(57)【要約】【課題】歩留まり及び性能指数が高い熱電材料、この熱電材料の製造方法及びこの熱電材料の製造に使用する塑性加工用金型及び塑性加工用プレス装置を提供する。【解決手段】ベース１と、ベース１に直交して内部に直方体状の空洞を有するスリーブ２と、このスリーブ２の空洞に挿通するように形成されたパンチ棒３とを有するすえこみ装置を塑性加工用金型として使用する。そして、熱電材料の出発材料４を、スリーブ２内部の内壁の１面に接するようにスリーブ２の端部に入れ、パンチ棒３を押下し熱電材料の出発材料４を塑性変形させて１方向にのみ延伸させる一軸鍛造を施すことによって、熱電材料の結晶粒を性能指数が優れた結晶方位に配向さて熱電材料の仕上り品５を形成する。【選択図】　図１
2004146473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向が単一の向きとなるように塑性加工することを特徴とする熱電材料の製造方法。
【請求項２】
熱電材料の出発材料を金型の一端部に配置し、金型により三面が拘束された状態でパンチ棒を押下することによって、前記出発材料を前記金型の他の端部に向けて延伸するように塑性加工することを特徴とする熱電材料の製造方法。
【請求項３】
熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向が単一の向きとなるように塑性加工する熱電材料の製造工程に使用される塑性加工用金型において、金型及びパンチ棒が摺動ガイドを有することを特徴とする塑性加工用金型。
【請求項４】
前記パンチ棒は、前記金型に対し押下方向に凸となる摺動ガイドを有すると共に、前記金型は、前記パンチ棒及び前記摺動ガイドが前記押下方向に挿通可能な複数の空洞部を有することを特徴とする請求項３に記載の塑性加工用金型。
【請求項５】
熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工する熱電材料の製造工程に使用される塑性加工用プレス装置において、塑性加工用金型及びパンチ棒に対する摺動ガイドを有することを特徴とする塑性加工用プレス装置。
【請求項６】
熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工する熱電材料の製造工程に使用されるプレス装置において、プレス装置のプレス上部ロッドがパンチ棒を固定しているか又はプレス装置のプレス上部ロッドがパンチ棒と一体化されていることを特徴とする塑性加工用プレス装置。
【請求項７】
熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工することにより得られたことを特徴とする熱電材料。
【請求項８】
前記熱電材料は、Ｂｉ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素とＴｅ及びＳｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素とからなる組成を有する出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工することによって、前記出発材料の結晶粒のａ軸を含むｃ面を前記延伸方向に平行に配向させ、前記延伸方向に直交する面に｛１０００｝面を平行に配向させることにより得られたものであることを特徴とする請求項７に記載の熱電材料。
【請求項９】
Ｂｉ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素とＴｅ及びＳｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素とからなる組成を有する出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工することによって、前記出発材料の結晶粒のａ軸を含むｃ面を前記延伸方向に平行に配向させ、前記延伸方向に直交する面に｛１０００｝面を平行に配向させることにより得られる熱電材料から形成された複数個のｐ型及びｎ型の熱電素子が、前記熱電材料の｛１０００｝面が配向した方向に通電されるように、交互に並んで２個の絶縁基板に銅電極を介して挟持され直列に接続されていることを特徴とする熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩留まり及び性能指数が高い熱電材料、それを組み込んだ熱電モジュール、熱電材料の製造方法、その製造方法に使用される塑性加工用金型及び塑性加工用プレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電材料の特性は、そのゼーベック係数をα（μ・Ｖ／Ｋ）、比抵抗をρ（Ω・ｍ）、熱伝導率をκ（Ｗ／ｍ・Ｋ）としたとき、下記数式１に示す性能指数Ｚによって評価することができる。
