(57)【要約】【課題】半田を用いることなく基板側の電極を熱電変換素子に接合可能な熱電変換器を提供する。【解決手段】一方の面に第１の接続電極１２を有する第１の基板１０と、一方の面に第２の接続電極３２を有する第２の基板３０と、第１の接続電極１２と第２の接続電極３２に挟まれるように第１の基板１０と第２の基板３０との間に配置される複数の熱電変換素子４０と、第１の基板１０および第２の基板３０を位置決めするとともに第１の基板１０および第２の基板３０を支持する枠部材２０と、を備える。少なくとも第１の接続電極１２が熱電変換素子４０の電極部４０ｃに押し当てられた状態で、第１の基板１０および第２の基板３０が枠部材２０に固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に第１の接続電極を有する第１の基板と、
一方の面に第２の接続電極を有する第２の基板と、
前記第１の接続電極と前記第２の接続電極に挟まれるように前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される複数の熱電変換素子と、
前記第１の基板および前記第２の基板を位置決めするとともに前記第１の基板および前記第２の基板を支持する枠部材と、を備え、
少なくとも前記第１の接続電極が前記熱電変換素子の電極部に押し当てられた状態で、前記第１の基板および前記第２の基板が前記枠部材に固定される、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電変換器において、
前記第１の基板の前記第１の接続電極を前記熱電変換素子に圧接させて、前記熱電変換素子の前記電極部を前記第１の接続電極にめり込ませた状態で、前記第１の基板が前記枠部材に固定される、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項３】
請求項１に記載の熱電変換器において、
前記第１の接続電極および前記第２の接続電極の少なくとも一方を弾性変位可能とする部材を設け、
前記第１の基板を前記熱電変換素子に圧接させて、前記熱電変換素子の前記電極部により前記第１の接続電極および前記第２の接続電極の少なくとも一方を弾性変位させた状態で、前記第１の基板が前記枠部材に固定される、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱電変換器において、
前記第１の接続電極および前記第２の接続電極の少なくとも一方を弾性変位可能とする前記部材は、前記第１の基板または前記第２の基板である、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の熱電変換器において、
前記第１の基板および前記第２の基板は、前記第１の基板および前記第２の基板に設けられた舌片を前記枠部材にかしめることにより、前記枠部材に固定される、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項６】
請求項５に記載の熱電変換器において、
前記枠部材は、前記舌片が嵌る溝を有する、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の熱電変換器において、
前記熱電変換素子は、柱状の熱電変換部と、前記熱電変換部の側面に設けられた板部とを備える、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の熱電変換器において、
前記熱電変換素子の前記電極部と前記第１の接続電極との間に、導電性の金属ペーストを介在させる、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一項に記載の熱電変換器と、
前記第１の基板側を熱源となる部材に当接させて前記熱電変換器を前記熱源となる部材に取り付ける取り付け具と、を備え、
前記取り付け具は、前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接近する方向の圧力を付与する構成を備える、
ことを特徴とする熱電変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換器およびそれを用いた熱電変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した発電システムとして、工場などで生じる排熱を電力に変換する熱電変換システムが注目されている。かかる熱電変換システムでは、たとえば、半導体を用いて熱を直接電力に変換する熱電変換器が用いられる。この種の熱電変換器は、ゼーベック効果、ペルチェ効果またはトムソン効果などの熱電効果を利用したｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とを組み合わせて構成され得る。
