(57)【要約】【課題】熱電素子の性能を落とさずに省スペースに熱電素子の取り付けが可能で、更にどのような取り付け形状に対しても、最適な位置からリード線が取り出せる構造を有する熱電素子の提供。【解決手段】本発明の熱電素子の構造は、上下基板の形状を同一とし、Ｐ型及びＮ型エレメントの接合に必要な最小限の基板サイズとし、リード線を取り出すために設ける電極は、上下基板の側面の任意な位置に構成し、必要に応じて複数の電極を設ける事も可能な構造とした。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型熱電材料からなるＰ型エレメントと、Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレメントと、
これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対づつ接合してＰＮ接合対を形成可能な金属電極を有する第１の基板と、該第１の基板とともに、前記Ｐ型及びＮ型エレメントを挟み込む状態に配置され、前記金属電極を有する第２の基板と、を備えた熱電素子において、
外部より電圧を印加するために取り付けるリード線を接合する金属電極パターンを、前記第１又は第２の基板のいずれかの側面に設けたことを特徴とする熱電素子。
【請求項２】
前記第１の基板と、前記第２の基板の外形形状を、同一の大きさにて構成したことを特徴とする請求項１記載の熱電素子の構造。
【請求項３】
前記金属電極は、前記基板の下面にまで延出しないことを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の熱電素子。
【請求項４】
前記金属電極を、前記第１又は第２の基板のいずれかの側面に、複数配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の熱電素子。
【請求項５】
前記金属電極を、前記第１の基板および前記第２の基板側面に、複数配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の熱電素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｐ型及びＮ型熱電材料からなるエレメントを備え、ゼーベック効果による温度差発電（熱発電）や、ペルチェ効果による電子冷却・発熱を可能とする熱電素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、従来の熱電素子の平面図及び側面図を示す。
熱電素子１００は、Ｐ型熱電材料１０とＮ型熱電材料１１とを、金属電極１６（１６ａ及び１６ｂ）を介して接合し、ＰＮ接合対を形成することにより作製される。この熱電素子１００は、接合対間に温度差を与えることによりゼーベック効果に基づく電力を発生することから発電装置として、また、素子に電流を流すことにより接合部の一方で冷却、他方で発熱が起こるいわゆるペルチェ効果を利用した冷却装置や精密制御装置などとしての用途がある。
【０００３】
一般に、ペルチェ効果を利用した熱電素子１００は、複数個の柱状（直方体）のＰ型およびＮ型の熱電材料片（以下、エレメント）と、これらを接合する金属電極１６を備えた２枚の基板により構成され、この第１の基板１の外形が、第２の基板２の外形より大きな形状であり、この大きな部分に外部より電圧を印可するための、リード線を取り付ける金属電極１５を設けていた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】
特開平１１−２２０１８３号公報（３〜５頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このリード線を取り付けるスペースのために形状が大きくなり、熱電素子を取り付ける発電装置や冷却装置等の面積も、同様に大きく設ける必要があり、省スペースに取り付ける場合には更に小型化しなければならず、性能が落ちる結果となってしまう。
本発明は、上記の問題を解決し、性能を落とさずに省スペースに熱電素子の取り付けが可能で、更にどのような取り付け形状に対しても、最適な位置からリード線が取り出せる構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の熱電素子は、第１の基板および第２の基板形状を同一とし、Ｐ型及びＮ型エレメントの接合に必要な最小限の基板外形サイズとし、リード線を取り出すために設ける金属電極は、第１の基板および第２の基板側面の任意な位置に構成し、必要に応じて複数の金属電極を設ける事も可能な構造としたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例について説明する。
