(57)【要約】【課題】永久磁石や電磁石単体の磁束分布はもとより、これらの磁石類を組み込んだ部品の磁束分布を組込んだ状態のままで三次元的に可視化することができ、磁石性能の確認や不具合現象の解明、電磁部品における漏洩磁束の視覚的把握などに用いることができる磁束分布の三次元可視化方法を提供する。【解決手段】透明な熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂の未硬化液中に鉄やニッケルなどの強磁性粉体を分散させた懸濁液中に磁石やコイルなどの被試験体を保持し、強磁性粉体が被試験体に吸着されると共に、吸着されなかった余分の強磁性粉体が沈降して懸濁液が透明化するに十分な時間が経過した後、当該樹脂液を所定温度に保持して硬化させ、強磁性粉体を被試験体の磁束分布に応じた吸着状態に固定する。【選択図】　　　図１
2004093448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な熱硬化性樹脂の未硬化液中に鉄やニッケルなどの強磁性粉体を分散させて成る懸濁液の中に磁石やコイルなどの被試験体を保持し、強磁性粉体が被試験体に吸着されると共に、吸着されない浮遊状態の強磁性粉体が沈降して上記懸濁液が透明化するに十分な時間が経過した後、当該樹脂液を所定温度に保持して硬化させ、強磁性粉体を上記被試験体の磁束分布に基づく吸着状態に固定することを特徴とする磁束分布の三次元可視化方法。
【請求項２】
熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の磁束分布の三次元可視化方法。
【請求項３】
強磁性粉体の平均粒径が３００〜１０μｍの範囲内のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁束分布の三次元可視化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石や電磁石などの磁極から出る磁束（磁力線）の三次元的な分布状態を視覚的に把握することができ、このような磁石本体の性能検査はもとより、モーターや電磁バルブなど、磁石類を組み込んだ部品や半製品の状態での磁束分布や、磁気回路における漏洩磁束などの調査・観察に好適に用いられる磁束分布の三次元可視化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石や電磁石の磁極から、さらには通電状態の電線やコイルなどから発生する磁力線の分布状況の把握は、磁気特性として重要なものであって、従来から、検出プローブなどを用いた測定が磁石や電磁コイルなどの性能検査の一環として適用されている。
また、定性的な磁束分布の可視化方法としては、鉄粉や磁性コロイド粉を磁石などの被試験体の表面に吸着させることが行われ、これら粉末を混濁させた液体等を平板間に挟むことによって、磁気カードなどの着磁パターンを観察できるようにした器具も市販されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような磁石や電磁コイルなどを組み込んだ部品類においては、磁気回路の適否や特定部位における磁束分布状態の把握、不具合現象の解明、あるいはコンピュータによる磁束分布シミュレーション結果の検証などのために、部品全体の三次元的磁束分布を確認したい場合がある。
【０００４】
しかしながら、比較的単純な形状を有する磁石単体での磁束分布や、平面での着磁パターン観察であれば、上記の検出プローブや平面観察器具を使用することができるものの、複雑に組み合わされた実際の部品や閉塞回路を構成する部品においては、測定したい部分に計測プローブを挿入できなかったり、平面観察器具では凹部の状況が観察できなかったりするため、内部状況を把握できないことが多い。また、内部観察のために部品を切断してしまったのでは、切断によって磁束分布が変化してしまうため、実際の組み立て状態における本来の磁束分布状態を把握することができない。
【０００５】
