(57)【要約】【課題】多様な場面に適用できる熱電変換モジュールの実装構造等を提供する。【解決手段】熱電変換モジュール１は、基材上の平面において定められた高温部Ｈと低温部Ｌに両端部がそれぞれ位置するように、膜状の熱電変換素子が基材上に複数配置されたものである。熱電変換モジュール１の実装構造２００では、熱電変換モジュール１の高温部Ｈを熱源１００に配置し、基材を屈曲させた状態として低温部Ｌを熱源１００から離して配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上の平面において定められた高温部と低温部に両端部がそれぞれ位置するように、膜状の熱電変換素子が基材上に複数配置された熱電変換モジュールを、
前記高温部と前記低温部の一方が熱源に配置され、他方が前記熱源から離して配置されるように前記熱源に設けたことを特徴とする熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項２】
前記基材を屈曲させた状態とすることにより、前記高温部または前記低温部が前記熱源から離れた位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項３】
前記熱電変換モジュールは、前記熱源に配置される箇所と、前記熱源から離して配置される箇所とが、交互に繰り返し形成されるように前記熱源に設けられ、
前記高温部と前記低温部の一方が前記熱源に配置される箇所に位置し、他方が前記熱源から離して配置される箇所に位置することを特徴とする請求項２に記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項４】
前記熱電変換モジュールは、前記高温部または前記低温部を前記熱源から離れた位置に配置するための構成部分を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項５】
前記構成部分は、前記基材を屈曲させるためのものであることを特徴とする請求項４記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項６】
前記構成部分は、前記基材の折り位置を示すものまたは前記折り位置で折った折り部分であることを特徴とする請求項４または請求項５記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項７】
前記構成部分は、前記基材の切込位置を示すものまたは前記切込位置で切り込んだ切込部分であることを特徴とする請求項４または請求項５記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項８】
前記構成部分は、前記基材上の前記高温部または前記低温部を前記熱源から離れた位置で支持するものであることを特徴とする請求項４または請求項５記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項９】
前記構成部分は、前記基材上の前記高温部または前記低温部を挟んだ両側を前記熱源に固定するものであることを特徴とする請求項４または請求項５記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項１０】
前記構成部分は、前記基材の所定の屈曲部分の向かい合う面同士を接続するものであることを特徴とする請求項４または請求項５記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項１１】
前記構成部分は、前記向かい合う面の前記熱源側の一部分同士を接続するものであることを特徴とする請求項１０記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項１２】
前記熱電変換素子が、前記基材の前記熱源側の面にあることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項１３】
前記熱電変換素子が、前記基材の前記熱源側と逆側の面にあることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の熱電変換モジュールの実装構造。
【請求項１４】
基材上の平面において定められた高温部と低温部に両端部がそれぞれ位置するように、膜状の熱電変換素子が基材上に複数配置され、
前記高温部と前記低温部の一方を熱源に配置する場合に他方を前記熱源から離すための構成部分が設けられたことを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項１５】
前記構成部分は、前記基材を屈曲させるためのものであることを特徴とする請求項１４記載の熱電変換モジュール。
【請求項１６】
前記構成部分は、前記基材の折り位置を示すものまたは前記折り位置で折った折り部分であることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の熱電変換モジュール。
【請求項１７】
前記構成部分は、前記基材の切込位置を示すものまたは前記切込位置で切り込んだ切込部分であることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の熱電変換モジュール。
【請求項１８】
前記構成部分は、前記基材上の前記高温部または前記低温部を前記熱源から離れた位置で支持するものであることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の熱電変換モジュール。
【請求項１９】
