JPH08236816A - 熱電素子 - Google Patents
熱電素子Info
- Publication number
- JPH08236816A JPH08236816A JP7039958A JP3995895A JPH08236816A JP H08236816 A JPH08236816 A JP H08236816A JP 7039958 A JP7039958 A JP 7039958A JP 3995895 A JP3995895 A JP 3995895A JP H08236816 A JPH08236816 A JP H08236816A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric element
- electrode
- metal
- joint
- metal wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱電素子本体１の電極２と電力取り出し用金
属線３との接合部の耐熱性を高める。 【構成】 金属線３を電極２に金属ペースト６で接合す
る。 【効果】 電極と金属線との接合部は、電極の焼き付け
温度と同等の高温の焼き付け温度で形成されたものであ
るため、瞬間的にこのような高温にさらされても、接合
部の特性の劣化は起こらない。また、２００〜３００℃
の比較的高い温度に定常的に使用された場合であって
も、従来のはんだ接合品に比べて格段に高い信頼性を得
ることができる。
属線３との接合部の耐熱性を高める。 【構成】 金属線３を電極２に金属ペースト６で接合す
る。 【効果】 電極と金属線との接合部は、電極の焼き付け
温度と同等の高温の焼き付け温度で形成されたものであ
るため、瞬間的にこのような高温にさらされても、接合
部の特性の劣化は起こらない。また、２００〜３００℃
の比較的高い温度に定常的に使用された場合であって
も、従来のはんだ接合品に比べて格段に高い信頼性を得
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱電素子に係り、特に、
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する特徴を生か
し、可動部のないジェネレータとして、或いは温度セン
サーとして利用される熱電素子の改良に関する。
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する特徴を生か
し、可動部のないジェネレータとして、或いは温度セン
サーとして利用される熱電素子の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的な熱電素子は、ｐ型半導体のブロ
ック体とｎ型半導体のブロック体とを金属を介して接合
（π型接合）したものであり、この接合部（以下「高温
端」と称する場合がある。）を熱すると、ゼーベック効
果により、高温端とその反対側の半導体端部（以下「低
温端」と称する場合がある。）との温度差に比例した起
電力を発生する。
ック体とｎ型半導体のブロック体とを金属を介して接合
（π型接合）したものであり、この接合部（以下「高温
端」と称する場合がある。）を熱すると、ゼーベック効
果により、高温端とその反対側の半導体端部（以下「低
温端」と称する場合がある。）との温度差に比例した起
電力を発生する。
【０００３】従来、熱電素子はこのような特性を生かし
て、ジェネレータとして、或いは温度センサーとして利
用されている。
て、ジェネレータとして、或いは温度センサーとして利
用されている。
【０００４】図３は、このような用途に用いられる熱電
素子の構成を示す斜視図であり、熱電素子本体１の低温
端１Ａ側に形成された電極（外部電極）２に電力取り出
し用の金属線（リード線）３を接続して固定し（図中、
４は接合部を示す。）、高温端１Ｂで受けた熱により生
じる高温端１Ｂと低温端１Ａとの温度差で発生する電力
を、金属線２で取り出すように構成されている。
素子の構成を示す斜視図であり、熱電素子本体１の低温
端１Ａ側に形成された電極（外部電極）２に電力取り出
し用の金属線（リード線）３を接続して固定し（図中、
４は接合部を示す。）、高温端１Ｂで受けた熱により生
じる高温端１Ｂと低温端１Ａとの温度差で発生する電力
を、金属線２で取り出すように構成されている。
【０００５】従来、熱電素子の電極はめっき又は金属ペ
ーストの焼き付けにより形成される。めっきとしてはニ
ッケルとはんだが一般的である。また、金属ペーストは
主に銀粉とガラスからなるペーストが多く用いられる
が、更に微量金属を加えてオーミックコンタクトをとれ
るようにしたものもある。
ーストの焼き付けにより形成される。めっきとしてはニ
ッケルとはんだが一般的である。また、金属ペーストは
主に銀粉とガラスからなるペーストが多く用いられる
が、更に微量金属を加えてオーミックコンタクトをとれ
るようにしたものもある。
【０００６】このようにして形成された電極と電力取り
出し用金属線とは、一般にははんだで接合されている。
