(57)【要約】【課題】支持体を廃止でき、サイズ及び重量の低減に有利であり、攪拌翼が容器の内壁面に接触してしまう頻度を低下させた非接触攪拌機を提供する。【解決手段】非接触攪拌機は、被攪拌液体6を格納する容器7と、被攪拌液体6を攪拌すると共に浮上磁石4と受動磁石9とを有する攪拌翼5と、攪拌翼5と容器7の内壁面との間に隙間を形成する超電導バルク体1を低温に維持する磁気浮上系13と、受動磁石9に対面すると共に受動磁石9とで磁気カップリング12を構成する能動磁石10を回転させる回転駆動機構とを具備する。攪拌翼5は、攪拌翼5の径方向の中央領域に受動磁石9を有すると共に、受動磁石9よりも径方向の外側に浮上磁石4を有する。攪拌翼5の中央領域に磁気カップリング12が配置されていると共に、攪拌翼5の外周領域に磁気浮上系13が配置されている。【選択図】  図１
2006035098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被攪拌液体を格納する格納室をもつ非磁性体の容器と、
前記容器の前記格納室の内部に配設され、前記格納室の被攪拌液体を攪拌する攪拌部と浮上磁石と受動磁石とを有する攪拌翼と、
前記容器の外部に配設され、前記攪拌翼と前記容器の内壁面との間に隙間を形成するように前記攪拌翼の前記浮上磁石とで磁気浮上系を形成する超電導バルク体と、前記超電導バルク体を低温に維持する冷却系とを有する磁気浮上手段と、
前記容器の格納室の外方に配設され、前記攪拌翼の前記受動磁石に対面すると共に前記受動磁石とで磁気カップリングを構成する能動磁石と、前記能動磁石を回転させる回転駆動系とをもつ回転駆動機構とを具備する非接触攪拌機において、
前記攪拌翼は、前記攪拌翼の径方向の中央領域に受動磁石を有しており、前記受動磁石よりも径方向の外側に浮上磁石を有しており、
前記磁気カップリングが前記攪拌翼の中央領域の側に配置されていると共に、前記磁気浮上系が前記攪拌翼のうち前記磁気カップリングよりも外周領域の側に配置されていることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項２】
請求項１において、前記浮上磁石は前記攪拌翼の受動磁石の回りにリング状に配設されており、且つ、前記磁気カップングの能動磁石の回転軸芯の方向と、リング状の前記浮上磁石の磁化方向とが互いに実質的に平行とされていることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項３】
請求項１において、前記浮上磁石は前記攪拌翼の受動磁石の回りにリング状に配設されており、且つ、前記磁気カップリングの能動磁石の回転軸芯の方向と、前記磁気浮上系の前記超電導バルク体に対向するリング状の浮上磁石の磁化方向とが互いに実質的に直交するように配置されていることを特徴とする非接触攪拌機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被攪拌液体を非接触で攪拌させる非接触攪拌機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被攪拌液体を非接触で攪拌することを目的に、超電導バルク体を利用した磁気浮上による非接触攪拌機が考案されている。図12は従来の非接触攪拌機を示す。この非接触攪拌機によれば、図12に示すように、真空容器2の中の超電導バルク体1を冷凍機3で冷却して超電導状態とし、且つ、この超電導バルク体1に最も近接した真空容器2の表面の近傍に対向して浮上させる浮上磁石4を内蔵する攪拌翼5を配置する。そして、浮上磁石4から発生する磁場の分布を超電導バルク体1に捕捉させる。一方、図12に示すように、攪拌翼5から上方に向けたアーム状の支持体8が延びており、支持体8の先端部に受動磁石9が取り付けられている。長く延びる支持体８は、浮上磁石４と受動磁石９とを結合している。受動磁石9に対して、容器7の外部には受動磁石9を回転させるために能動磁石10が設置されている。能動磁石10は回転駆動機構11で回転する。受動磁石9及び能動磁石10は、永久磁石を組み合わせた磁気カップリング12と呼ばれる磁気回転伝達機構を構成する。また、攪拌翼5をもつ浮上磁石4といし近接して隔たる超電導バルク体1と、超電導バルク体1を内蔵する真空容器2と、超電導バルク体１を冷却する冷凍機1とは、磁気浮上手段16を構成する。なお、図12に示す真空容器2はその真空ポート14によって真空ポンプ（図示しない）につながり、減圧されて真空断熱となる構造を有する。また、冷凍機3は可撓性のあるヘリウム配管15a、15bによってヘリウム圧縮機（図示しない）に繋がる。
【０００３】
従来技術の作用としては以下のようである。図12に示すように、超電導バルク体1で磁気浮上されている浮上磁石4は、容器7の容器壁7aの内壁面に触れることなく、容器7内に磁気的に支持されている。同様に、磁気カップリング12を構成する受動磁石9と能動磁石10も、所定の間隙をもって支持され、回転駆動機構11の回転力が能動磁石10を介して受動磁石9 に伝えられる。このため攪拌翼5が容器7の容器壁7aの内壁面に非接触に支持される。したがって、被攪拌液体6を攪拌するにあたり、攪拌翼5と容器7との接触部分でおこる摩擦磨耗による不純物等が被攪拌液体6に混入することが抑制される利点が得られる。
【０００４】
