JP2014033114A - Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same - Google Patents
Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014033114A JP2014033114A JP2012173354A JP2012173354A JP2014033114A JP 2014033114 A JP2014033114 A JP 2014033114A JP 2012173354 A JP2012173354 A JP 2012173354A JP 2012173354 A JP2012173354 A JP 2012173354A JP 2014033114 A JP2014033114 A JP 2014033114A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric conversion
- base material
- side connection
- adjacent
- elements
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Description
本発明は、熱電変換デバイス及びその製造方法に関するものであり、例えば、可撓性のある基材を利用して形成された熱電変換デバイス及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion device and a method for manufacturing the thermoelectric conversion device. For example, the present invention relates to a thermoelectric conversion device formed using a flexible base material and a method for manufacturing the thermoelectric conversion device.
温度差があればそこから電気を直接発電することができるデバイスとして、熱電変換素子が知られている。これは、2枚のセラミック板に高い熱電変換特性を示すBiTeなどの複数のp型及びn型半導体が挟まれていて、おのおの金属材料を用いて電気的に直列接続されているものである。 A thermoelectric conversion element is known as a device that can directly generate electricity from a temperature difference. In this case, a plurality of p-type and n-type semiconductors such as BiTe showing high thermoelectric conversion characteristics are sandwiched between two ceramic plates, and are electrically connected in series using respective metal materials.
図17は、従来の熱電変換モジュールの一例の説明図であり、図17(a)は発電ユニットの斜視図であり、図17(b)は熱電変換モジュールの透視斜視図である。図17(a)に示すように、熱電変換ユニットは、角柱状のBi2Te3からなるp型熱電変換材料部材41と角柱状のBi0.3Sb1.7Te3からなるn型熱電変換材料部材42をCuからなる電極43で接続して形成する。
FIG. 17 is an explanatory diagram of an example of a conventional thermoelectric conversion module, FIG. 17 (a) is a perspective view of a power generation unit, and FIG. 17 (b) is a perspective view of the thermoelectric conversion module. As shown in FIG. 17A, the thermoelectric conversion unit includes a p-type thermoelectric
図17(b)に示すように、このような熱電変換ユニットをp型熱電変換材料部材41とn型熱電変換材料部材42が交互に隣接するように配置して電極43により直列接続させ、その上下にセラミック保護板441,442を設ける。また、出力部となる最終端部の電極43に引出電極451,452を接続する。
As shown in FIG. 17 (b), such thermoelectric conversion units are arranged so that p-type thermoelectric
この場合の熱電変換モジュールの一般的なサイズは、数mm角〜数cm角で厚さ数mm程度の固い平板状となっている。BiTeなどの熱電変換材料では、材料中に温度差があるとそれに比例した電圧を発生するゼーベック効果が発現する。しかしながら、この電圧はせいぜい温度差1℃当たり数10μV〜数100μVオーダーの微小なものである。そのため数10個〜数百個、もしくは数千個に及ぶような多数の半導体を金属電極や金属配線を用いて直列に接続することによって、外部の回路を動作できるような出力電圧になるようにしている。 The general size of the thermoelectric conversion module in this case is a hard flat plate having a thickness of several millimeters to several centimeters and a thickness of several millimeters. In a thermoelectric conversion material such as BiTe, if there is a temperature difference in the material, a Seebeck effect is generated that generates a voltage proportional to the temperature difference. However, this voltage is at most as small as several tens of μV to several hundreds of μV per 1 ° C. of temperature difference. For this reason, by connecting a large number of semiconductors ranging from several tens to several hundreds, or thousands, in series using metal electrodes or metal wires, an output voltage that can operate an external circuit is obtained. ing.
しかしながら、このような多数の熱電変換材料部材を、金属材料を用いて直列に接続する製造方法では、接続に対する製造の手間が大変大きいという問題があり、また、より大きな電力を発電するためには大きな温度差を熱電変換材料部材に加える必要がある。そのため、熱電変換材料部材や、熱電変換材料部材の端部の電極で接続されている金属配線には各種周辺材料の熱膨張係数の違いによる大きな熱歪みが加わる。 However, in such a manufacturing method in which a large number of thermoelectric conversion material members are connected in series using a metal material, there is a problem that the manufacturing labor for the connection is very large, and in order to generate larger electric power. It is necessary to apply a large temperature difference to the thermoelectric conversion material member. Therefore, the thermoelectric conversion material member and the metal wiring connected by the electrode at the end of the thermoelectric conversion material member are subjected to large thermal strain due to the difference in thermal expansion coefficients of various peripheral materials.
また、常に一定の温度差がかかる環境ではなく、温度差が大きくなったり小さくなったりするような環境においては熱歪みの変化が繰返し発生することになり、異なる材料同士の界面において疲労現象も発生しやすくなる。実際に、従来の熱電変換デバイスでは、熱電変換材料部材の端部と金属配線をつなぐ電極部分での故障が多く、しかも、一箇所でも導通しなくなると直列接続が断線するために熱電変換デバイスとしての機能を果たさなくなる。 In addition, an environment where a constant temperature difference is not always applied, and in an environment where the temperature difference increases or decreases, thermal strain changes repeatedly, and fatigue occurs at the interface between different materials. It becomes easy to do. Actually, in the conventional thermoelectric conversion device, there are many failures at the electrode part connecting the end of the thermoelectric conversion material member and the metal wiring, and the series connection is disconnected when it becomes non-conductive at one place, so that the thermoelectric conversion device is No longer fulfills its function.
そのため、熱電変換デバイスとしての高信頼性を実現するには、多数の配線と熱電変換素子の接続をいかに簡便に、しかも故障しないように形成するかが重要なポイントの一つである。 Therefore, in order to achieve high reliability as a thermoelectric conversion device, one of the important points is how to form a connection between a large number of wirings and thermoelectric conversion elements in a simple manner without causing a failure.
このような問題点を解決する方法として、可撓性のある基材を活用して作製する熱電変換デバイスが提案されている(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。図18は、従来の可撓性のある基材を用いた熱電変換デバイスの概略的斜視図であり、細長いフレキシブルな基材81上にp型熱電変換材料部材82とn型熱電変換材料部材83とを、基材81の伸びる方向で交互に電気的に直列になると共に、幅方向には熱的に並列となるように配置する。この基材81を図に示すように折り曲げまたは円柱状に巻くことによって熱電変換デバイスとしている。なお、巻回したのち、上部及び下部に伝熱板841,842を設ける。
As a method for solving such a problem, a thermoelectric conversion device manufactured using a flexible base material has been proposed (see, for example,
図19は、従来の可撓性のある基材を用いた他の熱電変換デバイスの概略的斜視図であり、フレキシブルな基材91上に熱電変換材料を成膜し、この基材91を断熱性板92の間に挟みながら折り曲げることで熱電変換デバイスを形成している。また、基材91の両端部に引出電極931,932を設けている。
FIG. 19 is a schematic perspective view of another thermoelectric conversion device using a conventional flexible substrate. A thermoelectric conversion material is formed on the
どちらの場合でも、可撓性のある基材上に多数の熱電変換材料が直列に接続された構造を成膜して作製している。そのため、多数の熱電変換材料をつなぐ多数の接続部分を作製する手間は先に述べたこれまでの方法と比べてはるかに容易である。また、基材がフレキシブルである点を活かして、熱電変換材料や配線成膜後であっても基材そのものを変形することにより、比較的自由度の高いデバイス形状にすることが可能である。 In either case, a structure in which a large number of thermoelectric conversion materials are connected in series is formed on a flexible substrate. Therefore, it is much easier to produce a large number of connecting portions that connect a large number of thermoelectric conversion materials as compared with the conventional methods described above. Further, taking advantage of the flexibility of the base material, it is possible to obtain a device shape with a relatively high degree of freedom by deforming the base material itself even after the thermoelectric conversion material or the wiring film is formed.
