NTN TECHNICAL REVIEW No.8(212) [ 製品紹介 ] 磁性材料商品の紹介 Introduction of Magnetic Material Products 原野拓治 * Takuji HARANO 宮崎真二 * Shinji MIYAZAKI 勝浦 肇 * Hajime KATSUURA NTN のグループ会社である日本科学冶金株式会社は, 高飽和磁束密度, 低鉄損で周波数特性が良好なアモルファス磁性材料を中心に, 要求特性に合わせた各種磁性材商品を開発しており, これらの特性と応用例を紹介する. Nippon Kagaku Yakin Co.,Ltd., as one of the NTN group companies, develops various types of magnetic material products that meet customer demand for characteristics. The major product is the Amorphous core which has characteristics of high saturated magnetic flux-density, low core loss and superior frequency characteristics. This article introduces the features and applications of these products. 1. はじめに近年, 電気自動車 (EV) やハイブリッド車 (HEV) に搭載するリアクトルには大電流, 高周波数など, 厳しい環境で高い信頼性が求められ, 従来のフェライトコアでは対応が厳しくなっている. NTNのグループ会社である日本科学冶金株式会社は, これまで各種磁性材商品を開発しており, 本稿では, 高飽和磁束密度かつ, 低鉄損で良好な周波数特性を有する磁性材料商品と, その応用例を紹介する. 2. 日本科学冶金の磁性材料商品の分類磁性材料商品は, 軟質磁性材料と硬質磁性材料に大別される. 軟質磁性材料は, 保磁力が小さく透磁率が大きいことが特徴で, 高飽和磁束密度, 低鉄損で周波数特性が良好なアモルファス磁性材料を用いた各種磁性材商品がある. 特にこの材料を射出成形したインジェクションコアは形状の自由度が高く, 優れた直流重畳特性を示す. 硬質磁性材料は, 保磁力が大きく永久磁石として用いられ, 磁気記録用の磁性体などがこれに分類される. 3. 軟質磁性材料 (1) 高特性インジェクションコア 1 材料物性アモルファス系インジェクション材料 (AS1) は, 結晶構造を持たない鉄系アモルファス微粒子を樹脂材料で複合化した材料である. AS1の材料物性を表 1に示す. AS1 表 1 AS1の材料物性 Material properties of AS1 4.65 8 AS1と従来のフェライトおよび鉄 -シリコン (Fe-6.5Si) の磁性材料について, 印加電流をスイープさせた場合の磁場発生能力の尺度であるインダクタンス変化率 ( 直流重畳特性 ) を図 1に示す. また, 微弱電流を印加した場合のインダクタンスの周波数特性を図 2に示す. これらの特性から, 以下の特長が挙げられる. * 日本科学冶金 ( 株 ) 技術部 -87-
NTN TECHNICAL REVIEW No.8(212) 従来の磁性材料フェライトおよびFe-6.5Siに比べ, 大電流を流してもインダクタンス変化率は小さい. フェライトに比べ高周波領域でのインダクタンスの変化率は小さく, 特性が安定している. 以上から,AS1は大電流かつ安定した高周波特性が要求される用途に適用される. 3 応用例 チョークコイル大電流の印加が可能で, かつ高周波特性が安定していることからチョークコイルに応用される. 具体的には医療用 MRIをはじめ, 産業機器の電源へチョークコイルを適用している ( 図 3 6). この用途では, 従来のフェライト品に比べ容積と重量をそれぞれ約 1/8に小型 軽量化できた. 12 1 8 6 4 2 1 2 3 図 1 直流重畳特性 DC bias characteristics 図 3 医療用 MRI Medical magnetic resonance imaging 12 1 8 6 4 2 図 2 周波数特性 コイル ケース アモルファス インジェクションコア 図 4 チョークコイル部品 Parts of choke coil 1 1 1 1 Frequency characteristics 図 5 MRI 電源用チョークコイル Choke coil for MRI power supply -88-
