特許 5663930 熱電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5663930

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】熱電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/32 20060101AFI20150115BHJP

【ＦＩ】

   H01L35/32 A

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2010-85703(P2010-85703)

(22)【出願日】2010年4月2日

(65)【公開番号】特開2011-216803(P2011-216803A)

(43)【公開日】2011年10月27日

【審査請求日】2012年11月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】上田 国博

(72)【発明者】

【氏名】麻谷 崇史

【審査官】 小川 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０９２８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０５１８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に沿って長尺に形成された複数のＰ型熱電薄膜素子および当該第１の方向に沿って長尺に形成された複数のＮ型熱電薄膜素子が当該第１の方向と交差する第２の方向に沿って交互に並んで支持基板の一面側に配設されると共に、当該支持基板の当該第１の方向における両端部のうちの一方の側において１つの前記Ｐ型熱電薄膜素子における当該一方の側の端部および当該１つのＰ型熱電薄膜素子に当該第２の方向のうちの一方の方向側において隣接する１つの前記Ｎ型熱電薄膜素子における当該一方の側の端部を相互に電気的に接続する第１の電極部と、当該第１の方向における両端部のうちの他方の側において当該１つのＮ型熱電薄膜素子における当該他方の側の端部および当該１つのＮ型熱電薄膜素子に当該一方の方向側において隣接する１つの前記Ｐ型熱電薄膜素子における当該他方の側の端部を相互に電気的に接続する第２の電極部とを有し、前記複数のＰ型熱電薄膜素子および前記複数のＮ型熱電薄膜素子が直列接続されるように前記第１の電極部と前記第２の電極部とが前記第２の方向に沿って交互に形成された本体部が構成され、
前記各Ｐ型熱電薄膜素子および前記各Ｎ型熱電薄膜素子は、前記第１の電極部および前記第２の電極部によって支持された状態で前記支持基板の前記一面側に配設され、
前記第１の電極部は、前記Ｐ型熱電薄膜素子および前記Ｎ型熱電薄膜素子と前記支持基板との双方に固着され、
前記第２の電極部は、前記Ｐ型熱電薄膜素子および前記Ｎ型熱電薄膜素子に固着されると共に前記支持基板に対する前記第１の方向に沿った摺動を許容された状態で当該支持基板によって支持されている平面型の熱電モジュール。

【請求項2】

前記第２の電極部は、少なくとも、前記支持基板に接触する接触面と前記一方の側に位置する側面との角部、および当該接触面と前記他方の側に位置する側面との角部が丸みを帯びるように形成されている請求項１記載の熱電モジュール。

【請求項3】

前記Ｐ型熱電薄膜素子および前記Ｎ型熱電薄膜素子と前記支持基板との間に配設されて当該Ｐ型熱電薄膜素子および当該Ｎ型熱電薄膜素子の前記第１の方向に沿った摺動を許容しつつ当該Ｐ型熱電薄膜素子および当該Ｎ型熱電薄膜素子を支持する支持部材を備えている請求項１または２記載の熱電モジュール。

【請求項4】

前記支持基板の上に前記本体部が複数積層されている請求項１から３のいずれかに記載の熱電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のＰ型熱電素子および複数のＮ型熱電素子を備えて構成された熱電モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の熱電モジュールとして、Ｎ型熱電薄膜層およびＰ型熱電薄膜層が絶縁薄膜層を挟んで交互に積層されると共に、Ｎ型熱電薄膜層およびＰ型熱電薄膜が電極薄膜層によって交互に直列に接続された熱電モジュールが特開２００８−２０５１８１号公報に開示されている。この熱電モジュールの製造に際しては、まず、基板の上に形成した犠牲層の上にスパッタ法によって絶縁薄膜層を形成する。次いで、この絶縁薄膜層の上に熱電薄膜層（Ｐ型熱電薄膜層およびＮ型熱電薄膜層のいずれか一方）をスパッタ法によって形成する。この際には、一例として、ＰドープＳｉ層およびノンドープＳｉＧｅ層を交互に複数層形成することによってＮ型熱電薄膜層を形成する。続いて、Ｎ型熱電薄膜層を構成するＰドープＳｉ層およびノンドープＳｉＧｅ層の一端側の端面を相互に接続する電極薄膜層を犠牲層の上にスパッタ法によって形成する。

