JP2006294931A - 熱電モジュールの製造方法及び熱電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】構造が複雑で耐久性の無い治具を使用する必要がなく、Ｐ型及びＮ型の熱電素子に適した条件で電極と接合ができ、接合部の信頼性が高い熱電モジュールを提供する。
【解決手段】熱電素子ブロック製造工程では、Ｐ型の熱電素子12及びＮ型の熱電素子13の両面に電極14が接合されたＰ型熱電素子ブロック15及びＮ型熱電素子ブロック16が製造される。素子切出し工程では、Ｐ型熱電素子ブロック15及びＮ型熱電素子ブロック16からＰ型熱電素子ユニット17及びＮ型熱電素子ユニット18が切り出される。電極接合工程では、素子切出し工程で切り出された複数のＰ型熱電素子ユニット17及びＮ型熱電素子ユニット18が、互いに隣り合う状態に配置されるとともに、Ｐ型熱電素子ユニット17及びＮ型熱電素子ユニット18が電気的に直列になるように隣り合う電極14同士が接合される。溝加工工程で溝19が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱電モジュールの製造方法及び熱電モジュールに関する。

従来、熱エネルギーと電気エネルギーとの相互変換が可能な熱電変換素子が知られている。この熱電変換素子は、Ｐ型及びＮ型の二種類の熱電変換材料（熱電素子）を用いて構成されており、この二種類の熱電変換材料を電気的に直列に接続し、熱的に並列に配置した構成とされている。この熱電変換素子は、両端子間に電圧を印加すれば、正孔の移動及び電子の移動が起こり、両面間に温度差が発生する（ペルチェ効果）。また、この熱電変換素子は、両面間に温度差を与えれば、やはり正孔の移動及び電子の移動が起こり、両端子間に起電力が発生する（ゼーベック効果）。

１個の熱電変換素子では発生する温度差や起電力が小さいため、図７（ａ）に示すように、複数のＰ型の熱電素子５２と、複数のＮ型の熱電素子５３とが電気的に直列に接続された熱電モジュール５１として使用されている。また、熱電モジュール５１がコンパクトとなるように、熱電素子５２，５３は複数列に配置されている。このような熱電モジュール５１の製造方法として、図７（ｂ）に示すように、熱電素子５２，５３と電極５４とを熱電モジュール製造用治具５５に所定のレイアウトで収容保持させ、放電プラズマ焼結装置により一括して結合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−３３２６４４号公報（明細書の段落［００１３］，［００１４］，［００２３］〜［００２５］、図１，３）

ところが、特許文献１に記載された製造方法では、熱電モジュール製造用治具５５は、熱電素子５２，５３及び電極５４を熱電モジュール５１のとおりの配置に正確に保持する構造が必要となり構造が複雑になる。また、熱電モジュール製造用治具５５は、カーボン材料（黒鉛）製のために耐久性が悪く、欠け等により熱電素子５２，５３及び電極５４を配置した際に位置ずれが発生し易くなる。そのため、熱電モジュール製造用治具５５の頻繁な交換が必要になる。更に、Ｐ型の熱電素子５２及びＮ型の熱電素子５３を同時に電極５４に対して接合するため、Ｐ型の熱電素子５２あるいはＮ型の熱電素子５３のそれぞれにあった条件で電極５４との接合を行うのが難しい。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、構造が複雑で耐久性の無い治具を使用する必要がなく、Ｐ型及びＮ型の熱電素子に適した条件で電極と接合ができ、熱電素子と電極との接合部の信頼性が高い熱電モジュールの製造方法及び熱電モジュールを提供することにある。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、Ｐ型の熱電素子の両面に電極を接合してＰ型熱電素子ブロックを製造するＰ型熱電素子ブロック製造工程と、Ｎ型の熱電素子の両面に電極を接合してＮ型熱電素子ブロックを製造するＮ型熱電素子ブロック製造工程と、前記Ｐ型熱電素子ブロックからＰ型熱電素子ユニットを切り出すＰ型素子切出し工程と、前記Ｎ型熱電素子ブロックからＮ型熱電素子ユニットを切り出すＮ型素子切出し工程とを備えている。また、前記Ｐ型素子切出し工程及び前記Ｎ型素子切出し工程で切り出された複数のＰ型熱電素子ユニットと複数のＮ型熱電素子ユニットを、交互に互いに隣り合う状態に配置するとともに、互いに隣り合う前記Ｐ型熱電素子ユニットと前記Ｎ型熱電素子ユニットが電気的に直列になるように前記Ｐ型熱電素子ユニットの電極と前記Ｎ型熱電素子ユニットの電極を接合する電極接合工程を備えている。

