JP2000012916A - Thermo-element and power-generating device - Google Patents

Thermo-element and power-generating device

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JP2000012916A
JP2000012916A JP10173335A JP17333598A JP2000012916A JP 2000012916 A JP2000012916 A JP 2000012916A JP 10173335 A JP10173335 A JP 10173335A JP 17333598 A JP17333598 A JP 17333598A JP 2000012916 A JP2000012916 A JP 2000012916A
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Japan
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thermoelectric element
type thermoelectric
substrate
piezoelectric
electrode
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Susumu Fujita
進 藤田
Yasushi Nakabayashi
靖 中林
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Seiko Instruments Inc
SII R&D Center Inc
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Seiko Instruments Inc
SII R&D Center Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve assembly precision through better assembly characteristics and to provide a thermo-element, wherein a sufficient power-generation amount is assured without increasing the size. SOLUTION: This thermo-element 10 in which a P-type thermo-element 31 and an N-type thermo-element 32 are pinched and jointed between a pair of substrates 11 and 21 wherein electrodes 12 and 22 are provided on facing surfaces respectively, while the P-type thermo-element 31 and the N-type thermo- element 32 are alternately connected in series. Here, at least one of the pair of substrates 1 and 21 is formed of a transparent material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、温度差による発
電、又は電流を流すことによる冷却及び発熱を行うこと
ができる熱電素子およびこれを備える熱電装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric element capable of performing power generation by a temperature difference or cooling and heat generation by passing an electric current, and a thermoelectric device having the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱電素子は金属等の導電性電極を介して
P型熱電材料とN型熱電材料とを接合し、PN接合対を
形成することにより作製される。この熱電素子はPN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
づく起電力を発生することから温度差を利用した発電装
置としての用途がある。また、逆に、素子に電流を流す
ことにより接合部の一方で冷却、他方の接合部で発熱が
起こるペルチェ効果を利用した冷却装置、加熱装置など
としての用途がある。
2. Description of the Related Art A thermoelectric element is manufactured by joining a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material via a conductive electrode such as a metal to form a PN junction pair. This thermoelectric element generates an electromotive force based on the Seebeck effect by giving a temperature difference between a pair of PN junctions, and thus has a use as a power generation device utilizing the temperature difference. Conversely, there is a use as a cooling device, a heating device, or the like utilizing the Peltier effect in which a current flows through the element to cool one of the joints and generate heat at the other joint.

【0003】このような熱電素子はその性能を向上する
ために複数個の素子が直列に繋がれた熱電モジュールと
して用いられる。この熱電モジュールの構造は、一辺が
数百μmから数mmの直方体の形状をしたP型熱電エレ
メント及びN型熱電エレメントが2枚のアルミナや窒化
アルミニウムなどの電気絶縁性の基板で挾持され、P型
熱電エレメントとN型熱電エレメントがこの基板上で金
属等の導電性物質からなる電極で接合されると同時に、
この接合により各熱電エレメントが直列に繋がれてい
る。
[0003] Such a thermoelectric element is used as a thermoelectric module in which a plurality of elements are connected in series in order to improve its performance. The structure of this thermoelectric module is such that a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element each having a rectangular parallelepiped shape having a side of several hundreds μm to several mm are sandwiched between two electrically insulating substrates such as alumina and aluminum nitride. The type thermoelectric element and the N type thermoelectric element are joined on this substrate by electrodes made of a conductive material such as metal,
This joining connects the thermoelectric elements in series.

【0004】このような複数個のP型熱電エレメント及
びN型熱電エレメントが直列に配列されている熱電モジ
ュールを製作する方法としては、一般的に、P型熱電材
料及びN型熱電材料をそれぞれ温度差を保つのに必要な
厚さを有する板状に切断した後、基板に形成された金属
等の電極と接合するため、はんだ付けができるようにそ
の両面にニッケルめっき等の表面処理を施し、その後、
この熱電材料を所望の大きさのチップ状に切断し、予め
接合用のはんだが配線パターンとして印刷されている2
枚のアルミナ等の電気絶縁性基板に治具等を用いて配列
し、挾持した後に加熱によりはんだ付けを行って接合す
る方法がある。
[0004] As a method of manufacturing such a thermoelectric module in which a plurality of P-type thermoelectric elements and N-type thermoelectric elements are arranged in series, generally, a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material are each heated at a temperature. After cutting into a plate having the thickness necessary to keep the difference, to join with electrodes such as metal formed on the substrate, subjected to a surface treatment such as nickel plating on both surfaces so that soldering can be performed, afterwards,
This thermoelectric material is cut into chips of a desired size, and solder for bonding is printed in advance as a wiring pattern.
There is a method of arranging and using a jig or the like on a sheet of an electrically insulating substrate such as alumina and holding them, then soldering them by heating and joining them.

