(57)【要約】【課題】漏れ磁場を解消すると共に、回転トルクの伝達効率を向上させた非接触電磁動力伝達用磁石を提供する。【解決手段】永久磁石を構成する磁性粉の磁化容易軸１が作用面２から磁石内部を通り、再び作用面２に戻ってくるように配向同時着磁した異方性永久磁石２個を、その作用面２を対向させ且つ適宜間隔を置いて配設する。この構成によれば漏れ磁場がなく、一方の磁石を回転すれば、他方の磁石に回転または往復運動の動力として効率よく且つ非接触で伝達することが可能となる。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を構成する磁性粉の磁化容易軸が作用面から磁石内部を通り、再び作用面に戻ってくるように配向同時着磁、又は配向同時着磁と同様のパターンで再着磁、又は同様パターンでの逆磁場再着磁した異方性永久磁石２個を適宜間隔を置いて対向させて配置したことを特徴とする非接触電磁動力伝達用磁石。
【請求項２】
磁石形状と作用面が円盤状、円環状、球面状、又は円筒状である請求項１記載の非接触電磁動力伝達用磁石。
【請求項３】
異方性永久磁石が磁性粉３５〜７５ｖｏｌ％と６５〜２５ｖｏｌ％の合成樹脂とからなる請求項１又は２記載の非接触電磁動力伝達用磁石。
【請求項４】
合成樹脂が、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、液晶樹脂、ゴム、エラストマーから選ばれる少なくとも１種である請求項３記載の非接触電磁動力伝達用磁石。
【請求項５】
異方性永久磁石が、射出成形により得られたものである請求項３又は４記載の非接触電磁動力伝達用磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回転運動又は往復運動等の動力を非接触で伝達する非接触電磁動力伝達用磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石２個を適宜間隔を置いて対向させ、動力伝達用として適用された卑近な製品としては遠心式ポンプがあげられる。この種のポンプでは、駆動力となるモータは、水密性の隔壁を介してポンプ側とは完全に分離され且つ防水されていて、その駆動力の伝達は、ポンプとモータとが対向するそれぞれの軸間端部に円盤状の永久磁石を取付け、モータ側からポンプ側への回転トルクは非接触で伝達されるいわゆる磁気結合によって行うものである。
【０００３】
その具体的な一例としては、特開平１０−１２２１７６号公報に記載されているように、モータ駆動軸に装着した第一の磁石と、ポンプ室内に内蔵した第二の磁石を有するインペラーと、第一の磁石とインペラーとの間に位置する隔壁とを有し、第一の磁石をプラスチックマグネット材で構成した電動ポンプがある。
【０００４】
これら電動ポンプ等に装着される従来の磁石は、一般に、等方性磁石又はアキシャル（厚み）配向磁石が採用されている。このアキシャル（厚み）配向形磁石の基本的な磁気回路は、図１０に示したように、上下に配設した強磁性体２８及び２９の間にキャビティ３０を狭設するように構成してなる。
そして、この構成による磁気回路からは、図１１に示すように磁化容易軸３１がアキシャル（厚み）配向の磁石３２がえられ、この磁石３２を対向させて用いた場合には、図１２に示したように、その周囲には漏れ磁場３３が多く形成されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のポンプに利用される永久磁石の中、等方性磁石は安価ではあるが磁気特性が低く、またアキシャル（厚み）配向磁石は、等方性磁石に比べれば磁気特性は優れてはいるものの、図１２に示すように、漏れ磁場が多く、従ってモータからポンプへの回転トルクは効率良く伝達されずに小さなものとならざるを得ない。
【０００６】
また、回転トルクの伝達効率をアップする改善策としては、磁石に軟磁性ヨークを貼着して漏れ磁場を減少させる手段もあるが、組立に手間を要するばかりでなく、長期間使用しているうちに軟磁性ヨークが剥離してきて、その結果、トルクの伝達が不十分又は不可能になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑み、磁石そのものの特性を改善することによって漏れ磁場を解消することにより、磁気結合の動力伝達における回転トルクを一層向上させると共に、これまでのヨークを不要にし、ヨーク取り付けの手間やヨークが剥離するといった問題を解消し、耐久性に優れた非接触電磁動力伝達用磁石を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１は、永久磁石を構成する磁性粉の磁化容易軸が作用面から磁石内部を通り、再び作用面に戻ってくるように配向同時着磁、又は配向同時着磁と同様のパターンで再着磁、又は同様パターンでの逆磁場再着磁した異方性永久磁石２個を適宜間隔を置いて対向させて配置したことを特徴とする非接触電磁動力伝達用磁石を内容とする（請求項１）。
【０００９】
好ましい態様としての請求項２は、磁石形状と作用面が円盤状、円環状、球面状、又は円筒状である請求項１記載の非接触電磁動力伝達用磁石である。