【０００３】
【数１】
Ｚ＝α２／（ρ×κ）
【０００４】
上記数式１に示すように、性能指数Ｚを大きくするためには、比抵抗ρ及び熱伝導率κを小さくすることが効果的である。一般的に、結晶粒の粒径が小さくなるほど熱伝導率κが小さくなることは公知である。また、熱流及び電流が通過する方向において、通過する結晶数を減少させると比抵抗は小さくなる。即ち、結晶が成長する方向に電流又は熱流方向を規定すると、その熱電材料の性能指数Ｚは大きくなる。
【０００５】
このような熱電材料としては、例えば、六方晶系に属する半導体であるＢｉ２Ｔｅ３系熱電材料が使用されている。例えば焼結材からなるＢｉ２Ｔｅ３系熱電材料は、凝固した材料を粉砕し、ホットプレス等により固化成形することにより製造するが、この固化成形の際に、ホットプレスの圧力方向と垂直の方向に低抵抗の結晶方位（ａ軸）が成長し、この方向で高い性能指数が得られる。従って、このａ軸方向に電流を流すように、電極付けして熱電素子及びこの複数の熱電素子からなる熱電モジュールを組み立てる。このため、熱電材料の製造工程においては、各結晶のａ軸を揃わせること、即ち高い配向性を付与することが重要である。
【０００６】
上述のような理由から、特開平１０―１７８２１８号公報（特許文献１）には、性能指数の向上を目的として、六方晶系に属する結晶構造を有するＢｉ２Ｔｅ２系の熱電材料を加熱しながら加圧軸と直交する方向へ一軸に押し潰すことにより、この熱電材料内の結晶粒のｃ面を配向させて低抵抗の熱電材料を形成する熱間すえこみ鍛造法による熱電材料の製造方法が開示されている。図８は、この熱電材料の製造方法における熱間すえこみ鍛造を示す図であって、図８（ａ）はすえこみ鍛造前、図８（ｂ）はすえこみ鍛造後を示す模式的断面図であり、図８（ｃ）はすえこみ鍛造による熱電材料の形状変化を示す模式図である。また、図９は、この従来の熱間すえこみ鍛造のような一軸鍛造法において、熱電材料が金型端部に配置された場合の不具合を示す模式的断面図である。
【０００７】
この従来技術においては、熱電材料の固溶体インゴットを形成し、このインゴットを粉砕して加圧焼結する。その後、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ベース１０１と、ベース１０１に直交して内部に直方体状の空洞を有する円柱状のスリーブ１０２と、このスリーブ１０２の空洞に挿通するように形成されたパンチ棒１０３とを有するすえこみ装置を使用し、スリーブ１０２の空洞に加圧焼結した粉末焼結体１０４を入れ、粉末焼結体１０４を熱間で塑性変形させ、延伸させることで粉末結晶粒の結晶粒を性能指数が優れた結晶方位に配向させる熱間すえこみ鍛造工程により熱電材料１０５を形成することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０―１７８２１８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この熱間すえこみ鍛造のような一軸鍛造法においては、図８（ｃ）に示すように、延伸後の熱電材料１０５の両端部に形成される延伸最先端部１０５ａは加工度が不十分であるため、使用することができず、中央部分１０５ｂのみが良品の熱電材料として使用されることになる。このため、製品歩留まりを低下させる原因となっている。また、このように粉末焼結体１０４を、この中心部分から両方向に延伸させる１軸鍛造法においては、粉末焼結体１０４が延伸されるとともに加圧面積が増加するため、印加圧力を一定にすると単位面積当たりの印加圧力が徐々に減少してしまう。よって、特に大形材及び高配向性付与材等においては、一定の印加圧力を維持するためにプレス荷重を増大させることが必須となるが、大きなプレス荷重を印加することができるプレス機は高価であるため、熱電材料の製造コストを高騰させる要因となる。更にまた、この従来の１軸鍛造法においては、図９に示すように、すえこみ鍛造用金型の端部に粉末焼結体１０４のような熱電材料を配置すると、パンチ棒１０３が傾斜してしまい、熱電材料に均一に荷重をかけることができないという問題点があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、歩留まり及び性能指数が高い熱電材料、その製造方法及びその製造に使用される塑性加工用プレス装置及び塑性加工用金型を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係る熱電材料の製造方法は、熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向が単一の向きとなるように塑性加工することを特徴とする。
【００１２】
本願第２発明に係る熱電材料の製造方法は、熱電材料の出発材料を金型の一端部に配置し、金型により三面が拘束された状態でパンチ棒を押下することによって、前記出発材料を前記金型の他の端部に向けて延伸するように塑性加工することを特徴とする。
