JPH0637360A - 熱発電素子の製造方法 - Google Patents

熱発電素子の製造方法

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JPH0637360A
JPH0637360A JP4189681A JP18968192A JPH0637360A JP H0637360 A JPH0637360 A JP H0637360A JP 4189681 A JP4189681 A JP 4189681A JP 18968192 A JP18968192 A JP 18968192A JP H0637360 A JPH0637360 A JP H0637360A
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JP
Japan
Prior art keywords
type
type element
brazing material
solder
powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP4189681A
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English (en)
Inventor
Yuichiro Hara
裕一郎 原
Shigeo Takita
茂生 瀧田
Toshikazu Takeda
敏和 竹田
Yutaka Matsumi
裕 松見
Masayuki Kato
雅之 加藤
Eiji Okumura
英二 奥村
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の主な目的は小型で任意の形状に作製
できる新規な熱発電素子の製造方法を提供するものであ
る。 【構成】 本発明はp型及びn型のα−FeSi2 粉末
からなるそれぞれの母粒子の周囲を、Cu系のろう材か
らなる子粒子でカプセル化してp型カプセル粉体とn型
カプセル粉体とを形成し、これらカプセル粉体をそれぞ
れ所定の形状に放電焼結固化してp型素子とn型素子を
形成した後、これらp型素子とn型素子の端部同志を直
接導電性ろう材、あるいは導電性材料を介して接合して
形成することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱電対などに用いられる
熱発電素子の製造方法に関するものである。
【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、電子冷凍素子(ペルチェ素子)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、この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り、他方、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、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
合等によく使われる。
【0003】また、この熱発電素子は幾つかの標準的な
組み合わせがJIS規格等で決まっており、その一つと
して起電力の高い、p型鉄珪化物とn型鉄珪化物との組
み合わせからなるFeSi熱発電素子がある。
【0004】このFeSi熱発電素子の製造方法の一例
を順を追って簡単に説明すると、先ず、FeとSiにそ
れぞれ添加元素であるMn及びCoを添加してこれらを
別個に溶解して二種類のインゴットを製作した後、スタ
ンプミル等を用いてこれらをそれぞれ別個に粉砕して造
粒し、p型原料粉末とn型原料粉末を製作する。そし
て、これら原料粉末を成形型に入れて冷間プレスした
後、真空中で焼結し、その後これをα−FeSi(金属
相)からβ−FeSi(半導体相)に相転位させるべく
大気中で熱処理を加え、必要に応じてリード線や電極を
ろう付け、或いはハンダ付けして完成することになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の製造方法による熱発電素子は図4に示すよう
に、粉末冶金的に作られ、高温部にあたるPN接合部も
焼結の際に一体化されるようになっていたため、形状に
自由度がなく(殆どがU字状)、小型のものが作りにく
いといった欠点があった。また、リード線や電極を付け
る低温部は、Pd−Agペースト等の接合剤を塗布した
後に超音波ハンダ付けあるいはろう付けによってリード
線や電極を接合していたが、素子と接合剤とのいわゆる
“ぬれ性”が乏しいため、リード線や電極の接合が容易
ではなかった。また、このろう付け等は熱負荷のかかる
高温部(PN接合部)での使用は不可能であった。
【0006】そこで、本発明は上述した問題点を有効に
解決するために案出されたものであり、その主な目的は
素子と接合剤とのぬれ性を向上させて小型で任意の形状
に作製できる新規な熱発電素子の製造方法を提供するも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はp型及びn型のα−FeSi2 粉末からなる
それぞれの母粒子の周囲を、Cu系のろう材からなる子
