特許 6492210 熱整流性基板および熱電発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6492210

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】熱整流性基板および熱電発電装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/24 20060101AFI20190318BHJP

   H01L 35/32 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   H01L35/24

   H01L35/32 A

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-96475(P2018-96475)

(22)【出願日】2018年5月18日

【審査請求日】2019年1月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】萩野 春俊

(72)【発明者】

【氏名】川原 洋司

(72)【発明者】

【氏名】大橋 正和

(72)【発明者】

【氏名】望月 正孝

【審査官】 石黒 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７２４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０３０２３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１８／１５１１９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／１６３３１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−８０５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０３０２３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １５／００

Ｈ０１Ｌ ３５／２４

Ｈ０１Ｌ ３５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＰＴＣ領域と複数のＮＴＣ領域とを備え、
平面視および断面視において、前記複数のＰＴＣ領域および前記複数のＮＴＣ領域は交互に並べて配置され、
前記複数のＰＴＣ領域には、樹脂によって形成されたＰ側基材と、前記Ｐ側基材内に配された複数のＰ側熱伝導粒子とが含まれ、
前記複数のＮＴＣ領域には、樹脂によって形成されたＮ側基材と、前記Ｎ側基材内に配された複数のＮ側熱伝導粒子および複数の熱収縮粒子とが含まれ、
前記複数のＰ側熱伝導粒子は、前記Ｐ側基材よりも熱伝導率が大きく、
前記複数のＮ側熱伝導粒子は、前記Ｎ側基材よりも熱伝導率が大きく、
前記複数の熱収縮粒子は、温度の上昇に伴って収縮する、熱整流性基板。

【請求項2】

平面視において、前記複数のＰＴＣ領域および前記複数のＮＴＣ領域は、第１方向に長い帯状に形成されるとともに、前記第１方向に直交する第２方向において交互に並べて配置されている、請求項１に記載の熱整流性基板。

【請求項3】

平面視において、前記複数のＰＴＣ領域および前記複数のＮＴＣ領域は、第１方向および前記第１方向に直交する第２方向の双方において、交互に並べて配置されている、請求項１に記載の熱整流性基板。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の熱整流性基板と、
前記熱整流性基板上に設けられた熱電変換モジュールと、を備え、
前記熱電変換モジュールは、少なくとも１つのＰ型熱電素子と、少なくとも１つのＮ型熱電素子と、複数の電極と、を有し、
前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子は、前記電極によって接続され、かつ前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子の両端部にはそれぞれ前記電極が設けられ、
平面視において、前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子は、それぞれが前記ＰＴＣ領域と前記ＮＴＣ領域との境界を跨ぐように配置されている、熱電発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱整流性基板および熱電発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、下記特許文献１に示されるような、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換可能な熱電発電装置が知られている。この熱電発電装置は、熱電変換モジュールと、熱整流性基板と、を備えている。熱整流性基板は、熱伝導性フィラーを有する熱伝導性樹脂Ａ（良熱伝導部）と、熱伝導性樹脂Ａよりも熱伝導率が低い熱伝導性樹脂Ｂ（断熱部）と、を有する。良熱伝導部と断熱部とは、交互に配置されている。そして熱電変換モジュールは、良熱伝導部と断熱部との間の温度差に応じて発電するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１４８４９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のように、良熱伝導部と断熱部とを交互に配置する場合には、メタルマスクやフォトマスク、スクリーン印刷などを用いて、良熱伝導部および断熱部のうち一方を形成したのち、その隙間に他方を形成するなど、複雑な製造工程が必要となる。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされ、より製造しやすい熱整流性基板および熱電発電装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る熱整流性基板は、複数のＰＴＣ領域と複数のＮＴＣ領域とを備え、平面視および断面視において、前記複数のＰＴＣ領域および前記複数のＮＴＣ領域は交互に並べて配置され、前記複数のＰＴＣ領域には、樹脂によって形成されたＰ側基材と、前記Ｐ側基材内に配された複数のＰ側熱伝導粒子とが含まれ、前記複数のＮＴＣ領域には、樹脂によって形成されたＮ側基材と、前記Ｎ側基材内に配された複数のＮ側熱伝導粒子および複数の熱収縮粒子とが含まれ、前記複数のＰ側熱伝導粒子は、前記Ｐ側基材よりも熱伝導率が大きく、前記複数のＮ側熱伝導粒子は、前記Ｎ側基材よりも熱伝導率が大きく、前記複数の熱収縮粒子は、温度の上昇に伴って収縮する。

【0007】

上記第１の態様によれば、ＮＴＣ領域に含まれる熱収縮粒子は、温度の上昇に伴って収縮する。このため、熱収縮粒子の周囲のＮ側熱伝導粒子同士の間隔が小さくなり、ＮＴＣ領域の熱伝導率が大きくなる。一方、ＰＴＣ領域では、温度の上昇に伴ってＰ側基材が膨張し、Ｐ側熱伝導粒子同士の間隔が大きくなる。このため、ＰＴＣ領域の熱伝導率が小さくなる。このようなＰＴＣ領域およびＮＴＣ領域を、平面視および断面視で交互に配置することで、熱整流性基板の一方の面を加熱した時に、他方の面内で温度差を生じさせることができる。
そして上記態様の熱整流性基板は、樹脂であるＰ側基材およびＮ側基材を主体として形成されているため、製造が比較的容易であり、かつ全体として可撓性を持たせることができる。熱整流性基板が可撓性を有している場合には、複雑な形状の熱源にも取り付けることが可能となり、より幅広い用途に熱整流性基板を適用することができる。

【0008】

ここで、平面視において、前記複数のＰＴＣ領域および前記複数のＮＴＣ領域は、第１方向に長い帯状に形成されるとともに、前記第１方向に直交する第２方向において交互に並べて配置されていてもよい。

【0009】

この場合、例えばＰＴＣ領域となる膜およびＮＴＣ領域となる膜を別個に作成し、それぞれの膜に切り込みを入れて互いに組み合わせることで、熱整流性基板を比較的容易に製造することができる。

【0010】

また、平面視において、前記複数のＰＴＣ領域および前記複数のＮＴＣ領域は、第１方向および前記第１方向に直交する第２方向の双方において、交互に並べて配置されていてもよい。

【0011】

この場合、例えばＰＴＣ領域となる帯状の膜およびＮＴＣ領域となる帯状の膜を別個に作成し、これらの帯状の膜を編むことで、熱整流性基板を比較的容易に製造することができる。

