(57)【要約】【課題】  信頼性が高い熱電変換装置を提供すること。【解決手段】  熱電変換装置１は、各々の熱電素子が配置されるべき位置に対応して配列される複数の放熱側電極１３が、平面をなす放熱側基板１４の表面にアレイ状に配列され、複数のｐ型熱電素子10およびｎ型熱電素子11について、これら熱電素子の吸熱側端面に吸熱側電極５を摺接させるとともに、それぞれの熱電素子10，11の放熱側端面と放熱側電極１３とは、はんだ１２によって接合されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板上に一端面が固着され立設された複数の熱電素子と、
複数の前記熱電素子の他端面に接触するよう配置される複数の電極部材と、
前記熱電素子の一端面から他端面方向に圧力が加えられるように配置されることによって複数の前記熱電素子と複数の前記電極部材とを保持する蓋部と、
前記配線基板と前記蓋部との相対位置を保持する結合部材と、
を具備することを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
前記電極部材は、前記熱電素子が圧接されている領域を囲うように設けられ、前記熱電素子の位置を規制する凸部を有することを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項３】
前記電極部材は、前記熱電素子を直列に接続するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記熱電素子と前記電極部材との間に設けられる導電性素材による変形可能な構造部材を有することを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項５】
熱電素子の位置を規制する絶縁部材が、離間して配置される前記熱電素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項６】
前記電極部材により囲われた熱電素子間の間隔を、当該電熱素子と当該電極部材に隣接する電極部材により囲われた熱電素子との間隔よりも短くしたことを特徴とする請求項２記載の熱電変換装置。
【請求項７】
前記結合部材は、ろう材によって前記配線基板に接合されるものであって、前記結合部材のろう材との接合面を面取り形状にしたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項８】
前記結合部材の前記蓋部との接触部分に外側へ折り返す折返部を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【請求項９】
前記蓋部に圧力が加えられる方向に折れ曲がる折曲部を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱電素子の吸熱面に吸熱側電極を取り付けるとともに、各熱電素子の放熱面に放熱側電極を取り付け、全ての熱電素子と電気的に直列に、熱的に並列接続して成る熱電変換装置に係り、特に、製造性が良く、優れた接合信頼性を有する熱電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換装置は、トムソン効果、ペルチェ効果、ゼーベック効果等の熱電効果を利用した熱電素子を組み合わせて構成され、電気を熱に変換する温度調整ユニットとしては、既に量産化されている。また、発電ユニットとしても研究開発が進められている。
【０００３】
発電ユニットとしての熱電変換装置は、複数の熱電素子が電極を有する絶縁基板に挟まれて配列され、電気的に直列に、熱的に並列に接続されている。
【０００４】
