JP4340343B2 - 磁気回転撹拌装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気カップリング方式の撹拌機であって、薬液等を撹拌するための液−液撹拌、液−粉撹拌を行うための撹拌装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
薬液等を撹拌するための液−液撹拌、液−粉撹拌を行うための撹拌装置としてマグネチック・スターラーが公知である。これは、撹拌する試料の入った容器と撹拌羽根が回転駆動源から簡単に着脱できるようにしたものである。
【0003】
【発明が解決しょうとする課題】
このようなマグネチック・スターラーにあっては、化学反応等により撹拌中に液体の粘度が高くなり撹拌用回転子が離脱することがある。撹拌用回転子が離脱すると撹拌が止まり、化学反応中の試料に異常をもたらす。そのため作業者は撹拌用回転子が離脱しない最大回転数をあらかじめ予知して設定したり、離脱した撹拌用回転子をすぐに元に戻して回転数を調整したりしていた。しかし、その撹拌効率の良い最大回転数は撹拌量や液の粘度によって変化するため、作業者の熟練度と感に頼っていた。
【0004】
本発明はこのような実情に鑑みてなされ、作業効率と撹拌効率が良く、安心して使用できる磁気回転撹拌装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。 撹拌する液体を入れた容器内の底部に可動状態にセットされた撹拌用回転子と、その容器の下方に配設され、駆動源によって回転駆動される駆動磁石と、その駆動磁石の外周から適宜離間して磁気遮蔽体を配設して、その磁気遮蔽体の外周近傍に撹拌用回転子の磁気を検出する複数の磁気検出センサーを並列回路で結び、その磁気検出センサーは前記撹拌用回転子が離脱したことを検出して制御手段に出力信号を出す。
【0006】
制御手段は、磁気検出センサーからの出力信号を受け、その撹拌用回転子が元に戻りやすくするために駆動源を一時低速回転にする制御部と、再び回転を開始するときの回転数は離脱したときの回転数以下とし、それでも離脱する場合には、離脱しない回転数になるまで数段階に及んで回転数を下げる制御部を具備してなることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の磁気回転撹拌装置の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図1は磁気回転撹拌装置1の模式的な構成を示し、符号2は液体の入った容器、3は容器2内に収容された液体、4は十字型の垂直外周面が半円弧に形成し磁化された撹拌用回転子、5は駆動磁石、6は駆動磁石5を回転させるための駆動源(モーター)、7はそのモーターのドライバ、8は駆動磁石の磁力線が回転領域の水平近傍に漏洩しないようにした磁気遮蔽体、9は撹拌用回転子4が離脱したことを検知する磁気検出センサー、21はマイクロコンピュターまたはシーケンス制御よりなる制御手段で、磁気検出センサー9からの出力信号を受け離脱した撹拌用回転子4を元の位置に戻し、再スタートができるようにモーター6を制御する。
【0008】
前記、撹拌用回転子4と駆動磁石5は本発明者の磁気回転伝達装置(特許第2678569号)の磁気回路を構成する。
【0009】
図4は、制御手段21の詳細を説明するブロック線図である。22は高速で離脱した撹拌用回転子4の磁気を磁気検出センサー9aがとらえ、高速で入ってきた1回目のみの初期信号を処理するワンショット回路部、23はワンショット回路部22からの信号を受けて、撹拌用回転子4が元に戻りやすい低速回転数から最大撹拌回転数になるまでの時間を管理するタイマー部である。この時間は、撹拌液の量及び粘度により約1秒から5秒あれば良い。24は制御部であり、ワンショット回路部22からの信号を受けて、撹拌用回転子4が元に戻りやすくするため、駆動源に10rpmから100rpmの内から事前に任意選択した低速回転数の指令をモーターのドライバ7にだす低速回転数制御部と、撹拌用回転子4が離脱する毎に事前の撹拌回転数の約10%減速するようにドライバ7に指令をだしたり、離脱毎にカウントしステップダウンしたりする切り換え機能を有する回転速度自動ステップダウン制御部とからなる。
【0010】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。液体の撹拌中に一度離脱した撹拌用回転子は駆動磁石が回転している限りその回転磁界の中には吸引されないが、回転を止めるか叉は低速回転にすると磁石同志の吸引作用で元の位置に戻ることができる。この性質を利用して離脱した撹拌用回転子を再び元の位置に戻し撹拌を続行させるには磁気検出センサーが離脱した撹拌用回転子を確実に検出する必要がある。
【0011】
撹拌作業中に撹拌用回転子が離脱すると、撹拌用回転子は容器の内壁にぶつかり容器の隅で細かい振動をしながら止まっていたり、容器内壁に沿って微動の往復移動をしていたりして相対位置は変化しない。一方向回転の撹拌方式に於いて離脱した撹拌用回転子は偶然にも戻ることはあるが、ほとんどが容器の隅の磁気検出センサーの不感帯で静止してしまう。より確実に離脱前の位置に戻すには撹拌用回転子を常に移動させて磁気検出センサーに近づける必要がある。そのためには本発明者の磁気回転伝達装置(特許第2678569号)の磁気回路を構成して瞬時反転撹拌を行い、駆動磁石の回転方向を瞬時に変えて回転磁界に変化を起こさせるとよい。
【0012】
駆動磁石が瞬時反転することにより、静止していた撹拌用回転子は変化する磁界の刺激を受けて静止位置から方向転換したり、飛び上がったりして移動を開始する。そして駆動磁石が磁気検出センサーに近づき検出領域にはいると、磁気検出センサーから制御手段へ信号を出す。
【0013】
離脱した撹拌用回転子を検出する磁気検出センサーについて説明する。磁気検出センサーの配設される位置は容器の外周近傍が望ましい、しかるに容器の大きさ形はまちまちである。そこで大小の円筒容器、またはいろいろな形の容器に対応するために磁気検出センサーは、図2に示されるような大小の2重の円上に複数配設し並列回路で結ぶ。必要があれば3重4重の多重の円上に複数配設してもよい、また、いろいろな形の容器の場合にはその容器の底の形状に合わせて配設すればよい。
【0014】
磁気検出センサー9a、9bの誤動作を防ぐには撹拌用回転子4が回転軸を中心にした法線方向に離脱移動、復帰移動を行うため、その移動軌跡上には磁気検出センサー9a、9bは1個のみの存在とする。
その撹拌用回転子4の近傍に磁気検出センサー9a、9bを複数容器の底面の形状に合わせて配設し、離脱した撹拌用回転子4が飛び込んできたら磁気検出センサー9a、9bから制御手段21へ信号を出力する。
【0015】
また、配設された複数の磁気検出センサー9a、9bが駆動磁石5の磁気を感知しないように駆動磁石5の回転領域の近傍に円筒形、または角筒形の磁気遮蔽体8を配設する。この磁気遮蔽体8は駆動磁石5から発生する回転磁界を磁気検出センサー9a、9bが感知して誤動作を起こさないために設けたものであり、目的に応じて磁界を遮蔽する材質ならなんでも良い。本実施例では軟鉄を使用して効果がでた。
【0016】
撹拌用回転子が離脱して元の位置に戻る様子を図3により説明する。符号(a)は撹拌用回転子が離脱して駆動磁石が低速回転をしている場合において、双極の異極同志の吸引作用が働くように撹拌用回転子4が態勢を整えた瞬間の図である。(撹拌用回転子の平行45゜ハッチング部と駆動磁石のクロスハッチング部とは同じ磁極である。)この態勢の場合には素直に双極の異極同志の吸引作用で(c)の図のように平衡状態になる。
【0017】
(b)図の場合には単極同志の吸引作用の態勢であるので(b1)図のように単極同志の磁気結合になる。このような磁気結合で駆動磁石が最大の撹拌回転数(以下、撹拌回転数という)で回ると撹拌回転子が遠心力で再び離脱する。それを避けるためには(c)図のごとく双極が異極同志の磁気結合にならなければならない。
【0018】
(b1)図の駆動磁石が低速回転をしていた場合、(b2)図に示すように、撹拌用回転子が液体の負荷を受けて動きが鈍いところへ駆動磁石の異極がゆっくり近づいていき双極の異極同志の吸引作用がはたらき双極の磁気結合が可能となる。そして(c)図の平衡状態になり撹拌回転数になるのを待機する。十字形の撹拌用回転子が離脱したときと、復帰したときに倒立することがある。その欠点を補うために十字型の垂直外周面を半円弧に形成して倒立できないようにする。
【0019】
磁気検出センサーが離脱した回転子の磁気を検出してモーターを止め回転子の復帰を試みた。しかし前記のように撹拌用回転子は吸引作用を受けて元の位置に戻り平衡状態を保つ場合もあるが、図3の(b1)図のように不平衡状態で異極同志が磁気結合することがある。この様な結合状態で撹拌回転数にはいると、再び離脱する。
【0020】
不平衡状態で異極同志が磁気結合しないようにするには、駆動磁石5の回転を停止しないで10〜100rpmのいずれかの低速回転数を制御部24の低速回転数制御部に設定しておく。この回転数は使用条件によって設定を変える必要がある。撹拌液の粘度がある場合には低い回転数にするのが好ましい。
【0021】
一方、低速回転している駆動源6は、制御手段21からの信号を受けて撹拌の回転が始まる。しかるに駆動源6が低速回転してから撹拌の回転が始まるまでの時間は制御手段21が有するタイマー23の設定値で決まる。撹拌する液の容量及び粘度で設定する時間は異なる。液の容量及び粘度が大きい場合には時間を長くし、液の容量及び粘度が小さい場合には時間を短くすると良い。
【0022】
撹拌用回転子4が元に戻り再び回転を開始するときの回転数は、離脱したときの回転数以下で回転しないと再び離脱する。その制御は制御部24の回転速度自動ステップダウン制御部によって行う。撹拌用回転子が離脱し復帰するごとに指令源から約10%減速する指令をモーターのドライバにだす。
【0023】
本発明の実施例によると、撹拌速度の設定はボリュームで行い、仮に1000rpmを設定した場合には第1回目の離脱後の撹拌回転数は自動的に10%減速され900rpmになる。
第2回目の離脱後の撹拌回転数は20%減速され800rpmになる。
以下、30%、40%、50%まで離脱毎に減速するように設定されている。
そして、リセットをかけるとボリュームで設定されている元の撹拌回転数の1000rpmに戻る。
【0024】
このような実施により、撹拌作業中に離脱した撹拌用回転子を人手を煩わせることなく、自動的に復帰させ、最大の撹拌回転数で効率の良い撹拌が行える。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気回転撹拌装置によれば、磁気回転伝達方式で撹拌する回転子の負荷が磁気回転伝達力を越えたときに撹拌用回転子は離脱する。磁気遮蔽体の外周近傍に撹拌用回転子の磁気を検出する複数の磁気検出センサーは撹拌用回転子が離脱したことを検出し、その出力信号を受けた駆動磁石は低速回転をしながら吸引力作用で撹拌用回転子を確実に元に戻し、撹拌用回転子が離脱しなくなる最大撹拌回転数まで自動的に制御する。
【0026】
よって、人手を煩わすことのない撹拌作業の省力効果がある。撹拌用回転子の自己復帰は安定性のある撹拌が保証され、品質向上の効果がある。常に制御系では最大撹拌回転数をコントロールしているので撹拌効率の向上効果がある。
【0027】
本発明者の磁気回転伝達装置(特許第2678569号)の磁気回路と本発明とを用いることにより、瞬時反転撹拌と撹拌用回転子の自動復帰が可能になり製造用の自動大型マグネチック・ スターラーが実現できるので、簡便な構造効果と、タンクの洗浄性の効果、大量生産の効果がある。
【0028】
また、磁気力で回転を伝える手段は、撹拌タンクが簡単な構造で完全密閉ができるので化学反応装置、高圧反応装置、真空反応装置等に採用すると経済的効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気回転撹拌装置1の模式的な構成図である。
【図2】磁気検出センサーの配列の図である。
【図3】撹拌用回転子が離脱して元の位置に戻る様子の図である。
【図4】制御手段の詳細図である。
【符号の説明】
2・・・容器
3・・・液体
4・・・撹拌用回転子
5・・・駆動磁石
6・・・駆動源
7・・・ドライバ
8・・・磁気遮蔽体
9a・・磁気検出センサー
9b・・磁気検出センサー
21・・・制御手段
Claims (2)
- 撹拌する液体を入れた容器内の底部に可動状態にセットされた撹拌用回転子と、
その容器の下方に配設され、駆動源によって回転駆動される駆動磁石と、
該駆動磁石の外周から適宜離間して磁気遮蔽体を配設して、該磁気遮蔽体の外周近傍に前記撹拌用回転子の磁気を検出する複数の磁気検出センサーを並列回路で結び、該磁気検出センサーは前記撹拌用回転子が離脱したことを検出し、制御手段に出力信号を出すことを特徴とする磁気回転撹拌装置。 - 請求項1に記載の磁気回転撹拌装置において、離脱した前記撹拌用回転子を前記磁気検出センサーからの出力信号で元に戻す制御手段は、
高速回転で離脱した前記撹拌用回転子の磁気を前記磁気検出センサーがとらえ、該磁気検出センサーがとらえた前記高速回転で離脱した前記撹拌用回転子の1回目のみの初期信号を処理するワンショット回路部と、
前記ワンショット回路部からの信号を受けて、前記撹拌用回転子が元に戻りやすい低速回転数から最大撹拌回転数にするまでの時間を管理するタイマー部と、
前記タイマー部が前記ワンショット回路部からの信号を受けてから前記タイマー部の管理する前記時間になるまで、前記駆動源に10rpmから100rpmの内から事前に任意選択した前記低速回転数の指令を出す低速回転数制御部と、
前記撹拌用回転子が離脱する毎に、前記タイマー部の管理する前記時間になると、前記撹拌用回転子が離脱する前の前記最大撹拌回転数から略10%減速した回転数の指令を前記駆動源に段階的に出して前記撹拌用回転子の前記最大撹拌回転数を切り換えてステップダウンさせる回転速度自動ステップダウン制御部とを具備してなることを特徴とする磁気回転撹拌装置。
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