(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源からの熱が加わるエミッタ電極（３）と、
該エミッタ電極（３）に空間（２１）を隔てて対向して配置され、前記エミッタ電極（３）からの熱電子を捕獲するコレクタ電極（５）と、
を備え、前記エミッタ電極（３）と前記コレクタ電極（５）との間を移動する熱電子を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子（１、３１、４１、５１、６１）であって、
前記エミッタ電極（３）を保持するエミッタ保持部（７）と、
前記コレクタ電極（５）を保持するコレクタ保持部（９）と、
を備え、
前記エミッタ電極（３）と前記コレクタ電極（５）とが接触しないように、前記熱電子発電素子（１、３１、４１、５１、６１）の使用温度において、前記エミッタ保持部（７）の一部又は全体の熱膨張係数が、前記コレクタ保持部（９）の一部又は全体の熱膨張係数よりも小さく設定されていることを特徴とする熱電子発電素子。
【請求項２】
前記エミッタ電極（３）及び前記コレクタ電極（５）の材料として、半導体の材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の熱電子発電素子。
【請求項３】
前記半導体が、ダイヤモンド半導体であることを特徴とする請求項２に記載の熱電子発電素子。
【請求項４】
前記エミッタ電極（３）に用いる半導体の材料に添加された半導体不純物のドーパント濃度が、前記コレクタ電極（５）の半導体の材料に添加された半導体不純物のドーパント濃度よりも濃いことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電子発電素子。
【請求項５】
前記エミッタ保持部（７）は、前記エミッタ電極（３）を保持するエミッタ中間層（３３）と、該エミッタ中間層（３３）を保持するエミッタ保持部材（１３）とを備え、
前記エミッタ中間層（３３）は、前記エミッタ電極（３）と前記エミッタ保持部材（１３）との間の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電子発電素子。
【請求項６】
前記コレクタ保持部（７）は、前記コレクタ電極（５）を保持するコレクタ中間層（３５）と、該コレクタ中間層（３５）を保持するコレクタ保持部材（１７）とを備え、
前記コレクタ中間層（３５）は、前記コレクタ電極（５）と前記コレクタ保持部材（１７）との間の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱電子発電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温の電極表面から熱電子が放出される現象を利用して、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子が、例えば下記特許文献１で提案されている。
また、熱電子発電素子のエミッター（エミッタ電極）とコレクター（コレクタ電極）にダイヤモンド半導体を用いると、負性電子親和力（Negative Electron Affinity；ＮＥＡ）の効果により各電極表面から極めて高効率な熱電子放出が可能となるため、金属に比べて低温で高効率な発電が可能となることが知られている。
【０００３】
更に、熱電子発電素子の電極の材料として、タングステンなどの金属を用い、仕事関数を小さくするために、Ｓｅ（セシウム）の気体を封入して発電を行う技術も知られている。
【０００４】
上述した、熱電子発電素子では、高い発電性能を得るために、エミッタ電極とコレクタ電極とは、真空中等において電極間の接触が無いように対向して配置されるとともに、電極の間隔を一定に保つように設定されている。なお、電極間の間隔としては、狭ければ狭いほど発電効率が向上することが、原理的に知られている。
【０００５】