熱電変換装置の発電効率を熱電素子自体の発電効率に近づけるためには、熱電素子の一端部への熱供給と熱電素子の他端部からの放熱がスムーズに行われる必要がある。そのため、熱電変換装置を構成する基板には、熱伝導に優れたセラミックス基板が使用されている。さらに、熱電素子の端部に配置される電極は、電気抵抗の低い材料によって構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上述べたように、加熱されることにより熱電変換装置は動作し、同時に各構成部材は常温時に比して熱膨張している。このとき、各構成部材の線膨張係数の違いや、吸熱側と放熱側との温度差により、各部材での変形量が異なる。この熱変形量の違いにより、熱電素子の接合部や熱電素子が損傷し易くなる場合があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決し、熱電変換装置が加熱され熱変形しても、熱電素子の接合部や熱電素子が損傷しにくい、信頼性に優れる熱電素子変換装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、配線基板と、前記配線基板上に一端面が固着され立設された複数の熱電素子と、複数の前記熱電素子の他端面に接触するよう配置される複数の電極部材と、前記熱電素子の一端面から他端面方向に圧力が加えられるように配置されることによって複数の前記熱電素子と複数の前記電極部材とを保持する蓋部と、前記配線基板と前記蓋部との相対位置を保持する結合部材と、
を具備する熱電変換装置を提供する。
【０００８】
このとき、前記電極部材は、前記熱電素子が圧接されている領域を囲うように設けられ、前記熱電素子の位置を規制することが好ましい。
【０００９】
また、前記電極部材は、前記熱電素子を直列に接続するように配置されていることを特徴とすることが好ましい
また、前記熱電素子と前記電極部材との間に設けられる導電性素材による変形可能な構造部材を有することが好ましい。
【００１０】
また、熱電素子の位置を規制する絶縁部材が、離間して配置される前記熱電素子の間に配置されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記電極部材により囲われた熱電素子間の間隔が、当該電熱素子と当該電極部材に隣接する電極部材により囲われた熱電素子との間隔よりも短いことが望ましい。
【００１２】
また、前記結合部材は、ろう材によって前記配線基板に接合されるものであって、前記結合部材のろう材との接合面を面取り形状にすることが望ましい。
【００１３】
また、前記結合部材の前記蓋部との接触部分に外側へ折り返す折返部を設けることが望ましい。
【００１４】
また、前記蓋部に圧力が加えられる方向に折れ曲がる折曲部を設けることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の熱電変換装置によれば、簡素な構成で、運転時の信頼性が高い熱電変換装置を提供することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明に関わる熱電変換装置の一実施形態の断面構造を示すものである。熱電変換装置１は、複数のｐ型熱電素子10およびｎ型熱電素子11を有している。各々の熱電素子10，11が配置されるべき位置に対応して配列される複数の放熱側電極13が平面をなす放熱側基板14の表面にアレイ状に配列されている。複数のｐ型熱電素子10および複数のｎ型熱電素子11について、これら熱電素子の放熱側端面と放熱側電極13とは、はんだ12によって接合されている。
【００１８】
それぞれの熱電素子10，11の吸熱側端面には、吸熱側絶縁基板４、吸熱側電極５、及び網構造部材である金属細線網６が配置されている。金属細線網６は厚さ方向に弾性変形するよう構成されている導電部材である。熱電素子の吸熱側端面は金属細線網６に対して圧力が加えられた状態で接触している。このような構成により、熱電素子の高さのばらつきを金属細線網によって吸収し、安定した導通を得ることが可能となる。この金属細線網６を一組の熱電素子10，11の吸熱側端面を跨ぐように配置する。この金属細線網６を覆うようにバスタブ状の箱型構造を有する吸熱側電極５を配置する。バスタブ状に構成されていることにより、金属細線網や熱電素子の離脱を困難にするとともに、平面をなす底面部の表面を放熱側絶縁基板と対向させているので、網構造で接触させる場合に比して接触面積を増大させることが可能となり、吸熱効率を増大させることに寄与する。
【００１９】
また細線を編んだ構造のみの場合に比して、電極部材の抵抗を下げることに寄与する。吸熱側絶縁基板４は、吸熱側電極５が当接する領域について個別に銅層が設けられている。また吸熱側電極が当接する主面と対向する主面には全面に銅層が設けられており、吸熱効率を高めるとともに、吸熱側基板４の反りを防止している。これは、枠９を放熱側基板１４にろう付けするために熱電変換装置全体を炉に投入した際に、吸熱側基板４に反りが生じなくなる点で効果がある。
