JP3185429B2 - 熱発電素子の製造方法 - Google Patents
熱発電素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱電対等に用いられる熱
発電素子の製造方法に関するものである。
発電素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱発電素子は周知の通り、熱電効果を利
用して熱エネルギーから電気エネルギーに、或いはその
反対に変換する素子であり、代表的なものとして、熱電
対や電子冷凍素子（ペルチェ素子）等が挙げられる。こ
の熱電対は二種の金属線を接続して閉回路を作り、二つ
の接点を異なる温度に保つと、これら接点間に熱起電力
が生ずるというゼーベック効果を利用したもので、両端
の電圧を測定して温度を測るものである。一方、電子冷
凍素子は、異種の導体や半導体の接触面を通して電流が
流れるとき、その接触面でジュール熱以外の熱の発生、
吸収が起こるペルチェ効果を利用したものであり、マイ
ナス２０℃〜プラス７０℃程度の範囲で精密に温度制御
が必要な場合等に良く使用されている。
用して熱エネルギーから電気エネルギーに、或いはその
反対に変換する素子であり、代表的なものとして、熱電
対や電子冷凍素子（ペルチェ素子）等が挙げられる。こ
の熱電対は二種の金属線を接続して閉回路を作り、二つ
の接点を異なる温度に保つと、これら接点間に熱起電力
が生ずるというゼーベック効果を利用したもので、両端
の電圧を測定して温度を測るものである。一方、電子冷
凍素子は、異種の導体や半導体の接触面を通して電流が
流れるとき、その接触面でジュール熱以外の熱の発生、
吸収が起こるペルチェ効果を利用したものであり、マイ
ナス２０℃〜プラス７０℃程度の範囲で精密に温度制御
が必要な場合等に良く使用されている。
【０００３】この熱発電素子は、熱電材料からなるｐ型
半導体とｎ型半導体とによって形成されている。具体的
には、図５（ａ）に示すように、ｐ型半導体１とｎ型半
導体２とを所定の成形型内で焼結成形し、これらを互い
に直接接合してｐ−ｎ接合部３を有する直接接合型の熱
発電素子４を形成していた。
半導体とｎ型半導体とによって形成されている。具体的
には、図５（ａ）に示すように、ｐ型半導体１とｎ型半
導体２とを所定の成形型内で焼結成形し、これらを互い
に直接接合してｐ−ｎ接合部３を有する直接接合型の熱
発電素子４を形成していた。
【０００４】また、図５（ｂ）に示すように、ｐ型半導
体１とｎ型半導体２とを別個に焼結成形し、これらを導
電性を有する金属板５で間接接合して間接接合型の熱発
電素子６を形成していた。上記金属板５には熱歪み緩和
部５ａが形成されており、該金属板５と各半導体１，２
とはロウ付け７によって接合されていた。
体１とｎ型半導体２とを別個に焼結成形し、これらを導
電性を有する金属板５で間接接合して間接接合型の熱発
電素子６を形成していた。上記金属板５には熱歪み緩和
部５ａが形成されており、該金属板５と各半導体１，２
とはロウ付け７によって接合されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の技術
には、以下のような問題があった。即ち、直接接合型の
熱発電素子４に使用できるｐ型半導体１及びｎ型半導体
２は、例えば、ＳｉＧｅやＦｅＳｉ2 等のように構造が
同じ材料で、熱膨脹率の差の少ない材料に限定されると
いう問題があった。
には、以下のような問題があった。即ち、直接接合型の
熱発電素子４に使用できるｐ型半導体１及びｎ型半導体
２は、例えば、ＳｉＧｅやＦｅＳｉ2 等のように構造が
同じ材料で、熱膨脹率の差の少ない材料に限定されると
いう問題があった。
【０００６】また、間接接合型の熱発電素子６は、ｐ型
半導体１及びｎ型半導体２を構成する材料を選ばない
が、上記金属板５の耐熱性やその接合強度に劣るという
問題があった。
半導体１及びｎ型半導体２を構成する材料を選ばない
が、上記金属板５の耐熱性やその接合強度に劣るという
問題があった。
【０００７】本発明の目的は、上記課題に鑑み、ｐ型半
導体及びｎ型半導体を構成する材料を選ばず、接合強度
