(57)【要約】【課題】本発明の実施形態によれば、高い発電効率を有する熱電変換素子を提供することができる。【解決手段】熱電変換素子は、基板と、非磁性金属層と、前記基板と前記非磁性金属層との間に設けられ、磁化が一方向に固定された絶縁強磁性層と、前記絶縁強磁性層と前記非磁性金属層との間に設けられた金属強磁性層と、を備える。【選択図】図１
2014216333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
非磁性金属層と、
前記基板と前記非磁性金属層との間に設けられ、磁化が一方向に固定された絶縁強磁性層と、
前記絶縁強磁性層と前記非磁性金属層との間に設けられた金属強磁性層と、
を備える熱電変換素子。
【請求項２】
前記非磁性金属層がＴａを含む請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記非磁性金属層がβ−Ｔａ又はβ−Ｗを含む請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項４】
前記非磁性金属層がＨｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、及びＢｉから選択される少なくとも一つの元素をさらに含む請求項２又は請求項３に記載の熱電変換素子。
【請求項５】
前記非磁性金属層がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｒから選択される少なくとも一つの元素をさらに含む請求項２又は請求項３に記載の熱電変換素子。
【請求項６】
前記非磁性金属層と前記金属強磁性層は接している請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項７】
前記非磁性金属上に離れて設けられた第１端子と第２端子とをさらに備える請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項８】
前記基板と前記非磁性金属層との間で温度勾配が発生すると、前記非磁性金属層の前記第１端子と前記第２端子との間に起電力が生じる請求項７に記載の熱電変換素子。
【請求項９】
前記金属強磁性層がＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項１０】
前記絶縁強磁性層がガーネットフェライト、スピネルフェライト、又は六方晶フェライトを含む請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項１１】
前記基板と前記絶縁強磁性層との間にさらに反強磁性層を備える請求項１
乃至請求項１０の何れか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項１２】
前記基板のヤング率は１０以下である請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項１３】
前記基板はポリイミド、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、パリレン、ゴム、２軸延伸ポリエチレン２，６−ナフタレート、又は変性ポリアミドである請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の熱電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、熱電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子の一つとして、スピンゼーベック効果を用いたものが知られている。しかし、スピンゼーベック効果を用いた熱電変換素子は発電効率が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公報２０１０／０２６７７０
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ  ４５５，  ７７８  （２００８）．
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ９７，  １７２５０５  （２０１０）．
