Vol. 14, No. 5b（通巻No. 85b） 2023年1⽉19⽇

化学⼯学会エレクトロニクス部会ニュース増刊号をお届けします。内容は，2022 年 12 ⽉ 16 ⽇に開催されたエレクトロニクス部会主催 先端技術シンポジウムの概要です。

モビリティの電動化を牽引するエレクトロニクス〜電池・モータ・半導体と環境対応〜
2022 年度エレクトロニクス部会シンポジウム（エレクトロニクス先端技術シンポジウム）を，12 ⽉ 16 ⽇に会場・オンライン並⾏で開催いたしました。今回のシンポジウムでは，電動化という過去最⼤の変⾰期を迎えている⾃動⾞をターゲットに，モータや電池，パワー半導体に加え，充電環境や素材のリサイクルまで多岐にわたる内容の講演をいただき，好評のうちに終了しました。
ご参加いただいた参加者の皆様⽅と講師の先⽣⽅，ならびに協賛いただいた電⼦ SI 連絡協議会(ESIC)，表⾯技術協会，エレクトロニクス実装学会(JIEP)，⽇本電⼦回路⼯業会(JPCA)，スマートプロセス学会 エレクトロニクス⽣産科学部会(MSTE)，
よこはま⾼度実装技術コンソーシアム(YJC)，NPO 法⼈サーキットネットワーク(C-NET)，IEEE EPS Japan Chapter，化学⼯学会
関⻄⽀部 の各機関関係者に，この場を借りて御礼申し上げます。

■シンポジウムプログラム
講演題目

講師

所属

EV ⽤パワーユニットの将来展望

⾚津 観様

横浜国⽴⼤学⼯学研究院
知的構造の創成部⾨全固体電池の⾼効率化

⼀杉 太郎

様

東京⼤学⼤学院
理学系研究科EV ⽤ DC 充電の規格と展望

丸⽥ 理

様

⼀般社団法⼈CHAdeMO協議会

モータの消費電⼒削減に貢献する磁性材料の技術開発

尾崎 公洋

様

産業技術総合研究所
磁性粉末冶⾦研究センター

パワー半導体 SiC 技術の進展と⾃動⾞への応⽤

松波 弘之

様

京都⼤学名誉教授

⾃動⾞リサイクルの現状と今後の課題

阿部知和 様公益財団法⼈（ＪＡＲＣ）

⾃動⾞リサイクル促進センター

開催⽇ 2021 年 12 ⽉ 16 ⽇（⾦）
場所
会場（東⼯⼤蔵前会館）＋オンライン (Zoom Webinar) 併⽤開催
オーガナイザ ⽯川 有紀（サンユレック），林 太郎（ローム），吉野 雄信（フジクラ）

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■各講演の概要
EV ⽤パワーユニットの将来展望横浜国⽴⼤学 ⾚津 観 様
モータの出⼒はトルクと回転数の積で定義される。トルクはコイルに流す電流と磁束密度，及び容量（回転⼦外径×積厚）と極数の積で決まる。⾔い換えると，モータの特性は，ステータとロータのギャップ間にどれだけ⾼い磁束密度を実現し，どれだけ電流を流すか，さらにこれらを如何に低損失で実現できるか，にかかっている。ギャップは市販のモータでは 0.7mm 程度であり，これをさらに縮めることで出⼒の向上が可能である。しかしながら現実的な公差を考えるとギャップをこれ以上⼤幅に狭めることは現実的ではなく，従い強⼒な磁⽯を⽤いることが⾼い磁束密度の実現に不可⽋となる。モータの発展の歴史は磁⽯の発展の歴史とも⾔え，Nd-Fe-B 系の磁⽯の登場により磁⽯性能は⾶躍的に向上してきた。もちろん鋼板透磁率や巻き線の構造，設計技術の発展によるところも⼤きく，これらの相乗効果により⾃動⾞⽤モータは，ここ 20 年でトルクは２倍，パワーは３倍に特性が向上している。最近は重希⼟類フリー磁⽯の研究が盛んとなる⼀⽅で，磁束密度を⾼めることによるアプローチにも限界が近づきつつある。そこで，⼤電流を流して出⼒密度を上げ，モータを⾼速回転させることが次のアプローチとなる。この場合，⾼速回転に対応したベアリングの開発に加え，⼤電流化に伴う発熱への対応が技術的な課題となる。冷却については効率を⾼める検討が進む⼀⽅，電流密度をコントロールして発熱源を分散する検討も盛んに⾏われている。エレベータに⽤いられるモータ
では，そのために既に三相のモータを五相にするなどのアプローチが採られており，⾃動⾞でもこの⽅式が取り⼊れられつつある。講演では将来的な展望として，材料に限らないモータの⾼性能化を実現するキーワードとして右図に⽰す 〝かきくけこ〟 が紹介された。

