JP7418777B2

JP7418777B2 - 理化学実験用撹拌機

Info

Publication number: JP7418777B2
Application number: JP2019109483A
Authority: JP
Inventors: 眞一有賀
Original assignee: 東京理化器械株式会社
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2024-01-22
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: JP2020001034A

Description

本発明は、撹拌機に関し、詳しくは、低粘度から高粘度までの各種液体を撹拌する際に使用する撹拌機に関する。

化学工業、医薬工業、新素材、食品工業、化粧品などの分野における研究や生産を行う際には、低粘度から高粘度までの各種液体を混合したり、反応させたりするために、撹拌することが行われている。液体を撹拌するための撹拌機として、電気的にモータの回転数を制御して撹拌羽根の回転数を変化させるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開昭５４－１２３７７６号公報

しかし、従来の電気的な制御では、制御系が複雑になるなどの問題があり、製品価格も高価なものとなっていた。また、静穏な作動音は、理化学実験環境において常に求められている要求事項である。

そこで本発明は、簡単な構成の機械的組み合わせによって撹拌羽根の回転数を変化させることができる撹拌機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の理化学実験用撹拌機は、第１の構成として、容器内の液体中に挿入される撹拌羽根を回転させることによって液体を撹拌する撹拌機において、電源部の切り替えによって回転方向を正転方向及び逆転方向に切替可能なモータと、該モータによって回転駆動される駆動軸と、該駆動軸に対して平行に設けられ、前記撹拌羽根を有する撹拌部材に連結される従動軸とを備え、前記駆動軸には、前記モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第１駆動歯車と、前記モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第２駆動歯車とを備え、前記従動軸には、モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１従動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第１従動歯車と、モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２従動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第２従動歯車とを備えるとともに、前記第１駆動歯車から前記第１従動歯車に伝達される減速比と、前記第２駆動歯車から前記第２従動歯車に伝達される減速比とを異なる減速比に設定し、前記モータが正転方向に回転したときには、前記第１駆動歯車から前記第１従動歯車を介して前記従動軸に回転が伝達され、前記モータが逆転方向に回転したときには、前記第２駆動歯車から前記第２従動歯車を介して前記従動軸に回転が伝達されることを特徴としている。

また、本発明の理化学実験用撹撹拌機の第２の構成は、容器内の液体中に挿入される撹拌羽根を回転させることによって液体を撹拌する撹拌機において、電源部の切り替えによって回転方向を正転方向及び逆転方向に切替可能なモータと、該モータによって回転駆動される駆動軸と、該駆動軸に対して平行に設けられ、前記撹拌羽根を有する撹拌部材に連結される従動軸とを備え、前記駆動軸には、前記モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた駆動プーリと、前記モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた駆動歯車とを備え、前記従動軸には、モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１従動側ワンウエイクラッチを介して設けられて前記駆動プーリに駆動ベルトで連結された従動プーリと、モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２従動側ワンウエイクラッチを介して設けられた従動歯車とを備えるとともに、前記駆動プーリから駆動ベルトを介して前記従動プーリに伝達される減速比と、前記駆動歯車から前記従動歯車に伝達される減速比とを異なる減速比に設定し、前記モータが正転方向に回転したときには、前記駆動プーリから駆動ベルト、従動プーリを介して前記従動軸に回転が伝達され、前記モータが逆転方向に回転したときには、前記駆動歯車から前記従動歯車を介して前記従動軸に回転が伝達されることを特徴としている。

