JFE 技報 No. 8（2005 年 6 月）p. 22–25

純鉄系磁気シールド材料の高透磁率化とその磁気シールド性能
Improvement on Permeability and Magnetic Shielding Effectof Pure Iron Sheets for Magnetic Shield
藤田耕一郎

FUJITA Koichiro

JFE スチール

スチール研究所

薄板研究部

主任研究員（副課長）井上正

INOUE Tadashi

JFE スチール

スチール研究所

薄板研究部

主任研究員（課長）江本秀樹

EMOTO Hideki

JFE スチール 東日本製鉄所

第 2 冷延部

冷延工場長

要旨
JFE スチールでは，純鉄系の磁気シールド用鋼板の透磁率に及ぼす微量不純物元素の影響を調査し，数 10 ppm レベルのAl，S が透磁率を著しく劣化させることを見い出した。さらに，高純度化および析出物の形態制御により高透磁率化した純鉄薄鋼板を用いて，磁気シールド性能を評価した結果，一般加工用 SPCC と比較して，3 dB 以上優れた磁気シールド性能を有することを確認した。

Abstract:
The influence of the trace element on the permeability of the pure iron sheet used for magnetic shield has been studied.
Depending upon concentration, The Al or S significantly deteriorates its permeability. It is confirmed that the pure iron sheet of
improved permeability by its higher purity and the morphology control of precipitates has an excellent magnetic shield effect ofmore than 3 dB compared to SPCC.

造工程の概略を Fig. 1 に示す。EFE は，製鋼段階での高1. 緒言

純度化および熱間圧延段階での析出物形態制御により高透磁率化を達成している。不純物の低減は，飽和磁束密度の多種多様な電子機器の普及にともなって，電磁環境問題向上に有効であることに加え，熱間圧延段階での析出物制の重要性が広く認識されるようになってきており，良好な御技術と合わせることにより，低い磁界での透磁率を向上

磁界環境の要求を満たすためのさまざまな検討が行われてさせることが可能となる。本稿では，EFE の高透磁率化の1)いる 。このような背景から，磁気シールド用材料は従来から使用されている医療機関，粒子線加速器分野

2)などにための材料設計ポイント，およびその磁気シールド性能について評価した結果について報告する。

限らず，今後，需要と用途が広がっていくと考えられる。
磁気シールド用材料に求められる特性は，対象とする磁界

2. 実験方法レベルでの透磁率が高いこと，および飽和磁束密度が高い

2.1

ことである。パーマロイや方向性けい素鋼板に比べて純鉄系の材料は，透磁率の点で劣るものの，飽和磁束密度の高3)さや製造コストの観点で有利である 。また，最近の製鋼

直流磁気特性に及ぼす Al 量，S 量の影響

微量不純物元素が，地磁気（H  28 A/m）レベルの低い磁界での透磁率に与える影響について検討するため，供試技術の発展により，高純度化が可能となってきており，高材は以下のように作製した。電解鉄を用いた実験室真空溶透磁率化が進んでいる。

解により Al，S 量を変化させた 50 kg 鋼塊を出鋼し，実験JFE スチールでは，上記のような磁気シールドニーズに室にて 2.5 mm まで熱間圧延，酸洗，0.9 mm まで冷間圧延対応し，さらに経済性を合わせ持つ材料として，純鉄系磁した後に，750°C で 60 s の再結晶・粒成長焼鈍を施した。

®

4)気シールド用鋼板「EFE 」を商品化している 。EFE の製

Steelmaking

DegassingFig. 1

供 試 材 の 化 学 成 分 を Table 1 に 示 す。 磁 気 特 性 は，Continuouscasting

Hotrolling

Coldrolling

Manufacturing processes of EFE steel sheet− 22 −

Annealing純鉄系磁気シールド材料の高透磁率化とその磁気シールド性能

Table 1

Chemical composition of specimen(mass%)MarkCSiMn

PS

solute AlN

Al-1

0.002 3

0.01

0.17

0.010

0.003 5

0.000 5

0.002 6Al-2

0.002 4

0.01

0.17

0.010

0.003 60.003 10.002 4Al-3

0.002 1

0.01

0.17

0.011

0.003 50.039 00.002 5

S-1

0.002 0

0.01

0.16

0.010

0.001 8

0.000 5

0.003 5S-2

0.002 1

0.01

0.15

0.010

0.004 1

0.000 5

0.003 0S-30.002 1

0.010.150.010

0.012 00.000 50.003 1S-40.002 10.010.150.011

0.018 00.001 30.002 6

JIS C 2531 に準じて内径 33 mm，外径 45 mm のリング形状

こ の 時，磁 気 セン サ は Bartington Instruments Ltd. 製試験片を焼鈍板から採取した後，励磁および検出コイルをMAG-03MC を用い，シールドボックスの 一 面に 設 けた

