< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / contents 4 view . css ? ver = 1 . 1 . 114 " type =" text / css "/>< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / theme 4 view . css ? ver = 1 . 1 . 114 " type =" text / css "/> 희소금속 의존 증 에서 탈피 [ 2 ] ( 4 ) 자석 에 첨가 하 는 디스프로슘 ( Dy ) 을 줄인다 2011 / 3 / 25 7 : 00 일 본 제조업 에서 희소금속 ( 희토류 포함 ) 이 어떻게 사용 되 고 , ‘ 희소금속 의존 증 ’ 에서 어떻게 탈피 할 수 있 는지 를 탐색 하 는 본 연재 . 4 회 째 인 이번 회 와 다음 회 2 회 에 걸쳐 전기 자동차 의 고 성능 모터 에 불가결 한 디스프로슘 ( Dy ) 의 사용량 을 어떻게 줄여 가 는지 , 기술 개발 현장 을 살펴 본다 . 그림 1 . 시판 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 최대 에너지 적 ( 積 ) 과 보자력 의 관계 . 물질 재료 연구 기구 의 호노 씨 자료 를 기초 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . 소형 경량 의 고 성능 모터 로 폭넓 은 용도 로 사용 되 고 있 는 것 이 영구 자석 형 동기 모터 ( PM 모터 ) 이 다 . 하이브리드 차 ( HEV ) 와 전기자동차 ( EV ) 의 주행 모터 를 비롯 해 전동 파워 스티어링 구동 모터 , 에너지 절약 형 에어컨 용 압축기 모터 , 드럼 을 경사지 게 배치 한 세탁기 인 드럼 구동 용 모터 , 공작 기계 의 위치 결정 및 계산 이나 로봇 에 사용 하 는 산업 용 모터 등 여러 분야 에서 활용 되 고 있 다 ( 그림 1 ) . 이런 용도 로 높 은 효율 을 실현 하 기 위해서 현재 는 ‘ 네오디뮴 - 철 - 보론 ( Nd - Fe - B ) 계열 소결 자석 ’ 이 라는 고 성능 자석 이 불가결 하 다 . 예 를 들 면 , HEV 에 는 약 1 kg / 대 , EV 에 는 약 2 kg / 대의 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 이 사용 되 고 있 다 . 그 자석 의 원료 로 Nd 외 에 , 높 은 내열 성 에 필요 한 디스프로슘 ( Dy ) 이나 테르븀 ( Tb ) 이 라는 희토류 가 필요 하 다 . Dy ( 일부 를 Tb 로 치환 하 는 경우 도 있 다 ) 는 HEV / EV 용 주행 모터 의 경우 Nd - Fe - B 소결 자석 총 중량 의 7 ~ 10 %, 에어컨 압축기 용 모터 의 경우 4 ~ 5 % 를 첨가 하 고 있 다 . 이 Dy 와 Tb 는 ‘ 중 희토류 ’ 라고 불리 는 , 희토류 중 에서 도 특히 희소 한 자원 이 다 . 물질 재료 연구 기구 자성 재료 센터 호노 카즈히로 ( 宝 野 和 博 ) 센터 장 에 의하 면 “ Dy 가 지각 에 존재 하 는 양 에 대해서 는 여러 설 이 있 지만 , 대략 적 으로 말 하 면 Nd 의 10 ~ 20 % 이 다 . Tb 는 더 적 다 . ( Tb 는 Nd 의 2 ~ 4 %).” 고 한다 . 그럼에도 불구 하 고 현재 는 공급원 이 거의 중국 에 한정 된 데 다 , 일본 이 중국 에서 수입 할 수 있 는 연간 물량 은 중국 정부 에 의해 결정 되 고 있 다 . 따라서 HEV / EV 와 에너지 절약 형 가전 의 증가 로 PM 모터 의 수요 가 더욱 늘어나 면 안정 적 확보 가 어렵 게 될까 걱정 이 다 . Nd - Fe - B 계열 소결 자석 에 는 Nd , Dy , Tb 가 합해서 자석 전체 의 약 30 % 를 차지 한다 . 고내 열형 에 는 Nd 가 약 20 % 이 고 , Dy 가 약 10 % 이 다 . 자원 의 존재 상황 을 고려 하 면 금후 Dy 와 Tb 쪽 이 Nd 보다 조달 이 어렵 게 되 지 않 을까 걱정 된다 . 그래서 더욱 필요 한 것 이 Dy 와 Tb 의 사용량 을 줄이 는 일 이 다 . 이미 실용 단계 에 도달 한 기술 도 있 다 . 구체 적 으로 는 ( 1 ) Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 Dy 와 Tb 사용량 을 줄이 든가 사용 하 지 않 는다 , ( 2 ) 이 자석 을 대체 할 수 있 는 다른 고성능 자석 을 개발 한다 , ( 3 ) 이 자석 이 필요 하 지 않 든가 소량 으로 해결 되 는 고 성능 모터 를 개발 한다 , 등 이 다 . 이하 차례 대로 살펴본다 . Dy 와 Tb 의 사용량 을 줄이 는 대책 으로서 실용화 가 진척 되 어 있 는 것 이 입계 확산 법 이 라고 부르 는 기술 이 다 . 신에쓰 화학공업 , 히타치 금속 , TDK 가 각각 개발 했 다 . 앞 의 2 개 사 가 이미 이 기술 을 적용 한 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 판매 를 개시 했 고 , TDK 도 2011 년 부터 양산 을 개시 할 계획 이 다 . Dy 와 Tb 의 사용량 은 신에쓰 화학공업 의 경우 ‘ 지금 까지 사용 하 던 이합 금법 의 절반 ’( 신에쓰 ) 까지 줄 었 다 ( 그림 2 ) . 그림 2 . 신에쓰 화학공업 의 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 특성 . 입계 확산 법 을 채용 한 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 ( 신 개발 기술 급 ) 의 보자력 이 높 다 . Dy 를 입계 에 선택 적 으로 주입 함 으로써 Dy 를 사용 하 지 않 고 도 잔류 자속 밀도 를 대부분 유지 하 거나 , 소량 의 Dy 로 도 보자력 이 높 아 졌 다 . 그림 은 신에쓰 화학공업 자료 를 기초 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작 셩 . ■ 입계 ( 粒 界 ) 에 Dy 를 선택 적 으로 주입 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 에 Dy 또는 Tb 가 필요 한 것 은 보자력 을 확보 하 기 위해서 다 . 보자력 이란 , 역 자장 ( 영구 자석 의 자화 방향 과 역방향 인 자장 ) 과 온도 변화 에 따라 감자 되 는 정도 를 나타내 는 값 이 다 . Nd - Fe - B 계열 의 소결 자석 은 통상 고온 이 될수록 역 자장 에 의해 감자 되 기 쉽 게 된다 . 그래서 보자력 을 올리 기 위해 Dy 또는 Tb 등 중 희토류 를 첨가 한다 . 예 를 들 면 , 자석 온도 가 200 ℃ 정도 되 는 HEV 의 주행 용 모터 에 는 Nd 질량 의 4 할 정도 를 중 희토류 로 치환 하 고 있 다 . Dy 와 Tb 의 첨가 로 보자력 이 올라가 는 것 은 자석 의 조직 구조 인 Nd 2 Fe 14 B 에서 Nd 의 일부 가 Dy 또는 Tb 로 치환 되 기 때문 이 다 . R 2 Fe 14 B ( R 은 희토류 원소 ) 인 화합물 에서 R 이 Nd 일 때 보다 Dy 또는 Tb 일 때 가 보자력 과 비례 하 는 ‘ 이방성 자계 ’ 값 이 높 다 . 그림 3 . 입계 확산 법 에 의한 Dy 의 선택 적 인 주입 . 신에쓰 화학공업 의 예 . 오른 쪽 사진 에서 엷 은 물색 으로 된 곳 이 Dy 의 농도 가 높 은 부분 이 다 . Dy 가 입계 에 선택 적 으로 주입 되 어 있 는 모양 을 볼 수 있 다 . ( 사진 : 신에쓰 화학공업 ) 입계 확산 법 으로 Dy 나 Tb 를 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 조직 의 입계 부분 에 선택 적 으로 주입 할 수 가 있 다 ( 그림 3 ) . 통상 이 자석 은 크기 가 4 μ m ~ 5 μ m 전후 의 Nd 2 Fe 14 B 의 결정 ( 주상 / 主 相 ) 이 모여 이루어지 며 , 주상 과 주상 사이 ( 입계 ) 에 Nd 리치 상 ( Nd 2 Fe 14 B 의 비율 보다 Nd 가 많 은 화합물 의 조직 ) 이 생성 된다 . 그러나 일반 적 으로 는 이 Nd 리치 상 이 생성 되 지 않 거나 , 주상 의 계면 이 거칠 게 되 기 때문 에 감자 되 기 쉽 다 . 그래서 감자 에 강한 Dy 나 Tb 를 입계 부분 에 선택 적 으로 주입 해 현재 보다 적 은 양 으로 동등 한 보자력 을 확보 하 도록 하 는 것 이 입계 확산 법 의 기본 적 인 고찰 방법 이 다 . 종래 의 이합 금법 ( 二合金法 ) 은 자석 의 원료 인 Nd - Fe - B 계열 합금 을 만들 때 Dy 나 Tb 를 섞 었 기 때문 에 주상 과 입계 의 구별 이 없이 Dy 나 Tb 가 넓 게 분산 되 었 다 . 여기 에 비해 입계 확산 법 은 원료 인 합금 에 첨가 하 는 Dy 나 Tb 를 줄이 고 , 남 은 일부 를 입계 의 개선 에 돌린다 . 먼저 통상 의 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 과 마찬가지 로 원료 합금 을 분쇄 하 여 분말 로 만든 후 자장 을 걸 어 압축 하 고 , 그 후 에 소결 한다 . 종래 와 다른 것 은 소결 후 에 일정 한 처리 를 한다는 점 이 다 . 이 처리 방법 은 대별 하 면 두 종류 이 다 . 하나 는 액상 화 가 가능 한 Dy 나 Tb 화합물 을 사용 하 는 것 이 다 . 이 화합물 중 에 침적 하 거나 이 화합물 을 도포 하 여 소결 후 의 자석 표면 에 이 화합물 의 막 을 만든 다 . 다음 에 열처리 로 이 화합물 을 분해 하 여 Dy 나 Tb 를 입계 에 확산 시킨다 . 또 하나 는 증착 을 이용 하 는 것 이 다 . 진공 챔버 내 에 소결 후 의 자석 과 Dy 또는 Tb 를 같이 넣 어서 가열 하 면 Dy 나 Tb 의 증기 가 발생 하 여 자석 의 입계 에 확산 된다 . 전자 는 신에쓰 화학공업 과 TDK 가 , 후자 는 히타치 금속 이 채용 하 고 있 다 . ■ 보자력 분포 에 차이 를 둔다 또 이 들 자석 제조 업체 가 추진 하 고 있 는 것 은 감자 되 기 쉬운 부분 과 그렇 지 않 은 부분 에 차이 를 두 고 입계 확산 법 을 적용 하 는 접근 법 이 다 . 예 를 들 면 , 회전자 의 원통 면 에 반달 모양 의 자석 을 배치 하 는 SPM ( Surface Permanent Magnet ) 모터 는 , 자석 은 회전 방향 에 대해 뒷 쪽 끝 으로 갈수록 감자 되 기 쉽 다 ( 그림 4 ) . 모터 회전 시 자석 의 회전 방향 앞쪽 은 코일 에 끌리 는 데 비해 뒷 쪽 은 코일 에서 반발 력 을 받 는다 . 이 때문 에 회전 방향 뒷 쪽 에 역자 계 가 걸리 는 것 이 다 . 그러나 , 반달형 자석 의 경우 형상 적 인 요인 으로 뒤쪽 으로 갈수록 역자 계 에 의해 감자 되 기 쉽 게 되 어 있 다 . 그림 4 . 감자 하 기 쉬운 끝 부분 으로 갈수록 보자력 을 높인 자석 의 보자력 분포 . 신에쓰 화학공업 의 예 . ( a ) 와 같 은 SPM 모터 는 자석 은 회전 방향 뒤쪽 끝 부분 이 감자 되 기 쉽 다 . 