【０００３】
以下の特許文献１には、熱電変換素子を機密筐体内に収容して熱電変換素子を外部から遮断する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、熱電変換器では、熱電変換素子と基板側の電極とを接合するために半田が用いられる。しかしながら、熱電変換器では、熱を受ける側の基板がかなり高温になるため、熱により半田が劣化し、その結果、断線や導電不良などの不具合が生じる場合がある。
【０００６】
また、熱により半田の成分が熱電変換素子内へと拡散し、熱電変換素子の性能が劣化するとの問題も起こり得る。たとえば、半田に含まれる原子が熱振動により熱電変換素子であるペルチェ素子の格子点に移動して合金を形成することが起こり得る。このように熱電変換素子が合金化すると、熱電変換素子本来の変換効率が得られなくなってしまう。
【０００７】
かかる課題に鑑み、本発明は、半田を用いることなく基板側の電極を熱電変換素子に接合可能な熱電変換器およびそれを用いた熱電変換システム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】
【０００８】
本発明の第１の態様は、熱電変換器に関する。本態様に係る熱電変換器は、一方の面に第１の接続電極を有する第１の基板と、一方の面に第２の接続電極を有する第２の基板と、前記第１の接続電極と前記第２の接続電極に挟まれるように前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される複数の熱電変換素子と、前記第１の基板および前記第２の基板を位置決めするとともに前記第１の基板および前記第２の基板を支持する枠部材と、を備える。ここで、少なくとも前記第１の接続電極が前記熱電変換素子の電極部に押し当てられた状態で、前記第１の基板および前記第２の基板が前記枠部材に固定される。
【０００９】
本態様に係る熱電変換器によれば、少なくとも第１の接続電極が熱電変換素子の電極部に押し当てられた状態で、第１の基板および第２の基板が枠部材に固定されるため、第１の接続電極と熱電変換素子の電極部とが接触した状態となり、第１の接続電極と熱電変換素子の電極部とを半田で接合しなくても、第１の接続電極と熱電変換素子の電極部とを電気的に接合することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、熱電変換システムに関する。本態様に係る熱電変換システムは、第１の態様に係る熱電変換器と、前記第１の基板の他方の面側を熱源となる部材に当接させて前記熱電変換器を前記熱源となる部材に取り付ける取り付け具と、を備える。前記取り付け具は、前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに接近する方向の圧力を付与する構成を備える。
【００１１】
本態様に係る熱電変換器によれば、第１の態様と同様の効果が奏され得る。また、熱源となる部材に熱電変換器が取り付けられる際に、取り付け具により、第１の基板と第２の基板とが互いに接近する方向の圧力が付与されるため、この圧力により、第１の接続電極と熱電変換素子の電極部との間の接合が良好に保たれる。よって、熱電変換素子により生じた電力を良好に取り出すことができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のとおり、本発明によれば、半田を用いることなく基板側の電極を熱電変換素子に接合でき、これにより、排熱により熱電変換器が高温下に晒された場合にも熱電変換器の性能が劣化することを抑制することができる。
【００１３】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る熱電変換器の構成を示す分解斜視図、図１（ｂ）は、実施の形態に係る熱電変換器の組立後の状態を示す斜視図、図１（ｃ）は、熱電変換素子の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る熱電変換器の組立工程を説明する模式図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係る熱電変換器を配管に設置した状態の熱電変換システムを、それぞれ、正面、側方および上方から見た模式図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、変更例１に係る熱電変換器の組立工程を説明する模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、変更例１にカバーを追加した場合の熱電変換器の組立工程を説明する模式図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は、変更例２に係る熱電変換器の組立工程を説明する模式図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、変更例３に係る熱電変換器の組立工程を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向が熱電変換器１００の高さ方向であり、Ｚ軸正方向が下方向である。
