JPH1098216A - 熱電発電素子の製造方法 - Google Patents
熱電発電素子の製造方法Info
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- JPH1098216A JPH1098216A JP8250742A JP25074296A JPH1098216A JP H1098216 A JPH1098216 A JP H1098216A JP 8250742 A JP8250742 A JP 8250742A JP 25074296 A JP25074296 A JP 25074296A JP H1098216 A JPH1098216 A JP H1098216A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 腕時計、電卓、電子体温計などの小型電子機
器に用いられる、出力数μＷ〜数ｍＷの小型熱電発電素
子を効率的に製造する。 【解決手段】 エアロゾル化室１で熱電材料の微粒子を
エアロゾル化し、搬送管３によって成膜室に搬送し、ノ
ズル６を通して高速で基板７に噴射することによって熱
電材料の膜９を形成する。また、基板７またはノズル６
を一定の速度で移動させることにより、ｐ型の膜とｎ型
の膜とが電気的に絶縁されたストライプ状のパターンを
同一基板上に形成する。
器に用いられる、出力数μＷ〜数ｍＷの小型熱電発電素
子を効率的に製造する。 【解決手段】 エアロゾル化室１で熱電材料の微粒子を
エアロゾル化し、搬送管３によって成膜室に搬送し、ノ
ズル６を通して高速で基板７に噴射することによって熱
電材料の膜９を形成する。また、基板７またはノズル６
を一定の速度で移動させることにより、ｐ型の膜とｎ型
の膜とが電気的に絶縁されたストライプ状のパターンを
同一基板上に形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、消費電力が数μＷ
から数ｍＷレベルの小型電子機器、例えば、腕時計、電
卓、電子体温計などの電源として用いられる体温と気温
との温度差を利用した小型熱電発電素子に関するもので
ある。
から数ｍＷレベルの小型電子機器、例えば、腕時計、電
卓、電子体温計などの電源として用いられる体温と気温
との温度差を利用した小型熱電発電素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】熱電発電素子を電源として用いる電子機
器としては、腕時計に応用する例が考案されている。こ
の熱電発電素子を電源とする腕時計は、腕に接する裏フ
タ部を高温部、表面外周部や腕時計内部の文字盤やムー
ブメントを低温部とし、その間に、ｐ型とｎ型の熱電材
料を電流に対しては直列に、熱流に対しては並列に接続
した素子を配置し、ゼーベック効果により発生した電圧
を利用するものである。
器としては、腕時計に応用する例が考案されている。こ
の熱電発電素子を電源とする腕時計は、腕に接する裏フ
タ部を高温部、表面外周部や腕時計内部の文字盤やムー
ブメントを低温部とし、その間に、ｐ型とｎ型の熱電材
料を電流に対しては直列に、熱流に対しては並列に接続
した素子を配置し、ゼーベック効果により発生した電圧
を利用するものである。
【０００３】熱電材料のゼーベック係数は一般に200μ
Ｖ／Ｋ程度であり、温度差は１〜３℃程度であるため、
腕時計を駆動するためには、ｐ型とｎ型の熱電材料を数
百〜数千個直列に接続する必要がある。このように集積
度の高い熱電発電素子を効率よく作製するために、蒸
着、スパッタリング、イオンビーム、スクリーン印刷な
どの方法がすでに考案されており、例えば特開昭５２−
２０８７２号公報、特開昭５３−３１９８５号公報など
に記載されている。
Ｖ／Ｋ程度であり、温度差は１〜３℃程度であるため、
腕時計を駆動するためには、ｐ型とｎ型の熱電材料を数
百〜数千個直列に接続する必要がある。このように集積
度の高い熱電発電素子を効率よく作製するために、蒸
着、スパッタリング、イオンビーム、スクリーン印刷な
どの方法がすでに考案されており、例えば特開昭５２−
２０８７２号公報、特開昭５３−３１９８５号公報など
に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スパッタリングや蒸着法では成膜速度が低く、生産効率
が悪い。膜厚が薄い場合、発電量は小さく小型電子機器
の電源として不十分であった。十分な膜厚を確保するた
めには、スラリー状にしてスクリーン印刷した後、脱
脂、焼結する方法があるが、ｐ型とｎ型のストライプ状
の膜を同一基板上に形成することが困難である。そのた
め、なんらかのパターン形成の工程を必要とするという
問題があった。また、脱脂が十分でないと不純物が残留
するなどして性能が低下するという問題があった。特
