JPH09260731A - 熱電素子の製造方法及び熱電素子 - Google Patents
熱電素子の製造方法及び熱電素子Info
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- JPH09260731A JPH09260731A JP8062426A JP6242696A JPH09260731A JP H09260731 A JPH09260731 A JP H09260731A JP 8062426 A JP8062426 A JP 8062426A JP 6242696 A JP6242696 A JP 6242696A JP H09260731 A JPH09260731 A JP H09260731A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱電モジュール23の製造工程の簡素化を図る
ために、熱電材料の両面に電極板を同時に接合して、熱
電材料と電極とを一体化させる。 【解決手段】 金型12の中に、電極板14、熱電材料粉末
16、電極板14を順に積層した後、積層方向に加圧焼結し
て、電極板と熱電材料を一体接合する。電極板、熱電材
料粉末、電極板を順に積層する工程を複数回行ない、或
は電極板、熱電材料粉末、電極板を順に積層した後、さ
らに熱電材料粉末と電極板を積層する工程を少なくとも
１回行なうことにより、熱電材料粉末の層を複数形成し
たものを積層方向に加圧焼結することもできる。
ために、熱電材料の両面に電極板を同時に接合して、熱
電材料と電極とを一体化させる。 【解決手段】 金型12の中に、電極板14、熱電材料粉末
16、電極板14を順に積層した後、積層方向に加圧焼結し
て、電極板と熱電材料を一体接合する。電極板、熱電材
料粉末、電極板を順に積層する工程を複数回行ない、或
は電極板、熱電材料粉末、電極板を順に積層した後、さ
らに熱電材料粉末と電極板を積層する工程を少なくとも
１回行なうことにより、熱電材料粉末の層を複数形成し
たものを積層方向に加圧焼結することもできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電モジュールを
構成する熱電素子及びその製造方法に関する。
構成する熱電素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電モジュールは、ｐ型熱電素子とｎ型
熱電素子が電極板を介して電気的に直列接続となるよう
に接合されたもので、ｐｎ素子対の接合部間に温度差を
与えると電位差が発生し、また接合部間に電流を流す
と、その電流の向きにより吸熱又は発熱する性質を有す
る。前者の性質はゼーベック効果と呼ばれ、例えばごみ
焼却炉の廃熱による発電の如き熱電発電用に開発されて
おり、後者の性質はペルチェ効果と呼ばれ、例えば半導
体製造プロセスにおける恒温装置、エレクトロニクスデ
バイスの冷却等の熱電冷却に幅広く利用されている。
熱電素子が電極板を介して電気的に直列接続となるよう
に接合されたもので、ｐｎ素子対の接合部間に温度差を
与えると電位差が発生し、また接合部間に電流を流す
と、その電流の向きにより吸熱又は発熱する性質を有す
る。前者の性質はゼーベック効果と呼ばれ、例えばごみ
焼却炉の廃熱による発電の如き熱電発電用に開発されて
おり、後者の性質はペルチェ効果と呼ばれ、例えば半導
体製造プロセスにおける恒温装置、エレクトロニクスデ
バイスの冷却等の熱電冷却に幅広く利用されている。
【０００３】このような熱電モジュールの従来の製造法
を、図９を参照して説明する。まず、ｐ型及びｎ型熱電
材料を石英アンプル内で一旦溶融し、一方向から徐々に
結晶化したインゴットを、適当な大きさ(例えば、数ミ
リ角)に切断加工して、図示の如く、ｐ型熱電材料成形
体(30)とｎ型熱電材料成形体(31)が得られる。熱電材料
成形体(30)(31)の両面には接合性を高めるためのＮｉメ
ッキ層(32)(32)が施され、Ｎｉメッキ層の上には半田メ
ッキ層(34)(34)がさらに施される。次に、電極(38)は、