【００１３】
本願第３発明に係る塑性加工用金型は、熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向が単一の向きとなるように塑性加工する熱電材料の製造工程に使用される塑性加工用金型において、金型及びパンチ棒が摺動ガイドを有することを特徴とする。
【００１４】
この塑性加工用金型において、例えば、前記パンチ棒は、前記金型に対し押下方向に凸となる摺動ガイドを有すると共に、前記金型は、前記パンチ棒及び前記摺動ガイドが前記押下方向に挿通可能な複数の空洞部を有することを特徴とする。
【００１５】
本願第４発明に係る塑性加工用プレス装置は、熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工する熱電材料の製造工程に使用される塑性加工用プレス装置において、塑性加工用金型及びパンチ棒に対する摺動ガイドを有することを特徴とする。
【００１６】
本願第５発明に係る塑性加工用プレス装置は、熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工する熱電材料の製造工程に使用されるプレス装置において、プレス装置のプレス上部ロッドがパンチ棒を固定しているか又はプレス装置のプレス上部ロッドがパンチ棒と一体化されていることを特徴とする。
【００１７】
本願第６発明に係る熱電材料は、熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工することにより得られたものであることを特徴とする。
【００１８】
前記熱電材料は、Ｂｉ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素とＴｅ及びＳｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素とからなる組成を有する出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工することによって、前記出発材料の結晶粒のａ軸を含むｃ面を前記延伸方向に平行に配向させ、前記延伸方向に直交する面に｛１０００｝面を平行に配向させることにより得られたものであることが望ましい。
【００１９】
本願第７発明に係る熱電モジュールは、Ｂｉ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素とＴｅ及びＳｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素とからなる組成を有する出発材料を塑性加工用金型の端部に配置し、一軸鍛造により前記出発材料の延伸方向を単一方向として塑性加工することによって、前記出発材料の結晶粒のａ軸を含むｃ面を前記延伸方向に平行に配向させ、前記延伸方向に直交する面に｛１０００｝面を平行に配向させることにより得られる熱電材料から形成された複数個のｐ型及びｎ型の熱電素子が、前記熱電材料の｛１０００｝面が配向した方向に通電されるように、交互に並んで２個の絶縁基板に銅電極を介して挟持され直列に接続されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る熱電材料の製造方法を示す模式的断面図である。また、図２は本実施形態における熱電材料の出発材料及び仕上がり品の形状を示す模式図であり、図３は本実施形態による熱電材料の仕上り品の抵抗増加率測定結果を示すグラフである。そして、図４は、本実施形態に係る熱電材料の製造に使用する塑性加工用プレス装置及び塑性加工用金型を示す模式図である。本実施形態においては、図１に示すように、ベース１と、ベース１に直交して内部に直方体状の空洞を有するスリーブ２と、このスリーブ２の空洞に挿通するように形成されたパンチ棒３とを有するすえこみ装置を塑性加工用金型として使用する。そして、図１（ａ）に示すように、熱電材料の出発材料４を、スリーブ２内部の内壁の１面に接するように、スリーブ２の端部に入れ、図１（ｂ）に示すように、パンチ棒３を押下し熱電材料の出発材料４を塑性変形させて１方向にのみ延伸させる一軸鍛造によって、熱電材料の結晶粒を性能指数が優れた結晶方位に配向させて熱電材料の仕上り品５を形成する。
【００２１】
本実施形態においては、熱電材料の出発材料４がスリーブ２の端部に配置されることによって、この出発材料４の延伸方向が、出発材料４が接して配置されるスリーブ２の壁面からスリーブ２の中央部を経て反対側の壁面に至る１方向のみに限定される。即ち、出発材料４は、スリーブ２の壁面により３面を拘束された状態でパンチ棒３により押圧されて一軸鍛造される。また、この一軸鍛造によって、出発材料４内の結晶粒は、性能指数が優れた結晶方位に配向する。このため、本実施形態に係る熱電材料の製造方法により形成される熱電材料の仕上り品５においては、図１（ｃ）に示すように、仕上がり品５の一方の端部を含む部分５ｂが良品となり、仕上がり品５の延伸最先端部５ａのみが加工不均一部として廃棄される。