に、室温で性能指数の高いＢｉ2Ｔｅ3系熱電材料は、融
点が低く十分に脱脂出来ないという問題があった。
スパッタリングや蒸着法では成膜速度が低く、生産効率
が悪い。膜厚が薄い場合、発電量は小さく小型電子機器
の電源として不十分であった。十分な膜厚を確保するた
めには、スラリー状にしてスクリーン印刷した後、脱
脂、焼結する方法があるが、ｐ型とｎ型のストライプ状
の膜を同一基板上に形成することが困難である。そのた
め、なんらかのパターン形成の工程を必要とするという
問題があった。また、脱脂が十分でないと不純物が残留
するなどして性能が低下するという問題があった。特
に、室温で性能指数の高いＢｉ2Ｔｅ3系熱電材料は、融
点が低く十分に脱脂出来ないという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスデポジシ
ョン法により小型熱電発電素子のｐ型とｎ型の微細なパ
ターンを効率よく形成することにより上記の課題を解決
するものである。
ョン法により小型熱電発電素子のｐ型とｎ型の微細なパ
ターンを効率よく形成することにより上記の課題を解決
するものである。
【０００６】具体的に本発明の熱電発電素子の製造方法
は、熱電材料の微粒子をガス流にのせてノズルを通して
高速で基板に噴射することにより膜を形成することを特
徴とする。
は、熱電材料の微粒子をガス流にのせてノズルを通して
高速で基板に噴射することにより膜を形成することを特
徴とする。
【０００７】また、成膜の際に基板またはノズルを一定
の速度で移動させることによりパターンを形成するこ
と、および、一定の間隔を保持した複数のノズルを用い
ることによって、ストライプ状のパターンを形成するこ
とを特徴とする。
の速度で移動させることによりパターンを形成するこ
と、および、一定の間隔を保持した複数のノズルを用い
ることによって、ストライプ状のパターンを形成するこ
とを特徴とする。
【０００８】さらに、スリット状のノズルで幅の広い膜
を生成した後、エッチング、レーザー加工、放電加工、
と粒を用いた機械加工によって不要な部分を除去するこ
と、または、成膜の際にｐ型の熱電材料とｎ型の熱電材
料の間に絶縁膜をはさみながら膜を多重に積層すること
によってパターンを形成することを特徴とする。
を生成した後、エッチング、レーザー加工、放電加工、
と粒を用いた機械加工によって不要な部分を除去するこ
と、または、成膜の際にｐ型の熱電材料とｎ型の熱電材
料の間に絶縁膜をはさみながら膜を多重に積層すること
によってパターンを形成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】ガスデポジション法は、加熱、蒸
発させて微粒子を生成するガス中蒸発法と、別の方法で
生成した微粒子を容器に入れてエアロゾル状にするエア
ロゾル法がある。熱電材料のような化合物の微粒子を生
成するには、エアロゾル法が好ましい。以下、エアロゾ
ル法を例に本発明について詳しく説明する。
発させて微粒子を生成するガス中蒸発法と、別の方法で
生成した微粒子を容器に入れてエアロゾル状にするエア
ロゾル法がある。熱電材料のような化合物の微粒子を生
成するには、エアロゾル法が好ましい。以下、エアロゾ
ル法を例に本発明について詳しく説明する。
【００１０】熱電材料はＢｉ2Ｔｅ3系、ＰｂＴｅ、Ｓｉ
−Ｇｅ、ＦｅＳｉ2、ＣｏＳｂ3系などがあり、不純物を
ドープすることによってｐ型とｎ型が作製できる。バル
ク材料または急冷法などで得られた粉末を微粉砕するこ
とにより粒径がサブミクロンレベルの微粒子を作製す
る。
−Ｇｅ、ＦｅＳｉ2、ＣｏＳｂ3系などがあり、不純物を
ドープすることによってｐ型とｎ型が作製できる。バル
ク材料または急冷法などで得られた粉末を微粉砕するこ
とにより粒径がサブミクロンレベルの微粒子を作製す
る。
【００１１】図１は、エアロゾル法による熱電材料の成
膜装置の概略図である。
膜装置の概略図である。
【００１２】装置は粉をエアロゾル化するエアロゾル化
室１、成膜室２、その間をつなぐ搬送管３、真空排気用
ポンプ４で構成されている。エアロゾル化室１では、熱
電材料の微粒子５が導入されたガスによって舞い上げら
れてエアロゾル状となる。微粒子はエアロゾル化室１と
成膜室２の圧力差によって、搬送管３に吸い込まれ成膜
室に運ばれ、加速されて搬送管先端のノズル６より高速
で吹き出されて基板７に衝突し、膜を形成する。ガスは
すぐ拡散するが、微粒子は質量が大きいため衝突した部
分にのみ堆積する。ガスは、熱電材料の酸化を防ぐため
に、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒなどの不活性ガスが使われる。
室１、成膜室２、その間をつなぐ搬送管３、真空排気用
ポンプ４で構成されている。エアロゾル化室１では、熱
