(57)【要約】従来技術では困難であった、真の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体の集合体を配向する手段、３つの磁化率がそれぞれ異なる物体のそれぞれの磁比率の方向へ配向させる手段、物体が鏡像体等の形状の異なる物体を分離する手段を提供することにある。本発明は、物体の集合体に時間的変動外部磁場を印加することにより、物体の配向や分離を行うことを特徴とし、時間的変動外部磁場には、逐次磁場、回転磁場およびそれらの組み合わせがある。
2004030807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの磁化率χ１、χ２、χ３が異なる、またはそのうちの２つが等しい物体からなる集合体に、時間的に変動する外部磁場（時間変動外部磁場）を印加することにより、該物体にその磁気的性質および形状に固有の運動を生じさせて、物体を特定の方向に配向させることを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項において、χ１＜χ２＜χ３＜０、またはχ１＜χ２＝χ３＜０である異なる反磁性磁化率を有する物体の集合体に対して、時間変動外部磁場を印加することにより、反磁性磁化率の絶対値の一番大きい方向、即ちχ１方向に一軸配向させることを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項において、物体に時間的変動外部磁場を印加した後、さらに固定磁場を印加することによって、物体の３つの磁化率χ１、χ２、χ３のそれぞれの方向が、前記集合体を構成する各々の物体について、特定の方向を向いている磁場配向体（精密配向体）を製造することを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項４】
３つの磁化率χ１、χ２、χ３が異なる、またはそのうちの２つが等しい物体の集合体が、形状の異なる複数の物体の混合体であって、該混合体に時間的に変動する外部磁場（時間変動外部磁場）を印加することにより、該混合体に、その磁気的性質および形状に固有の運動を生じさせて、それぞれの物体を特定の方向に移動させて分離することを特徴とする物体の分離方法。
【請求項５】
請求の範囲第４項の前記物体の混合体が、互いに鏡像の関係にある物体の混合体であることを特徴とする物体の分離方法。
【請求項６】
請求の範囲第１項または第４項の時間変動外部磁場が、方向の異なる複数の外部磁場からなり、所定の時間間隔で交互に逐次的に印加するものであることを特徴とする時間的変動外部磁場の印加方法。
【請求項７】
請求の範囲第１項または第４項の時間変動外部磁場が、平面状で回転する磁場であることを特徴とする時間的変動外部磁場の印加方法。
【請求項８】
請求の範囲第１項または第４項の時間変動外部磁場が、固定された磁場に対して前記物体を運動させることにより発生するものであることを特徴とする時間的変動外部磁場の印加方法。
【請求項９】
請求の範囲第１項または第４項の時間変動外部磁場が、逐次磁場、回転磁場、および固定磁場のうちの少なくとも２つの外部磁場の組み合わせであることを特徴とする時間的変動外部磁場の印加方法。
【請求項１０】
請求の範囲第１項における前記物体の集合体が、懸濁媒体に分散している被懸濁体であることを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項の懸濁媒体を固化または除去することにより、被懸濁体の配向を固定することを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１項における前記物体が、高分子液晶または低分子液晶であることを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１項における前記物体が、高分子または低分子溶液からキャストや凝固、あるいは溶融状態から冷却する過程、または、結晶を溶融あるいは溶解する過程において生じた会合体、微結晶であることを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項において生じた磁場配向を、キャスト、凝固あるいは溶融状態から冷却過程を完了することにより成型体、シート、フィルム、薄膜中において、配向を固定させることを特徴とする磁場配向体の製造方法。
【請求項１５】
請求の範囲第４項における前記混合物体が、懸濁媒体に分散している被懸濁体であることを特徴とする物体の分離方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１５項の前記懸濁媒体を固化または除去することにより、前記被懸濁体中に存在する分離された個々の物体を固定することを特徴とする物体の分離方法。
【請求項１７】
請求の範囲第４項における前記混合物体が、高分子液晶または低分子液晶であることを特徴とする物体の分離方法。
【請求項１８】
