JP2005209718A - Thermoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子デバイスの供給電源や補助電源、及び温度センサや赤外線センサ等として利用可能な素子であって、温接点と冷接点との温度差により発電するゼーベック効果を利用した熱電変換デバイスに関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion device using an Seebeck effect that generates electricity by a temperature difference between a hot junction and a cold junction, which is an element that can be used as a power supply or auxiliary power supply for an electronic device, a temperature sensor, an infrared sensor, or the like. Is.
従来、シリコン基板等の可撓性を有さない基材に対して熱電対を構成した熱電変換デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ところで、近年では可撓性を有する基材上に第１金属体と第２金属体とからなる熱電対を構成した熱電変換デバイスが開発されつつある。詳述すると、この熱電対は第１金属体と第２金属体との一端同士を重ね合わせて設けることにより、両金属体の電気的接続を図っている。この熱電変換デバイスは、撓ませることが可能なため、柔軟性を損ないたくないものに対して設けることが可能となる。例えば、この熱電変換デバイスを衣服の中に設けると、その衣服の柔軟性を損なうことなく体温で発電したり、逆に衣服を冷却したりする等、今までにない用途に応用できるようになる。
By the way, in recent years, a thermoelectric conversion device in which a thermocouple including a first metal body and a second metal body is formed on a flexible base material is being developed. More specifically, in this thermocouple, one end of the first metal body and the second metal body are provided so as to overlap each other, thereby achieving electrical connection between the two metal bodies. Since this thermoelectric conversion device can be bent, it can be provided for a device that does not want to lose its flexibility. For example, when this thermoelectric conversion device is installed in clothes, it can be applied to unprecedented applications such as power generation at body temperature without damaging the flexibility of the clothes, or conversely cooling clothes. .
しかしながら、上記熱電変換デバイスを繰り返し撓ませると、第１金属体と第２金属体との接続部分に亀裂を生じ、第１金属体と第２金属体とが分断されて電気的に絶縁されてしまうことがある。このような電気的絶縁が起こると熱電対は機能しなくなるため、第１金属体と第２金属体との接続部分に何らかの対策を施すことが必要である。 However, when the thermoelectric conversion device is repeatedly bent, a crack occurs in the connection portion between the first metal body and the second metal body, and the first metal body and the second metal body are separated and electrically insulated. It may end up. When such electrical insulation occurs, the thermocouple does not function, and it is necessary to take some measures for the connection portion between the first metal body and the second metal body.
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は基材を繰り返し撓ませても長期にわたり好適に使用できる熱電変換デバイスを提供することにある。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, Comprising: The objective is to provide the thermoelectric conversion device which can be used conveniently for a long period, even if a base material is repeatedly bent.
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、可撓性を有する基材上に熱電対を設けてなる熱電変換デバイスであって、前記熱電対を構成する２種の金属の接合部において、前記基材に接する側の金属の少なくとも一部に曲面を有する部分を設けた。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記曲面を有する金属は、その接合部における側面が該曲面となるように構成した。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記熱電対を、前記基材上に複数設けてなる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the metal having the curved surface is configured such that a side surface of the joint portion is the curved surface.
The invention according to claim 3 is the invention according to
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記基材は、複数の頂部と複数の底部とが形成された屈曲部を有し、前記基材の前記頂部に前記熱電対の第１接点を設け、前記基材の前記底部に前記熱電対の第２接点を設けた。
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of
ここで屈曲部とは、正面形状が例えば図３に示すようなトランス構造ばかりでなく、正弦波状構造、鋸歯状構造、矩形状構造、これらの形状の組合せ構造など、直線や曲線を含むあらゆる形状の屈曲構造を有する部材をいう。 Here, the bent portion is not only a transformer structure as shown in FIG. 3, for example, but also any shape including straight lines and curves such as a sinusoidal structure, a sawtooth structure, a rectangular structure, and a combination of these shapes. A member having a bent structure.
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記各頂部に接する第１シート状部材と、前記各底部に接する第２シート状部材とを備え、該第１シート状部材と該第２シート状部材とで前記基材及び前記熱電対を狭持した。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, comprising: a first sheet-like member in contact with each top portion; and a second sheet-like member in contact with each bottom portion; And the second sheet-like member sandwiched the base material and the thermocouple.
（作用）
請求項１に記載の発明によれば以下に示す作用を得る。基材に接する側に位置する金属（以下、第１金属体という）の曲面部分は、もう一方の金属（以下、第２金属体という）に対して食い込むことが抑制される。この結果、第２金属体は、該曲面部分が食い込むことによる凹み発生が抑制される。第２金属体は、この凹み発生が抑制されることにより、該第２金属体に応力が加えられてもその凹み部分への応力集中が抑制される。そのため、第２金属体には、応力集中による亀裂が生じることが抑制される。よって、第１金属体と第２金属体とが分断されることが抑制され、電気的にも絶縁してしまうことが抑制される。
(Function)
According to the first aspect of the invention, the following effects are obtained. The curved portion of the metal (hereinafter referred to as the first metal body) located on the side in contact with the base material is prevented from biting into the other metal (hereinafter referred to as the second metal body). As a result, in the second metal body, the occurrence of dents due to the curved surface portion is suppressed. By suppressing the occurrence of the dent in the second metal body, the stress concentration in the dent is suppressed even if a stress is applied to the second metal body. For this reason, the second metal body is prevented from being cracked by stress concentration. Therefore, it is suppressed that the 1st metal body and the 2nd metal body are divided, and it is controlled that it electrically isolates.
