JP2004281928A

JP2004281928A - 積層熱電素子およびその製造方法

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Publication number: JP2004281928A
Application number: JP2003074310A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Sekine; 正好関根
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】小型化や製造効率の向上が可能になる積層熱電素子を提供すること。
【解決手段】複数のＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２との一方の面に薄膜状の絶縁層１３ａ，１３ｂを形成し、このＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とを間に絶縁層１３ａ，１３ｂを介在させて交互に積層して積層熱電素子１０を構成した。そして、隣接する一対のＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２との端面どうしを電極１４ａ，１４ｂで交互に接続していくことにより、複数のＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とをすべて電気的に接続した。また、隣接する一対のＰ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２との端部どうしの接続を、Ｐ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２との端部側部分において対向する面を直接接合させることによって行った。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電気変換を行う積層熱電素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱電気変換の一つであるペルチェ効果を利用して熱変換を行う熱電モジュールが加熱・冷却装置等に用いられている。この熱電モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれチップからなる熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより固定して構成されている。このような熱電モジュールの中に、小型化や製造効率の向上等を目的として、Ｐ型熱電半導体、Ｎ型熱電半導体および絶縁材をそれぞれシート状に形成して各シートを交互に積層して構成した積層熱電素子がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この積層熱電素子では、Ｐ型熱電半導体、Ｎ型熱電半導体および絶縁材を構成する各シートが、スラリー状の材料をロールを用いてシート状にすることによって形成され、これらの各層を交互に積層したのちに焼結処理することにより一体化している。そして、積層された積層体の側面（各シートの端面）におけるそれぞれ隣り合ったＰ型熱電半導体とＮ型熱電半導体との端面を交互に電極で接続することにより、すべてのＰ型熱電半導体とＮ型熱電半導体とを電気的に接続している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１２１８１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した積層熱電素子では、チップ状の熱電素子を用いた熱電モジュールと比較すると大幅な小型化や製造効率の向上が可能になっているが、さらに改良が望まれていた。特に、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シート間を絶縁するための絶縁材もロールによってシート状に形成されているため、絶縁材の厚みを一定値以下にすることができないという問題や、積層熱電素子の製造工程がまだ煩雑であるという問題がある。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、小型化や製造効率の向上が可能になる積層熱電素子を提供することである。
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる積層熱電素子の構成上の特徴は、少なくとも一方の面に薄膜状の絶縁層が形成された複数のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを間に絶縁層を介在させて交互に積層し、隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部どうしを交互に接続していくことにより、複数のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとをすべて電気的に接続したことにある。
【０００８】
本発明の積層熱電素子では、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの間を絶縁する絶縁層を、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの所定の面に形成した薄膜で構成している。このため、絶縁層を任意の厚みの薄膜に形成することが可能になり、さらに積層熱電素子の小型化が図れる。また、絶縁層は、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとのそれぞれの両面に形成してもよいが、一方のみに形成して、絶縁層を挟んでＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを交互に積層することによりさらに積層熱電素子の小型化が図れる。
【０００９】