χ１＜χ２＜χ３＜０、または、χ１＜χ２＝χ３＜０である異なる反磁性磁化を有する物体の集合体が、時間的に変動する外部磁場（時間変動外部磁場）が印加されたことにより、反磁性磁化率の絶対値の一番大きい方向、即ち、χ１方向、に一軸配向していることを特徴とする磁場配向体。
【請求項１９】
物体の３つの磁化率χ１、χ２、χ３のそれぞれの方向が、それぞれ特定方向を向いている物体の集合体からなることを特徴とする磁場配向体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、物体の集合体に磁場を印加することにより配向した磁場配向体およびその製造方法および物体の分離方法に関し、特に、物体の集合体に時間的に変動する外部磁場を印加することにより、通常の一定外部磁場の印加では得ることのできない配向を有する磁場配向体およびその製造方法および物体の分離方法に関する。
【背景技術】  近年、物体の集合体に配向を賦与手段として、磁場が盛んに用いるようになってきた。特に注目されているのが、磁場配向による手段によって材料の特定方向の強度をアップしたり（特開２００２−１４６０６３号）、特定方向の熱伝導度を高めること（特開２００２−８０６１７号、木村恒久、「未来材料」、株式会社エヌ・ティー・エス、平成１４年、第２巻、第８号、ｐ．２０−２６）などに使用されている。
繊維や六方晶結晶のように一軸対称な物体（繊維軸、または形状異方軸方向を方向１、それに直交する方向を各々、方向２、方向３とする）においては、磁化率は方向１（χ１）と方向２（χ２）、方向３（χ３＝χ２）とで異なる。従来の磁場配向においては、χ３＝χ２＜χ１＜０である反磁性物体（以下、正の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体、またはχａ＝χ１−χ２＝χ１−χ３＞０の物体）、例えば、カーボンファイバーの短繊維は、液体に懸濁した状態で一定外部磁場を印加することにより、ランダムな方向を向いていた繊維軸をすべて磁場に平行に一軸配向させることができた（木村恒久、他１名、「Ｌａｎｇｍｕｉｒ」、アメリカ化学会、２０００年、第１６巻、ｐ．８５８−８６１、米国）。すなわち磁化率の最も大きい方向（反磁性体の場合には、磁化率の絶対値が最も小さい方向に同じ）に、χ１方向（繊維軸方向）を一軸配向させることができる。それらを図で具体的に説明すると、第１１図の磁場を印加しない場合には、ランダムに配向していた物体の集合体に、ｚ軸方向に磁場Ｂを印加することにより、χａ＞０の物体では、磁場方向に一軸配向した物体の集合体が得られる（ａ図）。しかし、χ１＜χ２＝χ３＜０である物体（以下、負の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体、またはχａ＝χ１−χ２＝χ１−χ３＜０の物体）、例えばポリエチレンの短繊維では、液体に懸濁した状態で一定外部磁場を印加すると、ランダムな方向を向いていた繊維軸は、磁場に垂直な面上に並ぶが、この面上での一軸配向は得られずランダムであった（第１１図のｂ図）。
結晶においては、３つの反磁性磁化率χ１、χ２、χ３が全て異なる結晶系がある（単斜晶など）。例えば、χ１＜χ２＜χ３＜０、即ちχａ＝χ１−χ２＜χ１−χ３＜０なる結晶が、χ１方向に細長い針状結晶である場合には、ポリエチレン繊維と同様なことが起こる。即ち、この結晶に一定外部磁場を印加しても、針状結晶を一軸配向させることができない。ましてや、３つの磁化率の方向を所定の方向に揃えることは全く不可能であった。しかし、物体の集合体全体として３つの磁化率の方向を揃えることができれば、物体の集合体全体が一つの結晶と同じ磁気的性質をもち、そのものの磁気的、電気的、熱的性質は、一つの結晶に近似した性質を持つことになり、大変価値のある物体となり、そのような物体の実現が望まれていた。
反磁性ないしは常磁性物体の分離には、磁場が用いられる場合がある（特開２００２−８６０１５号公報、特開２００２−５９０２６号公報）。磁場勾配下において、液体に懸濁した物体に働く磁気力、重力、および浮力が、物体の密度、磁化率により異なることを利用して、物体を異なる位置に浮揚させることにより分離する方法である。この方法では、分離に物体の密度、磁化率は反映されるが、物体のサイズや形状の相違は反映されず、これらの特性に基づく分離はできない。ましてや、形状が互いに鏡像関係にある物体については、分離は全く不可能である。
【発明の開示】
本発明は、上記従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、物体の集合体を効率的に配向させることにある。特に反磁性物体に対して、従来の配向技術では、一軸配向させ得なかった負の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体も、目的とする方向へ一軸配向を持たせることができる手段を提供することにある。また、従来の一定磁場下では不可能であった、３つの磁化率が異なる物体の集合体を、それぞれの磁化率の方向である３軸方向に精密配向を実現させ、集合体全体を一つの結晶のような磁気的性質を持たせることにある。さらに、形状の異なる物体、特に形状が鏡像体である物体の混合体の分離を可能ならしめる手段を提供することにある。