前記構成部分は、前記基材上の前記高温部または前記低温部を挟んだ両側を前記熱源に固定するものであることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の熱電変換モジュール。
【請求項２０】
前記構成部分は、前記基材の所定の屈曲部分の向かい合う面同士を接続するものであることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の熱電変換モジュール。
【請求項２１】
前記構成部分は、前記向かい合う面の前記熱源側の一部分同士を接続するものであることを特徴とする請求項２０記載の熱電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度差により起電力を生じる熱電変換モジュールの実装構造および熱電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子は、両端の温度差によってゼーベック効果による起電力を生じさせるものである。特許文献１〜３にその例が記載されており、通常、上部基板と下部基板の間に柱状の熱電変換素子を複数配置し、これらを直列に接続してモジュール化し、上部基板と下部基板との間の温度差により起電力を生じるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-266084号公報
【特許文献２】特開平11-330569号公報
【特許文献３】特開平9-162447号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱電変換モジュールは、上部基板と下部基板との間に柱状の熱電変換素子を配置することからある程度の厚みがあって曲げたりすることはできず、また上部基板と下部基板の一方を高温側、他方を低温側として設置することから適用範囲が限られている。
【０００５】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、多様な場面に適用できる熱電変換モジュールの実装構造等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】
【０００６】
前述した課題を解決するための第１の発明は、基材上の平面において定められた高温部と低温部に両端部がそれぞれ位置するように、膜状の熱電変換素子が基材上に複数配置された熱電変換モジュールを、前記高温部と前記低温部の一方が熱源に配置され、他方が前記熱源から離して配置されるように前記熱源に設けたことを特徴とする熱電変換モジュールの実装構造である。
【０００７】
本発明では、平面上に低温部と高温部を設定した熱電変換モジュールを用い、高温部と低温部の一方が熱源である温熱源または冷熱源に配置され、他方が熱源から離して配置されるように熱電変換モジュールを熱源に設けることで、この熱電変換モジュールを温度差により起電力を発生する電池として機能させることができる。このような熱電変換モジュールの配置によって実装が容易となり、様々な実装形態をとることができて前記した従来の熱電変換モジュールに比べ適用範囲が広くなる。
【０００８】
前記基材を屈曲させた状態とすることにより、前記高温部または前記低温部が前記熱源から離れた位置に配置されることが望ましい。また、前記熱電変換モジュールは、前記熱源に配置される箇所と、前記熱源から離して配置される箇所とが、交互に繰り返し形成されるように前記熱源に設けられ、前記高温部と前記低温部の一方が前記熱源に配置される箇所に位置し、他方が前記熱源から離して配置される箇所に位置することが望ましい。
さらに、前記熱電変換モジュールは、前記高温部または前記低温部を前記熱源から離れた位置に配置するための構成部分を有することが望ましい。前記構成部分は、例えば前記基材を屈曲させるためのものである。
【０００９】
本発明では、基材を屈曲させた状態とすることによって高温部または低温部を簡単に熱源から離して配置することができる。また基材の屈曲により、熱電変換モジュールを、熱源に配置される箇所と熱源から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源に設けることによって、高温部や低温部が位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。また前記した構成部分を熱電変換モジュールに設けることで、熱電変換モジュールの実装が容易になる。
【００１０】
前記構成部分は、例えば前記基材の折り位置を示すものまたは前記折り位置で折った折り部分である。あるいは、前記基材の切込位置を示すものまたは前記切込位置で切り込んだ切込部分であってもよい。さらに、前記基材上の前記高温部または前記低温部を前記熱源から離れた位置で支持するものであってもよく、前記基材上の前記高温部または前記低温部を挟んだ両側を前記熱源に固定するものであってもよい。また、前記構成部分は、前記基材の所定の屈曲部分の向かい合う面同士を接続するものであってもよく、例えば前記向かい合う面の前記熱源側の一部分同士を接続する。
前記の構成部分としては上記のように様々なものが考えられ、どのような構成とするかは、実装する対象等に合わせて適切に定めることができる。
【００１１】
前記熱電変換素子は、前記基材の前記熱源側の面にあってもよく、前記基材の前記熱源側と逆側の面にあってもよい。
熱電変換素子が基材の熱源側の面にあれば、高温部または低温部で熱電変換素子を熱源に直に接触させることができ、熱電変換素子が基材の熱源側と逆側の面にあれば、高温部または低温部のうち熱源側にない方が、熱源の影響を受けにくくなる。従って、いずれの場合も十分な起電力を得ることが可能である。
【００１２】
