(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気素子、電子素子または熱素子の接続用の、可撓性を有する電気金属接点及び／または熱金属接点の製造方法において、
１〜５００μｍの範囲の平均の繊維直径を備えた金属繊維の不織布を、冷間加工を含む圧延加工によって圧縮して繊維シートを形成する方法であって、
少なくとも２つの異なった金属で形成したそれぞれの金属繊維不織布の一方が他方の金属の上に配置され、この複合物が圧縮されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記平均の直径が１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属は、
Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｌ及びそれらの合金の中から選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属接点は、
平均の繊維直径または１００μｍ〜１０ｍｍの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記金属繊維不織布を圧縮前に複数回折り畳んで、より厚い不織布の被覆を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記圧縮は、
相互に直交する２つの空間的方向において連続的に行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法で得られた繊維シートを含むことを特徴とする、可撓性を有する電気金属接点及び／または熱金属接点。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気素子、電子素子または熱素子の接続用の、可撓性のある電気金属接点及び／または熱金属接点の製造方法、この接点及び電気素子、電子素子または熱素子の機械疲労及び／または熱疲労を補うために接点を使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気素子、電子素子及び熱素子に不可欠な要素は、接点である。接点は、素子の中心の材料（素子の所望の効果を担う）と「外界」との物理的な接続を担う。このような接点の構造の概略を、図１に示す。
【０００３】
素子中の材料１は、素子に実際的な機能を付与する。例えば、電気抵抗、ダイオード材料、キャパシタ、ピエゾ結晶または熱電脚（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌｅｇ）である。いくつかの材料、複合物または他の構造的な単位が関連することから、この点において、挙げられる材料は一つのものに限定されるものではない。本発明の目的に直接的な関連を有することは、素子の構造全体としての機能を果たすために、材料１は、電流及び／または熱が流れるものでなければならない。
【０００４】
電流及び／または熱流の組み合わせは、素子の性能特性に制限を与える要素であることがわかっている。従来の構造が図１に示されている。材料１は、その両端部において、それぞれ接点４及び５を介してリード線６及び７に接続されている。この場合、層２及び３は、材料１と接点４及び５との間において、必要となりうる中間層（バリア材料、はんだ、接着促進剤等）を表すものである。しかし、素子の特定の構成によっては、これらの中間層は省略され、または複合層を含む。それぞれ対となるセグメント２／３、４／５、６／７は同質であるが、本来、同質である必要はない。この点は、特定の構造物及び装置、及び構造物を流れる電流または熱流の方向に依存する。
【０００５】
接点４及び５によって、重要な機能が実行される。これら接点４及び５は、材料とリード線との間の近接した接続をもたらす。この接続が不十分であれば高い損失が生じ、場合によっては素子の性能が大幅に制限される。このため、接点はしばしば材料側に押し込まれる。これにより、接点は強い機械的負荷に晒されることとなる。温度の上昇（または下降）及び／または熱の変化が生じ始めるとすぐに、機械的負荷が増大する。素子に組み込まれた材料の熱の増大により、機械的疲労は回避し得なくなる。極端な場合は、接点が破損して素子の故障につながることとなる。
【０００６】
これを防ぐためには、用いられる接点は、かかる熱疲労を与えないようにすることを許容すべく、ある程度の可撓性を有し、弾力性を有することが必要である。
【０００７】
金属シートまたは小さい金属プレートは通常、かかる要求に応えるほど十分に柔軟ではなく、または可撓性を有さない。
【０００８】
しばしば、極めて大きな温度勾配下で動作する熱電構造要素の場合は、このような“緩衝的な”接点を用いることが、文献によって知られている。例えば、Ｎ．Ｅｌｓｎｅｒ，Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．１９９１，２３４，１６７ｄｅｈａ，では、熱電発電機において接点用の可撓性のある金属プレートを用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｎ．Ｅｌｓｎｅｒ，Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．１９９１，２３４，１６７ｄｅｈａ，
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
開示された接点においても、十分に可撓性を有しておらず、かつ全ての装置に対応し得る強い温度変化に対応できるものではない。
【００１１】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気素子、電子素子または熱素子の接続用の、可撓性のある電気金属接点及び／または熱金属接点の製造方法を提供するものであり、これにより、特に熱電装置に有利な特性を有する、可撓性または弾力性のある接点を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、電気素子、電子素子または熱素子の接続用の、可撓性のある電気的金属接点及び／または熱金属接点を製造する本発明に係る方法によって達成される。１〜５００μｍの範囲の平均の繊維直径を備えた金属繊維、金属繊維の不織布または金属繊維の織布を、冷間加工を含む圧延加工、プレス加工または押出加工によって圧縮して繊維シートを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】素子の従来の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