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、磁場配向体を製造することに関しては、以下の事項を特徴とする。本発明は３つの磁化率χ１、χ２、χ３が異なる、またはそのうちの２つが等しい物体からなる集合体に、時間的に変動する外部磁場（時間変動外部磁場）を印加することにより、その物体にその磁気的性質および形状に固有の運動を生じさせて、物体を特定の方向に配向させることに関する。また本発明は、χ１＜χ２＜χ３＜０、またはχ１＜χ２＝χ３＜０である異なる反磁性磁化率を有する物体の集合体に対して、時間変動外部磁場を印加することにより、反磁性磁化率の絶対値の一番大きい方向、即ちχ１方向に一軸配向させることに関する。また本発明は、物体に時間的変動外部磁場を印加した後、さらに固定磁場を印加することにより、物体の３つの磁化率χ１、χ２、χ３のそれぞれの方向が、前記集合体を構成する各々の物体について、特定の方向を向いている磁場配向体（精密配向体）を製造することに関する。また本発明は、上記物体の集合体が、懸濁媒体に分散している被懸濁体であることにより磁場配向体の製造に関する。また本発明は、上記の懸濁媒体を固化または除去することにより、被懸濁体の配向を固定することに関する。また本発明は、上記物体が、高分子液晶または低分子液晶であることにより磁場配向体の製造方法に関する。また本発明は、上記物体が、高分子または低分子溶液からキャストや凝固、あるいは溶融状態から冷却する過程、または、結晶を溶融あるいは溶解する過程において生じた会合体、微結晶であることによる磁場配向体の製造方法に関する。さらに本発明は、上述の高分子又は低分子において生じた磁場配向を、キャスト、凝固あるいは溶融状態から冷却過程を完了することにより成型体、シート、フィルム、薄膜中において、配向を固定させることに関する。
また、本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、物体の集合体の磁場配向体に関して、以下の事項を特徴とする。本発明は、χ１＜χ２＜χ３＜０、または、χ１＜χ２＝χ３＜０である異なる反磁性磁化率を有する物体の集合体が、時間的に変動する外部磁場（時間変動外部磁場）が印加されたことにより、反磁性磁化率の絶対値の一番大きい方向、即ちχ１方向に一軸配向している磁場配向体に関する。さらに本発明は、物体の３つの磁化率χ１、χ２、χ３のそれぞれの方向が、それぞれ特定の方向を向いている物体の集合体からなる磁場配向体に関する。
また、本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、物体の混合物の分離方法に関して、以下の事項を特徴とする。本発明は、３つの磁化率χ１、χ２、χ３が異なる、またはそのうちの２つが等しい物体の集合体が、形状の異なる複数の物体の混合体であって、該混合体に時間的に変動する外部磁場（時間変動外部磁場）を印加することにより、その混合体に、その磁気的性質および形状に固有の運動を生じさせて、それぞれの物体を特定の方向に移動させて分離することに関する。また本発明は、上記物体の混合体が、互いに鏡像の関係にある物体の混合体を分離することに関する。また本発明は、上記の混合物体が、懸濁媒体に分散している被懸濁体を分離することに関する。また本発明は、上記懸濁媒体を固化または除去することにより、前記被懸濁体中に存在する分離された個々の物体を固定することに関する。さらに本発明は、上記混合物体が、高分子液晶または低分子液晶であり、それらを形状により分離することに関する。
また、本発明は上記の磁場配向体やその製造方法および物体の混合体の分離に有効な磁場の印加方法を提供するものであって、以下の事項を特徴とする。本発明は、上記の磁場配向体の製造方法や混合物の分離における時間変動外部磁場が、方向の異なる複数の外部磁場からなり、所定の時間間隔で交互に逐次的に印加するものであることに関する（逐次磁場）。また本発明は、上記の磁場配向体の製造方法や混合物の分離における時間変動外部磁場が、平面状で回転する磁場により印加することに関する（回転磁場）。さらに本発明は、上記の時間変動外部磁場が、固定された磁場に対して物体を運動させることにより発生するものであることに関する。さらに本発明は、上述の時間変動外部磁場が、逐次磁場、回転磁場、および固定磁場のうちの少なくとも２つの外部磁場の組み合わせにより印加するものであることに関する（組み合わせ磁場）。
本発明は、物体の集合体に磁場を印加することによって、その集合体の配向や分離を行うことを特徴とする。物体は、大きな結晶のように、単独で存在する場合もあるが、本発明では、物体の集合体を対象とし、それらの集合体としての向きを一定の方向に配列させたり、物体が形状等の異なるものの集合である場合に、それらを分離することを目的とする。物体には、常磁性体および反磁性体を含み、それらの磁気的性質を利用する。なお、常磁性とは、磁場を印加すると、磁場の方向に磁化される磁性をいい、反磁性とは、磁場を印加すると、磁場と反対方向に磁化される磁性をいい、いずれも磁場を取り除くと可逆的に消失する。磁化率とは、磁化Ｍと磁場Ｈとの関係Ｍ＝χＨを表すχをいう。等方的物体では、χはスカラーであるが、異方性物体ではχはテンソルであり、その３つの主値（あるいは主軸方向）をχ１、χ２、χ３と定義する。