【００１６】
図１（ａ）は、熱電変換器１００の構成を示す分解斜視図、図１（ｂ）は、熱電変換器１００の組立後の状態を示す斜視図、図１（ｃ）は、熱電変換素子４０の構成を示す断面図である。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、熱電変換器１００は、第１の基板１０と、枠部材２０と、第２の基板３０と、熱電変換素子４０と、を備える。
【００１８】
第１の基板１０は、平面視において略正方形の形状を有する。第１の基板１０の各辺には、それぞれ２つずつ、舌片１１が一体形成されている。第１の基板１０は、舌片１１を折り曲げ可能で且つ熱伝導特性に優れた材料からなっている。たとえば、第１の基板１０として、銅板が用いられる。この他、第１の基板１０は、アルミニウム等から形成されても良い。
【００１９】
また、第１の基板１０の下面（Ｚ軸負側の面）には、熱電変換素子４０の上側の電極部４０ｃ（図１（ｃ）参照）と接合される第１の接続電極１２（図２（ａ）参照）が形成されている。第１の接続電極１２は、導電性に優れ、且つ、後述のように圧力を付与することにより熱電変換素子４０がめり込むことが可能な材料からなっている。たとえば、第１の接続電極１２は、銅やアルミニウム等から形成される。第１の基板１０が銅やアルミニウム等の導電性を有する金属材料からなる場合、第１の接続電極１２は、絶縁層を介して、第１の基板１０の下面に配置される。
【００２０】
枠部材２０は、平面視において略正方形の枠体からなっている。枠部材２０は、たとえば、シリコン樹脂からなっている。枠部材２０は、中央に略正方形の開口２１を有する。枠部材２０の上面には、第１の基板１０の周縁が嵌り込む段差２２が設けられている。段差２２は、第１の基板１０の下面が載置される水平な底面と、第１の基板１０の周囲に当接して第１の基板１０を位置決めする鉛直な壁面とを有する。枠部材２０の下面にも、第２の基板３０の周囲が嵌り込む段差２２（図２（ａ）参照）が設けられている。枠部材２０には、第１の基板１０の８つの舌片１１がそれぞれ嵌り込む８つの溝２３が形成されている。
【００２１】
第２の基板３０は、第１の基板１０と同様の形状および大きさを有し、また、第１の基板１０と同様の材料からなっている。第２の基板３０の各辺にも、枠部材２０の溝２３に対応する位置に舌片３１が一体形成されている。第２の基板３０の上面には、熱電変換素子４０の下側の電極部４０ｃ（図１（ｃ）参照）と接合される第２の接続電極３２（図２（ａ）参照）が形成されている。第２の接続電極３２は、たとえば、銅からなっている。本実施の形態では、熱電変換素子４０の下側の電極部４０ｃは、半田５０（図２（ａ）参照）により、第２の接続電極３２に接合されている。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、熱電変換素子４０は、柱状の熱電変換部４０ａと、熱電変換部４０ａの左右の側面に設けられた板部４０ｂと、熱電変換部４０ａの上面および下面に形成された電極部４０ｃとを備える。熱電変換部４０ａは、熱を直接電力に変換する半導体からなっている。熱電変換部４０ａは、ゼーベック係数αと比抵抗ρと熱伝導率Ｋによって表される性能指数Ｚ（＝α２／ρＫ）が大きな材料（Ｂｉ２Ｔｅ３系材料、鉛・テルル系材料、シリコン・ゲルマニウム系材料等）にドーパントを添加したものである。添加するドーパントにより、ｐ型とｎ型の２種類の熱電変換部４０ａが構成される。ｐ型の熱電変換部４０ａを構成するためのドーパントとして、たとえば、Ｓｂが添加される。また、ｎ型の熱電変換部４０ａを構成するためのドーパントとして、たとえば、Ｓｅが添加される。
【００２３】
板部４０ｂは、耐熱性に優れた絶縁性の材料（ガラス、アルミナ、セラミック等）からなっている。板部４０ｂは、熱電変換部４０ａの側面に貼り付けられる。電極部４０ｃは、熱電変換部４０ａの上下の面に製膜により形成される。本実施の形態では、下側の電極部４０ｃが半田５０により第２の接続電極３２（図２（ａ）参照）に接合されるため、下側の電極部４０ｃは、半田５０に対する濡れ性の高い材料（ニッケル、クロム、タングステン等）からなることが好ましい。
【００２４】
第２の基板３０の上面には、上記のように熱電変換部４０ａに添加するドーパントを変えることにより、ｐ型とｎ型の２種類の熱電変換素子４０が設置されている。図１（ａ）の構成では、ｐ型の熱電変換素子４０とｎ型の熱電変換素子４０が、Ｙ軸方向に交互に一定間隔で並ぶように、第２の基板３０上に配置されている。また、このようにｐ型の熱電変換素子４０とｎ型の熱電変換素子４０が配置された列が、さらに、Ｘ軸方向に一定間隔で複数配置されている。
