热电发电设备、热电发电设备部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及热电发电设备、热电发电设备部件及其制造方法。

背景技术

已知有使用固体热电元件，利用塞贝克效应将热能转换为电能的热电发电设备。作为这种热电发电设备，已知有在两块基板之间配置有一组热电元件的π型结构、和使热电元件在基板表面上形成为薄膜状的扁平型结构(例如，参照专利文献1、非专利文献1～3)。

热电发电设备由一组热电元件、即p型和n型热电元件(半导体)构成。在一组热电元件中，由于输出较小，因此一般使用多组热电元件。在专利文献1所述的热电发电设备中，在基板上形成多组薄膜状的热电元件，并且使基板成为具有峰和谷的折痕的、重复结构的蛇腹状，对于峰和谷的各部分使距热源的距离具有差值，使在峰和谷之间形成的热电元件的两端(峰侧和谷侧)的温度差增大。另外，已知有如下的热电发电设备：在柔性基板上设置π型结构的多组热电元件，并且通过将连接热电元件的与柔性基板相反的一侧的端部的多个电极设置为特定的配置，能够使热电元件向特定的一个方向弯曲(参照非专利文献4)。

另一方面，提出了如下的印刷基板：通过在长方形状的印刷基板上设置切口而形成为大致N字形状，从而能够减少印刷基板对基材的负担，另外防止由弯曲引起的基材上的配线断开等，同时能够弯曲180度(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2017-92437号公报

专利文献2：日本专利特开2020-47818号公报

非专利文献

非专利文献1:L.Francioso,C.De Pascali,I.Farella,C.Martucci,P.Creti,P.Siciliano,A.Perrone,“Flexible thermoelectric generator for ambient assistedliving wearable biometric sensors”,J.Power Sources,196(2011)。

非专利文献2:Z.Lu,H.Zhang,C.Mao,C.M.Li,“Silk fabric-based wearablethermoelectric generator for energy harvesting from the human body”,Appl.Energy,164,pp.57-63(2016)。

非专利文献3：C.A.Hewitt,A.B.Kaiser,S.Roth,M.Craps,R.Czerw,D.L.Carroll,“Multilayered carbon nanotube/polymer composite based thermoelectricfabrics”,Nano Lett.,12,pp.1307-1310(2012)。

非专利文献4：T.Sugahara,Y.Ekubaru,N.V.Nong,N.Kagami,K.Ohata,L.T.Hung,M.Okajima,S.Nambu,and K.Suganuma,“Fabrication with Semiconductor PackagingTechnologies and Characterization of a LargeScale Flexible ThermoelectricModule”,Advanced Materials Technologies(2019)。

发明内容

发明要解决的课题

但是，由于在如专利文献1那样将基板形成为蛇腹状的热电发电设备或如非专利文献4那样仅向一个方向弯曲的热电发电设备中，根据热源的表面形状的不同而会部分地产生浮起，另外，由于在专利文献1或非专利文献1等的热电发电设备中，使用薄膜状的热电元件，因此存在发电效率差的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够提高发电效率的热电发电设备、热电发电设备部件及其制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的热电发电设备包括：具有绝缘性的基材和形成于所述基材的一个表面上的金属层的柔性配线基板以及设置在所述配线基板上的p型热电元件和n型热电元件，所述配线基板具有：带状的梁部，在一端设有向宽度方向外侧突出的第一连结部，在另一端设有向与所述第一连结部相反的方向突出的第二连结部；第一脚部，在所述梁部的一个表面侧，从所述第一连结部的位于所述梁部的另一端侧的端部朝向所述梁部的另一端侧且朝向远离所述梁部的方向延伸为带状，在前端设有与热源接触的第一接触部；以及第二脚部，在所述梁部的一个表面侧，从所述第二连结部的位于所述梁部的一端侧的端部朝向所述梁部的一端侧且远离所述梁部的方向延伸为带状，在前端设置有在比所述第一接触部更靠近所述梁部的一端侧与热源接触的第二接触部，所述金属层通过在所述第一脚部的基端与前端之间形成的第一绝缘区域以及在所述第二脚部的基端与前端之间形成的第二绝缘区域被电性分割为所述第一脚部的前端侧的第一配线区域、所述第二脚部的前端侧的第二配线区域、以及从所述第一绝缘区域经由所述梁部至所述第二绝缘区域为止的连接配线区域，所述p型热电元件以连接所述连接配线区域和所述第一配线区域的方式安装在所述第一脚部上，所述n型热电元件以连接所述连接配线区域和所述第二配线区域的方式安装在所述第二脚部上。

