(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】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】熱電変換素子
(51)【国際特許分類】
H01L 35/32 20060101AFI20221213BHJP
H01L 35/24 20060101ALI20221213BHJP
H02N 11/00 20060101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
H01L35/32 Z
H01L35/24
H02N11/00 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019002641
(22)【出願日】2019-01-10
(65)【公開番号】P2020113617
(43)【公開日】2020-07-27
【審査請求日】2021-09-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】渕上 雄太
【審査官】加藤 俊哉
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２８１６６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２１６８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６７５６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２０７９３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９２４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－００９１１９７（ＫＲ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１６６５９５（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３５／３２
Ｈ０１Ｌ ３５／２４
Ｈ０２Ｎ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱電変換単位が直列に複数形成されている基板を、隙間を介して並列に複数備え、前記基板は、前記直列の方向に進む波形に形成され、前記波形は一つの凸部または凹部が有する一対の斜面からなり、
隣り合う前記基板において、前記波形を構成する凸部の頂点が前記直列の方向の異なる位置に存在し、
前記熱電変換単位は、前記一対の斜面に形成された第一層および第二層を有し、前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかは熱電変換材料からなり、前記第一層および前記第二層は電気的に接続され、
隣り合う前記熱電変換単位の前記第一層と前記第二層とが電気的に接続され、
複数の前記基板は、それぞれ、前記直列の方向の両端に、前記第一層および前記第二層にそれぞれ電気的に接続された接続端子を有する熱電変換素子。
【請求項2】
熱電変換単位が直列に複数形成されている基板を、隙間を介して並列に複数備え、前記基板は、前記直列の方向に進む波形に形成され、前記波形は一つの凸部または凹部が有する一対の斜面からなり、前記一対の斜面の一方は他方よりも傾斜方向の寸法が大きく、
隣り合う前記基板において、前記波形を構成する凸部の頂点が前記直列の方向の同じ位置に存在し、前記並列の方向で前記一方の斜面と前記他方の斜面が交互に存在し、
前記熱電変換単位は、前記一対の斜面に形成された第一層および第二層を有し、前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかは熱電変換材料からなり、前記第一層および前記第二層は電気的に接続され、
隣り合う前記熱電変換単位の前記第一層と前記第二層とが電気的に接続され、
複数の前記基板は、それぞれ、前記直列の方向の両端に、前記第一層および前記第二層にそれぞれ電気的に接続された接続端子を有する熱電変換素子。
【請求項3】
前記一対の斜面の一方は他方よりも傾斜方向の寸法が大きい請求項１記載の熱電変換素子。
【請求項4】
前記第一層および前記第二層のうち前記一方の斜面に形成されている層は、前記他方の斜面に形成されている層よりも導電率の高い材料で形成されている請求項２または３記載の熱電変換素子。
【請求項5】
前記隙間は、前記基板の前記並列の方向の寸法以下である請求項１～４のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項6】
複数の前記基板は、一面上に固定され、隣り合う前記基板の前記接続端子同士の接続により、全ての前記熱電変換単位が全体で直列接続され、前記直列接続の両端に存在する前記接続端子が外部端子として機能する請求項１～５のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、熱電変換素子に関する。
【背景技術】
【0002】
熱電変換素子は、熱エネルギーと電気エネルギーを相互に変換することができる素子である。熱電変換素子をその両端に温度差が生じる環境に設置することで、可動部を必要とせずに熱電変換素子から電力を取り出すことができる。例えば、排熱から電気エネルギーを生み出すことができる。そのため、熱電変換素子を用いた発電技術は、身の周りの未利用のエネルギーを回収して利用するエナジーハーベスティング技術として、大いに期待されている。
【0003】
熱電変換素子を、例えば、工業製品の生産設備に使用される電動機や排水管などの熱源に設置すれば、付帯する冷却ファンの電源として使用することができ、効率よくエネルギーを使用することが可能となる。また、分散型の自立電源として利用することができれば、大規模センサネットワーク、ウェアラブルエレクトロニクスなどの電源として用いることが可能となる。特に、有機物からなる熱電変換材料を用いた場合には、熱電変換層を印刷パターンで形成できるため、軽量化、低コスト化、大面積による高出力化が可能となる。この場合、熱電変換素子ユニットの平面性を保つため、温度差はユニットの基板に垂直な方向に与えるのが一般的である。
【0004】
特許文献１によると、電動機が高温になると、内部の永久磁石の温度が変化してしまい磁束が乱れ、電動機制御が不安定となる。その対策に、永久磁石の温度を推定して電動機を制御する構成が開示されている。
熱電変換層を印刷パターンとして有する熱電変換素子の一例として、特許文献２に開示された熱電発電素子が挙げられる。特許文献２の熱電変換素子（熱電発電素子）では、底部と頂部とが交互に繰り返された波形の基板（基材）に、印刷パターンからなる複数の熱電変換層（熱電変換単位）が形成され、複数の熱電変換層が直列接続されている。各熱電変換層は、基板の波形を構成する一つの凸部または凹部が有する一対の斜面の一方に形成され、他方には形成されていない。
熱電変換層を印刷パターンとして有する熱電変換素子の一例として、特許文献２に開示された熱電発電素子が挙げられる。特許文献２の熱電変換素子（熱電発電素子）では、底部と頂部とが交互に繰り返された波形の基板（基材）に、印刷パターンからなる複数の熱電変換層（熱電変換単位）が形成され、複数の熱電変換層が直列接続されている。各熱電変換層は、基板の波形を構成する一つの凸部または凹部が有する一対の斜面の一方に形成され、他方には形成されていない。
【0005】
一方、エナジーハーベスティングの分野では電圧が重要であり、同じ発電量（電圧×電流）であっても、電圧が小さいと実用に耐えない。熱電変換モジュールの場合、２種類の異なる金属または半導体を接合して、両端に温度差を生じさせ起電力を生じさせる（ゼーベック効果）。これは、ｐ型半導体とｎ型半導体を交互に組み合わせて使用することが一般的である。また、電圧はゼーベック係数×温度差×素子数で決まるが、ゼーベック係数は数１０～数１００μＶ／Ｋと小さい。よって、実用化のためには、モジュールの形状において、限られた高さで温度差を、限られた面積で素子数を、それぞれ増やす工夫が必要である。
【0006】
特に、モジュールを構成する素子数（熱電変換単位の数）については、電子デバイスの形状として一般的な長方形のモジュールを考えると、熱電変換単位を列状に並べて、モジュールの端でジグザグに折り返すように直列接続させる構造が作りやすい。特許文献２の熱電変換素子は、この構造を有する。