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて以下に示す作用を得る。基材をある一方向に撓ませると、第２金属体には、曲面全域と対応する部分に応力集中が発生するのではなく、曲面の一部と対応する部分に応力集中が発生する。そのため、基材をあらゆる方向に繰り返し撓ませない限り、第２金属体は、曲面全域と対応する部分に亀裂を生じることがない。
According to invention of Claim 2, in addition to the effect | action of invention of
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて以下に示す作用を得る。熱電変換デバイスは、基材上に熱電対を複数設けた。そのため、熱電変換デバイスは、熱電対の数に応じて発電量を増やしたり、発熱量を増やしたり、吸熱量を増やしたりすることが可能となる。以下、熱電対による発電、発熱、及び吸熱を総称して熱電変換という。
According to the invention described in claim 3, in addition to the action of the invention described in
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の発明の作用に加えて以下に示す作用を得る。基材の頂部に熱電対の第１接点を設け、基材の底部に熱電対の第２接点を設けることにより、第１接点と各第２接点とが基材の高さ方向において互いに離間される。このように、第１接点と各第２接点とを基材の高さ方向において離間させることにより熱電変換効率を向上させることが可能となる。
According to the invention described in claim 4, in addition to the action of the invention described in any one of
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の作用に加えて以下に示す作用を得る。各頂部に第１シート状部材を接し、各底部に第２シート状部材を接した。そのため、この基材、第１シート状部材、及び第２シート状部材との協働により段ボールと同様の構造となる。そこで、当該構造の機械的剛性が向上する。よって、基材は型くずれを起こしにくい。この結果、基材の高さ方向における頂部と底部との距離が維持され、さらには、第１接点と第２接点との距離が維持される。従って、基材が型くずれを起こすことによる熱電対の熱電変換効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the invention described in claim 5, in addition to the action of the invention described in claim 4, the following action is obtained. The first sheet-like member was in contact with each top, and the second sheet-like member was in contact with each bottom. Therefore, it becomes the structure similar to corrugated cardboard by cooperation with this base material, the 1st sheet-like member, and the 2nd sheet-like member. Therefore, the mechanical rigidity of the structure is improved. Therefore, the base material is less likely to lose its shape. As a result, the distance between the top and the bottom in the height direction of the base material is maintained, and further, the distance between the first contact and the second contact is maintained. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the thermoelectric conversion efficiency of the thermocouple due to the deformation of the base material.
請求項１に記載の本発明によれば、基材を繰り返し撓ませても長期にわたり好適に使用できる。
請求項２に記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、基材を繰り返し撓ませてもより一層長期にわたり好適に使用できる。
According to the first aspect of the present invention, even if the base material is repeatedly bent, it can be suitably used for a long time.
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, even if the substrate is repeatedly bent, it can be suitably used for a longer period of time.
請求項３に記載の本発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、発電量を増やしたり、発熱量を増やしたり、吸熱量を増やしたりすることができる。
請求項４に記載の本発明によれば、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、発電効率、発熱効率、球熱効率を向上させることができる。
According to the present invention described in claim 3, in addition to the effect of the invention described in
According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, the power generation efficiency, the heat generation efficiency, and the spherical heat efficiency can be improved.
請求項５に記載の本発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、基材が型くずれを起こすことによる熱電対の機能低下を抑制することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the fourth aspect of the present invention, it is possible to suppress a decrease in the function of the thermocouple due to the substrate being deformed.
