(57)【要約】【課題】温度サイクルが付加されても気密封止を保って発電性能を向上することができるとともに、部品点数を減らすことで構造の単純化、生産性及び装置の信頼性の向上を図ることができる熱電変換装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属基板２と、この金属基板２の表面上の中央部に載置された熱電変換素子３と、熱電変換素子３の上面及び側面を覆う金属製の蓋４と、金属基板２の表面上の周辺部において、金属基板２と蓋４との間を気密封止する金属製の接合用金属部材５とを備えている。【選択図】図１
2007110082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材で内部空間が構成され、第１の主面と第２の主面とが互いに離間し対向する密閉容器と、
前記第１の主面上に形成される絶縁層と、
前記絶縁層表面に設けられる配線層と、
前記配線層上に一端が固着されて立設され、電気的に接続される複数の熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の他端に配置され、前記複数の熱電変換素子間を電気的に接続する金属細線網と、
前記金属細線網と前記第２の主面との間に設けられた絶縁部材と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
前記密閉容器を構成する金属部材のうち、少なくとも前記熱電変換素子の他端側に位置する前記金属部材の材料は、コバール若しくはステンレス、又は双方の材料を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
【請求項３】
前記密閉容器の密閉構造を構成するために設けられる複数の前記金属部材を連結する接合部は、前記金属部材の材料とニッケルとの合金により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記絶縁部材は、前記金属部材の内面に溶射膜として密着して形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項５】
前記溶射膜はホワイトアルミナ、グレイアルミナ、マグネシアスピネル、クロミア、又はジルコンのいずれかの素材で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項６】
前記第１の主面を有する基板を貫通して設けられるスルーホール配線と、
前記スルーホール配線を介して前記熱電変換素子において生じた起電力を前記熱電変換装置の外部に取り出す外部電極と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項７】
前記外部電極における前記スルーホール配線との接続面と反対の面は、前記第１の主面を有する基板の裏面と同一の高さであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項８】
前記外部電極における前記スルーホール配線との接続面と反対の面は、前記第１の主面を有する基板の裏面よりも前記スルーホール配線に近い位置となるように設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項９】
前記金属細線網は、金属箔で包まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項１０】
金属製の基板と、
前記基板の表面上の中央部に載置された熱電変換素子と、
前記基板の表面上の周辺部において接合され、前記熱電変換素子を内側に囲む枠体と、
前記基板の表面上において、一端が前記熱電変換素子に電気的に接続され、他端が前記枠体よりも外側に引き出され外部電極に接続された引出配線と、
前記基板の表面上に前記枠体を介して対向配置され、前記基板及び前記枠体とともに前記熱電変換素子を封止する蓋と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置。
【請求項１１】
前記引出配線の一端には前記熱電変換素子に電気的に接続する電極が一体に構成され、前記引出配線の他端には前記外部電極が一体に構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の熱電変換装置。
【請求項１２】
金属製の基板と、
前記基板の表面に載置された熱電変換素子と、
前記熱電変換素子を介在して前記基板に対向配置された蓋と、
前記熱電変換素子の周囲を取り囲んで前記基板の周縁部に一端が接合されるとともに、前記蓋の周縁部に他端が接合される高熱抵抗形状部を有する枠体と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置。
【請求項１３】
前記高熱抵抗形状部は、前記一端から前記他端に向かって複数の屈曲部が現われるように部材を成形して形成された形状であることを特徴とする請求項１２に記載の熱電変換装置。
【請求項１４】
前記高熱抵抗形状部は、二辺がなす内角が鋭角である山部と二辺がなす外角が鋭角である谷部とが交互に現われるように部材を前記基板と前記蓋との間で交互に接合して形成された形状であることを特徴とする請求項１２に記載の熱電変換装置。
【請求項１５】
前記蓋と前記基板とを含むような任意の切断面内において、前記枠体の端部以外の切断面に接合部が形成された形状であることを特徴とする請求項１２に記載の熱電変換装置。
【請求項１６】
金属製の密閉容器を構成する第１の主面上に絶縁層を介して配線層を形成する工程と、
接合材料を介して前記配線層上に熱電変換素子を接合する工程と、
前記熱電変換素子上に金属細線網を載置する工程と、
絶縁部材を前記金属細線網上に載置するとともに金属製の密閉容器を構成する第２の主面との間で挟持し、前記金属製の容器を溶接によって密閉することで前記金属製の容器内に形成される内部空間を気密に封止する工程と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
【請求項１７】
基板上に熱電変換素子を載置する工程と、
前記基板の表面上の周辺部に枠体を取り付ける工程と、
絶縁性を有する材料が溶射されて形成された溶射膜が内面に形成された蓋の、前記溶射膜上に金属細線網を固定する工程と、
前記基板の表面と前記蓋の内面とを対向配置し、前記蓋が前記溶射膜を介して前記金属細線網を前記熱電変換素子の他方の電極に押しつけるとともに、前記蓋の周辺部を前記枠体に取り付け前記基板と前記蓋と前記枠体とにより囲まれた空間内に前記熱電変換素子を気密封止する工程と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
【請求項１８】
前記気密封止する工程は、前記基板と前記枠体端部とを溶接して気密封止する工程であることを特徴とする請求項１７に記載の熱電変換装置の製造方法。
【請求項１９】
前記溶射膜上に前記金属細線網を載置する工程は、前記溶射膜上に塗布された無機接着剤を介して前記金属細線網を接合する工程であることを特徴とする請求項１７または請求項１８のいずれかに記載の熱電変換装置の製造方法。
【請求項２０】
金属製の基板の表面上においてその中央部からその周辺部に渡って引出配線を形成する工程と、
前記基板の表面上の周辺部に、前記引出配線を跨いで枠体を接合する工程と、
前記引出配線の一端部の領域に構成された電極に熱電変換素子を電気的に接続する工程と、
前記基板の表面上に前記枠体を介して蓋を取り付け、前記基板、前記枠体及び前記蓋により形成された空間内に前記熱電変換素子を封止する工程と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
【請求項２１】
前記引出配線を形成した後に、
金属箔に絶縁性を備えた接着膜が形成されているプリプレグを前記枠体を接合する領域及び前記熱電変換素子が載置される前記基板の表面上の中央部に張り合わせる工程と、
前記プリプレグを前記基板の表面上の中央部から取り除く工程と、
を備えることを特徴とする請求項２０に記載の熱電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換装置及びその製造方法に関し、特に熱を電気に或いは電気を熱に変換する熱電変換装置及びその製造方法に関する。
【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装置である。既に量産化されているものとしては、電気を熱に変換する温度調整ユニット等を挙げることができる。また、例えば、排熱から電気を取り出す発電ユニットとしても研究開発が進められている。
【０００３】
熱電変換装置の発電効率を熱電変換素子自体の発電効率に近づけるためには、熱電変換素子の一端部への熱供給と熱電変換素子の他端部からの放熱とをスムーズに行う必要がある。そのため、熱電変換装置を構成する絶縁基板には熱伝導に優れたセラミック基板が使用されている。そして熱電変換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。
【０００４】
また、熱電変換装置が２００℃以上の高温にさらされる場合には、直接熱にさらされる部材が熱により破壊されないということの他に、熱電変換素子や熱電変換素子を電気的に接続する電極が気密に封止されることが求められる。これは、熱電変換素子や電極が高温にさらされることにより酸化し、発電性能が低下することを防止するためである。熱電変換装置においては、前述のように絶縁基板にはセラミック基板が一般的に使用されており、このセラミック基板とケースとの間はろう接により気密封止がなされている。
【０００５】
熱電変換装置は、外部に取り出すことのできる起電力の出力を上げるために、基板上複数の熱電変換素子が電極を有する絶縁基板に挟まれて配列されるとともに、電気的に直列に熱的には並列に接続されて配置される。但し、個々の熱電変換素子の高さにばらつきがあることもあり、この場合、高温側から吸収された熱が十分に熱電変換素子に供給されない等の不都合が発生し、所望の発電性能が得られない場合がある。そこで、弾性を有する導電性部材を熱電変換素子の基板と接合された一端面と対向する他端面に配置し、さらに、その移動を防止するために導電性部材及び熱電変換素子を覆うキャップ型の電極を配置した熱電変換装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−６４４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている発明では、熱電変換装置における発電性能の向上を図ることが困難な場合も考えられる。すなわち、上述したキャップ型の電極を設けた場合に、これら複数の電極が互いに接触して短絡することを防止するため、基板上であって熱電変換素子の間に所定の高さを有する絶縁板が配置される。この絶縁板が配置されると、基板上に配置される熱電変換素子の個数が限定され、基板の単位面積あたりに占める熱電変換素子の割合が減ることになるため、熱電変換装置の出力密度を高めることができず、発電性能は低下することになる。