一方、上記のような実部品の磁束分布の把握に比較的有効で、最も簡便な手法としては、磁石や部品などの被試験体に微細な鉄粉を振りかけて、その吸着状態を観察するという従来から行われている方法があるが、この場合には、鉄粉の自重のために、方向によって鉄粉の吸着量や、鉄粉の吸着パターンが変化してしまうために、正確な磁束分布を三次元的に把握することが困難となる。また、モーターや電磁バルブなどのような閉塞型部品に組み込まれている場合には、部品内部に微細鉄粉を入れることができたとしても、吸着状態を部品外部から観察することが難しいという問題点がある。もちろん、内部観察のために部品を切断してしまったのでは、上記したように実際の組み込み状態における磁束分布状態を観察することはできない。
【０００６】
本発明は、磁石や磁石組み込み部品の磁束分布を把握する上での上記のような課題に鑑みてなされたものであって、単体の永久磁石や電磁石における磁束分布はもとより、これらの磁石を組み込んだ各種部品の磁束分布を組込んだ状態のままで三次元的に可視化することができ、磁石性能の確認や不具合現象の解明、電磁部品における漏洩磁束の視覚的把握、さらには複雑な部品の磁束分布シミュレーションにおける結果検証などに用いることができる磁束分布の三次元可視化方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による磁束分布の三次元可視化方法においては、透明な熱硬化性樹脂の未硬化液中に鉄やニッケルなどの強磁性粉体を分散させて成る懸濁液の中に磁石やコイルなどの被試験体を保持し、強磁性粉体が被試験体に吸着されると共に、吸着されない浮遊状態の強磁性粉体が沈降して上記懸濁液が透明化するに十分な時間が経過した後、当該樹脂液を所定温度に保持して硬化させ、強磁性粉体を上記被試験体の磁束分布に基づく吸着状態に固定する構成としたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁束分布の三次元可視化方法について詳細に説明する。
【０００９】
本発明の磁束分布の三次元可視化方法は、基本的には、微細な鉄粉を磁石や磁石類を組み込んだ被試験体に振りかけて、その吸着状態を観察するという古典的な方法と同じ原理によるものであるが、本発明方法においては、鉄粉など強磁性粉体の吸着を樹脂液中で行うことにより粉体の浮力と樹脂液の粘性を利用して重力の影響を極力排除すると共に、上記樹脂液として熱硬化性樹脂液を使用し、強磁性粉体が被試験体に十分に吸着され、かつ吸着されなかった粉体が沈降した状態で樹脂液を硬化させることによって強磁性粉体が被試験体の磁束分布に応じて吸着された形状を固定し、もって三次元磁束分布の視覚的観察を容易なものにするだけでなく、切断による部品（被試験体）の内部観察や任意断面での観察を可能なものとしている。
【００１０】
すなわち、本発明の磁束分布三次元可視化方法においては、先ず、鉄、ニッケル、コバルト、あるいはステンレス鋼（フェライト系、マルテンサイト系ステンレス鋼）などの強磁性体からなる粉末を用意し、これをアクリル樹脂やエポキシ樹脂など、透明な熱硬化性樹脂の未硬化液中に混合し、十分に攪拌することによって分散させ、懸濁液を調整する。
【００１１】
このとき、熱硬化性樹脂としては、上記のようにアクリル樹脂やエポキシ樹脂が使用できるが、硬化時間や硬化温度、粘性などの調整が比較的自由であることから、主剤と硬化剤の２液からなるエポキシ樹脂を使用することが望ましい。なお、当該樹脂は、透明であって内部が見えさえすれば、着色されていても構わない。また、強磁性粉体としては、入手のし易さやコストの観点から、鉄粉あるいはフェライト系ステンレス鋼粉などを好適に使用することができる。
【００１２】
また、上記強磁性粉体の粒度としては、使用する未硬化樹脂液の粘性にもよるが、一般に粗粒に過ぎると樹脂液中に均一に分散させて懸濁液とすることが困難となり、逆に細粒に過ぎると吸着されなかった粉体の沈降速度が遅くなって、硬化後の樹脂の透明度が劣化する傾向があることから、平均粒径で３００〜１０μｍの範囲のもの、好ましくは１５０〜９０μｍ程度の粒径の粉体を使用することが望ましい。