【００２０】
吸熱側絶縁基板４、吸熱側電極５、及び網構造部材である金属細線網６は、蓋２と放熱側基板１４とにより熱電素子の長手方向、すなわち起電力の発生に伴い電流が流れる方向に圧力が加えられるよう保持され挟持されている。すなわち、蓋２と放熱側基板１４とは熱電素子10，11を挟んで離間し対向する形で配置される。熱電変換装置１は蓋２、枠９、放熱側基板１４により密閉された箱型構造体となる。箱型構造体の内部は、大きな温度変化が加えられても構造体が変形・破壊が生じにくいように、減圧雰囲気に設定されており、この雰囲気を維持するために、各熱電素子10，11は箱型構造体によって気密封止されている。
【００２１】
熱電素子10，11において生じた起電力は、放熱側基板１４内を通して形成されるスルーホール１６によって外部に取り出される。スルーホール１６の外部側の主面に露出する部分には、はんだ１７によって絶縁基板上に配線された外部配線１８と接続されている。また、放熱側基板１４の外部表面には、放熱性を向上させるための金属被膜１５が形成されている。
【００２２】
本実施形態においては、熱電変換装置の高温側の使用温度を600℃としたため
、熱電素子には、スクッテルダイト構造を有するｐ型およびｎ型の熱電素子を使用した。ｐ型ならびにｎ型とは、熱を加えたときの電流の生じる方向が熱の勾配の方向に対して互いに逆向きとなるような関係に構成されたものを示す。ｐ型およびｎ型の熱電素子10，11を放熱側電極13ならびに吸熱側電極５によって直列に接続することにより、起電力の電圧を昇圧している。すなわち、電流は、ｐ型熱電素子10とｎ型熱電素子11とを交互に通過して外部配線１８から取り出される。
【００２３】
本実施形態の熱電素子変換装置は、例えば、以下のような工程により製造する。
【００２４】
図２に示すように、平面状の主面に放熱側電極１３が形成された放熱側基板１４に、放熱側電極１３の熱電素子と接合される部分について、はんだ１２をディスペンサにより供給する。本実施形態においては、熱電素子変換装置の放熱側の使用温度を２００℃としたため、放熱側電極１３は銅、放熱側基板１４はAl２０３基材のセラミックス基板、はんだ１２の組成は、Pb-8wt%Sn-2wt%Agのはんだペーストを使用した。なお、本実施形態の場合は、はんだ１２のはんだ材に代わる接合部材としては融点が２００℃以上であれば使用可能であり、特に限定されるものではない。
【００２５】
枠９はAl２０３基材のセラミックス基板とし、枠９と放熱側基板１４とはろう材８を用いて接合した。ろう材には銀ろうを使用した。また、枠９の上面には後述する溶接のためにろう材８の上にさらに蓋２の材料と同等の材料であるコバール７がろう付けされている。
【００２６】
なお、枠９および放熱側基板１４の基材は、排熱効率と断熱性能と気密性能とのバランスを考慮して選定されるが、総合して熱電変換装置の発電性能を著しく低下させるものでなければ、使用することが可能である。また、ろう材８には熱電変換装置の所定の使用温度で接合強度が低下しにくく、セラミックスとセラミックスとの接合状態を保持できるものであれば、特に限定するものではない。また、枠９と放熱側基板１４とをろう付けする構造ではなく、バスタブ状の箱型の構造体として構成し得ることは言うまでもない。
【００２７】
熱電素子10，11の放熱側端面には、はんだ１２と熱電素子10，11との接合性を向上させるために、Cu薄膜の成膜を施している。薄膜の膜厚は、Cuスパッタで2μm成膜した後、電気めっきで18μm成膜して、全部で約20μmとした。なお、接合材料は、使用温度に応じて変更することが好ましい。また、熱電素子の端面処理は、熱電素子の性能を損ないにくく、接合材料との接続性を向上させることができるものであれば、特に限定するものではない。
【００２８】