ここで、Ｐ型熱電素子ブロック製造工程及びＮ型熱電素子ブロック製造工程は、前記熱電モジュールの製造工程のラインの一部として設けられる必要はない。即ち、Ｐ型熱電素子ブロック及びＮ型熱電素子ブロックを専門に製造する工場で製造された熱電素子ブロックを使用する場合は、その工場がＰ型熱電素子ブロック製造工程及びＮ型熱電素子ブロック製造工程となる。

この発明では、Ｐ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットは、それぞれ別工程で熱電素子の両面に電極が接合されて形成されたＰ型熱電素子ブロック及びＮ型熱電素子ブロックから切り出される。従って、Ｐ型及びＮ型の熱電素子に適した条件で電極と接合ができ、熱電素子と電極との接合部の信頼性が高くなる。また、電極接合工程において、隣接するＰ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットは、少なくとも接合される電極同士が接して位置決めされた状態で配置される。従って、特許文献１の製造方法のように接合されていない状態の熱電素子及び電極をそれぞれ所定の間隔で位置決め保持するための治具が必要な方法と異なり、Ｐ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットを保持する治具は構造が簡単になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記Ｐ型素子切出し工程及び前記Ｎ型素子切出し工程において、前記Ｐ型熱電素子ユニット及び前記Ｎ型熱電素子ユニットは、それぞれ電極及び熱電素子の互いに対向する端面が同じ面積となるように切り出され、前記電極接合工程の終了後に、直列に接続されたＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子との間に絶縁を確保するための溝加工が行われる。

この発明では、Ｐ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットをＰ型熱電素子ブロックあるいはＮ型熱電素子ブロックから切り出す際、単純な角柱状に切り出せばよく、切出し作業が簡単になる。また、電極接合工程において、Ｐ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットを配置する際の作業も、Ｐ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットが交互に隣接するように配置すればよいため簡単である。電極同士の接合は、溝加工が行われる部分を除いた部分にのみ行えばよいが、溝加工が行われる部分においても接合を行ってもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記Ｐ型素子切出し工程及び前記Ｎ型素子切出し工程において、前記Ｐ型熱電素子ユニット及び前記Ｎ型熱電素子ユニットは、それぞれ電極及び熱電素子の互いに対向する端面のうち、電極の端面の面積が熱電素子の端面の面積より大きくなるように、かつ熱電素子を挟んだ両電極の熱電素子から突出する方向が異なるように切り出され、前記電極接合工程において、前記電極の突出する部分で接合される。

この発明では、Ｐ型素子切出し工程及びＮ型素子切出し工程において、Ｐ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットは、単純な角柱状ではなく、熱電素子を挟んだ一対の電極が、熱電素子の端面から側方に突出し、かつ突出方向が異なるように切り出される。そして、Ｐ型熱電素子ユニット及びＮ型熱電素子ユニットは、電極接合工程において、電極の突出する部分で接合されるため、Ｐ型の熱電素子とＮ型の熱電素子との間における絶縁が確保された状態で互いに電気的に接合される。従って、電極接合工程の後に、Ｐ型の熱電素子とＮ型の熱電素子との間に絶縁を確保するための工程を設ける必要はない。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記Ｐ型熱電素子ブロック製造工程及び前記Ｎ型熱電素子ブロック製造工程において、前記Ｐ型の熱電素子及び前記Ｎ型の熱電素子への前記電極の接合は拡散接合により行われ、前記電極には後工程において除去される部分と対応する箇所に溝が設けられたものが使用される。

