JPH02271683A - 熱電素子および熱電素子の製造方法 - Google Patents
熱電素子および熱電素子の製造方法Info
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- JPH02271683A JPH02271683A JP1093512A JP9351289A JPH02271683A JP H02271683 A JPH02271683 A JP H02271683A JP 1093512 A JP1093512 A JP 1093512A JP 9351289 A JP9351289 A JP 9351289A JP H02271683 A JPH02271683 A JP H02271683A
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- semiconductor
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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
本発明はペルチェ効果を利用し、電気的に冷房もしくは
暖房を行う空調装置、もしくはゼーベック効果により温
度差を用いて発電を行う発電装置に用いる熱電素子及び
その製造方法の改良に関する。
暖房を行う空調装置、もしくはゼーベック効果により温
度差を用いて発電を行う発電装置に用いる熱電素子及び
その製造方法の改良に関する。
従来の技術
従来、熱を電気に変換し、もしくは電気を熱に変換する
熱電素子は、第４図従来例に示す様に金属板１、及び金
属板２によってＰ型半導体４、もしくはＮ型半導体３を
挟み込む構成を有し、両側の金属の温度差により発電を
行い、もしくは電圧を与え電流を通ずることにより冷却
又は発熱を行うものである。
熱電素子は、第４図従来例に示す様に金属板１、及び金
属板２によってＰ型半導体４、もしくはＮ型半導体３を
挟み込む構成を有し、両側の金属の温度差により発電を
行い、もしくは電圧を与え電流を通ずることにより冷却
又は発熱を行うものである。
発明が解決しようとする課題
このような従来の熱電装置では、第４図にみられるよう
に半導体３．４を金属板１または２に電気的かつ熱的に
接合させて、セラミック等の基板７に張り付けて保持し
ている。これらの半導体３．４と金属板１．２間の接合
は一般には半田をもちいて行われているが、半田と半導
体３．４とのなじみが悪く、はずれ易く信頼性が低いと
いう問題があった。また発熱側もしくは冷却側は基板７
により支える必要があるが、基板７は熱抵抗となり熱電
素子の発熱側と冷却側の温度差を増加させるため、熱電
素子の性能を著しく低下させる。またこのような構成で
は、伝熱面積を増加させるためには、新たに基板７側、
もしくはその反対側に、放熱フィンを接合する必要があ
るが、接合面が限られている為フィン効率が悪化するば
かりでなく、接触抵抗による効率の低下が生じるという
課題があり、重量もかさばるという課題もあった。
に半導体３．４を金属板１または２に電気的かつ熱的に
接合させて、セラミック等の基板７に張り付けて保持し
ている。これらの半導体３．４と金属板１．２間の接合
は一般には半田をもちいて行われているが、半田と半導
体３．４とのなじみが悪く、はずれ易く信頼性が低いと
いう問題があった。また発熱側もしくは冷却側は基板７
により支える必要があるが、基板７は熱抵抗となり熱電
素子の発熱側と冷却側の温度差を増加させるため、熱電
素子の性能を著しく低下させる。またこのような構成で
は、伝熱面積を増加させるためには、新たに基板７側、
もしくはその反対側に、放熱フィンを接合する必要があ
るが、接合面が限られている為フィン効率が悪化するば
かりでなく、接触抵抗による効率の低下が生じるという
課題があり、重量もかさばるという課題もあった。
本発明は、これらの従来技術の課題に鑑み、ペルチェ効
果を生じる半導体材料と金属との接合性を改善すると共
に、伝熱面積が広く取れる構成を提供することにより、
性能が高く、製造が容易な熱電素子及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。
果を生じる半導体材料と金属との接合性を改善すると共
に、伝熱面積が広く取れる構成を提供することにより、
性能が高く、製造が容易な熱電素子及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
本発明は上記の課題を解決するためのものであって、次
のような手段を含む。
のような手段を含む。
（１）ペルチェ効果を生じる半導体の表面に金属膜を形