さらに、前記駆動軸及び前記従動軸に平行な中継軸を設けるとともに、該中継軸に、前記駆動歯車及び前記従動歯車にそれぞれ歯合する中継歯車を設け、前記駆動歯車の回転が、中継歯車を介して前記従動歯車に伝達されること、前記駆動軸及び前記従動軸にそれぞれ平行な第１中継軸及び第２中継軸を設けるとともに、前記第１中継軸に前記駆動歯車に歯合する第１中継歯車を、前記第２中継軸に前記従動歯車に歯合する第２中継歯車をそれぞれ設け、第１中継歯車と第２中継歯車とを歯合させることにより、前記駆動歯車の回転が、第１中継歯車及び第２中継歯車を介して前記従動歯車に伝達されることを特徴とし、また、各中継歯車の回転を規制するワンウエイクラッチを設けたことを特徴としている。

本発明の撹拌機によれば、モータの回転方向によって、減速比が異なる駆動プーリ又は第１駆動歯車と従動プーリ又は第１従動歯車の組み合わせと、第２駆動歯車及び第２従動歯車の組み合わせとに切り替えることができるので、例えば、両組み合わせの減速比を異なる設定とすることにより、モータを正転方向に回転させたときに撹拌羽根の高速回転、モータを逆転方向に回転させたときに撹拌羽根の低速回転に切り替えることができる。したがって、撹拌する液体の粘度に応じてモータの回転方向を切り替えるだけの簡単な操作で、液体の粘度に応じた最適な撹拌状態に設定することができる。また、回転の伝達を駆動ベルトで行うことでギアノイズの発生がなくなって撹拌機作動時の静穏化も図れる。

また、第２駆動歯車の回転を１個又は２個以上の中継歯車を介して第２従動歯車に伝達させることにより、モータの正転、逆転の方向切り替えにかかわらず、従動軸の回転方向を同一にしたり、異なる回転方向にしたりすることができる。さらに、中継歯車に減速機能を付加することにより、高速回転と低速回転との回転比を大きくとることができる。

本発明の撹拌機の第１形態例を示す断面正面図である。図１のII－II断面図である。図１のIII－III断面図である。同じく分解斜視図である。本発明の撹拌機の第２形態例を示す断面平面図である。本発明の撹拌機の第３形態例を示す断面平面図である。図７のVII－VII断面図である。図７のVIII－VIII断面図である。同じく分解斜視図である。

図１乃至図４は、本発明の撹拌機の第１形態例を示している。本形態例に示す撹拌機１１は、ケーシング１２の天板１２ａと底板１２ｂとの間に、上部がモータ１３の回転軸に連結された駆動軸（入力軸）１４と、下部にチャック１５を装着した従動軸（出力軸）１６とを、所定間隔で互いに平行に設けるとともに、底板１２ｂに、駆動軸１４及び従動軸１６の両者に平行な中継軸１７を設けている。各軸１４，１６，１７は、ベアリング１８を介してケーシング１２に回転可能にそれぞれ設けられており、ケーシング１２の背面には、モータ１３を制御する制御部１９が設けられるとともに、撹拌機１１をスタンドなどに取り付けるための支持棒２０が設けられている。また、前記モータ１３には、回転方向を正逆に切替可能な直流モータが用いられている。さらに、制御部１９は、着脱可能、遠隔操作可能に形成されており、撹拌機本体部をドラフト内に、制御部１９をドラフト外に設置することが可能に形成されている。

前記駆動軸１４の上部には、モータ１３が正転方向に回転したときに駆動軸１４の回転を伝達する第１駆動側ワンウエイクラッチ２１を介して第１駆動歯車２２が設けられ、駆動軸１４の下部には、モータ１３が逆転方向に回転したときに駆動軸１４の回転を伝達する第２駆動側ワンウエイクラッチ２３を介して第２駆動歯車２４が設けられている。

また、前記従動軸１６の上部には、前記第１駆動歯車２２に歯合する第１従動歯車２５が設けられている。この第１従動歯車２５と従動軸１６との間には、モータ１３が正転方向に回転したときに、駆動軸１４から第１駆動側ワンウエイクラッチ２１を介して回転する第１駆動歯車２２に伴って回転する第１従動歯車２５から従動軸１６に回転を伝達する第１従動側ワンウエイクラッチ２６が設けられている。

