JP4051387B2 - マグネットスターラ - Google Patents

Description

本発明は、容器内を撹拌するために用いられるマグネットスターラに関する。

マグネットスターラは、恒温槽などの容器内に設けられ、容器内を容器外に設けられた駆動手段によって撹拌する装置である（例えば、特許文献１参照） 。
このようなマグネットスターラには、薬液等の液体を撹拌する場合や空気を撹拌する場合など様々な用途が考えられるが、特に液体や水蒸気を撹拌する用途がある場合においては、その支持軸の軸受には油を用いた軸受を採用することができない。その液体や水蒸気が軸受内に侵入して油が液体や水蒸気に混入するおそれがあるためである。

このため、マグネットスターラにおいては、軸受に油を使用しない構成のものが用いられていることがある。
軸受に油を使わない構成のマグネットスターラについて、図４に基づいて説明する。
このマグネットスターラ１０は、容器９内に貯留される液体を撹拌するための撹拌羽根１２と、磁石１４とが設けられたスターラ本体１１と、スターラ本体１１の回転を支持する支持軸１６とを有している。

マグネットスターラ１０は、容器９の内底面９ａに配置され、鉛直方向を回転の軸線方向としているため、スターラ本体１１は支持軸１６に上方からかぶせられ、スターラ本体１１は支持軸１６に自在に抜き差し可能に設けられている。
すなわち、スターラ本体１１には、支持軸１６の上端部が挿入される当接孔１７が形成されており、スターラ本体１１は単に支持軸１６に載置されているだけの状態で支持軸１６を中心に回転する。また、支持軸１６の下端部は、容器の内底面９ａに設けられた軸受孔８内に単に収納保持されており、支持軸１６自体は回転しない構造となっている。

支持軸１６は、上端部が徐々に小径となり、その先端が当接孔１７の内部の当接面１７ａに点接触によって当接するように形成されている。具体的には、支持軸１６の上端部はほぼ半球状に形成されており、この球面の一点で当接孔１７の内壁面である当接面に接触している。
このように、支持軸１６とスターラ本体１１とを点接触で接触させるようにしたことで、スターラ本体１１と支持軸１６との間の摩擦抵抗を低減させている。

また、スターラ本体１１には、マグネット１４が設けられており、容器外部においてマグネット１４の磁力を利用してスターラ本体１１を操作するための駆動装置（図示せず）が設けられている。
駆動装置のマグネット（図示せず）が回転駆動することにより、スターラ本体１１は、駆動装置の回転駆動に伴って、支持軸１６の上端部を支点として回転する。

このようなマグネットスターラ１０は、油を使う軸受けなどを用いていないので、薬液や水蒸気を撹拌する場合でも油が薬液や水蒸気中に混入しないように用いることができる。

特開平１１−７６７８８号公報

上述したような従来のマグネットスターラでは、支持軸を支点にスターラ本体が回転していたが、支持軸の上端部の接触点がすりこぎ運動をしてしまい、スターラ本体の回転がスムーズにいかないおそれがあるという課題があった。

ここでいうすりこぎ運動とは、スターラ本体の重心が支持軸の上端部との接触点と一致しておらず、スターラ本体が回転時に首振り状態となってしまうことをいう。
すりこぎ運動の原理は明確に判明していないが、支持軸と当接孔の内壁面との間にわずかな隙間があるため、何らかの原因でスターラ本体の回転中心がずれてしまった場合、このずれた回転中心が、本来の回転中心の周囲を公転してしまうことにより生じるのではないかと考えられる（図５参照）。

このようなすりこぎ運動が発生すると、スターラ本体の当接孔の内壁面と支持軸とが接触して摩擦抵抗が大きくなることにより、スターラ本体の回転がスムーズでなくなってしまう。
さらに、スターラ本体の回転がスムーズではなくなるだけではなく、首振り運動の首振りの振幅が大きくなると、スターラ本体と支持軸との間の接触により異音が生じたり、スターラ本体が支持軸から外れてしまうといった課題があった。

そこで、本発明者は、スターラ本体の回転軸がぶれないような工夫をすれば上記課題を解決することができると考え、本発明に想到した。

すなわち、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、撹拌羽根を有するスターラ本体の回転がスムーズであるマグネットスターラを提供することにある。

