JP2022022507A - 試料破砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料容器を支持する支持部材の振動およびこれに伴うその他の部材の振動を安定して吸収する機能を有する試料破砕装置を提供する。【解決手段】回転軸２０が回転駆動機構により回転駆動される際、第１支持部材１２の回転軸１０の軸線Ｘ１まわりの旋回運動および傾斜軸２０の軸線Ｘ２まわりの回動が、第１弾性部材１４を介して基台１０に拘束される。その結果、第１支持部材１２および試料容器４１が複数の方向に振動され、当該試料容器４１に収容された試料が破砕用媒体により破砕される。第１支持部材１２の複数の方向への振動が、第１支持部材１２および基台１のそれぞれに連結された第１弾性部材１４を介して基台１に吸収される。【選択図】図１

Description

本発明は、有機材料または無機材料などの試料を破砕する試料破砕装置に関する。

細胞または植物の組織などの試料を破砕用媒体とともに破砕容器に収容して、この破砕容器に対して複数の方向の往復運動を与えることにより、破砕容器において破砕用媒体を試料に衝突させて破砕する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この破砕装置によれば、回転軸に対して傾斜軸が傾斜して固定され、傾斜軸に対して回転軸受機構を介して相対回転自在に支持部材が支持され、支持部材の外周縁部において試料と破砕用媒体とが収容された複数の破砕容器が保持されている。また、傾斜軸まわりの支持部材の回転を拘束する手段として、支持部材に固定された磁石と、装置基台側に固定された対極磁石との間に生じる磁力が用いられている。

また、回転軸を駆動するモータへの負荷を低減させながら、支持部材の回転を拘束するため、磁石のような非接触方式ではなく、リンク機構を構成する各部材間の連結部分における回動を用いて、当該リンク機構との接触によって支持部材の振動およびこれに伴うその他の部材の振動を吸収する技術が提案されている(例えば、特許文献２参照)。

特開２００５－８７７７８号公報 特許第５３５１２４２号公報

しかし、リンク機構が連結部分において相対回動可能な複数の部材により構成されているため、当該複数の部分の連結部分における摩擦力のわずかな不均衡または塵芥等の噛み込みなどのため、リンク機構の動作が不安定になり、支持部材の振動およびこれに伴うその他の部材の振動が吸収されなくなる可能性がある。

そこで、本発明は、試料容器を支持する支持部材の振動およびこれに伴うその他の部材の振動を安定して吸収する機能を有する試料破砕装置を提供することを目的とする。

本発明の試料破砕装置は、
基台と、
前記基台に対して固定されている回転駆動機と、
前記回転駆動機により回転駆動される回転軸と、
前記回転軸に対して傾斜した状態で固定されている傾斜軸と、
前記傾斜軸に対して当該傾斜軸の外側で第１回転軸受機構を介して相対回転可能に支持され、複数の試料容器を前記傾斜軸の周囲に離間させた状態で支持する第１支持部材と、
前記第１支持部材および前記基台のそれぞれに連結されている、長手方向に伸縮自在な第１弾性部材と、を備えている。

当該構成の試料破砕装置によれば、試料容器に試料（破砕対象物)および破砕用媒体が収納された状態で、複数の当該試料容器が傾斜軸の周囲に離間された状態で第１支持部材により支持される。この状態で、回転軸の軸線が鉛直方向に平行になるような姿勢で当該回転軸が回転駆動機構により回転駆動されることで、傾斜軸が回転軸の軸線まわりに回転駆動される。この際、第１支持部材の回転軸の軸線まわりの旋回運動および傾斜軸の軸線まわりの回動が、第１弾性部材を介して基台に拘束されるため、第１支持部材が傾斜軸の軸線まわりに振動するとともにその外周縁を上下に昇降させるように振動する。その結果、第１支持部材により支持されている試料容器が複数の方向のそれぞれに振動され、当該試料容器に収容された試料が破砕用媒体により破砕される。第１支持部材の複数の方向への振動が、第１弾性部材を介して基台に吸収される。

第１弾性部材は、第１支持部材および基台のそれぞれに連結されているだけであり、その伸縮運動が試料粉砕装置の他の構成要素により拘束される可能性が解消または低減されている。よって、当該他の構成要素との間の摩擦力または塵芥の噛み込みなどの問題が生じる可能性が解消または低減され、第１支持部材の振動およびこれに伴う傾斜軸および回転軸などのその他の部材の振動が第１弾性部材の伸縮運動により安定して基台に吸収されうる。

