JP4412209B2 - 熱電変換素子モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置や加熱装置あるいは発電装置等に用いられる熱電変換素子モジュールに関するものである。

従来、図１９に示すように、熱電変換素子モジュール１０としては、ｐ型の熱電変換素子１ｐおよびｎ型の熱電変換素子１ｎが交互に配置され、これらの熱電変換素子１ｐ，１ｎの一方の面が第１電極３に接合され、他方の面が第２電極６に接合されて交互に電気的に直列に接続される構造となっており、第１電極３および第２電極６のそれぞれ外側の面がアルミナ基板や樹脂基板等の絶縁基板２０，５０に接合されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

また、上記絶縁基板２０，５０がないスケルトン型モジュールもよく知られている。
特開平０５−０６３２４３号公報

しかしながら、第１電極３および第２電極６が絶縁基板２０，５０に接合された構造の熱電変換素子モジュール１０では、熱電変換素子モジュール１０が冷却装置や加熱装置に用いられる場合は、熱電変換素子１ｐ，１ｎの吸熱および放熱、あるいは熱電変換素子モジュール１０が発電装置に用いられる場合は、熱電変換素子１ｐ，１ｎに与えられる熱が絶縁基板２０，５０を介して伝わるために熱抵抗が高くなり、熱電変換効率が低くなる。熱伝導率の高い基板を用いることにより熱抵抗を下げることも可能であるが、このような基板は高価である。

一方、スケルトン型モジュールでは、上記熱が第１電極３および第２電極６を介して伝わるため、熱電変換効率は高いが、第１電極３および第２電極６を１枚ずつ熱電変換素子１ｐ，１ｎに接合しなければならず、製造コストが高くなる。

本発明は、このような事情に鑑み、熱電変換効率が高く安価な熱電変換素子モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明では、一方の面が第１電極に接合され、他方の面が第２電極に接合されて、ｐ型およびｎ型の熱電変換素子が交互に電気的に直列に接続された熱電変換素子モジュールを製造する製造方法において、帯状に形成され、その長手方向に沿って第１電極を保持する第１絶縁シート片が複数枚材料取り可能な大きさの第１絶縁シートを用いて、この第１絶縁シートの片側の面の各第１絶縁シート片に対応する位置に第１電極を接合する工程と、第１絶縁シートの各第１絶縁シート片に対応する位置に第１貫通孔を形成する工程と、第１絶縁シートの幅方向の少なくとも一方の端部にパーフォレーションを形成する工程と、第１絶縁シートのパーフォレーションにスプロケットの送り爪を係合させた状態で当該スプロケットを回転させることにより、第１絶縁シートの搬送および位置決めを行う工程と、熱電変換素子の一方の面を第１絶縁シートの第１貫通孔から第１電極に接合する工程と、熱電変換素子の他方の面を第２電極に接合する工程と、第１絶縁シートを切断して各第１絶縁シート片を分離する工程とを含んでいる。

また、熱電変換素子モジュールの製造方法において、熱電変換素子の他方の面を第２電極に接合する工程には、帯状に形成され、その長手方向に沿って第２電極を保持する第２絶縁シート片が複数枚材料取り可能な大きさの第２絶縁シートを用いて、この第２絶縁シートの片側の面の各第２絶縁シート片に対応する位置に第２電極を接合する工程と、第２絶縁シートの各第２絶縁シート片に対応する位置に第２貫通孔を形成する工程と、第２絶縁シートの幅方向の少なくとも一方の端部にパーフォレーションを形成する工程と、第２絶縁シートのパーフォレーションにスプロケットの送り爪を係合させた状態で当該スプロケットを回転させることにより、第２絶縁シートの搬送および位置決めを行う工程と、熱電変換素子の他方の面を第２絶縁シートの第２貫通孔から第２電極に接合する工程とを含み、第２絶縁シートを切断して各第２絶縁シート片を分離する工程をさらに含んでいる。

または、熱電変換素子の他方の面を第２電極に接合する工程では、片面に第２電極が剥離可能に貼り付けられたシート体を用いて、このシート体に貼り付けられた第２電極に熱電変換素子の他方の面を接合し、その後にシート体と第２電極とを剥離することも可能である。

さらに、上記絶縁シートにパーフォレーションを形成する工程では、当該絶縁シートの幅方向の両端部にパーフォレーションを形成し、上記絶縁シートの各絶縁シート片の間に、両端部に形成されたパーフォレーションの近傍まで当該絶縁シートの幅方向に延びるスリットを設ける工程をさらに備え、上記絶縁シートを切断して各絶縁シート片を分離する工程では、当該絶縁シートの両端部をパーフォレーションよりも内側で長手方向に沿って切断することにより行うこともできる。

なお、上述の各工程は、必ずしも上記のように記載した順に行われる必要はない。

本発明に係る熱電変換素子モジュールの製造方法によれば、第１絶縁シートにパーフォレーションを形成し、このパーフォレーションを利用してスプロケットで第１絶縁シートを搬送するようにしたから、第１絶縁シートに作用する張力によって第１絶縁シートがその長手方向にカールすることを抑制することができるため、肉厚の薄い第１絶縁シートを使用することができるようになる。

