JP2002237622A - 熱電素子の製造方法および熱電モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｐ型とｎ型の熱電素子１と、そのようなｐ型
とｎ型の熱電素子１が配列形成されている熱電モジュー
ルとを容易に作製する。 【解決手段】 ｐ型とｎ型の熱電素子１の配列に対応さ
せて貫通孔２２が配列形成されている素子成形型２０を
用意する。まず、ｐ型とｎ型のうちの選択された一方側
の熱電素子形成用の貫通孔２２に上記選択された側の熱
電素子１の形成材料の融液２９を充填し冷却固化する。
次に、他方側の熱電素子形成用の貫通孔２２に他方側の
熱電素子１の形成材料の融液を充填し冷却固化して、素
子成形型２０にｐ型とｎ型の熱電素子１を配列形成す
る。その後、素子成形型２０の熱電素子１の一端部と電
極形成基板３の電極２とを接合する。そして、熱電素子
１を素子成形型２０から型抜きして、熱電素子１の他端
部に電極形成基板４の電極２を接合する。このようにし
て熱電素子１および熱電モジュールを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流を通電するこ
とにより冷却・加熱を行うペルチェ素子や、発電を生じ
せしめるゼーベック素子等の熱電素子を製造する方法
と、上記熱電素子を用いた熱電モジュールの製造方法と
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱電素子として一般的に知られているペ
ルチェ素子は、ビスマス・テルル等の金属間固溶体にア
ンチモン、セレン等の元素を添加することにより、ｐ、
ｎ型素子を形成し、このｐ、ｎ型素子を注入電極を介在
させ交互に直列に並べ、該直列素子の両端に、電圧を印
加し、電流を流すことにより、素子と電極界面で冷却・
加熱効果を生ぜしめる素子であり、例えば、図１２
（ａ）、（ｂ）に示す構成をとる。又、その具体的構成
は、ｐ、ｎの熱電素子１を直列に接続する電極２等を形
成した厚さ０．３〜１mm程度のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）
等のセラミック薄板等から成る絶縁性基板（電極形成基
板）３，４を上下に対向して配置し、上記絶縁性基板
３，４間に直径０．６〜３mm程度、長さ０．５〜３mm程
度のｐ型、ｎ型のビスマス・テルル等からなる熱電素子
１を配置して成る。なお、これら熱電素子１と電極２間
や、熱電素子１とリード端子電極５間は図示しない半田
等により固定されている。図１２（ａ）、（ｂ）に示さ
れる符号６はリード端子を示す。

【０００３】熱電素子１は従来、以下の二つの手法で作
られることが一般的である。 インゴット切断法：Ｂｉ_２Ｔｅ_３にセレン、アンチモン
等の元素を適当量添加して、図示しない７００℃〜９０
０℃に保たれた融液からチョコラルスキー炉やブリッジ
マン炉等を用いて図１６（ａ）に示すような直径数セン
チのインゴット７を作製し、図１６（ｂ）に示すよう
に、これをウェハ状にスライシングし、そのウェハ８の
両面にメッキを行った後に、更に、そのウェハ８を、ダ
イサー９等の切断手段に上記所定寸法により切断して素
子１を形成する。なお、ｐ型、ｎ型の素子１はそれぞれ
合金組成を調整して別個に作製される。

【０００４】型内成長法：図１３（ａ）の斜視図に示す
ようにカーボンやアルミナ等からなる二つ割の成形型１
０を合わせ、図示しない位置決め・固定手段により固定
し、図１４のようにＢｉ_２Ｔｅ_３にセレン、アンチモン
等の元素を適当量添加した７００℃〜９００℃に保たれ
た融液１１に浸漬し、融液１１から成形型１０を引き上
げることにより、図１３（ｂ）に示すような角柱或いは
円柱状の素子を得る。得られた素子は、図示しない固定
治具に取りつけられた後、図１５に示すように、長さ
０．５〜２mm程度の所定寸法に切断してモジュールに組
み込む熱電素子１とする。なお、Ｂｉ_２Ｔｅ_３にセレン
を添加することによりｐ型の熱電素子の形成材料とな
り、Ｂｉ_２Ｔｅ_３にアンチモンを添加することによりｎ
型の熱電素子の形成材料となる。

【０００５】次に熱電素子１を組み立てて熱電モジュー
ルを作成する手法について示すが、従来以下の二つの製
造手法（組立て手法）が採られていた。 直接組立て法：図１７に示すように、予め電極２を形成
し、更にその電極２の上側に半田をメッキ等により形成
したアルミナ等からなる回路基板４の上に、アルミナ等
のセラミック製の整列治具１２を載せ、所定寸法に切断
されたｐ型及びｎ型の熱電素子１を交互に整列治具１２
の配列孔１３内に入れて並べ、半田リフロー炉内で熱電
素子１と基板４の電極２間を固定する。固定後、整列治
具１２を外す。そして、上記回路基板４と同様に電極２
と半田が予め形成された回路基板３の上側に、上下を反
転させた上記熱電素子１と回路基板４の接合体を載せ、
上記同様に熱処理し、回路基板３の電極と熱電素子１と
を半田等で固定することで熱電モジュールを作成する。

【０００６】スペーサ組立て法：熱電素子１を、図１８
（ａ）に示すように所定の本数に対応する貫通孔１４を
設けた薄板のセラミックやガラス／エポキシ樹脂等から
なる絶縁性スペーサ１５を複数枚、所定の距離離間して
配置し、ｐ型、ｎ型の素子１を棒状のまま、交互に突き
通し、エポキシ接着剤等を、貫通孔１４と熱電素子１間
に塗布し、硬化させることにより固定する。然る後、切
断治具（図示せず）にスペーサごと、一体化体を装着
し、図１８（ｂ）に示すように、ダイシングソー等の切
断手段により熱電素子１を切断線１６に沿って切断し、
図１０（ａ）、（ｂ）に示す熱電素子配列ユニット（絶
縁性スペーサ１５に複数のｐ型とｎ型の熱電素子１が交
互に配列固定されたスペーサ／素子複合体）１７を作
る。かかる工程の後、熱電素子配列ユニット１７の上下
に、前記直接組み立て法と同様の半田固定法により基板
３，４を配置し、図１０（ｂ）に示す熱電モジュールを
得る。

【０００７】なお、Ｂｉ_２Ｔｅ_３をベースとする熱電素
子１は、銅や銀からなる電極材と直接、半田付けにより
良好な電気的・機械的接続をすることが困難なため、通
常、熱電素子１の両端部にＮｉ．Ａｕメッキ等を用いる
ことが多いが、この場合、図１１に示すように、熱電素
子１の中間部に、メッキレジスト等の絶縁のためのコー
ティング１８を設けてからメッキ１９が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記インゴット切断法
や型内成長法のいずれにおいても、小径・短尺の熱電素
子１をｐ、ｎそれぞれに切断して作る手法においては、
端部にメッキを行う際に、両端子間のメッキ短絡が生じ
やすい問題点があった。そのために図１１に示すように
中間部にメッキが付着することを防止するためのレジス
トコーティング１８を一本、一本確実に施し、又、熱電
素子１の放熱特性を損じることが無いようにメッキ後
に、このレジストコーティング１８を完全に除去するこ
とを行っていたが、工程が煩雑であり、かつレジストコ
ーティング１８の完全被覆・除去のために多大な工数が
かかる問題点があった。

【０００９】また、型内成長法により作製した多数の熱
電素子１を図１８に示すように、絶縁性スペーサ１５の
貫通孔１４に挿入していく手法においては、該Ｂｉ_２Ｔ
ｅ_３合金が極めて脆く、かつ小応力に対して変形しやす
い性質を持つため、１mm以下の素子１については貫通孔
自体を１．２mm以上にとる必要があり、熱電モジュール
の素子冷却面での均熱性を保持するための条件である素
子１の高密度配列が困難であるという問題点があった。