【0012】

また、本発明の第２の態様に係る熱電発電装置は、上記熱整流性基板と、前記熱整流性基板上に設けられた熱電変換モジュールと、を備え、前記熱電変換モジュールは、少なくとも１つのＰ型熱電素子と、少なくとも１つのＮ型熱電素子と、複数の電極と、を有し、前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子は、前記電極によって接続され、かつ前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子の両端部にはそれぞれ前記電極が設けられ、平面視において、前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子は、それぞれが前記ＰＴＣ領域と前記ＮＴＣ領域との境界を跨ぐように配置されている。

【0013】

上記第２の態様によれば、例えば熱整流性基板の下面に熱を加えた場合に、熱整流性基板の上面内に温度差が生じる。具体的には、上面におけるＰＴＣ領域の温度が、上面におけるＮＴＣ領域の温度よりも高くなる。そして、ＮＴＣ領域とＰＴＣ領域との境界を跨ぐようにＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子が配置されているため、ＰＴＣ領域とＮＴＣ領域との間の温度差によって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の上記態様によれば、より製造しやすい熱整流性基板および熱電発電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る熱電発電装置の平面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ断面矢視図である。

【図3】（ａ）はＮＴＣ領域の概略構成を示す断面図である。（ｂ）はＰＴＣ領域の概略構成を示す断面図である。

【図4】図３（ａ）、（ｂ）の熱伝導粒子の例を示す模式図である。

【図5】図２のＮＴＣ領域（ＮＴＣ膜）の製造方法の一例を示す図である。

【図6】第１実施形態に係る熱整流性基板の製造方法の一例を示す図である。

【図7】（ａ）は図２のＰＴＣ領域についての、温度と熱伝導率との関係を示す図である。（ｂ）は図２のＮＴＣ領域についての、温度と熱伝導率との関係を示す図である。

【図8】（ａ）はＮ側表面に熱源を設けた場合の概略図である。（ｂ）はＰ側表面に熱源を設けた場合の概略図である。

【図9】（ａ）（ｂ）は、熱流の方向に応じた熱伝導率の違いを説明する図である。

【図10】第２実施形態に係る熱電発電装置の平面図である。

【図11】第２実施形態に係る熱整流性基板の製造方法の一例を示す図である。

【図12】実施例に係る熱整流性基板を説明する図である。

【図13】実施例に係る熱整流性基板の熱特性を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１実施形態）
以下、第１実施形態の熱整流性基板および熱電発電装置について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、熱電発電装置１Ａは、熱整流性基板２Ａと、熱整流性基板２Ａ上に設けられた熱電変換モジュール３と、を備えている。

【0017】

（方向定義）
ここで、本実施形態ではＸＹＺ直交座標系を設定して各構成の位置関係を説明する。Ｚ方向は、熱整流性基板２Ａの厚さ方向である。Ｘ方向は、Ｚ方向に直交する方向である。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向の双方に直交する方向である。
以下、各方向を第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、上下方向Ｚと表す。また、上下方向Ｚのうち、熱整流性基板２Ａ側を下方といい、熱電変換モジュール３側を上方という。また、上下方向Ｚから見ることを平面視といい、上下方向Ｚに沿う断面で見ることを断面視という。

【0018】

（熱整流性基板）
図２に示すように、熱整流性基板２Ａは、上層部２ａと下層部２ｂとを有する２層構造になっている。上層部２ａおよび下層部２ｂは薄膜状に形成されており、上層部２ａと下層部２ｂとは密着して一体化している。熱整流性基板２Ａの上面は、上層部２ａの上面２ａ１であり、熱整流性基板２Ａの下面は、下層部２ｂの下面２ｂ１である。
上面２ａ１は、熱電変換モジュール３とともに、絶縁体４により覆われている。なお、絶縁体４はなくてもよい。図１では絶縁体４の図示を省略している。

【0019】

上層部２ａおよび下層部２ｂにはそれぞれ、複数の薄膜状のＮＴＣ領域１０および複数の薄膜状のＰＴＣ領域２０が含まれている。上層部２ａに含まれるＮＴＣ領域１０（上側ＮＴＣ領域）の下方には、下層部２ｂに含まれるＰＴＣ領域２０（下側ＰＴＣ領域）が配置されている。上層部２ａに含まれるＰＴＣ領域２０（上側ＰＴＣ領域）の下方には、下層部２ｂに含まれるＮＴＣ領域１０（下側ＮＴＣ領域）が配置されている。また、図１に示すように、上下方向Ｚから見た平面視において、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０は、第２方向Ｙに交互に並べて配置されている。

【0020】

上記構成により、熱整流性基板２Ａは、複数のＰＴＣ領域２０および複数のＮＴＣ領域１０を備え、平面視および断面視において、複数のＰＴＣ領域２０および複数のＮＴＣ領域１０が交互に並べて配置されている。
また本実施形態では、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０は第１方向Ｘに長い帯状に形成されている。

【0021】

ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０はそれぞれ、第１面および第２面を有する膜状に形成されている。ＮＴＣ領域１０はＮＴＣ特性を有しており、ＰＴＣ領域２０はＰＴＣ特性を有している。ここでＰＴＣ特性とは、温度上昇により物性値（本明細書では熱抵抗または電気抵抗）が正の係数を持って変化する特性である。ＮＴＣ特性とはその逆で、温度上昇により物性値（同上）が負の係数を持って変化する特性である。

【0022】

ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０は、有機材料および無機材料を複合させたコンポジット膜により構成されている。熱整流性基板２Ａは、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０を重ね合わせて形成されているため、薄膜状となっている。本実施形態では、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０の内部に存在する熱伝導経路の状態を、熱流の方向によって変化させることで、熱整流性を実現している。以下、より詳しく説明する。

【0023】

（ＮＴＣ領域）
図３（ａ）は、図２のＮＴＣ領域１０の拡大図である。図３（ａ）に示すように、ＮＴＣ領域１０は、Ｎ側基材１１と、複数のＮ側熱伝導粒子１２と、複数の熱収縮粒子１３と、を有している。Ｎ側基材１１には、第１材料１１ａ（Ｎ側第１材料）と、第２材料１１ｂ（Ｎ側第２材料）と、が含まれている。Ｎ側熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３は、Ｎ側基材１１内に混練されている。

【0024】

ＮＴＣ領域１０の厚さ方向（上下方向Ｚ）に沿う断面において、ＮＴＣ領域１０には、交互に配置された複数の結晶性層および複数の非結晶性層が形成されている。結晶性層は主として第１材料１１ａにより構成され、非結晶性層は主として第２材料１１ｂにより構成されている。結晶性層および非結晶性層はＮＴＣ領域１０の厚さ方向に延びている。Ｎ側熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３は、主としてＮＴＣ領域１０の非結晶層（第２材料１１ｂ）内に存在している。Ｎ側熱伝導粒子１２は、ＮＴＣ領域１０の第１面から第２面にかけて、厚さ方向に一直線の列をなすように配されている。なお、この列は一直線状でなくてもよく、途中で枝分かれしていてもよい。

