JP2010002208A - 磁気吸引力測定装置及び磁気吸引力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定磁石が吸着対象物から所定の距離だけ離れた状態を再現しつつ、この状態で被測定磁石が基準吸着体に作用させる磁気吸引力を精度良く、かつ簡単に測定する。
【解決手段】磁気吸引力測定装置１０では、調整ナット８２及びスクリュー軸７６が永久磁石１００の吸着面１０１から基準吸着体７４までの高さ方向Ｈ（吸引方向）に沿った測定間隔Ｇを調整可能とする。これにより、永久磁石１００を基準吸着体７４から離間させつつ、吸引方向に沿った永久磁石１００から基準吸着体７４までの測定距離Ｇを所望の値に調整することができるので、永久磁石１００が実際に使用される条件に近似した状態を再現しつつ、この状態で永久磁石１００が基準吸着体７４に作用させる磁気吸引力を荷重測定器１４によって精度良く、かつ簡単に測定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、強磁性金属材料を含む吸着対象物が吸着可能とされた磁石の磁気吸引力を測定するために用いられる磁気吸引力測定装置及び磁気吸引力測定方法に関する。

磁気選別装置では、選別対象材料から強磁性の金属異物を除去する際には、一般的に、選別対象材料に対して永久磁石から磁気吸引力を作用させ、選別対象から金属異物を吸着し、除去している。このため、磁気選別装置では、永久磁石の磁気吸引力に対する管理が重要になり、所望の性能を発揮するためには、永久磁石の磁気吸引力が予め設定された管理範囲にあることが必須となる。

従来、上記のような永久磁石の磁気吸引力を測定する装置（磁気吸引力測定装置）としては、特許文献１に記載されているように、引張試験機により磁気力の測定対象となる永久磁石（被測定磁石）と磁性体ヨークとを磁気的に吸引させた状態で引張り、両者が分離するときの荷重を測定するものや、ホール素子を被測定磁石の表面に接触又は近接させた状態で、ホール素子により被測定磁石の表面付近に形成される開磁路の磁束密度を測定するものが知られている。

ここで、引張試験機を用いた磁気吸引力測定装置は、被測定磁石が磁性体ヨークに作用させる磁気吸引力の大きさを直接的に測定するものであるが、ホール素子を用いた測定装置は、単に磁束密度を測定するものである。
特開平５−２６４７０２号公報

しかしながら、本出願の発明者等の研究及び調査によれば、被測定磁石が磁性体と接触した状態で測定される磁気吸引力や、被測定磁石の表面付近で測定された磁束密度は、吸着対象物を、どれだけの距離からどれだけの力で吸引できるかの指標として必ずしも適当ではない、ということが明らかになった。すなわち、被測定磁石が磁性体と接触した状態で測定される磁気吸引力又は、被測定磁石の表面付近で測定された磁束密度を測定しても、これらの測定値に基づいて被測定磁石が所定距離、離れた金属異物に作用させる磁気吸引力の大きさを精度良く評価することはできない。
本発明の目的は、上記事実を考慮し、被測定磁石が吸着対象物から所定の距離だけ離れた状態を再現しつつ、この状態で被測定磁石が基準吸着体に作用させる磁気吸引力を精度良く、かつ簡単に測定できる磁気吸引力測定装置及び磁気吸引力測定方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る磁気吸引力測定装置は、磁石の磁気吸引力により吸引可能な基準吸着体と、前記基準吸着体に連結され、所定の吸引方向に沿って前記基準吸着体に対して作用する荷重の大きさを検出する荷重測定手段と、前記荷重測定手段を支持すると共に、前記基準吸着体が磁気吸引力の測定対象となる被測定磁石と対向するように、測定対象となる被測定磁石に装填されるフレーム部材と、前記フレーム部材に配置され、前記被測定磁石から前記基準吸着体までの前記吸引方向に沿った測定間隔を調整可能とするとギャップ調整機構と、を有することを特徴とする。

上記請求項１に係る磁気吸引力測定装置では、フレーム部材に配置されたギャップ調整機構が、被測定磁石から基準吸着体までの吸引方向に沿った測定間隔を調整可能とすることにより、被測定磁石を基準吸着体から離間させつつ、吸引方向に沿った被測定磁石から基準吸着体までの距離（測定距離）を所望の値に調整することができるので、例えば、前記測定距離を、被測定磁石が使用される装置における被測定磁石から吸着対象物までの距離に対応する長さに設定するようにすれば、被測定磁石が実際に使用される条件に近似した状態を再現しつつ、この状態で被測定磁石が基準吸着体に作用させる磁気吸引力を荷重測定手段によって精度良く、かつ簡単に測定できる。