【0005】また、小型化を図るため、切断の途中で樹
脂モールドしながら熱電エレメントを集積した樹脂モー
ルドタイプの熱電素子も知られている。さらに、厚膜法
を利用して、さらに小型のN型及びP型の熱電材料エレ
メントを集積した熱電素子が知られている。このような
小型の熱電素子の場合も、各熱電エレメントの端面を表
面処理した後、一面に電極を形成した接合基板を両面に
接合する必要がある。
Further, in order to reduce the size, a resin-molded thermoelectric element in which thermoelectric elements are integrated while being molded during cutting is also known. Further, there is known a thermoelectric element in which smaller N-type and P-type thermoelectric material elements are integrated using a thick film method. Even in the case of such a small thermoelectric element, it is necessary to perform surface treatment on the end face of each thermoelectric element, and then join the joining substrates having electrodes formed on one face to both faces.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の熱電モジュールを製作する方法では、特に、P型熱
電エレメントやN型熱電エレメントのサイズが小さくな
ったり、その配列間隔が狭くなった場合、ニッケルめっ
き等の表面処理が施された接合面と、接合基板に形成さ
れた電極との位置合せが困難となってしまう。そして、
P型熱電エレメントやN型熱電エレメント接合面と適正
な電極との間に位置ずれが発生した場合には、各熱電エ
レメントの接合面が適正な電極に隣接した他の電極に接
触してしまい、ショートが発生してしまうという問題が
ある。
However, in the above-described method of manufacturing the conventional thermoelectric module, particularly when the size of the P-type thermoelectric element or the N-type thermoelectric element is reduced or the arrangement interval thereof is reduced, It becomes difficult to align the bonding surface subjected to the surface treatment such as nickel plating with the electrode formed on the bonding substrate. And
If a misalignment occurs between the P-type thermoelectric element or N-type thermoelectric element bonding surface and the proper electrode, the bonding surface of each thermoelectric element comes into contact with another electrode adjacent to the proper electrode, There is a problem that a short circuit occurs.

【0007】また、一般的な熱電モジュールによる温度
差発電では、この温度差が小さいときには十分な発電量
が得られず、発電不足になる場合がある。この場合、熱
電発電に太陽電池として利用される光発電を組み合わせ
ることが考えられるが、素子が大型化してしまうという
問題がある。本発明はこのような問題を解決するもので
あって、組付性を良くすることで組付精度の向上を図る
と共に、大型化せずに十分な発電量を確保することので
きる熱電素子を提供することを課題とする。
[0007] In the case of temperature difference power generation by a general thermoelectric module, when the temperature difference is small, a sufficient amount of power cannot be obtained, and power generation may be insufficient. In this case, it is conceivable to combine thermoelectric power generation with photovoltaic power generation used as a solar cell, but there is a problem that the element becomes large. The present invention is intended to solve such a problem, and aims at improving the assembling accuracy by improving the assembling property, and a thermoelectric element capable of securing a sufficient power generation amount without increasing the size. The task is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の第1の態様は、対向する一面にそれぞれ電極が設け
られた一対の基板によってP型熱電エレメントとN型熱
電エレメントとを挾持接合して、これらP型熱電エレメ
ント及びN型熱電エレメントを交互に直列に接続してな
る熱電素子において、前記一対の基板のうち少なくとも
一方を透明材料によって構成したことを特徴とする熱電
素子にある。
A first aspect of the present invention to solve the above-mentioned problem is to sandwich and join a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element by a pair of substrates provided with electrodes on one surface facing each other. In the thermoelectric element in which the P-type thermoelectric elements and the N-type thermoelectric elements are alternately connected in series, at least one of the pair of substrates is made of a transparent material.

【0009】従って、接合面に電極が設けられた基板を
P型熱電エレメント及びN型熱電エレメントの端面に接
合する際、基板が透明材料であるために、目視又は画像
処理により、P型熱電エレメント及びN型熱電エレメン
トの端面と電極との位置関係を調節することができ、組
付精度の向上が図れる。本発明の第2の態様は、第1の
態様の熱電素子において、前記透明材料がサファイヤガ
ラスであることを特徴とする熱電素子にある。
Therefore, when a substrate having an electrode provided on the bonding surface is bonded to the end surfaces of the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element, the substrate is made of a transparent material. In addition, the positional relationship between the end face of the N-type thermoelectric element and the electrode can be adjusted, and the assembling accuracy can be improved. A second aspect of the present invention is the thermoelectric element according to the first aspect, wherein the transparent material is sapphire glass.