に優れた熱発電素子を得ることができる熱発電素子の製
造方法を提供することにある。
導体及びｎ型半導体を構成する材料を選ばず、接合強度
に優れた熱発電素子を得ることができる熱発電素子の製
造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る熱発電素子の製造方法は、ｐ型半導体の原
料粉末からなる母粒子の周囲にＣｕＯの子粒子を付着さ
せてｐ型カプセル粒子を形成すると共に、ｎ型半導体の
原料粉末からなる母粒子の周囲にＣｕＯの子粒子を付着
させてｎ型カプセル粒子を形成し、一の成形型内に上記
ｐ型カプセル粒子とｎ型カプセル粒子とを分割して装入
後、焼結成形してｐ型半導体とｎ型半導体とを直接接合
するようにしたものである。
本発明に係る熱発電素子の製造方法は、ｐ型半導体の原
料粉末からなる母粒子の周囲にＣｕＯの子粒子を付着さ
せてｐ型カプセル粒子を形成すると共に、ｎ型半導体の
原料粉末からなる母粒子の周囲にＣｕＯの子粒子を付着
させてｎ型カプセル粒子を形成し、一の成形型内に上記
ｐ型カプセル粒子とｎ型カプセル粒子とを分割して装入
後、焼結成形してｐ型半導体とｎ型半導体とを直接接合
するようにしたものである。
【０００９】
【作用】上記構成によれば、ｐ型カプセル粒子は、ｐ型
半導体の原料粉末からなる母粒子の周囲にＣｕＯの子粒
子を付着させて形成されている。一方、ｎ型カプセル粒
子は、ｎ型半導体の原料粉末からなる母粒子の周囲にＣ
ｕＯの子粒子を付着させて形成されている。
半導体の原料粉末からなる母粒子の周囲にＣｕＯの子粒
子を付着させて形成されている。一方、ｎ型カプセル粒
子は、ｎ型半導体の原料粉末からなる母粒子の周囲にＣ
ｕＯの子粒子を付着させて形成されている。
【００１０】従って、これらｐ型カプセル粒子とｎ型カ
プセル粒子とを一の成形型内に分割して装入した後、焼
結成形すると、上記ｐ型半導体とｎ型半導体とは直接接
合されるが、実際には、そのｐ−ｎ接合部にはＣｕＯが
介在して、ＣｕＯ同士が接合された状態になる。
プセル粒子とを一の成形型内に分割して装入した後、焼
結成形すると、上記ｐ型半導体とｎ型半導体とは直接接
合されるが、実際には、そのｐ−ｎ接合部にはＣｕＯが
介在して、ＣｕＯ同士が接合された状態になる。
【００１１】このように上記カプセル粒子の子粒子とし
てＣｕＯを用いるのは、当該ＣｕＯが滑り性、通電性に
優れているからである。即ち、子粒子としてＣｕＯを使
用すると、母粒子の粒界に均一に分散したＣｕＯが焼結
時の滑り性を向上させると共に、焼結密度を向上させ、
これにより優れた接合強度を示すものである。
てＣｕＯを用いるのは、当該ＣｕＯが滑り性、通電性に
優れているからである。即ち、子粒子としてＣｕＯを使
用すると、母粒子の粒界に均一に分散したＣｕＯが焼結
時の滑り性を向上させると共に、焼結密度を向上させ、
これにより優れた接合強度を示すものである。
【００１２】また、ＣｕＯの通電性により、例えば、焼
結法としてプラズマ焼結法を用いる場合、母粒子の粒界
に均一に分散したＣｕＯによって局部通電が防止される
ものである。
結法としてプラズマ焼結法を用いる場合、母粒子の粒界
に均一に分散したＣｕＯによって局部通電が防止される
ものである。
【００１３】
【実施例】以下、本発明に係る熱発電素子の製造方法の
好適一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
好適一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】図１に示すように、先ず、ＦｅとＳｉの粉
末中に、微量のＭｎを添加し、これをルツボに入れて高
周波加熱により溶融させてｐ型合金溶液と、同じく微量
のＣｏを添加して溶融させたｎ型合金溶液とを製造し
た。この時、混合するＳｉの量は、Ｆｅに対して約５０
ｗｔ％程度が好ましい。尚、溶融温度は１３００℃〜１
６００℃の範囲とする。
末中に、微量のＭｎを添加し、これをルツボに入れて高
周波加熱により溶融させてｐ型合金溶液と、同じく微量
のＣｏを添加して溶融させたｎ型合金溶液とを製造し
た。この時、混合するＳｉの量は、Ｆｅに対して約５０
