JPH118417A

JPH118417A - 熱電素子

Info

Publication number: JPH118417A
Application number: JP9156786A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Murakami; 村上　　淳; Shigeru Watanabe; 渡辺　　滋
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】吸熱側と放熱側に２つの温度センサーを設け
ることなく発電量を知ることのできる熱電素子を得るこ
と。【解決手段】ほぼ平行な放熱面と吸熱面のあいだに多
数の棒状のｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０
２とがほぼ対をなすように配置し、この多数のｎ型熱電
半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を交互に直列に接
続するように放熱面および吸熱面に電極１０３、１０４
を設けた発電部１０９と、放熱面と吸熱面のあいだに少
数の棒状のｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０
２とがほぼ対をなすように配置し、この少数のｎ型熱電
半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を交互に直列に接
続するように放熱面および吸熱面に電極１０５、１０６
を設けた検出部１１０とを有し、発電部１０９と検出部
１１０を電気的に絶縁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱電素子の構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度差に比例して起電力を発生す
るｐ型熱電半導体およびｎ型熱電半導体を直列に複数個
接続して構成される熱電素子に生じる起電力を二次電池
等の充電手段に充電したものを駆動源として用いる電子
機器が知られている。

【０００３】このような熱電素子の発電量は温度差の二
乗に比例するので、温度差が大きくなればなるほど発電
量は急激に増大する。

【０００４】しかし、一般に電子機器では大きな温度差
を得ることは容易ではなく、熱電素子の発電量は温度差
が小さくなると急激に減少する。そして温度差がわずか
で発電量が過度に小さい状態が続くと二次電池が放電し
きってしまい、電子機器は作動しなくなってしまうとい
う問題がある。

【０００５】このような問題を解決する上で、電子機器
が作動しなくなる前に、この状態を検知し種々の対策を
施すことが有効であり、このためには熱電素子の発電量
を知ることが重要である。

【０００６】熱電素子の発電量を知る手段としては、た
とえば特開平８−３７３２３号公報に示されるように、
熱電素子の吸熱側および放熱側の各々の温度をサーミス
ターなどの温度センサーで検出することにより発電量を
知る手段が提案されている。

【０００７】図３および図４は上記の公報に開示された
温度センサーを設ける熱電素子を示す図面である。図３
は熱電素子３１１を示す断面図である。熱電素子３１１
はｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を電極
１０３および１０４で交互に電気的に接続して構成して
いる。その熱電素子３１１の放熱板１０７および吸熱板
１０８に、それぞれの温度を検出する２つの温度センサ
ー３０１および３０２を設ける。

【０００８】そして、図４に示すように、温度センサー
３０１および３０２の信号を回路手段１１３で検出し、
それぞれ温度を演算し、さらに温度差を演算し、温度差
表示手段１１４で使用者に温度差（発電量）を知らせる
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来技術では、放熱板１０７および吸熱板１０８に設け
る温度センサー３０１および３０２の部品が必要とな
り、部品点数が多くなってしまう問題がある。また、温
度センサー３０１および３０２を設けるための組立工程
が多くなってしまう問題もある。

【００１０】また、放熱板１０７および吸熱板１０８に
は温度センサー３０１および３０２を取り付けるための
スペースが必要となり、熱電素子３０３が大きくなって
しまう問題がある。熱電素子３０３を腕時計などの小さ
い電子機器に入れるために小型化すればするほどこのス
ペースの熱電素子３０３全体に対して占める割合は大き
くなり、熱電素子３１１の小型化を阻害する要因となっ
てしまう。

【００１１】さらに、温度センサーで熱電素子の放熱板
および吸熱板の温度を検出する従来技術では、放熱板と
吸熱板の温度センサーを取り付けるスペース部分は、外
側に突出して空気に触れるので、空気の温度の影響を受
けやすい。したがって放熱板と吸熱板の温度センサー取
り付け部分と内側の部分に温度勾配が生じる。

【００１２】そして、さらに温度センサーはある程度の
熱容量を持ち、温度センサーそのものの内部にも温度勾
配が生じる。したがって、温度センサーを用いて熱電素
子３１１に生じる温度差を正確に検出することは難し
く、発電量を正確に見積もることが困難である問題もあ
る。