本发明的热电发电设备包括：具有绝缘性的基材和形成于所述基材的一个表面上的金属层的柔性配线基板、以及设置在所述配线基板上的p型或n型的任一方的热电元件，所述配线基板具有：带状的梁部，在一端设有向宽度方向外侧突出的第一连结部，在另一端设有向与所述第一连结部相反的方向突出的第二连结部；第一脚部，在所述梁部的一个表面侧，从所述第一连结部的位于所述梁部的另一端侧的端部朝向所述梁部的另一端侧且朝向远离所述梁部的方向延伸为带状，在前端设有与热源接触的第一接触部；以及第二脚部，在所述梁部的一个表面侧，从所述第二连结部的位于所述梁部的一端侧的端部朝向所述梁部的一端侧且远离所述梁部的方向延伸为带状，所述金属层形成为宽度比所述第一脚部窄，在前端设置有在比所述第一接触部更靠近所述梁部的一端侧与热源接触的第二接触部，所述金属层通过形成于所述第一脚部的基端与前端之间的第一绝缘区域，被电性分割为所述第一脚部的前端侧的第一配线区域、以及从所述第一绝缘区域经由所述梁部至所述第二接触部为止的第二配线区域，所述热电元件以连接所述第一配线区域和所述第二配线区域的方式安装在所述第一脚部上。

本发明的热电发电设备部件包括：具有柔性的平板状的配线基板，其具有绝缘性的基材和在所述基材的一个表面上形成的金属层；以及设置在所述配线基板上的p型热电元件和n型热电元件，所述配线基板上通过切割线形成有：带状的梁部区域，在一端设置向宽度方向外侧突出的第一连结部区域，在另一端设置向与所述第一连结部区域相反的方向突出的第二连结部区域；

第一脚部区域，从所述第一连结部区域的位于所述梁部区域的另一端侧的端部向所述梁部区域的另一端侧延伸为带状，在前端具有与热源接触的第一接触部区域；第二脚部区域，从所述第二连结部区域的位于所述梁部区域的一端侧的端部向所述梁部区域的一端侧延伸为带状，在前端具有与热源接触的第二接触部区域，所述金属层由在所述第一脚部区域的基端与前端之间形成的第一绝缘区域以及在所述第二脚部区域的基端与前端之间形成的第二绝缘区域被电性分离为：所述第一脚部区域的前端侧的第一配线区域、所述第二脚部区域的前端侧的第二配线区域、以及从所述第一绝缘区域经由所述梁部区域至所述第二绝缘区域为止的连接配线区域，所述p型热电元件以连接所述连接配线区域和所述第一配线区域的方式安装在所述第一脚部区域上，所述n型热电元件以连接所述连接配线区域和所述第二配线区域的方式安装在所述第二脚部区域上。

本发明的热电发电设备部件包括：具有柔性的平板状的配线基板，其具有绝缘性的基材和在所述基材的一个表面上形成的金属层；以及设置在所述配线基板上的p型或n型的任一方的热电元件，所述配线基板上通过切割线形成有：带状的梁部区域，在一端设置向宽度方向外侧突出的第一连结部区域，在另一端设置向与所述第一连结部区域相反的方向突出的第二连结部区域；第一脚部区域，从所述第一连结部区域的位于所述梁部区域的另一端侧的端部向所述梁部区域的另一端侧延伸为带状，在前端具有与热源接触的第一接触部区域；第二脚部区域，从所述第二连结部区域的位于所述梁部区域的一端侧的端部向所述梁部区域的一端侧延伸为带状，所述金属层形成为宽度比所述第一脚部区域窄，在前端具有与热源接触的第二接触部区域，所述金属层由形成于所述第一脚部区域的基端与前端之间的第一绝缘区域被电性分离为：所述第一脚部区域中的前端侧的第一配线区域、以及从所述第一绝缘区域经由所述梁部区域至所述第二接触区域为止的第二配线区域，所述热电元件以连接所述第一配线区域和所述第二配线区域的方式安装在所述第一脚部区域上。

本发明的热电发电设备部件的制造方法具有：分割工序，在具有绝缘性的基材和形成于所述基材的一个表面上的金属层的柔性的配线基板上形成切割线，分割为：带状的梁部区域，在一端设置向宽度方向外侧突出的第一连结部区域，在另一端设置向与所述第一连结部区域相反的方向突出的第二连结部区域；第一脚部区域，从所述第一连结部区域的位于所述梁部区域的另一端侧的端部向所述梁部区域的另一端侧延伸为带状，在前端具有与热源接触的第一接触部区域；以及第二脚部区域，从所述第二连结部区域的位于所述梁部区域的一端侧的端部向所述梁部区域的一端侧延伸为带状，在前端具有与热源接触的第二接触部区域；金属层加工工序，在所述第一脚部区域的基端与前端之间形成第一绝缘区域，在所述第二脚部区域的基端与前端之间形成第二绝缘区域，将所述金属层电性分离为：所述第一脚部区域中的前端侧的第一配线区域、所述第二脚部区域中的前端侧的第二配线区域、以及从所述第一绝缘区域经由所述梁部区域至所述第二绝缘区域为止的连接配线区域；以及热电元件安装工序，以连接所述连接配线区域和所述第一配线区域的方式在所述第一脚部区域上安装p型热电元件，以连接所述连接配线区域和所述第二配线区域的方式在所述第二脚部区域上安装n型热电元件。