一方、従動軸１６の下部には、第２従動歯車２７が設けられており、中継軸１７には、軸線方向に長く形成され、上部が第２駆動歯車２４に歯合し、下部が第２従動歯車２７に歯合する中継歯車２８が設けられている。これにより、第２駆動歯車２４の回転は、中継歯車２８を介して第２従動歯車２７に伝達される。また、従動軸１６と第２従動歯車２７との間には、モータ１３が逆転方向に回転したときに、駆動軸１４から第２駆動側ワンウエイクラッチ２３を介して回転が伝達された第２駆動歯車２４から、中継歯車２８を介して回転する第２従動歯車２７から従動軸１６に回転を伝達する第２従動側ワンウエイクラッチ２９が設けられている。

このように形成した撹拌機１１において、第１駆動歯車２２から第１従動歯車２５に伝達される減速比と、第２駆動歯車２４から中継歯車２８を介して第２従動歯車２７に伝達される減速比とを異なる減速比に設定している。例えば、第１駆動歯車２２と第１従動歯車２５との減速比を１：１に、第２駆動歯車２４と第２従動歯車２７との減速比を１：３に設定すると、第１駆動歯車２２と第１従動歯車２５との組み合わせが高速側となり、第２駆動歯車２４と第２従動歯車２７との組み合わせが低速側となる。したがって、高速側を毎分１５００～１５０回転に設定すると、モータ１３を逆転方向に切り替えた低速側では毎分５００～５０回転となる。

撹拌機１１を支持棒２０によって所定高さに固定するとともに、撹拌機１１の下方に配置した容器内の液体を撹拌するための撹拌羽根を有する撹拌部材をチャック１５に連結する。この状態で、モータ１３を、正転方向に回転させると、駆動軸１４の回転が第１駆動側ワンウエイクラッチ２１を介して第１駆動歯車２２に伝達され、第１駆動歯車２２は、図４に矢印Ａで示す反時計回りの正転方向に回転する。この第１駆動歯車２２に歯合する第１従動歯車２５は、図４に矢印Ｂで示す時計回りの逆転方向に回転し、第１従動歯車２５の回転は、モータ１３が正転方向に回転していることから、第１従動側ワンウエイクラッチ２６を介して従動軸１６に伝達される。この結果、従動軸１６にチャック１５を介して連結された撹拌部材が時計回りに回転し、撹拌機１１の下方に配置された容器内の液体を高速で撹拌する。これにより、低粘度の液体を高速撹拌することができ、低粘度液体の混合効率、反応効率を高めることができる。

このとき、モータ１３が正転方向に回転していることから、第２駆動側ワンウエイクラッチ２３は作動せず、第２駆動歯車２４にモータ１３の回転が伝達されないため、第２駆動歯車２４、中継歯車２８及び第２従動歯車２７は、撹拌部材の回転には関与していない。

一方、モータ１３を、図４に矢印Ｃで示すように、時計回りの逆転方向に回転させると、駆動軸１４の回転が第２駆動側ワンウエイクラッチ２３を介して第２駆動歯車２４に伝達され、第２駆動歯車２４も、時計回りの逆転方向に回転する。この第２駆動歯車２４の回転は、中継歯車２８を介して第２従動歯車２７に伝達される。このとき、第２従動歯車２７は、図４に矢印Ｄで示す時計回りの方向に、前記減速比の設定によって低速で回転することになる。第２従動歯車２７の回転は、モータ１３が逆転方向に回転していることから、第２従動側ワンウエイクラッチ２９を介して従動軸１６に伝達される。この結果、従動軸１６にチャック１５を介して連結された撹拌部材が、低速で時計回りに回転して容器内の液体を撹拌する。これにより、高粘度の液体を低速で撹拌することができ、高粘度液体の混合効率、反応効率を高めることができる。

