JP2008192970A - 熱電変換デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造加工の簡素化を図ることができるとともに、熱電対における機械的・電気的接続の信頼性を高めることができる熱電変換デバイス提供する。
【解決手段】所定の間隔をもって並列し、一部において折曲部2B,2B,…を介して一体に形成された複数の熱電対形成領域部2A,2A,…と、これら複数の熱電対形成領域部2A,2A,…に形成された複数の熱電対5,5,…を直列に接続してなる熱電対群3,3,…と、折曲部2B,2B,…に形成され、複数の熱電対群3,3,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対群3,3を直列に接続する複数の導電パターン8A,8A,…及びスルーホール8B,8B,…とを備えた。
【選択図】図1
【解決手段】所定の間隔をもって並列し、一部において折曲部2B,2B,…を介して一体に形成された複数の熱電対形成領域部2A,2A,…と、これら複数の熱電対形成領域部2A,2A,…に形成された複数の熱電対5,5,…を直列に接続してなる熱電対群3,3,…と、折曲部2B,2B,…に形成され、複数の熱電対群3,3,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対群3,3を直列に接続する複数の導電パターン8A,8A,…及びスルーホール8B,8B,…とを備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、熱電変換デバイス及びその製造方法に関し、特に温接点と冷接点との温度差によって発電する熱電変換デバイス及びその製造方法に関する。
従来の熱電変換デバイスとして、第1熱電対エレメントとしての第1金属線(例えば銅線)と第2熱電対エレメントとしての第2金属線(例えばニッケル線)とを接続してなる複数の熱電対を有するものがある(特許文献1)。
この熱電変換デバイスは、可撓性を有する電気絶縁性シートと、この電気絶縁性シートの一方側の面に形成された熱電対群と、この熱電対群を覆うようにして電気絶縁性シートにその両方側の面からそれぞれ固定された1対の形状維持シートとを備えている。
電気絶縁性シートは、平面矩形状のプラスチックシートをそのシート長辺が波打つように折り曲げることにより、全体が断面波形状に形成されている。電気絶縁性シートには、シート長辺に沿って延びる複数のスリットが形成されている。複数のスリットは、熱電対群が形成されていない領域に配置されている。熱電対群は、第1金属線と第2金属線からなる複数の熱電対を電気絶縁性シートの一方側の面上で直列に接続することにより形成されている。1対の形状維持シートは、可撓性及び伸縮性を有する平面矩形状の電気絶縁性材料によって形成されている。
以上の構成において、複数の熱電対の第1及び第2金属線の接点部における加熱及び加冷に基づいて発電が行われる。
一方、電気絶縁性シートの全体をそのシート長辺が波打つように断面波形状に形成しているため、電気絶縁性シートのシート長辺が湾曲するように熱電変換デバイスに外力が作用すると、熱電変換デバイスが外力の作用方向に撓む。また、電気絶縁性シートのシート長辺に沿って延びる複数のスリットを形成しているため、電気絶縁性シートのシート短辺が湾曲するように熱電変換デバイスに外力が作用すると、複数のスリットが電気絶縁性シートのシート短辺の方向に広がり、熱電変換デバイスが外力の作用方向に撓む。これにより、熱電変換デバイスを様々な方向に撓ますことが可能となる。
特開2005−328000号公報
しかし、特許文献1の熱電変換デバイスによると、熱電対の接点部が電気絶縁性シートの折曲部近傍に形成されているため、熱電対の接点部における断線を回避するために電気絶縁性シートの折り曲げ(波形加工)に細心の注意を払う必要が生じ、製造加工を面倒なものにするという問題があった。
また、熱電対の接点部が電気絶縁性シートの折曲部近傍に形成されていることは、電気絶縁性シートの波形加工時に熱電対の接点部に曲げ応力が作用し易くなり、熱電対における機械的・電気的接続の信頼性が低下するという問題もあった。