【００１０】また、この手法ではスペーサ１５があるた
めに熱電素子の両端の短絡現象は生じない利点はある
が、スペーサ１５と貫通孔１４を一体化するためのエポ
キシ接着剤の塗布・乾燥・硬化に時間がかかる欠点と、
放熱性を損なわないために行うはみ出し部分のエポキシ
樹脂除去が困難である欠点とを有している。

【００１１】更に、いずれの手法においてもｐ、ｎ素子
１を手作業で交互に配列することは極めて面倒であり、
自動化するために高価な部品挿入・配設機を使用せざる
を得なく、又、この場合でも、一個一個の配列に時間が
かかる問題点があった。

【００１２】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その第１の目的は、ｐ、ｎ各熱電素子の
作製が飛躍的に容易となる熱電素子の製造方法を提供す
ることであり、また、第２の目的は、ｐ、ｎ各熱電素子
を個別に挿入することなく、又、メッキ短絡が生じにく
く、更にエポキシ樹脂等を用いることなく、多数本の熱
電素子を高密度に配列することが可能な熱電モジュール
の製造方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のような構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、熱電素子の製造方法の第
１の発明は、複数の貫通孔が形成されている素子成形型
を複数用意し、まず、上記素子成形型と切断分離用部材
を交互に積層配置し、次に、上記各素子成形型の複数の
貫通孔の中から、ｐ型の熱電素子とｎ型の熱電素子のう
ちの選択された一方側の熱電素子形成用に指定された貫
通孔の内部に上記選択された熱電素子の形成材料の融液
を充填して冷却固化し、次に、上記素子成形型の残りの
貫通孔の内部に他方側の熱電素子の形成材料の融液を充
填して冷却固化して、上記ｐ型の熱電素子とｎ型の熱電
素子を共通の素子成形型の内部に形成し、然る後に、上
記切断分離用部材を切断して各素子成形型毎に分離する
構成をもって前記課題を解決する手段としている。

【００１４】熱電素子の製造方法の第２の発明は、上記
第１の発明の構成を備え、ｐ型とｎ型を択一的に選択す
る選択孔が形成されているｐｎ選択手段を用意し、各素
子成形型の複数の貫通孔に熱電素子の形成材料の融液を
充填する際には、まず、上記ｐｎ選択手段の選択孔を上
記素子成形型のｐ型とｎ型のうちの選択された一方側の
熱電素子形成用となる貫通孔に合わせて、上記素子成形
型と切断分離用部材の積層体と、上記ｐｎ選択手段とを
着脱自在に積層一体化し、次に、この積層体を上記ｐｎ
選択手段を下向きにして上記選択された一方側の熱電素
子の形成材料の融液に浸漬して、上記ｐｎ選択手段の選
択孔から該選択孔に通じる上記各素子成形型の貫通孔に
上記融液を充填して冷却固化し、然る後に、上記同様
に、ｐｎ選択手段の選択孔を上記素子成形型の他方側の
熱電素子形成用となる貫通孔に合わせて上記素子成形型
の残りの貫通孔に他方側の熱電素子の形成材料の融液を
充填して冷却固化して、各素子成形型の内部にｐ型とｎ
型の熱電素子を形成することを特徴として構成されてい
る。

【００１５】熱電素子の製造方法の第３の発明は、上記
第２の発明の構成を備え、素子成形型と切断分離用部材
とｐｎ選択手段との積層体の積層高さよりも高い側壁を
有する積層体収容容器を用意し、各素子成形型の内部に
ｐ型あるいはｎ型の熱電素子の形成材料の融液を充填す
る際には、上記素子成形型と切断分離用部材とｐｎ選択
手段を着脱自在に積層一体化した後に、まず、その積層
体を上記ｐｎ選択手段を下向きにして上記積層体収容容
器の内部に入れ、上記ｐｎ選択手段の選択孔形成領域
を、上記積層体収容容器の底部に形成された融液導入用
穴部の上側に合わせ、上記積層体を上記積層体収容容器
の内部に上記融液導入用穴部を塞ぐ形態でもって着脱自
在に固定し、次に、その積層体収容容器を熱電素子の形
成材料の融液に挿入し、上記積層体収容容器の側壁上端
部を上記融液の液面よりも高く位置させた状態で、上記
積層体収容容器の底部の融液導入用穴部を通して上記各
素子成形型の選択された貫通孔に熱電素子の形成材料の
融液を充填することを特徴として構成されている。

【００１６】熱電素子の製造方法の第４の発明は、上記
第１の発明の構成を備え、ｐ型とｎ型を択一的に選択す
る選択孔が形成されているｐｎ選択手段を用意し、各素
子成形型の複数の貫通孔に熱電素子の形成材料の融液を
充填する際には、まず、上記ｐｎ選択手段の選択孔を上
記素子成形型のｐ型とｎ型のうちの選択された一方側の
熱電素子形成用となる貫通孔に合わせて、素子成形型と
切断分離用部材の積層体の上下両側に、上記ｐｎ選択手
段を着脱自在に設けて一体化し、次に、この積層体を上
記選択された一方側の熱電素子の形成材料の融液に浸漬
して、上記積層体の上下両側のｐｎ選択手段の選択孔か
ら該選択孔に通じる上記各素子成形型の貫通孔に上記融
液を充填して冷却固化し、然る後に、上記同様に、ｐｎ
選択手段の選択孔を上記素子成形型の他方側の熱電素子
形成用となる貫通孔に合わせて上記素子成形型の残りの
貫通孔に他方側の熱電素子の形成材料の融液を充填して
冷却固化して、各素子成形型の内部にｐ型とｎ型の熱電
素子を形成することを特徴として構成されている。

【００１７】熱電素子の製造方法の第５の発明は、上記
第４の発明の構成を備え、素子成形型と切断分離用部材
とｐｎ選択手段との積層体の積層高さよりも高い側壁を
有する積層体収容容器を用意し、各素子成形型の内部に
ｐ型あるいはｎ型の熱電素子の形成材料の融液を充填す
る際には、上記素子成形型と切断分離用部材とｐｎ選択
手段を着脱自在に積層一体化した後に、まず、その積層
体を上記積層体収容容器の内部に入れ、上記ｐｎ選択手
段の選択孔形成領域を、上記積層体収容容器の底部に形
成された融液導入用穴部の上側に合わせ、上記積層体を
上記積層体収容容器の内部に上記融液導入用穴部を塞ぐ
形態でもって着脱自在に固定し、次に、その積層体収容
容器を熱電素子の形成材料の融液に挿入し、上記積層体
収容容器の底部の融液導入用穴部を通して上記各素子成
形型の選択された貫通孔に熱電素子の形成材料の融液を
導入すると共に、上記積層体の上部側のｐｎ選択手段の
選択孔を通して上記各素子成形型の選択された貫通孔に
熱電素子の形成材料の融液を導入して当該選択の貫通孔
に熱電素子の形成材料を充填することを特徴として構成
されている。

【００１８】熱電素子の製造方法の第６の発明は、上記
熱電素子の製造方法の第２又は第３又は第４又は第５の
発明の構成を備え、ｐｎ選択手段は板状に形成されてい
ることを特徴として構成されている。

【００１９】熱電素子の製造方法の第７の発明は、上記
熱電素子の製造方法の第２又は第３又は第４又は第５の
発明の構成を備え、ｐｎ選択手段はメッシュ状に形成さ
れ、メッシュの網目孔が素子成形型の選択された貫通孔
に融液を導入する選択孔と成し、メッシュの網目の交差
部が素子成形型の非選択孔への融液の導入を阻止する融
液導入阻止部と成していることを特徴として構成されて
いる。

