向して１列に配置された複数の第２電極３２と、第１基板１１と第２基板１２との間に配置され、対向する複数の第１電極３１および複数の第２電極３２のうち一方向に沿った両端部の少なくとも一方（図１に示す実施形態では両端部の双方）に接合された補強部材６０と、補強部材６０が接合された第１電極３１（後述する最端第１電極３１Ｘ）および第２電極３２（後述する最端第２電極３２Ｘ）を除く対向する複数の第１電極３１および複数の第２電極３２にそれぞれ接合された、ｎ型半導体からなる複数の熱電変換素子２と、一方向に沿って隣接する熱電変換素子２に接合された一方の第１電極３１と他方の第２電極３２とを隣接する熱電変換素子２の間の領域の外側のみを通過して接続し、隣接する熱電変換素子２を電気的に直列接続している導電部３３とを備え、補強部材６０は、引張破断荷重（単位：Ｎ）が熱電変換素子２よりも大きい。
【００１３】
図１に示す実施形態では、複数の第１電極３１のうち一方向に沿った両側の第１電極３１（以降、最端第１電極３１Ｘともいう）と、複数の第２電極３２のうち一方向に沿った両側の第２電極３２Ｘ（以降、最端第２電極３２Ｘともいう）との間隙それぞれに、最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘとに接合された補強部材６０が配置されている。また、第１基板１１の他方主面１１Ｂには、第１基板１１に沿って上記一方向に長い第１伝熱板１５が接合されており、同様に、第２基板１２の、主面１２Ａと反対側の主面１２Ｂには、第２基板１２に沿って上記一方向に沿って長い第２伝熱板１７が接合されている。
【００１４】
基板１１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするセラミックス基板であり、第１電極３１と第２電極３２と導電部３３と第１伝熱板１５、および第２伝熱板１７は銅（Ｃｕ）からなる。第１電極３１と第２電極３２と導電部３３は、１枚の銅板を折り曲げて形成されている。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は安価で、絶縁性に優れている点で好ましく、銅（Ｃｕ）は、安価で電気抵抗が低い点で好ましい。熱電変換部材において、絶縁基板、電極、導電部および伝熱板の材質については、特に限定されない。
【００１５】
本実施形態の熱電変換素子２は、Ｍｇ２Ｓｉを主成分とするｎ形の熱電変換素子である。従来、熱電変換素子の材料としては、ＢｉＴｅ、ＰｂＴｅ、ＣｏＳｂのものが使用されているが、これらの熱電変換素子は比較的高価である。一方のＭｇ２Ｓｉは比較的安価であり、また環境への負荷も小さい。また、Ｍｇ２Ｓｉは比較的比重が軽いため、Ｍｇ２Ｓｉを主成分とする熱電変換素子２を用いることができ、比較的軽量な熱電変換部材１を形成することができる。これらの点で、熱電変換素子は、Ｍｇ２Ｓｉ製を主成分とすることが好ましい。
【００１６】
熱電変換素子２は、補強部材６０が接合された第１電極３１（最端第１電極３１Ｘ）および第２電極３２（最端第２電極３２Ｘ）を除く対向する複数の前記第１電極３１および複数の第２電極３２にそれぞれ接合されいる。接合方法としては、半田付、ろう付等のろう接、あるいは銀ペースト等の導電性接着剤による接着を用いることができ、熱電変換部材の用途等に応じて適宜選択して接合する。ろう接により接合する場合には、ろうを熱電変換素子２の両端部に予めペーストしておいてもよい。熱電変換素子２の表面は細かい凹凸を有する面となっているが、ろうや銀ペースト等で表面の凹凸を覆うことによって平滑な面とすることができ、これにより、熱電変換素子２と第１電極３１および第２電極３２との接合状態が良好となり、優れた導電性を確保できる。
【００１７】
補強部材６０は、引張破断荷重（単位：Ｎ）が熱電変換素子２よりも大きい。Ｍｇ２Ｓｉからなる本実施形態の熱電変換素子２は、上述のように比較的軽量である反面、比較的割れや欠けが生じやすい。本実施形態の熱電変換素子２は、絶縁基板１１の一方主面１１Ａに平行な仮想面で切断した際の断面積が約９ｍｍ２であり、引張破断荷重（単位：Ｎ）は例えば２０（Ｎ）と比較的小さい。
