ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2018.8No.382

TODAY

理事長就任のご挨拶
一般財団法人金属系材料研究開発センター
理事長 井上 昭彦（新日鐵住金株式会社 代表取締役副社長）
このたび、当財団の理事会において、理事各位のご推挙により、理事長に就任いたしました。
当センターは、1985 年に創立され、現在推進中の「次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術開発」を始めとする金属系材料の研究開発や「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」、6 月に採択が決まった「超高圧水素インフラ本格普及技術研究開発事業」などの省資源・省エネルギー技術開発、リサイクル技術開発、地球温暖化防止技術開発等、国の施策に沿った多くの技術開発に関わってまいりました。これまでの間、当センターの運営と発展に尽くされた諸先輩並びに会員各位に深く敬意を表したいと思います。
現在、我が国の科学技術開発は、国が定めた第 5 期科学技術基本計画の 3 年目にあたり、ここに掲げられた Society5.0 の実現、イノベーションによる社会の改革をめざした開発が着実に進みつつあります。こうした中、そのような新しい社会をも支えていく金属産業においても IoT技術などを活用した新たな材料設計技術、材料製造技術が求められつつあります。
一方、地球温暖化問題、資源問題等、グローバル対応等、従前からの重要な課題に対しても継続的に対応することが必須であり、これらの諸課題に技術開発の面から積極的に対応し、国際的競争力を保ちつつ、継続的な発展が我々に求められているわけであります。ここにおいて当センターが果たす役割は大きいものがあると言えます。
我が国の産業の将来に向けての更なる発展を実現するために、金属系材料分野を中心とする技術開発を、企業間連携または大学、国立研究所など連携も視野に入れて継続的に推進していくことが必要であると考えております。このような点において、当センターはオープンイノベーションによる開発を実施してきており、これらを通じた人材育成にも寄与してまいりました。これらの企画・推進を更に進めていくことが当センターの重要な役割であると思っております。
このような技術開発を推進するため、経済産業省を始めとする関係機関のご指導並びに会員各位のご協力により、当センターの使命達成に貢献できますよう、微力ながら尽力する所存であります。
今後、一層のご支援とご協力をお願いいたしまして、就任のご挨拶とさせていただきます。

1

JRCM REPORTWMM2018 国際会議
高効率モーター用磁性材料技術研究組合
主席研究員 谷川 茂穂
1. はじめに高効率モーター用磁性材料技術研究組合の技術調査活動として 6 月 12 日（火）～ 14 日（木）の期
間ドレスデン（独）で開催された技術シンポジウム「WMM2018」に参加し、軟磁性材料の技術動向調査を実施したので、その概要を報告する。

その他
方向性 4%
Fe-S i16%

無方向性Fe-S i80%

図12. 会議の概要
WMM は、IMF（Institute of Metal Forming） と英国磁気学会が主催する、金属材料科学をベースとする軟磁性材料（電磁鋼板が主）に関するシンポジウムである。2004 年から 2 年毎に過去 7 回欧州で開催されている。2012 年までの 5 回は全てドイツのフライベルグで、2014 年は英国のカーディフで2016 年はイタリアのローマで開催された。本年度はフライベルグに近いドレスデンの Art Hotel を会場にして開催され、欧州のエンジニアや研究者を中心とする約 150 人の参加者があった。

講演会場

軟磁性材料の生産比率

図 2 軟磁性材料の生産量 (Fe-Si 除く）（英国電気学会資料より算定）

4. シンポジウム講演の概要
オーラル講演の機関別の比率を図 3 に示す。企業からの講演が約 7 割を占める。図 4 に講演機関の地域別の比率を示す。欧州 66％、アジア 16％、北米 13％、南米 5％となっており、欧州以外の大部分の講演は招待講演で構成されている。日本からは招待講演で新日鐵住金が、方向性電磁鋼板の先端技術の講演を行った。中国からは、首都鋼鉄と宝山鋼鉄から、それぞれ 2 件の電磁鋼板に関する講演があった。内 3 件は、無方向性電磁鋼板に関するものである。
材料別の講演比率を図 5 に示す。電磁鋼板に関する講演が全体の 71％を占め。方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板の比率は、おおよそ 1:2 であった。