このとき、例えば、荷重測定手段に連結される基準吸着体として、吸着対象物の形状、材質及、大きさ等の物理的な属性と近似し、又は対応する物理的な属性を有するものを選択すれば、被測定磁石が実際に使用される条件で、この被測定磁石により吸引される吸着対象物（物質）に実際に作用させる磁気吸引力と精度良く対応する磁気吸引力の測定値を得られる。

また、被測定磁石が実際に使用される条件での被測定磁石から吸着対象物までの距離が測定間隔の最大値よりも長いような場合でも、測定間隔を段階的に変えつつ、被測定磁石の磁気吸引力を複数回に亘って測定することで、重回帰等の手法により測定間隔と磁気吸引力との関係式を得ることができるので、この関係式に基づいて、実際に使用される条件で被測定磁石が吸着対象物に作用させる磁気吸引力を精度良く推定することも可能になる。

また、本発明の請求項２に係る磁気吸引力測定装置は、請求項１記載の磁気吸引力測定装置において、前記荷重測定手段には、形状、材質及又は大きさが互いに異なる複数個の前記基準吸着体から選択される１個の基準吸着体が連結されることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る磁気吸引力測定装置は、請求項２記載の磁気吸引力測定装置において、前記荷重測定手段には、被測定磁石により吸着することが想定される吸着対象物に対応する形状を有する前記測定基準吸着体が連結されることを特徴とする。
また、本発明の請求項４に係る磁気吸引力測定装置は、請求項１乃至３の何れか１項記載の磁気吸引力測定装置において、前記ギャップ調整機構には、前記フレーム部材が被測定磁石に装填されると、前記測定間隔を表示するゲージ部材を有することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る磁気吸引力測定方法は、請求項１乃至４の何れか１項記載の磁気吸引力測定装置に用いられる被測定磁石の磁気吸引力測定方法であって、被測定磁石にフレーム部材を装填する装填工程と、前記フレーム部材が被測定磁石に装填された状態にて、記ギャップ調整機構により被測定磁石から基準吸着体までの吸引方向に沿った測定間隔を所定の長さに調整するギャップ調整工程と、被測定磁石により前記基準吸着体に対して作用する磁気吸引力を、荷重測定手段荷重により前記基準吸着体に対して作用する荷重として検出する測定工程と、を有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る磁気吸引力測定装置及び磁気吸引力測定方法によれば、被測定磁石が吸着対象物から所定の距離だけ離れた状態を再現しつつ、この状態で被測定磁石が基準吸着体に作用させる磁気吸引力を精度良く、かつ簡単に測定できる。

以下、本発明の実施形態に係る磁気吸引力測定装置について図面を参照して説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る磁気吸引力測定装置及び、この磁気吸引力測定装置による測定対象となる永久磁石が示されている。この磁気吸引力測定装置１０は、全体として略コ字状に形成された測定フレーム１２及び、この測定フレーム１２の内側に配置される荷重測定器１４を備えている。ここで、測定フレーム１２及び荷重測定器１４は、それぞれ本発明に係るフレーム部材及び荷重検出手段を構成している。

測定フレーム１２には、図１（Ｂ）に示されるように、装置の幅方向（矢印Ｗ方向）に沿った両端部にそれぞれ円筒状の柱部材１６が設けられている。柱部材１６は、その中心軸線が幅方向Ｗに直交する装置の高さ方向（矢印Ｈ方向）と平行になっており、一対の柱部材１６は、高さ方向Ｈに沿った寸法が互いに等しいものになっている。一対の柱部材１６には、その下端面に肉厚円板状に形成された保護パット１８がそれぞれ固着されている。これら一対の保護パット１８の下端面は、それぞれ後述する磁気吸引力の測定対象となる永久磁石１００に対する当接面２０とされている。

ここで、保護パット１８は、硬質ウレタン等の永久磁石１００よりも表面硬度が低いが、磁気吸引力の測定時に高さ方向Ｈに沿った外部荷重を受けても、変形による寸法変化が十分に小さい材料により成形されている。また一対の柱部材１６には、その頂面部が円板状の蓋部材２２によりそれぞれ閉塞されており、蓋部材２２には高さ方向Ｈへ貫通するねじ孔２４が穿設されている。なお、保護パット１８は、その当接面２０が測定対象となる永久磁石１００の表面形状に対応する形状（例えば、湾曲面、球面）のものに交換可能になっている。

