JPH0333082Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は熱電装置に係り、特に、その実装構造
に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

例えば、鉄硅化物（FeSi₂）に夫々マンガン
（Mn）またはコバルト（Co）等の適性不純物を
添加したＰ型半導体とＮ型半導体とを一端側で接
合して形成したＵ字型の熱電発電素子は、温度差
を与えるだけで簡単に起電力を生じ、優れた耐熱
性耐酸化性を呈し、かつ安定な特性を維持できる
ことから、熱エネルギーの有効利用化への要求が
高まつている今日、実用化が期待されているデバ
イスである。

このような熱電発電素子では起電力は、高温側
であるPN接合部と、低温側である陽極側および
陰極側端部との温度差Δtによつて決まる。従つ
て効率良く電気エネルギーを獲得するためには、
低温側である陽極側および陰極側の開放端（接合
側の反対側）の放熱性を高めることが重要な課題
となる。

そこで本考案者らは熱電発電素子の低温側端部
を導電性被膜で被覆し、夫々一端側に前記低温側
端部が当接するとともに他端側が外部接続部端子
となるように形成された２つの配線パターンを有
する放熱板上に、前記熱電発電素子の該低温側端
部を載置した状態で放熱ケースの上板と底板とに
よつてこれを挟み圧着固定した後、全体を加熱
し、前記導電性被膜と前記配線パターンとを融着
せしめるようにした組立て方法を提案している。

（特願60−241187） この方法によれば放熱ケースの上板と底板とに
よつて熱電発電素子の低温側端部をパターン上に
固着せしめた放熱板が常に押圧された状態で挟み
込まれており、素子と外部接続端子（電極配線パ
ターン）との電気的接触性および素子と放熱ケー
スとの熱接触性が良好となる。

しかしながら、熱電発電素子は激しい温度変化
を伴うため、熱応力によつて素子にクラツクが発
生したり、素子が折れたりすることがある。

また、素子自体は破壊に至らなくても放熱板に
応力が加わり、クラツクが発生したり破壊が生じ
たりすることがあつた。

例えば、第４図に示すようなＵ字型の熱電発電
素子の低温側端子LEの一方を固定し、他方をフ
リーにした状態で高温側端部HEがガスバーナの
炎等によつて加熱される場合を考えてみよう。

まず、点火（SP）されて温度上昇が始まると、
最初Ｕ字型の外側部分が急速に温度上昇し、膨脹
することにより、第５図に示す如くフリーの低温
側端子LE１は内側（−方向）に移動せしめられ
る。（第５図中、横軸には時間をとつた。） そして、高温側端部HE全体が徐々に加熱せし
められていくと、低温側端子LEは徐々に開き、
フリー側は外側（＋方向）に移動せしめられる。

また、ガスバーナが急に消されると（点FP）、
高温側端部の外側がまず急冷せしめられることに
より、フリーの低温側端子LE１は一時的に外側
に動き、更に全体が冷却されてくると、徐々に元
の位置に戻る。

これに対し、前述の如く、低温側素子の両方を
固定してしまうと、素子には、温度変化による熱
応力が加わるため、素子が破壊され易くなるもの
と考えられる。

そこで、本考案者らは熱電素子の破壊を防止す
るため、いろいろな実装構造を提案している（特
願62−47406号、特願62−47407号）。

しかしながら、実用化に際しては、破壊防止構
造に加えて、組立てが容易であることも重要なポ
イントである。

本考案は、前記実情に鑑みてなされたもので、
組立てが容易で信頼性の高い熱電装置を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 そこで本考案の熱電装置では、Ｕ字型熱電素子
の低温側端子を夫々、３方から固定支持する端子
支持部と、端子支持部から伸張せしめられ折曲げ
られた湾曲部（以下単に湾曲部という）を有する
接続部と外部リード部とを具えた板バネからなる
弾性コネクタと、夫々接続部を両面から接触的に
支持する溝部を具えた第１および第２の放熱体か
らなる放熱ケースとを具え、これら第１および第
２の放熱体の間に前記端子支持部および接続部を
挟み第１および第２の放熱体をビス止めによつて
固着せしめている。

〔作用〕

上記構成によれば、ビス１本で組立てることが
でき、組立てが極めて容易である。

また、熱電素子は弾性コネクタを介して放熱ケ
ース内に固定されており、発生した熱応力は、弾
性コネクタによつて吸収され、素子にクラツクや
破壊を生ぜしめたりすることはない。

更に、熱電素子の低温側端子は放熱ケース内に
良好に熱接触せしめられているため、放熱効率が
高められる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。

第１図および第２図は、本考案の熱電発電装置
を示す図である。

この熱電発電装置は、Ｕ字型熱電発電素子１
と、この熱電発電素子の低温側端子１ａ，１ｂを
弾性的に支持すると共に、先端が第１および第２
の外部リード２ａ，３ａを構成する第１および第
２の弾性コネクタ２，３と、これら第１および第
２の弾性コネクタ２，３を熱接触性良く挟持し、
固定する第１および第２の放熱体４，５とボルト
６とからなる放熱ケース７とから構成されてい
る。

