(57)【要約】  【課題】熱電変換効率が高い熱電変換素子を提供する。  【解決手段】直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する太さの熱電変換材料の線状体２２を集積化したワイヤーアレイと、この線状体２２の各々の周囲を取り囲む、熱電変換材料より熱伝導率が低い絶縁体２１とで熱電変換素子２０を構成する。熱電変換材料の線状体２２の熱伝導率が周囲の絶縁体２１に影響されて低下し、そのため、熱電変換素子２０のＺＴ値が高くなる。熱電変換素子２０の製造方法や構造を変えるだけで、従来の熱電変換材料で構成する熱電変換素子２０の性能指数を、大幅に、数１０％のオーダー、あるいはそれ以上に、向上させることができる。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する太さの熱電変換材料の線状体を集積化したワイヤーアレイと、前記線状体の各々の周囲を取り囲む、前記熱電変換材料より熱伝導率が低い絶縁体とで構成された熱電変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電変換素子であって、前記絶縁体は、複数の貫通孔が形成された多孔構造を有し、前記熱電変換材料が、前記絶縁体の貫通孔に充填されている熱電変換素子。
【請求項３】
請求項２に記載の熱電変換素子であって、前記絶縁体の開孔率が１０〜９０％である熱電変換素子。
【請求項４】
熱電変換材料を溶融した中に、前記熱電変換材料より熱伝導率が低い絶縁体で形成された、直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する大きさの複数の貫通孔を有する多孔構造体を浸して、前記多孔構造体の貫通孔に前記熱電変換材料を充填することを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【請求項５】
熱電変換材料の粉末を、前記熱電変換材料より熱伝導率が低い絶縁体で形成された、直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する大きさの複数の貫通孔を有する多孔構造体の前記貫通孔に導入し、熱と圧力とを加えて前記熱電変換材料を前記多孔構造体と一体化させることを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【請求項６】
直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する太さの熱電変換材料の線状体を形成し、前記線状体の複数本と、前記熱電変換材料より熱伝導率が低い高分子材料とを複合化することを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換機能を有する熱電変換素子とその製造方法に関し、特に、熱電変換素子の変換効率の向上を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子は、ゼーベック効果による発電機能と、その逆のペルチェ効果による熱電冷却機能とを有している。この熱電変換素子を用いて構成した熱電変換装置は、複数個の熱電変換素子を組み合わせて熱電変換効率を高めており、例えば、図１６（ａ）（一部破断した斜視図）及び図１６（ｂ）（断面図）に示すように、Ｐ型半導体１１から成る熱電変換素子とＮ型半導体１２から成る熱電変換素子とを縦及び横方向に交互に配置し、これら素子の全てが電気的に直列接続するように、各列の隣接する素子同士を下側金属電極１３及び上側金属電極１４で交互に接続し、さらに、各列の両端の素子の一方を右側に隣接する列の素子と、他方を左側に隣接する列の素子と、それぞれ、下側金属電極１３または上側金属電極１４で接続している。
【０００３】
Ｎ型半導体１２と金属電極との接合部では、電流がＮ型半導体１２から金属電極に流れる場合に、ペルチェ効果で冷やされ、逆に、電流が金属電極からＮ型半導体１２に流れる場合に、同効果で温められる。一方、Ｐ型半導体１１と金属電極との接合部では、これとは反対に、電流がＰ型半導体１１から金属電極に流れる場合に温められ、電流が金属電極からＰ型半導体１１に流れる場合に冷やされる。
そのため、熱電変換装置１０の各素子にリード線１７を通じて直流電流を流すと、Ｎ型半導体１２、上側金属電極１４、Ｐ型半導体１１の順に電流が流れる上側金属電極１４の側では、温度が下がり、上側金属電極１４に接合された吸熱基板１６は、周囲から熱を奪う。一方、Ｐ型半導体１１、下側金属電極１３、Ｎ型半導体１２の順に電流が流れる下側金属電極１３の側では、温度が上がり、下側金属電極１３に接合された放熱基板１５は、周囲に熱を放出する。