この発明では、熱電素子と電極との接合が拡散接合により行われる。熱電素子と電極との接合が半田で行われる熱電モジュールでは、半田が溶融する温度以上の高温では使用できないが、この発明で製造された熱電モジュールでは、それより高温でも使用可能となり、使用目的の自由度が高くなる。また、拡散接合により熱電素子と電極とを接合する際、両者の熱膨張率の差が大きく電極が厚い場合には熱電素子にクラックが入る場合があるが、電極に溝が設けられることにより熱電素子に作用する応力が抑制されてクラックが入り難くなる。また、溝は製品に残らないように形成することができる。

請求項５に記載の発明は、複数のＰ型の熱電素子と複数のＮ型の熱電素子とが交互に間隔をおいて配置されるとともに、隣接するＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子とが電極によって電気的に直列に接続され、かつ熱的に並列に配置された熱電モジュールである。そして、前記隣接するＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子とを接続する各電極は、中間部に接合部が設けられて所定長さに形成されるとともに、両熱電素子を一定間隔で保持するように各熱電素子に接合されている。

この発明の熱電モジュールは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明の製造方法によって製造することができる。

本発明によれば、構造が複雑で耐久性の無い治具を使用する必要がなく、Ｐ型及びＮ型の熱電素子に適した条件で電極と接合ができ、熱電素子と電極との接合部の信頼性が高い熱電モジュールを提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に従って説明する。図１（ａ）は第１の実施形態における熱電モジュールの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における、即ち２列目における断面図である。なお、図面において断面のハッチングを一部省略している。他の実施形態においても同様に断面のハッチングを一部省略している。また、図示の都合上、斜視図と他の図面とで各部の寸法の比が異なる状態で表している。

図１に示すように、熱電モジュール１１は、複数のＰ型の熱電素子１２と複数のＮ型の熱電素子１３とが交互に間隔をおいて配置されるとともに、隣接するＰ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３とが電極１４によって電気的に直列に接続され、かつ熱的に並列に配置されている。隣接するＰ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３とを接続する各電極１４は、中間部に接合部１４ａが設けられて所定長さに形成されるとともに、両熱電素子１２，１３を一定間隔で保持するように各熱電素子１２，１３の端面全体を覆うように接合されている。この実施形態では熱電素子１２，１３は一列ではなく複数列に、かつＰ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３とが互いに隣接するように配置され、電極１４は隣接する電極１４の中心を結ぶ線が蛇行するように配置されている。

Ｐ型の熱電素子１２及びＮ型の熱電素子１３の材料は、特に限定されるものではなく、公知の熱電材料（熱電変換材料）を用いることができる。電極１４には、例えば、Ｃｕ（銅）、Ｃｕ合金、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ合金等を用いることができる。

次に熱電モジュール１１の製造方法を図２及び図３に従って説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は製造工程を示す模式図である。
熱電モジュール１１の製造方法は、熱電素子ブロック製造工程と、素子切出し工程と、電極接合工程と、溝加工工程とを備えている。

熱電素子ブロック製造工程には、Ｐ型の熱電素子１２の両面に電極１４を接合してＰ型熱電素子ブロック１５を製造するＰ型熱電素子ブロック製造工程と、Ｎ型の熱電素子１３の両面に電極１４を接合してＮ型熱電素子ブロック１６を製造するＮ型熱電素子ブロック製造工程とがある。Ｐ型熱電素子ブロック製造工程及びＮ型熱電素子ブロック製造工程はそれぞれ独立して行われる。この実施形態では熱電素子１２，１３と電極１４との接合は拡散接合により行われる。熱電素子１２，１３と電極１４との接合は、例えば、放電プラズマ焼結装置やホットプレス、熱間静水圧プレス等により行われる。そして、熱電素子ブロック製造工程において、図２（ａ）に示すように、Ｐ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６が製造される。Ｐ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６は、熱電素子を構成する材料にもよるが、その形状は偏平な円柱状あるいは偏平な角柱状である。

