JP4378668B2 - 磁石吸着具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧容器や食品タンク等の容器内の測定対象物の残量レベルや有無を容器の外側から検出するレベルセンサを支持する磁気吸着具に関するもので、特に曲面を有する容器にレベルセンサを支持するための磁気吸着具及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容器内の測定対象物の残量レベルや有無を検出するレベルセンサを容器に取付けるために、容器内にその一部を暴露するセンサを使用する場合は容器壁面に取付け孔を穿設し、そこへセンサを挿入固定し必要に応じて隙間を埋めることでセンサを取付けることができる。しかし圧力容器や食品タンク等では容器内にセンサを暴露することが許容されない場合がある。特に圧力容器では耐圧性を損なわないようにするために、容器に穿設することは勿論、容器外表面に加工を施すことも好ましくない。
【０００３】
このような容器にレベルセンサを取付けるために磁石の吸着力を利用することが考えられる。図１０に鉄等の強磁性材料からなる円筒型容器７２内にある液体のレベルを検出するために、レベルセンサ７１を機械的に保持した磁石吸着具７０を円筒型容器７２の外表面に磁気吸着した状態を示す。この様にして容器に一切の加工を施すことなくレベルセンサを取付けることができる。
【０００４】
磁石吸着具７０の構造を図９に示す。図９（ａ）は図１０に示す円筒型容器７２の横断面において、そのセンサ取付け部を拡大して示し、図９（ｂ）は図９（ａ）（円筒型容器７２は省略）を矢印Ｄ方向から見た図である。レベルセンサ７１は磁石吸着具７０に機械的に固定されるとともに、両者の間にはレベルセンサ７１のガタツキを吸収するためにスプリング７３が挟み込まれている。磁石７０ａは強磁性材料からなるヨーク７０ｂに接着され、磁石７０ａとヨーク７０ｂと容器７２とで磁気回路が形成される。レベルセンサ７１とスプリング７３とを予め組み込んだ磁石吸着具７０を所定位置に戴置しヨーク７０ｂを円筒型容器７２に磁気吸着させればレベルセンサ７１を円筒型容器７２に対して固定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
センサを保持した上記の磁石吸着具７０を磁気的吸着力のみで容器に固定するためには、大きな吸着力を有することが必要となるので、希土類磁石等の最大エネルギー積の大きな磁石を使用することに加えて、磁石から発生する磁力線の漏れの少ない磁気回路を形成することが求められる。Ｎ極とＳ極との間の磁路を磁性材料で形成しかつ磁束が飽和しない磁路の断面積を確保すれば磁気回路における磁力線の漏れを無くすことが可能である。したがって磁石吸着具７０を容器７２に吸着させた状態ではヨーク７０ｂの吸着面７０ｃと容器７２との間にエアギャップが無く両者が密着していなければならない。すなわち吸着面７０ｃは容器７２の外表面の曲面（曲率半径Ｒ）と同一の曲面を有することが必要となる。ヨークを作製した後に、吸着面をこのような形状に加工することは数値制御工作機や円筒研削機等で簡単にできるが、ヨーク７０ｂを作製した後にこのような加工を施すことは高コストと生産性の低下を招く。
【０００６】
また、磁石吸着具７０が屋外で長期間使用される場合、ヨーク７０ｂに錆が生じ、磁石吸着具７０の外観の悪化と品質の低下を招来するので、これを防止するためヨーク７０ｂに例えば亜鉛めっき（有色クロメート付）のような表面処理を施工しているが、このような表面処理ではヨーク７０ｂの発錆を十分に防止できないことがある。
【０００７】