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の熱電変換デバイス１１は、基材としての可撓性を有する電気絶縁性シート１２、該電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１に設けられた熱電対群１３（図２参照）、及び熱電対群１３が形成された電気絶縁性シート１２を上下両側からそれぞれ固定した形状維持シート１４，１５を備えている。形状維持シート１４は第１シート状部材に相当し、形状維持シート１５は第２シート状部材に相当する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
この熱電変換デバイス１１は、例えば、形状維持シート１４を冷却すると共に形状維持シート１５を温めることにより、熱電対群１３が発電を行うようになっている（ゼーベック効果）。逆に、この熱電変換デバイス１１は、例えば、熱電対群１３に電流を流すと、形状維持シート１４が冷却（吸熱）され、形状維持シート１５が温められる（発熱される）ようなはたらきもする（ペルチェ効果）。
In the
次に、熱電変換デバイス１１の構成を簡単に説明する。
図１に示すように、電気絶縁性シート１２は、一対の短手辺Ｓと、その短手辺Ｓと直交する一対の長手辺Ｌとを有する長方形状シートから形成されており、長手辺Ｌが波打つように電気絶縁性シート１２全体が断面波形状に形成されている。電気絶縁性シート１２は、上記のように断面波形状に形成されていることにより、長手辺Ｌが曲がるようにその全体が可撓性を有するように構成されている。電気絶縁性シート１２は、例えばポリイミド樹脂から形成されている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 1, the
図２に示すように、熱電対群１３は、電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１に蛇行状をなす一本の線状に形成されており、熱電対群１３は、複数の熱電対１６から構成されている。熱電対１６は、物理蒸着法としての真空蒸着法により形成され、薄膜状をなしている。各熱電対１６は、ニッケル（Ｎｉ）からなる第１金属体としての第１金属線１７と、クロム（Ｃｒ）からなる第２金属体としての第２金属線１８とをそれぞれ備えている。熱電対１６は、その第１金属線１７と第２金属線１８との接続点が第１接点２０とされている。また、隣接する熱電対１６同士の接続点が第２接点２１とされている。
As shown in FIG. 2, the
図３に示すように、各第１接点２０は、電気絶縁性シート１２の頂部１２ａに位置するように配置され、各第２接点２１は、電気絶縁性シート１２の底部１２ｂに位置するように配置されている。即ち、電気絶縁性シート１２は、複数の頂部１２ａ及び複数の底部１２ｂからなる屈曲部を備えている。
As shown in FIG. 3, each
図２に示すように、電気絶縁性シート１２の熱電対群１３が形成されていない部分には、長手辺Ｌに沿うように複数のスリット２２が形成されている。電気絶縁性シート１２は、このスリット２２が形成されていることにより、短手辺Ｓが曲がるようにその全体が可撓可能となっている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
図１に示すように、形状維持シート１４，１５は、絶縁性材料であり可撓性及び伸縮性を備えた長方形状シートから形成されている。形状維持シート１４，１５は、例えばシリコーン樹脂から形成されている。
As shown in FIG. 1, the
図３に示すように、電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１の各頂部１２ａ部分は、形状維持シート１４に対して絶縁性接着剤にてそれぞれ固定され、電気絶縁性シート１２の下面Ｍ２の各底部１２ｂ部分は、形状維持シート１５に対して絶縁性接着剤にてそれぞれ固定されている。
As shown in FIG. 3, each
このように構成された熱電変換デバイス１１は、長手辺Ｌが曲がるようにその全体が撓んだり、短手辺Ｓが曲がるようにその全体が撓んだりすることができる。即ち、熱電変換デバイス１１は、様々な方向へ撓ますことができるような可撓性を備えている。
The
また、熱電変換デバイス１１は、高さ方向ｔにおいて熱電対群１３の第１接点２０と第２接点２１とが離間されている。この両接点２０，２１の距離が離れるほど、両接点２０，２１の温度差を広げることができ、熱電変換効率を高めることができる。
In the
次に、第１金属線１７と第２金属線１８との接続部分について詳しく説明する。
図４に示すように、熱電対１６は、電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１に第１金属線１７及び第２金属線１８が形成されている。第１金属線１７の先端上には、第２金属線１８の先端が重なるように形成され、第１金属線１７と第２金属線１８との電気的導通を図っている。
Next, a connection portion between the
As shown in FIG. 4, the
以下、第１金属線１７と第２金属線１８との重ね合わせて接合した部分を接合部Ｚ１という。即ち、接合部Ｚ１は、熱電対１６を構成する２種の金属を重ね合わせて接合した部分である。
Hereinafter, a portion where the
図５に示すように（平面視において）、第１金属線１７における第２金属線１８と重なった部分である重合部２５は、その先端が半円状をなすように形成されている。