【００２５】
第１の基板１０の下面に配された第１の接続電極１２と、第２の基板３０の上面に配された第２の接続電極３２は、上記のように第２の基板３０に設置されたｐ型の熱電変換素子４０とｎ型の熱電変換素子４０を直列に接続するようにレイアウトされている。すなわち、全ての熱電変換素子４０が、第１の接続電極１２と第２の接続電極３２によって直列に接続される。これにより、各熱電変換素子４０により生じた電力が累積される。累積された電力は、図示しない端子から取出される。
【００２６】
熱電変換器１００を形成する際には、まず、図１（ａ）のように上面に熱電変換素子４０が設置された第２の基板３０を、枠部材２０に組み付ける。具体的には、第２の基板３０の周縁を枠部材２０の下面側の段差２２に嵌め込んで、第２の基板３０周縁の上面を段差２２の平面に当接させる。これにより、第２の基板３０が枠部材２０に対して位置決めされる。この状態で、舌片３１を枠部材２０の溝２３に嵌るように折り曲げて、舌片３１を枠部材２０にかしめる。これにより、第２の基板３０が枠部材２０に組み付けられる。
【００２７】
次に、第１の基板１０を枠部材２０に組み付ける。具体的には、第１の基板１０の周縁を枠部材２０の上面側の段差２２に嵌め込む。これにより、第１の基板１０が枠部材２０に対して位置決めされる。この状態で、第１の基板１０の上面全領域に一様に、押圧器具によって下方向（Ｚ軸負方向）の圧力を付与する。これにより、第１の基板１０の下面に設けられた第１の接続電極１２が熱電変換素子４０の上側の電極部４０ｃに接触する。その後、舌片１１を枠部材２０の溝２３に嵌るように折り曲げて、舌片１１を枠部材２０にかしめる。これにより、第１の基板１０が枠部材２０に組み付けられる。これにより、図１（ｂ）に示すように、熱電変換器１００の組み立てが完了する。
【００２８】
図２（ａ）〜（ｄ）は、第１の基板１０を枠部材２０に組み付ける際の熱電変換器１００の組立工程を示す模式図である。図２（ａ）〜（ｄ）には、それぞれ、Ｘ−Ｚ平面に平行な面で熱電変換器１００を切断したときの状態が模式的に示されている。
【００２９】
図２（ａ）は、第２の基板３０が枠部材２０に組み付けられた後、第１の基板１０が枠部材２０の上面側の段差２２に嵌め込まれる直前の状態を示している。この状態において、熱電変換素子４０の上面に第１の接続電極１２が対向している。第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の上面との接合は、半田を用いずに行われる。すなわち、図２（ａ）の状態において、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の上面との間に、半田は介在しない。
【００３０】
その後、図２（ｂ）に示すように、第１の基板１０の周縁が枠部材２０の上面側の段差２２に嵌め込まれる。このとき、設置誤差等によって、図２（ｂ）に示すように熱電変換素子４０の高さにばらつきが生じると、最も高い熱電変換素子４０に、第１の基板１０側の第１の接続電極１２が当接する。図２（ｂ）では、左から２番目の熱電変換素子４０が最も高いため、まず、この熱電変換素子４０に第１の接続電極１２が当接する。
【００３１】
さらに、図２（ｂ）の状態において、第１の基板１０の上面全領域に一様に、押圧器具によって下方向（Ｚ軸負方向）の圧力が付与される。このとき、第２の基板３０は、押圧器具の受け部材によって、下方向（Ｚ軸負方向）の移動が規制されている。このため、互いに当接する第１の接続電極１２と熱電変換素子４０との間に圧力が荷重される。第１の接続電極１２は、銅等の変形可能な材料によって形成されているため、図２（ｃ）に示すように、この荷重によって、最も高い熱電変換素子４０の上部が第１の接続電極１２にめり込む。これに伴い、第１の基板１０が下方へと移動し、２番目に高い熱電変換素子４０に第１の接続電極１２が当接する。図２（ｃ）では、最も右側の熱電変換素子４０が２番目に高いため、この熱電変換素子４０に第１の接続電極１２が当接する。
【００３２】
その後、さらに第１の基板１０の上面に圧力が付与されると、図２（ｄ）に示すように、２番目に高い熱電変換素子４０の上部が第１の接続電極１２にめり込み、さらに、順次、熱電変換素子４０の上部が、第１の接続電極１２が当接して、第１の接続電極１２にめり込む。第１の基板１０の下方への移動は、図２（ｄ）に示すように、第１の基板１０周縁の下面が、枠部材２０の上側の段差２２の平面に当接するまで続く。
【００３３】