測定フレーム１２には、高さ方向Ｈに沿った上端部に連結プレート２６が配置されると共に、この連結プレート２６の上面側にホルダプレート２８が配置されている。連結プレート２６は幅方向Ｗを長手方向とする略長方形の平板状に形成されており、幅方向Ｗに沿った中心部に高さ方向へ貫通する下側軸受孔３２が穿設されると共に、両端部にそれぞれ高さ方向Ｈへ貫通する挿通孔３０が穿設されている。

ホルダプレート２８には、幅方向Ｗの中央部に連結プレート２６から離間する方向へ略コ字状に屈曲されたホルダ部３４が形成されている。ホルダ部３４には、幅方向Ｗ及び装置の(図１（Ａ）の矢印Ｄ方向)に沿って連結プレート２６の下側軸受孔３２と一致する上側軸受孔３６が穿設されている。また、ホルダプレート２８の幅方向Ｗの両端部には、連結プレート２６における一対の挿通孔３０にそれぞれ一致する挿通孔３８が穿設されている。

連結プレート２６は、その両端部がそれぞれ一対の柱部材１６における蓋部材２２に突き当てられており、この連結プレート２６上にはホルダプレート２８が積層されている。ホルダプレート２８の挿通孔３８及び、これに一致する連結プレート２６の挿通孔３０には連結ボルト４０が挿入されており、この連結ボルト４０は、その先端側が蓋部材２２のねじ孔２４に十分に大きな締結トルクが発生するまで捻じ込まれている。これにより、一対の柱部材１６は連結プレート２６及びホルダプレート２８を介して互いに十分な強度で連結される。すなわち、測定フレーム１２は、一対の柱部材１６並びに、これら一対の柱部材１６を連結した連結プレート２６及びホルダプレート２８により組立てられている。

図１（Ａ）に示されるように、一対の柱部材１６の外周面には、それぞれ幅方向Ｗに沿った内側端部に一対のガイドプレート４２が固着されている。一対のガイドプレート４２はそれぞれ高さ方向Ｈと平行に延在しており、一対のガイドプレート４２の間には、高さ方向Ｈに沿って直線的に延在し、かつ奥行方向Ｄに沿った幅が一定のガイド溝４４が形成されている。ここで、一対のガイドプレート４２は柱部材１６の高さ方向Ｈに沿った中間部分に配置されており、一方の柱部材１６における一対のガイドプレート４２と他方の柱部材１６における一対のガイドプレート４２は、高さ方向Ｈ及び奥行方向Ｄに沿った位置が一致している。

一方、荷重測定器１４は、測定器本体５０及び、この測定器本体５０を格納するホルダケーシング５２を備えている。ホルダケーシング５２は、奥行方向Ｄに沿って前端側（図１（Ｂ）では紙面手前側）の大部分が開口した略立方体状に形成されている。ホルダケーシング５２は、測定器本体５０の上端側に嵌挿される上部カバー５４、測定器本体５０の下端側に嵌挿される下部カバー５６及び、これら上部カバー５４及び下部カバー５６の裏面側をそれぞれ閉塞すると共に、上部カバー５４と下部カバー５６とを連結するバックプレート５８とを備えている。

バックプレート５８は、幅方向Ｗに沿ったバックプレート５８の寸法が上部カバー５４及び下部カバー５６の寸法よりも長くなっており、バックプレート５８には、その両端部にそれぞれ上部カバー５４及び下部カバー５６に対して幅方向外側へ延出する延出ガイド部６０が形成されている。一対の延出ガイド部６０は、その先端側がそれぞれガイド溝４４内に挿入されている。ここで、図１（Ａ）に示されるように、延出ガイド部６０の厚さはガイド溝４４の幅よりも僅かに薄くなっており、かつ一対の延出ガイド部６０の先端間の間隔は、一対のガイド溝４４の底面部間の間隔よりも僅かに短くなっている。これにより、延出ガイド部６０はガイド溝４４に沿って高さ方向Ｈへのみ移動可能となる。