【０００７】
また、熱電変換装置においては、その動作中高温にさらされるので、熱電変換装置を構成する各部材が常温時に比して熱膨張し、しかも各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の変形量は異なる。特に、セラミックの基板とケースとの間の線膨張係数差が大きいためろう付部に加わる負荷が大きくなって破断が生じ、熱電変換装置の内部の気密性が劣化し発電性能が低下する。
【０００８】
さらに、熱源から熱電変換素子への熱抵抗は、熱源と熱電変換素子の間に介在する部材の種類、厚さ、部材間の機械的な接触に影響を受けることになる。特に機械的な接触による影響が大きいことから、部品点数を減らすことで熱源と熱電変換素子の間における機械的な接触を低減し、熱抵抗を低くして発電性能を向上させる必要がある。熱電変換装置の基板と冷媒との間においても、例えば、熱電変換装置から外部へ起電力を取り出す外部電極の厚みが基板よりも厚く基板と冷媒との間に隙間ができると、この間における熱抵抗が大きくなり、発電性能が低下する原因となる。
【０００９】
また、蓋との電気的な絶縁を図るためにセラミック基板を蓋の内面に隙間なく接触させて組み付ける場合も、加工精度の問題から蓋の内面とセラミック基板との間に隙間が生じ、この隙間に存在する空気層によって熱電変換素子への熱伝達ロスが生じる。この熱伝達ロスはキャップ型電極とセラミック基板との間でも生じ、これらの熱伝達ロスは発電性能の低下につながる。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、温度サイクルが付加されても気密封止を保って発電性能を向上することができるとともに、部品点数を減らすことで構造の単純化、生産性及び装置の信頼性の向上を図ることができる熱電変換装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、熱電変換装置において、金属部材で内部空間が構成され、第１の主面と第２の主面とが互いに離間し対向する密閉容器と、第１の主面上に形成される絶縁層と、絶縁層表面に設けられる配線層と、配線層上に一端が固着されて立設され、電気的に接続される複数の熱電変換素子と、熱電変換素子の他端に配置され、複数の熱電変換素子間を電気的に接続する金属細線網と、金属細線網と第２の主面との間に設けられた絶縁部材とを備える。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、熱電変換装置において、金属製の基板と、基板の表面上の中央部に載置された熱電変換素子と、基板の表面上の周辺部において接合され、熱電変換素子を内側に囲む枠体と、枠体が接合された基板の表面上において、一端が熱電変換素子に電気的に接続され、他端が枠体よりも外側に引き出された配線電極と、基板の表面上に枠体を介して対向配置され、基板及び枠体とともに熱電変換素子を封止する蓋とを備える。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、熱電変換装置において、金属製の基板と、基板の表面に載置された熱電変換素子と、熱電変換素子を介在して基板に対向配置された蓋と、熱電変換素子の周囲を取り囲んで基板の周縁部に一端が接合されるとともに、蓋の周縁部に他端が接合される高熱抵抗形状部を有する枠体とを備える。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、熱電変換装置の製造方法において、金属製の密閉容器を構成する第１の主面上に絶縁層を介して配線層を形成する工程と、接合材料を介して配線層上に熱電変換素子を接合する工程と、熱電変換素子上に金属細線網を載置する工程と、絶縁部材を金属細線網上に載置するとともに金属製の密閉容器を構成する第２の主面との間で挟持し、金属製の容器を溶接によって密閉することで金属製の容器内に形成される内部空間を気密に封止する工程とを備える。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る第５の特徴は、熱電変換装置の製造方法において、基板上に熱電変換素子を載置する工程と、基板の表面上の周辺部に枠体を取り付ける工程と、絶縁性を有する材料が溶射されて形成された溶射膜が内面に形成された蓋の、溶射膜上に金属細線網を固定する工程と、基板の表面と蓋の内面とを対向配置し、蓋が溶射膜を介して金属細線網を熱電変換素子の他方の電極に押しつけるとともに、蓋の周辺部を枠体に取り付け基板と蓋と枠体とにより囲まれた空間内に熱電変換素子を気密封止する工程とを備える。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る第６の特徴は、熱電変換装置の製造方法において、金属製の基板の表面上においてその中央部からその周辺部に渡って引出配線を形成する工程と、基板の表面上の周辺部に、引出配線を跨いで枠体を接合する工程と、引出配線の一端部の領域に構成された電極に熱電変換素子を電気的に接続する工程と、基板の表面上に枠体を介して蓋を取り付け、基板、枠体及び蓋により形成された空間内に熱電変換素子を封止する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、温度サイクルが付加されても気密封止を保って発電性能を向上することができるとともに、部品点数を減らすことで構造の単純化、生産性及び装置の信頼性の向上を図ることができる熱電変換装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置（密閉容器）１は、金属製の金属基板２と、この金属基板２の表面（以下、適宜「第１の主面α」という。）上の中央部に載置された熱電変換素子３と、熱電変換素子３の上面及び側面を覆う金属製の蓋４と、第１の主面αの周辺部において、金属基板２と蓋４との間を気密封止する金属製の接合用金属部材５とから構成される。すなわち、金属基板２、金属製の蓋４、接合用金属部材５と、その容器（熱電変換装置）１を構成する全ての部材が金属でできている。
【００２０】
第１の主面α上の中央部には絶縁層６が設けられ、この絶縁層６上には導電性の第１の配線層７が載置されている。絶縁層６には、例えば、樹脂若しくはセラミック粉末を含有した樹脂が好適に用いられる。具体的には、第１の実施の形態においては、金属基板２及び第１の配線層７に銅、絶縁層６にセラミック粉末を含有したエポキシ樹脂を使用することができる。第１の配線層７の上には、例えば半田等の接合材料８を介して熱電変換素子３が接合されている。
【００２１】
第１の配線層７と接合されていない熱電変換素子３の端部の上には、一対の熱電変換素子３を跨ぐように網目状の導電性部材として金属細線網９が配置されている。具体的には、金属細線網９には、直径０．６ｍｍのＣｕ細線を編み込んで形成されたストラップを所定の長さに切断したものを使用することができる。
【００２２】
金属細線網９は厚さ方向に弾性を有していることから、金属細線網９は実装された熱電変換素子３の高さのばらつきを吸収することができる。そのため、この金属細線網９により熱電変換素子３と第２の配線層１１との間の電気的な接続を確実に行うことができるとともに、熱電変換素子３を長さごとに選別、検定する等の工程を除くことができる。
【００２３】
金属細線網９の上には絶縁部材１０が配置されている。この絶縁部材１０の表面（図１中、下側表面）には第２の配線層１１が形成されており、絶縁部材１０の裏面（図１中、上側表面）の全面には金属被膜１２が設けられている。金属被膜１２は、蓋４において第１の主面αと対向する面（以下、「第２の主面β」という。）と接する。第２の配線層１１と金属被膜１２との間に絶縁部材１０を挟み込む構造とすることにより、絶縁部材１０の機械的強度を上げることができる。また、第２の主面βに金属被膜１２が接しているので、吸熱効率を高めることができる。
【００２４】
蓋４は、例えば、コバール或いはステンレス（好ましくは、ＳＵＳ３０４。）等の金属により構成されており、金属製の接合用金属部材５を介して金属基板２と金属接合されている。接合用金属部材５には、ニッケル（Ｎｉ）箔等の金属箔を使用することができる。これまでのセラミックの基板とは異なり、金属基板２も蓋４も金属でできていることから、金属基板２と蓋４との線膨張係数差が小さくなり、温度サイクルに伴い双方の接合部に発生する応力を減少させることができ、気密性を維持することができる。
【００２５】
第１の実施の形態に用いている配線層は、市販のメタル基板を熱電変換装置用に成形したものである。一般的に広く販売されているメタル基板は、金属基板２に銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などが用いられている。そして、フィラーを含有する絶縁性のエポキシ接着剤を用いて、銅箔がパターニングされた第１の配線層７が、金属基板２の第１の主面αに貼着されている。このような市販のメタル基板を利用する場合、コバールやステンレスといった合金との接合を行うには、ニッケル部品を介する溶接により合金を形成して金属結合させることが有効である。このため、金属基板２が表出しているメタル基板の外縁に沿って配設可能なように、接合用金属部材５には、メタル基板の外周と同じ外形の枠状ニッケル部材を用いる。なお、金属基板２の材料として蓋４と同じ材料を用いることができる場合には、接合用金属部材５は不要である。
【００２６】
蓋４は、その第２の主面βにおいて金属被膜１２に接して複数の熱電変換素子３の上面及び側面を覆うように配置されて、金属基板２の周辺部において金属製の接合用金属部材５を介して金属基板２と接合されている。蓋４と金属基板２とが接合されることで熱電変換素子３上に載置されている絶縁部材１０（第２の配線層１１）及び金属細線網９は、蓋４及び金属基板２によって熱電変換素子３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。
【００２７】
蓋４において接合用金属部材５に当接する部分はフランジ形状に加工されている。蓋４のフランジの端部と接合用金属部材５と金属基板２とが重ね合わされている側面部分は、全周に渡ってレーザ溶接が施されていて、ニッケルを組成に含む合金が形成されることにより接合されている。
【００２８】
このように、熱電変換装置１は金属基板２及び蓋４により囲まれた内部空間を有し、この内部空間が外部に対して密閉された密閉容器となる。密閉容器の内部は、高温にさらされても密閉容器が変形、破壊が生じにくいように、減圧雰囲気に設定されている。各熱電変換素子３は、減圧雰囲気が維持された密閉容器内に気密に封止されている。