特許文献２の熱電変換素子では、底部を吸熱側、頂部を放熱側とし、底部側と頂部側の温度差により発電が行われる。また、基板が波形に形成されていることで、吸熱側と放熱側との距離が大きくなる分、大きな温度差を得ることができる。これに対して、凹凸のない基板を有する熱電変換素子では、基板を水平に保持した状態では十分な温度差が得られない。
特許文献２の熱電変換素子では、底部を吸熱側、頂部を放熱側とし、底部側と頂部側の温度差により発電が行われる。また、基板が波形に形成されていることで、吸熱側と放熱側との距離が大きくなる分、大きな温度差を得ることができる。これに対して、凹凸のない基板を有する熱電変換素子では、基板を水平に保持した状態では十分な温度差が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特許第６３２９８８７号公報
【文献】国際公開２０１３／１１４８５４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、特許文献２の熱電素子では、熱電変換単位毎に、熱電変換単位の周囲に大気が触れる状態にすることができないため、放熱側である頂部を効果的に冷却するという点で改善の余地がある。
この発明の課題は、放熱側が効果的に冷却されて、高い発電性能が得られる熱電変換素子を提供することである。
この発明の課題は、放熱側が効果的に冷却されて、高い発電性能が得られる熱電変換素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、この発明の第一態様は、下記の構成(1)～(3)を有する熱電変換素子を提供する。
(1)熱電変換単位が直列に複数形成されている基板を、隙間を介して並列に複数備えている。基板は、前記直列の方向に進む波形（凸凹の繰り返し）に形成されている。波形は一つの凸部または凹部が有する一対の斜面からなる。
(2)隣り合う基板において、波形を構成する凸部の頂点が前記直列の方向の異なる位置に存在する。
(3)熱電変換単位は、波形の一対の斜面に第一層および第二層を有し、これらの第一層および第二層は電気的に接続されている。前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかは熱電変換材料からなる。隣り合う熱電変換単位の第一層と第二層とが電気的に接続されている。複数の基板は、それぞれ、前記直列の方向の両端に、第一層および第二層にそれぞれ電気的に接続された接続端子を有する。
(1)熱電変換単位が直列に複数形成されている基板を、隙間を介して並列に複数備えている。基板は、前記直列の方向に進む波形（凸凹の繰り返し）に形成されている。波形は一つの凸部または凹部が有する一対の斜面からなる。
(2)隣り合う基板において、波形を構成する凸部の頂点が前記直列の方向の異なる位置に存在する。
(3)熱電変換単位は、波形の一対の斜面に第一層および第二層を有し、これらの第一層および第二層は電気的に接続されている。前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかは熱電変換材料からなる。隣り合う熱電変換単位の第一層と第二層とが電気的に接続されている。複数の基板は、それぞれ、前記直列の方向の両端に、第一層および第二層にそれぞれ電気的に接続された接続端子を有する。
【0010】
この発明の第二態様は、上記構成(1)(3)と下記の構成(4)を有する熱電変換素子を提供する。
(4)波形の一対の斜面の一方は他方よりも傾斜方向の寸法が大きい。
(5)隣り合う基板において、波形を構成する凸部の頂点が前記直列の方向の同じ位置に存在し、前記並列の方向で一方の斜面と他方の斜面が交互に存在する。
(4)波形の一対の斜面の一方は他方よりも傾斜方向の寸法が大きい。
(5)隣り合う基板において、波形を構成する凸部の頂点が前記直列の方向の同じ位置に存在し、前記並列の方向で一方の斜面と他方の斜面が交互に存在する。
【発明の効果】
【0011】
この発明の熱電変換素子によれば、放熱側が効果的に冷却されて、高い発電性能が得られることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第一実施形態の熱電変換素子を示す斜視図である。
【図2】第一実施形態の熱電変換素子を示す平面図である。
【図3】第一実施形態の熱電変換素子を示す側面図である。
【図4】第一実施形態の熱電変換素子を製造する際に使用する帯状体を示す平面図である。
【図5】第一実施形態の熱電変換素子を製造する際に使用する板状体を示す平面図である。
【図7】第二実施形態の熱電変換素子を示す斜視図である。
【図8】第二実施形態の熱電変換素子を示す平面図である。
【図9】第二実施形態の熱電変換素子を示す側面図である。
【図10】第二および第三実施形態の熱電変換素子を製造する際に使用する帯状体を示す平面図である。
【図11】第二および第三実施形態の熱電変換素子を製造する際に使用する板状体を示す平面図である。
【図13】第三実施形態の熱電変換素子を示す斜視図である。
【図14】第三実施形態の熱電変換素子を示す平面図である。
【図15】第三実施形態の熱電変換素子を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、この発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。
［第一実施形態］
＜構成＞
図１～図３に示すように、この実施形態の熱電変換素子１は、五個の帯状の波形体１０１～１０５を有する。
波形体１０１～１０５は、それぞれ、帯状の波形基板２の上面に、五個の熱電変換単位１０が形成されたものである。五個の波形体１０１～１０５は同じものである。波形基板２の波形は、帯状の長手方向に進む波形（凸凹凸の繰り返し）であり、五個の熱電変換単位１０は、この長手方向に沿って直列に形成されている。
波形基板２は、長手方向両端に形成された平坦部２１と、両平坦部の間に形成された連続する五個の凸部２２を有する。五個の凸部２２は形状および寸法が同じである。一つの凸部２２は一対の斜面２２１，２２２からなり、隣り合う凸部２２の第一の斜面２２１および第二の斜面２２２が凹部２３を形成する。
［第一実施形態］
＜構成＞
図１～図３に示すように、この実施形態の熱電変換素子１は、五個の帯状の波形体１０１～１０５を有する。
波形体１０１～１０５は、それぞれ、帯状の波形基板２の上面に、五個の熱電変換単位１０が形成されたものである。五個の波形体１０１～１０５は同じものである。波形基板２の波形は、帯状の長手方向に進む波形（凸凹凸の繰り返し）であり、五個の熱電変換単位１０は、この長手方向に沿って直列に形成されている。
波形基板２は、長手方向両端に形成された平坦部２１と、両平坦部の間に形成された連続する五個の凸部２２を有する。五個の凸部２２は形状および寸法が同じである。一つの凸部２２は一対の斜面２２１，２２２からなり、隣り合う凸部２２の第一の斜面２２１および第二の斜面２２２が凹部２３を形成する。
【0014】
凸部２２を構成する第一の斜面２２１と第二の斜面２２２は、支持板５に垂直な基準線に対して線対称の形状を有する。つまり、図３に示すように、第一の斜面２２１の基準線に対する角度θ１と第二の斜面２２２の基準線に対する角度θ２は同じである。
また、凹部２３を構成する第一の斜面２２１と第二の斜面２２２についても、支持板５に垂直な基準線に対する第一の斜面２２１の角度θ３と、第二の斜面２２２の角度θ４とが同じである。また、θ１＝θ２＝θ３＝θ４である。よって、第一の斜面２２１と第二の斜面２２２とで傾斜方向の寸法は同じである。
また、凹部２３を構成する第一の斜面２２１と第二の斜面２２２についても、支持板５に垂直な基準線に対する第一の斜面２２１の角度θ３と、第二の斜面２２２の角度θ４とが同じである。また、θ１＝θ２＝θ３＝θ４である。よって、第一の斜面２２１と第二の斜面２２２とで傾斜方向の寸法は同じである。
【0015】
図１および図２に示すように、熱電変換単位１０は、導電率が異なる第一層３１および第二層３２と、第一層３１および第二層３２を接続する第一配線層４１を有する。第一層３１および第二層３２は、波形基板２の一つの凸部２２を構成する一対の斜面２２１，２２２の上面に、それぞれ形成されている。波形基板２の凸部２２の最頂部には第一層３１および第二層３２が存在しない部分があり、その部分とこれに連続する第一層３１および第二層３２の端部の上面に第一配線層４１が存在する。
第一層３１は、ｐ型導電性高分子（熱電変換材料）からなり、第二層３２は銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。第二層３２としてｎ型導電性高分子（熱電変換材料）からなる層を設けてもよい。この実施形態では、ｎ型導電性高分子の代替として銀ペーストの硬化物からなる第二層３２を設けている。
