JP2002158379A - 熱電変換素子集合体、熱電モジュール及び熱電変換素子集合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱電モジュールにおいて、熱電変換素子に偏荷
重が作用するおそれを低減する。 【解決手段】ｎ型半導体６ａとｐ型半導体６ｂとが交互
に電極３をもって直列に接続される熱電変換素子群が一
対のセラミックス基板４をもって挟持されている。その
うち、ｎ型半導体６ａとｐ型半導体６ｂとは、板状の熱
電変換素子集合板２内にその両板面から露出するように
しつつ埋め込まれ、電極３は、ｎ型半導体６ａとｐ型半
導体６ｂとを跨ぐようにした状態で各セラミックス基板
４と熱電変換素子集合板２との間に挟持されている。こ
れにより、偏荷重が電極３を介してｎ型半導体６ａ、ｐ
型半導体６ｂに働くとしても、その荷重は、ｎ型半導体
６ａ、ｐ型半導体６ｂだけでなく、それらを埋め込む熱
電変換素子集合板２によっても受け止められることにな
る（荷重分散）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電変換素子集合
体、熱電モジュール及び熱電変換素子集合体の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱電モジュールとして、ペルチェ素子を
利用したものがある。この熱電モジュール１０１は、原
理的には、図１３に示すように、ｎ型半導体１０６ａと
ｐ型半導体１０６ｂと電極１０３ａ，１０３ｂ，１０３
ｃを接続した構成の下において、ｎ型半導体１０６ａの
下側電極１０３ａに正の電圧、ｐ型半導体１０６ｂの下
側電極１０３ｂに負の電圧を印加すると、上側電極１０
３ｃからエネルギを奪って、ｎ型半導体１０６ａでは電
子が、ｐ型半導体１０６ｂでは正孔が上側電極１０３ｃ
から下側電極１０３ａ，１０３ｂに移動することにな
り、その上側電極１０３ｃのエネルギが下側電極１０３
ａ，１０３ｂで放出されることになる。このため、上側
電極１０３ｃが冷され、下側電極１０３ａ，１０３ｂが
暖まることになる。

【０００３】具体的には、上記熱電モジュール１０１の
構造は、図１４に示すように、ｎ型半導体１０６ａとｐ
型半導体１０６ｂとを交互に電極１０３をもって直列に
接続された熱電変換素子群を一対の絶縁基板１０４を介
して一対の金属部材（ヒートシンク）１１０をもって挟
持する構造となっており、その構造は、基本的には、ｎ
型半導体１０６ａ、ｐ型半導体１０６ｂ及び電極１０３
を一つずつ組み合わせたものを最小の単位として、その
単位の繰り返しにより構成されることになっている。

【０００４】このため、このような熱電モジュール１０
１を製造するに際しては、通常、直径３０〜４０ｍｍの
一方向に凝固した熱電変換材料（ｎ型半導体材料とｐ型
半導体材料）を用意し、その熱電変換材料を素子長さに
相当する厚さにスライス状に切断してスライス状材料を
得、そのスライス状材料の表裏に良好な半田付け性を得
るためのＮｉメッキを施した後、それを多数のサイコロ
状に切断して熱電変換素子（一辺が２ｍｍ程度）を得る
こととされる。そしてその上で、そのサイコロ状の個々
の熱電変換素子は、絶縁基板１０４上に電極１０３と共
に配設され、ｎ型半導体１０６ａとｐ型半導体１０６ｂ
とが交互に直列的な接続関係が得られるように組み立て
られる。

【０００５】ところで、前述の熱電モジュール１０１の
挟持構造においては、図１４に示すように、金属部材１
１０を絶縁基板１０４にしっかりと密着させて吸熱や放
熱を効果的に行わしめるべく、ねじ１０９が利用されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記熱電モジ
ュール１０１の挟持構造にねじ１０９を利用した場合、
組立時等において、熱電変換素子（ｎ型半導体１０６
ａ，ｐ型半導体１０６ｂ）に偏荷重が作用するおそれが
あり、その偏荷重が熱電変換素子に作用し続けたときに
は、熱電変換素子自体が破損するおそれがある。

