JP2004202338A

JP2004202338A - 渦電流式非鉄系金属物分別方法及びその装置

Info

Publication number: JP2004202338A
Application number: JP2002373550A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kondo; 信一近藤
Original assignee: TOK ENGINEERING KK
Current assignee: TOK ENGINEERING KK
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】体積の小さい非鉄系金属物に対して素材毎の分別を可能とする。
【解決手段】分別対象としての非鉄系金属物を移送手段で移送し、移送面裏面側に近接して配置した、交番磁束を発生するロータ５の回転軸２３を、非鉄系金属物１１の移送方向に対してほぼ平行とすることにより、非鉄系金属物１１に斥力が長時間働く機構を構成する。従来方式のように非鉄系金属物１１の移送面の端に、ロータ５をその回転軸２３が移送方向と垂直となるように配置するのではなく、ロータ５からの交番磁界の影響を長時間受けることができるように、ロータ回転軸２３を移送方向とほぼ平行にすることによって、選別効率を高め体積の小さい非鉄系金属物１１の分別を可能とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非鉄系金属を分別するための渦電流式非鉄系金属物分別方法及びその装置に関する。更に詳しくは、非鉄系金属物に発生する渦電流による斥力で各種の非鉄系金属物が混合された非鉄系金属混合物を分別する非鉄系金属分別方法及びその装置に関する。更に詳しくは、上記非鉄系金属混合物を素材毎に分離、抽出するための渦電流式非鉄系金属分別方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種材質が混合された非鉄系金属物を材質毎に分別する方法及び装置としては渦電流式のものが知られている。電気伝導体は時間的に変化する磁場の中に置かれると、その金属内部には時間的に変化する磁場の影響で誘導起電力が発生し、渦電流が流れる。この渦電流による誘導磁場が元の磁場と相互作用し斥力が生じる。渦電流式の金属分別装置はこの渦電流による斥力を利用したものである。
渦電流式の非鉄系金属物分別装置の動作原理について図６を参照しながら説明する。図６は渦電流による斥力の発生原理を図示している。導体が磁束を貫通しているとき、磁束の時間的変化により導体内に電磁誘導起電力が発生し、渦電流が流れる。この渦電流が誘導磁界をつくり、誘導磁界がもとの磁界と相互作用する。レンツの法則では、渦電流は元の磁界を打ち消す方向に発生する。
【０００３】
つまり、導体が貫通している磁力線が増加する場合は、誘導磁界の磁力線の向きが元の磁界の磁力線の向きと反対となり、反発し合う。反対の場合は、誘導磁界と元の磁界が引き合うようになる。上記のように、誘導磁界が元の磁界と反発し合うように成るときに発生する反発力が導電体を跳ね飛ばす力の源となる。上記斥力を生じる現象は変化する磁場内に置かれた導電体にまったく同じように働く。
【０００４】
図７には従来型の渦電流式の非鉄系金属物分別装置の原理を図示している。被選別物である非鉄系金属物１１は一定速度で動く搬送ベルト３の上に乗って、ロータ５の外周近傍へと運ばれてくる。この搬送ベルト３が駆動用プーリ７とロータ５を覆う回転可能なロータ用回転カバー１２との間に掛け渡されている。搬送ベルト３は図示しないモータで駆動される駆動用プーリ７によって回動され、ロータ用回転カバー１２は搬送ベルト３の回動に伴って回転される。
磁場を発生するロータ５はロータ用回転カバー１２の内周面に近接するよう設置され、搬送ベルト３に対して相対的に高速度で回転駆動されている。搬送ベルト３の後方上部には非選別物を入れるホッパ６が設けられている。また、ロータ５の前方には複数の区分に区切られた選別箱９が設置される。
【０００５】
ロータ５の外周には複数の永久磁石が固定されており、この永久磁石はロータ５が回転することで搬送ベルト３上の非鉄系金属物１１に対して交番磁場を発生する。非選別物がロータ５の近傍に至るとこの交番磁場の時間的変化によって、非鉄系金属物１１内に渦電流が生じて、その斥力によりロータ５の外周から前方方向に跳ね飛ばされる。跳ね飛ばされて落下するとき、金属の種類により距離が違ってくる。
【０００６】
このとき電気抵抗の小さいものほど反発力が大きく遠くに跳ね飛ばされる。非鉄系金属物１１が実質的に同じ大きさの場合は、金属の種類によって、落下する距離が違うので金属毎に選別できる。各非鉄系金属物１１内に発生する誘導起電力eは次式であらわされる。
