JP2013047387A - 永久磁石の防食方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】防食方法は、永久磁石の構成成分の犠牲陽極となる防食材料を含む防食部材を、永久磁石に直接接触させた状態で、永久磁石とともに電解質溶液中に配置し、防食部材が、防食材料の粉末と、粉末と混合された有機物とを有し、永久磁石111が略円形状であり、永久磁石は、永久磁石とともに磁気回路を形成するヨーク171及び防食部材142a,142bとともに電解質溶液中に配置され、ヨークとして、永久磁石と吸着するバックヨーク部173と、バックヨーク部と一体に形成されて永久磁石の外周面側に配置される外周ヨーク部174と、バックヨーク部と一体に形成されて永久磁石の内周面側に配置される内周ヨーク部175とを有したものを用い、防食部材は、内周ヨーク部と永久磁石との間、及び外周ヨーク部と永久磁石との間に設けられる。
【選択図】図8
Description
その一方で、Nd−Fe−B系永久磁石には、大気中の湿気により容易に酸化してしまうという欠点がある。具体的には、Nd−Fe−B系永久磁石は組成となる金属の粉末を焼結した焼結金属であり、金属間化合物の結晶粒子間隔が大きいために大気中の水分等が浸入しやすいこと、及び主成分であるNdとFeが酸化しやすい元素であることから、極めて容易に酸化が進行してしまう。
そのため、Nd−Fe−B系永久磁石では、通常、磁石の表面に樹脂塗装やNiめっき等が施されている。また、これら以外の皮膜についても検討されており、例えば特許文献1には、AlやMgのフレーク状粉末とアルカリ珪酸塩ガラスとの複合皮膜を形成することが開示されている。
すなわち、過酷な腐食環境である水中や海中ではNd−Fe−B系永久磁石は使用不能であるというのが現在の常識であり、Nd−Fe−B系永久磁石を水中や海中で使用する試みは成されていない。
また本発明は、強力な吸着力を有する永久磁石を備え、優れた耐食性により水中使用を可能とした耐食性磁石、及びこれを備えた磁気吸着装置を提供することを目的としている。
焼結金属の防食方法は、多湿雰囲気又は電解質溶液中での焼結金属の腐食を防止する方法であって、前記焼結金属の構成成分の犠牲陽極となる防食材料を含む防食部材を、前記焼結金属に直接又は他の導電部材を介して接触させた状態で、前記焼結金属とともに前記多湿雰囲気又は電解質溶液中に配置することを特徴とする。
焼結金属における多湿雰囲気ないし電解質溶液中での腐食は、焼結金属を構成する複数の物質間でそれらの電位差によるガルバニック電池が形成されることに起因する。そこで、本発明のように、犠牲陽極となる防食材料を含んだ防食部材を、焼結金属に接触させた状態で焼結金属とともに多湿環境や電解質溶液中に配置すれば、防食部材が犠牲陽極となって焼結金属に防食電流を供給し、焼結金属内部におけるガルバニック電池の形成を防止することができる。これにより、過酷な腐食環境における焼結金属の腐食を効果的に防止することができる。
シート状の防食部材を用いることで、取り扱いが容易になるとともに、焼結金属の表面を覆うようにして配設することも容易になる。
この場合、防食材料の粉末から防食電流を供給することができる。そしてこの構成によれば、防食部材をペースト状とすることも容易になるので、取り扱いが容易になるとともに、焼結金属の表面に接触させた状態での保持も容易になる。
この構成によれば、永久磁石と接して設けられた防食部材を備えたことで、水中ないし海水中に沈めた状態で使用しても十分に腐食を防止できる程度の防食電流を、防食部材から永久磁石に供給することができる。したがって本発明の耐食性磁石は、水中ないし海水中で使用される磁気吸着装置に好適に用いることができ、かつ長期間にわたって吸着力を持続することができる耐食性磁石である。
前記永久磁石と前記防食部材とは、直接接触して配置されていてもよく、他の導電部材を介して電気的に接続されていてもよい。
シート状であることで、取り扱いが容易になるとともに、永久磁石の表面を覆うようにして配設することも容易になる。
防食部材としては、防食材料の粉末を有機物に混合したものであってもよい。この場合にも、防食材料の粉末により永久磁石に対して持続的に防食電流を供給することができる。また、容易にペースト状にすることができるので、取り扱いが容易になるとともに、永久磁石の表面に接触させた状態での保持も容易になる。
このような構成とすることで、防食シートと永久磁石との導電接続を安定に保持することができ、長期間にわたり良好な耐食性を保持することができる。
このような構成とすることで、防食部材から永久磁石への防食電流の供給がより効率的に成されるようになり、永久磁石の腐食を安定的に防止することができる。
これらの希土類永久磁石を用いることで、優れた磁気特性を有する耐食性磁石とすることができる。希土類永久磁石は焼結金属であり、また酸化しやすい材料を含むものであるから、従来は過酷な腐食環境では使用できなかったが、先に記載の本発明の構成を適用することで水中や海水中でも使用可能になり、希土類永久磁石の使用範囲を拡大することができる。
