(57)【要約】【課題】接触抵抗を極力減らして、熱電素子が持っている抵抗そのものを引き出すことができ、モジュール化によっても熱電素子の性能が劣化しない。【解決手段】熱電変換モジュール１は、ｐ型の熱電素子２とｎ型の熱電素子３とを交互に配列し、導電性部材４で順次接続して直列回路を構成する。又熱電素子２，３の外方には絶縁性部材５が設けられている。導電性部材４は、銅電極６と、この銅電極６の一面を熱電素子２，３に接合し他面を絶縁性部材５に接合するバインダ７よりなる。バインダ７は平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを燒結することによりこれらを接合する。この金属微粒子は、絶縁性部材５、銅電極６、熱電素子２，３に対して良好な接合を達成し得る銀であることが望ましい。【選択図】        図１
2004273489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する熱電素子の端部間を導電性部材によって接続することで複数個の熱電素子を電気的に直列に接続し、この導電性部材の外方を絶縁性部材で被覆する熱電変換モジュールにおいて、前記導電性部材は、電極板と、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを前記熱電素子及び／又は前記絶縁性部材及び／又は前記電極板に塗布した後、前記金属微粒子同士を燒結することにより前記電極板の一面を前記熱電素子に接合し他面を前記絶縁性部材に接合するバインダであることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項２】
隣接する熱電素子の端部間を導電性部材によって接続することで複数個の熱電素子を電気的に直列に接続し、この導電性部材の外方に絶縁性部材で被覆する熱電変換モジュールにおいて、前記導電性部材は、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを前記絶縁性部材に塗布した後、前記金属微粒子同士を燒結することにより前記熱電素子と前記絶縁性部材を接合するバインダであることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項３】
絶縁性の板体上に、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを複数箇所塗布して、各塗布箇所毎に電極板を並置し、この電極板上の所定部分に前記導電性ペーストを塗布した後、その上面に熱電素子を配置する一方、下面に前記導電性ペーストを複数箇所塗布して各塗布箇所毎に電極板を添着する他の絶縁性の板体を前記熱電素子上に載置した後、加熱処理を行なって前記金属微粒子同士を燒結することにより各電極板の一面を熱電素子に接合すると同時に他面を絶縁性の板体に接合することを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項４】
絶縁性の板体上に、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを複数箇所塗布して、各塗布箇所の所定部分に熱電素子を配置する一方、下面に前記導電性ペーストを複数箇所塗布する他の絶縁性の板体を前記熱電素子上に載置した後、加熱処理を行なって前記金属微粒子同士を燒結することにより熱電素子を絶縁性の板体に接合することを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記金属微粒子は、銀または銅であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記金属微粒子は、銀または銅であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数対の熱電変換素子を電気的に接続して構成した熱電変換モジュール及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電変換モジュールは、ｐ型とｎ型の熱電素子を金属電極で順次接続して直列回路を構成し、この終端からリード線を引き出して外部と電気的に接続できるように構成されている。熱電素子は、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子との接合部間に温度差を与えると電位差が発生するというゼーベック効果と、同接合部間に電流を流すと、その電流の向きに応じて吸熱または発熱するペルチェ効果とを有し、このような効果を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換し、または、電気エネルギを熱エネルギに変換している。
【０００３】
