JP2004186538A - 熱電変換素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸熱効率の向上を可能とするともに、適用物の薄型化に適する熱電変換素子を得ることにある。
【解決手段】電極８〜１１が設けられた電極配設面４ａ〜７ａを有する複数の基板４〜７を備える。これらの基板の内でＰＮ接合をすべき基板４〜７に、電極８〜１１を介してＰ型及びＮ型の熱電導体１及び２をＰＮ接合する。吸熱に用いられる吸熱基板４、５と放熱に用いられる放熱基板６、７とを、それらの電極配設面４ａ、５ａと６ａ、７ａとが対向しないように互いに平面的にずらして配置したことを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゼーベック効果による温度差発電（熱発電）、及びペルチェ効果による冷却と発熱とが可能な熱電変換素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に熱電変換素子は、その出力を大きくするために、複数のＰＮ接合対が直列に接続されたモジュールとして用いられる。このモジュールは、電極を有した面を互いに対向させて配置される第１及び第２の基板と、これら２枚の基板に電極を介してＰＮ接合されて基板間に挟まれた複数のＰ型及びＮ型の熱電導体とを備え、複数のＰＮ接合対を電極構造により直列に接続している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２０１８３号公報（段落００１４、００１６、００２０、図１−図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
各熱電導体はＰ型半導体及びＮ型半導体等で作られ、それらの大きさは、通常数百μｍから数ｍｍである。それにより、各熱電導体を挟んで互いに重なり合うように配置されている２枚の基板は、極めて接近している。この条件下で、一方の基板は放熱基板として機能し、他方の基板は吸熱基板として機能する。
【０００５】
このため、特許文献１に記載の熱電変換素子の構成では、放熱基板の熱が各熱電導体を通して吸熱基板に伝導され易く、吸熱効率を高くするには適していない。特に、放熱基板を吸熱基板の下方に位置させた姿勢で使用する場合には、両基板の対向面積が大きいので、放熱基板からの放熱を原因とする熱対流で吸熱基板が容易に加熱されて、吸熱効率をより損ない易くなる。
【０００６】
更に、特許文献１に記載の熱電変換素子を例えば冷却装置に適用する場合、放熱基板にヒートシンクやヒートパイプ等の放熱体が取付けられ、吸熱基板に冷却対象物が取付けられる。これにより冷却装置の厚みは、熱電変換素子、放熱体、及び冷却対象物の各厚みが加算されたものとなる。このため、特許文献１に記載の熱電変換素子は、これを適用する冷却装置等の適用物の薄型化を妨げ易い。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、吸熱効率の向上を可能とするとともに、適用物の薄型化に適する熱電変換素子、及びこの素子を作るのに適する製造方法を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、電極が設けられた電極配設面を有してＰ型及びＮ型の熱電導体がＰＮ接合される複数の基板の内で、吸熱に用いられる吸熱基板と放熱に用いられる放熱基板とを、これら基板の電極配設面が対向しないように互いにずらして配置したものである。
【０００９】
本発明で、吸熱基板と放熱基板とを、夫々の電極配設面が対向しないように互いにずらして配置するとは、吸熱基板と放熱基板とが互いに重なり合わないような配置、即ち、吸熱基板及び放熱基板の一方の投影領域に他方が存在しない配置を意味する。この配置には、吸熱基板と放熱基板とが互いに平行で平面的に並んでいる配置、吸熱基板と放熱基板とが互いに非平行である配置等が含まれる。前記平面的に並ぶとは、展開されるように同一平面上で並設される場合と、非平面上で、つまり、吸熱基板と放熱基板との厚み方向の位置がずれていて展開されるように並設される場合とがある。前記非平行である配置には、吸熱基板と放熱基板とが互いに逆向きに傾斜されていて実質的には平面的に並んでいる配置等が含まれる。本発明で、複数の基板とは、Ｐ型とＮ型の熱電導体がＰＮ接合される基板を意味するが、これらの基板中には吸熱或いは放熱以外の主目的として用いられる中間基板を含んでいてもよい。本発明で、Ｐ型及びＮ型の熱電導体には例えば熱電半導体を好適に使用でき、この熱電半導体としては、Ｂｉ−Ｔｅ系材料、Ｆｅ−Ｓｉ系材料、Ｓｉ−Ｇｅ系材料Ｃｏ−Ｓｂ系材料などを挙げることができる。
【００１０】
本発明においては、吸熱基板と放熱基板とが互いの電極配設面を対向させないようにずらされているので、放熱基板から吸熱基板に至る伝熱経路が長くなり、吸熱基板への熱伝導を抑制可能である。しかも、電極配設面が非対向であることに伴い、放熱基板と吸熱基板とはそれらの端面で対向するが、その対向面積は小さいので、対流が吸熱性能に影響する場合にも、その熱的影響を小さく抑制可能である。更に、前記配置の吸熱基板と放熱基板とは、互いの厚み方向に重なり合うようなことがないので、本発明の熱電変換素子を冷却装置等に適用する場合、熱電変換素子、及びその放熱基板に取付けられる放熱体、並びに吸熱基板に取付けられる冷却対象物の夫々の厚みの全てが、冷却装置の厚みに直接反映されることがなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図１を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１（Ａ）に示す第１実施形態における熱電変換素子１は、単層構造であって、１以上のＰ型の熱電導体２と、同じく１以上のＮ型の熱電導体３と、第１及び第２の吸熱基板４及び５と、同じく第１及び第２の放熱基板６、７とを備えている。
【００１２】
熱電導体２、３は夫々１以上例えば偶数又は奇数使用されて、これらは図１（Ａ）に示すように所定間隔を空けて互いに平行な姿勢で交互に並べて配設される。これら熱電導体２及び３の長さや数は任意に設定可能である。各熱電導体２、３はいずれも実質的に同じ大きさの角柱状に形成されている。
【００１３】
各基板４〜７の夫々は、いずれも良熱伝導材料、例えばシリコン等の金属、又は窒化アルミ等の金属化合物、若しくはアルミナ等のセラミックスで作られている。各基板４〜７は四角形の薄板からなり、その一面は電極配設面４ａ〜７ａをなしている。なお、基板４〜７が電気導体である場合には、その一面を電気絶縁層（図示しない）で覆って、この絶縁層を電極配設面４ａ〜７ａとして用いている。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）における熱電変換素子１を図中矢印Ｆから見たものである。
【００１４】
図１（Ｂ）に示すように各電極配設面４ａ〜７ａの夫々には金属の電極８〜１１が個別に設けられている。各電極８〜１１は、基板４〜７に熱電導体２、３をＰＮ接合するのに適当なパターンを形成している。
【００１５】
第１、第２の吸熱基板４、５は、各熱電導体２、３の並び方向に延びて配置され、各熱電導体２、３の長手方向（軸方向）一端部をこれら熱電導体２、３の厚み方向に挟んでいる。両吸熱基板４、５の電極８、９は、図示しない半田を介して各熱電導体２、３の長手方向一端部に接合されている。