【０００７】また、ねじ１０９を利用した強固な熱電モ
ジュール１０１の挟持構造の下においては、熱電モジュ
ール１０１の作用時に、吸熱側においては、絶縁基板１
０４が収縮し、放熱側においては絶縁基板１０４が膨張
することになり、図１５に示すように、熱応力をもって
熱電変換素子に横方向に大きな力が作用し、該熱電変換
素子の寿命が短くなる傾向にある。

【０００８】さらに、上記熱電モジュール１０１におい
ては、サイコロ状の熱電変換素子を用いることから、製
造段階において、スライス状材料からサイコロ状の熱電
変換素子を切り出さなければならず、そのサイコロ状の
熱電変換素子を切り出すに際して、材料の劈開性等に基
づき、端部が欠損する等の不良品が出て、歩留まりがあ
まり高くない状況にある。しかも、仮に、規格通り熱電
変換素子が切り出されたとしても、その切り出された個
々の熱電変換素子は、組立工程において、絶縁基板１０
４上の所定個所に電極１０３と共に逐一配設しなければ
ならず、組立が煩雑な状況にある。

【０００９】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れたもので、その第１の技術的課題は、熱電モジュール
において、熱電変換素子に偏荷重が作用するおそれを低
減すると共に、熱応力に基づく熱電変換素子の寿命低下
を抑制し、さらには、熱電変換素子の歩留まりの低下と
組立工程の煩雑さを解消する熱電変換素子集合体を提供
することにある。

【００１０】第２の技術的課題は、上記熱電変換素子集
合体を利用した熱電モジュールを提供することにある。

【００１１】第３の技術的課題は、上記熱電変換素子集
合体を効率的に製造できる熱電変換素子集合体の製造方
法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の技術的課題を
達成するために本発明（請求項１の発明）にあっては、
板状の絶縁体に複数の貫通孔が形成され、前記各貫通孔
内に熱電変換素子がそれぞれ埋め込まれ、前記各熱電変
換素子が、前記各貫通孔の両端から外部に露出してい
る、ことを特徴とする熱電変換素子集合体とした構成と
してある。この請求項１の好ましい態様としては、請求
項２〜３の記載の通りとなる。

【００１３】上記第２の技術的課題を達成するために本
発明（請求項４の発明）にあっては、ｎ型半導体とｐ型
半導体とが交互に電極をもって直列に接続される熱電変
換素子群が一対の絶縁基板をもって挟持される熱電モジ
ュールにおいて、前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体と
が、板状の絶縁体内に該絶縁体の両板面から露出するよ
うにしつつ埋め込まれ、前記電極が、前記ｎ型半導体と
前記ｐ型半導体とを跨ぐようにした状態で前記各絶縁基
板と前記絶縁体との間に挟持されている構成としてあ
る。この請求項４の好ましい態様としては、請求項５〜
６の記載の通りとなる。

【００１４】上記第３の技術的課題を達成するために本
発明（請求項７の発明）にあっては、同一方向に延びる
複数の充填孔を有する絶縁ブロック体を用意し、前記各
充填孔に、熱電変換素子をそれぞれ埋め込み、その後、
前記熱電変換素子を埋め込んだ絶縁ブロック体を、前記
各熱電変換素子が外部露出するように切断する、ことを
特徴とする熱電変換素子集合体の製造方法とした構成と
してある。この請求項７の好ましい態様としては、請求
項８〜１０の記載の通りとなる。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、当
該熱電変換素子集合体が板状の絶縁体に複数の貫通孔が
形成され、その各貫通孔内に熱電変換素子がそれぞれ埋
め込まれ、各熱電変換素子が、各貫通孔の両端から外部
に露出していることから、熱電モジュールにおいて当該
熱電変換素子集合体を用い、その熱電変換素子集合体に
埋め込まれた熱電変換素子を従来と同様に電極を介して
直列に接続すれば、熱電モジュール本来の機能を担保で
きることになる。その一方、組立時等において、一対の
金属部材におけるねじの締結力に基づき、挟持力とし
て、偏荷重が電極を介して働くとしても、その荷重は、
熱電変換素子だけでなく、それを埋め込む絶縁体によっ
ても受け止められることになり（荷重分散）、偏荷重が
熱電変換素子に作用することを抑制できることになる。
このため、偏荷重に基づき熱電変換素子が破損すること
を抑えることができることになる。

