特許 6473546 電磁石、磁場印加システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6473546

(24)【登録日】2019年2月1日

(45)【発行日】2019年2月20日

(54)【発明の名称】電磁石、磁場印加システム

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/06 20060101AFI20190207BHJP

   H01F 7/20 20060101ALI20190207BHJP

【ＦＩ】

   H01F7/06 E

   H01F7/20 Z

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-193489(P2018-193489)

(22)【出願日】2018年10月12日

【審査請求日】2018年10月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】302042379

【氏名又は名称】株式会社東栄科学産業

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山城 智万

(72)【発明者】

【氏名】内海 良一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 茂行

(72)【発明者】

【氏名】鳥海 直紀

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２８１６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６５５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１２４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５１１６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２７９５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／００１７５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６４−０５９９０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ７／０６

Ｈ０１Ｆ ７／２０

Ｈ０１Ｆ １３／００

Ｇ０１Ｒ ３３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端の磁極がギャップを挟んでＸ軸に沿って離間し、Ｚ軸に平行な中心軸を中心として互いに軸対称となる位置に配置されている一対の第１棒状部位を有し、前記ギャップと共に閉磁路を形成可能な第１ヨークと、前記第１ヨークに巻き付けられる第１コイル及び第２コイルと、を有するＸ軸用電磁石と、
先端の磁極がギャップを挟んでＹ軸に沿って離間し、前記中心軸を中心として互いに軸対称となる位置に配置されている一対の第２棒状部位を有し、前記ギャップと共に閉磁路を形成可能な第２ヨークと、前記第２ヨークに巻き付けられる第１コイル及び第２コイルと、を有するＹ軸用電磁石と、
前記第１ヨーク及び前記第２ヨークに接続され、前記中心軸と同軸の柱状に形成された第３ヨークと、を備える、電磁石。

【請求項2】

前記Ｘ軸用電磁石又は前記Ｙ軸用電磁石の少なくともいずれかに対し、第１方向に向かう磁束を前記中心軸上に発生させる電流を前記第１コイルに流し、且つ、前記第１方向とは逆の第２方向に向かう磁束を前記中心軸上に発生させる電流を前記第２コイルに流すことにより、前記中心軸上にＺ軸成分を有する磁束を発現可能であり、
各コイルに流す電流を変化させることで、前記中心軸上に前記Ｚ軸を含む任意方向の磁場を印加可能に構成されている、請求項１に記載の電磁石。

【請求項3】

前記第３ヨークに巻き付けられる第３コイルを備える、請求項１又は２に記載の電磁石。

【請求項4】

前記第１ヨーク及び前記第２ヨークは、各々の棒状部位の基端部からＺ軸一方側に延びる第１延在部と、前記第１延在部のＺ軸一方側の端部同士を接続する第２延在部と、を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の電磁石。

【請求項5】

前記Ｘ軸用電磁石及び前記Ｙ軸用電磁石における前記第１コイル及び前記第２コイルは、前記第２延在部に巻き付けられている、請求項４に記載の電磁石。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載の電磁石と、
前記電磁石の各コイルに電流を供給する電流供給部と、を含み、
前記電流供給部は、前記Ｘ軸用電磁石又は前記Ｙ軸用電磁石の少なくともいずれかに対し、第１方向に向かう磁束を前記中心軸上に発生させる電流を前記第１コイルに流し、且つ、前記第１方向とは逆の第２方向に向かう磁束を前記中心軸上に発生させる電流を前記第２コイルに流す、逆電流モードによる電流供給が実行可能に構成されており、
各コイルに流す電流を変化させることで、前記中心軸上に前記Ｚ軸を含む任意方向の磁場を印加可能に構成された、磁場印加システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電磁石、磁場印加システムに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気抵抗測定装置、振動試料磁力計、ＭＲＡＭ・評価装置を始めとする各種磁気物性測定装置用電磁石、磁場中熱処理装置、着磁脱磁処理装置、飽和磁歪測定装置等の電磁石を用いた処理装置など、磁気応用産業から半導体産業、さらには医療やバイオ分野と、磁場を使用する技術が多方面にわたって実用化されている。

【0003】

上記の分野においては、所望の方向に磁場を印加して被測定物の磁場中の特性を計測することや所望の磁場中に被処理物を配置して熱処理等を施すことによって被処理物の磁気特性を変化させること等のために、電磁石を使い電流制御や電磁石の回転等により所望の方向に磁場を印加することも行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４７６１４８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許４７６１４８３号公報には、磁場印加領域を装置の一方側のみとして、機械的動作の制約及び装置大型化を回避した電磁石が開示されている。しかし、中心の第１ヨークから周囲の第２ヨークに放射状に磁場が形成されるため、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸などの印加したい方向に応じて対象物の位置を変更しなければならない。電磁石自体又は計測対象物などの重量物を移動させるためには、時間が必要となり、複数条件の磁場を順次印加するためには、時間ロスが問題となる。

【0006】

本開示は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、電磁石又は対象物を移動させずに任意方向の磁場を印加可能な電磁石及び磁場印加システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。

【0008】

すなわち、本開示の電磁石は、
先端の磁極がギャップを挟んでＸ軸に沿って離間する一対の第１棒状部位を有し、前記ギャップと共に閉磁路を形成可能な第１ヨークと、前記第１ヨークに巻き付けられる第１コイル及び第２コイルと、を有するＸ軸用電磁石と、
先端の磁極がギャップを挟んでＹ軸に沿って離間する一対の第２棒状部位を有し、前記ギャップと共に閉磁路を形成可能な第２ヨークと、前記第２ヨークに巻き付けられる第１コイル及び第２コイルと、を有するＹ軸用電磁石と、
前記第１ヨーク及び前記第２ヨークに接続され、前記中心軸と同軸の柱状に形成された第３ヨークと、を備えており、
前記一対の第１棒状部位及び前記一対の第２棒状部位は、Ｚ軸に平行な中心軸を中心として互いに軸対称となる位置に配置されている。

【0009】

このように電流を供給し、互いに向きが反対となる磁束をギャップに発現させようとすれば、反発しあって中心軸上にＺ軸成分を有する磁束を発現させることができる。よって、Ｚ軸用電磁石がなくても、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含む任意方向の磁場が印加可能となる。
第１棒状部位及び第２棒状部位が、Ｚ軸に平行な中心軸を中心として互いに軸対称となる位置に配置されているので、中心軸上にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含む任意方向の磁場を印加でき、磁場の方向を切り替えたときに対象物と電磁石の相対的な位置関係を変更する必要がない。
さらに、第３ヨークは、第１ヨーク及び第２ヨークに接続されており、中心軸と同軸であるので、互いに向きが反対となる磁束を発生させる電流を供給することによってＺ軸の磁束の発生を強めることができる。
よって、電磁石又は対象物を移動させずに任意方向の磁場を印加可能となる。複数条件の磁場を順次印加するにあたり、時間ロスを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の第１実施形態に係る電磁石及び磁場印加システムを示す模式的な平面図。

【図2】図１のＡ−Ａ部位断面図であり、Ｘ方向磁場発生に関する説明図。

【図3】図１のＢ−Ｂ部位断面図であり、Ｙ方向磁場発生に関する説明図。

【図4】電磁石を示す模式的な底面図。

【図5A】図１のＡ−Ａ部位断面図であり、Ｚ方向磁場発生に関する説明図。

【図5B】図１のＢ−Ｂ部位断面図であり、Ｚ方向磁場発生に関する説明図。

【図6A】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図6B】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図6C】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図6D】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図6F】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図6G】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図6H】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図6I】発生する磁場の向きを示す説明図。

【図7】第２実施形態の電磁石を示す模式的断面図。

【図8】第３実施形態の電磁石を示す模式的断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［第１実施形態］
以下、本開示の第１実施形態について、図面を参照して説明する。

【0012】

＜磁場印加システム＞
図１は、磁場印加システムを構成する電磁石１を示す模式的な平面図である。磁場印加システムは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含む任意方向の磁界を発生させ、印加対象物に印加可能に構成されている。磁場印加システムは、図１に示すように、電磁石１と、電磁石１に電流を供給する電流供給部２と、を有する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する方向である。

