(57)【要約】【課題】磁石全体の磁力のバランスを崩すことなく、磁石の内部にほかの部品を導入して結合強度を高めることができる磁石体およびこれを備えた構造体を提供する。【解決手段】柱体状の合金磁石からなり、合金磁石の磁化方向は柱体の中心軸に沿っており、柱体の対向する２つの平面がそれぞれ磁極面となっており、一方の磁極面から中心軸に沿って凹部が形成される磁石体であって、凹部が形成されていない状態の柱体状の合金磁石は所定のパーミアンス係数を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱体状の合金磁石からなり、
前記合金磁石の磁化方向は前記柱体の中心軸に沿っており、前記柱体の対向する２つの平面がそれぞれ磁極面となっており、
一方の前記磁極面から前記中心軸に沿って凹部が形成される磁石体であって、
前記凹部が形成されていない状態の前記柱体状の合金磁石は所定のパーミアンス係数を有することを特徴とする磁石体。
【請求項２】
前記合金磁石のＢ−Ｈ曲線の減磁曲線は、磁場の変化量に対する磁束密度の変化量の割合が所定量以上の第１領域と、前記割合が前記所定量未満の第２領域とが屈曲点でつながった曲線形状を有し、
前記所定のパーミアンス係数に対応する第１パーミアンス直線は、前記第１領域において前記減磁曲線と交差することを特徴とする請求項１に記載の磁石体。
【請求項３】
前記凹部が形成された磁石体のパーミアンス係数に対応する第２パーミアンス直線は、前記第１領域において、前記第１パーミアンス直線と前記減磁曲線の交差点よりも磁束密度が大きな点で前記減磁曲線と交差することを特徴とする請求項２に記載の磁石体。
【請求項４】
前記凹部は、前記中心軸を中心とする円筒状をなすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁石体。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁石体と、
前記凹部に結合可能な凸部を備えた結合部品とを備え、
前記凹部に前記凸部を結合することによって前記磁石体と前記結合部品を一体化することを特徴とする構造体。
【請求項６】
前記凹部と前記凸部は、一方にねじ溝が形成され、他方にねじ山が形成され、前記ねじ溝と前記ねじ山を互いにかみ合わせることによって結合されることを特徴とする請求項５に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金磁石からなる磁石体、及び、この磁石体を備えた構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の装置や構造体に磁石を固定する方法として、圧入、接着、かしめなどの手法がある。例えば特許文献１に記載の位置検出装置においては、磁石を磁石保持部に圧入することによって固定している。上記手法においては、磁石がもとの形状のまま固定されるため、本来の磁力を発現させることができる。
これに対して、磁石の固定強度や、装置等の設計上の制約等に鑑みて、磁石の一部形状を変更して固定を行う手法も行われている。例えば、磁石製造の際に、結合する部品の一部を磁石内にインサートさせる手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１９１５３１号公報
【特許文献２】特開２００９−１４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、磁石内にほかの部品をインサートして固定する方法は、固定強度を高める点では効果的だが、例えば磁石としてネオジム磁石を用いた場合、ほかの部品をインサートする部分の体積を減少させてしまうため、体積を減少させていない磁石と比べて磁力が小さくなってしまう。また、体積を減少させた部分の磁力が小さくなるため、体積を減少させていない部分との間で磁力のバランスが崩れてしまい、これにより磁石全体としての磁力のリニアリティーが悪化する。