平成２５年度 特許出願技術動向調査報告書（概要）

熱電変換技術

平成２６年３月

特 許 庁 問い合わせ先

特許庁総務部企画調査課 技術動向班 電話：０３－３５８１－１１０１（内線２１５５）

－ 1 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第１章 調査概要

第１節 熱電変換技術の技術俯瞰

１．熱電変換技術の概要

熱電変換技術は、温度勾配を有する材料の両端や温度差のある異種材料間に起電力が

生じる現象を利用して、これを回路の一部に用いることで電気エネルギーを取り出す技

術である。材料内部の温度勾配や異種材料間の温度勾配があれば、発電機のように駆動

装置を設けなくても発電することができる。すなわち、熱エネルギーを電気エネルギー

に直接変換することができる。熱電変換の原理を示すゼーベック効果は 1821 年に、逆に

電気を熱に変換するペルチェ効果は 1834 年に発見された。近年、化石燃料の消費量の低

減を目指した省エネルギー化や新エネルギーの利用に関連する技術への期待が非常に高

くなっている。太陽光、風力を始めとする再生可能エネルギーの有効利用に関連する技

術が世間の注目を多く集めている一方で、エネルギー利用の高効率化に寄与する未利用

熱（排熱）の有効利用技術に対する注目度も大きくなっている。

日本国内だけでも年間 1 兆 kWh にものぼる熱エネルギーの大部分が排熱として廃棄さ

れており、排熱の有効利用が幅広い分野で大きな課題となっている。既存技術の限界及

びコスト面での制約から、これら未利用エネルギーの大半、特に中低温領域の排熱は大

部分が廃棄されているが、断熱・蓄熱や熱電変換に代表される各種熱マネジメント技術

の開発を通して未利用熱を有効活用できるシステムを確立することにより、製造、輸送、

住環境整備等の種々の場面で更なる省エネルギーが進むことが期待される。

本調査は、有力な熱マネジメント技術の１つである熱電変換技術について、国内外の

特許動向等を分析することにより、その技術開発状況を明らかにしようとするものであ

る。なお、本調査では、一般に「熱電変換技術」と総称される技術のうち、熱電発電技

術を調査対象とする。ゼーベック効果と表裏一体の関係であるペルチェ効果を利用する

熱電冷却技術は、調査対象外である。

２．本調査で対象とする熱電変換技術の技術俯瞰

技術俯瞰図（図-1）に示すように、熱電変換技術は未利用、低品位の熱を電気エネル

ギーに変換する技術である。当該技術の要素技術は、熱電変換材料、熱電変換モジュー

ル、熱電変換システムのそれぞれに分類できる。熱電変換材料は、原料や熱電変換素子

の調製や加工が関係する技術である。熱電変換モジュールは、熱電変換素子と絶縁板及

び電極をユニット化したものである。熱電変換システムは、熱電変換モジュールと熱源

などとの熱交換を組み合わせたシステムである。ゼーベック効果を利用した熱電発電以

外に、熱電子発電、アルカリ金属熱電発電及び熱磁気発電などの直接発電が調査対象と

して含まれる。応用分野として、“熱あるところ熱電有り”と言われているように、熱エ

ネルギー（化石由来）利用、自然エネルギー利用、エネルギーハーベスト利用など多岐

にわたる分野での利用が期待されている。

熱電変換技術

熱電発電技術（調査対象）

熱電冷却技術（調査対象外）

－ 2 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

図-1 熱電変換技術の技術俯瞰図

３．本調査の目的

本調査は、「熱電変換技術」に関して、特許動向調査の分析結果、及びそれを補強する

市場環境調査、研究開発動向分析、政策動向調査の分析結果に基づき、①国内外の技術

発展状況、研究開発状況を含む技術動向を明らかにすること、②日本及び外国の技術競

争力、産業競争力を明らかにすること、③日本の企業や国が取り組むべき課題を整理し、

今後目指すべき研究・技術開発の方向性を明らかにすることを目的とする。

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本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第２節 技術区分

本調査では、調査対象とする特許文献及び非特許文献（論文・学会誌等）に対して、

文献に記載の技術内容に対応する技術区分を付与して文献を分類し、分類した文献集団

に対して出願件数推移等の調査を行う。表-1 に、本調査において設定した技術区分を示

す。

表-1 熱電変換技術の技術区分概要（抜粋） 大分類 中分類 小分類 大分類 中分類 小分類

1：種類 1A：熱電変換材料 1A1：テルル系化合物 3：解決手段 3A：熱電変換材料・素子

の製法改良

3A1：粉砕・混合・溶融工程

1A2：アンチモン系化合物 3A2：成形（成膜）工程

1A3：シリコン系化合物 3A3：焼結・結晶化工程

1A4：ガリウム系化合物 3A4：加工工程

1A5：アルミニウム系化合物 3B：熱電変換材料・素子

の性状改良

3B1：原材料等の種類・組成

1A6：錫系、希土類系化合物 3B2：変換素子の形状・形態

1A7：ホウ素系化合物 3B3：ミクロ構造体の制御

1A8：金属酸化物系 3B4：バルク材料ナノ構造の制御

1A9：有機熱電変換材料 3B5：素子の複合化

1AA：熱電子発生材料 3B6：エミッタ、コレクタの構造・形態

1AB：磁性材料 3C：熱電変換モジュール

の改良

3C1：モジュール形状・構造

1AC：熱電対材料 3C2：絶縁材・シール材

1B：熱電変換モジュー

ル

1B1：リジットタイプ 3C3：電極・取出し部（起電体）

1B2：ハーフスケルトンタイプ 3C4：接合材料・方法

1B3：スケルトンタイプ 3C5：表面被覆

1B4：フレキシブルタイプ 3C6：製造方法

1C：熱電変換システム・

発電装置

1C1：熱電発電 3D：熱電変換システム・

発電装置の改良

3D1：熱源供給システム

1C2：熱電子発電 3D2：装置（全体）の構造・配置

1C3：アルカリ金属熱電発電 3D3：熱交換（伝熱）の構造

1C4：熱磁気発電 3D4：電力変換

2：目的・課題 2A：材料・モジュールの

性能向上

2A1：熱電性能 3D5：出力制御機能

2A2：コストパフォーマンス 3D6：電気設計

2A3：形態特性 3D7：計測・制御ユニット

2A4：安全・環境性 3D8：他の発電装置と複合

2B：熱電変換システム・

発電装置の性能向上

2B1：発電性能 4：応用分野 4A：熱エネルギー（化石

由来）利用

4A1：産業分野

2B2：熱的性能 4A2：民生分野

2B3：機械的性能 4A3：移動体分野

2B4：構造・形状特性 4B：自然エネルギー利用 4B1：地熱・温泉熱

2B5：生産性 4B2：太陽熱

2B6：製造コスト 4C：エネルギーハーベスト

利用

4C1：環境熱エネルギー

2B7：軽量化・コンパクト化 4C2：生体熱利用

2B8：操作性（メンテナンス）

2B9：信頼性

2C：評価装置・評価方法の向上

2D：省エネ効果

大分類項目として、種類（大分類 1）、目的・課題（大分類 2）、解決手段（大分類 3）、

応用分野（大分類 4）を設定した。各大分類には、中分類（1A：熱電変換材料など）、小

分類（1A1:テルル系化合物など）、更に詳細分類（1A1a：Bi-Te 化合物）のように階層化

して下位の技術区分を設けた。技術区分ごとの解析を行った。種類（大分類 1）及び目

的・課題（大分類 2）の技術項目は、必ず付与する項目である。

対象特許文献及び非特許文献の適応技術区分については、可能な限り下位区分の技術

区分付与を行い、多数の区分が対象となる場合、複数の区分に付与する。下位区分に付

与できない技術対象は上位区分に付与（下位区分の「その他」に相当）し、集計時には

下位区分と同列（例えば 1A に付与されたものは、1A0 として 1A1 などと同じ階層）で取

り扱うこととする。

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要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第３節 技術文献の収集・解析方法

１．特許文献の検索方法

日本特許文献及び外国特許文献について、データベースに Derwent World Patents

Index（WPI）1を用いた検索により収集した。

検索式は、所定の IPC（国際特許分類）及びキーワードにより構成した。調査期間は、

2001 年～2011 年（優先権主張年）、調査対象国は日本、米国、欧州、中国、韓国、台湾、

ロシアとし、PCT 出願についても調査した。その結果抽出された詳細解析（文献ごとの

読込と技術区分の付与等）対象は、日本特許文献が 4,497 件、外国特許文献（PCT 出願

文献数を含む）が 3,993 件であった。なお、前記外国特許文献件数は、日本特許文献の

ファミリーを持つものを除外した件数である。

２．特許文献の詳細解析方法

検索により得られた特許文献について、文献ごとの読込により、本調査において調査

対象とする熱電発電技術に言及する記載のない文献を外すノイズ落としを行い、技術区

分を付与した。ノイズ落とし後の特許文献数は、日本への出願 2,597 件、米国への出願

1,555 件、欧州への出願 1,303 件、中国への出願 833 件、韓国への出願 580 件、PCT 出願

1,090 件であった。

なお、優先権主張年が 2010 年以降のデータについては、データベースの収録遅れなど

のため、出願件数が実数を反映していない可能性がある。日本、米国、欧州、中国、韓

国の公開時期は出願から 18 か月である。また、PCT 出願については、国際出願公開は 18

か月、各国への国内移行には 大 30 か月かかる。したがって 2013 年時点での検索では、

2010 年以降の出願分について全ては含まれていない可能性がある。

３．非特許文献の検索方法

非特許文献を、データベースに Scopus2を用いた検索により収集した。

所定のキーワードにより構成された検索式により行った。調査期間は、2001 年～2012

年（発行年）とした。その結果抽出された詳細解析対象は、2,786 件であった。

４．非特許文献の詳細解析方法

検索により得られた非特許文献についても特許文献と同様にノイズ落としを行った上

で技術区分付与を行なった。更に発表媒体として主要国際誌を指定して解析した。解析

対象の非特許文献数は、689 件であった。

1 Thomson Reuters 社提供の世界 48 特許機関発行の特許出願を採録したデータベース 2 Elsevior 社が提供する世界 大規模の書誌データベース

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要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第２章 熱電変換技術に関する市場環境調査

第１節 熱電発電の市場と予測

熱電発電システムの実用化の現状を表-2 に示した。熱電変換技術を用いた熱電発電は

太陽光のない宇宙用電源、僻地用の無保守電源として実績があるが、その他は民生用、

運輸用、産業用ともに開発・試作または基礎研究段階のものが多く、実用化されている

ものは極めて少ないのが現状である。

表-2 熱電発電システムの実用化の現状 熱源の種類 熱電発電システムの例

崩壊熱など ●惑星間探査機用電源（RTG など）

燃焼熱 ●無線中継基地電源

●パイプライン腐食防止用電源

△被災地緊急電源

●軍用可搬型電源

●モスキートマグネット（LP ガス利用）

●ミニチュア発電器（ろうそくラジオ）

＊モバイル機器用マイクロジェネレータ

燃焼排熱 △大型トラックディーゼルエンジン排ガス発電

△大型高速バスディーゼルエンジン排ガス発電

△コージェネレーションディーゼルエンジン排ガス発電

△小型廃棄物焼却炉煙道発電

●室内空気循環装置（煙突利用）

機器排熱 △工業炉（抵抗加熱式など）排熱発電

△変圧器熱回収発電

△コードレスファンヒータ

△風呂釜温度制御装置

体温 ●熱電腕時計

△心臓ペースメーカー用電源

その他 ●赤外線センサ

△水素センサ

●製品・実用化、△開発・試作、＊基礎研究

出典：NEDO「高効率熱電変換システムの開発」、事後評価報告書資料（2007 年 6 月 15 日）をもとに作成

しかし、今後、無線センサや熱エネルギー回収発電への市場が拡大するものと期待さ

れている。熱電発電システムの世界市場での用途推移予測を図-2 に示した。この予測に

よれば、熱電発電システムの世界市場規模は、2012 年の 31.5 百万ドルから 2015 年には

56 百万ドルまで成長すると予想されている。特に、エネルギーハーベスティング市場へ

の期待が大きく、建物や産業分野での電源不要の無線センサネットワーク（WSN）市場が

急成長すると見込まれている。

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目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

0%

20%

40%

60%

80%

100%

2012年（予測） 2013年（予測） 2014年（予測） 2015年（予測）

その他

産業用

軍事・宇宙

無線センサ

熱電発電システムの用途

熱電発電

システム

kW級W級mW級

排熱発電（プラント、工場）、

地熱発電

排熱発電（自動車、

バイク、船舶）

自然エネルギー発電

（太陽熱）

エネルギー

ハーベスティング

要求性能

発電性能、

コスト利便性、

機能性

売電独立電源

図-2 熱電発電システムの世界市場での用途推移予測

出典：Energy Harvesting Journal, 3 Aug 2012

http://www.energyharvestingjournal.com/articles/thermoelectric-generators-a-750-million-m

arket-by-2022-00004631.asp?sessionid=1（2013 年 5 月アクセス） 及び

http://www.dri.co.jp/auto/print_report.php?aid=5952（2013 年 6 月アクセス）を参考に作成

第２節 熱電変換技術の応用産業

熱電変換技術が寄与できる応用産業は、化石資源エネルギーから得られる排熱発電、

地熱や温泉熱を利用する発電などから自動車などの排熱利用まで、需要は非常に明確で

関係する市場領域も広い。

熱電発電システムは温度差さえあれば発電することができるので熱エネルギー利用、

自然エネルギー分野及び日常生活や身近な環境に存在する小さな熱エネルギーなど様々

な用途分野が考えられる。むしろ、社会全体のエネルギー効率向上のために熱電変換技

術の早急な完成、実用化が待たれているという状況にある。図-3 には、熱電発電システ

ムの用途と発電量の関係を示した。

図-3 熱電発電システムの用途と発電量の関係

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本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