また、本発明にかかる積層熱電素子の他の構成上の特徴は、隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部どうしの接続が、一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの両端面に掛かる電極を取り付けることにより行われていることにある。これによると、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとで構成される積層体の側面における隣り合った各一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端面に交互に電極を取り付けるため、それぞれのＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの電気的接続を簡単な方法で確実に行える。この場合の電極の取り付けはメッキやハンダ付けによって行うことができる。
【００１０】
また、本発明にかかる積層熱電素子のさらに他の構成上の特徴は、隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部どうしの接続が、一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部側部分に絶縁層を形成せず、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部側部分において対向する面を直接接合させることにより行われていることにある。これによると、それぞれのＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの電気的接続を、対向するＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの一部を直接接合させることにより行うため、電極が不要になる。このため、積層熱電素子の構造を簡略化できる。
【００１１】
また、本発明にかかる積層熱電素子の製造方法の構成上の特徴は、Ｐ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＰ型熱電半導体シート成形工程と、Ｎ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＮ型熱電半導体シート成形工程と、Ｐ型熱電半導体シート成形工程とＮ型熱電半導体シート成形工程とで成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとのそれぞれの少なくとも一方の面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、Ｐ型熱電半導体シート成形工程とＮ型熱電半導体シート成形工程とにおいて成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シート、または絶縁層形成工程において絶縁層が形成された絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートとを乾燥して脱脂する脱脂工程と、絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを所定の形状に切断する切断工程と、切断工程において所定の形状に切断された絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを間に絶縁層を介在させて交互に積層する積層工程と、積層工程において形成された積層体を焼結して一体化する焼結工程と、焼結工程において焼結された積層体におけるそれぞれ隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端面に交互に電極を取り付けることにより、すべてのＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを電気的に接続する電極取付け工程とを備えたことにある。
【００１２】
本発明にかかる積層熱電素子の製造方法によれば、絶縁層形成工程において、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとのそれぞれの少なくとも一方の面に絶縁層を形成するようにしている。この場合、絶縁層の形成は、液状にした絶縁材料をスプレーでＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの所定の面に塗布したり、液状にした絶縁材料内にＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを入れてその表面に付着させたりすることによって行える。これによって、簡単な方法で、厚みの小さな絶縁層が形成でき、積層熱電素子の小型化が図れる。
【００１３】
また、本発明にかかる積層熱電素子の製造方法の他の構成上の特徴は、Ｐ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＰ型熱電半導体シート成形工程と、Ｎ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＮ型熱電半導体シート成形工程と、Ｐ型熱電半導体シート成形工程とＮ型熱電半導体シート成形工程とで成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとのそれぞれの少なくとも一方の面に所定の一部を除いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、Ｐ型熱電半導体シート成形工程とＮ型熱電半導体シート成形工程とにおいて成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シート、または絶縁層形成工程において絶縁層が形成された絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートとを乾燥して脱脂する脱脂工程と、絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを所定の形状に切断する切断工程と、切断工程において所定の形状に切断された絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを間に絶縁層を介在させて交互に積層する積層工程と、積層工程において形成された積層体を焼結して一体化する焼結工程とを備えたことにある。
