JP2002278654A - 携帯型電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池交換の必要のない携帯用電子機器、特に
電子卓上計算機を提供することである。 【解決手段】 所定の処理を行う処理部を内蔵するケー
ス１０と、スイッチ２１と、前記ケース内に設ける熱電
発電素子３３と、その熱電発電素子の温接点と絶縁基板
４を介して接触し前記ケースの一方の面に設ける吸熱部
２と、前記熱電発電素子の冷接点と絶縁基板４を介して
接触し前記ケースの他方の面に設ける放熱部１とを有す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子卓上計算機
や携帯電話や情報端末やＩＣカードなどの携帯型電子機
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、携帯型の電子機器に関する
が、以下の説明はおもに電子卓上計算機（以下電卓と記
載する）を例にして説明する。

【０００３】電卓は小型・薄型で低価格化されたことで
急速に普及した。電卓の駆動源としてはボタン型の電
池、あるいはソーラーセルを搭載している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】携帯型の電子機器で
は、電池としてボタン型の銀電池やリチウム電池が用い
られている。電池が消耗して交換したときは、廃棄され
るが、その電池が環境汚染を引き起こす要因となる。し
たがって、ボタン型電池がなくても駆動することが可能
な携帯型電子機器の実現が要望されている。

【０００５】携帯型電子機器のひとつである電卓は、手
軽に簡単に演算することができる機器として、広く一般
に普及している。しかし、手軽であるがゆえに、電源の
切り忘れなども多く、いざ使用するときには電池が消耗
して使えないということも起こりやすい。またソーラー
セルは暗い環境下では発電できない。

【０００６】〔発明の目的〕そこで、本発明の目的は、
上記課題を解決して、電池交換の必要をなくし、電池廃
棄による環境汚染の要因をなくすことが可能な携帯型電
子機器を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の携帯型電子機器においては、下記に記載
する手段を採用する。

【０００８】本発明の携帯型電子機器においては、所定
の処理を行う処理部を内蔵するケースと、前記ケース内
に設ける熱電発電素子と、前記熱電発電素子の温接点と
絶縁基板を介して接触し、かつ前記ケースの一方の面に
設ける吸熱部と、前記熱電発電素子の冷接点と絶縁基板
を介して接触し、かつ前記ケースの他方の面に設ける放
熱部とを有することを特徴とする。

【０００９】〔作用〕発電素子である熱電発電素子はそ
の両端に温度差を与えることにより、電圧を発生する。
この電圧を電気エネルギーとして利用しようとするのが
熱電発電である。熱電発電に用いる熱電発電素子は、構
造が簡単なため、他の発電機に比べ微細化に有利なこと
や、酸化還元電池のように消耗せず、電解液の漏洩の問
題もないという優れた特性を有する。

【００１０】熱電発電素子では、ｐ型半導体の熱電材料
とｎ型半導体の熱電材料の熱電対が直列に複数個配列し
ている。たとえば、一般に普及している電卓を駆動する
に必要な１Ｖの電圧を得るためには、熱電発電素子の冷
接点と温接点の温度差が１．３℃とすると、性能指数が
高いＢｉＴｅ系の熱電対を用いた場合、２０００対程度
設ければよい。

【００１１】電卓など携帯型電子機器は、使用する際に
人間が手で持つことがほとんどである。したがって、電
子機器には手のひらの体温が伝わっている。この熱を温
接点側に伝熱し、一方外気にさらされる冷接点側との温
度差により起電力が得られる熱電発電素子により電気エ
ネルギーに変換し、電子機器の駆動に用いるために、銀
電池などを必要としない。そのため、携帯型電子機器を
手でもつだけで発電がなされ、ボタン型電池が不要とな
り、電池交換のわずらわしさがなく、さらに電池廃棄に
よる地球環境の汚染も発生しない。