【００２０】熱電素子の製造方法の第８の発明は、上記
熱電素子の製造方法の第１〜第７の発明の何れか１つの
発明の構成を備え、素子成形型の貫通孔は表裏の一方側
から他方側に向かうに従って孔径が狭くなっており、貫
通孔の内壁面は傾斜面と成し、その素子成形型の貫通孔
の内部にｐ型とｎ型の熱電素子を形成した後に熱電素子
を上記素子成形型から型抜きする際には、上記熱電素子
に対して上記素子成形型が上記貫通孔の径の大きい側か
ら小さい側に向かう方向に移動するように熱電素子と素
子成形型を相対的に移動させて型抜きを行うことを特徴
として構成されている。

【００２１】熱電素子の製造方法の第９の発明は、上記
熱電素子の製造方法の第１〜第８の発明の何れか１つの
発明の構成を備え、素子成形型の内部にｐ型とｎ型の熱
電素子を配列形成した後に、素子成形型の表裏両面側に
露出している上記熱電素子の両端面に導体金属をメッキ
形成し、その後に、熱電素子を素子形成型から型抜きす
ることを特徴として構成されている。

【００２２】熱電モジュールの製造方法の第１の発明
は、一対の電極形成基板間にｐ型の熱電素子とｎ型の熱
電素子が交互に配列配置されており、上記各熱電素子の
端部が上記各電極形成基板に形成されている電極に接合
して上記ｐ型とｎ型の熱電素子は上記電極を介して交互
に直列に接続されている熱電モジュールの製造方法にお
いて、複数の貫通孔が上記ｐ型とｎ型の熱電素子の配列
に対応させて配列形成されている素子成形型を用意し、
上記熱電素子の製造方法の第１〜第７の発明の何れか１
つを用いて上記素子成形型の内部に上記ｐ型とｎ型の熱
電素子を交互に配列形成し、然る後に、上記熱電素子の
端部が露出している上記素子成形型の表面側と裏面側の
うちの一方側に上記一対の電極形成基板のうちの対応す
る一方側を配置して当該電極形成基板の電極と上記熱電
素子の一端部とを接合し、次に、上記電極形成基板に接
合された熱電素子を上記素子成形型から型抜きし、その
後に、その熱電素子の他端部と上記他方側の電極形成基
板の電極とを接合することを特徴として構成されてい
る。

【００２３】熱電モジュールの製造方法の第２の発明
は、上記熱電モジュールの製造方法の第１の発明の構成
を備え、素子成形型の貫通孔は表裏の一方側から他方側
に向かうに従って孔径が狭くなっており、貫通孔の内壁
面は傾斜面と成し、その素子成形型の貫通孔の内部にｐ
型とｎ型の熱電素子を配列形成した後には、その素子成
形型の内部に埋設されている上記径が大きい側の熱電素
子端部に電極形成基板の電極を接合し、その後に、上記
熱電素子に対して上記素子成形型が上記貫通孔の径の大
きい側から小さい側に向かう方向に移動するように熱電
素子と素子成形型を相対的に移動させて型抜きを行うこ
とを特徴として構成されている。

【００２４】熱電モジュールの製造方法の第３の発明
は、上記熱電モジュールの製造方法の第１又は第２の発
明の構成を備え、素子成形型の内部にｐ型とｎ型の熱電
素子を配列形成した後に、素子成形型の表裏両面側に露
出している上記熱電素子の両端面に導体金属をメッキ形
成し、その後に、熱電素子と電極形成基板の電極との接
合を行うことを特徴として構成されている。

【００２５】上記構成の発明において、熱電素子を作製
する際には、まず、素子成形型の複数の貫通孔の中か
ら、ｐ型の熱電素子とｎ型の熱電素子のうちの選択され
た一方側の熱電素子形成用に指定された貫通孔の内部に
上記選択された側の熱電素子の形成材料の融液を充填し
て冷却固化する。このようにして、上記素子成形型の上
記選択された貫通孔の内部に、上記選択された側の熱電
素子を形成する。

【００２６】次に、上記素子成形型の残りの貫通孔の内
部に他方側の熱電素子の形成材料の融液を充填し冷却固
化する。このようにして、上記素子成形型の残りの貫通
孔の内部に、他方側の熱電素子を形成する。

【００２７】上記のようにして、ｐ型の熱電素子とｎ型
の熱電素子を共通の素子成形型の内部に順次形成する。

【００２８】ｐ型の熱電素子とｎ型の熱電素子の形状お
よび大きさに合った貫通孔を持つ素子成形型を利用する
ことによって、所望のｐ型の熱電素子とｎ型の熱電素子
を一括的に多数個作製することができ、熱電素子の生産
性を格段に高めることができる。

【００２９】また、熱電モジュールを作製する際には、
上記したように、素子成形型の内部に上記ｐ型とｎ型の
熱電素子を交互に配列形成した後に、熱電素子の端部が
露出している上記素子成形型の表面側と裏面側のうちの
一方側に一対の電極形成基板のうちの一方側を配置す
る。そして、その電極形成基板の電極と上記熱電素子の
一端部とを接合する。その後に、上記電極形成基板に接
合された熱電素子を上記素子成形型から型抜きする。然
る後に、その熱電素子の他端部に上記他方側の電極形成
基板の電極を接合する。このようにして、熱電モジュー
ルを作製することができる。

【００３０】このようにして熱電モジュールを作製する
ことによって、熱電素子を１つずつ手作業により配列配
置するという多くの時間を要する素子配列工程が不要と
なり、熱電モジュールの生産性を飛躍的に高めることが
できる。また、上記ｐ型とｎ型の熱電素子を高密度に配
列配置することが容易となり、熱電モジュールの特性向
上を図ることができる。

【００３１】さらに、素子成形型の内部にｐ型とｎ型の
熱電素子を配列形成した後に、素子形成型の表裏両面に
露出している上記熱電素子の両端面にメッキを施すとい
う工程を設けたものにあっては、熱電素子の側面が素子
成形型に覆われた状態で熱電素子の両端面にメッキが施
されるので、熱電素子の側面にメッキが付着することを
防止するために熱電素子の側面をコーティングするとい
う手間、および、そのコーティングを除去する手間およ
びその除去作業に用いる材料を省くことができる。これ
により、より一層の熱電モジュールの生産性向上を図る
ことができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基づいて説明する。

【００３３】この実施形態例では、図６に示すような熱
電モジュールおよびその熱電モジュールを構成する熱電
素子の作製手法の一例を図１〜図５を用いて説明する。
なお、図６に示す熱電モジュールは、前記図１２
（ａ）、（ｂ）に示した熱電モジュールと同様な構成を
備えており、この実施形態例の説明においては、図１２
（ａ）、（ｂ）に示した熱電モジュールと同一構成部分
には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略す
る。

【００３４】まず、熱電素子１の作製工程を説明する。

【００３５】まず始めに、図１（ａ）に示すような複数
枚の素子成形型２０と、ｐｎ選択手段２１と、切断分離
用部材５０とを用意する。上記素子成形型２０はｐ型と
ｎ型の熱電素子１を形成するための成形型であり、例え
ば、厚さ０．５mm〜２mm程度の耐熱成形型から成る。具
体例としては、厚さ０．３mmのグラファイト板により上
記素子成形型２０を形成する。なお、上記素子成形型２
０の厚みＤは、図６に示す熱電素子１の高さ（長さ）Ｈ
とほぼ同様の寸法と成すものであるという如く、素子成
形型２０の厚みＤは作製対象の熱電素子１の設定の高さ
に合わせて適宜設定できるものであり、上記寸法に限定
されるものではない。