本発明の試料破砕装置において、
前記傾斜軸の軸線を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の前記第１弾性部材のそれぞれの一端部が前記第１支持部材に連結され、かつ、前記回転軸の軸線を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の前記第１弾性部材のそれぞれの他端部が前記基台に連結されていることが好ましい。

当該構成の試料破砕装置によれば、第１支持部材の傾斜軸の軸線まわりの振動および上下方向の振動の、複数の第１弾性部材の伸縮運動による吸収態様の均等化が図られる。これにより、第１支持部材の複数の方向のそれぞれの振動の安定、ひいては第１支持部材の振動に伴うその他の部材の振動がより安定に吸収されうる。

本発明の試料破砕装置において、
前記回転軸を当該回転軸の外側で第２回転軸受機構を介して相対回転可能に支持する第２支持部材と、
前記第２支持部材と前記基台との間に介在する、少なくとも部分的に弾性を有する第２弾性部材と、をさらに備えていることが好ましい。

当該構成の試料破砕装置によれば、第１支持部材の複数の方向への振動が、傾斜軸、回転軸および第２回転軸受機構を介して第２支持部材に伝搬され、第２支持部材が振動するが、この振動が第２弾性部材を介して基台に吸収される。第２弾性部材は、第２支持部材および基台の間に介在しているだけであり、その弾性変形が試料粉砕装置の他の構成要素により拘束される可能性が解消または低減されている。よって、当該他の構成要素との間の摩擦力または塵芥の噛み込みなどの問題が生じる可能性が解消または低減され、第１支持部材の振動およびこれに伴う傾斜軸および回転軸などのその他の部材の振動が第１弾性部材の伸縮運動に加えて第２弾性部材の弾性変形よりさらに安定して基台に吸収されうる。

本発明の試料破砕装置において、
前記回転軸の軸線を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の前記第２弾性部材のそれぞれが前記第２支持部材と前記基台との間に介在することが好ましい。

当該構成の試料破砕装置によれば、第１支持部材の傾斜軸の軸線まわりの振動および上下方向の振動が伝搬された際の第２支持部材の複数の方向の振動の、複数の第２弾性部材の伸縮運動による吸収態様の均等化が図られる。これにより、第１支持部材の複数の方向のそれぞれの振動の安定、ひいては第１支持部材の振動に伴うその他の部材の振動がより安定に吸収されうる。

本発明の一実施形態としての試料破砕装置の一部が縦断面図である側面図。 本発明の一実施形態としての試料破砕装置の上面図。 第１弾性部材の第１変形配置態様に関する説明図。 第１弾性部材の第２変形配置態様に関する説明図。 本発明の他の実施形態としての試料破砕装置の一部が縦断面図である側面図。 本発明の他の実施形態としての試料破砕装置の上面図。

（構成）
図１および図２に示されている本発明の一実施形態としての試料破砕装置は、基台１と、回転駆動機２と、回転軸２０と、傾斜軸１０と、第１支持部材１２と、第１弾性部材１４と、を備えている。第２支持部材２２と、第２弾性部材２４と、を備えている。図１および図２には、試料破砕装置の各構成要素の位置および姿勢の理解の容易のため、鉛直方向をｚ方向、水平面内において直交する２つの方向をのそれぞれをｘ方向およびｙ方向とする３次元直交座標系が示されている。

基台１（ハウジング）は、例えば金属および／または樹脂により構成され、載置台に防振部材を介して載置されるまたは固定される。基台１には、回転駆動機２の回転数および温度などの動作状態を表示する出力インターフェースのほか、回転駆動機２の回転数を作業者が指定するための入力インターフェースを構成するタッチパネルが設けられている。

回転駆動機２は、例えば電動モータにより構成され、かつ、基台１に対して固定されている。基台１に収容された駆動用ドライバ２００により、電源（例えば、外部商用電源またはバッテリ）からの電力が制御されたうえで回転駆動機２に対して供給されることにより、回転駆動機２の動作が制御される。駆動用ドライバ２００は、コアプロセッサなどの演算処理装置およびメモリなどの記憶装置により構成されている。

回転軸２０は、回転駆動機２の出力軸２０２に対して連結部２０４を介して連結または接続されている。回転軸２０の軸線Ｃ２および回転駆動機構２の出力軸２０２の軸線のそれぞれは、鉛直方向（ｚ軸方向）に延在する同一の直線に沿って延在している。傾斜軸１０は、回転軸２０の先端部に対して傾斜した状態で固定されており、その軸線Ｃ１は、回転軸２０の軸線Ｃ２に対して角度θ（例えばθ＝５°～３０°）だけ傾斜している。回転軸２０は、プーリおよびプーリベルト、ギアまたは減速機構、カム機構などの力伝達機構を介して間接的に回転駆動機２の出力軸２０２に対して連結されていてもよい。

