JP2024049570A

JP2024049570A - 磁界発生装置の組立方法

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Publication number: JP2024049570A
Application number: JP2022155863A
Authority: JP
Inventors: 悦治金本; Etsuji Kanemoto; 啓太林; Keita Hayashi
Original assignee: Proterial Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-04-10

Abstract

【課題】ハルバッハ配列による磁界発生装置を、設計の自由度が大きく、大型化させることなく、また、組立冶具を用いることなく、正確、かつ、安全に組み立てる方法を提供する。【解決手段】磁界発生装置１の組み立て方法は、複数の永久磁石２１ａ、２１ｂ夫々と複数の補助ヨーク２２夫々とを接着して複数の接着体を得る工程、複数の接着体を着磁し複数の磁化接着体を得る工程、磁石列の中央に位置させる磁化接着体の補助ヨークと、バックヨーク１１とをボルト止めして、磁化接着体をバックヨークに固定する工程、磁石列の中央に位置する磁化接着体に隣り合う他の磁化接着体の補助ヨークと、バックヨークとをボルト止めすることによって、他の磁化接着体をバックヨークに固定する工程及び他の磁化接着体に隣り合うさらに他の磁化接着体の補助ヨークと、バックヨークとをボルト止めして、さらに他の磁化接着体をバックヨークに固定する工程を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ハルバッハ配列による磁界発生装置の組立方法に関する。

永久磁石のハルバッハ配列は、磁石列において隣り合う磁石の磁化方向を90度ずつ回転させた配列で、磁石列の一主面側に磁界を集中させることができるため、ハルバッハ配列の磁石を対向させてデュアルハルバッハ配列とすることによって強力な磁界を得ることができる。ハルバッハ配列の磁界発生装置（磁気回路）は、放射光などの研究分野やリニアモータなどの産業分野で広く使用されており、例えば特許文献１に記載されている。

ハルバッハ配列による磁界発生装置（磁気回路）は、強力な磁界の形成が可能である反面、着磁方向が90度異なる磁石を隣り合うように配列させるため、磁石同士を近づけるにつれて磁石が回転する方向に力が働いてしまい、精度よく配列させてヨークに接着固定するのは非常に困難である。そのため、接着に際しては、冶具を用いて押さえつけながら、スライドさせて近づける必要がある。

特許文献２には、ハルバッハ配列の磁石列の組立方法において、着磁後の主極磁石と補極磁石とを磁石ユニットとして構成し、複数の磁石ユニットにおいて隣り合う補極磁石同士は離隔するように配置し、接着する組立方法が記載されている。また、特許文献３においては、ハルバッハ配列ではないが、着磁後の磁石を用いた磁界発生装置の組立方法として、組み立て冶具を用いることが記載されている。

特開２００７－１９１２７号公報特開２０１６－１６３３６６号公報特開２０００－５１１７５号公報

特許文献２の組立方法においては、1つの主極磁石と２つの補極磁石を組み合わせた磁石ユニットを複数形成した後、各磁石ユニットを板状部材に固定するため、磁界発生装置の設計の自由度が小さい。また、組立てを容易にするためそれぞれのユニット間が離隔されているので、磁界発生装置の大型化が避けられない。さらに、組み立てには、組み立て用の冶具が必要になる。また、特許文献３の組立方法においても、組み立てのためだけの専用冶具を作製することになり、コスト高の要因となる。これらの冶具を用いる方法においては、被接着面に塗布した接着剤を掻きとるようにスライドさせるため、接着剤の多くが接着面から掻きとられてしまい、接着強度が不足する恐れがある。

本発明は、ハルバッハ配列による磁界発生装置を、磁石配列の設計の自由度が大きく、また、大型化させることなく、さらに、組立冶具を用いることなく、正確に組み立てることができる、磁界発生装置の組立方法の提供を目的とする。

