(57)【要約】【課題】角度の調節が可能で、位置付け精度が高く、離脱性質が調整できるなど、独特の特徴を有する磁石連結器を提供する。【解決手段】本発明は、支持された球体磁石２０を強磁性体の対象物に設けた嵌合穴２４Ａに挿入してなる磁石連結器である。嵌合穴２４Ａの形状と球体磁石２０の位置付けは、相対的に強い磁力連結を成すように設定しておく。本磁石連結器は、角度の調節が可能で、位置付け精度が高く、離脱性質が調整できるなど、独特の特徴を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ球体の磁石と、該球体磁石に接合された固着部材と、嵌合穴を有する離脱部材とからなり、前記球体磁石の少なくとも一部が前記嵌合穴に挿入され、前記固着部材と前記離脱部材とが、磁力により連結されることを特徴とする、磁石連結装置。
【請求項２】
前記球体磁石が、希土類磁石であることを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項３】
前記球体磁石が、集束磁場を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項４】
前記球体磁石が磁気軸を有し、前記嵌合穴が平面を定義し、前記磁気軸が前記平面に対しほぼ平行に位置付けられることを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項５】
前記のほぼ球体の磁石が、少なくとも１つの平坦面を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項６】
前記嵌合穴の外径寸法が、前記球体磁石の直径の６０％から１５０％の間であることを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項７】
前記固着部材が、非磁性体であることを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項８】
前記固着部材が、前記球体磁石に粘着剤により接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項９】
前記離脱部材が平面部を有し、前記嵌合穴が前記平面部に対して垂直になる内周面を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項１０】
前記嵌合穴が、円錐状の内周面を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項１１】
前記嵌合穴が、球体の一部分の形状をなす内周面を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項１２】
前記嵌合穴が、非対称形状になっていることを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項１３】
前記球体磁石が、該球体の正反対に位置しない２つの磁極を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁石連結装置。
【請求項１４】
ほぼ球体の磁石を固着部材に接合するステップと、
離脱部材に嵌合穴を設けるステップと、
球体磁石を嵌合穴に挿入して、固着部材を離脱部材に磁石により連結するステップとからなる、
固着部材を離脱部材に磁石により連結する方法。
【請求項１５】
球体磁石の磁気軸を、嵌合穴の平面部に対してほぼ平行に方向付けるステップをさらに有する、請求項１４に記載の固着部材を離脱部材に磁石により連結する方法。
【請求項１６】
嵌合穴の外径寸法を、球体磁石の直径の６０％から１５０％の間にするステップをさらに有する、請求項１４に記載の固着部材を離脱部材に磁石により連結する方法。
【請求項１７】
円錐状の内周面を有する嵌合穴を提供するステップをさらに有する、請求項１４に記載の固着部材を離脱部材に磁石により連結する方法。
【請求項１８】
球体の一部の形状をなす内周面を有する嵌合穴を提供するステップをさらに有する、請求項１４に記載の固着部材を離脱部材に磁石により連結する方法。
【請求項１９】
ほぼ球体の磁石と、
前記球体磁石に接合された固着部材と、
前記球体磁石に適合する所定のサイズ及び形状の嵌合穴を有する離脱部材とからなり、
前記離脱部材は少なくとも嵌合穴の周囲を強磁性体物質で構成し、前記球体磁石を前記嵌合穴に挿入すると、前記固着部材が、角度の調節が可能な状態で前記離脱部材に磁石連結されるようにしたことを特徴とする、磁石連結器。
【請求項２０】
前記球体磁石のＮ極及びＳ極が、その球体の正反対に位置しない、請求項１９に記載の磁石連結器。
【請求項２１】
ほぼ球体の磁石と、
前記球体磁石に接合された固着部材と、
前記球体磁石に適合する所定のサイズ及び形状の嵌合穴を有する離脱部材とからなり、
前記球体磁石を前記嵌合穴に挿入すると、前記嵌合穴のサイズ及び形状に対応する所定の離脱曲線を示すような磁石吸着が起こることを特徴とする、磁石連結器。
【請求項２２】