【００１０】
好ましい態様としての請求項３は、異方性永久磁石が磁性粉と合成樹脂とからなる請求項１又は２記載の非接触電磁動力伝達用磁石である。
【００１１】
好ましい態様としての請求項４は、合成樹脂が、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、液晶樹脂、ゴム、エラストマーから選ばれる少なくとも１種である請求項３記載の非接触電磁動力伝達用磁石である。
【００１２】
好ましい態様としての請求項５は、異方性永久磁石が、射出成形により得られたものである請求項３又は４記載の非接触電磁動力伝達用磁石である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明における異方性永久磁石は、焼結磁石、合成樹脂磁石のいずれでもよいが、反りやひび割れが発生せず、例えば、組立作業中に誤って落下させても割れや欠けが発生せず、また成形性に富む点で合成樹脂磁石が好ましい。
【００１４】
本発明に用いられる磁性粉としては、フエライト系磁性粉、アルニコ系磁性粉及びサマリウム−コバルト系磁性粉やネオジム−鉄−ボロン系磁性粉、サマリウム−鉄−窒素系磁性粉等の希土類元素を含む磁性粉など、従来公知のものいずれもが使用でき、その平均粒子径については、通常、フエライト系では０．５〜２．０μｍ程度、その他のものでは２〜５０μｍ程度が利用される。
【００１５】
本発明に用いられるバインダーとしての合成樹脂についても、従来公知のものいずれもが使用できる。その代表例を示すと、ポリアミド６、ポリアミド１２、ポリアミド６６、芳香環を含む芳香族ポリアミドなどのポリアミド系樹脂；ポリ塩化ビニル樹脂，塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンなどを単独又は共重合したポリオレフィン系樹脂；ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂（デュポン社の商品名「ハイパロン」）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、液晶樹脂、エポキシ系樹脂，フエノール系樹脂等；イソプレン、ネオプレン、スチレンブタジエン、ブタジエン、アクリロニトリルブタジエンなどのゴム；オレフィン系エチレン−プロピレン−ジエン−メチレン（ＥＰＤＭ）、ウレタン系、ポリエステル系などののエラストマー等が使用できる。これらは単独で又は必要により２種以上混合して用いられる。これらの中で、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＰＰＳ樹脂、液晶樹脂、エラストマーが好ましい。
【００１６】
磁性粉とバインダーとしての合成樹脂との配合割合は、磁性粉が３５〜７５ｖｏｌ％、合成樹脂が６５〜２５ｖｏｌ％の範囲であり、好ましくは６０〜７２ｖｏｌ％である。磁性粉が３５ｖｏｌ％未満では吸着力が不十分で、一方、７５ｖｏｌ％を越えると溶融粘度が高くなり射出成形が困難となり、また射出成形できたとしても、ひび割れが発生したり、非接触電磁動力伝達用磁石として繰り返し使用している間に割れるというトラブルが発生し易くなる。
なお、その他にも、従来から常用される可塑剤や抗酸化剤、表面処理剤などを目的に応じて使用できることはいうまでもない。
【００１７】
本発明の異方性永久磁石を射出成形により製造する際の基本的磁気回路を図７に示す。図に示したように、非磁性体４の中にキャビティ５を形成し、このキャビティ５の一方側で且つ磁石の作用面となる側に、永久磁石６、強磁性体７を順次配設して構成している。そして、このように構成した磁気回路によって、磁性粉の磁化容易軸が作用面から磁石内部を通り、再び作用面に戻ってくるように配向した異方性永久磁石が形成される。
【００１８】
本発明の異方性永久磁石は、上記射出成形の他、圧縮成形、押出成形等により得られるが、特に射出成形により良好な永久磁石が得られる。
圧縮成形は磁性粉により成形できない場合があり、例えば、平均粒径が１〜５μｍ程度の粒径の小さいフェライトやＳｍＦｅＮ系の磁性粉は、特に薄物の磁石を得る場合、グリーン成形時にブリッジを起こしキャビティ内にスムーズに導入されず、所謂充填不良を起こす場合がある。その結果、製品に空隙が発生し、機械的強度が不良となり、誤って落下させたような場合に、破損し易くなる傾向がある。
【００１９】
また、押出成形は、押出し直後に形状を保持させるため粘度を高く設定する必要があり、また配向磁場の印加時間が短いために配向度が上がらず、その結果、磁気特性の高い製品が得られ難い場合がある。従って、押出し速度を極端に遅くして磁場配向時間を長くする必要がある。
【００２０】
一方、射出成形は、キャビティ充填時の粘度が低く、冷却固化するまでの磁場印加時間、即ち、配向時間を十分に確保できるので、低コストで品質の良好な永久磁石を得ることができるので特に好適である。反応射出成形（ＲＩＭ）は特別な成形システムが必要となるが、射出成形の長所を兼ね備えた成形方法として使用することができる。
【００２１】
磁場配向励磁方法は、既に知られた永久磁石方式と電磁石方式が使用できる。希土類系の磁性粉を用いた場合は、印加磁場が大きく期待できる電磁石方式が有利であるが、フェライト系の場合は、永久磁石使用の方が金型をコンパクトにできる利点がある。
磁場配向励磁用の永久磁石としては、既に知られたネオジム−鉄−ボロン系焼結磁石、サマリウム−コバルト系焼結磁石が好適に使用できる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の非接触電磁動力伝達用磁石の実施例を図面に基ずいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されないことはいうまでもない。
【００２３】
図１は、永久磁石を構成する磁性粉の磁化容易軸１が作用面２から磁石内部を通り、再び作用面２に戻ってくるように配向同時着磁した非接触電磁動力伝達用磁石に使われる異方性永久磁石３を示した断面図であり、また、図２は、２個の異方性永久磁石３を適宜間隔を置き、且つその作用面２、２を対向させて配置した場合の磁場の様子を示した断面図、図３は図２の異方性永久磁石３の磁極数を４つにした場合を示す平面図である。
【００２４】
この磁石の具体的な適用方法については後述するが、異方性永久磁石２個をこのように適宜間隔を置き、且つその作用面を対向させて非接触の動力伝達用磁石として用いた場合には、図２に示す如く漏れ磁場が解消され、効率良くその動力を伝達することが可能となる。
また、２個の磁石の作用面を対向させて使う場合の磁石の形状は、図２に示した円盤状のもの以外に、円環状、球面状、円筒状にすることも可能であり、これらの磁石を用いる際の磁石形状の基本形態を図４〜図６に示す。なお、図５、図６に示した球面状、円筒状の磁石の場合には、遊嵌状態の一対の形を変えずに利用される。
【００２５】
また、本発明の磁気特性を向上させた異方性永久磁石は、２個セットにして非接触の電磁結合で動力伝達用として用いられ、また、動力伝達の種類としては、従来のポンプに利用されていたように、一方の磁石から対向する他方の磁石に回転トルクを伝えることができること以外に、磁石の同極同士が対向したときに生起する反発力と異極同士が対向した時に生起する吸引力とを交互に利用して往復運動に必要な動力を発生することもできる。
【００２６】
さらにまた、この形態の磁石の極数は、前述したような４極に限定されることはなく、２〜１６極の範囲が好適であり、極数が少ないほど磁石の吸引力（反発力）が大きく、従って回転運動の動力伝達の際は脱調しにくく、また、往復運動の動力として利用する場合のストロークは長くとれるという特徴がある反面、どちらの運動の場合も追従性（アソビ）が低下する傾向にある。逆に、磁石の極数が多いほど磁石の吸引力（反発力）が小さくなるが、追従性（アソビ）が良くなるという特徴がある反面、回転運動の動力伝達の際は脱調し易くなり、また往復運動の動力として利用する場合のストロークは小さくなるという特徴がある。いずれにしても、磁石の極数を２極〜１６極の間にすれば、脱調性、ストローク等は実用的範囲を逸脱することなく利用することができる。
【００２７】
応用例１
本発明の異方性永久磁石を利用した応用例１を以下に説明する。図８は、本発明の異方性永久磁石３を遠心力ポンプに応用した例であり、ここでは磁石の形状として円盤状の磁石を適用した形態について述べる。
【００２８】
図８に示したように、モータ側ケーシング８には、モータ１１が装着され、続いて、このモータ１１の出力軸１０に駆動磁石９が固着される。また、ポンプ側ケーシング１２には、インペラ１３と一体的に回転する従動磁石１４が両端の軸受１５、１６に支持されて収容される。この上で、モータ側ケーシング８と、吸込口１７と吐出口１８を有するポンプ側ケーシング１２とは、気密用のＯリング１９と非磁性の隔壁板２０を間に挟んで結合される。
【００２９】
隔壁板２０を介して配設された駆動磁石９及び従動磁石１４の作用面は、図２に示したように互いに対向するように配設されるので、これら２個の駆動磁石９と従動磁石１４とは常時互いに吸引している状態になり、従って、従動磁石１４のセンターに設けられている円弧状の先端軸２１は、隔壁板２０の中央に設けられた耐摩耗性のプレート軸受１５に常時押しつけられている。
【００３０】
このような構成によって、モータ１１が回転すれば駆動磁石９の回転に追随して、インペラ１３と一体の従動磁石１４が回転しポンプとして機能し、液体は吸込口１７から引き込まれ、吐出口１８から排出される。本発明は前述したように漏れ磁場がないので十分な回転トルクが得られ、また、これまでのように磁石にヨーク（図示せず）を貼着して取り付ける必要もなく、従って、ヨークの取り付けの手間も不要で、またヨークが剥がれるといったトラブルもなく、耐久性に優れた高効率のポンプを提供することが可能となる。
【００３１】
応用例２
次に、本発明の異方性永久磁石を利用した応用例２について説明する。前述の応用例１では駆動側の回転に追従し、同様に回転して機能する遠心力ポンプについて説明した。本応用例２では駆動側の回転に追従し、駆動側の回転運動を往復運動に変換する機構原理について説明する。
【００３２】