【０００４】
1つの熱電変換素子１１、１２の大きさは、断面積が２ｍｍ四方、高さが１〜２．５ｍｍ程度であり、この熱電変換素子を組み合わせた熱電変換装置１０の放熱基板１５及び吸熱基板１６の表面積は、２ｃｍ×２ｃｍ程度である。
現在、熱電変換装置は、ワインセラーや小型冷蔵庫などに利用されており、また、小型化したものが、光通信用半導体レーザの温度制御に使用されている。
熱電変換性能を有する材料としては、ビスマス（Ｂｉ）系やビスマス・テルル（ＢｉＴｅ）系の半導体が知られており、中でもＢｉＴｅ系材料は、常温において比較的高い熱電変換効率を有し、市販の熱電変換装置の多くに使用されている。
【０００５】
また、理論的な計算から、熱電変換材料をナノワイヤ化（量子細線化）すると、バルク状態の熱電変換材料に比べて熱電変換指数が増加すると言われており、下記特許文献１には、この理論に基づいて、直径が０．５ｎｍ〜１５ｎｍの多数の孔を、膜厚１ｎｍ〜１００μｍのシリコンやゲルマニューム（あるいはそれらの酸化物）の薄膜に形成し、この孔に熱電変換材料を導入してナノワイヤ化した熱電変換素子を製造することが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１９３５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、熱電変換装置は、振動や運転音の発生が無く、また、冷却も加熱もできるため温度制御が容易である等の優れた面を有しているものの、熱電変換効率が、太陽電池などと比べて可なり低く、大きな改善が求められている。
熱電変換素子の変換効率は、次式（１）に示す性能指数Ｚで表される。
Ｚ＝α2／ρｋ    （単位：１／絶対温度（Ｋ））                  （１）
ここで、α：ゼーベック係数、ρ：電気抵抗率、ｋ：熱伝導率である。実際の使用にあたっては、式（１）の両辺に絶対温度Ｔを乗じ、次式（２）に示すＺＴ（無次元性能指数）を使ってその性能が表現される。
ＺＴ＝（α2／ρｋ）Ｔ                                          （２）
このＺＴ≒１が実用化の目安とされており、ＢｉＴｅ系熱電変換素子のＺＴは略１に達している。ＺＴを１．５程度に高めることができれば、熱電変換素子を用いた自販機の実用化が可能となり、ＺＴをさらに上げれば、業務用冷蔵庫や家庭用冷蔵庫が実用化できると見られている。
【０００７】
とは言え、ＢｉＴｅ系材料が開発された１９６０年代以降も、膨大な努力と資金とを費やして様々な開発が続けられているが、５０年近く経過した現在でもＢｉＴｅ系の性能を超えるものは殆ど得られておらず、性能指数Ｚは、高々５０％程度向上したに過ぎない。
また、前記特許文献１に記載されたナノワイヤ化した熱電変換素子の場合は、薄膜状のものしか形成できないため、薄膜の一方の面と他方の面との間に温度差を保つことが難しく、実用性に乏しい。
【０００８】
本発明は、こうした従来の課題を解決するものであり、熱電変換効率が向上した、実用性の高い熱電変換素子を提供し、また、その製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する太さの熱電変換材料の線状体を集積化したワイヤーアレイ（wire-array）と、この線状体の各々の周囲を取り囲む、熱電変換材料より熱伝導率が低い絶縁体とで熱電変換素子を構成している。
この熱電変換素子では、熱電変換材料の線状体の熱伝導率が周囲の絶縁体に影響されて低下し、そのため、熱電変換素子のＺＴ値が高くなる。
【００１０】
また、本発明の熱電変換素子では、前記絶縁体を、複数の貫通孔が形成された多孔構造体とし、熱電変換材料を、この絶縁体の貫通孔に充填している。
そのため、熱電変換材料は、絶縁体の貫通孔を埋めることで線状化している。
【００１１】
また、本発明の熱電変換素子では、この多孔構造体の開孔率を１０〜９０％に設定している。
多孔構造体の開孔率を限定することにより、熱電変換素子の出力密度の低下を回避しながら、熱伝導率の低減を図ることができる。
【００１２】
また、本発明では、熱電変換素子の製造に当たり、熱電変換材料を溶融した中に、熱電変換材料より熱伝導率が低い絶縁体で形成された、直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する大きさの複数の貫通孔を有する多孔構造体を浸し、この多孔構造体の貫通孔に熱電変換材料を充填している。
多孔構造体の貫通孔の直径が小さいときは、溶融した熱電変換材料に圧力を加えて、熱電変換材料を貫通孔に圧入する。
【００１３】