成し、この結果半導体と金属を直接的に接合させること
ができる。次いで半田、もしくは導電性の接合材を用い
ることにより電極金属と前記金属膜とを接合するという
熱電素子の製造方法。
成し、この結果半導体と金属を直接的に接合させること
ができる。次いで半田、もしくは導電性の接合材を用い
ることにより電極金属と前記金属膜とを接合するという
熱電素子の製造方法。
（２）その金属を棒状または線状としペルチェ効果を生
じる半導体を挟み込んで接合させてなる熱電素子。
じる半導体を挟み込んで接合させてなる熱電素子。
（３）ペルチェ効果を生じるＰ型半導体とＮ型半導体を
金属棒もしくは金属線にて交互に挟み込んで接合させる
とともに、金属棒もしくは金属線をＵ字状に折り曲げ、
半導体がほぼ一列にまとまって配置されるように構成さ
れた熱電素子。なお、半導体が断熱壁の内部に配置され
ることが好ましく４）金属棒もしくは金属線、または金
属板の端面にペルチェ効果を生じる半導体を製膜し、次
に金属を製膜した後、金属棒もしくは金属線、または金
属板を半田もしくは導電性の接合材により接合するとい
つ熱電素子の製造方法。
金属棒もしくは金属線にて交互に挟み込んで接合させる
とともに、金属棒もしくは金属線をＵ字状に折り曲げ、
半導体がほぼ一列にまとまって配置されるように構成さ
れた熱電素子。なお、半導体が断熱壁の内部に配置され
ることが好ましく４）金属棒もしくは金属線、または金
属板の端面にペルチェ効果を生じる半導体を製膜し、次
に金属を製膜した後、金属棒もしくは金属線、または金
属板を半田もしくは導電性の接合材により接合するとい
つ熱電素子の製造方法。
作 用
上記のような手段によって、得られる作用は次の通りで
ある。
ある。
（１）半導体と薄膜金属を直接的に接合させ、その金属
と電極金属を半田等の方法で接合しているため接合が強
固である。また金属どうしの結合であるので、接合面が
半田をはじかないため、気泡が入りに（＜、熱抵抗、電
気抵抗共に低くなり、熱電素子の効率が向上する。
と電極金属を半田等の方法で接合しているため接合が強
固である。また金属どうしの結合であるので、接合面が
半田をはじかないため、気泡が入りに（＜、熱抵抗、電
気抵抗共に低くなり、熱電素子の効率が向上する。
（２）基板を用いず、金属棒もしくは金属線により半導
体を挟み込んで構成しているために伝熱面積が広く取れ
放熱もしくは吸熱効率が高い。
体を挟み込んで構成しているために伝熱面積が広く取れ
放熱もしくは吸熱効率が高い。
（３）断熱壁内に半導体部を設けたために、高温側から
低温側への熱の漏れが少ない。
低温側への熱の漏れが少ない。
（４）変形が容易な金属部をＵ字状に折り曲げて波状に
しているため製作が容易であり、放熱量の調整が容易で
ある。
しているため製作が容易であり、放熱量の調整が容易で
ある。
（５）半導体の両側で接合している金属が、棒状もしく
は線状もしくは細い板状であるため、境界層の発達が少
なく、熱伝達率の高い放熱フィンとすることができる。
は線状もしくは細い板状であるため、境界層の発達が少
なく、熱伝達率の高い放熱フィンとすることができる。
（６）金属棒もしくは金属線、または金属板の端面にペ
ルチェ効果を生じる半導体を製膜し、次に金属を製膜し
た後、金属棒もしくは金属線、または金属板を半田もし
くは導電性の接合材により接、合する製造方法を用いて
いるので、工程が簡単であり作成が容易である。また薄
膜を用いているので、希少金属材料の使用量が少ない。
ルチェ効果を生じる半導体を製膜し、次に金属を製膜し
た後、金属棒もしくは金属線、または金属板を半田もし
くは導電性の接合材により接、合する製造方法を用いて
いるので、工程が簡単であり作成が容易である。また薄
膜を用いているので、希少金属材料の使用量が少ない。
実施例
以下に本発明による実施例を図面により説明する。第１
図は本発明の一実施例における線状熱電素子の概略構成
を示したものである。
図は本発明の一実施例における線状熱電素子の概略構成
を示したものである。
第１図において、Ｐ型半導体８ＰとＮ型半導体８ｎの各
両端表面には真空蒸着、メツキ、溶射等のプロセスを用
いて、薄い銅薄膜９ａｓ９ｂが製膜されている。また、
この銅薄膜θａｓ９ｂは、銅線１０ａ、１０ｂと半田に
よって接合されている。銅線１０ａ、１０ｂはそのほぼ
中央部が折り曲げられたＵ字状構造となっており、半導
体８Ｐ１８ｎは熱電素子のほぼ中央部に位置するように
構成されている。この線状熱電素子の両端に電圧を印加
し、電流を通ずることによって、Ｐ型、Ｎ型の各半導体
８Ｐ、８ｎの両端に発熱部と冷却部が生じ、その熱は、
導線１０ａ１１０ｂを伝わって、外気と熱交換を行う。
両端表面には真空蒸着、メツキ、溶射等のプロセスを用
いて、薄い銅薄膜９ａｓ９ｂが製膜されている。また、
