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

2013.8No.322

TODAY

産業競争力は材料の開発で勝負
自動車については世界的に燃費規制が厳しさを増しており、今後の自動車の開発は燃費向上が鍵となっている。
輸送機器の燃費向上は、エンジンを始めとした動力機関の効率向上と軽量化が２大手段である。これまでに動力機関の効率向上に向けた研究開発は企業自らが精力的に取り組み、例えば自動車ならばハイブリッド車の出現・普及に至っているが、車両の軽量化についてはまだ緒に経済産業省 製造産業局
非鉄金属課長 及川 洋

ついたばかりであり、革新的な軽量部素材の実現が期待されているところである。
ここでは特に非鉄金属材料開発の取り組みについて紹

経済産業省では今年度から 10 年間の計画で「革新的介したい。

構造材料プロジェクト」をスタートする。これは平成 24
年度から始まった「未来開拓型研究制度」といわれる① 革新的チタン材の開発

官民連携の大型研究開発プロジェクトの一つであり、社

チタン業界はスポンジチタン・インゴットの川上部分

会的インパクト、研究開発リスクが大きく、我が国が将と、圧延・鍛造等の川下部分に大別することができる。

来にわたって強みとすべき分野について官民の強力なコ

日本でスポンジチタンを生産しているのは専業２社のみミットの下、10 年間を目処に研究開発を行うものである。

で、航空機用の厳しい認定を受けており国際競争力も高官の側においては、基礎研究分野を担う文部科学省と連い。また、川下の圧延・鍛造は大手鉄鋼メーカーが製鉄携しつつ、また、民の側においては最終的なユーザー企技術で培った技術力を武器に、一般工業用途に展伸材市業の参画を得て出口を見据えた開発を行うことも一つの場拡大をけん引してきた。

特徴である。

しかしながらスポンジチタンはバッチ処理という生産

この「革新的構造材料プロジェクト」は、言うまでも性がネックであり、展伸材はアジア企業の参入により、無く我が国産業の競争力を支えている素材、特に輸送機熾烈な品質・コスト競争を繰り広げている。

器などに用いられる構造材料に着目して技術開発を行う

世界のスポンジチタン・展伸材の需要は航空機需要にもので、国が関与する技術開発としては久々にベースメ牽引され、長期的には拡大の見込みであるが、世界市場タルを対象としている。

で勝ち抜くためには高生産性、高品質、高歩留まり、低具体的には、輸送機器の抜本的な軽量化に向け、製品コストが要求される。のマルチマテリアル化を可能とする異種材料の革新的な本プロジェクトでは生産性を向上した連続式の精錬技接合技術の開発や新たなチタン材、アルミニウム材、マ術や、精錬・溶解・熱延工程を短縮した新チタン材製造

グネシウム材、鋼材、炭素繊維強化樹脂等の構造材料の技術などの開発を行うとともに、用途に合わせたチタンそのものの高性能化に係る技術開発を一体的に推進する材料（特定機能の強化）を作るため、分子原子レベルでこととしている。の組織構造制御や不純物低減技術の実現を目指す。

この背景にはエネルギー問題・地球温暖化ガス削減の問題がある。

② 革新的アルミニウム材の開発

産業・運輸・民生の各部門におけるエネルギー消費量

我が国のアルミ業界は正確にはアルミ圧延業界であの削減や、二酸化炭素排出量の削減は国際的な重要課題る。かつて国内にも地金精錬事業が存在したが、オイルであり、我が国においても年間の二酸化炭素総排出量 12ショックによる電力価格高騰により撤退し、現在は圧延・億トンのうち約 20％が運輸部門（自動車、航空、鉄道等）加工事業が主体となっている。海外のいわゆるアルミメからの排出で、産業部門に次いで多く見逃せない。更にジャーなど、資源上流から地金、圧延・加工まで行うア1

ルミ企業においても、その収益源を圧延・加工といったで燃え易く、加工性が悪いなどの特徴があるため、輸送川下にシフトしつつある中、我が国アルミ産業が引き続

機器への適用拡大には耐熱性と加工性に優れたマグネシ

き競争力を維持するためには、製造する材料そのもののウム材の開発が求められている。

性能、コスト競争力を高めるとともに、他の材料との関本プロジェクトでは組織構造制御技術を開発し、要求係においても、その利用範囲の拡大を図る必要がある。

される機能を向上させた新マグネシウム材の開発を行う

アルミニウム材は比強度や延性、耐食性に優れた軽量と共に、強度や延性の機能を向上させた大型展伸材を製素材であり、様々な輸送機器に使用されているが、まだ造するための加工技術等の実現を目指している。

