JPH09253470A - 流れ発生装置、これを用いた推進装置、反応槽及び培養槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流れをほぼ一方向に効率よく発生させること
ができ、且つ対象とする流体に剪断力を生じさせ難い流
れ発生装置、これを用いた推進装置、反応槽及び培養槽
を提供する。 【解決手段】 流れ発生装置は、上下に往復動する振動
軸１と、この振動軸１に垂直に固定された基体２と、こ
の基体２に蝶番４を介して揺動自在に連結された半円状
の板体３とを備える。基体２の縁部近傍にはストッパ２
ａが突設されており、板体３の先端部にもストッパ３ａ
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体中に流れを発
生させる装置に係り、更に詳細には、流体にほぼ一方向
の流れを発生させる流れ発生装置、これを用いた推進装
置、反応槽及び培養槽に関する。即ち、本発明は、流体
中に流れを発生させる新規な手段を提案するものであ
り、本発明の流れ発生装置は、流体の攪拌、混合、分
散、脱気、圧送及び輸送等に用いられるほか、発生させ
た流れの反作用を利用すれば推進装置として用いること
もできる。また、本発明の流れ発生装置に係る攪拌機や
ポンプは、蒸気滅菌やガス滅菌にも耐える構造とするこ
とができるため、純粋培養にも使用可能である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
攪拌機やポンプ等の流体に流れを発生させる装置として
は、既に各種のものが実用化されている。最も一般的な
ものとしては遠心ポンプを挙げることできるが、この装
置は、流体中で羽根を高速回転させた時に生じる遠心力
で流体を吐出させるという原理によるものであるため、
流体の吐出・搬送時には当該流体に大きな剪断力がかか
ることになる。そして、微生物の培養等においては、菌
体、微生物、植物細胞等を含む流体（特に細胞）をなる
べく剪断力が生じない状態で搬送する必要があり、かか
る培養装置に用いるポンプとしても流体に剪断力を生じ
させないものが求められるため、上述のような遠心ポン
プは不適当であるという課題があった。

【０００３】また、反応槽や培養槽中の液の攪拌・混合
には、缶体を貫通した軸にタービン翼、パドル翼、門型
翼等を固定し、この軸を缶体外に設置したモータで回転
させる方法が広く用いられている。しかし、上述の如
く、培養槽中の液を攪拌するに当たっては、液に負荷さ
れる剪断力が小さいことが要求されており、これら翼を
用いた攪拌では、特に羽根先端部から液に大きな剪断力
を与えるという課題があった。

【０００４】更に、化学反応や微生物の培養において
は、反応を進行させる一手法として多孔質担体に触媒や
酵素を担持させ、この担体を反応液とともに攪拌するこ
とにより担体表面で反応を進行させる方法が知られてい
る。ところが、この方法では、反応進行に伴ってガスを
発生することがあり、この場合、ガスを担体表面からな
るべく迅速に離脱させる必要があり、このガス離脱をス
ムーズに行わないと、担体が反応液表面に浮いてきてし
まい反応の進行が阻害されてしまう。これに対し、上述
の如き攪拌翼では、反応容器内に一方向の流れを作り出
して混合することはできるものの、担体上に付着したガ
スの脱泡には良好な結果は得られないという課題があ
る。

【０００５】また、板又は多孔板を流体中で前後運動さ
せる攪拌機も実用化されている。しかし、このような攪
拌機では、板を前後に運動させても、板の面で押した流
体が板を引く時に戻ってきてしまうため、効率のよい攪
拌はできないという課題があった。更に、板をバネ材等
の可撓性材料で作成し、板の中心部を前後運動させて周
縁部を遅れて動かす、いわゆるフィンのような動きをさ
せることによって攪拌効率を向上させることもできる
が、その調整は難しく、その困難性の割には効率のよい
ものではなかった。また、特開平６−３２１２４号公報
には、傾斜羽根板を振動させる流体の混合分散が提案さ
れているが、微調整が必要であり、且つ振動周波数も１
０〜６０Ｈｚであることを要し、そのため騒音や振動が
激しいという課題がある。