第２の発明は、基材上の平面において定められた高温部と低温部に両端部がそれぞれ位置するように、膜状の熱電変換素子が基材上に複数配置され、前記高温部と前記低温部の一方を熱源に配置する場合に他方を前記熱源から離すための構成部分が設けられたことを特徴とする熱電変換モジュールである。
【００１３】
前記構成部分は、例えば前記基材の折り位置を示すものまたは前記折り位置で折った折り部分である。または、前記基材の切込位置を示すものまたは前記切込位置で切り込んだ切込部分であってもよい。さらに、前記基材上の前記高温部または前記低温部を前記熱源から離れた位置で支持するものであってもよく、前記基材上の前記高温部または前記低温部を挟んだ両側を前記熱源に固定するものであってもよい。また、前記構成部分は、前記基材の所定の屈曲部分の向かい合う面同士を接続するものであってもよく、例えば前記向かい合う面の前記熱源側の一部分同士を接続する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、多様な場面に適用できる熱電変換モジュールの実装構造等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】熱電変換モジュール１の実装構造２００を示す図
【図２】熱電変換モジュール１を示す図
【図３】熱電変換モジュール１の製造方法を示す図
【図４】熱電変換モジュール１の製造方法を示す図
【図５】熱電変換モジュール１の製造方法を示す図
【図６】熱電変換モジュール１’と実装構造２００’を示す図
【図７】熱電変換モジュール１ａ、１ａ’と実装構造２００ａ、２００ａ’を示す図
【図８】熱電変換モジュール１ａ”と実装構造２００ａ”を示す図
【図９】熱電変換モジュール１ｂと実装構造２００ｂを示す図
【図１０】熱電変換モジュール１ｂ’と実装構造２００ｂ’を示す図
【図１１】熱電変換モジュール１ｃと実装構造２００ｃを示す図
【図１２】熱電変換モジュール１ｃ’と実装構造２００ｃ’を示す図
【図１３】熱電変換モジュール１ｄと実装構造２００ｄ、２００ｄ’を示す図
【図１４】熱電変換モジュール１ｄ’と実装構造２００ｄ”を示す図
【図１５】熱電変換モジュール１ｅと実装構造２００ｅを示す図
【図１６】熱電変換モジュール１ｆと実装構造２００ｆを示す図
【図１７】熱電変換モジュール１ｇと実装構造２００ｇ、２００ｇ’を示す図
【図１８】熱電変換モジュール１ｇ’と実装構造２００ｇ”を示す図
【図１９】熱電変換モジュール１ｈと実装構造２００ｈ、２００ｈ’を示す図
【図２０】熱電変換モジュール１ｈ’と実装構造２００ｈ”を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
（１．熱電変換モジュール１の実装構造２００）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱電変換モジュール１の実装構造２００を示す図である。この実装構造２００は、熱電変換モジュール１を配管や電子機器など周囲より高温の熱源１００（温熱源）に設けたものである。
【００１８】
詳細は後述するが、本実施形態の熱電変換モジュール１は、膜状の熱電変換素子を基材上に形成したフィルム状（シート状）のものである。また基材上の平面において、使用時に高温となるべき高温部Ｈと、それと比較して低温となる低温部Ｌが定められており、これら高温部Ｈと低温部Ｌに対応させて熱電変換素子の配置や形状が定められている。
【００１９】
実装構造２００では、熱電変換モジュール１の高温部Ｈを熱源１００に取付けるとともに、基材１０を屈曲した状態として低温部Ｌが熱源１００から離して配置される。これにより、熱電変換モジュール１が起電力を発生する電池として機能し、例えば各種センサなどの電源として用いることができる。
【００２０】
（２．熱電変換モジュール１）
図２は熱電変換モジュール１を示す図である。図２（ａ）は熱電変換モジュール１を上から見た図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ａ−Ａによる断面図である。
【００２１】
前記したように、熱電変換モジュール１は、膜状の熱電変換素子１１、１３を基材１０上に形成したフィルム状のものであり、全体として薄厚に形成される。
【００２２】
基材１０にはポリエチレンやポリイミドなどの樹脂製のフィルムが用いられる。しかしこれに限ることはなく、例えばガラスなどを用いることも可能である。ただし、樹脂製のフィルムを用いる場合、フレキシブル性に優れ適用範囲が広いという利点がある。
【００２３】
熱電変換素子１１はｎ型素子であり、両端部に温度差がある場合に、低温の端部から高温の端部へと電流が流れる。本実施形態では熱電変換素子１１としてＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が用いられるが、これに限ることはない。ｎ型素子として利用可能な既知の無機材料を用いることができ、その例として白金、コンスタンタン、アルメル、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、インバー、酸化インジウム亜鉛などがある。
【００２４】
一方、熱電変換素子１３はｐ型素子であり、両端に温度差がある場合に、高温の端部から低温の端部へと電流が流れる。本実施形態では熱電変換素子１３として銅が用いられるが、これに限ることはない。ｐ型素子として利用可能な既知の無機材料を用いることができ、その例として銀、金、鉄、クロメルなどがある。
【００２５】
本実施形態では、高温部Ｈと低温部Ｌを略長方形状の領域とし、２つの高温部Ｈと低温部Ｌが、基材１０上の平面において間隔を空けて交互に平行に配置されるよう定めている。ただし、高温部Ｈと低温部Ｌのパターンがこれに限ることはない。