圧延、プレス加工された微細なワイヤメッシュ、ワイヤ織布またはワイヤ不織布は、極めて高密度の繊維状のシートを作り出すことが可能であることが分かった。このシートは、素子において高い熱伝導性及び電気導電性を有し、加えて、機械的に極めて安定している。それにも関わらず、同時に、熱または機械疲労を補うのに十分な柔軟性（すなわち、圧力または弾力に順応する）及び可撓性を備えている。
【００１５】
同時に、対象となる装置によっては、異なった金属を用いることもできる。銅、銀、金、アルミニウム、鉄または鋼といった従来からの接点用金属も、当然に、極めて好適である。しかし、原則として、本方法では、任意の金属的導電性材料を用いることができる。本発明の一実施の形態によれば、金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌまたはそれらの合金である。
【００１６】
金属繊維、金属不織布または金属繊維織布では、平均の繊維直径は、１〜５００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、特に好ましくは４０〜８０μｍである。また、金属織布は、金属編物を含むものとして理解されている。金属不織布は、シート状の不織布となるように、第３空間方向におけるよりも、第２空間方向におけるより大きな広がりを有することが好適である。金属織布は、１００〜５０００ｇ／ｍ2の単位面積あたりの質量、特に好ましくは１６０〜２８００ｇ／ｍ2、特に１４００〜２０００ｇ／ｍ2の単位面積あたりの質量を有することが好適である。製造される金属接点は、１００μｍ〜１０ｍｍの範囲の平均直径または厚みを有することが好適である。
【００１７】
構造化されたまたは構造化されていない（繊維の方向の意味において）、織布または不織布は、出発材料として用いられる。織布の密度は、当然、結果に対する影響はあるものの、原則として、メッシュ幅、表面密度等についての制限はない。
【００１８】
繊維それ自体の長さは、織布が耐えうる限りにおいて、広い範囲で変化させることができる。
【００１９】
個々の繊維の表面の性質の点においても、何の制限も存在しない。繊維を粗い表面とすることは、製品における強い結合に直結する。均質な繊維で形成された不織布または織布も、何ら問題なく加工及び圧縮できる。
【００２０】
金属繊維織布または金属繊維不織布は、圧縮前に１回以上折り畳まれ、より厚い不織布または織布の被覆を形成する。異なる金属の金属繊維織布または金属繊維不織布は、積層複合物の形成のために結合される。異なる配列を有する織布または不織布は、一の織布または不織布が、他の織布または不織布の上に配置される。一般に、不織布または織布は、１以上の好ましい方向を有する。他の層の上に配置される層またはそれに続く別の層は、この場合、同じ好ましい方向を有する。または、個々の層の好適な方向は、互いに角度を形成する。例えば、一方向性の金属繊維不織布は、一の不織布が他の不織布の上となるように、縦方向及び横方向に交互に配置される。
【００２１】
上記の製造工程それ自体は、好適には、特に金属繊維不織布に関する。これは、例えば、圧縮のために直接的に用いられる。しかし、圧縮の前に、不織布を新聞紙のように複数回折り畳んで、圧縮することも可能である。このようにして、厚くかつ緊密に連結された接点プレートが得られる。原則として、最初の圧縮工程の後のみに折り畳み、再び圧縮を行う（必要であればこの操作を複数回行う）ことも可能である。しかし、一度圧縮された材料の表面は均質であることから、通常は、これら個々の層の連結は不十分なものとなる。
【００２２】
圧縮は方向的な操作であることから、少なくとも好適な圧延またはダイに強制的に通す押出成形の場合は、ワークの向きが、ここで最終的な役割を果たしている。特に、不織布それ自体が、当然に好適な繊維の向きを有するからである。従って、互いに直交する２つの空間的方向における連続的な“交差する”圧縮は、最も緊密かつ濃密な連結のために好ましいものと考えられる。
【００２３】
圧延は、単一の圧延装置で実行され、または複数の圧延ロールを並列または直列で用いる。この場合、圧延ロールは、均質な表面及び構造化された表面の双方を備える。後者は、製品にある種の表面粗さが要求される場合において有利である。
【００２４】
押出成形の場合、例えば不織布の場合は、押出成形用のダイの形成が、当然ながら最も重要である。押出成形は、製品に特殊な形状が要求される場合、または単軸圧縮が要求されていない、または適切でない場合において特に有用である。
【００２５】
冷間加工は、適切であれば、繊維の厚さに応じて行われる圧延、プレスまたは押出成形工法のそれぞれに対するそれぞれの金属の工程の性質に適合させるために、加熱または冷却とともに行われる。
【００２６】
加えて、この工法は、連続生産及び不連続生産に用いられる。
【００２７】
本発明はまた、上記手法によって得られる繊維シートを含む可撓性を有する電気及び／または熱金属接点に関連する。
【００２８】
金属接点は、好ましくは、電気素子、電子素子または熱素子の機械的疲労及び／または熱疲労を補うために用いられる。この場合、特に、操作環境の下で生じ得る機械的疲労及び／または熱疲労が補われる。
【００２９】
繊維シートまたは金属接点は、良好な熱伝導性及び／または電気導電性が重要となる多くの装置で用いられる。好適な装置の領域は、キャパシタ、燃料電池、変換器、バッテリー、発電機、光電装置またはこれらを組み合わせたシステムといった熱電気、磁気熱、電子機器が挙げられる。特に好適なのは、熱電発生機またはペルチェ素子といった装置となる機器である。
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
６０μｍの線厚さを備えた銅製の不織布が、圧延によって繊維シートに変換された。この場合、材料は当初の４．５ｍｍの厚さから０．９ｍｍに圧縮された。
【実施例２】
【００３２】
６０μｍの繊維直径を備え，単位面積当たりの質量が１７００ｇ／ｍ2の銅製の織布が、圧延によって繊維シートに変換された。この場合、材料は当初の６．０ｍｍの厚さから１．４ｍｍに圧縮された。
【符号の説明】
【００３３】
１  材料
２、３  層
４、５  接点
６、７  リード線
【図１】
0005581340.tif 000002