特開 2024-53582 電力消費装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024053582

(43)【公開日】2024-04-16

(54)【発明の名称】電力消費装置

(51)【国際特許分類】

   H10N 10/17 20230101AFI20240409BHJP

   H10N 10/13 20230101ALI20240409BHJP

   G01C 19/00 20130101ALI20240409BHJP

   G01C 19/72 20060101ALN20240409BHJP

【ＦＩ】

H01L35/32 Z

H01L35/30

G01C19/00 Z

G01C19/72

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022159891

(22)【出願日】2022-10-04

(71)【出願人】

【識別番号】000203634

【氏名又は名称】多摩川精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100221729

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭介

(72)【発明者】

【氏名】山本 健広

【テーマコード（参考）】

2F105

【Ｆターム（参考）】

2F105BB09

2F105BB20

2F105DD01

2F105DE01

2F105DE25

2F105DF10

(57)【要約】

【課題】熱電変換素子部材により吸熱された熱を利用して電力消費装置を省電力化する。
【解決手段】ジャイロ装置１は、電力消費部を構成するジャイロ本体部２０と、ジャイロ本体部２０を収容するケース部材３０と、ケース部材３０に設けられた熱電変換素子部材４０と、熱電変換素子部材４０により発電された電力が入力され、熱電変換素子部材４０により発電された電力を、ジャイロ本体部２０の稼働電力として出力する電源部７０とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力消費部（２０）と、
前記電力消費部（２０）を収容するケース部材（３０）と、
前記ケース部材（３０）に設けられた熱電変換素子部材（４０）と、
前記熱電変換素子部材（４０）により発電された電力が入力され、前記熱電変換素子部材（４０）により発電された電力を、前記電力消費部（２０）の稼働電力として出力する電源部（７０）と
を備える、電力消費装置。

【請求項2】

前記ケース部材（３０）の壁面部（３１）は、少なくとも１つのケース曲面部（３３）を有し、
前記ケース曲面部（３３）に設けられた前記熱電変換素子部材（４０）は、フレキシブル基板に複数の熱電変換素子が配設された可撓性部材（４２）を含み、前記可撓性部材（４２）は前記ケース曲面部（３３）に沿って曲げられている、請求項１に記載の電力消費装置。

【請求項3】

前記電力消費部は、ジャイロ本体部（２０）である、請求項１又は２に記載の電力消費装置。

【請求項4】

前記熱電変換素子部材（４０）は、赤外線領域の光を吸収して発熱する発熱部材（５１）を含む、請求項１又は２に記載の電力消費装置。

【請求項5】

前記電力消費部（２０）と、前記熱電変換素子部材（４０）との間には、熱伝導部材（３４）が設けられている請求項１又は２に記載の電力消費装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は電力消費装置に関し、特に熱電変換素子部材を有する電力消費装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電力消費装置として、例えば特許文献１に記載されているようなジャイロ装置が知られている。この特許文献１に記載されたジャイロ装置は、ジャイロ及び加速度計が取り付けられた取付体を有し、この取付体には熱電変換素子としてペルチェ素子が取り付けられている。そして、このジャイロ装置では、ジャイロ及び加速度計の稼働時に発生する熱をペルチェ素子により吸熱することでジャイロ及び加速度計が冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－７７２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されているようなジャイロ装置では、ジャイロ及び加速度計の稼働時に発生する熱はペルチェ素子により吸熱され、ジャイロ装置の外部に排熱されるため、熱エネルギーが廃棄されるのみであり有効に活用されていないという問題点があった。

【0005】

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、熱電変換素子部材により吸熱された熱を利用して電力消費装置を省電力化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の電力消費装置は、電力消費部と、電力消費部を収容するケース部材と、ケース部材に設けられた熱電変換素子部材と、熱電変換素子部により発電された電力が入力され、熱電変換素子部により発電された電力を、電力消費部の稼働電力として出力する電源部とを備える。