【００２６】
熱電変換素子１１、１３は上下２列に配置され、各列において、平面の両端部がそれぞれ高温部Ｈと低温部Ｌに位置するように配置される。
【００２７】
熱電変換素子１３はストライプ状であり、各列において、高温部Ｈ（低温部Ｌ）の長手方向に間隔を空けて複数平行に並べて配置される。
【００２８】
熱電変換素子１１は、各列において、隣り合う熱電変換素子１３間を接続するように配置される。すなわち、熱電変換素子１１は一方の熱電変換素子１３の低温部Ｌ側の端部と他方の熱電変換素子１３の高温部Ｈ側の端部をつなぐように配置される。
【００２９】
基材１０上には配線部１５も設けられる。配線部１５は各種の導電性材料を用いることができ、例えば銅、銀、金、アルミなどを使用できる。
【００３０】
本実施形態では、各列の端にある熱電変換素子１１（図２（ａ）の左端の上下２つの熱電変換素子１１）のうち、一方の熱電変換素子１１（図の上側の素子）の高温部Ｈ側の端部と、他方の熱電変換素子１１（図の下側の素子）の低温部Ｌ側の端部が配線部１５によって接続され、熱電変換素子１１、１３を直列に接続した回路が基材１０上に形成される。またこの回路の両端にも配線部１５が設けられる。
【００３１】
熱電変換モジュール１では、基材１０上の熱電変換素子１１、１３および配線部１５を覆うように保護層１７が設けられる。保護層１７は、既知の各種の樹脂フィルムを接着したり、樹脂を塗布するなどして薄膜状に形成される。なお、図２（ａ）では保護層１７の図示を省略している。後述する図６（ａ）においても同様である。
【００３２】
（３．熱電変換モジュール１の製造方法）
本実施形態では、熱電変換モジュール１の製造時、熱電変換素子１１、１３をフォトリソグラフィーとエッチングの手法を用いて基材１０上に形成する。
【００３３】
すなわち、まず図３（ａ）に示すように基材１０上に熱電変換素子１１の材料であるＩＴＯをスパッタリングや蒸着等により塗布し、その上に図３（ｂ）に示すように感光性樹脂３１（レジスト）を塗布する。本実施形態において感光性樹脂３１はポジ型であり、熱電変換素子１１のパターン以外の箇所を露光することにより当該箇所の感光性樹脂３１が軟化する。
【００３４】
現像を行うことで図３（ｃ）に示すように当該箇所の感光性樹脂３１が除去され、熱電変換素子１１のパターンに対応する感光性樹脂３１のパターンが形成される。感光性樹脂３１を除去した箇所ではＩＴＯが露出する。
【００３５】
その後、エッチング液によるエッチングを行うと、図３（ｄ）に示すようにＩＴＯの露出箇所が除去される。化学処理等によって残った感光性樹脂３１を除去すると図３（ｅ）に示すようにＩＴＯによる熱電変換素子１１のパターンが残る。なお、感光性樹脂３１としてはネガ型のものを用いることもでき、この場合には露光時に熱電変換素子１１のパターンに対応する箇所を露光する。
【００３６】
本実施形態では、こうして図４（ａ）に示すように基材１０上に熱電変換素子１１のパターンが形成される。同様にしてフォトリソグラフィーとエッチングにより図４（ｂ）に示すように配線部１５のパターンも形成する。
【００３７】
熱電変換素子１３についても同様にフォトリソグラフィーとエッチングを行うことで、図５（ａ）に示すように熱電変換素子１３のパターンが形成される。図５（ｂ）はこの時の図２（ｂ）と同様の断面を見たものである。その後、保護層１７を接着あるいは塗布により形成すると、図２で説明した熱電変換モジュール１が得られる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、平面上に低温部Ｌと高温部Ｈを設定した熱電変換モジュール１を用い、高温部Ｈが熱源１００に配置され、低温部Ｌが熱源１００から離して配置されるように熱電変換モジュール１を熱源１００に設けることで、この熱電変換モジュール１を温度差により起電力を発生する電池として機能させることができる。このような熱電変換モジュール１の配置によって実装が容易となり、様々な実装形態をとることができて前記した従来の熱電変換モジュールに比べて適用範囲が広くなる。
【００３９】
また本実施形態では、基材１０を屈曲させた状態とすることにより、低温部Ｌを簡単に熱源１００から離して配置することができる。
【００４０】
さらに、本実施形態の熱電変換モジュール１は、基材１０の屈曲により、図１に示すように、熱源１００に配置される箇所と、熱源１００から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源１００に設けられており、前者に高温部Ｈが位置し、後者に低温部Ｌが位置する。このように熱電変換モジュール１を熱源１００に設けることによって、高温部Ｈや低温部Ｌが位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。ただし、熱電変換モジュール１の実装構造２００がこれに限ることはない。
【００４１】
なお、本実施形態では熱電変換モジュール１の高温部Ｈを温熱源に配置しているが、熱源としてはこれに限らず、各種の冷却設備など周囲より低温の冷熱源に熱電変換モジュール１の低温部Ｌを配置することも可能である。この場合は、高温部Ｈを冷熱源から離して配置することで、熱電変換モジュール１を温度差により起電力を生じる電池として機能させることができ、上記と同様の効果が得られる。
【００４２】
また熱電変換モジュールも上記したものに限らない。例えば、熱電変換モジュールの別の例として、前記と同様、フォトリソグラフィーとエッチングの手法を用いて図６（ａ）に示すような熱電変換モジュール１’を製造することもできる。この熱電変換モジュール１’では基材１０が円形であり、中央部と外周部に同心円状の高温部Ｈと低温部Ｌが定められる。