図３に示すように、熱電素子10，11ひとつひとつの端面が存すべき相対位置について各々規制された構造を有する組立治具２０上に、規制構造のひとつひとつに対して各熱電素子10，11を吸熱側端面が当接するように配置し、熱電素子10，11相互の相対位置を確定させて、図２に示したはんだ供給された放熱側基板１４を反転させ、組立治具２０上の各熱電素子10，11の放熱側端面上に被せ、図４の状態とする。すなわち、各熱電素子10，11の放熱側端面に、放熱側電極１３が、はんだ１２を介してマウントされる。
【００２９】
マウントされた状態でリフロー炉に投入し加熱することによって、はんだ１２が溶融してはんだ付けされる。このとき、はんだ１２による接合部において熱電素子の高さのばらつきが吸収され、熱電素子10，11の吸熱側端面が組立治具２０により揃えられ、接合面となる複数の吸熱側端面により形成される仮想平面の平面性が向上し、吸熱側電極５、蓋２との摺接構造を容易に実現することができる。
【００３０】
次いで、図５に示すように、ｐ型熱電素子10とｎ型熱電素子11とが電気的に直列となるように、ｐ型熱電素子10とｎ型熱電素子11とをつなぐ金属細線網６および吸熱側電極５を各熱電素子10，11上に配置し、さらに、これら金属細線網６および吸熱側電極５に覆い被せるように、すなわち図６に示すように、吸熱側絶縁基板４を配置する。
【００３１】
次いで、表裏を連通する開口による封止孔３が設けられている蓋２を吸熱側絶縁基板４を覆うように設置し、予め枠状にろう付けしておいたコバール７によって、蓋２と枠９とを溶接する。本実施形態において、蓋２の素材には、所定の吸熱性能を得ながら、枠９や放熱側基板１４との熱膨張差を小さくするために、コバールを使用した。
【００３２】
最後に熱電変換装置を減圧雰囲気の中に放置し、封止孔３をレーザーにより溶融して塞ぐことにより、気密封止構造を有した熱電変換装置を得ることができる。
【００３３】
さらに、変換装置から取り出す配線を、放熱側基板１４に設けたスルーホール１６を通じて行うことにより、変換装置の気密性を向上させることができる。
【００３４】
図７は、本発明に関わる熱電変換装置の第２の実施形態を示しており、この熱電変換装置２１は、別体で絶縁性基板を用意することなく、蓋２と吸熱側電極５とが直接接触していることを特徴としている。
【００３５】
蓋２は、第１の実施形態と同様、枠９と溶接による接合を必要するために、金属で構成される。このとき、吸熱側電極５は個々に電気的に独立する必要があるので、蓋２と吸熱側電極５とは電気的に絶縁する必要がある。そこで、蓋２の吸熱側電極５との接触面には酸化膜などの絶縁性膜が形成されている。この他、吸熱側電極５の蓋２との接触面に絶縁性膜を成膜する、あるいは蓋２と吸熱側電極５両方に絶縁性膜を成膜する、などの構成により熱電変換装置を構成することが可能である。
【００３６】
図１に示した実施形態に比べ吸熱側絶縁基板４を省略することができるため、熱抵抗が小さく、熱電素子の吸熱側端面の温度を吸熱対象物の温度に近づけることができ、熱電変換装置の発電効率を向上することができる。
【００３７】
図８は、本発明に関わる熱電変換装置の第３の実施形態を示しており、この熱電変換装置２２は、蓋７１と放熱側基板１４とを接続する枠を、高さ方向において２分割されている枠２３と枠２４とで構成することを特徴としている。蓋７１と放熱側基板１４は、Ａｌ２０３等のセラミックで構成され、枠２３、枠２４は、、溶接するために、例えばコバールで構成されている。
【００３８】
枠２３が銀ろう８を介してろう付けされた金属部７２を有する蓋７１と、枠２４が銀ろう８を介してろう付けされた金属部７３を有する放熱側基板１４とを枠２３と枠２４の当接面において嵌合し、枠２３と枠２４とが重なり合った部分をレーザで溶接し、さらに、減圧雰囲気下で封止孔３をレーザで溶融して塞ぐことにより、気密封止構造を実現することができる。金属部７２と７３は、例えばＣｕ等で形成される。
【００３９】
この実施形態においては、枠２３と枠２４とを嵌合する構造としたので、熱電変換装置製作時に、素子高さのばらつき、はんだ接合の組み立てばらつきなどをこの嵌合の具合で吸収可能とし、容易に気密封止構造を実現することができる。
【００４０】
図９は、本発明に関わる熱電変換装置の第４の実施形態を示しており、この熱電変換装置３１は、蓋３２と放熱側基板１４とを接続する枠を、高さ方向両端部、すなわち、蓋３２ならびに放熱側基板１４との接合部において曲げ加工されている枠３３で構成することを特徴としている。蓋３２および放熱側基板１４はＡｌ２Ｏ３等のセラミック、枠３３は溶接可能な金属、たとえばコバールで構成されている。
