KR20160060097A - 배선 패턴을 통하여 접속된 열전 변환 소자를 가진 열전 변환 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

열전 변환 장치는 일면(10a)측에 배선 패턴(11)이 형성된 제 1 절연 기재(10), 상기 제 1 절연 기재와 일체화된 제 2 절연 기재(20) 및 제 1 절연 기재와 제 2 절연 기재의 사이에 배치되어, 배선 패턴(11)을 통하여 직렬로 접속된 동일한 도전형의 복수의 열전 변환 소자(30)를 구비한다. 배선 패턴은 제 1 절연 기재에서의 제 1 영역에 형성된 복수의 제 1 접속부(11a), 제 2 영역에 형성된 복수의 제 2 접속부(11b) 및 제 1 접속부와 제 2 접속부를 연결하는 복수의 연결부(11c)를 가지고, 1개의 제 1 접속부 및 제 2 접속부와 열전 변환 소자를 접속한다. 그리고, 연결부는 인접하는 열전 변환 소자에서, 한쪽의 열전 변환 소자와 접속되는 제 1 접속부 및 다른쪽의 열전 변환 소자와 접속되는 제 2 접속부를 연결한다.

Description

배선 패턴을 통하여 접속된 열전 변환 소자를 가진 열전 변환 장치 및 그 제조 방법{THERMOELECTRIC CONVERSION DEVICE HAVING THERMOELECTRIC CONVERSION ELEMENT CONNECTED THERETO VIA WIRING PATTERN, AND METHOD FOR MANUFACTURING THERMOELECTRIC CONVERSION DEVICE HAVING THERMOELECTRIC CONVERSION ELEMENT CONNECTED THERETO VIA WIRING PATTERN}
본 발명은 열전 변환 기술에 관한 것으로, 특히 열전 변환 소자와 배선 패턴이 접속된 열전 변환 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 열전 변환 장치가 널리 사용되고 있다. 열전 변환 장치의 일례로서, 일본국 특개2009―117792호 공보는 N형 열전 변환 소자와 P형 열전 변환 소자가 전극을 통하여 번갈아 직렬로 접속된 열전 변환 장치를 제안하고 있다. 구체적으로는, 이 열전 변환 장치에는 복수의 직사각형 판상의 하측 금속 전극 상에 각각 N형 열전 변환 소자 및 P형 열전 변환 소자가 배치되어 있다. 그리고, 인접하는 하측 금속 전극에 배치된 각 N형 열전 변환 소자 및 P형 열전 변환 소자에서, 한쪽의 하측 금속 전극에 배치된 N형 열전 변환 소자와 다른쪽의 하측 금속 전극에 배치된 P형 열전 변환 소자가 상측 금속 전극을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, N형 열전 변환 소자와 P형 열전 변환 소자가 하측 금속 전극 및 상측 금속 전극을 통하여 번갈아 직렬로 접속되어 있다.
이와 같은 열전 변환 장치에서는 예를 들면, 제벡(seebeck) 소자로서 이용하는 경우, 상측 금속 전극측이 고온부에 배치되며, 또한, 하측 금속 전극측이 저온부에 배치된다. 그리고, P형 열전 변환 소자에서는 저온측으로 정공이 확산되고, N형 열전 변환 소자에서는 저온측으로 전자가 확산된다. 이 때문에, P형 열전 변환 소자에서는 저온측이 고전위로 되고, N형 열전 변환 소자에서는 고온측이 고전위로 된다. 따라서, P형 열전 변환 소자와 N형 열전 변환 소자를 번갈아 직렬로 접속함으로써 큰 기전압을 얻을 수 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 제2009―117792호 공보
그러나, 이와 같은 열전 변환 장치에서는 N형 열전 변환 소자 및 P형 열전 변환 소자의 2개의 열전 변환 소자를 이용하기 때문에 구조 및 제조 공정이 복잡해지기 쉽다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 점을 감안하여 구조 및 제조 공정을 간략화할 수 있는 열전 변환 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 전형적인 일례에 관련되는 열전 변환 장치는, 일면(10a)측에 배선 패턴(11)이 형성된 이면 절연 기재(10), 이면 절연 기재의 일면측에 배치되어, 이면 절연 기재와 일체화된 표면 절연 기재(20) 및 이면 절연 기재와 표면 절연 기재의 사이에 배치되어, 배선 패턴을 통하여 직렬로 접속된 동일한 도전형의 복수의 열전 변환 소자(30)를 구비하고 있다. 이 열전 변환 장치는 이하의 특징을 가진다.
