どれかのグレードって何ですか？ 性能にどのような影響を与えますか?

磁石のグレードは、磁石の磁力、温度耐性、保磁力を表す標準化された数値および文字コードであり、間違ったグレードを選択すると、機器の故障、エネルギー損失、または安全上の問題を引き起こす可能性があります。 電気モーター、医療機器、産業用センサー、または DIY プロジェクト用の磁石を選択する場合、次のことを理解してください。 磁石のグレード これは、選択プロセスの中で最も重要なステップです。このガイドでは、すべての主要グレード システムについて説明し、主要な性能指標を比較し、正確な用途に適した磁石を選択するのに役立ちます。

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磁石のグレードとは実際には何を意味するのでしょうか？

磁石のグレードは、最大エネルギー積 (BHmax)、残留磁束密度 (Br)、および保磁力 (Hc) という 3 つの重要な磁気特性をコード化した短縮コードです。これらはすべて、特定の環境で磁石がどれほど強力かつ確実に機能するかを決定します。

各磁石の種類には独自の等級システムがあります。ネオジム (NdFeB) 磁石では、「N」という接頭辞の後に数字が続きます (例: N35、N52)。一方、サマリウム コバルト磁石では、SmCo18 や SmCo26 などの名称が使用されます。アルニコ磁石はグレード 1 ～ 9 を使用し、フェライト (セラミック) 磁石は中国の規格で C1 ～ C8 または Y シリーズに分類されます。

数字や文字を理解する 磁石のグレード コードは、磁石がどのように動作するかについてすべてを明らかにします。

• 番号 ネオジムグレードにおける「メガ・ガウス・エルステッド（MGOe）」単位の最大エネルギー積を指します。 N52 の BHmax は約 52 MGOe で、市販されている最高グレードです。
• 文字の接尾辞 (M、H、SH、UH、EH、AH) は、磁石の最高使用温度と固有保磁力定格を示します。
• サフィックスなし (例: N35、N42) は、約 80℃ (176°F) までの標準温度耐性を意味します。

各磁石グレードの背後にある 3 つのコア磁気特性

すべての磁石のグレードは、実際の性能を決定する 3 つの測定可能な特性、つまり残留磁束密度 (Br)、保磁力 (Hc)、および最大エネルギー積 (BHmax) によって定義されます。

1. 残留磁束密度（Br）

Br は、磁場が除去された後に磁石が生成する磁場の強度を測定します。テスラ (T) またはガウス (G) で表され、1 テスラ = 10,000 ガウスとなります。グレード N52 ネオジム磁石の Br は約 1.44 ～ 1.52 T ですが、N35 磁石の測定値は約 1.17 ～ 1.22 T です。Br が高いほど、所定の磁石サイズに対する吸引力が強くなります。

2.保磁力(Hc)

Hc は減磁に対する磁石の抵抗であり、反対の磁力または高温を使用して磁石の磁場を剥がすのがどれだけ難しいかを表します。エルステッド (Oe) または kA/m で測定されます。より高いグレードの温度指定 (H、SH、UH、EH) では、Br がわずかに減少しますが、より高い保磁力が得られます。磁石が強い反対磁場に面するモーターや発電機の場合、多くの場合、生の引張強度よりも保磁力の方が重要です。

3. 最大エネルギー積 (BHmax)

BHmax は、あらゆる点で最も重要な数値です。 磁石のグレード 。 MGOe (メガガウスエルステッド) または kJ/m3 で表され、材料に蓄えられた磁気エネルギーの密度を表します。 BHmax が高いということは、物理的に小さい磁石を使用して同じ保持力または揚力を実現できることを意味します。これは、電気自動車のモーター、航空宇宙部品、小型電子機器など、スペースと重量に制限がある用途では非常に重要です。

