JP3467720B2 - 熱電装置 - Google Patents
熱電装置Info
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- thermoelectric device
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は熱電装置、より詳
細に述べると、冷却、加熱、電気エネルギの発生、温度
測定および熱量の測定などに使用する熱電装置に関す
る。
細に述べると、冷却、加熱、電気エネルギの発生、温度
測定および熱量の測定などに使用する熱電装置に関す
る。
【０００２】この発明は日常生活、取引き、計測工学、
エレクトロニックス、コンピュータ・エンジニアリング
その他の技術分野の各種の物体の冷却および調節装置、
温度制御装置の熱電加熱、ならびに温度測定および熱量
測定などの測定工学の技術分野における諸目的の熱電源
として使用することができるものである。
エレクトロニックス、コンピュータ・エンジニアリング
その他の技術分野の各種の物体の冷却および調節装置、
温度制御装置の熱電加熱、ならびに温度測定および熱量
測定などの測定工学の技術分野における諸目的の熱電源
として使用することができるものである。
【０００３】
【従来の技術】ｎ−型およびｐ−型導電素子、ｎ−型お
よびｐ−型導電素子と電気回路および拡散防止層構造体
とを接続する接合板を具備する熱電装置は周知である。
よびｐ−型導電素子と電気回路および拡散防止層構造体
とを接続する接合板を具備する熱電装置は周知である。
【０００４】これらについては、たとえば米国特許第
３，２１０，２１６号、同第３，６５０，８４４号、同
第３，８５９，１４３号、同第５，４４１，５７６号、
英国特許第１，２０２，１９９号、旧ソビエト発明者証
第１，２０７，３４７号および同第３，６１１，７４７
号等に開示されている。
３，２１０，２１６号、同第３，６５０，８４４号、同
第３，８５９，１４３号、同第５，４４１，５７６号、
英国特許第１，２０２，１９９号、旧ソビエト発明者証
第１，２０７，３４７号および同第３，６１１，７４７
号等に開示されている。
【０００５】周知の熱電装置においては、隣接する素子
を電気回路に接続し、ｎ−型とｐ−型の各素子の両面を
ハンダ付けまたは溶接して構成している。周知の熱電装
置の素子は、その端部において、中間温度にされ、拡散
防止層を配設して信頼性を向上させている。この種の拡
散防止層は熱電装置の諸構成部材の熱膨張に基づく機械
的ストレスを減衰し、素子と素子構成物質とにハンダの
物質が拡散するのを阻止する。
を電気回路に接続し、ｎ−型とｐ−型の各素子の両面を
ハンダ付けまたは溶接して構成している。周知の熱電装
置の素子は、その端部において、中間温度にされ、拡散
防止層を配設して信頼性を向上させている。この種の拡
散防止層は熱電装置の諸構成部材の熱膨張に基づく機械
的ストレスを減衰し、素子と素子構成物質とにハンダの
物質が拡散するのを阻止する。
【０００６】米国特許第３，２１０，２１６号によれ
ば、鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃ
ｏ），モリブデン（Ｍｏ）が拡散防止層用の物質として
利用されており、米国特許第３，６５０，８４４号で
は、鉄（Ｆｅ），モリブデン（Ｍｏ）およびタングステ
ン（Ｗ）が使用され、米国特許第５，４４１，５７６
号、英国特許第１，２０２，１９９号および発明者証第
１，２０７，３４７号と同第３，６１１，７４７号で
は、ニッケル（Ｎｉ）が使用されている。
ば、鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃ
ｏ），モリブデン（Ｍｏ）が拡散防止層用の物質として
利用されており、米国特許第３，６５０，８４４号で
は、鉄（Ｆｅ），モリブデン（Ｍｏ）およびタングステ
ン（Ｗ）が使用され、米国特許第５，４４１，５７６
号、英国特許第１，２０２，１９９号および発明者証第
１，２０７，３４７号と同第３，６１１，７４７号で
は、ニッケル（Ｎｉ）が使用されている。
【０００７】この発明に最も近似する熱電装置は米国特
許第３，８５９，１４３号に開示されている。この熱電
装置は鉛−テルル，スズ−テルル，鉛−テルルとスズ−
テルルの合金の半導体素子と、ステンレススティール，
ニッケルまたはクロムの接合板とを含んでいる。半導体
素子と接合板とについての拡散防止層としてはタングス
テン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），炭化タングステン，
カーボランドまたは黒鉛の層が用いられている。拡散防