しかし、これら可撓性のある基材を活用して作製する熱電変換デバイスでは、熱電変換材料や配線成膜後であってもある程度の変形が可能であるが、曲率の非常に小さいところではやはり断線の危険がある。そのため、断線を防ぐために曲率を大きく保つには、環状にする方法があるが、これでは単位面積中に配置する熱電素子の数が制限される。 However, thermoelectric conversion devices manufactured using these flexible base materials can be deformed to some extent even after the thermoelectric conversion material or wiring film is formed. There is a risk of disconnection. For this reason, in order to keep the curvature large in order to prevent disconnection, there is an annular method, but this limits the number of thermoelectric elements arranged in the unit area.
或いは、特許文献2に示すように、基材を折り曲げたところでの曲率を大きく保つために、隣接した基材間に断熱性板を挿入している例もあるが、この場合には、単位面積中に配置する熱電素子(熱電変換ユニット)の数が減少するので発電量が下がるという問題がある。 Alternatively, as shown in Patent Document 2, there is an example in which a heat insulating plate is inserted between adjacent base materials in order to keep a large curvature when the base material is bent. Since the number of thermoelectric elements (thermoelectric conversion units) disposed therein decreases, there is a problem that the amount of power generation decreases.
さらに、一つの熱電変換デバイスに入れる熱電変換ユニット数を多くしたい場合には、一本の極めて細長い基材を用いるか、あるいはいくつかに分割された可撓性のある細長い基材を、別の配線等を用いて接続する必要がある。 Furthermore, when it is desired to increase the number of thermoelectric conversion units contained in one thermoelectric conversion device, a single extremely elongated substrate is used, or a flexible elongated substrate divided into several parts is used. It is necessary to connect using wiring or the like.
後者の場合には、基材の端部において別の基材の端部と電極等を介して配線で接続することになる。しかし、多数の接続点がある場合には電極部や配線などの厚さがデバイスに加わるため、厚さが薄くて均一の可撓性基材を活用して熱電デバイスを作製するメリットが小さくなる。 In the latter case, the end portion of the base material is connected to the end portion of another base material via an electrode or the like. However, when there are a large number of connection points, the thickness of the electrodes, wiring, etc. is added to the device, so the merit of manufacturing a thermoelectric device by using a thin and uniform flexible substrate is reduced. .
具体的には、例えば、特許文献1に示すように円柱状に基材を巻く場合には、接続点があると一部の膜厚が厚くなるため、均一な円柱状に巻くことができない。また接続点によって熱電素子の密度が低くなると共に、接続点での故障がおきる可能性があり、これはデバイス全体の信頼性の低下につながる。
Specifically, for example, as shown in
したがって、熱電変換デバイス及びその製造方法において、製造工程を簡素化と熱電変換ユニットの高密度化を両立することを目的とする。 Therefore, in a thermoelectric conversion device and its manufacturing method, it aims at simplifying a manufacturing process and densifying a thermoelectric conversion unit.
開示する一観点からは、帯状の可撓性のある絶縁性基材要素と、前記絶縁性基材要素上に間隙を介して成膜された熱電変換材料部材と、互いに隣接する前記熱電変換材料部材同士を上端部と下端部において交互に接続する配線とを備えた複数の熱電変換要素を有し、前記各熱電変換要素を、熱電変換材料部材と隣接する絶縁性基材要素とが対向するように重ね合わせ、前記各熱電変換要素の一方の端部において隣接する2個の熱電変換要素を互いに接続する一端側接続基材を有するとともに、前記各熱電変換要素の他方の端部において前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素を互いに接続する他端側接続基材を有し、前記各絶縁性基材要素、前記一端側接続基材及び前記他端側接続基材が同一の絶縁性基材により一体になり、前記一端側接続基材と前記他端側接続基材が撓んでいることを特徴とする熱電変換デバイスが提供される。 From one disclosed aspect, a strip-like flexible insulating base element, a thermoelectric conversion material member formed on the insulating base element via a gap, and the thermoelectric conversion materials adjacent to each other It has a plurality of thermoelectric conversion elements provided with wiring that connects members alternately at the upper end and lower end, and each thermoelectric conversion element is opposed to an insulating base material element adjacent to the thermoelectric conversion material member. And having one end-side connection base material that connects two adjacent thermoelectric conversion elements at one end of each thermoelectric conversion element, and the one end at the other end of each thermoelectric conversion element The other end side connection base material for connecting two adjacent thermoelectric conversion elements to each other in combination with the combination connected to the side connection base material and the combination shifted by one, and each of the insulating base material elements, the one end side connection Substrate and other end side connection Material is integrally by the same insulating substrate, the thermoelectric conversion device, characterized in that said has bends at one end side connection substrate and the other end connected substrate is provided.
また、開示する別の観点からは、可撓性のある絶縁性基材上に、熱電変換材料部材を間隙を介して帯状に成膜する工程と、前記帯状に成膜した熱電変換材料部材に切れ目を開けた時に分割された前記熱電変換材料部材同士を上端と下端において交互に接続するパターンの配線を成膜する工程と、前記配線乃至絶縁性基材を複数の熱電変換要素に分割するとともに、前記複数の熱電変換要素のうちの隣接する2個の熱電変換要素同士が一端において一端側接続基材によって接続され、且つ、前記複数の熱電変換要素のうちの前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素同士が他端において他端側接続基材によって接続されるように前記配線乃至前記絶縁性基材を貫通するように前記切れ目を入れる工程と、前記各熱電変換要素を、熱電変換材料部材と隣接する絶縁性基材要素とが対向するように重ね合わせる工程と、前記一端側接続基材を方向が揃うように撓ませるとともに、前記他端側接続基材を方向が揃うように撓ませる工程とを有することを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法が提供される。 From another viewpoint to be disclosed, a step of forming a thermoelectric conversion material member in a strip shape through a gap on a flexible insulating substrate, and a thermoelectric conversion material member formed in the strip shape A step of forming a wiring having a pattern in which the thermoelectric conversion material members divided when the cut is opened are alternately connected at the upper end and the lower end, and the wiring or the insulating base material is divided into a plurality of thermoelectric conversion elements. The two adjacent thermoelectric conversion elements of the plurality of thermoelectric conversion elements are connected to each other at one end by one end side connection base material, and connected to the one end side connection base material of the plurality of thermoelectric conversion elements. The cuts so as to penetrate through the wiring or the insulating base material so that two adjacent thermoelectric conversion elements are connected by the other end side connection base material at the other end in a combination shifted by one and the combination to be And bending the thermoelectric conversion elements so that the thermoelectric conversion material members and the insulating base material elements adjacent to each other face each other, and bending the one end-side connection base material so that the directions are aligned, There is provided a method of manufacturing a thermoelectric conversion device, comprising a step of bending the other end side connection base material so that the directions thereof are aligned.
開示の熱電変換デバイス及びその製造方法によれば、製造工程を簡素化と熱電変換ユニットの高密度化を両立することが可能になる。 According to the disclosed thermoelectric conversion device and the manufacturing method thereof, it is possible to simplify both the manufacturing process and increase the density of the thermoelectric conversion unit.