電気絶縁材としての役割を果たすセラミック基板(36)の
上にＣｕのパターニングを直接施して形成される。セラ
ミック基板(36)のＣｕ電極(38)の上に、そのパターニン
グ位置に対応してｐ型熱電材料成形体(30)とｎ型熱電材
料成形体(31)が交互に配置された後、熱電材料成形体(3
0)(31)の上に、Ｃｕ電極(38)のパターニングが施された
セラミック基板(36)が載せられる。これを加熱器の中に
入れて加熱すると、半田(34)(34)が溶融し、成形体(30)
(31)のＮｉメッキ層(32)(32)と、セラミック基板(36)(3
6)のＣｕ電極(38)(38)とが接合される。なお、図９で
は、熱電材料成形体(30)(31)はｐ型とｎ型を１つずつし
か示していないが、通常は、熱電モジュールの要求性能
にもよるが多数存在する。
を、図９を参照して説明する。まず、ｐ型及びｎ型熱電
材料を石英アンプル内で一旦溶融し、一方向から徐々に
結晶化したインゴットを、適当な大きさ(例えば、数ミ
リ角)に切断加工して、図示の如く、ｐ型熱電材料成形
体(30)とｎ型熱電材料成形体(31)が得られる。熱電材料
成形体(30)(31)の両面には接合性を高めるためのＮｉメ
ッキ層(32)(32)が施され、Ｎｉメッキ層の上には半田メ
ッキ層(34)(34)がさらに施される。次に、電極(38)は、
電気絶縁材としての役割を果たすセラミック基板(36)の
上にＣｕのパターニングを直接施して形成される。セラ
ミック基板(36)のＣｕ電極(38)の上に、そのパターニン
グ位置に対応してｐ型熱電材料成形体(30)とｎ型熱電材
料成形体(31)が交互に配置された後、熱電材料成形体(3
0)(31)の上に、Ｃｕ電極(38)のパターニングが施された
セラミック基板(36)が載せられる。これを加熱器の中に
入れて加熱すると、半田(34)(34)が溶融し、成形体(30)
(31)のＮｉメッキ層(32)(32)と、セラミック基板(36)(3
6)のＣｕ電極(38)(38)とが接合される。なお、図９で
は、熱電材料成形体(30)(31)はｐ型とｎ型を１つずつし
か示していないが、通常は、熱電モジュールの要求性能
にもよるが多数存在する。
【０００４】従来の製造法では、ｐ型及びｎ型の熱電材
料成形体と、電極との接合は、熱電モジュールの組立時
に半田付けにより行なっていたため、小さな熱電材料成
形体をＣｕパターニング位置に配置する作業、半田付け
工程等に多大の工数を要していた。
料成形体と、電極との接合は、熱電モジュールの組立時
に半田付けにより行なっていたため、小さな熱電材料成
形体をＣｕパターニング位置に配置する作業、半田付け
工程等に多大の工数を要していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱電モジュ
ールの製造工程の簡素化を図るため、熱電材料粉末を加
圧焼結して成形体を形成する際、熱電材料の両面に電極
板を同時に接合し、予め熱電材料と電極とを一体化させ
た熱電素子を提供することを目的とする。
ールの製造工程の簡素化を図るため、熱電材料粉末を加
圧焼結して成形体を形成する際、熱電材料の両面に電極
板を同時に接合し、予め熱電材料と電極とを一体化させ
た熱電素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】本発明にかかる電極一体型
熱電素子は、金型の中に、電極板、熱電材料粉末、電極
板を順に積層した後、熱電材料粉末を積層方向に加圧焼
結することにより製造することができる。
熱電素子は、金型の中に、電極板、熱電材料粉末、電極
板を順に積層した後、熱電材料粉末を積層方向に加圧焼
結することにより製造することができる。
【０００７】焼結される熱電材料と電極板との接触面積
を大きくして、特に電極板の板面方向の密着強度を高め
るために、電極板(14)(18)には、図６に示す如く、熱電
材料(16a)と接触する側の面に縦横に延びて交叉する溝
(24)を凹設しておき、溝の中に熱電材料粉末(16)を充満
させて加圧焼結を行なうことが好ましい。なお、電極板
