(57)【要約】【課題】Ｐ型とＮ型の熱電導体の識別が可能である熱電変換素子を得ることにある。【解決手段】交互に並べられた複数のＰ型熱電導体１７と複数のＮ型熱電導体２７とが、これらの間に充填された接着性のある絶縁材１４で固着されている熱電変換素子を前提とする。各Ｐ型熱電導体１７及び各Ｎ型熱電導体２７の側面１２ａ、２２ａを傾斜させる。これらの傾斜した側面１２ａ、２２ａに接着してＰ型とＮ型の熱電導体１７，２７を一体化している絶縁材１４の幅を、各熱電導体１７、２７の軸方向に沿って一端から他端にわたり次第に広く又は狭く形成する。この絶縁材１４をＰ型とＮ型との熱電導体１７、２７とを識別する指標として用いるようにしたことを特徴としている。【選択図】    図４
2004165367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に並べられた複数のＰ型熱電導体と複数のＮ型熱電導体とが、これらの間に充填された接着性のある絶縁材で固着されている熱電変換素子において、前記各Ｐ型熱電導体及び各Ｎ型熱電導体の内の少なくとも一つの熱電導体の側面は傾斜されていて、この傾斜した側面に接着している前記絶縁材の幅が、前記各熱電導体の軸方向に沿って一端から他端にわたり次第に広く又は狭くなっている熱電変換素子。
【請求項２】
前記各Ｐ型熱電導体の軸方向に沿う断面形状と前記各Ｎ型熱電導体の軸方向に沿う断面形状とが異なっている請求項１又は２に記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記傾斜した側面が、前記各Ｐ型熱電導体又は各Ｎ型熱電導体の全てに設けられている請求項１〜３の内のいずれか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項４】
一部の前記各Ｐ型熱電導体のみに前記傾斜した側面が設けられているとともに、一部の前記各Ｎ型熱電導体のみに前記傾斜した側面が設けられている請求項１又は２に記載の熱電変換素子。
【請求項５】
少なくとも根元部に傾斜された側面を有する複数の熱電導体要素とこれらの要素に隣接する複数の溝とが、Ｐ型熱電導体要素ブロック及びＮ型熱電導体要素ブロックの夫々の厚み方向の一部を残して同一ピッチで交互に形成されたＰ型熱電導体の溝入りブロック及びＮ型熱電導体の溝入りブロックを形成する溝入りブロック作成工程と、
前記溝に挿入した前記熱電導体要素の側面が対向するように前記両溝入りブロックを互いに嵌合させて、前記熱電導体要素の先端部を、この先端部が挿入された前記溝内で前記根元部の前記傾斜された側面に当接させる嵌合工程と、
互いに嵌合された前記両溝入りブロック間の空隙に接着性のある絶縁材を充填して固着し、一体化ブロックを形成する固着工程と、
前記一体化ブロックにおける前記両溝入りブロックの互いに嵌合している嵌合部以外の部分、及びこの部分に寄っていて前記根元部の傾斜された側面と前記熱電導体要素の先端部との当接部を含んでいる前記嵌合部の一部を除去して、Ｐ型及びＮ型の前記各熱電導体要素を露出させた熱電変換要素ブロックを形成する除去工程と、
を具備する熱電変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記溝入りブロック作成工程において、前記Ｐ型又はＮ型の熱電導体要素ブロックの一方に、少なくとも根元部に傾斜された側面を有する複数の熱電導体要素が形成されているものを用い、他方の熱電導体要素ブロックに、互いに平行な両側面を有している複数の熱電導体要素が形成されているもの、又は前記傾斜された側面とは異なる角度で傾斜された両側面を有する複数の熱電変換要素が形成されているものを用いた請求項５に記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項７】
少なくとも根元部に傾斜された側面を有する第１熱電導体要素及び平行な両側面を有する複数の第２熱電導体要素とこれらの要素に隣接する複数の溝とが、Ｐ型熱電導体要素ブロック及びＮ型熱電導体要素ブロックの夫々の厚み方向の一部を残して同一ピッチで交互に形成されたＰ型熱電導体の溝入りブロック及びＮ型熱電導体の溝入りブロックを形成する溝入りブロック作成工程と、
前記溝に挿入した前記各熱電導体要素の側面が対向するように前記両溝入りブロックを互いに嵌合させて、前記第２熱電導体要素の先端部を、この先端部が挿入された前記溝内で前記第１熱電導体要素における前記根元部の傾斜された側面に当接させる嵌合工程と、
互いに嵌合された前記両溝入りブロック間の空隙に接着性のある絶縁材を充填して固着し、一体化ブロックを形成する固着工程と、
前記一体化ブロックにおける前記両溝入りブロックの互いに嵌合している嵌合部以外の部分、及びこの部分に寄っていて前記根元部の傾斜された側面と前記第２熱電導体要素の先端部との当接部を含んでいる前記嵌合部の一部を除去して、Ｐ型及びＮ型の前記各熱電導体要素を露出させた熱電変換要素ブロックを形成する除去工程と、