ここで、枠部材２０の上側の段差２２の深さは、図２（ｄ）に示すように、第１の基板１０周縁の下面が当該段差２２の平面に当接した状態において、各々の熱電変換素子４０の上部が、第１の接続電極１２にめり込み、あるいは、めり込まないまでも第１の接続電極１２に強く押し付けられた状態となるように設定されている。したがって、図２（ｄ）に示す状態では、全ての熱電変換素子４０の上側の電極部４０ｃ（図１（ｃ）参照）が、それぞれ、対応する第１の接続電極１２に接触している。
【００３４】
この状態において、上記のように、第１の基板１０の舌片１１（図１（ａ）参照）が枠部材２０の溝２３に嵌るように折り曲げられ、舌片１１が枠部材２０にかしめられる。これにより、第１の基板１０が、図２（ｄ）の状態に固定される。その後、押圧器具が熱電変換器１００から取り外される。こうして、図１（ｂ）に示す熱電変換器１００が得られる。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｃ）は、上記のように組み立てられた熱電変換器１００を、熱源となる配管５００に設置した状態の熱電変換システム１を、それぞれ、正面、側方および上方から見た模式図である。
【００３６】
熱電変換器１００は、押さえ板２００と、受け板３００と、ボルト４０１と、ナット４０２とからなる取り付け具によって、配管５００に取り付けられる。押さえ板２００は、熱伝導性に優れ、且つ、剛性が高い材料からなっている。押さえ板２００は、長方形の輪郭を有し、４隅にボルト４０１を通すための孔（図示せず）を有する。押さえ板２００には、Ｚ軸正側の面に、空冷のためのフィン２０１が一体形成されている。受け板３００は、長方形の輪郭を有し、４隅にボルト４０１を通すための孔（図示せず）を有する。受け板３００は、剛性が高い材料からなっている。
【００３７】
本実施の形態において、配管５００は、略正方形の断面形状を有している。配管５００は、高温の気体または液体の通路となるもので、内部を通る気体または液体によって、表面温度が高温となる。配管５００は、熱伝導性が高い金属材料からなっている。
【００３８】
熱電変換器１００は、第１の基板１０が配管５００の表面に接触した状態で、押さえ板２００によって押さえられる。図３（ｃ）に示すように、熱電変換器１００は、配管５００に対してＹ軸方向に略均等に位置付けられる。押さえ板２００は、Ｙ軸方向の略中央に熱電変換器１００が位置付けられるよう、熱電変換器１００に当てられる。この状態で、配管５００の反対側に受け板３００が当てられ、ボルト４０１が、受け板３００と押さえ板２００の孔（図示せず）に通される。その後、ボルト４０１の先端にナット４０２が装着され、ボルト４０１とナット４０２が締め付けられる。このとき、ボルト４０１とナット４０２は、熱電変換器１００が、押さえ板２００と配管５００とに挟まれて、厚みが縮む方向に圧力を受けるように締め付けられる。こうして、配管５００に対する熱電変換器１００の取り付けが完了する。
【００３９】
その後、配管５００に液体または気体が通り、配管５００の温度が上昇すると、熱電変換器１００の第１の基板１０側の温度が上昇する。これに対し、熱電変換器１００の第２の基板３０側は、フィン２０１による放熱によって、温度の上昇が抑えられる。これにより、熱電変換器１００内部に設置された熱電変換素子４０に温度差が生じ、この温度差により、熱電変換素子４０に電力が生じる。それぞれの熱電変換素子４０に生じた電力は、第１の基板１０に配置された第１の接続電極１２と第２の基板３０に配置された第２の接続電極３２を介して集められ、図示しない配線により外部に取出される。
【００４０】
なお、図３（ａ）〜（ｃ）の例では、押さえ板２００に空冷式のフィン２０１が設けられたが、押さえ板２００に冷却水を通すための流路を設けて、水冷式により、熱電変換器１００の第２の基板３０側を冷却する構成であってもよい。また、熱電変換器１００を配管５００と押さえ板２００との間に挟むための構成は、ボルト４０１とナット４０２とを用いた構成に限られるものではなく、たとえば、バネを押さえ板２００と受け板３００との間に橋架する構成であってもよい。また、図３（ａ）の構成では、熱電変換器１００が個別に配管５００に取り付けられたが、複数の熱電変換器１００を一つの押さえ板２００と受け板３００で挟んで配管５００に取り付ける構成であってもよい。さらに、配管５００と熱電変換器１００との接触面に熱結合剤を介在させてもよく、また、熱電変換効率を高めるために、熱電変換器１００と押さえ板２００との間に熱結合剤を介在させてもよい。
【００４１】
＜実施形態の効果＞
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
【００４２】