止層を半導体素子および接合板と接続するのにはニッケ
ル含有物質が使用されている。このニッケル含有物質は
拡散防止層と半導体との間に合金を形成する。その合金
層の厚みは１２．７乃至２５．４ミクロンである。
許第３，８５９，１４３号に開示されている。この熱電
装置は鉛−テルル，スズ−テルル，鉛−テルルとスズ−
テルルの合金の半導体素子と、ステンレススティール，
ニッケルまたはクロムの接合板とを含んでいる。半導体
素子と接合板とについての拡散防止層としてはタングス
テン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），炭化タングステン，
カーボランドまたは黒鉛の層が用いられている。拡散防
止層を半導体素子および接合板と接続するのにはニッケ
ル含有物質が使用されている。このニッケル含有物質は
拡散防止層と半導体との間に合金を形成する。その合金
層の厚みは１２．７乃至２５．４ミクロンである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】周知の熱電装置で拡散
防止層としてニッケルを使用するものでは、その層の厚
みは通常数ミクロンである。このように薄いものでは拡
散を的確に阻止することができない。拡散防止層の効果
を高めるために、この層を厚くすることができる。しか
し、周知の熱電装置において、ニッケル（Ｎｉ）の厚い
層を用いたものでは、分離した繊維状のブロックを素子
の端部に対して垂直方向に配列した形式の構造にしてあ
る。Ｎｉの厚い層はブロックの境界層に沿って拡散を強
力に阻止するけれども、Ｎｉの厚い層と熱電素子との接
触強度に劣るものである。拡散防止層の効果が不十分
で、拡散防止層と素子の熱電物質との接触強度が低いと
いうことで、周知の熱電装置は、その信頼度を弱めてい
るわけである。
防止層としてニッケルを使用するものでは、その層の厚
みは通常数ミクロンである。このように薄いものでは拡
散を的確に阻止することができない。拡散防止層の効果
を高めるために、この層を厚くすることができる。しか
し、周知の熱電装置において、ニッケル（Ｎｉ）の厚い
層を用いたものでは、分離した繊維状のブロックを素子
の端部に対して垂直方向に配列した形式の構造にしてあ
る。Ｎｉの厚い層はブロックの境界層に沿って拡散を強
力に阻止するけれども、Ｎｉの厚い層と熱電素子との接
触強度に劣るものである。拡散防止層の効果が不十分
で、拡散防止層と素子の熱電物質との接触強度が低いと
いうことで、周知の熱電装置は、その信頼度を弱めてい
るわけである。
【０００９】この発明の基本的概念は、この拡散防止の
効果を一段と向上させ、拡散防止層の構造の強度を高め
て熱電装置の信頼性を増長させることを目的とするもの
である。
効果を一段と向上させ、拡散防止層の構造の強度を高め
て熱電装置の信頼性を増長させることを目的とするもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、以上に述べ
た課題を解決するために、ｎ−型とｐ−型の導体素子
と、ｎ−型およびｐ−型の導体素子を電気回路に接続す
る接合板とを具備する熱電装置の拡散防止層構造を金属
間化合物ＮｉＳｎ製の５０ないし３０００ミクロンの少
くとも一層とするものである。
た課題を解決するために、ｎ−型とｐ−型の導体素子
と、ｎ−型およびｐ−型の導体素子を電気回路に接続す
る接合板とを具備する熱電装置の拡散防止層構造を金属
間化合物ＮｉＳｎ製の５０ないし３０００ミクロンの少
くとも一層とするものである。
【００１１】さらに、この発明では、その信頼性の向上
に当って、拡散防止層の構造を金属間化合物ＮｉＳｎの
層とスズを含有する接続層とから成る金属層とする。
に当って、拡散防止層の構造を金属間化合物ＮｉＳｎの
層とスズを含有する接続層とから成る金属層とする。
【００１２】この発明の実施態様においては、スズを含
有する接続層をスズ製としている。また、別の実施態様
では、スズを含有する接続層をスズ合金製とするもので
ある。
有する接続層をスズ製としている。また、別の実施態様
では、スズを含有する接続層をスズ合金製とするもので
ある。
【００１３】
【実施例】図１に示すように、この発明の熱電装置は、
ｎ−型の導体の素子１とｐ−型の導体の素子２とを備え
ている。素子１と２とは、例えば、テルル化ビスマスの
半導体を基本とする熱電材料製のものである。素子１と
２の端部は金属間化合物ＮｉＳｎの５０ないし３０００
ミクロンの厚さの層３で被覆してある。
ｎ−型の導体の素子１とｐ−型の導体の素子２とを備え
ている。素子１と２とは、例えば、テルル化ビスマスの
半導体を基本とする熱電材料製のものである。素子１と