第一層３１は、ｐ型導電性高分子（熱電変換材料）からなり、第二層３２は銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。第二層３２としてｎ型導電性高分子（熱電変換材料）からなる層を設けてもよい。この実施形態では、ｎ型導電性高分子の代替として銀ペーストの硬化物からなる第二層３２を設けている。
【0016】
五個の熱電変換単位１０は、隣り合う熱電変換単位１０の第一層３１と第二層３２の両方に渡って形成された第二配線層４２により、直列に接続されている。第二配線層４２も第一配線層４１と同様に、基板２の凹部２３の最底部には第一層３１および第二層３２が存在しない部分があり、その部分とこれに連続する第一層３１および第二層３２の端部の上面に第二配線層４２が存在する。
波形体１０１～１０５の長手方向（直列の方向）の両端に、接続端子層４３が形成されている。接続端子層４３は波形基板２の平坦部２１に直接形成され、接続端子層４３に連続する第三配線層４４が、第一層３１および第二層３２の上にそれぞれ形成されている。
第一配線層４１、第二配線層４２、接続端子層４３、および第三配線層４４は、銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。
波形体１０１～１０５の長手方向（直列の方向）の両端に、接続端子層４３が形成されている。接続端子層４３は波形基板２の平坦部２１に直接形成され、接続端子層４３に連続する第三配線層４４が、第一層３１および第二層３２の上にそれぞれ形成されている。
第一配線層４１、第二配線層４２、接続端子層４３、および第三配線層４４は、銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。
【0017】
図２は図１を上から見た図であり、図２に示すように、五個の波形体１０１～１０５は、長方形の支持板５の上面に、隙間６を介して並列に配置されている。そのため、支持板５を成す長方形の短辺は、波形体１０１～１０５の幅（並列の方向Ｐの寸法）の合計値よりも大きい。そして、隙間６の寸法ｔは波形体１０１～１０５の一つの幅Ｗ１よりも小さい。また、支持板５を成す長方形の長辺は、波形体１０１～１０５の長手方向寸法よりも大きい。以下においては、支持板５を成す長方形の短辺の寸法を支持板５の幅、長辺の寸法を支持板５の長さと称する。
なお、隙間６の存在により、隣り合う波形体１０１～１０５同士が接触して短絡することが防止できるとともに、隣り合う波形体１０１～１０５が隙間６を挟んで対向する面の冷却効果が得られる。
なお、隙間６の存在により、隣り合う波形体１０１～１０５同士が接触して短絡することが防止できるとともに、隣り合う波形体１０１～１０５が隙間６を挟んで対向する面の冷却効果が得られる。
【0018】
五個の波形体１０１～１０５のうち、支持板５の幅方向両端の波形体１０１，１０５と、幅方向中央部の波形体１０３は、各長手方向一端を支持板５の長さ方向一端に合わせて配置されている。波形体１０１と波形体１０３との間の波形体１０２、および波形体１０３と波形体１０５との間の波形体１０４は、各長手方向他端を支持板５の長さ方向他端に合わせて配置されている。また、波形体１０１，１０５，１０３は、第二層３２が形成された端部を支持板５の長さ方向一端に向けて配置され、波形体１０２，１０４は、第二層３２が形成された端部を支持板５の長さ方向他端に向けて配置されている。そして、波形体１０１～１０５の凹部２３および平坦部２１の下面が、支持板５の上面に固定されている（図１および図３参照）。
【0019】
その結果、図１および図３に示すように、五個の波形体１０１～１０５において、隣り合う波形体１０１～１０５の波形は、位相がずれて逆になっている。つまり、隣り合う波形基板２において、波形を構成する凸部２２の頂点が長手方向（直列の方向Ｓ）の異なる位置に存在している。
また、波形体１０１と波形体１０３と波形体１０５は波形の位相が同じであるが、波形体１０１と波形体１０３の間には波形体１０２がずれた位相で存在するため、両波形体１０１，１０３の間には、側面視で波形体１０２と斜面同士が重なる部分を除いて、波形体１０２の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。波形体１０３と波形体１０５についても同様に、両波形体１０３，１０５の間には、側面視で波形体１０４と斜面同士が重なる部分を除いて、波形体１０４の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。
また、波形体１０１と波形体１０３と波形体１０５は波形の位相が同じであるが、波形体１０１と波形体１０３の間には波形体１０２がずれた位相で存在するため、両波形体１０１，１０３の間には、側面視で波形体１０２と斜面同士が重なる部分を除いて、波形体１０２の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。波形体１０３と波形体１０５についても同様に、両波形体１０３，１０５の間には、側面視で波形体１０４と斜面同士が重なる部分を除いて、波形体１０４の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。
【0020】
さらに、図１および図２に示すように、隣り合う基板の接続端子層４３が配線４５で接続されて、全ての熱電変換単位１０が全体で直列接続されている。直列接続の両端に存在する接続端子層４３が外部端子４３１として機能し、外部配線４６の一端が外部端子４３１に接続されて、他端が熱電変換素子１の外部に出ている。図３では配線４５および外部配線４６が省略されている。
【0021】
＜使用方法と作用効果＞
この実施形態の熱電変換素子１を使用する際には、支持板５を例えば、電動機などの熱源（例えば、特許文献１の図３の電動機のハウジングの一部の平面部）の上に設置することにより、第一層３１および第二層３２の底部（凹部２３側の部分）を高温にするとともに、第一層３１および第二層３２の頂部を冷却して低温にする。この冷却は、例えば、図３に示す熱電変換素子１の側面から、波形体１０１～１０５と支持板５との間に大気を流通させることにより行う。
この実施形態の熱電変換素子１を使用する際には、支持板５を例えば、電動機などの熱源（例えば、特許文献１の図３の電動機のハウジングの一部の平面部）の上に設置することにより、第一層３１および第二層３２の底部（凹部２３側の部分）を高温にするとともに、第一層３１および第二層３２の頂部を冷却して低温にする。この冷却は、例えば、図３に示す熱電変換素子１の側面から、波形体１０１～１０５と支持板５との間に大気を流通させることにより行う。
【0022】
ここで、全ての波形体１０１～１０５の波形の位相が同じ（凸部２２の頂点が直列の方向Ｓで一致している）場合には、隙間６が狭いと、冷却の際の大気は、支持板５の幅方向中央部に配置された波形体１０２～１０４の幅方向両端面、支持板５の幅方向一端部に配置された波形体１０１の内側（波形体１０２側）の端面、および他端部に配置された波形体１０５の内側（波形体１０４側）の端面には、ほとんど当たらない。つまり、通気による冷却効果が発揮されない。よって、全ての波形体１０１～１０５の冷却が不十分になって、各熱電変換単位１０に生じる温度差が小さくなる。
【0023】
これに対して、この実施形態の熱電変換素子１では、五個の波形体１０１～１０５の波形の位相が、隣同士で逆になっている（凸部２２の頂点が直列の方向Ｓで異なる）ため、隙間６が狭くても、冷却の際の大気は、支持板５の幅方向中央部に配置された波形体１０２～１０４の幅方向両端面と、支持板５の幅方向両端部に配置された波形体１０１，１０５の内側の端面にも十分に当たる。よって、全ての波形体１０１～１０５が効率的に冷却されて、各熱電変換単位１０に生じる温度差が大きくなる。
その結果、この実施形態の熱電変換素子１によれば、各熱電変換単位１０に大きな温度差を生じさせて、高い発電性能を得ることができる。
その結果、この実施形態の熱電変換素子１によれば、各熱電変換単位１０に大きな温度差を生じさせて、高い発電性能を得ることができる。
【0024】
＜製造方法＞
この実施形態の熱電変換素子１は、以下に示す方法で製造することができる。
この方法では、図４に示す平板状の帯状体７を、波形に成形することで波形体１０１～１０５を作製している。そのために、先ず、図５に示す板状体７０を作製する。
図５に示すように、板状体７０の平面形状は長方形であって、この長方形の短辺の寸法（幅）Ｗ２が、五枚の波形体１０１～１０５の幅Ｗ１の合計値に相当する。図６に示すように、板状体７０は、基板２００、第一層３１０、第二層３２０、第一配線層４１０、第二配線層４２０、接続端子層４３０、および第三配線層４４０を有する。つまり、これらの基板２００および各層は、波形体１０１～１０５の波形基板２および対応する各層（第一層３１、第二層３２、第一配線層４１、第二配線層４２、接続端子層４３、第三配線層４４）の幅Ｗ１の五倍で形成されている。
