JP2016207933A - Thermoelectric transducer and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱電変換素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion element and a manufacturing method thereof.
熱電変換素子は、熱エネルギーと電気エネルギーを相互に変換することができる素子である。熱電変換素子をその両端に温度差が生じる環境に設置することで、可動部を必要とせずに熱電変換素子から電力を取り出すことができる。例えば、排熱から電気エネルギーを生み出すことができる。そのため、熱電変換素子を用いた発電技術は、身の周りの未利用のエネルギーを回収して利用するエネルギーハーベスティング技術として、大いに期待されている。 A thermoelectric conversion element is an element which can mutually convert heat energy and electric energy. By installing the thermoelectric conversion element in an environment where a temperature difference occurs between both ends, electric power can be extracted from the thermoelectric conversion element without the need for a movable part. For example, electrical energy can be generated from exhaust heat. Therefore, the power generation technology using the thermoelectric conversion element is highly expected as an energy harvesting technology for recovering and using unused energy around us.
熱電変換素子を、例えば分散型の自立電源として利用することができれば、大規模センサネットワーク、ウェアラブルエレクトロニクスなどの電源として用いることが可能となる。特に、有機物からなる熱電変換材料を用いた場合には、熱電変換層を印刷パターンで形成できるため、軽量化、低コスト化、大面積による高出力化が可能となる。この場合、熱電変換素子ユニットの平面性を保つため、温度差はユニットの基板に垂直な方向に与えるのが一般的である。 If the thermoelectric conversion element can be used as, for example, a distributed self-supporting power source, it can be used as a power source for large-scale sensor networks, wearable electronics, and the like. In particular, when a thermoelectric conversion material made of an organic material is used, the thermoelectric conversion layer can be formed with a printed pattern, so that weight reduction, cost reduction, and high output due to a large area are possible. In this case, in order to maintain the flatness of the thermoelectric conversion element unit, the temperature difference is generally given in a direction perpendicular to the unit substrate.
熱電変換層を印刷パターンとして有する熱電変換素子の一例として、特許文献1に開示された熱電発電素子が挙げられる。特許文献1の熱電変換素子(熱電発電素子)では、底部と頂部とが交互に繰り返された波形の基板(基材)に、印刷パターンからなる複数の熱電変換層(熱電変換単位)が形成され、複数の熱電変換層が直列接続されている。各熱電変換層は、基板の波形を構成する一つの凸部または凹部が有する一対の斜面の一方に形成され、他方には形成されていない。
As an example of a thermoelectric conversion element having a thermoelectric conversion layer as a print pattern, a thermoelectric power generation element disclosed in
特許文献1の熱電変換素子では、底部を吸熱側、頂部を放熱側とし、底部側と頂部側の温度差により発電が行われる。また、基板が波形に形成されていることで、吸熱側と放熱側との距離が大きくなる分、大きな温度差を得ることができる。これに対して、凹凸のない基板を有する熱電変換素子では、基板を水平に保持した状態では十分な温度差が得られない。
In the thermoelectric conversion element of
特許文献1の熱電変換素子では、熱電変換層が形成されている部分だけでなく、熱電変換素子が形成されていない部分も含めて、基板全体の断面形状が波形になっている。そのため、底部と頂部との間に大きな高低差をつける場合、基板の凸部の下側空間に形状保持のための補強材を設ける必要がある。また、ホットプレートなどの平面状の加熱装置の上に安定的に設置するためには、基板の複数の底部を載せて固定する支持基材がさらに必要になる。
In the thermoelectric conversion element of
この発明の課題は、基板上に複数の熱電変換単位が直列接続で形成され、吸熱側と放熱側とで熱電変換層の厚さ以上の高低差を有し、立てずに使用しても高い発電性能が得られ、熱電変換単位が形成されている基板だけで平面状の加熱装置の上に安定的に設置できる熱電変換素子を提供することである。 An object of the present invention is that a plurality of thermoelectric conversion units are formed in series connection on a substrate, have a difference in height over the thickness of the thermoelectric conversion layer between the heat absorption side and the heat dissipation side, and are high even when used without standing It is an object to provide a thermoelectric conversion element that has a power generation performance and can be stably installed on a planar heating device only by a substrate on which a thermoelectric conversion unit is formed.
上記課題を解決するために、この発明の第一態様は、下記の構成(1) 〜(4) を有する熱電変換素子を提供する。
(1) 基板と、前記基板上に形成された複数の熱電変換単位と、を有する。
(2) 前記基板の前記熱電変換単位が形成されている単位形成部の断面形状は、凸部とその両脇の前記凸部より低い第一低面部および第二低面部からなる。前記基板の前記熱電変換単位が形成されていない非形成部は、前記凸部の頂部より低い位置にある。
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a thermoelectric conversion element having the following configurations (1) to (4).
(1) It has a substrate and a plurality of thermoelectric conversion units formed on the substrate.
(2) The cross-sectional shape of the unit forming portion on which the thermoelectric conversion unit of the substrate is formed includes a convex portion and a first low surface portion and a second low surface portion that are lower than the convex portions on both sides thereof. The non-formation part in which the said thermoelectric conversion unit of the said board | substrate is not formed exists in the position lower than the top part of the said convex part.
(3) 前記熱電変換単位は、前記単位形成部の前記第一低面部から前記凸部の頂部に至る第一層と、前記頂部から第二低面部に至る第二層を有する。前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかは熱電変換材料からなる。前記第一層および前記第二層は同じ材料または異なる材料からなる。
(4) 前記複数の熱電変換単位は直列接続されている。前記第一低面部および前記第二低面部には、隣り合う前記熱電変換単位の前記第一層と前記第二層を接続する下側配線が形成されている。前記第一層および前記第二層が異なる材料からなる場合は、前記頂部に、前記熱電変換単位内の前記第一層と前記第二層を接続する上側配線が形成されている。前記直列接続の両端にそれぞれ外部との接続端子を有する。
この発明の第一態様の熱電変換素子は、上記構成(1) 〜(4) に加えて下記の構成(5) を有することができる。なお、下記の構成(5) はこの発明の必須要件ではない。
(3) The thermoelectric conversion unit has a first layer extending from the first low surface portion of the unit forming portion to the top of the convex portion, and a second layer extending from the top to the second low surface portion. At least one of the first layer and the second layer is made of a thermoelectric conversion material. The first layer and the second layer are made of the same material or different materials.
