JPH07326804A - 熱電発電素子の製造方法 - Google Patents
熱電発電素子の製造方法Info
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- JPH07326804A JPH07326804A JP6139720A JP13972094A JPH07326804A JP H07326804 A JPH07326804 A JP H07326804A JP 6139720 A JP6139720 A JP 6139720A JP 13972094 A JP13972094 A JP 13972094A JP H07326804 A JPH07326804 A JP H07326804A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、熱電半導体と電極の良好な接触が
得られて接触抵抗を低減できるとともに、製造工程が簡
素化してコスト低減を図ることを主要な目的とする。 【構成】ＳｉＧｅからなる熱電半導体粉とＷ又はＭｏか
らなる電極間に、厚さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入し
た後、積層方向に加圧し、焼結することを特徴とする熱
電発電素子の製造方法。
得られて接触抵抗を低減できるとともに、製造工程が簡
素化してコスト低減を図ることを主要な目的とする。 【構成】ＳｉＧｅからなる熱電半導体粉とＷ又はＭｏか
らなる電極間に、厚さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入し
た後、積層方向に加圧し、焼結することを特徴とする熱
電発電素子の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は熱電発電素子の製造方
法に関し、特に熱を直接電気に変化する熱電発電モジュ
ールを構成する熱電発電素子の製造方法に関する。
法に関し、特に熱を直接電気に変化する熱電発電モジュ
ールを構成する熱電発電素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＳｉＧｅ熱電発電モジュールとし
ては図３に示すものが知られている。このモジュールは
１０００℃程度の熱源に利用される。この熱電発電モジ
ュールは、セラミック製等の絶縁性の集熱板31、電極3
2、ｐ型・ｎ型の熱電半導体33、接着層34、放熱板35及
び定電圧装置36からなる。ここで、前記熱電半導体33及
び電極32により熱電半導体素子が構成される。
ては図３に示すものが知られている。このモジュールは
１０００℃程度の熱源に利用される。この熱電発電モジ
ュールは、セラミック製等の絶縁性の集熱板31、電極3
2、ｐ型・ｎ型の熱電半導体33、接着層34、放熱板35及
び定電圧装置36からなる。ここで、前記熱電半導体33及
び電極32により熱電半導体素子が構成される。
【０００３】こうした構成の熱電発電モジュールは、図
４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように製造される。まず、熱電
半導体粉をホットプレスして焼結を行ない、焼結体を得
る（図４（Ａ））参照）。次に、この焼結体を適当な大
きさに切断加工する（図４（Ｂ）参照）。つづいて、電
気的な接合を得るために電極をロー付けするために加熱
する（図４（Ｃ）参照）。最後に、放熱板及びセラミッ
ク製などの絶縁性の集熱板を取り付ける（図４（Ｄ）参
照）。
４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように製造される。まず、熱電
半導体粉をホットプレスして焼結を行ない、焼結体を得
る（図４（Ａ））参照）。次に、この焼結体を適当な大
きさに切断加工する（図４（Ｂ）参照）。つづいて、電
気的な接合を得るために電極をロー付けするために加熱
する（図４（Ｃ）参照）。最後に、放熱板及びセラミッ
ク製などの絶縁性の集熱板を取り付ける（図４（Ｄ）参
照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
よれば、電極を接合する場合の大きさが数ミリ角である
ためにロー材が均一に広がらず、接触面積が減少し接触
抵抗が増加する問題があった。また、焼結時とロー付け
時の二度も加熱するために、製造コストが高くなるとい
う問題点がある。
よれば、電極を接合する場合の大きさが数ミリ角である
ためにロー材が均一に広がらず、接触面積が減少し接触
抵抗が増加する問題があった。また、焼結時とロー付け
時の二度も加熱するために、製造コストが高くなるとい
う問題点がある。
【０００５】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、ＳｉＧｅからなる熱電半導体粉とＷ，Ｍｏか
らなる電極間に、厚さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入し