【0003】

次いで、Ｎ型熱電薄膜層及び電極薄膜層の上に絶縁薄膜層をスパッタ法によって形成した後に、この絶縁薄膜層の上に熱電薄膜層（Ｐ型熱電薄膜層およびＮ型熱電薄膜層のいずれか他方）をスパッタ法によって形成する。この際には、一例として、ノンドープＳｉ層およびＢドープＳｉＧｅ層を交互に複数層形成することによってＰ型熱電薄膜層を形成する。続いて、Ｎ型熱電薄膜層（ＰドープＳｉ層およびノンドープＳｉＧｅ層の積層体）およびＰ型熱電薄膜層（ノンドープＳｉ層およびＢドープＳｉＧｅ層の積層体）の他端側の端面を相互に接続する電極薄膜層を絶縁薄膜層の上にスパッタ法によって形成する。以上の工程と同様の工程を複数回に亘って繰り返して実行することにより、絶縁薄膜層、Ｎ型熱電薄膜層、絶縁薄膜層およびＰ型熱電薄膜層の積層体を基板上の犠牲層の上に複数形成する。

【0004】

続いて、上記の積層体の側面に絶縁性の保護層を形成することにより、各電極薄膜層を保護層によって覆う。次いで、酸・アルカリなどの溶媒に浸漬して犠牲層を除去することにより、上記の積層体から基板を剥離する。この後、純水によって洗浄することにより、熱電モジュールが完成する。この場合、上記の熱電モジュールの製造方法では、各Ｎ型熱電薄膜層、各Ｐ型熱電薄膜層、各絶縁薄膜層および各電極薄膜層を同一薄膜製膜装置内において真空チャンバーから取り出すことなく連続的に成膜している。したがって、完成した熱電モジュールでは、各Ｎ型熱電薄膜層、各Ｐ型熱電薄膜層、各絶縁薄膜層および各電極薄膜層が互いに密着して一体化した状態となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２０５１８１号公報（第５−９頁、第１−１２図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、従来の熱電モジュールには、以下の問題点がある。すなわち、従来の熱電モジュールでは、同一薄膜製膜装置内において真空チャンバーから取り出すことなく各層を順次形成することで、各Ｎ型熱電薄膜層、各Ｐ型熱電薄膜層、各絶縁薄膜層および各電極薄膜層が互いに密着して一体化した状態となっている。一方、この種の熱電モジュールを発電モジュールとして使用する際には、モジュールの一端側および他端側に温度差を生じ
させるために、一端側および他端側のいずれかを十分に加熱する必要がある。この場合、この種の熱電モジュールの各層を構成する構成材料は、その熱膨張率が互いに相違している。このため、従来の熱電モジュールにおいても、各Ｎ型熱電薄膜層、各Ｐ型熱電薄膜層、各絶縁薄膜層および各電極薄膜層の熱膨張率が互いに相違した状態となっている。

【0007】

したがって、熱膨張率が互いに相違する各層が密着して一体化している従来の熱電モジュールでは、発電に際して一端側および他端側のいずれかを加熱したときに、熱膨張率が高い層が熱膨張率が低い層を引っ張るようにして熱膨張することとなる。このため、従来の熱電モジュールでは、熱膨張率が高い層、および熱膨張率が低い層の双方に物理的な負荷が掛かり、最悪の場合には、熱膨張率が高い層、および熱膨張率が低い層のいずれか、または双方が熱電モジュール内において破損することがあるという問題点が存在する。

