(57)【要約】 【課題】量産性に優れ、製造コストを低減することができる熱電変換モジュールの製造方法を実現する。【解決手段】充填工程では、絶縁体からなるハニカム構造体１０を用意し、ｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とが交互に配置されるように、セル１１中に組成が調整された熱電材料融液を充填し、凝固させる。続いてブロック形成工程では、ｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２が交互に配置されたハニカム構造体１０をセル１１の貫通方向と垂直方向に切断してハニカム構造体１０の表面を平滑にしたブロック１０ａを複数個形成する。続いて電極形成工程では、ブロック１０ａの両面に露出するｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とが交互に電気的に直列に接続されるように、電極３３を形成する。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体からなるハニカム構造体のセル中に、ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが交互に配置されるように、各熱電材料の融液を充填し、凝固させる充填工程と、
ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが交互に配置されたハニカム構造体をセルの貫通方向と垂直方向に切断してブロックを形成するブロック形成工程と、
前記ブロックの両面に露出するｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とを交互に電気的に接続する電極を形成する電極形成工程と、を備えたことを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記ハニカム構造体の熱伝導率は、ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料の熱伝導率以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記ハニカム構造体の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記充填工程が、前記ハニカム構造体のセル中に粉体状の熱電材料原料を充填し、セルの貫通方向に遠心力を負荷しながら溶融、凝固させる遠心加熱法を採用することを特徴とする請求項１ないしは請求項３のいずれか１つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記充填工程において、前記ハニカム構造体よりも熱伝導率が小さい断熱部材により前記ハニカム構造体全体を覆うことを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記充填工程において、遠心加熱法は真空減圧下で行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記充填工程が、熱電材料の融液を加圧して前記ハニカム構造体のセル中に充填する加圧鋳造法を採用することを特徴とする請求項１ないしは請求項３のいずれか１つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記充填工程が、前記ハニカム構造体のセル中を減圧し、熱電材料の融液を吸引してセル中に充填する減圧鋳造法を採用することを特徴とする請求項１ないしは請求項３のいずれか１つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子を用い、熱電発電や発熱・冷却用のモジュールとして用いる熱電変換モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とを電気的に接合し、接合部の一端を高温にして他端を低温にすると、その温度差に応じてｐ型半導体及びｎ型半導体の端部の間に熱起電力が発生する。また、ｐ型半導体とｎ型半導体との接合体の端部より電流を流すと、接合部の両端に温度差が生じる。従来より、これらの現象を利用し、熱電発電や発熱・冷却用のモジュールとして用いる熱電変換モジュールが提案されている。
【０００３】
このような熱電変換モジュールは、図５に示すように、ホットプレス法などにより作製したｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料のインゴットから熱電変換素子を切り出し（切り出し工程）、切り出された熱電変換素子を基板上に配置し（配置工程）、はんだ付けや溶射などにより電極を形成する工程（電極形成工程）を経て製造されていた（例えば、特許文献１）。
しかし、切り出し工程では、スライシング、ダイシングなどの加工が必要であるとともに、加工シロが多いため歩留まりが低下してしまう。配置工程では、多数の熱電変換素子を基板上に正確に位置決めして配置する必要がある。そのため、量産性が低く、製造コストが増大するという問題があった。