この銅薄膜θａｓ９ｂは、銅線１０ａ、１０ｂと半田に
よって接合されている。銅線１０ａ、１０ｂはそのほぼ
中央部が折り曲げられたＵ字状構造となっており、半導
体８Ｐ１８ｎは熱電素子のほぼ中央部に位置するように
構成されている。この線状熱電素子の両端に電圧を印加
し、電流を通ずることによって、Ｐ型、Ｎ型の各半導体
８Ｐ、８ｎの両端に発熱部と冷却部が生じ、その熱は、
導線１０ａ１１０ｂを伝わって、外気と熱交換を行う。
本実施例ではＰ型とＮ型の半導体８Ｐ１８ｎを交互に配
置しているので、各々の銅線１０ａ側、もしくは１０ｂ
側が全て、高温側か低温側になる。
置しているので、各々の銅線１０ａ側、もしくは１０ｂ
側が全て、高温側か低温側になる。
この様な素子製造方法、および構成によって、銅線１０
ａ１１０ｂと半導体８Ｐｔ８ｎは強固に接合され、丈夫
であるばかりでな（、接合面の半田の濡れ状態がよく、
気泡等による接合不良がないため、接触抵抗が低く、熱
抵抗も小さくなり、熱電性能が向上する。また、銅線１
０ａ１１０ｂの長さを負荷に応じて適当に調整すること
ができるため、適切な放熱もしくは吸熱が可能となる。
ａ１１０ｂと半導体８Ｐｔ８ｎは強固に接合され、丈夫
であるばかりでな（、接合面の半田の濡れ状態がよく、
気泡等による接合不良がないため、接触抵抗が低く、熱
抵抗も小さくなり、熱電性能が向上する。また、銅線１
０ａ１１０ｂの長さを負荷に応じて適当に調整すること
ができるため、適切な放熱もしくは吸熱が可能となる。
銅線１０ａ、１０ｂには場合により、フィン等を付ける
ことも容易であり、熱負荷に対して非常に柔軟に対応で
きる。
ことも容易であり、熱負荷に対して非常に柔軟に対応で
きる。
第２図は本発明の他の実施例における熱電素子であり、
薄膜半導体を用いたものである。第１図に示した実施例
と異なり本実施例では銅板１１ａの端面に半導体薄膜１
２を蒸着等のプロセスを用いて製膜し、その上部に銅薄
膜１３を製膜する。
薄膜半導体を用いたものである。第１図に示した実施例
と異なり本実施例では銅板１１ａの端面に半導体薄膜１
２を蒸着等のプロセスを用いて製膜し、その上部に銅薄
膜１３を製膜する。
その後、銅薄膜１３と銅板１１ｂとは半田もしく。
は導電接合材によって接合することで、熱電素子を構成
するのである。本実施例も電圧を銅板１１ａ１１Ｌｂに
印加し電流を流すと半導体薄膜１２と銅薄膜１３との界
面、及び半導体薄膜１２との界面に吸熱部と発熱部が生
じ、それぞれ銅板１１ａ１１１ｂを伝わって周囲と熱交
換を行う。このように薄膜半導体１２を用いれば、バル
クの場合と比較して、材料の使用量を減少させることが
でき、重量も軽量化できる。
するのである。本実施例も電圧を銅板１１ａ１１Ｌｂに
印加し電流を流すと半導体薄膜１２と銅薄膜１３との界
面、及び半導体薄膜１２との界面に吸熱部と発熱部が生
じ、それぞれ銅板１１ａ１１１ｂを伝わって周囲と熱交
換を行う。このように薄膜半導体１２を用いれば、バル
クの場合と比較して、材料の使用量を減少させることが
でき、重量も軽量化できる。
本実施例では単一の素子を示したが、第１図の実施例に
示したように、半導体薄膜１２を銅板１１ａ、１１ｂの
側端面に製膜してもよいし、また、Ｐ型とＮ型の半導体
を交互に直列に連続して接合し、その間の銅板を折り曲
げた構成にしてもよいことは言うまでもない。
示したように、半導体薄膜１２を銅板１１ａ、１１ｂの
側端面に製膜してもよいし、また、Ｐ型とＮ型の半導体
を交互に直列に連続して接合し、その間の銅板を折り曲
げた構成にしてもよいことは言うまでもない。
第３図は本実施例の熱電素子をもちいた冷却、加熱機の
一使用例であり、第１図に示した熱電素子の半導体８ａ
ｓ８ｂを覆うように、断熱壁１５を設けたものである。
一使用例であり、第１図に示した熱電素子の半導体８ａ
ｓ８ｂを覆うように、断熱壁１５を設けたものである。
この断熱壁１５の両側には銅線１０ ａ、 １０ ｂ
が突き出しており、流動する空気１７ａ、１７ｂと熱交
換を行うように構成されている。この断熱壁１５の厚み
は空気１７ａ１１７ｂの温度差によって、厚みを変化さ
せる必要があるが、その際、常に気流と銅線１０ａ、１
０ｂが十分に熱交換できるように、銅線１０ａ１１ｏｂ
の長さを適当に変化させる。この線状熱電素子１４に電
流を流すことで、空気１７ａ、１７ｂの一方は加熱され
、一方は冷却される。つまりヒートポンプ空調機や冷蔵
庫用として用いることが出来るのである。
が突き出しており、流動する空気１７ａ、１７ｂと熱交
換を行うように構成されている。この断熱壁１５の厚み
は空気１７ａ１１７ｂの温度差によって、厚みを変化さ
せる必要があるが、その際、常に気流と銅線１０ａ、１
０ｂが十分に熱交換できるように、銅線１０ａ１１ｏｂ
