JP5996285B2 - 回転ドラム型磁気分離装置及びその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体中に含まれる磁性体を磁力を用いて分離回収する回転ドラム型磁気分離装置及びその組立方法に関する。

金属材料、特に鉄鋼材料等の磁性材料の切削加工や研削加工に際して、切削や研削を行う工作機械に使用されるクーラント（液体）には、工作機械から流出される際に切削屑等の磁性体が含まれている。近年の産業界ではリサイクル性の向上のために、クーラント中の切削屑等を分離回収してクーラントを清浄化した後、クーラントを再利用することが行われている。従来、クーラント中の切削屑等を効率良く分離回収するために、回転ドラム型磁気分離装置が用いられている。

例えば、図７は、特許文献１に開示されている回転ドラム型磁気分離装置の回転ドラム４の内部構造の要部を拡大して説明する断面図を示している。この回転ドラム型磁気分離装置の概略構造は、図１に示す本発明の第一実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置Ｅと類似している。よって、図１における符号５を符号５Ｖに置き換えた上で、図１及び７を参照しつつ特許文献１に開示されている回転ドラム型磁気分離装置について説明する。

図１及び７に示すように、特許文献１に開示されている回転ドラム型磁気分離装置は、内部にクーラントを溜め置く液溜め部１ａが設けられた箱形の本体１を備えている。液溜め部１ａを二分するように、本体１の中央部近傍に回転ドラム４が略水平方向に軸支されている。回転ドラム４は、ステンレス鋼等の非磁性材料からなる円筒体をなしている。そして、複数の第一の磁石５１Ｖ及び第二の磁石５２Ｖよりなる磁石層５Ｖが外周面に形成された内筒６が回転ドラム４の内部に同軸的に固定されている。図７に示すように、第一の磁石５１Ｖは、内筒６の半径方向を磁極方向とし半径方向外側にＮ極が向いている。第二の磁石５２Ｖは、内筒６の半径方向を磁極方向とし半径方向内側にＮ極が向いている。そして、内筒６の外周面の周方向に第一の磁石５１Ｖと第二の磁石５２Ｖとが交互に並べられて磁石層５Ｖが形成されている。

図７における磁力線Ｈに示されているように、この磁石層５Ｖは、回転ドラム４の外周面に所要の磁束を発生させるように形成されている。そして、磁石層５Ｖの磁力によって、クーラント中に含まれている切削屑Ｗ（図１参照）が回転ドラム４の外周面に磁着して、クーラントから切削屑Ｗを分離回収できるようになっている。クーラント中に含まれている切削屑Ｗを効率良く分離するためには、磁力が回転ドラム４の外周面からより遠くまで及ぶことが好ましい。そこで、一般に、内筒６は、磁性材料により形成されており、内筒６の半径方向内側よりも半径方向外側に向かう磁束が卓越するように構成されている。

特許文献２には、上述した磁石層５Ｖを、複数の磁石がハルバッハ配列に並んだ磁石層５Ｗに変更することにより、磁力が回転ドラムの外周面からより遠くまで及ぶ回転ドラム型磁気分離装置が開示されている（図８参照）。通常配列の磁石層５Ｖとハルバッハ配列の磁石層５Ｗとが等しい体積（磁石使用量）である場合、磁石層５Ｗは、磁石層５Ｖよりも遠くまで磁力を及ぼすことができる。この回転ドラム型磁気分離装置において、磁石層５Ｗは、複数の第一の磁石５１Ｗと、複数の第二の磁石５２Ｗと、複数の第三の磁石５３Ｗと、複数の第四の磁石５４Ｗと、複数のヨーク５５Ｗとよりなる。

第一の磁石５１Ｗは、内筒の半径方向を磁極方向とし半径方向外側にＮ極が向いている。第二の磁石５２Ｗは、各第一の磁石５１Ｗ間に配置され内筒の半径方向を磁極方向とし半径方向内側にＮ極が向いている。第三の磁石５３Ｗは、第一の磁石５１Ｗと第二の磁石５２Ｗとの間に配置され内筒の周方向を磁極方向とし周方向の一方側かつ第一の磁石５１Ｗ側にＮ極が向いている。第四の磁石５４Ｗは、第一の磁石５１Ｗと第二の磁石５２Ｗとの間に配置され内筒の周方向を磁極方向とし周方向の他方側かつ第一の磁石５１Ｗ側にＮ極が向いている。ヨーク５５Ｗは、磁性材料よりなり、第一の磁石５１ＷのＮ極側及び第二の磁石５２ＷのＳ極側に配置されている。

図８における磁力線Ｈに示されているように、この磁石層５Ｗにおいては、第一の磁石５１ＷのＮ極側に配置されたヨーク５５Ｗから磁力線Ｈが外へ出て、この磁力線Ｈが第二の磁石５２ＷのＳ極側に配置されたヨーク５５Ｗに入り込むようになっている。図８に示すように、第一の磁石５１Ｗ、第三の磁石５３Ｗ及び第四の磁石５４Ｗの各Ｎ極は、互いに同極同士で反発し合うように配置されており、また、第二の磁石５２Ｗ、第三の磁石５３Ｗ及び第四の磁石５４Ｗの各Ｓ極は、互いに同極同士で反発し合うように配置されている。これにより、各ヨーク５５Ｗから外に出る磁束、及び各ヨーク５５Ｗに入り込む磁束を、それぞれ著しく増大させることができる。このため、磁石層５Ｗでは、磁力を回転ドラムの外周面からより遠くまで及ぼすことが可能となっている。