ここで、図12に示すような従来技術に係る非接触攪拌機によれば、容器7の蓋7vに磁気カップリング12を設置すると共に、容器7の底部に磁気浮上手段16を設置している。
【０００５】
更に、従来、図13に示すように、磁気浮上系13を形成する浮上磁石4を攪拌翼5の径方向の中央領域に配置すると共に、磁気カップリング12を形成する受動磁石9を攪拌翼5の径方向の外周部分に配置した構造を有する非接触攪拌機が開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−１２４０３０号公報の図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した図１２に示す従来技術に係る非接触攪拌機は以下に示す問題点を有する。図１２に示すように、磁気カップリング12と磁気浮上系13は容器7を介して互いに対向して配設されている。従って、容器7の相対する外表面7w,7xに超電導バルク体1による磁気浮上系13と磁気カップリング12の双方を対向して配置する必要がある。このため容器7では支持体8が長くなり、攪拌翼5に関連する部分のサイズ及び重量が増加し、超電導バルク体1の支持能力を超え易くなる。ひいては攪拌翼5が容器7の容器壁7aの内壁面に接触しやすくなり、せっかくの非接触性能が充分に発揮されないおそれがある。更に、容器7の大きさに適合するようにその都度、支持体8を製作する必要がある。このため製造手順の標準化がしにくく、製造コストが高くなる。
【０００７】
また、図13に示す特許文献１に係る技術によれば、磁気浮上系を形成する浮上磁石4を攪拌翼5の径方向の中央領域に配置すると共に、動力伝達用の磁気カップリング12を形成する受動磁石9を攪拌翼5の径方向の外周部分に配置する。この場合、磁気カップリング12の吸引力が強く、そのバランスをとって攪拌翼5が回転することは事実上困難である。特許文献１に係る技術によれば、仮に、攪拌翼5の回転中において、攪拌翼5のバランスが僅かに崩れただけでも、攪拌翼5がどちらかに傾いて、攪拌翼5の周辺部が容器7の内壁面に接触してしまう頻度が増加する。このように超電導バルク体1の磁気浮上による反発力では、攪拌翼5の外周部分に位置する磁気カップリング12による吸着を阻止することは容易ではなかった。このように攪拌翼5の中央領域に磁気浮上系を配置する特許文献１に係る技術では、攪拌翼5の中央領域と容器7の内壁面との接触は起こっていないにも拘わらず、攪拌翼5の外周部あるいは攪拌翼5の攪拌ブレードの先端が容器7の内壁面に接触してしまう頻度が高い。
【０００８】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、従来技術に係る支持体を廃止でき、サイズ及び重量の低減に有利であり、更に、攪拌翼が容器の内壁面に接触してしまう頻度を低下させるのに有利な非接触攪拌機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による非接触攪拌機は、
被攪拌液体を格納する格納室をもつ非磁性体の容器と、
容器の格納室の内部に配設され、格納室の被攪拌液体を攪拌する攪拌部と浮上磁石と受動磁石とを有する攪拌翼と、
容器の外部に配設され、攪拌翼と容器の内壁面との間に隙間を形成するように攪拌翼の浮上磁石とで磁気浮上系を形成する超電導バルク体と、前記超電導バルク体を低温に維持する冷却系とを有する磁気浮上手段と、
容器の格納室の外方に配設され、攪拌翼の受動磁石に対面すると共に前記受動磁石とで磁気カップリングを構成する能動磁石と、能動磁石を回転させる回転駆動系とをもつ回転駆動機構とを具備する非接触攪拌機において、
攪拌翼は、攪拌翼の径方向の中央領域に受動磁石を有すると共に、受動磁石よりも径方向の外側に浮上磁石を有しており、
磁気カップリングが攪拌翼の中央領域の側に配置されていると共に、磁気浮上系が攪拌翼のうち磁気カップリングよりも外周領域の側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る非接触攪拌機によれば、攪拌翼は、攪拌翼の径方向の中央領域に受動磁石を有すると共に、受動磁石よりも径方向の外側に浮上磁石を有している。そして動力伝達用の磁気カップリングが攪拌翼の中央領域の側に配置されていると共に、磁気浮上系が攪拌翼のうち磁気カップリングよりも外周領域の側に配置されている。
【００１１】
このため、図12に示すような従来技術に係る非接触攪拌機とは異なり、容器の片側からシステムを構成することができる。更に、浮上磁石と受動磁石とを結合させる従来技術に係る支持体８を廃止できるため、攪拌翼の重量及びサイズが低減され、攪拌翼の支持性能の安定性が増加する。その分、攪拌翼の攪拌回転数を増加させるのに有利となる。更に、容器の格納室に収容される被攪拌液体の粘度を高くするのに有利となり、被攪拌液体を選択する選択の自由度を拡大させることができる。
【００１２】
ところで、本発明に係る非接触攪拌機とは逆に、図13に示す従来技術のように、磁気浮上系を形成する浮上磁石を攪拌翼の中央領域に配置すると共に、磁気カップリングを形成する受動磁石を攪拌翼の外周領域に構成することも考えられる。この場合、磁気カップリングの吸引力が強く、そのバランスをとって攪拌翼が円滑に回転することは困難である。この場合、前述したように、攪拌翼の回転中において、攪拌翼のバランスが僅かに崩れただけでも、攪拌翼がどちらかに傾き、攪拌翼の周辺部が容器の内壁面に接触してしまう頻度が増加する。即ち、超電導バルク体の磁気浮上による反発力では、攪拌翼の外周領域に位置する磁気カップリングによる吸着を阻止することは容易ではなかった。この結果、攪拌翼の中央領域に磁気浮上系を配置した特許文献１に係る従来技術によれば、攪拌翼の径方向の中央領域と容器の内壁面との接触は起こっていないにも関わらず、攪拌翼の径方向の外周部が容器の内壁面に接触したり、あるいは、攪拌翼の攪拌ブレードの先端が容器の内壁面に接触したりする頻度が高くなる。