第１の接続電極１２が熱電変換素子４０の電極部４０ｃに押し当てられた状態で、第１の基板１０および第２の基板３０が枠部材２０に固定されるため、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の電極部４０ｃとが接触した状態となり、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の電極部４０ｃとを半田で接合しなくても、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の電極部４０ｃとを電気的に接合することができる。
【００４３】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１の基板１０の第１の接続電極１２を熱電変換素子４０に圧接させて、熱電変換素子４０の電極部４０ｃを第１の接続電極１２にめり込ませた状態で、第１の基板１０が枠部材２０に固定される。これにより、設置誤差等によって熱電変換素子４０の高さにばらつきが生じても、全ての熱電変換素子４０の電極部４０ｃを、対応する第１の接続電極１２に接合することができる。
【００４４】
第１の基板１０および第２の基板３０は、第１の基板１０および第２の基板３０に設けられた舌片１１、３１を枠部材２０にかしめることにより、枠部材２０に固定される。このため、簡易な作業により、第１の基板１０および第２の基板３０を枠部材２０に取り付けることができる。
【００４５】
ここで、枠部材２０には、舌片１１、３１が嵌る溝２３が設けられているため、枠部材２０の上面に乗り上げることなく舌片１１、３１を枠部材２０にかしめることができる。よって、舌片１１、３１のかしめを、確実かつ強固に行うことができる。
【００４６】
熱電変換素子４０は、柱状の熱電変換部４０ａと、熱電変換部４０ａの側面に設けられた板部４０ｂとを備え、板部４０ｂによって強度が高められている。このため、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、熱電変換素子４０に大きな荷重が付加されても、熱電変換素子４０に損傷が生じることがない。よって、荷重により熱電変換素子４０を第１の接続電極１２に円滑にめり込ませることができる。
【００４７】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、熱電変換素子４０は、ボルト４０１とナット４０２を締め付けることにより厚みが縮む方向の圧力を受けた状態で、配管５００に取り付けられる。このように、厚みが縮む方向の圧力が維持されることにより、第１の接続電極１２が熱電変換素子４０の電極部４０ｃに常に押し付けられ、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の電極部４０ｃとの間に隙間が生じることがない。よって、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の電極部４０ｃとの接合を良好に保つことができる。
【００４８】
＜変更例＞
上記実施の形態では、舌片１１を溝２３にかしめることにより、第１の基板１０と第２の基板３０が枠部材２０に固定されたが、第１の基板１０と第２の基板３０を枠部材２０に固定する方法はこれに限られるものではない。たとえば、スポット溶接によって、第１の基板１０と第２の基板３０を枠部材２０に固定しても良く、あるいは、接着剤により第１の基板１０と第２の基板３０を枠部材２０に固定しても良い。スポット溶接の場合は、枠部材２０が金属材料により構成される。ただし、かしめによる固定は、接着やスポット溶接と比較して、組立工数を削減できる点で優れている。よって、組立工数の観点からは、上記実施の形態のように、かしめにより第１の基板１０と第２の基板３０を枠部材２０に固定するのが望ましい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、熱電変換素子４０の下側（Ｚ軸負側）の電極部４０ｃと第２の接続電極３２との接合に半田５０を用いたが、半田５０を用いずに、荷重により、熱電変換素子４０の下側の電極部４０ｃを第２の接続電極３２にめり込ませて、熱電変換素子４０の下側の電極部４０ｃと第２の接続電極３２とを接合させても良い。
【００５０】
なお、上記実施の形態に係る図２（ａ）〜（ｄ）の工程では、熱電変換素子４０の下面に半田５０が介在しており、かつ、半田５０の面積が第２の接続電極３２とほぼ同じ面積に広がっているため、第１の基板１０に圧力を付与した場合、第２の接続電極３２には、略全面積に均等の荷重がかかることになる。このため、図２（ａ）〜（ｄ）の工程では、熱電変換素子４０の下部が第２の接続電極３２にめり込むことが抑制される。
【００５１】