(4) The plurality of thermoelectric conversion units are connected in series. A lower wiring that connects the first layer and the second layer of the adjacent thermoelectric conversion units is formed on the first low surface portion and the second low surface portion. When the first layer and the second layer are made of different materials, an upper wiring for connecting the first layer and the second layer in the thermoelectric conversion unit is formed at the top. Connection terminals with the outside are provided at both ends of the series connection.
The thermoelectric conversion element according to the first aspect of the present invention can have the following configuration (5) in addition to the above configurations (1) to (4). The following configuration (5) is not an essential requirement of the present invention.
(5) 前記単位形成部は、前記凸部の範囲内で前記非形成部との間が切り離されている。この場合、並列に隣り合う前記熱電変換単位間の前記非形成部を含めて、基板面は一つの面(第一低面部および第二低面部を含む面)内に存在する。そのため、前記構成(5) を有することにより、前記構成(5) を有さない場合よりも平面状の加熱装置上に安定的に設置できる効果が高い。
この発明の第二態様は、上記構成(1) 〜(4) を有する熱電変換素子の製造方法であって、下記の構成(6) 〜(8) の各工程を有することを特徴とする。
(6) 基板上に、前記複数の熱電変換単位を構成する前記第一層および前記第二層からなる熱電変換パターンを形成する第一印刷工程。
(5) The unit forming portion is separated from the non-forming portion within the range of the convex portion. In this case, the substrate surface, including the non-formed portion between the thermoelectric conversion units adjacent in parallel, exists in one surface (a surface including the first low surface portion and the second low surface portion). Therefore, by having the configuration (5), the effect of being able to be stably installed on a planar heating device is higher than in the case without the configuration (5).
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thermoelectric conversion element having the above configurations (1) to (4), which includes the following steps (6) to (8).
(6) A first printing step of forming a thermoelectric conversion pattern comprising the first layer and the second layer constituting the plurality of thermoelectric conversion units on a substrate.
(7) 前記下側配線、前記接続端子、および前記上側配線からなる導電層パターンを、前記熱電変換パターン上に形成する第二印刷工程。
(8) 前記第一層および前記第二層と、前記基板の前記第一層および前記第二層が形成されている部分を延伸変形させて、前記凸部を形成する凸部形成工程。
第二態様の方法で製造された熱電変換素子は、下記の構成(9) と上記構成(2) 〜(4) と下記の構成(10)とを有する。
(9) 基板と、前記基板上に形成された印刷パターンからなる複数の熱電変換単位と、を有する。
(10)前記下側配線、前記接続端子、および前記上側配線は印刷パターンからなる。
(7) A second printing step of forming a conductive layer pattern including the lower wiring, the connection terminal, and the upper wiring on the thermoelectric conversion pattern.
(8) A convex portion forming step in which the convex portion is formed by stretching and deforming the first layer and the second layer and a portion of the substrate where the first layer and the second layer are formed.
The thermoelectric conversion element manufactured by the method of the second aspect has the following configuration (9), the above configurations (2) to (4), and the following configuration (10).
(9) It has a substrate and a plurality of thermoelectric conversion units composed of printed patterns formed on the substrate.
(10) The lower wiring, the connection terminal, and the upper wiring are formed of a printed pattern.
この発明によれば、基板上に複数の熱電変換単位が直列接続で形成され、吸熱側と放熱側とで熱電変換層の厚さ以上の高低差を有し、立てずに使用しても高い発電性能が得られ、熱電変換単位が形成されている基板だけで平面状の加熱装置上に安定的に設置できる熱電変換素子が提供される。 According to the present invention, a plurality of thermoelectric conversion units are formed on the substrate in series connection, and have a difference in height over the thickness of the thermoelectric conversion layer between the heat absorption side and the heat dissipation side, which is high even when used without standing. There is provided a thermoelectric conversion element that has a power generation performance and can be stably installed on a planar heating device only by a substrate on which a thermoelectric conversion unit is formed.
以下、この発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。
この実施形態の熱電変換素子は、図2〜5に示す各工程を行うことで製造される熱電変換素子である。図1には、この実施形態の熱電変換素子1を構成する一つの熱電変換単位10の断面が示されている。
Embodiments of the present invention will be described below. In the embodiment described below, a technically preferable limitation is made for carrying out the present invention, but the present invention is not limited to the embodiment described below.
The thermoelectric conversion element of this embodiment is a thermoelectric conversion element manufactured by performing each process shown in FIGS. FIG. 1 shows a cross section of one
熱電変換素子1は、図2に示すスリット形成工程と、図3に示す第一印刷工程の前段工程と、図4に示す第一印刷工程の後段工程と、図5に示す第二印刷工程と、図6の状態から図1の状態にする凸部形成工程と、をこの順に行うことで製造される。
熱電変換素子1は、基板2と、基板2上に形成された印刷パターンからなる複数の熱電変換単位10とを有する。基板2の熱電変換単位10が形成されている単位形成部21の断面形状は、凸部211と第一低面部212と第二低面部213とからなる。第一低面部212と第二低面部213は、凸部211の両脇の凸部より低い部分であり、熱電変換単位10が形成されていない非形成部22と同じ高さである。
The
The
熱電変換単位10は、単位形成部21の第一低面部212から凸部211の頂部211aに至る第一層31と、頂部211aから第二低面部213に至る第二層32を有する。単位形成部21は、凸部211の範囲全体で、図1で紙面奥側の(凸部211の下側に見える)非形成部22A(図5参照)との間が切り離されている。
