JP3580864B2 - 撹拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、固形成分を含んだ容器内の溶液を自動的に撹拌するための撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術・発明の解決課題】
試験管等のチューブ状容器内に、液体と液体、液体と固体というように複数成分を含んだ種々の溶液試料を入れ、この容器に振動ないし旋回運動を与えて中の溶液試料を撹拌混合させる撹拌装置は、例えば図１６や図１７に示されるようなものが一般によく知られている。
【０００３】
図１６の装置は、操作者が手に容器１０１を１本ずつ持ち、容器１０１の底を装置の偏心回転台１１０上に押し当てることによって撹拌を行うものである。偏心回転台１１０は、２方からバネ部材１１４で引っ張られており、且つベアリング１１３を介して偏心軸１１２に連結されている。バネ部材１１４は、偏心回転台１１０が、偏心軸１１２を中心として自転するのを規制すると共に、モータ１１１の出力軸を中心として公転（出力軸に対する偏心量を公転半径とする）するのを許容する。すなわち、公転半径に相当する振幅で振動する偏心回転台１１０に対しては、各バネ部材１１４が弾性変形することによってこの回転台１１０の変位に対応する。ベアリング１１３は、偏心回転台１１０が上述の公転を行うとき、偏心軸１１２が偏心回転台１１０に対して相対的に回転するのを許容する。したがって、モータ１１１が回転するとモータ１１１の出力軸に連結された偏心軸１１２を介して偏心回転台１１０に旋回運動が与えられる。
【０００４】
図１６の装置では、容器１０１を偏心回転台１１０に押し付ける力が強すぎると、回転台１１０の旋回運動に支障となって撹拌効果が減少する。また、手の保持が不十分であると、容器１０１全体が振れて位置ずれをおこす。特に、容器１０１を回転台１１０に押し当てる位置が異なるとその位置の旋回半径も異なり、撹拌効果に差異が生じる。
【０００５】
図１７の装置は、図１６の装置に比べて偏心回転台が異なっており、この偏心回転台２１０には複数の容器２０１が保持されるように構成されている。偏心回転台２１０を旋回運動させるための機構は図１６の装置と同様に構成されている。回転台２１０の上端面には、試料容器２０１が嵌入できるように、容器２０１と略同じ形状の穴２０９が複数形成されており、これらの穴２０９に容器２０１を嵌入させて回転台２１０を旋回させると、複数の容器内の溶液を同時に撹拌することができる。
【０００６】
図１７の装置では、容器２０１と穴２０９の形状の一致が重要である。何故ならば、容器２０１を穴２０９に保持した状態で偏心回転台２１０を旋回させると、容器２０１も回転台２１０と共に遠心力を受け、穴２０９から飛び出してしまう虞れがあるからである。したがって、穴２０９の内面は、嵌入された容器２０１の外面に密着して容器２０１を確実に保持するように、略同一形状で僅かに小さい内径寸法となるように形状が与えられている。あるいは、容器２０１を保持する特別の手段が回転台２１０に設けられることになる。
【０００７】
特に、この装置が含まれて全自動化された系では、試料の入った容器２０１を装置の偏心回転台２１０の穴２０９へロボットハンド等の手段により自動的に入れるために、回転台２１０の停止時、それぞれの穴２０９が常に一定位置になければならず、そのような位置で回転台２１０を停止させるために、位置を認識するセンサが必要であり、装置の複雑化、コスト上昇を招く一因であった。
【０００８】
さらに、試料容器２０１と回転台２１０とは一体となって旋回運動することになるので、旋回部の慣性質量は試料の量によって異なり、多量の試料を取り扱う場合には慣性質量が大きくなって騒音が発生したり、装置自体の振動が発生することもあった。
【０００９】