本发明的热电发电设备部件的制造方法，具有：分割工序，在具有绝缘性的基材和形成于所述基材的一个表面上的金属层的柔性的配线基板上形成切割线，分割为：带状的梁部区域，在一端设置向宽度方向外侧突出的第一连结部区域，在另一端设置向与所述第一连结部区域相反的方向突出的第二连结部区域；第一脚部区域，从所述第一连结部区域的位于所述梁部区域的另一端侧的端部向所述梁部区域的另一端侧延伸为带状，在前端具有与热源接触的第一接触部区域；以及第二脚部区域，从所述第二连结部区域的位于所述梁部区域的一端侧的端部向所述梁部区域的一端侧延伸为带状，在前端具有与热源接触的第二接触部区域；金属层加工工序，在所述第一脚部区域的基端与前端之间形成第一绝缘区域，将所述金属层电性分离为：所述第一脚部区域中的前端侧的第一配线区域以及从所述第一绝缘区域经由所述梁部区域至所述第二接触部区域为止的第二配线区域，并且使第二脚部区域中的所述金属层的宽度比所述第一脚部区域窄；以及热电元件安装工序，以连接所述第一配线区域和所述第二配线区域的方式分别将p型或n型的任一方的热电元件安装在所述第一脚部区域上。

发明效果

根据本发明，由于第一脚部和第二脚部从热源倾斜地立起，因此各热电元件与热源分离，能够在热电元件上产生较大的温度差，并且在第一接触部与第二接触部的间隔、位置方面具有自由度，能够使第一接触部和第二接触部良好地紧贴在热源上，因此发电效率得到提高。

附图说明

图1是表示根据实施方式的热电发电设备的立体图。

图2是示意性地表示将热电发电设备安装在球面上的状态的说明图。

图3是表示热电发电设备部件的立体图。

图4是表示在梁部安装了散热器的热电发电设备的立体图。

图5是表示由多个列模块构成的热电发电设备的立体图。

图6是表示具有多个列模块区域的热电发电设备部件的立体图。

图7是表示热电发电设备周边的温度分布的数值模拟结果的图像。

图8是表示模拟了π型结构、扁平型结构的热电发电设备周边的温度分布的数值模拟结果的图像。

图9是表示图7、图8的数值模拟中的热电元件的温度分布的曲线图。

图10是表示验证了发电性能时的各热电发电设备的照片。

图11是表示温度与图10的各热电发电设备的测量出的输出之间的关系的图。

图12是表示由粘贴在平板和圆柱的周面上的多个列模块构成的热电发电设备的照片。

图13是表示粘贴在平板和圆柱的周面上的热电发电设备的温度与输出之间的关系的图。

具体实施方式

在图1中，热电发电设备10安装在发动机、配管、电子设备等的热源Hs上使用。该热电发电设备10是使固定有热电元件E1、E2的配线基板11变形为规定形状得到的装置，在变形的状态下安装在热源Hs上。以下，对在热源Hs的上表面安装了热电发电设备10的情况进行说明，但并不限定热电发电设备10相对于热源Hs的姿势等。另外，作为一例，将安装热电发电设备10的热源Hs的表面(以下称为热源面)作为平面进行说明，但如后所述，安装热电发电设备10的热源面并不限定为平面。

配线基板11是在作为基材的基膜12的上表面形成有金属层14的结构，具有柔性。基膜12由具有绝缘性的树脂制成，在本例中由聚酰亚胺制成。在该例中，基膜12具有柔性，配线基板11的柔性主要是因基膜12的柔性而形成的。金属层14由具有高导热性和高导电性的金属制成，本例中由铜(Cu)制成。基膜12至少在金属层14侧的表面具有绝缘性即可。基材可以是树脂以外的材料，也可以由不同材料制作得到的多个层构成。另外，由于经由基膜12从热源Hs向金属层14传递热量，因此基膜12优选具有高导热性的基膜。另外，金属层14只要是具有高导热性及高导电性的材料即可，也可以是铝(Al)、金(Au)等。

配线基板11大致分为梁部20、第一脚部21、第二脚部22这三个部分。梁部20、第一脚部21、第二脚部22如后面详细叙述的那样，是使以分割成成为这些各部分的多个区域的方式而形成切口的一块配线基板11弯曲变形得到的，梁部20、第一脚部21、第二脚部22的表面是连续的。

梁部20形成为带状。该梁部20根据第一脚部21和第二脚部22安装于热源Hs的安装状态而弯曲或扭转，它们的程度也变化。以下，将梁部20、第一脚部21和第二脚部22的宽度方向作为Y方向，将图1中的上下方向作为Z方向，将与Y方向和Z方向分别正交的方向(图中左右方向)作为X方向进行说明。

梁部20具有从X方向的各端部的侧缘向Y方向突出的第一连结部20a和第二连结部20b。第一连结部20a从梁部20的一端部的一个侧缘(图中的近前侧的侧缘)突出，第二连结部20b从梁部20的另一端部的另一个侧缘(图中的里侧的侧缘)突出。即，第二连结部20b向与第一连结部20a相反的方向突出。第一连结部20a和第二连结部20b的宽度(Y方向的长度)与第一脚部21和第二脚部22相同。

