JPS6136451B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体、粉体、液体等の被処理物と一
諸に強磁性あるいは非磁性導電材で作られたワー
キングビースを処理容器内に収容し、これに外部
より移動磁界を作用させることによつてワーキン
グビ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、撹拌等の処理を行う電磁式
処理装置の改良に関する。

頭記処理装置では、被処理物の処理がワーキン
グビースの容器内における運動、ワーキングビー
スとの衝突、容器壁と被処理物と衝突等によつて
行われるものであり、かかる処理を効率よく行わ
せるには、上記の動作が処理容器の内部で効果的
に行われるようにすることが望まれる。

この種の処理装置として第１図あるいは第２図
に示すような装置がすでに提案されている。すな
わち第１図において、１は被処理物２とともに強
磁性あるいは非磁性導電材で作られた例えばスピ
ンドル形状の多数のワーキングビース３を収容し
た処理容器であり、この容器１を中央に挟んで、
その上下には移動磁界発生装置４，５が対向配置
されており、その発生磁界の移動方向は矢印φ
_１，φ_２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おり、（以下「移動
磁界発生装置」を「リニアモータ」と呼称す
る。）例えば３相交流巻線を鉄心に沿つて多極を
形成するように巻装して構成され、多相交流電源
より給電を受けて移動磁界φ_１とφ_２を生成す
る。

第１図の構成により、移動磁界φ_１とφ_２中に
置かれたワーキングビース３は磁化および渦電流
の作用による電磁力が働き、ワーキングビース３
はそれ自身の重心のまわりで回転運動を行うとと
もに、移動磁界φ_１，φ_２によるその移動磁界方
向に向けての推進力および浮上力に加え、ワーキ
ングビース同士の衝突、容器壁面との間の衝突も
加わつて、容器１の中で激しくランダムな運動を
生起する。そしてこのランダム運動により、被処
理物２はワーキングビース３との衝突等により粉
砕あるいは混合、撹拌が進行する。第２図の例で
は処理容器１および上下のリニアモータ４，５が
それぞれ長い円弧状に作られており、このうち特
に処理容器１の内部には中間に仕切壁６を設け、
移動磁界方向に沿つて独立した複数の処理室７が
画成されている。このように仕切壁６を設けて複
数の処理室７を画成することにより、同時に各室
ごとに別々な処理を行うことが可能になるし、特
に円弧状の処理室では、仕切壁６がない場合に重
力によつて被処理物２およびワーキングビース３
が容器１の中央部に集中的に滞留してしまうのを
防ぐ役目を果している。

しかして前記の第１図、第２図に示した装置を
用い、処理容器１の寸法、形状等の条件を変えて
被処理物を粉砕する種々な試験を行つたところに
よれば、その容器の寸法、形状によつて粉砕性能
が様々であり、一概に十分に満足できる成果が得
られない問題がある。この点について運転時にお
けるワーキングビースの挙動の観察、磁界分布の
解析等を経て考察した結果、この問題点が次記の
点にあることが判明した。

すなわちここで第１図、第２図に示す装置の容
器１が置かれるべきリニアモータ４，５の間の作
用空間内の磁界分布を概念的に示せば第３図のご
とくなる。すなわち第３図において、リニアモー
タ４，５は矢印φ_１，φ_２で示す方向の移動磁界
を発生するために、図に示すように、鉄心８のコ
イルスロツト９にＵ，Ｖ，Ｗで示す三相交流巻線
１０が例えば波巻式に巻装されており、その相順
はリニアモータ４においては右方向へＵ―V¹―
Ｗ―U¹―Ｖ―W¹―Ｕ（ＵとU¹、ＶとV¹、Ｗと
W¹はそれぞれ同相で逆向きのコイル導体を示
す。）の順に、一方リニアモータ５においては、
右方向にＵ―W¹―Ｖ―U¹―Ｗ―V¹―Ｕの様に配
列されている。なお巻線の極ビツチＰ（―U¹間
の距離）は双方とも等しい。第３図においては、
リニアモータ４のＵ相巻線がリニアモータ５と同
じくＵ相巻線と対向位置して書かれているが、実
際の処理装置としては、どの相の巻線が対向して
いるかはその特性等に影響をおよぼさない。また
第３図において、リニアモータ４，５は共に同じ
周波数の電源から給電を受けており、矢印ＨはＵ
相巻線の電流が最大（巻線電流は正弦波としてい
る。）となつた時点での各地点における磁界ベク
トルを示している。更に楕円Ａは巻線電流が１サ
イクル分の変化をした時のこの地点における磁界
ベクトルＨの軌跡を表わしている。すなわち、空
間内のほとんどの地点で磁界は反時計方向に向き
を変える楕円形回転磁界と見なすことが出来る。