現在、熱を電気に変換する熱電変換素子、ならびに電気を熱に変換するペルチェ素子が研究されており、後者のペルチェ素子は、半導体レーザーの温度制御用に使用され、民生用には温冷庫などに用いられるようになっている。
【０００４】
しかし、熱を電気に変換するための熱電変換素子はまだまだ実用化されていない。それは発電効率が１０％程度と低く、コスト的に合わないためである。とはいうものの、ＩＴ基盤技術の一つである半導体レーザーの温度制御用ペルチェモジュールは、大きな産業の一つとなっている。又、熱電変換技術は駆動部がなく、無騒音で、長期間の使用に耐え、メンテナンスも不要で、未利用の熱エネルギを直接電気エネルギに有効再利用できることなどから、環境問題の解決にも寄与し得る技術として近年急速に研究開発活動が活発化している。
【０００５】
熱電素子は、先に述べたようにｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを各１個ずつ直列に接続したものを構成し、これを最小単位とするものである。ここで固体中に温度差があることによって生まれる熱起電力を温度で規格化したゼーベック係数α、固体の電気抵抗率η、そして熱伝導率κを使って、熱電素子の性能を次のように示すことができる。
【０００６】
Ｚ＝α２／ηκ，ＺＴ＝（α２／ηκ）Ｔ
ここでＺは性能指数と呼ばれるもので、無次元化するために温度ＴをかけてＺＴを無次元性能指数と呼んでいる。この指数は高いものほど性能が良いことを示すが、従来ペルチェモジュールとして販売されている性能は、ＺＴ＝１、Ｚ＝３．３×１０−３程度のものである。とはいっても、これは使っている素子の性能であって、モジュール化することによって総合的な性能が落ちることが確認されている。これはモジュール化による接触抵抗の増加と、バインダ材料であるハンダが熱電素子自身と反応し、その性能が劣化するためである。
【０００７】
ところで従来の熱電変換モジュールにおいては、各熱電素子の上下両面に露出させている端面には、電極板である銅板を取り付けることで各熱電素子を直列に接続し、銅電極の上下両面には電気的に絶縁するための絶縁基板を被覆していた。この絶縁基板は熱電変換モジュールの構造維持及び外部との熱輸送のために配されており、比較的優れた熱伝導率および機械的強度を確保できる、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体，ベアリリア（ＢｅＯ）焼結体，コージェライト（２ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）焼結体などのセラミック板が一般に適用されていた。
【０００８】
このような熱電変換モジュールについては、例えば特許文献１、特許文献２あるいは特許文献３に記載されるような各種構造が提案されていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１５３８９９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１１９０７６号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１１０７６号公報
【００１０】
従来の熱電変換モジュールの構造を図１１及び図１２に示す。図１１は従来の熱電変換モジュールの概略断面図、図１２は図１１のｃ部拡大断面図である。従来の熱電変換モジュール１０１は、熱電素子１０２，１０３の両端にスムーズに温度差が出来るようにセラミック板１０５にメタライズ加工１０８して銅電極１０６を取り付け、銅電極１０６と熱電素子１０２，１０３は図１２に示すように、ハンダ１０７を使って電気的に接続されていた。この際、ハンダ１０７がうまく乗るように、一般的な熱電素子１０２，１０３は電極としてＮｉ板１０９が圧接されていた。なおＮｉ板１０９の上には金がコーティングされている場合もあった。
【００１１】
ここで、従来の熱電変換モジュール１０１における熱の流れと電気の流れは次のようになる。図１１のセラミック板１０５の上部から伝わってきた熱は、メタライズされた部分１０８→銅電極１０６→Ｎｉ板１０９→熱電素子１０２，１０３→Ｎｉ板１０９→銅電極１０６→メタライズされた部分１０８を通って図の矢印方向に流れていき、又電気については、銅電極１０６→Ｎｉ板１０９→熱電素子１０２，１０３→Ｎｉ板１０９→銅電極１０６といった形で流れていく。
【００１２】
熱については、熱接触の問題があるため、電極にはＮｉ板１０９や銅板１０６などの熱伝導率が高いものを使っており、これらの金属材料は電気抵抗も低いものであった。
【００１３】
又従来の熱電変換モジュールの製造方法を図１３に示す。従来は、１枚のセラミック板１０５にメタライズ加工１０８を行なった後（図１３（ａ））、ハンダ１０７を用いて銅電極１０６を取り付け（同（ｂ））、この銅電極１０６上の所定部分に更にハンダを盛り、その上面に熱電素子１０２，１０３を配置していた（同（ｃ））。
【００１４】