第１支持部材１２は、第１筒状要素１２１および第１板状要素１２２により構成されている。第１筒状要素１２１および第１板状要素１２２は一体的に構成されていてもよく、別個に構成されたうえで連結されていてもよい。第１筒状要素１２１は略円筒状であり、その内側において傾斜軸１０に対して第１回転軸受機構１１（例えば、ボールベアリング）を介して相対回転可能に支持されている。

第１板状要素１２２は、第１筒状要素１２１に対してその外側に張り出して固定されている隅角が丸い略正方形板状であり、その厚さ方向に貫通する複数（例えば４個）の貫通孔１２２０が形成されている。第１板状要素１２２は、円板状、楕円板状、正多角形板状、平行四辺形板状など、第１支持部材１２または第１筒状要素１２１の中心軸線を基準として回転対称性を有する形状に形成されていてもよく、台形板状のように当該回転対称性がない形状に形成されていてもよい。複数の貫通孔１２２０は、第１支持部材１２または第１筒状要素１２１の中心軸線を基準として回転対称性を有するように配置されている。試料容器４１が収容されたホルダ４２が縦方向に貫通孔１２２０に挿入された状態で、第１板状要素１２２に対してクランプ機構等の適当な機械的固定手段により固定される。これにより、複数の試料容器４１が、傾斜軸１０の周囲に離間した状態で第１支持部材１２により支持されている。第１板状要素１２１に外周縁から内側に連続的に延在するスリットが第１弾性部材１４と干渉を回避するように形成され、当該スリットに対してホルダ４２が横方向から内側に案内されたうえで第１板状要素１２２に対して固定されてもよい。

貫通孔１２２０とは別に貫通孔および／または穴（窪み）または溝が設けられるなど、第１板状要素１２２、ひいては第１支持部材１２が肉抜きされていてもよい。これにより、第１支持部材１２の軽量化が図られ、その結果として第１支持部材１２の振動により回転駆動機１およびその他にかかる負荷の軽減が図られる。

ホルダ４２には、試料容器４１を冷却するための冷却媒体（例えば水）を循環させるための冷却媒体用配管が接続され、この冷却媒体用配管はフレキシブル配管を通じて外部の冷却媒体供給源に接続される。

第１弾性部材１４は、長手方向に伸縮自在なゴムバンド、ゴム紐などの弾性を有する紐状または帯状の部材および／または巻きばねなどのばねにより構成されている。第１弾性部材１４のそれぞれは、第１支持部材１２の外周縁部（または外周縁部から外側に局所的に突出する連結用部材）および図１に示されているように基台１の上方に突出して設けられた複数のロッド状の連結用部材１０４のそれぞれに対して連結されている。第１弾性部材１４がゴムバンドまたはゴム紐により構成されている場合、第１支持部材１２の外周縁部および連結用部材１０４のそれぞれに対して単に回し掛けまたは結び付けられてもよい。

図２に示されているように、第１支持部材１２の外周縁部の３時（第１支持部材１２の中心軸線または回転軸２０の軸線Ｘ２を基準とした方位を表わす。以下同じ。）の箇所と、基台１において１時半および４時半のそれぞれの箇所に配置された２つの連結用部材１０４のそれぞれとに対して、２つの（または単一の）紐状または長尺状の第１弾性部材１４が連結されている。同様に、図２に示されているように、第１支持部材１２の外周縁部の９時の箇所と、基台１において７時半および１０時半のそれぞれの箇所に配置された２つの連結用部材１０４のそれぞれとに対して、２つの（または単一の）紐状または長尺状の第１弾性部材１４が連結されている。これにより、図２に示されているように、第１支持部材１２は、３時および９時のそれぞれの箇所において第１弾性部材１４を介して基台１に対して連結されている。

すなわち、傾斜軸１０の軸線Ｃ１を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の第１弾性部材１４のそれぞれの一端部が第１支持部材１２に連結され、かつ、回転軸２０の軸線Ｃ２を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の第１弾性部材１４のそれぞれの他端部が基台１０に連結されている。

第１弾性部材１４の個数および配置態様はさまざまに変更されてもよい。第１支持部材１２または第１板状要素１２２において、その外周縁部よりも内側の箇所に第１弾性部材１４が連結されていてもよい。第１支持部材１２の側面だけではなく、上面側および／または下面側に第１弾性部材１４が連結されていてもよい。第１弾性部材１４の第１支持部材１２に対する複数の連結箇所は傾斜軸１０の軸線Ｃ１に対して回転対称性を有していなくてもよい。連結用部材１０４の個数は３個以下であってもよく、５個以上であってもよい。複数の連結用部材１０４の配置態様、ひいては第１弾性部材１４の基台１に対する複数の連結箇所は回転軸２０の軸線Ｃ２に対して回転対称性を有していなくてもよい。