第１金属線１７の重合部２５は、その上面が接続面としての重合面２６とされ、さらに接続面としての側面２７ａ，２７ｂ，２７ｃを備えている。なお、側面２７ｂは曲面にも相当する。即ち、接合部Ｚ１において、電気絶縁性シート１２に接する側の金属である第１金属線１７の一部に曲面（側面２７ｂ）が形成されている。さらに言い換えると、第１金属線１７は、その接合部Ｚ１における側面２７ｂが曲面となるように構成されている。本実施形態では、側面２７ａ，２７ｂ，２７ｃは２つの点Ｐ２を境として別々の面と定義しているが、実際には、側面２７ａと側面２７ｂは段差無くつながった（滑らかに連続した）面であり、側面２７ｂと側面２７ｃとにおいても段差無くつながった面である。側面２７ａ，２７ｃは、第１金属線１７の幅方向両側の側面であり直線状に形成されている。一方、側面２７ｂは、第１金属線１７の先端面であると共に、前記側面２７ａ，２７ｃに滑らかに連続する半円状の曲面である。
As shown in FIG. 5 (in plan view), the overlapping
The upper portion of the overlapping
次に、本実施形態の熱電変換デバイス１１と図７〜図９に示す比較品３０との比較によって、本実施形態の作用の説明をする。
図７に示すように、比較品３０は、電気絶縁性シート３１の上面３２に先端が矩形状をなす第１金属線３３が形成され、その後、その先端に重なるようにして第２金属線３４が形成されている。第１金属線３３における第２金属線３４と重なり合った面は、重合面３５とされている。重合面３５の先端の辺は、先端辺３６とされ、重合面３５の幅方向両側の辺は側辺３７とされている。
Next, the operation of the present embodiment will be described by comparing the
As shown in FIG. 7, in the
図８に示すように、この比較品３０を矢印方向に繰り返し撓ませた場合（側辺３７が曲がるように撓ませた場合）には、第２金属線３４における先端辺３６全域に対応する部分に第１金属線３３の角部３８が食い込む。この結果、第２金属線３４には、その先端辺３６全域に対応する部分に凹みが発生する。すると、第２金属線３４は、比較品３０を撓ませることにより発生する応力がその凹み部分へ集中する応力集中が発生し、その部分に亀裂を生じることがある。
As shown in FIG. 8, when this
また、図９に示すように、この比較品３０を矢印方向に繰り返し撓ませた場合（先端辺３６が曲がるように撓ませた場合）には、第２金属線３４における側辺３７全域に対応する部分に第１金属線３３の角部３９が食い込んで応力集中が発生し、その部分に亀裂を生じることがある。
Further, as shown in FIG. 9, when the
この比較品３０は、上記２方向に繰り返し撓ませて第２金属線３４の先端辺３６全域及び側辺３７全域に対応する部分に亀裂を生じると、その亀裂により第１金属線３３と第２金属線３４とが分断され、第１金属線３３と第２金属線３４とが電気的に絶縁してしまい、熱電変換が行えなくなる。
When this
一方、図４に示すように、本実施形態の熱電変換デバイス１１を矢印方向に繰り返し撓ませた場合（長手辺Ｌが曲がるように撓ませた場合）には、第２金属線１８における第１金属線１７の最先端の一点に対応する部分（図５の点Ｐ１参照）に、第１金属線１７の角部２８が食い込む。この結果、第２金属線１８には、その点Ｐ１に対応する部分に凹みが発生する。すると、第２金属線１８は、熱電変換デバイス１１を撓ませることにより発生する応力がその凹み部分へ集中する応力集中が発生し、その部分に亀裂を生じることがある。
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the
また、図６に示すように、本実施形態の熱電変換デバイス１１を矢印方向に繰り返し撓ませた場合（短手辺Ｓが曲がるように撓ませた場合）には、次に示す作用を奏する。第２金属線１８における側面２７ａ，２７ｃ全域に対応する部分及び側面２７ｂの両端の２点（図５の点Ｐ２参照）に対応する部分に、第１金属線１７の角部２９が食い込んで応力集中が発生することがある。この結果、その部分に亀裂を生じることがある。
Moreover, as shown in FIG. 6, when the
しかしながら、本実施形態の熱電変換デバイス１１は、上記２方向に繰り返し撓ませるだけでは、第２金属線１８は側面２７ｂ全域に対応する部分に亀裂を生じることがなく、第１金属線１７と第２金属線１８とが分断されてしまうことがない。詳述すると、上記２方向に繰り返し撓ませるだけでは、第２金属線１８の点Ｐ１，Ｐ２に部分的に亀裂が生じるのみである。この結果、第１金属線１７と第２金属線１８とが分断されることがなく、電気的にも絶縁してしまうことがない。従って、本実施形態の熱電変換デバイス１１は、比較品３０に比して耐久性が向上される。
However, in the
従って、第１実施形態の熱電変換デバイス１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、熱電変換デバイス１１をある一方向に撓ませると、第２金属線１８には、側面２７ｂ全域と対応する部分に応力集中が発生するのではなく、側面２７ｂの一部と対応する部分に応力集中が発生する。そのため、熱電変換デバイス１１をあらゆる方向に繰り返し撓ませない限り、第２金属線１８は、側面２７ｂ全域と対応する部分に亀裂を生じることがないため、第１金属線３３と第２金属線３４とが分断されることを抑制でき、電気的にも絶縁してしまうことを抑制できる。従って、可撓性を有する熱電変換デバイス１１を繰り返し撓ませても長期にわたり好適に使用することができる。
Therefore, according to the
(1) In this embodiment, when the
（２）熱電変換デバイス１１は、第１金属線１７に角部２８，２９を有していても比較品３０に比して耐久性を向上させることができる。また、熱電変換デバイス１１は、角部２８，２９を丸める等の工程が必要なく、比較品３０と同様の製造工数で形成できる。従って、熱電変換デバイス１１は、比較品３０と製造コストが変わらないにも拘わらず、その比較品３０よりも耐久性を向上することができる。
(2) The