【非特許文献３】Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３３６，  ５５５  （２０１２）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の実施形態は、高い発電効率を有する熱電変換素子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】
【０００６】
本発明の実施形態に係る熱電変換素子は、基板と、非磁性金属層と、前記基板と前記非磁性金属層との間に設けられ、磁化が一方向に固定された絶縁強磁性層と、前記絶縁強磁性層と前記非磁性金属層との間に設けられた金属強磁性層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る熱電変換素子を示す図。
【図２】実施形態を説明するための図。
【図３】実施形態を説明するための図。
【図４】実施形態を説明するための図。
【図５Ａ】実施形態を説明するための図。
【図５Ｂ】実施形態を説明するための図。
【図６】実施形態を説明するための図。
【図７】実施形態を説明するための図。
【図８】実施形態を説明するための図。
【図９】実施形態を説明するための図。
【図１０】実施形態を説明するための図。
【図１１】実施形態を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
【０００９】
（実施形態）
図１は、熱電変換素子１００を示す図である。熱電変換素子１００は、基板１０上に絶縁強磁性層２０、金属強磁性層３０、非磁性金属層４０がこの順で設けられている。これらを積層体と定義しても良い。更に非磁性金属層４０上には端子５０、６０が設けられている。
【００１０】
熱電変換素子１００の動作原理について説明する。熱電変換素子１００はスピンゼーベック効果を利用することで発電することができる。
【００１１】
基板１０と非磁性金属層４０との間で絶縁強磁性層２０および金属強磁性層３０に温度勾配ΔＴを付与すると、絶縁強磁性層２０および金属強磁性層３０内のアップスピン電子の分布とダウンスピン電子の分布に差が生じる。この現象をスピンゼーベック効果といい、このとき生じるアップスピン電子の分布とダウンスピン電子の分布の差はスピン圧と呼ばれる。
【００１２】
ここで、金属強磁性層３０に隣接して非磁性金属層４０が存在する。このため、絶縁強磁性層２０および金属強磁性層３０内で生じたスピン圧がスピン流として金属強磁性層３０を介して非磁性金属層４０に伝搬する。スピン流はアップスピン電子の分布とダウンスピン電子の分布との差によって生じる流れであり、電荷の流れではない。スピン流が非磁性金属層４０内に伝搬すると、逆スピンホール効果によって、スピン流及び絶縁強磁性層２０の磁化２５と直交する方向に電荷の流れである電流が流れ起電力が生じる。これにより、熱電変換素子１００は発電する。絶縁強磁性層２０、金属強磁性層３０、及び非磁性金属層４０はそれぞれが接していることが好ましい。このように、それぞれの層が接していることで、スピン流を漏れなく非磁性金属層４０に伝搬させることができる。
【００１３】
図２は、従来の熱電変換素子の構成を示す図である。図２を用いて、スピンゼーベック効果と逆スピンホール効果で生じる起電力について説明する。従来の熱電変換素子は、基板１０上に絶縁強磁性層２０、非磁性金属層４０がこの順で設けられている。更に非磁性金属層４０上には端子５０、６０が設けられている。スピンゼーベック効果および逆スピンホール効果により非磁性金属層４０に生じる起電力ＥＩＳＨＥは、下記の式（１）、式（２）で表される。
【数１】
2014216333.tif 000003
【数２】
2014216333.tif 000004
【００１４】
ＥＩＳＨＥは非磁性金属層４０で生じる逆スピンホール効果電圧、θＳＨは非磁性金属層４０中のスピンホール角、ρは非磁性金属層４０中の電気抵抗率、Ｊｓｐｉｎは絶縁強磁性層２０から非磁性金属層４０に向かって流れるスピン流、σは非磁性金属層４０中のスピン分極ベクトル、ｅは非磁性金属層４０中の電荷、Ａは非磁性金属層４０と金属強磁性層３０との接合面積、γは絶縁強磁性層２０のジャイロマグネティク定数、ｇｒは金属強磁性層３０と非磁性金属層４０との界面ミキシング抵抗、４πＭｓは絶縁強磁性層２０の飽和磁化、Ｖａは絶縁強磁性体２０のマグネティックコヒーレンス長の３乗、ΔＴは非磁性金属層４０から絶縁強磁性層２０との間における温度勾配である。
【００１５】
式（１）、（２）を用いて、起電力ＥＩＳＨＥとスピン流Ｊｓｐｉｎについて説明する。