ｗｔ％程度が好ましい。尚、溶融温度は１３００℃〜１
６００℃の範囲とする。
【００１５】次に、これらｐ型合金溶液及びｎ型合金溶
液をそれぞれ図２に示すようなガスアトマイズ装置を用
いてα−ＦｅＳｉ2 のｐ型半導体の原料粉末及びｎ型半
導体の原料粉末を形成する。これらの粉末粒径は、例え
ば、１〜１０μｍ程度に形成する。
液をそれぞれ図２に示すようなガスアトマイズ装置を用
いてα−ＦｅＳｉ2 のｐ型半導体の原料粉末及びｎ型半
導体の原料粉末を形成する。これらの粉末粒径は、例え
ば、１〜１０μｍ程度に形成する。
【００１６】そして、図３に示すように、上記ｐ型半導
体の原料粉末１１とｎ型半導体の原料粉末１２とを母粒
子１３，１４とし、これら母粒子１３，１４の周囲にＣ
ｕＯからなる子粒子１５を、静電付着法，機械的衝撃法
等の周知技術を用いてカプセル化し、ｐ型カプセル粒子
１６及びｎ型カプセル粒子１７を形成する。尚、これら
カプセル粒子１６，１７中のＣｕＯの混合割合は３ｗｔ
％とした。また、子粒子１５の粒径は、母粒子１３，１
４の粒径に対して、例えば、十分の一から二十分の一程
度に小さく設定することが望ましい。
体の原料粉末１１とｎ型半導体の原料粉末１２とを母粒
子１３，１４とし、これら母粒子１３，１４の周囲にＣ
ｕＯからなる子粒子１５を、静電付着法，機械的衝撃法
等の周知技術を用いてカプセル化し、ｐ型カプセル粒子
１６及びｎ型カプセル粒子１７を形成する。尚、これら
カプセル粒子１６，１７中のＣｕＯの混合割合は３ｗｔ
％とした。また、子粒子１５の粒径は、母粒子１３，１
４の粒径に対して、例えば、十分の一から二十分の一程
度に小さく設定することが望ましい。
【００１７】次に、上記ｐ型カプセル粒子１６とｎ型カ
プセル粒子１７とをプラズマ焼結装置の一の成形型内に
分割して装入した。即ち、この成形型は、例えば、Ｕ字
状に形成されており、その屈曲部で上記ｐ型カプセル粒
子１６とｎ型カプセル粒子１７とが接触するように分割
して装入した。
プセル粒子１７とをプラズマ焼結装置の一の成形型内に
分割して装入した。即ち、この成形型は、例えば、Ｕ字
状に形成されており、その屈曲部で上記ｐ型カプセル粒
子１６とｎ型カプセル粒子１７とが接触するように分割
して装入した。
【００１８】この装入後、上記プラズマ焼結装置によ
り、真空雰囲気下で約６５０℃で焼結し、α−ＦｅＳｉ
2 の金属相からβ−ＦｅＳｉ2 の半導体相へと相転移さ
せた。ここで、この相転移について説明すると、α相は
正方晶の金属であるが、β相は斜方晶の真性半導体であ
る。β−ＦｅＳｉ2 はα−ＦｅＳｉ2 とＦｅＳｉ2 との
包析反応によって形成されるが、通常、この過程を相転
移と呼んでいる。
り、真空雰囲気下で約６５０℃で焼結し、α−ＦｅＳｉ
2 の金属相からβ−ＦｅＳｉ2 の半導体相へと相転移さ
せた。ここで、この相転移について説明すると、α相は
正方晶の金属であるが、β相は斜方晶の真性半導体であ
る。β−ＦｅＳｉ2 はα−ＦｅＳｉ2 とＦｅＳｉ2 との
包析反応によって形成されるが、通常、この過程を相転
移と呼んでいる。
【００１９】このようにしてｐ型半導体とｎ型半導体と
が直接接合された熱発電素子が製造されるものである。
が直接接合された熱発電素子が製造されるものである。
【００２０】次に、上記実施例における作用を述べる。
【００２１】本実施例の熱発電素子が製造方法によれ
ば、上記ｐ型カプセル粒子１６は、ｐ型半導体の原料粉
末１１からなる母粒子１３の周囲にＣｕＯの子粒子１５
を付着させて形成されている。一方、上記ｎ型カプセル
粒子１７は、ｎ型半導体の原料粉末１２からなる母粒子
１４の周囲にＣｕＯの子粒子１５を付着させて形成され
ている。これらカプセル粒子１６，１７はＵ字状の一の
成形型内にその屈曲部でこれらが接触するように分割し
て装入された後、プラズマ焼結装置により焼結成形され
る。
ば、上記ｐ型カプセル粒子１６は、ｐ型半導体の原料粉
末１１からなる母粒子１３の周囲にＣｕＯの子粒子１５
を付着させて形成されている。一方、上記ｎ型カプセル
粒子１７は、ｎ型半導体の原料粉末１２からなる母粒子
１４の周囲にＣｕＯの子粒子１５を付着させて形成され