【0010】熱伝導率の高いサファイヤガラスを基板の
材料として用いることにより、組付精度の向上が図れる
一方で、十分な発電量を確保できる。本発明の第3の態
様は、対向する一面にそれぞれ電極が設けられ一対の基
板によってP型熱電エレメントとN型熱電エレメントと
を挾持接合して、これらP型熱電エレメント及びN型熱
電エレメントを交互に直列に接続してなる熱電素子にお
いて、前記一対の基板のうちの一方の基板を圧電材料か
らなる圧電基板とすると共に該圧電基板の前記電極とは
反対面に対向電極を設けて圧電素子を構成したことを特
徴とする熱電素子にある。
By using sapphire glass having a high thermal conductivity as the material of the substrate, the assembling accuracy can be improved, while a sufficient power generation amount can be secured. According to a third aspect of the present invention, a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element are sandwiched and joined by a pair of substrates, each of which is provided with an electrode on one of the opposing surfaces. In the thermoelectric element connected in series, one of the pair of substrates is a piezoelectric substrate made of a piezoelectric material, and a counter electrode is provided on a surface of the piezoelectric substrate opposite to the electrode to form a piezoelectric element. A thermoelectric element characterized in that it is configured.

【0011】従って、熱電素子に機械的ストレスが生じ
たときにも圧電素子により発電される。また、熱電素子
に圧電素子を一体的に付設することにより、大型化せず
に補助的な電力を得ることがき、十分な発電量を確保で
きる。本発明の第4の態様は、第3の態様の熱電素子に
おいて、前記圧電性基板を透明材料によって構成したこ
とを特徴とする熱電素子にある。
Therefore, even when mechanical stress occurs in the thermoelectric element, power is generated by the piezoelectric element. Further, by integrally attaching the piezoelectric element to the thermoelectric element, auxiliary power can be obtained without increasing the size, and a sufficient power generation amount can be secured. A fourth aspect of the present invention is the thermoelectric element according to the third aspect, wherein the piezoelectric substrate is made of a transparent material.

【0012】従って、P型熱電エレメント及びN型熱電
エレメントに、一方面に電極を設けた圧電基板を接合す
る際に、圧電基板が透明材料であるために、目視又は画
像認識により、P型熱電エレメント及びN型熱電エレメ
ントの接合面と電極との位置合わせ良好に行うことがで
きる。本発明の第5の態様は、第3又は4の態様の熱電
素子と、電気を充電する二次電池とを具備することを特
徴とする発電装置にある。
Therefore, when a piezoelectric substrate having electrodes provided on one side is joined to the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element, the P-type thermoelectric element is visually or image-recognized because the piezoelectric substrate is a transparent material. Good alignment between the electrode and the bonding surface of the element and the N-type thermoelectric element can be performed. According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a power generator including the thermoelectric element according to the third or fourth aspect, and a secondary battery for charging electricity.

【0013】従って、熱電素子及び圧電素子で発電され
た電気を二次電池に蓄えて必要に応じて使用することが
できる。
Therefore, the electricity generated by the thermoelectric element and the piezoelectric element can be stored in the secondary battery and used as needed.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1に本発明の第1実施形
態に係る熱電素子の概略、図2に本実施形態の熱電素子
を構成する熱電エレメントの平面視、図3に本実施形態
の熱電素子を構成する第1基板の平面視、図4に本実施
形態の熱電素子を構成する第2基板の平面視をそれぞれ
示す。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a thermoelectric element according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a plan view of the thermoelectric element constituting the thermoelectric element of the present embodiment, and FIG. 3 shows a first substrate constituting the thermoelectric element of the present embodiment. 4 and a plan view of the second substrate constituting the thermoelectric element of the present embodiment are shown in FIG.

【0015】図1に示すように、本実施形態の熱電素子
10は、第1基板11と第2基板21とで複数のP型熱
電エレメント31及びN型熱電エレメント32を接合挟
持したものである。ここで、第1基板11の上面には複
数の電極12が付設される一方、第2基板21の表面に
も複数の電極22が付設されている。この各基板の対向
する電極12と電極22の間にP型熱電エレメント31
とN型熱電エレメント32が挾持され、且つ各電極と各
エレメントの接合面がはんだ付け等により接合されるこ
とで、このP型熱電エレメント31及びN型熱電エレメ
ント32が交互に直列に配線されている。そして、この
実施形態では、第1基板11及び第2基板21が透明材
料としてのサファイヤガラスによって形成されている。
As shown in FIG. 1, a thermoelectric element 10 according to the present embodiment has a plurality of P-type thermoelectric elements 31 and a plurality of N-type thermoelectric elements 32 joined and held between a first substrate 11 and a second substrate 21. . Here, a plurality of electrodes 12 are provided on the upper surface of the first substrate 11, and a plurality of electrodes 22 are provided on the surface of the second substrate 21. A P-type thermoelectric element 31 is provided between the opposed electrodes 12 and 22 of each substrate.
The P-type thermoelectric element 31 and the N-type thermoelectric element 32 are alternately wired in series by sandwiching the electrode and the element by soldering or the like. I have. In this embodiment, the first substrate 11 and the second substrate 21 are formed of sapphire glass as a transparent material.

