飽和磁束密度一覧｜材料別の数値と選定のポイント

飽和磁束密度の一覧と材料ごとの特性・選定ポイント

加工後の部品を焼鈍しないと、飽和磁束密度が設計値の半分以下に落ちることがあります。

飽和磁束密度（Bs）の基本と金属加工現場での意味

飽和磁束密度（Bs）とは、磁性体に外部から磁場をかけ続けたとき、それ以上磁化が増えなくなる限界の磁束密度のことです。単位はテスラ（T）で表され、英語では「Saturation Magnetic Flux Density」と呼ばれます。磁束密度を表す記号Bに飽和を意味するSを添えて「Bs」または「B_S」と表記されます（最大磁束密度を意味する「B_M」「B_sat」と呼ばれることもあります）。

金属加工に携わる現場では、「磁石にくっつく材料を扱っているから」という程度の認識で終わってしまうケースが少なくありません。しかし実際には、飽和磁束密度は部品の電磁的な性能を左右する非常に重要な指標です。

この値が重要な理由は2つあります。

1つ目は、飽和磁束密度を超えると透磁率（磁化のしやすさ）が急激に低下し、コア材がない空芯コイルとほぼ同等の状態になることです。これにより、インダクタンスが急落し過電流が流れます。結果として、機器や回路に深刻な異常・故障を引き起こします。つまり「Bs以内で使う」というのが鉄則です。

2つ目は、飽和磁束密度が高いほど、同じ性能をより小型の部品で実現できることです。たとえば、Bsが2倍の材料を使えば、理論的には鉄心の断面積を半分に絞っても同等の磁束を通せます。部品の小型化・軽量化が叫ばれるEV・医療機器・航空機分野では、このわずかな数値の差が製品競争力を分けることになります。

磁気飽和が起こる仕組みをイメージしやすく言うと、スポンジに水を染み込ませる場面に似ています。最初は水をどんどん吸収しますが、やがて完全に飽和してそれ以上は吸えなくなります。磁性体も同じで、外部磁場を強めていくと内部の磁区（磁気のかたまり）が揃い続け、最終的にすべての磁区が同じ方向に揃いきった状態が「磁気飽和」です。

金属加工現場でBsを意識すべき場面としては、リレー鉄心・電磁クラッチ・電磁バルブ・センサ部品・モーターコアなどの製造が挙げられます。これらの部品で素材のBsを考慮せずに設計すると、動作不良や発熱トラブルの原因になります。

参考：飽和磁束密度のわかりやすい解説（サイバネット社CAE用語辞典）

https://www.cybernet.co.jp/ansys/learning/glossary/houwajisokumitsudo/

飽和磁束密度の一覧表｜主要材料の数値を比較する

金属加工現場で扱う磁性材料の飽和磁束密度（Bs）を、代表的な材料ごとに整理します。以下はタムラ製作所のチョークコイル用磁性材料一覧、大同特殊鋼の軟磁性材料ラインナップ、および各種文献の代表値を基にまとめたものです。数値はすべて代表値であり、材料グレードや測定条件によって多少異なります。

材料名	飽和磁束密度 Bs（T）	直流初透磁率 μi	キュリー点（℃）	主な用途
パーメンジュール（Fe-49%Co-2%V）	約2.4	—	電磁石磁極、音響スピーカー、医療用モーター
純鉄（Pure iron）	2.15	300	770	リレー鉄心、ポールピース、継鉄
3% ケイ素鉄（3%Si-Fe）	2.00	1,000	750	変圧器・モーター鉄心（最多使用）
6.5% ケイ素鉄（6.5%Si-Fe）	1.80	3,000	690	高周波リアクトル鉄心
鉄系アモルファス（Fe-base amorphous）	1.56	200〜8,000	415（結晶化温度550）	省エネ変圧器、高周波チョーク
PBパーマロイ（50%Ni-Fe）	1.60	2,500〜4,500	500	磁気増幅器、小型トランス
鉄系ナノ結晶（Nano-crystal）	1.23	20,000〜100,000	570	ノイズフィルター、高周波電源
センダスト（Fe-Si-Al）	1.10	30,000	500	磁気ヘッド、高周波圧粉磁心
コバルト系アモルファス（Co-base）	0.60〜1.00	10,000〜1,000,000	200〜370	電流センサー、磁気シールド
PCパーマロイ（78%Ni-Fe）	0.70〜0.80	10,000〜100,000	350〜400	磁気シールド、通信トランスコア
Mn-Znフェライト	0.35〜0.40	1,500〜10,000	130〜250	スイッチング電源、ノイズ対策
Ni-Znフェライト	0.20〜0.30	20〜1,000	110〜350	高周波ノイズフィルター