ネオジム磁石のグレードの説明: N35 から N52 以降まで

ネオジム磁石は市販されている中で最も強力な永久磁石であり、そのグレード システム (N35 から N52 まで) は、今日のエンジニアリングおよび製造において最も広く参照されている磁石のグレード分類です。

接頭語の「N」はネオジム鉄ホウ素 (NdFeB) を表します。次の数字は、MGOe の BHmax 値を示します。オプションの文字の接尾辞は、最大動作温度と保磁力クラスを示します。

• サフィックスなし (standard): 最大動作温度 ~80℃
• M（ミディアム）： 最大動作温度 ~100°C
• H（高）： 最大動作温度 ~120°C
• SH（スーパーハイ）： 最大動作温度 ~150℃
• UH (超高): 最大動作温度 ~180℃
• EH (超高): 最大動作温度 ~200°C
• AH (航空宇宙高): 最大動作温度 ~230°C

表: BHmax、残留磁束密度、温度定格、および代表的な用途によるネオジム磁石のグレードの比較。

1 つの重要なトレードオフ: グレード番号が増加する (BHmax が強化される) と、磁石はより脆くなり、腐食されやすくなります。 N52 磁石は機械的に壊れやすいため、ほとんどの用途で保護コーティング (ニッケル、エポキシ、または金メッキ) が必要です。 N35 磁石は比較的耐久性があり、安全に取り扱うことが容易です。

サマリウムコバルト磁石グレード: 高温代替品

サマリウム コバルト (SmCo) 磁石は、最大 350°C の温度に耐える磁石グレードを提供しており、ネオジム グレードでは致命的な故障が発生する航空宇宙、防衛、高熱産業用途に推奨されています。

SmCo 磁石には 2 つの主要なシリーズがあり、それぞれに異なるグレード特性があります。

SmCo シリーズ 1:5 (SmCo5)

これらのグレード (SmCo14 ～ SmCo20) の BHmax 値は 14 ～ 20 MGOe の範囲です。 SmCo5 グレードは絶対エネルギー積がネオジムより低いものの、非常に高い保磁力 (通常 700 ～ 900 kA/m) を示し、事実上減磁の影響を受けません。最高 250°C まで確実に動作し、精密機器、マイクロ波装置、進行波管などに使用されます。

SmCo シリーズ 2:17 (Sm₂Co₁₇)

これらのグレード (SmCo22 ～ SmCo32) は、22 ～ 32 MGOe の BHmax 値を達成しており、最大 350°C までの完全な温度耐性を維持しながら、下位層のネオジム グレードに近づいています。 Sm₂Co₁₇ グレードの固有保磁力は 1,600 kA/m 以上に達し、市販の永久磁石材料の中で最も高くなります。用途には、ジェット エンジン センサー、衛星コンポーネント、ダウンホール石油掘削ツールなどがあります。

表: エネルギー積、最高温度、保磁力別のサマリウム コバルト磁石のグレード。

アルニコ磁石グレード: 高温安定性の古典的なパフォーマー

アルニコ磁石グレード (1 ～ 9) は、市販の永久磁石の中で最も高い動作温度 (最大 540°C) を提供しますが、保磁力は希土類グレードよりも大幅に低いため、減磁のリスクが低い用途にのみ適しています。

アルニコはアルミニウム (Al)、ニッケル (Ni)、コバルト (Co) の合金であり、それがその名前の由来です。グレード番号は合金の組成と製造方法 (鋳造か焼結か) を反映しています。鋳造アルニコ グレード (アルニコ 1 ～ 9) は等方性または異方性で、BHmax 値の範囲は 1.4 MGOe (アルニコ 1) から 10.5 MGOe (アルニコ 9) です。焼結アルニコグレードは、磁気性能がわずかに低くなりますが、寸法の一貫性は優れています。