この熱電素子１０２，１０３は、夫々熱電素子材料１０２ａ、１０３ａ（同（ｄ））の両面にＮｉ板１０９を圧接もしくはメッキ処理により取り付けた後（同（ｅ））、カッティングを行なって作製したものであった（同（ｆ））。
【００１５】
同様の手順によりメタライズ処理をして銅電極を取り付けた他のセラミック板１０５を、上面にハンダを盛った前記熱電素子１０２，１０３上に載置した後（同（ｇ））、加熱処理を行なって各熱電素子と銅電極をハンダ付けし、熱電変換モジュールを完成させていた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の熱電変換モジュール１０１は、セラミック板１０５のメタライズされた部分１０８と銅板１０６との間、又はＮｉ板１０９と銅板１０６との間のように、異種金属間の接合については、ハンダ１０７などのバインダを用いる必要があったので、これの接触抵抗が無視できず、又ハンダ１０７と熱電素子１０２，１０３が化学反応を起こしてしまうこともあって、最終的にモジュール化することによってその性能が劣化してしまう欠点があった。
【００１７】
実際、ビスマス・テルル（Ｂｉ２Ｔｅ３）系材料で、熱電素子としての性能がＺＴ＝１としても、モジュール化することによってＺＴ＝０．５程度まで性能が落ちていた。素子の性能がＺＴ＝１程度と４０年程度も変化しない現在、モジュール化技術を上げ、ＺＴ＝１の性能を持った素子を、モジュール化してどれだけＺＴ＝１に近づけられるかがポイントとなっていた。
【００１８】
具体的な熱電素子の性能を見てみる。Ｂｉ２Ｔｅ３系材料の抵抗率は９×１０−６Ωｍが室温における代表的な値である。一般的に使われている素子の形状は３×３×１ｍｍ程度の直方体で、この直方体自体の抵抗は形状を考えると、一つあたり３ｍΩ程度である。しかし、この直方体にＮｉ電極を圧接した場合、あるいはメッキ処理などした場合、若しくはハンダを使って銅電極と接続した場合などのケースでは、どうしても接触抵抗が加わることが避けられなかった。
【００１９】
又、従来のハンダを用いた熱電変換モジュールの場合、高温の温度域で使用可能な熱電材料を選択しても、使用できる温度範囲はハンダの融点である２００℃以下に限定されてしまい、高温域での使用には耐えられなかった。又、極低温度環境にもあまり適さないものであった。
【００２０】
又、従来の熱電変換モジュールの製造方法は、ハンダによる接合を可能とするために、メタライズ加工やＮｉ電極の圧接など複雑な工程が不可欠であり、これが製造コストを上昇させる原因ともなっていた。
【００２１】
この発明は、従来の熱電変換モジュールが有する上記問題点を解消すべくなされたものであり、接触抵抗を極力減らして、熱電素子が持っている抵抗そのものを引き出すことができ、モジュール化によっても熱電素子の性能が劣化しない、又極低温度から高温度領域までの広範な温度域で使用可能な熱電変換モジュールを提供することを目的としている。
【００２２】
又簡易な工程での製作が可能で、コスト低減も図れる熱電変換モジュールの製造方法を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明の熱電変換モジュールは、隣接する熱電素子の端部間を導電性部材によって接続することで複数個の熱電素子を電気的に直列に接続し、この導電性部材の外方を絶縁性部材で被覆する熱電変換モジュールにおいて、前記導電性部材は、電極板と、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを前記熱電素子及び／又は前記絶縁性部材及び／又は前記電極板に塗布した後、前記金属微粒子同士を燒結することにより前記電極板の一面を前記熱電素子に接合し他面を前記絶縁性部材に接合するバインダであることを特徴とするものである。
【００２４】
従来は、例えば銅板からなる電極板と接合するために、熱電素子に例えばＮｉ電極を圧接し、そこにハンダ付けが行なわれていたが、平均粒径が１〜１０ｎｍの金属微粒子からなる導電性ペーストを用いることによってＮｉ電極部とハンダ部を採用しなくとも熱電素子と銅電極とを直接接合することが可能になる。
【００２５】
又、絶縁性部材、例えばセラミック板と銅電極との接合も導電性ペーストで行なうことができ、熱抵抗を減らすことができる。しかも、絶縁性部材と銅電極はミクロ的には表面がスムーズではないが、平均粒径が１〜１０ｎｍの金属微粒子は、これらの表面に形成されている粗面の隙間に入り込むことによって良い熱接触が期待できる。
【００２６】
このような微細なサイズの金属微粒子からなる導電性ペーストを採用することで、接触抵抗が大きく低減し、熱電素子が持っている抵抗そのものを引き出すことができ、又熱電素子とも化学反応を起こさないためモジュール化によっても熱電素子の性能が劣化しない。
【００２７】