この実施形態の熱電変換素子１は、以下に示す方法で製造することができる。
この方法では、図４に示す平板状の帯状体７を、波形に成形することで波形体１０１～１０５を作製している。そのために、先ず、図５に示す板状体７０を作製する。
図５に示すように、板状体７０の平面形状は長方形であって、この長方形の短辺の寸法（幅）Ｗ２が、五枚の波形体１０１～１０５の幅Ｗ１の合計値に相当する。図６に示すように、板状体７０は、基板２００、第一層３１０、第二層３２０、第一配線層４１０、第二配線層４２０、接続端子層４３０、および第三配線層４４０を有する。つまり、これらの基板２００および各層は、波形体１０１～１０５の波形基板２および対応する各層（第一層３１、第二層３２、第一配線層４１、第二配線層４２、接続端子層４３、第三配線層４４）の幅Ｗ１の五倍で形成されている。
【0025】
また、板状体７０は、第一層３１０、第二層３２０、第一配線層４１０、および第二配線層４２０で構成された熱電変換単位１００を、直列に五個有する。
板状体７０を作製する際には、先ず、合成樹脂製の基板２００の上面の五箇所に、ｐ型導電性高分子を含むペーストを用いた印刷工程により、第一層３１０を長方形の平面形状で形成する。つまり、一つの熱電変換単位１００に一つの第一層３１０を形成する。次に、一つの熱電変換単位１００に一つの第二層３２０を、銀ペーストを用いた印刷工程により、第一層３１０の隣に、所定の隙間を開けて、第一層３１０と同じ平面形状および厚さで形成する。このようにして、基板２００の上面に、五個の熱電変換単位１００を構成する全ての第一層３１０および第二層３２０からなる熱電変換パターンが形成される。
板状体７０を作製する際には、先ず、合成樹脂製の基板２００の上面の五箇所に、ｐ型導電性高分子を含むペーストを用いた印刷工程により、第一層３１０を長方形の平面形状で形成する。つまり、一つの熱電変換単位１００に一つの第一層３１０を形成する。次に、一つの熱電変換単位１００に一つの第二層３２０を、銀ペーストを用いた印刷工程により、第一層３１０の隣に、所定の隙間を開けて、第一層３１０と同じ平面形状および厚さで形成する。このようにして、基板２００の上面に、五個の熱電変換単位１００を構成する全ての第一層３１０および第二層３２０からなる熱電変換パターンが形成される。
【0026】
次に、この熱電変換パターン上に、第一配線層４１０、第二配線層４２０、接続端子層４３０、および第三配線層４４０からなる導電層パターンを、銀ペーストを用いた印刷工程により形成する。図５および図６に示すように、第一配線層４１０および第二配線層４２０は、基板２００上の第一層３１０と第二層３２０との隙間内と、この隙間に近い第一層３１０および第二層３２０の上の端部に連続して形成する。また、接続端子層４３０および第三配線層４４０は連続したパターンであって、接続端子層４３０は基板２００の上に直接、第三配線層４４０は、図５の左端では第一層３１０の上に、右端では第二層３２０の上に形成する。
【0027】
次に、板状体７０を幅方向で五等分に切断して、五枚の帯状体７を得る。
次に、平板状の帯状体７を波形に成形することで波形体１０１～１０５を作製する。波形の成形は、波形に対応する雄部および雌部を有する金型を用意し、五分割された基板２００の裏面側に雄部を表面側に雌部を押し当てて加熱しながら加圧する（加熱加圧成形を行う）。これにより、第一層３１および第二層３２と、五分割された基板２００の第一層３１および第二層３２が形成されている部分を延伸変形させて、凸部２２と凹部２３を形成する。
次に、図１および図２に示す配置で、各波形体１０１～１０５の凹部２３の下面および平坦部２１の下面を、支持板５の上面に接着剤で固定する。
次に、平板状の帯状体７を波形に成形することで波形体１０１～１０５を作製する。波形の成形は、波形に対応する雄部および雌部を有する金型を用意し、五分割された基板２００の裏面側に雄部を表面側に雌部を押し当てて加熱しながら加圧する（加熱加圧成形を行う）。これにより、第一層３１および第二層３２と、五分割された基板２００の第一層３１および第二層３２が形成されている部分を延伸変形させて、凸部２２と凹部２３を形成する。
次に、図１および図２に示す配置で、各波形体１０１～１０５の凹部２３の下面および平坦部２１の下面を、支持板５の上面に接着剤で固定する。
【0028】
［第二実施形態］
＜構成＞
図７～図９に示すように、この実施形態の熱電変換素子１Ａは、五個の帯状の波形体１０６～１１０を有する。
波形体１０６～１１０は、それぞれ、帯状の波形基板２Ａの上面に、五個の熱電変換単位１０Ａが形成されたものである。五個の波形体１０６～１１０は同じものである。波形基板２Ａの波形は、帯状の長手方向に進む波形（凸凹凸の繰り返し）であり、五個の熱電変換単位１０Ａは、この長手方向に沿って直列に形成されている。
＜構成＞
図７～図９に示すように、この実施形態の熱電変換素子１Ａは、五個の帯状の波形体１０６～１１０を有する。
波形体１０６～１１０は、それぞれ、帯状の波形基板２Ａの上面に、五個の熱電変換単位１０Ａが形成されたものである。五個の波形体１０６～１１０は同じものである。波形基板２Ａの波形は、帯状の長手方向に進む波形（凸凹凸の繰り返し）であり、五個の熱電変換単位１０Ａは、この長手方向に沿って直列に形成されている。
【0029】
波形基板２Ａは、長手方向両端に形成された平坦部２１と、両平坦部の間に形成された連続する五個の凸部２２Ａを有する。五個の凸部２２Ａは形状および寸法が同じである。一つの凸部２２Ａは一対の斜面２２１Ａ，２２２Ａからなり、隣り合う凸部２２Ａの斜面２２１Ａおよび斜面２２２Ａが凹部２３Ａを形成する。
凸部２２Ａを構成する第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａは、支持板５に垂直な基準線に対して非対称の形状を有する。つまり、図９に示すように、第一の斜面２２１Ａの基準線に対する角度θ１と第二の斜面２２２Ａの基準線に対する角度θ２は異なり、θ１はθ２より小さい。この例では、θ１は約１４．５°であり、θ２は約５５°である。
凸部２２Ａを構成する第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａは、支持板５に垂直な基準線に対して非対称の形状を有する。つまり、図９に示すように、第一の斜面２２１Ａの基準線に対する角度θ１と第二の斜面２２２Ａの基準線に対する角度θ２は異なり、θ１はθ２より小さい。この例では、θ１は約１４．５°であり、θ２は約５５°である。
【0030】
また、凹部２３Ａを構成する第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａについても、支持板５に垂直な基準線に対する第一の斜面２２１Ａの角度θ３と、第二の斜面２２２Ａの角度θ４とが異なり、θ３はθ４より小さい。この例では、θ３は約１４．５°であり、θ４は約５５°である。つまり、θ１＝θ３＜θ２＝θ４である。よって、第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａとで傾斜方向の寸法が異なり、第一の斜面２２１Ａよりも第二の斜面２２２Ａの方が傾斜方向の寸法が大きい。
なお、θ１～θ４の別の例として、θ１＝θ３＝５°とθ２＝θ４＝２５°の組合せが挙げられる。凸部２２Ａの頂部は、製造工程で平板状の帯状体７Ａを曲げる際に破損しないための丸みを有する。
なお、θ１～θ４の別の例として、θ１＝θ３＝５°とθ２＝θ４＝２５°の組合せが挙げられる。凸部２２Ａの頂部は、製造工程で平板状の帯状体７Ａを曲げる際に破損しないための丸みを有する。
【0031】
図７および図８に示すように、熱電変換単位１０Ａは、導電率が異なる第一層３１Ａおよび第二層３２Ａと、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａを接続する第一配線層４１Ａを有する。第一層３１Ａおよび第二層３２Ａは、波形基板２Ａの一つの凸部２２Ａを構成する一対の斜面２２１Ａ，２２２Ａの上面に、それぞれ形成されている。波形基板２Ａの凸部２２Ａの最頂部には第一層３１Ａおよび第二層３２Ａが存在しない部分があり、その部分とこれに連続する第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの端部の上面に第一配線層４１Ａが存在する。
【0032】