を具備する熱電変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記溝入りブロック作成工程において、前記第１熱電導体要素の数が互いに異なる前記Ｐ型及びＮ型の熱電導体要素ブロックを用いた請求項７に記載の熱電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゼーベック効果による温度差発電（熱発電）、及びペルチェ効果による冷却と発熱とが可能な熱電変換素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子時計例えば腕時計の駆動源等に用いられる熱電変換素子では、例えば２０００対以上の熱電対が必要とされている。この場合、熱電対をなす熱電変換素子のＰ型熱電導体及びＮ型熱電導体はＢｉ−Ｔｅ系等の半導体材料で形成されるので、製造過程などでの脆弱性が問題となることは知られている。
【０００３】
この対策として従来の製造方法では、まず、夫々厚み方向の一部を残して同一ピッチで複数の溝が平行に形成されたＰ型熱電半導体の溝入りブロック及びＮ型熱電半導体の溝入りブロックを作成している。次に、これら両ブロックを互いに嵌合させてから、その嵌合部の空隙に接着性のある絶縁材を充填して固着することにより、一体化ブロックを形成している。この後、一体化ブロックにおけるＰ型とＮ型の熱電半導体が互いに嵌合している嵌合部以外の部分を除去して、Ｐ型とＮ型の熱電半導体素片を露出させてから、その熱電半導体素片を交互に直列に接続することにより、熱電変換素子を製造している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２２５０４９号明細書（第６−８頁、第１−９図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の技術は、脆弱な熱電半導体材料の微細加工や組立を、一体化ブロックの状態で行える点で優れている。
【０００６】
熱電変換素子では、Ｐ型とＮ型の熱電半導体同士が接触して短絡しないようにする必要がある。この必要性については特許文献１にも記述されている。しかし、溝入りブロックが嵌合されていて絶縁材が充填される前の状態で、いかにしてＰ型とＮ型の熱電半導体を電気的に絶縁させるのかということについては、特許文献１には具体的な教示がない。
【０００７】
前記短絡を防止するには、絶縁材の充填をする以前に、例えば位置決め治具やスペーサなどを用いる等の何らかの方法で、Ｐ型熱電半導体の溝入りブロックとＮ型熱電半導体の溝入りブロックとを位置決めしなければならない。したがって、位置決めに充分な調整時間が必要である。このため、熱電変換素子の製造性を向上させる技術の検討・開発が望まれている。
【０００８】
更に、特許文献１の技術では、作られた熱電変換素子のＰ型及びＮ型の各熱電半導体の両側面が平行であるので、これらＰ型及びＮ型の熱電半導体を電気的に絶縁しつつ一体化している絶縁材がなす層の厚みは変化がなく各部同じである。
【０００９】
ところで、Ｐ型の熱電半導体素片とＮ型の熱電半導体素片との直列接続は、Ｐ型とＮ型の熱電半導体素片が露出された一体化ブロックと、電極がパターンニングされている基板とをＰＮ接合することでなされる。この場合、基板の電極パターンはＰ型とＮ型の熱電半導体素片の配置に対応して形成されているので、所定の対応関係となるように組合わせなければならない。
【００１０】
しかし、特許文献１の技術で、一体化ブロックにおけるＰ型とＮ型の熱電半導体が互いに嵌合している嵌合部以外の部分を除去して、Ｐ型とＮ型の熱電半導体素片を露出させた状態では、反転対称となる。これにより、露出されたＰ型とＮ型の熱電半導体素片を識別することができない。したがって、この点を配慮した技術の検討・開発が電極を有して基板との容易な組立てを実施する上で望まれている。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、Ｐ型とＮ型の熱電導体の識別が可能である熱電変換素子、及びこの素子の生産性向上に好適な熱電変換素子の製造方法を得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の熱電変換素子は、交互に並べられたＰ型熱電導体とＮ型熱電導体の内の少なくとも一つの熱電導体の側面を傾斜させるとともに、並び方向に隣接しているＰ型及びＮ型の熱電導体をこれらの間に充填されて固着している接着性のある絶縁材の幅を、前記各熱電導体の軸方向に沿って一端から他端にわたり次第に広く又は狭くしている。
【００１３】
本発明で、Ｐ型及びＮ型の熱電導体には例えば半導体材料を好適に使用でき、この半導体としては、Ｂｉ−Ｔｅ系材料、Ｆｅ−Ｓｉ系材料、Ｓｉ−Ｇｅ系材料Ｃｏ−Ｓｂ系材料などを挙げることができる。本発明で、熱電導体の側面とは、Ｐ型及びＮ型の熱電導体の並び方向に含まれていて、これら熱電導体の軸方向に沿って延びる面を意味しているとともに、前記側面は、熱電導体の片側面であっても両側面であってもよく、更に、この側面の傾斜する領域及びその傾き角度は任意に定めることができる。本発明で、接着性のある絶縁材には例えばエポキシ系接着剤等を好適に使用できる。
【００１４】
本発明の好ましい形態では、前記各Ｐ型熱電導体の軸方向に沿う断面形状と前記各Ｎ型熱電導体の軸方向に沿う断面形状とを異ならせるとよく、又、前記傾斜した側面を、前記各Ｐ型熱電導体又は各Ｎ型熱電導体の全てに設けることができ、更に、一部の前記各Ｐ型熱電導体のみに前記傾斜した側面を設けるとともに、一部の前記各Ｎ型熱電導体のみに前記傾斜した側面を設けてもよい。