0 50 100 150 200 250

火力

原子力

水力

風力

太陽光

熱電（温度差200℃）

熱電（温度差100℃）

システムのコスト（万円/kW）

第３節 熱電発電システムの経済性

現状の熱電発電システムは、熱電発電システムの発電変換効率の低さやシステムの製

造コストが高いことが実用化に向けての大きな障害になっていると思われる。各種発電

システムにおける単位出力当たりのシステム（プラント）コストを図-4 に示した。熱電

発電システムの価格が現在の太陽光発電並みになれば、応用分野は大幅に拡大すると期

待される。すなわち熱電発電システムは熱電変換効率の向上や発電システムの製造コス

トの低減努力で、太陽光発電システムコストと同レベルの達成が当面の開発目標になる。

図-4 発電システムの種類と発電コスト

出典：科学技術政策研究所報告書（文部科学省、2008 年、Science&Technology Trends March 2008 Feature

article02）及び日経エレクトロニクス、p102、2008 年 12 月 15 日を参考に作成

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要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第４節 参入企業動向

熱電変換技術に関係する本格的な市場は存在していない。しかし、国内の熱電変換メ

ーカーは実用化に向けた開発競争を継続的に行っている。一方、海外メーカーも国の支

援を受けて自動車の燃費向上のための開発や、エネルギーハーベスティング市場への展

開のための開発を行っている。表-3 には、国内の主要熱電変換メーカーの開発状況を示

した。

表-3 国内の主要熱電変換メーカーの開発状況（一部抜粋） メーカー名 素子タイプ 仕様 適用対象装置 開発状況

岡野電線 Bi-Te、鉄シリサイド

系

80℃以下。 大吸熱量 130W 電 子 デ バ イ ス

ほかの冷却用

スケルトン型モジュールユニットとして

受注生産。電子デバイスほかの冷却

用を主目的

昭和電工 フィルドスクッテルダ

イト系：p 型は

La-Fe-Sb、ｎ型は

Ce-Co-Sb 合金

600℃/50℃、変換効率 6.2%、

出力密度 2.4W/cm2、 大出力

21.6W。サイズ 30×30×4t

廃棄物焼却炉 2009～実証実験

昭和電線 酸化物系-金属系 ～800℃対応と～300℃対応の

組み合わせ。 大出力 48W、

サイズ 400×150×150t

銅溶解炉 2012～実証実験(自社三重事業所)、

産総研と 2006 年より共同研究

東芝 Bi-Te 130℃、変換効率 3.6% 温泉排水 2004～草津温泉で実証試験(運転時

間 2 万時間)、発電出力 150W

フェローテック Bi-Te 135℃、max391 対積層、数セン

チ角サイズ

産業装置一般 2010 年からサンプル提供

2011 年から産業機器向け発売(小型モ

ジュール：max122×100×102t)

ヤマハ Bi-Te 125℃/25℃、 大出力 0.93W、

変換効率 4.0%

ワイヤレスセン

サ ネ ッ ト ワ ー

ク 、 プ ロ ジ ェ ク

ター排熱利用

汎用小型モジュール(18×14×2.2t)を

発売中

KELK Bi-Te max280℃及び max150℃、変

換効率 7.2%、 大出力 24W、

出力密度 1W/cm2、p/n 型 161

対積層モジュール

工 場 廃 熱 一

般 、 将 来 は 建

機 用 デ ィ ー ゼ

ル エ ン ジ ン 排

ガス

・2009 年 2 月発売、目標変換効率は

12%

･コマツ粟津工場熱処理炉 13,000 時間

実証運転(～2012 年 3 月)

･2012 年度～JFE スチール連続鋳造設

備 輻 射 熱 回 収 実 証 実 験 (max10kW)。

将来目標 100kW クラス実用化

TES ニューエナ

ジー(産総研発

ベンチャー)

オキサイド系：p 型は

Ca-Co、n 型は CaMn

のそれぞれ酸化物

600-400 ℃ /50 ℃ 、 max 出 力

678W、サイズ：500×500

各 種 加 熱 ・ 焼

却炉、発電鍋

2010 年～煙道内壁又は煙道外壁から

の集熱用(実用レベル)発売

出典：三菱化学テクノリサーチで作成

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目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

日本国籍

3,183件

46.3%

米国籍

1,215件

17.7%

欧州国籍

1,342件

19.5%

中国籍

352件

5.1%

韓国籍

610件

8.9%その他

166件

2.4%

合計

6,868件

411 452 484

618 567

551 580

782 930

834

659

0

200

400

600

800

1,000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

出願件数

出願年（優先権主張年）

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

出願人国籍

優先権主張

2001-2011年

第３章 特許動向調査

第１節 全体動向調査

１．熱電変換技術の出願人国籍別出願件数推移及び出願件数比率

熱電変換技術の調査期間における出願人国籍別の出願件数推移及び出願件数比率を図

-5 に示した。第１章第１節で述べたように、調査対象は熱電変換技術のうち熱電発電技

術である。

出願人国籍別出願件数比率は、日本国籍出願人の出願が 46.3％とほぼ半数であった。

次いで欧州と米国がほぼ同率で続き、韓国、中国の順であった。

日本国籍出願人による出願件数推移は、2001 年の約 250 件から 2004 年に約 400 件ま

で増加したが、それ以降 250 件前後の横ばい状態で推移している。これに対して米欧中

韓からの出願件数は、当初は日本のそれと大きな開きがあったものの着実に出願件数を

伸ばしている。特に欧州国籍と中韓国籍の出願人による出願件数の増加が著しい。日本

と米欧中韓との件数差は縮小傾向にある。

図-5 出願人国籍別出願件数推移及び出願件数比率（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001－2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

２．熱電変換技術の出願先国別－出願人国籍別出願件数収支

熱電変換技術の特許出願件数について日本、米国、欧州、中国、韓国に対する出願先

国別出願人国籍別出願件数収支を解析し、図-6 に示した。

出願先国別―出願人国籍別出願件数収支において、日本は、米国、欧州、中国に対し

て出願件数収支は支出が収入より圧倒的に多かった。しかし、韓国に対しては僅かに支

出が多いがほぼ均等であった。中国は、自国への出願が大半でが海外出願は極めて少な

い。

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目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

日本国籍

2,280件

87.8%

米国籍

137件

5.3%

欧州国籍

115件

4.4%

中国籍

6件

0.2%韓国籍

44件

1.7% その他

15件

0.6%

日本国籍

218件

16.7%

米国籍

207件

15.9%

欧州国籍

822件

63.1%

中国籍

5件

0.4%

韓国籍

21件

1.6%

その他

30件

2.3%

日本国籍

65件

11.2% 米国籍

60件

10.3%

欧州国籍

38件

6.6%

中国籍

4件

0.7%

韓国籍

405件

69.8%

その他

8件

1.4%

日本国籍

215件

25.8%

米国籍

132件

15.8%欧州国籍

120件

14.4%

中国籍

324件

38.9%

韓国籍

18件

2.2%

その他

24件

2.9%

日本国籍

405件

26.0%

米国籍

679件

43.7%

欧州国籍

247件

15.9%

中国籍

13件

0.8%

韓国籍

122件

7.8%

その他

89件

5.7%

日本への出願

2,597件

米国への出願

1,555件

欧州への出願

1,303件

中国への出願

833件韓国への出願

580件

137件 115件

44件6件

247件

122件

218件

207件

21件

215件

132件

120件

18件

65件

60件

38件

405件

13件

4件

図-6 出願先国別－出願人国籍別出願件数収支（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001－2011 年）

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目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

1A:熱電変換材料 1,332 472 282 173 261 31

1B:熱電変換

モジュール910 230 286 59 171 31

1C:熱電変換システム・発

電装置

1,387 673 901 170 243 117

2A:材料・モジュールの性

能向上1,988 595 513 179 377 65

2B:熱電変換システム・発

電装置の性能向上1,221 546 691 147 199 99

2C:評価装置・評価方法の

向上44 8 13 3 4

2D:省エネ効果 226 118 189 30 41 22

3A:熱電変換材料・素子の

製法改良645 205 154 125 176 27

3B:熱電変換材料・素子の

性状改良1,244 505 295 144 285 48

3C:熱電変換モジュールの

改良1,234 343 405 82 163 44

3D:熱電変換システム・発

電装置の改良1,122 545 633 113 163 70

4A:熱エネルギー

（化石由来）利用881 295 539 72 113 29

4B:自然エネルギー利用 109 74 64 34 29 13

4C:エネルギーハーベスト

利用47 54 51 9 19 10

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他

中分類

出願人国籍

種類

目的・課題

解決手段

応用分野

出願人国籍

出願人属性比率

日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍

企業

2,552件

80.2%

大学

78件

2.5%

研究機関

182件

5.7%

個人

46件

1.4%

共同出願

325件

10.2%

合計

3,183件

企業

905件

74.5%

大学

103件

8.5%

研究機関

33件

2.7%

個人

82件

6.7%

共同出願

92件

7.6%

合計

1,215件

企業

982件

73.2%

大学

22件

1.6%

研究機関

148件

11.0%

個人

89件

6.6%

共同出願

101件

7.5%

合計

1,342件

企業

67件

19.0%

大学

145件

41.2%

研究機関

50件

14.2%

個人

56件

15.9%

共同出願

34件

9.7%

合計

352件

企業

300件

49.2%

大学

62件

10.2%

研究機関

154件

25.2%

個人

38件

6.2%

共同出願

56件

9.2%

合計

610件

３．熱電変換技術の出願人国籍別出願人属性

出願人国籍別の出願人属性を解析した結果を図-7 に示した。日本、米国及び欧州はほ

ぼ 3/4 が企業単独からの出願であった。中国は、大学からの出願が 41.2％と も多く、

企業、個人、研究機関と続いている。韓国は、日米欧と中国の中間的な属性構成であり、

企業からの出願が 49.2％であった。また、研究機関からの出願比率も比較的高いのが特

徴である。

図-7 熱電変換技術に関する出願人国籍別の出願人属性別出願件数比率（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001－2011 年）

第２節 技術区分別特許出願動向

１．技術区分（中分類別）の出願人国籍別出願件数

技術区分表の中分類別の出願人国籍別の出願件数を図-8 に示した。

図-8 技術区分（中分類別）－出願人国籍別出願件数（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

－ 12 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

171 198

204 204 226

197

231

296 299

305 220

0

50

100

150

200

250

300

350

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

出願件数

出願年（優先権主張年）

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

出願人国籍

優先権主張

2001-2011年

日本国籍

1,332件

52.2%米国籍

472件

18.5%

欧州国籍

282件

11.1%

中国籍

173件

6.8%

韓国籍

261件

10.2%その他

31件

1.2%

合計

2,551件

[大分類 1：種類]の中分類の分析では、出願人国籍別にその出願件数比率を算出して、

その結果を表-4 に示した。

日本国籍出願人からの出願は、[1A：熱電変換材料]、[1B：熱電変換モジュール]及び

[1C：熱電変換システム・発電装置]が、他の国籍出願人に比べて比較的均等に出願され

ている。韓国も日本と同様な比率を示している。これに対して欧州は、[1C：熱電変換シ

ステム・発電装置]に関係する出願件数比率が高い。米国は、[1C：熱電変換システム・

発電装置]が欧州に次いで高いが、[1A：熱電変換材料]も比較的高い。一方、中国は、[1A：

熱電変換材料]の出願件数比率が高いという特徴がみられる。米欧では熱電変換システム

の技術開発が重点化されているのに対し、日中韓では、材料開発も重要視されている。

表-4 出願人国籍別の[大分類 1：種類]の中分類別出願件数比率

出願人国籍

出願件数比率（%）

[1A：熱電変換材料] [1B：熱電変換モジュール] [1C：熱電変換システム・発電装置]

日本 37 25 38

米国 34 17 49

欧州 19 19 62

中国 43 15 42

韓国 39 25 36

その他 29 29 42

２．[大分類 1：種類]の中分類別の出願人国籍別出願件数推移

[1A：熱電変換材料]、[1B：熱電変換モジュール]及び[1C：熱電変換システム・発電装

置]における出願人国籍別出願件数推移をそれぞれ図-9、図-10 及び図-11 に示した。

[1A：熱電変換材料]、[1B：熱電変換モジュール]及び[1C：熱電変換システム・発電装置]

別の出願人国籍別件数比率は、いずれも日本国籍出願人が も高い比率を占めている。

出願件数推移は、何れの場合も 2007 年頃までは横ばいあるいは漸増傾向で推移していた

が、それ以降増加傾向を示している。2007 年以降米欧中韓からの出願が増加しているこ

とを反映している。特に[1C：熱電変換システム・発電装置]においては、2008 年以降、

欧州からの出願が日本のそれを上回っている（図-11）。

図-9 [1A：熱電変換材料]の出願人国籍別出願件数推移及び出願件数比率（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

－ 13 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

日本国籍

1,387件

39.7%

米国籍

673件

19.3%

欧州国籍

901件

25.8%

中国籍

170件

4.9%

韓国籍

243件

7.0%

その他

117件

3.4%

合計

3,491件

97

81

111

149 132

141 172

178

253

197 176

0

50

100

150

200

250

300

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

出願件数

出願年（優先権主張年）

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

出願人国籍

優先権主張

2001-2011年

194 210

264

321 288 293

274

427 471

418

331

0

100

200

300

400

500

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

出願件数

出願年（優先権主張年）

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

出願人国籍

優先権主張

2001-2011年

日本国籍

910件

53.9%米国籍

230件

13.6%

欧州国籍

286件

17.0%

中国籍

59件

3.5%

韓国籍

171件

10.1%

その他

31件

1.8%

合計

1,687件

図-10 [1B：熱電変換モジュール]の出願人国籍別出願件数推移及び出願件数比率（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