ここで、図1を参照して、本発明の実施の形態の熱電変換デバイスを説明する。図1は、本発明の実施の形態の熱電変換デバイスの説明図であり、図1(a)は折り畳み前の平面図であり、図1(b)は折り畳み後の斜視図である。 Here, with reference to FIG. 1, the thermoelectric conversion device of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory view of a thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a plan view before folding, and FIG. 1 (b) is a perspective view after folding.
まず、図1(a)に示すように、可撓性のある絶縁性基材11上に、熱電変換材料部材12を間隙を介して帯状に成膜する。次いで、帯状に成膜した熱電変換材料部材12に切れ目14を入れた時に分割された熱電変換材料部材12同士を上端と下端において交互に接続するパターンの配線13を成膜する。
First, as shown in FIG. 1A, a thermoelectric
次いで、切れ目14を入れて、配線13乃至絶縁性基材11を複数の熱電変換要素15に分割する。その時、複数の熱電変換要素15のうちの隣接する2個の熱電変換要素15が一端において一端側接続基材161によって接続される。一方、複数の熱電変換要素15のうちの一端側接続基材161に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素15が他端において他端側接続基材162によって接続される。切れ目14により部分的に分割された絶縁性基材11が絶縁性基材要素111となる。また、一端側接続基材161及び他端側接続基材162の上には、それぞれ接続配線131,132が形成されている。
Next, a
次いで、図1(b)に示すように、各熱電変換要素15を同じ方向に回転させて、熱電変換材料部材12と隣接する絶縁性基材要素111とが対向するように重ね合わせる。この時、一端側接続基材161を方向が揃うように撓ませるとともに、他端側接続基材162を方向が揃うように撓ませる。なお、一端が解放された接続基材(161,162)が引出電極171,172となる。
Then, as shown in FIG. 1 (b), by rotating the respective
可撓性を有する絶縁性基材11としては、ポリイミドが典型的なものであるが、ポリイミドと同様に柔軟性を有する樹脂フィルムであれば良い。例えば、カプトン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルエチルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)等が挙げられる。なお、これらの基材の選択方法としては、熱電材料の成膜条件(温度、脱ガス)に合致するかどうか、熱電変換デバイスの使用条件(温度や雰囲気ガス)に合致するかどうか、また所望とするコスト条件に合うかどうか、などを吟味して選択する。
The insulating
また、熱電変換材料部材12に用いる熱電材料としては、p型熱電材料としてはNiとCrを主成分とするクロメルが、また、n型熱電材料としてはCuとNiを主成分とするコンスタンタンが典型的なものである。
As the thermoelectric material used for the thermoelectric
その他の熱電材料として、例えば、以下の材料が検討されている。括弧内が材料組成である。BiTe系(BiTe、SbTe、BiSe及びこれらの化合物)、PbTe系(PbTe、SnTe、AgSbTe、GeTe及びこれらの化合物)、Si−Ge系(Si、Ge、SiGe)、シリサイド系(FeSi、MnSi、CrSi)、スクッテルダイト系(MX3、若しくはRM4X12と記載される化合物、ここでM=Co、Rh、Irを表し、X=As、P、Sbを表し、R=La、Yb、Ceを表す)、遷移金属酸化物系(NaCoO、CaCoO、ZnInO、SrTiO、BiSrCoO、PbSrCoO、CaBiCoO、BaBiCoO)、亜鉛アンチモン系(ZnSb)、ホウ素化合物(CeB、BaB、SrB、CaB、MgB、VB、NiB、CuB、LiB)、クラスター固体(Bクラスター、Siクラスター、Cクラスター、AlRe、AlReSi)、酸化亜鉛系(ZnO)、カーボンナノチューブなどが挙げられる。また、成膜法は任意であり、スパッタリング法、蒸着法、CVD法、メッキ法或いはエアロゾルデポジッション法等の成膜方法を用いることができる。 As other thermoelectric materials, for example, the following materials have been studied. The material composition is in parentheses. BiTe system (BiTe, SbTe, BiSe and their compounds), PbTe system (PbTe, SnTe, AgSbTe, GeTe and their compounds), Si-Ge system (Si, Ge, SiGe), Silicide system (FeSi, MnSi, CrSi) ), A skutterudite system (MX 3 or RM 4 X 12 , where M = Co, Rh, Ir represents, X = As, P, Sb, R = La, Yb, Ce Transition metal oxides (NaCoO, CaCoO, ZnInO, SrTiO, BiSrCoO, PbSrCoO, CaBiCoO, BaBiCoO), zinc antimony (ZnSb), boron compounds (CeB, BaB, SrB, CaB, MgB, VB, NiB) , CuB, LiB), cluster solid (B cluster, Si) Raster, C cluster, AlRe, AlReSi), zinc oxide based (ZnO), and carbon nanotubes. Further, the film formation method is arbitrary, and a film formation method such as a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, a plating method, or an aerosol deposition method can be used.
また、熱電変換材料部材12は、p型熱電変換材料部材121のみで形成しても良いし、n型熱電変換材料部材122のみで形成しても良いし、或いは、p型熱電変換材料部材121とn型熱電変換材料部材122を交互に配置しても良い。熱電材料として一方の導電型の熱電材料を用いる場合には、一個の熱電変換材料12が熱電変換ユニットとなり、p型とn型を交互に設ける場合には、一個のp型熱電変換材料部材121とn型熱電変換材料部材122との接続体が熱電変換ユニットになる。
Further, the thermoelectric
また、配線13としては、Cuが典型的なものであるが、Cuに限られるものではなく各種の導電材料を用いることができる。例えば、AgやAlを用いても良いし、これらとCuとの合金を用いても良い。なお、AgはCuよりも抵抗が低く、酸化しないというメリットがあるが、材料が高価である。一方、Alは安価であり、表面にのみ安定した酸化膜ができるというメリットがあるが、Cuより高抵抗である。
The
切れ目14を入れる手段としては、切れ目14に対応する打ち抜き部を形成した打ち抜き型を用いたパンチングや、カッターやハサミ等の機械的手段を用いた機械的加工方法でも良い。或いは、CO2レーザ等のレーザを用いたレーザ加工法や超音波加工法を用いて微細な切れ目14を形成しても良い。
As a means for putting the
また、重ね合わせた熱電変換要素15同士の間には、補強のために低粘度の第1の樹脂を注入して固化することが望ましい。一方、撓ませた一端側接続基材161と他端側接続基材162には第1の樹脂より粘度の高い第2の樹脂を注入して固化することが望ましく、それによって、一端側接続基材161同士或いは他端側接続基材162同士の電気的な短絡を防止することができる。
Moreover, it is desirable to inject | pour and solidify low viscosity 1st resin between the
また、重ね合わせた状態の熱電変換デバイスの上面と下面とに、従来の熱電変換モジュールと同様に、絶縁性の保護部材を設けても良い。この保護部材としては、セラミック板等の絶縁性板でも良いし、湾曲した形状の熱源に固定する場合には、PET等の可撓性を有する絶縁性シートを用いても良い。 Moreover, you may provide an insulating protective member on the upper surface and lower surface of the thermoelectric conversion device in an overlapped state, similarly to the conventional thermoelectric conversion module. As this protection member, an insulating plate such as a ceramic plate may be used, and when fixing to a curved heat source, a flexible insulating sheet such as PET may be used.