【００１８】
これに対して、本実施形態では補強部材６０は、ＪＩＳ記号Ｓ３０４で表されるステンレス鋼からなり、引張破断荷重（単位：Ｎ）が２０００Ｎと、熱電変換素子２に比べて十分に大きくなっている。また、補強部材６０は、第１電極３１に接合される第１接合面６０ａと、第２電極３２に接合される第２接合面６０ｂと、第１接合面６０ａおよび第２接合面６０ｂの間を貫通する貫通孔６２とを備えている。本実施形態の補強部材６は、絶縁基板１１の一方主面１１Ａに平行な仮想面で切断した際の断面積が約５ｍｍ２であり、熱電変換素子２の断面積と比べて小さくなっているが、ステンレス鋼はＭｇ２Ｓｉに比べて元々十分な大きさの引張破断荷重（単位：Ｎ）を持つので、補強部材６０は、熱電変換素子２に比べて十分に大きな引張破断荷重（単位：Ｎ）の値を持つ。
【００１９】
また、ステンレス鋼からなる補強部材６０は、引張り強さ（単位：Ｐａ）が、Ｍｇ２Ｓｉからなる熱電変換素子２に比べて大きい。Ｍｇ２Ｓｉからなる本実施形態の熱電変換素子２は、上述のように比較的軽量である反面、比較的割れや欠けが生じやすく、引張り強さも例えば２０ＭＰａと比較的小さい。一方、本実施形態の補強部材６０は、引張り強さが約２００ＭＰａと、熱電変換素子２に比べて大きいので、補強部材６０の断面積を大きくすることなく、熱電変換素子２と同等または熱電変換素子２よりも小さい断面積で比較的コンパクトな構成でありながら、補強部材６０の引張破断荷重を熱電変換部材１の引張破断荷重よりも大きくすることができる。
【００２０】
補強部材６０および熱電変換素子２の引張強さは、例えばエーアンドディ社製万能材料
試験機（型式：ＲＴＣ−１３５０Ａ）を用い、第１基板１１の側と第２基板１２の側とを、それぞれの端部から約３ｍｍ程度の位置まで把持して、引き離し速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで、補強部材６０および熱電変換素子２を引っ張り、補強部材６０および熱電変換素子２が破断する時の荷重を調べて得た値である。
【００２１】
補強部材６０の第１接合面６０ａと最端第１電極３１Ｘとの接合、および第２接合面６０ｂと最端第２電極３２Ｘとの接合は、半田付、ろう付等のろう接、あるいは銀ペースト等の導電性接着剤による接着を用いることができる。例えば、補強部材６０の第１接合面６０ａおよび第２接合面６０ｂにＮｉメッキを施した上、Ｎｉメッキを施した第１接合面６０ａと最端第１電極３１Ｘとを半田を介して接合するとともに、第２接合面６０ｂと最端第２電極３２Ｘとを半田を介して接合すればよい。
【００２２】
例えば熱電変換部材１の第２基板１２を、第２基板１２に接合された第２伝熱板１７を介して高温側熱源に取り付け、第１基板１１を第１基板１１に接合された第１伝熱板１５を介して低温側冷却源に取り付け、複数の熱電変換素子２それぞれの両端で温度差を生じさせると、ゼーベック効果により各熱電変換素子２において電圧が発生する。複数の第１電極３１と第２電極３２と導電部３３とによって、熱電変換素子２は電気的に直列に配列されているので、一方向に沿った配置方向の最端部の電極（最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘ）の間で、比較的大きな電圧が発生しており、最端第１電極３１Ｘや最端第２電極３２Ｘを電極端子として、比較的大きな電流を外部回路に流すことができる。このように、熱電変換部材１は、外部の回路や機能素子に電流を出力する発電器として用いることができる。
【００２３】