【0016】以下、本実施形態の熱電素子10の作製方
法について説明する。図1では図示を省略しているが、
図2に示すように、各P型熱電エレメント31及びN型
熱電エレメント32の周囲は熱電素子固定用樹脂33に
よりモールドされており、両面にP型熱電エレメント3
1及びN型熱電エレメント32の端面のみが露出した熱
電素子固定基板34を構成している。熱電素子固定基板
34のP型熱電エレメント31及びN型熱電エレメント
32は、図における縦列には同種のエレメントが並び、
横列には異種のエレメントが交互に並ぶよう配置されて
いる。なお、P型熱電エレメント31及びN型熱電エレ
メント32の端面には、無電解メッキによりニッケル層
が形成されている。
Hereinafter, a method for manufacturing the thermoelectric element 10 of the present embodiment will be described. Although illustration is omitted in FIG. 1,
As shown in FIG. 2, the periphery of each P-type thermoelectric element 31 and N-type thermoelectric element 32 is molded with a thermoelectric element fixing resin 33, and the P-type thermoelectric elements 3
This constitutes a thermoelectric element fixing substrate 34 in which only the end faces of the 1 and N-type thermoelectric elements 32 are exposed. As for the P-type thermoelectric element 31 and the N-type thermoelectric element 32 of the thermoelectric element fixing board 34, the same kind of elements are arranged in a column in the figure,
In the rows, elements of different types are arranged alternately. Note that nickel layers are formed on the end faces of the P-type thermoelectric element 31 and the N-type thermoelectric element 32 by electroless plating.

【0017】一方、図3に示すように、電気絶縁性を有
する厚さ0.3mm程度の第1基板11の上面には、複
数の電極12が、格子状に配設されている。各電極12
はニッケルからなり、その表面にはんだバンプが印刷等
により設けられている。ここで、各電極12は、図2に
示すように横列に交互に並んだP型熱電エレメント31
及びN型熱電エレメント32の端面の隣同士接続するよ
うに設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 3, a plurality of electrodes 12 are arranged in a grid on the upper surface of a first substrate 11 having a thickness of about 0.3 mm and having electrical insulation. Each electrode 12
Is made of nickel, and solder bumps are provided on its surface by printing or the like. Here, each electrode 12 is composed of P-type thermoelectric elements 31 alternately arranged in rows as shown in FIG.
And the N-type thermoelectric element 32 is provided so as to be connected to adjacent end faces.

【0018】また、図4に示すように、電気絶縁性を有
する厚さ0.3mm程度の第2基板21の上面にも、複
数の電極22が設けられている。ここで、電極22は、
電極12と同様なものであるが、電極22の配置は、電
極12により接続されていない隣同士のP型熱電エレメ
ント31及びN型熱電エレメント32を接続するように
設けられている。従って、図における各横列の左端と次
の列の右端とを接続する配線23が設けられており、こ
れにより、電極12及び電極22を介して、全てのP型
熱電エレメント31及びN型熱電エレメント32が交互
に直列に接続できるようになっている。これらの直列接
続の両端は電極22A及び22Bから取り出される。こ
こで、これら基板11,21は熱伝導性が高く、なるべ
く損失なく各熱電材料に熱を伝える必要がある。一般
に、熱の伝えやすさは 熱の伝え易さ=熱伝導率×(熱の流れる断面積/熱の流
れる長さ) で表される。
As shown in FIG. 4, a plurality of electrodes 22 are also provided on the upper surface of the second substrate 21 having a thickness of about 0.3 mm having electrical insulation. Here, the electrode 22 is
Although it is the same as the electrode 12, the arrangement of the electrode 22 is provided so as to connect adjacent P-type thermoelectric elements 31 and N-type thermoelectric elements 32 that are not connected by the electrode 12. Therefore, a wiring 23 is provided to connect the left end of each row in the figure and the right end of the next row, whereby all the P-type thermoelectric elements 31 and the N-type thermoelectric elements are connected via the electrodes 12 and 22. 32 can be connected alternately in series. Both ends of these series connections are taken out of the electrodes 22A and 22B. Here, these substrates 11 and 21 have high thermal conductivity, and it is necessary to transmit heat to each thermoelectric material as much as possible without loss. In general, the ease of conducting heat is represented by the equation of easy conducting of heat = heat conductivity × (cross sectional area of flowing heat / length of flowing heat).