【００１２】また、電卓にはソーラーセルを搭載したも
のも多いが、薄暗いところでは発電しない。しかし、熱
電発電素子を搭載していれば、体温と外気温との温度差
を電気エネルギーに変換できるので、暗い環境下でも、
発電が可能となり本発明の携帯型電子機器は所定の処理
が可能である。

【００１３】以上が、熱電発電素子を搭載した携帯型の
電子機器について、電卓を例に説明したものであるが、
それ以外にも、様々な利用が考えられる。携帯電話や電
動型歯ブラシなど手にもって使用する機器に熱電発電素
子を搭載することで、手のひらから体温を得て、電気エ
ネルギーに変換し、駆動用の電源として用いることがで
きる。

【００１４】また、電子キーやＩＣカードなど携帯型送
受信機にも搭載することができる。これらは、一般的に
携帯型送受信機に電池を内蔵し、その電池により携帯型
送受信機を動作させている。本体機器としては、コンピ
ューターや自動車や錠などである。携帯型送受信機に内
蔵している電池が消耗すれば使用できない。しかし、熱
電発電素子を搭載していれば電池を設ける必要はなく、
電子キーやＩＣカードに設けられた吸熱部に触れること
で、温度差が生じ、その温度差を電気エネルギーに変換
して、電子キーやＩＣカードなどの携帯型送受信機の電
源として使用することができる。さらにカードや電子キ
ーは小型、薄型であるので、高密度で微細な本発明の熱
電発電素子は最適である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の熱電
発電素子を搭載した携帯型電子機器の最適な実施の形態
について説明する。

【００１６】〔第１の実施の形態〕まずはじめに、温度
差によって発電する熱電素子の構造を説明する。熱電発
電素子３３は、図１に示すように、ｎ型熱電半導体を棒
状に加工したｎ型棒状素子３１と、ｐ型熱電半導体を棒
状に加工したｐ型棒状素子３２とを有する。ｎ型棒状素
子３１とｐ型棒状素子３２は、絶縁樹脂層１７により固
定され、かつ絶縁された状態で配列している。熱電発電
素子３３の上面５５、および下面５６で、ｎ型棒状素子
３１とｐ型棒状素子３２の両端をニッケル膜と金膜（図
示せず）により配線し、直列接続した熱電対を複数形成
する。

【００１７】本実施の形態でのｎ型棒状素子３１とｐ型
棒状素子３２の形状は、両端にあたる上面５５と下面５
６の大きさが９０×１１０μｍ、長さは２０００μｍの
細長い柱状の形状である。熱電発電素子３３の大きさ
は、１０×１０×２ｍｍであり、熱電対２３００対を有
する。

【００１８】電卓は、図２のブロック図に示すように、
表示部２０、スイッチ２１、処理部２２、および熱電発
電素子３３を有する。熱電発電素子３３により発電し、
この発電エネルギーにより、スイッチ２１の操作により
所定の処理を処理部２２で行い、その結果を表示部２０
で表示する。

【００１９】電卓の構造を図３および図４を用いて説明
する。図３がおもて面、図４がうら面を示す。図３に示
すように、電卓のおもて面には、スイッチ機能を持つ押
しボタンのスイッチ２１と、演算結果を表示する液晶表
示パネルからなる表示部２０を、プラスチックからなる
ケース１０に設ける。ケース１０内の表示部２０とスイ
ッチ２１との間には熱電発電素子３３の冷接点が接続さ
れた放熱部１がモールド法により埋め込まれている。本
実施の形態では放熱部１の材料としてはステンレスを用
いる。

【００２０】図４に示すように、電卓のうら面には、熱
電発電素子の温接点が接続された吸熱部２がモールド法
によりケース１０に埋め込まれる。本実施の形態で吸熱
部２の材料としてはステンレスを用いる。

【００２１】吸熱部２および放熱部１は、熱伝導率のよ
い材質を用いた。また、放熱部１および吸熱部２がケー
ス１０から露出しているので、前述のように、本実施の
形態では腐食しにくいステンレスを選択した。