素子切出し工程には、Ｐ型熱電素子ブロック１５からＰ型熱電素子ユニット１７を切り出すＰ型素子切出し工程と、Ｎ型熱電素子ブロック１６からＮ型熱電素子ユニット１８を切り出すＮ型素子切出し工程とがある。この実施形態では、Ｐ型素子切出し工程及びＮ型素子切出し工程において、図２（ｂ）に示すように、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、それぞれ単純な角柱状に、即ち、電極１４及び熱電素子１２，１３の互いに対向する端面が同じ面積となるように切り出される。Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８の切り出しは、例えば、ダイシングソーやワイヤーソーにより行われる。

電極接合工程は、素子切出し工程で切り出された複数のＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を、各Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８が電気的に直列に接続され、かつ熱的に並列に配置された状態に電極１４を介して接合する工程である。この工程においては、熱電モジュール１１を構成する複数のＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を交互に隣接するように複数列に配置する。このとき、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を互いに接した状態で同一平面上に保持するための治具を使用する。治具は、所定の数のＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を互いに当接した状態で保持する四角形状の凹部を有する。凹部の深さは特に限定されないが、収容及び取出しを簡単にするため、例えば、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８の高さの１／２程度でよい。

電極１４の接合は、同じ熱電素子１２，１３を挟むように設けられた電極１４であっても、熱電素子１２，１３に対して異なる側に配置された電極１４で接合位置が異なる。図３（ａ）は、熱電素子１２，１３を挟んで一方の側、例えば、電極１４同士の接合前に治具の凹部から突出した位置に配置される側の電極１４の接合箇所を示す模式図であり、図３（ｂ）は、他方の側に配置される電極１４の接合箇所を示す模式図である。図３（ａ），（ｂ）において、隣接する電極１４の境界の太線で表された部分が接合部１４ａとなる。接合部１４ａは、熱電素子１２，１３を挟んで一方の側と他方の側とでは１ピッチずつずれている。

電極１４の接合は、一方の側に配置された電極１４に対して先ず行われ、次に電極１４の一部が接合された各熱電素子１２，１３を治具の凹部から取り出して、接合された電極１４側が凹部内に収容されるように反転させた状態で治具の凹部に配置する。そして、他方の側における電極１４の所定箇所を接合する。接合は、例えば、レーザービーム溶接や電子ビーム溶接によって行われる。その結果、図２（ｃ）に示すように、熱電素子１２，１３に対して一方の側（図２（ｃ）における上側）に配置された電極１４と、他方の側（図２（ｃ）における下側）に配置された電極１４とが１ピッチずつずれた状態で相互に接合され、全てのＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８が電気的に直列に接合された状態となる。なお、直列に接続された両端部の熱電素子１２，１３の電極１４には、図１（ａ）に示すように、端子となる電極１４が接続される。

次に、即ち電極接合工程終了後に、溝加工工程が実施される。溝加工工程においては、直列に接続されたＰ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３との間に絶縁を確保するための溝加工が行われる。即ち、図２（ｄ）に示すように、電極１４の接合部１４ａと対向する部分に溝加工が施されて溝１９が形成される。溝加工も、例えば、ダイシングソー又はワイヤーソーで行われる。他にもエンドミルによる切削加工や放電加工で溝加工してもよい。溝加工が、両面から行われて全ての溝加工が完了すると熱電モジュール１１の製造が完了する。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）熱電モジュール１１を構成するＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、それぞれ別工程で熱電素子１２，１３の両面に電極１４が接合されて形成されたＰ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６から切り出される。従って、Ｐ型及びＮ型の熱電素子１２，１３に適した条件で電極１４と接合ができ、熱電素子１２，１３と電極１４との接合部の信頼性が高くなる。

（２）電極接合工程において、隣接するＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、少なくとも接合される電極１４同士が接して位置決めされた状態で治具上に配置される。従って、特許文献１の製造方法のように接合されていない状態の熱電素子及び電極をそれぞれ所定の間隔で位置決め保持するための治具が必要な方法と異なり、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を保持する治具は構造が簡単になる。

