JPH01202343A - 熱電素子の製造方法 - Google Patents
熱電素子の製造方法Info
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- JPH01202343A JPH01202343A JP15861788A JP15861788A JPH01202343A JP H01202343 A JPH01202343 A JP H01202343A JP 15861788 A JP15861788 A JP 15861788A JP 15861788 A JP15861788 A JP 15861788A JP H01202343 A JPH01202343 A JP H01202343A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はＢ ｊ−Ｔｅ系及びＢ１−３ｂ系の熱電素子（
熱電半導体素子）初製造法に関する。熱電素子は熱電冷
却による携帯クーラー、電子論ＭＥ電子冷房装置に利用
される。
熱電半導体素子）初製造法に関する。熱電素子は熱電冷
却による携帯クーラー、電子論ＭＥ電子冷房装置に利用
される。
（従来の技術）
第２図は従来の技術である熱電素子の製造法及びその装
置を示す０本製造法をブリッジマン・ストックバーガー
法と称し、熱電素子の製造分野における唯一手段として
採用のものである。本装置による熱電素子の製造は、試
料金属１７を封入したガラスアンプル１６を引き下げ機
１５により、溶解炉１８及び凝固室１９に引き下げるこ
とによりなる。熱電素子の製造法は、熱電素子の特性の
向上のため金属組織を一方向凝固組織又は単結晶組織と
する必要があり、捲めて困難なものとされている０本法
はこの困難性を唯一的に克服する方法と称するものであ
る。すなわち、溶解炉１日と凝固室１９との間において
、温度勾配を与えることにより、ガラスアンプル１６の
引き下げ速度、すなわち結晶成長速度を厳格に制御する
ことによりなる０本法については、例えば、管義男編［
熱電半導体、１９６６年７月２５日槙書店３２７ページ
に詳記されている。また、マーク・コ会社（Ｍａｒｋ
＆ Ｃｏ、、Ｃｏｒｐ）の米国特許３１７０２０５
．１９６５年２月２３日に公示される熱電素子の連続製
造法もあるが、これも、ブリッジマン・ストックバーガ
ー法の応用での域を出ない。
置を示す０本製造法をブリッジマン・ストックバーガー
法と称し、熱電素子の製造分野における唯一手段として
採用のものである。本装置による熱電素子の製造は、試
料金属１７を封入したガラスアンプル１６を引き下げ機
１５により、溶解炉１８及び凝固室１９に引き下げるこ
とによりなる。熱電素子の製造法は、熱電素子の特性の
向上のため金属組織を一方向凝固組織又は単結晶組織と
する必要があり、捲めて困難なものとされている０本法
はこの困難性を唯一的に克服する方法と称するものであ
る。すなわち、溶解炉１日と凝固室１９との間において
、温度勾配を与えることにより、ガラスアンプル１６の
引き下げ速度、すなわち結晶成長速度を厳格に制御する
ことによりなる０本法については、例えば、管義男編［
熱電半導体、１９６６年７月２５日槙書店３２７ページ
に詳記されている。また、マーク・コ会社（Ｍａｒｋ
＆ Ｃｏ、、Ｃｏｒｐ）の米国特許３１７０２０５
．１９６５年２月２３日に公示される熱電素子の連続製
造法もあるが、これも、ブリッジマン・ストックバーガ
ー法の応用での域を出ない。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は従来のブリッジマン・ストックバーガー法が持
つ次の問題点を解決することを第１の目的とする。及び
ブリッジマン・スートツクバーガー法が唯一的存在であ
るがため、第１の目的を達成するための全く新規なる製
造法の創作を第２の目的とする。
つ次の問題点を解決することを第１の目的とする。及び
ブリッジマン・スートツクバーガー法が唯一的存在であ
るがため、第１の目的を達成するための全く新規なる製
造法の創作を第２の目的とする。
（１）ブリッジマン・ストックバーガー法の生産性問題
