ネオジム (Nd-Fe-B) 磁石は、ネオジム (Nd)、鉄 (Fe)、ホウ素 (B)、および遷移金属で構成される一般的な希土類磁石です。磁気誘導または磁束密度の単位である 1.4 テスラ (T) の強力な磁場により、アプリケーションで優れた性能を発揮します。
ネオジム磁石は、焼結か接着かの製造方法によって分類されます。1984 年の開発以来、最も広く使用されている磁石となっています。
自然の状態では、ネオジムは強磁性であり、極低温でのみ磁化されます。鉄などの他の金属と組み合わせると、室温で磁化することができます。
ネオジム磁石の磁気能力は、右の画像で見ることができます。
希土類磁石にはネオジムとサマリウムコバルトの 2 種類があります。ネオジム磁石が発見される前は、サマリウムコバルト磁石が最も一般的に使用されていましたが、サマリウムコバルト磁石の製造コストによりネオジム磁石に置き換えられました。
ネオジム磁石の性質は何ですか?
ネオジム磁石の最大の特徴は、そのサイズに比べて強度が高いことです。ネオジム磁石の磁場は、磁場が印加されると発生し、原子双極子が整列します。これが磁気ヒステリシス ループです。磁場が除去されると、配向の一部が磁化されたネオジム内に残ります。
ネオジム磁石のグレードは磁力の強さを表します。グレードの数字が大きいほど磁石の力が強くなります。この数値は、BH カーブの最も強い点であるメガ ガウス エルステッドまたは MGOe として表される特性に基づいています。
「N」等級スケールは N30 から始まり N52 まで続きますが、N52 磁石はめったに使用されないか、特別な場合にのみ使用されます。「N」の数字の後に SH などの 2 つの文字が続く場合があり、これは磁石の保磁力 (Hc) を示します。Hc が高いほど、ネオ磁石は出力を失う前に耐えられる温度が高くなります。
以下の表は、現在使用されているネオジム磁石の最も一般的なグレードを示しています。
ネオジム磁石の性質
残留磁化:
ネオジムを磁場に置くと、原子双極子が揃います。フィールドから除去された後も、配向の一部が残り、磁化されたネオジムを生成します。残留磁化は、外部磁場が飽和値からゼロに戻ったときに残る磁束密度であり、残留磁化です。残留磁気が高いほど、磁束密度は高くなります。ネオジム磁石の磁束密度は1.0～1.4Tです。
ネオジム磁石は作り方によって残留磁束密度が異なります。焼結ネオジム磁石の T は 1.0 ～ 1.4 です。接着ネオジム磁石は 0.6 ～ 0.7 T です。
保磁力:
ネオジムは磁化すると磁化がゼロには戻りません。磁化をゼロに戻すには、保磁力と呼ばれる反対方向の磁場によって磁化を戻す必要があります。磁石のこの特性は、減磁することなく外部磁力の影響に耐える能力です。保磁力は、磁石の磁化をゼロに戻すために必要な磁界の強さ、または消磁される磁石の抵抗の尺度です。
保磁力はエルステッドまたはアンペア単位で測定され、Hc として表示されます。ネオジム磁石の保磁力は製造方法によって異なります。焼結ネオジム磁石の保磁力は 750 Hc ～ 2000 Hc、接着ネオジム磁石の保磁力は 600 Hc ～ 1200 Hc です。
エネルギー製品:
磁気エネルギーの密度は、単位表面積あたりの磁束の量である磁場の強さと磁束密度の最大値の積によって特徴付けられます。単位は、SI 単位のテスラとそのガウスで測定され、磁束密度の記号は B です。磁束密度は、SI 単位での外部磁場 H と磁性体の磁気分極 J の合計です。
永久磁石のコアと周囲には B フィールドがあります。B 磁場の強さの方向は、磁石の内側と外側の点に起因します。磁石の B 磁界内にあるコンパスの針は、磁界の方向を指します。
磁気形状の磁束密度を計算する簡単な方法はありません。計算できるコンピュータープログラムがあります。それほど複雑でないジオメトリには、単純な式を使用できます。
磁場の強度はガウスまたはテスラで測定され、磁石の強度の一般的な測定値であり、磁場の密度の尺度です。ガウスメーターは磁石の磁束密度を測定するために使用されます。ネオジム磁石は直線的な減磁曲線を示すため、磁束密度は6000ガウス以下となります。
キュリー温度:
