JPH0221675A - 薄膜サーモパイル用基板 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜サーモパイルに用いられる基板の改良に
関し、特に熱伝導構造が改良されたものに関する。

〔従来の技術〕

従来より、絶縁性基板上に薄膜状の熱電体を形成してな
る薄膜サーモパイルが周知である。（例えば、特開昭６
１−２５９５８０号、特開昭５７７１７２号等）。

ところで、絶縁性基板は、通常、ガラスやセラミックス
等より構成されているが、その上に形成される薄膜状の
熱電体の特性を安定化するには、表面が平滑であること
が要求される。安価であり、しかもこの要求を満たすも
のとして、従来よりＡ２．０１等の非常に緻密なセラミ
ックス材が用いられている。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕しかしながら、
Ａｊ！、Ｏ，のような非常に緻密な焼結体よりなる基板
を用いた場合には、緻密であるが故に基板の熱伝導の影
響を無視することができない、すなわち、基板の熱伝導
性が高いため、熱源から放射されたエネルギが基板側へ
逃げやすく、熱電変換効率も充分ではなかった。また、
熱伝導性が高いため、応答怒度の点でも充分なものとは
ならなかった。

よって、本発明の目的は、熱電変換効率に優れ、かつ高
感度のサーモパイルを得ることが可能なサーモパイル用
基板を提供することにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明の薄膜サーモバイル用基板は、薄膜状熱電体が形
成される部分が緻密なセラミックスよりなり、残りの部
分のうち、少なくとも上記緻密なセラミックスと接触す
る部分が多孔質セラミックスよりなることを特徴とする
。

〔作用〕

一般に、熱電変換効率を示す指標として、次式で表され
る性能指数Ｚが用いられている。

性能指数Ｚ−α８／（ρ・Ｋ） 上記の式において、αはゼーベック係数を、ρは比抵抗
を、Ｋは熱伝導率を示す、この式に表される性能指数Ｚ
が大きい程、熱電変換効率が高いことを示す、性能指数
Ｚを大きくするには、ゼーベック係数αを大きくするか
、あるいは比抵抗ρおよび熱伝導率Ｋを小さくする必要
がある。

ゼーベック係数αおよび比抵抗ρは、共に薄板状の熱電
体の特性により決定される。他方、熱伝導率には、薄膜
状熱電体だけでなく、該熱電体を支持している基板によ
っても影響される。これは、薄膜状熱電体で得られた熱
量が、基板側に伝導されるからである。すなわち、基板
の熱伝導率が結果的にサーモバイルの熱電特性に影響を
及ぼしている。

従って、熱伝導率の小さい基板を用いることが望ましい
、しかしながら、薄膜サーモパイルでは、上述した通り
、薄膜の形成される部分が平滑でなければならない、そ
のため、熱伝導率の大きなＡｌ２Ｏ，のような緻密な焼
結体よりなる基板を用いざるを得なかった。

そこで、本願発明者たちは、多孔質セラミックスよりな
る基板を用いて熱伝導率を低め、かつ薄膜状熱電体の形
成される部分を従来通りの緻密なセラミックスより構成
すれば、前述の問題点を解消し得ることを見出し、本願
発明を成すに至ったものである。

すなわち、本願発明では、薄膜の形成される部分が緻密
なセラミックスで構成されており、従って表面が平滑に
保たれており、かつ残りの部分のうち少なくとも該緻密
なセラミックスと接触する部分が多孔質セラミックスに
より構成されているので、熱伝導率の低い薄膜サーモパ
イル用基板が実現されている。

〔実施例の説明〕

Ａｌｔｏｓを主体とし、焼結助剤として５ｉＯ８および
ＭｇＯを添加し、さらにバインダーを加えてなる材料を
混練し、しかる後、該混線物より第１のセラミックグリ
ーンシートを成形する。

他方、上記と同一材料に、さらに有機セルロースを５０
ｆＥ量％加えたものを混練し、該混線物より第２のセラ
ミックグリーンシートを成形する。

第２図に示すように、第１．第２のセラミックグリーン
シート１，２を重ね合わせ、圧着し、さらに所定の大き
さに切断することにより、図示の成形体３を得る。この
成形体３を１４００℃〜１６００℃の温度で焼成し、０
．５Ｗ厚の実施例の基板を得る。