従って、本発明の目的は、製造加工の簡素化を図ることができるとともに、熱電対における機械的・電気的接続の信頼性を高めることができる熱電変換デバイス及びその製造方法を提供することにある。
(1)本発明は、上記目的を達成するために、所定の間隔をもって並列し、一部において折曲部を介して一体に形成された複数のシート状部材と、前記複数のシート状部材に形成された複数の熱電対を直列に接続してなる複数の熱電対群と、前記折曲部に形成され、前記複数の熱電対群のうち互いに隣り合う2つの熱電対群を直列に接続する複数の接続導体とを備えたことを特徴とする熱電変換デバイスを提供する。
(2)本発明は、上記目的を達成するために、所定の間隔をもって並列する複数の第1領域部、及び前記複数の第1領域部のうち互いに隣り合う2つの第1領域部間に介在する複数の第2領域部を有するシート状の基部材を形成する第1ステップと、前記複数の第1領域部に複数の第1熱電対エレメント及び複数の第2熱電対エレメントを形成する第2ステップと、前記基部材の片側側縁に開口するスリットを前記複数の第2領域部に形成する第3ステップと、前記スリットに沿って前記基部材を折り曲げることにより、前記複数の第2領域部に対応する複数の折曲部を有する複数のシート状部材を形成する第4ステップと、前記基部材の折り曲げ状態を保持しながら、前記複数の第1熱電対エレメント及び前記複数の第2熱電対エレメントのうち互いに対応する第1熱電対エレメント及び第2熱電対エレメントを有する複数の熱電対を直列に接続してなる複数の熱電対群を前記複数のシート状部材に形成する第5ステップとを備えたことを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法を提供する。
本発明によると、製造加工の簡素化を図ることができるとともに、熱電対における機械的・電気的接続の信頼性を高めることができる。
[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す斜視図である。図2(a)及び(b)は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す正面図と側面図である。図2(a)は正面図を、図2(b)は側面図をそれぞれ示す。
図1は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す斜視図である。図2(a)及び(b)は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す正面図と側面図である。図2(a)は正面図を、図2(b)は側面図をそれぞれ示す。
(熱電変換デバイスの全体構成)
図1及び図2(a),(b)において、符号1で示す熱電変換デバイスは、柔軟性材料からなるデバイス本体2と、デバイス本体2上で温接点と冷接点との間に温度差を与えることにより発電する複数の熱電対群3,3,…と、デバイス本体2と同様に柔軟性材料からなるパッケージ部材4とから大略構成されている。なお、熱電変換デバイス1においては、熱電対群3,3,…に通電することにより発熱・吸熱作用を得ることができる。
図1及び図2(a),(b)において、符号1で示す熱電変換デバイスは、柔軟性材料からなるデバイス本体2と、デバイス本体2上で温接点と冷接点との間に温度差を与えることにより発電する複数の熱電対群3,3,…と、デバイス本体2と同様に柔軟性材料からなるパッケージ部材4とから大略構成されている。なお、熱電変換デバイス1においては、熱電対群3,3,…に通電することにより発熱・吸熱作用を得ることができる。
(デバイス本体2の構成)
デバイス本体2は、図2(b)に示すように、所定の間隔(0.3〜0,5mm)をもって厚さ方向に並列する複数の熱電対形成領域部(シート状部材)2A,2A,…、及びこれら熱電対形成領域部2A,2A,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対形成領域部2A,2A間に一部において介在する複数の折曲部2B,2B,…を有し、全体が例えばポリイミド樹脂からなるつづら折状の絶縁プラスチックシートによって一体に形成されている。デバイス本体2の厚さは、例えば12〜125μm程度の寸法に設定されている。