【００１３】
この点について本発明に係る非接触攪拌機によれば、動力伝達用の磁気カップリングが攪拌翼の径方向の中央領域の側に配置されていると共に、磁気浮上系が攪拌翼の径方向の外周領域の側に配置されている方式が採用されている。このため磁気カップリングの相互の強力な吸着を、磁気カップリングの外周側に設けた磁気浮上系により支持することができる。このため、攪拌翼の攪拌中において、攪拌翼の径方向の外周部分と容器の内壁面との接触頻度を低下させることができる。更に、使用する多様の回転数に対して、また磁気カップリングが機能する多様の間隙に対しても、攪拌翼の回転を安定させることができる。このため攪拌翼が容器の内壁面に接触することが効果的に抑制されると共に、攪拌翼の脱調が抑制される。
【００１４】
ところで、磁気カップリングは、回転駆動系の回転軸芯の方向において常に吸着力を発揮する。従って、超電導バルク体と浮上磁石との間隔を狭めようとする応力が常に磁気浮上系に作用する。これに対して、磁気浮上系を構成する超電導バルク体と浮上磁石との間の隙間は、超電導バルク体が捕捉した浮上磁石の磁場の分布が変化しないように、ある一定の距離を保とうとする。ここで、近接する方向の応力に対する反発力は、離反方向に対する抵抗力よりも強力であることが知られている。超電導バルク体と浮上磁石との間の隙間が狭まるほど、反発力は増加する。したがって、磁気カップリングでの吸着方向の動きに対して、超電導バルク体の反発力が有効に働き、攪拌翼の変移を有効に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る非接触攪拌機によれば、図12に示す従来技術とは異なり、攪容器の片側に磁気浮上系及び磁気カップリングが配設されている。このため設置できる容器の寸法を基本的には選ばず、攪拌翼を内包できる寸法を有する多様の容器に適応することができる。更に、図12に示す従来技術とは異なり、受動磁石と浮上磁石とを結合させる支持体8を廃止できるため、支持体8同士の絡みが防止され、ひいては複数の攪拌翼を一つの容器の格納室内に設置することが可能となり、非接触攪拌機の攪拌性能を飛躍的に向上させることができる。仮に、図12に示す従来技術において、攪拌翼を一つの容器の格納室内に複数設置するときには、支持体同士の干渉が存在するため、不純物混入の危険性はその設置数に比例することを覚悟せねばならず、事実上、複数の攪拌翼を一つの容器内に設置することができない。この点について本発明に係る非接触攪拌機によれば、前記したように受動磁石と浮上磁石とを結合させる支持体8を廃止できるため、複数の攪拌翼を一つの容器内に取り付けたとしても、摩擦摩耗による不純物の混入は抑制される。
【００１６】
更に、本発明に係る非接触攪拌機によれば、前述したように攪拌翼の回転が安定するため、攪拌翼を容器の内壁面に適当な隙間を保って接触させずに安定的に支持することが容易となる。このように攪拌翼の非接触状態の回転が安定するため、緩やかな曲面をもった容器の内壁面に利用できるし、容器の内壁面に段差や溝があってもよい。このように攪拌に関わる攪拌翼の設置の自由度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
浮上磁石は攪拌翼の受動磁石の回りにリング状に配設されており、且つ、磁気カップングの能動磁石の回転軸芯の方向と、リング状の浮上磁石の磁化方向とが互いに沿う形態を採用できる。ここで、浮上磁石は攪拌翼の受動磁石の回りにリング状に配設されており、且つ、磁気カップングの能動磁石の回転軸芯の方向と、リング状の浮上磁石の磁化方向とが互いに実質的に平行とされている形態（実施例1に相当）を採用できる。
【００１８】
浮上磁石は攪拌翼の受動磁石の回りにリング状に配設されており、且つ、磁気カップリングの能動磁石の回転軸芯の方向と、磁気浮上系の超電導バルク体に対向するリング状の浮上磁石の磁化方向とが互いに交差するように配置されている形態を採用できる。ここで、浮上磁石は攪拌翼の受動磁石の回りにリング状に配設されており、且つ、磁気カップリングの能動磁石の回転軸芯の方向と、磁気浮上系の超電導バルク体に対向するリング状の浮上磁石の磁化方向とが互いに実質的に直交するように配置されている形態（実施例4に相当）を採用できる。
【００１９】