【０００６】更に、ポンプとしては、流路の容積を増減
させるためのダイヤフラムとその流路の前後に設けた逆
止弁とにより流体を輸送するものが一般に用いられてい
る。このポンプでは、ダイヤフラムが変位することによ
って生じる容積変化分だけの流体が吐出される。従っ
て、このポンプで流量を変化させようとすると、ダイヤ
フラムの面積、ダイヤフラムの変位距離及びダイヤフラ
ムの往復振動数のいずれかを変更しなければならないこ
とになる。例えば、大流量のポンプを作製する場合、ポ
ンプのサイズを小さくしようとすると、ダイヤフラムの
変位量又はダイヤフラムの往復振動数を大きくしなけれ
ばならないが、これらはいずれもダイヤフラムの耐久寿
命に悪影響を及ぼす。即ち、ダイヤフラムの変位量を増
大すればダイヤフラムの寿命が短くなり、また、変位量
にも限界があるので流路を太くできない。更に、ダイヤ
フラムの面積を増大させると所望の吐出圧が得られない
など種々の課題があった。

【０００７】更にまた、船舶や航空機等の推進装置とし
ては回転翼が用いられているが、翼が流体に与える力は
推進方向と逆方向にだけではなく、その直角方向にも分
散するのを回避できず、その分エネルギーロスを生ず
る。なお、この現象は、攪拌混合機にも共通すること
で、そのため流体の上下の混合を効率よく行うことは難
しい。本発明は、以上に説明したような課題に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、流れをほ
ぼ一方向に効率よく発生させることができ、且つ対象と
する流体に剪断力を生じさせ難い流れ発生装置、これを
用いた推進装置、反応槽及び培養槽を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく、ダイヤフラム型ポンプに着目して鋭意研
究を重ねた結果、逆止構造自体を運動させることにより
上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明の流れ発生装置は、流体にほぼ
一方向の流れを発生させる装置であって、長手方向に往
復動する振動軸と、この振動軸に固定された逆止手段と
を備え、上記逆止手段は、上記振動軸の往復動に応じて
一方向に優先的に流れを発生させることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の他の流れ発生装置は、上記
逆止手段が、上記振動軸に交差して配置された逆止部材
及び受け部材を有し、上記受け部材は上記逆止部材と接
離自在な受け孔を有し、上記逆止部材及び受け部材の少
なくとも一方が上記振動軸に固定され、上記振動軸が一
方向に変位したとき、上記逆止部材が上記受け孔を閉塞
し、他方向に変位したときに、上記逆止部材が上記受け
孔を開放する、ことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の推進装置は、上述の流れ発
生装置を備えることを特徴とする。更に、本発明の反応
槽は、上述の流れ発生装置を攪拌手段として備えること
を特徴とする。更にまた、本発明の培養槽は、上述の流
れ発生装置を備えた培養槽であって、上記流れ発生装置
を収容する培養容器を有し、且つ上記振動軸の少なくと
も一端がこの培養容器を密閉状態で貫通している、こと
を特徴とする。

【００１１】

【作用】上述のように、本発明は、ダイヤフラムポンプ
の構造に着目してなされたものである。ここで、逆止弁
は、通常、静止状態で流体の流路中に組み込まれ、弁の
一方から圧が負荷されたときは自由に流体を通過させ、
他方から圧が負荷されたときは流体の通過を阻止する働
きをするものである。これに対し、本発明者らは、逆止
弁と弁座から成る逆止構造を流体内に配置して前後に往
復運動させると、一方に動かすときには弁が開き流体内
に僅かの乱れを起こすだけであるが、逆方向に動かすと
きは弁が閉じるため逆止弁及びその弁座全面で流体を押
しのけることになるので、大きな流れを起こすことがで
きることを知見したのである。即ち、従来、逆止弁等は
静止しているものであったが、本発明では、これら逆止
弁等の逆止構造を流体内で変位させることにより、流体
に流れを発生させるものである。

【００１２】本発明は、上述の知見の基になされたもの
であり、本発明の流れ発生装置では、ダイヤフラムポン
プにおける逆止弁とその弁座の機能を果たす逆止部材と
受け部材とを設け、これらの少なくとも一方を振動軸に
固定した。よって、これら逆止部材と受け部材とを流体
に配置し、少なくとも一方の部材を振動軸に固定して該
振動軸を往復運動させると、一方に動かすときには、逆
止部材と受け部材の受け孔とが離間して該受け孔を開放
状態とするため、流体内に僅かの乱れを起こすだけであ
るが、逆方向に動かすときには、逆止部材と該受け孔が
当接して受け孔が閉塞状態になるため、逆止部材及び受
け部材の全面で流体を押圧することになり、流体に大き
な流れを起こすことができる。