本発明は上述のごとき従来の技術的課題に鑑み、これを有効に解決すべく創案されたものである。したがって本発明の目的は、自動化された系に撹拌装置を組み込むに際して、偏心回転する容器受け台の停止位置に拘わらず試料容器を所定の位置でロボットハンド等の自動化搬送手段から容器を受け取ることができ、位置を認識するセンサの必要性の問題を解消できる撹拌装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、作業者が試料容器を手で保持しなくとも、容器が撹拌装置から遠心力で飛び出すことがなく、自動化に有利な撹拌装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、容器に撹拌動作を与えるための偏心回転運動を行う手段が、容器内の試料質量の影響をほとんど受けることなく一定の偏心回転運動を行え、その運動を駆動する手段に新たな振動や騒音を発生することのない撹拌装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撹拌装置は、上述のごとき従来技術の課題を解決し、その目的を達成するために以下のような構成を備えている。即ち、上端部の近傍にフランジ部を有する管状の試料容器を用い、上記管状の容器をルーズに挿通させつつ上記フランジ部の下端面に当接して該容器を吊支する容器支持手段と、上記容器支持手段の下方に位置し、該支持手段に吊支された容器の下端部の周囲で、該下端部に衝突しながら旋回運動する容器叩き手段とを備え、上記容器支持手段は、固定部分に固定されている。
【００１３】
【作用および発明の効果】
本発明に係る撹拌装置では、試料容器を保持する容器支持手段と、試料容器に撹拌のための運動を与える容器叩き手段とが別々に構成されており、容器支持手段は固定位置に設けられていて且つ容器をルーズに保持するようにされているので、ロボットハンド等の自動搬送手段による容器のアクセスに対して自動搬送手段の制御が、容器叩き手段の停止位置に合わせる必要がなく簡単である。
【００１４】
試料容器が撹拌動作を受けるとき、容器の上端部がルーズに保持されつつ略一か所に位置しており、下端部が旋回運動するので、容器支持手段から遠心力で飛び出すことがない。
【００１５】
容器内の試料の重量は容器支持手段によって支えられ、駆動機構である容器叩き手段には、その重量はほとんど作用しないので、装置自体の駆動系に新たな振動や騒音の発生がほとんどない。
【００１６】
試料容器は、単なる旋回運動だけではなく、叩き手段による衝突の衝撃も受けるので、強い撹拌作用が得られる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明に係る撹拌装置の一実施例について、図１から図１５を参照して説明する。本発明の撹拌装置は、各図から解るように、試料容器を保持する構造と、保持された容器に撹拌のための運動を与える機構が新規であり、上述の従来技術において偏心回転台に旋回運動を与える駆動機構の部分は、本発明の装置においても同様に用いられている。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施例を示す部分破断斜視図である。試料容器１は、上端にフランジ２を有して略円筒状に下方へ延び（以下、円筒部３と称す）、下端が略円錐状に窄められた（以下、円錐部４と称す）ものが用いられる。
【００１９】
試料容器１を保持する構造としての容器支持台５が、例えば本装置のハウジング等の固定部分６に取り付けて設けられている。この容器支持台５は、略矩形の天板７と、天板７の四隅に設けられて該天板７と固定部分６との間を上下に連結する脚部８とを有している。天板７には、容器１を受け入れるための複数の第１円形穴９が略等間隔に開口形成されており、その第１円形穴９の径は、容器１のフランジ２の外径よりも小さく、円筒部３の外径よりも大きくされている。したがって、第１円形穴９の真上から容器１を垂直に下降させた場合、円錐部４の下端頂部が第１円形穴９の直径の範囲内にさえ位置していれば、容器１は支持台５に吊るされたかたちで確実に支持される。
【００２０】