第一層31は、p型導電性高分子(熱電変換材料)からなり、第二層32は銀ペーストの硬化物(導電性材料)からなる。第二層32としてn型導電性高分子(熱電変換材料)からなる層を設けてもよいが、現時点で安定的な性能を有するものがないため、この実施形態では、その代替として銀ペーストの硬化物からなる第二層32を設けている。第一層31と第二層32の両方を同じ型の半導体特性を有する導電性高分子で形成してもよい。その場合、現状ではp型半導体特性を有する導電性高分子を用いることになる。
The
The
図5に示すように、基板2上には2列7行、14個の熱電変換単位10が形成され、これらが直列に接続されている。そのため、第一低面部212および第二低面部213上には、第一層31および第二層32を介して、隣り合う熱電変換単位10の第一層31と第二層32を接続する下側配線41が形成されている。
また、第一層31と第二層32が異なる材料からなるため、凸部211の頂部211aの位置に、熱電変換単位10内の第一層31と第二層32を接続する上側配線42が形成されている。さらに、基板2の一方の縁部に直列接続の両端が存在し、各位置に外部との接続端子43が形成されている。
As shown in FIG. 5, 14
In addition, since the
この実施形態の熱電変換素子1の製造方法では、先ず、図2に示すように、基板2に、図5に示す14個の各熱電変換単位10に対応させた28本のスリット25を形成する。スリット25は、熱電変換単位10内で対をなす下側配線41の形成間隔と同じ長さで形成する。つまり、スリット25を基板2の凸部211を形成する範囲全体に形成する。
次に、第一印刷工程の前段工程として、図3に示すように、各列で隣り合う二本のスリット25間の幅で、一つの熱電変換単位10に一つの第一層31を形成する。また、2列14個の熱電変換単位10の列内および列間で、隣り合う第一層31を、スリット25の長さ方向で反対側となる位置に配置する。また、第一層31のスリット25に沿った方向の端部は、スリット25より外側にはみ出している。
In the manufacturing method of the
Next, as a pre-stage process of the first printing process, as shown in FIG. 3, one
次に、第一印刷工程の後段工程として、図4に示すように、各列で隣り合う二本のスリット25間の幅で、一つの熱電変換単位10に一つの第二層32を形成する。第二層32は第一層31の隣に接触状態で、第一層31と同じ厚さで形成する。
このようにして、基板2上に、2列14個の熱電変換単位10を構成する全ての第一層31および第二層32からなる熱電変換パターンが形成される。図4の状態で、基板2の第一層31および第二層32が存在している部分が単位形成部であり、それ以外の部分が非形成部である。
Next, as a subsequent process of the first printing process, as shown in FIG. 4, one
Thus, the thermoelectric conversion pattern which consists of all the
次に、第二印刷工程として、図4に示す熱電変換パターン上に、図5に示すように、下側配線41、接続端子43、および上側配線42からなる導電層パターンを形成する。この状態で熱電変換単位10は、図6に示すように、平板状の基板2上に平板状に形成されている。
次に、凸部形成工程として、基板2のスリット25が形成されている部分の裏面(熱電変換単位10が形成されていない面)に、図1の凸部211に対応させた雄部を有する金型を押し当てて加圧する。これにより、第一層31および第二層32と、基板2の第一層および前記第二層が形成されている部分を延伸変形させて、凸部211を形成する。その際に、全ての単位形成部21の凸部211に対応させた雄部を有する金型を使用することで、一度に全ての熱電変換単位10に凸部211を形成する。
Next, as a second printing step, as shown in FIG. 5, a conductive layer pattern including a
Next, as a convex portion forming step, a male portion corresponding to the
このようにして製造された熱電変換素子1は、全ての熱電変換単位10において、第一層31の第一低面部212上の部分である低部31aおよび第二層32の第二低面部213上の部分である低部32aと、第一層31および第二層32の頂部211a上の部分である高部31b,32bとの間に、第一層31および第二層32の厚さ以上の高低差を有する。
Thus, the manufactured
そのため、熱電変換素子1を、基板2の非形成部22を水平に保持して、例えばホットプレートの上に置き、基板2を介して第一層31の低部31aと第二層32の低部32aを加熱して使用した場合でも、高い発電性能を得ることができる。また、印刷パターンが形成されている基板2だけでホットプレートの上に安定的に設置できる。
さらに、全ての単位形成部21の凸部211の範囲全体が、非形成部22Aから切り離されているため、熱電変換単位10の列毎に、全ての凸部211の下方空間Kがつながって、大気の流路となる。よって、上述のホットプレートによる加熱の際に、下方空間Kからなる流路に大気を流通させて頂部211aを冷却すれば、熱電変換単位10の低部31a,32aと高部31b,32bとの間に、さらに大きな温度差を生じさせることができる。
Therefore, the
Furthermore, since the entire range of the
[応用]
実施形態の熱電変換素子1は、無線センサ送信装置の自立電源として使用できる。
図7に示す無線センサ送信装置5は、回路基板51に形成されたアンテナ回路52およびセンサ端子53と、熱電変換素子1からなる自立電源と、信号処理・送信回路54と、電圧増幅部・バッテリー55と、で構成されている。
[application]
The
The wireless sensor transmission device 5 shown in FIG. 7 includes an
上述のように、実施形態の熱電変換素子1は、熱電変換単位10の低部(吸熱部)31a,32aと高部(放熱部)31b,32bとで、熱電変換層(第一層31および第二層32)の厚さ以上の高低差を有するため、吸熱部に付与する熱エネルギーが小さい場合でも、無線センサを駆動させるに十分な電力を供給できる。よって、実施形態の熱電変換素子1を電源として用いた無線センサ送信装置5は、太陽電池が使用できない照明のない場所においても、常時稼動できる自立型無線センサ送信装置として使用できる。
As described above, the
[凸部の形状について]
図8に、基板2の単位形成部21の断面形状を構成する凸部の形状を複数例示す。
図8(a) の凸部は、基板2の裏面と同じ平面26と対向する円弧面からなる頂部27と、平面26をなす直線の両端と頂部27をなす円弧の両端を結ぶ一対の傾斜面28と、を有する。頂部27と傾斜面28との境界は丸く形成されている。
図8(b) の凸部は、基板2の裏面と同じ平面26と平行に対向する平面からなる頂部27と、平面26をなす直線の両端と頂部27をなす直線の両端を結ぶ一対の傾斜面28と、を有する。頂部27と傾斜面28との境界は丸く形成されている。
[About convex shape]
FIG. 8 shows a plurality of examples of the shape of the convex portion constituting the cross-sectional shape of the
8A is a pair of inclined surfaces connecting a
The convex portion in FIG. 8B is a pair of slopes connecting a
図8(c) の凸部は、基板2の裏面と同じ平面26と平行に対向する平面からなる頂部27と、平面26をなす直線の両端と頂部27をなす直線の両端を結び、両直線に対して垂直な一対の垂直面29と、を有する。頂部27と垂直面29との境界は丸く形成されている。
図8(d) の凸部は、基板2の裏面と同じ平面26と対向し、平面26をなす直線の両端と結合された円弧面27Aからなる。円弧面27Aの平面26から最も離れている位置が頂部となる。
The convex portion in FIG. 8C connects a
The convex portion in FIG. 8D is formed of an
[材料について]
<熱電変換材料>
熱電変換材料としては、導電性高分子或いはCNT(カーボンナノチューブ)を好適に用いることができ、導電性高分子の種類によっては、成型する上で必要となる熱硬化性樹脂などのバインダ、導電性を高めるためのCNT(カーボンナノチューブ)分散体やエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、n−メチルピロリドンあるいはジメチルホルムアミド、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテルなどの極性高沸点溶媒を添加できる。
なお、熱電変換材料としては、基板の変形に追従できる材料であれば、種類は限定されず、無機材料もしくは有機物と無機物の混合材料を使用することもできる。一般的には、熱電変換材料の破断歪みが10%以上であると、基板の変形に追従し易い。
[About materials]
<Thermoelectric conversion material>
As the thermoelectric conversion material, a conductive polymer or CNT (carbon nanotube) can be preferably used. Depending on the type of the conductive polymer, a binder such as a thermosetting resin necessary for molding, a conductive material A CNT (carbon nanotube) dispersion for increasing the viscosity and a polar high-boiling solvent such as ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, n-methylpyrrolidone or dimethylformamide, polyethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether can be added.
