JP2014014761A - 磁気フィルターの消磁方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁力により液中の微細な鉄粉等の磁性粒子を吸着した磁気フィルターを効率的に洗浄するための磁気フィルターの消磁方法を提供すること。
【解決手段】磁気フィルターに吸着された磁性粒子を吸引する磁気吸引力をＦｍとし、当該磁気吸引力に反するように作用する上記磁性粒子の抗力をＦｒとしたとき、Ｆｍ≦Ｆｒの条件を満たす消磁電流であって、励磁コイルに消磁電流を流すことによって発生する磁界による上記磁性粒子の磁束密度をＢｍとし、磁性粒子の残留磁束密度をＢｒとしたとき、Ｂｍ＞Ｂｒの条件を満たす消磁電流を流し、当該消磁電流によって発生する磁界による磁性粒子の磁極の向きの反転を繰り返しつつ消磁電流を徐々に減衰させて、ヒステリシスループを徐々に小さくさせながら磁性粒子の磁化を減衰させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、磁力により液中の微細な鉄粉等の磁性粒子を吸着した磁気フィルターを効率的に洗浄するための磁気フィルターの消磁方法に関する。

洗浄液や潤滑油に含まれる微細な鉄粉等の磁性粒子を除去する場合において、磁気フィルターがよく使用されている。磁気フィルターは多数の磁気細線からなる多層メッシュの濾過媒体を励磁コイルの磁場に配置し、この励磁コイルに直流電流を流すことによって濾過媒体を磁化し、この濾過媒体に鉄粉等の磁性粒子を含有する液を通過させることにより、磁性粒子を濾過媒体に磁力で吸着させるように構成したものである。

そして吸着された磁性粒子が濾過媒体に堆積すると吸着効率が次第に悪くなるため、濾過媒体の圧力損失が一定に達した時点または一定時間おきに、励磁コイルの電流を断って濾過媒体の磁化を解くとともに、洗浄水を磁気フィルターに逆流させて濾過媒体を洗浄する方法（逆洗工程）が行われている。

例えば、特許文献１には、磁気フィルターの洗浄方法として、磁気フィルターに磁場を印加した状態で振動を加えつつ洗浄液を流してフィルター表面から油分のみを分離した後、磁気フィルターの磁場を消磁した状態で洗浄液を流してフィルター表面から磁性粒子を剥離する方法が記載されている。一般に磁気フィルターは、励磁電流を切って消磁した状態としても磁性粒子には残留磁束が存在する。残留磁束が大きい場合は、残留磁束によって微細な鉄粉等の磁性粒子が吸着されている磁気フィルターに洗浄液を流しても、良好に洗浄することはできない。

また、特許文献２には、電磁フィルターの消磁方法として、コンデンサの容量をＣとし、励磁コイルのインダクタンスをＬとし、励磁コイルの直流抵抗をＲとした場合、Ｃ＜４Ｌ／Ｒ^２の条件を満たすコンデンサを励磁コイルと並列に接続することにより、励磁コイルに流されていた直流電流を遮断して励磁コイルに蓄積された電磁エネルギーをコンデンサに蓄え、次に、励磁コイルに反対向きの電流（消磁電流）を流すことにより励磁コイルによる磁化極性を反転させるという操作を繰り返して徐々に消磁電流を減衰させることにより、電磁フィルターを減磁する方法が記載されている。しかし、電磁フィルターに吸着された磁性粒子が微細な鉄粉等である場合、消磁電流が大きすぎると、微細な鉄粉（例えば、１０μｍ以下）はこの消磁電流の磁気吸引力によって移動して、消磁のために与えたエネルギーが微細な鉄粉の運動エネルギーや位置エネルギーとして消費され、消磁に必要な磁壁の移動に使用されるエネルギーが減少するために効果的な消磁を行うことができず、消磁処理を実施した後にも微細な鉄粉には高い磁束密度が残留する。