キュリー温度またはキュリー点は、磁性材料の磁気特性が変化して常磁性になる温度です。磁性金属では、磁性原子が同じ方向に並んでいて、お互いの磁場を強めます。キュリー温度を上げると原子の配置が変化します。
保磁力は温度が上昇すると増加します。ネオジム磁石は室温では高い保磁力を持っていますが、温度が上昇すると、約 320°C または 608°F のキュリー温度に達するまで保磁力が低下します。
ネオジム磁石がどれほど強力であっても、極端な温度によって原子が変化する可能性があります。高温に長時間さらされると、磁気特性が完全に失われる可能性があり、80°C または 176°F から始まります。
ネオジム磁石はどのように作られるのでしょうか？
ネオジム磁石の製造には焼結と接合の2つのプロセスが使用されます。完成した磁石の特性は製造方法によって異なりますが、焼結法が最も優れています。
ネオジム磁石の作り方
焼結
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溶融：
ネオジム、鉄、ホウ素を計量し、真空誘導炉に入れて合金を形成します。特定のグレードには、耐食性を高めるためにコバルト、銅、ガドリニウム、ジスプロシウムなどの他の元素が追加されます。真空中の渦電流によって加熱が行われ、汚染物質の侵入を防ぎます。ネオジム磁石のメーカーやグレードごとにネオアロイ配合が異なります。
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粉末化:
溶けた合金は冷却され、インゴットに成形されます。インゴットは窒素とアルゴン雰囲気中でジェットミル加工され、ミクロンサイズの粉末が作成されます。ネオジム粉末をホッパーに入れてプレスします。
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押す：
粉末は、約725℃の温度で据え込み加工として知られるプロセスによって、所望の形状よりわずかに大きいダイにプレスされます。ダイの形状が大きいため、焼結プロセス中の収縮が可能になります。プレス中、材料は磁場にさらされます。これを第 2 の金型に配置し、磁化をプレス方向と平行に揃えて幅広の形状にプレスします。いくつかの方法には、粒子を整列させるためにプレス中に磁場を生成する固定具が含まれています。
押し付けられた磁石が解放される前に、消磁パルスを受信して消磁したままにし、簡単に崩れて磁気特性の悪い緑色の磁石を作成します。
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焼結:
焼結またはフリッタージュでは、融点以下の熱を使用して緑色の磁石を圧縮して形成し、最終的な磁気特性を与えます。このプロセスは、不活性で酸素のない雰囲気で注意深く監視されます。酸化物はネオジム磁石の性能を破壊する可能性があります。1080℃に達するが融点未満の温度で圧縮され、粒子が互いに付着します。
磁石を急速に冷却し、磁気特性が低い合金の変種である相を最小限に抑えるために、急冷が適用されます。
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加工:
焼結磁石は、ダイヤモンドまたはワイヤー切削工具を使用して研磨され、正しい公差に合わせて成形されます。
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メッキとコーティング：
ネオジムはすぐに酸化し、腐食しやすいため、磁気特性が失われる可能性があります。保護として、プラスチック、ニッケル、銅、亜鉛、錫、またはその他の形式のコーティングでコーティングされています。
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磁化:
磁石には磁化の方向がありますが、磁化されていないため、磁石を取り囲むワイヤのコイルである強い磁場に短時間さらす必要があります。磁化にはコンデンサと高電圧が必要で、強力な電流が生成されます。
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最終検査:
デジタル測定プロジェクターで寸法を確認し、蛍光 X 線技術でメッキの厚さを確認します。コーティングは、その品質と強度を確認するために他の方法でテストされます。BH 曲線はヒステリシス グラフによってテストされ、最大倍率が確認されます。