第一脚部21具有从第一连结部20a延伸为带状的脚主体21a和设置在该脚主体21a前端的第一接触部21b。脚主体21a的基端与第一连结部20a的梁部20的另一端侧的端部连接，向图中右斜下方延伸。即，脚主体21a在梁部20的与金属层14相反的下表面侧，成为从第一连结部20a朝向梁部20的另一端侧的方向(图中右方向)且远离梁部20的方向(图中向下)延伸的状态，相对于梁部20倾斜。

第一脚部21中脚主体21a的前端比脚主体21a宽，其宽幅部分成为第一接触部21b。第一接触部21b安装时使其下表面为与热源面紧贴的状态，例如通过粘贴进行安装。

第二脚部22具有从第二连结部20b延伸为带状的脚主体22a和设置在该脚主体22a前端的第二接触部22b。脚主体22a的基端与第二连结部20b的位于梁部20的一端侧的端部连接，脚主体22a向图中左斜下方延伸。即，脚主体22a在梁部20的下表面侧，成为从第二连结部20b朝向梁部20的一端侧的方向(图中左方向)且远离梁部20的方向(图中向下)延伸的状态，相对于梁部20倾斜。

第一脚部21中，脚主体21a的前端比脚主体21a宽，其宽幅部分成为第一接触部21b。同样，第二脚部22中脚主体22a的前端比脚主体22a宽，其宽幅部分成为第二接触部22b。通过使第一接触部21b、第二接触部22b的下表面与热源面紧贴(例如粘贴)，将热电发电设备10安装在热源Hs上。第一接触部21b、第二接触部22b以相互在X方向上隔开间隔的状态紧贴在热源面上。另外，第一接触部21b、第二接触部22b还作为用于引出热电发电设备10的电力的一对电极发挥作用。另外，在该例中，使第一接触部21b、第二接触部22b比脚主体21a、22a宽，但不限于此，也可以是与脚主体21a、22a相同的宽度。

在第一脚部21(脚主体21a)的基端与前端之间设置有对金属层14进行电性分离的第一绝缘区域27，在第二脚部22(脚主体22a)的基端与前端之间设置有对金属层14进行电性分离的第二绝缘区域28。在该例中，第一绝缘区域27和第二绝缘区域28形成为金属层14中没有金属的间隙部。由此，金属层14被电性分离为：第一脚部21的前端侧的第一配线区域14a、第二脚部22的前端侧的第二配线区域14b、从第一绝缘区域27经由梁部20至第二绝缘区域28为止的连接配线区域14c。第一配线区域14a是第一接触部21b以及从第一接触部21b至第一绝缘区域27为止的金属层14的区域，第二配线区域14b是第二接触部22b以及从第二接触部22b至第二绝缘区域28为止的金属层14的区域。

热电元件E1是p型的元件，以连接金属层14的第一配线区域14a与连接配线区域14c的方式安装在第一绝缘区域27的位置、即脚主体21a上。热电元件E2是n型的元件，以连接金属层14的第二配线区域14b与连接配线区域14c的方式安装在第二绝缘区域28的位置、即脚主体22a上。热电元件E1、E2与第一配线区域14a、第二配线区域14b、连接配线区域14c例如通过焊接分别电连接。

热电元件E1的安装位置即第一绝缘区域27的形成位置不是脚主体21a弯曲的基端部分，而是成为平面的部分。由此，防止热电元件E1的脱落等。同样，热电元件E2的安装位置即第二绝缘区域28的形成位置不是脚主体22a弯曲的基端部分，而是成为平面的部分，防止热电元件E2的脱落等。从使热电元件E1、E2远离热源Hs而增大在热电元件E1、E2的两端产生的温度差的观点出发，优选设置在远离脚主体21a、22a的前端且靠近基端的位置。

如上所述，热电发电设备10以使第一接触部21b、第二接触部22b与热源Hs的热源面紧贴的状态进行安装。以从Y方向观察热电发电设备10时，使脚主体21a和脚主体22a交叉成为X字状的方式，将第二接触部22b固定在比第一接触部21b更靠近梁部20的一端侧(图中左侧)的位置。由此，梁部20与热源Hs的上方间隔开配置。另外，由于脚主体21a、22a分别为从热源面向斜上方立起的姿势，因此热电元件E1、E2被配置为从热源面向上方离开较大的距离。这种立体的配线基板11的结构与被称为在片材上形成切口的剪纸结构相同。

在热电发电设备10中，主要由金属层14承担导热功能，通过金属层14的第一配线区域14a、第二配线区域14b将来自热源Hs的热传递到热电元件E1、E2的一端，以提高该等一端的温度。另外，连接配线区域14c、主要是梁部20的区域散热，有效地降低热电元件E1、E2的另一端的温度。这样，使热电元件E1、E2产生温度差，从第一接触部21b、第二接触部22b引出热电发电设备10中产生的电动势。由于成为高温源的热源Hs的热源面与成为低温源的梁部20的距离变大，因此能够得到较高的发电效率。另外，由于热电元件E1、E2从热源面向上方间隔较大的距离进行配置，因此能够得到更高的发电效率。