には、前記溝に代えて、或は溝と共に、図７に示すよう
な板面を貫通する孔(24a)を開設し、その電極板(14)(1
8)の貫通孔に熱電材料粉末(16)を充満させて加圧焼結を
行なうこともできる。電極板の貫通孔は、ｐ型とｎ型の
熱電素子とでその形状を変えておけば、熱電モジュール
組立ての際に、熱電素子の種類を識別するマークとして
の役割を果たすことができる利点がある。
を大きくして、特に電極板の板面方向の密着強度を高め
るために、電極板(14)(18)には、図６に示す如く、熱電
材料(16a)と接触する側の面に縦横に延びて交叉する溝
(24)を凹設しておき、溝の中に熱電材料粉末(16)を充満
させて加圧焼結を行なうことが好ましい。なお、電極板
には、前記溝に代えて、或は溝と共に、図７に示すよう
な板面を貫通する孔(24a)を開設し、その電極板(14)(1
8)の貫通孔に熱電材料粉末(16)を充満させて加圧焼結を
行なうこともできる。電極板の貫通孔は、ｐ型とｎ型の
熱電素子とでその形状を変えておけば、熱電モジュール
組立ての際に、熱電素子の種類を識別するマークとして
の役割を果たすことができる利点がある。
【０００８】Ｂｉ−Ｔｅ系の熱電材料を使用した場合、
ｐ型熱電材料としてＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂの３元合金、ｎ型
熱電材料としてＢｉ−Ｔｅ−Ｓｅの３元合金を例示する
ことができる。Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料とＣｕ電極からな
る熱電素子を作製する場合、素子特性の劣化を防止する
ために、Ｃｕ電極は周囲全面に厚さ約２０μm以上のＮ
ｉメッキ層を形成することが好ましい。
ｐ型熱電材料としてＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂの３元合金、ｎ型
熱電材料としてＢｉ−Ｔｅ−Ｓｅの３元合金を例示する
ことができる。Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料とＣｕ電極からな
る熱電素子を作製する場合、素子特性の劣化を防止する
ために、Ｃｕ電極は周囲全面に厚さ約２０μm以上のＮ
ｉメッキ層を形成することが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。まず、熱電材料粉末を以下の要領
にて調製する。所定の金属粉末を、ｐ型熱電材料又はｎ
型熱電材料を構成するように化学量論比通りに秤量す
る。この秤量は、無酸素雰囲気中、例えば真空、窒素ガ
ス又は不活性ガス雰囲気中で行なう。不活性ガスとし
て、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示することができ
る。ｐ型熱電材料の例として、(Ｂｉ2Ｔｅ3)1-x(Ｓｂ2
Ｔｅ3)xであってｘが０.７０〜０.８５のもの、ｎ型熱
電材料の例として、(Ｂｉ2Ｔｅ3)1-x(Ｂｉ2Ｓｅ3)xであ
ってｘが０.０５〜０.１５のものを挙げることができる
が、これらに限定されるものでない。
を参照して説明する。まず、熱電材料粉末を以下の要領
にて調製する。所定の金属粉末を、ｐ型熱電材料又はｎ
型熱電材料を構成するように化学量論比通りに秤量す
る。この秤量は、無酸素雰囲気中、例えば真空、窒素ガ
ス又は不活性ガス雰囲気中で行なう。不活性ガスとし
て、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示することができ
る。ｐ型熱電材料の例として、(Ｂｉ2Ｔｅ3)1-x(Ｓｂ2
Ｔｅ3)xであってｘが０.７０〜０.８５のもの、ｎ型熱
電材料の例として、(Ｂｉ2Ｔｅ3)1-x(Ｂｉ2Ｓｅ3)xであ
ってｘが０.０５〜０.１５のものを挙げることができる
が、これらに限定されるものでない。
【００１０】この金属粉末の平均粒子径が約１０μm以
下のとき、そのまま混合すればよいが、それよりも大き
いときは高エネルギー型ボールミル又は転動ボールミル