【０００４】
これらの問題を解消するために、特許文献２には、円筒状の長い熱電素子を凹凸を有するプレート材上に配置後、充填材で固定し、プレートを積層後にスライシングしモジュール化する技術が開示されている。
特許文献３には、円筒状の長い熱電素子を押出成形により作製し、配置した後に樹脂内に固定し、スライシングしモジュール化する技術が開示されている。
特許文献４、５には、貫通孔を有する支持基板を用いて熱電素子を固定し、スライシングしモジュール化する技術が開示されている。
特許文献６〜８には、円筒状の長い熱電素子をセラミックスハニカムのセル中に挿入し、樹脂で固定した後に、スライシングしモジュール化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１７０５５号公報
【特許文献２】特開２００３−８６８５０号公報
【特許文献３】特開２００５−３４０５２９号公報
【特許文献４】特開２０００−２８６４６１号公報
【特許文献５】特開２０００−２５２５３１号公報
【特許文献６】特開平９−１９９７６６号公報
【特許文献７】特開平１０−３２１９２１号公報
【特許文献８】特開２００９−７６６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２に記載の技術では、熱電素子及びプレートを配置する工程が、特許文献３に記載の技術では、熱電素子を樹脂により固定する工程及び樹脂を除去する工程が、特許文献４、５に記載の技術では、熱電素子を支持基板に挿入して固定する工程が、特許文献６〜８に記載の技術では、熱電素子をハニカムのセルの挿入する工程及び樹脂で固定する工程がそれぞれ必要であり、量産性の向上、製造コストの低減を十分に達成できないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、量産性に優れ、製造コストを低減することができる熱電変換モジュールの製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、絶縁体からなるハニカム構造体のセル中に、ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが交互に配置されるように、各熱電材料の融液を充填し、凝固させる充填工程と、ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが交互に配置されたハニカム構造体をセルの貫通方向と垂直方向に切断してブロックを形成するブロック形成工程と、前記ブロックの両面に露出するｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とを交互に電気的に接続する電極を形成する電極形成工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、従来技術のようにｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とを別々に作製し、インゴットから切り出す切り出し工程、切り出された熱電変換素子を基板上に配置する配置工程などを経ることない簡単な工程でｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが交互に配置されたブロックを形成し、熱電変換モジュールを製造することができるので、量産性を向上し、製造コストを低減することができる。
ここで、「融液を充填」とは、セル中に熱電材料の融液だけでなく、粉末、スラリー、ペーストなどの形態で充填した後に加熱して融液状態とすることも含む。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱電変換モジュールの製造方法において、前記ハニカム構造体の熱伝導率は、ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料の熱伝導率以下である、という技術的手段を用いる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の熱電変換モジュールの製造方法において、前記ハニカム構造体の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍＫ以下である、という技術的手段を用いる。
【００１２】
