(57)【要約】【課題】高い生産効率と低いコストで大量生産でき、しかも、高効率で十分なエネルギー変換が可能となる、熱電変換装置及びその製造方法を提供し、並びにその熱電変換装置を用いて電子機器内等で発生した熱を再利用するのに好適なエネルギー変換装置を提供すること。【解決手段】互いに異なる導電性材料からなる複数の導電性パターン１及び２がベースフィルム１６の両面に重なり合ってそれぞれ設けられ、ベースフィルム１６に形成されたスルーホールを介して複数の導電性パターン１及び２間がスルーホールメッキ２２で互いに接合され、これによって複数の熱電対９が構成されている熱電変換装置１０、及びこれを用いた熱電発電装置３０。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる導電性材料からなる複数の導電性パターンが絶縁材の両面にそれぞれ設けられ、前記絶縁材に形成されたスルーホールを介して前記複数の導電性パターン間が互いに接合され、これによって複数の熱電対が構成されている熱電変換装置。
【請求項２】
前記複数の導電性パターンがスルーホールメッキにより互いに接合されている、請求項１に記載した熱電変換装置。
【請求項３】
前記複数の導電性パターンの少なくとも一部分が、前記絶縁材の両面にて互いに重なり合っている、請求項１に記載した熱電変換装置。
【請求項４】
前記複数の熱電対の高温側接合部が集合的に配置され、これとは別の位置に、前記複数の熱電対の低温側接合部が集合的に配置されている、請求項１に記載した熱電変換装置。
【請求項５】
前記接合部が熱伝導性の大きい絶縁材料で被覆されている、請求項４に記載した熱電変換装置。
【請求項６】
前記熱伝導性の大きい絶縁材料が、熱伝導性フィラー入りのシリコンゴムからなる、請求項５に記載した熱電変換装置。
【請求項７】
前記熱伝導性の大きい絶縁材料上に発熱体又は放熱体が配置される、請求項５に記載した熱電変換装置。
【請求項８】
前記接合部以外の導電部が断熱性の絶縁材料で被覆されている、請求項４に記載した熱電変換装置。
【請求項９】
前記断熱性の絶縁材料がポリイミドからなる、請求項８に記載した熱電変換装置。
【請求項１０】
前記接合部上に、発熱部品をマウントした配線基板が固定される、請求項４に記載した熱電変換装置。
【請求項１１】
フレキシブルなシート状の形状をなす、請求項１に記載した熱電変換装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載した熱電変換装置の複数個が積層され、これらの間が接続されている熱電変換装置。
【請求項１３】
前記複数の熱電変換装置の各導電性パターンの端部間が、前記複数の熱電変換装置の間に挟持された絶縁材を介して互いに接合されている、請求項１２に記載した熱電変換装置。
【請求項１４】
前記接合が、前記絶縁材に形成されたスルーホールを介して行われている、請求項１３に記載した熱電変換装置。
【請求項１５】
前記接合がスルーホールメッキによって行われている、請求項１４に記載した熱電変換装置。
【請求項１６】
互いに異なる導電性材料を絶縁材の両面にそれぞれ貼り付ける工程と、前記絶縁材にスルーホールを形成する工程と、前記両面の各導電性材料を導電性パターンに加工する工程と、前記スルーホールを介して前記両面の各導電性パターン間を互いに接合して複数の熱電対を構成する工程とを有する、熱電変換装置の製造方法。
【請求項１７】
前記各導電性パターン間をスルーホールメッキにより互いに接合する、請求項１６に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項１８】
前記各導電性パターンの少なくとも一部分を、前記絶縁材の両面にて互いに重なり合うように形成する、請求項１６に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項１９】
前記複数の熱電対の高温側接合部を集合的に配置し、これとは別の位置に、前記複数の熱電対の低温側接合部を集合的に配置する、請求項１６に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２０】
前記接合部を熱伝導性の大きい絶縁材料で被覆する、請求項１９に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２１】
前記熱伝導性の大きい絶縁材料として、熱伝導性フィラー入りのシリコンゴムを用いる、請求項２０に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２２】