第一層３１Ａは、ｐ型導電性高分子（熱電変換材料）からなり、第二層３２Ａは銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。第二層３２Ａとしてｎ型導電性高分子（熱電変換材料）からなる層を設けてもよい。この実施形態では、ｎ型導電性高分子の代替として銀ペーストの硬化物からなる第二層３２Ａを設けている。つまり、傾斜方向の寸法が大きい第二の斜面２２２Ａ上の第二層３２Ａは、傾斜方向の寸法が小さい第一の斜面２２１Ａ上の第一層３１Ａよりも、導電率の高い材料で形成されている。
【0033】
五個の熱電変換単位１０Ａは、隣り合う熱電変換単位１０Ａの第一層３１Ａと第二層３２Ａの両方に渡って形成された第二配線層４２Ａにより、直列に接続されている。第二配線層４２Ａも第一配線層４１Ａと同様に、波形基板２Ａの凹部２３Ａの最底部には第一層３１Ａおよび第二層３２Ａが存在しない部分があり、その部分とこれに連続する第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの端部の上面に第二配線層４２Ａが存在する。
波形体１０６～１１０の長手方向（直列接続の方向）の両端に、接続端子層４３が形成されている。接続端子層４３は波形基板２Ａの平坦部２１に直接形成され、接続端子層４３に連続する第三配線層４４Ａが、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの上にそれぞれ形成されている。
第一配線層４１Ａ、第二配線層４２Ａ、接続端子層４３、および第三配線層４４Ａは、銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。
波形体１０６～１１０の長手方向（直列接続の方向）の両端に、接続端子層４３が形成されている。接続端子層４３は波形基板２Ａの平坦部２１に直接形成され、接続端子層４３に連続する第三配線層４４Ａが、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの上にそれぞれ形成されている。
第一配線層４１Ａ、第二配線層４２Ａ、接続端子層４３、および第三配線層４４Ａは、銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。
【0034】
図８は図７を上から見た図であり、図８に示すように、五個の波形体１０６～１１０は、長方形の支持板５の上面に、隙間６を介して並列に配置されている。そのため、支持板５を成す長方形の短辺は、波形体１０６～１１０の幅（並列の方向の寸法）の合計値よりも大きい。そして、隙間６の寸法ｔは波形体１０６～１１０の一つの幅よりも小さい。また、支持板５を成す長方形の長辺は、波形体１０６～１１０の長手方向寸法と同じである。以下においては、支持板５を成す長方形の短辺の寸法を支持板５の幅、長辺の寸法を支持板５の長さと称する。
なお、隙間６の存在により、隣り合う波形体１０６～１１０同士が接触して短絡することが防止できるとともに、隣り合う波形体１０６～１１０が隙間６を挟んで対向する面の冷却効果が得られる。
なお、隙間６の存在により、隣り合う波形体１０６～１１０同士が接触して短絡することが防止できるとともに、隣り合う波形体１０６～１１０が隙間６を挟んで対向する面の冷却効果が得られる。
【0035】
五個の波形体１０６～１１０のうち、支持板５の幅方向両端の波形体１０６，１１０と、幅方向中央部の波形体１０８は、各長手方向一端を支持板５の長さ方向一端に合わせて配置されている。波形体１０６と波形体１０８との間の波形体１０７、および波形体１０８と波形体１１０との間の波形体１０９は、各長手方向他端を支持板５の長さ方向他端に合わせて配置されている。また、波形体１０６，１１０，１０８は、第二層３２Ａが形成された端部を支持板５の長さ方向一端に向けて配置され、波形体１０７，１０９は、第二層３２Ａが形成された端部を支持板５の長さ方向他端に向けて配置されている。そして、波形体１０６～１１０の凹部２３Ａおよび平坦部２１の下面が、支持板５の上面に固定されている（図７および図９参照）。
【0036】
その結果、図７および図９に示すように、隣り合う波形基板２Ａにおいて、波形を構成する凸部２２Ａの頂点は長手方向（直列の方向Ｓ）の同じ位置に存在し、幅方向（並列の方向Ｐ）で第一の斜面（一方の斜面）２２１Ａと第二の斜面（他方の斜面）２２２Ａが交互に存在している。
また、波形体１０６と波形体１０８との間には、側面視で波形体１０７と斜面同士および凸部２２Ａの頂部同士が重なる部分を除いて、波形体１０７の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。波形体１０８と波形体１１０についても同様に、両波形体１０８，１１０の間には、側面視で波形体１０９と斜面同士および凸部２２Ａの頂部が重なる部分を除いて、波形体１０９の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。
また、波形体１０６と波形体１０８との間には、側面視で波形体１０７と斜面同士および凸部２２Ａの頂部同士が重なる部分を除いて、波形体１０７の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。波形体１０８と波形体１１０についても同様に、両波形体１０８，１１０の間には、側面視で波形体１０９と斜面同士および凸部２２Ａの頂部が重なる部分を除いて、波形体１０９の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。
【0037】
さらに、図７および図８に示すように、隣り合う基板の接続端子層４３が配線４５で接続されて、全ての熱電変換単位１０Ａが全体で直列接続されている。直列接続の両端となる接続端子層４３が外部端子４３１として機能し、外部配線４６の一端が外部端子４３１に接続されて、他端が熱電変換素子１Ａの外部に出ている。図９では配線４５および外部配線４６が省略されている。
【0038】
＜使用方法と作用効果＞
この実施形態の熱電変換素子１Ａを使用する際には、支持板５を例えば、電動機などの熱源（例えば、特許文献１の図３の電動機のハウジングの一部の平面部）の上に設置することにより、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの底部（凹部２３Ａ側の部分）を高温にするとともに、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの頂部を冷却して低温にする。この冷却は、例えば、図９に示す熱電変換素子１の側面から、波形体１０６～１１０と支持板５との間に大気を流通させることにより行う。
この実施形態の熱電変換素子１Ａを使用する際には、支持板５を例えば、電動機などの熱源（例えば、特許文献１の図３の電動機のハウジングの一部の平面部）の上に設置することにより、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの底部（凹部２３Ａ側の部分）を高温にするとともに、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの頂部を冷却して低温にする。この冷却は、例えば、図９に示す熱電変換素子１の側面から、波形体１０６～１１０と支持板５との間に大気を流通させることにより行う。
【0039】
ここで、全ての波形体１０６～１１０がそれぞれ有する非対称の凸部２２Ａが、隣り合う波形体１０６～１１０で同じ向きに揃えられている（凸部の頂点が直列の方向Ｓで一致しているだけでなく、並列の方向Ｐで第一の斜面２２１Ａおよび第二の斜面２２２Ａが全て同じ位置に存在する）場合には、隙間６が狭いと、冷却の際の大気は、支持板５の幅方向中央部に配置された波形体１０６～１１０の幅方向両端面、支持板５の幅方向一端部に配置された波形体１０６の内側（波形体１０７側）の端面、および他端部に配置された波形体１１０の内側（波形体１０９側）の端面には、ほとんど当たらない。つまり、通気による冷却効果が発揮されない。よって、全ての波形体１０６～１１０の冷却が不十分になって、各熱電変換単位１０Ａに生じる温度差が小さくなる。
【0040】
これに対して、この実施形態の熱電変換素子１Ａでは、全ての波形体１０６～１１０がそれぞれ有する非対称の凸部２２Ａの頂点は、直列の方向Ｓで同じではあるが、第一の斜面２２１Ａおよび第二の斜面２２２Ａが並列の方向Ｐで交互に存在するため、隙間６が狭くても、冷却の際の大気は、支持板５の幅方向中央部に配置された波形体１０７～１０９の幅方向両端面と、支持板５の幅方向両端部に配置された波形体１０６，１１０の内側の端面にも十分に当たる。よって、全ての波形体１０６～１１０が効率的に冷却されて、各熱電変換単位１０Ａに生じる温度差が大きくなる。