それぞれ 100 ターン施し，メトロン技研（株）製自動エプス

φ25 mm の穴から挿入した。

タイン測定装置を用いて測定した。

3. 実験結果

磁気シールド性能評価

2.2

3.1

EFE は前述のように，高純度化技術と析出物形態制御技

直流磁気特性に及ぼす Al 量，S 量の影響

術を駆使して良好な磁気シールド性を有するように設計さ純鉄の地磁気相当磁界レベルでの透磁率に及ぼす Al 量，れた鋼種である。EFE および比較として一般加工用 SPCC

S 量の影響を Fig. 3，4 に示す。Al 量，S 量ともに，その含を用いて，シールドボックスの模型を作製し，そのシール有量が低減するにしたがって透磁率の向上が認められる。

ド性能を評価した。

Al の場合，Al フリー鋼と比較して，その含有量が 30 ppm

供試材は，純鉄系磁気シールド用鋼板 EFE の 0.8 mm 厚程度であっても著しく透磁率を低下させることが明らかに材と，SPCC の 0.8 mm 厚材および 1.2 mm 厚材を用いた。

なった。一方，S は 35〜180 ppm の成分範囲では，含有量

素材の磁気特性は，JIS C 2531 に準じて内径 33 mm，外径の増加にともなってほぼ直線的に透磁率が低下する。S を45 mm のリング形状試験片を採取し，励磁および検出コイ10 ppm 以下とすることにより粒成長性が著しく向上するとルをそれぞれ 100 ターン施し，メトロン技研（株）製自動エ

いう報告もあり ，35 ppm よりもさらに低減することに5)

プスタイン測定装置を用いて測定した。磁気シールド性能の評価は以下のようにして行った。3 種の供試材を用い

1 000
Permeability, µ at 28 A/mて，一辺が 200 mm の直方体形状をしたシールドボックスを作成した。次に，Fig. 2 に示すように磁気シールドルー
ム内に置かれたヘルムホルツコイル内にシールドボックスを設置し，ヘルムホルツコイルから発生させた外部磁界およびシールドボックス中央位置での内部磁界を測定して，磁気シールド性能（S）を（1）
式にて評価した。

800
800
700
6000S  20 log（（外部磁界）／（内部磁界）） ………（1）

100

200

300

400

Al content (ppm)Fig. 3

Effect of Al content on permeability (S: 35 ppm)

Magnetic shielding room
1 000
Permeability, µ at 28 A/m

Helmholtz coil
Shielding box
Signalgenerator

Magnetic sensor

Current supply

Data logger

900800700600Fig. 2050100150200

S content (ppm)

The measurement method of the magnetic shielding
effectFig. 4− 23 −Effect of S content on permeability (Al: 5 to 13 ppm)

純鉄系磁気シールド材料の高透磁率化とその磁気シールド性能よって透磁率の向上が期待される。

いても十分な磁気シールド効果が得られ，薄肉化によるコ

本検討の結果，Al，S の低減を図ることにより，地磁気スト削減も期待される。

レベルでの透磁率が 800 以上の高性能材が得られることが

4. 考察明らかとなった。

磁気シールド性能評価

3.2

4.1

直流磁気特性に及ぼす Al 量，S 量の影響

Table 2 に実機供試材の直流磁気特性を示す。EFE は調微量 Al および S により透磁率が低下する原因を検討

質圧延の影響で若干透磁率が低下しているが，SPCC と比す る た め，TEM に よ る 析 出 物 観 察 を 行 っ た。 結 果 を較して優れた特性を有する。

Photo 1 に示す。Al や S を含有した場合，微細な析出物がFig. 5 に 直 流 の 磁 気 シ ー ル ド 性 能 を，ま た Fig. 6 に結晶粒界をピンニングすることによって粒成長性が低下し，50 Hz での磁気シールド性能を示す。直流，50 Hz ともに細粒組織となるため磁気特性が低下する。したがって，良EFE は SPCC と比較して良好な磁気シールド性能を示す。

好な磁気特性を得るためには，高純度化がもっとも有効で同板厚である 0.8 mm 厚 SPCC と比較して，3〜6 dB 良好ある。また，高純度化とともに析出物の形態制御も高磁気な 磁 気 シールド 性 能を 有し て おり，また，1.2 mm 厚 の特性化のために重要である。

SPCC と比較しても同等以上の磁気シールド性能を有する

4.2ことが認められる。以上より，SPCC から磁気特性の良好な EFE に材質を変更することによって，同板厚の場合には磁気シールド性能に及ぼす透磁率，板厚の影響優れた磁気シールド効果が得られる。また，SPCC で磁気一般に，磁気シールド性能は板厚と透磁率の積によってシールド効果が満足している場合には，より薄い EFE を用評価される 。直流のシールド性能について，外部磁界の6）強さが 8.0〜79.6 A/m の時のシールド性能を，µ  t で整理
Table 2Magnetic properties of the test samples