【００１６】また、ねじを利用した強固な熱電モジュー
ルの挟持構造の下においては、熱電モジュールの使用時
に、吸熱側においては、セラミックス基板が収縮し、放
熱側においてはセラミックス基板が膨張することにな
り、その熱応力をもって横方向の力が電極を介して熱電
変換素子に作用するけれども、各熱電変換素子は、熱電
変換素子集合体に埋め込まれた状態で保持されており、
その熱応力に基づく横方向の力に対して十分に抗するこ
とができることになる。このため、熱応力に基づく熱電
変換素子の寿命低下を抑制できることになる。

【００１７】さらに、熱電モジュールにおいて、熱電変
換素子を個々に用いるのではなく、絶縁体に熱電変換素
子を埋め込んだ熱電変換素子集合体として用いることか
ら、製造工程における熱電変換素子集合板の切り出し工
程において、熱電変換素子を個々に切り出すことなく、
熱電変換素子が絶縁体により保護された状態で切り出さ
れることになり、熱電変換素子の歩留まりを高めること
ができることになる。

【００１８】さらにまた、熱電モジュールにおいて、熱
電変換素子を個々に用いるのではなく、予め位置関係が
決められた複数の熱電変換素子を保持する熱電変換素子
集合板を用いることから、組立工程において、個々の熱
電変換素子を逐一並べて回路を形成する必要はなくな
り、組立工程における作業性を向上させることができる
ことになる。

【００１９】請求項２に記載された発明によれば、熱電
変換素子が、種類として、ｎ型半導体とｐ型半導体とを
含み、そのｎ型半導体とｐ型半導体とが隣り合うように
配設されていることから、熱電モジュールの組立におい
て、電極を用いてｎ型半導体とｐ型半導体とを交互に直
列に接続することを容易にすることができることにな
る。

【００２０】請求項３に記載された発明によれば、ｎ型
半導体及びｐ型半導体の露出面が絶縁体の板面に対して
面一とされていることから、電極を絶縁体の板面に配設
されるだけで、ｎ型半導体とｐ型半導体とを直列に接続
することができ、当該熱電モジュールの回路を簡単に形
成できることになる。しかも、電極を絶縁体の板面に配
設されるだけでｎ型半導体とｐ型半導体とが接続される
ことに基づき、ｎ型半導体及びｐ型半導体に対して電極
を接着しないで接続関係を確保し、熱電モジュール使用
時における熱応力に基づく横力を、当該熱電変換素子集
合体と電極との相対的変位動により吸収できることにな
る。

【００２１】請求項４に記載された発明によれば、ｎ型
半導体とｐ型半導体とが交互に電極をもって直列に接続
される熱電変換素子群が一対の絶縁基板をもって挟持さ
れる熱電モジュールにおいて、ｎ型半導体とｐ型半導体
とが、板状の絶縁体内に該絶縁体の両板面から露出する
ようにしつつ埋め込まれ、電極が、ｎ型半導体とｐ型半
導体とを跨ぐようにした状態で各絶縁基板と絶縁体との
間に挟持されていることから、熱電変換素子としてのｎ
型半導体及びｐ型半導体を埋め込んだ前記請求項１に係
る熱電変換素子集合体を利用して熱電モジュールを構成
できることになる。

【００２２】請求項５に記載された発明によれば、電極
が、ｎ型半導体とｐ型半導体とに対して当接状態にある
ことから、ｎ型半導体とｐ型半導体とを直列的に接続す
ることができる一方、ｎ型半導体及びｐ型半導体に対し
て電極を接着しないで接続関係を確保し、熱電モジュー
ル使用時における熱応力に基づく横力を、絶縁体、ｎ型
半導体及びｐ型半導体に対する電極の相対的変位動によ
り吸収できることになる。

【００２３】請求項６に記載された発明によれば、電極
が、ｎ型半導体、ｐ型半導体の少なくとも一方に接着さ
れていることから、熱電モジュール使用時における熱応
力に基づく横力を、熱電変換素子を絶縁体に埋め込むこ
とにより支える一方、電極と、ｎ型半導体、ｐ型半導体
の少なくとも一方との接続関係を確実に得ることができ
ることになる。