た後、積層方向に加圧し、焼結することにより、熱電半
導体と電極の良好な接触が得られて接触抵抗を低減でき
るとともに、製造工程が簡素化してコスト低減を図るこ
とができる熱電半導体素子の製造方法を提供することを
目的とする。
たもので、ＳｉＧｅからなる熱電半導体粉とＷ，Ｍｏか
らなる電極間に、厚さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入し
た後、積層方向に加圧し、焼結することにより、熱電半
導体と電極の良好な接触が得られて接触抵抗を低減でき
るとともに、製造工程が簡素化してコスト低減を図るこ
とができる熱電半導体素子の製造方法を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、ＳｉＧｅか
らなる熱電半導体粉とＷ又はＭｏからなる電極間に、厚
さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入した後、積層方向に加
圧し、焼結することを特徴とする熱電発電素子の製造方
法である。
らなる熱電半導体粉とＷ又はＭｏからなる電極間に、厚
さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入した後、積層方向に加
圧し、焼結することを特徴とする熱電発電素子の製造方
法である。
【０００７】この発明において、熱電半導体粉とＷ，Ｍ
ｏからなる電極間にチタン箔を介在させるのは、チタン
がＳｉＧｅ表層の酸化物を還元し、電極側にＳｉＧｅ分
が拡散していると考えられるからである。また、チタン
箔の厚さを２０μｍ以下とするのは、２０μｍを越える
と熱膨張の問題が生じるからである。つまり、ＳｉＧｅ
の熱膨張率とＷやＭｏの熱膨張率は略同じであるが、チ
タンは２倍くらい大きいので接合する場合、チタン箔が
厚い場合（２０μｍを越えると）熱応力により剥離が生
じる。このようなことから、チタン箔の厚さを２０μｍ
以下とする。
ｏからなる電極間にチタン箔を介在させるのは、チタン
がＳｉＧｅ表層の酸化物を還元し、電極側にＳｉＧｅ分
が拡散していると考えられるからである。また、チタン
箔の厚さを２０μｍ以下とするのは、２０μｍを越える
と熱膨張の問題が生じるからである。つまり、ＳｉＧｅ
の熱膨張率とＷやＭｏの熱膨張率は略同じであるが、チ
タンは２倍くらい大きいので接合する場合、チタン箔が
厚い場合（２０μｍを越えると）熱応力により剥離が生
じる。このようなことから、チタン箔の厚さを２０μｍ
以下とする。
【０００８】
【作用】電極材料の上にチタン箔を積層し、更に熱電半
導体粉を積層した後に積層方向に加圧し、焼結すること
（ホットプレス）で、熱電半導体粉の焼結と電極との接
合を同時に行なった結果、熱電半導体と電極の良好な接
触が得られ接触抵抗は低下し、更に熱電半導体粉の焼結
と電極との接合を同時に行なうため製造工程が簡略化し
コスト低減を図ることができる。
導体粉を積層した後に積層方向に加圧し、焼結すること
（ホットプレス）で、熱電半導体粉の焼結と電極との接
合を同時に行なった結果、熱電半導体と電極の良好な接
触が得られ接触抵抗は低下し、更に熱電半導体粉の焼結
と電極との接合を同時に行なうため製造工程が簡略化し
コスト低減を図ることができる。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。まず、この発明に用いられるホットプレス装置
について図１を参照して説明する。図中の符号11は真空
容器であり、この真空容器11の内部に部材12ａ，12ｂ，
12ｃからなる金型12が配置されている。この金型11の側
壁近傍には、ヒータ13が配置されている。前記部材12ｂ
上にはＷ（タングステン）からなる電極14，厚さ２０ミ
クロンのチタン（Ｔｉ）箔15が配置され、更にＳｉＧｅ
からなる熱電半導体粉16が敷き詰められている。前記熱
電半導体粉16上には、上部押し棒17を介して油圧プレス
18が配置されている。
明する。まず、この発明に用いられるホットプレス装置
について図１を参照して説明する。図中の符号11は真空
容器であり、この真空容器11の内部に部材12ａ，12ｂ，
12ｃからなる金型12が配置されている。この金型11の側
壁近傍には、ヒータ13が配置されている。前記部材12ｂ
上にはＷ（タングステン）からなる電極14，厚さ２０ミ
クロンのチタン（Ｔｉ）箔15が配置され、更にＳｉＧｅ
からなる熱電半導体粉16が敷き詰められている。前記熱
電半導体粉16上には、上部押し棒17を介して油圧プレス
18が配置されている。
【００１０】こうした構造のホットプレス装置を用い
て、この発明では図２のようにして熱電半導体モジュー
ルを製造する。まず、金型12の部材12ｂ上に前記チタン
箔15を積層した電極14を設置する。更に、その上から熱
電半導体粉16を敷き詰めて、上部押し棒17を設置する。