前記接合部以外の導電部を断熱性の絶縁材料で被覆する、請求項１９に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２３】
前記断熱性の絶縁材料としてポリイミドを用いる、請求項２２に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２４】
フレキシブルなシート状の形状をなす熱電変換装置を製造する、請求項１６に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２５】
請求項１６〜２４のいずれか１項に記載した熱電変換装置の製造方法によって得られた熱電変換装置の複数個を積層し、これらの間を接続する、熱電変換装置の製造方法。
【請求項２６】
前記複数の熱電変換装置の各導電性パターンの端部間を、前記複数の熱電変換装置の間に挟持された絶縁材を介して互いに接合する、請求項２５に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２７】
前記接合を、前記絶縁材に形成されたスルーホールを介して行う、請求項２６に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２８】
前記接合をスルーホールメッキによって行う、請求項２７に記載した熱電変換装置の製造方法。
【請求項２９】
互いに異なる導電性材料からなる複数の導電性パターンが絶縁材の両面にそれぞれ設けられ、前記絶縁材に形成されたスルーホールを介して前記複数の導電性パターン間が互いに接合され、これによって、複数の熱電対が構成されている熱電変換装置を備え、
前記熱電対の高温側接合部が発熱体に熱的に結合するように配置され、前記熱電対の低温側接合部に接続された端子から電気エネルギーが導入若しくは取り出されるように構成したエネルギー変換装置。
【請求項３０】
熱電発電装置として用いられる、請求項２９に記載したエネルギー変換装置。
【請求項３１】
前記電気エネルギーがコンデンサに蓄積される、請求項３０に記載したエネルギー変換装置。
【請求項３２】
前記低温側接合部が冷却手段に接している、請求項２９又は３０に記載したエネルギー変換装置。
【請求項３３】
請求項２〜１１のいずれか１項に記載した熱電変換装置を備える、請求項２９に記載したエネルギー変換装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載したエネルギー変換装置の複数個が積層され、これらの間が接続されているエネルギー変換装置。
【請求項３５】
前記複数のエネルギー変換装置の各導電性パターンの端部間が、前記複数のエネルギー変換装置の間に挟持された絶縁材を介して互いに接合されている、請求項３４に記載したエネルギー変換装置。
【請求項３６】
前記接合が、前記絶縁材に形成されたスルーホールを介して行われている、請求項３５に記載したエネルギー変換装置。
【請求項３７】
前記接合がスルーホールメッキによって行われている、請求項３６に記載したエネルギー変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電変換装置及びその製造方法、並びにエネルギー変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー資源保護や環境保全、エコロジー等の観点から、電子機器の低消費電力化が強く求められている。また、小型化した電子機器においては、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、スイッチング素子、パワートランジスタ等で発生した熱を機器外部へ逃がし、熱による回路素子の損傷を防止することは、電子機器のパフォーマンスを決定する重要な課題である。さらに、電子機器の使用環境等によっては、低温火傷等の人体への危害の心配のない廃熱処理の方法が求められることもある。
【０００３】
バッテリー駆動の携帯機器等においては、性能対消費電力で表わされるエネルギー効率が重要であり、このエネルギー効率の良否は同一バッテリー量でどれだけの時間その機器を使用できるかという性能に直結する。
【０００４】
電子機器内で発生する熱を電気エネルギーに変換して再利用すれば、エネルギー効率の改善と廃熱処理という２つの問題を同時に解決することができる。そのための手段として、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換でき、しかもコンパクトな装置として熱電変換装置が注目されているが、製造上の問題やコスト上の難点から実用化されて来なかった。
【０００５】
