(57)【要約】【課題】熱電変換部材の高密度な配列及び精密な位置決めを同時に達成できる、熱電変換部材の配列方法を提供する。【解決手段】熱電変換素子または当該熱電変換素子の電極から選ばれる熱電変換部材を、当該熱電変換部材を接合すべき最終基板又は一時的に載置する仮の基板から選ばれる基板上に配列する方法であって、端面部の一部を切り欠いた形状を有する位置決め切欠き部を備えた熱電変換部材、及び、前記位置決め切欠き部と係合する位置決め枠を、複数の前記熱電変換部材と同時に係合することが可能な所定配置で複数設けた位置決め治具を用意し、前記基板上に、複数の前記熱電変換部材及び前記位置決め治具を、この順序又は逆の順序で載置し、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合することで、位置決めを行なうことを特徴とする、熱電変換部材の配列方法。【選択図】図６
2009111137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電変換素子または当該熱電変換素子の電極から選ばれる熱電変換部材を、当該熱電変換部材を接合すべき最終基板又は一時的に載置する仮の基板から選ばれる基板上に配列する方法であって、
端面部の一部を切り欠いた形状を有する位置決め切欠き部を備えた熱電変換部材、及び、
前記位置決め切欠き部と係合する位置決め枠を、複数の前記熱電変換部材と同時に係合することが可能な所定配置で複数設けた位置決め治具を用意し、
前記基板上に、複数の前記熱電変換部材及び前記位置決め治具を、この順序又は逆の順序で載置し、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合することで、位置決めを行なうことを特徴とする、熱電変換部材の配列方法。
【請求項２】
前記位置決め切欠き部は、前記熱電変換部材の端面部の外周の少なくとも一部を切り欠いた先細り形状を有し、且つ、
前記位置決め治具は、前記位置決め枠に囲まれた前記位置決め穴を有し、
前記基板上に、複数の前記熱電変換部材を、当該熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を設けた端面を上方に向けて載置し、前記熱電変換部材の上に前記位置決め治具を被せ、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させた後、前記位置決め治具を取り外す、請求項１に記載の熱電変換部材の配列方法。
【請求項３】
前記基板上に、前記位置決め治具を、当該位置決め治具の前記位置決め穴を設けた面を上方に向けて載置し、前記位置決め治具の上に複数の前記熱電変換部材を載置し、その上にさらに第二の基板を載置し、当該第二の基板を載置する前、途中又は後に前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させた後、前記熱電変換部材と前記位置決め治具の位置を上下反転し、前記第一の基板と前記位置決め治具を取り外す、請求項２に記載の熱電変換部材の配列方法。
【請求項４】
前記熱電変換部材の胴部を当該熱電変換部材の端面に略平行に輪切りにした図形の対称中心を通る、前記端面に略垂直方向の軸を決定したときに、前記熱電変換部材が、当該軸を中心として１８０度回転させた前記熱電変換部材と一致する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱電変換部材の配列方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換部材の高密度な配列及び精密な位置決めが可能な、熱電変換部材の配列方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換は、熱と電気とが互いに変換される現象であり、モーターなどの動力を介在させることなく熱と電気が直に変換されることから、この現象を利用した熱電変換素子の開発は、近年省エネルギーの観点から注目を集めている。
熱電変換素子の１種である発電素子は、固体の両端に温度差を与えた際起電力が生じるゼーベック効果を利用したものであり、ごみ焼却場や発電所から生じる廃熱や地熱等の熱エネルギーから電力を直接取り出せる点で、産業全体のエネルギー利用効率を高める役割を果たしている。
また、他の熱電変換素子の１種である加熱・冷却素子は、固体の両端に電位差を与えた際温度差が生じるペルチエ効果を利用したものであり、騒音や振動を生じることなく加熱又は冷却が可能であることから、家庭用の電子機器に用いられている。
【０００３】
熱電変換素子にはその用途から、高い導電率、大きな熱起電力、低い熱伝導率の３つを併せ持つ材料、すなわち、電気はよく通すが熱は伝えない材料を用いることが好ましい。その観点から、通常熱電変換素子には良導体と絶縁体の中間の性質を持つ半導体が用いられる。
【０００４】
実用的には、ｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子を交互に配置し、直列に配線することによって、発電出力又は加熱・冷却出力の増大を図る。図２３は一般的な熱電変換モジュールの層構成を模式的に示した図である。図２３に示すように、熱電変換モジュール１００は、升目状に交互に配置されたｐ型熱電変換素子１又はｎ型熱電変換素子２を、一対の電極３によって挟持し、さらに当該挟持物を電極３の両側から基板４で挟持したものから成る。この時前記電極３をそれぞれ対応する熱電変換素子に接合することで、全ての熱電変換素子が電気的に直列に配線され、端の電極５から導線を引き電源又は電源を必要とする機器に接続することができる。
発電装置として用いる場合は、２枚の前記基板４に温度差をかけることにより、各素子に起電力が生じ、電流が流れる。加熱・冷却装置として用いる場合は、２枚の端の電極５に電位差を与えることにより、各素子の両端で温度差が生じ、その結果２枚の基板４の温度差に作用し、加熱又は冷却が可能になる。
前記端の電極５を延長し、他の熱電変換モジュールと接続することで、発電出力又は加熱若しくは冷却出力を増加させることもできる。
【０００５】
図２３に示されているように、前記ｐ型熱電変換素子１及び前記ｎ型熱電変換素子２は常に隣り合っている。仮に前記ｐ型熱電変換素子１と隣り合う前記ｎ型熱電変換素子２同士が接触した状態で前記電極３と接合された場合、その接触箇所で電気的短絡が生じ、想定出力を下回る出力しか得ることができない。また、前記電極３同士の接触によっても、同様の短絡が生じ得る。従って、熱電素子又はその電極の精密な配列は、出力維持には不可欠である。さらに、素子の高充填化が出力増加につながることから、熱電変換素子の精密な配列には工夫が必要であった。
【０００６】
上記課題を踏まえ、組み立て時の熱電変換素子の位置ずれを防止する技術がこれまでに報告されている。特許文献１は、一対の熱交換ブロックの間に格子状枠体を介在させ、当該枠体の各空間部に熱電モジュールを収容することにより、熱電発電装置の組み立て時に、熱電モジュールの位置ずれを防止することを開示している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２７４５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１で開示された発明においては、熱電発電装置完成時において発電に寄与しない格子状枠体を熱電モジュール間に介在させているため、当該枠体が占める幅だけ熱電モジュールの間隔が空いてしまい、その分だけ発電出力が低減してしまうことになる。熱電モジュールの高密度化を図り出力を向上させるためには、熱電モジュールの位置ずれを防止するための技術に根本的な改良が必要であった。