本発明の磁界発生装置の組立方法は、複数の永久磁石がハルバッハ配列された磁石列と、前記磁石列が配置されるバックヨークとを有する磁界発生装置の組立方法であって、前記複数の永久磁石と複数の補助ヨークとを接着して複数の接着体を得る工程、前記複数の接着体を永久磁石の磁化容易方向に着磁し複数の磁化接着体を得る工程、前記磁石列の中央に位置させる磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、前記バックヨークに固定された前記磁石列の中央に位置する前記磁化接着体に隣り合う他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、前記バックヨークに固定された前記他の磁化接着体に隣り合うさらに他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記さらに他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、を含むことを特徴とする。

前記磁石列の中央部に位置させる前記磁化接着体の補助ヨークと前記バックヨークとは、皿ボルトによってボルト止めされており、他の磁化接着体及びさらに他の磁化接着体の補助ヨークと前記バックヨークとは、キャップボルトによってボルト止めされていることが好ましい。

前記キャップボルト用のボルト穴はボルト径に対してクリアランスを有していることが好ましい。

複数の永久磁石がハルバッハ配列された一対磁石列と、前記一対の磁石列が配置される一対のバックヨークと、一対のバックヨークを磁気的に結合させる柱状部材とを有することが好ましい。

本発明によれば、ハルバッハ配列による磁界発生装置を、磁石配列の設計の自由度が大きく、また、大型化させることなく、さらに、組立冶具を用いることなく、正確に組み立てることができる、磁界発生装置の組立方法を提供することができる。

本発明の組立方法で作製した磁界発生装置の斜視図である。本発明の組立方法で作製した磁界発生装置の正面図である。本発明の組立方法で作製した磁界発生装置の側面図である。本発明の組立方法の組立手順を表す図である。本発明の組立方法の途中過程を表す図である。本発明の組立方法の途中過程を表す図である。本発明の組立方法の途中過程を表す図である。本発明の組立方法の途中過程を表す図である。本発明の組立方法の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の組立方法で作製した磁界発生装置の一例を示す斜視図であり、図２は正面図、図３は側面図である。図１～３に示すように、磁界発生装置１は、板状のバックヨーク１１に固定された一対の磁石列２ａおよび２ｂが、柱状部材１２により空隙（磁石列２ａおよび２ｂ間の距離は例えば８～１５ｃｍ）を介して対向配置されている。磁石列２ａおよび２ｂは、永久磁石２１ａ、２１ｂ、および補助ヨーク２２を備える。永久磁石２１ａ、２１ｂは、ネオジム磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などの異方性永久磁石である。バックヨーク１１、補助ヨーク２２、柱状部材１２は鉄などの磁性部材によって形成されている。

次に、図２により、磁石列２ａおよび２ｂにおける各永久磁石の磁化方向について説明する。磁石列２ａおよび２ｂは、バックヨーク１１の一主面（磁石列が配置されている側の面）に対して垂直な方向に磁化方向を有する主極磁石２１ａ１および２１ｂ１（図中中央に位置する永久磁石と左右の端部に位置する永久磁石）と、主極磁石２１ａ１および２１ｂ１の磁化方向から９０°回転させた方向（一主面に平行な方向）に磁化方向を有する補極磁石２１ａ２および２１ｂ２（前記主極磁石に挟まれた永久磁石）が交互に配列されている。

中央に位置する主極磁石２１ａ１および２１ｂ１は図中上向きの磁化方向を有し、主極磁石２１ａ１および２１ｂ１は互いに異なる磁極面を対向させるように配置されている。また、図中左右の端部に位置する主極磁石２１ａ１および２１ｂ１は図中下向きの磁化方向を有し、主極磁石２１ａ１および２１ｂ１は互いに異なる磁極面を対向させるように配置されている。さらに、磁石列２ａの補極磁石２１ａ２は、中央に位置する主極磁石２１ａ１から離れる方向にそれぞれ磁化方向を有し、磁石列２ｂの補極磁石２１ｂ２は、中央に位置する主極磁石２１ａ１に近づく方向にそれぞれ磁化方向を有している。なお、前記補極磁石２１ａ２および２１ｂ２の磁化方向は磁界発生装置１の設計によって主極磁石２１ａ１および２１ｂ１の配向方向から必ずしも９０°回転させた方向でなくてもよく、例えば、４５°、３０°などの斜め方向でもよい。