特開２０００−７９３５３号公報 特許第４７８５９１３号

特許文献２に開示されている回転ドラム型磁気分離装置は、内筒の外周面に形成された磁石層５Ｗがハルバッハ配列とされていることにより、磁石層５Ｗの磁力が回転ドラムの外周面からより遠くまで及ぶ。これにより、クーラント中の切削屑等の磁性体が回転ドラムの外周面から離れた位置にある場合であっても、この切削屑を回転ドラムの外周面に磁着させることができるため、クーラント中に含まれている切削屑を効率良く分離することが可能となっている。

しかし、磁石層５Ｗの強い磁力を得るために、同極同士が反発し合うように各磁石５１Ｗ、５２Ｗ、５３Ｗ及び５４Ｗを配列しているため、この反発力に対抗するように各磁石５１Ｗ、５２Ｗ、５３Ｗ及び５４Ｗを内筒の外周面に強固に固定する必要がある。そこで、特許文献２に開示されている回転ドラム型磁気分離装置においては、各磁石５１Ｗ、５２Ｗ、５３Ｗ及び５４Ｗがアリ溝を介して内筒の外周面に強固に固定されている。このため、特許文献２に開示されている回転ドラム型磁気分離装置においては、磁石層５Ｗ及び内筒の構造が複雑であることにより、部品の製造コストが上昇したり、部品の組み付けに手間がかかったりする虞がある。

また、特許文献２に開示されている回転ドラム型磁気分離装置のように、内筒の外周面に形成された磁石層がハルバッハ配列とされている場合、互いに隣接する各磁石を内筒の周方向に順に組み付けていくと、先に組み付けられた磁石と、後に組み付けられる磁石との間に作用する反発力により、磁石の組み付けが困難となる場合がある。例えば、内筒の外周面に先に組み付けられた内筒の半径方向を磁極方向とする磁石に対して、この磁石に接するように内筒の周方向を磁極方向とする磁石を組み付けるときには、これらの磁石の同極同士が反発し合い、異極同士が引き合うことによって、後に組み付けられる磁石にモーメントが作用して、磁石の組み付けが困難となる場合がある。

通常、人の手の力では、上記のモーメントに対抗して磁石を所定の組み付け位置に組み付けることができないため、治具を用いて磁石を拘束しつつ所定の組み付け位置まで移動させる必要がある。そして、磁石が内筒の外周面に強固に固定された後に、治具を磁石から外す必要がある。ここで、磁石がアリ溝のような機械的な結合構造を介して内筒の外周面に固定される場合には、磁石の組み付け及び治具の取り外しを素早く行うことができる。しかし、磁石がボルトにより内筒の外周面に固定される場合には、磁石を一個ずつボルトで固定するのに手間がかかる。また、磁石が接着剤により内筒の外周面に固定される場合には、接着剤が硬化するまで治具の取り外しが行えないため、磁石の組み付けに長時間を要する。このため、磁石の組み付け時間を短縮するために、通常、瞬間接着剤が用いられている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、複数の磁石がハルバッハ配列で並んだ磁石層が外周面に形成され回転ドラムの内部に配置された内筒を備える回転ドラム型磁気分離装置において、内筒への磁石の組み付け構造が簡素であると共に、磁石の組み付けを容易に行うことが可能な回転ドラム型磁気分離装置及びその組立方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る回転ドラム型磁気分離装置の発明の構成上の特徴は、非磁性材料からなる回転ドラムと、複数の磁石よりなる磁石層が外周面に形成され該回転ドラムの内部に配置された内筒とを備え、該回転ドラムの外周面と接触する液体中に含まれる磁性体を、該磁石層の磁力を用いて該液体中から分離回収する回転ドラム型磁気分離装置であって、
前記磁石層は、前記内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向外側にＮ極が向いた複数の第一の磁石と、各該第一の磁石間に配置され該内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向内側にＮ極が向いた複数の第二の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の一方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第三の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の他方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第四の磁石と、が該内筒の周方向にハルバッハ配列で並ぶことにより形成されており、前記第三の磁石及び前記第四の磁石は、該第三の磁石及び該第四の磁石に先行して前記内筒に固定されている前記第一の磁石及び前記第二の磁石の磁力により該内筒に当接するように付勢されており、
前記第三の磁石及び前記第四の磁石は、隣接する前記第一の磁石及び前記第二の磁石に引っ掛かる引っ掛かり部を有し、該引っ掛かり部により該第一の磁石と該第二の磁石との間から前記内筒の半径方向外側に脱落しないように保持されていることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の回転ドラム型磁気分離装置において、前記第三の磁石及び前記第四の磁石と前記内筒の外周面との間に、該第三の磁石及び該第四の磁石の組み付け中は硬化することなく、該第三の磁石及び該第四の磁石の組み付け完了後に硬化する接着剤が塗布されていることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２に記載の回転ドラム型磁気分離装置において、前記内筒が非磁性材料からなることである。