【0008】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、熱電モジュールを構成する各層に係る負荷を十分に軽減し得る熱電モジュールを提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成すべく、本発明に係る熱電モジュールは、第１の方向に沿って長尺に形成された複数のＰ型熱電薄膜素子および当該第１の方向に沿って長尺に形成された複数のＮ型熱電薄膜素子が当該第１の方向と交差する第２の方向に沿って交互に並んで支持基板の一面側に配設されると共に、当該支持基板の当該第１の方向における両端部のうちの一方の側において１つの前記Ｐ型熱電薄膜素子における当該一方の側の端部および当該１つのＰ型熱電薄膜素子に当該第２の方向のうちの一方の方向側において隣接する１つの前記Ｎ型熱電薄膜素子における当該一方の側の端部を相互に電気的に接続する第１の電極部と、当該第１の方向における両端部のうちの他方の側において当該１つのＮ型熱電薄膜素子における当該他方の側の端部および当該１つのＮ型熱電薄膜素子に当該一方の方向側において隣接する１つの前記Ｐ型熱電薄膜素子における当該他方の側の端部を相互に電気的に接続する第２の電極部とを有し、前記複数のＰ型熱電薄膜素子および前記複数のＮ型熱電薄膜素子が直列接続されるように前記第１の電極部と前記第２の電極部とが前記第２の方向に沿って交互に形成された本体部が構成され、前記各Ｐ型熱電薄膜素子および前記各Ｎ型熱電薄膜素子は、前記第１の電極部および前記第２の電極部によって支持された状態で前記支持基板の前記一面側に配設され、前記第１の電極部は、前記Ｐ型熱電薄膜素子および前記Ｎ型熱電薄膜素子と前記支持基板との双方に固着され、前記第２の電極部は、前記Ｐ型熱電薄膜素子および前記Ｎ型熱電薄膜素子に固着されると共に前記支持基板に対する前記第１の方向に沿った摺動を許容された状態で当該支持基板によって支持されている。

【0010】

また、本発明に係る熱電モジュールは、前記第２の電極部は、少なくとも、前記支持基板に接触する接触面と前記一方の側に位置する側面との角部、および当該接触面と前記他方の側に位置する側面との角部が丸みを帯びるように形成されている。

【0011】

さらに、本発明に係る熱電モジュールは、前記Ｐ型熱電薄膜素子および前記Ｎ型熱電薄膜素子と前記支持基板との間に配設されて当該Ｐ型熱電薄膜素子および当該Ｎ型熱電薄膜素子の前記第１の方向に沿った摺動を許容しつつ当該Ｐ型熱電薄膜素子および当該Ｎ型熱電薄膜素子を支持する支持部材を備えている。

【0012】

また、本発明に係る熱電モジュールは、前記支持基板の上に前記本体部が複数積層されている。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る熱電モジュールによれば、各Ｐ型熱電薄膜素子および各Ｎ型熱電薄膜素子を第１の電極部および第２の電極部によって支持した状態で支持基板の一面側に配設し、第１の電極部をＰ型熱電薄膜素子およびＮ型熱電薄膜素子と支持基板との双方に固着し、第２の電極部をＰ型熱電薄膜素子およびＮ型熱電薄膜素子に固着すると共に支持基板に対
する第１の方向に沿った摺動を許容した状態で支持基板によって支持したことにより、支持基板、Ｐ型熱電薄膜素子、Ｎ型熱電薄膜素子、第１の電極部および第２の電極部の熱膨張率が相違し、これに起因して、加熱時や冷却時におけるこれらの変形量が互いに相違することで、Ｐ型熱電薄膜素子やＮ型熱電薄膜素子が支持基板に対して相対的に移動する力が生じたときに、第２の電極部が本体部に対して摺動するようにＰ型熱電薄膜素子やＮ型熱電薄膜素子が支持基板に対して自由に伸び縮みする結果、熱電モジュールの加熱時や冷却時に、支持基板、Ｐ型熱電薄膜素子、Ｎ型熱電薄膜素子、第１の電極部および第２の電極部に負荷が掛かる事態を回避することができ、これにより、これらの破損を防止することができる。

【0014】

また、本発明に係る熱電モジュールによれば、少なくとも、支持基板に接触する接触面と一方の側に位置する側面との角部、および接触面と他方の側に位置する側面との角部が丸みを帯びるように第２の電極部を形成したことにより、第２の電極部が支持基板に対して引っ掛かりを生じさせることなくスムーズに摺動する結果、支持基板、Ｐ型熱電薄膜素子、Ｎ型熱電薄膜素子、第１の電極部および第２の電極部に負荷が掛かる事態を確実に回避することができ、これにより、これらの破損を確実に防止することができる。

【0015】

さらに、本発明に係る熱電モジュールによれば、Ｐ型熱電薄膜素子およびＮ型熱電薄膜素子の第１の方向に沿った摺動を許容しつつＰ型熱電薄膜素子およびＮ型熱電薄膜素子を支持する支持部材をＰ型熱電薄膜素子およびＮ型熱電薄膜素子と支持基板との間に配設したことにより、長手方向の中央部が支持基板に向かって凹むような変形がＰ型熱電薄膜素子やＮ型熱電薄膜素子に生じる事態が回避されるため、Ｐ型熱電薄膜素子やＮ型熱電薄膜素子の破損を一層確実に回避することができる。