즉 , 퍼미언 스 계수 가 낮 다 ( b ) . 그래서 입계 에 확산 시킨 Dy 의 농도 가 끝 으로 갈수록 높 아 지 게 해서 보자력 에 차이 를 둔다 ( c ) . 이렇게 해서 종래 제품 보다 적 은 양 의 Dy 로 끝 부분 을 감자 되 기 어렵 게 할 수 있 다 . 기존 자석 과 새로운 자석 에 이 입계 확산 을 적용 한 경우 의 감자 율 을 비교 한 것 이 ( d ) 이 다 . 따라서 이 자석 은 감자 가 적 은 중앙부 는 끝 부분 만큼 의 보자력 이 필요 하 지 않 다 . 즉 Dy 나 Tb 의 농도 를 끝 에 는 높 게 , 중앙부 에 는 낮 게 할 수 가 있 다 . 실제로 신에쓰 화학공업 은 이 자석 의 양단 으로부터 입계 확산 처리 를 하 도록 연구 해 , 양단 으로 갈수록 보자력 이 높 아 지 는 자석 을 제작 하 는 기술 을 개발 하 고 있 다 ( 그림 4 ) . TDK 도 어느 부분 에 어느 정도 의 역자 계 가 가해 지 는가 ( 보자력 이 필요 하 게 되 는가 ) 를 CAE ( 컴퓨터 에 의한 해석 ) 로 많이 알 게 되 었 으며 , Dy 화합물 의 슬러리 를 자석 의 전체 가 아닌 부분 적 으로 도포 하 는 기술 을 개발 중 이 다 . 이렇게 해서 부분 적 으로 보자력 을 변화 시키 는 방법 은 “ 최근 수 년 사이 에 나왔 다 . ” ( TDK ) 실제로 많 은 가전 제조 업체 와 자동차 제조 업체 가 연구 를 시작 한 모양 이 다 . 자석 제조 업체 와 모터 제조 업체 의 협업 이 점점 중요 하 게 되 어 가 고 있 다 . ( 다음 회 에 계속 ) ( 닛케이 모노 즈 쿠리 나카야마 쓰토무 / 中 山 力 , 타카다 켄이치 / 高 田 憲 一 , 토미오카 쓰 네 노리 / 富 岡 恒 憲 ) [ 닛케이 모노 즈 쿠리 2011 년 1 월 호 기사 를 토대 로 재 구성 ] http : / / www . nikkei . com / article / DGXNASFK 1701 C _ X 10 C 11 A 3000000 / ( 5 ) 디스프로슘 ( Dy ) 을 ‘ 사용 하 지 않 는 ’ 기술 도 2011 / 4 / 1 7 : 00 일 본 제조업 에서 희소금속 ( 희토류 포함 ) 이 어떻게 사용 되 고 , ‘ 희소금속 의존 증 ’ 에서 어떻게 탈피 할 수 있 는가 를 탐색 하 는 본 연재 . 지난 회 ( 연재 제 4 회 ) 는 전기자동차 ( EV ) 의 고 성능 모터 에 불가결 하 다고 알려진 ‘ 디스프로슘 ( Dy ) ’ 의 사용량 을 절감 하 는 기술 의 개발 에 대해 살펴봤 다 . 이번 회 는 아직 연구실 수준 이 기 는 해도 Dy 를 사용 하 지 않 고 해결 하 는 기술 을 중심 으로 해설 한다 . 실용 화 는 아직 멀 었 지만 네오디뮴 - 철 - 보론 ( Nd - Fe - B ) 계열 소결 자석 에 첨가 하 는 Dy 나 테르븀 ( Tb ) 의 사용량 을 더욱 절감 하 는 연구 도 진행 하 고 있 다 . 물질 재료 연구 기구자 성 재료 센터 호노 카즈히로 ( 宝 野 和 博 ) 센터 장 에 의하 면 , 그 중 의 하나 가 Dy 나 Tb 를 사용 하 지 않 고 자석 의 보자력 을 높이 는 기술 이 다 [ 주 1 ] . 또 , 소결 자석 이 아닌 자분 ( 磁 粉 ) 으로서 의 성과 이 지만 , 약 1560 kA / m ( 19 . 6 kOe ) 의 높 은 보자력 을 실현 했 다 [ 주 2 ] . ■ Dy 없이 보자력 을 2 배 로 호노 센터 장 이 채택 한 접근 법 은 ( 1 ) Nd - Fe - B 자석 의 주상 ( 主 相 ; 자석 의 태반 을 점하 는 화합물 의 구조 ) 인 Nd 2 Fe 14 B 결정 분말 의 미세화 , ( 2 ) 입계 상 ( 결정 입자 와 결정 입자 사이 ) 인 Nd 리치 상 ( Nd 의 비율 이 높 은 상 ) 의 개선 이 다 . Nd - Fe - B 계열 소결 자석 은 통상 주상 의 결정 입자 직경 이 작 을수록 결정 입자 내 자구 ( 磁區 ) [ 주 3 ] 의 자장 이 역전 되 기 어렵 게 된다 . 결정 입자 가 작 으면 다 자구 보다 단자 구 에 존재 한 쪽 이 에너지 적 으로 안정 적 이 기 때문 이 다 . 다 자 구 상태 는 자구 의 한 부분 에서 자장 이 반전 하 면 그것 이 인접 한 자구 로 , 가까우 면 가까울수록 도미노 와 같이 전파 한다 . 단자 구 상태 는 그런 자장 반전 의 발생 빈도 를 줄이 므로 감자 되 기 어렵 고 , 보자력 이 높 아 진다 . 미세화 에 이용 한 방법 은 HDDR ( 수소 화 , 불 균 화 , 탈수소 , 재결합 ) 공정 이 다 ( 그림 1 ) . 이 공정 의 최대 특징 은 화학 반응 을 이용 하 는 것 이 다 . 자분 을 물리 적 으로 잘 게 분쇄 하 여 결정 입자 를 미세 화 하 는 방법 과 는 달리 , 쇄 분 을 그렇게 잘 게 는 분쇄 하 지 않 으므로 Nd 리치 상 이산화 되 기 어렵 다 . Nd 리치 상 은 산화 되 면 비자 성 으로 되 지 않 으므로 인접 결정 입자 끼리 의 자기 적 인 결합 을 끊 을 수 없 게 되 는데 , 이 공정 은 그런 산화 를 방지 한다 . 그림 1 . HDDR 공정 . 수소 환경 하 에서 가열 하 여 Nd 2 Fe 14 B 결정 을 NdH 2 , Fe , Fe 2 B 로 분해 한다 ( 수소 화 , 불 균 화 ) . 이렇게 분해 된 자분 을 진공 에서 가열 하 여 수소 를 뽑아내 어 다시 Nd 2 Fe 14 B 에 결합 시킨다 ( 탈수소 , 재결합 ) . 이 공정 에 의해 자분 주상 의 결정 입자 가 250 nm 정도 로 미세 화 된다 . 그림 은 물질 재료 연구 기구 의 호노 센터 장 자료 를 토대 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . ( 사진 : 물질 재료 연구 기구 ) [ 주 1 ] 이 연구 개발 은 문부 과학 성 의 원소 전략 프로젝트 인 ‘ 저희 토류 원소 조성 고성능 이방성 나노 콤 포지 트 자석 의 개발 ’ 의 일환 으로 실시 되 고 있 다 . [ 주 2 ] 현재 시판 되 고 있 는 통상 의 Nd - Fe - B 소결 자석 의 보자력 은 Dy 나 Tb 없이 는 796 kA / m ( 약 10 kOe ) 정도 . 그것 을 2 배 로 높여 주 는 것 이 이 기술 이 다 . 단 , HEV / EV 의 주행 용 모터 는 1990 k ~ 2388 kA / m ( 25 k ~ 30 kOe ) 정도 의 보자력 이 필요 하 기 때문 에 용도 에 따라서 는 Dy 나 Tb 의 첨가 가 필요 하 게 된다 . [ 주 3 ] 자구 ( 磁區 ) 란 원자 의 자기 모멘트 가 모인 작 은 영역 . 하나 의 결정 입자 는 하나 의 자구 ( 단자 구 상태 ) , 또는 복수 의 자구 ( 다자 구 상태 ) 로 이루어진다 . 자구 와 자구 사이 에 있 는 벽 을 자벽 ( 磁壁 ) 이 라고 하 며 , 자벽 이 계면 쪽 으로 이동 하 면 이 자벽 보다 계면 측 에 가까이 있 던 자구 가 소멸 한다 . 역 으로 , 계면 의 결함 부분 에서 자구 의 핵 이 발생 하 면 새로운 자구 가 거기 에서 생성 된다 . HDDR 공정 은 먼저 자분 을 수소 ( H 2 ) 환경 하 에서 가열 한다 . 이 공정 에서 Nd 2 Fe 14 B 를 일단 NdH 2 , Fe , Fe 2 B 로 분해 한다 . 이어서 그것 을 진공 에서 가열 하 여 수소 를 뽑아내 고 , Nd 2 Fe 14 B 로 되돌린다 . 이런 일련 의 화학 반응 에 의해 주상 의 결정 입자 를 당초 의 100 μ m 에서 250 nm 정도 로 미세 화 할 수 있 다 ( 그림 2 ) . 또 처리 조건 을 적절히 조정 하 면 결정 입자 각각 의 자화 방향 을 원래 의 자분 수준 까지 일치 시킬 수 가 있 다 . 그림 2 . Nd - Cu 합금 에 의한 입계 확산 . ( a ) 의 HDDR 법 으로 만든 자분 에 Nd - Cu 합금 을 섞 어 가열 한 것 이 ( b ) . Nd 가 녹 아 입계 를 따라 확산 하 여 Nd 리치 상 ( 아래 사진 의 백색 부분 ) 이 주상 을 완전히 싸 고 있 다 . 그림 은 물질 재료 연구 기구 호노 센터 장 의 자료 를 토대 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . ( 사진 : 물질 재료 연구 기구 ) ■ Nd - Cu 합금 으로 입계 를 개선 한편 , 전술 한 두 가지 접근 법 중 두 번 째 인 Nd 리치 상 의 개선 은 주상 의 결정 입자 에 새로운 자구 가 발생 하 는 빈도 를 저감 하 기 위한 대책 이 다 . 앞 에서 주상 의 계면 에 결함 이 있 거나 , 주상 사이 에 Nd 리치 상 을 끼 지 않 고 붙 어 있 는 부분 은 감자 되 기 쉽 다고 설명 했 다 . 그것 은 이 부분 에서 새로운 자구 가 발생 하 기 쉽 기 때문 이 다 . 이것 을 막 기 위해 입계 확산 법 은 입계 에 Dy 나 Tb 를 선택 적 으로 주입 하 는데 , 호노 센터 장 은 Nd 리치 상 으로 주상 의 결정 입자 를 완전 하 게 둘러싸 려고 하 고 있 다 . 그렇지만 호노 센터 장이 Nd 리치 상 을 개선 함 으로써 노리 는 것 은 그것 뿐 만 이 아니 다 . 실제 Nd 리치 상 은 결정 입자 끼리 의 자기 적 결합 을 끊 어 버리 는 작용 도 한다 . 적절 한 열처리 를 행할 경우 , Nd 리치 상 은 자성체 의 결정 이 아닌 비 자성체 의 아모 퍼스 ( 비정질 ) 로 된다 [ 주 4 ] . 이렇게 하 면 주상 을 Nd 리치 상 으로 확실 하 게 둘러싸 면 결정 입자 끼리 의 자기 적 인 결합 을 끊 는 것 이 가능 하 게 되 고 , 어떤 결정 입자 에서 만들 어 진 자장 의 반전 이 인접 하 는 결정 입자 로 전파 해 가 는 것 을 방지 하 는 것 이 다 . 호노 센터 장이 Nd 리치 상 의 개선 에 적용 한 것 이 입계 확산 법 이 다 . 그러나 입계 확산 법 이 라고 는 하 지만 , 확산 시키 는 것 은 Dy 나 Tb 가 아니 고 Nd 이 다 . 또 자석 을 소결 한 후 에 입계 확산 을 실시 하 지 않 고 , 자분 을 제작 하 는 최종 단계 에서 적용 하 는 점 이 전술 한 자석 제조 업체 의 처리 방법 과 다르 다 . 구체 적 으로 는 HDDR 공정 으로 제작 한 자분 ( Nd - Fe - B 계열 합금 ) 과 네오디뮴 - 동 ( Nd - Cu ) 합금 분말 을 섞 어서 가열 한다 . Nd - Cu 합금 을 선택 한 것 은 융점 이 520 ℃ 로 낮 기 때문 이 다 . 소결 온도 를 높 게 하 면 결정 입자 가 성장 하 기 때문 에 , 결정 입자 를 미세 하 게 유지 할 수 없 게 된다 . 따라서 소결 온도 를 낮 게 억제 하 지 않 으면 안 되 고 , 융점 이 낮 은 Nd 합금 이 바람직 하 다 . Nd - Cu 는 소결 온도 를 600 ℃ 정도 로 낮추 어도 액체 로 되 어 Nd 가 입계 를 따라 확산 해 간다 [ 그림 2 ( b ) ] . 또 호노 씨 의 연구 에서 Nd 리치 상 에 Cu 가 섞이 면 보자력 이 높 아 지 는 것 으로 판명 되 었 다 . Nd - Cu 합금 을 사용 하 면 Cu 의 공급원 으로 도 된다 . 현재 호노 씨 는 이번 에 개발 한 보자력 이 높 은 자분 을 사용 하 여 소결 자석 을 제조 하 는 기술 을 개발 하 고 있 다 . 