本発明にかかるマグネットスターラによれば、容器内壁面から容器内へ向けて突出するように設けられている支持軸と、マグネットを有し、前記支持軸の先端部が一方側から進入する当接孔が形成され、前記支持軸により回転自在に支持されているスターラ本体とを具備するマグネットスターラにおいて、前記支持軸の先端部の端面に対向する前記当接孔内の当接面には、上方に向けて徐々に小径となる第１の凹部が形成され、前記支持軸の先端部の端面には、一方側に向けて徐々に小径となる第２の凹部が形成され、他端部が前記第１の凹部内の壁面に当接し、一端部が前記第２の凹部内の壁面に当接して軸線方向に対して自由に回転可能となるフリー回転部材が、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に設けられていることを特徴としている。

この構成を採用することによる作用は以下の通りである。
上述したように、すりこぎ運動の発生は、支持軸の軸線方向に対してスターラ本体の回転中心がずれた場合、このずれた回転中心が本来の回転中心の周囲を公転することにあると考えられる。そこで、フリー回転部材を設けたことにより、スターラ本体の回転中心がずれたとしても、支持軸の他方側端部と当接孔の当接壁との間でフリー回転部材が傾いて、スターラ本体が本来の回転中心の周囲を公転しないようにしてそのずれた位置で回転し続ける。このため、すりこぎ運動の発生を防止することができる。

また、前記フリー回転部材の外周面には、外方に突出する大径部が形成されており、前記当接孔内には、前記フリー回転部材の大径部の一方側の面と当接する抜け止め部が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成を採用することによって、スターラ本体を支持軸から外したときに、フリー回転部材がスターラ本体から脱落しないようにすることができるので、再度スターラ本体を支持軸に装着しようとする際にはフリー回転部材の装着を考慮しなくともよいので、装着に手間をかけずに済む。

さらに、前記支持軸の外壁面の周囲を覆うホルダ部材が設けられ、該ホルダ部材の外壁面と当接孔の内壁面との間には弾性部材が介装されていることを特徴としてもよい。
この構成を採用することによって、スターラ本体の回転中心がずれた場合でも、スターラ本体の当接孔の内壁面が支持軸の周囲のホルダ部材の弾性部材を介して、支持軸を押圧しするので、スターラ本体の回転中心が公転しようとする力を吸収するのですりこぎ運動の発生をさらに効果的に防止し、かつ支持軸が当接孔の内壁面との接触を繰り返すことがなく異音を生じさせたりすることがなくなる。

なお、前記弾性部材は、Ｏリングであって、前記ホルダ部材の外壁面に形成された溝部内に装着されていることを特徴としてもよい。

本発明のマグネットスターラによれば、回転するスターラ本体を支持する支持軸によるすりこぎ運動を防止することにより、スターラ本体のスムーズな回転を確保するとともに、スターラ本体の脱落や異音の発生も防止することができる。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
まず、図１に、本発明のマグネットスターラを搭載する恒温槽の全体構成を示す。
本実施例における恒温槽３０は、たとえばフッ素系不活性液体を所定の温度に保つ機能を有するものであり、タンク３１内にフッ素系不活性液体（以下、単に液体と称する場合がある）を貯留させる。そして、タンク３１の外壁には、温度制御用の制御装置３４が接続されて設けられている。
本実施形態での恒温槽３０では、タンク３１内で所定の温度に維持された液体は、半導体製造時の洗浄等に用いられる。

タンク３１の内底部には、タンク３１内の液体を撹拌するためのマグネットスターラ４０が設けられている。
そして、タンク３１の下方には、マグネットスターラ４０を駆動させるための駆動装置３５が設けられている。駆動装置３５は、モータ３６と、モータ３６によって回転するマグネット３７とから構成されている。モータ３６がマグネット３７を回転駆動することにより、タンク３１内部のマグネットスターラ４０を駆動させることができる。