【００２９】
なお、この熱電変換素子３にはｐ型熱電変換素子３ａとｎ型熱電変換素子３ｂとの２種類がある。複数のｐ型熱電変換素子３ａと複数のｎ型熱電変換素子３ｂとが交互に電気的に直列に接続され、かつ熱的に吸熱側から放熱側に向かって並列に配置されている。
【００３０】
ここで、熱電変換素子３において、ｐ型熱電変換素子３ａとｎ型熱電変換素子３ｂとでは、熱を加えたときに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。ｐ型の熱電変換素子３ａ、ｎ型の熱電変換素子３ｂを第１の配線層７並びに第２の配線層１１によって電気的に直列に接続することによって、起電力の電圧を昇圧させるようになっている。
【００３１】
電気的に直列接続する構成としては、例えば、ｐ型熱電変換素子３ａ、ｎ型熱電変換素子３ｂを金属基板２上で行方向及び列方向に交互に配置し、各行において一対のｐ型熱電変換素子３ａ、ｎ型熱電変換素子３ｂの一端にそれぞれ１つの第１の配線層７を電気的に接触させる。そして、共通の第１の配線層７に接続されていない隣接する一対のｐ型熱電変換素子３ａ、ｎ型熱電変換素子３ｂの他端にそれぞれ１つの第２の配線層１１を電気的に接触させる。すなわち、各行の端部におけるｐ型熱電変換素子３ａ、ｎ型熱電変換素子３ｂについては、列方向に隣接する熱電変換素子同士を第１の配線層７或いは第２の配線層１１により電気的に接触させた構成とする。このような構成とすることで、熱から変換された電流は、ｐ型熱電変換素子３ａとｎ型熱電変換素子３ｂとを交互に通過して外部電極から取り出される。
【００３２】
金属基板２と絶縁層６を貫通して設けられたスルーホール配線１３は、さらに金属基板２の外部に露出した部分において金属層１４と接続され、この金属層１４が半田１５を介して外部電極１６と接続されることで、熱電変換素子３において生成された起電力が外部に取り出されることになる。
【００３３】
次に、熱電変換装置１の製造方法（組立方法）の一例について、図２ないし図７を利用して説明する。
【００３４】
図２に示すように、金属基板２（第１の主面α）に、第１の配線層７を設けた絶縁層６を接合するとともに、スルーホール配線１３を形成する。絶縁層６は、第１の主面αの表面全体に接合されるのではなく、後述する蓋４と金属基板２との接合領域を確保するため、金属基板２の周縁に沿った周辺部において、絶縁層６が接合されない領域が存在するように金属基板２の中央部に接合される。
【００３５】
図３に示すように、第１の配線層７の上の所定部位に接合材料８を塗布する。接合材料８は、例えば半田が好適に用いられるが、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるのであれば、その材質を特に限定するものではない。
【００３６】
次に、図４に示すように、接合材料８が塗布された箇所であって、例えば上述した配列に従って複数の熱電変換素子３ａ及び３ｂを載置し、第１の配線層７と熱電変換素子３ａ、３ｂのそれぞれとを接合する。例えば、接合材料８に半田を用いた場合には、リフロー炉内において、第１の配線層７と熱電変換素子３ａ、３ｂのそれぞれとは一括して接合される。
【００３７】
図５に示すように、熱電変換素子３ａと３ｂとを跨ぐ（双方の間を電気的に接続する）ように金属細線網９を載置する。本工程においては、金属細線網９は熱電変換素子３との間において接合はせず、あくまでも載置するだけである。
【００３８】
その後、熱電変換素子３上に載置された金属細線網９の上に、予め表面に第２の配線層１１、裏面に金属被膜１２を設けた絶縁部材１０を載置する。図６からも明らかなように、第２の配線層１１は、金属細線網９と接する範囲にのみ設けられている。なお、本工程においても、絶縁部材１０は金属細線網９と接合されることはなく、金属細線網９の上に載置されるだけである。
【００３９】
そして、図７に示すように、蓋４を絶縁部材１０の上から金属被膜１２と接して熱電変換素子３の上面及び側面を覆うとともに、蓋４の側面部分を上述した絶縁層６が接合されていない金属基板２の表面の周辺部に配置する。その後、この蓋４と金属基板２との間を金属製の接合用金属部材５を介して接合する。なお、第１の実施の形態では、蓋４の素材としてＳＵＳ３０４、接合用金属部材５にＮｉを使用したが、気密封止を維持できるのであれば蓋４、接合用金属部材５の素材としてこれらの素材に限定されるものではない。
【００４０】
このように蓋４と金属基板２を接合することによって、両者の間に熱電変換素子３が配置される内部空間Ｃ１が生成される。蓋４に予め設けられていた封止孔１７を利用してこの内部空間Ｃ１内を、例えば大気圧に対して０．０７ＭＰａだけ減圧して減圧雰囲気にし、または、併せて窒素やアルゴンガス等を充填して非酸化雰囲気にし、封止孔１７をレーザにより溶融して気密に封止する。これにより、気密封止構造を有する熱電変換装置１を得ることができる。そして、熱電変換装置１により発電された電気を外部に取り出すための外部電極１６をスルーホール配線１３の部分に取り付ける。なお、熱電変換装置１に設けられるスルーホール配線１３は１つに限らず、複数設けられてもよい。
【００４１】
このようにして、金属製の基板２に金属製の接合用金属部材５を介して金属製の蓋４を接合することにより、熱電変換装置１の外部を構成する各部材の線膨張係数差を減少することができることから、熱電変換装置１が高温にさらされても金属基板２と蓋４との間の接合部分が破壊され気密封止を損なうことがなくなる。従って、熱電変換装置１内の内部空間Ｃ１に設けられた熱電変換素子３の発電性能を向上することができ、信頼性に優れた熱電変換装置１を実現することができるとともに、この熱電変換装置１を簡易に製作することができる。
【００４２】
（第１の変形例）
次に第１の実施の形態における第１の変形例について説明する。なお、第１の変形例並びに第１の実施の形態におけるそれ以降の各変形例において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【００４３】
第１の変形例の構成は、第１の実施の形態に示した構成とは蓋４が蓋４と枠体４ａとに分割され、枠体４ａと金属基板２との接合方法において相違する。すなわち、第１の実施の形態においては、蓋４を金属基板２の表面上の周辺部において金属製の接合用金属部材５を介して接合したが、第１の変形例においては、金属基板２の裏面上の周辺部において枠体４ａが接合される。
【００４４】
熱電変換装置１は、吸収した熱から熱電変換素子３を用いて発電する。より大きな出力を発生させ熱電変換効率を上げるためには、第１の主面αにおいて単位面積あたりにより多くの熱電変換素子３を配置する必要がある。しかし、蓋４を第１の主面αの周辺部において接合すると、蓋４と金属基板２との接合に一定の接合面積が必要となり、熱電変換素子３を配置するために必要となる第１の主面αの表面面積が減少することになる。そこで、第１の変形例における熱電変換装置１においては、熱電変換素子３の第１の主面α上における実装効率を向上しつつ、蓋４と金属基板２との接合面積を十分に確保するようにしたものである。
【００４５】
すなわち、図８に示すように、熱電変換素子３の側面を覆う部分の枠体４ａが金属基板２の裏面に回り込むように構成し、この枠体４ａと金属基板２の裏面の周辺部との間を金属製の接合用金属部材５を介して接合する。これにより第１の主面αと比べても金属基板２の裏面には枠体４ａとの接合領域を十分に確保することができる。接合領域（金属基板２の裏面の周辺部）においては、金属基板２の裏面の中央部に比べて、金属基板２の厚さが薄く設定されており、接合用金属部材５の位置決めが容易に行えるとともに、枠体４ａ（接合部分）が金属基板２の裏面の中央部より突出しないようになっている。
【００４６】
このようにして、枠体４ａを金属基板２の裏面において接合することにより、第１の主面αに接合領域を設けずに熱電変換素子３の実装領域として有効に利用することができ、第１の主面α上により多くの熱電変換素子３を配置することができる。従って、熱電変換装置１において、気密封止を保ちつつ発電性能をより一層向上することができる。
【００４７】
（第２の変形例）
次に第１の実施の形態における第２の変形例について説明する。
【００４８】
第２の変形例においては、上述の第１の実施の形態とは異なり、図９に示すようにスルーホール配線１３の構成が異なる。すなわち、第２の変形例においては、図１０（Ａ）に示すように、まず金属基板２にスルーホール配線１３を形成するために、予め貫通孔１３Ａを形成する。引き続き、図１０（Ｂ）に示すように、貫通孔１３Ａに絶縁材１３Ｂを埋め込み、金属基板２に形成した貫通孔１３Ａを一旦塞ぐ。その上で第１の主面αに第１の配線層７を有する絶縁層６を接合し、金属基板２の裏面には絶縁層１３Ｃ及び金属層１４を接合する（いずれも図１０においては図示せず。）。従って、下の層から見ると、金属層１４、絶縁層１３Ｃ、金属基板２、絶縁層６、第１の配線層７の順に層が形成されている（図９参照。）。
【００４９】
この状態において、図１０（Ｃ）に示すように、上述した各層を貫通するスルーホール１３Ｄを形成する。スルーホール１３Ｄは、例えばドリルを使用した機械加工により形成する。また、スルーホール１３Ｄは打ち抜き加工により形成してもよい。図１０（Ｄ）に示すように、スルーホール１３Ｄの少なくとも内壁に沿ってスルーホール配線１３を形成する。スルーホール配線１３は、例えばめっきにより形成することができる。そしてその後、外部電極１６を半田１５を介して金属層１４に接合する。
【００５０】
このようなスルーホール配線１３の製造方法を採用することで、熱電変換装置１内の内部空間Ｃ１を気密に封止して熱電変換素子３の発電性能を向上することができ、信頼性に優れた熱電変換装置１並びにその製造方法を実現することができるだけではなく、スルーホール配線１３の製作に特別な治具等を用いることなく、簡易にスルーホール配線１３を製作することができる。
【００５１】
（第３の変形例）
次に、第１の実施の形態における第３の変形例について説明する。
【００５２】
第３の変形例においては、上記第１の実施の形態とは異なり、図１１に示すようにスルーホール配線２３の構成が異なる。まず、金属基板２にスルーホール配線２３を形成するために、予め貫通孔２３Ａを形成する。この貫通孔２３Ａは金属基板２の表面（第１の主面α）に開いた径よりも裏面の径を大きく形成する。続いて、貫通孔２３Ａに絶縁材２３Ｂを埋め込み、金属基板２に形成した貫通孔２３Ａを一旦塞ぐ。但し、絶縁材２３Ｂは貫通孔２３Ａを完全に埋めるのではなく、金属基板２の裏面から見て窪みが形成されるように埋める。
【００５３】
その上で金属基板２の表面に第１の配線層７を有する絶縁層６を接合し、これら第１の配線層７を除く各層を貫通するスルーホール２３Ｃを形成する。スルーホール２３Ｃは例えばドリルを使用した機械加工により形成する。また、スルーホール２３Ｃは打ち抜き加工により形成してもよい。