【００４１】
枠３３の一端部と放熱側基板１４との接合は、ろう材８を介してろう付けされている。曲げ加工された枠３３の曲折部にははんだフィレット形状が形成され、接合強度の向上に寄与する。
【００４２】
一方、枠３３の他端部の曲折部と蓋３２に対する接合は、溶接によって行う。蓋３２には、Ｃｕ等で形成される金属部３６にろう材８を介してコバールリング３５がろう付けされており、このコバールリング３５と枠３３が溶接される。このとき、他端部の端面は、熱電変換装置３１の外部に向けられるようにしておく。この曲げ加工によって、枠３３と蓋３２との接触面積を向上させることが出来る。蓋３２にあらかじめろう付けにより盛られたコバールと枠３３との接合界面に対してレーザ光を照射して、溶接を行う。
【００４３】
このように、金属製の枠の接合端面を曲げ加工しておくことにより、溶接においてもろう付けにおいても、接合強度を向上させることが容易となり、この結果、枠の厚さを薄くすることに寄与する。
【００４４】
図９の熱電変換装置３１においては、吸熱側電極の構造も異なっている。蓋３２の主面のうち、熱電変換装置の内部に対向する主面に熱電素子10，11の吸熱側端面が対向する領域を囲うように、金属突起３４が立設されている。金属突起３４は、Cuなどの良導体で形成されることが望ましい。この金属突起によって囲われた領域に金属細線網６を配置し、また、この金属細線網６に押し付けられるように熱電素子10，11の吸熱側端面が配置される。これにより、金属突起３４によって金属細線網６や熱電素子10，11のずれを抑制し、接触不良を低減することが可能となっている。
【００４５】
図１０は、本発明に関わる熱電変換装置の第５の実施形態を示しており、この熱電変換装置４１は、箱型構造体の内部空間に絶縁部材であるセラミック板４２が立設されている。セラミック板４２は、熱電素子１０，１１を電気的に結ぶ放熱側電極１３上の、熱電素子１０，１１の間に存するように置かれている。セラミック板の高さは、吸熱側電極５に至る程度であり、蓋や吸熱側絶縁基板までは至らない程度の高さに設定されている。
【００４６】
図１１は、本発明に関わる熱電変換装置の第６の実施形態を示しており、この熱電変換装置５１は、セラミック板４２のかわりに、絶縁部材である0.18mm〜0.22mmの粒度分布を持つ複数のガラス球５２を使用している。ガラス球は、箱型構造体の内部空間を満たすように充填される。互いのガラス球により生じる間隙に存する気体は、可能な限り排除し、減圧雰囲気としておくことが好ましい。ガラス球５２を使用することにより、個々に絶縁部材を配置する工程が省略できるため、製造性が容易となる。
【００４７】
図１２は、本発明に関わる熱電変換装置の第７の実施形態を示している。本実施形態の熱電変換装置６１は、吸熱側電極５により囲われた熱電素子間の間隔を、当該電熱素子と当該吸熱側電極５に隣接する吸熱側電極により囲われた熱電素子との間隔よりも短くした構成である。具体的には、吸熱側電極５により電気的に接続されているｐ型熱電素子10ｂとｎ型熱電素子11ｂとの間隔の方が、放熱側電極13により電気的に接続されているｐ型熱電素子10ｂとｎ型熱電素子11ａとの間隔よりも短くなっている。この構成により、隣接する吸熱側電極５同士の絶縁性を確保するとともに熱電素子の実装密度を向上させ、単位面積当りの発電性能を向上させる。枠９の材質としては、枠９への流熱量を減らし、各熱電素子への流熱量を増やすために熱伝導率が小さいものが望ましい。ここでは、蓋２との溶接を容易にするために、蓋２と同一の材質であるコバールを使用する。図１２に示すように、枠９のろう材８との接合面を断面を三角形状である面取り形状にするとともに、ろう材８に面取り形状に対応したフィレットを形成することで接合強度を向上させる。接合強度の向上に際し、枠９とろう材８をこのような形状としたのは、仮に枠９とろう材８を同図の水平方向に太くした場合には、その分だけ熱が伝導し易くなってしまい、また装置自体の大型化を招く要因にもなるためである。なお、ろう材８の材質については、熱電変換装置の使用温度で接合性が低下しないものであれば、特に限定するものではない。
【００４８】