【００１４】
本発明にかかる積層熱電素子の製造方法によれば、絶縁層形成工程において、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとのそれぞれの少なくとも一方の面に所定の一部を除いて絶縁層を形成するようにしている。そして、積層工程において、絶縁層が設けられていない部分でＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを接合させた状態で、Ｐ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを積層させて構成した積層体を焼結工程において焼結して一体化するようにしている。このため、電極取付け工程が不要になり、積層熱電素子の製造がさらに簡略化できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施形態による積層熱電素子１０を示している。積層熱電素子１０は、シート状に形成されたビスマス・テルル系の合金からなる複数のＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とが、交互に積層されて構成されており、各Ｐ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２との各間には、アルミナからなる絶縁層１３ａ，１３ｂが形成されている。そして、図１に示した積層熱電素子１０の上面における隣り合った一対のＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とにそれぞれニッケルからなる電極１４ａがメッキによって形成されている。
【００１６】
すなわち、図１における右端のＰ型熱電半導体シート１１とその隣に位置するＮ型熱電半導体シート１２との上端面が一つの電極１４ａで接続され、図１における右端から２番目のＰ型熱電半導体シート１１とその左隣に位置するＮ型熱電半導体シート１２との上端面が一つの電極１４ａで接続されている。このようにして順次隣り合った一対のＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２との上端面が電極１４ａによって電気的に接続されている。
【００１７】
また、図１に示した積層熱電素子１０の下面における隣り合った一対のＮ型熱電半導体シート１２とＰ型熱電半導体シート１１とには電極１４ａと同様の電極１４ｂがメッキによって形成されている。すなわち、図１における右端から１番目のＮ型熱電半導体シート１２とその左隣に位置するＰ型熱電半導体シート１１との下端面が一つの電極１４ｂで接続され、順次隣り合った一対のＮ型熱電半導体シート１２とＰ型熱電半導体シート１１との下端面が電極１４ｂによって電気的に接続されている。このためすべてのＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とが、電極１４ａ，１４ｂによって電気的に接続されている
【００１８】
また、積層熱電素子１０の左右両端にそれぞれ配置されたＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２との前方の端部には、リード線１５ａ，１５ｂが取り付けられ、外部から通電可能になっている。このリード線１５ａ，１５ｂは、それぞれハンダ付けによって、Ｐ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とに接続されている。このハンダ付けは、Ｐ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２との所定部分にハンダ付け用金属層を形成して、この金属層にリード線１５ａ，１５ｂを接合することによって行ってもよい。
【００１９】
この場合のハンダ付け用金属層の形成は、銀ペーストの層を塗布、印刷または吹き付け等で全面もしくは一部に形成し、これを乾燥、焼成（６００℃の不活性ガス雰囲気中で）することによって行ったり、スパッタリングまたはメッキ等によって、下層から順に、０．５μｍの銅層、０．１μｍのニッケル層および０．０５μｍの金層の３層を形成することによって行ったりする。
【００２０】
なお、積層熱電素子１０は、縦横の長さがそれぞれ８ｍｍで、高さが１．５ｍｍに設定されている。また、絶縁層１３ａを含むＰ型熱電半導体シート１１および絶縁層１３ｂを含むＮ型熱電半導体シート１２の厚みは、ともに１００μｍに設定されている。また、Ｐ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とは、隣り合った１個のＰ型熱電半導体シート１１と１個のＮ型熱電半導体シート１２とを１対として、４０対で構成されている。また、Ｐ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とは、ともにビスマス・テルル系の合金からなっているが、その組成は若干異なっている。
【００２１】
つぎに、以上にように構成された積層熱電素子１０の製造方法について説明する。積層熱電素子１０は、図２に示した各工程によって製造される。まず、スラリー形成工程においては、粉末状の熱電材料をイソプロピルアルコール等からなる溶剤とミキサーで混合してスラリー状にしてこれを成形材料（図３参照）１６とする。つぎに、図３に示したシート成形機２０を用いてドクターブレード法によるシート成形を行う。
【００２２】