【００２２】図５に電卓の熱電発電素子３３格納部の断
面構造を示す。熱電発電素子３３は、一方の端面の上面
５５（図１参照）を温接点とし、配線面の絶縁のため
に、アルマイトコートしたアルミニウム板からなる絶縁
基板４をシリコン接着剤により接着する。絶縁基板４
は、アルミニウムのように熱伝導に優れた材料であるこ
とが望ましい。

【００２３】熱電発電素子３３の他方の端面の下面５５
を冷接点とし、同様にアルマイトコートしたアルミニウ
ム板からなる絶縁基板４をシリコン接着剤により接着す
る。本実施の形態の説明では、熱電発電素子３３の上面
５５を温接点、下面５６を冷接点としたが、上面５５を
冷接点、下面５６を温接点としても、何ら問題はない。

【００２４】図５に示すように、熱電発電素子３３の温
接点側の絶縁基板４は、ケース１０に埋め込まれた吸熱
部２に接触するように配置する。また、熱電発電素子３
３の冷接点側の絶縁基板４は電卓ケース１０に埋め込ま
れた放熱部１に接触するように配置する。絶縁基板４と
放熱部１、絶縁基板４と吸熱部２の間は、熱伝導の良好
な熱伝導接着剤などでそれぞれ固定する。熱伝導接着剤
は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂にアルミナや窒化ア
ルミニウムやボロンナイトライドの粉末を混合したもの
が、たとえば信越化学工業（株）から入手できる

【００２５】また好ましくは、ステンレスからなる放熱
部１は外気に触れる面側に、図５に示すように、放熱層
として凹凸を設け、表面積を大きくし、放熱効率を向上
させると、温度差が大きくなり熱電発電素子３３の起電
力が大きくなる。ステンレスからなる吸熱部２は、皮膚
に接触して体温を伝える役割であるので、平坦形状が好
ましい。

【００２６】本実施の形態の熱電発電素子３３において
は、抵抗が１０ｋΩ、熱起電圧が０．９０Ｖ／℃であっ
た。したがって、体温と外気の温度差から得られる電卓
内の平均的な熱電発電素子の温度差が１．３℃であると
き１Ｖ以上の起電力が得られ、電卓を駆動するのに十分
である。実際、本実施の形態の熱電発電素子３３を搭載
した電卓により、なんら支障なく演算をすることが可能
である。

【００２７】〔第２の実施の形態〕つづいて、第２の実
施の形態として熱電発電素子を搭載し、二次電池を備え
る電卓について、図面を用いて説明する。

【００２８】熱電発電素子３３は、図１を用いて説明し
た第１の実施の形態と同じ構造である。すなわち、熱電
発電素子３３の上面５５、および下面５６で、ｎ型棒状
素子３１とｐ型棒状素子３２の両端をニッケル膜と金膜
（図示せず）により配線し、直列接続した熱電対が複数
形成するまた、図３、４、および５に示すように、電卓
の構造や熱電発電素子の組み込み構造も第１の実施の形
態と同じであり、詳細な説明は省略する。

【００２９】異なるところは、図６のブロック図に示す
ように、充電用の二次電池２３を備えることである。二
次電池２３を設けることにより、熱電発電素子３３の起
電力を二次電池２３に充電することができ、手に持たず
に電卓を卓上などに置いているときにも、二次電池２３
に充電されたエネルギーで演算が可能である。

【００３０】発電手段として、熱電発電素子３３と、ソ
ーラーセルと併用することも可能である。このようにす
ると、薄暗くソーラーセルで発電しない場所でも、温度
差により熱電発電素子で発電することが可能である。