【００１６】
同様に、第１、第２の放熱基板６、７は、各熱電導体２、３の並び方向に延びて配置され、各熱電導体２、３の長手方向他端部をこれら熱電導体２、３の厚み方向に挟んでいる。両放熱基板６、７の電極１０、１１は、図示しない半田を介して各熱電導体２、３の長手方向一端部に接合されている。これらの接合により各熱電導体２、３は直列に導通されている。
【００１７】
各熱電導体２、３の長手方向両端部に、これら熱電導体２、３の一面と平行な姿勢で配置された第１吸熱基板４と第１放熱基板６とは、各熱電導体２、３の長手方向よりはみ出しているとともに、図１（Ｂ）において水平方向に離されていて各熱電導体２、３の長手方向中間部を露出させている。同様に、各熱電導体２、３の長手方向両端部に、これら熱電導体２、３の他の面（前記一面と平行な面）と平行な姿勢で配置された第２吸熱基板５と第２放熱基板７も、図１（Ｂ）において水平方向に離されていて各熱電導体２、３の長手方向中間部を露出させている。
【００１８】
したがって、各熱電導体２、３の長手方向に対応する第１吸熱基板４と第１放熱基板６とは、互いに平行で、かつ、夫々の電極配設面４ａ、６ａが対向しないように平面的にずらされて配置されている。同様に、各熱電導体２、３の長手方向に対応する第２吸熱基板５と第２放熱基板７も、互いに平行で、かつ、夫々の電極配設面５ａ、７ａが対向しないように平面的にずらされて配置されている。しかも、これらの基板４〜７を基準としてみた場合、各熱電導体２、３はその両端部を対応する各電極８〜１１に個別に接合して、第１、第２の吸熱基板４、５と第１、第２の放熱基板６、７とにわたって配置されている。
【００１９】
以上の構成を備えた熱電変換素子１には、吸熱基板４、５と熱電導体２、３との接合部で吸熱が起こり、放熱基板６、７と熱電導体２、３との接合部で発熱が起こるように直流が印加される。図１（Ｂ）に示すように熱電変換素子１は、その両吸熱基板４、５の内の少なくとも一方例えば第１吸熱基板４に冷却対象物１５を熱伝導可能に接続し、両放熱基板６、７の内の少なくとも一方例えば前記第１吸熱基板４に対向する第１放熱基板６に、ヒートシンクなどの放熱体１６を熱伝導可能に接続して使用される。
【００２０】
前記熱電変換素子１では、吸熱基板４、５の電極配設面４ａ、５ａに対して放熱基板６、７の電極配設面６ａ、７ａが対向しないように、吸熱基板４、５と放熱基板６、７とを例えば同一平面上でずらした配置としている。このため、放熱基板６、７から吸熱基板４、５に至る伝熱経路（第１実施形態では各熱電導体２、３で作られる。）が長くなり、吸熱基板４、５への熱伝導を抑制可能である。これにより、放熱基板６、７と各熱電導体２、３との接合部での発熱に伴い吸熱基板４、５が昇温することが抑制される。
【００２１】
しかも、既述のように電極配設面４ａ、５ａと電極配設面６ａ、７ａとが非対向であることに伴い、第１放熱基板４と第１吸熱基板６とはそれらの互いに接近した端面４ｂ、６ｂで対向し、第２放熱基板５と第２吸熱基板７とはそれらの互いに接近した端面５ｂ、７ｂで対向する。これらの対向面積は、電極配設面同士が重なり合うように対向する場合に比較して遥かに小さい。これにより、放熱基板６、７を下側に位置させるとともに吸熱基板４、５を上側に位置させた姿勢で熱電変換素子１を使用する場合にも、対流によって吸熱基板４、５が昇温することが抑制される。
【００２２】
以上の理由により吸熱基板４、５の吸熱効率の向上が可能となり、冷却対象物１５を効率よく冷却可能である。これに伴い、放熱基板６等に取付けられる放熱体１６の配置や設計などの制約も少なくなるので、前記構成の熱電変換素子１を適用した冷却装置などの適用物の設計の自由度を高めることが可能である。
【００２３】
しかも、前記構成の熱電変換素子１では、各基板４〜７が各熱電導体２、３の軸方向の端面を接合するのではなく、長手方向に延びる側面に接合されている。このため、ＰＮ接合の面積を多く確保できる点でも吸放熱性能の向上及び接合強度の向上が可能である。
【００２４】
更に、前記構成の熱電変換素子１を冷却装置に適用した例では、冷却対象物１５が取付けられた第１吸熱基板４と放熱体１６が取付けられた放熱基板６とは互いの厚み方向に重なり合うことがないので、例えば図１（Ｂ）中Ａで示す寸法は、前記冷却装置で代表する適用物の厚みを増やす因子とはならない。このように前記構成の熱電変換素子１はこれを備えて吸放熱をする適用物の薄型化に貢献できる。
【００２５】
なお、第１実施形態において、第１吸熱基板４及びこれに対応する放熱基板６、又は、第２吸熱基板５及びこれに対応する放熱基板７の内の、いずれか一方は省略できる。しかし、これら双方を備える場合、冷却対象物１５又は放熱体１６が取付けられない方の吸熱基板及び放熱基板については、それらを延長して熱電変換素子１の取付け板として用いることが可能である。
【００２６】
（第２実施形態）
次に、図２〜図６を用いて本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態は、基本的に第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付してその説明を省略し、以下第１実施形態とは異なる点を説明する。
【００２７】
第２実施形態では、互いに平行なＰ型熱電導体２の端部とＮ型熱電導体３の端部とが、吸熱基板４、５にＰＮ接合される部分及び放熱基板６、７にＰＮ接合される部分で、図２（Ｃ）に代表して示すように接合部２０ａを介して接合されている。これとともに、前記端部を除いたＰ型熱電導体２とＮ型熱電導体３の大部分は、隣接した熱電導体２、３間にそれらの長手方向に沿って延びる切欠き２１より互いに離されている。この第２実施形態の熱電導体２、３は第１実施形態のものより短い。
【００２８】
以上説明した以外の構成は第１実施形態の単層構造の熱電変換素子１と同じである。したがって、第２実施形態の熱電変換素子１においても、吸熱基板４及び５と放熱基板６及び７とが、夫々の電極配設面を対向しないようにずらして配置されているので、第１実施形態と同様な作用効果を得て本発明の課題を解決できる。
【００２９】
第２実施形態の熱電変換素子１は、以下説明する第１〜第４の工程を経て製造可能である。
【００３０】
第１工程では、まず、図３に示す積層体２４を作り、次にこの積層体２４から所定厚みｔのスライス片２５を作る。積層体２４は、予め用意された必要枚数のＰ型熱電導体基板２２とＮ型熱電導体基板２３とを交互に積層して、互いの合い面を半田のべた層２０により接合して作られる。各熱電導体基板２２、２３は、いずれも所定厚みを有する板状のものであり、例えば正方形の平板状をなしている。
【００３１】
スライス片２５は、各べた層２０及び各熱電導体基板２２、２３と直角に交差する方向に沿って、各積層体２４を図３中点線で示す位置でスライスして作られる。積層体２４のスライスはダイシングソーを用いて実施する。このスライス片２５は交互に並べられた互いに平行なＰ型熱電導体２とＮ型熱電導体３とを有している。
【００３２】
第２工程では、スライス片２５に第１吸熱基板４と第１放熱基板６とを接合してユニット２６を作る。図４（Ｃ）（Ｄ）に示すように、長方形をなした第１吸熱基板４と第１放熱基板６の電極配設面４ａ、６ａには、これら基板４、６より一回り小さい長方形の電極８、１０が設けられている。両基板４、６はスライス片２５の長手方向寸法は各熱電導体２、３が並んだ方向の長さ、言い換えれば、積層体２４の積厚寸法より少し長く、電極８、１０の長手方向寸法は前記積厚寸法と同じである。