例えば、図３に示されているように、第１支持部材１２の外周縁部の（ｎ＋３）時半（ｎ＝０，１，２，３）の箇所および外周縁部よりも内側でｎ時の箇所のそれぞれと、基台１においてｎ時半の箇所に配置された連結用部材１０４との間に、２つの（または単一の）第１弾性部材１４が連結されていてもよい。図４に示されているように、第１支持部材１２の外周縁部のｎ時の箇所と、基台１においてｎ時の箇所に配置された連結用部材１０４との間に、単一の（または複数の）第１弾性部材１４が連結されていてもよい。

第２支持部材２２は、第２筒状要素２２１および第２板状要素２２２により構成されている。第２筒状要素２２１および第２板状要素２２２は一体的に構成されていてもよく、別個に構成されたうえで連結されていてもよい。第２筒状要素２２１は上から下にかけて段階的に拡径する段差付きの略円筒状であり、その内側において回転軸２０に対して第２回転軸受機構２１（例えば、ボールベアリング）を介して相対回転可能に支持されている。第２板状要素２２２は、第２筒状要素２２１に対してその外側に張り出して固定されている略円環板状である。第２板状要素２２２は、楕円板状、正多角形板状、平行四辺形板状など、第２支持部２２または第２筒状要素２２１の中心軸線を基準として回転対称性を有する形状に形成されていてもよく、台形板状のように当該回転対称性がない形状に形成されていてもよい。

第２弾性部材２４は、ワッシャ２４０、第１防振部材２４１、第２防振部材２４２、ボルト２４４およびナット２４６により構成されている。第１防振部材２４１は、略円筒状のシリコンゴムなどのゴムにより構成されている。第１防振部材２４１および第２防振部材２４２のそれぞれは、略円筒状または略円環状のシリコンゴムまたはブタジエンゴムなどの防振用ゴムにより構成されている。第１防振部材２４１および第２防振部材２４２のそれぞれを構成するゴムは同じであっても異なっていてもよい。基台１および第２支持部材２２の間に単一または３つ以上の円筒状または円環状の防振部材が介装されたうえで、基台１および第２支持部材２２に対して固定されていてもよい。

図１に示されているように、第１防振部材２４１、ワッシャ２４０（または円環状の金属板）および第２防振部材２４２が上から順に重ね合わせられた状態で基台１および第２板状要素２２２の間に介装され、これらを貫通するボルト２４４およびボルト２４４の端部に螺着されたナット２４６により基台１および第２支持部材２２に対して固定されている。これにより、図２に示されているように、１時半、４時半、７時半および１０時半のそれぞれの位置において第２支持部材２２が第２弾性部材２４を介して基台１に対して連結されている。すなわち、回転軸２０の軸線Ｃ２を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の第２弾性部材２４のそれぞれが基台１０および第２支持部材２２の間に介装されている。

第２弾性部材２４の形状、個数および配置態様はさまざまに変更されてもよい。回転軸２０を取り囲む単一の略円環状の第２弾性部材２４または複数の円弧状の第２弾性部材２４が第２支持部材２２および基台１の間に介在していてもよい。第２弾性部材２４の個数は３個以下であってもよく、５個以上であってもよい。複数の連結用部材１０４の配置態様、ひいては第１弾性部材１４の基台１に対する複数の連結箇所は回転軸２０の軸線Ｃ２に対して回転対称性を有していなくてもよい。

（機能）
当該構成の本発明の一実施形態としての試料破砕装置によれば、試料容器４１に試料（破砕対象物)および破砕用媒体が収納された状態で、複数の当該試料容器４１が傾斜軸１０の周囲に離間された状態で第１支持部材１２により支持される。この状態で、回転軸２０の軸線Ｘ２が鉛直方向に平行になるような姿勢で当該回転軸２０が回転駆動機構により回転駆動されることで、傾斜軸１０が回転軸２０の軸線Ｘ２まわりに回転駆動される。この際、第１支持部材１２の回転軸１０の軸線Ｘ１まわりの旋回運動および傾斜軸２０の軸線Ｘ２まわりの回動が、第１弾性部材１４を介して基台１０に拘束される。このため、第１支持部材１２が傾斜軸１０の軸線Ｘ１まわりに振動するとともにその外周縁を上下に昇降させるように振動する。その結果、第１支持部材１２により支持されている試料容器４１が複数の方向のそれぞれに振動され、当該試料容器４１に収容された試料が破砕用媒体により破砕される。

