JPH0333083Y2

JPH0333083Y2 -

Info

Publication number: JPH0333083Y2
Application number: JP1988005539U
Authority: JP
Priority date: 1988-01-20
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1991-07-12
Also published as: JPH01110457U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、熱電発電装置に係り、特にその実装
構造に関する。

〔従来技術およびその課題〕

例えば、鉄硅化物（FeSi₂）に夫々マンガン
（Mn）またはコバルト（Co）等の適性不純物を
添加したＰ形半導体とＮ形半導体とを一端側で接
合して形成したＵ字形の熱電発電素子は、温度差
を与えるだけで簡単に起電力を生じ、優れた耐熱
性酸化性を呈しかつ安定な特性を維持できること
から、熱エネルギーの有効利用化への要求が高ま
つている今日、実用化が期待されているデバイス
である。

このような熱電発電素子では、起電力は高温側
であるPN接合部と、低温側である陽極側および
陰極側端部との温度差△ｔによつて決まる。従つ
て効率良く電気エネルギーを獲得するためには、
接合側を効率良く加熱すると共に低温側である陽
極側および陰極側の開放端（接合側の反対側）の
放熱性を高めることが重要な課題となる。

また、大きな起電力を得るために複数の熱電発
電素子を接続して用いることも多く、実装作業が
容易であること、装置が小形であること等も要求
される。

そこで本考案者らは熱電発電素子の低温側端部
を導電性被膜で被覆し、夫々一端側に前記低温側
端部が当接するとともに他端側が外部接続端子と
なるように形成された２つの配線パターンを有す
る放熱板上に、前記熱電発電素子の該低温側端部
を載置した状態で放熱ケースの上板と底板とによ
つてこれを挟み圧着固定した後、全体を加熱し、
前記導電性被膜と前記配線パターンとを融着せし
めるようにした組立て方法を提案している。（特
願60−241187）この方法によれば放熱ケースの上板と底板とに
よつて熱電発電素子の低温側端部をパターン上に
固着せしめた放熱板が常に押圧された状態で挟み
込まれており、素子と外部接続端子（電極配線パ
ターン）との電気的接触性および素子と放熱ケー
スとの熱接触性が良好となる。

しかしながら、熱電発電素子は激しい温度変化
を伴うため、熱応力によつて素子にクラツクが発
生したり、素子が折れたりすることがある。

例えば、第７図に示すようなＵ字型の熱電発電
素子の低温側端子LEの一方を固定し、他方をフ
リーにした状態で高温側端部HEがガスバーナの
炎等によつて加熱される場合を考えてみよう。

まず、点火（SP）されて温度上昇が始まると、
最初Ｕ字形の外側部分が急速に温度上昇し、膨張
することにより、第８図に示す如くフリーの低温
側端子LE１は内側（一方向）に移動せしめられ
る。（第８図中、横軸に時間をとつた。）そして、高温側端部HE全体が徐々に加熱せし
められていくと、低温側端子LEは徐々に開き、
フリー側は外側（＋方向）に移動せしめられる。

また、ガスバーナが急に消されると（点FP）、
高温側端部の外側がまず急冷せしめられることに
より、フリーの低温側端子LE１は一時的に外側
に動き、更に全体が冷却されてくると、徐々に元
の位置に戻る。

これに対し、前述の如く、低温側端子の両方を
固定してしまうと、素子には、温度変化による熱
応力が加わるため、素子が破壊され易くなるもの
と考えられる。

また、素子自体は破壊に至らなくても放熱板に
応力が加わり、クラツクが発生したり破壊が生じ
たりすることがあつた。

本考案は、前記実情に鑑みてなされたもので、
実装が容易で、長寿命の熱電発電装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本考案では、Ｐ形半導体とＮ形半導体と
をその一端側でPN接合を形成するように接合せ
しめてなる複数の熱電発電素子の低温側端子の１
方を、放熱板に対し熱電発電素子が垂直となるよ
うに固定すると共に、もう１方の低温側端子は放
熱板に対して固定することなくフリー端子とし、
隣接素子のフリー端子を弾性部材からなるコネク
タを介して相互接続するようにしている。

