永久磁石材料は、外部からのエネルギー入力を必要とせず、永久的に磁場を発生できる磁性材料です。エネルギー効率や利便性など、多くの利点があります。特に、高い保磁力と高い磁気エネルギー積を特徴とする希土類磁石材料は、機器の磁気回路においてより小型で薄い磁石サイズで製品の機能を実現できるため、永久磁石機器の小型軽量化を大きく促進します。ハイテク分野に欠かせない機能性材料として、永久磁石材料は航空宇宙、防衛、電子・通信、輸送、産業エネルギー、家電製品など、幅広い分野で広く利用されています。
永久磁石の用途は、その動作原理に応じて 5 つのタイプに分類できます。
| 関数 | 原理 | 物理法則 | 典型的なアプリケーション |
| 電気エネルギーは機械エネルギーに変換される | 電流を流す導体に対する磁場の影響 | アンペールの法則 | スピーカー、モーター、ヘッドフォン、計測機器 |
| 機械エネルギーは電気エネルギーに変換される | 導体の磁場に対する動きは誘導起電力を生み出す | ファラデーの法則 | ジェネレーター、マイク、センサー |
| 機械エネルギーの変換 | 永久磁石の極間、永久磁石と強磁性体間の相互作用 | クーロンの法則 | 吸着用磁石、磁気分離機、磁気フィルター、磁気カップリング、永久磁石チャック |
| さまざまな磁気効果 | 磁場と光、電気、熱などとの関係。 | 核磁気共鳴、発振器、光アイソレータ | |
| その他の磁気用途 | 荷電粒子に対する磁場の影響 | ローレンツの法則 | マグネトロン、粒子ガスペダル、磁気分光計、マグネトロンスパッタリング、電気スイッチ |
永久磁石材料は広く使用されており、エンジニアリング開発の初期段階では、適切な永久磁石材料の選択はすべてのエンジニアにとって重要な検討事項です。永久磁石材料の種類ごとに独自の特性があるため、永久磁石の選択には、必要な磁場強度、耐熱性、コスト、製造プロセスなど、複数の要素を考慮する必要があります。以下の手順をお勧めします。
（1）磁場強度要件を決定する
システムやデバイス全体において、永久磁石は主に機能部品として（美観や構造部品としてではなく）受動磁場を発生させるために使用されます。磁場強度は磁性鋼の性能を示す重要な指標であり、エンジニアリング設計の中核を成す要素です。永久磁石の磁場強度を最大限に活用することも、永久磁石デバイスの設計における基本的な目標です。エンジニアは目標とする磁場強度を計算し、それを後続の材料選定の基準として使用することができます。
（2）適切な磁性材料を選択する
工学分野で使用される一般的な永久磁石材料には、焼結ネオジム-鉄-ホウ素（NdFeB）、焼結サマリウムコバルト（SmCo）、焼結または鋳造アルニコ（アルミニウム-ニッケル-コバルト）、焼結フェライト、ボンド磁石および射出成形磁石、そしてサマリウム鉄窒化物（SmFeN）などの比較的新しい材料などがあります。異なる永久磁石材料はそれぞれ独自の磁気特性と材料特性を持っています。
| 学年 | Br/kGs | Hcb/kOe | Hcj/kOe | (BH)max/MGOe | 最高気温(℃)* | |
| 焼結NdFeB磁石 | 42SH | 12.5 | 12.3 | 21 | 42 | 150未満 |
| 焼結SmCo磁石 | 28 | 10.8 | 9.8 | 22 | 28 | <300 |
| 焼結/鋳造アルニコ磁石 | CLNG44 | 12.5 | 0.65 | 0.65 | 5.5 | <525 |
| ハードフェライト磁石 | Y30 | 4 | 2.6 | 2.7 | 3.7 | 250未満 |
| ボンド磁石 | CMN10 | 7.2 | 6 | 10 | 10 | 150未満 |
| 射出成形磁石 | IMF0606 | 2.9 | 2.2 | 3.2 | 2.2 | 140未満 |
| ※最高動作温度は参考値です。 | ||||||
| 永久磁石の実際の最高動作温度は、グレード、形状、磁気回路によって異なります。 | ||||||
（３）磁石の仕様と寸法を明確にする
一定の磁場強度を得るためには、永久磁石の種類によって必要なサイズが異なります。永久磁石の仕様と形状は、実際の用途における具体的な要件に加え、空間的な制約や磁場の方向といった要素も考慮して、適切なサイズと形状が決定されます。
右の図は、5kgの鉄塊を吸着するために必要な永久磁石材料の量を比較したものです。例えば、焼結ネオジム-鉄-ホウ素（NdFeB）では直径20×5mmしか必要ありませんが、焼結フェライトでは直径20×55mm必要となり、これはNdFeBの10倍以上となります。
（4）磁石の加工性を評価する
磁石の加工性を評価する：永久磁石材料の従来の製造プロセスは、主に焼結、鋳造、成形です。これらのうち、焼結および鋳造された永久磁石材料は硬くて脆く、靭性と加工性が低いという問題があります。通常、これらの材料はまずブランクに加工され、その後、ワイヤーカット、スライス、研削などの加工工程を経て成形されます。旋削、フライス加工、プレーニングなどの加工技術では加工できず、従来の製品は主に板、リング、タイルなどの単純な形状です。複雑な形状や高精度な設計には特殊な加工が必要となり、コストが高くなる可能性があります。これらの加工要因は、製品の初期設計段階で考慮する必要があります。
右の表は、従来の永久磁石材料の材料特性を比較したものです。
| 密度 g/cm3 | 硬度Hv | 曲げ強度 MPa | |