【0007】

また、ケース部材の壁面部は、少なくとも１つのケース曲面部を有し、ケース曲面部に設けられた熱電変換素子部は、フレキシブル基板に複数の熱電変換素子が配設された可撓性部材を含み、可撓性部材はケース曲面部に沿って曲げられていてもよい。
また、電力消費部は、ジャイロ本体部であってもよい。
また、熱電変換素子部は、赤外線領域の光を吸収して発熱する発熱部材を含んでもよい。
また、電力消費部と、熱電変換素子部との間には、熱伝導部材が設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0008】

この発明に係る電力消費装置は、ケース部材に設けられた熱電変換素子部材と、熱電変換素子部により発電された電力が入力され、熱電変換素子部により発電された電力を、電力消費部の稼働電力として出力する電源部とを備えるため、熱電変換素子部材により吸熱された熱を利用して電力消費装置を省電力化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１のジャイロ装置の分解図である。

【図2】図１に示すジャイロ装置１を、中心軸に沿って切断した断面図である。

【図3】図１に示す熱電変換素子部材の構成の一部分を示す概略図である。

【図4】図３に示す熱電変換素子部材の部分概略図である。

【図5】側面部側素子部材と光ファイバコイルとの位置関係を示す部分概略図である。

【図6】従来の熱電変換素子部材の構成の一部分を示す概略図である。

【図7】実施の形態２の熱電変換素子部材の部分拡大概略図である。

【図8】実施の形態３のジャイロ装置を中心軸に沿って切断した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る電力消費装置を添付図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態１のジャイロ装置を示す分解図である。ジャイロ装置１は、円柱状のケース部材３０と、ケース部材３０に収容される熱電変換素子部材４０と、ケース部材３０に収容される円柱状のジャイロ本体部２０とを有している。なお、ジャイロ装置１は電力消費装置を構成している。

【0011】

ケース部材３０は、金属で形成された円柱状のケースであり、壁面部３１を有している。壁面部３１は、閉じられた円形平面状のケース上面部３２と、周方向に沿って湾曲したケース側面部３３とから構成されている。ケース上面部３２及びケース側面部３３の外側部分は、ジャイロ装置１の周囲の大気に接している。なお、ケース側面部３３は、ケース曲面部を構成している。

【0012】

熱電変換素子部材４０は、ケース上面部３２の側に設けられた上面部側素子部材４１と、ケース側面部３３の側に設けられた側面部側素子部材４２とを有している。上面部側素子部材４１は、ケース部材３０に収容可能な略円形に形成されている。側面部側素子部材４２は、ケース部材３０に収容可能な直径を有する円柱状に曲げられて形成されている。また、側面部側素子部材４２は、ケース部材３０の軸方向に沿う方向の長さが、ケース部材３０に収容可能な大きさとなるように形成されている。

【0013】

ジャイロ本体部２０は、光ファイバジャイロであるジャイロ装置１の本体部を構成しており、ケース部材３０に収容されるコイルボビン２１と、コイルボビン２１に巻回された光ファイバコイル２２と、ベース部２３と、ベース部２３上でコイルボビン２１の内側に配設されている演算部２４とを有している。光ファイバコイル２２は、図示しないレーザダイオード光源からレーザ光が入射され、サニャック効果によりジャイロ装置１の回転運動を検出する。ベース部２３は、光ファイバコイル２２の下端部に接続されており、演算部２４をジャイロ装置１の下端部を構成するとともに、演算部２４を支持している。演算部２４は、光ファイバコイル２２において検出された、ジャイロ装置１の回転運動を演算し、演算結果をジャイロ装置１の測定結果としてジャイロ装置１の外部に出力する。なお、ジャイロ本体部２０は、電力消費部を構成している。