の中で粉砕しながら混合して、熱電材料粉末を得る。こ
の混合も、真空、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気中で行
なう。
下のとき、そのまま混合すればよいが、それよりも大き
いときは高エネルギー型ボールミル又は転動ボールミル
の中で粉砕しながら混合して、熱電材料粉末を得る。こ
の混合も、真空、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気中で行
なう。
【００１１】電極板は、Ｂｉ−Ｔｅ系合金の熱電材料に
対しては、Ｎｉ板を使用するか、又はＣｕ板にＮｉをメ
ッキした板を使用することが望ましく、Ｎｉメッキ層は
約２０μm以上が望ましい。なお、これ以外にも、モリ
ブデン(Ｍｏ)或いはチタン(Ｔｉ)を蒸着したＣｕ板を使
用してもよい。電極板には、図６または図７に示す如
く、予め熱電材料(16a)と接合する面に溝(24)及び／又
は貫通孔(24a)を形成することが望ましい。これは、熱
電材料粉末(16)が溝又は貫通孔に充満した状態で加圧焼
結されることにより、電極板と熱電材料との密着状態を
向上させ、特に電極板の板面方向の密着強度を高めるこ
とができるからである。電極板の溝は、板面を縦横に延
びて交叉するように形成することが望ましく、溝の形状
は、例えばＶ字状、矩形、台形とすることができる。電
極板の貫通孔は、最終的に切断される素子に少なくとも
１個ずつ形成することが望ましく、その孔形状を、例え
ば、ｐ型熱電材料の電極は円形、ｎ型熱電材料の電極は
四角形のように決めておけば、素子の形成後、所定サイ
ズに切断した際に、ｐ型とｎ型を混同することはない。
対しては、Ｎｉ板を使用するか、又はＣｕ板にＮｉをメ
ッキした板を使用することが望ましく、Ｎｉメッキ層は
約２０μm以上が望ましい。なお、これ以外にも、モリ
ブデン(Ｍｏ)或いはチタン(Ｔｉ)を蒸着したＣｕ板を使
用してもよい。電極板には、図６または図７に示す如
く、予め熱電材料(16a)と接合する面に溝(24)及び／又
は貫通孔(24a)を形成することが望ましい。これは、熱
電材料粉末(16)が溝又は貫通孔に充満した状態で加圧焼
結されることにより、電極板と熱電材料との密着状態を
向上させ、特に電極板の板面方向の密着強度を高めるこ
とができるからである。電極板の溝は、板面を縦横に延
びて交叉するように形成することが望ましく、溝の形状
は、例えばＶ字状、矩形、台形とすることができる。電
極板の貫通孔は、最終的に切断される素子に少なくとも
１個ずつ形成することが望ましく、その孔形状を、例え
ば、ｐ型熱電材料の電極は円形、ｎ型熱電材料の電極は
四角形のように決めておけば、素子の形成後、所定サイ
ズに切断した際に、ｐ型とｎ型を混同することはない。
【００１２】本発明にかかる電極一体型熱電素子は次の
要領にて作製する。図１に示す如く、真空、窒素ガス又
は不活性ガス雰囲気のグローブチャンバー(10)の中に、
金型(12)が入れられる。金型(12)は、断面四角形の形状
のものを使用すれば、熱電素子の形成後、より小さな四
角形状に切断する際、無駄になる部分が少なくなり有利
である 金型(12)の中に、電極板(14)を配置し、その上に熱電材
料粉末(16)を詰め込んだ後、電極板(18)を載せる。さら
に、電極板(18)の上にはプレート部材(20)を載置する。
プレート部材(20)は、後の加熱工程と加圧焼結工程を大
気中で行なう場合、空気が熱電材料粉末(18)の中に進入
するのを防止するために配備されるものである。プレー
ト部材(20)は、外径が金型(12)の内側形状に略対応する
寸法に形成されており、金型(12)の内径には、潤滑性に
すぐれる離型剤(例えば、ＢＮ)が塗布されているので、
プレート部材(20)は金型(12)の内部を摺動可能である。
要領にて作製する。図１に示す如く、真空、窒素ガス又
は不活性ガス雰囲気のグローブチャンバー(10)の中に、
金型(12)が入れられる。金型(12)は、断面四角形の形状
のものを使用すれば、熱電素子の形成後、より小さな四