また、熱電子発電素子においては、コレクタ電極の温度上昇によるバックエミッション（コレクタ電極からの熱電子放出）を防止するために、エミッタ電極の温度は例えば１０００〜２０００℃等の高い温度に設定し、一方、コレクタ電極の温度は例えば５００℃以下のように、エミッタ電極に比べて十分に低い温度に設定する必要があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４９３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来では、通常、エミッタ電極側の部材とコレクタ電極側の部材に同じ材料（例えば同様な電極材料や各電極を保持する同様な保持部材）が用いられているが、上述の様に、それぞれの電極の設定温度が異なるので、例えば両保持部材などの間に熱膨張の差が生じ、保持部材などが歪んで電極間が短絡する可能性があった。
【０００８】
この短絡を防止するためには、電極間の間隔を数１００μｍとして十分な間隔を確保することが考えられるが、間隔を広げた分、発電性能が低下してしまう。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、エミッタ電極とコレクタ電極との短絡を防止できる熱電子発電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】
【０００９】
本発明は、熱源からの熱が加わるエミッタ電極と、エミッタ電極に空間を隔てて対向して配置され、エミッタ電極からの熱電子を捕獲するコレクタ電極とを備え、エミッタ電極とコレクタ電極との間を移動する熱電子を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子に関するものである。
【００１０】
特に、本発明では、エミッタ電極を保持するエミッタ保持部と、コレクタ電極を保持するコレクタ保持部とを備えるとともに、エミッタ電極とコレクタ電極とが接触しないように、熱電子発電素子の使用温度において、エミッタ保持部の一部又は全体の熱膨張係数が、コレクタ保持部の一部又は全体の熱膨張係数よりも小さく設定されている。
【００１１】
つまり、本発明では、エミッタ電極とコレクタ電極とを近接して配置した場合でも、高温側であるエミッタ保持部の熱膨張係数が、低温側であるコレクタ保持部の熱膨張係数よりも小さく設定されているので、両保持部が熱によって変形した場合でも、（熱膨張係数が同様な従来に比べて）各保持部の変形の違いが少なく、変形の度合いが同じようになる。よって、両保持部に保持された電極間の間隔も変動しにくいので、電極間の短絡を防止することができる。
【００１２】
また、本発明では、電極間の短絡を防止できるので、電極間の間隔を小さくでき、よって、発電効率が高いという利点がある。
ここで、コレクタ保持部及びエミッタ保持部とは、エミッタ電極及びコレクタ電極を保持してその位置（対向する位置）を規定することができる構成である。また、熱膨張係数（熱膨張率）とは、線熱膨張係数を示している（以下同様）。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の熱電子発電素子を各部材の積層方向に沿って破断した断面を模式的に示す説明図である。
【図２】実施例２の熱電子発電素子を各部材の積層方向に沿って破断した断面を模式的に示す説明図である。
【図３】実施例３の熱電子発電素子を各部材の積層方向に沿って破断した断面を模式的に示す説明図である。
【図４】実施例４の熱電子発電素子を各部材の積層方向に沿って破断した断面を模式的に示す説明図である。
【図５】実施例５の熱電子発電素子を各部材の積層方向に沿って破断した断面を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について説明する。
［実施形態］
＜電極の構成＞
・前記エミッタ電極及びコレクタ電極としては、例えばＷ（タングステン）等の金属からなる電極、基板上に形成された半導体からなる電極などが挙げられる。なお、エミッタ電極及びコレクタ電極は、異なる材料で構成してもよい。
【００１５】
このうち、電極（特にエミッタ電極）の材料として半導体を用いる場合には、例えばＷ等の金属の材料を用いる場合に比べて、仕事関数が小さく、よって、前記金属を用いた場合よりも低温で熱電子を放出することができる。これにより、電極（従って保持部）の温度を低くできるので、結果として、保持部の熱膨張を抑制でき、よって、電極間の短絡を効果的に防止できる。
【００１６】
この半導体としては、ダイヤモンド、Ｓｉ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）の半導体（又は化合物半導体）、ＺｎＯ、ＢａＯ、Ｓｃ2Ｏ3、ＷＯx、ＮｂＯx、ＴａＯx、ＡｇＯx等の酸化物半導体が挙げられる。