【００３６】上記素子成形型２０には、図１（ａ）に示
すように、複数の貫通孔２２が形成されており、この実
施形態例では、その貫通孔２２の個数は、作製対象の図
６に示す熱電モジュールのｐ型の熱電素子１の本数とｎ
型の熱電素子１の本数との合計数である。これら貫通孔
２２は、上記ｐ型とｎ型の熱電素子１の配列に対応させ
て、配列配置されている。また、各貫通孔２２は、熱電
素子１の形状および大きさに合わせた形状および大きさ
を備えているものであり、例えば、上記貫通孔２２は円
柱状と成し、その直径は約０．６mmと成す。

【００３７】なお、この実施形態例では、熱電素子１が
例えば図５（ｃ）に示されるような略円柱状であるため
に、上記貫通孔２２はその熱電素子１の形状に合わせて
上記のように円柱状であったが、上記熱電素子１は略円
柱状に限定されるものではなく、例えば、角柱状でもよ
く、その形状は適宜設定できるものであり、上記貫通孔
２２はその熱電素子１の形状に合わせて形成されるの
で、貫通孔２２の形状も円柱状に限定されるものではな
い。

【００３８】また、図１（ａ）に示す例では、上記素子
成形型２０は３枚であるが、上記素子成形型２０の枚数
は特に限定されるものではない。ただ、後述するように
素子成形型２０を積層配置して上記貫通孔２２内に結晶
を成長させる際に、最上層の素子成形型２０と、最下層
の素子成形型２０との温度差が、熱電素子１を構成する
Ｂｉ_２Ｔｅ_３等の結晶を良好に成長させることが可能な
温度差（例えば２０〜４０℃／cm）となる枚数、つま
り、２０枚以上の素子成形型２０を用いることが好まし
い。

【００３９】上記ｐｎ選択手段２１は、上記素子成形型
２０の複数の貫通孔２２のうち、ｐ型の熱電素子１の形
成用となる孔を選択するｐ型選択用の板状部材と、ｎ型
となる孔を選択するｎ型選択用の板状部材との２種類の
板状部材とを有する。なお、上記ｐ型選択用の板状部材
と、ｎ型選択用の板状部材とは、下記に述べるように、
ほぼ同様な形状を有しており、ただ選択孔２３の形成位
置がずれているだけであるので、図１（ａ）では、上記
ｐ型選択用とｎ型選択用の板状部材のうちの一方側のみ
を図示し、他方側の図示を省略している。

【００４０】上記ｐ型選択用とｎ型選択用の板状部材は
例えば０．５mm程度の厚みを持つグラファイト板から成
り、それら板状部材には共に図１（ａ）に示すように複
数の選択孔２３が形成されている。上記ｐ型選択用の板
状部材の選択孔２３は、上記素子成形型２０の複数の貫
通孔２２のうち、ｐ型の熱電素子形成用となる貫通孔２
２の形成位置に合わせて、配置形成されている。また、
ｎ型選択用の板状部材の選択孔２３は、上記素子成形型
２０の複数の貫通孔２２のうち、ｎ型の熱電素子形成用
となる貫通孔２２の形成位置に合わせて、配置形成され
ている。なお、上記選択孔２３はその直径が例えば０．
６mmに形成される。

【００４１】上記切断分離用部材５０は素子成形型２０
とほぼ同様な基板面積を有し、厚さ０．１〜０．２mm程
度の例えばグラファイト等から成るシート状の部材であ
り、素子成形型２０の貫通孔２２に合わせて貫通孔４９
が配列形成されている。

【００４２】上記のような素子成形型２０とｐｎ選択手
段２１と切断分離用部材５０を用意した後には、図１
（ｂ）に示されるように、素子成形型２０と切断分離用
部材５０とを交互に貫通孔２２，４９の位置を合わせて
積層配置すると共に、その素子成形型２０と切断分離用
部材５０の積層体の上下の一方側に、上記ｐｎ選択手段
２１のｐ型選択用とｎ型選択用の板状部材のうちの選択
された一方側（ここでは、説明を分かり易くするため
に、ｐ型を選択したとする）選択用の板状部材を配置し
て、上記ｐｎ選択手段２１と素子成形型２０と切断分離
用部材５０を着脱自在に積層一体化する。この際、図示
されていないが、上記ｐｎ選択手段２１と素子成形型２
０と切断分離用部材５０を機械的に一体化し、また、そ
れぞれに設けられた貫通孔２２，２３，４９を適切に位
置決めする耐熱性の位置決め手段および保持手段（例え
ば白金製のファスナーや、アルミナ等の耐熱性の螺子
等）を利用して、上記ｐｎ選択手段２１と素子成形型２
０と切断分離用部材５０が積層一体化される。

【００４３】そして、図１（ｂ）に示されるような積層
体収容容器２４の内部に、上記ｐｎ選択手段２１と素子
成形型２０と切断分離用部材５０の積層体２５を収容す
る。上記積層体収容容器２４は、図１（ｂ）に示される
ように、箱状の上面開口の容器であり、上記積層体２５
の積層高さよりも高い側壁２６を有し、また、底部には
融液導入用穴部２７が形成されているものである。この
積層体収容容器２４に上記の如く積層体２５を収容する
際には、上記積層体２５を上記ｐｎ選択手段２１を下向
きにして上記積層体収容容器２４の内部に入れ、上記ｐ
ｎ選択手段２１の選択孔２３の形成領域を上記融液導入
用穴部２７の上側にし、かつ、上記積層体２５によって
上記融液導入用穴部２７を塞ぐ形態でもって上記積層体
２５を着脱自在に（例えばねじ（図示せず）とねじ穴４
４等を利用して）上記積層体収容容器２４に固定する。

【００４４】なお、上記積層体収容容器２４の融液導入
用穴部２７の開口面積は、上記積層体２５の孔２２，２
３の形成領域とほぼ同様あるいはそれよりも広く、か
つ、上記積層体２５の底面積よりも狭いものとする。

【００４５】然る後に、図２に示されるように、素子成
長装置の例えばグラファイト等から成る箱状の融液浴２
８の内部に上記積層体収容容器２４を入れて、該積層体
収容容器２４を上記融液浴２８の内部の融液２９に挿入
する。この融液２９は前記選択された側（ｐ型）の熱電
素子１の形成材料の融液であり、例えば、Ｂｉ_２Ｔｅ _３
にＳｂ_２Ｔｅ_３を固浴させて生成したものを加熱手段４
５により例えば７００〜８００℃に加温・溶融させて成
るものである。

【００４６】なお、上記積層体収容容器２４は固定手段
４６によって固定部４７に固定され、上記融液浴２８は
昇降手段（図示せず）に取り付けられており、その昇降
手段によって融液浴２８を上下方向に移動させること
で、上記融液浴２８の内部の融液２９に上記積層体収容
容器２４を出し入れすることができる。また、上記融液
浴２８や積層体収容容器２４等は、窒素やアルゴン等の
不活性ガスで満たされた封管等の気密手段４８の中に収
容されている。このように、上記融液浴２８等を気密手
段４８の中に収容することによって、上記融液２９中の
ＢｉやＴｅ等の金属材料の酸化を防止することができ
る。また、Ｓｅ等は蒸気圧が高いことから、融液浴２８
や積層体収容容器２４の上面が開放された状態では、融
液２９を所定の組成比に維持することができないという
問題が生じるが、上記の如く、融液浴２８や積層体収容
容器２４を気密手段４８の中に収容することにより、上
記問題を回避することができる。なお、上記気密手段４
８の内部を不活性ガスで満たして封止する手法は周知で
あるために、ここでは、その説明は省略する。

【００４７】以下に、熱電素子１の結晶成長法の一例を
詳細に述べる。

【００４８】図３（ａ）に示されるように、上記積層体
収容容器２４は上記気密手段４８の中の固定手段４６に
固定されており、まず、この積層体収容容器２４の内部
に上記の如く積層体２５を取り付ける。そして、昇降手
段によって上記融液浴２８を移動させて、積層体２５の
底部と融液２９との間隔が約５〜１０cmとなる位置に上
記融液浴２８を配置させる。