【００１６】
式（１）から、非磁性金属層４０中のスピンホール角θＳＨが高いほど起電力ＥＩＳＨＥが上がることが分かる。スピンホール角θＳＨは、非磁性金属層４０中に流れるスピン流が電流に変換される変換効率を示す。スピン軌道相互作用が大きな材料を非磁性金属層４０に用いれば、スピンホール角θＳＨは大きくなる。
【００１７】
式（２）によれば、絶縁強磁性層２０と非磁性金属層４０との界面ミキシング抵抗ｇｒが大きくなると、スピン流Ｊｓｐｉｎは大きくなる。よって、式（１）から起電力ＥＩＳＨＥが大きくなることが分かる。例えば、ＰｔとＹ３Ｆｅ５Ｏ１２との界面ミキシング抵抗の値は、１０１５〜１０１６ｍ−２であるのに対し、ＰｔとＮｉＦｅとの界面ミキシング抵抗の値は１０１７〜１０１８ｍ−２である。界面ミキシング抵抗ｇｒの大きさの観点では、ＰｔとＹ３Ｆｅ５Ｏ１２の界面よりも、ＰｔとＮｉＦｅの界面の方が望ましい。一般的にも、非磁性金属層４０と絶縁強磁性層２０の界面よりも、非磁性金属層４０と金属強磁性層３０の界面の方が、高い界面ミキシング抵抗をもつ。しかしながら、金属強磁性層３０と非磁性金属層４０の積層体では、非磁性金属層４０で得られる電流が金属強磁性層３０にも分流して、起電力を得ることが出来ない。そこで、非磁性金属層４０と絶縁強磁性層２０との間に金属強磁性層３０を挿入すれば、熱電変換素子１００に対して大きな起電力が期待できる。しかし、金属強磁性層３０は金属性を有するので、非磁性金属層４０で生じた電流が金属強磁性層３０へ漏れ、起電力を損失することが問題である。この問題を解決するためには、金属強磁性層３０の厚さを最適な範囲に定めることが必要となる。これは、ＰｔをＴａに置き換えた場合でも同様である。
【００１８】
基板１０には、あらゆる発熱面を利用して比較的大きな面積で発電するためにフレキシブル基板を用いる。基板１０はヤング率が１０以下の柔軟性を有することが良い。基板１０には、ポリイミド、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、パリレン、ゴム、２軸延伸ポリエチレン２，６−ナフタレート、又は変性ポリアミドを用いることができる。
【００１９】
絶縁強磁性層２０は、磁化が一方向に固定されている。絶縁強磁性層２０の磁化は絶縁強磁性層２０の面内方向に向いている。これは、熱電変換素子１００を構成する積層体の積層方向に温度勾配が生じ、その温度勾配に対して絶縁強磁性層２０の磁化は直交しなければならないからである。絶縁強磁性層２０にはガーネットフェライト（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）、スピネルフェライト、又は六方晶フェライトを用いることができる。絶縁強磁性層２０ではスピン流が発生するのでスピン流発生層とも呼ぶ。
【００２０】
金属強磁性層３０には、ＮｉＦｅを用いることができる。金属強磁性層３０の膜厚が厚すぎると非磁性金属層４０で発生する電流が金属強磁性層３０へ漏れてしまう。このため、金属強磁性層３０の膜厚は１原子層以上１０原子層以下が好ましい。また、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉもＹ３Ｆｅ５Ｏ１２との界面ミキシング抵抗が大きいため、金属強磁性層３０にＣｏＦｅ、ＣｏＮｉを用いることができる。Ｆｅ、Ｃｏ、又はＮｉ、若しくはＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも２つの元素を含む合金も金属強磁性層３０に用いることができる。これらの材料は非磁性金属層４０との界面において界面ミキシング抵抗ｇｒが大きいという性質を有するので、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉ、又はＮｉＦｅと同様に金属強磁性層３０に用いることができる。
【００２１】