なお、強磁性粉体の樹脂中への添加量については、樹脂総量にもよるが、被試験体による吸着量の全量を予め求めておき、これよりも若干多い（１〜２割増）程度を樹脂液中に混合することが望ましい。すなわち、添加量がこれよりも少ないと、被試験体に十分に吸着させることができなくなって、その磁束分布を正確に可視化することができず、多過ぎると、粉体の沈降が遅くなって樹脂の透明化に時間がかかるだけでなく、余分の粉体が吸着された粉体の上に降り積もることによって磁束分布による吸着パターンが変化してしまう可能性があることによる。
【００１３】
次に、上記のような透明性樹脂液からなる強磁性粉体の懸濁液中に、磁石や磁石類を組み込んだ部品などの被試験体を浸漬する。あるいは、被試験体を適当な大きさ、すなわち、当該被試験体によって形成される磁界の大きさよりも十分に大きい容器内にセットし、この容器内に上記懸濁液を注ぎ入れて攪拌し、調査対象としての被試験体と懸濁液とを十分に接触させる。なお、このとき、電磁石など、通電によって磁界を形成するものについては、通電状態にしておく。
また、組み立て状態のモーターや電磁バルブなど、閉塞型部品の場合には、磁気回路に影響を与えない部分に穿孔して、ここから懸濁液を部品内部に注入し、同様に攪拌し、十分に接触させる。
【００１４】
次いで、懸濁液の注入後、懸濁液中の強磁性粉体が被試験体の周りに十分に供給されて、当該強磁性粉体が被試験体の磁束分布に応じた形状に吸着されるまでの間、懸濁液を十分に混合したのち、被試験体による磁場が及ばない部分に存在する浮遊状態の強磁性粉体が沈降し、当該部分の樹脂液が透明化するまでの間、被試験体と共に懸濁液を静置する。
【００１５】
そして、所定時間が経過し、強磁性粉体が被試験体の磁束分布に基づいて吸着された状態が透明化された樹脂液を通して視認できる状態となったら、これを所定温度に保持して強磁性粉体を含む樹脂液全体を硬化させ、当該粉体を吸着状態のままに固定化する。
【００１６】
このようにして得られた強磁性粉体による吸着パターンは、大気中において鉄粉等の粉体を単に振りかけただけの状態とは異なり、粉体に作用する浮力と樹脂液の粘性の効果によって、樹脂液中においてはほとんど無重力に近い状態となっていることから、粉体自身の重さによる変形がほとんどなく、実際の磁束分布に極めて近似した三次元状態を示しているものと考えられる。また、被試験体の磁力が及ばずに吸着パターンの形成に預からなかった浮遊状態の粉体は、吸着後の静置の間に沈降することによって、吸着パターンが形成されている部分以外の樹脂が実質的に透明状態となっていることから、硬化した樹脂の外部から被試験体による強磁性粉体の吸着パターン、すなわち磁束の三次元分布状態を容易に目視観察できることになる。
【００１７】
また、被試験体による強磁性粉体の吸着パターンが熱硬化性樹脂を硬化させることによって固定されているので、磁石などの被試験体を取り外したとしても、あるいは切断したとしても変化することはなく、切断前の磁束分布状態を観察することができる。
したがって、得られた強磁性粉体の吸着パターンを硬化した樹脂と共に任意の部位で切断することによって、閉塞型部品内部の磁束分布や、部品外部であっても入り隅部や狭隘部などの観察し難い部位における磁束分布、さらには特定断面における二次元的な磁束分布を把握することができる。
【００１８】
また、上記のような、マクロ的、定性的な観察のみならず、切断面を光学顕微鏡によって拡大観察することによって、従来は知り得なかった部品の隅部や狭隘部における漏洩磁束の分布状態を詳細に把握することができ、さらには、画像処理装置にかけることによって、相対的な定量解析にも対応することができるようになる。
【００１９】
さらに、種々の形状の磁石やコイル、電磁部品などによる強磁性粉体の吸着パターンを各種作成しておくことにより、電磁気理論の教材、モデルとしても利用することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２１】