ボンディング
接着または圧縮接着は、ネオジム粉末とエポキシ結合剤の混合物を使用する金型プレスプロセスです。混合物は 97% 磁性材料と 3% エポキシです。
エポキシとネオジムの混合物はプレスで圧縮されるか、押し出されてオーブンで硬化されます。混合物を金型に押し込むか押出成形するため、磁石を複雑な形状や構成に成形できます。圧着プロセスでは、公差が厳しい磁石が製造されるため、二次作業は必要ありません。
圧縮ボンド磁石は等方性であり、多極構成を含む任意の方向に磁化できます。エポキシ結合により、磁石はフライス加工や旋盤加工が可能なほど強力になりますが、ドリルやタップ加工はできません。
ラジアル焼結
ラジアル配向ネオジム磁石は、磁石市場で最新の磁石です。放射状に整列した磁石を製造するプロセスは長年知られていましたが、費用対効果が高くありませんでした。最近の技術開発により製造プロセスが合理化され、半径方向に配向された磁石の製造が容易になりました。
ラジアル配向ネオジム磁石を製造する 3 つのプロセスは、異方性圧力成形、ホットプレス後方押出、ラジアル回転磁場配向です。
焼結プロセスにより、磁石の構造に脆弱な部分が存在しないことが保証されます。
放射状に配置された磁石の独特の性質は、磁石の周囲に広がる磁場の方向です。磁石の S 極はリングの内側にあり、N 極はリングの円周上にあります。
ラジアル配向のネオジム磁石は異方性があり、リングの内側から外側に向かって磁化されます。ラジアル磁化によりリングの磁力が増加し、複数のパターンに成形できます。
ラジアル ネオジム リング磁石は、自動車、コンピューター、電子、通信産業の同期モーター、ステッピング モーター、DC ブラシレス モーターに使用できます。
ネオジム磁石の応用例
磁気選別コンベヤ:
以下のデモンストレーションでは、コンベア ベルトがネオジム磁石で覆われています。磁石は交互の極が外側を向くように配置されており、強力な磁気保持を実現します。磁石に引き付けられなかったものは落下し、強磁性体は回収箱に捨てられます。
ハード・ディスク・ドライブ：
ハードドライブには、磁気セルを含むトラックとセクターがあります。データがドライブに書き込まれると、セルは磁化されます。
エレキギターピックアップ:
エレキギターのピックアップは弦の振動を感知し、信号を微弱な電流に変換してアンプとスピーカーに送ります。エレキギターは、弦の下の中空ボックスで音を増幅するアコースティックギターとは異なります。エレキギターは金属製または木製で、サウンドが電子的に増幅されています。
水処理：
ネオジム磁石は硬水によるスケールを軽減するために水処理に使用されます。硬水にはカルシウムやマグネシウムなどのミネラル分が多く含まれています。磁気水処理では、水が磁場を通過してスケールを捕捉します。このテクノロジーはまだ効果的であると完全には受け入れられていません。心強い結果が得られました。
リードスイッチ:
リードスイッチは、磁場によって動作する電気スイッチです。ガラスの封筒の中に 2 つの接点と金属リードが入っています。スイッチの接点は、磁石によって作動するまで開いています。
リード スイッチは、機械システムで、盗難警報システムや改ざん防止のためのドアや窓の近接センサーとして使用されます。ラップトップでは、蓋が閉じられているときにリード スイッチによりラップトップがスリープ モードになります。パイプオルガンのペダルキーボードでは、接点を汚れ、埃、破片から保護するためにガラス製の筐体内にあるリードスイッチが使用されています。
ソーイングマグネット:
ネオジム磁石を縫い付けたものは、財布、衣類、フォルダーやバインダーの磁気留め具に使用されます。ソーイングマグネットはペアで販売されており、1 つのマグネットは a+、もう 1 つは a- です。
義歯用磁石:
入れ歯は患者の顎に埋め込まれた磁石によって所定の位置に保持されます。磁石はステンレス鋼メッキにより唾液による腐食から保護されています。セラミック窒化チタンが適用され、摩耗を回避し、ニッケルへの曝露を減らします。
磁気ドアストッパー:
磁気ドアストッパーは、ドアを開いた状態に保持する機械的なストッパーです。ドアが開いて磁石に触れ、ドアが磁石から引き離されるまで開いたままになります。
