JP4929081B2 - 熱電モジュールの製造方法および熱電モジュール - Google Patents
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Description
多数の電極の接合を簡素化して製造コストを低減することができ、電極破損による歩留まり低下を回避することができ、また電極の取り扱いが容易な熱電モジュールの製造方法および熱電モジュールを実現することを目的とするものである。
そして該製造方法では、先ず複合正電極と複合負電極が接合されるのであり、より具体的には、各正電極の一端側を各負電極の一端側に、各正電極の他端側を各負電極の他端側に、それぞれ接合して熱電素子を複数形成するとともに、複数形成される熱電素子を電気的に直列接続するのである。すなわち複合正電極と複合負電極を接合する工程によって、複数の熱電素子が形成されるとともに直列接続されるのである。しかしながら、複合正電極と複合負電極を接合した状態では、複数の正電極が正電極連結バーに接続された状態であり、各負電極も同様である。したがって、熱電モジュールとするために、さらに正電極連結部の分離部を破断して、各正電極を正電極連結バーから分離するとともに、負電極連結部の分離部を破断して、各負電極を負電極連結バーから分離するである。すなわち上記2つの工程で、1つの正電極と1つの負電極を接合した熱電素子を複数直列接続することができるのである。かかる製造方法で製造される熱電モジュールは、製造工程が簡素化されて製造コストが低減され、また電極破損による歩留まり低下を回避することができる。
図1に示すように、複合正電極10は、正電極11(1)ないし(n)のn個の正電極を有し、正電極11(i)(i=1、2、・・・n)は、その一端側11(i)aにおいて分離部12(i)を有する第1の正電極連結部13(i)を介して第1の正電極連結バー14に連結され、その他端側11b(i)において分離部15(i)を有する第2の正電極連結部16(i)を介して第2の正電極連結バー17に連結され、互いに平行する第1の正電極連結バー14と第2の正電極連結バー17の間に、等間隔に配置されている。また正電極11(i)、第1の正電極連結部13(i)、第1の正電極連結バー14、第2の正電極連結部16(i)および第2の正電極連結バー17の表面(図1において下側の面)は、全て同一平面上に位置づけられている。分離部12(i)は、正電極11(i)の一端側11(i)aの近傍において、第1の正電極連結部13(i)の裏面(図1において上側の面)に溝状に形成されており、分離部15(i)も、正電極11(i)の他端側11(i)bの近傍において、同様に形成されている。
複合正電極10を図1中の矢印Aのように移動させて、複合正電極10の表面と複合負電極20の表面を互いに接合する。接合は、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)等を接合材とし、拡散接合法、ペースト接合法等で行われる。この接合によって図2(a)および図2(b)に示すように、正電極11(i−1)の一端側11(i−1)aが負電極21(i−1)の一端側21(i−1)aと接合され、負電極21(i−1)の他端側21(i−1)bが正電極11(i)の他端側11(i)bと接合される。また正電極11(i)の一端側11(1)aが負電極21(i)の一端側21(i)aと接合され、負電極21(i)の他端側21(i)bが正電極11(i+1)の他端側11(i+1)bと接合される。すなわち正電極11(i−1)と負電極21(i−1)とが接続されて、熱電素子31(i−1)が形成され、正電極11(i)と負電極21(i)とが接続されて、熱電素子31(i)が形成され、同様に熱電素子31(1、2・・・n)が形成されて、正電極11(1)、負電極21(1)・・、正電極11(n)、負電極21(n)が直列接続される。
接合工程ののち、正電極11(1)ないし(n)と、負電極21(1)ないし(n)を治具(図示せず)で挟持する。そして、第1の正電極連結部13(1)ないし(n)の各分離部と、第1の負電極連結部23(1)ないし(n)の各分離部に、折り曲げ応力が集中するように、第1の正電極連結バー14および第1の負電極連結バー24を折り曲げて、それぞれの各分離部を破断する(折り曲げ応力は、各分離部に集中する一方、各正負電極に作用しないから、各正負電極が破損することはない)。こうして第1の正電極連結バー14および第1の負電極連結バー24を、正電極11(1)ないし(n)および負電極21(1)ないし(n)から分離する。同様に、第2の正電極連結バー17および第2の負電極連結バー27を、各正負電極から分離する。
図2(b)は、前述の接合工程および分離工程を経て製造された熱電モジュール30の平面概略構成を示す図である。熱電モジュール30は、前述接続工程において、正電極11(1)、負電極21(1)・・、正電極11(n)、負電極21(n)が直列接続されたものである(熱電素子31(1)ないし熱電素子31(n)が直列接続されたものである)。熱電モジュール30は、分離工程の後、正電極11(1)と負電極21(n)に、外部機器との接続のための電極等を取り付けるなどし、さらに樹脂等でモールドして、熱電発電ディバイスもしくは電子冷却ディバイスとすることができる。