（３）熱電変換デバイス１１は、熱電対１６を、電気絶縁性シート１２上に複数設けた。そのため、熱電変換デバイス１１は、熱電対１６の数に応じて発電量を増やしたり、発熱量を増やしたり、吸熱量を増やしたりすることができる。以下、熱電対１６による発電、発熱、及び吸熱を総称して熱電変換という。
(3) In the
（４）電気絶縁性シート１２の頂部１２ａに熱電対１６の第１接点２０を設け、電気絶縁性シート１２の底部１２ｂに熱電対１６の第２接点２１を設けることにより、第１接点２０と各第２接点２１とが電気絶縁性シート１２の高さ方向ｔにおいて互いに離間された。このように、第１接点２０と第２接点２１とを電気絶縁性シート１２の高さ方向ｔにおいて離間させることにより熱電変換効率を向上させることができる。
(4) By providing the
（５）各頂部１２ａに形状維持シート１４を接（固定）し、各底部１２ｂに形状維持シート１５を接（固定）した。そのため、この電気絶縁性シート１２、形状維持シート１４、及び形状維持シート１５との協働により段ボールと同様の構造となる。そこで、当該構造の機械的剛性が向上する。よって、電気絶縁性シート１２は型くずれを起こしにくい。この結果、電気絶縁性シート１２の高さ方向ｔにおける頂部１２ａと底部１２ｂとの距離が維持され、さらには、第１接点２０と第２接点２１との距離が維持される。従って、電気絶縁性シート１２が型くずれを起こすことによる熱電対１６の機能低下を抑制することができる。
(5) The
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図１０〜図１２に従って説明する。
本実施形態の熱電変換デバイス４１は、第１実施形態の熱電変換デバイス１１における第１金属線１７の形状を変更したものに相当する。そのため、説明の便宜上、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
図１０に示すように、本実施形態の熱電変換デバイス４１の第１金属体としての第１金属線４２は、ニッケル（Ｎｉ）からなる。この第１金属線４２と第２金属線１８とにより熱電対４３が構成されている。
As shown in FIG. 10, the
以下、図１１に示すように、第１金属線４２と第２金属線１８との重ね合わせて接合した部分を接合部Ｚ２という。即ち、接合部Ｚ２は、熱電対１６を構成する２種の金属を重ね合わせて接合した部分である。
Hereinafter, as illustrated in FIG. 11, a portion where the
次に、第１金属線４２と第２金属線１８との接続部分について詳しく説明する。
図１０に示すように（平面視において）、第１金属線４２における第２金属線１８と重なった部分である重合部４４は、その先端が半円状をなすように形成されている。第１金属線４２の重合部４４は、その上面が接続面としての重合面４５とされている。
Next, a connection portion between the
As shown in FIG. 10 (in plan view), the overlapping
図１１及び図１２に示すように、重合面４５の端部は、端へ向かうにつれ肉薄となる曲面４６とされている。即ち、接合部Ｚ２において、電気絶縁性シート１２に接する側の金属である第１金属線４２の一部に曲面４６が形成されている。
As shown in FIG.11 and FIG.12, the edge part of the superposition |
次に、本実施形態の熱電変換デバイス４１の作用を説明する。
第１金属線４２の曲面４６は、尖っていない。そのため、熱電変換デバイス４１を図１１の矢印方向に繰り返し撓ませた場合に、該曲面４６が第２金属線１８に食い込むことがなく、この結果、第２金属線１８に応力集中が発生しない。加えて、熱電変換デバイス４１を図１２の矢印方向に繰り返し撓ませた場合に、曲面４６が第２金属線１８に食い込むことがなく、この結果、第２金属線１８に応力集中が発生しない。そのため、第２金属線１８には、応力集中による亀裂が生じることがない。従って、本実施形態の熱電変換デバイス４１は、図７〜図９に示す比較品３０に比して耐久性が向上される。
Next, the effect | action of the
The
従って、第２実施形態の熱電変換デバイス４１によれば、前記第１実施形態の効果（３）〜（５）と同様の効果を得ることができると共に以下のような効果を得ることができる。
Therefore, according to the
（１）熱電変換デバイス４１を撓ませても、第２金属線１８における前記曲面４６に対応する部分に応力集中が発生しない。そのため、第２金属線１８には、応力集中による亀裂が生じることがない。この結果、第１金属線４２と第２金属線１８とが分断されることがなく、電気的にも絶縁してしまうことがない。従って、可撓性を有する熱電変換デバイス４１を繰り返し撓ませても長期にわたり好適に使用することができる。
(1) Even if the
（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した第３実施形態を図１３及び図１４に従って説明する。
本実施形態の熱電変換デバイス５１は、第１実施形態の熱電変換デバイス１１における第１金属線１７の形状を変更したものに相当する。そのため、説明の便宜上、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
図１３に示すように、本実施形態の熱電変換デバイス５１の第１金属体としての第１金属線５２は、ニッケル（Ｎｉ）からなる。
以下、第１金属線５２と第２金属線１８との重ね合わせて接合した部分を接合部Ｚ３という。即ち、接合部Ｚ３は、熱電対１６を構成する２種の金属を重ね合わせて接合した部分である。
As shown in FIG. 13, the
Hereinafter, a portion where the
この第１金属線５２と第２金属線１８とにより熱電対５３が構成されている。第１金属線５２における第２金属線１８と重なった部分である重合部５４は、その先端が矩形状をなすように形成されている。