【００１７】
特に、ダイヤモンドは負性電子親和力を持った材料であり、金属に比べて低温での発電効率を高めることができる。つまり、ダイヤモンド半導体は、従来より低温で熱電子を放出できる。よって、近接して配置された両電極を保持する両保持部が熱によって変形した場合でも、両保持部に保持された電極間の間隔も変動しにくいので、電極間の短絡を効果的に防止することができる。
【００１８】
更に、エミッタ電極のドーパント濃度を、コレクタ電極のドーパント濃度よりも濃くすることにより、両電極に加わる温度条件（即ちエミッタ電極の温度や両電極間の温度差）やドーパント濃度が同じ場合に比べて、コレクタ電極より放出される熱電子の数を少なくすることができる。これにより、コレクタ電極の温度を高くすることができるので、エミッタ電極とコレクタ電極との温度差を小さくでき、よって、保持部間の熱膨張差を低減できるので、電極間の短絡を効果的に防止できる。
【００１９】
なお、ドーパント濃度としては、例えばエミッタ電極のドーパント濃度を、コレクタ電極のドーパント濃度より１０倍以上濃くすることにより、効果的に短絡を防止できる。
また、前記ドーパントして、エミッタ電極及びコレクタ電極にＮ（窒素）を添加することができる。また、エミッタ電極にＰ（燐）を添加し、コレクタ電極にＮを添加することができる。更に、エミッタ電極にＳｂ（アンチモン）を添加し、コレクタ電極にＮを添加することができる。
＜保持部の構成＞
・エミッタ保持部としては、エミッタ電極を保持するエミッタ中間層と、そのエミッタ中間層を保持するエミッタ保持部材とを備えた構成、即ち、エミッタ電極とエミッタ保持部材との間にエミッタ中間層を備えた構成を採用できる。
【００２０】
この場合、エミッタ中間層の熱膨張係数を、エミッタ電極とエミッタ保持部材との間の熱膨張係数とすることが望ましい。これにより、エミッタ電極に加わる熱応力を緩和でき、（エミッタ中間層がない場合に比べて）エミッタ電極の熱による歪みを低減できるので、一層電極間の短絡を防止できる。
【００２１】
また、エミッタ中間層を省略して、エミッタ保持部材でエミッタ電極を保持するようにしてもよい。これにより、構成を簡易化できる。
一方、コレクタ保持部としては、コレクタ電極を保持するコレクタ中間層と、そのコレクタ中間層を保持するコレクタ保持部材とを備えた構成、即ち、コレクタ電極とコレクタ保持部材との間にコレクタ中間層を備えた構成を採用できる。
【００２２】
この場合、コレクタ中間層の熱膨張係数を、コレクタ電極とコレクタ保持部材との間の熱膨張係数とすることが望ましい。これにより、コレクタ電極に加わる熱応力を緩和でき、コレクタ電極の熱による歪みを低減できるので、一層電極間の短絡を防止できる。
【００２３】
また、コレクタ中間層を省略して、コレクタ保持部材でエミッタ電極を保持するようにしてもよい。これにより、構成を簡易化できる。
・エミッタ保持部材及びコレクタ保持部材の材料、並びにそれらの２０℃における熱膨張係数（×１０-6／℃）としては、例えば、Ｍｏ（４．９）、Ｔｉ（８．５）、Ｔａ（６．３）、Ｃｒ（６．２）、Ｗ（４．３）、Ｃｏ（１２．４）、Ｎｉ（１２．８）、Ｆｅ（１０）、Ｉｒ（６．５）などが挙げられる。つまり、これらの保持部材の材料から、上述した熱膨張係数の条件に合うものを、適宜選択することができる。
【００２４】
例えばコレクタ保持部材及びコレクタ電極と、エミッタ保持部材及びエミッタ電極との組み合わせとしては、下記の表１の組み合わせが考えられる。なお、例えば３００〜６００℃の温度範囲では、下記の熱膨張係数の大小関係は変わらないので、下記の表１では、２０℃における熱膨張係数を例に挙げた（下記表２も同様）。
【００２５】
【表１】
0005915356.tif 000002
【００２６】
・また、コレクタ保持部材及びコレクタ中間層及びコレクタ電極と、エミッタ保持部材及びエミッタ中間層及びエミッタ電極との組み合わせとしては、下記の表２の組み合わせが考えられる。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
・更に、コレクタ中間層及びエミッタ中間層としては、単一の熱膨張係数を有する単一の層が挙げられるが、熱膨張係数が異なる複数の層を組み合わせてもよいし、熱膨張係数が徐々に異なるいわゆる傾斜材料を用いてもよい。この場合、各中間層の（厚み方向の）両側の熱膨張係数に徐々に近づけるように設定することが望ましい。