用途の拡大の余地がある材料である。例えば自動車では、フェラーリ、アストン・マーティンといった高級車は殆「鉄は国家なり」、この言葉は ʻ 鉄血宰相 ʼ と言われたどのボディ素材をアルミ材としている。つまり輸送機器プロイセン王国ビスマルク首相の有名な演説に由来しての更なる軽量化を進めるためには一部高級車等にとどまいる。まさに産業革命以降、鉄鋼の生産量が国力そのもらず、鉄道車両含めその適用可能範囲を広げることが重のとされ、国力の指標とされてきた。

要であり、加工工程での一層の高強度化や低コスト化がしかし近年はどうだろうか。工業生産されている金属その鍵となっている。の大半はやはり鉄鋼であるものの、非鉄金属も相当頑

本プロジェクトでは組織構造制御技術を開発し、強度張っている。また、炭素繊維強化樹脂の存在感も増してや延性の機能を向上させた新アルミ材の開発を行うとといる。

もに、機能を向上させる加工技術として異なる品番のア産業界のニーズを知り、ご意見を頂くために、材料メールミ材の組み合わせのみならず、アルミと異種金属等材カーから製品メーカーまで多くの企業の方々に話を伺っ料との組み合わせ技術、テーラードブランクのような可た。そこで異口同音に言われていたのは「基盤となる材変板厚製造技術の開発、用途に合わせ価格を抑えるため料開発が大切」、「材料あっての技術革新」、「製品のマルの再生アルミ材開発技術等の実現を目指す。

チマテリアル化」であった。要すれば、それぞれ個性のある優秀な材料を育て、これらを適材適所で組み合わせ③ 革新的マグネシウム材の開発て使えるようにするということであろう。

マグネシウムは実用金属中で最も軽く優れた比強度を本プロジェクトがこうしたニーズに応え、将来の我が有することから、炭素繊維複合材と並び次世代の構造材国産業の競争力強化に貢献するものであることを確信し料として注目される。適用先としては自動車の外板部材、つつ、現在その立ち上げに向けて関係企業の方々と準備高速鉄道車両の筺体である。しかしながら化学的に活性を進めているところである。

革新的新構造材料等技術開発（平成25年度政府予算額： 40.9億円）（新規）（背景）

次世代構造材料の開発

航空機

Ti

高機能化

Fe

輸送機器への活用

Mg

接合技術

運輸部門ＣＯ２排出量：
全体の１９．５％

設計・加工
Al

CFRP

ＣＯ２総排出量：11.9億トン
運輸部門：2.3億トン
輸送機器分野からのＣ
Ｏ２排出削減の必要

各部素材の性能を最大限引き出す＜ナノテク技術の活用例＞

結晶粒微細化
輸送機器の軽量化が有
効

輸
航続距離の延長
送 （15,000km→18,000km）機
自動車器
�
軽量 実用燃費の向上
化 （16.8km/L→21.3km/L）

自�
家�
用�
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自年
動頃
車�
総�
排出量
約�
％
削減

高速鉄道

ナノテクノロジー
結晶粒微細化部素材開発研究へ
高延性向上

JRCM NEWS No.322

��
�
排出量
削減

2

運行速度の向上（300km/h→400km/h）

省
��化

JRCM REPORT米国 TMS 会議に参加して磁性材料研究部長
JRCM では、平成 24 年度より 10 年間の予定で村木 峰男
2010ᐕ࿖൓⺞ᩏ

開始された経済産業省委託研究「次世代自動車向ㇺᏒੱญ䋨ੱ䋩㪈䊆䊠䊷䊣䊷䉪㪏㪃㪈㪎㪌㪃㪈㪊㪊け高効率モーター用磁性材料技術開発」において、

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技術調査センター機能を担い特許調査・技術調査㪋䊍䊠䊷䉴䊃䊮㪉㪃㪇㪐㪐㪃㪋㪌㪈

活動を開始している。

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この際、磁性材料の技術開発動向に影響を与える因子としては、・日立金属のネオジム磁石構造に関する米国基本特許が 2014 年７月に満了

1. 米国テキサス州サンアントニオと人口࿑1.図☨࿖䊁䉨䉰䉴Ꮊ䉰䊮䉝䊮䊃䊆䉥䈫ੱญ・中国起因のレアアース問題に対処する磁性材料関係プロジェクトとして、米国エネルギー省

1.TMS 会議概要

(Department of Energy）主導で REACT（希土類代TMS（ThreeMS-Minerals, Metals & Materials

替先端技術プロジェクト /Rare Earth Alternativein Critical Technologies）が 2011 年開始

Society）は材料全般を幅ひろくカバーする学会でなどが挙げられる。後者のプロジェクトは「次世あり、昨年はオーランド、来年はサンディエゴと、代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術開毎年米国内での開催である。今春会議が行われた発」と同時期に、約 30 億円という同オーダーのテキサス州サンアントニオは全米第７位（図１.