배선 패턴은 이면 절연 기재에서의 제 1 영역에 형성된 복수의 제 1 접속부(11a), 이면 절연 기재에서의 제 1 영역과 다른 영역인 제 2 영역에 형성된 복수의 제 2 접속부(11b) 및 제 1 접속부와 제 2 접속부를 연결하는 복수의 연결부(11c)를 가지고 있다. 복수의 열전 변환 소자는 이면 절연 기재의 평면 방향을 따라서 연장 설치되며, 또한, 각각 1개의 제 1 접속부 및 제 2 접속부와 접속되어 있다. 또한, 연결부는 인접하는 열전 변환 소자에서, 한쪽의 열전 변환 소자와 접속되는 제 1 접속부 및 다른쪽의 열전 변환 소자와 접속되는 제 2 접속부를 연결하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 열전 변환 소자에서는, 예를 들면, 제벡 소자로서 이용하는 경우, 제 1 영역이 고온부에 배치되며, 또한, 제 2 영역이 저온부에 배치된다. 이때, 연결부는 인접하는 열전 변환 소자에서, 한쪽의 열전 변환 소자와 접속되는 제 1 접속부 및 다른쪽의 열전 변환 소자와 접속되는 제 2 접속부를 연결하고 있다. 이 때문에, 1종류의 도전형의 열전 변환 소자만으로 구성하여도 큰 기전압을 얻을 수 있어서, 구조의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 전형적인 일례에 관련되는 열전 변환 장치의 제조 방법은, 이면 절연 기재의 일면에 배선 패턴을 형성하는 공정과, 표면 절연 기재에서의 이면 절연 기재의 일면과 대향하는 일면(20a)에 1종류의 도전성 페이스트(31)를 복수의 사전에 결정된 부분에 도포하는 공정과, 이면 절연 기재의 일면과 표면 절연 기재의 일면이 대향하고, 또한 복수의 사전에 결정된 부분에 도포한 도전성 페이스트가 각각 1개의 제 1 접속부 및 1개의 제 2 접속부와 접촉하도록 이면 절연 기재와 표면 절연 기재를 적층하여 적층체(40)를 구성하는 공정과, 적층체를 가열하면서 적층 방향으로부터 가압함으로써 도전성 페이스트를 소결하여 열전 변환 소자를 형성하면서 적층체를 일체화하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
이에 따르면, 열전 변환 소자를 구성하기 위한 도전성 페이스트를 1종류만 도포하면 좋기 때문에 2종류(P형 및 N형)의 열전 변환 소자를 가진 열전 변환 장치를 제조하는 경우와 비교하여 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, '과제의 해결 수단' 및 '특허 청구 범위'에서 기재한 각 수단의 괄호 내의 부호는 후술하는 실시 형태에 기재된 구체적 수단과의 대응 관계를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에서의 열전 변환 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 이면 절연 기재의 평면도이다.
도 4a는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 4b는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 4c는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 4d는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 5a는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 형태에서의 열전 변환 장치의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시 형태에서의 열전 변환 장치의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시 형태에서의 열전 변환 장치의 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 기초로 하여 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태 상호에 있어서, 서로 동일 또는 균등한 부분에는 동일 부호를 붙여서 설명을 실시한다.
(제 1 실시 형태)
본 발명의 제 1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 이면 절연 기재(10)와 표면 절연 기재(20)가 일체화되어 있다. 그리고, 이 일체화된 구조의 내부에 1종류의 열전 변환 소자(30)가 복수 배치되어 구성되어 있다. 또한, 도 2는 이해를 하기 쉽게 하기 위해, 표면 절연 기재(20)를 생략하여 나타낸다.
이면 절연 기재(10)는 본 실시 형태에서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리에테르케톤(PEK)을 포함하는 평면 직사각형상의 열가소성 수지 필름으로 구성되어 있다. 그리고, 이 이면 절연 기재(10)에는 일면(10a)에 배선 패턴(11)이 형성되어 있다.
표면 절연 기재(20)는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리에테르케톤(PEK)을 포함하는 평면 직사각형상의 열가소성 수지 필름으로 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 표면 절연 기재(20)의 평면 형상은 이면 절연 기재(10)의 평면 형상과 동일한 크기로 구성되어 있다.
열전 변환 소자(30)는 이면 절연 기재(10)와 표면 절연 기재(20)의 사이에 있어서, 이면 절연 기재(10)의 평면 방향(일면(10a)과 평행한 면방향)을 따라서 연장 설치되고, 이면 절연 기재(10)에 형성된 배선 패턴(11)을 통하여 서로 직렬로 접속되어 있다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에서는 열전 변환 소자(30)는 Bi―Sb―Te합금의 분말(금속 입자)이 소결 전에 있어서의 복수의 금속 원자의 결정 구조를 유지하도록 고상 소결된 금속 화합물(소결 합금)로 구성되어 있다. 즉, 열전 변환 소자(30)는 P형의 열전 변환 소자로 되어 있다.