【0025】

（ＰＴＣ領域）
図３（ｂ）は、断面視したＰＴＣ領域２０の拡大図である。図３（ｂ）に示すように、ＰＴＣ領域２０には、Ｐ側基材２１と、Ｐ側熱伝導粒子２２と、が含まれている。Ｐ側基材２１には、第１材料２１ａ（Ｐ側第１材料）と、第２材料２１ｂ（Ｐ側第２材料）と、が含まれている。Ｐ側熱伝導粒子２２は、Ｐ側基材２１内に混練されている。

【0026】

ＰＴＣ領域２０の厚さ方向に沿う断面において、ＰＴＣ領域２０には、交互に配置された複数の結晶性層および複数の非結晶性層が形成されている。結晶性層は主として第１材料２１ａにより構成され、非結晶性層は主として第２材料２１ｂにより構成されている。結晶性層および非結晶性層はＰＴＣ領域２０の厚さ方向に延びている。Ｐ側熱伝導粒子２２は、主としてＰＴＣ領域２０の非結晶層（第２材料２１ｂ）内に存在している。Ｐ側熱伝導粒子２２は、ＰＴＣ領域２０の厚さ方向に一直線の列をなすように配されている。なお、この列は一直線状でなくてもよく、途中で枝分かれしていてもよい。

【0027】

（熱伝導粒子）
熱伝導粒子１２、２２は、基材１１、２１よりも熱伝導率の高い材質により形成されている。熱伝導粒子１２、２２の構成としては、図４に示すようなものが挙げられる。図４の例では、熱伝導粒子１２、２２は、導電性の磁性体粒子Ｍと、磁性体粒子Ｍを覆う被覆Ｃとを有する。

【0028】

磁性体粒子Ｍは、例えばニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）のうち１または２以上を含む磁性材料から構成されている。磁性材料は金属であることが好ましい。特に、ＮｉまたはＮｉ合金は、導電性および耐食性に優れた磁性材料であるため、磁性体粒子Ｍの材質として好適である。

【0029】

図４に示すように、磁性体粒子Ｍの粒子本体の外表面には、複数の突起が形成されていてもよい。突起は先細り形状、すなわち外表面から離れるほど幅が小さく狭くなる形状（例えば多角錐状、円錐状などの錐状）であることが好ましい。磁性体粒子Ｍが突起を有する場合、Ｎ側熱伝導粒子１２同士またはＰ側熱伝導粒子２２同士が互いに接触する際の接触点が多くなる。これにより、ＮＴＣ領域１０またはＰＴＣ領域２０内の熱伝導経路の熱伝導性および導電性が高められる。なお、鋭利な先細り形状の複数の突起を有する粒子を「スパイク状粒子」という。磁性体粒子Ｍはスパイク状粒子であることがより好ましい。

【0030】

磁性体粒子Ｍは、例えば、１個の球形の粒子本体の表面に、鋭利な複数の突起（通常は１０個〜５００個）が形成されている。各突起の高さは、粒子本体の粒径に対して概ね１／３〜１／５００である。熱伝導粒子１２，２２は、例えば、カルボニル金属粉（純度９９．９９％のニッケルカルボニル）を原料として、Ｎｉ（ＣＯ）_４→Ｎｉ＋４ＣＯという反応に従って得られる（特開平５−４７５０３号公報を参照）。

【0031】

磁性体粒子Ｍの平均粒径は、例えば０．２〜１０μｍ（好ましくは１〜３μｍ）である。磁性体粒子Ｍの粒径が０．２μｍより小さい場合、熱整流性基板２Ａの製造工程において磁場をかけても、熱伝導粒子１２，２２に作用する磁力が小さいことで熱伝導粒子１２，２２が移動しにくくなる。また、磁性体粒子Ｍの粒径が１０μｍより大きい場合、製造工程において磁場をかけても、例えば液状の基材１１、２１内での流動抵抗が高くなることで、熱伝導粒子１２，２２が移動しにくくなる。これに対して、磁性体粒子Ｍの平均粒径が上記範囲であれば、熱伝導粒子１２，２２は磁場中で移動しやすくなり、膜の厚さ方向に列をなす配置をとりやすくなる。

【0032】

磁性体粒子Ｍの平均粒径は、例えばレーザー回折散乱法に基づく粒度分布測定装置によって測定することができる。平均粒径としては、例えば５０％累積粒子径（質量基準または体積基準）、最頻粒子径などを採用できる。平均粒径は、粒子を観察した画像に基づく十分な数（例えば１００以上）の粒子についての測定値の平均値を採用してもよい。粒子の画像は、例えば光学顕微鏡、電子顕微鏡などを用いて得られた観察画像である。非球形の粒子の粒径としては、例えば観察画像における最長径と最短径の平均値を採用してもよい。

【0033】

被覆Ｃは、磁性体粒子Ｍの外表面を覆っている。被覆Ｃは、例えば炭素材によって形成される。炭素材としては、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンブラックなどが挙げられる。特に、導電性および耐久性に優れた材料であるグラフェンが被覆Ｃの材質として好適である。被覆Ｃの厚さは、例えば１〜１００ｎｍ（好ましくは１０〜２０ｎｍ）である。

【0034】

被覆Ｃは、磁性体粒子Ｍを保護する機能を有する。例えば熱整流性基板２Ａが液剤などに接触した場合に、被覆Ｃによって液剤から磁性体粒子Ｍを保護することができる。また、被覆Ｃには、熱伝導粒子１２，２２同士の接触面積を大きくし、ＮＴＣ領域１０またはＰＴＣ領域２０の熱抵抗および電気抵抗を小さくする機能も有する。

【0035】

熱伝導粒子１２，２２の平均粒径は、例えば０．２〜１０μｍ（好ましくは１〜３μｍ）である。熱伝導粒子１２，２２の平均粒径および最大粒径は、ＮＴＣ領域１０またはＰＴＣ領域２０の厚さより小さい。熱伝導粒子１２，２２に、ＮＴＣ領域１０またはＰＴＣ領域２０の厚さ方向に圧縮歪みが加えられていてもよい。
Ｎ側熱伝導粒子１２およびＰ側熱伝導粒子２２の材質、構造などは同一であってもよいし、異なっていてもよい。