第１図に示すように、得られた基板４では、０゜１１厚
の緻密なセラミックス部分５と、０．４Ｗ厚の多孔質セ
ラミックス部分６とが層を成すように成形されており、
全体として０．５圓の厚みを看するように構成されてい
る。

比較のために、第１の材料のみからなるセラミックグリ
ーンシートを用いて０．５ｍｍ厚の焼結基板を作製し、
比較例として用意した。

第３図に示すように、実施例の基板４上に、１０Ｘ２Ｘ
Ｏ，５Ｍで、１０μｍ厚のＣｕｔＯＦ！膜７を形成する
。比較例の基板についても、同様のＣｕｘＯｙｌ［膜を
形成する。

次に、第４図に示すように、両端から２順のところまで
至るように、Ａｇを蒸着し、電極８．９を形成する。比
較例の基板においても同様の電極を形成する。

上記のようにして得られた実施例および比較例のサーモ
バイルを第５図の装置にセットし、その熱起電力を測定
した。

なお、第５図において１１は恒温層を示し、咳恒温層１
１内は２５°Ｃとなるように調整した。この恒温層１１
内には、電極８．９間に温度差を与えるためのヒータ１
２，１３が配置されている。

このヒーター２．１３とサーモパイル側の電極８゜９と
の間には、サーモパイルの熱起電力を測定するための電
極１４．１５が配置されている。測定に際しては、この
電極１４．１５にサーモパイル側の電極８，９を当接さ
せるように、図示のようにサーモパイルを裏返した状態
で重ね合わせ、その状態で、ヒーター２．１３間に温度
差を与え、熱起電力を測定した。

結果を、下記の表に示す。

表 上記の表から明らかなように、実施例によれば、比較例
に比べて、熱起電力の指標となるゼーベック係数がかな
り高くなることがわかる。これは、比較例に比べて基板
の熱伝導性が抑えられているので、基板を通した熱放散
が抑制されるからである。このように、熱伝導性の低い
本実施例の基板を用いれば、高熱起電力および高効率の
サーモパイルを容易に得ることができる。

なお、上記実施例では、第１．第２のセラミックグリー
ンシートを積層した後に焼成して基板を作製したが、予
め多孔質焼結板を作製し、該多孔質焼結板をセラミック
・スラリーに浸漬したり、あるいはその表面にスラリー
を塗布した後に焼成する方法や、多孔質成形体をスラリ
ーに浸漬した後に焼成する方法等によっても、同様の構
造の基板を得ることができる。

また、上記実施例では、多孔質セラミックス層の一方面
側に緻密なセラミックスが配置されているが、多孔質セ
ラミックスの両側に緻密なセラミックス層が配置されて
いるように基板を構成してもよい。その場合には、多孔
質セラミックス層の両側が緻密なセラミックス層で覆わ
れているため、基板強度を高めることができる。

すなわち、その上に薄膜が形成される部分以外の残りの
部分の全てを多孔質セラミックスにより構成する必要は
必ずしもなく、少な（とも薄膜がその上に形成される緻
密なセラミックス部分と接触する部分を多孔質セラミッ
クスで構成すれば、本発明の効果を得ることができ、そ
のような効果を得ることができる限り、基板の物理的な
構造は図示のものに限らない、もっとも、多孔質部を緻
密な部分に比べて厚くすることが熱放散防止の点で好ま
しい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、基板の熱伝導性が効果
的に低められ、かつ薄膜状熱電体の形成される部分の平
滑性が維持されているので、強度および性能の安定性を
維持したまま、熱電変換効率に優れ、かつ高感度の薄膜
サーモパイルを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側面図、第２図は第１図実
施例を得るのに用いたセラミックス成形体の側面図、第
３図は第１図実施例上に薄膜状熱電体を形成した状態の
側面図、第４図は電極を形成した状態を示す側面図、第
５図は熱起電力測定装置を説明するための略図的側面図
である。 図において、４は基板、５は緻密なセラミックス部分、
６は多孔質セラミックス部分、７は薄膜状熱電体を示す
。 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 その上に薄膜状熱電体が形成されるサーモパイル用基板
   において、 前記薄膜状熱電体の形成される部分が緻密なセラミック
   スよりなり、残りの部分のうち、少なくとも前記緻密な
   セラミックスと接触する部分が多孔質セラミックスより
   なることを特徴とする、薄膜サーモパイル用基板。