このとき、モータ１３が逆転方向に回転していることから、第１駆動側ワンウエイクラッチ２１は作動せず、第１駆動歯車２２にモータ１３の回転が伝達されないため、第１駆動歯車２２及び第１従動歯車２５は、撹拌部材の回転には関与していない。したがって、モータ１３の回転方向を切り替えるだけで液体の撹拌状態を高速と低速とに切り替えることができ、液体の粘度に合わせた撹拌状態を得ることができる。

図５は、本発明の撹拌機の第２形態例を示している。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示した撹拌機の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示す撹拌機５１は、駆動軸１４及び従動軸１６の両者に平行な第１中継軸５２と第２中継軸５３とを設け、第１中継軸５２には、大径、小径の２段構成の第１中継歯車５４を、第２中継軸５３には、第２中継歯車５５をそれぞれ設けている。

第１中継歯車５４は、大径部５４ａが第２駆動歯車２４に、小径部５４ｂが第２中継歯車５５にそれぞれ歯合し、第２中継歯車５５は、第１中継歯車５４の小径部と第２従動歯車２７とに歯合している。したがって、モータ１３を逆転方向に回動させて第２駆動歯車２４を第２駆動側ワンウエイクラッチ２３を介して逆転方向に回転させると、第２駆動歯車２４の回転は、第１中継歯車５４及び第２中継歯車５５を介して第２従動歯車２７に伝達される。このとき、第２従動歯車２７は、前記第１形態例とは逆に、矢印Ｅで示す反時計回りに回転することになるため、撹拌部材は、モータ１３が正転方向に回転しているときには時計回りに高速回転し、モータ１３が逆転方向に回転しているときには反時計回りに低速回転することになる。したがって、撹拌機の基本構成を変えることなく、中継歯車の設置数を変更するだけで、撹拌羽根を回転させる従動軸の回転方向を同方向にしたり、逆方向にしたりすることができる。

図６乃至図９は、本発明の撹拌機の第３形態例を示している。本形態例の説明においても、前記第１形態例、第２形態例に示した撹拌機の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示す撹拌機７１では、モータ正転時における駆動軸１４から従動軸１６に回転を伝達する手段として、前記第１，第２形態例で採用した歯車に変えて、駆動プーリ７２、従動プーリ７３及び駆動ベルト７４を使用したベルト駆動を採用している。また、底板１２ｂに立設した２本の第１中継軸５２及び第２中継軸５３には、中継歯車として、第１減速歯車７５及び第２減速歯車７６をそれぞれ設けている。この第１減速歯車７５及び第２減速歯車７６は、大径、小径の２段構成の二段歯車からなるもので、大径歯車が駆動側に、小径歯車が従動側に位置するように配意されている。さらに、支持棒２０をケーシング１２に取り付けるためのブラケット７７には、ケーシング１２との間に両面接着型の防振用ゲル材などからなる防振材７８を介在させている。

本形態例で示す撹拌機７１は、モータ１３を正転方向（図９の矢印Ａ１方向、時計回り）に回転させると、駆動軸１４の回転で第１駆動側ワンウエイクラッチ２１を介して駆動プーリ７２が回転し、この駆動プーリ７２の回転が駆動ベルト７４によって従動プーリ７３を矢印Ａ２方向の時計回りに回転させ、さらに、第１従動側ワンウエイクラッチ２６を介して従動軸１６に回転が伝達され、チャック１５に装着された撹拌部材を矢印Ａ３方向の時計回りに回転させる。このとき、駆動プーリ７２と従動プーリ７３とを同径とすれば、撹拌部材は、モータ１３の回転数と同じ回転数で回転することになる。すなわち、減速比は１：１となる。