幾何学的中心を示すほぼ球体の磁石と、
前記球体磁石に接合された固着部材と、
前記球体磁石に適合する所定のサイズ及び形状の嵌合穴を有する離脱部材とからなり、
前記球体磁石を前記嵌合穴に挿入すると、前記球体磁石の幾何学的中心が前記嵌合穴に対して所定の点に位置されるような磁石吸着が起こることを特徴とする、磁石連結器。
【請求項２３】
所定の直径Ｄ及び磁気軸を有する球体磁石に接合された固着部材と、
強磁性体物質で構成され、直系の大きさがＤより大きく１．５Ｄより小さい嵌合穴を有する離脱部材とからなり、
前記球体磁石を前記嵌合穴に挿入すると、前記球体磁石が、前記嵌合穴内の磁力均衡点を探し出し、よって前記固着部材が前記離脱部材に弾力的に連結されることを特徴とする、磁石連結器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大別的には磁石連結装置、磁石接合器、及び磁石ファスナーに関し、より具体的には、望ましい離脱性質を備え、位置付け精度が高く、かつ、角度を調節できる、改良された磁石連結装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、磁石は２つの物体を一時的に繋ぎとめる手段として使われてきた。しかし、磁石を鉄板などの強磁性の物体に吸着させると、用途によっては都合の悪い性質がいくつか存在する。
【０００３】
第１に、鉄などの強磁性体に通常の磁石を吸着させる場合は、磁石の離脱性質が望ましくない。磁石を鉄板から外すときは、鉄板の表面を横にスライドさせるほうが、鉄板の表面から垂直に剥がそうとするのに比べて約６倍容易である。この磁石の離脱性質が調整可能であるのが望ましい用途が多くある。例えば、安全上、磁石が離脱する必要がある用途においては、付着面に対して垂直または平行のどちらに力を加えても、同じ力の大きさで磁石が離脱するのが望ましい。また、磁石で固定させる用途においては、ある所定の方向に力をかけると磁石が簡単に離脱するが、その他の方向に力をかけるとずっと強固に固定されるのが望ましい。
【０００４】
第２に、一般の磁石は、鉄に対して正確に位置付けることができない。しかし、用途によっては、磁石が、鉄に対しても正確な位置に吸着できるのが望ましい場合がある。
【０００５】
第３に、一般の磁石は、通常、鉄の表面に対して平面的に吸着し、傾斜状態にすることができない。いくつかの用途においては、磁石連結にボールジョイントの仕組みを有していて、一方で平行位置を保ちながらも、鉄板と磁石の間の傾斜を、ある程度自由に調整できるものが望ましい。
【０００６】
磁石連結装置、磁石接合器、及び磁石ファスナーについては数多くの特許があるが、どれも上記のように、離脱性質を備え、位置付け精度が高く、角度を調節できるようなものではない。
【０００７】
例えば、特許文献１は、内部に磁石を有するボールジョイントを開示している。しかし、この磁石を離脱部材と実際に磁石連結させたものは、可撓性を有していない。磁石を保持しているボールジョイント支持部だけが、この装置において可撓性を有している。さらに、この装置は必要以上に複雑である。
【０００８】
以上の特許は、本発明者が認知している現状の技術を反映している。本発明の請求項の審査に関連性のある情報を開示するという出願人の誠実義務を果たすことの一環として、これらの特許を参照し、考察するものである。しかしながら、上記特許はどれも、単独でも、組み合わせたとしても、ここに説明し特許請求する本発明を、開示したり示唆したり、自明化するものではない。
【特許文献１】米国特許第５，９９３，２１２号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、独自の特徴を複数有し、幅広い用途に活用できる磁石連結器に関する。この磁石連結器は、球体の磁石（希土類磁石が望ましい）に接合した固着部材（非磁性体物質が望ましい）を使用する。この球体磁石が、少なくともその一部を離脱部材に設けた嵌合穴に挿入されることにより、離脱部材と固着部材が効果的に連結される磁石連結を構成する。
【００１０】
嵌合穴の開口面によって、平面を定義ことができる。また、球体磁石には、Ｎ極、Ｓ極、及び磁気軸がある。球体磁石を離脱部材に磁力連結する時は、球体磁石の磁気軸が、嵌合穴開口部の平面に対し概ね平行になるよう配置するのが望ましい。磁石は通常、強磁性体の平面に対して磁気軸が垂直になるのが普通なので、この位置付けは一般的ではない。
【００１１】
強磁性体物質からなる離脱部材の嵌合穴のサイズと形状は、球体磁石と適合し、特定の連結性質を得られるようにあらかじめ定めておく。例えば、ある特定のサイズの嵌合穴、または、ある特定の円錐状内周面を有する嵌合穴においては、力を加える方向が嵌合穴の開口部平面に対し垂直でも平行でも、同じ力の大きさで離脱する磁力連結を得ることができる。これは例えば、安全上、ある所定の力がかかると連結が解除される必要のある装置などに活用できる。また、嵌合穴の形状を引き伸ばした円状にすると、離脱性質を非対称にすることができ、ある一定の方向から力を加えた時に、その他の方向から力を加えた時よりもずっと簡単に連結が解除されるようになる。