この問題を解決するために、磁石を大型化してインサート部分の影響を抑えようとした場合、磁力のバランスは向上したとしても、磁石の全体サイズが設計寸法を超えてしまうために製品が成立しなくなるおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、磁石全体の磁力のバランスを崩すことなく、磁石の内部にほかの部品を導入して結合強度を高めることができる磁石体およびこれを備えた構造体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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の磁石体は、柱体状の合金磁石からなり、合金磁石の磁化方向は柱体の中心軸に沿っており、柱体の対向する２つの平面がそれぞれ磁極面となっており、一方の磁極面から中心軸に沿って凹部が形成される磁石体であって、凹部が形成されていない状態の柱体状の合金磁石は所定のパーミアンス係数を有することを特徴としている。
合金磁石は、一般に、フェライト磁石や希土類磁石と比べて、磁場の変化量に対する磁束密度の変化量の割合がきわめて大きな領域を有している。このような特性を有する合金磁石を用いるとともに、合金磁石のパーミアンス係数を所定の値に設定することによって、合金磁石に凹部を形成しても磁力の低下を抑えることができ、かつ、全体の磁力のバランスを崩すことのない磁石体を提供することができる。さらに、凹部を設けることによって、磁石体の内部にほかの部品を導入することが容易となり、磁石体と部品との結合強度を高めることが可能となる。
【０００７】
本発明の磁石体において、合金磁石のＢ−Ｈ曲線の減磁曲線は、磁場の変化量に対する磁束密度の変化量の割合が所定量以上の第１領域と、割合が所定量未満の第２領域とが屈曲点でつながった曲線形状を有し、所定のパーミアンス係数に対応する第１パーミアンス直線は、第１領域において減磁曲線と交差することが好ましい。
この構成によれば、凹部を設けても磁力が大きく増加するため、凹部を設けたことによる体積の減少を補って磁力の低下を抑えることができる。
【０００８】
本発明の磁石体において、凹部が形成された磁石体のパーミアンス係数に対応する第２パーミアンス直線は、第１領域において、第１パーミアンス直線と減磁曲線の交差点よりも磁束密度が大きな点で減磁曲線と交差することが好ましい。
これにより、凹部を設けたとしても第１および第２パーミアンス直線がともに第１領域において減磁曲線と交差するため、凹部の形成によって磁力を大きく増加させることができる。よって、凹部を形成しても磁力の低下を抑えることができ、全体の磁力のバランスを保つことが可能となる。
【０００９】
本発明の磁石体において、凹部は、中心軸を中心とする円筒状をなすことが好ましい。
これにより、凹部の形成が容易となるとともに、凹部の内周面にねじ溝等の加工が可能となり、磁石体に結合する部品の選択肢が広がり、また、結合部品との結合強度を高めることができる。
【００１０】
本発明の構造体は、上述のいずれかの本発明の磁石体と、凹部に結合可能な凸部を備えた結合部品とを備え、凹部に凸部を結合することによって磁石体と結合部品を一体化することを特徴としている。
これにより、磁石体と結合部品との結合強度を確保しつつ、磁力の低下を抑えることができ、かつ、全体の磁力のバランスを崩すことのない構造体を提供することができる。
【００１１】
本発明の構造体において、凹部と凸部は、一方にねじ溝が形成され、他方にねじ山が形成され、ねじ溝とねじ山を互いにかみ合わせることによって結合されることが好ましい。
これにより、磁石体と部品との結合強度を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、磁石全体の磁力のバランスを崩すことなく、磁石の内部にほかの部品を導入して結合強度を高めることができる磁石体およびこれを備えた構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態に係る磁石体に用いた合金磁石の構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の合金磁石に凹部を設けた磁石体と結合部品の構成を示す斜視図である。