〔作用〕

上記構成によれば、放熱板に対して熱電発電素
子が垂直に配列されるため、小形かつコンパクト
なものとなる。

また、隣接素子間の相互接続は弾性部材からな
るコネクタによつてなされているため、発生した
熱応力は弾性部材からなる電極板によつて吸収さ
れ、素子にクラツクや破壊を生ぜしめたりするこ
とはない。

望ましくは、放熱板上に支持用の案内溝を形成
し、この案内溝内に熱電発電素子の低温側端子の
一方を装置するようにすれば、位置決めが容易で
位置ずれもなく信頼性の高いものとなる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について、図面を参照し
つつ詳細に説明する。

第１図は、本考案実施例の熱電発電装置を示す
図、第２図はその組立て説明図である。

この熱電発電装置は、６個のＵ字形の鉄−シリ
コン熱電発電素子１〜６の低温側端子１ａ，１ｂ
…６ａ，６ｂを、交互にＰ側端子１ａ…６ａとＮ
側端子１ｂ…６ｂとが隣接するように互いに平行
に所定の間隔で配列し、配線パターン７を担持し
てなるアルミナセラミツク製の放熱板８の案内溝
９内に挿通し、該配線パターン７上に該Ｐ側端子
１ａ，３ａ，５ａ、Ｎ側端子２ｂ，４ｂ，６ｂを
接続する一方、自由側の端子１ｂと２ａ，３ｂと
４ａ，５ｂと６ａとをSUS４３０と指称されて
いるステンレス製の板バネからなる弾性コネクタ
１０を介して接続してなるものである。

この放熱板は、第３図ａ，ｂおよびｃに示す如
く端部に６個の案内溝９ａを形成する突起９ｂを
具備してなるアルミナセラミツク製の板状体から
なり、メタライズ層からなる配線パターン７を具
備している。

また、弾性コネクタは、第４図ａ，ｂおよびｃ
に示す如く、１枚の板バネを、両端でコの字状に
折り曲げ支持部１０ａを形成すると共に、中央を
湾曲せしめてなり、この支持部１０ａで熱電発電
素子の低温側端子（Ｐ側端子又はＮ側端子）を挟
み込み、半田で固着するようになつている。な
お、この低温側端子の端部には、あらかじめ半田
膜を形成しておくようにする。

更に、低温側端子と弾性コネクタの支持部との
間は、亜鉛系の半田合金層Ｓを介して固着され
る。

この亜鉛系の半田合金層は、融点が約400℃以
上となるように構成された高融点半田であり、接
合時にホウ酸系又はフツ酸系のフラツクスを用い
るようにすれば、このように低温側端子の表面に
形成されている酸化膜上に直接半田接合するよう
にしても、良好な電気的および機械的接続が達成
される。

また、熱電発電素子１〜６は、夫々鉄硅化物
（FeSi₂）にマンガン（Mn）をドーピングしたた
Ｐ形半導体と、鉄硅化物にコバルト（Co）をド
ーピングしたＮ形半導体とを直接粉末形成接合し
て、一端側がPN接合を形成した高温側端部を構
成すると共に他端側がＰ形およびＮ形の２つの低
温側端子（Ｐ側端子、Ｎ側端子）を構成するよう
にしたＵ字形の素子である。

また、製造に際しては、次のような方法がとら
れる。

まず、放熱板上にメタライズ法により配線パタ
ーンを形成する。

そして、放熱板の案内溝９に熱電発電素子の低
温側端子を挿通し、前記配線パターンに対応する
位置で、半田接合する。このとき、Ｐ側端子１ａ
とＮ側端子２ｂ、Ｐ側端子３ａとＮ側端子４ｂ、
Ｐ側端子５ａ、Ｎ側端子６ｂが配線パターン上に
固着される。そしてＮ側端子２ｂとＰ側端子３
ａ、Ｎ側端子４ｂとＰ側端子５ａはこの配線パタ
ーン上で電気的に接続されるようにする。