【００５４】
そして、スルーホール２３Ｃの内壁にスルーホール配線２３を形成するとともに、絶縁材２３Ｂと接し金属基板２の裏面と同一平面を形成するようにランド部２３Ｄを形成する。スルーホール配線２３及びランド部２３Ｄは、例えばめっきにより形成することができる。その後、図１１には記載していないが、半田１５を介して外部電極１６を接合する。
【００５５】
このようなスルーホール配線１３の製造方法を採用することで、熱電変換装置１内の内部空間Ｃ１を気密に封止して熱電変換素子３の発電性能を向上することができ、信頼性に優れた熱電変換装置１並びにその製造方法を実現することができるとともに、形成するランド部２３Ｄの大きさを設計上自由に決めることが可能となる。すなわち、図１１のＡに示すようにランド部２３Ｄと金属基板２との間の距離、いわゆる絶縁距離を自由に決めることができることにつながるため、ランド部２３Ｄと金属基板２との間の絶縁をより確実に行うことが可能となる。さらに、外部電極１６とランド部２３Ｄの接合部分の面積を絶縁距離との兼ね合いを考慮しつつ最大限大きくすることができるため、外部電極１６とランド部２３Ｄとの間の接合をより簡易に強固なものとすることができる。
【００５６】
なお、第３の変形例では貫通孔２３Ａを１段の段が付くように開孔したが、金属基板２の裏面の孔の方が表面の孔よりも大きく開孔されていれば、すなわち金属基板２の裏面から表面に向かって径が小さくなるように開孔されていれば、例えば、テーパ状に開孔する等、どのような形状となっていてもかまわない。
【００５７】
また、第３の変形例におけるランド部２３Ｄのように、ランド部２３Ｄは設置性の問題から同一平面上をすることが望ましいが、必ずしも同一平面上に形成されなくても良い。但し、金属基板２と冷熱源との接触を妨げないように配慮してあることが好ましい。
【００５８】
（第４の変形例）
次に第１の実施の形態における第４の変形例について説明する。
【００５９】
第４の変形例に係る熱電変換装置１は、図１２に示すように、金属基板２の裏面にフィン２ａを備えた点に特徴がある。第４の変形例において、フィン２ａは、金属基板２に機械加工し易い金属を採用しているので、金属基板２の裏面の切削加工、エッチング加工等により、製作することができる。
【００６０】
すなわち、放熱側である金属基板２の裏面に放熱効果の高いフィン２ａを備えることにより、熱電変換装置１の放熱効率を向上させることができ、熱電変換素子３の発電効率を向上させることができるので、熱電変換装置１の発電性能をより一層向上させることができる。
【００６１】
なお、フィン２ａは、金属基板２の裏面を加工して製作するのではなく、金属基板２とは別体として製作し金属基板２の裏面に装着してもよい。
【００６２】
（第５の変形例）
次に第１の実施の形態における第５の変形例について説明する。
【００６３】
第５の変形例に係る熱電変換装置１は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、金属基板２に熱交換ジャケット機能を備える点に特徴がある。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断して熱交換ジャケット２ｂを平面で表わした図である。
【００６４】
すなわち、熱交換ジャケット機能は、熱電変換装置１の金属基板２の内部に引き回された、媒体を循環させる流路２ｃを備えて構成されている。流路２ｃは、均等かつ高い熱交換効率が得られるように、外部電極１６との接続領域を除き、金属基板２の全域に蛇行するように引き回されている。金属基板２を２枚の基板の貼り合わせにより製作し、少なくとも一方の貼り合わせ基板に機械加工やエッチング加工により流路２ｃを形成することにより、金属基板２に簡易に熱交換ジャケット機能を備えることができる。
【００６５】
金属基板２に熱交換効果の高い熱交換ジャケット機能を備えることにより、熱電変換装置１の熱交換効率を向上することができ、熱電変換素子３の発電効率を向上することができるので、熱電変換装置１の発電性能をより一層向上することができる。
【００６６】
なお、前述の第４の変形例に係る熱電変換装置１と同様に、第５の変形例に係る熱電変換装置１においては、金属基板２の裏面に、金属基板２とは別体として製作した熱交換ジャケット２ｂを装着してもよい。また、図１４に示すように併せて第４の変形例で述べたフィン２ａを装着して表面積を大きくしても良い。
【００６７】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態並びに第２の実施の形態における各変形例において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【００６８】
図１５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置３１は、基板３２と、基板３２上の熱電変換素子３と、熱電変換素子３上の蓋３４とを備えており、絶縁性を有する蓋３４の内面に密着して形成されている溶射膜３５を備える。
【００６９】
基板３２は、絶縁基板３２ａ、絶縁基板３２ａに設けられた金属膜３２ｂ及び配線層３７によって構成される。なお、ここで基板３２の表面とは、熱電変換素子３が載置される面を意味し、裏面とは金属膜３２ｂが設けられた面を意味する。絶縁基板３２ａには、例えば、図１５に示すような第２の実施の形態におけるセラミック板の他、樹脂若しくはセラミック粉末を含有した樹脂が好適に用いられる。また、金属膜３２ｂは、例えば接合し、或いは蒸着等により絶縁基板３２ａの裏面に形成されてもよい。金属膜３２ｂには、例えば銅を好適に使用することができる。絶縁基板３２ａの表面の配線層３７の上には、例えば半田等の接合材料８を介して熱電変換素子３が接合されている。
【００７０】
熱電変換素子３にはｐ型熱電変換素子３ａとｎ型熱電変換素子３ｂとの２種類がある。複数のｐ型熱電変換素子３ａと複数のｎ型熱電変換素子３ｂとが交互に電気的に直列に接続され、かつ熱的に吸熱側から放熱側に向かって並列に配置されている。
【００７１】
蓋３４は、例えば、コバール或いはステンレス（好ましくは、ＳＵＳ３０４。）等の金属により構成されており、その内面に密着させるようにして溶射膜３５を設けている。なお、ここで蓋３４の内面とは、基板３２の表面と熱電変換素子３を介して対向する面を意味し、蓋３４のうち熱電変換装置３１として構成された場合に外部と接する面を外面とする。
【００７２】
溶射膜３５は、絶縁性を有するセラミックス材料を用いている。このセラミックス材料としては、電気絶縁性、耐摩耗性があり、蓋３４を構成する例えば、コバール或いはステンレスに対する相性がよい、例えば、ホワイトアルミナ、グレイアルミナ、マグネシアスピネル、クロミア、又はジルコン等を適宜選択して溶射することができる。なお、蓋３４の内面における溶射膜３５の溶射範囲は、蓋３４の全面でもよいが、少なくとも熱電変換素子３が配列されている領域を覆う程度には溶射膜３５が形成される必要がある。
【００７３】
蓋３４は、複数の熱電変換素子３の上面を覆う位置に配置され、枠体３９と接合されている。蓋３４と枠体３９とが接合されることで熱電変換素子３上に載置されている金属細線網９は、蓋３４、枠体３９及び基板３２によって熱電変換素子３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押さえ付けられている。
【００７４】
枠体３９において蓋３４に当接する部分はフランジ形状に加工されている。蓋３４と枠体３９のフランジの端部とが重ね合わされている側面部分は、全周に渡ってレーザ溶接が施され接合されている。
【００７５】
熱電変換素子３の配線層３７と接合されていない端部の上には、一対の熱電変換素子３を跨ぐように網目状の導電性部材として金属細線網９が配置されている。
【００７６】
枠体３９は、絶縁基板３２ａの表面上周辺部に設けられた枠接続用電極４０上の接合用接着材４１を介して絶縁基板３２ａに接合されている。すなわち、枠体３９はその内部に熱電変換素子３を囲み基板３２及び蓋３４との間をつないでいる。接合用接着材４１としては、例えばろう材が好適に用いられる。
【００７７】
このように、熱電変換装置３１は基板３２、蓋３４及び枠体３９により囲まれた内部に空間を有し、この内部空間が外部に対して密閉された箱形構造体となる。箱形構造体の内部は、高温にさらされても箱形構造体が変形、破壊が生じにくいように、減圧雰囲気に設定されている。各熱電変換素子３は、減圧雰囲気が維持された箱形構造体内に気密に封止されている。
【００７８】
絶縁基板３２ａを貫通して設けられたスルーホール配線４２は、さらに絶縁基板３２ａの外部に露出した部分において接合材料（図示せず。）を介して外部電極４３と接続されることで、熱電変換素子３において生成された起電力が外部に取り出されることになる。
【００７９】
次に、熱電変換装置３１の製造方法（組立方法）の一例について、図１６ないし図２３を利用して説明する。
【００８０】
図１６に示すように、まず熱電変換装置３１のうち蓋３４を除く基板３２の部分を製造する。絶縁基板３２ａ及び金属膜３２ｂからなる基板３２の表面上に、配線層３７を接合するとともに、スルーホール配線４２及び外部電極４３を形成する。配線層３７は、基板３２の表面全体に接合されるのではなく、基板３２の表面において枠体３９との接合領域を確保するため、基板３２の周縁に沿った周辺部において、配線層３７が接合されない領域が存在するように基板３２の中央部に接合される。基板３２の周縁に沿った周辺部は、枠体３９と基板３２の接合領域とされ、枠接続用電極４０が形成される。
【００８１】
図１７に示すように、基板３２上に形成された枠接続用電極４０の上に、さらに接合用接着材４１を介して枠体３９を接合する。
【００８２】
図１８に示すように、配線層３７の上の所定の部位に接合材料８を塗布する。接合材料８は、例えば半田が好適に用いられるが、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができるのであれば、その材質を特に限定するものではない。
【００８３】
図１９に示すように、接合材料８が塗布された箇所であって、例えば第１の実施の形態で述べたような配列に従って複数の熱電変換素子３ａ及び３ｂを載置し、配線層３７と熱電変換素子３ａ、３ｂのそれぞれとを接合する。例えば、接合材料８に半田を用いた場合には、リフロー炉内において、配線層３７と熱電変換素子３ａ、３ｂのそれぞれとは一括して接合される。
【００８４】
次に、蓋３４を製造する。図２０に示すように蓋３４の外面を下に向けて（内面を上に向けて）載置する。蓋３４には予め封止孔３４ａを形成しておく。
【００８５】
そして図２１に示すように、蓋３４の内面に溶射膜３５を形成する。溶射膜３５としては上述のように、例えばホワイトアルミナ等が好適に用いられるが、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができるのであれば、その材質を特に限定するものではない。