【００４３】
熱電変換素子１１、１３は基材１０の中心から外周へ向けて放射状に複数配置され、両端部が高温部Ｈと低温部Ｌに位置する。熱電変換素子１１、１３は基材１０の周方向に間隔を空けて交互に配置され、隣り合う熱電変換素子１１、１３の高温部Ｈ側または低温部Ｌ側の端部同士が配線部１５により接続されることで、直列の回路が形成される。
【００４４】
この熱電変換モジュール１’は、例えば図６（ｂ）の実装構造２００’に示すように、高温部Ｈを熱源１００の底面に取付け、低温部Ｌを熱源１００から離して配置することで起電力を発生する電池として機能する。
【００４５】
その他、ｎ、ｐ型の熱電変換素子１１、１３を用いずとも、ｐ型あるいはｎ型の熱電変換素子のみを用いて直列回路を形成することも可能である。例えば図２（ａ）の熱電変換素子１１の代わりに配線部１５を配置することで、ｐ型の熱電変換素子１３のみを用いた直列回路が形成できる。
【００４６】
さらに、ｎ型またはｐ型あるいはその両方の熱電変換素子を、導電性高分子材料（有機材料）を材料として用い、フォトリソグラフィーの手法により形成することも可能である。
【００４７】
例えばｐ型の熱電変換素子の材料としてPEDOT:PSS（ポリスチレンスルホン酸（PSS）添加ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)）等の導電性高分子材料を用い、これを分散して含有させたネガ型の感光性樹脂を基材上に塗布した後、熱電変換素子のパターンに対応する部分を露光により硬化させ、それ以外の箇所を現像により除去することで熱電変換素子のパターンを感光性樹脂のパターンとして形成できる。
【００４８】
以下、本発明の別の例について第２〜第９の実施形態として説明する。第２〜第９の実施形態は、それまでに説明した実施形態と異なる構成について主に説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせることができる。なお、第２〜第９の実施形態は、第１の実施形態と同様、高温部Ｈを周囲より高温の熱源１００（温熱源）に配置するものとして説明する。
【００４９】
［第２の実施形態］
図７（ａ）は第２の実施形態に係る熱電変換モジュール１ａを上から見た図である。図７（ａ）は高温部Ｈと低温部Ｌの基材１０上のパターンを実線で示し、熱電変換素子や配線部、保護層の図示は省略している。後述する各図においても同様である。前記した通り、熱電変換素子は基材１０上の高温部Ｈと低温部Ｌに両端部が位置するように複数配置され、これにより直列回路が形成されるが、詳細な配置は高温部Ｈと低温部Ｌのパターンに応じて様々に定めることができ、特に制限はない。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、第２の実施形態では、基材１０上の平面において、２つの略長方形状の低温部Ｌが近接して平行配置され、２つの略長方形状の高温部Ｈがその両側に平行に配置される。
【００５１】
熱電変換モジュール１ａは、図７（ｂ）の実装構造２００ａに示すように、基材１０の表面（熱電変換素子を形成した面）を熱源１００側にして２つの高温部Ｈを熱源１００に取付けるとともに、基材１０を屈曲させて２つの低温部Ｌを熱源１００から離して配置する。これにより、熱電変換モジュール１ａが起電力を発生する電池として機能する。
【００５２】
この例では高温部Ｈで熱電変換素子を熱源１００に直に接触させることができ、高温部Ｈの熱電変換素子の温度を上昇させて起電力を上げることができる。また熱電変換モジュール１ａの低温部Ｌと熱源１００との間の空間を介して熱源１００からの熱も容易に逃がすことができる。図７（ｃ）の熱電変換モジュール１ａ’の実装構造２００ａ’に示すように、基材１０の低温部Ｌの間等にスリットなどの孔２０を設け、排熱に用いることも可能である。
【００５３】
さらに、図８（ａ）の熱電変換モジュール１ａ”に示すように、図７（ａ）で説明した高温部Ｈと低温部Ｌのパターンを複数連続して設け、この熱電変換モジュール１ａ”の基材１０を上記と同様に屈曲させて、図８（ｂ）の実装構造２００ａ”に示すように、熱源１００に配置される箇所と熱源１００から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源１００に設けることも可能である。前者には高温部Ｈが位置し、後者には低温部Ｌが位置しており、これにより高温部Ｈや低温部Ｌが位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。
【００５４】
また本実施形態は、熱電変換モジュール１ａ、１ａ”の高温部Ｈと低温部Ｌの配置を逆とすることにより、低温部Ｌを冷熱源に配置し、高温部Ｈをこの冷熱源から離して配置する場合にも適用可能である。この場合は低温部Ｌで熱電変換素子を冷熱源に直に接触させることができ、低温部Ｌの熱電変換素子の温度を低下させて起電力を上げることができる。また前記の熱電変換モジュール１ａ’と同様の孔を基材１０に設けて高温部Ｈの温度低下を防止することも可能である。
【００５５】
次に、第３〜第９の実施形態として、熱電変換モジュールに、高温部Ｈを熱源１００に配置する場合において低温部Ｌを熱源１００から離して配置するための構成部分を設けた例について説明する。
【００５６】
［第３の実施形態］
図９（ａ）は第３の実施形態に係る熱電変換モジュール１ｂを上から見た図である。図９（ａ）に示すように、この熱電変換モジュール１ｂは、高温部Ｈと低温部Ｌのパターンが第２の実施形態と同様であるが、折線２１として谷折線２１ａと山折線２１ｂが基材１０に形成される。谷折線２１ａは基材１０の高温部Ｈと低温部Ｌの間に形成され、山折線２１ｂは低温部Ｌの間に形成される。