【0014】

図２は、図１に示すジャイロ装置１を、ジャイロ本体部２０の中心軸に沿って切断した断面図である。熱電変換素子部材４０の上面部側素子部材４１は、ケース上面部３２の下部に平坦に貼付されている。また、上面部側素子部材４１の後述するフレキシブル基板４３が、ケース上面部３２の下部に接触している。熱電変換素子部材４０の側面部側素子部材４２は、ケース側面部３３の湾曲に沿うように円柱状に曲げられており、絶縁部材３５を介してケース側面部３３の内面に貼付されている。この絶縁部材３５は、熱伝導性を有する絶縁材料又は熱が伝導するように十分に薄く形成された絶縁材料で構成されている。なお、以降の説明では、上面部側素子部材４１の演算部２４に面する側、及び側面部側素子部材４２の光ファイバコイル２２に面する側を内側という。また、上面部側素子部材４１のケース上面部３２に接する側、及び側面部側素子部材４２のケース側面部３３に接する側を外側という。光ファイバコイル２２の内側且つベース部２３の上部には、演算部２４と、電源部７０とが配置されている。電源部７０は、ジャイロ装置１の稼働時に、ジャイロ装置１の各構成に電力を供給する。

【0015】

次に、図３及び図４を参照して熱電変換素子部材の構成を説明する。図３は、図１に示す熱電変換素子部材４０の構成の一部分を示す部分概略図である。図４は、図３に示す熱電変換素子部材４０の部分概略図である。熱電変換素子部材４０は、フレキシブル基板４３上に配列された長方形状の複数の下部電極４４を有している。各下部電極４４には、ｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６が１個ずつ配置されている。ｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６は、ビスマス・テルル材（ビスマス・テルライド：Ｂｉ_２Ｔｅ_３）のｎ型半導体及びｐ型半導体を作製して、直方体状のインゴットに形成したものである。ｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６の上部には、長方形状の複数の上部電極４７が配列されている。各上部電極４７は、長手方向が同一方向に沿うように配列される。図３及び図４に示すフレキシブル基板４３上において、上部電極４７の長手方向が沿う方向を、行方向であるＸ方向といい、Ｘ方向と垂直な方向を列方向であるＹ方向という。

【0016】

下部電極４４と、上部電極４７とは、隣り合うｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６を、交互に直列に接続している。例えば、フレキシブル基板４３のＸ方向の一端部である第１端部４３ａから数えて２列目のｎ型半導体部材４５と３列目のｐ型半導体部材４６とは、下部電極４４により接続されている。また、第１端部４３ａから数えて３列目のｐ型半導体部材４６と４列目のｎ型半導体部材４５とは、上部電極４７により接続されている。そして、行方向に沿ってｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６を下部電極４４と上部電極４７とが交互に接続することで、隣り合うｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６が、交互に直列に接続されている。

【0017】

また、図３に示すように、フレキシブル基板４３の第１端部４３ａから数えて１列目の、Ｙ方向に沿って隣り合うｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６のうち、Ｙ方向の一端部である第３端部４３ｃから数えて１行目及び２行目のものと、３行目及び４行目のものとを１組ずつ接続するように、長手方向がＹ方向に沿っている下部電極４４ａが配列されている。これにより、フレキシブル基板４３上に配列されたｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６の１行目と２行目とが接続され、また３行目と４行目とが接続されている。

【0018】

また、フレキシブル基板４３のＸ方向の他端部である第２端部４３ｂにおいては、Ｙ方向に沿って隣り合うｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６のうち、第３端部４３ｃから数えて２行目及び３行目のものの１組を接続するように、長手方向がＹ方向に沿っている下部電極４４ｂが配列されている。これにより、フレキシブル基板４３上に配列されたｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６の２行目と３行目が接続されている。また、第２端部４３ｂにおいて、１行目のｎ型半導体部材４５及び４行目のｐ型半導体部材４６には、長手方向が列方向Ｘに沿うように下部電極４４ｃ，４４ｄが配列されている。また、その他の下部電極４４は、長手方向がＸ方向に沿うように配列されている。

【0019】

これにより、熱電変換素子部材４０では、第２端部４３ｂ側の下部電極４４ｃから下部電極４４ｄまでの間で、各下部電極４４及び各上部電極４７を介して、フレキシブル基板４３上に配列されたｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６が、交互に直列に接続されてゼーベック素子を構成している。また、熱電変換素子部材４０は、このような構成が適宜組み合わされて、図２に示す上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２として形成されている。