また、熱電変換デバイスを、熱源に固定するために、一方の保護部材の裏面に接着層を設けても良く、市販の状態では、接着層を覆うように剥離シートを設ければ良い。 Moreover, in order to fix a thermoelectric conversion device to a heat source, you may provide an adhesive layer in the back surface of one protective member, and should just provide a peeling sheet so that an adhesive layer may be covered in a commercially available state.
また、図1においては、全ての熱電変換ユニットを直列接続しているが、電圧だけではなく電流容量を確保するために、直列接続された熱電変換ブロックに分割して、各熱電変換ブロックを電気的に並列接続しても良い。この場合には、重ね合わせた状態で一方の端部の基材接続部を切断してブロックにしても良いし、或いは、切れ目を入れる段階でブロック単位に分割しても良い。或いは、別途製造した複数の熱電変換デバイスをさらに重ね合わせて樹脂で接着させるようにしても良い。 In FIG. 1, all thermoelectric conversion units are connected in series. However, in order to secure not only voltage but also current capacity, each thermoelectric conversion block is divided into series connected thermoelectric conversion blocks. May be connected in parallel. In this case, the base material connecting portion at one end may be cut into a block in an overlapped state, or may be divided into block units at the stage of making a cut. Alternatively, a plurality of separately manufactured thermoelectric conversion devices may be further overlapped and bonded with resin.
このように、本発明の実施の形態の熱電変換デバイスにおいては、可撓性のある絶縁性基材11を用いることにより、熱電変換ユニット数が多くなっても、特別な接続配線なしに通常の成膜工程で形成することができる。また、熱電変換要素15同士は重ね合わせた状態で、絶縁性基材11と熱電変換材料部材12が1:1で重なるので、高密度化と製造コストの低下を両立することができる。
As described above, in the thermoelectric conversion device according to the embodiment of the present invention, by using the flexible insulating
さらに、本発明では、各行に多くの熱電変換ユニットを入れるだけでなく、奥行き方向にも多数の行、即ち、熱電変換要素を持たせて重ね合わせるようになっているので、従来例のような細長い基材ではなく、長方形の基材を用いることができる。 Furthermore, in the present invention, not only a large number of thermoelectric conversion units are put in each row, but also a number of rows in the depth direction, that is, thermoelectric conversion elements are provided so as to overlap each other. Rather than an elongated substrate, a rectangular substrate can be used.
例えば、熱電材料をターゲットが円形の通常のスパッタ装置で成膜する場合、細長い基材を用いると、同時にしかも均一に成膜することは工夫が必要である。しかし、本発明のようにほぼ長方形の基材を用いて多数の素子からなる熱電デバイスを製造できることは製造上もたいへん都合が良いことは明らかである。 For example, when a thermoelectric material is formed by a normal sputtering apparatus having a circular target, if an elongated base material is used, it is necessary to devise a uniform film formation at the same time. However, it is clear that it is very convenient in manufacturing that a thermoelectric device having a large number of elements can be manufactured using a substantially rectangular base material as in the present invention.
以上を纏めると、本発明の実施の形態の熱電変換デバイスには、以下のメリットがある。
(a)熱電変換ユニットの数が多くなっても、特別な接続配線なしに長方形の基材を用いることができる。そのため、成膜できる手段の範囲が拡がるので、製造コストの低下に寄与する。
(b)端部の接続部には余裕をもったたるみを持たせることができる。配線は熱電材料と同じ工程で、同じ基材上に成膜し、電極など特別な接点は必要ない。そのため、デバイスの信頼性向上に寄与する。
(c)熱電素子部分では基材と熱電材料が1:1で重なり合っていて、高密度を実現できている。一方、配線は熱電素子の外側に位置しており、接続部分も重なり合っているが、同じ基材上に形成し、しかも配線との接続部分が1枚おきであるため、配線の重なりが緩やかである。これらはデバイスの信頼性向上や集積化の容易性に寄与する。
In summary, the thermoelectric conversion device according to the embodiment of the present invention has the following merits.
(A) Even if the number of thermoelectric conversion units increases, a rectangular base material can be used without special connection wiring. Therefore, the range of means capable of forming a film is expanded, which contributes to a reduction in manufacturing cost.
(B) The connecting portion at the end can be provided with a slack. Wiring is formed on the same substrate in the same process as the thermoelectric material, and no special contact such as an electrode is required. Therefore, it contributes to improving the reliability of the device.
(C) In the thermoelectric element portion, the base material and the thermoelectric material overlap with each other at 1: 1, and a high density can be realized. On the other hand, the wiring is located outside the thermoelectric element, and the connecting portions are also overlapped. However, since the wiring is formed on the same substrate and every other connecting portion with the wiring, the overlapping of the wiring is gentle. is there. These contribute to improvement of device reliability and ease of integration.
次に、図2及び図9を参照して、本発明の実施例1の熱電変換デバイスを説明する。まず、図2に示すように、幅20mm×長さ18mmで厚さが25μmのポリイミドシート21上に、メタルマスク22を用いたスパッタリング法により幅2mmの帯状のn型熱電材料膜23を5μmの厚さに成膜する。ここでは、n型熱電変換材料としてCuとNiを主とする合金であるコンスタンタンを用いる。
Next, a thermoelectric conversion device according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, a strip-shaped n-type
また、メタルマスク22に設けたスリット221は幅が2mmであり、スリット221間の幅、即ち、遮蔽部222の幅は3mmであり、n型熱電材料膜23の間の間隙も3mmとなる。なお、図2(a)は平面図であり、図2(b)は図2(a)におけるA-A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
The
次いで、図3に示すように、同じメタルマスク22を3mm移動させた状態で、スパッタリング法によりp型熱電材料膜24を5μmの厚さに成膜する。ここでは、p型熱電材料としてNiとCrを主成分とするクロメルを用いる。なお、n型熱電材料膜23とp型熱電材料膜24の間隙は1mmになる。なお、図3(a)は平面図であり、図3(b)は図3(a)におけるA-A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
Next, as shown in FIG. 3, the p-type
次いで、図4に示すように、メタルマスク25を用いてスパッタリング法により厚さが0.3μmのCu膜を成膜して配線26を形成する。ここでは、切れ目を入れた場合に、n型熱電材料膜要素231とp型熱電材料膜要素241が交互に接続されて電気的に直列接続されるように、各行毎に隣接するn型熱電材料膜23とp型熱電材料膜24を互い違いに交互に接続するとともに、列方向の端部で一体となるパターンとする。なお、図4(a)は平面図であり、図4(b)は図4(a)におけるA-A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
Next, as shown in FIG. 4, a
次いで、図5に示すように、パンチングによりポリイミドシート21を貫通する切れ目271,272を入れる。切れ目は行方向においては、配線パターンを形成した個所に連続した切れ目271を入れて帯状の熱電変換要素とする。また、各行の一端においては隣接する行を二行毎接続するとともに、他端においては一端側と一行ずれた組み合わせで隣接する行を二行毎に接続するように列方向の切れ目272を入れて接続部28とし、各熱電変換要素は接続部28において接続された状態となる。なお、各行の高さは3mmとする。配線26で接続された隣接する1個のn型熱電材料膜要素231と1個のp型熱電材料膜要素241が熱電変換ユニットとなる。
Next, as shown in FIG. 5, cuts 27 1 and 27 2 penetrating the
次いで、図6に示すように、切れ目271の部分で分割された熱電変換要素を同じ方向に回転させて、各熱電変換要素の熱電材料部分をポリイミドシート21の裏面と向き合うように重ね合わせる。なお、図6(a)は平面図であり、図6(b)は折り曲げの様子を示す模式的側面図であり、図6(c)は重ね合わせの様子を示す模式的側面図である。
Then, as shown in FIG. 6, by rotating the divided thermoelectric conversion element portion of the cut 27 1 in the same direction, the thermoelectric material part of the thermoelectric conversion elements superposed to face the back surface of the
図7は、重ね合わせた状態の熱電変換デバイスの斜視図であり、右端と左端にある接続部28は、各熱電変換要素の高さの約2倍の長さを持っているため、同じ形状でたるみをもたせて端部で纏めることができる。ここではポリイミドシート21に配線26が成膜されているため、接続部28が重なっていても特に膜厚が厚くなることはない。なお、左端の一端が解放された接続部が引出電極281,282となる。
FIG. 7 is a perspective view of the thermoelectric conversion device in an overlapped state, and the
次いで、図示は省略するが、中央の熱電素子部分には浸透性のある低粘度の第1の接着剤を注入して全体を固化する。一方、接続部28の密度は緩いので、弛みをもたせたまま第1の接着剤より高粘度の第2の接着剤によって固化する。
Next, although not shown in the figure, a low-viscosity first adhesive having permeability is injected into the central thermoelectric element portion to solidify the whole. On the other hand, since the density of the connecting
次いで、図8に示すように、重ね合わせた熱電変換要素の上部と下部に絶縁性保護シート291,292を貼り付けることによって、本発明の実施例1の熱電変換デバイスの基本構造が完成する。 Next, as shown in FIG. 8, the basic structure of the thermoelectric conversion device of Example 1 of the present invention is completed by attaching insulating protective sheets 29 1 and 29 2 to the upper and lower portions of the superimposed thermoelectric conversion elements. To do.