ここで第３図において、リニアモータ４と５の
それぞれのＵ相巻線を結ぶ直線上の各地点の磁界
について考察してみると、この線上での磁界は２
つのＵ相巻線へ流れる同相の電流による磁界が常
に互に打消す様に働き、１サイクルを通じて全体
的に磁界強さの絶対値は小さな値を示す。特にこ
の直線上の中央地点においては、２つのＵ相巻線
による磁界が完全に打消し合い、経時的に常に磁
界は零となつている。この様子は巻線Ｕ―Ｕの対
向する線上から横方向へ極ピツチＰ分だけ移動し
た巻線U¹―U¹の対向する線上でも全く同様であ
り、多極巻線を施したリニアモータ４，５におい
ては同相巻線Ｕ―ＵおよびU¹―U¹の対向するす
べての線上地点では同じ現象が現われる。一方、
第３図において巻線Ｕ―Ｕの対向する線上より極
ピツチＰの1/2だけ横方向に移動した線上地点で
の磁界は、前記とは逆に磁界が互に加算されるよ
うに働き、磁界強さの絶対値は他の線上地点と較
べて大きくなる。この様にリニアモータ４，５の
極ピツチＰ、電源周波数が互に等しい場合には、
作用空間内における磁界は、その絶対値が移動磁
界方向に沿つて極ピツチＰの1/2の間隔で強弱を
くり返すような分布となる。なお第３図において
は、特に４，５のＵ相巻線同士が対向している場
合について説明したが、この傾向はリニアモータ
４，５のＶ相巻線同士、あるいはＷ相巻線同士が
対向していても必ず生ずることが、巻線電流と磁
界の関係を時間の進行に従つて逐時追跡すること
で確認することができる。

一方、先に述べた磁界分布の中でワーキングビ
ースがどの様な運動を行うかを観察するために、
第１図に示す様に容器１の中にワーキングビース
３を納め、その運動を高速度カメラで撮影した結
果、次の様な傾向が認められた。すなわちスピン
ドル形状の個々のワーキングビース３は作用空間
内の回転磁界により、その重心の回りで回転運動
を行うと共に、全体としては移動磁界φ_１，φ_２
の移動方向に沿つて移動していく。しかしながら
この移動磁界方向への移動の範囲はほとんどが１
極ピツチの範囲に限られ、全体の運動経路として
は、第３図に矢印Ｂに示す経路をたどるようにな
る。これは先に述べた様に第３図において、巻線
Ｕ―ＵおよびU¹―U¹に対向する線上では磁界の
絶対値が小さく、ワーキングビース３がこの領域
越えて隣りの強磁界領域まで横方向に駆動する電
磁力が不足するためであり、結局ワーキングビー
ス３の運動は磁界の強い部分を中心とした極ピツ
チＰの範囲内の周回運動に限定され、処理容器内
における前記強磁界領域の相互間には磁界が弱
く、したがつてワーキングビースの運動の弱い死
角空間が生成されることになる。すなわち第３図
の磁界分布を処理装置全体について模型的に表わ
すと第４図のごとくなり、処理容器１の内部空間
には移動磁界方向に沿つて時間の経過に関係なく
常に符号Ａ，Ｂで示す定常的な強磁界強度領域と
弱磁界強度領域が形成されることになる。このこ
とは実際に測定した磁界分布とも一致するし、ま
た高速度カメラによるワーキングビースの観察結
果からも確認されている。

一方、容器１の中に被処理物２としての砕料お
よびワーキングビース３を収容して粉砕処理を行
つた実験から、まず第１図にように処理容器１の
内部が単一の空間である場合には、第４図に示し
た弱磁界強度領域Ｂ、特に容器１の四隅ではワー
キングビース３の運転が活発でなく、この部分に
粒度の大きい砕料がそのまま多く滞留してしまつ
て粉砕が進行せず、十分な粉砕性能が得られな
い。また第２図のように仕切壁６によつて容器１
を複数の処理室７に仕切つた場合にも、その仕切
間隔の選び方によつて粉砕効果がまちまちのデー
タを示すこと、また個々の処理室７の長さ寸法が
リニアモータ４，５の極ピツチＰよりも大きいと
第１図のものと同じ傾向を示すこと等が明らかに
なつた。

この発明は上記の点にかんがみなされたもので
あり、この目的は先に述べた各種の実験、磁界分
布の解析結果を基礎にして、より効果的に粉砕、
混合、撹拌等の処理が行えるようにした性能の高
い電磁式の処理装置を提供することにある。

かかる目的はこの発明により、処理容器に画成
された個々の処理室の寸法を移動磁界方向に沿つ
てリニアモータの極ピツチと同寸法に設定したこ
とにより達成される。

以下この発明を図示実施例に基づいて説明す
る。

第５図ないし第７図の各実施例において、処理
容器１内に画成された個々の処理室７の寸法、特
にリニアモータ４，５に沿つた移動磁界方向の長
さ寸法は、いずれもリニアモータ４，５における
移動磁界φ_１，φ^２の極ピツチＰに合せて設定さ
れている。また第５図ないし第７図のうち、第５
図と第６図では同じ処理容器内に画成された複数
の各処理室７の両サイドは仕切壁６により仕切ら
れている。これに対し第７図では、リニアモータ
４と５の間の複数個の処理容器１が並んで配置さ
れ、かつ各容器ごとにその内部に一つの処理室７
が画成されている。

