2014年7月２９日 材料フェスタ in仙台 ネオジム磁石の発明 日本は磁石の研究で１００年間世界のリーダー インターメタリックス㈱ 佐川眞人 新しい磁石を見つけるには 磁石のもとT=Fe,Co,Ni 磁石のもとR=Rare Earth レア・アース 研究テーマ 研究テーマ 研究テーマ 新R-T磁石を見 つける ＝ 新R-T化合物を ＋ 新R-T化合物でできた セル状構造を作る合金 組成と方法を見つける 見つける Sm Co Sm2Co17 Ｓｍ2Ｃo17結晶 銅が多い層 (ＳｍＣo5結晶) 0.3μｍ Ｓｍ2Ｃｏ17 磁石の微細構造 （セル状構造） どうしてNdFeB磁石を見つけたか？ 1966 立派な科学者になりたい！ 大学院時代 1972 研究テーマ 固体表面の構造と性質 ・頑張ったけれど、よくできる研究者にはなれなかった。 ・でも、基礎的な勉強を一生懸命して、材料科学者としての 実力と感覚を身に付けた！ ・材料科学の実験大好き。実験が大得意に！ 1972 富士通時代 研究テーマ リレーやスイッチに使う磁性材料の開発 1982 ・大学に残りたかったけれど、、、企業の研究所へ、、、自信がない、、、、 ・磁性材料の研究との初めての出会い ・自分は会社の研究に向いている、、、、 少しずつ自信が、、、、 目的がはっきりしている研究テーマは得意！ 1972 研究テーマ 富士通時代 フライングスイッチに使うSmCo磁石の開発 1982 ・SmCo磁石は当時最強の磁力を持つ磁石。 ・SmCo磁石は機械的に弱くてすぐ壊れる。壊れないSmCo磁石を開発せよ。 ・目的がはっきりしている研究テーマは得意！いろいろなアイデアがつぎつぎに 出てきた！ フライングスイッチ 1972 研究テーマ 富士通時代 フライングスイッチに使うSmCo磁石の開発 1982 ・磁石の勉強、勉強、勉強 （全部独学） ・磁石製造装置自作（実験が得意） ・目的がはっきりしている研究テーマは得意 → いろいろなアイデアがつぎつぎに出てきた！ 大学院時代の実力 養成が生きた！ 研究の進め方 アイデア PLAN DO CHECK 研究の進め方 P D C 1972 研究テーマ 富士通時代 1976 1982 フライングスイッチに使うSmCo磁石の開発 P 粘り強い物質を細かく分散してやる。 D Sm-Co磁石合金にCrやVを合金化して、 Sm-Co磁石を作製する。 C 機械的強度測定＋磁気特性測定 アイデア 1972 研究テーマ 富士通時代 1976 フライングスイッチに使うSmCo磁石の開発 1979 1982 P 粘り強い物質を細かく分散してやる。 D Sm-Co磁石合金にCrやVを合金化して、 Sm-Co磁石を作製する。 C 機械的強度測定＋磁気特性測定 目標達成 永久磁石の発展 50 俵好夫氏 40 Nd2Fe14B Sm2Co17 30 (Sm Pr)Co5 Ba, Sr-フェライト SmCo5 アルニコ Co-フェライト MK鋼 KS鋼 NKS鋼 炭素鋼 20 Sm2Fe17N3 FeCrCo MnAl 年 1970年代はSm-Co磁石が研究のブームであった。 10 0 最大磁気エネルギー積（ＢＨ）max(MGOe) 最大磁気エネルギー積（ＢＨ）max (ｋJ/㎥） 60 疑問！ “なぜR-Fe磁石はできないのか？” ・ Feは資源無尽蔵なのに・・・・・・・ ・ FeはCoより大きい磁気モーメントをもって いるのに・・・・・ アイデア 浜野正昭 C や Bの 格子間原子が Fe-Fe原子間距 離を大きくするか もしれない！ Fe-Fe原子間 距離が小さすぎ るので強磁性が 不安定。 佐川眞人 1972 研究テーマ 富士通時代 R-Fe磁石の開発 1976 1978 1979 1982 P R-Fe化合物にCやBを入れて原子間 距離を増大→強磁性安定化 D R-Fe-C, R-Fe-B 合金作製 R=Sm, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb C 磁気特性測定、結晶構造調査 アイデア C 磁気特性測定、結晶構造調査 ・ R-Fe-B では新化合物ができる。結晶構造不明。 ・ R2Fe17化合物にBを入れて原子間距離を大きくするアイデアは成立しない！ ・ R-Fe-B新化合物はおもしろい磁気特性を持っているようだ。 ・ R-Fe-B新化合物の研究を続行しよう！ 1972 研究テーマ 富士通時代 R-Fe磁石の開発 1976 1978 1979 1978末 1982 P R-Fe-B新化合物の中から磁石に適した 化合物を探索する。 D R-Fe-B 合金作製 R=Sm, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb C 磁気特性測定、結晶構造調査 Nd-Fe-B合金が新磁石として有望 1978末 Nd-Fe-B合金が新磁石として有望 Nd-Fe-B合金が新磁石のもとになる有望な新化合物を含んでいる。 ・ 新化合物はキュリー温度が高い → 強磁性が安定。 ・ 新化合物は磁化が大きい → 強い磁石になり得る。 ・ 新化合物は異方性磁界が大きい → 強い磁石になり得る。 上の３条件は強い磁石のもとになる化合物の必要３条件 （同時に３条件を満たさなければならない。） これを実現して 磁石を作らな ければ誰も信 じてくれない。 研究テーマ 新R-Fe磁石を 見つける 研究テーマ ＝ 新R-Fe化合物を 研究テーマ ＋ 見つける 有望な新R-Fe化合物として Nd-Fe-B3元系新化合物が存在 する可能性大！ 新R-Fe化合物でできた セル状構造を作る合金 組成と方法を見つける 1972 研究テーマ 富士通時代 1976 フライングスイッチに使うSmCo磁石の開発 1979 1982 P 粘り強い物質を細かく分散してやる。 D Sm-Co磁石合金にCrやVを合金化して、 Sm-Co磁石を作製する。 目標達成 会社として磁石の研究は終了。スイッチの時代は終わった。 半導体の時代だ。先端技術の研究をせよ。 C 機械的強度測定＋磁気特性測定 糸口を掴んだらはなさない！ Nd-Fe-B磁石は社会が必要としている！ 平日に思考実験。休日に実験。 研究テーマ Nd-Fe-B新化合物でできたセル状構造を作る方法を見つける セル内部はNd-Fe-B新化合物 セル境界は異種物質 めざすセル状構造 研究テーマ Nd-Fe-B新化合物でできたセル状構造を作る方法を見つける P これまでの磁石の合金組成や製法を 参考にする。 D C セル状構造を作る技術 KS鋼 溶解法により作製した合金を、高温か ら急冷して、焼き入れ アルニコ磁石 溶解法により作製した合金を、高温に 加熱して均一組織にした後、二相分離 Sm-Co磁石 焼結法により作製した合金を、高温に 加熱して均一組織にした後、二相分離 研究テーマ Nd-Fe-B新化合物でできたセル状構造を作る方法を見つける アイデア P ・Sm-Co磁石の成功例 → 焼結法で合金作製する。 ・Nd-Fe-B合金で、Nd量、B量を変化させる。 ・Nd-Fe-B-Xで、X＝Cu, Co, Ni, Cr, Mn, Cr, V、Ti, Zr, Al、Siからなる 各種組成の焼結合金を作製する。 ・焼結合金を高温に加熱したあと、急冷して各種温度の熱処理を加える。 正規の業務が終わってから、または土曜日、日曜日に実験 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・。 それもできなくなった。 → 磁石メーカーに移って研究を続行。 1972 富士通時代 1982年6月住友特殊金属の実験室 でNd-Fe-B磁石誕生(世界最強)！ 1982 住友特殊 金属時代 セル状構造は、Nd-Fe-B新化合物組成に 余分のNdを加えてやればできた。 Nd B Fe 1985年に解明された Nd-Fe-B新化合物の 結晶構造 Nd２Ｆｅ１４Ｂ Nd-Fe-B 焼結磁石 のFE-SEM像 2μｍ イメージ した通り セル状 構造に なってい た。 Fig. 1 FEG-SEM micrographs of cross sections perpendicular to the alignment direction of (a) as-sintered magnet (Hci=439kA/m), and (b) optimally heat treated magnet (Hci=1094kA/m) Nd2Fe14B 化合物 余分なNdが 薄い層を形成 Nd-Fe-B 焼結磁石 のFE-SEM像 2μｍ Fig. 1 FEG-SEM micrographs of cross sections perpendicular to the alignment direction of (a) as-sintered magnet (Hci=439kA/m), and (b) optimally heat treated magnet (Hci=1094kA/m) At MMM Conference, November 10, 1983 Nd B Fe Bの役割: R2Fe17から Nd2Fe14Bに変って、 Feの電子構造が 改良された。 Fe-Fe原子間 距離は R2Fe17 のそれとあまり 変らない. 金森順次郎先生 大阪大学元総長 Nd２Ｆｅ１４Ｂ あなたの発明は まぐれ当たり? 量子力学の世界 density of state majority spin minority spin あなたの発明はま ぐれ当たり? 「R-Fe-CやR-Fe-Bの３元系化合物を 磁石材料として、世界で始めて研究した。 このことが価値があることだと思います。」 佐川眞人の弁明 発明は一人でできる。 工業化には１０人かかる。 量産化には１００人かかる。 NdFeB焼結磁石の世界生産量推移 500 生産量(t) 400 300 200 100 発明 0 1982 1983 1984 1985 年 この期間が短い！ 