一覧を眺めると、数値の差は一目瞭然です。

最も高いパーメンジュール（約2.4T）から最も低いNi-Znフェライト（0.2〜0.3T）まで、約10倍以上の開きがあります。また、同じ鉄系の材料でも、ケイ素（Si）の添加量が増えると飽和磁束密度は少しずつ低下していく傾向があります（純鉄2.15T→3%Si-Fe：2.0T→6.5%Si-Fe：1.80T）。これは、Si添加により電気抵抗が高まって鉄損が下がる一方、飽和磁束密度が少しずつトレードオフで下がるためです。

透磁率と飽和磁束密度の関係も重要です。PCパーマロイ（透磁率10万〜100万）はきわめて高い透磁率を誇りますが、Bsは0.7〜0.8Tと低め。逆に純鉄はBsが高い反面、透磁率は300と低い傾向があります。用途に応じて「高Bs」か「高透磁率」かを明確に優先させることが選定の出発点です。

参考：タムラ製作所 磁性材料一覧表（チョークコイル用）

https://www.tamuracorp.com/products/choke-coils/pdf/magnetic_introduction.pdf

参考：大同特殊鋼 軟磁性材料ラインナップ（飽和磁束密度・保磁力・透磁率の一覧）

https://www.daido.co.jp/products/smm/lineup/

飽和磁束密度と温度の関係｜キュリー温度が加工現場に直結する理由

飽和磁束密度は「温度に無関係な固定値」と思っている方が多いですが、実はそうではありません。温度が上昇するにつれ、飽和磁束密度は徐々に低下します。そして「キュリー温度（Curie temperature）」と呼ばれる特定の温度に達すると、強磁性の性質が完全に失われ、Bsはゼロになります。

鉄のキュリー温度は約770℃です。溶接や高温加工が行われる金属加工現場では、この事実が意外な落とし穴になります。たとえば、鉄を焼入れする際の適温は800〜900℃ですが、この温度域では鉄はすでにキュリー温度を超えており、磁石に引き寄せられなくなります。熟練職人が「磁石に吸い付かなくなったら焼入れどき」と言うのは、まさにこの現象を利用した実践的な判断法です。

加工現場でより直接的に問題になるのは、熱間加工・溶接中の温度上昇が磁気特性を一時的に消失させることです。常温に戻ると磁気特性は回復しますが、加工中の熱影響部（HAZ）での残留応力や結晶構造の乱れが残ると、冷却後もBsが設計値を下回るケースがあります。

実際の測定例では、磁界の強さ8,500A/mにおける磁束密度が室温時の約1.7Tから、750℃では約0.18Tまで急落します。これは室温値の約10分の1です。溶接部の近傍に磁気センサ部品が使われている構造では、加工後の品質確認が欠かせません。

材料別のキュリー温度（代表値）も確認しておきましょう。

- 🔹 純鉄：770℃
- 🔹 3%ケイ素鉄：750℃
- 🔹 6.5%ケイ素鉄：690℃
- 🔹 パーマロイPB（50%Ni-Fe）：500℃
- 🔹 パーマロイPC（78%Ni-Fe）：350〜400℃
- 🔹 鉄系アモルファス：415℃（結晶化温度550℃）
- 🔹 鉄系ナノ結晶：570℃
- 🔹 Mn-Znフェライト：130〜250℃

PCパーマロイのキュリー温度は350〜400℃と低く、溶接工程の熱影響を非常に受けやすいことがわかります。設計段階でキュリー温度を確認せずに製造工程を組むと、品質トラブルの原因になります。これが条件です。

変圧器、インダクタ、共模インダクタを設計・製造する際には、高温時の飽和磁束密度の80〜90%を設計パラメータとして採用することが業界標準の考え方です。常温でのBs値をそのまま設計基準にしてしまうと、実使用環境の温度上昇によって磁気飽和が早まり、予期しない動作不良につながります。