【００５７】
これらの折線２１は基材１０の折り位置を示すものであり、例えば印刷により形成することができる。折線２１にハーフカットなどを施してもよい。また、折線２１によって折り位置を示す代わりに、折り位置で折り加工を施し、実際に折られた折り部分としてもよい。
【００５８】
熱電変換モジュール１ｂは、図９（ｂ）の実装構造２００ｂに示すように基材１０を谷折線２１ａと山折線２１ｂで折り曲げて屈曲させ、両側の２つの高温部Ｈを熱源１００に取付ける。この時、低温部Ｌが熱源１００から離して配置され、熱電変換モジュール１ｂが起電力を発生する電池として機能する。このように、第３の実施形態では簡易な構成にて低温部Ｌを熱源１００から離して配置することができる。
【００５９】
また、この例では基材１０の裏面（熱電変換素子を形成していない面）を熱源１００に向けて配置しており、熱電変換素子を形成した基材１０の表面は、熱源１００側と逆側の面となる。そのため低温部Ｌが熱源１００に影響されにくく、温度上昇が防止される。
【００６０】
さらに、図１０（ａ）の熱電変換モジュール１ｂ’に示すように、図９（ａ）で説明した高温部Ｈと低温部Ｌおよび折線２１のパターンを複数連続して設け、この熱電変換モジュール１ｂ’の基材１０を上記と同様に屈曲させて、図１０（ｂ）の実装構造２００ｂ’に示すように、熱源１００に配置される箇所と熱源１００から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源１００に設けることも可能である。前者には高温部Ｈが位置し、後者には低温部Ｌが位置しており、これにより高温部Ｈや低温部Ｌが位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。
【００６１】
また本実施形態は、第２の実施形態と同様、熱電変換モジュール１ｂ、１ｂ’の高温部Ｈと低温部Ｌの配置を逆とすることにより、低温部Ｌを冷熱源に配置し、高温部Ｈをこの冷熱源から離して配置する場合にも適用可能である。この場合は高温部Ｈが冷熱源に影響されにくくなり、温度低下が防止される。
【００６２】
［第４の実施形態］
図１１（ａ）は第４の実施形態に係る熱電変換モジュール１ｃを上から見た図である。この熱電変換モジュール１ｃは、高温部Ｈと低温部Ｌのパターンが第２の実施形態と同様であるが、基材１０の裏面において、低温部Ｌの間に支持材２２が設けられる。
【００６３】
支持材２２は、基材１０上の低温部Ｌを熱源１００から離れた位置で支持するものであり、基材１０の裏面に突起状に形成される。
【００６４】
熱電変換モジュール１ｃは、図１１（ｂ）の実装構造２００ｃに示すように両側の２つの高温部Ｈを熱源１００に取付けるとともに、低温部Ｌ付近を支持材２２で支持して基材１０を屈曲させ、低温部Ｌを熱源１００から離して配置する。これにより、熱電変換モジュール１ｃが起電力を発生する電池として機能する。第４の実施形態では、支持材２２によって低温部Ｌを熱源１００から確実に離して配置することができる。
【００６５】
なお、支持材２２は熱電変換モジュール１ｃに形成されていなくてもよく、例えば支持材２２の無い前記の熱電変換モジュール１ａ（図７（ａ）参照）と、これと別体の支持材２２を１セットとしておき、実装時に支持材２２を用いて熱電変換モジュール１ａを図１１（ｂ）と同様に配置することも可能である。これは後述する固定材２３、接着材２６、２８などにおいても同様である。
【００６６】
さらに、図１２（ａ）の熱電変換モジュール１ｃ’に示すように、図１１（ａ）で説明した高温部Ｈと低温部Ｌおよび支持材２２のパターンを複数連続して設け、この熱電変換モジュール１ｃ’の基材１０を上記と同様に屈曲させて、図１２（ｂ）の実装構造２００ｃ’に示すように、熱源１００に配置される箇所と熱源１００から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源１００に設けることも可能である。前者には高温部Ｈが位置し、後者には低温部Ｌが位置しており、これにより高温部Ｈや低温部Ｌが位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。
【００６７】
また本実施形態は、高温部Ｈと低温部Ｌの配置を逆とすることにより、低温部Ｌを冷熱源に配置し、高温部Ｈをこの冷熱源から離して配置する場合にも適用可能であり、同様の効果が得られる。これは後述する第５〜第９の実施形態でも同様である。
【００６８】
［第５の実施形態］
図１３（ａ）は第５の実施形態に係る熱電変換モジュール１ｄを上から見た図である。この熱電変換モジュール１ｄも、高温部Ｈと低温部Ｌのパターンが第２の実施形態と同様であるが、基材１０の裏面において、高温部Ｈに当たる位置に固定材２３が設けられる。
【００６９】
固定材２３は、基材１０上の低温部Ｌを挟んだ両側を熱源１００に固定するものであり、磁石や面ファスナー、両面テープなどを用いることができる。
【００７０】
熱電変換モジュール１ｄは、図１３（ｂ）の実装構造２００ｄに示すように、両側の２つの高温部Ｈを寄せて間隔を狭め、これらの高温部Ｈを固定材２３によって熱源１００に固定する。これにより基材１０を屈曲させて高温部Ｈの間にある低温部Ｌを熱源１００から離して配置し、熱電変換モジュール１ｄを起電力を発生する電池として機能させることができる。第５の実施形態では、固定材２３によって低温部Ｌを熱源１００から簡単に離して配置することができ、また固定材２３により高温部Ｈが熱源１００に確実に固定される。
【００７１】