また、本発明では、熱電変換素子の製造に当たり、熱電変換材料の粉末を、熱電変換材料より熱伝導率が低い絶縁体で形成された、直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する大きさの複数の貫通孔を有する多孔構造体の前記貫通孔に導入し、熱と圧力とを加えて熱電変換材料を多孔構造体と一体化させている。
従来、バルク状熱電変換素子の製造に使用されているホットプレス法を、本発明の熱電変換素子の製造に適用することができる。
【００１４】
また、本発明では、熱電変換素子の製造に当たり、直径０．１μｍ〜１ｍｍに相当する太さの熱電変換材料の線状体を形成し、この線状体の複数本と、熱電変換材料より熱伝導率が低い高分子材料とを複合化している。
この方法によれば、高分子材料を高温に曝すことなく、熱電変換素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱電変換素子の製造方法や構造を変えるだけで、従来の熱電変換材料で構成する熱電変換素子の性能指数を、大幅に、数１０％のオーダー、あるいはそれ以上に、向上させることができる。
そのため、変換効率の上昇により、素子形状の小型化や消費電力の削減、あるいは、冷却到達温度の低減等が可能となり、また、熱電変換素子を熱電冷却素子や発電素子として利用した実用化製品の範囲を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における熱電変換素子２０の全体構造を示している。この熱電変換素子２０は、多数の貫通孔が等間隔に形成されたガラスキャプラリープレート２１と、その各孔に充填された熱電変換材料のＢｉ２２とで構成されており、ガラスキャプラリープレート２１の貫通孔を埋めることでワイヤー形状化したＢｉの周囲が、ガラスキャプラリープレート２１の素材である熱伝導率の低いガラスで取り囲まれている。
【００１７】
ガラスキャプラリープレート２１は、図２に示すように、熱伝導率が低く、加工性が高い鉛ガラスに、直径がミクロン・オーダーの貫通孔２３を等間隔に多数形成したものであり、浜松ホトニクス社や米国バール社から市販されている。ここでは、貫通孔２３の直径が２５μｍで開孔率（孔が占める面積比）が５５％のガラスキャプラリープレート２１を使用している。
Ｂｉは、例えば、溶解してガラスキャプラリープレート２１の貫通孔２３に充填している。この製造方法の詳細については後述する。
【００１８】
熱電変換素子２０の外形は、Ｂｉワイヤーの端面が露出した面（即ち、電極接合面）における奥行き（ｄ）及び幅（ｗ）をそれぞれ２ｍｍに、高さ（ｈ）を同じく２ｍｍに整形しており、この熱電変換素子２０には、直径２５μｍ、長さ２ｍｍのＢｉワイヤー２２が数千本集積化している。図３は、電極接合面に現れたＢｉワイヤー２２のアレイを拡大して示している。電極接合面でのＢｉとガラス部との面積比は５５：４５である。
【００１９】
この熱電変換素子２０に含まれた直径２５μｍのＢｉワイヤーの熱伝導率ｋを測定すると、室温（３００Ｋ）において、４．７（Ｗ／ｍＫ）の値を示している。ガラスキャプラリープレート２１の熱伝導率ｋは０．６（Ｗ／ｍＫ）である。一方、バルク状のＢｉの室温における熱伝導率ｋは８．８（Ｗ/ｍＫ）である。
【００２０】
このように、直径がマイクロ・オーダーとなるように細線化したＢｉワイヤー（マイクロワイヤー）の周囲を熱伝導率ｋの低い物質で取り囲むことにより、Ｂｉマイクロワイヤーの実効的な熱伝導率ｋは、バルク状態のときより低下する。こうした現象は、直径が１ｍｍ以下のワイヤーで認められる。
これは、図４に示すように、Ｂｉマイクロワイヤー２２の熱の流れが、矢印で示すように、熱伝導率の低いガラスキャプラリープレート２１の熱の流れに引きずられるためと考えられる。
図５は、バルク状Ｂｉ及び直径２５μｍのＢｉマイクロワイヤーにおける熱伝導率ｋの温度依存性を測定した結果を示している。この図から明らかなように、低温になればなるほど、Ｂｉマイクロワイヤーでの熱伝導率低下の効果は大きい。
【００２１】
また、図６は、Ｂｉマイクロワイヤーの直径を変えた場合の熱伝導率ｋの変化を示している。直径１０μｍのＢｉマイクロワイヤーは、直径２５μｍの場合と同様に、貫通孔の直径が１０μｍで開孔率が５５％のガラスキャプラリープレート２１を使用して作成している。得られた２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍの外形の熱電変換素子には、直径１０μｍ、長さ２ｍｍのＢｉマイクロワイヤーが数万本集積化している。また、直径１μｍのＢｉマイクロワイヤーは、貫通孔の直径が１μｍで開孔率が５５％のガラスキャプラリープレート２１を使用して作成している。得られた２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍの外形の熱電変換素子には、直径１μｍ、長さ２ｍｍのＢｉマイクロワイヤーが数百万本集積化している。
