■2003.9

財団法人 金属系材料研究開発センター

No.203

TODAY

わが国の製造業の国際競争力と素材産業

JFEスチール株式会社

専務執行役員
スチール研究所長

商品のみならず、大量生産されている主力商品分

藤 井 徹 也

野で推進することが重要である。
最近の鉄鋼材料関連分野を見ると、大口需要家

わが国の製造業の国際競争力は一般的に1990年の自動車産業において、燃料費向上のための車体代を通じて低下傾向にあると言われている。この

重量の軽量化と衝突安全性の向上を目指して使用傾向の最近の典型は汎用半導体のDRAMやTFT鋼材の高張力鋼化が重要な課題となっている。こ

大型液晶パネルに見られるが、各種の指標でも認のため、加工性とメッキなどの表面処理性に優れめられている。例えば、一橋大学の伊丹敬之教授

る高張力鋼板の開発と実用化が急務となっていらの分析によれば、主要26カ国の輸出のうちわがる。この分野に限定すれば、鉄鋼メーカーにおけ国の占める金額シェア（ドル表示）は、1994年以降る製品開発と自動車メーカーにおける実車適用が低落傾向にある。一方、米国はこの年代を通じて着実に、しかも急速に進んでいる。メーカーとユ着実な伸びを示し、絶対値は低いが中国、韓国もーザーの技術者、研究者の密接な連携活動を通じ増大傾向にある。わが国と米国の製造業の労働者て鉄鋼材料の特性向上がこの分野の開発研究の歴一人当たりの生産性（付加価値額）の変化において史上でも特筆される速度で進展していると言っても同様な傾向が見られる。

も過言ではない。このような活動は鉄鋼産業の国

自動車産業や工作機械産業に見られるように、際競争力の強化のみならず、自動車産業の国際競強い国際競争力を維持し続ける業種もあり、この争力の維持、向上にも貢献しているものと思われる。

ような競争力低下の主要原因は業種別に論じる必以上に述べた鉄鋼産業と自動車産業間の、ター要がある。

ゲットを明確にした連携研究開発活動は当該業界

素材産業分野の国際競争力に関しては、エネルに限定されることなく、程度の差はあるが鉄鋼をギー価格や天然資源の有無、さらには税制度上の含む素材産業と造船、建築、土木、産業機械や電問題など、わが国固有の問題がある。これらの問機業界などとの間においても見られる。このよう題を克服して競争力を維持するためには、それぞな、技術者の業界間連携活動の成果が、わが国のれの企業の経営戦略もさることながら、研究開発素材産業とそのユーザー産業の国際競争力の強化に携わる技術者、研究者としてはさらなる研究開に大きな役割を果たしているものと思われ、今後発力の強化が必要である。他国の追従を許さないもこのような活動を積極的に展開していくことが特性の製品開発を、先端的あるいはニッチ分野の重要である。

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JRCM REPORT

変圧器の電力損失削減のための革新的磁性材料の開発
変圧器の電力損失削減のための革新的磁性材料の開発
プロジェクトリーダー 小松原道郎

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本受託事業の目的

鉄鋼材料研究部 櫻谷敏和に示されるように磁束密度の極限まで合、年間4.6億kWhの省エネ効果が得の向上、鋼板の板厚の低減、磁化を担られることになる。

送配電時の電力損失を大幅に削減

う磁区の細分化技術等の開発によりしかし、前述の被膜形成に際し、鋼し、その結果としてわが国のCO2排出年々その鉄損が低減されている。しか板表層を反応物や歪で汚染させるとヒ量の削減に貢献するべく変圧器の磁性し、ここ数年は技術的に飽和状況にあステリシス損が増加し鉄損が増大する材料の損失を画期的な値まで低減するり進歩が認められない。

ので、その手法としては、真空中での［1］ことが本事業の目的である 。本開発

物理蒸着（PVD）や反応を利用する化は革新的温暖化対策技術プログラムの2一環として、平成14年度は経済産業省、

電磁鋼板の磁化は図−2に示される

体産業や工具鋼の表面処理で一般的で平成15、16年度は新エネルギー・産業

磁区幅の伸縮によって担われる。このあるこの方法は、鉄鋼材料の大量処理技術総合開発機構（NEDO）から委託を幅が小さければ、磁化過程で失われるを工業的に行う技術としては多くの障受け、3カ年計画で推進されている。

損失も小さい。図−2（a）は鋼板表面に害をもつ。その一つは蒸着速度が極め電力の送配時には、発電所での昇圧

100μm程度の幅の溝を設けることでて遅いという欠点である。

変圧器、変電所での変電用変圧器、工磁区の細分化（Domain refinement）

場や大型ビル等での高圧受電変圧器、が生起されることを利用して鉄損の低電信柱上の柱上変圧器等、多様な型式減を図った材料であり、一定の成果をの変圧器が使用され、変圧器による損得たが、磁区の細分化としては不十分