電材料の微粒子５が導入されたガスによって舞い上げら
れてエアロゾル状となる。微粒子はエアロゾル化室１と
成膜室２の圧力差によって、搬送管３に吸い込まれ成膜
室に運ばれ、加速されて搬送管先端のノズル６より高速
で吹き出されて基板７に衝突し、膜を形成する。ガスは
すぐ拡散するが、微粒子は質量が大きいため衝突した部
分にのみ堆積する。ガスは、熱電材料の酸化を防ぐため
に、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒなどの不活性ガスが使われる。
【００１３】膜密度が高いほど電気抵抗が低くなるが、
膜密度を制御するためには、圧力差をなるべく大きくす
るとか、ヒータ８によって基板温度を高くしたり、搬送
管やノズルを加熱するといった方法がある。また、微粒
子径を小さくすることも重要である。
膜密度を制御するためには、圧力差をなるべく大きくす
るとか、ヒータ８によって基板温度を高くしたり、搬送
管やノズルを加熱するといった方法がある。また、微粒
子径を小さくすることも重要である。
【００１４】このような微粒子を堆積させた膜はバルク
の材料に比べてフォノンの平均自由工程が小さく熱伝導
率が低いため性能が高い。また、粒界制御のために異種
材料の微粒子と複合化させたり、これらの材料を積層し
て傾斜機能化することも可能で、発電効率を上げるため
に有効である。
の材料に比べてフォノンの平均自由工程が小さく熱伝導
率が低いため性能が高い。また、粒界制御のために異種
材料の微粒子と複合化させたり、これらの材料を積層し
て傾斜機能化することも可能で、発電効率を上げるため
に有効である。
【００１５】図２〜図６は、本発明による熱電材料膜生
成の実施例を示す概略図である。図２は、基板７または
ノズル６を一定の速度で移動し線状の熱電材料膜９を形
成するもので、移動速度は、堆積速度と必要な膜厚を考
慮して調整する。この方法によって形成される膜の幅は
ノズル径とほぼ同じかやや大きいが、ノズルと基板の距
離を調整することによって多少の制御が可能である。小
型熱電発電素子の作製のためには幅が数十〜数百μｍの
膜が必要であるため、ノズル径もこれと同じぐらいの大
きさにすることが望ましい。ノズルと基板との距離はノ
ズル径の数倍程度、ノズルまたは基板の移動速度は数十
〜数百μｍ／ｓとすることが望ましい。成膜速度は条件
によって異なるなるが、数十〜数百μｍ／ｓ程度であ
り、最終膜厚は数十〜数百μｍが望ましい。
成の実施例を示す概略図である。図２は、基板７または
ノズル６を一定の速度で移動し線状の熱電材料膜９を形
成するもので、移動速度は、堆積速度と必要な膜厚を考
慮して調整する。この方法によって形成される膜の幅は
ノズル径とほぼ同じかやや大きいが、ノズルと基板の距
離を調整することによって多少の制御が可能である。小
型熱電発電素子の作製のためには幅が数十〜数百μｍの
膜が必要であるため、ノズル径もこれと同じぐらいの大
きさにすることが望ましい。ノズルと基板との距離はノ
ズル径の数倍程度、ノズルまたは基板の移動速度は数十
〜数百μｍ／ｓとすることが望ましい。成膜速度は条件
によって異なるなるが、数十〜数百μｍ／ｓ程度であ
り、最終膜厚は数十〜数百μｍが望ましい。
【００１６】図３は、ノズル６を複数本同時に使用し一
定間隔をもった熱電材料膜９のパターンを形成するもの
である。小型熱電発電素子はｐ型とｎ型の膜を高密度に
並べて形成する必要があるため、このような複数ノズル
の構成によって製造効率が著しく向上する。例えば、ま
ずｎ型の微粒子を堆積させてストライプ状の膜を形成
し、次にｐ型の微粒子をｎ型の膜の間の部分に堆積させ
る。結果としてｐ型とｎ型が交互に配列し、かつ互いに
絶縁されたストライプ状の膜が形成できる。また、図４
のようにｐ型の膜９１とｎ型の膜９２の端部が重なるよ
うにパターンを形成するとも可能であり、電気的な接合
も同時に行なうことができる。したがって、膜形成後に
蒸着やメッキなどの方法で電極を形成する必要がない。
定間隔をもった熱電材料膜９のパターンを形成するもの
である。小型熱電発電素子はｐ型とｎ型の膜を高密度に
並べて形成する必要があるため、このような複数ノズル
の構成によって製造効率が著しく向上する。例えば、ま
ずｎ型の微粒子を堆積させてストライプ状の膜を形成
し、次にｐ型の微粒子をｎ型の膜の間の部分に堆積させ
る。結果としてｐ型とｎ型が交互に配列し、かつ互いに
絶縁されたストライプ状の膜が形成できる。また、図４
のようにｐ型の膜９１とｎ型の膜９２の端部が重なるよ
うにパターンを形成するとも可能であり、電気的な接合
も同時に行なうことができる。したがって、膜形成後に
蒸着やメッキなどの方法で電極を形成する必要がない。
【００１７】図５は、ノズルの口径をスリット状にし小
型熱電発電素子の厚さに相当する数ｍｍ幅の膜を形成す
る例を示している。スリットノズル６１を用いることに