【００１２】
どのような嵌合穴でもよいが、特に半球または円錐状の嵌合穴は、球体磁石と離脱部材を正確に位置付けることができる。最後に、本発明の磁石連結装置は、磁石が球形なので、ボールジョイントのように自由に傾斜させることができる。離脱部材が非磁性体の固着部材に斜めにずれて連結されても、中間部材の球体磁石によって調整可能なため、大変便利な性質である
【００１３】
従って、本発明の目的は、新しく、かつ、改良された磁石連結装置及びその方法を提供するものである。
【００１４】
本発明の別の目的は、新しく、かつ、改良された、望ましい離脱性質を有する磁石連結器を提供することを目的とするものである。
【００１５】
本発明のまた別の目的は、新しく、かつ、改良された、位置付け精度の高い磁石連結器を提供するものである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、新しく、かつ、改良された、角度を調節できる磁石連結器を提供するものである。
【００１７】
本発明の構成と使用方法に関して、本発明を特徴付けるその他の新規な特性及びさらなる目的と効果については、好ましい実施形態を例として挙げている後述の詳細な説明及び添付の図面を参照して考察すれば、より理解されるだろう。ただし、当該図面はあくまでも説明の為の図であり、本発明の権利範囲を規定するものではないことは明白である。本発明を特徴付ける新規性を有する様々な特性は、本明細書の一部をなす後述の請求項において具体的に説明する。本発明は、これらの特性の一つ一つに単独で存在するものではなく、以下に明記する機能を奏するようにそのすべての機構を特定に組み合わせたところに存在するものである。
【００１８】
従って、以上に本発明の特に重要な特性について広く概説したのは、後述の詳細な説明をより理解しやすくし、本発明の当技術分野に対する貢献度をより明白にするためである。従って当然ながら、以下の詳細説明には、本発明のさらなる特性が含まれており、請求項においても新たな主題を形成している。当業者には理解されることだが、ここに開示する内容の基礎をなす構想は、また別の構成や方法、システムをデザインするための基礎として用い、本発明のいくつかの目的を達成することもできる。従って、請求項には、本発明の精神と範囲を超えない限り、請求項は同等の構成を含むと考えられる。
【００１９】
また、要約書は、本発明を簡潔にわかりやすくまとめたものである。要約書は、請求項で評価されるべき本願発明を定義するものではなく、また、本発明の範囲を限定するものでもない。
【００２０】
後述の詳細な説明において使用している専門用語やその関連用語は、参照の際の便宜のために使用するのみであり、制約的なものではない。例えば、「上方に」「下方に」と言った場合、特に記載がない限り、参照している図面における方向を指しているものである。また、それぞれの装置の幾何学的な中心やその特定の部位に対して、「内側へ」と言った場合は向かっていく方向を指し、「外側へ」と言った場合はは離れていく方向を指している。単数時制、複数時制についても、特に記載がなければ代替可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１から図１７を参照しながら、新しく、かつ、改良された磁石連結装置を、主に図１０に図示する。これらの種々の図において、同様の構成部品には、同様の参照番号を付す。
【００２２】
高強度の希土類磁石の登場により、永久磁石は、新たな形状や性質を獲得した。新たな形状の一つに、球体永久磁石がある。一般的には、球体希土類磁石（特にＮｄＦｅＢ磁石）を磁化し、「集束磁界」を放出するようにする。つまり、球体磁石内の磁束線が、平行になっていないということである。その代わり、磁束線は磁石のN極、Ｓ極に集束する傾向を持つ。この磁力集束の結果、球体磁石は、N極とＳ極において非常に強い磁場強度を得ることができる。本明細書に記載の実験では、集束磁界を有する球体の希土類磁石を使用したが、本明細書で開示する発明は、ほぼ球体の永久磁石を、別の物質で構成したり、集束しない（平行の）磁界パターンで磁化したものでも機能する。また、Ｎ極、Ｓ極は、球体の正反対の位置になくともよい。
【００２３】
図１は、球体永久磁石２０を、第１の部材の「固着部材」２１Ａに接合させた図である。固着部材２１Ａの形状は重要ではない。固着部材２１Ａには、粘着剤や機械的圧着などの接合手段によって球体磁石２０を接合するだけである。この固着部材は、少なくとも一部を非磁性体で構成するのが望ましい。この点については、後に詳述する。
【００２４】
図１には、さらに、嵌合穴２４Ａを有する第２の部材２３Ａを図示する。この第２の部材を、「離脱」部材２３Ａと称する。この離脱部材は、嵌合穴のサイズと形状は重要な要素であるが、全体の形状はどんなものでもよい。嵌合穴のサイズと形状は、球体磁石と適合し、磁石連結の所定の性質が得られるものでなければならない。また、離脱部材の少なくとも一部は、鉄、スチール、ニッケルなどの強磁性物質で形成しなければならない。詳しくは後述する。取りあえずわかりやすいように、固着部材２１Ａは非磁性体で全体を構成し、離脱部材２３Ａは強磁性体で全体を構成したものとする。
