JPS63213980A

JPS63213980A - 熱電装置

Info

Publication number: JPS63213980A
Application number: JP62047406A
Authority: JP
Inventors: Isakata Mori; 森　勇鋼
Original assignee: Sumco Techxiv Corp; Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1988-09-06
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0793459B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、熱電装置に係り、特にその実装借込に関する
。

〔従来技術およびその問題点〕

例えば、鉄ｉｔ化物（Ｆ　ｅ　Ｓ　ｉ　２　）に夫々マ
ンガン（Ｍ　ｎ　）またはコバルト（Ｃｏ）等の適性不
純物を添加したＰ型崖力体とＮ型士今体とを−ｔｊｊｊ
ｊ側で接合して形成したＵ　′：′ｒ”！＋’ｊの熱電
Ｒ，電崇子【よ、温度差を与えるだけで簡ｆｉｔに起電
力を生じ、優れた耐熱性耐酸化性をイし、かつ安定な特
性を維持できることから、熱１ネルギーの右効刊用化へ
の要求が高まっている今［１、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Ｐ
Ｎ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△ｔによって決まる。従って効率良く電気］ニネ
ルギーを獲得するためには、低温側である陽極側＆３よ
び陰極側の聞欣端（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。

ぞこで本光明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−４，：ｌｉ側に＋Ｊｊｊ記低温側
１部が当接するとともに他端側か外部接続端子となるよ
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ｄｉｌｉ１部を載置した
状態て放熱ケースの上板と底板とによってこれを挟みＩ
ｆ看固定した後、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
（；？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って熱
電発電水子の低温側端部をパターン上に回行せしめた放
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、熱電発電水子は激しい温度変化を伴うた
め、熱応力によって水子にクラックが弁士したり、素子
が折れたりすることがある。

例えば、第５図に示すようなＵ字型の熱電発電素子の低
温側端子Ｌ　Ｅ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って加熱さ
れる場合を考えてみよう。

よザ、ＩＮ？火（ＳＰ）されて温度上背が始まると、最
初Ｕ字形の外側部分が急速に温度」二胃し、膨張するこ
とにより、第６図に示す如くフリーの低温側儒：子ｔ−
Ｅ　１は内側（一方向）に移動せしめられる。（第６図
中、横軸には詩間をとった。）そして、高温側端部ＨＥ
全全体徐々に加熱せしめられていくと、低温側端子しＥ
は徐々に聞き、フリー側は外側（＋方向）に移動ゼしめ
られる。

また、ガスバーナが急に８！！されると（点ＦＰ）、高
温側端部の外側がまず急冷ゼしめられることにより、フ
リーの低温側端子ＬＥＩ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、萌述の如く、低温側素子の両方を固定して
しまうと、水子に（よ、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。

また、使用箇所によっては高温側端部を固定しな（〕れ
ばならない場合がある。これは、加熱源が固体であり、
接触加熱で使用しなければならない場合等であり、例え
ば第７図に示す如く、加熱棒１００に設けられた凹部１
０１に熱電発電索子１０２の高温側端部を係合固定せし
めるような場合である。このような場合、熱電発電素子
の低温側端子を２端子共固定すると横方向Ａのみならず
素子の長手方向］３にかかる熱応力も吸収しく；ｔザ、
クラックや破壊の原因となることが多い。

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、クラックがｊｔ生したり破壊が生じたＯすること
があった。

本発明は、前記実情に２みてなされたもので、信φＩｊ
性が高く、長０命の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］そこで本光明では、Ｐ型ｆＷ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熱電
素子の低温側端子を夫々電慟板を介して外部リードに接
続するに際し、この電極板のうち少なくとも一方をフレ
キシブルな材料で構成するようにしている。

〔作　用〕

かかる構成によれば、発生した熱応力は、低温側端子の
少なくとも一方に接続されたフレキシブルな材料からな
る電極板によって吸収され、素子にクラックや破壊を生
ぜしめたりすることはない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ訂■Ｉ
に説明する。

第１図は、本発明実施例の熱電光電装置を示す図である
。

この熱電発電水子は、ｈ口熱棒８の温度検出に用いられ
るもので、Ｕ字型熱電発電水子１の低温側端子１ａ、１
ｂと外部リード線２，３との接続に、放熱板４上に載置
され一端のみが固定された仮バネからなる弾性コネクタ
５，６を用いたことを特徴とするものである。

この弾性コネクタ５，６は５ＵＳ４３０と指称されてい
るステンレス簿仮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１ＩｊＪ記低温側端
子１ａ、１ｂを３方から固定支持する口の字状の端子支
持部５ａ、６ａと、放熱板上に垂直にｖｌ、置され、湾
曲部を有する本体５ｂ。

６ｂと、放熱板４上に固定すると共に外部リード線２，
３との接続を達成するための接続部５ｃ。

６Ｃとから構成されており、該接続部５ｃ、６ｃに人々
設けられた２つのビス穴りに挿通されるビスｂを介して
放熱板４上に支持固定せしめられている。７は絶縁ワッ
シャである。

また、放熱板４は、金属板上に１部電気絶縁性皮膜を形
成してなるもので、該ビス穴りに対応する位置にビス穴
が設けられている。

また、熱電ｙＩ」子１は、鉄珪化物（Ｆ　ｅ　Ｓ　ｉ　２　）にマンガン（〜Ｉｎ）をドー
ピングしたＰ望崖導体と、鉄珪化物にコバルト（ＣＯ）
をドーピングしたＮ型半導体とを直接粉末成梨接合して
、−ｒ二１側がＰＮ接合を形成し高温側娼：部を構成す
ると共に他端側がＰをおよび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。