（ａ）特性ガラスアンプルを用いるため、生産が連続し
ない、すなわち１回の製造法において、ガラスアンプル
容量以上の生産ができない少量生産方式である。
ない、すなわち１回の製造法において、ガラスアンプル
容量以上の生産ができない少量生産方式である。
（ｂ）ガラスアンプルを用いる都合上、鋳塊は円形断面
であり、熱電素子として角断面を必要とする場合、カッ
ティング工程を必要とし、歩溜りが悪い。
であり、熱電素子として角断面を必要とする場合、カッ
ティング工程を必要とし、歩溜りが悪い。
（ｃ）溶解炉から凝固室への温度勾配を決め、ガラスア
ンプルの引き下げ速度を制御する方式においては結晶成
長速度が遅く、その値は数ｃｍ／時に過ぎない、そのた
めインゴットの長手方向における成分偏析が起こり、上
端及び下端は熱電特性が劣化し、使用できない、また結
晶成長速度が遅いため襞開面の間隔が広く、強度的に脆
いものしか得られなかった。
ンプルの引き下げ速度を制御する方式においては結晶成
長速度が遅く、その値は数ｃｍ／時に過ぎない、そのた
めインゴットの長手方向における成分偏析が起こり、上
端及び下端は熱電特性が劣化し、使用できない、また結
晶成長速度が遅いため襞開面の間隔が広く、強度的に脆
いものしか得られなかった。
（２）熱電素子の製造法の基本的問題
熱電素子としての性能特性を得るため及び向上させるた
め、一方向凝固組織又は単結晶組織の確保が要求される
。この確保がブリッジマン・ストックバーガー法以外で
は困難とされている。これが熱電素子の製造法の基本的
問題である。
め、一方向凝固組織又は単結晶組織の確保が要求される
。この確保がブリッジマン・ストックバーガー法以外で
は困難とされている。これが熱電素子の製造法の基本的
問題である。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、従来の技術が持つこのような問題点を解決す
るため、ブリッジマン・ストックバーガー法とは全く異
質の製造法を提供するものである。
るため、ブリッジマン・ストックバーガー法とは全く異
質の製造法を提供するものである。
第１図は本発明を具現化した熱電素子の製造装置の１例
を示す０本装置は撹拌機２と発熱体３とを備えた溶解炉
１４、同様に撹拌機２と発熱体３とを備えた溶湯保持炉
１１．溶解炉１４と溶湯保持炉１１とを継ぐ流量調整バ
ルブ１３を備えた連通管１２、これらを内蔵する密閉可
能なるチャンバ１、発熱体３を備えた任意なる出口形状
を備える鋳型、チャンバ壁を貫き溶湯保持炉１１と鋳型
６とを継ぎ溶湯１０を供給する給湯管５、ガイドローラ
７、ダミーパー８及び冷却ジャケット９で構成なる。材
料金属を溶解炉へ投入後、チャンバ内に不活性ガスを導
き空気と置換する。材料金属の溶解後、溶湯を流量調整
バルブ２１を通して溶湯保持炉↑導き、撹拌機で溶湯、
を充分に撹拌する。
を示す０本装置は撹拌機２と発熱体３とを備えた溶解炉
１４、同様に撹拌機２と発熱体３とを備えた溶湯保持炉
１１．溶解炉１４と溶湯保持炉１１とを継ぐ流量調整バ
ルブ１３を備えた連通管１２、これらを内蔵する密閉可
能なるチャンバ１、発熱体３を備えた任意なる出口形状
を備える鋳型、チャンバ壁を貫き溶湯保持炉１１と鋳型
６とを継ぎ溶湯１０を供給する給湯管５、ガイドローラ
７、ダミーパー８及び冷却ジャケット９で構成なる。材
料金属を溶解炉へ投入後、チャンバ内に不活性ガスを導
き空気と置換する。材料金属の溶解後、溶湯を流量調整
バルブ２１を通して溶湯保持炉↑導き、撹拌機で溶湯、
を充分に撹拌する。
鋳型出口に密接されたダミーパーをローラーによって引
き出す、ダミーパーによって引き出される鋳塊は鋳型出
口で冷却ジャケットにより凝固し、かつ鋳型出口形状を
変えることなく連続的に製造される。
き出す、ダミーパーによって引き出される鋳塊は鋳型出
口で冷却ジャケットにより凝固し、かつ鋳型出口形状を
変えることなく連続的に製造される。
（作 用）
溶湯は溶解炉中で充分撹拌されることにより均一な組成
の一方向凝固又は単結晶組織を有する熱電素子の基本段
階に備える作用をする。溶解炉中の溶湯を溶湯保持炉へ