また、スプロケットの回転数によって第１絶縁シートの搬送距離を正確に設定することができるため、スプロケットを回転させるだけで第１絶縁シートの位置決めを行うことができる。従って、第１絶縁シートを搬送する同一ライン上で、熱電変換素子と第１電極とおよび第２電極との接合を行うことができ、熱電変換素子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。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、従来の熱電変換素子モジュール１０と同一構成部分には同一符号を付す。

図１に示すように、第１参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａは、複数個のｐ型およびｎ型の熱電変換素子１ｐ，１ｎと、これらの熱電変換素子１ｐ，１ｎを挟んで上下に配置される第１電極３および第２電極６と、第１電極３を保持する第１絶縁シート片２と、第２電極６を保持する第２絶縁シート片５とを備えている。

上記熱電変換素子１ｐ，１ｎは、熱電特性をもつもの（ペルチェ効果およびベーゼック効果を得るもの）であり、例えばＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅの合金等からなっている。このｐ型およびｎ型の熱電変換素子１ｐ，１ｎは交互に配置され、上下両面がそれぞれ第１電極３と第２電極６とに直列に接合されるようになっている。

上記第１電極３および第２電極６は、銅等の熱伝導率の高い材料からなり、隣り合う熱電変換素子１ｐ，１ｎを跨る長さを有し、２０μｍ程度の厚さで短冊状に構成されている。また、第１電極３と第２電極６とは、隣り合う熱電変換素子１ｐ，１ｎを交互に跨るように配置されている。

上記第１絶縁シート片２および第２絶縁シート片５は、例えばポリイミド等の絶縁樹脂からなり、上記第１電極３および第２電極６を保持可能な長さを有し、５〜５０μｍ程度の厚さで短冊状に構成され、それぞれの絶縁シート片２，５には熱電変換素子１ｐ，１ｎが挿通可能な第１貫通孔２ａおよび第２貫通孔５ａが形成されている。

この貫通孔２ａ，５ａは、隣り合う熱電変換素子１ｐ，１ｎが１つの貫通孔２ａ（または５ａ）内に挿通可能となるような形状としてもよいし、個々の熱電変換素子１ｐ，１ｎが個別に挿通可能となるような形状としてもよい。

上記第１電極３は、図２に示すように、第１絶縁シート片２の上面に第１貫通孔２ａを覆うように接合されて保持され、上記第２電極６は、図示はしていないが、同様に第２絶縁シート片５の下面に第２貫通孔５ａを覆うように接合されて保持されている。

なお、上記電極３，６は、上記貫通穴２ａ，５ａを完全に覆う必要はなく、例えば電極３，６の長さが貫通孔２ａ，５ａの長さよりも短い場合は、電極３，６の左右両端部と貫通孔２ａ，５ａの左右両端部との間に隙間があってもよい。

そして、熱電変換素子１ｐ，１ｎは、上面を第１絶縁シート片２の第１貫通孔２ａから接合材４を介して第１電極３に接合され、下面を第２絶縁シート片５の第２貫通孔５ａから接合材４を介して第２電極６に接合されて電気的に直列に接続されている。

上記接合材４は、半田や導電性の接着剤等である。ただし、接合材４として半田を用いる場合には、熱電変換素子１ｐ，１ｎの第１電極３および第２電極６と接合される上下両面にＮｉメッキを施し、さらにＡｕメッキを施す等のメッキ処理を施すことが好ましい。

このように構成された熱電変換素子モジュール１０Ａでは、例えば第２電極６の左端部に位置するものと右端部に位置するものとの間に、第１電極３でｎ型の熱電変換素子１ｎからｐ型の熱電変換素子１ｐへ電流が流れるように電圧をかけると、熱電変換素子１ｐ，１ｎの上面で吸熱作用が発生し、下面で放熱作用が発生する。このとき冷却物７を第１電極３の上に載せた場合は、冷却物７の熱は第１電極３を介して熱電変換素子１ｐ，１ｎに吸熱され、第２電極６を介して下方に放熱されるので、冷却物７を冷却することができる。

上記電流を流す向きを逆にすると、冷却および放熱の作用は上下逆になる。

このように、第１参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａでは、第１電極３を第１貫通孔２ａが形成された第１絶縁シート片２の上面に第１貫通孔２ａを覆うように接合し、熱電変換素子１ｐ，１ｎの上面を第１絶縁シート片２の第１貫通孔２ａから第１電極３に接合するとともに、第２電極６を第２貫通孔５ａが形成された第２絶縁シート片５の下面に第２貫通孔５ａを覆うように接合し、熱電変換素子１ｐ，１ｎの下面を第２絶縁シート片５の第２貫通孔５ａから第２電極６に接合したから、熱電変換素子１ｐ，１ｎの吸熱等が第１電極３および第２電極６から直接伝わるため、従来の絶縁基板を介して熱が伝わる構造の熱電変換素子モジュール１０よりも熱電変換効率を高くすることができる。

