JP2017069443A - 熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】基板の反りが抑制される熱電変換モジュールを提供する。【解決手段】熱電変換モジュールは、高温側基板と、低温側基板と、複数の熱電素子と、を具備する。上記高温側基板は、第１主面と、上記第１主面とは反対の第２主面と、上記第１主面に配列された複数の第１電極と、上記第２主面に設けられた第１メタライズ層と、を有し、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割されている。上記低温側基板は、上記第１主面に対向する第３主面と、上記第３主面とは反対の第４主面と、上記第３主面に配列された複数の第２電極と、上記第４主面に設けられ、所定のパターンで分割された第２メタライズ層と、を有する。上記複数の熱電素子は、上記第１主面と上記第３主面との間に配列され、それぞれ上記第１電極及び上記第２電極に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、熱電素子を用いた熱電変換モジュールに関する。

熱電発電は、自動車や工場などの廃熱を電気エネルギに変換可能であり、クリーンなエネルギ資源として注目されている。熱電発電に用いられる熱電変換モジュールは、所定のパターンで配列された熱電素子が２枚の基板に挟まれた構成を有し、２枚の基板間の温度差に応じた電気エネルギを発生させる。

一方、駆動時の熱電モジュールでは、高温側基板が低温側基板よりも大きく熱膨張しようとするため、２枚の基板間の温度差に応じた熱応力が発生する。熱電モジュールでは、この熱応力によって、例えば、性能が低下したり、熱電素子やその接続部が破損したりする場合がある。

特許文献１には、駆動時の熱電変換モジュールに発生する熱応力を緩和する技術が開示されている。本文献に記載の熱電変換モジュールでは、高温側基板と熱電素子との間に弾性部材が設けられている。当該弾性部材は、熱電変換モジュールの駆動時に、熱電変換モジュールの熱応力が緩和されるように弾性変形する。

特開２００９−１２３９６４号公報

熱電モジュールには発電出力の向上が望まれている。熱電モジュールの発電出力を向上させるために、２枚の基板間の温度差を増大させることが有効である。
ところが、２枚の基板間の温度差を増大させると、特に高温側基板に反りが発生することにより、熱電変換モジュールに損傷が加わりやすくなる。このため、熱電変換モジュールでは充分な耐久性が得られなくなる場合がある。
このため、熱電変換モジュールの基板の反りを抑制するための技術が望まれる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、基板の反りが抑制される熱電変換モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱電変換モジュールは、高温側基板と、低温側基板と、複数の熱電素子と、を具備する。
上記高温側基板は、第１主面と、上記第１主面とは反対の第２主面と、上記第１主面に配列された複数の第１電極と、上記第２主面に設けられた第１メタライズ層と、を有し、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割されている。
上記低温側基板は、上記第１主面に対向する第３主面と、上記第３主面とは反対の第４主面と、上記第３主面に配列された複数の第２電極と、上記第４主面に設けられ、所定のパターンで分割された第２メタライズ層と、を有する。
上記複数の熱電素子は、上記第１主面と上記第３主面との間に配列され、それぞれ上記第１電極及び上記第２電極に接続されている。

この熱電変換モジュールでは、最大径が１５ｍｍ以下になるように高温側基板が分割されているため、分割された高温側基板のそれぞれにおける反りが抑制される。また、高温側基板が分割されているため、第１メタライズ層の面積が小さくなる。これにより、第１メタライズ層の熱膨張量が小さくなるため、高温側基板の反りが更に抑制される。
また、低温側基板の第２メタライズ層が分割されているため、分割された第２メタライズ層のそれぞれにおける面積が小さくなる。これにより、第２メタライズ層の熱膨張量が小さくなるため、低温側基板の反りも抑制される。

上記第２メタライズ層は、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割されていてもよい。
上記第２メタライズ層は、上記複数の第２電極と同様のパターンで分割されていてもよい。
上記低温側基板の厚さは３００μｍ以上であってもよい。
これらの構成では、第２メタライズ層が小さく分割されているため、第２メタライズ層の熱膨張量が更に小さくなる。また、低温側基板が厚いため変形しにくい。これらにより、低温側基板の反りが更に抑制される。

