JPS628217B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体、粒体、液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り移動
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、撹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する。

この種の移動磁界式処理装置として、第１図お
よび第２図に示すものが既に提案されている。図
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を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
対向配置されており、かつその移動磁界は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いるものであつて、（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６を回転電機と同
じように鉄心７の磁極面側のコイルスロツト内に
巻装して構成され、電源からの給電を受けて移動
磁界φ_１，φ_２を生成する。

かかる構成により、移動磁界φ_１，φ_２の中に
置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、これによつて移動磁界方向への並進力、浮上
力および回転トルクを受けるとともに、更にワー
キングピース同士の衝突、ワーキングピースと容
器の壁との衝突等が加わつて、ワーキングピース
３は容器１の中でランダムな運動を生起する。そ
してこのワーキングピースのランダム運動によつ
て、被処理物２は粉砕、混合、撹拌等の処理が行
われる。この場合に粉砕処理は主としてワーキン
グピース３と被処理物２との衝突によつて粉砕が
進行し、また混合撹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つて進行する。したが
つてこれ等の処理を効率よく遂行させるために
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大であること、およびワーキ
ングピースが容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ピー
ス３として鋼球、サイコロ形状体、円柱体、角柱
体等、種々の形状のものを使用して実験を行つた
ところでは、その形状によつ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
に沿つて転がるのみであるし、別の或る形状のも
のは容器の壁面に沿つて整列してしまつたまま動
かなかつたり、また運動を行つてもリニアモータ
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ピースに
要求される各種機能を十分に満足できるような頭
記処理装置用として適した形状のワーキングピー
スの出現が要望されている。

この発明は上記の点にかんがみ、２台のリニア
モータの間に挾まれた作用空間の磁場の解析、お
よびこの磁場の中に置かれたワーキングピースに
働く磁気トルクの解析、更にはワーキングピース
の運動が被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働くワーキングピー
スを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
けるリニアモータ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リニアモータ４と５
との間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、その相順はリ
ニアモータ４においては右方向へＵ−V′−Ｗ−
U′−Ｖ−W′−Ｕの順序に、一方のリニアモータ
５はこれとは逆に右方向へＵ−W′−Ｖ−U′−Ｗ
−V′−Ｕ（なおＵとU′、ＶとV′、ＷとW′はコイ
ルスロツトに巻装されたコイル導体の方向の正、
逆を表わしている。）の様に配列されている。ま
た導体Ｕ−U′の間隔Ｐが極ピツチとなる。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、別な相巻線が対向し合つても磁場
特性は変わらない。第３図において、各地点での
矢印Ｈ〓はリニアモータ４，５のＵ相巻線に流れる
電流が最大値である時（但し巻線電流は正弦波と
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Ｈ〓を取り巻く楕円Ａは巻線電流
の１サイクル分の変化に伴う磁界ベクトルＨ〓の軌
跡を、矢印Ｂは磁界ベクトルＨ〓の回転方向を示し
ている。

上記第３図の磁界分布図から明らかなように、
リニアモータ４，５の各移動磁界φ_１，φ_２が両
側から作用する空間の磁場では、移動磁界φ_１と
φ_２が互に干渉し合つて各地点での磁界は特定な
地点を除いて反時計方向に刻々向きを変えて電流
の１サイクルで１回転する回転磁界と見なすこと
ができる。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つ
て磁化され、その相互作用の電磁力によつて運動
が生起される。この場合のワーキングピースの運
動の様子を高速度カメラの撮影により観察したと
ころによれば、ワーキングピース３は容器１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の鉄心面に近い部分ではリニア
モータの移動磁界φ_１，φ_２の方向に運動し、全
体としては容器１の内周に沿つて周回運転を行つ
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測できることである。ま
たワーキングピースとともに被処理物としての砕
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。な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
磁性導電材で作つたワーキングピースを使用した
場合には、その動きが強磁性材のワーキングピー
スに較べて弱い。

上記の観察結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、浮上力および
自転を行う回転トルクを受ける。このように電磁
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
性に最も影響を及ぼすのはワーキングピース自身
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。今第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座標において或る角度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Ｔは外部磁界Ｈとワーキングピースの
磁化による磁気モーメントＭとのベクトル積で与
えられる。また磁化Ｊは単位体積当りの磁気モー
メントであるから、トルクＴ〓はワーキングピース
の体積をｖとしてＴ〓＝ｖ・Ｊ〓×Ｈ〓＝ｖ（Jx・Hx
−Jy・Hy）となる。一方、磁化Jx，Jyは前記外
部磁界Ｈのｘ、ｙ軸方向の成分Hx，Hyと、ワー
キングピース３のｘ、ｙ軸方向の各減磁係数によ
つて決まる。しかも減磁係数は周知のようにパー
ミアンス係数、つまりワーキングピース３の形状
によつて変わり、両者の関係は減磁係数をＤ、パ
ーミアンス係数をＰとしてＤ＝１／１＋Ｐ、またｘ、 ｙ軸方向のそれぞれの減磁係数はDx＝１／１＋Ｐｘ、 Dy＝１／１＋Ｐｙで与えられる。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を表わした
関係図を第５図に示す。第５図における特性線
，のうち、は試料を軸方向に磁化した場
合、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、に対してＰは磁化方向
の寸法、Ｑは磁化方向と直角方向の寸法をとつて
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、例えば
その直径を１、軸方向の長さを２とすれば、ｘ軸
方向の寸法比は２、したがつ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１／
２、したがつてパーミアンス係数は１程度であ
り、円柱軸方向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軸長を
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）、したがつて第４図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φ_１，φ_２の作用のもとで自身の重心のまわり
に回転する際に、被処理物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性
モーメントが利いて大となる。またこの場合にワ
ーキングピースの質量配分が両端に多く集中して
いる程慣性モーメントは大きく、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、撹拌処理でも有効に働く。

以上のことを基礎に、頭記移動磁界式処理装置
用として性能の良いワーキングピースを得るため
に、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。

第６図は基本的な実施例、第７図および第８図
は第６図の実施例を更に発展させた実施例を示
す。まず第６図ａ，ｂにおいて、ワーキングピー
ス３はその直径寸法ｄに対して軸方向の長さ寸法
ｌ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、
したがつ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図のように被処理物２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
り、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
磁界方向に沿つて全体として処理容器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を与える磁気ト
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
ものと較べて大となる。したがつて被処理物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つて、ワ
ーキングピース３は容器内で極めて複雑かつ激し
いランダム運動する。かくして粉砕、混合、撹拌
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量
部としての重錘部８が形成されている。したがつ
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得られることは勿
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り、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大である。

【図面の簡単な説明】

第１図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図はワー
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図および断
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、ｌ……軸方向の長さ寸法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動磁界方向を互に逆向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、
   撹拌等の処理を行う移動磁界式処理装置のワーキ
   ングピースであつて、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
   ンス係数が大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、棒状体がその両端に重錘部を備えて
   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。