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明の具体的な実施例１の熱電子発電素子について説明する。
この熱電子発電素子は、互いに対向配置された一対の電極間を移動する熱電子を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。
【００３０】
ａ）まず、本実施例１の熱電子発電素子の構成について説明する。
図１に示す様に、本実施例１の熱電子発電素子１は、内部２が中空の筒状の素子１であり、互いに対向し平行に配置された平板状のエミッタ電極３及びコレクタ電極５と、エミッタ電極３を（同図下方の）外側より保持するエミッタ保持部７と、コレクタ電極５を（同図上方の）外側より保持するコレクタ保持部９と、エミッタ保持部７及びコレクタ保持部９の間に配置されて両保持部７、９に固定される筒状の絶縁部材１１とを備えている。
【００３１】
つまり、熱電子発電素子１は、筒状の絶縁部材１１の同図上下方向の開口部分を、エミッタ保持部７とコレクタ保持部９とで閉塞して気密した構造を有している。
そして、前記エミッタ保持部７は、絶縁部材１１に固定される平板状の筐体であるエミッタ保持部材１３と、エミッタ保持部材１３の中央部分の内部２側にて、エミッタ保持部材１３とエミッタ電極３との間に配置された平板状のエミッタ基板１５とを備えている。
【００３２】
同様に、前記コレクタ保持部９は、絶縁部材１１に固定される平板状の筐体であるコレクタ保持部材１７と、コレクタ保持部材１７の中央部分の内部２側にて、コレクタ保持部材１７とコレクタ電極５との間に配置された平板状のコレクタ基板１９とを備えている。
【００３３】
このうち、前記エミッタ電極３は、エミッタ基板１５上に形成されたダイヤモンド半導体薄膜からなり、同様に、コレクタ電極５は、コレクタ基板１９上に形成されたダイヤモンド半導体薄膜からなる。
【００３４】
また、前記エミッタ基板１５及びコレクタ基板１９としては、ダイヤモンド基板、Ｓｉ（シリコン）基板やＭｏ（モリブデン）基板等の導電性・耐熱性を持った基板を用いることができる。ダイヤモンド基板を用いる場合には、例えば３ｍｍ角のものを用いることができ、Ｍｏ基板を用いる場合には、例えば１インチ角のものを用いることができる。なお、本実施例１では、Ｍｏ基板を用いた例で説明するが、これらの基板を省略することも可能である。
【００３５】
また、前記エミッタ保持部材１３は、コレクタ保持部材１７より熱膨張係数の小さな例えばＭｏからなる正方形の金属板（例えば厚み０．５ｍｍ×一辺５０ｍｍ）であり、このエミッタ保持部材１３の外周が前記絶縁部材１１に固定されている。
【００３６】
同様に、前記コレクタ保持部材１７は、例えばＴｉからなる正方形の金属板（例えば厚み０５ｍｍ×一辺５０ｍｍ）であり、このコレクタ保持部材１７の外周が前記絶縁部材１１に固定されている。
【００３７】
更に、前記絶縁部材１１は、例えばＡｌ２Ｏ３からなる横断面が正方形の筒状のスペーサであり、エミッタ電極３の（同図上側の）表面とコレクタ電極５の（同図下側の）表面が、所定寸法（例えば２０μｍ）の平行な間隔（空間）２１を保つように、その（同図上下方向の）寸法が設定されている。
【００３８】
なお、エミッタ保持部材１３とコレクタ保持部材１７とは、負荷２３を介して回路２５によって電気的に接続されている。
ｂ）ここで、本実施例１の熱電子発電素子１の製造方法について簡単に説明する。
【００３９】
まず、各基板１５、１９上に各電極３、５を形成する場合には、各基板１５、１９上に、例えばＣＶＤ法やスパッタ法によってダイヤモンド半導体薄膜を形成する。なお、マイクロ波プラズマＣＶＤ、ＲＦプラズマＣＶＤ、ＤＣプラズマＣＶＤ、ＲＦプラズマスパッタ、ＤＣプラズマスパッタなどにより行ってもよい。
【００４０】
このダイヤモンド半導体薄膜を構成するダイヤモンドは、単結晶と多結晶のいずれであっても構わない。例えば、高圧合成によって生成したダイヤモンド基板を用いる場合、その上にダイヤモンド半導体薄膜を例えばＣＶＤ法にて形成すると単結晶となる。ダイヤモンド半導体薄膜の厚さに関しては、熱電子放出特性に対する膜厚依存性が確認されなかったことから特に制限はないが、基板１５、１９上の表面全面に偏り無く同じ厚みで形成されていると好ましい。
【００４１】