上述した課題を解決するために、請求項４に係る回転ドラム型磁気分離装置の組立方法の発明の構成上の特徴は、非磁性材料からなる回転ドラムと、複数の磁石よりなる磁石層が外周面に形成され該回転ドラムの内部に配置された内筒とを備え、該回転ドラムの外周面と接触する液体中に含まれる磁性体を、該磁石層の磁力を用いて該液体中から分離回収する回転ドラム型磁気分離装置であって、
前記磁石層は、前記内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向外側にＮ極が向いた複数の第一の磁石と、各該第一の磁石間に配置され該内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向内側にＮ極が向いた複数の第二の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の一方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第三の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の他方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第四の磁石と、が該内筒の周方向にハルバッハ配列で並ぶことにより形成されており、前記第三の磁石及び前記第四の磁石は、該第三の磁石及び該第四の磁石に先行して前記内筒に固定されている前記第一の磁石及び前記第二の磁石の磁力により該内筒に当接するように付勢されている回転ドラム型磁気分離装置の組立方法であって、
前記第一の磁石及び前記第二の磁石を前記内筒の外周面に固定する第一固定工程と、前記第三の磁石及び前記第四の磁石を前記第一の磁石と前記第二の磁石との間に前記内筒の中心軸平行方向から挿入して、該第三の磁石及び該第四の磁石を該第一の磁石及び該第二の磁石の磁力により該内筒に当接するように付勢させる第二固定工程と、を備えることである。

請求項１に係る回転ドラム型磁気分離装置によれば、内筒の半径方向を磁極方向とする複数の第一の磁石及び第二の磁石と、内筒の周方向を磁極方向とする複数の第三の磁石及び第四の磁石とが、ハルバッハ配列で並ぶことにより内筒の外周面に磁石層が形成されている。そして、第三の磁石及び第四の磁石は、第三の磁石及び第四の磁石に先行して内筒に固定されている第一の磁石及び第二の磁石の磁力により内筒に当接するように付勢されている。なお、第一の磁石及び第二の磁石と内筒との固定は、ボルトやアリ溝のような機械的結合による固定に限らず、接着剤による固定であってもよい。

例えば、第三の磁石とこれに隣接する第一の磁石とは、内筒の半径方向外側の同極同士で反発し合い、内筒の半径方向内側の異極同士で引き合う。一方、第三の磁石とこれに隣接する第二の磁石とは、内筒の半径方向外側の同極同士で反発し合い、内筒の半径方向内側の異極同士で引き合う。したがって、第三の磁石が隣接する第一の磁石から受ける反発力と、第三の磁石が隣接する第二の磁石から受ける反発力とが相殺されて、第三の磁石は、回転することなく、第一の磁石及び第二の磁石の磁力による吸引力により内筒に当接するように付勢される。第四の磁石とこれに隣接する第一の磁石及び第二の磁石との磁気的作用力についてもこれと同様に作用する。

本発明によれば、内筒の周方向に並んだ複数の磁石を一個おきに内筒に固定すればよいため、磁石の固定箇所数が少ないことにより内筒への磁石の組み付け構造が簡素である。また、磁石の固定箇所数が少ないことにより磁石の組み付け手間が少ない。また、内筒の周方向に並べる複数の磁石を一個おきに先行して内筒に固定するため、先行して固定する磁石同士の離隔が確保できる分、磁石同士の磁力による反発力及び吸引力が小さい。このため、磁石の組み付けを容易に行うことが可能である。
第三の磁石及び第四の磁石と、第一の磁石及び第二の磁石との引っ掛かりにより、第三の磁石及び第四の磁石が第一の磁石と第二の磁石との間から内筒の半径方向外側に脱落しないように保持されている。したがって、第三の磁石及び第四の磁石は、磁力のみならず、機械的結合によっても第一の磁石及び第二の磁石に保持されている。よって、磁石層を構成する全ての磁石を内筒の外周面に強固に固定することができる。

請求項２に係る回転ドラム型磁気分離装置によれば、第三の磁石及び第四の磁石が、これらの磁石の組み付け中は硬化することなく、組み付け完了後に硬化する接着剤により内筒の外周面に接着される。第三の磁石及び第四の磁石は、第一の磁石及び第二の磁石の磁力により内筒に当接するように付勢されているため、治具を用いることなく、接着剤が硬化するまで第三の磁石及び第四の磁石を内筒の所定の組み付け位置に保持することができる。また、磁石の組み付け中は接着剤が硬化しないため、磁石の位置決め時間に余裕がある。よって、磁石の組み付けを容易に行うことができる。また、ゆっくり硬化する接着剤としては、瞬間接着剤よりも、高接着力のものを使用することができる。このため、磁石の組み付け作業性の低下を招くことなく、磁石層を構成する全ての磁石を内筒の外周面に強固に固定することができる。

請求項３に係る回転ドラム型磁気分離装置によれば、内筒が非磁性材料からなる。本発明の回転ドラム型磁気分離装置に備わるハルバッハ配列の磁石層は、内筒の材質に係わらず、内筒の半径方向外側に向かう磁束が強く、内筒の半径方向内側には磁束がほとんど形成されないという特徴がある。内筒が非磁性材料からなることにより、内筒の外周面に磁石が磁着しないため、磁石を内筒の外周面に組み付ける際に手指等が磁石と内筒との間に挟まれる危険性が小さく安全である。また、磁石を内筒の外周面に接触させた状態で、小さい抵抗で磁石をスライドさせることができるため、磁石の組み付け位置の調整が容易である。また、内筒の外周面に磁石が磁着しないため、磁石を大きくして磁石層を構成する磁石の個数を少なくすることができる。したがって、本発明によれば、磁石の組み付けを容易に行うことが可能である。