The
第１金属線５２の重合部５４は、その上面が接続面としての重合面５５とされ、さらに接続面としての側面５６ａ，５６ｂ，５６ｃを備えている。側面５６ａ，５６ｃは、第１金属線１７の幅方向両側の側面であり、側面５６ｂは、第１金属線５２の先端面である。
The overlapping
第１金属線５２には、側面５６ａから切欠き形成された切欠き部５７が形成されている。本実施形態では、この切欠き部５７は２つ形成されている。この切欠き部５７の接続面としての内側面５８は、波形状をなすように形成されている。本実施形態では、切欠き部５７の内側面５８が波形状をなしていることにより、該切欠き部５７において幅狭部と幅広部とが形成されるようになっている。
The
図１４（ａ）に示すように、この波形状をなす内側面５８は、複数の曲面５９を備えている。即ち、接合部Ｚ３において、電気絶縁性シート１２に接する側の金属である第１金属線５２の一部に曲面５９が形成されている。
As shown in FIG. 14A, the
本実施形態によれば、熱電変換デバイス５１を撓ませた場合に、第１金属線５２の曲面５９と第２金属線１８における該曲面５９に対応する部分との間で発生する応力集中は、第１実施形態で説明した第１金属線１７の側面２７ｂと第２金属線１８における該側面２７ｂに対応する部分との間で発生する応力集中とほぼ同様の作用となる。従って、本実施形態の熱電変換デバイス５１は、比較品３０に比して耐久性が向上される。
According to the present embodiment, when the
また、例えば、熱電変換デバイス５１の重合面５５と比較品３０の重合面３５とが同じ面積であると仮定すると、熱電変換デバイス５１の第１金属線５２には切欠き部５７が形成されていることから重合面５５の周辺長は、重合面３５の周辺長より長くなる。
Further, for example, assuming that the
熱電変換デバイス５１を撓ませることにより第２金属線１８に亀裂が生じても、重合面５５の周辺長が長ければ長いほど、第１金属線５２と第２金属線１８とが分断されてしまうことが抑制され、電気的にも絶縁されてしまうことが抑制される。
Even if the
従って、第３実施形態の熱電変換デバイス５１によれば、前記第１実施形態の効果（１）〜（５）と同様の効果を得ることができると共に以下に示す効果を得る。
（１）本実施形態の熱電変換デバイス５１では、第１金属線５２に切欠き部５７を形成することにより、重合面５５の周辺長を長くするようにした。第２金属線１８に亀裂が生じてもこの重合面５５の周辺長が長ければ長いほど、第１金属線５２と第２金属線１８とが分断されてしまうことが抑制でき、電気的にも絶縁されてしまうことを抑制できる。従って、可撓性を有する熱電変換デバイス５１を繰り返し撓ませても長期にわたり好適に使用することができる。
Therefore, according to the
(1) In the
（第４実施形態）
以下、本発明を具体化した第４実施形態を図１５に従って説明する。
本実施形態の熱電変換デバイス６１は、第１実施形態における熱電変換デバイス１１の第２金属線１８の形状及び両金属線１７，１８の接続構成を変更したものに相当する。そのため、説明の便宜上、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The
図１５に示すように、本実施形態の熱電変換デバイス６１は、クロム（Ｃｒ）からなる第２金属体としての第２金属線６２を備えている。
次に、第１金属線１７と第２金属線６２との接続部分について詳しく説明する。
As shown in FIG. 15, the
Next, a connection portion between the
図１５に示すように、第２金属線６２は、第１金属線１７の重合部２５、重合面２６、側面２７ａ，２７ｂ，２７ｃと同様の重合部６３、接続面としての重合面６４、接続面としての側面６５ａ，６５ｂ，６５ｃを備えている。なお、側面６５ｂは曲面にも相当する。第１金属線１７と第２金属線６２は、その先端同士が若干離間した状態で、電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１に形成されている。この第１金属線１７の重合部２５と第２金属線１８の重合部６３は、仲介体としての接続金属６６にて互いに接続されている。詳述すると、接続金属６６は、金からなり、長方形状に形成されると共に重合部２５，６３を覆い隠すようにその重合部２５，６３上に形成されている。この第１金属線１７、第２金属線６２、接続金属６６により熱電対６７が構成されている。以下、重合部２５、重合部６３、及び接続金属６６を接合部Ｚ４という。即ち、接合部Ｚ４は、熱電対１６を構成する２種の金属を重ね合わせて接合した部分である。
As shown in FIG. 15, the
即ち、第１金属線１７は、その接合部Ｚ４における側面２７ｂが曲面となるように構成されている。また、第２金属線６２は、その接合部Ｚ４における側面６５ｂが曲面となるように構成されている。
That is, the
本実施形態によれば、熱電変換デバイス６１を撓ませた場合に第１金属線１７と接続金属６６との間で発生する応力集中及び第２金属線６２と接続金属６６との間で発生する応力集中は、前記第１実施形態で説明した第１金属線１７と第２金属線１８との間で発生する応力集中とほぼ同様の作用となる。従って、本実施形態の熱電変換デバイス６１は、比較品３０に比して耐久性が向上される。
According to this embodiment, when the
従って、第４実施形態の熱電変換デバイス６１によれば、前記第１実施形態の効果（１），（３）〜（５）と同様の効果を得ることができる。
なお、前記各実施形態は、以下の他の実施形態に変更してもよい。
Therefore, according to the
In addition, you may change each said embodiment into the following other embodiment.