ている。これらカプセル粒子１６，１７はＵ字状の一の
成形型内にその屈曲部でこれらが接触するように分割し
て装入された後、プラズマ焼結装置により焼結成形され
る。
【００２２】このように焼結成形されると、上述のよう
にβ−ＦｅＳｉ2 の半導体相へと相転移したｐ型半導体
及びｎ型半導体が形成され、これら半導体は直接接合さ
れて熱発電素子が形成されることになる。
にβ−ＦｅＳｉ2 の半導体相へと相転移したｐ型半導体
及びｎ型半導体が形成され、これら半導体は直接接合さ
れて熱発電素子が形成されることになる。
【００２３】ところが実際には、図４に示すように、こ
の熱発電素子１８のｐ−ｎ接合部１８ａには上記子粒子
１５としてのＣｕＯが介在しており、該ＣｕＯ同士が接
合された状態になっている。
の熱発電素子１８のｐ−ｎ接合部１８ａには上記子粒子
１５としてのＣｕＯが介在しており、該ＣｕＯ同士が接
合された状態になっている。
【００２４】本実施例のように上記カプセル粒子１６，
１７の子粒子１５としてＣｕＯを用いるのは、プラズマ
焼結時の滑り性、通電性を考慮したものである。即ち、
ＣｕＯは微粉末を得るのが容易である。これに対しＣｕ
は、微粉末化すると酸化し易く、Ｃｕ自体としては微粉
末を得るのが難しい。このようにＣｕＯが微粉末である
ため、粉末粒界に均一に分散し、焼結時の滑り性の向上
と焼結密度を向上が期待され、これにより優れた接合強
度を得ることができるものである。また、プラズマ焼結
法における通電性も、粉末粒界に均一に分散したＣｕＯ
のために局部通電が起き難い。さらに、実験よりＣｕＯ
でカプセル化したα−ＦｅＳｉ2 はβ−ＦｅＳｉ2 へ相
転移し易いことが判っている。
１７の子粒子１５としてＣｕＯを用いるのは、プラズマ
焼結時の滑り性、通電性を考慮したものである。即ち、
ＣｕＯは微粉末を得るのが容易である。これに対しＣｕ
は、微粉末化すると酸化し易く、Ｃｕ自体としては微粉
末を得るのが難しい。このようにＣｕＯが微粉末である
ため、粉末粒界に均一に分散し、焼結時の滑り性の向上
と焼結密度を向上が期待され、これにより優れた接合強
度を得ることができるものである。また、プラズマ焼結
法における通電性も、粉末粒界に均一に分散したＣｕＯ
のために局部通電が起き難い。さらに、実験よりＣｕＯ
でカプセル化したα−ＦｅＳｉ2 はβ−ＦｅＳｉ2 へ相
転移し易いことが判っている。
【００２５】また、ＦｅＳｉ2 にＣｕＯを大量に添加す
るとＦｅＳｉ2 の性能低下を招くが、下記表１に示すよ
うに、数ｗｔ％の範囲であれば無添加の場合とその物性
値は近似し、熱発電素子１８の性能上問題とならない。
るとＦｅＳｉ2 の性能低下を招くが、下記表１に示すよ
うに、数ｗｔ％の範囲であれば無添加の場合とその物性
値は近似し、熱発電素子１８の性能上問題とならない。
【００２６】
【表１】
【００２７】このように本実施例によって製造された熱
発電素子１８は優れた熱電特性を示しながらも、ｐ−ｎ
接合部１８ａの機械的特性に優れているので、特に自動
車等の振動の多い場所での使用に適し、さらに長寿命化
を図ることができるものである。
発電素子１８は優れた熱電特性を示しながらも、ｐ−ｎ
接合部１８ａの機械的特性に優れているので、特に自動
車等の振動の多い場所での使用に適し、さらに長寿命化
を図ることができるものである。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る熱発電
素子の製造方法によれば、ｐ型半導体及びｎ型半導体を
構成する材料を選ばず、接合強度に優れた熱発電素子を
得ることができるという優れた効果を発揮する。
素子の製造方法によれば、ｐ型半導体及びｎ型半導体を
構成する材料を選ばず、接合強度に優れた熱発電素子を
得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図１】本発明に係る熱発電素子の製造方法の一実施例
におけるｐ型半導体及びｎ型半導体の原料粉末の製造工
程を示す工程図である。
におけるｐ型半導体及びｎ型半導体の原料粉末の製造工
程を示す工程図である。