【００１３】なお、本発明の要旨は、往復動により一方
向に優先的に流れを発生させる手段（以下、「逆止手段
という）自体を動かすという点にあり、従って、上述の
逆止部材と受け部材とによる構成は、かかる逆止手段の
一態様ということができる。即ち、より具体的には、本
発明の流れ発生装置は、上述のような受け孔を有する受
け部材を構成の必須要件としないのである。

【００１４】以下、本発明の流れ発生装置について詳細
に説明する。本発明の流れ発生装置は、長手方向に往復
動する振動軸と、この振動軸に固定された逆止手段とを
備える。ここで、逆止手段は、振動軸の往復動に応じて
一方向に優先的に流れを発生させる機能を有するもので
あれば、如何なる構成のものであってもよく、例えば、
上記振動軸に適当な基体を固定し、この基体に、振動軸
の往復動に応じて当該振動方向に対し一定角度、好まし
くは９０°〜１０°の範囲で揺動する板体などを取り付
けたものを挙げることができる。

【００１５】次に、本発明の他の流れ発生装置について
説明する。この流れ発生装置は、長手方向に往復動する
振動軸と、逆止部材と、この逆止部材と当接及び離脱が
自在な受け孔を設けた受け部材と、を備えて構成されて
いる。ここで、逆止部材及び受け部材は振動軸に交差し
て配置されており、代表的には、逆止部材、受け部材の
いずれか一方が振動軸に対し垂直に固定されている。な
お、振動軸と逆止部材又は受け部材とのなす角度は必ず
しも９０°である必要はないが、流れの発生効率上９０
°とするのが最も好ましい。

【００１６】上述の逆止部材と受け部材とは、振動軸の
往復動に伴って逆止部材が受け部材の受け孔を閉塞・開
放可能な構成となっている。例えば、上下に往復動する
振動軸に受け部材が固定され、この受け部材の振動軸上
昇側に逆止部材が配置されている場合には、振動軸の下
降とともに受け部材も下降するが、逆止部材は受け孔か
ら所定距離だけ離間し（開放状態）、その後は所定距離
を保持したまま振動軸（及び受け部材）に追従して下降
する。なお、かかる動作においては、流体は、受け部材
の受け孔が開放されていることにより振動軸の下降方向
に殆ど流れを発生せず、むしろ振動軸の上昇方向に相対
変位する。次いで、振動軸が下死点に達した後に上昇を
始めると、逆止部材は受け孔に接近して当接し（閉塞状
態）、当接後は受け部材と一緒になって振動軸が上死点
に至るまで上昇し、この間、流体を受け部材とともに一
方向（振動軸上昇方向）に押圧する。なお、このような
逆止部材と受け部材との開閉動作は、いずれか一方が振
動軸に固定され、他方に自由度がある場合にも成立す
る。

【００１７】逆止部材及び受け部材の形状・構造は、振
動軸の往復動により逆止部材が受け部材の受け孔を開放
・閉塞できるような形状・構造であれば、特に限定され
るものではない。例えば、逆止部材の形状としては、板
状、球状及び半球状など種々の形状を採用することがで
きる。また、受け部材の形状も同様であり、受け孔は逆
止部材の形状に応じて円形、多角形などの種々の形状を
採り得る。なお、上述の逆止部材や、逆止部材及び／又
は受け部材の少なくとも片側、特に発生させるべき流れ
の方向に対し背面側の形状を流線型とすることにより、
一層効率のよい流れ発生を行うことができる。また、受
け部材と逆止部材との構造は、逆止弁に用いられている
従来公知の構造を採用することができ、孔開きの弁座と
これに蝶番で接合された板、該弁座に部分的に固定され
た可撓性板、及び該弁座の片側に通水性や通気性を有す
る有底筒状ガイドを設けこれに球を収容したものなど種
々の構造を例示できる。

【００１８】本発明の流れ発生装置には、振動軸、逆止
手段、逆止部材及び受け部材を包囲するエンベロープを
付加することが可能である。かかるエンベロープは、本
装置により発生させた流れのガイドとして機能すること
ができる。このエンベロープは、流れの発生を可能にす
るために少なくとも１つの開口部を有する必要がある
が、振動軸、逆止手段、逆止部材及び受け部材を必ずし
も収容している必要はなく、部分的に覆っていれば十分
である。また、エンベロープの形状や構造は特に限定さ
れるものではなく、球状、筒状及び錐状のものなどを例
示できる。なお、流れ発生装置を用いる用途によって適
宜変更することができるが、通常は円筒形で少なくとも
一端が開口部を形成するエンベロープを好ましく使用す
ることができる。