【０００７】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態例である熱電素子１０１の構造について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、この熱電素子１０１の構造は、Ｐ型熱電材料からなるＰ型エレメント１０と、Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレメント１１と、これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対ずつ接合し、少なくても一対以上のＰＮ接合対を直列に形成可能な金属電極を有する第１の基板２１と、該第１の基板２１とともに、Ｐ型及びＮ型エレメントを挟み込む状態に配置され、金属電極を有する第２の基板２２と、を備えた熱電素子１０１とからなる。この熱電素子１０１には、外部より電圧（陰極、陽極）を印可するリード線３０ａ及び３０ｂを接合するために、前記ＰＮ接合対を形成する金属電極以外に、別途金属電極２５ａ及び２５ｂを設ける。
【０００８】
この第１の実施の形態例によれば、金属電極２５ａ及び２５ｂを、第１の基板２１の図２中平面図の下方向端面に設け、この部分にリード線３０ａ及び３０ｂを接合することによって、第１の基板２１と、第２の基板２２を同一の外形形状にて構成することが出来る。
尚、金属電極２５　ａ及び２５ｂの形成位置は、同一端面であれば、何処の位置に形成して構わないのは、勿論である。
【０００９】
また、金属電極２５　ａ及び２５ｂを設ける、第１の基板２１の側面形状は、段部２３を有しこの部分には金属電極２５を設けない構造とし、基板２１の下面にまで金属電極が延出しないこととした。
この実現手段としては、段部を設ける前に金属電極を側面に形成し、この後、段部を加工することで、金属電極を取り除く方法や、金属電極を形成する前に、第１の基板の側面形状を、段部に加工しておき、金属電極の不要部分には電極が着かないように、マスキング等を施してから、金属電極を形成すればよい。
【００１０】
この構造によれば、熱電素子を取り付ける発電装置や冷却装置等に実装する場合の、実装面が導電体であっても、金属電極２５とのショートが無く、熱電素子が正常に機能できる。
尚、図示してないが、ＰＮ接合対を直列に形成可能な金属電極の任意な位置にリード線を接合しておけば、ＰＮ接合対の一部が破損または実装不良等により導通不良となった場合でも、この導通不良部分を除いたＰＮ接合対のみを用いて、リード線から電圧を印加することにより、性能は落ちるものの機能を維持することができる。
【００１１】
図３は、第１の実施の形態の変形例であり、第１の基板２１の側面形状を、段部では無く、面カット２４の形状としたことである。
この構造によっても、上記第１の実施の形態例と同様の効果が得られる。
【００１２】
＜第２の実施の形態＞
この第２の実施の形態例の熱電素子１０２の構造は、第１の基板３１の側面に形成する金属電極３５を、図４中平面図の左右方向端面に設けたことのみ異なり、その他の構成については、第１の実施の形態と同様である。従って、同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
即ち、図４に示すように、熱電素子１０２の第１の基板３１の側面に、金属電極３５を形成した構造である。
このような第２の実施の形態例によれば、熱電素子を取り付ける発電装置や冷却装置等の実装部において、図４中平面図の上下方向に、他の部材等が密接して配置されたり、スペース的に余裕が無くリード線３０を取り出す隙間が無い場合でも、問題なくリード線３０を取り出すことが可能である。
【００１４】
＜第３の実施の形態＞
この第３の実施の形態例の熱電素子１０３の構造は、第１の基板４１の側面に形成する金属電極４５を、図５中平面図の左右下端面に、少なくても２ヶ所以上設けたことのみ異なり、その他の構成については、第１の実施の形態と同様である。従って、同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
即ち、図５に示すように、熱電素子１０３の第１の基板４１の側面に、金属電極４５を複数形成した構造である。
このような第３の実施の形態例によれば、熱電素子１０３を取り付ける発電装置や冷却装置等の、実装部の制約を受けることなく、また、実装時に急な仕様変更等による、リード線３０の接合位置変更にも、問題なく対応可能である。
更に、陰極、陽極のリード線３０を各々複数づつ取り付けておけば、１本のリード線３０が切断したとしても、熱電素子１０３は正常に機能することが可能である。
【００１６】
＜第４の実施の形態＞
以下、図６に基づいて、本発明の第４の実施の形態例である熱電素子１０４の構造について説明する。この図６においては、熱電素子１０４の各構成要素の形状および配置が、図２等と比較して、ほぼ同様であることから、同様の構成要素には、同一の符号を付し、特段の説明を省略する。
【００１７】
即ち、図６に示すように、熱電素子１０４の第２の基板５２の側面ならびに上面に、金属電極５５を形成した構造である。図６では、側面と平面の金属電極を一体で表しているが、前述のように側面のみでも可能なことは勿論である。