【００２５】
図２は、図１に図示した磁石連結器の断面図である。球体磁石２０のＮ極をＮ、Ｓ極をＳで示す。Ｎ極とＳ極間の破線２２を、永久磁石の磁気軸とする。球体磁石が、集束磁界を有していたとしても、磁気軸は、球体磁石上にあるＮ極の最も強力な磁場からＳ極の最も強力な磁場の間に形成される。
【００２６】
また、図２は、固着部材２１Ａと粘着剤２５Ａの断面を示している。離脱部材２３Ａは、球体磁石に適合するように設計した嵌合穴２４Ａを有する。図２に、嵌合穴２４Ａの直径を３１Ａで示し、球体磁石２０の直径を２９で示す。図２では、嵌合穴の直径３１Ａは球体磁石２０の直径２９よりやや小さく図示されているが、球直径２９よりやや大きくすることもできる。球体磁石２０と離脱部材２３Ａの間の着脱性質は、嵌合穴２４Ａのサイズと形状により細かい影響を受ける。従って、嵌合穴のサイズと形状を、球体磁石と適合するようにあらかじめ決めておき、望ましい磁石連結性能が得られるようにする。一般的には、嵌合穴が図２のように円形の場合は、嵌合穴の開口直径３１Ａを球直径２９の６０％から１５０％の間で形成するとうまく適合し、望ましい磁石性能が得られると言ってよいだろう。嵌合穴の開口直径３１Ａが円形でない場合も（図１３から図１６にて後述する）、嵌合穴は少なくとも球体磁石２９の６０％から１５０％の外形寸法を有する。
【００２７】
図３は、強磁性体の離脱部材２３Ａと球体磁石２０が接触して、磁石連結されている図である。球体磁石２０は、粘着剤２５Ａによって固着部材２１Ａに固着されている。なお、嵌合穴２４Ａは、平面部２７Ａに対してほぼ垂直の内周面２６Ａを有している。このタイプの嵌合穴は成形が最も容易であるが、接触部２８が角になる。後続の図面は、その他の形状の嵌合穴を示している。また、球体磁石２０は、磁気軸２２が離脱部材２３Ａの平面部２７Ａとほぼ平行になるように、固着部材２１Ａに接合されている。詳しくは後述する。
【００２８】
図４は、球体磁石２０と離脱部材の拡大図である。図４では、本発明に関係のある磁石の原理について説明する。わかりやすいように、図４には固着部材及び粘着剤は図示しない。図４において、磁束線７０Ｎ（破線７０Ｎ）と７０Ｓ（破線７０Ｓ）は、Ｎ極とＳ極から放射している。他にも、数本の副磁束線７１がある。
【００２９】
図４では、磁束線のほとんどがＮ極から発して強磁性体の離脱部材２３Ｂに吸い込まれ、同様に磁束線のほとんどが離脱部材２３Ｂから発し、球体磁石２０のＳ極に吸い込まれているのがわかる。図４では、離脱部材２３Ｂの断面図を示しているが、斜視図にした場合、図１と同様である。従って、磁束線は、強磁性の離脱部材２３Ｂを通過し、嵌合穴２４Ｂを周回して、マグネティック・サーキットを成す。図４の磁束線は、球体磁石２０と離脱部材２３Ｂの間に生じる強い磁力の特性を示している。最も強い磁石連結力は、磁気軸２２が平面部２７Ｂと平行の時に発生するが、磁気軸２２を大きく傾けても、十分な連結力を得られる。これについては、図１１と図１２を参照しながら後述する。
【００３０】
図２に示す嵌合穴の直径３１Ａを、球体磁石（図２の２９）の直径よりやや大きいが、望ましくは１．５倍を上回らないサイズにすると、図４は変わってくる。強磁性体の離脱部材２３Ｂの嵌合穴がやや大きいと、離脱部材は磁気軸２２の真上に位置するようになる（離脱部材を二等分する）。これは均衡点であり、磁力は、離脱部材２３Ａまたは磁石２０のいずれかをこの均衡点から外そうとする動きに抵抗する。本発明によるこの実施形態は、バネ様の性質を有している。つまり、磁力には多少の弾力性があり、磁石と離脱部材を前記均衡点に戻そうとするからである。実際に、図４の磁束線は、力を加えて離脱部材と磁石の相関位置を均衡点から外した時の状態を表している。このタイプの磁石連結においてさらに有益なのは、緩衝作用を有することである。どのような振動も、磁気ヒステリシスと渦電流のせいで、エネルギーを損失してしまう。
【００３１】
このタイプの磁石連結器は、所望の磁気バネ定数を得られるように調整することができる。磁気バネ定数は、球体磁石のサイズと強度、並びに、離脱部材２３Ｂのサイズ、形状及び厚みによって決まる。例えば、離脱部材２３Ｂの厚みを球体磁石の直径とほぼ同じにすると、非常に強い弾力性と緩衝作用をもたらす。
【００３２】
図５、図６、及び図７は、本発明のその他の特性を、一般の磁石連結と比較して実証するための実験についてのものである。図５に、スチール板４８に磁力で吸着した一般の円盤磁石４７を示す。スチール板は、支持体４９に接合されている。実験で使用した円盤磁石は、直径が１２ｍｍ、厚さが２ｍｍのもので、その厚み全体（２ｍｍ外形寸法）に渡って磁化したものである。また、スチール板４８に対して非常に強い磁力を発する希土類磁石を用いた。
【００３３】