【００１５】
本発明の熱電変換素子は、Ｐ型とＮ型との熱電導体間に設けられた絶縁材の各部の幅が異なり、その一端に向けて狭く他端側に向けて広くなっているので、このように幅が次第に変化している絶縁材を、Ｐ型とＮ型との熱電導体とを識別する指標として用いることが可能である。
【００１６】
又、前記課題を解決するために、本発明の熱電変換素子の製造方法は、溝入りブロック作成工程と、嵌合工程と、固着工程と、除去工程と、を具備する。溝入りブロック作成工程では、少なくとも根元部に傾斜された側面を有する複数の熱電導体要素とこれらの要素に隣接する複数の溝とが、Ｐ型熱電導体要素ブロック及びＮ型熱電導体要素ブロックの夫々の厚み方向の一部を残して同一ピッチで交互に形成されたＰ型熱電導体の溝入りブロック及びＮ型熱電導体の溝入りブロックを形成する。嵌合工程では、前記溝に挿入した前記熱電導体要素の側面が対向するように前記両溝入りブロックを互いに嵌合させて、前記熱電導体要素の先端部を、この先端部が挿入された前記溝内で根元部の前記傾斜された側面に当接させる。固着工程では、互いに嵌合された前記両溝入りブロック間の空隙に接着性のある絶縁材を充填して固着し、一体化ブロックを形成する。除去工程では、前記一体化ブロックにおける前記両溝入りブロックの互いに嵌合している嵌合部以外の部分、及びこの部分に寄っていて前記根元部の傾斜された側面と前記熱電導体要素の先端部との当接部を含んでいる前記嵌合部の一部を除去して、Ｐ型及びＮ型の前記各熱電導体要素を露出させた熱電変換要素ブロックを形成する。
【００１７】
本発明の製造方法の好ましい形態では、前記溝入りブロック作成工程において、前記Ｐ型又はＮ型の熱電導体要素ブロックの一方に、少なくとも根元部に傾斜された側面を有する複数の熱電導体要素が形成されているものを用い、他方の熱電導体要素ブロックに、互いに平行な両側面を有している複数の熱電導体要素が形成されているもの、又は前記傾斜された側面とは異なる角度で傾斜された両側面を有する複数の熱電変換要素が形成されているものを用いるとよい。
【００１８】
本発明の製造方法では、脆弱な熱電導体材料の微細加工や組立を、一体化ブロックの状態で行える他、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロックを互いに嵌合させた場合に、溝内に挿入された熱電導体要素の先端部と前記溝に臨んでいる他の熱電導体要素の根元部の傾斜側面とを線接触させて、自動的にＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック同士を位置決めできる。これにより、互い違いに入り込んで隣接している熱電導体要素間に、前記接触部を除いて空隙を設けることができる。そして、この空隙に絶縁材が充填し固着された後、前記接触部を含む一体化ブロックの一部をこのブロックの厚み方向両側から除去して、Ｐ型とＮ型の熱電導体を露出させるので、Ｐ型とＮ型の熱電導体同士が接触しないようにできる。
【００１９】
この製造方法において、熱電導体要素の根元部を含めて少なくとも熱電変換素子の軸方向に沿って例えば１／３〜１／２以上の側面領域を傾斜側面とした溝入りブロックを用いる場合には、Ｐ型とＮ型の熱電導体の識別を可能とする絶縁材を備えた熱電変換素子を製造可能である。
【００２０】
又、前記課題を解決するために、本発明の熱電変換素子の製造方法は、溝入りブロック作成工程と、嵌合工程と、固着工程と、除去工程と、を具備する。溝入ブロック作成工程では、少なくとも根元部に傾斜された側面を有する第１熱電導体要素及び平行な両側面を有する複数の第２熱電導体要素とこれらの要素に隣接する複数の溝とが、Ｐ型熱電導体要素ブロック及びＮ型熱電導体要素ブロックの夫々の厚み方向の一部を残して同一ピッチで交互に形成されたＰ型熱電導体の溝入りブロック及びＮ型熱電導体の溝入りブロックを形成する。嵌合工程では、前記溝に挿入した前記各熱電導体要素の側面が対向するように前記両溝入りブロックを互いに嵌合させて、前記第２熱電導体要素の先端部を、この先端部が挿入された前記溝内で前記第１熱電導体要素における前記根元部の傾斜された側面に当接させる。固着工程では、互いに嵌合された前記両溝入りブロック間の空隙に接着性のある絶縁材を充填して固着し、一体化ブロックを形成する。除去工程では、前記一体化ブロックにおける前記両溝入りブロックの互いに嵌合している嵌合部以外の部分、及びこの部分に寄っていて前記根元部の傾斜された側面と前記熱第２電導体要素の先端部との当接部を含んでいる前記嵌合部の一部を除去して、Ｐ型及びＮ型の前記各熱電導体要素を露出させた熱電変換要素ブロックを形成する。
【００２１】