【0016】

また、本発明に係る熱電モジュールによれば、支持基板の上に本体部を複数積層したことにより、支持基板の上に本体部を１層だけ配設して構成した熱電モジュールと比較して、加熱または冷却時に、より大きな電圧を生じさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】熱電モジュール１の断面図である。

【図2】熱電モジュール１の平面図である。

【図3】熱電モジュール１の一部を拡大した断面図である。

【図4】熱電モジュール１Ａの一部を拡大した断面図である。

【図5】熱電モジュール１Ｂの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照して、本発明に係る熱電モジュールの実施の形態について説明する。

【0019】

図１，２に示す熱電モジュール１は、その一端部側および他端部側のいずれか（両図における左方側および右方側のいずれか）を加熱または冷却して一端部側および他端部側の間に温度差を生じさせることによって電流を生成して出力する発電モジュールとして使用可能に構成されている。この熱電モジュール１は、支持基板Ｂ、本体部２、スペーサＳおよびケーシングＣを備えている。支持基板Ｂは、本体部２やスペーサＳを支持する支持体であって、一例として、厚みが１〜２ｍｍ程度で、一辺の長さが１０〜５０ｍｍ程度の平面視矩形状に形成されている。この支持基板Ｂとしては、平板状のシリコンの表面に酸化膜を形成した板体や、エンジニアリングプラスチックおよびセラミックなどの非導電性材料で形成された板体を使用することができる。

【0020】

本体部２は、複数のＰ型熱電薄膜素子４、複数のＮ型熱電薄膜素子５および複数の電極
部６，７を備えている。各Ｐ型熱電薄膜素子４および各Ｎ型熱電薄膜素子５（以下、総称して「熱電薄膜素子４，５」ともいう）は、薄膜状に形成されることによって量子井戸構造に形成された熱電素子であって、一例として、厚みが０．１〜１．０μｍ程度で、長尺方向の長さが８〜４５ｍｍ程度で、短尺方向の長さ（幅）が１〜８ｍｍ程度に形成されている。なお、熱電薄膜素子４，５における長尺方向の長さや短尺方向の長さ（幅）については、熱電モジュール１に求められる仕様に応じて適宜規定される。

【0021】

Ｐ型熱電薄膜素子４は、一例として、Ｂｉ２Ｔｅ３／Ｓｂ２Ｔｅ３層と、Ｂｉ０．５Ｓｂ１．５Ｔｅ３層とが交互に積層された薄膜を長尺帯状に切断することにより、支持基板Ｂの表面に沿った第１の方向（この例では、図１，２に示す矢印Ｘの方向）に沿って長い長尺帯状に形成されている。Ｎ型熱電薄膜素子５は、一例として、Ｂｉ２Ｔｅ３層と、Ｂｉ２Ｓｅ３層とが交互に積層された薄膜を長尺帯状に切断することにより、支持基板Ｂの表面に沿った第１の方向（この例では、矢印Ｘの方向）に沿って長い長尺帯状に形成されている。なお、熱電薄膜素子４，５を構成する層は、上記の例示に限定されるものではない。例えば、ＳｉＧｅ層およびＳｉ層が交互に積層された薄膜を長尺帯状に切断することでＰ型熱電薄膜素子４を形成すると共に、ＰドープＳｉ層およびノンドープＳｉＧｅ層が交互に積層された薄膜を長尺帯状に切断することでＮ型熱電薄膜素子５を形成することができる。

【0022】

また、各熱電薄膜素子４，５は、上記の第１の方向と交差する第２の方向（この例では、図２に示す矢印Ｙの方向：第１の方向である矢印Ｘの方向と直交する方向）に沿って交互に並んだ状態で支持基板Ｂの一面側（図１における上面側）に配設されて、電極部６，７およびスペーサＳによって支持されている。この場合、各熱電薄膜素子４，５は、電極部６，７によって交互に直列接続されている。