【００４９】次に、上記融液浴２８を例えば高周波加熱
手法や抵抗加熱手法等を利用した加熱手段４５により７
００〜９００℃に加熱して、融液浴２８の内部のＢｉ_２
Ｔｅ _３・Ｓｂ_２Ｔｅ_３（ｐ型半導体）を溶融し液状化し
て融液２９を作り出す。そして、その融液２９が均一に
なり、かつ、前記積層体２５が設定温度に予熱されたこ
とを確認した後に、図３（ｂ）に示すように、融液浴２
８を昇降手段により上昇させて、上記積層体収容容器２
４を融液２９に挿入し、積層体収容容器２４内の積層体
２５の上面が上記融液２９の液面よりも１〜２mm程度高
くなるように融液浴２８を位置させる。

【００５０】このような状態で上記積層体収容容器２４
を上記融液２９に挿入させていると、上記積層体収容容
器２４の融液導入用穴部２７から融液２９が導入され
て、ｐｎ選択手段２１の選択孔２３から、該選択孔２３
に通じている素子成形型２０の貫通孔２２に上記融液２
９が浸入してくる。

【００５１】そして、予め定めた設定の時間（例えば５
分）が経過して、上記積層体２５の上面（つまり、素子
成形型２０の上面）に上記貫通孔２２を通して融液２９
が図３（ｂ）に示すような噴出体３０として導出凝固
し、これにより、上記選択された側（ｐ型）の熱電素子
形成用の貫通孔２２の内部に上記融液２９が充填された
ことを確認した後に、上記融液浴２８を例えば１mm〜４
mm／分の速度で下方向に移動させる。これにより、図３
（ｃ）に示されるように、上記積層体収容容器２４を融
液２９から引き出していき、上記貫通孔２２内に充填さ
れた上記融液２９（上記選択された側（ｐ型）の熱電素
子１の形成材料）を冷却固化する。

【００５２】このようにして、上記素子成形型２０の選
択された側（ｐ型）の熱電素子形成用の貫通孔２２の内
部に、上記選択された側（ｐ型）の熱電素子１を形成す
る。なお、融液２９の上側の不活性ガスの雰囲気温度は
Ｂｉ_２Ｔｅ_３の凝固点である５８５〜６００℃以下とな
ることが好ましいことから、この実施形態例では、上記
ガス雰囲気温度は、融液２９の温度よりも１００〜２０
０℃程度低くなるようにしている。ただ、製造管理面で
の便宜を図るために、上記ガス雰囲気温度を融液２９の
温度と同程度とする場合には、前記積層体収容容器２４
の底部に底板を設けることが望ましい。

【００５３】その後、上記積層体２５を積層体収容容器
２４から取り出し、さらに、その積層体２５からｐｎ選
択手段２１を分離する。このとき、積層体２５の底部側
には、上記積層体収容容器２４の融液導入用穴部２７と
ｐｎ選択手段２１の選択孔２３に導入されて固化した熱
電素子１の形成材料が余分に付着しているので、その余
剰部分を切断・除去する。

【００５４】然る後に、上記同様に、上記素子成形型２
０と切断分離用部材５０の積層体と、他方側（ｎ型）選
択用のｐｎ選択手段２１とを積層一体化して、この積層
体２５を積層体収容容器２４に収容固定し、その積層体
収容容器２４を他方側（ｎ型）の熱電素子１の形成材料
の融液に挿入して、上記素子成形型２０の他方側（ｎ
型）の熱電素子形成用の貫通孔２２の内部に上記融液を
充填する。このときの融液は、Ｂｉ_２Ｔｅ_３にＢｉ_２Ｓ
ｅ_３を固化させて生成したものを加熱手段４５により加
温・溶融させて成るものである。

【００５５】そして、上記同様に、素子成形型２０の上
面に上記貫通孔２２を通して融液が噴出体３０として導
出凝固したことを確認した後に、積層体収容容器２４を
融液２９から引き出して、上記貫通孔２２の内部の融液
を冷却固化する。このようにして、他方側（ｎ型）の熱
電素子形成用の貫通孔２２の内部に他方側（ｎ型）の熱
電素子１を形成する。

【００５６】然る後に、上記同様に、積層体２５を積層
体収容容器２４から取り出す。そして、帯域溶融法等の
再結晶化手法により結晶性を高める。その後に、図３
（ｄ）に示されるように、切断分離用部材５０をダイシ
ングソーやワイヤソー等の切断手段により切断すること
によって、各素子成形型２０、ｐｎ選択手段２１を分離
する。これにより、ｐ型とｎ型の熱電素子１が共に形成
された素子成形型２０を得る。然る後に、上記素子成形
型２０の表裏両面を研磨して、上記したような噴出体３
０を除去すると共に、上記熱電素子１の両端面を研磨等
により平坦に加工する。

【００５７】このようにして、ｐ型とｎ型の熱電素子１
を共通の素子成形型２０の内部に順次形成する。上記各
熱電素子１を素子成形型２０から型抜きすることによっ
て、個々の熱電素子１を得ることができるが、ここで
は、上記各熱電素子１を素子成形型２０から型抜きせず
に、引き続き、以下に示すような特有な手法を利用した
熱電モジュールの作製工程に入る。

【００５８】まず、図４（ａ）に示すように、上記熱電
素子１が形成されている素子成形型２０の表面側と裏面
側の一方側に、一対の電極形成基板３，４のうちの一方
側（例えば電極形成基板３）を配置する。この電極形成
基板３（４）には予め電極２が形成され、その電極２の
上側には半田が形成されており、その電極形成基板３
（４）の電極２と上記素子成形型２０の熱電素子１の一
端部とを例えばリフロー等により図４（ｂ）に示すよう
に接合する。

【００５９】なお、上記のように、素子成形型２０の熱
電素子１の端部と、上記電極形成基板３（４）の電極２
とを接合する前に、上記熱電素子１の端部に導体金属
（例えばニッケル）をメッキ形成し、その後に、上記の
ように熱電素子１と電極２を接合してもよい。

【００６０】上記のように、素子成形型２０の熱電素子
１の一端部と電極形成基板３（４）の電極２との接合が
終了した後には、図５（ａ）に示すように、上記熱電素
子１を素子成形型２０から型抜きして、図５（ｂ）の斜
視図に示されるような熱電素子配列体３２（つまり、電
極形成基板３（４）の上面に、ｐ型とｎ型の熱電素子１
が交互に配列立設されているもの）を得る。

【００６１】なお、上記型抜きを行う際に、その型抜き
を容易にするために次に示すような手段を講じてもよ
い。すなわち、素子成形型２０の貫通孔２２の孔径を、
例えば図５（ａ）に示されるように、表裏の一方側から
他方側に向かうに従って狭く形成して、該貫通孔２２の
内壁面を傾斜面に形成する。そうすると、その貫通孔２
２の内部には、一端部側から他端部側に向かうに従って
径が大きくなる（又は小さくなる）形状（円錐形状）の
熱電素子１が形成される。その後、そのような熱電素子
１に対して上記素子成形型２０が上記熱電素子１の径の
大きい側から小さい側に向かう方向に移動するように上
記熱電素子１と素子成形型２０を相対的に移動させて型
抜きを行う。このようにすることによって、熱電素子１
の型抜きをよりスムーズに行うことができる。このよう
な場合には、上記素子成形型２０の熱電素子１に電極形
成基板３（４）の電極２を接合する際に、上記径が大き
い側の熱電素子１端部に上記電極２を接合する。

【００６２】上記のように、熱電素子１の側面に傾斜を
付ける際には、その傾斜の角度は、上記型抜きをスムー
ズに行うことができ、しかも、熱電素子１の特性劣化を
防止することができる適宜な非常に微小な角度（例えば
２〜５度程度）を付けることが望ましい。