開発規模で開始されたプロジェクトである。加え2010 年国勢調査）の人口を擁し、航空・軍事・観て米国では軍事関連からも高効率モーターなら光などを主産業とする。市街中心にはメキシコかびに磁性材料の開発需要が存在する（表１）。こらの独立戦闘の舞台となったアラモ砦（図２）がのため米国における研究開発動向調査を目的とあり、会期中３月６日はその戦闘における激しいして、2013 年３月３日から３月７日にかけて、抵抗の末の終結記念日であったため早朝より関係サンアントニオで開催された TMS2013 年次会者らによる式典が行われていた。近くには運河を議（Minerals, Metals & Materials Society 142nd

利用した観光舗道リバーウォークが整備されていANNUAL MEETING & EXHIBITION） の 磁 性 材 料る（図３）。会議会場（図４）はその運河の端にあセッションに参加したのでその内容を以下に報告り、大阪万博に２年先立つサンアントニオでの世する。

界博覧会の地に建設されたものである。

⴫䋱. ☨࿖䈪䈱⏛ᕈ᧚ᣉ╷╬表１. 米国での磁性材施策等
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3

JRCM NEWS No.322

図 3. リバーウォーク

図２. アラモ砦跡

会議での発表 / 報告セッションは鉄鋼、アルミ࿑䋲.
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耐火物、磁性材料、アモルファス、熱電材料等電子材料、原子力 / 照射損傷、生体材料、接合、解析 / 分析、など多岐にわたり、約 3,500 人が参加した。
このうち磁性材料関連セッションは、希土類磁石、希土類フリー磁石、新規磁性材料、電力変換用材料、エネルギー関連磁性材料の分類に分かれ、計 40 報告が同一会場で逐次発表され、約 100 人が議論に参加した（図５）。

図４. ＴＭＳ会議会場外観࿑䋴. 䌔䌍䌓ળ⼏ળ႐ᄖⷰ

2. 磁性材料セッションにおける発表動向࿑䋵. ⏛磁性材料セッション計 40 報の件数内訳は、報告国別では米：欧：その他の割合が 6:3:1、と開表２. 磁性材料分野国別機関別発表件数内訳

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催国米国からが過半を占める。報告機関の産 / 官/ 学 割合は 1:4:5 であり、国研 (Ames Laboratory)☨࿖ ᰷Ꮊ 䈠䈱ઁ ⸘↥㪋㪉㪇㪍 䋲ഀቭ㪐㪌㪈㪈㪌 䋴ഀቇ 㪈㪉㪋㪊㪈㪐 䋴ഀ⸘ 㪉㪌 㪈㪈㪋㪋㪇

や海軍研究所 (Naval Research Laboratory) など軍事関連セクションからの発表が多いことが注目される（表２）。なお、中国からの報告は無いものの米大学 12 報のうち半数は中国からの留学生が研究に関与している。

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磁石材料別の発表件数内訳は、「次世代自動車JRCM NEWS No.3224

䋳ഀ䋱ഀからの FeBSiNb 系軟磁性材ガラス形成能改善試験結果、が報告された。
3. 注目される個別報告―Challenges of Magnetic Material Developmentfor Vehicle Electrification:
U.S. Naval Research Laboratory
海軍研究所からの報告。冒頭、エンジンを積まずモータで駆動する無人電気飛行機の紹介から始まった（図６）。2001 年から本格的に電気飛行機開発に取り組んでいる。液体水素燃料電池による 48 時間の連続飛行試験実績がある。加えて６モータ（６プロペラ）の有人電気飛行機実機の様子も映写された。磁性材料には価格低減よりも資源セキュリティ対策として非希土類材料開発に期待が、また具体的な磁石材料としては Mn-Al 系、コバルト炭化物への期待が述べられた。軟磁性材料に対してはアモルファス相中へのナノ結晶析出

図５. 磁性材料セッション会場

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材の高特性に注目しているとしながらも、機械特向け高効率モーター用磁性材料技術開発」の開発性、長期安定信頼性に対する要望と期待が寄せら

対象磁石においては件数順に、FeNi 超格子構造れた。

-6 件、ナノ複相組織制御 -5 件、Dy 粒界拡散型
NdFeB-3 件、HDDR( 水素化利用微細化 ) 異方性磁石 -2 件、窒化鉄 - なし、であり、対象外磁石では、
アルニコ磁石 -4 件、MnBi 磁石 -2 件、MnAl 磁石-2 件、炭素活用磁石（例 CoC）-2 件、セリウム活用磁石、などの報告がみられた。
報告の背景としては、中国起因のレアアース枯渇対応をモチーフとするものが多く、希土類フ

http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2013/
nrl-shatters-endurance-record-for-small-electric-uav

