旋盤加工と切削加工の基本的な違いから、それぞれの特徴、適した材料、使用する工具まで徹底解説。金属加工業界での選択肢として、どちらの加工方法が自社の製品に適しているのでしょうか？
渦電流と金属加工による磁性材料の特性向上技術
金属加工において渦電流が与える影響と活用法について解説します。渦電流の特性を理解し制御することで、磁性材料の性能を向上させる技術とは何でしょうか？
渦電流とは、変化する磁界の中に置かれた導体に発生する円環状の電流のことです。ファラデーの電磁誘導の法則によれば、磁束の変化によって導体内に起電力が生じ、これが渦状の電流を引き起こします。金属加工において、この渦電流は重要な要素として考慮する必要があります。
渦電流の特徴として、以下の点が挙げられます。
金属加工における渦電流の影響は多岐にわたります。まず、渦電流が流れると、ジュール熱として損失（渦電流損失）が発生します。この渦電流損失は、電気機器の効率低下の原因となりますが、一方で誘導加熱（IH）として金属の加熱・溶解などの加工技術に積極的に利用されています。
また、渦電流の大きさは金属の板厚の二乗に比例するため、薄い金属板を積層することで渦電流を抑制することが可能です。これは電磁鋼板などの設計において重要な原理となっています。
金属加工において、渦電流による発熱は時に問題となりますが、適切に制御することで磁性材料の特性向上に寄与することができます。
磁性材料における鉄損（磁気的損失）は主に以下の2種類に分けられます。
この中で渦電流損失を制御することは、効率の良い磁性材料を開発する上で非常に重要です。例えば、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HV)のモーターでは、小型高回転化に伴い低磁気損失化が求められています。これを実現するためには、渦電流損失を最小化する必要があります。
磁性材料の特性向上のための対策としては、以下の方法が効果的です。
特に高性能フェライト磁石の開発では、希土類磁石に比べて磁石特性は低いものの、渦電流損失が少なく、温度特性や化学的安定性に優れるという特徴があります。これらの特性を活かして、xEV（電動車両）の主機モーターへの適用研究も進んでいます。
フェライト磁石のxEV向け主機モーターへの適用に関する詳細研究
渦電流の特性を活用した革新的な加工技術として、非接触による金属加工や搬送システムが開発されています。これは金属加工プロセスにおける品質向上に大きく貢献します。
「交流アンペール式」と呼ばれる技術では、アルミニウムなどの非磁性金属に対して、適切に配置した電磁石によって渦電流を発生させ、さらにその渦電流の位相と側方電磁石の位相を調整することで電磁力を発生させます。この技術を応用すると、金属を非接触で浮上させたり、搬送したりすることが可能になります。
非接触金属加工技術の主な利点は以下の通りです。
特にアルミニウム製品素材（角板や円板、管、棒、線など）の生産工程において、非接触搬送技術を適用することで、従来のローラーによる接触搬送に比べて製品品質を大幅に向上させることができます。
また、渦電流を利用した金属の非接触把持システムは、産業用ロボットの分野でも応用が期待されています。この技術により、特殊な表面処理が施された金属製品や、接触に敏感な精密部品などの取り扱いがより安全かつ高精度に行えるようになります。
電気機器の心臓部である電磁鋼板では、渦電流による損失を最小化するための設計と製造技術が極めて重要です。トランスフォーマーやモーターなどの高効率化において、渦電流損失の制御は欠かせない要素となっています。
電磁鋼板における渦電流損失の最小化を実現するための主な技術的アプローチとしては、以下のものがあります。
特に電気自動車（EV）やハイブリッド車（HV）のモーターに使用される電磁鋼板では、高周波での渦電流損失を抑えるための技術開発が活発に行われています。
また、金属加工において重要な要素として「加工歪み」があります。打抜き加工などで生じる加工歪みは磁気特性に影響を与え、渦電流損失を増大させる原因となります。この加工歪みの影響を正確に評価し、対策を講じることも、高効率な磁性材料開発において重要な課題です。
鉄損評価技術の開発も進んでおり、従来±30%程度あった計算誤差を低減させるための研究が行われています。構造解析ソフトウェアを利用した打抜き加工シミュレーションなどにより、加工歪み分布を把握する方法も検討されています。
渦電流技術を適切に活用することで、金属加工プロセスの環境負荷を低減し、持続可能な製造業の実現に貢献することができます。これは従来の金属加工技術では見過ごされがちな視点ですが、今後の産業発展において重要性を増していくでしょう。
渦電流技術による環境負荷低減効果として、以下の点が挙げられます。
特に注目すべき点として、希土類磁石の代替として高性能フェライト磁石の開発が進んでいます。希土類原料は2020年以降に大幅な高騰が起きており、資源的な制約や価格変動リスクが顕在化しています。これに対し、プロテリアル社などでは特に資源的な制約が大きなテルビウム（Tb）の使用量を大幅に削減した高性能磁石の開発や、希土類を使用しないフェライト磁石の高性能化を進めています。
フェライト磁石は主成分となる酸化鉄が鉄鋼プロセスで発生する副生成物から得られるため、資源の有効利用という観点からも環境に優しい材料と言えます。また、化学的安定性が高く一般的な使用環境下で腐食が進行しないという特徴も、長期使用における環境負荷低減に貢献します。
持続可能な金属加工の実現に向けて、渦電流技術は以下のような役割を果たすことが期待されています。
気候変動の抑制に向けた各国の取り組みが加速する中、自動車の電動化推進など様々な分野で渦電流技術の重要性はさらに高まっていくでしょう。