1986 1987 1988 日本人技術者・研究者は 世界一優秀！ 日本は磁石の研究で１００年間世界のリーダー 本多光太郎先生 1916年にKS鋼を発明 世界最強磁石 加藤與五郎先生と武井武先生 1930年にCoフェライト磁石を発明 三島徳七先生 1932年にMK鋼を発明 増本量先生 1933年にNKS鋼を発明 俵好夫さん １９７４年に Ｓｍ２Ｃｏ１７磁石 を発明 俵好夫 入山恭彦 永久磁石の発展 50 は日本人研究者による発明 増本量 40 Nd2Fe14B Sm2Co17 三島徳七 30 (Sm Pr)Co5 Ba, Sr-フェライト SmCo5 アルニコ FeCrCo Co-フェライト MK鋼 KS鋼 NKS鋼 炭素鋼 本多光太郎 加藤與五郎・武井武 20 Sm2Fe17N3 MnAl 10 0 年 田口仁 最強フェライト磁石 最大エネルギー積（ＢＨ）max(MGOe) 最大エネルギー積（ＢＨ）max (ｋJ/㎥） 60 永久磁石の発展 50 は日本人研究者による発明 40 Nd2Fe14B Sm2Co17 30 (Sm Pr)Co5 Ba, Sr-フェライト SmCo5 アルニコ FeCrCo Co-フェライト MK鋼 KS鋼 NKS鋼 炭素鋼 (1916) 金研創立 20 Sm2Fe17N3 MnAl 10 0 年 100年 最大エネルギー積（ＢＨ）max(MGOe) 最大エネルギー積（ＢＨ）max (ｋJ/㎥） 60 (2016) 金研百周年 研究者はすばらしい仕事 誰も知らないことを見つける。 社会のためになる技術を生み出す。 日本人は高い研究能力をもっています。 材料科学者はやりがいがある仕事 ・ 材料科学は全ての工学の原点 材料科学者は周期表の管理人 ・ 材料科学は日本の得意分野 ・ 新材料を発明して、世界をリードしていこう。 ・ 新材料を基盤にして、経済を発展させていこう。 どの元素を使おうかな。 周期表管理人の一人 研究者としての成功をめざす若者へ ① 考えて、考えて、考え抜く能力を身につけよう。 ・ひごろから、考える習慣を身につけよう！ ・何時間でも考え続けられるようになろう！ ・空いていている時間はいつも考えるようにしよう。 ② 社会がほんとに必要としているものを探す能力を 身につけよう。そこから人生を賭ける研究テーマが 見つかる。 ・社会が何を求めているか、いつも考えるようにしよう。 ③ 基礎的な勉強をしっかりとしよう。必ず役に立つ！ “Boys, be ambitious!” 「青年よ、大志を抱け！」 （クラーク博士の言葉の日本語訳） 「若者よ、野心的であれ！」 （佐川眞人の訳） 研究者として成功を目指す 発明・発見は一人でできる。 → いつか自分も大きい発明や発見をする ことを心に誓おう！ このパターンで社会に貢献しよう！ 発明は一人でできる。 大資本に よる資金 一人の研究者 の情熱 工業化には１０人かかる。 ベンチャー成功 量産化には１００人かかる。 ベンチャー企業 会社 大学 研究所 社会の指導者の皆さん、資本家の皆さん ・ 天才的な研究者を探して、巨額の投資をするだけではなく、 できるだけ多くの若手研究者にチャンスを与えましょう。 発明発見は一人でできる！ 平凡そうに見える若者にも！ ネオジム磁石は地球を救う！ Nd Magnet Motor Application for Air Conditioner The outdoor-unit The indoor-unit The compressor Nd Magnet IPM Rotor DC Motor Rare Earth Magnet for Hybrid Cars Shin-Etsu Rare Earth Magnet LEXUS RX400h generator motor Rare Earth Magnets for Plug-in Hybrid and EV TOYOTA Plug-in Prius Mitsubishi EV iMIEVE NISSAN EV Leaf MEIDENSHA Magnet Motor for iMIEVE AC Servo Motor with Nd Magnet for Robot The Nd Magnet Motor Wind Turbine Generator GE Energy Home Page http://www.gepower.com/prod_serv/products/wind_turbines/en/2xmw/index.htm 日本の陸上風力発電のポテンシャル 既存の電力設備総量 日本全土に風力発電設置を！ エネルギー安全保障を確保しよう。 風力発電についての資料は下記の方からご提供 いただきました： 上田悦紀氏 JWPA（日本風力発電協会） 美濃輪武久氏 信越化学㈱ ご清聴ありがとうございました。
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