Note that the thermoelectric conversion material is not limited as long as the material can follow the deformation of the substrate, and an inorganic material or a mixed material of an organic substance and an inorganic substance can also be used. Generally, when the breaking strain of the thermoelectric conversion material is 10% or more, it is easy to follow the deformation of the substrate.
<導電性高分子からなる熱電変換材料の例示>
p型導電性高分子(p型半導体特性を有する導電性高分子)としては、共役系の分子構造を有する高分子化合物(共役系高分子)を用いることができる。
共役系高分子としては、ポリチオフェン系化合物(破断歪み10〜20%)、ポリピロール系化合物(破断歪み20%)、ポリアニリン系化合物(破断歪み〜35%)、ポリアセチレン系化合物(破断歪み〜800%)、ポリ(p−フェニレン)系化合物、ポリ(p−フェニレンビニレン)系化合物(PPV系化合物、150℃加熱延伸処理後の破断歪み5%)、ポリ(p−フェニレンエチニレン)系化合物(破断歪み2.5%)、ポリ(p−フルオレニレンビニレン)系化合物(破断歪み2.5%)、ポリアセン系化合物(破断歪み1%)、ポリフェナントレン系化合物(破断歪み1%)が挙げられる。
<Example of thermoelectric conversion material made of conductive polymer>
As the p-type conductive polymer (conductive polymer having p-type semiconductor characteristics), a polymer compound having a conjugated molecular structure (conjugated polymer) can be used.
Conjugated polymers include polythiophene compounds (breaking strain 10-20%), polypyrrole compounds (breaking strain 20%), polyaniline compounds (breaking strain 35%), and polyacetylene compounds (breaking strain 800%). , Poly (p-phenylene) compound, poly (p-phenylene vinylene) compound (PPV compound, 5% strain at break after 150 ° C. heat-stretching treatment), poly (p-phenylene ethynylene) compound (break strain) 2.5%), poly (p-fluorenylene vinylene) compound (breaking strain 2.5%), polyacene compound (breaking
また、上記高分子化合物のモノマーに置換基が導入された誘導体からなる繰り返し単位を有する共役系高分子も挙げられる。
n型導電性高分子(n型半導体特性を有する導電性高分子)としても、共役系の分子構造を有する高分子化合物が挙げられるが、不安定な物質が多い。
Moreover, the conjugated polymer which has a repeating unit which consists of a derivative | guide_body in which the substituent was introduce | transduced into the monomer of the said high molecular compound is also mentioned.
As the n-type conductive polymer (conductive polymer having n-type semiconductor characteristics), a polymer compound having a conjugated molecular structure can be given, but many unstable substances are present.
<第一層および第二層について>
第一層および第二層の少なくともいずれかは熱電変換材料からなり、第一層および第二層は同じ材料または異なる材料からなる。第一層および第二層が異なる材料からなる場合は、凸部の頂部に、熱電変換単位内の第一層と第二層を接続する上側配線を形成する。第一層および第二層が同じ材料からなる場合は上側配線は必要ない。
つまり、第一層および第二層が異なる材料からなる場合の材料の組み合わせは、p型熱電材料とn型熱電材料、p型熱電材料と導電性材料(熱電変換機能無し)、n型熱電材料と導電性材料(熱電変換機能無し)が挙げられる。ただし、上述のように、導電性高分子からなるn型熱電材料(n型導電性高分子)は不安定な物質が多い。
<About the first layer and the second layer>
At least one of the first layer and the second layer is made of a thermoelectric conversion material, and the first layer and the second layer are made of the same material or different materials. When the first layer and the second layer are made of different materials, an upper wiring that connects the first layer and the second layer in the thermoelectric conversion unit is formed on the top of the convex portion. When the first layer and the second layer are made of the same material, the upper wiring is not necessary.
That is, when the first layer and the second layer are made of different materials, the combination of materials is p-type thermoelectric material and n-type thermoelectric material, p-type thermoelectric material and conductive material (no thermoelectric conversion function), n-type thermoelectric material. And conductive materials (without thermoelectric conversion function). However, as described above, many n-type thermoelectric materials (n-type conductive polymers) made of conductive polymers are unstable.
<基板>
基板の種類は特に限定されないが、電極の形成や熱電変換層の形成時に影響を受けにくく、さらに変形に際して割れにくい基板(破断歪み50%以上)を使用することが好ましい。コストや柔軟性の観点から、プラスチックフィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ(1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、ポリエチレン−2,6 −フタレンジカルボキシレート、ビスフェノールAとイソおよびテレフタル酸との重合で得られるポリエステルフィルムなどのポリエステルフィルム、ポリシクロオレフィンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリフェニルスルフィドフィルムなどが挙げられる。
これらのうち、入手の容易性、100℃以上の耐熱性、加工性、経済性および効果の観点から、市販のポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、各種ポリイミドやポリカーボネートフィルムが好ましい。印刷工程を考えると、例えば、片面易接着加工されたシートが好ましい。
<Board>
The type of the substrate is not particularly limited, but it is preferable to use a substrate (breaking strain of 50% or more) that is not easily affected by the formation of the electrode or the thermoelectric conversion layer and that is not easily broken during deformation. From the viewpoint of cost and flexibility, a plastic film is preferable. Polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, poly (1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate), polyethylene-2,6-phthalenedicarboxy Examples thereof include polyester film such as polyester film obtained by polymerization of rate, bisphenol A with iso and terephthalic acid, polycycloolefin film, polyimide film, polycarbonate film, polyether ether ketone film, polyphenyl sulfide film and the like.
Of these, commercially available polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), various polyimides and polycarbonate films are preferred from the viewpoints of availability, heat resistance of 100 ° C. or higher, processability, economy and effects. Considering the printing process, for example, a sheet subjected to one-side easy adhesion processing is preferable.