【００６３】また、この実施形態例では、上記型抜きを
行い易くするために、半田が付着し難い例えばカーボン
等によって、上記素子成形型２０を構成している。これ
により、素子成形型２０と電極形成基板３（４）が半田
により接合してしまって素子成形型２０を取り外すこと
ができないという事態発生を防止して、型抜きを容易に
している。

【００６４】上記のように熱電素子１の型抜きを行った
後には、図５（ｃ）に示すように、上記熱電素子１が接
合されている電極形成基板３（４）に例えばリード端子
６を接続させてから、上記熱電素子１の他端部側に他方
側の電極形成基板４（３）を配置して、上記同様に、そ
の熱電素子１の他端部と上記電極形成基板４（３）の電
極２とを半田接合する。なお、電極形成基板４には予め
電極２と半田が形成されている。

【００６５】以上のようにして、図６に示されるような
熱電モジュールを作製することができる。

【００６６】この実施形態例によれば、素子成形型２０
のｐ型とｎ型のうちの選択された側の熱電素子形成用と
なる貫通孔２２に上記選択された側の熱電素子１の形成
材料の融液を充填し冷却固化する工程と、素子成形型２
０の他方側の熱電素子形成用となる貫通孔２２に他方側
の熱電素子１の形成材料の融液を充填し冷却固化する工
程とを順次行うだけで、多数のｐ型とｎ型の熱電素子１
を一括的に形成することができる。上記素子成形型２０
の貫通孔２２の大きさおよび形状を上記ｐ型やｎ型の熱
電素子１の大きさおよび形状に合ったものとすることに
よって、従来のような切断により個々の熱電素子１を切
り出すというような工程を経なくとも、上記のように、
ｐ型とｎ型の熱電素子１を一括的に形成することができ
る。

【００６７】また、通常、切断を行うと、切断部に結晶
の乱れ部分が数十μｍに渡って生じるために、前記イン
ゴット切断法により角柱状の熱電素子１を形成する場合
には、その熱電素子１では結晶が全周に渡って劣化して
しまうが、この実施形態例では、切断面が熱電素子１の
端面のみであるために、熱電素子１の側周面の結晶は劣
化しないという利点がある。さらに、素子成形型２０の
貫通孔２２の内部に成長させる結晶の長さは各熱電素子
１の長さ分で済み、従来例に示したような図１５に示さ
れる長棒状の素子を作製する場合に比べて、素子形成工
程の時間を大幅に短縮することができる。

【００６８】上記のように、切断工程が不要となること
と、素子形成工程の時間が短縮されることとによって、
熱電素子１の生産性を格段に高めることができる。

【００６９】また、この実施形態例では、素子成形型２
０とｐｎ選択手段２１と切断分離用部材５０の積層体２
５を積層体収容容器２４に収容して、図２に示すように
融液２９内に挿入したので、上記積層体２５の上面に融
液がかぶることが防止され、非選択の貫通孔２２に融液
が入り込むことを確実に防止することができる。

【００７０】また、この実施形態例では、上記のように
素子成形型２０の内部にｐ型とｎ型の熱電素子１を交互
に配列形成し、上記素子成形型２０から上記各熱電素子
１を取り出す前に、素子成形型２０の内部の熱電素子１
の一端部と、電極形成基板３（あるいは電極形成基板
４）の電極２とを接合し、その後に、上記熱電素子１を
素子成形型２０から型抜きして、熱電素子１の他端側に
電極形成基板４（あるいは電極形成基板３）の電極２を
接合するだけで、熱電モジュールを作製することができ
る。このように、この実施形態例では、各熱電素子１を
１個ずつ並べるという手間をかけることなく、熱電モジ
ュールを作製することができるので、熱電モジュールの
生産性を飛躍的に向上させることができる。この実施形
態例に示したような熱電モジュールの製造手法を用いる
ことによって、熱電素子１が多い熱電モジュールも、熱
電素子１が少なく熱電モジュールも、ほぼ同様な時間で
作製することができるので、この実施形態例に示した熱
電モジュールの製造手法は、特に、熱電素子１が多い熱
電モジュールに対して有効である。

【００７１】さらに、この実施形態例では、上記のよう
に、素子成形型２０の内部にｐ型とｎ型の熱電素子１を
配列配置した状態に形成するので、熱電素子１を高密度
に配列配置することが容易となり、これに起因して、熱
電モジュールの冷却・加熱の性能を高めることが可能と
なる。このため、通信用レーザダイオード等の温度制御
用として充分に使用することができる熱電モジュールを
提供することができる。

【００７２】さらに、熱電素子１を１本ずつ電極形成基
板３（４）に配列配置する従来の手法では、熱電素子１
が傾いてしまうという事態が多発し易かったが、この実
施形態例では、素子成形型２０の内部に配列形成された
ｐ型とｎ型の熱電素子１の一端部に電極形成基板３
（４）を接合した後に、素子成形型２０を電極形成基板
３（４）に対して垂直方向に移動させて熱電素子１を型
抜きするので、熱電素子１をほぼ確実に電極形成基板３
（４）に対して垂直方向に立設することができる。

【００７３】さらにまた、この実施形態例では、熱電素
子１の端部に電極形成基板３（４）の電極２を半田接合
する前に、熱電素子１の端部にメッキを施す際には、熱
電素子１を素子成形型２０から型抜きする前に上記メッ
キ処理を行うので、熱電素子１の側面は素子成形型２０
によって覆われている状態でメッキ処理が行われること
となり、従来のような熱電素子１の側面をＰＶＣやアク
リル等のレジスト樹脂でコーティングする必要が無く、
そのコーティングに起因した問題を解消することができ
る。つまり、各熱電素子１に１本ずつ丁寧にコーティン
グを行うという手間と、メッキ後に各熱電素子１から上
記コーティングを確実に除去するという手間とを無くす
ことができる。これにより、より一層の熱電素子１およ
び熱電モジュールの生産性の向上を図ることができる。

【００７４】なお、この発明は、上記実施形態例に限定
されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例
えば、上記実施形態例では、ｐｎ選択手段として、前述
したような板状部材のｐｎ選択手段２１を用いたが、図
７（ａ）、（ｂ）に示されるようなメッシュ３４をｐｎ
選択手段２１として採用してもよい。例えば、メッシュ
３４は、素子成形型２０の貫通孔２２の孔径の１／２〜
２／３程度の線径のプラチナ等の非腐食性、高温耐性の
材料を金属網と成す。この場合、ｐ、ｎ選択は網目の移
動によって実行できる。熱電素子１の融液材料は粘度が
高く、図７（ｂ）に示すようにメッシュ３４が配置され
た場合、網目の交差部４０に位置する貫通孔２２には融
液が入り込まないので、この交差部４０は融液導入阻止
部として機能する。したがって、融液はメッシュ３４の
網目孔４１に対向する（対面する）位置の貫通孔２２に
選択的に入り込む。このことから、図７（ｂ）の状態
は、メッシュ３４によって、ｎ型の貫通孔２２が選択さ
れた状態にある。

【００７５】例えば、Ａ方向をメッシュ３４の移動方向
とし、素子成形型２０の貫通孔２２のＡ方向の配列ピッ
チをｓとし、網目の交差部４０のＡ方向の配列ピッチを
２ｓとしたとき、図７（ｂ）の状態からメッシュ３４を
Ａ方向にｓだけ移動することにより、素子成形型２０の
ｐ型の孔が選択されることとなり、メッシュ３４の網位
置を所定量移動することでｐ型の孔とｎ型の孔を択一的
に切り換え選択でき、ｐ型とｎ型の孔選択が容易に実行
できるため、好ましい。

