JP5815724B2 - 収容装置のための支承装置を有する混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に実験容器の内容物を混合するための混合装置であって、該混合装置が、混合物を収容するための収容装置と、駆動装置と、支承装置とを有しており、駆動装置によって、収容装置が、筐体に対して相対的に混合運動されるようになっており、該混合運動時に、収容装置が、空間的に規定の位置に調整されて規定された位置に定期的に戻るように閉じられた軌道上で運動し、有利には並進的かつ円形に水平方向の運動平面において、特に円形の軌道上で運動し、支承装置が、収容装置を混合運動においてガイドする形式の混合装置に関する。

実験容器の内容物を混合する混合装置は、よく知られている。この目的のためには、混合装置が、幅広い種類の混合容器のための収容装置を有していることが知られている。このような収容装置は、ベース構造体から構成されていてよく、該ベース構造体上に、混合容器のためのホルダが交換可能に保持されている。これによって、混合器を種々異なる容器のために使用可能にすることができる。実験のためには、特に、小量の流体を混合することができる混合器があるので、小型の容器を適当なホルダ、いわゆる「交換可能なブロックモジュール」に、２桁、３桁、さらに４桁の個数の極めて大きなグループで組み合わせることができる。このような交換可能なブロックモジュールおよび反応容器は、規格化されていてよい。たとえば０．２ｍｌ，０．５ｍｌ，１．５ｍｌおよび２．０ｍｌの容量を備えた反応容器と、各ケースに適した規格化された交換可能なブロックモジュールとがある。さらに、低温容器、ファルコン容器（１．５ｍｌ〜５０ｍｌ）、ガラス容器、ガラスビーカ、マイクロタイタープレート（ＭＴＰ），ディープウェルプレート（ＤＷＰ），スライド（対物プレート）および９６または３８４個の個別容器を備えたＰＣＲプレートのための交換可能なブロックモジュールがある。上記リストは、包括的なものではないが、混合器が適合されるべき、存在する幅広い種類の実験容器または混合容器を示す。この目的のためには、交換可能なブロックモジュールのためのソケット構造体は規格化されていてよい。

これらの交換可能なブロックモジュールは、原理的に、個別の容器が上方から挿入され得るように形成されていてよく、円形の並進的な周期的な混合運動が、公知の混合器のために確立されている。この混合運動は、基本的に水平方向の平面内で進行する。この目的のためには、公知の混合器は一般的に、収容装置を円形の運動で運動させることに関与する電動の偏心駆動装置を有している。収容装置は、種々異なる公知の形式で組み付けられていて、たとえば、リニアローラ支承手段（いわゆるボール支承ブシュ）内、または水平方向で両方向へのリニアスライド支承手段内への組付けが公知である。フィルムヒンジ組付けまたは揺動フレーム内への組付けも公知である。揺動フレームにおいて、収容装置は、たとえばコイルばねによって２つの水平方向で弾性的にフレーム内に組み付けられている。

組付け／支承の公知の形式のいずれも、種々異なる欠点を有している。リニアローラ支承手段またはリニアスライド支承手段内への組付けは、構造的に複雑であり、正確なアライメント（位置調整）を要求し、したがって故障しやすい。フィルムヒンジ組付けは、廉価で構造的にも極めて簡単である。しかし、フィルムヒンジは、疲労破損をもたらし得る。揺動フレームの使用は、駆動装置の軸方向負荷の増大をもたらし、特別な構造高さを要求する。さらに、駆動装置は、揺動フレーム内で使用されるばねエレメントに基づいて付加的な仕事を行わなければならない。このことは、揺動フレームが破損され得るリスクを増大させる。さらに、揺動フレームと、混合器内の偏心体に対する整列は極めて複雑である。

典型的には、このような混合器は、２００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍの回転周波数で駆動されている。混合運動の周波数は、混合物のための混合要求に関して、かつ混合の機械的パラメータに関して、公知のように調節され得る。

混合運動、特に上記の好適な円形の混合運動によって不均衡の物理的な問題が生じる。この問題は、公知のように、適当に配置されたカウンタウェイトによって解決される。カウンタウェイトは、アダプタを収容し、かつ該アダプタと共に不均衡を補償するために回転する駆動装置に結合されている。

同様に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２００１８６３３号明細書および米国特許第５６５５８３６号明細書から公知の取付けでは、収容装置が、両側に設けられたジョイント支承手段を有する「テーブル」の形状の支持体上に設置されている。この場合、全ての支持体は互いから等距離である。このことは、この配置で可能な、混合運動のダイナミクスの影響下で作用する混合力が、（通常は位置固定された）筐体に対する、テーブルの不都合なねじれおよび／または傾きをもたらし（Ｚストローク）、この場合、収容装置の主平面（および該収容装置内に含まれた混合容器）が、水平方向の平面から著しく外れて運動するという問題がある。このことは、容器内容物が漏れる虞を生ぜしめ、受容装置の不都合なねじれおよび／または傾きは、駆動装置によって元に戻すことができない。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２３２２０２号明細書は、実験容器の内容物のための汎用の混合装置を開示している。この混合装置は、支承手段を有する支持体を備えている。この混合装置は、支持体を結合しかつガイドするウェブのようなクロスリンクエレメントを有していない。したがって、このような装置は、該装置の、収容装置を支持する支持体が捻られて、不都合なねじれを引き起こすというリスクを有している。

本発明の課題は、混合装置を提供することであり、この場合、混合装置が、公知先行技術からの公知の問題を回避するか、少なくとも減じる支承手段を有している。特に、本発明は、ジョイント支承手段を有する混合器を提供するという目的を有しており、この混合器では、収容装置の不都合なねじれおよび／または傾きの虞が減じられている。さらに、前述の混合装置の適用分野を拡大することができる。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する混合装置により解決される。有利な実施の形態は、請求項２以下に記載されている。