図9は、実施例1の熱電変換デバイスの使用状態の説明図であり、熱電変換デバイスを熱源に固定して発電を行う。熱源に接する側が高温側になり、環境雰囲気が低温側となる。例えば、万歩計(登録商標)を例に取ると、熱源は人体となる。 FIG. 9 is an explanatory diagram of a use state of the thermoelectric conversion device of Example 1, and power generation is performed with the thermoelectric conversion device fixed to a heat source. The side in contact with the heat source is the high temperature side, and the environmental atmosphere is the low temperature side. For example, taking a pedometer (registered trademark) as an example, the heat source is a human body.
このように、本発明の実施例1においては、フレキシブルな基材を用いるとともに、端部において接続した状態で基材を帯状に分割して熱電変換要素を形成しているので、折り畳むだけで集積度の高い熱電変換デバイスを実現することができる。 Thus, in Example 1 of this invention, while using a flexible base material, the base material is divided | segmented into the strip | belt shape in the state connected in the edge part, and it is integrated only by folding. A highly thermoelectric conversion device can be realized.
次に、図10乃至図15を参照して、本発明の実施例2の熱電変換デバイスを説明するが、熱電変換材料としてn型熱電材料のみを用いただけで、基本的な構造を上記の実施例1と同様である。まず、図10に示すように、幅22mm×長さ18mmで厚さが25μmのポリイミドシート31上に、メタルマスク32を用いたスパッタリング法により幅2mmの帯状のn型熱電材料膜33を5μmの厚さに成膜する。ここでは、n型熱電変換材料としてCuとNiを主とする合金であるコンスタンタンを用いる。
Next, the thermoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 15. The basic structure of the thermoelectric conversion device according to the above-described embodiment can be described by using only the n-type thermoelectric material as the thermoelectric conversion material. Similar to Example 1. First, as shown in FIG. 10, a strip-shaped n-type
なお、メタルマスク32に設けたスリット321は幅が2mmであり、スリット321間の幅、即ち、遮蔽部322の幅は1mmであり、n型熱電材料膜33の間の間隙も1mmとなる。なお、図10(a)は平面図であり、図10(b)は図10(a)におけるA-A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
The
次いで、図11に示すように、メタルマスク34を用いてスパッタリング法により厚さが0.3μmのCu膜を成膜して配線35を形成する。ここでは、切れ目を入れた場合に、n型熱電材料膜要素331が上端と下端とが交互に接続されて電気的に直列接続されるように、各列毎に行配線要素351が右側と左側に隣接する列配線要素352に対して一行おきに反対側の列配線要素352に接続する配線パターンとする。なお、図11(a)は平面図であり、図11(b)は図11(a)におけるA-A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
Next, as shown in FIG. 11, a
次いで、図12に示すように、パンチングによりポリイミドシート31を貫通する切れ目361,362を入れる。切れ目は、行方向においては、行配線要素351を形成した個所に連続した切れ目361を設けて帯状の熱電変換要素とする。また、各行の一端においては隣接する行を二行毎接続するとともに、他端においては一端側と一行ずれた組み合わせで隣接する行を二行毎に接続するように列方向の切れ目362を入れて接続部37とし、各熱電変換要素は接続部37において接続された状態となる。なお、各行の高さは3mmとする。
Next, as shown in FIG. 12, cuts 36 1 and 36 2 penetrating the
次いで、図13に示すように、切れ目361の部分で分割された各熱電変換要素を同じ方向に回転させて、各熱電変換要素の熱電材料部分をポリイミドシート31の裏面と向き合うように重ね合わせる。なお、図13(a)は平面図であり、図13(b)は折り曲げの様子を示す模式的側面図であり、図13(c)は重ね合わせの様子を示す模式的側面図である。
Then, as shown in FIG. 13, by rotating the respective thermoelectric conversion elements that are divided at a portion of the slit 36 1 in the same direction, the thermoelectric material part of the thermoelectric conversion elements superposed to face the back surface of the
図14は、重ね合わせた状態の熱電変換デバイスの斜視図であり、右端と左端にある接続部37は、各熱電変換要素の高さの約2倍の長さを持っているため、同じ形状で弛みをもたせて端部で纏めることができる。ここではポリイミドシート31に配線35が成膜されているため、接続部37が重なっていても特に膜厚が厚くなることはない。なお、左端の一端が解放された接続部が引出電極371,372となる。
FIG. 14 is a perspective view of the thermoelectric conversion device in a superposed state, and the
次いで、図示は省略するが、中央の熱電素子部分には浸透性のある低粘度の第1の接着剤を注入して全体を固化する。一方、接続部37の密度は緩いので、たるみをもたせたまま第1の接着剤より高粘度の第2の接着剤によって固化する。
Next, although not shown in the figure, a low-viscosity first adhesive having permeability is injected into the central thermoelectric element portion to solidify the whole. On the other hand, since the density of the connecting
次いで、図15に示すように、重ね合わせた熱電変換要素の上部と下部に絶縁性保護シート381,382を貼り付けることによって、本発明の実施例2の熱電変換デバイスの基本構造が完成する。 Then, as shown in FIG. 15, superimposed thermoelectric conversion portion and the insulating protective sheet 38 1 in the lower portion of the element was 38 by 2 to the paste, the basic structure of a thermoelectric conversion device of Example 2 is the completion of the present invention To do.