シート成形機２０は、ローラ２１の回転駆動によって台部２２の上面で移動可能なキャリアベルト２３と、台部２２の上面に設置されスラリー状の成形材料１６を収容する収容部２４とを備えている。そして、収容部２４のローラ２１側の側壁は、上下方向に位置調節が可能になったブレード２５で構成されている。このブレード２５の下端部は、下方に向って先細りになった鋭角（断面形状の下端部の角度）の刃状に形成されている。また、ブレード２５の下端部とキャリアベルト２３の上面との間の隙間は、１０μｍまで狭めることができる。
【００２３】
シート成形工程においては、成形材料１６を収容部２４内に入れてブレード２５の高さ調節をし、ローラ２１を回転駆動させる。これによって、成形材料１６はブレード２５の下端部を通過して所定の厚みのシート１６ａになって、キャリアベルト２３の上面で展延されていく。この操作が、Ｐ型熱電半導体シート１１を形成するための成形材料１６とＮ型熱電半導体シート１２を形成するための成形材料１６とで行われ、双方のシート１６ａが形成される。この際、各シート１６ａは、ブレード２５の下端部によって、均一な厚みに成形される。
【００２４】
つぎに、絶縁層形成工程において、各シート１６ａの一方の面に絶縁層１３ａ，１３ｂを形成する。これは、アルミナからなる粉末の絶縁体と溶剤を混合してペースト状にしたものを各シート１６ａの表面にコーティングすることにより行う。このコーティングは、スプレーによって吹き付けてもよいし、ペースト状の絶縁体の浴槽に各シート１６ａを浸けるようにしてもよい。この場合の絶縁層１３ａ，１３ｂの厚みは、絶縁層としての効果を発揮し得る最低厚み１μｍに近い厚みに設定しておく。
【００２５】
つぎに、脱脂工程において、それぞれ表面に絶縁層１３ａ，１３ｂが形成された各シート１６ａを１００℃の温度で加熱して乾燥する。これによってグリーンシートが完成する。そして、加熱乾燥により脱脂された各シート１６ａを切断工程において、所定の大きさに切断する。これによって、図４（ａ）に示したような表面に絶縁層１３ａ，１３ｂが形成された複数個のＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とが得られる。このＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２とを積層工程において、交互に積層して、図４（ｂ）に示した積層体１７を形成する。この場合、各絶縁層１３ａ，１３ｂがＰ型熱電半導体シート１１とＮ型熱電半導体シート１２との間に位置するようにする。
【００２６】
つぎに、焼結工程において、積層体１７を焼結することにより一体化する。この焼結は、ホットプレス法によって行われ、４５０℃のアルゴン雰囲気中で１ｔｆ／ｃｍ^２の加圧力付加を６０分間続けることによって行う。そして、電極取付け工程において、電極１４ａ，１４ｂの取り付けを行う。この電極取り付けは、図５（ａ）に示した積層体１７の一方の面（図１に示した積層熱電素子１０の上面に対応する面）の絶縁層１３ａ，１３ｂのうちのハッチングで示した絶縁層１３ｂの部分をマスキングして積層体１７の一面にニッケルメッキを施し、図５（ｂ）に示した電極１４ａを形成する。ついで、積層体１７の他方の面に、Ｐ型熱電半導体シート１１またはＮ型熱電半導体シート１２を１個分ずらして電極１４ｂを形成して、図４（ｃ）に示した積層熱電素子１０が得られる。
【００２７】
つぎに、以上のように構成した積層熱電素子１０と、チップを用いた従来の熱電モジュールとに対して比較テストを行った結果について説明する。この比較テストは、積層熱電素子１０および熱電モジュールの加熱側の温度Ｔｈを１００℃に保ち、この温度と冷却側の温度との温度差ΔＴを比較することによって行った。また、比較例としての従来の熱電モジュールは、縦横の長さがそれぞれ８ｍｍで、高さが１．８ｍｍに設定されたものを用いた。また、その熱電モジュールに使用されたチップは３１対で構成されそのサイズは、縦横がそれぞれ０．６４ｍｍで、高さが０．９６ｍｍであった。また、積層熱電素子１０の交流抵抗は、１．５９４ｍΩ、比較例の熱電モジュールの交流抵抗は、１．５９８ｍΩであった。
【００２８】
比較テストの結果は、比較例の熱電モジュールの温度差ΔＴが９９．９℃であったのに対し、積層熱電素子１０の温度差ΔＴは１０１．２℃であった。この結果から、チップを用いた熱電モジュールよりも積層熱電素子１０の方が、熱変換効果が優れていることが分かる。
【００２９】
このように、本実施形態にかかる積層熱電素子１０では、チップでなくシートからなるＰ型熱電半導体シート１１およびＮ型熱電半導体シート１２を用い、さらに絶縁層１３ａ，１３ｂは、それぞれのＰ型熱電半導体シート１１およびＮ型熱電半導体シート１２の一面に塗布された薄膜で構成されている。したがって、積層熱電素子１０を大幅に小型化でき、その性能も優れたものになる。また、Ｐ型熱電半導体シート１１およびＮ型熱電半導体シート１２がドクターブレード法によって形成されるシートであるため、積層熱電素子１０の製造が容易になり、大量生産が可能になる。さらに、大量に生産できるため、シート全体が均一になり性能が安定するようになる。また、成形材料１６の歩留まりも向上する。
【００３０】
図６は、本発明の他の実施形態による積層熱電素子３０を示している。この積層熱電素子３０は、シート状に形成された複数のＰ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２とが、交互に積層されて構成されており、各Ｐ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２との各間には、アルミナからなる絶縁層３３ａ，３３ｂが形成されている。絶縁層３３ａは、図１におけるそれぞれのＰ型熱電半導体シート３１とその左隣に位置するＮ型熱電半導体シート３２との間に設けられている。
【００３１】
そして、絶縁層３３ａの下端部は積層熱電素子３０の下面に露呈しており、上端部は、Ｐ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２との接合部によって閉塞され外部には露呈していない。また、絶縁層３３ｂは、図１におけるそれぞれのＮ型熱電半導体シート３２とその左隣に位置するＰ型熱電半導体シート３１との間に設けられている。そして、絶縁層３３ｂの上端部は積層熱電素子３０の上面に露呈しており、下端部は、Ｎ型熱電半導体シート３２とＰ型熱電半導体シート３１との接合部によって閉塞され外部には露呈していない。