磁石４７のような永久磁石の場合、スチール板の表面を横に滑らせて端から取り外すのに比べて、表面から垂直に剥がそうとする方が、ずっと力を要することはよく知られている。第１の実験は、この性質を測定し実証するためのものである。実験では、スチール板４８に対して磁石４７を動かすのに必要な力を測定した。磁石を、垂直に剥がしたのか、垂直以外の方向に力を加えて表面を滑らせたのかは、問題ではない。
【００３４】
この実験の結果を説明するために、実験で使用した力のベクトルを定義する必要がある。図５において、力のベクトル（矢印３６で示す）は、磁石４７にかかっている。力のベクトルは、アングル４６とスカラ・マグニチュード４５を有する。実験では、磁石４７に紐を取り付けた。この紐をスチール板４８の表面に対していろんなアングルで引っ張ることにより、磁石を動かすために必要な力のスカラ・マグニチュードを計測することができた。
【００３５】
この実験の結果を図７の表に表す。図７のグラフ線４０は、図５の磁石４７を動かすために必要な力を表している。図７は、アングル４６に対して磁石を動かすために必要な「力の大きさ」４５を示している。「力の大きさ」とは、力のベクトルのスカラ部分を指す。図７を見ると、力の向きがスチール板表面に対して垂直の時に、動きに対する抵抗が最も強くなることがわかる。磁石を垂直に動かすために必要な力の大きさを、１００％とする。グラフ線４０からわかるように、９０度より下または９０度より上の角度で力をかけると、磁石を動かすのに必要な力の大きさが急激に低下する。例えば、スチール板表面に対して平行（０度または１８０度）に力をかけた時は、９０度で必要な力の大きさのわずか１８％の力の大きさで、磁石を動かすことができた。実際は、この１８％というのは、磁石とスチール板表面との間の摩擦係数に関するものである。
【００３６】
図７のグラフ線４０は、永久磁石と強磁性物体を用いた磁石連結具の従来技術に多く見られる離脱曲線と類似している。棒、円盤、立方体、蹄鉄型など、どんな形状の永久磁石を用いても、線４０とほぼ同様の離脱曲線を示す。さらには、球体磁石を平面または曲面状の強磁性物体の表面に吸着させても（ただし嵌合させない）、同様の離脱曲線が得られる。この一般的な離脱曲線を、「９０度最隆起の離脱曲線」と称する。これに対し、本発明では、離脱曲線を平坦にしたり、他の角度で最高値になるように調整することができる。
【００３７】
図６は、図３と似ているが、力のベクトルの矢印３６が追加されている。この力のベクトルは、平面部２７Ａに対するアングル４６を有している。（平面部２７Ａは、板の主面でもあり、嵌合穴の開口面でもある。）また、力のベクトルの矢印は、力の大きさ４５を有している。図６では、強磁性プレート２３Ａに力が加えられており、球体磁石２０は固定されている。この球体磁石２０に対して、プレート２３Ａを動かすのに必要な力を測定した。
【００３８】
実験の結果を、図７の破線４１で示す。球体磁石と嵌合穴の離脱性質（曲線４１）が、スチール板に吸着した通常の磁石の場合（曲線４０）に比べて、劇的に違うことがわかる。グラフ線４１は、嵌合穴の直径を球体磁石の直径の約７１％にした時に、相対的に平坦になった。つまり、図２の嵌合穴３１Ａが、磁石直径２９の約７１％だったということである。この割合を用いると、離脱に必要な力の大きさは、全方向でほぼ同じになる。例えば、嵌合穴の直径を球体直径の９２％に拡大していれば、０度または１８０度で離脱させるのに必要な力の大きさは、垂直離脱に必要な力の約２倍にはなっていただろう。
【００３９】
従って、本発明の有益な特徴の一つは、離脱に必要な力がどの角度においても同じになることである。この特徴は、一定の力が加えられるとその角度に関係なく確実に離脱するような安全性が必要な用途において大変望ましいものである。また、使用する嵌合穴の形状を変えれば、離脱曲線を様々に変形させることができる。図７のグラフ線４２については、後述する。
【００４０】
図８は、図１、図２、及び図３の変形例である。図８の嵌合穴の内周面２６Ｂは、図３において球体に接触している角２８ができないように形成してある。図８では、内周面２６Ｂの断面は傾斜しているが、実際の嵌合穴の内周面は、球体または円錐体の一部の形にすることができる。例えば、ボールエンドミルを使用すれば、球体磁石とぴったり適合する球体状の内周面を簡単に形成できる。円錐ドリルを使用すれば、円錐状の内周面が得られる。
【００４１】
球体状や円錐状に成形した内周面には、３つの利点がある。すなわち、ａ）磁石と離脱部材の間により強固な連結力を得られること、ｂ）離脱曲線の形の調整がより幅広く可能であること、さらに、ｃ）まっすぐな嵌合穴のように角ができないので、球体磁石の位置付けがより正確に行えること、である。例えば、９０度の円錐ドリルを用いて嵌合穴を成形した場合、平面部２７Ｂに対して４５度の傾斜をなす円錐状の内周面が得られる。この円錐状の嵌合穴を用いた場合、図７のグラフ線４１と同様のほぼ平坦な離脱曲線を得ることができる。また、「ボールエンドミル」を用いて嵌合穴を成形した場合、ボールエンドミルと球体磁石の直径が同じであれば、球体磁石とぴったり適合する内周面が得られる。球体状の内周面と球体磁石の組み合わせが、最も磁石連結が強力になる。図８からは、内周面２６Ｂの形状が判別できないので、球体状及び円錐状の両タイプの嵌合穴を示すものとする。