本発明の製造方法では、脆弱な熱電導体材料の微細加工や組立を、一体化ブロックの状態で行える他、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロックを互いに嵌合させた場合に、溝内に挿入された熱電導体要素の先端部と前記溝に臨んでいる他の熱電導体要素の根元部の傾斜側面とを線接触させて、自動的にＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック同士を位置決めできる。これにより、互い違いに入り込んで隣接している熱電導体要素間に、前記接触部を除いて空隙を設けることができる。そして、この空隙に絶縁材が充填し固着された後、前記接触部を含む一体化ブロックの一部をこのブロックの厚み方向両側から除去して、Ｐ型とＮ型の熱電導体を露出させるので、Ｐ型とＮ型の熱電導体同士が接触しないようにできる。
【００２２】
しかも、この製造方法では、前記溝入りブロック作成工程において、前記第１熱電導体要素の数が互いに異なる前記Ｐ型熱電導体及びＮ型熱電導体要素ブロックを用いることもできる。この場合には、Ｐ型とＮ型との熱電導体間に設けられて一端から他端に渡り幅が次第に変化している絶縁材の数の差を、Ｐ型とＮ型との熱電導体とを識別する指標として用いることが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明の第１実施形態に係る熱電変換素子をその製造方法とともに説明する。図５又は図６（Ｂ）に示す熱電変換素子１の製造方法は、溝入りブロック作成工程と、嵌合工程と、固着工程と、除去工程と、基板接合工程とを具備している。
【００２４】
溝入りブロック作成工程では、図１中実線で示すＰ型熱電導体の溝入りブロック２及びＮ型熱電導体の溝入りブロック３を形成する。これらの溝入りブロック２、３は、例えば図１中実線と２点鎖線とで形作られる直方体状のＰ型熱電導体要素ブロック４及びＮ型熱電導体要素ブロック５を用意して、これらに溝入れ加工を行って作成する。溝入れ加工は、ワイヤソーを用いての研摩加工又はダイシングソーを用いた研削加工により実施する。なお、これらの機械加工に代えて射出成形等の成形加工で溝入りブロック２、３を成形することも可能である。
【００２５】
溝入り加工により作成されたＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の熱電導体要素１２、２２の軸方向長さは同じであるが、それらの幅は同じではなく互いに異なっていて、例えば熱電導体要素１２の方が熱電導体要素２２よりも幅が広く形成されている。これにより、熱電導体要素１２、２２の軸方向（この段階では根元から先端にわたる方向）に沿う断面形状は互いに異なっている。
【００２６】
溝入り加工により作成されたＰ型熱電導体の溝入りブロック２は、平板状のベース１１と、このベース１１の一面から起立する互いに平行な複数の熱電導体要素１２と、これらの要素１２に隣接する複数の溝１３とを有し、各熱電導体要素１２と各溝１３とは同一ピッチで交互に形成されている。各熱電導体要素１２は、互いに逆方向に傾斜された傾斜側面１２ａを有し、先端に向けて次第に先細となっている。しかも、各熱電導体要素１２は平らな先端面を有しているので、軸方向に沿う断面が好ましくは等辺台形状をなしている。このため、各溝１３は、その溝奥端が最も狭く開放端に向かうに従い次第に広げられている。ベース１１は、各溝１３の加工に拘らずにＰ型熱電導体要素ブロック４の厚み方向に残された一部で形成されている。
【００２７】
同様に、溝入り加工により作成されたＮ型熱電導体の溝入りブロック３は、平板状のベース２１と、このベース２１の一面から起立する互いに平行な複数の熱電導体要素２２と、これらの要素２２に隣接する複数の溝２３とを有し、各熱電導体要素２２と各溝２３とは同一ピッチで交互に形成されている。このピッチは各熱電導体要素１２と各溝１３との配設ピッチと同じである。各熱電導体要素２２は、互いに逆方向に傾斜された傾斜側面２２ａを有し、先端に向けて次第に先細となっている。しかも、各熱電導体要素２２は平らな先端面を有しているので、軸方向に沿う断面が好ましくは等辺台形状をなしている。このため、各溝２３は、その溝奥端が最も狭く開放端に向かうに従い次第に広げられている。ベース２１は、各溝２３の加工に拘らずにＮ型熱電導体要素ブロック５の厚み方向に残された一部で形成されている。
【００２８】
前記溝入りブロック作成工程後に実施される嵌合工程では、溝入りブロック２の熱電導体要素１２を溝入りブロック３の溝２３に挿入するとともに、溝入りブロック３の熱電導体要素２２を溝入りブロック２の溝１３に挿入して、Ｐ型とＮ型の両溝入りブロック２、３を互いに嵌合させる。この嵌合によって、幅が広い方の熱電導体要素１２の先端部の稜線が、この先端部が挿入された溝２３内で、この溝２３を有した溝入りブロック３の熱電導体要素２２の根元部でその傾斜側面２２ａに接触する。こうして線接触した部分を図２中符号Ａで示す。
【００２９】
この接触により、自動的にＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を適正に位置決めできる。これにより、嵌合工程での調整が不要もしくは調整を要する場合にも大幅に軽減可能である。
【００３０】
前記嵌合に伴って、溝２３に挿入した熱電導体要素１２の傾斜した側面１２ａと、溝１３に挿入した熱電導体要素２２の傾斜した側面２２ａとが対向して、これら側面１２ａ、２２ａ相互間、及び溝１３の溝底面と熱電導体要素２２の先端面との相互間にわたる空隙が形成される。この空隙は、前記接触部Ａから熱電導体要素２２の先端に向かうにしたがって次第に大きく形成される。