【図２】Ｂ−Ｈ曲線の減磁曲線を示すグラフである。
【図３】（Ａ）はネオジム磁石の磁場解析結果を示すグラフ、（Ｂ）は合金磁石としてのＦＣＣ磁石の磁場解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る磁石体および構造体について図面を参照しつつ詳しく説明する。図１（Ａ）は本実施形態に係る磁石体に用いた合金磁石１０の構成を示す斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の合金磁石１０に凹部２１を設けた磁石体２０と結合部品３０の構成を示す斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、合金磁石１０は、対向する２つの平面１１、１２を底面とし、中心軸ＡＸに平行な直線１３を母線とする円柱形状を備える。合金磁石１０の材料としては、例えば、（１）鉄・クロム・コバルト磁石、（２）鉄・アルミニウム・ニッケル・コバルト磁石（以下、アルニコ磁石と呼ぶ）が挙げられる。
【００１６】
合金磁石１０は、大気中で高周波溶解された合金を鋳造によって円柱状に成形し、熱処理（容体化処理）、磁場中処理、時効処理などの後に磁化処理を行って形成される。合金磁石１０の磁化方向は、円柱の中心軸ＡＸに沿った方向とされ、平面１１と平面１２がそれぞれ磁極面となる。
なお、合金磁石１０の形状は、円柱形状に限定されず、柱体状であれば角柱形状でもよい。また、ほぼ柱体状であれば、柱体の母線が曲線となる形状であってもよい。ここで、柱体または略柱体状にした場合においても磁化方向は中心軸に沿った方向である。
【００１７】
図１（Ｂ）に示すように、磁石体２０は、図１（Ａ）の合金磁石１０の平面１２から中心軸ＡＸに沿って中空円筒状の凹部２１を同心状に設けた構成を備える。凹部２１の内周面には、不図示のねじ溝が設けられている。
【００１８】
図１（Ｂ）に示すように、結合部品３０は、円柱状の基部３１と、基部３１の上面３１ａから上方へ延びるように突出形成された円柱状の軸部３２（凸部）とを備える。基部３１と軸部３２は同心状に形成され、軸部３２は基部３１よりも半径が小さく、軸部３２の外周面には、磁石体２０の凹部２１に設けたねじ溝に対応したねじ山（不図示）が形成されている。
なお、結合部品３０は用途等に応じて、磁性部材や非磁性部材を用いることができ、基部３１の形状は任意に選択することができる。
【００１９】
結合部品３０の軸部３２を磁石体２０の凹部２１内に導入し、凹部２１のねじ溝と軸部３２のねじ山を互いにかみ合わせていくと、凹部２１と軸部３２とが結合されて磁石体２０と結合部品３０とが一体化され、これによって構造体４０が形成される。
【００２０】
ここで、合金磁石１０と磁石体２０のパーミアンス係数について、図２と図３を参照しつつ説明する。図２は、各種の永久磁石のＢ−Ｈ曲線の減磁曲線（第２象限における曲線）を示すグラフである。図２において、横軸は磁場の強さＨ（単位Ｏｅ）、縦軸は磁束密度Ｂ（単位Ｇ）であり、曲線Ｌ１は鉄・クロム・コバルト磁石の減磁曲線、曲線Ｌ２はアルニコ磁石の減磁曲線、曲線Ｌ３はネオジム磁石の減磁曲線、曲線Ｌ４はフェライト磁石の減磁曲線である。曲線Ｌ１、Ｌ２でそれぞれ示される鉄・クロム・コバルト磁石とアルニコ磁石は合金磁石であって、フェライト磁石と、希土類磁石であるネオジム磁石とは上記合金磁石には該当しない。
【００２１】
パーミアンス係数Ｐｃは、磁化した磁石中に生じる反磁場Ｈｄと、反磁場Ｈｄをとるときの磁束密度の値Ｂｄとを用いて、Ｐｃ＝−Ｂｄ／Ｈｄで定義される。磁石の特性を表すＢ−Ｈ曲線上において、パーミアンス係数Ｐｃを傾きとし、原点を通る直線をパーミアンス直線と呼ぶ。パーミアンス直線は減磁曲線と１点で交差する。
【００２２】
パーミアンス係数は、磁石の形状に応じて変化し、例えば、磁石の磁化方向の長さが長くなった場合や、磁石の磁化方向に直交する面の断面積が小さくなった場合に大きくなり、このようにパーミアンス係数が大きくなった部位は磁力が強くなる。
【００２３】