一方、モータ１３を逆転方向（図９の矢印Ｂ方向、反時計回り）に回転させると、駆動軸１４の回転が第２駆動側ワンウエイクラッチ２３を介して駆動歯車７９に伝達され、この駆動歯車７９の回転は、第１減速歯車７５の大歯車７５ａから小歯車７５ｂ、第１減速歯車７５の小歯車７５ｂから第２減速歯車７６の大歯車７６ａ、そして第２減速歯車７６の小歯車７６ｂから従動歯車８０に減速された状態で伝達される。従動歯車８０は、２個の減速歯車による回転方向の繰り替えにより、モータ１３を正転させたときと同じ矢印Ａ３方向の時計回りに回転することになり、第２従動側ワンウエイクラッチ２９を介して従動軸１６及び撹拌部材を時計回りに回転させる。

このとき、駆動プーリ７２から従動プーリ７３に伝達される減速比を１：１、駆動歯車７９から従動歯車８０に伝達される減速比を１２：１にそれぞれ設定すると、正転時が高速側、逆転時が低速側となり、高速側を毎分１５００～１００回転に設定すると、モータ１３を逆転方向に切り替えた低速側では毎分１２５～８．４回転となる。

この撹拌機作動時には、高速側の回転伝達を駆動ベルト７４で行っているので、歯車で回転を伝達する場合のギアノイズが発生せず、さらに、第１中継軸５２と第１減速歯車７５との間、第２中継軸５３と第２減速歯車７６との間の双方、あるいは、いずれか一方に、モータ１３が正転方向に回転しているときの各減速歯車の回転を規制するワンウエイクラッチを設けておくことにより、駆動軸１４の回転によって駆動歯車７９が共回りすることを規制でき、減速歯車部分でのギアノイズの発生を防止できる。

このように、高速側の回転伝達をベルト伝達で行うことによってギアノイズの発生がなくなり、さらに、ブラケット７７とケーシング１２との間に防振材７８を介在させることにより、撹拌機作動時の振動による騒音の発生を抑制でき、作動音の静穏化を図ることができる。

なお、プーリや歯車の組み合わせによる回転比（減速比）は任意に設定することができ、各減速歯車の減速比は同一でも異なっていてもよく、高速側を増速状態にすることもできる。また、モータの回転方向の切り替えは、容器内の液体の状態を目視しながら人為的にモータのスイッチを切り替えるようにしてもよく、液体の粘度を測定し、粘度があらかじめ設定された閾値に到達したときに、人為的あるいは自動的に行うようにしてもよく、モータの負荷電流値を監視して行うようにしてもよい。さらに、撹拌羽根の形状は、撹拌する液体の性状によって任意に設定することができる。また、中継歯車を減速又は増速可能な形状にすることもでき、中継歯車を省略することも可能である。また、各歯車の歯の形状は任意であり、駆動ベルトも、歯付きベルト、Ｖベルト、平ベルトなどを任意に選択できる。

１１…撹拌機、１２…ケーシング、１２ａ…天板、１２ｂ…底板、１３…モータ、１４…駆動軸、１５…チャック、１６…従動軸、１７…中継軸、１８…ベアリング、１９…制御部、２０…支持棒、２１…第１駆動側ワンウエイクラッチ、２２…第１駆動歯車、２３…第２駆動側ワンウエイクラッチ、２４…第２駆動歯車、２５…第１従動歯車、２６…第１従動側ワンウエイクラッチ、２７…第２従動歯車、２８…中継歯車、２９…第２従動側ワンウエイクラッチ、５１…撹拌機、５２…第１中継軸、５３…第２中継軸、５４…第１中継歯車、５４ａ…大径部、５４ｂ…小径部、５５…第２中継歯車、７１…撹拌機、７２…駆動プーリ、７３…従動プーリ、７４…駆動ベルト、７５…第１減速歯車、７５ａ…大歯車、７５ｂ…小歯車、７６…第２減速歯車、７６ａ…大歯車、７６ｂ…小歯車、７７…ブラケット、７８…防振材、７９…駆動歯車、８０…従動歯車

Claims

容器内の液体中に挿入される撹拌羽根を回転させることによって液体を撹拌する理化学実験用撹拌機において、電源部の切り替えによって回転方向を正転方向及び逆転方向に切替可能なモータと、該モータによって回転駆動される駆動軸と、該駆動軸に対して平行に設けられ、前記撹拌羽根を有する撹拌部材に連結される従動軸とを備え、前記駆動軸には、前記モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第１駆動歯車と、前記モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第２駆動歯車とを備え、前記従動軸には、モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１従動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第１従動歯車と、モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２従動側ワンウエイクラッチを介して設けられた第２従動歯車とを備えるとともに、前記第１駆動歯車から前記第１従動歯車に伝達される減速比と、前記第２駆動歯車から前記第２従動歯車に伝達される減速比とを異なる減速比に設定し、前記モータが正転方向に回転したときには、前記第１駆動歯車から前記第１従動歯車を介して前記従動軸に回転が伝達され、前記モータが逆転方向に回転したときには、前記第２駆動歯車から前記第２従動歯車を介して前記従動軸に回転が伝達されることを特徴とする理化学実験用撹拌機。
前記駆動軸及び前記従動軸に平行な中継軸を設けるとともに、該中継軸に、前記第２駆動歯車及び前記第２従動歯車にそれぞれ歯合する中継歯車を設け、前記第２駆動歯車の回転が、前記中継歯車を介して前記第２従動歯車に伝達されることを特徴とする請求項１記載の理化学実験用撹拌機。
前記中継軸と前記中継歯車との間に、前記モータが正転方向に回転したときの中継歯車の回転を規制するワンウエイクラッチを設けたことを特徴とする請求項２記載の理化学実験用撹拌機。
容器内の液体中に挿入される撹拌羽根を回転させることによって液体を撹拌する理化学実験用撹拌機において、電源部の切り替えによって回転方向を正転方向及び逆転方向に切替可能なモータと、該モータによって回転駆動される駆動軸と、該駆動軸に対して平行に設けられ、前記撹拌羽根を有する撹拌部材に連結される従動軸とを備え、前記駆動軸には、前記モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた駆動プーリと、前記モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２駆動側ワンウエイクラッチを介して設けられた駆動歯車とを備え、前記従動軸には、モータが正転方向に回転したときに回転を伝達する第１従動側ワンウエイクラッチを介して設けられて前記駆動プーリに駆動ベルトで連結された従動プーリと、モータが逆転方向に回転したときに回転を伝達する第２従動側ワンウエイクラッチを介して設けられた従動歯車とを備えるとともに、前記駆動プーリから駆動ベルトを介して前記従動プーリに伝達される減速比と、前記駆動歯車から前記従動歯車に伝達される減速比とを異なる減速比に設定し、前記モータが正転方向に回転したときには、前記駆動プーリから駆動ベルト、従動プーリを介して前記従動軸に回転が伝達され、前記モータが逆転方向に回転したときには、前記駆動歯車から前記従動歯車を介して前記従動軸に回転が伝達されることを特徴とする理化学実験用撹拌機。
前記駆動軸及び前記従動軸にそれぞれ平行な第１中継軸及び第２中継軸を設けるとともに、前記第１中継軸に前記駆動歯車に歯合する第１中継歯車を、前記第２中継軸に前記従動歯車に歯合する第２中継歯車をそれぞれ設け、第１中継歯車と第２中継歯車とを歯合させることにより、前記駆動歯車の回転が、第１中継歯車及び第２中継歯車を介して前記従動歯車に伝達されることを特徴とする請求項４記載の理化学実験用撹拌機。
前記第１中継軸と前記第１中継歯車との間又は前記第２中継軸と前記第２中継歯車との間に、前記モータが正転方向に回転したときの第１中継歯車又は第２中継歯車の回転を規制するワンウエイクラッチを設けたことを特徴とする請求項５記載の理化学実験用撹拌機。