アルニコグレードの主な用途には、エレキギターのピックアップ、アナログセンサー、リレー、スピーカー、マグネトロン管などがあります。アルニコ磁石は保磁力が低い (通常 50 ～ 160 kA/m) にもかかわらず、ネオジムや SmCo グレードが劣化または酸化する極端な温度における安定した非反転環境でも磁化を確実に維持します。

フェライト (セラミック) 磁石グレード: コスト効率の高い主力製品

フェライト磁石のグレード (北米の規格では C1 ～ C8、中国/ISO システムでは Y10 ～ Y40 に分類) は、永久磁石材料の中で 1 キログラム当たりのコストが最も低く、適度な磁気性能を発揮するため、世界で最も広く製造されている磁石の種類となっています。

フェライト (セラミック) 磁石は、酸化鉄と炭酸ストロンチウムまたは炭酸バリウムを組み合わせて作られています。それらは硬く、脆く、耐食性があり、安価です。フェライト磁石材料の 10 ポンド袋のコストは、同等のネオジム材料の数分の一です。フェライト グレードの BHmax 値の範囲は 1.0 MGOe (C1) から 4.0 MGOe (C8) で、これは最上位のネオジム グレードの約 10 ～ 12 分の 1 です。

表: 重要な磁気特性を備えた米国および ISO/中国規格のフェライト (セラミック) 磁石グレード。

フェライト磁石はコーティングなしでも耐食性があり、最高 250°C の温度に耐えることができ、冷蔵庫のドアシール、家電製品の小型 DC モーター、磁気分離システムなど、大量、低コスト、適度な強度が優先される用途に最適です。

タイプ別の磁石グレード: 直接の性能比較

さまざまな材料タイプで磁石のグレードを比較すると、生の磁気強度ではネオジムがリードし、温度耐性ではサマリウム コバルトがリードし、熱安定性ではアルニコがリードし、コスト効率ではフェライトがリードします。各グレード ファミリには、他に負けない領域があります。

表: 主要な性能と物理的特性による磁石グレードの材料間の比較。

用途に適した磁石のグレードを選択する方法

正しい磁石のグレードを選択するには、次の 4 つの質問に答える必要があります。どの程度の強度が必要ですか?磁石は何度くらいの温度に達しますか?反対の磁場に直面するでしょうか?規模と予算の制約は何ですか?

ステップ 1: 必要な保持力または持ち上げ力を定義する

ポンドまたはニュートン単位で力の要件から始めます。より高級なネオジム磁石は、直径わずか 3 インチのディスクから 600 ポンドを超える引張力を発揮します。たとえば、N52 グレードの 2 インチ× 1 インチ× 1/2 インチのブロック磁石は、スチール表面に対して約 110 ポンド (490 N) の引張力を発揮します。これは、治具、クランプ、または吊り上げ用途のグレードを選択する際に役立つデータです。

ステップ 2: 動作温度の評価

これは最も一般的に見落とされがちな要因です 磁石のグレード 選択。標準的な N42 磁石は、80°C を超えると永久に磁化を失い始めます。アプリケーションにモーターの熱、エンジン コンパートメント、または工業用オーブンが含まれる場合は、N42H、N42SH、または N42UH グレードにステップアップするか、最高の熱環境に対応するサマリウム コバルトまたはアルニコ グレードに完全に切り替える必要があります。

ステップ 3: 減磁リスクを評価する

モーター、発電機、MRI シールドなど、磁石が反対の磁場に囲まれる用途には、高い保磁力を備えたグレードが必要です。このようなシナリオでは、標準グレードよりも SH または UH の接尾辞が付いたグレードを選択することは、10 年間安定した性能を維持できるか、数か月以内に完全に消磁できるかの違いを意味する可能性があります。

ステップ 4: 物理的および環境的制約を考慮する

磁石が湿気、塩水、または化学物質にさらされる場合、耐食性が優先されます。フェライトおよび SmCo グレードは自然に耐腐食性があります。ネオジムグレードには保護コーティングが必要です。ニッケル - 銅 - ニッケルの 3 層メッキが標準ですが、海洋または高湿度の環境ではエポキシまたはパリレン コーティングが必要です。機械的衝撃も考慮してください。アルニコおよびフェライトグレードは、衝撃を受けても脆いネオジムまたは SmCo グレードよりも欠けたり砕けたりする可能性が低くなります。

実際のアプリケーション: どの磁石グレードがどこで使用されていますか?

