吉田由美の眼☆ハイブリッド王国の次なる野望!?トヨタはなぜ“エコ磁石”を開発するの？
先日、トヨタ自動車は“省ネオジム耐熱磁石”という新しい磁石を開発中であると発表しました。でも、省ネオジム耐熱磁石って何？ なぜ、トヨタが磁石を開発するの？？
トヨタといえば、同社の代名詞ともいえる「プリウス」を筆頭に、今やほとんどの車種にHV（ハイブリッド車）を設定するHV王国。さらにトヨタは、2025年までに、グローバルで販売する全車種を電動専用車、もしくは、専用車でなくても電動グレードを設定する予定と発表済みです。つまり近い将来、トヨタの全モデルが、HV、PHV（プラグインハイブリッド車）、FCV（燃料電池車）、EV（電気自動車）のいずれかになるのです。
でも、クルマの電動化が進めば、その分、搭載されるモーターの数が増え、当然、モーターに使われる素材の使用量も増えていきます。HVのモーターには高価なネオジム磁石が使われていて、モーターの使用量が増えれば、ネオジム磁石の要である希少なレアアース（希土類元素）の“ネオジム”も、使用量が増えることになります。このままでは、原料は高騰する一方ですし、ネオジム自体の資源が枯渇する心配も。つまり、将来に向けてクルマの電動化をスムーズに進めるためには、ネオジムに代わる素材の開発が急務です。
実はHV王国のトヨタでは、そうした代替素材などを開発する部署“先端材料技術部”を、社内に設置しているのだとか。そこで、同部の担当部長・加藤 晃さんに、先頃発表された省ネオジム耐熱磁石のネタを中心に、いろいろな話をうかがってきました。
■実は身近な存在だったネオジム磁石
加藤さん：トヨタ自動車は車両電動化のマイルストーンとして、2030年にHVやPHVなどを年間550万台以上生産することを目標としています。それを受け「磁石の供給はこの先、大丈夫なのか？」と思い、見直してみたところ、「ネオジムを安定して入手し続けられるのだろうか？」という疑問にぶつかりました。調査会社からの回答は「それは誰にも約束できない」という予測。そこで“転ばぬ先の杖”として備えを固めておいた方がいい、との判断から、開発をスタートさせたのです。
――そもそもネオジム磁石というのは、どんなところに使われているのでしょうか？
加藤さん：クルマの場合、モーター、インバーター、バッテリーといった、HV、PHV、FCVを始めとする電動車の駆動用として主に使われています。といっても、現行モデルである4世代目プリウスのモーターを例にとると、1台当たりの使用量は、モーター質量18.5kgのうちの数％ほど。ですが、ネオジム磁石は電動パワーステアリングにも使われていますし、クルマ以外でも、風力発電機やPC向けのHDD、掃除機などに使われる、コンパクトで高性能なモーターにも採用されています。つまり、意外と身近な存在なのです。
――それは知りませんでした！ ところで、現在トヨタが開発中という省ネオジム耐熱磁石の研究は、何をきっかけに始まったのでしょうか？
加藤さん：ネオジム磁石は1982年、現在、大同特殊鋼の顧問をされている佐川眞人先生と、ゼネラルモーターズの基礎研究部門にいらしたジョン.J.クロート先生が、ほぼ同時期に開発されたものです。ネオジム磁石の美点は、一度くっついたら離れないくらいの強力な吸引力で、保磁力と磁力は抜群。以降、高温にも耐えられるような工夫などが施されてクルマにも使えるようになり、トヨタでも初代プリウスから使い続けています。
でもネオジムは、地金相場において1?約100ドルという高価な素材。鉄だと1?数十円程度、アルミでも1?当たり300円ほどなので、それらと比べるとはるかに高価です。ネオジム磁石に含まれるネオジムの割合は、ネオジム磁石の重量全体の30％ほどなので、例えば、1?のネオジム磁石には、300gのネオジムが含まれていることになります。
そこで私たちは、佐川先生の開発されたネオジム磁石を、より一層バランスの取れた資源利用が可能で、もっと安価でコストパフォーマンスに優れるものにしたいと考えました。それが、ネオジム磁石に含まれるネオジム使用量を減らしつつ、高温にも耐えられ、高性能化も目指した省ネオジム耐熱磁石なのです。