ドレスデン市街地 ツヴァインガー宮殿

南米
5%
アジア
16%

大学
29%
企業
71%

北米
13%

欧州
66%

3. 軟磁性材料の生産量
図 1 は、英国電気学会資料による 2016 年度の世図 3 機関別
図 4 地域別
図 5 材料別
界の軟磁性材料の生産比率であり、電磁鋼板が全体講演比率
講演比率講演比率の 96％を占める。なお総生産量は、1200 万トン /年となっている。電磁鋼板では、主として配電トラ 5. 機関別の講演概要
ンスなどに応用される方向性電磁鋼板が 192 万トン 【宝山鋼鉄のモータ用無方向性電磁鋼板】
宝武鋼鉄集団の粗鋼生産量はアルセロールミタル（16％）に対し、モータ・発電機などに応用される無方向性電磁鋼板が 960 万トン（80％）と圧倒的 に次いで世界第 2 位である。電磁鋼板の本格的な生産は 1990 年代始めより開始し、ここ 20 年間で急に多い。
無 方 向 性 電 磁 鋼 板 の 生 産 量 は､ 対 2004 年 比 速に技術力を高めている。車載用駆動モータ用途で150％であり過去 12 年間に 1.5 倍の伸びを示して は、高磁束密度、低損失、高強度が要求されており、いる。その他 4％の軟磁性材料の生産量は 50 万ト 鋼板の薄板化、高抵抗化、高強度化をバランスよくンで、その内訳を総生産量より算出し、図 2 に示す。 実現することに注力している。それに伴う製造コス低損失金属軟磁性材料アモルファス合金の 2016 年 トの増加を抑制する、生産効率の高いプロセス技術の生産量は、約 6 万トンで､ 12 年間で 3 倍の伸び の開発を実施している。図 6 は、生産効率を高めてを示している。用途分野は、ほぼ 100％トランスで コストを抑制する、鋳造から中間素材までのプロセス技術のトレンドを示したものである。ストリップある。
JRCM NEWS No.3822

キャスト法（STC）による、薄板鋳造技術が中国メーカで採用されている。STC による製造コストの低減の指標が表 1 に開示されている。
図 7 は宝山鋼鉄で開発された無方向性の電磁鋼板の磁束密度（B50）と鉄損（@1T/400Hz）の関係を
図 8 接着積層プロセス 2)示すマップ図であり、図中の AHV-M シリーズが EV用途向けに開発された新製品であり、日本国内の 2) S.Lee ら ; Proc. of WMM'18; P.34 ～に基づく
トップメーカの高性能品と、ほぼ同等の性能が実現 【Fe 基アモルファス材料】
米国メトグラス社からは、Fe 基アモルファス材料されている。と Fe 基ナノ結晶材料に関する材料の紹介があった。
表 3 に Fe-Si-B アモルファス薄帯の特性を示す、飽和磁束密度は電磁鋼板に比較し約 20％低いが、保磁力は Fe-3％ Si に比較し約 1/6 であり、また板厚が約 25 μ m と標準的な電磁鋼板の 1/10 程度で、
図 6 鋳造技術のトレンド 1)
ヒステリシス損失、渦電流損失がともに低いので、
表 1 コスト指標の比較 1)
高効率な配電トランスの巻き磁心として普及していコスト項目
プロセス
全投資 重量当たり投資る。アモルファス材を応用したモータは、国内の装スラブ鋳造＋圧延
100
100
100
置メーカからフェライト磁石とアモルファスコアを薄型スラブ＋圧延
90 ～ 100 27 ～ 3345 ～ 55組み合わせたアキシャルギャップ構造の圧縮機用ストリップキャスト 135 ～ 165 9 ～ 1155 ～ 65
モータとして商品化されているが、これ以外での量産事例は、ほとんど無いのが現状である。講演内で、ラジアルギャップ構造に適用できるアモルファスコ
アの加工技術を研究開発中とのアナウンスがなされたが、具体的な技術内容は言及されなかった。
アモルファス材は、メルトスピニング法による超急冷凝固プロセスにより、溶湯を高速回転する単ロール上で連続鋳造し、得られた薄帯をスプール上に巻
図 7 製品マップ図 1)き取ることにより製造される。一方 Fe 基のナノ結晶
1) S.Xie ら ; Proc. of WMM'18; P.524 ～に基づく
材料は、連続鋳造したアモルファス状の薄帯をポスト熱処理し、10 ～ 20nm の微細結晶を析出させる
ことにより、優れた軟磁性を発現させる。FT-3( 商【POSCO のモータ用無方向性電磁鋼板】®
Fe-Si-B-Nb-Cu 系の材料で、
韓 国 最 大 の 鉄 鋼 メ ー カ POSCO は、HyperNO シ 品名ファインメット ) は、リーズを商品化し、その生産能力を年々拡大してい アモルファス相中に微細な Fe-Si 結晶が析出したナる。2017 年末で、260 万台の電動自動車の製造に ノ構造組織を有する。主に 100 ～ 1kHz の周波数帯対応可能な量産ラインを構築したとの事である。講 域で使用される受動部品などに応用されている。一演では主に、量産品の品質安定性について品質管理 方高 Bs ナノ結晶材は、Fe-Si-B-Cu 系のナノ結晶材料データをもとに解説。先端技術に関するトピックス であり、結晶相が bcc-Fe であるため、既存のナノ結®
として、接着積層コアの紹介があった。接着積層プ 晶材ファインメット と比較し高い飽和磁束密度がロセスで従来の TIG 溶接に比較し、鉄損（1T/400Hz） 得られるという特長がある。この材料は、現在開発は 14％、B50 は 3.2％改善する。ただし日本では既 途上にあり、次世代軟磁性材料として期待されていに燃料電池車の駆動モータコアに一部採用されてい る。また国内の研究機関で、企業と共同で Fe-Si-Bる技術であり、金型内での打ち抜き接着積層装置が Cu-P 系の高 Bs ナノ結晶材料（ナノメット）の実用金型メーカで商品化されているので、特に新規な先 化研究が進められている。
進技術ではない。
表2表32605SA1Bs(T)
1.56Hcρλs(A/m) ( μΩ m) (ppm)
1.2
1.327