角形状に切断する際、無駄になる部分が少なくなり有利
である 金型(12)の中に、電極板(14)を配置し、その上に熱電材
料粉末(16)を詰め込んだ後、電極板(18)を載せる。さら
に、電極板(18)の上にはプレート部材(20)を載置する。
プレート部材(20)は、後の加熱工程と加圧焼結工程を大
気中で行なう場合、空気が熱電材料粉末(18)の中に進入
するのを防止するために配備されるものである。プレー
ト部材(20)は、外径が金型(12)の内側形状に略対応する
寸法に形成されており、金型(12)の内径には、潤滑性に
すぐれる離型剤(例えば、ＢＮ)が塗布されているので、
プレート部材(20)は金型(12)の内部を摺動可能である。
【００１３】プレート部材(20)が載置された金型(12)
を、真空、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気から大気中に
取り出し、加熱チャンバーの中で３００〜５５０℃の温
度に加熱する。加熱時間は、約１時間程度が適当であ
る。
を、真空、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気から大気中に
取り出し、加熱チャンバーの中で３００〜５５０℃の温
度に加熱する。加熱時間は、約１時間程度が適当であ
る。
【００１４】加熱完了後、金型ごと、プレス装置の作業
ステーションまで速やかに移動させて、図２に示すよう
に、パンチ(22)を挿入しプレート部材(20)の上から押圧
することにより、熱電材料粉末(16)は焼結され、上下の
電極板(18)(14)と密着する。プレスは、大気雰囲気下に
て圧力１０００kgf/cm2以上の条件で行ない、プレス時
間は約３分以内が適当である。なお、圧力は２０００kg
f/cm2以上、プレス時間は１分程度がより望ましい。
ステーションまで速やかに移動させて、図２に示すよう
に、パンチ(22)を挿入しプレート部材(20)の上から押圧
することにより、熱電材料粉末(16)は焼結され、上下の
電極板(18)(14)と密着する。プレスは、大気雰囲気下に
て圧力１０００kgf/cm2以上の条件で行ない、プレス時
間は約３分以内が適当である。なお、圧力は２０００kg
f/cm2以上、プレス時間は１分程度がより望ましい。
【００１５】プレート部材(20)を用いることにより、熱
電材料への酸素の進入は実質的に遮断されるため、全工
程を真空又は不活性ガス雰囲気下で行なった場合と同様
の熱電性能が得られる。
電材料への酸素の進入は実質的に遮断されるため、全工
程を真空又は不活性ガス雰囲気下で行なった場合と同様
の熱電性能が得られる。
【００１６】なお、図３に示す如く、電極板(14)、熱電
材料粉末(16)、電極板(18)を順に積層する工程を複数回
行なうことにより、熱電材料粉末(16)の層を複数形成
し、一回のプレス工程により、一挙に複数の電極一体型
熱電素子を作製することもできる。電極板と電極板の間
には、離型剤を塗布しておくと、加圧焼結後の分離を容
易に行なえる。また、図４に示す如く、電極板(14)、熱
電材料粉末(16)、厚肉の電極板(19)を順に積層した後、
さらに熱電材料粉末(16)と厚肉電極板(19)を積層する工
程を少なくとも１回行なうことによっても、同じ様に複
数の熱電素子を作製できる。なお、最上段の電極板は最
下段の電極板(14)と同じ厚さでよい。この実施例では、
図５に示す如く、焼結後、熱電材料(16a)と熱電材料(16
a)の間にある電極板を切断(図中、切断位置を一点鎖線
で示す)する必要がある。
材料粉末(16)、電極板(18)を順に積層する工程を複数回
行なうことにより、熱電材料粉末(16)の層を複数形成
し、一回のプレス工程により、一挙に複数の電極一体型
熱電素子を作製することもできる。電極板と電極板の間
には、離型剤を塗布しておくと、加圧焼結後の分離を容
易に行なえる。また、図４に示す如く、電極板(14)、熱
電材料粉末(16)、厚肉の電極板(19)を順に積層した後、
さらに熱電材料粉末(16)と厚肉電極板(19)を積層する工