【００３３】
第１吸熱基板４は、スライス片２５の幅方向一端部、言い換えれば、各熱電導体２、３が延びる方向の一端部に、各熱電導体２、３の並び方向と直交して図示しない半田を介して接合される。同様に、第１吸熱基板６は、スライス片２５の幅方向他端部、言い換えれば、各熱電導体２、３が延びる方向の他端部に、各熱電導体２、３の並び方向と直交して図示しない半田を介して接合される。以上の接合により各熱電導体２、３と電極８、１０とが電気的に接続される。こうして図４（Ａ）（Ｂ）に示す一層構造のユニット２６を形成する。
【００３４】
図４（Ａ）はユニット２６の上面図、図４（Ｂ）はこのユニット２６を矢印Ｆ４から見たものである。
【００３５】
次に、第３工程では、交互に並んでいるＰ型とＮ型の各熱電導体２、３を蛇行状に連続させて、これらを電気的に直列につなげる加工を実施する。この加工は、図５（Ａ）に示すようにユニット２６の幅方向に延びる切欠き２１を、図４（Ａ）中点線矢印で切込み方向を示すようにユニット２６に対しその幅方向の両側から交互に入れて、互いに隣接している熱電導体２、３の半田のべた層２０による接合部の一部を残し大半を切除して行う。それにより、残された接合部２０ａを介して各熱電導体２、３が蛇行状に連続される。前記べた層２０の部分的切除はダイシングソーを用いて実施する。
【００３６】
この場合、切除が開始される側に位置する基板の電極配設面はそこの電極とともに削り取られる。これを、第１吸熱基板４の電極配設面４ａが電極８とともに削り取られた状態で、図５（Ｂ）で代表して示す。図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるユニット２６をＦ５−Ｆ５で切断した断面図である。切欠き２１を間に置いて隣接する異種の熱電導体２、３同士は、第１吸熱基板４の電極８又は第１放熱基板６の電極１０で電気的に短絡することはない。
【００３７】
第４工程では、切欠き２１が入れられたユニット２６に第２吸熱基板５と第２放熱基板７とを接合する。第２吸熱基板５の電極配設面５ａの一部は、前記図６（Ａ）に例示するようにユニット２６の切欠き２１に対応して露出されている。この露出部５ｃは絶縁部であり、それによって電極９が複数に分割されている。同様に、第２吸熱基板７の電極配設面７ａの一部も、図６（Ｂ）に例示するようにユニット２６の切欠き２１に対応して露出されている。この露出部７ｃも絶縁部であり、それによって電極１１が複数に分割されている。
【００３８】
第２吸熱基板５は、第１吸熱基板４が半田付けされているユニット２６の幅方向一端部に、この一端部を第１吸熱基板４との間に挟んで、各熱電導体２、３の並び方向と直交した姿勢で図示しない半田を介して接合される。同様に、第２吸熱基板７も、第１吸熱基板６が半田付けされているユニット２６の幅方向他端部に、この他端部を第１吸熱基板６との間に挟んで、各熱電導体２、３の並び方向と直交した姿勢で図示しない半田を介して接合される。こうして作られた熱電変換素子１は図２に示されている。
【００３９】
この熱電変換素子１の製造方法では、所定形状に予め形成されたばらばらな複数の熱電導体を、所定間隔に並べて位置決め保持した状態で第１の吸熱基板４及び放熱基板６を半田付けする面倒がない。しかも、積層体２４を得る際、素材形状が大きいので取扱いが容易である。これにより、スライス片２５を得る切断加工、及び隣接した熱電導体２、３を直列に接続するための切欠き２１をユニット２６に設ける切除加工を、ダイシングソーやレーザーなどを用いて容易にできる。したがって、前記製造方法では熱電変換素子１の生産性に優れるという利点がある。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、図７〜図９を用いて本発明の第３実施形態を説明する。この実施形態は、基本的に第２実施形態と同じであるので、第２実施形態と同様な構成については同じ符号を付してその説明を省略し、以下第２実施形態とは異なる点を説明する。
【００４１】
第３実施形態の熱電変換素子１は第２実施形態のものと実質的に同じであり、図７（Ａ）に例示するように隣接した熱電導体２、３を直列に接続するための切欠き２１が、吸熱基板４、５及び放熱基板６、７の夫々にも及んでいて、このために熱電変換素子１自体が蛇行状を呈しているという点で、第２実施形態とは異なっている。したがって、この第３実施形態の熱電変換素子１においても、吸熱基板４及び５と放熱基板６及び７とが、夫々の電極配設面を対向しないようにずらして配置されているので、第２実施形態と同様な作用効果を得て本発明の課題を解決できる。
【００４２】
この熱電換素子１の製造方法は、第２実施形態の第１〜第３の工程を経て製造可能である。図８に示す積層体２４を作る第１工程は第２実施形態で説明した第１工程と同じであり、説明を省略する。
【００４３】
第２工程では、第１工程で得たスライス片２５に第１、２の吸熱基板４、５と第１、第２の放熱基板６、７とを夫々接合してユニット２８を作る。図９（Ｃ）（Ｄ）に示すように、長方形をなした第１、２の吸熱基板４、５と第１、第２の放熱基板６、７の電極配設面４ａ〜７ａには、これら基板４〜７より一回り小さい長方形の電極８〜１１が設けられている。各基板４〜７の長手方向寸法はスライス片２５の各熱電導体２、３が並んだ方向の長さ、言い換えれば、積層体２４の積厚寸法より少し長く、各電極８〜１１の長手方向寸法は前記積厚寸法と同じである。
【００４４】
第１、第２の吸熱基板４、５は、スライス片２５の幅方向一端部、言い換えれば、各熱電導体２、３が延びる方向の一端部に、この一端部を挟んで各熱電導体２、３の並び方向と直交して図示しない半田を介して接合される。同様に、第１、第２の放熱基板６、７は、スライス片２５の幅方向他端部、言い換えれば、各熱電導体２、３が延びる方向の他端部に、この他端部を挟んで各熱電導体２、３の並び方向と直交して図示しない半田を介して接合される。以上の接合により各熱電導体２、３と電極８、１０とが電気的に接続される。こうして図９（Ａ）（Ｂ）に示す一層構造のユニット２８を形成する。
【００４５】
第３工程では、交互に並んでいるＰ型とＮ型の各熱電導体２、３を蛇行状に連続させる加工を実施する。この加工は、図７（Ａ）に示すユニット２８の幅方向に延びる切欠き２１を、図９（Ａ）中点線矢印で切込み方向を示すようにユニット２８に対しその幅方向の両側から交互に入れて、互いに隣接している熱電導体２、３の半田のべた層２０による接合部の一部を残して大半を切除するとともに、各基板の前記切除部分に対向する部分も同時に切除して行う。それにより、図７（Ｃ）で代表する残された接合部２０ａを介して各熱電導体２、３が、蛇行状に連続された形態で電気的に直列につなげられる。こうして全体が蛇行状に作られた熱電変換素子１は図７（Ａ）に示されている。
【００４６】
ここで図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるユニット２８を矢印Ｆ６から見た図であり、図７（Ｃ）はユニット２８をＦ７−Ｆ７で切断した断面図である。
【００４７】