【００３１】
前記嵌合工程後に実施される固着工程では、前記空隙に接着性の絶縁材１４例えばエポキシ系接着剤を充填し、これを固着することによって、図２に示す一体化ブロック１５を形成する。絶縁材１４の充填は、流動性の高い接着剤中に、前記空隙を有した一体化前のブロックを部分的に浸漬することにより、毛細管現象を利用して行うことができる。前記空隙への絶縁材１４の充填固着により、並び方向に隣接している熱電導体要素１２、２２同士が接着されて、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３が一体的に接合された一体化ブロック１５が作られる。
【００３２】
この固着工程後に実施される除去工程では、ワイヤソー又はダイシングソーを用いて一体化ブロック１５を加工して、Ｐ型及びＮ型の各熱電導体要素１２、２２の軸方向両端を露出した熱電変換要素ブロック１６（図３参照）を形成する。この露出のために一体化ブロック１５の一部を除去する位置を、図２中２点鎖線Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃで示す。
【００３３】
熱電導体要素２２の先端部と交差するＢ−Ｂ線まで一体化ブロック１５の厚み方向一端部を除去することにより、一体化ブロック１５における両溝入りブロック２、３の互いに嵌合している嵌合部以外の部分、具体的には、溝入りブロック２のベース１１、熱電導体要素２２の先端部、及びこれらの間に充填固着されている絶縁材１４の一部が除去される。同様に、熱電導体要素１２の先端部と交差するＣ−Ｃ線まで一体化ブロック１５の厚み方向他端部を除去することにより、一体化ブロック１５における両溝入りブロック２、３の互いに嵌合している嵌合部以外の部分、具体的には、溝入りブロック３のベース２１、熱電導体要素１２の先端部、及びこれらの間に充填固着されている絶縁材１４の一部が除去される。この除去部分には、ベース２１に寄っている前記当接部Ａが含まれている。
【００３４】
この除去工程を経て作られた熱電変換要素ブロック１６を図３（Ａ）（Ｂ）に示す。このブロック１６の互いに並設されている熱電導体要素１２、２２相互間の絶縁材１４の幅は、熱電導体要素１２、２２の軸方向（この段階では一端及び他端の露出面を結ぶ方向）に沿って同じではなく、一端から他端に渡り次第に変化している。つまり、前記Ｂ−Ｂ線での除去側から見た場合、絶縁材１４の幅は、図３（Ａ）において上向きに次第に広く形成されて、前記Ｃ−Ｃ線での除去側から見た場合、絶縁材１４の幅は、図３（Ｂ）において下向きに次第に狭く形成されている。
【００３５】
除去工程後に実施される基板接合工程では、熱電変換要素ブロック１６の各熱電導体要素１２、２２を複数に分割して所望数の熱電導体１７、２７を形成するとともに、これら熱電導体１７、２７を基板１８、２８間に挟持し、かつ、これらの基板１８、２８に半田付けによるＰＮ接合をする。このＰＮ接合により各熱電導体１７、２７が電気的に直列に接続される。
【００３６】
基板１８、２８の一方は吸熱基板、他方は放熱基板であり、これらは図示しない電極が所定パターンで予め設けられている面で熱電導体１７、２７とＰＮ接合される。基板１８、２８は、良熱伝導材料、例えばシリコン等の金属、又は窒化アルミ等の金属化合物、若しくはアルミナ等のセラミックスで作られている。
【００３７】
この基板接合工程は以下の２通りの方法のいずれかで実施できる。図４、図５に示す第１の方法では、熱電変換要素ブロック１６の各熱電導体要素１２、２２を複数に分割して所望数の熱電導体１７、２７を形成した後に、これら熱電導体１７、２７を基板１８、２８にＰＮ接合して実施される。
【００３８】
詳しくは、熱電変換要素ブロック１６の熱電導体要素１２、２２の並び方向に延びる切り離し溝３０ａをダイシングソーなどを用いて図３（Ａ）中２点鎖線で示す位置に形成してから、切り離し溝３０ａに接着性のある絶縁材２９を充填し固着させることによって、図４に例示する熱電変換ブロック３０を形成する。このブロック３０においては、熱電導体要素１２、２２の分割片からなる熱電導体１７、２７が互いに絶縁材１４、２９で電気的に絶縁されて縦横に整列的に並べられたマトリックス状に配置されている。次に、この熱電変換ブロック３０を基板１８、２８間に位置決めして挟み込み、ＰＮ接合を行うことにより、熱電変換素子１を形成する。
【００３９】
図６に示す第２の方法では、一方の基板例えば基板２８に熱電変換要素ブロック１６を位置決めして接合した状態で、各熱電導体要素１２、２２を複数に分割して所望数の熱電導体１７、２７を形成した後に、他方の基板１８を接合して実施される。
【００４０】
詳しくは、図６（Ａ）に示すように基板２８に熱電変換要素ブロック１６を接合し、この状態で、熱電変換要素ブロック１６の熱電導体要素１２、２２の並び方向に延びる切り離し溝３０ａをダイシングソーなどを用いて図６（Ａ）中２点鎖線で示す位置に形成する。切り離し溝３０ａが設けられた状態を図６（Ｂ）に示す。この後、切り離し溝３０ａに接着性のある絶縁材（図６には図示しないが、図５中の符号２９を参照）を充填し固着させることによって、熱電導体ブロックを形成する。このブロックは、図５に例示したものと同様に熱電導体要素１２、２２の分割片からなる熱電導体１７、２７が互いに絶縁材で電気的に絶縁されて縦横に整列的に並べられたマトリックス状に配置されている。次に、この熱電導体ブロックを基板２８との間に他方の基板１８で挟んで、ＰＮ接合を行うことにより、熱電変換素子１を形成する。
