ミューメタル

ミューメタルは、非常に高い透磁率を持つニッケルと鉄の軟質強磁性 合金で、静磁場や低周波磁場から敏感な電子機器を保護するために使用されます。

ミューメタルにはいくつかの組成がある。その1つはおよそ

ニッケル77%、

鉄分16%、

5%銅、および

2%クロムまたはモリブデン。^{[1] [2]}

最近では、ミューメタルはASTM A753合金4と考えられており、およそ

ニッケル80%、

モリブデン5%、

シリコンなどの他のさまざまな元素が少量含まれており、

残りは12～15％の鉄分です。^[3]

この名前は、物理学と工学の公式で透過性を表すギリシャ文字の mu ( μ ) に由来しています。この合金のさまざまな独自の配合が、 MuMETAL、Mumetall、Mumetal2などの商標名で販売されています。

ミューメタルの比透磁率は、通常の鋼鉄の数千倍であるのに対し、通常 80,000～100,000 である。これは「柔らかい」強磁性材料であり、磁気異方性と磁気ひずみが低いため^[1]保磁力が低く、低磁場で飽和する。そのため、 AC 磁気回路で使用した場合のヒステリシス損失は低い。パーマロイなどの他の高透磁率ニッケル鉄合金も同様の磁気特性を持つ。ミューメタルの利点は、より延性があり、展性があり、加工しやすいため、磁気シールドに必要な薄いシートに簡単に成形できることである。^[1]

ミューメタルの物体は、最終形態になった後、水素雰囲気中の磁場中での焼鈍処理が必要であり、これにより透磁率が約 40 倍に増加します。^[4] 焼鈍処理により材料の結晶構造が変化し、粒子が整列し、特に炭素などの不純物が除去されます。これらは磁区境界の自由な動きを妨げるものです。焼鈍処理後の曲げや機械的衝撃により、材料の粒子の整列が乱れ、影響を受けた領域の透磁率が低下することがありますが、水素焼鈍処理を繰り返すことで回復できます。^[要出典]

ミューメタルは、非常に高い透磁率を持つ軟磁性合金です。ミューメタルの高い透磁率により、磁束の抵抗経路が低くなり、静的またはゆっくりと変化する磁場に対する磁気シールドに使用されます。ミューメタルのような高透磁率合金で作られた磁気シールドは、磁場をブロックするのではなく、シールドされた領域の周囲に磁力線の経路を提供することで機能します。したがって、シールドに最適な形状は、シールドされた空間を囲む密閉容器です。

ミューメタルシールドの有効性は合金の透磁率とともに低下し、低磁場強度でも飽和により高磁場強度でも透磁率が低下する。そのため、ミューメタルシールドは複数の筐体を積み重ねて作られることが多く、各筐体は内部の磁場を順次減少させる。ミューメタルは比較的低い磁場で飽和するため、このような多層シールドの外層は通常の鋼で作られることがある。その高い飽和値により、より強い磁場を処理でき、磁場を内側のミューメタル層で効果的にシールドできる低いレベルまで減少させる。^{[引用が必要]}

約100kHz以上の高周波磁場はファラデーシールドで遮蔽できる。ファラデーシールドとは、電界を遮蔽するために使用される通常の導電性金属板またはスクリーンである。^[5] 超伝導材料もマイスナー効果によって磁場を排除できるが、極低温が必要である。

この合金は保磁力が低く、磁気ひずみがほぼゼロで、異方性磁気抵抗が大きくなっています。この低磁気ひずみは、薄膜内の変動応力によって磁気特性に致命的な大きな変化が生じる産業用途では非常に重要です。

ミューメタルは機器を磁場から保護するために使用されます。例:

• 電力 変圧器は、近くの回路に影響を与えないようにミューメタルシェルで構築されています。
• ハードディスクは、磁場をディスクから遠ざけるために、ドライブ内の磁石にミューメタルの裏打ちが施されています。^[6]
• アナログオシロスコープで使用される陰極線管。漂遊磁場が電子ビームを偏向するのを防ぐためのミューメタル シールドを備えています。
• LP再生時の干渉を低減するためにミューメタルケースを備えた磁気蓄音機カートリッジ。
• 磁気共鳴画像（MRI）装置。
• 脳磁図法および心磁図法に使用される磁力計。
• 光電子増倍管。
• 光電子分光法などの低エネルギー電子を用いた実験用の真空チャンバー。
• 超伝導回路、特にジョセフソン接合回路。
• センサーの一部としてフラックスゲート磁力計とコンパスを使用します。
• 近接センサ（誘導型）

同様の磁気特性を持つ他の材料には、Co-Netic、スーパーマロイ、スーパーミューメタル、ニロマグ、サンボールド、モリブデンパーマロイ、センダスト、M-1040、Hipernom、HyMu-80、Amumetal などがあります。 電気鋼も同様に、より安価で透磁率の低い選択肢として一部の変圧器で使用されています。

セラミックフェライトは同様の目的で使用され、高周波での透磁率がさらに高くなりますが、脆く、ほとんど導電性がないため、導電性と柔軟性が要求されない場合にのみミューメタルを置き換えることができます。

ミューメタルはイギリスの科学者ウィロビー・S・スミスとヘンリー・J・ガーネットによって開発され^{[7] [8] [9]} 、大西洋の海底電信ケーブルを建設したイギリスの会社、The Telegraph Construction and Maintenance Co. Ltd.（現在のTelcon Metals Ltd.）によって1923年に海底電信ケーブルの誘導装荷用に特許を取得しました。 ^[10]海底ケーブルの周囲の導電性の海水はケーブルにかなりの静電容量を追加して信号に歪みを引き起こし、帯域幅が制限されて信号速度が10～12ワード/分に低下しました。帯域幅は、補償のためにインダクタンスを追加することで増加できました。これは最初、磁場を閉じ込める高透磁率の金属テープまたはワイヤをらせん状に巻いて導体を包むことによって行われました。

テルコンは、ケーブル補償に使用された最初の高透磁率合金であるパー​​マロイに対抗するためにミューメタルを発明した。パーマロイの特許権は競合企業のウェスタン・エレクトリックが保有していた。ミューメタルは、延性を向上させるためにパーマロイに銅を加えることによって開発された。ケーブル1.6 km あたり 80 km (50 マイル) の細いミューメタル線が必要となり、この合金の需要が高まった。生産開始初年度、テルコンは 1 週間に 30 トンを生産していた。1930 年代にはミューメタルの用途は減少したが、第二次世界大戦までに、電子産業(特に変圧器やブラウン管のシールド) や磁気地雷内の信管など、他の用途が数多く見出された。テルコン・メタルズ社は 1985 年に「MUMETAL」の商標を放棄した。^[11]「MUMETAL」という商標の最後の所有者はイリノイ州のマグネティック・シールド・コーポレーションである。^[12]

• ミューメタルの特性
• ゼロガウスチャンバー 2013-02-17 にWayback Machineでアーカイブ
• ミューメタルシールドの使用に関する情報