本発明は、３つの磁化率χ１、χ２、χ３が異なる、またはそのうちの２つが等しい物体に、時間的に変動する外部磁場（本発明においては、時間変動外部磁場という）を印加することを特徴とする。本発明では、特に反磁性体、すなわち３つの磁化率がすべて負である物体に特に有効である。また、異方性の反磁性磁化率、特に一軸異方性の反磁性磁化率を有する物体に、時間変動外部磁場を印加することにより達成される。形状異方軸方向の磁化率を、χ１、それに直交する方向の磁化率をχ２（＝χ３）としたとき、χａ＝χ１−χ２＝χ１−χ３がゼロでない物体を、一軸異方性反磁性磁化率を有する物体と呼ぶ。そして、χａが正のものを、正の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体、負のものを、負の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体と呼ぶ。本発明の対象である、負の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体、またはχａ＜０の物体としては、ポリエチレン繊維、セルロース繊維等がある。３つの磁化率、χ１、χ２、χ３が異なる場合においても、形状異方軸がχ１、χ２、χ３のなかの一つ、例えばχ１（＜χ２＜χ３＜０）の方向と同じ場合には、χａ＝χ１−χ３＜χ１−χ２＜０となり、負の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体とみなすことができる。
本発明の物体の集合体には、懸濁媒体に懸濁している被懸濁体にも適用される。これらの懸濁系において時間変動外部磁場を印加することによって、被懸濁物を一定方向に配列や分離を行わせることができる。この懸濁系において、懸濁媒体を冷却や化学反応、特に熱や光等により高分子化することなどの手段により、系全体を固化することができ、この固化により被懸濁体における配向を固定することができる。また、懸濁系に対する時間変動外部磁場の印加により、被懸濁体が一定方向に配列させられている状態で、懸濁媒体を蒸発や抽出により除去することにより、被懸濁体の配向を固定することができる。本発明の懸濁系における被懸濁体として、短繊維や、有機や無機の微結晶あるいはナノ結晶などがある。
本発明は、物体の集合体には、高分子液晶または低分子液晶が含まれ、かかる液晶状態で本発明の時間変動外部磁場を印加することにより、これらの液晶を一定方向に配向させることや、これらの液晶の混合体を分離させることができる。側鎖に芳香族環のような磁化率の大きい官能基を含む側鎖型液晶物体は、多くの場合χａ＜０となり、本発明の対象物体となる。側鎖型液晶も、主鎖を一定方向に一軸配向させることができれば、電気伝導性の向上等の有効性が期待できる。
本発明でいう物体には、高分子または低分子溶液からキャストや凝固、あるいは溶融状態から冷却する過程、または、結晶を溶融あるいは溶解する過程において生じた異方性会合体、および数十ナノメータから数百マイクロメータの大きさの微結晶が含まれる。異方性会合体とは、これらの過程において生じる、結晶前駆構造あるいは液晶的構造、または結晶の融解、溶解が不十分で完全に等方的な溶融体、溶液に至っていない構造を意味する。最近の高分子結晶化の研究によれば、このような異方性会合体が結晶生成の前、あるいは溶融体中に存在すると考えられている。異方性会合体中では、高分子鎖が多かれ少なかれ並んだ構造をとっているから、異方性会合体が磁場配向することにより、結果として分子配向が達成される。これらの過程において、本発明の時間変動外部磁場を印加することにより高分子の場合には分子鎖を一軸配向させた磁場配向体を製造することができる。本発明の高分子融液としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンオキシド、イソタクチックポリプロピレン、イソタクチックポリスチレンなどの溶融体があり、また高分子溶液として、セルロースの銅アンモニア溶液、ポリエチレンオキシド水溶液、セルローストリアセテートの有機溶媒溶液等がある。これらの高分子または低分子溶液からキャストや凝固、あるいは溶融状態から冷却する過程において時間変動外部磁場が印加されることにおいて、成型体、シート、フィルム、薄膜として、一定方向に分子配向した磁場配向体とすることができた。
本発明は、磁場を印加することにより、物体の集合体を特定の方向に配向させることを特徴とする。特定の方向には、一つの磁化率方向を一方向に配向させる一軸配向や、一つの磁化率方向（主軸）が、一定面内のみに存在する面配向がある。また、本発明では、物体の集合体において、各々の物体の３つの主軸が、それぞれ特定の方向を向いている物体の集合体とする配向を可能にし、それを精密配向という。本発明における配向の程度は、例えば、磁場により一軸配向したとは、対象物体の集合体に対して外部磁場を印加することにより、磁場を印加する前より一軸配向度が大きいこという。物体の一軸配向度は、例えば結晶性物質については、Ｘ線回折により決定できる。特定の結晶面からの回折の角度分布により、その半価幅を評価することにより配向度が決定される。結晶性物質あるいは非晶性物質については、赤外分光法における特定の官能基に起因する吸収ピークの二色性からも配向度を決定できる。また複屈折などの光学的性質からも配向度を決定できる。いずれにせよ、物質に適した配向度測定手段を選ぶことができる。同一配向度測定手段で、外部磁場の印加の前と後を測定することにより、磁場配向したかどうかを検証することができる。
本発明における物体の混合体とは、３つの磁化率の大きさは同じだが、各々の形状が異なる物体の集合体をいう。物体には、結晶、繊維、液晶などが含まれる。形状の異なる２種以上の物体の混合体も含まれる。これらの物体が懸濁媒体中に懸濁した場合、あるいは懸濁媒体を含まずに、混合している場合も含まれる。物体の形状が異なるものとして、例えば同一化合物の結晶でも、それが針状か板状かで形状は異なる。また、同種の同じ直径の繊維でも、長さが異なれば形状が異なる。大きさが異なるが形状が同一（相似）である物体も、本発明の形状が異なる場合に含まれる。さらに、鏡像体も含まれる。
本発明でいう形状が鏡像体である物体とは、鏡に映った像を元の像と重ね合わせることのできない形状を有する物体をいう。右手を鏡に映すと左手の像をい得るが、右手と左手は重ね合わせることができないので、手は鏡像体である。一般にある形状を有する物体の集合体に時間的変動外部磁場、例えば回転磁場を印加すると、その物体はその磁気的性質に応じたトルクを回転磁場から受けて、回転運動を行おうとする。その運動に対して、その物体を取り巻く流体から回転運動を妨げようとする流体力学的トルクが作用する。この力学的回転トルクの回転軸は、その物体が球状の場合以外は、一般的に回転磁場から受けるトルクの回転軸とは異なる。このため、その物体はその形状に応じて、固有の回転運動、ないしはその回転運動に伴う固有の併進運動を行う。例えば、右ネジと左ネジは、ネジの軸に対して右回りの回転磁場を印加すると、右ネジは前進するのに対して、左ネジは後退する。
本発明でいう鏡像体にある物体の混合体としては、有機、無機、生体関連物質の光学異性体微結晶が含まれる。微結晶は、時間的変動外部磁場により誘起される運動が、熱撹乱により妨げられないサイズを有する必要がある。１０Ｔ（テスラ）程度の磁場を用いる場合には、サイズは数十ナノメータ程度である。熱撹乱を小さくするために、液体窒素中など、媒体の温度を低下させることも有効である。さらに回転運動と、それによって誘起される併進運動を効果的にカップリングさせるために、あらかじめ微結晶を逐次変動磁場を用いて、所定の方向に配向させた後、回転磁場を印加することが有効な場合がある。
本発明において印加される時間変動外部磁場は、永久磁石、電磁石、超伝導磁石等により、対象物体の集合体の外から印加することができる磁場をいう。本発明に使用される時間変動外部磁場の大きさは、好ましくは変動の最大値が０．０５Ｔ（テスラ）以上であって１０Ｔ以下、さらに好ましくは０．５Ｔ以上であって１０Ｔ以下の磁場が使用される。また、時間的な変動は、周期的あるいは非周期的でよいが、周期的な場合には、好ましくは周期が０．０１Ｈｚ以上であって１Ｈｚ以下、さらに好ましくは０．１Ｈｚ以上であって１Ｈｚ以下の範囲で使用される。これらの範囲は、対象物体のχａの大きさおよび粘度に応じて使用される。現時点における比較的手頃に利用できる超伝導磁石の磁場の大きさは、１０Ｔ程度であるが、将来、１０Ｔ以上の磁場が容易に利用できるようになった場合は、それらの範囲においても、本発明の外部磁場の印加は使用される。なお、０．０５Ｔに達しない磁場は、磁場の効力が発現されるのに長時間を要し、実用的ではない。
本発明において印加される外部磁場は、時間変動外部磁場（時間的に変動する外部磁場）をかけることを特徴とする。従来の磁場配向は、一定方向から一定の外部磁場を印加することにより行われるが、それでは、χａが負の物体では、一軸配向した物体の集合体を得ることができないことは、既に述べた。時間変動外部磁場の印加は、時間的に間欠的に印加したり、磁場の大きさあるいは方向を、時間的に変動させることにより実現できる。例えば、四極磁石を用い、ある時間ｘ方向のみに、次はｙ方向のみに、次はまたｘ方向のみにというように繰り返し磁場を印加することによっても時間変動外部磁場を実現できる。また、比較的長い時間ｘ方向に、引き続き比較的長い時間ｙ方向に磁場を印加することによっても、時間変動外部磁場を実現できる。時間的変動は、電磁石に流す電流を制御することによって行うのが簡便であるが、磁石を機械的に運動させることによっても、同様の効果を得ることが可能である。このように、時間変動外部磁場が方向の異なる複数の外部磁場であり、所定の時間間隔で交互に印加する印加方法を逐次磁場印加手段という。
本発明の時間変動外部磁場は、平面状で回転する磁場である回転磁場を用いることができる。回転磁場では、物体が固定しており、磁石が物体の周りを回転することにより実現できる。また、磁石が固定で、その磁石の周りを物体が回転することによっても実現できる。また回転磁場の他の例として、上述の逐次磁場の四極磁石を用い、ｘ方向に磁場の大きさをサイン的に、ｙ軸方向には、位相が９０度遅れたコサイン的に磁場を印加することにより、ｘｙ平面を回転する回転磁場を発生することができる。
本発明の時間変動磁場として、上述の逐次磁場、回転磁場、および固定磁場を組み合わせて使用することができる。逐次磁場、回転磁場、固定磁場のうちの少なくとも２つの外部磁場を組み合わせることにより、目的の時間的変動外部磁場を構成し、物体の集合体の配向や分離を実現することができた。
以上の時間変動外部磁場のうち、ｘ、ｙ方向から交互に一定強度の磁場を印加する方法（逐次変動磁場）が、本発明の対象物体である３つの磁化率χ１、χ２、χ３が異なる反磁性体の精密配向、またはχ１＜χ２＝χ３＜０である反磁性物体の一軸配向を実現するのに特に有効である。この有効性が発揮される理由は、直感的には次のように説明される。まず、χ１＜χ２＝χ３＜０である場合について説明する。繊維状物体に一定の外部磁場を印加すると、χ１方向（形状異方軸、繊維軸）が磁場に直交するように配向する。例えば、第１１図において、ｚ軸方向に磁場を印加すると、繊維軸は第１１図ｂのごとく磁場に垂直な面上、即ちｘｙ平面に平行な面上へと回転し、充分時間が経た後には、この平面上で静止する。ところがこの回転は、磁場方向と初期の繊維軸方向の作る面内で起こるので、回転後の繊維軸の方向は初期の繊維軸の方向に大きく依存する。したがって、初期の繊維軸の分布が図のようにランダムな場合には、回転後の分布もランダムになる。では、第１１図ｂの状態で、第２段目としてｚ軸方向の磁場を切り、今度はｙ軸方向に磁場を印加するとどうなるであろうか。繊維軸は磁場に垂直な方向、すなわちｘｚ面に平行な方向に回転するから、繊維軸は最終的にはｘｚ平面に平行な面上に至り、回転が止まる。第１段目でｘｙ平面に平行な面上に、第２段目でｘｚ平面に平行な方向に回転した結果、繊維軸はｘｙ平面とｘｚ平面の両方に平行な方向、すなわち、ｘ軸方向に向くことになる。かくして繊維軸の一軸配向が達成できる。まとめると、χａが負の繊維がランダムに分散した系に、まずｚ軸方向、引き続きｙ軸方向に磁場を印加すると、最終的には、繊維軸をｚ軸とｙ軸に共に垂直な方向、即ちｘ軸方向に一軸配向させることが可能である。上記の磁場印加方法は、次のように敷衍される。負の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体、あるいはχａが負の物体からなる系に、ある与えられた平面内で方向が時間的に変動する磁場（時間変動磁場）を印加すると、その物体のχ１方向（形状異方軸）を印加磁場のなす平面と直交する方向に一軸配向させることができる。
つぎに、χ１＜χ２＜χ３＜０である場合について説明する。このような磁化率を有する結晶に、まずｚ軸方向から一定外部磁場を印可すると、χ３が磁場方向に、χ１およびχ２は磁場に垂直な面、すなわちｘｙ平面上に配向する。次に、ｙ軸方向に磁場を切り替えると、χ３はｚ軸方向を向いたまま、χ２はｙ軸方向に配向し、χ１はｘ軸方向に配向する。結局、３つの磁化率方向χ１、χ２、χ３が、各々ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に配向する。
【発明の効果】
本発明は、上記のように従来の磁場配向技術では、一軸配向させ得なかった負の一軸異方性反磁性磁化率を有する物体の集合体も、目的とする方向へ一軸配向を持たせることができたことにある。このように、従来できなかった特定方向への磁場配向体が得られたことにより、特定方向の強度、電気伝導性、熱伝導性をアップさせることができた。特に精密配向体においては、従来では、一つの結晶体としてしか存在しなかった、３つの磁化率のそれぞれが、それぞれ特定の方向向いた磁場配向体を、物体の集合体において実現することができた。そのことにより、物体の集合体が一つの結晶体と近似した磁気的性質、電気的性質、熱的性質、力学的性質を有することができるようになった。
本発明の磁気分離方式を用いることで、同一物質からなる結晶、繊維、液晶などにおいて、形状の異なる２種以上の物体の混合体を分離することを可能にした。例えば、同じ物質からなる結晶でも、結晶形が異なるために形状の異なる物体の分離を可能にした。特に、薬学や食品化学、生化学等の分野における鏡像関係にある有機化合物の混合体を、本発明のような簡便な手段での分離を可能にしたことは、非常に価値があるものと思われる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の時間変動外部磁場を印加させる装置の例を、平面図で示す。
第２図は、本発明の時間的に変動する外部磁場の印加の例を概念図で示す。
第３図は、本発明の時間的に変動する外部磁場の印加の他の例を概念図で示す。
第４図は、本発明の時間的に変動する外部磁場の印加の他の例を概念図で示す。
第５図は、本発明の時間変動外部磁場を印加させる装置の他の例の斜視図で、磁石を回転する場合について示す。
