(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態の導電性物質を収容する容器と、前記容器の外で前記容器内に容れられた溶融状態の導電性物質に対して前記容器の軸方向に磁力線を発生させる軸方向移動磁界発生コイルと、前記コイルと前記容器との間に配置される帯状の磁性体プレートを備える電磁撹拌装置。
【請求項２】
前記磁性体プレートは、前記コイルを斜に横切るように配置されている請求項１記載の電磁撹拌装置。
【請求項３】
前記磁性体プレートは、前記コイルの軸方向に配置されている請求項１記載の電磁撹拌装置。
【請求項４】
前記軸方向移動磁界発生コイルは、軸方向に同心状に配置した環状コイルである請求項１から３のいずれか１つに記載の電磁撹拌装置。
【請求項５】
前記コイルは３相交流コイルであり、順方向巻きのコイルと逆向き巻きのコイルを使って隣り合うコイル間に６０°の位相差を設けたものである請求項４記載の電磁撹拌装置。
【請求項６】
前記磁性体プレートは前記軸方向移動磁界発生コイルのコアに接しているものである請求項１から５のいずれか１つに記載の電磁撹拌装置。
【請求項７】
前記軸方向移動磁界発生コイルは、前記容器の外周面に沿って前記容器内に容れられた溶融状態の導電性物質を覆うようにして設置されたものである請求項１から６のいずれか１つに記載の電磁撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融状態にある導電性物質例えば溶融金属の撹拌装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、電磁力を利用して非接触で溶融状態にある導電性物質例えば溶融金属を撹拌する電磁撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の精製過程においては、強度や品質の向上を目的として添加物をできるだけ均一に金属に混ぜる必要があり、そのためには溶融金属を十分に撹拌しなければならない。この溶融状態の金属の撹拌が必要なことは、合金製造特に密度が大きく異なる合金成分を均一に混合する場合や、金属基粒子分散複合材料製造、金属中介在物の徹底的分離による超清浄金属素材製造、高精錬機能による高純度金属素材製造などの金属製造分野においても同様である。
【０００３】
一方、溶融金属を非接触で強力且つ均一に撹拌する技術として、従来から、電磁力を利用したさまざまな電磁撹拌装置が提案されている。この溶融金属の撹拌においては、周方向だけではなく上下方向も同時に撹拌することが効果的であることが知られている。回転（円周）方向移動磁界による電磁撹拌は、容器内の溶融金属の撹拌に適用すると、液面が回転によって大変形するために大きな電力を投入できないという欠点がある上に、回転運動のみでは溶融金属が剛体回転に近い挙動をするため、溶融金属の混合が十分ではない。また、実験の結果からも、溶融金属の回転運動に比して軸方向の運動には大きな抵抗があり、回転磁界による回転運動のみでは十分な効果が得られないことが判明している。
【０００４】
そこで、近年、上下方向だけではなく周方向も同時に撹拌する電磁撹拌装置が提案されている。電磁力を利用して上下方向と周方向に同時に撹拌する装置としては、鉛直移動磁界をつくる三相交流コイルと周方向移動磁界をつくる三相交流コイルの２種類のコイルを容器の外側に配置し、誘導効果を利用して上下方向の電磁力と周方向の電磁力を発生させることによって上下方向と周方向に同時に撹拌するものが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
また、容器内の溶融金属に回転磁界を与えるコイル（回転コイルと呼ぶ）を容器の軸に対して捩るように鉄心に斜めに配置して、三相交流の通電によりねじれ磁場を印加し、回転磁場と同時に軸方向の進行磁場（移動磁場）を与える誘導型電磁駆動装置が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２２０３２３号