기본 적 으로 는 자장 을 걸 어 자분 을 배향 시키 면서 프레스 한다 . 다음 에 이 압 분체 ( 壓 粉體 ) 를 방전 플 라즈 마 소결법 ( Spark Plasma Sintering ) 으로 약 600 ℃ 에서 저온 소결 하 면서 핫 프레스 ( HotPress ) 를 해 자화 의 이방성 을 높이 는 공정 을 택했 다 [ 주 5 ] . ■ 자분 의 제조 방법 도 최적 화 경제 산업 성 이 신 에너지 산업 기술 총합 개발 기구 ( NEDO ) 를 통해 추진 하 는 ‘ 희소금속 대체 재료 개발 프로젝트 ’ 에서 도 결정 입자 의 미세화 와 입계 상 의 개선 에 의해 Dy 와 Tb 의 사용량 을 절감 하 도록 하 는 대책 이 진행 되 고 있 다 . ‘ 희토류 자석 용 디스프로슘 사용량 저감 기술 개발 ’ 이 다 . [ 주 4 ] 열처리 가 부적절 하 면 Nd 리치 상 이 결정 으로 되 고 , 비자 성상 으로 는 되 지 않 는다 . [ 주 5 ] 과제 중 의 하나 는 최대 에너지 적 의 향상 이 다 . 그러 기 위해서 는 자분 의 배 향도 를 높이 는 것 이 필요 하 다고 한다 . 현재 의 목표 는 HEV / EV 주행 용 모터 에 사용 하 는 것 이 다 . 보자력 약 1990 kA / m ( 25 kOe ) , 최대 에너지 적 약 279 kJ / ㎥( 35 MGOe ) 인 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 이 다 . 이 테마 의 리더 를 맡 고 있 는 동북 대학 대학원 공학 연구 과 스기모토 사토시 ( 杉 本 諭 ) 교수 에 의하 면 , 결정 입자 를 미세 화 하 기 위한 자석 원료 합금 의 ‘ 라멜라 간격 ( LamellarSpacing ) ’( 후술 ) 단축 및 자석 원료 합금 을 파쇄 해 만드 는 자분 의 미세화 관점 에서 연구 개발 을 진행 중 이 라고 한다 . 입계 상 의 개선 에 관해서 는 Dy 를 입계 상 에 균일 하 게 분산 시키 기 위한 새로운 공정 을 개발 하 는 과제 에 당면 하 고 있 다 . 그 중 에서 라멜라 간격 의 단축 을 담당 하 고 있 는 곳 이 산토 쿠 ( 三德 / 코베 시 ) 다 . 통상 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 원료 합금 은 주상 인 Nd 2 Fe 14 B 사이 에 기둥 모양 의 Nd 리치 상 이 거의 일정 한 간격 으로 나타나 도록 만들 어 진다 ( 그림 3 ) . 그 Nd 리치 상간 의 간격 을 라멜라 간격 이 라고 부른다 . 그림 3 . 자분 의 미세화 와 원료 합금 의 라멜라 간격 의 관계 . 라멜라 간격 이 자분 의 입자 직경 에 비해 충분히 짧 지 않 으면 미분 쇄 했 을 때 의 자분 에 Nd 리치 상 이 포함 되 지 않 은 것 이 많이 나오 게 된다 . 라멜라 간격 이 충분히 짧 으면 이 그림 과 같이 자분 에 Nd 리치 상 이 포함 된 것 이 나오 는 비율 이 높 다 . 그림 은 동북 대학 스기모토 교수 의 자료 를 토대 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . 라멜라 간격 을 좁혀서 얻 는 이점 은 원료 합금 을 파쇄 해 만든 자분 을 미세 화 해도 주상 주위 에 Nd 리치 상 이 들어간 자분 을 많이 만들 수 있 다 . 자분 의 입자 직경 에 비해 라멜라 간격 이 너무 길 면 Nd 리치 상 이 붙 어 있 지 않 은 자분 이 많이 나온다 . 이것 으로 는 소결 해도 주상 의 주위 가 Nd 리치 상 으로 확실 하 게 싸여진 결정 을 만들 기 어렵 다 . 일반 적 으로 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 원료 합금 은 슬립 캐스팅 ( Slip Casting ) 이 라는 제조법 으로 만들 어 진다 . 고속 으로 회전 하 는 드럼 표면 에 녹 은 원료 합금 을 떨어뜨려 급속히 냉각 하 는 것 이 다 . 산토 쿠 ( 三徳 ) 는 그 냉각 속도 의 최적화 에 의해 라멜라 간격 이 좁 게 되 도록 연구 개발 을 진행 하 고 있 다 . ■ He 가스 로 제트 밀링 자분 미세화 에 관해서 는 인터 메탈 릭스 ( 교토 시 ) 가 연구 개발 을 진행 한다 . 이 회사 는 ‘ 제트 밀링 ( JetMilling ) ’ 이 라는 방법 을 개량 하 여 아직 실험실 수준 이 지만 “ 약 1 μ m 의 미세 한 자분 을 만드 는 기술 개발 을 완료 ( 사카 와 마코토 / 佐 川 眞人 대표취체역 ) ” 했 다 . 제트 밀링 은 거칠 게 분쇄 한 자분 을 고속 의 가스 흐름 속 에 넣 고 , 자분 끼리 충돌 시켜 더욱 미세 하 게 분쇄 ( 미분 쇄 ) 하 는 기술 이 다 . 보통 질소 ( N 2 ) 가스 를 사용 하 는데 , 이 회사 가 새롭 게 개발 한 방법 은 헬륨 ( He ) 가스 를 사용 한다 . “ He 는 N 2 보다 가벼워 유속 을 높이 기 쉽 고 , 단시간 에 미분 쇄 가 가능 하 기 때문 에 ( 자분 을 미세 화 해도 ) 표면 이 산화 되 지 않 는다 . 더욱이 He 는 불활성 기체 이 기 때문 에 N 2 와 달리 Nd 와 화합물 을 만들 지 않 는다 . ( 동북 대학 스키 모토 ) ” 는 이 점 도 있 다 . 흥미 로운 것 은 이 회사 가 제트 밀링 을 이용 하 여 미세 화 한 자분 을 소결 하 기 위한 새로운 공정 인 ‘ PLP ( PressLessProcess ) ’ 를 이 프로젝트 와 는 별도 로 독자 적 으로 개발 한 것 이 다 . 자분 을 미세 화 하 면 일정량 의 자분 의 표면 적 의 합 이 증가 하 여 Nd 리치 상 이 산화 하 기 쉽 게 된다 . 이것 을 막 으려고 고안 한 것 이 PLP 다 . PLP 의 최대 특징 은 고농도 의 아르곤 ( Ar ) 가스 를 채운 파이프 가운데 에서 자분 의 충전 에서 소결 까지 의 일련 의 공정 을 처리 하 는 것 이 다 ( 그림 4 ) . 구체 적 으로 는 먼저 홉 퍼 ( 깔때기 모양 의 하부 에 배출구 가 있 는 공급 장치 ) 에서 이 파이프 가운데 의 카본 제 용기 에 자분 을 공급 하 고 , 그것 을 손 으로 누르 는 정도 의 압력 으로 용기 에 밀 어 넣 는다 ( 치밀 화 ) . 다음 에 이 용기 가 파이프 에 들 어 있 는 채 뚜껑 을 덮 어 여러 층 으로 쌓 고 ( 퇴적 ) , 코일 로 5 T ( 테슬러 ) 정도 의 강한 펄스 자계 를 걸 어 자화 의 방향 을 일치 시킨다 ( 배향 ) . 마지막 으로 소결 하 면 자석 이 완성 된다 . 그림 4 . 미세 화 한 자분 을 소결 하 기 위한 신 공정 인 PLP ( PressLess Process ) . 인터 메탈 릭스 가 개발 했 다 . 아르곤 가스 를 채운 파이프 속 에서 자분 의 충전 에서 배향 까지 일련 의 공정 을 실행 하 기 때문 에 미세 화 한 자분 이 산화 되 지 않 는다 . 그림 은 이 회사 자료 를 토대 로 닛케이 모노 즈 쿠리 작성 . 종래 의 소결법 과 는 다르 게 프레스 를 하 기 때문 에 공기 중 에서 자분 을 틀 에 넣 고 빼 는 조작 이 불 필요 하 다 . 또 치밀 화 할 때 도 가볍 게 누르 는 정도 이 므로 윤활제 나 접착제 가 적 게 든다 . 따라서 자분 의 산화 가 억제 되 고 불순물 도 섞이 지 않 는다 . 덧붙여 말 하 면 “ 프레스 를 하 지 않 아도 소 결체 의 밀도 는 프레스 한 것 과 다르 지 않 다 . ” ( 사카 와 ) 고 한다 . 그림 5 . TDK 가 개발 한 H - HAL 법 . Dy 소스 분말 을 압 분체 를 만들 기 전 단계 에서 자분 과 균일 하 게 섞 는다 . 이것 에 의해 Dy 가 입계 를 따라 구석구석 골고루 퍼지 기 쉽 게 한다 . 그림 은 TDK 자료 를 토대 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . 이 회사 는 실증 장치 를 2 호기 까지 제작 해 이미 효과 확인 을 마쳤 다 . 라멜라 간격 이 3 μ m ~ 4 μ m 인 원료 합금 을 He 제트 밀링 으로 미분 쇄 해 입자 직경 이 약 1 μ m 로 만든 자분 을 사용 해 소결 후 주상 입자 의 직경 이 약 1 . 5 μ m 인 미세 한 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 을 제작 할 수 있 었 다고 한다 . 이 자석 의 보자력 은 Dy 나 Tb 없이 약 1592 kA / m ( 20 kOe ) 로 높 다 [ 주 6 ] . ■ Dy 분말 을 자분 과 섞 어서 소결 Dy 를 입계 상 ( 粒 界 相 ) 에 균일 하 게 분산 시키 기 위한 새로운 공정 을 개발 하 고 있 는 곳 이 TDK 다 . 입계 확산 법 에 속하 는 ‘ H - HAL 법 ’ 이 라는 것 이 다 . 현재 의 입계 확산 법 과 크 게 다른 것 은 Dy 의 공급원 이 되 는 물질 ( Dy 소스 ) 을 소결 전 의 압 분체 를 만들 기 전 단계 에서 혼합 하 는 것 이 다 ( 그림 5 ) . 구체 적 으로 는 거칠 게 분쇄 한 Dy 소스 입자 를 균일 하 게 분산 시킨다 . 직경 수 μ m 의 자분 과 1 μ m 미만 의 Dy 소스 를 소결 할 때 균등 하 게 배합 된 Dy 소스 로부터 Dy 가 입계 를 따라 확산 해 가 기 때문 에 주상 을 Dy 리치 상 으로 확실 하 게 둘러싸 기 쉽 게 된다 . [ 주 6 ] 인터 메탈 릭스 는 Dy 없이 약 1990 kA / m ( 250 kOe ) 의 보자력 을 2012 년 중 에 실현 하 는 것 을 목표 로 연구 개발 을 계속 중 이 다 . 한편 , 소결 후 주상 의 입자 직경 이 3 μ m 로 , 지금 보다 주상 을 미세 화 한 이 자석 의 실용화 ( 공업화 ) 를 향한 대책 을 진행 하 고 있 다고 한다 . TDK 에 의하 면 같 은 양 의 Dy 를 사용 한 경우 , 보자력 이 통상 의 이합 금법 보다 159 kA / m ( 2 kOe ) 올라간다 . 또 , 입계 상 의 개선 효과 는 현재 의 입계 확산 법 에 미치 지 못하 지만 , 자석 의 표면 부 근만 이 아니 고 내부 깊숙이 까지 입계 상 을 개선 할 수 있 다 . 소결 까지 처리 가 완료 되 는 방법 으로 , 소결 후 에 적용 하 는 현재 의 입계 확산 법 과 의 병용 도 생각 할 수 있 다 . ■ 네오디뮴 - 철 - 보론 에서 탈피 하 면 Dy 도 필요 없 다 . Nd - Fe - B 계열 소결 자석 에서 Dy 나 Tb 의 사용량 을 절감 하 는 대책 을 세우 는 한편 , 이 자석 을 대체 하 기 위한 재료 의 연구 도 진척 되 고 있 다 . 그 하나 가 동북 대학 대학원 공학 연구 과 의 타카하시 토기 ( 高 橋 研 ) 교수 팀 이 연구 하 고 있 는 질화 철 ( Fe 16 N 2 ) 이 다 [ 주 7 ] . Fe 16 N 2 는 포화 자화 가 높 고 , 최대 에너지 적 이 이론 치 로 약 1035 kJ / ㎥( 130 MGOe ) 로 강력 한 자석 이 될 수 있 는 잠재력 을 갖 고 있 다 . 그러나 문제 는 이방성 자계 ( 異方 性 磁界 ) 가 낮 은 것 이 다 ( 그림 6 ) . 보자력 은 이방성 자계 에 비례 한다 . 