また、第１電極３は第１絶縁シート片２に、第２電極６は第２絶縁シート片５に接合されて保持されているので、スケルトン型モジュールに比べ、第１電極３および第２電極６をまとめて熱電変換素子１ｐ，１ｎに接合することができるため、製造コストを安くすることができ、さらにはスケルトン型モジュールの高い熱電変換効率を保ったまま、熱電変換素子モジュール１０Ａの剛性を高くすることができる。

次に、熱電変換素子モジュール１０Ａを製造する方法を説明する。

まず、図３に示すように、第１絶縁シート片２が複数枚材料取り可能な大きさのポリイミド等からなる第１絶縁シート２Ａを用意する。この第１絶縁シート２Ａは、切断部２ｂ（二点鎖線部分）で切断することにより、第１絶縁シート片２として切断可能となっている。

上記切断部２ｂには、後工程で切断し易いように、例えば切欠きを入れたりエッチングにより厚さを薄くしたりする等の加工を施しておくことが好ましい。また、この第１絶縁シート２Ａには、位置決め用の穴を形成しておくことが好ましい。

第１工程では、第１絶縁シート２Ａの片側の面の各第１絶縁シート片２に対応する位置に第１電極３をそれぞれ接合する。この第１電極３の第１絶縁シート２Ａへの接合は、導体のプリント印刷や銅板の接着等によって行うことができる。なお、銅板の接着の後、エッチング処理を施して銅板のサイズ調整を行うようにしてもよい。

第２工程では、第１絶縁シート２Ａの各第１絶縁シート片２に対応する位置、すなわち第１電極３が接合されている位置に第１貫通孔２ａをそれぞれ形成する。

この第２工程は、必ずしも第１工程の後に行われる必要はなく、先に第１絶縁シート２Ａに第１貫通孔２ａを形成し、その後に第１貫通孔２ａを覆うように銅板等の第１電極３を接着してもよい。

同様にして、図４に示すように、第２絶縁シート片５が複数枚材料取り可能な大きさのポリイミド等からなる第２絶縁シート５Ａを用意し、切断部５ｂ（二点鎖線部分）に後工程で切断し易いような加工を施し、位置決め用の穴を形成しておく。

第３工程では、第１工程と同様に、第２絶縁シート５Ａの片側の面の各第２絶縁シート片５に対応する位置に第２電極６をそれぞれ接合する。

第４工程では、第２工程と同様に、第２絶縁シート５Ａの各第２絶縁シート片５に対応する位置、すなわち第２電極６が接合されている位置に第２貫通孔５ａをそれぞれ形成する。

上記第３工程および第４工程も相互に入れ替えが可能である。

図５（ａ）に示すように、第５工程では、第１絶縁シート２Ａと第２絶縁シート５Ａとを、熱電変換素子１ｐ，１ｎを挟んで各電極３，６が外側を向くように対向させ、熱電変換素子１ｐ，１ｎの上面を第１絶縁シート２Ａの第１貫通孔２ａから接合材４で第１電極３に接合するとともに、下面を第２絶縁シート５Ａの第２貫通孔５ａから接合材４で第２電極６に接合する。

具体的には、第２絶縁シート５Ａの第２貫通孔５ａから露出している第２電極６の熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合される部分に半田からなる接合材４を塗布し、その上に熱電変換素子１ｐ，１ｎを重ねる。

ついで、第１絶縁シート２Ａの第１貫通孔２ａから露出している第１電極３の熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合される部分に半田からなる接合材４を塗布し、この第１絶縁シート２Ａを、第１電極３が上側を向く姿勢で接合材４が上記熱電変換素子１ｐ，１ｎの上に位置するように重ねる。この第１絶縁シート２Ａを重ねる際には、各絶縁シート２Ａ，５Ａに形成した位置決め穴を利用して各絶縁シート２Ａ，５Ａ相互の位置合わせを行う。

そして、図５（ｂ）に示すように、熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合材４を介して第１電極３および第２電極６に挟み込まれた状態で、さらにその外側を上下からヒーター８で挟み込んで各電極３，６を加熱して接合材４を溶かし、その後冷却して接合材４を固めて熱電変換素子１ｐ，１ｎと第１電極３および第２電極６とを接合する。

上記加熱を行うに際しては、窒素雰囲気等の非酸化雰囲気で行うことにより、各電極３，６および熱電変換素子１ｐ，１ｎの酸化を防止し、熱電性能の低下を抑制することができる。第１参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａでは、第１電極３および第２電極６が剥き出しになっている部分が多く、酸化雰囲気で上記加熱を行うと、第１電極３および第２電極６の表面が酸化することにより熱伝導が悪くなり熱電性能が低下するためである。