出し用金属線とは、一般にははんだで接合されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】はんだはスポット溶接
やアーク溶接に比べて量産性に優れ、コストも安いとい
う優れた特長を有するが、その融点が２００〜３００℃
で、耐熱性が低いという欠点がある。
やアーク溶接に比べて量産性に優れ、コストも安いとい
う優れた特長を有するが、その融点が２００〜３００℃
で、耐熱性が低いという欠点がある。
【０００８】一般的な電子部品ではその使用温度の上限
は高々１００℃であるため大きな問題は生じない。しか
し、先端の高温端が５００℃以上の高温に加熱される熱
電素子では、熱伝導により電極部も２００℃以上の高温
に上昇することがある。このような高温使用を前提とし
た熱電素子では、はんだによる接合では長期の使用にお
ける信頼性が得られない。
は高々１００℃であるため大きな問題は生じない。しか
し、先端の高温端が５００℃以上の高温に加熱される熱
電素子では、熱伝導により電極部も２００℃以上の高温
に上昇することがある。このような高温使用を前提とし
た熱電素子では、はんだによる接合では長期の使用にお
ける信頼性が得られない。
【０００９】なお、スポット溶接やアーク溶接は、金属
と金属との接合では実績があるが、熱電素子のように半
導体よりなり、しかも表面状態や寸法形状が様々である
ものに対しては、実用上その適用は難しい。
と金属との接合では実績があるが、熱電素子のように半
導体よりなり、しかも表面状態や寸法形状が様々である
ものに対しては、実用上その適用は難しい。
【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決し、電極
と電力取り出し用金属線との接合部の耐熱温度が高く、
耐熱性に優れた熱電素子を提供することを目的とする。
と電力取り出し用金属線との接合部の耐熱温度が高く、
耐熱性に優れた熱電素子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】請求項１の熱電素子は、
熱電素子本体の表面に形成された電極に電力取り出し用
金属線が接合されてなる熱電素子において、該金属線
は、金属粒子を含んだガラス固化体によって前記電極に
接合されていることを特徴とする。
熱電素子本体の表面に形成された電極に電力取り出し用
金属線が接合されてなる熱電素子において、該金属線
は、金属粒子を含んだガラス固化体によって前記電極に
接合されていることを特徴とする。
【００１２】請求項２の熱電素子は、請求項１の熱電素
子において、前記金属粒子を含有したガラス固化体は金
属ペーストの焼き付けにより形成されたものであること
を特徴とする。
子において、前記金属粒子を含有したガラス固化体は金
属ペーストの焼き付けにより形成されたものであること
を特徴とする。
【００１３】請求項３の熱電素子は、請求項１又は２に
おいて、前記金属粒子を含んだガラス固化体の外面が、
金属粒子を含まないガラス固化体で覆われていることを
特徴とする。
おいて、前記金属粒子を含んだガラス固化体の外面が、
金属粒子を含まないガラス固化体で覆われていることを
特徴とする。
【００１４】請求項４の熱電素子は、請求項１ないし３
のいずれか１項において、前記ガラスの軟化点は５００
〜６５０℃であることを特徴とする。
のいずれか１項において、前記ガラスの軟化点は５００
〜６５０℃であることを特徴とする。
【００１５】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。
する。
【００１６】図１は本発明の熱電素子の電極と電力取り
出し用金属線との接合部の一実施例を示す断面図であ
る。
出し用金属線との接合部の一実施例を示す断面図であ
る。
【００１７】このような接合部を形成するには、まず、
熱電素子本体１の低温端１Ａ側に、金属ペーストの塗
布、焼き付けにより形成した電極２に、金属ペースト６
を用いて金属線３を仮接合する。この仮接合は、金属ペ
ースト６を電極２に塗布し、この塗布面に金属線３を押
し付け、１２０〜１７０℃で６〜１２分程度乾燥するこ
とにより行う。
熱電素子本体１の低温端１Ａ側に、金属ペーストの塗
布、焼き付けにより形成した電極２に、金属ペースト６
を用いて金属線３を仮接合する。この仮接合は、金属ペ
ースト６を電極２に塗布し、この塗布面に金属線３を押
し付け、１２０〜１７０℃で６〜１２分程度乾燥するこ
とにより行う。
【００１８】次に、この仮接合部にガラスペースト７を
塗布して仮接合部を覆い、金属ペースト６の焼き付け温
度で１〜３分程度焼成して一体接合する。なお、この接
合に当り、熱電素子全体を加熱炉中に入れると金属線の
表面の酸化が起こるため、スポット加熱等で接合部のみ
を加熱するのが好ましい。
塗布して仮接合部を覆い、金属ペースト６の焼き付け温
度で１〜３分程度焼成して一体接合する。なお、この接
合に当り、熱電素子全体を加熱炉中に入れると金属線の
表面の酸化が起こるため、スポット加熱等で接合部のみ
を加熱するのが好ましい。
【００１９】接合に用いる金属ペーストとしては、電極