실제로 Fe 16 N 2 의 보자력 은 이론 치 로 796 kA / m ( 10 kOe ) 여서 낮 은 편 이 다 . 그림 6 . 질화 철 의 포 화자 화 와 이방성 자계 . 동북 대학 의 타카하시 교수 의 자료 를 토대 오 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . 그래서 타카하시 교수 팀 이 몰두 하 고 있 는 것 이 포화 자화 를 다소 떨어뜨려서 라도 Fe 16 N 2 의 보자력 을 높이 기 위한 연구 이 다 . 구체 적 으로 는 Fe 의 일부 를 희소금속 이 아닌 다른 금속 원소 로 , 또 N 의 일부 를 붕소 나 산소 등 다른 비금속 원소 로 치환 하 는 방법 을 찾 고 있 다 . 원소 의 치환 으로 보자력 향상 을 기대 할 수 있 는 것 은 이방성 자계 가 결정 구조 와 성분 에 따라 결정 되 기 때문 이 다 . 즉 , 이방성 자계 는 자기 가 어느 방향 으로 얼마 만큼 향하 기 쉬운가 하 는 자기 이방성 에너지 에 비례 하 고 , 외부 에 얼마 만큼 의 자기 모멘트 를 방출 하 는가 하 는 포 화자 화 에 반비례 한다 . 전자 는 대 전자 ( 帶 電子 ) 가 흐르 는 방향 과 거리 , 후자 는 대 전자 의 수 에 의해 결정 되 기 때문 에 결정 구조 와 성분 이 열쇠 가 된다 . Fe 16 N 2 는 실제로 200 ℃ 에서 상 분리 가 되 어 버리 는 난점 도 있 다 . 그 때문 에 본드 자석 ( BondedMagnet : 분말 을 수지 등 의 접착제 에 섞 어 굳힌 자석 으로 , 가공 은 용이 하 지만 고 성능 자석 이 되 기 는 어렵 다 ) 으로서 밖 에 사용 할 수 없 는 제한 이 있 는 외 에 , 200 ℃ 의 내열성 이 필요 한 하이브리드 자동차 ( HEV ) 에 적용 하 는 것 도 어렵 다 . 그러나 , 최대 에너지 적 이 매우 높 아 “ 풍력 발전 용 발전기 에 는 적합 하 다 . ” ( 타카하시 ) 적재적소 에 자석 의 종류 를 나눠 사용 해 희소금속 을 삭감 해 가 는 것 이 중요 하 다 . [ 주 7 ] 경제 산업 성 의 희소금속 대체 재료 개발 프로젝트 인 ‘ Nd - Fe - B 계열 자석 을 대체 할 신규 영구 자석 및 이트륨 계열 복합 재료 의 개발 ’ 의 일환 으로 연구 개발 을 진행 하 고 있 다 . 한편 , 대체 재료 후보 로써 사마륨 - 철 - 질소 ( Sm - Fe - N ) 계열 의 재료 를 연구 하 고 있 는 곳 이 전술 한 동북 대학 의 스기모토 그룹 이 다 [ 주 7 ] . Sm 2 Fe 17 Nx ( x 에 는 경우 에 따라 다양 한 수치 가 들어간다 ) 는 보자력 이 Nd - Fe - B 계열 재료 의 5 배 정도 로 높 다 . 그러나 550 ℃ 이상 에서 분해 되 어 버리 기 때문 에 현재 는 본드 자석 에 사용 될 뿐 이 다 . 접착제 가 필요 한 만큼 자분 의 충전율 이 내려가 고 , 최대 에너지 적 이 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 반 이하 로 낮 다 . 이 때문 에 스기모토 그룹 은 Sm 2 Fe 17 Nx 자분 을 높 은 밀도 로 굳히 는 기술 을 개발 하 고 있 다 . ■ HEV / EV 용 을 페라이트 로 그림 7 . 페라이트 자석 을 사용 한 신 개발 액 시얼 갭 모터 . 모터 의 기본 사양 은 다음 과 같 다 . 체적 8 . 81 L ( 99 %), 최대 토크 301 N ∙ m ( 75 %), 최대 토크 밀도 34 . 2 N ∙ m / L ( 75 %), 기저 속도 1700 rpm ( 142 %), 최대 출력 51 . 5 kW ( 103 %), 최대 출력 밀도 5 . 85 kW / L ( 104 %), 최대 효율 92 . 5 %. 괄호 안 의 % 는 2 세대 프리우스 의 모터 와 비교 한 상대 치이 다 . ( 사진 : 홋카이도 대학 ) 모터 측 에서 도 Dy 나 Tb 의 사용량 을 줄이 는 대책 이 진전 되 고 있 다 . 개발 방향 은 대별 해서 두 가지 다 . 하나 는 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 을 사용 하 지 않 거나 소량 으로 해결 하 는 PM 모터 이외 의 기존 방식 모터 의 고성능 화 . 또 하나 는 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 사용량 을 줄이 거나 , 소결 자석 이외 의 페라이트 자석 등 Dy 나 Tb 를 사용 하 지 않 는 자석 으로 해결 할 수 있 는 신 구조 모터 의 개발 이 다 . 전자 는 미쓰 비시 전기 , 오사카부 립 대학 , 도쿄 이 과 대학 , 나가사키 대학 등 이 , 후자 는 히타치 제작소 , 나고야 공업 대학 등 이 연구 개발 에 몰두 하 고 있 다 . 홋카이도 대학 대학원 정보 과학 연구 과 타케모토 마사 쓰 구 ( 竹 本 眞 紹 ) 준 교수 도 후자 의 개발 을 진행 하 고 있 는 그룹 의 하나 다 . 이 그룹 이 개발 하 고 있 는 것 은 액 시얼 갭 모터 이 다 [ 주 8 ] . 시작품 은 이미 시판 중 인 HEV 에서 사용 하 고 있 는 주행 용 PM 모터 의 75 % 에 상당 하 는 최대 토크 밀도 인 34 . 2 N ∙ m / L 를 실현 하 고 있 다 ( 그림 7 ) [ 주 9 ] . 타케모토 씨 는 “ 이번 모터 는 최초 의 시작품 으로 , 특히 진동 대책 을 염두 에 두 고 만들 었 다 . 이 때문 에 효율 과 토크 밀도 가 개선 될 여지 는 아직 상당히 있 다 . ” 고 설명 한다 . [ 주 7 ] 경제 산업 성 의 희소금속 대체 재료 개발 프로젝트 인 ‘ Nd - Fe - B 계열 자석 을 대체 하 는 신규 영구 자석 및 이트륨 계열 복합 재료 의 개발 ’ 의 일환 으로 연구 개발 을 진행 하 고 있 다 . [ 주 8 ] NEDO 의 ‘ 차세대 자동차 용 고성능 축전 시스템 기술 개발 ’ 의 일환 으로 개발 했 다 . [ 주 9 ] 비교 한 것 은 개발 에 착수 할 당시 최신형 이 었 던 2 세대 프리우스 ( 2003 년 발매 ) . 2009 년 에 발매 된 현재 의 프리우스 는 최대한 모터 를 소형 화 했 기 때문 에 최대 토크 밀도 가 내려가 이번 에 개발 한 모터 와 거의 동등 하 게 되 었 다 . 새로이 개발 한 모터 의 최대 특징 은 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 을 사용 하 지 않 고 페라이트 자석 을 사용 한 점 이 다 . 물론 간단 하 게 치환 되 지 는 않 는다 . 페라이트 는 자석 으로서 의 성능 이 나쁘 기 때문 에 치환 된 만큼 토크 밀도 가 1 / 3 ~ 1 / 4 로 저하 된다 . 이 저하 분 만큼 보충 하 기 위해 액 시 얼형 으로 설계 하 고 , 새로이 세그먼트 구조 의 회전자 를 개발 했 다 ( 그림 8 ) . 그림 8 . 액 시얼 갭 모터 의 구조 . 비자 성 구조 체 는 페라이트 자석 과 압분철심 이 직접 접촉 하 지 않 으므로 세그먼트 구조 라고 한다 . 이 둘 을 잘 수납 할 수 있 게 구조 체 에 는 분할 된 설치 공간 을 두 고 있 다 . 그림 은 홋카이도 대학 의 타케모토 씨 자료 를 토대 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . ( 화상 : 홋카이도 대학 ) HEV 와 EV 에 탑재 되 는 주행 모터 는 래디 얼형 이 기본 이 다 . 그런데 래디 얼형 은 고정자 측 코일 의 굴 절부 ( 코일 엔드 ) 가 쓸데없 는 공간 으로 되 어 자속 의 발생 에 기여 하 지 않 는다 . 한편 , 액 시 얼형 은 코일 을 유효 하 게 이용 할 수 있 으므로 큰 토크 를 얻 기 좋 다 . 그림 9 . 종래 형 과 의 구조 의 차이 . 고정자 에 의해 발생 된 자속 은 종래 구조 에서 는 페라이트 자석 을 통과 하 지만 , 신 구조 에서 는 압분철심 을 통과 하 도록 굽 어 져 강한 릴럭턴스 토크 를 발생 시킨다 . 자속 이 자석 가운데 를 통과 하 기 어렵 기 때문 에 불가역 감자 를 억제 하 는 효과 도 있 다 . 그림 은 홋카이도 대학 타케모토 씨 의 자료 를 토대 로 닛케이 모노 즈 쿠리 가 작성 . 또 여기 에 세그먼트 구조 인 회전자 의 효과 가 더 해진다 ( 그림 9 ) . 통상 의 액 시 얼형 회전자 는 강판 으로 된 회전자 코어 의 표면 에 페라이트 자석 을 붙인다 . 이렇게 하 면 자석 의 두께 가 한정 되 고 , 또 자성체 코어 가 마중물 역할 을 하 게 되 어 고정자 에서 발생 한 자속 이 자석 내부 를 빠져나가 기 쉽 게 된다 . 이 에 비해 회전자 코어 를 없애 고 자속 이 통과 하 기 쉬운 압분철심 을 배치 한 세그먼트 구조 로 하 면 고정자 에서 발생 한 자속 은 자석 을 피해 굽 어 져 압분철심 부분 을 지나간다 . “ 자속 은 똑바로 진행 하 는 성질 이 있 기 때문 에 강력 한 릴럭턴스 토크 가 얻 어 진다 . ” ( 홋카이도 대학 대학원 정보 과학 연구 과 오가사와라 사토시 / 小 笠 原 悟 司 교수 ) . 이 효과 로 토크 밀도 를 더욱 높일 수 있 는 것 이 다 . 타케모토 교수 는 페라이트 자석 을 사용 한 자동차 용 모터 의 자리매김 을 다음 과 같이 본다 . “ 고급 전기 자동차 ( EV ) 용도 로 는 Nd - Fe - B 계열 소결 자석 에 는 대항 할 수 없 다 . 그러나 페라이트 자석 의 코스트 는 소결 자석 의 수 분 의 일 이 다 . 저 코스트 의 선택지 가 있 으면 저 가 인 EV 를 실현 할 수 있 고 , Nd - Fe - B 계열 소결 자석 의 가격 인상 에 대해 견제 가 된다 . ” 실제로 닛산 자동차 가 2010 년 12 월 에 발매 한 ‘ 리프 ’ 는 소형 고 효율 의 IPM ( InternalPermanent Magnet ) 모터 를 채용 하 고 있 는데 , 그 모터 를 담당 한 기술자 는 “ EV 는 가격 절감 이 더욱 요구 되 고 있 으므로 페라이트 자석 을 사용 한 모터 와 유도 모터 의 개발 도 진행 하 고 있 다 . ” 고 밝혔 다 . ( 다음 회 에 계속 ) ( 닛케이 모노 즈 쿠리 나카야마 쓰토무 / 中 山 力 , 타카다 켄이치 / 高 田 憲 一 , 토미오카 쓰 네 노리 / 富 岡 恒 憲 ) [ 닛케이 모노 즈 쿠리 2011 년 1 월 호 기사 를 토대 로 재 구성 ] http : / / www . nikkei . com / article / DGXNASFK 22023 _ S 1 A 320 C 1000000 / レアメタル 依存 症 からの 脱 却 [ 2 ] （ ４ ） 磁石 に 添加 する ジスプロシウム （ Dy ） を 減 らす 2011 / 3 / 257 : 00 日本 のものづくりで レアメタル （ レアアース を 含 む ） がどう 使 われ 、「 レアメタル 依存 症 」 からどう 脱 却 すべきなのかを 探 る 本 連載 。 ４ 回 目 の 今回 と 次回 の ２ 回 にわたって 、 電 気 自動 車 などの 高 性能 モーター に 欠 かせないといわれる 「 ジスプロシウム （ Dy ）」 の 使用 量 をどう 減 らしていくのか 、 技術 開 発 の 現場 を 見 ていく 。 小型 で 軽 量 な 高 性能 モータ として 幅 広 い 用 途 で 使 われているのが 、 永久 磁石 型 の 同期 モータ （ PM モータ ） である 。 