デバイス本体2は、図2(b)に示すように、所定の間隔(0.3〜0,5mm)をもって厚さ方向に並列する複数の熱電対形成領域部(シート状部材)2A,2A,…、及びこれら熱電対形成領域部2A,2A,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対形成領域部2A,2A間に一部において介在する複数の折曲部2B,2B,…を有し、全体が例えばポリイミド樹脂からなるつづら折状の絶縁プラスチックシートによって一体に形成されている。デバイス本体2の厚さは、例えば12〜125μm程度の寸法に設定されている。
熱電対形成領域部2A,2A,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対形成領域部2A,2Aは、その表面同士及び裏面同士が交互に対向する位置に配置されている。熱電対形成領域部2A,2A,…のうち最端部の熱電対形成領域部2A,2Aの側方端縁には、パッケージ4の外部に露出する突出片2C,2Cが一体に形成されている。また、これら最端部の熱電対形成領域部2A,2Aの側方端縁には、外部に出力する端子パターン9,9がそれぞれ突出片2C,2Cに跨って形成されている。熱電対形成領域部2A,2A,…の平面寸法は、例えば縦寸法が3〜5mm程度の寸法に、また横寸法が100mm程度の寸法にそれぞれ設定されている。折曲部2B,2B,…のうち互いに隣り合う2つの折曲部2B,2Bは、それぞれ熱電対形成領域部2A,2Aの上方端縁と下方端縁に配置されている。
(熱電対群3,3,…の構成)
熱電対群3,3,…は、図1に示すように、それぞれ複数の熱電対5,5,…(合計で例えば10000個)からなり、デバイス本体2(熱電対形成領域部2A,2A,…)に配置(形成)されている。熱電対5,5,…は、第1熱電対エレメント5A,5A,…及び第2熱電対エレメント5B,5B,…を有し、温接点としての第1接点部6,6,…及び冷接点としての第2接点部7,7,…によって直列に接続されている。熱電対5,5,…のうち折曲部2B,2B,…の近傍の熱電対5,5は、Cu(銅)等の接続導体としての導電パターン8A,8A,…及びスルーホール8B,8B,…によって接続されている。熱電対5,5,…のうち最端部の熱電対5,5には、外部に出力する端子パターン9,9がそれぞれ接続されている。
熱電対群3,3,…は、図1に示すように、それぞれ複数の熱電対5,5,…(合計で例えば10000個)からなり、デバイス本体2(熱電対形成領域部2A,2A,…)に配置(形成)されている。熱電対5,5,…は、第1熱電対エレメント5A,5A,…及び第2熱電対エレメント5B,5B,…を有し、温接点としての第1接点部6,6,…及び冷接点としての第2接点部7,7,…によって直列に接続されている。熱電対5,5,…のうち折曲部2B,2B,…の近傍の熱電対5,5は、Cu(銅)等の接続導体としての導電パターン8A,8A,…及びスルーホール8B,8B,…によって接続されている。熱電対5,5,…のうち最端部の熱電対5,5には、外部に出力する端子パターン9,9がそれぞれ接続されている。
第1熱電対エレメント5A,5A,…は、図2(a)に破線で示すように、p型熱電材料によって形成され、かつ熱電対形成領域2A,2Aの一方側の面(表面)にパターン形成されている。第2熱電対エレメント5B,5B,…は、図2(a)に実線で示すように、n型熱電材料によって形成され、かつ熱電対形成領域2A,2A,…の他方側の面(裏面)にパターン形成されている。p型熱電材料(第1熱電対エレメント)及びn型熱電材料(第2熱電対エレメント)の厚さは4〜5μm程度の寸法に、また幅は300μm程度の寸法にそれぞれ設定されている。p型熱電材料及びn型熱電材料としては、良好な熱電能(ゼーベック効果)を得るためにビスマス(Bi)テルル(Te)系の半導体材料が用いられる。