但是，热电发电设备10通过具有上述的结构，不会作用使热电元件E1、E2脱落的力，具有能够使配线基板11变形的自由度，在能够安装的热源面的形状方面具有较大的自由度。因此，在曲面(例如，圆筒面或球面)上也能够安装热电发电设备10以获得较高的发电效率。

图2示意性地表示在球面的热源面Hsa上安装了热电发电设备10的状态。在将热电发电设备10安装在了球面的热源面Hsa上的情况下，在从Y方向观察的热源面Hsa的周向上，脚主体21a与第一接触部21b的角度、脚主体22a与第二接触部22b的角度发生变化，能够使第一接触部21b和第二接触部22b沿该圆周方向弯曲，使它们紧贴在热源面Hsa上。

另一方面，在从X方向观察的热源面Hsa的周向上，通过使第一接触部21b和第二接触部22b弯曲，也能够使第一接触部21b和第二接触部22b与热源面Hsa密接。在该情况下，热源面Hsa上的第一脚部21、第二脚部22的前端的各位置向该周向偏移，脚主体21a、22a呈辐射状打开，该“辐射状打开”通过梁部20的扭转的变形而被允许。因此，在脚主体21a、22a中几乎没有产生如使得焊接的热电元件E1、E2剥离的力的变形。因此，能够使第一接触部21b、第二接触部22b紧贴热源面Hsa，能够维持较高的发电效率。

热电发电设备10中，即使改变第一接触部21b和第二接触部22b在X方向上的间隔，但只改变脚主体21a、22a的基端部分和前端部分的弯曲程度、脚主体21a、22a的倾斜程度，不会作用类似使热电元件E1、E2脱落的力，能够使第一接触部21b和第二接触部22b紧贴在热源面上。另外，与脚主体21a、22a呈辐射状打开的情况相同，通过梁部20的扭转的变形，即使改变Y方向上的第一接触部21b与第二接触部22b的相对位置，也能够使第一接触部21b和第二接触部22b紧贴在热源面上。这样，热电发电设备10在相对于热源面进行安装方面具有自由度，另外，由此能够得到较高的发电效率。

另外，如上所述，热电发电设备10在关于第一接触部21b和第二接触部22b的安装方面具有自由度，这也意味着能够应对将第一接触部21b和第二接触部22b固定在热源上之后发生的热源的安装面弯曲的情况。

图3表示作为热电发电设备10的热电发电设备部件30。热电发电设备部件30如后所述，是在设置了切割线C1、C2的平板状的配线基板(以下称为设备部件基板)31上安装了热电元件E1、E2的部件。通过使设备部件基板31立体地变形而成为上述的配线基板11，设备部件基板31是在基膜12的表面上层叠有金属层14的结构。

设备部件基板31为矩形状，通过切割线C1、C2被分割为成为梁部20的梁部区域40、成为第一脚部21的第一脚部区域41以及成为第二脚部22的第二脚部区域42。梁部区域40、第一脚部区域41、第二脚部区域42是将立体变形的梁部20、第一脚部21、第二脚部22作为平面的形状。另外，在第一脚部区域41形成第一绝缘区域27，在第二脚部区域42形成第二绝缘区域28，金属层14与第一配线区域14a、第二配线区域14b、连接配线区域14c电性分离。

设备部件基板31通过在基膜12的表面形成有金属层14的基板上形成切割线C1、C2，并且形成第一绝缘区域27、第二绝缘区域28而制作得到。

形成切割线C1、C2的方法没有特别限定，可以使用与设备部件基板31的材料等对应的方法。例如，能够通过激光加工形成切割线C1、C2。热电发电设备部件30中的切割线C1、C2也可以不是将夹着切割线C1、C2相邻的区域完全切断的状态。例如，在安装于热源Hs时，也可以将切割线C1、C2做成在该部分能够容易分离的程度，例如槽状切口。另外，上述各区域的分割是通过切割线C1、C2与设备部件基板31上的区域彼此之间的假想边界一起将设备部件基板31划分为规定的区域。

第一绝缘区域27和第二绝缘区域28例如通过蚀刻金属层14而形成。形成第一绝缘区域27和第二绝缘区域28的方法不限于此。例如，也可以在通过蒸镀或电镀等在基膜12的表面形成金属层14时，对成为第一绝缘区域27和第二绝缘区域28的部分进行掩模而不形成金属层14。

梁部区域40在设备部件基板31的大致中央以沿设备部件基板31的长度方向(X方向)延伸的方式进行设置，在其两端分别形成有从侧缘突出的第一连结部区域40a和第二连结部区域40b。第一连结部区域40a、第二连结部区域40b是成为第一连结部20a、第二连结部20b的区域，相互向相反方向突出。因此，梁部区域40形成为相对于设备部件基板31的大致中心配置为大致点对称的形状。