前記第２実施形態の特徴と前記第４実施形態の特徴とを合わせた実施形態を具体化してもよい。詳述すると、図１６に示すように、この熱電変換デバイス７１は、電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１に形成された第１金属体としての第１金属線７２と、第２金属体としての第２金属線７３と、仲介体としての接続金属７４とを備えている。第１金属線７２と、第２金属線７３と、接続金属７４にて熱電対７５が構成されている。第１金属線７２と第２金属線７３はその先端同士が若干離間しており、その両先端には、その両先端を覆うように接続金属７４が形成されている。第１金属線７２における接続金属７４に重なった部分、第２金属線７３における接続金属７４に重なった部分、及び接続金属７４により接合部Ｚ５が構成されている。即ち、接合部Ｚ５は、熱電対１６を構成する２種の金属を重ね合わせて接合した部分である。第１金属線７２と第２金属線７３には、前記第２実施形態にて説明した曲面４６と同様の曲面７２ａ，７３ａがそれぞれ形成されている。このように構成しても、第２実施形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。
An embodiment in which the features of the second embodiment and the features of the fourth embodiment are combined may be embodied. More specifically, as shown in FIG. 16, the
前記第３実施形態の特徴と前記第４実施形態の特徴とを合わせた実施形態を具体化してもよい。詳述すると、図１７に示すように、この熱電変換デバイス８１は、電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１に形成された第１金属体としての第１金属線８２と、第２金属体としての第２金属線８３と、仲介体としての接続金属８４とを備えている。第１金属線８２と、第２金属線８３と、接続金属８４にて熱電対８５が構成されている。第１金属線８２と第２金属線８３はその先端同士が若干離間しており、その両先端には、その両先端を覆うように接続金属８４が形成されている。第１金属線８２における接続金属８４に重なった部分、第２金属線８３における接続金属８４に重なった部分、及び接続金属８４により接合部Ｚ６が構成されている。即ち、接合部Ｚ６は、熱電対１６を構成する２種の金属を重ね合わせて接合した部分である。第１金属線８２と第２金属線８３には、前記第３実施形態にて説明した切欠き部５７、内側面５８、曲面５９と同様の切欠き部８２ａ，８３ａ、接続面としての内側面８２ｂ，８３ｂ、曲面８２ｃ，８３ｃがそれぞれ形成されている。このように構成しても、第１実施形態の効果（１）〜（５）及び第３実施形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。
An embodiment in which the features of the third embodiment and the features of the fourth embodiment are combined may be embodied. Specifically, as shown in FIG. 17, the
前記第３実施形態では、切欠き部５７に幅狭部と幅広部とが形成されるように、内側面５８を波形状に形成していた。これに限らず、図１８に示すように、切欠き部５７の幅がほぼ一定となるように第１金属線５２に切欠き部８６の接続面としての内側面８７を波形状に形成してもよい。また、切欠き部８６を形成する位置は、側面５６ａだけでなく側面５６ｂや側面５６ｃ（図１８参照）から形成してもよい。
In the third embodiment, the
前記第１実施形態では、第１金属線１７の重合部２５を先端が半円状をなすように形成していた。これに限らず、第１金属線１７の重合部２５を略矩形状に形成し、接続面としての外側面８８を図１９に示すように（平面視において）波形状に形成するようにしてもよい。このように構成しても波形状の外側面８８が複数の曲面８８ａにて構成されているため、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the overlapping
また、図２０に示すように（平面視において）、第１金属線１７の重合部２５を略矩形状に形成し、重合部２５の角部にあたる部分を曲面８９となるよに構成してもよい。このように構成しても第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
In addition, as shown in FIG. 20 (in plan view), the overlapping
図１７〜図２０に示す熱電変換デバイスにおいて、第１金属線の重合部の外縁に第２実施形態で示した曲面４６に相当する曲面を形成してもよい。
前記各実施形態では、接点２０における第１金属線１７，４２，５２，７２，８２と第２金属線１８，６２，７３，８３との接続関係において説明していたが、接点２１における第１金属線１７，４２，５２，７２，８２と第２金属線１８，６２，７３，８３との接続関係においても、上記各実施形態と同様の構成にしてもよい。
In the thermoelectric conversion device shown in FIGS. 17 to 20, a curved surface corresponding to the
In each of the embodiments described above, the connection relationship between the
前記各実施形態では、重合部２５，４４，５４，６３の一部に曲面（側面２７ｂ，６５ｂ、曲面４６，５９，７２ａ，７３ａ，８２ｃ，８３ｃ，８８ａ，８９、内側面８７）を形成していた。これに限らず、重合部２５，４４，５４，６３における表面全面を曲面となるようにしてもよい。
In each of the above embodiments, a curved surface (side surfaces 27b and 65b, curved surfaces 46, 59, 72a, 73a, 82c, 83c, 88a, 89, and inner side surface 87) is formed on a part of the overlapping
前記各実施形態では、ポリイミド樹脂からなる電気絶縁性シート１２の上面Ｍ１に熱電対１６，４３，５３，６７，７５，８５を形成していた。これに限らず、熱電対１６，４３，５３，６７，７５，８５を形成する基材として絶縁性材料でかつ可撓性を備えた材料であればどのような材料を用いてもよい。
In each of the above embodiments, the
前記各実施形態では、第１金属体としての第１金属線１７，４２，５２，７２，８２をニッケル（Ｎｉ）から構成し、第２金属体としての第２金属線１８，６２，７３，８３をクロム（Ｃｒ）から構成していた。これに限らず、前記第１金属線１７，４２，５２，７２，８２及び前記第２金属線１８，６２，７３，８３の材料（金属）は、熱電対として機能するものであれば、他の材料（金属）を採用してもよい。即ち、前記第１金属線１７，４２，５２，７２，８２及び前記第２金属線１８，６２，７３，８３は、互いに異なる材料（金属）で熱電変換が行える材料（金属）であればどのような材料（金属）を採用してもよい。特に、ゼーベック係数の差が大きな２種類の材料（金属）を用いるほど、熱電対の出力電圧（熱電変換効率）は大きくなる。また、熱電対を構成する一方の材料及び他方の材料は、半導体、合金、酸化物でもよい。
In each said embodiment, the
前記仲介体としての接続金属６６，７４，８４は、金を用いていたが、導電性の金属であればどの様なものを用いてもよい。
前記各実施形態では、電気絶縁性シート１２に対して、熱電対１６，４３，５３，６７，７５，８５を真空蒸着法にて形成していた。これに限らず、電気絶縁性シート１２に対して、熱電対１６，４３，５３，６７，７５，８５を塗布法や、メッキ法や、物理蒸着法としてのスパッタリング法にて形成してもよい。
The
In each of the above embodiments, the
次に、上記各実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）可撓性を有する基材と、その基材上に設けられた第１金属体及び同じく該基材上に設けられた第２金属体からなる熱電対とを備え、前記第１金属体の一部に前記第２金属体の一部が重ね合わされて接続された熱電変換デバイスであって、前記第１金属体は、前記第２金属体に接続される面である接続面の少なくとも一部を曲面としたことを特徴とする熱電変換デバイス。
Next, the technical ideas that can be grasped from the above embodiments and other embodiments will be described below.