容器支持台５の下方には、上述の従来技術における偏心回転台を駆動する機構と同様の機構に連結されて旋回運動が与えられる可動板１０が設けられている。この可動板１０の駆動機構は、モータ１１、偏心軸１２、ベアリング１３、バネ１４、および接続台１５により構成されており、可動板１０は、この接続台１５に一体的に連結されている。可動板１０には、容器支持台５の第１円形穴９の略真下の位置に第２円形穴１６が形成されている。第２円形穴１６の位置はモータ１１の停止位置によって異なるが、モータ１１がいずれの停止位置にあっても第１円形穴９の中心の真下の位置が第２円形穴１６の範囲内となるように、この第２円形穴１６の位置が与えられている。可動板１０が設けられている高さ位置は、第１円形穴９を通って支持台５に支持された容器１の円錐部４がこの第２円形穴１６を通る程の高さ位置である。
【００２１】
モータ１１が駆動されると、偏心軸１２を介して接続台１５および可動板１０が偏心旋回運動を行う。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、可動板１０が偏心旋回運動するときの第２円形穴１６と容器１の円錐部４の連続動作を表している。図中一点鎖線で描いているのは、第２円形穴１６の旋回運動軌跡の円１７であり、その半径は、モータ１１の出力軸に対する偏心軸１２の偏心量に等しい。可動板１０が旋回運動すると、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、第２円形穴１６の内周面が容器１に周期的に衝突し、容器１に連続的に衝撃を与える。容器１は、上端のフランジ２が容器支持台５の第１円形穴９の周縁部上に載っている係合状態の下で、下端部が衝撃を受けるたびに方向転換しながら円運動に近い旋回運動（直線運動の重畳）を行う。容器１の全体の運動としては、上端部が略一定位置にあって下端部が旋回運動をする円錐運動に近い運動である。容器１内の試料は、この旋回運動と衝撃とによって強く撹拌され、十分に混合される。旋回運動は、容器内の試料に渦流を形成させるが、モータ１１の回転速度を高めると、可動板１０が容器１に衝突する勢いも強くなり、撹拌作用に占める渦流の影響よりも衝撃の影響の方が大きくなる。容器１は、旋回運動を行うときに傾くが、フランジ２が容器支持台５の上面に対して部分的に接触し、部分的に浮いた状態となってこの傾きを許容する。
【００２２】
以上のような構成および作用によれば、試料容器１をロボットハンド等の自動搬送手段（図示せず）によってこの撹拌装置にアクセスする場合、自動搬送手段は第１円形穴９の位置へ容器１を搬送すればよく、第１円形穴９の位置は変わらないので、自動搬送手段は常に一定の移動さえ行えばよい。しかも第１円形穴９の内径は容器１の円筒部３の外径よりも大きいので、容器１を第１円形穴９に押し込む必要もない。したがって、撹拌装置を含む系内での容器搬送を自動化するのに極めて好都合である。
【００２３】
試料容器１に撹拌動作を与える可動板１０は、容器１を支持せずに自身の旋回運動を容器１に伝えるだけなので、容器１およびその中の試料の重量が可動板自身の重量に加わることがなく、その旋回運動は安定する。
【００２４】
また、可動板１０の旋回運動は、容器１に回転運動もしくはそれに近い運動を与えても、従来技術の図１７の例で示したような偏心回転台と容器のように両者が一体となって同じ旋回運動を行う訳ではなく、試料容器１を第１円形穴９から飛び出させようとする程の遠心力を容器１に対して作用させない。特に、容器１は上端部が略一点にあって下端部が略旋回運動をする言わば円錐状の回転運動に近い運動をするが、このような運動では、回転半径が大きな容器１の主に下端部に集中して遠心力が作用するので、容器１の上端部は第１円形穴９から飛び出そうとするよりも、むしろ下方に引き下げられようとし、容器１のフランジ２は容器支持台５の天板７に押し付けられ、容器１と支持台５との確実な係合関係が維持されることになる。これらのことは、試料容器１の円筒部３が第１円形穴９に対してルーズに係合するのを許容することにもなっている。
【００２５】
また、可動板１０の第２円形穴１６の旋回軌跡１７の中心は、第１円形穴９の中心の真下に位置しており、常に第２円形穴１６に重なった位置にある。したがって、モータ１１が停止したときも第１円形穴９と第２円形穴１６とは常に重なった部分が存在しており、第１円形穴９を通って上から下降してくる容器１の円錐部４は、必ず第２円形穴１６に挿通することができる。