高い発電出力を得るための熱電モジュールの組み立てには、熱電変換部材の精確な配列方法及び完成時における高密度な配列が不可欠である。本発明は、高精度且つ高密度な熱電変換部材の配列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】
【０００９】
本発明の熱電変換部材の配列方法は、熱電変換素子または当該熱電変換素子の電極から選ばれる熱電変換部材を、当該熱電変換部材を接合すべき最終基板又は一時的に載置する仮の基板から選ばれる基板上に配列する方法であって、端面部の一部を切り欠いた形状を有する位置決め切欠き部を備えた熱電変換部材、及び、前記位置決め切欠き部と係合する位置決め枠を、複数の前記熱電変換部材と同時に係合することが可能な所定配置で複数設けた位置決め治具を用意し、前記基板上に、複数の前記熱電変換部材及び前記位置決め治具を、この順序又は逆の順序で載置し、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合することで、位置決めを行なうことを特徴とする。
【００１０】
このような構成の熱電変換部材の配列方法は、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合することによって当該熱電変換部材の位置決めを行うことができるため、前記熱電変換部材間の少なくとも一か所の距離を、当該距離を規制している前記位置決め冶具の前記位置決め枠の幅よりも狭く設定することができる。従って、前記熱電変換部材の高密度な配列を損なうことなく、精確な位置決めをすることができる。
【００１１】
本発明の熱電変換部材の配列方法は、前記位置決め切欠き部は、前記熱電変換部材の端面部の外周の少なくとも一部を切り欠いた先細り形状を有し、且つ、前記位置決め治具は、前記位置決め枠に囲まれた前記位置決め穴を有し、前記基板上に、複数の前記熱電変換部材を、当該熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を設けた端面を上方に向けて載置し、前記熱電変換部材の上に前記位置決め治具を被せ、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させた後、前記位置決め治具を取り外すことが好ましい。
【００１２】
このような構成の熱電変換部材の配列方法は、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させることによって、前記熱電変換部材の精密な位置決めをすることができる。また、発電性能に関与することのない前記位置決め冶具が位置決め後に除去できることにより、従来の位置決め方法のように、熱電変換モジュール完成時に冶具が当該モジュール内又は当該モジュール間に残ることが無く、無駄のない前記熱電変換部材の配列が可能になる。さらに、一度作製した前記位置決め冶具は、熱電モジュールの組み立て工程において繰り返し使用することができ、製造コストを低減することができる。
【００１３】
本発明の熱電変換部材の配列方法は、前記基板上に、前記位置決め治具を、当該位置決め治具の前記位置決め穴を設けた面を上方に向けて載置し、前記位置決め治具の上に複数の前記熱電変換部材を載置し、その上にさらに第二の基板を載置し、当該第二の基板を載置する前、途中又は後に前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させた後、前記熱電変換部材と前記位置決め治具の位置を上下反転し、前記第一の基板と前記位置決め治具を取り外すことが好ましい。
【００１４】
このような構成の熱電変換部材の配列方法は、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させることによって、前記熱電変換部材の精密な位置決めをすることができる。また、発電性能に関与することのない前記位置決め冶具が位置決め後に上下反転をすることで除去することができることにより、従来の位置決め方法のように、熱電変換モジュール完成時に冶具が当該モジュール内又は当該モジュール間に残ることが無く、無駄のない前記熱電変換部材の配列が可能になる。さらに、一度作製した前記位置決め冶具は、熱電モジュールの組み立て工程において繰り返し使用することができ、製造コストを低減することができる。
【００１５】
本発明の熱電変換部材の配列方法は、前記熱電変換部材の胴部を当該熱電変換部材の端面に略平行に輪切りにした図形の対称中心を通る、前記端面に略垂直方向の軸を決定したときに、前記熱電変換部材が、当該軸を中心として１８０度回転させた前記熱電変換部材と一致することが好ましい。
【００１６】
このような構成の熱電変換部材の配列方法は、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合するか、又は前記位置決め切欠き部を前記位置決め穴に嵌合させる際に、たとえ前記熱電変換部材が前記軸を中心として１８０度回転したとしても、前記熱電変換素子同士、又は前記電極同士を接触させることなく正しい配列で精確な位置決めをすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合することによって当該熱電変換部材の位置決めを行うことができるため、前記熱電変換部材間の少なくとも一か所の距離を、当該距離を規制している前記位置決め冶具の幅よりも狭く設定することができる。従って、前記熱電変換部材の高密度な配列を損なうことなく、精確な位置決めをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の熱電変換部材の配列方法は、熱電変換素子または当該熱電変換素子の電極から選ばれる熱電変換部材を、当該熱電変換部材を接合すべき最終基板又は一時的に載置する仮の基板から選ばれる基板上に配列する方法であって、端面部の一部を切り欠いた形状を有する位置決め切欠き部を備えた熱電変換部材、及び、前記位置決め切欠き部と係合する位置決め枠を、複数の前記熱電変換部材と同時に係合することが可能な所定配置で複数設けた位置決め治具を用意し、前記基板上に、複数の前記熱電変換部材及び前記位置決め治具を、この順序又は逆の順序で載置し、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合することで、位置決めを行なうことを特徴とする。
【００１９】
前記熱電変換素子は、実用的にはｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子を交互に並べて用いる。
【００２０】
ここでいうｐ型熱電変換素子とは、ペルチエ効果を利用した加熱・冷却素子においては、当該素子に流れる電流の上流で冷却され、電流の下流で加熱されるものをいう。また、ゼーベック効果を利用した発電素子においては、当該素子の冷却された低温側から加熱された高温側に向かって電流が流れるものをいう。
具体的には、テルル化ビスマス（Ｂｉ２Ｔｅ３）とテルル化アンチモン（Ｓｂ２Ｔｅ３）との固溶体に代表されるビスマステルル系材料、ＰｂＴｅに代表される鉛テルル系材料、コバルト酸化物に代表される金属酸化物系材料、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２に代表されるシリコンゲルマニウム系材料、コバルトとアンチモンの合金を含むスクッテルダイド化合物系材料、金属ケイ化物であるシリサイド化合物系材料、Ｂａ８Ｇａ１８−ｘＧｅ２８＋ｘ（０≦ｘ≦２）に代表されるクラスレート化合物系材料が挙げられる。この内、鉛やテルル、アンチモン等の毒性の高い金属を含まず、且つ、コバルトのような希少金属を含まないという点で、クラスレート化合物系材料を用いるのが好ましい。