図２に、マグネットスターラの側面からの断面図を示す。
マグネットスターラ４０は、撹拌羽根４２を有するスターラ本体４４と、スターラ本体４４の回転を支持する支持軸４６とを具備している。
スターラ本体４４にはマグネット４７が設けられており、タンク３１の外部に設けられた駆動装置３５のマグネット３７によって、スターラ本体４４がマグネット４７の磁力を利用して支持軸４６に対して回転する。
また、支持軸４６の下端部は、タンク３１の内底面３１ａに設けられた軸受孔４８に圧入され、固定されている。

スターラ本体４４は、支持軸４６の先端部を収納する当接孔５０が形成されている下側部材５２と、下側部材５２の上方に配置されて当接孔５０の当接面を形成している上側部材５３とを有している。下側部材５２と上側部材５３とは、ボルト５４によって固定されている。
下側部材５２は、支持軸４６の外径よりも大径の内径を有している側壁部５２ａと、支持軸４６の上端部を覆うように形成されている上壁部５２ｂとから構成される。上壁部５２ｂの中心部には、フリー回転部材６０を貫通させるための小孔５７が形成されている。

上側部材５３の内側における下側部材５２の上壁部５２ｂと対向する面である、当接孔５０の当接面には、上方に向けて徐々に小径となるように形成された凹部５６が形成されている。
また、支持軸４６の上端面には、下方に向けて徐々に小径となるように形成された凹部６２が形成されている。

フリー回転部材６０は、スターラ本体４４の回転時に回転軸の軸線方向が支持軸４６の軸線に対して傾斜しないように、スターラ本体４４の当接孔５０の当接面と支持軸４６の上端面とを支持するように配置される部材である。
フリー回転部材６０は、支持軸４６の凹部６２とスターラ本体４４の凹部５６のみに接触し、軸線を中心にして自由に回転可能に設けられている。

フリー回転部材６０は、ほぼ棒状の部材であって、その上端部６４が当接孔５０の当接面の凹部５６に接触し、その下端部６６が支持軸４６の上端面の凹部６２に接触して、支持軸４６の上端面と当接孔５０の当接面との間で挟み込まれるようにして配置されている。

フリー回転部材６０の長手方向の中途部には、外方に突出する大径部６８が形成されている。大径部６８は、下側部材５２の上壁部５２ｂよりも上方に配置されており、上壁部５２ｂの小孔５７よりも大径である。したがって、上側部材５３と下側部材５２とが固定された状態ではフリー回転部材６０は、スターラ本体４４の当接孔５０内から抜け落ちないようにされている。すなわち、本実施形態では、上壁部５２ｂが特許請求の範囲でいう抜け止め部に該当する。

また、支持軸４６の周囲は、ホルダ部材７０によって保持されている。ホルダ部材７０は、ほぼ筒状の部材であって、内径が支持軸４６の外径よりも若干大径となるように設けられている。したがって、支持軸４６はホルダ部材７０に、回転が阻害することがないように挿通される。

ホルダ部材７０の外壁面には、弾性部材であるＯリング７２が設けられている。ホルダ部材７０の外壁面には、複数の溝７４が設けられており、この溝７４内にＯリング７２が配置される。Ｏリング７２は、１つ設けても複数設けてもよい。

スターラ本体４４の下面には、当接孔５０の下側の開口部を閉塞するように、抜け止め部材７６がボルト７７によって固定されている。
抜け止め部材７６は、中心に支持軸４６を非接触状態で貫通可能な径を有する貫通孔７８が形成されており、支持軸４６を貫通しつつもホルダ部材７０が当接孔５０から抜け落ちないように設けられている。

図３に基づいて、本発明の作用についてさらに説明する。図３は、フリー回転部材６０が傾いているが、スターラ本体４４の回転軸は支持軸４６に対して傾斜しないように良好に回転しているところを示しているものである。
スターラ本体４４は、回転軸の周囲にマグネット４７が配置されており、マグネット４７の重量の関係もあって、回転時に重量バランスがうまくとれないこともある。したがって、スターラ本体４４の回転中に重量バランスが崩れて、スターラ本体４４の回転中心が支持軸４６の上端部からずれてしまう場合もある。