つづいて、１０-5Ｔorr まで真空排気した後、１２３０
℃まで加熱保持する。加熱保持中に上部押し棒17を５０
０Ｋｇ／cm2 で１０分加熱し、熱電半導体の焼結と電極
14との同時一体接合を行なった（図２（Ａ）参照）。以
上の操作により、熱電半導体素子が得られる。この後、
電極焼結体を適当な大きさに切断加工した（図２（Ｂ）
参照）。ひきつづき、図３に示すように放熱板35及びセ
ラミック製等の集熱板31を取り付け、熱電半導体モジュ
ールを製造した（図２（Ｃ）参照）。
て、この発明では図２のようにして熱電半導体モジュー
ルを製造する。まず、金型12の部材12ｂ上に前記チタン
箔15を積層した電極14を設置する。更に、その上から熱
電半導体粉16を敷き詰めて、上部押し棒17を設置する。
つづいて、１０-5Ｔorr まで真空排気した後、１２３０
℃まで加熱保持する。加熱保持中に上部押し棒17を５０
０Ｋｇ／cm2 で１０分加熱し、熱電半導体の焼結と電極
14との同時一体接合を行なった（図２（Ａ）参照）。以
上の操作により、熱電半導体素子が得られる。この後、
電極焼結体を適当な大きさに切断加工した（図２（Ｂ）
参照）。ひきつづき、図３に示すように放熱板35及びセ
ラミック製等の集熱板31を取り付け、熱電半導体モジュ
ールを製造した（図２（Ｃ）参照）。
【００１１】しかして、上記実施例によれば、ＳｉＧｅ
からなる熱電半導体粉16とＷからなる電極14間に、厚さ
２０μｍのチタン箔15を挿入した後、積層方向に加圧
し、焼結することにより、熱電半導体と電極14の良好な
接触が得られて接触抵抗を低減できる。また、製造工程
を示す図２からも明らかのように、この発明の熱電発電
モジュールはホットプレスによる同時一体焼結接合工
程、電極焼結体の切断工程、及び放熱板や集熱板の取付
工程により得られるため、従来と比べ、製造工程が簡略
化し、コスト低減を図ることができる。下記「表１」
は、従来法によるロー付けした場合とこの発明による熱
電半導体と電極との同時一体焼結接合法による熱電半導
体発電モジュールの常温での接触抵抗を示す。
からなる熱電半導体粉16とＷからなる電極14間に、厚さ
２０μｍのチタン箔15を挿入した後、積層方向に加圧
し、焼結することにより、熱電半導体と電極14の良好な
接触が得られて接触抵抗を低減できる。また、製造工程
を示す図２からも明らかのように、この発明の熱電発電
モジュールはホットプレスによる同時一体焼結接合工
程、電極焼結体の切断工程、及び放熱板や集熱板の取付
工程により得られるため、従来と比べ、製造工程が簡略
化し、コスト低減を図ることができる。下記「表１」
は、従来法によるロー付けした場合とこの発明による熱
電半導体と電極との同時一体焼結接合法による熱電半導
体発電モジュールの常温での接触抵抗を示す。
【００１２】
【表１】 表１から明らかのように、この発明による熱電半導体と
電極との同時一体焼結接合法により良好な接触がえられ
るため、熱電半導体の性能低下の原因である接触抵抗を
低減することが可能となった。事実、Ｔｉ箔とＷからな
る電極，ＳｉＧｅからなる熱電半導体とを接合した接合
体の断面を調べたところ、図５（Ａ），（Ｂ）に示すよ
うな金属組織を表わす顕微鏡写真が得られた。同図よ
り、界面抵抗の原因となる横方向の割れがみられず、良
好な接合界面が得られることが確認できた。なお、図５
（Ａ）は熱電半導体の厚みが０．５mmの場合であり、図
５（Ｂ）は熱電半導体の厚みが１００μｍの場合（Ｔｉ
箔の厚みはいずれも２０μｍ）である。しかし、ＳｉＧ
ｅからなる熱電半導体とＷ電極同士を直接接合したので
は、接合強度がなくすぐ剥離してしまう。
電極との同時一体焼結接合法により良好な接触がえられ
るため、熱電半導体の性能低下の原因である接触抵抗を
低減することが可能となった。事実、Ｔｉ箔とＷからな
る電極，ＳｉＧｅからなる熱電半導体とを接合した接合
体の断面を調べたところ、図５（Ａ），（Ｂ）に示すよ
うな金属組織を表わす顕微鏡写真が得られた。同図よ
り、界面抵抗の原因となる横方向の割れがみられず、良
好な接合界面が得られることが確認できた。なお、図５
（Ａ）は熱電半導体の厚みが０．５mmの場合であり、図
５（Ｂ）は熱電半導体の厚みが１００μｍの場合（Ｔｉ
箔の厚みはいずれも２０μｍ）である。しかし、ＳｉＧ
ｅからなる熱電半導体とＷ電極同士を直接接合したので
は、接合強度がなくすぐ剥離してしまう。
【００１３】なお、上記実施例では、１０-5Ｔｏｒｒま
で真空排気し、１２３０℃まで加熱保持し、更に上部押
し棒を５００Ｋｇ／cm2 で１０分加熱する場合について
述べたが、これらの数値は限定されない。例えば、１０
-5Ｔｏｒｒまで真空排気し、１０００℃まで加熱保持
し、更に上部押し棒を５００Ｋｇ／cm2 で５分加熱する
場合でも、上記実施例と同様な効果が得られる。
で真空排気し、１２３０℃まで加熱保持し、更に上部押
し棒を５００Ｋｇ／cm2 で１０分加熱する場合について
述べたが、これらの数値は限定されない。例えば、１０