このような第４の実施の形態例によれば、熱電素子１０４を取り付ける発電装置や冷却装置等の実装部が、例えば凹形状等であった場合、熱電素子１０４の厚みより低い凹部であれば、側面からでもリード線を取り出すことが可能であり、凹部が熱電素子１０４の厚みより深い場合には、上面からリード線３０を取り出すことができる。
【００１８】
＜第５の実施の形態＞
以下、図７に基づいて、本発明の第５の実施の形態例である熱電素子１０５の構造について説明する。この図７においては、熱電素子１０５の各構成要素の形状および配置が、図２等と比較して、ほぼ同様であることから、同様の構成要素には、同一の符号を付し、特段の説明を省略する。
【００１９】
即ち、図７に示すように、熱電素子１０５の第２の基板６２の側面ならびに上面に、金属電極６５を複数形成した構造である。図７では、側面と平面の金属電極を一体で表しているが、前述のように側面のみでも可能なことは勿論である。
このような第５の実施の形態例によれば、熱電素子１０５を取り付ける発電装置や冷却装置等の実装部が、例えば熱電素子１０５の高さより深い凹形状等であり、熱電素子１０５を実装後に、上面の一部を被うような構造であり、被う位置が不規則であるような場合にも、リード線３０の取り出しが可能である。
更に、陰極、陽極のリード線３０を各々複数づつ取り付けておけるスペースがあれば、１本のリード線３０が切断したとしても、熱電素子１０５は正常に機能することが可能である。
【００２０】
＜第６の実施の形態＞
以下、図８に基づいて、本発明の第６の実施の形態例である熱電素子１０６の構造について説明する。この図８においては、熱電素子１０６の各構成要素の形状および配置が、図２等と比較して、ほぼ同様であることから、同様の構成要素には、同一の符号を付し、特段の説明を省略する。
【００２１】
即ち、図８に示すように、熱電素子１０６の第１の基板７１の４端面ならびに、第２の基板７２の４端面および上面に、金属電極７５を複数形成した構造である。図８では、第２の基板７２の４端面および上面の金属電極を一体で表しているが、端面のみでも可能なことは勿論である。
このような第６の実施の形態例によれば、熱電素子１０６を取り付ける発電装置や冷却装置等の実装部について、何の制約も全く受けずに、常に最適な位置からリード線３０を取り出すことが可能となり、用途に応じて金属電極７５の位置違いの種類を増やして製作する必要が無くなる。
更に、陰極、陽極のリード線３０を各々複数づつ取り付けておけるスペースがあれば、１本のリード線３０が切断したとしても、熱電素子１０６は正常に機能することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る熱電素子によれば、第１の基板と第２の基板の外形サイズを同一にできるうえ、性能を落とさずに小型化が可能である。
更に、本発明に係る熱電素子によれば、熱電素子を取り付ける発電装置や冷却装置等の実装部の形状にとらわれず、常に最適な位置からリード線を取り出すことが可能な構造とすることができる。
更に、リード線を陰極、陽極の各々について、複数づつ取り出す事が可能であり、１本が切断しても、熱電素子は正常に機能することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例を示す平面図および側面図
【図２】本発明に係る熱電素子の第１の実施形態例を示す平面図および側面図
【図３】本発明に係る熱電素子の変形例を示す平面図および側面図
【図４】本発明に係る熱電素子の第２の実施形態例を示す平面図および側面図
【図５】本発明に係る熱電素子の第３の実施形態例を示す平面図および側面図
【図６】本発明に係る熱電素子の第４の実施形態例を示す平面図および側面図
【図７】本発明に係る熱電素子の第５の実施形態例を示す平面図および側面図
【図８】本発明に係る熱電素子の第６の実施形態例を示す平面図および側面図
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１　　第１の基板
２，２２，３２，４２，５２，６２，７２　　第２の基板
１０　　Ｐ型熱電材料
１１　　Ｎ型熱電材料
１５，２５，３５，４５，５５，６５，７５　金属電極（リード取り付け用）
１６ａ，１６ｂ　　金属電極（Ｐ型、Ｎ型熱電材料用）
２３　　段部
２４　　面カット
３０ａ，３０ｂ　　リード線（陰極、陽極）
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６　　熱電素子
【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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【図６】
2004111631.tif 000008
【図７】
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【図８】
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