【００３２】
このため、各Ｐ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２とは、絶縁層３３ａの上端側と絶縁層３３ｂの下端側に形成される接合部によって電気的に接続されている。また、積層熱電素子３０の左右両端にそれぞれ配置されたＰ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２との前方の端部には、リード線３５ａ，３５ｂが取り付けられ、外部から通電可能になっている。なお、それ以外のこの積層熱電素子３０を構成する各部分の材質や大きさ等は、前述した積層熱電素子１０の対応する部分と略同一に構成されている。
【００３３】
以上にように構成された積層熱電素子３０は、図７に示した各工程によって製造される。この場合、スラリー形成工程およびシート成形工程では、前述した積層熱電素子１０の製造における対応する工程と同じ処理を行って各シートを成形する。そして、絶縁層形成工程において、各シートの一方の面に絶縁層３３ａ，３３ｂを形成する。この際、各シートの一方の縁部側部分には絶縁層３３ａ，３３ｂを形成せずシートの表面を露呈させておく。この場合の絶縁層３３ａ，３３ｂを形成しない部分の幅は、３０μｍ程度に設定しておく。また、絶縁層３３ａ，３３ｂを形成する前に、各シートの絶縁層３３ａ，３３ｂ形成部分を研磨して段差を設けておいてもよい。これによると後に行う焼結工程での一体化処理が効果的に行える。
【００３４】
つぎに、脱脂工程において、それぞれ表面に絶縁層３３ａ，３３ｂが形成された各シートを加熱して乾燥する。そして、加熱乾燥により脱脂された各シートを切断工程において、所定の大きさに切断する。この場合、図８（ａ）に示したように、複数個のＰ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２の表面に形成された絶縁層３３ａ，３３ｂの位置が互い違いになるようにして各シートの切断を行う。
【００３５】
そして、切断によって得られたＰ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２とを積層工程において、交互に積層して、図８（ｂ）に示した積層体３７を形成する。この場合、各絶縁層３３ａ，３３ｂがＰ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２との間に位置するようにするとともに、Ｐ型熱電半導体シート３１とＮ型熱電半導体シート３２との接合部分が図示の左右に交互に位置するようにする。つぎに、焼結工程において、積層体３７を焼結することにより一体化して積層熱電素子３０が得られる。この焼結は前述したホットプレス法によって同一条件で行われる。
【００３６】
以上のようにして製造された積層熱電素子３０を用いて前述した比較テストと同様のテストを行ったところ積層熱電素子３０の交流抵抗は、１．５７８ｍΩで、温度差ΔＴは１０１．４℃であった。この結果から、チップを用いた従来の熱電モジュールよりも積層熱電素子３０の方が、熱変換効果が優れていることが分かる。また、このように構成したため、積層熱電素子３０では、電極が不要になり、構造の簡略化や製造工程の省略化が図れる。それ以外の作用効果については、前述した積層熱電素子１０の作用効果と同様である。
【００３７】
また、前述した各実施形態では、脱脂工程の前に、絶縁層形成工程の処理を行っているが、この絶縁層形成は、脱脂工程の後に行ってもよい。これによっても積層熱電素子１０，３０と同等の性能を有する積層熱電素子を得ることができる。また、前述した各実施形態では、焼結工程における積層体１７，３７の焼結処理をホットプレス法によって行っているが、この処理は、ＨＩＰ法（熱間等方圧加圧法）、ＳＰＳ法（放電プラズマ焼結法）や常温で加圧成形後に常圧焼結を行う方法等によっても行うことができる。
【００３８】
ＨＩＰ法の場合は、４５０℃のアルゴン雰囲気中で１５００気圧の加圧力付加を６０分間続けることによって行う。ＳＰＳ法の場合は、４００℃の真空中で０．４１ｔｆ／ｃｍ^２の加圧力付加を５分間続けることによって行う。また、常温で加圧成形後に常圧焼結を行う方法では、加圧成形を、一軸加圧法によって１ｔｆ／ｃｍ^２の加圧力付加を５分間続けるか、ＣＩＰ法（冷間等方圧加圧法）によって２０００気圧の加圧力付加を６０分間続けることによって行う。そして、常圧焼結は、４５０℃の真空中で１８０分間保持することによって行う。
【００３９】
これらの方法によっても、前述したホットプレス法によって得られた積層熱電素子１０，３０と同等の積層熱電素子を得ることができる。また、前述した積層熱電素子１０，３０の大きさや各部分の大きさは適宜変更実施することができ、Ｐ型熱電半導体シート１１，３１およびＮ型熱電半導体シート１２，３２はそれぞれ目的に応じて１０μｍの厚みにまで薄くすることができる。さらに、前述した各実施形態では、シート１６ａ等の一面にだけ絶縁層１３ａ等を形成するようにしているが、この絶縁層１３ａ等は、シート１６ａ等の両面に形成してもよい。また、積層熱電素子１０，３０を構成する各部分の材質や製造方法等においても本発明の技術的範囲内で適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる積層熱電素子を示す斜視図である。
【図２】図１に示した積層熱電素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】シート成形機を示す概略正面図である。
【図４】図１に示した積層熱電素子の製造状態を示す正面図であり、（ａ）は絶縁層が形成されたＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを示し、（ｂ）はその積層体を示し、（ｃ）は積層熱電素子が製造された状態を示している。