【0020】

図５は、熱電変換素子部材４０である、側面部側素子部材４２を光ファイバコイル２２の周囲に設けたときの、側面部側素子部材４２と光ファイバコイル２２との位置関係を示す部分概略図である。コイルボビン２１に巻回された光ファイバコイル２２の径方向外側には、上部電極４７側の面がケース側面部３３（図２を参照）の内面に貼り付けられている、側面部側素子部材４２（熱電変換素子部材４０）が配置されている。熱電変換素子部材４０の、フレキシブル基板４３側、すなわち径方向内側に位置する下部電極４４には、長手方向が光ファイバコイル２２の軸方向に沿う方向に延びるものと、長手方向が光ファイバコイル２２の周方向に沿う方向に延びる下部電極４４ａ，４４ｂとが含まれている。また、熱電変換素子部材４０の、径方向外側に位置する上部電極４７は、長手方向が光ファイバコイル２２の軸方向に沿う方向に延びるもののみで構成されている。

【0021】

すなわち、側面部側素子部材４２においては、径方向内側に位置する下部電極４４には、長手方向が光ファイバコイル２２の周方向に延びる電極が含まれており、径方向外側に位置する上部電極４７は、長手方向が光ファイバコイル２２の軸方向に沿う方向に延びるもののみで構成されている。そのため、側面部側素子部材４２（熱電変換素子部材４０）は、上部電極４７が設けられている側を外側にしたときに、光ファイバコイル２２の周方向に沿って湾曲させやすく、可撓性を有している。なお、側面部側素子部材４２は可撓性部材を構成している。

【0022】

熱電変換素子部材４０である上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２の、一端側の下部電極４４ｃ及び他端側の下部電極４４ｄは、図示しない導線により図２に示す電源部７０に接続されている。電源部７０は、ジャイロ装置１の外部に設けられた図示しない外部電源に接続されており、外部から供給された電力を適当に変換してジャイロ装置１の演算部２４の稼働電力及び光ファイバコイル２２の稼働電力として供給する。また、電源部７０には、上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２から出力された電力が入力される。さらに、電源部７０は、図示しない昇圧変換器により上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２からの入力電力を昇圧して、演算部２４の稼働電力及び光ファイバコイル２２の稼働電力として供給する。

【0023】

図６は、従来の熱電変換素子部材１００の構成の一部分を示す概略図であり、本図を参照して従来の熱電変換素子部材１００と、本願の実施の形態１の熱電変換素子部材４０との差異を説明する。なお、従来の熱電変換素子部材１００において本願の実施の形態１の熱電変換素子部材４０と同じ符号を付した構成要素は、熱電変換素子部材４０と同一又は対応する構成要素である。従来の熱電変換素子部材１００は、フレキシブル基板、又は可撓性を有さない例えばガラスエポキシ基板等であるリジット基板が用いられる、基板１０３を有する。基板１０３には、長手方向がＸ方向に沿うように下部電極４４が配列されている。下部電極４４には、ｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６が配置されており、ｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６には、上部電極４７が接続されている。

【0024】

基板１０３の第１端部１０３ａから数えて１列目の、Ｙ方向に沿って隣り合うｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６のうち、Ｙ方向の一端部である第３端部１０３ｃから数えて１行目及び２行目のものと、３行目及び４行目のものとを１組ずつ接続して、長手方向がＹ方向に沿うように上部電極４７ａが配列されている。これにより、基板１０３上に配列されたｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６の１行目と２行目、及び３行目と４行目とが接続されている。

【0025】

また、基板１０３のＸ方向の他端部である第２端部１０３ｂにおいては、Ｙ方向に沿って隣り合うｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６のうち、第３端部１０３ｃから数えて２行目及び３行目のものの１組を接続して、長手方向がＹ方向に沿うように上部電極４７ｂが配列されている。これにより、基板１０３上に配列されたｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６の２行目と３行目が接続されている。また、第２端部１０３ｂにおいて、１行目のｎ型半導体部材４５及び４行目のｐ型半導体部材４６には、長手方向が列方向Ｘに沿うように上部電極４７ｃ，４７ｄが配列されている。また、その他の上部電極４７は、長手方向がＸ方向に沿うように配列されている。