【００７６】また、上記実施形態例では、ｐｎ選択手段
２１として、ｐ型選択用の板状部材と、ｎ型選択用の板
状部材とを用意したが、例えば、板状部材にｐ型選択用
の孔とｎ型選択用の孔を共に形成し、当該板状部材を前
記メッシュ３４と同様にスライド移動することによって
ｐ型の孔とｎ型の孔を択一的に切り換える構成のものを
ｐｎ選択手段２１として採用してもよい。

【００７７】さらに、上記実施形態例では、素子成形型
２０とｐｎ選択手段２１と切断分離用部材５０の積層体
２５は積層体収容容器２４に収容された状態で、融液２
９に挿入されたが、図８（ａ）〜（ｃ）に示されるよう
に、上記積層体２５を直接的に固定手段４６に固定し
て、上記積層体２５をそのまま融液内に浸漬してもよ
い。このように、積層体２５をそのまま融液内に浸漬し
ても、上記積層体２５の素子成形型２０の非選択の貫通
孔２２は一端側がｐｎ選択手段２１によって閉鎖されて
いるので、その非選択の貫通孔２２の内部に融液が入り
込むことは殆ど無い。ただ、非選択の貫通孔２２への融
液の浸入を確実に防止するために、上記実施形態例で
は、上記積層体２５を積層体収容容器２４に収容して融
液に挿入している。

【００７８】さらに、上記実施形態例では、積層体２５
の最上層と最下層のうちの一方側のみにｐｎ選択手段２
１が配置されていたが、例えば、図９（ａ）〜（ｃ）に
示されるように、積層体２５の最上層と最下層の両方側
にｐｎ選択手段２１を配置してもよい。この場合には、
素子成形型２０の非選択の貫通孔２２は両端がｐｎ選択
手段２１により閉鎖されているので、融液２９が浸入す
る心配が無いことから、図９（ｂ）に示されるように、
上記積層体２５を完全に融液２９内に浸漬する。これに
より、積層体２５の上下両側のｐｎ選択手段２１の選択
孔２３を通して素子成形型２０の貫通孔２２内に融液２
９を導入することとなり、貫通孔２２内に融液２９を充
填し易くすることができる。また、上記積層体２５を積
層体収容容器２４に収容した場合にも、上記同様に、積
層体２５の上下両側のｐｎ選択手段２１の選択孔２３を
通して素子成形型２０の選択された貫通孔２２に融液２
９を導入する構成としてもよい。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、ｐ型、ｎ型の熱電素子
を個別に切断、配列することが無く、したがって、素子
配列の誤りや、素子配列等の取り扱い時に素子が脆性破
損する等の問題を除去でき、又、熱電素子の大きさが広
いものも素子数の多いものもほぼ同一の時間で製造でき
る等、生産性が高い。

【００８０】また、熱電素子の径の小さなものの高密度
配列が可能であり、熱電モジュールに使用した場合に、
均一な冷却・加熱効果が得られるため、通信用レーザダ
イオード等の温度制御用のモジュールとして有効であ
る。

【００８１】素子成形型とｐｎ選択手段の積層体の積層
高さよりも高い側壁を有する積層体収容容器を利用した
ものにあっては、素子成形型の非選択の貫通孔に融液が
入り込むことを確実に防止することができる。

【００８２】ｐｎ選択手段が板状に形成されているもの
や、メッシュ状に形成されているものにあっては、簡単
な形状のｐｎ選択手段により、上記のような優れた効果
を得ることができる。

【００８３】素子成形型の貫通孔の内壁面が傾斜面と成
しているものにあっては、その貫通孔の内部に形成され
た熱電素子を素子成形型から型抜きする際に、より一層
スムーズに型抜きを行うことができる。

【００８４】さらに、熱電素子端面のメッキ等の端部処
理が簡易であり、かつ、そのメッキ処理時に熱電素子の
端部間周面へのコーティング処理が不要となり、また、
メッキ後にそのコーティングを取り除く作業も不要とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱電素子の製造方法および熱電モ
ジュールの製造方法の一実施形態例を示す説明図であ
る。

【図２】図１に引き続き、熱電素子の製造方法および熱
電モジュールの製造方法の実施形態例を示す説明図であ
る。

【図３】さらに、引き続き、熱電素子の製造方法および
熱電モジュールの製造方法の実施形態例を示す説明図で
ある。

【図４】さらに、引き続き、熱電素子の製造方法および
熱電モジュールの製造方法の実施形態例を示す説明図で
ある。

【図５】さらに、引き続き、熱電素子の製造方法および
熱電モジュールの製造方法の実施形態例を示す説明図で
ある。

【図６】上記実施形態例により作製された熱電モジュー
ルの一例を示す斜視図である。

【図７】ｐｎ選択手段のその他の形態例を模式的に示す
説明図である。

【図８】その他の実施形態例を示す説明図である。

【図９】さらに、その他の実施形態例を示す説明図であ
る。

【図１０】スペーサを用いた熱電モジュールの一例を示
す説明図である。

【図１１】熱電素子の端面にメッキを施す従来例を示す
説明図である。

【図１２】一般的な熱電モジュールの組み立て状況の説
明図である。

【図１３】型内成長法による熱電素子の製作を説明する
ための図である。

【図１４】型内成長法による熱電素子の結晶成長工程の
説明図である。

【図１５】成長した熱電素子の材料を切断して所定長さ
の熱電素子を形成する工程を説明するための図である。

【図１６】インゴット切断法による熱電素子の作製手法
を説明するための図である。

【図１７】熱電モジュールの直接組み立て法を説明する
ための図である。

【図１８】熱電モジュールのスペーサ組み立て法を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ 熱電素子 ２ 電極 ３，４ 電極形成基板 ２０ 素子成形型 ２１ ｐｎ選択手段 ２２ 貫通孔 ２３ 選択孔 ２４ 積層体収容容器 ２５ 積層体 ２６ 側壁 ２７ 融液導入用穴部 ３４ メッシュ ５０ 切断分離用部材