第６図は、本発明の時間変動磁場外部印加させる装置の例を示す概念図で、物体を回転する場合を示す。
第７図は、本発明の物体の集合体の磁場方向を精密配向させる時間的変動外部磁場の印加方法の例を概念図で示す。
第８図は、本発明の物体の集合体の磁場方向を精密配向させる時間的変動外部磁場の印加方法の他の例を概念図で示す。
第９図は、本発明の時間的に変動する外部磁場の印加によって、繊維状物体に与えられる回転トルクの発生メカニズムを概念図で示す。
第１０図は、本発明の時間変動外部磁場を印加させて、物体を分離させる場合を概念図で示す。
第１１図は、従来の一定外部磁場を印加した場合における物体の集合体の配向挙動を概念図で示す。
第１２図は、本発明の実験結果を写真で示すもので、写真Ａは、磁場をかけない場合、写真Ｂは、本発明の時間的変動外部磁場を印加させた場合の繊維の配向状態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】  以下本発明を図面で示す実施例に基づいて説明する。
第１図は、本発明の時間変動外部磁場を印加する手段の概念図であり、平面図で示してある。電磁石の磁極Ｐ１とＰ２が平面のｘ軸上に設置されており、Ｐ１からＰ２方向へ、またはＰ２からＰ１方向へ磁場が印加することができるように配置されている。一方、平面のｙ軸上には、電磁石の磁極Ｐ３とＰ４が設置されており、Ｐ３からＰ４方向、またはＰ４からＰ３方向へ磁場が印加することができるように配置されている。これらの磁極間で、時間的に変動する磁場を、これらの磁極間の中央に置かれた対象物体１に印加することで、本発明の時間変動外部磁場の印加を実現することができる。
第１図の手段を使用して、時間変動外部磁場を印加する具体例を第２図に示す。（Ａ）は、ｘ方向およびｙ方向に印加された磁場、Ｂｘ、Ｂｙを平面図で、ａ、ｂ、ｃ、ｄと時間の経過にしたがって示す。（Ｂ）は、ｘおよびｙ方向にどのような時間間隔で磁場を印加するかを示す。（Ｂ）に示すように、時間（０−１）間ではＢｘのみが印加される。さらに時間（１−２）間ではＢｙのみが、時間（２−３）ではＢｘのみが、時間（３−４）間ではＢｙのみが、というようにｘおよびｙ方向に一定の時間間隔１で強度１の磁場が交互に逐次印加される。
第１図の手段を使用して、時間変動外部磁場を印加する他の具体例を、第３図に示す。第２図では、時間間隔１で多数回ｘおよびｙ方向の磁場の印加を繰り返したが、第３図では、時間間隔１０で、ｘおよびｙ方向に１回づつ強度１の磁場を印加する。
第１図の手段を使用して、時間変動外部磁場を印加する他の具体例を、第４図に示す。第２図、第３図では、ｘおよびｙ方向に強度１の一定外部磁場を交互に印加（時間変動外部磁場）したが、第４図Ａでは強度をＢ＝ｃｏｓ（ｔ）、Ｂ＝ｓｉｎ（ｔ）のように印加する。これは、図Ｂに示すような回転磁場を印加したに等しい。
時間変動外部磁場は、一対の永久磁石を機械的に運動させることによっても得ることができる。第５図には、機械的に回転磁場を発生する手段を示す。モータＭにより一対の永久磁石Ｐａ、Ｐｂを回転させ、その中央に試料１を配置すれば、試料に印加される磁場は、第５図で説明した回転磁場と等価なものとなる。
第６図に、時間変動外部磁場が、一対の固定の磁石に対して、物体の集合体の方を運動させることによっても得ることができる例を示す。このようにすることにより、第５図の回転磁場と同等の回転磁場効果を生じ、本発明の回転磁場の分類に属する。
第７図、逐次磁場を使用して、χ１＜χ２＝χ３＝χ＜０の場合（他の二軸の磁性率が同じ場合）に、χ１を一軸配向させる方式について説明する。図Ａで、試料にｚ軸方向に磁場Ｂを印加すると、χ１は磁場と直交する方向へ配向していく（ステップ１）。次に、ｚ軸方向の磁場Ｂを切り、ｙ軸方向へ磁場Ｂを印加すると、χ１は磁場と直交する方向、即ち、ｘ軸方向に回転する。さらにステップ２として、ｙ方向の磁場の印加を継続すると、χ１がｘ方向へより正確に配向していく。すなわち、どのような初期条件からスタートしても、最終的には、図Ｃのような一軸配向となる。
第８図は、逐次磁場を使用して、χ１＜χ２＜χ３＜０の場合に、精密配向させる方式について説明する。図Ａで、試料にｚ軸方向に磁場Ｂを印加すると、χ３は磁場方向へと配向していく（ステップ１）。次に図Ｂのように、ｚ軸方向の磁場を切り、ｙ軸方向へ磁場Ｂを印加すると、χ３はｚ軸を向いたままで、χ１がｘ軸方向に回転する。さらにステップ２として、ｙ方向の磁場の印加を継続していくと、χ３がｚ軸方向、χ２がｙ軸方向、χ１がｚ軸方向へより正確に配向していく。すなわち、どのような初期条件からスタートしても、試料は最終的には、図Ｃのようなχ１、χ２、χ３の磁場方向がそれぞれｘ、ｙ、ｚ軸方向へ配向した精密配向となる。
第９図は、繊維状物体に回転磁場を印可することによる１軸配向が引き起こされるメカニズムを示す。左側の図では、回転磁場Ｂが印可されると、物体２に回転を引き起こす。この場合、繊維軸と回転軸の角度が大きいので、流体抵抗が大きい。その結果、繊維状物体２は回転しながら、時間の経過とともに、だんだん繊維軸が回転軸と平行となるような方向に配向していく（図の左から右へ）。そして、ついには完全に繊維軸と回転軸が一致する（右図）。このように、繊維状物体２に回転磁場Ｂを印加すると、回転磁場によって物体に与えられる回転トルクによって一軸配向をもたらすようにすることができる。