【0023】

電極部６は、「第１の電極部」の一例であって、支持基板Ｂの第１の方向における両端部のうちの一方の側（この例では、図１，２における左方側）において熱電薄膜素子４，５における一方の側の端部（この例では、両図における左方側の端部）を相互に電気的に接続する。電極部７は、「第２の電極部」の一例であって、支持基板Ｂの第１の方向における両端部のうちの他方の側（この例では、図１、２における右方側）において熱電薄膜素子４，５における他方の側の端部（この例では、両図における右方側の端部）を相互に電気的に接続する。この電極部６，７は、一例として、ＣｕやＡｕ等の導電性材料によって厚み１ｍｍ程度の平面視矩形状に形成されている。

【0024】

この場合、この熱電モジュール１では、図３に示すように、導電性を有する接着剤Ｚによって電極部６が熱電薄膜素子４，５および支持基板Ｂの双方に固定的に接着され（固着され）、かつ、接着剤Ｚによって電極部７が熱電薄膜素子４，５に固定的に接着されると共に（固着されると共に）支持基板Ｂに対する第１の方向（同図における矢印Ｘの方向）に沿った摺動を許容された状態で支持基板Ｂによって支持されている。なお、電極部６，７や、後述する電極部８の固着については、接着剤Ｚによる接着に代えて、熱溶着によって固着させることもできる。また、この熱電モジュール１では、電極部７が、支持基板Ｂに接触する接触面（同図における下面）と一方の側に位置する側面（この例では、同図における左側の側面）との角部、および接触面と他方の側に位置する側面（この例では、同図における右側の側面）との角部が丸みを帯びるように形成されている。

【0025】

また、図２に示すように、この熱電モジュール１では、電極部６，７によって交互に直列接続された熱電薄膜素子４，５における直列接続の両端部に電極部８がそれぞれ接続されると共に、支持基板Ｂの一端側（この例では、同図における左端側）に取り付けられた出力端子９と、上記の電極部８とが接続用導体９ａを介して相互に電気的に接続されている（「本体部が一方の側において出力端子に接続された」との構成の一例）。この場合、
上記の電極部８は、上記の電極部６，７と同様にして、一例として、ＣｕやＡｕ等の導電性材料で厚み厚み１ｍｍ程度に形成されている。

【0026】

スペーサＳは、「支持部材」の一例であって、図１に示すように、熱電薄膜素子４，５と支持基板Ｂとの間に配設されて熱電薄膜素子４，５の第１の方向に沿った摺動を許容しつつ、熱電薄膜素子４，５を支持可能に構成されている。このスペーサＳは、一例として、エンジニアリングプラスチックやセラミックなどの非導電性材料によって電極部６，７と同等の厚み１ｍｍ程度の平板状に形成されている。ケーシングＣは、支持基板Ｂ上に形成された本体部２を保護するための筐体であって、厚み１ｍｍ程度のエンジニアリングプラスチック等の耐熱性材料で全体として底面開口の箱形に形成されている。

【0027】

この熱電モジュール１の製造に際しては、一例として、製造用支持基板（図示せず）の上にＢｉ２Ｔｅ３／Ｓｂ２Ｔｅ３層と、Ｂｉ０．５Ｓｂ１．５Ｔｅ３層とを交互に形成することにより、Ｐ型熱電薄膜素子４を製造するためのＰ型熱電薄膜（図示せず）を製造する。同様にして、製造用支持基板（図示せず）の上にＢｉ２Ｔｅ３層と、Ｂｉ２Ｓｅ３層とが交互に形成することにより、Ｎ型熱電薄膜素子５を製造するためのＮ型熱電薄膜（図示せず）を製造する。次いで、Ｐ型熱電薄膜およびＮ型熱電薄膜を所望のサイズに切断すると共に、上記の製造用支持基板から剥離する。これにより、熱電薄膜素子４，５が製造される。次いで、例えばＣｕの板体を所望のサイズに切断することにより、電極部６，７，８を製造する。この際に、電極部７として使用する切断片については、支持基板Ｂに接触する接触面と一方の側に位置する側面との角部、および接触面と他方の側に位置する側面との角部が丸みを帯びるように加工する。