その結果、この実施形態の熱電変換素子１Ａによれば、各熱電変換単位１０Ａに大きな温度差を生じさせて、高い発電性能を得ることができる。
その結果、この実施形態の熱電変換素子１Ａによれば、各熱電変換単位１０Ａに大きな温度差を生じさせて、高い発電性能を得ることができる。
【0041】
さらに、第二実施形態の熱電変換素子１Ａでは、導電率の低い材料で形成された第一層３１Ａの第一の斜面２２１Ａに沿った長さが、導電率の高い材料で形成された第二層３２Ａの第二の斜面２２２Ａに沿った長さより短いため、第一層３１と第二層３２が同じ長さの斜面に形成されている第一実施形態の熱電変換素子１よりも、発熱量を多くすることができる。これは、凸部２２，２２Ａの直列の方向Ｓの寸法が同じ場合、第二実施形態の熱電変換素子１Ａの方が第一実施形態の熱電変換素子１よりも第一層３１，３１Ａの第一の斜面２２１，２２１Ａに沿った長さが短くなることで、抵抗が小さくなり、第二実施形態の熱電変換素子１Ａの方が第一実施形態の熱電変換素子１よりも第二層３２，３２Ａの第二の斜面２２２，２２２Ａに沿った長さは長くなるが、これに伴う抵抗の上昇量は僅かなためである。
【0042】
なお、この実施形態の熱電変換素子１Ａでは、波形基板２Ａの幅方向（図８のＰ方向）に形成されている熱電変換単位１０Ａの数は一つであるが、波形基板２Ａの幅方向に隙間を開けて複数の熱電変換単位１０Ａが形成されていてもよい。
また、この実施形態の熱電変換素子１Ａは、五個の熱電変換単位１０Ａが直列に接続された五個の波状体１０６～１１０を有するため、２５個の熱電変換単位が直列に接続された状態になっている。これに対して、例えば、一つの波状体の直列の数を１４個、並列に配置する波状体の数を１０個とすることで、１４０個の熱電変換単位が直列に接続された熱電変換素子を得ることができる。
また、この実施形態の熱電変換素子１Ａは、五個の熱電変換単位１０Ａが直列に接続された五個の波状体１０６～１１０を有するため、２５個の熱電変換単位が直列に接続された状態になっている。これに対して、例えば、一つの波状体の直列の数を１４個、並列に配置する波状体の数を１０個とすることで、１４０個の熱電変換単位が直列に接続された熱電変換素子を得ることができる。
【0043】
一方、非対称の凸部２２Ａが、隣り合う波形体１０６～１１０で同じ向きに揃えられている点のみが熱電変換素子１Ａとは異なる熱電変換素子は、上述のような効率的な冷却効果は得られないが、第一層３１Ａの斜面に沿った長さが第二層３２Ａの斜面に沿った長さより短いことで発熱量を多くできる効果は得られる。
【0044】
＜製造方法＞
この実施形態の熱電変換素子１Ａは、以下に示す方法で製造することができる。
この方法では、図１０に示す平板状の帯状体７Ａを、波形に成形することで波形体１０６～１１０を作製している。そのために、先ず、図１１に示す板状体７０Ａを作製する。
図１１に示すように、板状体７０Ａの平面形状は長方形であって、この長方形の短辺の寸法（幅）Ｗ２が、五枚の波形体１０６～１１０の幅Ｗ１の合計値に相当する。図１２に示すように、板状体７０Ａは、基板２００、第一層３１０Ａ、第二層３２０Ａ、第一配線層４１０Ａ、第二配線層４２０Ａ、接続端子層４３０、および第三配線層４４０を有する。つまり、これらの基板２００および各層は、波形体１０６～１１０の波形基板２Ａおよび対応する各層（第一層３１Ａ、第二層３２Ａ、第一配線層４１Ａ、第二配線層４２Ａ、接続端子層４３、第三配線層４４Ａ）の幅Ｗ１の五倍で形成されている。
この実施形態の熱電変換素子１Ａは、以下に示す方法で製造することができる。
この方法では、図１０に示す平板状の帯状体７Ａを、波形に成形することで波形体１０６～１１０を作製している。そのために、先ず、図１１に示す板状体７０Ａを作製する。
図１１に示すように、板状体７０Ａの平面形状は長方形であって、この長方形の短辺の寸法（幅）Ｗ２が、五枚の波形体１０６～１１０の幅Ｗ１の合計値に相当する。図１２に示すように、板状体７０Ａは、基板２００、第一層３１０Ａ、第二層３２０Ａ、第一配線層４１０Ａ、第二配線層４２０Ａ、接続端子層４３０、および第三配線層４４０を有する。つまり、これらの基板２００および各層は、波形体１０６～１１０の波形基板２Ａおよび対応する各層（第一層３１Ａ、第二層３２Ａ、第一配線層４１Ａ、第二配線層４２Ａ、接続端子層４３、第三配線層４４Ａ）の幅Ｗ１の五倍で形成されている。
【0045】
また、板状体７０Ａは、第一層３１０Ａ、第二層３２０Ａ、第一配線層４１０Ａ、および第二配線層４２０Ａで構成された熱電変換単位１００Ａを、直列に五個有する。
板状体７０Ａを作製する際には、先ず、合成樹脂製の基板２００の上面の五箇所に、ｐ型導電性高分子を含むペーストを用いた印刷工程により第一層３１０Ａを長方形の平面形状で形成する。つまり、一つの熱電変換単位１００Ａに一つの第一層３１０Ａを形成する。次に、一つの熱電変換単位１００Ａに一つの第二層３２０Ａを、銀ペーストを用いた印刷工程により、第一層３１０Ａの隣に、所定の隙間を開けて、第一層３１０Ａと同じ平面形状および厚さで形成する。このようにして、基板２００の上面に、五個の熱電変換単位１００Ａを構成する全ての第一層３１０Ａおよび第二層３２０Ａからなる熱電変換パターンが形成される。
板状体７０Ａを作製する際には、先ず、合成樹脂製の基板２００の上面の五箇所に、ｐ型導電性高分子を含むペーストを用いた印刷工程により第一層３１０Ａを長方形の平面形状で形成する。つまり、一つの熱電変換単位１００Ａに一つの第一層３１０Ａを形成する。次に、一つの熱電変換単位１００Ａに一つの第二層３２０Ａを、銀ペーストを用いた印刷工程により、第一層３１０Ａの隣に、所定の隙間を開けて、第一層３１０Ａと同じ平面形状および厚さで形成する。このようにして、基板２００の上面に、五個の熱電変換単位１００Ａを構成する全ての第一層３１０Ａおよび第二層３２０Ａからなる熱電変換パターンが形成される。
【0046】
次に、この熱電変換パターン上に、第一配線層４１０Ａ、第二配線層４２０Ａ、接続端子層４３０、および第三配線層４４０からなる導電層パターンを、銀ペーストを用いた印刷工程により形成する。図１１および図１２に示すように、第一配線層４１０Ａおよび第二配線層４２０Ａは、基板２００上の第一層３１０Ａと第二層３２０Ａとの隙間内と、この隙間に近い第一層３１０Ａおよび第二層３２０Ａの上の端部に連続して形成する。また、接続端子層４３０および第三配線層４４０は連続したパターンであって、接続端子層４３０は基板２００の上に直接、第三配線層４４０は、図１１の左端では第一層３１０Ａの上に、右端では第二層３２０Ａの上に形成する。
【0047】
次に、板状体７０Ａを幅方向で五等分に切断して、五枚の帯状体７を得る。
次に、平板状の帯状体７Ａを波形に成形することで波形体１０６～１１０を作製する。波形の成形は、波形に対応する雄部および雌部を有する金型を用意し、五分割された基板２００の裏面側に雄部を表面側に雌部を押し当てて加熱しながら加圧する（加熱加圧成形を行う）。これにより、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａと、五分割された基板２００の第一層３１Ａおよび第二層３２Ａが形成されている部分を延伸変形させて、凸部２２Ａと凹部２３Ａを形成する。
次に、図７および図８に示す配置で、各波形体１０６～１１０の凹部２３Ａの下面および平坦部２１の下面を、支持板５の上面に接着剤で固定する。
次に、平板状の帯状体７Ａを波形に成形することで波形体１０６～１１０を作製する。波形の成形は、波形に対応する雄部および雌部を有する金型を用意し、五分割された基板２００の裏面側に雄部を表面側に雌部を押し当てて加熱しながら加圧する（加熱加圧成形を行う）。これにより、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａと、五分割された基板２００の第一層３１Ａおよび第二層３２Ａが形成されている部分を延伸変形させて、凸部２２Ａと凹部２３Ａを形成する。
次に、図７および図８に示す配置で、各波形体１０６～１１０の凹部２３Ａの下面および平坦部２１の下面を、支持板５の上面に接着剤で固定する。
【0048】
［第三実施形態］
＜構成＞
図１３～図１５に示すように、この実施形態の熱電変換素子１Ｂは、五個の帯状の波形体１０６～１１０を有する。
波形体１０６～１１０は、それぞれ、帯状の波形基板２Ａの上面に、五個の熱電変換単位１０Ａが形成されたものである。五個の波形体１０６～１１０は同じものである。波形基板２Ａの波形は、帯状の長手方向に進む波形（凸凹凸の繰り返し）であり、五個の熱電変換単位１０Ａは、この長手方向に沿って直列に形成されている。
＜構成＞
図１３～図１５に示すように、この実施形態の熱電変換素子１Ｂは、五個の帯状の波形体１０６～１１０を有する。