ｅ＝−ｋｄB／ｄｔ（式１）
ここで、Bは磁場の磁束線密度、kは定数、tは時間、dは微分演算子である。非鉄系金属物１１内に流れる渦電流iは次のようになる。
ｉ＝ｅ／R＝−（ｋ／R）dB／ｄｔ（式２）
Rは非鉄系金属物１１の電気抵抗である。この渦電流ｉはそれに比例した誘導磁界をつくる。この誘導磁界が元の磁界の変化を打ち消す方向になるように渦電流が発生する（レンツの法則）。非鉄系金属物１１が貫通する磁束の変化が時間的に大きいときに、誘導磁界と元の磁界が反発し合う。この時、ある粒子（非鉄系金属物１１）に対して生じる反発力の大きさは以下の式（３）で表わす事が出来る。
【０００７】
【数１】

ｍ：粒子の質量、σ：粒子の電気伝導率、ρ：粒子の密度、I：磁石によって生じる磁化、ｚ：磁石から非鉄軽金属物までの距離、ｖ：粒子と磁石の相対的位置の変化速度、S：形状係数、Q：装置係数、SとQは形状と装置の組みかたによって決まる係数である。この斥力の大きさは式（１）、式（２）から明らかなように、非鉄系金属物１１を通り抜ける磁束密度の変化による。斥力を大きくするためには、磁束密度変化を大きくする必要がある。
【０００８】
従来の磁石の組み方は、永久磁石をロータ５の外周円筒上に取り付けるとき、磁石要素のＮ極とＳ極を交互に外側へと向くように配置している。この従来の構造では、磁束密度変化を大きくする方法として次のものがある。１．被選別物と永久磁石要素と相対速度を大きくする、２．永久磁石要素には磁界の強いものを使う、３．被選別物の体積を大きくする方法である。
【０００９】
前述した方法１の場合は、搬送ベルト３の速度を上げるか、ロータ５の回転速度をより高速にするか、あるいは、両方を図る方法である。前述した方法２の場合は、強力な磁石を使うほど装置の値段が高くなり、大量生産には向いてない。前述した方法３の場合は、体積の小さいものの選別ができないという欠点を抱えている。
【００１０】
より磁束密度変化を大きくするために、例えば、特許文献１に開示されているように、永久磁石要素をロータの外周円筒上にＮ極とＳ極が交互にロータの半径方向に外へ向くように配置して、その間に、別の磁石要素を前記磁石要素の外側へ向いている磁極へ同極が向くように横にして並べる方法がある。磁極を交互に配置した磁石の側面に継鉄を挟んで、その間に台形の磁石を挿入する。この台形の磁石の磁極は、左右の磁石の磁極に対して上部は反発、下部は吸引になるように取り付ける。
この並べ方では、磁石要素の同極が向かい合っているため、反発し合い、磁力線が半径方向に外へ向くように成る。この状態でロータが回転することによって磁束密度の変化が激しくなって被選別物内の渦電流が大きくなり、その渦電流が原因となる斥力が大きくなって被選別物の分別効率が上がり、より小型のものを選別できるようになる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−６２３３７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の非鉄系金属物分別方式はロータの回転接線方向への分別であり、粒子がほぼ一定の体積を有する非鉄系金属の混合物を金属の導電率の違いによる斥力の違いを利用して金属毎の分類を可能としている。しかし、近年、同一物質であって、不定形の曲がった線材や楕円形あるいは変形した多角形など複雑で小サイズ（数ミリ程度）の混合材料を平板材や球材等など素材別に分別する重要性が増してきており、それに対して従来方式では飛距離の違いが出るほど材料に斥力が生じず分別が全く不可であった。
【００１３】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。本発明の目的はより効率のよい非鉄系金属物選別方法、及びそのための装置を提供することにある。本発明の他の目的は従来方法で選別できなかった同一物質で体積の小さい非鉄系金属の混合物を形状毎に選別できる方法及び装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下に詳述する方法により前記課題を解決する。すなわち本発明の渦電流式非鉄系金属物分別方法は、ロータの外周方向に永久磁石要素を取り付けて、前記ロータを回転駆動して交番磁場を発生させて分別対象である非鉄系金属物に、渦電流を発生させるための渦電流発生手段を備えて成る渦電流式非鉄系金属物分別方法であって、
前記非鉄系金属の混合物を移送手段により移送し、前記ロータは前記移送手段の搬送面裏面側に近接して、前記ロータの回転軸線を前記非鉄系金属の移送方向とほぼ平行になるように配置し、前記ロータからの移動磁界が前記非鉄系金属に作用することにより生じた反発力で、前記非鉄系金属を移送面上で移送方向と垂直方向に飛翔または回転させることにより移動させて素材毎に前記搬送面上での位置を異ならせて分別することを特徴とする。
【００１５】
ここで前記素材毎の分別とは材質毎、大小毎の分別をいう。即ちふるいなどを用いて同サイズに分別した混合物を電気伝導率や密度の違いを利用して材質毎に分別すること、又はアルミニウム等の非鉄系金属混合物を以下詳述する方法で体積や形状の違いを利用して大小毎に分別することをいう。
【００１６】
本発明の渦電流式非鉄系金属分別装置は、ロータの外周方向に永久磁石要素を取り付けて、前記ロータを回転駆動して交番磁場を発生させて分別対象である複数の非鉄系金属物の混合物に、渦電流を発生させるための渦電流発生手段を備えて成る渦電流式非鉄系金属物分別装置であって、
前記混合物を移送するための移送手段と、前記移送手段の搬送面の裏面側に配置され、回転中心軸線が前記移送方向に配置されたロータと、前記ロータを回転駆動する回転駆動手段とからなることを特徴とする。
本発明の渦電流式非鉄系金属物分別方法、または装置において、前記混合物の搬送は、搬送ベルトにより行うとよい。または、前記混合物の搬送は、シュータにより重力で落下させるものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態例を示す非鉄系金属物分別装置１の側面図であり、図２は、図１の立体図、図３は図１の平面図である。
フレーム２は非鉄系金属物分別装置１の本体である。このフレーム２には、ベルトコンベヤ装置１４が搭載されている。ベルトコンベヤ装置１４は被選別物を移送するための移送手段である。ベルトコンベヤ装置１４は、駆動用プーリ７と従動プーリ１５、テンションプーリ１３等からなる。駆動用プーリ７と従動プーリ１５間には、搬送ベルト３が掛け渡されている。搬送ベルト３は、テンションプーリ１３によりその張力が調整されている。搬送ベルト３はこれを駆動するモータ（図示せず）によって駆動される駆動用プーリ７によって駆動され回動される。従動プーリ１５は搬送ベルト３の回動に伴って回転する。
【００１８】
搬送ベルト３の後方上部には、ホッパ６が配置されている。ホッパ６は、所定粒度に破砕された被選別物を一時貯留し、必要に応じて下部の口を開いて出す漏斗状の公知の装置である。
ロータ５は非鉄系金属を選別するために変化する磁場を作るものであり、ロータ５のロータ回転軸２３は被選別物の移動方向とほぼ平行になるように配置されている。ロータ５はモータ４によりロータ駆動用ベルト１６を介して回転駆動される。
ベルトコンベヤ装置１４の前方には選別用の複数枚の仕切板１０が鉛直方向に平行に配置されており、その下方には選別された非鉄系金属物１１を選別された種類毎に収納する選別箱９が配置されている。
【００１９】
(選別方法)
次に、被選別物の動きについて図４を用いて説明する。定量供給された非鉄系金属物１１が搬送ベルト３の上に乗ってロータ５の近くへ運ばれる。ロータ回転軸２３の中心線Ｏから鉛直方向への線２１と搬送ベルト３との交線２２付近にある非鉄系金属物１１には、永久磁石２４の回転で変化する磁場の影響で、内部に誘導起電力が生じ、渦電流が流れる。渦電流は誘導磁界を作る。この誘導磁界は元の磁界を打ち消す方向に成っている（レンツの法則）。
【００２０】
よって、誘導磁界と元の磁界が相互作用する。実際は図４に示すように交線２２から若干選別方向にずれた位置に置かれて搬送され、形状も均一ではないため、上記相互作用により斥力がアンバランスに働き非鉄系金属物は重心の周りに回転、もしくは飛翔しながら回転し、移動することになる。例えば図４においてＡ点に在る非鉄系金属物１１は、ロータの中心から非鉄系金属物１１の重心に対してロータ半径方向への斥力Ｆを受ける。
【００２１】
この斥力Ｆと重力ｍｇとの合力Ｆ'が非鉄系金属物１１に働き、形状のアンバランスにより飛翔や回転を伴って、選別方向に移動する。被選別交番磁場の影響が無くなるまで移動し停止した結果、同サイズの混合材料の移動距離がほぼ一定になる。従って例えば同一の物質（例えばアルミニウム）であっても、不定形の曲がった線材や楕円形あるいは変形した多角形など複雑で小サイズ（数ミリ程度）な形状の混合材を効率よく分別することが可能である。また、ふるいなどを用いてほぼ同サイズに統一した非鉄系金属の混合物を伝導率や密度の違いを利用して材質毎に分別することも可能である。
【００２２】
（実施の形態２）