第一脚部区域41从第一连结部区域40a的位于梁部区域40的另一端侧的端部朝向梁部区域40的另一端侧延伸为带状，前端以向梁部区域40侧扩展的方式变宽，设置成L字形状。第一脚部区域41中成为脚主体21a的脚主体区域41a沿着梁部区域40(X方向)延伸，变宽成为第一接触部21b的第一接触部区域41b与包含第二连结部区域40b的梁部区域40的另一端邻接。

第二脚部区域42从第二连结部区域40b的位于梁部区域40的一端侧的端部朝向梁部区域40的一端侧延伸为带状，前端以向梁部区域40侧扩展的方式变宽，设置为L字形状。第二脚部区域42中成为脚主体22a的脚主体区域42a沿着梁部区域40(X方向)延伸，变宽成为第二接触部22b的第二接触部区域42b与包含第一连结部区域40a的梁部区域40的一端邻接。第一脚部区域41和第二脚部区域42是相对于设备部件基板31的大致中心配置为大致点对称的形状。

切割线C1形成在梁部区域40与第一脚部区域41之间的边界上，但第一连结部区域40a与第一脚部区域41的基端之间的边界除外。因此，切割线C1由线部C1a和线部C1b构成为L字状，其中，线部C1a沿X方向延伸且形成为将梁部区域40与脚主体区域41a在Y方向上分开的边界，线部C1b沿Y方向延伸且形成为将梁部区域40与第一接触部区域41b在X方向上分开的边界。

同样，切割线C2形成在梁部区域40与第二脚部区域42的边界上，但第二连结部区域40b与第二脚部区域42的基端之间的边界除外。因此，切割线C2由线部C2a和线部C2b构成为L字状，其中，线部C2a沿X方向延伸且形成为将梁部区域40与脚主体区域42a在Y方向上分开的边界，线部C2b沿Y方向延伸且形成为将梁部区域40与第二接触部区域42b在X方向上分开的边界。切割线C1和切割线C2也相对于设备部件基板31的大致中心配置为点对称。

上述线部C1a、C2a形成为比设备部件基板31的长度(X方向的长度)短，且相互在X方向错开。线部C1b从线部C1a的比线部C2a向X方向更突出的一端延伸至设备部件基板31的位于线部C2a侧的侧缘。同样，线部C2b从线部C2a的比线部C1a向X方向更突出的一端延伸至设备部件基板31的位于线部C1a侧的侧缘。

热电元件E1以连接金属层14的第一配线区域14a和连接配线区域14c的方式将两端焊接，安装在脚主体区域41a上。同样，热电元件E2以连接金属层14的第二配线区域14b和连接配线区域14c的方式将两端焊接，安装在脚主体区域42a上。这样，由于热电元件E1、E2安装在平板状的设备部件基板31上，因此能够容易地进行安装。

上述的热电发电设备部件30通过以分别拉起第一脚部区域41、第二脚部区域42的基端的同时提升梁部区域40的方式使设备部件基板31变形而成为热电发电设备10。

图4表示在梁部20的上表面设置了形成有多个散热片47a的散热器47的热电发电设备10的例子。散热器47是具有高导热性的金属(例如铝或铜等)，固定在梁部20的上表面。散热片47例如通过在能够容易地与梁部20一起变形的片状的基材47b上设置散热片47a并将该基材47b粘贴在梁部20的上表面，而安装在热电发电设备10上。由此，来自梁部20的散热性得到提高，发电效率进一步提高。

下面说明的热电发电设备是使热电元件二维排列得到的装置。另外，除了以下的说明外，与上述例子相同，对实质上具有相同功能的部分赋予相同的符号，并省略其说明。

在图5中，热电发电设备50在排列方向上设有多个列模块51。排列方向是与梁部的宽度方向(Y方向)和上下方向(Z方向)正交的方向。各列模块51通过设置在相邻的两个列模块51之间的中间接触部52进行连接，作为一块配线基板11B一体形成。中间接触部52与设置在热电发电设备50的X方向的两端的第一接触部53和第二接触部54一起紧贴在热源面上进行安装。热电发电设备50的电力从两端的第一接触部53和第二接触部54引出。

各列模块51中，沿Y方向重复配置有梁部20、第一脚部21、第二脚部22的结构。更具体地说，以第一脚部21和第二脚部22夹着梁部20交替排列的方式，分别一体地形成多个梁部20、第一脚部21和第二脚部22。即，结构为：梁部20设置在第一脚部21和第二脚部22之间，第一脚部21和第二脚部22各自的基端与邻接的梁部20的第一连结部20a、第二连结部20b连接。

在配置于热电发电设备50的一端(图中右端)的第一列的列模块51的各第一脚部21的前端，一体地设置有它们共同的第一接触部53，在配置于另一端(图中左端)的第四列的列模块51的各第二脚部22的前端，一体地设置有它们共同的第二接触部54。中间接触部52是将相邻的两个列模块51的一方的列模块51的配置在另一方的列模块51侧的第一接触部或第二接触部的一方，与另一方的列模块51配置在一方的列模块51侧的第一接触部或第二接触部的另一方进行一体化得到的。即，中间接触部52在从相邻的两个列模块51中的一方的列模块51向另一方的列模块51侧延伸的脚部的前端和从另一方的列模块51向一方的列模块51侧延伸的脚部的前端上，作为它们共同的接触部而一体形成。