【００３１】また、放熱部１表面の放熱性向上のための
放熱層として、表面に熱伝導率の高い被膜を設けると温
度差が大きくなり、熱電発電素子３３の起電力を大きく
できる。熱伝導率の高い被膜としては、ダイヤモンドラ
イクカーボン（ＤＬＣ）膜などが挙げられる。

【００３２】〔第３の実施の形態〕つぎに、第３の実施
の形態として熱電発電素子を搭載した電子キーやＩＣカ
ードなど携帯型送受信機として、車両用の電子キーを例
として、図面を用いて説明する。

【００３３】熱電発電素子３３は、図１を用いて説明し
た第１の実施の形態と同じ構造であるが、搭載する機器
の形態がカードということで、熱電発電素子３３自体も
薄型化し、第１の実施の形態の半分の厚さの１ｍｍ厚に
した。したがって、ｎ型棒状素子３１とｐ型棒状素子３
２の高さは１ｍｍである。

【００３４】第１の実施の形態と同様、熱電発電素子３
３の上面５５、および下面５６で、ｎ型棒状素子３１と
ｐ型棒状素子３２の両端をニッケル膜と金膜（図示せ
ず）により配線し、直列接続した熱電対が複数形成す
る。熱電発電素子３３の大きさは、１０×１０×１ｍｍ
であり、２３００対の熱電対を有する。

【００３５】携帯側送受信機４４としてＩＣカードを用
いたとき、ＩＣカードの携帯側送受信機４４と車両に搭
載した本体側送受信機４５の送受信システムを、図７の
ブロック図に示す。

【００３６】ＩＣカードである携帯側送受信機４４は、
内部に熱電発電素子３３、受信部４０、送信部４１、マ
イクロコンピュータ４２、およびアンテナコイル４６を
有する。これらの受信部４０と送信部４１とマイクロコ
ンピュータ４２とが処理部を構成する。マイクロコンピ
ュータ４２から与えられたデータは送信部４１に与えら
れ、送信部４０は被変調信号としてアンテナコイル４６
から送信するよう構成されている。また、アンテナコイ
ル４６は、本体側送受信機４５から受信された信号を受
信部４０に与え、受信部４０からマイクロコンピュータ
４２に与えられる。

【００３７】熱電発電素子３３は、マイクロコンピュー
タ４２、受信部４０、および送信部４１に電源を供給す
るよう構成されている。

【００３８】一方、本体側送受信機４５は、内部にアン
テナコイル４７、送信部４８、受信部４９、マイクロコ
ンピュータ５０、およびバッテリ４３を有する。マイク
ロコンピュータ５０は信号を送信部４８に与え、送信部
４８はデータを被変調信号としてアンテナコイル４７に
与える。アンテナコイル４７はアンテナコイル４６に等
しい共振周波数を有する。

【００３９】さらに、アンテナコイル４７は携帯側送受
信機４４から受信した信号を受信部４９に与え、受信部
４９はマイクロコンピュータ５０にデータとして与え
る。バッテリ４３は、マイクロコンピュータ５０、受信
部４９、および送信部４８に電源を供給するよう構成さ
れている。

【００４０】携帯側送受信機４４であるＩＣカードの外
観構造を図８および図９を用いて説明する。図８がおも
て面、図９がうら面を示す。熱電発電素子３３、受信部
４０、送信部４１、マイクロコンピュータ４２、および
アンテナコイル４６が、カードのケース１０内に内蔵さ
れている。

【００４１】図８に示すように、カードのおもて面には
吸熱部２を設け、人間の指が触れたときに体温を吸熱す
る。図９に示すように、うら面には放熱部１を設ける。
図８および図９に示すように、放熱部１位置と吸熱部２
位置とはずらすようにしている。吸熱部２および放熱部
１の材質としては、熱伝導率の良い金属材料を用いるの
は第１の実施の形態と同様である。