ハイブリッド 車 （ HEV ） や 電 気 自動 車 （ EV ） の 走行 モータ をはじめ 、 電動 パワーステアリング の 駆 動 モータ 、 省 エネルギ 型 の エアコン 用 圧 縮 機 の モータ 、 ドラム を 斜 めに 配置 した 洗濯 機 の ドラム 駆 動 用 モータ 、 工作 機械 の 位置 決 め / 割 り 出 しや ロボット に 使 う 産業 用 モータ など 、 さまざまなところで 活用 されている （ 図 １ ）。 図 １ 　 市 販 の Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 最大 エネルギ 積 と 保 磁力 の 関 係 　　 物質 ・ 材料 研 究 機構 の 宝 野 氏 の 資料 を 基 に 、 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 こうした 用 途 で 高 い 性能 を 実 現 するには 、 現 状 では 「 ネオジム・ 鉄 ・ボロン （ Nd - Fe - B ） 系 焼 結 磁石 」 と 呼 ばれる 高 性能 磁石 が 不 可 欠 だ 。 例 えば 、 HEV では 約 1 kg / 台 、 EV では 約 2 kg / 台 の Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 が 使 われている 。 その 磁石 原料 としての Nd に 加 え 、 高 い 耐熱 性 を 求 められる 用 途 向 けには ジスプロシウム （ Dy ） や テルビウム （ Tb ） といった レアアース が 必要 とされる 。 Dy （ 一部 を Tb に 置換 する 場 合 もある ） は 、 HEV / EV 用 の 走行 モータ の 場 合 で Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 総 質量 の 7 ～ 10 質量 ％、 エアコン 用 圧 縮 機 の モータ の 場 合 で 4 ～ 5 質量 ％ 添加 されている 。 この Dy と Tb は 、「 重 希 土 」 と 呼 ばれる レアアース の 中 でもとりわけ 希 少 な 資源 。 物質 ・ 材料 研 究 機構 磁性 材料 センター 長 の 宝 野 和 博 氏 によれば 「 Dy の 地 殻 存在 度 は 諸 説 あるが 、 ざっくり 言 えば 、 Nd の 10 ～ 20 ％。 Tb はもっと 少 ない 」 （ Tb は 同 2 ～ 4 ％）。 しかも 、 現 状 では 供給 元 がほぼ 中 国 に 限 られる 上 、 中 国 から 日本 が 1 年間 に 輸入 できる 量 は 中 国 政府 によって 決 められている 。 このため 、 HEV / EV や 省 エネ 家電 の 増 加 などでさらに PM モータ の 需要 が 伸 びてくると 、 安定 確保 が 難 しくなる 恐 れがある 。 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 では 、 Nd 、 Dy 、 Tb が 合計 で 同 磁石 の 約 30 質量 ％ を 占 める 。 高 耐熱 タイプ では 、 Nd が 約 20 質量 ％ で 、 Dy が 約 10 質量 ％。 資源 の 存在 度 を 考 えると 、 今後 、 Dy や Tb の 方 が Nd よりも 調達 が 厳 しくなると 懸念 される 。 そこで 、 より 求 められているのが 、 Dy や Tb の 使用 量 を 減 らすことだ 。 既 に 実 用 レベル に 達 している 技術 もある 。 具 体 的 には 、（ 1 ） Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 における Dy や Tb の 使用 量 を 減 らすか ゼロ にする 、（ 2 ） 同 磁石 を 代替 可能 な 別 の 高 性能 磁石 を 開 発 する 、（ 3 ） 同 磁石 を 必要 としないか 少量 で 済 む 高 性能 モータ を 開 発 する 、 である 。 以下 で 順 に 見 ていくことにしたい 。 図 ２ 　 信 越 化 学 工業 の Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 特性 　　 粒 界 拡 散 法 を 採用 した Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 （ 新開 発 技術 グレード ） の 保 磁力 が 高 まっている 。 Dy を 粒 界 に 選 択 的 に 導入 することで 、 Dy を 使 いながらも 残 留 磁束 密度 をほぼ 維持 しつつ 、 少量 の Dy でも 保 磁力 を 高 められた 。 図 は 、 信 越 化 学 工業 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 Dy や Tb の 使用 量 を 減 らす 取 り 組 みとして 実 用 化 が 進 んでいるのが 、 粒 界 拡 散 法 という 技術 だ 。 信 越 化 学 工業 、 日 立 金 属 、 TDK がそれぞれ 開 発 した 。 前 の 2 社 が 既 に 、 同 技術 を 適用 した Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 販 売 を 開始 しており 、 TDK も 2011 年 から 量 産 を 始 める 計 画 である 。 その Dy や Tb の 使用 量 は 、 信 越 化 学 工業 の 同 磁石 の 場 合 で 「 二合金法 という 従 来 の 造 り 方 の 半分 くらい 」 （ 同社 ） に 減 った （ 図 ２ ）。 ■ 粒 界 に Dy を 選 択 的 に 導入 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 に Dy や Tb が 必要 とされるのは 、 保 磁力 を 確保 するためである 。 保 磁力 とは 、 逆 磁場 （ 永久 磁石 の 磁化 方向 と 逆 の 磁場 ） や 温 度 変 化 に 対 する 、 磁石 の 減磁 のしにくさを 表 す 値 。 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 では 通常 、 高 温 になるほど 逆 磁場 によって 減磁 しやすくなる 。 そこで 、 保 磁力 を 上 げるために Dy や Tb といった 重 希 土 を 加 える 。 例 えば 、 磁石 の 温 度 が 200 ℃ 程度 になるとされる HEV の 走行 用 モータ では 、 質量 で Nd の 4 割 分 を 重 希 土 に 置 き 換 えている 。 Dy や Tb の 添加 で 保 磁力 が 上 がるのは 、 同 磁石 の Nd 2 Fe 14 B （ 数 字 は 下付 き 、 以下 同 ） という 組織 構造 において 、 Nd の 一部 が Dy や Tb に 置 き 換 わるためだ 。 R 2 Fe 14 B （ R は 希 土類 元素 ） という 化合 物 では 、 R が Nd のときよりも Dy や Tb のときの 方 が 、 保 磁力 と 比例 する 「 異方 性 磁界 」 という 値 が 高 い 。 図 ３ 　 粒 界 拡 散 法 による Dy の 選 択 的 な 導入 　　 信 越 化 学 工業 の 例 。 右 の 写 真 で 薄 い 水色 になっている 所 が Dy の 濃度 が 高 い 部分 。 Dy が 粒 界 に 選 択 的 に 導入 されている 様 子 が 分 かる 。 （ 写 真 ： 信 越 化 学 工業 ） 粒 界 拡 散 法 は 、 そうした Dy や Tb を Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 組織 の 粒 界 部分 に 選 択 的 に 導入 することができる （ 図 ３ ）。 通常 、 同 磁石 は 、 大 きさが 4 μ ～ 5 μ m 前後 の Nd 2 Fe 14 B の 結晶 （ 主 相 ） が 集 まってできており 、 主 相 と 主 相 の 間 （ 粒 界 ） に Nd リッチ 相 （ Nd 2 Fe 14 B の 比 率 よりも Nd が 多 い 化合 物 の 組織 ） が 生成 される 。 ただ 、 一般 にはこの Nd リッチ 相 が 生成 されていなかったり 、 主 相 の 界面 が 荒 れたりしているため 、 減磁 しやすくなる 。 そこで 、 減磁 に 強 い Dy や Tb を 粒 界 部分 に 選 択 的 に 導入 することで 、 これまでよりも 少 ない 量 で 同等 の 保 磁力 を 確保 しようというのが 、 粒 界 拡 散 法 の 基本 的 な 考 え 方 だ 。 従 来 の 二合金法 では 、 磁石 の 原料 となる Nd - Fe - B 系 の 合 金 を 造 る 際 に Dy や Tb を 混 ぜていたため 、 主 相 と 粒 界 の 区 別 なく Dy や Tb が 広 く 分散 していた 。 これに 対 し 粒 界 拡 散 法 では 、 原料 の 合 金 に 添加 する Dy や Tb を 減 らし 、 残 りの 一部 を 粒 界 の 改善 に 回 す 。 まず 、 通常 の Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 と 同 様 に 、 原料 の 合 金 を 粉 砕 して 粉末 にし 、 磁場 をかけながら プレス して 、 その 後 に 焼 結 する 。 従 来 と 違 うのは 、 焼 結 後 にある 処 理 を 施 す 点 だ 。 その 処 理 方法 は 、 大別 すると 2 種類 ある 。 1 つは 、 液 状 化 が 可能 な Dy や Tb の 化合 物 を 使 うもの 。 同化 合 物 の 中 に 浸漬 （ しんせき ） したり 同化 合 物 を 塗布 したりすることで 、 焼 結 後 の 磁石 の 表面 に 同化 合 物 の 膜 を 作 る 。 その 上 で 熱 処 理 を 施 すことで 同化 合 物 を 分解 して 、 Dy や Tb を 粒 界 に 拡 散 させる 。 もう 1 つは 、 蒸着 を 利用 するもの 。 真 空 チャンバ 内 に 焼 結 後 の 磁石 と Dy や Tb を 入 れて 加熱 すると 、 Dy や Tb の 蒸 気 が 発 生 して 磁石 の 粒 界 に 拡 散 する 。 前者 は 信 越 化 学 工業 と TDK が 、 後者 は 日 立 金 属 が 採用 している 。 ■ 保 磁力 分布 に 差 をつける さらに 、 これらの 磁石 メーカー が 進 めているのが 、 粒 界 拡 散 法 を 減磁 されやすい 部分 とそうでない 部分 に 差 をつけて 適用 するという アプローチ だ 。 例 えば 、 ロータ （ モータ 内 の 回 転 部分 ） の 円 筒 面 に カマボコ 型 の 磁石 を 配置 する SPM （ Surface Permanent Magnet ） モータ では 、 磁石 は 、 回 転 方向 に 対 して 後 ろ 側 の 端部 ほど 減磁 しやすい （ 図 ４ ）。 モータ の 回 転 時 に 、 磁石 の 回 転 方向 手 前 側 が コイル に 吸引 されるのに 対 し 、 同 後 ろ 側 は コイル から 反 発 力 を 受 ける 。 このため 、 回 転 方向 後 ろ 側 に 逆 磁界 がかかるのである 。 しかも 、 カマボコ 形 の 磁石 の 場 合 、 形 状 的 な 要因 で 端部 ほど 逆 磁界 によって 減磁 されやすくなっている 。 図 ４ 　 減磁 しやすい 端部 ほど 保 磁力 を 高 めた 磁石 の 保 磁力 分布 　　 信 越 化 学 工業 の 例 。（ a ） のような SPM モータ では 、 磁石 は 、 回 転 方向 後 ろ 側 の 端部 が 減磁 しやすい 。 すなわち 、 パーミアンス 係 数 が 低 い （ b ）。 そこで 、 粒 界 に 拡 散 させる Dy の 濃度 が 端部 に 行 くほど 高 くなるようにして 保 磁力 に 差 をつける （ c ）。 そうすることによって 、 従 来 品 よりも 少 ない Dy の 量 で 、 端部 を 減磁 しにくくすることが 可能 になる 。 