【００１３】〔発明の目的〕そこで、本発明の目的は上
記の問題を解決し、２つの温度センサーを用いずに温度
差を使用者に知らせることが可能な熱電素子を得ること
にある。

【００１４】

【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、本発明の熱電素子においては、下記記載の構成を
採用する。

【００１５】本発明の熱電素子は、ほぼ平行な放熱面と
吸熱面のあいだに放熱面および吸熱面にほぼ直角になる
ように、多数の棒状のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体
とがほぼ対をなすように配置し、この多数のｎ型熱電半
導体とｐ型熱電半導体を交互に直列に接続するように放
熱面および吸熱面に電極を設けた発電部を有し、放熱面
と吸熱面のあいだに放熱面および吸熱面にほぼ直角にな
るように、少数の棒状のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導
体とがほぼ対をなすように配置し、この少数のｎ型熱電
半導体とｐ型熱電半導体を交互に直列に接続するように
放熱面および吸熱面に電極を設けた検出部を有し、発電
部と検出部は電気的に絶縁されていることを特徴とす
る。

【００１６】本発明の熱電素子は、ほぼ平行な放熱面と
吸熱面のあいだに放熱面および吸熱面にほぼ直角になる
ように、多数の棒状のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体
とがほぼ対をなすように配置し、この多数のｎ型熱電半
導体とｐ型熱電半導体を交互に直列に接続するように放
熱面および吸熱面に電極を設けた発電部を有し、放熱面
と吸熱面のあいだに放熱面および吸熱面にほぼ直角にな
るように、少数の棒状のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導
体とがほぼ対をなすように配置し、この少数のｎ型熱電
半導体とｐ型熱電半導体を交互に直列に接続するように
放熱面および吸熱面に電極を設けた検出部を有し、発電
部の一端のｎ（ｐ）型熱電半導体と、検出部の一端のｎ
（ｐ）型熱電半導体とが放熱面または吸熱面に設けた共
通の電極を有することを特徴とする。

【００１７】〔作用〕本発明においては、熱電素子のｎ
型熱電半導体とｐ型熱電半導体の大半を発電部とし、残
りのごく一部を検出部とすることによって、新たに温度
センサーを設けることなく、熱電素子の発電量を直接に
測定することができる。しかも熱電素子の大きさはほと
んど変わらないので、小型の熱電素子が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の熱電素子の構成を
実施するための最良の形態における実施形態を、図面を
用いて説明する。

【００１９】まずはじめに図１および図２を用いて、本
発明の第１の実施の形態における熱電素子の構成を説明
する。

【００２０】図１に示した本発明の熱電素子１１１は、
発電部１０９と検出部１１０とから構成される。ここで
発電部１０９は熱電素子１１１に生じた温度差により電
力を発生する部分であり、検出部１１０はこの温度差あ
るいは発電部１０９での発生電力を検出するセンサー部
分である。熱電素子１１１には、放熱側（冷却側）に放
熱板１０７を設け、吸熱側（加熱側）に吸熱板を設けて
いる。

【００２１】熱電素子１１１の発電部１０９は、放熱板
１０７に設けた電極１０３および吸熱板１０８に設けた
電極１０４に半田や導電性接着剤などを用いてｎ型熱電
半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２が交互になるよう
にして、これらの熱電半導体を電気的に直列に接続して
構成したものである。

【００２２】熱電素子１１１の検出部１１０は、発電部
１０９と同様に、放熱板１０７に設けた電極１０５およ
び吸熱板１０８に設けた電極１０６に半田や導電性接着
剤などでｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２
が交互になるようにして、これらの熱電半導体を電気的
に直列に接続して構成したものである。

【００２３】ここで、熱電素子１１１のｎ型熱電半導体
１０１とｐ型熱電半導体１０２の大半を発電部１０９と
し、残りのごく一部を検出部１１０とすることにより、
熱電素子１１１のｎ型熱電半導体１０１およびｐ型熱電
半導体１０２の大半を発電に使用することができる。