第1接点部6,6,…は、図2(a)及び(b)に示すように、例えばドータイト(商品名)等の導電性ペースト(導電性接続部材)からなり、デバイス本体2(熱電対形成領域部2A,2A,…)の上方端面(折曲部側端面)に塗布(配置)されている。そして、第1熱電対エレメント5A,5A,…及び第2熱電対エレメント5B,5B,…のうち互いに対応する2つの第1熱電対エレメント5Aと第2熱電対エレメント5Bとを接続するように構成されている。第2接点部7,7,…は、図2(a)及び(b)に示すように、第1接点部6,6,…と同様に導電性ペーストからなり、デバイス本体2(熱電対形成領域部2A,2A,…)の下方端面に塗布されている。そして、熱電対5,5,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対5,5(第1熱電対エレメント5Aと第2熱電対エレメント5B)を接続するように構成されている。
(パッケージ部材4の構成)
パッケージ部材4は、図1に示すように、例えば直方体からなり、全体が例えばシリコーン樹脂(PDMS:polydimethylsiloxane)等の柔軟性材料によって形成されている。そして、デバイス本体2及び熱電対群3,3,…(導電パターン8A,8A,…、スルーホール8B,8B,…及び端子パターン9,9を含む)を覆うように構成されている。
パッケージ部材4は、図1に示すように、例えば直方体からなり、全体が例えばシリコーン樹脂(PDMS:polydimethylsiloxane)等の柔軟性材料によって形成されている。そして、デバイス本体2及び熱電対群3,3,…(導電パターン8A,8A,…、スルーホール8B,8B,…及び端子パターン9,9を含む)を覆うように構成されている。
(熱電変換デバイス1の動作)
熱電変換デバイス1の第1接点部側を高温度(例えば車両用ボンネットの廃熱)雰囲気中に配置するとともに、その第2接点部側を低温度雰囲気(例えば大気)中に配置すると、熱電対5,5,…の第1接点部6,6,…と第2接点部7,7,…との間に温度差(10℃程度)が生じる。このため、熱電対5,5,…のうち最端部の熱電対5,5にそれぞれ接続する端子パターン9,9間に電圧(4〜6V程度)が生じる。
熱電変換デバイス1の第1接点部側を高温度(例えば車両用ボンネットの廃熱)雰囲気中に配置するとともに、その第2接点部側を低温度雰囲気(例えば大気)中に配置すると、熱電対5,5,…の第1接点部6,6,…と第2接点部7,7,…との間に温度差(10℃程度)が生じる。このため、熱電対5,5,…のうち最端部の熱電対5,5にそれぞれ接続する端子パターン9,9間に電圧(4〜6V程度)が生じる。
(熱電変換デバイスの製造方法)
図3〜図7は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法を説明するために示す図である。図3は、基部材の形成工程(第1ステップ)を説明するために示す平面図である。図4は、熱電対エレメントの形成工程(第2ステップ)を説明するために示す平面図である。図5は、スリットの形成工程(第3ステップ)を説明するために示す平面図である。図6は、基部材の折り曲げ形成工程(第4ステップ)を説明するために示す斜視図である。図7は、熱電対群の形成工程(第5ステップ)を説明するために示す斜視図である。図8は、パッケージ部材の形成工程を説明するために示す斜視図である。
図3〜図7は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法を説明するために示す図である。図3は、基部材の形成工程(第1ステップ)を説明するために示す平面図である。図4は、熱電対エレメントの形成工程(第2ステップ)を説明するために示す平面図である。図5は、スリットの形成工程(第3ステップ)を説明するために示す平面図である。図6は、基部材の折り曲げ形成工程(第4ステップ)を説明するために示す斜視図である。図7は、熱電対群の形成工程(第5ステップ)を説明するために示す斜視図である。図8は、パッケージ部材の形成工程を説明するために示す斜視図である。
本実施の形態に示す熱電変換デバイスの製造方法は、「基部材の形成」,「熱電対エレメントの形成」,「スリットの形成」,「基部材の折り曲げ形成」,「熱電対群の形成」及び「パッケージ部材の形成」の各工程が順次実施されるため、これら各工程を順次説明する。