11(i) 正電極
11(i)a 正電極の一端側
11(i)b 正電極の他端側
12(i) 第1の正電極連結部の分離部
13(i) 第1の正電極連結部
14 第1の正電極連結バー
15(i) 第2の正電極連結部の分離部
16(i) 第2の正電極連結部
17 第2の正電極連結バー
20、20’ 複合負電極
21(i) 負電極
21(i)a 負電極の一端側
21(i)b 負電極の他端側
22(i) 第1の負電極連結部の分離部
23(i) 第1の負電極連結部
24 第1の負電極連結バー
25(i) 第2の負電極連結部の分離部
26(i) 第2の負電極連結部
27 第2の負電極連結バー
30、30’ 熱電モジュール
31(i) 熱電素子
40 複合正電極
41(i) 正電極
41(i)a 正電極の一端側
41(i)b 正電極の他端側
42(i) 正電極連結部の分離部
43(i) 正電極連結部
44 正電極連結バー
50 複合負電極
51(i) 負電極
51(i)a 負電極の一端側
51(i)b 負電極の他端側
52(i) 負電極連結部の分離部
53(i) 負電極連結部
54 負電極連結バー
Claims (6)
- 正電極と負電極を接合した熱電素子を、電気的に複数直列接続した熱電モジュールの製造方法であって、
複数の前記正電極を、前記正電極ごとに、分離部を有する正電極連結部で正電極連結バーに連結した複合正電極と、
複数の前記負電極を、前記負電極ごとに、分離部を有する負電極連結部で負電極連結バーに連結した複合負電極を用い、
各正電極の一端側を各負電極の一端側に、前記各正電極の他端側を前記各負電極の他端側に、それぞれ接合して熱電素子を複数形成するとともに、複数形成される前記熱電素子を電気的に直列接続する接合工程と、
前記正電極連結部の分離部を破断して、前記各正電極を前記正電極連結バーから分離するとともに、前記負電極連結部の分離部を破断して、前記各負電極を前記負電極連結バーから分離する分離工程を有し、
前記接合工程において、前記正電極連結部と前記負電極連結部との接合面を挟んで、前記正電極連結部の分離部と前記負電極連結部の分離部とが相対する位置に位置づけられ、
前記分離部は、前記正電極と前記負電極とを接合する面と反対側の面を切欠いて溝状にそれぞれ形成されていて、前記分離工程の後、前記分離部を前記熱電素子に残すことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 - 前記複合正電極が第1および第2の正電極連結バーを有し、
前記各正電極の一端側が第1の正電極連結部で前記第1の正電極連結バーに連結され、前記各正電極の他端側が第2の正電極連結部で前記第2の正電極連結バーに連結され、
前記複合負電極が第1および第2の負電極連結バーを有し、
前記各負電極の一端側が第1の負電極連結部で前記第1の負電極連結バーに連結され、前記各負電極の他端側が第2の負電極連結部で前記第2の負電極連結バーに連結されたものであること
を特徴とする請求項1に記載の熱電モジュールの製造方法。 - 前記複合正電極および前記複合負電極の双方もしくは一方が焼成体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電モジュールの製造方法。
- 正電極と負電極を接合した熱電素子を、電気的に複数直列接続した熱電モジュールにおいて、
前記正電極は、前記正電極ごとに、分離部を有する正電極連結部で正電極連結バーに連結された正電極であり、
前記負電極は、前記負電極ごとに、分離部を有する負電極連結部で負電極連結バーに連結された負電極であり、
該熱電モジュールは、各正電極の一端側を各負電極の一端側に、前記各正電極の他端側を前記各負電極の他端側に、それぞれ接合して熱電素子を複数形成するとともに、複数形成される前記熱電素子を電気的に直列接続し、さらに前記正電極連結部の分離部を破断して、前記各正電極を前記正電極連結バーから分離するとともに、負電極連結部の分離部を破断して、前記各負電極を前記負電極連結バーから分離したものであり、
前記正電極連結部と前記負電極連結部との接合面を挟んで、前記正電極連結部の分離部と前記負電極連結部の分離部とが相対する位置に位置づけられ、
前記分離部は、前記正電極と前記負電極とを接合する面と反対側の面を切欠いて溝状にそれぞれ形成されていて、前記熱電素子に残っていることを特徴とする熱電モジュール。 - 前記複合正電極が第1および第2の正電極連結バーを有し、
前記各正電極の一端側が第1の正電極連結部で前記第1の正電極連結バーに連結され、前記各正電極の他端側が第2の正電極連結部で前記第2の正電極連結バーに連結され、
前記複合負電極が第1および第2の負電極連結バーを有し、
前記各負電極の一端側が第1の負電極連結部で前記第1の負電極連結バーに連結され、前記各負電極の他端側が第2の負電極連結部で前記第2の負電極連結バーに連結されたものであること
を特徴とする請求項4に記載の熱電モジュール。 - 前記複合正電極および前記複合負電極の双方もしくは一方が焼成体であることを特徴とする請求項4または5に記載の熱電モジュール。
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