この熱電変換素子１の製造方法では、スライス片２５の両面に対して夫々第１、第２吸熱基板４、５と放熱基板６、７とを半田で接合するので、この接合を同時に行なうことが可能となる。このため、第２実施形態に比較して工程数が削減されて、より生産性に優れるという利点がある。
【００４８】
（第４実施形態）
次に、図１０〜図１６を用いて本発明の第４実施形態を説明する。この実施形態は、基本的に第３実施形態と同じであるので、第３実施形態と同様な構成については同じ符号を付してその説明を省略し、以下第３実施形態とは異なる点を説明する。図１０（Ａ）は第４実施形態における熱電変換素子であり、図１０（Ｂ）はこれを側面から見た図である。
【００４９】
第４実施形態の熱電変換素子１は積層構造をなしており、複層に重ねられた積層ユニット３０は熱伝導手段を介して電気的に導通されている。この積層型の熱電変換素子１を、第１工程〜第４工程を備える製造方法とともに説明する。図１１に示す積層体２４を作る第１工程は第２実施形態で説明した第１工程と同じであり、説明を省略する。
【００５０】
図１２に示す積層ユニット３０を得る第２工程では、図１３（Ａ）（Ｂ）に示す第１ユニット要素３２と、図１４（Ａ）（Ｂ）に示す第２ユニット要素３３とを作り、これらを交互に積層する。
【００５１】
詳しくは、第１工程で得たスライス片２５に吸熱基板４と放熱基板６とを接合して第１ユニット要素３２を作る。図１３（Ｃ）（Ｄ）に示すように、長方形をなした吸熱基板４と放熱基板６の電極配設面４ａ、６ａには、これら基板４、６より一回り小さい長方形の電極８、１０が設けられている。両基板４、６はスライス片２５の長手方向寸法は各熱電導体２、３が並んだ方向の長さ、言い換えれば積層体２４の積厚寸法より少し長く、電極８、１０の長手方向寸法は前記積厚寸法と同じである。吸熱基板４の長手方向一端部には導電手段として例えばスルーホール３４が設けられていて、これは電極８に電気的に接続されている。
【００５２】
吸熱基板４と放熱基板６とは、各熱電導体２、３の並び方向と直交してスライス片２５の幅方向両端部に、図示しない半田を介して個別に接合される。この接合により各熱電導体２、３と電極８、１０とが電気的に接続される。こうして図１３（Ａ）（Ｂ）に示す単層構造の第１ユニット要素３２を形成する。
【００５３】
同様に、第１工程で得た他のスライス片２５に吸熱基板４と放熱基板６とを接合して図１４（Ａ）に示す第２ユニット要素３３を作る。この要素３３場合の作り方は、第１ユニット要素３２と同様である。しかし、この場合に使用する吸熱基板４には、導電手段としてのスルーホール３４の位置が、第１ユニット要素３２のスルーホール３４とは反対側の端部に位置するように作られた吸熱基板４を使用する。この第２ユニット要素３３用の吸熱基板は図１４（Ｃ）に示される。このため、以上のように形成された第１、第２のユニット要素３２、３３は、それらのスルーホール３４の位置を除いては同じ構成である。
【００５４】
こうして得た各１枚以上のユニット要素３２、３３を、同じ向きでかつ互いに平行にとなるように交互に積層して、その重なり面（合い面）を図示しない半田のべた層を介して接合することによって、図１２に示す積層ユニット３０を作ることができる。この積層に伴う半田付けにより、積層方向に隣接した第１、第２のユニット要素３２、３３同士が、それらの放熱基板４の長手方向両端部において夫々電気的に導通される。
【００５５】
第３工程では、積層ユニット３０において水平面方向に交互に並んでいるＰ型とＮ型の各熱電導体２、３を、蛇行状に連続させて電気的に直列につなげる加工を実施する。この加工は、図１５（Ａ）に示す積層ユニット３０の幅方向に延びる切欠き２１を、図１３（Ａ）及び図１４（Ａ）中点線矢印で切込み方向を示すように積層ユニット３０に対しその幅方向の両側から交互に入れて、互いに隣接している熱電導体２、３の半田のべた層２０による接合部の一部を残して大半を切除して行う。
【００５６】
この場合、各基板４、６の前記切除部分に対向する部分も同時に切除する。それにより、残された接合部２０ａを介して各熱電導体２、３が、蛇行状に連続されて直列につながる。同時に、この直列の蛇行層の積層方向に隣接するもの同士が、スルーホール３４を介して電気的に直列に接続される。前記べた層２０及び基板４、６の部分的切除はダイシングソーを用いて実施する。図１５（Ａ）（Ｂ）に切欠き２１が入れられた積層ユニット３０を示す。
【００５７】
第４工程では、切欠き２１が入れられた積層ユニット３０に終端用吸熱基板３５と同じく終端用放熱基板３７とを接合する。終端用吸熱基板３５の電極配設面３５ａの一部は、積層ユニット３０の図１５（Ａ）で左側面に開放された切欠き２１に対応して図１６（Ａ）に例示するように露出されている。この露出部３５ｃは絶縁部であり、それによって吸熱基板３５に設けられている電極３８が複数に分割されている。同様に、終端用放熱基板３７の電極配設面３７ａの一部も、積層ユニット３０の図１５（Ａ）で右側面に開放された切欠き２１に対応して１６（Ｂ）に例示するように露出されている。この露出部３７ｃも絶縁部であり、それによって放熱基板３７に設けられている電極４０も複数に分割されている。
【００５８】
吸熱基板３５は、最も表側に位置する第１ユニット要素３２の幅方向一端部に、この第１ユニット要素３２の各熱電導体２、３の並び方向と直交した姿勢で図示しない半田を介して接合される。同様に、放熱基板３７も、最も表側に位置する第１ユニット要素３２の幅方向他端部に、この第１ユニット要素３２の各熱電導体２、３の並び方向と直交した姿勢で図示しない半田を介して接合される。こうして作られた熱電変換素子１は図１０に示されている。
【００５９】
この第４実施形態の熱電変換素子１においても、吸熱基板４及び３５と放熱基板６及び３７とが、夫々の電極配設面を対向しないようにずらして配置されているので、第３実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。更に、第４実施形態の熱電変換素子１は積層型であるので、より多くの吸熱作用及び放熱作用を得ることができる。
【００６０】
（第５実施形態）
次に、図１７〜図２３を用いて本発明の第５実施形態を説明する。この実施形態は、基本的に第４実施形態と同じであるので、第４実施形態と同様な構成については同じ符号を付してその説明を省略し、以下第４実施形態とは異なる点を説明する。
【００６１】
第５実施形態の熱電変換素子１が複層に重ねられた積層ユニット４１は熱伝導手段を介して電気的に導通されている。この積層型の熱電変換素子１を、例えば第１工程〜第５工程を備える製造方法とともに説明する。図１８に示す積層体２４を作る第１工程は第２実施形態の第１工程と同じであり、説明を省略する。
【００６２】
図２０に示す積層ユニット４１を得る第２工程では、図１９（Ａ）（Ｂ）に示すユニット要素４２を作り、これらを交互に積層する。
【００６３】
詳しくは、第１工程で得たスライス片２５に吸熱基板４と放熱基板６とを接合してユニット要素４２を作る。図１９（Ｃ）（Ｄ）に示すように、長方形をなした吸熱基板４と放熱基板６の電極配設面４ａ、６ａには、これら基板４、６より一回り小さい長方形の電極８、１０が設けられている。両基板４、６はスライス片２５の長手方向寸法は各熱電導体２、３が並んだ方向の長さ、言い換えれば、積層体２４の積厚寸法より少し長く、電極８、１０の長手方向寸法は前記積厚寸法と同じである。
【００６４】