【0036】

（熱収縮粒子）
熱収縮粒子１３は、負の熱膨張係数を有する材質により形成され、温度の上昇に伴って収縮する。熱収縮粒子１３の材質としては、セラミックスが挙げられる。より具体的には、熱収縮粒子１３として、Ｍｎ_３ＸＮ（Ｘ：Ｚｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｓｎなど）により表されるマンガン窒化物を用いることができる。なお、ＸはＺｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｎ（スズ）などのうちの１つであってもよいし、これらのうち２つ以上であってもよい。例えば、Ｍｎ_３Ｚｎ_ＸＣｕ_ＹＮにより表されるマンガン窒化物を熱収縮粒子１３として用いてもよい。
熱収縮粒子１３は、Ｎ側熱伝導粒子１２とともに、Ｎ側基材１１の第２材料１１ｂ内に主として配されている。
なお、図示は省略するが、熱収縮粒子１３にも熱伝導粒子１２，２２と同様の被覆Ｃを設けてもよい。この場合、被覆Ｃによって熱収縮粒子１３を保護することができる。

【0037】

（第１材料）
第１材料１１ａ、２１ａは結晶性の樹脂材料である。第１材料１１ａ、２１ａは、絶縁性材料である。第１材料１１ａ、２１ａは、第２材料１１ｂ、２１ｂに比べて熱膨張係数が高いことが好ましい。第１材料１１ａ、２１ａは、液状硬化性の材料（例えば熱可塑性の材料）であることが好ましい。
第１材料１１ａ、２１ａとしては、ポリエチレンを好適に用いることができる。ポリエチレンの脆化温度は−８０〜−２０℃で、ガラス転移点は−２０〜−１２０℃である。

【0038】

なお、第１材料１１ａ、２１ａとして、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等を用いてもよい。第１材料１１ａ、２１ａは、これらのうち１つを単独で用いてもよいし、２つ以上を混合して用いてもよい。ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン（融点１２０〜１４０℃）、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン（融点９５〜１３０℃）、エチレンプロピレンジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリエチレン類；アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン等のポリプロピレン類（融点１００〜１４０℃）；ポリブテン等を挙げることができる。ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６１０等を挙げることができる。

【0039】

（第２材料）
第２材料１１ｂ、２１ｂは、非結晶性の樹脂材料である。第２材料１１ｂ、２１ｂは、絶縁性材料である。
第２材料１１ｂ、２１ｂとしては、例えばパラフィン類を好適に用いることができる。なお、第２材料１１ｂ、２１ｂとしてポリスチレン樹脂、または非結晶性ポリエチレン等を用いてもよい。第２材料１１ｂ、２１ｂは、これらのうち１つを単独で用いてもよいし、２つ以上を混合して用いてもよい。
第２材料１１ｂ、２１ｂは、液状硬化性の材料（例えば熱可塑性の材料）であることが好ましい。第２材料１１ｂ、２１ｂは、第１材料１１ａ、２１ａに比べて分子量が低いことが好ましい。

【0040】

第２材料１１ｂ、２１ｂの融点は、第１材料１１ａ、２１ａの融点より低い。第２材料１１ｂ、２１ｂの融点は、例えば５４〜５８℃とされる。第２材料１１ｂ、２１ｂの融点が５４℃以上であると、第２材料１１ｂ、２１ｂの過度の流動化を抑えることができる。そのため、第２材料１１ｂ、２１ｂがＮＴＣ領域１０またはＰＴＣ領域２０の表面付近に流出することによって、熱伝導粒子１２、２２の列形成が阻害されるのを防ぐことができる。第２材料１１ｂ、２１ｂの融点が５８℃以下であると、第２材料１１ｂ、２１ｂに適度な流動性を与え、第２材料１１ｂ、２１ｂ（非結晶性相）における熱伝導粒子１２，２２の列形成を促すことができる。

【0041】

（熱電変換モジュール）
図１に示すように、熱電変換モジュール３は、ＮＴＣ領域１０の上に配置された少なくとも１つの電極３１（Ｎ側電極）と、ＰＴＣ領域２０の上に配置された少なくとも１つの電極３２（Ｐ側電極）と、少なくとも１つのＮ型熱電素子３４と、少なくとも１つのＰ型熱電素子３３と、を有している。本実施形態では、熱電変換モジュール３は、電極３１、３２、Ｎ型熱電素子３４、およびＰ型熱電素子３３をそれぞれ複数有している。

【0042】

Ｎ型熱電素子３４およびＰ型熱電素子３３は、電極３１、３２によって直列接続されている。Ｎ型熱電素子３４の一方の端部には電極３１が配置され、他方の端部には電極３２が配置されている。Ｐ型熱電素子３３の一方の端部には電極３１が配置され、他方の端部には電極３２が配置されている。Ｎ型熱電素子３４およびＰ型熱電素子３３は、平面視においてＮＴＣ領域１０とＰＴＣ領域２０との境界を跨ぐように配置されている。

【0043】

熱電変換モジュール３は、電極３１と電極３２との間の温度差によって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されている。Ｎ型熱電素子３４およびＰ型熱電素子３３の材質は、特に限定されないが、例えばビスマス・テルル系材料、鉛・テルル系材料、シリコン・ゲルマニウム系材料などを用いることができる。より効率よく発電するため、電極３１と電極３２との間の温度差はなるべく大きいことが好ましい。

【0044】

（製造方法）
次に、上記のような熱整流性基板２Ａの製造方法の一例について説明する。
本実施形態では、ＮＴＣ領域１０となるＮＴＣ膜Ｆ１、およびＰＴＣ領域２０となるＰＴＣ膜Ｆ２を別個に作成し、これらを組み合わせることで熱整流性基板２Ａを得る（図６参照）。このため、はじめにＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２の製造方法を説明する。

【0045】

まず、磁性体粒子Ｍの表面に、例えばＣＶＤ等の気相蒸着法、アルコール液相法、液相放電法等の液相成長法などにより被覆Ｃを形成する。これにより、図４に示すような熱伝導粒子１２，２２が得られる。

【0046】

次に、Ｎ側基材１１と熱伝導粒子１２と熱収縮粒子１３とを混練して、図５（ａ）に示すようなＮ側混練物１０Ａを得る（Ｎ側混練工程）。Ｎ側混練工程における混練の方法は、例えば各材料を加熱・混合して、Ｎ側基材１１が未硬化のままシート状に成形する。なお、Ｎ側基材１１が第１材料１１ａおよび第２材料１１ｂを含む場合には、これらの材料１１ａ、１１ｂを熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３と混練する。Ｎ側基材１１が３以上の材料により構成される場合も同様である。