非磁性金属層４０には、Ｔａ、Ｗを用いる。従来、非磁性金属層にはＰｔを用いていた。しかし、Ｐｔは、スピンホール角の値が０．００３７〜０．０７である。一方Ｔａはスピンホール角の値が０．１２〜０．１５であるので、発電効率がＰｔと比べて向上する。これらのスピンホール角の値はＦＭＲ（Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）という評価方法によって得ることができる。Ｔａは結晶構造として、アモルファス、立方晶、正方晶を有する。いずれの結晶構造でもＰｔを用いるよりも起電力が向上するが、立方晶とするのが好ましい。これは立方晶Ｔａの電気抵抗率がアモルファスよりも低いからである。また、Ｔａは正方晶とするのが更に好ましい。これはスピンホール角が大きいからである。正方晶のＴａはβ−Ｔａと呼ばれる。非磁性金属層４０にＷを用いる場合も同様で、正方晶のβ−Ｗが望ましい。Ｔａを含む非磁性金属層４０に対して、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、及びＢｉから選択される少なくとも１つの元素を添加すると起電力が更に向上する。同様に、Ｗを含む非磁性金属層４０に、Ｈｆ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、及びＢｉから選択される少なくとも１つの元素を添加すると起電力が更に向上する。これらの元素は３ａｔ％以上３０ａｔ％以下非磁性金属層４０に添加される。これらの元素は、非磁性金属層４０中のスピン軌道相互作用を増大させ、スピンホール角θＳＨを増加する働きを有する。このため、熱電変換素子１００の発電効率が向上する。
【００２２】
また、Ｔａ又はＷを含む非磁性金属層４０に対して、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｒから選択される少なくとも１つの元素を添加しても良い。これらの元素は１ａｔ％以下非磁性金属層４０に添加される。上記で説明したＨｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、及びＢｉの元素と一緒に添加しても良い。これらの元素は、微量であるため、非磁性金属層４０は全体としては非磁性のままである。これらの元素は、非磁性金属層４０中で局在するため、スピン軌道相互作用を増大させ、スピンホール角θＳＨを増加する働きを有する。このため、熱電変換素子１００の発電効率が向上する。非磁性金属層４０はスピン流を検知するのでスピン流検知層とも呼ぶ。
【００２３】
ここで、発電効率は、単位面積あたりの発生する電力（Ｗ／ｍ２）で定義されるものである。
【００２４】
図３に示すように、絶縁強磁性層２０と基板１０との間に反強磁性層１５を設けても良い。絶縁強磁性層２０、金属強磁性層３０、非磁性金属層４０の積層体に反強磁性層１５を含めて積層体と定義しても良い。反強磁性層１５を用いると、絶縁強磁性層２０の磁化を一方向に向けることができるので非磁性金属層４０で生じる起電力を安定化することができる。これは、非磁性金属層４０で発生する逆スピンホール効果によって生じる電流の向きが、絶縁強磁性層２０から非磁性金属層４０へ向かって流れるスピン流の方向と絶縁強磁性層２０の磁化との外積方向を向くために、非磁性金属層４０中に流れる電流の向きを揃えるには絶縁強磁性層２０の磁化の向きを一方向に固定する必要があるためである。
【００２５】
反強磁性層１５には、ＩｒＭｎ又はＦｅ２Ｏ３を用いることができる。反強磁性層１５を用いることで、反強磁性層１５と絶縁強磁性層２０との間で交換結合が生じるために、絶縁強磁性層２０の磁化を一方向に固定できる。
【００２６】
（実施例１）
ポリイミド（基板１０に相当）上に、Ｎｉ−Ｚｎフェライト（厚さは１００ｎｍ、絶縁強磁性層２０に相当）、Ｔａ（厚さは１０ｎｍ、非磁性金属層４０に相当）を積層し、Ｔａ上にＣｕからなる端子を２つ設けて熱電変換素子を作製した。素子の形状は長方形で、幅が５ｍｍ、起電力の生じる端子間が３ｃｍである。更に、ポリイミドの面を皮膚（３４℃程度）に設置し、２端子間に発生する起電力を測定した。このときの起電力は、１０μＶであった。
【００２７】
（実施例１−２）
ポリイミド（基板１０に相当）上に、Ｎｉ−Ｚｎフェライト（厚さは１００ｎｍ、絶縁強磁性層２０に相当）、Ｗ（厚さは１０ｎｍ、非磁性金属層４０に相当）を積層し、Ｔａ上にＣｕからなる端子を２つ設けて熱電変換素子を作製した。素子の形状は長方形で、幅が５ｍｍ、起電力の生じる端子間が３ｃｍである。更に、ポリイミドの面を皮膚（３４℃程度）に設置し、２端子間に発生する起電力を測定した。このときの起電力は、２０μＶであった。
【００２８】
（実施例２）
ポリイミド（基板１０に相当）上に、Ｎｉ−Ｚｎフェライト（厚さは１００ｎｍ、絶縁強磁性層２０に相当）、ＮｉＦｅ（０．２ｎｍ、金属強磁性層３０に相当）、Ｔａ（厚さは１０ｎｍ、非磁性金属層４０に相当）を積層し、Ｔａ上にＣｕからなる端子を２つ設けて熱電変換素子１００を作製した。更に、ポリイミドの面を皮膚（３４℃程度）に設置し、２端子間に流れる電流を測定した。このときの起電力は、１００μＶであった。