の形成に用いた金属ペーストと同組成のものが好まし
く、また、金属ペーストに配合するガラス粉末として
は、軟化点５００〜６５０℃程度で、その熱膨張係数が
金属線の熱膨張係数に近いもの、例えば、Ｋ2 Ｏ−Ｐｂ
Ｏ−ＳｉＯ2 系ガラス粉末が好ましい。
の形成に用いた金属ペーストと同組成のものが好まし
く、また、金属ペーストに配合するガラス粉末として
は、軟化点５００〜６５０℃程度で、その熱膨張係数が
金属線の熱膨張係数に近いもの、例えば、Ｋ2 Ｏ−Ｐｂ
Ｏ−ＳｉＯ2 系ガラス粉末が好ましい。
【００２０】このガラスの軟化点が５００℃未満である
と十分な耐熱性が得られず、６５０℃を超えると接合時
の焼成温度が高くなり、実用上好ましくない。
と十分な耐熱性が得られず、６５０℃を超えると接合時
の焼成温度が高くなり、実用上好ましくない。
【００２１】なお、ガラスは結晶化ガラスであっても良
い。
い。
【００２２】ガラスペーストとしては、上記金属ペース
トから、金属粉末を除いたものを用いることができ、そ
のガラス粉末としては、金属ペースト中のガラス粉末と
同一のものを用いることができる。
トから、金属粉末を除いたものを用いることができ、そ
のガラス粉末としては、金属ペースト中のガラス粉末と
同一のものを用いることができる。
【００２３】なお、本発明において、ガラスペーストに
よる表面被覆層は必ずしも必要とされないが、この被覆
層を設けることにより、接合部が保護され、耐久性が高
められる。
よる表面被覆層は必ずしも必要とされないが、この被覆
層を設けることにより、接合部が保護され、耐久性が高
められる。
【００２４】
【作用】一般に、金属ペーストの焼き付け温度は６００
℃以上であり、ガラスの軟化点は５００℃以上である。
℃以上であり、ガラスの軟化点は５００℃以上である。
【００２５】本発明の熱電素子では、電極と金属線との
接合部は、電極の焼き付け温度と同等の高温の焼き付け
温度で形成されたものであるため、瞬間的にこのような
高温にさらされても、接合部の特性の劣化は起こらな
い。また、２００〜３００℃の比較的高い温度に定常的
に使用された場合であっても、従来のはんだ接合品に比
べて格段に高い信頼性を得ることができる。
接合部は、電極の焼き付け温度と同等の高温の焼き付け
温度で形成されたものであるため、瞬間的にこのような
高温にさらされても、接合部の特性の劣化は起こらな
い。また、２００〜３００℃の比較的高い温度に定常的
に使用された場合であっても、従来のはんだ接合品に比
べて格段に高い信頼性を得ることができる。
【００２６】請求項２の熱電素子によれば、金属ペース
トの塗布、焼き付けにより、容易かつ効率的に接合を行
える。
トの塗布、焼き付けにより、容易かつ効率的に接合を行
える。
【００２７】請求項３の熱電素子によれば、接合部の耐
久性がより一層高められる。
久性がより一層高められる。
【００２８】請求項４の熱電素子によれば、熱電素子の
接合作業性及び接合部の耐熱性が良好となる。
接合作業性及び接合部の耐熱性が良好となる。
【００２９】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
説明する。
【００３０】なお、以下の実施例において、用いた金属
ペーストは市販のオーミック電極用ペーストであり、ガ
ラスペーストはシリカ鉛系ガラスペーストである。これ
ら金属ペースト及びガラスペースト中のガラスの軟化点
は５５０℃である。また、はんだは、Ｈ６３Ａはんだで
ある。
ペーストは市販のオーミック電極用ペーストであり、ガ
ラスペーストはシリカ鉛系ガラスペーストである。これ
ら金属ペースト及びガラスペースト中のガラスの軟化点
は５５０℃である。また、はんだは、Ｈ６３Ａはんだで
ある。
【００３１】実施例１ ＦｅＳｉ2 系熱電素子本体の端部に、金属ペーストを塗
布し、７００℃で一分間保持して焼き付け、電極を形成
した。この電極に再び先の金属ペーストを塗布するとと
もに直径０．５ｍｍのジメット線を押し付け、１００℃
で１５分間乾燥した。このようにして電極とジメット線
を仮接合した上に、ガラスペーストを接合部全体を覆う
ように塗布した。この後、接合部をスポット加熱で７０
０℃に２分間保持し、ガラスを含む接合部を一体焼結し
た。
布し、７００℃で一分間保持して焼き付け、電極を形成
した。この電極に再び先の金属ペーストを塗布するとと
もに直径０．５ｍｍのジメット線を押し付け、１００℃
で１５分間乾燥した。このようにして電極とジメット線
を仮接合した上に、ガラスペーストを接合部全体を覆う
ように塗布した。この後、接合部をスポット加熱で７０
０℃に２分間保持し、ガラスを含む接合部を一体焼結し
た。
【００３２】このようにして得られた本発明品と、従来
の焼き付け電極にジメット線をはんだ付けで接合した素
子との耐熱性を比較した。双方の熱電素子の先端をバー
ナーで昇温し、接合部近傍の温度と素子の発生する電圧
をモニターし、結果を図２に示した。なお、昇温は、バ
ーナーの熱量の制約により３５０℃までの温度範囲とな
った。図２より明らかなように、はんだ品は２１０℃で
電圧が急激に低下し、その後はほぼゼロとなっている。
