JPH07297030A - 磁界発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化を図りつつ、作業磁場エリア内で均一
でかつ高磁束密度を発揮させることができる磁界発生器
を提供すること 【構成】 一定の間隔をおいて一対の平板状のヨーク１
０，１０を対向配置し、一方のヨークには表面がＮ極の
第１磁石１１を設け、他方のヨークには表面がＳ極の第
１磁石１２を設ける。この状態で両第１磁石間には所定
の空間（作業磁場エリア）１５が形成される。そして、
ヨークを平板状の第２磁石１４を用いて連結する。この
時、第２磁石は、ヨークとの接続面たる両側端部にそれ
ぞれＮ極とＳ極が発生するようになっており、表面がＮ
極となる第１磁石１１側に第２磁石のＮ極が位置するよ
うに配置される。よって第１磁石１１から出射された磁
束は、第２磁石により反発力を受けるため第１磁石１２
に向けて直進し、出射された磁束のほぼ全部が作業磁場
エリア内を通過し、均一磁場領域となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークの配向や着磁な
どを行う磁界発生器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のコ字型の磁界発生器としては、例
えば図１０に示すような構成となっている。すなわち、
コ字状のヨーク１の開放側両端内側にＮ極の磁石２とＳ
極の磁石３をそれぞれ装着する。すると、Ｎ極磁石２か
らＳ極磁石３に向けて磁界が発生するため、その間の作
業磁場エリア４内にワークを配置すると、その発生した
磁界により着磁されたり、磁界の方向に配向されたりす
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の磁界発生器では、以下に示す種々の問題を有す
る。すなわち、図示のように作業磁場エリア４の近くに
磁石２，３を配置するため、本来的に磁石２，３から発
生する磁束を有効に作業磁場エリア４に導いて配向など
の所定の処理を行うことができるはずである。

【０００４】しかし、磁石２，３とヨーク１の底部１ａ
との距離ｈが短いと、磁石２，３間に形成される磁路の
磁気抵抗より、磁石２，３とヨーク１の底部１ａ（磁石
に近い部分）との間に形成される磁路の磁気抵抗の方が
小さくなる。その結果、図１１に示すように、磁石２，
３から発生する磁束の大部分はヨーク１に吸収されてし
まい、作業磁場エリア４に磁束がほとんど流れなくなる
おそれがある。その結果、作業磁場エリアはその全体に
渡ってできるだけ均一で磁界が強い方が良いが、従来の
ものでは当該作業磁場エリアでの磁界強度が小さく、ま
た均一な磁界が得られなくなる。なお、実際にシミュレ
ーションを行った結果、図１２に示すようになり、上記
減少が生じていることがわかる。

【０００５】一方、磁石２，３とヨーク１の底部１ａと
の距離ｈを長くすると、上記問題は解決されるものの、
磁界発生器の高さが高くなり、大型化してしまう。そし
て、係る磁界発生器は、例えば真空チャンバー内に配置
した状態で配向・着磁等の処理を行うことになるが、磁
性発生器が大型化すると、チャンバー内に配置できる個
数が少なくなる（一回に処理できるワークが少なくな
る）か、大きなチャンバーを用いなければならず、作業
効率が悪くなる。

【０００６】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、小型化を図りつつ、
磁石から発生した磁束を効率良く対向する磁石に到達さ
せることができ、その途中でヨークに吸収されてしまう
ことがなく（吸収される磁束を可及的に減少でき）、作
業磁場エリア内で高磁束密度を発揮させることができ、
しかも、作業磁場エリア内でできるだけ大きな均一磁場
領域（磁束の大きさが均一で磁界の向きも同一）を得る
ことができる磁界発生器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る磁界発生器では、作業磁場エリアに
対し所定の磁束を発生すべく所定距離をおいて対向配置
される一対の第１磁石と、前記一対の第１磁石をそれぞ
れ支持するヨークと、前記ヨークを連結する第２磁石と
を有し、前期第２磁石は、前記ヨークとの接合面にＮ極
またはＳ極が発生するようにするとともに、前記一対の
第１磁石表面の極性と同一の極性が配置されるようにし
た。

【０００８】そして、好ましくは前記一対の第１磁石
が、それぞれ所定間隔をおいて複数に分割された磁石か
ら構成されるようにすることである。また、前記一対の
第１磁石の肉厚を部分的に替えることにより、表面の各
部位における磁束密度を異ならせるようにしてもよい。

【０００９】

【作用】一対の第１磁石のうちＮ極側の磁石が磁束が出
射され、対向する他方のＳ局側の磁石に到達しようとす
る。そして、Ｎ極から出射された磁束が、第２磁石側に
進もうとすると、同極が存在するため反発し、その進行
が阻止される。その結果、第１磁石のＮ極から出射され
た磁束のほぼ全部がＳ極に到達するので、磁束の有効利
用が図れると共に、第１磁石間に形成される作業磁場エ
リア内の磁束密度が高くかつ、磁束の進む方向もほぼ直
進することになる。