後記の特許文献１には、基板上に多数の微細な熱電対を集積して形成し、これらの基板を積層して利用する案が開示されている。
【０００６】
基板を用いない方法として、後記の特許文献２には、２種類の金属の金属板又は金属箔を溶接等により交互に接合し、複数の枚数の板状又は箔状の熱電対を、ツヅラ折り状態に積層する案が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１７７１５４号公報（第３欄２５行目〜第６欄１８行目、図１〜図３）
【特許文献２】
特開平８−２５４４６８号公報（第３欄１〜３８行目、図２及び図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１では、基板上に印刷された２種の金属の導電パターンを高温で焼結して接合しているので、使用可能な基板等の材料が限定される。しかも、基板上に印刷される導電パターンを高密度化、高集積化して配置するには、印刷精度や印刷面の大きさ等により制約があるため、高効率な高エネルギー変換が不十分となる。
【０００９】
また、特許文献２では、接合部を一つずつ溶接等の方法で接合するので、製造工程が煩雑になり、多数の熱電対を製造するには適さず、コストも高くなる。そして、その構造上、接合する熱電対の個数には限度があり、やはり高効率な高エネルギー変換が不十分となる。
【００１０】
本発明の目的は、高い生産効率と低いコストで大量生産でき、しかも、高効率で十分なエネルギー変換が可能となる熱電変換装置及びその製造方法を提供し、並びにその熱電変換装置を用いて電子機器内等で発生した熱を再利用するのに好適なエネルギー変換装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、互いに異なる導電性材料からなる複数の導電性パターンが絶縁材の両面にそれぞれ設けられ、前記絶縁材に形成されたスルーホールを介して前記複数の導電性パターン間が互いに接合され、これによって複数の熱電対が構成されている熱電変換装置に係り、また、この熱電変換装置を備え、前記熱電対の高温側接合部が発熱体に熱的に結合するように配置され、前記熱電対の低温側接合部に接続された端子から電気エネルギーが導入若しくは取り出されるように構成したエネルギー変換装置にも係るものである。
【００１２】
また、本発明は、互いに異なる導電性材料を絶縁材の両面にそれぞれ貼り付ける工程と、前記絶縁材にスルーホールを形成する工程と、前記両面の各導電性材料を導電性パターンに加工する工程と、前記スルーホールを介して前記両面の各導電性パターン間を互いに接合して複数の熱電対を構成する工程とを有する、熱電変換装置の製造方法も提供するものである。
【００１３】
本発明によれば、シート基板等の絶縁材の両面に異なる導電性材料からなる前記複数の導電性パターンをそれぞれ設け、これらを前記絶縁材に形成されたスルーホールを介してスルーホールメッキ等で三次元的に互いに接合しているので、前記導電性パターンの多数個を高密度に形成して互いに接合でき、配線密度を向上させてより高密度に熱電対を容易に形成することができる。この結果、取り出し電力の向上等、高効率で十分なエネルギー変換が可能となる。
【００１４】
また、前記絶縁材の両面に前記導電性材料を接着等によって設けることができるので、絶縁材の選択に関してもほとんど制限されることがない。
【００１５】
そして、熱電対の製造において、熱電対を溶接等で特定形状に組み立てるのではなく、異なる前記導電性材料を任意に材料選択が可能な前記絶縁材を介して貼り合わせ、前記絶縁材に形成した前記スルーホールを介して、パターニングされた前記両面の導電性パターン間を接合して前記複数の熱電対を構成しているので、フレキシブルプリント基板の製造技術を効果的に適用して、微細な前記熱電対を高い生産効率と低いコストで信頼性良く大量に生産することができる。
【００１６】
このように、本発明による熱電変換装置又はエネルギー変換装置は、薄いシート状に作製でき、多数の熱電対をコンパクトかつフレキシブルに集積することができ、狭い電子機器内にも容易に配置でき、電子機器内で発生した熱を効果的に電気エネルギーに変換することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記複数の導電性パターンがスルーホールメッキにより互いに接合されているのがよいが、導電性ペーストの印刷等によって接合してもよい。この場合、前記スルーホールは、レーザー光による加工や、ドリル加工によって形成することができる。
【００１８】
また、前記複数の導電性パターンの少なくとも一部分が、前記絶縁材の両面にて互いに重なり合っているのが、高密度化にとって望ましい。