全固体電池の⾼効率化
東京⼤学 ⼀杉 太郎 様
全固体電池を構成する材料は，正極と負極，電解質の三種である。正極と負極の間でどれだけ速く，⼤量のリチウムイオンを動かすことができるのか，が，固体電池効率化の鍵となる。固体電池の構造をよく⾒ると，半導体の MOS 構造によく似ていることがわかる。すなわち MOS 構造では半導体とゲート絶縁膜の界⾯制御が重要であるのと同様に，全固体電池でも，電極と電解質の界⾯が重要となる。これは電解質と電極の界⾯抵抗を下げる必要があることを意味しており，そのためには界⾯抵抗の発⽣するメカニズムを解明して取り組む必要がある。真空⼀貫の理想的な環境で試作・検証した全固体電池は，むしろ液体よりも特性が良く，繰り返しの充放電や，⾼電流密度でも安定していることがわかった。すなわち界⾯制御が理想的であれば全固体電池の⾼効率化は可能である。しかし真空⼀環での製造は現実的ではないため，現実の粉体で，且つ⼤気中で作製される実際の全固体電池に，界⾯の重要性をどのようにフィードバックするか，がポイントとなる。
全固体電池の劣化モードの⼀つである正極材料の劣化について，プロセス中の⼤気暴露により⽔分（プロトン）が付着することが原因であると考えて，これを修復する⽅法を検討した。当初⽔の付着であることを踏まえて，プロセス途中にアニールによる⽔の脱着を試みたが効果はみられなかった。そこでプロトンの付着した材料を使⽤して電池構造を試作し，電池構造のままアニールを⾏ったところ，特性が⼤幅に改善した。これは，試作した構造が「プロトン電池」として動作し，その「プロトン電池」の⾃⼰放電により，付着したプロトンを効果的に脱着することができたため，と考えられる。このとき，アニールは化学⼯学会エレクトロニクス部会 https://scej-ele.org/

⾃⼰放電を促進する役割があると考えられる。
このほか，講演では研究室の DX 化についての紹介が⾏われた。これは，機械学習で得た結果からコンピュータが次に何をすべきか判断し，AI やロボットを駆使して⾃動的・⾃律的に膨⼤な量の実データを取得するものである。道具や設備を⼈が動かすのではなく，ロボットが動くため，⼈間は⼈間にしかできないことに集中することが可能となる。

EV ⽤ DC 充電の規格と展望
CHAdeMO 協議会 丸⽥ 理 様
⾃動⾞の急速充電の規格には，⽇本発の CHAdeMOの他，欧州・北⽶の CCS，中国の GB/T，⽶国の Tesla 提唱の規格など，５つの規格が混在している。技術の進歩で搭載する電池容量が⼤容量化するにつれ，充電出⼒の要求も⼤きくなってきている。急速充電では，⽇常⽣活では扱うことのない⼤電流を扱うことから，コネクタの安全性は最優先事項であり，絶対条件である。充電⽅法には AC 普通充
電と DC 急速充電の２つがあり，オフィスや⾃宅か，⼀般道か⾼速道路か，など充電シーンに対応して使い分けられている。このうち急速充電では，電池が受け⼊れ可能な電流に上限がある点を考慮する必要がある。近年は，Li イオン電池の性能向上に伴う⼤出⼒化のニーズの⾼まりに応じ，次世代規格である ChaoJi を中国と共同で開発をすすめている。中国が持つ世界最⼤の電気⾃動⾞マーケットと CHAdeMO が蓄積してきた技術を持ちよった形である。ChaoJi は，⽇中の CHAdeMO と GB/T のほか，欧州の CCS とも後⽅互換性を担保することを⽬指している。
CHAdeMO では，この他にも⾃動⾞のみならず，⼆輪⾞など⼩型⾞両向けから⼤陸横断トラックや航空機，船舶向けのメガワット級出⼒充電規格まで，あらゆるモビリティの電動化を⽀えていく予定である。また CHAdeMO の特徴として５つの規格の中で唯⼀，双⽅向給電に対応している点が挙げられる。この特徴により，CHAdeMO は災害時の電源供給や，電⼒系統との協調によるピークシフトの実現なども可能である。現在実際にこの⽤途での有⽤性を検証しており，社会貢献をすすめながらの規格の普及をすすめている。