【００２２】
本実施形態においては、図２（ａ）に示すように、熱電材料の出発材料４の形状を、例えば、スリーブ２により拘束され変化しない辺の長さＷが２０ｍｍ、パンチ棒３により押圧され圧下される辺の長さｄが２０ｍｍ、塑性加工により延伸する辺の長さｌが２０ｍｍである１辺が２０ｍｍの立方体とする。この熱電材料の出発材料４を上述のような塑性加工により延伸させ、図２（ｂ）に示すような高さがＤ、延伸した辺の長さがＬ、スリーブ２により拘束された辺の長さは変化せずにＷ＝２０ｍｍに維持された直方体状の熱電材料の仕上り品５を製造する。ここで、上述のような塑性加工による加工率を示す数値として、下記数式による圧下率を定義する。
【数２】
圧下率（％）＝｛１−仕上り品の高さ（Ｄ）／出発材料の高さ（ｄ）｝×１００
【００２３】
このような１辺が２０ｍｍの立方体状の熱電材料の出発材料４を、数式２で定義した圧下率が７５％となるように、仕上がり品５の高さＤが５ｍｍになるまでパンチ棒３を押下して塑性加工し、延伸した辺の長さＬが８０ｍｍの直方体状である仕上り品５を製造する。図３は、延伸した辺Ｌに沿って測定した抵抗増加率を縦軸にとり、延伸した辺Ｌに沿った測定位置を横軸にとり、本実施形態による熱電材料の仕上がり品５における抵抗増加率と従来技術による熱電材料における抵抗増加率とを記したグラフである。なお、本実施形態においては、測定位置８０ｍｍの点が出発材料４の中心であって、この出発材料４が測定位置０ｍｍの方向に向かって延伸して仕上がり品５が形成される。一方、比較例においては、測定位置４０ｍｍの点が出発材料１０４の中心であって、この出発材料１０４が測定位置０ｍｍと測定位置８０ｍｍとの両方向に向かって延伸して仕上がり品１０５が形成される。これらの熱電材料の仕上り品１０５及び５においては、各測定点での電気抵抗値を測定最低値で除した抵抗増加率が１．１を超える部分は、不均一加工部として廃棄される。図３から明らかなように、比較例の従来技術による熱電材料の仕上り品１０５においては、この両端部に抵抗増加率が１．１を超える不均一加工部１０５ａが形成されるため、歩留まりは７５％である。一方、本実施形態による熱電材料の仕上り品５においては、抵抗増加率が１．１を超える不均一加工部５ａは、仕上がり品５の一端である延伸最先端部にのみ形成されるため、歩留まりは８７．５％まで向上する。
【００２４】
本実施形態においては、熱電材料の出発材料４を塑性加工用金型であるすえこみ装置を構成するスリーブ２の端部に配置することによって、この出発材料４が延伸される方向を１方向のみに限定するが、従来のすえこみ装置及びプレス機を使用すると、図９を参照して上述したように、パンチ棒が傾斜し押圧方向が偏心してしまうため、熱電材料の出発材料４に均一に荷重をかけることができない。よって、本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、ベース１とベース１に直交して内部に直方体状の空洞を有する円柱状のスリーブ２と、このスリーブ２の空洞に挿通するように形成されプレス機ロッドと一体化されたパンチ棒１３とで構成されるすえこみ装置を、塑性加工用金型及び塑性加工用プレス装置として使用する。このプレス機ロッドと一体化されたパンチ棒１３は、この上部先端部がプレス装置（図示せず）にネジ等で固定されている。また、このすえこみ装置においては、図４（ｂ）に示すように、パンチ棒１３がパンチ摺動により傾斜しないように摺動ガイド１４を備えた構造とすることもできる。
【００２５】
このように構成されたすえこみ装置においては、図４（ａ）に示すように、熱電材料の出発材料４をスリーブ２の端部に配置しパンチ棒１３を押下するような場合においても、パンチ棒１３が傾斜してしまうようなことがなくなる。このため、熱電材料の出発材料４をスリーブ２の端部に配置し、この出発材料４の延伸方向を出発材料４が接して配置されるスリーブ２の壁面からスリーブ２の中央部を経て反対側の壁面に至る１方向のみに限定して一軸鍛造することができる。また、この一軸鍛造により出発材料４全体に均一に圧力を印加することができるため、出発材料４内の結晶粒を性能指数が優れた結晶方位に均一に配向させることができる。よって、本実施形態に係る熱電材料の製造方法により形成される熱電材料の仕上り品５においては、この仕上がり品５の延伸最先端部５ａのみが不均加工一部として廃棄される。また、この仕上り品５の均一加工部５ｂにおいては、結晶配向性が極めて均一化されているため、この熱電材料の仕上り品５で形成される熱電素子は、優れた性能指数を備えることができる。
【００２６】
