1 東北大学における研究の紹介「希土類磁石向けディスプロシウム使用量低減技術開発」東北大学大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻（兼）東北大学未来科学技術共同研究センター（NICHe） Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, Tohoku University New Industry Creation Hatchery Center, Tohoku University Aoba-yama 6-6-02, Aoba-ku, Sendai, 980-8579 JAPAN 杉本諭 Satoshi SUGIMOTO 研究の背景 2 日本における消費電力と永久磁石永久磁石とモータモータとNd-Fe-B系磁石の生産量電力の消費量モータ：50%以上 1%削減 ⇒原子力発電所１基分削減マグネットモータ永久磁石は低炭素社会実現へのキーマテリアル⇒グリーンマテリアル Nd-Fe-B系永久磁石の用途ハードディスク（VCM）携帯電話用スピーカー・振動モータコイルコンプレッサ磁石スピーカおもり磁石コイルハウジングコイル磁石振動モータハイブリッド自動車（HEV) 3 研究開発の背景と目標省Dy Nd-Fe-B系焼結磁石の必要性 Nd-Fe-B系磁石 200℃ 渦電流等による発熱最大 Hc Hc 保磁力 kOe(kOe) Nd-Fe-B系焼結磁石の組成と用途高保磁力化が必須）最大（ 0.2 保磁力(kOe) 温度 T (℃) Dy：資源量希少 100%中国に依存省Dy技術、代替技術 4 研究開発の背景アプローチ（保磁力増大への戦略）現状：Dy-freeで保磁力Hc=10kOe程度（理論値の１割程度）！－２つのDy非依存型アプローチ－ Ⅰ．粒子サイズを減少 Ⅱ．粒子界面を制御単磁区粒子逆磁区発生無し多磁区状態 90 界面制御 (kOe) 保磁力Hc 乱れた界面逆磁区 0.3 結晶粒子サイズ (m) 原理的にはDy-free Nd-Fe-Bでも高保磁力達成可能！（省使用⇒完全代替） 5 研究開発の内容と体制（１）（微細化G）（界面G）（２）（応用G）（４）（３）（解析G） 6 研究実施体制委託 NEDO Ⅰ．微細化G Ⅱ．界面G (1) （株）三徳 (山本） (3) 山形大学（加藤）・明石工場（明石）・Ⅰ－（１）次世代焼結磁石用原料合金の研究開発・大学院理工学研究科（米沢）・Ⅱ－（２）薄膜プロセスで制御した理想界面による保磁力向上の研究 (2) インターメタリックス（株）（佐川）・東北大学（仙台）、本社研究所（京都），桂研究所（京都）・Ⅰ－（２）超微細結晶粒焼結磁石作製プロセスの開発東北大学未来科学技術共同研究センタ- (NICHe) （集中研究所） (1), (2), (3), (4), (5), (6),(A), (B) I－(3)高保磁力磁石の焼結組織最適化に関する研究（杉本） II－(1)強磁場を用いた界面構造制御による保磁力向上の研究（加藤） III－(4)希土類磁石の保磁力機構に関する理論研究（佐久間）共同研究 (B) トヨタ自動車（株）（岡島）・本社研究所（豊田）・Ⅳ－（１）ハイブリッド自動車駆動用モータにおける評価） Ⅳ．応用G （A）静岡理工科大学（小林）・理工学部物質生命科学科（袋井）・Ⅲ－（３）微小結晶粒子集団における磁化反転機構と制御法の研究開発 (4) TDK（株）（堀）・東北大学（仙台）、TDK成田工場（成田）・Ⅱ－（３）焼結磁石の組織制御による界面ナノ構造最適化の研究 (5) （独）物質・材料研究機構（宝野）・磁性材料研究センタ（つくば）・Ⅲ－（１）ナノ組織解析・原子レベル元素分析による界面構造評価 (6) （独）日本原子力研究開発機構（武田）・量子ビーム応用研究部門（東海）・Ⅲ－（２）中性子小角散乱法による平均粒界構造評価と保磁力 Ⅲ．解析G 7 最近の成果のまとめ 2. 界面制御G ～1 m 0 50 100 150 Alloy powder size (μm) of Nd-rich Ratio Ndの付着率 (%), P(%) , P (%) Nd-rich Good ℓ = 4 m ℓ = 3 m ℓ = 2 m Bad 50 存在確率と高保磁力 50% 35 Nitrogen JM 30% 20% Saving 30 Helium JM 20 Hc（kOe） 11 22 3 3 44 55 Particle size, d50 /um/m Particle size, d50 (1) NIMS (1) トヨタ自動車中間目標ﾗｲﾝ 45 45 (1) 東北大学 7.7%Dy (29.6kOe) 40 40 基準中間目標最終目標達成値1 達成値2 達成値3 35 35 10 10 7%Dy 7%Dy 2.4%Dy (18.6kOe) 8%Dy 8%Dy 10%Dy 10%Dy 基準ﾗｲﾝ Saving 0%Dy 15 15 20 25 20 25 (kOe) HHcJ cJ (kOe) 30 30 角型性向上 Dy量削減 > 20 % 10% Dy 10 30%Dy (Dy削減30%) Saving 20%Dy Saving (Dy削減20%) 30 30 40 保磁力増大 1.0%Dy (15.4kOe) 50 50 0% Dy 45 (2) 山形大学最終目標ﾗｲﾝ 55 55 Dy 量削減> 40 % 200 (3) 東北大学 100 100 90 90 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 00 H-HAL プロセス 30 高保磁力厚い G.B. (4) 東北大学 A20<r2> 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 He JM 微粉 (<2m) (BH)max (MGOe) アトマイズ (ハイブリッド) (2) インターメタリックス（ BH)max （MGOe） Grain size (μm) (1) 三徳 SC (3) TDK (BH)max (MGOe) 1. 微細化G 600 Nd(f) 400 Nd(g) 磁化反転 結晶粒集団 200 0 -200 -400 at surface inside (001) surface model -600 bulk 結晶場ﾊﾟﾗﾒｰﾀ: 負 120 (2) JAEA 4. 応用G ñ¢íÖé• 120 íÖé• 100 100 80 80 4 60 60 3 40 40 20 20 0 0 2 1 3. 解析G 0 0 (3) 静岡理工科大 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120