다음에, 본 실시 형태의 특징점인 배선 패턴(11)의 구성과 열전 변환 소자(30)의 관계에 대하여 구체적으로 설명한다.
배선 패턴(11)은 복수의 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b) 및 이들 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)를 전기적으로 접속하는 연결부(11c)를 가지고 있다.
본 실시 형태에서는 제 1 접속부(11a)는 각각 평면 직사각형상으로 되어 있다. 제 1 접속부(11a)는 이면 절연 기재(10)에서의 세로 방향과 직교하고, 또한 이면 절연 기재(10)의 평면 방향과 평행한 가로 방향에 위치하는 한쪽의 단부(도 2 및 도 3 중의 지면 상측의 단부)측의 영역에서, 이면 절연 기재(10)의 세로 방향을 따라서 서로 등간격으로 이격되도록 형성되어 있다.
또한, 제 2 접속부(11b)는 각각 제 1 접속부(11a)와 동일한 평면 직사각형상으로 되고, 제 1 접속부(11a)와 동일한 수만큼 형성되어 있다. 제 2 접속부(11b)는 이면 절연 기재(10)에서의 가로 방향에 위치하는 다른쪽의 단부(도 2 및 도 3 중의 지면 하측의 단부)측의 영역에서, 이면 절연 기재(10)의 세로 방향을 따라서 서로 등간격으로 이격되도록 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 가로 방향에 위치하는 한쪽의 단부측의 영역이 본 발명의 제 1 영역에 상당하고, 가로 방향에 위치하는 다른쪽의 단부측의 영역이 본 발명의 제 2 영역에 상당한다. 또한, 각 제 1 접속부(11a)의 간격과 각 제 2 접속부(11b)의 간격은 같게 되고, 이면 절연 기재(10)에서의 가로 방향에 있어서, 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)는 대향하도록 형성되어 있다. 즉, 이면 절연 기재(10)의 세로 방향에 있어서, 마주 보는 한쌍의 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)가 복수 배치되어 있다고도 할 수 있다.
또한, 이면 절연 기재(10)가 제 1 절연 기재에 상당하고, 표면 절연 기재(20)는 제 2 절연 기재에 상당한다.
복수의 열전 변환 소자(30)는 각각 이면 절연 기재(10)의 가로 방향과 평행한 방향으로 연장되는 막대 형상으로 되어 있다. 그리고, 일단부가 마주 보는 한쌍의 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b) 중의 제 1 접속부(11a)와 접속되고, 타단부가 마주 보는 한쌍의 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b) 중의 제 2 접속부(11b)와 접속되어 있다.
연결부(11c)는 인접하는 열전 변환 소자(30)에서, 한쪽의 열전 변환 소자(30)와 접속되는 제 1 접속부(11a) 및 다른쪽의 열전 변환 소자(30)와 접속되는 제 2 접속부(11b)를 연결하도록 형성되어 있다.
이와 같이, 제 2 접속부(11b), 열전 변환 소자(30), 제 1 접속부(11a), 연결부(11c)가 반복순으로 접속됨으로써 복수의 열전 변환 소자(30)가 직렬로 접속되어 있다.
또한, 도 1과는 다른 단면에 있어서, 이면 절연 기재(10)에는 외부 회로와 전기적으로 접속되는 콘택트부가 형성되어 있다. 구체적으로는, 콘택트부는 배선 패턴(11) 중의 연결부(11c)와 접속되지 않는 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)(도 2 및 도 3 중 지면 왼쪽 위의 제 1 접속부(11a) 및 오른쪽 아래의 제 2 접속부(11b))와 전기적으로 접속되도록 형성되어 있다.
이상이 본 실시 형태에서의 열전 변환 장치(1)의 구성이다. 다음에, 이와 같은 열전 변환 장치(1)의 제조 방법에 대하여 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한다. 또한, 도 4a 내지 도 4d는 도 2 중의 Ⅰ―Ⅰ선에 상당하는 단면도이다.
우선, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 이면 절연 기재(10)의 일면(10a)에 상기 구성의 배선 패턴(11)(도 3 참조)을 형성한다. 이 배선 패턴(11)은 예를 들면, 이면 절연 기재(10)의 일면(10a)에 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등에 의하여 동박 등의 금속막을 형성한 후, 이 금속막을 적절히 패터닝함으로써 형성된다.