そして、この熱電発電水子の接合側６．ニアｊ部すなわ
ら高温側φｔ：部１Ｃは、加熱棒８に股りられた凹部９
内に挿入され、第２図に断面図を示す如く、バネ仮１０
を介してビス１１によって熱接触ビ１良く固定されてい
る。

更に、低温側端子と弾性コネクタの支持部との間は、Ｄ
　＆ｉ’、系の半ＦＪ−１合金層Ｓを介して固むされる
。

このり１！釣系の半［）１合金層は、融点が約４００　
’Ｃ以上となるように構成された高融魚半Ｆ１１であり
、接合時にホウ酸系又はフッ酸系のフラックスを用いる
ようにすれば、低温側９１シ：子１ａ、１ｂの表面に形
成されている酸化膜上に直接十［１１接合するようにし
ても、良好な電気的および懇憾的接続が性成される。

製造に際しては、次のような方法がとられる。

まず、熱電光電素子の低温側端子１ａ、１ｂを前記弾性
コネクタ５．６の支持部５ａ、５ａ内に亜鉛系の半田合
金層Ｓによって固着する。

そして、金属板上に例えば電気絶縁性樹脂をコーティン
グして放熱板４を形成し、この放熱板上に、放熱板のビ
ス穴りと前記弾性コネクタの接続部５ｃ、６ｃのビス穴
りが符合するように、熱電１１電木子の接続された弾性
コネクタを載置し、絶縁ワッシ１−７を介してビスｂに
よって固定すると共に、端部側のビス穴には外部リード
線２，３をも一緒にビス止めする。

このＪ、うにして形成された熱電発電装置では熱電発電
水子の低温側端子が、弾性的に放熱板上で支持されてお
り、かつ、熱的には良好に接触ゼしめられているため、
縦横両方向Ａ、Ｂの熱応力に対しても、クラックや破壊
を生じたりすることもなく、信頼四の高いものとなって
いる。

また、熱電発電水子の低温側端子の接合には亜１））系
の高融前半ｆｆ］を用いているため、高温にも耐えｊ（
Ｉ、十分な接合強度を維持することかできる。

なお、上記実施例では、放熱板が弾性コネクタを支承す
るように、長い放熱板を用いているが、第３図に示す如
く、弾性コネクタの接続部５ｃ。

６Ｃのみを支承する程度の小さい放熱板４′を用いるよ
うにしてもよい。

更に、実施例では、低温側、）ｉ、ｉｉ子を両方共、弾
性コネクタを介して外部リード線に接続りるようにした
が、第４図に承り如く２つのり；Ｌ：了のうち一方のみ
に弾性コネクタを用いるようにし、他の一方には、コの
字状に成型した金員からなる固定望のコネクタ６０を用
いるようにしてもよい。また、この構造ではこれらのコ
ネクタの表面積を大きくづることにより、放熱板を省く
ことも可能である。

加えて、実施例では、１つの熱電発電素子を用いた場合
について説明したが、同一放熱板上に、複数個の熱電発
電水子を配設した場合にも適用可能であることはいうま
でもない。この場合、外側に位置する熱電発電素子の外
側端子のみを放熱板上に固着し、隣接する素子の隣接端
子間ｔよ板バネ等のフレキシブル材料で接続づ−るよう
にすれば実装■稈も簡単で熱応力に対する耐性もｒ′８
められる。

更に、この熱電発電装置は、そのままで使用づる他、低
温側を適当なケース等で覆うようにしてもよい。

（Ｊｉ明の効果）１スト説明してさたように、本発明の熱電装置によれ（
よ、Ｕ字型の熱電水子の低温側端子を夫々水子支持用の
電樟恨を介して外部リードに接続するに１祭し、該電外
板のうら少なくとも一方は、フレキシブルな材料で構成
するようにしているため、熱電水子に光生じた熱応力は
、この電極板で吸収され、水子にクラックや破壊を生じ
ることなく、高い信頼性を維持することか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本光明実施例の熱電光電素子を示す図、第２
図は、その断面の一部を示す図、第３図おＪ、び第４図
は、人々、他の実施例の熱電発電菰首を示す図、第５図
は、通帛の熱電水子の説明図。第６図は、第５図の熱電素子に温厚変化を与えた場合の
低温側端子の位置（動さ）を示す図、第７図は、従来の
熱電ざｔ電装置の一例を示づ図である。１００・・・加熱棒、１０１・・・凹部、１０２・・・
熱電ブて電水子、１・・・熱電光電素子、１ａ、ｌｂ・
・・低温側端子、１Ｃ・・・高温側１１１１部、２，３
・・・外部リード線、４，４′・・・放熱板、５，６・
・・りＩＩｒ［コネクタ、５ａ、（３ａ−・・支持部、
５ｂ、６ｂ−・・本体、５Ｃ２６Ｃ・・・接続部、７・
・・ワッシＶ、８・・・加熱外、Ｓ・・・置Ｉ合金層、
６０・・・コネクタ。第３図第５図　　　　　第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　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熱電素子の２つ
の低温側端子を夫々電極板を介して外部リードに接続す
るに際し、この電極板のうち少なくとも一方をフレキシブルな材料
で構成するようにしたことを特徴とする熱電装置。
（２）　前記電極板は少なくとも末端部を放熱板上に固
定されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載の熱電装置。