技術の扉 磁気焼鈍の目的と用途

磁気焼鈍とは

磁気焼鈍は「じきしょうどん」と呼びます。名前に「磁気」とある通り、材料の持っている磁気を整える目的で行われる熱処理です。

磁気焼鈍は主に「軟磁性材料」に対して行われます。軟磁性材料とは、磁力のある材料が近くにあると磁力を持つ反面、磁力のある材料が周りになければ磁力を持たない特徴を備えています。この周りの磁力に反応する能力を「透磁率が高い」といいます。

軟磁性材料には「パーマロイ」「純鉄」「パーメンジュール」「ケイ素鋼板」「電磁ステンレス」などがあげられます。これらの磁力の保持する力の少ない軟磁性材料であっても、材料を切削加工やプレス加工のように外部から力を加える加工をすると、内部に歪みが発生してしまいます。歪みが発生するとその部分は磁化してしまい、磁力を保持してしまいます。そして磁力を保持してしまうと、軟磁性材料の本来の性質を発揮できなくなります。

「磁気焼鈍」は加工して歪みが発生し、磁化してしまった軟磁性材料から磁化した組織をもとに戻すのが目的で行われます。水素ガスや真空中の炉に材料をいれ、磁力を取り除くのに適した温度まであげ、ゆっくりと冷却します。こうすることで軟磁性材料の再結晶化を促し、磁化した組織を透磁率の高い状態に戻せるのです。

磁気焼鈍とよく似た処理に「焼きなまし」がありますが、こちらは材料の内部応力除去や軟化を目的に行われるのが特徴です。処理が行われる温度帯や雰囲気が大きく異なります。

磁気焼鈍の目的と用途

磁気焼鈍の処理を施すと透磁率が高まることがわかりました。続いては透磁率を高める目的について解説します。

透磁率が高い軟磁性材料は、周りに磁力があると磁力を持ちますが、周りから磁力がなくなると磁力を保持しなくなります。つまり、磁気をオンの状態にすればくっつき、オフにすればくっつかないというコントロールができるわけです。

磁気のオン・オフはコイルに電気を流すことで簡単に実現できます。電気の流れを制御すれば、軟磁性材料にくっついたり、離れたりという直線的な動きを与えられるのです。この性質を利用した代表的な機構が「ソレノイド」です。

通常の軟磁性材料でも上記のような動作は可能ですが、磁気焼鈍を施し透磁率を高めた軟磁性材料であれば、小さな電力でもキレのある動作ができるようになり、省エネルギーで動作できる優れた電子部品になります。

バッテリーをできるだけ消費せずに電子部品を駆動させたい自動車などでは、磁気焼鈍を施した部品が理想的です。近年では自動車には電装部品が非常に多く搭載されていることもあり、省電力化の重要度が以前よりも高まっています。そのため、磁気焼鈍の需要が大きく高まっているのです。

磁気焼鈍を施した部品は、電磁弁のコア材料、各種トランスのコア、モーターの制御装置など、様々な分野で利用されています。

また、軟磁性材料は磁力を遮断する能力が高くなっています。磁石を鉄にくっつけると、磁石をくっつけた反対側は極端に磁力が弱くなります。軟磁性材料はそのままでも透磁性が高い材料ですが、磁気焼鈍でさらに透磁性を高めると、磁気を遮断する能力も高くなります。この性質は「磁気シールド」として利用されます。

磁気シールドは、携帯電話やパソコンなどの電子機器のノイズ対策などに活用されています。 /p>

対応材質

磁気焼鈍が施される材料は、主に

・パーマロイ
・純鉄
・パーメンジュール
・ケイ素鋼板
・電磁ステンレス

などがあげられます。

「炭素鋼は磁気焼鈍できないのか?」と思う方もいるかもしれませんが、炭素を多く含んだ炭素鋼などは、水素雰囲気の中で熱処理をする際に炭素分が抜けてしまいます。炭素分が抜けると、炭素鋼本来の強度を発揮できなくなるため、磁気焼鈍には適しません。そのため、軟磁性材料としては、純度の高い鉄が利用されます。