또한, 도 4a와는 다른 공정에 있어서, 표면 절연 기재(20)의 일면(20a)의 복수의 사전에 결정된 부분에, 소결됨으로써 열전 변환 소자(30)를 구성하는 도전성 페이스트(paste)(31)를 도포한다. 이 도전성 페이스트(31)는 예를 들면, 사전에 결정된 부분에 개구부가 형성된 마스크(mask)를 표면 절연 기재(20)의 일면(20a)에 배치한 후, 인쇄법 등을 실시하여 형성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 도전성 페이스트(31)로서, Bi―Sb―Te합금의 분말(금속 입자)에 융점이 상온인 테르피네(terpine) 등의 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 것이 이용된다. 즉, 도전성 페이스트(31)를 도포하고 있을 때에 도전성 페이스트(31)의 유기 용제가 증발하는 것이 이용된다. 바꾸어 말하면, 도전성 페이스트(31)를 도포한 후에는, 도전성 페이스트(31)가 유동하기 어려운 것이 이용된다.
그리고, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 이면 절연 기재(10)와 표면 절연 기재(20)를 적층하여 적층체(40)를 구성한다. 구체적으로는, 마주 보는 한쌍의 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)가 동일한 도전성 페이스트(31)와 접촉하도록 이면 절연 기재(10) 상에 표면 절연 기재(20)를 적층한다. 바꾸어 말하면, 각 도전성 페이스트(31)의 일단부가 제 1 접속부(11a)와 접촉하며, 또한, 타단부가 제 2 접속부(11b)와 접촉하도록 이면 절연 기재(10) 상에 표면 절연 기재(20)를 적층한다.
계속하여, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 이 적층체(40)를 도시하지 않는 한쌍의 프레스(press)판의 사이에 배치하고, 적층 방향의 상하 양면으로부터 진공 상태로 가열하면서 가압하여 적층체(40)를 일체화하는 일체화 공정을 실시한다. 이때, 합금의 분말끼리가 압접되어 고상 소결됨으로써 소결 전에 있어서의 복수의 금속 원자의 결정 구조를 유지한 금속 화합물(소결 합금)로 열전 변환 소자(30)가 구성된다. 또한, 합금의 분말과 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)도 압접되어 열전 변환 소자(30)와 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)가 접속된다. 이에 따라, 상기 도 1에 나타낸 열전 변환 장치(1)가 제조된다.
또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적층체(40)를 일체화할 때에는 적층체(40)와 프레스판의 사이에 록 울 페이퍼(rock wool paper) 등의 완충재를 배치하여도 좋다.
다음에, 이와 같은 열전 변환 장치(1)의 사용예에 대하여 설명한다. 이와 같은 열전 변환 장치(1)는 제벡 소자로서 사용하는 경우, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 이면 절연 기재(10)에서의 가로 방향에 위치하는 한쪽의 단부(도 5a 중의 상측의 단부)측의 영역을 고온부측에 배치하고, 다른쪽의 단부(도 5b 중의 하측의 단부)측의 영역을 저온부측에 배치하여 사용된다.
한편, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 열전 변환 장치(1)를 펠티에(peltier) 소자로서 사용하는 경우, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 이면 절연 기재(10)에서의 가로 방향에 위치하는 한쪽의 단부(도 5b 중의 상측의 단부)측에 위치하는 영역을 냉각하기 원하는 부재와 접촉하도록 배치한다. 또한, 다른쪽의 단부(도 5b 중의 하측의 단부)측의 영역으로부터 방열시키도록 이용된다.
이 경우, 이면 절연 기재(10) 및 표면 절연 기재(20)의 평면 형상이나 열전 변환 소자(30)를 구성하는 도전성 페이스트(31)의 인쇄 범위를 적절히 선택함으로써 마주 보는 한쌍의 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)의 간격을 용이하게 조정할 수 있다. 즉, 상기 열전 변환 장치(1)에서는 열전 변환 소자(30)를 이면 절연 기재(10)의 평면 방향을 따라서 배치하기 때문에 고온부측(흡열측)과 저온부측(방열측)의 간격을 용이하게 조정할 수 있다. 따라서, 배치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 열전 변환 장치(1)를 둥글게 하여 원주상으로 하며, 또한, 펠티에 소자로서 사용할 수도 있다. 이 경우, 예를 들면, 히트 파이프(heat pipe)에서의 방열측의 단부에서, 상기 히트 파이프의 단부에 감기도록 열전 변환 장치(1)의 냉각측을 배치함으로써 상기 방열측의 방열성(냉각성)을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 이면 절연 기재(10) 및 표면 절연 기재(20)가 수지로 구성되어 있기 때문에 열전 변환 장치(1)는 가요성을 가지고 있다. 이 때문에, 열전 변환 장치(1)를 부착하는 피대상물의 형상에 따라서 용이하게 변형할 수 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 열전 변환 장치(1)를 복수 적층한 상태로 사용하여도 좋다. 이 경우, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 열전 변환 장치(1)를 단순히 복수 적층하여 사용해도 좋다. 또한, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 적층 방향(도 7b 중 지면 상하 방향)에 인접하는 열전 변환 장치(1)에서, 상측의 열전 변환 장치(1)에서의 이면 절연 기재(10)와 하측의 열전 변환 장치(1)에서의 표면 절연 기재(20)를 공용하도록 하여도 좋다.