この本発明の実施例2においては、熱電材料をn型熱電材料としているので、プロセスが1工程分少なくなるというメリットがある。また、特定の動作温度で特性の良いn型熱電材料とp型熱電材料の両方が必ずしも揃わない場合も多いが、n型熱電材料のみを用いているので、不揃いの問題は生じない。 In Embodiment 2 of the present invention, since the thermoelectric material is an n-type thermoelectric material, there is an advantage that the process is reduced by one step. In many cases, both n-type and p-type thermoelectric materials having good characteristics at a specific operating temperature are not necessarily prepared. However, since only n-type thermoelectric materials are used, the problem of unevenness does not occur.
次に、図16を参照して、本発明の実施例3の熱電変換デバイスを説明するが、実施例2におけるn型熱電材料膜をp型熱電材料膜に置き換えただけで、他の構造及び製造工程は全く同様であるので、最終的なデバイス構造のみを示す。 Next, a thermoelectric conversion device according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 16, but only the n-type thermoelectric material film in Example 2 is replaced with a p-type thermoelectric material film. Since the manufacturing process is exactly the same, only the final device structure is shown.
図16は、本発明の実施例3の熱電変換デバイスの斜視図であり、この熱電変換デバイスにおいては、熱電材料膜要素がp型熱電材料膜要素391により形成される。なお、p型熱電材料としては、NiとCrを主成分とするクロメルを用いる。 Figure 16 is a perspective view of a thermoelectric conversion device of Example 3 of the present invention, in the thermoelectric conversion device, the thermoelectric material film elements are formed by p-type thermoelectric material film element 39 1. Note that as the p-type thermoelectric material, chromel containing Ni and Cr as main components is used.
この実施例3の場合も、実施例2と全く同様な作用効果が得られ、使用温度範囲において特性の高い適当なn型熱電材料がない場合に好適となる。なお、温度差に対する熱電効果がn型熱電材料を用いた場合と逆になるため、発生する電圧がプラスマイナス逆になる。 In the case of Example 3, the same effect as in Example 2 can be obtained, and it is suitable when there is no suitable n-type thermoelectric material having high characteristics in the operating temperature range. In addition, since the thermoelectric effect with respect to a temperature difference becomes reverse with the case where an n-type thermoelectric material is used, the voltage to generate | occur | produce becomes a plus or minus reverse.
ここで、実施例1乃至実施例3を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1) 帯状の可撓性のある絶縁性基材要素と、前記絶縁性基材要素上に間隙を介して成膜された熱電変換材料部材と、互いに隣接する前記熱電変換材料部材同士を上端部と下端部において交互に接続する配線とを備えた複数の熱電変換要素を有し、前記各熱電変換要素を、熱電変換材料部材と隣接する絶縁性基材要素とが対向するように重ね合わせ、前記各熱電変換要素の一方の端部において隣接する2個の熱電変換要素を互いに接続する一端側接続基材を有するとともに、前記各熱電変換要素の他方の端部において前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素を互いに接続する他端側接続基材を有し、前記各絶縁性基材要素、前記一端側接続基材及び前記他端側接続基材が同一の絶縁性基材により一体になり、前記一端側接続基材と前記他端側接続基材が撓んでいることを特徴とする熱電変換デバイス。
(付記2) 前記一端側接続基材の表面に前記隣接する2個の熱電変換要素に設けた配線を接続する接続配線を有し、前記他端側接続基材の表面に前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素に設けた配線を接続する接続配線を有することを特徴とする付記1に記載の熱電変換デバイス。
(付記3) 前記各熱電変換要素に設けた熱電変換材料部材が、p型熱電変換材料部材とn型熱電変換材料部材からなり、前記p型熱電変換材料部材と前記n型熱電変換材料部材が交互に配置されていることを特徴とする付記1または付記2に記載の熱電変換デバイス。
(付記4) 前記各熱電変換要素に設けた熱電変換材料部材が、p型熱電変換材料部材のみまたはn型熱電変換材料部材のみのいずれかであることを特徴とする付記1または付記2に記載の熱電変換デバイス。
(付記5) 前記複数の熱電変換要素が全て電気的に直列に接続されていることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の熱電変換デバイス。
(付記6) 前記複数の熱電変換要素が電気的に直列接続された複数の熱電変換ブロックに区分され、前記複数の熱電変換ブロック同士が電気的に並列接続されていることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の熱電変換デバイス。
(付記7) 隣接する前記熱電変換要素の間に第1の絶縁性樹脂が設けられ、隣接する前記一端側接続基材の間及び隣接する前記他端側接続基材の間に、前記第1の絶縁樹脂より硬化状態において固い第2の絶縁性樹脂が設けられていることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載の熱電変換デバイス。
(付記8) 前記重ね合わせた複数の熱電変換要素の上端部及び下端部に絶縁性保護板を設けたことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の熱電変換デバイス。
(付記9)可撓性のある絶縁性基材上に、熱電変換材料部材を間隙を介して帯状に成膜する工程と、前記帯状に成膜した熱電変換材料部材に切れ目を開けた時に分割された前記熱電変換材料部材同士を上端と下端において交互に接続するパターンの配線を成膜する工程と、前記配線乃至絶縁性基材を複数の熱電変換要素に分割するとともに、前記複数の熱電変換要素のうちの隣接する2個の熱電変換要素同士が一端において一端側接続基材によって接続され、且つ、前記複数の熱電変換要素のうちの前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素同士が他端において他端側接続基材によって接続されるように前記配線乃至前記絶縁性基材を貫通するように前記切れ目を入れる工程と、前記各熱電変換要素を、熱電変換材料部材と隣接する絶縁性基材要素とが対向するように重ね合わせる工程と、前記一端側接続基材を方向が揃うように撓ませるとともに、前記他端側接続基材を方向が揃うように撓ませる工程とを有することを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。
(付記10) 隣接する前記熱電変換要素の間に第1の絶縁性樹脂を充填する工程と、隣接する前記一端側接続基材の間及び隣接する前記他端側接続基材の間に、前記第1の絶縁樹脂より硬化状態において固い第2の絶縁性樹脂を充填する工程とをさらに有することを特徴とする付記9に記載の熱電変換デバイスの製造方法。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiments of the present invention including Examples 1 to 3.
(Supplementary Note 1) A strip-shaped flexible insulating base element, a thermoelectric conversion material member formed on the insulating base element via a gap, and the thermoelectric conversion material members adjacent to each other. A plurality of thermoelectric conversion elements having wirings alternately connected at the upper end and the lower end, and the thermoelectric conversion elements are stacked so that the thermoelectric conversion material member and the insulating base element adjacent to each other face each other. In addition, the thermoelectric conversion element has one end-side connection base material for connecting two adjacent thermoelectric conversion elements at one end of the thermoelectric conversion elements, and the one end-side connection base at the other end of the thermoelectric conversion elements. The other end-side connection base material for connecting two adjacent thermoelectric conversion elements to each other in combination with the combination connected to the material, and the one-side connection base material; The other end side connection base is the same A thermoelectric conversion device that is integrated with an insulating base material, and the one end side connection base material and the other end side connection base material are bent.