【特許文献２】特開２０００−１５２６００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の電磁撹拌装置では、鉛直移動磁界をつくる三相交流コイルと周方向移動磁界をつくる三相交流コイルとを容器の外側に重ねて配置するため、コイル容積が嵩張り装置が大型化すると共に２種類のコイルを備えるために高価な設備となる。
【０００８】
また、特許文献２の電磁撹拌装置は、回転磁場を与えるコイルを捩るように配置しているので、溶融金属に流れる電流は装置内で閉じたループを形成しないため、推力の発生に寄与しない電気的エネルギーが生じることになり、撹拌能力が低くなる傾向にある。
【０００９】
本発明は、軸方向移動磁界発生コイルのみで軸方向と周方向とを同時に撹拌する流れを生成できる電磁撹拌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するため、本発明の電磁撹拌装置は、溶融状態の導電性物質を収容する容器と、前記容器の外で前記容器内に容れられた溶融状態の導電性物質に対して前記容器の軸方向に磁力線を発生させる軸方向移動磁界発生コイルと、前記コイルと前記容器との間に配置される帯状の磁性体プレートを備えるようにしている。ここで、磁性体プレートは、コイルを斜に横切るように配置しても良いし、またコイルの軸方向に配置するようにしても良い。
【００１１】
本発明の電磁撹拌装置によると、容器の周壁近傍においては、軸方向移動磁界発生コイルによって軸方向移動磁界が形成されると共に、電磁誘導により溶融状態の導電性物質たとえば溶融金属に流れる電流との間に軸方向の電磁力が形成される。この軸方向の電磁力に起因して周壁近傍の溶融状態の金属には軸方向の運動が与えられる。同時に、磁性体プレートが配置されている場所では、磁性体プレートの影響で磁界場が溶融金属に入らないので電磁力が生じない。したがって、容器の周壁近傍においては、磁性体プレートの配置によって磁界が入らない領域・箇所と磁界が入る領域・箇所とが存在することとなるため、これらの間に電磁力に起因する周方向成分を有する圧力勾配が発生し、溶融金属には軸方向の電磁力に起因する溶融状態の金属の流れとは別の流れ、即ち周方向成分を有する圧力勾配に沿った流れが与えられる。これにより、容器の周壁近傍の溶融金属には、軸方向の電磁力に起因する軸方向運動と圧力勾配に起因する回転運動とが重畳した流れが生じ、溶融金属は軸方向と周方向に同時に撹拌される。
【００１２】
例えば、コイルと容器との間に斜めに磁性体プレートが配置されている場合には、磁性体プレートによって容器内に磁界が入らない箇所が斜めに形成されることによって周方向の圧力勾配がつくられ、溶融金属に周方向の回転が与えられることにより、溶融金属中には、軸方向の電磁力に起因する軸方向運動と周方向の圧力勾配に起因する回転運動とが重畳した螺旋状の流れが生じる。
【００１３】
また、コイルと容器との間に縦（軸方向）に磁性体プレートが配置されている場合には、磁性体プレートによって容器内に磁界が入らない領域・箇所と磁界が入る領域・箇所とが周方向に交互に配置されることによって、磁性体プレートの影響が及ばない領域即ち磁界が入る領域では電磁力によって電磁力の向きに溶融状態の金属の流れをつくるが、この軸方向に作用する電磁力の向きへの流れに起因して容器内の溶融状態の金属の上部と下部とでは圧力差が生ずるために、磁性体プレートの影響がある領域では逆向きの軸方向の流れをつくる。これにより、溶融金属には、容器の周壁に沿って下降ないし上昇して容器中央へ向かう対流と、容器周壁に沿った周方向への移動を伴う対流とが発生し、軸方向と周方向に同時に撹拌される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電磁撹拌装置によれば、軸方向移動磁界発生コイルによって容器内に軸方向の電磁力がつくられると同時にコイルと容器との間に配置された磁性体プレートによって容器内に磁界が入る箇所・領域と入らない箇所・領域とが形成されてこれらの間に圧力勾配が発生するので、溶融金属には軸方向の電磁力に起因する溶融状態の金属の流れと、この流れとは別の流れ、即ち周方向成分を有する圧力勾配に沿った流れが与えられることにより、容器の周壁近傍の溶融金属には、軸方向の電磁力に起因する軸方向運動と圧力勾配に起因する回転運動とが重畳した流れが生じ、溶融金属が軸方向と周方向に同時に撹拌される。
【００１５】