この構成によれば、本発明に係る耐食性磁石の優れた耐食性により、水中や海水中で使用しても永久磁石に腐食を生じることが無くなるので、水中使用に好適な磁気吸着装置を提供することができる。
すなわち、防食部材を、永久磁石とヨークとのスペーサとして機能させるようにすることができる。このような構成とすることで、吸着力を大きく向上させることができるとともに、防食部材等の設置スペースを節約でき、磁気吸着装置の小型化を図ることもできる。
この構成によれば、簡便な構成で強力な吸着力を有する磁気吸着装置を実現できる。
このような構成とすることで、前記ねじ軸部を介して設備機器に容易に取り付けることができる。
この構成によれば、ねじ孔部にボルトを螺合しこれを軸回りに回転させてボルトをヨークに対して進退させることで、ボルト先端が磁気吸着装置の吸着面から突出する長さを調整することができ、これにより磁気吸着装置の吸着力を調整することができる。したがって、本構成によれば、磁気吸着装置を吸着対象物に吸着させる際の安全性を高め、位置調整等も容易に行えるようになる。
この構成によれば、内周ヨーク部と永久磁石との間、及び外周ヨーク部と永久磁石との間に、それぞれ吸着部が形成されるので、永久磁石を大型化することなく磁気吸着装置の吸着力を高めることができる。すなわち、同程度の吸着力であればより小型の磁気吸着装置とすることができる。
また本発明の耐食性磁石では、水中や海水中などの電解質溶液中で使用される磁気吸着装置に好適に用いることができ、かつ長期間にわたって吸着力を持続することができる。
また本発明の磁気吸着装置は、水中や海水中で長期間にわたり使用することが可能である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1(a)は、本発明に係る耐食性磁石の第1の構成例を示す図である。図1(b)は、本発明に係る耐食性磁石の第2の構成例を示す図である。
図2(a)に示すように、ネオジム磁石111は、比較的大きな結晶粒の主相501と、主相501の間を埋めるように形成された粒界相502と、粒界相502中に形成された酸化物相503とを含んで概略構成されている。主相501は組成式Nd2Fe14Bで示される鉄とネオジムを主成分とする金属間化合物の結晶相であり、粒界相502は主相よりもNdを多く含むNdリッチ相であり、酸化物相503は主に酸化ネオジム(Nd2O3)からなる相である。
ネオジム磁石111では、鉄を主成分とする主相501や、Ndリッチ相である粒界相502、ボロンリッチ相(図示略)などが混在しているため、水分(電解質)の存在下で金属間の電位差によるガルバニック電池が形成される。その結果、陽極となる金属が腐食、損耗するために結晶間の結合が破壊されて強度を喪失する。
これにより、磁石内部に水分等が浸透した場合であっても、磁石内部でのガルバニック電池の形成を回避することができ、電解質溶液中に配置した場合にはネオジム磁石111,113よりも先に防食シート112,114を腐食させ、ネオジム磁石111,113を保護できるようになっている。
(1)アルミニウムコーティング(厚さ5〜20μm)
(2)ニッケルめっきコーティング(厚さ10〜20μm)
(3)チタンコーティング(厚さ5〜7μm)
(4)有機塗料の塗布(厚さ10〜50μm)
まず、金属コーティングを施されたネオジム磁石を電解質溶液中に置くと、金属コーティングとこれに接触する(電気的に接続する)他の金属材料との間でガルバニック電池が形成されるため、先に金属コーティングで腐食が進行する。
上記(1)〜(3)に示すように、金属コーティングでは皮膜の厚さが5〜20μm程度であるため、金属コーティングは短時間で損耗してネオジム磁石が露出してしまう。そして、ネオジム磁石が露出すると、ネオジム磁石と金属コーティングとの間に腐食電池が形成されて腐食が進行し、金属コーティングに生じた小さな穴から激しく腐食することになる。
また、めっきやイオンプレーティングにより形成される皮膜には必ずピンホールが存在するため、このピンホールからも腐食が進行する。そして、腐食した部位から電解質溶液が浸入し、さらに腐食が進行する結果、減磁が生じて磁石としての機能を喪失することになる。
また、有機塗料を塗布したものでは厚さが50μm程度あるが、有機塗料自体の防食性が不十分であるため、厚く塗布したとしても、電解質溶液中では容易に腐食を生じてしまう。
そのため本発明では表面コーティングされていないネオジム磁石を用いることもでき、本発明における防食作用は、従来からあるコーティングとは全く異なるものである。ただし、このことが本発明に係る耐食性磁石において表面コーティングが施された永久磁石を用いることを妨げるものではない。