既 存 の 磁石 と 同 磁石 にこうした 粒 界 拡 散 を 適用 した 場 合 の 減磁 率 を 比較 したのが 、（ d ） である 。 従 って 同 磁石 では 、 減磁 の 少 ない 中央 部 に 端部 ほどの 保 磁力 は 要 らない 。 結果 、 Dy や Tb の 濃度 を 端部 では 高 く 、 中央 部 では 低 くすることができる 。 実 際 、 信 越 化 学 工業 では 、 同 磁石 の 両 端 から 粒 界 拡 散 の 処 理 を 行 うように 工夫 して 、 端部 ほど 保 磁力 が 高 くなる 磁石 を 作 製 するなどの 技術 開 発 を 進 めている （ 図 ４ ）。 TDK も 「 どの 部分 にどの 程度 の 逆 磁界 が 加 わるのか （ 保 磁力 が 必要 になるのか ） が 、 CAE （ コンピューター による 解析 ） でかなり 分 かるようになった 」 とし 、 Dy 化合 物 の スラリー を 磁石 の 全面 ではなく 部分 的 に 塗布 する 技術 を 開 発 中 だ 。 こうした 、 部分 的 に 保 磁力 を 変 えるという 考 え 方 は 「 ここ 数 年 で 出 てきた 」 （ TDK ）。 実 際 、 多 くの 家電 メーカー や 自動 車 メーカー が 取 り 組 み 始 めた 模 様 。 磁石 メーカー と モータメーカー の 協業 がますます 重要 になってきている 。　（ 次回 に 続 く ） （ 日 経 ものづくり 　 中 山 力 、 高 田 憲 一 、 富 岡 恒 憲 ）[ 日 経 ものづくり 2011 年 １ 月 号 の 記事 を 基 に 再 構成 ] http : / / www . nikkei . com / article / DGXNASFK 1701 C _ X 10 C 11 A 3000000 / （ ５ ） ジスプロシウム （ Dy ） を 「 使 わない 」 技術 も 2011 / 4 / 17 : 00 日本 のものづくりで レアメタル （ レアアース を 含 む ） がどう 使 われ 、「 レアメタル 依存 症 」 からどう 脱 却 すべきなのかを 探 る 本 連載 。 前回 （ 連載 ４ 回 目 ） は 、 電 気 自動 車 （ EV ） などの 高 性能 モーター に 欠 かせないといわれる 「 ジスプロシウム （ Dy ）」 の 使用 量 を 減 らす 技術 の 開 発 について 見 てきた 。 今回 は 、 まだ 研 究 レベル ではあるものの 、 Dy を 使 わずに 済 ます 技術 などを 中心 に 解 説 する 。 実 用 化 はまだ 先 だが 、 ネオジム・ 鉄 ・ボロン （ Nd - Fe - B ） 系 焼 結 磁石 に 添加 する Dy や テルビウム （ Tb ） の 使用 量 をさらに 減 らす 研 究 も 進 んでいる 。 その 1 つが 、 物質 ・ 材料 研 究 機構 磁性 材料 センター 長 の 宝 野 和 博 氏 らによる 、 Dy や Tb を 用 いずに 同 磁石 の 保 磁力 を 高 める 技術 だ [ 注 1 ] 。 まだ 焼 結 磁石 ではなく 磁 粉 としての 成果 だが 、 約 1560 kA / m （ 19 . 6 kOe ） という 高 い 保 磁力 を 実 現 している [ 注 2 ] 。 ■ Dy なしで 保 磁力 を 2 倍 に 同 氏 らが 採 った アプローチ は 、（ 1 ） 同 磁石 の 主 相 （ 磁石 中 で 大半 を 占 める 化合 物 などの 構造 ） である Nd 2 Fe 14 B （ 数 字 は 下付 き 、 以下 同 ） の 結晶 粒 の 微 細 化 、（ 2 ） 粒 界 相 （ 結晶 粒 と 結晶 粒 の 間 の 部分 ） である Nd リッチ 相 （ Nd の 比 率 が 多 い 相 ） の 改善 、 である 。 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 は 通常 、 主 相 の 結晶 の 粒 径 が 小 さくなるほど 結晶 粒 内 における 磁 区 [ 注 3 ] の 磁場 の 逆 転 が 発 生 しにくくなる 。 結晶 粒 が 小 さいと 、 多 磁 区 よりも 単 磁 区 で 存在 した 方 が エネルギ 的 に 安定 するためだ 。 多 磁 区 状 態 では 、 どこかの 磁 区 で 磁場 が 反 転 すると 、 それが 隣 の 磁 区 、 さらに 隣 へと ドミノ 倒 しのように 伝 播 （ でんぱ ） する 。 単 磁 区 状 態 ではそうした 磁場 反 転 の 発 生 頻度 を 減 らせるので 減磁 しにくく 、 保 磁力 が 高 まる 。 図 １ 　 HDDR プロセス 　　 水素 雰 囲 気 中 で 加熱 して 、 Nd 2 Fe 14 B （ 数 字 は 下付 き 、 以下 同 ） の 結晶 を NdH 2 、 Fe 、 Fe 2 B に 分解 する （ 水素 化 ・ 不 均 化 ）。 その 分解 した 磁 粉 を 真 空中 で 加熱 して 水素 を 抜 くことで 、 再 び Nd 2 Fe 14 B に 結合 させる （ 脱 水素 ・ 再 結合 ）。 この プロセス によって 、 磁 粉 の 主 相 の 結晶 粒 が 250 nm ぐらいに 微 細 化 する 。 図 は 、 物質 ・ 材料 研 究 機構 の 宝 野 氏 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 （ 写 真 ： 物質 ・ 材料 研 究 機構 ） [ 注 1 ] この 研 究 開 発 は 、 文部 科 学 省 の 元素 戦 略 プロジェクト 「 低 希 土類 元素 組成 高 性能 異方 性 ナノコンポジット 磁石 の 開 発 」 の 一環 で 実 施 されている 。[ 注 2 ] 現 状 市 販 されている 通常 の Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 保 磁力 は 、 Dy や Tb なしでは 796 kA / m （ 約 10 kOe ） 程度 。 それを 2 倍 に 高 められるのがこの 技術 だ 。 ただし 、 HEV / EV の 走行 用 モータ では 、 1990 k ～ 2388 kA / m （ 25 k ～ 30 kOe ） 程度 の 保 磁力 が 求 められるため 、 用途 によっては Dy や Tb の 添加 が 必要 になる 。[ 注 3 ] 磁 区 とは 、 原子 の 磁 気 モーメント がそろった 小 さな 領域 のこと 。 1 つの 結晶 粒 は 、 1 つの 磁 区 （ 単 磁 区 状 態 ）、 もしくは 複 数 の 磁 区 （ 多 磁 区 状 態 ） から 成 る 。 磁 区 と 磁 区 間 にある 壁 を 磁壁 と 呼 び 、 磁壁 が 界面 へと 移動 することで 同 磁壁 よりも 界面 側 にあった 磁 区 が 消滅 する 。 逆 に 、 界面 の 欠 陥 部分 などから 磁 区 の 核 が 発 生 すると 、 新 たな 磁 区 がそこから 生成 される 。 微 細 化 に 用 いたのは 、 HDDR （ 水素 化 ・ 不 均 化 ・ 脱 水素 ・ 再 結合 ） プロセス である （ 図 １ ）。 最大 の 特 徴 は 、 化 学 反 応 を 利用 すること 。 磁 粉 を 物理 的 に 細 かく 粉 砕 して 結晶 粒 を 微 細 化 する 方法 と 違 って 、 磁 粉 をそれほど 細 かくしないで 済 むため 、 Nd リッチ 相 が 酸化 されにくい 。 Nd リッチ 相 は 酸化 すると 非 磁性 ではなくなるため 、 隣 り 合 う 結晶 粒 同 士 の 磁 気 的 な 結合 を 切 れなくなってしまうが 、 同 プロセス ならそうした 酸化 を 防 げる 。 図 ２ 　 Nd - Cu 合 金 による 粒 界 拡 散 　　（ a ） の HDDR 法 で 作 った 磁 粉 に Nd - Cu 合 金 を 混 ぜて 加熱 したものが （ b ）。 Nd が 溶 け 、 粒 界 に 沿 って 拡 散 し 、 Nd リッチ 相 （ 下 の 写 真 の 白色 部分 ） が 主 相 をしっかりと 包 んでいる 。 図 は 、 物質 ・ 材料 研 究 機構 の 宝 野 氏 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 （ 写 真 ： 物質 ・ 材料 研 究 機構 ） HDDR プロセス では 、 まず 磁 粉 を 水素 （ H 2 ） 雰 囲 気 中 で 加熱 する 。 それにより 、 Nd 2 Fe 14 B をいったん NdH 2 、 Fe 、 Fe 2 B に 分解 。 続 いて 、 それを 真 空中 で 加熱 して 水素 を 抜 き 、 Nd 2 Fe 14 B に 戻 す 。 一連 の 化 学 反 応 によって 、 主 相 の 結晶 粒 は 当 初 の 100 μ m から 250 nm 程度 に 微 細 化 できる （ 図 ２ ）。 しかも 、 処 理 条 件 を 適切 に 調整 することで 、 個 々 の 結晶 粒 の 磁化 方向 を 元 の 磁 粉 のそれとある 程度 まで 一致 させることができる 。 ■ Nd - Cu 合 金 で 粒 界 を 改善 一方 、 前 述 の 二 つの アプローチ のうち 2 番 目 に 示 した Nd リッチ 相 の 改善 は 、 主 相 の 結晶 粒 の 中 で 新 たな 磁 区 が 発 生 する 頻度 を 低減 するための 取 り 組 みである 。 先 に 、 主 相 の 界面 に 欠 陥 があったり 、 主 相 同 士 が Nd リッチ 相 を 挟 まずにくっついたりする 部分 は 減磁 しやすいと 説 明 した 。 それは 、 これらの 部分 で 新 たな 磁 区 が 発 生 しやすいためだ 。 これを 防 ぐために 、 粒 界 拡 散 法 では 粒 界 に Dy や Tb を 選 択 的 に 導入 するが 、 宝 野 氏 らは Nd リッチ 相 でしっかりと 主 相 の 結晶 粒 を 包 み 込 もうとしている 。 もっとも 、 同 氏 らが Nd リッチ 相 の 改善 で 狙 うのはそれだけではない 。 実 は 、 Nd リッチ 相 には 結晶 粒 同 士 の 磁 気 的 な 結合 を 切 るという 働 きもある 。 適切 な 熱 処 理 を 施 した 場 合 、 Nd リッチ 相 は 磁性 体 の 結晶 ではなく 非 磁性 体 の アモルファス となる [ 注 4 ] 。 このため 、 主 相 を Nd リッチ 相 でしっかりと 包 み 込 めれば 結晶 粒 同 士 の 磁 気 的 な 結合 を 切 ることが 可能 になり 、 ある 結晶 粒 で 生 じた 磁場 の 反 転 が 隣接 する 結晶 粒 へ 伝 播 していくのを 防 げるのである 。 宝 野 氏 らが Nd リッチ 相 の 改善 に 適用 したのが 粒 界 拡 散 法 である 。 ただ 、 粒 界 拡 散 法 とはいっても 、 拡 散 させるのは Dy や Tb ではなく Nd である 。 しかも 、 磁石 の 焼 結 後 に 施 すのではなく 、 磁 粉 を 作 製 する 最終 段階 で 適用 する 点 が 前 述 の 磁石 メーカー のやり 方 と 異 なる 。 具 体 的 には 、 HDDR プロセス で 作 製 した 磁 粉 （ Nd - Fe - B 系 合 金 ） と ネオジム・ 銅 （ Nd - Cu ） 合 金 の 粉末 を 混 ぜて 加熱 する 。 Nd - Cu 合 金 を 選 んだのは 、 融 点 が 520 ℃ と 低 いためだ 。 焼 結 温 度 を 高 くすると 結晶 粒 が 成長 してしまうため 、 結晶 粒 を 微 細 に 維持 できなくなる 。 従 って 、 焼 結 温 度 を 低 く 抑 えなければならず 、 低 融 点 の Nd 合 金 が 望 ましかった 。 Nd - Cu なら 焼 結 温 度 を 600 ℃ ほどに 抑 えても 液 体 となり 、 Nd が 粒 界 に 沿 って 拡 散 していく 〔 図 ２ （ b ）〕。 しかも 、 宝 野 氏 らの 研 究 で 、 Nd リッチ 相 に Cu が 混 じることで 保 磁力 が 高 まることも 判明 している 。 Nd - Cu 合 金 を 使 うと 、 その Cu の 供給 源 にもなる 。 宝 野 氏 らは 現在 、 開 発 した 保 磁力 の 高 い 磁 粉 を 使 って 焼 結 磁石 を 製造 する 技術 の 研 究 開 発 を 進 めている 。 