請求項２記載の熱電変換モジュールは、隣接する熱電素子の端部間を導電性部材によって接続することで複数個の熱電素子を電気的に直列に接続し、この導電性部材の外方に絶縁性部材で被覆する熱電変換モジュールにおいて、前記導電性部材は、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを前記絶縁性部材に塗布した後、前記金属微粒子同士を燒結することにより前記熱電素子と前記絶縁性部材を接合するバインダであることを特徴とするものである。
【００２８】
従来使われていた電極板自体を取り除き、導電性ペーストを燒結した部材を電極として使用する。この場合、絶縁性部材と熱電素子との熱接触がさらによくなる。なおペルチェモジュールとして使う場合、即ち発電ではなく電流を流して温度差を作る使い方の場合には、導電性部材の厚みをある程度大きくしないとジュール熱によって発熱する可能性がある。
【００２９】
請求項３記載の熱電変換モジュールの製造方法は、絶縁性の板体上に、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを複数箇所塗布して、各塗布箇所毎に電極板を並置し、この電極板上の所定部分に前記導電性ペーストを塗布した後、その上面に熱電素子を配置する一方、下面に前記導電性ペーストを複数箇所塗布して各塗布箇所毎に電極板を添着する他の絶縁性の板体を前記熱電素子上に載置した後、加熱処理を行なって前記金属微粒子同士を燒結することにより各電極板の一面を熱電素子に接合すると同時に他面を絶縁性の板体に接合することを特徴とするものである。
【００３０】
導電性ペーストは、常温では粘度の高い液体の挙動を示しており、絶縁性部材、電極板、熱電素子に塗布してこれを盛り付けることが可能であり、絶縁性部材に塗布した導電性ペーストで電極板を添着することもでき、熱電素子を挟持する一組の絶縁性部材を例えば２５０℃程度に加熱して、金属微粒子同士を燒結することによりこれらを接合することができる。このような簡易な工程での製造が可能となるため、モジュール化の手間を従来の製造方法より省くことができる。
【００３１】
請求項４記載の熱電変換モジュールの製造方法は、絶縁性の板体上に、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを複数箇所塗布して、各塗布箇所の所定部分に熱電素子を配置する一方、下面に前記導電性ペーストを複数箇所塗布する他の絶縁性の板体を前記熱電素子上に載置した後、加熱処理を行なって前記金属微粒子同士を燒結することにより熱電素子を絶縁性の板体に接合することを特徴とするものである。
【００３２】
この製造方法の場合には、より簡易な工程となるため製造コストの低減にも大きく寄与するものと考える。
【００３３】
請求項５記載の熱電変換モジュールと請求項６記載の熱電変換モジュールの製造方法における前記金属微粒子は、銀または銅であることを特徴とするものである。銀または銅の金属微粒子からなる導電性ペーストは絶縁性部材、電極板、熱電素子に対して良好な接合を達成し得る。
【００３４】
このような金属微粒子からなる熱電変換モジュールは、その使用温度範囲を−２６０℃〜１０００℃程度まで広げることができる。従来のハンダを用いた熱電変換モジュールの場合、使用できる温度範囲はハンダの融点である２００℃以下に限定されており、極低温度での使用も困難であったが、銀の金属微粒子からなる導電性ペーストの場合には銀の融点９６３℃付近まで、又銅の金属微粒子からなる導電性ペーストを用いる場合には銅の融点１０８３℃付近まで温度範囲を広げることが可能となる。又導電性ペーストを用いて製作した熱電変換モジュールでは−２６０℃まで冷却した場合でも、その性能に変化はなく安定している。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は熱電変換モジュールの概略断面図、図２は図１のａ部拡大断面図である。熱電変換モジュール１は、ｐ型の熱電素子２とｎ型の熱電素子３とを交互に配列するとともに、１つのｐ型熱電素子２とこれに隣接する１つのｎ型熱電素子３の下部には、それらを共通に接続する導電性部材４を設け、他方、このｎ型熱電素子３とこれに隣接するｐ型熱電素子２の上部には、それらを共通に接続する導電性部材４を設けている。
【００３６】
従ってこれら上下部に設ける導電性部材４は、素子１個分だけずれた形態で設けられており、複数個の熱電素子２，３は電気的に直列に接続している。又これら熱電素子２，３の外方には各導電性部材４に共通に接合された絶縁性部材５が設けられている。絶縁性部材５としては、例えばセラミック板を用いる。
【００３７】
導電性部材４は、銅電極６と、この銅電極６の一面を熱電素子２，３に接合し他面を絶縁性部材５に接合するバインダ７よりなる。バインダ７は平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを熱電素子２，３及び／又は絶縁性部材５及び／又は銅電極６に塗布した後、金属微粒子同士を燒結することによりこれらを接合する。この金属微粒子は、絶縁性部材５、銅電極６、熱電素子２，３に対して良好な接合を達成し得る銀または銅であることが望ましい。