前記のように処理室７の寸法を極ピツチＰに合
わせて構成したことにより、まず第３図で述べた
ように１極ピツチの範囲で周回運動するワーキン
グビース３は極ピツチＰと同じ寸法の各処理室７
の中で有効かつ活発に運動することになるし、更
に各室の両サイドには必ず室を画成する壁がある
ので、この壁と砕料、ワーキングビースとの間で
の衝突の機会が壁がない場合と較べて多くなり、
それだけ粉砕効果およびワーキングビースの動き
のランダム化が増大する。このことは粉砕処理に
止どまらず、混合、撹拌処理にも効果的に働く。
またこの場合に第５図のようにリニアモータ４，
５と処理容器１との相対位置を、仕切壁６が丁度
と第４図で述べた弱磁界強度領域Ｂの中心に位置
するように据付けることにより、各処理室７内の
中央の広い自由空間部が強磁界強度領域Ａとな
る。したがつてこの部分でのワーキングビース３
に作用する電磁力が大となり、砕料に加わる衝撃
力も増すし、更にワーキングビース３は十分な推
進慣性力をもつて両サイドの仕切壁へ向けて突き
当るのでこの両サイド領域でも高い粉砕衝撃を与
えることができるなど高い衝撃粉砕能力を得るの
に極めて有効となる利点が得られる。

一方、第６図のように仕切壁６が丁度強磁界強
度領域Ａの中心に位置するように処理容器１をリ
ニアモータ４，５と相対位置させて運動を行うこ
とにより、この場合には各処理室７において、と
かく死角になつて砕料が停留し易すい四隅でのワ
ーキングビース３の運動が活発になるので、砕料
が粉砕過程の途中で四隅に停滞することがなく最
後まで粉砕を進行させることができ、粉砕製品の
粒径を整えて微粉砕を行わせるのに効果的である
ことが確められた。更に第７図のように個々に独
立した容器１を並べて運動を行う方式では、各容
器１の出し入れを単独に取扱うことができるの
で、バツチ処理方式を実施する場合に効果的であ
る。なお発明者の行つた粉砕テストによれば、第
５図、第６図に示した装置では間仕切りのない長
い寸法の単一処理容器と較べて、粉砕された粉体
の平均粒径が細かく、比表面積で約30％向上させ
ることができた。

以上述べたように、この発明は移動磁界の作用
空間の磁界分布、並びにこの磁界分布に基づく処
理容器内でのワーキングビースの運動についての
考察を基に、これとの相関関係から処理容器にお
ける個々の処理室の寸法について適正寸法を定め
たものであり、したがつて極めて簡易な手段で粉
砕、混合、撹拌等の処理性能を従来のものと較べ
て大巾に向上し得る優れた効果を奏することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来における処
理装置の略示構成図、第３図は移動磁界作用空間
における部分的な磁界分布図、第４図は第３図に
基づく磁界分布を第１図の装置全体について模型
的に表わした磁界分布図、第５図ないし第７図は
それぞれこの発明の異なる実施例の略示構成図で
ある。 １…処理容器、２…被処理物、３…ワーキング
ビース、４，５…移動磁界発生装置、６…仕切
壁、７…処理室、Ｐ…極ピツチ、Ａ…強磁界強度
領域、Ｂ…弱磁界強度領域、φ_１，φ_２…移動磁
界。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 強磁性あるいは非磁性導電材のワーキングビ
   ースが収容された処理容器とこの容器を挟んでそ
   の両側に対向配置された互に移動磁界方向が逆な
   一対の移動磁界発生装置とを備えてなり、前記移
   動磁界発生装置の移動磁界による電磁力作用でワ
   ーキングビースにランダム運動を生起させて処理
   容器内へ収容された被処理物の粉砕、混合、撹拌
   等を行う処理装置において、前記処理容器に画成
   された個々の処理室の寸法を移動磁界方向に沿つ
   て前記移動磁界発生装置の極ピツチと同寸法に設
   定したことを特徴とする電磁式粉砕、混合、撹拌
   等処理装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の処理装置におい
   て、処理室の移動磁界方向の両サイドを画成する
   仕切壁が移動磁界作用空間における定常的な強磁
   界強度領域の中央に位置するように移動磁界発生
   装置に対する処理容器の相対据付け位置を定めた
   ことを特徴とする電磁式粉砕、混合、撹拌等処理
   装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の処理装置におい
   て、処理室の移動磁界方向の両サイドを画成する
   仕切壁が移動磁界作用空間における隣り合う強磁
   界強度領域の中間に定常的に生じる弱磁界強度領
   域の中央に位置するように移動磁界発生装置に対
   する処理容器の相対位置を定めたことを特徴とす
   る電磁式粉砕、混合、撹拌等処理装置。