【0028】

次いで、支持基板Ｂ上の予め規定された位置に接着剤Ｚによって各電極部６，８およびスペーサＳを接着すると共に、支持基板Ｂ上の予め規定された位置に各電極部７を配置した状態において、各熱電薄膜素子４，５を電極部６，７，８の表面に接着剤Ｚによって接着する。これにより、電極部６が熱電薄膜素子４，５と支持基板Ｂとの双方に接着剤Ｚによって固定的に接着され、かつ、電極部７が熱電薄膜素子４，５に接着剤Ｚによって固定的に接着されると共に支持基板Ｂに対する第１の方向（図１〜３における矢印Ｘの方向）に沿った摺動を許容された状態で支持基板Ｂによって支持された状態となり、支持基板Ｂの上に本体部２が形成される。この後、電極部８と出力端子９とを接続用導体９ａによって接続すると共に、本体部２を覆うようにして支持基板ＢにケーシングＣを取り付けることにより、図１に示すように、熱電モジュール１が完成する。

【0029】

この熱電モジュール１の使用に際しては、両出力端子９，９を図示しない接続用ケーブルによって電流供給対象体に接続した状態において、一例として、出力端子９，９が設けられている側の端部（電極部６によって熱電薄膜素子４，５が相互に接続されている側の端部）を熱源に接近させ、かつ、出力端子９，９が設けられていない側の端部（電極部７によって熱電薄膜素子４，５が相互に接続されている側の端部）を大気中に突出させる。この場合、出力端子９，９が設けられていない側の端部を熱源に接近させ、かつ、出力端子９，９が設けられている側の端部を大気中に突出させてもよい。これにより、熱電モジュール１における熱源側の端部が加熱されて、熱源側の端部と、大気中に突出させられている側の端部との間に温度差が生じる結果、ゼーベック効果によって本体部２において電位差が生じて出力端子９，９から電流供給対象体に電流が出力される。なお、上記のゼーベック効果については公知のため、その詳細な説明を省略する。

【0030】

この場合、この熱電モジュール１では、前述したように、熱電薄膜素子４，５、電極部６〜８、支持基板ＢおよびスペーサＳなどが互いに相違する材料で形成されている。このため、この熱電モジュール１では、これらの熱膨張率が互いに相違している。したがって、出力端子９，９が設けられている側の端部が熱源に接近させられることで熱電モジュー
ル１が加熱され、熱電薄膜素子４，５、電極部６〜８、支持基板ＢおよびスペーサＳなどが熱膨張する際には、これらの変形量が互いに相違することとなる。

【0031】

また、図３に示すように、この熱電モジュール１では、電極部６が熱電薄膜素子４，５および支持基板Ｂの双方に固着されているため、熱電薄膜素子４，５における出力端子９，９側の端部（電極部６によって相互に接続されている側の端部：左方側の端部）の支持基板Ｂに対する移動が規制されている。したがって、構成材料の熱膨張率の相違に起因して、支持基板ＢやスペーサＳよりも熱電薄膜素子４，５の方が大きく変形する場合には、熱電薄膜素子４，５における他方側の端部（電極部７によって相互に接続されている側の端部）が支持基板Ｂに対して矢印Ｘ１で示す向きに移動することとなる。また、熱電薄膜素子４，５よりも支持基板ＢやスペーサＳの方が大きく変形する場合には、熱電薄膜素子４，５における他方側の端部（電極部７によって相互に接続されている側の端部）が支持基板Ｂに対して矢印Ｘ２で示す向きに相対的に移動することとなる。

【0032】

この際に、この熱電モジュール１では、電極部７が熱電薄膜素子４，５に固着されると共に、支持基板Ｂに対する矢印Ｘの方向に沿った摺動を許容された状態で支持基板Ｂによって支持されている。したがって、各部の熱膨張に伴って、熱電薄膜素子４，５の他方側の端部を矢印Ｘ１，Ｘ２の向きで支持基板Ｂに対して移動させようとする力が生じたときには、電極部７が支持基板Ｂの表面を矢印Ｘ１，Ｘ２の向きで摺動する結果、熱電薄膜素子４，５および支持基板Ｂに負荷が掛かる事態が回避される。また、電極部７における底面側の角部が丸みを帯びるように加工されているため、電極部７の支持基板Ｂに対する引っ掛かりが生じる事態も回避される。