測定器本体５０は、例えば、その内部に起歪体、この起歪体に固着された１乃至複数の歪みゲージ、この歪みゲージの電気抵抗の変化を測定する抵抗測定部等からなる荷重センサ（図示省略）を備えており、この荷重センサは、抵抗測定部により測定された電気抵抗の変化を校正することにより、起歪体に作用している外部荷重（本実施形態では、引張り荷重）を検出する。また測定器本体５０には、前側のフロントパネル６２にオペレータが操作電源のオン／オフ、風袋設定（イニシャライズ）、測定開始指令等を行うための操作部６４が配置されると共に、この操作部６４の下側に荷重センサにより検出された外部荷重(測定値）を表示する表示部６６が配置されている。

測定器本体５０には、その底板部にロッド状のジョイント部材６８が下方へ突出するように配置されている。また測定器本体５０の内部には、一端部が荷重センサの起歪体に連結されると共に、他端部がジョイント部材６８に連結された荷重伝達部材（図示省略）が配置されている。これにより、測定器本体５０では、ジョイント部材６８に高さ方向Ｈと略平行な外部荷重が伝達され、この外部荷重が荷重伝達部材を介して荷重センサの起歪体に伝達される。このとき、荷重センサは、歪みが発生した歪みゲージの電気抵抗の変化を測定することにより、外部荷重の大きさを検出する。なお、本実施形態では、外部荷重の検出素子として金属抵抗体式の歪みゲージを用いていたが、これ以外にも圧電素子式、半導体式、表面弾性波式、磁歪式、光ファイバ式等の歪みゲージを用いても良い。

磁気吸引力測定装置１０は、測定器本体５０のジョイント部材６８に着脱可能に連結される基準カートリッジ７０を備えている。基準カートリッジ７０には、その上端側に丸棒状の連結軸部７２が設けられると共に、この連結軸部７２の下端部に連結固定された基準吸着体７４が設けられている。連結軸部７２は、その上端部がジョイント部材６８の内周側に捻じ込み等により連結可能とされており、必要に応じてジョイント部材６８から離脱させることも可能になっている。またジョイント部材６８は、永久磁石１００からの磁気吸引力の影響を避けるため、好ましくは銅合金、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性の金属材料により形成される。一方、基準吸着体７４は、基本的には強磁性の金属材料を素材として形成され、永久磁石１００の磁気吸引力により吸着可能になっている。

なお、連結軸部７２については、測定フレーム７２を永久磁石１００に装填したときに、永久磁石１００により基準吸着体７４が突き上げられることを防止するため、ワイヤ、チェーン等の撓み方向へ変形可能な軸状部材を用いても良い。但し、撓み方向へ変形可能な軸状部材としては、引張り方向及び圧縮方向へ変形が生じないものを用いる必要がある。
磁気吸引力測定装置１０では、基準吸着体７４の形状、材質及又は大きさが互いに異なる複数個の基準カートリッジ７０が予め用意されており、永久磁石１００に対する磁気吸引力の測定時には、この永久磁石１００により吸着することが想定される吸着対象物に対応する基準吸着体７４が選択され、基準吸着体７４が連結軸部７２及びジョイント部材６８を介して測定器本体５０に連結される。

図１には、基準吸着体７４として略真球の形状を有するものが測定器本体５０に連結されている例が示されている。この基準吸着体７４は、例えば、低炭素鋼等の鉄系金属を素材として形成されているが、吸着対象物の素材等に応じてフェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス等の他の強磁性金属を素材としても良い。また、基準吸着体７４は、永久磁石１００により吸着可能であれば一部に強磁性金属を含まないものでも良く、例えば、強磁性金属の表面を樹脂材料、非磁性金属等の他の材料により被覆し、又はコーティングしたものでも良い。

また、永久磁石１００が吸着対象物に作用する磁気吸引力に対する測定精度を高めるためには、後述する理由により、基準吸着体７４として、吸着対象物に対応する形状を有しているものを用いることが望ましい。ここで、吸着対象物に対応する基準吸着体７４の形状とは、形状が同一で、かつ寸法も同一の場合、形状が同一だが、寸法が異なる（相似の）場合、形状が類似で、かつ寸法（体積）も略同一の場合等が挙げられる。

図１（Ｂ）に示されるように、ホルダケーシング５２の頂板部５３には、スクリュー軸７６の基端部がナット７８を介して連結固定されている。スクリュー軸７６は、その軸心が高さ方向Ｈと一致しており、先端側が外周面にねじ溝が形成された送りねじ部８０とされている。スクリュー軸７６の送りねじ部８０は、下側軸受孔３２及び上側軸受孔３６をそれぞれ通って連結プレート２６及びホルダプレート２８を貫通している。また、ホルダプレート２８のホルダ部３４内には、全体として略肉厚の円板状に形成された調整ナット８２が回転可能に収納されている。調整ナット８２の中心部には高さ方向Ｈに沿って雌ねじ孔８４が貫通しており、この雌ねじ孔８４には、スクリュー軸７６の送りねじ部８０が捻じ込まれている。ここで、連結プレート２６、ホルダ部３４、スクリュー軸７６及び調整ナット８２は、本発明に係るギャップ調整機構を構成している。