請求項４に係る回転ドラム型磁気分離装置の組立方法によれば、第三の磁石及び第四の磁石を第一の磁石と第二の磁石との間に内筒の中心軸平行方向から挿入して、第三の磁石及び第四の磁石を第一の磁石及び第二の磁石の磁力により内筒に当接するように付勢させる。本発明によれば、第三の磁石及び第四の磁石が、それぞれ第一の磁石と第二の磁石との間に挿入される過程で、請求項１に係る発明の効果で述べた磁気的作用力の平衡が保たれているため、第三の磁石及び第四の磁石が回転することなく、第三の磁石及び第四の磁石をスムーズに第一の磁石と第二の磁石との間に挿入することができる。したがって、本発明によれば、磁石の組み付けを容易に行うことが可能である。

第一実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置を回転ドラムの回転軸に直交する面で切断した断面図である。 第一実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置の回転ドラムの内部構造を説明する断面図である。 第一実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置の内筒の斜視図である。 第一実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置の回転ドラムの内部構造の要部を拡大して説明する断面図である。 第二実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置の回転ドラムの内部構造の要部を拡大して説明する断面図である。 実施例及び比較例の回転ドラム外周面からの距離と最大磁束密度との関係を説明するグラフである。 従来の回転ドラム型磁気分離装置の回転ドラムの内部構造の要部を拡大して説明する断面図である。 従来の他の回転ドラム型磁気分離装置の磁石層の構造を拡大して説明する断面図である。

＜第一実施形態＞
図１〜４に基づき、本発明の第一実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置Ｅは、本体１と、整流板２と、底板３と、回転ドラム４と、磁石層５と、内筒６と、絞りローラ７と、スクレーパ８と、シュート９と、電動モータ１０とを備えている。本体１は箱形を呈しており、内部にクーラント（液体）を溜め置く液溜め部１ａが設けられている。本体１の図１中の右方には、使用済みのクーラントを本体１内に流入させる流入口１ｂが形成されており、本体１の図１中の左下方には、切削屑Ｗ（磁性体）が除去されたクーラントを本体１内から流出させる流出口１ｃが形成されている。

整流板２は、本体１内の上方から液溜め部１ａに向けて垂下した板部材である。流入口１ｂから本体１内に流入したクーラントは、整流板２に当たることにより流速が減衰して、液溜め部１ａに流下する。底板３は、液溜め部１ａの底面を形成する板部材である。図１に示すように、底板３は、回転ドラム４と所定の間隔を隔てて、回転ドラム４の外周の約１／３を下方から覆うように配設されている。底板３の底面と回転ドラム４の外周面との離隔は１５ｍｍとされている。

回転ドラム４は、ステンレス鋼等の非磁性材料からなる円筒体をなしている。回転ドラム４は、液溜め部１ａを二分するように、また、回転ドラム４の下半分がクーラント中に浸漬するように、本体１の中央部近傍に略水平方向に軸を向けて配置されている。回転ドラム４は、電動モータ１０を動力源として中心軸Ｃの周りに図１中の反時計回り（左回り）に回転可能とされている。本実施形態においては、回転ドラム４の直径Φが２５８ｍｍ、回転ドラム４の軸方向の長さＬが約８００ｍｍとされている。

外周面に磁石層５が形成された内筒６が回転ドラム４の内部に同軸的に固定されている。内筒６は、ステンレス鋼等の非磁性材料からなる円筒体をなしている。回転ドラム４の内周面と磁石層５の外周面との間には、回転ドラム４の回転中に、回転ドラム４の内周面と磁石層５の外周面とが接触しない程度の隙間が設けられている。

磁石層５は、回転ドラム４の液溜め部１ａに浸漬する部分から頂上部までの間、すなわち、回転ドラム４の外周の約３／４に相当する部分に対応する内筒６の外周面に形成されている。したがって、磁石層５の磁力は、回転ドラム４の外周の約３／４に相当する部分にのみ作用して、回転ドラム４の外周面近傍に所要の磁束を発生させる。内筒６の外周面のうち残りの約１／４に相当する部分には、磁石層５が形成されておらず、磁力が作用しないように構成されている。磁石層５の構成については後ほど詳述する。

回転ドラム４の頂上部近傍には、ゴム等の弾性体を表面に配してある絞りローラ７が設けられている。絞りローラ７は、所定の押圧で回転ドラム４の外周面に当接している。回転ドラム４の外周面に磁着したクーラント中の切削屑Ｗは、回転ドラム４の回転に伴って回転ドラム４の頂上部に向けて搬送される。そして、回転ドラム４の外周面に磁着した切削屑Ｗが回転ドラム４と絞りローラ７との間を通過することにより、切削屑Ｗに含まれている液分が絞り取られる。

スクレーパ８は、磁石層５の磁力が作用していない回転ドラム４の外周面に当接するように設けられている。絞りローラ７により液分が絞り取られた切削屑Ｗは、回転ドラム４の回転に伴って回転ドラム４の頂上部を通過して、頂上部を通過した時点で磁石層５の磁力から徐々に開放される。そして、回転ドラム４の回転に伴って、回転ドラム４の外周面に付着している切削屑Ｗがスクレーパ８により掻き取られた後、切削屑Ｗは、スクレーパ８の下方に設けられたシュート９を滑落して回収される。