在图示的例子中，例如在从第二列的列模块51向第三列的列模块51侧延伸的第二脚部22和从第三列的列模块51向第二列的列模块51侧延伸的第一脚部21的前端，形成有它们共同的中间接触部52。对于第一列和第二列的列模块51、第3列和第4列的列模块51的中间接触部52也同样。

另外，在该例中，使各列模块51的Y方向上的梁部20、第一脚部21、第二脚部22的排列相同，但也可以配置为在相邻的列模块51之间使Y方向上的第一脚部21彼此、第二脚部22彼此的位置错开的结构。另外，各列模块51中的梁部20、第一脚部21、第二脚部22的排列个数没有限定，可以设置更多的梁部20、第一脚部21、第二脚部22，也可以设置为一组梁部20、第一脚部21、第二脚部22。

通过在各第一脚部21和各第二脚部22上设置第一绝缘区域27和第二绝缘区域28，在金属层14中形成有相互电性分离的第一配线区域64a、第二配线区域64b、三个中间配线区域64c和四个连接配线区域64d。第一配线区域64a是第一列的列模块51的位于各第一脚部21的前端侧的区域与第一接触部53的区域成为一体的金属层14的区域。第二配线区域64b是第四列的列模块51的位于各第二脚部22的前端侧的区域与第二接触部54的区域成为一体的金属层14的区域。中间配线区域64c是中间接触部52的区域和如上所述与中间接触部52成为一体的各第一脚部21和各第二脚部22的前端侧的区域成为一体的金属层14的区域，形成在每个中间接触部52上。连接配线区域64d设置在每个列模块51上，是将各第一脚部21的比第一绝缘区域27更靠基端侧的区域、各第二脚部22的比第二绝缘区域28更靠基端侧的区域以及各梁部20的区域一体化得到的金属层14的区域。

如上所述构成的热电发电设备50与上述热电发电设备10同样，在第一脚部21、第二脚部22几乎不产生使热电元件E1、E2脱落的变形，热源面的表面形状具有较大的自由度，也能够安装在圆筒面或球面上，得到较高的发电效率。另外，也能够应对固定后的热源安装面的弯曲。

图6表示作为上述热电发电设备50的热电发电设备部件70。热电发电设备部件70中，在成为配线基板11B的设备部件基板71上设置有与各列模块51对应的多个列模块区域72。通过使设备部件基板71立体地变形而成为上述的配线基板11B，设备部件基板31是在基膜12的表面上层叠有金属层14的结构。

各列模块区域72通过切割线C1、C2，以与梁部20、第一脚部21和第二脚部22的排列相对应的图案，被分割成梁部区域40、第一脚部区域41和第二脚部区域42。另外，在各列模块区域72之间形成有与中间接触部52对应的中间接触部区域74，在设备部件基板71的两端形成有与第一接触部53、第二接触部54对应的第一接触部区域75和第二接触部区域76。另外，金属层14通过切割线C1、C2、第一绝缘区域27和第二绝缘区域28，如上所述被分离为第一配线区域64a、第二配线区域64b、中间配线区域64c以及连接配线区域64d，但为了避免图的复杂化，在图6中省略了这些符号的图示。

该设备部件基板71中的切割线C1与图3所示的例子相同，形成为梁部区域40与第一脚部区域41之间的边界以及梁部区域40与中间接触部区域74、第一接触部区域75之间的边界，其中，中间接触部区域74、第一接触部区域75对应于与第一脚部21成为一体的中间接触部52、第一接触部53。切割线C1由线部C1a和线部C1b构成，其中，线部C1a沿X方向延伸、形成为将梁部区域40与第一脚部区域41的沿X方向延伸的部分在Y方向上分开的边界；线部C1b沿Y方向延伸、形成为将梁部区域40与中间接触部区域74、第一接触部区域75在X方向上分开的边界。

夹在两个梁部区域40之间的第一脚部区域41由两条切割线C1划分。另外，在关注一个第一脚部区域41时，相对于该关注的第一脚部区域41，在夹着两个梁部区域40和配置在它们之间的第二脚部区域42而存在另一个第一脚部区域41的情况下，在另一个第一脚部区域41侧对所关注的第一脚部区域41进行划分的线部C1a，经由线部C1b，与在关注的第一脚部区域41侧对另一个第一脚部区域41进行划分的线部C1a相连，成为

切割线C2也与切割线C1相同，切割线C2形成为梁部区域40与第二脚部区域42及梁部区域40与中间接触部区域74、第二接触部区域76的边界，其中，中间接触部区域74、第二接触部区域76对应于与第二脚部22成为一体的中间接触部52、第二接触部54。切割线C2由线部C2a和线部C2b构成为