[好ましい態様について]
この発明の第一態様の熱電変換素子は、さらに下記の構成(a) 〜(e) の少なくともいずれかを有することが好ましい。
(a) 前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかが導電性高分子からなる。
(b) 前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかが、ポリチオフェン系化合物、ポリピロール系化合物、ポリアニリン系化合物、ポリアセチレン系化合物、ポリ(p−フェニレン)系化合物、ポリ(p−フェニレンビニレン)系化合物、ポリ(p−フェニレンエチニレン)系化合物、ポリ(p−フルオレニレンビニレン)系化合物、ポリアセン系化合物、ポリフェナントレン系化合物、およびこれらの化合物のモノマーに置換基が導入された誘導体からなる繰り返し単位を有する共役系高分子から選択される少なくとも一つを有する。
[About preferred embodiments]
The thermoelectric conversion element according to the first aspect of the present invention preferably further has at least one of the following configurations (a) to (e).
(a) At least one of the first layer and the second layer is made of a conductive polymer.
(b) At least one of the first layer and the second layer is a polythiophene compound, a polypyrrole compound, a polyaniline compound, a polyacetylene compound, a poly (p-phenylene) compound, or poly (p-phenylene vinylene). Compounds, poly (p-phenyleneethynylene) compounds, poly (p-fluorenylene vinylene) compounds, polyacene compounds, polyphenanthrene compounds, and derivatives in which substituents are introduced into the monomers of these compounds And having at least one selected from conjugated polymers having a repeating unit.
(c) 前記熱電変換材料はp型導電性高分子である。
(d) 前記基板は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンイソフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリ(1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)フィルム、ポリエチレン−2,6−フタレンジカルボキシレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリフェニルスルフィドフィルムから選択される少なくとも一つからなる。
(c) The thermoelectric conversion material is a p-type conductive polymer.
(d) The substrate is made of polyethylene terephthalate film, polyethylene isophthalate film, polyethylene naphthalate film, polybutylene terephthalate film, poly (1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate) film, polyethylene-2,6-phthalenedicarboxylate. It consists of at least one selected from a film, a polyimide film, a polycarbonate film, a polyether ether ketone film, and a polyphenyl sulfide film.
(e) 前記熱電変換素子の前記印刷パターンが保護層(例えば、合成樹脂からなるコーティング剤を塗布して硬化させた層)で覆われている。
この発明の第二態様の熱電変換素子の製造方法は、さらに下記の構成(f) を有することが好ましい。
(f) 前記基板の前記凸部を形成する範囲内に、前記熱電変換単位に対応するスリットを形成する工程を有する。
この発明の第三態様として、前記第一態様の熱電変換素子を備えた無線センサ用電源が挙げられる。
この発明の第四態様として、前記第一態様の熱電変換素子からなる自立電源と、信号処理・送信回路と、電圧増幅部・バッテリーと、アンテナ回路およびセンサ端子が形成された回路基板と、を有する無線センサが挙げられる。
(e) The printed pattern of the thermoelectric conversion element is covered with a protective layer (for example, a layer obtained by applying and curing a coating agent made of a synthetic resin).
The method for manufacturing a thermoelectric conversion element according to the second aspect of the present invention preferably further has the following configuration (f).
(f) forming a slit corresponding to the thermoelectric conversion unit within a range of forming the convex portion of the substrate;
As a third aspect of the present invention, there is a power supply for a wireless sensor provided with the thermoelectric conversion element of the first aspect.
As a fourth aspect of the present invention, a self-supporting power source comprising the thermoelectric conversion element of the first aspect, a signal processing / transmission circuit, a voltage amplification unit / battery, and a circuit board on which an antenna circuit and a sensor terminal are formed, The wireless sensor which has is mentioned.
[熱電変換材料について]
サンプルNo.1〜3 とサンプルNo.5では、第一層31の材料として、ポリチオフェン系化合物を含むコーティング剤であるヘレウス株式会社の「Clevios PH1000(水分散液)」を使用した。ポリチオフェン系化合物はp型導電性高分子であり、このコーティング剤の主成分は「ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリスチレンスルフィド」である。
[About thermoelectric conversion materials]
In Samples Nos. 1 to 3 and Sample No. 5, “Clevios PH1000 (aqueous dispersion)” of Heraeus Co., Ltd., which is a coating agent containing a polythiophene compound, was used as the material of the
セルロースナノファイバ(中越パルプ社製、最大幅500nm以下、平均幅50nm以下、平均繊維長0.5μm、重合度350)を、PH1000の有効成分に対して5質量%添加し、エチレングリコールをPH1000に対して5体積%となるように添加した後、攪拌しながら加温して、水分を蒸発させてゲル状のp型熱電変換材料を得た。
サンプルNo.4とサンプルNo.6では、第一層31の材料として、ポリ(p−フェニレンビニレン)系化合物(PPV系化合物)を用いた。作成法は次の通りである。モノマーであるp−キシリレンビス(テトラヒドロチオフェニウムクロライド)10gを、200mlの水に溶解させてモノマー溶液を得、このモノマー溶液を0℃に冷却した。これとは別に、モノマーに対して1.1倍モル濃度の水酸化ナトリウム水溶液を調製して、モノマー溶液に滴下した。滴下後、さらに1時間撹拌を行うことで、重合液を得た。
Cellulose nanofibers (manufactured by Chuetsu Pulp Co., Ltd., maximum width 500 nm or less, average width 50 nm or less, average fiber length 0.5 μm, polymerization degree 350) are added in an amount of 5 mass% with respect to the active ingredient of PH1000, and ethylene glycol is added to PH1000. After adding to 5% by volume, the mixture was heated with stirring to evaporate the water, thereby obtaining a gel-like p-type thermoelectric conversion material.