特開２００６−２０５０５７号公報 特開平８−２２４４１１号公報

本発明は従来の技術の有するこのような不都合な点に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁力により液中の微細な鉄粉等の磁性粒子を吸着した磁気フィルターを効率的に洗浄するための磁気フィルターの消磁方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者の要旨とするところは以下のとおりである。
[１]励磁コイルに流した消磁電流によって磁気フィルターに吸着された磁性粒子の消磁を行う方法であって、磁気フィルターに吸着された磁性粒子を吸引する磁気吸引力をＦｍとし、当該磁気吸引力に反するように作用する上記磁性粒子の抗力をＦｒとしたとき、Ｆｍ≦Ｆｒの条件を満たす消磁電流であって、励磁コイルに消磁電流を流すことによって発生する磁界による上記磁性粒子の磁束密度をＢｍとし、磁性粒子の残留磁束密度をＢｒとしたとき、Ｂｍ＞Ｂｒの条件を満たす消磁電流を流し、当該消磁電流によって発生する磁界による磁性粒子の磁極の向きの反転を繰り返しつつ消磁電流を徐々に減衰させて、ヒステリシスループを徐々に小さくさせながら磁性粒子の磁化を減衰させることを特徴とする磁気フィルターの消磁方法である。
［２］消磁電流が交流であることを特徴とする上記[１]に記載の磁気フィルターの消磁方法である。
［３］磁性粒子の抗力Ｆｒが、重力、粘性力および慣性力を含むことを特徴とする上記［１］または［２］に記載の磁気フィルターの消磁方法である。

本発明の磁気フィルターの消磁方法によれば、磁性粒子を吸引する磁気吸引力が磁性粒子の抗力以下であるから、消磁時に磁性粒子が自由に動き回ることがない。このような状態下において、残留磁束密度よりも大きな磁束密度を磁性粒子に発生させるように消磁電流を流して、当該消磁電流によって発生する磁界によって磁性粒子の磁極の向きの反転を繰り返しつつ消磁電流を徐々に減衰させて、ヒステリシスループを徐々に小さくさせることによって効率的に磁性粒子の磁化を減衰させることができる。

図１は、交流電流による消磁パターンの一例を示す図である。 図２は、残留磁気を説明する図である。 図３は、磁性粒子の粒子径と付着力の関係を示す図である。 図４は、（磁気吸引力Ｆｍ／磁性粒子の抗力Ｆｒ）と消磁電流との関係の一例を示す図である。 図５は、鉄粉の飽和磁束密度と消磁電流との関係の一例を示す図である。 図６は、本発明の消磁方法の一例を示す図である。 図７は、消磁時のヒステリシスループの推移の一例を示すである。

以下に本発明の一実施形態を説明する。
（１）交流電流による消磁
磁性粒子を磁化すると磁壁移動が起こり、飽和磁束密度に達した後、磁場をゼロにすると、磁化はゼロに戻るはずである。しかし、ヒステリシスロスのため、磁場をゼロにしても、磁性粒子には残留磁気が存在する。この残留磁気の存在が好ましくないことがあるので、残留磁気が存在しないように磁性粒子を未磁化状態にする消磁処理が行われている。消磁処理には、熱消磁と、交流消磁と、直流消磁とがある。熱による消磁は、対象物をキュリー点以上に加熱することによって磁極の方向をバラバラにする方法であり、完全な消磁が可能である。しかし、鉄粉の場合はキュリー点が約７７０℃の為、周辺機器の熱負荷が高いので好ましい方法とは言えない。直流消磁は、対象物が直流磁場を受けることで磁区の磁気配列が飽和し、直流電流によって発生する磁界を反転させながら消磁する方法であるが、その構造が煩雑であるため、あまり行われていない。

交流電流による消磁は、図１に示すように、励磁段階と同等の交流電流（消磁電流）を励磁コイルに流し、この消磁電流によって発生する交流磁界による磁性粒子の磁極の向きを反転を繰り返しつつ消磁電流を徐々に減衰させて、ヒステリシスループを徐々に小さくさせながら減磁する方法である。設備構成も比較的簡単であり、一般に行われている消磁方法である。

（２）残留磁束と対象物の大きさ
上記したように、磁場をゼロにしても、磁性粒子には残留磁気が存在する（図２のＢｒ参照）。残留磁気の存在は不都合なことが多いので、残留磁気が存在しないように磁性粒子を未磁化状態にする消磁処理が行われている。ところが、消磁電流の大きさによっては、消磁が良好に行われないことを本発明者は見出したのである。すなわち、磁性粒子が非常に小さい場合（例えば、粒子径が１０μｍ以下）、消磁のために付与した消磁電流が消磁のために有効に利用されないことを知見したのである。ここで、磁性粒子の粒子径と付着力の関係を図３に示す。図３の縦軸は、粒子径による付着力を、粒子径が５０μｍの付着力を１とした相対値で表したものである。粒子径が小さいと粒子の表面積が大きくなり、付着力は飛躍的に増大する。特に、粒子径が１０μｍ以下の場合に顕著である。