導く流量調整バルブは、溶湯保持炉の湯面レベルを一定
にし、鋳型出口の溶湯の圧力を一定にする作用をする。
の一方向凝固又は単結晶組織を有する熱電素子の基本段
階に備える作用をする。溶解炉中の溶湯を溶湯保持炉へ
導く流量調整バルブは、溶湯保持炉の湯面レベルを一定
にし、鋳型出口の溶湯の圧力を一定にする作用をする。
溶湯保持炉は単に連続鋳造法に供する一定量の溶湯のス
トックの作用の他、充分撹拌されることにより均一な組
成及び均一な温度の溶湯とし、熱電素子の製造に備える
作用をする。不活性ガスは溶湯の撹拌時及び溶湯保持炉
の溶湯面の酸化、劣化等の変質を防ぐ作用の他、炉全体
の温度差を少なくし、熱電素子の組織の安定化に作用す
る。鋳型出口内壁は熱電素子の凝固温度以上に保たれ、
鋳型内壁での凝固−の形成を防止し、鋳型出口の固液界
面で少数の凝固殻しか形成させず、一方向凝固組織又は
単結晶組織の熱電素子とする作用を有する。チャンバ内
の不活性ガスを加圧状態とすることにより溶湯の流動性
を向上し、更に金属の組織及び表面を安定させる。これ
は鋳塊を複数に鋳造する際及び上方に取り出す際に有効
な作用を及ぼす。
トックの作用の他、充分撹拌されることにより均一な組
成及び均一な温度の溶湯とし、熱電素子の製造に備える
作用をする。不活性ガスは溶湯の撹拌時及び溶湯保持炉
の溶湯面の酸化、劣化等の変質を防ぐ作用の他、炉全体
の温度差を少なくし、熱電素子の組織の安定化に作用す
る。鋳型出口内壁は熱電素子の凝固温度以上に保たれ、
鋳型内壁での凝固−の形成を防止し、鋳型出口の固液界
面で少数の凝固殻しか形成させず、一方向凝固組織又は
単結晶組織の熱電素子とする作用を有する。チャンバ内
の不活性ガスを加圧状態とすることにより溶湯の流動性
を向上し、更に金属の組織及び表面を安定させる。これ
は鋳塊を複数に鋳造する際及び上方に取り出す際に有効
な作用を及ぼす。
以上の作用の相乗作用により、従来困難とされたブリッ
ジマン・ストックバーガー法以外の製造法による熱電素
子は、その製造を完了する。
ジマン・ストックバーガー法以外の製造法による熱電素
子は、その製造を完了する。
（実施例１）
第１図の熱電素子の製造装置においてＮ型のＢ１−Ｔｅ
系熱電素子であるＢｉｌ、８ＳｂＯ，２Ｔｅ２．８５Ｓ
ｅＯ，１５＋Ｎ型ドーパントを製造する。
系熱電素子であるＢｉｌ、８ＳｂＯ，２Ｔｅ２．８５Ｓ
ｅＯ，１５＋Ｎ型ドーパントを製造する。
材料金属・・・Ｂｉ （２３７５，２８ｇ）、Ｓｂ （
１５３，７１ｇ）、Ｔｅ （２２９６，２９ｇ）、Ｓｅ
（７４，７３ｇ）及び５ｂｌｓ （２゜４５ｇ）を
秤量し溶解炉中に投入後、アルゴンガスをチャンバ内に
置換する。材料金属の溶解後、この溶湯を６５０°Ｃに
保ち撹拌機で３時間撹拌する。これを溶湯保持炉に給湯
し６１０°Ｃ以上でストックし、断続的に撹拌しつつ、
ダミー鋳塊を水冷ジャケットで冷却しつつ鋳型出口で鋳
塊を凝固させつつ、すなわち８０Ｃ１１／時で引き出す
０以上の結果一方向凝固組織で、へき開面の長手方向の
揃ったものを得た。又長手方向での成分元素の偏析は、
断面中心において化学量論組成からのズレが０．１重量
％以内であった。
１５３，７１ｇ）、Ｔｅ （２２９６，２９ｇ）、Ｓｅ
（７４，７３ｇ）及び５ｂｌｓ （２゜４５ｇ）を
秤量し溶解炉中に投入後、アルゴンガスをチャンバ内に
置換する。材料金属の溶解後、この溶湯を６５０°Ｃに
保ち撹拌機で３時間撹拌する。これを溶湯保持炉に給湯
し６１０°Ｃ以上でストックし、断続的に撹拌しつつ、
ダミー鋳塊を水冷ジャケットで冷却しつつ鋳型出口で鋳
塊を凝固させつつ、すなわち８０Ｃ１１／時で引き出す
０以上の結果一方向凝固組織で、へき開面の長手方向の
揃ったものを得た。又長手方向での成分元素の偏析は、
断面中心において化学量論組成からのズレが０．１重量
％以内であった。
（実施例２）
第２図は溶湯の取出部及びその後工程を示す本発明によ
る熱電素子の製造装置の部分図を示す。
る熱電素子の製造装置の部分図を示す。
本装置は第１回の実施例に対し、不活性ガスを加圧した
状態（本例では約３ ｋｇ ／ ｃｉ ）とする点及び
量産のため鋳塊取出し口を複数（本例では２本）、かつ