図２〜４に基づき、磁石層５の構成について詳述する。図２に示すように、磁石層５の１列は、４個の第一の磁石５１と、４個の第二の磁石５２と、４個の第三の磁石５３と、４個の第四の磁石５４と、１個の第五の磁石５５とが内筒６の外周面の周方向に部分円弧状にハルバッハ配列で並ぶことにより形成されている。ここで、図２に示されている１個の第三の磁石５３及び１個の第四の磁石５４は、図３に示すように、それぞれ内筒６の中心軸Ｃ平行方向に並べられた３個の分割片よりなる。本説明において、１個の第三の磁石５３及び１個の第四の磁石５４とは、それぞれ３個の分割片が１セットとして並べられた状態のことを言う。図３に示すように、磁石層５全体は、上記の１列の磁石層５が内筒６の中心軸Ｃ平行方向に６列並んで配置されることにより形成されている。

図２中に記載されているＮ及びＳの符号は、それぞれＮ極及びＳ極の位置を示している。図２に示すように、第一の磁石５１は、内筒６の半径方向を磁極方向とし半径方向外側にＮ極が向いている。第二の磁石５２は、各第一の磁石５１間に配置され内筒６の半径方向を磁極方向とし半径方向内側にＮ極が向いている。第三の磁石５３は、第一の磁石５１と第二の磁石５２との間に配置され内筒６の周方向を磁極方向とし周方向の一方側（図２中の時計回り側）かつ第一の磁石５１側にＮ極が向いている。第四の磁石５４は、第一の磁石５１と第二の磁石５２との間に配置され内筒６の周方向を磁極方向とし周方向の他方側（図２中の反時計回り側）かつ第一の磁石５１側にＮ極が向いている。第五の磁石５５は、第一の磁石５１と同様に、内筒６の半径方向を磁極方向とし半径方向外側にＮ極が向いている。

図２に示すように、第一の磁石５１、第二の磁石５２、第三の磁石５３及び第四の磁石５４の各断面形状は同一であり、円形のリングを円形の中心から均等角度で放射状に切ったような断面形状を呈している。したがって、これらの磁石は、磁石層５が部分円弧状に組み上がった状態で、磁石層５から任意の磁石を内筒６の半径方向外側に抜き取ることが可能な断面形状を呈している。第五の磁石５５の断面形状は、図２中の反時計回りに厚さが徐々に薄くなっていく形状を呈している。

磁石層５の１列は、図２中の反時計回りに、第一の磁石５１、第三の磁石５３、第二の磁石５２、第四の磁石５４の順番でこれら４種類の磁石が４回繰り返して配置された後、繰り返し末端の第四の磁石５４の隣に第五の磁石５５が配置されることにより形成されている。第五の磁石５５の厚さが徐々に薄くなっていることにより、回転ドラム４の外周面近傍に作用する磁力が、回転ドラム４の頂上部を図２中の反時計回りに通過した時点で徐々に弱まるようになっている。

図４における磁力線Ｈに示されているように、磁石層５においては、第一の磁石５１のＮ極から磁力線Ｈが外へ出て、この磁力線Ｈが第二の磁石５２のＳ極に入り込むようになっている。図４に示すように、第一の磁石５１、第三の磁石５３及び第四の磁石５４の各Ｎ極は、互いに同極同士で反発し合うように配置されており、また、第二の磁石５２、第三の磁石５３及び第四の磁石５４の各Ｓ極は、互いに同極同士で反発し合うように配置されている。これにより、磁石層５から外に出る磁束、及び磁石層５に入り込む磁束を、それぞれ著しく増大させることができる。このため、磁石層５では、磁力を回転ドラム４の外周面からより遠くまで及ぼすことが可能となっている。なお、ハルバッハ配列の磁石層５は、内筒６の材質に係わらず、内筒６の半径方向外側に向かう磁束が強く、内筒６の半径方向内側には磁束がほとんど形成されないという特徴がある。

図２及び３に示すように、第一の磁石５１、第二の磁石５２、及び第五の磁石５５は、それぞれ２本のボルト５ａにより内筒６の外周面に固定されている。一方、第三の磁石５３及び第四の磁石５４は、内筒６の外周面にボルト固定されていない。第三の磁石５３及び第四の磁石５４は、それぞれ第一の磁石５１及び第二の磁石５２の磁力により内筒６に当接するように付勢されている。したがって、磁石層５が組み上がった状態において、第三の磁石５３及び第四の磁石５４は、第一の磁石５１及び第二の磁石５２の磁力により、内筒６の半径方向外側に脱落することがないように保持されている。

磁石層５の１列の形成は、次のように行う。まず、第一の磁石５１、第二の磁石５２、及び第五の磁石５５を内筒６の外周面にボルト５ａで固定する（図３参照）。そして、それぞれ３個の分割片が１セットとして並べられた第三の磁石５３及び第四の磁石５４を、第一の磁石５１と第二の磁石５２との間、及び第二の磁石５２と第五の磁石５５との間に挿入していく。このとき、内筒６の外周面に第三の磁石５３及び第四の磁石５４を接触させた状態で、第三の磁石５３及び第四の磁石５４をスライドさせつつ、内筒６の中心軸Ｃ平行方向から所定の組み付け位置に挿入する（図３参照）。この１列の磁石層５の形成を６回繰り返して行い、磁石層５全体を形成する。