In Sample No. 4 and Sample No. 6, a poly (p-phenylene vinylene) -based compound (PPV-based compound) was used as the material for the
この重合液を塩酸水溶液で中和した後、透析膜(和光純薬製 セロチューブ)を用いて透析処理を行い、精製されたPPV前駆体溶液を得た。得られたPPV前駆体溶液10gにカーボンナノチューブ(アルドリッチ株式会社製)10mgを加え、超音波バスにて30分間処理を行うことで、基板上に塗布可能なPPV前駆体溶液を調製した。このようにして得られたPPV前駆体溶液を、基板2の第一層31形成部に付着させた後、50℃で12時間保持する溶媒除去工程と、溶媒除去工程の後に120℃で延伸処理する延伸工程と、150℃で熱処理する熱処理工程を経ることで、基板2上にPPV系化合物からなる第一層31が形成される。
After neutralizing this polymerization solution with an aqueous hydrochloric acid solution, dialysis treatment was performed using a dialysis membrane (cellotube manufactured by Wako Pure Chemical Industries) to obtain a purified PPV precursor solution. 10 mg of carbon nanotubes (manufactured by Aldrich Co., Ltd.) was added to 10 g of the obtained PPV precursor solution, and the PPV precursor solution applicable to the substrate was prepared by performing treatment for 30 minutes in an ultrasonic bath. The PPV precursor solution thus obtained is attached to the
第二層32、下側配線41、接続端子43、および上側配線42の材料としては、銀ペーストを使用した。下側配線41、接続端子43、および上側配線42はスクリーン印刷で形成した。銀ペーストとしては、例えば藤倉化成株式会社製「ドータイトFA−333」などを使用できる。また、銀の酸化を抑制するため、銀ペーストの上に、カーボンペーストを重ねて印刷しても良い。
As a material for the
[熱電変換素子の製造]
熱電変換単位を10列10行のマトリックス状に100個有する熱電変換素子を、以下の方法で製造した。実施形態では2列7行、14個の熱電変換単位10を有する熱電変換素子について説明したが、以下の実施例では、熱電変換単位10の個数が異なる以外、各工程は実施形態で説明した各工程と同じ方法で行った。
[Manufacture of thermoelectric conversion elements]
Thermoelectric conversion elements having 100 thermoelectric conversion units in a matrix of 10 columns and 10 rows were manufactured by the following method. In the embodiment, a thermoelectric conversion element having two columns and seven rows and 14
<サンプルNo.1>
先ず、図2に示すように、厚さ100μmのPETフィルムからなる基板2に、実施形態で説明した方法と同様にスリット25を形成した。実施形態では2列7行のため28本のスリットであるが、この実施例ではスリット25の形成本数は各列に20本、合計200本形成した。
<Sample No.1>
First, as shown in FIG. 2, the
次に、第一層31の開口パターンが、図3と同様に各列と各行で交互に形成された厚さ0.1mmのメタルマスクを用意し、このメタルマスクを用いて、上述のゲル状のp型熱電変換材料を印刷した。これにより、基板2上の各熱電変換単位10のスリット25間に、p型熱電変換材料からなる第一層31の印刷パターンを形成した。次に、この状態の基板2を120℃で2時間加熱することで、p型熱電変換材料を乾燥させた。乾燥後の第一層31の厚さは5μmであった。
Next, a metal mask having a thickness of 0.1 mm in which the opening pattern of the
次に、全ての熱電変換単位10の第一層31の隣に、銀ペーストからなる第二層32を印刷し、120℃で2時間加熱することで銀ペーストを乾燥させた。この印刷はスクリーン印刷で行った。銀ペーストは、乾燥後の第二層32が10μmとなるように印刷した。これにより、図4と同様の第一層31と第二層32とからなる熱電変換パターンを100個形成した。
Next, the
次に、全ての熱電変換パターン上に、図5と同様に、下側配線41、接続端子43、および上側配線42からなる導電層パターンを形成した。導電層パターンは、銀ペーストをスクリーン印刷した後に、120℃で2時間の加熱を行って乾燥させることで形成した。この状態で、各熱電変換単位10は、図6に示すように、平板状の基板2上に平板状に形成されている。
Next, a conductive layer pattern composed of the
次に、全ての熱電変換単位10に対して、実施形態に記載した凸部形成工程を行うことにより、全ての熱電変換単位10を図1に示す状態にした。凸部形成工程は、金型の雄型を基板2の裏面に10分間押し付けること(加熱無しの加圧成形)により行った。これにより、凸部211の突出高さTを1mmとした。また、第一層31および第二層32も基板2とともに延伸変形した。
このようにして得られた熱電変換素子1は、図1に示すように、各列の熱電変換単位10毎に、凸部211の下方空間Kがつながった大気の流路を有する。
Next, all the
As shown in FIG. 1, the
<サンプルNo.2>
先ず、サンプルNo.1と同じ基板2にスリット25を形成せずに、第一層31および第二層32からなる熱電変換パターンを基板2上のサンプルNo.1と同じ位置に、サンプルNo.1と同じ材料を用い、サンプルNo.1と同じ方法で印刷した。
次に、サンプルNo.1と方法で、下側配線41、接続端子43、および上側配線42からなる導電層パターンを形成した。
<Sample No.2>
First, without forming the
Next, a conductive layer pattern composed of the
次に、全ての熱電変換単位10に対して、基板2を120℃に加熱した状態で、金型の雄型を基板2の裏面に10分間押し付けること(加圧・加熱成形)により行った。
このようにして得られた熱電変換素子は、図1の凸部211と類似の凸部を有するが、単位形成部21と非形成部22Aとの間が切り離されていない。そのため、熱電変換単位10の両脇の非形成部22Aとの境界が緩やかになっている。また、凸部の下方空間は一つずつ独立しているため、サンプルNo.1の熱電変換素子のように凸部211の下方空間Kがつながった大気の流路を有さない。なお、サンプルNo.2でも、凸部の突出高さはサンプルNo.1と同じ1mmにした。
Next, with respect to all the
The thermoelectric conversion element thus obtained has a convex portion similar to the
<サンプルNo.3>
先ず、サンプルNo.1と同様に、基板2に対するスリット25の形成を行った。次に、金型の雄型を基板2の裏面に10分間押し付けること(加熱無しの加圧成形)で、全ての熱電変換単位10に凸部211を形成した。凸部211の突出高さTはNo.1と同じ1mmにした。
<Sample No. 3>
First, similarly to sample No. 1, the
次に、サンプルNo.1と同じp型熱電変換材料を用いて、全ての単位形成部21の第一低面部212から凸部211の頂部211aに至る部分に第一層31を印刷した後、乾燥させた。この印刷は厚さ0.1mmのメタルマスクを用いて行った。
次に、銀ペーストを用いて、全ての単位形成部21の第二低面部213から凸部211の頂部211aに至る部分に第二層32を印刷した後、乾燥させた。この印刷はスクリーン印刷で行った。
Next, using the same p-type thermoelectric conversion material as in sample No. 1, after printing the
Next, the