よって熱電材料の帯状の膜９が形成される。スリット幅
は数十〜数百μｍが望ましい。
型熱電発電素子の厚さに相当する数ｍｍ幅の膜を形成す
る例を示している。スリットノズル６１を用いることに
よって熱電材料の帯状の膜９が形成される。スリット幅
は数十〜数百μｍが望ましい。
【００１８】その後、エッチング、レーザー加工、放電
加工、と粒を用いた機械加工によって不要な部分を除去
することによって互いに絶縁された膜ができる。
加工、と粒を用いた機械加工によって不要な部分を除去
することによって互いに絶縁された膜ができる。
【００１９】図６は、ｐ型熱電材料、絶縁材料、ｎ型熱
電材料の微粒子を順番に堆積させ、ｐ型の膜９１、絶縁
膜１０、ｎ型の膜９２の順に積層した例を示している。
ノズルの動きを制御して絶縁膜１０がない部分をもうけ
ておくと、その部分のｐ型とｎ型の膜は接合され、電気
的接合が電極を介さずに容易に形成される。したがっ
て、成膜後に蒸着やメッキによって電極を形成する必要
がない。
電材料の微粒子を順番に堆積させ、ｐ型の膜９１、絶縁
膜１０、ｎ型の膜９２の順に積層した例を示している。
ノズルの動きを制御して絶縁膜１０がない部分をもうけ
ておくと、その部分のｐ型とｎ型の膜は接合され、電気
的接合が電極を介さずに容易に形成される。したがっ
て、成膜後に蒸着やメッキによって電極を形成する必要
がない。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱電発電
素子の製造方法は以下のような効果を有する。
素子の製造方法は以下のような効果を有する。
【００２１】１）材料のロスが少なく成膜速度が速いた
め、短時間で厚い膜が形成でき、スパッタリングや蒸着
で成膜した場合に比べて熱電発電素子の発電量が大きく
なる。
め、短時間で厚い膜が形成でき、スパッタリングや蒸着
で成膜した場合に比べて熱電発電素子の発電量が大きく
なる。
【００２２】２）ガスデポジション法によりｐ型とｎ型
の膜の微細パターンを同一基板上に容易に形成できるた
め、熱電発電素子の構造が簡略になり、高集積化でき
る。
の膜の微細パターンを同一基板上に容易に形成できるた
め、熱電発電素子の構造が簡略になり、高集積化でき
る。
【００２３】３）成膜後、ｐ型とｎ型の膜を電気的に接
合するために、蒸着やメッキなどで電極を形成する必要
がない。
合するために、蒸着やメッキなどで電極を形成する必要
がない。
【００２４】４）成膜後に脱脂や焼結をする必要がな
く、エッチングや機械加工の工程も簡略化できる。
く、エッチングや機械加工の工程も簡略化できる。
【００２５】
【図１】本発明のガスデポジション法による成膜装置の
概略図。
概略図。
【図２】本発明の１つの熱電材料膜形成方法の概略図。
【図３】本発明の１つの熱電材料膜形成方法の概略図。
【図４】本発明の１つの熱電材料膜形成方法の概略図。
【図５】本発明の１つの熱電材料膜形成方法の概略図。
【図６】本発明の１つの熱電材料膜形成方法の概略図。
１ エアロゾル化室 ２ 成膜室 ３ 搬送管 ４ 真空排気用ポンプ ５ 熱電材料 ６ ノズル ６１ スリットノズル ７ 基板 ８ ヒーター ９ 熱電材料膜 ９１ ｐ型熱電材料膜 ９２ ｎ型熱電材料膜 １０ 絶縁膜
Claims (5)
- 【請求項１】 熱電材料の微粒子をガス流にのせてノズ
ルを通して高速で基板に噴射することにより、膜を形成
することを特徴とする熱電発電素子の製造方法。 - 【請求項２】 熱電材料の微粒子を、ノズルを通して高
速で基板に噴射することにより膜を形成する際、基板ま
たはノズルを一定の速度で移動させることによりパター
ンを形成することを特徴とする請求項１記載の熱電発電
素子の製造方法。 - 【請求項３】 熱電材料の微粒子を、一定の間隔を保持
した複数のノズルを通して高速で基板に噴射し、さらに
基板またはノズルを一定の速度で移動させることによっ
て、ストライプ状のパターンを形成することを特徴とす
る請求項１記載の熱電発電素子の製造方法。 - 【請求項４】 熱電材料の微粒子を、スリット状のノズ
ルを通して高速で基板に噴射し、さらに基板またはノズ
ルを一定の速度で移動させることによって、幅の広い膜
を形成した後、エッチング、レーザー加工、放電加工、
と粒を用いた機械加工によって不要な部分を除去するこ
とを特徴とする請求項１記載の熱電発電素子の製造方
法。 - 【請求項５】 熱電材料の微粒子を、ノズルを通して高
速で基板に噴射することにより膜を形成する際、ｐ型の
熱電材料とｎ型の熱電材料の間に絶縁膜をはさみながら
膜を多重に積層することを特徴とする請求項１記載の熱