調整ナット８２の外周面には、軸線方向に沿った中間部に両端部に対して外径が大きい把持回転部８６が一体的に形成されており、この把持回転部８６は、図１（Ａ）に示されるように、外周側の一部がホルダ部３４に対して前方向及び後方向へそれぞれ突出している。磁気吸引力測定装置１０では、磁気吸引力の測定を行うオペレータが把持回転部８６を把持しつつ、調整ナット８２を回転させることにより、測定フレーム１２に対し、荷重測定器１４が高さ方向Ｈに沿って調整ナット８２の回転方向に対応する方向(上方又は下方)へ、調整ナット８２の回転量に対応する距離だけ移動する。このとき、ホルダケーシング５２が一対の柱部材１６にそれぞれ設けられたガイド溝４４に沿って高さ方向Ｈへガイドされることから、荷重測定器１４は、奥行方向Ｄ及び幅方向Ｗへ変位（斜行）することが防止され、調整ナット８２の回転量に正確に対応する距離だけ高さ方向Ｈへ直線的に確実に移動する。

ホルダケーシング５２には、上部カバー５４の一端側（図１では、右側）の側面部にゲージプレート８８が幅方向Ｗの外側へ突出するように固定されている。ゲージプレート８８は、先端部に幅方向外側へ向かって序々に幅が狭くなった略二等辺三角形の指針部９０が形成されている。また、図１（Ｂ）に示されるように、一端側の柱部材１６に配置された手前側のガイドプレート４２には、その前面部に高さ方向Ｈに沿って延在するゲージ部９２が設けられている。このゲージ部９２には、高さ方向Ｈに沿って一定間隔（例えば、１ｍｍ間隔）おきに目盛が印字されている。これにより、荷重測定器１４が測定フレーム１２に対して高さ方向Ｈに沿って移動した際に、移動前後に、指針部９０が指すゲージ部９２の目盛変化をオペレータが読み取ることで、荷重測定器１４の測定フレーム１２に対する相対的な移動量を簡単に測ることができる。

次に、上記のように構成された磁気吸引力測定装置１０を用いて永久磁石１００の磁気吸引力を測定する方法について説明する。
磁気吸引力測定装置１０により永久磁石１００の磁気吸引力を測定する際には、オペレータは、先ず、図１（Ｂ）に示されるように、測定フレーム１２における一対の柱部材１６の当接面２０をそれぞれ永久磁石１００の吸着面１０１に密着させる。この状態で、オペレータは、調整ナット８２を適宜回転させることにより、図１の実線で示されるように、基準吸着体７４を吸着面１０１と接するように位置調整する。次いで、オペレータは、指針部９０が指すゲージ部９２の目盛を視認した後、調整ナット８２を回転させて基準吸着体７４を吸着面１０１から離間させ、図１（Ｂ）の２点鎖線で示されるように、基準吸着体７４と吸着面１０１との間に予め設定されている隙間（測定間隔Ｇ）を形成する。

ここで、測定間隔Ｇは、例えば、永久磁石１００が使用される磁気選別装置等の産業装置において、永久磁石１００の吸着面１０１と金属破片等の吸着対象物との実際の間隔（実機間隔）及び、吸着対象物に対する基準吸着体７４の縮尺に応じて設定される。具体的には、吸着対象物に対する基準吸着体７４の縮尺が１／１の場合には、測定間隔Ｇを実機間隔と一致するように設定し、また吸着対象物に対する基準吸着体７４の縮尺が１／１以外の場合には、その縮尺に応じて実機間隔に対して校正を行った校正値を測定間隔Ｇとして設定する。また、産業装置において、前記実機間隔が連続的又は段階的に可変とされている場合には、この実機間隔の範囲に応じて測定間隔Ｇも段階的に複数設定される。