또한, 도 7a의 변형예로서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 각 열전 변환 장치(1)의 사이에 Al이나 Cu 등의 열전도율이 높은 금속(핀)(50)을 배치하여도 좋다. 이에 따르면, 흡열, 방열을 더욱 효과적으로 실시할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 이면 절연 기재(10)에서의 가로 방향의 한쪽의 단부측의 영역에 제 1 접속부(11a)가 형성되며, 또한, 다른쪽의 단부측의 영역에 제 2 접속부(11b)가 형성되어 있다. 또 열전 변환 소자(30)는 일단부가 제 1 접속부(11a)와 접속되고, 타단부가 제 2 접속부(11b)와 접속되어 있다.
이 때문에, 예를 들면, 도 5a에 나타낸 바와 같이 열전 변환 장치(1)를 배치한 경우에는, 각 열전 변환 소자(30)에서는 저온측으로 정공이 확산된다. 그러나, 연결부(11c)는 인접하는 열전 변환 소자(30)에서, 한쪽의 열전 변환 소자(30)와 접속되는 제 1 접속부(11a) 및 다른쪽의 열전 변환 소자(30)와 접속되는 제 2 접속부(11b)를 연결하도록 형성되어 있다. 따라서, 동일한 도전형의 열전 변환 소자(30)만으로도 큰 기전압을 얻을 수 있고, 구조의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 이와 같이 구성됨으로써 열전 변환 장치(1)를 제조할 때에는 표면 절연 기재(20)에 1종류의 도전성 페이스트(31)만을 도포하면 좋다. 이 때문에, 2종류의 열전 변환 소자를 가진 열전 변환 장치의 제조 방법과 비교하여 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 열전 변환 소자(30)로서 P형의 것을 이용하고 있다. 이 때문에, N형의 열전 변환 소자를 구성할 때에 자주 이용되는 독성이 강한 셀렌(Se)을 이용할 필요가 없어서, 제조 공정 상의 안전 관리를 용이하게 할 수 있다.
또한, 열전 변환 소자(30)는 이면 절연 기재(10)의 평면 방향을 따라서 배치되어 있다. 이 때문에, 이면 절연 기재(10)의 평면 형상이나 열전 변환 소자(30)를 구성하는 도전성 페이스트(31)의 인쇄 범위 등을 적절히 변경함으로써 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)의 간격을 용이하게 변경할 수 있다. 즉, 용도에 따라서 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)의 간격을 용이하게 변경할 수 있어서, 설계의 자유도를 높일 수 있다.
예를 들면, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 이면 절연 기재(10)에서의 가로 방향에 위치하는 한쪽의 단부측의 영역을 고온부측에 배치하고, 다른쪽의 단부측의 영역을 저온부측에 배치하여 사용하는 경우에는, 고온부측의 영역과 저온부측의 영역의 간격을 용이하게 변경할 수 있다. 따라서, 고온부측의 영역과 저온부측의 영역의 간격을 길게 하는 것도 용이하고, 이 경우에는, 고온부측의 영역과 저온부측의 영역의 온도차를 유지하기 용이하여 큰 전압을 얻을 수 있다.
또한, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 이면 절연 기재(10)에서의 가로 방향에 위치하는 한쪽의 단부측의 영역에서 냉각을 실시하고, 다른쪽의 단부측의 영역으로부터 방열을 실시하는 경우, 이면 절연 기재(10)의 평면 방향에 열이동이 발생한다. 이 때문에, 냉각측의 영역과 방열측의 영역의 간격을 길게 하는 것도 용이하여, 배치의 자유도 또한 향상시킬 수 있다.
그리고, 이면 절연 기재(10) 및 표면 절연 기재(20)는 수지로 구성되어 있다. 이 때문에, 열전 변환 장치(1)를 부착하는 피대상물의 형상에 따라서 용이하게 변형할 수 있다.