本発明によれば、特に実験容器の内容物を混合するための混合装置は、混合物を収容するための収容装置と、駆動装置と、支承装置とを有している。駆動装置は、収容装置に、通常は位置固定された筐体に対して相対的な混合運動をさせることができる。混合運動は、支承装置によってガイドされている。

好適には、混合運動は、（駆動装置により駆動され、支承装置の強制ガイドによりガイドされた）、空間内の１つの軌道上における収容装置全体の並進的な運動である。この運動は、実質的に、水平方向の平面内で進行する、つまり３次元の座標システムにおいてＸおよびＹ方向で進行する。（水平方向の平面に対して垂直な）鉛直方向（Ｚ方向）での軌道の最大の偏差は、好適には使用された最小の混合容器の（鉛直方向の）高さの５％であり、さらに有利には１％であり、特に有利には使用された最小の混合物容器の高さの０．２％である。水平方向の平面からの鉛直方向の偏差は、有利にはたった０．２ｍｍであり、さらに有利には、たった０．０５ｍｍであり、特に有利には、たった０．０２ｍｍでしかない。収容装置の加速度を３つ全ての空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で測定する加速度計が、できるだけ平坦な円形の軌道の品質の評価のために使用される。加速度ベクトルの値は、所定の回転周波数のためには常に一定であることが望ましい。この場合、Ｚ成分が、できるだけ小さくされ、Ｘ成分およびＺ成分は、互いに対して位相をずらされている。３０００ｒｐｍの回転周波数において、Ｚ方向の加速度ベクトルのための効果的な値は、有利には５０ｍ／ｓ^２以下であり、特に２０ｍ／ｓ^２以下であり、特に有利には１０ｍ／ｓ^２以下である。この場合、この値は、混合装置の重量荷重にも関連する。たとえば、３０００ｒｐｍでは、混合装置が、５００ｇの重量を備えた交換可能なブロックモジュールを収容装置として支持している場合、効果的な値は、１０ｍ／ｓ^２である。ＰＣＢ Piezoelectronics社の一軸センサ（Ｍ３５２Ｃ６５，Ｍ３５３Ｂ１５）が、Ｚ方向の加速度の検出のためにされた。さらに、ＰＣＢ Piezoelectronics社の３軸センサ（３５６Ａ２２）が、同心度つまり加速度の品質、つまり均一性を検出するために使用された。

一般的に言って、混合運動は、閉じられた、いわば円形の、いくらか空間的に３次元に延びる軌道上における収容装置の運動であり、この混合運動は、少なくとも主に並進的であるが、しかし空間的に規定の位置に調整（整合）されて少なくとも１つの規定された空間位置に少なくとも周期的に戻る場合、揺動動作を実施することもできる。実際には、収容装置は有利には、軌道の空間内の各点に戻り、これは周期運動であるので、軌道の空間内における各点は、常に均等な時間間隔で到達される。換言すれば、収容装置は、周期的に同じ箇所に位置している。この好適な円形または楕円形の平坦な軌道は、軌道経路として指定されている。３次元座標システムを描く、本発明による混合装置の好適な円形運動の軌道は、主にＸ軸（横軸）およびＹ軸（縦軸）によって描かれた水平方向の平面内に位置している。Ｚ軸（高さ方向軸）の方向の運動は、有利にはあまり目立たず、混合運動中に収容装置の上下運動として、ひいては収容装置内に位置している容器およびその内容物の上下運動として生じる。Ｚ軸の方向の運動は、Ｚ行程とも呼ばれる。

本発明による支承装置は、収容装置を混合運動の間、保持しかつガイドするので、収容装置の動的な上下運動は有利にはできるだけ減じられている。この動的な上下運動は、当業者にとって、上述のＺ行程の一種として公知である。混合運動の間のＺ行程は、大抵の使用事例において不都合であり、したがって望ましくない。なぜならば、Ｚ行程は、濡れをもたらし、したがって容器カバーの汚染をもたらし、または容器が開いている場合には、試料が容器から跳ね出るからである。

支承装置は、少なくとも２つの支持体を有している。少なくとも２つの支持体は、同一の長さを有していてよく、または択一的には互いに異なる長さを有している。互いに異なる長さの支持体の場合、高さは、別の構成要素、たとえば収容装置または筐体を使用して補償されなければならない。これによって、収容装置を水平方向の平面に対して位置調整（整合）させることができる。本発明による支持体はそれぞれ、互いから距離を置いて配置された少なくとも２つの支承領域（ジョイント支承手段）を有している。支承領域（ジョイント支承手段）は、少なくともほぼ並進自由度を有しておらず、（線形に独立した）少なくとも２つの回転自由度を有している。支承領域（ジョイント支承手段）は、支承手段または支承手段の一部に直接に結合している支持体の領域である。支持体は、ワンピースであってよく、または複数の部分から形成されていてもよい。複数の部分から成る支持体の場合、少なくとも２つの部分は、少なくともそれぞれ１つの支承領域を有している。１つの支持体の少なくとも２つの支承領域は、支持体に設けられた互いに異なる位置に配置されていてよい。支承手段が支持体の２つの端部のそれぞれにおいて配置される最終的な配置は、この配置が本発明による混合装置のアッセンブリを単純化するので有利である。支承領域は、有利にはスライド支承手段を有している。各スライド支承手段は、１つの軸線を中心とした少なくとも１つの回転自由度を有している。この軸線は、支持体の、（通常はほぼ鉛直方向である）延在の方向から逸脱している。有利には、回転軸線は、延在方向に対して垂直である。