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の貫通孔が形成されている素子成形
   型を複数用意し、まず、上記素子成形型と切断分離用部
   材を交互に積層配置し、次に、上記各素子成形型の複数
   の貫通孔の中から、ｐ型の熱電素子とｎ型の熱電素子の
   うちの選択された一方側の熱電素子形成用に指定された
   貫通孔の内部に上記選択された熱電素子の形成材料の融
   液を充填して冷却固化し、次に、上記素子成形型の残り
   の貫通孔の内部に他方側の熱電素子の形成材料の融液を
   充填して冷却固化して、上記ｐ型の熱電素子とｎ型の熱
   電素子を共通の素子成形型の内部に形成し、然る後に、
   上記切断分離用部材を切断して各素子成形型毎に分離す
   ることを特徴とした熱電素子の製造方法。
2. 【請求項２】 ｐ型とｎ型を択一的に選択する選択孔が
   形成されているｐｎ選択手段を用意し、各素子成形型の
   複数の貫通孔に熱電素子の形成材料の融液を充填する際
   には、まず、上記ｐｎ選択手段の選択孔を上記素子成形
   型のｐ型とｎ型のうちの選択された一方側の熱電素子形
   成用となる貫通孔に合わせて、上記素子成形型と切断分
   離用部材の積層体と、上記ｐｎ選択手段とを着脱自在に
   積層一体化し、次に、この積層体を上記ｐｎ選択手段を
   下向きにして上記選択された一方側の熱電素子の形成材
   料の融液に浸漬して、上記ｐｎ選択手段の選択孔から該
   選択孔に通じる上記各素子成形型の貫通孔に上記融液を
   充填して冷却固化し、然る後に、上記同様に、ｐｎ選択
   手段の選択孔を上記素子成形型の他方側の熱電素子形成
   用となる貫通孔に合わせて上記素子成形型の残りの貫通
   孔に他方側の熱電素子の形成材料の融液を充填して冷却
   固化して、各素子成形型の内部にｐ型とｎ型の熱電素子
   を形成することを特徴とした請求項１記載の熱電素子の
   製造方法。
3. 【請求項３】 素子成形型と切断分離用部材とｐｎ選択
   手段との積層体の積層高さよりも高い側壁を有する積層
   体収容容器を用意し、各素子成形型の内部にｐ型あるい
   はｎ型の熱電素子の形成材料の融液を充填する際には、
   上記素子成形型と切断分離用部材とｐｎ選択手段を着脱
   自在に積層一体化した後に、まず、その積層体を上記ｐ
   ｎ選択手段を下向きにして上記積層体収容容器の内部に
   入れ、上記ｐｎ選択手段の選択孔形成領域を、上記積層
   体収容容器の底部に形成された融液導入用穴部の上側に
   合わせ、上記積層体を上記積層体収容容器の内部に上記
   融液導入用穴部を塞ぐ形態でもって着脱自在に固定し、
   次に、その積層体収容容器を熱電素子の形成材料の融液
   に挿入し、上記積層体収容容器の側壁上端部を上記融液
   の液面よりも高く位置させた状態で、上記積層体収容容
   器の底部の融液導入用穴部を通して上記各素子成形型の
   選択された貫通孔に熱電素子の形成材料の融液を充填す
   ることを特徴とした請求項２記載の熱電素子の製造方
   法。
4. 【請求項４】 ｐ型とｎ型を択一的に選択する選択孔が
   形成されているｐｎ選択手段を用意し、各素子成形型の
   複数の貫通孔に熱電素子の形成材料の融液を充填する際
   には、まず、上記ｐｎ選択手段の選択孔を上記素子成形
   型のｐ型とｎ型のうちの選択された一方側の熱電素子形
   成用となる貫通孔に合わせて、素子成形型と切断分離用
   部材の積層体の上下両側に、上記ｐｎ選択手段を着脱自
   在に設けて一体化し、次に、この積層体を上記選択され
   た一方側の熱電素子の形成材料の融液に浸漬して、上記
   積層体の上下両側のｐｎ選択手段の選択孔から該選択孔
   に通じる上記各素子成形型の貫通孔に上記融液を充填し
   て冷却固化し、然る後に、上記同様に、ｐｎ選択手段の
   選択孔を上記素子成形型の他方側の熱電素子形成用とな
   る貫通孔に合わせて上記素子成形型の残りの貫通孔に他
   方側の熱電素子の形成材料の融液を充填して冷却固化し
   て、各素子成形型の内部にｐ型とｎ型の熱電素子を形成
   することを特徴とした請求項１記載の熱電素子の製造方
   法。
5. 【請求項５】 素子成形型と切断分離用部材とｐｎ選択
   手段との積層体の積層高さよりも高い側壁を有する積層
   体収容容器を用意し、各素子成形型の内部にｐ型あるい
   はｎ型の熱電素子の形成材料の融液を充填する際には、
   上記素子成形型と切断分離用部材とｐｎ選択手段を着脱
   自在に積層一体化した後に、まず、その積層体を上記積
   層体収容容器の内部に入れ、上記ｐｎ選択手段の選択孔
   形成領域を、上記積層体収容容器の底部に形成された融
   液導入用穴部の上側に合わせ、上記積層体を上記積層体
   収容容器の内部に上記融液導入用穴部を塞ぐ形態でもっ
   て着脱自在に固定し、次に、その積層体収容容器を熱電
   素子の形成材料の融液に挿入し、上記積層体収容容器の
   底部の融液導入用穴部を通して上記各素子成形型の選択
   された貫通孔に熱電素子の形成材料の融液を導入すると
   共に、上記積層体の上部側のｐｎ選択手段の選択孔を通
   して上記各素子成形型の選択された貫通孔に熱電素子の
   形成材料の融液を導入して当該選択の貫通孔に熱電素子
   の形成材料を充填することを特徴とした請求項４記載の
   熱電素子の製造方法。
6. 【請求項６】 ｐｎ選択手段は板状に形成されているこ
   とを特徴とした請求項２又は請求項３又は請求項４又は
   請求項５記載の熱電素子の製造方法。
7. 【請求項７】 ｐｎ選択手段はメッシュ状に形成され、
   メッシュの網目孔が素子成形型の選択された貫通孔に融
   液を導入する選択孔と成し、メッシュの網目の交差部が
   素子成形型の非選択孔への融液の導入を阻止する融液導
   入阻止部と成していることを特徴とした請求項２又は請
   求項３又は請求項４又は請求項５記載の熱電素子の製造
   方法。
8. 【請求項８】 素子成形型の貫通孔は表裏の一方側から
   他方側に向かうに従って孔径が狭くなっており、貫通孔
   の内壁面は傾斜面と成し、その素子成形型の貫通孔の内
   部にｐ型とｎ型の熱電素子を形成した後に熱電素子を上
   記素子成形型から型抜きする際には、上記熱電素子に対
   して上記素子成形型が上記貫通孔の径の大きい側から小
   さい側に向かう方向に移動するように熱電素子と素子成
   形型を相対的に移動させて型抜きを行うことを特徴とし
   た請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の熱電素子
   の製造方法。
9. 【請求項９】 素子成形型の内部にｐ型とｎ型の熱電素
   子を配列形成した後に、素子成形型の表裏両面側に露出
   している上記熱電素子の両端面に導体金属をメッキ形成
   し、その後に、熱電素子を素子形成型から型抜きするこ
   とを特徴とした請求項１乃至請求項８の何れか１つに記
   載の熱電素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 一対の電極形成基板間にｐ型の熱電素
    子とｎ型の熱電素子が交互に配列配置されており、上記
    各熱電素子の端部が上記各電極形成基板に形成されてい
    る電極に接合して上記ｐ型とｎ型の熱電素子は上記電極
    を介して交互に直列に接続されている熱電モジュールの
    製造方法において、複数の貫通孔が上記ｐ型とｎ型の熱
    電素子の配列に対応させて配列形成されている素子成形
    型を用意し、請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載
    の熱電素子の製造方法を用いて上記素子成形型の内部に
    上記ｐ型とｎ型の熱電素子を交互に配列形成し、然る後
    に、上記熱電素子の端部が露出している上記素子成形型
    の表面側と裏面側のうちの一方側に上記一対の電極形成
    基板のうちの対応する一方側を配置して当該電極形成基
    板の電極と上記熱電素子の一端部とを接合し、次に、上
    記電極形成基板に接合された熱電素子を上記素子成形型
    から型抜きし、その後に、その熱電素子の他端部と上記
    他方側の電極形成基板の電極とを接合することを特徴と
    した熱電モジュールの製造方法。
11. 【請求項１１】 素子成形型の貫通孔は表裏の一方側か
    ら他方側に向かうに従って孔径が狭くなっており、貫通
    孔の内壁面は傾斜面と成し、その素子成形型の貫通孔の
    内部にｐ型とｎ型の熱電素子を配列形成した後には、そ
    の素子成形型の内部に埋設されている上記径が大きい側
    の熱電素子端部に電極形成基板の電極を接合し、その後
    に、上記熱電素子に対して上記素子成形型が上記貫通孔
    の径の大きい側から小さい側に向かう方向に移動するよ
    うに熱電素子と素子成形型を相対的に移動させて型抜き
    を行うことを特徴とした請求項１０記載の熱電モジュー
    ルの製造方法。
12. 【請求項１２】 素子成形型の内部にｐ型とｎ型の熱電
    素子を配列形成した後に、素子成形型の表裏両面側に露
    出している上記熱電素子の両端面に導体金属をメッキ形
    成し、その後に、熱電素子と電極形成基板の電極との接
    合を行うことを特徴とした請求項１０又は請求項１１記
    載の熱電モジュールの製造方法。