在上述各例中，对使用p型热电元件和n型热电元件这两者的结构进行了说明，但热电发电设备也可以是例如在第一脚部上仅设置p型热电元件和n型热电元件中的任意一方的热电元件的结构。在该结构中，通过设置在第一脚部上的第一绝缘区域，将金属层电性分割为第一脚部的前端侧的第一配线区域和从第一绝缘区域经由梁部至第二接触部为止的第二配线区域，将热电元件以连接第一配线区域和第二配线区域的方式安装在第一脚部上即可。未安装热电元件的第二脚部的金属层设置为其宽度比第一脚部的金属层窄，提高热阻，使得在第一脚部上的热电元件的两端产生较大的温度差。使第二脚部的金属层的宽度缩窄的方法没有限定。例如，可以通过蚀刻金属层，或者通过采用蒸镀或电镀等在基膜的表面形成金属层时的掩模，使第二脚部的金属层的宽度变窄。可以同时进行第一绝缘区域和第二绝缘区域的形成工序与使第二脚部的金属层的宽度变窄的加工工序，也可以在不同的时机进行。另外，除了使第一脚部和第二脚部的基膜的宽度相同、仅使第二脚部的金属层的宽度比第一脚部的宽度窄以外，也可以使第二脚部本身即基膜和金属层的宽度比第一脚部的宽度窄。另外，也可以使用这样的结构形成列模块，形成基于该列模块的热电发电设备，还可以排列多个列模块而形成与图5的例子同样的热电发电设备。

图7示出了将如上所述构成的热电发电设备10安装在高温热源上时的脚部(第一脚部21或第二脚部22)和梁部20周边的温度分布的模拟结果。该模拟结果是对在大气中梁部20配置在热源Hs上方的状态进行数值模拟的结果，图7中示出了浓度越高温度越高。同样，图8示出了模拟一般的π型结构或扁平型结构的热电发电设备，将热电元件配置在基板上，使该基板紧贴高温热源时的温度分布的数值模拟结果。图9示出了图7和图8所示的模拟中的热电元件内的温度分布。另外，图9中的符号A所示的曲线是热电发电设备10的温度分布，符号B所示的曲线是模拟了π型或扁平型结构的热电发电设备得到的温度分布。

从该模拟结果可知，热电发电设备10由于热电元件E1、E2远离高温热源，因此可在温度边界层的外侧配置热电元件E1、E2，能够在热电元件E1、E2内产生较大的温度差。与此相对，在一般的π型结构或扁平型结构的热电发电设备中，在温度边界层的内部存在热电元件，可知在热电元件内难以产生温度差。因此，可知通过上述热电发电设备10、50等的结构，发电效率得到提高。

接着，与上述结构的热电发电设备10一起制作了π型结构及扁平型结构的各热电发电设备，并研究了发电性能。图10(A)表示制作的热电发电设备10，图10(B)表示π型结构的热电发电设备，图10(C)表示扁平型结构的各热电发电设备。另外，对于任一个热电发电设备，都使用具有相同性能的热电元件来制作。另外，扁平型结构的热电发电设备，将热电发电设备10做成平面的结构，即与热电发电设备部件30大致相同的结构、形状。

在上述三种热电发电设备中使用的配线基板是金属层由铜(厚度8μm)构成、基膜由聚酰亚胺(厚度25μm)构成的聚酰亚胺铜基板，所使用的热电元件是BiTe系的(p型：Bi

进而，制作图5所示的热电发电设备50，验证了粘贴在曲面上时的发电性能。在该验证中，对于将热电发电设备50粘贴在作为热源的平板上的情况和将热电发电设备50粘贴在作为热源的圆柱的周面上的情况，分别测量了热电发电设备50的输出。图12(A)示出了将热电发电设备50粘贴在作为热源的平板上的状态，图12(B)示出了将热电发电设备50粘贴在圆柱的周面上的状态。另外，热电发电设备50中使用的配线基板11B和热电元件E1、E2与上述相同。

图13示出了分别测量热电发电设备50的输出(发电量)的各结果。在热源温度100℃下，将热电发电设备50粘贴在平板上时的输出为208μW。另外，在粘贴于圆柱的周面的情况下，输出为214μW。这表示即使将热电发电设备50粘贴在曲面上，热电发电性能也几乎没有变化。

附图标记说明

10、50：热电发电设备；

11、11B：配线基板；

12：基膜；

14：金属层；

14a：第一配线区域；

14b：第二配线区域；

14c：连接配线区域；

20：梁部；

20a：第一连结部；

20b：第二连结部；

21：第一脚部；

21a、22a：脚主体；

21b、53：第一接触部；

22：第二脚部；

22b、54：第二接触部；

27：第一绝缘区域；

28：第二绝缘区域；

30、70：热电发电设备部件；

40：梁部区域；

40a：第一连结部区域；

40b：第二连结部区域；

41：第一脚部区域；

41b、75：第一接触部区域；

42：第二脚部区域；

42b、76：第二接触部区域；

47：散热器；

47a：散热片；

51：列模块；

52：中间接触部；

64a：第一配线区域；

64b：第二配线区域；

64c：中间配线区域；

64d：连接配线区域；

70：热电发电设备部件；

72：列模块区域；

74：中间接触部区域；

C1、C2：切割线；

E1、E2：热电元件。