吸熱基板４と放熱基板６とは、各熱電導体２、３の並び方向と直交してスライス片２５の幅方向両端部に、図示しない半田を介して個別に接合される。この接合により各熱電導体２、３と電極８、１０とが電気的に接続される。こうして図１９（Ａ）（Ｂ）に示す単層構造のユニット要素４２を形成する。図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）におけるユニット要素４２を矢印Ｆ１１から見た側面図である。なお、ユニット要素４２にはスルーホールは設けられていない。このため、ユニット要素４２は第１実施形態で説明した図４に示すユニットと同じである。
【００６５】
こうして得た複数枚のユニット要素４２を、同じ向きでかつ互いに平行にとなるように交互に積層して、その重なり面（合い面）を図示しない半田のべた層を介して接合することによって、図２０に示すような積層ユニット４１を作ることができる。
【００６６】
第３工程では、積層ユニット４１において水平面方向に交互に並んでいるＰ型とＮ型の各熱電導体２、３を蛇行状に連続させる切込み加工とともに、この積層ユニット４１を所定幅にする幅決め加工を順不同に実施する。
【００６７】
切込み加工は、積層ユニット４１の幅方向に延びる切欠き２１を、図１９（Ａ）中点線矢印で切込み方向を示すように積層ユニット４１に対しその幅方向の両側から交互に入れて、互いに隣接している熱電導体２、３の半田のべた層２０による接合部の一部を残して大半を切除して行う。
【００６８】
この場合、各基板４、６の前記切除部分に対向する部分も同時に切除する。それにより、残された接合部２０ａを介して各熱電導体２、３が蛇行状に連続される。この状態では、積層方向に隣接した蛇行状の各層は電気的に接続されていないが、蛇行状の各層をなす各熱電導体２、３は電気的に直列に接続されている。前記べた層２０及び基板の部分的切除はダイシングソーを用いて実施する。幅決め加工は、図２１（Ａ）中に示す点線に沿って積層ユニット４１の幅方向両端部を夫々切断することにより行う。この切断もダイシングソーを用いて実施する。
【００６９】
積層方向に隣接している各ユニット要素４２を電気的に直列に導通させる導通処理をする第４工程では、幅決め加工で露出された積層ユニット４１の両端面の夫々において、積層方向に隣接しているＰ型導電素子２とＮ型導電素子３とにわたる大きさの側面電極（導電手段）４３を夫々半田付け等により接合する。図２１（Ｂ）中の二点鎖線は、接合対象位置対応して描いた側面電極４３を代表して示している。側面電極４３が装着された積層ユニット４１を図２２に示す。側面電極４３の取付けにより、積層方向に隣接している蛇行層の両端が電気的に直列に接続される。
【００７０】
第５工程では、第４工程を経た積層ユニット４１に終端用吸熱基板３５及び終端用放熱基板３７を接合する。この工程は、第４実施形態で説明した製造方法の第４工程と同じである。すなわち、終端用吸熱基板３５の電極配設面３５ａの一部は、積層ユニット４１の図２１（Ａ）で左側面に開放された切欠き２１に対応して図２３（Ａ）に例示するように露出されている。この露出部３５ｃは絶縁部であり、それによって吸熱基板３５に設けられている電極３８が複数に分割されている。同様に、終端用放熱基板３７の電極配設面３７ａの一部も、積層ユニット４１の図２１（Ａ）で右側面に開放された切欠き２１に対応して図２３（Ｂ）に例示するように露出されている。この露出部３７ｃも絶縁部であり、それによって放熱基板３７に設けられている電極４０も複数に分割されている。
【００７１】
吸熱基板３５は、最も表側に位置するユニット要素４２の幅方向一端部に、このニット要素４２の各熱電導体２、３の並び方向と直交した姿勢で図示しない半田を介して接合される。同様に、放熱基板３７も、最も表側に位置するユニット要素４２の幅方向他端部に、このユニット要素４２の各熱電導体２、３の並び方向と直交した姿勢で図示しない半田を介して接合される。こうして作られた熱電変換素子１は図１７に示されている。
【００７２】
この第５実施形態の熱電変換素子１においても、吸熱基板４と放熱基板６とが、夫々の電極配設面を対向しないようにずらして配置されているので、第４実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できるとともに、第４実施形態の熱電変換素子１と同様に積層型であるので、より多くの吸熱作用及び放熱作用を得ることができる。
【００７３】
なお、第５実施形態での製造方法では、第３工程の幅決め加工で積層ユニット４１が得る所定幅と同じ大きさの熱電導体２、３を用いて、スライス片２５形成し、このスライス片２５の幅方向両端に吸熱基板４及び放熱基板６の側縁を個別に一致させて、吸熱基板４及び放熱基板６がはみ出さないように取付けてユニット要素４１を形成することもできる。このようにする場合には、第３工程での幅決め加工は省略できる。しかし、第３工程で切断をして電極装着面を露出させることは、電極装着面に汚れがない状態で側面電極４３を装着できるので、側面電極４３の確実に装着させる上で望ましい。
【００７４】
（第６実施形態）
次に、図２４を参照して本発明の第６実施形態を説明する。第６実施形態に示す単層構造の熱電変換素子５１は、中間基板を用いて吸熱基板と放熱基板との間の伝熱経路長さをより長く確保した構成であって、１以上のＰ型の柱状熱電導体５２と、同じく１以上のＮ型の柱状熱電導体５３と、吸熱基板５４と、放熱基板５６、例えば１枚の中間基板６１とを備えている。
【００７５】
熱電導体５２、５３は夫々１以上例えば偶数又は奇数使用されて、これらは図２４（Ａ）（Ｃ）に示すように所定間隔を空けて互いに平行な姿勢で交互に並べて配設される。ここで、図２４（Ａ）は本実施形態における熱電変換素子５１の上面図、図２４（Ｂ）はこの熱電変換素子５１を矢印１２から見た側面図、図２４（Ｃ）は矢印Ｆ１２に対して直角の方向から見た側面図である。
各熱電導体５２、５３はいずれも実質的に同じ大きさの角柱状に形成され、その長さや数は任意に設定可能である。熱電導体５２、５３の軸方向の長さは数百μｍから数ｍｍである。
【００７６】
各基板５４、５６、６１の夫々は、いずれも良熱伝導材料、例えばシリコン等の金属、又は窒化アルミ等の金属化合物、若しくはアルミナ等のセラミックスで作られている。各基板５４、５６、６１は例えば四角形の薄板からなる。中間基板６１は吸熱基板５４及び放熱基板５６より大きく、例えば吸熱基板５４及び放熱基板５６を平面的に並べた場合の大きさよりも大きい。
【００７７】
各基板５４、５６、６１の一面は電極配設面５４ａ、５６ａ、６１ａをなしている。なお、基板５４、５６、６１が電気導体である場合には、その一面を電気絶縁層（図示しない）で覆って、この絶縁層を電極配設面５４ａ、５６ａ、６１ａとして用いている。各電極配設面５４ａ、５６ａ、６１ａの夫々には金属の電極５８、６０、６２が、基板５４、５６、６１に熱電導体５２、５３をＰＮ接合するのに適当なパターンをなして個別に設けられている。
【００７８】
吸熱基板５４はその電極配設面５４ａを中間基板６１の電極配設面６１ａに対向させて、中間基板６１の幅方向一端側部分に配置されている。この吸熱基板５４と中間基板６１の幅方向一端側部分とは一部の熱電導体５２、５３を挟んでいて、挟まれた熱電導体５２、５３の軸方向両端は、吸熱基板５４と中間基板６１の幅方向一端側部分の電極５８、６２に、図示しない半田を介して接合されている。図２４（Ａ）中点線で囲まれた領域イ内で吸熱基板５４と中間基板６１とにＰＮ接合された各熱電導体５２、５３は直列に導通されている。