熱電変換モジュールでは、ブロックの両面に大きな温度差を保持できることが好ましい。請求項２に記載の発明によれば、ハニカム構造体を構成する材料の熱伝導率が、ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料の熱伝導率以下であるため、ハニカム構造体のセル壁の熱伝達を小さくすることができるので、大きな温度差が保持することができる。また、一般的な熱電材料の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ程度であることから、請求項３に記載の発明のようにハニカム構造体を構成する材料の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の熱電変換モジュールの製造方法において、前記充填工程が、前記ハニカム構造体のセル中に粉体状の熱電材料原料を充填し、セルの貫通方向に遠心力を負荷しながら溶融、凝固させる遠心加熱法を採用する、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項４に記載の発明のように充填工程に遠心加熱法を採用すると、遠心力により熱電材料の融液をセルの貫通方向に加圧しながら溶融、凝固させることできるので、引け巣などの鋳造欠陥が生じにくく、緻密で電気抵抗が小さく、熱電変換性能がよい熱電材料を形成することができ、熱電変換モジュールの性能を向上させることができる。また、熱電材料の原料は粉体でセル中に充填するので、取り扱いが容易である。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の熱電変換モジュールの製造方法において、前記充填工程において、前記ハニカム構造体よりも熱伝導率が小さい断熱部材により前記ハニカム構造体全体を覆う、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項５に記載の発明のように、断熱部材によりハニカム構造体全体を覆うと、ハニカム構造体が保温されて急激に冷却されることがないため、均一な温度分布で冷却されるので、熱電材料中に凝固時の温度勾配に起因する引け巣などの鋳造欠陥が生じにくい。また、遠心力を負荷する際に雰囲気ガスの気流がハニカム構造体に直接当たることがないため、局部的に冷却されて温度勾配が生じることがない。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、請求項４または請求項５に記載の熱電変換モジュールの製造方法において、前記充填工程において、遠心加熱法は真空減圧下で行う、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のように、遠心加熱法を真空減圧下で行うと、回転テーブルの回転駆動時に雰囲気ガスの気流が生じないため、ハニカム構造体が局部的に冷却されて温度勾配が生じることがないので、均一な温度分布で冷却され、熱電材料中に凝固時の温度勾配に起因する引け巣などの鋳造欠陥が生じにくい。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないしは請求項３のいずれか１つに記載の熱電変換モジュールの製造方法において、前記充填工程が、熱電材料の融液を加圧して前記ハニカム構造体のセル中に充填する加圧鋳造法を採用する、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないしは請求項３のいずれか１つに記載の熱電変換モジュールの製造方法において、前記充填工程が、前記ハニカム構造体のセル中を減圧し、熱電材料の融液を吸引してセル中に充填する減圧鋳造法を採用する、という技術的手段を用いる。
【００２１】
請求項７及び請求項８に記載の発明によれば、熱電材料の融液を加圧しながらセル中に充填する、または、熱電材料の融液を吸引しながらセル中に充填するため、引け巣などの鋳造欠陥が生じにくく、緻密で電気抵抗が小さく、熱電変換性能がよい熱電材料を形成することができ、熱電変換モジュールの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の熱電変換モジュールの製造方法を示す模式図である。
【図２】遠心加熱法に用いる遠心加熱装置を示す説明図である。
【図３】断熱部材によりハニカム構造体を包んだ状態を示す説明図である。
【図４】充填工程において遠心加熱法を採用して製造されたブロックでの熱電材料の充填状態を示す説明図である。
【図５】従来の熱電変換モジュールの製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の熱電変換モジュールの製造方法について、図を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図は理解を助けるための模式図であり、各部の寸法の比率、セル数などはこれに限定されるものではない。
【００２４】
まず、図１（Ａ）の（１）に示す充填工程では、絶縁体からなるハニカム構造体１０を用意し、ｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とが交互に配置されるように、セル１１中に組成が調整された熱電材料融液を充填し、凝固させる。ここで、熱電材料の充填は、融液を充填してもよいし、粉末、スラリー、ペーストなどの形態で充填した後に加熱して融液状態としてもよい。
【００２５】