【0026】

従来の熱電変換素子部材１００は、基板１０３としてリジット基板が用いられている場合には、湾曲させることが困難であり、可撓性を有さない。また、従来の熱電変換素子部材１００は、基板１０３としてフレキシブル基板が用いられている場合であっても、径方向外側に位置する上部電極４７には、長手方向が光ファイバコイル２２（図５参照）の周方向に沿う方向に延びるように配列されたものが含まれている。そのため、熱電変換素子部材４０は光ファイバコイル２２の周方向に沿って湾曲させにくく、本願の実施の形態１の熱電変換素子部材４０に対して可撓性が低い。

【0027】

次に、本実施の形態１に係るジャイロ装置１の動作について説明する。図２に示すジャイロ装置１の稼働中には、電源部７０から演算部２４及び光ファイバコイル２２に稼働電力が供給され、演算部２４及び光ファイバコイル２２で熱が発生する。すなわち、演算部２４及び光ファイバコイル２２は、ジャイロ装置１の稼働中において熱源となる。演算部２４で発生した熱は、ケース上面部３２に貼り付けられた上面部側素子部材４１に主として伝導する。光ファイバコイル２２で発生した熱は、ケース側面部３３に貼り付けられた側面部側素子部材４２に主として伝導する。また、ケース上面部３２及びケース側面部３３はジャイロ装置１の周囲の大気に接している。

【0028】

上面部側素子部材４１の外側にはケース上面部３２が接触しており、上面部側素子部材４１の内側には主として演算部２４から放熱された熱が伝導することにより、上面部側素子部材４１の内側と外側との間で温度勾配が発生する。また、側面部側素子部材４２の外側にはケース側面部３３が接触しており、側面部側素子部材４２の内側には主として光ファイバコイル２２から放熱された熱が伝導することにより、側面部側素子部材４２の内側と外側との間で温度勾配が発生する。これにより、上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２の内側と外側との間には、ゼーベック効果により起電力が生じ、上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２は電力を出力する。このとき、図５に示すように側面部側素子部材４２は光ファイバコイル２２の周方向に沿って湾曲しているため、側面部側素子部材４２と、熱源である光ファイバコイル２２との距離が近く、光ファイバコイル２２から伝導される熱が効率良く側面部側素子部材４２に伝達される。

【0029】

次に、上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２が出力した電力は、電源部７０（図２を参照）に入力される。電源部７０は、昇圧変換器により上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２が出力した電力を適当な電圧に昇圧変換して、演算部２４及び光ファイバコイル２２の稼働電力として出力する。

【0030】

これにより、ジャイロ装置１の稼働によってジャイロ本体部２０のコイルボビン２１及び演算部２４から発生した熱を、熱電変換素子部材４０である上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２により電力に変換し、電源部７０に入力することで、ジャイロ装置１の稼働によって発生した熱をジャイロ装置１の稼働電力に変換するため、ジャイロ装置１の消費電力量を低減して省電力化することができる。

【0031】

このように、本実施の形態１に係るジャイロ装置１は、電力消費部を構成するジャイロ本体部２０と、ジャイロ本体部２０を収容するケース部材３０と、ケース部材３０に設けられた熱電変換素子部材４０と、熱電変換素子部材４０により発電された電力が入力され、熱電変換素子部材４０により発電された電力を、ジャイロ本体部２０の稼働電力として出力する電源部７０とを備えるため、熱電変換素子部材４０により吸熱された熱をジャイロ装置１の稼働電力に利用して、ジャイロ装置１の消費電力量を低減して省電力化することができる。