【図５】電極の取り付け状態を示す一部切欠き平面図であり、（ａ）は積層体における電極形成面を示し、（ｂ）は電極を形成した状態を示している。
【図６】本発明の他の実施形態によるよる積層熱電素子を示す斜視図である。
【図７】図６に示した積層熱電素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】図６に示した積層熱電素子の製造状態を示す正面図であり、（ａ）は絶縁層が形成されたＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを示し、（ｂ）はその積層体を示している。
【符号の説明】
１０，３０…積層熱電素子、１１，３１…Ｐ型熱電半導体シート、１２，３２…Ｎ型熱電半導体シート、１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ…絶縁層、１４ａ，１４ｂ…電極、１６…成形材料、１７，３７…積層体。

Claims

少なくとも一方の面に薄膜状の絶縁層が形成された複数のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを間に前記絶縁層を介在させて交互に積層し、隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部どうしを交互に接続していくことにより、前記複数のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとをすべて電気的に接続したことを特徴とする積層熱電素子。
前記隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部どうしの接続が、前記一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの両端面に掛かる電極を取り付けることにより行われている請求項１に記載の積層熱電素子。
前記隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部どうしの接続が、前記一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端部側部分に絶縁層を形成せず、前記Ｐ型熱電半導体シートと前記Ｎ型熱電半導体シートとの前記端部側部分において対向する面を直接接合させることにより行われている請求項１に記載の積層熱電素子。
Ｐ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＰ型熱電半導体シート成形工程と、
Ｎ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＮ型熱電半導体シート成形工程と、
前記Ｐ型熱電半導体シート成形工程と前記Ｎ型熱電半導体シート成形工程とで成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとのそれぞれの少なくとも一方の面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記Ｐ型熱電半導体シート成形工程と前記Ｎ型熱電半導体シート成形工程とにおいて成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シート、または前記絶縁層形成工程において絶縁層が形成された絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートとを乾燥して脱脂する脱脂工程と、
前記絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを所定の形状に切断する切断工程と、
前記切断工程において所定の形状に切断された前記絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを間に前記絶縁層を介在させて交互に積層する積層工程と、
前記積層工程において形成された積層体を焼結して一体化する焼結工程と、
前記焼結工程において焼結された積層体におけるそれぞれ隣接する一対のＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとの端面に交互に電極を取り付けることにより、すべてのＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとを電気的に接続する電極取付け工程と
を備えたことを特徴とする積層熱電素子の製造方法。
Ｐ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＰ型熱電半導体シート成形工程と、
Ｎ型熱電半導体シート成形用スラリーをシート状に成形するＮ型熱電半導体シート成形工程と、
前記Ｐ型熱電半導体シート成形工程と前記Ｎ型熱電半導体シート成形工程とで成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シートとのそれぞれの少なくとも一方の面に所定の一部を除いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記Ｐ型熱電半導体シート成形工程と前記Ｎ型熱電半導体シート成形工程とにおいて成形したＰ型熱電半導体シートとＮ型熱電半導体シート、または前記絶縁層形成工程において絶縁層が形成された絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートとを乾燥して脱脂する脱脂工程と、
前記絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを所定の形状に切断する切断工程と、
前記切断工程において所定の形状に切断された前記絶縁層形成Ｐ型熱電半導体シートと絶縁層形成Ｎ型熱電半導体シートを間に前記絶縁層を介在させて交互に積層する積層工程と、
前記積層工程において形成された積層体を焼結して一体化する焼結工程と
を備えたことを特徴とする積層熱電素子の製造方法。