――研究はいつ頃から始められたのでしょうか？ また、省ネオジム耐熱磁石の具体的な中身についても教えてください。
加藤さん：2008〜2009年頃に「高性能な磁石を作るために、自分たちにもできることがあるのではないか？」と思ったのが始まりです。昨2017年末、トヨタは販売車種の電動化に向けたチャレンジを発表していますが、省ネオジム耐熱磁石の開発は、そのチャレンジのひとつといえます。
現在、使われているネオジム磁石の成分割合は、7割が鉄、3割がネオジムです。ネオジムに性質が似た素材もあるのですが、それで作った磁石は性能が低下してしまうため、単純に代替えするのはなかなか難しいというのが実情です。ですので、省ネオジム耐熱磁石の研究開発に当たっては“世界の皆さんが使う”という資源バランスを考え、皆さんのお役に立てて、なおかつ、地球環境のことも考えて取り組むことが肝心だと感じました。
また、一般的なネオジムは、鉱山で発掘する際、ランタンやセリウムといった他のレアアースとセットで採れます。当然、この先、ネオジム磁石の需要がますます高まっていくので、ネオジムといっしょに採れるランタンやセリウムなどの有効活用も考える必要がありました。
そこで、新開発の磁石は、高価で希少なレアメタルであるテルビウムやディスプロシウムを使わず、ネオジムの一部を、レアアースの中でも安価で豊富に採れるランタンとセリウムに置き換えることで、ネオジム使用量を削減したのです。
とはいえ、先ほどお話しましたように、単にネオジムの使用量を減らし、ランタンとセリウムに置き換えただけでは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や耐熱性が悪化しない、新技術を検討しています。具体的には、磁石を構成する粒を、従来のネオジム磁石の1/10以下のサイズにまで小さくし、粒と粒との仕切りの面積を大きくして、高温に耐えられるようにしました。
さらに、粒表面のネオジム濃度を高めながら、内部は薄くするという二層構造に。その上で、ランタンとセリウムの特定比を3：1の割合で配合しています。
こうした構造は、マグロに例えると分かりやすいと思います。ランタンやセリウムは赤身に当たり、そのまま食べたのではあまり美味しくない、つまり、磁石としての性能が低いんです。赤身(＝ランタンやセリウム)の周りに、ネオジムに相当する中トロを巻きつけることで、赤身(＝ランタンやセリウム)を中トロ(＝ネオジム)のように美味しく食べられる、つまり、磁石として高性能を発揮させることを目指しています。
この結果、ネオジムを20〜50％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確保できるようになりました。
■新しい磁石に息づくトヨタのDNA
――レアアースは、廃車などからリサイクルすることはできないのでしょうか？
加藤さん：もちろん、そうした研究も行っています。自動車メーカーとして、磁石メーカーさんから部品を購入するだけでなく、技術者として、どうすれば技術課題を克服できるのかといったアイデアなども提案できるよう、心掛けています。
それらは、トヨタのDNAといいますか、伝統なのかもしれません。いろいろなものをサプライヤーさんから買ってくるだけでなく、なぜ？ どうして？ を技術研究部署でも考え、試行錯誤しています。磁石も、実際に実験室で作ってみて、分析などを行っています。トヨタには、物事のメカニズムをしっかり理解した上で、原理原則に基づいた研究開発を大切にしようとする風土があるのです。
もちろん、その結果、すぐに新しい材料が生まれたり、使われたりするわけではありません。原理原則に基づいた研究開発を踏まえ、その根っこからいろいろなヒントを得てさまざまなアイデアを膨らませていく、といった感じですね。省ネオジム耐熱磁石の開発でも、単に行き当たりばったりで作るのではなく、チームの仲間といっしょに考え抜き、その原理原則に基づいた技術を生かしていきたいと考えています。