この様にして形成されたエミッタ電極３及びコレクタ電極５は、各基板１５、１９部分が、それぞれ例えば溶接やろう付けによって、エミッタ保持部材１３又はコレクタ保持部材１７に接合されて一体の部材となる。
【００４２】
そして、前記筒状の絶縁部材１１の開口部分を閉塞するように、エミッタ電極３とコレクタ電極５とを向か合わせにして、エミッタ保持部材１３とコレクタ保持部材１７とを配置し、絶縁部材１１と両保持部材１３、１７とを例えば直接接合により接合し気密して一体化する。
【００４３】
ｃ）次に、本実施例１の熱電子発電素子１の要部について説明する。
本実施例では、エミッタ電極３側、すなわち、エミッタ保持部材１３、エミッタ基板１５、エミッタ電極３は、例えば６００℃の高温に保たれ、コレクタ電極５側、すなわち、コレクタ保持部材１７、コレクタ基板１９、コレクタ電極５は、エミッタ電極３側より３００℃低い、例えば３００℃の低温に保たれる。
【００４４】
この温度に設定されることよって、エミッタ電極３から放出された熱電子がコレクタ電極５に捕獲されることにより発電が行われる。
特に本実施例では、熱電子発電素子１の使用温度において、エミッタ保持部材１３の熱膨張係数がコレクタ保持部材１７の熱膨張係数よりも小さく設定されている。
【００４５】
具体的には、エミッタ保持部材１３を構成するＭｏの６００℃における熱膨張係数は４．５×１０-6／℃であり、コレクタ保持部材１７を構成するＴｉの３００℃における熱膨張係数は１０×１０-6／℃であり、エミッタ保持部材１３の熱膨張係数がコレクタ保持部材１７の熱膨張係数よりも小さい。
【００４６】
従って、本実施例の様に、エミッタ電極３とコレクタ電極５とを近接して配置した場合でも、高温側であるエミッタ保持部材１３の熱膨張係数が、低温側であるコレクタ保持部材１７の熱膨張係数よりも小さいので、両保持部材１３、１７が熱によって変形した場合でも、各保持部材１３、１７の変形の違いが少なく、変形の度合いが同じようになる。よって、両保持部材１３、１７に保持されたエミッタ電極３とコレクタ電極５との間隔２１も変動しにくいので、両電極３、５間の短絡を防止することができる。
【００４７】
また、本実施例では、両電極３、５間の短絡を防止できるので、両電極３、５間の間隔２１を小さくでき、よって、発電効率が高いという利点がある。
更に、本実施例では、Ｍｏからなるコレクタ基板１９の（３００℃における）熱膨張係数は、４．５×１０-6／℃であり、ダイヤモンド半導体薄膜からなるコレクタ電極５の同温度における熱膨張係数２．３×１０-6／℃と、Ｔｉからなるコレクタ保持部材１７の同温度における熱膨張係数の熱膨張係数１０×１０-6／℃との中間の値である。つまり、コレクタ基板１９の熱膨張係数は、その両側のコレクタ電極５の熱膨張係数とコレクタ保持部材１７の熱膨張係数との間（中間）にある。
【００４８】
従って、温度が３００℃と高くなった場合でも、コレクタ基板１９が熱応力を緩和する中間層の機能を発揮するので、コレクタ電極５が歪みにくく、この点からも、両電極３、５間の短絡を防止できるという効果がある。
【００４９】
ｄ）次に、本実施例１の変形例について説明する。
例えば、エミッタ電極３やコレクタ電極５を構成するダイヤモンド半導体薄膜には、ドーパントとして例えばＮを添加するが、このエミッタ電極３のドーパント濃度を、コレクタ電極５のドーパント濃度よりも濃くしてもよい。
【００５０】
この場合には、両電極３、５の温度条件（即ちエミッタ電極３の温度や両電極３、５の温度差）やドーパント濃度が同じ場合に比べて、コレクタ電極５より放出される熱電子の数を少なくすることができる。これにより、コレクタ電極５の温度を高くすることができるので、エミッタ電極３とコレクタ電極５との温度差を小さくでき、よって、両保持部材１３、１７間の熱膨張差を低減できるので、両電極３、５間の短絡を効果的に防止できる。
【実施例２】
【００５１】
次に、実施例２について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。尚、実施例１と同様な構成は、同一の符号を付す。
図２に示す様に、本実施例２の熱電子変換素子３１は、前記実施例１と同様に、エミッタ電極３を保持するエミッタ保持部７と、コレクタ電極５を保持するコレクタ保持部９と、絶縁部材１１とを備えている。
【００５２】
特に本実施例では、エミッタ保持部７は、エミッタ電極３が形成されたエミッタ基板１５とエミッタ保持部材１３との間に、両部材１５、１３に接合されたエミッタ中間層３３を備えている。