次に、第一低面部212上に形成された第一層31の低部31aおよび第二低面部213上に形成された第二層32の低部32aに、下側配線41および接続端子43を印刷するとともに、凸部211の頂部211a上に形成された第一層31の高部31bおよび第二層32の高部32bに上側配線42を印刷した。これらの配線および端子の印刷はスクリーン印刷で行った。
このようにして得られた熱電変換素子は、図1の熱電変換素子1と類似の構造を有するが、第一層31および第二層32は、低部31a,32a以外の部分を含めて全体が延伸変形されていない。各列の熱電変換単位10毎に、凸部211の下方空間Kがつながった大気の流路を有する。
Next, the
The thermoelectric conversion element thus obtained has a structure similar to that of the
<サンプルNo.4>
先ず、サンプルNo.1と同じ方法で、基板2に対するスリット25の形成工程を行った。次に、前述のPPV前駆体溶液を、基板2の第一層31形成部にスクリーン印刷で付着させた後、50℃で12時間保持してPPV前駆体溶液層中の溶媒を除去した。次に、120℃で60分間、基板2を延伸する延伸処理を行った後、150℃で60分間の熱処理を行った。これにより、基板2上にPPV系化合物からなる第一層31が形成された。
<Sample No. 4>
First, the formation process of the
次に、サンプルNo.1と同じ方法で、第二層32を形成する工程と導電層形成工程を行った。
次に、凸部形成工程を、基板2を150℃加熱した状態で、金型の雄型を基板2の裏面に10分間押し付けること(加熱加圧成形)により行った。また、凸部211の突出高さTを1mmとした。これに伴い、第一層31および第二層32も基板2とともに延伸変形された。
このようにして得られた熱電変換素子1は、図1に示すように、各列の熱電変換単位10毎に、凸部211の下方空間Kがつながった大気の流路を有する。
Next, the step of forming the
Next, the convex part formation process was performed by pressing the male mold | die of the metal mold | die on the back surface of the board |
As shown in FIG. 1, the
<サンプルNo.5(比較例)>
基板2にスリット25を形成せずに、サンプルNo.1より厚いメタルマスクとサンプルNo.1と同じ材料を用い、第一層31および第二層32からなる熱電変換パターンを、1mm厚さで、基板2上のサンプルNo.1と同じ位置に印刷した。
次に、サンプルNo.1と同じ方法で、下側配線41、接続端子43、および上側配線42からなる導電層パターンを形成した。
<Sample No. 5 (comparative example)>
Without forming the
Next, a conductive layer pattern including the
<サンプルNo.6(比較例)>
先ず、サンプルNo.1と同様に、基板2に対するスリット25の形成を行った。次に、凸部形成工程を、基板2を150℃加熱した状態で、金型の雄型を基板2の裏面に10分間押し付けること(加熱加圧成形)により行った。凸部211の突出高さTはNo.1と同じ1mmにした。
<Sample No. 6 (comparative example)>
First, similarly to sample No. 1, the
次に、前述のPPV前駆体溶液を、基板2の第一層31形成部にスクリーン印刷で付着させた後、50℃で12時間保持してPPV前駆体溶液層中の溶媒を除去した。次に、延伸処理を行わずに、150℃で60分間の熱処理を行った。これにより、基板2上にPPV系化合物からなる第一層31が形成された。次に、サンプルNo.4と同じ方法で、第二層32の形成および導電層形成工程を行った。
このようにして得られた熱電変換素子は、図1の熱電変換素子1と類似の構造を有するが、第一層31および第二層32は、低部31a,32a以外の部分を含めて全体が延伸変形されていない。各列の熱電変換単位10毎に、凸部211の下方空間Kがつながった大気の流路を有する。
Next, after the PPV precursor solution described above was attached to the
The thermoelectric conversion element thus obtained has a structure similar to that of the
[破断歪み試験]
サンプルNo.1とサンプルNo.4では、第一層31を構成する材料が異なる。サンプルNo.1の第一層31は「ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリスチレンスルフィド」からなり、サンプルNo.4の第一層31はPPV系化合物からなる。それぞれに対応する試験片、つまり、PETフィルム上に「ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリスチレンスルフィド」を形成した試験片No.1と、PETフィルムにPPV系化合物を形成した試験片No.4を用意して、引張破断試験を行った。その結果、熱電変換層の破断歪みは試験片No.1で10%であり、試験片No.4で800%あった。
また、試験片No.4に対して、サンプルNo.4と同じ条件で加熱加圧成形を行い凸部を形成した後に、引張破断試験を行ったところ、熱電変換層の破断歪みは5%であった。
[Breaking strain test]
Sample No. 1 and Sample No. 4 are different in the material constituting the
Moreover, when the test piece No. 4 was heat-pressed under the same conditions as in the sample No. 4 to form a convex portion and then subjected to a tensile break test, the break strain of the thermoelectric conversion layer was 5%. there were.
[熱電変換素子の評価]
サンプルNo.1〜No.6の各熱電変換素子を、室温25℃の環境下で、基板2の非形成部22を水平に保持して、40℃のホットプレートの上に置き、基板2を介して第一層31の低部31aと第二層32の低部32aを加熱した。この状態で、両端子43間に発生した電圧をテスターで測定した。
[Evaluation of thermoelectric conversion element]
The thermoelectric conversion elements of samples No. 1 to No. 6 are placed on a hot plate at 40 ° C. while holding the
電圧の測定値は、サンプルNo.1では150mV、サンプルNo.2では120mV、サンプルNo.3では120mV、サンプルNo.4では75mV、サンプルNo.5では50mVであったが、サンプルNo.6では第一層31が破断して起電力が得られなかった。
また、サンプルNo.1〜No.4の熱電変換素子は、凸部211を有するため、ホットプレートに近い低部31a,32aと、ホットプレートから離れた高部31b,32bとの温度差が大きかった。
The measured voltage was 150 mV for sample No. 1, 120 mV for sample No. 2, 120 mV for sample No. 3, 75 mV for sample No. 4, and 50 mV for sample No. 5, but for sample No. 6. The
In addition, since the thermoelectric conversion elements of samples No. 1 to No. 4 have the
サンプルNo.2の熱電変換素子では、大気開放側とホットプレート接触面との温度差が12℃であった。
サンプルNo.1、No.3、No.4の熱電変換素子では、下方空間Kがつながった流路を大気が流通するため、大気開放側とホットプレート接触面との温度差が、サンプルNo.2の熱電変換素子より大きかった。
In the thermoelectric conversion element of sample No. 2, the temperature difference between the atmosphere open side and the hot plate contact surface was 12 ° C.