【００２１】
ここでいうｎ型熱電変換素子とは、ペルチエ効果を利用した加熱・冷却素子においては、当該素子に流れる電流の上流で加熱され、電流の下流で冷却されるものをいう。また、ゼーベック効果を利用した発電素子においては、当該素子の加熱された高温側から冷却された低温側に向かって電流が流れるものをいう。
具体的には、テルル化ビスマス（Ｂｉ２Ｔｅ３）とセレン化ビスマス（Ｂｉ２Ｓｅ３）との固溶体に代表されるビスマステルル系材料、ＰｂＴｅに代表される鉛テルル系材料、コバルト酸化物に代表される金属酸化物系材料、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２に代表されるシリコンゲルマニウム系材料、コバルトとアンチモンの合金を含むスクッテルダイド化合物系材料、金属ケイ化物であるシリサイド化合物系材料、Ｂａ８Ｇａ１８−ｘＧｅ２８＋ｘ（２≦ｘ≦４）に代表されるクラスレート化合物系材料が挙げられる。この内、鉛やテルル、アンチモン等の毒性の高い金属を含まず、且つ、コバルトのような希少金属を含まないという点で、クラスレート化合物系材料を用いるのが好ましい。
【００２２】
ここでいう電極とは、熱電変換素子を直列に配列することで熱電変換素子間の電子の授受を補助するものである。なお、後述するように基板と熱電変換素子との熱のやり取りを妨げてはならないことから、熱抵抗が小さく良導体であることが要求され、銅、アルミニウム、ニッケル、金、タングステン等またこれらの合金を用いることができる。この中では、特に良導体として優れている銅を用いるのが好ましい。
また、熱電変換素子と後述するような拡散接合ができるように、電極内にチタンを混合したチタン‐銅電極を用いることもできる。
なお、上述したように、電極は熱電変換素子を電気的に直列に配列するため、２つの熱電変換素子と接合できるだけの十分な面積を有する必要がある。
【００２３】
前記熱電変換素子またはその電極から選ばれる熱電変換部材は、端面部の一部を切り欠いた形状を有する位置決め切欠き部を備えている。当該位置決め切欠き部は、熱電変換部材の少なくとも一端に設けられ、必要に応じて両端に設けられる。
図１は、前記熱電変換部材が有する前記位置決め切欠き部の模式図であり、当該熱電変換部材の側面側から見た拡大図である。位置決め切欠き部は自由にその形状を取ることができ、特に前記端面部の外周に設ける場合には、図１（ａ）に示すような曲面状型、図１（ｂ）に示すような平面状型（典型的なテーパー状）、図１（ｃ）に示すような屈曲面状型、図１（ｄ）に示すような平面状と屈曲面状の複合型等に取ることができるが、好ましくは図１（ａ）に示す曲面状型である。なお、図１に示す端面側の切欠き幅６ａ及び側面側の切欠き幅６ｂは、同じ幅で取るのが好ましいが、同じ幅でなくてもよい。また、前記位置決め切欠き部を前記端面部の外周以外にも設ける場合には、図１（ａ）〜（ｄ）同様に、（ｅ）曲面状型、（ｆ）くさび型、（ｇ）屈曲面状型、（ｈ）複合型等に取ることができるが、好ましくは図１（ｅ）に示す曲面状型である。なお、図１に示す切欠き幅６ｃ及び切欠き深さ６ｄは、それぞれ自由な長さで取ることができる。
図２は、前記熱電変換部材が有する前記位置決め切欠き部の模式図であり、当該熱電変換部材の端面側から見た図である。前記位置決め切欠き部を前記端面部の外周に設ける場合としては、例えば図２（ａ）に示すように端面部の外周のすべてに位置決め切欠き部１１が設けられている例が挙げられる。また、前記位置決め切欠き部を前記端面部の外周以外にも設ける場合としては、例えば図２（ｂ）に示すように端面部に十字状に位置決め切欠き部１１が設けられている例が挙げられる。なお、図２（ａ）及び（ｂ）は、端面部が矩形の場合について示したが、特に端面部は矩形に限らず、端面部が略円、略楕円、矩形以外の多角形の場合にも当てはまる例である。
なお、位置決め切欠き部は、切り欠いたような形状をしているという意味であって、必ずしも切り欠いて作製される必要はない。
【００２４】
前記位置決め切欠き部は、前記熱電変換部材の端面部の外周の少なくとも一部を切り欠いた先細り形状を有しているのが好ましい。
ここで、「熱電変換部材の端面の外周の少なくとも一部を切り欠いた先細り形状」とは、熱電変換部材の端面の外周が、当該熱電変換部材の側面の切り欠き部の起点における外周よりも一回り小さく、さらに、熱電変換部材の端面の外周全体が、当該熱電変換部材の側面を当該端面の方向に向けて延長した仮想面上または当該仮想面よりも内側に存在し、且つ、当該端面の外周の少なくとも一部または好ましくは全体が前記仮想面よりも内側に存在していることを意味する。
【００２５】
特に、前記端面が矩形である場合には、少なくとも当該矩形の一辺が切り欠かれているか、又は少なくとも当該矩形の角の内１つが切り欠かれているかの少なくともどちらかであればよい。図３（ａ）〜（ｂ）は、前記端面が矩形である場合において、前記熱電変換部材を、その端面側を上面にした状態を側面側から見た模式図である。また、図３（ａ）〜（ｂ）はいずれも、図１（ａ）に示した曲面状型の位置決め切欠き部を有する例を採用しているが、異なる形状の位置決め切欠き部を有していてもよい。図３（ａ）は、熱電変換部材の端面の外周全体が、熱電変換部材の側面を当該端面の方向に向けて延長した仮想面を示す仮想線８よりも内側に存在している例を示す図である。図３（ａ）においては、熱電変換部材の端面７の外周全体が、位置決め切欠き部が設けられていることによって前記仮想線８よりも内側に存在している。図３（ｂ）は、熱電変換部材の端面の外周の一部が、前記仮想線８上に存在し、外周の残りの部分が、当該仮想線８よりも内側に存在している例を示す図である。図３（ｂ）においては、上述した端面７が矩形である場合における、少なくとも矩形の一辺が切り欠かれているか、又は少なくとも当該矩形の角の内１つが切り欠かれている例を示しており、この場合には、当該端面の外周の少なくとも一部が前記仮想線８よりも内側に存在している。図３（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合を採用しても、前記先細り形状を熱電変換部材に設けることができる。
図３（ｃ）〜（ｆ）は、前記端面が矩形である場合において、前記熱電変換部材の端面側から見た模式図である。図３（ｃ）は、矩形の四辺に位置決め切欠き部１１が設けられている場合を示し、図３（ｄ）は矩形の四辺の内三辺に、図３（ｅ）は、矩形の四辺の内隣り合う二辺にそれぞれ位置決め切欠き部１１が設けられている場合を示している。視点１２において側面側から前記熱電変換部材を見た時に、図３（ｃ）に示す熱電変換部材は図３（ａ）に示すように、図３（ｄ）及び（ｅ）に示す熱電変換部材は図３（ｂ）に示すように、それぞれ見ることができる。また、図３（ｆ）は、矩形の角の内１つに位置決め切欠き部１１が設けられている場合を示しており、視点１２において側面側から前記熱電変換部材を見た時には、図３（ｂ）に示すように見ることができる。
【００２６】
ここでいう位置決め冶具とは、前記熱電変換部材の位置決めを精確に行うための冶具である。また、位置決め冶具が有する位置決め枠とは、前記熱電変換部材が有する前記位置決め切り欠き部とちょうど係合できる枠である。