なお、上記の磁気吸着具では、吸着面７０ｃと容器７２とを密着させるために、磁石７０ａと容器７２との間にはエアギャップが設けられているが、このエアギャップは磁束の漏れを少なくし磁気吸着力を高めるためには極力小さい方がよい。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、吸着面が容器に密着し、かつ低コストで生産性に優れた磁石吸着具及びその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討した結果、板状材料のエッジに、吸着しようとする容器の表面（曲面）と同一の曲率半径を有する曲面を形成し、このエッジを含む板状材料の一部を折り曲げてヨークを作製することで上記目的を達成できることを見出した。すなわち、本発明の磁石吸着具は、強磁性材料からなる部材の外表面である曲面に対向するセンサが挿入されそこに支持されるセンサ孔を有するヨークと、前記センサ孔の周囲に固着された複数の希土類磁石とを備え、前記ヨークは前記各希土類磁石側に折曲げて作製した端部を有し、前記端部は前記曲面に密着するように磁気吸着される吸着面を有するとともに、前記ヨークは前記各端部の間に前記端部と同方向又は逆方向に折曲げて作製した補強部を有することを特徴とするものである。本発明の磁石吸着具においては、例えば、第一の工程で容器の外表面の曲面（曲率半径）に対応した形状を有するダイとパンチとで板状材料を打抜いてセンサを固定しようとする曲面と同一の曲率に形成された端部となる部分を有する展開した状態のヨーク（平板状部材）を作製し、第二の工程でこの展開ヨークの少なくとも２箇所の前記端部となる部分を容器の外表面と垂直になる角度で折曲げることによりヨークを作製することが可能である。
【００１０】
容器の外表面が円筒面である場合は、ヨークの２箇所に互いに平行に端部を設け、これらを円筒面にその軸方向に沿って吸着させれば、第一の工程で作製する展開ヨークの端部の吸着面は直線状でよく曲面形状に形成する必要はない。
【００１１】
また、ヨークに亜鉛-鉄合金めっきを施すことによりヨークの防錆性を向上することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を詳しく説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施例１）
図１は容器の外表面が円筒面である場合において使用する円筒面用磁石吸着具１を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａ方向から見た平面図である。先ず、第一の工程でダイとパンチとで板状材料（例えば鋼板）を打抜いて吸着面１ｃを有する２箇所の端部１ｄ，２箇所の補強部１ｅ及びセンサ孔１ｆを含む展開した状態のヨークを作製する。吸着面１ｃの曲率半径は無限大（平面）である。次に第二の工程でこの展開ヨークの端部１ｄを容器の外表面７２ａと実質的に垂直になるような角度Ｘで折曲げ、補強部１ｅを適当な角度で折り曲げてヨーク１ｂとする。角度Ｘは外表面７２ａの曲率半径Ｒ１や端部１ｄの中心からの距離Ｌに応じて設定され、例えばＲ１＝４０６．２ｍｍ，Ｌ＝３５ｍｍの場合にはＸ＝４．９°となる。この例では吸着面１ｃを有する端部１ｄが打抜きの際に板状材料に対して実質的に垂直に形成されることを前提としたが、そうでない場合には端部１ｄは容器の外表面７２ａに対して垂直にせず、全ての吸着面１ｃが外表面７２ａの軌跡上にのるように適宜の角度で折り曲げればよい。
【００１４】
磁石１ａは矩形状のものを使用することが可能であり、折り曲げた端部１ｄの内側にそれと平行にヨーク１ｂに接着される。着磁方向は磁気回路を形成しやすくするためにヨーク１ｂに接着される面と外表面７２ａと対向する面とに磁極が現れるように着磁する。磁石には日立金属社製希土類磁石ＨＳ−４２ＡＨ等を好適に使用することができる。ヨーク１ｂとなる板状材料は強磁性材料からなり、市販の圧延鋼板、例えばＳＰＣやＳＰＣＣ材等を好適に使用することができる。
補強部１ｅはヨーク１ｂの曲げ強度を高める働きをするもので、折曲げ方向は容器側でもよい。
【００１５】
上記の磁石吸着具１を用いてレベルセンサ７１を容器の外周側に設置した状態を図３に示す。図３に示すように、端部１ｄが容器の外表面（円筒面）にその軸方向に沿って吸着されており、吸着面１ｃがエアギャップを有することなく外表面７２ａと密着しているので磁束の漏れの少ない磁気回路が形成される。なお、センサのガタツキを吸収する働きをするスプリング７３のバネ力は磁石吸着具１を容器から引き離す方向に作用するため磁気回路で生じる吸着力からその分を差し引いた力が実質的な吸着力になり、例えば磁気回路で生じる吸着力が２４５Ｎ、スプリング７３のバネ力が４９Ｎである場合には、実質的な吸着力は１９６Ｎとなる。