【００８６】
図２２に示すように、溶射膜３５の上に耐熱性接着剤３５ａを塗布してその上に導電性部材である金属細線網９を接合する。第２の実施の形態においては、例えば熱電変換装置３１が高温下で使用された場合であってもガス等が出ることのないように、耐熱性接着剤３５ａは無機の接着材を使用している。この耐熱性接着剤３５ａは、金属細線網９を仮固定することができる程度の量が塗布されていればよい。また、耐熱性接着剤３５ａを塗布することでその部分が盛り上がり、溶射膜３５上凹凸ができることになるが、金属細線網９がその盛り上がりに沿って変形するため、熱電変換素子３と接触してもこの凹凸は吸収されることになる。なお、耐熱性接着剤３５ａを使用せず、溶射膜３５の所定の位置に金属細線網９を載置するのみでも本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
次に、このようにそれぞれ製造された基板３２の部分と蓋３４の部分を基板３２の表面と蓋３４の内面とを枠体３９を介して対向するように接合する。図２３においては、蓋３４の製造工程において溶射膜３５と金属細線網９とを耐熱性接着剤３５ａを用いて接合していない場合を想定している。すなわち、金属細線網９は蓋３４の内面に形成された溶射膜３５の上に載置されているだけであり、基板３２との接合にあたり蓋３４の内面を下に向けると金属細線網９は落下してしまう。そのため、基板３２の部分を熱電変換素子３が下になるようにし、蓋３４の上から基板３２をかぶせるように蓋３４と枠体３９を接合する。
【００８８】
一方、金属細線網９を耐熱性接着剤３５ａを介して溶射膜３５の上に固定されている場合には、金属細線網９が落下することはないので、上述の場合とは異なり接合の手順は問わず、基板３２と蓋３４のいずれか一方を他方に接合すればよい。
【００８９】
このように基板３２の表面と蓋３４の内面とを枠体３９を介して対向するように接合することによって、両者の間に熱電素子が配置される内部空間Ｃ２が生成される。蓋３４に予め設けられていた封止孔３４ａを利用してこの内部空間Ｃ２内を減圧雰囲気にする。第２の実施の形態においては、例えば、大気圧に対して０．０７ＭＰａだけ減圧し、または、併せて窒素やアルゴンガス等を充填して非酸化雰囲気にし、封止孔３４ａをレーザーにより溶融して気密に封止する。これにより、気密封止構造を有する熱電変換装置３１を得ることができる。なお、熱電変換装置３１に設けられるスルーホール配線４２は１つに限らず、複数設けられてもよい。
【００９０】
このようにして製造された熱電変換装置３１によれば、キャップ型の電極や絶縁板を設ける必要はなく、蓋３４の内面と熱電変換素子３との間には溶射膜３５及び金属細線網９のみ設けられている。従って基板３２の表面上により多くの熱電変換素子３を設けることができるため、出力密度を高めるとともに、部品点数を減らして熱源と熱電素子の間における機械的な接触を低減し、熱抵抗を低くすることで発電性能を向上することができる熱電変換装置３１を実現することができるとともに、この熱電変換装置３１を低コストかつ生産性良く製造することができる。
【００９１】
（第１の変形例）
次に本発明の第２の実施の形態における第１の変形例について説明する。
【００９２】
第２の実施の形態においては、蓋３４及び枠体３９が金属で構成されていたが、第１の変形例においては、併せて基板３２も金属で構成されている点及び蓋３４の形状の２点が相違する。すなわち、第１の実施の形態で示した熱電変換装置１に第２の実施の形態における溶射膜３５を設けた構成とされている。
【００９３】
図２４に示すように、第２の実施の形態における第１の変形例に係る熱電変換装置５１は、金属製の基板２と、この金属基板２の表面上に載置された熱電変換素子３と、金属基板２の表面と対向する内面を有する上壁とこの上壁の周縁部に連接され金属基板２の周縁部に接合された側壁とから構成される。さらに蓋２４の内面に接して溶射膜３５と、熱電変換素子３の電極に接するとともにこの溶射膜３５に接する金属細線網９とを備えている。金属製の基板２の表面上の中央部には絶縁層６が設けられ、この絶縁層６上には導電性の配線層３７が載置されている。
【００９４】
第１の変形例における蓋２４は、第１の実施の形態における蓋４とその形状を同じくする。このため、金属基板２の表面周辺部に第２の実施の形態における枠体３９を設ける必要がなく、部品点数を削減することが可能となる。第１の変形例における蓋２４は、例えば、コバール或いはステンレスにより形成され、その部材の厚さを０．２ｍｍ以下としている。
【００９５】
また、蓋２４は第２の実施の形態における蓋３４及び枠体３９を一体化して構成されており、金属基板２とレーザー溶接により金属接合される。ここで、例えばニッケル（Ｎｉ）箔等の接合用金属部材５を介することにより蓋２４と金属基板２との接合性を向上させることができる。
【００９６】
金属基板２と絶縁層６を貫通して設けられたスルーホール配線１３は、さらに金属基板２の外部に露出した部分において金属層１４と接続され、この金属層１４が半田１５を介して外部電極１６と接続されることで、熱電変換素子３において生成された起電力が外部に取り出されることになる。
【００９７】
このように形成された金属基板２及び蓋２４とを、例えばレーザーにより金属接合することによって、両者の間に熱電素子が配置される内部空間Ｃ２が生成される。蓋２４に予め設けられていた封止孔４ｂを利用してこの内部空間Ｃ２内を減圧雰囲気にし、または、併せて窒素やアルゴンガス等を充填して非酸化雰囲気にし、封止孔４ｂをレーザにより溶融して気密に封止する。これにより、気密封止構造を有する熱電変換装置５１を得ることができる。
【００９８】
このようにして製造された熱電変換装置５１によれば、蓋２４を金属基板２の表面と対向する内面を有する上壁とこの上壁の周縁部に連接され金属基板２の周縁部に接合される側壁とを備えた形状とすることで、部品点数を減らすことができる。同時にキャップ型の電極や絶縁板を設ける必要はなく、蓋２４の内面と熱電変換素子３との間には溶射膜３５及び金属細線網９のみ設けられている。そのため、金属基板２の表面上により多くの熱電変換素子３を設けることができるため、出力密度を高めるとともに、部品点数を減らして熱源と熱電素子の間における機械的な接触を低減し、熱抵抗を低くすることが可能となる。従って、部品点数を減らしつつ熱電変換装置５１内の内部空間Ｃ２に設けられた熱電変換素子３の発電性能を向上することができ、信頼性に優れた熱電変換装置５１を実現することができるとともに、この熱電変換装置５１を低コストかつ生産性良く製造することができる。
【００９９】
（第２の変形例）
次に本発明の第２の実施の形態における第２の変形例について説明する。
【０１００】
第１の変形例においては、蓋２４を金属基板２２の表面上の周辺部において金属製の接合用金属部材５を介して接合したが、第２の変形例においては、金属基板２２の裏面上の周辺部において蓋が接合される点で相違する。すなわち、第１の実施の形態における第１の変形例で示した熱電変換装置１に第２の実施の形態における溶射膜３５を設けた構成とされている。
【０１０１】
図２５に示すように、熱電変換素子３の側面を覆う部分の枠体４ａが基板２の裏面に回り込むように構成し、この枠体４ａと金属基板２の裏面の周辺部との間を金属製の接合用金属部材５を介して接合する。これにより金属基板２の表面と比べても金属基板２の裏面には枠体４ａとの接合領域を十分に確保することができる。接合領域（金属基板２の裏面の周辺部）においては、金属基板２の裏面の中央部に比べて、金属基板２の厚さが薄く設定されており、接合用金属部材５の位置決めが容易に行えるとともに、枠体４ａ（接合部分）が金属基板２の裏面の中央部より突出しないようになっている。さらにこの蓋４の内面に接して溶射膜３５と、熱電変換素子３の電極に接するとともにこの溶射膜３５に接する金属細線網９とを備えている。
【０１０２】
このようにして、金属基板２の表面に接合領域を設けずに枠体４ａを金属基板２の裏面において接合することにより、金属基板２の表面上を熱電変換素子３の実装領域として有効に利用することができ、より多くの熱電変換素子３を配置することができる。同時にキャップ型の電極や絶縁板を設ける必要はなく、蓋４の内面と熱電変換素子３との間には溶射膜３５及び金属細線網９のみ設けられている。従って、出力密度を高めるとともに、部品点数を減らして熱源と熱電素子の間における機械的な接触を低減し、熱抵抗を低くすることが可能となる。そのため、部品点数を減らしつつ熱電変換装置６１内の内部空間Ｃ２に設けられた熱電変換素子３の発電性能を向上することができ、信頼性に優れた熱電変換装置６１を実現することができるとともに、この熱電変換装置６１を低コストかつ生産性良く製造することができる。
【０１０３】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【０１０４】
図２６は、第３の実施の形態にかかる熱電変換装置１の断面図である。熱電変換素子３において生成された起電力は、スルーホール配線１３、金属層１４、半田１５及び外部電極１６がそれぞれ接続されることによって熱電変換装置１の外部に取り出されることになる。第３の実施の形態においては、さらに外部電極１６の半田１５と接続される面と反対の面に冷媒との絶縁のために絶縁材料１８が設けられている。
【０１０５】
上述した各実施の形態における熱電変換装置１等では、金属基板２等の厚みが起電力を取り出すスルーホール配線１３の領域において外部電極１６等を収めるために薄くなっている。そしてスルーホール配線１３から金属層１４、半田１５、外部電極１６まで積層された後の厚みは、金属基板２の裏面と同一である。
【０１０６】
第３の実施の形態においては、この起電力を取り出すためスルーホール配線１３の領域に設けられるスルーホール配線１３から金属層１４、半田１５、外部電極１６、絶縁材料１８までが積層された厚みが金属基板２の裏面よりもγだけ薄くなる（金属基板２の表面からみて窪む）ようにされている。すなわち、金属基板２の裏面からスルーホール配線１３と金属層１４との接合面までの距離は絶縁材料１８からスルーホール配線１３と金属層１４との接合面までの距離よりもγだけ長い。
【０１０７】
すなわち、例えば、絶縁材料１８を設けることによってスルーホール配線１３から絶縁材料１８まで積層された際の厚みが厚くなることで、金属基板２の裏面に冷媒を接触させた場合に、スルーホール配線１３から絶縁材料１８までの厚みによって金属基板２と冷媒との間に隙間ができることも考えられる。しかし、このように構成されることにより、冷媒と金属基板２の裏面との間に隙間ができることによる熱抵抗の増大を避けることが可能となる。そのため、熱電変換装置１からの放熱が効率よく行われることになり、熱電変換素子３の発電効率を向上させることができるので、熱電変換装置１の発電性能をより一層向上させることができる。