【００２６】
図３は本発明の第２実施例を示す部分破断斜視図である。第１実施例との相違点は、容器の下端部に旋回運動を与えるための可動板の構成であり、その他の構成については第１実施例と同様である。したがって、第１実施例と全く同一の構成については同じ参照番号を付すことによって重複する説明を省略する。
【００２７】
容器支持台５の下方に設けられた可動板３０は、第１実施例の第２円形穴に代わって複数の突出ピン３６が形成されている。これら突出ピン３６は、可動板３０が旋回運動することによって容器１の下端部に衝突し、第１実施例の第２円形穴の内周面と同様に作用する。この実施例では、１本の容器１に対して４本の突出ピン３６が対応するように形成されているが、５本または６本というように、さらに多く形成されてもよい。その場合、各突出ピン３６の配置は、第１実施例の第２円形穴の円周上に均等な中心角で割出された位置に配置されるのがよい。
【００２８】
図４は、本発明の第３実施例を示す部分破断斜視図である。図５は、第３実施例における容器支持台の全体を試料容器がセットされた状態で示す斜視図である。この実施例で用いられる試料容器２１は、複数のチューブ２３が連結されたかたちに一体成形されており、この実施例では５連チューブに形成されている。図６は、この試料容器２１の正面図、図７はその平面図、図８はその側面図、図９はその底面図である。これらの図中２２はフランジ部であり、連結された５本のチューブ２３全体の周囲にわたって、略長方形状に形成されている。隣り合うチューブ２３が連結された箇所の外周面は、括れ部２４に形成されている。試料容器２１の両端には軸状の把持用ピン４０が突出形成されており、ロボットハンド等の自動搬送手段による把持に供される。図中３８は補強用リブであり、各チューブ２３の軸方向に沿ってフランジ部２２の下端面から下方へ延びている。
【００２９】
試料容器２１を保持する構造としての容器支持台は、例えば本装置のハウジング等の固定部分２６に取り付けて設けられている。この容器支持台は、一つの試料容器２１に対して、これを２枚の平行板２５で受けるように構成されており、この平行板２５から互いに向かい合う方向に略逆三角形の受板２７が突出して設けられている。この受板２７は、試料容器２１を４カ所の括れ部２４の位置でフランジ部２２の下端面から支承する。対応する括れ部２４は、両面の両外側に位置する４カ所の括れ部２４である。互いに対向している括れ部２４の間の距離は１４ｍｍであり、同側の隣接する括れ部の間の距離も１４ｍｍにされている。フランジ部２２の長さは７４ｍｍ、幅は２２ｍｍである。中央の三つのチューブ２３を挟む括れ部２４の間の距離は４２ｍｍである。一方、平行板２５間の内のり寸法は３８ｍｍ、対向する受板２７間の距離は１６ｍｍであり、容器２１の対向括れ部間の距離１４ｍｍよりも僅かに広くされている。各平行板２５は中央下部が切除されており、５枚の平行板２５が並べられた平行板群の中央下部は、連続したトンネル状の空間となって可動板５０の可動空間を形成している。
【００３０】
可動板５０は、上述の第１および第２の実施例と同様の駆動機構によって旋回運動が与えられる。可動板５０は、第１実施例における第２円形穴に相当する矩形穴５６を有しており、試料容器２１の下端部に旋回運動と衝撃を与える。矩形穴５６の寸法は、幅２４ｍｍ、長さ７６ｍｍで５連チューブの容器２１が余裕をもって入り得る大きさにされている。
【００３１】
図１０は、本発明の第４実施例を示す部分破断斜視図である。図１１は、第４実施例における容器支持台の全体を示す斜視図である。図１２は、容器支持台の平行板２５に保持された試料容器２１と突出ピン７６との関係を示す正面図、図１３は図１２の平面図、図１４は図１２の側面図である。この実施例で用いられる試料容器と、容器支持台は第３実施例で用いられるものと同じである。また、可動板の駆動機構も第３実施例と同じものである。第３実施例との相違点は、可動板の構成である。第４実施例における可動板７０は、第２実施例における突出ピンと似た複数の突出ピン７６が形成されている。これら突出ピン７６は、平行板２５および受板２７に保持された容器２１の括れ部２４に対面する位置に配列されており、一つの容器２１に対して８個の突出ピン７６が形成されている。