【0033】

このように、この熱電モジュール１によれば、各Ｐ型熱電薄膜素子４および各Ｎ型熱電薄膜素子５を電極部６，７によって支持した状態で支持基板Ｂの一面側に配設し、電極部６をＰ型熱電薄膜素子４およびＮ型熱電薄膜素子５と支持基板Ｂとの双方に固着し、電極部７をＰ型熱電薄膜素子４およびＮ型熱電薄膜素子５に固着すると共に支持基板Ｂに対する第１の方向に沿った摺動を許容した状態で支持基板Ｂによって支持したことにより、支持基板Ｂ、Ｐ型熱電薄膜素子４、Ｎ型熱電薄膜素子５および電極部６〜８の熱膨張率が相違し、これに起因して、加熱時や冷却時におけるこれらの変形量が互いに相違することで、Ｐ型熱電薄膜素子４やＮ型熱電薄膜素子５が支持基板Ｂに対して相対的に移動する力が生じたときに、電極部７が本体部２に対して摺動するようにＰ型熱電薄膜素子４やＮ型熱電薄膜素子５が支持基板Ｂに対して自由に伸び縮みする結果、熱電モジュール１の加熱時や冷却時に、支持基板Ｂ、Ｐ型熱電薄膜素子４、Ｎ型熱電薄膜素子５および電極部６〜８に負荷が掛かる事態を回避することができ、これにより、これらの破損を防止することができる。

【0034】

また、この熱電モジュール１によれば、少なくとも、支持基板Ｂに接触する接触面と一方の側に位置する側面との角部、および接触面と他方の側に位置する側面との角部が丸みを帯びるように電極部７を形成したことにより、電極部７が支持基板Ｂに対して引っ掛かりを生じさせることなくスムーズに摺動する結果、支持基板Ｂ、Ｐ型熱電薄膜素子４、Ｎ型熱電薄膜素子５および電極部６〜８に負荷が掛かる事態を確実に回避することができ、これにより、これらの破損を確実に防止することができる。

【0035】

さらに、この熱電モジュール１によれば、Ｐ型熱電薄膜素子４およびＮ型熱電薄膜素子５の第１の方向に沿った摺動を許容しつつＰ型熱電薄膜素子４およびＮ型熱電薄膜素子５を支持するスペーサＳをＰ型熱電薄膜素子４およびＮ型熱電薄膜素子５と支持基板Ｂとの間に配設したことにより、長手方向の中央部が支持基板Ｂに向かって凹むような変形がＰ型熱電薄膜素子４やＮ型熱電薄膜素子５に生じる事態が回避されるため、Ｐ型熱電薄膜素子４やＮ型熱電薄膜素子５の破損を一層確実に回避することができる。

【0036】

なお、熱電モジュールの構成は、上記の熱電モジュール１の構成に限定されない。例えば、上記の熱電モジュール１では、板状の導体（この例では、Ｃｕの板体）を所定形状に切断して製造した電極部６〜８を備えているが、「第１の電極部」や「第２の電極部」は、その全体を導体で構成したものに限定されない。具体的には、一例として、図４に示す熱電モジュール１Ａにおける本体部２ａの電極部６ａ（「第１の電極部」の他の一例）や電極部７ａ（「第２の電極部」の他の一例）のように、エンジニアリングプラスチックやセラミック等で形成した小片１１の一面にＣｕやＡｕ等の導電性材料によって厚み０．５〜３．０μｍ程度の導体層１２を形成した構成を採用することもできる。なお、この熱電モジュール１Ａや、後述する熱電モジュール１Ｂ（図５参照）において上記の熱電モジュール１と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0037】

この熱電モジュール１Ａにおける本体部２ａのように形成した電極部６ａ，７ａにおいても、上記の導体層１２を接着剤Ｚによって熱電薄膜素子４，５に接着することによって、電極部６，７と同様に機能させることができる。また、この電極部７ａでは、支持基板Ｂに接触する接触面（同図における下面）と一方の側に位置する側面（この例では、同図における左側の側面）との角部、および接触面と他方の側に位置する側面（この例では、同図における右側の側面）との角部が丸みを帯びるように小片１１が加工されている。したがって、上記の電極部７と同様にして、支持基板Ｂに対して引っ掛かりを生じさせることなくスムーズに摺動させることができる結果、支持基板Ｂ、Ｐ型熱電薄膜素子４、Ｎ型熱電薄膜素子５および電極部６〜８に負荷が掛かる事態を確実に回避することができ、これにより、これらの破損を確実に防止することができる。