【０１０８】
（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。なお、第４の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【０１０９】
第４の実施の形態においては、上述した各実施の形態において使用されている金属細線網９を金属箔で包んだ点に特徴がある。この金属箔で包まれた金属細線網９ａ（以下、「箔付き金属細線網９ａ」という）は、例えば、次のような方法で制作することができる。
【０１１０】
まず、図２７（Ａ）に示すように金属箔９ｂを円筒状に溶接した円筒状金属箔９ｃと図２７（Ｂ）に示す金属細線網９を用意する。そしてこの円筒状金属箔９ｃの中に金属細線網９を通し（図２７（Ｃ）参照）、点線で示すように適当な大きさに切断して箔付き金属細線網９ａを制作する。
【０１１１】
また、例えば、図２８に示すような方法によっても箔付き金属細線網９ａを制作することができる。すなわち、図２８（Ａ）に示すように、金属細線網９を２枚の金属箔９ｂで挟み、金属細線網９の両側で金属箔９ｂを溶接する（図２８（Ｂ）参照）。溶接されてできた複数の箔付き金属細線網９ａを点線で示すような所定の大きさに切断して所望の箔付き金属細線網９ａを得る。
【０１１２】
このような箔付き金属細線網９ａを使用することにより、熱電変換素子３との密着度が増すとともに、熱抵抗の低減を図ることができるとともに、金属細線網９を金属箔９ｂによって包むため、金属細線網９のＣｕ細線が折れて落下し、第１の配線層７等に接触して短絡することも防止できることから一層の発電性能向上を図ることが可能となる。また、熱電変換装置１等の製造に当たって箔付き金属細線網９ａを吸着してハンドリングすることが可能となるため、熱電変換素子３上に載置する工程を自動化することができ、熱電変換装置１等の生産性の向上も図ることができる。
【０１１３】
（第５の実施の形態）
次に第５の実施の形態について説明する。なお、第５の実施の形態並びに第５の実施の形態における変形例において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【０１１４】
図２９に示すように、本発明における第５の実施の形態に係る熱電変換装置７１は、金属製の基板７２と、基板の表面上の中央部に載置された熱電変換素子３と、この基板７２の表面上の周辺部において接合され、熱電変換素子３を内側に囲む枠体７４と、基板７２の表面上において、一端が熱電変換素子３に電気的に接続され、他端が枠体７４よりも外側に引き出され外部電極に接続された引出配線７５と、基板７２の表面上に枠体７４を介して対向配置され、基板７２及び枠体７４とともに熱電変換素子３を封止する蓋７６とから構成される。
【０１１５】
基板７２の表面上には第１の絶縁膜７７が設けられ、この第１の絶縁膜７７上の中央部には導電性の第１の電極７８が載置されている。第１の絶縁膜７７には、例えば、樹脂若しくはセラミック粉末を含有した樹脂が好適に用いられる。具体的には、第５の実施の形態においては、基板７２及び第１の電極７８に銅、第１の絶縁膜７７にセラミック粉末を含有したエポキシ樹脂を使用することができる。第１の電極７８の上には、例えば半田等の接合材料７９を介して熱電変換素子３が接合されている。
【０１１６】
熱電変換素子３の第１の電極７８と接合されていない端部の上には、絶縁基板８０が配置されている。この絶縁基板８０の表面（図２９中、下側表面）には第２の電極８１が形成されており、一対の熱電変換素子３を跨ぐように載置されている。絶縁基板８０の裏面（図２９中、上側表面）の全面には金属被膜８２が設けられている。第２の電極８１と金属被膜８２との間に絶縁基板８０を挟み込む構造とすることにより、絶縁基板８０の機械的強度を上げることができると共に、外部と接触する蓋７６との接触熱抵抗が低減し、熱電素子の上下端の温度差が大きくなることから発電能力を向上させることが可能となる。
【０１１７】
枠体７４は、基板７２の表面上周辺部において、その内側に熱電変換素子３を囲むように基板７２（金属箔８３）及び蓋７６とそれぞれ接合され、熱電変換装置７１を箱形構造体に形成する。枠体７４は、例えばステンレス（好ましくは、ＳＵＳ３０４。）等の金属により構成されており、金属箔８３と枠体７４との間にニッケル箔を挟みレーザ溶接を行うことで基板７２と金属接合されている。
【０１１８】
引出配線７５は、基板７２の表面上に枠体７４の下をくぐるように載置されている。引出配線７５の一端部の領域に構成された電極には熱電変換素子３が電気的に接続され、他端部の領域は枠体７４をくぐり枠体７４の外側に引き出されている。この他端部の領域は外部電極であり、熱電変換素子３において生成された起電力が熱電変換装置７１の外部に取り出されることになる。このようにスルーホール配線を利用せずに起電力を熱電変換装置７１の外部に取り出すこととしたため、スルーホール配線を設けることにより生じる電気抵抗をなくすことができ、熱電変換装置７１の発電能力を向上させることができる。
【０１１９】
蓋７６は、例えば、コバール或いはステンレス（好ましくは、ＳＵＳ３０４。）等の金属により構成されている。特に枠体７４と同じ材質を採用することで、蓋７６と枠体７４との接合、気密封止も容易に行うことができる。蓋７６は、金属被膜８２に接して複数の熱電変換素子３の上面を覆うように基板７２の表面上に枠体７４を介して対向配置されている。蓋７６と枠体７４とが接合されることで熱電変換素子３上に載置されている絶縁基板８０（第２の電極８１）は、蓋７６及び基板７２によって熱電変換素子３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。
【０１２０】
このように、熱電変換装置７１は基板７２、枠体７４及び蓋７６により囲まれた内部に内部空間を有し、この内部空間が外部に対して密閉された箱形構造体となる。箱形構造体の内部は、高温にさらされても箱形構造体が変形、破壊が生じにくいように減圧雰囲気にし、または、併せて非酸化雰囲気に設定することで箱形構造体内は気密封止されている。
【０１２１】
次に、熱電変換装置７１の製造方法（組立方法）の一例について、図３０ないし図４０を利用して説明する。
【０１２２】
図３０に示すように、金属製の基板７２の表面上に、第１の絶縁膜７７を設け、その上に第１の電極７８を接合する。このとき基板７２及び第１の絶縁膜７７の端部と揃えるように引出配線７５も接合する。
【０１２３】
引出配線７５は基板７２（第１の絶縁膜７７）上の枠体７４が接続される領域の一部で枠体７４をくぐって熱電変換素子３の載置されている枠体７４の内側から外側に引き出されている。すなわち、図３１に示すように、上述の通り引出配線７５には、一端部に電極の領域と他端部に外部電極の領域と、これら電極と外部電極に挟まれた領域とが設けられている。この電極と外部電極に挟まれた領域は、その上に枠体７４が設けられる、例えば、狭義の引出電極とされる。そして、枠体７４を基板７２（第１の絶縁膜７７）上に水平に形成するためには、枠体７４が接続される領域であって引出配線７５が引き出されていない領域において、引出配線７５の高さと同じだけの高さを確保する必要がある。そこで、図３１及び図３２に示すように、基板７２（第１の絶縁膜７７）の表面上周辺部の枠体７４が接続される領域であって引出配線７５が引き出されていない領域に枠体接続用の金属箔８５を形成する。なお、基板７２の表面とは、図３０中、上側表面であって、第１の絶縁膜７７が接合される面を意味する。
【０１２４】
図３２、図３３に示すように、第２の絶縁膜８４の上に金属箔８３を形成したプリプレグ８６を基板７２の表面上周辺部の枠体７４を接合する領域及び熱電変換素子３が載置される基板７２の表面上中央部に張り合わせる。すなわち、基板７２の表面上周辺部に形成された枠体接続用の金属箔８５の外周とプリプレグ８６の外周が一致し、しかも第２の絶縁膜８４が枠体接続用の金属箔８５と直接接合されるように載置する。
【０１２５】
熱電変換装置７１が動作した場合、枠体７４は吸熱側と放熱側とを繋ぐ熱経路となるが、枠体７４の内部を流れる熱量は熱電変換装置７１の発電に寄与しない。第５の実施の形態においては、上述のように引出配線７５、枠体接続用の金属箔８５と金属箔８３の間に熱伝導率の低い第２の絶縁膜８４を積層する構造を採用している。このようにすることで、金属箔８３上に接合される枠体７４への熱流量を減少させ、熱電変換素子３への熱流量を増加させることが可能となり、熱電変換装置７１の発電能力が向上する。
【０１２６】
その後、図３４に示すようにプリプレグ８６を枠体７４を接合する領域を残して除去する。この除去の方法としては、例えば、エッチングにより金属箔を、また研削で絶縁膜を除去する方法を挙げることができるが、この方法に限られるものではない。この結果、図３５にも明らかなように、第２の絶縁膜８４及び金属箔８３（プリプレグ８６）が引出配線７５を跨いで熱電変換素子３を内側に囲むように形成される。なお、引出配線７５と金属箔８３との間には第２の絶縁膜８４が形成されていることから、引出配線７５と金属箔８３との間において短絡する等の弊害が生じることは防止される。
【０１２７】
次に、図３６に示すように、第１の電極７８の上に接合材料７９を塗布し、例えば第１の実施の形態において述べた配列に従って複数の熱電変換素子３ａ及び３ｂを載置する。その上で第１の電極７８と熱電変換素子３ａ、３ｂのそれぞれとを接合する。なお、ここで、接合材料７９は、例えば半田が好適に用いられるが、他の実施の形態と同様の効果を得ることができるのであれば、その材質を特に限定するものではない。また、例えば、接合材料７９に半田を用いた場合には、リフロー炉内において、使用される半田の種類に応じた温度で第１の電極７８と熱電変換素子３ａ、３ｂのそれぞれとが一括して接合される。
【０１２８】
図３７に示すように、金属箔８３上に枠体７４を、例えばレーザ溶接により接合する。引出配線７５が形成された部分とその他の部分において既に高さが揃えられているので、接続箇所により枠体７４の高さを変更させる必要はなく、しかも容易に全周にわたって水平であることを確保できる。また、レーザ溶接を行うことにより、熱電変換装置７１の全体を加熱することなく接合部分のみを局所的に加熱することができる。そのため、熱電変換素子３と第１の電極７８とを接合材料７９を用いて接合した後に枠体７４を接合することが可能となり、熱電変換装置７１の製造が容易となる。
【０１２９】
その後、図３８に示すように、予め表面に第２の電極８１、裏面に金属被膜８２を設けた絶縁基板８０を載置する。特に第２の電極８１は、熱電変換素子３ａと３ｂとを跨ぐ（双方の間を電気的に接続する）ように載置される。このように載置されることにより、第１の電極７８と第２の電極８１との間は複数のｐ型熱電変換素子３ａと複数のｎ型熱電変換素子３ｂとが交互に電気的に直列に接続される。なお、本工程においては、絶縁基板８０は熱電変換素子３との間において接合はせず、あくまでも載置するだけである。