図２に示すように、曲線Ｌ１、Ｌ２で示す合金磁石においては、磁場Ｈの変化量に対する磁束密度Ｂの変化量が屈曲点Ｐａ、Ｐｂを境にそれぞれ大きく異なっている。図２において、曲線Ｌ１で示す鉄・クロム・コバルト磁石では、屈曲点Ｐａよりも左側の第１領域Ｐ１１（屈曲点Ｐａよりも磁場Ｈの強さが小さい領域）では、磁場Ｈの変化量に対する磁束密度Ｂの変化量が一定量（所定量）以上であり、右側の第２領域Ｐ１２（屈曲点Ｐａよりも磁場Ｈの強さが大きい領域）では前記一定量未満となっている。これは曲線Ｌ２で示すアルニコ磁石でも同様であって、屈曲点Ｐｂよりも左側の第１領域Ｐ２１では、磁場Ｈの変化量に対する磁束密度Ｂの変化量が一定量（所定量）以上であり、右側の第２領域Ｐ２２では前記一定量未満となっている。
これに対して、曲線Ｌ３、Ｌ４で示す非合金磁石においては、図２に示すように、合金磁石のような屈曲点は存在せず、磁場Ｈの変化量に対する磁束密度Ｂの変化量はほぼ一定の値となっている。
【００２４】
本実施形態においては、パーミアンス直線（第１パーミアンス直線）が上記第１領域で減磁曲線と交差するように、円柱状の合金磁石１０の形状を設計している。このような形状の合金磁石１０に対して、磁化方向である中心軸ＡＸの方向に沿って円筒状の凹部２１を設けると、中心軸ＡＸの方向において凹部２１が設けられた領域の磁石のパーミアンス係数が増加し、このパーミアンス係数に対応するパーミアンス直線（第２パーミアンス直線）は、凹部２１を形成する前のパーミアンス直線（第１パーミアンス直線）よりも第２領域側に傾斜した直線、すなわち、磁場Ｈの変化量に対する磁束密度Ｂの変化量がより大きく、パーミアンス係数が大きな直線となる。例えば、図２に示すように、曲線Ｌ２で示すアルニコ磁石において、凹部２１を形成する前のパーミアンス直線が実線で示す直線Ｓ１であるとき、凹部２１を形成した領域の磁石のパーミアンス直線は破線で示す直線Ｓ２となる。したがって、凹部２１を設けることによってパーミアンス係数を増加させることができ、凹部２１を設けた部位の磁力を増加させることができる。
ここで、第２パーミアンス直線が減磁曲線と交差する点は限定されないが、図２に示す直線Ｓ２のように第１領域で交差させるようにすると、この第１領域では磁場Ｈの変化量に対する磁束密度Ｂの変化量がきわめて大きいため、磁力をより大きく増加させることができる。
【００２５】
合金磁石１０に対して凹部２１を形成すると、磁石の体積が減少することによって磁力が低下するが、上述のようなパーミアンス係数の増加によって、磁石体２０全体としての磁力をきわめて大きくでき、かつ、形状によって磁力を調整することができることから、凹部２１を形成していない状態の合金磁石１０と同等の磁力に調整することが可能となる。
【００２６】
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して、合金磁石の磁化方向に沿って凹部を設けた場合の効果について説明する。図３（Ａ）はネオジム磁石（株式会社メイト社製  ＲＮＩ−４６６０）の磁場解析結果を示すグラフ、図３（Ｂ）は合金磁石としてのＦＣＣ磁石（日立金属社製  ＣＫＳＲ‐５５０）の磁場解析結果を示すグラフである。図３（Ａ）、（Ｂ）において、横軸のストロークは中心軸ＡＸからの距離（単位ｍｍ）であり、縦軸は磁石体全体の磁束密度（単位ｍＴ）である。
【００２７】
図３（Ａ）、（Ｂ）において実線で示す、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、及びＬ２２は、凹部２１を形成する前の円柱状の合金磁石１０の磁場解析結果であり、その円柱形状は直径９．９ｍｍ、中心軸ＡＸ方向の長さ２４．６ｍｍである。一方、破線で示すＬ１３、Ｌ１４、Ｌ２３、及びＬ２４は、曲線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、及びＬ２２で示すそれぞれの磁石に対して、凹部２１として、一方の磁極面から、直径５ｍｍ、中心軸ＡＸの方向の深さ２０ｍｍの中空円筒状の孔をそれぞれ設けた磁石体２０の磁場解析結果である。