【００３８】
図１に示す熱電変換モジュール１において、上部絶縁性部材５側を高温に、下部絶縁性部材５側を低温にする温度差を与えると、上下の導電性部材４，４間に電位差が生じ、電極を取り出すことができる。
【００３９】
次にこの熱電変換モジュールの製造方法を図３に示す。セラミック板等からなる下部絶縁性部材５に導電性ペーストよりなるバインダ７を複数箇所塗布して（図３（ａ））、各塗布箇所毎に銅電極６を並置し（同（ｂ））、この銅電極６上の所定部分に前記バインダ７を塗布した後、その上面に熱電素子２，３を配置する（同（ｃ））。なお熱電素子２，３は、夫々熱電素子材料２ａ、３ａ（同（ｄ））をそのままカッティングを行なって作製したものである（同（ｅ））。
【００４０】
次に下面に前記バインダ７を複数箇所塗布して各塗布箇所毎に銅電極を添着する上部絶縁性部材５をその銅電極上にバインダ７を盛った状態で、前記熱電素子２，３上に載置した後（同（ｆ））、加熱処理を行なってバインダ７を構成する金属微粒子同士を燒結することにより各銅電極６の一面を熱電素子２，３に接合すると同時に他面を両絶縁性部材５に接合する。
【００４１】
次に別の実施形態を図４及び図５に示す。図４は別の実施形態の熱電変換モジュールの概略断面図、図５は図４のｂ部拡大断面図である。なお図４及び図５において図１で説明した部材と構成、作用が同一である部材には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４２】
この実施形態の熱電変換モジュール１１は、導電性部材４に平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子、例えば銀微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを燒結した部材を用いる。即ち従来使われていた電極板自体を取り除き、導電性ペーストを燒結した部材を電極として使用する。
【００４３】
この実施形態の熱電変換モジュールの製造方法を図６に示す。セラミック板等からなる下部絶縁性部材５に導電性ペーストよりなるバインダ７を複数箇所塗布して（図６（ａ））、各塗布箇所の所定部分に熱電素子２，３を配置する（同（ｂ））。次に下面に前記バインダ７を複数箇所塗布する上部絶縁性部材５を前記熱電素子２，３上に載置した後（同（ｃ））、加熱処理を行なってバインダ７を構成する金属微粒子同士を燒結することにより熱電素子２，３を両絶縁性部材５に接合する。
【００４４】
【実施例】
本発明の作用効果を確認するため、各種バインダを用いて接合した複数の試験体の抵抗値を比較した。測定は図７に示すような構造の試験体で４端子法による抵抗測定を行なった。測定サンプルとしては２×２×５ｍｍの銅ブロック８を用い、これを接合バインダ９によって両側の銅電極１０，１１と接合し、更にこれらにリード線１２を夫々ハンダ接合１３した。
【００４５】
接合バインダ９としては、典型的なハンダと、導電性ペーストとして典型的な銀ペースト、低抵抗銀ペースト、本発明に使用した銀ナノペーストを用いた。これらの特徴及び試験体での抵抗値を表１に示す。
【表１】
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【００４６】
バインダ接合による接触抵抗を除いた本試験体の抵抗値は、銅の室温での抵抗率１×１０−８Ωｍを考えると、測定サンプルである２×２×５ｍｍの銅ブロック８自体の持っている０．０１２５ｍΩである。両側の銅電極１０，１１の影響も考えられるが、測定された抵抗値はほとんど数ｍΩであるため、表１に示す４端子法による抵抗値は略接合バインダ９（とリード線１２のハンダ接合１３との和）によるものであると考えられる。
【００４７】
この試験体は図８に示す等価回路として考えられ、銅電極抵抗１４が小さく、バインダー抵抗１５が大きいものとなる。これを先に示した図１１の従来の熱電変換モジュール１０１について考えると図９に示す等価回路となる。即ち熱電素子抵抗１６を３ｍΩとすると、バインダ抵抗１７の合計が０．１〜０．５ｍΩとなり、更にＮｉ電極接触抵抗１８の合計が０．５〜３ｍΩとなる。従って一つのモジュールあたりの合計抵抗が６ｍΩ程度と、純粋な熱電素子抵抗１６と比較して２倍程度となっている。これがモジュールすることによって実効的な性能指数が落ちる理由であると考えられる。
【００４８】
一方本発明の熱電変換モジュールについて考えると図１０に示すような等価回路となり、熱電素子抵抗１６の３ｍΩに対し、銀ナノペースト抵抗１９の合計は本試験では０．１ｍΩ以下の０．０５ｍΩ〜０．０８ｍΩとなっており、一つのモジュールあたりの実効的な抵抗を従来の熱電変換モジュールの半分程度まで下げることが可能となる。即ち、従来は銅電極と接合するためにＮｉ電極を形成し、そこにハンダ付けが行なわれていたが、銀ナノペーストを用いることによってＮｉ電極部とハンダ部を採用せず、熱電素子と銅電極と直接接合することが可能になる。