【００５３】
同様に、コレクタ保持部９は、コレクタ電極５が形成されたコレクタ基板１９とコレクタ保持部材１７との間に、両部材１９、１７に接合されたコレクタ中間層３５を備えている。
【００５４】
また、エミッタ基板１５は、（６００℃の）熱膨張係数が４．１×１０-6／℃のＳｉからなり、エミッタ保持部材１３は、（６００℃の）熱膨張係数が７．２×１０-6／℃のＴａからなり、更に、エミッタ中間層３３は、エミッタ基板１５とエミッタ保持部材１３との中間の（６００℃）の熱膨張係数が５×１０-6／℃のＷからなる。
【００５５】
同様に、コレクタ基板１９は、（３００℃の）熱膨張係数が３．５×１０-6／℃のＳｉからなり、コレクタ保持部材１７は、（３００℃の）熱膨張係数が１１×１０-6／℃のＴｉからなり、更に、コレクタ中間層３５は、コレクタ基板１９とコレクタ保持部材１７との中間の（３００℃）の熱膨張係数が９×１０-6／℃のＣｒからなる。
【００５６】
なお、エミッタ電極３とコレクタ電極５の材料は、前記実施例１と同様である。
従って、本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、エミッタ中間層３３とコレクタ中間層３５は、その両側の部材の熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有するので、熱応力を緩和する中間層としての機能を有する。これによって、エミッタ電極３及びコレクタ電極５が歪みにくいので、両電極３、５間の短絡を一層効果的に防止できるという効果がある。
【００５７】
しかも、本実施例では、エミッタ基板１５及びエミッタ中間層３３の熱膨張係数が、エミッタ電極３の熱膨張係数とエミッタ保持部材１３の熱膨張係数との中間に設定されているので、エミッタ基板１５及びエミッタ中間層３３とも熱応力を緩和する中間層としての機能を有している。
【００５８】
同様に、コレクタ基板１９及びコレクタ中間層３５との熱膨張係数が、コレクタ電極５の熱膨張係数とコレクタ保持部材１７の熱膨張係数との中間に設定されているので、コレクタ基板１９及びコレクタ中間層３５とも熱応力を緩和する中間層としての機能を有している。
【００５９】
その上、エミッタ基板１５の熱膨張係数とエミッタ中間層３３の熱膨張係数とは、エミッタ電極３又はエミッタ保持部材１３に近いほど、その熱膨張係数が近くなるように設定されている。
【００６０】
同様に、コレクタ基板１９の熱膨張係数とコレクタ中間層３５の熱膨張係数とは、コレクタ電極５又はコレクタ保持部材１７に近いほど、その熱膨張係数が近くなるように設定されている。
【００６１】
つまり、この様に、間に挟まれた各基板１５、１９及び各中間層３３、３５の熱膨張係数が（積層方向に沿って）徐々に変化するように設定されているので、この点からも、熱応力が好適に緩和され、より一層短絡を防止することができる。
【実施例３】
【００６２】
次に、実施例３について説明するが、実施例２と同様な内容の説明は簡略化する。尚、実施例２と同様な構成は、同一の符号を付す。
図３に示す様に、本実施例３の熱電子変換素子４１は、前記実施例２と同様に、エミッタ電極３を保持するエミッタ保持部７と、コレクタ電極５を保持するコレクタ保持部９と、絶縁部材１１とを備えている。
【００６３】
また、本実施例では、エミッタ保持部７は、エミッタ電極３が形成されたエミッタ基板１５と、エミッタ基板１５に接合されたエミッタ中間層３３と、エミッタ中間層３３に接合されたエミッタ保持部材１３とから構成されている。
【００６４】
同様に、コレクタ保持部９は、コレクタ電極５が形成されたコレクタ基板１９と、コレクタ基板１９に接合されたコレクタ中間層３５と、コレクタ中間層３５に接合されたコレクタ保持部材１７とから構成されている。
【００６５】
特に本実施例では、エミッタ中間層３３は、（６００℃の）熱膨張係数が５×１０-6／℃のＷからなる内エミッタ中間層３３ａと、（６００℃の）熱膨張係数が５．３×１０-6／℃のＭｏからなる外エミッタ中間層３３ｂとから構成されている。
【００６６】
つまり、内エミッタ中間層３３ａの熱膨張係数より外エミッタ中間層３３ｂの熱膨張係数が大きく設定されている。