ジュエリークラスプ:
磁気ジュエリー クラスプには 2 つの半分が付属しており、ペアとして販売されます。半分には、非磁石材料のハウジング内に磁石が組み込まれています。端の金属ループはブレスレットやネックレスのチェーンを取り付けます。磁石のハウジングは互いに内側に収まり、磁石間の横方向の動きやせん断動作を防ぎ、頑丈な保持力を提供します。
講演者:
スピーカーは電気エネルギーを機械エネルギーまたは運動に変換します。機械エネルギーは空気を圧縮し、動きを音エネルギーまたは音圧レベルに変換します。ワイヤーコイルに電流が送られると、スピーカーに取り付けられた磁石に磁界が発生します。ボイスコイルは永久磁石によって引き付けられたり反発したりするため、ボイスコイルが取り付けられているコーンが前後に動きます。錐体の動きにより圧力波が発生し、音として聞こえます。
アンチロック ブレーキ センサー:
アンチロック ブレーキでは、ブレーキのセンサー内の銅コイルの内側にネオジム磁石が巻き付けられています。アンチロック ブレーキ システムは、ブレーキにかかるライン圧力を調整することでホイールの加速と減速を制御します。コントローラによって生成され、ブレーキ圧力調整ユニットに適用される制御信号は、車輪速度センサーから取得されます。
センサー リングの歯が磁気センサーを通過して回転すると、磁場の極性が反転し、車軸の角速度に周波数信号が送信されます。信号の微分は車輪の加速度になります。
ネオジム磁石の考慮事項
地球上で最も強力かつ最強の磁石であるネオジム磁石は、有害な悪影響を与える可能性があります。それらが引き起こす可能性のある危害を考慮して、適切に取り扱うことが重要です。以下に、ネオジム磁石の悪影響のいくつかを説明します。
ネオジム磁石の悪影響
身体的損傷:
ネオジム磁石が一緒に飛び跳ねて皮膚を挟んだり、重大な怪我を引き起こす可能性があります。彼らは数インチから数フィート離れたところで飛び跳ねたり、ぶつかったりすることができます。指が邪魔になると、指が折れたり、重大な損傷を受ける可能性があります。ネオジム磁石は他の種類の磁石よりも強力です。彼らの間にある信じられないほど強力な力は、しばしば驚くべきものになることがあります。
磁石の破損:
ネオジム磁石は脆く、ぶつかり合うと剥がれたり、欠けたり、亀裂が入ったり、砕けたりする可能性があり、小さな鋭利な金属片が高速で飛び散ります。ネオジム磁石は硬くて脆い材料でできています。金属でできており、光沢のある金属的な外観を持っていますが、耐久性はありません。取り扱うときは保護眼鏡を着用してください。
子どもの手の届かない所において下さい：
ネオジム磁石はおもちゃではありません。子供には扱わせないでください。小さいものは窒息の危険があります。複数の磁石を飲み込んだ場合、腸壁を介して磁石が互いに付着し、重篤な健康上の問題を引き起こすため、直ちに緊急手術が必要になります。
ペースメーカーに対する危険:
ペースメーカーまたは除細動器の近くの 10 ガウスの電界強度は、埋め込み型デバイスと相互作用する可能性があります。ネオジム磁石は強力な磁場を生成し、ペースメーカー、ICD、および埋め込み型医療機器に干渉する可能性があります。多くの埋め込み型デバイスは、磁場の近くにあると機能を停止します。
磁気メディア:
ネオジム磁石からの強力な磁場は、フロッピー ディスク、クレジット カード、磁気 ID カード、カセット テープ、ビデオ テープなどの磁気メディアに損傷を与えたり、古いテレビ、VCR、コンピュータ モニタ、CRT ディスプレイに損傷を与えたりする可能性があります。電子機器の近くに置かないでください。
GPS とスマートフォン:
磁場はコンパスや磁力計、スマートフォンや GPS デバイスの内部コンパスに干渉します。国際航空運送協会および米国連邦規則および規制は、磁石の輸送を対象としています。
ニッケルアレルギー:
ニッケルアレルギーがある場合、免疫システムはニッケルを危険な侵入者と誤解し、ニッケルと戦うための化学物質を生成します。ニッケルに対するアレルギー反応は、発赤や発疹です。ニッケルアレルギーは女性と少女に多くみられます。18歳未満の女性の約36パーセントがニッケルアレルギーを持っています。ニッケルアレルギーを避ける方法は、ニッケルコーティングされたネオジム磁石を避けることです。