また、熱電変換素子１ｐ，１ｎと各電極３，６とを接合する接合材４としては、必ずしも半田を用いる必要はなく、導電性接着剤等を用いてもよい。

上記第５工程までを行った状態では、図６および図７に示すように、複数の熱電変換素子モジュール１０Ａが第１絶縁シート２Ａおよび第２絶縁シート５Ａに設けられた熱電変換素子モジュール集合体１２となっている。

この熱電変換素子モジュール集合体１２の第１絶縁シート２Ａおよび第２絶縁シート５Ａを、切断部２ｂおよび切断部５ｂで切断することにより、複数の熱電変換素子モジュール１０Ａが分離独立状態となり、熱電変換素子モジュール１０Ａを製造することができる。

本製造方法では、第１絶縁シート片２が複数枚材料取り可能な大きさの第１絶縁シート２Ａと、第２絶縁シート片５が複数枚材料取り可能な大きさの第２絶縁シート５Ａとを用いて、一旦熱電変換素子モジュール集合体１２を製造したから、熱電変換素子モジュール１０Ａの各製造工程を複数モジュール分まとめて行うことができ、各絶縁シート２Ａ，５Ａ上に複数モジュール分の熱電変換素子１ｐ，１ｎを同時に接合する等して複数モジュールをまとめて製造できるため、熱電変換素子モジュール１０Ａの製造工程が効率的になるとともに、量産化が可能となる。

また、熱電変換素子モジュール集合体１２を取り扱うことにより、一度に複数の熱電変換素子モジュール１０Ａを取り扱うことができ、搬送等に至便である。

なお、熱電変換素子モジュール１０Ａの製造方法は、上記参考例で示した方法に限らず、第２工程の後に第１絶縁シート２Ａを切断部２ｂで切断し、第４工程の後に第２絶縁シート５Ａを切断部５ｂで切断してから、個々の熱電変換素子モジュール１０Ａごとに熱電変換素子１ｐ，１ｎと各電極３，６とを接合してもよい。

このようにしても、複数モジュール分の第１絶縁シート片２と第１電極３および第２絶縁シート片５と第２電極６とをまとめて接合することができるため、製造コストを抑えることができる。

また、第１工程の前に各絶縁シート２Ａ，５Ａを各絶縁シート片２，５に切断したり、あるいは各絶縁シート片２，５を個別に製造したりして、個々の絶縁シート片２（または５）を個別に電極３（または６）と接合しても熱電変換素子モジュール１０Ａを製造することも可能である。

あるいは絶縁シート片２（または５）と電極３（または６）とをモールド成形によって一体に成形して接合することも可能である。

次に、第２参考例の熱電変換素子モジュール１０Ｂを図８に示す。なお、第１参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａおよび従来の熱電変換素子モジュール１０と同一構成部分には同一符号を付す。

第２参考例の熱電変換素子モジュール１０Ｂでは、第１電極３が、第１参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａと同様に第１貫通孔２ａが形成された第１絶縁シート片２の上面に第１貫通孔２ａを覆うように接合されており、第２電極６が従来の熱電変換素子モジュール１０と同様にアルミナ基板等の絶縁基板５０の上面に接合されている。

そして、熱電変換素子１ｐ，１ｎの上面は、第１貫通孔２ａから接合材４を介して第１電極３に接合され、熱電変換素子１ｐ，１ｎの下面は、接合材４を介して第２電極６の上面に接合されている。

このため、熱電変換素子１ｐ，１ｎの上面の吸熱等は、第１電極３から直接伝達され、熱電変換素子１ｐ，１ｎの下面の放熱等は、絶縁基板５０を介して伝達される。

上記絶縁基板５０を放熱側として構成する場合には、絶縁基板５０に放熱フィンを一体成形し、放熱効率を高めるようにしてもよい。また、絶縁基板５０はなくてもよく、第２電極６が個別に熱電変換素子１ｐ，１ｎに接合されていてもよい。

このように、第１電極３を第１貫通孔２ａが形成された第１絶縁シート片２の上面に接合し、熱電変換素子１ｐ，１ｎの上面を第１絶縁シート片２の第１貫通孔２ａから第１電極３に接合しても、従来の熱電変換素子モジュール１０よりも熱電変換効率を高くすることができる。

また、スケルトン型モジュールに比べ、第１電極３を１枚ずつ熱電変換素子１ｐ，１ｎに接合することを要せず、第１電極３をまとめて熱電変換素子１ｐ，１ｎに接合することができるため、製造コストを安くすることができる。

次に、熱電変換素子モジュール１０Ｂを製造する方法を説明する。

上述した第１参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａの製造方法と同様に、第１絶縁シート片２が複数枚材料取り可能な大きさの第１絶縁シート２Ａ（図３参照）を用いて、この第１絶縁シート２Ａの各第１絶縁シート片２に対応する位置に第１電極３を接合するとともに第１貫通孔２ａを形成する。

絶縁基板５０にも第２電極６を接合しておく。

第２電極６の熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合される部分に半田からなる接合材４を塗布し、その上に熱電変換素子１ｐ，１ｎを重ねる。