ハニカム構造体１０は、耐熱性、強度が高く、熱電材料と反応しない材料であればよく、セラミックス材料からなることが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、コーディエライトなどの酸化物セラミックス、窒化けい素、窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックス、などを用いることができる。また、後述の通りハニカム構造体１０の熱伝導率は熱電材料の熱伝導率よりも小さいことが好ましく、より好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以下である。多孔質材料は熱伝導率がより小さいが、ハニカム構造体１０とした場合、遠心加圧溶融中に、溶融した材料が、孔へ染み込み、隣のセルの材料と接触する、またはハニカム構造体の外へ漏れ出してしまうため、そのままでは適用することができない。熱伝導率の観点からハニカム構造体１０として多孔質材料を適用する場合は、ハニカム構造体１０と溶融した材料の接触面を保護膜等で覆うことで適用することができる。例えば、フリットや釉薬を予め焼き付けておくことで、孔への染み込みや漏れを防ぐことができ、多孔質材料をハニカム構造体１０として適用することができる。
【００２６】
セル１１の形状は、正方形、六角形、円形など所望の断面形状や断面積とすればよい。ここで、セル１１間の隔壁部（以下、セル壁、という）の厚さは、熱電材料の面積を大きくするために、熱電変換モジュールとしての構造体強度と、隣接する熱電材料間の絶縁性とを維持できる範囲において、薄くすることが好ましい。図１（Ａ）では、正方形のセル１１が形成されたハニカム構造体１０を例示する。
【００２７】
セル１１中に熱電材料融液を充填する際には、セル１１から融液が漏れないようにハニカム構造体１０の少なくとも一方の面を蓋材で封じる必要がある。蓋材は、熱電材料として反応しなければよく、例えば、板状のアルミナや白金箔などを用いることができる。
【００２８】
ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料としては、テルル化合物、亜鉛アンチモン化合物、スクッテルダイト化合物、ホイスラー化合物、シリサイド系化合物、クラスレート化合物など、ｐ型半導体及びｎ型半導体となるように調整されたものを用いる。
【００２９】
続いて（２）に示すブロック形成工程では、ｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２が交互に配置されたハニカム構造体１０をセル１１の貫通方向と垂直方向に切断して、平面研削などにより熱電材料表面とハニカム構造体１０の表面を平滑にしたブロック１０ａを複数個形成する。これにより、各セル１１の中にｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とがそれぞれ交互に配置されたブロック１０ａが形成される。
ここで、ブロック１０ａの厚さ、縦横それぞれのセル数などは所望の形状とすることができる。セル数については、充填工程で用意するハニカム構造体１０において所望のセル構造としておいてもよいし、ブロック形成工程において加工して所望のセル構造としてもよい。
【００３０】
続いて（３）に示す電極形成工程では、図１（Ｂ）に示すように、ブロック１０ａの両面に露出するｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とが交互に電気的に直列に接続されるように、電極３３を形成する。図１（Ｂ）において、左端のｎ型熱電材料２１の上部に形成される電極３３は、手前方向に配置されているｐ型熱電材料２２に接続されており、同様にすべてのｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とが直列に接続されるように電極３３を形成する。
【００３１】
電極３３は、はんだ付けや圧接などによる金属板の接合、溶射、めっき、導電ペーストの塗布などによる厚膜の形成など公知の方法により形成することができる。また、ｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２との高さが揃っているので、絶縁基板３１に電極３３を形成しておき、ブロック１０ａに貼り付けることにより、ｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とが直列に接続されるように一度に電極３３を形成することもできる。
【００３２】
そして、直列接続の両端の熱電素子にリード配線３２を接続し、セラミックスなどの絶縁体からなる絶縁基板３１を上下面にそれぞれ接着などにより設けることにより、熱電変換モジュール３０を製造する。
【００３３】
本発明の熱電変換モジュール３０の製造方法によれば、従来技術のようにｎ型熱電材料２１とｐ型熱電材料２２とを別々に作製し、インゴットから切り出す切り出し工程、切り出された熱電変換素子を基板上に配置する配置工程などを経ることない簡単な工程でｐ型熱電材料２１とｎ型熱電材料２２とが交互に配置されたブロック１０ａを形成し、熱電変換モジュール３０を製造することができるので、量産性を向上し、製造コストを低減することができる。