これは、はんだが溶けて接合がはずれて出力電圧をモニ
ターできなくなったことを示す。一方、本発明品では接
合部の温度が３５０℃でも問題なく出力が得られてい
る。
の焼き付け電極にジメット線をはんだ付けで接合した素
子との耐熱性を比較した。双方の熱電素子の先端をバー
ナーで昇温し、接合部近傍の温度と素子の発生する電圧
をモニターし、結果を図２に示した。なお、昇温は、バ
ーナーの熱量の制約により３５０℃までの温度範囲とな
った。図２より明らかなように、はんだ品は２１０℃で
電圧が急激に低下し、その後はほぼゼロとなっている。
これは、はんだが溶けて接合がはずれて出力電圧をモニ
ターできなくなったことを示す。一方、本発明品では接
合部の温度が３５０℃でも問題なく出力が得られてい
る。
【００３３】一般に、高温はんだと称されるものであっ
ても、融点は高々３１０℃程度であり、この結果より、
本発明品ははんだ品に比べて耐熱性が高いことが確認さ
れた。
ても、融点は高々３１０℃程度であり、この結果より、
本発明品ははんだ品に比べて耐熱性が高いことが確認さ
れた。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の熱電素子に
よれば、熱電素子本体の電極と金属線との接合部の耐熱
温度が高く、従って、従来品に比べてより広い温度範囲
で使用することができる熱電素子が提供される。
よれば、熱電素子本体の電極と金属線との接合部の耐熱
温度が高く、従って、従来品に比べてより広い温度範囲
で使用することができる熱電素子が提供される。
【図１】本発明の実施例に係る熱電素子の金属線接合部
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】実施例１で行った、本発明品と従来のはんだ品
との耐熱性比較結果を示すグラフである。
との耐熱性比較結果を示すグラフである。
【図３】従来の実施例に係る熱電素子の金属線接合部を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】一般的な熱電素子の構成を示す斜視図である。
１ 熱電素子本体 ２ 電極 ３ 金属線 ６ 金属ペースト ７ ガラスペースト
Claims (4)
- 【請求項１】 熱電素子本体の表面に形成された電極に
電力取り出し用金属線が接合されてなる熱電素子におい
て、 該金属線は、金属粒子を含んだガラス固化体によって前
記電極に接合されていることを特徴とする熱電素子。 - 【請求項２】 請求項１の熱電素子において、前記金属
粒子を含有したガラス固化体は金属ペーストの焼き付け
により形成されたものであることを特徴とする熱電素
子。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、前記金属粒子
を含んだガラス固化体の外面が、金属粒子を含まないガ
ラス固化体で覆われていることを特徴とする熱電素子。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、前記ガラスの軟化点は５００〜６５０℃であること
を特徴とする熱電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7039958A JPH08236816A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7039958A JPH08236816A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 熱電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236816A true JPH08236816A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12567475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7039958A Withdrawn JPH08236816A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236816A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002232023A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 熱電素子および熱電発電モジュール |
-
1995
- 1995-02-28 JP JP7039958A patent/JPH08236816A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002232023A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 熱電素子および熱電発電モジュール |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020507 |