【００２４】たとえば、熱電素子１１１の全ての対数を
１０００対、発電部１０９の対数を９９０対、検出部１
１０の対数を１０対とした場合、熱電素子１１１のｎ型
熱電半導体およびｐ型熱電半導体のわずか１％が検出部
１１０となり、残りのほとんど全てである９９％が発電
部１０９となって発電に使用することができる。

【００２５】ここで電極１０３および電極１０５と放熱
板１０７との境界面が形成する面部を放熱面、電極１０
４および電極１０６と吸熱面１０８との境界面が形成す
る面部を吸熱面と定義しておく。

【００２６】ｎ型熱電半導体１０１の構成材料として
は、たとえばＢｉＴｅＳｅ合金を使用し、ｐ型熱電半導
体１０２の構成材料としては、たとえばＢｉＳｂＴｅ合
金を使用する。また、上記ＢｉＴｅ系合金に限らず、高
温用としてはＦｅＳｉ系合金など、熱電素子１１１を含
む電子機器を使用する温度範囲に適した熱電半導体材料
を使用すればよい。また、電極１０３、１０４、１０
５、１０６の構成材料としては、銅やアルミニウムなど
を使用する。また、銅やアルミニウムに限らず比抵抗が
小さく熱伝導率のよい金属材料であればよい。

【００２７】そして、放熱板１０７、吸熱板１０８の構
成材料としては、アルミナなどを使用する。また、アル
ミナに限らず絶縁性を有しかつ熱伝導率のよい材料であ
ればよい。

【００２８】熱電素子１１１を構成する発電部１０９お
よび検出部１１０は、隣接する電極１０４ａと電極１０
６ａがつながっていないことにより、電極１０４の両端
および電極１０６の両端に生じる電圧をそれぞれ独立に
取り出すことができる。

【００２９】図２は熱電素子１１１を含む電子機器のシ
ステムブロック図である。熱電素子１１１に生じる温度
差に比例した、発電部１０９が発生する電圧によって充
電される二次電池などで構成される充電手段１１２を設
け、発電部１０９または充電手段１１２を電源として駆
動する回路手段１１３を設ける。

【００３０】この回路手段１１３は、熱電素子１１１の
検出部１１０に発生する電圧を検出する。この電圧は検
出部１１０の熱電半導体の放熱板１０７側と吸熱板１０
８側との温度差に比例するので、本実施形態では検出し
た電圧信号から温度差を演算し、温度差表示手段１１４
に表示する。そして、温度差表示手段１１４は、発電部
１０９または充電手段１１２を電源として駆動する。

【００３１】熱電素子１１１に温度差が生じれば、発電
部１０９と検出部１１０とに同じ温度差が生じ、発電部
１０９が発生する電圧と検出部１１０の発生する電圧と
は比例する。

【００３２】そして、発電部１０９が発生し充電手段１
１２に充電される発電量は、発電部１０９が発生する電
圧の２乗に比例する。すなわち、発電部１０９が発生し
充電手段１１２に充電される発電量は温度差表示手段１
１４で表示する温度差の２乗に比例するので、発電部１
０９が発生し充電手段１１２に充電される発電量、つま
り熱電素子１１１の発電量を使用者が知ることができ
る。

【００３３】つまり、発電部１０９が発生する電圧と検
出部１１０の発生する電圧との比例係数が分かれば、発
電部１０９が発生し充電手段１１２に充電される発電量
を回路手段１１３で演算することもできる。このため、
温度差表示手段１１４で温度差と同時に熱電素子１１１
の発電量を直接表示することもでき、使用者が熱電素子
１１１の発電量を直接知ることができる。

【００３４】ここで、従来技術の熱電素子３１１では、
温度差を検出するために使用する温度センサー３０１お
よび３０２には通常サーミスタを使用し、一般的に１つ
のサーミスタからは２本の導線が引き出されている。し
たがって、図４に示すように従来技術の熱電素子３１１
では、温度センサー３０１および３０２からは各々２本
ずつ計４本の導線が引き出される。

