自動車やロボット向け磁石の新たな製造法
韓国材料研究院（KIMS）は2026年10月23日、高価な重希土類元素のジスプロシウムやテルビウムを添加せずに、高性能な永久磁石を製造するための基幹技術を研究者らが開発したと発表した。この工程では、粒径約1マイクロメートルの高純度粉末を用い、粉末の製造、磁場による配向、焼結を組み合わせる。焼結とは、圧縮した粉末を加熱して固体の磁石にする工程だ。
目次
KIMSの発表全文では、超微細な単結晶Nd-Fe-B粉末の開発と、重希土類添加剤を使わずに永久磁石を製造するための配向・焼結技術について説明している。
研究は、同研究院のナノ材料研究部門に所属する上級研究員のキム・スミン氏と、主任研究員のキム・テフン氏、イ・ジョング氏が行った。対象はネオジム、鉄、ホウ素からなるNd-Fe-B磁石で、電気自動車のモーターやロボットの関節、風力タービンの発電機などに使われている。
ネオジムは引き続き不可欠な成分だ。今回の進展は、磁力を失いにくくする性能を高めながら、特定の重希土類添加剤を不要にすることにある。研究チームは、材料の結晶粒を小さくするとともに、できた微細粉末を実用的な磁石に加工する方法を開発した。
韓国の製造業にとっては、供給が少数の国に集中する高価な材料への依存を減らす、国内製造ルートにつながる可能性がある。キム氏は、電気自動車のモーターやヒューマノイドロボットに応用するには、工程を連携させ、量産体制を確立するためのさらなる研究が必要だと述べた。
減磁への耐性が重要な理由
Nd-Fe-B磁石は強い磁場を生み出すため、幅広く使われている。しかし、電気自動車のモーターでは、磁力の強さだけが求められるわけではない。高温環境で稼働しても磁力を保つ必要がある。
研究者は、磁力を失いにくい性質を保磁力と呼ぶ。簡単に言えば、磁石の状態を変えようとする反対向きの磁場に、どれだけ強く抵抗するかを示す指標だ。磁気性能の維持が不可欠な高負荷のモーター用途では、高い保磁力が特に重要となる。
この耐性を高めるため、ジスプロシウムとテルビウムが一般的に添加される。どちらも重希土類に属し、高価で供給網が集中している材料だ。そのため製造業者には、必要な磁気特性を別の方法で得ようとする動機がある。
KIMSの研究チームは、添加剤ではなく磁石の内部構造に着目した。この方法では、非常に細かい粉末から、完成した材料の内部にある微小な結晶領域、すなわち結晶粒を小さくする。結晶粒を微細化することで、ジスプロシウムやテルビウムを加えずに保磁力を高める道が開ける。
合金を粉砕せず微細粒子を作製
従来の粉末製造では、既存の合金を砕いて小さな粒子にする。しかし、この方法では、本技術に適した極めて微細な粒子を得ようとする場合に限界がある。
研究者らは代わりに希土類酸化物を原料とし、還元拡散法（RD）によって微細なNd-Fe-B結晶粒子を直接合成した。還元とは原料化合物から酸素を取り除くこと、拡散とは原子が移動して結び付き、目的の材料を形成することを指す。
得られた粉末粒子の大きさは約1マイクロメートル、つまり100万分の1メートルだった。ミリメートルの1000分の1に相当する。これは磁石の製造に使われる粉末粒子の大きさであり、完成品のサイズではない。
直接合成では、最初から小さな粒子を作ることで、粉砕による粒径の限界に対処する。その後、研究者らは粉末の品質を保ち、互いに付着しやすいほど小さな粒子に適した加工法を開発する必要があった。
粉末の酸化を防ぐ
RD法には、粉末の酸化という加工上の課題があった。加工中に材料が酸素と反応すると品質が損なわれる可能性があるため、有用な磁性材料を作るには粉末の状態を管理することが欠かせない。
KIMSの研究チームは、酸化の問題に対処するため、合成後の処理法を開発した。同研究院によると、これにより粒径約1マイクロメートルの高純度Nd-Fe-B粉末を製造できるようになった。
粉末の粒径と純度は、相互に関係する研究課題だった。結晶粒の微細化を可能にする小ささを実現すると同時に、その利点を損なうおそれのある望ましくない化学変化を抑える必要があった。
次の課題は、粒子の向きをそろえ、製造中に形状を保たせることだった。微細な磁性粉末を永久磁石に仕上げるには、配向、成形、熱処理が必要となる。
微細粒子の配向を促す
粒子が非常に小さいと、取り扱いが難しくなる。粒子間の摩擦や凝集しやすい性質により、磁場の中で各粒子を狙った向きに回転させることが難しくなる。
粉末の磁化方向をそろえることは重要だ。意図した方向に向く粒子が増えれば、完成した磁石は材料の磁気特性をより効果的に生かせる。
研究者らは、粒子が動きやすくなるよう、粉末の表面を潤滑剤で被覆した。さらに、減衰交流磁場を加えた。この磁場は方向を交互に変えながら強さが徐々に弱まり、粒子が配向した状態に落ち着くのを助ける。
KIMSによると、この組み合わせにより、粉末の配向と成形体の安定性がともに向上した。成形体とは、焼結前に圧縮した粉末のことだ。安定性を保つことは、その後の製造工程を通じて粒子の配列を維持するうえで重要となる。