例えば、高集積ＩＣ回路基板の裏面や、自動車や船舶のエンジン等の内燃機関の筐体の表面など、余剰の熱エネルギーが放出される機器の放熱部分に、例えば第２基板１２に接合された伝熱板１７を当接させ、第１基板１１に接合された伝熱板１５を第２基板１２よりも低温度の物体に当接させることで、熱電変換部材１を発電器として作用させることができる。第１伝熱板１５および第２伝熱板１７は、必ずしも備えている必要はないが、第１基板１１および第２基板１２を介して熱電変換素子２に外部からの熱をすばやく与えたり、第１基板１１および第２基板１２を介して熱電変換素子２からすばやく熱を取り去る点で、熱電変化部材１は第１伝熱板１５および第２伝熱板１７を備えていることが好ましい。
【００２４】
このような熱電変換部材１を用いて効率良く発電し続けるためには、熱電変換素子２の
両端で、ある程度の大きさの温度差が維持され続ける必要がある。本実施形態では、熱電変換素子２の材料として熱伝導率の小さいＭｇ２Ｓｉを用いており、温度差を比較的良好に維持することができる。また、本実施形態では、導電部３３が、複数の熱電変換素子２同士の間隙の外側部分のみに配置されており、熱電変換素子２からの輻射熱が比較的届き難く、導電部３３自体が加熱されることが抑制されており、熱電変換素子２の両端で所定の温度差を維持することができる。
【００２５】
このように熱電変換部材１は、発電機として用いる際に、第１基板１１の側と第２基板１２の側とで、温度が異なっている。例えば自動車や船舶のエンジン等に装着された場合など、特に高温側に配置される第２基板１２の温度が、使用時と未使用時とで大きく異なり、また使用中の温度変化も大きい。これら温度変化に伴い、第１基板１１、第２基板１２、第１電極３１、第２電極３２、熱電変換素子２、伝熱板１５および伝熱板１７等の各部材は、熱膨張および熱収縮するが、これら各部材の熱膨張および熱収縮の程度はそれぞれ異なり、熱膨張および熱収縮の程度の差に起因した力が各部材に発生する。
【００２６】
熱電変換部材１は、第１基板１１および第２基板１２がいずれも一方向に沿って長く、この一方向に沿って複数の熱電変換素子２が配置されているので、各部材の熱膨張および熱収縮の程度のずれは、この一方向に沿って増幅される形となり、これら熱膨張や熱収縮の程度のずれに起因した力は、一方向に沿った最端の部分で最も大きくなる。特に、本実施形態の熱電変換部材１のように、熱膨張係数が大きく異なる、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる絶縁基板１１と銅（Ｃｕ）からなる伝熱板１５とが積層された構造では、最端第１電極３１Ｘおよび最端第２電極３２Ｘに対応する領域に、絶縁基板１１と伝熱基板１５との熱膨張係数の差に起因した特に大きな力がかかってしまう。
【００２７】
例えば、Ｍｇ２Ｓｉからなる引張破断荷重が比較的小さい熱電変換素子２を、最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘとの間にも配置し、これら最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘとに接合した場合であれば、最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘとに接合された熱電変換素子２に、比較的大きな力（圧縮力または引張力）が加わる。特に、最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘから引っ張られるような力（引張力）がかかった際に、この最端第１電極３１Ｘと最終第２電極３２Ｘとの間に配置された熱電変換素子２は損傷し易く、場合によっては熱電変換素子２が破断してしまう場合もあった。最端部の熱電変換素子２が破断した場合、この最端部での起電力がなくなり、熱電変換部材１全体の発電性能が低下する。さらには、最端部の熱電変換素子２の隣の熱電変換素子２に大きな力がかかり易くなり、残った熱電変換素子２も端部の側から順番に破断してしまう場合もある。また、熱電変換素子２に比較的大きな力が加わった場合、熱電変換素子２が破断しないまでも、熱電変換素子２内に微小なクラックや欠け等の欠陥が発生し、熱電変換機能が低下する場合もあった。