本発明者は、この原因について次のように考えた。磁性粒子が非常に小さいと、消磁電流による磁気吸引力によって磁性粒子が吸引され、消磁電流のエネルギーが磁性粒子自身を移動させる運動エネルギーや位置エネルギーとして消費されて、消磁のために必要な磁壁の移動に有効に利用されないと考えたのである。というのは、一般に行われている消磁は、比較的大きな物質を対象としており、消磁電流によって対象物が移動するということは考えにくいからである。
一方、磁性粒子には重力、粘性力および慣性力などの磁気吸引力に反するように作用する抗力が存在する。

そこで、磁性粒子が非常に小さい場合（例えば、粒子径が１０μｍ以下）、上記のような不都合を生じずに消磁を行うためには、消磁電流による磁気吸引力によって磁性粒子が移動しないようにすることが必要であるという結論に達した。換言すれば、消磁電流による消磁を良好に実施するための条件としては、消磁電流による磁気吸引力Ｆｍを磁性粒子が備える抗力Ｆｒ以下とすることが必要である（次式（１））。
Ｆｍ≦Ｆｒ （１）
Ｆｍは、次式（２）によって表される。
Ｆｍ＝（π／６）×ｄ^３×ρ×χ×Ｈ×（ｄＨ／ｄＸ） （２）
ｄ：磁性粒子の粒子径、ρ：磁性粒子の密度、χ：帯磁率、Ｈ：磁界の強さ、ｄＨ／ｄＸ：磁気勾配
抗力Ｆｒは重力、粘性力、慣性力などの合力であるが、慣性力Ｆｉは次式（３）で表わされる。
Ｆｉ∝ｆ² （３）
ｆ：交流の周波数
これより、抗力Ｆｒを大きくするためには周波数は可能な限り大きくした方が良い。

当然のことながら、消磁のためには、磁性粒子の残留磁束密度よりも大きな磁束密度を磁性粒子に与えることが必要である。
以上のように、本発明者は、「磁気フィルターに吸着された磁性粒子が非常に小さい場合、その磁性粒子の消磁を良好に実施するためには、条件１として、消磁電流による磁気吸引力によって磁性粒子が移動しないような消磁電流を選択すること（磁気吸引力≦磁性粒子の抗力）、及び条件２として、磁性粒子の磁壁の移動に必要なエネルギーが得られるように、残留磁束密度よりも大きな磁束密度を磁性粒子に与えるような消磁電流を選択することが必要である。」ということを見出したのである。

換言すれば、磁性粒子が非常に小さい場合、消磁電流が大きくて、「磁気吸引力＞磁性粒子の抗力」となる条件では、消磁電流のエネルギーが磁性粒子の運動エネルギーや位置エネルギーとして消費され、磁壁の移動のために利用されない。一方、消磁電流が小さくて、消磁電流によって発生する磁界による磁性粒子の磁束密度が残留磁束密度より小さいと、磁性粒子は自由な運動はしないが、磁性粒子の磁壁を移動させることもできずに消磁そのものをすることもできない。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において様々な修正や変更が可能であり、本発明は下記実施例に限定されないことは言うまでもない。

連続して通板される鋼帯の表面を洗浄した洗浄液を回収する処理槽にて、洗浄液中の鉄粉濃度を低減する為、磁気フィルターにて洗浄液を濾過している設備がある。
１．磁気吸引力によって磁性粒子（鉄粉）が移動しないような大きさの消磁電流とすること（磁気吸引力≦磁性粒子の抗力）
ｄ＝２μｍの鉄粉、ρ＝７．６５ｇ／ｃｍ^３、χ＝０．５ｅｍｕ／Ｇ、Ｈ＝１２４Ｏｅという条件下おいて、（磁気吸引力Ｆｍ／磁性粒子の抗力Ｆｒ）と消磁電流との関係を示す図が図４である。この場合、磁気吸引力によって鉄粉が移動しないようにするためには（Ｆｍ≦Ｆｒ）、消磁電流は２．８Ａ以下とする必要がある。

