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磁性材料とは？種類や特性などをわかりやすく解説！

2024.08.27更新

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この記事を書いた人

長谷川

FREE AID編集部機電系専門ライター Div.
アナログ回路設計・営業を経験した後ライター＆ディレクターとして独立。
電気電子・ITジャンルを得意とし、正確で分かりやすい情報の発信を行っています。

わたしたちの便利な生活を様々な場所で支えてくれている「磁性材料」。なんとなく知ってはいても、詳しく調べたことがない人は多いのではないでしょうか。本記事では、磁性材料の種類や特性などを分かりやすく紹介します。

この記事の目次

磁性材料とは

まずは磁性材料の基本的な情報について解説します。磁性材料とはその名の通り、磁気的な性質を持つ金属材料のことを指し、強磁性体とも呼ばれる素材のことです。最も身近なのは磁石ですが、他にも磁気ヘッドや磁気ディスクなど、幅広い製品に使われています。

磁性材料としての性質を持つ物質は鉄やニッケルなどの限られた金属のみであり、これらの金属を組み合わせた合金が磁石として活躍しています。ネオジム磁石が特に有名ですが、他にもフェライト磁石やパーマロイなど多くの種類が発見されています。

磁性材料とその他の素材との違い

磁性材料についてより詳しく説明する前に、磁性材料と呼ばれる素材とその他の素材との違いについてもお話します。まず、磁性材料は強磁性体とも呼ばれますが、その他の素材は「常磁性」「反磁性」「反強磁性」と呼ばれる性質を持ちます。

強磁性体は外部磁力を掛けると強く磁化され、磁石として働きます。一方、常磁性体は外部磁力によって弱く磁化されますが、磁力が消えると元の磁力が無い状態に戻ります。また、反磁性体は外部磁場と逆方向に磁化され、反強磁性体は磁力を掛けても全く磁化されないという特徴を持ちます。

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磁性材料が磁力を持つ理由

続いて、磁性材料がなぜ磁力を持つのかを詳しく解説しましょう。磁性材料の持つ磁力は、電子のスピンによって生み出されています。スピンとは電子が持つ状態の一つで、軌道周期に沿って原子の周りを回る「電子の公転」と対比して「電子の自転」とも呼ばれます。

ここで、スピンにより発生する磁力は通常ばらばらな方向を向いているので、そのままでは磁石として働きません。そこで、外部から磁力を掛けることで電子の磁力の方向を揃え、特定方向に強い磁気モーメントを持たせることで、磁石としての性質を持たせているのです。

磁性材料の種類

磁性材料はたくさんの種類がありますが、その特徴によっていくつかグループ分けが行われています。主なグループ分けとその特徴をお伝えします。

軟磁性材料

軟磁性材料とは、外部から磁力をかけると磁性を持ち、外部の磁力が無くなると磁性を持たなくなる性質の磁性材料です。より分かりやすく表現すると、磁石に近づけると吸い付く鉄くぎのような性質を持ちます。

軟磁性材料の用途は非常に幅広く、コイルやトランスを始め、磁気ヘッドや磁気ディスクなど多岐にわたります。軟磁性を持つ物質は鉄を始め、ケイ素鋼やパーマロイといった種類があるほか、最近では磁気に素早く反応する特性を求めて、ナノ構造の合金が多数開発されています。

硬磁性材料

硬磁性材料は、一度磁化されると常に磁力を持ち続ける磁性材料のことです。永久磁石とも呼ばれ、家庭で使われる磁石を始め、モーターやハードディスクなど多くの製品に利用されています。硬磁性を持つ材料としては、ネオジムを始めとした希土類磁石が高性能であることから非常によく使われています。他には、安価に作れるフェライト磁石などが有名です。

磁歪材料

磁歪材料とは、磁力を与えると形状が少し変化する磁性材料のことです。変化量は非常に小さく、1ppm～程度でしかありませんが、電気エネルギーを直接機械的なエネルギーに変えられるのが特徴で、超音波発信器などの振動子として使われています。さらに、最近は形状の変化が非常に大きい超磁歪材料も開発されており、ロボットの駆動や自動車など、より広範囲の用途で活躍することが期待されています。

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まとめ

今回は、意外と知らない方も多い、磁性材料の意味や種類、磁力を持つ原理などについて解説しました。磁性材料とは外部磁場により強く磁化される物質のことを指します。磁力を与えた時の挙動は種類ごとに異なりますが、それぞれ様々な特徴があるため、幅広い製品として私達の生活を支えています。ぜひ磁石を扱う際は、その特徴について詳しく調べてみて下さい。

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