潤滑剤由来の残留炭素を除去
潤滑剤は一つの課題を解決した一方で、残留炭素という別の加工上の懸念を生んだ。潤滑剤に由来する炭素が残ると、熱処理後に保磁力が低下し、研究チームが維持しようとしていた特性を損なうおそれがある。
研究者らは、水素を用いた処理で残留炭素を減らした。KIMSによると、この処理は加熱後の保磁力低下に対処し、超微細粉末から焼結磁石を製造する工程の確立に役立った。
焼結では、熱を加えて圧縮粒子を結合させ、緻密な固体にする。この研究の課題は、微細で慎重に配向させた粒子から固体磁石を作りながら、求める磁気性能を維持することだった。
この研究では、微細粒子の合成、酸化の抑制、配向の改善、圧縮粉末の安定化、熱処理前の炭素低減といった複数の製造工程を連携させた。それぞれの工程は、先行工程で得られた改善効果が損なわれるのを防ぐ役割を担う。
学術誌2誌に論文、特許9件
この研究は、科学技術情報通信部が支援する韓国研究財団の「ナノ・材料技術開発プログラム」の助成を受けた。KIMSによると、研究チームは関連技術について9件の特許を取得した。
研究成果は2誌に掲載された。一方は超微細粉末の製造を扱い、もう一方は粉末の配向と磁石の製造を取り上げている。粉末の合成研究に続いて、その粉末を磁石に加工する研究が発表された。
- 2026年7月14日：超微細Nd-Fe-B粉末の製造に関する研究が「Journal of Alloys and Compounds」に掲載された。
- 2026年9月19日：粉末の配向と磁石製造に関する研究が「Chemical Engineering Journal」のオンライン版に掲載された。
- 2026年10月23日：KIMSが一連の製造技術の進展と、産業応用の可能性を発表した。
粉末製造に関する研究はオンラインで公開され、キム・テフン氏とイ・ジョング氏が責任著者を務めた。配向と磁石製造に関する研究では、修士課程修了後の研究員キム・ソヨン氏が筆頭著者、研究責任者のキム・スミン氏が責任著者となった。
論文の識別子は、それぞれ10.1016/j.jallcom.2026.189820と10.1016/j.cej.2026.182156だ。これらのデジタルオブジェクト識別子（DOI）は、各研究論文を特定するための恒久的な参照番号となる。
製造業者に今後必要な取り組み
KIMSの上級研究員で研究責任者のキム・スミン氏は、粉末合成とその後の製造工程の両方で進展があったと説明し、次のように述べた。
この研究の意義は、高性能Nd-Fe-B永久磁石の製造に必要な超微細粉末の合成や粉末の配向、焼結における技術的限界を克服した点にある。特に、高価な重希土類に頼らずに磁石の性能を高められる新たな技術的アプローチを提示した。
KIMSは、工程のさらなる統合と量産技術の確立を条件に、電気自動車の駆動モーターやヒューマノイドロボットへの応用が期待できるとした。永久磁石はロボットの関節や風力タービンの発電機にも使われており、強力な磁性材料に依存する複数の産業で、今回の製造法が役立つ可能性がある。
発表では、保磁力の数値、動作温度の上限、生産コスト、工場の生産目標、商業化の時期は示されなかった。製造業者が特定のモーターやロボットの要件を満たせるか判断するうえで、こうした情報が重要となる。
KIMSは保磁力の改善と、それを維持するための加工工程について説明したが、公表資料には保磁力の実測値や動作温度試験の結果は記載されていない。そのため、モーター用途で想定される高温環境において、磁石がどのような性能を発揮するかは定量的に示されていない。
供給面での利点は、これらの磁石に使うジスプロシウムとテルビウムの需要を減らせることにある。一方、ネオジムや希土類酸化物の原料は引き続き工程に使われる。韓国にとっては、研究者らが置き換えを目指す重希土類添加剤への依存を減らしながら、国内の製造能力を高める産業機会となる。
今回の直接的な成果は、粒径約1マイクロメートルの粉末から焼結磁石まで、一連の基幹加工技術を確立したことだ。チームが次の段階として挙げるのは、量産に向けて各技術を連携させ、材料を高い性能が求められる産業機器での実用化につなげることだ。
要点
- KIMSは2026年10月23日、ジスプロシウムやテルビウムを使わないNd-Fe-B磁石の製造法を発表した。
- この工程では、粒径約1マイクロメートルの高純度粉末を直接合成する。
- 酸化、粒子の配向、潤滑剤由来の残留炭素に対処する新たな処理法を開発した。
- 研究成果は学術誌2誌に掲載され、チームは関連特許9件を取得した。
- 提案された自動車・ロボット用途への応用には、さらなる工程統合と量産化の取り組みが必要となる。
- 磁石には引き続き希土類元素のネオジムが含まれる。
- 公表資料には保磁力の実測値や動作温度試験の結果は示されていない。