【0019】ここで、Bi−Te系の熱電材料の熱伝導
率は約1W/(m・κ)、銅やニッケルの熱伝導率は4
00から100W/(m・κ)程度である。基板の損失
を減らすためには、基板11,12の熱伝導率は熱電材
料の10倍以上が望ましい。本実施形態で用いたサファ
イアガラスは熱伝導率が40W/(m・κ)程度であ
り、熱伝導の面では十分である。
Here, the thermal conductivity of the Bi-Te-based thermoelectric material is about 1 W / (m · κ), and the thermal conductivity of copper or nickel is 4
It is about 00 to 100 W / (m · κ). In order to reduce the loss of the substrate, it is desirable that the thermal conductivity of the substrates 11 and 12 be at least 10 times that of the thermoelectric material. The sapphire glass used in this embodiment has a thermal conductivity of about 40 W / (m · κ), which is sufficient in terms of thermal conductivity.

【0020】このような基板11、21を熱電素子固定
基板34に接合する。すなわち、まず、熱電素子固定基
板34の一面上に、例えば、基板11を載置し、各電極
12と各P型熱電エレメント31及びN型熱電エレメン
ト32の端面とを位置合わせして密着した後、加熱する
ことにより、電極12とP型熱電エレメント31及びN
型熱電エレメント32の端面とをはんだ付けする。この
とき、基板11が透明なので、各電極12と各P型熱電
エレメント31及びN型熱電エレメント32の端面と位
置合わせを画像で認識しながら確実に行うことができ、
少なくとも電極12が隣の接触すべきでない端面との接
触を防止することができる。次いで、基板21の接合も
同様にして行うことができ、同様に、各電極22とP型
熱電エレメント31及びN型熱電エレメント32の端面
との位置合わせを画像処理で行うことができる。
The substrates 11 and 21 are joined to the thermoelectric element fixed substrate 34. That is, first, for example, the substrate 11 is placed on one surface of the thermoelectric element fixed substrate 34, and the electrodes 12 and the end faces of the P-type thermoelectric elements 31 and the N-type thermoelectric elements 32 are aligned and adhered. By heating, the electrode 12 and the P-type thermoelectric element 31 and N
The end face of the mold thermoelectric element 32 is soldered. At this time, since the substrate 11 is transparent, each electrode 12 and the end faces of each of the P-type thermoelectric elements 31 and the N-type thermoelectric elements 32 can be reliably aligned while recognizing them with images.
At least the electrode 12 can be prevented from contacting the adjacent end face that should not be in contact. Next, the bonding of the substrate 21 can be performed in the same manner, and similarly, the alignment of each electrode 22 with the end faces of the P-type thermoelectric element 31 and the N-type thermoelectric element 32 can be performed by image processing.

【0021】このようにしてP型熱電エレメント31及
びN型熱電エレメント32を電極12,22が形成され
た基板11,21で挾持して両者を接合することで、多
数のP型熱電エレメント31及びN型熱電エレメント3
2が交互に直列に配線された熱電素子10が構成される
こととなる。このような構成とすることにより、第1基
板11及び第2基板21とP型熱電エレメント31及び
N型熱電エレメント32との接合が容易となると共に、
接合精度が向上して不良率が著しく低減する。また、微
細な熱電素子を製造することができ、小型ローパワー機
器用の熱電素子、あるいは、冷却素子として用いること
ができ、汎用性が向上する。なお、上述した実施形態で
は、基板11、21の両方を透明基板としたが、何れか
一方としてもよく、また、透明基板としては、サファイ
アガラスの他、透明で熱伝導率の良好なものを用いるこ
とができる。
In this manner, the P-type thermoelectric element 31 and the N-type thermoelectric element 32 are sandwiched between the substrates 11 and 21 on which the electrodes 12 and 22 are formed, and are joined to each other. N-type thermoelectric element 3
Thus, the thermoelectric element 10 in which the two are alternately wired in series is configured. With such a configuration, the first substrate 11 and the second substrate 21 can be easily joined to the P-type thermoelectric element 31 and the N-type thermoelectric element 32, and
The joining accuracy is improved and the defect rate is significantly reduced. In addition, a fine thermoelectric element can be manufactured, and can be used as a thermoelectric element for a small low-power device or as a cooling element, and versatility is improved. In the above-described embodiment, both the substrates 11 and 21 are transparent substrates. However, either one of them may be used. In addition to a sapphire glass, a transparent substrate having good thermal conductivity may be used. Can be used.