粒子でカプセル化してp型カプセル粉体とn型カプセル
粉体とを形成し、これらカプセル粉体をそれぞれ所定の
形状にプラズマ焼結固化してp型素子とn型素子を形成
した後、これらp型素子とn型素子の端部同志を直接導
電性ろう材、あるいは導電性材料を介して接合して形成
するものである。
【0008】
【作用】本発明は上述したような製造方法であるため、
p型素子とn型素子のろう材に対するいわゆる“ぬれ
性”が向上し、ろう材の接合性が大巾に向上する。従っ
て、PN素子同志を直接ろう付けすることはもちろん、
導電性材料を介して接合することも可能となるため、ろ
う付け等は熱負荷のかかる高温部(PN接合部)での使
用が可能となり、素子形状に自由性が広がる。さらに、
低温側の電極の接合性も向上することになるため、電極
あるいはリード線の接合も容易に達成されることにな
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
【0010】図1に示すように、先ず、FeとSiにそ
れぞれ添加元素であるMn及びCoを添加して1873
Kの温度でこれらを別個に溶解して二種類のインゴット
を製作した後、これらインゴットをスタンプミルあるい
はボールミル等を用いてそれぞれ別個に粉砕すると共に
バインダ等を用いて造粒し、粒径が約10μmのp型の
α−FeSi2 原料粉末(金属相)とn型のα−FeS
2 原料粉末(金属相)とを製造する。そして、図3に
示すように、このp型FeSi2 原料粉末とn型FeS
2 原料粉末とをそれぞれ母粒子1とし、この母粒子1
の周囲に、Cu系のろう材からなる粒径が1〜2μm程
度の子粒子2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型カプセル粉末と、n型カ
プセル粉末3を製作する。また、この子粒子2を構成す
るCu系のろう材としては具体的に黄銅ろう材の場合、
BCuZn−2又は−3といったCu成分の高いものを
選択し、これをガスアトマイズしてCuOX の豊富な粉
末を得て、これを子粒子として用いる。尚、参考まで
に、JIS−Z3262−1961によるとBCuZn
−2の組成成分はCu−57〜61%、Sn−0.5〜
1.5%、Al−0.02%以下、残りZnとなってい
る。また、粒径としては5μm以下がカプセル化には都
合が良い。また、ガスアトマイズに用いるガスはベース
をAlとしてO2 を3〜5%加えたものが使用できる。
【0011】次に、このようにカプセル化された原料粉
末をそれぞれ別個にプラズマ焼結装置の成形型に入れ、
真空雰囲気中で通電(放電)焼結し、図2に示すよう
に、棒状のp型素子4とn型素子5を形成する。この
時、焼結と共にこのp型素子4及びn型素子5はα−F
eSi(金属相)からβ−FeSi(半導体相)に相転
位することになるが、必要に応じて焼結の後にこれらを
熱処理することによってα−FeSi(金属相)からβ
−FeSi(半導体相)に相転位させても良い。そし
て、図示するように、これら棒状のp型素子4とn型素
子5の端部同志を繋ぎ合わせるようにNi板6をあてが
い、黄銅ろうや金ろう、銀ろう、銅ろう等の導電性ろう
材7によってp型素子4とn型素子5の端部とNi板6
で接合し、他方、これらp型素子4とn型素子5の他端
部には同じくろう材7によって電極8あるいはリード線
等を接続することになる。尚、このろう材の選択として
は、上記黄銅ろうや金ろう、銀ろう、銅ろう以外に良導
体で且つ素子の使用温度未満に液相線を有するものが望
ましい。
【0012】このように、本発明は、p型及びn型のα
−FeSi2 粉末からなるそれぞれの母粒子の周囲を、
Cu系のろう材からなる子粒子でカプセル化して形成し
たため、p型素子とn型素子のろう材に対するいわゆる
“ぬれ性”が向上し、ろう材の接合性が大巾に向上する
ことになる。
【0013】従って、従来ろう付けが困難であった熱負
荷のかかる高温部(特に、PN接合部)での使用が可能
となり、素子形状の自由性が向上することになる。
【0014】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、PN素
子同志を直接ろう付けすることはもちろん、導電性材料
を介して接合することも可能となるため、PN素子とろ
う材の接合性が向上して素子形状に自由性が広がり小型
で任意の形状の素子を形成することができる。また、
低温側の電極の接合性も向上することになるため、電極
あるいはリード線の接合も容易に達成される上にその結
合力も従来より強固なものとなる等といった優れた効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す工程図である。
【図2】本発明によって得られる熱発電素子の一実施例
を示す断面図である。
【図3】本発明によって得られるカプセル粉末を集合さ
せた状態を示す部分拡大図である。
【図4】従来の熱発電素子の一実施例を示す側面図であ
る。
【符号の説明】
1 母粒子 2 子粒子 3 カプセル粉末 4 p型素子 5 n型素子 6 導電性材料 7 ろう材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年11月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】 このFeSi熱発電素子の製造方法の一