【0013】

＜電磁石＞
図１及び図２に示すように、電磁石１は、Ｘ軸用電磁石３と、Ｙ軸用電磁石４と、を有する。

【0014】

Ｘ軸用電磁石３は、第１ヨーク３０と、第１ヨーク３０に巻き付けられる第１コイル３５及び第２コイル３６と、を有する。第１ヨーク３０は、軟質強磁性体で形成されており、先端の磁極３１ａがギャップＧｐを挟んでＸ軸に沿って離間する一対の第１棒状部位３１を有し、ギャップＧｐと共に閉磁路ｍｐ＿Ｘを形成可能である。本実施形態では、第１ヨーク３０は側面視でＣ字状であるが、これに限定されない。また、第１棒状部位３１は、直線状に延びる形状であるが、長尺状であれば、これに限定されない。例えば、屈曲しつつ延びる形状や、曲線状に延びている形状でもよい。本実施形態において、第１ヨーク３０は、図２に示すように、第１棒状部位３１と、第１棒状部位３１の基端部からＺ軸一方側（−Ｚ）に延びる第１延在部３２と、第１延在部３２のＺ軸一方側（−Ｚ）の端部同士を接続する第２延在部３３と、を有する。この構造により、第１コイル３５及び第２コイル３６に電流を流せば、第１ヨーク３０は、ギャップＧｐと共に閉磁路ｍｐ＿Ｘを形成する。また、この構造により、第１棒状部位３１よりもＺ軸他方側（＋Ｚ）にヨーク及びコイルが配置されていない領域Ａｒ１が形成されるので、この領域を磁場印加領域Ａｒ１として利用可能となる。

【0015】

図１及び図３に示すように、Ｙ軸用電磁石４は、第２ヨーク４０と、第２ヨーク４０に巻き付けられる第１コイル４５及び第２コイル４６と、を有する。第２ヨーク４０は、軟質強磁性体で形成されており、先端の磁極４１ａがギャップＧｐを挟んでＹ軸に沿って離間する一対の第２棒状部位４１を有し、ギャップＧｐと共に閉磁路ｍｐ＿Ｙを形成可能である。本実施形態では、第２ヨーク４０は側面視でＣ字状であるが、これに限定されない。また、第２棒状部位４１は、第１棒状部位３１と同様に、直線状に延びる形状であるが、長尺状であれば、これに限定されない。本実施形態において、第２ヨーク４０は、図３に示すように、第２棒状部位４１と、第２棒状部位４１の基端部からＺ軸一方側（−Ｚ）に延びる第１延在部４２と、第１延在部４２のＺ軸一方側（−Ｚ）の端部同士を接続する第２延在部４３と、を有する。この構造により、第１コイル４５及び第２コイル４６に電流を流せば、第２ヨーク４０は、ギャップＧｐと共に閉磁路ｍｐ＿Ｙを形成する。また、この構造により、第２棒状部位４１よりもＺ軸他方側（＋Ｚ）にヨーク及びコイルが配置されていない領域Ａｒ１が形成されるので、この領域を磁場印加領域Ａｒ１として利用可能となる。

【0016】

図４は、電磁石１の底面図である。図４に示すように、Ｘ軸用電磁石３の第１ヨーク３０を構成する第２延在部３３と、Ｙ軸用電磁石４の第２ヨーク４０を構成する第２延在部４３とは、接続されている。本実施形態では、第２延在部３３、４３は、底面視でクロス状の一部材で構成されている。勿論、第１ヨーク３０を構成する第２延在部３３と、第２ヨーク４０を構成する第２延在部４３とを別部材で構成し、両部材を接触させた状態で固定してもよい。

【0017】

図１に示すように、一対の第１棒状部位３１は、Ｚ軸に平行な中心軸ＣＬを中心として互いに軸対称となる位置に配置されている。これにより、中心軸ＣＬ上にＸＹ平面に平行な磁束を発生させることができる。同様に、一対の第２棒状部位４１は、Ｚ軸に平行な中心軸ＣＬを中心として互いに軸対称となる位置に配置されている。これにより、中心軸ＣＬ上にＸＹ平面に平行な磁束を発生させることができる。本実施形態では、２つの第１棒状部位３１と２つの第２棒状部位４１とが中心軸ＣＬを中心として互いに９０度回転させた位置関係となるように配置されている。このように配置することで、Ｘ軸用電磁石３により中心軸ＣＬ上に生じる磁束と、Ｙ軸用電磁石４により中心軸ＣＬ上に生じる磁束とがＸＹ平面上において直交することになり、所望の向きの磁場を印加するための電流制御が容易となる。

【0018】

図２及び図３に示すように、本実施形態において、第１コイル３５、４５及び第２コイル３６、４６は、エナメル導線などの非磁性体の導線で形成され、第２延在部３３、４３に巻き付けられている。この構成によれば、電磁石１のＸ軸寸法及びＹ軸寸法を抑えることができ、電磁石１をＸＹ方向に小型化することができる。勿論、第１コイル３５、４５及び第２コイル３６、４６の巻き付け位置はこれに限定されない。例えば、第１コイル３５、４５及び第２コイル３６、４６を第１延在部３２、４２に巻き付けてもよい。この構成によれば、電磁石１のＺ軸寸法を抑えることができ、電磁石１をＺ方向に小型化することができる。

【0019】

図１、図２及び図３に示すように、下記の電流制御により発生するＺ軸の磁束を強めるために、第３ヨーク５０が設けられている。第３ヨーク５０は、中心軸ＣＬと同軸の柱状に形成され、第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０に接続されている。第３ヨーク５０は、第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０を構成する第２延在部３３、４３からギャップＧｐに向けて突出する。本実施形態では、平坦な頂面を有する円錐柱形状であるが、これに限定されない。第３ヨーク５０は、第１ヨーク３０の磁極３１ａと第２ヨーク４０の磁極４１ａとの間に形成されるギャップＧｐまで延びており、第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０の上端と第３ヨーク５０の先端が面一となっている。勿論、第３ヨーク５０が設けられていれば、第３ヨーク５０の突出量は任意に設定可能である。また、Ｚ軸に直交する方向（Ｘ軸又はＹ軸）に沿って見た場合に、第１棒状部位３１同士の最も狭い部位と第３ヨーク５０が重なっていればよい。

【0020】

＜電流制御＞
図１に示すように、電流供給部２は、４つの電源４ａと、電源４ａを制御する電流制御部（図示しない）と、を有する。電源４ａは、Ｘ軸用電磁石３を構成する第１コイル３５及び第２コイル３６と、Ｙ軸用電磁石４を構成する第１コイル４５及び第２コイル４６とにそれぞれ１つずつ接続されている。この構成により、４つのコイル３５、３６、４５、４６は、別々の電源４ａから電流が供給されるので、電流供給部２は、各々のコイル３５、３６、４５、４６に供給される電流の向きを個別に変更可能に構成されている。

【0021】

図２に示すように、Ｙ軸用電磁石４に電流を流さずに、Ｘ軸用電磁石３を構成する第１コイル３５及び第２コイル３６にＸ励磁用電流Ｘｉ＋を流せば、第１方向（＋Ｘ）に向かう磁束ｍｆ１が中心軸ＣＬ上に発現する。この磁束ｍｆ１は、図６Ａに示すように、中心軸ＣＬ上の所定領域Ｐにおいて、Ｘ軸成分のみを有する。図示しないが、Ｘ軸用電磁石３を構成する第１コイル３５及び第２コイル３６に、Ｘ励磁用電流Ｘｉ＋とは逆方向のＸ励磁用電流Ｘｉ−を流せば、第１方向（＋Ｘ）とは逆の第２方向（−Ｘ）に向かう磁束ｍｆ２が中心軸ＣＬ上に発現する。この磁束ｍｆ２は、図６Ｂに示すように、中心軸ＣＬ上の所定領域Ｐにおいて、Ｘ軸成分のみを有する。

【0022】

図３に示すように、Ｘ軸用電磁石３に電流を流さずに、Ｙ軸用電磁石４を構成する第１コイル４５及び第２コイル４６にＹ励磁用電流Ｙｉ＋を流せば、第１方向（＋Ｙ）に向かう磁束ｍｆ３が中心軸ＣＬ上に発現する。この磁束ｍｆ３は、図６Ｃに示すように、中心軸ＣＬ上の所定領域Ｐにおいて、Ｙ軸成分のみを有する。図示しないが、Ｙ軸用電磁石４を構成する第１コイル４５及び第２コイル４６に、Ｙ励磁用電流Ｙｉ＋とは逆方向のＹ励磁用電流Ｙｉ−を流せば、第１方向（＋Ｙ）とは逆の第２方向（−Ｙ）に向かう磁束ｍｆ４が中心軸ＣＬ上に発現する。この磁束ｍｆ４は、図６Ｄに示すように、中心軸ＣＬ上の所定領域Ｐにおいて、Ｙ軸成分のみを有する。

【0023】

図５Ａに示すように、電流供給部２が逆電流モードによる電流供給を実行すれば、Ｘ軸用電磁石３だけで中心軸ＣＬ上にＺ軸に沿った磁束ｍｆ５を発生させることができる。逆電流モードは、Ｘ軸用電磁石３について、第１方向（＋Ｘ）に向かう磁束ｍｆ１を中心軸ＣＬ上に発生させるＸ励磁用電流Ｘｉ＋を第１コイル３５に流し、第１方向（＋Ｘ）とは逆の第２方向（−Ｘ）に向かう磁束ｍｆ２を中心軸ＣＬ上に発生させるＸ励磁用電流Ｘｉ−を第２コイル３６に流すモードである。このように電流を流せば、Ｚ軸に沿った磁束ｍｆ５が発生する。磁束ｍｆ５は、図６Ｆに示すように、中心軸ＣＬ上の所定領域Ｐにおいて、Ｚ軸成分のみを有する。

【0024】

同様に、図５Ｂに示すように、電流供給部２が逆電流モードによる電流供給を実行すれば、Ｙ軸用電磁石４だけで中心軸ＣＬ上にＺ軸に沿った磁束ｍｆ５を発生させることができる。逆電流モードは、Ｙ軸用電磁石４について、第１方向（＋Ｙ）に向かう磁束ｍｆ３を中心軸ＣＬ上に発生させるＹ励磁用電流Ｙｉ＋を第１コイル４５に流し、第１方向（＋Ｙ）とは逆の第２方向（−Ｙ）に向かう磁束ｍｆ４を中心軸ＣＬ上に発生させるＹ励磁用電流Ｙｉ−を第２コイル４６に流すモードである。このように電流を流せば、Ｚ軸に沿った磁束ｍｆ５が発生する。磁束ｍｆ５は、図６Ｆに示すように、中心軸ＣＬ上の所定領域Ｐにおいて、Ｚ軸成分のみを有する。

【0025】

Ｚ軸に沿った磁束を発生させるためには、逆電流モードによる電流を、Ｘ軸用電磁石３又はＹ軸用電磁石４の少なくともいずれか一方に実行すればよい。Ｘ軸用電磁石３及びＹ軸用電磁石４の両方で実行すれば、発生する磁束が強くなる。

【0026】

Ｙ軸及びＺ軸の両方の成分を有する磁束ｍｆ６を発生させるためには、Ｘ軸用電磁石３を構成する第１コイル３５及び第２コイル３６に対してそれぞれＸ励磁用電流Ｘｉ＋、Ｘ励磁用電流Ｘｉ−を流し、Ｙ軸用電磁石４を構成する第１コイル４５及び第２コイル４６に対してＹ励磁用電流Ｙｉ＋を流せばよい。このようにすれば、図６Ｇに示すように、磁束ｍｆ６は、Ｙ軸成分及びＺ軸成分が合成された方向を向き、Ｘ軸成分がない。Ｘ軸及びＺ軸の両方の成分を有する磁束についても同様である。

【0027】

Ｘ軸及びＹ軸の両方の成分を有する磁束ｍｆ７を発生させるためには、Ｘ軸用電磁石３を構成する第１コイル３５及び第２コイル３６に対してＸ励磁用電流Ｘｉ＋を流し、Ｙ軸用電磁石４を構成する第１コイル４５及び第２コイル４６に対してＹ励磁用電流Ｙｉ＋を流せばよい。このようにすれば、図６Ｈに示すように、磁束ｍｆ７は、Ｘ軸成分及びＹ軸成分が合成された方向を向き、Ｚ軸成分がない。

【0028】

ＸＹＺ軸の３軸の成分を有する磁束ｍｆ８を発生させるためには、Ｘ軸用電磁石３及びＹ軸用電磁石４の双方を逆電流モードとし、各コイルの電流値を異ならせればよい。すなわち、Ｘ軸用電磁石３を構成する第１コイル３５及び第２コイル３６に対してそれぞれＸ励磁用電流Ｘｉ＋、Ｘ励磁用電流Ｘｉ−を流し、Ｙ軸用電磁石４を構成する第１コイル４５及び第２コイル４６に対してそれぞれＹ励磁用電流Ｙｉ＋、Ｙ励磁用電流Ｙｉ−を流す。Ｘ励磁用電流Ｘｉ＋はＸ励磁用電流Ｘｉ−よりも大きく、Ｙ励磁用電流Ｙｉ＋はＹ励磁用電流Ｙｉ−よりも大きい。このようにすれば、図６Ｉに示すように、磁束ｍｆ８は、Ｘ軸成分、Ｙ軸成分及びＺ軸成分が合成された方向を向く。

【0029】

上記の通り、中心軸ＣＬの任意の場所を磁場印加領域Ｐに設定することが可能であり、各コイル３５、３６、４５、４６に流す電流を変化させることで、電磁石を相対的に移動させなくても、中心軸ＣＬ上の所定領域Ｐに任意方向の磁場を印加可能となる。

【0030】

［第２実施形態］
第２実施形態は、図７に示すように、第３ヨーク５０を設けない構造である。この構造でも、Ｘ軸用電磁石３又はＹ軸用電磁石４の少なくともいずれかに対する逆電流モードを実行することで、Ｚ軸成分を有する磁束ｍｆ５を発生させることができる。勿論、第３ヨーク５０を設けた方がＺ軸成分の磁束は強くなる。

【0031】

［第３実施形態］
第３実施形態は、図８に示すように、第３ヨーク５０に第３コイル５１を巻き付けた構成である。このようにすれば、Ｘ軸用電磁石３又はＹ軸用電磁石４に対する逆電流モードを用いなくても、Ｚ軸成分の磁束を発生させることができる。また、Ｘ軸用電磁石３又はＹ軸用電磁石４に対する逆電流モードで生じる磁場の強さを補強することができる。

【0032】

以上のように、本実施形態の電磁石は、先端の磁極３１ａがギャップＧｐを挟んでＸ軸に沿って離間する一対の第１棒状部位３１を有し、ギャップＧｐと共に閉磁路ｍｐ＿Ｘを形成可能な第１ヨーク３０と、第１ヨーク３０に巻き付けられる第１コイル３５及び第２コイル３６と、を有するＸ軸用電磁石３と、
先端の磁極４１ａがギャップＧｐを挟んでＹ軸に沿って離間する一対の第２棒状部位４１を有し、ギャップＧｐと共に閉磁路ｍｐ＿Ｙを形成可能な第２ヨーク４０と、第２ヨーク４０に巻き付けられる第１コイル４５及び第２コイル４６と、を有するＹ軸用電磁石４と、
第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０に接続され、中心軸ＣＬと同軸の柱状に形成された第３ヨーク５０と、を備える。
一対の第１棒状部位３１及び一対の第２棒状部位４１は、Ｚ軸に平行な中心軸ＣＬを中心として互いに軸対称となる位置に配置されている。

【0033】

このように、電流を供給し、互いに向きが反対となる磁束をギャップＧｐに発現させようとすれば、反発しあって中心軸ＣＬ上にＺ軸成分を有する磁束を発現させることができる。よって、Ｚ軸用電磁石がなくても、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含む任意方向の磁場が印加可能となる。
第１棒状部位３１及び第２棒状部位４１が、Ｚ軸に平行な中心軸ＣＬを中心として互いに軸対称となる位置に配置されているので、中心軸ＣＬ上にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含む任意方向の磁場を印加でき、磁場の方向を切り替えたときに対象物と電磁石の相対的な位置関係を変更する必要がない。
さらに、第３ヨーク５０は、第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０に接続されており、中心軸ＣＬと同軸であるので、互いに向きが反対となる磁束を発生させる電流を供給することによってＺ軸の磁束の発生を強めることができる。
よって、電磁石又は対象物を移動させずに任意方向の磁場を印加可能となる。複数条件の磁場を順次印加するにあたり、時間ロスを低減することができる。

【0034】

本実施形態では、Ｘ軸用電磁石３又はＹ軸用電磁石４の少なくともいずれかに対し、第１方向（＋Ｘ；＋Ｙ）に向かう磁束を中心軸ＣＬ上に発生させる電流（Ｘｉ＋；Ｙｉ＋）を第１コイル（３５；３６）に流し、且つ、第１方向（＋Ｘ；＋Ｙ）とは逆の第２方向（−Ｘ；−Ｙ）に向かう磁束を中心軸ＣＬ上に発生させる電流（Ｘｉ−；Ｙｉ−）を第２コイル（３６；４６）に流すことにより、中心軸ＣＬ上にＺ軸成分を有する磁束を発現可能であり、各コイル３５、３６、４５、４６に流す電流を変化させることで、中心軸ＣＬ上にＺ軸を含む任意方向の磁場を印加可能に構成されている。

【0035】

本実施形態では、第３ヨーク５０に巻き付けられる第３コイル５１を備える。

【0036】

この構成によれば、第３コイル５１への通電により、Ｚ軸の磁束を更に強くすることができる。

【0037】

本実施形態では、第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０は、各々の棒状部位３１、４１の基端部からＺ軸一方側（−Ｚ）に延びる第１延在部３２、４２と、第１延在部３２、４２のＺ軸一方側（−Ｚ）の端部同士を接続する第２延在部３３、４３と、を有する。

【0038】

この構成によれば、各々の棒状部位３１、４１よりもＺ軸他方側（＋Ｚ）に、ヨーク及びコイルが配置されていない領域Ａｒ１が形成されているので、この領域を磁場印加領域Ａｒ１として利用でき、磁場印加領域Ａｒ１に配置する対象物が大きくなっても、電磁石自体を大きくする必要がなく、システムを小型化することができる。

【0039】

本実施形態では、Ｘ軸用電磁石３及びＹ軸用電磁石４における第１コイル３５、４５及び第２コイル３６、４６は、第２延在部３３、４３に巻き付けられている。

【0040】

この構成によれば、電磁石のＸ軸及びＹ軸寸法を抑えることができ、システムを小型化することができる。

【0041】

本実施形態の磁場印加システムは、上記電磁石１と、電磁石１の各コイル３５、３６、４５、４６に電流を供給する電流供給部２と、を含む。電流供給部２は、Ｘ軸用電磁石３又はＹ軸用電磁石４の少なくともいずれかに対し、第１方向（＋Ｘ；＋Ｙ）に向かう磁束を中心軸ＣＬ上に発生させる電流（Ｘｉ＋；Ｙｉ＋）を第１コイル（３５；４５）に流し、且つ、第１方向（＋Ｘ；＋Ｙ）とは逆の第２方向（−Ｘ；−Ｙ）に向かう磁束を中心軸ＣＬ上に発生させる電流を第２コイル（３６；４６）に流す、逆電流モードによる電流供給が実行可能に構成されている。各コイル３５、３６、４５、４６に流す電流を変化させることで、中心軸ＣＬ上に前記Ｚ軸を含む任意方向の磁場を印加可能に構成されている。

【0042】

なお、上記では説明の便宜のため、参照符号を実施形態や制御のパターンに応じて、セミコロン（；）で区切って記載しているが、権利解釈に影響を与えるものではない。

【0043】

以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0044】

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【符号の説明】

【0045】

１…電磁石
２…電流供給部
３…Ｘ軸用電磁石
３０…第１ヨーク
３１…第１棒状部位
３１ａ…磁極
３２…第１延在部
３３…第２延在部
３５…第１コイル
３６…第２コイル
４…Ｙ軸用電磁石
４１…第２棒状部位
４１ａ…磁極
４２…第１延在部
４３…第２延在部
４５…第１コイル
４６…第２コイル
５０…第３ヨーク
５１…第３コイル
Ｇｐ…ギャップ
ＣＬ…中心軸

【要約】

【課題】電磁石又は対象物を移動させずに任意方向の磁場を印加可能な電磁石を提供することである。
【解決手段】電磁石は、Ｘ軸に沿って離間する一対の第１棒状部位３１を有する第１ヨーク３０と、第１ヨーク３０に巻き付けられる第１コイル３５及び第２コイル３６と、Ｙ軸に沿って離間する一対の第２棒状部位４１を有する第２ヨーク４０と、第２ヨーク４０に巻き付けられる第１コイル４５及び第２コイル４６と、第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０に接続され、中心軸ＣＬと同軸の柱状に形成された第３ヨーク５０と、を有する。第１棒状部位３１及び第２棒状部位４１は、Ｚ軸に平行な中心軸ＣＬを中心として互いに軸対称となる位置に配置される。
【選択図】図５Ａ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6F】

【図6G】

【図6H】

【図6I】

【図7】

【図8】