第１０図は、回転磁場を用いて鏡像物体を分離する例を示す。鏡像体の例としての右ネジの物体３ａと左ネジの物体３ｂに、回転磁場Ｂを印加して、矢印方向に回転を生じさせた（回転トルクが生じるメカニズムは、第９図に示した）。そうすると、右ネジの物体３ａは前進（上方向へ進む）、左ネジの物体３ｂは後退（下方向へ進む）し、その結果、右ネジと左ネジの物体を分離することができる。
第１１図は、従来の磁場配向を説明する概念図である。繊維のような一軸の形状異方性を有する懸濁体がランダムな方向に向いている系に、ｚ軸方向に一定外部磁場Ｂを印加すると、χａが正の場合には、全ての懸濁体の形状異方軸が磁場方向に配向する。他方、χａが負の場合には、形状異方軸は最終的に磁場に垂直なｘｙ平面に平行となるように回転するが、この平面上での形状異方軸はランダムに分布する。
【実施例１】  懸濁媒体として、エチレン酢酸ビニルコポリマーエマルジョン、固形分５０％を使用し、その中に被懸濁体とし超延伸ポリエチレン繊維（直径３０μｍ、長さ３ｍｍ）を３％（重量比）分散させる。この懸濁体をシャーレに入れて、第１図の装置にセットする。この試料に第２図で説明した時間変動外部磁場を印加する。磁場強度は１Ｔ（テスラ）、時間間隔は１０秒とし、懸濁媒体中の水分がほぼ除去されるまで時間変動外部磁場の印加を続け、その後磁場から取り出し、さらに完全に乾燥させた。その結果、エチレン酢酸ビニルコポリマー中に超延伸ポリエチレン繊維が一軸配向した物体の集合体を得た。この物体のＸ線配向度を半価幅法で測定すると、配向度８０．２％であり、その配向方向は、ｘ−ｙ面に垂直（ｚ軸方向）であった。なお、使用した超延伸ポリエチレン繊維の磁気的特性は、χａ＝−７．７×１０−７＜０であった。
比較例１
実施例１と同じ懸濁体を用意し、実施例１と同様に磁場を印加するが、この場合の磁場は、ｘ軸方向のみ連続に印加し、ｙ軸方向の印加は行わない。その状態で、懸濁媒体エチレン酢酸ビニルコポリマーエマルジョン中の水分を除去して、エチレン酢酸ビニル中に高密度ポリエチレン繊維が配向した物体の集合体を得た。この物体にｘ方向からＸ線を照射すると、デバイシェラーリングで配向は見られず、ｙ方向、ｚ方向からＸ線を照射すると、等しい配向パターンを示すことから、この物体は、ｘ軸に垂直な平面に面配向していることがわかる。
【実施例２】  第５図の装置を使用し、長さ約１ｍｍのポリエチレン繊維を複数本、水とエタノールで比重を合わせた混合液体中に浮遊させた試料を調整した。回転磁場装置として、第５図の装置を使用し、中心の磁場強度は、約０．９Ｔ、回転速度は約３ｒｐｍで実験した。試料の入ったサンプル管を回転磁場の中心に設置し、回転磁場を印加した。第１２図に、実験結果をＣＣＤカメラで録画したもので示す。第１２図の写真Ａは、試料を６分間、磁場外に放置したポリエチレン繊維の状態を示し、各繊維は、ランダムな方向を向いていることがわかる。写真Ｂは、静磁場（磁石を回転させない状態）で５分間印加した後、１分間、磁場を回転させた時の繊維の状態を示した。回転磁場面（水平）に対して、すべての繊維が垂直（鉛直）方向に一軸配向していることがわかる。
【実施例３】  第６図の装置を使用し、不飽和ポリエステル１００部に、約５ｍｍのポリエチレン短繊維１部を分散させ、水平方向に１０Ｔの磁場中で、４ｒｐｍで、試料ビンの鉛直方向を軸として回転させた。常温にて２０分、ポリエステルが固化するまで回転を続けた。目視により得られた試料は、ポリエチレン繊維が鉛直方向に配向していた。
【実施例４】  パラフィンを試験管中（直径１０ｍｍ）で溶融し、鉛直方向の８Ｔ磁場中で凝固させた。得られた棒状試料から、棒の軸に垂直方向から直径２ｍｍの棒状試料を２つ切り出し、一つには右ネジを、もう一つには左ネジを刻んだ。このネジをエタノールと水で比重を合わせた液体中に浮揚させた。これに水平方向から０．５Ｔの磁場を永久磁石により印加した。ネジが垂直方向を向いた後、一対の永久磁石を水平面内で、４ｒｐｍで右回転させた。その結果、右ネジは上方へ、左ネジは下方へ移動した。
【産業上の利用可能性】  本発明は、時間的変動外部磁場を用いることにより、種々の磁場配向体を製造可能にし、磁気的性質、電気的性質、熱的性質、力学的性質を改善することができる。また、本発明の磁気分離方式を用いることで、同一物体からなる結晶、繊維、液晶などにおいて、形状の異なる２種以上の物体の混合体を分離することを可能にし、鏡像関係にある物体の混合体を簡便な手段で分離を可能にした。
【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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【国際調査報告】
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