【００１９】
そして、前記複数の熱電対の高温側接合部が集合的に配置され、これとは別の位置に、前記複数の熱電対の低温側接合部が集合的に配置されているのがよい。
【００２０】
この場合、前記接合部が熱伝導性の大きい絶縁材料、例えば熱伝導性フィラー入りのシリコンゴムで被覆されているのがよく、この熱伝導性の大きい絶縁材料上に発熱体又は放熱体が配置されるのがよい。
【００２１】
こうした熱伝導性の良い絶縁材料を用いないで、前記接合部上に、発熱部品をマウントした配線基板が直接固定されることもできる。
【００２２】
また、前記接合部以外の導電部が断熱性の絶縁材料で被覆され、フレキシブルなシート状の形状をなすように作られているのがよい。前記断熱性の絶縁材料は、ポリイミドであってよい。
【００２３】
本発明に基づく上記の熱電変換装置の複数個が積層され、これらの間が接続されると、更に高い変換効率が得られる。この場合には、前記複数の熱電変換装置の各導電性パターンの端部間が前記複数の熱電変換装置の間に挟持された絶縁材を介して互いに接合されるのがよい。
【００２４】
本発明の熱電変換装置の製造方法においては、前記導電性材料を導電性パターンの接合部となる部分に穴を明け、メッキ接続すると共に、このパターン上に断熱性の絶縁シートを接着するのがよい。
【００２５】
本発明のエネルギー変換装置は、前記した熱電変換装置を備え、熱電発電装置として、前記電気エネルギーがコンデンサに蓄積され、前記低温側接合部が電子機器等の冷却手段に接しているのがよい。
【００２６】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳しく説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態による熱電変換装置１０の概略平面図（ａ）であり、Ｘ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線及びＺ−Ｚ線に沿う概略断面図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）である。また、図１（ｂ）には、絶縁性ベースフィルム１６の両面に設けられた各導電性パターン１及び２の平面図を示す。
【００２８】
熱電変換装置１０では、電圧取り出し用の端子３ａと３ｂとの間においてベースフィルム１６の両面に、それぞれ互いに異なる導電性材料Ａ（例えばｎ型熱電半導体）からなる導電性パターン１と、導電性材料Ｂ（例えばｐ型熱電半導体）からなる導電性パターン２とが、ほぼ同一のストライプ状パターンでほぼ同一位置に重なり合って設けられている。
【００２９】
そして、導電性パターン２の端部と導電性パターン１の端部とは、ベースフィルム１６に形成されたスルーホール１７のスルーホールメッキを介して互いに接合され、ベースフィルム１６の一辺側と対向辺側にそれぞれ高温側接合部４及び低温側接合部５が形成され、多数の導電性パターン１及び２が直列に接続されている。低温側接合部５では、導電性パターン２の延設部２ａがスルーホール１７にまで及んでいる。端子３ａは、導電性パターン２の延設部２ａと、導電性材料Ａからなる端子パターン部１ａとがスルーホール１７のスルーホールメッキを介して互いに接合されている。
【００３０】
導電性パターン１（導電性材料Ａ）、導電性パターン２（導電性材料Ｂ）、高温側接合部４、低温側接合部５の各１つずつの１組が、１つの熱電対（例えば、図１中、一点鎖線で囲んで示した熱電対９）を形成し、この熱電対の複数個がベースフィルム１６を介して三次元的に構成されている。そして、高温部１１を発熱部品等の高温体に接触させると、高温側接合部４では、端子３ａ−３ｂ間に正の起電力を生じ、また、低温側接合部５では、電圧取り出し方向とは逆の負の起電力を生じる。
【００３１】
図１及び図２には、端子３ａと３ｂとの間に６つの熱電対が直列に接続された熱電変換装置１０を示したが、これらは多数の熱電対の代表として示したものであり、これに限るものではない。
【００３２】
この熱電変換装置１０では、電圧取り出し用の端子３ａ、３ｂが設けられている一辺側に、各熱電対の低温側接合部５が集合して形成され、反対側の一辺側に高温側接合部４が集合して形成されている。
【００３３】
上記の導電性パターン１及び２を構成する導電性材料Ａ及び導電性材料Ｂとしては、後述するように導電体パターン間の接合をスルーホールによるメッキ接続で行うので、その接合は接合法による制限を受けることが少なく、様々な材料および形状の組み合わせの中から選ぶことができる。
【００３４】