モータの消費電⼒削減に貢献する磁性材料の技術開発
産業技術総合研究所 尾崎 公洋 様
モータを構成する材料の⼀つである永久磁⽯の材料開発では，保磁⼒に関係する異⽅性磁界と残留磁束密度に関係する飽和磁化，⾼温特性に影響するキュリー温度が重要なパラメータとなる。モータ⽤の永久磁⽯材料は，NEDO のプロジェクトや⽂科省の元素戦略プロジェクトなどで研究され，NEDO プロジェクトでは，⾼効率モータ⽤磁性材料に関する技術研究組合（MagHEM）で実施された。MagHEM における材料開発では，単に永久磁⽯としての特性を⾼めるだけでなく，資源リスクの⾼い希⼟類の使⽤を抑制することも重要課題として検討した。Ce や La を使⽤した省ネオジウムを経て，究極的には希⼟類フリーの磁⽯の社会実装を⽬指している。
モータの鉄⼼に⽤いられる軟磁性材料には，⾼エネルギー密度・⼩型化などの要件が求められ，適⽤周波数は数百 Hz 程度とな

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る。モータ⽤の軟磁性材料には，保磁⼒が⼩さく，飽和磁化の⼤きな領域が求められる。課題は鉄損を下げることであり，ナノフェライト粒⼦を⽔素還元して得られる Fe-X 系の新規軟磁性材料を中⼼に検証をすすめている。

パワー半導体 SiC 技術の進展と⾃動⾞への応⽤
京都⼤学名誉教授 松波 弘之 様エレクトロニクスのパラダイムシフトは，初期の単⼀のトランジスタから，IC，LSI（プロセッサ）へと集積化がすすみ，超⾼速・⾼密度のプロセッサやメモリへと進化している。Si よりもバンドギャップの⼤きな SiC は，Si に⽐べ⾼電圧で駆動することができ，また⾼温⾼周波で低損失での動作が可能な点が特徴である。1950 年代，当時の Ge 半導体は 60℃以下でのみ動作可能であったが，SiC の研究は既にこの頃からはじまっていた。その後 Si の出現に伴い SiC の研究は下⽕となったが，⻘⾊ LED の開発との名⽬の下，京都⼤では輸送現象などの物性研究が中⼼に⾏われていた。当時の SiC 結晶は，Acheson 法により得られるごく⼩さな試験⽚を⽤いていた。しかし 200 種ともいわれる結晶⽅位の異なる多形混⼊がデバイス作製を困難にしていた。このような状況の中，ステップ制御エピタキシの発⾒はこの状況を⼤きく改善し，4H-SiC を⽤いたショットキー
バリアダイオード(SBD)は，パワーデバイス界に⼤きなインパクトを与えた。
現在，SiC ウェハは 8 インチサイズが主流となりつつあり，⼤量⽣産も進められている。Infinion による SBD の実⽤化や，ロームによる⼤電流トレンチ MOSFETs も実現された。SiC インバータを使⽤した鉄道⾞両では電⾞全体の電⼒損失が 40%低減され，また⾃動⾞への搭載もすすんでいる。課題として，⾼品質バルク成⻑と低価格化，MOS 界⾯制御などが挙げられる。