ここで、曲線Ｌ１１、Ｌ１３、Ｌ２１、及びＬ２３は、中心軸ＡＸの方向の磁束密度Ｂｚを示しており、曲線Ｌ１２、Ｌ１４、Ｌ２２、及びＬ２４は、中心軸ＡＸに垂直な方向の磁束密度Ｂｘを示している。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、非合金磁石であるネオジム磁石においては、凹部２１を設けていない場合Ｌ１１、Ｌ１２と、凹部２１を設けた場合Ｌ１３、Ｌ１４とをそれぞれ比較すると、磁束密度Ｂｘ、Ｂｚのいずれにおいても、凹部２１を設けたことによる体積の減少の影響によって磁束密度が変動している。これに対して、図３（Ｂ）に示すように、合金磁石である鉄・クロム・コバルト磁石では、凹部２１を設けていない場合Ｌ２１、Ｌ２２と、凹部２１を設けた場合Ｌ２３、Ｌ２４とをそれぞれ比較すると、磁束密度Ｂｘ、Ｂｚのいずれにおいても、凹部２１を設ける前の磁石と凹部２１を設けた後の磁石体の磁束密度が一致しており、パーミアンス係数の増加によって体積の減少の影響を補うことができていることが分かる。
【００２９】
以下に変形例について説明する。
上述の実施形態においては、平面１２から中心軸ＡＸと同心状に凹部２１を設けたが、他方の平面１１から設けてもよい。また、凹部は、中心軸ＡＸと同心状でなくてもよく、中心軸ＡＸと平行な直線を中心軸とする円筒状としてもよい。また、凹部は、円筒以外の形状、例えば中空の角柱状としてもよく、その数は複数であってもよい。さらに、凹部を形成する位置は、磁石体１０の内部に限定されず、外周面上であってもよい。この場合の中心軸ＡＸに直交する面における形状は、半円などのように非対称な形状でもよい。
【００３０】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）上記合金磁石は、一般に、フェライト磁石や希土類磁石と比べて、磁場の変化量に対する磁束密度の変化量の割合がきわめて大きな領域を有しており、このような合金磁石を用いるとともに、パーミアンス係数が所定の値となるように合金磁石１０の形状を設定すると、凹部２１を形成しても磁力の低下を抑えることができ、かつ、磁石体１０の全体の磁力のバランスが崩れることを防ぐことができる。さらに、凹部２１を設けることによって、磁石体１０の内部にほかの部品を導入することが可能となるため、磁石体１０と部品との結合強度を高めることが可能となる。
【００３１】
（２）第１領域において減磁曲線と第１パーミアンス直線とを交差させるように合金磁石１０の形状を設定することにより、凹部２１を設けても磁力が大きく増加するため、凹部を設けたことによる体積の減少を補って磁力の低下を抑えることができる。
【００３２】
（３）第１領域において、第１パーミアンス直線と減磁曲線の交差点よりも磁束密度が大きな点で第２パーミアンス直線が減磁曲線と交差させることにより、凹部２１を設けたとしても第１および第２パーミアンス直線がともに第１領域において減磁曲線と交差するため、凹部２１の形成によって磁力を大きく増加させることができる。よって、凹部２１を形成しても磁力の低下を抑えることができ、全体の磁力のバランスを保つことが可能となる。
【００３３】
（４）凹部２１を円筒状とすると、凹部２１の形成が容易となるとともに、凹部２１の内周面にねじ溝等の加工が可能となり、磁石体２０に結合する部品の選択肢が広がり、また、その結合部品との結合強度を高めることができる。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係る磁石体および構造体は、磁石体の磁力を低下させることなく互いの結合強度を確保したい場合や、磁力の低下を避けつつ構造体を小型化したい場合に有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    合金磁石
１１、１２    平面（磁極面）
２０    磁石体
２１    凹部
３０    結合部品
３１    基部
３２    軸部
４０    構造体
【図１】
2017130489.tif 000003
【図２】
2017130489.tif 000004
【図３】
2017130489.tif 000005