前記第１および第２の弾性コネクタ２，３は全
く同一の形状を有してなるもので、（例えば、第
１の弾性コネクタ２は第３図に示す如く、）
SUS430と指称されているステンレス薄板からな
り該低温側端子１ａ，１ｂをフレキシブルに支持
するもので、夫々前記低温側端子１ａ，１ｂを３
方から支持固定するコの字状の端子支持部２ｂ，
３ｂと、第１および第２の放熱体４，５間に垂直
に配置せしめられ、湾曲部を有する接続部２ｃ，
３ｃと、接続部から外方に伸張せしめられる外部
リード２ａ，３ａとから構成されている。

また、前記第１および第２の放熱体４，５は、
全く同一の形状を有してなるアルミナセラミツク
ブロツクからなり、弾性コネクタの端子支持部２
ｂ，３ｂおよび接続部２ｃ，３ｃの湾曲部を載置
するための凹部４ａ，５ａと、接続部を接触性良
く挿通し支持するための溝４ｂ，５ｂと貫通孔ｈ
とを具え、相対向して弾性コネクタを挟持するよ
うに構成されている。なお、前記溝４ｂ，５ｂ内
には、夫々、突起Ｐが設けられており、前記弾性
コネクタの接続部に設けられた切欠ｑに係合する
ことにより、弾性コネクタの外部リードと放熱ケ
ースとの位置関係を固定するようにしている。

また、熱電発電素子１は、鉄硅化物（FeSi₂）
にマンガン（Mn）をドーピングしたＰ型半導体
と、鉄硅化物にコバルト（Co）をドーピングし
たＮ型半導体とを直接粉末成型接合して、一端側
がPN接合を形成し高温側端部を構成すると共に
他端側がＰ型およびＮ型の２つの低温側端子を構
成するようにしたＵ字型の素子である。

次に、本考案実施例の熱電発電装置の組立て方
法について説明する。

まず、熱電発電素子１の低温側端子１ａ，１ｂ
に、ホウ酸系又はフツ酸系のフラツクスをまず塗
布する。次に、第３図に示した弾性コネクタの支
持部内に亜鉛を主成分とする高温半田（図示せ
ず）を置いた状態で、前記低温側端子１ａ，１ｂ
を装着し、高温半田が融けるまで加熱し、低温側
端子１ａ，１ｂを弾性コネクタに融着せしめる。
このとき、コの字状支持部のバネ圧によつて押さ
えられるためそのまま加熱すればよく、極めて作
業性が高い。

この後、第１図に示す如く、第１の放熱体４の
溝４ｂ、に弾性コネクタの接続部を挿入し、第２
の放熱体５を係合せしめ、ボルト６を貫通孔ｈ内
に挿通し、ナツト８によつて締めつけ固定する。

このようにして極めて容易に組立てることがで
きる。

また、熱電発電素子の低温側端子は３方で弾性
コネクタの支持部を介して放熱ケースに熱接触せ
しめられており、更に、弾性コネクタの接続部も
放熱ケースの溝内で良好に熱接触せしめられてい
るため、放熱効率が高い。

更に、熱電発電素子の低温側端子は、放熱ケー
スに対し、固着せしめられることなく弾性的に支
持されているため、クラツクの発生もなく、信頼
性の高いものとなつている。

なお、実施例では、放熱ケースを、アルミナセ
ラミツクで構成したが、これに限定されることな
く内面に絶縁膜を形成した金属ブロツク等、放熱
性の材料であればよい。

〔考案の効果〕

以上説明してきたように、本考案の熱電装置に
よれば、第１および第２の放熱体内に熱電素子の
低温側端子に一端を固定せしめると共に他端が外
部リードを構成する弾性コネクタを熱接触性良く
挟持しているため、組立てが容易となる上信頼性
の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本考案実施例の熱電発
電装置を示す図、第３図は、同装置の弾性コネク
タを示す図、第４図は、通常の熱電素子の説明
図、第５図は、第４図の熱電素子に温度変化を与
えた場合の低温側端子の位置（動き）を示す図で
ある。 １……熱電発電素子、２……第１の弾性コネク
タ、３……第２の弾性コネクタ、４……第１の放
熱体、５……第２の放熱体、６……ボルト、７…
…放熱ケース、８……ナツト。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 Ｐ型半導体とＮ型半導体とをその一端側でPN
   接合を形成するように接合せしめてなるＵ字型の
   熱電素子と、 板バネからなり、 該、熱電素子の低温側端子を３方から支持する
   コの字状の端子支持部と、該端子支持部から伸張
   せしめられ折曲げられた湾曲部を有する接続部と
   該接続部に連設せしめられた外部リード部とを含
   む弾性コネクタと、 前記接続部を両側から接触的に支持する溝部を
   具え、前記端子支持部および接続部を挟持する第
   １および第２の放熱体からなる放熱ケースとを 具備したことを特徴とする熱電装置。