（３）Ｐ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６を製造する熱電素子ブロック製造工程において、熱電素子１２，１３と電極１４との接合が拡散接合により行われる。熱電素子と電極との接合が半田で行われる熱電モジュール１１では、半田が溶融する温度以上の高温では使用できない。しかし、この実施形態の熱電モジュール１１では、半田を使用していないため、それより高温でも使用可能となり、使用目的の自由度が高くなる。

（４）Ｐ型素子切出し工程及びＮ型素子切出し工程において、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、単純な四角柱状に切り出されるため、素子切出し工程の切出し作業が簡単になる。

（５）電極接合工程において、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を配置する際、単純な四角柱状のＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８が交互に隣接するように配置すればよいため、配置作業が簡単である。また、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を所定の位置関係に配置する治具の構造も簡単になる。

（６）熱電モジュール１１は、隣接するＰ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３とを直列に接続する各電極１４が、中間部に接合部１４ａが設けられて所定長さに形成されるとともに、両熱電素子１２，１３を一定間隔で保持するように各熱電素子１２，１３に接合されている。従って、製造に際して少なくとも前記（１），（２）の効果が得られる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図４及び図５に従って説明する。この実施形態は、熱電モジュールの各製造工程のうち、素子切出し工程が前記第１の実施形態と大きく異なり、また、電極接合工程の後の溝加工工程がない点も前記第１の実施形態と大きく異なっている。第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４（ａ）はＰ型熱電素子ブロック１５からＰ型熱電素子ユニット１７を切り出す途中の模式平面図、（ｂ）は模式断面図である。なお、Ｎ型熱電素子ユニット１８の切出しもＰ型熱電素子ユニット１７の切出しと同じため、図示を省略する。図５（ａ）はＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８が接合された状態の模式図、（ｂ）は対向する電極１４の端部の突出方向が９０度を成すＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８の模式斜視図である。

この実施形態においては、Ｐ型素子切出し工程及びＮ型素子切出し工程において、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、それぞれ電極１４及び熱電素子１２，１３の互いに対向する端面のうち、電極１４の端面の面積が熱電素子１２，１３の端面の面積より大きくなるように切り出される。また、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、熱電素子１２，１３を挟んだ両電極１４の熱電素子１２，１３から突出する方向が異なるように切り出される。ほとんどのＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、図４（ｂ）に示すように、熱電素子１２，１３を挟んだ一対の電極１４の端部が互いに逆方向に突出するように切り出される。

そして、図４（ｂ）に示す形状で切り出されたＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、図５（ａ）に示すように、電極１４の突出端が当接する状態に図示しない治具上に配置されて、当接部において接合される。

熱電モジュール１１としてＰ型の熱電素子１２及びＮ型の熱電素子１３が一直線状に交互に配置された構成であれば、各Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８は、図４（ｂ）に示す形状に切り出されたものだけでよい。しかし、図１に示すレイアウト、即ちＰ型の熱電素子１２及びＮ型の熱電素子１３が複数列に配置された熱電モジュール１１では、列の折り返し部に図５（ｂ）に示す形状、即ち熱電素子１２，１３を挟んだ一対の電極１４の端部が９０度を成す方向に突出する形状のＰ型熱電素子ユニット２０及びＮ型熱電素子ユニット２１を設ける必要がある。そして、熱電素子１２，１３を挟んだ一対の電極１４の端部が９０度を成す方向に突出する形状のＰ型熱電素子ユニット２０及びＮ型熱電素子ユニット２１は、図５（ｂ）に示すように、熱電素子１２，１３に対して上側に位置する電極１４の突出方向に対して下側の電極１４が右側に突出する構造と、図示しない左側に突出する構造の２種類がある。