また、ブロック１０ａを所望の寸法に容易に加工することができるので、熱電変換モジュール３０の形状の自由度が高い。一般に、熱電変換モジュール３０の面積が大きいとモジュール一つ当たりの発電量が大きくなり、また厚さが大きくなると大きな電圧を得ることができる。セル１１の数やセル１１の断面積を調整することにより、熱電変換モジュール３０の面積、厚さを目的に応じて任意に設定することができる。
【００３４】
熱電変換モジュール３０では、できるだけ大きな出力を得るために、上下面間（絶縁基板３１間）に大きな温度差を保持できることが好ましい。ここで、セル壁の熱伝達が大きいと温度差がつきにくくなるので、ハニカム構造体１０を構成する材料の熱伝導率が、熱電材料の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。一般的な熱電材料の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ程度であることから、ハニカム構造体１０を構成する材料の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。
これによれば、セル壁の熱伝達を小さくすることができるので、上下面間に大きな温度差を保つことができ、効率的な熱電変換モジュール３０とすることができる。
【００３５】
次に、充填工程の好ましい形態として、遠心加熱法を採用する形態を説明する。
【００３６】
本実施形態で用いる遠心加熱装置４０は、例えば、図４に示すように、雰囲気制御が可能なチャンバー４１と、ハニカム構造体１０を載置し、水平方向に回転させて遠心力を付与するための回転テーブル４２と、この回転テーブル４２を回転させる回転駆動装置４３と、ハニカム構造体１０を加熱するためのヒーター４４と、ヒーター４４の温度制御を行うための測温装置４５と、チャンバー４１内部を真空排気するための真空配管４６と、チャンバー４１内に不活性ガスなどの雰囲気ガスを導入するためのガス導入管４７と、を備えている。
【００３７】
まず、図５に示すように、ハニカム構造体１０のセル１１に、ｎ型熱電材料粉末及びｐ型熱電材料粉末を交互に配置されるように充填した後に、蓋材５１によりセル１１の開口部を封じ密封する。蓋材５１は、熱電材料として反応しなければよく、例えば、板状のアルミナや白金箔などを用いることができる。
【００３８】
そして、断熱部材５２によりハニカム構造体１０及び蓋材５１の全面を覆った後に、セル方向が径方向となるように、回転テーブル４２に配置する。
【００３９】
ここで、蓋材５１は、ハニカム構造体１０を加熱したときに熱電材料の融液がセル１１の外にもれないようにするとともに、熱電材料の成分のうち蒸気圧が高い成分の揮発を抑制し、熱電材料の組成が変動することを防ぐことができる。
【００４０】
断熱部材５２は、ハニカム構造体１０を冷却する過程で均一な温度分布となるようにすることができれば任意の形状、材質を採用することができる。そのため、断熱部材５２の熱伝導率は、ハニカム構造体１０の熱伝導率の１／１０以下であることが好ましく、例えば、アルミナファイバーからなるシート状セラミックスを用いることができる。
【００４１】
次に、真空配管４６により、チャンバー４１を真空排気後に、ガス導入管４７により、例えば、アルゴンや窒素などの不活性ガスを導入し、所定の雰囲気とする。
【００４２】
続いてヒーター４４によりハニカム構造体１０を熱電材料の融点以上、沸点未満の温度に加熱しながら、回転駆動装置４３により回転テーブル４２を回転させてハニカム構造体１０に所定の遠心力、例えば、１，０００〜３０，０００Ｇの遠心力を負荷する。これにより、熱電材料をセル１１内で遠心力を負荷した状態で、溶融させ、固化させることができる。
【００４３】
充填工程に遠心加熱法を採用すると、遠心力により熱電材料の融液をセル１１の貫通方向に加圧しながら溶融、凝固させることできるので、引け巣などの鋳造欠陥が生じにくく、緻密で電気抵抗が小さく、熱電変換性能がよい熱電材料を形成することができ、熱電変換モジュールの性能を向上させることができる。
また、熱電材料の原料は粉体でセル１１中に充填するので、取り扱いが容易である。
更に、密閉状態で熱電材料の溶融、凝固を行うため、熱電材料の成分のうち蒸気圧が高い成分の揮発を抑制し、熱電材料の組成が変動することを防ぐことができる。
【００４４】
ここで、断熱部材５２により、ハニカム構造体１０が保温されて急激に冷却されることがないため、均一な温度分布で冷却されるので、熱電材料中に凝固時の温度勾配に起因する引け巣などの鋳造欠陥が生じにくい。また、回転テーブル４２の回転駆動時に雰囲気ガスの気流がハニカム構造体１０に直接当たることがないため、局部的に冷却されて温度勾配が生じることがない。
【００４５】
上述した形態では、チャンバー４１に雰囲気ガスを導入したが、チャンバー４１を真空減圧状態としてもよい。これによれば、回転テーブル４２の回転駆動時に雰囲気ガスの気流が生じないため、ハニカム構造体１０が局部的に冷却されて温度勾配が生じることがないので、均一な温度分布で冷却され、熱電材料中に凝固時の温度勾配に起因する引け巣などの鋳造欠陥が生じにくい。そのため、断熱部材５２を用いなくてもよい場合がある。