【００４２】
本発明は、わずかな変形を加えることにより、種々の用途にそれぞれ最も適した実施形態を形成することができるため、最良の実施形態を一つに絞ることは困難ではあるが、球体状の内周面２６Ｂを有する図８の実施例を、本発明の最良の実施形態とする。
【００４３】
図９は、図８と似ているが、離脱部材２３Ｃの厚みを大きくし、完全な円錐状の嵌合穴２６Ｃを設けてある。図９において、平面部２７Ｃにおける嵌合穴の直径を３１Ｃで示す。円錐状の嵌合穴の離脱曲線は、ａ）円錐の頂角、ｂ）嵌合穴の開口直径、及び、ｃ）強磁性体の厚み、によって変化する。例えば、円錐の頂角が９０度で、開口直径が球体磁石直径の１．５倍の場合は、おおむね平坦な離脱曲線になる。
【００４４】
図１０に、本発明の別の実施例を図示する。本実施例において、磁石２０は、粘着剤２５Ｄによってシリンダー状の固着部材２１Ｄに接着されている。磁石２０は、その磁気軸２２が、シリンダー２１Ｄの軸３４に対してほぼ垂直になるよう配置されている。離脱部材２３Ｄは、強磁性体のシリンダーチューブで構成され、外径３２Ｄ、内径３１Ｄ、及び、軸３５を有している。取り外し可能な部材２３Ｄの終端面２６Ｄは、磁石２０に吸引されて接触している。終端面２６Ｄは、球体磁石２０の球面に適合させてあるが、円錐状や垂直状に切断したものでもよい。
【００４５】
図１０に、本発明のさらなる有益な特性を示す。図に示されているように、固着部材２１Ｄの中心軸３４と、強磁性のチューブ状離脱部材２３Ｄの軸３５は、直線をなしていない。この連結装置において、磁石２０の球体形状は、ボールジョイント的な作用をもたらしている。
【００４６】
図１１及び１２に、本発明の角度調節機能を示す。図１１は、球体の一部と同じ形状をした嵌合穴を有する離脱部材２３Ｅを示している。この嵌合穴を球状穴と呼ぶ。球状穴は、球体磁石の半径とおおよそ一致する。図１１では、球状穴自体は目視できないが、球状穴の内壁を破線２６Ｅで示す。また、図１１では、固着部材をシリンダー２１Ｅ（非磁性体が望ましい）で示す。図１１のライン３７Ｅは、平面部２７Ｅと同レベルのプレーンを示している。このプレーン３７Ｅは、内壁２６Ｅを有する球状穴の開口面のプレーンでもある。球体磁石を用いた連結装置の角度についての許容性を説明するにあたり、このプレーン３７Ｅを基準面として用いる。（その他の先行図面においても、平面部２７は、嵌合穴の開口面と考えてよい。）
【００４７】
図１１において、球体磁石の磁気軸２２は、球状穴の開口面プレーン３７Ｅに対して、アングル３８に傾けられている。先行図面においては、磁気軸は、通常は嵌合穴の開口面に対して平行に描かれている。このように平行に配置すると、非常に強い連結力をもたらすが、アングル３８がプレーン３７Ｅに対してプラスまたはマイナス４５度になるまで磁気軸を傾けても、多くの用途にとっては十分な連結力をもたらす。
【００４８】
図１２は、図１１と似ているが、球体磁石の向きを変えてある。図１２においては、磁気軸２２は、球状穴の開口面プレーン３７Ｅと平行になっており、まっすぐ読み手側に向いている。図１２は、磁気軸２２を中心に磁石２０を回転させるとどうなるかを説明するための図である。また、図１２では、固着部材２１Ｅが球状穴の開口面プレーン３７Ｅに対して平行に図示されている。例えば、アングル３９が９０度になるまで、磁気軸２２を中心に磁石を回転させると、固着部材２１Ｅが垂直になる。このように軸回転させると、磁石の連結力は全く損なわれない。従って、磁石連結力を失うことなく、１８０度まで回転させることもできる。
【００４９】
図１１及び図１２に示したように、２つの軸について角度の調節が可能であるため、これらを組み合わせれば、この磁石連結器は非常に大きな可撓性を得られる。例えば、いくつかの角度に調節可能で、その角度で維持する必要のある目的物に、固着部材２１Ｅを設置するという用途がある。この用途においては、所望の角度で維持できるように、球体磁石２０と内壁２６Ｅとの間に一定量の摩擦があるのが望ましい。この場合、球状穴の半径を球体磁石の半径より若干小さくすれば、球体磁石の摩擦を強くすることができる。一方、摩擦を弱めたい場合には、球体磁石か低摩擦の材質で形成した球状穴の内面に、潤滑剤や被膜を施すとよい。また、球体磁石には、クロムやまた別の硬質材を使用して、磨耗を防ぐことができる。
【００５０】
図１２を参照して、本発明のまた別の有益な特徴を説明することができる。ポイント２２は、末端から見た磁気軸であると先に述べたが、これを球体磁石の幾何学的中心を表すものとしてとらえる。球状穴２４Ｅには、その弧面に対する中心点があり、球体磁石の半径と球状穴の半径が同じであれば、その中心点もまたポイント２２に位置する。球体と球状穴はぴったりと適合し、磁力により正確な嵌合状態に維持されると共に、前述のように角度も調節できる。この特徴は、機械加工などのように、Ｘ、Ｙ、Ｚなどのポイントを角度に関係なく正確にとらえる必要のある用途において大変有益である。また、円錐状や直線状の穴でも、正確に位置合わせすることができる。
【００５１】