の長さを適当に変化させる。この線状熱電素子１４に電
流を流すことで、空気１７ａ、１７ｂの一方は加熱され
、一方は冷却される。つまりヒートポンプ空調機や冷蔵
庫用として用いることが出来るのである。
また、冷却側と発熱側の放熱量に応じて、銅線１０ａ、
１０ｂの長さを変化させれば、経済性、効率面からみて
最適な放熱状態が実現できるので、性能が良く、安価な
冷却、加熱機となる。また、線状熱電素子１４の複数本
を並列に接続し、出力を上げる構成も容易であることか
ら、様々な負荷に対する自由度も高い。また鋼線１０ａ
、１０ｂを細線で形成すれば線状熱電素子１４が非常に
柔軟になるため、破損しにくいという特徴もある。
１０ｂの長さを変化させれば、経済性、効率面からみて
最適な放熱状態が実現できるので、性能が良く、安価な
冷却、加熱機となる。また、線状熱電素子１４の複数本
を並列に接続し、出力を上げる構成も容易であることか
ら、様々な負荷に対する自由度も高い。また鋼線１０ａ
、１０ｂを細線で形成すれば線状熱電素子１４が非常に
柔軟になるため、破損しにくいという特徴もある。
もちろん本発明によるこの構成を有する熱電索子はゼー
ベック効果によって熱源の熱を電気に変換する際にも使
用が可能であり、その場合にも同様な効果を生じること
は言うまでもない。
ベック効果によって熱源の熱を電気に変換する際にも使
用が可能であり、その場合にも同様な効果を生じること
は言うまでもない。
発明の効果
本発明は次のような効果を奏する。
（１）半田等の接合材は常に金属面間の接合に用いられ
るので、接合が強固であり、熱抵抗や電気抵抗が小さく
素子効率が高い。 （２）非常にフレキシブルで軽く材
料費も安価ある。 （３）伝熱面積が広く取れるため外
部負荷との間の温度差が小さくなり放熱効率が向上する
。（４）高温側と低温側を断熱壁によって分離し、かつ
その中に熱電素子を設置したため、漏れ熱量が少なくな
り、総合的な冷却もしくは加熱性能が向上する。 （５
）金属電極上に半導体と金属を薄膜状にして形成させ、
しかる後半田等により金属電極と接合する製造方法を用
いているので、作製が容易であるばかりでなく、安価に
、強固で軽く、性能のよい熱電素子を製造できる。
るので、接合が強固であり、熱抵抗や電気抵抗が小さく
素子効率が高い。 （２）非常にフレキシブルで軽く材
料費も安価ある。 （３）伝熱面積が広く取れるため外
部負荷との間の温度差が小さくなり放熱効率が向上する
。（４）高温側と低温側を断熱壁によって分離し、かつ
その中に熱電素子を設置したため、漏れ熱量が少なくな
り、総合的な冷却もしくは加熱性能が向上する。 （５
）金属電極上に半導体と金属を薄膜状にして形成させ、
しかる後半田等により金属電極と接合する製造方法を用
いているので、作製が容易であるばかりでなく、安価に
、強固で軽く、性能のよい熱電素子を製造できる。
つまり、本発明を実施することで、非常に強固で軽量、
かつ経済性に富み、しかも冷却もしくは加熱性能の高い
熱電素子が安定に生産することが可能となるものである
。
かつ経済性に富み、しかも冷却もしくは加熱性能の高い
熱電素子が安定に生産することが可能となるものである
。
第１図は本発明の一実施例におけるの線状熱電素子の概
略構成図、第２図は本発明の他の実施例における板状熱
電素子の概略構成図、第３図は第１図の線状熱電素子を
用いた加熱、冷却機の一使用例を示す斜視図、第４図は
従来の熱電素子の斜視図である。 ８Ｐ、８ｎｓ １２．、、半導体、１０ ａｌｌ ０
ｂ 。 ９．銅線、ｌｌａ、ｌｌｂ、、、銅板、１２ 、、、半
導体薄膜、１３ 、、、銅薄膜、１５．、、断熱壁。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はが１名１４尊状需
叱素チ 第３図 ２図 婆 ４ 図 １ど手導仲簿戦
略構成図、第２図は本発明の他の実施例における板状熱
電素子の概略構成図、第３図は第１図の線状熱電素子を
用いた加熱、冷却機の一使用例を示す斜視図、第４図は
従来の熱電素子の斜視図である。 ８Ｐ、８ｎｓ １２．、、半導体、１０ ａｌｌ ０
ｂ 。 ９．銅線、ｌｌａ、ｌｌｂ、、、銅板、１２ 、、、半
導体薄膜、１３ 、、、銅薄膜、１５．、、断熱壁。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はが１名１４尊状需
叱素チ 第３図 ２図 婆 ４ 図 １ど手導仲簿戦
Claims (5)
- （１）真空製膜法もしくは常圧製膜法により、ペルチェ
効果を生じる半導体の表面に金属膜を形成し、前記金属
膜と電極金属を半田もしくは導電性の接合材により接合
した熱電素子の製造方法。 - （２）ペルチェ効果を生じる半導体を、金属棒もしくは