上記第１電極と上記第１メタライズ層との厚さの差は、上記第１電極の厚さの２０％以下であってもよい。
この構成では、高温側基板の両主面に形成される第１電極と第２メタライズ層との厚さの差が小さいため、第１電極及び第２メタライズ層の熱膨張により発生する熱応力の差が小さくなる。これにより、高温側基板の反りが更に抑制される。

基板の反りが抑制される熱電変換モジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る熱電変換モジュールの斜視図である。 上記熱電変換モジュールの図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。 上記熱電変換モジュールの高温側基板の平面図である。 上記熱電変換モジュールの低温側基板の平面図である。 上記高温側基板の部分平面図である。 上記高温側基板の変形例を示す平面図である。 上記高温側基板の変形例を示す平面図である。 上記低温側基板の部分平面図である。 上記低温側基板の変形例を示す平面図である。

次に、図面を参照して本発明の実施形態の詳細について説明する。
図面には、適宜相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は全図において共通である。

［熱電変換モジュール１０の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱電変換モジュール１０の斜視図である。図２は、熱電変換モジュール１０の図１のＡ−Ａ'線に沿った部分断面図である。
熱電変換モジュール１０は、ＸＹ平面に沿って延びる平板状である。熱電変換モジュール１０は、複数の熱電素子１１と、低温側基板１２と、高温側基板１３と、接合層１４と、リード線１５と、を有する。

（低温側基板１２）
図３は、低温側基板１２の平面図である。図３（ａ）は低温側基板１２のＺ軸方向上側の主面を示し、図３（ｂ）は低温側基板１２のＺ軸方向下側の主面を示している。低温側基板１２は、基材１２１と、電極１２２と、メタライズ層１２３と、を有する。

基材１２１は、Ｘ軸及びＹ軸方向に沿った辺を有する矩形の一枚板として構成される。基材１２１は、例えば、耐熱性に優れる窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミック材料により形成される。熱電変換モジュール１０の発電効率の向上のために、基材１２１は熱伝導率が高い窒化アルミニウムなどで形成されていることが好ましい。

電極１２２は、基材１２１のＺ軸方向下側の主面に所定のパターンで配列されている。電極１２２は、基材１２１に金属めっき処理を施すことにより所定のパターンに形成される。金属めっきとしては、例えば、金めっきや、ニッケルめっきや、スズめっきが採用可能であり、必要に応じて多層めっきが採用される。各電極１２２は、互いに隣接する一対の熱電素子１１を接続する。電極１２２のＺ軸方向における厚さは、５０μｍ以上であることが好ましい。

メタライズ層１２３は、基材１２１のＺ軸方向下側の主面に形成されている。メタライズ層１２３は、電極１２２と同様のパターンに分割されている。また、メタライズ層１２３は、電極１２２と同様の方法によって、電極１２２と同様の構成で設けられる。これにより、基材１２１の両主面において電極１２２及びメタライズ層１２３の熱膨張により発生する熱応力が同程度となるため、低温側基板１２に反りが発生しにくくなる。メタライズ層１２３のＺ軸方向の厚さは、電極１２２と同様に、５０μｍ以上であることが好ましい。

また、熱電変換モジュール１０の駆動時において、低温側基板１２には、高温側基板１３などの熱膨張や反りによって熱応力が加わりやすい。このため、低温側基板１２は高強度であることが好ましく、具体的に低温側基板１２のＺ軸方向における厚さは３００μｍ以上であることが好ましい。

（高温側基板１３）
図４は、高温側基板１３の平面図である。図４（ａ）は高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面を示し、図４（ｂ）は高温側基板１３のＺ軸方向上側の主面を示している。高温側基板１３は、基材１３１と、電極１３２と、メタライズ層１３３と、を有する。