【0022】図5に本発明の第2実施形態に係る熱電素
子の概略、図6に本実施形態の熱電素子を適用した発電
装置の回路を示す。なお、前述した実施形態で説明した
ものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して
重複する説明は省略する。図5に示すように、本実施形
態の熱電素子は、前述した第1実施形態の熱電素子10
に圧電素子50の機能を付加したものである。
FIG. 5 schematically shows a thermoelectric element according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a circuit of a power generating apparatus to which the thermoelectric element of the present embodiment is applied. Note that members having the same functions as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. As shown in FIG. 5, the thermoelectric element of the present embodiment is the same as the thermoelectric element 10 of the first embodiment described above.
The function of the piezoelectric element 50 is added to FIG.

【0023】即ち、本実施形態では上述した実施形態の
第1基板11の代わりに圧電材料からなる圧電基板41
を用いている。圧電基板41の上面には複数の電極12
が同様に設けられ、一方、第2基板21の表面にも複数
の電極22が設されている。これら基板41,21の対
向する電極12,22間にP型熱電エレメント31とN
型熱電エレメント32とが挾持され、その接合面がはん
だ付けにより接合されることで、このP型熱電エレメン
ト31及びN型熱電エレメント32が交互に直列に配線
される点は、上述した実施形態と同様である。従って、
これにより、熱電素子10Aが構成され、圧電基板41
と第2基板21との間に温度差が生じた場合には、発電
される。
That is, in this embodiment, the piezoelectric substrate 41 made of a piezoelectric material is used instead of the first substrate 11 of the above-described embodiment.
Is used. A plurality of electrodes 12 are provided on the upper surface of the piezoelectric substrate 41.
Are provided in the same manner, while a plurality of electrodes 22 are also provided on the surface of the second substrate 21. The P-type thermoelectric element 31 and the N
The point that the P-type thermoelectric element 31 and the N-type thermoelectric element 32 are alternately wired in series by sandwiching the mold thermoelectric element 32 and joining the joining surfaces by soldering is different from the above-described embodiment. The same is true. Therefore,
Thus, the thermoelectric element 10A is formed, and the piezoelectric substrate 41 is formed.
When a temperature difference occurs between the first substrate and the second substrate 21, power is generated.

【0024】また、圧電基板41の電極12とは反対側
には、対向電極51及び振動板52が順次接合され、こ
れにより圧電素子50を構成している。従って、圧電基
板41に歪みが生じた場合には、発電される。また、本
実施形態では、振動板52が外部からの歪み(振動)を
圧電基板41に伝達する機能を果たし、圧電基板41に
良好な歪みを与える。
On the opposite side of the piezoelectric substrate 41 from the electrode 12, a counter electrode 51 and a vibration plate 52 are sequentially joined to form a piezoelectric element 50. Therefore, when distortion occurs in the piezoelectric substrate 41, power is generated. Further, in the present embodiment, the vibration plate 52 has a function of transmitting distortion (vibration) from the outside to the piezoelectric substrate 41, and gives favorable distortion to the piezoelectric substrate 41.

【0025】ここで、本実施形態では、第1基板11が
圧電材料としてのPZT(商品名:PbZrO3−Pb
TiO3系)で形成され、第2基板21が透明材料とし
てのサファイヤガラスによって形成されている。また、
振動板52は、振動を圧電基板41に伝達し易く、且つ
熱伝導率が大きくて圧電基板41に熱を伝達し易い材
料、例えば、黄銅などの銅合金を用いればよい。
In this embodiment, the first substrate 11 is made of PZT (trade name: PbZrO3-Pb) as a piezoelectric material.
The second substrate 21 is formed of sapphire glass as a transparent material. Also,
The vibration plate 52 may be made of a material that easily transmits vibration to the piezoelectric substrate 41 and has high thermal conductivity and easily transmits heat to the piezoelectric substrate 41, for example, a copper alloy such as brass.