金属線間に挟み込んでこれらに接合させてなる熱電素子
。 - （３）金属棒もしくは金属線に間隔をおいてペルチェ効
果を生じるＰ型半導体とＮ型半導体を交互に挟み込んで
接合させ、前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体がほぼ一列に
まとまって配置されるように、前記金属棒もしくは金属
線をＵ字状に折り曲げてなる熱電素子。 - （４）ペルチェ効果を生じる半導体を断熱壁の内部に配
置した請求項３記載の熱電素子。 - （５）金属棒もしくは金属線、または金属板の端面にペ
ルチェ効果を生じる半導体を製膜し、次に金属を製膜し
た後、金属棒もしくは金属線、または金属板を半田もし
くは導電性の接合材により接合した熱電素子の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1093512A JPH02271683A (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 熱電素子および熱電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1093512A JPH02271683A (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 熱電素子および熱電素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02271683A true JPH02271683A (ja) | 1990-11-06 |
Family
ID=14084402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1093512A Pending JPH02271683A (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 熱電素子および熱電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02271683A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991018422A1 (en) * | 1990-05-14 | 1991-11-28 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method of manufacturing thermoelectric device |
| JP2008053686A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Denso Corp | 熱電変換装置の製造方法 |
| JP2013543255A (ja) * | 2010-09-13 | 2013-11-28 | テンプロニクス，インコーポレイテッド | 分散型熱電ストリング及び断熱パネル並びに、その局所加熱、局所冷却、及び熱発電への応用 |
| JP2016092017A (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-23 | アイシン高丘株式会社 | 熱電モジュール |
-
1989
- 1989-04-13 JP JP1093512A patent/JPH02271683A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991018422A1 (en) * | 1990-05-14 | 1991-11-28 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method of manufacturing thermoelectric device |
| JP2008053686A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Denso Corp | 熱電変換装置の製造方法 |
| JP2013543255A (ja) * | 2010-09-13 | 2013-11-28 | テンプロニクス，インコーポレイテッド | 分散型熱電ストリング及び断熱パネル並びに、その局所加熱、局所冷却、及び熱発電への応用 |
| JP2016092017A (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-23 | アイシン高丘株式会社 | 熱電モジュール |
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