【００７９】
同様に、吸熱基板５４と例えば同じ大きさの放熱基板５６は、その電極配設面５６ａを中間基板６１の電極配設面６１ａに対向させて、中間基板６１の幅方向他端側部分に配置されている。この放熱基板５４と中間基板６１の幅方向他端側部分とは他の熱電導体５２、５３を挟んでいて、挟まれた熱電導体５２、５３の軸方向両端は、放熱基板５６と中間基板６１の幅方向他端側部分の電極５８、６２に、図示しない半田を介して接合されている。図２４（Ａ）中点線で囲まれた領域ロ内で吸熱基板５４と中間基板６１とにＰＮ接合された各熱電導体５２、５３は直列に導通されている。そして、各領域イ、ロ内に個別に配設されている熱電導体５２、５３群は、中間基板６１に設けられた図示しない導電パターンにより電気的に直列又は並列に接続されている。
【００８０】
以上のように中間基板６１の幅方向両端部に、この基板６１と平行な姿勢で配置された吸熱基板５４と放熱基板５６とは、互いに平行で、かつ、夫々の電極配設面５４ａ、５６ａが対向しないように平面的にずらされて配置されている。図２４（Ｂ）のように中間基板６１に対する吸熱基板５４及び放熱基板５６の離間距離は実質的に同じである。言い換えれば、各熱電導体５２、５３の軸方向に沿う吸熱基板５４及び放熱基板５６の中間基板６１を基準とした位置は同じとなっている。
【００８１】
吸熱基板５４と放熱基板５６とは、図２４（Ｂ）において水平方向に離されていて、互いの一端面５４ｂ、５６ｂ間にギャップＧを設けている。互いに平面的にずらされて隣接する基板間のギャップＧはエアー断熱層として使用されている。このギャップＧに空気より断熱性に優れる断熱材を必要に応じて配置して、吸熱基板５４と放熱基板５６との間の熱干渉を妨げるようにすることは妨げない。
【００８２】
以上の構成を備えた熱電変換素子５１には、吸熱基板５４と熱電導体５２、５３との接合部で吸熱が起こり、放熱基板５６と熱電導体５２、５３との接合部で発熱が起こるように直流が印加される。図２４（Ｂ）に示すように熱電変換素子５１は、吸熱基板５４に冷却対象物１５を熱伝導可能に接続し、放熱基板５６に、ヒートシンクなどの放熱体１６を熱伝導可能に接続して使用される。
【００８３】
前記熱電変換素子５１では、吸熱基板５４の電極配設面５４ａに対して放熱基板５６の電極配設面５６ａが対向しないように、吸熱基板５４と放熱基板５６とを例えば同一平面上でずらした配置として、放熱基板５６から吸熱基板５４へは中間基板６１を通して熱輸送が可能に作られている。このように放熱基板５６から吸熱基板５４に至る伝熱経路（第６実施形態では左右２組の各熱電導体５２、５３群と中間基板６１とで作られる。）が長いので、吸熱基板５４への熱伝導を抑制可能である。
【００８４】
これにより、放熱基板５６とこれに接合された各熱電導体５２、５３との接合部で発熱に伴い吸熱基板５４が昇温することが抑制される。この場合、吸熱基板５４に対向している中間基板６１の一端部は発熱するが、放熱基板５６に対向している中間基板６１の他端部は吸熱する。そして、中間基板６１と各熱電導体５１、５２との間には異種材料間での熱抵抗があるのに比較して、このような熱抵抗は単一材料の中間基板６１ではないので、中間基板６１内での温度は速やかに平均化される。これにより、中間基板６１の温度が、低温の吸熱基板５４と高温の放熱基板５６との間の中間温度となる。したがって、中間基板６１を介しての放熱基板５６の昇温抑制が可能である。
【００８５】
しかも、既述のように電極配設面５４ａと電極配設面５６ａとが非対向であることに伴い、放熱基板５４と吸熱基板５６とはそれらの互いに接近した端面５４ｂ、５６ｂで対向するが、この対向面積は電極配設面同士が重なり合うように対向する場合に比較して遥かに小さい。これにより、放熱基板５６を下側に位置させるとともに吸熱基板５４を上側に位置させた姿勢で熱電変換素子５１を使用する場合にも、対流によって吸熱基板５４が昇温することが抑制される。
【００８６】
以上の理由により吸熱基板５４の吸熱効率の向上が可能となり、冷却対象物１５を効率よく冷却可能である。これに伴い、放熱基板５６に取付けられる放熱体の配置や設計などの制約も少なくなるので、前記構成の熱電変換素子５１を適用した冷却装置などの適用物の設計の自由度を高めることが可能である。
【００８７】
更に、前記構成の熱電変換素子５１を冷却装置に適用した例では、冷却対象物１５が取付けられた吸熱基板５４と放熱体１６が取付けられた放熱基板５６とは互いの厚み方向に重なり合うことがないので、例えば図２４（Ｂ）中Ａで示す寸法は、前記冷却装置で代表する適用物の厚みを増やす因子とはならない。このように前記構成の熱電変換素子５１はこれを備えて吸放熱をする適用物の薄型化に貢献できる。
【００８８】
（第７〜第１１実施形態）
次に、本発明の第７〜第１１の各実施形態を説明する。これらの実施形態は、基本的に第６実施形態と同じであるので、第６実施形態と同様な構成については同じ符号を付してその説明を省略し、以下第６実施形態とは異なる点を説明する。
【００８９】
図２５（Ａ）に本発明の第７実施形態における熱電変換素子５１の上面図を、図２５（Ｂ）に矢印Ｆ１３から見た側面図を示す。図２５に示す熱電変換素子５１では、放熱基板５６に、四角形の中間基板６１の四周に沿う四角環状をなすものを使用しており、これは中間導電基６１の周部に四角環状の領域ロに収まる熱電導体５２、５３群を挟んで配置されている。更に、吸熱基板５４には、その外周の端面５４ｂと放熱基板５６の内周の端面５６ｂとの間にギャップＧを設けて入り得る大きさの四角形のものを使用しており、これは中間基板６１の中央部に領域イに収まる他の熱電導体５２、５３群を挟んで配置されている。以上の説明以外の構成は第６実施形態と同じである。
【００９０】
なお、第７実施形態は、吸熱基板５４を四角環状とするとともに、この内側に四角形状の放熱基板５６を収めて実施することもできる。更に、中間基板６１及び、その周部より内側に対向して配置される一方の基板は、四角形に制約されず例えば円形でもよい。これに応じて中間基板６１の周部に対向して配置される他方の基板も、四角環状に制約されず、円形環状など所望の環状にできる。
【００９１】
この第７実施形態の熱電変換素子５１においても、吸熱基板５４と放熱基板５６とが、夫々の電極配設面５４ａ、５６ａを対向しないようにずらして配置されているので、第６実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、吸熱基板５４が放熱基板５６で囲まれるので、吸熱基板５４の低温の熱が周囲に漏れにくくすることが可能である。
【００９２】
次に、図２６（Ａ）に本発明の第８実施形態における熱電変換素子５１の上面図を、図２６（Ｂ）にその側面図を示す。図２６に示す熱電変換素子５１では、四角形の中間基板６１の中央部に対向してこの基板６１の幅方向略全体にわたって延びる吸熱基板５４を配置して、これらの間に熱電導体５２、５３群を挟んでいる。放熱基板５６は一対使用され、これらは、中間基板６１の幅方向略全体にわたって延びる長さを有していて、吸熱基板５４の両側に位置して中間基板６１との間に他の熱電導体５２、５３群を挟んで配置されている。以上の説明以外の構成は第６実施形態と同じである。