【0032】

また、ケース部材３０の壁面部３１は、少なくとも１つのケース側面部３３を有し、ケース側面部３３に設けられた熱電変換素子部材４０は、フレキシブル基板に複数の熱電変換素子が配設された側面部側素子部材４２を含み、側面部側素子部材４２はケース側面部３３に沿って曲げられているため、熱源である側面部側素子部材４２は光ファイバコイル２２の周方向に沿って湾曲し、側面部側素子部材４２と光ファイバコイル２２との距離が近くなり、側面部側素子部材４２への熱の伝導性が向上して、ジャイロ装置１を更に省電力化することができる。

【0033】

また、電力消費部は、ジャイロ本体部２０であるため、発熱量の大きいジャイロ本体部２０の熱を利用してジャイロ装置１を省電力化することができる。

【0034】

なお、本実施の形態１では、側面部側素子部材４２のフレキシブル基板４３に下部電極４４が設けられ、下部電極４４を内側にして側面部側素子部材４２がケース側面部３３に取り付けられていたが、側面部側素子部材４２はこれ以外の可撓性を有する任意の熱電変換素子部材であってもよい。例えば、側面部側素子部材４２のフレキシブル基板４３に上部電極４７が設けられ、上部電極４７を外側にしてフレキシブル基板４３がケース側面部３３の内側に取り付けられていてもよい。

【0035】

また、本実施の形態１では、上面部側素子部材４１はフレキシブル基板４３を備えた、可撓性を有する熱電変換素子部材４０であったが、可撓性を有さない任意の熱電変換素子部材であってもよい。例えば、図６に示す従来の熱電変換素子部材１００であってもよい。

【0036】

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１～図６の参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるのでその詳細な説明は省略する。実施の形態２に係る電力消費装置は、実施の形態１に対して、赤外線領域の光を吸収して発熱する発熱部材を含む熱電変換素子部材を用いるものである。

【0037】

図７は、本実施の形態２の熱電変換素子部材の部分拡大概略図である。ジャイロ装置１（図２を参照）の熱電変換素子部材４０には、ｎ型半導体部材４５とｐ型半導体部材４６とを接続する上部電極４８が設けられている。上部電極４８は、銀（Ａｇ）フィルムで形成されている。上部電極４８の上部には、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）層４９が積層されている。フッ化カルシウム層４９の上部には、平板状の銀ナノ粒子である銀ナノディスク（ＡｇＮＤ）５０が複数配列されている。上部電極４８、フッ化カルシウム層４９及び銀ナノディスク５０は、メタマテリアル構造５１を構成している。また、メタマテリアル構造５１は、発熱部材を構成している。

【0038】

メタマテリアル構造５１は、熱輻射による赤外線領域の光を吸収して磁場共鳴を励起する。その結果、磁場共鳴の損失の一部により熱が発生する。発生した熱は銀フィルムで形成された上部電極４８を介して下部のｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６に伝搬し、ｎ型半導体部材４５の内部及びｐ型半導体部材４６の内部で温度勾配が発生することで、熱電変換素子部材４０において起電力が生じる。銀ナノディスク５０の直径と配列周期、フッ化カルシウム層４９の厚さは、メタマテリアル構造５１の吸収ピークが５００Ｋ（ケルビン）の黒体の熱輻射スペクトルピークと一致するように最適化されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。

【0039】

次に、本実施の形態２に係るジャイロ装置１の動作について説明する。図２に示すジャイロ装置１の熱電変換素子部材４０に、光ファイバコイル２２及び演算部２４から、熱輻射により赤外線領域の光が放射されると、図７に示すメタマテリアル構造５１が赤外線領域の光を吸収して磁場共鳴を励起し、磁場共鳴の損失の一部により熱が発生する。この発生した熱が上部電極４８を介して下部のｎ型半導体部材４５及びｐ型半導体部材４６に伝搬し、ｎ型半導体部材４５の内部及びｐ型半導体部材４６の内部で温度勾配（熱勾配）が発生することで、熱電変換素子部材４０において起電力が生じる。これにより発生した電力が、電源部７０（図２を参照）に入力されることで、ジャイロ装置１の稼働電力として利用される。

