３１ 心のふれあい――恋 ／ 沢山咸（たくさんかん）
※ 咸（かん）とは感、感応することである。心のふれあいなくしては
人間の社会生活は成り立たない。その社会の最小単位ヽ心のふれあ
いの典型、それが夫婦である。この卦の上卦（兌）は若い女、下卦
（艮）は若い男を意味し、女の足下に男がひざまずいて愛を求める
形である。若い男女は、ふれあえぼたらまら恋の火花を改らす。最
も感応しやすいところから、この卦によって感応の原理を示すので
ある。「咸」の原理は、夫婦から社会一般、さらには天地宇宙にま
で敷衍（ふえん）することができる。
● 地震予測 南関東周辺 依然レベル５
Jesea Feb. 22, 2017
【グリーンインフラ時代とは】
グリーンインフラ（グリーンインフラストラクチャー）とは、自然環境の幅広い機能を
活用した社会資本整備や土地利用の在り方のことを表す概念で、欧米では10年以上前か
ら公共事業の都市戦略や環境政策の文脈で使われていたものの、日本国内ではほんの数
年前から普及。そのグリーンインフラが最近、急速に注目を集めている。１５年に、国
施策に位置付けられる。８月に閣議決定された、今後10年間の国土づくりの方向性を定
める国土形成計画に、「グリーンインフラ」という言葉が初めて使われ、同年９月には
第４次社会資本整備重点計画で、持続可能な地域社会の形成に向けて、グリーンインフ
ラの推進を明記。16年５月に決定される。「国土強靭化アクションプラン2016」でも
防災・減災につながる施策としてグリーンインフラの推進が盛り込まれている（出典：
「社会問題を丸ごと解決「グリーンインフラ」」日経コンストラクション 2017.02.16）
● 横断的な取り組みを必要とする
グリーンインフラの指す具体的な事業内容は。「緑の公共構造物」だが、対象は緑化し
たインフラそのものに限らず、例えば、水循環の機能を持つ貯留・浸透施設もグリーン
インフラの一つ。そのほか、多自然川づくりや遊水地、屋上緑化、浄化能力のある湿地、
再生可能エネルギーなど、グリーンインフラを構成する要素は多岐にわたる（上図参照）。
ただし、これらの構造物を個別に建設するだけでは、従来の事業と何も変わらず、グリ
ーンインフラの実現には、地域全体の便益の最大化を目指して、複合的、多面的に計画・
整備することがカギを握り、河川整備を例に取ると、河川敷内で事業を完遂するのが従
来型だとすれば、敷地の内外をトータルデザインすることで、様々な効果を生み出すの
がグリーンインフラと言われる。従来、個別の事業で解決しようとしていた防災・減災、
雨水循環、生物多様性保全などの課題に対して、横串を刺して一挙に解決するような効
果を狙うため、従来と異なり、分野横断的な取り組みが必要となる（定義は、欧米でも
異なる）。
その特徴は、自然環境を重視する一方で、人工構造物の存在を否定するものではなく、
人の手がほとんど入っていない自然環境から純然たる人工構造物まで、非常に広範な対
象を包括するのがグリーンインフラの特徴である。下水道やコンクリート三面張りの河
川のような人工構造物は、水を流すことに特化した点で単機能かつ高効率だが、一方で、
植栽や土壌の浸透を活用した雨水管理は、水資源の保全や流出速度の遅延などの多機能
性を持ち、時間を掛けて生育しなければ十分な効果を発揮できない。そのため、両方の
利点を生かして最適に組み合わせる。防災・減災の分野では、両方の利点を生かした事
例がある。東日本大震災で、防潮堤と防風林が互いに機能を発揮して、津波の威力を軽
減したのは記憶に新しい。
結局のところ、グリーンインフラではこれまで以上に、土地の条件や環境に応じたカス
タムメードの事業が必要になるといわれ、地元事情に詳しい地場の建設会社にも活躍の
場が見込めそうだ。もちろん仕事の受注には、発注者や住民のニーズ、地域が保有する
自然資源を普段から把握しておく姿勢が必要になる。現状では、国内でグリーンインフ