また、上記実施の形態では、図２（ｄ）の状態において、第１の基板１０の上面と枠部材２０の上面が面一となっているが、図２（ｄ）に示すかしめの状態において、第１の基板１０の上面が枠部材２０の上面よりもＺ軸正側に位置付けられるよう、第１の基板１０の厚みと段差２２の深さが調整されてもよい。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように熱電変換器１００が配管５００に設置されたときに、第１の基板１０のＺ軸正側の面が配管５００の表面に確実に接するように、枠部材２０の上面に対する第１の基板１０の上面の突出量が調整されればよい。この点は、後述する変更例１〜３においても同様である。
【００５２】
また、上記実施の形態では、舌片１１と舌片３１に対して共通の溝２３が設けられたが、舌片１１と舌片３１に対して個別に溝２３が設けられても良い。また、熱電変換素子４０は四角柱の形状であったが、必ずしも四角柱で無くても良く、円柱や六角柱等、他の形状であっても良い。また、熱電変換部４０ａのみで荷重に耐え得る十分な強度がある場合は、板部４０ｂを適宜省略可能である。
【００５３】
以下、その他の変更例について説明する。
【００５４】
＜変更例１＞
変更例１では、第１の基板１０が可撓性を有する素材からなっている。ここでは、第１の基板１０が、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）からなっている。
【００５５】
図４（ａ）〜（ｄ）は、第１の基板１０を枠部材２０に組み付ける際の熱電変換器１００の組立工程を示す模式図である。図４（ａ）〜（ｄ）には、それぞれ、Ｘ−Ｚ平面に平行な面で熱電変換器１００を切断したときの状態が模式的に示されている。
【００５６】
このように、変更例１では、第１の基板１０が可撓性を有する素材からなっているため、第１の基板１０の上面に圧力を付与すると、熱電変換素子４０の上部が第１の接続電極１２にめり込む代わりに、第１の基板１０が厚み方向に縮んで、第１の接続電極１２が上方向（Ｚ軸正方向）に変位する。これにより、熱電変換素子４０の高さ方向のばらつきが吸収される。
【００５７】
変更例１では、図４（ｄ）に示すように、第１の基板１０が縮むことにより、第１の接続電極１２が上方向に弾性変位した状態で、第１の基板１０が枠部材２０に固定される。このため、第１の基板１０が弾性復帰することによる圧力が、第１の接続電極１２を介して熱電変換素子４０に付与される。これにより、第１の接続電極１２が熱電変換素子４０の上側の電極部４０ｃ（図１（ｃ）参照）に押し付けられ、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の上側の電極部４０ｃとの接合が良好に維持される。
【００５８】
なお、変更例１では、第１の基板１０がＦＰＣからなっているため、第１の基板１０を枠部材２０に固定する方法として、舌片１１を溝２３にかしめる方法を用いることができない。このため、変更例１では、舌片１１を溝２３に接着固定する方法や、第１の基板１０の全周に亘って、第１の基板１０を枠部材２０に接着固定する方法が用いられる。後者の方法では、適宜、舌片１１が省略され得る。なお、接着固定は、接着剤や紫外線硬化樹脂等を用いて行われる。
【００５９】
なお、このように第１の基板１０を接着固定する方法に代えて、舌片を有するカバーを第１の基板１０の上面に重ね、このカバーの舌片を、枠部材２０の溝２３にかしめることにより、第１の基板１０を枠部材２０に固定するようにしてもよい。
【００６０】
図５（ａ）〜（ｄ）は、カバー６０を用いて第１の基板１０を枠部材２０に固定する工程を示す図である。
【００６１】
カバー６０は、第１の基板１０と同じ大きさおよび輪郭を有し、図１（ａ）の第１の基板１０と同じ位置に舌片（図示せず）が一体形成されている。カバー６０は、舌片を折り曲げ可能で且つ熱伝導特性に優れた材料からなっている。たとえば、カバー６０として、銅板が用いられる。この他、カバー６０は、アルミニウム等から形成されても良い。第１の基板１０は、図１（ａ）の構成から舌片１１が省略された構成となっている。カバー６０は、予め、第１の基板１０の上面に貼り付けられている。これに代えて、カバー６０が第１の基板１０の上面に、貼り付けられることなく載せられる構成であってもよい。
【００６２】
図５（ａ）〜（ｄ）の工程では、図４（ａ）〜（ｄ）の工程に比べて、カバー６０の上面に力が付与されることのみが異なっている。カバー６０の上面に力が付与されることにより、第１の基板１０が厚み方向に縮み、図５（ｄ）の状態になる。この状態で、カバー６０の舌片（図示せず）が、枠部材２０の溝２３にかしめられる。これにより、第１の基板１０の取り付けが完了する。
【００６３】
図５（ａ）〜（ｄ）の構成によれば、別途、カバー６０が必要になるものの、接着工程が不要となるため、図４（ａ）〜（ｄ）の場合に比べて、組立作業が簡易化され得る。また、第１の基板１０の上面が、カバー６０によって押さえられるため、図４（ａ）〜（ｄ）の場合に比べて、第１の接続電極１２をより強く熱電変換素子４０の上面に押し付けることができる。
【００６４】