上記第1の実施形態では、本発明に係る耐食性磁石の最も基本的な構成について説明したが、本実施形態では、実際に使用される態様である、耐食性磁石とヨークとを備えた磁気吸着装置について説明する。
図3(a)は、本実施形態における第1の構成例である磁気吸着装置130の平面図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A’線に沿う位置における断面図である。
なお、図3において、図1及び図2と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
これにより、本実施形態の磁気吸着装置130は、水中や海水中において鋼構造物に対する吸着に好適に用いることができ、かつ長期間にわたり良好な吸着力を得られるものとなっている。
なお、本発明に係る磁気吸着装置130は、上述したように優れた耐食性を備えているので水中や海中での使用に好適なものであるが、その用途は水中や海中に限定されるものではなく、大気中での使用ももちろん可能である。
次に、本実施形態の第2の構成例について図4を参照して説明する。
図4(a)は、第2の構成例である磁気吸着装置140の平面図であり、図4(b)は、図4(a)のB−B’線に沿う位置の断面図である。
なお、図4において、図1から図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
また可撓性防食部材に含まれる金属粉末は、陽極電位、陽極効率、電解生成物の発生量、取り扱いの難易を考慮すると、亜鉛が最も適している。
また、防食部材142a、142bとして、可撓性亜鉛陽極に代えて第1構成例と同様の防食シートを用いてもよい。いずれの形態の防食部材を用いても、犠牲陽極として良好に機能させることができる。
次に、本実施形態の第3の構成例について図5を参照して説明する。
図5(a)は、第3の構成例である磁気吸着装置150の平面図であり、図5(b)は、図5(a)のC−C’線に沿う位置の断面図である。
なお、図5において、図1から図4と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
防食部材152は、先の第1構成例と同様の防食シート(シート状に圧延された亜鉛又は亜鉛合金材)であり、ヨーク151の外面側(ネオジム磁石113と反対側)と、ネオジム磁石113の側端面と対向するヨーク151の側壁部154の内面側とに接着されている。防食シートとヨーク151との接着には、導電性接着剤を用いることが好ましい。
次に、本実施形態の第4の構成例について図6を参照して説明する。
図6(a)は、第4の構成例である磁気吸着装置160の平面図であり、図6(b)は、図6(a)のD−D’線に沿う位置の断面図である。
なお、図6において図5と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
防食部材162は、亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末を樹脂材料等に混合してペースト状とした可撓性亜鉛陽極である。先の第3構成例に係る防食部材142a、142bと同様のものである。
次に、本実施形態の第5の構成例について図7及び図8を参照して説明する。
図7は、第5の構成例である磁気吸着装置170の斜視図である。図8(a)は、図7に示す磁気吸着装置170を用いて設備機器を設置した状態を示す平面図であり、図8(b)は、図8(a)のE−E’線に沿う位置の断面図である。
なお、図7及び図8において、図1から図6と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
なお、ネオジム磁石111とヨーク171との間に設けられた防食部材142a、142bについても、ヨーク171の溝部内に配置されており、防食部材142a、142bの摩耗等を防止するようになっている。
次に、本実施形態の第6の構成例について図9及び図10を参照して説明する。
図9は、第6の構成例である磁気吸着装置180の分解斜視図である。図10(a)は、図9に示す磁気吸着装置180を用いて設備機器を設置した状態を示す平面図であり、図10(b)は、図9(a)のF−F’線に沿う位置の断面図である。
なお、図9及び図10において図1から図8と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
さらに、ねじ軸部186には、ねじ軸部186を軸方向に貫通するねじ孔部181aが形成されており、かかるねじ孔部181aは、さらにヨーク181のバックヨーク部183と内周ヨーク部185とを貫通している。すなわち、ねじ孔部181aは吸着装置本体180aを高さ方向に貫通して形成されている。ねじ孔部181aの内側面には、ボルト188の雄ねじ部189と螺合する雌ねじ部が形成されている。
なお、ナット180bの緩み止め構造は特に限定されず、フリクションリングを用いたもののほか、スプリングワッシャを用いた構造や、ダブルナット構造、樹脂リングを用いた構造など、種々のものを用いることができる。
このとき、ボルトの先端によって磁気吸着装置180のヨーク181は吸着対象物1000と接触が妨げられるため、磁気吸着装置180は吸着対象物1000に弱い力で引き寄せられるか、あるいは全く引き寄せられないこととなる。
その後、ボルト188をヨーク181から後退させることで、磁気吸着装置180と吸着対象物1000とを徐々に接近させ、吸着させることができる。
したがってこの構成によれば、設備機器1100が吸着対象物1000に急激に引き寄せられるのを回避することができる。
本例では、図4に示した構成の磁気吸着装置140、及び図7に示した構成の磁気吸着装置170を作製して、それぞれの吸着力を検証した。
ネオジム磁石としては、表面積36cm2、外形70mm、内径32mm、厚さ15mmのリング状のものを用いた。ヨーク131は、鋼材を削り出して作製した。防食部材142a,142bには、厚さ2mmの隙間に亜鉛粉末を含む可撓性亜鉛陽極を充填して形成した。
ネオジム磁石としては、表面積36cm2、外形70mm、内径32mm、厚さ15mmのリング状のものを用いた。ヨーク171は、鋼材を削り出して作製した。防食部材142a、142bには、厚さ2mmの隙間に亜鉛粉末を含む可撓性亜鉛陽極を充填して形成した。
この磁気吸着装置170の吸着力は、シングルヨーク構造の磁気吸着装置140の吸着力の約1.7倍であり、このようにダブルヨーク構造を採用することで、寸法を大きくすることなく吸着力を大きく向上させることができ、重量の大きい設備機器の吸着固定に対応可能になる。
そして、定期的な経過観察を行ったところ、比較装置では3ヶ月経過したところでヨーク表面の亜鉛めっきが変色して腐食の進行が確認された。これに対して本発明装置では、ヨーク、ネオジム磁石とも変色は見られず、ヨーク及びネオジム磁石の腐食は全く進行していなかった。
その後、試験開始から6ヶ月経過時の観察では、比較装置のネオジム磁石において、表面のNiめっきコーティングに損耗が確認された。これに対して本発明装置では、ヨーク、ネオジム磁石とも変色は見られず、ヨーク及びネオジム磁石の腐食は全く進行していなかった。
その後、試験開始から8ヶ月経過時の観察では、比較装置ではネオジム磁石の腐食がさらに進行していたが、本発明装置では、ヨーク、ネオジム磁石とも変色は見られず、ヨーク及びネオジム磁石の腐食は全く進行していないことが確認された。
以下の第2〜第4実施例では、本発明に係る磁気吸着装置の具体的使用例について説明する。
図11に示す流電陽極1200は、略直方体状の陽極本体1201と、陽極本体1201を収容する箱形の陽極トレイ1202と、陽極トレイ1202の長辺方向の両端に位置する側面部にそれぞれ延設された板状の取り付け部1203と、取り付け部1203に取り付けられた磁気吸着装置180と、を備えて構成されている。
陽極トレイ1202及び取り付け部1203は、鋼材を用いて作製される。陽極本体1201は、陽極トレイ1202に収容されるとともにボルト等の固定具を用いて陽極トレイ1202に固定される。また、陽極本体1201と陽極トレイ1202とは導通状態とされる。また、陽極トレイ1202の下面(陽極本体1201と反対側の面)には、弾性材料からなるクッション部材1204が設けられている。
磁気吸着装置180は、取り付け部1203に形成されたボルト穴にねじ軸部186を挿通し、ねじ軸部186にナット180bを螺合して取り付け部1203に締結されている。
そして、かかる流電陽極1200を、図11(b)に示すように鋼矢板1001に磁気吸着装置180を吸着させることで設置した。
流電陽極1200の設置後に状態を監視したところ、流電陽極1200に脱落や位置ずれが生じることはなく、また磁気吸着装置180に用いられているネオジム磁石111の腐食も全く生じないことが確認された。
次に、第3実施例は、先に記載の磁気吸着装置180を用いて、流電陽極の鋼構造物への取り付けを行った事例である。具体的には、発電所の海水取水設備であるトラベリングスクリーン(防塵機)のバスケットに、本発明の磁気吸着装置180を用いた電気防食用の流電陽極1300(アルミニウム合金陽極)を取り付けた。
取り付け部1303は、陽極本体1301内に埋め込まれた鋼製のリング状の部材である。取り付け部1303の一面(磁気吸着装置180の磁石が配置される側の面)は、陽極本体1301の表面に露出しており、反対側の面は、陽極本体1301の平面視中央部に形成された貫通孔内に露出している。
磁気吸着装置180は、取り付け部1303に形成されたボルト穴にねじ軸部186を挿通し、かかるねじ軸部186にナット180bを螺合することで取り付け部1303に締結されている。
また、陽極本体1301から突出する磁気吸着装置180を取り囲むように弾性材料からなるクッション部材1304が設けられている。クッション部材1304は、磁気吸着装置180が設けられた領域以外の陽極本体1301の一面側を覆っている。
取り付け後に、流電陽極1300の設置状態を監視したところ、トラベリングスクリーンを稼働させても流電陽極1300が脱落することはなく、また磁気吸着装置のネオジム磁石にも全く腐食は生じないことが確認された。
次に、第4実施例は、大気中に構築された鋼構造物に対して、先に記載の磁気吸着装置180を備えた付帯設備を水平に取り付けた事例である。
図13に示す付帯設備1400は、例えば、発電所の鋼製渡り桟橋の歩廊部に設置される計測器収容ボックスである。付帯設備1400は断面矩形状であり、その底面(設置面)に磁気吸着装置180が配設されている。
本実施例の場合、付帯設備1400の大きさが600mm×1200mm×400mmであり、重量が30kgであるとして、桟橋の構造材1002に沿わせて設置するために、底面の4箇所に吸着面の法線方向において170kgの吸着力が得られる磁気吸着装置180をボルトで取り付けて固定している。4個の磁気吸着装置180により得られる吸着力は680kgであり、設置後に付帯設備1400を押したり叩いたりしても、脱落したり位置がずれたりしないことを確認した。
次に、第5実施例は、大気中に構築された鋼構造物に対して、先の磁気吸着装置180を備えた付帯設備を垂直に取り付けた事例である。
図14に示す付帯設備1500は、例えば、発電所の建屋の鋼製壁面に設けられる案内用の看板である。
看板は幅2000mm、長さ4000mm、高さ50mmの大きさで、周囲に鋼材(50mm×50mm×4.5mm)の取り付け部1501が取り付けられている。付帯設備1500の重量は付属品を含めて約200kgである。
そして、強風や地震を考慮して安全率を3倍とし、600kgの吸着力を得るために、垂直方向80kgの吸着力を有する磁気吸着装置180を8個、看板の周囲に設けられた取り付け部1501に取り付け、640kgの吸着力で鋼製壁面に設置した。
Claims (8)
- 電解質溶液中での永久磁石の腐食を防止する方法であって、
前記永久磁石の構成成分の犠牲陽極となる防食材料を含む防食部材を、前記永久磁石に直接接触させた状態で、前記永久磁石とともに前記電解質溶液中に配置する工程を有し、
前記防食部材が、前記防食材料の粉末と、前記粉末と混合された有機物とを有し、
前記永久磁石が略円形状であり、
前記永久磁石は、該永久磁石とともに磁気回路を形成するヨーク及び前記防食部材とともに前記電解質溶液中に配置され、
前記ヨークとして、前記永久磁石と吸着するバックヨーク部と、前記バックヨーク部と一体に形成されて前記永久磁石の外周面側に配置される外周ヨーク部と、前記バックヨーク部と一体に形成されて前記永久磁石の内周面側に配置される内周ヨーク部とを有したものを用い、
前記防食部材は、前記内周ヨーク部と前記永久磁石との間、及び前記外周ヨーク部と前記永久磁石との間に設けられることを特徴とする永久磁石の防食方法。 - 前記電解質溶液が海水であることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石の防食方法。
- 前記防食材料が、亜鉛又は亜鉛合金であることを特徴とする請求項1又は2に記載の永久磁石の防食方法。
- 前記防食部材によって、前記外周ヨーク部と前記永久磁石とが離間されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の永久磁石の防食方法。
- 前記永久磁石が鉄を含み、前記防食部材が前記鉄の犠牲陽極となる防食材料を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石の防食方法。
- 前記永久磁石が、RE−Fe−M−Bで表記される永久磁石であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石の防食方法。
ただし、REはNd、Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる群より選ばれる少なくとも一種の希土類元素、MはCo、Ti、Nb、Al、V、Mn、Sn、Ca、Mg、Pb、Sb、Zn、Si、Zr、Cr、Ni、Cu、Ga、Mo、W、Taからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。 - 前記バックヨーク部の前記永久磁石と反対側の面に、当該面から突出するねじ軸部が設けられることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の永久磁石の防食方法。
- 前記ねじ軸部と前記バックヨーク部とを前記ねじ軸の軸方向に貫通するねじ孔部が前記内周ヨーク部の内部を貫通していることを特徴とする請求項7に記載の永久磁石の防食方法。
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