(제 2 실시 형태)
본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제 1 실시 형태에 대하여 배선 패턴(11)을 변경한 것이고, 그 밖에 대해서는 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는 도 9에 나타낸 바와 같이, 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)는 각각 이면 절연 기재(10)의 일면(10a)에서의 사전에 결정된 기준점을 중심으로 하는 동심원상에 위치하여 둘레 방향으로 등간격으로 이격되도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는 사전에 결정된 기준점을 중심으로 하는 원영역 중의 내원측의 영역에 제 1 접속부(11a)가 형성되고, 외원측의 영역에 제 2 접속부(11b)가 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 사전에 결정된 기준점은 이면 절연 기재(10)의 일면(10a)에서의 중심점과 일치하고, 내원측의 영역이 본 발명의 제 1 영역에 상당하고, 외원측의 영역이 본 발명의 제 2 영역에 상당한다. 또한, 도 9는 이해를 용이하게 하기 위해, 표면 절연 기재(20)를 생략하여 나타낸다.
그리고, 복수의 열전 변환 소자(30)는 사전에 결정된 기준점에 대하여 방사상으로 배치되어 있다.
이와 같은 열전 변환 장치(1)로서도, 상기 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 예를 들면, 제벡 소자로서 사용하는 경우에는, 열전 변환 장치(1)(이면 절연 기재(10))의 내원측이 고온부로 되고, 외원측이 저온부로 되도록 배치되어 사용되면 적합하다. 또한, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 배선 패턴(11) 및 도전성 페이스트(31)의 인쇄 범위를 적절히 변경함으로써 제조되기 때문에 상기 제 1 실시 형태에 대하여 특별히 제조 공정이 증가하는 경우도 없다.
(제 3 실시 형태)
본 발명의 제 3 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제 1 실시 형태에 대하여 배선 패턴(11)을 변경한 것이다. 그 밖의 구성에 대해서는 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는 도 10에 나타낸 바와 같이, 복수의 제 1 접속부(11a)는 이면 절연 기재(10)에서의 세로 방향에 위치하는 한쪽의 단부(도 10 중의 지면 상측의 단부)측의 영역 중, 가로 방향의 한쪽의 단부(도 10 중 지면 좌측의 단부)측의 영역에 가로 방향을 따라서 형성되어 있다.
이에 대해, 복수의 제 2 접속부(11b)는 이면 절연 기재(10)에서의 세로 방향에 위치하는 다른쪽의 단부(도 10 중의 지면 하측의 단부)측의 영역 중, 가로 방향의 다른쪽의 단부(도 10 중 지면 우측의 단부)측의 영역에 가로 방향을 따라서 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 이면 절연 기재(10)에서의 세로 방향에 위치하는 한쪽의 단부측의 영역 중의 가로 방향의 한쪽의 단부측의 영역이 제 1 영역에 상당하고, 이면 절연 기재(10)에서의 세로 방향에 위치하는 다른쪽의 단부측의 영역 중의 가로 방향의 다른쪽의 단부측의 영역이 제 2 영역에 상당한다. 또한, 도 10은 이해를 용이하게 하기 위해, 표면 절연 기재(20)를 생략하여 나타낸다.
그리고, 열전 변환 소자(30)는 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)를 연결하도록 꺾은선 형상으로 되어 있다. 유사하게, 연결부(11c)는 열전 변환 소자(30)를 따른 꺾은선 형상으로 되어 있다.
이와 같은 열전 변환 장치(1)로서도, 상기 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 예를 들면, 제벡 소자로서 사용하는 경우, 열전 변환 장치(1)(이면 절연 기재(10))에서의 세로 방향의 한쪽의 단부측의 영역 중의 가로 방향의 한쪽의 단부측의 영역이 고온부로 되고, 세로 방향의 다른쪽의 단부측의 영역 중의 가로 방향의 다른쪽의 단부측의 영역이 저온부로 되도록 배치되어 사용되면 적합하다. 또한, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 배선 패턴(11) 및 도전성 페이스트(31)의 인쇄 범위를 적절히 변경함으로써 제조되기 때문에 상기 제 1 실시 형태와 비교하여 제조 공정이 증가하는 경우도 없다.
(제 4 실시 형태)
본 발명의 제 4 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제 3 실시 형태에 대하여 배선 패턴(11)을 변경한 것이다. 그 밖의 구성에 대해서는 제 3 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는 도 11에 나타낸 바와 같이, 복수의 제 2 접속부(11b)는 이면 절연 기재(10)에서의 세로 방향에 위치하는 다른쪽의 단부(도 11 중의 지면 하측의 단부)측의 영역 중, 가로 방향의 다른쪽의 단부(도 11 중 지면 우측의 단부)측의 영역에 세로 방향을 따라서 형성되어 있다. 또한, 도 11은 이해를 용이하게 하기 위해, 표면 절연 기재(20)를 생략하여 나타낸다.