なお、前記位置決め冶具は、前記位置決め枠に囲まれた位置決め穴を有するのが好ましい。位置決め冶具が有する位置決め穴とは、前記熱電変換部材が有する前記位置決め切り欠き部をちょうど嵌合できるだけの大きさを有した穴である。例えば位置決め冶具に板状のものを用いた場合において、前記位置決め穴は、上述の大きさを有する穴であれば、板状位置決め冶具を必ずしも貫通している必要はない。
図４は、熱電変換素子の位置決め冶具の例を示した模式図である。熱電変換素子の位置決め冶具１１０は、複数個の位置決め穴２１を有する。位置決め穴２１は熱電変換素子の位置決め切欠き部を嵌合することができる。前記穴２１の形状は、図に示すような四辺形である必要は必ずしもなく、熱電変換素子の位置決め切欠き部に応じて形状を変更することができる。前記穴２１の辺２１ａ及び辺２１ｂは、熱電変換素子の位置決め切欠き部に応じて決定される。位置決め穴同士の間隔２２は、前記穴２１に前記位置決め切欠き部が嵌合した際に、熱電変換素子同士が接触することが無い位に広く、且つ、熱電変換素子同士が最も高密度に位置決めされる位に狭く取る必要がある。
さらに、精確な熱電変換素子の位置決めを行うために、ガイド穴２３を設けるのが好ましい。当該ガイド穴２３は後述する基板にも設けられ、基板と位置決め冶具、あるいは位置決め冶具同士をガイド棒によって貫通し精確な熱電変換素子の位置決めを行う。前記ガイド穴２３は、図に示したようなガイド穴の直径２３ａを有する半円形が好ましいが、他にも三角形、四角形等の多角形、半楕円等の形状を取ることができる。また、精確な位置決めのためには、前記ガイド穴２３は複数存在するのが好ましい。さらに、前記ガイド穴２３の位置は、熱電変換素子の位置決めに支障が無い限り、どこに設けても構わない。
図５は、電極の位置決め冶具の例を示した模式図である。電極の位置決め冶具１２０は、前記冶具１１０同様に位置決め穴２４、位置決め穴同士の間隔２５、ガイド穴２６を有している。なお、上述したように電極は２つの熱電変換素子と接合できるだけの十分な面積を有するため、前記穴２４の長辺２４ａ及び短辺２４ｂの長さも、電極の面積を考慮して設定する必要がある。また、ガイド穴の直径２６ａは、前記ガイド穴の直径２３ａと等しいのが好ましい。さらに、前記ガイド穴２６の位置は、電極の位置決めに支障が無い限り、どこに設けても構わない。
なお、位置決め冶具を構成する材料としては、金属材料、セラミクス材料を用いることができる。取扱いのし易さ及び強度の点から、ニッケルを用いるのが好ましい。
【００２７】
図６は本発明に係る前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合した様子を示す断面模式図である。図中では、位置決め治具の位置決め枠の一辺が紙面を垂直に貫いていると仮定している。
図６（ａ）は基板３１上に位置決め冶具３２を載置し、その上に熱電変換部材３３を載置し、前記熱電変換部材３３の位置決め切欠き部と前記位置決め治具３２の位置決め枠とが係合した様子を表す模式図である。この時、前記位置決め枠に囲まれた前記位置決め穴に、前記熱電変換部材３３の前記位置決め切欠き部が落ち込んで嵌合することが好ましい。図２４に示す従来技術では、基板３１の上に載置された熱電変換部材３３は、当該熱電変換部材３３の側面が位置決め冶具３２と当接することによって区切られており、各熱電変換部材間距離を前記位置決め冶具３２の幅よりも狭くすることができなかった。しかし、図５（ａ）では、位置決め冶具３２の位置決め枠が位置決め切欠き部の位置に当接し、熱電変換部材の側面よりも内側に入り込むので、前記熱電変換部材３３間の距離を、前記位置決め冶具３２の位置決め枠の幅よりも狭く設定することができる。その結果、熱電変換部材３３を従来技術よりも高い密度で配列することができる。
図６（ｂ）は熱電変換部材３３に位置決め冶具３２を被せ、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合した様子を表す模式図であり、この場合も図６（ａ）と同様の効果が得られる。
【００２８】
上述した係合後の前記熱電変換部材の配列を鑑みた時に、前記熱電変換部材の胴部を当該熱電変換部材の端面に略平行に輪切りにした図形の対称中心を通る、前記端面に略垂直方向の軸を決定したときに、前記熱電変換部材が、当該軸を中心として１８０度回転させた前記熱電変換部材と一致することが好ましい。さらに好ましくは、前記熱電変換部材が、当該軸を中心として９０度回転させた前記熱電変換部材と一致することが好ましい。図７は、前記位置決め切欠き部を有する前記熱電変換部材を前記端面側から見た模式図である。この時、前記端面に略垂直方向の軸３４は紙面を垂直に貫通しており、熱電変換部材の胴部を当該熱電変換部材の端面に略平行に輪切りにした図形３６の対称中心を通っている。
図７（ａ）〜（ｄ）はいずれも、熱電変換部材が、前記軸３４を中心として１８０度回転させた熱電変換部材と一致するように位置決め切欠き部３５が設けられている例である。これは、前記位置決め切欠き部と前記位置決め枠とが係合する際に、たとえ前記熱電変換部材が１８０度端面に略平行方向に回転して係合したとしても、回転していない他の前記部材同様に係合し、正しい位置決めを行うことができる。また、図７（ａ）、（ｃ）、（ｄ）はいずれも、熱電変換部材が、前記軸３４を中心として９０度回転させた熱電変換部材とも一致する例である。なお、図７（ａ）〜（ｄ）に示す熱電変換部材は、視点を変えて側面側から見た時に、図３（ａ）又は（ｂ）に示す例のいずれかに必ず当てはまる。
【００２９】
上記「当該熱電変換部材を接合すべき最終基板又は一時的に載置する仮の基板から選ばれる基板上に配列する」とは、熱電変換部材を配列するのは最終的に接合すべき最終基板上であってもよいし、一時的に載置する仮の基板上であってもよいということであり、どちらの基板を用いるかは、配列の手順によって適宜選択することができるという意味である。
ここでいう仮の基板は、熱電変換部材を載置することができる十分な面積と強度を有するものであれば何でもよく、また、後述する最終基板と同一であってもよい。
ここでいう最終基板とは、電極を通じて熱電変換素子と熱の授受を行うものである。熱抵抗が小さく絶縁体であること、耐振動及び衝撃性に優れること等が要求されることから、材質としてはアルミナ、ムライト、シリコンカーバイド、アルミナイトライド、シリコンナイトライドのうち少なくとも１種からなる焼結体を例示できる。特に、アルミナイトライド又はアルミナから成るセラミクスを用いるのが好ましい。
図８は、最終基板又は仮の基板から選ばれる基板の例を示した模式図である。基板１３０は略平面を有しているのが好ましいが、電極を通じた熱電変換素子との熱の授受が妨げられない程度であれば、略平面でなくても構わない。また、上述したように精確な熱電変換素子の位置決めを行うために、基板にもガイド穴４１を設けるのが好ましい。さらに、ガイド穴の直径４１ａは、前記ガイド穴の直径２３ａと略等しいのが好ましい。また、前記ガイド穴４１の位置は、上述した基板の果たす機能に支障が無い限り、どこに設けても構わない。
【００３０】
また、前記最終基板として電極付き基板を用いることで、上述した電極の位置決め冶具を用いて電極を改めて配列することなく、精確な基板への電極の配列を達成することができる。前記電極付き基板とは、予め基板の所定の位置に電極が接合されたものである。電極付き基板としては、メタライズ（ろう付け等）によって電極を接合した基板である、メタライズ電極付き基板を用いるのが好ましい。また、この際接合される電極の厚さ及び素材は、導電性とろう付けによる接合性とを鑑みて、厚さ５〜１００μｍの銅電極であるのが好ましい。