本実施形態においては、従来技術による塑性加工が中心軸対称での延伸によるものであったのに対し、直方体状の熱電材料の出発材料４を塑性加工用金型であるスリーブ２の端部に配置し、パンチ棒１３を押下して塑性加工し、出発材料４を一方向にのみ延伸させることによって、下記表１の例１乃至例３に示すように、従来技術である比較例の半分の荷重により同一の圧下率を達成することができる。
【００２７】
【表１】
2004146473.tif 000003
【００２８】
また、同一荷重を印加する場合においては、下記表２に示すように、圧下率を向上させることができる。
【００２９】
【表２】
2004146473.tif 000004
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。本実施例においては、以下に記す本発明に係る熱電材料の製造方法によって、Ｂｉ２Ｔｅ３系熱電材料からなる熱電素子で構成されるペルチェモジュールを製造した。先ず、熱電材料の出発材料を形成するために、Ｂｉ２Ｔｅ２．７Ｓｅ０．３の組成となるように原料を秤量した。この所望の組成となるように秤量した原料を石英管内に真空封止した後に、６５０℃に加熱しながら１時間にわたり揺動させて溶解することによって、溶解インゴットを形成した。この溶解インゴットを８００℃の融液とし、アルゴン雰囲気中において、公知（特開２０００−２３２２４３号公報）の単ロール液体急冷装置を用いて処理することによって、この溶解インゴットを超急冷箔片化した。次に、この超急冷箔片に対し、４００℃の水素雰囲気中において脱酸素処理を実施した。次に、脱酸素処理を施された箔片を、１辺が２０ｍｍの立方体状の型内に箔厚方向に積層充填し、これをアルゴン雰囲気中で３００℃に加熱しながら０．５トン／ｃｍ２の荷重を加えることにより仮成型した。このようにして得られた仮成型体を、４５０℃のアルゴン雰囲気中において、０．１ｍｍ／分の加圧速度で箔片の積層方向と直交する方向に一軸鍛造し、更に、これに４５０℃に加熱したまま総荷重１６トンで１０分間の緻密化処理を施すことによって、圧下率が７５％であり、高さＤが５ｍｍ、延伸した辺の長さＬが８０ｍｍ、型により拘束されて変化しない辺の長さＷが２０ｍｍである熱電材料の仕上り品としての成型体を得た。次に、この成型体を延伸方向に垂直な面で切断し、この切断面にＮｉメッキ処理を施した。この両切断面にＮｉメッキ層が形成された熱電材料を、さらに切断して直方体状の熱電素子のチップを形成した。そして、絶縁基板上に接合された銅電極上に、この直方体状の熱電素子のチップのＮｉメッキ層が形成された面を接合することによって、ペルチェモジュールを構成した。このようにして実施例１のペルチェモジュールを製造した。
【００３１】
実施例１と同様の製造方法により、実施例２のペルチェモジュールを製造した。但し、実施例２においては、脱酸素処理を施された超急冷箔片を、高さｄが２０ｍｍ、延伸方向の辺の長さｌが１０ｍｍ、型により拘束されて変化しない辺の長さＷが２０ｍｍの直方体状の型内に箔厚方向に積層充填することにより異なる寸法の仮成型体を形成した。また、一軸鍛造及び緻密化処理による熱電材料の仕上り品の圧下率を８７．５％とし、成型体の寸法を、高さＤが２．５ｍｍ、延伸した辺の長さＬが８０ｍｍ、型により拘束されて変化しない辺の長さＷが２０ｍｍの直方体状とした。
【００３２】
上記のようにして製造した実施例１及び実施例２のペルチェモジュールに使用した熱電材料について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）法により（００６）面の回折強度と（０１５）面の回折強度との比を算定した。なお、（００６）面の回折強度が（０１５）面の回折用度より大きい熱電材料の方が、より高い性能指数を示すことがわかっている。図５は、これら実施例１及び実施例２のペルチェモジュールに使用した熱電材料のＸＲＤによる００６／０１５面配向と、これらのペルチェモジュールにおける性能増加率とを縦軸にとり、夫々の熱電材料製造工程における一軸鍛造による圧下率を横軸にとったグラフである。また、比較例として、従来技術による熱電材料の配向性と、従来技術による熱電材料を使用したペルチェモジュールにおける性能増加率を図５に併せて記載した。なお、ここでの性能増加率とは、従来技術により７５％の圧下率で製造した熱電材料の性能指数を１とした時の性能指数の比である。図５から明らかなように、本実施例の熱電材料は、従来技術による熱電材料と比較してｃ面の配向性が著しく高かった。また、本実施例のペルチェモジュールは、従来技術によるペルチェモジュールと比較して、高い性能を示した。特に、熱電材料の圧下率が８７．５％になるように製造した実施例２においては、この熱電材料の配向性及びこの熱電材料を使用したペルチェモジュールの性能増加率が、共に著しく向上した。
【００３３】