【００２８】
本実施形態の熱電変換部材１では、上記一方向に沿った両側の最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘとの間隙それぞれに、例えばＪＩＳ記号Ｓ３０４で表されるステンレス鋼からなる補強部材６０が配置されている。補強部材６０はＭｇ２Ｓｉからなる熱電変換素子２に比べて引張破断荷重が大きく、熱膨張係数の差に起因する力による損傷や破断が生じ難い。このため、補強部材６０に熱膨張係数の差に起因した力がかかった場合も、補強部材６０が破断することなく、この補強部材６０が比較的大きな力を集中して受けることになり、最端第１電極３１Ｘと最端第２電極３２Ｘとの間隙以外に配置された複数の熱電変換素子２にかかる力の大きさも、小さく抑制することができる。これにより、温度変化に伴う基板の変形に起因した力によって、熱電変換素子２の熱電変換機能が低下したり、熱電変換素子２が破壊されることを抑止することができる。
【００２９】
本実施形態の補強部材６０は、最端第１電極３１Ｘに接合される第１接合面６０ａと、
最端第２電極３２Ｘに接合される第２接合面６０ｂとを有し、第１接合面６０ａと第２接合面６０ｂとを貫通する貫通孔６２を備えている。補強部材６０は貫通孔６２を備えることで断面積は比較的小さくされているので、第２基板１２から第１基板１１に向かう方向の熱伝導率が比較的小さくされている。このように補強部材６０に貫通孔６２を設けることで、補強部材６０の熱伝導率を低くして、第１電極１１と第２電極１２との間の温度差を、比較的良好に維持することができる。本実施形態では、貫通孔６２を有することで補強部材６０の断面積が小さくされており、貫通孔６２を有さない場合に比べて引張破断荷重（Ｎ）が小さくなるが、補強部材６０の引張り強さが熱電変換素子２に比べて十分に大きいので、貫通孔６２を設けて熱伝導率を小さくしつつ、補強部材６０の引張破断荷重を熱電変換素子２に比べて十分に大きくすることができる。
【００３０】
また、ステンレス鋼からなる補強部材６０はヤング率が約１９７（ＧＰａ）であり、ヤング率が約１２０（ＧＰａ）であるＭｇ２Ｓｉからなる熱電変換素子２に比べて、ヤング率が大きいので、補強部材６０に比較的大きな力がかかった場合でも、熱電変換素子２に比べて変形し難い。比較的大きな力がかかる補強部材６０の変形が小さいので、第１基板１１と第２基板１２との間の距離の変動は比較的小さくされており、第１基板１１と第２基板１２との間の距離の変動に伴って複数の熱電変換素子２にかかる力の大きさも抑制されている。
【００３１】
なお、補強部材６０の熱膨張係数は、熱電変換素子２の熱膨張係数に対して大きく相違せず、補強部材６０と熱電変換素子２とで、熱膨張係数の大きさがなるべく近いことが好ましい。例えば、熱電変換素子２がＭｇ２Ｓｉの場合には、補強部材６０の熱膨張係数（線膨張係数）は、Ｍｇ２Ｓｉの熱膨張係数（線膨張係数）の値（約１５ｐｐｍ／℃）に近い、約５〜２０ｐｐｍ／℃の範囲であることが好ましい。
【００３２】
図１に示す熱電変換部材１では、例えば、図１に符号Ｐで示す最端第１電極３１Ｘと、符号Ｎ[図１(ａ)には図示せず]で示す最端第２電極３２Ｘとを電極端子として、外部に電流を流せばよい。
【００３３】
図２（ｃ）（ｄ）に示すように、熱電変換素子２は、第１基板１１の一方主面１１Ａに垂直で、かつ一方向[図１(ａ)および（ｂ）における左右方向]に平行な一対の第１側面２αと、第１基板１１の一方主面１１Ａに垂直で、かつ素子配列方向に垂直な一対の第２側面２βとを備える直方体形状である。このような直方体形状の熱電変換素子２は、上記一方向に沿って高密度に配置することができる。
【００３４】
導電部３３は、熱電変換素子２の第１側面２αの一部と平行に対向する主面３３αを有する板状部３５を備える。板状部３５は、第１基板１１と第２基板１２との間隔を所定の大きさに維持する機能も有し、この導電部３３も、第１基板１１または第２基板１２から熱電変換素子２に余分な力が伝わることを抑制している。