＜変更例２＞
変更例２では、第２の基板３０が可撓性を有する素材からなっている。ここでは、第２の基板３０が、ＦＰＣからなっている。
【００６５】
図６（ａ）〜（ｄ）は、第１の基板１０を枠部材２０に組み付ける際の熱電変換器１００の組立工程を示す模式図である。図６（ａ）〜（ｄ）には、それぞれ、Ｘ−Ｚ平面に平行な面で熱電変換器１００を切断したときの状態が模式的に示されている。
【００６６】
このように、変更例２では、第２の基板３０が可撓性を有する素材からなっているため、第１の基板１０の上面に圧力を付与すると、熱電変換素子４０の上部が第１の接続電極１２にめり込む代わりに、第２の基板３０が厚み方向に縮んで、半田５０と第２の接続電極３２が下方向（Ｚ軸負方向）に変位する。これにより、熱電変換素子４０の高さ方向のばらつきが吸収される。
【００６７】
変更例２では、図６（ｄ）に示すように、第２の基板３０が縮むことにより、第２の接続電極３２が下方向に弾性変位した状態で、第１の基板１０が枠部材２０に固定される。このため、第２の基板３０が弾性復帰することによる圧力が、第２の接続電極３２と半田５０を介して熱電変換素子４０に付与される。これにより、熱電変換素子４０の上側の電極部４０ｃ（図１（ｃ）参照）が第１の接続電極１２に押し付けられ、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の上側の電極部４０ｃとの接合が良好に維持される。
【００６８】
なお、変更例２では、第２の基板３０がＦＰＣからなっているため、変更例１における第１の基板１０と同様、第２の基板３０を枠部材２０に固定する方法として、舌片３１を溝２３にかしめる方法を用いることができない。したがって、第２の変更例では、第１の変更例の第１の基板１０と同様、接着により、第２の基板３０が枠部材２０に固定される。また、接着に代えて、図５（ａ）〜（ｄ）と同様、第２の基板３０の下面に舌片を有するカバーを重ね、このカバーの舌片を枠部材２０の溝２３にかしめて、第２の基板３０を枠部材２０に固定しても良い。
【００６９】
なお、変更例１、２では、第１の基板１０または第２の基板２０が可撓性を有したが、第１の基板１０と第１の接続電極１１との間に可撓性を有する層が配置されてもよく、また、第２の基板２０と第２の接続電極２１との間に可撓性を有する層が配置されてもよい。また、第１の基板１０側に第１の接続電極１１を弾性変位させる部材を設けるとともに第２の基板２０側にも第２の接続電極２１を弾性変位させる部材を設けてもよい。
【００７０】
＜変更例３＞
変更例３では、第１の接続電極１２と熱電変換素子４０の上面との間に、導電性の金属ペーストを介在させる。
【００７１】
図７（ａ）〜（ｄ）は、第１の基板１０を枠部材２０に組み付ける際の熱電変換器１００の組立工程を示す模式図である。図７（ａ）〜（ｄ）には、それぞれ、Ｘ−Ｚ平面に平行な面で熱電変換器１００を切断したときの状態が模式的に示されている。
【００７２】
図７（ａ）に示すように、予め第１の接続電極１２に導電性の金属ペースト７０が塗布される。金属ペースト７０には、ニッケルや銅等の金属粒子が含有されている。この状態で、図２（ａ）〜（ｄ）と同様の工程が実行され、第１の基板１０が枠部材２０に組み付けられる。
【００７３】
変更例３では、熱電変換素子４０から第１の接続電極１２に対する電気導通が向上する。よって、熱電変換素子４０で生じた電力をより効率的に取り出し得る。また、金属ペースト７０により第１の接続電極１２と熱電変換素子４０との間の熱伝導が向上する。よって、たとえば、図３（ａ）〜（ｄ）の熱電変換システム１において、配管５００の熱をより効率的に、熱電変換素子４０に伝導でき、熱電変換システム１の変換効率を向上させることができる。
【００７４】
以上の変更例の他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  …  熱電変換システム
１０  …  第１の基板
１１  …  舌片
２０  …  枠部材
２３  …  溝
３０  …  第２の基板
３１  …  舌片
４０  …  熱電変換素子
４０ａ  …  熱電変換部
４０ｂ  …  板部
７０  …  金属ペースト
１００  …  熱電変換器
２００  …  押さえ板（取り付け具）
３００  …  受け板（取り付け具）
４０１  …  ボルト（取り付け具）
４０２  …  ナット（取り付け具）
【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】
2017041619.tif 000007
【図６】
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【図７】
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