【００４１】
以上の製造方法は、固着工程後に、微細加工や組立を実行する除去工程及び基板接合工程では、絶縁材１４で一体化された一体化ブロック１５の状態で行えるので、熱電導体１８、２８が脆弱であることを克服して、熱電変換素子１を容易かつ効率よく製造可能である。
【００４２】
しかも、この製造方法の嵌合工程では、既述のように、溝２３内に挿入された熱電導体要素１２の先端部と前記溝２３に臨んでいる熱電導体要素２２の根元部とを線接触させて、自動的にＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を位置決めして、互い違いに入り込んで隣接している熱電導体要素１２、２２の嵌合部に、接触部Ａを除いた空隙を設けることができる。このため、嵌合工程での位置決めのための調整を不要にでき、もしくは不要にできないまでも大幅に軽減できる。したがって、この点においても熱電変換素子１を更に効率よく製造可能である。
【００４３】
製造された熱電変換素子１は、図５等に示されるようにＰ型とＮ型との熱電導体１７、２７間に設けられた絶縁材１４の各部の幅が異なり、その一端側が狭く他端側が広くなっている。このようになる理由は熱電変換要素ブロック１６の説明で既に述べた。このため、熱電変換要素ブロック１６を更に加工して得た熱電変換ブロック３０を基板１８、２８にＰＮ接合するに際して、既述のように一端から他端にわたり幅が次第に変化している絶縁材１４を、Ｐ型とＮ型との熱電導体１７、２７を識別する指標として用いることが可能となり、組立間違いを抑制することが可能である。
【００４４】
以下、第２〜第６の実施形態を説明する。これらの実施形態は基本的には第１実施形態と同じであるので、同じ部分には第１実施形態と同じ符号を付して、その構成および作用の説明を省略し、以下異なる部分について説明する。
【００４５】
図７及び図８に示す本発明の第２実施形態では、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の内の一方、例えばＰ型熱電導体の溝入りブロック２の各熱電導体要素１２を、その両側面１２ｃが互いに平行で、幅に変化がない構成としている。各熱電導体要素１２の幅は、これら熱電導体要素１２が挿入される溝、例えばＮ型熱電導体の溝入りブロック３の溝２２における溝奥部の幅より少し広い。以上の点以外の構成は、第１実施形態と同じである。
【００４６】
したがって、第２実施形態の製造方法及び熱電変換素子においても、嵌合工程でＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を自動的に位置決めすることが可能であり、又、絶縁材１４の各部の幅が異なっているので、第１実施形態と同様に本発明の課題を解決できる。しかも、熱電導体要素１２、２２の形状が異なるので、嵌合工程でのＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の識別も容易である。
【００４７】
図９及び図１０に示す本発明の第３実施形態では、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の内の一方、例えばＰ型熱電導体の溝入りブロック２の各熱電導体要素１２を、その両側面１２ｃが互いに平行で、幅に変化がない構成としている。
【００４８】
又、他方のＮ型熱電導体の溝入りブロック３の熱電導体要素２２は、その根元部のみに傾斜側面２２ａを設け、根元部以外の部分の側面を互いに平行とした構成としている。各熱電導体要素１２の幅は、これら熱電導体要素１２が挿入される溝、例えばＮ型熱電導体の溝入りブロック３の溝２２における溝奥部の幅より少し広い。この溝奥部は前記傾斜側面２２ａに臨んでいる。以上の点以外の構成は、第１実施形態と同じである。
【００４９】
したがって、第３実施形態の製造方法においても、嵌合工程でＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を自動的に位置決めすることが可能であり、第１実施形態と同様に本発明の課題を解決できる。しかも、熱電導体要素１２、２２の形状が異なるので、嵌合工程でのＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の識別も容易である。
【００５０】
図１１及び図１２に示す本発明の第４実施形態では、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の内の一方、例えばＰ型熱電導体の溝入りブロック２の各熱電導体要素１２の先端部を丸めるとともに、この先端以外の両側面１２ｃが互いに平行で、幅に変化がない構成としている。各熱電導体要素１２の互いに平行な両側面１２ｃ間の幅は、これら熱電導体要素１２が挿入される溝、例えばＮ型熱電導体の溝入りブロック３の溝２２における溝奥部の幅より少し広い。以上の点以外の構成は、第１実施形態と同じである。