例えば、安価に容易に入手できる金属材料の中から、熱起電力の大きな組み合わせを選ぶことができ、銅（Ｃｕ）とコンスタンタン（Ｃｕ５５％、Ｎｉ４５％の合金）、銅（Ｃｕ）とニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）とビスマス（Ｂｉ）、鉄（Ｆｅ）とコンスタンタン、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）などの組み合わせが挙げられる。
【００３５】
銅とコンスタンタンとの組み合わせの場合には、ゼーベック係数αは、約６０μＶ／Ｋである。各熱電対における高温側接合部４と低温側接合部５の温度差ΔＴが平均で３０Ｋとすると、直列接続によって実用的な大きさの起電力Ｖｓ、例えば１．５Ｖを得るに必要な熱電対の個数Ｎは、
Ｎ＝Ｖｓ／（αΔＴ）＝１．５／（０．００００６０×３０）＝８５６
となる。
【００３６】
本発明に基づく熱電変換装置１０は、任意に材料選択が可能なベースフィルム１６の両面に導電性パターン１及び２を高密度に設け、スルーホールメッキによってベースフィルム両面の導電性パターン１−２間を接合しているので、焼結や溶接等によらずに、ベースフィルム１６等の材質を広範囲に選択して、多数の熱電対を１つの熱電変換装置１０に容易に組み込むことができる。これと共に、熱電変換装置１０は薄いシート状に形成可能であるので、複数の熱電変換装置１０を積層し、各シート間をスルーホールによって直列に接続することにより、１０００個程度の熱電対を小型に集積して高変換効率の装置を作製することが容易となる（これについては、図８で詳しく述べる）。
【００３７】
また、１枚の長いシートをロール状に巻くこともできる。例えば幅１ｍｍに１本の熱電対を１０００個配置した長さ１ｍの熱電変換シートを１０層に巻けば、直径３〜４ｃｍ程度のコンパクトな円筒形の高変換効率の装置を作製することができる。
【００３８】
高い変換効率をめざすには、金属の代りにｐ型及びｎ型の熱電半導体を用いるのがよい。ｐ型熱電半導体及びｎ型熱電半導体の絶対熱電能はプラスとマイナスの反対の符号をもち、その絶対値は金属に比べて非常に大きいから、ｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体とを対にして接合し、高温側接合部と低温側接合部とを組み合わせると、大きなゼーベック効果が得られる。室温付近で良好な熱電性能を示す熱電半導体材料としては、例えばｐ型及びｎ型のビスマス・テルル（Ｂｉ２Ｔｅ３）系がある。
【００３９】
原理的には、上記の接合された導電性パターンのみで熱電変換素子として機能するが、実使用上の利便性を考えると、上記の導電性パターンが支持体を兼ねた絶縁材料で被覆されていることが望ましい。
【００４０】
発電効率を高めるには、高温側接合部４と電子機器の高温部（例えば、発熱部品）との熱的接触、及び低温側接合部５と電子機器の低温部（例えば、金属筐体部のような放熱部）との熱的接触は、密接であるほどよい。積層して用いる場合も考えると、接合部４及び５の各面は、熱伝導性フィラー入りのシリコンゴム等の熱伝導性の大きい絶縁材６で被覆され、この上に発熱部品や放熱部品を取り付けるのが望ましい。
【００４１】
一方、高温側接合部４から低温側接合部５への熱の流れは、これらの間の導電性パターンが露出していると放熱されて熱損失となり、熱電変換の効率を下げる原因となる。そこで、図２に明示するように、接合部４及び５以外の導電性パターン部は断熱性の絶縁材料、例えばカプトンやユーピレックスなどのポリイミド系の材料からなる断熱性絶縁シート７で被覆されているのが望ましい。また、端面は仮想線で示す絶縁材２７で被覆するのがよい。
【００４２】
なお、電子機器内への配置の容易さを高めるために、断熱性の絶縁材料７は、ベースフィルム１６と共にフレキシブルなシート状の形状をなすように作られているのがよい。
【００４３】
本実施の形態による熱電変換装置１０は、その製法上、絶縁材料の選択に関してほとんど制限されることがない。従って、目的に適した絶縁材料やその形状を任意に選択することができる。
【００４４】
次に、本発明の実施の形態による熱電変換装置１０の製造方法の１例を、図３〜５を参照しながら順を追って説明する。この製造方法は、従来のフレキシブルプリント基板の作製工程を効果的に利用し、異種導電性材料の貼り合わせ及びパターニングと接続を行うものである。
【００４５】
まず、図３（１）に示すように、導電性材料Ａからなるシート材１Ａと導電性材料Ｂからなるシート材２Ａとを、接着剤８を介してベースフィルム１６の両面に貼り合わせてシート化する。これは、一対のロール２０間を通すことによって容易に行える。
【００４６】