【００１９】次に、エンベロープと逆止手段や、逆止部
材及び受け部材との関係について説明する。上述のよう
に、エンベロープ、逆止手段、逆止部材及び受け部材は
それぞれ種々の形状を採り得るが、流れの発生効率を向
上させるには、エンベロープの内部（空間）断面形状と
逆止手段や逆止部材及び／又は受け部材の平面形状とは
相似形をなすのが好ましい。例えば、エンベロープが円
筒状をなすとき、逆止手段や逆止部材及び／又は受け部
材は円板状をなすのが好ましいのである。また、この場
合、逆止部材及び受け部材のうちでは、流れの発生に直
接貢献する方の平面形状がエンベロープの内部断面形状
と相似形をなせば十分である。

【００２０】更に、上述のように筒状エンベロープの断
面形状と逆止部材等の平面形状が相似形をなす場合、筒
状エンベロープの内壁と逆止手段や逆止部材及び／又は
受け部材の縁部が近接している方が、流れ発生効率を向
上させることができる。また、筒状エンベロープの内壁
と逆止手段等の縁部とが相対的に変位する場合、両者は
当接していてもよいが、両者の間に圧力がかかり気密状
態を形成してしまう場合には、流れの発生を確保すべく
筒状エンベロープに少なくとも２つの開口部を必要とす
る。なお、エンベロープ（この場合は、筒状でなくても
よい）と、逆止手段、逆止部材又は受け部材とを一体的
に形成することにより、振動軸の往復動による逆止手
段、逆止部材又は受け部材の変位とエンベロープの変位
とを合致させることも可能である。

【００２１】次に、エンベロープの他の用途について説
明する。上述のように、エンベロープは本装置により発
生させた流れをガイドする機能を有するが、このエンベ
ロープを、対象とする流体の流路とすることが可能であ
る。また、本装置を反応槽などの攪拌機として使用する
場合には、エンベロープを反応容器として使用すること
も可能である。なお、本装置が対象とする流体は、液体
に限定されるものではなく、気体、液体、粉体又は粒体
及びこれらの任意の混合物を挙げることができる。

【００２２】次に、本装置のポンプへの適用について説
明する。上述のように、本装置は、流体にほぼ一方向の
流れを発生させるものであるためポンプとして用いるこ
とができる。この場合、好ましいポンプ構成の一例とし
ては、振動軸の一端が中空円柱状のエンベロープの頂面
を気密状態で貫通し、逆止手段や逆止部材と受け部材と
がこの中空円柱状エンベロープに収容され、且つ流体が
エンベロープへ出入りするのを確保する２個の開口が、
該エンベロープの壁面の異なる高さの位置に穿設されて
いる構成を挙げることができる。また、この構成におい
ては、逆止手段又は受け部材のうち流れの発生に直接貢
献する方の平面形状が円板状をなし、且つその縁部が中
空円柱状エンベロープの内壁と気密に当接しているのが
好ましい。かかる構成のポンプでは、従来のダイヤフラ
ムポンプの制約条件となっている変位量を大きく取れな
いという問題がないため、流量変更が容易であり自由な
設計が可能になる。

【００２３】更に、上述の構成において、貫通した振動
軸とエンベロープとの間に気密性を確保したまま蛇腹等
を利用した可撓性連結部を介在させることにより、振動
軸の上下動を円滑に行うことができる。なお、上記流体
の出入りを確保するための２個の開口は、振動軸に固定
された逆止手段、逆止部材又は受け部材が振動軸の上下
動に対応して変位する行程（いわゆるストローク行程）
において、それぞれ異なる位置に穿設されていれば十分
である。但し、流体の圧送効率をより向上させるには、
２個の開口が、振動軸の上下動に起因する逆止手段、逆
止部材又は受け部材の最大変位位置、即ち上死点及び下
死点より外側にそれぞれ穿設されているのが好ましい。

【００２４】次に、本装置の推進装置への適用について
説明する。本装置は、流体にほぼ一定方向の流れを発生
させるものであるため、これを種々の物体に設置・搭載
することにより、当該自動体の推進装置として利用する
ことができる。本装置によれば、流れをほぼ一定方向に
効率よく発生させることができるので、従来船舶や航空
機等の推進装置として用いられている回転翼と異なり、
推進方向の直角方向に分散するのを有効に回避すること
ができ、推進エネルギー効率を向上させることができ
る。