ここまでで図示した離脱部材の嵌合穴は、すべて円形で対称をなすものである。前述の図１の嵌合穴２４Ａや、図９の嵌合穴２４Ｃなどは、内周面の形状こそ違っているが、どれも軸対称になっている。このような嵌合穴の場合、離脱曲線もまた、嵌合穴の対称軸に対して対称になる。
【００５２】
離脱曲線が非対称の方がよい場合もある。例えば、用途によっては、ある一定の方向に力を加えた時に、その他の方向に力を加えた場合に比べて、少ない力の大きさで比較的容易に離脱する性質の連結器が必要な場合がある。
【００５３】
図１３、図１４、及び図１５に図示した離脱部材は、非対称な嵌合穴を有し、非対称な離脱曲線を生じるものである。図１３は、非対称な嵌合穴２４Ｆを有する離脱部材２３Ｇの正面図であり、非対称嵌合穴２４Ｆの輪郭を２６Ｆで示す。図１４は、図１３のＡ−Ａ線上の断面図である。図１４の３１Ｆは、嵌合穴の横幅を示している。この横幅の大きさは重要な要素であり、球体磁石の直径の０．６倍から１．５倍が望ましい。図１５は、離脱部材２３ＧのＢ−Ｂ線上の断面図である。
【００５４】
図１３、図１４、及び図１５の嵌合穴は、ボールエンドミルを用いて形成することができる。図１５からわかるように、嵌合穴の断面の一部に平坦な面５１があり、平面部２７Ｇに対してアングル５３を形成する。（平面部２７Ｇは、図１１で前述した通り、嵌合穴の開口面プレーンと同じである。）
【００５５】
図１３、図１４、及び図１５の嵌合穴２４Ｆを成形する方法は２通りある。一つは、ボールエンドミルを送りながら、離脱部材２３Ｇを切削していく方法である。アングル５３は、送る速度と切削の速度の相対値によって決まる。ボールエンドミルが所定の深度に到達したら、それ以上切削せずミルを嵌合穴から引き出す。図１３のＡ−Ａ線上の嵌合穴は、図１４及び図１５に示すように、半径３３を有する球体の部分形状をなす。半径３３は、嵌合穴を開けるのに用いるボールエンドミルの半径と同じである。嵌合孔のＡ−Ａ線より下の部分は、球体に対して非対称になる。
【００５６】
図１３、図１４、及び図１５の嵌合穴２４Ｆを成形するもう一つの方法は、ボールエンドミルを一般のドリルのように用い、アングル５３で平面部２７Ｇにドリルしていくものである。所望の嵌合穴の形状になったところでドリルを止める。
【００５７】
図１６は、図１３と似ているが、球体磁石２０が嵌合穴に挿入されている。図１６においては、嵌合穴の輪郭線２６Ｆは、球体磁石２０よりはみ出していて、６０の方向に伸びている。また、磁気軸２２は、図１６のように６０−６１の線と直角に交差させるのが望ましい。
【００５８】
図１３より前に説明した対称な円による嵌合穴の場合は、磁石の磁気軸が嵌合穴の開口面プレーン（図１１のプレーン３７Ｅ）とおおよそ平行になっていればよく、精密に位置付けする必要なかった。しかし非対称な嵌合穴は、６０の方向に延長しており、磁気軸はＡ−Ａ線とほぼ平行であるのが望ましい。この位置をずらすと、図１１で磁気軸をずらしたのと同じ現象が起こる。磁気軸が非対称の嵌合穴に対して不均衡になると、磁石連結力が弱まるが、実験で確認できる限界角度までは許容できる。
【００５９】
このような非対称の嵌合穴を設ける理由は、比較的離脱しやすい方向を有する離脱曲線を得るためである。図１６において、磁石を６０の方向に動かすと、他の方向に比べてより簡単に外れる。他の方向には、平面部２７Ｇに対して垂直の方向も含まれる。一定の方向に力を加えると簡単に外れるが、その他の方向では外れにくい連結器が望ましい用途は数多くある。
【００６０】
図７の曲線４２は、磁石２０を図１６の離脱部材２３Ｇから外す時に、磁石に加わるおおよその力を示す離脱曲線である。図７と図１６を照らし合わせてみると、図１６の方向６０は、図７の０度であたり、同様に、方向６１は１８０度にあたる。磁石２０に対して９０度にかける力は、図１６から手前に飛び出すことになる（図１５の平面部２７Ｇに対し垂直）。垂直離脱に要する力の大きさを１００％とし、その他の角度で離脱に必要な力はその相対値とする。
【００６１】
図７からわかるように、磁石に０度で力を加えた場合、垂直離脱に要する力の３分の１以下の力で離脱する。力を１８０度（図１６の方向６１）に加えた場合の力の大きさは、垂直離脱力の２００％になっているが、これは説明のために仮定したもので、実際の数値は、図１３の嵌合穴２４Fの深さと形状による。最適な形状の嵌合穴を使用した場合、１８０度で離脱に要する力は、少なくとも０度で要する力の１０倍以上になると言える。
【００６２】
上記の例は、ボールエンドミルを用いて成形した非対称の嵌合穴についてのものであるが、もちろんその他の形状の非対称嵌合穴を使用することもできる。つまり、本発明の利点のひとつは、違った形状や外形の非対称嵌合穴を使用して、違った離脱曲線を得ることができることである。例えば、楕円形の嵌合穴を使用すれば、離脱力の低い方向が２つになる。
【００６３】