第三の磁石５３及び第四の磁石５４の組み付け中及び組み付け完了後に、第三の磁石５３及び第四の磁石５４が、それぞれ第一の磁石５１及び第二の磁石５２の磁力により内筒６に当接するように付勢される作用について説明する。例えば、図４中の中央に示されている第三の磁石５３に作用する磁気的作用力を考える。第三の磁石５３とこれに隣接する第一の磁石５１とは、内筒６の半径方向外側の点Ｐ１において同極同士で反発し合い、内筒６の半径方向内側の点Ｑ１において異極同士で引き合う。したがって、第三の磁石５３には、第一の磁石５１から反時計回りのモーメントＭ１が作用する。一方、第三の磁石５３とこれに隣接する第二の磁石５２とは、内筒６の半径方向外側の点Ｐ２において同極同士で反発し合い、内筒６の半径方向内側の点Ｑ２において異極同士で引き合う。したがって、第三の磁石５３には、第二の磁石５２から時計回りのモーメントＭ２が作用する。

よって、第三の磁石５３に作用する反時計回りのモーメントＭ１と時計回りのモーメントＭ２とが相殺されることにより、第三の磁石５３の回転は起こらない。また、第三の磁石５３が隣接する第一の磁石５１から受ける反発力と、第三の磁石５３が隣接する第二の磁石５２から受ける反発力とが相殺されて、第三の磁石５３は、回転することなく、第一の磁石５１及び第二の磁石５２の磁力による吸引力により内筒６に当接するように付勢される。第四の磁石５４とこれに隣接する第一の磁石５１及び第二の磁石５２との磁気的作用力についてもこれと同様に作用する。

このような本実施形態の構成によれば、内筒６の半径方向を磁極方向とする複数の第一の磁石５１及び第二の磁石５２と、内筒６の周方向を磁極方向とする複数の第三の磁石５３及び第四の磁石５４とが、ハルバッハ配列で並ぶことにより内筒６の外周面に磁石層５が形成されている。そして、第三の磁石５３及び第四の磁石５４は、第三の磁石５３及び第四の磁石５４に先行して内筒６に固定されている第一の磁石５１及び第二の磁石５２の磁力により内筒６に当接するように付勢されている。

したがって、内筒６の周方向に並んだ複数の磁石５１、５３、５２、５４、５５のうち一個おきに配置された磁石５１、５２、５５を内筒６にボルト５ａで固定すればよいため、磁石の固定箇所数が少ないことにより内筒６への磁石の組み付け構造が簡素である。また、磁石の固定箇所数が少ないことにより磁石の組み付け手間が少ない。また、内筒６の周方向に並べる複数の磁石５１、５３、５２、５４、５５のうち一個おきに配置される磁石５１、５２、５５を先行して内筒６にボルト５ａで固定するため、先行して固定する磁石同士の離隔が確保できる分、磁石同士の磁力による反発力及び吸引力が小さい。このため、磁石の組み付けを容易に行うことが可能である。

また、本実施形態の構成によれば、内筒６が非磁性材料からなる。これにより、内筒６の外周面に磁石が磁着しないため、磁石を内筒６の外周面に組み付ける際に手指等が磁石と内筒６との間に挟まれる危険性が小さく安全である。また、磁石を内筒６の外周面に接触させた状態で、小さい抵抗で磁石をスライドさせることができるため、磁石の組み付け位置の調整が容易である。また、内筒６の外周面に磁石が磁着しないため、磁石を大きくして磁石層を構成する磁石の個数を少なくすることができる。したがって、本実施形態の構成によれば、磁石の組み付けを容易に行うことが可能である。

また、本実施形態の構成によれば、第三の磁石５３及び第四の磁石５４を第一の磁石５１と第二の磁石５２との間に内筒６の中心軸Ｃ平行方向から挿入して、第三の磁石５３及び第四の磁石５４を第一の磁石５１及び第二の磁石５２の磁力により内筒６に当接するように付勢させる。本実施形態の構成によれば、第三の磁石５３及び第四の磁石５４が、それぞれ第一の磁石５１と第二の磁石５２との間に挿入される過程で、上述した磁気的作用力の平衡が保たれているため、第三の磁石５３及び第四の磁石５４が回転することなく、第三の磁石５３及び第四の磁石５４をスムーズに第一の磁石５１と第二の磁石５２との間に挿入することができる。したがって、本実施形態の構成によれば、磁石の組み付けを容易に行うことが可能である。

＜第二実施形態＞
本実施形態は、第一実施形態における磁石層５を磁石層５Ｋに変更した実施形態である。図５に本実施形態に係る回転ドラム型磁気分離装置の回転ドラムの内部構造の要部を拡大して説明する断面図を示す。本実施形態において第一実施形態と同様の構成部品については同一の符号を付してある。図５に示す回転ドラム４、ボルト５ａ及び内筒６の構成については、第一実施形態において説明したとおりであるため、説明を省略し、以下、磁石層５Ｋの構成について詳述する。

磁石層５Ｋを構成する磁石の個数及び配列は、第一実施形態における磁石層５と同様である。図５に示すように、磁石層５Ｋの１列には、内筒６の外周面の周方向に部分円弧状にハルバッハ配列で並んだ複数の第一の磁石５１Ｋと、複数の第二の磁石５２Ｋと、複数の第三の磁石５３Ｋと、複数の第四の磁石５４Ｋとが含まれている。