ついで、第１絶縁シート２Ａの第１貫通孔２ａから露出している第１電極３の熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合される部分に半田からなる接合材４を塗布し、この第１絶縁シート２Ａを、第１電極３が上側を向く姿勢で接合材４が上記熱電変換素子１ｐ，１ｎの上に位置するように重ねる。

そして、熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合材４を介して第１電極３および第２電極６に挟み込まれた状態で、図５（ｂ）に示したのと同様に、さらにその外側を上下からヒーター８で挟み込んで第１電極３と第２電極６および絶縁基板５０とを加熱して半田を溶かし、その後冷却して半田を固めて熱電変換素子１ｐ，１ｎと第１電極３および第２電極６とを接合する。

また、熱電変換素子１ｐ，１ｎと各電極３，６との接合としては、接合材４として半田を用いる必要はなく、導電性接着剤等を用いてもよい。

なお、絶縁基板５０がない絶縁素子モジュール１０Ｂを製造するには、第１絶縁シート２Ａを下側にして、その上に接合材４を介して熱電変換素子１ｐ，１ｎを重ね、さらにその上に接合材４を塗布した第２電極６を１枚ずつ重ね、その後ヒーター８で上下から挟み込んで加熱すればよい。

上記熱電変換素子１ｐ，１ｎと各電極３，６との接合までを行った状態では、図６に示したのと同様に、複数の熱電変換素子モジュール１０Ｂが第１絶縁シート２Ａに設けられた熱電変換素子モジュール集合体となっている。

この熱電変換素子モジュール集合体の第１絶縁シート２Ａを、切断部２ｂで切断することにより、複数の熱電変換素子モジュール１０Ｂが分離独立状態となり、熱電変換素子モジュール１０Ｂを製造することができる。

本製造方法では、第１絶縁シート片２が複数枚材料取り可能な大きさの第１絶縁シート２Ａを用いて、一旦熱電変換素子モジュール集合体１２を製造したから、熱電変換素子モジュール１０Ｂの各製造工程を複数モジュール分まとめて行うことができ、第１絶縁シート２Ａ上に複数モジュール分の熱電変換素子１ｐ，１ｎを同時に接合する等して複数モジュールをまとめて製造できるため、熱電変換素子モジュール１０Ｂの製造工程が効率的になるとともに、量産化が可能となる。

また、熱電変換素子モジュール集合体を取り扱うことにより、一度に複数の熱電変換素子モジュール１０Ｂを取り扱うことができ、搬送等に至便である。

なお、熱電変換素子モジュール１０Ｂの製造方法は、上記参考例で示した方法に限らず、第１参考例に対して示した別の製造方法を採用することも可能である。

次に、第３参考例の熱電変換素子モジュール１０Ｃを図９に示す。

この熱電変換素子モジュール１０Ｃは、第１参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａと比べ、第１絶縁シート片２に形成される第１貫通孔２ａの形状および第２絶縁シート片５に形成される第２貫通孔５ａの形状のみが異なっており、他の構成部分は同じである。

上記第１貫通孔２ａは、図１０に示すように、熱電変換素子１ｐ，１ｎが個別に圧入可能な形状となっており、図示はしないが、上記第２貫通穴５ａも同様に熱電変換素子１ｐ，１ｎが個別に圧入可能な形状となっている。

このようにすれば、第１絶縁シート片２または第２絶縁シート片５の第１電極３または第２電極６が接合されている側と反対側への撓みが、貫通孔２ａ，５ａの内周面と熱電変換素子１ｐ，１ｎの外周面との接触によって規制されるので、熱電変換素子モジュール１０Ｃの剛性を向上させることができる。

この熱電変換素子モジュール１０Ｃは、上述した熱電変換素子モジュール１０Ａの製造方法と同様の方法で製造することができる。

なお、第１貫通孔２ａおよび第２貫通孔５ａは、必ずしも両方共熱電変換素子１ｐ，１ｎが圧入可能な形状である必要はなく、少なくとも一方が圧入可能な形状であれば、他方が遊嵌可能な形状であっても熱電変換素子モジュール１０Ｃの剛性を向上させることはできる。

次に、第４参考例の熱電変換素子モジュール１０Ｄを図１１に示す。

この熱電変換素子モジュール１０Ｄも、第２参考例の熱電変換素子モジュール１０Ｂと比べ、第１絶縁シート片２に形成される第１貫通孔２ａの形状のみが異なっており、他の構成部分は同じである。

その効果は、上記第３参考例の熱電変換素子モジュール１０Ｃと同様である。

なお、上記第１参考例から第４参考例では、第１電極３が上側、第２電極が下側に配置された形態を示したが、第１電極３が下側、第２電極６が上側であってもよい。

上述した各製造方法では、熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄを断続的に製造することはできるが、以下に説明する本発明にかかる実施形態の製造方法によれば、熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄを連続的に製造することも可能である。

まず、図１２に示すように、帯状に形成され、その長手方向に沿って第１絶縁シート片２が複数枚材料取り可能な大きさの第１絶縁シート２Ｂを用意する。そして、上記第１絶縁シート２Ａと同様に、第１絶縁シート２Ｂの片側の面（図１２では下面）の各第１絶縁シート片２に対応する位置に第１電極３を接合するとともに第１貫通孔２ａを形成する。