本発明によれば、（少なくとも）２つの回転自由度、すなわち回転運動の自由度を、２つの別個の支承手段によって実施することが可能である。しかし、支承領域が唯１つの支承手段を有していると有利である。この支承手段は、全３つの回転自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、有利には、１つの点（回転の中心）において交差する軸線で実施することができる（ボールジョイント）。または、別の有利な実施の形態では、各支承領域における両支承手段の１つの回転自由度の方向は互いに対して、有利には１つの点（回転の中心）において直交している（ユニバーサルジョイントまたは「カルダン」ジョイント）。別の可能な実施の形態では、両支承手段の１つの回転自由度の方向は水平方向に延びている。

支承装置は、少なくともほぼ並進自由度、すなわち並進運動の自由度を有していない。つまり、当業者にとって、このことは、並進自由度を有していない支承装置であることを意味している。この場合、当業者は典型的な公差範囲の偏差は許容する。この不都合な偏差は、たとえば、支承装置の構成要素の弾性変形および／または塑性変形により生じる。しかし、この変形は、材料の選択に基づいて無視することができる。この場合、弾性的な支承エレメントが明らかに使用されていない限り、弾性変形および塑性変形は望ましくない。

この支承領域のうち、一方の支承領域は各支持体を筐体に組み付け、他方の支承領域は収容装置を支持体に組み付ける。支承領域（ジョイント支承手段）は、本発明の枠内では、有利には、カルダンジョイントであるか、または特に有利にはボールソケットジョイント（ボールジョイント）である。ボールジョイントを備えた支持体は、本明細書ではボール支持体と呼称されている。しかし支承領域は、たとえば短い弾性的なロッド区分であってもよく、たとえばこのロッド区分では、その曲げ弾性が、２つの回転自由度を構成する（しかしこの曲げ弾性は、運動量において、たとえば塑性変形限界またはバーの破断強度によって制限されている）。

本発明による支承装置は、ガイド装置を有している。ガイド装置は、混合運動の間に、筐体に対して相対的な収容装置の回転をガイドする。

有利には形状接続式のこのガイド装置によって、筐体に対して相対的な収容装置の不都合な、特に無秩序な回転を効果的に阻止することができる。

本発明による混合装置の駆動装置は、第１には、収容装置を混合運動させることができる。この混合運動は、上述のように、有利には円形に、並進的に、かつ周期的に１つの平面内で進行する。「円形、並進的、周期的」とは、換言すれば、本発明による１つの混合運動において、収容装置の全ての点が、基本的に同じの半径、同じ角速度および平面平行な平面内における各中心点を中心とした同じ角度位置を有する、反復する円形運動を実施することであると説明され得る。混合運動は、有利には、ほぼ水平方向の平面内で進行するので、たとえば、収容装置の収容アダプタ内に収容された、直立して収容された反応容器を有する交換可能なブロックモジュールが、信頼性よく、つまり、容器内容物が典型的な充填時にこぼれることなしに、混合される。駆動は、有利には、カムを使用して行われる。カムは、収容装置内に、該収容装置を回転させるように組み込まれている。この場合、駆動軸の軸線と、該軸線に対して平行なカムの軸線との間のオフセットは、混合運動の円形の軌道の半径を規定する。カムの振幅とも呼ばれるこのオフセットは、支持体の長さが同じ場合、支持体の傾斜を規定し、ひいては収容装置と筐体との間の距離を規定する。

収容装置の本発明による支承装置は、収容装置の形状接続式の、つまり形状に基づく結合によるガイドを可能にする。この場合、支承装置は簡単に組み立てることができ、しかも収容装置を起点とする軸方向の力は、支承装置によって吸収され得る。さらに、本発明による支承装置は、低い構造高さを有する混合器を設計することを可能にする。したがって、本発明による支承装置の利点は、簡単な組立てと、駆動部の軸方向の負荷の著しい低減とである。負荷の低減は、作業安全性を向上させ、駆動部の寿命を高める。したがって、本発明による支承装置は、たとえば重い荷重を支持しなければならない混合装置（たとえば三角フラスコ（２０００ｍｌ））における使用のためにも特に適している。実験室の空間は常に制限されているので、本発明による混合器の低い構造高さは同様に有利である。

さらに、これらの支承装置は、原理的に、円形の軌道の半径を、支持体の長さのような規定された幾何学形状パラメータの規定によって調節するか、または装置を使用者により調節可能にすることを可能にする。円形の軌道の半径は、有利には０．５ｍｍ〜５ｍｍの間であり、特に有利には１ｍｍ〜２ｍｍの間である。円形の軌道の周波数は、新規の支承装置に基づいて、５０ｒｐｍの値にまで減じられ得る。しかし、（特に容器の負荷重量が高い場合には）２０００ｒｐｍ、有利には２５００ｒｐｍ、さらには３０００ｒｐｍの周波数も使用され得る。

有利には、支承装置は２つ、３つまたは４つの支持体を有している。これらの支持体は、原理的に椅子の脚または机の脚のような形態で収容装置を支持していて、たとえば収容装置を、いわば土台としての筐体上に、テーブルトップとして支持する。たとえば、ジョイント支承手段、特に支持体に設けられた２つのジョイント支承手段の回転の中心が、ジョイント支承手段、特に、特に全ての別の支持体における２つのジョイント支承手段の回転の中心と同じ互いからの距離にある場合、このことは、筐体の上における収容装置の、平面平行な方向での可動性をもたらす（筐体におけるジョイント支承手段による平面に対する、収容装置におけるジョイント支承手段による平面の可動性）。支持体が軸方向／鉛直方向の荷重を支持するので、混合装置は、当該混合装置は、より多くの支持体を有しているほど、より多く負荷可能である。

筐体と収容装置との間の距離が、たとえば適当な強制ガイドによって規定されている場合、並進的な可動性は、たとえば同じ長さの平行な支持体の場合、位置固定された半径を有する円形の軌道のみから構成される。このことは、円形で平坦な１つの軌道上での均一な混合運動を得るために、つまり傾斜を有しない、減じられたＺストロークを有する安定した混合運動を得るために重要である。