「基部材の形成」
図3に示すように、所定の間隔をもって面方向に並列する複数の第1領域部20A,20A,…、これら複数の第1領域部20A,20A,…のうち互いに隣り合う2つの第1領域部20A,20A,…間に介在する複数の第2領域部20B,20B,…、及び複数の第1領域部20A,20A,…のうち最端部の第1領域部20A,20Aの一方側端縁に突出する第3領域部20C,20Cを有する基部材20をポリイミド樹脂からなる柔軟性材料によって形成する。
図3に示すように、所定の間隔をもって面方向に並列する複数の第1領域部20A,20A,…、これら複数の第1領域部20A,20A,…のうち互いに隣り合う2つの第1領域部20A,20A,…間に介在する複数の第2領域部20B,20B,…、及び複数の第1領域部20A,20A,…のうち最端部の第1領域部20A,20Aの一方側端縁に突出する第3領域部20C,20Cを有する基部材20をポリイミド樹脂からなる柔軟性材料によって形成する。
「熱電対エレメントの形成」
図4に示すように、第1領域部20A,20A,…のうち最端部の第1領域部20A,20A及び突出片2C,2Cの表裏面に端子パターン9,9をそれぞれ形成するとともに、第1領域部20A,20A,…及び第2領域部20B,20B,…の表裏面に導電パターン8A,8A,…を形成し、これら導電パターン8A,8A,…に接続するスルーホール8B,8B,…を第1領域部20A,20A,…に形成する。端子パターン9,9の形成は、例えば第1領域部20A,20A,…のうち最端部の第1領域部20A,20A及び突出片2C,2Cの表裏面にスパッタリング法を用いてCu層を形成した後、このCu層にリソグラフィ法を用いてエッチング処理を施すことにより行われる。また、導電パターン8A,8A,…の形成は、端子パターン9,9を形成する場合と同様にして、第1領域部20A,20A,…及び第2領域部20B,20B,…の表面及び裏面に対して行われる。スルーホール8B,8B,…の形成は、例えば第1領域部20A,20A,…に貫通孔を設け、これら貫通孔の内面に銅めっき処理を施すことにより行われる。
図4に示すように、第1領域部20A,20A,…のうち最端部の第1領域部20A,20A及び突出片2C,2Cの表裏面に端子パターン9,9をそれぞれ形成するとともに、第1領域部20A,20A,…及び第2領域部20B,20B,…の表裏面に導電パターン8A,8A,…を形成し、これら導電パターン8A,8A,…に接続するスルーホール8B,8B,…を第1領域部20A,20A,…に形成する。端子パターン9,9の形成は、例えば第1領域部20A,20A,…のうち最端部の第1領域部20A,20A及び突出片2C,2Cの表裏面にスパッタリング法を用いてCu層を形成した後、このCu層にリソグラフィ法を用いてエッチング処理を施すことにより行われる。また、導電パターン8A,8A,…の形成は、端子パターン9,9を形成する場合と同様にして、第1領域部20A,20A,…及び第2領域部20B,20B,…の表面及び裏面に対して行われる。スルーホール8B,8B,…の形成は、例えば第1領域部20A,20A,…に貫通孔を設け、これら貫通孔の内面に銅めっき処理を施すことにより行われる。
次に、複数の第1領域部20A,20A,…の一方側の面(表面)及び他方側の面(裏面)にそれぞれ複数の第1熱電対エレメント5A,5A,…と複数の第2熱電対エレメント5B,5B,…を形成する。この場合、第1熱電対エレメント5A,5A,…は、それぞれが互いに平行に、かつ基部材20(第1領域部20A,20A,…)の一方側端縁及び他方側端縁に対し傾斜して形成される。また、第2熱電対エレメント5B,5B,…は、第1熱電対エレメント5A,5A,…とは同一平面内で交差する(互いに対応する第1熱電対エレメント5Aと第2熱電対エレメント5Bを有する熱電対5が平面略V字状になる)ようにそれぞれが互いに平行に、かつ基部材20(第1領域部20A,20A,…)の一方側端縁及び他方側端縁に対し傾斜して形成される。第1熱電対エレメント5A,5A,…の形成は、例えば第1領域部20A,20A,…の表面にスパッタリング法を用いて厚さ4〜5μm程度,幅300μm程度のp型熱電材料層を形成した後、このp型熱電材料層にリソグラフィ法を用いてエッチング処理を施すことにより行われる。また、第2熱電対エレメント5B,5B,…の形成は、例えば第1領域部20A,20A,…の裏面にスパッタリング法を用いて厚さ4〜5μm程度,幅300μm程度のn型熱電材料層を形成した後、このn型熱電材料層にリソグラフィ法を用いてエッチング処理を施すことにより行われる。