また、雰囲気ガスの気流が回転テーブル４２の回転の抵抗とならないため、回転の安定性が向上し、負荷される遠心力が安定する。
【００４６】
[実施例]
以下に本発明の実施例を示す。充填工程に遠心加熱法を採用して熱電変換モジュールを作製した。
【００４７】
ｐ型熱電材料としてＢｉ０．５Ｓｂ１．５Ｔｅ３。１組成、ｎ型熱電材料としてＢｉ１．８Ｓｂ００．２Ｔｅ３。３３Ｓｅ０．１７＋０．０５ｗｔ％ＳｂＩ３組成となるように、原料粉末を調製した。
【００４８】
１辺が３ｍｍの正方形断面のセルからなる１辺３０ｍｍ（６４セル）のコーディエライト製のハニカム構造体（ＭＫ２０：ＣＴＰ社製）を用意する。このハニカム構造体の各セルに上述の原料粉末をｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが交互に配置されるように充填する。
【００４９】
続いて、アルミナ板からなる蓋材によりセルの両端を封じた後に、ハニカム構造体全体を板状の断熱材ＷＤＳ（ＰＯＲＥＸＴＨＥＲＭ社製：熱伝導率０．０２１Ｗ／ｍＫ）により包み込み、セル方向に遠心力が作用するように遠心加熱装置の回転テーブルに載置した。
【００５０】
チャンバー内の雰囲気は、大気圧のＡｒ雰囲気と真空減圧（１０Ｐａ）の２条件とした。
【００５１】
遠心加熱は、セル方向に１０００Ｇの遠心力を負荷しながら、室温から６００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温し、６００℃で２０分保持した後に、炉冷することにより行った。
【００５２】
そして、ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが交互に配置されたハニカム構造体を所定の厚さ、ここでは、厚さ３ｍｍに切断し、ブロックを形成した。
【００５３】
このブロックに電極、リード配線を形成し、上下面に絶縁基板を設けて熱電変換モジュールを製造した。
【００５４】
図４には、Ａｒ雰囲気で遠心加熱を行ったハニカム構造体を、遠心力方向の表面から１ｍｍ研磨した研磨面を示す。いずれの熱電材料にも引け巣などの鋳造欠陥がなく、緻密な熱電材料を形成することができることが確認された。また、真空減圧における遠心加熱においても同様の結果が得られた。
【００５５】
［実施形態の効果］
（１）本発明の熱電変換モジュール３０の製造方法によれば、従来技術のようにｎ型熱電材料とｐ型熱電材料とを別々に作製し、インゴットから切り出す切り出し工程、切り出された熱電変換素子を基板上に配置する配置工程などを経ることない簡単な工程でｐ型熱電材料２１とｎ型熱電材料２２とが交互に配置されたブロック１０ａを形成し、熱電変換モジュール３０を製造することができるので、量産性を向上し、製造コストを低減することができる。
【００５６】
（２）充填工程に遠心加熱法を採用すると、遠心力により熱電材料の融液をセル１１の貫通方向に加圧しながら溶融、凝固させることできるので、引け巣などの鋳造欠陥が生じにくく、緻密で電気抵抗が小さく、熱電変換性能がよい熱電材料を形成することができ、熱電変換モジュールの性能を向上させることができる。また、熱電材料の原料は粉体でセル１１中に充填するので、取り扱いが容易である。
更に、断熱部材５２を用いたり、真空減圧状態で遠心加熱を行うことにより、ハニカム構造体１０が局部的に冷却されて温度勾配が生じることがなく、均一な温度分布で冷却することができるので、熱電材料中に凝固時の温度勾配に起因する引け巣などの鋳造欠陥が生じにくい。
【００５７】
［その他の実施形態］
充填工程として、熱電材料の融液を加圧してハニカム構造体１０のセル１１中に充填する加圧鋳造法、ハニカム構造体１０のセル１１中を減圧し、熱電材料の融液を吸引してセル１１中に充填する減圧鋳造法、セルに加圧してハニカム構造体１０のセル１１中に熱電材料の融液を充填した後、遠心力を負荷しながら凝固させる遠心鋳造法、などを採用することもできる。
これらの方法によれば、熱電材料の融液を加圧しながらセル１１中に充填する、または、熱電材料の融液を吸引しながらセル１１中に充填するため、引け巣などの鋳造欠陥が生じにくく、緻密で電気抵抗が小さく、熱電変換性能がよい熱電材料を形成することができ、熱電変換モジュールの性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ハニカム構造体
１０ａ  ブロック
１１  セル
２１  ｎ型熱電材料
２２  ｐ型熱電材料
３０  熱電変換モジュール
３１  絶縁基板
３２  リード配線
３３  電極
４０  遠心加熱装置
４１  チャンバー
４２  回転テーブル
４３  回転駆動装置
４４  ヒーター
４５  測温装置
４６  真空配管
４７  ガス導入管
【図１】
2012028370.tif 000003
【図２】
2012028370.tif 000004
【図３】
2012028370.tif 000005
【図４】
2012028370.tif 000006
【図５】
2012028370.tif 000007