参考：TDK テクマグ「磁石は暑がりか寒がりか？」—キュリー温度と磁気の関係を解説

https://www.tdk.com/ja/tech-mag/ninja/046

飽和磁束密度と加工歪の関係｜磁気焼鈍が品質を左右する

金属加工現場において、飽和磁束密度に関して見落とされやすい事実があります。それは「切削・打抜き・曲げなどの機械加工を施した後、磁気特性は必ず劣化する」ということです。

加工によって金属内部の結晶構造が歪み（内部歪み）、磁区の向きが乱れます。磁束の流れる方向が乱れると、エネルギーが分散されてしまい、設計値通りの性能を発揮できなくなります。純鉄（SUY-0種）を例に取ると、加工後に適切な磁気焼鈍を施さないまま使用した場合、保磁力の増大と透磁率の低下が同時に起こります。これは飽和磁束密度の実効的な低下にもつながります。

磁気焼鈍（Magnetic Annealing）とは、加工によって乱れた内部歪みを熱で除去し、結晶構造を元の状態に近づける熱処理です。主な対象材料は次の通りです。

- ⚙️ 純鉄・快削鋼（SUY系）：850℃以上での磁気焼鈍が有効
- ⚙️ パーマロイ（PB・PC系）：1,050〜1,100℃の高温・長時間処理が必要
- ⚙️ パーメンジュール：水素雰囲気中での焼鈍で表面に酸化被膜を形成
- ⚙️ 電磁ステンレス：820〜870℃、水素ガス雰囲気推奨
- ⚙️ ケイ素鉄：820〜870℃、炉冷が必須条件

磁気焼鈍でよく見落とされるのが「炉冷」の重要性です。急冷すると再び内部応力が発生してしまうため、炉の中でゆっくり冷やすことが絶対条件になります。また、処理後の部品は表面の不導体皮膜を失い、非常に錆びやすい状態になります。搬送中の振動や衝撃でさえ磁気特性の再劣化を引き起こすことがあるため、後工程の取り扱いにも注意が必要です。

注意すべきポイントがあります。加工後の部品を図面指示通りに磁気焼鈍したにもかかわらず、想定より磁気特性が出ないケースがあります。この場合、前処理での脱脂不足（タップ穴や曲げ部分の残油）、部品の投入方向・積み方、雰囲気ガスの制御ミスなどが主な原因として挙げられます。磁気焼鈍は「加熱する」だけでは不十分です。冷却方法を含めたプロセス全体で管理することが原則です。

参考：熱処理・水素還元技術ナビ「焼鈍の基礎と磁気焼鈍」（磁性材料ごとの焼鈍特性変化の一覧表を掲載）

https://h2-annealing.com/cms/wp-content/uploads/2024/06/0b97af45724f248e66cec1304f208f42.pdf

飽和磁束密度による材料選定の独自視点｜「高Bs=正解」とは限らない理由

飽和磁束密度の一覧を見ると、多くの技術者はまず「できるだけBsの高い材料を使えばいい」と考えがちです。しかし、これは大きな誤解です。

高Bsはメリットとデメリットをセットで持っています。

パーメンジュール（Bs約2.4T）は工業用材料中で最も高い飽和磁束密度を誇り、小型で強力な磁気回路を実現できます。医療用リニアパルスモーター・音響スピーカー・電磁石磁極などへの採用が進んでいます。しかし課題もあります。まず「難加工材」であるため、切削・プレス等での加工コストが大幅に上昇します。次に、材料自体が高価で、電磁鋼板と比べてコストが著しく高くなります。さらに、加工後の磁気焼鈍が不可欠であり、水素雰囲気炉での処理が必要です。

このため、コスト・加工性・量産性のバランスを総合的に見ると、3%Si-Fe（ケイ素鋼板）が最も多く採用されています。ケイ素鋼板はBs約2.0Tと高く、鉄損が低く、プレス加工性も良好で、量産変圧器・モーター鉄心の主力材料として世界中で使われています。