【００３５】そして熱電素子３１１から充電手段１１２
へ配線する２本と合わせて、熱電素子３１１から引き出
される導線は、図４に示すように合計６本となる。

【００３６】本発明の実施形態の熱電素子１１１では、
図２に示すように、検出部１１０からは２本のみの導線
が引き出され、熱電素子１１１から充電手段１１２へ配
線する２本と合わせて、熱電素子１１１から引き出され
る導線は、図２に示すように合計４本となり、従来技術
の熱電素子３１１よりも引き出される導線が少なくな
り、熱電素子１１１から外部に導線を引き出す部分の実
装が簡単になる。

【００３７】また、従来技術ではサーミスタなどの温度
センサーを２つ使用するので、得られる温度差の誤差と
しては、温度センサー１つで見込まれる誤差の２倍を見
込む必要があるが、本発明の実施形態では検出部１１０
から演算される温度差の誤差のみを見込めばよい。すな
わち、従来技術に使用する温度センサーの温度誤差
（℃）と本発明の実施形態の検出部１１０から演算され
る温度差の誤差（℃）が同レベルであれば、本発明の実
施形態では、従来技術に対して２倍程度精度良く温度差
を測定できる。

【００３８】また、発電部１０９と検出部１１０のｎ型
熱電半導体１０１およびｐ型熱電半導体１０２を同一の
熱電半導体材料で、かつ同一の形状で形成することによ
り発電部１０９と検出部１１０のｎ型熱電半導体１０１
およびｐ型熱電半導体１０２を全く同じ方法で作ること
ができ、熱電素子１１１の作成が容易となる。

【００３９】さらに、発電部１０９が発生する電圧と検
出部１１０が発生する電圧の比が単純に発電部１０９と
検出部１１０のｎ型熱電半導体１０１およびｐ型熱電半
導体１０２の直列接続数の比になる。このために、発電
部１０９が発生する電圧と検出部１１０の発生する電圧
との比例係数が簡単に分かり、温度差表示手段１１４で
温度差と同時に熱電素子１１１の発電量を直接表示する
ことが簡単にできる。

【００４０】そして、発電部１０９と検出部１１０のｎ
型熱電半導体１０１およびｐ型熱電半導体１０２を同一
の熱電半導体材料で形成し、かつ、ｎ型熱電半導体１０
１とｐ型熱電半導体１０２の熱膨張率がほぼ同じ場合に
は、熱電素子１１１を高温で使用する場合に熱膨張率の
差から熱電素子１１１が壊れてしまうという問題を軽減
することもできる。

【００４１】つぎに、図５から図８を用いて第２の実施
の形態における熱電素子の構成を説明する。図５に示し
た本発明の熱電素子１１１は、発電部１０９と検出部１
１０とから構成される。

【００４２】熱電素子１１１の発電部１０９は、電極１
０３および電極１０４により、ｎ型熱電半導体１０１と
ｐ型熱電半導体１０２が交互になるようにして、これら
の熱電半導体を電気的に直列に接続して構成したもので
ある。また熱電素子１１１の検出部１１０は、発電部１
０９と同様に、電極１０５および電極１０６により、ｎ
型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２が交互にな
るようにして、これらの熱電半導体を電気的に直列に接
続して構成したものである。

【００４３】熱電素子１１１の発電部１０９と検出部１
１０には、ｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０
２との間および周囲に隙間なく充填材５０１を設ける。
これはｐ型熱電半導体１０１およびｎ型熱電半導体１０
２の補強の役目をし、さらに電極１０３、１０４、１０
５、１０６を形成しやすくする役目も持っている。

【００４４】そして、電極１０３、１０５および充填材
５０１は絶縁層５０２を介して放熱側部材５０４に接合
している。同様に、電極１０４、１０６および充填材５
０１は絶縁層５０３を介して吸熱側部材５０３に接合し
ている。