平均粒径が１５０〜９０μｍの範囲の電解鉄粉１８ｇを２液型のエポキシ樹脂主剤１０００ｍｌ中に、３００ｍｌの硬化剤と共に混合し、攪拌して分散させることによって、エポキシ樹脂の鉄粉懸濁液を調整した。
【００２２】
一方、１００ｍｍ×１２０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさを有する非磁性材容器（透明樹脂製容器）のほぼ中央に、約２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの矩形形状をなす希土類−鉄系異方性磁石を含む部品（被試験体）を保持固定し、当該容器中に上記によって得られたエポキシ樹脂の鉄粉懸濁液の液温を４８〜５２℃に保持したものを所定量注型し、この温度を保ちながら、約５分間攪拌混合後、減圧脱泡を約３分間施した。
【００２３】
そして、混合・脱泡を中止し、上記温度に約３〜５分間静置した時点で磁石に吸着されなかった鉄粉が概ね沈降することによって磁束分布以外の外側部分の樹脂液が透明化し始め、さらに１０〜２０分程度静置することによって、鉄粉が吸着されている部位以外の樹脂部分がほぼ透明化し、上記磁石による鉄粉の吸着パターンが容器外からもはっきりと目視できるようになった時点で、容器全体を３０〜３５℃に保持し、この状態で約１２時間、エポキシ樹脂を完全硬化させ、鉄粉を吸着状態のまま包埋固定した。
【００２４】
そして、樹脂が硬化した後、容器から取り出し、外周面を研磨することによって、内部に上記鉄粉が磁石の磁束分布に応じた三次元形状に吸着された状態に固定された矩形樹脂試料が得られた。
【００２５】
図１は、上記樹脂試料の外観を示す写真であって、被試験体による鉄粉の吸着パターンをはっきりと視認することができ、磁石や磁石類を備えた部品の性能検査、例えば新規材料や部品の開発過程における評価手法としての利用はもとより、製造工程におけるロット検査や抜き取り検査に適用できることが確認され、新製品開発のスピードアップ、あるいは製品品質の安定化に寄与するものと考えられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁束分布の三次元可視化方法は、透明な熱硬化性樹脂の未硬化液中に鉄やニッケルなどの強磁性粉体を分散させた懸濁液中に磁石やコイルなどの被試験体を保持し、強磁性粉体が被試験体に吸着されると共に、吸着されない浮遊状態の強磁性粉体が沈降して懸濁液が透明化するに十分な時間が経過した時点で、上記樹脂液を所定温度に保持して硬化させ、強磁性粉体を被試験体の磁束分布に応じた吸着状態に固定するようにするものであるから、樹脂液中おける強磁性粉体の浮力と樹脂液の粘性によって重力の影響をほとんど排除することができると共に、上記樹脂液として熱硬化性樹脂液を使用し、強磁性粉体が被試験体に吸着され、且つ余分の粉体が沈降して周囲の樹脂液が透明化した状態で、硬化させることによって強磁性粉体が被試験体の磁束分布に応じて吸着された形状に固着することができ、三次元磁束分布の視覚的観察が容易になると共に、粉体の吸着パターンが樹脂で固定されているので、任意断面で切断してもパターンが変わらず、閉塞型部品内部の磁束分布や、入り隅部や狭隘部といった観察し難い部位における磁束分布、さらには特定断面における磁束分布をも容易に観察することができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００２７】
したがって、単体の永久磁石や電磁石における磁束分布は言うに及ばず、これらの磁石を組み込んだ部品の磁束分布を組込んだ状態のままで三次元的に可視化することができ、磁石性能の確認や不具合現象の解明、電磁部品における漏洩磁束の視覚的把握、磁束分布シミュレーションにおける結果検証などに用いることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によって磁石に吸着した強磁性鉄粉を熱硬化性樹脂中に固定し、磁石の磁束分布を三次元的に可視化した状態を示す外観写真である。
【図１】
2004093448.tif 000003