、上方とする点が異なる０本装置において、実施例１で
示した同一の熱電素子の材料成分において、一方向組織
で、へき開面の長手方向の揃ったもので、かつ長手方向
での成分元素の偏析が断面中心において化学量論組成か
らのズレが０． １重量％以内のものを得るに必要な鋳
塊の引き出し速度は６０〜７０Ｃ１１／時であった。
状態（本例では約３ ｋｇ ／ ｃｉ ）とする点及び
量産のため鋳塊取出し口を複数（本例では２本）、かつ
、上方とする点が異なる０本装置において、実施例１で
示した同一の熱電素子の材料成分において、一方向組織
で、へき開面の長手方向の揃ったもので、かつ長手方向
での成分元素の偏析が断面中心において化学量論組成か
らのズレが０． １重量％以内のものを得るに必要な鋳
塊の引き出し速度は６０〜７０Ｃ１１／時であった。
（発明の効果）
（１）生産性の向上
従来の技術において、熱電素子の生産速度は最大３１／
時程度であるが、本発明において、８０ｃｍ ７時の生
産速度が得られる。
時程度であるが、本発明において、８０ｃｍ ７時の生
産速度が得られる。
更に次の効果がある。
（ａ）連続生産が可能である。
（ｂ）断面形状成形の工程が不要となる。
（ｃ）以上（ａ）、（ｂ）により、歩溜りが大幅に向上
する。
する。
（２）品質の維持
従来のブリッジマン・ストックバーガー法でしか得られ
ない、熱電素子の内部組織を本発明で得られる。
ない、熱電素子の内部組織を本発明で得られる。
（３）結晶成長速度が従来にくらべ非常に速いため、臂
開面の間隔が小さくなり、強度的に強いものが得られる
。また、結晶成長速度が速いため、成分中のＴｅなどの
偏析が非常に少なくなり、インゴット全体にわたり熱電
特性の均一なものが得られる。
開面の間隔が小さくなり、強度的に強いものが得られる
。また、結晶成長速度が速いため、成分中のＴｅなどの
偏析が非常に少なくなり、インゴット全体にわたり熱電
特性の均一なものが得られる。
第１図は本発明に基づ〈実施例装置の断面図、第２図は
本発明に基づ〈実施例装置の部分断面図、第３図は従来
の熱電素子の製造法に基づく装置の断面図。 １・・・チャンバ ２・・・撹拌機３・・・発熱体
４・・・不活性ガス５・・・給湯管 ６
・・・鋳型 ７・・・ガイドローラ ８・・・ダミーパー９・・・冷
却ジャケット １０・・溶湯１１・・・溶湯保持炉
１２・・連通管１３・・流量調整パルプ １４・・溶解
炉１５・・・引き下げ機 １６・・ガラスアンプル１７
・・・試料金属 １８・・・溶解炉１９・・・凝固室
２０・・・鋳塊２１・・・流量調整バルブ
本発明に基づ〈実施例装置の部分断面図、第３図は従来
の熱電素子の製造法に基づく装置の断面図。 １・・・チャンバ ２・・・撹拌機３・・・発熱体
４・・・不活性ガス５・・・給湯管 ６
・・・鋳型 ７・・・ガイドローラ ８・・・ダミーパー９・・・冷
却ジャケット １０・・溶湯１１・・・溶湯保持炉
１２・・連通管１３・・流量調整パルプ １４・・溶解
炉１５・・・引き下げ機 １６・・ガラスアンプル１７
・・・試料金属 １８・・・溶解炉１９・・・凝固室
２０・・・鋳塊２１・・・流量調整バルブ
Claims (1)
- 不活性ガス雰囲気において充分撹拌した溶湯を鋳型出口
で凝固させる連続鋳造法において、撹拌により均一組成
にした溶湯を、鋳型内壁を凝固温度以上とした加熱鋳型
内に導き、加熱鋳型の出口で凝固させることにより、熱
電特性と素子強度がともに秀れた一方向凝固組織もしく
は熱電特性の非常に秀れた単結晶組織を形成させること
を特徴とした熱電素子の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15861788A JPH01202343A (ja) | 1987-10-14 | 1988-06-27 | 熱電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-260202 | 1987-10-14 | ||
| JP26020287 | 1987-10-14 | ||
