JP2000286462A - 熱電素子、熱電素子の製造方法 - Google Patents
熱電素子、熱電素子の製造方法Info
- Publication number
- JP2000286462A JP2000286462A JP11086828A JP8682899A JP2000286462A JP 2000286462 A JP2000286462 A JP 2000286462A JP 11086828 A JP11086828 A JP 11086828A JP 8682899 A JP8682899 A JP 8682899A JP 2000286462 A JP2000286462 A JP 2000286462A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type semiconductor
- thermoelectric element
- type
- semiconductor
- cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 一つ一つの半導体ブロックの組立作業が不要
で、例えば冷暖房装置等の組立作業を簡単に行うことが
できる熱電素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ｎ型半導体３とｐ型半導体２とが絶縁体
４を隔てて交互に並ぶように一体成型されたブロック体
１Ａから熱電素子を構成するようにした。
で、例えば冷暖房装置等の組立作業を簡単に行うことが
できる熱電素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ｎ型半導体３とｐ型半導体２とが絶縁体
４を隔てて交互に並ぶように一体成型されたブロック体
１Ａから熱電素子を構成するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電素子およびそ
の製造方法に関し、特に、ｎ型半導体とｐ型半導体が配
列されてなる熱電素子が一体成型により得られるように
した熱電素子およびその製造方法に関するものである。
の製造方法に関し、特に、ｎ型半導体とｐ型半導体が配
列されてなる熱電素子が一体成型により得られるように
した熱電素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電素子およびその製造方法として、例
えば特開平８−１８６２９９号公報が知られている。こ
れは、シリンダ内に熱電素子の粉末材料を投入し、加熱
しつつピストンにより加圧して、材料を焼結し、圧力方
向に応じた結晶軸を有する半導体を形成するとともに、
押出された焼結後の半導体を可動型を移動させてせん断
し、熱電素子のチップを形成する。
えば特開平８−１８６２９９号公報が知られている。こ
れは、シリンダ内に熱電素子の粉末材料を投入し、加熱
しつつピストンにより加圧して、材料を焼結し、圧力方
向に応じた結晶軸を有する半導体を形成するとともに、
押出された焼結後の半導体を可動型を移動させてせん断
し、熱電素子のチップを形成する。
【０００３】このような技術によれば、熱電素子の半導
体チップの製造において、焼結およびせん断が連続的に
行われ、切り粉の発生を防止することができて、材料の
無駄を削減することができる。
体チップの製造において、焼結およびせん断が連続的に
行われ、切り粉の発生を防止することができて、材料の
無駄を削減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、熱電素子を構成するｎ型半導体又はｐ型半導
体の一つのブロックを形成するようにしたものに過ぎ
ず、例えばこの半導体ブロックを用いて、冷暖房装置を
構成するような熱電素子を製造しようとした場合は、ｎ
型半導体ブロックおよびｐ型半導体ブロックをそれぞれ
形成し、その後、それらを互いに絶縁しつつ、一つ一つ
組み立てなければならない。この場合、各半導体ブロッ
クは数ｍｍ角程度の大きさであり、また、絶縁のために
数ｍｍ程度以下の間隔を保ちつつ配設する必要があり、
したがって、多数の熱電素子を用いて構成される冷暖房
装置等の構成においては、その組み立て作業に大変手間
がかかるという問題を生じる。
来技術は、熱電素子を構成するｎ型半導体又はｐ型半導
体の一つのブロックを形成するようにしたものに過ぎ
ず、例えばこの半導体ブロックを用いて、冷暖房装置を
構成するような熱電素子を製造しようとした場合は、ｎ
型半導体ブロックおよびｐ型半導体ブロックをそれぞれ
形成し、その後、それらを互いに絶縁しつつ、一つ一つ
組み立てなければならない。この場合、各半導体ブロッ
クは数ｍｍ角程度の大きさであり、また、絶縁のために
数ｍｍ程度以下の間隔を保ちつつ配設する必要があり、
したがって、多数の熱電素子を用いて構成される冷暖房
装置等の構成においては、その組み立て作業に大変手間
がかかるという問題を生じる。
【０００５】本発明は、かかる従来の課題を解決するた
めになされたものであり、一つ一つの半導体ブロックの
組立作業が不要で、例えば冷暖房装置等の組立作業を簡
単に行うことができる熱電素子およびその製造方法を提
供することを目的としている。
めになされたものであり、一つ一つの半導体ブロックの
組立作業が不要で、例えば冷暖房装置等の組立作業を簡
単に行うことができる熱電素子およびその製造方法を提
供することを目的としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した課題を解決す
るため、本発明は、ｎ型半導体とｐ型半導体とが絶縁体
を隔てて交互に並ぶように一体成型されたブロック体か
ら構成される熱電素子を特徴とする。
るため、本発明は、ｎ型半導体とｐ型半導体とが絶縁体
を隔てて交互に並ぶように一体成型されたブロック体か
ら構成される熱電素子を特徴とする。
【０００７】この構成によれば、ｎ型半導体とｐ型半導
体それぞれのブロックを従来のように一つ一つ並べて組
み立てるような作業が不要となり、組立作業の効率化が
図れる。
体それぞれのブロックを従来のように一つ一つ並べて組
み立てるような作業が不要となり、組立作業の効率化が
図れる。
【０００８】また、本発明は、請求項１記載の熱電素子
において、前記ｎ型半導体と、前記ｐ型半導体との繰り
返しの並ぶ方向が、成型時の主な加圧方向と同じである
熱電素子を特徴としている。
において、前記ｎ型半導体と、前記ｐ型半導体との繰り
返しの並ぶ方向が、成型時の主な加圧方向と同じである
熱電素子を特徴としている。
【０００９】この構成によれば、繰り返しの並ぶ方向に
垂直な方向に電流を流しやすい面（ＡＢ面）を形成する
ことができ、単位面積当たりの単位熱電素子（一対のｎ
型半導体とｐ型半導体）の数を増大させることが容易と
なる。
垂直な方向に電流を流しやすい面（ＡＢ面）を形成する
ことができ、単位面積当たりの単位熱電素子（一対のｎ
型半導体とｐ型半導体）の数を増大させることが容易と
なる。
【００１０】また、本発明は、請求項１または請求項２
に記載の熱電素子において、前記ｎ型半導体と、前記ｐ
型半導体の断面積が異なる熱電素子を特徴としている。
に記載の熱電素子において、前記ｎ型半導体と、前記ｐ
型半導体の断面積が異なる熱電素子を特徴としている。
【００１１】この構成によれば、例えば、ｎ型、ｐ型半
導体それぞれの物性値が異なるような場合に、それらの
断面積を異ならせることにより、熱電素子の温度分布を
均一化でき、冷暖房の効率を高めることができると共
に、熱応力の発生を防止できる。また逆に、敢えて、熱
電素子の温度分布を不均一とすることもできる。
導体それぞれの物性値が異なるような場合に、それらの
断面積を異ならせることにより、熱電素子の温度分布を
均一化でき、冷暖房の効率を高めることができると共
に、熱応力の発生を防止できる。また逆に、敢えて、熱
電素子の温度分布を不均一とすることもできる。
【００１２】また、本発明は、請求項３記載の熱電素子
において、前記ｐ型半導体の断面積が、前記ｎ型半導体
の断面積よりも大きい熱電素子を特徴としている。
において、前記ｐ型半導体の断面積が、前記ｎ型半導体
の断面積よりも大きい熱電素子を特徴としている。
【００１３】熱電素子において、均一な温度分布を得よ
うとする場合、熱コンダクタンスＫ、および電気抵抗Ｒ
を表す式、 Ｋ＝λｐ・Ａｐ／Ｌｐ＋λｎ・Ａｎ／Ｌｎ Ｒ＝Ｌｐ・ρｐ／Ａｐ＋Ｌｎ・ρｎ／Ａｎ 但し、Ａｐ：ｐ型半導体断面積、Ａｎ：ｎ型半導体断面
積 Ｌｐ：ｐ型半導体の長さ（電流路長さ）、Ｌｎ：ｎ型半
導体長さ λｐ：ｐ型半導体の熱伝導率、λｎ：ｎ型半導体の熱伝
導率 ρｐ：ｐ型半導体の伝導率（電気伝導度）、ρｎ：ｎ型
半導体の伝導率 における第１項と第２項を等しくすることが望ましい。
うとする場合、熱コンダクタンスＫ、および電気抵抗Ｒ
を表す式、 Ｋ＝λｐ・Ａｐ／Ｌｐ＋λｎ・Ａｎ／Ｌｎ Ｒ＝Ｌｐ・ρｐ／Ａｐ＋Ｌｎ・ρｎ／Ａｎ 但し、Ａｐ：ｐ型半導体断面積、Ａｎ：ｎ型半導体断面
積 Ｌｐ：ｐ型半導体の長さ（電流路長さ）、Ｌｎ：ｎ型半
導体長さ λｐ：ｐ型半導体の熱伝導率、λｎ：ｎ型半導体の熱伝
導率 ρｐ：ｐ型半導体の伝導率（電気伝導度）、ρｎ：ｎ型
半導体の伝導率 における第１項と第２項を等しくすることが望ましい。
【００１４】熱コンダクタンスＫについては、一般に、
λｐ＜λｎであるので、Ｌｐ＝Ｌｎの場合は、この差に
匹敵するだけＡｐすなわち、ｐ型半導体の断面積を大き
くすればよいこととなる。
λｐ＜λｎであるので、Ｌｐ＝Ｌｎの場合は、この差に
匹敵するだけＡｐすなわち、ｐ型半導体の断面積を大き
くすればよいこととなる。
【００１５】また、電気抵抗Ｒについては、ρｐ＞ρｎ
であるので、この差に匹敵するだけ、ｐ型半導体の断面
積を大きくすればよいこととなる。したがって、熱コン
ダクタンスＫと電気抵抗Ｒの両者を考慮して、均一温度
が得られるようにｐ型半導体の断面積をｎ型半導体の断
面積に比して大きくするようにすれば良い。
であるので、この差に匹敵するだけ、ｐ型半導体の断面
積を大きくすればよいこととなる。したがって、熱コン
ダクタンスＫと電気抵抗Ｒの両者を考慮して、均一温度
が得られるようにｐ型半導体の断面積をｎ型半導体の断
面積に比して大きくするようにすれば良い。
【００１６】また、本発明は、請求項１乃至請求項４の
いずれかに記載の熱電素子において、前記ｎ型半導体お
よび前記ｐ型半導体の断面積がそれらの配置位置により
異なる熱電素子を特徴とする。
いずれかに記載の熱電素子において、前記ｎ型半導体お
よび前記ｐ型半導体の断面積がそれらの配置位置により
異なる熱電素子を特徴とする。
【００１７】熱電素子はそれが設備される環境状況によ
っては、その配置位置に基づく温度差が生じる。そこ
で、この温度差を考慮して配置位置により、熱電素子の
半導体の断面積を異ならせるようにすれば、熱電素子全
体において温度分布の均一化を図ることができる。
っては、その配置位置に基づく温度差が生じる。そこ
で、この温度差を考慮して配置位置により、熱電素子の
半導体の断面積を異ならせるようにすれば、熱電素子全
体において温度分布の均一化を図ることができる。