オペレータは、測定間隔Ｇの調整完了後、測定器本体５０の操作部６４に対して所定の操作を実行することにより、永久磁石１００から基準吸着体７４に作用している外部荷重（磁気吸引力）の測定を開始する。これにより、測定器本体５０は荷重センサにより検出された磁気吸引力を表示部６６に表示する。測定間隔Ｇが複数設定されている場合には、オペレータは、測定フレーム１２を一旦、永久磁石１００から離間させた後、測定器本体５０に対する風袋設定を行った後、他の測定間隔Ｇについても上記の作業を繰り返すことにより、他の測定間隔Ｇにおける磁気吸引力を測定する。
なお、測定間隔Ｇが複数設定されている場合でも、測定フレーム１２を永久磁石１００から離間させることなく、調整ナット８２により測定間隔Ｇを段階的（例えば、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ）に調整しつつ、各測定間Ｇに調整された状態で、測定器本体５０により磁気吸引力を測定しても良い。

以上説明した本実施形態に係る磁気吸引力測定装置１０では、ギャップ調整機構として構成された調整ナット８２及びスクリュー軸７６が永久磁石１００の吸着面１０１から基準吸着体７４までの高さ方向Ｈ（吸引方向）に沿った測定間隔Ｇを調整可能とすることにより、永久磁石１００を基準吸着体７４から離間させつつ、吸引方向に沿った永久磁石１００から基準吸着体７４までの測定距離Ｇを所望の値に調整することができるので、例えば、測定距離Ｇを、永久磁石１００が実際に使用される装置における永久磁石１００から吸着対象物までの距離（実機間隔）に対応する長さに設定するようにすれば、永久磁石１００が実際に使用される条件に近似した状態を再現しつつ、この状態で永久磁石１００が基準吸着体７４に作用させる磁気吸引力を荷重測定器１４によって精度良く、かつ簡単に測定できる。

このとき、例えば、荷重測定器１４に連結される基準吸着体７４として、実際の吸着対象物の形状、材質及、大きさ等の物理的な属性と近似し、又は対応する物理的な属性を有するものを選択すれば、永久磁石１００が実際に使用される条件で、この永久磁石１００により吸引される吸着対象物に実際に作用させる磁気吸引力と精度良く対応する磁気吸引力の測定値を得られる。

また、永久磁石１００が実際に使用される条件での実機間隔が、調整ナット８２及びスクリュー軸７６により調整される測定間隔Ｇの最大値よりも長いような場合でも、実機間隔を適当な自然数で除した値毎に、測定間隔Ｇを段階的に変えつつ、永久磁石１００の磁気吸引力を複数回に亘って測定することで、重回帰等の手法により測定間隔Ｇと磁気吸引力との関係式を得ることができるので、この関係式に基づいて、実際に使用される条件で永久磁石１００が吸着対象物に作用させる磁気吸引力を精度良く推定することも可能になる。
この結果、本実施形態に係る磁気吸引力測定装置１０によれば、永久磁石１００が吸着対象物から所定の距離だけ離れた永久磁石１００が実際に使用される装置における状態を近似的に再現しつつ、この状態で永久磁石１００が基準吸着体７４に作用させる磁気吸引力を精度良く、かつ簡単に測定できる。

次に、以上説明した本実施形態に係る磁気吸引力測定装置１０を用いた磁気吸引力の測定方法について理論的に説明する。
本出願の発明者等は、従来の基準吸着体に密着した被測定磁石を基準吸着体から離すときの荷重を測定する方法や、ホール素子により永久磁石の表面付近の磁束密度（ガウス値）を測定する方法が、吸着対象物をどれだけの距離から、どれだけの力（磁気吸引力）で吸着対象物を引き付けることができるかを正確に測定できないことを勘案し、フォース・インデックス・メソッド（Force Index Method）を利用した本実施形態に係る磁気吸引力の測定方法及び磁気吸引力測定装置を開発した。先ず、このフォース・インデックス・メソッドについて簡単に説明する。

既に知られている知見として、均一の磁場のなかでは、その強度に影響されることなく、吸着対象物には磁気吸引力が作用せず、吸着対象物に磁気吸引力を作用させるには、磁場の不均一性（傾き）が必要となる。すなわち、吸着対象物に作用する磁気吸引力の大きさは、磁場自体の強度ではなく、ガウス値の微分値により適正に評価できると考えられる。このガウス値の微分値をフォース・インデックス（ＦＩ）とする、このＦＩは、下記（１）式により表される。
ＦＩ＝Ｂ（ΔＢ／Δｘ） ・・・ （１）
ここで、Ｂ：磁場の強さ、ΔＢ：磁場の変化量、Δｘ：距離とする。
そして、本出願の発明者等は、上記ＦＩにより被測定磁石（永久磁石１００）の磁気吸引力を評価すれば、永久磁石１００の磁気吸引力、形状又は構造が異なる場合や、吸着対象物の形状、大きさ（重量）又は材質が異なる場合でも、永久磁石１００が吸着対象物に作用させる磁気吸引力を適正に評価できるとの知見を得た。この点を更に具体的に説明する。

（１）吸着対象物の形状
重心が同一の水平面に位置するように、吸着対象物として、一定重量の鉄製の球体、立方体及び細長い棒状体をそれぞれ試験台上に載置する。これらの吸着対象物の上方に十分な距離を空けて永久磁石１００を設置し、この永久磁石１００を低速度で試験台側へ下降させると、ある地点で何れか１個の吸着対象物に作用する磁気吸引力が重力と等しくなり、この永久磁石１００を微小距離でも下降させると、何れか１個の吸着対象物のみが永久磁石１００により吸着される。このとき、永久磁石１００に吸着される順番は、棒状体、立方体及び球体の順になる。このとから、重量が同一であっても、永久磁石１００から受ける磁気吸引力は、表面積の大きい吸着対象物のほうが大きいことが容易に理解される。

（２）吸着対象物の重量
また、図２に示されるように、吸着対象物として、一辺の長さが１０ｍｍの立方体１０２及び１００ｍｍの立方体１０４をそれぞれ試験台１０６上に載置し、これらの立方体１０２、１０４の重心をそれぞれ同一水平面上に位置させる。図２において、Ｆ１及びＦ２は、永久磁石１００により立方体１０２及び立方体１０４にそれぞれ作用する磁気吸引力、Ｗ１及びＷ２は、立方体１０２及び立方体１０４にそれぞれ作用する重力（重量）、ＧＰ１及びＧＰ２は、それぞれ立方体１０２及び立方体１０４の重心である。

これらの立方体１０２、１０４の上方に十分な距離を空けて永久磁石１００を設置し、この永久磁石１００を低速度で試験台側へ下降させると、これらの立方体１０２、１０４が測定誤差の範囲内で、同時に永久磁石１００に吸着される。このことは、大きな立方体１０４が小さい立方体１０２の１０００倍の鉄原子からなることから、永久磁石１００により立方体１０４には立方体１０２の１０００倍の磁気力が作用するが、立方体１０４の重量は立方体１０２の重量の１０００倍になる。このため、永久磁石１００により立方体１０２、１０４が吸着されるタイミングは同一になる。

（３）フォース・インデックス係数
上述した吸着対象物の形状及び重量と永久磁石１００の磁気吸引力との関係を考えると、吸着対象物の形状毎に永久磁石１００により吸着し易さを相対的に表す係数（フォース・インデックス係数＝ＦＩ係数）を設定することができる。
下記（表１）に各種形状の吸着対象物のＦＩ係数を試算した結果を示す。

図３のグラフには、２種類の永久磁石の磁束密度と吸着面からの距離との関係及び、フォース・インデックス（ＦＩ）と吸着面からの距離との関係がそれぞれ概念的に示されている。
永久磁石Ａは、表面で測定された磁束密度が永久磁石Ｂよりも高いものになっているが、磁石表面から約１２０ｍｍの地点で永久磁石Ｂとの磁束密度の高低が逆転する。一方、磁石表面から２０ｍｍの地点で測定されたＦＩも、永久磁石Ａの方が永久磁石Ｂに対して高いものになっているが、ＦＩの高低が逆転する地点は磁石表面から約３００ｍｍの地点になっている。

ここで、球体のＦＩ係数は、（表１）に示されるように３０００であるが、この３０００のＦＩレベルを図３に直線Ｌとして示す。この直線ＬとＦＩの変化を表す破線Ａ、Ｂとの交点から横軸（磁石吸着面からの距離）に下ろした点は、それぞれ１６０ｍｍ及び２００ｍｍとなる。これらは、それぞれ永久磁石Ａ及び永久磁石Ｂにより球体が吸着可能となる距離（捕集距離）を表しており、これらの値は、永久磁石Ａ及び永久磁石Ｂにより実際に球体を吸着した場合の測定値と十分な精度で一致することが確認されている。

また、下記（表２）には、球体のＦＩ係数を用いて各種形状の吸着対象物に対する永久磁石Ａ、Ｂの捕集距離を算出した結果が示されている。この（表２）に示される結果を、各種形状の吸着対象物に対する永久磁石Ａ、Ｂの捕集距離の実測値と比較した場合にも、ＦＩ係数を用いて算出した各種形状の吸着対象物の捕集距離は、実測値と十分な精度で一致することが確認されている。

従って、本実施形態に係る磁気吸引力測定装置１０においては、吸着対象物の形状が概略的に分かっていれば、吸着対象物の大きさが基準吸着体７４と一致しておらず、又は永久磁石１００から基準吸着体７４までの測定間隔Ｇが永久磁石１００が使用される実機間隔と一致しない場合でも、図２により示される知見及びＦＩ係数を用いることにより、磁気吸引力測定装置１０により測定された磁気吸引力を、永久磁石１００が実際に使用される装置において永久磁石１００が吸着対象物に作用させる磁気吸引力に換算することが可能になる。

本発明の実施形態に係る磁気吸引力測定装の構成を示す平面図及び正面図である。 永久磁石が吸着対象物に作用させる磁気吸引力と吸着対象物の大きさとの関係を明らかにするために用いられる試験装置の概略構成を示す正面図である。 ２種類の永久磁石Ａ及びＢの磁束密度と吸着面からの距離との関係及び、フォース・インデックス（ＦＩ）と吸着面からの距離との関係をそれぞれ概念的に示すグラフである。

符号の説明

１０ 磁気吸引力測定装置
１２ 測定フレーム
１４ 荷重測定器
１６ 柱部材
１８ 保護パット
２０ 当接面
２２ 蓋部材
２４ ねじ孔
２６ 連結プレート
２８ ホルダプレート
３０ 挿通孔
３２ 下側軸受孔
３４ ホルダ部
３６ 上側軸受孔
３８ 挿通孔
４０ 連結ボルト
４２ ガイドプレート
４４ ガイド溝
５０ 測定器本体
５２ ホルダケーシング
５３ 頂板部
５４ 上部カバー
５６ 下部カバー
５８ バックプレート
６０ 延出ガイド部
６２ フロントパネル
６４ 操作部
６６ 表示部
６８ ジョイント部材
７０ 基準カートリッジ
７２ 連結軸部
７４ 基準吸着体
７６ スクリュー軸
７８ ナット
８０ 送りねじ部
８２ 調整ナット
８４ 雌ねじ孔
８６ 把持回転部
８８ ゲージプレート
９０ 指針部
９２ ゲージ部
１００ 永久磁石
１０１ 吸着面
１０２、１０４ 立方体
１０６ 試験台
Ａ 永久磁石
Ｂ 永久磁石
Ｇ 測定間隔

Claims (5)

1. 磁石の磁気吸引力により吸引可能な基準吸着体と、
   前記基準吸着体に連結され、所定の吸引方向に沿って前記基準吸着体に対して作用する荷重の大きさを検出する荷重測定手段と、
   前記荷重測定手段を支持すると共に、前記基準吸着体が磁気吸引力の測定対象となる被測定磁石と対向するように、測定対象となる被測定磁石に装填されるフレーム部材と、
   前記フレーム部材に配置され、前記被測定磁石から前記基準吸着体までの前記吸引方向に沿った測定間隔を調整可能とするとギャップ調整機構と、
   を有することを特徴とする磁気吸引力測定装置。
2. 前記荷重測定手段には、形状、材質及又は大きさが互いに異なる複数個の前記基準吸着体から選択される１個の基準吸着体が連結されることを特徴とする請求項１記載の磁気吸引力測定装置。
3. 前記荷重測定手段には、被測定磁石により吸着することが想定される吸着対象物に対応する形状を有する前記測定基準吸着体が連結されることを特徴とする請求項２記載の磁気吸引力測定装置。
4. 前記ギャップ調整機構には、前記フレーム部材が被測定磁石に装填されると、前記測定間隔を表示するゲージ部材を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の磁気吸引力測定装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項記載の磁気吸引力測定装置に用いられる被測定磁石の磁気吸引力測定方法であって、
   被測定磁石にフレーム部材を装填する装填工程と、
   前記フレーム部材が被測定磁石に装填された状態にて、
   前記ギャップ調整機構により被測定磁石から基準吸着体までの吸引方向に沿った測定間隔を所定の長さに調整するギャップ調整工程と、
   被測定磁石により前記基準吸着体に対して作用する磁気吸引力を、荷重測定手段により前記基準吸着体に対して作用する荷重として検出する測定工程と、
   を有することを特徴とする磁気吸引力測定方法。

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