２の端部は金属間化合物ＮｉＳｎの５０ないし３０００
ミクロンの厚さの層３で被覆してある。
【００１４】素子１と２とは接合板４で電気回路に接続
してある。接合板４は、例えば銅のような、高電導性の
物質にニッケル（Ｎｉ）の層５が被覆してある。図２は
１対の素子１と２とを具備する熱電装置の一例を示すも
のである。電力の如何によって、必要であれば、電気回
路に接続する素子１と２との数を幾つにしても差し支え
ない。
してある。接合板４は、例えば銅のような、高電導性の
物質にニッケル（Ｎｉ）の層５が被覆してある。図２は
１対の素子１と２とを具備する熱電装置の一例を示すも
のである。電力の如何によって、必要であれば、電気回
路に接続する素子１と２との数を幾つにしても差し支え
ない。
【００１５】金属間化合物ＮｉＳｎの層７と接続層８と
に添えて設けてある金属層６を具備する拡散防止層構造
体が接合板４と素子１，２の間に配してある。金属層６
はニッケルで、接続層はスズまたはスズの合金である。
金属間化合物ＮｉＳｎ７の厚みは、５０ないし３０００
ミクロンの範囲である。
に添えて設けてある金属層６を具備する拡散防止層構造
体が接合板４と素子１，２の間に配してある。金属層６
はニッケルで、接続層はスズまたはスズの合金である。
金属間化合物ＮｉＳｎ７の厚みは、５０ないし３０００
ミクロンの範囲である。
【００１６】図面に示すこの発明の実施態様のものは３
段の層、すなわち層６，７，８を備えている。しかし必
要に応じて、拡散防止効果を高めるために、層の構成を
より多数の層、たとえば、層６，層７，層８に重ねて、
さらに層６，層７，層８というように６層とすることも
できる。
段の層、すなわち層６，７，８を備えている。しかし必
要に応じて、拡散防止効果を高めるために、層の構成を
より多数の層、たとえば、層６，層７，層８に重ねて、
さらに層６，層７，層８というように６層とすることも
できる。
【００１７】熱電装置には外部回路と接続する２本のリ
ード線を備える。
ード線を備える。
【００１８】
【作用】この発明の熱電装置の作用は周知の熱電装置の
作用と同様である。
作用と同様である。
【００１９】冷却または加熱モードにおいては、その作
用は、電流が熱電装置のモジュールを流れるときに、素
子１，２と接合板４との接触部位に生ずるペルチェ効果
により熱吸収または熱の発生にもとづくものである。発
電モードにおいては、素子１，２における温度差によっ
てリード線に熱起電力が発生する。
用は、電流が熱電装置のモジュールを流れるときに、素
子１，２と接合板４との接触部位に生ずるペルチェ効果
により熱吸収または熱の発生にもとづくものである。発
電モードにおいては、素子１，２における温度差によっ
てリード線に熱起電力が発生する。
【００２０】
【発明の効果】この発明において、金属間化合物ＮｉＳ
ｎの層を備える拡散防止層構造を用いることによって、
熱電装置のモジュールの信頼度を高め、その有効寿命を
延ばし、故障がなく作動する可能性を向上させる。金属
間化合物ＮｉＳｎの拡散係数は、周知の拡散防止層のそ
れに比較して数倍も低い値である。したがって、この発
明による熱電装置における素子１，２と接合板４との接
触部位における拡散防止性能はすこぶる良好なものとな
り、このことが、熱電装置の安定性と信頼性を一段と高
めるものである。
ｎの層を備える拡散防止層構造を用いることによって、
熱電装置のモジュールの信頼度を高め、その有効寿命を
延ばし、故障がなく作動する可能性を向上させる。金属
間化合物ＮｉＳｎの拡散係数は、周知の拡散防止層のそ
れに比較して数倍も低い値である。したがって、この発
明による熱電装置における素子１，２と接合板４との接
触部位における拡散防止性能はすこぶる良好なものとな
り、このことが、熱電装置の安定性と信頼性を一段と高
めるものである。
【００２１】この発明によって構成した熱電装置を周知
の装置と同一の作動条件でテストしたところ、その故障
度は実に数倍も低率であった。
の装置と同一の作動条件でテストしたところ、その故障
度は実に数倍も低率であった。
【図１】この発明の熱電装置の断面図である。
【図２】この発明の熱電装置の一部の拡大断面図であ
る。
る。
１ ｎ−型素子
２ ｐ−型素子
３ 金属間化合物ＮｉＳｎの層
４ 接合板
５ 被覆層
６ 金属層
７ 金属間化合物ＮｉＳｎの層
８ 層
９ 層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 登録実用新案3007904（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 35/32
H01L 35/16
