(57)【要約】      （修正有）【課題】熱電変換素子の表面形状からは、その特定の方位が認識し難い場合であっても、この熱電変換素子の特定の方位を熱の流れの方向に向けて配置しやすい熱電変換素子、この熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及び熱電変換モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】熱電変換素子１０は、形状が６面体であって、互いに対向する２面ａ１，ａ２と他の４面ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４とは、光に対する反射率が異なる。熱電変換モジュールは、複数のｐ型及び複数のｎ型熱電変換素子と、複数のｐ型及び複数のｎ型熱電変換素子の各一対の端面同士を電気的に接続し、複数のｐ型及び複数のｎ型熱電変換素子をｐ型ｎ型交互に電気的に直列に接続させる複数の電極と、を備え、ｎ型及びｐ型熱電変換素子の少なくとも１つが上述の熱電変換素子１０であって、互いに対向する２面ａ１，ａ２がそれぞれ電極と接合される。【選択図】図１
2009099864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状が６面体であって、互いに対向する２面と他の４面とは、光に対する反射率が異なる熱電変換素子。
【請求項２】
前記熱電変換素子は、金属酸化物を含む請求項１記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記６面体は、直方体である請求項１又は２記載の熱電変換素子。
【請求項４】
複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子と、
前記複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子の各一対の端面同士を電気的に接続し、前記複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子をｐ型ｎ型交互に電気的に直列に接続させる複数の電極と、を備え、
前記ｎ型熱電変換素子及びｐ型熱電変換素子の少なくとも１つは、形状が６面体であって、互いに対向する２面と他の４面とは、光に対する反射率が異なり、前記互いに対向する２面がそれぞれ前記電極と接合された熱電変換モジュール。
【請求項５】
請求項１〜３のうちいずれかの熱電変換素子の、互いに接する少なくとも２面の反射率を測定し比較する工程と、
前記の比較結果に基づいて熱電変換素子の、温度差が与えられるべき特定の方位を認識する工程と、を備える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、熱電変換素子、熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及び熱電変換モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子は異方性を有するものが多く、最も効率よく発電をするためには、熱電変換素子の特定の方位に温度差を与える必要がある。したがって、熱電変換モジュールの効率を向上させるためには、熱電変換モジュールの熱の流れの方向と、この熱電変換モジュールを構成する熱電変換素子の温度差が与えられるべき特定の方位（以下、特定の方位と記述することがある。）と、を一致させる必要がある。
【０００３】
特許文献１では、ｐ型及びｎ型の熱電変換素子を特定の方位に揃えて配置するために、熱電変換素子の形状を正六角形の角柱体、すなわち、熱電変換素子の表面形状について、上面及び底面が正六角形であり側面が矩形である角柱体とすることが示されている。このような熱電変換素子は、正六角形と矩形との表面形状の違いを利用することによって、その特定の方位が認識され、例えばロボットを使用することによって、複数の熱電変換素子の特定の方位が、熱の流れの方向に揃えて配置される。
【特許文献１】特開２００７−５０９４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら熱電変換素子の断面積、高さ等の形状は、熱電変換素子を構成する材料の特性やモジュールの構造に応じて適正化を行なう必要があり、特定の方位を検出し易くするだけの目的で熱電変換素子の表面形状を設計することは適当ではない。
【０００５】
そこで本発明は、熱電変換素子の表面形状からは、その特定の方位が認識し難い場合であっても、この熱電変換素子の特定の方位を熱の流れの方向に向けて配置しやすい熱電変換素子、この熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及び熱電変換モジュールの製造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】
【０００６】
本発明に係る熱電変換素子は、形状が６面体であって、互いに対向する２面と他の４面とは、光に対する反射率が異なる。
【０００７】
本発明によれば、形状が６面体の熱電変換素子の互いに対向する２面と他の４面との光に対する反射率の違いを利用することによって、熱電変換素子の温度差が与えられるべき特定の方位を認識でき、熱電変換素子の特定の方位を熱の流れに向けて容易に配置させることができる。ここで、温度差が与えられるべき特定の方位とは、その方位と平行に熱電変換素子に温度差を与えた場合、他の方位に温度差を与えた場合に比して、特に熱起電力や電流値等の熱電変換特性を向上させることができる方位のことである。この温度差が与えられるべき特定の方位は、例えば、熱電変換素子のそれぞれの方位における熱電変換特性をあらかじめ測定しておくなどして、決定すればよい。より具体的には、熱電変換特性は、熱電変換素子において、以下の式（１）により求まるＺ、すなわち性能指数の値に依存し、この値が大きいほど熱電変換特性が良好とされる。本発明においては、熱電変換素子のそれぞれの方位におけるＺの値のうち、Ｚの値がより高い値であった方位を特定の方位とすればよい。
Ｚ＝α2×σ／κ      （１）
（ここで、Ｚは性能指数の値であり、αはゼーベック係数の値、σは電気伝導度の値、κは熱伝導度の値である。）
【０００８】
ここで、熱電変換素子は、金属酸化物を含むことが好ましい。
【０００９】
また、６面体は、直方体であることが好ましく、なかでもより好ましくは立方体である。なお、本発明において、直方体、立方体などの６面体は、その稜及び／又は頂点が面取り加工されたものであってもよい。
【００１０】
熱電変換素子の形状が直方体の場合には、熱電変換素子の特定の方位をその表面形状によって認識することが困難であり、なかでも特に、熱電変換素子の形状が立方体の場合においては、熱電変換素子の特定の方位をその表面形状によって認識することができない。そのため、直方体である場合において反射率の違いを利用して、熱電変換素子の特定の方位を認識できることは特に有用であり、立方体である場合において極めて有用である。
【００１１】
また、本発明に係る熱電変換モジュールは、複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子と、複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子の各一対の端面同士を電気的に接続し、複数のｐ型熱電変換素子及び複数のｎ型熱電変換素子をｐ型ｎ型交互に電気的に直列に接続させる複数の電極と、を備え、ｎ型熱電変換素子及びｐ型熱電変換素子の少なくとも１つは、形状が６面体であって、互いに対向する２面と他の４面とは、光に対する反射率が異なり、互いに対向する２面がそれぞれ電極と接合される。
【００１２】
本発明に係る熱電変換モジュールは、熱電変換素子の上記の互いに対向する２面がそれぞれ電極と接合されているので、各熱電変換素子の特定の方位を熱の流れに揃えて配置することが容易なものである。個々の熱電変換素子の特定の方位を熱の流れの向きに揃えて配置することにより、複数の熱電変換素子から構成される熱電変換モジュールの発電効率を容易に高めることができる。
【００１３】
さらにまた、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法は、上述の熱電変換素子の互いに接する少なくとも２面の反射率を測定し比較する工程と、反射率の比較結果に基づいて熱電変換素子の、温度差が与えられるべき特定の方位を認識する工程と、を備える。
【００１４】
本発明によれば、６面体の熱電変換素子における、互いに対向する２面と他の４面との光に対する反射率の大小関係が予めわかっていれば、互いに接する少なくとも２面の反射率を測定して比較することによって、熱電変換素子の上記の特定の方位を認識することができる。そして、測定された反射率の比較結果に基づいて、熱電変換素子の特定の方位を熱の流れ方向に向けて配置することができる。これにより、熱電変換モジュールを構成する複数の熱電変換素子を、最も優れた性能を発揮できるような方向へ向けて配置することが可能となり、熱電変換モジュールの発電効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱電変換素子の表面形状からは、その特定の方位が認識し難い場合であっても、この熱電変換素子の特定の方位を熱の流れの方向に向けて配置しやすい熱電変換素子、この熱電変換素子を用いた熱電変換モジュール及び熱電変換モジュール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】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。
【００１７】
（熱電変換素子）
図１は、本発明の実施形態に係る熱電変換素子１０の一例における斜視図である。本発明に係る熱電変換素子は、例えば図１のような６面体である。そして、互いに対向する２面ａ１，ａ２と、他の４面ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４とは、光に対する反射率が互いに異なっている。図１において、面ａ１と面ａ２とは反射率が互いに等しい。一方、面ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４は反射率が互いに全て等しい。
反射率は、入射光の強度に対する反射光の強度の割合である。光としては、可視光、赤外光、紫外光のいずれでもよいが、２面ａ１，ａ２と、４面ｂ１〜ｂ４との反射率を比較する際には、同一の波長で比較する必要がある。光に対する反射率は、照射する光の波長にも依存するからである。
【００１８】
熱電変換素子１０の形状は、６面体であれば特に制限はないが、表面形状による特定の方位の認識が困難な直方体であることが好ましく、なかでも表面形状による特定の方位の認識ができない立方体であることが特に好ましい。
【００１９】
また、熱電変換素子１０には、ｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子の２種類が存在する。また、各熱電変換素子１０を構成する材料は特に限定されず、金属、金属酸化物等の種々の材料を用いることができる。
【００２０】
ここで、ｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子の好ましい材料として下記の材料がある。
【００２１】
例えば、ｐ型の材料としては、ＮａＣｏ２Ｏ４、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９等の金属複合酸化物、ＭｎＳｉ１．７３、Ｆｅ１−ｘＭｎｘＳｉ２、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２、β−ＦｅＳｉ２等のシリサイド、ＣｏＳｂ３、ＦｅＳｂ３、ＲＦｅ３ＣｏＳｂ１２（ＲはＬａ、Ｃｅ又はＹｂを示す）等のスクッテルダイト、ＢｉＴｅＳｂ、ＰｂＴｅＳｂ、Ｂｉ2Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のＴｅを含有する合金等が挙げられる。
【００２２】
また、ｎ型の材料としては、例えば、ＳｒＴｉＯ３、Ｚｎ１−ｘＡｌｘＯ、ＣａＭｎＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｔｉ１−ｘＮｂｘＯ等の金属複合酸化物、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｆｅ１−ｘＣｏｘＳｉ２、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２、β−ＦｅＳｉ２等のシリサイド、スクッテルダイト、Ｂａ８Ａｌ１２Ｓｉ３０、Ｂａ８Ａｌ１２Ｇｅ３０等のクラスレート化合物、ＣａＢ６、ＳｒＢ６、ＢａＢ６、ＣｅＢ６等のホウ素化合物、ＢｉＴｅＳｂ、ＰｂＴｅＳｂ、Ｂｉ2Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のＴｅを含有する合金等が挙げられる。
【００２３】
ｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子は、上記材料の中でも、特に金属酸化物を含むことが好ましい。
【００２４】
続いて、このような熱電変換素子の製造方法について説明する。まず、図１に示すような形状の熱電変換素子１０を、熱電変換素子用材料の母体から切り出す。熱電変換素子用材料の母体には結晶異方性があるため、そこから切り出した熱電変換素子１０にも異方性がある。このとき、最も効率よく熱起電力を発生させるために必要な温度差を与えるべき方位（すなわち、特定の方位）が図１のＺ方向であるとすると、このＺ方向に対して垂直な２つの面ａ１，ａ２が形成されるように、母材を切り出すことが好ましい。ここで、本実施形態では、２面ａ１，ａ２を電極に接合されるべき面とし、面ａ１，ａ２に対して垂直な温度差を与えた時に、他の２面間に同様の温度差を与えた時と比して、最も効率よく熱起電力を発生するものとする。
【００２５】
次に、２面ａ１，ａ２と、他の４面ｂ１〜ｂ４との光に対する反射率を互いに相違させる。２面ａ１，ａ２と他の４面ｂ１〜ｂ４との光に対する反射率を互いに相違させる方法として、例えば研磨による方法が挙げられる。具体的には、耐水ペーパー、研磨布、電解研磨等、一般の金属又はセラミック材料を研磨するための研磨方法を用いることができる。表面粗さが小さくなるように研磨すればするほど、光に対する反射率は向上する。
【００２６】
また、熱電変換素子１０は、その全体が熱電効果を示す熱電材料から形成されているが、６面のうち２面の表面に、他の４面とは異なる熱電材料を積層することにより、光に対する反射率を変えることもできる。
【００２７】
（熱電変換モジュール）
続いて、上述の熱電変換素子１０を用いた熱電変換モジュール１の一例について説明する。図２は、上述した熱電変換素子１０を用いた熱電変換モジュール１の断面図である。図２に示されるように、熱電変換モジュール１は、第１の基板２、第１の電極８、熱電変換素子１０、第２の電極６及び第２の基板７を備える。
【００２８】
第１の基板２は、例えば矩形状をなし、電気的絶縁性で、かつ熱伝導性を有し、複数の熱電変換素子１０の一端を覆うものである。この第１の基板の材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、マグネシア等が挙げられる。
【００２９】
第１の電極８は、第１の基板２上に設けられ、互いに隣接する熱電変換素子１０の一端面同士を電気的に接続するものである。この第１の電極８は、第１の基板２上の所定位置に、例えば、スパッタや蒸着等の薄膜技術、スクリーン印刷、めっき、溶射等の方法を用いて形成することができる。また、所定形状の金属板等を例えば、はんだ、ロウ付け等で第１の基板２上に接合させてもよい。第１の電極８の材料としては、導電性を有するものであれば特に制限されないが、電極の耐熱性、耐食性、熱電素子への接着性を向上させる観点から、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、銀、パラジウム、金、タングステン及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を主成分として含む金属が好ましい。ここで、主成分とは、電極材料中に５０体積％以上含有されている成分を言う。
【００３０】
第２の基板７は、例えば矩形状をなし、熱電変換素子１０の他端側を覆うものである。また、第２の基板７は、第１の基板２と平行に対向配置されている。第２の基板７は、第１の基板２と同様に、電気的絶縁性で、かつ熱伝導性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、マグネシア等の材料を用いることができる。
【００３１】
第２の電極６は、互いに隣接する熱電変換素子１０の他端面同士を電気的に接続するものであり、第２の基板７の下面に、例えば、スパッタや蒸着等の薄膜技術、スクリーン印刷、めっき、溶射等の方法を用いて形成することができる。そして、この第２の電極６と、熱電変換素子１０の下端面側に設けられた第１の電極８とにより、熱電変換素子１０は電気的に直列に接続されている。
【００３２】
ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４は、第１の基板２及び第２の基板７間に交互に並んで配置されると共に、これらの両面が対応する第１の電極８及び第２の電極６の表面に対して、例えば、ＡｕＳｂ、ＰｂＳｂ系のはんだや銀ペースト等の接合材９により固定され、全体として電気的に直列に接続されている。この接合材は、熱電変換モジュールとしての使用時に固体であるものが好ましい。
【００３３】
そして、熱電変換モジュール１を構成する複数のｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４において、各熱電変換素子１０の互いに対向する２つの面ａ１，ａ２は、例えば接合材９を介して電極６、８と接合される。
【００３４】
互いに対向する２つの面ａ１，ａ２と他の４つの面ｂ１〜ｂ４とは、互いに異なる反射率を有する。熱電変換素子は異方性を有するものが多く、最も効率よく発電をするためには、熱電変換素子の特定の方位に温度差を与える必要がある。したがって、熱電変換モジュールの効率を向上させるためには、熱電変換モジュールの熱の流れの方向と、この熱電変換モジュールを構成する熱電変換素子の温度差が与えられるべき特定の方位とを一致させる必要がある。後述するように、本実施形態に係る熱電変換素子は、反射率の相違に基づいて、温度差が与えられるべき特定の方位を容易に認識することができる。すなわち、どの面が面ａ１，ａ２であるかが認識できる。これにより、２つの面ａ１，ａ２が電極と接合するように配置することができ、各熱電変換素子の特定の方位を、熱の流れの方向に揃えて配置させることが容易となる。したがって、熱電変換素子の備え得る性能を最大限に発揮させることが可能となり、熱電変換モジュールの発電効率を高めることができる。本実施形態では、例えば、熱の流れ方向とは、図２の上下方向であるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３５】
なお、本発明に係る熱電変換モジュールは、上述した実施形態に限られるわけではない。ここで、図３に、上記の熱電変換素子１０を用いたいわゆるスケルトン型の熱電変換モジュール１の一例における断面図を示す。図３が図２と異なる点は、熱電変換モジュール１における互いに対向する１対の基板２、７がなく、代わりに、複数の熱電変換素子１０の間に介在し各熱電変換素子１０の高さ方向の中央部を取り囲むように保持して各々の熱電変換素子を適切な位置に固定するための支持枠１２を備える点であり、それ以外の構成は図２における熱電変換モジュールと同様である。
【００３６】
支持枠１２は、熱的絶縁性及び電気的絶縁性を有し、この支持枠１２には、熱電変換素子１０が配置されるべき位置に、それぞれ複数の挿通孔１２ａが形成されている。この挿通孔１２ａは、熱電変換素子３、４の断面形状に対応する正方形、矩形状等の形状をなしている。
【００３７】
この挿通孔１２ａには、各熱電変換素子１０が嵌合されている。そして、挿通孔１２ａの内壁面と熱電変換素子１０の側面との間は非常に狭いため、支持枠１２は複数の熱電変換素子１０を保持し固定することができる。また、必要に応じて、例えば、挿通孔１２ａの内壁面には接着剤等を充填し、より強固に熱電変換素子１０を固定することもできる。このようにして、熱電変換素子１０は、支持枠１２により保持されている。
【００３８】
この支持枠１２の材料としては、熱的絶縁性及び電気的絶縁性を有するものであれば、
特に制限されるものではなく、例えば、樹脂材料、セラミック材料を用いることができる。支持枠１２の材料は、熱電変換モジュール１の作動温度で溶融しない材料から適宜選択すればよく、例えば、作動温度が室温程度の場合には、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリカーボネイト等を、また作動温度が室温〜２００℃程度の場合には、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等のスーパーエンジニアリングプラスチック等を、また作動温度が２００℃程度以上である場合には、アルミナ、ジルコニア、コージェライト等のセラミックス材料を用いればよい。これらの材料は、単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００３９】
このような熱電変換モジュールにおいても、上述の熱電変換素子１０を用い、２面１ａ，１ｂを電極と接合させることにより、複数の熱電変換素子１０の特定の方位を熱の流れの方向に揃えて配置された熱電変換モジュールを容易に作製できる。そのため、発電効率の高い熱電変換モジュールを作製することができる。
【００４０】
上記スケルトン型の熱電変換モジュールは、図２に示す熱電変換モジュールのように、複数の熱電変換素子１０及び複数の電極６、８が基板２、７に挟まれていないため、各熱電変換素子１０に作用する熱応力を低減させることができるとともに、接触熱抵抗を低減させることができる点で有用である。
【００４１】
（熱電変換モジュールの製造方法）
続いて、図４に本発明に係る熱電変換素子を用いた熱電変換モジュールの製造方法の一例を示す。本実施形態においては、図３に示されるようなスケルトン型の熱電変換モジュールの製造方法について詳述する。
【００４２】
互いに対向する２面ａ１，ａ２と他の４面ｂ１〜ｂ４との光に対する反射率が互いに異なる熱電変換素子１０を用いた熱電変換モジュールの製造方法は、例えば、以下の工程を含むものである。すなわち、図４に示す熱電変換モジュールの製造システム２０は、熱電変換素子１０の整列工程、反射光強度測定工程、方位認識工程、熱電変換素子の並べ替え工程を含む。
【００４３】
まず、熱電変換素子１０の整列工程では、上述の複数の熱電変換素子１０が一列に並べられる。
【００４４】
熱電変換素子１０の整列工程は、複数の熱電変換素子１０が載置されたベルトコンベアー３３ａと、熱電変換素子１０を一列に並べるための互いに水平方向に対向する２枚の板３０と、１つの熱電変換素子１０を一定期間待機させるためのシャッター３１とにより実現される。
【００４５】
ベルトコンベアー３３ａの上面３２ａには作製された複数の熱電変換素子１０がランダムな方位にそれぞれ載置されている。ベルトコンベアー３３ａにより、その上面３２ａ上に広がって載置されている複数の熱電変換素子１０もまた、矢印方向へ移動される。
【００４６】
２枚の板３０は、上面３２ａ上に互いに水平方向に対向配置され、ベルトコンベアー３３ａの流れ方向に向かって、その水平方向の間隔は徐々に狭くなるようにされ、最も狭い部分は熱電変換素子１０の幅と同等程度とされている。これにより、上面３２ａ一面に広がって載置されていた熱電変換素子１０は、流れ方向へ進むにつれて、２枚の板３０にあたって一列に整列される。
【００４７】
一列に整列された熱電変換素子１０は、シャッター３１により後述する次の工程へ進む前に一定期間待機させられる。シャッター３１は、２枚の板３０の間隔が最も狭くなった部分のさらに下流側に取り付けられた自動開閉式の板である。このシャッター３１は、板３０間に整列された熱電変換素子１０を１つ１つ順に次の工程のベルトコンベアー３３ｂへ送り出すために、熱電変換素子１０を一定期間待機させることができる。
【００４８】
次に、熱電変換素子１０の反射光強度測定工程では、２つの反射率センサー２２、２３により各素子の反射率を測定する。
【００４９】
反射率測定工程において、上記シャッター３１が開き１つの熱電変換素子１０がベルトコンベアー３３ｂの上面３２ｂに載って流れ、反射率を測定可能な所定の位置まで到達すると、反射率を測定可能な２つの反射率センサー２２、２３が、熱電変換素子１０の少なくとも隣接する２面の反射率を測定する。２面の反射率の測定結果は、コンピュータ２１に伝送される。
【００５０】
反射率センサー２２は、特定の波長の光を熱電変換素子１０の上面に入射させる光照射部２２ａと、その入射光に対する反射光を受光する光受光部２２ｂとを含んでいる。光照射部２２ａは、熱電変換素子１０の上面に対して垂直に所定の強度の光を入射させる。そして光受光部２２ｂは、熱電変換素子１０の光入射面からほぼ垂直に出射された反射光の強度を測定する。また、反射率センサー２３は、光照射部２２ａと同じ波長の光を、熱電変換素子１０のいずれかの側面に所定の強度で垂直に入射させる光照射部２３ａと、当該側面からほぼ垂直に反射される反射光の強度を測定する光受光部２３ｂとを有する。これら２つの反射率センサー２２、２３を用いることにより、６面体の熱電変換素子１０の隣接する２面からの反射率を得ることができる。
【００５１】
なお、反射率は、熱電変換素子のある１面に対して光を照射した時の、入射光の強度に対する反射光の強度の割合によって算出することができる。
【００５２】
熱電変換素子１０における、互いに対向する２面ａ１，ａ２と他の４面ｂ１〜ｂ４との光に対する反射率の大小関係は熱電変換素子の製造段階で予め把握されており、コンピュータ２１に記憶されている。そのため、熱電変換素子１０の２面から反射率センサー２２、２３によって測定されたそれぞれの反射率に基づいて、コンピュータ２１が、方位認識工程において、熱電変換素子１０の特定の方位を認識することができる。
【００５３】
ここで、認識の原理について詳しく説明する。反射率センサー２２、２３によって測定された１つの熱電変換素子１０における２つの面からの反射率の比較結果は２通り考えられる。すなわち、２つ面の反射率が同じ場合と、２つ面の反射率が異なる場合とである。なお、各面の反射率の測定結果には誤差が含まれるため、反射率の差が所定の閾値以下（例えば１％以下）であれば、反射率が同一と判断できる。
【００５４】
そして、測定された２面の反射率が異なる場合、予め２面ａ１，ａ２の反射率を他の４面ｂ１〜ｂ４の反射率よりも高く設定していたのであれば、反射率の高い方の面が、図１における面ａ１，ａ２、すなわち、電極と接合すべき面であると認識できる。このようにして、熱電変換素子の特定の方位を認識できる。
【００５５】
また、測定された２面の反射率が異なる場合、予め２面ａ１，ａ２の反射率を他の４面ｂ１〜ｂ４の反射率よりも低く設定していたのであれば、反射率の低い方の面が、図１における面ａ１，ａ２と認識できる。
【００５６】
さらに、測定された２面ａ１，ａ２の反射率が同じ場合には、予め２面ａ１，ａ２の反射率と他の４面ｂ１〜ｂ４の反射率との大小関係を予めどのように設定していたとしても、反射率を測定した２面に対して垂直な位置にある２面が図１の面ａ１，ａ２であると認識できる。
【００５７】
そして、これによって、ベルトコンベアー３３ｂや３３ｃに載置された熱電変換素子１０の上面又は４つの側面のうちのどの面が面ａ１又は面ａ２であるのかが認識できる。このようにしてコンピュータ２１により認識された特定の方位の認識結果は、後述する熱電変換素子配置装置３６の制御に用いられる。
【００５８】
なお、反射率を算出する場合、上述の反射率センサー２２、２３自体が、反射率を直接算出する機能を備えていてもよいが、コンピュータ２１自体が、それぞれの光照射部２２ａ，２３ａから出射された入射光の強度と、それぞれの光受光部２２ｂ，２３ｂにおいて観測された反射光の強度とにもとづいて、反射率を算出してもよい。また、光照射部２２ａ及び光照射部２３ａから各面に入射する光の強度が互いに同じである場合には、反射光強度を比較すれば反射率を比較したこととなる。
【００５９】
反射率センサー２２、２３により反射率が測定された後、ベルトコンベアー３３ｂの上面３２ｂに載置された熱電変換素子１０は、その方位を保ったまま矢印方向へ進み、次のベルトコンベアー３３ｃの上面３２ｃに進む。そして、一定期間が経ち、シャッター３１が開いて次の測定対象となる熱電変換素子１０が上面３２ａから上面３２ｂ上へ移されると、次の熱電変換素子１０の２面の反射率が反射率センサー２２、２３によって測定される。
【００６０】
最後に、コンピュータ２１の指示により、熱電変換素子配置装置３６が、各熱電変換素子１０を吸引し、面ａ１，ａ２が上下方向に配置されるように素子の特定の方位を調節した後、支持枠１２にこの素子を配置する。
【００６１】
まず、ベルトコンベアー３３ｃの隣には、載置台４０が配置され、載置台４０上には、前述のスケルトン型熱電変換モジュール用の支持枠１２が置かれる。熱電変換素子配置装置３６は、真空ピンセット２４と、真空ピンセット２４を図４のｘ方向及びｚ方向に移動可能とするｘ軸部３５と、ｘ軸部３５の両端に配置されｘ軸部３５をｙ方向に移動可能とするｙ軸部３４とを有している。
【００６２】
真空ピンセット２４は、図５に示すように、円筒状の腕部２５とその先端にカップ状の吸盤部２６とを有する。円筒状の腕部２５は先端側から順に、先端部２５ｃ，中間部２５ｂ，基部２５ａの３部分からなる。先端部２５ｃには、熱電変換素子１０の一面を真空吸引により吸着すると共に、真空状態を解除することにより熱電変換素子１０の脱着を可能とする吸盤部２６が固定されている。中間部２５ｂと先端部２５ｃとは、中間部２５ｂに対して先端部２５ｃを、ｘ軸を中心に±１８０°回動可能とする関節２７ｂにより接続されている。また、基部２５ａと中間部２５ｂとは、基部２５ａに対して中間部２５ｂを、ｙ軸を中心に±１８０°回動可能とする関節２７ａにより接続されている。これにより、関節２７ａ，２７ｂを必要に応じて屈曲させることにより、吸盤部２６の位置を変えることができ、ベルトコンベアー３３ｃ上の熱電変換素子１０の上面及び側面のうちの任意の面を吸着することができる。
【００６３】
このようにして、コンピュータ２１による特定の方位の認識に基づいて、電極と接合されるべき面ａ１又はａ２が選択的に真空ピンセット２４により吸着される。ここで、ベルトコンベアー３３ｃ上の熱電変換素子１０の上面が面ａ１又はａ２であると認識されていれば、真空ピンセット２４で素子の上面を吸引する。一方、熱電変換素子１０のいずれかの側面が面ａ１又はａ２であるとされていれば、関節２７ａ，２７ｂを必要に応じて屈曲し、この側面を真空ピンセット２４で吸引する。その後、ｘ軸部３５により真空ピンセット２４が上方に引き上げられることにより熱電変換素子１０がＺ方向上方に吊り上げられ、その後、関節２７ａ，２７ｂが屈曲されている場合には関節２７ａ，２７ｂの屈曲を解除することにより、熱電変換素子１０の上面が面１ａ又は２ａとなるように素子が配置される。このようにして、熱電変換素子１０の特定の方位の、熱の流れの向きへの並べ替えが完成するのである。その後、熱電変換素子１０は、ｘ軸部３５及びｙ軸部３４の駆動により、支持枠１２の所定の挿通孔１２ａの上方まで移動される。そして、真空ピンセット２４を下方に移動させることにより、方位が正しくそろえられた熱電変換素子１０を挿通孔１２ａ内に挿入する。