超電導バルク体は、一般的には溶融凝固法により作製されており、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上）で表されるものである。超電導バルク体は、これの構成材料を一旦融点以上に加熱して溶融し再び凝固させる溶融凝固法で、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルク体を合成することができる。この場合、超電導バルク体において結晶粒が粗大で、かつ、超電導となる母相に絶縁相が微細に分散した組織を有することができる。このように微細に分散した絶縁相が磁場のピン止め点として働くため、捕捉磁場の大きい超電導バルク体が得られる。超電導バルク体は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｃｅの少なくとも１種類を含むことができる。ここで、Ａｇ，Ａｕは超電導相と反応せずに超電導母相内に析出し、そして、超電導遷移温度などの超電導特性を損なうことなく、セラミックスであるＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルク体の機械的強度を向上させることができる。また、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｃｅを含有したＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導バルク体は、母相である超電導相に絶縁相がより微細に分散しており、より強いピン止め力を示す。従って、超電導バルク体の捕捉磁場が増加する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例1を図1〜図5に基いて詳細に説明する。図1は実施例1の概念を模式的に示す。図2,図3は磁気浮上系13を模式的に示す。図4,図5は攪拌翼5を模式的に示す。図1に示すように、容器7は、被攪拌液体6を収容する格納室7rを有する。容器7は非磁性材料で形成されている。非磁性材料とは強磁性を示さない材料のことをいい、例えば鉄合金としてはオーステナイト系のステンレススチールがこれにあたる。ステンレススチールはその塑性加工によって若干の磁気を帯びるが、これは本実施例では非磁性の範疇とする。このほかの非磁性材料の容器として、ガラス、アルミおよびアルミ合金、真飽等の銅合金、非磁性のステンレス容器にホーロー加工した容器、樹脂容器、繊維強化した樹脂容器が挙げられる。
【００２１】
磁気浮上手段16は、超電導バルク体1と、超電導バルク体1を収容するリング形状の真空容器2と、真空容器2内の超電導バルク体1を冷却する冷却系としての冷凍機3とを備えており、容器7の下壁7uに近接して配置されている。
【００２２】
超電導バルク体1は真空容器2の内部に配置されており、真空断熱が図られている。磁気浮上系13はその真空容器2の中に超電導バルク体1を複数個内蔵する。この実施例では超電導バルク体1は図2に示すように6個配設されているが、個数は特に限定されず、3個ないし12個程度あってもよい。これらの超電導バルク体1は、冷凍機3の冷凍部17に取り付けられたリング形状の銅板で形成されたコールドステージ18に固定されている。コールドステージ18は、断熱性を高めるべく、断熱性支持材19により真空容器2内に真空容器2の内壁面と接触しないように固定されている。断熱性支持材19は熱伝導率が小さく断熱性が高い材料、例えば繊維強化樹脂材料（FRP）で形成されている。断熱性支持材19は、超電導バルク体1ならびにコールドステージ18に対して真空容器2の外部からの熱侵入を最小限に抑制しつつ、攪拌翼5の重量、攪拌翼5の回転によっておこる反作用による応力に耐えるように設定されている。そして、コールドステージ18の一部に冷凍部17が接触しており、コールドステージ18の熱を冷凍機3によって排出する構成とされている。本実施例では冷凍機3はGM式冷凍機が使われている。ヘリウム配管15a，15bは圧縮機（図示しない）につながり、40K軽度の低温に超電導バルク体1を冷却する。冷凍機3はGM式のほか、パルス管冷凍機、ソルベー式、スクーリング式、あるいはこれらを複数組み合わせた構成を採用することができる。
【００２３】
真空容器2の内部を真空断熱状態に保つため、真空容器2の一部に真空減圧口20が設けられている。真空減圧口20は可撓性あるいは固定された真空配管21によって真空ポンプ系28に繋がる。真空ポンプ系28は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、油回転ポンプ、油拡散ポンプ、ドライポンプ等の組み合わせからなる。真空ポンプ系28の役割は真空容器2の内部の圧力を減圧状態（0．1Pa（パスカル）以下）に保つことであり、これ以上の圧力では良好なる断熱性が保てない。
【００２４】
冷却される真空容器2内の温度領域が30K程度あるいはこれ以下の場合には、真空容器2の残留気体を吸着する効果が冷凍部17の冷却により現れる。このため真空容器2を高真空まで一旦減圧した後に冷却すると、真空容器2内を封じきることができる。故に真空ポンプ系28の駆動を停止させることもできる。真空ポンプ系28の駆動を停止すれば、真空ポンプ系28に必要とされる電力消費が軽減される。
【００２５】
図１に示すように、攪拌翼5は、超電導バルク体1に対向する位置となるように攪拌翼5に内蔵されたリング状の浮上磁石4をもつ。浮上磁石4は超電導バルク体1の上方に位置する。浮上磁石4の磁極は、浮上磁石4の中心軸芯（回転軸芯P1）に平行に単極に着磁されている。従って浮上磁石4の上面４ａはＳ極及びＮ極のうちの一方に着磁されている。浮上磁石4の下面４ｃはＳ極及びＮ極のうちの他方に着磁されている。浮上磁石4は、攪拌翼5において、連続するリング状に一体成形されていても良いし、あるいは、扇形あるいは台形の磁石を周方向に断続的に配置することによりリング状に組み合わせてもよい。前述の超電導バルク体１と浮上磁石4とで、攪拌翼5を浮上させる磁気浮上系13が構成されている。