【００９３】
この第８実施形態の熱電変換素子５１においても、吸熱基板５４と放熱基板５６とが、夫々の電極配設面５４ａ、５６ａを対向しないようにずらして配置されているので、第６実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、吸熱基板５４の両側を放熱基板５６で囲んでいるので、吸熱基板５４の低温の熱が周囲に漏れにくくすることが可能である。
【００９４】
次に、図２７（Ａ）に本発明の第９実施形態における熱電変換素子５１の上面図を、図２７（Ｂ）にその側面図を示す。図２７に示す熱電変換素子５１では、放熱基板５６から吸熱基板５４への伝熱経路が一対の第１中間基板６５、６６と、例えば１枚の第２中間基板６７とを有している。各中間基板６６〜６７の一面からなる電極配設面６１ａには、夫々所定のパターンで電極６２が設けられている。
【００９５】
一方の第１中間基板６５は、その幅方向一端部を吸熱基板５４に対向させて配置され、これら両基板５４、６５間には熱電導体５２、５３群がＰＮ接合して挟まれている。他方の第１中間基板６６は、その幅方向一端部を放熱基板５６に対向させて配置され、これら両基板５６、６６間には他の熱電導体５２、５３群がＰＮ接合して挟まれている。
【００９６】
第２中間基板６７は、吸熱基板５４と放熱基板５６との間に配設されていて、第１中間基板６５、６６の各他端部に対向している。中間基板６５、６７間に他の熱電導体５２、５３群がＰＮ接合して挟まれているとともに、中間基板６６、６７間に他の熱電導体５２、５３群がＰＮ接合して挟まれている。なお、図２７（Ａ）中符号ハ及びニは中間基板６５、６７間及び中間基板６６、６７間に挟まれる熱電導体５２、５３群が配設された領域を示している。
【００９７】
領域イ〜ニの各熱電導体５２、５３群は、中間基板６５〜６７の導体パターン（図示しない）を介して電気的に直列に接続することもできるが、図２７（Ｂ）に示すように第８実施形態では、一方の第１中間基板６５上で互いに直列に導通している各熱電導体５２、５３群と、他方の第１中間基板６６上で互いに直列に導通している各熱電導体５２、５３群とを、電気的に並列に接続している。なお、図２７（Ｂ）中符号６８は各熱電導体５２、５３群に直流を印加する直流電源を示している。
【００９８】
このように吸熱基板５４側と放熱基板５６側とを並列にして直流を印加する構成は、投入電力は増えるが、通電に対する電気的抵抗が減るので、吸熱基板５４での吸熱特性をより高めることができる点で好ましい。以上の説明以外の構成は第６実施形態と同じである。
【００９９】
この第９実施形態の熱電変換素子５１においても、吸熱基板５４と放熱基板５６とが、夫々の電極配設面５４ａ、５６ａを対向しないようにずらして配置されているので、第６実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、３枚以上の中間基板６５〜６６を用いたことで、放熱基板５６から吸熱基板５４への伝熱経路をより長く確保できる。加えて、放熱基板５６と吸熱基板５４との間に少なくとも１枚の中間基板６６が配置されて放熱基板５６と吸熱基板５４とが遠ざかる。したがって、吸熱基板５４での吸熱性能をより向上することが可能である。
【０１００】
図２８に示す本発明の第１０実施形態の熱電変換素子５１では、中間基板６１に対する吸熱基板５４と放熱基板５６との熱電導体５２、５３の軸方向に沿う位置を夫々異ならせている。図示の例では、吸熱基板５４の方をより遠く中間基板６１の電極配設面６１ａから離しているが、これは逆であってもよい。以上の説明以外の構成は第６実施形態と同じである。
【０１０１】
この第１０実施形態の熱電変換素子５１においても、吸熱基板５４と放熱基板５６とが、夫々の電極配設面５４ａ、５６ａを対向しないようにずらして配置されているので、第６実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、第１０実施形態では吸熱基板５４と放熱基板５６の中間基板６１に対する離間位置が異なるので、その位置差が明らかな場合には、両基板５４、５６の位置の識別をし易くすることが可能となる等の点で優れている。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明の熱電変換素子によれば、放熱基板から吸熱基板に至る熱伝導が抑制されて吸熱効率の向上が可能であり、対流が吸熱性能に影響する場合にも、放熱基板と吸熱基板との対向面積が小さく前記影響が小さいので、吸熱効率の向上が可能となる。更に、吸熱基板と放熱基板とは、互いの厚み方向に重なり合わないので、本発明の熱電変換素子を冷却装置等に適用する場合、適用物の薄型化に適する。
【０１０３】
又、本発明の熱電変換素子の製造方法は、吸熱効率の向上を可能とするともに、適用物の薄型化に適する熱電変換素子を作るのに適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態の熱電変換素子を示す平面図。（Ｂ）は図１（Ａ）中矢印Ｆ１方向から熱電変換素子を示す矢視図。
【図２】（Ａ）は本発明の第２実施形態の熱電変換素子を示す平面図。（Ｂ）は図２（Ａ）中矢印Ｆ２方向から熱電変換素子を示す矢視図。（Ｃ）は図２（Ａ）中矢印Ｆ３−Ｆ３線に沿って示す熱電変換素子の断面図。
【図３】図２の熱電変換素子の製造時に作られる積層体を例示する斜視図。
【図４】（Ａ）は図２の熱電変換素子の製造時に作られるユニットを例示する平面図。（Ｂ）は図４（Ａ）中矢印Ｆ４方向からユニットを示す矢視図。（Ｃ）は図４（Ａ）のユニットに使用される吸熱基板を示す平面図。（Ｄ）は図４（Ａ）のユニットに使用される放熱基板を示す平面図。
【図５】（Ａ）は図４（Ａ）のユニットに切欠きが入れられた状態を例示する平面図。（Ｂ）は図５（Ａ）中矢印Ｆ５−Ｆ５線に沿って示すユニットの断面図。
【図６】（Ａ）は切欠きが入れられた図５（Ａ）のユニットに取付けられる他の吸熱基板を示す平面図。（Ｂ）は切欠きが入れられた図５（Ａ）のユニットに取付けられる他の放熱基板を示す平面図。
【図７】（Ａ）は本発明の第３実施形態の熱電変換素子を示す平面図。（Ｂ）は図７（Ａ）中矢印Ｆ６方向から熱電変換素子を示す矢視図。（Ｃ）は図７（Ａ）中矢印Ｆ７−Ｆ７線に沿って示す熱電変換素子の断面図。
【図８】図７の熱電変換素子の製造時に作られる積層体を例示する斜視図。
【図９】（Ａ）は図７の熱電変換素子の製造時に作られるユニットを例示する平面図。（Ｂ）は図９（Ａ）中矢印Ｆ８方向からユニットを示す矢視図。（Ｃ）は図９（Ａ）のユニットに使用される吸熱基板を示す平面図。（Ｄ）は図９（Ａ）のユニットに使用される放熱基板を示す平面図。
【図１０】（Ａ）は本発明の第４実施形態の熱電変換素子を示す平面図。（Ｂ）は図１０（Ａ）の熱電変換素子を示す右側面図。
【図１１】図１０の熱電変換素子の製造時に作られる積層体を例示する斜視図。
【図１２】図１０の熱電変換素子の製造時に作られる積層ユニットを示す側面図。
【図１３】（Ａ）は図１０の熱電変換素子の製造時に作られる第１ユニットを例示する平面図。（Ｂ）は図１３（Ａ）中矢印Ｆ９方向から第１ユニットを示す矢視図。（Ｃ）は図１３（Ａ）の第１ユニットに使用される吸熱基板を示す平面図。（Ｄ）は図１３（Ａ）の第１ユニットに使用される放熱基板を示す平面図。