図９は、メタライズ電極付き基板の例を示した模式図である。メタライズ電極付き基板１４０には、複数個のメタライズ電極４２が接合されている。前記電極４２の形状は、図に示すような四辺形である必要は必ずしもなく、載置される熱電変換素子の形状に応じて変更することができる。前記電極４２の長辺４２ａ及び短辺４２ｂの長さは、同様に熱電変換素子の載置される面積に応じて規定される。メタライズ電極同士の間隔４３は、前記電極４２に熱電変換素子が載置される際に、熱電変換素子同士が接触することが無い位に広く、且つ、熱電変換素子同士が最も高密度に位置決めされる位に狭く取る必要がある。また、上述したように精確な熱電変換素子の位置決めを行うために、基板にもガイド穴４４を設けるのが好ましい。さらに、ガイド穴の直径４４ａは、前記ガイド穴の直径２３ａと略等しいのが好ましい。また、前記ガイド穴４４の位置は、上述したメタライズ電極付き基板の果たす機能に支障が無い限り、どこに設けても構わない。
【００３１】
前記熱電変換素子と前記電極の接合には、ろう付けによる接合と、拡散接合との２種類の接合手段を主に用いることができる。
ろう付けによる接合とは、ろう材を接合媒体として用いる接合方法であり、用いられるろう材としては、はんだ、銀ろう等が挙げられる。
拡散接合とは、母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法である。利点としては、材料的に溶融溶接が極めて困難とされている金属や，異種金属の接合ができることと，面接合ができることが挙げられる。
上述したクラスレート化合物系材料を熱電変換素子として用いる場合には、ろう付けによる接合が困難なことや、特に高温側でろう材やメッキと反応してしまう等の理由から、ろう付けによる接合よりも拡散接合が適している。また、ビスマステルル系材料のように、ろう付けによる接合、拡散接合ともに用いることができる材料もある。
【００３２】
前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を、前記位置決め治具の前記位置決め枠に囲まれた前記位置決め穴に嵌合させる作業は、（１）前記熱電変換部材上に前記位置決め治具を被せるか、（２）前記位置決め治具上に前記熱電変換部材を載置するか、のいずれかによって達成される。
上記（１）の場合は、前記基板上に、複数の前記熱電変換部材を、当該熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を設けた端面を上方に向けて載置し、前記熱電変換部材の上に前記位置決め治具を被せ、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させた後、前記位置決め治具を取り外すのが好ましい。このような構成の熱電変換部材の配列方法は、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させることによって、前記熱電変換部材の精密な位置決めをすることができる。また、発電性能に関与することのない前記位置決め冶具が位置決め後に除去できることにより、従来の位置決め方法のように、熱電変換モジュール完成時に冶具が当該モジュール内又は当該モジュール間に残ることが無く、無駄のない前記熱電変換部材の配列が可能になる。さらに、一度作製した前記位置決め冶具は、熱電モジュールの組み立て工程において繰り返し使用することができ、製造コストを低減することができる。
上記（２）の場合は、前記基板上に、前記位置決め治具を、当該位置決め治具の前記位置決め穴を設けた面を上方に向けて載置し、前記位置決め治具の上に複数の前記熱電変換部材を載置し、その上にさらに第二の基板を載置し、当該第二の基板を載置する前、途中又は後に前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部を前記位置決め治具の前記位置決め穴に嵌合させた後、前記熱電変換部材と前記位置決め治具の位置を上下反転し、前記第一の基板と前記位置決め治具を取り外すことが好ましい。このような構成の熱電変換部材の配列方法は、前記位置決め冶具が位置決め後に上下反転をすることで除去することができることにより、上記同様の前記熱電変換部材の精密な位置決め、無駄のない前記熱電変換部材の配列、及び製造コストの低減を達成することができる。
【００３３】
（熱電変換素子の形状例１）
図１０は本発明に係る熱電変換素子の形状例１を示した斜視図であり、図１１は当該形状例１の第三角法による正投影図である。
熱電変換素子１５０は、縦５３ａ、横５３ｂ、高さ５３ｇの直方体又は立方体に位置決め切欠き部５１を設けたものであり、当該位置決め切欠き部５１は、直方体又は立方体の六面の端面のうち一面の端面５２の外周に沿って、上述した図１（ａ）に示されている形状で、面取り幅５３ｆで設けられている（なお、６ａ＝６ｂ＝５３ｆである）。また、当該図中では、前記位置決め切欠き部５１を強調するために若干大きく作図している。
なお、熱電変換素子の形状例１を規定する長さ５３ａ〜ｇは、５３ａ＝１．０〜４．０ｍｍ、５３ｂ＝１．０〜４．０ｍｍ、５３ｃ＝０．４５〜５．９５ｍｍ、５３ｄ＝０．８〜３．９ｍｍ、５３ｅ＝０．９〜３．９ｍｍ、５３ｆ＝０．０５〜０．２ｍｍ、５３ｇ＝０．５〜６．０ｍｍであるのが好ましい。
【００３４】
（熱電変換素子の形状例２）
図１２は本発明に係る熱電変換素子の形状例２を示した斜視図であり、図１３は当該形状例２の第三角法による正投影図である。
熱電変換素子１６０は、縦５６ａ、横５６ｂ、高さ５６ｇの直方体又は立方体に位置決め切欠き部５４を設けたものであり、当該位置決め切欠き部５４は、直方体又は立方体の六面の端面のうち向かい合う一組の端面５５の外周に沿って、上述した図１（ａ）に示されている形状で、面取り幅５６ｆで設けられている（なお、６ａ＝６ｂ＝５６ｆである）。また、当該図中では、前記位置決め切欠き部５４を強調するために若干大きく作図している。
なお、熱電変換素子の形状例２を規定する長さ５６ａ〜ｇは、５６ａ＝１．０〜４．０ｍｍ、５６ｂ＝１．０〜４．０ｍｍ、５６ｃ＝０．４〜５．９ｍｍ、５６ｄ＝０．９〜３．９ｍｍ、５６ｅ＝０．９〜３．９ｍｍ、５６ｆ＝０．０５〜０．２ｍｍ、５６ｇ＝０．５〜６．０ｍｍであるのが好ましい。
【００３５】
（電極の形状例）
図１４は本発明に係る電極の形状例を示した斜視図であり、図１５は当該形状例の第三角法による正投影図である。
電極１７０は、縦５９ａ、横５９ｂ、高さ５９ｇの直方体又は立方体に位置決め切欠き部５７を設けたものであり、当該位置決め切欠き部５７は、直方体又は立方体の六面の端面のうち一面の端面５８の外周に沿って、上述した図１（ａ）に示されている形状で、面取り幅５９ｆで設けられている（なお、６ａ＝６ｂ＝５９ｆである）。また、当該図中では、前記位置決め切欠き部５７を強調するために若干大きく作図している。
なお、電極の形状例を規定する長さ５９ａ〜ｇは、５９ａ＝１．０〜４．０ｍｍ、５９ｂ＝２．０５〜８．０５ｍｍ、５９ｃ＝０．０２〜０．５ｍｍ、５９ｄ＝０．９〜３．９ｍｍ、５９ｅ＝１．９５〜７．９５ｍｍ、５９ｆ＝０．０５〜０．２ｍｍ、５９ｇ＝０．０７〜０．７ｍｍであるのが好ましい。
【００３６】
（熱電変換素子の位置決め冶具の形状例）
図４に示した様に、熱電変換素子の位置決め冶具１１０は、前記位置決め枠に囲まれた複数個の位置決め穴２１を有する。前記冶具１１０は厚さ０．１〜０．５ｍｍの板であり、前記穴２１は、上述した熱電変換素子の位置決め切欠き部を嵌合できるように、縦が０．９１〜３．９７ｍｍ、横が０．９１〜３．９７ｍｍの四辺形であるのが好ましい。
