JP3671442B2 - 脱磁方法および脱磁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、永久磁石の脱磁方法および脱磁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石の脱磁方法に関しては、「磁気工学の基礎Ｉ」（共立出版；以下文献Ａ）などに記載されているように、古くから多くの方法が知られており、そのうちのいくつかは工業的にも実用化されている。
【０００３】
脱磁方法（文献Ａでは消磁と記載されているが、脱磁、減磁、消磁のいずれも言葉が違うだけで同じ意味として用いている。）について詳細に説明すると、先ず挙げられるのが文献Ａの３４頁９〜１１行に記載されている熱脱磁法（文献Ａでは熱消磁）である。これは、永久磁石をキューリー温度以上に加熱する方法である。
【０００４】
次に挙げる交流減衰脱磁法（文献Ａでは３４頁１４〜２１行に記載されている交流消磁法）は、文献Ａの３４頁図１．６−４（ａ）にあるように、永久磁石に減衰する交流磁場を与えることにより、ヒステリシス曲線がＢ≒０に収束することを利用して脱磁させる方法である。この方法は、特開平０２−１４８７０４にも、「希土類永久磁石の減磁方法」として開示されている。
【０００５】
また、文献Ａの３４頁２１〜２５行に記載されているように、交流磁場を減衰させる代わりに、一定の交流磁場から永久磁石をゆっくり引き抜くことによっても、同じ脱磁の効果を得ることができる。これを交流引き抜き脱磁法と呼ぶ。
【０００６】
さらに、文献Ａには記載がないが、交流減衰脱磁方法と同じ原理を用い、磁場の反転を１〜数回で脱磁する方法も、電磁石を利用する場合に多く用いられている。これを、直流脱磁法と呼ぶことにする。
【０００７】
脱磁装置に関しては、熱脱磁用の装置として、熱処理炉などが挙げられる。
【０００８】
交流磁場を利用した脱磁には、「実験物理学講座１７磁気」（共立出版；以下文献Ｂ）の１３７頁２〜３行に記載されているように、コンデンサーを充電して貯えた電気エネルギーを瞬間大電流としてコイルに流す方式を利用することが多い。もちろん、脱磁を行なうためには、文献Ｂの１３８頁１７行の式（８．９）の（Ａ）の条件を満たすことにより、文献Ｂの１３９頁図８．１５（ａ）に記載されているように、出力波形が自由振動でその包絡線が指数関数的に減衰する、いわゆる減衰振動した電流出力、つまりは磁場出力を利用する装置である。
【０００９】
直流磁場を利用した脱磁には、電磁石が用いられるが、文献Ｂの４７頁４〜６行に記載されているように、その原理はコイルで鉄芯を磁化しそれによって生ずる磁場を利用した装置である。
【００１０】
いずれも、磁場強度を変化＝制御させることにより、脱磁が可能となっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術における永久磁石の脱磁方法および脱磁装置においては、以下の問題点を有する。
【００１２】
（１）熱脱磁法においては、永久磁石サンプルをそのキューリー温度以上に加熱しなければならないことから、磁石サンプルによっては酸化や構造変化による劣化の恐れがある。また、磁石粉末を樹脂で結合させたボンド磁石においては、加熱により樹脂が炭化することから、本方法を採用することはできない。磁石サンプルをキューリー温度以上に加熱するのに時間がかかることも問題となる。
【００１３】
（２）交流減衰脱磁法では、振動回数を十分多くすることにより短時間で様々な磁気特性の永久磁石の脱磁が可能となるが、磁化のサイクルにより渦電流が生じ、ジュール熱によって発熱という問題が生じる。特に、ボンド磁石では条件によってはかなり高温にまで発熱することがある。
【００１４】
