◆はじめに 現在工業的に最も大量生産されている磁石の材料はフェライトである。フェライト磁石の最大エネルギー積(〈BH〉max)は、NdFeB系磁石の1/10であるが、すべての磁石のなかでの生産重量(世界)は、焼結で80%程度、ボンドを合わせると95%程度と圧倒的シェアを占めていると推測される(注1)。 ◆生産および需要動向 日本電子材料工業会の集計資料を表1に示す。フェライト焼結磁石の国内生産量は1988年にピークがあり、この年に年間8.5万トンであったものが、2003年には1/2以下の3.9万トンに落ち込んだが、最近数年間は重量と金額ともに安定している(注3)。これは従来製品を海外シフトする一方、ランタン・コバルト(LaCo)系磁石のような高付加価値製品の国内生産が増加しているためである。
◆フェライト磁石の磁気特性の要因 基本的磁石特性である残留磁束密度(Br)と固有保磁力(HcJ)は、図1に示すように、オングストローム、ナノ、ミクロンからミリオーダーまでの各要因によって決定される。高性能化はこれらの因子を高めることが基本となる。NdFeB磁石の場合も同様のアプローチで特性改善の努力が続けられ、466kJ/u (58.5MGOe)という最高特性が報告されている(注4)。
◆高特性フェライト磁石材料の開発動向 現在量産されているフェライト磁石のほぼ100%は、マグネトプランバイト型(M型)結晶構造をもつ六方晶フェライトである。1963年に発表されたM型Srフェライト以降は基本物性の進歩はなく、もっぱら微細構造の改善で高特性化が図られてきたため「限界」という観もあった。しかし、1997年にSrフェライトに適量のランタンとコバルトを含有させることにより(1)飽和磁化(Js)の2%改善かつ結晶磁気異方性定数(K 1 )の15%改善が同時に実現できること(2)結晶磁気異方性定数(K 1 )は低温でさらに向上する結果、HcJの温度特性も大幅に改善できること(図2)、という本質的な効果がTDK により見いだされ、34年を経てようやく基本物性のレコードが塗り替えられた(注5)。
◆電装モーターへの応用例 高性能フェライト磁石FB9材の利用による電装モーターの小型軽量化は、日系電装メーカーを中心に積極的に進められている。従来材質FB5〜6材からFB9材への変更と同時に、モーター設計を改めて最適化することにより、小型軽量化が実現した数多くの例がある。図4は、ファンモーターの小型化の例を示す。同じモーター特性を維持して12%の減量が実現した。図5は、100Wクラスの小型軽量化されたモーター(図4のファンモーターおよびパワーウインドウ)に使用されるフェライト磁石の比較例である。これらは、磁石単体では従来材質の磁石と比較して約40%小型化している。さらに、1〜1.5kWクラスのスタータモーターにおいても同様の小型化検討が進んでいる。
◆おわりに 「もはや技術開発はやりつくされた」といわれた時期もあったフェライト磁石だが、材料として未解明の部分はまだ多く残されている。製造プロセスも生産性や品質面における改善の余地は多く、新鮮な目で見ることができればブレイクスルーの種を見つけ、進化できるのではないか。ハードルはますます高くなっているが、究極の高性能化と究極の生産性の両立を実現することが、今後の挑戦すべき課題である。 |