【0026】このよう構成された熱電素子は、熱電素子
10Aの電極22A及び電極22B間で熱電素子本来の
機能に基づく電力を取り出すことができ、また、電極1
2及び対向電極51間で圧電素子50による電力を取り
出すことができる。ただし、実際には電極12から直接
電圧を取り出すのではなく、電極22Aから取り出して
いる。これらの構成により、図6に示すように熱電素子
10Aの電極22A,22Bを充電制御回路61を介し
て二次電池62に接続することにより、発電された電気
が二次電池62に蓄えられる。また、圧電素子50の電
極12及び対向電極51は、整流器63及び充電制御回
路61を介して二次電池62に接続することにより、圧
電素子50により発電された電力も同時に二次電池62
に蓄えることができる。
The thermoelectric element configured as described above can extract electric power based on the original function of the thermoelectric element between the electrode 22A and the electrode 22B of the thermoelectric element 10A.
Electric power by the piezoelectric element 50 can be taken out between the second electrode 2 and the counter electrode 51. However, actually, the voltage is not directly taken out from the electrode 12, but is taken out from the electrode 22A. With these configurations, as shown in FIG. 6, by connecting the electrodes 22A and 22B of the thermoelectric element 10A to the secondary battery 62 via the charge control circuit 61, the generated electricity is stored in the secondary battery 62. The electrode 12 and the counter electrode 51 of the piezoelectric element 50 are connected to a secondary battery 62 via a rectifier 63 and a charge control circuit 61, so that the power generated by the piezoelectric element 50 simultaneously
Can be stored.

【0027】その結果、熱電素子10Aにて温度差によ
り発電した電力と、圧電素子50にて振動板52の歪に
より発電した電力とは充電制御回路61で足し合わさ
れ、エネルギの有効利用が図れる。また、圧電基板51
及び電極12を両方の素子で共有しているので、素子が
大型化することがないという利点がある。また、この場
合も、第2基板21が透明材料で形成されているので、
組付けが容易となると共に、組付精度が向上するという
効果を奏する。さらに、圧電基板41として、水晶又は
PLZTなどの透明材料で形成することにより、同様に
組付け容易になり且つ組付け精度を向上する。
As a result, the electric power generated by the temperature difference in the thermoelectric element 10A and the electric power generated by the distortion of the diaphragm 52 by the piezoelectric element 50 are added in the charge control circuit 61, and the energy can be effectively used. Also, the piezoelectric substrate 51
Also, since the electrode 12 is shared by both elements, there is an advantage that the element does not increase in size. Also in this case, since the second substrate 21 is formed of a transparent material,
This has the effect of facilitating assembly and improving assembly accuracy. Further, by forming the piezoelectric substrate 41 from a transparent material such as quartz or PLZT, the assembling becomes easier and the assembling accuracy is similarly improved.

【0028】なお、各基板41,21の電極12,22
と各P型熱電エレメント31及びN型熱電エレメント3
2との接合点は多数あり、全ての接合点を確実に行う必
要がある。一般に、接続の確認は電気抵抗を測定する
が、不完全な接続があると、初期的には正常な電気抵抗
を示すが、その後に断線することがある。この問題を解
決するために、本実施形態では、圧電基板41に対向電
極51を介して振動板52を設けてから、この圧電基板
41の両面に交番電圧をかけて振動させることにより不
良品の劣化を加速してスクリーニングをすることができ
る。従って、事後的な不良の発生を未然に防止すること
ができる。
The electrodes 12, 22 of the substrates 41, 21
And each P-type thermoelectric element 31 and N-type thermoelectric element 3
There are a large number of junctions with 2 and it is necessary to ensure that all junctions are made. Generally, the connection is measured by measuring the electric resistance. If there is an incomplete connection, the electric resistance is initially normal, but may be broken thereafter. In order to solve this problem, in the present embodiment, a vibration plate 52 is provided on the piezoelectric substrate 41 via the counter electrode 51, and then an alternating voltage is applied to both surfaces of the piezoelectric substrate 41 to vibrate, thereby reducing defective products. Screening can be performed by accelerating the deterioration. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a subsequent defect beforehand.

【0029】また、別の使用例として、圧電基板41の
両面に交番電圧をかけることで得られる振動で音を発す
ることも可能である。これは、例えば、アラーム用ブザ
ーとして用いることができ、アラーム発音機能付発電機
器を小型で安価とすることができる。
As another example of use, it is possible to emit sound by vibration obtained by applying an alternating voltage to both surfaces of the piezoelectric substrate 41. This can be used, for example, as an alarm buzzer, and the generator with an alarm sounding function can be made small and inexpensive.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明の熱電素子によれば、基板が透明材料であ
るために、目視又は画像処理により、P型熱電エレメン
ト及びN型熱電エレメントの接合面と電極との位置合わ
せを確実に行うことができ、組付精度の向上を図ること
ができる。
As described above in detail in the embodiment, according to the thermoelectric element of the present invention, since the substrate is made of a transparent material, the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element can be visually or image-processed. The alignment between the bonding surface and the electrode can be reliably performed, and the assembling accuracy can be improved.