図５に示す本実施形態における第一の磁石５１Ｋ、第二の磁石５２Ｋ、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋと、図４に示した第一実施形態における第一の磁石５１、第二の磁石５２、第三の磁石５３及び第四の磁石５４とを、それぞれ対比すると、磁極方向及びＮ極の向きは等しく、形状のみが異なっている。

第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋの断面形状は同一であり、円形のリングをリングの内周側の周長が外周側の周長よりも短い略台形状に切ったような断面形状を呈している。第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋの断面形状は同一であり、円形のリングをリングの内周側の周長が外周側の周長よりも長い略台形状に切ったような断面形状を呈している。

したがって、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋは、磁石層５Ｋが部分円弧状に組み上がった状態で、第一の磁石５１Ｋと第二の磁石５２Ｋとの間から内筒６の半径方向外側に抜き取ることが不可能な断面形状を呈している。このように第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋを内筒６の半径方向外側に抜き取ろうとしたときに、隣接する第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋと引っ掛かる部位は、本発明における引っ掛かり部に相当する。すなわち、本実施形態においては、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋの略台形状の断面形状の斜辺部分が本発明における引っ掛かり部に相当する。磁石層５Ｋの形成方法は、第一実施形態における磁石層５と同様であるため説明を省略する。

図５における磁力線Ｈに示されているように、磁石層５Ｋにおいては、第一実施形態と同様に、第一の磁石５１ＫのＮ極から磁力線Ｈが外へ出て、この磁力線Ｈが第二の磁石５２ＫのＳ極に入り込むようになっている。また、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋは、第一実施形態と同様に、それぞれ第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋの磁力により内筒６に当接するように付勢されている。この付勢力を生み出す磁気的作用力については第一実施形態で説明したとおりであるため説明を省略する。

このような本実施形態の構成によれば、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋと、第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋとの引っ掛かりにより、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋが第一の磁石５１Ｋと第二の磁石５２Ｋとの間から内筒６の半径方向外側に脱落しないように保持されている。したがって、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋは、磁力のみならず、機械的結合によっても第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋに保持されている。よって、磁石層５Ｋを構成する全ての磁石を内筒６の外周面に強固に固定することができる。その他の作用効果については、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

＜その他の実施形態＞
本発明の回転ドラム型磁気分離装置及びその組立方法は、上述した第一及び第二実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。

例えば、第一及び第二実施形態においては、第一の磁石５１、５１Ｋ、及び第二の磁石５２、５２Ｋをそれぞれ内筒６にボルト５ａで固定しているが、第一の磁石５１、５１Ｋ、及び第二の磁石５２、５２Ｋを内筒６に固定する方法は、ボルト固定に限定されない。例えば、アリ溝のような機械的結合による固定や、接着剤による固定であってもよい。

また、第二実施形態においては、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋの略台形状の断面形状の斜辺部分が本発明における引っ掛かり部に相当し、この引っ掛かり部が隣接する第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋと引っ掛かる構成としている。しかし、引っ掛かり部の形状はこれに限定されず、例えば、第三の磁石及び第四の磁石に、隣接する第一の磁石及び第二の磁石に向けて突出する凸部を設け、この凸部が第一の磁石及び第二の磁石に形成された凹部に嵌合する構成とすることもできる。

また、第一実施形態においては、第三の磁石５３及び第四の磁石５４は、第一の磁石５１及び第二の磁石５２の磁力により、内筒６の半径方向外側に脱落することがないように保持されている。また、第二実施形態においては、第三の磁石５３Ｋ及び第四の磁石５４Ｋは、第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋの磁力と、第一の磁石５１Ｋ及び第二の磁石５２Ｋとの引っ掛かりとにより、内筒６の半径方向外側に脱落することがないように保持されている。このような第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋの保持構成に対して、第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋの脱落をより確実に防止するための更なる構成を追加することもできる。

例えば、第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋを、これらの磁石の組み付け中は硬化することなく、組み付け完了後に硬化する接着剤により内筒６の外周面に接着することもできる。この場合、第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋの挿入に先立って、第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋの少なくとも内筒６の外周面に接触する表面に、上記の接着剤を塗布しておく。

このような構成によれば、第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋは、第一の磁石５１、５１Ｋ及び第二の磁石５２、５２Ｋの磁力により内筒６に当接するように付勢されているため、治具を用いることなく、接着剤が硬化するまで第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋを内筒６の所定の組み付け位置に保持することができる。また、第三の磁石５３、５３Ｋ及び第四の磁石５４、５４Ｋの組み付け中は接着剤が硬化しないため、磁石の位置決め時間に余裕がある。よって、磁石の組み付けを容易に行うことができる。また、ゆっくり硬化する接着剤としては、瞬間接着剤よりも、高接着力のものを使用することができる。このため、磁石の組み付け作業性の低下を招くことなく、磁石層５、５Ｋを構成する全ての磁石を内筒６の外周面に強固に固定することができる。

図４に示したハルバッハ配列の磁石層５を実施例、図７に示した通常配列の磁石層５Ｖを比較例として、回転ドラム４の外周面近傍に発生する磁束密度を解析により求めた。解析にあたって、回転ドラム４の直径Φを２５８ｍｍ、磁石層５の厚さと磁石層５Ｖの厚さとを同一厚さとした。