【００２４】請求項７に記載された発明によれば、同一
方向に延びる複数の充填孔を有する絶縁ブロック体を用
意し、各充填孔に、熱電変換素子をそれぞれ埋め込み、
その後、熱電変換素子を埋め込んだ絶縁ブロック体を、
各熱電変換素子が充填孔を介して外部に露出するように
切断することから、その切断によって前記請求項１に係
る熱電変換素子集合体を効率的に順次、得ることができ
ることになる。

【００２５】請求項８に記載された発明によれば、各充
填孔に熱電変換素子をそれぞれ埋め込むことが、該各充
填孔に熱電変換素子材料をそれぞれ充填した後、熱電変
換素子材料を焼結することであることから、焼結体を生
成することを利用して、各充填孔に熱電変換素子を埋め
込むことができることになり、熱電変換素子を埋め込ん
だ絶縁ブロック体を簡単に得ることができることにな
る。

【００２６】請求項９に記載された発明によれば、各充
填孔に熱電変換素子材料をそれぞれ充填することが、各
充填孔内に、熱電変換素子材料として、ｎ型半導体とｐ
型半導体とを隣り合うように充填することであることか
ら、ｎ型半導体とｐ型半導体とが隣り合うように配設さ
れている絶縁ブロック体を簡単に得ることができること
になる。

【００２７】請求項１０に記載された発明によれば、各
充填孔に熱電変換素子をそれぞれ埋め込むことが、熱間
押し出し成形された熱電変換素子を充填孔に入れ込むこ
とであることから、熱間押し出し成形を利用して、熱電
変換素子を埋め込んだ絶縁ブロック体を簡単に得ること
ができることになる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。

【００２９】図１において、符号１は、本実施形態に係
る熱電モジュールを示す。この熱電モジュール１は、熱
電変換素子集合体としての熱電変換素子集合板２と、電
極３と、一対の絶縁基板としての一対のセラミックス基
板４とから概略構成されている。

【００３０】上記熱電変換素子集合板２は、図１、図２
に示すように、絶縁体としてのセラミックス保持体５
と、そのセラミックス保持体５に埋め込まれる複数の熱
電変換素子６とからなる。

【００３１】上記セラミックス保持体５は、例えば約２
ｍｍ程度の厚みＬの板状に形成されており、その両板面
５ａは、互いに平行な平坦面を形成している。このセラ
ミックス保持体５には、その両板面５ａが貫通するよう
に複数の貫通孔（充填孔）７が形成されており、その各
貫通孔７は、隣り合う貫通孔７に対して一定間隔を維持
するように規則正しく配置され、その配置パターンとし
て、本実施形態においては、図２に示すように、列をな
すパターンが採られている。

【００３２】上記熱電変換素子６は、ｎ型半導体６ａと
ｐ型半導体６ｂとからなる。このｎ型半導体６ａとｐ型
半導体６ｂとは、前記貫通孔７に交互に埋め込まれてお
り、このｎ型半導体６ａ、ｐ型半導体６ｂの貫通孔７か
らの露出面は、セラミックス保持体５の板面５ａに対し
て面一とされている。

【００３３】上記電極３は、薄板状とされて、熱電変換
素子集合板２の両板面２ａ（セラミックス保持体５の板
面５ａ）において交互に、隣り合うｎ型半導体６ａとｐ
型半導体６ｂとの間を跨いでいる。これより、熱電変換
素子集合板２におけるｎ型半導体６ａ、ｐ型半導体６ｂ
の全ては、交互に直列に接続されることになり、それ
は、最終的には、外部電源に接続すべき端子８に導かれ
ることになっている。

【００３４】上記一対のセラミックス基板４は、絶縁性
を確保しつつ、各電極３と、ｎ型半導体６ａ、ｐ型半導
体６ｂとの密着性を増加させて、各電極３と、ｎ型半導
体６ａ、ｐ型半導体６ｂとの接続性を向上させるべく、
ねじ９を用いた一対の金属部材１０（ヒートシンク）に
基づく挟持力により、熱電変換素子集合板２の両板面側
において、該熱電変換素子集合板２と協働して各電極３
を挟持している。本実施形態においては、セラミックス
基板４と各電極３とは、単に当接している関係だけとさ
れて接着関係にはなく、また、接続すべきｎ型半導体６
ａ、ｐ型半導体６ｂの少なくとも一方と電極３とは、一
体としての取り扱いが取り扱い性、作業性を向上させる
ことから、半田付けによる半田層等により接着されてい
る。勿論、この接着により接続関係も向上することにな
る。