【0047】

また、Ｐ側基材２１と熱伝導粒子２２とを混練してＰ側混練物を得る（Ｐ側混練工程）。Ｐ側混練工程における混練の方法は、例えば各材料を混合して、未硬化のままシート状に成形する。なお、Ｐ側基材２１が第１材料２１ａおよび第２材料２１ｂを含む場合には、これらの材料２１ａ、２１ｂを熱伝導粒子２２と混練する。Ｐ側基材２１が３以上の材料により構成される場合も同様である。

【0048】

Ｎ側混練工程の時点では、図５（ａ）に示すように、熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３はＮ側基材１１内に均一に分散されている。また、Ｎ側基材１１は、第１材料１１ａおよび第２材料１１ｂが混ざり合った状態となっている。
Ｐ側混練工程の時点では、熱伝導粒子２２はＰ側基材２１内に均一に分散されている。図示は省略するが、Ｐ側基材２１は、図５（ａ）におけるＮ側基材１１と同様に、第１材料２１ａおよび第２材料２１ｂが混ざり合った状態となっている。

【0049】

次に、Ｎ側混練物のシートをその厚さ方向に圧縮して薄膜状にすることで、ＮＴＣ膜Ｆ１が得られる（ＮＴＣ成膜工程）。
また、Ｐ側混練物のシートをその厚さ方向に圧縮して薄膜状にすることで、ＰＴＣ膜Ｆ２が得られる（ＰＴＣ成膜工程）。

【0050】

次に、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２を加熱し、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１を溶融させる。加熱により流動化したＮ側基材１１またはＰ側基材２１中では、熱伝導粒子１２，２２および熱収縮粒子１３が移動可能となる。
ここで、第１材料１１ａ、２１ａの融点は第２材料１１ｂ、２１ｂの融点より高い。このため、溶融したＮ側基材１１およびＰ側基材２１が硬化する過程において、第１材料１１ａ、２１ａは第２材料１１ｂ、２１ｂより先に流動性が低下し、集合して結晶性相を形成する（図５（ｂ）参照）。このとき、第２材料１１ｂ、２１ｂでは分子鎖の動きが束縛されず、第２材料１１ｂ、２１ｂに熱伝導粒子１２，２２および熱収縮粒子１３が移入しやすい。その一方で、第１材料１１ａ、２１ａでは分子鎖間に働く引力が強く、第１材料１１ａ、２１ａには熱伝導粒子１２，２２および熱収縮粒子１３が移入しにくい。このため、熱伝導粒子１２、２２および熱収縮粒子１３は、主として第２材料１１ｂ、２１ｂ内に安定して存在することになる。

【0051】

次に、ＮＴＣ膜Ｆ１をＮ側基材１１の融点以上に加熱した状態で、ＮＴＣ膜Ｆ１に磁界をかける。また、ＰＴＣ膜Ｆ２をＰ側基材２１の融点以上に加熱した状態で、ＰＴＣ膜Ｆ２に磁界をかける（磁気整列工程）。ここで、Ｎ側基材１１またはＰ側基材２１が、複数種類の材料によって構成されている場合には、最も融点の高い材料における融点を、「Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１の融点」と定義する。

【0052】

磁界をかける際は、例えば図５（ｂ）に示すように、Ｎ側混練物１０Ａ（またはＰ側混練物）のシートの一方の面に磁石のＳ極側を近づけ、他方の面に磁石のＮ極側を近づける。熱伝導粒子１２、２２は磁性を有しているため、磁場によって、少なくとも一部の熱伝導粒子１２，２２は、シートの厚さ方向に列をなすように配置される。特に、低融点で流動性の高い第２材料１１ｂ、２１ｂ内に存在する熱伝導粒子１２、２２は、容易に厚さ方向に整列される。これにより、Ｎ側混練物１０Ａについては図５（ｃ）に示すように、熱伝導粒子１２が第２材料１１ｂ内において厚さ方向に整列した状態となる。図示は省略するが、Ｐ側混練物も同様である。

【0053】

次に、ＮＴＣ膜Ｆ１またはＰＴＣ膜Ｆ２を徐冷して硬化させる。
なお、ＮＴＣ膜Ｆ１については、徐冷の際に熱収縮粒子１３が膨張することで、その周囲の熱伝導粒子１２同士の間隔が広がる（図５（ｄ）参照）。

【0054】

次に、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２の形状を、図６（ａ）に示すような矩形状（長方形状）に整える。
次に、図６（ｂ）に示すように、ＮＴＣ膜Ｆ１に切り込みを入れて複数のスリットＳ１を形成する。同様に、ＰＴＣ膜Ｆ２に切り込みを入れて複数のスリットＳ２を形成する。ＮＴＣ膜Ｆ１のスリットＳ１同士の間隔と、ＰＴＣ膜Ｆ２のスリットＳ２同士の間隔とは、略同等であることが好ましい。

【0055】

次に、スリットＳ１をスリットＳ２に差し込むようにして、ＮＴＣ膜Ｆ１とＰＴＣ膜Ｆ２とを組み合わせる。このとき、膜の厚さ方向から見て、ＮＴＣ膜Ｆ１とＰＴＣ膜Ｆ２とが交互に並ぶようにする。この状態で、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２を熱圧着することで、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２が一体化する（熱圧着工程）。熱圧着は、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１の融点より高い温度で行う。例えばＮ側基材１１およびＰ側基材２１の第１材料１１ａ、２１ａがいずれもポリエチレンである場合には、ポリエチレンの融点以上（例えば２２０℃、４Ｍｐａ）で熱圧着を行う。これにより、ＰＴＣ膜Ｆ２およびＮＴＣ膜Ｆ１をより確実に一体化させて、ＰＴＣ領域２０とＮＴＣ領域１０との間での熱伝導を確実に行うことができる。

【0056】

次に、図６（ｄ）に示すように、一体化されたＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２の両端部を切り落とすことで、熱整流性基板２Ａが得られる。
そして、熱整流性基板２Ａの上面２ａ１に熱電変換モジュール３を設けることで、熱電発電装置１Ａを製造することができる。

【0057】

なお、上記製造方法における各工程の順序は適宜変更してもよい。例えば、熱圧着工程の後に磁気整列工程を行ってもよい。この場合、熱圧着して熱整流性基板２Ａの状態となった後、熱整流性基板２Ａの上面２ａ１および下面２ｂ１のうち一方にＳ極を近づけ、他方にＮ極を近づけることで、ＮＴＣ領域１０内およびＰＴＣ領域２０内の熱伝導粒子１２、２２を同時に整列させることができる。