前述の実施の形態１では被選別物の搬送機能としてベルトコンベヤを使用しているが、ベルトコンベヤに限らずシュータ等の重力を利用した移送方法でも利用可能である。図５に移送手段としてシュータ３１を利用した非鉄系金属分別装置を示す。より大きな斥力を被選別物に与えるため、ロータ５はシュータ３１に対してほぼ同角度θで傾いており、シュータ３１の裏面に対して可能な限り近くに設置されている。
【００２３】
ロータ５やロータ５を駆動するモータ４は、傾斜板３３に固定されている。シュータ３１と傾斜板３３の傾斜角θはシリンダ３２の伸縮によって調整可能である。また、シュータ３１は被選別物の移動を促すためバイブレータ３４を有しており必要に応じて適度な落下速度で滑らかに非選別物を供給できる。シュータ３１及び、バイブレータ３４を用いた非鉄系金属分別装置については公知の技術（例えば、特開２００２−３３１２５７号公報）であり、且つ本発明の要旨でないため説明を省略する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によると、次の効果が奏される。ロータの軸を被選別物の移動方向に対してほぼ平行になるように配置することによって、被選別物に対する斥力が長時間働き、被選別物の分別効率があがり、小型の非鉄系金属を選別できるようになった。また、同一物質で体積の小さい非鉄系金属の混合物を形状毎に選別することも可能となった。例としてアルミニウムをチップ、ナゲット、線材、粒材等に分離抽出することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1は、本発明の渦電流式非鉄系金属物分別装置の実施の形態１の非鉄系金属物分別装置１を示す全体図である。
【図２】図２は、図１の立体図である。
【図３】図３は、図１の平面図である。
【図４】図４は、非鉄系金属物に働く力とロータとの位置関係を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２の装置を示す全体図である。
【図６】図６は、レンツの法則における渦電流と斥力との関係を示す図である。
【図７】図７は、従来型の非鉄系金属分別方式の形態例を示す図である。
【符号の説明】
１…非鉄系金属物分別装置
２…フレーム
３…ベルト
４…モータ
５…ロータ
６…ホッパ
７…駆動用プーリ
８…本体カバー
９…選別箱
１０…仕切板
１１…非鉄系金属物
１２…ロータ用回転カバー
１３…テンションプーリ
１４…ベルトコンベヤ装置
１５…従動プーリ
１６…ロータ駆動用ベルト
２１…ロータ回転軸の中心線Ｏから鉛直方向へ引いた直線
２２…ロータ回転軸の中心線Ｏから鉛直方向へ引いた直線とベルトとの交線
２３…ロータ回転軸
２４…永久磁石
３１…シュータ
３２…シリンダ
３３…傾斜版
３４…バイブレータ
Ｏ …ロータ回転軸の中心線
θ …傾斜板３３の傾斜角

Claims

ロータの外周方向に永久磁石要素を取り付けて、前記ロータを回転駆動して交番磁場を発生させて分別対象である非鉄系金属物に、渦電流を発生させるための渦電流発生手段を備えて成る渦電流式非鉄系金属物分別方法であって、
前記非鉄系金属の混合物を移送手段により移送し、前記ロータは前記移送手段の搬送面裏面側に近接して、前記ロータの回転軸線を前記非鉄系金属の移送方向とほぼ平行になるように配置し、前記ロータからの移動磁界が前記非鉄系金属に作用することにより生じた反発力で、前記非鉄系金属を移送面上で移送方向と垂直方向に飛翔または回転させることにより移動させて素材毎に前記搬送面上での位置を異ならせて分別する
ことを特徴とする渦電流式非鉄系金属物分別方法。
請求項１に記載の渦電流式非鉄系金属物分別方法において、
前記混合物の搬送は、搬送ベルトにより行うことを特徴とする渦電流式非鉄系金属物分別方法。
請求項１に記載の渦電流式非鉄系金属物分別方法において、
前記混合物の搬送は、シュータにより重力で落下させるものであることを特徴とする渦電流式非鉄系金属物分別方法。
ロータの外周方向に永久磁石要素を取り付けて、前記ロータを回転駆動して交番磁場を発生させて分別対象である複数の非鉄系金属物の混合物に、渦電流を発生させるための渦電流発生手段を備えて成る渦電流式非鉄系金属物分別装置であって、
前記混合物を移送するための移送手段と、
前記移送手段の搬送面の裏面側に配置され、回転中心軸線が前記移送方向に配置されたロータと、
前記ロータを回転駆動する回転駆動手段と
からなることを特徴とする渦電流式非鉄系金属物分別装置。
請求項４に記載の渦電流式非鉄系金属物分別装置において、
前記移送手段が搬送ベルトであることを特徴とする渦電流式非鉄系金属物分別装置。
請求項４に記載の渦電流式非鉄系金属物分別装置において、
前記移送手段が搬送ベルトと重力を利用して非選別物を供給するものであることを特徴とする渦電流式非鉄系金属物分別装置。