【００４５】したがって第１の実施の形態で説明したよ
うに、発電部１０９が発生する電圧によって充電される
充電手段１１２を設け、発電部１０９または充電手段１
１２を電源として駆動し、検出部１１０からの電圧信号
を検出し、温度差を演算する回路手段１１３を設け、回
路手段１１３で演算された温度差信号を実際に温度差と
して使用者に知らせる温度差表示手段１１４を設ける。
このことにより、熱電素子１１１の発電量を使用者が知
ることができる。

【００４６】ｎ型熱電半導体１０１およびｐ型熱電半導
体１０２は、ワイヤーソー加工などの機械加工技術で棒
状に切断して並べて形成する。

【００４７】充填材５０１の構成材料としては、たとえ
ばエポキシなどの有機材料を使用する。また、上記エポ
キシに限らず、熱伝導率のなるべく小さい材料を使用す
ればよい。もしくは、高温条件で使用するために、熱伝
導率の点では必ずしも好ましくはないが耐久性に優れる
アルミナなどのセラミックを使用することもできる。

【００４８】各電極１０３、１０４、１０５、１０６
は、ｎ型熱電半導体１０１、ｐ型熱電半導体１０２およ
び充填材５０１で形成される平面上に金や銅またはアル
ミニウムなどの比抵抗が小さく熱伝導率の良い金属材料
を蒸着、スパッタまたはメッキなどで成膜することによ
り形成する。

【００４９】絶縁層５０２および絶縁層５０３の構成材
料としては、たとえばアルミナやガラスなどの熱伝導率
の良い材料をフィラーに用いた絶縁性をもつ熱伝導性接
着剤などを使用する。

【００５０】放熱板５０４および吸熱板５０５の構成材
料としては熱伝導率のよい材料であればよく、第１の実
施の形態で用いた絶縁材料であるアルミナなどを用いる
ことができるが、本発明の実施形態では絶縁層５０２，
５０３があるので、より熱伝導率の高いたとえば銅やア
ルミニウムなどの金属材料を使用することができる。

【００５１】熱電素子１１１は、細い棒状に加工したｎ
型熱電半導体１０１およびｐ型熱電半導体１０２を並べ
る場合、ｎ型熱電半導体１０１およびｐ型熱電半導体１
０２を細くすればするほどｎ型熱電半導体およびｐ型熱
電半導体の機械的強度が弱くなるので、ｎ型熱電半導体
およびｐ型熱電半導体の補強のためにｎ型熱電半導体お
よびｐ型熱電半導体のあいだに充填材５０１を充填して
形成する。

【００５２】したがって、充填材５０１で補強すること
によって、ｎ型熱電半導体１０１およびｐ型熱電半導体
１０２を細くすることができるので、熱電素子１１１の
高密度化および小型化が可能になり、熱電素子１１１を
腕時計などのような小さな電子機器にも利用できる。

【００５３】以下の説明において、図６、図７ではｎ型
熱電半導体１０１、ｐ型熱電半導体の具体的な配置およ
び電極１０３、１０４、１０５、１０６による具体的な
配線を説明する便宜上、熱電素子１１１を絶縁層５０
２、５０３、放熱板５０４、吸熱板５０５を省いて説明
する。

【００５４】図６および図７は、電極１０３、１０４、
１０５、１０６による具体的な配線方法を説明する図で
ある。図６は、ｎ型熱電半導体１０１、ｐ型熱電半導体
１０２および充填材５０１のみを抜き出し、吸熱側を上
にして部分的に見た斜視図である。具体的にはｎ型熱電
半導体およびｐ型熱電半導体は、図６のように一列ずつ
交互に形成する。

【００５５】図５で示した熱電素子１１１はｎ型熱電半
導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を１次元的に横一列
で配線を行った例であるが、図６で示した熱電素子１１
１はｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を２
次元的に縦と横に配置した例である。

【００５６】図７は、図６の示すｎ型熱電半導体１０
１、ｐ型熱電半導体１０２，および充填材５０１の放熱
側および吸熱側に電極１０３、１０４、１０５、１０６
を形成し、ｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０
２を２次元的に交互に配線した熱電素子１１１を吸熱側
から見たものである。