【0058】

（作用）
次に、以上のように構成された熱整流性基板２Ａおよび熱電発電装置１Ａの作用について説明する。

【0059】

図７（ａ）は、温度変化に応じたＰＴＣ領域２０（ＰＴＣ膜Ｆ２）の状態および熱伝導性を示す模式図である。図７（ａ）中のグラフの横軸は温度を示し、縦軸は熱伝導率を示している。
図７（ａ）に示すように、温度が低い場合、ＰＴＣ領域２０に含まれる熱伝導粒子２２同士が互いに接触し、ＰＴＣ領域２０の厚さ方向に連なって列をなしている。これにより、熱伝導粒子２２を伝って熱が伝わりやすい状態となっている。以下、熱伝導粒子２２が連なった列をＰ側熱伝導経路という。

【0060】

また図７（ａ）に示すように、温度が高くなると、ＰＴＣ領域２０の全体が熱膨張する。これにより、ＰＴＣ領域２０に含まれる熱伝導粒子２２が互いに離間し、Ｐ側熱伝導経路が崩れる。したがって、温度が高くなるとＰＴＣ領域２０の熱伝導率は小さくなる。
このように、ＰＴＣ領域２０の熱伝導率は、低温の場合に大きくなり、高温の場合に小さくなる。換言すると、ＰＴＣ領域２０の熱抵抗は、低温の場合に小さくなり、高温の場合に大きくなる。

【0061】

図７（ｂ）は、温度変化に応じたＮＴＣ領域１０の状態および熱伝導性を示す模式図である。図７（ｂ）中のグラフの横軸は温度を示し、縦軸は熱伝導率を示している。
図７（ｂ）に示すように、温度が高い場合、ＮＴＣ領域１０に含まれる熱伝導粒子１２同士が互いに接触し、ＮＴＣ領域１０の厚さ方向に連なって列をなしている。これにより、熱伝導粒子１２を伝って熱が伝わりやすい状態となっている。以下、熱伝導粒子１２が連なった列をＮ側熱伝導経路という。

【0062】

また図７（ｂ）に示すように、温度が低くなると、熱収縮粒子１３が膨張する。これにより、熱収縮粒子１３の周囲に存在する熱伝導粒子１２同士が互いに離間し、Ｎ側熱伝導経路が崩れる。したがって、温度が低くなるとＮＴＣ領域１０の熱伝導率は小さくなる。
このように、ＮＴＣ領域１０の熱伝導率は、高温の場合に大きくなり、低温の場合に小さくなる。換言すると、ＮＴＣ領域１０の熱抵抗は、高温の場合に小さくなり、低温の場合に大きくなる。

【0063】

図７（ａ）に示すように、理想的にはある温度（境界温度Ｔ）を境として、ＰＴＣ領域２０内で熱伝導粒子２２が連なった状態と離れた状態とが変化する。したがって、境界温度Ｔより低温の場合は熱伝導率が大きくなり（Ｋ_High）、境界温度Ｔより高温の場合には熱伝導率が小さくなる（Ｋ_Low）。
図７（ｂ）に示すように、理想的には境界温度Ｔを境として、ＮＴＣ領域１０内で熱伝導粒子１２が離れた状態と連なった状態とが変化する。したがって、境界温度Ｔより低温の場合は熱伝導率が小さくなり（Ｋ_Low）、境界温度Ｔより高温の場合は熱伝導率が大きくなる（Ｋ_High）。

【0064】

なお、図７（ａ）、（ｂ）では熱伝導率が段階的に変化しているが、実際には熱伝導粒子１２、２２の列のうち、連なっている部分の割合と離れている部分の割合とが温度に応じて徐々に変化する。したがって、ＰＴＣ領域２０は温度の上昇に伴って次第に熱伝導率が下がっていき、ＮＴＣ領域１０は温度の上昇に伴って次第に熱伝導率が上がっていく。

【0065】

上記の通り、ＰＴＣ領域２０およびＮＴＣ領域１０は逆の熱的特性を有している。このようなＰＴＣ領域２０およびＮＴＣ領域１０を重ねることで、熱整流性基板２Ａの熱整流性を実現することができる。以下、図８（ａ）、（ｂ）を用いてより詳しく説明する。

【0066】

図８（ａ）は、熱整流性基板２ＡにおけるＮＴＣ領域１０側の表面（Ｎ側表面Ｐ１）に熱源Ｈを接触させた場合の模式図である。図８（ｂ）は、熱整流性基板２ＡにおけるＰＴＣ領域２０側の表面（Ｐ側表面Ｐ２）に熱源Ｈを接触させた場合の模式図である。図８（ａ）、（ｂ）中に記載の矢印は熱流の方向を示している。つまり、図８（ａ）ではＮ側表面Ｐ１からＰ側表面Ｐ２に向けて熱が移動し、図８（ｂ）ではＰ側表面Ｐ２からＮ側表面Ｐ１に向けて熱が移動する。このように熱流の方向が逆であるため、熱整流性基板２Ａ内の温度勾配も、図８（ａ）と図８（ｂ）とで逆になる。

【0067】

図９（ａ）は図８（ａ）に対応する熱整流性基板２Ａの熱伝導率を示し、図９（ｂ）は図９（ｂ）に対応する熱整流性基板２Ａの熱伝導率を示している。
図９（ａ）に示すように、Ｎ側表面Ｐ１に熱源Ｈを接触させた場合、熱整流性基板２Ａ内の温度分布は、Ｎ側表面Ｐ１からＰ側表面Ｐ２に向かうに従って温度が小さくなるような勾配となる。図９（ａ）ではこの温度分布を模式的に表しており、Ｎ側表面Ｐ１の温度をＴ_Highと表し、Ｐ側表面Ｐ２の温度をＴ_Lowと表している。

【0068】

ここで、例えば図７（ａ）、（ｂ）に示すような理想的な熱特性を有するＰＴＣ領域２０およびＮＴＣ領域１０を用いた熱整流性基板２Ａにおいて、ＰＴＣ領域２０とＮＴＣ領域１０との境界面の温度が境界温度Ｔとなった場合を考える。このとき、ＮＴＣ領域１０の温度が境界温度Ｔより高く、ＰＴＣ領域２０の温度が境界温度Ｔより低くなる。したがって、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０の双方とも、熱伝導率が大きい（Ｋ_High）状態になる。

【0069】

一方、図９（ｂ）に示すように、Ｐ側表面Ｐ２に熱源Ｈを接触させた場合、熱整流性基板２Ａ内の温度分布は、Ｐ側表面Ｐ２からＮ側表面Ｐ１に向かうに従って温度が小さくなるような勾配となる。図９（ｂ）ではこの温度分布を模式的に表しており、Ｐ側表面Ｐ２の温度をＴ_Highと表し、Ｎ側表面Ｐ１の温度をＴ_Lowと表している。
この場合も、図９（ａ）の場合と同様に考えると、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０の双方とも、熱伝導率が小さい（Ｋ_Low）状態になる。

