JPS58210863A - 移動磁界式処理装置のワ−キングピ−ス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体１粒体、ｔＬ体等の被処理物と一諸に強
磁性材で作られたワーキングピースを処理容器内に収容
し、この容器に対して外部よシ移動磁界を作用させるこ
とにより、ワーキングピースに激しいランダム運動を生
起させて、被処理物の粉砕、混合、攪拌等の処理を行う
移動磁界式処理装置のワーキングピースに関スル。

この種の移動磁界式処理装置として、第１因および第２
図に示すものが既に提案されている。因において、１は
被処理物として例えば砕料２と一諸に強磁性材で作られ
た多数のワーキングピース３會収容した処理容器であり
、この容器１を中央に挾んでその上下には移動磁界発生
装置４．５が対向配置さｎており、かつその移動磁界は
φ、。

φ２で示すように互に逆方向に定められている。この移
動磁界発生装置４，５はいわゆるリニアモータとしてよ
く知られているものであって、（以下「移動磁界発生装
置」ヲ「リニアモータ」ト呼称する。）例えば３相交流
巻線６會回転電磯と同じように鉄心７の磁極面側のコイ
ルスロット内に巻装して構成嘔ｎ１電源からの給電を受
けて移動磁界φ１．φ２を生成する。

かかる構成により、移動磁界φ８．φ２の中に實かれた
ワーキングピース３には移動磁界との相互作用に基づく
磁化、渦電流等による電磁力が働きこれによって移動磁
界方向への並進カ、浮上方および回転トルクを受けると
ともに、更にワーキングヒース向士の衝突、ワーキング
ピースと容器の壁との衝突簀が加わって、ワーキングピ
ース３は容器］の中でランダムな運鋤ヲ住起する。そし
てこのワーキングピースのランダム運動によって、被処
理物２Ｆｉ粉砕、混合、攪拌等の処理が行われる。この
場合に粉砕処理は生としてワーキングピース３と被処理
物２との衝突によって粉砕が進行し、また混合攪拌はワ
ーキングピースの運動に伴う被処理物の流動によって進
行する。したがってこれ等の処理を効率よく遂行書せる
ためには、移動磁界との相互作用に基づくワーキングピ
ースの駆動トルクが犬であること、およびワーキングピ
ースが各器内空間の全域に分散し運動し、かつ被処理物
に対して有効に作用するよう複雑に運動すること等が望
まれる。

一方、上記の観点から発明者がワーキングヒース３とし
て鋼球、サイコロ形状体１円柱体、角柱体等１種々の形
状のものを使用して実験を行ったところでは、その形状
によってワーキングピースの動き、処理性能に大きな差
の生じることが判明した。例えば鋼球はその動きが鈍く
、容器の壁面に沿って転がるのみでめるし、別の成る形
状のものは容器の壁面に沿って整列してしまったまま動
かなかったＬ　′！また運動を行ってもリニアモータへ
の供給電力の割に粉砕等の処理性能が低い等である。

このことから総合的に見てワーキングヒースに袈求さｎ
る各種機能を十分に満足できるような如記処理装置用と
して適した形状のワーキングピースの出現が要望はれて
いる。

この発明は上記の点にがんが与、２台のりニアモータの
間に秋まれた作用空間の磁場の解析、およびこの磁場の
中に直がれたワーキングヒースに働く磁気トルクの解析
、更にはワーキングヒースの運動が仏処理物に与える作
用等についての考察を基に各種の処理に効果的に慟〈ワ
ーキングピース全提供することを目的とする。

このために、まず第１図に示した処理装置における＋７
　ニアモータ４と５の間に挾まれた作用空間の磁場につ
いて検討する。すなわち第３図は磁場の解析結果に基づ
いて描いたりニアモータ４と５点の闇の作用空間におけ
る磁界分布図である。図において鉄心７にはＵ、Ｖ、Ｗ
相の３相交流巻線が例えば波巻き式に施されており、そ
の相順はりニアモータ４においては右方向へ［Ｊ−Ｖ’
　−Ｗ−Ｕ’　−Ｖ−Ｗ’−ＬＵのノー序に、一方のり
ニアモータ５はこれとは逆に右方向へＵ−Ｗｌ　−Ｖ−
１Ｊ’　−Ｗ−Ｖ’　−、Ｕ　（なおＵと［１１、、Ｖ
とｖ’、ｗとＷｌはコイルスロットに巻装されたコイル
導体の方向の正、逆を表わしてぃも）の様に配列されて
いる。また導体Ｕ　−Ｕｌの間隙Ｐが極ピッチとなる。

なお図示例では、Ｕ相巻線同士が上下で同じ位置に対向
しているが、別な相巻峠が対向し合っても磁場特性は変
わらない。第３図において、各地点での矢印Ｈにリニア
モータ４゜５のＵ相巻線に流れる電流が最大値である時
（但し巻線％ｆＮ、は正弦波とする）のその地点におけ
る磁界ベクトルを示し、また磁界ベクトルＨｉ取り巻く
楕円Ａは巻線電流の１サイクル分の変化に伴つ磁界ベク
トル合の軌跡を、矢印ＢＦｉ磁界ベクトルＨの回転方向
を示している。

