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平成15年度 通信講習用 船舶電気装備技術講座(電気工学の基礎編、初級)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導等
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


8・5 磁気材料
8・5・1 概要
 磁気材料を大別すれば次のようである。
(1)強磁性体 これは鉄, ニッケル, コバルト等の小片に強い磁石を近づけると, これが磁石となって, その磁極に吸引される性質がある。
(2)正磁性体 これはアルミニウム, 白金などは磁石に吸引されないけれども精密に調べれば, 鉄などと同様にきわめて弱い磁石となっている性質である。
(3)逆磁性体 これは亜鉛, アンチモンなどのように磁石によって動かされないが精密に調べると鉄の場合とは反対の極性をもつ弱い磁石となる性質である。
 しかし, 実用上重要なのは強磁性体のものであって, 鉄, コバルト, ニッケルが主成分となって種々の磁性材料が作られている。そして磁気材料の機能によって磁心材料, 磁石材料, 特殊磁気材料などに分類され, また, 使用目的に応じた機能を必要とすることになる。
 磁心材料は変圧器, 電動機, 継電器, 通信機器などに使用する磁心となる材料でこれはヒステリシス損, うず電流損ができるだけ小なることが必要であるとともに, (1)誘磁率が大きく一定であること(2)飽和磁気の値が大きいこと(3)機械的, 電磁気的に安定であること(4)抵抗率が大きい等の条件が必要である。
 これには JISC2504-00―電磁軟鉄
等があり広く使用されている。
 また, 鉄にけい素を5〔%〕以下適当に加えたけい素綱は磁気的にすぐれ, 抵抗率もかなり高いので交流磁界の作用する磁心材料として非常に適している。
 これには JISC2552-00―無方向性電磁綱帯
JISC2553-00―方向性けい素綱帯
等があり, 電気機器に広く使用されている。また, 以上のほか
JISC2555-00―磁極用綱板及び綱帯
等がある。
 永久磁石材料は外部からの起磁力を取り除いても着磁した状態を極めて長時間持続することのできる材料である。したがって, 残留磁気と保磁力が大きいので磁心材料とはむしろ反対の性質で著しいヒステリシス現象を表す材料といえる。これにも種々の種類がある。
(1)焼入れを必要とするもの(即ち, 高温から水又は油中に入れて急冷する。)では炭素綱, タングステン綱, クロム綱, KS綱等である。
(2)折出硬化材料(炭素を含まない鉄合金を高温から急冷した後, これを適当な温度で焼もどしする。)ではMK綱, 新MK綱, 鋳造アルニコ, 銅ニッケル合金等がある。
(3)焼結材料としては, 金属酸化物あるいは合金の粉末を加圧型造して高温で焼く方法で, これにはOP磁石, 焼結アルニコがある。
(4)JISC2502-89―永久磁石材料がある。
 このような永久磁石材料はその用途が広く, 拡声器, 極小形発電機, マイクロモータ, 計測器, 受話受信器, ベル継電器, マグネチックチャック, 治具, ゴム, 磁石, プラスチック磁石, がん具等に使用される。
 用途に応じて現状では種々の種類のものができている。
(1)高透磁率材料は初透磁率や最大透磁率が大きくてBH曲線(2・6・2参照)の立上りの鋭い材料で, これには鉄ニッケル合金(パーマロイともいう。), 鉄アルミニウム合金, センダスト等がある。
 用途としては磁気増幅器, 磁気しやへい, 磁気録音用などに使用されている。
(2)高周波用磁心材料は高周波用のもので圧粉心, フェライト等がある。
(3)整磁材料は計測器等の永久磁石の磁路のすきまに分路として使用するものでサーマロイ等がある。
(4)磁気ひずみ材料は磁気ひずみ効果を利用する材料で高周波特性がよく, ひずみ効果が著しい材料がよい。それには純ニッケル, 鉄コバルト合金, アルミニウム鉄合金, コバルト等がある。
 用途としては磁気ひずみ振動子として超音波の発生に用いられる。
(5)その他磁気録音材料
 非磁性材料等があり前者は酸化鉄の粉末をラッカー中に均一に分散したものをプラスチックテープ上に湿布した録音テープというものであり, 後者は一種の鉄鋼でありながら強磁性体ではない材料である。これにはキュリー点を常温以下に下げた綱, ニッケル, 銅等の材料である。
 用途としては電器機器内の鉄心押え金, がいしのキャップ, 支持金具等に用いられる。
注:強磁性体では, 温度上昇にともなって, 自発磁化が減少し, ある温度になれば消失するその温度をキュリー点(curie point)という。
 
 固体間の電子が光のエネルギーを受けて固定表面から外部に飛び出す現象を光電子放出といい, この飛び出た電子を光電子という。
 光電子放出材料は光電管等に利用されるが, これにはセシウム(Cs), バリウム(Ba), カルシウム(Ca)等がある。
 金属や半導体を高温に熱すると, その表面から電子が放出される現象を熱電子放出といい, この放出される電子を熱電子という。
 熱電子放出材料はタングステン(W), タンタル(Ta), ニオブ(Nb), トリウムタングステンなどがあり, 送信用又は受信用電子管等に用いられる。
 熱電対はゼーベック効果を利用して比較的高い温度測定に用いられるもので, その材料としては白金―白金ロジウム, 綱―コンスタンタン, クロメル―アルメルの組み合せたものが普通である。
 例えば, 水晶やロッシェル塩等の結晶に機械的にひずみを与えると電気分極ができて, その端面に正・負に帯電する。この電気を圧電子という。また, 逆にこの結晶を電界中におけば機械的ひずみができる。この現象を圧電現象と呼んでいる。
 この材料としては水晶, 電気石, ロッシェル塩, チタン酸バリウム等がある。用途としてはマイクロホン, ピックアップ, 超音波発生器等である。
 
(1)気体の導電現象を説明せよ。
(2)液体の導体現象はどのようにして行われるか, 例をあげて説明せよ。
(3)リン青銅及び銅ベリリウム合金について説明せよ。
(4)銅線の絶縁材料の種類をあげよ。
(5)ニッケルクロム合金(ニクロム)の性質と用途を述べよ。
(6)アルメルはどんな用途に使用されるか述べよ。
(7)接点材料の必要条件を述べ, 材料名をあげよ。
(8)ろう付け材料について述べよ。
(9)半導体・整流体の性質について説明せよ。
(10)障壁光電池について説明せよ。
(11)電界発光材料はどのような目的に使用されているか述べよ。
(12)ゼーベック効果について説明せよ。
(13)ペルチェ効果について説明せよ。
(14)蛍光灯には蛍光材料を使用するが, その材料の種類により発光する色の違いがある。青色と緑色はどんな蛍光物質か述べよ。
(15)絶縁材料の耐熱性による分類をし, それぞれ許容最高温度を示せ。
(16)絶縁材料の絶縁抵抗について説明せよ。
(17)絶縁材料の絶縁耐力について説明せよ。
(18)耐電圧試験について概略説明せよ。
(19)誘導試験とはどのようなものか説明せよ。
(20)磁気材料を大別して説明せよ。
(21)熱電対材料について説明せよ。
(22)圧電材料について説明せよ。
(23)キュリー点とは何を意味するか述べよ。







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