【0040】

一般的に、熱電変換素子部材は、一方の面と他方の面との間の温度勾配が０℃又は０℃に近い小さい値の場合には、起電力を生じないか、又は非常に小さな起電力しか生じない。一方、本実施の形態２のメタマテリアル構造５１を有する熱電変換素子部材４０は、熱源である光ファイバコイル２２及び演算部２４の熱輻射による赤外線領域の光を吸収してｎ型半導体部材４５の膜内及びｐ型半導体部材４６の膜内で温度勾配を発生させることができる。そのため、ジャイロ装置１の周囲の大気温度が高い、又はジャイロ装置１の稼働開始からの経過時間が少なく、光ファイバコイル２２と演算部２４とに蓄積された熱量が小さい等の理由で、ケース部材３０の内部と外部との間の温度勾配が０℃又は０℃に近い小さい値であることにより、熱電変換素子部材４０の外側の面と内側の面との間の温度勾配が０℃又は０℃に近い小さい値となる場合であっても、赤外線領域の光によりｎ型半導体部材４５の膜内及びｐ型半導体部材４６の膜内で発生した温度勾配により、熱電変換素子部材４０が電力を出力することができる。

【0041】

このように、本実施の形態２に係るジャイロ装置１は、熱電変換素子部材４０が、赤外線領域の光を吸収して発熱するメタマテリアル構造５１を含むため、熱電変換素子部材４０の一方の面と他方の面との間の温度勾配が０℃又は０℃に近い小さい値である場合であっても、熱電変換素子部材４０が電力を出力することができる。

【0042】

なお、本実施の形態２のメタマテリアル構造５１は、銀フィルムにより形成された上部電極４８と、フッ化カルシウム層４９と、銀ナノディスク５０とから構成されていたが、これ以外の任意の材料及び構成によるものであってもよい。また、本実施の形態２に係る発熱部材は、メタマテリアル構造５１から構成されていたが、発熱部材は他の任意の構造及び部材から構成されていてもよい。

【0043】

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３に係る電力消費装置は、実施の形態１に対して、ジャイロ本体部と熱電変換素子部材との間に熱伝導部材を設けたものである。
図８は、実施の形態３に係るジャイロ装置を中心軸に沿って切断した断面図である。ジャイロ本体部２０の光ファイバコイル２２と、熱電変換素子部材４０である側面部側素子部材４２との間には、熱伝導部材３４が配置されている。熱伝導部材３４は、シリコーンベースの粘土状熱伝導部材であって、高い熱伝導性、絶縁性及び可塑性を有する。これにより、光ファイバコイル２２と側面部側素子部材４２との間の熱伝導性が向上する。その他の構成は実施の形態１と同じである。

【0044】

このように、ジャイロ本体部２０と、熱電変換素子部材４０との間には、熱伝導部材３４が設けられているため、ジャイロ本体部２０の光ファイバコイル２２と側面部側素子部材４２との間の熱伝導性が向上することにより、光ファイバコイル２２から発生する熱をジャイロ装置１の稼働電力としてより効率よく利用することができる。

【0045】

なお、本実施の形態３に係るジャイロ装置では、光ファイバコイル２２と側面部側素子部材４２との間に、熱伝導部材３４が設けられていたが、ジャイロ本体部２０の演算部２４と、熱電変換素子部材４０である上面部側素子部材４１との間に熱伝導部材３４が配置されていてもよい。また、光ファイバコイル２２と側面部側素子部材４２との間、及び演算部２４と上面部側素子部材４１との間の両方に熱伝導部材３４が設けられていてもよい。これにより、演算部２４と上面部側素子部材４１との間の熱伝導性が向上し、演算部２４から発生する熱をジャイロ装置１の稼働電力としてより効率よく利用することができる。

【0046】

また、本実施の形態３に係る熱伝導部材３４は、シリコーンベースの粘土状熱伝導部材であったが、これ以外の任意の熱伝導部材を用いてもよい。例えば、セラミックス材料をシリコーン部材に充填した、絶縁性を有する熱伝導部材を用いてもよいし、また、熱電変換素子部材４０に適切な絶縁処理を施して、任意の絶縁性を有さない熱伝導部材を用いてもよいし、さらに、既知の熱伝導シート部材を用いてもよい。