この溶融金属の流れは、磁性体プレートの配置の向き並びに位置によって様々に制御できる。例えば、コイルと容器との間に斜めに磁性体プレートを配置する場合には、溶融金属には、軸方向の電磁力に起因する軸方向運動と周方向の圧力勾配に起因する回転運動とが重畳した螺旋状の流れを与えて攪拌することができる。
【００１６】
また、コイルと容器との間に縦に磁性体プレートを配置する場合には、溶融金属には、容器の周壁に沿って下降ないし上昇して容器中央へ向かう対流と、容器周壁に沿った周方向への移動を伴う対流とを同時に発生させて、全体として容器中心に向かう対流によって攪拌しながら部分的に容器周壁の近傍で周壁に沿った局所的対流による撹拌を行うことができる。
【００１７】
しかも、溶融金属の移動において周方向の回転運動よりも大きな抵抗となる軸方向の運動を与える軸方向移動磁界を形成してその一部を欠損することにより周方向の圧力勾配を形成して回転運動を得るようにしているので、回転磁界を得るための回転磁界発生コイルを必要とせず、軸方向移動磁界発生コイルだけのコンパクトでかつ部品点数の少ない構造で軸方向と周方向の同時撹拌が可能になる。さらに、撹拌に効果的な軸方向移動成分が主となって周方向移動成分（回転）が生成されるため、撹拌能力も高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
本発明にかかる電磁撹拌装置は、溶融状態の導電性物質を収容する容器と、容器の外で容器内に容れられた溶融状態の導電性物質に対して容器の軸方向に磁力線を発生させる軸方向移動磁界発生コイルと、コイルと容器との間に配置される帯状の磁性体プレートを備えるようにしたものである。
【００２０】
軸方向移動磁界発生コイルによって容器内に軸方向移動磁界を形成することにより、容器の周壁近傍においては、電磁誘導により溶融状態の導電性物質たとえば溶融金属に流れる電流との間に軸方向の電磁力を形成して周壁近傍の溶融状態の金属に軸方向の運動を与える。同時に、磁性体プレートの配置によって容器内に磁場が部分的に入らないようにすることにより、容器の周壁近傍においては、磁界が入らない領域・箇所と磁界が入る領域・箇所とを存在させてこれらの間に電磁力に起因する周方向成分を有する圧力勾配を発生させ、軸方向の流れとは別の流れ、即ち周方向成分を有する圧力勾配に沿った流れを生じさせる。そして、容器の周壁近傍の溶融金属に与えられる軸方向運動と圧力勾配に起因する回転運動とが重畳した流れを与えて容器内に対流を生じさせ、溶融金属を軸方向と周方向に同時に撹拌するようにしている。
【００２１】
ここで、磁性体プレートは、コイルを斜に横切るように配置しても良いし、またコイルの軸方向に配置するようにしても良い。
【００２２】
例えば図１から図３に本発明の電磁撹拌装置の実施の一形態を示す。この電磁撹拌装置は、溶融状態にある導電性物質例えば金属（以下、溶融金属と呼ぶ）１を収容する容器２と、この容器２の外で軸方向の移動磁界を発生させる軸方向移動磁界発生コイル（以下、磁界発生コイルと略す）３と、磁界発生コイル３と容器２との間に配置されて磁界発生コイル３を斜に横切る帯状の磁性体プレート４を備えるものである。なお、本実施形態では、移動磁界の移動方向は、容器２の上から下へ向かう軸方向移動の例を挙げている。
【００２３】
容器２は、磁力線を貫通させ易い材質でかつ撹拌しようとする溶融金属１の融点よりも高い融点の材料、例えば透磁率の低いオーステナイト系ステンレス、銅やアルミニウムなどの非鉄金属、黒鉛、セラミックなどで溶融金属１を撹拌させるに十分な容積と撹拌に適した形状に形成されている。例えば円筒形、より好ましくは軸方向移動する溶融金属１の下降流をスムーズに上昇流へと反転させるための半球面形状の底部を備える円筒形に形成されている。勿論、この形状に限られるものではない。尚、本実施形態では容器２の上部は開閉可能な蓋９で閉じられ、蓋９を開けて溶融金属１の投入あるいは取り出しを可能とするように設けられているが、撹拌しようとする物質によっては容器底部に溶融金属１の供給排出を可能とする給排設備を備えるようにしても良い。
【００２４】
容器２の底部の外には、容器２内に収容された溶融金属１の溶融状態を保持する加熱装置８例えば誘導加熱コイルが設置されている。加熱装置８としては、特に誘導加熱コイルに限定されるものではないが、容器２そのものを加熱せずに容器２内の被撹拌物質即ち溶融金属１を加熱するには誘導加熱の採用が好ましい。もっとも、直接に溶融金属１の中に浸漬させる浸管バーナや電気ヒータなどを採用することも撹拌しようとする物質によっては可能である。
【００２５】
この容器２の外側には熱遮蔽板７を介して磁界発生コイル３が配置されている。熱遮蔽板７は、容器２と磁界発生コイル３との間に介在されることで、容器２の外壁面からの固体輻射熱で磁界発生コイル３が加熱されるのを防ぐものであり、容器２と同様に磁力線を貫通させ易い材質、例えば比透磁率が１に近いオーステナイト系ステンレス、銅やアルミニウムなどの非鉄金属、黒鉛、セラミックなどで構成されており、容器２を包み込むように筒形に形成されている。
【００２６】
磁界発生コイル３は、容器２内に容れられた溶融金属１を覆うように容器２の外に設置され、容器２の内側の溶融金属１に軸方向の移動磁界を与えるようにしている。本実施形態の場合、磁界発生用コイル３は円筒状の鉄心５を備え、この鉄心５の内周面側に内方に向けて開口するように形成された環状溝（スロット）６に必要に応じて数ターンから２０ターン程度それぞれ巻かれている。ここで、磁場の強さはコイルの巻き数に電流値をかけたもので決まることから、所望の磁場の強さが得られる条件を満たすように、巻き数が決められる。即ち、（磁場の強さ）＝（巻き数）×（電流）の条件を見たすように、巻き数が決められる。また、各コイル３に流す電流は、（電流）＝（電圧）÷（インピーダンス）から求められる。
【００２７】
また、鉄心５のスロットは鉄心５の軸方向に等間隔で同心円状に複数本配置されている。そして、それぞれのスロット６に同心円状にコイル線材を巻回した環状コイルが収納されている。即ち、軸方向移動磁界発生コイル３は、複数の環状コイルを同心状に軸方向に配置したものである。なお、磁界発生コイル３の数は特に限定されず、容器２内に容れて撹拌すべき溶融金属１の種類及び量、並びに撹拌のモード及び強度などに応じて任意に設定する。
【００２８】
図２及び図３に２０ターンを巻いた磁界発生コイル３の例を示す。図２における磁界発生コイル３は、１２０°位相差を有する三相交流をそれぞれ流すＡ，Ｂ，Ｃの３種類のコイルと、これらとそれぞれ結線されて逆向きに巻回されるＸ，Ｙ，Ｚの３種類のコイルとを設定している。コイルの配置順序は、三相交流の各相のコイルをＡ，Ｂ、Ｃ、それらと逆の向きに巻いたコイルをＸ，Ｙ，Ｚとすると、例えば位相角の関係を示す図３の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ＡとＸ、ＢとＹ、ＣとＺがそれぞれ結線されて対向する位置関係となるように、容器の軸方向下側に向けてＡ→Ｚ→Ｂ→Ｘ→Ｃ→Ｙ→Ａ→…→Ｙの順番に配置され、各コイルの位相差が６０°に設定されている。即ち、図３の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、Ａが０度のとき、Ｚが６０度、Ｂが１２０度、Ｘが１８０度、Ｃが２４０度、Ｙが３００度である。つまり、本実施形態の軸方向移動磁界発生コイル３は、軸方向に同心状に配置した環状コイルからなり、さらに当該コイルは３相交流コイルであり、順方向巻きのコイルと逆方向巻きのコイルを使って隣り合うコイル間に６０°の位相差を設けるようにしている。したがって、磁界発生コイル３に図示していない電源より三相交流の電流が供給されると、例えば図３（Ａ）に矢印で示すように、鉄心５から熱遮蔽板７と容器２を貫通して溶融金属１に達した後、容器２と熱遮蔽板７を貫通して鉄心５に戻る磁力線が発生する。磁力線は各コイル毎に発生するが、隣り合うコイル同士の位相差や巻き方向、各コイルに流れる電流の変化によって容器の軸方向下向きの移動磁界が形成される。
【００２９】
尚、コイル３は、図示していないが、場合によっては冷却材例えば冷却用オイルを満たした環状容器内に設置し、通電による過熱を防止することもある。軸方向移動磁界発生コイルには３相交流商用電源から周波数可変のインバータ等を経て任意周波数の３相交流を通電する。
【００３０】
磁界発生コイル３と容器２との間に配置される帯状の磁性体プレート４は、磁界発生コイル３を斜に横切るように備えられている。本実施形態における磁性体プレート４は、磁界発生用コイル３を収容する鉄心のスロットの両側の縁の部分に接触させるようにして固着ないし固定されている。磁性体プレートは軸方向移動磁界発生コイルに対して例えば３０°〜６０°の範囲、好ましくは４５°程度の角度で周方向に２〜４個配置する。角度が３０°〜６０°の範囲よりも大きくなってもあるいは小さくなっても螺旋状の流れをつくる周方向の圧力勾配は小さくなり、４５°程度であれば螺旋状の流れを得る上で最適な圧力勾配を得ることができる。この磁性体プレートとしては、鉄心と同様に、高い透磁率をもつ磁心材料例えば純鉄や、ケイ素鋼板、パーマロイなどの合金、Ｍｎ−Ｚｎフェライトなどの酸化物あるいはそれらの焼結体などの軟磁性材料の使用が好ましい。
【００３１】
以上のように構成された電磁撹拌装置１によれば、磁界発生用コイル３たる三相交流コイルへ三相交流が通電されると、アンペールの法則によりコイルの周りのヨーク材を通る磁力線が発生する。この同心円管型のコイルによって生じる磁力線は、容器壁を透過して溶融金属内に入り込み、磁路を形成する。三相交流の電流の時間変化とともに、コイルの周りの磁場は移動する。この移動磁場により、ファラデーの電磁誘導の法則により、溶融金属内には常時周方向に電流が発生する。この電流の向きは移動磁場による磁場の変動により常時変化するが、電磁力の向きは常に同じ方向となり、容器底部へ向けて発生する。つまり、下向きの移動磁界を形成することで、溶融金属の容器２の壁面近傍、即ち磁力線が容器を径方向に貫通する位置に円周方向に流れる電流が発生する。例えば、図３（Ａ）のＰ１位置では同図の奥側から手前側に向かう電流が、Ｐ２位置では同図の手前側から奥側に向かう電流が発生する。移動磁界と溶融金属１中に生じる電流とによってフレミングの左手の法則から下向きの電磁力Ｆが発生する。導電性液体１中に発生する電流は場所によって方向が逆になるが、Ａ，Ｂ，Ｃのコイル３とＸ，Ｙ，Ｚのコイル３の巻き方向も逆になっているので、常に下向きの電磁力Ｆが発生する。
【００３２】
他方、磁性体プレート４が存在するところでは、磁力線が磁性体プレート４に流れて容器内の溶融金属内へ入らない。つまり、磁性体プレート４が存在しないところでは、容器２内の溶融金属１に磁力線が入るが、磁性体プレート４が存在するところでは溶融金属１に磁力線が通過しない。
【００３３】
このため、溶融金属１には軸方向への電磁力Ｆが発生する同時に周方向への圧力差も生じ、溶融金属１に対して軸方向の電磁力Ｆと周方向の圧力勾配とが合成された斜め方向の推力が働いて、溶融金属１を斜め下方向（炉底）に向けて流れを起こさせる。この流れは炉底において反転して上昇流となり、炉の中央で液面へ向けて上昇すると共に液面で再び炉壁面側へ反転して炉壁面に沿った下降流となって循環する対流を起こす。この対流は、軸方向への移動を主成分とするが、周方向への回転成分を伴うので、軸方向と周方向とを同時に撹拌する流れとなる。
【００３４】
磁性体プレート４の配置による周方向への圧力勾配の発生について一例を挙げて以下に説明する。
図２の（Ｃ）に示すように、磁性体プレートの縁Ａ，Ｂの近傍での溶融金属に作用する電磁力と圧力の釣り合いを考える。電磁力をｆ、圧力をｐとすれば、磁性体プレート４が無い部分では
∇２ｐ−∇・ｆ＝０ 
と表される。
磁性体プレート４の影響による電磁力の空間変化に対応する圧力の増分をδｐとすれば、
δｐ＝∇２ｐ−∇・ｆ
と表される。
縁Ａでは、磁性体プレート部で電磁力が消失するので
∇・ｆ＜０
したがって、
δｐ＞０
となる。
縁Ｂでは、磁性体プレート部でゼロであった電磁力が出現するので、
∇・ｆ＞０              
したがって、
δｐ＜０
となる。
【００３５】
このように、磁性体プレート４の縁Ａ，Ｂでの圧力の増減によって周方向に圧力勾配が生じて、電磁力との合成により、斜め方向の流れが形成される。つまり、磁性体プレート４の配置によって容器２内に磁界が入らない箇所・領域１１が斜めに形成されることによって、磁性プレート４から離れた磁界が入る箇所・領域１０との間に周方向の圧力勾配がつくられ、容器２の周壁近傍の溶融金属１には軸方向の電磁力に起因する軸方向運動と周方向の圧力勾配に起因する回転運動とが重畳した螺旋状の流れが生じる。この螺旋状の流れが容器２内の溶融金属１に対流を起こさせ、軸方向のみならず周方向にも攪拌効果を与える。