図９に示したように、モータ１１の出力軸１０には本発明の異方性永久磁石である駆動磁石９が作用面を外方に向けて固着され、これに対向して吸引ストッパー２２、反発ストッパー２３を有すると共に、端部に従動磁石１４を固定した摺動軸２４がベース軸受２５に摺動自在に嵌挿されている。また、従動磁石１４の略外周部に固定された回転止めロッド２６も同様にロッド用軸受２７に摺動自在に嵌挿されている。
【００３３】
なお、摺動軸２４及びこれと嵌合するベース軸受２５の断面を非円形断面にした場合、あるいは、摺動軸２４及びこれと嵌合するベース軸受２５の長手方向に互いに嵌合して摺動する凹溝、凸条を形成した場合には、摺動軸２４は回転しなくなるので、回転止めロッド２６は不要になる。また、駆動磁石９と従動磁石１４の間に隔壁板（図示せず）を設けることもできる。
【００３４】
この構成によれば、駆動磁石９が回転し、その作用面の磁極が対向する従動磁石１４と同極の時は、反発力が作用して従動磁石１４は左側へ、また、反対極の時は吸引しあい従動磁石１４は右側へ、反発ストッパー２３、吸引ストッパー２２のそれぞれがベース軸受２５の端面に当接するまで交互に往復運動する。このように、極めてシンプルな構成で、モータ１１の回転動力を往復運動の動力に変換することが可能となる。
【００３５】
回転運動を往復運動に変換するものとしては、他にスライダークランク機構などがあるが、本応用例のものは同じ大きさでも磁石の形状を変えたり、磁石の極数を変えたり、また着磁形態等を変えたりすることにより、豊富なバリエーションが得られるので、その応用範囲は極めて広いという特徴がある。そして、例えば、この往復運動によって得られる動力を人工心臓用脈動ポンプ等の医療用ポンプにも応用することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
叙上のように、本発明の非接触電磁動力伝達用磁石は、磁化容易軸の配向を工夫したことにより漏れ磁場が解消され、したがって、磁石にヨークを取り付けなくとも十分な回転トルクが得られるようになり、これによって耐久性に優れた電磁結合方式の高効率ポンプを提供することが可能となる。
【００３７】
また、磁石の同極同士を対向させるときに生起する反発力、また異極同士が対向した時に生起する吸引力を利用して回転運動を往復運動に変換することもできるので、これを利用してたとえば脈動ポンプの動力源として利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石の磁化容易軸を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石２個を適宜間隔を置いて対向させて配置した状態を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石が４極の形態を模式的に示した平面図である。
【図４】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石が円環状の形態を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石が球面状の形態を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石が円筒状の形態を模式的に示した断面図である。
【図７】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石の磁気回路を模式的に示した断面図である。
【図８】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石を遠心力ポンプに適用した形態の断面図である。
【図９】本発明の非接触電磁動力伝達用磁石を利用して回転運動を往復運動に変換する機構原理を示した側断面図である。
【図１０】従来のアキシャル配向磁石の磁気回路を模式的に示した断面図である。
【図１１】従来のアキシャル配向磁石の磁化容易軸を模式的に示した断面図である。
【図１２】従来のアキシャル配向磁石を２個対向して配置した場合の漏れ磁場を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１　磁化容易軸
２　作用面
３　異方性永久磁石
４　非磁性体
５　キャビティ
６　永久磁石
７　強磁性体
８　モータ側ケーシング
９　駆動磁石
１０　出力軸
１１　モータ
１２　ポンプ側ケーシング
１３　インペラ
１４　従動磁石
１５　プレート軸受
１６　軸受
１７　吸込口
１８　吐出口
１９　Ｏリング
２０　隔壁板
２１　先端軸
２２　吸引ストッパー
２３　反発ストッパー
２４　摺動軸
２５　ベース軸受
２６　回転止めロッド
２７　ロッド用軸受
２８　強磁性体
２９　強磁性体
３０　キャビティ
３１　磁化容易軸
３２　磁石
３３　洩れ磁場
【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】
2004022925.tif 000012
【図１１】
2004022925.tif 000013
【図１２】
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