この後、上側でフリーの状態にあるＮ側端子１
ｂとＰ側端子２ａ、Ｎ側端子３ｂとＰ側端子４
ａ、Ｎ側端子５ｂとＰ側端子６ａを夫々、弾性コ
ネクタ１０で半田接合する。

このようにして形成された熱電発電装置では、
熱電発電素子の低温側端子の一つが、放熱板上に
固着され放熱板が良好である一方、もう一つの低
温側端子は、弾性コネクタにより、弾性的に接続
されており、発生した熱応力はここで吸収される
ため、クラツクや破壊を生じたりすることもなく
信頼性の高いものとなつている。また弾性コネク
タによつて放熱性も良好である。

また、放熱板には案内溝が設けられているた
め、熱電発電素子を装着するに際し、位置決めが
容易で実装作業性が極めて良好であると共に、案
内溝の間にある突起がスペーサの役割を果し、隣
接素子の接触を防止している。

加えて、熱電発電素子が放熱板に対して垂直に
配列されているため、小形でコンパクトである。
これは特に薄形素子を用いる場合に特に顕著とな
る。

なお、実施例では、放熱板上の突起を一体的に
成形し、案内溝を形成しているが、案内部９０と
配線部１００とを別に形成して第５図に示す如く
接合してもよい。

また、放熱板上に案内溝を省略し、熱電素子の
位置決めを別に治具を用いて行ない、実装作業後
その治具を取外すようにしてもよい。

更にまた、実施例では配線パーンを直接放熱板
上に形成しているが、第６図に示す如く、案内溝
９を有する放熱板８′上に、配線パターン７を有
する配線板７０を接合するようにしてもよい。

〔考案の効果〕

以上説明してきたように、本考案の熱電発電装
置によれば、複数のＵ字形熱電発電素子を放熱板
に対して垂直に配列し、１方の端子のみを放熱板
に固着し、他方の端子は弾性コネクタによつて相
互接続しているため、実装作業性が良好である
上、コンパクトで、熱応力の発生に対しても破壊
されることなく信頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案実施例の熱電発電装置の外観
を示す図、第２図は同装置の分解斜視図、第３図
は、同装置に用いられる弾性コネクタを示す図、
第４図は、同装置に用いられる放熱板を示す図、
第５図および第６図は夫々、放熱板の変形例、第
７図は、熱電発電素子を示す図、第８図は、同素
子の熱歪の状態を示す図である。１，２，３，４，５，６……熱電発電素子、１
ａ…６ａ……Ｐ側端子、１ｂ…６ｂ……Ｎ側端
子、７……配線パターン、８，８′……放熱板、
９ａ……案内溝、９ｂ……突起、１０……弾性コ
ネクタ、１０ａ……支持部、９０……案内部、１
００……配線部、７０……配線板。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 放熱板と、Ｐ形半導体とＮ形半導体とをその一端側で
PN接合を形成するように接合せしめてなり、
低温側端子の１方を該放熱板に対して垂直とな
るように所定の間隔で配列して装着された複数
の熱電発電素子と、この放熱板上の低温側端子を電気的に相互接
続する接続手段と、互いに隣接する熱電素子の低温側端子のうち
の他方を弾性的に接続する弾性コネクタとを具備してなる熱電発電装置。 (2) 前記接続手段は、前記放熱板上に形成された
メタライズ層パターンであることを特徴とする
実用新案登録請求の範囲第１項記載の熱電発電
装置。 (3) 前記熱電発電素子は、低温側端子のうちＰ側
端子とＮ側端子とが交互に隣接するように配列
されていることを特徴とする実用新案登録請求
の範囲第１項記載の熱電発電装置。 (4) 前記放熱板は案内溝を有し、この案内溝に熱
電発電素子の低温側端子の１方が装着されるよ
うにしたことを特徴とする実用新案登録請求の
範囲第１項記載の熱電発電装置。