In the thermoelectric conversion elements of samples No.1, No.3, and No.4, since the atmosphere flows through the flow path connected to the lower space K, the temperature difference between the open air side and the hot plate contact surface is the sample No. It was larger than 2 thermoelectric conversion elements.
凸部211を有さないサンプルNo.5の熱電変換素子では、第一層31の厚さ分の高低差しか有さないため、大気開放側とホットプレート接触面との温度差が5℃であった。
サンプルNo.4では、破断歪みが10%以下であるPPV系化合物を熱電変換材料として使用したが、単位形成部が凸部を有する図1に示す形状の熱電変換素子を得ることができた。
In the thermoelectric conversion element of sample No. 5 that does not have the
In sample No. 4, a PPV compound having a fracture strain of 10% or less was used as the thermoelectric conversion material, but a thermoelectric conversion element having the shape shown in FIG.
[無線センサ送信装置の組み立て]
サンプルNo.1〜No.6の各熱電変換素子を用いて、図7に示す無線センサ送信装置5を組み立てた。
先ず、アンテナ回路52およびセンサ端子53が形成された回路基板51の上に信号処理・送信回路54と電圧増幅部・バッテリー55を設置した。次に、この状態の回路基板51を、サンプルNo.1〜No.6の各熱電変換素子からなる熱電変換素子1の上部に貼り付けた。次に、熱電変換素子1を電源コントローラに接続して、全体を筐体に格納した。
[Assembly of wireless sensor transmitter]
Using each of the thermoelectric conversion elements of samples No. 1 to No. 6, the wireless sensor transmission device 5 shown in FIG. 7 was assembled.
First, the signal processing /
[無線センサ送信装置の動作]
組み立てられた無線センサ送信装置5を、表面温度15℃の壁に貼り付け、室温20℃の環境で動作試験(室温の測定と測定データの送信)を行った。
サンプルNo.1〜No.4の熱電変換素子を組み込んだ無線センサ送信装置5では、長期に渡って良好な動作が可能であることが確認できた。しかし、サンプルNo.5とサンプルNo.6の熱電変換素子を組み込んだ無線センサ送信装置5では、早期にバッテリーの損耗が生じて動作が停止した。
[Operation of wireless sensor transmitter]
The assembled wireless sensor transmission device 5 was attached to a wall having a surface temperature of 15 ° C., and an operation test (measurement of room temperature and transmission of measurement data) was performed in an environment at room temperature of 20 ° C.
It was confirmed that the wireless sensor transmission device 5 incorporating the thermoelectric conversion elements of samples No. 1 to No. 4 can operate satisfactorily for a long time. However, in the wireless sensor transmission device 5 incorporating the thermoelectric conversion elements of Sample No. 5 and Sample No. 6, the battery was quickly worn out and the operation was stopped.
1 熱電変換素子
10 熱電変換単位
2 基板
21 単位形成部
211 凸部
212 第一低面部
213 第二低面部
22 非形成部
22A 非形成部
211a 凸部の頂部
31 第一層
31a 第一層の低部
31b 第一層の高部
32 第二層
32b 第二層の高部
32a 第二層の低部
41 下側配線
42 上側配線
43 接続端子
5 無線センサ送信装置
51 回路基板
52 アンテナ回路
53 センサ端子
54 信号処理・送信回路
55 電圧増幅部・バッテリー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基板上に形成された複数の熱電変換単位と、
を有し、
前記基板の前記熱電変換単位が形成されている単位形成部の断面形状は、凸部とその両脇の前記凸部より低い第一低面部および第二低面部からなり、
前記基板の前記熱電変換単位が形成されていない非形成部は前記凸部の頂部より低い位置にあり、
前記熱電変換単位は、前記単位形成部の前記第一低面部から前記凸部の頂部に至る第一層と、前記頂部から第二低面部に至る第二層を有し、
前記第一層および前記第二層の少なくともいずれかは熱電変換材料からなり、
前記第一層および前記第二層は同じ材料または異なる材料からなり、
前記複数の熱電変換単位は直列接続され、
前記第一低面部および前記第二低面部には、隣り合う前記熱電変換単位の前記第一層と前記第二層を接続する下側配線が形成され、
前記第一層および前記第二層が異なる材料からなる場合は、前記頂部に、前記熱電変換単位内の前記第一層と前記第二層を接続する上側配線が形成され、
前記直列接続の両端にそれぞれ外部との接続端子を有する熱電変換素子。 A substrate,
A plurality of thermoelectric conversion units formed on the substrate;
Have
The cross-sectional shape of the unit forming part in which the thermoelectric conversion unit of the substrate is formed is composed of a first low surface part and a second low surface part lower than the convex part and the convex part on both sides thereof,
The non-formation part in which the thermoelectric conversion unit of the substrate is not formed is in a position lower than the top part of the convex part,
The thermoelectric conversion unit has a first layer from the first low surface portion of the unit forming portion to the top of the convex portion, and a second layer from the top to the second low surface portion,
At least one of the first layer and the second layer is made of a thermoelectric conversion material,
The first layer and the second layer are made of the same material or different materials,
The plurality of thermoelectric conversion units are connected in series,
On the first low surface portion and the second low surface portion, a lower wiring that connects the first layer and the second layer of the adjacent thermoelectric conversion units is formed,
When the first layer and the second layer are made of different materials, an upper wiring that connects the first layer and the second layer in the thermoelectric conversion unit is formed on the top,
A thermoelectric conversion element having connection terminals to the outside at both ends of the series connection.
基板上に、前記複数の熱電変換単位を構成する前記第一層および前記第二層からなる熱電変換パターンを形成する第一印刷工程と、
前記下側配線、前記接続端子、および前記上側配線からなる導電層パターンを、前記熱電変換パターン上に形成する第二印刷工程と、
前記第一層および前記第二層と、前記基板の前記第一層および前記第二層が形成されている部分を延伸変形させて、前記凸部を形成する凸部形成工程と、
を有する熱電変換素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the thermoelectric conversion element according to claim 1,
A first printing step for forming a thermoelectric conversion pattern comprising the first layer and the second layer constituting the plurality of thermoelectric conversion units on a substrate;
A second printing step of forming a conductive layer pattern composed of the lower wiring, the connection terminal, and the upper wiring on the thermoelectric conversion pattern;
A projecting portion forming step of forming the projecting portion by stretching and deforming the first layer and the second layer, and a portion of the substrate where the first layer and the second layer are formed;
The manufacturing method of the thermoelectric conversion element which has this.
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