【００３６】
ここで、溶融金属１に対して軸方向運動と回転運動とが重畳した流れが生じた状態においては、容器２の周壁付近において溶融金属１に対して下降流が生じ、容器２の中央部において溶融金属１に対して上昇流が生じると共に周方向の圧力勾配に起因する回転運動によって溶融金属１の液面が容器２の中央部において凹む。この結果、溶融金属１の液面は容器２の半径方向に亘ってほぼ均一となりほぼ平坦に保持されるので、軸方向移動磁界発生コイル３に対して大電流を投入して、溶融金属１に対して大きな流速運動を発生させても、溶融金属１が容器２から溢れ出ることがない。
【００３７】
しかも、本発明の装置は、軸方向移動磁界発生コイル３によって発生する軸方向移動磁界の一部を溶融金属１に入り込まないようにして周方向の圧力勾配を発生させることにより回転運動を得るようにしているので、磁界の発生を溶融金属１の回転運動に比して大きな抵抗が生ずる軸方向の運動を主とし、軸方向運動を損なうことなく得た回転運動を重畳させることができ、溶融金属１に対して強力かつ均一な撹拌を与えることができる。
【００３８】
例えば撹拌対象としてアルミニウムの場合を例に挙げると、
容量：50〜100 リットル
温度：700〜900 ℃
三相交流コイルの電圧：150〜200 ボルト
三相交流コイルの電流：100〜150 アンペア
三相交流コイルの周波数：10〜20 ヘルツ
三相交流コイルの磁場（最大値）：2 テスラ
といった仕様で撹拌が達成される。
【００３９】
図４から図６に本発明の電磁撹拌装置の第２の実施形態を示す。この電磁撹拌装置は、磁性体プレート４の配置に関して第１の実施形態と構成を異にするものであり、それ以外の構成については同じなので説明を省略する。
【００４０】
磁界発生コイル３と容器２との間に配置される帯状の磁性体プレート４は、磁界発生コイル３の内側に沿って図４に示すように軸方向即ち縦に配置されている。本実施形態における磁性体プレート４は、磁界発生用コイル３を収容する鉄心のスロットの両側の縁の部分に接触させるようにして固着ないし固定されており、１８０°間隔で２個対称に配置されている。この磁性体プレート４の幅と厚さ並びに配置間隔は磁界が入らない領域の大きさを支配することから、要求される攪拌条件に応じて適宜選定することが好ましい。例えば、電磁力が作用する領域と作用しない領域との差を顕著にして逆流を大きくすることことにより周方向の攪拌を活発にすることが望まれる場合には、磁性体プレート４の幅と厚さを大きくとることが好ましい。例えば図４に示す実施例においては、磁性体プレートの幅は三相交流コイルの内側の面において容器中心に対して４５°の角度θを持ち、厚さは5 mm程度を適切な値としているが、この値に特に限定されるものではないことは言うまでもない。また、本実施形態では、１８０°間隔で２個の磁性体プレート４を配置しているが、場合によっては１個あるいは３個もしくは４個以上設けるようにしても良い。
【００４１】
以上のように構成された電磁撹拌装置１によれば、磁界発生用コイル（三相交流コイル）３への三相交流の通電によって、コイル周りに磁力線を発生させると、磁性体プレート４が存在せず磁性体プレート４の影響を受けない箇所・領域１０では容器２の周壁を透過して溶融金属１内に入り込んで磁路を形成するが、磁性体プレート４が存在しその影響を受ける箇所・領域１１では磁力線が磁性体プレート４に流れて容器内の溶融金属内へ入らない。したがって、磁力線が入る箇所の容器の周壁近傍では、溶融状態の金属中を電磁誘導により常時周方向に流れている電流との間で常時同じ向きの電磁力、本実施形態では下向きの移動磁界を形成して軸方向の電磁力を発生させるが、磁性体プレートが存在する箇所・領域では電磁力は発生しない。なお、磁力線の形成並びに電磁力の詳しい発生メカニズムについては、第１の実施形態において説明しているので省略する。
【００４２】