ついで、第１絶縁シート２Ｂの幅方向の両端部にパーフォレーション２ｄを形成するとともに、各第１絶縁シート片２の間に第１絶縁シート２Ｂの幅方向に延びるスリット２ｅを直線上に並ぶように２つずつ形成する。上記スリット２ｅは、外側の端部がパーフォレーション２ｄの近傍に位置するようになっていることが好ましい。

なお、第１電極の接合工程と、第１貫通孔２ａの形成工程と、パーフォレーション２ｄの形成工程と、スリット２ｅの形成工程とを行う順序は、どの工程が先に行われてもよく、適宜選定可能である。

そして、第１絶縁シート２Ｂのパーフォレーション２ｄにスプロケット９の送り爪９１を係合させた状態で、当該スプロケット９を回転させることにより、第１絶縁シート２Ｂを所定位置に搬送し、その位置で、図１３に示すように、熱電変換素子１ｐ，１ｎと第１電極３および第２電極６との接合を行う。

具体的には、まず、第１貫通孔２ａから上方に露出している第１電極３の熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合される部分に、スクリーン印刷等でクリーム半田等のペースト状の接合材４を塗布する。第１絶縁シート２Ｂは、長手方向ではスプロケット９の回転数によって、幅方向ではスプロケット９の送り爪９１とパーフォレーション２ｄとの係合によって位置決めされているので、予め設定した位置にスクリーン印刷すればよい。

そして、図１３（ａ）に示すように、接合材４の上に熱伝変換素子１ｐ，１ｎを載置する。

ついで、上述した製造方法と同様に、予め用意しておいた第２絶縁シート片５に第２電極６を接合するとともに第２貫通孔５ａを形成し、さらに第２貫通孔５ａから露出している第２電極６の熱電変換素子１ｐ，１ｎが接合される部分に接合材４を塗布する。

なお、熱伝変換素子１ｐ，１ｎに予め半田メッキ等が施されている場合には、第１電極３および第２電極６に接合材４を塗布する工程は省略可能である。

そして、図１３（ｂ）に示すように、第２絶縁シート片５を第２電極６が上側を向く姿勢で熱伝変換素子１ｐ，１ｎの上に重ね、図１３（ｃ）に示すように、さらにその外側をヒーター８で挟み込んで各電極３，６を加熱して接合材４を溶かし、その後冷却して接合材４を固めて熱電変換素子１ｐ，１ｎと第１電極３および第２電極６とを接合する。

その後に、図１４（ａ）に示すように、第１電極３のうちリード線引出電極として構成されている電極（図１４（ａ）では手前側両端部の電極）が配置されている方の第１絶縁シート２Ｂの端部を、パーフォレーション２ｄよりも内側（図中の二点鎖線の位置）で長手方向に沿って切断する。

そして、リード線１１を半田１５等を用いてリード線引出電極に接続する。この状態では、まだ第１絶縁シート２Ｂの奥側の端部にパーフォレーション２ｄが残っているので、スプロケット９の回転数によって位置決めされた状態でリード線１１をリード線引出電極に接続することができる。

ついで、第１絶縁シート２Ｂの奥側の端部を、パーフォレーション２ｄよりも内側（同じく図中の二点鎖線の位置）で長手方向に沿って切断する。スリット２ｅは、直線上に並んで設けられているので、第１絶縁シート２Ｂの奥側の端部を切断しても、スリット２ｅの間に位置する連結部１６によって各第１絶縁シート２は連結されたままの状態となる。そのため、この状態のままとすれば、複数の熱伝変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄをまとめて取り扱うことができるようになり、輸送等に至便である。

最後に、図１４（ｃ）に示すように、連結部１６を切断すれば、各第１絶縁シート片２を分離することができ、熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄを製造することができる。

このように、第１絶縁シート２Ｂにパーフォレーション２ｄを形成し、このパーフォレーション２ｄを利用してスプロケット９で第１絶縁シート２Ｂを搬送すれば、第１絶縁シート２Ｂに作用する張力によって第１絶縁シート２Ｂがその長手方向にカールすることを抑制することができるため、肉厚の薄い第１絶縁シート２Ｂを使用して、熱電変換効率の高い熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄを製造することができるようになる。

肉厚の薄い第１絶縁シート２Ｂであればカールし易いが、この第１絶縁シート２Ｂから第１絶縁シート片２を構成すれば、第１電極３に接合される第１絶縁シート片２自体の熱容量が小さくなることや第２絶縁シート片５との間隔が広がること等の理由から、熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄの熱電変換効率が高くなるからである。

また、スプロケット９の回転数によって第１絶縁シート２Ｂの搬送距離を正確に設定することができるため、スプロケット９を回転させるだけで第１絶縁シート２Ｂの位置決めを行うことができる。従って、第１絶縁シート２Ｂを搬送する同一ライン上で、熱電変換素子１ｐ，１ｎと第１電極３および第２電極６との接合を行うことができ、熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄの生産性を飛躍的に向上させることができる。