【００３５】
また、熱電変換部材１では、板状部３５は、素子配列方向に沿った方向の幅Ｗ０[図１
（ｂ）参照]が、第１基板１１側の端部から第２基板１２側の端部まで同一である。板状
部３５は、図１（ｂ）に示す側面視において平行四辺形状を有している。板状部３５は、表面積が比較的広く、高温側から伝わった熱は板状部３５の表面から効率的に放熱され、熱電変換素子２における第１基板１１側の端部の温度と、第２基板１２側の端部の温度との差が比較的大きく保たれる。
【００３６】
導電部３３は、板状部３５の第１基板１１側の端部と第１電極３１とに連なる、板状部３５から第１電極３１に向けて屈曲した第１の屈曲部４１と、板状部３５の第２基板１２側の端部と第２電極３２とに連なる、板状部３５から第２電極３２に向けて屈曲した第２
の屈曲部４２とを備えている。第１の屈曲部４１の素子配列方向に沿った幅Ｗ１[図１（
ｂ）参照]は、第１電極３１および板状部３５の第１基板１１側の端部のいずれよりも小
さく、第２の屈曲部４２の素子配列方向に沿った幅Ｗ２[図１（ｂ）参照]も、第２電極３２および板状部３５の第２基板１２側の端部のいずれよりも小さい。屈曲部４１および屈曲部４２の素子配列方向に沿った幅Ｗ１および幅Ｗ２が小さいことで、第１電極３１および第２電極３２と板状部３５との間の熱伝導は抑制されており、板状部３５からの効率的な放熱と相俟って、第１電極３５と第２電極３２との間の温度差が比較的大きく保たれている。
【００３７】
図３は、本発明の熱電変換部材の第２実施形態５１について説明する図である。図３（ａ）は、熱電変換部材５１の概略斜視図、図３（ｂ）は正面図である。図３では、図１に示す第１の実施形態と同様の構成については、図１と同じ符号を用いて示している。
【００３８】
図３に示す第２の実施形態では、複数の第１電極３１のうち一方向に沿った一方側（図３における右方向側）の最端第１電極３１Ｘみに補強部材６０が配置されており、一方向に沿った他方側（図３における左方向）の端部には、補強部材６０が配置されず熱電変換素子２が配置されている。この第２の実施形態では、図３に符号Ｐ’で示す最端第１電極３１Ｘと、符号Ｎ’で示す第１電極３１とを電極端子として、外部に電流を流せばよい。このように、補強部材６０を一方向に沿った一方端側のみに配置した場合も、熱膨張係数の差に起因した力をある程度抑制することができる。また、熱膨張係数の差に起因した力による熱電変換素子２の破断や機能低減をより確実に抑制するには、例えば図３に示す第２実施形態のように、第１実施形態における第１伝熱板１５や第２伝熱板１７は設けないことが好ましい。
【００３９】
第１実施形態および第２実施形態では、補強部材６０としてステンレス鋼を用いたが、補強部材６０としては例えばチタン（Ｔｉ）や銅（Ｃｕ）などの金属や、ジルコニア（ＺｒＯ２）や窒化ケイ素（ＳＮ）などのセラミックなどを用いてもよい。本発明の範囲において各部材の形状や配置等を適宜変更することができる。ステンレス鋼は、引張り強さ（単位：Ｐａ）やヤング率（単位：Ｐａ）が大きい点、また熱膨張係数（単位：ｐｐｍ／℃）がＭｇ２Ｓｉに比較的近い点で、補強部材として好ましい。
【００４０】
図４（ａ）は、本発明の熱電変換部材の第３の実施形態の側面図であり、図４（ｂ）は、本発明の熱電変換部材の第４の実施形態の正面図である。図３においても、図１に示す第１の実施形態と同様の構成については、図１と同じ符号を用いて示している。
【００４１】