以上のような磁化方向を有する主極磁石と補極磁石とが配列された一対の磁石列２ａおよび２ｂと、バックヨーク１１、補助ヨーク２２および柱状部材１２とを磁気的に結合させることによって、一対の磁石列２ａおよび２ｂが対向する空隙に強力な磁界を発生させることができる。なお、前記磁化方向とは、特定の方向に磁化容易方向を揃えるようにして（配向させて）製造された異方性永久磁石に対して、前記磁化容易方向と同じ方向に着磁を行った際の磁化の方向（Ｓ極からＮ極への方向）である。つまり、異方性永久磁石においては、基本的に、磁化容易方向（配向方向という場合もある）と磁化方向とは同じ方向である。

以下、本発明の磁界発生装置の組立方法について図４～８を参照して説明する。図４は磁石と補助ヨークを接着して接着体を形成することを説明した図である。永久磁石２１ａ１、補助ヨーク２２は直方体状で、補助ヨーク２２には図４における上面に、ネジ穴２３が２か所設けられている。ネジ孔２３は、後述する図１５のボルト穴１３に対応する位置に設けられている。永久磁石２１ａ１の図４における上面および補助ヨーク２２の下面を接着面とし、エポキシ接着剤やアクリル接着剤等の接着剤で接着し、接着体２４ａ１を形成する。その他の永久磁石２１ａ２、２１ｂ１、２１ｂ２についても同様に接着体２４ａ２、２４ｂ１、２４ｂ２を形成する。この時、前記の通り、主極磁石となる２１ａ１および２１ｂ１は、永久磁石の磁化容易方向をバックヨーク１１の一主面に対して垂直な方向（図では補助ヨーク２２の一主面に対して垂直な方向）に、補極磁石となる２１ａ２および２１ｂ２は、永久磁石の磁化容易方向をバックヨーク１１の一主面に対して平行な方向（図では補助ヨーク２２の一主面に対して平行な方向）に配置して接着する。続いて、接着体に対して着磁を行う。主極磁石の接着体２４ａ１、２４ｂ１の場合は図４のように接着面（補助ヨーク２２の一主面）に対して垂直な方向に、補極磁石の接着体２４ａ２、２４ｂ２の場合は接着面（補助ヨーク２２の一主面）に対して平行な方向に着磁する。つまり、接着後に着磁を行う。以下、着磁後の接着体を磁化接着体という。このようにして複数の磁化接着体を準備する。すなわち、前記特許文献２のように主極磁石と補極磁石を組合せた磁石ユニットではなく、主極磁石の磁化接着体、補極磁石の磁化接着体を別々に準備する。従って、磁石配列の設計の自由度が大きくなる。

次に、図５、６に示すように、磁化接着体２４ａ１とバックヨーク１１をボルトで固定する。磁化接着体２４ａ１は磁石列２ａの中央に配され、ボルト穴１３ｈを介して皿ボルト１３によって補助ヨーク２２に開けられたネジ穴２３によって固定される。磁化接着体２４ａ１は皿ボルトによって固定されるので、正確に位置決めされる。

続いて、図７、８に示すように、磁化接着体２４ａ２をバックヨーク１１に固定する。上述のように磁化接着体２４ａ２（永久磁石２１ａ２）は磁化方向が接着体２４ａ１（永久磁石２１ａ１）に対して９０°回転させた方向であるので、磁化接着体２４ａ１に近づけるにつれて回転する方向に力がかかり、接着剤で接着するのは冶具を使わないと困難である。本発明の組立方法においては、ボルト穴をあけた補助ヨーク２２に永久磁石２１ａ２を接着後、着磁した磁化接着体２４ａ２を、バックヨーク１１に押さえつけつつ図の矢印（太線矢印）の方向に寄せて、ボルト穴１４ｈを介してキャップボルト１４によってボルト止めする。この時、ボルト穴１４ｈはキャップボルト１４に対してわずかにクリアランスを有しており、磁化接着体２４ａ２を磁化接着体２４ａ１に寄せながらボルト止めすることによって、磁化接着体２４ａ１との間にすきまなく、正確に位置決めすることができる。従って、前記特許文献２のように、組立てを容易にするためのユニット間の離隔が不要となり、磁界発生装置を大型化させることがない。また、前記の組立方法によれば、組立て用の専用治具を用いることなく、正確な位置決めが可能となる。さらに、従来の着磁後に接着する方法では、塗布した接着剤を掻きとる方向に磁石を動かすため、接着層が薄くなりすぎて接着強度が不足する恐れがあるが、本発明の組立方法によれば、あらかじめ十分な接着強度で接着しておいた接着体をボルト止めするために強度が不足することがない。

さらに図２の磁石例２ａのように、磁化接着体２４ａ１と磁化接着体２４ａ２も同様に固定する。これにより、正確に位置決めされている中央の磁化接着体２４ａ１の位置を基準としてその他の磁化接着体を順次固定することで、磁石列２ａ側のすべての磁化接着体が正確に位置決めされて固定される。なお、上記においては、中央の磁化接着体２４ａ１は皿ボルト１３で、その他の磁化接着体はキャップボルト１４によって固定する例を示したが、これに限られることはない。全てを皿ボルト１３またはキャップボルト１４でもよいし、両方を併用してもよい。また、その他の形状のボルトを使用しても構わない。

向かい合う磁石列２ｂ側についても同様にして固定し、2枚のバックヨーク１１間に柱状部材１２を挟んで磁気回路が完成する。磁化接着体２４ａ１～２４ｂ２の周りを非磁性材料アルミ、ステンレスなどで形成したサイドカバーで覆ってもよい。

図９に示すように、補助ヨーク２２の正面側または背面側に持ち手用の穴２５を設け、持ち手２６を差し込んで固定し、磁化接着体２４をバックヨーク１１に固定する際に持ち手２６を用いて動かし、固定後持ち手２６を外すようにしてもよい。これにより、補助ヨーク２２とバックヨーク１１の間に手を挟むなどの危険性が回避され、組み立て作業中の安全性が向上する。

本発明は、ハルバッハ配列の磁界発生装置を、磁石配列の設計の自由度が大きく、また、磁界発生装置を大型化させることなく、さらに、組み立て冶具を用いることなく、正確かつ安全に組み立てることができる点において、産業上の利用可能性を有する。

1 磁界発生装置
11 バックヨーク
12 柱部材
13 皿ボルト
13h 皿ボルト用ボルト穴
14 キャップボルト
14h キャップボルト用ボルト穴
2a 磁石列
2b 磁石列
21 磁石
21a1 主極磁石
21a2 補極磁石
21b1 主極磁石
21b2 補極磁石
22 補助ヨーク
23 ネジ穴
24 接着体
25 穴
26 持ち手

Claims

複数の永久磁石がハルバッハ配列された磁石列と、前記磁石列が配置されるバックヨークとを有する磁界発生装置の組立方法であって、
前記複数の永久磁石と複数の補助ヨークとを接着して複数の接着体を得る工程、
前記複数の接着体を永久磁石の磁化容易方向に着磁し複数の磁化接着体を得る工程、
前記磁石列の中央に位置させる磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、
前記バックヨークに固定された前記磁石列の中央に位置する前記磁化接着体に隣り合う他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、
前記バックヨークに固定された前記他の磁化接着体に隣り合うさらに他の磁化接着体の補助ヨークと、前記バックヨークとをボルト止めすることによって、前記さらに他の磁化接着体を前記バックヨークに固定する工程、
を含むことを特徴とする、磁界発生装置の組立方法。
前記磁石列の中央部に位置させる前記磁化接着体の補助ヨークと前記バックヨークとは、皿ボルトによってボルト止めされており、他の磁化接着体及びさらに他の磁化接着体の補助ヨークと前記バックヨークとは、キャップボルトによってボルト止めされていることを特徴とする、請求項１記載の磁界発生装置の組立方法。
前記キャップボルト用のボルト穴はボルト径に対してクリアランスを有していることを特徴とする、請求項２記載の磁界発生装置の組立方法。
複数の永久磁石がハルバッハ配列された一対磁石列と、前記一対の磁石列が配置される一対のバックヨークと、前記一対のバックヨークを磁気的に結合させる柱状部材とを有することを特徴とする、請求項１に記載の磁界発生装置の組立方法。