なお、上記製造方法では、第１絶縁シート２Ｂのみをスプロケット９で搬送しているが、図１５に示すように、帯状に形成され、その長手方向に沿って第２絶縁シート片５が複数枚材料取り可能な大きさの第２絶縁シート５Ｂを用いれば、この第２絶縁シート５Ｂをスプロケット９で搬送するようにすることもできる。

第２絶縁シート５Ｂを用いて熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄを製造するには、第１絶縁シート２Ｂと同様に、幅方向の両端部にパーフォレーション５ｄを形成するとともに、各第２絶縁シート５の間にスリット５ｅを形成する。

そして、第２絶縁シート５Ｂを、第１絶縁シート２Ｂに接合された第１電極３に接合材４（図１５では省略）を介して載置された熱電変換素子１ｐ，１ｎを当該第２絶縁シート５Ｂに接合された第２電極６で接合材４（同じく省略）を介して押さえ込むように搬送し、この状態でその外側をヒーター８で挟み込んで加熱すればよい。

なお、第２絶縁シート５Ｂを切断して各第２絶縁シート片５を分離するには、第１絶縁シート２Ｂと同様にすればよい。

このようにすれば、さらに製造工程を簡略化することができ、生産性をより向上させることができる。

さらに、第２電極６を、熱電変換素子１ｐ，１ｎに接合するには、図１６に示すように、幅方向の両端部にパーフォレーション（図示は省略）が形成された帯状のシート体１３を用いて、このシート体１３の下面に第２電極６を剥離可能に貼り付け、シート体１３を搬送させながら当該シート体１３に貼り付けられた第２電極６を熱電変換素子１ｐ，１ｎの上面に接合するようにしてもよい。

前記シート体１３としては、例えば薄肉のステンレス鋼板等を使用することができる。

そして、第２電極６を熱電変換素子１ｐ，１ｎに接合した後に、シート体１３と第２電極６とを剥離することにより、簡単に片側がスケルトンタイプの熱電変換素子モジュールを製造することができる。

また、上述した熱電変換素子モジュールを連続的に製造する各製造方法においては、図１７に示すように、熱電変換素子１ｐ，１ｎと第１電極３および第２電極６とを接合した後、第１絶縁シート２Ｂの幅方向の両端部を切断する前に、その状態のまま洗浄槽１４内に溜められた洗浄液中を通過させることにより、接合材４として半田を用いた場合の半田の溶解により発生するスラックスやその他の付着物を洗浄するようにすることもできる。

このようにすれば、第１絶縁シート２Ｂを搬送する同一ライン上で洗浄工程を行うことができる。また、本参考例の熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄでは、少なくとも第１電極３が外側に露出しているため、第１絶縁シート２Ｂを切断して熱電変換素子モジュール１０Ａ〜１０Ｄを分離独立状態とした後に洗浄を行えば、第１電極３を損傷するおそれがあるが、上記のように搬送ライン上で洗浄を行えば、第１電極３の損傷を抑制することができる。

また、上述の製造方法では、第１絶縁シート２Ｂの幅方向の両端部にパーフォレーション２ｄを形成したが、パーフォレーション２ｄは少なくとも一方の端部に形成されていればよい。ただし、上述の製造方法のように、パーフォレーション２ｄを両端部に形成すれば、スプロケット９の送り爪９１で第１絶縁シート２Ｂを幅方向に引っ張りながら搬送することができるため、その幅方向のカールをも抑制して、熱電変換素子１ｐ，１ｎを載置する位置等の精度を向上させることができる。

さらに、パーフォレーション２ｄを両端部に形成した場合には、図１８に示すように、スリット２ｅを両端部のパーフォレーション２ｄの近傍まで延在する形状とすれば、第１絶縁シート２Ｂの両端部をパーフォレーション２ｄよりも内側（図中の二点鎖線の位置）で長手方向に沿って切断するだけで、各絶縁シート片２を分離することができ、切断工程を簡略化することができる。

また、図１２に示すように、スリット２ｅを各第１絶縁シート片２の間で直線上に並ぶように形成した場合には、それらの間を切断するために、工具をスリット２ｅの両脇に配設される熱電変換素子１ｐ，１ｎの間に挿入しなければならず、工具が熱電変換素子１ｐ，１ｎに接触しないようにするためにスリット２ｅの幅を大きくする必要があり、その分絶縁シート片２の取り数が減少するが、図１８に示すようにスリット２ｅをパーフォレーション２ｄ近傍まで延在させることにより、工具をスリット２ｅの両脇の熱電変換素子１ｐ，１ｎの間に挿入しなくてもよくなるため、スリット２ｅの幅を小さくすることができ、その分絶縁シート片２の取り数が増加する。この効果は、第２絶縁基板５Ｂでも同様に得ることができる。