【０１３０】
そして、図３９に示すように、蓋７６と枠体７４との間をレーザ溶接によって接合する。枠体７４は、上述のように基板７２の表面上において水平になるように金属箔８３と接合されていることから、蓋７６との間での接合も気密を維持して封止することが可能である。なお、第５の実施の形態では、蓋７６及び枠体７４の素材としてＳＵＳ３０４を使用したが、気密封止を維持することができるのであれば蓋７６、枠体７４の素材としてこれらの素材に限定されるものではない。
【０１３１】
このように蓋７６と基板７２を枠体７４を介して接合することによって、両者の間に熱電素子が配置される内部空間Ｃ３が生成される。蓋７６に予め設けられていた封止孔（図示せず。）を利用してこの内部空間Ｃ３内を減圧雰囲気にし、または、併せて窒素、アルゴンガスを充填して非酸化雰囲気にし、封止孔をレーザにより溶融して気密に封止する。これにより、気密封止構造を有する熱電変換装置７１を得ることができる。
【０１３２】
このようにして、熱電変換素子３によって生成された起電力をスルーホール配線を通じてではなく、金属製の基板７２上に形成された引出配線７５を通じて外部に取り出すこととしたことから、スルーホール配線を設けることによる抵抗の増大を防ぐことができる。また、図２９のＤから矢印の方向に熱電変換装置７１を見た図４０に示すように、引出配線７５と同じ高さの枠体接続用の金属箔８５が、枠体７４が基板７２上に接続される領域であって引出配線７５が形成されていない領域において形成されることにより、基板７２上に枠体７４及び蓋７６がそれぞれ水平に接合され、内部空間Ｃ３内の気密封止が維持される。
【０１３３】
従って、簡素な構成で熱電変換装置の電気抵抗を低くし、発電された電気を効率的に外部に取り出すとともに、気密封止を維持しつつ、熱電変換装置７１内の内部空間Ｃ３に設けられた熱電変換素子３の発電性能を向上することが可能な、信頼性に優れた熱電変換装置７１を実現し、併せてこの熱電変換装置を簡易に製造することができる。
【０１３４】
（第１の変形例）
次に第５の実施の形態における第１の変形例について説明する。
【０１３５】
第１の変形例に係る熱電変換装置７１は、図４１に示すように、基板７２の裏面にフィン２ａを備えた点に特徴がある。第５の実施の形態において説明したように、熱電変換装置７１において生成された起電力は金属製の基板７２の表面上に形成された引出配線７５を利用して外部に取り出される。すなわち、スルーホール配線を利用する場合のように、基板７２の裏面に外部電極を接続する必要がなく、基板２の裏面は凹凸のない平面の状態を維持することができる。
【０１３６】
従って、基板７２の平面な裏面に熱交換効果の高いフィン２ａを備えることにより、熱電変換装置７１の熱交換効率を向上させることができ、熱電変換素子３の発電効率を向上させることができるので、熱電変換装置７１の発電性能をより一層向上させることができる。
【０１３７】
なお、この第１の変形例において、フィン２ａは、基板７２に機械加工し易い金属を採用しているので、基板７２の裏面の切削加工、エッチング加工等により、製作することができる。また、フィン２ａは、基板７２の裏面を加工して製作するのではなく、基板７２とは別体として製作し基板７２の裏面に装着してもよい。さらに、第１の実施の形態における第５の変形例で説明したように（図１３参照）、熱交換ジャケット２ｂを装着し、或いは、フィン２ａと熱交換ジャケット２ｂと組み合わせて用いても良い。
【０１３８】
（第６の実施の形態）
次に第６の実施の形態について説明する。なお、第６の実施の形態並びに第６の実施の形態における各変形例において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【０１３９】
図４２に示すように、本発明の第６の実施の形態に係る熱電変換装置９１は、基板９２と、基板９２の表面に載置された熱電変換素子３と、熱電変換素子３を介在して基板９２に対向配置された蓋９４と、熱電変換素子３の周囲を取り囲んで基板９２の周縁部に一端が接合されるとともに、蓋９４の周縁部に他端が接合される高熱抵抗形状部を有する枠体９５とから構成される。
【０１４０】
基板９２は、第１の絶縁基板９２ａ及び第１の絶縁基板９２ａの裏面に設けられた金属箔９２ｂによって構成され、第１の絶縁基板９２ａの表面上の中央部には導電性の第１の電極９６が載置されている。第１の絶縁基板９２ａには、例えば、図４２に示すような第６の実施の形態におけるセラミック板の他、樹脂若しくはセラミック粉末を含有した樹脂が好適に用いられる。金属箔９２ｂは、例えば接合し、或いは蒸着等により第１の絶縁基板９２ａの裏面に形成されてもよい。金属箔９２ｂには、例えば銅を好適に使用することができる。第１の電極９６の上には、例えば半田等の第１の接合材料９７を介して熱電変換素子３が接合されている。
【０１４１】
熱電変換素子３の第１の電極９６と接合されていない端部の上には第２の絶縁基板９８が配置されている。この第２の絶縁基板９８の表面（図４２中、下側表面）には一対の熱電変換素子３を跨ぐように第２の電極９９が形成されており、第２の絶縁基板９８の裏面（図４２中、上側表面）の全面には金属被膜１００が設けられている。金属被膜１００を設けることにより、第２の絶縁基板９８の機械的強度を上げることができると共に、蓋９４との接触性が向上するため、熱抵抗が低減し外部との熱交換効率を高めることができる。
【０１４２】
蓋９４は、例えば、コバール或いはステンレス（好ましくは、ＳＵＳ３０４。）等の金属により構成されており、金属被膜１００に接して複数の熱電変換素子３の上面を覆う位置に配置され、枠体９５と金属接合されている。蓋９４と枠体９５とが接合されることで熱電変換素子３上に載置されている第２の絶縁基板９８（第２の電極９９）は、蓋９４、枠体９５及び基板９２によって熱電変換素子３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。また、蓋９４は、例えば、枠体９５に同じ金属を用いれば蓋９４と枠体９５との接合部に発生する応力を減少することができ、気密性の確保が容易となる。
【０１４３】
枠体９５は、基板９２の表面上周辺部において、その内側に熱電変換素子３を囲むように基板９２及び基板９２と対向する位置に配置される蓋９４とを接合して両者をつなぎ、熱電変換装置９１を箱形構造体に形成する。枠体９５は、例えばステンレス（好ましくは、ＳＵＳ３０４。）等の金属により構成されており、蓋９４と、また、基板９２とは枠体接合用金属箔１０１ａ及びニッケル箔１０１ｂとを介してそれぞれ金属接合されている。枠体接合用金属箔１０１には、銅箔等の金属箔を使用することができる。
【０１４４】
また、熱電変換装置９１は基板９２及び蓋９４により囲まれた内部に空間を有し、この内部空間が外部に対して密閉される。箱形構造体の内部は、高温にさらされても箱形構造体が変形、破壊が生じにくいように、減圧雰囲気に設定されている。各熱電変換素子３は、この雰囲気が維持された箱形構造体内に気密に封止されている。
【０１４５】
ところで「熱抵抗」とは、１Ｗの電力を印加した場合における温度の上昇を示すものであり、長さ（距離）に比例して熱抵抗が大きくなる。そこで、本発明の実施の形態においては、基板９２と蓋９４との間の離間距離よりも枠体９５の長さを長くすることで、枠体９５の熱抵抗を増やし、枠体９５への熱流量を減らして、より多くの熱が熱電変換素子３に供給されるようにする。このことにより、熱電変換装置９１の発電性能の向上を図ることができる。  
第６の実施の形態にかかる枠体９５は、図４２に示すように、熱抵抗を大きくするために直線の断面を有する形状とするのではなく、その断面形状が、基板９２の周縁部から蓋９４の周縁部に向けて左右に山を形成する部分と谷を形成する部分とが交互に現われるように部材を成形して形成されている。
【０１４６】
より詳しく述べるならば、基板９２と蓋９４との間で枠体９５の長さをより長くするには、図４２に示すように、山を形成する部分と谷を形成する部分とが基板９２から蓋９４との間で交互に現われるように部材を接合してその曲げ部の半径を可能な限り小さくし、円弧（ひだ）の数を多くする。例えば、枠体９５と接合する枠体接合用金属箔１０１の表面から蓋９４の裏面までの長さを２０ｍｍ、枠体９５の厚さを０．２５ｍｍとした場合、塑性加工によりこの曲げ部の半径を０．５ｍｍ程度にすることが可能である。この場合、枠体９５の熱電変換装置９１の外部に向かって張り出すことになるひだの数は９となり、図４３（Ａ）に示すように、枠体９５の全長はおよそ３１ｍｍとなる。
【０１４７】
また、図４３（Ｂ）に示すような場合、枠体９５の全長はおよそ４０ｍｍとなり、そもそもの枠体接合用金属箔１０１の表面から蓋９４の裏面までの長さと比較しておよそ２倍となる。
【０１４８】
熱抵抗は上述のように、長さ（距離）に比例して大きくなることから、全長がおよそ２倍になれば熱抵抗もおよそ２倍となる。この状態では熱電変換装置９１を取り付ける熱源の容量が小さく限られる場合は、熱電変換素子３内を流れる熱量と枠体９５を流れる熱量の比率が６：４から７．５：２．５となり、熱電変換素子３への熱量の供給は１．２５倍となることから、熱電変換装置９１の発電性能の向上を図ることができる。
【０１４９】
さらに枠体９５は、例えば、成形ベローズを利用することができる。成形ベローズは、例えば、内側に予めひだを設けた金型の中に枠体９５を構成する材質でできたパイプを通し、さらにこのパイプ内に水や油等の流動体を大量に通すことでこの流動体の圧力によりパイプが外側に膨張し、金型に設けられたひだの形に整形されることで作られる。また、枠体９５を構成する材質でできたパイプの内側から外側に押し出すようにひだを付けて絞り加工を施す等の製造方法も採りうる。熱電変換装置９１が、例えば円筒の構造体である場合には、このように形成された成形ベローズを、また、箱形構造体を採用する場合には、さらにこの成形ベローズを矩形に塑性加工することにより枠体９５として利用することが可能となる。また、平板に波状の加工を施した後に折り曲げ、両端を溶接してリング状とすることにより枠体９５を作ることも可能である。
【０１５０】
基板９２及び蓋９４と枠体９５との接合にあたっては、枠体９５の基板９２或いは蓋９４と接合される一端と他端が熱電変換装置９１の外側を向くように接合される。なお、基板９２と枠体９５とが直接接合されているかのような表現をしている箇所もあるが、上述のように両者は枠体接合用金属箔１０１ａ及びニッケル箔１０１ｂを介して接合されている。
【０１５１】