２．磁性粒子（鉄粉）に付与する磁束密度を残留磁束密度よりも大きくするような消磁電流とすること
図５は、鉄粉の粒径が１０μｍ以下の場合において、鉄粉の飽和磁束密度と消磁電流との関係を示す図である。一方、実機の磁気フィルターに吸着された鉄粉（粒子径≦１０μｍ）の残留磁束密度を実測すると、２００〜３００Ｇであった。そこで、図５を参照すると、本実施例の磁気フィルターに吸着された鉄粉を消磁するためには、消磁電流は２．５Ａ以上とすることが必要である。

３．交流電流による鉄粉の消磁
磁気フィルター（図示せず）による鉄粉の吸着を終了した後、この磁気フィルターに吸着された鉄粉の残留磁束（２７５Ｇ）を減衰させるために、以下に説明するように、消磁コイル（図示せず）に適切な大きさの消磁電流を流す消磁処理を実行した。すなわち、図６に示すように、当初の消磁電流（交流）の大きさを５種類として、当初の消磁電流の大きさに対して、５％づつ減衰させるという操作を繰り返し、消磁電流がゼロとなった時点で消磁を終了した。この際の周波数は装置制約上、１Ｈｚまでしか上げられないために１Ｈｚとした。

すなわち、図７に示すように、残留磁束密度よりも大きな磁束密度を磁性粒子に与えるように、消磁電流によって発生する交流磁界による鉄粉の磁極の向きの反転を繰り返しつつ消磁電流を徐々に減衰させて、ヒステリシスループを徐々に小さくさせるという方法（最外側のパターン１のヒステリシスループ→パターン２のヒステリシスループ→パターン３のヒステリシスループ→パターン４のヒステリシスループ）によって、以下の表１に示すような残留磁束を得た。

表１に示すように、当初の消磁電流を２．５Ａとした消磁パターン４の残留磁束が最も小さいことが分かる。当初の消磁電流を２．５Ａより大きくしても、２．５Ａより小さくしても、消磁パターン４より残留磁束は大きくなることが分かる。

４．洗浄液中の鉄粉濃度の低減効果
当該処理槽に含まれる洗浄液中の鉄粉濃度は濾過前は４０００ｐｐｍであった。そこで、励磁電流の通電を停止するだけで当該フィルターに吸着された鉄粉の消磁を行わずに逆洗を実施した磁気フィルターによって上記洗浄液を濾過すると、洗浄液中の鉄粉濃度は１０００ｐｐｍに低下した。次に、本発明の方法に従って当該フィルターに吸着された鉄粉の消磁を行った後に逆洗を実施した磁気フィルターによって上記洗浄液を濾過すると、洗浄液中の鉄粉濃度は４００ｐｐｍに低下した。このように、磁気フィルターに吸着された鉄粉の消磁を本発明の方法で行った後に逆洗を実施するという操作を施すことによって、磁気フィルターの鉄粉吸着能力を大幅に向上しうることが分かる。

Claims (3)

1. 励磁コイルに流した消磁電流によって磁気フィルターに吸着された磁性粒子の消磁を行う方法であって、磁気フィルターに吸着された磁性粒子を吸引する磁気吸引力をＦｍとし、当該磁気吸引力に反するように作用する上記磁性粒子の抗力をＦｒとしたとき、Ｆｍ≦Ｆｒの条件を満たす消磁電流であって、励磁コイルに消磁電流を流すことによって発生する磁界による上記磁性粒子の磁束密度をＢｍとし、磁性粒子の残留磁束密度をＢｒとしたとき、Ｂｍ＞Ｂｒの条件を満たす消磁電流を流し、当該消磁電流によって発生する磁界による磁性粒子の磁極の向きの反転を繰り返しつつ消磁電流を徐々に減衰させて、ヒステリシスループを徐々に小さくさせながら磁性粒子の磁化を減衰させることを特徴とする磁気フィルターの消磁方法。
2. 消磁電流が交流であることを特徴とする請求項１に記載の磁気フィルターの消磁方法。
3. 磁性粒子の抗力Ｆｒが、重力、粘性力および慣性力を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気フィルターの消磁方法。

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