【００３２】
突出ピン７６は直径１０ｍｍ、突出高さが２５ｍｍであり、間に試料容器２１を挟む互いに向かい合ったピン７６間の軸心間距離は３０ｍｍである。したがって、その内のり寸法は２０ｍｍとなっている。また、同じ側に位置して隣接するピンどうしの間の距離は、容器２１の括れ部２４の間の距離に等しく１４ｍｍにされている。
【００３３】
図１５（Ａ）〜（Ｄ）は、可動板７０が偏心旋回運動するときの突出ピン７６と容器２１の動作を順に表している。突出ピン７６が時計方向に旋回運動するのに伴って容器２１の下端部が追従して旋回運動し、上端部は受板２７に拘束されて略同じ位置にある。容器２１の下端部は突出ピン７６が衝突することによって衝撃も受ける。容器２１が旋回運動するに際しては、フランジ部２２が受板２７に対して部分的に当接し、部分的に浮き上がることで容器２１の傾きは許容される。
【００３４】
なお、この実施例では一つの容器２１に対して８個の突出ピン７６が設けられているが、容器２１は一体成形されているので、真ん中の４個の突出ピン７６は省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す部分破断斜視図である。
【図２】図１の実施例において可動板が偏心旋回運動するときの第２円形穴と容器の円錐部の連続動作を表す説明図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す部分破断斜視図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す部分破断斜視図である。
【図５】図４の実施例における容器支持台の全体を試料容器がセットされた状態で示す斜視図である。
図である。
【図６】図４の実施例において用いられる試料容器の正面図である。
【図７】図６の試料容器の平面図である。
【図８】図６の試料容器の側面図である。
【図９】図６の試料容器の底面図である。
【図１０】本発明の第４実施例を示す部分破断斜視図である。
【図１１】図１０の実施例における容器支持台の全体を示す斜視図である。
【図１２】図１０の実施例において容器支持台に保持された試料容器と突出ピンとの関係を示す正面図である。
【図１３】図１２の平面図である。
【図１４】図１２の側面図である。
【図１５】図１０の実施例において可動板が偏心旋回運動するときの突出ピンと容器の動作を順に表す説明図である。
【図１６】従来技術の一例を示す斜視図である。
【図１７】従来技術の他の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 試料容器
２ フランジ
３ 円筒部
４ 円錐部
５ 容器支持台
６ 固定部分
７ 天板
８ 脚部
９ 第１円形穴
１０ 可動板
１１ モータ
１２ 偏心軸
１３ ベアリング
１４ バネ
１５ 接続台
１６ 第２円形穴
１７ 第２円形穴の旋回軌跡
２１ 試料容器
２２ フランジ部
２３ チューブ
２４ 括れ部
２５ 平行板
２６ 固定部分
２７ 受板
３０ 可動板
３８ リブ
４０ 把持用ピン
５０ 可動板
５６ 矩形穴
７０ 可動板
７６ 突出ピン

Claims (1)

1. 上端部の近傍にフランジ部（２，２２）を有する管状の試料容器（１，２１）を用い、
   上記管状の容器（１，２１）をルーズに挿通させつつ上記フランジ部（２，２２）の下端面に当接して該容器（１，２１）を吊支する容器支持手段（５，２５）と、
   上記容器支持手段（５，２５）の下方に位置し、該支持手段に吊支された容器（１，２１）の下端部の周囲で、該下端部に衝突しながら旋回運動する容器叩き手段（１６，３６，５６，７６）とを備え、
   上記容器支持手段（５，２５）は、固定部分（６，２６）に固定されていることを特徴とする撹拌装置。

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