上記第３図の磁界分右向から明らかなように。

リニアモータ４．５の各移動磁界φ１．φ、が両側から
作用する空間の磁場では、移動磁界φ、とφ、が互に干
渉し合って各地点での磁界は特定な地点金除いて反時計
方向に刻々向き會変えて電流の１サイクルで１回転する
回転磁界と見なすこと≠５できる。そして処理容器内に
分散して収容されたワーキングピースは第３図に示した
磁界によって磁化され、その相互作用の電磁力によって
運動が生起式れる。この場合のワーキングピースの運勢
の様子を高速度カメラの偉影により鍜察したところによ
れば、ワーキングピース３は容器ｌ内の自由空間で壁面
より浮上して自転をするほか、リニアモータ４，５の鉄
心面に近（へ部分ではりニアモ〜りの移動磁界φ７．φ
２の方向に運動し、全体としては容器１の内周に沿って
周回運転を行っていることが確認されている。このこと
は第３図の磁界分布からも当然推動できることである。

またワーキングピースとともに被処理物としソ寥料を容
器に入れて、その粉砕状況を観察すると、砕料は主に自
転するワーキングピースとの衝突で強くはじき飛され、
かつこの過程で粉砕が行われる様子がみられる。力おワ
ーキングピースとして磁性材のほかにステンレス、アル
ミニウム等の非磁性導電材で作ったワーキングヒースを
使用した唇会には。

その動きが強ｓ性材のワーキングピースに較べて弱い。

上記の敏察紹果で明らかなように、ワーキングピースは
リニアモータから並進力、浮上刃および自転を行う回転
トルクを受ける。このような電磁力の発生機構としては
、ワーキングピースの偏磁に基づく磁気トルクと渦電流
によるトルクとがあるが、後方の寄与は小さい。また粉
砕等の処理特性に章も影會を及はすのはワーキングピー
ス０牙を自転させる磁気トルクである。そこで、次に第
３図の磁場に置かれたワーキングに働く磁気トルクにつ
いて更に詳しく検討してみる。令弟４図に示すような円
柱形状のワーキングピース３を試料に、このワーキング
ピース３を図示のようにｘ　−ｙ座標において成る角度
αの方向から外部磁界Ｈ（第３図における各地点の回転
磁界）を加えると、ワーキングピース３はＪのように磁
化され、外部磁界Ｈとにより磁気トルクＴが働′く。こ
の場合のトルクＴＵ外部磁界Ｈとワーキングピースの磁
化屯よる磁気モーメン）Ｍとのベクトル積で与えられる
。捷だ磁化Ｊは単位体積当シの磁気モーメントであるか
ら、トルクφはワーキングピースの体積をＶとしてＴ　
＝　ｖ−Ｊ　ｘＨ＝ｖ　（Ｊｘ−Ｈｘ　−Ｊ　ｙ、Ｈｙ
　）となる。一方、磁化Ｊｘ、Ｊｙは前記外部磁界Ｈの
Ｘ。

ｖｆ［ｆ１方向の成分Ｈｘ、Ｂｙと、ワーキングヒース
３のｘ、ｙ軸方向の各減磁係数によって決まる。しかも
減磁係数は胸元のようにパーミアンス係数。

つまυワーキングピース３の形状によって変わり。

両省の関係は減磁係数をり、パーミアンス係数をられる
。ここで第４図に示したワーキングピース３と同じ円柱
体を試料としたその寸法比とパーミアンス係数との関係
上表わした関係図を第５図に示す。第５図における特性
線１．…のうち、■は試料を軸方向に磁化した場合、Ｉ
ｌは試料を直径方向に磁化した場合の各寸法比に対する
パーミアンス係数を示している。なお寸法比Ｐ／Ｑは試
料１゜１に対してＰは磁化方向の寸法、Ｑｄ磁化方向と
直角方向の寸法をとっている。第５図から明らかなよう
に、第４図のワーキングピース３を試料としてみた場合
に１例えばその直径を１．軸方向の長さを２とすれば、
Ｘ軸方向の寸法比ｆ１２．したがってそのパーミアンス
係数は６．これに対しｙ軸方向では寸法比が１７２　　
、したがりてパーミアンス係ａは１程度であＶ１円柱軸
方回のパーミアンス係数の方がはるかに大である。また
この傾向は直径に対して細長を長すると程より一層増大
する。このことは、第′４図のような円柱のワーキング
ピースの形状が細長い程その長さ方向に磁化され易くな
り（減磁係数が小）、したがって第４因のようにワーキ
ングピースの円柱軸が外部磁界Ｈの向きと一致するまで
ワーキングピースを重心のまわりで反時計方向に回転さ
せる磁気トルクＴも大となることを示唆している。

更に第１図の処理装置で行われ゛る処理動作について考
えた場合に、ワーキングピース３が移動磁界φ１．φ２
の作用のもとて自身の重心のまわりに回転する際に、飯
処理物２・へ与える衝撃粉砕力は、ワーキングピース３
の軸長が長い程その慣牲モーメントｉが利いて大となる
。またこの場合にワーそングビースの質量配分が両部に
多く集中している程慣性モ〜メントは大きく、粉砕力が
増大する。

