モーター性能決める

本田財団（東京都中央区）は、２０２３年度の「本田賞」にネオジム磁石を発明した佐川眞人博士（ＮＤＦＥＢ〈京都市西京区〉社長、大同特殊鋼顧問）とジョン・Ｊ・クロート博士（元米ゼネラル・モーターズ〈ＧＭ〉デルコ・レミー部門マグネクエンチ常務取締役、元ジョン・クロートコンサルティング代表）を選んだ。ネオジム磁石は１９８２年の発明から４０年以上、最強の座に君臨している。この間にネオジム磁石が最強であるメカニズムが解明され、産業界には他の選択肢はないという声さえある。磁石研究者にとっては挑戦と挫折の４０年だった。次の磁石研究の方向性を聞いた。（小寺貴之）

磁石はモーターの性能を決める材料だ。モーターはあらゆる機械に利用され、日本では電力の６割を消費している。磁石が強力だとモーターを小型化・高効率化できる。ネオジム磁石は薄型ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を実現し、パソコンの爆発的普及や社会の情報化を支えた。電気自動車（ＥＶ）や風力発電では省エネと発電効率向上に貢献している。実際に社会を変えてきた歴史があり、今後も地球環境を支える材料といえる。

磁石研究は物質探索と材料組織最適化の二つに分けられる。まず有望な金属間化合物を探し、結晶粒を金属間化合物で包むセル構造を作り込む。セルが小さくなるほど磁石は強力になるため、さまざまな製造プロセスが開発されてきた。ここに磁石メーカーのノウハウが詰め込まれる。

実は佐川氏とクロート氏は磁石メーカーの出身ではない。佐川氏は富士通、クロート氏はＧＭの研究所でネオジム磁石となる物質を見つけた。佐川氏は住友特殊金属（現プロテリアル）に転職して焼結磁石、クロート氏はＧＭ内でエンジニアリングチームを立ち上げてボンド磁石を実用化した。どちらもＨＤＤの小型モーターに採用され、爆発的に普及した。ネオジム磁石は生み出した人も場所も、製品を育てた市場も予想外だった。

“ポスト・ネオジム”への道は・・・

―なぜネオジム磁石に代わる材料が４０年も登場しないのですか。
　「希土類磁石には適切な金属間化合物相が必要になる。私たちは幸運にもネオジム鉄ホウ素（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）を見つけた。ネオジム鉄ホウ素は周期表の元素の組み合わせの中で理論上最も高い磁気モーメントを持つ。これに代わる金属間化合物相を見つけることは非常に困難だ。より磁力を増すには鉄の含有量を増やし、希土類は減らす必要がある。ただそうすると金属間化合物相が不安定になってしまう」

―物質探索と製造プロセスの研究に壁があるのでは。
　「基礎材料の研究と製造プロセス開発の間には大きな断絶がある。基礎研究は個人でも小規模なチームでも実施できる。だがプロセス開発においては機械工や配管工、溶接工など、多彩な専門性を備えた大規模な技術者チームが必要になる。大きな資金も必要だ。そしてさまざまな技術者が一つの方向を向くためのマネジメントが重要となる。これが私が経験した最大の課題だった」

―次の磁石研究の方向性は。
　「ネオジム磁石を超えるには、より優れた金属間化合物を探す必要がある。または未発見のプロセス技術の開発だ。これは非常に難しいだろう。また性能はそこそこで、より安価な磁石を開発する道もある。ただ多くの場合で磁気特性がコストよりも早く低下する。決して良い選択肢ではない。それでもネオジム磁石を超える磁石を探すよりは可能性があると思う。いずれにせよ新しい磁石は基礎研究から生まれるだろう。これには政府や企業からの大きな資金支援が必要になる」＊取材はオンラインで実施。写真は本田財団提供

―４０年間、世界の研究者がネオジム磁石を超えられていません。開発者として感想は。
　「誇らしいとか、寂しいといった感想はない。ただ事実があるだけだ。結果的に４０年間、最も強力な磁石であった。研究レベルでは優れた物性を持つ新物質は時々見つかっている。だが微細組織を作ることができていない。無理やり作ろうとしても、安定しなかったり、非常に高価な製造プロセスになったりしてしまう。私たちは幸運だった。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂは自然と微細なセル構造ができる。努力して作ったわけでも目指したわけでもなく、発見した段階でできていた」

―物質探索の研究室が製造プロセスも開発すれば次の磁石が見つかりますか。
　「私たちも特別な技術を持っていたわけではない。製造プロセスを工夫しなくても、最適な金属間化合物が形成される。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂは自然に選ばれた物質ということもできるだろう。次の磁石を目指すなら、全く新しい物資系を探す必要がある。学術界では人工知能（ＡＩ）技術を駆使した物質探索が進んでいる。私たちはネオジムと鉄、ホウ素という３元素の組み合わせの中から見つけたが、ＡＩの力を借りれば４元素、５元素と探索範囲を広げられる」

―膨大な探索範囲を実験することになりますね。
　「希土類磁石であれば希土類と鉄とプラスアルファに何を使うか。私自身は３元系で磁石にならなかった物質が、５元系なら磁石になるのだろうかと思う。だが私たちの時のように、新しい材料が見つかると、その原理が解き明かされ、それが学理になっていく。ＡＩで探索範囲を広げる研究の方向性は正しいと思う。次の大発見を期待している」