MarkThickness
(mm)

Bm
(T)

Br(T)

Hm  796 A/m因子を考慮した（2）式で表わされる近似式

Hc(A/m)µmµ (at 28A/m)

図中に破線で示す。

EFE-0.80.8

1.480.88993 500640

SPCC-0.80.80.720.50

420730140

SPCC-1.21.2

1.340.99210

1 900210

Shielding effect, S (dB)

12した結果を Fig. 7 に示す。また，シールドボックスの形状
7）の計算結果を

S  20 log（1  0.8 µt/a）………………………（2）EFE, t : 0.8 mm

1086SPCC, t : 1.2 mm

420MnS

SPCC, t : 0.8 mm
110100200 nmExternal magnetic field, H (A/m)

Fig. 5AlN

Photo 1

Magnetic shielding effect (DC)200 nmThe precipitates on grain boundary
15Shielding effect, S (dB)

Shielding effect, S (dB)

1210EFE, t : 0.8 mm

86SPCC, t : 1.2 mm

420SPCC, t : 0.8 mm
110Fig. 6Magnetic shielding effect (50 Hz)

JFE 技報 No. 8（2005 年 6 月）

EFE, t : 0.8 mm
SPCC, t : 1.2 mm
SPCC, t : 0.8 mm
Calculated

50100

External magnetic field, H (A/m)

100500

1 000

1 500

µ  t (mm)Fig. 7 Relationship between the magnetic shielding effect (DC)and µ  t− 24 −

純鉄系磁気シールド材料の高透磁率化とその磁気シールド性能

ここで，t は供試材の板厚（mm），µ はシールド性能測定

高純度化および析出物形態制御に裏付けられた高透磁率時の外部磁界の強さと同じ励磁磁界にて測定した供試材の化技術によって製造されている EFE 鋼種は，一般加工用比透磁率，a はシールドボックスの一辺の長さ（mm）であSPCC と比較して，磁気シールド性能の向上や，シールドる。

材料の薄肉化による低コスト化にもっとも適した材料であEFE，SPCC といった鋼種や板厚によらず，シールド性る。本鋼板の選択によって，設計の自由度が拡大し，高性能は µ  t と良い相関があり，（2）式で与えられる近似式で能化，低コスト化，軽量化といったさまざまなニーズへのほぼ議論できる。µ  t の大きな領域で，（2）式から若干外対応が可能になると考えられる。

れてくるデータは，磁性体の励磁された磁束量の大きな領域であり，ボックス角の接合部における漏洩磁束の影響が大きいためと推測される。

参考文献

以上により，磁気シールド性能を高めるためには，シー
ルドすべき磁界の強さにおける透磁率を高めることが重要であり，EFE は SPCC に比べて低い磁界レベルから良好なシールド性能を発揮することが明らかとなった。

1） たとえば，谷口和彦，森田祐司，久保直也．IEEJ Trans. PE．vol. 123，no. 6，2003，p. 734．
2） たとえば，山田進，松澤大樹，山田健嗣，吉岡清郎，小野修一，川島隆太，菱沼隆．日本臨床．vol. 45，no. 1，1987，p. 39．
3） 屋鋪裕義．第 155・156 回西山記念技術講座．日本鉄鋼協会．1995，
p. 237．
4） 篠崎正利，小野高司，藤野博，佐伯真実，谷川治，間野純一．川崎製
鉄技報．vol. 23，no. 1，1991，p. 82．

5. 結言5） 尾 田 善 彦， 田 中 靖， 千 野 淳， 山 上 伸 夫， 岡 見 雄 二． ま て り あ．
vol. 341，no. 2，2002，p. 114．

純鉄系磁気シールド材料の磁気特性に及ぼす微量不純物

6） 石塚一男．EMC．no. 186，2003，p. 42．
7） Mager, J. J. of Magnetism and Magnetic Material. vol. 2, 1976, p. 245.の影響，および模型シールドボックスを用いた磁気シールド性能について検討した結果，以下の結論を得た。
（1） Al は Al フリー鋼と比較して，その含有量が 30 ppm 程度であっても著しく透磁率を低下させる。また，S は35〜180 ppm の成分範囲では，含有量の増加にともなってほぼ直線的に透磁率が低下する。
（2） EFE は 同 板 厚 で あ る 0.8 mm 厚 SPCC と 比 較 し て，3〜6 dB 良好な磁気シールド性能を有しており，また，1.2 mm 厚の SPCC と比較しても同等以上の磁気シールド性能を有する。

藤田耕一郎− 25 −

井上正

江本秀樹

JFE 技報 No. 8（2005 年 6 月）