なおこの効果は粉砕処理に限らず、他の混合、攪拌処理
でも有効に働く。

以上のことを基礎に１頭記′Ｓ動研界式処理装置用とし
て性能の艮いワーキングヒースを傅るタメに１この発明
はワーキングピースをその形状が断面寸法に比して軸方
向の長さ寸法が長く、軸方向でのパーミアンス係数の大
なる棒状体として構成したものである。

以下この発明の実施例を図面に基づき説明する。

その直径寸法ｄに対して軸方向の長さ寸法ｔを十分大き
く定めた細長い棒状体として構成されている。かかる形
状のパーミアンス係数は第５図の説明で既に明らかなよ
うに長さ方向の磁化に対するパーミアンス係数が直径方
向の磁化に対するパーミアンス係数に較べてはるかに大
であり、したがって直径方向の磁化は殆ど無視できてそ
のワーキングピースは長さ方向に極めて磁化され易くな
り外部磁界との相互作用で大きな磁気トルクが働く。

かかる棒状体のワーキングピース３を用いて第９図のよ
うに被処理ｖＤ２の粉砕処理を行うと、磁性体であるワ
ーキングピース３は第３図で述べた磁場における各地点
の回転磁界との相互作用によシ、丁度ヒステリシスモー
タと同じようにそのヒステリスループの面積に比例する
トルクを発生して重心のまわりに高速で自転すると同時
に、移動磁界方向に沿って全坏として処理容器１の内周
を矢印で示すように周回運動する。しかもワーキングピ
ース３に働く上記の自転運動金与える磁気トルクは、第
６図のようにワーキングピース３を細長い棒状体として
構成したことにより他の形状のものと較べて犬となる。

したがって被処理物２との衝突の際に被処理物へ加える
粉砕力は、ワーキングピース自身の回転慣性モーメント
も有効に作用して極めて大となる。一方、ワーキングピ
ース３自身の回転運動の増強により、ワーキングピース
同士の衝突、およびワーキングピース３と容器１の壁面
との衝突による反発動作も手伝って、ワーキングピース
３は容器内で極めて複雑かつ激しくランダム運動する。

かくして粉砕、混合、３攪拌等の処理性能が大幅に向上
されることになる。

また第７図、第８図の実施例は、細長い棒状体としてな
るワーキングピース本体の両先端に重重部としての重錘
部８が形成されている。したがってワーキングピース３
の質量配分はその両端に多く集中することになり、第６
図の基本実施例の性能を生かしつつ、更に自転運動の過
程で被処理物２により一層大きな衝撃力を与えることが
でき、特に衝撃粉砕処理を行う場合に極めて有効な手段
となる。

なお図示の各実施例は、ワーキングピース３の断面形状
が円形の丸棒状体を示したが、角棒状体として構成して
も同様な効果が祷ら詐ることは勿論である。

以上述べたようにこの発明によれば、ワーキングピース
に要求される各種機能を十分に満足できる性能の優れた
ワーキングピースが得られ、かつこのワーキングピース
の採用によシ、移動磁界式処理装置の処理性能を大幅に
向上させることができてその実用的効果は極めて犬でお
る。

【図面の簡単な説明】

第１崗は移動磁界式処理装置の略示構成図、第２図は第
１図の矢視■−■断面図、第３図は第１図における作用
空間の磁界分布図、第４因はワーキングピースの磁化説
明図、第５図は試料の寸法比とパーミアンス係数の関係
図、第６図（ａ）、　（ｂ）ないし第８図（ａ）　、　
（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例によるワーキングピ
ース形状を示す側面因および断面図、第９図は処理装置
の運転動作説明図である。 １・・・処理容器、２・・・被処理物、３・・・ワーキ
ングピース、４゜５・・・移動磁界発生装置、８・・・
重錘部、ｄ・・・ワーキングピースの断面寸法、ｔ・・
・軸方向の′７′１図　　　　　　　　才２０ ７３０ ｆ４１］ 第５１ １掬−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）移動磁界方向を互に逆回きに定めて対向配置された
   一対の移動磁界発生装置の間に処理容器を設置してここ
   に被処理物とともに磁性材よりなるワーキングピースを
   収容し、前記移動磁界発生装置の移動磁界との相互作用
   に基づく電磁力でワーキングピースを駆動して被処理物
   の粉砕、混合。 攪拌等の処理を行う移動磁界式処理装置のワーキングピ
   ースであって、その形状が断面寸法に比して軸方向の長
   さ寸法が長く、軸方向でのパーミアンス係数が犬なる棒
   状体として構成したことを特徴とする移動磁界式処理装
   置のワーキングピース。 ２、特許請求の範囲第１項記載のワーキングピースにお
   いて、Ｗ！状体がその両端に重錘部′ｆｆ：！えている
   ことを特徴とする移動磁界式処理装置のワーキングピー
   ス。