그리고, 열전 변환 소자(30)는 제 1, 제 2 접속부(11a, 11b)를 연결하도록 이른바 L자 형상의 꺾은선 형상으로 되어 있다. 유사하게, 연결부(11c)는 열전 변환 소자(30)를 따른 이른바 L자 형상의 꺾은선 형상으로 되어 있다.
이와 같은 열전 변환 장치(1)로서도, 상기 제 3 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 배선 패턴(11) 및 도전성 페이스트(31)의 인쇄 범위를 적절히 변경함으로써 제조되기 때문에 상기 제 3 실시 형태와 비교하여 제조 공정이 증가하는 경우도 없다.
(다른 실시 형태)
본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재한 범위 내에서 적절히 변경이 가능하다.
예를 들면, 상기 각 실시 형태에 있어서, 열전 변환 소자(30)는 Bi―Te합금의 분말(금속 입자)이 소결 전에 있어서의 복수의 금속 원자의 결정 구조를 유지하도록 고상 소결된 금속 화합물(소결 합금)로 구성된 N형으로 되어 있더라도 좋다. 또한, 열전 변환 소자(30)를 구성하는 합금의 분말로서는, 동, 콘스탄탄(constantan), 크로멜(chromel), 알루멜(alumel) 등이 철, 니켈, 크롬, 동, 실리콘 등과 합금화된 것으로부터 적절히 선택하여도 좋다. 또한, 텔루르(Te), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb), 셀렌(Se)의 합금이나 실리콘(Si), 철, 알루미늄의 합금 등으로부터 적절히 선택하여도 좋다.
또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 도전성 페이스트(31)에 포함되는 유기 용제로서, 예를 들면, 융점이 43℃인 파라핀(paraffin) 등을 이용하여도 좋다. 또한, 이와 같은 유기 용제를 이용하는 경우에는, 예를 들면, 도 4b의 공정 등을 실시한 후, 유기 용제를 증발시켜서 도전성 페이스트(31)가 젖어 퍼지게 되는 것을 억제하는 것이 바람직하다.
1: 열전 변환 장치
10: 이면 절연 기재
10a: 일면
11: 배선 패턴
11a: 제 1 접속부
11b: 제 2 접속부
11c: 연결부
20: 표면 절연 기재
20a: 일면
30: 열전 변환 소자

Claims (7)

  1. 일면(10a)측에 배선 패턴(11)이 형성된 제 1 절연 기재(10),
    상기 제 1 절연 기재의 일면측에 배치되어, 상기 제 1 절연 기재와 일체화된 제 2 절연 기재(20) 및
    상기 제 1 절연 기재와 상기 제 2 절연 기재의 사이에 배치되어, 상기 배선 패턴을 통하여 직렬로 접속된 동일한 도전형의 복수의 열전 변환 소자(30)를 구비하고,
    상기 배선 패턴은 상기 제 1 절연 기재에서의 제 1 영역에 형성된 복수의 제 1 접속부(11a), 상기 제 1 절연 기재에서의 상기 제 1 영역과 다른 영역인 제 2 영역에 형성된 복수의 제 2 접속부(11b) 및 상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부를 연결하는 복수의 연결부(11c)를 가지고,
    상기 복수의 열전 변환 소자는 상기 제 1 절연 기재의 평면 방향을 따라서 연장 설치되며, 또한, 각각 1개의 상기 제 1 접속부 및 상기 제 2 접속부와 접속되고,
    상기 연결부는 인접하는 상기 열전 변환 소자에서, 한쪽의 상기 열전 변환 소자와 접속되는 제 1 접속부 및 다른쪽의 상기 열전 변환 소자와 접속되는 제 2 접속부를 연결하는 것을 특징으로 하는
    열전 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 절연 기재는 평면 직사각형상으로 되고, 상기 제 1 절연 기재에서의 세로 방향과 직교하고, 또한 상기 제 1 절연 기재의 평면 방향과 평행하게 되는 가로 방향의 일단부측의 영역이 상기 제 1 영역으로 되며, 상기 일단부측과 반대측의 타단부측의 영역이 상기 제 2 영역으로 되고,
    상기 복수의 제 1 접속부는 상기 제 1 영역에서, 상기 세로 방향을 따라서 서로 이격된 상태로 형성되고,
    상기 복수의 제 2 접속부는 상기 제 2 영역에서, 상기 세로 방향을 따라서 서로 이격된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    열전 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 절연 기재는 사전에 결정된 기준점을 중심으로 하는 원형 영역 중의 내원측의 영역이 제 1 영역으로 되며, 외원측의 영역이 제 2 영역으로 되고,
    상기 복수의 제 1 접속부는 상기 제 1 영역에서, 둘레 방향으로 서로 이격된 상태로 형성되고,