さまざまな業界が、性能要件、環境条件、コスト重視の独自の組み合わせに基づいて、特定の磁石グレードを一貫して好んでいます。

• 電気自動車 (EV モーター): N38UH～N45SHのネオジムグレードが標準です。これらのグレードは、高い BHmax とトラクション モーター内部の 150°C の動作温度のバランスをとります。 1 台の EV ドライブ ユニットには、2 ～ 4 kg の傾斜ネオジム磁石が含まれる場合があります。
• 風力タービン: 大型ダイレクトドライブタービンは、マルチセグメントローターアレイで N35SH または N38SH グレードのネオジム磁石を使用します。単一の 3 MW 直接駆動タービンには、600 ～ 700 kg のネオジム磁石材料が使用される場合があります。
• 医療機器 (MRI): 高磁場 MRI システムは超伝導電磁石を使用しますが、永久磁石 MRI スキャナは 0.2 ～ 0.7 テスラの磁場を生成する N50 または N52 グレードのネオジム アレイを使用します。
• 家庭用電化製品: スマートフォンのスピーカー、ヘッドフォン、振動モーターには、コンパクトなサイズと高い力密度のため、主に N35 ～ N42 グレードのネオジム磁石が使用されています。
• 航空宇宙と防衛: SmCo26 および SmCo30 グレードは、-180°C から 300°C までの温度変動が日常的なジャイロスコープ、レーダー システム、および衛星の姿勢制御で主流です。
• ギターピックアップ: アルニコ 2 (温かみのある、圧縮されたトーン)、アルニコ 5 (明るくクリアなトーン)、およびアルニコ 8 (高出力のモダンなトーン) グレードは、エレキギターのピックアップ サウンドを決定する要素です。ミュージシャンや弦楽器製作者の間では、アルニコ グレードの違いがよく理解されています。
• 冷蔵庫のシールと DC モーター: フェライト C5 および C8 グレードは、その耐食性、寸法安定性、および単位あたりのコストが非常に低いため、主流となっており、世界中で毎日数千万個が製造されています。

磁石のグレードに関するよくある質問

Q: 磁石のグレード番号が大きいほど常に優れていますか?

必ずしもそうとは限りません。ネオジム グレードの数値が大きいほど (例: N52 対 N35)、磁気エネルギー積が大きく、引張力が強いことを意味しますが、同時に脆さが増し、温度安定性がわずかに低下し、コストが高くなるということも意味します。最大の電界強度を必要としないアプリケーションの場合、多くの場合、N42 などの中間グレードが、パフォーマンス、耐久性、価格の最適なバランスを提供します。デフォルトで利用可能な最高のグレードを設定するのではなく、常にアプリケーションの実際の要件にグレードを一致させてください。

Q: 時間の経過とともに磁石のグレードが失われることはありますか?

はい。すべての永久磁石は時間の経過とともにある程度の減磁を経験しますが、その割合はグレードや条件によって異なります。高品位ネオジム磁石は、磁場や熱から離れた室温で保管すると、100 年間で磁化の損失が 1% 未満になります。ただし、磁石をその定格最高温度を超える温度にさらすと、たとえ短時間であっても、再着磁プロセスでは完全に修復できない不可逆的な部分減磁が即座に発生する可能性があります。

Q: N42 と N42H の磁石グレードの違いは何ですか?