図４（ａ）に示す第３の実施形態の熱電変換部材６１は、第１基板１１と第２基板１２との間隙に、断熱材５が配置されている点で、第１の実施形態および第２の実施形態と異なっている。第３の実施形態では、この断熱材５により、高温側の熱が空気中に発散するのを抑制している。第３の実施形態では、高温側の温度が周囲の雰囲気の温度に比べてそれほど高くない場合に、第２基板１２の温度低減を抑制することができ、第１基板１１と第２基板１２との間の温度差をより適切に確保することができる。断熱材５としては、酸化シリコンやアルミナの多孔質体を用いることが好ましいが、他の材料を用いてもよい。また、導電部３３が熱電変換素子２の間隙の外側に配置されているので、第１基板１１と第２基板１２との間隙と、各熱電変換素子２の間隙の全体に、断熱部材５を配置することが可能であり、断熱材５によって熱の発散を効果的に抑制することができる。
【００４２】
図４（ｂ）に示す第４の実施形態の熱電変換部材７１は、導電部３３の、熱電変換素子２の配列方向に沿った幅が、第１電極３１から第２電極３２に近づくにしたがって短くなっている点で、第１の実施形態と相違している。導電部３３は、高温側である第２基板１２からの熱が伝達する経路であると同時に、この熱が放熱される部位でもある。第４の実施形態では、高温側の第２基板１２側の断面積が小さく、第２基板１２から第１基板１１への熱の伝達が抑制されているとともに、第１基板１１側の表面積が大きく、余分な熱が比較的良好に放出される。第３の実施形態では、周囲の雰囲気の温度に比べて高温側の温度が著しく高い場合など、導電部３３に流入する熱量を抑制することで、第１基板１１と第２基板１２の間の温度差をより適切に確保することができる。
【００４３】
本発明の熱電変換部材では、導電部３３が熱電変換素子２の間隙の外側に配置されており、導電部３３の形状の設計自由度が高く、第１の実施形態から第４の実施形態に至る各構成を、容易に実現することができる。なお、図示は省略しているが、導電部３３の表面に放熱フィンを形成して、導電部３３からの放熱をより良好にしても構わない。導電部３３の大きさや形状は、導電部３３の電気抵抗や、導電部３３の熱伝導に影響する。導電部３３の形状や大きさは、熱電変換部材１が配置される環境や使用条件、熱電変換素子２の形状や大きさ等に応じて、所望の特性が得られる形状やサイズを選択すればよく、導電部３３の形状やサイズについては特に限定されない。
【００４４】
次に、図５および図６を参照して、熱電変換部材１の製造方法の一例について説明しておく。図５は側面図、図６は上面図である。
【００４５】
まず、図５（ａ）に示すように、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする絶縁性の基板１００を準備する。絶縁性基板１００の図５中の下側の主面には、断面がＶ字状の切り込み部１０２が設けられている。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１００に、接合層１０４を介して銅板１０６を接合する。接合層１０４は、公知のろう材を用いればよい。図５（ｂ）の状態で、公知のフォトリソグラフィー法を用い、図５（ｃ）に示すように、銅板１０６を所定の形状に加工する。図６（ａ）は、図５（ｃ）のエッチング後の形状に対応する上面図である。
【００４７】
このエッチング工程では、例えば、レジスト等からなるエッチングマスクを選択的に配置した後、エッチング剤（エッチャント）である塩化第２鉄溶液に全体を浸漬する。このエッチングでは、銅板が選択的にエッチングされる。
【００４８】
エッチング後、図５（ｄ）に示すように、基板１００の一部を除去する。上述のように、基板１００には予め切り込み部１０２が設けられており、機械的圧力を加えることで、切り込み部１０２に挟まれた領域が除去可能となっている。なお、切り込み部１０２を設けることなく、ダイシング装置等によって基板１００の一部を切断して除去してもよい。除去後の形状は、図５（ｄ）および図６（ｂ）に示すように、基板１００の残留部１１１と１１２との表面に、それぞれ複数の第１電極対応部１３１と複数の第２電極対応部１３２とが接合し、第１電極対応部１３１と第２電極対応部１３２とが、導電部材対応部１３３を介して連結した構成となっている。導電部対応部１３３と第１電極対応部１３１との間には第１屈曲部対応部１４１が配置され、導電部対応部１３３と第２電極対応部１３１との間には第２屈曲部対応部１４２が配置されている。