板厚(μ)
23.5

2605HB1M

1.63

1.125.0

接着積層による性能改善 2)
TIG 積層

接着積層

鉄損（w/kg）

19.4

16.7B50(T)

1.54

1.59

Fe 基アモルファス材料 3)

1.2273) E.A. Theisen; Proc. of WMM'18; P.448 ～JRCM NEWS No.382

3図9り、Sabe は低損失材、Torque は高 B 材と推定される。
いずれも、従来材（板厚 350 μ m）に対し板厚が200 ～ 300 μｍと薄く設定されている。
図 11 に示す、磁石をロータに埋め込んだ永久磁石同期モータのステータおよびロータコアに新材料を適用したモデルモータのトルク密度およびモータ効率、鉄損などを自社で開発した電磁解析ソフトを用いてシミュレートしたモータ性能評価結果が紹介された。

アモルファス合金の製造プロセス（出展：メトグラス社技術資料より）【高 Bs Co-Fe 系結晶材料の開発と応用】
VAC 社 ( 独 ) か ら は、Co-F 系 お よ び Fe-Ni 系 材料の開発状況に関する講演がなされた。Fe-50Co2V に代表される薄板材料は、これまで材料コストなどの制約から航空機に搭載する高パワー密度の発電機用途などの限定された分野で使用されてきたが、近年ハイエンドの電動自動車などへの応用が模索されている。鋼種の選択肢を広げることや自動車
図 11 PM モータの解析事例 5)用途向けに材料特性を最適化することが求められて 5) S.Jacobs ら ; Proc. of WMM'18; P.553 ～おり、顧客要求に対応する材料開発が進められている。VACODUR49 は、Nb を微量添加した高 Bs のバ 【PMG の軟磁性粉末材料】
ルク軟磁性材料で、40A/m の低保磁力と 400MPa
粉末冶金メーカの PMG( 独 ) からは軟磁性粉末焼以上の高い降伏応力を有する。図 10 に、VAC 社で 結および圧粉磁心に関する講演があった。この分製造されている各種 Fe-Co 系材料の飽和磁束密度と 野では、材料技術における大きなブレークスルー
電気抵抗をパラメータにして示す。（図中には、Fe、 は こ こ 数 年 見 ら れ な い。 製 造 プ ロ セ ス で、SLM、Fe-Si 、Fe-Si-Cr などの Co フリー Fe 系バルク材料を EBW、3-D screen printing な ど に よ る、AdditiveFe-Co との比較で示す。）
Manufacturing プロセスが欧米を中心に盛んに検討されている。永久磁石を含む磁性材料の新しい製造プロセスとして、Additive Manufacturing が注目されているが、製品形状が磁石材料より複雑な軟磁性コア材料の製造に適したプロセスとして、今後の進展が期待される。

図 10Fe-Co 系軟磁性バルク材料 4)4) N.Volbers; Proc. of WMM'18; P.43 ～に基づく【薄板電磁鋼板によるモータ性能評価】
世界最大の鉄鋼メーカ アルセロールミタルは、モータ用に特化した材料開発をおこなっており商品名 iCARe® として実用化している。開発した電磁鋼板 iCARe® を用いて設計したモータ性能の解析結果に関する講演があった。iCARe® の材料特性に関する情報は開示されていない。iCARe®Sabe およびiCARe®Torque の 2 グレードの材質が上市されておThe Japan Research and Development Center for Metals

図 126) A. Schoppa ら ; Proc. of WMM'18; P.389 ～6. おわりに軟磁性金属材料に特化したシンポジウムは本学術講演会を除いてほとんど無いため、今回ワールドワイドの軟磁性材料メーカの最新技術動向に関する情報を入手することが出来、有意義なシンポジウムであった。
発 行発行人発行所

JRCM NEWS ／第 382 号

各種軟磁性粉末 6)2018 年 8 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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