【００６４】
なお、熱電変換素子１０はｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の２種類がある。したがって、ｐ型とｎ型の熱電変換素子を交互に正しく配置するためには、例えば、まずどちらか一方の熱電変換素子１０を、支持枠１２の挿通孔１２ａに対して１つ置きに配置し、全ての挿通孔１２ａのうち半数が埋まった時点で、もう一方の熱電変換素子１０に関して同様の工程を行えばよい。
【００６５】
その後、最終的に熱電変換モジュールとして完成させるためには、熱電変換素子に対して電極を接合すればよい。これにより、発電効率の向上が可能である熱電変換モジュールを製造することができる。
【００６６】
また、上記支持枠１２は、スケルトン型熱電変換モジュールにおいて用いられる、熱電変換素子１０を強固に固定し保持するための枠でなくてもよい。例えば、図２に示すような互いに対向する基板の間に、複数の熱電変換素子が挟まれた構造をとる熱電変換モジュールを製造する場合には、例えば、この支持枠１２の挿通孔１２ａを熱電変換素子の外形よりも十分に大きな外形となるようにし、さらに、この支持枠１２の下に電極付の基板を予め配置し、挿通孔１２ａを介して電極上に熱電変換素子を所定の方位で配置し、後工程において支持枠を除去した後に他方の基板を載置し、電極と素子とを接合すればよい。このとき、支持枠１２は、作業中に熱電変換素子が転倒したり移動したりしないようにする仮押さえ用の枠として用いることができる。また、支持枠１２の代わりに単なる枠付きの容器を用い、本工程では熱電変換素子を所望の方位に整列することのみとして、熱電変換素子１０の枠への配置工程や電極上への配置工程は、他の装置を用いて行うこともできる。
【００６７】
なお、上述のように熱電変換素子１０における互いに対向する２面ａ１，ａ２、すなわち熱電変換モジュールの組立時に接合材又は電極と接する２面ａ１，ａ２の反射率と、他の４面ｂ１〜ｂ４の反射率との大小関係が予め認識されていれば、隣接する２面のみの測定により特定の方位を判別できるが、２面ａ１，ａ２の反射率と、他の４面ｂ１〜ｂ４の反射率との大小関係が不明の場合でも、３つの面の反射率を測定し、それらの反射率を比較することにより、熱電変換素子１０の特定の方位は判断できる。
【００６８】
以上、本発明における好適な実施形態を具体的に示したが、本発明はこれに限定されるものではない。特に、熱電変換モジュールの製造方法は、図２に示すような、複数の熱電変換素子１０が互いに対向する二枚の基板に挟まれたもの、すなわち、基板、電極、接合材、熱電変換素子が転倒しないようにする仮抑え用の枠が、この順に積層された熱電変換モジュールに適用できるということはいうまでもない。なお、本発明は上記実施形態に限定されず、さまざまな変形態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る熱電変換素子１０の一例における斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱電変換素子１０を用いた熱電変換モジュール１の一例における断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱電変換素子１０を用いた熱電変換モジュール１の他の一例における断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱電変換素子１０を用いた熱電変換モジュールの製造方法の一例における概略図である。
【図５】図４における真空ピンセット２４の一例における概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…熱電変換モジュール、２…第１の基板、３…ｐ型熱電変換素子、４…ｎ型熱電変換素子、６…第２の電極、７…第２の基板、８…第１の電極、９…接合材、１０…熱電変換素子、１２…支持枠、ａ１，ａ２…互いに対向する２面、ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４…他の４面。
【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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