「スリットの形成」
図5に示すように、基部材20の第2領域部20B,20B,…にその一方側側縁又は他方側側縁から他方側側縁又は一方側側縁の導電パターン8B,8B,…の近傍に至るまで第2領域部側端縁(長手方向)に沿ってスリット(切り込み)20a,20a,…を形成する。この場合、スリット20a,20a,…のうち互いに隣り合う2つのスリット20a,20aは基部材20の一方側側縁と他方側側縁にそれぞれ開口される。
図5に示すように、基部材20の第2領域部20B,20B,…にその一方側側縁又は他方側側縁から他方側側縁又は一方側側縁の導電パターン8B,8B,…の近傍に至るまで第2領域部側端縁(長手方向)に沿ってスリット(切り込み)20a,20a,…を形成する。この場合、スリット20a,20a,…のうち互いに隣り合う2つのスリット20a,20aは基部材20の一方側側縁と他方側側縁にそれぞれ開口される。
「基部材の折り曲げ形成」
図6に示すように、第2領域部20B,20B,…(図4に示す)を境界として(スリット20a,20aに沿って)折り曲げることにより、所定の間隔をもって厚さ方向に並列する複数の熱電対形成領域部2A,2A,…、及び複数の熱電対形成領域部2A,2A,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対形成領域部2A,2A間に一部において介在する複数の折曲部2B,2B,…を有するつづら折状のデバイス本体2を形成する。
図6に示すように、第2領域部20B,20B,…(図4に示す)を境界として(スリット20a,20aに沿って)折り曲げることにより、所定の間隔をもって厚さ方向に並列する複数の熱電対形成領域部2A,2A,…、及び複数の熱電対形成領域部2A,2A,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対形成領域部2A,2A間に一部において介在する複数の折曲部2B,2B,…を有するつづら折状のデバイス本体2を形成する。
「熱電対群の形成」
図7に示すように、ホルダ(図示せず)を用いてデバイス本体2のつづら折状態(基部材20の折り曲げ状態)を保持しながら、複数の第1熱電対エレメント5A,5A,…及び複数の第2熱電対エレメント5B,5B,…のうち互いに対応する第1熱電対エレメント5Aと第2熱電対エレメント5Bとをデバイス本体2(熱電対形成領域部2A,2A,…)の上方端面と下方端面で交互に接続することにより、直列に接続された複数の熱電対5,5,…からなる熱電対群3,3,…をデバイス本体2に形成する。この場合、複数の熱電対5,5,…の第1熱電対エレメント5A,5A,…と第2熱電対エレメント5B,5B,…とが導電性ペーストからなる第1接点部6,6,…によって熱電対形成領域部2A,2A,…の上方端面で、複数の熱電対5,5,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対5,5(第1熱電対エレメント5Aと第2熱電対エレメント5B)が導電性ペーストからなる第2接点部7,7,…によって熱電対形成領域部2B,2B,…の下方端面でそれぞれ接続される。
図7に示すように、ホルダ(図示せず)を用いてデバイス本体2のつづら折状態(基部材20の折り曲げ状態)を保持しながら、複数の第1熱電対エレメント5A,5A,…及び複数の第2熱電対エレメント5B,5B,…のうち互いに対応する第1熱電対エレメント5Aと第2熱電対エレメント5Bとをデバイス本体2(熱電対形成領域部2A,2A,…)の上方端面と下方端面で交互に接続することにより、直列に接続された複数の熱電対5,5,…からなる熱電対群3,3,…をデバイス本体2に形成する。この場合、複数の熱電対5,5,…の第1熱電対エレメント5A,5A,…と第2熱電対エレメント5B,5B,…とが導電性ペーストからなる第1接点部6,6,…によって熱電対形成領域部2A,2A,…の上方端面で、複数の熱電対5,5,…のうち互いに隣り合う2つの熱電対5,5(第1熱電対エレメント5Aと第2熱電対エレメント5B)が導電性ペーストからなる第2接点部7,7,…によって熱電対形成領域部2B,2B,…の下方端面でそれぞれ接続される。