次に、図３（２）に示すように、熱電対の接続部となる部分にレーザー光照射又はドリル加工によって孔を開け、スルーホール１７を形成する。
【００４７】
次に、図３（３）に示すように、スルーホール１７の部分のみが露出するようにマスキングテープ２１によるマスキングを施す。
【００４８】
次に、図４（４）に示すように、スルーホール１７を含めてマスキングされていない領域に銅等のスルーホールメッキ２２を施す。このスルーホールメッキ２２は、常法に従って、無電解メッキ後の電解メッキによって行う。
【００４９】
次に、図４（５）に示すように、マスキングテープ２１を除去した後、フォトレジストを両面に塗布し、露光、現像して、所定パターンのフォトレジスト２３を形成する。
【００５０】
次に、図４（６）に示すように、フォトレジスト２３をマスクにして導電性シート材１Ａ、２Ａをエッチング処理することにより、導電性パターン１、２を形成する。
【００５１】
次に、図５（７）に示すように、フォトレジスト２３を除去した後、図５（８）に示すように、高温接合部１１及び低温接合部１２を除いて断熱性絶縁シート７を接着剤２４で両面に貼り付け、ラミネートする。
【００５２】
次に、図５（９）に示すように、高温接合部１１及び低温接合部１２に熱伝導性絶縁材６を接着剤２５によって貼り付ける。更に、端子３ａ、３ｂにはんだ等でリード線（図示せず）を取り付け、図１に示した如きシート状の熱電変換デバイス１０を完成する。
【００５３】
このようにして、フレキシブルプリント基板の作製技術を効果的に適用することによって、ベースフィルム１６の両面に重ねたパターンに形成した微細な高密度の導電性パターン１及び２をスルーホール１７のスルーホールメッキ２２で容易に接合（接続）することができ、微細な多数の熱電対からなる高出力の熱電変換装置１０を高い生産効率と低いコストで大量に生産することができる。
【００５４】
また、この熱電変換装置１０の製造においては、従来のような基板を必要とせず、単に絶縁材１６の両面に接着された熱電材料をパターニングし、絶縁シート７の接着等を行えばよいので、絶縁材料の選択に関しほとんど制限されることがなく、目的に適した絶縁材料やその形状を選択することができる。
【００５５】
図６は、本実施の形態による熱電変換装置１０を用いる熱電発電装置３０の概略平面図（ａ）とその使用時の概略断面図（ｂ）である。
【００５６】
この熱電発電装置３０は図６（ａ）に示すように、上述した熱電変換装置と同様の構成からなっていて、全体がフレキシブルシート状に形成され、表裏の断熱性絶縁シート７の間に上記のシート状の熱電変換装置１０が積層され、電気的には両面の導電性パターンが直列に結合されている（但し、この熱電変換装置１０は単層でも原理的には使用可能である）。また、上記したように、高温部１１には熱電対の高温側接合部４が集合的に配置され、低温部１２には熱電対９の低温側接合部５が集合的に配置されており、高温部１１及び低温部１２には、外部との熱的接触を助ける熱伝導性フィラー入りのシリコンゴム等の熱伝導性絶縁材６が設けられている。
【００５７】
図６（ｂ）は、熱電発電装置３０を電子機器内の発熱部品４０（例えば、ＣＰＵのような発熱量の多いＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）など）から発生する熱を電気エネルギーに変換して再利用し、エネルギー効率の改善と廃熱処理の問題の解決に応用した例を示す。
【００５８】
プリント基板５０上などに設けられた発熱部品４０の放熱面に、熱電発電装置３０の高温部１１の熱伝導性絶縁材６を密着させる。一方、電子機器の金属筐体６０等に設けられた放熱部７０に、熱電発電装置３０の低温部１２の熱伝導性絶縁材６を密着させる。
【００５９】
熱電発電装置３０は、フレキシブルな熱電変換装置１０を用いているので、図示のごとく適宜な形状に折曲して配置でき、狭い電子機器内でも任意に利用可能となる。発生する電力は、コンデンサ８０等に蓄え、例えば電子機器がデジタルスチルカメラであれば、そのフラッシュ用の電源などに利用すればよい。
【００６０】
図７（ａ）は、図６（ｂ）に示した高温部１１の詳細を示すものである。この場合には、熱伝導性の良い絶縁材６上に接着剤２６を介して発熱部品４０を取り付けているので、発熱部品４０からの熱が良好に伝達される。
【００６１】
この熱伝達の効率を更に向上させるためには、図７（ｂ）に示すように、図５（８）に示した状態で、発熱部品４０をはんだ４２でマウントしたプリント配線基板４３を接着剤４４によって高温部１１上に固定するのがよい。これによって、シリコンゴムよりも熱伝達性の良いプリント基板４３を介して発熱部品４０の熱を効率良く移動させることができると共に、発熱部１１上で回路を構成することができる。