ラを意識して実施した事業はほとんどないとされるが、地域産業に大きく貢献したグリ
ーンインフラの好例――洪水対策のために河川敷を切り下げただけでなく、コウノトリ
の餌場となる湿地や水田を並行して整備。コウノトリが実際に野生復帰したことと相ま
って、そこで育てた米にブランド品として付加価値をつけた。地域固有の自然資源の活
用が、地元に経済波及効果をもたらした――としてよく紹介される兵庫県豊岡市の円山
川で実施した自然再生事業もあり、乞うご期待ということになる。
【ＲＥ１００倶楽部：最新熱電変換素子講座】
● 事例研究：特開2017-034199 熱電変換素子及びその製造方法
今まで廃棄されていた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して再利用することが可能
になる熱電変換素子が注目されている。一般的な熱電変換素子は、上図のように、ｐ型
熱電変換材料のブロックとｎ型熱電変換材料のブロックとを交互に並べ、それらのブロ
ックを２枚の伝熱板の間に挟んだ構造を有している。ｐ型熱電変換材料のブロックとｎ
型熱電変換材料のブロックとは金属端子により電気的に直列に接続され、終端のブロッ
クには引出電極を接続したものであり、「温度差発電」とも呼ばれたりしている。
また、成膜技術を使用して、基板上に熱電変換材料の薄膜を形成する熱電変換素子の製
造方法も提案され、さらには、種々の金属酸化物のｎ型熱電変換材料及びｐ型熱電変換
材料が提案されているが、一般的に、熱電変換材料の特性は、性能指数Ｚと絶対温度Ｔ
との積ＺＴで評価される。性能指数Ｚと絶対温度Ｔとの積ＺＴは無次元性能指数と呼ば
れ、下記（１）式で表される。無次元性能指数ＺＴの値が高いほど、熱電変換素子の熱
電変換効率を高くできる。
ＺＴ＝（（Ｓ2×σ）／κ）×Ｔ …（１）
ここで、Ｓはゼーベック係数（Ｖ／Ｋ）、σは電気伝導率（／Ωｍ）、κは熱伝導率（
Ｗ／ｍＫ）である。上記（１）式からわかるように、熱電変換材料には、ゼーベック係
数Ｓ及び電気伝導率σが大きく、熱伝導率κが小さいことが望まれる。しかしながら、
現状では、無次元性能指数ＺＴの値が十分大きな熱電変換材料がなく、熱電変換素子の
熱電変換効率を高くすることができない。このため、この開示の技術では、以下の、熱
電変換効率が高い熱電変換素子及びその製造方法が提案されている。
【要約】
熱電変換素子は、基板１１と、基板１１上に配置され、熱電変換材料からなる第１の層
１２ａと第２の層１２ｂとを交互に積層してなる熱電変換部材１２とを有する。第１の
層１２ａ及び第２の層１２ｂは例えばランタンをドープしたチタン酸ストロンチウムか
らなり、第１の層１２ａの平均粒子径は例えば数μｍ、第２の層１２ｂの平均粒子径は
例えば数１０ｎｍ程度からなる（参照図３）。
【符号の説明】
１０…熱電変換素子、１１…基板、１２，１３…熱電変換部材、１２ａ…第１の層、
１２ｂ…第２の層、１４…接続電極、１５ａ，１５ｂ…引出電極、２０…エアロゾルデ
ポジション装置、２１…成膜室、２２…噴射ノズル、２３…ステージ、２５…ステージ
駆動部、２６…真空ポンプ、２７…メカニカルブースター、３１…エアロゾル発生部、
３２…原料粉末、３３…加振器、３４…ガスボンベ
【実施するための形態】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項
について説明する。
前述したように、熱電変換材料には、ゼーベック係数Ｓ及び電気伝導率σが大きく、熱
伝導率κが小さいことが望まれる。ここで、前述の（１）式は、次の（２）式のように
表わすことができる。
ＺＴ＝（（Ｓ2×σ）／κ）×Ｔ ＝（（Ｓ2×σ）／（κele＋κpho））×Ｔ …（２）
但し、κeleは電子による熱伝導、κphoは格子振動（フォノン）による熱振動である。
電気導電率σ及びフォノンによる熱振動κphoの値は、いずれも熱電変換材料の粒子径
に関係する。図１（ａ）に示すように、熱電変換材料の粒子径を例えば数μｍ程度また
はそれ以上にすると、電気伝導率σの値は大きくなるが、フォノンによる熱振動κphoの
値も大きくなる。その結果、ＺＴの値を十分に大きくすることができない。
一方、図１（ｂ）に示すように、熱電変換材料の粒子径を例えば数１０ｎｍ程度に小さ
くすると、フォノンによる熱振動κphoの値は小さくなるが、電気伝導率σの値も小さ
くなる。その結果、ＺＴの値を十分に大きくすることができない。以下の実施形態では、
熱電変換効率が高い熱電変換素子及びその製造方法について説明する。
図２は、実施形態に係る熱電変換素子の一例を示す平面図である。実施形態に係る熱電
変換素子１０は、基板１１と、基板１１上に交互に且つ相互に平行に配置された複数の
帯状のｎ型熱電変換部材１２及びｐ型熱電変換部材１３と、それらの熱電変換部材１２，
１３を電気的に直列に接続する複数の接続電極１４とを有する。
また、熱電変換部材１２，１３の配列方向の一方の側（図２では左側）に配置されたｎ
型熱電変換部材１２には引出電極１５ａが接続され、他方の側（図２では右側）に配置
されたｐ型熱電変換部材１３には引出電極１５ｂが接続されている。基板１１は表面が
絶縁性のものであればよく、例えば石英板又はＳｒＴｉＯ3板等を使用することができる。
ｎ型熱電変換部材１２は、図３の模式的断面図に示すように、大径の粒子よりなる第１
の層１２ａと、小径の粒子よりなる第２の層１２ｂとを交互に積層した構造を有する。
ここで、第１の層１２ａ及び第２の層１２ｂの粒子は、いずれも金属又は金属酸化物よ
りなる。実施形態では、第１の層１２ａ及び第２の層１２ｂの粒子は、いずれもランタ
ン（Ｌａ）又はニオブ（Ｎｂ）をドープしたチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）よ
りなるものとする。
第１の層１２ａの平均粒子径は例えば０．２μｍ程度であり、第２の層１２ｂの平均粒
子径は例えば数１０ｎｍである。なお、第１の層１２ａの平均粒子径の好ましい範囲は
０．２μｍ～０．４μｍであり、第２の層１２ｂの平均粒子径の好ましい範囲は２０ｎ
ｍ～５０ｎｍである。また、第１の層１２ａと第２の層１２ｂとの合計の層数は、例え
ば３層～５層程度である。但し、第１の層１２ａ及び第２の層１２ｂの厚さ及び層数は
任意であり、上記の例に限定されない。
ｐ型熱電変換部材１３も、金属又は金属酸化物よりなる。ｐ型熱電変換部材１３を構成
する金属酸化物として、例えばＣａ3Ｃｏ4Ｏ9を使用することができる。ｐ型熱電変換部
材１３も、ｎ型熱電変換部材１２と同様に、大径の粒子よりなる第１の層と、小径の粒
子よりなる第２の層とを交互に積層した構造を有することが好ましい。但し、ｎ型熱電
変換部材１２及びｐ型熱電変換部材１３の少なくとも一方が、大径の粒子よりなる第１
の層と、小径の粒子よりなる第２の層とを交互に積層した構造を有していればよい。
接続電極１４及び引出電極１５ａ，１５ｂは、いずれも金／チタン又はその他の金属に
より形成されている。このように構成された熱電変換素子１０において、熱電変換部材
１２，１３の長さ方向の一方の側（図２では上側）と他方の側（図２では下側）との間
に温度差を与えると、ゼーベック効果により熱電変換素子１０に電力が発生する。そし
て、熱電変換素子１０に発生した電力は、引出電極１５ａ，１５ｂから取り出すことが
できる。
図４は、ゼーベック係数Ｓ、電気伝導率σ、Ｓ2σ値、及び熱伝導率κの関係を示す図
である。この図４に示すように、ゼーベック係数Ｓと電気伝導率σとは相反関係にあり、
電気伝導率σの値が大きいほどゼーベック係数Ｓの値は小さくなる。また、熱伝導率κ
の値は電子による熱伝導κeleとフォノンによる熱振動κphoとの合計であるが、フォノ
ンによる熱振動κphoの値は電気伝導率σの値にかかわらずほぼ一定であるのに対し、
電子による熱伝導κeleの値は電気伝導率σの値が大きいほど大きくなる。
一般的に、導電材料が同じであるとすると、粒子径が大きいほど電気伝導率σの値は大
きくなる。また、粒子径をフォノンの平均自由行程に近いサイズ（例えば、数１０ｎｍ）
まで小さくすると、電気伝導率σにあまり影響を与えることなく熱振動κphoの値を小
さくすることができる。実施形態では、図３に示すように、大径の粒子からなる第１の
層１２ａと小径の粒子からなる第２の層１２ｂとを交互に積層した熱電変換部材１２を
使用している。大径の粒子からなる第１の層１２ａにより、電気伝導率σの値を大きく
することができる。また、小径の粒子からなる第２の層１２ｂにより、熱振動κphoの
値、延いては熱伝導率κの値を小さくすることができる。
図５は、横軸に熱電変換部材１２中の小径の粒子（以下、「小径粒子」ともいう）の割
合Ｒをとり、縦軸に電気伝導率σ、熱伝導率κ、及びσ／κ（以下、「特性値割合」と
いう）をとって、小径粒子の割合Ｒと電気伝導率σ、熱伝導率κ及び特性値割合σ／κ
との関係を示す図である。ここで、小径粒子の割合Ｒは、Ｒ＝（各第２の層１２ｂの厚
さの合計）／（熱電変換部材１２の厚さ）である。また、第１の層１２ａの出発原料の
平均粒子径は約１μｍ、第２の層１２ｂの出発原料の平均粒子径は約０．３μｍである。
図５に示すように小径粒子の割合Ｒが０．２未満の場合、及び０．８を超える場合は、
いずれも特性値割合σ／κの値はほぼ１である。一方、小径粒子の割合Ｒが０．２～
０．８の場合は、特性値割合σ／κの値は１よりも大きくなる。このため、小径粒子の
割合Ｒは、０．２≦Ｒ≦０．８を満足することが好ましい。図５に示す例では、小径粒
子の割合Ｒが０．４のときに、特性値割合σ／κの値が約１．７５と大きくなっている
。
前述の（１）式からわかるように、特性値割合σ／κの値が大きくなれば、それに比例
して無次元性能指数ＺＴの値が大きくなり、熱電変換効率が向上する。すなわち、実施
形態のように熱電変換部材１２（または、熱電変換部材１３）を、大径の粒子からなる
第１の層と、小径の粒子からなる第２の層とを交互に積層した構造とすることにより、
熱電変換素子１０の熱電変換効率を向上させることができる。
図６は、本実施形態において熱電変換素子１０の製造に使用する成膜装置（エアロゾ
ルデポジション装置）の一例を示す模式図である。図６に示すエアロゾルデポジション
装置２０は、メカニカルブースター２７を介して真空ポンプ２６に接続される成膜室
２１と、エアロゾルを発生するエアロゾル発生部３１とを有する。成膜室２１には基板
１１が搭載されるステージ２３と、ステージ２３を水平方向（ＸＹ方向）及び垂直方向（
Ｚ方向）に駆動するステージ駆動部２５とが設けられている。また、成膜室２１内には、
ステージ２３に搭載された基板１１に向けてエアロゾルを噴射する噴射ノズル２２が配
置されている。
成膜室２１の内部空間は、真空ポンプ２６及びメカニカルブースター２７により減圧さ
れる。成膜室２１とメカニカルブースター２７との間、又はメカニカルブースター２７
と真空ポンプ２６との間には、成膜室２１内に噴射された原料粉末のうち膜の形成に寄
与しなかった分を回収する集塵機（図示せず）が設けられている。
エアロゾル発生部３１内には原料粉末（出発原料）３２が格納される。また、エアロゾ
ル発生部３１には、エアロゾルの生成を促進するための加振器３３が取り付けられてい
る。加振器３３によりエアロゾル発生部３１に超音波振動又は機械的振動を加えて原
料粉末３２を飛散させ、エアロゾルの生成を促進する。エアロゾル発生部３１には、原
料粉末３２の乾燥を促進するためのヒータ（図示せず）が設けられている。このエアロ
ゾル発生部３１の内部空間は、配管４４及び開閉バルブ４４ａを介してメカニカルブー
スター２７に接続されている。
エアロゾル発生部３１内には、ガスボンベ３４から配管４１、開閉バルブ４１ａ及びマ
スフローコントローラ４１ｂを介してキャリアガスが供給される。キャリアガスとして、
Ｈｅ（ヘリウム）等の不活性ガスや、酸素又は空気等が使用される。キャリアガスは、
エアロゾル発生部３１内で原料粉末３２と混合されてエアロゾルとなる。エアロゾル発
生部３１で生成されたエアロゾルは、配管４２及び開閉バルブ４２ａを通って成膜室
２１内の噴射ノズル２２に送られる。
以下、上述のエアロゾルデポジション装置２０を使用した熱電変換素子１０の製造方法
の一例について説明する。まず、基板１１を、エアロゾルデポジション装置２０のステ
ージ２３に搭載する。ここでは、基板１１として、石英板を使用するものとする。基板
１１の表面には、ｎ型熱電変換部材１２の形成領域に対応する部分が開口されたマスク
を配置する。
また、ｎ型熱電変換部材１２を形成するための原料粉末（出発原料）として、ランタン
がドープされた平均粒子径が１．０μｍのチタン酸ストロンチウムと、同じくランタン
がドープされた平均粒子径が０．３μｍのチタン酸ストロンチウムとを用意する。これ
らの原料粉末は、予め約１３０℃の温度で３０分間加熱しながら真空脱気し、粉末表面
に吸着されている水分を除去しておく。
ここでは、平均粒子径が１．０μｍのチタン酸ストロンチウムを入れた第１のエアロゾ
ル発生部３１と、平均粒子径が０．３μｍのチタン酸ストロンチウムを入れた第２のエ
アロゾル発生部３１とを使用するものとする。それらのエアロゾル発生部３１はガスボ
ンベ３４と成膜室２１との間に配置され、成膜時にはいずれか一方のエアロゾル発生部
３１のみがガスボンベ３４及び成膜室２１に接続されるものとする。
まず、大径の粒子よりなる第１の層１２ａを形成するために、平均粒子径が１．０μｍ
のチタン酸ストロンチウム（原料粉末）を入れたエアロゾル発生部３１を成膜室２１に
接続し、成膜室２１及びエアロゾル発生部３１内を減圧する。その後、バルブ４４ａを
閉じた後、ガスボンベ３４からエアロゾル発生部３１にキャリアガスを供給する。これ
により、エアロゾル発生部３１内にチタン酸ストロンチウムのエアロゾルが発生し、噴
射ノズル２２からエアロゾルが噴射される。そして、基板１１の表面にチタン酸ストロ
ンチウムが堆積して、第１の層１２ａが形成される。
このとき、原料粉末（チタン酸ストロンチウム）の粒子径が小さすぎると、電気伝導率
σの値を十分に大きくすることができないだけでなく、基板１１に対する密着性が悪く
なる。一方、原料粉末の粒子径が大きすぎると、原料粉末の粒子が基板１１の衝突する
際の衝撃により、基板１１の表面を削り取ってしまうおそれがある。このため、第１の
層１２ａを形成するときの原料粉末の平均粒子径は、０．５μｍ～３μｍとすることが
好ましい。
なお、チタン酸ストロンチウムの粉末は基板１１に衝突するまでに粉砕されるため、第
１の層１２ａ中の粒子径は原料粉末の粒子径よりも小さくなる。次に、小径の粒子より
なる第２の層１２ｂを形成するために、平均粒子径が０．３μｍのチタン酸ストロンチ
ウムを入れたエアロゾル発生部３１を成膜室２１に接続する。そして、第１の層１２ａ
の形成時と同様に、ガスボンベ３４からエアロゾル発生部３１にキャリアガスを供給す
る。
これにより、原料粉末を含むエアロゾルが噴射ノズル２２から噴射され、第１の層１２
ａの上に小径のチタン酸ストロンチウムからなる第２の層１２ｂが形成される。この場
合も、チタン酸ストロンチウムの粉末は第１の層１２ａが形成された基板１１に衝突す
るまでに粉砕されるため、第２の層１２ｂ中の粒子径は原料粉末の粒子径よりも小さく
なる。
第２の層１２ｂを形成するときの原料粉末の粒子径が０．１μｍよりも小さいと、第２
の層１２ｂの密着性が悪くなる。また、第２の層１２ｂを形成するときの原料粉末の粒
子径が０．５μｍよりも大きいと、第２の層１２ｂの粒子径が大きくなり、κphoの値を
十分に小さくすることができない。このため、第２の層１２ｂを形成するときの原料粉
末の平均粒子径は、０．１μｍ～０．５μｍとすることが好ましい。上述のようにして
第１の層１２ａと第２の層１２ｂとを交互に、且つ所望の層数形成しることで、ｎ型熱
電変換部材１２の形成が完了する。
次に、Ｃａ3Ｃｏ4Ｏ9等のｐ型熱電変換材料を使用してｐ型熱電変換部材１３を形成す
る。ｐ型熱電変換部材１３の形成方法は基本的にｎ型熱電変換部材１２の形成方法と同
じであるので、ここではその説明を省略する。このようにしてｎ型熱電変換部材１２及
びｐ型熱電変換部材１３を形成した後、エアロゾルデポジション装置２０から基板１１
を取り出す。その後、基板１１の表面に、接続電極１４及び引出電極１５ａ，１５ｂの
形成領域に対応する部分が開口されたマスクを取り付け、基板１１をスパッタリング装
置内に配置する。そして、スパッタリング装置により基板１１上に例えばチタン及び金
を順次スパッタして、接続電極１４及び引出電極１５ａ，１５ｂを形成する。
このようにして、本実施形態に係る熱電変換素子１０が完成する。上述した例ではエア
ロゾルデポジションを使用して熱電変換部材１２，１３を形成しているが、その他の方
法で熱電変換部材１２，１３を形成してもよい。エアロゾルデポジション法を使用した
場合は、粒子径が大きく異なる第１の層と第２の層との積層構造を比較的容易に形成す
ることができる（後略）。
以上、富士通株式会社の特許事例を、光電変換素子に続く、熱電変換素子の実用化の波
を実感しながら掲載した。
※ 参考文献：M.Takashiri et al., Fabrication and characterization of bismuth-telluride-based alloy
thin film thermoelectric generators by flash evaporation method, Sensors and Actua-
tors A 138(2007)329-334
● 今夜の一曲
ブラームス: ピアノ三重奏曲 Piano Trio No.1, in H, Op.8
ピアノ三重奏曲第1番ロ長調作品８は、ヨハネス・ブラームスが1854年に作曲したピアノ
三重奏曲である。作曲者自身による改訂版が1891年に出版されている。ブラームスの作
品中で２つの版が現存するのは、出版された作品の中ではこの作品のみであり（ブラー
ムスは曲を改訂すると、初版はすぐに廃棄するのが常であった。尚、初期の歌曲など数
曲は破棄を免れた初版が現存する）、今日ではもっぱら改訂版が演奏されることが多い。
長調で始まり、同主短調で終わる、多楽章の大規模な作品としては最初のものである（
メンデルスゾーンのイタリア交響曲に他の例を認めることができる）。1855年11月27日、
ニューヨークにおいてウィリアム・メイソンのピアノ、セオドア・トーマスのヴァイオ
リン、カール・バーグマン（後のニューヨーク・フィルハーモニー指揮者）のチェロに
よる。
モト）2分の2拍子、ソナタ形式、ロ長調。 第２楽章：Scherzo Allegro molto スケルツォ、アレグロ・モルト4分の3拍子、三
部形式、ロ短調。 第３楽章： Adagio アダージョ（初版はアダージョ・ノン・トロッポ）4分の4拍
子、三部形式、ロ長調。 第４楽章：Allegro アレグロ（初版はアレグロ・モルト・アジタート）4分の3拍子、
再現部第1主題を欠いたソナタ形式、ロ短調。
Green Infrastructure
「そこではトンボが飛んでいますか」という故堤清二（小説家・詩人・経営者）の言葉
が頭を過ぎる。あの時代すでに堤の頭にはそれがあった「グリーン・インフラ時代」。