【００２６】
攪拌翼5の外周部には、攪拌機能を有する攪拌部としての攪拌ブレード22aが突設されている。攪拌ブレード22aは攪拌翼5の外周部5pに設けられている。浮上磁石4から発生される磁場が、超電導状態にある超電導バルク体1により捕捉される。これにより浮上磁石4、ひいては浮上磁石4を内蔵する攪拌翼5は、一定の距離間隔を介して磁気浮上系13の超電導バルク体1から安定的に浮上する。ひいては攪拌翼5は容器7の格納室7rの内壁面から一定の距離間隔を介して安定的に浮上する。このように攪拌翼5が安定するため、攪拌翼5の攪拌時における攪拌翼5の脱調が発生しにくい利点が得られる。ここで、攪拌翼5に対して径方向あるいは軸芯長方向に外力が作用したとしても、超電導バルク体1による磁場トラップ作用により、超電導バルク体1は元の位置に復帰する。
【００２７】
磁気浮上した系である攪拌翼5を回転させるために、以下の磁気カップリング12が構成されている。従来技術に係る非接触攪拌機とは異なり、図1に示すように、磁気カップリング12は容器7のうち磁気浮上系13が配設されている側と同じ側に配設されており、つまり、磁気カップリング12及び磁気浮上系13は容器7の底部側に配置されている。
【００２８】
図1に示すように、攪拌翼5は、攪拌翼5の径方向の中央領域に受動磁石9をもつ。磁気浮上系13を構成する浮上磁石4と同じ側に、受動磁石9のカップリング面9cが配置されている。そして、受動磁石9のカップリング面9cと能動磁石10のカップリング面10cとがある距離をもって近接することにより、磁気的に結合された磁気カップリング12が構成されている。
【００２９】
図1に示すように、回転駆動機構11は、受動磁石9に対向するように配置された能動磁石10と、能動磁石10を回転軸芯P1の回りで回転駆動させる回転駆動系11とを有する。回転駆動系11は、能動磁石10を保持する回転体11fと、回転体11fに繋がると共に回転体11fを一体回転させる回転軸11sと、回転軸11sを回転軸芯P1の回りで回転させるモータ機構で形成された駆動機構11tとを有する。回転駆動機構11の駆動機構11tが回転駆動すると、能動磁石10が回転軸芯Ｐ１の回りで回転する。ここで、容器7の外部において、受動磁石9及び能動磁石10は、これらが磁気カップリングするカップリング面9c,10c内において周方向に交互に磁極が異なるように多極に着磁されている。これにより回転駆動機構11が回転して回転体11fの能動磁石10が回転軸11sの回転軸芯P1回りで回転すると、能動磁石10に磁気カップリングで結合された受動磁石9が能動磁石10と同じ方向に回転軸芯P1回りで回転する。
【００３０】
この場合、磁気カップリング12を構成する受動磁石9のカップリング面9c,能動磁石10のカップリング面10c内において、それぞれの異極同志が吸引すると共に同極同志が反発する。従って、回転駆動機構11の回転軸芯11sのトルクが能動磁石10を介して攪拌翼5の受動磁石9に伝達される。ひいては受動磁石9を内蔵する攪拌翼5が容器7の格納室7r内を回転する。この結果、容器7の格納室7r内に収容されている被攪拌液体6を攪拌することができる。
【００３１】
更に説明を加える。図1に示すように、容器7の下壁7uの外方に、本実施例に係る磁気カップリング12のうち能動磁石10が配置されている。能動磁石10は回転軸芯P1の回りで回転するため、能動磁石10が容器7の下壁7uの外壁面に接触せぬよう、能動磁石10と容器7の下壁7uの外壁面との間に僅かな間隙を形成するように能動磁石10が配置されている。
【００３２】
使用時には、容器7の外部に配置されている能動磁石10の位置及び磁気浮上手段16の位置に適合するように、容器7内に攪拌翼5を配置する。この場合、蓋7vを開放させて、容器7 内に攪拌翼5を挿入配置する。攪拌翼5の固定が容器7 内の内面であれば、攪拌翼5の水平方向の固定は取り立てて行う必要がない。しかしながら攪拌翼5を適宜固定することもできる。この際、超電導バルク体1を冷却する前に、図略のスペーサを容器7の内壁面と攪拌翼5との間に介在させておく。スペーサはその攪拌条件や容器7の板厚によるが、強固な支持を得るためにはなるべく、容器7の容器壁7aの内壁面と攪拌翼5と間の隙間を数ミリメートル以下にすることが好ましい。なお、スペーサを入れる距離はまた、磁気カップリング12の有効な距離を目安にすることが好ましい。
【００３３】
次に、真空ポンプ系28を起動して真空容器2を減圧して真空容器2内を断熱状態にする。その後、冷凍機3を運転して超電導バルク体1を冷却して超電導状態にする。これにより浮上磁石4から発生する磁場の分布は超電導バルク体1のトラップ機能により捕捉される。このように捕捉された状態では、浮上磁石4が超電導バルク体1からずれるように移動したとしても、超電導バルク体1のトラップ機能により浮上磁石4は元の位置に復帰する。
【００３４】
所定の温度までの超電導バルク体1の冷却が完了したら、容器7内の前記スペーサを取り除き、攪拌翼5を安定浮上させる。そして、容器7の格納室7r内に被攪拌液体6を装入する。
【００３５】
この状態で、回転駆動機構11を駆動させることにより磁気カップリング12の主要素である能動磁石10を回転軸芯P1回りで回転させる。この結果、攪拌翼5の受動磁石9にトルクを伝達し、攪拌翼5により容器7 内の格納室7rの被攪拌液体6を攪拌させる。被攪拌液体6としては、不純物の混入を避けることが好ましい液体が挙げられる。
【００３６】
次に図2，図3について説明を加える。図2に示すように、リング状で銅製（熱伝導性が良好な金属）のコールドステージ18の上面に、複数個（6個）の超電導バルク体1が周方向に間隔を隔てて同心円状に並設されている。更に、断熱性に富む4箇所の断熱性支持材19によって、コールドステージ18は真空容器2に固定されている。冷凍機3は向かって右端の超電導バルク体1の下に取り付けられている。冷凍機3が駆動すると、冷凍部17を介して超電導バルク体1は極低温まで冷却される。
【００３７】
図3に示すように、真空容器2の内側に磁気シールド23が設けられており、能動磁石10と超電導バルク体1との間を仕切っている。磁気シールド23は、透磁率が高い軟磁性鉄材料で形成されており、回転軸芯P1を包囲するように同心リング状に延設されている。磁気シールド23は、能動磁石10あるいは受動磁石9の回転による磁場変動が超電導バルク体1に影響することを抑制することができる。
【００３８】
図4及び図5は攪拌翼5を示す。図4及び図5に示すように、攪拌翼5の基部5mには、これの周辺部に攪拌ブレード22aが径外方向に延設されている。攪拌翼5の攪拌ブレード22aによって被攪拌液体6を攪拌することができる。攪拌翼5に対する磁気浮上系13は浮上磁石4によって確保される。磁気カップリング12に基づく回転量と回転トルクは、能動磁石10及び受動磁石9の吸引作用によって確保される。受動磁石9の周囲には、この回転による磁場変動が超電導バルク体1に影響しないように磁気シールド23が取り付けらている。磁気シールド23は回転軸芯P1の回りに同心リング形状に延設されている。浮上磁石4は浮上磁石4の表面に垂直に、すなわち、リング状の浮上磁石4の軸芯長方向に単極に着磁されている。従って、浮上磁石4の上面はＳ極及びＮ極のうちの一方に着磁されていると共に、浮上磁石4の下面はＳ極及びＮ極のうちの他方に着磁されている。
【００３９】
前述したように、浮上磁石4としては、扇形もしくは台形の永久磁石をリング状に並べて構成する場合がある。浮上磁石4ならびに受動磁石9を内蔵する攪拌翼5を構成する基部5mの材質としては非磁性材料が好ましい。非磁性材料としては、例えば、非磁性のオーステナイト系等のステンレススチール、真鍮、ガラス、繊維複合樹脂（FRP）等が例示される。なお非磁性材料は常磁性材料を含む。被攪拌液体6の種類によっては、磁石材料を腐食させる場合があるので、浮上磁石4としては被覆されていることが望ましい。
【００４０】
本実施例によれば、超電導バルク体1が浮上磁石4から発生される磁場の分布をトラップするトラップ作用により、超電導バルク体1と浮上磁石4との安定した位置固定作用が得られる。この場合、攪拌翼5の浮上磁石4に対して、鉛直方向だけではなく、水平方向にも安定した支持力を発揮することができる。従って、図1に示す非接触攪拌機では、容器7の底面のみならず、容器7の内部の鉛直面や側面、あるいは傾斜した面あるいは上面にも、超電導バルク体1を設置し、超電導バルク体1により浮上磁石4を浮上させることができる。
【００４１】
以上の説明から理解できるように本実施例によれば、図12に示す従来技術とは異なり、容器7の高さ方向の片側に磁気浮上系13及び磁気カップリング12が配設されている。このため設置できる容器7の寸法を基本的には選ばず、攪拌翼5を内包できる寸法を有する多様の容器7に適応することができる。更に、図12に示す従来技術とは異なり、受動磁石9と浮上磁石4とを結合させる支持体8を廃止できるため、支持体8同士の絡みが防止され、ひいては複数の攪拌翼5を一つの容器7の格納室7r内に設置することが可能となり、非接触攪拌機の攪拌性能を飛躍的に向上させることができる。仮に、図12に示す従来技術において、攪拌翼5を一つの容器7の格納室内に複数設置するときには、支持体8同士の干渉が存在するため、不純物混入の危険性はその設置数に比例することを覚悟せねばならず、事実上、複数の攪拌翼5を一つの容器7の格納室内に設置することができない。この点について本実施例によれば、前記したように支持体8を廃止できるため、複数の攪拌翼5を一つの容器7の格納室7r内に取り付けたとしても、摩擦摩耗による不純物の混入は抑制される。
【００４２】
更に本実施例によれば、前述したように攪拌翼5の回転が安定するため、攪拌翼5を容器7の内壁面に適当な隙間を保って接触させずに安定的に支持することが容易となる。このように攪拌翼5の非接触状態の回転が安定するため、緩やかな曲面をもった容器7の内壁面に利用できるし、容器7の内壁面に段差や溝があってもよい。このように攪拌に関わる攪拌翼5の設置の自由度が向上する。
【実施例２】
【００４３】
図6,図7は実施例2の概念を模式的に示す。実施例2は実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。従って支持体を廃止でき、サイズ及び重量の低減に有利であり、攪拌翼5が容器7の内壁面に接触してしまう頻度を低下させた非接触攪拌機を提供することができる。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例1と相違する部分を中心として説明する。図6,図7は実施例2の攪拌翼5を示す。攪拌翼5には、攪拌ブレード22aに代えて、攪拌翼5の上部に攪拌ブレード22bが形成されている。