【００４２】図１０の断面図にＩＣカードの熱電発電素
子３３の収納部の断面構造を示す。人間がカードを手に
持つとき、カードのアンテナコイル側でない方の側を必
然的に持つことになる。その位置に熱電発電素子３３を
収納し、温接点側に絶縁基板４を介して吸熱部２を設け
る。

【００４３】第１の実施の形態では、吸熱部２に熱電発
電素子３３を介して対面する冷接点側に放熱部１を設け
た。しかし、ＩＣカードでは、手にもつ際にカードのお
もて面にある吸熱部１を指で触れれば、自然とカードの
うら面でも同じ位置に触れることになる。

【００４４】したがって、第１の実施の形態のように、
吸熱部と対面する位置に放熱部を設けると、放熱部の温
度も高くなり、熱電発電素子３３の温接点と冷接点の温
度差は小さくなるため、大きな電気エネルギーを得るこ
とはできなくなる。

【００４５】そこで、本実施の形態では、図１０に示す
ように、吸熱部２に、熱電発電素子３３を介して対面す
る位置はプラスチックからなるケース１０とした。プラ
スチックは断熱作用をもつことから、手で触ってもケー
ス１０で断熱するような構成にした。放熱部１は、吸熱
部２と対面しない位置に設けている。

【００４６】そのため、冷接点側の絶縁基板４は熱電発
電素子３３よりも大きいものとし、その絶縁基板４の延
長部に放熱部１を熱的に接触するようにした。

【００４７】熱電発電素子３３は、一方の端面の上面５
５（図１参照）を温接点とし、配線面の絶縁のために、
アルマイトコートしたアルミニウム板からなる絶縁基板
４をシリコン接着剤により接着する。絶縁基板４は、ア
ルミニウムのように熱伝導に優れた材料であることが望
ましい。

【００４８】熱電発電素子３３の他方の端面の下面５５
を冷接点とし、同様にアルマイトコートしたアルミニウ
ム板からなる絶縁基板４をシリコン接着剤により接着す
る。先に述べたような理由で絶縁基板４は、熱電発電素
子３３の下面５５と放熱部１と両方をカバーするような
大きさにする。

【００４９】本実施の形態の説明では、熱電発電素子３
３の上面５５を温接点、下面５６を冷接点としたが、上
面５５を冷接点、下面５６を温接点としても、何ら問題
はないのは第１の実施の形態と同様である。

【００５０】また第１の実施の形態と同様、放熱部１は
放熱層として凹凸を設け、表面積を大きくし、放熱効率
を向上させることが望ましい。吸熱部２は、皮膚に接触
して体温を伝える役割であるので、平坦形状が好まし
い。また、図１０に示すように、カードのおもて面の吸
熱部２、うら面の放熱部１はモールド法によって、ケー
ス１０に埋め込まれている。

【００５１】従来技術においては携帯型送受信機に電池
を内蔵し、その電池により携帯型送受信機を動作させて
おり、その電池が消耗すれば携帯型送受信機は使用する
ことができない。しかしながら、本実施形態では、携帯
型送受信機４４に熱電発電素子３３を搭載していれば電
池を設ける必要はなく、電子キーやＩＣカードに設けら
れた吸熱部２に触れることで、温度差が生じ、その温度
差を電気エネルギーに変換して、電子キーやＩＣカード
など携帯型送受信機４４として用いることができる。し
たがって、電池をオンオフするスイッチも不要となる。
さらにカードや電子キーは小型、薄型であるので、高密
度で微細な本発明の熱電発電素子は最適である。

【００５２】本実施の形態の熱電発電素子３３において
は、抵抗が５．５ｋΩ、熱起電圧が０．９０Ｖ／℃であ
った。したがって、体温と外気の温度差から得られる携
帯側送受信機４４内の平均的な熱電発電素子の温度差が
１．３℃であるとき１Ｖ以上の起電力が得られ、ＩＣカ
ードを駆動するのに十分である。実際、本実施の形態の
熱電発電素子３３を搭載したＩＣカードを、なんら支障
なく使用することができた。