    상기 복수의 제 2 접속부는 상기 제 2 영역에서, 둘레 방향으로 서로 이격된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    열전 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연 기재는 평면 직사각형상으로 되고, 상기 제 1 절연 기재에서의 세로 방향의 일단부측에 위치하는 영역 중, 상기 세로 방향과 직교하고, 또한 상기 제 1 절연 기재의 평면 방향과 평행하게 되는 가로 방향의 일단부측에 위치하는 영역이 상기 제 1 영역으로 되고, 상기 세로 방향에서의 일단부측와 반대측의 타단부측에 위치하는 영역 중, 상기 가로 방향에서의 일단부측과 반대측의 타단부측에 위치하는 영역이 상기 제 2 영역으로 되고,
    상기 복수의 제 1 접속부는 상기 제 1 영역에서, 상기 가로 방향을 따라서 서로 이격된 상태로 형성되고,
    상기 복수의 제 2 접속부는 상기 제 2 영역에서, 상기 가로 방향을 따라서 서로 이격된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    열전 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연 기재는 평면 직사각형상으로 되고, 상기 제 1 절연 기재에서의 세로 방향의 일단부측에 위치하는 영역 중, 상기 세로 방향과 직교하고, 또한 상기 제 1 절연 기재의 평면 방향과 평행하게 되는 가로 방향의 일단부측에 위치하는 영역이 상기 제 1 영역으로 되고, 상기 세로 방향에서의 일단부측과 반대측의 타단부측에 위치하는 영역 중, 상기 가로 방향에서의 일단부측과 반대측의 타단부측에 위치하는 영역이 상기 제 2 영역으로 되고,
    상기 복수의 제 1 접속부는 상기 제 1 영역에서, 상기 가로 방향을 따라서 서로 이격된 상태로 형성되고,
    상기 복수의 제 2 접속부는 상기 제 2 영역에서, 상기 세로 방향을 따라서 서로 이격된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    열전 변환 장치.
  6. 일면(10a)측에 배선 패턴(11)이 형성된 제 1 절연 기재(10),
    상기 제 1 절연 기재의 일면측에 배치되어, 상기 제 1 절연 기재와 일체화된 제 2 절연 기재(20) 및
    상기 제 1 절연 기재와 상기 제 2 절연 기재의 사이에 배치되어, 상기 배선 패턴을 통하여 직렬로 접속된 동일한 도전형의 복수의 열전 변환 소자(30)를 구비하고,
    상기 배선 패턴은 상기 제 1 절연 기재에서의 제 1 영역에 형성된 복수의 제 1 접속부(11a), 상기 제 1 절연 기재에서의 상기 제 1 영역과 다른 영역인 제 2 영역에 형성된 복수의 제 2 접속부(11b) 및 상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부를 연결하는 복수의 연결부(11c)를 가지고,
    상기 복수의 열전 변환 소자는 상기 제 1 절연 기재의 평면 방향을 따라서 연장 설치되며, 또한, 각각 1개의 상기 제 1 접속부 및 상기 제 2 접속부와 접속되고,
    상기 연결부는 인접하는 상기 열전 변환 소자에서, 한쪽의 상기 열전 변환 소자와 접속되는 제 1 접속부 및 다른쪽의 상기 열전 변환 소자와 접속되는 제 2 접속부를 연결하고 있는 열전 변환 장치의 제조 방법에서,
    상기 제 1 절연 기재의 일면에 상기 배선 패턴을 형성하는 공정,
    상기 제 2 절연 기재에서의 상기 제 1 절연 기재의 일면과 대향하는 일면(20a)에 1종류의 도전성 페이스트(31)를 복수의 사전에 결정된 부분에 도포하는 공정,
    상기 제 1 절연 기재의 일면과 상기 제 2 절연 기재의 일면이 대향하고, 또한 상기 복수의 사전에 결정된 부분에 도포한 상기 도전성 페이스트가 각각 1개의 상기 제 1 접속부 및 1개의 상기 제 2 접속부와 접촉하도록 상기 제 1 절연 기재와 상기 제 2 절연 기재를 적층하여 적층체(40)를 구성하는 공정 및
    상기 적층체를 가열하면서 적층 방향으로부터 가압함으로써 상기 도전성 페이스트를 소결하여 상기 열전 변환 소자를 형성하면서 상기 적층체를 일체화하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는
    열전 변환 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트로서, 복수의 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 합금의 분말에 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 것을 이용하고,
    상기 적층체를 일체화하는 공정에서는 상기 열전 변환 소자로서, 상기 복수의 금속 원자가 상기 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태로 소결된 소결 합금을 형성하는 것을 특징으로 하는
    열전 변환 장치의 제조 방법.
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