本発明に係る混合装置では、筐体に対して相対的な各個別の支持体の傾斜は、混合運動の全周期にわたって一定のままである。なぜならば、支持体は互いに対してねじれることができないからである。付加的には、仮想の点ａ，ｂ，ｃ，ｄ・・・等がその全長にわたって分配された、同じ長さの複数の支持体を有する本発明による混合装置の場合、混合工程の間にも、これらの点の１つと、別の支持体における各等価の点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’・・・等の１つとの間の距離は一定のままである。この特徴がない場合、２つの平面の互いに対する不都合なねじれが生じ得る。

結果として、この距離の規定は、本発明によるガイド装置の第１の実施の形態を成す。このガイド装置は、混合運動の間に、筐体に対して相対的な収容装置の回転をガイドする。距離は（したがって円形の軌道の半径も）、収容装置のカムが筐体に対して運動する振幅によって最終的に特定される。この場合、カムは、筐体において組み付けられている。筐体からの収容装置の運動平面の距離が調節可能に設計されている場合、たとえば、これによって本発明による混合装置における混合運動の円形の軌道の半径を調節され得る。

収容装置に対する筐体平面からの距離が、駆動軸によって、収容装置における当該駆動軸の係合点において、つまりカムによって規定されている場合でも、筐体に対して相対的な収容装置の、係合点を中心した不都合な傾きによる距離の変更が別の位置において可能である。

しかし、本発明による混合装置では、筐体平面と収容装置との間の距離は別の位置においても不変のままである。距離は全ての位置において変更されない。なぜならば、筐体に対して相対的な各個別の支持体の傾斜は、混合運動の全サイクルにわたって一定のままであり、支持体は互いに対してねじれることができないからである。したがって、筐体に対する各個別の支持体の傾斜が同じのままであるという特徴は、２つの平面、つまり筐体の平面（筐体のジョイント支承手段による平面）に関する収容装置の運動平面（収容装置のジョイント支承手段による平面）の不都合なねじれを排除する。このねじれは、不都合であり、本発明では、このねじれを最小限にすることを目標としている。なぜならば、ねじれは、制御されていない混合運動につながり、この制御されていない混合運動は不都合であるからである（Ｚ行程）。

この不都合なねじれは、本発明によるガイド装置によって減じられるか、もしくは阻止されている。本発明によるガイド装置は、混合運動の間に、筐体に対して相対的な収容装置のねじれをガイドする。この場合、この不都合なねじれの減少／阻止は、ねじれの本発明によるガイドに該当する。本発明によるガイド装置は、有利には、工程中に不都合なねじれがゼロと等しくなるようにガイドされている。Ｘ，Ｙ，Ｚ平面の投影図に表されるように、ガイド装置は、支持体が常に同じ方向へ移動するようにする、つまりガイド装置は支持運動を同期化することが判る。

本発明によるガイド装置は、たとえば、支承手段、結合ロッド、カム、レール、ウェブ、スライドリンク機構およびこれらの組合せが含まれる。本発明によるガイド装置は、同様に、磁界から成っていてもよい。この形態では、収容装置も筐体も、それぞれ少なくとも１つの互換性のある磁石エレメントを支持している。つまり、磁石、磁化可能なエレメント、永久磁石、電磁石および通電支承コイルのまたはこれらの組合せのグループから選択された引き付ける相互作用のエレメントを有している。永久磁石は、たとえば鉄、ニッケル、コバルト、ネオダイン・鉄・ホウ素、サマリウムコバルトのような強磁性の材料から成っている。

収容装置もしくは収容装置の部分と、筐体もしくは筐体の部分との間の磁界の形成により、強制ガイドが達成されるので、筐体に対して相対的な各個別の支持体の傾斜は、混合運動の全サイクルにわたって一定のままである。たとえば、通電するコイルへの給電を制御装置により制御することによって、調節可能な形態も可能である。制御装置は、受信した信号（たとえば、電流密度、容器内容物の重量および／または粘性に関する手動の入力；検出された重量および／または粘性に関するセンサ信号）に基づいて、電流と、ひいては磁界の強度を制御するか、コイルの極性、ひいては磁界の方向を制御する。したがって、重量、容器および／または容器内容物（粘性）に関連して、鉛直方向での収容装置の意図的な運動、つまり振動運動（上下運動；バイブレーション）を達成することが可能である。収容装置は、円形の軌道に沿った運動を続ける。このことは、この形態の利点である。

有利には、ガイド装置が、少なくとも１つのウェブを有している。このウェブは、本発明による支持体の２つを互いに結合している。この場合、並進自由度を有しないが、唯１つの回転自由度を有する支承手段（ヒンジジョイント）が、ウェブを支持体において支持し、第２のヒンジジョイントが、ウェブを別の支持体において支持している。これによって、２つのヒンジジョイントは、互いに対して平行な軸線を中心として回転することができる。したがって、これら２つの支持体の向きは、平行な２つのヒンジジョイント軸線に対して直角に向けられた平面内で規定されている。支持体は、この平面内においてのみ互いに対してねじれることができる。したがって、２つの支持体の互いに対する３次元（「歪んだ」）のねじれ（捻り）は、原理的にはウェブによってブロックされている。しかし、支持体の互いに対する歪んだねじれ（捻り）は、支持体によって支持された２つの平面の不都合なねじれの前提である（上述したように、２つの平面の互いに対するねじれに伴って、支持体の傾斜が同時に２つの平面の間の距離を変更する）。したがって、互いに対する２つの平面の不都合なねじれは、本発明によるガイド装置と、ヒンジジョイントと協働する、支持体に配置されたウェブとによって著しく減じられる。当業者にとっては、不都合なねじれを生ぜしめる、支持体およびウェブの圧縮および伸張を完全に排除することができないことは公知である。ヒンジジョイントの軸線はそれぞれ、ウェブにより結合された２つの支持体における各ジョイント支承手段の間で中心に支持されている。このことは、特に、ウェブおよびヒンジジョイントを使用して互いに結合された、互いに異なる長さの２つの支持体のためにも該当する。複数の支持体を備えた装置では、たとえば各２つの支持体が同じ長さを有している４つの支持体を備えた装置では、ヒンジジョイントの軸線が各ジョイント支承手段の間で中心に配置されている限り、どの支持体の間にヒンジジョイントを備えたウェブが配置されているかは重要ではない。