すなわち、蓋９４と枠体９５との接合部を例にとって説明すると、図４４に示すように、枠体９５は他端９５ｃに蓋９４と接合するために第２の接合領域９５ｄを有している。この他端９５ｃの他端面９５ｅは蓋９４の周縁側に配置され、第２の接合領域９５ｄを介して蓋９４と枠体９５とが接合される。基板９２と接合する枠体９５の一端も同様に配置され基板９２と接合される。
【０１５２】
基板９２及び蓋９４に対して枠体９５をこのような向きに配置することで、互いの接合をより容易に行うことができる。
【０１５３】
基板９２と第１の絶縁基板９２ａを貫通して設けられたスルーホール配線１０２は、さらに基板９２の外部に露出した部分において外部電極１０３と接続され、この外部電極１０３が第２の接合材料１０４を介して外部配線１０５と接続されることで、熱電変換素子３において生成された起電力が外部に取り出されることになる。
【０１５４】
このように、枠体９５の断面を山を形成する部分と谷を形成する部分とが基板９２から蓋９４との間で交互に現われるように部材を接合して構成することで、枠体９５の全長を長くすることができるため、枠体９５における熱抵抗を大きくすることができ、外部からの熱をより多く熱電変換素子３に伝えることができる。従って、気密に封止された状態を維持しつつ、発電性能を向上することができ、信頼性に優れた熱電変換装置９１を実現することができる。
【０１５５】
（第１の変形例）
次に第６の実施の形態における第１の変形例について説明する。
【０１５６】
第１の変形例の構成は、図４５に示すように、第６の実施の形態に示した構成とは枠体１１０の形状おいて相違する。第６の実施の形態においては、断面形状が、基板９２の周縁部から蓋９４の周縁部に向けて左右に山を形成する部分と谷を形成する部分とが交互に現われるように部材を成形して枠体９５を形成したが、第１の変形例においては、断面の形状が、二辺がなす内角が鋭角である山部と二辺がなす外角が鋭角である谷部とを基板から蓋に向かって交互に接合して枠体１１０を構成する。
【０１５７】
すなわち、図４５、図４６に示すように、枠体１１０の構成部材である構成部材１１０ａと別の構成部材１１０ａとの接合面に水平に引いた線をＸとし（図４６参照）、この線Ｘと構成部材１１０ａの表面に現われる線を線Ｙとして、この両線ＸＹの二辺がなす角度をΔ１とする。この場合Δ１の角度は９０度以下である。ここで、枠体１１０を熱電変換装置９１の外部から（Ｚの位置から）見た場合に、熱電変換装置９１の内側に向かって山形が形成される場合を山部とし、反対に、枠体１１０を外部から見た場合に外側に向かって山形が形成される場合を谷部とする。このような山部と谷部とを基板９２から蓋９４に向かって交互に接合して枠体１１０とする。具体的には、枠体１１０は、中央部に孔を設けたリング状の平板を重ね、平板の中央部に設けられた孔の周縁部と平板の周辺部とを交互に接合して製造される。
【０１５８】
より詳しく述べるならば、例えば、枠体１１０が設けられる箇所で、枠体１１０と接合する枠体接合用金属箔１０１の表面から蓋９４の裏面までの長さを１０ｍｍ、枠体１１０の厚さを０．２５ｍｍとする。また、枠体１１０を製造するための平板（後述）を８枚重ねて枠体１１０を製造すると、枠体１１０の全長は２４ｍｍとなり、長さが２．４倍となる。上述のように熱抵抗は長さ（距離）に比例することから、熱抵抗も２．４倍となる。従って、枠体１１０の熱抵抗が大きくなるため、熱電変換素子３に供給される熱量がこれまでより多くなることから、熱電変換装置９１の発電性能の向上を図ることができる。
【０１５９】
なお、基板９２及び蓋９４と枠体１１０との接合にあたっては、枠体１１０の基板９２或いは蓋９４と接合される一端と他端が熱電変換装置９１の外側を向くように接合される。
【０１６０】
このように、枠体１１０の断面を二辺がなす内角が鋭角である山部と二辺がなす外角が鋭角である谷部とを基板９２と蓋９４との間で交互に接合することで枠体１１０の全長を長くし、熱抵抗を大きくすることができるため、外部からの熱をより多く熱電変換素子３に伝えることができる。従って、気密に封止された状態を維持しつつ、発電性能を向上することができ、信頼性に優れた熱電変換装置９１を実現することができる。また、枠体１１０を上述の製造方法によって得ることにより、枠体１１０を容易に製造することが可能となる。
【０１６１】
（第２の変形例）
次に第６の実施の形態における第２の変形例について説明する。
【０１６２】
第２の変形例においては、枠体１１０を構成する構成部材を多くする。第１の変形例で示した枠体１１０を用いて説明すると、枠体１１０は、図４７に示すような、例えば、構成部材１１０ａ、１１０ｂが接合されることにより構成されている。そして、構成部材１１０ａと構成部材１１０ｂとは、例えばレーザ溶接により接合面１１０ｃにおいて接合することにより、枠体１１０における熱抵抗を大きくすることができ、熱電変換装置９１の発電性能の向上を図る。
【０１６３】
枠体１１０を構成するこれら構成部材は、例えば上述のように、ステンレス（好ましくは、ＳＵＳ３０４。）等の金属である。
【０１６４】
このように、蓋９４と基板９２とを含むような任意の切断面内において、枠体１１０の端部以外の切断面に接合部が形成される形状となるように、枠体１１０を構成する構成部材が互いに溶接されることにより、枠体１１０の熱抵抗が大きくなる。また、枠体１１０と基板９２とが枠体１１０を接合するために用いられる金属箔を介して接合されても熱抵抗は大きくなる。従って、熱電変換素子３に供給される熱量がこれまでより多くなることから、熱電変換装置９１の発電性能の向上を図ることができる。
【０１６５】
なお、第２の変形例においては、第１の変形例で示した枠体１１０を用いて説明したが、例えば、図４８や図４９に示すように枠体１１０を構成する構成部材を多く接合することで、枠体１１０の熱抵抗を大きくすることが可能である。また、これまで例えばレーザを用いた溶接がなされた場合を説明してきたが、その他、例えばろう付を行っても熱抵抗を大きくすることが可能である。
【０１６６】
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態、第１の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態、第２の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｄ）は図９に示す熱電変換装置の要部の工程断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態、第３の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態、第４の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図１３】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態、第５の変形例に係る熱電変換装置の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線から矢印方向に見た熱交換ジャケットの平面図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態、第５の変形例に係る熱電変換装置の他の変形例の断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態、第１の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図２５】本発明の第２の実施の形態、第２の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図２６】本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換装置の断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態に係る箔付き金属細線網の製造方法を示した説明図である。
【図２８】本発明の第４の実施の形態に係る箔付き金属細線網の別の製造方法を示した説明図である。
【図２９】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の断面図である。
【図３０】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３１】図３０に示す熱電変換装置の要部の工程平面図である。
【図３２】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３３】図３２に示す熱電変換装置の要部の工程平面図である。
【図３４】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３５】図３４に示す熱電変換装置の要部の工程平面図である。
【図３６】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３７】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３８】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図３９】本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図４０】図２９に示す熱電変換装置をＤの方向から見た熱電変換装置の側面図である。
【図４１】本発明の第５の実施の形態の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図４２】本発明の第６の実施の形態に係る熱電変換装置の断面図である。
【図４３】（Ａ）（Ｂ）とも本発明の第６の実施の形態に係る枠体を拡大して示した説明図である。
【図４４】本発明の第６の実施の形態において蓋と枠体との接合部を拡大して示した説明図である。
【図４５】本発明の第６の実施の形態、第１の変形例に係る熱電変換装置の断面図である。
【図４６】本発明の第６の実施の形態、第１の変形例に係る枠体を説明するための説明図である。
【図４７】本発明の第６の実施の形態、第２の変形例に係る枠体を説明するための説明図である。
【図４８】本発明の第６の実施の形態、第２の変形例の他の変形例の説明図である。
【図４９】本発明の第６の実施の形態、第２の変形例の他の変形例の説明図である。
【符号の説明】
【０１６８】
１…熱電変換装置、２…金属基板、３…熱電変換素子、４…蓋、５…接合用金属部材、６…絶縁層、７…第１の配線層、８…接合材料、９…金属細線網、１０…絶縁部材、１１…第２の配線層、１２…金属被膜、１３…スルーホール配線、１４…金属層、１５…半田、１６…外部電極。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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