用途別の最適材料をまとめると、選定の考え方が見えてきます。

| 優先項目 | 推奨材料 | 代表Bs | 注意点 |
|---|---|---|---|
| 最大の磁束密度が必要 | パーメンジュール | 約2.4T | 高コスト・難加工 |
| 低コスト・量産向け | 3%ケイ素鋼板 | 2.0T | 高周波では鉄損に注意 |
| 高透磁率+シールド | PCパーマロイ | 0.7〜0.8T | 低Bs・高温に注意 |
| 低損失+高周波 | 鉄系ナノ結晶 | 1.23T | 熱処理条件が厳密 |
| 耐食性が必要 | 電磁ステンレス | 1.15〜1.30T | Bsはやや低め |

独自視点として注目すべきは「ナノ結晶軟磁性材料」の急速な進化です。鉄系ナノ結晶（ファインメットなど）は1988年に日立金属の吉沢克仁氏らが開発した比較的新しい材料です。「アモルファスを結晶化させると磁気特性が悪化する」という当時の常識を覆し、NbとCuを添加したFe-Si-B系アモルファスを熱処理することで、逆に優れた軟磁性特性を引き出すことに成功しました。

現在、EV・次世代電源・スマートメーターなどの市場では、高Bsと低損失の両立を目指した「高Bsナノ結晶材料」の開発競争が続いており、2025年6月には東北大学とNECトーキンが従来材を大きく上回る超低損失・高飽和磁束密度の両立を実現した新材料を発表しています。金属加工分野でも今後この素材を扱う機会が増える可能性があるため、動向を追っておくことをお勧めします。

参考：東北大学 プレスリリース「超低損失と高飽和磁束密度の両立を実現した新材料」（2025年6月）

https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/06/press20250602-01-tokin.html

参考：特殊鋼倶楽部「よくわかる磁性材料」（電磁鋼板・アモルファス・ナノ結晶の歴史と特性）

https://www.tokushuko.or.jp/publication/magazine/pdf/2014/magazine1409.pdf

飽和磁束密度を現場で活かすための実践チェックポイント

ここまで紹介してきた知識を、金属加工現場での実業務に落とし込むための確認事項をまとめます。材料選定から加工・熱処理・出荷検査まで、各段階でBsを意識した管理ができているかどうかが、品質と歩留まりを左右します。

まず「材料選定段階」での確認です。部品の動作環境における最高温度を確認し、その温度での飽和磁束密度を評価することが出発点になります。常温でのBs値だけを見て材料を選んでしまうと、実動作温度での性能不足が発生します。設計値に対して80〜90%のマージンを持たせることが業界標準の考え方です。

次に「加工設計段階」での確認です。打抜き・曲げ・切削などの加工工程を設計する際に、磁気焼鈍のタイミングと条件をあらかじめ工程に組み込むことが重要です。加工後に焼鈍を行う予定がある場合、焼鈍後の寸法変化（軟化による変形）も見越した公差設計が必要になります。これは見落とされやすいポイントです。

「加工・熱処理段階」では、磁気焼鈍の3大管理要素（温度・雰囲気・冷却速度）をすべて制御することが条件になります。1つでも外れると想定の磁気特性が得られません。特に炉冷の速度管理と、処理後の搬送時の衝撃管理は現場レベルで徹底が必要です。

「品質確認段階」では、加工後のBsをB-H曲線測定や簡易的な磁束密度測定器で確認することが理想的です。加工量産ラインでは全数測定は現実的でないため、ロットサンプリング検査と加工条件の固定管理を組み合わせるのが実践的なアプローチです。

現場に置いておきたい知識として、「飽和磁束密度 Bs」「透磁率 μ」「保磁力 Hc」「キュリー温度 Tc」の4つの値は、磁性材料の性能を規定するセットとして常に一緒に確認する習慣をつけることが大切です。Bsが高くても保磁力が高ければ軟磁性材料としては不向きですし、透磁率が高くてもキュリー温度が低ければ高温環境では使えません。4つの値を俯瞰で見ることで、材料選定ミスを防ぐことができます。これが基本です。

金属加工行従事者として飽和磁束密度の一覧を「ただの数表」として扱うか、「設計と製造品質を守る判断基準」として使いこなすかで、最終製品の信頼性が大きく変わってきます。材料の特性値を日常業務に紐付けて理解することが、現場力の底上げにつながるはずです。

参考：JFE21世紀財団「電磁鋼板の使用例」（飽和磁束密度・鉄損の基礎知識）

https://www.jfe-21st-cf.or.jp/jpn/chapter_1/1d_1.html

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