⾃動⾞リサイクルの現状と今後の課題
⾃動⾞リサイクル促進センター 阿部 知和 様
⾃動⾞のリサイクルは以前から⽐較的進んでおり，解体業者→シュレッダ業者という流れができていた。しかし埋め⽴て処理の必要なプラスチックやガラス，ゴムは不法投棄が顕在化しており，また廃⾞の野積みやこれに伴うオイルやバッテリからの環境汚染などが社会問題となっている。さらには最終処分価格の⾼騰や鉄スクラップ価格の不安定な変動に伴う不法投棄の増加もあり，2004 年には 22 万台が放置されている状態であった。この解消に数百億円単位の税⾦が必要となったこともあり，2005 年の⾃動⾞リサイクル法制定につながった。⾃動⾞リサイクル法には，既存の産業基盤を活かしつつ，ユーザを始めメーカ，引取業者，解体業者，破砕業者など関係者の役割を明確にし，廃棄物の削減と資源の有効利⽤を⽬指した仕組みがある。ユーザは⾃動⾞購⼊時にリサイクル料を負担し，また電⼦マニフェストによる適正処理の管理システムが構築されている。さらに違反者への罰則強化や処理事業者の登録・許可取り消しなどの仕組みを導⼊している。これらの取り組みにより，不法投棄台数は⼤幅に減少した。
⾃動⾞の素材については，以前より売れるものは売る，というのが基本的な考え⽅であり，エンジンなどの部品や，素材のリサイクルは積極的に進められてきた。またシュレッダーダストと呼ばれるゴムやプラスチックは燃料として再利⽤され，またガラス屑などは路盤材に使⽤される。最終処分場に搬⼊されるのは，⼤半はサーマルリサイクル後の残渣であるが，この中からも，⾦属カスなどが回収されている。

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最近の⾃動⾞リサイクルでは，たとえばバッテリなどは，クルマで使えなくなった後でも他⽤途で活⽤される他，⾃動⾞⾃体も，リサイクルしやすい構造で設計される。ただし EV 中古⾞の海外輸出に伴い，希少なバッテリ材料が国外に流出してしまうのが課題である。また海外に輸出した中古⾞から部品だけ取り外して放置されるケースも多く，新たな課題となっている。
⾃動⾞リサイクルの技術⾯における最⼤の課題は，軽量化に伴い使⽤量が増加している炭素繊維強化プラスチック（CFRP）のリサイクルである。CFRPは粉砕してもサーマルリサイクルが困難（燃えにくい）であり，また導電性があるため電気集塵による分別もできない。このため，CFRP はサーマルリサイクルする材料とは別に回収する必要があるが，現状ではリサイクルはほぼされていない。これら素材のリサイクルは，ESG の観点から材料メーカの存在意義にもつながると⾔え，また⾃動⾞メーカにも，リサイクル性に合わせた製品仕様や設計が求められる。

■あとがき
シンポジウム「モビリティの電動化を牽引するエレクトロニクス」，いかがでしたでしょうか。⾃動⾞に搭載される「エレクトロニクス」が年々増加する中，今は，まさにそのエレクトロニクスが⾃動⾞のパラダイムシフトを起こそうとしています。裾野の広い⾃動⾞産業の構造をも⼀変させるとも⾔われるこの⼤変⾰，純粋な技術⾯だけではなく，材料のリサイクルや，充電などの社会インフラの整備も急務であり，まだまだそこにも課題とチャンスが混在していることがよく理解できたと思います。⼀個⼈としては，次に買うクルマを「最後の内燃機関」とするか，「トレンドの最先端である電気」とするか悩ましいところではありますが，同時並⾏ですすんでいる「⾃動運転」も含め，動向を注視して決めたいと思います。
シンポジウムご参加の皆さま，講師の先⽣⽅に，あらためて御礼申し上げます。
★ご案内
例年ですとシンポジウム後に交流会（懇親会）を催して参加者の⽅と講師の⽅の交流の場としていますが，コロナ影響を受けて今回も⾒送りとしています。講師の⽅にご挨拶やご質問・ご提案等のご希望がある場合，お気軽に事務局までメールにてご連絡ください。
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