高温側基板１３は、電極１３２と同様のパターンで分割された複数のセグメントＳ１により構成されている。つまり、高温側基板１３では、複数のセグメントＳ１がＸ軸及びＹ軸方向に配列されている。
ここで、高温側基板１３は、熱電変換モジュール１０の駆動時に低温側基板１２よりも高温になるため、反りが発生しやすい。したがって、高温側基板１３が一枚板である場合には、高温側基板１３の全領域における反りの相乗効果により、大きい反りが発生してしまう。
この点、高温側基板１３では、径の小さいセグメントＳ１に分割されているため、各セグメントＳ１ごとに発生する反りは小さくなる。また、各セグメントＳ１が相互に離間しているため、各セグメントＳ１の反りが他のセグメントＳ１に影響を及ぼさない。このため、高温側基板１３では反りが効果的に抑制される。

基材１３１は、低温側基板１２の基材１２１と同様のセラミック材料により形成される。
電極１３２は、各基材１３１のＺ軸方向下側の主面に形成される。各電極１３２は、互いに隣接する一対の熱電素子１１を接続する。電極１３２のＺ軸方向における厚さは、５０μｍ以上であることが好ましい。
メタライズ層１３３は、各基材１３１のＺ軸方向上側の主面に形成される。メタライズ層１３３のＺ軸方向の厚さは、電極１３２と同様に、５０μｍ以上であることが好ましい。

高温側基板１３の電極１３２及びメタライズ層１３３はいずれも、低温側基板１２の電極１２２と同様の方法によって、低温側基板１２の電極１２２と同様の構成で設けられる。これにより、各基材１３１の両主面において電極１３２及びメタライズ層１３３の熱膨張により発生する熱応力が同程度となるため、高温側基板１３に反りが発生しにくくなる。
このような観点から、高温側基板１３では、電極１３２とメタライズ層１３３とのＺ軸方向における厚さの差が小さいことが好ましい。より具体的に、高温側基板１３では、電極１３２とメタライズ層１３３とのＺ軸方向における厚さの差が電極１３２のＺ軸方向における厚さの２０％以下であることが好ましい。

（熱電素子１１）
熱電素子１１はそれぞれ、熱電チップ１１１と金属めっき層１１２とを有する。複数の熱電素子１１は、高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面と低温側基板１２のＺ軸方向上側の主面とによってＺ軸方向に挟持されている。

熱電チップ１１１は、互いに対を成すＰ型チップ１１１ａ及びＮ型チップ１１１ｂからなる。本実施形態では、複数の熱電素子１１が、５０個のＰ型チップ１１１ａと、５０個のＮ型チップ１１１ｂと、含む。
熱電チップ１１１は、熱電材料により形成されている。つまり、Ｐ型チップ１１１ａはＰ型熱電材料により形成され、Ｎ型チップ１１１ｂはＮ型熱電材料により形成されている。熱電チップ１１１を形成する熱電材料の種類は、熱電発電装置１の駆動温度域などに応じて適宜決定可能である。
熱電チップ１１１を形成する熱電材料としては、例えば、シリサイド系化合物、ハーフホイスラー化合物、鉛−テルル系化合物、シリコン−ゲルマニウム系化合物、スクッテルダイト化合物、テトラヘドライト系化合物、ビスマス−テルル系化合物などが採用可能である。

金属めっき層１１２は、各熱電チップ１１１のＺ軸方向両面に設けられている。金属めっき層１１２は、熱電素子１１を基板１２，１３の電極１２２，１３２に良好に接合可能とするために設けられている。金属めっき層は、例えば、金めっきや、ニッケルめっきや、スズめっきにより形成される。金属めっき層は、必要に応じて、複数種類の金属材料により複数層に形成される。

（接合層１４）
接合層１４は、各熱電素子１１と低温側基板１２との間、及び各熱電素子１１と高温側基板１３との間にそれぞれ配置されている。接合層１４は、各熱電素子１１の金属めっき層１１２と低温側基板１２の電極１２２とを接続するとともに、各熱電素子１１の金属めっき層１１２と高温側基板１３の電極１３２とを接続している。

接合層１４を形成する接合材料は適宜選択可能である。接合層１４を形成する材料としては、例えば、はんだや、ろう材や、導電性ペーストを用いることができる。
また、熱電素子１１と高温側基板１３とを接続する接合層１４と、熱電素子１１と低温側基板１２とを接続する接合層１４と、は異なる材料で形成されていてもよい。特に、熱電素子１１と高温側基板１３とを接続する接合層１４には、耐熱性に優れるろう材や導電性ペーストを用いることが好ましい。一例として、ろう材としてはＢＡｇ−７が挙げられ、導電性ペーストとしては銀ナノペーストが挙げられる。

（リード線１５）
低温側基板１２は、Ｙ軸方向端部の２隅にそれぞれＹ軸方向に突出する接続部１５ａを有する。リード線１５は、２つの接続部１５ａの電極１２２にそれぞれ接合されている。リード線１５の接続部１５ａへの接合には、例えば、はんだや、ろう材や、導電性ペーストを用いることができる。

熱電変換モジュール１０では、リード線１５が接合される接続部１５ａが、高温側基板１３ではなく、低温側基板１２に設けられている。したがって、接続部１５ａは高温になりにくいため、接続部１５ａには高い耐熱性が求められない。このため、リード線１５の接続部１５ａへの接合には、ろう材や導電性ペーストよりも耐熱性に劣るものの、より簡単なプロセスで接合可能なはんだを利用可能である。これにより、熱電変換モジュール１０の製造コストが低減される。

（熱電変換モジュール１０の動作）
Ｐ型チップ１１１ａとＮ型チップ１１１ｂとは、基板１２，１３に沿って、Ｘ軸方向にもＹ軸方向にも交互に並ぶように、互い違いに配置されている。また、互いに隣接して対を成すＰ型チップ１１１ａとＮ型チップ１１１ｂとは、高温側基板１３の電極１３２又は低温側基板１２の電極１２２により接続されている。

これらの構成により、熱電変換モジュール１０では、２つのリード線１５間において、すべてのＰ型チップ１１１ａ及びＮ型チップ１１１ｂが、高温側基板１３の電極１３２及び低温側基板１２の電極１２２を介して、交互に直列接続されている。これにより、熱電変換モジュール１０では、すべての熱電素子１１が発生させる発電出力の合計である総発電出力が得られる。

上記のとおり、熱電変換モジュール１０は、高温側基板１３の反りが発生しにくいため、低温側基板１２と高温側基板１３とが１５０℃以上の大きい温度差で動作する場合に、特に優れた耐久性を発揮する。より具体的に、熱電変換モジュール１０は、低温側基板１２が１５０℃以下とする場合に、高温側基板１３を７００℃までの高温で動作させる場合にも高い耐久性が得られる。

熱電変換モジュール１０は、任意の熱源に対して適用可能である。特に本実施形態では２５０℃以上の高温の熱源を想定している。このような熱源としては、例えば、自動車や自動二輪車などの廃熱（排気ガスなど）、工場（化学、鉄鋼、機械など）の廃熱、他の発電（火力発電、原子力発電など）の廃熱が挙げられる。

［高温側基板１３の詳細］
図５は、高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面を示す部分平面図である。本実施形態では、高温側基板１３のセグメントＳ１の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とする。これにより、高温側基板１３の反りを効果的に抑制できる。矩形に分割されたセグメントＳ１の最大径Ｄ１は、高温側基板１３の対角線の長さである。

高温側基板１３を最大径Ｄ１の小さいセグメントＳ１に分割することによって、各セグメントＳ１の反りをより効果的に抑制可能である。この点、本実施形態に係る高温側基板１３のように電極１３２ごとに分割されていると、セグメントＳ１の最大径Ｄ１が最小になるため、セグメントＳ１の反りが最も効果的に抑制される。

この一方で、各セグメントＳ１を小さくすると、熱電変換モジュール１０の組立時のハンドリング性が低下する。このため、各セグメントＳ１をある程度大きい方がよい場合もある。このため、高温側基板１３の分割態様は、各セグメントＳ１の反りやハンドリング性などを総合的に考慮して決定可能である。いずれの場合であっても、高温側基板の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とすることにより、各セグメントＳ１の反りが効果的に抑制される。

図６は、本実施形態の変形例に係る高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面を示す平面図である。
図６（ａ）に示す変形例に係る高温側基板１３では、Ｘ軸方向に隣接する２つの電極１３２を有するセグメントＳ１に分割されている。変形例に係る高温側基板１３でも、最大径Ｄ１が１５ｍｍ以下であれば、反りを効果的に抑制可能である。
図６（ｂ）に示す変形例に係る高温側基板１３では、１２個の電極１３２を有する４つのセグメントＳ１と、２個の電極１３２を有する１つのセグメントＳ１と、に分割されている。このように、高温側基板１３の各セグメントの大きさが異なる場合、最も大きいセグメントＳ１の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とする必要がある。

高温側基板１３を複数の電極１３２を有するセグメントＳ１に分割する場合、必要に応じて、メタライズ層１３３も分割してもよい。
図７は、図６（ｂ）に示す変形例に係る高温側基板１３のＺ軸方向上側の主面の一例を示す平面図である。
図７（ａ）に示す例では、メタライズ層１３３が分割されていない。メタライズ層１３３を分割しなくても高温側基板１３の反りが許容範囲内である場合には、メタライズ層１３３を分割しなくてもよい。
図７（ｂ）に示す例では、メタライズ層１３３が電極１３２と同様のパターンで分割されている。これにより、高温側基板１３の両主面において電極１３２及びメタライズ層１３３の熱膨張により発生する熱応力が同程度となるため、高温側基板１３の反りを効果的に抑制可能である。
図７（ｃ）に示す例では、メタライズ層１３３が複数の電極１３２ごとに分割されている。これにより、メタライズ層１３３を分割するための手間を軽減しつつ、高温側基板１３の反りを抑制可能である。

［低温側基板１２の詳細］
図８は、低温側基板１２のＺ軸方向下側の主面を示す部分平面図である。上記のとおり、低温側基板１２は分割されており、図８に示すように複数のセグメントＳ２によって構成されている。
本実施形態では、メタライズ層１２３のセグメントＳ２の最大径Ｄ２を１５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、各セグメントＳ２の熱膨張量が小さくなるため、低温側基板１２の反りを効果的に抑制可能である。矩形に分割されたセグメントＳ２の最大径Ｄ２は、高温側基板１３の対角線の長さである。なお、低温側基板１２の反りが許容範囲内である場合には、セグメントＳ２の最大径Ｄ２が１５ｍｍより大きくても構わない。

図３に示す低温側基板１２では、メタライズ層１２３を電極１２２と同様のパターンで分割することにより、電極１２２及びメタライズ層１２３の熱膨張量が同程度となる。このため、この構成では、低温側基板１２の反りを最も効果的に抑制可能である。
この一方で、メタライズ層１２３を小さく分割するための手間を軽減するために、メタライズ層１２３を電極１２２より大きいセグメントＳ２に分割してもよい。このような場合であっても、メタライズ層１２３の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とすることにより、低温側基板１２の反りが効果的に抑制される。

図９は、本実施形態の変形例に係る低温側基板１２のＺ軸方向下側の主面を示す平面図である。図９に示す例では、メタライズ層１２３が電極１２２より大きいセグメントＳ２に分割されている。メタライズ層１２３の各セグメントＳ２の大きさが異なる場合、最も大きいセグメントＳ２の最大径Ｄ２を１５ｍｍ以下とすることが好ましい。

［実施例及び比較例］
（サンプル及びその評価方法）
様々な構成の熱電変換モジュール１０のサンプル１〜２０を作製した。
サンプル１の構成について説明する。サンプル１は、Ｘ軸及びＹ軸方向の寸法がいずれも４０ｍｍの矩形である。高温側基板１３の最大のセグメントＳ１は５ｍｍ×５ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１は７．０７ｍｍである。高温側基板１３の電極１３２及びメタライズ層１３３の厚さはいずれも１００μｍである。低温側基板１２の基材１２１及び高温側基板１３の基材１３１の厚さはいずれも６３５μｍである。
サンプル２〜２０は、以下に特に説明する構成以外についてサンプル１と同様に構成されている。

サンプル１〜２０の評価として熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験では、低温側基板１２を１００℃に、高温側基板１３を３５０℃に昇温する昇温行程と、低温側基板１２及び高温側基板１３まで降温する降温行程と、を繰り返し行った。各サンプル１〜２０について、昇温行程及び降温行程を５００サイクル行った。そして、熱サイクル試験前後における各サンプル１〜２０のリード線１５間の交流電気抵抗の変化率を調べた。

（実験１）
実験１では、サンプル１とは高温側基板１３の分割態様が異なるサンプル２〜１１を作成した。サンプル２〜１１の構成は以下のとおりである。
サンプル２では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×７ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が８．６０ｍｍである。
サンプル３では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１０ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１１．１８ｍｍである。
サンプル４では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１２ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１３．００ｍｍである。
サンプル５では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１４ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１４．８７ｍｍである。
サンプル６では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１５ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１５．８１ｍｍである。
サンプル７では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が７ｍｍ×７ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が９．９０ｍｍである。
サンプル８では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が１０ｍｍ×１０ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１４．１４ｍｍである。
サンプル９では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が１１ｍｍ×１１ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１５．５６ｍｍである。
サンプル１０では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×２０ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が２０．６２ｍｍである。
サンプル１１では、高温側基板１３が分割されておらず、つまり高温側基板１３の最大径Ｄ１が５６．５７ｍｍである。
サンプル１〜１１の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表１に示す。

表１に示すとおり、高温側基板１３の最大径Ｄ１が１５ｍｍ以下であるサンプル１〜５，７，８ではいずれも、交流電気抵抗の変化率が３％以下であり、高い耐久性が得られていることがわかる。
この一方で、高温側基板１３の最大径Ｄ１が１５ｍｍを超えるサンプル６，９，１０ではいずれも、交流電気抵抗の変化率が５％を超え、充分な耐久性が得られなかった。
なお、高温側基板１３が分割されていないサンプル１１では、熱サイクル試験によって低温側基板１２が割れてしまい、熱サイクル試験後の交流電気抵抗を測定できなかった。

（実験２）
実験２では、サンプル１とは高温側基板１３のメタライズ層１３３が異なるサンプル１２〜１４を作成した。サンプル１２〜１４の構成は以下のとおりである。
サンプル１２では、高温側基板１３にメタライズ層１３３が設けられていない。
サンプル１３では、高温側基板１３のメタライズ層１３３の厚さが７０μｍである。
サンプル１４では、高温側基板１３のメタライズ層１３３の厚さが８０μｍである。また、サンプル１３では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１２ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１３．００ｍｍｍｍである。
サンプル１２〜１４の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表２に示す。

表２に示すとおり、高温側基板１３のメタライズ層１３３の厚さが８０μｍ以上であり、電極１３２とメタライズ層１３３との厚さの差が電極１３２の厚さの２０％以下であるサンプル１４では、交流電気抵抗の変化率が３％以下であり、高い耐久性が得られていることがわかる。
この一方で、高温側基板１３の電極１３２とメタライズ層１３３との厚さの差が電極１３２の厚さの２０％を超えるサンプル１３では、交流電気抵抗の変化率が３％を超えているものの、５％以下であり許容範囲内であった。
また、高温側基板１３にメタライズ層１３３を設けていないサンプル１２では、交流電気抵抗の変化率が５％を超え、充分な耐久性が得られなかった。