(Additional remark 2) It has the connection wiring which connects the wiring provided in the said two adjacent thermoelectric conversion elements on the surface of the said one end side connection base material, The said one end side connection base is on the surface of the said other end side connection base material 2. The thermoelectric conversion device according to
(Additional remark 3) The thermoelectric conversion material member provided in each said thermoelectric conversion element consists of a p-type thermoelectric conversion material member and an n-type thermoelectric conversion material member, The said p-type thermoelectric conversion material member and the said n-type thermoelectric conversion material member are The thermoelectric conversion device according to
(Additional remark 4) The thermoelectric conversion material member provided in each said thermoelectric conversion element is either only a p-type thermoelectric conversion material member or only an n-type thermoelectric conversion material member, The
(Supplementary note 5) The thermoelectric conversion device according to any one of
(Supplementary note 6) The
(Supplementary Note 7) A first insulating resin is provided between the adjacent thermoelectric conversion elements, and the first insulating resin is adjacent between the adjacent one end-side connection bases and between the adjacent other-end side connection bases. The thermoelectric conversion device according to any one of
(Supplementary note 8) The thermoelectric conversion device according to any one of
(Supplementary note 9) A step of forming a thermoelectric conversion material member in a strip shape through a gap on a flexible insulating substrate, and dividing when a cut is opened in the thermoelectric conversion material member formed in the strip shape Forming a wiring having a pattern in which the thermoelectric conversion material members are alternately connected at the upper end and the lower end, dividing the wiring or the insulating substrate into a plurality of thermoelectric conversion elements, and the plurality of thermoelectric conversions Two adjacent thermoelectric conversion elements among the elements are connected at one end by one end-side connection base material, and one combination and one of the plurality of thermoelectric conversion elements connected to the one end-side connection base material The step of making the cut so as to penetrate through the wiring or the insulating base material so that two thermoelectric conversion elements adjacent in a shifted combination are connected to each other at the other end side by the connecting base material; The thermoelectric conversion element is superposed so that the thermoelectric conversion material member and the insulating base element adjacent to the thermoelectric conversion material member face each other, and the one end side connection base material is bent so that the directions are aligned, and the other end side connection base is And a step of bending the material so that the directions are aligned.
(Supplementary Note 10) Between the adjacent thermoelectric conversion elements, the step of filling the first insulating resin, between the adjacent one-side connection base material and between the adjacent other-end side connection base material, The method of manufacturing a thermoelectric conversion device according to appendix 9, further comprising a step of filling a second insulating resin harder in a cured state than the first insulating resin.
11 絶縁性基材
111 絶縁性基材要素
12 熱電変換材料部材
121 p型熱電変換材料部材
122 n型熱電変換材料部材
13 配線
131,132 接続配線
14 切れ目
15 熱電変換要素
161 一端側接続基材
162 他端側接続基材
171,172 引出電極
21,31 ポリイミドシート
22,32 メタルマスク
221,321 スリット
222,322 遮蔽部
23,33 n型熱電材料膜
231,331 n型熱電材料膜要素
24 p型熱電材料膜
241,391 p型熱電材料膜要素
25,34 メタルマスク
26,35 配線
271,272,361,362 切れ目
28,37 接続部
281,282,371,372 引出電極
291,292,381,382 絶縁性保護シート
351 行配線要素
352 列配線要素
40 熱電変換モジュール
41 p型熱電変換材料部材
42 n型熱電変換材料部材
43 電極
441,442 セラミック保護板
451,452 引出電極
81 基材
82 p型熱電変換材料部材
83 n型熱電変換材料部材
841,842 伝熱板
91 基材
92 断熱性板
931,932 引出電極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記絶縁性基材要素上に間隙を介して成膜された熱電変換材料部材と、
互いに隣接する前記熱電変換材料部材同士を上端部と下端部において交互に接続する配線とを備えた複数の熱電変換要素を有し、
前記各熱電変換要素は、熱電変換材料部材と隣接する絶縁性基材要素とが対向するように重ね合わされ、
前記各熱電変換要素の一方の端部において隣接する2個の熱電変換要素を互いに接続する一端側接続基材を有するとともに、
前記各熱電変換要素の他方の端部において、前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素を互いに接続する他端側接続基材を有し、
前記各絶縁性基材要素、前記一端側接続基材及び前記他端側接続基材が同一の絶縁性基材により一体になり、
前記一端側接続基材と前記他端側接続基材が撓んでいることを特徴とする熱電変換デバイス。 A strip-like flexible insulating substrate element;
A thermoelectric conversion material member formed on the insulating substrate element through a gap;
A plurality of thermoelectric conversion elements provided with wirings that alternately connect the thermoelectric conversion material members adjacent to each other at an upper end portion and a lower end portion;
Each of the thermoelectric conversion elements is overlaid so that the thermoelectric conversion material member and the adjacent insulating base material element face each other,
While having one end side connection base material that connects two adjacent thermoelectric conversion elements to each other at one end of each thermoelectric conversion element,
At the other end of each of the thermoelectric conversion elements, there is an other end side connection base material for connecting two adjacent thermoelectric conversion elements to each other in a combination shifted by one from the combination connected to the one end side connection base material. And
Each of the insulating base elements, the one end side connecting base material and the other end side connecting base material are united by the same insulating base material,
The thermoelectric conversion device, wherein the one end side connection base material and the other end side connection base material are bent.
前記他端側接続基材の表面に前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素に設けた配線を接続する接続配線を有することを特徴とする請求項1に記載の熱電変換デバイス。 A connection wiring for connecting wirings provided on two thermoelectric conversion elements adjacent to the surface of the one-end-side connection base material;
It has connection wiring which connects wiring provided in two adjacent thermoelectric conversion elements by a combination shifted by one from the combination connected to the one end side connection base material on the surface of the other end side connection base material The thermoelectric conversion device according to claim 1.