基本 的 には 、 磁場 をかけて 磁 粉 を 配向 させながら プレス する 。 次 に 、 この 圧 粉 体 を スパークプラズマ 焼 結 法 という 方法 で 約 600 ℃ で 低 温 焼 結 しながら ホットプレス をして 、 磁化 の 異方 性 を 高 める 、 といった プロセス を 取 る [ 注 5 ] 。 ■ 磁 粉 の 造 り 方 も 最適 化 経 済 産業 省 が 新 エネルギー・ 産業 技術 総 合 開 発 機構 （ NEDO ） を 通 じて 推進 する 「 希 少 金 属 代 替 材料 開 発 プロジェクト 」 でも 、 結晶 粒 の 微 細 化 と 粒 界 相 の 改善 によって Dy や Tb の 使用 量 を 減 らそうという 取 り 組 みが 進 んでいる 。「 希 土類 磁石 向 け ディスプロシウム 使用 量 低減 技術 開 発 」 だ 。 [ 注 4 ] 熱 処 理 が 不適切 だと Nd リッチ 相 が 結晶 となり 、 非 磁性 相 にはならない 。[ 注 5 ] 課題 の 1 つは 、 最大 エネルギ 積 の 向上 である 。 そのためには 磁 粉 の 配向 度 を 高 めることが 必要 だという 。 現在 目標 にしているのは 、 HEV / EV の 走行 用 モータ に 使 えるもの 。 保 磁力 が 約 1990 kA / m （ 25 kOe ）、 最大 エネルギ 積 が 約 279 kJ / m 3 （ 35 MGOe 、 m 3 は 立方 メートル ） の Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 だ 。 その テーマリーダー を 務 める 東北 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 教 授 の 杉 本 諭 氏 によれば 、 結晶 粒 の 微 細 化 に 向 けては 、 磁石 の 原料 合 金 における 「 ラメラ 間隔 」 （ 後 述 ） の 短縮 、 および 同 原料 合 金 を 砕 いて 作 る 磁 粉 の 微 細 化 、 といった 観 点 から 研 究 開 発 を 実 施 中 。 粒 界 相 の 改善 に 関 しては 、 Dy を 粒 界 相 に 均一 に 分散 させるための 新 たな プロセス の 開 発 という 切 り 口 で 臨 んでいる 。 このうち 、 ラメラ 間隔 の 短縮 を 担 当 しているのが 、 三徳 （ 神 戸 市 ） である 。 通常 、 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 原料 合 金 は 、 主 相 の Nd 2 Fe 14 B の 間 に 、 柱 状 の Nd リッチ 相 がほぼ 一定 の 間隔 で 現 れるように 造 られる （ 図 ３ ）。 その Nd リッチ 相 の 間隔 を ラメラ 間隔 と 呼 ぶ 。 図 ３ 　 磁 粉 の 微 細 化 と 原料 合 金 の ラメラ 間隔 の 関 係 　　 ラメラ 間隔 が 磁 粉 の 粒 径 に 対 して 十分 に 短 くないと 、 微粉 砕 したときの 磁 粉 に Nd リッチ 相 が 含 まれてないものがたくさんできてしまう 。 同 間隔 が 十分 に 短 ければ 、 この 図 のように 磁 粉 に Nd リッチ 相 が 含 まれたものが 高 い 割 合 でできることになる 。 図 は 、 東北 大 学 の 杉 本 氏 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 ラメラ 間隔 を 狭 める 利 点 は 、 原料 合 金 を 砕 いて 作 る 磁 粉 を 微 細 化 しても 、 主 相 の 周 りに Nd リッチ 相 がちりばめられた 磁 粉 をたくさん 作 ることができることだ 。 磁 粉 の 粒 径 に 対 して ラメラ 間隔 が 広 すぎると 、 Nd リッチ 相 が 付 いていない 磁 粉 が 多 くできてしまう 。 これでは 、 焼 結 しても 主 相 の 周 りが Nd リッチ 相 でしっかりと 包 まれた 結晶 を 作 ることは 難 しい 。 一般 に 、 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 原料 合 金 は 、 スリップキャスト と 呼 ばれる 製法 で 造 られる 。 高速 に 回 転 する ドラム の 表面 に 溶 かした 同 合 金 を 垂 らして 急冷 却 するというものだ 。 三徳 は 、 その 冷却 速度 などの 最適 化 によって ラメラ 間隔 を 狭 めようと 、 研 究 開 発 を 進 めている 。 ■ He ガス で ジェットミリング 磁 粉 の 微 細 化 については 、 インターメタリックス （ 京都 市 ） が 研 究 開 発 を 進 める 。 同社 では 「 ジェットミリング 」 と 呼 ばれる 方法 を 改良 することで 、 実 験 室 レベル だが 「 約 1 μ m と 微 細 な 磁 粉 を 造 る 技術 を 開 発 済 み 」 （ 同社 代表 取締 役 の 佐 川 眞人 氏 ） だ 。 ジェットミリング は 、 粗 く 粉 砕 した 磁 粉 を 高速 な ガス 流 の 中 に 入 れ 、 磁 粉 同 士 を 衝 突 させることでさらに 細 かく 粉 砕 （ 微粉 砕 ） する 技術 だ 。 通常 は 窒素 （ N 2 ） ガス を 使 うが 、 同社 が 新 たに 開 発 した 方法 では ヘリウム （ He ） ガス を 使用 する 。「 He は N 2 よりも 軽 いので 流速 を 上 げやすく 、 短 時間 に 微粉 砕 できるため 、（ 磁 粉 を 微 細 化 しても ） 表面 が 酸化 しにくい 。 さらに 、 He は 不 活性 ガス なので 、 N 2 と 違 って Nd と 化合 物 を 作 りにくい 」 （ 東北 大 学 の 杉 本 氏 ） という 利 点 もある 。 興味 深 いのは 、 同社 が ジェットミリング を 用 いて 微 細 化 した 磁 粉 を 焼 結 するための 新 しい プロセス 「 PLP （ Press Less Process ）」 を 、 同 プロジェクト とは 別 枠 で 独 自 に 開 発 していることだ 。 磁 粉 を 微 細 化 すると 、 一定量 の 磁 粉 における 表 面積 の 合計 が 増 えて Nd リッチ 相 が 酸化 しやすくなる 。 これを 防 ごうと 考案 したのが 、 この PLP だ 。 PLP の 最大 の 特 徴 は 、 高 濃度 の アルゴン （ Ar ） ガス を 満 たした パイプ の 中 で 、 磁 粉 の 充 填 （ じゅうてん ） から 焼 結 までの 一連 の 工程 を 実 施 することである （ 図 ４ ）。 具 体 的 には 、 まず ホッパ （ じょうご 形 で 下部 に 取 り 出 し 口 のある 供給 装 置 ） から 同 パイプ 中 の カーボン 製 容器 に 磁 粉 を 供給 し 、 それを 手 で 押 さえる 程度 の 圧 力 で 容器 に 押 し 込 む （ 緻密 化 ）。 次 に 、 この 容器 を パイプ に 入 れたまま 、 蓋 をして 幾 つかを 段 積 みにし 、 コイル で 5 T （ テスラ ） ほどの 強 い パルス 磁界 をかけて 磁化 の 向 きをそろえる 。 最後 に 焼 結 すると 、 磁石 が 完成 する 。 図 ４ 　 微 細 化 した 磁 粉 を 焼 結 するための 新 プロセス 「 PLP （ PressLess Process ）」　　 インターメタリックス が 開 発 した 。 アルゴンガス で 満 たした パイプ の 中 で 磁 粉 の 充 填 から 配向 までの 一連 の 工程 を 実 行 するため 、 微 細 化 した 磁 粉 が 酸化 しにくい 。 図 は 、 同社 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 図 ５ 　 TDK が 研 究 開 発 を 進 める 「 H - HAL 法 」 　　 Dy ソース の 粉末 を 、 圧 粉 体 を 作 るまでの 段階 で 磁 粉 と 均一 に 混 ぜてしまう 。 それにより 、 Dy が 粒 界 に 沿 ってくまなく 行 き 渡 りやすいようにする 。 図 は 、 同社 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 従 来 の 焼 結 法 と 違 って 、 プレス するために 空 気 中 で 磁 粉 を 型 に 入 れたり 抜 き 出 したりといった 操作 が 不 要 になる 。 しかも 、 緻密 化 する 際 も 軽 く 押 さえる 程度 なので 、 潤滑 剤 や バインダ が 少 なくて 済 む 。 そのため 、 磁 粉 の 酸化 が 抑制 され 、 不 純 物 も 混 じりにくい 。 ちなみに 「 プレス しなくても 焼 結 体 の 密度 は プレス したものと 変 わらない 」 （ 佐 川 氏 ） という 。 同社 では 、 実 証 装 置 を 2 号 機 まで 造 って 、 既 に 効 果 を 確認 済 み 。 ラメラ 間隔 が 3 μ ～ 4 μ m の 原料 合 金 を He ジェットミリング で 微粉 砕 し 、 粒 径 を 約 1 μ m とした 磁 粉 を 使 うことで 、 焼 結 後 の 主 相 の 粒 径 が 約 1 . 5 μ m と 微 細 な Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 を 作 製 できたという 。 同 磁石 の 保 磁力 は 、 Dy や Tb なしで 約 1592 kA / m （ 20 kOe ） と 高 い [ 注 6 ] 。 ■ Dy の 粉末 を 磁 粉 と 混 ぜて 焼 結 Dy を 粒 界 相 に 均一 に 分散 させるための 新 たな プロセス を 開 発 しているのが TDK だ 。 粒 界 拡 散 法 に 属 する 「 H - HAL 法 」 と 呼 ばれるものである 。 現 状 の 粒 界 拡 散 法 との 最大 の 違 いは 、 Dy の 供給 源 となる 物質 （ Dy ソース ） を 焼 結 前 の 圧 粉 体 を 作 るまでの 段階 で 混 ぜてしまうことである （ 図 ５ ）。 具 体 的 には 、 粗 く 粉 砕 した Dy ソース と 磁 粉 を 高速 ジェットミリング で 微粉 砕 しながら 均一 に 混 ぜ 合 わせることで 、 磁 粉 の 周 りに Dy ソース の 粒子 を 均一 に 分散 させる 。 直 径 数 μ m の 磁 粉 と 同 1 μ m 未 満 の Dy ソース を 焼 結 させる 際 、 均等 に 配 された Dy ソース から Dy が 粒 界 に 沿 って 拡 散 していくため 、 主 相 を Dy リッチ 相 でしっかりと 包 み 込 みやすくなる 。 [ 注 6 ] インターメタリックス は 、 約 1990 kA / m （ 25 kOe ） の 保 磁力 を 2012 年中 に Dy なしで 実 現 することを 目 指 して 研 究 開 発 を 継 続 中 である 。 一方 で 、 焼 結 後 の 主 相 の 粒 径 が 3 μ m と 、 これまでより 主 相 を 微 細 化 した 同 磁石 の 実 用 化 （ 工業 化 ） に 向 けても 取 り 組 みを 進 めているという 。 TDK によれば 、 Dy の 使用 量 が 同 じ 場 合 、 保 磁力 を 通常 の 二合金法 よりも 159 kA / m （ 2 kOe ） 上 げられる 。 まだ 、 粒 界 相 の 改善 効 果 では 現 状 の 粒 界 拡 散 法 に 及 ばないが 、 磁石 の 表面 近 くだけでなく 内 部 深 くまで 粒 界 相 を 改善 できる 。 焼 結 までで 処 理 が 完了 する 方法 なので 、 焼 結 後 に 適用 する 現 状 の 粒 界 拡 散 法 との 併 用 も 考 えられる 。 ■ ネオジム・ 鉄 ・ボロン から 脱 却 すれば Dy も 要 らず Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 における Dy や Tb の 使用 量 を 減 らす 取 り 組 みの 一方 で 、 同 磁石 を 代 替 するための 材料 の 研 究 も 進 められている 。 その 1 つが 、 東北 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 教 授 の 高 橋 研 氏 らが 手 掛 ける 窒化 鉄 （ Fe 16 N 2 ） だ [ 注 7 ] 。 Fe 16 N 2 は 飽和 磁化 が 高 く 、 最大 エネルギ 積 が 理 論 値 で 約 1035 kJ / m 3 （ 130 MGOe 、 m 3 は 立方 メートル ） と 、 強 力 な 磁石 になる ポテンシャル を 備 えている 。 ただし 、 問題 がある 。 異方 性 磁界 が 低 いことだ （ 図 ６ ）。 保 磁力 は 異方 性 磁界 に 比例 する 。 実 際 、 Fe 16 N 2 の 保 磁力 は 理 論 値 で 796 kA / m （ 10 kOe ） と 低 い 。 そこで 高 橋 氏 らが 取 り 組 んでいるのが 、 飽和 磁化 を 多少 落 としてでも 、 Fe 16 N 2 の 保 磁力 を 高 めるための 研 究 だ 。 具 体 的 には 、 Fe の 一部 を レアメタル ではない 何 らかの 金 属 元素 で 、 さらに N の 一部 を ホウ 素 や 酸素 など 何 らかの 非 金 属 元素 で 置換 する 方策 を 探 っている 。 図 ６ 　 窒化 鉄 の 飽和 磁化 と 異方 性 磁界 　　 東北 大 学 の 高 橋 氏 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 元素 の 置換 で 保 磁力 向上 が 期待 できるのは 、 異方 性 磁界 が 結晶 構造 と 組成 によって 決 まるためだ 。 すなわち 、 異方 性 磁界 は 、 磁 気 がどの 方向 にどれだけ 向 きやすいかという 磁 気 異方 性 エネルギ に 比例 し 、 外部 にどれだけの 磁 気 モーメント を 出 せるかという 飽和 磁化 に 反比 例 する 。 前者 は 帯 電子 の 流 れる 向 きと 距離 、 後者 は 帯 電子 の 数 によるため 、 結晶 構造 と 組成 が カギ となる 。 Fe 16 N 2 には 、 実 は 200 ℃ で 相分 離 してしまうという 難 点 もある 。 そのため 、 ボンド 磁石 （ 磁 粉 を 樹脂 などの バインダ に 混 ぜて 固 めた 磁石 で 、 加工 は 容 易 だが 高 性能 磁石 にはなりにくい ） としてしか 使 えない 可能 性 がある 上 、 200 ℃ の 耐熱 性 を 求 められる ハイブリッド 車 （ HEV ） への 適用 も 難 しい 。 ただ 、 最大 エネルギ 積 が 非常 に 高 く 、「 風力 発 電 用 の 発 電機 には 適 する 」 （ 高 橋 氏 ）。 適材 適所 で 磁石 の 種類 を 使 い 分 けることで 、 レアメタル の 使用 量 を 削減 していくことも 重要 だろう 。 [ 注 7 ] 経 産 省 の 希 少 金 属 代 替 材料 開 発 プロジェクト 「 Nd - Fe - B 系 磁石 を 代 替 する 新規 永久 磁石 及 び イットリウム 系 複合 材料 の 開 発 」 の 一環 として 研 究 開 発 を 進 めている 。 図 ７ 　 フェライト 磁石 を 使 った 新開 発 の アキシャル・ギャップ・モータ 　　 モータ の 基本 仕 様 は 以下 の 通 り 。 体 積 8 . 81 L （ 99 ％）、 最大 トルク 301 N ・ m （ 75 ％）、 最大 トルク 密度 34 . 2 N ・ m / L （ 75 ％）、 基底 速度 1700 rpm （ 142 ％）、 最大 出力 51 . 5 kW （ 103 ％）、 最大 出力 密度 5 . 85 kW / L （ 104 ％）、 最大 効 率 92 . 5 ％。（ ） 内 の ％ は 、 2 代 目 「 プリウス 」 の モータ と 比較 した 相 対 値 である 。 （ 写 真 ： 北海 道 大 学 ） 一方 、 代 替 材料 候補 として サマリウム・ 鉄 ・ 窒素 （ Sm - Fe - N ） 系 材料 を 研 究 しているのが 、 前 述 の 東北 大 学 の 杉 本 氏 らの グループ だ [ 注 7 ] 。 Sm 2 Fe 17 Nx （ x には 場 合 によりさまざまな 数 値 が 入 る ） は 、 保 磁力 が Nd - Fe - B 系 材料 の 5 倍 程度 と 高 い 。 だが 、 550 ℃ 以上 で 分解 してしまうため 、 現 状 では ボンド 磁石 として 使 われるだけ 。 バインダ が 必要 な 分 だけ 磁 粉 の 充 填 率 が 下 がり 、 最大 エネルギ 積 が Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 半分 以下 と 低 い 。 このことから 、 杉 本 氏 らは Sm 2 Fe 17 Nx の 磁 粉 を 高 い 密度 で 固 める 技術 の 開 発 を 進 めている 。 ■ HEV / EV 向 けを フェライト で モータ 側 でも Dy や Tb の 使用 量 を 減 らす 取 り 組 みが 進 んでいる 。 その 方向 性 は 、 大別 して 2 つだ 。 1 つは 、 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 を 使 わないか 少量 で 済 ませられる 、 PM モータ 以外 の 既 存 方式 の モータ の 高 性能 化 。 もう 1 つは 、 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 使用 量 を 減 らしたり フェライト 磁石 など Dy や Tb を 使 わないほかの 磁石 で 済 ませたりできる 、 新 構造 の モータ の 開 発 である 。 前者 は 三菱電機 、 大阪 府 立 大 学 、 東京 理 科 大 学 、 長崎 大 学 などが 、 後者 は 日 立 製作 所 、 名古屋 工業 大 学 などが 研 究 開 発 に 取 り 組 んでいる 。 北海 道 大 学 大 学 院 情報 科 学 研 究 科 准 教 授 の 竹 本 新 紹 氏 らも 、 後者 の 開 発 を 進 めている グループ の 1 つだ 。 同 グループ が 開 発 しているのは 、 アキシャル・ギャップ・モータ である [ 注 8 ] 。 試作 品 は 既 に 、 市 販 の HEV で 使 われている 走行 用 の PM モータ の 75 ％ に 当 たる 最大 トルク 密度 34 . 2 N ・ m / L を 実 現 している （ 図 ７ ）[ 注 9 ] 。 同 氏 は 「 今回 の モータ は 最初 の 試作 なので 、 振動 対 策 などを 特 に 念 入 りに 実 施 した 。 このため 、 効 率 や トルク 密度 の 伸 び 代 はまだかなりある 」 と 説 明 する 。 [ 注 7 ] 経 産 省 の 希 少 金 属 代 替 材料 開 発 プロジェクト 「 Nd - Fe - B 系 磁石 を 代 替 する 新規 永久 磁石 及 び イットリウム 系 複合 材料 の 開 発 」 の 一環 として 研 究 開 発 を 進 めている 。[ 注 8 ] NEDO の 「 次 世代 自動 車 用 高 性能 蓄電 システム 技術 開 発 」 の 一環 として 開 発 した 。[ 注 9 ] 比較 したのは 、 開 発 に 着手 した 当 時 最新 型 だった 2 代 目 プリウス （ 2003 年 発 売 ）。 2009 年 に 発 売 された 現行 プリウス は 、 モータ の 小型 化 を 徹底 しために 最大 トルク 密度 は 下 がり 、 今回 開 発 した モータ とほぼ 同等 となっている 。 新開 発 の モータ の 最大 の 特 徴 は 、 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 を 使 わずに フェライト 磁石 を 使 ったことだ 。 もちろん 単 純 に 置 き 換 えたのではない 。 フェライト は 磁石 としての 性能 が 劣 るため 、 置 き 換 えただけだと トルク 密度 は 1 / 3 ～ 1 / 4 に 低下 する 。 この 低下 分 を 補 うために アキシャル 型 とした 上 で 、 新 たに セグメント 構造 の ロータ を 開 発 した （ 図 ８ ）。 図 ８ 　 アキシャル・ギャップ・モータ の 構造 　　 非 磁性 の 構造 体 は 、 フェライト 磁石 と 圧 粉 鉄 心 が 直接 接 触 していないので セグメント 構造 と 呼 んでいる 。 両 者 をうまく 収 納 できるように 、 構造 体 には 分 割 された 設置 スペース を 設 けている 。 図 は 、 北海 道 大 学 の 竹 本 氏 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 （ 画 像 ： 北海 道 大 学 ） HEV や EV に 搭載 される 走行 モータ は 、 ラジアル 型 が 基本 だ 。 ところが 、 ラジアル 型 では ステータ 側 の コイル の 折 り 返 し 部 （ コイルエンド ） が デッドスペース になり 、 磁束 の 発 生 に 寄 与 できない 。 一方 、 アキシャル 型 は コイル を 有 効 に 利用 できるので 、 大 トルク を 得 やすい 。 さらに 、 これに セグメント 構造 の ロータ の 効 果 が 加 わる （ 図 ９ ）。 通常 の アキシャル 型 の ロータ は 、 鋼板 製 の ロータコア の 表面 に フェライト 磁石 を 貼 り 付 ける 。 これだと 磁石 の 厚 さが 制限 される 上 、 磁性 体 の コア が 呼 び 水 になって ステータ で 発 生 した 磁束 が 磁石 内 部 を 通 り 抜 けやすくなる 。 図 ９ 　 従 来 型 との 構造 の 違 い 　　 ステータ によって 発 生 した 磁束 は 、 従 来 構造 では フェライト 磁石 を 通 るが 、 新 構造 では 圧 粉 鉄 心 を 通 るように 曲 げられ 、 強 い リラクタンストルク を 発 生 させる 。 磁束 が 磁石 の 中 を 通 りにくいので 、 不 可逆 減磁 を 抑制 する 効 果 もある 。 図 は 、 北海 道 大 学 の 竹 本 氏 の 資料 を 基 に 日 経 ものづくり 誌 が 作成 。 これに 対 し 、 ロータコア をなくして 磁束 が 通 りやすい 圧 粉 鉄 心 を 配 した セグメント 構造 とすると 、 ステータ で 発 生 した 磁束 は 磁石 を 避 けて 曲 がり 、 圧 粉 鉄 心 の 部分 を 通 る 。「 磁束 はまっすぐ 進 もうとする 性質 があるので 、 強 力 な リラクタンストルク が 得 られる 」 （ 北海 道 大 学 大 学 院 情報 科 学 研 究 科 教 授 の 小 笠 原 悟 司 氏 ）。 この 効 果 で 、 さらに トルク 密度 を 高 められるのである 。 竹 本 氏 は 、 フェライト 磁石 を 使 った 自動 車 用 モータ の 位置 付 けを 、 次 のようにみる 。「 高級 な 電 気 自動 車 （ EV ） 用途 では Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 にはかなわない 。 しかし 、 フェライト なら 磁石 の コスト が 数 分 の 1 で 済 む 。 低 コスト の 選 択 肢 があれば 安 価 な EV を 実 現 できるし 、 Nd - Fe - B 系 焼 結 磁石 の 値 上 がりに 対 する 牽制 にもなる 」 。 実 際 、 日産 自動 車 が 2010 年 12 月 に 発 売 した 「 リーフ 」 は 小型 高 効 率 の IPM （ Internal Parmanent Magnet ） モータ を 採用 しているが 、 その モータ 担 当 技術 者 は 「 EV にはさらなる 価 格 低減 が 求 められているので 、 フェライト 磁石 を 使 った モータ や 誘導 モータ の 開 発 も 進 めている 」 と 打 ち 明 ける 。　（ 次回 に 続 く ） （ 日 経 ものづくり 　 中 山 力 、 高 田 憲 一 、 富 岡 恒 憲 ）[ 日 経 ものづくり 2011 年 １ 月 号 の 記事 を 基 に 再 構成 ] http : / / www . nikkei . com / article / DGXNASFK 22023 _ S 1 A 320 C 1000000 /