Ｐ型熱電素子ユニット１７の切出し方法を詳述すると、先ずＰ型熱電素子ブロック１５の片面（図４（ｂ）の上面）側から溝２２ａの切削加工と、切断線２３ａの切削加工を行う。次にＰ型熱電素子ブロック１５を反転させて反対側の溝２２ｂの切削加工と、切断線２３ｂの切削加工を行う。この段階で図４（ｂ）に示すように、Ｐ型熱電素子ブロック１５の両面に溝２２ａ，２２ｂ及び切断線２３ａ，２３ｂが加工された状態となる。次に図４（ａ）に鎖線で示す切断線２４、即ち切断線２３ａ，２３ｂに直交する切断線２４に沿って切断を行い、Ｐ型熱電素子ユニット１７を切り離す。Ｎ型熱電素子ユニット１８も同様にして切り出される。

Ｐ型熱電素子ユニット２０を切り出す場合は、先ずＰ型熱電素子ブロック１５の片面（図５（ｃ）の上面）側から溝２２ａの切削加工と、切断線２３ａの切削加工を行う。次にＰ型熱電素子ブロック１５を反転させて、反対側の面に溝２２ａと直交する方向に延びる溝の切削加工と、その溝の底部中央に位置する切断線の切削加工を行う。この段階でＰ型熱電素子ブロック１５の両面に溝２２ａ及び溝２２ａと直交する溝と、切断線２３ａ及び前記溝の底部中央に位置して切断線２３ａと直交する切断線とが加工された状態となる。次に残りの図５（ｃ）に鎖線で示す切断線２５と、切断線２３ａ及び切断線２５に直交する図示しない切断線に沿って切断を行い、Ｐ型熱電素子ユニット２０を切り離す。この切出し方法により、前記２種類のＰ型熱電素子ユニット２０が得られる。Ｎ型熱電素子ユニット２１も同様にして切り出される。

従って、この第２の実施形態では、前記第１の実施形態の効果（１）〜（３），（６）と同様の効果を有する他に次の効果を有する。
（７）Ｐ型素子切出し工程及びＮ型素子切出し工程において、Ｐ型熱電素子ユニット１７，２０及びＮ型熱電素子ユニット１８，２１は、熱電素子１２，１３を挟んだ一対の電極１４が、熱電素子１２，１３の端面から側方に突出し、かつ突出方向が異なるように切り出される。そして、電極接合工程において、Ｐ型熱電素子ユニット１７，２０と、Ｎ型熱電素子ユニット１８，２１とは、電極１４の突出する部分で接合されるため、Ｐ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３との間における絶縁が確保された状態で互いに電気的に接合される。従って、電極接合工程の後に、Ｐ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３との間に絶縁を確保するための溝加工工程を設ける必要はない。

（８）第１の実施形態の溝加工に相当する加工がＰ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６の状態で行われるため、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８の接合後に溝加工を行う場合と異なり、溝加工の際に接合部１４ａに大きな力が加わる虞がない。

（９）治具上に配置されたＰ型熱電素子ユニット２０及びＮ型熱電素子ユニット２１の電極１４同士を接合する際、下側（治具側）に配置された電極１４の接合すべき当接部が隣接するＰ型の熱電素子１２とＮ型の熱電素子１３の間から見える状態となる。従って、レーザービーム溶接や電子ビーム溶接であれば、一方の側から全ての接合部１４ａを形成することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ Ｐ型熱電素子ブロック製造工程及びＮ型熱電素子ブロック製造工程において、熱電素子１２，１３への電極１４の接合を拡散接合により行う場合、図６（ａ）に示すように、電極１４として、後工程において除去される部分と対応する箇所に溝２６ａが設けられたものを使用してもよい。熱電素子１２，１３と電極１４との接合が拡散接合により行われる場合、両者の熱膨張率の差が大きく電極１４が厚い場合には熱電素子１２，１３にクラックが入る場合がある。しかし、電極１４に溝２６ａが設けられることにより熱電素子１２，１３に作用する応力が抑制されてクラックが入り難くなる。また、溝２６ａの幅を、Ｐ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６の製造後に除去される部分（鎖線で示す部分。即ち、第１の実施形態のＰ型素子切出し工程及びＮ型素子切出し工程における切削代、又は第２の実施形態のＰ型素子切出し工程及びＮ型素子切出し工程における溝２２ａ，２２ｂにあたる部分）の幅以下に形成すれば、製品である熱電モジュール１１に溝２６ａが残らないように形成することもできる。