【００１８】また、本発明は、請求項５記載の熱電素子
において、高温側に配置される前記ｎ型半導体および前
記ｐ型半導体の断面積は前記素子の低温側に配置される
前記ｎ型半導体および前記ｐ型半導体の断面積よりも小
さくされている熱電素子を特徴としている。
において、高温側に配置される前記ｎ型半導体および前
記ｐ型半導体の断面積は前記素子の低温側に配置される
前記ｎ型半導体および前記ｐ型半導体の断面積よりも小
さくされている熱電素子を特徴としている。
【００１９】高温側に配置される熱電素子は、その半導
体の電気抵抗が小さくなり、また、熱伝導率が大きくな
る。そこで、高温側に配置される熱電素子の半導体断面
積を小さくすることにより、低温側の電気抵抗や熱伝導
率との均一化が図れて、温度分布の均一化が図れる。
体の電気抵抗が小さくなり、また、熱伝導率が大きくな
る。そこで、高温側に配置される熱電素子の半導体断面
積を小さくすることにより、低温側の電気抵抗や熱伝導
率との均一化が図れて、温度分布の均一化が図れる。
【００２０】また、本発明は、ｎ型半導体とｐ型半導体
が絶縁体を隔てて交互に並ぶように配置し、一体成型し
て熱電素子のブロック体を構成する熱電素子の製造方法
を特徴としている。
が絶縁体を隔てて交互に並ぶように配置し、一体成型し
て熱電素子のブロック体を構成する熱電素子の製造方法
を特徴としている。
【００２１】また、本発明は、請求項７記載の熱電素子
の製造方法において、前記ｎ型半導体とｐ型半導体との
粉末状材料をそれぞれブロック状に成型する工程と、前
記ブロック状に成型されたｎ型半導体とｐ型半導体の各
ブロックをそれぞれの間に絶縁体材料を充填して並べる
工程と、前記絶縁体材料を充填して並べられたｎ型半導
体およびｐ型半導体のブロックを加圧焼結する工程とを
備えてなる熱電素子の製造方法を特徴としている。
の製造方法において、前記ｎ型半導体とｐ型半導体との
粉末状材料をそれぞれブロック状に成型する工程と、前
記ブロック状に成型されたｎ型半導体とｐ型半導体の各
ブロックをそれぞれの間に絶縁体材料を充填して並べる
工程と、前記絶縁体材料を充填して並べられたｎ型半導
体およびｐ型半導体のブロックを加圧焼結する工程とを
備えてなる熱電素子の製造方法を特徴としている。
【００２２】なお、実施の形態において、加圧焼結は、
融点近傍に加熱されたブロックを押し出し成型すること
により行っている。
融点近傍に加熱されたブロックを押し出し成型すること
により行っている。
【００２３】さらに、本発明は、請求項７記載の熱電素
子の製造方法において、ホットプレス用のシリンダ内に
ｎ型半導体とｐ型半導体の各粉末材料を絶縁体材料層を
介在させて交互に層状に充填し、加圧焼結させてなる熱
電素子の製造方法を特徴としている。
子の製造方法において、ホットプレス用のシリンダ内に
ｎ型半導体とｐ型半導体の各粉末材料を絶縁体材料層を
介在させて交互に層状に充填し、加圧焼結させてなる熱
電素子の製造方法を特徴としている。
【００２４】このような製法によれば、ｎ型半導体とｐ
型半導体それぞれのブロックを従来のように一つ一つ並
べて組み立てるような作業が不要となり、組立作業の効
率化が図れる熱電素子を得ることができる。
型半導体それぞれのブロックを従来のように一つ一つ並
べて組み立てるような作業が不要となり、組立作業の効
率化が図れる熱電素子を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の熱電素子を示す斜視
図、図２は図１に示した熱電素子の一断面を簡略的に示
す断面図である。
を用いて説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の熱電素子を示す斜視
図、図２は図１に示した熱電素子の一断面を簡略的に示
す断面図である。
【００２６】これらの図に示される本発明の熱電素子は
ｐ型半導体２とｎ型半導体３とが絶縁体４を介して交互
に平面状に並べられた構成をしており、これら複数のｐ
型半導体２とｎ型半導体３およびそれらの間に配置され
る絶縁体４とは一体成型により形成されている。そし
て、これら半導体が並べられた平面状の上側では、例え
ばｐ型半導体２からｎ型半導体３に電流が流れるように
電極が設けられ、また、平面状の下側では、ｎ型半導体
３からｐ型半導体２に電流が流れるように電極が設けら
れている。
ｐ型半導体２とｎ型半導体３とが絶縁体４を介して交互
に平面状に並べられた構成をしており、これら複数のｐ
型半導体２とｎ型半導体３およびそれらの間に配置され
る絶縁体４とは一体成型により形成されている。そし
て、これら半導体が並べられた平面状の上側では、例え
ばｐ型半導体２からｎ型半導体３に電流が流れるように
電極が設けられ、また、平面状の下側では、ｎ型半導体
３からｐ型半導体２に電流が流れるように電極が設けら
れている。
【００２７】ｎ型半導体３とｐ型半導体２は、共に平面
断面（電流路に垂直な断面）が同じ面積を有する略正方
形状をなし、図２に示される側面断面では、ｎ型半導体
３とｐ型半導体２の横方向長さは約１ｍｍ〜１０ｍｍで
あり、高さ方向長さは約１ｍｍ〜１０ｍｍとなってい
る。絶縁体４は、熱の吸収、発生に寄与するものではな
いので、素子の熱効率を考慮すれば、ｎ型半導体３やｐ
型半導体２に比べれば、その断面積比は小さいほど良い
が、半導体ドーパントの拡散防止機能や電気耐圧機能か
ら、図２においては、横方向長さが数μｍ以上とされて
いる。
断面（電流路に垂直な断面）が同じ面積を有する略正方
形状をなし、図２に示される側面断面では、ｎ型半導体
３とｐ型半導体２の横方向長さは約１ｍｍ〜１０ｍｍで
あり、高さ方向長さは約１ｍｍ〜１０ｍｍとなってい
る。絶縁体４は、熱の吸収、発生に寄与するものではな
いので、素子の熱効率を考慮すれば、ｎ型半導体３やｐ
型半導体２に比べれば、その断面積比は小さいほど良い
が、半導体ドーパントの拡散防止機能や電気耐圧機能か
ら、図２においては、横方向長さが数μｍ以上とされて
いる。
【００２８】以上の構成において、ｐ型、ｎ型半導体の
材料は、熱電素子の適用温度範囲により、例えば、次の
ような材料を用いることが可能である。なお、下表にお
いて、括弧内の数字は組成比を示し、／以下の元素はｎ
型、ｐ型制御用のドーパントを示している。
材料は、熱電素子の適用温度範囲により、例えば、次の
ような材料を用いることが可能である。なお、下表にお
いて、括弧内の数字は組成比を示し、／以下の元素はｎ
型、ｐ型制御用のドーパントを示している。
【００２９】 ｐ型 ｎ型 高温用(800℃） Si(0.8)Ge(0.2)/B SiO(0.7)Ge(0.3)/As,P 中温用(400℃) PbTe-PbSe/Na,K PbTe-GeTe/I,Br 低温用(30℃) Bi(0.25)Se(0.75)Te(3)/Sb Bi(2)Te(0.85)Se(0.15)/Br,I なお、上記の他、ＳｉＣ，ＦｅＳｉ2，ＩｒＳｂ3，Ｍｇ
2Ｓｉ0.6Ｇｅ0 .4，Ｂ4Ｃ，ＳｉＢ14など多くの材料系を
用いることが可能であるが、特に結晶軸長、物性（電気
／熱伝導性等）に異方性がある系、例えばＢｉＴｅ系は
配向性制御に有効であり、熱電素子の一体成型化に適し
ている材料系である。
2Ｓｉ0.6Ｇｅ0 .4，Ｂ4Ｃ，ＳｉＢ14など多くの材料系を
用いることが可能であるが、特に結晶軸長、物性（電気
／熱伝導性等）に異方性がある系、例えばＢｉＴｅ系は
配向性制御に有効であり、熱電素子の一体成型化に適し
ている材料系である。
【００３０】また、絶縁体材料には、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ
3、ガラスなどが使用可能であるが、その他、使用され
る半導体と反応したり、ドーパントになり得ない絶縁材
料ならば広く使用可能である。
3、ガラスなどが使用可能であるが、その他、使用され
る半導体と反応したり、ドーパントになり得ない絶縁材
料ならば広く使用可能である。
【００３１】また、図１、図２には、各半導体の断面積
が等しい場合を示したが、これらは異なるようにしても
よく、例えば、図３に示すように、ｐ型半導体２ａの断
面積をｎ型半導体３ａの断面積よりも大きくするように
して、均一温度分布を得ると共に、熱応力を低下させる
構造とすることもできる。
が等しい場合を示したが、これらは異なるようにしても
よく、例えば、図３に示すように、ｐ型半導体２ａの断
面積をｎ型半導体３ａの断面積よりも大きくするように
して、均一温度分布を得ると共に、熱応力を低下させる
構造とすることもできる。
【００３２】すなわち、熱電素子において、熱コンダク
タンスＫ、および電気抵抗Ｒは次式で表される。
タンスＫ、および電気抵抗Ｒは次式で表される。
【００３３】Ｋ＝λｐ・Ａｐ／Ｌｐ＋λｎ・Ａｎ／Ｌｎ Ｒ＝Ｌｐ・ρｐ／Ａｐ＋Ｌｎ・ρｎ／Ａｎ 但し、Ａｐ：ｐ型半導体断面積、Ａｎ：ｎ型半導体断面
積 Ｌｐ：ｐ型半導体の長さ（電流路長さ）、Ｌｎ：ｎ型半
導体長さ λｐ：ｐ型半導体の熱伝導率、λｎ：ｎ型半導体の熱伝
導率 ρｐ：ｐ型半導体の伝導率（電気伝導度）、ρｎ：ｎ型
半導体の伝導率 これらの式の第１項はｐ型半導体によるものであり、第
２項はｎ型半導体によるものである。したがって熱コン
ダクタンスＫの第１項と第２項を等しくすることによ
り、図３（ｂ）に示すように、それぞれの半導体を伝わ
る熱量Ｑｐ、Ｑｎを等しくすることができる。
積 Ｌｐ：ｐ型半導体の長さ（電流路長さ）、Ｌｎ：ｎ型半
導体長さ λｐ：ｐ型半導体の熱伝導率、λｎ：ｎ型半導体の熱伝
導率 ρｐ：ｐ型半導体の伝導率（電気伝導度）、ρｎ：ｎ型
半導体の伝導率 これらの式の第１項はｐ型半導体によるものであり、第
２項はｎ型半導体によるものである。したがって熱コン
ダクタンスＫの第１項と第２項を等しくすることによ
り、図３（ｂ）に示すように、それぞれの半導体を伝わ
る熱量Ｑｐ、Ｑｎを等しくすることができる。
【００３４】一般に、λｐ＜λｎであり、また、本熱電
素子は、Ｌｐ＝Ｌｎであるので、この差に匹敵するだけ
Ａｐすなわち、ｐ型半導体の断面積を大きくすればよい
こととなる。
素子は、Ｌｐ＝Ｌｎであるので、この差に匹敵するだけ
Ａｐすなわち、ｐ型半導体の断面積を大きくすればよい
こととなる。
【００３５】また、電気抵抗Ｒの第１項と第２項を等し
くすることにより、各半導体で発生するジュール熱の分
布を等しくすることができるが、この場合伝導率ρはρ
ｐ＞ρｎであるので、この差に匹敵するだけ、ｐ型半導
体の断面積を大きくすればよいこととなる。したがっ
て、熱コンダクタンスＫと電気抵抗Ｒの両者を考慮し
て、均一温度が得られるように妥当なｐ型半導体とｎ型
半導体の断面積を選定するようにすればよい。
くすることにより、各半導体で発生するジュール熱の分
布を等しくすることができるが、この場合伝導率ρはρ
ｐ＞ρｎであるので、この差に匹敵するだけ、ｐ型半導
体の断面積を大きくすればよいこととなる。したがっ
て、熱コンダクタンスＫと電気抵抗Ｒの両者を考慮し
て、均一温度が得られるように妥当なｐ型半導体とｎ型
半導体の断面積を選定するようにすればよい。
【００３６】また、図４は熱電素子の全体形状における
外周部６ほど、半導体の断面積を小さくするようにした
例を示している。
外周部６ほど、半導体の断面積を小さくするようにした
例を示している。
【００３７】これは、熱電素子の外周部が室内雰囲気に
触れやすく、そのため該外周部６が室内温度に近くなっ
て、内部よりも温度が高くなったような場合に、外周部
に位置する半導体の熱コンダクタンス、電気抵抗を内部
の半導体のそれらと等しくするようにし、発生する温度
分布の均一化を図り、熱応力の低減を図るように構成し
たものである。
触れやすく、そのため該外周部６が室内温度に近くなっ
て、内部よりも温度が高くなったような場合に、外周部
に位置する半導体の熱コンダクタンス、電気抵抗を内部
の半導体のそれらと等しくするようにし、発生する温度
分布の均一化を図り、熱応力の低減を図るように構成し
たものである。
【００３８】なお、外周部が内部よりも低温となるよう
な使用形態をとる場合は、上記と逆に外周部ほど半導体
の断面積を大きくするようにすればよい。これら断面積
の異なる程度は、使用形態によって生じる熱電素子の外
周部と内部との環境温度の差異を考慮して定められるこ
とは言うまでもない。
な使用形態をとる場合は、上記と逆に外周部ほど半導体
の断面積を大きくするようにすればよい。これら断面積
の異なる程度は、使用形態によって生じる熱電素子の外
周部と内部との環境温度の差異を考慮して定められるこ
とは言うまでもない。
【００３９】以上に説明した熱電素子の製造方法につい
て、図５、図６を用いて説明する。
て、図５、図６を用いて説明する。
【００４０】まず、Ｂｉ，Ｔｅ、その他の添加物の粉末
を混合し、溶融し、溶融後できた母材を粉砕して、粉末
状のｐ型、ｎ型半導体原料を得る。溶融温度は５６０℃
から６００℃程度である。その後、これらｐ型、ｎ型半
導体原料を約５ｍｍ角、高さ１０ｃｍ程度の角柱状にプ
レス成型し、ｐ型、ｎ型角柱状半導体材料２２，２３を
得る。
を混合し、溶融し、溶融後できた母材を粉砕して、粉末
状のｐ型、ｎ型半導体原料を得る。溶融温度は５６０℃
から６００℃程度である。その後、これらｐ型、ｎ型半
導体原料を約５ｍｍ角、高さ１０ｃｍ程度の角柱状にプ
レス成型し、ｐ型、ｎ型角柱状半導体材料２２，２３を
得る。
【００４１】次に成型した角柱状半導体材料２２，２３
を適宜な大きさを有する型内に適当な間隔をとって並べ
る。この際、各角柱状半導体材料２２，２３間に絶縁材
料２４を充填する。例えば、図５に示すように、絶縁体
材料を充填しつつ、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料を
交互に、縦ｍ（例えば１０）個、横ｎ（例えば１０）個
並べてブロック状とする。そして、これを融点付近に加
熱しつつ加圧することにより焼結する。
を適宜な大きさを有する型内に適当な間隔をとって並べ
る。この際、各角柱状半導体材料２２，２３間に絶縁材
料２４を充填する。例えば、図５に示すように、絶縁体
材料を充填しつつ、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料を
交互に、縦ｍ（例えば１０）個、横ｎ（例えば１０）個
並べてブロック状とする。そして、これを融点付近に加
熱しつつ加圧することにより焼結する。
【００４２】この加圧は、角柱状半導体材料の軸方向に
対して垂直に圧力が加わるように行われる。このときの
圧力は０．４〜８ｔ／ｃｍ2の範囲であり、好ましくは
４ｔ／ｃｍ2とされる。また、焼成温度は、１５０〜４
６０℃の範囲であり、好ましくは、４００℃とされる。
なお、図１では、平面断面が正方形状となるように成型
されているが、円形状となるように成型しても良い。
対して垂直に圧力が加わるように行われる。このときの
圧力は０．４〜８ｔ／ｃｍ2の範囲であり、好ましくは
４ｔ／ｃｍ2とされる。また、焼成温度は、１５０〜４
６０℃の範囲であり、好ましくは、４００℃とされる。
なお、図１では、平面断面が正方形状となるように成型
されているが、円形状となるように成型しても良い。
【００４３】上記加圧の一方法として、例えば、図６に
示すように、押出し成型を用いることができる。この方
法は、先端にテーパ部３０を有する型３１内に図５に示
したブロック２０を挿入し、テーパ部３０先端の狭い開
口部より、押し出すことにより加圧を行うものである。
このとき、型３１は図示しないヒータなどにより上記焼
成温度に加熱しておくようにしても良いが、半導体材料
に電流を流してジュール熱を発生させて加熱するように
しても良い。
示すように、押出し成型を用いることができる。この方
法は、先端にテーパ部３０を有する型３１内に図５に示
したブロック２０を挿入し、テーパ部３０先端の狭い開
口部より、押し出すことにより加圧を行うものである。
このとき、型３１は図示しないヒータなどにより上記焼
成温度に加熱しておくようにしても良いが、半導体材料
に電流を流してジュール熱を発生させて加熱するように
しても良い。
【００４４】焼結され、押し出されたブロック１１は、
押し出し方向に垂直な方向に、長さにおいて８０〜９０
％圧縮される。こうして得られたブロック１１を点線の
ようにせん断し、各半導体に電極を設けることにより、
図１、図２に示した熱電素子を得る。なお、せん断され
たブロックを複数組み合わせて図１に示す熱電素子を製
作するようにしても良い。 実施の形態２．本発明に係る熱電素子の他の製造方法と
して、ホットプレスを用いるようにしても良い。
押し出し方向に垂直な方向に、長さにおいて８０〜９０
％圧縮される。こうして得られたブロック１１を点線の
ようにせん断し、各半導体に電極を設けることにより、
図１、図２に示した熱電素子を得る。なお、せん断され
たブロックを複数組み合わせて図１に示す熱電素子を製
作するようにしても良い。 実施の形態２．本発明に係る熱電素子の他の製造方法と
して、ホットプレスを用いるようにしても良い。
【００４５】図７、図８はホットプレスによる熱電素子
の製造工程を示す図である。
の製造工程を示す図である。
【００４６】まず、図７に示すように、シリンダ４０内
にｐ型絶縁材料３２とｎ型絶縁材料３３とを、絶縁体材
料３４を挟んで層状に配置し、その後、加圧、焼成して
焼結させる。
にｐ型絶縁材料３２とｎ型絶縁材料３３とを、絶縁体材
料３４を挟んで層状に配置し、その後、加圧、焼成して
焼結させる。
【００４７】その後、焼結された立方体状のブロック５
１を図８（ａ）のように切断して、（ｂ）に示すブロッ
ク５１ａを複数切り出し、これらブロック５１ａを
（ｃ）のように並べることにより、熱電素子を形成す
る。この場合、各ブロック間には隙間を設けて、各ブロ
ック５１ａ間の絶縁を図るようにする。
１を図８（ａ）のように切断して、（ｂ）に示すブロッ
ク５１ａを複数切り出し、これらブロック５１ａを
（ｃ）のように並べることにより、熱電素子を形成す
る。この場合、各ブロック間には隙間を設けて、各ブロ
ック５１ａ間の絶縁を図るようにする。
【００４８】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、ｎ型半導体とｐ型半導体とが絶縁体を隔てて交互に
並ぶように一体成型されたブロック体から熱電素子を構
成するようにしたので、一つ一つの半導体ブロックの組
立作業が不要で、例えば冷暖房装置等の組立作業を簡単
に行うことができる熱電素子およびその製造方法を提供
することができるという効果を奏する。
は、ｎ型半導体とｐ型半導体とが絶縁体を隔てて交互に
並ぶように一体成型されたブロック体から熱電素子を構
成するようにしたので、一つ一つの半導体ブロックの組
立作業が不要で、例えば冷暖房装置等の組立作業を簡単
に行うことができる熱電素子およびその製造方法を提供
することができるという効果を奏する。
【図１】本発明に係る熱電素子を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る熱電素子の一断面を示す断面側面
図である。
図である。
【図３】熱電素子の他の形態を示す断面側面図である。
【図４】熱電素子の他の形態を示す断面側面図である。
【図５】熱電素子の製造方法の第１製造工程を示す斜視
図である。
図である。
【図６】熱電素子の第２製造工程を示す斜視図である。
【図７】熱電素子の他の製造方法における第１製造工程
を示す断面側面図である。
を示す断面側面図である。
【図８】熱電素子の他の製造方法における第２製造工程
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
１ 熱電素子 ２，２ａ ｐ型半導体 ３，３ａ ｎ型半導体 ４ 絶縁体 ６ 熱電素子の外周部 ２０ 原材料ブロック ２２ ｐ型角柱状半導体材料 ２３ ｎ型角柱状半導体材料 ３０ テーパ部 ３１ 型 ３２ ｐ型半導体材料 ３３ ｎ型半導体材料 ３４ 絶縁体材料 ４０ 型用シリンダ ５１ 立方体状ブロック ５１ａ 熱電素子のブロック
Claims (9)
- 【請求項１】 ｎ型半導体とｐ型半導体とが絶縁体を隔
てて交互に並ぶように一体成型されたブロック体から構
成される熱電素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の熱電素子において、 前記ｎ型半導体と、前記ｐ型半導体との繰り返しの並ぶ
方向が、成型時の主な加圧方向と同じである熱電素子。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の熱電素
子において、 前記ｎ型半導体と前記ｐ型半導体との断面積が異なる熱
電素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の熱電素子において、 前記ｐ型半導体の断面積が前記ｎ型半導体の断面積より
も大きい熱電素子。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の熱電素子において、 前記ｎ型半導体および前記ｐ型半導体の断面積がそれら
の配置位置により異なる熱電素子。 - 【請求項６】 請求項５記載の熱電素子において、 高温側に配置される前記ｎ型半導体および前記ｐ型半導
体の断面積は前記素子の低温側に配置される前記ｎ型半
導体および前記ｐ型半導体の断面積よりも小さくされて
いる熱電素子。 - 【請求項７】 ｎ型半導体とｐ型半導体が絶縁体を隔て
て交互に並ぶように配置し、一体成型して熱電素子のブ
ロック体を構成する熱電素子の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の熱電素子の製造方法にお
いて、 前記ｎ型半導体とｐ型半導体との粉末状材料をそれぞれ
ブロック状に成型する工程と、 前記ブロック状に成型されたｎ型半導体とｐ型半導体の
各ブロックをそれぞれの間に絶縁体材料を充填して並べ
る工程と、 前記絶縁体材料を充填して並べられたｎ型半導体および
ｐ型半導体のブロックを加圧焼結する工程とを備えてな
る熱電素子の製造方法。 - 【請求項９】 請求項７記載の熱電素子の製造方法にお
いて、 ホットプレス用のシリンダ内にｎ型半導体とｐ型半導体
の各粉末材料を絶縁体材料層を介在させて交互に層状に
充填し、加圧焼結させてなる熱電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11086828A JP2000286462A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 熱電素子、熱電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11086828A JP2000286462A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 熱電素子、熱電素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000286462A true JP2000286462A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=13897686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11086828A Pending JP2000286462A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 熱電素子、熱電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000286462A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009028337A1 (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| US20120060886A1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | Hamilton Sundstrand Corporation | High temperature flexible electrode |
| JP2012508967A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | カール フークス，ヘルベルト | 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法 |
| JP2015222757A (ja) * | 2014-05-22 | 2015-12-10 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 熱電変換モジュール |
| CN105702848A (zh) * | 2014-11-27 | 2016-06-22 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种p-n型温差电元件性能匹配方法 |
| KR20160109658A (ko) * | 2015-03-12 | 2016-09-21 | 주식회사 엘지화학 | 열전 모듈 및 그 제조방법 |
| WO2018193734A1 (ja) * | 2017-04-21 | 2018-10-25 | 株式会社Kelk | 熱電発電装置 |
| CN111083937A (zh) * | 2018-08-21 | 2020-04-28 | 株式会社Lg化学 | 热电模块 |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP11086828A patent/JP2000286462A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009028337A1 (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| JP2012508967A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | カール フークス，ヘルベルト | 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法 |
| US20120060886A1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | Hamilton Sundstrand Corporation | High temperature flexible electrode |
| JP2015222757A (ja) * | 2014-05-22 | 2015-12-10 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 熱電変換モジュール |
| CN105702848A (zh) * | 2014-11-27 | 2016-06-22 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种p-n型温差电元件性能匹配方法 |
| KR102009446B1 (ko) * | 2015-03-12 | 2019-08-12 | 주식회사 엘지화학 | 열전 모듈 및 그 제조방법 |
| KR20160109658A (ko) * | 2015-03-12 | 2016-09-21 | 주식회사 엘지화학 | 열전 모듈 및 그 제조방법 |
| WO2018193734A1 (ja) * | 2017-04-21 | 2018-10-25 | 株式会社Kelk | 熱電発電装置 |
| JP2018182266A (ja) * | 2017-04-21 | 2018-11-15 | 株式会社Kelk | 熱電発電装置 |
| US11605771B2 (en) | 2017-04-21 | 2023-03-14 | Kelk Ltd. | Thermoelectric power-generating device |
| CN111083937A (zh) * | 2018-08-21 | 2020-04-28 | 株式会社Lg化学 | 热电模块 |
| JP2020535661A (ja) * | 2018-08-21 | 2020-12-03 | エルジー・ケム・リミテッド | 熱電モジュール |
| JP7012835B2 (ja) | 2018-08-21 | 2022-01-28 | エルジー・ケム・リミテッド | 熱電モジュール |
| US11430936B2 (en) | 2018-08-21 | 2022-08-30 | Lg Chem, Ltd. | Thermoelectric module |
| CN111083937B (zh) * | 2018-08-21 | 2023-11-03 | 株式会社Lg化学 | 热电模块 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100681800B1 (ko) | 성능지수를 향상한 열전재료, 그 제조 방법 및 이를 이용한펠티어 모듈 | |
| US20060118161A1 (en) | Thermoelectric material having crystal grains well oriented in certain direction and process for producing the same | |
| KR102170478B1 (ko) | 열전 레그 및 이를 포함하는 열전 소자 | |
| JPH02103344A (ja) | 熱伝達装置 | |
| DE1464132A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Thermoelementen bzw.-teilen | |
| JP2000286462A (ja) | 熱電素子、熱電素子の製造方法 | |
| US5969290A (en) | Thermoelectric modules and thermoelectric elements | |
| JP2006319210A (ja) | 熱電変換素子の製造方法 | |
| US20230157174A1 (en) | Thermoelectric conversion module | |
| JP3245793B2 (ja) | 熱電変換素子の製造方法 | |
| KR101801367B1 (ko) | 열전소자의 제조 방법 | |
| US20020062853A1 (en) | Method of manufacturing a thermoelectric element and a thermoelectric module | |
| CN103928605A (zh) | 一种热电器件单元的制作方法 | |
| KR20180022384A (ko) | 열전재료용 Bi-Sb-Te 합금 소결체의 제조방법 | |
| CN107534077B (zh) | 热电元件、热电模块及包括该热电模块的热转换装置 | |
| EP0711496B1 (de) | Keramisches heizelement sowie verfahren zur herstellung eines solchen heizelements | |
| US6316279B1 (en) | Method of producing thermoelectric semiconductor | |
| US8865997B2 (en) | Thermoelectric material, method for fabricating the same, and thermoelectric module employing the same | |
| EP0751539A2 (en) | Positive characteristics thermistor device | |
| KR20190131347A (ko) | 절연막을 포함하는 열전소자 및 그 제조방법 | |
| KR102092894B1 (ko) | 곡면형 열전소자의 제조 방법 | |
| CN109378381A (zh) | 高温热电单元及其制造方法 | |
| JP2002232024A (ja) | 熱電素子の製造方法 | |
| JPH0719790A (ja) | 熱交換器用コアの製造方法 | |
| RU2124785C1 (ru) | Способ изготовления термоэлектрического модуля |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040601 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051227 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060222 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060627 |