【００５７】図７に示すように、発電部１０９は、隣接
するｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を、
放熱側で電極１０３によってまっすぐ接続し、吸熱側で
電極１０４によって斜めに接続し、発電部１０９のｎ型
熱電半導体とｐ型熱電半導体すべてを交互に電気的に直
列になるように接続する。

【００５８】検出部１１０も同じように、隣接するｎ型
熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を交互に電気
的に直列になるように接続する。発電部１０９内の電極
１０４の両端を充電手段１１２に接続し、発電部１０９
の発生する電圧により充電手段１１２を充電し、検出部
１１０内の電極１０６の両端を電圧検出手段７０１に接
続し、検出部１１０の電圧を電圧検出手段７０１で検出
する。

【００５９】このとき、充電手段１１２を電源として電
圧検出手段７０１を駆動させるために、充電手段１１２
および電圧検出手段７０１のそれぞれ高電位側またはそ
れぞれ低電位側の一端同士を接続して等電位にする必要
がある。そのために、充電手段１１２および電圧検出手
段７０１のそれぞれ高電位またはそれぞれ低電位の一端
に接続されている電極１０６の一端と電極１０４の一端
を電極７０２を設けて電気的に等電位になるように接続
する。

【００６０】電極７０２を熱電素子１１１の内部に設け
ることにより、電極７０２によって接続された電極１０
４と電極１０６は電気的に等電位となり、電極７０２と
接続している電極１０４と充電手段１１２とを接続する
導線と、電極７０２と接続している電極１０６と電圧検
出手段７０１とを接続する導線は電気的に等電位となる
のでその２本の導線を共有することができる。

【００６１】すなわち、電極７０２と接続している電極
１０４と電極１０６から従来引き出していた２本の導線
を１本にすることができ、その導線を熱電素子１１１の
外部で２本に分けて充電手段１１２の一端および電圧検
出手段７０１の一端に接続することができる。その導線
は電極１０４、電極１０６、電極７０２のいずれから引
き出してもよい。図７では電極１０６から引き出した例
を示している。

【００６２】したがって、従来は発電部１０９の両端お
よび検出部１１０の両端から熱電素子１１１の外部に引
き出す４本の導線を３本に少なくすることができ、熱電
素子１１１から外部に導線を引き出す実装が簡単にな
る。導線の具体的な実装方法としては、熱電素子１１１
の内部で電極１０４および電極１０６と導線を半田など
で接続して行う。以上の説明により、図７のような構成
をとることにより、具体的な配線が実施できる。

【００６３】図８は、図７の接続を簡単に表した回路図
である。電圧検出手段７０１で電圧を検出し、回路手段
１１３内部の温度差表示回路８０１で演算し、温度差表
示手段１１４で温度差を表示する構成である。温度差表
示手段１１４により、使用者は発電量を知ることがで
き、発電量が少ない場合には使用者に発電を促すことが
でき、また発電量が充分であれば使用者は安心して電子
機器を使用できる。

【００６４】上記の例の他にも、発電量の大小により電
子機器を変則駆動させたり、発電量が少ないときにアラ
ーム等の音によって発電量が少ないことを知らせること
によって、使用者に発電量を直接知らせることができ
る。

【００６５】また、使用者に発電量を直接知らせること
の他に、発電量が少なくなったら電子機器の一部の機能
を止めるなどして消費電力を小さくする、発電量に合わ
せて充電量を最大にするような最適な充電制御を行って
充電効率を上げる、などの充電制御に応用することもで
きる。

【００６６】つぎに、図９を用いて第３の実施の形態に
おける熱電素子の構成を説明する。図９では、ｎ型熱電
半導体１０１、ｐ型熱電半導体の具体的な配置および電
極１０３、１０４、１０５、１０６による具体的な配線
を説明する便宜上、熱電素子１１１を絶縁層５０２、５
０３、放熱板５０４、吸熱板５０５を省いて説明する。

【００６７】図９は、熱電素子１１１の４つの角部に、
４つの検出部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ
を設けるための、電極１０３、１０４、１０５、１０６
による具体的な配線の様子を表している。