G01K 17/00
Claims (4)
- 【請求項１】 ｎ−型とｐ−型の電導体素子と、ｎ−型
とｐ−型の電導体素子を電気回路に接続する接合板と、
拡散防止層構造とから成る熱電装置において、前記拡散
防止層構造を金属間化合物ＮｉＳｎから成る少くとも１
層を有するものとし、その層の厚みを５０ないし３００
０ミクロンとすることを特徴とする熱電装置。 - 【請求項２】 前記拡散防止層構造が金属間化合物Ｎｉ
Ｓｎの層とスズを含有する接続層を伴う金属層を具備す
るものとする請求項１に記載の熱電装置。 - 【請求項３】 前記スズを含有する接続層をスズとする
請求項２に記載の熱電装置。 - 【請求項４】 前記スズを含有する接続層をスズ合金と
する請求項２に記載の熱電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29979496A JP3467720B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 熱電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29979496A JP3467720B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 熱電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10135523A JPH10135523A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3467720B2 true JP3467720B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=17877025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29979496A Expired - Fee Related JP3467720B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 熱電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3467720B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246658A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Toyo Kohan Co Ltd | Ｚｎ−Ｓｂ系熱電材料の接合方法および接合体 |
| KR100856610B1 (ko) | 2001-03-27 | 2008-09-03 | 가부시키가이샤 네오맥스 마테리아르 | 전자부품용 팩키지 및 그 제조방법 |
| JP5545964B2 (ja) * | 2010-02-22 | 2014-07-09 | 株式会社小松製作所 | 熱電発電モジュール |
| KR101779497B1 (ko) * | 2010-08-26 | 2017-09-18 | 엘지이노텍 주식회사 | 나노입자가 도핑된 열전소자를 포함하는 열전모듈 및 그 제조 방법 |
| JP6171513B2 (ja) * | 2013-04-10 | 2017-08-02 | 日立化成株式会社 | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| JP6078438B2 (ja) * | 2013-08-30 | 2017-02-08 | 株式会社Kelk | 熱電発電モジュール |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3007904U (ja) | 1994-08-17 | 1995-02-28 | 有限会社サーモエレクトリックディベロップメント | 熱電池 |
-
1996
- 1996-10-25 JP JP29979496A patent/JP3467720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3007904U (ja) | 1994-08-17 | 1995-02-28 | 有限会社サーモエレクトリックディベロップメント | 熱電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10135523A (ja) | 1998-05-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |