JP2003298128A - 熱電変換素子の製造方法 - Google Patents

熱電変換素子の製造方法

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JP2003298128A
JP2003298128A JP2002132094A JP2002132094A JP2003298128A JP 2003298128 A JP2003298128 A JP 2003298128A JP 2002132094 A JP2002132094 A JP 2002132094A JP 2002132094 A JP2002132094 A JP 2002132094A JP 2003298128 A JP2003298128 A JP 2003298128A
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thermoelectric conversion
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sintered compact
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JP2002132094A
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Masatoshi Otake
正寿 大竹
Kenji Isobe
賢二 磯部
Kenji Sato
憲治 佐藤
Yoshinori Ito
芳典 伊藤
Tatsuya Hariyuki
達也 針幸
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Shizuoka Prefecture
Original Assignee
Shizuoka Prefecture
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Abstract

(57)【要約】 【課題】現状のホットプレスあるいは放電焼結による熱
電変換素子の製作方法では、p型−n型層間を電気的に
絶縁するために積層焼結体境界部の切れ込み加工を行う
が、熱電材料は硬くまた脆いため加工が難しく、またこ
れに伴い欠けや割れなどが生じやすい問題点がある。 【解決手段】p型−n型層間を電気的に絶縁する柔軟性
のあるセラミックスシートをp型−n型材料粉末層の間
に挟んで焼結する。これにより切れ込み加工を行う必要
がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電変換素子の製造
方法に関する。より詳しくは粉末の焼結接合を利用した
p型−n型材料一体型の熱電変換素子の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】熱電変換素子はp型及びn型熱電材料の
一端を接合した構造をしており、素子の両端部に温度差
を与えると起電力が生じ、回路を作ると電流が流れる。
このように熱電変換素子は熱を直接電気に変換すること
が出来る。素子の両端部の温度差が大きいほど、また素
子を直列に多数連結することにより、より高い電圧及び
発電出力が得られる。
【0003】一般にp型及びn型熱電材料の接合には、
ニッケル板などを電極とした半田付けなどが行われてい
るが、高温での接合耐久性が低い欠点がある。そのため
p型及びn型熱電材料粉末成形体を仮接合した後、焼結
と同時に接合する方法も行われている。また難焼結性の
熱電材料では、p型及びn型熱電材料粉末を黒鉛等の型
内に積層充填し、ホットプレスあるいは放電焼結するこ
とにより積層焼結体を作製した後、一部接合部を残して
p型−n型境界部を切り離し、電気的に絶縁することに
より熱電変換素子を製作することも試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】(0003)で述べた
ホットプレスあるいは放電焼結による熱電変換素子の製
作方法では、p型−n型層間を電気的に絶縁するために
積層焼結体境界部の切れ込み加工を行う必要がある。し
かしこれらの熱電材料は硬くまた脆いため加工が難し
く、またこれに伴い欠けや割れなどが生じやすい問題点
がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では一部を切り欠
いたセラミックスシートをp型−n型材料粉末層の間に
挟んで、p型及びn型の熱電材料粉末を黒鉛等の型内に
積層充填した後、黒鉛等の上下パンチにより加圧しなが
ら、ホットプレスあるいは放電焼結することによりp型
−n型材料一体型の熱電変換素子を製作する。セラミッ
クスシートはp型−n型熱電材料間の電気絶縁層の役割
をし、また切り欠き部ではp型とn型の熱電材料が焼結
接合される。そのため(0004)で述べた切れ込み加
工を焼結後に行う必要がない。またセラミックスシート
はセラミック繊維からなるため柔軟性があり、焼結時に
上下パンチからの加圧力は均一に粉末に伝わり、緻密質
焼結体を得ることが出来る。
【0006】また一部を切り欠いたセラミックスシート
をp型及びn型の熱電材料粉末層の間に挟んで、交互に
複数層、黒鉛等の型内に積層充填した後、黒鉛等の上下
パンチにより加圧しながら、ホットプレスあるいは放電
焼結することにより、p型−n型材料一体型の多層熱電
変換素子を製作する。なお積層充填時、セラミックスシ
ートの切り欠き部の向きは交互に反対方向になるよう設
置する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明が適用されるのは、ホット
プレスあるいは放電焼結による製作方法が適する難焼結
性材料やこれらの方法により良好な熱電変換特性が得ら
れる熱電材料である。例えばSiGe系あるいはCoS
b3系などの熱電材料である。以下にSiGe系熱電材
料について実施した放電焼結による熱電変換素子の製作
方法を詳述する。
【0008】厚さ2mmのセラミックスシートを挟ん
で、p型及びn型のSiGe熱電材料粉末を内径30m
mφの黒鉛型内に各7gずつ積層充填した。セラミック
スシートはその一部を切り欠き、p型−n型材料接合部
とした。次に上下黒鉛パンチにより約49MPaで加圧
しながら、真空中、最高温度1250℃にて放電焼結す
ることにより積層焼結体を作製した。
【0009】その後、この焼結体をダイヤモンド切断砥
石等にて切断加工することにより縦8mm×横8mm×
長さ28mmのp型−n型材料一体型の熱電変換素子を
製造した。この素子の概略図を図1に示す。絶縁層に柔
軟性のあるセラミックスシートを用いたため、焼結時に
加圧力が均一にかかり、焼結体の相対密度は99%以上
であった。この素子は一端をアルコールランプで加熱し
た簡易測定において、おおよそ0.25Vの開放電圧を
示した。
【0010】また一部を切り欠いた厚さ2mmのセラミ
ックスシートを各7gずつのp型及びn型のSiGe熱
電材料粉末層の間に挟み、計6層、内径30mmφの黒
鉛型に積層充填した後、(0008)及び(0009)
にて記載した製造方法により縦5mm×横26mm×長
さ28mmのp型−n型材料一体型の多層熱電変換素子
を製造した。この素子の概略図を図2に示す。このよう
な多層の焼結においても焼結時に加圧力が均一にかか
り、焼結体の相対密度は99%以上であった。この素子
は(0009)に記載した方法による簡易測定において
おおよそ0.45Vの開放電圧を示した。
【0011】
【発明の効果】本発明によりホットプレスあるいは放電
焼結を利用したp型−n型材料一体型の熱電変換素子の
製作において欠けや割れなどが生じやすいp型−n型層
間を電気的に絶縁するための切れ込み加工を行う必要が
なくなるので、製造工程が短縮され、また製品歩留まり
が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるp型−n型材料一体型の熱電変換
素子の概略図である。
【図2】本発明によるp型−n型材料一体型の多層熱電
変換素子の概略図である。
【符号の説明】
1 p型熱電材料 2 n型熱電材料 3 セラミックスシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 芳典 静岡県浜松市新都田1丁目3番3号 静岡 県浜松工業技術センター内 (72)発明者 針幸 達也 静岡県浜松市新都田1丁目3番3号 静岡 県浜松工業技術センター内 Fターム(参考) 4K018 AA40 EA22 JA02 JA07 KA32

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック繊維からなるセラミックスシー
    トをp型及びn型材料粉末層の間に挟んで、黒鉛、セラ
    ミックスあるいは金属製の型内に積層充填した後、黒
    鉛、セラミックスあるいは金属製の上下パンチにより加
    圧しながら、ホットプレスあるいは放電焼結することに
    より製作するp型−n型材料一体型の熱電変換素子の製
    造方法。
  2. 【請求項2】セラミック繊維からなるセラミックスシー
    トをp型及びn型の熱電材料粉末層の間に挟んで、交互
    に複数層、黒鉛、セラミックスあるいは金属製の型内に
    積層充填した後、黒鉛、セラミックスあるいは金属製の
    上下パンチにより加圧しながら、ホットプレスあるいは
    放電焼結することにより製作するp型−n型材料一体型
    の多層熱電変換素子の製造方法。
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