図６から明らかなように、Ｂｉマイクロワイヤーの直径が小さくなるほど、実効的な熱伝導率ｋは低下する。これは、Ｂｉマイクロワイヤーの径が小さくなるほど、周囲の熱の流れに強く影響されるためである。
【００２２】
一方、Ｂｉマイクロワイヤーの電気抵抗率ρは、室温において１．３μΩｍであり、バルク状のＢｉと変わりが無い。また、Ｂｉマイクロワイヤーのゼーベック係数αも、バルク状のＢｉと同じ−６０μＶ／Ｋである。
そのため、Ｂｉをマイクロワイヤー化した場合は、式（２）において、α及びρが同じでｋが小さくなるため、ＺＴの値が向上する。
【００２３】
図７は、ガラスキャプラリープレートに各種直径のＢｉワイヤーアレイを形成した熱電変換素子のＺＴ値と、バルク状Ｂｉから成る熱電変換素子のＺＴ値とを対比して示している。ただし、Ｔ＝３００Ｋである。
Ｂｉワイヤーアレイから成る熱電変換素子は、バルク状Ｂｉから成る熱電変換素子に比べて、ワイヤー直径が２５μｍの場合、ＺＴ値が２倍に増加し、ワイヤー直径が１０μｍの場合、２．３倍に増加し、また、ワイヤー直径が１μｍの場合、３．７倍に増加している。
【００２４】
ただ、ここで用いたＢｉは、熱電変換素子の基本母材料であり、性能指数が高い材料ではないため、Ｂｉワイヤーアレイから成る熱電変換素子のＺＴ値そのものは、それほど良くはない。しかし、このＢｉでの結果は、熱電変換材料をマイクロワイヤー化し、その周囲を熱伝導率の低い絶縁材料で取り囲むことにより、熱電変換材料の実効的な熱伝導率を下げることができ、この熱電変換材料のワイヤーアレイで熱電変換素子を構成すれば、熱電変換素子のＺＴ値が改善できることを示している。
【００２５】
次に、熱電変換材料のマイクロワイヤー化を、室温付近で最高の熱電変換性能を誇るＢｉＴｅ系材料に適用した場合について説明する。
図８には、通常のホットプレスで作製したバルク状のＢｉＴｅ系多結晶体の各パラメータを示している。ｐ型は（Ｂｉ，Ｓｂ）2Ｔｅ3の組成を有し、ｎ型はＢｉ2（Ｔｅ，Ｓｂ）3の組成を有している。
このＢｉＴｅ系材料に対して、Ｂｉの場合と同様に、開孔率５５％のガラスキャプラリープレートを用いてワイヤーアレイ化したときのマイクロワイヤーの熱伝導率ｋを図９に示している。
【００２６】
この値を基にＢｉＴｅ系材料のワイヤーアレイから成る熱電変換素子の性能指数Ｚ、及び、Ｔ＝３００ＫでのＺＴを計算すると、図１０のようになる。即ち、ワイヤー直径を２５μｍに設定した場合は、ＺＴ値として、バルク状態の１．５倍の１．２６が実現でき、ワイヤー直径を１０μｍに設定した場合は、バルク状態の１．７倍の１．４２が実現でき、また、ワイヤー直径を１μｍに設定した場合は、バルク状態の１．９倍の１．６２が実現できる。
【００２７】
また、熱電変換材料のマイクロワイヤーの熱伝導率ｋは、ガラスキャプラリープレートの開孔率にも関係する。図１１（ａ）は、直径２５μｍの貫通孔の開孔率が７０％、５５％及び３０％のガラスキャプラリープレートを用いてＢｉをワイヤーアレイ化したときのＢｉマイクロワイヤーの熱伝導率ｋを示し、図１１（ｂ）は、同様のガラスキャプラリープレートを用いてＢｉＴｅ系材料をワイヤーアレイ化したときのＢｉＴｅマイクロワイヤーの熱伝導率ｋを示している。
図１１から明らかなように、ガラスキャプラリープレートの開孔率を小さくするほど、マイクロワイヤーの実効的な熱伝導率ｋは低下する。
【００２８】
ただ、ガラスキャプラリープレートの開孔率を小さくすると、電気伝導に関わる材料部分が減少し、熱電変換素子としての出力密度が減少する。そのため、開孔率は、１０％以上であることが望ましく、また、熱伝導率ｋの効果的な低減を実現する観点から９０％以下であることが望ましい。実用上は、その両者を勘案して、開効率を５０％付近に設定することが好ましい。
【００２９】
また、ここでは、熱電変換材料のマイクロワイヤーを取り囲む絶縁材料として、熱伝導率が０．６（Ｗ／ｍＫ）の鉛ガラスを使用しているが、その他の熱伝導率が低い絶縁材料を使用することもできる。例えば、図１２に示すように、高分子材料の熱伝導率は鉛ガラスよりも低いため、これらの高分子材料を用いて、熱電変換材料のマイクロワイヤーを取り囲むことにより、実効的な熱伝導率をさらに下げることができる。
【００３０】
なお、熱電変換材料としては、ＢｉやＢｉＴｅ系材料だけでなく、４００℃程度の温度で効果的に機能する熱電変換材料や、低温で効果的に機能するＢｉＳｂなど、各種の材料が使用できる。
また、ここでは、縦・横・高さが２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍの熱電変換素子について説明したが、熱電変換素子の外形は、整形次第で任意の形状に設定できる。