第１参考例の熱電変換素子モジュールの正面断面図である。 第１参考例の第１電極と第１絶縁シート片とが接合された状態を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。 第１絶縁シートに第１電極が接合された状態を示す下面図である。 第２絶縁シートに第１電極が接合された状態を示す平面図である。 （ａ）（ｂ）は第１参考例の熱電変換素子モジュールを製造する方法を説明する説明図である。 図５（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図である。 図５（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第２参考例の熱電変換素子モジュールの正面断面図である。 第３参考例の熱電変換素子モジュールの正面断面図である。 第３参考例の第１電極と第１絶縁シート片とが接合された状態を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。 第４参考例の熱電変換素子モジュールの正面断面図である。 本発明に係る実施形態の帯状の第１絶縁シートをスプロケットで搬送する状態を示した斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は他の製造方法を説明する説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は他の製造方法を説明する説明図である。 （ａ）は帯状の第２絶縁シートを用いたときの正面断面図、（ｂ）はその斜視図である。 シート体を用いたときの正面断面図である。 洗浄槽内を通過させる方法を説明する説明図である。 スリットを他の形状としたときの第１絶縁シートおよび第２絶縁シートの斜視図である。 従来の熱電変換素子モジュールの正面図である。

１ｐ，１ｎ 熱電変換素子
２ 第１絶縁シート片
２Ａ，２Ｂ 第１絶縁シート
２ａ 第１貫通孔
２ｂ，５ｂ 切断部
２ｄ，５ｄ パーフォレーション
２ｅ，５ｅ スリット
３ 第１電極
４ 接合材
５ 第２絶縁シート片
５Ａ，５Ｂ 第２絶縁シート
５ａ 第２貫通孔
６ 第２電極
７ 冷却物
８ ヒーター
９ スプロケット
９１ 送り爪
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 熱電変換素子モジュール
１１ リード線
１２ 熱電変換素子モジュール集合体
１３ シート体
１４ 洗浄槽
２０，５０ 絶縁基板

Claims (4)

1. 一方の面が第１電極に接合され、他方の面が第２電極に接合されて、ｐ型およびｎ型の熱電変換素子が交互に電気的に直列に接続された熱電変換素子モジュールを製造する製造方法において、
   帯状に形成され、その長手方向に沿って第１電極を保持する第１絶縁シート片が複数枚材料取り可能な大きさの第１絶縁シートを用いて、この第１絶縁シートの片側の面の各第１絶縁シート片に対応する位置に第１電極を接合する工程と、
   第１絶縁シートの各第１絶縁シート片に対応する位置に第１貫通孔を形成する工程と、
   第１絶縁シートの幅方向の少なくとも一方の端部にパーフォレーションを形成する工程と、
   第１絶縁シートのパーフォレーションにスプロケットの送り爪を係合させた状態で当該スプロケットを回転させることにより、第１絶縁シートの搬送および位置決めを行う工程と、
   熱電変換素子の一方の面を第１絶縁シートの第１貫通孔から第１電極に接合する工程と、
   熱電変換素子の他方の面を第２電極に接合する工程と、
   第１絶縁シートを切断して各第１絶縁シート片を分離する工程とを含むことを特徴とする熱電変換素子モジュールの製造方法。
2. 熱電変換素子の他方の面を第２電極に接合する工程には、
   帯状に形成され、その長手方向に沿って第２電極を保持する第２絶縁シート片が複数枚材料取り可能な大きさの第２絶縁シートを用いて、この第２絶縁シートの片側の面の各第２絶縁シート片に対応する位置に第２電極を接合する工程と、
   第２絶縁シートの各第２絶縁シート片に対応する位置に第２貫通孔を形成する工程と、
   第２絶縁シートの幅方向の少なくとも一方の端部にパーフォレーションを形成する工程と、
   第２絶縁シートのパーフォレーションにスプロケットの送り爪を係合させた状態で当該スプロケットを回転させることにより、第２絶縁シートの搬送および位置決めを行う工程と、
   熱電変換素子の他方の面を第２絶縁シートの第２貫通孔から第２電極に接合する工程とを含み、
   第２絶縁シートを切断して各第２絶縁シート片を分離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子モジュールの製造方法。
3. 熱電変換素子の他方の面を第２電極に接合する工程では、
   片面に第２電極が剥離可能に貼り付けられたシート体を用いて、このシート体に貼り付けられた第２電極に熱電変換素子の他方の面を接合し、その後にシート体と第２電極とを剥離することを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子モジュールの製造方法。
4. 上記絶縁シートにパーフォレーションを形成する工程では、当該絶縁シートの幅方向の両端部にパーフォレーションを形成し、
   上記絶縁シートの各絶縁シート片の間に、両端部に形成されたパーフォレーションの近傍まで当該絶縁シートの幅方向に延びるスリットを設ける工程をさらに備え、
   上記絶縁シートを切断して各絶縁シート片を分離する工程では、当該絶縁シートの両端部をパーフォレーションよりも内側で長手方向に沿って切断することにより行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱電変換素子モジュールの製造方法。

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