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磁石の基礎知識

磁石の正体

磁石を細かくしていくと?

磁石を切っても小さな磁石になるだけ。

ではもっともっと細かくしていくと・・・、
全ての物質は原子核の周りを電子が回っている状態になります。

さらに電子はスピンという自転運動をしており、これが磁気なのです。
磁石から磁極を取り出せないのは、スピンする電子にN極とS極が存在し、それ以上分けられないからです。

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磁石になる物ならない物

ペアを持たない電子がある原子や、ペアの電子の自転(スピン)の方向が 同じになっている原子が、磁性を持って磁石になります。

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なぜ磁石につくのか

磁性体が磁石につくしくみは?
磁石に近づいて磁場の影響を受けたり、 電気を流したコイルの中に置かれるなど、 外部から与えられる磁場により、物質の中にある小さな磁石(前項で説明)が一定方向に揃います。

つまり全体が一体の磁石になるわけです。 磁石につくのは磁石なのです。

磁石につくのは鉄、ニッケル、コバルトとそれらの合金です。

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永久磁石は本当に永久?

希土類元素(ネオジム等)を加えることで、磁性を維持し続けます。

現在主流の永久磁石とは
磁石素材は小さな磁石の集合体です。
右図の絵の様なものだと考えますと小さな磁石どうしは隣と反発関係にあります。つまり内部では磁石の向きを変える力が常に働いています。
当社使用の永久磁石はこの力を抑え込むために、希土類元素のネオジムなどを混ぜ磁性を維持し続ける、ネオジム磁石を使っています。

最高の磁石素材・ネオジム磁石とは
ネオジム磁石(ネオジムじしゃく、英: Neodymium magnet)は、ネオジム、鉄、ホウ素を主成分とする希土類磁石(レアアース磁石)の一つ。
永久磁石のうちでは最も強力とされており、1982年に日本の住友特殊金属(当時。2004年から日立傘下で日立金属)の佐川眞人らによって発明された。
Nd2Fe14B。「ネオジウム」と呼ばれることも多いが「ネオジム」が正しい。

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異物除去への応用

磁石が磁性異物を吸着するための大切な要素。

距離
  吸引力は距離の2乗に反比例します。

体積(大きさ)
  体積(大きさ)により磁化が大きくなるため、吸引力に大きく影響します。

流速
  吸着するものが流れる速さ(つまり流量)も異物除去の性能に大きく影響します。

弊社は磁選機の選定にあたり、御社のラインの情報をもとにして、最善の提案をします。

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N極とS極の決め方

磁石を空中に吊るし、北を向いた方をN極とする。(紀元後1世紀)つまり地球の北をS極ということにして、磁石のN極とS極を決めます。

地球は大きな電磁石 (電磁流体ダイナモ理論)
地球の核は鉄とニッケルが溶けた状態で対流し、複雑な動きの中で電流が生じ、その電流で磁場が生まれています。
地球の回転軸に対して、地磁気は10.2度 傾いています。
地磁気の強さは東京で45,000nT(=0.45G) です。

ちなみに、地球の磁極は過去何度も入れ替ってきました。磁極の反転は瞬時に起こるのではなく、3~4,000年かけてゆっくりと起こることが、地質調査にて証明されています。

反転はなぜ起こるのでしょうか。
地球は46億年前に誕生しました。そしてゆっくり外側から冷えて行き、27億年前に「ダイナモ」が 始動する条件が整い、地磁気が発生したと考えられています。さらに冷え続け、中心の核やその周辺のマントルが変化することで磁極が反転したと考えられています。

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希土類磁石の種類

希土類磁石(きどるいじしゃく)は、希土類元素(アクチニウムを除く第3族元素やランタノイド)を用いて作られる永久磁石のことを指し、レアアース磁石ともいいます。

以下のものが実用化されています。

フェライト磁石
BaO・6Fe2O3およびSrO・6Fe2O3。磁力は強くはありませんが、主成分が酸化鉄であるため、低コストになります。

ネオジム磁石
Nd2Fe14B 。現在実用化されている最強の磁石ですが、錆びやすいという欠点があります。

サマリウム・コバルト磁石
SmCo5およびSm2Co17。耐熱性および耐食性に優れます。

プラセオジム磁石
PrCo5。機械的強度に優れています。ネオジム磁石の出現で、現在はあまり使われていません。

サマリウム鉄窒素磁石
ネオジム磁石を超える性能を持つ磁石として開発されましたが、熱に弱く粉末焼結工法が使えないため、ボンド磁石として使われています。


磁石の温度特性

磁石は固有のキュリー温度を持っており、キュリー温度に達した磁石は磁性を不可逆的に喪失します。
キュリー温度に達しない範囲での磁力現象は可逆的です。


キュリー温度
キュリー温度とは、磁性体が温度上昇により完全に磁力を失う温度。 キュリー温度に満たない場合は、温度上昇による磁力現象は可逆的。

温度係数
温度と磁力の関係を常温(20℃)で比較したもの
   - フェライト磁石        1℃上昇につき-0.18%    キュリー温度470℃
   - ネオジム磁石        1℃上昇につき-0.10%    キュリー温度310℃
   - サマリウム・コバルト磁石    1℃上昇につき-0.03%    キュリー温度850℃

計算例)
10,000Gのネオジム磁石の100℃での磁力は、
   10,000G + (100-20)℃ × 10,000G × (-0.10%) = 10,000 - 800 = 9,200          答え 9,200G

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