【0047】

また、本実施の形態１～３では、電力消費装置として光ファイバジャイロであるジャイロ装置１を用いていたが、これに限定されるものではなく、例えばリングレーザジャイロ装置等の他の種類のジャイロ装置を用いてもよいし、例えば加速度計等のジャイロ装置以外の任意の電力消費装置を用いてもよい。

【0048】

また、本実施の形態１～３では、ケース部材３０は金属により形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、ケース部材３０は一部又は全体が放熱性に優れる任意の樹脂等により形成されていてもよい。

【0049】

また、本実施の形態１～３では、熱電変換素子部材４０である上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２としてゼーベック効果を生じるゼーベック素子が用いられていたが、この上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２の少なくともいずれか一方に電力を供給してペルチェ素子として用いてもよい。これにより、特にジャイロ本体部２０の冷却が必要な場合に、上面部側素子部材４１及び側面部側素子部材４２の少なくともいずれか一方に電力を供給し、ペルチェ効果によりジャイロ本体部２０を冷却することができる。

【0050】

また、本実施の形態１～３では、ｎ型半導体部材４５とｐ型半導体部材４６とは、ビスマス・テルル材のインゴットにより形成されていたが、ビスマス・テルル材以外の半導体材料を用いて形成されていてもよい。

【0051】

また、本発明の実施の形態１～３に含まれる構成要素及びその変形例に含まれる構成要素は、適当に組み合わせて用いることができる。

【0052】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0053】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0054】

（付記１）
電力消費部（２０）と、
前記電力消費部（２０）を収容するケース部材（３０）と、
前記ケース部材（３０）に設けられた熱電変換素子部材（４０）と、
前記熱電変換素子部材（４０）により発電された電力が入力され、前記熱電変換素子部材（４０）により発電された電力を、前記電力消費部（２０）の稼働電力として出力する電源部（７０）と
を備える、電力消費装置。
（付記２）
前記ケース部材（３０）の壁面部（３１）は、少なくとも１つのケース曲面部（３３）を有し、
前記ケース曲面部（３３）に設けられた前記熱電変換素子部材（４０）は、フレキシブル基板に複数の熱電変換素子が配設された可撓性部材（４２）を含み、前記可撓性部材（４２）は前記ケース曲面部（３３）に沿って曲げられている、付記１に記載の電力消費装置。
（付記３）
前記電力消費部は、ジャイロ本体部（２０）である、付記１又は２に記載の電力消費装置。
（付記４）
前記熱電変換素子部材（４０）は、赤外線領域の光を吸収して発熱する発熱部材（５１）を含む、付記１～３のいずれか１項に記載の電力消費装置。
（付記５）
前記電力消費部（２０）と、前記熱電変換素子部材（４０）との間には、熱伝導部材（３４）が設けられている付記１～４のいずれか１項に記載の電力消費装置。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本実施の形態１に係るジャイロ装置１によると、電力消費部を構成するジャイロ本体部２０と、ジャイロ本体部２０を収容するケース部材３０と、ケース部材３０に設けられた熱電変換素子部材４０と、熱電変換素子部材４０により発電された電力が入力され、熱電変換素子部材４０により発電された電力を、ジャイロ本体部２０の稼働電力として出力する電源部７０とを備えるため、熱電変換素子部材４０により吸熱された熱をジャイロ装置１の稼働電力に利用して、ジャイロ装置１の消費電力量を低減して省電力化することができ、稼働により熱が発生するジャイロ装置において使用する用途に適している。

【符号の説明】

【0056】

２０ ジャイロ本体部（電力消費部）、３０ ケース部材、３１ 壁面部、３３ ケース側面部（ケース曲面部）、３４ 熱伝導部材、４０ 熱電変換素子部材、４２ 側面部側素子部材（可撓性部材）、５１ メタマテリアル構造（発熱部材）、７０ 電源部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】