位置決め穴同士の間隔２２は、上述したように、熱電変換素子を高密度に且つ互いに接触すること無く配列させるという観点から、０．０５〜０．１５ｍｍであるのが好ましい。
また、ガイド穴２３は大きすぎると前記穴２１が十分数設けられなくなるが、小さすぎると前記位置決め冶具１１０を精確に据えることができない。したがって前記ガイド穴２３が半円の場合、ガイド穴の直径２３ａは４．９９〜５．０１ｍｍであることが好ましい。
前記位置決め冶具１１０の前記穴２１の数は、熱電モジュール中の熱電変換素子の総数となるため、熱電モジュールの用途又は形状に従って増減が必要であるが、好ましくは３４〜１４２個である。それに伴って、前記冶具１１０の大きさは、縦が３５〜４０ｍｍ、横が３５〜４０ｍｍであるのが好ましい。
【００３７】
（電極の位置決め冶具の形状例）
図５に示した様に、電極の位置決め冶具１２０は、前記位置決め枠に囲まれた複数個の位置決め穴２４を有する。前記冶具１２０は厚さ０．１〜０．５ｍｍの板であり、前記穴２４は、上述した電極の位置決め切欠き部を嵌合できるように、短辺が０．９３〜３．９３ｍｍ、長辺が１．９８〜７．９８ｍｍの四辺形であるのが好ましい。
位置決め穴同士の間隔２５は、上述したように、電極を高密度に且つ互いに接触すること無く配列させるという観点から、０．０５〜０．１５ｍｍであるのが好ましい。
また、前記ガイド穴２３同様に、前記ガイド穴２６が半円の場合、ガイド穴の直径２６ａは４．９９〜５．０１ｍｍであることが好ましい。
前記位置決め冶具１２０の前記穴２４の数は、熱電モジュール中の電極の総数と関係するため、熱電モジュールの用途又は形状に従って増減が必要であるが、好ましくは１７〜７１個である。それに伴って、前記冶具１２０の大きさは、縦が３５〜４０ｍｍ、横が３５〜４０ｍｍであるのが好ましい。
【００３８】
（基板の形状例）
図８に示した基板１３０は、厚さ０．１〜１．０ｍｍの板であるのが好ましい。
また、前記ガイド穴２３同様に、前記ガイド穴４１が半円の場合、ガイド穴の直径４１ａは４．９９〜５．０１ｍｍであることが好ましい。なお、仮の基板には、ガイド穴が設けられていなくても構わないが、最終基板にはガイド穴が設けられているのが好ましい。
熱電モジュール中の熱電変換素子及び電極の数を考慮して、前記基板１３０の大きさは、縦が３５〜４０ｍｍ、横が３５〜４０ｍｍであるのが好ましい。
【００３９】
（メタライズ電極付き基板の形状例）
図９に示した様に、メタライズ電極付き基板１４０には、複数個のメタライズ電極４２が接合されている。前記基板１４０は厚さ０．１〜１．０ｍｍの薄板であり、前記メタライズ電極４２は、上述した熱電変換素子を載置できるように、短辺が１．０５〜４．０５ｍｍ、長辺が２．１〜８．１ｍｍの四辺形であるのが好ましい。
メタライズ電極同士の間隔４３は、上述したように、熱電変換素子を高密度に且つ互いに接触すること無く配列させるという観点から、０．０５〜０．１ｍｍであるのが好ましい。
また、前記ガイド穴２３同様に、前記ガイド穴４４が半円の場合、ガイド穴の直径４４ａは４．９９〜５．０１ｍｍであることが好ましい。
前記基板１４０の前記メタライズ電極４２の数は、熱電モジュール中の電極の総数と関係するため、熱電モジュールの用途又は形状に従って増減が必要であるが、好ましくは１７〜７１個である。それに伴って、前記基板１４０の大きさは、縦が３５〜４０ｍｍ、横が３５〜４０ｍｍであるのが好ましい。
【００４０】
図１６は、前記熱電変換素子１５０又は前記熱電変換素子１６０の前記位置決め切欠き部５１又は前記位置決め切欠き部５４を、前記熱電変換素子の位置決め冶具１１０の前記位置決め枠に囲まれた前記位置決め穴２１に嵌合させた時の、前記切欠き部５１又は前記切欠き部５４と前記枠とが係合する様子を示した模式図である。実線は前記冶具１１０の前記穴２１を示し、点線は前記素子１５０又は前記素子１６０の占める領域の境界６１を示している
前記嵌合後、前記素子１５０又は前記素子１６０の占める領域の辺６１ａ又は辺６１ｂは、前記穴２１の辺２１ａ又は辺２１ｂよりも長いが、位置決め穴同士の間隔２２が適切な幅で設けられているため、前記素子１５０又は前記素子１６０同士が互いに接触すること無く、熱電変換素子間距離６２を保ちながら配列される。当該距離６２は、０．０３〜０．０７ｍｍであるのが好ましい。
【００４１】
図１７は、前記電極１７０の前記位置決め切欠き部５７を、前記電極の位置決め冶具１２０の前記位置決め枠に囲まれた前記位置決め穴２４に嵌合させた時の、前記切欠き部５７と前記枠とが係合する様子を示した模式図である。実線は前記冶具１２０の前記穴２４を示し、点線は前記電極１７０の占める領域の境界６３を示している
前記嵌合後、前記電極１７０の占める領域の辺６３ａ又は辺６３ｂは、前記穴２４の辺２４ａ又は辺２４ｂよりも長いが、位置決め穴同士の間隔２５が適切な幅で設けられているため、前記電極１７０同士が互いに接触すること無く、電極間距離６４を保ちながら配列される。当該距離６４は、０．０３〜０．０７ｍｍであるのが好ましい。
【００４２】
（熱電変換部材の配列方法の典型例）
図１８〜図２０は本発明の熱電変換部材の配列方法の典型例を示した図であり、熱電モジュールの組み立ての詳細な工程図である。図８に示したような仮の基板７１（ただし、ガイド穴は無い）を用意し（図１８（ａ））、その上に、図５に示した形状を有し、且つガイド穴を２つ有する電極の位置決め冶具７２と、図１４に示した形状を有する電極７３を順番に乗せる（図１８（ｂ））。この時、前記治具７２を、当該治具７２の位置決め穴を設けた面を上方に向けて前記基板７１の上に載置し、前記治具７２の上に複数の前記電極７３を、位置決め切欠き部を有する端面を下方に向けて載置する。なお当該電極７３には、熱電変換素子と拡散接合が行えるチタン‐銅電極を用いる。
続いて、上述した熱電変換素子の形状例１（図１０）の形状を有するｐ型熱電変換素子７４ａ及びｎ型熱電変換素子７４ｂを前記電極７３の上に、位置決め切欠き部を設けた端面を上方に向けて、適切に載置する（図１８（ｃ））。この時、前記素子７４ａ及び７４ｂとしてクラスレート化合物系材料を用いることができる。
さらに、前記素子７４ａ及び７４ｂの上に、図４に示した形状を有し、且つガイド穴を２つ有する熱電変換素子の位置決め冶具７５を被せ、前記素子７４ａ及び７４ｂの前記位置決め切欠き部を前記治具７５の位置決め穴に嵌合させて位置決めを行う（図１８（ｄ））。この時、前記冶具７２及び前記冶具７５の２つのガイド穴にガイド棒７６を嵌合し、前記冶具７２及び前記冶具７５を互いに固定し合うことで、熱電変換部材のより精確な位置決めをすることが可能となる。
その後、前記ガイド棒７６及び前記冶具７５を取り外し、図８に示したような第２の仮の基板７７（ただし、ガイド穴は無い）を前記素子７４ａ及び７４ｂの上に載置する（図１９（ａ））。なお、前記第２の仮の基板７７を載置する前、途中又は後に、前記電極７３の前記位置決め切欠き部を前記治具７２の位置決め穴に嵌合させて位置決めを行う。
上下反転操作７８を行った後、前記基板７１及び前記冶具７２を取り外す（図１９（ｂ））。その後真空炉にて１０−４〜１０−７ｍｍＨｇ、７００〜７５０℃、１〜３０分の条件で拡散接合を行い、前記素子７４ａ及び７４ｂと前記電極７３とを接合する。
【００４３】