【００５１】
したがって、第４実施形態の製造方法及び熱電変換素子においても、嵌合工程でＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を自動的に位置決めすることが可能であり、又、絶縁材１４の各部の幅が異なっているので、第１実施形態と同様に本発明の課題を解決できる。しかも、熱電導体要素１２、２２の形状が異なるので、嵌合工程でのＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の識別も容易である。
【００５２】
図１３に示す本発明の第５実施形態では、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の内の一方、例えばＰ型熱電導体の溝入りブロック２の各熱電導体要素１２を、その両側面１２ｃが互いに平行で、幅に変化がない構成としている。
【００５３】
又、他方のＮ型熱電導体の溝入りブロック３の熱電導体要素は、複数の第１熱電導体要素２２Ａと、複数の第２熱電導体要素２２Ｂとからなる。第１熱電導体要素２２Ａは傾斜側面２２ａを有した等辺台形状であり、既述の熱電導体要素２２と同じである。第２熱電導体要素２２Ｂは、その両側面２２ｃが互いに平行で、幅に変化がない構成である。複数の第１熱電導体要素２２Ａは互いに離して設けられ、例えば複数の第２熱電導体要素２２Ｂを間に置いてベース１１の両端寄りに配設することが望ましい。第１熱電導体要素２２Ａの根元部の幅は、隣接している熱電導体要素１２間の溝１３の幅よりも少し広い。以上の点以外の構成は、第１実施形態と同じである。
【００５４】
したがって、第５実施形態の製造方法及び熱電変換素子においても、嵌合工程でＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を自動的に位置決めすることが可能であり、又、熱電導体要素１２とこれに隣接している第１熱電導体要素２２Ａ間に充填されている絶縁材１４の各部の幅が異なっているので、第１実施形態と同様に本発明の課題を解決できる。しかも、形状が異なる熱電導体要素１２、２２ＡがＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３に個別に設けられているので、嵌合工程でのＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の識別も容易である。
【００５５】
図１４に示す本発明の第６実施形態では、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の夫々の熱電導体要素が、少なくとも一つの第１熱電導体要素１２Ａ、２２Ａと、複数の第２熱電導体要素１２Ｂ、２２Ｂとからなる。第１熱電導体要素１２Ａ、２２Ａは傾斜側面１２ａ、２２ａを有する等辺台形状であり、第５実施形態で既述した熱電導体要素２２Ａと同じである。第２熱電導体要素１２Ｂ、２２Ｂは、その両側面１２ｃ、２２ｃが互いに平行で、幅に変化がない構成である。溝入りブロック２、３の第１熱電導体要素１２Ａ、２２Ａは、両溝入りブロック２、３を嵌合させた状態で、互いに離れて、例えば図１４に示すように複数の第２熱電導体要素１２Ｂ、２２Ｂを間に置いてこれらの並び方向両端寄りに配設されるように設けることが望ましい。溝入りブロック３の第１熱電導体要素２２Ａの根元部の幅は、隣接している熱電導体要素１２Ｂ間の溝１３の幅よりも少し広く、同様に、溝入りブロック２の第１熱電導体要素１２Ａの根元部の幅は、隣接している熱電導体要素２２Ｂ間の溝２３の幅よりも少し広い。以上の点以外の構成は、第１実施形態と同じである。
【００５６】
したがって、第６実施形態の製造方法においても、嵌合工程でＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を自動的に位置決めすることが可能である。
【００５７】
図１５は本発明の第７実施形態を示している。この実施形態は、基本的には第６実施形態と同じであるので、同じ部分には第６実施形態と同じ符号を付して、その構成および作用の説明を省略し、以下異なる部分について説明する。
【００５８】
第７実施形態では、Ｐ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３に夫々設けた第１熱電導体要素１２Ａ、２２Ａの数を異ならせている。例えば、Ｎ型熱電導体の溝入りブロック３に設けた第１熱電導体要素２２Ａの数を、Ｐ型熱電導体の溝入りブロック２にを設けた第１熱電導体要素１２Ａの数より多くしている。以上の点以外の構成は、第１実施形態と同じである。
【００５９】
したがって、第７実施形態の製造方法及び熱電変換素子においても、嵌合工程でＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３を自動的に位置決めすることが可能であるとともに、両溝入りブロック２、３の第１熱電導体要素１２Ａ、２２Ａの数が異なるので、第１実施形態と同様に本発明の課題を解決できる。しかも、数が異なる第１熱電導体要素１２Ａ、２２Ａを備えるＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３は形状が異なるので、嵌合工程においてＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロック２、３の識別も容易である。