【００６８】図９に示すように、発電部１０９は、熱電
素子１１１の４つの角を除いた全面にて、隣接するｎ型
熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を、放熱側で
電極１０３によってまっすぐ接続し、吸熱側で電極１０
４によって斜めに接続し、発電部１０９のｎ型熱電半導
体とｐ型熱電半導体すべてを交互に電気的に直列になる
ように接続する。

【００６９】４つの検出部１１０ａ、１１０ｂ、１１０
ｃ、１１０ｄも同じように、熱電素子１１１の４つの角
部において、隣接するｎ型熱電半導体１０１とｐ型熱電
半導体１０２を交互に電気的に直列になるように接続
し、検出部１１０ｂと１１０ｃのように距離が離れてい
る部分は、電極９０１を設けて接続する。

【００７０】以上の説明により、図９のような構成をと
ることによって、熱電素子１１１の４つの角部に、４つ
の検出部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを設
けることが可能となり、４つの角部で温度差を測定する
ので、温度差のばらつきが緩和され平均化されるので、
より正確な温度差が得られる。

【００７１】図９では４つの検出部１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを設ける例を示したが、４つに
限らず、複数の検出部１１０を設けることによって、温
度差のばらつきが平均化される効果がある。

【００７２】さらに図１０を用いて第４の実施の形態に
おける熱電素子の構成を説明する。図１０ではｎ型熱電
半導体１０１、ｐ型熱電半導体の具体的な配置および電
極１０３、１０４、１０５、１０６による具体的な配線
を説明する便宜上、熱電素子１１１を絶縁層５０２、５
０３、放熱板５０４、吸熱板５０５を省いて説明する。

【００７３】図１０は熱電素子１１１の中央部に検出部
１１０を設けるための電極１０３、１０４、１０５、１
０６による具体的な配線の様子を表したものである。

【００７４】図１０に示すように、発電部１０９は、熱
電素子１１１の中央部を除いた全面にて、隣接するｎ型
熱電半導体１０１とｐ型熱電半導体１０２を、放熱側で
電極１０３によってまっすぐ接続し、吸熱側で電極１０
４によって斜めに接続し、熱電素子１１１の中央部で
は、検出部１１０と干渉しないように、電極１００１を
用いて検出部１１０と絶縁するように斜めにとび越して
接続し、発電部１０９のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導
体すべてを交互に電気的に直列になるように接続する。

【００７５】検出部１１０も同様に、熱電素子１１１の
中央部において、隣接するｎ型熱電半導体１０１とｐ型
熱電半導体１０２を交互に電気的に直列になるように接
続する。

【００７６】図１０のような構成をとることによって、
熱電素子１１１の中央部に、検出部１１０を設けること
ができ、熱電素子１１１の中央部で温度差を測定するの
で、熱電素子１１１の端部で測定するよりも、より正確
な温度差が得られる。

【００７７】また、図１１は第５の実施の形態における
熱電素子の配置構成を説明する図である。図１１は、検
出部１１０を設けた熱電素子１１１を複数備えた腕時計
の平面図および断面図である。腕時計に複数の熱電素子
１１１を設けることにより、それぞれの位置に設けた熱
電素子１１１の検出部１１０でそれぞれの位置での温度
差を検出できるので、腕時計内部での位置の違いによる
温度差のばらつきをも含んだ、より正確な温度差が得ら
れる。

【００７８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の熱電素子では、熱電素子を発電部と検出部に分けて、
検出部の起電力を検出して温度差を換算することによ
り、熱電素子を構成する要素のみで温度差（発電量）を
検出することができ、温度センサーを新たに設ける必要
がないので、温度センサーの部品を減らすことができ、
そして熱電素子に温度センサーを設けるための組立工程
を省略することができる。また、温度センサーを取り付
けるためのスペースが必要なくなるので、熱電素子を小
型化することができる。

【００７９】さらに、温度センサーで熱電素子の放熱板
および吸熱板の温度を検出する従来技術では、放熱板と
吸熱板の温度センサー取り付け部分と内側の部分や、温
度センサーそのものの内部に温度勾配が生じるので、熱
電素子に生じる温度差を正確に検出することは難しい
が、本発明では熱電素子の一部を直接温度差検出に用い
ることで、熱電素子に生じる温度差を正確に検出するこ
とができる。

