2018年02月20日

トヨタ自動車、ネオジム（Nd）使用量を大幅に削減したモーター用の新型磁石「省ネオジム耐熱磁石」を開発－ネオジムを最大50％削減可能。電動車の普及に向けた基盤整備の一環－

トヨタ自動車株式会社（以下、トヨタ）は、今後急速な拡大が予想される電動車に搭載される高出力モーターなど様々なモーターに使用されるネオジム磁石において、レアアース^※1（希土類元素）であるネオジムの使用量を削減したうえで、高温環境でも使用可能な性能を確保した、世界初^※2の新型磁石「省ネオジム耐熱磁石」を開発しました。

新開発の磁石は、高耐熱ネオジム磁石に必要なレアアースの中でも希少なレアメタル^※3（希少金属）に分類されるテルビウム（Tb）やディスプロシウム（Dy）を使わないだけでなく、ネオジムの一部を、レアアースの中でも安価で豊富なランタン（La）とセリウム（Ce）に置き換えることでネオジム使用量も削減したものです。
しかし、ネオジムは、強力な磁力と耐熱性を保持する上で、大きな役割を占めており、単にネオジム使用量を削減しランタンとセリウムに置き換えただけでは、モーターの性能低下につながります。そこで、ランタンとセリウムに置き換えても、磁力・耐熱性の悪化を抑制できる新技術の採用により、ネオジムを最大50％削減しても、従来のネオジム磁石と同等レベルの耐熱性能を持つ磁石を開発することができました。

この新型磁石は、自動車やロボットなど様々な分野でのモーター使用の拡大と貴重なレアア－ス資源の需給バランスを保つのに役立つことが期待されます。今後は、自動車やロボットなど様々な用途のモーターへの早期採用を目指し、さらなる高性能化や商品への適用評価とともに量産技術の開発も進めていきます。
モーター・インバーター・バッテリーなどの要素技術の開発は、将来を見越した地道な研究・開発ではありますが、トヨタは電動車に必要不可欠な重要な技術と位置づけており、それぞれの領域で着々と進め、今後の電動車普及に向けた基盤整備に着実に取り組んでいきます。

「省ネオジム耐熱磁石」開発の背景

自動車用モーターなどに採用される磁石は、高温でも磁力を高く保つことが重要になります。このために、磁石で使用する元素の内、レアアースが約30％使われています。強力なネオジム磁石を自動車用途など高温で使用するには、テルビウムやディスプロシウムを添加することにより、高温でも保磁力（磁力を保つ力）が高くなるようにしています。
しかし、テルビウムやディスプロシウムは希少で高価であり、地政学的なリスクの高い金属であるため、これらを使わない磁石の開発は、これまで多く取り組まれ成果が上がってきています。
一方、レアアースの中で比較的産出量が多いネオジムは、今後のハイブリッド車、電気自動車などの電動車の普及を想定すると不足することが懸念されているにもかかわらず、その取り組みが少ないのが現状です。
そこでトヨタは、この課題を克服するためにテルビウムやディスプロシウムを使わないだけでなく、ネオジムの代わりに豊富で安価なレアアースであるランタンとセリウムを使用することでネオジムの使用量を削減しながらも、高い耐熱性を維持し、磁力の低下を最小限にすることができる技術の開発に取り組んできました。

ネオジム磁石におけるレアアース使用状況

「省ネオジム耐熱磁石」の開発ポイント（新技術）

今回開発した「省ネオジム耐熱磁石」は、以下の3つの新技術を組み合わせることで保磁力を高温でも維持できる性能を実現しています。
1. 磁石を構成する粒の微細化
2. 粒の表面を高特性にした二層構造化
3. ランタンとセリウムの特定の配合比

開発ポイント1. 磁石を構成する粒の微細化

磁石を構成する粒を、従来のネオジム磁石の1／10以下にまで微細にし、粒と粒の間の仕切りの面積を大きくすることで保磁力を高温でも高く保つことができるようになりました。

開発ポイント2. 粒の表面を高特性にした二層構造化

従来のネオジム磁石は、ネオジムが磁石の粒の中にほぼ均等に存在しており、多くの場合、磁力維持に必要な量以上のネオジムが使用されています。そこで、保磁力を高めるために必要な部分である磁石の粒の表面のネオジム濃度を高くするとともに内部を薄くした二層構造化により、効率良くネオジムを活用することができ、使用量の削減が可能となりました。

開発ポイント3. ランタンとセリウムの特定の配合比

ネオジムにランタン・セリウムなどの軽希土類を単純に混ぜると、磁石の特性（耐熱性・磁力）が大きく低下するため、軽希土類の活用は難しいとされていました。これを解決するためにトヨタは、産出量が豊富で安価なランタンとセリウムを様々な配合比で評価した結果、特定の比率で混ぜると特性悪化を抑制できることを見出しました。

3つの新技術を同時に織り込み開発した世界初「省ネオジム耐熱磁石」

電子顕微鏡写真と組成分析像

耐熱性能

今回の研究・開発は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が推進する「次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術開発」の一環として実施。

今後の取り組み

今回開発した新型「省ネオジム耐熱磁石」の技術は、高い耐熱性が求められるネオジム磁石に必要なレアアースであるテルビウムやディスプロシウムを使わないだけでなく、ネオジム使用量まで削減することができます。
この新型磁石は、今後、電動車の駆動用・発電用モーターや電動パワーステアリング、ロボットや様々な家電製品に用いられる比較的高い出力が必要なモーターなど幅広い用途への応用が期待されます。さらに、レアアースの需給バランス・価格向上などのリスク低減にも寄与します。
今後は、実用化に向けて、搭載する自動車などでの適用評価を進めるとともに、低コストで安定した生産をするための技術の研究・開発を進めていきます。
自動車の電動パワーステアリングなどのモーターでは2020年代前半での実用化を、さらに要求性能が高い電動車の駆動用モーターでは、今後10年内での実用化を目指して開発に取り組んでいきます。

※1	レアアース（希土類元素）ランタン、セリウム、ネオジム、テルビウム、ディスプロシウムなどを含む性質の似た17種類の元素の総称。これらの元素を用いることで様々な材料機能を発現させることが可能。
※2	世界初 2018年1月現在。トヨタ調べ。
※3	レアメタル（希少金属）地球上の埋蔵量が希少であるか技術的・経済的な理由で抽出困難な金属のうち、安定供給の確保が政策的に重要な金属（経済産業省による定義）。