拡散接合後、再び前記電極７３の上に前記電極の位置決め冶具７２を乗せ、さらに前記仮の基板７１を乗せる（図１９（ｃ））。上下反転操作７８を行った後、前記仮の基板７７を取り外し、前記素子７４ａ及び７４ｂの端面上にペースト状ろう７９を塗る（図１９（ｄ））。なお、前記素子７４ａ及び７４ｂとしてクラスレート化合物系材料を用いる場合には、上述したようにろう付けによる接合が困難なことから、前記上側表面には、予めＡｕ／Ｎｉ／Ａｕメッキが施されているのが好ましい。これは、メッキを施すことにより、ろう付けによるクラスレート素子と電極との接合が容易に行えるからである。
前記ペースト状ろう７９の塗布後、図９に示した形状を有し、且つガイド穴を２つ有するメタライズ電極付き基板８０を、メタライズ電極が接合された面を素子側に向けた状態で、前記素子７４ａ及び７４ｂの上に載置する。この時、前記冶具７２及び前記基板８０の２つのガイド穴にガイド棒７６を嵌合し、前記冶具７２及び前記基板８０を互いに固定し合うことで、熱電変換部材と前記基板８０のメタライズ電極との、より精確な位置決めをすることが可能となる（図２０（ａ））。なお、前記基板８０を載置する前、途中又は後に、前記電極７３の前記位置決め切欠き部を前記治具７２の位置決め穴に嵌合させて位置決めを行う。
この時、前記基板８０のメタライズ電極上には、ろう付けによるクラスレート素子とメタライズ電極との接合を容易に行うため、予めＮｉ−Ｐメッキが施されているのが好ましい。位置決め終了後前記ガイド棒７６を取り除き、１８０〜２５０℃、０．５〜５分の条件で熱処理を行いろう付けを行う。ろう付け終了後上下反転操作７８を行い、前記基板７１、前記冶具７２の順に取り外した後に、前記電極７３の上に同様にペースト状ろうを塗布し、図８に示したような最終基板８１（ただし、ガイド穴は無い）をその上に載置して（図２０（ｂ））、上記同様の条件でろう付けを行った後、必要ならば前記基板８０のガイド穴が存在する部分を切り落として、本発明に係る熱電変換モジュールが完成する（図２０（ｃ））。
【００４４】
（熱電変換部材の配列方法の変形例）
図２１〜図２２は本発明の熱電変換部材の配列方法の変形例を示した図であり、熱電モジュールの組み立ての詳細な工程図である。図９に示した形状を有し、且つガイド穴を２つ有するメタライズ電極付き基板９１を用意し、前記基板９１のメタライズ電極を有する面を上方に向けて置く（図２１（ａ））。この時、上述の理由から、前記メタライズ電極上には、予めＮｉ−Ｐメッキが施されているのが好ましい。
次に、前記メタライズ電極の上に、上述した熱電変換素子の形状例２（図１２）の形状を有するｐ型熱電変換素子９２ａ及びｎ型熱電変換素子９２ｂを、位置決め切欠き部を設けた端面を上方に向けて、適切に載置する（図２１（ｂ））。この時、前記素子９２ａ及び９２ｂとしてビスマステルル系材料を用いることができる。なお、前記端面には、後のろう付けによる素子とメタライズ電極との接合を容易に行うため、予めＡｕメッキが施されているのが好ましい。
次に、前記素子９２ａ及び９２ｂの上に、図４に示した形状を有し、且つガイド穴を２つ有する熱電変換素子の位置決め冶具９３を被せ、前記素子９２ａ及び９２ｂの前記位置決め切欠き部を前記治具９３の位置決め穴に嵌合させて位置決めを行う（図２１（ｃ））。この時、前記基板９１及び前記冶具９３の２つのガイド穴にガイド棒９４を嵌合し、前記基板９１及び前記冶具９３を互いに固定し合うことで、熱電変換部材のより精確な位置決めをすることが可能となる。
位置決めを終えたのち、前記ガイド棒９４及び前記冶具９３を取り外し、前記素子９２ａ及び９２ｂの端面上にペースト状ろう９５を塗布する（図２１（ｄ））。その後、図９に示した形状を有し、且つガイド穴を２つ有し、さらに上述の理由によりメタライズ電極上にＮｉ−Ｐメッキが施されたメタライズ電極付き基板９６を、メタライズ電極が接合された面を素子側に向けた状態で乗せ（図２２（ａ））、上下反転操作９７をした後、前記基板９１を取り除き、前記同様前記冶具９３及び前記ガイド棒９４を用いて位置決めをし、前記素子９２ａ及び９２ｂのもう一方の端面上にペースト状ろうを塗布し、再び前記メタライズ電極付き基板９１を乗せる（図２２（ｂ））。このように、前記素子９２ａ及び９２ｂの両端面にペースト状ろうを塗布した後に１８０〜２５０℃、０．５〜５分の条件で熱処理を行い、前記素子９２ａ及び９２ｂと、前記基板９１及び前記基板９６上のメタライズ電極とのろう付けを行う。ろう付け後、必要ならば前記基板９１及び前記基板９６のガイド穴が存在する部分を切り落として、本発明に係る熱電変換モジュールが完成する（図２２（ｃ））。
【００４５】
このような構成の熱電変換部材の配列方法は、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合することによって当該熱電変換部材の位置決めを行うことができるため、前記熱電変換部材間の少なくとも一か所の距離を、当該距離を規制している前記位置決め冶具の前記位置決め枠の幅よりも狭く設定することができる。従って、前記熱電変換部材の高密度な配列を損なうことなく、精密な位置決めをすることができる。
また、発電性能に関与することのない前記位置決め冶具が位置決め後に上下反転するなどして除去できることにより、従来の位置決め方法のように、熱電変換モジュール完成時に冶具が当該モジュール内又は当該モジュール間に残ることが無く、無駄のない前記熱電変換部材の配列が可能になる。さらに、一度作製した前記位置決め冶具は、熱電モジュールの組み立て工程において繰り返し使用することができ、製造コストを低減することができる。
また、上述したような熱電変換部材の端面に対して略垂直方向の軸を決定したときに、前記熱電変換部材が、当該軸を中心として１８０度回転させた前記熱電変換部材と一致することによって、前記熱電変換部材の前記位置決め切欠き部と前記位置決め治具の前記位置決め枠とが係合するか、又は前記位置決め切欠き部を前記位置決め穴に嵌合させる際に、たとえ前記熱電変換部材が前記軸を中心として１８０度回転したとしても、前記熱電変換素子同士、又は前記電極同士を接触させることなく正しい配列で並べることができる。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
上記典型例に基づいて熱電素子及び電極の配列を行った。
ｐ型熱電変換素子：Ｂａ８Ｇａ１８Ｇｅ２８
ｎ型熱電変換素子：Ｂａ８Ｇａ１５Ｇｅ３１
熱電変換素子の形状：ｐ型、ｎ型ともに熱電変換素子の形状例１
熱電変換素子の寸法：ｐ型、ｎ型ともに図１１において、５３ａ＝４．０ｍｍ、５３ｂ＝４．０ｍｍ、５３ｃ＝３．８５ｍｍ、５３ｄ＝３．９ｍｍ、５３ｅ＝３．９ｍｍ、５３ｆ＝０．０５ｍｍ、５３ｇ＝３．９ｍｍ
電極：チタン‐銅（高温側）、銅（低温側）
電極の形状：電極の形状例（高温側）、メタライズ電極（低温側）
電極の寸法（高温側）：図１５において、５９ａ＝４．０ｍｍ、５９ｂ＝８．０５ｍｍ、５９ｃ＝０．１ｍｍ、５９ｄ＝３．９ｍｍ、５９ｅ＝７．９５ｍｍ、５９ｆ＝０．０５ｍｍ、５９ｇ＝０．１５ｍｍ
電極の寸法（低温側）：図９において、４２ａ＝８．１ｍｍ、４２ｂ＝４．０５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ
高温側構成：熱電変換素子＋チタン‐銅電極（拡散接合による接合）
低温側構成：熱電変換素子＋Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕメッキ＋はんだ＋Ｎｉ−Ｐメッキ＋銅メタライズ電極（セラミックス基板）（はんだ付けによる接合）
基板：ＡｌＮ基板（高温側）、銅メタライズ電極付き基板（低温側）
仮の基板の寸法： 図８において、縦３７ｍｍ、横３９ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ
最終基板の寸法（高温側）： 図８において、縦３７ｍｍ、横３９ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、ガイド穴の直径４１ａ＝５．０ｍｍ
最終基板の寸法（低温側）：図９において、縦３７ｍｍ、横３９ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、メタライズ電極同士の間隔４３＝０．１ｍｍ、ガイド穴の直径４４ａ＝５．０ｍｍ
位置決め冶具：熱電変換素子用、電極用ともにニッケル板
ガイド棒：ニッケル棒
【００４７】
（実施例２）
上記変形例に基づいて熱電素子及び電極の配列を行った。
ｐ型熱電変換素子：テルル化ビスマス（Ｂｉ２Ｔｅ３）とテルル化アンチモン（Ｓｂ２Ｔｅ３）との固溶体
ｎ型熱電変換素子：テルル化ビスマス（Ｂｉ２Ｔｅ３）とセレン化ビスマス（Ｂｉ２Ｓｅ３）との固溶体
熱電変換素子の形状：ｐ型、ｎ型ともに熱電変換素子の形状例２
熱電変換素子の寸法：ｐ型、ｎ型ともに図１３において、５６ａ＝１．０ｍｍ、５６ｂ＝１．０ｍｍ、５６ｃ＝０．８ｍｍ、５６ｄ＝０．９ｍｍ、５６ｅ＝０．９ｍｍ、５６ｆ＝０．０５ｍｍ、５６ｇ＝０．９ｍｍ
電極：高温側、低温側ともに銅
電極の形状：高温側、低温側ともにメタライズ電極
電極の寸法（低温側）：図９において、４２ａ＝２．１ｍｍ、４２ｂ＝１．０５ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍ
電極部構成：熱電変換素子＋Ａｕメッキ＋はんだ＋Ｎｉ−Ｐメッキ＋銅メタライズ電極（セラミックス基板）（はんだ付けによる接合）
基板：アルミナ板
仮の基板の寸法： 図８において、縦３７ｍｍ、横３９ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ
最終基板の寸法：図９において、縦３７ｍｍ、横３９ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、メタライズ電極同士の間隔４３＝０．１ｍｍ、ガイド穴の直径４４ａ＝５．０ｍｍ
位置決め冶具：ニッケル板
ガイド棒：ニッケル棒
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】熱電変換部材が有する位置決め切欠き部の模式図であり、当該熱電変換部材の側面側から見た拡大図である。
【図２】熱電変換部材が有する位置決め切欠き部の模式図であり、当該熱電変換部材の端面側から見た図である。
【図３】端面が矩形である場合において、熱電変換部材の側面側及び端面側から見た模式図である。
【図４】熱電変換素子の位置決め冶具の例を示した模式図である。
【図５】電極の位置決め冶具の例を示した模式図である。
【図６】本発明に係る熱電変換部材の位置決め切欠き部と位置決め治具の位置決め枠とが係合した様子を示す断面模式図である。
【図７】位置決め切欠き部を有する熱電変換部材を端面側から見た模式図である。
【図８】最終基板又は仮の基板から選ばれる基板の例を示した模式図である。
【図９】メタライズ電極付き基板の例を示した模式図である。
【図１０】本発明に係る熱電変換素子の形状例１を示した斜視図である。
【図１１】熱電変換素子の形状例１の第三角法による正投影図である。
【図１２】本発明に係る熱電変換素子の形状例２を示した斜視図である。
【図１３】熱電変換素子の形状例２の第三角法による正投影図である。
【図１４】本発明に係る電極の形状例を示した斜視図である。
【図１５】電極の形状例の第三角法による正投影図である。
【図１６】熱電変換素子１５０又は熱電変換素子１６０の位置決め切欠き部５１又は位置決め切欠き部５４を、熱電変換素子の位置決め冶具１１０の位置決め枠で囲まれた位置決め穴２１に嵌合させた時の、前記切欠き部５１又は前記切欠き部５４と前記枠とが係合する様子を示した模式図である。
【図１７】電極１７０の位置決め切欠き部５７を、電極の位置決め冶具１２０の位置決め枠で囲まれた位置決め穴２４に嵌合させた時の、前記切欠き部５７と前記枠とが係合する様子を示した模式図である。
【図１８】本発明の熱電変換部材の配列方法の典型例を示した図であり、熱電モジュールの組み立ての詳細な工程図である。
【図１９】本発明の熱電変換部材の配列方法の典型例を示した図であり、熱電モジュールの組み立ての詳細な工程図である。
【図２０】本発明の熱電変換部材の配列方法の典型例を示した図であり、熱電モジュールの組み立ての詳細な工程図である。
【図２１】本発明の熱電変換部材の配列方法の変形例を示した図であり、熱電モジュールの組み立ての詳細な工程図である。
【図２２】本発明の熱電変換部材の配列方法の変形例を示した図であり、熱電モジュールの組み立ての詳細な工程図である。
【図２３】一般的な熱電変換モジュールの層構成を模式的に示した図である。
【図２４】従来技術の位置決め冶具を用いた位置決めを示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…ｐ型熱電変換素子
２…ｎ型熱電変換素子
３…電極
４…基板
５…端の電極
６ａ…端面側の切欠き幅
６ｂ…側面側の切欠き幅
６ｃ…切欠き幅
６ｄ…切欠き深さ
７…端面
８…熱電変換部材の側面を端面の方向に向けて延長した仮想面を示す仮想線
１１…位置決め切欠き部
１２…視点
２１…位置決め穴
２１ａ〜ｂ…位置決め穴の辺
２２…位置決め穴同士の間隔
２３…ガイド穴
２３ａ…ガイド穴の直径
２４…位置決め穴
２４ａ…位置決め穴の長辺
２４ｂ…位置決め穴の短辺
２５…位置決め穴同士の間隔
２６…ガイド穴
２６ａ…ガイド穴の直径
３１…基板
３２…位置決め冶具
３３…熱電変換部材
３４…端面に略垂直方向の軸
３５…位置決め切欠き部
３６…熱電変換部材の胴部を当該熱電変換部材の端面に略平行に輪切りにした図形
４１…ガイド穴
４１ａ…ガイド穴の直径
４２…メタライズ電極
４２ａ…メタライズ電極の長辺
４２ｂ…メタライズ電極の短辺
４３…メタライズ電極同士の間隔
４４…ガイド穴
４４ａ…ガイド穴の直径
５１…位置決め切欠き部
５２…端面
５３ａ〜ｇ…熱電変換素子の形状例１を規定する長さ
５４…位置決め切欠き部
５５…端面
５６ａ〜ｇ…熱電変換素子の形状例２を規定する長さ
５７…位置決め切欠き部
５８…端面
５９ａ〜ｇ…電極の形状例を規定する長さ
６１…熱電変換素子１５０又は熱電変換素子１６０の占める領域の境界
６１ａ〜ｂ…熱電変換素子１５０又は熱電変換素子１６０の占める領域の辺
６２…熱電変換素子間距離
６３…電極１７０の占める領域の境界
６３ａ〜ｂ…電極１７０の占める領域の辺
６４…電極間距離
７１…仮の基板
７２…電極の位置決め冶具
７３…電極
７４ａ…ｐ型熱電変換素子
７４ｂ…ｎ型熱電変換素子
７５…熱電変換素子の位置決め冶具
７６…ガイド棒
７７…第２の仮の基板
７８…上下反転操作
７９…ペースト状ろう
８０…メタライズ電極付き基板
８１…最終基板
９１…メタライズ電極付き基板
９２ａ…ｐ型熱電変換素子
９２ｂ…ｎ型熱電変換素子
９３…熱電変換素子の位置決め冶具
９４…ガイド棒
９５…ペースト状ろう
９６…メタライズ電極付き基板
９７…上下反転操作
１００…熱電変換モジュール
１１０…熱電変換素子の位置決め冶具
１２０…電極の位置決め冶具
１３０…基板
１４０…メタライズ電極付き基板
１５０…熱電変換素子
１６０…熱電変換素子
１７０…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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