リー磁石の関連報告が 17 報、それ以外でもカナダや豪州などでの希土類鉱床の開発状況にコメン

図６. 海軍研究所無人電気飛行機

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トするレビュー報告など希土類が本年のトピックスとして目を惹いた。希土類フリーへのアプロー
チとしてはアルニコ磁石の見直し改良報告も数多―Nanocomposite Magnetic Alloys for Powerく見られた。

Applications:
U.S. Naval Research Laboratory; George

軟磁性材発表においては、「次世代自動車向け

Washington University高効率モーター用磁性材料技術開発」の開発対象

海軍研究所から大学への委託研究。背景として軟磁性材であるナノ結晶磁性材の報告が主流であ超伝導モータ開発内容が紹介された。銅損はゼロる。となるが、鉄損に関しては軟磁性材料のわずかな

磁石 / 軟磁性材とも約２割は原理 / 解析の報告

発熱でも超伝導の破れにつながるので極限の低損であった。
日本からは計２報、高輝度光科学研究センター失を求めたい。軟磁性材料としてはナノ析出材料

からの Dy 添加 NdFeB 磁石粒界解析、秋田県立大を幅広い組成レンジに亘って調査していることが
JRCM NEWS No.322

5

述べられた。東北大牧野教授ら研究の一連の組成

・環境有害性への注意喚起：バリウムフェライト系が高特性材料例として言及されていた。

磁石は環境有害性の懸念から衰退したことを忘れ―New Materials and Novel Anisotropies forず、新規開発磁石 / 軟磁性材料開発では初期段階

Rare-Earth-Free Permanent Magnets:

から環境有害性発現可能性を念頭においてかかる―Tetrataenite (FeNi)- A Potential Candidate For

べきだ。

a Rare-Earth -Free Permanent Magnet:

・Sm 価格安定化に伴う NdFeB → SmCo 回帰へのNortheastern University

警鐘：Sm は Nd 鉱床から副生成されるため Nd 増産により価格安定化した経緯がある。NdFeB 離れ

FeNi 磁石に関するノースウェスタン大からの連報。エネルギー省の希土類代替先端技術プロジェが進めば Sm 価格は再高騰必至。

クトの一環として開発中である。

―Novel High Energy Permanent Magnet without

FeNi 合金は 320℃以下でのみ磁石特性良好な

Critical Elements:

L1o 超格子構造が熱力学的に安定となるため、求Ames Laboratory

める超格子構造を熱拡散で得るにはとてつもな引き続き Ames Laboratory からの報告。電気自い長時間がかかる。天然に見られる唯一の例は動車および風力発電用途を念頭に、300℃以上の320℃付近の温度に年単位以上宇宙空間で保持さ温度域でも実用磁力を維持できることを目標に セれた隕鉄中のみである。このため従来報告では、リウム - 遷移金属合金磁石探索に着手した。 セ

中性子線照射、電子線照射など特殊な手法によりリウムは希土類元素ではあるが、豊富に調達可試作された薄膜材料を用いて研究開発が行われて能ゆえ Critical Element には非ずという位置づけいる状況である。

である。Ames Lab. では多くの磁石プロジェクトを並行実施中であるが、本テーマはエネルギー省

本報告中では 320℃以下での鉄原子とニッケル原子の相互拡散を促進する目的で、REACT（希土類代替先端技術開発）のプロジェク・冷間圧延による高速拡散経路導入、トとして着手後６カ月の新しいテーマである。
Ce 磁石は大きな磁気異方性が得られ難いとして・FeNi マルテンサイト相からの変態と空孔導入、・静水圧の印下による拡散促進、過去に一旦けりをつけられた経緯があるが、理論などが試験 / 議論された。FeNi 超格子バルク材を専門家と協調して絞り込みを進める見直しを始め得る試みとして注目される。

たとのこと、資源リスクに対応する開発として注―Current Status and Future Prospects of目される。

Magnetocaloric Materials:
4. 今後の調査

Iowa State University
Ames Laboratory（国研）との産学連携内容報告。

懇親会では企業の研究者を中心に、直近の希土レビュー報告だが、以下に列記するような示唆を類価格低下による非希土類材料開発方針の短期見多く含む発表だった。

直しが嘆かれていた。長期的視点に立った開発と・成形磁石材料の高密度化手法：熱間鍛造に加えいう観点で、「次世代自動車向け高効率モーター用FSW（摩擦撹拌法）に注目。

磁性材料技術開発」と同様なコンセプトを持つ米・新規磁石アプローチ：元素組合せ探索は充分サー

国エネルギー省 REACT プロジェクト各テーマの開ベイされてきている。構造制御と熱処理に期待す発進捗も継続ウォッチしたい。

る。

The Japan Research and Development Center for MetalsJRCM NEWS ／第 322 号

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2013 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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