【００６２】
図８は、上記の熱電変換装置１０の複数枚（例えば２枚）を上下に接着剤４５によって貼り合わせて積層した例を示し、図５（８）の状態に対応した断面図である。
【００６３】
即ち、シート状の各熱電変換装置１０の導電性パターンの端部間をスルーホール（図示せず）のスルーホールメッキによって直列に接続することにより、１０００個程度の熱電対を小型に集積して高変換効率の装置を作製することが容易に可能となる。この場合、導電性パターンの導電型を積層体の下部から上部へと例えばｐ型→ｎ型→ｎ型→ｐ型のように各層を配置して、高温部又は低温部にそれぞれの接合部を集合させることが必要である。
【００６４】
以上に述べた実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて適宜変更可能である。
【００６５】
例えば、上述の導電性パターン１、２の配置や形状等をはじめ、スルーホール１７の配置とその形成方法、各装置構成部分の材質等は種々に変更してよい。スルーホール１７を介しての導電性パターンの接合も、スルーホールメッキ以外にも導電性ペーストの印刷で行ってもよい。
【００６６】
また、図３〜図４の工程において、導電性材料１Ａ、２Ａをエッチングでパターニングした後に、スルーホール１７を形成してもよい。導電性材料１Ａ、２Ａの貼り合せ方法も変更してよい。
【００６７】
なお、上述した熱電発電装置のようにゼーベック素子としての使い方以外にも、ペルチェ素子として導電性パターンへの通電によって発熱部品を冷却する装置として構成することもできる。
【００６８】
【発明の作用効果】
本発明は、上述したように、絶縁材の両面に異なる導電性材料からなる前記複数の導電性パターンをそれぞれ設け、これらを前記絶縁材に形成されたスルーホールを介してスルーホールメッキ等で三次元的に互いに接合しているので、前記導電性パターンの多数個を高密度に形成して互いに接合でき、配線密度を向上させてより高密度に熱電対を容易に形成することができる。この結果、取り出し電力の向上等、高効率で十分なエネルギー変換が可能となる。
【００６９】
また、前記絶縁材の両面に前記導電性材料を接着等によって設けることができるので、絶縁材の選択に関してもほとんど制限されることがない。
【００７０】
そして、熱電対の製造において、熱電対を溶接等で特定形状に組み立てるのではなく、異なる前記導電性材料を任意に材料選択が可能な前記絶縁材を介して貼り合わせ、前記絶縁材に形成した前記スルーホールを介して、パターニングされた前記両面の導電性パターン間を接合して前記複数の熱電対を構成しているので、フレキシブルプリント基板の製造技術を効果的に適用して、微細な前記熱電対を高い生産効率と低いコストで信頼性良く大量に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による熱電変換装置の概略平面図（ａ）と、各導電性パターンを示す概略平面図（ｂ）である。
【図２】同、図１（ａ）のＸ−Ｘ線概略断面図（ａ）、Ｙ−Ｙ線概略断面図（ｂ）及びＺ−Ｚ線概略断面図（ｃ）である。
【図３】同、熱電変換装置の製造方法を工程順に示す要部断面図である。
【図４】同、熱電変換装置の製造方法を工程順に示す要部断面図である。
【図５】同、熱電変換装置の製造方法を工程順に示す要部断面図である。
【図６】同、熱電変換装置を用いた熱電発電装置の概略平面図と概略断面図（ａ）と、それを電子機器に設置した状態を示す概略断面図（ｂ）である。
【図７】同、熱電変換装置の高温部での発熱部品取り付け時の断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図８】同、他の熱電変換装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１…導電性パターン、２…導電性パターン、３ａ、３ｂ…端子、
４…高温側接合部、５…低温側接合部、６…熱伝導性絶縁材、
７…断熱性絶縁シート、８、２４、２５、２６、４４、４５…接着剤、
９…熱電対、１０…熱電変換装置、１１…高温部、１２…低温部、
１６…ベースフィルム、１７…スルーホール、２０…ロール、
２２…スルーホールメッキ、２１…マスキングテープ、２３…フォトレジスト、
３０…熱電発電装置、４０…発熱部品、５０…プリント基板、
６０…電子機器筐体、７０…放熱部、８０…コンデンサ
【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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