-5Ｔｏｒｒまで真空排気し、１０００℃まで加熱保持
し、更に上部押し棒を５００Ｋｇ／cm2 で５分加熱する
場合でも、上記実施例と同様な効果が得られる。
【００１４】また、上記実施例では、Ｗからなる電極を
用いた場合について述べたが、Ｍｏからなる電極を用い
ても良い。事実、Ｔｉ箔とＭｏからなる電極，ＳｉＧｅ
からなる熱電半導体とを接合した接合体の断面を調べた
ところ、図６（Ａ），（Ｂ）に示すような金属組織を表
わす顕微鏡写真が得られた。なお、図６（Ａ）は熱電半
導体の厚みが０．５mmの場合であり、図６（Ｂ）は熱電
半導体の厚みが１００μｍの場合（Ｔｉ箔の厚みはいず
れも２０μｍ）である。しかし、ＳｉＧｅからなる熱電
半導体とＭｏ電極同士を直接接合したのでは、接合強度
がなくすぐ剥離してしまう。
用いた場合について述べたが、Ｍｏからなる電極を用い
ても良い。事実、Ｔｉ箔とＭｏからなる電極，ＳｉＧｅ
からなる熱電半導体とを接合した接合体の断面を調べた
ところ、図６（Ａ），（Ｂ）に示すような金属組織を表
わす顕微鏡写真が得られた。なお、図６（Ａ）は熱電半
導体の厚みが０．５mmの場合であり、図６（Ｂ）は熱電
半導体の厚みが１００μｍの場合（Ｔｉ箔の厚みはいず
れも２０μｍ）である。しかし、ＳｉＧｅからなる熱電
半導体とＭｏ電極同士を直接接合したのでは、接合強度
がなくすぐ剥離してしまう。
【００１５】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
ＳｉＧｅからなる熱電半導体粉とＷ，Ｍｏからなる電極
間に、厚さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入した後、積層
方向に加圧し、焼結することにより、熱電半導体と電極
の良好な接触が得られて接触抵抗を低減できるととも
に、製造工程が簡素化してコスト低減を図ることができ
る熱電半導体素子の製造方法を提供できる。
ＳｉＧｅからなる熱電半導体粉とＷ，Ｍｏからなる電極
間に、厚さ２０μｍ以下のチタン箔を挿入した後、積層
方向に加圧し、焼結することにより、熱電半導体と電極
の良好な接触が得られて接触抵抗を低減できるととも
に、製造工程が簡素化してコスト低減を図ることができ
る熱電半導体素子の製造方法を提供できる。
【図１】この発明に係る熱電半導体モジュールを製造す
る際に使用されるホットプレス装置の説明図。
る際に使用されるホットプレス装置の説明図。
【図２】この発明に係る熱電半導体モジュールの製造方
法を工程順に示す説明図。
法を工程順に示す説明図。
【図３】熱電半導体モジュールの説明図。
【図４】従来の熱電半導体モジュールの製造方法を工程
順に示す説明図。
順に示す説明図。
【図５】Ｔｉ箔とＷからなる電極，ＳｉＧｅからなる熱
電半導体とを接合した接合体の金属組織を表わす顕微鏡
写真であり、図５（Ａ）は熱電半導体の厚みが０．５mm
の場合、図５（Ｂ）は熱電半導体の厚みが１００μｍの
場合。
電半導体とを接合した接合体の金属組織を表わす顕微鏡
写真であり、図５（Ａ）は熱電半導体の厚みが０．５mm
の場合、図５（Ｂ）は熱電半導体の厚みが１００μｍの
場合。
【図６】Ｔｉ箔とＭｏからなる電極，ＳｉＧｅからなる
熱電半導体とを接合した接合体の金属組織を表わす顕微
鏡写真であり、図６（Ａ）は熱電半導体の厚みが０．５
mmの場合、図６（Ｂ）は熱電半導体の厚みが１００μｍ
の場合。
熱電半導体とを接合した接合体の金属組織を表わす顕微
鏡写真であり、図６（Ａ）は熱電半導体の厚みが０．５
mmの場合、図６（Ｂ）は熱電半導体の厚みが１００μｍ
の場合。
11…真空容器、 12…金型、 12ａ，
12ｂ，12ｃ…部材、13…ヒーター、 14，33…
電極、 15…チタン箔、16…熱電半導体粉、
17…上部押し棒、 18…油圧プレス、31…集熱板、
33…熱電半導体、 34…接着層、35…放熱
板、 36…定電圧装置。
12ｂ，12ｃ…部材、13…ヒーター、 14，33…
電極、 15…チタン箔、16…熱電半導体粉、
17…上部押し棒、 18…油圧プレス、31…集熱板、
33…熱電半導体、 34…接着層、35…放熱
板、 36…定電圧装置。
Claims (1)
- 【請求項１】 ＳｉＧｅからなる熱電半導体粉とＷ又
はＭｏからなる電極間に、厚さ２０μｍ以下のチタン箔
を挿入した後、積層方向に加圧し、焼結することを特徴
とする熱電発電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13972094A JP3382717B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 熱電発電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13972094A JP3382717B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 熱電発電素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07326804A true JPH07326804A (ja) | 1995-12-12 |