【0038】

また、図３，４に示すように、スペーサＳにおける電極部６（６ａ）の近傍（出力端子９，９が設けられている側の端部寄り）において、例えば非導電性の接着剤ＺａによってスペーサＳに熱電薄膜素子４，５を点的に固着させて支持させてもよい。このような構成を採用することにより、電極部６，７（６ａ，７ａ）と熱電薄膜素子４，５との固着部位や、電極部６（６ａ）と支持基板Ｂとの固着部位（上記の例では、接着剤Ｚによって接着した部位）にストレスが集中する事態を回避することができる結果、上記の固着部位に剥がれが生じる事態を回避することができる。

【0039】

さらに、熱電薄膜素子４，５において少なくとも電極部６，７（６ａ，７ａ），８が固着される領域に、ＣｕやＡｕ等の導電性材料によって厚み０．５〜３．０μｍ程度の導体層を形成し、熱電薄膜素子４，５に形成した導体層と、電極部６，７（６ａ，７ａ），８とを、接着剤Ｚによる接着、または、熱溶着によって相互に固着させることもできる（図示せず）。このような構成を採用することにより、熱電薄膜素子４，５と、電極部６，７（６ａ，７ａ），８との電気的な接続を一層良好な状態とすることができる。

【0040】

また、支持基板Ｂの上に本体部２（または、本体部２ａ）を１層だけ配設して構成した熱電モジュール１，１Ａを例に挙げて説明したが、熱電モジュール１の構成はこれに限定されず、図５に示す熱電モジュール１Ｂのように、支持基板Ｂの上に本体部２ａを複数積層した構成を採用することができる。この場合、この熱電モジュール１Ｂでは、各本体部２ａが並列接続されている。具体的には、この熱電モジュール１では、各本体部２ａの電極部８が出力端子９に並列接続（共通的に接続）されている。このように、支持基板Ｂの上に本体部２ａを複数積層して構成した熱電モジュール１Ｂによれば、加熱または冷却時に、支持基板Ｂの上に本体部２（または、本体部２ａ）を１層だけ配設して構成した熱電モジュール１，１Ａと比較して、加熱または冷却時に、より大きな電圧を生じさせることができる。

【0041】

さらに、各熱電薄膜素子４，５と支持基板Ｂとの間に１枚の平板状のスペーサＳを配設
して１枚のスペーサＳを各熱電薄膜素子４，５によって共用する構成を例に挙げて説明したが、各Ｐ型熱電薄膜素子および各Ｎ型熱電薄膜素子毎に別個独立して「支持部材」としてのスペーサを設けることもできる（図示せず）。さらに、各Ｐ型熱電薄膜素子および各Ｎ型熱電薄膜素子と支持基板との間に支持部材を配設することなく、各Ｐ型熱電薄膜素子および各Ｎ型熱電薄膜素子を第１の電極部および第２の電極部だけで支持する構成を採用することもできる。

【0042】

また、平面視矩形状の電極部６，７（６ａ，７ａ）を備えた例について説明したが、第１の電極部および第２の電極部の平面視形状はこれに限定されない。さらに、「第１の電極部」としての電極部６（６ａ）の側において本体部２（２ａ）の両端部を接続用導体９ａ，９ａによって出力端子９，９に接続した構成を例に挙げて説明したが、接続用導体として十分にフレキシブルな導体を使用することにより、電極部６（６ａ）を「第１の方向に沿った摺動を許容された状態で支持基板によって支持される第２の電極部」として構成し、その電極部６（６ａ）の側において、接続用導体９ａによって熱電薄膜素子４，５を出力端子９に接続する構成を採用することもできる（図示せず）。

【符号の説明】

【0043】

１，１Ａ，１Ｂ 熱電モジュール
２，２ａ 本体部
４ Ｐ型熱電薄膜素子
５ Ｎ型熱電薄膜素子
６，６ａ，７，７ａ，８ 電極部
９ 出力端子
９ａ 接続用導体
１１ 小片
１２ 導体層
Ｂ 支持基板
Ｃ ケーシング
Ｓ スペーサ
Ｚ 接着剤
Ｘ，Ｙ 矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】