【図１４】（Ａ）は図１０の熱電変換素子の製造時に作られる第２ユニットを例示する平面図。（Ｂ）は図１４（Ａ）中矢印Ｆ１０方向から第２ユニットを示す矢視図。（Ｃ）は図１４（Ａ）の第２ユニットに使用される吸熱基板を示す平面図。（Ｄ）は図１４（Ａ）の第２ユニットに使用される放熱基板を示す平面図。
【図１５】（Ａ）は図１０の熱電変換素子の製造時に作られる切欠き入りの積層ユニットを例示する平面図。（Ｂ）は同積層ユニットを示す左側面図。
【図１６】（Ａ）は図１０の熱電変換素子の熱入出端に設けられる終端の吸熱基板を示す平面図。（Ｂ）は図１０の熱電変換素子の熱入出端に設けられる終端の放熱基板を示す平面図。
【図１７】（Ａ）は本発明の第５実施形態の熱電変換素子を示す平面図。（Ｂ）は図１７（Ａ）の熱電変換素子を示す左側面図。
【図１８】図１７の熱電変換素子の製造時に作られる積層体を例示する斜視図。
【図１９】（Ａ）は図１７の熱電変換素子の製造時に作られるユニットを例示する平面図。（Ｂ）は図１９（Ａ）中矢印Ｆ１１方向からユニットを示す矢視図。（Ｃ）は図１９（Ａ）のユニットに使用される吸熱基板を示す平面図。（Ｄ）は図１９（Ａ）のユニットに使用される放熱基板を示す平面図。
【図２０】図１７の熱電変換素子の製造時に作られる積層ユニットを例示する側面図。
【図２１】（Ａ）は図２０の積層ユニットに切欠きが入れられた状態を例示する平面図。（Ｂ）は図２０（Ａ）の積層ユニットを示す左側面図。（Ｃ）は図２０（Ａ）の積層ユニットを示す右側面図。
【図２２】図２１の積層ユニットに側面電極が装着された状態を示す側面図。
【図２３】（Ａ）は図１７の熱電変換素子に使用される終端の吸熱基板を示す平面図。（Ｂ）は図１７の熱電変換素子に使用される終端の放熱基板を示す平面図。
【図２４】（Ａ）は本発明の第６実施形態の熱電変換素子を例示する平面図。（Ｂ）は図２４（Ａ）中矢印Ｆ１２方向から熱電変換素子を示す矢視図。（Ｃ）は図２４（Ａ）の熱電変換素子を示す側面図。
【図２５】（Ａ）は本発明の第７実施形態の熱電変換素子を例示する平面図。（Ｂ）は図２５（Ａ）中矢印Ｆ１３方向から熱電変換素子を示す矢視図。
【図２６】（Ａ）は本発明の第８実施形態の熱電変換素子を例示する平面図。（Ｂ）は図２６（Ａ）の熱電変換素子を示す側面図。
【図２７】（Ａ）は本発明の第９実施形態の熱電変換素子を例示する平面図。（Ｂ）は図２７（Ａ）中矢印Ｆ１４方向から熱電変換素子を示す矢視図。
【図２８】本発明の第１０実施形態の熱電変換素子を例示する平面図。
【符号の説明】
１、５１…熱電変換素子
２、５２…Ｐ型熱電導体
３、５３…Ｎ型熱電導体
４…第１吸熱基板
５…第２吸熱基板
６…第１放熱基板
７…第２放熱基板
４ａ〜７ａ…電極配設面
４ｂ〜７ｂ…端面
８〜１１…電極
１５…冷却対象物
１６…放熱体
２０…べた層
２０ａ…接合部
２１…切欠き
２２…Ｐ型熱電導体基板
２３…Ｎ型熱電導体基板
２４…積層体
２５…スライス片
２６、２８…ユニット
３０…積層ユニット
３２…第１ユニット要素
３３…第２ユニット要素
３４…スルーホール（導電手段）
３５…吸熱基板
３６…放熱基板
３５ａ、３６ａ…電極配設面
３８、４０…電極
５４…吸熱基板
５６…放熱基板
５４ａ、５６ａ…電極配設面
５４ｂ、５６ｂ…端面
５８、６０…電極
６１…中間基板
６１ａ…電極配設面
６５、６６、６７…中間基板

Claims (8)

1. 電極が設けられた電極配設面を有する複数の基板と、前記電極を介してＰＮ接合されたＰ型及びＮ型の熱電導体とを備える熱電変換素子において、前記各基板の内で吸熱に用いられる吸熱基板と放熱に用いられる放熱基板とを夫々の電極配設面が対向しないようにずらして配置した熱電変換素子。
2. 電極が設けられた電極配設面を有する吸熱基板と、
   電極が設けられた電極配設面を有し、この電極配設面が前記吸熱基板の電極配設面と対向しないように前記吸熱基板に対してずらして配置された放熱基板と、両端部を前記両基板の各電極に個別に接合して前記両基板にわたって設けられたＰ型熱電導体と、
   両端部を前記両基板の各電極に個別に接合して前記両基板にわたって設けられ前記Ｐ型熱電導体と平行に並べられたＮ型熱電導体と、
   を具備した熱電変換素子。
3. 単層構造をなしている請求項２記載の熱電変換素子。
4. 積層構造をなしているとともに、積層方向に隣り合う熱電導体のうち少なくとも一対が導電手段により電気的に接続されている請求項２記載の熱電変換素子。
5. 電極が設けられた電極配設面を有する吸熱基板と、
   電極が設けられた電極配設面を有し、この電極配設面が前記吸熱基板の電極配設面と対向しないように前記吸熱基板に対してずらして配置された放熱基板と、電極が設けられた電極配設面を有し、この電極配設面の一部を前記吸熱基板及び前記放熱基板の電極配設面に対向させて配置された中間基板と、
   相対向する前記吸熱基板と前記中間基板との間、及び相対向する前記放熱基板と前記中間基板との間に夫々挟まれて、これら相対向する基板にそれらの電極を介してＰＮ接合されたＰ型及びＮ型の熱電導体と、
   を具備した熱電変換素子。
6. 電極が設けられた電極配設面を有する吸熱基板と、
   電極が設けられた電極配設面を有し、この電極配設面が前記吸熱基板の電極配設面と対向しないように前記吸熱基板に対してずらして配置された放熱基板と、
   電極が設けられた電極配設面を有し、この電極配設面を前記吸熱基板又は前記放熱基板の電極配設面に対向させて配置された第１中間基板と、
   電極が設けられた電極配設面を有し、この電極配設面の一部を前記第１中間基板の電極配設面に対向させて前記吸熱基板と前記放熱基板との間に配置された第２中間基板と、
   相対向する前記吸熱基板と前記第１中間基板との間、及び相対向する前記放熱基板と前記第１中間基板との間に夫々挟まれて、これら相対向する基板にそれらの電極を介してＰＮ接合されるＰ型及びＮ型の第１熱電導体と、
   相対向する前記第１、第２の中間基板間に挟まれて、これら相対向する基板にそれらの電極を介してＰＮ接合されたＰ型及びＮ型の第２熱電導体と、
   を具備した熱電変換素子。
7. 前記各熱電導体の軸方向に沿って前記吸熱基板と前記放熱基板の位置が異なっている請求項５又は６に記載の熱電変換素子。
8. Ｐ型熱電導体基板とＮ型熱電導体基板とを接合し交互に積層した積層体を形成し、この積層体をスライスして所定厚みのスライス片を得る工程と、
   電極を有した第１吸熱基板及び第１放熱基板を前記スライス片の幅方向両端部に個別に接合して、前記スライス片が有する前記各熱電導体と前記各電極とを電気的に接続してなる少なくとも一層のユニットを得る工程と、
   このユニットの幅方向に延びる切欠きを前記ユニットに対し前記幅方向の両側から交互に入れて、前記Ｐ型熱電導体とＮ型熱電導体との接合部の大半を切除し、残された接合部を介して前記Ｐ型熱電導体とＮ型熱電導体とを蛇行状に連続させる工程と、
   電極を有し、前記切欠きが入れられたユニットを前記第１吸熱基板及び第１放熱基板との間に挟む第２吸熱基板及び第２放熱基板を、前記第１吸熱基板及び第１放熱基板に対応させて前記切欠きが入れられたユニットの幅方向両端部に個別に接合して、前記各熱電導体と前記各電極とを電気的に接続する工程と、
   を具備する熱電変換素子の製造方法。

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