【0031】また、熱電素子の一方の電極及び基板を利
用して圧電素子を組み付けることにより、温度差による
発電と振動による発電とを同時に行うことができ、素子
を大型化することなく、十分な発電量を確保することが
できる。
Further, by assembling the piezoelectric element using one electrode of the thermoelectric element and the substrate, power generation by temperature difference and power generation by vibration can be performed at the same time. The amount of power generation can be secured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る熱電素子の概略図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a thermoelectric element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施形態の熱電素子を構成する熱電エレメン
トの平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a thermoelectric element constituting the thermoelectric element of the present embodiment.

【図3】本実施形態の熱電素子を構成する第1基板の平
面図である。
FIG. 3 is a plan view of a first substrate constituting the thermoelectric element of the present embodiment.

【図4】本実施形態の熱電素子を構成する第2基板の平
面図である。
FIG. 4 is a plan view of a second substrate constituting the thermoelectric element of the present embodiment.

【図5】本発明の第2実施形態に係る熱電素子の概略図
である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a thermoelectric element according to a second embodiment of the present invention.

【図6】第2実施形態の熱電素子を適用した発電装置の
回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a power generation device to which the thermoelectric element of the second embodiment is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A 熱電素子 11 第1基板 12 電極 21 第2基板 22 電極 23 配線 31 P型熱電エレメント 32 N型熱電エレメント 33 固定用治具板 41 圧電基板 50 圧電素子 51 対向電極 52 振動板 61 整流器 62 充電制御回路 63 二次バッテリ 10, 10A Thermoelectric element 11 First substrate 12 Electrode 21 Second substrate 22 Electrode 23 Wiring 31 P-type thermoelectric element 32 N-type thermoelectric element 33 Fixing jig plate 41 Piezoelectric substrate 50 Piezoelectric element 51 Counter electrode 52 Vibration plate 61 Rectifier 62 Charge control circuit 63 Secondary battery

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中林 靖 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yasushi Nakabayashi 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Instruments Inc.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 P型熱電エレメントとN型熱電エレメン
トとを挾持する一対の基板と、これらP型熱電エレメン
ト及びN型熱電エレメントを交互に直列に接続するため
に前記基板上に設けられた電極と、を備える熱電素子で
あって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板が
透明材料によって構成したことを特徴とする熱電素子。
1. A pair of substrates sandwiching a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, and electrodes provided on the substrate for connecting the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element alternately in series. And at least one of the pair of substrates is made of a transparent material.
【請求項2】 前記透明材料がサファイヤガラスである
ことを特徴とする請求項1記載の熱電素子。
2. The thermoelectric element according to claim 1, wherein said transparent material is sapphire glass.
【請求項3】 P型熱電エレメントとN型熱電エレメン
トとを挾持する一対の基板と、これらP型熱電エレメン
ト及びN型熱電エレメントを交互に直列に接続するため
に前記基板上に設けられた電極と、を備える熱電素子で
あって、前記一対の基板のうちの一方の基板を圧電材料
からなる圧電基板とすると共に該圧電基板の前記電極が
形成された面の反対面に対向電極を設けて圧電素子を構
成したことを特徴とする熱電素子。
3. A pair of substrates sandwiching a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, and electrodes provided on the substrate for connecting the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element alternately in series. A thermoelectric element comprising: a substrate of one of the pair of substrates being a piezoelectric substrate made of a piezoelectric material, and a counter electrode provided on a surface of the piezoelectric substrate opposite to a surface on which the electrodes are formed. A thermoelectric element comprising a piezoelectric element.
【請求項4】 前記圧電基板を透明材料によって構成し
たことを特徴とする請求項3記載の熱電素子。
4. The thermoelectric element according to claim 3, wherein said piezoelectric substrate is made of a transparent material.
【請求項5】 圧電材料からなる圧電基板と、前記圧電
基板と対向してP型熱電エレメントとN型熱電エレメン
トとを挾持する基板と、前記P型熱電エレメント及び前
記N型熱電エレメントを交互に直列に接続するために前
記圧電基板及び前記基板上に形成された電極と、前記圧
電基板の前記電極が形成された面とは反対側の面に形成
された対向電極を有する熱電素子と、 発電された電気を充電する二次電池と、を備えることを
特徴とする発電装置。
5. A piezoelectric substrate made of a piezoelectric material, a substrate which faces the piezoelectric substrate and sandwiches a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, and the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are alternately arranged. A thermoelectric element having the piezoelectric substrate and an electrode formed on the substrate for connecting in series, a counter electrode formed on a surface of the piezoelectric substrate opposite to the surface on which the electrode is formed, And a secondary battery for charging the generated electricity.
【請求項6】 前記圧電基板が透明材料によって構成さ
れたことを特徴とする請求項5記載の発電装置。
6. The power generator according to claim 5, wherein the piezoelectric substrate is made of a transparent material.
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