どちらのグレードも同じ BHmax 値 (約 40 ～ 43 MGOe) と残留磁束密度 (Br 約 1.29 ～ 1.35 T) を持っています。主な違いは最大動作温度です。N42 の定格は 80°C ですが、N42H の定格は 120°C です。接尾辞「H」は、標準の N42 よりも約 10 ～ 20% のコスト プレミアムで、合金組成または加工を変更することによって達成される、より高い固有保磁力を示します。

Q: 磁石のグレードは世界的に標準化されていますか?

希土類磁石のグレード指定については広範な国際的な調整が行われていますが、完全な標準化はされていません。 NdFeB の IEC 60404-8-1 規格および中国の GB/T 規格は広く準拠していますが、一部のメーカーは直接マッピングしない独自のグレード指定を使用しています。正確な性能を確認するためにグレード番号のみに依存するのではなく、重要なエンジニアリング用途については常に完全な減磁曲線 (B-H 曲線) をサプライヤーに要求してください。

Q: 屋外または海洋用途にはどのグレードの磁石を使用すればよいですか?

屋外または海洋環境の場合、中程度の強度が必要な場合はフェライト (C5 ～ C8)、高強度が必要な場合はサマリウム コバルト (SmCo26 ～ SmCo30) が最適なオプションです。どちらも追加のコーティングをしなくても本質的に耐食性があります。強度のためにネオジム グレードが必要な場合は、塩水環境では時間の経過とともに剥離する可能性がある標準的なニッケル メッキではなく、エポキシまたはパリレン C コーティングを指定してください。予防策として、海上サービスではネオジム磁石を定期的に検査し、交換してください。

Q: すでに所有している磁石を再着磁してグレードアップすることはできますか?

再着磁により、部分的に消磁した磁石を元のグレード仕様に戻すことはできますが、磁石をその材料固有の BHmax 上限を超えてアップグレードすることはできません。磁気グレードは、印加される磁場の強さではなく、製造中に確立される合金の組成と微細構造によって決まります。よりグレードアップするには、マグネットをよりグレードの高い材質のものに交換する必要があります。

Q: 磁石のグレードは価格にどのように影響しますか?

ネオジムファミリー内では、グレードが上がるごとに (例: N35 → N42 → N48 → N52)、通常、同じ形状のユニットあたりの価格が 5 ～ 15% 追加されます。温度定格のサフィックスによりさらにコストが増加します。N42UH のコストは、同じ寸法の標準 N42 よりも 25 ～ 40% 高くなります。サマリウムコバルトグレードは、主にコバルトのコストとより複雑な焼結プロセスにより、同等のネオジムグレードよりも重量で 3 ～ 5 倍高価です。

結論: ニーズに合わせた適切な磁石グレードのマッチング

磁石のグレードを理解することは、単なる技術的な作業ではなく、永久磁石に依存するあらゆる用途における信頼性、安全性、コスト効率の高い設計の基礎となります。

重要なポイント: 単一ではありません 磁石のグレード 普遍的に優れています。 N52 ネオジムは、比類のない生の磁気エネルギーを供給しますが、80°C を超えると機能しなくなり、保護がなければ急速に腐食します。 SmCo30 は並外れた保磁力で 350°C の環境にも耐えられますが、コストは 5 倍高くなります。アルニコ 5 は、オーディオ用途向けの独特の音質特性を備えた高温安定性に優れていますが、逆磁場下では容易に減磁します。フェライト C8 は、大量生産で中程度の強度の用途に適した、経済的で耐候性の高い選択肢です。

グレードを選択するときは、磁力を最適化する前に、必ず動作環境 (温度、化学薬品への曝露、対磁場の強さ) から始めてください。正しく等級分けされた磁石は、何十年にもわたって確実に機能します。仕様が不十分だと数週間で失敗する可能性があります。クリティカルエンジニアリングで使用される磁石グレードの完全な B-H 減磁曲線を参照し、公称仕様のみに依存するのではなく、常にサプライヤーからの認定されたテストデータでグレードを確認してください。