前記帯状に成膜した熱電変換材料部材に切れ目を開けた時に分割された前記熱電変換材料部材同士を上端と下端において交互に接続するパターンの配線を成膜する工程と、
前記配線乃至絶縁性基材を複数の熱電変換要素に分割するとともに、前記複数の熱電変換要素のうちの隣接する2個の熱電変換要素同士が一端において一端側接続基材によって接続され、且つ、前記複数の熱電変換要素のうちの前記一端側接続基材に接続する組み合わせと1個分ずれた組み合わせで隣接する2個の熱電変換要素同士が他端において他端側接続基材によって接続されるように前記配線乃至前記絶縁性基材を貫通するように前記切れ目を入れる工程と、
前記各熱電変換要素を、熱電変換材料部材と隣接する絶縁性基材要素とが対向するように重ね合わせる工程と、
前記一端側接続基材を方向が揃うように撓ませるとともに、前記他端側接続基材を方向が揃うように撓ませる工程と
を有することを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。 A step of forming a thermoelectric conversion material member in a strip shape through a gap on a flexible insulating substrate;
Forming a wiring having a pattern in which the thermoelectric conversion material members divided when the cuts are opened in the strip-shaped thermoelectric conversion material members are alternately connected at the upper end and the lower end;
The wiring or insulating base material is divided into a plurality of thermoelectric conversion elements, and two adjacent thermoelectric conversion elements among the plurality of thermoelectric conversion elements are connected to each other at one end by a one-side connection base material, and Two thermoelectric conversion elements adjacent to each other in a combination shifted from the combination connected to the one end side connection base material among the plurality of thermoelectric conversion elements are connected by the other end side connection base material at the other end. The step of making the cut so as to penetrate the wiring or the insulating base material,
Superimposing each thermoelectric conversion element so that the insulating base material element adjacent to the thermoelectric conversion material member faces;
A method of manufacturing a thermoelectric conversion device, comprising: bending the one end-side connection base material so that the directions are aligned, and bending the other end-side connection base material so that the directions are aligned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012173354A JP6035970B2 (en) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | Thermoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012173354A JP6035970B2 (en) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | Thermoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014033114A true JP2014033114A (en) | 2014-02-20 |
JP6035970B2 JP6035970B2 (en) | 2016-11-30 |
Family
ID=50282699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012173354A Active JP6035970B2 (en) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | Thermoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6035970B2 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017050400A (en) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | 学校法人神奈川大学 | Manufacturing method of flexible thermoelectric conversion member |
WO2017038324A1 (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 富士フイルム株式会社 | Thermoelectric conversion module |
JP2017212245A (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-30 | 学校法人神奈川大学 | Method for manufacturing flexible thermoelectric conversion member |
CN109417120A (en) * | 2016-06-23 | 2019-03-01 | 3M创新有限公司 | Flexible electrothermal module |
CN109478589A (en) * | 2016-06-23 | 2019-03-15 | 3M创新有限公司 | Thermoelectricity band |
JPWO2017208929A1 (en) * | 2016-05-31 | 2019-04-04 | 富士フイルム株式会社 | Thermoelectric conversion module |
GB2570669A (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-07 | European Thermodynamics Ltd | Thermoelectric module |
JP2019525455A (en) * | 2016-06-23 | 2019-09-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Flexible thermoelectric module |
JP2021078351A (en) * | 2017-07-27 | 2021-05-20 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Thermoelectric power generation module for calibration |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06507271A (en) * | 1990-10-29 | 1994-08-11 | ハリス コーポレーシヨン | Stacking shape of integrated circuit elements |
JPH08153898A (en) * | 1994-11-28 | 1996-06-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermoelectric element |
JP2005217353A (en) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Yokohama Teikoki Kk | Thermoelectric semiconductor element, thermoelectric transformation module, and method of manufacturing the same |
JP2006086510A (en) * | 2004-08-17 | 2006-03-30 | Nagoya Institute Of Technology | Thermoelectric conversion device and its manufacturing method |
JP2006269721A (en) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Yamaha Corp | Thermoelectric module and its manufacturing method |
JP2008192970A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Tokai Rika Co Ltd | Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same |
JP2008227178A (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Thermoelectric conversion module and substrate therefor |
JP2008305991A (en) * | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Thermoelectric conversion module and thermoelectric converter, and manufacturing method thereof |
JP2011129686A (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-30 | Fujitsu Ltd | Thermoelectric conversion device, and method for manufacturing the same |
US20110220162A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Siivola Edward P | Thermoelectric (TE) Devices/Structures Including Thermoelectric Elements with Exposed Major Surfaces |
JP2012080059A (en) * | 2010-03-08 | 2012-04-19 | Fujitsu Ltd | Thermoelectric power generation device |
-
2012
- 2012-08-03 JP JP2012173354A patent/JP6035970B2/en active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06507271A (en) * | 1990-10-29 | 1994-08-11 | ハリス コーポレーシヨン | Stacking shape of integrated circuit elements |
JPH08153898A (en) * | 1994-11-28 | 1996-06-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermoelectric element |
JP2005217353A (en) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Yokohama Teikoki Kk | Thermoelectric semiconductor element, thermoelectric transformation module, and method of manufacturing the same |
JP2006086510A (en) * | 2004-08-17 | 2006-03-30 | Nagoya Institute Of Technology | Thermoelectric conversion device and its manufacturing method |
JP2006269721A (en) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Yamaha Corp | Thermoelectric module and its manufacturing method |
JP2008192970A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Tokai Rika Co Ltd | Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same |
JP2008227178A (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Thermoelectric conversion module and substrate therefor |
JP2008305991A (en) * | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Thermoelectric conversion module and thermoelectric converter, and manufacturing method thereof |
JP2011129686A (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-30 | Fujitsu Ltd | Thermoelectric conversion device, and method for manufacturing the same |
JP2012080059A (en) * | 2010-03-08 | 2012-04-19 | Fujitsu Ltd | Thermoelectric power generation device |
US20110220162A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Siivola Edward P | Thermoelectric (TE) Devices/Structures Including Thermoelectric Elements with Exposed Major Surfaces |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017038324A1 (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 富士フイルム株式会社 | Thermoelectric conversion module |
JPWO2017038324A1 (en) * | 2015-08-31 | 2018-06-07 | 富士フイルム株式会社 | Thermoelectric conversion module |
US20180175272A1 (en) * | 2015-08-31 | 2018-06-21 | Fujifilm Corporation | Thermoelectric conversion module |
JP2017050400A (en) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | 学校法人神奈川大学 | Manufacturing method of flexible thermoelectric conversion member |
JP2017212245A (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-30 | 学校法人神奈川大学 | Method for manufacturing flexible thermoelectric conversion member |
JPWO2017208929A1 (en) * | 2016-05-31 | 2019-04-04 | 富士フイルム株式会社 | Thermoelectric conversion module |
CN109478589A (en) * | 2016-06-23 | 2019-03-15 | 3M创新有限公司 | Thermoelectricity band |
CN109417120A (en) * | 2016-06-23 | 2019-03-01 | 3M创新有限公司 | Flexible electrothermal module |
JP2019525456A (en) * | 2016-06-23 | 2019-09-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Flexible thermoelectric module |
JP2019525454A (en) * | 2016-06-23 | 2019-09-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Thermoelectric tape |
JP2019525455A (en) * | 2016-06-23 | 2019-09-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Flexible thermoelectric module |
JP2021078351A (en) * | 2017-07-27 | 2021-05-20 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Thermoelectric power generation module for calibration |
GB2570669A (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-07 | European Thermodynamics Ltd | Thermoelectric module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6035970B2 (en) | 2016-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6035970B2 (en) | Thermoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
JP5891584B2 (en) | Thermoelectric generator | |
US8742246B2 (en) | Thermoelectric conversion module and method of manufacturing thereof | |
US8674588B2 (en) | Electric power generation device, electric power generation method, and electric power generation device manufacturing method | |
JP5987444B2 (en) | Thermoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
JP5308577B2 (en) | Thermoelectric conversion element and manufacturing method thereof | |
JP2008205181A (en) | Thermoelectric module | |
JP2012222244A (en) | Thermoelectric conversion device and method of manufacturing the same | |
KR100658699B1 (en) | Flexible thermoelectric module | |
KR20110077492A (en) | Thermoelectric module for generation and method for manufacturing the same | |
KR101586551B1 (en) | Structure useful for producing a thermoelectric generator, thermoelectric generator comprising same and method for producing same | |
JP5663930B2 (en) | Thermoelectric module | |
US10347811B2 (en) | Thermoelectric conversion module | |
JP2008130594A (en) | Thermoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
WO2007141890A1 (en) | Thermoelectric conversion module and method for manufacturing the same | |
JP7052200B2 (en) | Thermoelectric conversion module | |
US20160247995A1 (en) | Thermoelectric converter having thermoelectric conversion elements connected to each other via wiring pattern, and method for fabricating the thermoelectric converter | |
JP5598035B2 (en) | Thermoelectric converter | |
US20200013938A1 (en) | Thermoelectric conversion element | |
US20130319491A1 (en) | Electricity generation method using thermoelectric generation element, thermoelectric generation element and manufacturing method thereof, and thermoelectric generation device | |
WO2024106216A1 (en) | Laminated thermoelectric conversion element and method for manufacturing same | |
JP7500402B2 (en) | Power generation element | |
JP2023068310A (en) | Thermoelectric module and manufacturing method thereof | |
JP2021057383A (en) | Thermoelectric conversion device | |
JP2024072793A (en) | Stacked thermoelectric conversion element and its manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150406 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160301 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160425 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161017 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6035970 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |