(57)【要約】【課題】  特別な装置を使用することなく、きわめて簡単な方法で磁石列上に反磁性体を磁気浮上させ、往復運動させる装置を提供する【解決する手段】  長手方向に湾曲した短冊状で、その長手方向の両端部の湾曲度が中央部の湾曲度より大きな軟磁性薄鋼板からなるベース上に、直方体形状のネオジウム磁石を複数個並べた磁石列を長手方向に３列以上配置し、前記各磁石列内の磁石の磁極の向きは同じであり、かつ隣り合う磁石列同志の磁石の磁極の向きは互いに反対方向である装置とする。【選択図】図２
2016201975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反磁性体の薄板を磁石列上で磁気浮上させて往復運動させる装置であって、長手方向に湾曲した短冊状で、その長手方向の両端部の湾曲度が中央部の湾曲度より大きな軟磁性薄鋼板からなるベース上に、厚さ方向に磁場配向した直方体形状のネオジウム磁石を複数個並べた磁石列を長手方向に３列以上配置し、前記各磁石列内の磁石の磁極の向きは同じであり、かつ隣り合う磁石列同志の磁石の磁極の向きは互いに反対であることを特徴とする科学装置。
【請求項２】
反磁性体の薄板を磁石列上で磁気浮上させて往復運動させる装置であって、長手方向に湾曲した短冊状の軟磁性薄鋼板からなるベース上に、厚さ方向に磁場配向した直方体形状のネオジウム磁石を複数個並べた磁石列を長手方向に３列以上配置し、前記各磁石列内の磁石の磁極の向きは同じであり、かつ隣り合う磁石列同志の磁石の磁極の向きは互いに反対であり、さらに、前記磁石列の幅方向の両端の各磁石が、幅方向の中央に向かって傾斜しているか、もしくは前記磁石列の幅方向の両端の各磁石の最大エネルギー積が、中央部の各磁石の最大エネルギー積より大きいか、または幅方向の両端の各磁石が、中央部の各磁石より厚いかのうち少なくとも一つ以上の構成要件を満たして配置されていることを特徴とする科学装置。
【請求項３】
反磁性体の薄板を磁石列上で磁気浮上させて往復運動させる装置であって、長手方向に湾曲した短冊状で、その長手方向の両端部の湾曲度が中央部の湾曲度より大きな軟磁性薄鋼板からなるベース上に、厚さ方向に磁場配向した直方体形状のネオジウム磁石を複数個並べた磁石列を長手方向に３列以上配置し、前記各磁石列内の磁石の磁極の向きは同じであり、かつ隣り合う磁石列同志の磁石の磁極の向きは互いに反対であり、さらに、
前記磁石列の幅方向の両端の各磁石が、幅方向の中央に向かって傾斜しているか、もしくは前記磁石列の幅方向の両端の各磁石の最大エネルギー積が、中央部の各磁石の最大エネルギー積より大きいか、または幅方向の両端の各磁石の厚さが、中央部の各磁石の厚さより厚いかのうち少なくとも一つ以上の構成要件を満たして配置されていることを特徴とする科学装置。
【請求項４】
前記磁石列が５列であって、中央の磁石列すなわち片側から数えて３番目の磁石列の各磁石の最大エネルギー積が、両隣すなわち２番目、４番目の磁石列の各磁石の最大エネルギー積よりも大きいか、あるいは、３番目の磁石列の各磁石の厚さが２番目、４番目の磁石列の各磁石の厚さより厚いかのうち少なくとも一つ以上の構成要件を満たして配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の科学装置。
【請求項５】
ベースの傾きを間歇的に変化させて、反磁性体の薄板を磁石列の片側に移動させた後、ベースの傾きを元に復元させる機構を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の科学装置。
【請求項６】
前記ベースの傾きを間歇的に変化させる機構が、ベースを搭載した箱の内側に、ベースの下側の長手方向中央部から離れた位置に電磁石を配置し、その電磁石の磁気吸着力に依るものであることを特徴とする請求項５に記載の科学装置。
【請求項７】
前記ベースの傾きを間歇的に変化させる機構が、ベースの下側の長手方向中央部にベースに固定した支持部を設け、その支持部を傾けることを特徴とする請求項５に記載の科学装置。
【請求項８】
前記反磁性体薄板がパイロリティック・グラファイトの四角形角板であって、その厚さ（ｔ）が０．３〜１．５ｍｍであり、磁石列を形成するネオジウム磁石の幅（ｗ）、磁石列の数を（ｎ）とするとき、反磁性体薄板の幅（Ｗ）が１．２ｗ〜（ｎ−１）ｗで、長さ（Ｌ）が２ｗ〜２（ｎ−１）ｗであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の科学装置。
【請求項９】
前記反磁性体薄板がパイロリティック・グラファイトの円板であって、その厚さ（ｔ）が０．３〜１．５ｍｍであり、磁石列を形成するネオジウム磁石の幅（ｗ）、磁石列の数を（ｎ）とするとき、円板の直径（２Ｒ）が１．２ｗ〜（ｎ−１）ｗであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の科学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、磁場中で反磁性体を磁気浮上させて往復運動させる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  負の磁化率を有する反磁性体を磁場空間に置くと反発力を生じるため、磁気浮上することが知られている。このようにして浮上させた反磁性体は接触面を有していないため摩擦抵抗が無くなり、僅かな力で効率よく運動させることが可能となる。この原理を使用して駆動装置を作れば、あたかも魔法の絨毯のごとく空中に浮上した物体が移動する科学装置やデモンストレーション用展示物として利用することができる。【０００３】  例えば、磁場のポテンシャル壁を形成するように配置された複数の永久磁石からなる磁石配列と、この磁石配列上に載置された感温磁性体と、該感温磁性体を選択的に加熱するための加熱手段としての光照射光源とを有し、前記光照射により発生した磁場の変化から、反磁性体からなる駆動対象物を磁気浮上および駆動させる磁気駆動装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
この磁気駆動装置では、前記感温磁性体を選択的に加熱することにより発生する磁場の変化から、反磁性体からなる駆動対象物を磁気浮上させ駆動させている。【０００４】  また、複数の永久磁石からなる磁石配列の各永久磁石のＮ極、Ｓ極がそれぞれ交互になるように格子状に配列して磁場のポテンシャルを形成し、この磁石配列により形成された磁界の反発力により反磁性体を浮上させ、この磁気浮上している反磁性体の一部にレーザ光を照射して部分的に反磁性体の温度を上昇させて磁化率の絶対値を変化させ、その部分だけ浮上距離が短くなってレーザ光が照射された方向に反磁性体を誘導することが可能となることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
この磁気駆動装置では、レーザ光を照射して部分的に磁化率を変化させて反磁性体を駆動させている。【０００５】また、複数の磁場配向きの異なる磁石を組み合わせるのではなく、厚さ方向に磁場配向した面積の大きな１個の磁石の隣接する領域に、互いに向きの異なる磁極を着磁形成させることにより、磁束密度分布の山と谷を形成することにより、反磁性体を浮上させる技術が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。【０００６】  さらに、米国では複数の円弧状の磁石をハルバッハ配列で組み合わせ、反磁性体のパイロリティック・グラファイトを浮上させて往復運動させる玩具も発売されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特開２０１０−６８６０３号公報
【特許文献２】  特開２０１４−５４１２９号公報
【特許文献３】  ＵＳ  ２０１５００３７１２８Ａ１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  上記特許文献１に記載された磁気駆動装置では、光照射装置といった精度の高い高価な補助装置を必要とし、また特許文献２に記載された磁気駆動装置では、レーザ光照射装置といった精密な補助装置を必要としている。【０００９】  また、特許文献３に記載された方法では、個々の磁石を準備して並べる方法に比べて、１個の大きめの磁石を準備すれば良いため、磁石のコストが低減でき、磁石を並べる手間も省ける。しかしながら、着磁パターン毎に専用の着磁コイルが必要となり、着磁作業も煩雑となり、必ずしもトータルコストの低減にならない。さらに、個々の完全着磁した磁石を組み合わせる場合に比較して、ＮＳ磁極の向きが変化する領域における磁束密度分布の移り変わりがシャープで無くなり反磁性体への浮上力も低下する傾向となる。【００１０】  米国で販売されている磁気浮上玩具の場合、あらかじめ円弧状の磁石を準備する必要があり、その曲率半径で全体の湾曲度が決まってしまい玩具全体の形状の自由度がない。また、ハルバッハ配置（Ｈａｌｂａｃｈ  Ａｒｒａｙ）を利用することにより、磁石上の磁束密度を上昇させてはいるが、磁石は５列としているにもかかわらず、浮上できるパイロリティック・グラファイトの数は１つだけであり、さらにその形状の自由度も少ない。また、ハルバッハ配置とする場合、組み立て時に磁石同士には強力な反発力が働き、組み立て専用の治具が必要となり、さらに、組立後の状態を保持固定するための特別の工夫が必要となる。【００１１】  そこで本発明は特別な補助装置を使用することなく、きわめて簡単な方法で反磁性体を磁気浮上させ、往復運動させる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明の装置の一つは、反磁性体の薄板を磁石列上で磁気浮上させて往復運動させる装置であって、長手方向に湾曲した短冊状で、その長手方向の両端部の湾曲度が中央部の湾曲度より大きな軟磁性薄鋼板からなるベース上に、厚さ方向に磁場配向した直方体形状のネオジウム磁石を複数個並べた磁石列を長手方向に３列以上配置し、前記各磁石列内の磁石の磁極の向きは同じであり、かつ隣り合う磁石列同志の磁石の磁極の向きは互いに反対である科学装置とした。【００１３】  本発明の装置によれば、磁石列面の湾曲度を自由に変えることができ、かつ、ヨークとして機能する軟磁性鋼板製のベース上に磁石を配置することで磁石の表面磁束密度を高めることができるので、反磁性体に十分な浮上力を与えて往復運動を安定させることが可能となる。
さらに、ベースの両端の湾曲度を中央部より大きくすることで、長手方向に飛び出しにくくすることができる。【００１４】  本発明の装置の別の一つは、反磁性体の薄板を磁石列上で磁気浮上させて往復運動させる装置であって、長手方向に湾曲した短冊状の軟磁性薄鋼板からなるベース上に、厚さ方向に磁場配向した直方体形状のネオジウム磁石を複数個並べた磁石列を長手方向に３列以上配置し、前記各磁石列内の磁石の磁極の向きは同じであり、かつ隣り合う磁石列同志の磁石の磁極の向きは互いに反対である装置とし、さらに、
前記磁石列の幅方向の両端の各磁石が、幅方向の中央に向かって傾斜しているか、もしくは前記磁石列の幅方向の両端の各磁石の最大エネルギー積が、中央部の各磁石の最大エネルギー積より大きいか、または幅方向の両端の各磁石の厚さが、中央部の各磁石の厚さより厚いかのうち少なくとも一つ以上の構成要件を満たして配置されている科学装置とした。【００１５】  本発明の装置によれば、磁石列面の湾曲度を自由に変えることができ、かつ、ヨークとして機能する軟磁性鋼板製のベース上に磁石を配置することで磁石の表面磁束密度を高めることができるので、反磁性体に十分な浮上力を与えて往復運動を安定させることが可能となる。
さらに、単に同じ最大エネルギー積の同じ形状寸法の磁石を並べる場合に比べて、幅方向の両端の磁石に工夫を加えることにより、表面の磁束密度分布の山を高くすることが可能となり、反磁性体が磁石列上から脱落しにくくすることができる。
例えば、本発明の装置を設置した場所が水平でない場合や、エアコンや扇風機等の影響により、横風が当たるような場合においても、反磁性体が装置から脱落しにくく、反磁性体の動きをより安定させることができるからである。【００１６】  さらに、本発明の別の装置では、反磁性体の薄板を磁石列上で磁気浮上させて往復運動させる装置であって、長手方向に湾曲した短冊状で、その長手方向の両端部の湾曲度が中央部の湾曲度より大きな軟磁性薄鋼板からなるベース上に、厚さ方向に磁場配向した直方体形状のネオジウム磁石を複数個並べた磁石列を長手方向に３列以上配置し、前記各磁石列内の磁石の磁極の向きは同じであり、かつ隣り合う磁石列同志の磁石の磁極の向きは互いに反対であり、さらに、
前記磁石列の幅方向の両端の各磁石が、幅方向の中央に向かって傾斜しているか、もしくは前記磁石列の幅方向の両端の各磁石の最大エネルギー積が、中央部の各磁石の最大エネルギー積より大きいか、または幅方向の両端の各磁石の厚さが、中央部の各磁石の厚さより厚いかのうち少なくとも一つ以上の構成要件を満たして配置されている科学装置とした。
このようにすることで、形状の自由度が高く、かつ反磁性体に十分な浮上力を与えて往復運動させることが可能となり、さらに反磁性体が長手方向、幅方向にも脱落しにくい科学装置とすることが可能となる。【００１７】  本発明の別の装置では、前記磁石列が５列であって、中央の磁石列すなわち片側から数えて３番目の磁石列の各磁石の最大エネルギー積が、両隣すなわち２番目、４番目の磁石列の各磁石の最大エネルギー積よりも大きいか、あるいは、中央の磁石列の各磁石の厚さが両隣の磁石列の各磁石の厚さより厚いかのうち少なくとも一つ以上の構成要件を満たして配置されている科学装置とすることができる。
反磁性体を１個だけでなく、２個同時に往復運動させた方が科学装置としての価値が高まり望ましい。そして２個同時に往復運動させることが可能な、最も少ない列数が５列であり、片側から数えて２番目、４番目の磁石上に、例えば磁石の幅ｗに対して、１．５ｗの幅の反磁性体を２個、同時に往復運動させることが可能となる。
そして、中央の磁石列の各磁石の最大エネルギー積を隣の磁石列の各磁石の最大エネルギー積よりも大きいか、または中央の磁石列の厚さを両隣の磁石列の各磁石の厚さより厚い装置とすることにより、中央の磁石列上の磁束密度の山状の分布を高くすることが可能となる。それにより、二つの反磁性体の仕切りとしての作用が高まり互いに接触しにくくなり、安定した往復運動が可能なコンパクトな科学装置とすることができる。【００１８】  本発明の装置では、ベースの傾きを間歇的に変化させて、反磁性体を磁石列の片側に移動させた後、ベースの傾きを元に復元させる機構を備えた装置としても良い。
本発明の装置では、反磁性体を磁気浮上させることが可能となり、摩擦力がなくなるため、長時間往復運動を持続させることができる。それでも、空気抵抗と、さらに厳密には反磁性体が磁石上を運動することにより反磁性体内部に発生する渦電流により運動エネルギーの減衰が生じ、そのため時間とともに往復運動の振幅範囲は狭まる。反磁性体の動きが弱まったタイミングを見計らって、ベースを傾け、反磁性体を磁石列の片側に移動させた後、ベースの傾きを元に戻すことにより、反磁性体薄板の往復運動を再開させ、長時間動かすことができるようになる。【００１９】  本発明の装置では、前記ベースの傾きを間歇的に変化させる機構として、ベースを載せる箱を準備し、その箱の中の、ベースの下側の長手方向中央部から離れた位置に電磁石を配置し、その電磁石の吸着力によるものとすることができる。
または、前記ベースの傾きを間歇的に変化させる機構として、ベースの下側の長手方向中央部にベースに固定した支持部を設け、その支持部を傾けて、反磁性体を磁石列の片側に移動させた後、ベースの傾きを元に戻しても良い。
いずれの方式を採用しても簡単な方法で反磁性体の動きを長時間継続させることができるようになる。
いずれの方法も外観からは識別しにくく、磁気浮上現象と相俟って、さらに興味を注ぐことができる。【００２０】  本発明で使用する反磁性体薄板としては、パイロティック・グラファイト（ＰｙｒｏｌｙｔｉｃＧｒａｐｈｉｔｅ：以下ＰＧと表記する。）の四角形角板であって、その厚さ（ｔ）が０．３〜１．５ｍｍであり、磁石列を形成するネオジウム磁石の幅（ｗ）、磁石列の数を（ｎ）とするとき、幅（Ｗ）が１．２ｗ〜（ｎ−１）ｗで、長さ（Ｌ）が２ｗ〜２（ｎ−１）ｗである薄板を使用することができる。
また、厚さ（ｔ）が０．３〜１．５ｍｍであり、磁石列を形成するネオジウム磁石の幅（ｗ）、磁石列の数を（ｎ）とするとき、直径（２Ｒ）が１．２ｗ〜（ｎ−１）ｗである円板を使用することもできる。
さらに、ＰＧ薄板の形状はこれらに限定されず、例えば、前述の四角形角板の四隅を切り落とした八角形にしたり、４隅をＲ加工したりし、さらに長さ方向の前後を半円形としても良い。
いろいろな形状のＰＧ薄板を使用しても、大きさを上記のように適当に選べば、安定した動きを得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】  本発明によれば、特別な補助装置を使用することなく、きわめて簡単な方法でＰＧ薄板を磁気浮上させて往復運動させる装置を提供することができる。すなわち、ヨークを使用してサイズの小さな直方体形状の強力ネオジウム磁石を組み合わせることにより、理想的な磁束密度分布の形成が容易となり、安定して磁気浮上運動をさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】  本発明の装置の一例を示す平面図である。
【図２】  図１に示す装置の正面図である。
【図３】  （ａ）は図２に示す線Ａ−Ａ’に沿った断面図で、（ｂ）は磁束密度分布の等高線を模式的に示す図である。
【図４】  （ａ）は本発明の他の装置の幅方向の断面図で、（ｂ）は磁束密度分布の等高線を模式的に示す図である。
【図５】  （ａ）は本発明の別の装置の幅方向の断面図で、（ｂ）は磁束密度分布の等高線を模式的に示す図である。
【図６】  本発明のさらに別の装置の幅方向の断面図で、（ａ）は軟質磁性材料製の楔状スペーサを使用した例を示し、（ｂ）は幅方向両端部を内側に傾斜させたベースを使用した例を示し、（ｃ）は磁石列の幅方向両端に断面台形の磁石を使用した例を示す。
【図７】  中央の磁石列に厚さの厚いネオジウム磁石を使用した幅方向の断面図で、（ａ）は軟質磁性材料製の楔状スペーサを使用した例を示し、（ｂ）は幅方向両端部を内側に傾斜させたベースを使用した例を示し、（ｃ）は磁石列の幅方向両端に断面台形の磁石を使用した例を示す。
【図８】  中央の磁石列に両隣の磁石列より最大エネルギー積の大きな磁石を使用した、幅方向の断面図で、（ａ）は幅方向の両端に軟質磁性材料製の楔状スペーサを使用した例を示し、（ｂ）は幅方向両端部を内側に傾斜させたベースを使用した例を示し、（ｃ）は磁石列の幅方向両端に断面台形の磁石を使用した例を示す。
【図９】  磁石列を５列とした場合の、本発明で使用することのできる種々の形状のＰＧ薄板を磁石列上に載せた時の平面図である。
【図１０】  本発明で使用するベースの傾きを周期的に変化させる機構の例を示す図である。
【図１１】  図１０に示す機構の駆動方法を説明する図である。
【図１２】  本発明で使用するベースの傾きを周期的に変化させる機構の別の例を示す図である。
【図１３】  本発明の実施例１の磁束密度分布の測定結果を示す図である。
【図１４】  （ａ）は本発明の別の実施例４の磁束密度分布の測定位置を示し、（ｂ）は測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  負の磁化率を有するＰＧ薄板を磁場空間に置くと反発力を生じるため、磁気浮上することが知られている。
本発明の科学装置は、ＰＧ薄板を浮上させるための磁界を形成する磁石と、磁界上を浮上して移動するＰＧとを有している。
負の磁化率を有する物質は銅や鉛、ビスマス、銀などの非鉄金属や、グラファイトやダイヤモンド、ＰＧなどの非金属がある。
このとき反発力Ｆは、
Ｆ＝（χ／μ０）・ＶＢ・ｄＢ／ｄｚ        （１）
で示される。
ここで、χ    ：  磁化率、
μ０  ：  真空の透磁率（Ｈ／ｍ）
Ｖ    ：  体積（ｍ３）
Ｂ    ：  磁束密度（Ｔ）
ｄＢ／ｄｚ：  磁束密度Ｂの垂直方向の勾配（Ｔ／ｍ）
である。
そして、反発力は磁石の磁極の向きに依存しないといった特徴がある。
【００２４】  上式によれば反発力Ｆの大きさは磁化率χに比例しているため、磁化率χの絶対値が大きいほど反発力Ｆは大きくなる。
ところで負の磁化率を有する前記物質の磁化率は、たとえば非鉄金属の銅は−１．０（ｘ１０−５）、鉛は−１．８（ｘ１０−５）、銀は−２．６（ｘ１０−５）、ビスマスは−１６．６（ｘ１０−５）である。非金属ではグラファイトは−１．６（ｘ１０−５）、ダイヤモンドは−２．１（ｘ１０−５）、ＰＧは−４０．９（ｘ１０−５）である。特にＰＧの磁化率の絶対値はこれらの反磁性体の中でもっとも大きいことが分かる。しかもＰＧの密度は、２．２ｇ／ｃｍ３と小さく、磁気浮上に適している。
【００２５】  ＰＧは、通常高温の真空炉中で炭化水素を分解し気相成長（ＣＶＤ）で得られる。ＰＧは密度も理論値に近く、高純度かつ化学的に安定で、機械的強度や熱的安定性は通常のグラファイトより優れている。ＰＧは気相成長した厚さ方向に層構造をしており強い異方性を持っている。堆積した層の面に垂直な方向で磁化率χの絶対値が大きいといった特徴がある。
通常市場で入手できるＰＧは１ｍｍ程度から数ｍｍ程度の厚さで、加工も容易であるので、本発明で使用するにはもっとも適した反磁性体である。
【００２６】  本発明の装置では、磁石列を構成する永久磁石として主に厚さ方向に磁場配向した直方体形状のネオジウム磁石を使用する。ネオジウム磁石は鉄（Ｆｅ）とネオジウム（Ｎｄ）及び硼素（Ｂ）を主成分とする希土類磁石であって、現在入手できる磁石の中では最大エネルギー積が最も大きく、小型の磁石でもその周囲に強い磁束密度分布を得ることができる。
さらに、直方体形状の磁石は大きなブロック状の成形体を、配向度を高めるのに適した横磁場プレス法で成形した後に、焼結、熱処理後、外周刃や内周刃あるいはマルチワイヤーソーで切断して製造されるため、高性能の磁石を歩留まり良く生産することができる。その点、円弧状等の複雑な形状の磁石を用いるよりも特性面だけでなく経済性の観点からも有利となる。
絶対値の大きな負の磁化率を有するＰＧと高性能の最大エネルギー積の大きなネオジウム磁石を組み合わせれば、磁気浮上させて、摩擦力がゼロで往復運動させることが可能な装置が容易に得られる。
【００２７】  さらに、以下に、用いるネオジウム磁石の特性と形状について詳細に説明する。
（１）式より、反磁性体の磁気浮上力は、磁極の向きには依存せず、磁石の磁束密度Ｂと磁束密度の垂直方向の勾配のｄＢ／ｄｚの積に比例する。
そのため、用いるネオジウム磁石は、最大エネルギー積の大きなものほど望ましい。そして、隣り合う磁石の磁極の向きが互いに反対となるように配置することで、ｄＢ／ｄｚが大きな領域を設けることが可能となる。
【００２８】  なお、ネオジウム磁石には、耐熱性を高めるために、すなわち温度とともに低下しやすい保磁力を高めるために、ジスプロシウム（Ｄｙ）などの重希土元素を置換したものも含まれる。
ただし、本発明の装置の場合、使用環境は室温であり、特に耐熱性は必要とせず、高価なＤｙやＴｂを含んだ高保磁力の磁石を用いる必要はない。最大エネルギー積が高ければ十分であり、保磁力は例えば８ｋＯｅ程度以上であれば問題ない。その場合、最大エネルギー積は４５ＭＧＯｅあるいは５０ＭＧＯｅを越えるものの入手も不可能ではない。
【００２９】  しかしながら本発明で用いる直方体形状のネオジウム磁石は、例えば最大エネルギー積が３５ＭＧＯｅクラスのものを用いることも可能である。
例えば最大エネルギー積が３５ＭＧＯｅクラスの磁石でも厚さが１．５ｍｍとして、１ｍｍ程度の厚さの軟質磁性材料製の鋼板の上に３列以上並べれば３７０ｍＴの表面磁束密度が得られ、０．５ｍｍ厚さのＰＧ薄板を約０．５ｍｍ高さに浮上できることが確認できた。そのため、最大エネルギー積が３５ＭＧＯｅクラスの磁石を用いる場合も含める。
【００３０】  ネオジウム磁石の厚さは上記より１．５ｍｍ以上とすれば良い。さらに、さらに反発力を増しＰＧ薄板の動きを安定にするためには、磁石の厚さは２ｍｍ以上が望ましい。一方で、厚さは増すほど、磁束密度は増加する傾向があるが、増すほど磁石の価格が上昇し、さらに磁気吸着力が増して、ヨークとして機能するベースの上に並べる作業が難しくなるため、厚さは６ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００３１】  ネオジウム磁石の幅は、狭い方が表面磁束密度は大きくなる傾向があるが、狭くすると列数を一定とした場合には、全体の幅も狭くなり、科学装置としての見栄えが劣るようになる。また、全体の幅を一定とする場合には、並べる磁石の数が増えるため、その作業が煩雑になる。そのため、磁石の幅は最低でも３ｍｍ以上とするのが望ましい。
一方で、磁石の幅は広いほど高価になり、表面磁束密度は低くなる傾向がある。また磁石の特性を最大限引き出し、磁束密度を増すのに必要なヨークの厚さは増加し、装置全体の重さが増す。またヨークすなわちベース材料の厚さが増すほど、切断や曲げ加工、特に幅方向の両側を曲げて内側に傾斜させるための加工が難しくなる。さらに、磁石の幅は広いほど磁石のベースへの磁気吸着力も増して、並べる作業が難しくなる。そのため、磁石の幅は１２ｍｍ程度を上限とするのが望ましい。さらに望ましくは磁石の幅は４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とする。
【００３２】  ネオジウム磁石の長さは、以下に述べる理由から、磁石の幅の１倍から４倍の範囲内とするのが望ましく、さらに望ましくは幅の１．５倍から３倍とする。
幅方向には磁石の磁極の向きは反対方向に並べるため、互いに磁気吸着しあい安定する。ただし、長手方向には同じ磁極の向きとするため、互いに反発しあう。それでも、ベース材料へ磁気吸着するため、接着剤を用いなくても、ベース材料との摩擦力によって、互いに密着固定することが可能となる。そのような摩擦力を有効に利用するためには、磁石の長さは磁石の幅の最低１倍以上とするのが望ましい。さらに望ましくは１．５倍以上とする。
その一方で、磁石の長さは長くするほど、湾曲させたベース上材に並べた場合、磁石の表面が描く曲面は滑らかな湾曲面からはずれるようになる。そのため、ＰＧ薄板の往復運動もスムーズでなくなる傾向がある。また、ベース材料への磁気吸着力も増して、並べる作業が難しくなる。
さらに、特にベース２の湾曲度を増し曲率半径ｒが小さい場合、磁石の長さを増すと、個々の磁石の長さ方向の中央部の下面とベースとの間の隙間が広くなり、ベースのヨークとしての効果も減少する傾向となる。
以上を考慮し、長さは幅の４倍以下が望ましい。さらに望ましくは３倍以下とする。
【００３３】  ネオジウム磁石の長さは必ずしも全て同じとする必要はなく、異なった長さの磁石を用いる場合も本発明の範囲内に含まれる。ただし、並べるときの作業性を考えると長さ方向に全て同じ長さとした方が望ましい。特に幅方向には同じ長さの磁石を並べるのが望ましい。また、磁石の幅も同じ列内は全て同じとする必要があるが、異なった列については、幅を変えてもＰＧ薄板の往復運動には支障がない。そのためそのような組み合わせも本発明の中に含まれる。
【００３４】  次に図面を用いて本発明を詳しく説明する
図１は、本発明の装置の一例を示す平面図、図２は正面図、図３（ａ）は図２の線Ａ−Ａ’に沿った断面図で、（ｂ）は磁束密度分布の等高線を模式的に示す図である。
図１及び図２に示すように、本発明の装置１は短冊状で湾曲加工した軟質磁性鋼板からなるベース２の内側表面に、厚さ方向に配向した直方体形状のネオジウム磁石３を並べた磁石列４を３列以上の複数列並べてある。各列の磁石の磁極の向きは同じであり、幅方向の隣り合う磁石の磁極の向きは互いに反対方向に並べてある。反磁性体のＰＧ薄板５を磁気浮上させて往復運動が可能となる。
【００３５】  ベース２として使用する軟質磁性材料は、磁石が吸着しかつ曲げ加工が容易な軟鋼あるいはフェライト系ステンレス鋼からなる短冊状の薄鋼板を使用する。特に、例えばＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼は軟質磁性とともに十分な耐食性も兼ね備えており、メッキ等の表面処理を必要としないため、最適な材料として選択される。
ベース２の厚さは例えば１ｍｍ以上であれば、磁石の磁束密度を高める効果が大きくなり、同時にベースとしての強度も十分となる。さらに、用いる磁石の最大エネルギー積が大きいほど、厚さが厚いほど、また幅が広いほど、磁石の磁束密度を増すには、ヨークとしても機能するベース材料の厚さは増した方が望ましい。一方で、厚くすると、装置全体の重量も増え、また加工が難しくなる。そのため厚さは、上限を３ｍｍとして、さらにこれらの要因を考慮して適宜決めればよい。
【００３６】  ベース２は、長手方向に沿って内側に曲げ加工を施して滑らかに湾曲させたものを使用する。そしてベース２の長手方向両端部の湾曲度は、中央部の湾曲度より大きくしておくとより望ましい。図２において、ベース２の曲率半径ｒ２は中心部の曲率半径ｒ１よりも小さい（ｒ１＞ｒ２）。このようにベースを湾曲させておけば、ＰＧ薄板５を磁石列の一端に載せると自重で自然に下方すなわちベース２の中央部に向けて移動を始め、長手方向の反対側に到達したときにＰＧ薄板５が飛び出すのを防ぐとともに、自然反転して再び移動を始める。暫くの間この動きを反復して繰り返し、磁石列上で往復運動を継続する。
【００３７】  ベース２の湾曲度に関しては、例えば均一の曲率半径ｒで円弧状に加工する場合、ベースの長さをＬ、加工後の円弧に対応する仰角を２α（ラジアン）とすると、次式が成り立つ。
２αｒ＝Ｌ
α＝Ｌ／（２ｒ）
そして、円弧の両端を結ぶ直線と中央部の円弧との距離ｈは次式で求められる。なおｈは中央部を基準とした両端部の落差に相当すると見なすこともできる。
ｈ＝ｒ−ｒｃｏｓα＝ｒ（１−ｃｏｓα）
＝ｒ（１−ｃｏｓ（Ｌ／２ｒ））
もっとも大きくなる両端部での勾配（傾き）は次式で求められる。
＝ｔａｎ（α）＝ｔａｎ（Ｌ／２ｒ）
Ｌを３００ｍｍとした場合で、例えば、曲率半径ｒが４０００ｍｍと大きくした場合、αは０．０３７５ラジアン（２．１５度）と計算される。
落差に相当する距離ｈは２．８ｍｍ、最大の勾配となる両端部の勾配ｔａｎ（α）でも０．０３８とかなり小さい。そのため、このような大きな曲率半径とした場合は、ＰＧ薄板５の運動速度は遅くなる。それでも、摩擦がなくなるため問題なく往復運動することを確認した。
【００３８】  特に、傾動機構を用いて間歇的にベースを傾ける場合、ＰＧ薄板５を片側に寄せるのに必要な角度（最大α）を小さくできるため、このような大きめの曲率半径を選択するのが望ましい。なぜならば、傾動しているのが分かりにくく、磁気浮上現象に加えてさらに神秘性を増すことが可能となるからである。
一方、曲率半径ｒを小さくするとＰＧ薄板５の動きは速まる。手作業で、ベース２上にＰＧ薄板５を載せたり、ベース２を傾けたりして、ＰＧ薄板５を速めに動かそうとする場合はｒを小さくすれば良い。例えば、ｒとして１０００ｍｍや５００ｍｍも選択しうる。
【００３９】  ベース２の両端の湾曲度を増して、ＰＧ薄板５が長手方向に飛び出しにくくするためには、例えば、両端の曲率半径ｒ２を中央部の曲率半径ｒ１の１／３〜１／１．５に小さくするのが望ましい。なお、中央部と両端部をそれぞれ一定の曲率半径ｒ１とｒ２に湾曲させるのでなく、中央部から両端部に向けて、例えば楕円の長円部のように、連続的に曲率半径を小さくしても良い。このような場合も本発明に含まれる。
【００４０】  図１に示すように前記各ネオジウム磁石列内の磁極の向きは同じであり、隣り合う磁石列同志のネオジウム磁石の磁極の向きは互いに上下方向に反対になるように並べてある。図３（ａ）は図２の線Ａ−Ａ’の沿った断面図であって、ベース２の幅方向に互いに極性を反対にした直方体形状のネオジウム磁石３を並べて図１の磁石列４を作る。直方体形状のネオジウム磁石３を使用すれば、ベース２上に並べることでその曲面に沿った磁石列４を容易に得ることができる。
磁石列４は長手方向に沿って３列以上配置する。図３には５列配置した例を示してある。このように磁石を配列すれば、極性の異なる磁石列の境界付近に磁束密度分布の谷が形成され、磁石列の上方には磁束密度分布の山が形成される。
【００４１】  例えば、磁石列を３列とした場合、そして例えば磁石の幅ｗの１．５倍程度の幅のＰＧ薄板５をその中央線が磁石の列方向の中央線にほぼ一致するように載せた場合、ＰＧ薄板５の両端は中央の磁束密度分布の谷を越え、さらに両側の磁石の密度分布の山の裾野にかかるようになり、幅方向に対して安定する。
一方、磁束密度は長手方向にはその両端部を除いて一定となり、スムーズに往復運動させることが可能となる。
【００４２】  図３（ｂ）には、磁石列が５列の場合に、模式的に磁束密度分布の等高線を示し、例として磁石の幅の約３．５倍の幅のＰＧ薄板５を１個配置した状態を示した。この場合、ＰＧ薄板５は２番目、３番目、４番目の磁石列の描く磁束密度分布の山を越えて、両端の磁石列の描く磁束密度分布の山の裾野にかかって、安定する。
なお、既に述べたとおり、反磁性体への磁石の反発力は磁石の極性には影響されないため、磁束密度分布は極性を無視して描いてある。
【００４３】  ＰＧ薄板５の動きをさらに安定させ、往復運動させた場合に磁石列からの脱落を防止するためには、磁石列幅方向の両端にある磁石が重要な役割を果たす。
例えば、３列配置の場合、幅方向に磁束密度分布に三つの山が形成される。しかしながら、同じ形状寸法の同じ最大エネルギー積の磁石を単に並べただけでは、中央の磁石の密度分布の山より、両側の磁束密度分布の山の方が低くなる。
４列以上の磁石を並べた場合も同様に、両端の磁石列上の磁束密度分布の山が最も低くなる。図３（ｂ）はそのような様子を、磁石列が５列の場合について、模式図で示したものである。
そのため、例えば、本発明の装置を置いた机やテーブルの水平が十分とれていない場合、あるいはエアコンや扇風機等の風の影響が避けられない場合、ＰＧ薄板５が磁石列上から脱落しやすいことが分かった。
そのような問題を改善し、さらにＰＧ薄板５が脱落しにくくして安定した往復運動を可能とするための方法としては、以下に示す３つの方法がある。
【００４４】    例えば、本発明の装置では、磁石列幅方向の両端にある磁石に、中心部よりも最大エネルギー積が大きな磁石を使用する方法が採用される。
図４（ａ）は別の装置の図２の線Ａ−Ａ’に相当する位置の断面図である。図４（ａ）において各ネオジウム磁石の高さは同じである。図４（ａ）の例では、磁石列幅方向の両端にあるネオジウム磁石３２の最大エネルギー積は、内側にあるネオジウム磁石３１の最大エネルギー積よりも大きく、より強力な磁石を使用している。
このようにすれば当然両端部の磁石上の磁束密度分布の山がより高くなる。図４（ｂ）に模式的に磁束密度分布の等高線を示し、例として磁石の幅の３．５倍の幅のＰＧ薄板５を配置した状態を示した。
そのような効果を高めるためには、好ましくは両端磁石の最大エネルギー積を中心部磁石の最大エネルギー積よりも５ＭＧＯｅ以上大きくするのがよい。
このような磁石の配置とすることにより、ＰＧ薄板５が脱落しにくくより安定した往復運動が可能となる。
【００４５】  図５（ａ）に別の方法の幅方向の断面図を示す。この方法では磁石列幅方向の両端にあるネオジウム磁石３３に内側にあるネオジウム磁石３１と比べて、同じ最大エネルギー積で厚さの厚い磁石を使用している。図に示した例では磁石の幅の１．５倍程度の幅のＰＧ薄板５２を２個乗せた場合を示してあり、（ｂ）には磁束密度分布の等高線を模式的に示した。
この方法では、同じ最大エネルギー積の磁石では厚さが厚いほど表面の磁束密度は大きくなるため、磁束密度分布の山が高くなる。さらに、図で厚い磁石３３の表面とその上を浮上通過するＰＧ薄板５２との下面との距離も短くなるため、その分さらに浮上力が増し、内側に傾斜し脱落しにくくなる。
なお、ＰＧ薄板の磁石上の浮上距離は１ｍｍ前後であるため、磁石の厚さの差は、それより小さな０．７ｍｍ以下とし、十分な効果を発揮させるためには０．３ｍｍ以上とするのが望ましい。
【００４６】  さらに、図６に示すように、磁石列幅方向の両端にある磁石列のネオジウム磁石を内側に向けて傾ける方法が採用できる。その場合、内側に傾ける方法として、（ａ）の例では磁石３３の下に軟質磁性材よりなる楔状スペーサ６を入れてあり、（ｂ）の例ではベース２１として両端を内側に曲げ加工したものを使用しており、さらに（ｃ）の例では両端にある磁石列に断面台形のネオジウム磁石３４を使用している。
ここで内側に傾斜させる角度は１度〜１０度とするのが適当である。
なぜならば、例えば、代表例として６ｍｍの幅の磁石を用いて、１０度傾けた場合、両端の磁石のコーナ部は、磁石列の中央から
６ｍｍ×ｓｉｎ（１０度）＝１．０４ｍｍ
上昇することになり、ＰＧ薄板の磁石からの浮上距離に近づく。そのため、装置を真横から眺めたときにＰＧ薄板の浮上が観察しにくくなる。そのため、１０度以下とするのが望ましい。一方、１度以下では、その効果が不十分となる。
このような磁石の配置とすれば、例えばＰＧ薄板５が外れかかる場合に、磁石とＰＧ薄板５の距離が短くなり、磁気反発力が増し、ＰＧ薄板５は内側に傾斜し、もとの位置に戻りやすくなる。すなわち脱落しにくくなり、安定した往復運動が可能となる。
【００４７】  次に、磁石列を５列にした場合についてさらに詳しく説明する。
既に述べたように、本発明の反磁性体ＰＧ薄板の磁気浮上往復運動装置では、最低で５つの磁石列で、２個のＰＧ薄板５２を同時に往復運動させることができる。
一方、米国で製造販売されている、ハルバッハ配置を用いた磁気浮上玩具の場合、５列でも１個のＰＧ薄板しか往復運動できない。
【００４８】  さらに、本発明の装置について、実際に実験で確認した結果、５列の磁石配列で２個のＰＧ薄板を同時に安定して往復運動させるためには、両端の磁石のみでなく、中央の磁石についてもさらに工夫の余地があることが分かった。すなわち；
既に述べたように、単に同じ形状の同じ最大エネルギー積の磁石を５列並べた場合は、両端の磁石列上の磁束密度分布の山が最も低い。そして、実際に測定した結果、中央の磁石列上の磁束密度分布の山は、両端の磁石列上の磁束密度分布の山よりも高いが、それらの両隣のすなわち片側から２番目と４番目の磁石上の磁束密度分布の山よりも低くなる。
そのため、例えば、磁石の幅の１．５倍程度の幅のＰＧ薄板５２を往復運動させる場合、片側から２番目あるいは４番目の磁石列上よりも、中央の磁石列上の方が安定しやすく、中央の磁石列上に移りやすい傾向があることが分かった。
２個のＰＧ薄板５２を往復運動させる場合は、２番目と４番目の磁石列上を往復運動させることになり、両端の磁石列への対策と同時に、両軌道を分ける中央の磁石列上の磁束密度の分布に対しても、より高める方向で対策を講じることが望ましいことになる。
【００４９】  図７に示すのは上記図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の手段に組み合わせて、中央の磁石列の磁束密度を高める方法として、中央のネオジウム磁石には同じ最大エネルギー積の厚さの厚いネオジウム磁石３３を配置している。すなわち；
図７（ａ）は磁石列幅方向の両端にある磁石の下に楔状スペーサ６を入れて両端のネオジム磁石３１を内側に傾け、かつ中央のネオジウム磁石には同じ最大エネルギー積の厚さの厚いネオジウム磁石３３を配置している。
図７（ｂ）はベースとして両端を内側に曲げる加工を施したベース２１を使用し、かつ中央のネオジウム磁石には厚さの厚いネオジウム磁石３３を配置している。