| 焼結NdFeB磁石 | 7.5～7.8 | 400～600 | 250～300 |
| 焼結SmCo磁石 2:17 | 8.3～8.5 | 550～600 | 120～150 |
| 鋳造アルニコ磁石 | 6.9～7.3 | 520-700 | 50-310 |
| ハードフェライト磁石 | 4.9～5.1 | 400～700 | 50～90 |
| ボンド磁石 | 5.5～6.4 | 80～120 | 100～160 |
| 射出成形磁石 | 3-5.5 | 140～150 | 60～100 |
| ゴム磁石 | 3.5～3.7 | / | / |
（５）労働環境要因を考慮する
永久磁石の使用環境は、その性能と寿命に大きな影響を与えます。温度、湿度、腐食性物質への曝露は磁石に悪影響を及ぼす可能性があるため、選択した磁性材料が実際の使用環境に適応できることを確認することが重要です。
右の図は、従来の永久磁石材料の適用可能な動作温度範囲の比較を示しています。ネオジム-鉄-ホウ素（NdFeB）とフェライトは動作温度範囲が狭く、サマリウム-コバルト（SmCo）とアルニコ（アルミニウム-ニッケル-コバルト）は動作温度範囲が広くなっています。
（6）材料費の検討
材料コストの検討: 永久磁石材料の種類によってコストは大きく異なるため、パフォーマンス要件を満たしながらプロジェクト コストを制御できるように、材料コストを徹底的に検討することが重要です。
右の図は、D10x10mmのディスク製品における従来の永久磁石材料の価格比較を示しています（数字は価格差の比較指標であり、実際の製品価格ではありません）。焼結サマリウムコバルトが最も高価で、焼結フェライトが最も安価です。
（7）その他の特別な要件に注意してください
その他の特殊要件にもご注意ください。用途によっては、高い保磁力、高い残留磁気、低い温度係数など、磁石に特別な要件が求められる場合があります。そのような場合は、当社にご連絡いただき、これらの特殊要件についてご相談・評価いただくことをお勧めします。
上記の要素に基づいて、さまざまな永久磁石材料の性能と特性を概観的に比較すると、次のようになります。
| 磁気特性 | 加工性 | 動作温度 | 耐食性 | 安定性 | 料金 | |
| 焼結NdFeB磁石 | 最高、(BH)max 35-52MGOe | 脆い質感、高硬度、加工しにくい | 高温には耐えられないため、動作温度は200℃を超えないようにしてください。 | 腐食しやすいため、メッキ保護が必要 | 良い | 高くて不安定 |
| 焼結SmCo磁石 | より高い、(BH)max 17-30MGOe | 脆い質感、高硬度、加工しにくい | 耐高温性、動作温度は最大350°C | 優れた耐食性 | 素晴らしい | 高い |
| 鋳造アルニコ磁石 | 平均、(BH)max < 9MGOe | 脆い質感、高硬度、加工しにくい | 耐高温性、動作温度は最大550°C | 優れた耐食性 | 簡単に消磁できる | 適度 |
| ハードフェライト磁石 | 下限、(BH)max < 4MGOe | 脆い質感、高硬度、加工しにくい | 一般的な性能、動作温度は最大250℃ | 優れた耐食性 | 平均的な安定性、アルニコより優れている | 低い |
| ボンド磁石 | 平均、(BH)最大2-14MGOe | 金型を使えば複雑な形状も作れる | 高温には耐えられないため、動作温度は150℃を超えないようにしてください。 | 腐食しやすいため、メッキ保護が必要 | 良い | 適度 |
| 射出成形磁石 | 下限、(BH)max < 10MGOe | 金型を使えば複雑な形状も作れる | 高温には耐えられないため、動作温度は120℃を超えないようにしてください。 | 優れた耐食性 | 良い | 低価格、高金型コスト |
上記の要因に基づいて、次の表に従って永久磁石材料を予備的に選択できます。
| 材料 | 価格 | 磁気特性 | 耐熱性 | 動作環境 | 加工性 | 耐食性 | |||||
| 磁場 | 磁力 | 耐熱性 | 耐寒性 | 屋外 | 水中 | 加工精度 | 複雑な形状 | 機械的強度 | |||
| 焼結NdFeB磁石 | Δ | √ | √ | Δ | √ | × | × | × | × | Ο | Δ |
| 焼結SmCo磁石 | × | √ | √ | √ | √ | √ | √ | × | × | Δ | √ |
| 鋳造アルニコ磁石 | Ο | Δ | Δ | √ | √ | √ | √ | × | × | √ | √ |
| ハードフェライト磁石 | √ | × | × | Ο | × | √ | √ | × | × | × | √ |
| ボンド磁石 | Ο | Δ | Δ | Δ | √ | × | × | × | × | × | Δ |
| 射出成形磁石 | Ο | Δ | Δ | Δ | √ | √ | √ | √ | √ | × | √ |
| √······非常に良い Ｏ······良い Δ······平均 ×······悪い、同じサイズと磁化方向による製品の比較。 | |||||||||||
永久磁石材料を選定する際は、エンジニアリングプロジェクトのニーズに応じて上記のすべての要素を考慮し、適切な永久磁石材料をお選びください。評価プロセス中にご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください。専門的なアドバイスと包括的なサポートを提供することをお約束いたします。