非接触攪拌機
【課題】磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つ攪拌子を採用することにより、脱調することなく攪拌子を安定して磁気浮上させ非接触に回転支持することができ、また、簡単な構成、低コストかつ簡単な製造手順にて製造することができる非接触攪拌機を提供する。
【解決手段】非接触攪拌機は、攪拌子１０と磁極構成物２０を備えている。攪拌子１０は、その磁場が回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されており、複数個の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されている。磁極構成物２０は、超電導バルク体２１が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器２２と、超電導バルク体２１を冷却する冷却体２３と、冷却体２３を冷却する冷凍機２４とから構成される一体構造体であり、回転駆動源３１によって回転軸Ｐまわりに回転される。
【解決手段】非接触攪拌機は、攪拌子１０と磁極構成物２０を備えている。攪拌子１０は、その磁場が回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されており、複数個の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されている。磁極構成物２０は、超電導バルク体２１が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器２２と、超電導バルク体２１を冷却する冷却体２３と、冷却体２３を冷却する冷凍機２４とから構成される一体構造体であり、回転駆動源３１によって回転軸Ｐまわりに回転される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導バルク体を備えた非接触攪拌機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この非接触攪拌機としては、非磁性体の容器内に回転軸まわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有する攪拌子と、容器の外側に配置されて、攪拌子と対向する位置に超電導バルク体を内蔵し、該超電導バルク体が攪拌子の磁場をピン止め力によって捕捉することにより攪拌子を磁気浮上させて支持する磁極構成物とを備えたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の図１、図４に示されている非接触攪拌機は、磁気浮上磁石２と、撹拌翼を有する被駆動磁石４（４１）と、磁気浮上磁石２と被駆動磁石４（４１）とを連結する回転軸３とからなる非接触回転部Ｂと、熱移動を遮断する真空室７内に設けられた冷凍部８と、冷凍部８によって冷凍が可能であり、かつ磁気浮上磁石２をピン止め力によって磁気浮上させる高温超電導体（超電導バルク体）１と、被駆動磁石４に磁気力で回転を付与する駆動磁石５（４２）と、駆動磁石５（４２）を回転させる駆動源６とを備えている。
【０００４】
磁気浮上磁石２は高温超電導体１のピン止め力によって磁気浮上（磁気浮上は、空間をおいて支承する場合と懸垂する場合を含む）するので、非接触回転部Ｂは容器内周面に接触することなく支持されている。これにより、被駆動磁石４と駆動磁石５（４２）も空間をおいて支持されている。そして、この状態で駆動源６の回転によって駆動磁石５（４２）が回転すると、被駆動磁石４ひいては非接触回転部Ｂが回転する。このように、非接触回転部Ｂを磁気浮上させる機構（高温超電導体１および磁気浮上磁石２）を磁気浮上系といい、その非接触回転部Ｂを回転させる機構（非駆動磁石４および駆動磁石５（４２））を磁気カップリング系という。
【０００５】
また、特許文献１の図２、図７に示されている非接触攪拌機は、真空室７内に冷凍部８と固着したピン止め力の強い塊状の高温超電導体１と、その真空室７の一部を介して高温超電導体１と離間して対向する磁気浮上磁石２２と、磁気浮上磁石２２の外周に非磁性体２３で支持された円筒外周面多極磁石２４と、円筒外周面多極磁石２４の円周面が適宜離間してステーター（コイル）２５を有し、そのモーター機構を有するステーター２５に電気を供給するドライバ２７とからなるものである。磁気浮上磁石２２、非磁性体２３、円筒外周面多極磁石２４からなる一体構造体は、密閉容器７１に収容されている。この場合、一体構造体を磁気浮上させる機構（高温超電導体１および磁気浮上磁石２２）を磁気浮上系といい、その一体構造体を回転させる機構（円筒外周面多極磁石２４およびステーター２５）を磁気カップリング系という。
【特許文献１】特開２０００−１２４０３０号公報（第４−８頁、図１，２，４，５，７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の図１、図４に示されている非接触回転機において、非接触回転部Ｂを収容する容器が大型化し背が高くなると、その構造上、磁気浮上系と磁気カップリング系とを連結する回転軸３を長くする必要がある。その結果、非接触回転部Ｂが重くなり磁気浮上系の磁気浮上能力では支持できなくなり、容器内面に接触するおそれがあった。
【０００７】
また、非接触回転部Ｂを収容する容器の大きさが異なると、その構造上、容器の高さに合わせて回転軸３を製造する必要があり、製造手順の標準化が容易でなく、また製造コストが上昇していた。
【０００８】
また、非接触回転部Ｂの回転によって液体を攪拌する際に、回転速度、液体の粘度によっては液体からの反作用を受けて非接触回転部Ｂが回転軸３の軸方向（上下方向）に移動して、容器内面に接触するおそれがあった。
【０００９】
また、非接触回転部Ｂの移動によって非駆動磁石４と駆動磁石５（４２）との間の吸引力（磁気力）が低下し、駆動磁石５（４２）から被駆動磁石４が外れてしまい駆動磁石５（４２）が回転しても被駆動磁石４ひいては非接触回転部Ｂは回転しない（以降、脱調という。）という問題があった。
【００１０】
また、上述した特許文献１の図２、図７に示されている非接触回転機において、密閉容器７１が大型化し径方向に大型化すると、その構造上、磁気浮上系と磁気カップリング系とを連結する非磁性体２３を長くする必要がある。その結果、一体構造体が重くなり磁気浮上系の磁気浮上能力では支持できなくなり、容器内面に接触するおそれがあった。
【００１１】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つ攪拌子を採用することにより、脱調することなく攪拌子を安定して磁気浮上させ非接触に回転支持することができ、また、簡単な構成、低コストかつ簡単な製造手順にて製造することができる非接触攪拌機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】
【００１２】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、非磁性体の容器内に回転軸まわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有する攪拌子と、容器の外側に配置されて、攪拌子と対向する位置に超電導バルク体を内蔵し、この超電導バルク体が攪拌子の磁場をピン止め力によって捕捉することにより攪拌子を磁気浮上させて支持する磁極構成物とを備えた非接触攪拌機において、攪拌子はその磁場が回転軸を中心とする同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されていることである。
【００１３】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、磁極構成物は、超電導バルク体が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器と、超電導バルク体を冷却する冷却体と、冷却体を冷却する冷凍機とから構成される一体構造体であり、回転駆動源によって回転軸まわりに回転されることである。
【００１４】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることである。ここで、浮上磁石は単一のものであり、複数極（異極）で構成されていてもよい。
【００１５】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることである。ここで、浮上磁石は単一のものであり、複数極（異極）で構成されていてもよい。
【００１６】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されたことである。
【００１７】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されたことである。
【００１８】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項５または請求項６において、各浮上磁石と各超電導バルク体とは同数設けられ、各浮上磁石と各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されることである。
【００１９】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、超電導バルク体を挟んで攪拌子の反対側に磁性ヨークを配置したことである。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、攪拌子はその磁場が回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されているので、超電導バルク体はその不均一な磁場を捕捉することにより、攪拌子を磁気浮上させるだけでなく磁気カップリングして支持する。これにより、磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つ攪拌子を採用することにより、脱調することなく攪拌子を安定して磁気浮上させ非接触に回転支持することができ、また、簡単な構成、低コストかつ簡単な製造手順にて製造することができる非接触攪拌機を提供することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、磁極構成物は、超電導バルク体が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器と、超電導バルク体を冷却する冷却体と、冷却体を冷却する冷凍機とから構成される一体構造体であり、回転駆動源によって回転軸まわりに回転されるので、磁極構成物を小型化して全体を回転させることができる。これにより、磁気構成物も磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つことにより、攪拌子を回転する機構を他に設けることなく、簡単な構成にて攪拌子を回転することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る発明において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る発明において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項に係る発明において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されたことにより、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項に係る発明において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されたことにより、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項５または請求項６に係る発明において、各浮上磁石と各超電導バルク体とは同数設けられ、各浮上磁石と各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されることにより、さらにバランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、超電導バルク体を挟んで攪拌子の反対側に磁性ヨークを配置したことにより、攪拌子が磁性ヨークに引き寄せられるので、確実に超電導バルク体に対して攪拌子を位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明による非接触攪拌機の一実施の形態について説明する。図１はこの非接触攪拌機を示す正面模式図であり、図２は攪拌子を示す平面図である。この非接触攪拌機は、攪拌子１０と、この攪拌子１０と対向する位置に超電導バルク体２１を内蔵して攪拌子１０を磁気浮上させて支持する磁極構成物２０とを備えている。
【００２９】
攪拌子１０は、非磁性体の容器１５内に回転軸Ｐまわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有するものであり、その磁場が回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されている。この攪拌子１０は、図２に示すように、非磁性体で円盤状に形成された本体１１と、この本体１１に嵌め込まれた複数個（本実施の形態においては４個）の浮上磁石１２ａ〜１２ｄからなる浮上磁石群１２と、本体１１の外周面に設けられた複数の攪拌翼１３とから構成されている。各浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されている。浮上磁石１２は、着磁された希土類系永久磁石で円柱状に形成されている。角柱状に形成してもよい。攪拌翼１３は非磁性体で形成されている。容器１５内は、攪拌子１０によって攪拌される液体である被攪拌液体を収容するものである。
【００３０】
ところで、従来の浮上磁石は、特開２０００−１２４０３０号公報に示されている磁気浮上磁石２のごとく着磁された円柱状の永久磁石を1つ使用しており、この場合、その磁場は図４に示すように回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で均一な磁束分布を形成している。そして、高温超電導体（超電導バルク体）１がこのような磁場をピン止め力によって捕捉することにより、磁気浮上磁石２ひいては非接触回転部Ｂを磁気浮上する方向すなわち上下方向に位置決め固定する。しかし、磁束分布が同心円状でのみ均一であるため、回転方向に位置決め固定することはできなかった。
【００３１】
一方、上述のように構成された攪拌子１０は、図３に示すように、回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成する。具体的には、各磁気浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、それぞれ一端（上端）側が周方向にＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ極となるように配置されている。これにより、攪拌子１０が形成する磁場は、円周方向にＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓと変化する。すなわち、図３に示すように、磁気浮上磁石１２ａのＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＮ極および自身のＮ極から磁束が入り、磁気浮上磁石１２ａのＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＳ極および自身のＳ極に磁束が出ていく。このように、各磁気浮上磁石のＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石のＮ極および自身のＮ極から磁束が入り、各磁気浮上磁石のＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石のＳ極および自身のＳ極に磁束が出ていく。
【００３２】
また、各磁気浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、図５に示すように、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されるように、すなわちそれぞれ一端（上端）側が同極（Ｎ極）となるように配置してもよい。これにより、攪拌子１０が形成する磁場は、互いに隣り合う同極が斥けあうため円周方向に変化する。すなわち、図５に示すように、磁気浮上磁石１２ａのＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＮ極から出る磁束と押し合いながら磁束が出ていくとともに自身のＳ極に磁束が出ていき、磁気浮上磁石１２ａのＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＳ極に入る磁束と押し合いながら磁束が入るとともに自身のＮ極から磁束が入る。このように、磁気浮上磁石のＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石のＮ極から出る磁束と押し合いながら磁束が出ていくとともに自身のＳ極に磁束が出ていき、磁気浮上磁石のＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石Ｓ極に入る磁束と押し合いながら磁束が入るとともに自身のＮ極から磁束が入る。
【００３３】
なお、磁気浮上磁石群１２を構成する磁気浮上磁石の個数は、回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成可能であれば２個以上であってもよい。この場合、回転性を考慮してバランスよく本体１１に配置することが好ましい。
【００３４】
また、攪拌子１０の磁場を永久磁石によって形成するように構成したが、攪拌子１０に電磁磁石を内蔵するようにしてその電磁磁石によって攪拌子１０の磁場を形成するようにしてもよい。これによれば、永久磁石を使用する場合と比べて形成する磁場の設計自由度が広くなる。
【００３５】
磁極構成物２０は、容器１５の外側に位置決め固定されるものである。この磁極構成物２０は、超電導バルク体２１が収容されて断熱された非磁性体の容器２２と、超電導バルク体２１を冷却する冷却体２３と、冷却体２３を冷却する冷凍機２４とから構成される一体構造体であり、回転駆動源３１によって回転軸Ｐまわりに回転されるものである。
【００３６】
超電導バルク体２１は、超電導状態下、予め記憶した磁場分布をピン止め力によって捕捉するものであり、攪拌子１０の回転面（側面でなく上面または下面）に平行に対向するものである。容器２２は、磁極構成物２０の組み立てが完了した後に、図示しない真空管から真空引きされて封じられるので、真空状態すなわち断熱状態にある。冷却体２３は、超電導バルク体２１が磁性ヨーク２７を介して上面に固定されているコールドステージ２３ａと、冷凍機２４の冷却管２４ｂに取り付けられて冷却されるコールドヘッド２３ｂと、コールドステージ２３ａとコールドヘッド２３ｂを連結する伝熱体２３ｃ，２３ｄから一体的に構成されている。この冷却体２３は、伝熱性がよく、かつ非磁性である金属材で形成されている。コールドヘッド２３ｂが冷凍機２４によって冷却されると、伝熱体２３ｃ，２３ｄを介してコールドステージ２３ａが冷却され、そして磁性ヨーク２７を介して超電導バルク体２１が冷却されるようになっている。
【００３７】
冷却機２４は、スターリング型パルス管冷凍機であり、内蔵の電動モータ（図示省略）の駆動によって冷媒を圧縮して送出する圧縮機２４ａと、圧縮機２４ａから送出された冷媒が流通する冷却管２４ｂとを備えている。圧縮機２４ａの電動モータには、外部の電源からケーブル２５および回転体給電装置２６を介して給電されるようになっている。回転体給電装置２６は、ケーブル２５の一端が接続されて電線にそれぞれ対応する各ブラシを備えたブラシ部２６ａと、各ブラシに対応してそれぞれ設けられ各ブラシが回転可能に当接する環状配線を備えた円筒状の回転部２６ｂとを備えている。ブラシ部２６ａは図示しないフレームに固定されており、回転部２６ｂは圧縮機２４ａの下部に一体に固定されている。これにより、磁極構成物２０すなわち冷凍機２４が回転しても、圧縮機２４ａの電動モータには外部の電源からケーブル２５および回転体給電装置２６を介して給電されるので、超電導バルク体２１を冷却しながら磁気構成物２０を回転させることができる。
【００３８】
回転部２６ｂの下部には回転シャフト３１ａを介して回転駆動源（例えば電動モータ）３１が連結されており、回転駆動源３１が回転すると、回転シャフト３１ａ、回転部２６ｂおよび磁極構成物２０が一体で回転軸Ｐまわりに回転する。回転駆動源３１は基台３２の上面に固定されている。
【００３９】
磁性ヨーク２７は、強磁性体で円盤状に形成されたものである。磁性ヨーク２７は熱伝導性がよい。この磁性ヨーク２７は、超電導バルク体２１を挟んで攪拌子１０の反対側に配置されている。これにより、攪拌子１０が磁性ヨーク２７に引き寄せられるので、確実に超電導バルク体２１に対して攪拌子１０を位置決めすることができる。また、超電導バルク体２１を冷却して超電導遷移する際に、攪拌子１０の磁場が確実に磁性ヨーク２７に引き寄せられ固定されるので、他の磁場の影響を受けることなく、磁場を安定することができる。
【００４０】
このように構成した被接触攪拌機の超電導バルク体２１に攪拌子１０の磁場を記憶させるにあたっては、磁極構成物２０の磁極面すなわち超電導バルク体２１が近接する容器２２の一面（上面）を、攪拌子１０を攪拌させたい場所の容器１５の一面（下面）に近接あるいは当接させて取り付け固定する。そして、攪拌子１０を攪拌させたい場所にスペーサ３５を設置（載置）して、その上に（内周面に沿って）攪拌子１０を載置（設置）する。このとき、攪拌子１０は磁性ヨーク２７に吸着するので、確実に位置決め固定される。スペーサ３５は、非磁性体で形成されている。
【００４１】
このように超電導バルク体２１が攪拌子１０からの磁場（図３に示す）を受けている状態を維持したまま、冷凍機２４に給電して作動させて超電導バルク体２１を５０乃至６０Ｋ（ケルビン）に冷却すると、この冷却された超電導バルク体２１には攪拌子１０からの磁場が印加された状態で超電導遷移するため、その磁束を内部のピン止め点に捕捉して、その磁場を記憶する。
【００４２】
なお、上述したように容器１５とスペーサ３５を使用して攪拌子１０からの磁場を超電導バルク体２１に記憶させたが、容器１５およびスペーサ３５を使用せずに超電導バルク体２１から所望の隙間をおいて攪拌子１０を位置決め固定して攪拌子１０からの磁場を超電導バルク体２１に記憶させてもよい。
【００４３】
次に、このように磁場を記憶させた被接触攪拌機の作動について説明する。記憶させたときと同様に、磁極構成物２０の磁極面すなわち超電導バルク体２１が近接する容器２２の一面（上面）を、攪拌子１０を攪拌させたい場所の容器１５の一面（下面）に近接あるいは当接させて取り付け固定する。冷凍機２４に給電して作動を続けた状態では、超電導バルク体２１は５０乃至６０Ｋ（ケルビン）に冷却されたままであり、記憶（捕捉）した磁場をそのまま保っている。そして、容器１５内に攪拌子１０を入れ超電導バルク体２１の付近に持っていくと、超電導バルク体２１および磁性ヨーク２７に吸引されて位置決めされる。このとき、攪拌子１０は図３に示すようにその磁場が回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されているので、超電導バルク体２１は予め記憶したその不均一な磁場を捕捉することにより、攪拌子１０を磁気浮上させるだけでなく磁気カップリングして支持する。さらに、容器１５に被攪拌液体を入れる。なお、攪拌子１０と被攪拌液体の入れる順番は逆になってもよい。なお、磁気浮上とは、攪拌子１０が超電導バルク体２１の上方に位置する場合に、攪拌子１０が重力に逆らって超電導バルク体２１から浮上することだけでなく、攪拌子１０が超電導バルク体２１の下方に位置する場合に、攪拌子１０が重力に逆らって超電導バルク体２１から懸垂することもいう。また、磁気カップリングは、二つのものの間に磁気力によって相互作用をもたせて結びつけることをいい、特に回転方向において結びつけることをいう。
【００４４】
そして、超電導バルク体２１が攪拌子１０を磁気浮上させ磁気カップリングして支持する状態で回転駆動源３１が回転すると、磁極構成物２０の全体が回転し、すなわち超電導バルク体２１が回転しこれに追従して攪拌子１０が同周期で一体的に回転する。この回転によって容器１５内の被攪拌液体が有効に攪拌される。
【００４５】
上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、攪拌子１０はその磁場が回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されているので、超電導バルク体２１はその不均一な磁場を捕捉することにより、攪拌子１０を磁気浮上させるだけでなく磁気カップリングして強固に支持する。これにより、攪拌子１０の回転によって被攪拌液体を攪拌する際に、回転速度、液体の粘度の違いによって液体から反作用を受けても攪拌子１０が回転軸Ｐの軸方向（上下方向）に移動したり、脱調したりするのを確実に防止するので、容器１５内面に接触するおそれがなくなった。したがって、磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つ攪拌子１０を採用することにより、脱調することなく攪拌子１０を安定して磁気浮上させ非接触に回転支持することができる。
【００４６】
また、被攪拌液体を収容する容器１５が大型化しても、従来のように磁気浮上系と磁気カップリング系とを連結する部材（例えば回転軸３、非磁性体２３）を長くする必要がないので、攪拌子１０が重くなるのを防止してこれにともなう容器１５内面への接触を防止することができる。したがって、簡単な構成、低コストかつ簡単な製造手順にて製造することができる。
【００４７】
また、磁極構成物２０は、超電導バルク体２１が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器２２と、超電導バルク体２１を冷却する冷却体２３と、冷却体２３を冷却する冷凍機２４とから構成される一体構造体であり、回転駆動源３１によって回転軸まわりに回転されるので、磁極構成物２０を小型化して全体を回転させることができる。これにより、磁気構成物も２０磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つことにより、攪拌子１０を回転する機構を他に設けることなく、簡単な構成にて攪拌子１０を回転することができる。
【００４８】
また、冷凍機２４はスターリング型パルス管冷凍機であり、圧縮器２４ａは対向型のリニア振動器を採用するのがよい。この場合、一体構造体（磁極構成物）をより小型にすることができ、さらに、磁極構成物に生じる振動を低減できるため、磁極構成物を回転させるのに有利である。
【００４９】
また、攪拌子１０は、複数個の浮上磁石１２ａ〜１２ｄから構成されており、それら浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、回転軸Ｐ方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００５０】
また、攪拌子１０は、複数個の浮上磁石１２ａ〜１２ｄから構成されており、それら浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、回転軸Ｐ方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００５１】
なお、上述した実施の形態において、超電導バルク体２１は複数個で構成し、それら超電導バルク体２１は攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されるようにしてもよい。これによれば、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００５２】
また、上述した実施の形態において、超電導バルク体２１は複数個で構成し、それら超電導バルク体２１は攪拌子１０に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体２１のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されるようにしてもよい。これにより、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングをより強固とすることができる。例えば、中央に配置した超電導バルク体に対向するその軸方向に着磁された浮上磁石によって安定な浮上力を得ることができ、周囲に配置された浮上磁石を回転軸方向にそれぞれ異なった磁極に交互に着磁し、それぞれの磁場に対向する超電導バルク体に捕捉させることによって、回転力の伝達と浮上力をともにより強固とすることができる。
【００５３】
また、上述した実施の形態において、各浮上磁石と各超電導バルク体とは同数設けられ、各浮上磁石と各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されるようにしてもよい。これにより、さらにバランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００５４】
また、上述した実施の形態においては、容器１５を固定し、磁気構成物２０を回転することにより、攪拌子１０を回転して容器１５内の被攪拌液体を攪拌するようにしたが、磁気構成物２０を回転させないで固定し攪拌子１０も磁気浮上および磁気カップリングしたままで回転させないで、容器１５を回転させて容器１５内の被攪拌液体を攪拌するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施の形態において、冷凍機２４はＧＭパルス管冷凍機、スターリング冷凍機で構成するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述した実施の形態においては、攪拌子１０は、複数個の浮上磁石１２から構成されているが、これに代えて、複数極を有する単一の磁石から構成されるようにしてもよい。この場合、この磁石の磁極は、上述した複数個の浮上磁石１２と同様に異極を交互に周方向に並べて同様な磁場を形成するようにすればよい。これによっても、上述した実施の形態と同様な作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による非接触攪拌機の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１に示す攪拌子を示す平面図である。
【図３】図２に示す攪拌子の磁界を示す３−３線に沿った断面図である。
【図４】従来技術による非接触回転部の磁気浮上磁石の磁界を示す断面図である。
【図５】本発明による非接触攪拌機の他の実施の形態の攪拌子の磁界を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…攪拌子、１１…本体、１２…浮上磁石群、１２ａ〜１２ｄ…浮上磁石、１３…攪拌翼、１５…容器、２０…磁気構成物、２１…超電導バルク体、２２…容器、２３…冷却体、２３ａ…コールドステージ、２３ｂ…コールドヘッド、２３ｃ，２３ｄ…伝熱体、２４…冷凍機、２４ａ…圧縮機、２４ｂ…冷却管、２５…ケーブル、２６…回転体給電装置、２６ａ…ブラシ部、２６ｂ…回転部、２７…磁性ヨーク、３１…回転駆動源、３２…基台。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導バルク体を備えた非接触攪拌機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この非接触攪拌機としては、非磁性体の容器内に回転軸まわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有する攪拌子と、容器の外側に配置されて、攪拌子と対向する位置に超電導バルク体を内蔵し、該超電導バルク体が攪拌子の磁場をピン止め力によって捕捉することにより攪拌子を磁気浮上させて支持する磁極構成物とを備えたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の図１、図４に示されている非接触攪拌機は、磁気浮上磁石２と、撹拌翼を有する被駆動磁石４（４１）と、磁気浮上磁石２と被駆動磁石４（４１）とを連結する回転軸３とからなる非接触回転部Ｂと、熱移動を遮断する真空室７内に設けられた冷凍部８と、冷凍部８によって冷凍が可能であり、かつ磁気浮上磁石２をピン止め力によって磁気浮上させる高温超電導体（超電導バルク体）１と、被駆動磁石４に磁気力で回転を付与する駆動磁石５（４２）と、駆動磁石５（４２）を回転させる駆動源６とを備えている。
【０００４】
磁気浮上磁石２は高温超電導体１のピン止め力によって磁気浮上（磁気浮上は、空間をおいて支承する場合と懸垂する場合を含む）するので、非接触回転部Ｂは容器内周面に接触することなく支持されている。これにより、被駆動磁石４と駆動磁石５（４２）も空間をおいて支持されている。そして、この状態で駆動源６の回転によって駆動磁石５（４２）が回転すると、被駆動磁石４ひいては非接触回転部Ｂが回転する。このように、非接触回転部Ｂを磁気浮上させる機構（高温超電導体１および磁気浮上磁石２）を磁気浮上系といい、その非接触回転部Ｂを回転させる機構（非駆動磁石４および駆動磁石５（４２））を磁気カップリング系という。
【０００５】
また、特許文献１の図２、図７に示されている非接触攪拌機は、真空室７内に冷凍部８と固着したピン止め力の強い塊状の高温超電導体１と、その真空室７の一部を介して高温超電導体１と離間して対向する磁気浮上磁石２２と、磁気浮上磁石２２の外周に非磁性体２３で支持された円筒外周面多極磁石２４と、円筒外周面多極磁石２４の円周面が適宜離間してステーター（コイル）２５を有し、そのモーター機構を有するステーター２５に電気を供給するドライバ２７とからなるものである。磁気浮上磁石２２、非磁性体２３、円筒外周面多極磁石２４からなる一体構造体は、密閉容器７１に収容されている。この場合、一体構造体を磁気浮上させる機構（高温超電導体１および磁気浮上磁石２２）を磁気浮上系といい、その一体構造体を回転させる機構（円筒外周面多極磁石２４およびステーター２５）を磁気カップリング系という。
【特許文献１】特開２０００−１２４０３０号公報（第４−８頁、図１，２，４，５，７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の図１、図４に示されている非接触回転機において、非接触回転部Ｂを収容する容器が大型化し背が高くなると、その構造上、磁気浮上系と磁気カップリング系とを連結する回転軸３を長くする必要がある。その結果、非接触回転部Ｂが重くなり磁気浮上系の磁気浮上能力では支持できなくなり、容器内面に接触するおそれがあった。
【０００７】
また、非接触回転部Ｂを収容する容器の大きさが異なると、その構造上、容器の高さに合わせて回転軸３を製造する必要があり、製造手順の標準化が容易でなく、また製造コストが上昇していた。
【０００８】
また、非接触回転部Ｂの回転によって液体を攪拌する際に、回転速度、液体の粘度によっては液体からの反作用を受けて非接触回転部Ｂが回転軸３の軸方向（上下方向）に移動して、容器内面に接触するおそれがあった。
【０００９】
また、非接触回転部Ｂの移動によって非駆動磁石４と駆動磁石５（４２）との間の吸引力（磁気力）が低下し、駆動磁石５（４２）から被駆動磁石４が外れてしまい駆動磁石５（４２）が回転しても被駆動磁石４ひいては非接触回転部Ｂは回転しない（以降、脱調という。）という問題があった。
【００１０】
また、上述した特許文献１の図２、図７に示されている非接触回転機において、密閉容器７１が大型化し径方向に大型化すると、その構造上、磁気浮上系と磁気カップリング系とを連結する非磁性体２３を長くする必要がある。その結果、一体構造体が重くなり磁気浮上系の磁気浮上能力では支持できなくなり、容器内面に接触するおそれがあった。
【００１１】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つ攪拌子を採用することにより、脱調することなく攪拌子を安定して磁気浮上させ非接触に回転支持することができ、また、簡単な構成、低コストかつ簡単な製造手順にて製造することができる非接触攪拌機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】
【００１２】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、非磁性体の容器内に回転軸まわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有する攪拌子と、容器の外側に配置されて、攪拌子と対向する位置に超電導バルク体を内蔵し、この超電導バルク体が攪拌子の磁場をピン止め力によって捕捉することにより攪拌子を磁気浮上させて支持する磁極構成物とを備えた非接触攪拌機において、攪拌子はその磁場が回転軸を中心とする同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されていることである。
【００１３】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、磁極構成物は、超電導バルク体が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器と、超電導バルク体を冷却する冷却体と、冷却体を冷却する冷凍機とから構成される一体構造体であり、回転駆動源によって回転軸まわりに回転されることである。
【００１４】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることである。ここで、浮上磁石は単一のものであり、複数極（異極）で構成されていてもよい。
【００１５】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることである。ここで、浮上磁石は単一のものであり、複数極（異極）で構成されていてもよい。
【００１６】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されたことである。
【００１７】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されたことである。
【００１８】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項５または請求項６において、各浮上磁石と各超電導バルク体とは同数設けられ、各浮上磁石と各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されることである。
【００１９】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、超電導バルク体を挟んで攪拌子の反対側に磁性ヨークを配置したことである。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、攪拌子はその磁場が回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されているので、超電導バルク体はその不均一な磁場を捕捉することにより、攪拌子を磁気浮上させるだけでなく磁気カップリングして支持する。これにより、磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つ攪拌子を採用することにより、脱調することなく攪拌子を安定して磁気浮上させ非接触に回転支持することができ、また、簡単な構成、低コストかつ簡単な製造手順にて製造することができる非接触攪拌機を提供することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、磁極構成物は、超電導バルク体が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器と、超電導バルク体を冷却する冷却体と、冷却体を冷却する冷凍機とから構成される一体構造体であり、回転駆動源によって回転軸まわりに回転されるので、磁極構成物を小型化して全体を回転させることができる。これにより、磁気構成物も磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つことにより、攪拌子を回転する機構を他に設けることなく、簡単な構成にて攪拌子を回転することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る発明において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る発明において、攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項に係る発明において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されたことにより、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項に係る発明において、超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は攪拌子に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されたことにより、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項５または請求項６に係る発明において、各浮上磁石と各超電導バルク体とは同数設けられ、各浮上磁石と各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されることにより、さらにバランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、超電導バルク体を挟んで攪拌子の反対側に磁性ヨークを配置したことにより、攪拌子が磁性ヨークに引き寄せられるので、確実に超電導バルク体に対して攪拌子を位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明による非接触攪拌機の一実施の形態について説明する。図１はこの非接触攪拌機を示す正面模式図であり、図２は攪拌子を示す平面図である。この非接触攪拌機は、攪拌子１０と、この攪拌子１０と対向する位置に超電導バルク体２１を内蔵して攪拌子１０を磁気浮上させて支持する磁極構成物２０とを備えている。
【００２９】
攪拌子１０は、非磁性体の容器１５内に回転軸Ｐまわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有するものであり、その磁場が回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されている。この攪拌子１０は、図２に示すように、非磁性体で円盤状に形成された本体１１と、この本体１１に嵌め込まれた複数個（本実施の形態においては４個）の浮上磁石１２ａ〜１２ｄからなる浮上磁石群１２と、本体１１の外周面に設けられた複数の攪拌翼１３とから構成されている。各浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されている。浮上磁石１２は、着磁された希土類系永久磁石で円柱状に形成されている。角柱状に形成してもよい。攪拌翼１３は非磁性体で形成されている。容器１５内は、攪拌子１０によって攪拌される液体である被攪拌液体を収容するものである。
【００３０】
ところで、従来の浮上磁石は、特開２０００−１２４０３０号公報に示されている磁気浮上磁石２のごとく着磁された円柱状の永久磁石を1つ使用しており、この場合、その磁場は図４に示すように回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で均一な磁束分布を形成している。そして、高温超電導体（超電導バルク体）１がこのような磁場をピン止め力によって捕捉することにより、磁気浮上磁石２ひいては非接触回転部Ｂを磁気浮上する方向すなわち上下方向に位置決め固定する。しかし、磁束分布が同心円状でのみ均一であるため、回転方向に位置決め固定することはできなかった。
【００３１】
一方、上述のように構成された攪拌子１０は、図３に示すように、回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成する。具体的には、各磁気浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、それぞれ一端（上端）側が周方向にＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ極となるように配置されている。これにより、攪拌子１０が形成する磁場は、円周方向にＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓと変化する。すなわち、図３に示すように、磁気浮上磁石１２ａのＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＮ極および自身のＮ極から磁束が入り、磁気浮上磁石１２ａのＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＳ極および自身のＳ極に磁束が出ていく。このように、各磁気浮上磁石のＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石のＮ極および自身のＮ極から磁束が入り、各磁気浮上磁石のＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石のＳ極および自身のＳ極に磁束が出ていく。
【００３２】
また、各磁気浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、図５に示すように、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されるように、すなわちそれぞれ一端（上端）側が同極（Ｎ極）となるように配置してもよい。これにより、攪拌子１０が形成する磁場は、互いに隣り合う同極が斥けあうため円周方向に変化する。すなわち、図５に示すように、磁気浮上磁石１２ａのＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＮ極から出る磁束と押し合いながら磁束が出ていくとともに自身のＳ極に磁束が出ていき、磁気浮上磁石１２ａのＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石１２ｂ，１２ｄのＳ極に入る磁束と押し合いながら磁束が入るとともに自身のＮ極から磁束が入る。このように、磁気浮上磁石のＮ極からは、隣り合う磁気浮上磁石のＮ極から出る磁束と押し合いながら磁束が出ていくとともに自身のＳ極に磁束が出ていき、磁気浮上磁石のＳ極には、隣り合う磁気浮上磁石Ｓ極に入る磁束と押し合いながら磁束が入るとともに自身のＮ極から磁束が入る。
【００３３】
なお、磁気浮上磁石群１２を構成する磁気浮上磁石の個数は、回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成可能であれば２個以上であってもよい。この場合、回転性を考慮してバランスよく本体１１に配置することが好ましい。
【００３４】
また、攪拌子１０の磁場を永久磁石によって形成するように構成したが、攪拌子１０に電磁磁石を内蔵するようにしてその電磁磁石によって攪拌子１０の磁場を形成するようにしてもよい。これによれば、永久磁石を使用する場合と比べて形成する磁場の設計自由度が広くなる。
【００３５】
磁極構成物２０は、容器１５の外側に位置決め固定されるものである。この磁極構成物２０は、超電導バルク体２１が収容されて断熱された非磁性体の容器２２と、超電導バルク体２１を冷却する冷却体２３と、冷却体２３を冷却する冷凍機２４とから構成される一体構造体であり、回転駆動源３１によって回転軸Ｐまわりに回転されるものである。
【００３６】
超電導バルク体２１は、超電導状態下、予め記憶した磁場分布をピン止め力によって捕捉するものであり、攪拌子１０の回転面（側面でなく上面または下面）に平行に対向するものである。容器２２は、磁極構成物２０の組み立てが完了した後に、図示しない真空管から真空引きされて封じられるので、真空状態すなわち断熱状態にある。冷却体２３は、超電導バルク体２１が磁性ヨーク２７を介して上面に固定されているコールドステージ２３ａと、冷凍機２４の冷却管２４ｂに取り付けられて冷却されるコールドヘッド２３ｂと、コールドステージ２３ａとコールドヘッド２３ｂを連結する伝熱体２３ｃ，２３ｄから一体的に構成されている。この冷却体２３は、伝熱性がよく、かつ非磁性である金属材で形成されている。コールドヘッド２３ｂが冷凍機２４によって冷却されると、伝熱体２３ｃ，２３ｄを介してコールドステージ２３ａが冷却され、そして磁性ヨーク２７を介して超電導バルク体２１が冷却されるようになっている。
【００３７】
冷却機２４は、スターリング型パルス管冷凍機であり、内蔵の電動モータ（図示省略）の駆動によって冷媒を圧縮して送出する圧縮機２４ａと、圧縮機２４ａから送出された冷媒が流通する冷却管２４ｂとを備えている。圧縮機２４ａの電動モータには、外部の電源からケーブル２５および回転体給電装置２６を介して給電されるようになっている。回転体給電装置２６は、ケーブル２５の一端が接続されて電線にそれぞれ対応する各ブラシを備えたブラシ部２６ａと、各ブラシに対応してそれぞれ設けられ各ブラシが回転可能に当接する環状配線を備えた円筒状の回転部２６ｂとを備えている。ブラシ部２６ａは図示しないフレームに固定されており、回転部２６ｂは圧縮機２４ａの下部に一体に固定されている。これにより、磁極構成物２０すなわち冷凍機２４が回転しても、圧縮機２４ａの電動モータには外部の電源からケーブル２５および回転体給電装置２６を介して給電されるので、超電導バルク体２１を冷却しながら磁気構成物２０を回転させることができる。
【００３８】
回転部２６ｂの下部には回転シャフト３１ａを介して回転駆動源（例えば電動モータ）３１が連結されており、回転駆動源３１が回転すると、回転シャフト３１ａ、回転部２６ｂおよび磁極構成物２０が一体で回転軸Ｐまわりに回転する。回転駆動源３１は基台３２の上面に固定されている。
【００３９】
磁性ヨーク２７は、強磁性体で円盤状に形成されたものである。磁性ヨーク２７は熱伝導性がよい。この磁性ヨーク２７は、超電導バルク体２１を挟んで攪拌子１０の反対側に配置されている。これにより、攪拌子１０が磁性ヨーク２７に引き寄せられるので、確実に超電導バルク体２１に対して攪拌子１０を位置決めすることができる。また、超電導バルク体２１を冷却して超電導遷移する際に、攪拌子１０の磁場が確実に磁性ヨーク２７に引き寄せられ固定されるので、他の磁場の影響を受けることなく、磁場を安定することができる。
【００４０】
このように構成した被接触攪拌機の超電導バルク体２１に攪拌子１０の磁場を記憶させるにあたっては、磁極構成物２０の磁極面すなわち超電導バルク体２１が近接する容器２２の一面（上面）を、攪拌子１０を攪拌させたい場所の容器１５の一面（下面）に近接あるいは当接させて取り付け固定する。そして、攪拌子１０を攪拌させたい場所にスペーサ３５を設置（載置）して、その上に（内周面に沿って）攪拌子１０を載置（設置）する。このとき、攪拌子１０は磁性ヨーク２７に吸着するので、確実に位置決め固定される。スペーサ３５は、非磁性体で形成されている。
【００４１】
このように超電導バルク体２１が攪拌子１０からの磁場（図３に示す）を受けている状態を維持したまま、冷凍機２４に給電して作動させて超電導バルク体２１を５０乃至６０Ｋ（ケルビン）に冷却すると、この冷却された超電導バルク体２１には攪拌子１０からの磁場が印加された状態で超電導遷移するため、その磁束を内部のピン止め点に捕捉して、その磁場を記憶する。
【００４２】
なお、上述したように容器１５とスペーサ３５を使用して攪拌子１０からの磁場を超電導バルク体２１に記憶させたが、容器１５およびスペーサ３５を使用せずに超電導バルク体２１から所望の隙間をおいて攪拌子１０を位置決め固定して攪拌子１０からの磁場を超電導バルク体２１に記憶させてもよい。
【００４３】
次に、このように磁場を記憶させた被接触攪拌機の作動について説明する。記憶させたときと同様に、磁極構成物２０の磁極面すなわち超電導バルク体２１が近接する容器２２の一面（上面）を、攪拌子１０を攪拌させたい場所の容器１５の一面（下面）に近接あるいは当接させて取り付け固定する。冷凍機２４に給電して作動を続けた状態では、超電導バルク体２１は５０乃至６０Ｋ（ケルビン）に冷却されたままであり、記憶（捕捉）した磁場をそのまま保っている。そして、容器１５内に攪拌子１０を入れ超電導バルク体２１の付近に持っていくと、超電導バルク体２１および磁性ヨーク２７に吸引されて位置決めされる。このとき、攪拌子１０は図３に示すようにその磁場が回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されているので、超電導バルク体２１は予め記憶したその不均一な磁場を捕捉することにより、攪拌子１０を磁気浮上させるだけでなく磁気カップリングして支持する。さらに、容器１５に被攪拌液体を入れる。なお、攪拌子１０と被攪拌液体の入れる順番は逆になってもよい。なお、磁気浮上とは、攪拌子１０が超電導バルク体２１の上方に位置する場合に、攪拌子１０が重力に逆らって超電導バルク体２１から浮上することだけでなく、攪拌子１０が超電導バルク体２１の下方に位置する場合に、攪拌子１０が重力に逆らって超電導バルク体２１から懸垂することもいう。また、磁気カップリングは、二つのものの間に磁気力によって相互作用をもたせて結びつけることをいい、特に回転方向において結びつけることをいう。
【００４４】
そして、超電導バルク体２１が攪拌子１０を磁気浮上させ磁気カップリングして支持する状態で回転駆動源３１が回転すると、磁極構成物２０の全体が回転し、すなわち超電導バルク体２１が回転しこれに追従して攪拌子１０が同周期で一体的に回転する。この回転によって容器１５内の被攪拌液体が有効に攪拌される。
【００４５】
上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、攪拌子１０はその磁場が回転軸Ｐを中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成されているので、超電導バルク体２１はその不均一な磁場を捕捉することにより、攪拌子１０を磁気浮上させるだけでなく磁気カップリングして強固に支持する。これにより、攪拌子１０の回転によって被攪拌液体を攪拌する際に、回転速度、液体の粘度の違いによって液体から反作用を受けても攪拌子１０が回転軸Ｐの軸方向（上下方向）に移動したり、脱調したりするのを確実に防止するので、容器１５内面に接触するおそれがなくなった。したがって、磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つ攪拌子１０を採用することにより、脱調することなく攪拌子１０を安定して磁気浮上させ非接触に回転支持することができる。
【００４６】
また、被攪拌液体を収容する容器１５が大型化しても、従来のように磁気浮上系と磁気カップリング系とを連結する部材（例えば回転軸３、非磁性体２３）を長くする必要がないので、攪拌子１０が重くなるのを防止してこれにともなう容器１５内面への接触を防止することができる。したがって、簡単な構成、低コストかつ簡単な製造手順にて製造することができる。
【００４７】
また、磁極構成物２０は、超電導バルク体２１が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器２２と、超電導バルク体２１を冷却する冷却体２３と、冷却体２３を冷却する冷凍機２４とから構成される一体構造体であり、回転駆動源３１によって回転軸まわりに回転されるので、磁極構成物２０を小型化して全体を回転させることができる。これにより、磁気構成物も２０磁気浮上機能と磁気カップリング機能を併せ持つことにより、攪拌子１０を回転する機構を他に設けることなく、簡単な構成にて攪拌子１０を回転することができる。
【００４８】
また、冷凍機２４はスターリング型パルス管冷凍機であり、圧縮器２４ａは対向型のリニア振動器を採用するのがよい。この場合、一体構造体（磁極構成物）をより小型にすることができ、さらに、磁極構成物に生じる振動を低減できるため、磁極構成物を回転させるのに有利である。
【００４９】
また、攪拌子１０は、複数個の浮上磁石１２ａ〜１２ｄから構成されており、それら浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、回転軸Ｐ方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００５０】
また、攪拌子１０は、複数個の浮上磁石１２ａ〜１２ｄから構成されており、それら浮上磁石１２ａ〜１２ｄは、回転軸Ｐ方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることにより、簡単な構成にて回転軸を中心とする各同心円周上で不均一な磁束分布を形成することができる。
【００５１】
なお、上述した実施の形態において、超電導バルク体２１は複数個で構成し、それら超電導バルク体２１は攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されるようにしてもよい。これによれば、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００５２】
また、上述した実施の形態において、超電導バルク体２１は複数個で構成し、それら超電導バルク体２１は攪拌子１０に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体２１のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されるようにしてもよい。これにより、バランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングをより強固とすることができる。例えば、中央に配置した超電導バルク体に対向するその軸方向に着磁された浮上磁石によって安定な浮上力を得ることができ、周囲に配置された浮上磁石を回転軸方向にそれぞれ異なった磁極に交互に着磁し、それぞれの磁場に対向する超電導バルク体に捕捉させることによって、回転力の伝達と浮上力をともにより強固とすることができる。
【００５３】
また、上述した実施の形態において、各浮上磁石と各超電導バルク体とは同数設けられ、各浮上磁石と各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されるようにしてもよい。これにより、さらにバランスよく磁気浮上するとともに磁気カップリングすることができる。
【００５４】
また、上述した実施の形態においては、容器１５を固定し、磁気構成物２０を回転することにより、攪拌子１０を回転して容器１５内の被攪拌液体を攪拌するようにしたが、磁気構成物２０を回転させないで固定し攪拌子１０も磁気浮上および磁気カップリングしたままで回転させないで、容器１５を回転させて容器１５内の被攪拌液体を攪拌するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施の形態において、冷凍機２４はＧＭパルス管冷凍機、スターリング冷凍機で構成するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述した実施の形態においては、攪拌子１０は、複数個の浮上磁石１２から構成されているが、これに代えて、複数極を有する単一の磁石から構成されるようにしてもよい。この場合、この磁石の磁極は、上述した複数個の浮上磁石１２と同様に異極を交互に周方向に並べて同様な磁場を形成するようにすればよい。これによっても、上述した実施の形態と同様な作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による非接触攪拌機の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１に示す攪拌子を示す平面図である。
【図３】図２に示す攪拌子の磁界を示す３−３線に沿った断面図である。
【図４】従来技術による非接触回転部の磁気浮上磁石の磁界を示す断面図である。
【図５】本発明による非接触攪拌機の他の実施の形態の攪拌子の磁界を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…攪拌子、１１…本体、１２…浮上磁石群、１２ａ〜１２ｄ…浮上磁石、１３…攪拌翼、１５…容器、２０…磁気構成物、２１…超電導バルク体、２２…容器、２３…冷却体、２３ａ…コールドステージ、２３ｂ…コールドヘッド、２３ｃ，２３ｄ…伝熱体、２４…冷凍機、２４ａ…圧縮機、２４ｂ…冷却管、２５…ケーブル、２６…回転体給電装置、２６ａ…ブラシ部、２６ｂ…回転部、２７…磁性ヨーク、３１…回転駆動源、３２…基台。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体の容器内に回転軸まわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有する攪拌子と、
前記容器の外側に配置されて、前記攪拌子と対向する位置に超電導バルク体を内蔵し、該超電導バルク体が前記攪拌子の磁場をピン止め力によって捕捉することにより前記攪拌子を磁気浮上させて支持する磁極構成物とを備えた非接触攪拌機において、
前記攪拌子はその磁場が前記回転軸を中心とする同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成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、前記磁極構成物は、前記超電導バルク体が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器と、前記超電導バルク体を冷却する冷却体と、前記冷却体を冷却する冷凍機とから構成される一体構造体であり、回転駆動源によって前記回転軸まわりに回転されることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、前記回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、前記回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は前記攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されたことを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項６】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、前記超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は前記攪拌子に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されたことを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、前記各浮上磁石と前記各超電導バルク体とは同数設けられ、前記各浮上磁石と前記各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、前記超電導バルク体を挟んで前記攪拌子の反対側に磁性ヨークを配置したことを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項１】
非磁性体の容器内に回転軸まわりに回転自在に収容されて独自の磁場を有する攪拌子と、
前記容器の外側に配置されて、前記攪拌子と対向する位置に超電導バルク体を内蔵し、該超電導バルク体が前記攪拌子の磁場をピン止め力によって捕捉することにより前記攪拌子を磁気浮上させて支持する磁極構成物とを備えた非接触攪拌機において、
前記攪拌子はその磁場が前記回転軸を中心とする同心円周上で不均一な磁束分布を形成するように構成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、前記磁極構成物は、前記超電導バルク体が収容されて位置決め固定されている断熱された非磁性体の容器と、前記超電導バルク体を冷却する冷却体と、前記冷却体を冷却する冷凍機とから構成される一体構造体であり、回転駆動源によって前記回転軸まわりに回転されることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、前記回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は異なる磁極に着磁されていることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記攪拌子は、複数個あるいは複数極の浮上磁石から構成されており、それら浮上磁石は、前記回転軸方向に平行に着磁され、かつ、隣り合う各一端側は同一の磁極に着磁されていることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は前記攪拌子の回転面に平行に対向し、かつ同心円上に距離を置いて配設されたことを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項６】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、前記超電導バルク体は複数個であり、それら超電導バルク体は前記攪拌子に平行に対向し、かつ、それら超電導バルク体のうち一つを中心にして他のものが同心円上に距離を置いて配設されたことを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、前記各浮上磁石と前記各超電導バルク体とは同数設けられ、前記各浮上磁石と前記各超電導バルク体とは対向する位置にそれぞれ配置されることを特徴とする非接触攪拌機。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、前記超電導バルク体を挟んで前記攪拌子の反対側に磁性ヨークを配置したことを特徴とする非接触攪拌機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１２２７８５（Ｐ２００６−１２２７８５Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１２８８１（Ｐ２００４−３１２８８１）
【出願日】平成１６年１０月２７日（２００４．１０．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２７日（２００４．１０．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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