【実施例３】
【００４４】
図8,図9は実施例3の概念を模式的に示す。実施例3は実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。従って支持体を廃止でき、サイズ及び重量の低減に有利であり、攪拌翼5が容器7の内壁面に接触してしまう頻度を低下させた非接触攪拌機を提供すことができる。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例1と相違する部分を中心として説明する。前記した実施例1では、攪拌翼5の外周部に攪拌ブレード22aを設けたのに対し、本実施例では攪拌翼5の外周部に攪拌ブレードを設けていない。
【００４５】
即ち、図8,図9に示すように、攪拌翼5の径方向の中央領域には受動磁石9が配置されていると共に、攪拌翼5の径方向の外縁領域にはリング形状の浮上磁石4が同心的に配置されている。そして受動磁石9と浮上磁石4との間にはリング状の空間5kが形成されている。リング状の空間5kに、攪拌機能を有する複数個の攪拌ブレード22cが放射状に且つ橋架状態に配置されている。このような本実施例によれば、実施例1の場合に比較して、攪拌翼5の直径ＤＡが小さくなる。このため容器7に投入された異物と攪拌ブレード22cとが接触しにくくなるため、攪拌翼5の攪拌作用の安定性に優れる。
【００４６】
本実施例においても、攪拌翼5は、攪拌翼5の径方向の中央領域に受動磁石9を有していると共に、受動磁石9よりも径方向の外側にリング状の浮上磁石4を有している。従って実施例1と同様に、攪拌翼5の径方向の中央領域に磁気カップリング12が配置されていると共に、攪拌翼5の径方向の外周領域に磁気浮上系13が配置されることになる。このため実施例１と同様に、攪拌翼5の攪拌作用の安定性が増す。故に、攪拌翼5の攪拌時における攪拌翼5の脱調が発生しにくい利点が得られる。更に、受動磁石9と浮上磁石4との間に、同心リング形状の磁気シールド23が設けられている。磁気シールド23によって超電導バルク体1への磁場変動の影響を減らすことができる。必要がなければ磁気シールド23を廃止しても良い。
【実施例４】
【００４７】
図10,図11は実施例4を示す。実施例4は実施例1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。従って支持体を廃止でき、サイズ及び重量の低減に有利であり、攪拌翼5が容器7の内壁面に接触してしまう頻度を低下させた非接触攪拌機を提供することができる。本実施例は、磁気カップリング12の吸着・反発方向と磁気浮上系13による浮上方向とが互いに交差する場合、つまり、実質的に直交する場合を示す。図10に示すように、格納室7rを有する容器7の下部に、カップ状容器24が一体的に且つ同心的に取り付けられている。カップ状容器24の容器室24rは容器7の格納室7rに連通する。カップ状容器24の容器室24r内に攪拌翼5の大部分が入り込む。
【００４８】
攪拌翼5に設けられている攪拌部としての攪拌ブレード22dは、攪拌翼5の上面部から回転軸芯P1に沿って上方に突出している。つまり、攪拌翼5の攪拌ブレード22dは、カップ状容器24の容器室24rから容器7の格納室7rに向かって延設部5wを介して上方に突出し、格納室7rの内部に収容されている。
【００４９】
本実施例によれば、浮上磁石4は互いに背向する内周面4iと外周面4pとを有する。浮上磁石4の内周面4iはＳ極及びＮ極のうちの一方に着磁されている。浮上磁石4の外周面4pはＳ極及びＮ極のうちの他方に着磁されている。
【００５０】
従って、図10に示すように、磁気カップリング12を構成する能動磁石10の回転軸芯の方向（回転軸芯P1の延びる方向）と、磁気浮上系13を構成する超電導バルク体1に対向するリング状の浮上磁石4の磁化方向とが交差するように、つまり、実質的に直交するように配置されている。
【００５１】
図10に示すように、銅製（良伝熱材料）のリング状をなすコールドステージ18の内周面18iには、これの周方向に沿って超電導バルク体1が複数個間隔を隔てて配置されている。冷却機能を発揮する冷凍部17は、リング状のコールドステージ18の外周面18pに接触して取り付けられている。冷凍機3が作動すると、冷凍部17から冷凍機3に向かって熱が排出され、コールドステージ18が冷却され、ひいては超電導バルク体1が冷却される。なお、断熱性に富む断熱性支持材19はコールドステージ18を真空容器2内に支持するように、コールドステージ18の下面にあてがわれている。
【００５２】
図11に示すように、浮上磁石4は攪拌翼5に内蔵されている。浮上磁石4は軸芯状をなす延設部5wの軸芯を同軸的に１周する筒状をなしており、受動磁石9の外周側にこれを包囲するように取り付けられている。図10及び図11に示すように、浮上磁石4の内周側に磁気シールド23がリング形状にほぼ同軸的に設けられている。磁気カップリング12の回転に起因する磁場変動が超電導バルク体1に伝わることは、磁気シールド23によって抑えられる。
【００５３】