【００５３】本実施の形態では、携帯型電子機器として
電卓とＩＣカードを例示したが、それ以外にも、携帯電
話や情報端末などに本実施の形態と同様、熱電発電素子
３３を搭載し、電源として用いることが可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、携帯型電子機器に熱電発電素子を搭載しているため
に、体温と外気温との温度差を電気エネルギーに変換す
ることができ、ボタン型電池などを使用せず、充電型の
電池では充電がなされていなくても、携帯型電子機器は
所定の処理を行うことができる。

【００５５】したがって、ボタン型電池が不要となり、
電池交換のわずらわしさもない。また、二次電池を設け
れば、携帯型電子機器を手に持っていないときでも、所
定の処理をすることができる。さらに、熱電発電素子は
小型で高性能なことから、携帯型電子機器の外観をかえ
ることなく、内部に格納することができる。

【００５６】また本発明の携帯型電子機器では、ボタン
型の銀電池やリチウム電池を搭載していない。そのた
め、電池の廃棄による環境汚染を引き起こすことはな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における携帯型電子機器に
搭載する熱電発電素子を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
ある電子卓上計算機の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
ある電子卓上計算機の構造を示す平面図である。

【図４】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
ある電子卓上計算機の構造を示す平面図である。

【図５】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
ある電子卓上計算機の構造を示す断面図である。

【図６】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
ある電子卓上計算機の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
あるＩＣカードの構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
あるＩＣカードの構造を示す平面である。

【図９】本発明の実施の形態における携帯型電子機器で
あるＩＣカードの構造を示す平面である。

【図１０】本発明の実施の形態における携帯型電子機器
であるＩＣカードの構造を示す断面図である。

【符号の説明】 １：放熱部 ２：吸熱部 ４：絶
縁基板 １０：ケース １７：樹脂層 ２
０：表示部 ２１：スイッチ ３１：ｎ型棒状素子 ３２：ｐ型棒状素子 ３３：熱電発電素子 ４０：受信部 ４１：送信部 ４２：
マイクロコンピュータ ４４：携帯側送受信部 ４５：本体側送受信部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｍ 1/73 Ｇ０６Ｆ 1/00 ３６０Ｃ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の処理を行う処理部を内蔵するケー
   スと、 前記ケース内に設ける熱電発電素子と、 前記熱電発電素子の温接点と絶縁基板を介して接触し、
   かつ前記ケースの一方の面に設ける吸熱部と、 前記熱電発電素子の冷接点と絶縁基板を介して接触し、
   かつ前記ケースの他方の面に設ける放熱部とを有するこ
   とを特徴とする携帯型電子機器。
2. 【請求項２】 前記熱電発電素子の起電力を充電する二
   次電池を備えることを特徴とする請求項１に記載の携帯
   型電子機器。
3. 【請求項３】 前記ケースの前記他方の面に設ける表示
   部を備えることを特徴とする請求項１に記載の携帯型電
   子機器。
4. 【請求項４】 前記吸熱部は、金属材料からなることを
   特徴とする請求項１に記載の携帯型電子機器。
5. 【請求項５】 前記放熱部は、金属材料からなることを
   特徴とする請求項１に記載の携帯型電子機器。
6. 【請求項６】 前記放熱部は、放熱層を備えることを特
   徴とする請求項１に記載の携帯型電子機器。
7. 【請求項７】 前記放熱層は、前記放熱部に形成する凹
   凸であることを特徴とする請求項６に記載の携帯型電子
   機器。
8. 【請求項８】 前記放熱層は、前記放熱部に設ける熱伝
   導率が高い被膜であることを特徴とする請求項６に記載
   の携帯型電子機器。
9. 【請求項９】 前記熱伝導率が高い被膜は、ダイヤモン
   ドライクカーボン膜であることを特徴とする請求項８に
   記載の携帯型電子機器。