さらに、図１３（ｃ）の実装構造２００ｄ’に示すように、重りなどの押さえ材２４によって熱電変換モジュール１ｄの固定材２３に対応する位置を熱源１００側に押さえることもでき、より強固に固定ができる。なお、固定材２３を省略して押さえ材２４のみ用いることも可能である。
【００７２】
さらに、図１４（ａ）の熱電変換モジュール１ｄ’に示すように、図１３（ａ）で説明した高温部Ｈと低温部Ｌおよび固定材２３のパターンを複数連続して設け、この熱電変換モジュール１ｄ’の基材１０を上記と同様に屈曲させて、図１４（ｂ）の実装構造２００ｄ”に示すように、熱源１００に配置される箇所と熱源１００から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源１００に設けることも可能である。前者には高温部Ｈが位置し、後者には低温部Ｌが位置しており、これにより高温部Ｈや低温部Ｌが位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。
【００７３】
［第６の実施形態］
図１５（ａ）は第６の実施形態に係る熱電変換モジュール１ｅを上から見た図である。図１５（ａ）に示すように、第６の実施形態では、基材１０上の平面において、高温部Ｈと低温部Ｌが交互に配置される。また、基材１０では、低温部Ｌを囲むようにコ字状に切込線２５が形成される。
【００７４】
切込線２５は基材１０の切込位置を示すものであり、例えば印刷により形成することができる。また基材１０の切込線２５にミシン目などを形成することも可能である。また、切込線２５によって切込位置を示す代わりに、切込位置で断裁加工を施し、実際に切込みを行った切込部分としてもよい。
【００７５】
熱電変換モジュール１ｅは、図１５（ｂ）の実装構造２００ｅに示すように、高温部Ｈを熱源１００に取付けるとともに、切込線２５に沿って基材１０を切込み、低温部Ｌを切り離して熱源１００の外側へと折り曲げて屈曲させ、熱源１００から離して配置する。これにより、熱電変換モジュール１ｅが起電力を発生する電池として機能する。このように、第６の実施形態では簡易な構成にて低温部Ｌを熱源１００から離して配置することができる。
【００７６】
［第７の実施形態］
図１６（ａ）は第７の実施形態に係る熱電変換モジュール１ｆを上から見た図である。図１６（ａ）に示すように、第７の実施形態では、基材１０上の平面において、一方の端部に複数の低温部Ｌが並べて配置され、他方の端部に高温部Ｈが配置される。また低温部Ｌの間に切込線２５が形成される。
【００７７】
熱電変換モジュール１ｆは、図１６（ｂ）の実装構造２００ｆに示すように、熱源１００に巻き付けて高温部Ｈを熱源１００に取付けるとともに、基材１０を切込線２５で切り込んで低温部Ｌを熱源１００の外側へと折り曲げて屈曲させ、熱源１００から離して配置する。これにより、熱電変換モジュール１ｆが起電力を発生する電池として機能する。この第７の実施形態でも簡易な構成にて低温部Ｌを熱源１００から離して配置することができ、円筒状あるいは円柱状の熱源などに好適に用いることができる。
【００７８】
［第８の実施形態］
図１７（ａ）は第８の実施形態に係る熱電変換モジュール１ｇを上から見た図である。熱電変換モジュール１ｇは、高温部Ｈと低温部Ｌのパターンが第２の実施形態と同様であるが、基材１０の裏面において、低温部Ｌに当たる位置に接着材２６が設けられる。
【００７９】
接着材２６は、基材１０の所定の屈曲部分の向かい合う面同士を接続するものであり、各種の接着剤や両面テープ、面ファスナー、磁石などを用いることができる。
【００８０】
熱電変換モジュール１ｇは、図１７（ｂ）の実装構造２００ｇに示すように、２つの高温部Ｈの間を山状に折り曲げて屈曲させ、屈曲部分の向かい合う面同士を接着材２６で接続し、高温部Ｈを熱源１００に取付ける。この時、２つの低温部Ｌは熱源１００から離して配置され、熱電変換モジュール１ｇは起電力を発生する電池として機能する。
【００８１】
この例では屈曲部分の向かい合う面同士が接続されるので、図７（ｂ）のように屈曲部分と熱源１００との間に隙間が無く、スペースの無駄がない。また高温部Ｈ付近で基材１０と熱源１００との接触面積が大きくなり、高温部Ｈが熱源１００に密着するので起電力の上昇に寄与する。
【００８２】
なお、熱電変換モジュール１ｇは、予め図１７（ｂ）に示すように折り曲げられ、屈曲部分の向かい合う面同士が接続された状態であってもよい。この場合は高温部Ｈを熱源１００上に設置するだけで簡単に実装ができる。
【００８３】
また、図１７（ｃ）の実装構造２００ｇ’に示すように、熱電変換モジュール１ｇの屈曲部分をネジやリベット、ホチキス、クリップなどの機械的な保持手段２７を用いて確実に保持することもできる。接着材２６を省略して保持手段２７のみ用いることも可能であり、この場合も屈曲部分の向かい合う面同士を接続することが可能である。
【００８４】
さらに、図１８（ａ）の熱電変換モジュール１ｇ’に示すように、図１７（ａ）で説明した高温部Ｈと低温部Ｌおよび接着材２６のパターンを複数連続して設け、この熱電変換モジュール１ｇ’の基材１０を上記と同様に屈曲させて、図１８（ｂ）の実装構造２００ｇ”に示すように、熱源１００に配置される箇所と熱源１００から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源１００に設けることも可能である。前者には高温部Ｈが位置し、後者には低温部Ｌが位置しており、これにより高温部Ｈや低温部Ｌが位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。また本実施形態では図７（ｂ）のように屈曲部分と熱源１００との間に隙間が無くスペースの無駄がないので、狭い面積に多くの山谷が形成でき、単位面積当たりの起電力も一層大きくなる。