【0070】

このように、熱整流性基板２Ａでは、ＮＴＣ領域１０からＰＴＣ領域２０に向けた熱伝導率は比較的大きく、ＰＴＣ領域２０からＮＴＣ領域１０に向けた熱伝導率は比較的小さくなる。そして、熱整流性基板２Ａは、平面視および断面視の双方において、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０が交互に配置されている。この構成により、熱整流性基板２Ａの下面２ｂ１に熱を加えた場合、上面２ａ１の面内に温度差が生じる。具体的には、上面２ａ１内におけるＮＴＣ領域１０が、上面２ａ１内におけるＰＴＣ領域２０よりも低温となる。

【0071】

以上説明したように、本実施形態の熱整流性基板２Ａによれば、ＮＴＣ領域１０に含まれる熱収縮粒子１３は、温度の上昇に伴って収縮する。このため、熱収縮粒子１３の周囲のＮ側熱伝導粒子１２同士の間隔が小さくなり、ＮＴＣ領域１０の熱伝導率が大きくなる。一方、ＰＴＣ領域２０では、温度の上昇に伴ってＰ側基材２１が膨張し、Ｐ側熱伝導粒子２２同士の間隔が大きくなる。このため、ＰＴＣ領域２０の熱伝導率が小さくなる。このようなＰＴＣ領域２０およびＮＴＣ領域１０を、平面視および断面視で交互に配置することで、熱整流性基板２Ａの一方の面を加熱した時に、他方の面内で温度差を生じさせることができる。

【0072】

そして熱整流性基板２Ａは、樹脂であるＰ側基材２１およびＮ側基材１１を主体として形成されているため、製造が比較的容易であり、かつ全体として可撓性を持たせることができる。熱整流性基板２Ａが可撓性を有することで、複雑な形状の熱源にも取り付けることが可能となり、より幅広い用途に熱整流性基板２Ａを適用することができる。
また、原料としてレアメタルなどを用いる必要が無いため、比較的低コストで熱整流性基板２Ａを製造することができる。

【0073】

また、平面視において、複数のＰＴＣ領域２０および複数のＮＴＣ領域１０は、第１方向Ｘに長い帯状に形成されるとともに、第２方向Ｙにおいて交互に並べて配置されている。
この構成により、例えば図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＰＴＣ領域２０となるＰＴＣ膜Ｆ２およびＮＴＣ領域１０となるＮＴＣ膜Ｆ１を別個に作成し、各膜に切り込みを入れて互いに組み合わせることで、熱整流性基板２Ａを比較的容易に製造することができる。

【0074】

また、ＰＴＣ膜Ｆ２およびＮＴＣ膜Ｆ１を組み合わせることで熱整流性基板２Ａが構成されている。このため、薄膜状で大きな表面積を持つ熱整流性基板２Ａを実現することが可能となり、より幅広い用途に熱整流性基板２Ａを応用することが可能となる。

【0075】

また、熱伝導粒子１２、２２が磁性を有しているため、熱整流性基板２Ａを製造する際に磁界をかけることで、これらの熱伝導粒子１２、２２を熱整流性基板２Ａの厚さ方向に配列させることができる。そして、熱伝導粒子１２，２２が熱整流性基板２Ａの厚さ方向に配列されることで、ＰＴＣ領域２０の厚さ方向におけるＰＴＣ特性、およびＮＴＣ領域１０の厚さ方向におけるＮＴＣ特性が安定する。したがって、熱整流性基板２Ａの熱特性が安定する。

【0076】

また、Ｎ側基材１１が、第１材料１１ａと、第１材料１１ａよりも融点が低い第２材料１１ｂとを含んでいる。そして、第１材料１１ａは結晶性の樹脂材料であり、第２材料１１ｂは非結晶性の樹脂材料である。このため、結晶性の樹脂材料である第１材料１１ａによってＮＴＣ領域１０の機械的強度を確保することができる。そして、ＮＴＣ領域１０を加熱して磁界をかけた際に、結晶性の樹脂材料である第１材料１１ａには粒子１２、１３が入り込みにくい一方で、非結晶性の樹脂材料である第２材料１１ｂには粒子１２、１３が入り込みやすい。したがって、第２材料１１ｂ中に安定して熱伝導粒子１２を膜厚方向に配列させることができる。この作用効果は、ＰＴＣ領域２０についても同様に得られる。

【0077】

また、本実施形態の熱電発電装置１Ａは、熱整流性基板２Ａと、熱電変換モジュール３と、を備えている。そして熱電変換モジュール３は、平面視において、ＮＴＣ領域１０とＰＴＣ領域２０との境界を跨ぐように配置されたＰ型熱電素子３３およびＮ型熱電素子３４を有している。この構成により、熱電発電装置１Ａは、ＰＴＣ領域２０とＮＴＣ領域１０との間の温度差によって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能である。

【0078】

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、熱整流性基板の構成が第１実施形態と異なっている。

【0079】

図１０は、本実施形態の熱電発電装置１Ｂの平面図である。図１０に示すように熱電発電装置１Ｂは、熱整流性基板２Ｂと、熱電変換モジュール３とを備えている。
熱整流性基板２Ｂは、複数のＮＴＣ領域１０および複数のＰＴＣ領域２０を有している。本実施形態では、図１０に示す平面視において、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０が第１方向Ｘおよび第２方向Ｙの双方で交互に並べて配置されている。
図示は省略するが、本実施形態の熱整流性基板２Ｂの断面形状は、図２に示す第１実施形態の断面形状と同様である。つまり、熱整流性基板２Ｂは、断面視においてＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０が交互に並べて配置されている。また、熱整流性基板２Ｂは上層部と下層部とを有し、上層部に含まれるＮＴＣ領域１０の下方にはＰＴＣ領域２０が配置され、上層部に含まれるＰＴＣ領域２０の下方にはＮＴＣ領域１０が配置されている。

【0080】

図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における熱整流性基板２Ｂの製造方法の一例を示す図である。なお、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２を得るまでの工程は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態では、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の帯状のＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２を用意する。各膜Ｆ１、Ｆ２は、当初から帯状に形成されていてもよい。あるいは、矩形状に形成された膜Ｆ１，Ｆ２を、帯状に裁断加工してもよい。

【0081】

次に、図１１（ｃ）に示すように、複数の帯状の膜Ｆ１、Ｆ２を編む。この状態で膜Ｆ１、Ｆ２を熱圧着して一体化させることで、熱整流性基板２Ｂが得られる。なお、第１実施形態と同様に、各工程の順序を入れ替えてもよい。
そして、熱整流性基板２Ｂ上に熱電変換モジュール３を設けることで、熱電発電装置１Ｂを製造することができる。
本実施形態の場合も、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【実施例】