「パッケージ部材の形成」
図8に示すように、「熱電対群の形成」工程において形成された熱電対群3,3,…をデバイス本体2と共に成形用型100内に収容する。この際、デバイス本体2の突出片2C,2Cを成形用型100のスリット100A,100Aから型外に露出させる。次に、成形用型100内に樹脂注入孔100Bからシリコーン樹脂液を注入した後、この注入したシリコーン樹脂液を加熱して固化することによりパッケージ部材4を形成する。この場合、デバイス本体2及び熱電対群3,3,…はパッケージ部材4によって覆われる。そして、パッケージ部材4によって覆われたデバイス本体2及び熱電対群3,3,…を押し出しピン(図示せず)等によって成形用型100外に取り出す。
このようにして、熱電変換デバイス1を製造することができる。
図8に示すように、「熱電対群の形成」工程において形成された熱電対群3,3,…をデバイス本体2と共に成形用型100内に収容する。この際、デバイス本体2の突出片2C,2Cを成形用型100のスリット100A,100Aから型外に露出させる。次に、成形用型100内に樹脂注入孔100Bからシリコーン樹脂液を注入した後、この注入したシリコーン樹脂液を加熱して固化することによりパッケージ部材4を形成する。この場合、デバイス本体2及び熱電対群3,3,…はパッケージ部材4によって覆われる。そして、パッケージ部材4によって覆われたデバイス本体2及び熱電対群3,3,…を押し出しピン(図示せず)等によって成形用型100外に取り出す。
このようにして、熱電変換デバイス1を製造することができる。
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
(1)第1接点部6,6,…が熱電対形成領域部2A,2A,…の上方端面(基部材20の一方側端面)に、また第2接点部7,7,…が熱電対形成領域部2A,2A,…の下方端面(基部材20の他方側端面)にそれぞれ形成されているため、基部材20の折り曲げ時に従来のようには細心の注意を払う必要がなくなり、製造加工の簡素化を図ることができる。
(2)第1接点部6,6,…及び第2接点部7,7,…がデバイス本体2の折曲部2B,2B,…近傍に形成されておらず、このため基部材20の折り曲げ(熱電変換デバイス1の製造)時に第1接点部6,6,…及び第2接点部7,7,…に対して曲げ応力が作用せず、熱電対5,5,…における機械的・電気的接続の信頼性を高めることができる。
(3)熱電対形成領域部2A,2A,…の表面及び裏面にそれぞれ第1熱電対エレメント5A,5A,…と第2熱電対エレメント5B,5B,…を形成するものであるため、熱電対形成領域部の表面又は裏面に第1熱電対エレメント5A,5A,…及び第2熱電対エレメント5B,5B,…を形成する場合と比べて加工精度を緩和することができる。
以上、本発明の熱電変換デバイス(熱電変換デバイスの製造方法)を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
(1)本実施の形態では、第1熱電対エレメント5A,5A,…及び第2熱電対エレメント5B,5B,…の材料としてBiTe系の半導体材料が用いられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Pb(鉛)Te(テルル)系,Fe(鉄)Si(シリコン)系あるいはPb(鉛)Sn(錫)Te(テルル)系等の半導体材料を用いることができる。また、熱電対5,5,…としては、半導体材料以外に、例えばCu(銅)とNi(ニッケル),Cu(銅)とBi(ビスマス)又はFe(鉄)とNi(ニッケル)など2種の金属材料を用いてもよい。