【００２９】
（実施例２−２）
ポリイミド（基板１０に相当）上に、Ｎｉ−Ｚｎフェライト（厚さは１００ｎｍ、絶縁強磁性層２０に相当）、ＮｉＦｅ（２ｎｍ、金属強磁性層３０に相当）、Ｔａ（厚さは１０ｎｍ、非磁性金属層４０に相当）を積層し、Ｔａ上にＣｕからなる端子を２つ設けて熱電変換素子１００を作製した。更に、ポリイミドの面を皮膚（３４℃程度）に設置し、２端子間に流れる電流を測定した。このときの起電力は、５０μＶであった。
【００３０】
（比較例１）
ポリイミド（基板１０に相当）上に、Ｎｉ−Ｚｎフェライト（厚さは１００ｎｍ、絶縁強磁性層２０に相当）、Ｐｔ（厚さは１０ｎｍ、非磁性金属層４０に相当）を積層し、Ｔａ上にＣｕからなる端子を２つ設けて熱電変換素子を作製した。更に、ポリイミドの面を皮膚（３４℃程度）に設置し、２端子間に流れる電流を測定した。このときの起電力は、１μＶであった。
【００３１】
（比較例２）
ポリイミド（基板１０に相当）上に、Ｎｉ−Ｚｎフェライト（厚さは１００ｎｍ、絶縁強磁性層２０に相当）、ＮｉＦｅ（１０ｎｍ、金属強磁性層３０に相当）、Ｔａ（厚さは１０ｎｍ、非磁性金属層４０に相当）を積層し、Ｔａ上にＣｕからなる端子を２つ設けて熱電変換素子１００を作製した。更に、ポリイミドの面を皮膚（３４℃程度）に設置し、２端子間に流れる電流を測定した。このときの起電力は、０．１μＶであった。
【００３２】
実施例１、実施例１−２と比較例１から、大きな起電力を得るにはＴａ、Ｗを非磁性金属層４０に用いることが有利であることがわかった。また、実施例２と比較例２から大きな起電力を得るには、更に非磁性金属層４０と絶縁強磁性層２０との間に薄めの金属強磁性層３０を挿入することが有利であることがわかった。これは、ＴａとＹ３Ｆｅ５Ｏ１２との間にＮｉＦｅを挿入することで、ＮｉＦｅとＹ３Ｆｅ５Ｏ１２の界面ミキシング抵抗の向上が寄与するからである。また、金属強磁性層３０の膜厚は薄いため、非磁性金属層４０に流れる電流が金属強磁性層３０に漏れにくい。実施例比較例２、実施例２−２、比較例２の比較から、このときの金属強磁性層３０の膜厚は、１原子層以上１０原子層以下が好ましい。
【００３３】
図４に示すように、フレキシブルシート７０上にいくつか熱電変換素子１００を設けてもよい。また、図５Ａのように、熱電変換素子１００を長手形状の細線型とすると起電力を上げることが出来る。細線の太さは１μｍ以上１ｃｍ以下である。細線型とすると、フレキシブルシート７０との接触面積が大きくなるからである。このとき、端子５０、６０は、熱電変換素子１００を構成する積層体の両端に設ける。また、図５Ｂに示すように、細線型の熱電変換素子を並べ、フレキシブル基板上における熱電変換素子１００の被覆率を上げると、発電効率を向上させることが出来る。図６に示すように複数の細線型の熱電変換素子１００をフレキシブルシート７０に設けた場合には、端子５０、６０の代わりに細線型の熱電変換素子１００の両端に電極５５、６５を電気的に接続する。端子５０、６０と電極５５、６５の材料は、端子５０、６０の材料を使うことができる。細線型の形状に依存して起電力を上げると電流は減少するが、熱電変換素子で発生する電力は変化しない。しかしながら、同じ電力であっても、電圧を上げる意味があることを、以下で説明する。
【００３４】
負荷回路に対して発電素子の電圧が高過ぎたり低過ぎたりすると、その後のレギュレータ回路によって、降圧あるいは昇圧をする必要がある。その際、電力は８０％程度に落ち、２０％程度はエネルギー損失となる。もし、負荷回路と発電素子の電圧が同程度であれば、調整の必要がなくなるため、損失を減らすことが出来る。調整が必要な場合でも、調整量が少ない方がエネルギー損失を少なくすることが出来る。ここで、熱電変換素子の発電量は一般的に負荷回路に対して小さいとされるため、昇圧の回路が必要であった。これに対し、予め細線型にして電圧を上げておくと、調整が不要あるいは微小になってエネルギー損失が無くすか少なくすることが出来る。以上のように、同じ電力であれば、回路の設計に合わせ、同じ電力に対して電圧を調整できることがメリットである。細線型は、マスクを用いたパターニングやフォトリソグラフィや、印刷によって作成できる。
【００３５】