たとえば同じ長さの平行な２つの支持体に２つのヒンジジョイントを介してウェブを組み付けることにより不都合なねじれが生じないことを説明するために、このシステムは以下のように説明することもできる。仮想の直線（つまり、よりよい理解のために投影された、実際には存在しない直線）である、平行な２つのヒンジジョイント軸線の一方において開始し、２つのヒンジジョイント軸線に対して直角に延びるいわゆる結合直線は、混合運動の間でさえ常に、筐体において２つのジョイント支承手段を互いに結合する仮想の結合直線（よりよい理解のために投影された、実際には存在しない直線）に対して平行であり、かつ収容装置において２つのジョイント支承手段を互いに結合する仮想の結合直線（よりよい理解のために投影された、実際には存在しない直線）に対して平行である。

好適には、本発明による装置における以下の距離は同じ大きさである、すなわち、２つの支持体の間での、筐体におけるジョイント支承手段の回転中心の互いに対する距離および収容装置におけるジョイント支承手段の回転中心の互いに対する距離は同じ大きさである。１つの支持体における２つの回転中心の間の距離と、別の支持体における２つの回転中心との間の距離とが同じ場合、つまり同じ長さの支持体の場合、本発明における支承装置において、これらの回転中心による平行四辺形の配置が生じる。有利には、当該装置の全ての支持体において、筐体における２つの支持体のジョイント支承手段の回転中心と、収容装置における同じ２つの支持体のジョイント支承手段の回転中心とは、同じだけ距離だけ互いに間隔を空けていて、筐体における全ての回転中心が、収容装置における全ての回転中心と、同じ互いに対する配置を有している場合、回転中心の平行四辺形の配置は常に各２つの支持体において互いに対して生じる。これによって、形状接続式、つまり形状に基づく束縛に基づいてガイドされた、本発明による混合運動の支承が生じる。たとえば既に述べたように収容装置の運動平面が、筐体からの規定された距離で適当な付加的な組付けにより規定されている場合、本発明による混合運動は強制ガイドされる。

有利には、本発明による支持体は、７００ｍｍ〜５ｍｍの長さを有していて、有利には３００ｍｍ〜１０ｍｍの長さを有していて、特に有利には１５０ｍｍ〜２０ｍｍの長さを有している。ジョイント支承手段を有する支持体の本発明による形態では、支持体が、ボールソケットジョイントのボールの回転中心／中心点から測定して、３５ｍｍの長さを有している。したがって、ボールソケットジョイントとして形成されたジョイント支承手段は、６０ｍｍ〜３ｍｍのボール直径を有していて、有利には３０ｍｍ〜５ｍｍのボール直径を有していて、特に有利には２０ｍｍ〜７ｍｍのボール直径を有している。ボールソケットジョイントの本発明による形態では、ボール直径は１３ｍｍである。これによって、有利には特に、ボールが、少なくともジョイント表面において、高降伏点オーステナイト鋼、アルミニウム（陽極酸化処理）のような研磨された金属またはセラミックから成っていて、ソケットが、少なくとも表面において、たとえば滑り改質された耐摩耗性の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のようなプラスチックから成っている場合、金属／プラスチックのペアにおいても、プラスチック／金属のペアにおいても、ジョイント内で０〜０．２ｍ／ｓの有利な滑り速度が生じる。有利な滑り速度は、逆の材料選択でも達成され得る。つまり、ボールが少なくとも表面においてプラスチック、特に耐摩耗性の滑り改質された熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂から成っていて、ソケットが、少なくともジョイント表面において、たとえば高降伏点オーステナイト鋼、アルミニウム（陽極酸化処理）のような研磨された金属、またはセラミックから成っている。

ボールソケットジョイントとして形成されたジョイント支承手段において、複数の変化形が区別され得る。１つの変化形では、ボールが支持体に堅く結合されていて、ソケットは、ボールを介して間接的にのみ支持体に結合されている。第２の変化形では、反対の配置である。つまり、ソケットが支持体に堅く結合されていて、ボールがソケットを介して支持体に結合されている。ボールソケットジョイントの、形態に応じて支持体に間接的にのみ結合された部分は、反対に、筐体もしくは収容装置に堅く結合している。この場合、第２の変化形が有利である。なぜならば、支承装置のこの配置を有する本発明による混合装置は、特に簡単に組み立てられ得るからである。

本発明による混合装置は、収容装置、駆動装置および本発明による支承装置に対して付加的に、少なくとも１つの加熱素子、有利には制御可能な加熱素子を有していてよい。この加熱装置は、有利には、ペルティエ素子によって、または抵抗加熱素子、たとえば加熱フィルムによって実現されている。有利な形態では、混合装置はさらに、冷却装置、たとえばヒートシンクを備えたペルティエ素子を有している。特に有利な態様では、ペルティエ素子は、加熱および冷却のために、つまり温度調節のために使用され得る。たとえばペルティエ素子の使用により、種々異なって温度調節される装置の場合、冷却体およびファンの補助的な使用が有利である。加熱もしくは冷却装置は、実験容器の温度、ひいては該実験容器内に位置する内容物の温度を変更する。

本発明による混合装置は、実験容器の内容物を混合する方法で作動され得る。この場合、内容物を有する実験容器は、混合装置上に配置され、次いで混合装置が作動させられる。この混合方法では、内容物を温度調節する、つまり制御された加熱および冷却による所定の温度への調節が可能である。したがって、均一な混合と温度調節とが本発明による混合装置を使用することで可能である。

本発明による混合装置は、種々異なる用途を有している。一方では本発明による混合装置は、自立形（独立形）の混合装置として、つまり実験設備における単一の独立した器具として使用される。別の用途は、本発明による混合装置の、実験ワークステーションのような自動実験設備内での使用である。自動実験装置は、たとえば混合および任意の別のワークステップにおける最終的な分析を含む種々の試料の調製ステップを実施する。別の可能な用途は、培養器内での使用である。培養器内では、試料、特に生体細胞が制御された雰囲気（温度、湿度、ガス）に置かれる。この場合、本発明による混合装置は、培養されるべき試料の均一な運動を保証する。

本発明による装置の前述の簡単な説明から、支承装置の簡単な組み立て、および駆動装置の軸方向／鉛直方向の負荷（重量荷重）の減少の利点が判る。支承装置の高い支持能力および可能な回転速度の広い帯域幅（５０ｒｐｍ−３０００ｒｐｍ）から生じる別の利点が、小さな軽い実験容器、たとえば最小量の容積を充填され得るエッペンドルフ反応容器、マイクロタイタープレート、スライド（最大の充填容量；０．１ｍｌ，０．２ｍｌ，０．５ｍｌ，２．０ｍｌ）および大きな充填された重い実験容器、ファルコンチューブ、ガラス容器、三角フラスコ（たとえば２０００ｍｌまで）、ビーカーグラスのための支承装置の適合性と共に得られる。これら全ての利点は、本発明による混合装置を実験室内の作業台上の自立（独立）式の混合装置として適合させる。本発明による混合装置は、自動実験装置または培養器内で使用されることにも適している。

本発明の別の利点および特徴を以下に本発明の実施の形態を示した添付の図面に付き詳しく説明する。

本発明による混合装置の概略的な三次元図（空間図）である。 収容装置を有しない本発明による択一的な混合装置の概略的な三次元図である。 ウェブがボール支持体を取り囲んでいて、該ボール支持体上でウェブがヒンジジョイントにおいてフォーク状に支持されており、ボール支持体においてボールソケットジョイントのボールがボール支持体上に配置されていることを示す、本発明による支承装置のアッセンブリの設計を示す概略的な三次元図である。 図３ａに示した本発明による支承装置の物理的な設計を示す概略的な三次元図である。 ボール支持体がウェブをヒンジジョイントにおいてフォーク状に取り囲んでいて、ボールソケットジョイントがボール支持体に配置されていることを示す、図３に示したアッセンブリの択一的な設計を示す概略的な三次元図である。 図３ｃに示した本発明による支承装置の物理設計を示す概略的な三次元図である。 本発明によるジョイント支承手段の形態を示す概略的な三次元図である。 ボール支持体がウェブによって種々異なって互いにペアとして結合されていることを示す、図１に示した混合装置の本発明によるボール支持体の択一的な配置を示す概略的な三次元図である。 ボール支持体がウェブにより種々異なってペアとして互いに結合されていることを示す、図１に示した混合装置の本発明によるボール支持体の択一的な配置を示す概略的な三次元図である。 ボール支持体がウェブにより種々異なってペアとして互いに結合されていることを示す、図１に示した混合装置の本発明によるボール支持体の択一的な配置を示す概略的な三次元図である。 本発明による混合装置の物理的な設計を示す概略的な三次元図である。 図６に示した本発明による装置を、ケーシングを備えた外装として示す概略的な三次元図である。

種々異なる図面において、互いに対して一致する構造エレメントには、同一の参照符号が付与されている。

図１には１つの混合装置２が示されている。この混合装置２は、筐体４と、収容装置６とを有している。筐体４と収容装置６とはそれぞれ、単に概略的に矩形のプレートとして描かれている。三次元の視点から判るように、収容装置６は、４つの支持体８，１０，１２，１４上に支持されている。これらの支持体は、（図示しないが）円柱状の基本形状を有していて、それぞれ各支持体の両端部に設けられたそれぞれのジョイント支承手段のジョイントボール１６を有している。ジョイントボール１６はそれぞれ、収容装置６の底部のボールソケット内に、または筐体４の上部のボールソケット内に配置されている。支承ボールの回転の中心（中心点）は、全ての支持体において、互いから等しい距離にある（距離ａ）。

図１から判るように、筐体４における支持体８と支持体１０のジョイント支承手段１６の回転中心（中心点）ならびに支持体１２と支持体１４のジョイント支承手段１６の回転中心（中心点）は、収容装置６における同じ２つの支持体８と支持体１０のジョイント支承手段１６の回転の中心（中心点）ならびに支持体１２と１４のジョイント支承手段１６の回転の中心（中心点）の間の距離Ｂと、同じ距離Ａを有している。同じことは、支持体１０と支持体１２のジョイント支承手段１６における回転中心ならびに支持体８と支持体１４のジョイント支承手段１６における回転中心（中心点）の間の距離ＤおよびＣにも当てはまる。したがって、図１に示した装置２では、各４つの回転中心（中心点）の平行四辺形の配置が、４つの支持体８，１０，１２，１４のいずれのペアの間にも与えられている。

図１から判るように、４つの支持体の上端部における支承ボール１６の４つの回転中心（中心点）は、（水平方向の）平面６に配置されており、４つの支持体のそれぞれの下端部における支承ボール１６の４つの回転中心（中心点）は、前記平面６に対して平面平行な（水平方向の）平面４に配置されている。本発明による支承装置は、収容装置６の、矢印１８に沿った並進的な、円形の、周期的な混合運動を可能にする。

上記混合運動１８を行う収容装置６は、カム２０によって駆動されている。カム２０は、回転駆動される鉛直の軸部２２に装着されている。カム２０は、収容装置６内の貫通孔２４内に延びたスライド支承手段に組み付けられていて、カム軸線と軸部の軸線との間の偏心率Ｅにより回転運動１８の半径を規定する。このことは、ジョイント支承手段１６の形状接続によって、支承手段の遊びおよび公差を無視する限り、つまり原理的には、筐体４と収容装置６との間の（混合運動１８の運動平面に対して直交する）距離も規定する。

図１から判るように、ジョイント支承手段１６は、収容装置６に対する（かつ、したがって筐体４に対する）支持体（たとえば１０）の旋回角度Ｓを提供し、混合運動１８の際に、支持体（たとえば支持体１０）において収容装置６を支承しているジョイント支承手段１６の回転中心の円形の軌道は、運動平面１８における上面図で見るとほぼ同じ大きさである（上面図は示されていない）。

さらに図１から判るように、支持体８および１０はウェブ２８により互いに結合されていて、支持体１２および１４はウェブ３０により互いに結合されている。ウェブ２８の両端部において、ヒンジジョイント３２が、各ウェブを支持体８，１０，１２または１４の１つにおいて支承している。ヒンジジョイント３２は、それぞれのウェブ２８，３０を各支持体において、互いに平行な軸線３４を中心として回転するように支承している。したがって、図１においてウェブ２８の左側端部におけるヒンジジョイント３２の回転の軸線は、たとえば、図１のウェブ２８の右側端部におけるヒンジジョイント３２の回転軸線に対して平行である。

２つの端部において２つの平行な軸線を中心として回転可能にボール支持体８，１０，１２，１４に枢着された各ウェブ２８，３０は、ガイド装置であり、該ガイド装置は、混合運動１８の間に、筐体４に対する相対的な収容装置６の回転をガイドし、この場合、この回転もしくはねじれが、繰返しの全期間の間、つまり全体的な混合運動１８の間、零に等しいようにする（換言すれば、回転は常に並進的である）。

図２は、本発明による混合装置２の択一的な設計を示している。図２では、装置２の、互いに相応する構成要素が、同一でなくて、単に機能的にのみ相応する構成要素であっても、図１の符号と同一の符号を付与されている。

図１に示した装置２とは異なり、図２に示した装置２は、２つの支持体１０，１２しか有していない。この場合、筐体４からの収容装置６の（鉛直方向の）距離は、カム２０の下端部における水平方向のカラー３６によって規定されている。

図３ａおよび図３ｂは、原理的に図２に示された本発明による支承装置の可能な形態を示している。しかし、図３ａでは、支持体１０，１２（それぞれプラスチック成形部材から成っている、図３ｂを参照）が、側方の支承ボール１６を有している。これらの支承ボール１６は、支承シェルもしくはソケット３８内に延びていて、したがってそれぞれ１つのジョイント支承手段を形成している。このジョイント支承手段の横向きの方向は、１つのボール支持体の両支承ボールを各支承シェル内に同時にスナップインすることによる簡単な組付け性を可能にする。ウェブ２８（プラスチック成形部材、図３ｂを参照）は、２つのヒンジジョイント３２上に組み付けられている。この場合、ヒンジジョイント３２は、各ボール支持体をフォーク状に取り囲んでいる。この場合、ヒンジジョイント３２のピンは、支持体１０および１２における平面平行な平坦な外面４０を垂直方向に貫通している。支持体１０および支持体１２における平坦な外面４０は、ウェブ２８のフォーク状の端部における面状の内面４２に位置している。

支持体１０，１２の上端部における、支承ボール１６が突入する支承シェル３８は、図３ｂによれば、プラスチック成形部材４４内に配置されていて、同様に２つの支持体１０，１２の下端部における、支承ボール１６が突入する支承シェル３８も、プラスチック成形部分４４内に配置されている。したがって、各支承シェル３８の間かつ支承ボール１６との間の同じ距離を、構造的に正確にかつ狭い誤差で、つまりそれぞれ唯１つの構成部材内において規定することができる。

図３ｃおよび図３ｄは、１つのアッセンブリを示している（図３ｃは概略図であり、図３ｄは立体図である）。このアッセンブリは、ジョイント支承手段およびフォークの作用面の反転を除いて、図３ａおよび図３ｂに示したアッセンブリに実質的に完全に相当する。図３ｃおよび図３ｄでは、ヒンジジョイント３２において、ボール支持体１０がウェブ２８をフォーク状に取り囲んでおり、ウェブがボール支持体をフォーク状に取り囲んでいるのではない。さらにボールソケットジョイントのソケットが、ボール支持体に配置されていて、ボールがボール支持体に配置されているのではない。

図６は、図３ｂに示した物理的な設計における、支持体８，１０，１２，１４およびウェブ２８を備える２つのアッセンブリが、どのように収容装置６を筐体４上に支持しているかを示している。この装置２において、収容装置６は、筐体４上で、収容装置６の貫通孔２４内のカム２０を介してモータ４６により回転駆動されている。この装置２は、図７でハウジング４７と共に示されている。

図４は、ジョイント支承手段の設計を示している。ジョイント支承手段は、たとえば図３に示すように、支承ボール１６および支承シェル３８によって形成されている。図４から判るように、支承シェル３８は、３つのスリット４８を有している。これらのスリット４８は、支承シェル３８のボール開口５２のエッジ５０の円周に沿って均等に分配されている。支承シェル３８を取り囲む外側に設けられたばねリング５４は、支承シェル３８の壁を支承ボール１６に対して内方に向かって付勢している。

図５ａ，図５ｂおよび図５ｃは、図１に示した混合装置に用いられる装置の、本発明によるボール支承手段の択一的な配置の幾つかの概略的な三次元図を示している。図５ａ，図５ｂおよび図５ｃでは、ボール支持体が、ペアとして種々にウェブにより互いに結合されている。