程を少なくとも１回行なうことによっても、同じ様に複
数の熱電素子を作製できる。なお、最上段の電極板は最
下段の電極板(14)と同じ厚さでよい。この実施例では、
図５に示す如く、焼結後、熱電材料(16a)と熱電材料(16
a)の間にある電極板を切断(図中、切断位置を一点鎖線
で示す)する必要がある。
【００１７】次に本発明にかかる具体的実施例を示す。
典型的なｐ型熱電材料である(Ｂｉ2Ｔｅ3)0.175(Ｓｂ2
Ｔｅ3)0.825、典型的なｎ型熱電材料である(Ｂｉ2Ｔ
ｅ3)0.85(Ｂｉ2Ｓｅ3)0.15を構成する熱電材料の粉末を
準備し、夫々、Ｎ2雰囲気下のボールミルの中で１６時
間、粉砕しながら混合した。電極板は、４５mm×４５mm
×３mmの銅板の片面に０.３mmの溝が等間隔で縦横に開
設され、厚さ２０μmのＮｉメッキが施されたものを使
用した。前記の要領にて、電極板、熱電材料粉末、電極
板を順に積層し、さらにプレート部材を載せた金型を５
００℃の温度で１時間加熱した後、プレス機で、圧力３
ton/cm2、１分間の条件で加圧焼結した。焼結後は、大
気中にて急冷した。このようにして得られた熱電素子を
切断し、電極板と熱電材料との接合状況を調べたとこ
ろ、ｐ型とｎ型の熱電素子は、両方とも接合状態は良好
であることが確認された。
典型的なｐ型熱電材料である(Ｂｉ2Ｔｅ3)0.175(Ｓｂ2
Ｔｅ3)0.825、典型的なｎ型熱電材料である(Ｂｉ2Ｔ
ｅ3)0.85(Ｂｉ2Ｓｅ3)0.15を構成する熱電材料の粉末を
準備し、夫々、Ｎ2雰囲気下のボールミルの中で１６時
間、粉砕しながら混合した。電極板は、４５mm×４５mm
×３mmの銅板の片面に０.３mmの溝が等間隔で縦横に開
設され、厚さ２０μmのＮｉメッキが施されたものを使
用した。前記の要領にて、電極板、熱電材料粉末、電極
板を順に積層し、さらにプレート部材を載せた金型を５
００℃の温度で１時間加熱した後、プレス機で、圧力３
ton/cm2、１分間の条件で加圧焼結した。焼結後は、大
気中にて急冷した。このようにして得られた熱電素子を
切断し、電極板と熱電材料との接合状況を調べたとこ
ろ、ｐ型とｎ型の熱電素子は、両方とも接合状態は良好
であることが確認された。
【００１８】電極板は、溝に代えて貫通孔を開設したも
のを使用し、前記と同じ要領にて熱電素子を作製したと
ころ、熱電材料と電極板との接合状態はさらに良好であ
った。
のを使用し、前記と同じ要領にて熱電素子を作製したと
ころ、熱電材料と電極板との接合状態はさらに良好であ
った。
【００１９】次に、本発明の方法により製造された熱電
素子を用いて、熱電モジュールの作製例について説明す
る。ｐ型とｎ型の電極一体型熱電素子(21)(22)を夫々３
個ずつ準備し、図８に示すように、樹脂製のスペーサ(2
7)を挟んで、熱電素子間に所定の隙間を形成しながら、
交互に並べる。次に、ｐ型とｎ型の熱電素子(21)(22)
が、電気的に直列に接続されるように、隣り合う熱電素
子の電極板を半田(28)にて接合する。半田付けは、左端
のｐ型熱電素子(21a)と隣りのｎ型熱電素子(22a)は上側
の電極板、前記ｎ型熱電素子(22a)とその右隣のｐ型熱
電素子(21b)は下側の電極板、という順で右端のｎ型熱
電素子(22c)まで上下交互に行ない、図示の如く熱電モ
ジュール(23)を得た。前記熱電モジュール(23)の電気的
直列回路における基端と終端となる電極板(14a)(14a)に
は端子(29a)(29b)を取り付ける。また、熱電モジュール
の強度を高めるために、熱電素子間の隙間には、スペー
サ(27)を取り外した後、又はスペーサ(27)を入れたまま
樹脂を流し込むことができる。
素子を用いて、熱電モジュールの作製例について説明す
る。ｐ型とｎ型の電極一体型熱電素子(21)(22)を夫々３
個ずつ準備し、図８に示すように、樹脂製のスペーサ(2
7)を挟んで、熱電素子間に所定の隙間を形成しながら、
交互に並べる。次に、ｐ型とｎ型の熱電素子(21)(22)
が、電気的に直列に接続されるように、隣り合う熱電素