波形体１０６～１１０は、それぞれ、帯状の波形基板２Ａの上面に、五個の熱電変換単位１０Ａが形成されたものである。五個の波形体１０６～１１０は同じものである。波形基板２Ａの波形は、帯状の長手方向に進む波形（凸凹凸の繰り返し）であり、五個の熱電変換単位１０Ａは、この長手方向に沿って直列に形成されている。
【0049】
波形基板２Ａは、長手方向両端に形成された平坦部２１と、両平坦部の間に形成された連続する五個の凸部２２Ａを有する。五個の凸部２２Ａは形状および寸法が同じである。一つの凸部２２Ａは一対の斜面２２１Ａ，２２２Ａからなり、隣り合う凸部２２Ａの第一の斜面２２１Ａおよび第二の斜面２２２Ａが凹部２３Ａを形成する。
凸部２２Ａを構成する第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａは、支持板５に垂直な基準線に対して非対称の形状を有する。つまり、図１５に示すように、第一の斜面２２１Ａの基準線に対する角度θ１と第二の斜面２２２Ａの基準線に対する角度θ２は異なり、θ１はθ２より小さい。この例では、θ１は約１４．５°であり、θ２は約５５°である。
凸部２２Ａを構成する第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａは、支持板５に垂直な基準線に対して非対称の形状を有する。つまり、図１５に示すように、第一の斜面２２１Ａの基準線に対する角度θ１と第二の斜面２２２Ａの基準線に対する角度θ２は異なり、θ１はθ２より小さい。この例では、θ１は約１４．５°であり、θ２は約５５°である。
【0050】
また、凹部２３Ａを構成する第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａについても、支持板５に垂直な基準線に対する第一の斜面２２１Ａの角度θ３と、第二の斜面２２２Ａの角度θ４とが異なり、θ３はθ４より小さい。この例では、θ３は約１４．５°であり、θ４は約５５°である。つまり、θ１＝θ３＜θ２＝θ４である。よって、第一の斜面２２１Ａと第二の斜面２２２Ａとで傾斜方向の寸法が異なり、第一の斜面２２１Ａよりも第二の斜面２２２Ａの方が傾斜方向の寸法が大きい。
なお、θ１～θ４の別の例として、θ１＝θ３＝５°とθ２＝θ４＝２５°の組合せが挙げられる。凸部２２Ａの頂部は、製造工程で平板状の帯状体７Ａを曲げる際に破損しないための丸みを有する。
なお、θ１～θ４の別の例として、θ１＝θ３＝５°とθ２＝θ４＝２５°の組合せが挙げられる。凸部２２Ａの頂部は、製造工程で平板状の帯状体７Ａを曲げる際に破損しないための丸みを有する。
【0051】
図１３および図１４に示すように、熱電変換単位１０Ａは、導電率が異なる第一層３１Ａおよび第二層３２Ａと、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａを接続する第一配線層４１を有する。第一層３１Ａおよび第二層３２Ａは、波形基板２Ａの一つの凸部２２Ａを構成する一対の斜面２２１Ａ，２２２Ａの上面に、それぞれ形成されている。波形基板２Ａの凸部２２Ａの最頂部には第一層３１Ａおよび第二層３２Ａが存在しない部分があり、その部分とこれに連続する第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの端部の上面に第一配線層４１が存在する。
【0052】
第一層３１Ａは、ｐ型導電性高分子（熱電変換材料）からなり、第二層３２Ａは銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。第二層３２Ａとしてｎ型導電性高分子（熱電変換材料）からなる層を設けてもよい。この実施形態では、ｎ型導電性高分子の代替として銀ペーストの硬化物からなる第二層３２Ａを設けている。つまり、傾斜方向の寸法が大きい第二の斜面２２２Ａ上の第二層３２Ａは、傾斜方向の寸法が小さい第一の斜面２２１Ａ上の第一層３１Ａよりも、導電率の高い材料で形成されている。
【0053】
五個の熱電変換単位１０Ａは、隣り合う熱電変換単位１０Ａの第一層３１Ａと第二層３２Ａの両方に渡って形成された第二配線層４２により、直列に接続されている。第二配線層４２も第一配線層４１と同様に、波形基板２Ａの凹部２３Ａの最底部には第一層３１Ａおよび第二層３２Ａが存在しない部分があり、その部分とこれに連続する第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの端部の上面に第二配線層４２が存在する。
波形体１０６～１１０の長手方向（直列接続の方向）の両端に、接続端子層４３が形成されている。接続端子層４３は波形基板２Ａの平坦部２１に直接形成され、接続端子層４３に連続する第三配線層４４Ａが、第一層３１おＡよび第二層３２Ａの上にそれぞれ形成されている。
第一配線層４１Ａ、第二配線層４２Ａ、接続端子層４３、および第三配線層４４Ａは、銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。
波形体１０６～１１０の長手方向（直列接続の方向）の両端に、接続端子層４３が形成されている。接続端子層４３は波形基板２Ａの平坦部２１に直接形成され、接続端子層４３に連続する第三配線層４４Ａが、第一層３１おＡよび第二層３２Ａの上にそれぞれ形成されている。
第一配線層４１Ａ、第二配線層４２Ａ、接続端子層４３、および第三配線層４４Ａは、銀ペーストの硬化物（導電性材料）からなる。
【0054】
図１４は図１３を上から見た図であり、図１４に示すように、五個の波形体１０６～１１０は、長方形の支持板５の上面に、隙間６を介して並列に配置されている。そのため、支持板５を成す長方形の短辺は、波形体１０６～１１０の幅（並列の方向の寸法）の合計値よりも大きい。そして、隙間６の寸法ｔは波形体１０６～１１０の一つの幅よりも小さい。また、支持板５を成す長方形の長辺は、波形体１０６～１１０の長手方向寸法と同じである。以下においては、支持板５を成す長方形の短辺の寸法を支持板５の幅、長辺の寸法を支持板５の長さと称する。
【0055】
なお、隙間６の存在により、隣り合う波形体１０６～１１０同士が接触して短絡することが防止できるとともに、隣り合う波形体１０６～１１０が隙間６を挟んで対向する面の冷却効果が得られる。
五個の波形体１０６～１１０は、各長手方向両端を支持板５の長さ方向両端に合わせて配置されている。また、波形体１０６，１０８，１１０は、第二層３２Ａが形成された端部を支持板５の長さ方向一端に向けて配置され、波形体１０７，１０９は、第二層３２Ａが形成された端部を支持板５の長さ方向他端に向けて配置されている。そして、波形体１０６～１１０の凹部２３Ａおよび平坦部２１の下面が、支持板５の上面に固定されている（図１３および図１５参照）。
五個の波形体１０６～１１０は、各長手方向両端を支持板５の長さ方向両端に合わせて配置されている。また、波形体１０６，１０８，１１０は、第二層３２Ａが形成された端部を支持板５の長さ方向一端に向けて配置され、波形体１０７，１０９は、第二層３２Ａが形成された端部を支持板５の長さ方向他端に向けて配置されている。そして、波形体１０６～１１０の凹部２３Ａおよび平坦部２１の下面が、支持板５の上面に固定されている（図１３および図１５参照）。
【0056】
その結果、図１３および図１５に示すように、波形体１０６～１１０がそれぞれ有する非対称の凸部２２Ａが、隣り合う波形体１０６～１１０で逆向きになっている。つまり、隣り合う波形基板２Ａにおいて、波形を構成する凸部２２Ａの頂点が長手方向（直列の方向Ｓ）の異なる位置に存在している。
また、波形体１０６と波形体１０８との間には、側面視で波形体１０７と斜面同士および凹部２３Ａの底部同士が重なる部分を除いて、波形体１０７の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。波形体１０８と波形体１１０についても同様に、両波形体１０８，１１０の間には、側面視で波形体１０９と斜面同士および凹部２３Ａの底部が重なる部分を除いて、波形体１０９の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。
また、波形体１０６と波形体１０８との間には、側面視で波形体１０７と斜面同士および凹部２３Ａの底部同士が重なる部分を除いて、波形体１０７の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。波形体１０８と波形体１１０についても同様に、両波形体１０８，１１０の間には、側面視で波形体１０９と斜面同士および凹部２３Ａの底部が重なる部分を除いて、波形体１０９の幅方向寸法に隙間６の寸法ｔの二倍を足した寸法の隙間が存在する。
【0057】