第１支持部材１２の複数の方向への振動が、第１弾性部材１４の伸縮運動によって基台１に吸収される。また、第１支持部材１２の複数の方向への振動が、傾斜軸１０、回転軸２０および第２回転軸受機構２１を介して第２支持部材２２に伝搬され、第２支持部材２２が振動するが、この振動が第２弾性部材２４を介して基台１に吸収される。

第１弾性部材１４は、第１支持部材１２および基台１のそれぞれに連結されているだけであり、その伸縮運動が試料粉砕装置の他の構成要素により拘束される可能性が解消または低減されている。第２弾性部材２２は、第２支持部材２２および基台１の間に介在しているだけであり、その弾性変形が試料粉砕装置の他の構成要素により拘束される可能性が解消または低減されている。よって、当該他の構成要素との間の摩擦力または塵芥の噛み込みなどの問題が生じる可能性が解消または低減され、第１支持部材１２の振動およびこれに伴う傾斜軸１０および回転軸２０などのその他の部材の振動が第１弾性部材１４の伸縮運動により安定して基台１に吸収されうる。

（本発明の他の実施形態）
図５および図６に示されている本発明の他の実施形態としての試料破砕装置は、第１弾性部材１４の構成を除いて前記実施形態と同様であるため、当該同様の構成については前記実施形態と同一符号を用いるとともに説明を省略する。

図５および図６に示されているように、第１弾性部材１４は、基台１に対して固定された一対のばね部材１４１と、第１支持部材１２またはこの実施形態では略円板板状の第１板状要素１２２に対して回動可能なローラ１４２と、当該一対のばね部材１４１に対して両端部が連結され、中間部においてローラ１４２に対して巻き掛けられたワイヤ１４４と、により構成されている。ワイヤ１４４は金属により構成されていてもよいが、それ自体が弾性を有するシリコンゴム等により構成されていてもよい。

図６に示されているように、本実施形態では３つのローラ１４２が1時、５時および９時のそれぞれの箇所に設けられている。ローラ１４２の個数および配置態様はさまざまに変更されてもよい。同じく、図６に示されているように、上面視で一対のばね部材１４１およびローラ１４２が略直線状に配置されている。

当該構成の本発明の他の実施形態としての試料破砕装置によれば、第１支持部材１２の複数の方向への振動が、ワイヤ１４４を介してばね部材１４１の伸縮運動およびローラ１４２の回動によって基台１に吸収される。

１‥基台、２‥回転駆動機、１０‥傾斜軸、１１‥第１回転軸受機構、１２‥第１支持部材、１４‥第１弾性部材、２０‥回転軸、２１‥第２回転軸受機構、２２‥第２支持部材、２４‥第２弾性部材、４１‥試料容器、４２‥ホルダ、１２１‥第１筒状要素、１２２‥第１板状要素、２００‥駆動用ドライバ、２２１‥第２筒状要素、２２２‥第２板状要素、１２２０‥貫通孔。

Claims (4)

1. 基台と、
   前記基台に対して固定されている回転駆動機と、
   前記回転駆動機により回転駆動される回転軸と、
   前記回転軸に対して傾斜した状態で固定されている傾斜軸と、
   前記傾斜軸に対して当該傾斜軸の外側で第１回転軸受機構を介して相対回転可能に支持され、複数の試料容器を前記傾斜軸の周囲に離間させた状態で支持する第１支持部材と、
   前記第１支持部材および前記基台のそれぞれに連結されている、長手方向に伸縮自在な第１弾性部材と、を備えている
   試料破砕装置。
2. 請求項１記載の試料破砕装置において、
   前記傾斜軸の軸線を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の前記第１弾性部材のそれぞれの一端部が前記第１支持部材に連結され、かつ、前記回転軸の軸線を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の前記第１弾性部材のそれぞれの他端部が前記基台に連結されている
   ことを特徴とする試料破砕装置。
3. 請求項１または２記載の試料破砕装置において、
   前記回転軸を当該回転軸の外側で第２回転軸受機構を介して相対回転可能に支持する第２支持部材と、
   前記第２支持部材と前記基台との間に介在する、少なくとも部分的に弾性を有する第２弾性部材と、をさらに備えている
   ことを特徴とする試料破砕装置。
4. 請求項３記載の試料破砕装置において、
   前記回転軸の軸線を基準として回転対称性を有する複数の箇所のそれぞれにおいて、複数の前記第２弾性部材のそれぞれが前記第２支持部材と前記基台との間に介在する
   ことを特徴とする試料破砕装置。

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