【００８０】そして、熱電素子１１１から引き出される
導線は４本となり、従来技術の熱電素子３１１の６本よ
りも少なくなり、熱電素子１１１から外部に導線を引き
出す部分の実装を簡単にすることができる。

【００８１】また、第２の実施の形態では、充填材で補
強することによって、ｎ型熱電半導体およびｐ型熱電半
導体を細くすることができるので、熱電素子をより高密
度化および小型化することができる。

【００８２】さらに、第２の実施の形態では、熱電素子
１１１から引き出される導線は３本となり、さらに少な
くなるので、熱電素子１１１から外部に導線を引き出す
部分の実装をさらに簡単にすることができる。

【００８３】また、第３の実施の形態では、熱電素子１
１１の４つの角部で温度差を測定するので、温度差のば
らつきが緩和され平均化されるので、より正確な温度差
を得ることができる。

【００８４】さらに、第４の実施の形態では、熱電素子
１１１の中央部で温度差を測定するので、熱電素子１１
１の端部で測定するよりも、より正確な温度差が得られ
る。

【００８５】そして、第５の実施の形態では、腕時計に
複数の熱電素子１１１を設けることにより、それぞれの
位置に設けた熱電素子の検出部でそれぞれの位置での温
度差を検出できるので、腕時計内部での位置の違いによ
る温度差のばらつきをも含んだ、より正確な温度差が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における熱電素子を
示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における熱電素子を
含む電子機器のシステム構成を示すブロック図である。

【図３】従来技術における熱電素子を示す断面図であ
る。

【図４】従来技術における熱電素子を含む電子機器のシ
ステム構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態における熱電素子を
示す断面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態における熱電素子を
示す斜視図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態における熱電素子の
配線を示す平面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態における熱電素子の
配線によるシステム構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態における熱電素子の
配線を示す平面図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態における熱電素子
の配線を示す平面図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態における熱電素子
を腕時計に配置した平面図および断面図である。

【符号の説明】

１０１ｎ型熱電半導体１０２ｐ型熱電半導体１０３〜１０６、７０２、９０１、１００１電極１０７、５０４放熱板１０８、５０５吸熱板１０９発電部１１０検出部１１１熱電素子３０１、３０２温度センサー５０１充填材５０２、５０３絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ平行な放熱面と吸熱面のあいだに放
熱面および吸熱面にほぼ直角になるように、多数の棒状
のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体とがほぼ対をなすよ
うに配置し、この多数のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導
体を交互に直列に接続するように放熱面および吸熱面に
電極を設けた発電部を有し、放熱面と吸熱面のあいだに
放熱面および吸熱面にほぼ直角になるように、少数の棒
状のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体とがほぼ対をなす
ように配置し、この少数のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半
導体を交互に直列に接続するように放熱面および吸熱面
に電極を設けた検出部を有し、発電部と検出部は電気的
に絶縁されていることを特徴とする熱電素子。
【請求項２】ほぼ平行な放熱面と吸熱面のあいだに放
熱面および吸熱面にほぼ直角になるように、多数の棒状
のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体とがほぼ対をなすよ
うに配置し、この多数のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導
体を交互に直列に接続するように放熱面および吸熱面に
電極を設けた発電部を有し、放熱面と吸熱面のあいだに
放熱面および吸熱面にほぼ直角になるように、少数の棒
状のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体とがほぼ対をなす
ように配置し、この少数のｎ型熱電半導体とｐ型熱電半
導体を交互に直列に接続するように放熱面および吸熱面
に電極を設けた検出部を有し、発電部の一端のｎ（ｐ）
型熱電半導体と、検出部の一端のｎ（ｐ）型熱電半導体
とが放熱面または吸熱面に設けた共通の電極を有するこ
とを特徴とする熱電素子。
【請求項３】発電部と検出部のｎ型熱電半導体および
ｐ型熱電半導体が、同一の熱電半導体材料で、かつ同一
の形状で形成されていることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の熱電素子。