| JP3382717B2 JP3382717B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=15251839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13972094A Expired - Fee Related JP3382717B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 熱電発電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3382717B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0821417A2 (en) * | 1996-07-26 | 1998-01-28 | Technova Inc. | Thermoelectric semiconductor and fabrication process thereof |
| JPH1065222A (ja) * | 1996-08-14 | 1998-03-06 | Natl Aerospace Lab | 熱電変換素子の製造方法 |
| JPH1074986A (ja) * | 1996-06-27 | 1998-03-17 | Natl Aerospace Lab | 熱電変換素子、π型熱電変換素子対および熱電変換モジュールの各製造方法 |
| JP2002299702A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 熱電素子の製造方法 |
| JP2002368294A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-20 | Unitika Ltd | 高温用熱電変換モジュール |
| CN100421274C (zh) * | 2004-05-28 | 2008-09-24 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种锑化钴基热电材料的电极材料及其制备工艺 |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP13972094A patent/JP3382717B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1074986A (ja) * | 1996-06-27 | 1998-03-17 | Natl Aerospace Lab | 熱電変換素子、π型熱電変換素子対および熱電変換モジュールの各製造方法 |
| EP0821417A2 (en) * | 1996-07-26 | 1998-01-28 | Technova Inc. | Thermoelectric semiconductor and fabrication process thereof |
| EP0821417A3 (en) * | 1996-07-26 | 1999-12-15 | Technova Inc. | Thermoelectric semiconductor and fabrication process thereof |
| JPH1065222A (ja) * | 1996-08-14 | 1998-03-06 | Natl Aerospace Lab | 熱電変換素子の製造方法 |
| JP2002299702A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 熱電素子の製造方法 |
| JP4656271B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2011-03-23 | 株式会社Ｉｈｉ | 熱電素子の製造方法 |
| JP2002368294A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-20 | Unitika Ltd | 高温用熱電変換モジュール |
| CN100421274C (zh) * | 2004-05-28 | 2008-09-24 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种锑化钴基热电材料的电极材料及其制备工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3382717B2 (ja) | 2003-03-04 |
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