私たちは単に「こんなモノが欲しい」というニーズを出すだけではなく、トヨタのDNAや伝統を残していくために、技術者として「こうしたらものになるかもしれない」といった技術アイデアを自ら試した上で、具体的なレシピを出して提案していきたいと考えます。それら原理原則に基づいた研究開発は、いわゆる“源流品質”にもつながりますからね。研究開発だけでなく、その後の品質を保証する上でどこが重要かを考える場合にも、そうしたプロセスが重要なポイントとなるわけです。
――省ネオジム耐熱磁石は日本初の技術だそうですが、使われている素材のアイデアは、どこから湧き出てきたのでしょう？
加藤さん：職業病なのか、ふと思いつくケースが多いですね。例えば、掃除機はゴミやホコリを吸い取るだけですが、それを逆にし、空気を噴き出してみたらどうだろうか？ など、逆転の発想をすることがよくあります。また、夜、眠っている時でも、突然、何かを思いつき、忘れちゃいけないと思って枕元のノートに急いでメモを取ったり、食事をしている時に思いついたりと、どこかにヒントになる何かがないだろうかと、常に考えるようにしています。
――それではこの先、省ネオジム耐熱磁石はどのように進化していきそうですか？
加藤さん：省ネオジム耐熱磁石については、構造などを今まで以上に、より深く突き詰めていきたいと考えています。それを通じて、性能をさらに向上させ、従来の磁石と同等、あるいはそれ以上の強力な磁力を実現させながら、結果としてモーターを小さくし、さらに高性能化も実現させたいですね。
材料開発というのは、多くの場合、目標を立ててもなかなか思いどおりにスンナリと進んでいくものではありません。階段を1歩1歩上がっていく感じです。ネオジム磁石も、1982年に佐川先生たちが発見されて以降、新しい現象や発見があり、新たな知見が得られるたびに論文が出されました。そうした先人の努力があったからこそ、その上に、後進の研究者たちの成果が積み上げられ、結果として今の隆盛につながったと思っています。ですので、結果的に失敗に終わったとしても、解決策やひらめきを実験検証し、論文などで世に公表していくことで、自他ともにその先につなげられればいいと考えています。それらはきっと、なんらかの形で世の中の役に立つと信じています。研究に失敗はありません。失敗も成功の元だということが、日々の研究によって分かってきました。
そのためにも、日々積み上げていって、レベルアップさせていくしかありません。2020年の前半には、電動パワーステアリング用のモーターや電動車向けの駆動用モーターとして、省ネオジム耐熱磁石をなんとか実用化したい。そんな夢を抱き、日々、研究開発を続けています。日本には、高い技術力を持つ磁石メーカーさんが複数存在するという強みがあります。それをさらに強固なものにするために、省ネオジム耐熱磁石を起点に、技術開発をさらに発展させて価格を抑えつつバランスの良い磁石を作ることで、世の中の役に立てたらうれしいですね。
トヨタ車のパワートレインは、HV、PHV、FCV、EVと全方位型ですが、クルマのボディタイプやラインナップも、まさにすき間がないほどの全方位型。だからこそ、自分たちでできることは可能な限り行う、というDNAのお話には納得させられました。それにしても、まさか磁石まで開発してしまうとは…。
そして、今回お話をうかがった加藤さんは、一見、クールなように見えて、実は熱い思いの持ち主。今回のインタビューでも、実験を交えながら、難しい磁石の特性などを分かりやすく丁寧に説明してくださいました。現状、省ネオジム耐熱磁石の市販車への導入は、具体的には決まっていないそうですが、エコ磁石の分野でもトヨタが世界をリードすることを心から願っています。
でもトヨタには、省ネオジム耐熱磁石のように、まだ表には出ていない研究・開発の話題がたくさんあるのかも。実はトヨタって、私たちが思う以上に、面白い会社なのかもしれません。今回、加藤さんの磁石にかける熱意に触れ、その思いを強くしました。
（文／吉田由美 写真／村田尚之、トヨタ自動車）