【0082】

以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

【0083】

本実施例では、ＮＴＣ領域１０およびＰＴＣ領域２０を図１２に示すように断面視で交互に配置し、一方の面にヒーターＨを設けた場合の、ヒーターＨと反対側の面内の温度差を確認した。
第１材料１１ａ、２１ａとして結晶性ポリエチレン（アズワン社製、結晶性ＨＤＰＥシート：型番６−６１９−０１、ＪＩＳ Ｋ ６７６０に基づくビカット軟化温度：１２４℃）を用いた。第２材料１１ｂ、２１ｂとして非結晶性ポリエチレン（住友化学社製、エクセレン（登録商標）、型番：ＶＬ−１００、ＪＩＳ Ｋ ６７６０に基づくビカット軟化温度：７０℃）を用いた。熱伝導粒子１２、２２として、スパイク状のＮｉ粒子の粉末（ニューメタルス・エンド・ケミカルス・コーポレーション社製、粒径１〜２μｍ）を用いた。熱収縮粒子１３として、組成Ｍｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎのマンガン窒化物（株式会社高純度化学研究所製、Ｓｍａｒｔｅｃ（登録商標）シリーズ、Ｓｍａｒｔｅｃ−Ｈ）の粉末を、乳鉢で粉砕後にふるいを用いて粒径２０μｍ以下に分粒した。

【0084】

Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１ともに、上記結晶性ポリエチレン（第１材料１１ａ、２１ａ）と上記非結晶性ポリエチレン（第２材料１１ｂ、２１ｂ）を同体積混練した。Ｎ側基材１１をＮ側熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３の粉体とともに溶融混練し、Ｐ側基材２１をＰ側熱伝導粒子２２の粉体とともに溶融混練した。ＮＴＣ膜Ｆ１は、Ｎ側熱伝導粒子１２（Ｎｉ）の体積密度を５Ｖｏｌ．％とし、熱収縮粒子１３の体積密度を５Ｖｏｌ．％とした。ＰＴＣ膜Ｆ２は、Ｐ側熱伝導粒子２２（Ｎｉ）の体積密度を５Ｖｏｌ．％とした。

【0085】

それぞれを溶融混練後にホットプレスを用いて薄膜化し、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２を得た。ホットプレスの際にスペーサーを用いることで、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２の厚さはそれぞれ１５０μｍとした。ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２を組み合わせて、第１材料１１ａ、２１ａ（結晶性ポリエチレン）の溶融温度より高い温度（２２０℃）で熱圧着した後、第１材料１１ａ、２１ａ（結晶性ポリエチレン）の溶融温度より高い温度（２２０℃）で加熱しながら、膜内に一様に０．２Ｔの磁力（吸着力１４．７Ｎ）を印加して磁気整列を行った。徐冷は、ＮＴＣ膜Ｆ１およびＰＴＣ膜Ｆ２が室温となるまで、自然空冷により行った。これにより、厚さ約３００μｍの薄膜状の熱整流性基板（図１２）を得た。

【0086】

図１２に示すように、熱整流性基板の一方の面にヒーターＨを設けた。以下、ヒーターＨと反対側の面における、ＰＴＣ領域２０の表面をＰ側表面Ｐ３といい、ＮＴＣ領域１０の表面をＮ側表面Ｐ４という。
Ｐ側表面Ｐ３およびＮ側表面Ｐ４にそれぞれ熱電対を設けて温度を測定しながら、ヒーターＨの温度を変化させた結果を図１３に示す。

【0087】

図１３における「ＮＴＣ→ＰＴＣ（Ｐ３）」のデータは、Ｐ側表面Ｐ３の温度測定結果を示している。また、「ＰＴＣ→ＮＴＣ（Ｐ４）」のデータは、Ｎ側表面Ｐ４の温度測定結果を示している。
図１３に示すように、Ｐ側表面Ｐ３は、Ｎ側表面Ｐ４よりも温度が高くなっている。これは、ＮＴＣ領域１０からＰＴＣ領域２０に向けて熱が移動する際の熱抵抗が、ＰＴＣ領域２０からＮＴＣ領域１０に向けて熱が移動する際の熱抵抗よりも小さいためである。
このように、本実施例の熱整流性基板によれば、ヒーターＨと反対側の面内で温度差を生じさせることができた。

【0088】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0089】

例えば前記第１、第２実施形態では、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１がそれぞれ２種類の材料によって形成されていたが、基材１１、２１の構成は適宜変更可能である。例えば１種類の樹脂材料によってＮ側基材１１およびＰ側基材２１を構成してもよい。この場合でも、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１を加熱して流動可能な状態で磁界をかけることで、熱伝導粒子１２、２２を膜厚方向に整列させることができる。

【0090】

また、前記第１、第２実施形態では熱伝導粒子１２、２２を膜厚方向に整列させたが、このような整列を行わなくても、熱による膨張・収縮によって熱伝導粒子１２、２２同士の間隔を変化させることで、ＮＴＣ特性またはＰＴＣ特性をある程度実現することが可能である。したがって、前記実施形態の磁気整列工程は必須ではない。

【0091】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0092】

１Ａ、１Ｂ…熱電発電装置 ２Ａ、２Ｂ…熱整流性基板 ３…熱電変換モジュール １０…ＮＴＣ領域 １１…Ｎ側基材 １２…Ｎ側熱伝導粒子 １３…熱収縮粒子 ２０…ＰＴＣ領域 ２１…Ｐ側基材 ２２…Ｐ側熱伝導粒子 ３１、３２…電極 ３３…Ｐ型熱電素子 ３４…Ｎ型熱電素子 Ｘ…第１方向 Ｙ…第２方向 Ｚ…厚さ方向

【要約】

【課題】より製造しやすい熱整流性基板および熱電発電装置を提供する。
【解決手段】熱整流性基板２Ａは、複数の薄膜状のＰＴＣ領域２０と複数の薄膜状のＮＴＣ領域１０とを備える。平面視および断面視において、複数のＰＴＣ領域２０および複数のＮＴＣ領域１０は交互に並べて配置されている。ＰＴＣ領域２０には、Ｐ側基材と、Ｐ側基材内に配された複数のＰ側熱伝導粒子とが含まれる。複数のＮＴＣ領域には、Ｎ側基材と、Ｎ側基材内に配された複数のＮ側熱伝導粒子および複数の熱収縮粒子とが含まれ、複数の熱収縮粒子は温度の上昇に伴って収縮する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】