【図２】本実施例に採用するガスアトマイズ装置の一例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】本実施例におけるｐ型カプセル粒子及びｎ型カ
プセル粒子を示す概略図である。
プセル粒子を示す概略図である。
【図４】本実施例により製造された熱発電素子のｐ−ｎ
接合状態を示す概略図である。
接合状態を示す概略図である。
【図５】従来の熱発電素子を示す概略図である。
１１ ｐ型半導体の原料粉末 １２ ｎ型半導体の原料粉末 １３，１４ 母粒子 １５ 子粒子 １６ ｐ型カプセル粒子 １７ ｎ型カプセル粒子 １８ 熱発電素子
フロントページの続き (72)発明者 瀧田 茂生 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 奥村 英二 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 松見 裕 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (56)参考文献 特開 平５−21851（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 35/14 C01B 33/06 H01L 35/34
Claims (1)
- 【請求項１】 ｐ型半導体の原料粉末からなる母粒子の
周囲にＣｕＯの子粒子を付着させてｐ型カプセル粒子を
形成すると共に、ｎ型半導体の原料粉末からなる母粒子
の周囲にＣｕＯの子粒子を付着させてｎ型カプセル粒子
を形成し、一の成形型内に上記ｐ型カプセル粒子とｎ型
カプセル粒子とを分割して装入後、焼結成形してｐ型半
導体とｎ型半導体とを直接接合するようにしたことを特
徴とする熱発電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34896292A JP3185429B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 熱発電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34896292A JP3185429B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 熱発電素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204572A JPH06204572A (ja) | 1994-07-22 |
| JP3185429B2 true JP3185429B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=18400568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34896292A Expired - Fee Related JP3185429B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 熱発電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3185429B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4790273B2 (ja) * | 2005-01-06 | 2011-10-12 | 株式会社リコー | 熱電変換材料の製造方法 |
| JP2010245299A (ja) * | 2009-04-06 | 2010-10-28 | Three M Innovative Properties Co | 複合材熱電材料及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP34896292A patent/JP3185429B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06204572A (ja) | 1994-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |