(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を通す耐熱性を有する筒状のダクト（１）と、このダクト（１）の中に移動磁界を発生させる誘導子（１４）と、前記ダクト（１）の中に配置され、前記誘導子（１４）で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア（２）と、このコア（２）を収納し、前記ダクト（１）の中に配置された耐熱性を有する鞘状の保護管（３）とを有し、この保護管（３）と前記ダクト（１）との間に溶融金属が通る環状流路（１９）を形成した溶融金属用電磁ポンプにおいて、コア（２）の外周に渦電流の発生防止或いは低減するための溝（１７）を設け、この溝（１７）にマイカ並びにマイカに挟まれた炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材（２０）を充填したことを特徴とする溶融金属用電磁ポンプ。
【請求項２】
コア（２）の溝（１７）がコア（２）の縦方向に添って且つ同コア（２）の円周方向に等間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属用電磁ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクトの中にその長手方向に移動する磁界を発生させて溶融アルミニウムや溶融亜鉛等の溶融金属を搬送するために使用される溶融金属用電磁ポンプに関し、特に移動磁界を発生させる誘導子に囲まれた管状のダクトとその中に収納した保護管との間に溶融金属を通す環状の流路を形成し、さらに保護管の中に前記移動磁界の磁路を形成するコアを収納した環状流路形電磁ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鋳造等の分野では溶融アルミニウムなどを搬送するために、電磁誘導作用により溶融金属に推力を与えて搬送する溶融金属用電磁ポンプが利用されている。このような溶融金属用電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを嵌合した誘導子により筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて溶融金属に推力を与え、給湯する形式の誘導形電磁ポンプが主流である。
【０００３】
このような誘導形電磁ポンプは、例えば特開２００６−３４１２８１号公報に記載されている。溶融金属が流れる管状のダクトの外周に同ダクトの長手方向に移動する磁界を発生するため、ヨークにコイルを嵌合した誘導子を配置し、管状のダクトの内部に誘導子により発生した磁界の磁路となる磁性体のコアを配置している。コアは耐熱性及び耐蝕性を有する筒状の保護管により覆われている。従って、溶融金属の流路１９は管状のダクトと保護管との間に形成される環状部分となり、これにより、この種の電磁ポンプは一般に環状流路形電磁ポンプと呼ばれている。
【０００４】
図６は、前述した溶融金属用電磁ポンプの従来例を示すもので、溶融アルミニウムや溶融亜鉛を搬送する一般的なものである。
溶融金属を収納した図示してない溶融金属槽にポンプ側ダクト１が接続される。このポンプ側ダクト１には、溶融金属の給湯先側に通じる給湯側ダクト１’がフランジ継手等の継手５、５’を介して接続される。これらのポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’は、継手５、５’の間に後述する保護管３のフランジ６が挿入され、さらにこのフランジ６と前記継手５、５’の間に耐熱性のガスケット１８、１８’が挿入され、ネジにより締め付けることでこの継手部分のシール性が確保される。これらのダクト１、１’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、保温のため外側にヒータ９が巻かれ、溶融金属の融点以上の温度に加熱される。
【０００５】
手前のポンプ側ダクト１の周囲には、磁性体製のヨーク１５にコイル１６を嵌合した誘導子１４が配置される。またこのポンプ側ダクト１の中には、耐熱性を有する円筒形の保護管３の中に収納された磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されている。保護管３は給湯側ダクト１’に近い一端側が開口し、その他端側が閉じられている。保護管３の開口した一端側の中心には雌のネジ穴が設けられている。この保護管３は、アルミナ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎからなるファインセラミックス（登録商標：サイアロン）、窒化珪素等の耐熱性、耐蝕性のあるセラミック材料で作られている。
【０００６】
コア２の一端側には棒状の支持腕１１を介してフランジ１０が設けられている。コア２はそのフランジ１０の反対側の端部から保護管３の中に挿入されると共に、保護管３とコア２との間にガラス繊維若しくはアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材８が充填される。コア２のフランジ１０で保護管３の開口部を塞ぐようにフランジ１０が保護管３の開口部に嵌め込まれる。さらにこの保護管３の開口部の雌のネジ穴にネジ栓４がねじ込まれ、このネジ栓４によってコア２のフランジ１０が保護管３の開口部に押さえ付けられる。ネジ栓４は、耐熱性のあるアルミナ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎからなるファインセラミックス（登録商標：サイアロン）、窒化珪素等のセラミック製のものが使用される。
【０００７】
前述したように、保護管３の給湯側ダクト１’に近い開口した一端部の周囲にフランジ６が延設され、このフランジ６の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とを接続する前述した継手５、５’の間に挟持されている。これにより、コア２がポンプ側ダクト１の中心に位置するよう保持される。保護管３のフランジ６には、溶融金属１２の通路となる複数の円弧状の通過孔７が設けられている。この状態において、コア２、保護管３及びダクト１は何れもそれらの中心軸が一致するよう互いに固定される。保護管３のフランジ６に設けられた溶融金属１２の通路となる通過孔７は、ポンプ側ダクト１と保護管３との間に出来る環状流路と同じ流路に位置しており、ポンプ側ダクト１と保護管３との間に出来る溶融金属の環状流路１９と同じ流路高さとなっている。
【０００８】
このような溶融金属電磁ポンプにおいて、コア２はダクト１内の磁路として誘導子１４により発生した移動磁界が通る。この移動磁界は絶えず移動しており、コア２の中には渦電流が発生する。このため、渦電流損によるジュール熱が発生し、コア２が高温となる。また、高出力時には、渦電流によりコア２への磁気浸透が妨げられ、コア２の表層だけにしか磁気浸透しないので、キュリー点近くで使用せざるを得ない磁性体の場合は磁気特性も低下しているので、コア２の表層にて磁束飽和が生じ、電磁ポンプとしての吐出力低下の原因となり、運転効率を低下させる。
【０００９】
このような渦電流の発生を低減する一般的な手段としては、一般の電機子のコアに用いられているような磁性体板の積層構造をとることが挙げられる。
しかし、このような積層コアの構造では、長尺な棒状のコアの場合、構造が複雑であり、製造が煩雑となり、現実的には採用出来ない。
【特許文献１】特開２００６−３４１２８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１４１１３０号公報
【特許文献３】特開平７−２１４２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記従来の溶融金属電磁ポンプにおける課題に鑑み、コア２に発生する渦電流を低減するのに加え、その渦電流の低減手段に伴う新たなコアの振動を防止することにより、渦電流損によるコアの加熱や溶融金属の推力低下を無くし、効率が高く安定した運転が出来る溶融金属電磁ポンプ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】
【００１１】
本発明では、前記の目的を達成するため、コア２の外周面に渦電流の発生防止或いは低減するための溝１７を設けるのに加え、この溝１７にマイカ並びにマイカに挟まれた炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填した。
【００１２】
溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属を通す耐熱性を有する筒状のダクト１と、このダクト１の中に移動磁界を発生させる誘導子１４と、前記ダクト１の中に配置され、前記誘導子１４で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア２と、このコア２を収納し、前記ダクト１の中に配置された耐熱性を有する鞘状の保護管３とを有し、この保護管３と前記ダクト１との間に溶融金属が通る環状流路１９を形成している。
【００１３】
本発明では、このような溶融金属用電磁ポンプにおいて、コア２の外周に渦電流の発生防止或いは低減するための溝１７を設け、この溝１７によってコア２の強度が落ち、さらに溝１７に依って出来る図示していないリブ状コア部も含めて振動しやすくなるので、この溝１７に電気絶縁材で有って柔軟性の高いマイカ並びにこのマイカで挟まれた振動吸収性の高い炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填したものである。コア２の溝１７は、コア２の縦方向に添って且つ同コア２の円周方向に等間隔で複数形成されていることが好ましい。
【００１４】
このような溶融金属用電磁ポンプにおいては、コア２の外周に溝１７を設けて且つその中に電気絶縁と振動吸収性の高い材料を充填してコア２自身の振動を抑えているので、コア２の外周面に渦電流が発生しないか或いは発生しても低減され且つ振動も抑えられている。このため、渦電流損によりコア２に発生するジュール熱が防止或いは低減され、コア２の温度上昇を抑えることが出来て電磁ポンプとしての出力低減を防止できる。また、渦電流が磁気浸透を妨げることも無くなるか或いは抑えられるため、電磁ポンプとしての出力低減を防止することが出来る。さらにコア２自身の振動も抑えられるので安定した駆動ができる。
【００１５】
単にコア２の外周に溝１７を設けた場合、ムクの金属棒からなるコアに比べて磁歪振動や流動する溶融金属により、コア２自身も溝１７との間にできるリブ状のコアも含めて全体がより振動しやすくなる。この問題については、コア２の溝１７の間にできる図示していないリブ状のコアが電気的に絶縁された状態でなければ渦電流が再発してしまうので、電気絶縁材であり且つ柔軟性に富んだマイカと振動吸収性に優れた炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填することにより解決することが出来る。後述する通り、マイカや炭素布や膨張黒鉛シートは耐熱性、熱伝導性に優れ、特に柔軟性と弾性を有するため、溝１７の不連続部分におけるコア２の振動を確実に防止することが出来る。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した通り、本発明による溶融金属用電磁ポンプでは、渦電流損によるコア２の温度上昇を抑えることが出来、また渦電流による電磁ポンプとしての出力低減を防止することが出来るため、効率的で安定した運転が可能となる。さらに、コア２の外周に溝１７を設けたことによるコア２の新たな振動の問題についても、コア２の溝１７にマイカ並びにマイカで挟まれた炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填することにより解決することが出来、この点でも安定した運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明では、前記の目的を達成するため、コア２の外周に渦電流の発生防止或いは低減するための溝１７を設け、この溝１７に電気絶縁性を有し柔軟性の高いマイカ並びにマイカで挟まれた振動吸収性に優れた炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填した。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明による溶融金属用電磁ポンプの一実施例を示す縦断側面図、図２はその部分拡大図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は図３のダクト１の内側部分の部分拡大図、図５はそのコア２と保護管３の分解斜視図である。この溶融金属用電磁ポンプの構成は基本的に図６により前述した従来の電磁ポンプと同じであり、同じ部分は同じ符号を付してある。
【００１９】
溶融金属を収納した図示してない溶融金属槽にポンプ側ダクト１が接続される。このポンプ側ダクト１には、フランジ継手等の継手５、５’を介して溶融金属の給湯先側に通じる給湯側ダクト１’が接続される。溶融金属の流れは図１において給湯側ダクト１’に記した矢印で示されている。これらのポンプ側ダクト１の継手５と給湯側ダクト１’の継手５’との間に後述する保護管３のフランジ６が挿入され、さらにこのフランジ６と前記継手５、５’の間に耐熱性のガスケット１８、１８’が挿入され、ネジにより締め付けることでこの継手部分のシール性が確保される。これらのダクト１、１’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、保温のため外側にヒータ９が巻かれ、溶融金属の融点以上の温度に加熱される。
【００２０】
手前のポンプ側ダクト１の周囲には、磁性体製のヨーク１５にコイル１６を嵌合した誘導子１４が配置される。またこのポンプ側ダクト１の中には、磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されており、このコア２は耐熱性、耐食性を有するセラミック等からなる円筒形の保護管３の中に収納されている。保護管３は給湯側ダクト１’に近い一端側が開口し、その他端側が閉じられている。保護管３の開口した一端側の中心には雌のネジ穴が設けられている。図１と図２に示すように、この保護管３の雌のネジ穴の奥には、膨張黒鉛シートからなるガスケット１２’が嵌め込まれる。
【００２１】
コア２の一端側には棒状の支持腕１１を介してフランジ１０が設けられている。コア２は棒状の支持腕１１を介さずに直接フランジ１０に設けてもよい。図１、図３及び図４に示すように、このコア２の外周には、溝１７が設けられている。この溝１７は、溶融金属用電磁ポンプの運転時にコア２に生じる移動磁界に伴い渦電流が発生するのを防止し或いは低減するためのものである。
【００２２】
コア２に添って形成される移動磁界は、コア２の長手方向に移動する。コア２の外周面に生じる渦電流はこの移動する磁界を巻くように発生する。このため、溝１７は、コア２の長手方向に添って同コア２の円周方向に等角度間隔で縦方向に長いものとするのが良い。しかし、溝１７に依ってコア２自身も溝１７の間に出来る図示していないリブ状のコアも強度が低下し、磁性体であるコア２の磁歪振動や流体振動に依って振動しやすくなる。この新たな振動問題を無くすため、さらにこのコア２の溝１７には、溝１７の間にできる図示していないリブ状のコアが電気的に接続しないように絶縁材で有り柔軟性の高いマイカ並びにマイカで挟まれた振動吸収性の高い炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填する。
【００２３】
以上の様に加工されたコア２はそのフランジ１０の反対側の端部から保護管３の中に挿入されると共に、保護管３とコア２との間の挿入に必要な隙間に依ってコア２自身が保護管３の中で振動せず保護管３の中心に位置保持出来るように、保護管３とコア２との間に炭素繊維或いは炭素布からなる充填材８が充填される。具体的には、コア２に炭素繊維或いは炭素布等の充填材８を巻いてコア２を保護管３の中に挿入する。
【００２４】
図１と図２に示すように、コア２のフランジ１０が保護管３の開口部を塞ぐように同開口部に嵌め込まれ、保護管３とコア２のフランジ１０との間に前記ガスケット１２’が挟まれる。この保護管３の開口部の雌のネジ穴に弾性と耐熱性を有するＯリング等のシールパッキング１３が嵌め込まれ、このシールパッキン１２の上に膨張黒鉛シートからなるもう一つのガスケット１２が嵌め込まれる。さらに保護管３の開口部の雌のネジ穴にネジ栓４をねじ込み、このネジ栓４を締め付けることにより、ネジ栓４とコア２のフランジ１０との間にシールパッキング１３とガスケット１２が挟圧される。これにより、保護管３の開口部とコア２のフランジ１０とがシールされる。ネジ栓４は、耐熱性のあるアルミナ等のセラミック製のものが使用される。
【００２５】
前述したように、保護管３の給湯側ダクト１’に近い開口した一端部の周囲にフランジ６が延設され、このフランジ６の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とを接続する前述した継手５、５’の間に挟持されている。これにより、コア２、保護管３及びダクト１は何れもそれらの中心軸が一致するよう互いに固定される。保護管３のフランジ６には、溶融金属１２の通路となる複数の円弧状の通過孔７が設けられている。保護管３のフランジ６に設けられた溶融金属１２の通路となる通過孔７は、ポンプ側ダクト１と保護管３との間に出来る環状流路と同じ流路に位置しており、その手前にはポンプ側ダクト１と保護管３との間に溶融金属が通る環状流路１９が形成されている。
【００２６】
前記充填材８として保護管３とコア２との間に充填される炭素繊維はその原料の種類によって適宜２種類のものが使用される。一つはポリアクリルニトリル樹脂等の有機系繊維を原料に製造されるもので、一般にＰＡＮ系炭素繊維と呼ばれている。他の一つは石油化学や石炭化学の残滓であるピッチを原料として製造されるものであり、一般にピッチ系炭素繊維と呼ばれている。
【００２７】
ＰＡＮ系炭素繊維の製造方法は、まず原料樹脂のアクリルニトリル樹脂を重合、紡糸してＰＡＮ繊維を作る。ＰＡＮ繊維そのものはポリエステルなどの繊維と同様に加熱すると溶けてしまうが、酸化雰囲気中で２００〜３００℃の温度で酸化反応を行うと、熱で溶けない安定化繊維へと変化する。この安定化繊維をさらに高温で熱すると、炭素以外のＮＨ３、ＣＨ４、Ｈ２等の成分が除かれて炭素同士が結合して炭素繊維となる。
【００２８】
さらに炭素繊維を２０００℃以上で熱処理すると黒鉛結晶が発達して黒鉛繊維に変化する。現在は炭素繊維と黒鉛繊維を特に分類せず黒鉛繊維を含むものを総称して炭素繊維と呼んでいる。ＰＡＮ系炭素繊維は黒鉛化が進むほど弾性率が高くなる性質がある。
【００２９】
ピッチ系炭素繊維の製造方法は、まずタール状のピッチを熱処理、濾過、水素化等の工程を経て紡糸に適した液晶状のメソフェーズピッチに調整する。これを紡糸してＰＡＮ系炭素繊維と同様にして酸化雰囲気中で２００〜３００℃の温度に加熱した後、高温に過熱して炭化或いは黒鉛化を進めると炭素繊維或いは黒鉛繊維が得られる。
【００３０】
このようにして製造された炭素繊維は、ＰＡＮ系で直径約７μｍｍ、ピッチ系で約１０μｍｍの単繊維を数千本束ねたヤーンの形で供給されている。炭素繊維の特性は、製造方法や加熱条件によって異なるが、引っ張り強さは３００〜８００ｋｇｆ／ｍｍ２、弾性率は２４〜８０ｔｆ／ｍｍ２、比重は１．７５〜２．１５である。最も多く使われるのは引っ張り強さ３００ｋｇｆ／ｍｍ２、弾性率２４ｔｆ／ｍｍ２のもので、軽くてしなやかで弾力性に優れている。
【００３１】
さらに炭素布は炭素繊維を原料としてこれをフェルト及びクロス加工した材料である。炭素布や黒鉛布はかさ密度が小さく耐熱性がすぐれており、成形することにより繊維の飛散を防ぎ軽量で自立性があり、優れた弾力性により振動吸収性を有する。
これらの優れた特徴を有する炭素繊維や炭素布からなる充填材８を保護管３とコア２のフランジ１０との間に充填することにより、コア２の位置保持性は高まり、弾性率も高いので緩衝性にも優れたものになる。
【００３２】
前記ガスケット１２、１２’やコア２の溝１７に挿入する充填材２０として使用する膨張黒鉛シートは、天然鱗片状黒鉛を膨張させて加圧しながらシート状に成形した素材を必要に応じて金属層で補強したものである。シール性、耐熱性、耐薬品性、熱伝導性に優れる非アスベスト系のガスケット材として使われている。特にこの膨張黒鉛シートは、柔軟性と弾性を有し、変形、加圧した時の復元力に優れている。
【００３３】
前記コア２の溝１７に挿入する充填材２０として使用するマイカは、セラミックスの中でも柔軟性のある数少ない材料の一つである。さらに耐熱性も高く電気コンロの真っ赤に加熱したニクロム線を電気絶縁を保ちながら、且つ柔軟に熱ひずみを吸収して直接支持固定してくれる優れた材料である。
【００３４】
マイカには、軟質マイカと硬質マイカとが有り、軟質マイカの方が柔軟性、耐熱性に優れている。この実施例における用途としては小さな鱗片状の軟質マイカをシリコーン接着剤等で結合しローラーで板状に固めて作った軟質集成マイカシートや数ｍｍから数ｃｍの大きさの鱗片状マイカを無機質の接着剤で貼り合わせた剥がしマイカ等が最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による溶融金属用電磁ポンプの一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図３のダクト１の内側部分の部分拡大図である。
【図５】溶融金属用電磁ポンプの一実施例のコアと保護管とを分解した斜視図である。
【図６】溶融金属用電磁ポンプの従来例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    ダクト
２    コア
３    保護管
１４  誘導子
１７  コアの溝
１９  環状流路
２０  充填材
【図１】
0005075002.tif 000002
【図２】
0005075002.tif 000003
【図３】
0005075002.tif 000004
【図４】
0005075002.tif 000005
【図５】
0005075002.tif 000006
【図６】
0005075002.tif 000007