同様に、コレクタ中間層３５は、（３００℃の）熱膨張係数が４．６×１０-6／℃のＷからなる内コレクタ中間層３５ａと、（３００℃の）熱膨張係数が９×１０-6／℃のＣｒからなる外コレクタ中間層３５ｂとから構成されている。
【００６７】
つまり、内コレクタ中間層３５ａの熱膨張係数より外コレクタ中間層３５ｂの熱膨張係数が大きく設定されている。
これにより、本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、一層熱応力を低減でき、両電極３、５間の短絡を一層大きく低減できるという利点がある。
【００６８】
なお、内エミッタ中間層３３ａや外エミッタ中間層３３ｂ、並びに、内コレクタ中間層３５ａや外コレクタ中間層３５ｂは、各材料からなる板材を積層して、例えば熱拡散によって接合して一体化してもよい。
【００６９】
また、エミッタ中間層３３やコレクタ中間層２５は、いわゆる傾斜材料で構成してもよい。この傾斜材料とは、厚み方向に材料の組成を徐々に変化させることによって、熱膨張係数も徐々に変化させたものである。
【実施例４】
【００７０】
次に、実施例４について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。尚、実施例１と同様な構成は、同一の符号を付す。
図４に示す様に、本実施例４の熱電子変換素子５１は、前記実施例１とは異なり、金属材料からエミッタ電極３及びコレクタ電極５を構成し、それぞれに（エミッタ保持部７である）エミッタ保持部材１３と（コレクタ保持部９である）コレクタ保持部材１７とを接合したものである。
【００７１】
本実施例では、エミッタ電極３及びコレクタ電極５をＷから構成し、エミッタ保持部材１３をＣｒから構成するとともに、コレクタ保持部材１７をＦｅから構成している。
従って、エミッタ保持部材１３の（６００℃）の熱膨張係数は１２×１０-6／℃であり、コレクタ保持部材１７の（３００℃）の熱膨張係数の１５×１０-6／℃より小さいので、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【実施例５】
【００７２】
次に、実施例５について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は簡略化する。尚、実施例１と同様な構成は、同一の符号を付す。
図５に示す様に、本実施例５の熱電子変換素子６１は、前記実施例１と同様に、エミッタ電極３と、エミッタ基板１５及びエミッタ保持部材１３からなるエミッタ保持部７と、コレクタ電極５と、コレクタ基板１９及びコレクタ保持部材１７からなるコレクタ保持部９とを備えている。
【００７３】
特に本実施例では、エミッタ保持部材１３の外周側の端部から、同図下方に向けて、筒状の（低温側への熱拡散を防止し且つ熱応力を緩和する）エミッタ側ヒートチョーク部６３が延設されている。
【００７４】
同様に、コレクタ保持部材１７の外周側の端部から、同図下方に向けて、筒状の（低温側への熱拡散を防止し且つ熱応力を緩和する）コレクタ側ヒートチョーク部６５が、エミッタ側ヒートチョーク部６３と平行に、同心状に延設されている。
【００７５】
なお、エミッタ側ヒートチョーク部６３とコレクタ側ヒートチョーク部６５との（同図下方の）先端側は、環状の絶縁部材６７によって、熱電子変換素子６１の内部空間６９を閉塞するように一体に接合されている。
【００７６】
本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、熱応力の緩和は、エミッタ保持部材１３とコレクタ保持部材１７の熱膨張係数の設定によって、かなりの程度まで実現されているので、両ヒートチョーク部６３、６５を従来に比べて小型化することができる。その結果、熱電子変換素子６１自体も小型化することが可能になる。
【００７７】
尚、本発明は前記実施態様や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７８】
１、３１、４１、５１、６１…熱電子発電素子
３…エミッタ電極
５…コレクタ電極
７…エミッタ保持部
９…コレクタ保持部
１３…エミッタ保持部材
１７…コレクタ保持部材
２１…空間（間隔）
３３…エミッタ中間層
３５…コレクタ中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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