さらに、図１３および図１４に示すように、隣り合う基板の接続端子層４３が配線４５で接続されて、全ての熱電変換単位１０Ａが全体で直列接続されている。直列接続の両端となる接続端子層４３が外部端子４３１として機能し、外部配線４６の一端が外部端子４３１に接続されて、他端が熱電変換素子１Ｂの外部に出ている。図９では配線４５および外部配線４６が省略されている。
【0058】
＜使用方法と作用効果＞
この実施形態の熱電変換素子１Ｂを使用する際には、支持板５を例えば、電動機などの熱源（例えば、特許文献１の図３の電動機のハウジングの一部の平面部）の上に設置することにより、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの底部（凹部２３Ａ側の部分）を高温にするとともに、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの頂部を冷却して低温にする。この冷却は、例えば、図９に示す熱電変換素子１の側面から、波形体１０６～１１０と支持板５との間に大気を流通させることにより行う。
この実施形態の熱電変換素子１Ｂを使用する際には、支持板５を例えば、電動機などの熱源（例えば、特許文献１の図３の電動機のハウジングの一部の平面部）の上に設置することにより、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの底部（凹部２３Ａ側の部分）を高温にするとともに、第一層３１Ａおよび第二層３２Ａの頂部を冷却して低温にする。この冷却は、例えば、図９に示す熱電変換素子１の側面から、波形体１０６～１１０と支持板５との間に大気を流通させることにより行う。
【0059】
ここで、全ての波形体１０６～１１０がそれぞれ有する非対称の凸部２２Ａが、隣り合う波形体１０６～１１０で同じ向きに揃えられている（凸部２２Ａの頂点が直列の方向Ｓで一致しているとともに、並列の方向Ｐで第一の斜面２２１Ａおよび第二の斜面２２２Ａが全て同じ位置に存在する）場合には、隙間６が狭いと、冷却の際の大気は、支持板５の幅方向中央部に配置された波形体１０６～１１０の幅方向両端面、支持板５の幅方向一端部に配置された波形体１０６の内側（波形体１０７側）の端面、および他端部に配置された波形体１１０の内側（波形体１０９側）の端面には、ほとんど当たらない。つまり、通気による冷却効果が発揮されない。よって、全ての波形体１０６～１１０の冷却が不十分になって、各熱電変換単位１０Ａに生じる温度差が小さくなる。
【0060】
これに対して、この実施形態の熱電変換素子１Ｂでは、全ての波形体１０６～１１０がそれぞれ有する非対称の凸部２２Ａが、隣同士で逆になっている（凸部２２Ａの頂点が直列の方向Ｓで異なる）ため、隙間６が狭くても、冷却の際の大気は、支持板５の幅方向中央部に配置された波形体１０７～１０９の幅方向両端面と、支持板５の幅方向両端部に配置された波形体１０６，１１０の内側の端面にも十分に当たる。よって、全ての波形体１０６～１１０が効率的に冷却されて、各熱電変換単位１０Ｂに生じる温度差が大きくなる。
【0061】
その結果、この実施形態の熱電変換素子１Ｂによれば、各熱電変換単位１０Ａに大きな温度差を生じさせて、高い発電性能を得ることができる。
また、第三実施形態の熱電変換素子１Ｂは、支持板５の上面の長さ方向全体に波形体１０６～１１０が存在しているのに対して、第一実施形態の熱電変換素子１では、支持板５の上面の長さ方向の一部に波形体１０１～１０５が存在していない部分がある。つまり、第三実施形態の熱電変換素子１Ｂは第一実施形態の熱電変換素子１よりも、支持板５の上面の利用効率が高いため、小型化の点で有利である。
また、第三実施形態の熱電変換素子１Ｂは、支持板５の上面の長さ方向全体に波形体１０６～１１０が存在しているのに対して、第一実施形態の熱電変換素子１では、支持板５の上面の長さ方向の一部に波形体１０１～１０５が存在していない部分がある。つまり、第三実施形態の熱電変換素子１Ｂは第一実施形態の熱電変換素子１よりも、支持板５の上面の利用効率が高いため、小型化の点で有利である。
【0062】
さらに、第三実施形態の熱電変換素子１Ｂでは、導電率の低い材料で形成された第一層３１Ａの第一の斜面２２１Ａに沿った長さが、導電率の高い材料で形成された第二層３２Ａの第二の斜面２２２Ａに沿った長さより短いため、第一層３１と第二層３２が同じ長さの斜面に形成されている第一実施形態の熱電変換素子１よりも、発熱量を多くすることができる。これは、凸部２２，２２Ａの直列の方向Ｓの寸法が同じ場合、第三実施形態の熱電変換素子１Ｂの方が第一実施形態の熱電変換素子１よりも第一層３１，３１Ａの第一の斜面２２１，２２１Ａに沿った長さが短くなることで、抵抗が小さくなり、第三実施形態の熱電変換素子１Ｂの方が第一実施形態の熱電変換素子１よりも第二層３２，３２Ａの第二の斜面２２２，２２２Ａに沿った長さは長くなるが、これに伴う抵抗の上昇量は僅かなためである。
【0063】
なお、この実施形態の熱電変換素子１Ｂでは、波形基板２Ａの幅方向（図１４のＰ方向）に形成されている熱電変換単位１０Ａの数は一つであるが、波形基板２Ａの幅方向に隙間を開けて複数の熱電変換単位１０Ａが形成されていてもよい。
また、この実施形態の熱電変換素子１Ｂは、五個の熱電変換単位１０Ａが直列に接続された五個の波状体１０６～１１０を有するため、２５個の熱電変換単位が直列に接続された状態になっている。これに対して、例えば、一つの波状体の直列の数を１４個、並列に配置する波状体の数を１０個とすることで、１４０個の熱電変換単位が直列に接続された熱電変換素子を得ることができる。
また、この実施形態の熱電変換素子１Ｂは、五個の熱電変換単位１０Ａが直列に接続された五個の波状体１０６～１１０を有するため、２５個の熱電変換単位が直列に接続された状態になっている。これに対して、例えば、一つの波状体の直列の数を１４個、並列に配置する波状体の数を１０個とすることで、１４０個の熱電変換単位が直列に接続された熱電変換素子を得ることができる。
【0064】
一方、非対称の凸部２２Ａが、隣り合う波形体１０６～１１０で同じ向きに揃えられている点のみが熱電変換素子１Ａとは異なる熱電変換素子は、上述のような効率的な冷却効果は得られないが、第一層３１Ａの第一の斜面２２１Ａに沿った長さが第二層３２Ａの第二の斜面２２２Ａに沿った長さより短いことで発熱量を多くできる効果は得られる。
【0065】
＜製造方法＞
この実施形態の熱電変換素子１Ｂは、以下に示す方法で製造することができる。
第二実施形態の熱電変換素子１Ａと同じ方法で波形体１０６～１１０を作製した後、図１３および図１４に示す配置で、各波形体１０６～１１０の凹部２３Ａの下面および平坦部２１の下面を、支持板５の上面に接着剤で固定する。
この実施形態の熱電変換素子１Ｂは、以下に示す方法で製造することができる。
第二実施形態の熱電変換素子１Ａと同じ方法で波形体１０６～１１０を作製した後、図１３および図１４に示す配置で、各波形体１０６～１１０の凹部２３Ａの下面および平坦部２１の下面を、支持板５の上面に接着剤で固定する。
【符号の説明】
【0066】
１ 熱電変換素子
１Ａ 熱電変換素子
１Ｂ 熱電変換素子
１０ 熱電変換単位
１０Ａ 熱電変換単位
１０１ 波形体
１０２ 波形体
１０３ 波形体
１０４ 波形体
１０５ 波形体
１０６ 波形体
１０７ 波形体
１０８ 波形体
１０９ 波形体
１１０ 波形体
２，２Ａ 波形基板
２１ 平坦部
２２，２２Ａ 凸部
２２１，２２１Ａ 第一の斜面（一方の斜面）
２２２，２２２Ａ 第二の斜面（他方の斜面）
２３，２３Ａ 凹部
３１，３１Ａ 第一層
３２，３１Ａ 第二層
４１，４１Ａ 第一配線層
４２，４２Ａ 第二配線層
４３ 接続端子層
４３１ 外部端子
４４，４４Ａ 第三配線層
４５ 配線
４６ 外部配線
５ 支持板
６ 隙間
Ｓ 直列の方向
Ｐ 並列の方向
１Ａ 熱電変換素子
１Ｂ 熱電変換素子
１０ 熱電変換単位
１０Ａ 熱電変換単位
１０１ 波形体
１０２ 波形体
１０３ 波形体
１０４ 波形体
１０５ 波形体
１０６ 波形体
１０７ 波形体
１０８ 波形体
１０９ 波形体
１１０ 波形体
２，２Ａ 波形基板
２１ 平坦部
２２，２２Ａ 凸部
２２１，２２１Ａ 第一の斜面（一方の斜面）
２２２，２２２Ａ 第二の斜面（他方の斜面）
２３，２３Ａ 凹部
３１，３１Ａ 第一層
３２，３１Ａ 第二層
４１，４１Ａ 第一配線層
４２，４２Ａ 第二配線層
４３ 接続端子層
４３１ 外部端子
４４，４４Ａ 第三配線層
４５ 配線
４６ 外部配線
５ 支持板
６ 隙間
Ｓ 直列の方向
Ｐ 並列の方向
【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】
【図14】
【図15】