子の電極板を半田(28)にて接合する。半田付けは、左端
のｐ型熱電素子(21a)と隣りのｎ型熱電素子(22a)は上側
の電極板、前記ｎ型熱電素子(22a)とその右隣のｐ型熱
電素子(21b)は下側の電極板、という順で右端のｎ型熱
電素子(22c)まで上下交互に行ない、図示の如く熱電モ
ジュール(23)を得た。前記熱電モジュール(23)の電気的
直列回路における基端と終端となる電極板(14a)(14a)に
は端子(29a)(29b)を取り付ける。また、熱電モジュール
の強度を高めるために、熱電素子間の隙間には、スペー
サ(27)を取り外した後、又はスペーサ(27)を入れたまま
樹脂を流し込むことができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明の電極一体型熱電素子であれば、
熱電材料と電極の接合を半田を用いずに行なうことがで
きるので、工程を簡略化することができる。板状の電極
一体型熱電素子を作製し、適当に切断することにより、
一度に多数の電極一体型熱電素子を得ることができる。
また、電極板と熱電素子粉末を金型に複数層収容し、加
熱、加圧することにより、一度に複数の板状電極一体型
熱電素子を作製することができる。また、電極板の熱電
材料との接合面に溝または貫通孔を開設すると、電極板
と熱電材料との接合状態を向上させることができる。
熱電材料と電極の接合を半田を用いずに行なうことがで
きるので、工程を簡略化することができる。板状の電極
一体型熱電素子を作製し、適当に切断することにより、
一度に多数の電極一体型熱電素子を得ることができる。
また、電極板と熱電素子粉末を金型に複数層収容し、加
熱、加圧することにより、一度に複数の板状電極一体型
熱電素子を作製することができる。また、電極板の熱電
材料との接合面に溝または貫通孔を開設すると、電極板
と熱電材料との接合状態を向上させることができる。
【図１】雰囲気制御されたグローブチャンバー中で、金
型内に電極板と熱電素子材料粉末を積層した状態を説明
する断面図である。
型内に電極板と熱電素子材料粉末を積層した状態を説明
する断面図である。
【図２】金型内に積層した電極板と熱電素子材料粉末を
加圧焼結する状態を説明する断面図である。
加圧焼結する状態を説明する断面図である。
【図３】金型内に電極板、熱電材料粉末、電極板の層を
複数設けた状態を説明する断面図である。
複数設けた状態を説明する断面図である。
【図４】金型内に電極板、熱電材料粉末、電極板の層を
複数設けた状態を示す他の実施例の断面図である。
複数設けた状態を示す他の実施例の断面図である。
【図５】図４に示す方法で作製された熱電素子を示す正
面図である。
面図である。
【図６】溝が開設された電極板を用いて作製した熱電素
子の断面図である。
子の断面図である。
【図７】貫通孔が開設された電極板を用いて作製した熱
電素子の断面図である。
電素子の断面図である。
【図８】熱電モジュールの断面図である。
【図９】従来の熱電モジュールの作製方法を説明する図
である。
である。
(14) 電極板 (16) 熱電材料粉末 (18) 電極板 (21) ｐ型熱電素子 (22) ｎ型熱電素子 (23) 熱電モジュール
Claims (9)
- 【請求項１】 対向する電極板の間に熱電材料を接合し
てなる熱電素子の製造方法であって、電極板、熱電材料
粉末、電極板を順に積層した後、積層方向に加圧焼結し
て、電極板と熱電材料を一体接合することを特徴とする
熱電素子の製造方法。 - 【請求項２】 対向する電極板の間に熱電材料を接合し
てなる熱電素子の製造方法であって、電極板、熱電材料
粉末、電極板を順に積層する工程を複数回行なうことに
より、熱電材料粉末の層を複数形成した後、熱電材料粉
末を積層方向に加圧焼結して、電極板と熱電材料を一体
接合することを特徴とする熱電素子の製造方法。 - 【請求項３】 対向する電極板の間に熱電材料を接合し
てなる熱電素子の製造方法であって、電極板、熱電材料
粉末、電極板を順に積層した後、さらに熱電材料粉末と
電極板を積層する工程を少なくとも１回行なうことによ