また、枠９には蓋２との接触部分に外側へ折り返す折返部を設け、枠９の蓋２との接触面の面積を拡大することで、枠９と蓋２とを溶接し易くする。さらに、枠９の折返部と蓋２の端部とを外部からレーザで溶接することで、溶接状態についての外観検査を容易にし、これによって気密性を確実なものとする。なお、枠９は、機械加工による削り出しにより製作することができるが、上記と同様の形状に加工できるのであれば、特に加工方法を限定するものではない。
【００４９】
また、蓋２には、枠９との接合部分の内側に圧力が加えられる方向に折れ曲がる折曲部を設けて蓋２に弾性を持たせることで、蓋２を吸熱側基板４に押し付けながら枠９に溶接する際の組立を容易なものにする。
【００５０】
放熱側の使用温度は200℃とし、電極には銅を、放熱側基板14にはSi３N４基材のセラミックス基板を、はんだ材にはPb-8Sn-2Agはんだペーストをそれぞれ使用する。なお、はんだは、融点が200℃以上であれば、その材質を特に限定するものではない。
【００５１】
熱電変換装置からスルーホール１６を介して取り出された外部配線１８を絶縁樹脂１９によりコーティングする。配線の引き出しにスルーホール１６を利用することにより、熱電変換装置の気密性の確保を容易なものとする。また、金属箔１５と絶縁樹脂１９のそれぞれの外面が位置する高さを合わせることで、ヒートシンク等の熱源に接触させる際の接触熱抵抗を低減する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の熱電変換装置においては、複数のｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の吸熱面に取り付ける吸熱側電極を蓋に対して、圧接による摺動可能な保持構造とすることにより、蓋や熱電素子がそれぞれに異なる比率で熱膨張しても、接合部や熱電素子の損傷を防ぐことができ、従来の熱電変換装置と比較して、優れた信頼性を有する熱電変換装置を提供できる。
【００５３】
また、吸熱側電極に網構造を有する金属細線を用いることにより、変換装置組立時の素子の高さバラつきを吸収することができるため、接合性が向上し、信頼性の高い熱電変換装置を提供できる。
【００５４】
さらに、熱電変換装置を気密封止構造とすることにより、熱電素子や接合部の酸化による劣化を防止することができ、信頼性の高い熱電変換装置を提供できる。
【００５５】
蓋２と放熱側基板１４により吸熱側絶縁基板４、吸熱側電極５、金属細線網６が挟持されることにより、変換装置が加熱され熱変形しても、各熱電素子10，11と吸熱側電極５との接触面ですべりが生じ、素子の破損等が生じるのを防ぐことができる。
【００５６】
吸熱側電極５の周縁に、組立時や熱変形時に熱電素子の側面と接触する凸部を設けることにより、熱電素子吸熱面側端面から外れることを防止することができる。
【００５７】
金属細線網６により、熱電素子の高さばらつきや熱電素子をはんだ１２により放熱側基板に接合したときの組立ばらつきを網構造の変形作用によって吸収し、全熱電素子に加圧力を加えることが可能となる。また、周縁に凸部を設けた吸熱側電極５と金属細線網６とを組み合わせることにより金属細線網６の脱落を防止でき、組立性も向上する。吸熱側電極５が網構造で形成されていてもよい。
【００５８】
吸熱側電極５は個々に電気的に独立している必要があるが、気密封止構造を実現するには蓋２と枠９との溶接が必要で、作業性の点から蓋２は金属が望ましい。そのため蓋２と吸熱側電極５との間に吸熱側絶縁基板４を設けることにより確実に絶縁をすることができる。また、セラミック板４２を各熱電素子10,11の間に配置したことで、熱電素子10,11間の絶縁性を向上させることができる。ここで吸熱側絶縁性基板の両面に金属箔を設けることにより、蓋２から各熱電素子10、11への熱パスを形成するとともに、変換装置組立時の厚さ方向のばらつきを吸収することが期待できる。また、蓋２の吸熱側電極５との接触面や吸熱側電極５の蓋２との接触面に絶縁性薄膜を形成することにより吸熱側絶縁性基板４を省略することができ、構造が単純で、熱的にも吸熱対象物と熱電素子の吸熱側端面の温度差を小さくすることができ、熱電変換装置としての発電効率を向上させることができる。
【００５９】