【００３１】
このように、この熱電変換素子は、直径がミクロン・オーダーである熱電変換材料のワイヤーを集積化したワイヤーアレイと、各ワイヤーの周囲を取り囲む熱伝導率の低い絶縁体とで構成しており、各ワイヤーの実効的な熱伝導率の低下により、熱電変換素子のＺＴ値が向上する。
熱伝導率の低下は、単位体積当たりの熱出力を低下させるが、この熱電変換素子では、熱伝導率の低下により、熱電変換素子の両端により大きな温度差が齎されるため、結果的に熱出力が増大する。
また、熱電変換材料の各ワイヤーは、その周囲が絶縁体で取り囲まれているため、細線化されているにもかかわらず、途中で切れることが無い。
【００３２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態の熱電変換素子を製造する方法について説明する。
【００３３】
（高圧を用いる方法）
まず、熱伝導率の低いガラスで成形された、ミクロン・オーダーの孔が空いた、図２に示すガラスキャピラリープレート２１を予め用意する。次に、図１３に示すように、反応炉３２の中で熱電変換材料３１を溶解し、その中にガラスキャピラリープレート２１を沈める。次いで、溶解した熱電変換材料３１にガスまたは液体を介して圧力を加え、溶解した熱電変換材料３１をガラスキャピラリープレート２１の孔２３に圧入する。ガラスキャピラリープレート２１の孔２３の直径が１００μｍの場合は、１気圧以下の圧力で熱電変換材料３１を孔２３に圧入できるが、孔２３の直径が小さくなると必要な圧力も大きくなる。直径１μｍの場合は、全ての孔２３に熱電変換材料３１を圧入するために２５０気圧程度の圧力が必要となる。
【００３４】
図１４（ａ）は、圧入処理が終了したガラスキャピラリープレートを中に含む熱電変換材料のインゴットを室温まで冷却して反応炉から取り出した状態を示しており、図１４（ｂ）は、このインゴットから切り出した、熱電変換材料のマイクロワイヤーが現れているガラスキャピラリープレートの断面を示している。
このインゴットから必要部分を切り出して研磨し、余分な熱電変換材料を除去して所要形状に整形することにより、図１に示すような外形を有し、図３に示すような電極接合面を有する熱電変換素子が得られる。図１５は、熱電変換素子の電極接合面に現れた１つの直径２５μｍのワイヤーにおける端部を拡大して示している。
こうした方法で、通常の熱電変換装置に使用される、断面積が２ｍｍ四方、高さが１〜２．５ｍｍ程度の熱電変換素子を作成することができる。
【００３５】
（粉末材料を用いる方法）
図２のガラスキャピラリープレート２１を用意するとともに、このガラスキャピラリープレート２１に形成された孔２３の直径より十分小さい粒径の熱電変換材料の粉末を用意する。次いで、この粉末材料をガラスキャピラリープレート２１の孔２３に導入し、ホットプレス法により、ガラスキャピラリープレートの外部から高温・高圧を加えて、熱電変換材料をワイヤー化し、且つ、ガラスキャピラリープレートと一体化させる。このときの温度及び圧力は、ホットプレス法を用いた従来のバルク状素子の作成方法と同様に設定する。
得られた成形体から熱電変換材料のワイヤーアレイが形成された部分を切り出して研磨し、所要形状に整形して熱電変換素子を得る。
【００３６】
（ワイヤーを束ねる方法）
高温処理できない高分子材料を用いて熱電変換材料のマイクロワイヤーを取り囲む場合は、熱電変換材料のマイクロワイヤーを予め作成し、そのマイクロワイヤーの束を高分子材料で固める。
そのために、所望の直径に見合う孔が空いた治具を用意し、この治具の片側に、溶解した熱電変換材料を配置し、液状の熱電変換材料を治具の孔から通して冷やすことによりワイヤー化する。このとき、孔を通すために、必要に応じて、溶解した熱電変換材料に圧力を加える。
こうして熱電変換材料のマイクロワイヤーが得られると、このマイクロワイヤーの束を液状化した高分子材料に浸し、次いで、高分子材料を固化して両者を複合化し、熱電変換素子を得る。
【００３７】
これらの方法で熱電変換素子を作成する場合、マイクロワイヤーの直径を０．１μｍより小さくすると、細線化に非常に高い圧力が必要になり、製造が極めて困難になる。そのため、熱電変換素子のワイヤーアレイを構成する各ワイヤーの太さは、実用上、直径を０．１μｍ以上に設定することが望ましい。また、各ワイヤーの太さの上限は、実効的な熱伝導率を下げるために、直径を１ｍｍ以下に設定する必要がある。この場合、断面が１２ｍｍ×１２ｍｍの熱電変換素子に直径１ｍｍのワイヤーを約１００本集積化すれば、開孔率（あるいは電極接合面での熱電変換材料の面積比率）を５５％に維持できる。
【００３８】