【００４９】
更に、絶縁性部材との接合も銀ナノペーストで行なうことができ、熱抵抗を減らすことができる。しかも、絶縁性部材と銅電極はミクロ的には表面がスムーズではないが、銀ナノペーストの粒子が数ｎｍ程度であるので、隙間に入り込むことによって良い熱接触が期待できる。又ハンダを用いないために、Ｎｉ電極の必要性もなくなり、接触抵抗が大きく低減される。
【００５０】
このように銀ナノペーストは、熱電素子が持っている抵抗そのものを引き出すことができ、モジュール化によっても熱電素子の性能が劣化しない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の熱電変換モジュールは、導電性部材として電極板と、平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを用いたので、Ｎｉ電極部とハンダ部を採用しなくとも熱電素子と銅電極とを直接接合することが可能になる。又、絶縁性部材と銅電極との接合も導電性ペーストで行なうことができ、熱抵抗を減らすことができ、金属微粒子が隙間に入り込むことによって良い熱接触が期待できる。
【００５２】
このような微細なサイズの金属微粒子からなる導電性ペーストを採用することで、接触抵抗が大きく低減し、熱電素子が持っている抵抗そのものを引き出すことができ、又熱電素子とも化学反応を起こさないためモジュール化によっても熱電素子の性能が劣化しない。
【００５３】
又バインダにハンダを用いないため、使用温度範囲の拡大を図ることができる。従来はハンダの融点である２００℃以下に限定されていたが、これを越える高温域でも使用可能となる。
【００５４】
請求項２記載の熱電変換モジュールは、導電性部材として平均粒径が１〜１０ｎｍである金属微粒子が液体中に分散する導電性ペーストを用いるので、従来使われていた電極板自体を取り除き、導電性ペーストを燒結した部材を電極として使用することができる。この場合、絶縁性部材と熱電素子との熱接触がさらによくなる。
【００５５】
請求項３記載の熱電変換モジュールの製造方法は、常温で粘度の高い導電性ペーストの性質を利用することで、絶縁性部材で電極板及び熱電素子を挟持し燒結によりこれらを接合するので、簡易な工程での熱電変換モジュールの製造方法が実現できる。
【００５６】
請求項４記載の熱電変換モジュールの製造方法は、絶縁性部材で熱電素子を挟持し燒結によりこれらを接合するという、より簡易な工程を採用するため製造コストの低減にも大きく寄与する。
【００５７】
請求項５記載の熱電変換モジュールと請求項６記載の熱電変換モジュールの製造方法では金属微粒子として銀または銅を採用するので絶縁性部材、電極板、熱電素子に対して良好な接合を達成し得る。又このような金属微粒子からなる熱電変換モジュールは、その使用温度範囲を−２６０℃〜１０００℃程度まで広げることができる。
【００５８】
従来のハンダを用いた熱電変換モジュールの場合、使用できる温度範囲はハンダの融点である２００℃以下に限定されており、極低温度での使用も困難であったが、銀の金属微粒子からなる導電性ペーストの場合には銀の融点９６３℃付近まで、又銅の金属微粒子からなる導電性ペーストを用いる場合には銅の融点１０８３℃付近まで温度範囲を広げることが可能となる。又導電性ペーストを用いて製作した熱電変換モジュールでは−２６０℃まで冷却した場合でも、その性能に変化はなく安定している。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱電変換モジュールの概略断面図である。
【図２】図１のａ部拡大断面図である。
【図３】熱電変換モジュールの製造方法を示すフロー図である。
【図４】別の実施形態の熱電変換モジュールの概略断面図である。
【図５】図４のｂ部拡大断面図である。
【図６】別の実施形態の熱電変換モジュールの製造方法を示すフロー図である。
【図７】試験体抵抗測定用の説明図である。
【図８】試験体の等価回路図である。
【図９】従来の熱電変換モジュールの等価回路図である。
【図１０】本発明の熱電変換モジュールの等価回路図である。
【図１１】従来の熱電変換モジュールの概略断面図である。
【図１２】図１１のｃ部拡大断面図である。
【図１３】従来の熱電変換モジュールの製造方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１  熱電変換モジュール
２  熱電素子
３  熱電素子
４  導電性部材
５  絶縁性部材
６  銅電極
７  バインダ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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