図10,図11に示す構成において、超電導バルク体1を冷却していくと、浮上磁石4の発する磁場の分布は超電導バルク体1の磁場トラップ機能によって捕捉される。このため浮上磁石4は超電導バルク体1にほぼ当初の間隙を残して安定的に吸着され、浮上磁石4の位置が超電導バルク体1により基本的に固定される。受動磁石9と能動磁石10とは磁気カップリング12を構成する。磁気カップリング12は、能動磁石10から受動磁石9に回転トルクを伝達する。能動磁石10及び能動磁石9は互いに吸引しようとしても、超電導バルク体1に基づく磁場トラップ機能により、超電導バルク体1と浮上磁石4とによる磁気浮上系13がその相対位置を変化しないように作用する。このため回転攪拌中の攪拌翼5はわずかに下降変移するだけで、攪拌翼5はカップ状容器24の内壁面に触れることなく攪拌動作を継続することができる。このようにして容器7に対して磁気浮上している攪拌翼5により被攪拌液体6を攪拌することができる。従来の接触方式による攪拌操作で起こっていた不純物の混入が抑制された新たな非接触攪拌装置を提供することができる。
【００５４】
ここで、磁気カップリング12における磁極分布は基本的に多極構造であり、複数対のＮ極あるいはＳ極が周方向において交互に着磁されている。一方、超電導バルク体1に対向して配置される浮上磁石4は、超電導バルク体1に対向する面内において単極に着磁されている。つまり、浮上磁石4の内周面4iはＮ極及びＳ極のうちの一方に着磁されていると共に、浮上磁石4の外周面4pはＮ極及びＳ極のうちの他方に着磁されている。
【００５５】
本実施例によれば、磁気カップリング12と磁気浮上系13とを従来例より実質的に近接配置することができる。このため、受動磁石9と浮上磁石4との磁気的な干渉を避けることが好ましい。そこで、受動磁石9と浮上磁石4との磁気的な干渉を避けるため、図10に示す磁気シールド23を使うことが好ましい。磁気シールド23により、浮上磁石4の表面から放射される磁場の均一性が改良され、超電導バルク体1に印加される磁場変動が実質的に抑制される。このことは運転時における超電導バルク体1の温度上昇を効果的に抑えることにつながり、冷凍機出力の低減による小型化、省エネ化、低コスト化に寄与することができる。
【００５６】
ところで、磁気シールドフライホイール電力貯蔵装置等の電力応用に超電導バルク体を利用した磁気浮上が用いられている。この場合、毎分数万回転の極めて高速回転を要求されるフライホイール回転とされている。これに対して本実施例の攪拌翼5の回転数は、これよりはるかに低く、毎分数十回転ないし数千回転である。毎分数万回転の極めて高速回転を要求されるフライホイール回転では、わずかな磁場変動が超電導バルク体1の温度上昇とロスにつながる。本実施例ではこれよるはるかに低回転であるために、浮上磁石4の磁場分布の均一性についての制限は緩慢でよい。したがって簡易的に設置した磁気シールドが十分に効果を発揮できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る非接触攪拌機は、攪拌工程における異物、不純物の混入防止の要請が厳しい分野、例えば、医薬品、不純物混入をきらう半導体用レジスト、危険物をあつかう化学プラント、高圧あるいは真空等の密閉系で用いられる化学プラントや核反応プラント等に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施例1に係り、片極非接触攪拌機を模式的に表わす断面図である。
【図２】実施例1に係り、片極非接触攪拌機の磁気浮上系の超電導バルク体及び磁気カップリングの能動磁石を模式的に表す平面図である。
【図３】実施例1に係り、片極非接触攪拌機の磁気浮上系の超電導バルク体及び磁気カップリングの能動磁石を模式的に表す断面図である。
【図４】実施例1に係り、片極非接触攪拌機の攪拌翼を模式的に表す断面図である。
【図５】実施例1に係り、片極非接触攪拌機の攪拌翼を模式的に表す平面図である。
【図６】実施例2に係り、片極非接触攪拌機の攪拌翼を模式的に表す断面図である。
【図７】実施例2に係り、片極非接触攪拌機の攪拌翼を模式的に表す平面図である。
【図８】実施例3に係り、片極非接触攪拌機の攪拌翼を模式的に表す断面図である。
【図９】実施例3に係り、片極非接触攪拌機の攪拌翼を模式的に表す平面図である。
【図１０】実施例4に係り、片極非接触攪拌機の攪拌翼を模式的に表す断面図である。
【図１１】実施例4に係り、容器内に攪拌翼が配置されている状態を模式的に表す断面図である。
【図１２】従来技術に係り、片極非接触攪拌機を使用している状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】他の従来技術に係り、片極非接触攪拌機を使用している状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
1は超電導バルク体、2は真空容器、3は冷凍機（冷却系）、4は浮上磁石、5は攪拌翼、6は被攪拌液体、7は容器、7aは容器壁、9は受動磁石、10は能動磁石、11は回転駆動機構、12は磁気カップリング、13は磁気浮上系、14は真空ポート、15aはヘリウム配管、15bはヘリウム配管、16は磁気浮上手段、17は冷凍部、18はコールドステージ、19は断熱性支持材、20は真空減圧口、21は真空配管、22aは攪拌ブレード（攪拌部）、23は磁気シールド、24はカップ状容器を示す。
【図１】
2006035098.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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