かかる場合、従来の構成であれば、支持軸４６に対してスターラ本体４４の回転中心が本来の位置からずれ、ずれた回転中心が本来の回転中心の周囲を公転してしまい、いわゆるすりこぎ運動が発生していた。
しかし、本実施形態によれば、スターラ本体４４の回転中心がずれたとしても、両端部がスターラ本体４４の凹部５６内と支持軸４６の凹部６２内に当接しているフリー回転部材６０が、スターラ本体４４の回転中心をそのずれた位置で維持するように傾く。これによりスターラ本体４４の回転中心がずれた位置のまま、回転を維持させることができ、スターラ本体４４は良好に回転し続けられるものと考えられる。

また、図３のようにスターラ本体４４の回転中心が図面右方向にずれると、スターラ本体４４の下側部材５２が支持軸４６の周囲のホルダ部材７０の弾性部材７２を介して、支持軸４６を図面右方向に押圧する力（図３の矢印Ｂ方向）がはたらく。このため、スターラ本体４４の回転中心がずれた場合でも、スターラ本体４４の回転中心が公転しようとする力を吸収してすりこぎ運動の発生をさらに効果的に防止し、支持軸４６が当接孔５０内壁面との接触を繰り返すことがなく異音を生じさせたりすることがなくなる。

なお、上述した実施形態では、支持軸が上下方向に延び、スターラ本体を支持軸の上端部に装着するマグネットスターラについて説明した。しかし、本発明としては、このような構成に限定されるものではなく、支持軸が水平方向に延びている構成のマグネットスターラであってもよい。

本発明のマグネットスターラは、本実施形態で説明したような液体用の恒温槽だけでなく、水蒸気を充満させて製品試験を実施するような環境試験機に用いて水蒸気を撹拌する用途に用いても好適である。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明のマグネットスターラを配置した恒温槽の示す側面図である。 本発明のマグネットスターラの側面からの断面図である。 フリー回転部材が傾いたところを示すマグネットスターラの拡大図である。 従来のマグネットスターラの側面からの断面図である。 すりこぎ運動の概念を説明するために、スターラ本体の回転中心がずれた場合の、ずれた回転中心の軌跡を示す説明図である。

符号の説明

３０ 恒温槽
３１ タンク
３１ａ 内底面
３４ 制御装置
３５ 駆動装置
３６ モータ
３７ マグネット
４０ マグネットスターラ
４２ 撹拌羽根
４４ スターラ本体
４６ 支持軸
４７ マグネット
４８ 軸受孔
５０ 当接孔
５２ 下側部材
５２ｂ 上壁部
５２ａ 側壁部
５３ 上側部材
５４、７７ ボルト
５６、６２ 凹部
５７ 小孔
６０ フリー回転部材
６４ 上端部
６６ 下端部
６８ 大径部
７０ ホルダ部材
７２ Ｏリング（弾性部材）
７４ 溝
７６ 抜け止め部材
７８ 貫通孔

Claims (4)

1. 容器内壁面から容器内へ向けて突出するように設けられている支持軸と、
   マグネットを有し、前記支持軸の先端部が一方側から進入する当接孔が形成され、前記支持軸により回転自在に支持されているスターラ本体とを具備するマグネットスターラにおいて、
   前記支持軸の先端部の端面に対向する前記当接孔内の当接面には、他方側に向けて徐々に小径となる第１の凹部が形成され、
   前記支持軸の先端部の端面には、一方側に向けて徐々に小径となる第２の凹部が形成され、
   他端部が前記第１の凹部内の壁面に当接し、一端部が前記第２の凹部内の壁面に当接して軸線方向に対して自由に回転可能となるフリー回転部材が、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に設けられていることを特徴とするマグネットスターラ。
2. 前記フリー回転部材の外周面には、外方に突出する大径部が形成されており、
   前記当接孔内には、前記フリー回転部材の大径部の一方側の面と当接する抜け止め部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のマグネットスターラ。
3. 前記支持軸の外壁面の周囲を覆うホルダ部材が設けられ、該ホルダ部材の外壁面と当接孔の内壁面との間には弾性部材が介装されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマグネットスターラ。
4. 前記弾性部材は、Ｏリングであって、前記ホルダ部材の外壁面に形成された溝部内に装着されていることを特徴とする請求項３記載のマグネットスターラ。

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