磁性材料商品の紹介 図 6 産業機器の電源回路に搭載されるチョークコイル Power supply circuit of industrial equipment (2) アモルファス系ダストコア 1 材料物性 アモルファスコア ( チョークコイル構成部品 ) アモルファス系ダストコア材料 (AL6) は, 結晶 構造を持たない鉄系アモルファス微粒子と 1~2 vol% の添加剤で複合化した材料である. 表 2 に AL6 の材料物性を示し,AL6 と AS1 の 比透磁率を表 3 に示す. AL6 は,AS1 に比べ樹脂を含む添加剤の配合分 が 1/4~1/2 と少ないため射出成形はできない. なお,AL6の圧縮成形は, 鉄系アモルファス微粒子が硬いため, 特別な成形金型と大きな成形圧力が必要である. AL6とフェライトの直流重畳特性を図 7に示し, 周波数特性を図 8に示す. これらの特性と表 2,3から, 以下の特長が挙げられる. アモルファス系ダストコア材料 (AL6) の比透磁率は, アモルファス系インジェクション材料 (AS1) の6 倍である ( 表 3). AL6 表 2 AL6の材料物性 Material properties of AL6 5.5 4 表 3 AL6とAS1の比透磁率 Relative permeability of AL6 and AS1 AL6 AS1 6 1 チョークコイル 一方,AS1に比べインダクタンス変化率は大きい. これは鉄系アモルファス微粒子の含有量が多いため金属粒子同士の接触割合が増大したことに起因する. AL6の周波数特性は, フェライトに比べ高周波領域におけるインダクタンスの変化率は小さく, 特性が安定している. 12 1 8 6 4 2 5 1 15 2 12 1 8 6 4 2 図 7 直流重畳特性 DC bias characteristics 図 8 周波数特性 Frequency characteristics 図 9 HEV 用リアクトルコア Reactive coil core for HEV 1 1 1 成形後 3 応用例 HEV 昇圧装置用リアクトルコア材料バッテリー電圧を昇圧し, モータトルクを上げるため昇圧回路中に, リアクトルが組み込まれている. この場合, 図 9に示すリアクトルのコア材は, 比透磁率が大きくコアロスの小さなAL6が適用される. 組立後 -89-
NTN TECHNICAL REVIEW No.8(212) 4. 硬質磁性材料 図 1 に硬質磁性材料のマップを示す. 日本科学冶 金は, 硬質磁性材料の圧縮成形および射出成形によるボンド磁石製品をラインナップしている. (1) 圧縮ボンド磁石 1 材料物性圧縮ボンド磁石は, フェライト磁石などの磁石粉と, 樹脂材料を混練して圧縮成形した複合材料である. Nd-Fe-B 系磁粉を造粒あるいは, 使用した等方性圧縮ボンド磁石 (ME12M) の材料物性を表 4に示す. 表 4 ME12Mの材料物性 Material properties of ME12M ME12M 6.4 11 最大エネルギー積 8~12MGOe 良好な角形性を有しており広い範囲での磁気回路設計が可能 (2) 射出ボンド磁石 1 材料物性 Nd-Fe-B 系磁粉を使用した等方性射出ボンド磁石 (AS4M) の材料物性を表 5に示す. AS4M 表 5 AS4Mの材料物性 Material properties of AS4M 4.6 8 最大エネルギー積 4~6MGOe 射出ボンド磁石は表面が樹脂のスキン層に覆われるため耐食性に優れる 耐腐食性向上を目的とした塗装が不要 射出成形により形状の自由度が高く複雑形状も可能 3 応用例図 11に硬質磁性材料である圧縮ボンド磁石および, 射出ボンド磁石の自動車への適用例を示す. 圧縮ボンド磁石舵角センサ, 排気センサ 射出ボンド磁石キーレスエントリー用センサ磁束密度の変化や磁極の切り替わりを利用して, 対象部品の位置 角度 回転速度などを検知する. 16 5 1 15 2 25 3 14 125 12 1 75 5 25 1 8 6 4 2 5 1 15 2 25 図 1 硬質磁性材料のマップ Map of hard magnetic materials -9-
磁性材料商品の紹介 mt 4 2-2 -4-6 -8-1 -12 6 12 18 24 3 36 図 11 硬質磁性材料 ( 圧縮ボンド磁石, 射出ボンド磁石 ) の自動車への応用 Application for automobile 5. まとめ今回紹介した磁性材料商品は, 電気自動車の電子回路部品への適用および産業機器の小型化, エネルギー損失低減に貢献できると考える. 今後も新エネルギーの普及にともなう市場ニーズに適合した磁性材料商品の開発に注力する. 執筆者近影 原野拓治日本科学冶金 技術部 宮崎真二日本科学冶金 技術部 勝浦肇日本科学冶金 技術部 -91-