(2)本実施の形態では、第1接点部6,6,…及び第2接点部7,7,…として導電性ペーストが用いられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばはんだを用いてもよい。また、第1接点部6,6,…及び第2接点部7,7,…の形成が熱電対形成領域部5A,5A,…の上方端面と下方端面に導電性ペーストをそれぞれ塗布することにより実施される場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、金属材料からなるクリップ(図示せず)を熱電対形成領域部5A,5A,…の上方端縁と下方端縁に装着することにより実施してもよい。
1…熱電変換デバイス、2…デバイス本体、2A…熱電対形成領域部、2B…折曲部、2C…突出片、3…熱電対群、4…パッケージ部材、5…熱電対、5A…第1熱電対エレメント、5B…第2熱電対エレメント、6…第1接点部、7…第2接点部、8A…導電パターン、8B…スルーホール、9…端子パターン、20…基部材、20A…第1領域部、20a…スリット、20B…第2領域部、20C…第3領域部、100…成形用型、100A…スリット、100B…樹脂注入孔
Claims (8)
- 所定の間隔をもって並列し、一部において折曲部を介して一体に形成された複数のシート状部材と、
前記複数のシート状部材に形成された複数の熱電対を直列に接続してなる複数の熱電対群と、
前記折曲部に形成され、前記複数の熱電対群のうち互いに隣り合う2つの熱電対群を直列に接続する複数の接続導体と
を備えたことを特徴とする熱電変換デバイス。 - 前記複数の熱電対群は、前記複数の熱電対をそれぞれ構成する第1熱電対エレメント及び第2熱電対エレメントのうち前記第1熱電対エレメントが前記複数のシート状部材の一方側面に形成され、前記第2熱電対エレメントが前記複数のシート状部材の他方側面に形成されている請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 前記第1熱電対エレメントはp型熱電材料によって形成され、
前記第2熱電対エレメントはn型熱電材料によって形成されている請求項2に記載の熱電変換デバイス。 - 前記p型熱電材料及び前記n型熱電材料は、BiTeを含む半導体材料からなる請求項3に記載の熱電変換デバイス。
- 前記複数のシート状部材,前記複数の熱電対群及び前記複数の接続導体は、パッケージ部材によって覆われている請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 所定の間隔をもって並列する複数の第1領域部、及び前記複数の第1領域部のうち互いに隣り合う2つの第1領域部間に介在する複数の第2領域部を有するシート状の基部材を形成する第1ステップと、
前記複数の第1領域部に複数の第1熱電対エレメント及び複数の第2熱電対エレメントを形成する第2ステップと、
前記基部材の片側側縁に開口するスリットを前記複数の第2領域部に形成する第3ステップと、
前記スリットに沿って前記基部材を折り曲げることにより、前記複数の第2領域部に対応する複数の折曲部を有する複数のシート状部材を形成する第4ステップと、
前記基部材の折り曲げ状態を保持しながら、前記複数の第1熱電対エレメント及び前記複数の第2熱電対エレメントのうち互いに対応する第1熱電対エレメント及び第2熱電対エレメントを有する複数の熱電対を直列に接続してなる複数の熱電対群を前記複数のシート状部材に形成する第5ステップと
を備えたことを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。 - 前記第2ステップにおいて、前記複数の第1熱電対エレメントを前記複数の第1領域部の一方側面に、前記複数の第2熱電対エレメントを前記複数の第1領域部の他方側面にそれぞれ形成する請求項6に記載の熱電変換デバイスの製造方法。
- 前記複数の第1熱電対エレメント及び前記複数の第2熱電対エレメントのうち互いに対応する第1熱電対エレメントと第2熱電対エレメントとを前記複数のシート状部材の端面において接続する請求項7に記載の熱電変換デバイスの製造方法。
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