（３）直流脱磁法は、保磁力など永久磁石の磁気特性によって脱磁磁場強度を調整する必要があり、満足な脱磁状態を得ることは困難である。様々な磁気特性の永久磁石をひとつの条件で脱磁するためには、反転回数を増やせば良いが、時間がかかってしまうという問題を有する。
【００１５】
（４）（２）の交流磁場を利用する脱磁装置は、主に空芯コイルと電気エネルギーを蓄えるコンデンサーバンク、および出力制御サイリスタなどから構成される。また、高電圧、大電流を利用することから、絶縁や発熱、振動に耐える構造にする必要があることから、装置は必然的に大きくかつ複雑になってしまうという問題を有する。装置周辺に漏れる磁場もかなり大きい。また、電気を大量に消費するなどランニングコストを要する。
【００１６】
（５）（３）の直流磁場を利用する脱磁装置は、電磁石の励磁コイル直流電流を流し、ＮＳを反転させながら電流を減らしていくわけだが、電流を流してから磁場出力に至るまでも出力応答性の問題だけでなく、ＮＳ反転機構の装置の複雑さおよび時間を要することが問題となる。また、この場合も、漏れ磁場や消費電力の問題も有する。
【００１７】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、永久磁石の脱磁方法および脱磁装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱磁方法は、連続かつ一定の磁場中に磁石サンプルを置き、磁力線の向きに垂直な方向を中心軸として前記磁場と前記磁石サンプルとを相対的に回転させながら、前記磁場と前記磁石サンプルとを引き離すことを特徴とする。
【００１９】
本発明の脱磁装置は、連続かつ一定の磁場を発生している装置と、磁石サンプルを保持するサンプルホルダーからなり、磁場発生装置とサンプルホルダーが磁力線の向きに垂直な方向を中心軸として相対的に回転かつ移動する機構を有していること、上記磁場発生装置が、永久磁石からなること、上記磁場発生装置が、リング形状でその内側に均一な磁場を発生している永久磁石だけからなる磁気回路であること、上記磁場発生装置が、リング形状でその内側に均一な磁場を発生している永久磁石だけからなる磁気回路であり、その磁気回路が自転かつその回転軸に沿って移動する機構を有していること、上記磁場発生装置が、連続かつ一定の磁場を発生している電磁石であること、上記磁場発生装置が、超伝導コイルであることを特徴とする。
【００２０】
リング形状でその内側に均一な磁場を発生している永久磁石だけからなる磁気回路については、「Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ」（Ｐｒｏｃ．８ｔｈ Ｉｎｔｌ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒ−Ｅ Ｍａｎｇｅｔｓ，１２５（１９８５））の１３２頁のＦｉｇ．８や、「ＭＲＩ用リング型永久磁石回路」（電気学会マグネティックス研究会資料，ＭＡＧ−８８−５８（１９８８）；以下文献Ｃ）の１１９頁の第４図に記載されている磁気回路を応用する。発生する磁場については、文献Ｃの１２０頁の第３表に、５ｋＧの磁場が得られることが記載されている。本発明は、このリング形状の内外径の差を大きくすることによって、使用する永久磁石のＢｒよりも高い磁場を得ることが可能であるとの知見に基づき、脱磁するための磁場に利用した。
【００２１】
図１を用いさらに説明すると、８個の永久磁石１だけからなるリング形状の磁気回路は、磁化の方向２を図のようにすると、リングの内側に強力な磁場３が発生する。この磁気回路は、リングの内径に対し外径を大きくすることによって使用する永久磁石のＢｒよりもかなり大きな磁場を発生することができる。これは、動作点が第二象限から第一象限になることによるものであるが、反面発生磁場と逆方向の磁化を有する永久磁石の動作点は第三象限となってしまうことから、保磁力が十分大きくないといけない。
【００２２】
本発明の脱磁方法および脱磁装置の一例を、図２を用いさらに説明する。脱磁方法の手順としては、先ず、図２（ａ）に示したように、サンプルホルダー５に脱磁する磁石サンプル６を固定し、矢印に示したように、磁石サンプルがリング形状磁気回路４の中心にくるように移動させる。次に、リング形状磁気回路を、図２（ｂ）に示したように、回転させながら下降させる。図２（ｃ）に示したように、磁石サンプルをリング形状磁気回路から十分に離したところで脱磁が終了する。したがって、図２に示した脱磁装置は、回転および上下移動機構を有するリング形状磁気回路とサンプルホルダーとから構成させる。しかし、回転および移動機構は、脱磁用磁場発生源とサンプルホルダーのいずれが有しても同様の効果を示し、本発明は、上記説明に制限されない。
【００２３】
【作用】
本発明の上記の構成によれば、以下の効果を有する。
【００２４】
（１）連続かつ一定の磁場中に磁石サンプルを置き、磁力線の向きに垂直な方向を中心軸として相対的に回転させながら引き離していくことだけで脱磁ができることから、脱磁装置は単純、小型でよく、電気的に複雑な脱磁装置は不要である。
【００２５】
（２）磁場発生源として永久磁石を使用することも可能であることから、何も消費することなくランニングコスト＝０で使用することが可能となる。
【００２６】
（３）磁場発生源として永久磁石を用いると、装置は単純、小型で、静寂性に優れ、さらに、漏れ磁場を少なくすることもできる。特に、リング状磁気回路を用いると漏れ磁場をほとんど零とすることができる。
【００２７】
（４）磁場発生源として、磁場強度を変えたり、磁極の反転が困難な超伝導コイルを使用することが可能となるため、５０ｋＧ以上の高磁場を脱磁に利用することができる。すなわち、従来脱磁が困難であったｉＨｃ＞３０ｋＯｅの高保磁力サンプルの脱磁をすることが可能となる。
【００２８】
（５）熱脱磁と比較すると、永久磁石の劣化などの恐れがない。
【００２９】
本発明の脱磁方法も、基本的には熱脱磁以外の交流および直流脱磁方法と同じように、電磁的に脱磁する方法である。すなわち、永久磁石のヒステリシス曲線を印加磁場を小さくしながら何度も繰り返し描くことにより、Ｂ≒０の脱磁状態に収束させることを原理としている。本発明においては、磁場の反転または振幅を回転させることによって、磁場の減少を引き離すことによって、同じ効果を狙ったものである。
【００３０】
また、連続かつ一定の磁場を用いても永久磁石の脱磁が可能となり、その結果、永久磁石を用いた脱磁までも実現した。
【００３１】
さらに、磁場強度を変えることが困難な超伝導コイルを利用することも可能であり、永久磁石や電磁石では得られない高い磁場を利用して、高保磁力の永久磁石の脱磁も可能である。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明について、実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
（実施例１）
Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ系熱間加工磁石、ここではＰｒ磁石（セイコーエプソン製）を用い、図１に示したようなリング状磁気回路を作製した。用いたＰｒ磁石の磁気特性は、Ｂｒ＝１１．０ｋＧ、ｉＨｃ＝１４．９ｋＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ＝２８ＭＧＯｅだった。リング状磁気回路の内側の空間には、１４．４ｋＧの均一磁場が得られた。これを磁場発生源とした。この脱磁装置の大きさは、外径２５ｃｍ高さ５ｃｍだった。
【００３４】
脱磁する磁石サンプルとしては、ＳＡＭ−１５（セイコーエプソン製；Ｓｍ−Ｃｏ系圧縮成形磁石）を用意した。これを試料１とする。サンプル形状はφ４×Ｌ４ｍｍで、磁気特性はＢｒ＝７．９ｋＧ、ｉＨｃ＝９．８ｋＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ＝１４ＭＧＯｅだった。
【００３５】
磁石サンプルは、４０ｋＯｅのパルス磁場で着磁した後、サンプルホルダーに固定した。サンプルホルダーは黄銅製で、６０ｒｐｍで回転し、２ｍｍ／ｓｅｃの速度で上下に移動する機構を有している。脱磁方法および脱磁装置の概要は図２に示した通りである。
【００３６】
着磁後の磁石サンプルの表面磁束は２４００〜２４５０Ｇであったのに対し、サンプルホルダーに固定し、Ｐｒ磁石製リング状磁気回路中に挿入後、回転させながら引き抜いたサンプルの表面磁束は５６〜６２Ｇと大幅に低減することができた。
【００３７】
比較としてコンデンサを用い交流脱磁した磁石サンプルの表面磁束は、２４〜２６Ｇであった。交流脱磁の条件は、２０００Ｖ、８００μＦ、約１２ｍｓｅｃ／周期だった。交流磁場を利用した着脱磁装置の大きさは、安全区域を含めて占有体積が約３×３×１．５ｍと本発明の脱磁装置と比べてもかなり大きい。
【００３８】
（実施例２）
実施例１と同じリング状の磁気回路を用いた脱磁装置を用いた。ただし、この磁気回路を液体窒素中に浸すことにより、−１８１℃の温度とした。この温度での磁気特性は、Ｂｒ＝１２．７ｋＧ、ｉＨｃ＞２０ｋＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ＝３９ＭＧＯｅと向上しており、リング状磁気回路の中心の空間には１５．３ｋＧの均一磁場が得られた。脱磁する磁石サンプルとして、ＮＥＯＭＡＸ−４６（住友特殊金属製；Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石）、ＳＡＭＬＥＴ−１０Ａ（セイコーエプソン製；Ｓｍ−Ｃｏ系射出成形磁石）およびＢＱＡ１４（ＴＤＫ製；フェライト系ゴム磁石）を用意し、脱磁した。各々試料２，３および４とする。試料２の磁気特性は、Ｂｒ＝１３．６ｋＧ，ｉＨｃ＝９．７ｋＯｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝４３ＭＧＯｅ。試料３は、６．６ｋＧ，９．６ｋＯｅ，９ＭＧＯｅ。試料４は、２．４ｋＧ，２．９ｋＯｅ，１．３ＭＧＯｅだった。サンプル形状は、いずれも実施例１と同じφ４×Ｌ４ｍｍとした。
【００３９】
着磁は、空芯コイルを用い、４０ｋＯｅのパルス磁場で行なった。着磁後の磁石サンプルの表面磁束を以下に示す。値は、サンプル数ｎ＝５での最大値と最小値で示した。
【００４０】
試料２：４１５０〜４２５０Ｇ
試料３：１８４０〜１８７０Ｇ
試料４： ６８０〜 ７２０Ｇ
先ず、実施例１と同様に、リング型磁気回路を回転させながら引き抜く脱磁を各磁石サンプルに施した。結果を以下に示す。
【００４１】
試料２： ９５〜 １２０Ｇ
試料３： ４８〜 ５８Ｇ
試料４： ２７〜 ３２Ｇ
実施例１と同様に、実用上十分な脱磁状態を実現できた。
【００４２】
比較例としての脱磁方法としては、熱脱磁、直流脱磁、交流減衰脱磁および交流引き抜き脱磁を取り上げた。
【００４３】
熱脱磁は、３５０℃に加熱させた。熱脱磁は、有機物をバインダーとしているボンド磁石では不可能であり、試料２のみを熱脱磁した。結果を以下に示す。
【００４４】
試料２： 〜０Ｇ
試料３，４： 不可能
熱脱磁により、ほぼ完全に磁化を取り除くことに成功したが、ボンド磁石では脱磁することができなかった。また、試料２の熱脱磁前後の磁気特性を比較すると、（ＢＨ）ｍａｘで１〜３ＭＧＯｅの永久劣化が認められた。
【００４５】
直流脱磁は、脱磁する磁石サンプルの保磁力ｉＨｃ±０，１，２ｋＧの磁場を着磁とは逆方向に印加させた。結果を以下に示すが、値は各５条件×５サンプル＝２５の測定値で示した。
【００４６】
試料２： ３１０〜２１５０Ｇ
試料３： ２７０〜１０５０Ｇ
試料４： ７０〜 ２４０Ｇ
値は大きくばらついているが、これは脱磁磁場強度の調整が困難であることを示している。また、最適条件と考えられる最小値も決して小さな値ではない。直流磁場を利用した脱磁装置の大きさは、占有体積約１．５×１．５×１ｍと本発明の脱磁装置と比べてもかなり大きい。
【００４７】
交流減衰脱磁は、実施例１と同じ条件で施した。結果を以下に示す。
【００４８】
試料２： ３０〜 ４２Ｇ
試料３： １７〜 ２０Ｇ
試料４： １０〜 １４Ｇ
脱磁後の表面磁束の値としては、最も低い値を示したが、脱磁の最中に空芯コイルが発熱し、脱磁４〜５回毎に冷却のため作業が中断してしまった。また、試料３については、脱磁後はサンプル自体がかなり発熱しており、直後には触れない程であった。
【００４９】
交流引き抜き脱磁は、減衰しない振幅が一定の交流磁場中に磁石サンプルを挿入し、１ｍｍ／ｓｅｃの速度でゆっくりと引き抜いた。結果を以下に示す。
【００５０】
試料２： ３４〜 ３９Ｇ
試料３： １５〜 １８Ｇ
試料４： １２〜 １７Ｇ
これも値は低く、良好な脱磁状態が得られた。ただ、装置の構造上、振幅一定の交流磁場を連続して発生させることは困難であった。
【００５１】
（実施例３）
Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石、ここではＲ３０（信越化学製）を用い、対向型の磁場発生源を作製した。磁気特性は、Ｂｒ＝１０．８ｋＧ，ｉＨｃ＝８．６ｋＯｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝２８ＭＧＯｅだった。具体的には、直径２０ｍｍの円柱状とした磁石を二個ギャップ６ｍｍで対向させ、裏面をヨーク材でつなぎ、磁気回路とした。ギャップ間の磁束密度は、４．８ｋＧだった。
【００５２】
脱磁する磁石サンプルとしては、フェライト系焼結磁石、ここではＦＢ４Ａ（ＴＤＫ製）を用意した。サンプル形状は、実施例１と同じくφ４×Ｌ４ｍｍ、磁気特性は、Ｂｒ＝４．１ｋＧ，ｉＨｃ＝２．２ｋＯｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝４．０ＭＧＯｅだった。
【００５３】
４０ｋＯｅのパルス磁場で着磁したときの表面磁束密度は、１１５０〜１２００Ｇだった。
【００５４】
着磁サンプルをサンプルホルダーに固定し、磁気回路のギャップ中に挿入し、サンプルを１２０ｒｐｍで回転させながら、２ｍｍ／ｓｅｃで引き抜くことによって脱磁した。表面磁束密度は、２５〜３０Ｇと良好な脱磁状態が得られた。
【００５５】
（実施例４）
磁場発生源として電磁石を用意し、ギャップ１２ｍｍに２５ｋＧの磁場を連続的に発生させた。
【００５６】
脱磁する磁石サンプルとしては、実施例１と同じＳｍ−Ｃｏ系圧縮成形磁石ではあるが、形状はφ８×φ６×Ｌ４ｍｍのリング状とし、ラジアル異方性を持たせたＳＡＭ−１５Ｒとした。着磁は、８極の多極着磁を外周部に施した。表面磁束密度をガウスメータにより測定し、８個あるピーク強度を代表値として取り出した。結果、１４２０〜１４６０Ｇであった。
【００５７】
磁石サンプルをサンプルホルダーに固定し、電磁石のギャップ中に挿入し、３００ｒｐｍで回転させながら、１０〜２０ｍｍ／ｓｅｃで引き抜いた。表面磁束密度を測定すると、６８〜７７Ｇと、良好な脱磁状態となっている。
【００５８】
比較として、磁石サンプルの半径方向に、実施例１と同じ条件で交流減衰脱磁を施した。結果は、２０〜１９０Ｇと極によって脱磁の状態にむらがあり、満足な脱磁ができなかった。
【００５９】
（実施例５）
磁場発生源として超伝導コイルを二個用意し、その間に１００ｍｍのギャップを用意した。ギャップでの磁束密度は、７０ｋＧであった。
【００６０】
脱磁する磁石サンプルは、Ｎ２６ＵＨ（信越化学製；Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石）を用意した。磁気特性は、Ｂｒ＝１０．９ｋＧ，ｉＨｃ＝３５．４ｋＯｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝２８ＭＧＯｅだった。形状は、φ１０×Ｌ１０ｍｍとした。６０ｋＯｅのパルス磁場で着磁した結果、表面磁束密度は、３３５０〜３４００Ｇだった。
【００６１】
磁石サンプルをサンプルホルダーに固定し、１２０ｒｐｍで回転させながら、２ｍｍ／ｓｅｃで引き抜くことにより脱磁を施した。表面磁束密度は、７５〜９０Ｇであり、良好な脱磁状態が得られた。
【００６２】
比較として、実施例１と同様に交流減衰脱磁を施したが、表面磁束密度は８５０〜１２５０Ｇと大きな値となり、満足な脱磁はできなかった。
【００６３】
以上述べてきたように、本発明は、永久磁石を利用した磁気回路でも、電磁石でも、超伝導コイルでも利用可能であり、連続かつ一定の磁場であれば磁場発生源の種類に依存しない。また、脱磁する磁石サンプルの種類にも依存しない。すなわち、本発明の範囲を限定するのは特許請求の範囲のみである。
【００６４】
また、本発明は、永久磁石サンプルの磁束をほぼ零にする脱磁に用いることができるだけでなく、磁束をある値に調整する減磁にも利用可能な技術であることは、言うまでもない。
【００６５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、連続かつ一定の磁場にて脱磁することができることから、例えば永久磁石を用いた磁気回路でも脱磁が可能となり、脱磁装置は単純、小型、静寂性に優れ、ランニングコストも不要となる。また、電磁石を用いることが可能で、磁場強度の変化や極の反転が不要であることから複雑な制御が必要なくなる。さらに、超伝導コイルを脱磁に利用することができるようになり、高磁場を脱磁に用いることができることから、従来は困難であった高保磁力の磁石サンプルの脱磁を実現するなど、多大の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリング形状磁気回路を説明するための図。
【図２】本発明のリング形状磁気回路を用いた脱磁方法および脱磁装置を説明するための図。
【符号の説明】
１．永久磁石
２．磁化の方向
３．発生磁場
４．リング形状磁気回路
５．サンプルホルダー
６．脱磁する磁石サンプル

Claims (7)

1. 連続かつ一定の磁場中に磁石サンプルを置き、磁力線の向きに垂直な方向を中心軸として前記磁場と前記磁石サンプルとを相対的に回転させながら、前記磁場と前記磁石サンプルとを引き離すことを特徴とする脱磁方法。
2. 連続かつ一定の磁場を発生している装置と、磁石サンプルを保持するサンプルホルダーからなり、磁場発生装置とサンプルホルダーが磁力線の向きに垂直な方向を中心軸として相対的に回転かつ移動する機構を有していることを特徴とする脱磁装置。
3. 上記磁場発生装置が、永久磁石からなることを特徴とする請求項２記載の脱磁装置。
4. 上記磁場発生装置が、リング形状でその内側に均一な磁場を発生している永久磁石だけからなる磁気回路であることを特徴とする請求項２記載の脱磁装置。
5. 上記磁場発生装置が、リング形状でその内側に均一な磁場を発生している永久磁石だけからなる磁気回路であり、その磁気回路が自転かつその回転軸に沿って移動する機構を有していることを特徴とする請求項２記載の脱磁装置。
6. 上記磁場発生装置が、連続かつ一定の磁場を発生している電磁石であることを特徴とする請求項２記載の脱磁装置。
7. 上記磁場発生装置が、超伝導コイルであることを特徴とする請求項２記載の脱磁装置。

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