| JP15861788A JPH01202343A (ja) | 1987-10-14 | 1988-06-27 | 熱電素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01202343A true JPH01202343A (ja) | 1989-08-15 |
Family
ID=26485668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15861788A Pending JPH01202343A (ja) | 1987-10-14 | 1988-06-27 | 熱電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01202343A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19880108C2 (de) * | 1997-01-09 | 2002-02-07 | Matsushita Electric Works Ltd | Blockplatte aus einem thermoelektrischen Material, daraus geschnittene rechteckige Stange sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Blockplatte |
| EP1570930A1 (en) * | 2004-03-01 | 2005-09-07 | IDRA CASTING MACHINES S.p.A. | Casting apparatus where molten material is fed from a melting area to a holding area, particularly using a low-pressure apparatus |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4869724A (ja) * | 1971-12-23 | 1973-09-21 | ||
| JPS58110160A (ja) * | 1981-12-23 | 1983-06-30 | Atsumi Ono | 高融点金属の連続鋳造法 |
| JPS60248833A (ja) * | 1984-05-23 | 1985-12-09 | O C C:Kk | 一方向凝固組織を有する金属条の製造法 |
-
1988
- 1988-06-27 JP JP15861788A patent/JPH01202343A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS4869724A (ja) * | 1971-12-23 | 1973-09-21 | ||
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE19880108C2 (de) * | 1997-01-09 | 2002-02-07 | Matsushita Electric Works Ltd | Blockplatte aus einem thermoelektrischen Material, daraus geschnittene rechteckige Stange sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Blockplatte |
| EP1570930A1 (en) * | 2004-03-01 | 2005-09-07 | IDRA CASTING MACHINES S.p.A. | Casting apparatus where molten material is fed from a melting area to a holding area, particularly using a low-pressure apparatus |
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