図６は、実施例及び比較例の回転ドラム外周面からの距離Ｄと最大磁束密度Ｂとの関係を説明するグラフを示している。第一実施形態で述べたように、底板３の底面と回転ドラム４の外周面との離隔が１５ｍｍとされていることから（図１参照）、本解析における回転ドラム外周面からの距離Ｄの範囲を０〜１５ｍｍとした。そして、回転ドラム外周面からの距離Ｄが０、３、６、９、１２及び１５ｍｍの位置において、回転ドラム４の周方向の磁束密度の分布を算出し、その最大値を最大磁束密度Ｂとした。

図６に示すように、実施例及び比較例は、いずれも回転ドラム外周面からの距離Ｄが増加するにつれて、最大磁束密度Ｂが減少している。また、実施例の最大磁束密度Ｂは、常に比較例の最大磁束密度Ｂよりも大きい値となっている。クーラント中に含まれている切削屑Ｗを効率良く分離するためには、回転ドラム４の外周面からより離れた位置で、より大きな磁束密度が得られている必要がある。回転ドラム外周面からの距離Ｄが１５ｍｍの位置において、実施例では、最大磁束密度Ｂ＝０．１８４０Ｔ（Ｔ：テスラ）であるのに対して、比較例では、最大磁束密度Ｂ＝０．１２４６Ｔであった。

この結果から、回転ドラム４の外周面から１５ｍｍ離れている底板３の底面において、ハルバッハ配列の磁石層５は、通常配列の磁石層５Ｖよりも１．５倍程度大きな磁束を発生させることが可能であることがわかる。よって、ハルバッハ配列の磁石層５は、回転ドラム４の外周面から離れた位置に存在している切削屑Ｗを、効率良く回転ドラム４の外周面に磁着させることができることが立証された。

４ … 回転ドラム ５、５Ｋ … 磁石層
５１、５１Ｋ … 第一の磁石 ５２、５２Ｋ … 第二の磁石
５３、５３Ｋ … 第三の磁石 ５４、５４Ｋ … 第四の磁石
６ … 内筒
Ｃ … 中心軸 Ｅ … 回転ドラム型磁気分離装置
Ｎ … Ｎ極 Ｓ … Ｓ極
Ｗ … 切削屑（磁性体）

Claims (4)

1. 非磁性材料からなる回転ドラムと、複数の磁石よりなる磁石層が外周面に形成され該回転ドラムの内部に配置された内筒とを備え、該回転ドラムの外周面と接触する液体中に含まれる磁性体を、該磁石層の磁力を用いて該液体中から分離回収する回転ドラム型磁気分離装置であって、
   前記磁石層は、前記内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向外側にＮ極が向いた複数の第一の磁石と、各該第一の磁石間に配置され該内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向内側にＮ極が向いた複数の第二の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の一方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第三の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の他方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第四の磁石と、が該内筒の周方向にハルバッハ配列で並ぶことにより形成されており、
   前記第三の磁石及び前記第四の磁石は、該第三の磁石及び該第四の磁石に先行して前記内筒に固定されている前記第一の磁石及び前記第二の磁石の磁力により該内筒に当接するように付勢されており、
   前記第三の磁石及び前記第四の磁石は、隣接する前記第一の磁石及び前記第二の磁石に引っ掛かる引っ掛かり部を有し、該引っ掛かり部により該第一の磁石と該第二の磁石との間から前記内筒の半径方向外側に脱落しないように保持されている回転ドラム型磁気分離装置。
2. 前記第三の磁石及び前記第四の磁石と前記内筒の外周面との間に、該第三の磁石及び該第四の磁石の組み付け中は硬化することなく、該第三の磁石及び該第四の磁石の組み付け完了後に硬化する接着剤が塗布されている請求項１に記載の回転ドラム型磁気分離装置。
3. 前記内筒が非磁性材料からなる請求項１又は２に記載の回転ドラム型磁気分離装置。
4. 非磁性材料からなる回転ドラムと、複数の磁石よりなる磁石層が外周面に形成され該回転ドラムの内部に配置された内筒とを備え、該回転ドラムの外周面と接触する液体中に含まれる磁性体を、該磁石層の磁力を用いて該液体中から分離回収する回転ドラム型磁気分離装置であって、
   前記磁石層は、前記内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向外側にＮ極が向いた複数の第一の磁石と、各該第一の磁石間に配置され該内筒の半径方向を磁極方向とし該半径方向内側にＮ極が向いた複数の第二の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の一方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第三の磁石と、該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され該内筒の周方向を磁極方向とし該周方向の他方側かつ該第一の磁石側にＮ極が向いた複数の第四の磁石と、が該内筒の周方向にハルバッハ配列で並ぶことにより形成されており、
   前記第三の磁石及び前記第四の磁石は、該第三の磁石及び該第四の磁石に先行して前記内筒に固定されている前記第一の磁石及び前記第二の磁石の磁力により該内筒に当接するように付勢されている回転ドラム型磁気分離装置の組立方法であって、
   前記第一の磁石及び前記第二の磁石を前記内筒の外周面に固定する第一固定工程と、
   前記第三の磁石及び前記第四の磁石を前記第一の磁石と前記第二の磁石との間に前記内筒の中心軸平行方向から挿入して、該第三の磁石及び該第四の磁石を該第一の磁石及び該第二の磁石の磁力により該内筒に当接するように付勢させる第二固定工程と、
   を備える回転ドラム型磁気分離装置の組立方法。

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