○ 熱電素子１２，１３への電極１４の接合を拡散接合により行う場合、図６（ｂ）に示すように、電極１４の熱電素子１２，１３と対向する側と反対側の面に複数の溝２６ｂあるいは凹部を設けてもよい。この場合も熱電素子１２，１３に対して電極１４を拡散接合する際に熱電素子１２，１３に過大な応力が作用するのを抑制することができる。溝２６ｂあるいは凹部を電極１４の熱電素子１２，１３と対向する面に設けると、熱電素子１２，１３と電極１４との接合部における電気抵抗が高くなった状態を解消できない。しかし、溝２６ｂあるいは凹部を電極１４の熱電素子１２，１３と対向する面と反対側の面に設けると、溝２６ｂあるいは凹部に電極１４と同等の電気抵抗あるいは熱伝導率の材料を充填することにより、溝２６ｂあるいは凹部が残ったままの不具合を解消することができる。

○ 第１の実施形態において、Ｐ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８の電極１４同士を接合する際、接合は溝加工が行われる部分を除いた部分にのみ行えばよいが、一方の側の接合の際には、溝加工が行われる部分においても接合を行ってもよい。溝加工が行われる部分を除いた部分にのみ接合を行った場合は、他方の側の接合を行うためにＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を反転させて治具に保持させる際、全体を同時に取り出すことは難しい。しかし、溝加工が行われる部分においても接合を行うことにより、全てのＰ型熱電素子ユニット１７及びＮ型熱電素子ユニット１８を同時に取り出して反転させることが可能になる。溝加工が行われる部分の接合は部分的にスポット溶接で行われるのが好ましい。

○ 熱電素子ブロック製造工程において、熱電素子１２，１３と電極１４との接合は拡散接合に限らず、半田を使用した接合やロー付けによる接合を採用してもよい。
○ 素子切出し工程において、Ｐ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６の切断や溝加工をレーザーで行ってもよい。

○ 熱電モジュール１１を製造する際、Ｐ型熱電素子ブロック１５及びＮ型熱電素子ブロック１６は市販品の購入あるいは製造委託により入手し、素子切出し工程から始めてもよい。

○ 熱電モジュール１１は複数の熱電素子１２及び熱電素子１３が複数列に配置され、各熱電素子１２，１３を接続する電極１４が蛇行するように配置された構成に限らない。例えば、複数列に配置された各熱電素子１２，１３を接続する電極１４が、ほぼ渦巻き状に配置された構成や、複数の熱電素子１２及び熱電素子１３が一列に配置された構成にしてもよい。

○ 第２の実施形態においてＰ型熱電素子ユニット１７の切出し方法は図４（ｂ）の上面側から溝２２ａの切削加工と切断線２３ａの切削加工を行なった後、反転させて溝２２ｂの切削加工と、切断線２３ｂの切削加工を行なったが、反転させる前に切断線２３ｂの切削加工を行なっても良いし、反転後に切断線２３ａの切削加工を行なっても良い。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）Ｐ型の熱電素子の両面に電極が接合されたＰ型熱電素子ブロックからＰ型熱電素子ユニットを切り出すＰ型素子切出し工程と、Ｎ型の熱電素子の両面に電極が接合されたＮ型熱電素子ブロックからＮ型熱電素子ユニットを切り出すＮ型素子切出し工程と、前記Ｐ型素子切出し工程及び前記Ｎ型素子切出し工程で切り出された複数のＰ型熱電素子ユニット及び複数のＮ型熱電素子ユニットを、互いに隣り合う状態に配置するとともに、前記Ｐ型熱電素子ユニット及び前記Ｎ型熱電素子ユニットが電気的に直列になるように隣り合う電極同士を接合する電極接合工程とを備えた熱電モジュールの製造方法。

（２）請求項２に記載の発明において、絶縁を確保するために溝加工が行われる部分の電極の当接部も前記電極接合工程において接合を行い、溝加工の際にその接合部を除去する。