熱電素子の位置を規制する絶縁部材が隣り合う熱電素子の間に配置されることによって、不意の衝撃による大きなずれが熱電素子に対して加えられても、隣接する熱電素子との接触を防止できたり、摺接している吸熱側電極からの離脱を防止することが可能となる。この絶縁部材は、液体でも固体でもよいが、内部空間が物質により充填されてしまう場合、この物質の熱膨張によって、溶接部分の破壊や導通不良などが発生することが懸念されるため、粉末もしくは複数の粒子状物質を充填する構造とすることが好ましい。この粉末や粒子状物質は熱電変換装置の動作温度領域において互いに融着しない構成であることが好ましい。また、壁構造体とする場合には、箱構造体を構成する部材のうちいずれか一部材、あるいは、複数の平面が不連続に連結されてなる箱構造体の連続な一平面のみと接合されるように構成することが好ましい。
【００６０】
本熱電変換装置は、高温側の使用温度を600℃としたため、熱電素子には、スクッテルダイト構造を有するｐ型およびｎ型の熱電素子を使用した。600℃の大気雰囲気ではスクッテルダイト熱電素子は酸化し、性能が低下する。そこで、蓋２、枠９、放熱側基板14からなる気密封止構造とすることにより、減圧雰囲気を実現可能とし、各熱電素子10，11の酸化を防止することが可能となり、熱電変換装置１をいかなる場所にも設置することができる。
【００６１】
吸熱側電極５により囲われた熱電素子間の間隔を、当該電熱素子と吸熱側電極５に隣接する吸熱側電極により囲われた熱電素子との間隔よりも短くしたことで、隣接する吸熱側電極５同士の絶縁性を確保することができ、熱電素子の設置密度を向上させ、単位面積当りの発電性能を向上させることができる。
【００６２】
枠９のろう材８との接合面を面取り形状にしたことで、枠９とろう材８との接合強度を向上させることができる。
【００６３】
枠９の蓋２との接触部分に外側へ折り返す折返部を設けたことで、枠９の蓋２との接触面の面積が拡大されるので、枠９と蓋２との溶接を容易にすることができる。
【００６４】
枠９の折返部と蓋２の端部とを外部からレーザで溶接することで、溶接状態についての外観検査を容易にし、これによって気密性を確実なものにすることができる。
【００６５】
蓋２の枠９との接合部分の内側に圧力が加えられる方向に折れ曲がる折角部を設けたことで、蓋２が弾性を持つようになるので、蓋２を吸熱側基板４に押し付けながら枠９に溶接する際の組立を容易なものにすることができる。
【００６６】
なお、変形可能な構造部材とは、熱電素子によって表面に圧力が加えられた際に、表面が変形して熱電素子との接触面積が増大する部材のことであり、例えば網状部材のほか、格子状、凸凹状、型押しによって形成される板状等の部材が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に関わる熱電変換装置の一実施形態を示す断面図
【図２】本発明に関わる熱電変換装置の製造方法を示す工程図
【図３】本発明に関わる熱電変換装置の製造方法を示す工程図
【図４】本発明に関わる熱電変換装置の製造方法を示す工程図
【図５】本発明に関わる熱電変換装置の製造方法を示す工程図
【図６】本発明に関わる熱電変換装置の製造方法を示す工程図
【図７】本発明に関わる熱電変換装置の他の実施形態を示す断面図
【図８】本発明に関わる熱電変換装置の他の実施形態を示す断面図
【図９】本発明に関わる熱電変換装置の他の実施形態を示す断面図
【図１０】本発明に関わる熱電変換装置の他の実施形態を示す断面図
【図１１】本発明に関わる熱電変換装置の他の実施形態を示す断面図
【図１２】本発明に関わる熱電変換装置の他の実施形態を示す断面図
【符号の説明】
【００６８】
１…熱電変換装置、２…蓋、３…封止孔、４…吸熱側絶縁基板、
５…吸熱側電極、６…金属細線、７…コバールリング、８…銀ろう、
９…枠、１０…ｐ型熱電素子、１１…ｎ型熱電素子、１２…はんだ、
１３…放熱側電極、１４…放熱側基板、１５…金属被膜、１６…スルーホール、
１７…はんだ、１８…外部配線、１９…絶縁樹脂、２０…組立治具
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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