なお、マイクロワイヤーの断面は、円形に限る必要は無く、四角形、三角形などでも構わない。従って、ガラスキャピラリープレートの孔や治具の孔は、四角形や三角形でも良い。
熱電変換素子の外形は、整形の仕方でどのような形状にも変えられるが、高さ（図１のｈ）を１ｍｍ以上に設定した方が整形は容易である。
また、高分子素材を損なわない温度でワイヤーアレイ化が可能な熱電変換材料が存在する場合は、ガラスキャピラリープレートに代えて、アクリルやポリエチレンなどの高分子材料でキャピラリープレートを構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の熱電変換素子は、熱電変換性能の向上により、光通信用半導体レーザや高性能ＣＰＵの冷却用素子、廃熱発電素子、あるいは、超伝導応用機器などに広く利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子の外形を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態で使用するガラスキャピラリープレートを示す図
【図３】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子の電極接合面を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子に含まれるマイクロワイヤーでの熱の流れを説明する図
【図５】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子に含まれるＢｉワイヤーと、バルク状Ｂｉとの熱伝導率の温度依存性を対比した図
【図６】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子に含まれるＢｉワイヤーの直径を変えたときの熱伝導率を示す図
【図７】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子に含まれるＢｉワイヤーの直径を変えたときのＺＴ値を示す図
【図８】バルク状ＢｉＴｅ系熱電変換材料のパラメータを示す図
【図９】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子に含まれるＢｉＴｅワイヤーの直径を変えたときの熱伝導率を示す図
【図１０】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子に含まれるＢｉＴｅワイヤーの直径を変えたときのＺ値及びＺＴ値を示す図
【図１１】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子の開孔率を変えたときの熱伝導率を示す図
【図１２】本発明の第１の実施形態における熱電変換素子で使用する高分子材料の熱伝導率を示す図
【図１３】本発明の第２の実施形態における熱電変換素子の製造方法を説明する図
【図１４】本発明の第２の実施形態における製造方法で製造したインゴット（ａ）と、インゴットから切り出したガラスキャピラリープレートの縦断面（ｂ）を示す図
【図１５】本発明の第２の実施形態における製造方法で製造した熱電変換素子の電極接合面に現れた１つのワイヤー端部を示す図
【図１６】熱電変換素子を組み合わせた従来の熱電変換装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１０  熱電変換装置
１１  Ｐ型半導体
１２  Ｎ型半導体
１３  下側金属電極
１４  上側金属電極
１５  放熱基板
１６  吸熱基板
１７  リード線
２０  熱電変換素子
２１  ガラスキャプラリープレート
２２  Ｂｉマイクロワイヤー
２３  貫通孔
３１  熱電変換材料
３２  反応炉
【図１】
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【図２】
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【図４】
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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３】
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【図５】
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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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