図７（ｃ）は両端にあるネオジウム磁石を断面台形のネオジウム磁石３４とし、かつ中央のネオジウム磁石には厚さの厚いネオジウム磁石３３を配置している。
【００５０】  いずれの場合も、中央の磁石に厚さの厚い磁石を用いることにより、その上の表面磁束密度は増加し、さらにその上を浮上通過するＰＧ薄板５２の下面と磁石の距離も短くなるため、反発力を増すことができ、二つのＰＧ薄板５２を同時に往復運動させるときの仕切りとしての機能を増すことができる。
なお、ＰＧ薄板の磁石上の浮上距離は１ｍｍ前後であるため、磁石の厚さの差は、それより小さな０．７ｍｍ以下とし、十分な効果を発揮させるためには０．３ｍｍ以上とするのが望ましい。
【００５１】  図８に示すのは上記図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の手段に組み合わせた別の例を示す。図８（ａ）は磁石列幅方向の両端にある磁石の下に楔状スペーサ６を入れて両端のネオジム磁石３１を内側に傾け、かつ中央のネオジウム磁石３２は最大エネルギー積のより大きなものを用いている。
図８（ｂ）はベースとして両端を内側に曲げる加工を施したベース２１を使用し、かつ中央のネオジウム磁石３２は最大エネルギー積のより大きなものを用いている。
図８（ｃ）は両端にあるネオジウム磁石を断面台形のネオジウム磁石３４とし、かつ中央のネオジウム磁石３２は最大エネルギー積のより大きなものを用いている。
【００５２】  最大エネルギー積のより大きな磁石を用いれば、当然その上の磁束密度分布の山は高くなり、二つのＰＧ薄板５２を同時に往復運動させるときの仕切りとしての機能を増すことができる。そのような効果を十分発揮するためには、最大エネルギー積は５ＭＧＯｅ以上大きなものを用いるのが望ましい。
さらに、最大エネルギー積のより大きくて、同時により厚い磁石を用いることにより、二つのＰＧ薄板５２を同時に往復運動させるときの仕切りとしての機能を倍加することができる。
【００５３】  その他に、このような中央の磁石の高さを増す方法や、最大エネルギー積の大きな磁石と用いる方法に、図４に示す両端の磁石に最大エネルギー積がより大きなものを用いる方法、あるいは図５に示す両端の磁石により厚いものを用いる方法を組み合わせることもできる。
【００５４】  以上説明したように本発明では、磁石列の幅方向の両端の各磁石が、幅方向の中央に向かって傾斜しているか、磁石列の幅方向の両端の各磁石の最大エネルギー積が、中央部の各磁石の最大エネルギー積より大きいか、もしくは磁石列の幅方向の両端の各磁石の表面高さが、中央部の各磁石の表面高さよりも高いかのうち、少なくとも一つ以上の構成要件を満たして配置することによって、ＰＧ薄板５が磁石列から脱落しにくくなり、ＰＧ薄板５の往復運動をより安定させることができる。
【００５５】  さらに５列配置の場合は、中央の磁石の厚さが、両隣の磁石の厚さより厚いか、最大エネルギー積のより大きな磁石を用いることにより、中央の磁石列上の磁束密度を大きくして、仕切りの効果を高め、二つのＰＧ薄板５２の往復運動をより安定させることができる。
【００５６】  以上、５列配置の場合について説明したが、７列以上の奇数列を配置した場合についても、本発明の手法を応用することにより、３個以上のＰＧ薄板を安定して往復運動させることができる。
すなわち、７列以上の奇数列を配置した場合は、両端の磁石に対する既に述べたＰＧ薄板の脱落を防ぐ種々の対策と合わせて、両端を除く内側の奇数列の磁石の厚さを厚くするか、最大エネルギー積が大きな磁石を用いることにより、あるいは両手段を併用することにより、それらの磁石列上の磁束密度分布の山を高くして、軌道を分ける機能を強化すれば良い。そのようにすることで、偶数列上を磁石の幅ｗの１．５倍程度の幅のＰＧの薄板を、（ｎ−１）／２個同時に安定して往復運動させる科学装置とすることが可能となる。そして、もっとも少ない磁石列数で、もっとも数の多いＰＧ薄板を、互いに接触させずに同時にベース上を安定して往復運動させることができるようになる。
【００５７】  図９は本発明で使用するＰＧ薄板を磁石列上に載せた時の平面図であり、ネオジウム磁石とＰＧ薄板の大きさの関係を示している。
本発明の装置では、反磁性体としてＰＧの薄板を使用する。ＰＧ薄板の厚さは、以下に述べる理由から０．３ｍｍ〜１．５ｍｍが適する。
ＰＧに磁気反発力が有効に働くのは、厚さが０．５ｍｍ程度までであり、それ以上厚い場合は、単に重さが増し、磁気浮上距離を短くする。さらにＰＧはその製法からして高価であり、厚さに比例して高くなる。
しかしながら、ＰＧ薄板が往復運動するときの抵抗はほとんどが空気抵抗であり、それは厚さにはほとんど依存せず、表面積に比例して増えると考えられる。一方で、ＰＧ薄板の運動エネルギーは重さしたがって厚さに比例するため、適度に厚い方が空気抵抗に逆らって往復運動が継続しやすく、また横風等の影響も受けにくくなる。
一方で、０．３ｍｍ以下に加工するのは難しく、また強度も低下し割れやすくなる。
そのため、これらの要因を総合的に考慮し、厚さは０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００５８】  ＰＧ薄板５の大きさは形成される磁束密度分布との関係で適正なサイズがある。すなわち、ＰＧ薄板５の動きをより安定させるためには、ＰＧ薄板５の幅がネオジウム磁石３によって形成される磁束密度分布の山を少なくとも一つ以上覆って、さらにその両隣の磁束密度分布の山の裾野にかかっている状態が望ましい。
【００５９】  図９は磁石列が５列の場合に、種々の形状のＰＧ薄板を載置した例を示す。５１は磁石列中央に四角形形状のＰＧ薄板の幅（Ｗ）を１個のネオジウム磁石３の幅ｗの１．２倍程度にした場合を示す。５２はＰＧ薄板の幅（Ｗ）が１個のネオジウム磁石３の幅ｗの１．５倍程度のものを使用し、同時に２個載置した例を示す。
５３及び５４はＰＧ薄板の幅（Ｗ）がネオジウム磁石３の幅ｗの整数倍よりも若干広い場合で、ネオジウム磁石３の幅をｗ、磁石列４の数をｎとしたとき、５３はネオジウム磁石の幅ｗの２倍よりも若干広い例、５４はネオジウム磁石３の幅の３倍よりも若干広い例を示している。
ＰＧ薄板の幅（Ｗ）は既に述べた理由により、もっとも狭い場合でもネオジウム磁石３の幅よりも若干大きめの１．２倍以上とするのが望ましい。それよりも狭いと斜めになりやすく、さらに狭くすると幅方向に水平を保ちにくくなり、磁石３の表面に接触しやすくなるためである。一方、最大の幅は磁石列４の列数をｎとして（ｎ−１）ｗである。それ以上では、安定しなくなり、滑り落ちるようになる。以上述べたように、ＰＧ薄板の幅（Ｗ）は１．２ｗ〜（ｎ−１）ｗが好ましい。
５５及び５６はＰＧ薄板の往復運動方向の長さＬが幅Ｗより小さい場合を示す。ＰＧ薄板の長さＬは、ほとんどの場合、磁石３の幅ｗの２倍以上であれば、ＰＧ薄板の幅Ｗより短くても安定した往復運動が可能である。ただし、ＬはＰＧ薄板の幅Ｗの半分すなわち０．５Ｗ以上とするのが望ましい。
安定して往復運動が可能なＰＧ薄板のサイズは、本発明で採用している種々の対策によっても変わりうるため、実際に往復運動させて確認するのが望ましい。
【００６０】  ＰＧ薄板の形状は円形であっても良い。図９の５７〜５９は円形のＰＧ薄板を使用した例を示す。円形の場合の円の直径は、長方形のＰＧ薄板のサイズを決めたのと同様な理由から１．２ｗ〜（ｎ−１）ｗにすることができる。
さらに、ＰＧ薄板の形状はこれらの形状に限定されない。例えば、前述の長方形の４隅を直線で切り取った八角形であっても良い。あるいは、４隅をＲ面取り加工して丸めたものを用いることもできる。
【００６１】  本発明の装置では、ベース２の傾きを間歇的に変化させて、ＰＧ薄板５を磁石列の片側に移動させた後、ベース２の傾きを元に復元させる機構を備えた装置としても良い。
このような機構を備えた本発明の装置の例を、図１０〜図１２に示す。
図１０は電磁石の磁気吸引力を用いてベース２を傾動する方式である。傾動装置８１はケース状に構成され、少なくともその上面は例えばアルミニウム、木材等の非磁性の材料で構成されている。その上面にベース２を置き、ベースの長手方向の中心１０から離れた位置に傾動用電磁石１２を配置してある。図１１は図１０に示す傾動装置８１の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。図１１に示すように、傾動用電磁石１２は磁石列の幅方向に沿って複数個並んでおり、この傾動用電磁石１２に付属の電池とタイマー装置１３によって間歇的に電流を流し、上部のベース材料２を吸引したり解放したりする。
このような作用により、ＰＧ薄板５の往復運動が停止する前に、ベースを傾けてＰＧ薄板５を片側に移動させた後に元に戻し、往復運動を再開させることができる。
【００６２】  また、図１２には別の傾動装置８２を示す。図１２に示す装置は、ベース２の下側の長手方向中央部にベース２に固定した支持部１４を設け、その支持部１４の支点１５を回転の中心にして、図に未表示のタイマーと機械的な駆動装置を用いて、支持部１４を間歇的に傾ける方法である。ベース２は支持部１４と一体のため、ベース２を傾けることができ、また元に戻すことができる。
さらに、この場合も支持部１４を軟磁性材で構成して、支持部１４の下側の突出部１６に水平方向から電磁石の磁気吸着力を作用させてベース２を傾ける方法を採用することができる。
いずれの方式を採用しても簡単な方法でＰＧ薄板５の動きを長時間継続させることができるようになる。さらに、いずれの方式も外観からは分かりにくく、ＰＧ薄板５の磁気浮上現象に加えて観察者の興味をそそることができる。
【実施例】
【実施例１】
【００６３】  次に実施例をあげて本発明を説明する。
ベース材料として厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ３１０ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼板を準備した。ベース２は中心部の曲率半径がおよそ４０００ｍｍ、両端部の曲率半径がおよそ２０００ｍｍになるように湾曲面状に加工を施したものを使用した。
磁石列を形成するネオジウム磁石として厚さ３ｍｍ、幅６ｍｍ、長さ１２ｍｍで厚さ方向に磁場配向した最大エネルギー積が４７ＭＧＯｅの磁石を使用した。
ベース内側の曲面に、長方形のネオジウム磁石を長手方向に２５個連ねた磁石列を５列並べた。ベースの幅方向両端に配置する磁石はＮ極が上向きなるようにして、幅方向の各磁石列の極性が交互に反対になるように並べた。【００６４】  このように配置した磁石列の幅方向の表面の磁束密度分布を測定した。測定には簡易磁束密度測定器（カネテック  テスラメータＴＭ−７０１）を使用した。ＸＹステージに固定したプローブ先端のホール素子を磁石表面に接触させ、磁石列の幅方向に０．５ｍｍ間隔で移動させながら測定した。その際、磁石列端部のＮＳが切り替わる位置を距離０に設定して測定した。
さらに、磁石の上に１．０ｍｍの厚さのアルミニウム薄板を置いて、その上からプローブ先端のホール素子を押し当てる方法で、磁石の表面から１ｍｍ上方の磁束密度分布も測定した。磁石の表面から１ｍｍ上方としたのはＰＧの磁石上の浮上距離が１ｍｍ前後であるからである。【００６５】  なお、磁石の極性ＮＳの移り変わりの位置、すなわち図の磁束密度分布の谷は本来０になる。しかしながら０．５ｍｍ間隔では、測定にかかりにくく、図には示されない場合も少なくない。そのため、磁石表面の磁束密度の測定時には、極性ＮＳが切り替わる位置も測定記録するようにした。
さらに、磁束密度分布は磁石の全幅より若干広がりをもち、磁石表面上と１ｍｍ上とではその広がりが異なるため、左右対称となるように、位置は補正して示した。【００６６】  さらに、磁石列上の磁束密度の最大値を測定した。測定は５回行った。片側から数えて１列目から５列目の磁石列上の磁束密度の最大値の平均値をそれぞれＰ１〜Ｐ５として、それらの値と、Ｐ２とＰ４の平均値とＰ１とＰ２の平均値との差、
ΔＰ＝（Ｐ２＋Ｐ４）／２−（Ｐ１＋Ｐ２）／２
と、Ｐ２とＰ４の平均値とＰ３との差、
ΔＰ’＝（Ｐ２＋Ｐ４）／２−Ｐ３
も表に示した。
ΔＰはその値が小さいほど磁石列上にＰＧ薄板５を往復運動させたときに脱落しにくくなり、その目安としてとらえることができる。そして、ΔＰ’はその値が小さいほど磁石列上を２個のＰＧ薄板５２を往復運動させたときにそれぞれの軌道を分けるしきりとしての作用が増す。それにより、ＰＧ薄板５２が中央の磁石列に移りにくくして、互いの接触や衝突による運動停止を防止することができる。そのよう目安を示していると考えることができる。【００６７】  幅方向の密度分布の測定結果を図１３に、磁束密度の最大値の測定結果を表１示す。図１３において、磁石表面の磁束密度分布は実線で、１ｍｍ上の磁束密度分布は点線で示した。
図１３に示すとおり、磁石表面の磁束密度分布は磁石列上で高い山を形成し、磁石列の境界部分では谷を形成している。なお、既に述べたとおり、磁石による反磁性体への反発力は磁石の極性によらないため、磁極の向きは区別せずに描いてある。【００６８】
【表１】
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【００６９】  図１３と表１より、両端の磁石列上の磁束密度分布の山がもっとも低く、それらの内側、すなわち片側から数えて２列目、４列目の磁石上の磁束密度分布の山がもっとも高いことが分かる。そして、中央の磁石列上の磁束密度分布の山は、その両隣の磁石列上の磁束密度分布の山よりも低くなっていることが分かる。【００７０】  準備した磁石列上に、図９に示した種々の形状のＰＧ薄板５を用いて往復運動することを確認した。厚さについても０．３〜１．５ｍｍまでの種々の組み合わせのものを準備し、往復運動することを確認した。
ベース２の曲率半径が大きいため、長手方向の両端でも、勾配は４度程度と小さいが、摩擦抵抗がないため、ＰＧ薄板５は中心に向かって往復運動を繰り返し、３分経過しても完全には停止しなかった。一往復にかかる時間は約４秒であった。
【実施例２】
【００７１】  ベース材料として厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ２１０ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼板を準備した。ベース２は中心部の曲率半径がおよそ１２００ｍｍ、両端部の曲率半径がおよそ６００ｍｍになるように湾曲状に加工したものを使用した。
磁石列を形成するネオジウム磁石は実施例１と同じ最大エネルギー積で同じ形状寸法のものと、同じ最大エネルギー積で厚さが０．５ｍｍ薄い２．５ｍｍの磁石を準備した。
ベース２内側の湾曲面に、磁石を長手方向に１６個連ねた磁石列を５列並べ、その際、幅方向の両端と中央部には厚めの３ｍｍ厚さの磁石それらの両隣には薄めの２．５ｍｍ厚さの磁石を配置した。両端と中央部に配置した磁石はＮ極が上向きなるようにして、それらの間の磁石列の磁石はＳ極が上向きになるようにして、各磁石列の極性が交互になるように並べた。【００７２】  このように配置した磁石列表面の磁束密度の最大値を実施例１と同様にして測定した。ただし、表面に段差があるため、厚い方の両端と中央の磁石列の表面に沿った平面上とそれより０．５ｍｍ上の平面上の各磁石列上の磁束密度の最大値Ｐ１〜Ｐ５を求めた。測定結果を表２に示す。【００７３】
【表２】
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【００７４】  表２から、実施例１の場合に比べて、
ΔＰ＝（Ｐ２＋Ｐ４）／２−（Ｐ１＋Ｐ２）／２
ΔＰ’＝（Ｐ２＋Ｐ４）／２−Ｐ３
が顕著に小さくなっていることが分かる。そのため、ＰＧ薄板５を載せて往復運動させる場合に実施例１よりさらに、安定して往復運動させることができることが予想される。【００７５】  準備した磁石列上に、図９に示した種々の形状のＰＧ薄板５を用いて往復運動することを確認した。厚さについても０．３〜１．５ｍｍまでの種々の組み合わせのものを準備し、往復運動することを確認した。そして、実施例１の場合よりも、例えば、ＰＧ薄板５を往復運動させながら、当該実施例の科学装置を移動したり、あるいは幅方向に数度傾けたりしても、ＰＧ薄板５が脱落しにくいことを確認した。
特に、その幅が磁石の幅の約１．５倍の幅９ｍｍ、長さ２０ｍｍのＰＧ薄板５２を２個同時に往復運動させる場合も、ΔＰ’が小さくなっていることから、ＰＧ薄板５２は中央の磁石列に移りにくく、互いに接触したり、衝突したりしにくく、実施例１の場合よりも、さらに安定して往復運動することを確認した。
ＰＧ薄板５の一往復にかかる時間は約２秒で、この場合も３分経過しても完全には停止しなかった。
【実施例３】
【００７６】  ベース材料として厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ２１０ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼板を準備した。ベース２は全体の曲率半径がおよそ１２００ｍｍになるように湾曲状に加工を施したものを使用した。
磁石列を形成するネオジウム磁石は実施例１と同じ寸法、磁気特性の磁石と、同じ形状寸法で最大エネルギー積が４０ＭＧＯｅと低めの磁石の２種類を準備した。
ベース内側の曲面に、磁石を長手方向に１６個連ねた磁石列を５列並べ、その際、幅方向の各磁石列の極性が交互になるようにして、幅方向の両端と中央部には最大エネルギー積が４７ＭＧＯｅの磁石を、それらの間の磁石列には４０ＭＧＯｅの磁石を並べた。
このように配置した磁石列表面の磁束密度の最大値を実施例１と同様にして測定した。測定結果を表３に示す。【００７７】
【表３】
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【００７８】  表３から、実施例２と同様、実施例１の場合に比べて、
ΔＰ＝（Ｐ２＋Ｐ４）／２−（Ｐ１＋Ｐ２）／２
ΔＰ’＝（Ｐ２＋Ｐ４）／２−Ｐ３
が小さくなっていることが分かる。特に、ＰＧ薄板５の浮上位置に近い、磁石表面から１ｍｍ上の磁束密度の差は、実施例１の場合に比べて大きく低下している。そのため、ＰＧ薄板５を往復運動させる場合に実施例１よりさらに、安定して往復運動させることができることが予想される。【００７９】  準備した磁石列上に、図９に示した種々形状のＰＧ薄板５を用いて往復運動することを確認した。厚さについても０．３〜１．５ｍｍまでの種々の組み合わせのものを準備し、往復運動することを確認した。そして、実施例１の場合よりも、例えば、ＰＧ薄板５を往復運動させながら、当該実施例の科学装置を移動したり、あるいは幅方向に数度傾けたりしても、ＰＧ薄板５が脱落しにくいことを確認した。
特に、その幅が磁石の幅の約１．５倍のＰＧ薄板５２を２個同時に往復運動させる場合も、実施例２と同様、実施例１の場合よりも、安定して往復運動することを確認した。
なお、ベースの中心部の湾曲度は実施例２と同じであり、両端の湾曲度を増しているため、ＰＧの一往復にかかる時間は実施例２より若干短めになった。
【実施例４】
【００８０】  ベース材料として厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ３１０ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼板を準備した。ベース２１として長さ方向に沿って、中央部の１８．５ｍｍを挟んだ両側を約８度上方に曲げ、さらに長手方向に曲率半径がおよそ３５００ｍｍ、両端部のそれぞれ６０ｍｍの部分をおよそ曲率半径１２００ｍｍになるように湾曲状に加工を施したものを使用した。
磁石列を形成するネオジウム磁石は実施例１と同じ寸法、磁気特性の磁石と、それと同じ最大エネルギー積で厚さのみ６．５ｍｍとした磁石の２種類を準備した。
ベース２１内側の曲面に、磁石を長手方向に２５個連ねた磁石列を５列並べ、その際、各磁石列の極性が交互になるようにして、図７の（ｂ）の幅方向断面の磁石配置に示すような中央部の磁石のみ厚めの磁石を配置した。【００８１】  このように配置した磁石列表面の幅方向の２列目と４列目の上方１ｍｍの位置の水平線上の磁束密度分布を測定した。測定位置の概略図を図１４（ａ）に二点鎖線で示し、測定結果を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）には、比較のため実施例１の磁束密度分布も点線で示した。【００８２】  図１４（ｂ）から、両端の磁石列の磁束密度分布の山のピークが、それぞれの磁石の幅方向の中央から、両側に移り特徴的な密度分布に変化していることが分かる。
そのような密度分布となるのは、測定方法からして、両端に近づくほど、測定端子のホール素子と磁石表面の距離が近づくためである。また、中央の磁石の厚さも厚いものを用いているため、その部分の磁束密度分布の山も高くなっている。
実際に例えば、ＰＧ薄板５２の幅Ｗが磁石の幅ｗの１．５倍程度のものを、２個同時に２番目の磁石列と４番目の磁石列上を往復運動させる場合、もし外側に外れかかると、図のような密度分布の作用に加えて、その部分のＰＧ薄板５２の下面は磁石の表面に近づき、反発力が増し、浮き上がり斜めになるため、さらにもとの軌道に戻りやすくなる。【００８３】  また、中央の磁石の厚さを厚くしているため、その磁石上の磁束密度分布も高くなり、二つのＰＧ薄板５２を同時に往復運動させる場合、両者の軌道を仕切る効果が高まっている。そのため、ＰＧ薄板５２は中央の磁石列上に移りにくく、互いに接触したり、衝突したりする確率が減り、安定して往復運動させることができた。【００８４】  準備した磁石列上に、図９に示した形状の種々の形状のＰＧ薄板５を用いて往復運動することを確認した。厚さについても０．３〜１．５ｍｍまでの種々の組み合わせのものを準備し、往復運動することを確認した。そして、実施例１の場合よりも、例えば、ＰＧ薄板５を往復運動させながら、当該実施例の科学装置を移動したり、あるいは幅方向に数度傾けたりしても、ＰＧ薄板５が脱落しにくいことを確認した。
特に、その幅が磁石の幅の約１．５倍のＰＧ薄板５２を２個同時に往復運動させる場合も、実施例１の場合よりも、さらに実施例３の場合以上に、そして実施例３と同等に安定して往復運動することを確認した。
【実施例５】
【００８５】  実施例４で用いた装置を、電磁石、タイマー、電池を内蔵した傾動装置の上に載せた。ＰＧ薄板５の運往復運動の振幅がまだ十分な時間範囲である１分間毎に電磁石を働かせて、約３度ベースを傾け、ＰＧ薄板５は磁石列上の片側に動かした。次に約３秒後に電磁石を切ること５により、ＰＧ薄板５の往復運動を再開させた。このようにして、ＰＧ薄板５の往復運動を長時間継続させることができた。
ＰＧ薄板５２を２個同時に往復運動させる場合、例えば、厚さの異なるもの、あるいは上面に紙を貼る等の方法により、空気抵抗を変えることにより、最初は平行して動くが、時間の経過とともに、ずれが生じ、互いに交差するようにすることも可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００８６】  本発明による科学装置を利用すれば、特別な補助装置を利用する必要が無く、きわめて簡単な方法で磁石列上に反磁性体を磁気浮上させて往復運動を繰り返すことができるので、磁石や反磁性体の性質を説明するモデルや宣伝広告のためのディスプレイ、あるいは玩具としての利用ができる。
【符号の説明】
【００８７】  １・・・・・・・科学装置
２・・・・・・・ベース
３・・・・・・・ネオジウム磁石
４・・・・・・・磁石列
５・・・・・・・ＰＧ薄板
６・・・・・・・楔状スペーサ
８・・・・・・・傾動装置
１２・・・・・・傾動用電磁石
１３・・・・・・電池とタイマー制御装置
１４・・・・・・支持部
１５・・・・・・支点
１６・・・・・・突出部
【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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