失は、総発電電力の2.24％を占める。

であった。

ブレークスルー技術

学蒸着（CVD）に限られている。半導3

平成14年度の目標と成果

3.1 PVD技術の検討検討に用いたマグネトロンスパッタリング装置を図−3に示す。これは、この損失のうち、約50％が磁性材料に

新技術は鋼板表面に熱膨張率の低いArを含む約10−3 Torr.の比較的低い真起因（残りは巻線に起因）するので、2010

セラミックス系のサブミクロン厚被膜

空中で、蒸発材料を陰極に基板材料を年に予測されている総発電需要量に対を被成させることで、図−2（b）に示さ陽極（接地）にしてグロー放電を起こさして、変圧器による電力損失は272億れるように大幅に磁区幅を低減するこ

せ、プラズマ中で発生する陽イオン化

kWh、変圧器の磁性材料による損失［2］とが可能であることの発見による 。

したArを陰極のターゲットに衝突さは136億kWhに達すると予測される。

これにより、鉄損を0.23mmの板厚のせ、反跳として飛び出す高い運動エネ

変圧器の磁性材料として使用される

場合、W17/50で現行の0.75W/kgからルギーを有するターゲット原子を基板方向性電磁鋼板の品質特性は、日本製0.60W/kgへ低減でき、各年の更新変材料表面に導き成膜する技術である。

品が最高水準であり、例えば、図−1

圧器の鉄心材料として採用された場

ターゲット近傍で表面に平行な磁界を印加しプラズマ中の電子を拘束しながらマグネトロン運動させることで、成膜速度は増加するが、この時、投入する電流密度を増大させることによ

図−1 方向性電磁鋼板鉄損特性の暦年変化の例（川崎製鉄）

JRCM NEWS No.2032

図−2 細分化された磁区構造

り、成膜速度をさらに飛躍的に高める性は良く、成膜温度を高めることでさせたパイロット規模の装置を作成ことが可能になった。実験では、窒化

図−5に示すように極めて高い成膜速し、平成16年度の計画である開発材料

珪素被膜を成膜させたが、図−4に示度を得ることができ、目標値を達成すを用いた変圧器の製造へとつなげていすように今までにない高い成膜速度がることができた。
工具鋼の表面処理は、く予定である。

得られ、目標値（2000Åm/min : 0.2μ通常1時間程度の処理時間を必要としm/min）を達成することができた。ており、このような1分程度の極めて3.2短時間での成膜技術は世界初である。

CVD技術の検討

CVD技術としては、原料ガスにTiCl 4、H 2及びN 2を用い、TiN被膜の4形成を検討した。形成した被膜の均一

平成15年度は、さらに成膜の効率を

平成15年度の計画

文

献［1］JRCM：「変圧器の電力損失削減のための革新的磁性材料の開発事業」平成14年度経済産業省事業提案（2002）［2］Y. Inokuti et al：Mat. Trans. JIM , 33
（1995）,
p946
0.70.6TiN成膜速度（μm/min）

高める技術開発を行うと同時に、平成14年度に開発した高速成膜技術を反映

0.50.40.3
0.2
0.1
0.0900950

1000 1050 1100 1150

CVD成膜温度（℃）
図−3 マグネトロンスパッタリング装置

図−4 マグネトロンスパッタリング法の投入電力と成膜速度の関係

図−5 CVD法の成膜速度と成膜温度の関係―― 本邦初ナノテク製品が一堂に ――

JRCMのホームページでナノテク製品データベースのサンプル集を公開します
21世紀の産業を強力に牽引する革新的な技術としてナノテクノロジーが大きな注目を集めていますが、日本では技術シーズの蓄積があるにもかかわらず、いまだ十分なビジネスに結びついていないのが現状です。この原因の一つとして企業が保有するナノテク技術が一堂のもとに集められておらず、使える知識になっていないことが挙げられます。

そこで、NEDOでは産業界が保有していて外部に供給可能なナノテクノロ
ジーに関する製品及び技術についてアンケート調査の委託先を公募し、JRCMの提案が採択されました。現在JRCM
ではナノテク製品データベースを構築中ですが、調査の途中経過をデータベースのサンプル集として、ホームペー
ジ（http://www.jrcm.or.jp/）に掲載しましたのでご覧ください。

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またこのナノテク製品データベースにはNEDOのホームページ（http://www.
nedo.go.jp/）からもリンクされ、アクセスできるようになります。
今後もデータベースを充実させるため、ナノテクに関する製品及び技術の情報等を募集しますので、このサンプル集をご参考にJRCM総務企画部（TEL 03-3592-1282）までお問い合わせください。

JRCM NEWS No.203

The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS／第203号

発 行 2003年 9 月 1 日
発行人 小島 彰
発行所 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

内容に関するご意見、ご質問は JRCM 総務企画部までお寄せください。
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