【００８５】
［第９の実施形態］
図１９（ａ）は第９の実施形態に係る熱電変換モジュール１ｈを上から見た図である。熱電変換モジュール１ｇは、高温部Ｈと低温部Ｌのパターンが第２の実施形態と同様であるが、基材１０の表面において、高温部Ｈと低温部Ｌの間に接着材２８が設けられる。
【００８６】
この接着材２８は、基材１０の所定の屈曲部分の向かい合う面同士を熱源１００側の一部分で接続するものであり、前記の接着材２６と同様、各種の接着剤や両面テープ、面ファスナー、磁石などを用いることができる。
【００８７】
熱電変換モジュール１ｈは、図１９（ｂ）の実装構造２００ｈに示すように、熱電変換素子を形成した基材１０の表面を熱源１００側に向けて、両接着材２８の間をループ状に屈曲させ、その向かい合う面の熱源１００側の一部分同士を接着材２８で接続し、高温部Ｈを熱源１００に取付ける。この時、２つの低温部Ｌは熱源１００から離して配置され、熱電変換モジュール１ｈが起電力を発生する電池として機能する。
【００８８】
また、本実施形態では第２の実施形態と同様、高温部Ｈで熱電変換素子を熱源１００に直に接触させることができ、高温部Ｈの熱電変換素子の温度を上昇させて起電力を上げることができる。また第８の実施形態と同様、高温部Ｈを熱源１００に密着させることができ、起電力の上昇に寄与する。さらにループ部分の内側の空間を介して熱源１００からの熱も容易に逃がすことができ、図７（ｃ）と同様の孔を設けて排熱に用いることも可能である。
【００８９】
さらに、第８の実施形態と同様、接着材２８と併用して、ホチキス、クリップなどの機械的な保持手段により熱電変換モジュール１ｈの屈曲部分の熱源１００側の一部分同士を確実に保持することもできる。接着材２８を省略して保持手段のみを用いることも可能であり、この場合も屈曲部分の熱源１００側の一部分同士を接続することが可能である。
【００９０】
また、図１９（ｃ）の実装構造２００ｈ’に示すように、低温部Ｌを、周囲より低温の熱源３００（冷熱源）に配置してもよい。前記したループ部分は熱源１００、３００の隙間に応じて弾性変形し、低温部Ｌが熱源３００にフィットして接触面積が大きくなるので起電力の上昇に寄与する。
【００９１】
さらに、図２０（ａ）の熱電変換モジュール１ｈ’に示すように、図１９（ａ）で説明した高温部Ｈと低温部Ｌおよび接着材２８のパターンを複数連続して設け、この熱電変換モジュール１ｈ’の基材１０を上記と同様に屈曲させて、図２０（ｂ）の実装構造２００ｈ”に示すように、熱源１００に配置される箇所と熱源１００から離して配置される箇所とが交互に繰り返し形成されるように熱源１００に設けることも可能である。前者には高温部Ｈが位置し、後者には低温部Ｌが位置しており、これにより高温部Ｈや低温部Ｌが位置する山谷の数を多くし、起電力を上昇させることが可能になる。また本実施形態でも、前記のような基材１０の屈曲形状によりスペースの無駄がなく、狭い面積に多くの山谷が形成できるので単位面積当たりの起電力を非常に大きくできる。なお、この場合でも、図１９（ｃ）の例と同様、各低温部Ｌを、周囲より低温の熱源３００に配置することが可能である。
【００９２】
このように、支持材２２や固定材２３、接着材２６、２８あるいは折線２１や切込線２５など、高温部Ｈまたは低温部Ｌを熱源から離して配置するための構成部分を設けることで、熱電変換モジュールの実装が容易になる。どのような構成とするかは、実装する対象等に合わせて適切に定めればよい。
【００９３】
以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９４】
１、１’、１ａ、１ａ’、１ａ”、１ｂ、１ｂ’、１ｃ、１ｃ’、１ｄ、１ｄ’、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｇ’、１ｈ、１ｈ’；熱電変換モジュール
１０；基材
１１、１３；熱電変換素子
１５；配線部
１７；保護層
２０；孔
２１；折線
２２；支持材
２３；固定材
２４；押さえ材
２５；切込線
２６、２８；接着材
２７；保持手段
３１；感光性樹脂
１００、３００；熱源
２００、２００’、２００ａ、２００ａ’、２００ａ”、２００ｂ、２００ｂ’、２００ｃ、２００ｃ’、２００ｄ、２００ｄ’、２００ｄ”、２００ｅ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｇ’、２００ｇ”、２００ｈ、２００ｈ’、２００ｈ”；実装構造
【図１】
2017092437.tif 000003
【図２】
2017092437.tif 000004
【図３】
2017092437.tif 000005
【図４】
2017092437.tif 000006
【図５】
2017092437.tif 000007
【図６】
2017092437.tif 000008
【図７】
2017092437.tif 000009
【図８】
2017092437.tif 000010
【図９】
2017092437.tif 000011
【図１０】
2017092437.tif 000012
【図１１】
2017092437.tif 000013
【図１２】
2017092437.tif 000014
【図１３】
2017092437.tif 000015
【図１４】
2017092437.tif 000016
【図１５】
2017092437.tif 000017
【図１６】
2017092437.tif 000018
【図１７】
2017092437.tif 000019
【図１８】
2017092437.tif 000020
【図１９】
2017092437.tif 000021
【図２０】
2017092437.tif 000022