【００６０】
なお、本発明は前記各実施形態には制約されない。例えば、少なくとも一方の溝入りブロック２、３の少なくとも一方に形成される各熱電導体要素の断面形状は、矩形状又は台形状に代えて、三角形状とすることもできる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｐ型とＮ型との熱電導体間に設けられた絶縁材を利用してＰ型とＮ型の熱電導体の識別が可能である熱電変換素子の提供が可能である。
【００６２】
本発明によれば、溝入りブロック作成工程と、嵌合工程と、固着工程と、除去工程とを具備していて、嵌合工程でＰ型及びＮ型の熱電導体の溝入りブロックが有する熱電導体要素を利用して自動的にＰ型とＮ型の熱電導体の溝入りブロックが位置決めされるので、嵌合工程での調整が不要もしくは大幅に軽減されて、生産性の向上が可能な熱電変換素子の製造方法の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の溝入れブロック作成工程を示す分解斜視図。
【図２】第１実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の嵌合工程及び固着工程を経て作成された一体化ブロック示す側面図。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は第１実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の除去工程を経て作成された熱電導体要素ブロックを夫々異なる方向から見て示す斜視図。
【図４】第１実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の熱電導体分離工程を経て作成された熱電変換要素ブロックを示す斜視図。
【図５】第１実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の熱電変換要素ブロックと基板との接合工程を示す斜視図。
【図６】（Ａ）（Ｂ）は第１実施形態に係る熱電変換素子の製造方法で熱電変換要素ブロックを作成する場合に実施可能な他の基板接合工程を順に示す斜視図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の溝入れブロック作成工程を示す分解斜視図。
【図８】第２実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の嵌合工程及び固着工程を経て作成された一体化ブロック示す側面図。
【図９】本発明の第３実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の溝入れブロック作成工程を示す分解斜視図。
【図１０】第３実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の嵌合工程及び固着工程を経て作成された一体化ブロック示す側面図。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の溝入れブロック作成工程を示す分解斜視図。
【図１２】第４実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の嵌合工程及び固着工程を経て作成された一体化ブロック示す側面図。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の嵌合工程及び固着工程を経て作成された一体化ブロック示す側面図。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の嵌合工程及び固着工程を経て作成された一体化ブロック示す側面図。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る熱電変換素子の製造方法の嵌合工程及び固着工程を経て作成された一体化ブロック示す側面図。
【符号の説明】
１…熱電変換素子
２…Ｐ型熱電導体ブロックの溝入りブロック
３…Ｎ型熱電導体ブロックの溝入りブロック
４…Ｐ型熱電導体ブロック
５…Ｎ型熱電導体ブロック
１１、２１…ベース
１２、２２…熱電導体要素
１２Ａ、２２Ａ…第１熱電導体要素
１２Ｂ、２２Ｂ…第２熱電導体要素
１２ａ、２２ａ…傾斜した側面
１２ｃ、２２ｃ…平行な側面
１３、２３…溝
１４…絶縁材
１５…一体化ブロック
１６…熱電変換要素ブロック
１７、２７…熱電導体
１８、２８…基板
２９…絶縁材
３０…熱電変換ブロック
３０ａ…切り離し溝
【図１】
2004165367.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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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