図-11 [1C：熱電変換システム・発電装置]の出願人国籍別出願件数推移及び出願件数比率（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

３．熱電変換材料の種類別出願件数推移

熱電変換材料の詳細分類別ベースでの出願件数推移を図-12 に示した。調査期間を通

して[1A1a：Bi-Te 化合物]の特許出願が も多かった。2004 年から 2007 年にかけて一時

件数減少が見られたが 2008 年以降増加傾向を示している。次いで金属酸化物系の出願が

多い。2001 年から 2005 年にかけて[1A8a：Co 酸化物]に関して多数の出願があったが近

年減少傾向である。これに対して[1A80：金属酸化物（その他）]は増加傾向にある。な

お、[1A80：金属酸化物（その他）]の具体的例としてペロブスカイト酸化物などが挙げ

られる。金属酸化物の発見当初は一般的な酸化物で開発が進められていたが、開発の進

歩とともにより高度な構造をもつ酸化物に注目が移ってきていると思われる。次に件数

が多いのは、[1A3b：Ge-Si 化合物]である。金属酸化物系、シリコン系化合物はともに

－ 14 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

Bi-Te化合物 45 36 56 17 43 47 37 71 80 70 60

Pb-Te化合物 6 3 8 8 38 20 11 23 37 11 4

Sb-Te化合物 15 14 30 8 4 14 7 24 26 20 9

テルル系化合物（その他） 5 9 12 6 19 9 6 16 28 21 10

Co-Sb化合物 8 7 11 13 8 5 26 11 9 10 15

Fe-Sb化合物 2 1 8 4 9 3 3 1

Zn-Sb化合物 8 6 4 5 7 1 3 8 4 5

スクッテルダイト化合物 8 6 6 9 10 10 15 9 30 14 9

アンチモン系化合物（その他） 6 9 3 6 9 11 5 4 14 5 2

Fe-Si化合物 4 11 5 5 1 2 4 7 2 3

Ge-Si化合物 3 6 15 13 8 17 10 31 21 14 18

Mn、Mg-Si化合物 9 8 2 2 6 7 7 8 15 17 18

シリコン系化合物（その他） 19 5 2 7 13 10 13 9 18 27 12

クラスレート化合物 1 8 4 13 2 8 15 18 3 7

ガリウム系化合物（その他） 2 5 2 6

ホイスラー化合物 2 8 2 2 5 6 8 2 1 10 10

Alクラスレート化合物 1 2 4 3 5 6

アルミニウム系化合物（その他） 7 1 3 2 1 1 5 1

ハーフホイスラー金属間化合物 2 5 22 13 5 9 9 8 8 1

錫系、希土類系化合物（その他） 1 4 2 7 3 6 8 7 1

ホウ素系化合物 1 4 3 2 18 1 3 3 7

Co酸化物 17 25 17 21 26 10 9 5 12 16 6

Ti酸化物 2 6 19 1 10 7 9 4 8 8

V酸化物 8 4 2 4 6

金属酸化物系（その他） 9 16 29 33 20 29 44 44 15 22 24

Zn酸化物 1 10 6 5 3 3 9 10 10 6

有機低分子膜 3 2 2

導電性高分子 2 5 5 5 9 2 3 4 7

高分子複合材料 2 1 3 2 7 3 6

有機熱電変換材料（その他） 1 3

エミッタ、コレクタ材料 4 1 9 1 1 4 5 1 2

熱電子発生材料（その他） 1 2 1

熱スピン流変換材料 2 2 3 3

Ni（Cr）化合物 5 2 1 2 1 2 1

熱電変換材料（その他） 8 23 6 15 9 15 37 24 58 24 19

熱電対材料（その他） 39 21 30 22 13 9 13 15 3 18 6

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

熱電変換材料

出願年（優先権主張年）

テルル系化合物

アンチモン系化合物

シリコン系化合物

錫系、希土類系

化合物

金属酸化物系

有機熱電変換材料

熱電子

発生材料

熱電対材料

ガリウム系

化合物

アルミニウム系

化合物

出願件数が増加傾向にある。

図-12 [1A：熱電変換材料]の詳細分類別件数推移（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

－ 15 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

熱電変換効率 59 71 54 67 99 76 80 137 122 114 71

電気伝導性 10 24 9 19 21 24 18 12 14 20 16

熱伝導性 8 13 8 21 18 17 40 29 27 25 22

温度使用範囲 13 14 8 10 7 15 12 19 18 11 8

高温耐久性・熱応力緩和 6 15 17 12 11 12 21 14 8 12 8

熱電性能（その他） 24 31 41 33 49 27 27 30 44 70 48

耐久性 14 16 9 18 11 14 13 11 13 16 9

製造工程合理化 26 27 11 37 28 26 16 43 43 43 35

材料コスト・供給安定性 2 4 6 13 4 5 3 9 7 7 7

量産性・歩留り 16 16 13 11 14 8 9 14 18 5 10

コストパフォーマンス（その他） 6 1 3 1 12 1 5 2 6 5 5

可撓性 3 1 4 2 1 2 3 1

形態特性（その他） 6 1 4 4 2 10 8 5 1 3

低環境負荷材料 1 10 4 16 5 14 7 2 1 9

安全・環境性（その他） 2 6 1 3 1 1 2 4

材料・モジュールの性能向上（そ

の他）4 9 10 7 6 7 1 10 3 5

発電効率・発電量 1 7 11 2 2 4 11 4 16 10 5

出力電力・起電力 1 3 1 4 2 1 2 3 1

発電サイクル

発電性能安定性 1 12 1 1 5 3 4 3

発電性能（その他） 4 1 9 4 1 9 3 1 2

伝熱性能・熱交換効率 1 1 5 4 1

熱的安定性 3 2 3 1 3 2 1

熱的性能（その他） 2

機械的強度 3 3 15 4 5 3 11 3 2 5

接合強度 1 3 1 1

機械的性能（その他） 1 1

柔軟性 1 1 1 1 3 1

構造・形状特性（その他） 1 1 1 1 8 6 1

生産性 1 4 2 1 2 1 7 2 2

製造コスト 2 5 4 3 1 2

軽量化・コンパクト化 3 7 25 2 3 4 5 1 1 2

操作性（メンテナンス） 5 5

応答性 15 5 2 3 2 1 3 5 2 5 6

信頼性（その他） 7 4 7 8 6 1 11 5 1 12 5

熱電変換システム・発電装置の性

能向上（その他）7 2 5 1

評価装置・評価方法の向上 4 1 3 4 2 2 2 5

省エネ効果 3 2 1 4 1 4 2

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

目的・課題

出願年（優先権主張年）

材料・モジュールの性能向上

熱電変換システム・発電装置の性能向上

コスト

パフォーマンス

熱電性能

形態特性

安全・

環境性

発電性能

熱的性能

機械的性能

構造・

形状特性

信頼性

４．[1A：熱電変換材料]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件数推移

[1A：熱電変換材料]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件数推移を図-13

に示した。熱電性能の向上を目的とする出願が多く、特に[2A1a：熱電変換効率]の向上

を目的・課題にする出願が圧倒的に多い。件数も近年増加している。次いで[2A2b：製造

工程合理化]に関する出願が多い。2008 年以降件数が増加してきている。

図-13 [1A：熱電変換材料]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件数推移（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

－ 16 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

熱電変換効率 11 6 12 12 27 34 24 36 50 37 30

電気伝導性 4 4 2 2 11 6 4 4 26 7 7

熱伝導性 6 8 5 16 18 12 19 13 22 24 13

温度使用範囲 6 3 3 10 4 3 9 7 8 2 7

高温耐久性・熱応力緩和 12 15 15 27 25 23 37 22 34 27 25

耐久性 11 13 5 15 7 11 15 13 32 20 34

熱電性能（その他） 3 4 10 10 13 3 19 21 13 16 15

製造工程合理化 22 20 19 26 20 22 27 23 53 34 24

材料コスト・供給安定性 1 1 2 7 2 9 2 1 2

量産性・歩留り 7 10 20 11 19 5 17 17 21 14 11

コストパフォーマンス（その他） 3 1 2 12 4 1 6 8 2

可撓性 4 6 1 4 1 10 7 5 17 5 2

形態特性（その他） 7 4 6 2 1 11 10 15 4 10

低環境負荷材料 1 2 3 2 3 3 7 1

安全・環境性（その他） 2 1 4 3

材料・モジュールの性能向上（そ

の他）2 4 3 7 7 4 1 3 2 3

発電効率・発電量 3 9 4 9 6 1 12 5 3 2

出力電力・起電力 1 1 4 1 1 3

発電サイクル

発電性能安定性 1 1 3 2 1 5 4

発電性能（その他） 2 9 2 1 6 2 1 1 1

伝熱性能・熱交換効率 2 2 2 7 8 5 6 7 6 7

熱的安定性 2 2 2 1 1 1 1 4

熱的性能（その他） 3 2 1 3

機械的強度 5 4 4 5 2 14 7 3 11 9

接合強度 1 2 5 3 2 2 1 2 1 1

機械的性能（その他） 1 1

柔軟性 2 1 1 3 1 5 1 9

構造・形状特性（その他） 4 1 1

生産性 2 3 3 1 1 2 1 4 5 1

製造コスト 1 1 2 2 1 6 1

軽量化・コンパクト化 3 4 19 10 6 9 5 8 3 5 3

操作性（メンテナンス） 1 4 1 9 4 5 3

応答性 1 1 1 3 2

信頼性（その他） 4 6 6 8 5 5 7 11 5 9 6

熱電変換システム・発電装置の性

能向上（その他）1 7 1 2 5

評価装置・評価方法の向上 3 1 1 1 1 1 7

省エネ効果 3 1 6

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

目的・課題

出願年（優先権主張年）

材料・モジュールの性能向上

熱電変換システム・発電装置の性能向上

コスト

パフォーマンス

熱電性能

形態特性

安全・

環境性

発電性能

熱的性能

機械的性能

構造・

形状特性

信頼性

５．[1B：熱電変換モジュール]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件数推移

[1B：熱電変換モジュール]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件数推移を

図-14 に示した。[2A2b：製造工程合理化]を目的、課題にする出願が も多く、例外の

年もあるが調査期間を通して 20 件以上の出願がある。次いで、[2A1f：高温耐久性・熱

応力緩和]が続き、2004 年以降ほぼ横ばいで推移している。

図-14 [1B：熱電変換モジュール]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件数推移（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

－ 17 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

熱電変換効率 14 20 14 19 22 44 13 54 20 31 11

電気伝導性 2 3 3 2 4 1 5

熱伝導性 1 3 8 2 2 5 3 8 6 2

温度使用範囲 2 7 3 4 5 4 4 1 1

高温耐久性・熱応力緩和 4 4 11 16 14 3 15 7 11 3 5

耐久性 3 8 11 4 6 9 2 2 12 8

熱電性能（その他） 7 2 5 7 1 5 2 10 7 4

材料コスト・供給安定性 1 1 1 7 1

製造工程合理化 16 6 10 11 11 10 3 9 7 11

量産性・歩留り 3 2 13 4 5 1 1 10 2 3 1

コストパフォーマンス（その他） 1 2 3 4 1 2 2 1

可撓性 6 1 1 7 7 1 2

形態特性（その他） 1 2 6 3 1

低環境負荷材料 1 4 1 2 7 1

安全・環境性（その他） 2 1 1 1 5

発電効率・発電量 24 30 44 57 45 61 44 79 90 80 76

材料・モジュールの性能向上（その

他）5 6 9 1 1 1 1

出力電力・起電力 5 9 16 6 6 15 4 9 11 7 4

発電サイクル 3

発電性能安定性 6 1 15 5 7 15 23 12 9 27 10

伝熱性能・熱交換効率 11 14 13 33 32 19 24 44 79 48 50

発電性能（その他） 9 12 20 11 18 4 20 4 15 20 11

熱的安定性 1 4 2 7 5 12 7 7 16 16 12

熱的性能（その他） 1 1 4 5 5 1 4 12 11 7

機械的強度 2 5 12 18 7 4 5 2 1 5 6

接合強度 2 2 1 1 1 1

機械的性能（その他） 1 1 1 2

柔軟性 1 1 3 2 1 3 7 3

構造・形状特性（その他） 1 1 6 12 9 8 22 26 10

生産性 6 4 6 8 15 4 2 14 4 6 9

製造コスト 9 7 3 5 7 3 19 24 7 15 13

軽量化・コンパクト化 7 21 30 31 15 17 26 30 37 36 25

操作性（メンテナンス） 4 4 8 1 25 32 24 15 18 15 13

応答性 32 14 22 28 14 12 11 17 20 14 8

信頼性（その他） 13 23 22 31 37 19 20 39 19 35 16

熱電変換システム・発電装置の性

能向上（その他）5 8 2 5 7 7 1 13 20 5 10

省エネ効果 40 40 47 51 50 33 41 63 97 79 80

評価装置・評価方法の向上 3 1 7 6 8 4 2 1 2 2

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

目的・課題

出願年（優先権主張年）

材料・モジュールの性能向上

熱電変換システム・発電装置の性能向上

コスト

パフォーマンス

熱電性能

形態特性

安全・

環境性

発電性能

熱的性能

機械的性能

構造・

形状特性

信頼性

６．[1C：熱電変換システム・発電装置]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件

数推移

[1C：熱電変換システム・発電装置]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件

数推移を図-15 に示した。[2B1a：発電効率・発電量]の向上を目的・課題とする出願が

も多かった。件数推移も増加傾向を示している。次いで[2D：省エネ効果]が続いてい

る。[2D：省エネ効果]は、省エネルギーを目指して熱電変換システムや発電装置を利用

あるいは応用している特許内容に付与している。

図-15 [1C：熱電変換システム・発電装置]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別件数推移（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

－ 18 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

原材料 384 238 192 66 75 101 32 359 47 5 7 39 85

ドーパント、分散剤 195 104 145 31 31 24 24 150 23 5 2 36

原材料の形状 43 31 18 9 5 6 33 5 17

原材料等の種類・組成（その他） 17 1 8 1 2 2 1 18 8

ナノワイヤー 67 7 32 1 8 11 2 37

薄膜 48 10 27 3 5 1 3 33 9 7 2 3 20

層状構造 23 10 13 5 6 5 5 38 10 2 10

空隙構造 7 1 7 1 12 4 5 3

積層構造 49 6 21 7 2 1 4 31 9 1 16 9

変換素子の形状・形態（その他） 42 16 17 4 4 17 1 17 13

結晶構造 55 41 49 17 21 35 9 92 3 3 15 15

組織配向化 32 6 13 3 1 2 2 59 6 4 5

ミクロ構造体の制御（その他） 26 9 12 6 11 1 6 15

ナノ粒子化 51 21 16 9 2 14 12 1 7

ナノコンポジット化 103 34 41 5 1 18 5 1 5 36

バルク材料ナノ構造の制御（そ

の他）27 7 1 1 2 10

素子と金属の複合体 16 2 4 1 1 3 8 3 7

熱電変換素子と他の素子 3 1 9 2 1 2 3 6 1 13 1

素子の複合化（その他） 37 16 8 2 1 18 5 1 11

エミッタとコレクタ間隔 5 5 5 5 7

エミッタ（焦電体）形状

エミッタ、コレクタの構造・形態

（その他）9 11

熱電変換材料・素子の性状改

良（その他）1 1 1

テルル系化合物

アンチモン系化合物

シリコン系化合物

ガリウム系化合物

アルミニウム系化合物

錫系、希土類系化合物

ホウ素系化合物

金属酸化物系

有機熱電変換材料

熱電子発生材料

磁性材料

熱電対材料

熱電変換材料（その他）

熱電変換材料・素子の

性状改良

熱電変換材料

原材料等の種類・組成

変換素子の形状・形態

ミクロ構造体の制御

バルク材料

ナノ構造の制御

素子の複合化

エミッタ、コレクタ

の構造・形態

７．[1A：熱電変換材料]の小分類と[3B：熱電変換材料・素子の性状改良]の詳細分類の相

関

[1A：熱電変換材料]の小分類と[3B：熱電変換材料・素子の性状改良]の詳細分類の相

関を図-16 に示した。[1A1：テルル系化合物]では、[3B1a：原材料]、次いで[3B1b：ド

ーパント、分散剤]の順で強い相関を示した。次いで[3B4b：ナノコンポジット化]、[3B2a：

ナノワイヤー]と、ナノテクノロジー関係の技術項目が続いている。[1A1：テルル系化合

物]に次いで出願件数の多い[1A8：金属酸化物系]では、[3B1a：原材料]、次いで[3B1b：

ドーパント、分散剤]の順と[1A1：テルル系化合物]と同様であった。しかし、これらに

ついで[3B3a：結晶構造]、[3B3b：組織配向化]の順で相関が強かった。

図-16 [1A：熱電変換材料]の小分類と[3B：熱電変換材料・素子の性状改良]の詳細分類の出願件数相関（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

－ 19 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

焼却炉 1 2 5 3 6 1 1 4 6 6

発電所・LNGプラント 1 2 4 2 2 1 5 12 4 8

コージェネレーション 1 1 1 5 1 3 1 3

工場排熱・工業炉 1 2 13 9 7 14 1 7 15 19 24

宇宙用RI利用 3 5 6

熱電対・赤外線センサ 73 59 58 82 48 46 35 75 52 78 28

ガスセンサ 8 7 5 9 4 6 4 2

産業分野（その他） 10 8 4 2 16 19 12 7 10 10 11

燃料電池コージェネ 3 4 1 6 7 4 10 1 7 11 9

家庭用排熱（調理かまど等） 3 3 3 2 6 5 6 5 2 7 2

プロジェクター 2 1 1 1 2 1

民生分野（その他） 20 21 30 15 19 22 18 13 21 24 15

自動車・トラック 11 9 36 73 49 52 29 89 114 79 94

電車 1 1 1 5 1 2

船舶 1 5 2 2

移動体分野（その他） 4 4 9 7 3 7 14 3 14

熱エネルギー（化石由来）

利用（その他）2 1 1 2 1 1 5

地熱・温泉熱 2 4 2 2 1 6 7 1 1 6

太陽熱 8 10 5 22 9 20 27 42 55 34 23

自然エネルギー

利用（その他）4 3 1 8 6 1 11 6 5

自立型センサ 1 1 1 1 3 1 2 2 9 6

環境熱エネルギー（その他） 1 5 3 16 8 8 13 13 11 7 7

生体熱利用 4 11 3 6 3 8 7 4 4 9

エネルギーハーベスト利用

（その他）2 1 3 2 5

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

応用分野

出願年（優先権主張年）

熱エネルギー（化石由来）利用

自然エネルギー利用

エネルギーハーベスト利用

産業分野

移動体分野

民生分野

環境熱

エネルギー

８．[大分類 4：応用分野]の詳細分類別出願件数推移

[大分類 4：応用分野]の詳細分類別出願件数推移を図-17 に示した。[4A1g：熱電対・

赤外線センサ]及び[4A3a：自動車・トラック]の出願件数が多い。[4A1g：熱電対・赤外

線センサ]の出願件数は、横ばい傾向で推移しているのに対して、[4A3a：自動車・トラ

ック]は増加傾向を示している。一方、[4A1g：熱電対・赤外線センサ]や[4A3a：自動車・

トラック]に比べると件数は少ないが、[4B20：太陽熱]の出願が急増している。[4A1d：

工場排熱・工業炉]及び[4C10：環境熱エネルギー（その他）]は増加の兆候を示している。

図-17 [大分類 4：応用分野]の詳細分類別出願件数推移（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001-2011 年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

－ 20 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第３節 出願人別特許出願動向

１．出願人別出願件数上位ランキング

熱電変換材料に関して、日本、米国、欧州、中国、韓国への出願件数全体について件

数 15 位までの出願人ランキングを表-5 に示した。1 位から 7 位までは、トヨタ自動車、

東芝、パナソニック、産業技術総合研究所など日本企業及び研究機関が占めた。8 位に

原子力・代替エネルギー庁（CEA）（フランス）、9 位に三星電子（韓国）がランクインし

た。

表-5 出願人別出願件数上位ランキング（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001－2011 年）

順位 出願人 出願件数

1 トヨタ自動車 305

2 東芝 246

3 パナソニック 208

4 産業技術総合研究所 150

5 デンソー 136

6 ヤマハ 131

7 住友化学 111

8 原子力・代替エネルギー庁（CEA）（フランス） 100

9 三星電子（韓国） 98

10 京セラ 92

11 BASF SE（ドイツ） 91

12 中国科学院 88

13 Emitec Emissionstechnik（ドイツ） 84

14 富士通 72

15 三星電機（韓国） 67

出願人国別－出願人別出願件数上位ランキングを表-6 に示した。日本国籍出願人は、米国

及び中国においてもランキングで上位を占めている。

表-6 出願先国別－出願人別出願件数上位ランキング（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001－2011 年）（一部抜粋）

日本への出願 米国への出願 欧州への出願 中国への出願 韓国への出願

順

位 出願人

出願

件数

順

位出願人

出願

件数

順

位出願人

出願

件数

順

位出願人

出願

件数

順

位 出願人

出願

件数

1 トヨタ自動車 213 1 東芝 45 1 原子力・代替エ

ネルギー庁

（CEA）（フラン

ス）

50 1 中国科学院

（中国）

58 1 三星電子

（韓国）

44

2 東芝 160 2 三星電子

（韓国）

39 2 Robert Bosch

GmbH（ドイツ）

45 2 パナソニック 30 2 韓国機械研究

院（韓国）

30

3 パナソニック 129 3 パナソニック 33 3 Emitec

Emissionstechnik

（ドイツ）

42 3 住友化学 27 3 韓 国 セラミック

ス技 術 研 究 院

（韓国）

26

4 産業技術総合

研究所

105 4 トヨタ自動車 29 3 BASF SE

（ドイツ）

40 4 トヨタ自動車 25 4 三星電機

（韓国）

25

5 ヤマハ 102 5 デンソー 28 5 トヨタ自動車 35 5 浙江大学

（中国）

21 5 韓国電気研究

所（韓国）

19

－ 21 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

Snyder G. J. 等

Nat. Mater. 3(7) p458-463

（2004）

Zn4Sb3のZnの揺らぎ

Brown S. R. 等

Chem. Mater. 18(7) p1873-1877

（2006）

Yb系発電用新規高効率熱電変換材料

内田等

Nat. Mater. 9(11) p894-897

（2010）

スピンゼーベック絶縁体

Jaworski C. M. 等

Nat. Mater. 9(11) p898-903

（2010）

スピンゼーベック効果

の観察

Dyck J. S. 等

J. Appl. Phys. 91(6) p3698-3705

（2002）

Co-Sb系スクッテルダイトの熱電変換特性

Snyder G. J. 等

Phys. Rev. Lett. 91(14) p148301/1-

148301/4

（2003）

熱電変換効率と互換性

Kraemer D. 等

Nat. Mater. 10(7) p532-538

（2011）

高性能フラットパネル

熱電発電

Xiao J. 等

Phys. Rev. B Condens.

Matter Mater. Phys. 81(21)

（2010）

スピンゼーベック効果

の理論

松原等

Appl. Phys. Lett. 78(23) p3627-3629

（2001）

酸化物から構成される熱電発電の調製

Bubnova O. 等

Nat. Mater. 10(6) p429-433

（2011）

導電性ポリマーにおける熱

電性能の 適化

US6883929B2

Color Kinetics Inｃ（米国）

(2010)

指示システムとその方法

特開2004-024551

ルネサステクノロジ

(2002)

センサシステム用半導体装置

US7189435B2

マサチューセッツ大学（米国）

(2001)

ナノ加工方法

US6640137B2

Biomed Solutions LLC

（米国）

(2002)

植え込み用生体熱電発電

US7135728B2

Nanosystem Inc（米国）

(2002)

高表面積ナノマクロ電子材料とその利用

US20050150535A1

Nanocoolers Inc（米国）

(2004)

フォノンブロック伝熱体を含む熱

電変換素子薄膜の調製方法

US20050150537A1

Nanocoolers Inc（米国）

(2004)

熱電変換デバイス

US6658861B1

Nanocoolers Inc（米国）

(2002)

導電体による高出力デバイスの冷却

US20060157102A1

昭和電工

(2005)

排熱回収システムと熱電変換システム

US6700052B2

Gentherm（米国）

(2001)

フレキシブル熱電変換回路

2001 2003 2005 2007 2009 2011年

注目特許

注目論文

２．注目特許と注目論文の技術変遷

審査官及び出願人による被引用件数の多い文献を注目特許、注目論文と定義した。注

目特許及び注目論文でともに被引用件数ランキング 10 位までの文献を選び、時系列的に

整理した。その結果を図-18 に示した。

図-18 注目特許と注目論文の流れ

－ 22 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

トヨタ自動車 15 38 58 50 28 40 19 24 18 15

東芝 23 26 28 48 29 23 18 14 22 11 4

Corning Inc 1 4 5 20 19 13 2

Boeing Co 2 8 8 7 3 13 7 5

原子力・代替

エネルギー庁（CEA）1 19 9 5 20 42 4

BASF SE 4 1 1 14 15 6 2 11 32 5

中国科学院 2 2 6 1 7 8 16 28 12 6

清華大学 1 2 1 3 1 3 2 10 1

三星電子 5 2 3 2 30 14 35 7

三星電機 5 35 27

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

出願人

出願年（優先権主張年）

日本国籍

米国籍

欧州国籍

中国籍

韓国籍

３．主要出願人の出願動向調査

日米欧中韓への出願で出願人国籍が日本、米国、欧州、中国、韓国でそれぞれ出願件

数上位 2 出願人を主要出願人として出願件数を分析した。出願件数推移を図-19 に示し

た。日本国籍出願人のトヨタ自動車と東芝は、ともに 2004 年～2005 年に高い件数を示

したが、それ以降減少して横ばい傾向を示している。これに対して、米欧中韓の主要出

願人は近年増加傾向を示している。特に三星電子（韓国）、三星電機（韓国）や原子力・

代替エネルギー庁（CEA）（フランス）の増加が著しい。中国科学院（中国）や Corning Inc

（米国）も着実に件数を増やしている。

図-19 主要出願人の出願件数推移（日米欧中韓への出願、出願年（優先権主張年）：2001－2011年）

注)2010 年以降はデータベース収録遅れ、PCT 出願の各国移行のずれ等で全出願データを反映していない可

能性がある。

－ 23 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第４章 研究開発動向調査

第３章での熱電変換技術の特許動向調査に続いて、第４章ではその研究開発動向を、非

特許文献（論文）を中心として解析するとともに、その結果を基に特許出願動向の解析の

補強を行うことを目的にする。今回の熱電変換技術に関する調査は、熱電発電が対象であ

り、熱電冷却は対象外である。したがって、thermoelectric generation や thermoelectric

converter など熱電発電に関係するキーワードを用いて検索した。その結果、検索数は

2,786 件であった。これら論文に対して特許文献と同様に、ノイズを除去し、ヒット文献

については表-1 の技術区分表による技術区分付与作業を行った。論文は、要約に記載され

ている技術内容を判別し、特許と同様の方法で分類した。

また、今回使用した Scopus（Elsevier の登録商標）1は国際的な書誌データベースであ

る。その中には、日本セラミックス協会学術論文誌や応用物理学会誌（Japanese Journal of

Applied Physics）などの国内学会誌も数多く収録されている。しかし、これらの国内学会

誌は、国内からの発表件数が大半を占めると思われるので主要国際誌から除外した。また、

Russian Journal of Inorganic Chemistry、 Ulrainskij Khimicheskij Zhunal、及び

Taiyangneng Xuebao Acta Energiae Solaris Physics なども同様の理由や言語の制約から

除外した。これらの論文を排除して収録誌発表件数上位ランキング 50 位までの主要な国際

誌を選択し、その論文に限定して研究開発動向を分析した。研究開発動向分析の対象とな

る論文数は、689 件であった。

第１節 全体動向調査

熱電変換技術の論文全体について研究者所属機関国籍別論文発表件数推移及び論文発

表件数比率を図-20 に示した。論文の件数推移は、2006 年にピークが見られ、その後減

少したのち、再び増加傾向を示している。2006 年の論文発表件数の急増は、米国籍から

の寄与が大部分である。米国からの発表は 2006 年を除いて多くても約 25 件程度である

が、2006 年だけが約 45 件と突出していた。その内容を分析すると、Mater Res Soc Symp

Proc が 11 件、AIP Conf Proc が 10 件などの学会予稿集であり、他のシンポジウムを含

めると学会での発表が大半を占めていた。また、研究者所属機関もミシガン州立大学や

カリフォルニア大学など DOE の熱電プログラムに参画している大学からの発表が多かっ

た。2006 年に発表件数が多いのは、2004 年よりスタートしたプログラムに関する研究発

表が集中したためと推測される。

全体的には、2006 年以外 2009 年までは漸増傾向で推移して、その後 2010 年以降急増

している。欧州からの発表が近年著しい。

2001 年～2012 年の全期間での論文発表件数比率は、米国が 34.0％でトップを占め、

次いで欧州 23.8％、日本 14.4％、その他 14.2％と続いている。

その他の国の中で発表件数が多いのはロシアで、発表件数では韓国を超えている。

その他の中では、ロシア、ウクライナ、台湾の順であった。

1 Elsevier 社が提供する世界 大規模の書誌データベース

－ 24 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

38

20 22 20

48

83

46 42 44

79

116 131

0

20

40

60

80

100

120

140

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

発表件数

論文発表年

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

研究者所属機関国籍

論文発表年

2001-2012年

日本国籍

99件

14.4%

米国籍

234件

34.0%欧州国籍

164件

23.8%

中国籍

78件

11.3%

韓国籍

16件

2.3%

その他

98件

14.2%

合計

689件

21

16

12

9

5

5

4

4

3

3

3

13

0 5 10 15 20 25

ロシア

ウクライナ

台湾

カナダ

オーストラリア

ブラジル

タイ

アルゼンチン

シンガポール

南アフリカ

インド

その他

発表件数

研究者所属機関国籍

図-20 研究者所属機関国籍別論文発表件数推移及び論文発表件数比率（論文発表年：2001－2012年）

その他の国の内訳

－ 25 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

1A:熱電変換材料 76 109 68 29 8 35

1B:熱電変換

モジュール16 19 15 7 1 12

1C:熱電変換システム・発

電装置32 138 104 51 8 60

2A:材料・モジュールの性

能向上75 114 68 29 8 44

2B:熱電変換システム・発

電装置の性能向上32 119 89 50 5 51

2C:評価装置・評価方法の

向上3 13 11 1 8

2D:省エネ効果 1 11 11 4 3 6

3A:熱電変換材料・素子の

製法改良28 31 24 16 2 15

3B:熱電変換材料・素子の

性状改良51 91 45 20 6 25

3C:熱電変換モジュールの

改良23 26 19 6 2 16

3D:熱電変換システム・発

電装置の改良22 86 70 43 8 39

4A:熱エネルギー

（化石由来）利用12 84 43 18 3 21

4B:自然エネルギー利用 3 10 7 11 3

4C:エネルギーハーベスト

利用1 2 20 3 1

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他

中分類

研究者所属機関国籍

種類

目的・課題

解決手段

応用分野

第２節 技術区分別論文発表動向

１．技術区分（中分類別）の研究者所属機関国籍別論文発表件数

主要国際誌における技術区分表の中分類別の研究者所属機関国籍別論文発表件数を図

-21 に示した。

図-21 技術区分（中分類）別－研究者所属機関国籍別論文発表件数（論文発表年：2001－2012年）

[大分類 1：種類]の中分類の分析では、研究者所属機関国籍別にその発表件数比率を

算出した結果を表-7 に示した。

日本は、[1A：熱電変換材料]＞[1C：熱電変換システム・発電装置]であり、熱電変換

材料の開発を中心に論文発表していることを示している。

米欧は、特許出願の傾向と同様に、[1C：熱電変換システム・発電装置]＞[1A：熱電変

換材料]であり、熱電変換システムに研究開発をより注力していることを示している。中

国は、特許出願件数では[1A：熱電変換材料]＞[1C：熱電変換システム・発電装置]の関

係であったが、論文では逆転している（表-4）。

[大分類 4：応用分野]は、いずれの国も[4A：熱エネルギー（化石由来）利用]が も

－ 26 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

12

6

13

8

26

37

21

27 24

40

54 57

0

10

20

30

40

50

60

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

発表件数

論文発表年

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

研究者所属機関国籍

論文発表年

2001-2012年

日本国籍

76件

23.4%

米国籍

109件

33.5%

欧州国籍

68件

20.9%

中国籍

29件

8.9%

韓国籍

8件

2.5%

その他

35件

10.8%

合計

325件

多く特許出願の結果と一致していた（図-8）。しかし、欧州は、[4A：熱エネルギー（化

石由来）利用]に次いで[4C：エネルギーハーベスト利用]が多い。

表-7 研究者所属機関国籍別の[大分類 1：種類]の中分類別発表件数比率

研究者所属機関

国籍

発表件数比率（%）

[1A：熱電変換材料] [1B：熱電変換モジュール] [1C：熱電変換システム・発電装置]

日本 61 13 26

米国 41 7 52

欧州 36 8 56

中国 33 8 59

韓国 47 6 47

その他 33 11 56

２．[大分類 1：種類]の中分類別の研究者所属機関国籍別発表件数推移

[1A：熱電変換材料]、[1B：熱電変換モジュール]及び[1C：熱電変換システム・発電装

置]における研究者所属機関国籍別論文発表件数推移をそれぞれ図-22、図-23 及び図-24

に示した。論文発表件数では、[1B：熱電変換モジュール]に関する発表が他の二つに比

べて極端に少なかった。[1A：熱電変換材料]、[1B：熱電変換モジュール]及び[1C：熱電

変換システム・発電装置]別の研究者所属機関国籍別論文発表件数比率は、いずれも米国

からの発表が も高い比率を占めていた。日本は、[1A：熱電変換材料]及び[1B：熱電変

換モジュール]では米国に次いでいるが、[1C：熱電変換システム・発電装置]では論文発

表件数比率は 8.1％であった。論文発表件数推移は、2006 年を例外として何れの場合も

2009 年頃までは概ね漸増傾向で推移していたが、それ以降増加傾向を示している。[1A：

熱電変換材料]では、2010 年以降日米欧からの発表件数が増加している。一方、[1C：熱

電変換システム・発電装置]では、2010 年以降欧中及びその他からの発表件数の増加が

著しい。

図-22 [中分類 1A：熱電変換材料]の研究者所属機関国籍別論文発表件数推移及論文発表件数比率（論文発表年：2001－2012 年）

－ 27 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

0 0

2 1

9

13

3

5

8

10

6

13

0

2

4

6

8

10

12

14

16

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

発表件数

論文発表年

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

研究者所属機関国籍

論文発表年

2001-2012年

日本国籍

16件

22.9%

米国籍

19件

27.1%

欧州国籍

15件

21.4%

中国籍

7件

10.0%

韓国籍

1件

1.4%

その他

12件

17.1%

合計

70件

27

15 13 15

23

47

26

18 17

40

70

82

0

20

40

60

80

100

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

発表件数

論文発表年

日本 米国 欧州 中国 韓国 その他 合計

研究者所属機関国籍

論文発表年

2001-2012年日本国籍

32件

8.1%

米国籍

138件

35.1%

欧州国籍

104件

26.5%

中国籍

51件

13.0%

韓国籍

8件

2.0%

その他

60件

15.3%

合計

393件

図-23 [中分類 1B：熱電変換モジュール]の研究者所属機関国籍別論文発表件数推移及論文発表件数比率（論文発表年：2001－2012 年）

図-24 [中分類 1C：熱電変換システム・発電装置]の研究者所属機関国籍別論文発表件数推移及論文発表件数比率（論文発表年：2001－2012 年）

－ 28 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

Bi-Te化合物 1 3 1 5 7 7 11 6 6 13 13

Pb-Te化合物 4 2 7 1 2 1 3 2 1

Sb-Te化合物 2 1 1 3 2 4 4 1

テルル系化合物（その他） 1 1 2 2 1 1

Co-Sb化合物 1 1 3 1 5

Fe-Sb化合物 1

Zn-Sb化合物 1 3 2 1 1 1 2

スクッテルダイト化合物 1 2 2 5 3 2 3 3

アンチモン系化合物（その他） 1 1 4 2 2 1

Fe-Si化合物 1 1 1 1

Ge-Si化合物 1 3 3 1 4 1 2 4 3 1 5

Mn、Mg-Si化合物 1 1 1 1 1 3 8

シリコン系化合物（その他） 2 1 1 3 4 5

クラスレート化合物 1

ガリウム系化合物（その他） 1 2 1 1 1

ホイスラー化合物 1 1

Alクラスレート化合物

アルミニウム系化合物（その

他）1

ハーフホイスラー金属間化合

物1 2

錫系、希土類系化合物（その

他）1 1 3 1

ホウ素系化合物 1

Co酸化物 2 3 1 1 3 2 1

Ti酸化物

V酸化物

Zn酸化物 1 3

金属酸化物系（その他） 1 3 1 1 2 1 2

有機低分子膜 1 1

導電性高分子 1 1 1 1

高分子複合材料

有機熱電変換材料（その他） 1 1 1

エミッタ、コレクタ材料 1 1

熱電子発生材料（その他） 1 2

熱スピン流変換材料 1 8 11 12

Ni（Cr）化合物

熱電対材料（その他） 1 1 2 2

熱電変換材料（その他） 4 4 1 5 8 3 1 3 4 9

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

熱電変換材料

論文発表年

テルル系化合物

アンチモン系化合物

シリコン系化合物

錫系、希土類系

化合物

金属酸化物系

有機熱電変換材料

熱電子

発生材料

熱電対材料

ガリウム系

化合物

アルミニウム系

化合物

３．熱電変換材料の種類別論文発表件数推移

[1A：熱電変換材料]の詳細分類別ベースでの論文発表件数推移を図-25 に示した。調

査期間を通して[1A1a：Bi-Te 化合物]の件数が も多く、増加傾向で推移している。特

許出願件数推移の分析結果と異なり、[1A8：金属酸化物系]に関する論文発表は非常に少

ない（図-12）。[1ABa：熱スピン流変換材料]は、近年見出された熱電変換材料であるが

2010 年より急増している。

図-25 [1A：熱電変換材料]の詳細分類別論文発表件数推移（論文発表年：2001－2012 年）

－ 29 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

熱電変換効率 2 5 5 4 10 7 6 18 13 13 1 5

電気伝導性 3 3 7 2 2 11 4 1 2

熱伝導性 2 2 5 3 1 12 4 4 1 2

温度使用範囲 1 4 1 3 8 3 5 1 3 2

高温耐久性・熱応力緩和 1 1 3 2 1 2 2 1

耐久性 1 2

熱電性能（その他） 5 1 2 8 12 2 11 35 33

材料コスト・供給安定性 1

製造工程合理化 1 1 1 2 1 1

量産性・歩留り 1 1 1

コストパフォーマンス（その他） 1 1 1 1 1 1

可撓性 1 1 1 2 1 1

形態特性（その他） 3 1 3 1

低環境負荷材料 1 1 1 1 1

安全・環境性（その他） 1 1

材料・モジュールの性能向上（その

他）1 3 6 1 1 1 3

発電効率・発電量 1 2 2 3

出力電力・起電力 5 2 2 5

発電サイクル

発電性能安定性

発電性能（その他） 1 1 2 3 5 6

伝熱性能・熱交換効率 2

熱的安定性 2

熱的性能（その他） 1 1

機械的強度 1

接合強度 1 1

機械的性能（その他）

柔軟性 2 1

構造・形状特性（その他） 1 3

生産性 1

製造コスト 2

軽量化・コンパクト化 1 1 1 1 2 1 3 2 3

操作性（メンテナンス） 1 1

応答性

信頼性（その他） 1 1 2

熱電変換システム・発電装置の性

能向上（その他）1 1 1 1 2

評価装置・評価方法の向上 2 3 1 4 1 3

省エネ効果 1 1 1 1

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

目的・課題

論文発表年

材料・モジュールの性能向上

熱電変換システム・発電装置の性能向上

コスト

パフォーマンス

熱電性能

形態特性

安全・

環境性

発電性能

熱的性能

機械的性能

構造・

形状特性

信頼性

４．[1A：熱電変換材料]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別論文発表件数推移

[1A：熱電変換材料]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別発表件数推移を図

-26 に示した。特許出願では、[2A1：熱電性能]の詳細分類への付与も多いが、[2A2：コ

ストパフォーマンス]へも分散していた（図-13）。しかし、論文では、[2A1：熱電性能]

に集中しており、小分類ベースでは発表件数は増加傾向にある。

図-26 [1A：熱電変換材料]の目的・課題別論文発表件数推移（論文発表年：2001－2012 年）

－ 30 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

熱電変換効率 1 1 2 1 4 1 1

電気伝導性 3 2

熱伝導性 1 4 1 1

温度使用範囲 2 1 1 1

高温耐久性・熱応力緩和 1 1 3 1

耐久性 1 1

熱電性能（その他） 5 6 1 1 12

材料コスト・供給安定性 1

製造工程合理化 1 1

量産性・歩留り 1 1

コストパフォーマンス（その他）

可撓性 2 3 1

形態特性（その他） 1

低環境負荷材料

安全・環境性（その他）

材料・モジュールの性能向上（その

他）1 1 1 1 1

発電効率・発電量 1

出力電力・起電力 1 1 3 1

発電サイクル

発電性能安定性

発電性能（その他） 3 1 3

伝熱性能・熱交換効率 1

熱的安定性

熱的性能（その他） 1

機械的強度

接合強度

機械的性能（その他）

柔軟性 1 2

構造・形状特性（その他） 1 1 1

生産性 1

製造コスト

軽量化・コンパクト化 1 1

操作性（メンテナンス）

応答性

信頼性（その他）

熱電変換システム・発電装置の性

能向上（その他）1 1

評価装置・評価方法の向上 1 5 2

省エネ効果

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

目的・課題

論文発表年

材料・モジュールの性能向上

熱電変換システム・発電装置の性能向上

熱電性能

形態特性

安全・

環境性

発電性能

熱的性能

機械的性能

構造・

形状特性

信頼性

コスト

パフォーマンス

５．[1B：熱電変換モジュール]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別論文発表件

数推移

[1B：熱電変換モジュール]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別論文発表件

数推移を図-27 に示した。発表件数が少なくはっきりした傾向を分析することはできな

いが、[2A1：熱電性能]に件数が集中している。

図-27 [1B：熱電変換モジュール]の目的・課題別論文発表件数推移（論文発表年：2001－2012年）

－ 31 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

熱電変換効率 2 3 5 1 2 4 1 1

電気伝導性 1 1 2 2

熱伝導性 3 1

温度使用範囲 2 1 4 2 1 1

高温耐久性・熱応力緩和 1 2

耐久性 4 1 1 1

熱電性能（その他） 1 1 4 6 1 4 4

材料コスト・供給安定性

製造工程合理化 1 1

量産性・歩留り

コストパフォーマンス（その他） 1 1 1 1 1

可撓性 1 1 1

形態特性（その他） 2 1 1

低環境負荷材料 1

安全・環境性（その他） 1 1 1

材料・モジュールの性能向上（その

他）1 3 2 1 1

発電効率・発電量 9 12 2 1 1 2 2 7 15 8 10

出力電力・起電力 4 7 1 2 1 5 2 1 3

発電サイクル 1

発電性能安定性 1 1 2 2

発電性能（その他） 4 5 12 13 3 19 30

伝熱性能・熱交換効率 1 1 1 1 4 9 6

熱的安定性 4 2

熱的性能（その他） 1 4 2 1 4 13

機械的強度 1

接合強度 1

機械的性能（その他） 1 1 1

柔軟性 1 1 2 2

構造・形状特性（その他） 2 4 1 1

生産性 1 1 1 1

製造コスト 1 4

軽量化・コンパクト化 1 2 3 3 1 2 7 5 7

操作性（メンテナンス） 2 1 2 2

応答性 1

信頼性（その他） 2 1 2 6 3 1

熱電変換システム・発電装置の性

能向上（その他）1 1 1 6 12 3 1 10 15

評価装置・評価方法の向上 1 3 8 1 1 2

省エネ効果 3 1 1 2 2 7 2 9 7

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

目的・課題

論文発表年

材料・モジュールの性能向上

熱電変換システム・発電装置の性能向上

熱電性能

形態特性

安全・

環境性

発電性能

熱的性能

機械的性能

構造・

形状特性

信頼性

コスト

パフォーマンス

６．[1C：熱電変換システム・発電装置]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別論

文発表件数推移

[1C：熱電変換システム・発電装置]における[大分類 2：目的・課題]の詳細分類別論

文発表件数推移を図-28 に示した。[2B1：発電性能]の詳細分類に発表件数が比較的集中

している。特許出願の結果と異なり、[2D：省エネ効果]への件数は少なかった（図-15）。

[2B1：発電性能]の詳細分類では、[2B1a：発電効率・発電量]及び[2B10：発電性能（そ

の他）]に関係する発表が多かった。

図-28 [1C：熱電変換システム・発電装置]の目的・課題別論文発表件数推移（論文発表年：2001－2012 年）

－ 32 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第３節 研究者所属機関・研究者別動向調査

１．論文件数上位ランキング（全体）

熱電変換材料に関する発表件数 15 位までの研究者所属機関別ランキングを表-8 に示

した。1 位から 3 位までは、米国の大学が占めた。4 位に東北大学がランクインした。15

位までのランキング中、米国が 7 者、日本と欧州がともに 4 者、中国 2 者、ウクライナ

が 1 者の内訳であった。特許出願の場合と対照的に論文発表では、企業は上位にランク

インしておらず大学と研究機関とで占めている（表-5）。

表-8 研究者所属機関別論文発表件数上位ランキング（論文発表年：2001－2012 年） 順位 研究者所属機関 論文件数

1 カリフォルニア大学（米国） 25

2 ミシガン州立大学（米国） 22

2 カリフォルニア工科大学（米国） 22

4 東北大学 20

5 NASA（米国） 18

5 Univ Aalborg（デンマーク） 18

5 中国科学院（中国） 18

8 CNRS（フランス） 17

8 National Academy of Sciences of Ukraine（ウクライナ） 17

10 科学技術振興機構注） 15

11 ニューメキシコ大学（米国） 14

11 武漢理工大学（中国） 14

13 産業技術総合研究所 13

13 マサチューセッツ工科大学（米国） 13

15 日本原子力研究開発機構 10

15 ノースウェスタン大学（米国） 10

15 IMEC（ベルギー） 10

15 German Aerospace Center (DLR)（ドイツ） 10

注)科学技術振興機構単独ではなく大学と所属機関が併記してある。

２．研究者別論文発表件数上位ランキング

熱電変換材料に関する研究者別論文発表件数上位ランキングを表-9 に示した。1 位か

ら 2 位に米国の研究者がランクインしており、しかも 8 位までのランキング中 8 人の米

国の研究者が占めていた。特にカリフォルニア大学からの発表が多く、DOE 熱電プログ

ラムに参加していることと関係していると思われる。日本の研究者では、東北大学の齋

藤英治教授が 6 位にランクインしていた。

表-9 研究者別論文発表件数上位ランキング（論文発表年：2001－2012 年）（一部抜粋） 順位 研究者 所属機関 論文件数

1 Kanatzidis, M.G. Argonne National Laboratory（米国）、ミシガン州立大学（米国） 17

2 Hogan, T.P. ミシガン州立大学（米国） 16

2 Shakouri, A. Univ Purdue（米国）、カリフォルニア大学（米国） 16

2 Anatychuk, L.I. National Academy of Sciences of Ukraine（ウクライナ） 16

5 El-Genk, M.S. ニューメキシコ大学（米国） 14

6 齋藤英治 東北大学 12

6 Rosendahl, L.A. Univ Aalborg（デンマーク） 12

8 Bowers, J.E. カリフォルニア大学（米国） 11

8 Gossard, A.C. カリフォルニア大学（米国） 11

8 Crane, D.T. BSST LLC（米国） 11

8 Zeng, G. カリフォルニア大学（米国） 11

－ 33 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第５章 熱電変換技術に関する政策動向調査

第１節 科学技術政策・産業政策調査

１．熱電変換技術に関連する政策関連事項

熱電変換技術に関する日本の政策動向を表-10 に整理した。我が国では、1993 年度か

ら国の主導による熱電発電に関する研究開発が始まり、経済産業省（当時は通産省）が

当初は CO2排出削減という環境保全の視点から支援するようになった。

表-10 熱電変換技術に関連する日本の政策動向 所管 関連項目 対応策・内容等

国際協定 京都議定書（1997 年） 温暖化防止のための CO2 削減などに関する国際的な取り決

め

経済産業省 希少金属代替材料開発プロジェクト(2007 年発

足）

非鉄金属資源の安定供給確保に向けた戦略の一部として代

替／使用量低減技術を開発

Cool Earth-エネルギー革新技術計画（2008 年 3

月）

二酸化炭素の 2050 年の大幅削減に向けて、重点的に取り組

むべき革新技術のリストアップとロードマップ作成

エネルギー基本計画（2010 年 6 月） 省エネルギーの推進、新エネルギー・未利用エネルギーの開

発

技術

戦略

マップ

2010

ナノテクノノジー分

野

「ナノテクノロジー政策研究会報告書」が挙げている必要な技術開発 10 項目の一つ

に「太陽電池・熱電変換関連技術分野」がある。「超格子構造熱電変換素子」の開

発を期待

部材分野 粉末冶金技術（粉末

混合・複合化技術）

混合度評価技術、混合技術が律速となる。熱電変換材料な

どに適用

素子センサー部材

（熱電変換素子）

要求項目：高効率変換、耐久性、非環境汚染

防護服（ウエラブル

電源）

低温度差発電、軽量・フレキシブル、高出力のための高効率

熱電変換材料

建築用部材（外装） 新エネルギー利用型環境制御のための高性能熱電変換材

料

移動体用軽量発電

機（熱電変換部材）

高出力、システムコンパティビリティー、低温作動、小型化の

ための熱電変換モジュール

グリーン・サステナ

ブルケミストリー分

野

低温排熱エネルギー

変換用熱電変換材

料の開発

ポスト Bi-Te 系、Zn-Sb 系、多成分、クラスター系新規材料、

有機系熱電変換材料などの開発

エネルギー分野 未利用エネルギー 熱電変換等で、総合エネルギー効率の向上を目指す

持続可能なものづ

くり技術分野

エネルギー消費を少

なくする技術

低温排熱エネルギー変換用熱電変換材料の開発

経済産業省「未利用熱エネルギーの革新的活用

技術研究開発」（2013 年度から 10 年間の未来開

拓研究）

断熱、蓄熱、熱電変換等に関する総合的なプロジェクト。高性

能熱電材料は、2023 年度目標「無次元性能指数 ZT＝2～4、

室温～400℃」

熱電変換に関連する標準

化・規格

JIS（日本工業規格） JISC1602(1954)（熱電対）他 熱電対関係多数

IEC（国際電気標準

会議）規格

例えば JISC1602 対応 IEC：IEC60584-1(1977)、

IEC60584-2(1982）

文部科学省 元素戦略プロジェクト（2007 年発足） 希少元素や有害元素を使うことなく、高い機能をもった物質・

材料を開発

文部科学省低炭素社会づくり研究開発戦略

（2009 年 8 月文部科学大臣決定）

低炭素社会づくりの実現に向けた役割を果たすため、総合的

な研究開発に係る戦略の作成

実用化の助成（例：新技術開発財団（文部科学

省所管））

2010 年度「廃熱利用 1kW 熱電発電・熱回収システムの試作

品開発」（産総研の技術）に助成

熱需給の革新に向けた中低温･小温度差熱エネ

ルギー利用技術の創出（2013 年度から）

未利用熱削減や、未利用熱の再利用（熱電変換など）などの

技術革新を行い、省エネ、省二酸化炭素に貢献

環境省

環境基本法（1993 年施行） 環境の保全に関する基本的な法律（水質汚濁、土壌汚染の

対策なども）

低炭素社会づくり行動計画（2008 年 7 月） 省エネルギーの推進、新エネルギー・未利用エネルギー（廃

熱等）の開発 地球温暖化防止基本法案（2010 年 3 月）

財務省 エネ革税制（1992 年創設）

グリーン投資減税（2011 年創設）

新エネルギー、未利用エネルギー等に関する優遇措置がある

が、熱電変換は該当せず

－ 34 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

２．熱電変換技術のプロジェクト

熱電変換技術に関する国内プロジェクトを表-11 に整理した。なお、経済産業省所管

のプロジェクトの多くは、日本の産業力の強化とエネルギー及び地球環境問題の解決に

関して様々な活動を実施している（独）新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

のプロジェクトとして行なわれている。

表-11 熱電変換技術に関する国内プロジェクト（経済産業省所管のみ抜粋）

所管・担当 プロジェクト名開始

年度

終了

年度 内容

経

済

産

業

省

NEDO 高効率熱電変換

素子開発先導研

究

2000 2001 現状技術では利用困難な産業・民生・運輸部門から発生する未利用熱エネル

ギーを電気エネルギーとして変換するために必要な革新的素子材料の探索・製

造及びこの素子を用いた熱電変換システムの開発に関する調査研究を行うとと

もに経済性や導入効果に関する検討を行う。省エネルギーセンター、エンジニア

リング振興協会、宇部興産が共同で実施。事業費総額 1.7 億円

NEDO 高速バス用熱電

変換システムの

開発

2002 2004 NEDO エネルギー使用合理化技術実用化開発事業。自動車排熱利用に関し、

バスに熱電変換技術を応用するための実用化技術の開発。バス燃費の 7％改

善が実用化の目安で、それに必要な熱電変換素子材料の高効率化と、熱電変

換素子(モジュール)及び熱電変換システムを開発する

NEDO 高速バス排ガス

利用熱電変換技

術の研究開発

2002 2003 NEDO エネルギー使用合理化技術実用化開発事業。接触抵抗も含めた総合シ

ステムとしての技術レベルが中間目標未達で商品としての成立の見込みは低

く、実用化開発としての研究継続は適当ではなく継続断念

NEDO 高効率熱電変換

システムの開発

2002 2006 熱電変換システムが国の推進するエネルギー消費削減の施策「地球温暖化対

策推進大綱」に位置づけられている「革新的エネルギー消費削減技術」の一つ。

未利用熱エネルギーを熱電変換素子によって電気エネルギーとして利用するこ

とのできる熱電変換モジュール及びシステム技術の実用化を目的とする。2006

年度までに熱電変換効率 15％の目途得る。国が 2/3 を補助し、5 年間で約 25

億円規模

NEDO 廃熱を有効利用

する熱電発電技

術の開発

2007 2008 「新エネルギーベンチャー技術革新事業」に属し産業技術総合研究所が実施。

酸化物熱電システムの実用化を実現するため、焼却炉用熱電システムに必要

な性能を持つモジュールの製造技術の構築、実証試験を行った。モジュールレ

ベルでの製造技術開発と発電性能に関しては当初目標をクリアした。今後、実

証試験を行い、製品化を目指す

NEDO 異分野融合型次

世代デバイス製

造技術開発プロ

ジェクト

2008 2012 MEMS 製造技術と異分野技術との融合による新技術の開発。成果の一つが高

性能熱電変換デバイスの開発。世界トップレベルの無次元性能指数 ZT=1.87 の

Bi-Te 系ナノポーラス熱電半導体を実現。真空蒸着法で可能で、低コスト、大面

積対応プロセスとして期待できる

NEDO 熱材料技術とス

ピントロニクスの

融合による超高

効率な熱電変換

技術の開発

2009 2010 「産業技術研究助成事業」に属し東北大学が実施。スピンゼーベック効果に関

する検討を行い、スピンゼーベック効果の新しい発現機構である「フォノン媒介

効果」を発見するなどして、物理的原理はほぼ解明した。コスト面で有利な焼結

体の絶縁性磁石を用いて 適な素子構造の熱電素子の作成にも成功している

NEDO カゴ状物質を利

用したナノ構造

制御高性能熱電

変換材料の研究

開発

2009 2012 「ナノテク・先端部材実用化研究開発」の一つ。産総研、広島大学、山口大学、

KELK、デンソーが実施。200℃から 300℃の温度領域で高性能化が期待される

Ba-Ga-Sn 系クラスレート熱電材料を中心に、材料高性能化とモジュール試作を

推進。現在実用化されている Bi-Te 系や Pb-Te 系の熱電材料に代わり得る、高

い発電性能を持つことが明らかとなるなどの成果を挙げている

NEDO 製鉄プロセスに

おける排熱を利

用した熱電発電

技術の研究開発

2011 2013 NEDO プロジェクト。KELK 社が開発・提供する世界 高効率の熱電発電モジュ

ールを用い、JFE の製鉄所で発生する排熱から発電を試みるプロジェクト。北海

道大学も参加。JFE の連続鋳造プロセスに 大出力 10kW の熱電発電システム

を設置し、2012 年 4 月実証試験を開始した

NEDO 自立型システム

のための熱発電

デバイスの研究

2011 2013 「省エネルギー革新技術開発事業」の一つとして、大阪大学とパナソニックが実

施。小型の熱発電で未利用熱の利用を目指す。 終目標は低温域の未利用熱

を活用して、400 W/m2 以上（面積当たり太陽光発電の約 2 倍）の発電量を得る。

小型熱発電ユニットの試作を行い検証実験を実施

経済産業省

未利用熱エネル

ギー革新的活用

技術研究開発

（未来開拓研究）

2013 2022 断熱、蓄熱、熱電変換等の技術開発を一体的に行い未利用熱エネルギーを経

済的に回収する技術体系を確立すると同時に、同技術の適用によって新省エネ

ルギー技術を中核とした新たな産業創成を目指す。2013 年度予算は 39.5 億

円。項目の一つに「高性能熱電材料」があり、2023 年度目標は「ZT＝2～4、室

温～400℃」。文部科学省所管の JST の「戦略的創造研究推進事業 先端的低

炭素化技術開発（ALCA、2010 年発足)」など基礎研究の実施体制と緊密に連携

する。

－ 35 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

熱電変換技術に関する海外プロジェクトを表-12 に整理した。米欧では、自動車の CO2

排出規制に対応するため熱電変換技術を自動車に応用するプロジェクトが数多く実施さ

れている。

表-12 熱電変換技術に関する海外プロジェクト（一部抜粋） 国・

地域 組織 プロジェクト名 開始年 終了年 内容

米国 DOE Thermoelectric Waste

Heat Recovery

Program for

Passenger Vehicles

（第 1 期）

2004 2011 熱電による乗用車の廃熱回収プログラム。国立再生エネル

ギー研究所（NREL)、BMW、Ford、カリフォルニア工科大学等

が参画し BSST が主導。改良した熱電発電装置を開発し、乗

用車に搭載し、実際に走行し 10％の改善を目指す。2011 年

7 月 BMW に搭載し実走行を行うなどして一定の成果を得た。

予算＄11.9M

DOE Thermoelectric Waste

Heat Recovery

Program for

Passenger Vehicles

（第 2 期）

2011 2015 NREL 、 BMW 、 Ford 等 が 参 画 し 、 Gentherm （ 以 前 の

BSST/Amerigon）が主導。目的は熱電変換ユニットを年間

10 万製造した場合の製造コスト試算とそのコスト低減のため

の方策、小型車における 5％の燃費改善の達成、その効果

確認のための確実なテストの実施など。予算＄15.8M

DOE Thermoelectric HVAC

and Thermal Comfort

Enablers for

Light-Duty Vehicle

Applications

2009 2013 乗用車用の熱電 HVAC 及び熱的快適性供給装置。Ford が

主導し、Visteon、Gentherm、NREL、ZT Plus、オハイオ州立

大学が参画。乗用車において、燃料消費を 30％超抑えた熱

電による HVAC（暖房・換気・空調）システムの開発。熱電

HVAC モジュールの開発やその自動車への搭載などの開発

を行う。予算＄8.48M

DOE （ARPA-E プロジェク

ト）高温、高効率の太

陽熱電発電装置

2012 - 2007 年創設の DOE 傘下の ARPA-E 選定プロジェクト。NREL

が、高温下でより効率的に作用する次世代の熱電材料を使

い、集光した太陽光から得た熱を電力に直接変換できる太

陽熱電発電装置の開発を行う。現行システムの 3 倍の効率

で太陽熱を電力に変換できるとみている。予算＄0.89M

欧州 FP7（第 7 次欧州

研究枠組み計画)

NANOSICON 2008 2010 高効率熱電変換のための高温で安定なナノ構造のシリサイ

ド。予算€0.16M

COMPTHERM 2009 2012 改良された熱電変換材料を作製するためコンピューター支

援。予算€0.05M

HEATRECAR 2009 2012 軽量任務級トラックの廃熱を利用した熱電変換によるエネル

ギー消費の低減。予算€4.24M

THETAGEN 2010 2011 ターボシャフトの熱を電気に変換しエンジンコントロールシス

テムに利用。予算€1.02M

NANOHITEC 2011 2014 ナノ構造の高効率熱電変換材料。Bi-Te 系で実験室では ZT

＞4 を達成。予算€5.29M

THERMO-SPINTRONI

C

2012 2016 熱電特性とスピンゼーベック効果との相互作用による高効率

エネルギー転換。予算€0.10M

MERGING 2013 2015 小型で高効率な薄膜型の熱電変換モジュールの開発。予算

€3.70M

ドイツ ThermPower 1 2011.01 2015 BMBF（ドイツ連邦教育研究省）によるプロジェクト。フラウン

ホーファー研究機構が中心となり産業界と協力して効果的な

熱電変換材料を作製する、主な用途として自動車用を想定。

30 を超える企業、26 の研究機関が参画。特にシリサイド系

材料に着目。予算€45.0M

韓国 SMART（System

Integrated Modular

Advanced Reactor）

2010 2030 教育科学技術部は、韓国電力に率いられた国内企業 13 社

による小型の PWR の SMART のプロジェクトに 1000 億ウォン

を投資する。これにより以前から研究開発を進めてきた国立

韓国原子力研究院によって 1700 億ウォンの国家プロジェクト

が組織されることになった。SMART は熱出力 330MW で、原

子炉圧力容器内に蒸気発生用の熱交換器を内蔵した小型

の PWR で、海水の淡水化などへの熱利用に応用でき、

100MW まで発電できるように設計されている。開発途上国

（大電力の送電網がなく分散型電力網の国）のエネルギー源

としての市場展開を計画している

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本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第２節 標準化動向

グローバル市場において、標準化が製品競争力や企業の競争力の維持・向上に大きく

影響することが認識されている。熱電変換技術に関係する国内規格及び国際規格につい

て調査した。

熱電変換技術に関連する国内規格とその対応国際規格を整理して表-13 に示した。

表-13 日本工業規格（JIS）における熱電変換関連規格と対応国際規格

規格番号 規格名称 制定年 対応国際規格 原案作成団体/

国内審議引受団体

JISR1401 熱電対用非金属保護管 1951 - (社)日本セラミックス協会

JISR1402 熱電対用非金属絶縁管 1951 - (社)日本セラミックス協会

JISC1602 熱電対 1954 IEC 60584-1 1977、

IEC 60584-2 1982

(社)日本電気計測器工業会

JISC1610 熱電対用補償導線 1974 IEC 60584-3 2007 (社)日本電気計測器工業会

JISC1605 シース熱電対 1982 IEC 61515 1995 (社)日本電気計測器工業会

JISR1650-1 ファインセラミックス熱電材料の測定方法

－第 1 部：熱電能

2002 - (社)日本ファインセラミックス協会

JISR1650-2 ファインセラミックス熱電材料の測定方法

－第 2 部：抵抗率

2002 - (社)日本ファインセラミックス協会

JISR1650-3 ファインセラミックス熱電材料の測定方法

－第 3 部：熱拡散率・比熱容量・熱伝導率

2002 - (社)日本ファインセラミックス協会

JISR1802 遠赤外ヒータの表面温度測定方法－熱電

対法

2005 - (独)製品評価技術基盤機構

JISR1685 ファインセラミックス－アルミニウム溶湯用

熱電対保護管

2009 - (社)日本ファインセラミックス協会

プリンテッドエレクトロニクス 2011 IEC/TEC119 (社)電子情報技術産業協会

超低消費電力ワイヤレス通信デバイス 2012 ISO/IEC14543-3-10 (社)電子情報技術産業協会

注)-;該当なし

プリンテッドエレクトロニクス技術は、導電性／半導体／絶縁インクなどと各種印刷

技術を駆使して電子デバイスを製造する技術で、さらなる計量、大面積、フレキシシブ

ル化の要求に応える技術であり、また、低コスト化、省エネ化、生産性向上、廃棄物削

減などの環境調和性の点でも期待されている。製品分野は、RF-ID などの配線、フレキ

シブルな太陽電池、電子ペーパー、有機 EL ディスプレイ、センサ、フレキシブル熱電変

換素子など多岐にわたっており、近い将来にアンビエント社会を実現する基盤技術とな

ることが期待されている。2011 年 4 月に韓国からプリンテッドエレクトロニクス技術に

関する新 TC 設立の提案があり、IEC/TC119 として設置されることが決定された。幹事国

は提案者である韓国が担うこととなり、また、参加国は、正メンバー国が日本を含む 10

か国（日本、中国、韓国、米国、イギリス、ドイツ、イタリア、フィンランド、スウェ

ーデン、ロシア）、オブザーバーメンバーが 8 か国となっている。

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要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

第６章 日本が取り組むべき課題、目指すべき研究開発・技術開発の方向性

熱電変換技術に関する特許出願動向調査、研究開発動向分析、市場環境動向分析及び政

策動向分析の調査結果に基づいて、国際的な競争力の維持・拡大を図っていくために、日

本が取り組むべき課題を抽出し、日本が目指すべき研究開発の方向性について、以下の提

言に取りまとめた。

第１節 取り組むべき課題

日本の産業部門における 終エネルギー消費では、年間 1 兆 kWh にものぼる熱エネル

ギーが排熱として損失していると推定され、民生部門においても同程度の排熱が見込ま

れる。これら膨大な熱損失は、大部分が未利用のまま廃棄されているのが現状であり、

その一部でも廉価に回収できるならば、その経済的な恩恵は計り知れない。資源に乏し

い日本では革新的なエネルギー技術の開発、導入・普及によって、次世代型のエネルギ

ー利用社会の構築に取り組んでいくことが不可欠である。

省エネや二酸化炭素削減の社会的ニーズは高く、熱電変換技術が実用化、事業化され

れば経済への波及効果が見込まれるが、普及するためには熱電変換技術の一層の高効率

化が必要である。この性能向上には熱電変換材料の性能改善が大きく関わっている。さ

らに、熱電変換材料の性能を生かすためには熱電変換モジュールや熱電変換システム、

発電装置の改良が必要である。日本は、二酸化炭素排出削減という環境保全の観点から

国の支援もあり早くから熱電変換技術の研究開発を進め世界をリードしてきた。しかし、

近年は海外でも大型プロジェクトがスタートし、日本が追い上げられている状況にある。

要素技術の中で熱電変換材料、熱電変換モジュールは未だ優位を保持している。熱電変

換システムや発電装置については、欧州の追撃が激しく特許出願件数で追い越されてい

る状況にある（図-9～図-11）。

熱電変換技術において、日本が、将来にわたって国際的な技術競争力及び産業競争力

を維持していくためにどうするべきかという観点から、以下の提言を行う。

第２節 目指すべき研究開発の方向性

１．産業競争力強化のための取組みについて

熱電変換技術は、次世代型のエネルギー利用社会の構築に向けて、長期的視野で研究開発

を継続していくべき技術である。日本は、これまで研究開発を先導してきたが、今後この分

野を技術開発でも市場でもリードしていくために、国の主導のもと、産学官が一体となり、

熱電変換技術を開発する側と利用する側とが協力した体制で研究開発を進めていくことが望

まれる。

熱電変換技術は、省エネや CO2 排出削減等の環境保全の観点のみならず、例えば車両

の燃費向上技術等、産業競争力の強化の観点からも重要であることが認識されているが、

現時点ではそれを活用した製品・システム等の市場が十分に形成されているとは言えな

い（表-2）。熱電変換技術の研究開発は、市場構築までを見据えた長期的視野で継続する

ことが必要である。しかしながら、市場未形成の中で、長期にわたる研究開発に一私企

業が継続的に投資することは困難である。また、実用化に向けた研究開発は、中核とな

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要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

る熱電変換材料、熱電変換モジュール及び熱電変換システムそれぞれの技術に加えて、

成膜技術、微細加工技術、電源回路技術や熱応力緩和技術等、多岐にわたる周辺技術分

野を総合する必要があり、一私企業での取組では困難に直面することが予想される。以

上の点から、研究開発の推進には、投資の回収を常に図らねばならない企業とは違う存

在であり、分野を総合した取組の取りまとめをしやすい立場にある国の積極的な寄与が、

大きな役割を果たすと考えられる。

特許出願件数推移（図-5）及び登録件数推移を見ると、日本は、2005 年頃までは研究

開発の活発さが他国よりも際立っていたといえる。しかし、2000 年代に入り、米国、欧

州、韓国等で大型プロジェクトが相次いで開始されて研究開発が活発化しており（表-12）、

特許出願件数の増加をもたらしている（図-5）。これら海外でのプロジェクトのうち、米

国エネルギー省（DOE）のプロジェクトは、熱電変換材料、モジュールの開発からシステ

ムとのマッチングに至るまで全体的な統制をとってプロジェクトを推進しており、技術

の上流から下流に至るまでを包括した取組として注目される。日本においては、材料開

発、モジュール開発等が個別のプロジェクトとして実施されることが通常であったが、

2013 年度から開始した未来開拓研究プロジェクトでは、経済産業省と文部科学省との連

携の下、優れた技術及び知見を有する国内外の企業、大学、公的研究機関を集め、熱電

変換技術を開発する側とそれを利用する側とが協力した体制で研究開発を進めている。

今後、日本がこの分野を技術開発においても市場においてもリードしていくためには、

引き続き国が主導して、基礎・基盤技術開発から実用化までの全体シナリオを作成し、

研究開発の方向性を示す必要がある。

２．研究開発の技術要素について

２－１.熱電変換材料、熱電変換モジュールの開発

資源量、有害性、コスト、安定性等を考慮しつつ、新しい材料設計の概念を取り入れた高

変換能力の熱電変換材料の開発が必要である。無機系材料と有機系材料は、それぞれの特性

を生かせる用途への棲み分けを志向すべきである。それと同時に実用化に向け発電密度の高

い素子、モジュールの調製や加工技術の改良による量産化技術の確立を目指すことが望まれ

る。

熱電変換技術は、省エネや二酸化炭素削減の社会的ニーズにマッチする技術であり、

実用化、事業化されれば大きな経済への波及効果が見込まれる。社会に広く普及するた

めには、熱電性能の一層の高効率化とコストの低減が必要である（図-4）。

熱電変換材料は、重金属を含むものが一般的であり、例えば、Bi-Te 系化合物が代表

的である（図-12、図-25）。しかしながら、テルルは太陽電池用としても大量に消費され

ていることもあり入手性の懸念がある。さらに熱電変換材料に使われる重金属は、毒性

があるものが多いことが知られている。例えば、欧州では、EU 委員会による RoHS 指令

と REACH規制で中高温向け主力熱電変換材料の一つである Pb-Teが 2019年以降使用禁止

となることが公表されている。このように熱電変換材料には、熱電性能以外に資源量、

有害性、コスト、安定性等様々な要素を考慮する必要がある。

このような背景を受け、汎用性、実用性の観点から従来の熱電変換材料の代替として、

金属酸化物系材料、シリコン系材料、アルミニウム系材料等が研究されてきている（図

－ 39 －

本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

-12、図-25）。日本は、これら何れの熱電変換材料についても米欧中韓よりも多くの特許

を出願している。今後も引き続き、ミクロ構造やナノ構造制御等の新規材料設計に基づ

いて新しい熱電変換素子の開発を進め日本の技術的優位性を確保していく必要がある。

一方、有機熱電変換材料は無機系材料に比べて、塗布・印刷法で製造が可能でフレキ

シブル、大面積、軽量といった特徴があり、近年無次元性能指数 ZT の値が無機系材料の

値に近づいてきている。熱電変換能力や耐熱性においては無機系材料に劣るものの、無

機系材料とは異なった新たな用途が見出されることにより棲み分けされることが期待さ

れる。

また、熱電変換材料及び素子は、発電効率及び製造コストへの寄与度が大きいため、

これらの開発が実用化への鍵となっているといえ、引き続き研究開発を推進することが

重要である。

モジュール化工程についても、積層化技術、薄膜技術やインクジェット技術等を駆使

して、今後も引き続き、熱電性能の向上、製造工程の合理化による製造コストの低減等

を目指すことが必要である。

今後は、低コストで資源豊富な元素で構成され、環境にも優しく高い熱電性能をもつ

革新的熱電変換材料の開発と、それを用いた熱電変換モジュール開発等の基礎研究と実

用化研究を同時に進めていくことが望まれる。熱電変換素子や熱電変換モジュールの熱

電性能指標としては、無次元性能指数 ZT が知られているが、実用上では発電密度が極め

て重要な因子である。本調査結果では、無次元性能指数が 413 件の特許文献に記載され

ているのに対し、発電密度の値を記載した特許文献は 9 件だけと極めて少なかったため

（第３部[参考]）、実用化の観点では十分な評価ができていないが、今後、実用化を目指

した研究開発においては、このような指標も考慮して評価を行う必要がある。

２－２.熱電変換システムの開発

熱電変換技術に関する特許出願件数について、日本は 2007 年頃までは、熱電変換材料、熱

電変換モジュール及び熱電変換システム・発電装置の三つの要素技術は明らかな優位性を示

していた。近年、米欧中韓の追い上げが激しく、三つの要素技術の中で米欧に比べて出願件

数比率の低かった熱電変換システム・発電装置は、特許出願件数で追い越されている状況に

ある。今後も日本が技術的優位性を確保し市場形成を加速するためには、今まで以上の効率

的な研究開発を行い、市場での優位性を発揮するために有効な特許戦略が望まれる。特に熱

電変換システム・発電装置の研究開発を加速することが望まれる。

日本では、熱電変換技術に関する研究開発が以前から活発であり、本調査で調査対象

とした 2001 年以後、年間 200～300 件の特許出願がなされてきた。これに対して米欧中

韓からの出願件数は、2001 年頃には数十件あるいはそれ以下であったが、徐々に増加し、

2009年、2010年には各国籍ともおよそ100～200件の特許出願を行うようになっており、

各国で熱電変換技術に関する研究開発が活発化していることが伺える（図-5）。一方、日

本は一定レベルの特許出願件数を維持しているとも言えるが、相対的には各国に追いつ

かれており、熱電変換技術の研究開発においてこれまでの優位性を失うおそれがある。

また、主要国際誌における論文発表件数では、米国、欧州に次ぐ順位であり米欧に比

べて論文発表件数が少ない状況にある（図-20）。

－ 40 －

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要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

特許出願の技術内容を、大きく「1A：熱電変換材料」、「1B：熱電変換モジュール」、「1C：

熱電変換システム・発電装置」に分けて出願動向を見ると、米国籍と欧州国籍出願人は

「1C：熱電変換システム・発電装置」の出願件数比率が高く、米国籍では約半数、欧州

国籍では 6 割を超えている。中国籍は「1A：熱電変換材料」の出願件数比率が 43％で

も比率が高く、「1C：熱電変換システム・発電装置」の比率も 42％と高く両サイドに寄

っている状態である。一方、日本国籍出願人の出願件数比率は、それぞれ三分の一程度

の比率になっており、バランスよく出願されているといえる（図-8、表-4）。今後、熱電

発電が実用化され、市場が形成される段階においては、実用化に向けて、熱電変換モジ

ュールの加工技術やモジュールを組み込むためのシステム化技術が重要になると考えら

れ、実用化に向けて「1B：熱電変換モジュール」、「1C：熱電変換システム・発電装置」

の分野の研究開発を推進していくことが望まれる。特に「1C：熱電変換システム・発電

装置」の特許出願件数に関しては、近年欧州に追い越されている状況にあり（図-11）、

また、国際的な主要論文誌の発表件数解析において、日本は三つの要素技術の中で「1C：

熱電変換システム・発電装置」の発表件数比率が低く（表-7）、研究者所属機関国籍別論

文発表件数では、米欧中に次いで４位に位置している状況である（図-24）ことから、こ

の分野の研究開発を活発化することが、日本の産業競争力を維持するために望まれる。

３．市場構築と普及について

熱電発電は、熱電性能やコストの課題があり本格的な市場が形成されていない。エネルギ

ーハーベスティングのように自立発電、多数小規模発電の熱電変換技術の特徴を活かし易く、

技術的課題が比較的少ない分野は、他にさきがけて市場構築が行われる可能性があり、今後

注力していくべき分野として挙げることができる。一方、自然エネルギー発電や排熱発電等

省エネ分野の市場では、実用化に向けた取組みを強化することが望まれる。

熱電変換技術を用いた熱電発電は、太陽光のない宇宙用電源や僻地用の無保守電源と

して実績があるが、その他の民生用、運輸用、産業用とも開発・試作、または基礎研究

段階のものが多く、実用化されているものは極めて少ない。しかし、欧米ではエネルギ

ーハーベスティングのように熱電変換技術の持つ自立電源、メンテナンス不要等の特徴

を生かして市場開発が進んでいる分野があり、欧州では、エネルギーハーベスティング

に関する特許出願及び論文発表が多い。このような特徴を活かして、実用化可能な分野

について市場を開拓し、市場の中で信頼を獲得していくことが必要である。現状の性能

で実用化できる熱電発電の市場を構築することで、新たな企業の新規参入を促し、互い

に切磋琢磨することで技術競争も加速される。そして、技術進展の中で、要求される技

術レベルにあった市場を開拓し、拡大していくべきと思われる。

調理用等のマイクロ・コージェネ、廃棄物焼却熱利用熱電発電システム、自動車排熱

利用等、用途により要求される熱電性能やコストの目標値はそれぞれ異なり、技術的難

易度も異なる。自然エネルギー発電や排熱発電等省エネ分野の市場開拓は、膨大な投資

を必要とし、系統接続の許認可等の問題がある。さらに、発電性能や発電コストに対す

る要求が強く他の発電システムと競合する部分等があるため、一私企業が容易に市場参

入できる状況にはなく、国のエネルギー政策の一環として捉える必要がある。

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本編

目次

要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

第６部

今後の市場構築を見越して、国際競争の中で主導権を握るために、国際標準化・規格制

定に積極的に貢献するべきである。産学官が一体となって海外の動向を分析し、標準化・

規格制定においてイニシアティブを取ることが可能な体制を整備することが必要である。

４．標準化等への取組について

グローバル市場における主導権を日本が握るために、国際標準や国際規格の制定に積

極的に関与していくことが重要である。現状では、無次元性能指数や発電効率等の性能

評価方法さえも標準が存在せず、性能評価の信頼性が必ずしも担保できない状況にある。

無次元性能指数や発電効率等の性能評価方法を研究しているのは、産業技術総合研究所

とドイツのフラウンホーファー研究機構等少数であり、後者が、ThermoPower１のプロジ

ェクトの中で標準化を検討している（表-12）のみである。日本が今後、国際標準を獲得

していくためには、関係者が一体となって情報を収集して継続的に海外の動向を分析し、

標準化・規格作成においてイニシアティブを取ることを可能にする体制の整備が必要で

ある。熱電変換材料、熱電変換モジュール及び熱電変換システムの三分野のうち、前者

の二つは、現時点で「学」も研究開発に参画している分野であり、産学官が協力して取

り進めることが望ましい。

５．人材育成について

将来の実用化に向けて世界で活発化している熱電変換技術の研究開発を継続的に実施する

ため、高い国際競争力を有する優秀な研究者を育成していくことが期待される。産学連携の

取組や国家プロジェクトへの大学研究者の参加等は、日本の国際競争力を強化するために活

用するのみならず、人材育成の場としても戦略的に活用することが望ましい。

熱電変換技術は現在なお実用化の前段階である。将来の実用化に向けて世界的に国家

プロジェクトが開始され、技術開発が熱を帯びてきたとはいえ、産業技術の開発、実用

化には息の長い研究が必要となる。現在 Material Research Society や International

Thermoelectric Society 等複数の国際的な学会が存在し、活発な議論が開始されている。

日本は欧米に比べて研究者の数が少ないため、国内外の学界において、企業研究者、大

学研究者の交流を促すことに加え、産学連携の取組や国家プロジェクトへの大学研究者

の参加等を通じて、若手研究者を育成することが望ましい。

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本編

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要約

第１部

第２部

第３部

第４部

第５部

資料編

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