また、図７のように、熱電変換素子１００が設けられたフレキスブルシートを複数重ねて用いても良い。このとき、フレキスブルシート７０内には配線が張り巡らされており、そこから電力を得る。例えば、図８に示すようにフレキスブルシート７０の中に熱電変換素子１００の端子５０、６０を埋め込み、端子５０、６０からそれぞれ配線９０、８０を取り出すように構成する。さらに、図９のように絶縁層を介して熱電変換素子１００を複数積層し、上段の熱電変換素子ほど熱電変換素子の積層体の面内方向に面積を小さくすると、ボトムアップで熱電変換素子１００を重ね、端子５０、６０を一括成膜で作成できる。これは、マスクを用いたスパッタ等の成膜やフォトリソグラフィ、印刷の技術を用いて作成する。このような複数の熱電変換素子を重ねる構成は、温度差を有効利用できる。たとえば、人体の体表面と外気の温度差は５℃以上であることが多い。しかしながら絶縁強磁性層２０の厚さは薄いため、絶縁強磁性層２０／金属強磁性体３０の上面と下面との温度差は０．１℃以下となることが多い。もし上面と下面の温度差が０．１℃であった場合、図７に示すような熱電変換素子１００が設けられたフレキシブルシート７０を数枚（図７では４枚を示している）積層した構成を用いることで、各熱電変換素子で０．１℃ずつの温度差を得るため、実効的に温度差０．４℃分を利用できる。すなわち、同じ面積であっても４倍の発電電力を得ることが出来、単位面積あたりの発電量である発電効率は４倍になる。このようにして、熱電変換素子を積層することによって、人体の体表面と外気の温度差を有効活用し、発電効率を増大することができる。
【００３６】
図１０は、熱電変換素子１００を用いた回路構成の一例を示す図である。熱電変換素子１００で発電された電力は、キャパシタに合わせてレギュレータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）で昇圧又は降圧することでキャパシタに蓄電する。負荷が動作する場合には、キャパシタと熱電変換素子１００のうち、電圧が高い方から電力が負荷に供給される。また、負荷の駆動電圧に合わせてレギュレータで電圧が調整される。このようにして負荷に対して安定した電力が供給することができる。
【００３７】
図１１に示すように、別の発電素子を負荷に対して更に接続して、発電方式の異なる複数の発電素子を併用しても良い。これをハイブリッド型と呼ぶ。例えば、昼間のような太陽が照りつけているところでは別の発電素子にソーラーパネルによる発電を行い、夜間は体温や地熱等の熱源を利用して熱電変換素子１００による発電を行う。図１１では、熱電変換素子１００と別の発電素子を並列に接続し、電圧の高い方から負荷へ電力が供給されるような構成になっている。これにより、さらに負荷に対して安定した電力を供給することができる。
【００３８】
負荷は、例えばセンサ、回路、発信子、位置モニターがある。例えば緊急連絡用の発振子に用いる場合、電源喪失のリスクが無いというメリットがある。この時、人体の体温を利用して発電する。位置モニターに用いる場合にも電源喪失のリスクが無いので、児童などの見守りが必要なケースに用いることができる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・基板、１５・・・反強磁性層、２０・・・絶縁強磁性層、
２５・・・磁化、３０・・・金属強磁性層、４０・・・非磁性金属層、
５０、６０・・・端子、７０、８０・・・配線、１００・・・熱電変換素子
【図１】
2014216333.tif 000005
【図２】
2014216333.tif 000006
【図３】
2014216333.tif 000007
【図４】
2014216333.tif 000008
【図５Ａ】
2014216333.tif 000009
【図５Ｂ】
2014216333.tif 000010
【図６】
2014216333.tif 000011
【図７】
2014216333.tif 000012
【図８】
2014216333.tif 000013
【図９】
2014216333.tif 000014
【図１０】
2014216333.tif 000015
【図１１】
2014216333.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月30日(2013.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公報２０１０/０２７６７７０