ポストネオジム磁石の実用化に挑む　日本特殊陶業と産総研の共同研究

（※本記事は「産総研マガジン」に2025年4月23日付で掲載された記事を、許可を得て掲載しています）

2024年9月、日本特殊陶業と産業技術総合研究所は、今後、電動化の進む自動車や産業機械におけるモーターの重要部品として使われる永久磁石について、カギとなる研究成果を発表した。現在この分野で使われるのは主にネオジム磁石だが、その性能が頭打ちになるなかで、ポストネオジム磁石の研究に世界が取り組んでいる。

両者は、ポストネオジムの有力候補であるサマリウム-鉄-窒素磁石（Sm2Fe17N3、サマリウム鉄系磁石）を、従来よりも高密度で高性能にできる技術を開発した（2024/09/10プレスリリース）。高耐熱で資源リスクが低いという利点を生かすことで、今後、耐熱性が要求される電気自動車など高効率モーターへの展開が期待される。

2022年4月に設立された「日本特殊陶業-産総研カーボンニュートラル先進無機材料連携研究ラボ」では、シナジーをどのように高めて、この成果を生み出したのか。その開発の軌跡をたどる。

ポテンシャルのある次世代磁石と研究の前に立ちはだかる壁

モーターは、電流が磁界から受ける力を利用して回転を生み出すコイルを回転させる装置である。強い回転を生み出すためには、永久磁石は必須の部材だ（産総研マガジン「永久磁石とは？」）。昨今、カーボンニュートラル社会を実現するために電気自動車、ハイブリッド自動車が注目されているが、そのほかの産業機器のモーターにも永久磁石が使用されている。現在広く使われているのが、ネオジム磁石だ。

1980年代、そのネオジム磁石は画期的な発明だったが、性能向上はほぼ限界に達している。また、ネオジム磁石には熱に弱いという難点がある。重希土類金属を用いた耐熱型ネオジム磁石も研究開発されているが、重希土類の多くは海外で産出される希少金属（レアアース）であり、その供給は常にリスクを抱えている。

そこで、ネオジム磁石よりも高い性能を持ち、耐熱性も高く、かつ希少金属を用いない磁石＝ポストネオジム磁石の研究が、世界中の企業・研究所で進められている。

産総研が有力なポストネオジム磁石として研究してきたのが、サマリウム鉄系磁石だ。理論的にはネオジムの3倍以上の保磁力を発現するという高いポテンシャルを秘めている。

「私が産総研で研究を始めたのは7年前ですが、それ以前からこの研究は進められていました。超微細な粉末にする技術、粉末を焼結して固める粉末冶金技術、結晶構造を変える技術開発など、この材料のポテンシャルを引き出すための課題に取り組んできました。しかし、いろいろな方法で手を尽くしたにもかかわらず、なかなか成果は上がりませんでした」と振り返るのは、産総研マルチマテリアル研究部門　高機能金属材料プロセス研究グループの研究グループ長を務める平山悠介だ。

固める技術、用途にあった加工技術さえ確立すれば、ポストネオジム磁石としての有用性は誰もが認めるところだが、このチャレンジには、人材、資金、技術の壁が立ちはだかった。

脱エンジン時代。モーター磁石を新たな事業の柱に

そこに研究パートナーとして登場したのが、日本特殊陶業だ。同社は世界を代表するセラミックス関連企業で、自動車エンジンなどの内燃機関において混合気に点火する装置スパークプラグのほか、車載用酸素センサで世界トップシェアを誇るセラミックメーカーだ。自動車業界との関係が強いため、当然、電動車のモーターについての関心もあり、モーター用磁石についても基礎研究は進めていたが、製品化には至っていなかった。

同社科学研究所マネジメント室の岩崎将任は、「点火装置のスパークプラグで世界トップといっても、純粋なエンジン車が新車販売台数に占める割合は減少しており、その地位に安住することは難しい。今、まさに事業のポートフォリオを転換する好機といえるでしょう。あらためて考えてみると、磁石というのはモーターにとってなくてはならないもの。高い信頼性と耐久性が求められるという意味では、ガソリンエンジンにおける弊社のスパークプラグと同じような立ち位置にある部品です。これは当社こそやるべきだ。いや、世界がカーボンニュートラルへと向かうなかで、当社の次の事業の柱として、ぜひビジネスにしたいという思いがありました」と語る。

ただ、一社単独で新たに高性能磁石を生み出すことは難しい。磁石の開発は、大正時代に作られたKS鋼から、現在世界最強の磁力を持つネオジム磁石に至るまで、日本の研究が世界をリードしており、産業としても国際競争力を持つ分野だ。異分野から新規に参入するには高い障壁があるが、開発が成功すれば事業として大きな可能性がある。そのため、同社としても研究実績で先行する産総研との共同研究は大きなチャンスだったのだ。サマリウム鉄系磁石の研究で培われた経験・知見はもとより、産総研が培ってきた粉末をセラミックスのように固める粉末冶金技術にも、期待が大きかった。

「粉末冶金の技術にはシビアな条件が必要で、その環境が整っている研究所というのは魅力でした。それが開発の肝の一つだろうという直感はありましたね」と、岩崎は振り返る。

「何とかこれをやり抜きたい」——モチベーションとビジョンの合致

その粉末冶金技術の開発に長年携わってきたのが、高機能金属材料プロセス研究グループの主任研究員・山口渡だ。

「粉末の大きさをコントロールしたり、粒子の形状をコントロールしたり、粉末を固めたりする技術として、焼結助剤を入れる方法があるのですが、それを入れるにしてもさまざまな手法があり、独自のノウハウがあります。自分がこれまで培ってきた知見を使って、技術を花開かせたいという思いがありました。その夢を一緒に担ってくれる企業が現れたのは、嬉しかったです」と、山口。

「日本特殊陶業は、私たちが『何とかしたいな』と思っていたサマリウム鉄系磁石を、同じく『何とかしたい』と言ってくれて、同じ方向を向いてくれました。そうした、はっきりしたモチベーションやビジョンを持っている会社こそ、私たちが組むべき相手なのです。しかも産総研に、優秀な若手の研究者を預けてくれた。若い方と一緒に、チームで実験できるというのは私たちとしても魅力ですし、さらに製品化につながるかもしれないというところもワクワクします。産総研は、やはり研究成果を社会実装して、製品までの橋渡しをするのがミッションですから」と、平山も言う。

両者は2022年に「日本特殊陶業-産総研カーボンニュートラル先進無機材料連携研究ラボ」（以下、冠ラボ）を設立し、共同研究をスタート。岩崎が連携研究ラボ長に就任することになった。

記事の続きはこちらから。産総研マガジン『日本特殊陶業と産総研の「ポストネオジム磁石」実用化へ向けた挑戦』

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