電発電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8250742A JPH1098216A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 熱電発電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8250742A JPH1098216A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 熱電発電素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1098216A true JPH1098216A (ja) | 1998-04-14 |
Family
ID=17212371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8250742A Withdrawn JPH1098216A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 熱電発電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1098216A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002291656A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-08 | Inax Corp | トイレ室 |
| JP2005262142A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Canon Inc | 成膜装置および成膜方法 |
| WO2011019078A1 (ja) * | 2009-08-13 | 2011-02-17 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | フレキシブル熱電発電デバイスの高速製造方法 |
| JP2012019205A (ja) * | 2010-06-10 | 2012-01-26 | Fujitsu Ltd | 熱電変換素子及びその製造方法 |
| EP2463924A1 (fr) * | 2010-12-10 | 2012-06-13 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Dépôt de matériaux thermoélectriques par impression |
| JP2012121753A (ja) * | 2010-12-08 | 2012-06-28 | Doshisha | 金属珪化物薄膜製造法 |
| JP2014082197A (ja) * | 2012-09-20 | 2014-05-08 | Sekisui Chem Co Ltd | 複合膜の製造方法 |
| JP2015140483A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | セイコーエプソン株式会社 | 時計用外装部品、時計用外装部品の製造方法および時計 |
| KR20210030218A (ko) * | 2019-09-09 | 2021-03-17 | 슈투름 머쉬넨- ＆ 안라겐바우 게엠베하 | 공작물의 금속 코팅을 위한 코팅 장치 및 방법 |
| US11873562B2 (en) | 2019-09-09 | 2024-01-16 | Sturm Maschinen—& Anlagenbau Gmbh | Coating device and method for metal-coating of workpieces |
-
1996
- 1996-09-20 JP JP8250742A patent/JPH1098216A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
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| JP2021042469A (ja) * | 2019-09-09 | 2021-03-18 | シュトゥルム マシーネン ウント アラゲンバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＳｔｕｒｍ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎ− ＆ Ａｎｌａｇｅｎｂａｕ ＧｍｂＨ | 工作物を金属コーティングするコーティング・デバイスおよび方法 |
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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: 20031202 |