ボール支持体は、図５においてソケットを有しないで著しく概略的に示されている。筐体４および収容装置６とはそれぞれ単に著しく概略的に、平面として点線もしくは鎖線によって示されている。図５ａには、４つの支持体８，１０，１２，１４の長方形の配置が再現されている。この場合、ボール支持体１０と１２および８と１４とは、ヒンジジョイント・ウェブ５６または５８によって互いに結合されている。図５ｂは、３つのボール支持体８，１０，６０の三角形の配置を示している。この場合、ボール支持体８および１０だけが、ヒンジジョイント・ウェブ２８によって互いに結合されている。第３のボール支持体６０は、独立していて、椅子の３本足のように収容装置６を筐体４上で支持している。図５ｃは、最後に、６つの支持体８，１０，１２，１４，６２，６４の６面の配置を示している。この場合、ボール支持体８，１０が、（図１に示したように）２つずつヒンジジョイント・ウェブ（２８，３０および６６）によって互いに結合されている。

Claims (12)

1. 実験容器の内容物を混合するための混合装置であって、該混合装置が、
   混合物を収容するための収容装置（６）と、
   駆動装置（２０，２２）と、
   支承装置とを有しており、
   駆動装置（２０，２２）によって、収容装置（６）が、筐体（４）に対して相対的に混合運動させられるようになっており、該混合運動において、収容装置（６）が、空間的に規定の位置に調整されて規定された位置に周期的に戻る閉じられた軌道上を運動し、
   支承装置が、収容装置（６）を混合運動においてガイドするようになっている形式の混合装置において、
   支承装置が、少なくとも２つの支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）を有していて、各支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）が、互いから間隔を空けた２つの支承領域（１６）を有していて、２つの支承領域（１６）がそれぞれ、少なくとも並進自由度を有しておらず、かつ少なくとも２つの回転自由度を有しており、これら２つの支承領域は、ジョイント支承手段（１６）を有しており、各支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）の一方のジョイント支承手段（１６）が、各支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）を筐体（４）に組み付けており、他方のジョイント支承手段（１６）が、収容装置（６）を各支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）に組み付けており、かつ
   支承装置が、ガイド装置（２８，３０，３２）を有しており、該ガイド装置（２８，３０，３２）が、筐体（４）に対して相対的な収容装置（６）の回転を、混合運動の間にガイドし、該混合運動は、円形にかつ周期的に１つの平面内で進行し、筐体（４）に対して相対的な各個別の支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）の傾斜は、一定のままであることを特徴とする、混合するための混合装置。
2. ジョイント支承手段（１６）の少なくとも１つが、ユニバーサルジョイントであるか、またはボールジョイントである、請求項１記載の混合装置。
3. ガイド装置（２８，３０，３２）が、少なくとも１つのウェブ（２８，３０）を有していて、該ウェブ（２８，３０）が、少なくとも２つの支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）のうちの２つの支持体を結合しており、並進自由度を有しない、唯１つの回転自由度を有する第１および第２のヒンジジョイント（３２）が、ウェブ（２８，３０）を少なくとも２つの支持体（１０，１４，６４）の間にそれぞれ組み付けている、つまり、それぞれ第１のヒンジジョイント（３２）が、ウェブ（２８，３０）を支持体の一方において組み付けていて、第２のヒンジジョイントが、ウェブ（２８，３０）を少なくとも２つの支持体の他方の支持体（８，１０，１２）において組み付けており、２つのヒンジジョイントが、互いに対して平行な軸線をそれぞれ有していて、該軸線を中心として回転可能である、請求項１または２記載の混合装置。
4. ヒンジジョイント（３２）の軸線が、ウェブ（２８，３０）によって結合された２つの支持体に設けられた各ジョイント支承手段（１６）の間の中心で延びており、支持体が、前記ジョイント支承手段（１６）によって、筐体（４）と収容装置（６）とに組み付けられている、請求項３記載の混合装置。
5. ヒンジジョイント（３２）の位置において、ウェブが、支持体をフォーク状に囲んでいるか、または支持体が、ウェブ（２８，３０）をフォーク状に取り囲んでいる、請求項４記載の混合装置。
6. １つの支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）に設けられた２つのジョイント支承手段（１６）の各回転中心の距離は、別の支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）に設けられた２つのジョイント支承手段（１６）のそれぞれ２つの回転中心の距離と等しい、請求項１から５までのいずれか１項記載の混合装置。
7. １つの支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）に設けられた２つのジョイント支承手段（１６）の各回転中心の距離は、別の全ての支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）の２つの支承手段の各回転中心の距離と等しい、請求項６記載の混合装置。
8. 筐体（４）に各支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）のうち２つを組み付けているジョイント支承手段（１６）の２つの回転中心および／または回転軸線の距離が、収容装置（６）にそれぞれ同じ支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）を組み付けているジョイント支承手段（１６）の回転中心および／または回転軸線の距離と等しい、請求項１から７までのいずれか１項記載の混合装置。
9. 筐体（４）に各支持体（８，１０，１２，１４，６０，６２，６４）を組み付けているジョイント支承手段（１６）の全ての回転中心および／または回転軸線の距離が、収容装置（６）に各同じ支持体を組み付けているジョイント支承手段（１６）の回転中心および／または回転軸線の距離と等しい、請求項８記載の混合装置。
10. 当該混合装置（２）が、ペルティエ素子および抵抗加熱素子および加熱フィルムのグループから選択された制御可能に温度調節または加熱する素子を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の混合装置。
11. 実験容器の内容物を混合する方法であって、内容物を有する実験容器を、請求項１０記載の装置（２）内に配置し、次いで混合装置を始動することを特徴とする、実験容器の内容物を混合する方法。
12. 実験容器の内容物の温度を、前記温度調節または加熱する素子によって変更する、請求項１１記載の方法。

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