【００４９】
次に、基板１００の残留部分１１１の図５における上側の主面と、残留部分１１２の図６における上側の主面とを対向させるように、第１屈曲部対応部１４１と第２屈曲部対応部１４２とを屈曲させるとともに、第１電極対応部１３１と複数の第２電極対応部１３２との間隙に熱電変換素子２を配置し、例えば銀ペースト等の導電性接着剤により、熱電変換素子２の各端部を第１電極対応部１３１と複数の第２電極対応部１３２とに接合する。この際、一方向に沿った最端の第１電極対部１３１（最端第１電極対応部１３１Ｘともいう）と、この最端第１電極対応部１３１Ｘに対向する最端第２電極対応部１３２Ｘとの間隙には補強部材６０を配置し、補強部材６０とこれら最端第１電極対応部１３１Ｘおよび
最端第２電極対応部１３２Ｘとを接合する。
【００５０】
このようにして、図５（ｅ）に示すような、第１の実施形態の熱電変換部材１を作製することができる。本実施形態の作製方法によれば、低コストで比較的容易に、熱電変換部材を作製することができる。
【００５１】
上述の各実施形態の熱電変換素子２は、直方体形状のものを示したが、熱電変換素子２の形状はこのような直方体形状に限らず、他の形状、例えば、円柱状としてもよい。熱電変換素子２の形状や本数、高さ、導電部３３の大きさ、厚さについては、熱電変換素子２の温度差の確保、高温側からの輻射熱、熱伝導、熱電変換素子２自体の機械的強度等を考慮して、適宜に選択すればよい。
【００５２】
また、本実施形態においては、熱電変換素子２をＭｇ２Ｓｉで成形しているが、これに限られない。例えば、Ｓｂ−Ｔｅ系およびＢｉ−Ｓｅ系を含めたＢｉ−Ｔｅ系、Ｓｎ−Ｔｅ系およびＧｅ−Ｔｅ系を含めたＰｂ−Ｔｅ系、Ａｇ−Ｓｂ−Ｔｅ系、Ａｇ−Ｓｂ−Ｇｅ−Ｔｅ系、Ｓｉ−Ｇｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｍｎ−Ｓｉ系、Ｚｎ−Ｓｂ系、カルコゲナイト、スクッテルダイト、フィルドスクッテルダイト、炭化ホウ素、層状コバルト酸化物等の任意の熱電変換材料を用いることができる。また、熱電変換素子２はｎ形に限らず、ｐ形のものを用いてもよい。また、Ｍｇ２Ｓｉは、高純度である必要はなく、例えば、研削・研磨加工時に排出される廃シリコーンスラッジを利用して得られるものであってもよい。
【００５３】
また、電極もＣｕに限定されず、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｄ等、およびこれらからなる合金、または遷移金属シリサイド、ＴｉＮ、ＡｉＴｉＮ等の任意の電極材料用いることができる。
【００５４】
また、上述の各実施形態においては、ゼーベック効果を用いた発電用の熱電変換部材１に用いられる熱電変換素子２を説明したが、本発明の熱電変換素子２はペルチェ効果を用いて冷却または加熱する熱電変換部材１にも同様に用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  熱電変換部材
２  熱電変換素子
６  補強部材
２α  第１側面
２β  第２側面
１１  第１基板
１１Ａ  一方主面
１２  第２基板
１２Ａ  主面
１５  第１伝熱板
１７  第２伝熱板
２２ａ  一端
２２ｂ  他端
３１  第１電極
３１Ｘ  最端第１電極
３２  第２電極
３２Ｘ  最端第２電極
３３  導電部
３５  板状部
１００  基板
１０２  切り込み部
１０４  接合層
１０６  銅板
１１１、１１２  残留部分
１３１  第１電極対応部
１３２  第２電極対応部１３２
【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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