容器周壁近傍における溶融金属への軸方向電磁力の作用は、溶融状態の金属に軸方向の運動、本実施形態の場合には下向きの流れを与える。この軸方向に作用する電磁力の向きへの流れは、容器内の溶融状態の金属の上部と下部とに圧力差を生じさせるために、容器壁近傍における大部分の溶融金属の流れは、図５に示すように容器壁近傍で電磁力によって下向きに、容器の中心で上向きに流れる対流を起こす。また、磁性体プレートから離れたところでは電磁力で下向きの軸方向の流れが生じ、磁性体プレートが存在するところでは電磁力が発生しないので、溶融金属に働く圧力差によって、即ち容器の上部と下部の間での金属溶湯の圧力差に基づいて圧力の高い底部から圧力の低い上部へ向かう逆向きの軸方向の流れが生じる。その結果、図６に示すように、磁性体プレートから離れた場所で起こる下向きの溶融金属の流れの一部が磁性体プレート側へ向かう周方向の流れとなって磁性体プレート部分へ流れ込み、上昇流となって容器２の上部で磁性体プレートから離れる周方向への流れとなってから再び電磁力で下降流となる容器周壁に沿った対流を起こす。
【００４３】
斯くして、溶融金属には、容器の周壁に沿って下降して容器中央へ向かう対流（図５参照）と、容器周壁に沿った周方向への移動を伴う対流（図６参照）とが発生し、上下方向の攪拌に加えて周方向の攪拌が行われる。
【００４４】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれ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種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、磁場の移動方向・電磁力の向きを下向きに想定した場合について主に説明したが、場合によっては磁場の移動方向を上向きに設定することも可能である。磁場の移動方向に関係なく、同様の攪拌効果が得られ、電磁力の上向きと下向きの選択は要求される条件によって適宜選択される。また、本実施形態では軸方向移動磁界発生コイル３の内面に磁性体プレート４を取付けるようにしているが、場合によっては、容器２の外周面に直接接触するように取付けたり、あるいは容器２とコイル３との間の空間に配置するようにしても良い。さらに、本実施形態ではアルミ溶融金属１などを撹拌する有底の容器２を用いた例を挙げて主に説明したが、これに特に限られず、金属を通過させるタイプの容器にも適用できることは言うまでもない。
【００４５】
また、本実施形態では、滑らかな磁場の空間分布を発生する三相交流コイルを用いて軸方向の移動磁場を形成するようにしているが、交流磁場・交流コイルであれば２相コイルでも実施可能である。
【００４６】
また、本実施形態では、撹拌対象となる溶融状態の導電性物質としては金属の例を挙げて説明しているが、これに特に限られるものではなく、導電性プラスチックや導電性セラミックなどでも撹拌可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明にかかる電磁撹拌装置の実施形態の一例を示す縦断面図である。
【図２】軸方向移動磁界発生コイルの一実施形態を示す図であり、（Ａ）は展開図、（Ｂ）は鉄心のスロットとコイル部分の横断面図、（Ｃ）は電磁力と圧力勾配との関係を示す説明図である。
【図３】電磁力発生装置である三相交流コイルを示し、（Ａ）は三相交流コイルの断面図、（Ｂ）は三相交流コイルの位相差を示す図、（Ｃ）は三相交流コイルの電気的な配置を示す図である。
【図４】本発明にかかる電磁撹拌装置の他の実施形態を概略構造で示す横断面図である。
【図５】同電磁撹拌装置の概略構造の縦断面図である。
【図６】容器周壁の近傍での溶融金属の流れの状態を磁性体プレートとの関係で示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  溶融金属（溶融状態にある導電性物質）
２  容器
３  軸方向移動磁界発生コイル
４  磁性体プレート
１０  磁界が入る領域・箇所
１１  磁界が入らない領域・箇所
【図１】
0004648851.tif 000002
【図２】
0004648851.tif 000003
【図３】
0004648851.tif 000004
【図４】
0004648851.tif 000005
【図５】
0004648851.tif 000006
【図６】
0004648851.tif 000007