例を順を追って簡単に説明すると、先ず、FeとSiに
それぞれ添加元素であるMn及びCoを添加してこれら
を別個に溶解して二種類のインゴットを製作した後、ス
タンプミル等を用いてこれらをそれぞれ別個に粉砕して
造粒し、p型原料粉末とn型原料粉末を製作する。そし
て、これら原料粉末を成形型に入れて冷間プレスした
後、真空中で焼結し、その後これをα−FeSi(金属
相)からβ−FeSi(半導体相)に相転移させるべく
大気中で熱処理を加え、必要に応じてリード線や電極を
ろう付け、或いはハンダ付けして完成することになる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】 図1に示すように、先ず、FeとSiに
それぞれ添加元素であるMn及びCoを添加して187
3Kの温度でこれらを別個に溶解して二種類のインゴッ
トを製作した後、これらインゴットをスタンプミルある
いはボールミル等を用いてそれぞれ別個に粉砕すると共
にバインダ等を用いて造粒し、粒径が約10μmのp型
用α−FeSi 2 原料粉末(金属相)とn型用α−Fe
Si 2 原料粉末(金属相)とを製造する。このほかに、
α−FeSi 2 原料粉末を得るには、ガスアトマイズ、
水アトマイズ等を用いることもできる。そして、図3に
示すように、このp型FeSi2 原料粉末とn型FeS
2 原料粉末とをそれぞれ母粒子1とし、この母粒子1
の周囲に、Cu系のろう材からなる粒径が1〜2μm程
度の子粒子2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型カプセル粉末と、n型カ
プセル粉末3を製作する。また、この子粒子2を構成す
るCu系のろう材としては具体的に黄銅ろう材の場合、
BCuZn−2又は−3といったCu成分の高いものを
選択し、これをガスアトマイズしてCuOX の豊富な粉
末を得て、これを子粒子として用いる。尚、参考まで
に、JIS−Z3262−1961によるとBCuZn
−2の組成成分はCu−57〜61%、Sn−0.5〜
1.5%、Al−0.02%以下、残りZnとなってい
る。また、粒径としては5μm以下がカプセル化には都
合が良い。また、ガスアトマイズに用いるガスはベース
をAlとしてO2 を3〜5%加えたものが使用できる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】 次に、このようにカプセル化された原料
粉末をそれぞれ別個にプラズマ焼結装置の成形型に入
れ、真空雰囲気中で通電(放電)焼結し、図2に示すよ
うに、棒状のp型素子4とn型素子5を形成する。この
時、焼結と共にこのp型素子4及びn型素子5はα−F
eSi(金属相)からβ−FeSi(半導体相)に相転
することになるが、必要に応じて焼結の後にこれらを
熱処理することによってα−FeSi(金属相)からβ
−FeSi(半導体相)に相転移させても良い。そし
て、図示するように、これら棒状のp型素子4とn型素
子5の端部同志を繋ぎ合わせるようにNi板6をあてが
い、黄銅ろうや金ろう、銀ろう、銅ろう等の導電性ろう
材7によってp型素子4とn型素子5の端部とNi板6
で接合し、他方、これらp型素子4とn型素子5の他端
部には同じくろう材7によって電極8あるいはリード線
等を接続することになる。尚、このろう材の選択として
は、上記黄銅ろうや金ろう、銀ろう、銅ろう以外に良導
体で且つ素子の使用温度未満に液相線を有するものが望
ましい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 加藤 雅之 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型及びn型のα−FeSi2 粉末から
    なるそれぞれの母粒子の周囲を、Cu系のろう材からな
    る子粒子でカプセル化してp型カプセル粉体とn型カプ
    セル粉体とを形成し、これらカプセル粉体をそれぞれ所
    定の形状に放電焼結固化してp型素子とn型素子を形成
    した後、これらp型素子とn型素子の端部同志を直接導
    電性ろう材、あるいは導電性材料を介して接合して形成
    することを特徴とする熱発電素子の製造方法。
JP4189681A 1992-07-16 1992-07-16 熱発電素子の製造方法 Pending JPH0637360A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019092325A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 古河電気工業株式会社 発電装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019092325A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 古河電気工業株式会社 発電装置

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