り、熱電材料粉末の層を複数形成し、熱電材料粉末を積
層方向に加圧焼結して、電極板と熱電材料を一体接合
し、接合後、熱電材料と熱電材料の間にある電極板を切
断することを特徴とする熱電素子の製造方法。 - 【請求項４】 電極板には、熱電材料と接触する側の面
に、縦横に延びて交叉する溝を凹設し、熱電材料粉末は
溝の中に充満して焼結される請求項１乃至３の何れかに
記載の熱電素子の製造方法。 - 【請求項５】 電極板には、板面を貫通する孔が開設さ
れており、熱電材料粉末は電極板の貫通孔に充満して焼
結される請求項１乃至４の何れかに記載の熱電素子の製
造方法。 - 【請求項６】 対向する電極板の間に熱電材料が接合さ
れてなる熱電素子において、電極板は、熱電材料と接触
する側の面に、縦横に延びて交叉する溝を凹設し、該溝
の中に熱電材料が充満していることを特徴とする熱電素
子。 - 【請求項７】 対向する電極板の間に熱電材料が接合さ
れてなる熱電素子において、電極板は、板面を貫通する
孔を有しており、該孔の中に熱電材料が充満しているこ
とを特徴とする熱電素子。 - 【請求項８】 熱電材料はＢｉ−Ｔｅ系合金であり、電
極板はＣｕ板の上にＮｉメッキが施されている請求項６
又は７に記載の熱電素子。 - 【請求項９】 熱電材料はＢｉ−Ｔｅ系合金であり、電
極板はＮｉ板である請求項６又は７に記載の熱電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8062426A JPH09260731A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 熱電素子の製造方法及び熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8062426A JPH09260731A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 熱電素子の製造方法及び熱電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260731A true JPH09260731A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13199832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8062426A Withdrawn JPH09260731A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 熱電素子の製造方法及び熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09260731A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253343A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電極を一体化した熱電素子及びその作製方法 |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP8062426A patent/JPH09260731A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253343A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電極を一体化した熱電素子及びその作製方法 |
| JP4524383B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2010-08-18 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電極を一体化した熱電素子及びその作製方法 |
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