(B) a first base metal having a flexible base material, a thermocouple including a first metal body provided on the base material and a second metal body provided on the base material; A thermoelectric conversion device in which a part of the second metal body is overlapped and connected to a part of the body, wherein the first metal body is at least a connection surface that is a surface connected to the second metal body A thermoelectric conversion device characterized in that a part is curved.
（ロ）前記第１金属体における前記第２金属体と重なった部分である重合部の側面の少なくとも一部を曲面としたことを特徴とする技術的思想（イ）に記載の熱電変換デバイス。 (B) The thermoelectric conversion device according to the technical idea (a), wherein at least a part of a side surface of the overlapping portion that is a portion overlapping the second metal body in the first metal body is a curved surface.
（ハ）可撓性を有する基材と、その基材上に互いに離間して設けられた第１金属体及び第２金属体と、前記第１金属体上及び前記第２金属体上に設けた仲介体とを備え、
前記仲介体を介して前記第１金属体と前記第２金属体とを電気的に接続した熱電変換デバイスであって、前記第１金属体及び前記第２金属体のうち少なくとも一方は、前記仲介体に接続される面である接続面の少なくとも一部を曲面としたことを特徴とする熱電変換デバイス。
(C) a flexible base material, a first metal body and a second metal body provided on the base material apart from each other, and provided on the first metal body and the second metal body; With a mediator,
A thermoelectric conversion device in which the first metal body and the second metal body are electrically connected via the mediator, wherein at least one of the first metal body and the second metal body is the mediator. A thermoelectric conversion device characterized in that at least a part of a connection surface, which is a surface connected to a body, is a curved surface.
（ニ）前記第１金属体における前記仲介体と重なった部分である重合部の側面、及び前記第２金属体における前記仲介体と重なった部分である重合部の側面のうち少なくとも一部を曲面としたことを特徴とする技術的思想（ハ）に記載の熱電変換デバイス。 (D) at least part of the side surface of the polymerized portion that is a portion overlapping the mediator in the first metal body and the side surface of the polymerized portion that is a portion overlapping the mediator in the second metal body are curved. The thermoelectric conversion device according to the technical concept (c), characterized in that
１１，４１，５１，６１，７１，８１…熱電変換デバイス、１２…基材としての電気絶縁性シート、１２ａ…頂部、１２ｂ…底部、１４…第１シート状部材としての形状維持シート、１５…第２シート状部材としての形状維持シート、１６，４３，５３，６７，７５，８５…熱電対、２０…第１接点、２１…第２接点、２７ａ，２７ｃ，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，６５ａ，６５ｃ…側面、２７ｂ，６５ｂ…曲面としての側面、４６，５９，７２ａ，７３ａ，８２ｃ，８３ｃ，８８ａ，８９…曲面、５８，８２ｂ，８３ｂ，８７…内側面（側面）、８８…外側面（側面）、Ｚ１〜Ｚ６…接合部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記熱電対を構成する２種の金属の接合部において、前記基材に接する側の金属の少なくとも一部に曲面を有する部分を設けたことを特徴とする熱電変換デバイス。 A thermoelectric conversion device in which a thermocouple is provided on a flexible substrate,
A thermoelectric conversion device characterized in that, in a joint portion of two kinds of metals constituting the thermocouple, a portion having a curved surface is provided in at least a part of the metal in contact with the base material.
前記基材の前記頂部に前記熱電対の第１接点を設け、
前記基材の前記底部に前記熱電対の第２接点を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の熱電変換デバイス。 The base material has a bent portion in which a plurality of top portions and a plurality of bottom portions are formed,
Providing a first contact of the thermocouple on the top of the substrate;
The thermoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein a second contact of the thermocouple is provided at the bottom of the base material.
前記各底部に接する第２シート状部材とを備え、
該第１シート状部材と該第２シート状部材とで前記基材及び前記熱電対を狭持した
ことを特徴とする請求項４に記載の熱電変換デバイス。 A first sheet-like member in contact with each top;
A second sheet-like member in contact with each bottom,
The thermoelectric conversion device according to claim 4, wherein the base material and the thermocouple are sandwiched between the first sheet-like member and the second sheet-like member.
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