（実験３）
実験３では、サンプル１と低温側基板１２の基材１２１の厚さが異なるサンプル１５〜１７を作成した。サンプル１５〜１７の構成は以下のとおりである。
サンプル１５では、低温側基板１２の基材１２１の厚さが２５０μｍである。
サンプル１６では、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍである。
サンプル１７では、低温側基板１２の基材１２１の厚さが５００μｍである。
サンプル１５〜１７の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表３に示す。

表３に示すとおり、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍ以上であるサンプル１６，１７では、交流電気抵抗の変化率が３％を超えているものの、５％以下であり許容範囲内であった。また、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍ未満のサンプル１５では、低温側基板１２が割れてしまい、熱サイクル試験後の交流電気抵抗を測定できなかった。
なお、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍ未満であっても、高温側基板１３の最大径Ｄ１などの他の構成を変更することにより、低温側基板１２が割れることなく、熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を５％以下とすることは可能である。

（実験４）
実験４では、サンプル１と低温側基板１２のその他の構成が異なるサンプル１８〜２０を作成した。サンプル１８〜２０の構成は以下のとおりである。
サンプル１８では、低温側基板１２のメタライズ層１２３が分割されていない。
サンプル１９では、低温側基板１２のメタライズ層１２３が電極１２２と同様のパターンで分割されている。
サンプル２０では、低温側基板１２自体が分割されている。つまり、サンプル２０では、メタライズ層１２３のみならず基材１２１も分割されている。
サンプル１８〜２０の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表４に示す。

表４に示すとおり、メタライズ層１２３が分割されていないサンプル１８では、交流電気抵抗の変化率が５％を超え、充分な耐久性が得られなかった。
メタライズ層１２３が電極１２２と同様のパターンで分割されているサンプル１９では、交流電気抵抗の変化率がサンプル１よりも更に小さく、更に高い耐久性が得られていることがわかる。
低温側基板１２自体が分割されているサンプル２０では、交流電気抵抗の変化率がサンプル１よりも更に小さく、更に高い耐久性が得られていることがわかる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態に係る熱電変換モジュールでは、熱電素子の配列が格子状であるが、熱電素子の配列は適宜決定可能である。熱電変換モジュールでは、熱電素子の配列に応じて、高温側基板及び低温側基板の電極のパターンや、高温側基板の分割の態様が適宜決定可能である。

１０…熱電変換モジュール
１１…熱電素子
１２…低温側基板
１２１…基材
１２２…電極
１２３…メタライズ層
１３…高温側基板
１３１…基材
１３２…電極
１３３…メタライズ層
１４…接合層
１５…リード線

Claims (5)

1. 第１主面と、前記第１主面とは反対の第２主面と、前記第１主面に配列された複数の第１電極と、前記第２主面に設けられた第１メタライズ層と、を有し、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割された高温側基板と、
   前記第１主面に対向する第３主面と、前記第３主面とは反対の第４主面と、前記第３主面に配列された複数の第２電極と、前記第４主面に設けられ、所定のパターンで分割された第２メタライズ層と、を有する低温側基板と、
   前記第１主面と前記第３主面との間に配列され、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接続された複数の熱電素子と、
   を具備する熱電変換モジュール。
2. 請求項１に記載の熱電変換モジュールであって、
   前記第２メタライズ層は、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割されている
   熱電変換モジュール。
3. 請求項２に記載の熱電変換モジュールであって、
   前記第２メタライズ層は、前記複数の第２電極と同様のパターンで分割されている
   熱電変換モジュール。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の熱電変換モジュールであって、
   前記低温側基板の厚さは３００μｍ以上である
   熱電変換モジュール。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュールであって、
   前記第１電極と前記第１メタライズ層との厚さの差は、前記第１電極の厚さの２０％以下である
   熱電変換モジュール。

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