【００３５】したがって、このような熱電モジュール１
においては、熱電変換素子６（ｎ型半導体６ａ、ｐ型半
導体６ｂ）を保持する熱電変換素子集合板２を用いるこ
とから、組立時において、一対の金属部材１０における
ねじ９の締結力に基づき、挟持力として、偏荷重が電極
３を介して働くとしても、その荷重は、熱電変換素子６
だけでなくセラミックス保持体５によっても受け止めら
れることになり、偏荷重が熱電変換素子６に作用するこ
とを抑制して該熱電変換素子６が破損することを抑える
ことができることになる。

【００３６】また、ねじ９を利用した強固な熱電モジュ
ール１の挟持構造の下においては、熱電モジュール１の
使用時に、吸熱側においては、セラミックス基板４が収
縮し、放熱側においてはセラミックス基板４が膨張する
ことになり、その熱応力をもって横方向の力（横力）が
電極３を介して熱電変換素子６に作用するが、各熱電変
換素子６は、熱電変換素子集合板２に埋め込まれた状態
で保持されており、その熱応力に基づく横力に対して十
分に抗することができることになる。しかも、セラミッ
クス基板４と各電極３とは、接着されず挟持力だけをも
って保持されており、熱応力に基づく横力を、セラミッ
クス基板４と各電極３との相対的変位動をもって吸収で
きることになる。勿論、この効果は、各電極３が熱電変
換素子６のいずれもと接着されず当接関係だけにあると
きには、より大きなものとなる。

【００３７】さらに、熱電モジュール１において、熱電
変換素子６を個々に用いるのではなく、セラミックス保
持体５に熱電変換素子６を埋め込んだ熱電変換素子集合
板２を用いていることから、製造工程において、熱電変
換素子６を個々に切り出さずに、熱電変換素子集合板２
を切り出せばよくなり、その切り出し工程において、熱
電変換素子６がセラミックス保持体５により保護される
ことになる。これにより、端部が欠損等する不良品の出
現を抑えることができることになり、熱電変換素子６の
歩留まりを高めることができることになる。

【００３８】さらにまた、熱電モジュール１において、
熱電変換素子６を個々に用いるのではなく、予め位置関
係が決められた複数の熱電変換素子６を保持する熱電変
換素子集合板２を用いることから、組立工程において、
個々の熱電変換素子６を逐一並べて回路を形成する必要
はなくなり、組立工程における作業性を向上させること
ができることになる。

【００３９】このような有益な熱電変換素子集合板２
は、次のようにして製造される。

【００４０】先ず、前記セラミックス保持体５の厚みＬ
に比して、厚みがかなり厚い点だけが異なる絶縁ブロッ
ク体としてのブロック状セラミックス体１１（例えば、
厚みが５０ｍｍ程度のもの）を用意する（図３、図４参
照）。セラミックス体１１の厚みを厚くすることに基づ
き、後工程における切断工程において、熱電変換素子集
合板２を効率的に得ることができるようにするためであ
る。

【００４１】この場合、このセラミックス体１１も、前
述の配置をもって、複数の貫通孔７を有しており、その
各貫通孔７は、その延び方向において対向する両対向面
を貫通して外部に開口している。このセラミックス体１
１は、後工程における切断工程での切断し易さ、セラミ
ックス保持体５としての使用時の断熱性等を考慮して、
その構成材料として、切断し易く断熱性を有する材料を
選択したり、その切断し易さ、断熱性の観点に加えて割
れ防止の観点から、内部に空孔を存在させるようにする
こと等の工夫を施すことが好ましい。

【００４２】次に、熱電変換素子材料として、ｎ型半導
体材料６ａａ（例えばBi1.8Sb0.2Te2.85Se0.15 + 0.0
6mass% SbI3）、ｐ型半導体材料６ｂｂ（例えばBi0.5Sb
1.5Te3 + 1.75mass%Se）を用意し、そのｎ型半導体材
料６ａａ、ｐ型半導体材料６ｂｂをセラミックス体１１
の該当貫通孔７に充填して、そのｎ型半導体材料６ａ
ａ、ｐ型半導体材料６ｂｂを焼結する。熱電変換素子材
料として、ｎ型半導体材料６ａａ、ｐ型半導体材料６ｂ
ｂを用意するのは、熱電モジュール１の構成要素である
ｎ型半導体６ａとｐ型半導体６ｂとを生成するためであ
り、セラミックス体１１の該当貫通孔７にｎ型半導体材
料６ａａ、ｐ型半導体材料６ｂｂを充填して、そのｎ型
半導体材料６ａａ、ｐ型半導体材料６ｂｂを焼結するの
は、セラミックス体１１の該当貫通孔７内にｎ型半導体
６ａ、ｐ型半導体６ｂを埋め込むためである。

【００４３】具体的には、上記工程は、材料融点等の相
違から、ｎ型半導体材料６ａａ、ｐ型半導体材料６ｂｂ
毎に行われることになっており、これを、図５〜図８を
参照しつつ説明すると、下記の通りとなる。

【００４４】先ず、熱電変換素子材料をセラミックス体
１１の貫通孔７に充填するに際しては、焼結装置１２が
利用される。すなわち、焼結装置１２においては、図５
に示すように、筒状の黒鉛型１３内に、リフト軸１４に
断熱材１５を介して支えられる黒鉛ブロック１６が下側
から進入して、これらが熱電変換素子材料を収容する収
容空間１７を形成しており、熱電変換素子材料をセラミ
ックス体１１の貫通孔７に充填する最初の工程において
は、その収容空間１７内に、ｐ型半導体材料６ｂｂより
も融点が高いｎ型半導体材料６ａａが収容されると共に
前記セラミックス体１１が上側から嵌合され、そのセラ
ミックス体１１の上面に黒鉛ブロック１８、断熱材１９
を介して加圧軸２０が当接される。

【００４５】このとき、仕切り板２１により、セラミッ
クス体１１下面における貫通孔７の一端開口の一部が閉
塞されて、ｎ型半導体材料６ａａを進入させる貫通孔７
の一端開口のみが開口されるように設定される。またこ
のとき、黒鉛型１３の側面には、一対の電極２２が当接
され、その一対の電極２２をもって黒鉛型１３に電流を
供給すべき準備もなされる。

【００４６】次に、図６に示すように、加圧軸２０によ
りｎ型半導体材料６ａａに対して加圧力を加えて該当貫
通孔７内にｎ型半導体材料６ａａを導くと共に、黒鉛型
１３に電極２２により電流が供給されてその充填された
ｎ型半導体材料６ａａに対して、加圧状態の下で熱が付
与される。この場合、具体的には、図９に示すタイムチ
ャートに従って、焼結処理が行われるが、本実施形態に
おいては、ｎ型半導体材料６ａａの流動性等を高めるべ
く、焼結後、ｎ型半導体材料６ａａの融点手前まで加熱
処理と加圧処理とが続けられる。これにより、ｎ型半導
体材料６ａａが充填された貫通孔７内おいて、焼結体た
るｎ型半導体６ａが形成されることになる。

【００４７】次に、図７に示すように、前記同様の焼結
装置１２において、前記収容空間１７にｎ型半導体材料
６ａａに代えてｐ型半導体材料６ｂｂを収容すると共
に、上記ｎ型半導体６ａが貫通孔７内に形成されたセラ
ミックス体１１を嵌合する。このとき、仕切り板２１に
より、これまで閉塞してきた貫通孔７の一端開口があけ
られる一方、ｎ型半導体６ａが形成された貫通孔７の一
端開口は閉塞される。

【００４８】次に、前記ｎ型半導体材料６ａaの場合と
同様、加圧軸２０の加圧により、空いた貫通孔７にｐ型
半導体材料６ｂｂを充填すると共に、電極２２からの電
流に基づく熱により焼結処理を行い、新たに充填された
貫通孔７内において、焼結体たるｐ型半導体６ｂを形成
する。これにより、図１０、図１１に示すように、セラ
ミックス体１１の複数の貫通孔７において、ｎ型半導体
材料６ａａ及びｐ型半導体材料６ｂｂが埋め込まれたも
のが形成されることになる。

【００４９】次に、ｎ型半導体材料６ａa及びｐ型半導
体材料６ｂｂが埋め込まれたブロック体を、貫通孔７の
延び方向において順次、スライス状に切断する。図１１
において、Ｃは切断線を示す。これにより、前記熱電変
換素子集合板２は、効率的に順次、作製されることにな
る。

【００５０】したがって、上記製造においては、セラミ
ックス体１１における焼結処理と切り出し工程とを組み
合わせることにより、熱電変換素子集合板２を簡単に製
造できることになる。

【００５１】しかも、切り出し工程において、熱電変換
素子６自体を製造せず（切り出さず）、熱電変換素子６
をセラミックス保持体５に保持する熱電変換素子集合板
２を切り出すことから、切り出し工程において、熱電変
換素子６がセラミックス保持体５により保護されること
になり、不良品の出現を抑えて、熱電変換素子６の歩留
まりを高めることができることになる。

【００５２】図１２は他の実施形態を示すものである。
この実施形態において、前記実施形態と同一構成要素に
ついては同一符号を付してその説明を省略する。

【００５３】この実施形態においては、セラミック体１
１の貫通孔７内にｎ型半導体６ａ及びｐ型半導体６ｂを
埋め込むべく、熱間押し出し成形によりセラミック体１
１の貫通孔７内に成形品を押し込むようにしたものであ
る。すなわち、コンテナ２３内に焼結体としてのｎ型半
導体６ａ（又はｐ型半導体６ｂ）が熱を加えた状態で収
納され、それが、ラム２４による加圧力に基づき、ダイ
ス２５を介して押し出し成形され、その成形品２６がセ
ラミックス体１１の貫通孔７内に押し込まれることにな
っている。これにより、焼結体としてのｎ型半導体６ａ
（又はｐ型半導体６ｂ）の結晶粒が小さくなり、熱電材
料の性能指数が向上することが期待できることになる。

【００５４】以上実施形態について説明したが本発明に
ついてはについては次のような態様を包含する。 １）熱電変換素子集合板２として、円板等、各種の形状
のものを含むこと。 ２）熱電変換素子集合板２（セラミックス体１１）にお
ける貫通孔７（熱電変換素子６）の配置パターンを適宜
決めること。 ３）電極３と熱電変換素子６（ｎ型半導体６ａ、ｐ型半
導体６ｂ）のいずれもが、半田付け等により接着され
ず、当接関係だけにある態様、電極３と熱電変換素子６
のいずれもが、半田付け等により接着される態様、セラ
ミックス基板４と各電極３とが接着される態様等の各種
態様を包含すること。 ４）セラミックス体１１に形成する充填孔を、貫通孔に
限らず、有底状の孔（一端のみが開口するもの）とし、
そのセラミックス体１１の切断により得られる熱電変換
素子集合板２において、貫通孔７が形成されるようにす
ること。 ５）絶縁ブロック体として、焼結程度の小さいアルミナ
材（仮焼結状態であって、例えば密度７５％程度）、ア
ルミナ繊維からなるブロックや珪素土ブロックに機械的
に穿孔し、孔の中に耐火物の泥奨で目留めしたもの、ロ
ストワックス法を用いて作製した有孔セラミックス等、
各種の有孔セラミックスを使用すること。

【００５５】尚、本発明の目的は、明記されたものに限
らず、実質的に好ましい或は利点として記載されたもの
に対応したものを提供することをも暗黙的に含むもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る熱電モジュールを示す説明図。

【図２】実施形態に係る熱電モジュールを示す平面図。

【図３】実施形態に係るセラミック体を示す平面図。

【図４】図３の縦断面図。

【図５】セラミック体の複数の貫通孔へのｎ型半導体の
埋め込みを説明する説明図。

【図６】図５の続きを示す動作状態図。

【図７】セラミック体の複数の貫通孔へのｐ型半導体の
埋め込みを説明する説明図。

【図８】図７の続きを示す動作状態図。

【図９】実施形態に係る焼結装置の作動を説明するタイ
ムチャート。

【図１０】熱電変換素子が埋め込まれた実施形態に係る
セラミック体を示す平面図。

【図１１】図１０の縦断面図。

【図１２】他の実施形態を示す説明図。

【図１３】従来技術に係る熱電モジュールの動作原理を
説明する説明図。

【図１４】従来技術に係る熱電モジュールを示す正面
図。

【図１５】従来技術に係る熱電モジュールの熱電変換素
子が熱応力に基づく横力を受けた状態を説明する説明
図。

【符号の説明】

１ 熱電モジュール ２ 熱電変換素子集合板 ３ 電極 ４ セラミックス基板 ６ 熱電変換素子 ６ａ ｎ型半導体 ６ａａ ｎ型半導体 ６ｂ ｐ型半導体 ６ｂｂ ｐ型半導体 ７ 貫通孔 １１ セラミックス体 １２ 焼結装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594043122 株式会社アカネ 広島県広島市安芸区船越南２丁目６番３号 (74)上記３名の代理人 100080768 弁理士 村田 実 (72)発明者 横川 清志 広島県呉市広末広２丁目２番２号 工業技 術院中国工業技術研究所内 (72)発明者 黒田 正範 広島県呉市広末広２丁目２番２号 工業技 術院中国工業技術研究所内 (72)発明者 筒本 隆博 広島県呉市望地町５の67 (72)発明者 山口 登司夫 大阪府大阪市西区九条南２丁目23番20号 大博鋼業株式会社内 (72)発明者 砂本 健市 広島県広島市安芸区船越南２丁目６番３号

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状の絶縁体に複数の貫通孔が形成され、 前記各貫通孔内に熱電変換素子がそれぞれ埋め込まれ、 前記各熱電変換素子が、前記各貫通孔の両端から外部に
   露出している、ことを特徴とする熱電変換素子集合体。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記熱電変換素子が、種類として、ｎ型半導体とｐ型半
   導体とを含み、 前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体とが隣り合うように配
   設されている、ことを特徴とする熱電変換素子集合体。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記熱電変換素子が、種類として、ｎ型半導体とｐ型半
   導体とを含み、 前記ｎ型半導体及び前記ｐ型半導体の露出面が前記絶縁
   体の板面に対して面一とされている、ことを特徴とする
   熱電変換素子集合体。
4. 【請求項４】ｎ型半導体とｐ型半導体とが交互に電極を
   もって直列に接続される熱電変換素子群が一対の絶縁基
   板をもって挟持される熱電モジュールにおいて、 前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体とが、板状の絶縁体内
   に該絶縁体の両板面から露出するようにしつつ埋め込ま
   れ、 前記電極が、前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体とを跨ぐ
   ようにした状態で前記各絶縁基板と前記絶縁体との間に
   挟持されている、ことを特徴とする熱電モジュール。
5. 【請求項５】請求項４において、 前記電極が、前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体とに対し
   て当接状態にある、ことを特徴とする熱電モジュール。
6. 【請求項６】請求項４において、 前記電極が、前記ｎ型半導体、前記ｐ型半導体の少なく
   とも一方に接着されている、ことを特徴とする熱電モジ
   ュール。
7. 【請求項７】同一方向に延びる複数の充填孔を有する絶
   縁ブロック体を用意し、 前記各充填孔に、熱電変換素子をそれぞれ埋め込み、 その後、前記熱電変換素子を埋め込んだ絶縁ブロック体
   を、前記各熱電変換素子が前記充填孔を介して外部に露
   出するように切断する、ことを特徴とする熱電変換素子
   集合体の製造方法。
8. 【請求項８】請求項７において、 前記各充填孔に熱電変換素子をそれぞれ埋め込むこと
   が、該各充填孔に熱電変換素子材料をそれぞれ充填した
   後、前記熱電変換素子材料を焼結することである、こと
   を特徴とする熱電変換素子集合体の製造方法。
9. 【請求項９】請求項８において、 前記各充填孔に熱電変換素子材料をそれぞれ充填するこ
   とが、前記各充填孔内に、前記熱電変換素子材料とし
   て、ｎ型半導体とｐ型半導体とを隣り合うように充填す
   ることである、ことを特徴とする熱電変換素子集合体の
   製造方法。
10. 【請求項１０】請求項７において、 前記各充填孔に熱電変換素子をそれぞれ埋め込むこと
    が、熱間押し出し成形された熱電変換素子を前記充填孔
    に入れ込むことである、ことを特徴とする熱電変換素子
    集合体の製造方法。