消磁:
ネオジム磁石は、80°C または 175°F まで効果を維持します。効果を失い始める温度は、グレード、形状、用途によって異なります。
可燃性:
ネオジム磁石に穴を開けたり、機械加工したりしないでください。研削によって生じる粉塵や粉末は可燃性です。
腐食：
ネオジム磁石は、風雨から保護するために、何らかのコーティングまたはメッキで仕上げられています。防水ではないため、濡れた環境や湿気の多い環境に置くと錆びたり腐食したりすることがあります。
ネオジム磁石の使用に関する規格と規制
ネオジム磁石は強力な磁場を持っていますが、非常に脆いため特別な取り扱いが必要です。いくつかの産業監視機関は、ネオジム磁石の取り扱い、製造、輸送に関する規制を策定しています。いくつかの規制の簡単な説明を以下に示します。
ネオジム磁石の規格と規制
米国機械学会:
米国機械学会 (ASME) は、フック下リフティング装置の規格を定めています。規格 B30.20 は、リフティング装置の設置、検査、テスト、メンテナンス、および操作に適用されます。これには、オペレータが荷物上に磁石を配置して荷物をガイドするリフティング磁石も含まれます。ASME 規格 BTH-1 は ASME B30.20 と組み合わせて適用されます。
危害分析重要管理点：
危険分析重要管理点 (HACCP) は、国際的に認められた予防的リスク管理システムです。生産プロセスの特定の時点での危険の特定と制御を要求することにより、生物学的、化学的、物理的な危険から食品の安全性を検査します。食品施設で使用される機器の認証を提供します。HACCP は、食品業界で使用される特定の分離磁石を特定し、認定しています。
米国農務省:
磁気分離装置は、次の 2 つの食品加工プログラムに準拠した使用として米国農務省農業マーケティング局によって承認されています。
- 乳製品機器レビュープログラム
- 食肉および鶏肉の機器レビュープログラム
認定は、次の 2 つの規格またはガイドラインに基づいています。
- 乳製品処理装置の衛生設計と製作
- NSF/ANSI/3-A SSI 14159-1-2014 衛生要件を満たす食肉および鶏肉処理装置の衛生設計および製造
有害物質の使用制限:
有害物質の使用制限 (RoHS) 規制では、電子機器における鉛、カドミウム、ポリ臭化ビフェニル (PBB)、水銀、六価クロム、およびポリ臭化ジフェニル エーテル (PBDE) 難燃剤の使用が制限されています。ネオジム磁石は危険である可能性があるため、RoHS はその取り扱いと使用に関する基準を策定しました。
国際民間航空機関:
磁石は、米国本土外から海外目的地への輸送において危険物であると判断されています。航空輸送される梱包材は、パッケージの表面上の任意の点から 7 フィートの距離で 0.002 ガウス以上の磁場の強度がなければなりません。
連邦航空局：
航空輸送される磁石を含むパッケージは、確立された基準を満たすようにテストする必要があります。磁石パッケージは、パッケージから 15 フィートの位置で 0.00525 ガウス未満である必要があります。強力で強力な磁石には、何らかのシールドが必要です。潜在的な安全上の問題のため、磁石を空輸する場合には満たさなければならない規制や要件が数多くあります。
化学物質の制限、評価、認可:
化学物質の制限、評価、および認可 (REACH) は、欧州連合の一部である国際機関です。危険物の規制と基準の策定を行っています。磁石の適切な使用、取り扱い、製造を指定する文書がいくつかあります。多くの文献では、医療機器や電子部品における磁石の使用について言及しています。
結論
- ネオ磁石として知られるネオジム (Nd-Fe-B) 磁石は、ネオジム (Nd)、鉄 (Fe)、ホウ素 (B)、および遷移金属で構成される一般的な希土類磁石です。
- ネオジム磁石の製造には焼結と接合の2つのプロセスが使用されます。
- ネオジム磁石は、さまざまな種類の磁石の中で最も広く使用されています。
- ネオジム磁石の磁場は、磁場が印加されると発生し、原子双極子が整列します。これが磁気ヒステリシス ループです。
- ネオジム磁石は任意のサイズで製造できますが、初期の磁力は保持されます。
投稿日時: 2022 年 7 月 11 日