【００１６】
また図３で端部１ｄが円筒面と直角方向に位置するように［図１（ａ）において、端部１ｄと容器の外表面７２ａの中心軸とのなす角度Ｘは０°（端部の折り曲げ角度９０°）となる］磁石吸着具１を円筒面に吸着させる場合は、第一の工程で容器外表面７２ａの曲率半径に一致するように吸着面１ｃを加工すればよい。
【００１７】
（実施例２）
図２は外表面が球面である容器に球面用磁石吸着具２を吸着した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ｂ方向から見た平面図、（ｃ）は（ｂ）を矢印Ｃ方向から見た正面図の一部である。この磁石吸着具２を製造する場合、先ず、第一の工程でダイとパンチとで板状材料を打抜いて吸着面２ｃを有する３箇所の端部２ｄ，３箇所の補強部２ｅ及びセンサ孔２ｆを含む展開した状態のヨークを作製する。打抜き加工で使用するダイとパンチは容器の外表面の曲率半径Ｒ２に対応した曲面を有するように予め作製しておくことにより、図２（ｃ）に示す様に板状材料を打抜くと同時に端部２ｄの吸着面２ｃには曲率半径Ｒ２を有する曲面が形成される。
【００１８】
次に第二の工程でこの展開ヨークの端部２ｄを容器の外表面７４ａに対して垂直になるような角度Ｙで折曲げ、補強部２ｅを適当な角度で折り曲げてヨーク２ｂを作製する。角度Ｙは外表面７４ａの曲率半径Ｒ２や端部２ｄとヨーク（センサ孔）の中心との距離Ｍに応じて設定され、例えばＲ２＝３２７ｍｍ，Ｍ＝３４ｍｍの場合はＹ＝６．０°となる。本実施例では吸着面２ｃを有する端部２ｄを１２０°ピッチで３箇所設けたが、１８０°ピッチで２箇所、９０°ピッチで４箇所とするなどの変更が可能である。
【００１９】
（実施例３）
図４は図１に示す円筒面用磁石吸着具の製造の容易さと磁気吸着力とを更に改善した円筒面用磁石吸着具の一例を示し、（ｂ）は吸着面側から見た平面図、（ａ）は（ｂ）のＥ−Ｅ断面矢視図である。この磁石吸着具におけるヨーク１ｂの製作工程は次の通りである。
（１）第一の工程でダイとパンチとで板状部材を打抜いて吸着面１ｃを有する２箇所の端部１ｄ，２箇所の補強部１ｅ及びセンサ孔１ｆを含む展開した状態のヨークを作製する。
（２）第二の工程でこの展開ヨークの２箇所の端部１ｄを板状部材の表面に対して垂直になるように折り曲げて立上げ、同時に２箇所の補強部１ｅを適当な角度で折り曲げる。この工程は金型により１工程で行うことができる。
（３）第三の工程で板状部材に絞り加工を施すことにより深さｔ１の凹部を形成し、その底面をスプリング座面１ｈとする。同時に磁石取付面１ｉを折り曲げ線Ｌ１で角度Ｈだけ折り曲げて端部１ｄが容器の外表面７２ａに対して垂直に当接するようにする。この工程は金型により１工程で行うことができる。角度Ｈは外表面７２ａの曲率半径Ｒ３、折り曲げ線Ｌ１とヨークの中心線との距離Ｎ等に応じて定められ、例えばＲ３＝４０６．２ｍｍ，Ｎ＝２８．５ｍｍの場合はＨ＝５．４°とすることができる。
【００２０】
本実施例では端部１ｄの折り曲げ角度は９０°でよく、鋭角に曲げる必要がないので製作が容易であり、金型も単純な構造のものが使用できるため生産性が向上する。また、絞り加工の深さｔ１を変えることにより磁石取付面１ｉと円筒面７２ａとの距離を変更できるので、磁石１ａの厚さにより磁気吸着力を調節することができる。十分な磁気吸着力を確保できる範囲でできるだけ磁石は薄くするほうが低コスト化には有利である。本発明の磁石吸着具は屋外で使用されることが多いため、磁石１ａの防錆対策として磁石カバー１ｇを磁石１ａに被せることが好ましい。磁石カバー１ｇの材質は錆びにくく且つ磁気回路に影響を与えない非磁性材料が好ましく、例えばステンレス鋼やアルミ合金等が好適である。また磁石１ａ と円筒面７２ａとのギャップをできるだけ小さくするため磁石カバー１ｇはできるだけ薄いことが好ましい。
【００２１】
上記の磁石吸着具を用いて円筒面にレベルセンサを取付けた状態を図５に示す。図５では端部１ｄが容器の円筒面の軸方向に沿って伸びるように磁石吸着具を容器に吸着させている。本実施例の磁石吸着具は、磁石１ａが矩形断面を有していても磁石１ａ （磁石カバー１ｇ）と円筒面７２ａとのギャップをほぼ均一にすることができるため磁気吸着力がさらに向上する。
【００２２】
（実施例４）
図６は図１に示す円筒面用磁石吸着具の製造の容易さと磁気吸着力とを更に改善した別の円筒面用磁石吸着具を示し、（ｂ）は吸着面側から見た平面図、（ａ）は（ｂ）のＦ−Ｆ断面矢視図である。この磁石吸着具においてヨーク１ｂの製作工程は次の通りである。
（１）先ず第一の工程でダイとパンチとで板状材料を打抜いて吸着面１ｃを有する２箇所の端部１ｄ，２箇所の補強部１ｅ及びセンサ孔１ｆを含む展開した状態のヨークを作製する。
（２）第二の工程でこの展開ヨークの２箇所の端部１ｄを板状材料の表面に対して垂直になるように折り曲げて立上げ、同時に２箇所の補強部１ｅを適当な角度で折り曲げる。この工程は金型により１工程で行うことができる。
（３）第三の工程では板状材料に折り曲げ線Ｌ２，Ｌ３での折り曲げにより深さｔ２の段差を形成し、その底面をスプリング座面１ｈとする。同時に磁石取付面１ｉを角度Ｈだけ傾けて端部１ｄが容器の外表面７２ａに垂直に当接するようにする。この工程は金型により１工程で行うことができる。
【００２３】
本実施例では、ヨーク１ｂは内径部の段差（図４に示す深さｔ１の凹部）を省略した形状とし、絞り加工を行わないので、順送り金型でヨークを作製することができ、実施例３のものに比べて更に生産性を向上することができる。
【００２４】
上記の磁石吸着具を用いて円筒面にレベルセンサを設置した状態を図７に示す。
【００２５】
図４及び６に示す円筒面用磁石吸着具では、打ち抜き加工後の展開ヨークを、２箇所の端部１ｄが容器の外表面に対して垂直になるように折り曲げ、２箇所の磁石取付面１ｉに板状材料面に対して段差を設けかつ角度を付けることにより、ヨークを作製する。図２に示す球面用磁石吸着具の場合は、端部１ｄの先端をそれが吸着される球面の曲率に合わせて打ち抜き加工を行う点を除いて同様にヨークを作製できる。すなわち、打ち抜き加工により作製した展開ヨークの少なくとも２箇所の端部１ｄを容器の表面に対して垂直になるように折り曲げ、少なくとも２箇所の磁石取付面１ｉにその表面に対して段差を形成しかつ角度を付けることにより作製できる。
【００２６】
（実施例５）
ヨーク１ｂはＳＰＣＣ材を用いて実施例４と同様の工程で製作し、バレル研磨を施してから日本表面化学株式会社製のめっき浴（商品名ストロンジンク）によりめっき厚さ５μｍとなるよう亜鉛-鉄合金めっきを施し更に有色クロメート処理を施した。ヨーク１ｂに磁石１ａと磁石カバー１ｇを取付けて製作した円筒面用磁石吸着具１にＪＩＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験を行ったところヨーク１ｂは６４８時間経過後までは白錆の発生は認められず、２０４０時間経過後までは赤錆の発生は認められなかった。
【００２７】
（実施例６）
有色クロメート処理に代えて黒色クロメート処理を行った他は実施例５と同様にして円筒面用磁石吸着具を作製した。同様の塩水噴霧試験を行ったところヨーク１ｂは８８８時間経過後までは白錆の発生は認められず、２１６０時間経過後までは赤錆の発生は認められなかった。亜鉛-鉄合金めっきに黒色クロメートを付加したものは、更に高い防食効果が得られる。
【００２８】
（参考例）
ヨーク１ｂはＳＰＣＣ材を用いて実施例４と同様の製作工程で製作し、バレル研磨を施してからめっき厚さ８μｍとなるよう亜鉛めっきを施し更に有色クロメート処理を施した。ヨーク１ｂに磁石１ａと磁石カバー１ｇを取付けて製作した円筒面用磁石吸着具１にＪＩＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験を行ったところヨーク１ｂは１２０時間経過後に白錆の発生が認められ、３１２時間経過後に赤錆の発生が認められた。
【００２９】
図８にＬＰガスボンベに本発明の磁石吸着具を使用した例を示す。ＬＰガスボンベ４０は円筒部４１と球面を有する鏡板部４２とからなる。（ａ）はボンベを縦置きに、（ｂ）は横置きにした例であり円筒部４１及び鏡板部４２の底部にそれぞれ円筒面用磁石吸着具１及び球面用磁石吸着具２を吸着固定してレベルセンサ７１を容器に設置している。センサの取付位置は、センシングの目的に応じて適宜決定される。
【００３０】
上記実施例ではセンサを円筒面および球面を有する容器に固定する例を示したが、打抜き加工時のヨーク端部の曲率と折曲げ角度を適宜に設定することで任意の曲面に対応することができる。また曲面は容器の壁面である必要はなく例えば配管等であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、板状部材に打抜き加工、曲げ加工および必要に応じて絞り加工を施すのみで、その吸着面が容器の外表面と同一の曲面（曲率半径Ｒ）を有するヨークを作製することができ、後工程で吸着面に加工を別途施す必要がない。したがって低コストかつ生産性に優れた磁石吸着具及びその製造方法を提供することができる。
更に、特定の表面処理を施すことにより、ヨークの防錆性を向上することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 容器の円筒状外表面に本発明の磁石吸着具を吸着した状態を示す図である。
【図２】 容器の球面状外表面に本発明の磁石吸着具を吸着した状態を示す図である。
【図３】 図１に示す磁石吸着具にレベルセンサを取付けた状態を示す断面図である。
【図４】 容器の外表面が円筒面である場合に使用する磁石吸着具の別の実施例を示す図であり、（ｂ）は吸着面側から見た平面図、（ａ）は（ｂ）のＥ−Ｅ断面矢視図である。
【図５】 図４に示す磁石吸着具を用いて円筒面にレベルセンサを設置した状態を示す断面図である。
【図６】 容器の外表面が円筒面である場合に使用する磁石吸着具の別の実施例を示す図であり、（ｂ）は吸着面側から見た平面図、（ａ）は（ｂ）のＦ−Ｆ断面矢視図である。
【図７】 図６に示す磁石吸着具を用いて円筒面にレベルセンサを設置した状態を示す断面図である。
【図８】 ＬＰガスボンベに本発明の磁石吸着具を使用してセンサを設置した例を示す図である。
【図９】 （ａ）は図１０に示す円筒型容器７２の横断面におけるセンサ取付け部を拡大して示す図、（ｂ）は図９（ａ）を矢印Ｄ方向から見た状態（円筒型容器７２は省略）を示した図である。
【図１０】 円筒型容器の外表面に従来の磁石吸着具を介してレベルセンサを設置した状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 円筒面用磁石吸着具
２ 球面用磁石吸着具
１ａ,２ａ 磁石
１ｂ,２ｂ ヨーク
１ｃ,２ｃ 吸着面
１ｄ,２ｄ 端部
７１ レベルセンサ
７２ａ,７４ａ 外表面
Ｒ１,Ｒ２ 曲率半径

Claims (2)

1. 強磁性材料からなる部材の外表面である曲面にセンサを磁気的吸着力にて取付ける吸着面を形成するヨークと前記曲面と間隙を形成してヨークに固着された希土類磁石を備えた磁石吸着具において、前記ヨークは板状材料からなり、前記センサが支持されるセンサ孔を有するセンサ支持部と、前記センサ孔を介して対向する位置に一対の直方体形状である希土類磁石を固着する磁石取付け部とを備え、前記センサ支持部と前記磁石取付け部の間に段差を有するとともに、前記一対の希土類磁石の外側に延伸し前記磁石取付け部に対して垂直になるように屈曲した前記希土類磁石の長手方向とほぼ同じ長さからなる互いに平行な一対の端部を有し、かつ、前記磁石取付け部が前記センサ支持部に対して所定角度傾斜し、前記端部の先端部が前記強磁性材料からなる部材の外表面である曲面に密着するように磁気吸着される吸着面を形成し、さらに、ヨーク外周部の前記各端部間に前記端部と同方向に屈曲した補強部を有することを特徴とする磁石吸着具。
2. 前記ヨークに亜鉛−鉄合金めっきを施したことを特徴とする請求項１に記載の磁石吸着具。

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