（ａ）は第１の実施形態における熱電モジュールの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図。 （ａ）〜（ｄ）は製造工程を示す模式図。 （ａ）は電極接合工程における上側の電極の接合箇所を示す模式図、（ｂ）は同じく下側の電極の接合箇所を示す模式図。 （ａ）は第２の実施形態における熱電素子ブロックの切断箇所を示す模式平面図、（ｂ）はその模式断面図。 （ａ）はＰ型熱電素子ブロック及びＮ型熱電素子ブロックの接合された状態を示す部分模式断面図、（ｂ）は電極の突出状態の異なる熱電素子ブロックの模式斜視図、（ｃ）はＰ型熱電素子ブロックの切断箇所を示す模式断面図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態における熱電素子ブロックの部分模式断面図。 （ａ）は従来の熱電モジュールの模式斜視図、（ｂ）は従来技術の製造方法を示す模式断面図。

符号の説明

１１…熱電モジュール、１２，１３…熱電素子、１４…電極、１４ａ…接合部、１５…Ｐ型熱電素子ブロック、１６…Ｎ型熱電素子ブロック、１７，２０…Ｐ型熱電素子ユニット、１８，２１…Ｎ型熱電素子ユニット、２６ａ…溝。

Claims (5)

1. Ｐ型の熱電素子の両面に電極を接合してＰ型熱電素子ブロックを製造するＰ型熱電素子ブロック製造工程と、
   Ｎ型の熱電素子の両面に電極を接合してＮ型熱電素子ブロックを製造するＮ型熱電素子ブロック製造工程と、
   前記Ｐ型熱電素子ブロックからＰ型熱電素子ユニットを切り出すＰ型素子切出し工程と、
   前記Ｎ型熱電素子ブロックからＮ型熱電素子ユニットを切り出すＮ型素子切出し工程と、
   前記Ｐ型素子切出し工程及び前記Ｎ型素子切出し工程で切り出された複数のＰ型熱電素子ユニットと複数のＮ型熱電素子ユニットを、交互に互いに隣り合う状態に配置するとともに、互いに隣り合う前記Ｐ型熱電素子ユニットと前記Ｎ型熱電素子ユニットが電気的に直列になるように前記Ｐ型熱電素子ユニットの電極と前記Ｎ型熱電素子ユニットの電極を接合する電極接合工程と
   を備えた熱電モジュールの製造方法。
2. 前記Ｐ型素子切出し工程及び前記Ｎ型素子切出し工程において、前記Ｐ型熱電素子ユニット及び前記Ｎ型熱電素子ユニットは、それぞれ電極及び熱電素子の互いに対向する端面が同じ面積となるように切り出され、前記電極接合工程の終了後に、直列に接続されたＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子との間に絶縁を確保するための溝加工が行われる請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
3. 前記Ｐ型素子切出し工程及び前記Ｎ型素子切出し工程において、前記Ｐ型熱電素子ユニット及び前記Ｎ型熱電素子ユニットは、それぞれ電極及び熱電素子の互いに対向する端面のうち、電極の端面の面積が熱電素子の端面の面積より大きくなるように、かつ熱電素子を挟んだ両電極の熱電素子から突出する方向が異なるように切り出され、前記電極接合工程において、前記電極の突出する部分で接合される請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
4. 前記Ｐ型熱電素子ブロック製造工程及び前記Ｎ型熱電素子ブロック製造工程において、前記Ｐ型の熱電素子及び前記Ｎ型の熱電素子への前記電極の接合は拡散接合により行われ、前記電極には後工程において除去される部分と対応する箇所に溝が設けられたものが使用される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱電モジュールの製造方法。
5. 複数のＰ型の熱電素子と複数のＮ型の熱電素子とが交互に間隔をおいて配置されるとともに、隣接するＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子とが電極によって電気的に直列に接続され、かつ熱的に並列に配置された熱電モジュールであって、
   前記隣接するＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子とを接続する各電極は、中間部に接合部が設けられて所定長さに形成されるとともに、両熱電素子を一定間隔で保持するように各熱電素子に接合されている熱電モジュール。

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