本実施例においては、実施例２のペルチェモジュールを、一軸鍛造及び緻密化処理による熱電材料の仕上り品の圧下率を８７．５％とし、成型体の寸法を、高さＤが２．５ｍｍ、延伸した辺の長さＬが８０ｍｍ、型により拘束されて変化しない辺の長さＷが２０ｍｍの直方体状とした熱電材料により製造したが、成型体の寸法が、高さＤが５ｍｍ、延伸した辺の長さＬが４０ｍｍ、型により拘束されて変化しない辺の長さＷが２０ｍｍの直方体状となるように、８トンの低圧力のプレス装置を用いて圧下率７５％で緻密化処理を行っても良い。
【００３４】
本実施例においては、Ｂｉ２Ｔｅ３系の熱電材料における実施例のみを述べたが、本発明は熱電材料のみに適用されるものではなく、ＭｎＢｉ及びＭｎＡｌ系の磁性材料等の一軸鍛造法により機能性を付与される他の機能性材料にも適用することができ、上述した熱電材料における効果と同じ効果を得ることができる。
【００３５】
図６は、本実施例による熱電材料の結晶配向を示すＥＢＳＤパターンであり、図７は、本実施例による熱電材料の結晶構造を示す模式図である。なお、ＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）及びＲＤ（Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、図６（ｄ）に示すように、ＲＤが熱電材料の仕上り品の押圧方向であり、ＴＤが延伸方向である。図６（ａ）から、本実施例による熱電材料は、このｃ面（０００１）がＲＤ方向に配向していることがわかった。また、本実施例による熱電材料においては、図７に示す結晶構造の六角形の頂点（１０１０）２１、２２、２３、及び２４が、図６（ｂ）により認められ、この結晶構造の六角形の辺（１１２０）が、図６（ｃ）により認められた。よって、本実施例による熱電材料は、図７に示すような六方晶系に属する結晶構造を備えた結晶が高密度に形成されたものであるため、この熱電材料を使用した本実施例によるペルチェモジュールは、高い性能を有することがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る熱電材料の製造方法は、熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置して延伸方向を単一方向に限定した一軸鍛造によって、この出発材料内の結晶粒を機能性に優れた結晶方位に配向させる。このため、この熱電材料の仕上り品の延伸最先端部に形成される不均一加工により廃棄される部分が少なく、製品歩留まりを向上させることができる。また、より低い圧力で高い配向性を備えた熱電材料を製造することができる。よって、プレス能力が限定された低価格のプレス装置により性能指数の高い熱電材料を製造することができるため、製造コストを抑制することができる。本発明に係る熱電材料製造用金型及びプレス装置は、熱電材料の出発材料を塑性加工用金型の端部に配置しても、この出発材料に均一に荷重を加えることができるため、本発明に係る熱電材料の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱電材料の製造方法を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る塑性加工用プレス装置及び塑性加工用金型を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態における熱電材料の出発材料及び仕上がり品の形状を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱電材料の抵抗増加率を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る熱電材料及び従来技術による熱電材料の性能指数及び配向性と塑性加工による圧下率との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例に係る熱電材料のＥＢＳＤパターンを示す図である。
【図７】Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料の結晶構造を示す図である。
【図８】従来技術による熱電材料の製造方法を示す模式的断面図である。
【図９】従来のすえこみ装置による問題点を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１，１０１；ベース
２，１０２；スリーブ
３，１３，１０３；パンチ棒
４；熱電材料の出発材料
５；熱電材料の仕上り品
５ａ，１０５ａ；不均一加工部（廃棄部分）
５ｂ，１０５ｂ；均一加工部
１４；摺動ガイド
１０４；粉末焼結体
１０５；熱電材料
１０６；プレス機ロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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