【００１０】また、請求項２，３に示すように、第１磁
石の途中を肉薄にしたり、磁石未形成（未配置）部分を
形成すると、その部位の磁束密度が低下する。したがっ
て、例えば作業磁場エリアが円形，楕円形その他の特殊
な形状により、その両端縁の各部位と各第１磁石との距
離が異なるような場合には、近い部分に上記未形成部分
や肉薄部分を位置させると、作業磁場エリアの各部での
磁束密度の高低差が少なくなり、均一化される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る磁界発生器の好適な実施
例を添付図面を参照にして詳述する。図１は本発明の第
１実施例を示している。同図に示すように、一定の間隔
をおいて対向配置した一対の平板状のヨーク１０，１０
の対向面の一端に磁束を発生させる一組の第１磁石（永
久磁石）１１，１２をそれぞれ取り付けている。そし
て、一方の第１磁石１１はその表面がＮ極で、他方の第
１磁石１２はその表面がＳ極になるように配置してい
る。また、各第１磁石１１，１２は共にヨーク１０の端
から端まで連続して配置している。そして、その状態で
第１，第２磁石１１，１２間には、所定距離だけ離され
ており、両者間に所定の空間（作業磁場エリア）１５が
形成される。

【００１２】ここで本発明では、前記ヨーク１０，１０
を平板状の第２磁石１４を用いて連結している。すなわ
ち、ヨーク１０，１０の対向面他端（第１磁石１１，１
２を取り付けていない側）に第２磁石（永久磁石）１４
の両端をそれぞれ取り付ける。これにより、ヨーク１
０，１０と第２磁石１４によりコ字状になる。さらに、
第２磁石１４は、ヨーク１０，１０との接続面たる両側
端部にそれぞれＮ極とＳ極が発生するようになってお
り、表面がＮ極となる第１磁石１１側に第２磁石のＮ極
が位置するように配置される。

【００１３】次に、上記した実施例の作用について説明
する。図２に示すように、第１磁石（Ｎ極）１１から発
生した磁束は、対向する第１磁石（Ｓ極）１２に到達す
る。これにより、作業磁場エリア１５には、図中左から
右に進む磁界が発生する。

【００１４】一方、従来のように第１磁束（Ｎ極）１１
から出射された磁束が、図中二点鎖線で示すように下側
に進もうとすると、その下側には第２磁石１４のＮ極
（第１磁石と同極）が存在するため反発し、その進行を
阻止する。また、同様のことが第１磁石（Ｓ極）１２側
でも言える。そして、このことは図３に示すシミュレー
ション結果からも明らかである。すなわち、この図は図
１，２に示す実施例の左半分（第１磁石（Ｎ極）１１
側）を示したもので、第１磁石（Ｓ極）側も同様であ
る。そして、この図３は、従来例についてのシミュレー
ション結果である図１２と比べ、磁石から離れても磁界
の強さが強く（矢印が長い）、磁束の進む方向も直進し
ている（矢印の向きがほぼ一定）していることからわか
る。

【００１５】また、第１磁石（Ｎ極）１１から第１磁石
（Ｓ極）１２へ向かう方向をＸ軸，上下方向をＺ軸，第
１磁石（Ｎ極）１１の配置方向をＹ軸とし、同一寸法形
状で形成した従来のものと本実施例のものについての各
軸方向の成分の磁場強度を求めると、下記表のようにな
った。

【００１６】

【表１】 上記表からも、Ｚ成分が従来のものに比べて小さく、ま
た、磁束密度も高いことがわかる。さらにＸ成分が極端
に大きく、直進していることもわかる。

【００１７】よって、第１磁石（Ｎ極）１１から出射さ
れた磁束は、そのほぼ全部が確実に対向する対の第１磁
石（Ｓ極）１２に入射するので、作業磁場エリア内の磁
束密度は大きくなる。しかも、第１磁石（Ｎ極）１１か
ら第２磁石（Ｓ極）に向けて真っ直ぐに進むため、磁束
の進行方向もほぼ同一方向を向くことになる。さらに、
従来のヨークの底部部分（本発明では第２磁石１４に替
わっている）と、第１磁石１１，１２の距離ｈの長さが
短くても上記第２磁石１４の反発力により磁束を所定方
向に進ませることができるので、磁界発生器全体を小型
化させることができる。さらに、このように磁束密度が
高くなるので、使用する磁石の寸法形状を小さくかつ薄
くする事ができるので、その点からも磁界発生器の小型
化を図れる。さらに磁石の使用料の減少にともないコス
ト安となる。

【００１８】図４は、本発明に係る磁界発生器の第２実
施例を示している。本実施例では、上記した第１実施例
と相違して、第１実施例における各第１磁石１１，１２
の長手方向中央部分を切除した構成としている。すなわ
ち、一方のヨーク１０ａの対向面一端には、表面が同一
極（Ｎ極）となる２個の第１磁石１１ａ，１１ａを同一
直線上に所定距離だけ離して配置している。

【００１９】同様に、他方のヨーク１０ｂの対向面一端
には、表面が上記と逆の同一極（Ｓ極）となる２個の第
１磁石１２ａ，１２ａを同一直線上に所定距離だけ離し
て配置している。そして、各磁石１１ａ，１１ａ，１２
ａ，１２ａの寸法形状は、本実施例ではすべて同じに
し、しかも、各ヨーク１０ａ，１０ｂに設置する相対位
置関係も同じにしている。これにより、各第１磁石間
（１１ａと１１ａ，１２ａと１２ａ）に形成される空所
１６ａ，１６ｂも対向配置されることになる。なお、第
２磁石１４については上記した第１実施例と同じであ
る。

【００２０】そして、図５に示すように、均一磁場にし
たい空間（作業磁場エリア）１５を円形とすると、第１
磁石１１，１２に最も近いＡ点が磁束がもっとも強くな
ってしまう。一例を示すと、同図（Ａ）に示すような第
１実施例の構成では、作業磁場エリア１５の各磁束密度
（Ｘ成分）の最大値は４９２［Ｇ］で最小値は２８４
［Ｇ］となり、Ａ点の磁束密度が最大値となる。なお、
この数値は作業磁場エリア１５内の空間での磁束密度を
求めており、しかも、寸法形状が上記した表のものとは
異なるため、数値に差が生じている。

【００２１】そこで、同図（Ｂ）に示すように作業磁場
エリア１５に近い長手方向中央部分を凹所１６ａ，１６
ｂにして磁束の入出力部分をなくすことにより、Ａ点の
磁束密度が高くなるのを抑制し、磁束密度の最大値と最
小値の差を減らし、より平均磁場が形成されるようにし
ている。そして、この図（Ｂ）に示す第２実施例の構成
では、作業磁場エリア１５の各磁束密度の最大値は４１
１［Ｇ］で最小値は２８９［Ｇ］となり、Ａ点の磁束密
度は４０２［Ｇ］となる。なお、この結果は、凹所１６
ａ，１６ｂを設けた以外は同図（Ａ）のものと同一寸法
形状の構成のものに基づいて求めている。また、上記表
に示す従来例と第１実施例とを比較した時の寸法形状に
対応させた場合には、本実施例の各Ｘ，Ｙ，Ｚ成分は下
記表に示すようになる。

【００２２】

【表２】 このように、磁束密度の具体的な数値は異なるものの、
いずれの場合にも従来のものに比べて第１実施例では高
磁束密度，均一磁場（Ｚ成分が減少）が得られ、第２実
施例では磁束密度は若干低下するものの、均一度がより
増加する（最大・最小値の差が少なくなる）という効果
が得られる。なお、第１実施例と同様に磁束の状態をシ
ミュレーションしたところ、図６に示すような結果が得
られた。

【００２３】一方、上記第１実施例と本実施例の磁界の
向きについて考えると、第１実施例のものでは図７
（Ａ）に示すように、作業磁場エリア１５内でほぼ真っ
直ぐとなるが、第２実施例のものでは同図（Ｂ）に示す
ように直進性は低下する（Ｙ方向成分が増加する）。す
なわち、配向等を行うために磁界の向きが重要な場合に
は第１実施例を用い、磁束密度を均一にしたい場合には
第２実施例を用いるとよく、要求に応じて適宜の構成の
ものを使用することができる。また、第２実施例におけ
る磁石間（空所１６ａ，１６ｂ）の距離は、上記要求
（仕様）に応じて調整すれば良い。

【００２４】図８は本発明に係る磁界発生器の第３実施
例を示している。本実施例では、上記第１実施例におけ
る第１磁石１１ｂ，１２ｂの表面側長手方向中間部位を
一部切除した凹部１７ａ，１７ｂを形成している。すな
わち、第２実施例では、空所１６ａ，１６ｂにより当該
部位には完全に永久磁石を配置しないが、本実施例で
は、凹部１７ａ，１７ｂとすることにより第１磁石を肉
薄にし、一部永久磁石を残している。これにより、凹部
１７ａからも磁束が発生し、凹部１７ｂに入射されるこ
とになる。

【００２５】その結果本実施例では、上記した第１実施
例と第２実施例の中間的な特性を有する。すなわち、図
９に示すように、凹部１７ａから凹部１７ｂに向けて直
進する磁界が存在するため、直進性は第２実施例のもの
よりは向上し、また磁束密度も高くなる。一方、磁束密
度の均一性は第２実施例よりも低下する。よって、方向
性と磁束密度の均一性の両者をできるだけ満たしたいよ
うな場合には、本実施例が適している。そして、凹部１
７ａ，１７ｂの深さ、すなわち磁石の肉厚は、上記要求
される仕様に応じて適宜設定すれば良い。

【００２６】また、上記第２，第３実施例では、作業磁
場エリア１５を円形にしたものに対応したものであり、
その形状に応じて空所１６ａ，１６ｂ，凹部１７ａ，１
７ｂの位置及び形状並びに設置数は適宜変更すれば良
い。

【００２７】また、本発明でいう均一磁場とは、磁界の
方向が同一方向を向くことと、磁束密度が均一であると
いう２通りの意味をいい、磁束密度にあっては磁石から
離れるほど小さくなるため、所定領域中全面に渡って等
しいのではなく、その差（最大・最小）ができるだけ小
さくすることを意味する。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る磁界発生器
では、一対の第１磁石のうちＮ極側の磁石から出射され
た磁束が、第２磁石側に進もうとすると、同極が存在す
るため反発し、その進行が阻止される。その結果、第１
磁石のＮ極から出射された磁束のほぼ全部がＳ極に到達
させることができ、磁束の有効利用（発生した磁束の大
部分を作業磁場エリアに供給することができる）が図
れ、第１磁石間に形成される作業磁場エリア内の高磁束
密度化並びに均一性の向上を図ることができる。

【００２９】そして、このように第２磁石により反発力
を得ることができるので、第１磁石と第２磁石の間隔も
短くすることができる。しかも、高磁束密度を得ること
ができるので、使用する磁石も小型化・薄型化すること
ができる。よって、磁界発生器を小型化することができ
る。さらに、使用する磁石の量も少なくなるので、コス
トダウンも図れる。

【００３０】また、請求項２，３に示すように、第１磁
石の途中を肉薄にしたり、磁石未形成部分を形成した場
合には、その部位の磁束密度が低下する。したがって、
例えば作業磁場エリアが円形，楕円形その他の特殊な形
状により、その両端縁の各部位と各第１磁石との距離が
異なるような場合には、近い部分に上記未形成部分や肉
薄部分を位置させると、作業磁場エリアの各部での磁束
密度の高低差が少なくなり、より均一な磁場を形成する
ことができる。しかも、従来であれば、このように均一
な磁場を得るためには、作業磁場エリアと磁石との間隔
を離さなければならず、その点でも大型化する原因であ
ったが、本発明では、磁石表面に最も近いところが最大
磁束密度になるとは限らず、作業磁場エリアを磁石表面
の付近まで配置することができるので、より小型化が図
れる。さらに、一部に磁石未形成部分や肉薄部分を作成
することにより、磁石の使用量をより減少することがで
きるので、コスト安となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁界発生器の第１実施例を示す斜
視図である。

【図２】その作用を説明する図である。

【図３】その磁束の状態を示すシミュレーション結果の
図である。

【図４】本発明に係る磁界発生器の第２実施例を示す斜
視図である。

【図５】本実施例の有利性を説明する図である。

【図６】第２実施例における磁束の状態を示すシミュレ
ーション結果の図である。

【図７】（Ａ）は第１実施例の磁界の状態を示す平面図
である。（Ｂ）は第２実施例の磁界の状態を示す平面図
である。

【図８】本発明に係る磁界発生器の第３実施例を示す斜
視図である。

【図９】本実施例の磁界の状態を示す平面図である。

【図１０】従来例を示す図である。

【図１１】従来例を示す図である。

【図１２】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１０，１０ａ，１０ｂ ヨーク １１，１１ａ，１１ｂ 第１磁石（Ｎ極） １２，１２ａ，１２ｂ 第１磁石（Ｓ極） １４ 第２磁石 １５ 作業磁場エリア １６ａ，１６ｂ 空所 １７ａ，１７ｂ 凹部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業磁場エリアに対し所定の磁束を発生
   すべく所定距離をおいて対向配置される一対の第１磁石
   と、 前記一対の第１磁石をそれぞれ支持するヨークと、 前記ヨークを連結する第２磁石とを有し、 前期第２磁石は、前記ヨークとの接合面にＮ極またはＳ
   極が発生するようにするとともに、前記一対の第１磁石
   表面の極性と同一の極性が配置されるようにした磁界発
   生器。
2. 【請求項２】 前記一対の第１磁石が、それぞれ所定間
   隔をおいて複数に分割された磁石から構成されるように
   した請求項１に記載の磁界発生器。
3. 【請求項３】 前記一対の第１磁石の肉厚を部分的に替
   えることにより、表面の各部位における磁束密度を異な
   らせるようにした請求項１に記載の磁界発生器。