ここまでの例では、すべて完全球体の磁石を使用してきたが、実際に必要なのは、「ほぼ球体」の磁石である。図１７の磁石２０Ｇは、完全体ではない「ほぼ球体」の磁石の一例である。この磁石には、２か所の平坦部４４及び４３がある。この２か所を平坦にしても、磁石連結器の動作に大きな変化はない。図１７では、平坦部４３は、非磁性体の固着部材２１Ｇに粘着剤２５Ｇによって固着されている。また、離脱部材２３Ｇは、図１７の２７Ｇであらわす部分で、磁石２０Ｇに部分的に接触する嵌合穴を有している。
【００６４】
つまり、磁石に平坦部４４及び４３があっても磁石連結器の機能に実質的に変化をもたらさないため、本発明を応用することができるということである。完全球体をまた別の形状に変形させて用いても、本発明の主旨から外れることはない。
【００６５】
図１８は図８と似ているが、図１８では、Ｎ極とＳ極が球体において１８０度以内の位置にくるようにしてある。また、磁気軸も片側に寄っており、全先行図のように球体の中心を通っていない。図１８には、内部磁束線５５も示す。
【００６６】
先行図のように両磁極が１８０度離れていると、内部磁束線は通常、磁気軸を中心に対称となる。また、内部磁束線が均一で平行の場合は、両磁極を１８０度の位置からずらすことができない。しかし、集束磁場を形成するように磁石を磁化すると、Ｎ極及びＳ極の位置をずらして、両方とも球体磁石の片側半球に寄せることができる。図１８の仮想線Ｈ−Ｈは、両磁極を含有する片側半球を区切る境界線である。
【００６７】
両磁極を片側半球内に寄せることの利点は、磁石連結させると両磁極を含有する半球部分が離脱部材２３Ｈに吸着するように、磁石２０を固着部材２１Hに接合できることである。この状態を図１８に示す。図１８の磁石連結の利点は、図８の磁石連結よりも強力であることである。
【００６８】
前に、離脱部材は一部だけを強磁性体にする必要があるとしつつ、その後の記述では、わかりやすくするために離脱部材全体を強磁性体であるとしたが、強磁性体にする必要があるのは、嵌合穴２４の周辺部分のみである。その目的は、磁束線にマグネティック・サーキットを提供し、球体磁石２０と少なくとも嵌合穴２４周辺の強磁性体部分との間に十分な磁力を発生させることである。離脱部材全体が強磁性体でない場合、球体磁石に対する所望の磁力を得るために必要な強磁性体の量は、実験により求めることができる。
【００６９】
同様に、固着部材２１Ａは非磁性体が望ましいと前述したが、必須条件ではない。つまり、固着部材の球体磁石に近い部分が強磁性体であったとしても、本発明の特性を損なわない程度に磁石連結力が弱まるだけである。
【００７０】
以上の開示により、当業者であれば、本発明を実施し、本発明者が現時点で最良と考える実施形態を提供することが十分できる。本明細書には、本発明の望ましい実施形態を全て完全に開示しているが、本発明は、その特定の構造、立体構成、及び動作に限るものではない。本発明の主旨及び範囲を逸脱せずとも、当業者であれば、種々の修正、代替構成、変更や同等案など、適当な着想を得ることができよう。そのような変更は、また別の材質、部品、構成、サイズ、形状、形式、機能、操作特性などに関わってくるだろう。
【００７１】
従って、以上の記述及び図説は、以下の請求項により定義するところの本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の最も簡単な実施形態の斜視図である。本実施形態には、球体磁石、固着部材、嵌合穴を有する離脱部材がある。
【図２】図２は、図１の装置の断面図である。
【図３】図３は、図１の装置の断面図であり、離脱部材を球体磁石に嵌合した状態を示す。
【図４】図４は、図３の装置の一部分の断面図に、磁束線を書き加えたものである。
【図５】図５は、鉄板に吸着させた普通の円盤磁石の断面図である。
【図６】図６は、図３の装置の断面図に、力のベクトルを書き加えたものである。
【図７】図７は、数種類の磁石連結器の離脱曲線を表にしたものである。
【図８】図８は、本発明の好ましい実施形態の図である。図３の断面図と似ているが、嵌合穴の内周面が整形されている。
【図９】図９は、図３の断面図と似ているが、嵌合穴が完全な円錐体の形状をしている。
【図１０】図１０は、離脱部材がチューブ状のものの断面図である。
【図１１】図１１は、磁気軸に対して垂直に回転する磁石連結器の側面図であり、角度を調節できるのがわかる。
【図１２】図１２は、磁気軸を中心に回転する磁石連結器の側面図であり、角度を調節できるのがわかる。
【図１３】図１３は、非対称形状の嵌合穴を有する離脱部材の平面図である。
【図１４】図１４は、図１３の離脱部材のＡ−Ａ線上に沿う断面図である。
【図１５】図１５は、図１３の離脱部材のＢ−Ｂ線上に沿う断面図である。
【図１６】図１６は、図１３の離脱部材の平面図に、球体磁石を書き加えたものである。
【図１７】図１７は、図３の断面図と似ているが、「ほぼ球体の磁石」の一例を示している。
【図１８】図１８は、図８の断面図と似ているが、両磁極が球体の片側半球内に位置するように磁化された球体磁石を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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