【００２５】次に、本装置の反応槽及び培養槽への適用
について説明する。本装置は、上述の機能から反応槽や
培養槽の流体搬送・攪拌手段として用いることができ
る。即ち、本装置を反応・培養容器内や流体流路の全部
又は一部に設置すればよい。また、本装置が有底のエン
ベロープを有する場合には、この有底エンベロープ自体
を反応・培養容器として用いることができるのは、上述
のとおりである。ここで、培養槽として好ましい構成の
一例を挙げると、微生物の培養では雑菌の混入は望まし
くないため、振動軸の一端が培養容器を気密状態で貫通
しており、この培養容器内に、上述の流れ発生装置が収
容されている構成とするのが好ましい。なお、この構成
において、流れ発生装置はエンベロープを有していても
有していなくてもよい。

【００２６】上述のように、本装置によれば、従来の攪
拌翼やポンプと異なり反応溶液や培養溶液に剪断力を負
荷することが殆どないので、特に各種細胞を含む培養液
などの搬送・攪拌に有利である。また、本装置を反応槽
や培養槽に適用した場合、逆止手段の板体が開いた状態
又は受け部材の受け孔が閉塞された状態で振動軸が変位
すると、この振動軸に固定されている逆止手段、逆止部
材又は受け部材の流体を押圧する領域の背面側が強い減
圧状態となる。よって、反応溶液や培養溶液に触媒や酵
素を担持させた多孔質担体が混入されており、反応によ
り発生したガスが担体表面に付着している場合でも、上
記背面側に到達した担体は強い減圧状態に曝されるた
め、付着ガスの体積が膨張して担体表面から容易に離脱
するようになり、担体が反応溶液などの液表面に浮上し
てしまうことを有効に防止できる。

【００２７】なお、本発明の流れ発生装置における振動
軸を往復動させる駆動源としては、特に限定されるもの
ではなく、従来公知の各種駆動源を用いることができ、
例えば、モータによる回転を往復動に変換したもの、磁
界内に磁性体を配置し磁界を周期的に変化させるように
して磁性体を往復動させるもの、人力による足踏みペダ
ルにより往復動させるものなどを挙げることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照して
実施形態により更に詳細に説明する。 （実施形態１）図１は、本発明の流れ発生装置の一実施
形態を示す側面及び底面図である。同図において、この
流れ発生装置は、上下に往復動する振動軸１と、この振
動軸１に垂直に固定された基体２と、この基体２に蝶番
４を介して揺動自在に連結された半円状の板体３とを備
えている（図１（ｃ）参照）。また、基体２の縁部近傍
にはストッパ２ａが突設されており、板体３の先端部に
もストッパ３ａが設けられている。

【００２９】上記構成の流れ発生装置を流体の一例であ
る液体（図示せず）に浸漬し、図１（ａ）に示すように
振動軸１を上方に変位させると、板体３は液体抵抗によ
り蝶番４を支点として回動し、ストッパ３ａ同士が当接
した状態となる。この際、周囲の液体は図示矢印Ｐで示
したように本装置に対して相対的に下方に移動する。次
いで、振動軸１が上死点に達した後、下方に変位させる
と、板体３は、図１（ｂ）に示すように、ストッパ３ａ
同士が当接して形成した空間に液体抵抗を受けて開き、
板体３の上面が基体２のストッパ２ａと当接し、振動軸
１とほぼ垂直な状態で停止する。この状態で振動軸１が
さらに下降すると、周囲の液体は板体１（及び基体２）
の全面をもって下方に押圧され、この状態が振動軸１０
の下死点まで続行され、液体に流れが発生する。

【００３０】このように、本実施形態においては、振動
軸１を上下動させることにより、下方にほぼ一定方向の
流れを発生させることができる。なお、本実施形態に示
すように本発明の流れ発生装置では、回転翼などを使用
していないため、周囲の液体に剪断力を負荷することが
ない。また、振動軸１の上昇に際し液体は周囲を自由に
移動できるので、従来の板を前後させる攪拌機とは異な
り逆流を生ずることが殆どない。

【００３１】（実施形態２）図２は、本発明の流れ発生
装置の他の実施形態を示す側面及び底面図である。同図
において、この流れ発生装置は、上下に往復動する振動
軸１０と、この振動軸１０に中央部を介して垂直に固定
された円板状の受け板３０と、この受け板３０に連結さ
れた逆止板２０とを備えている。また、受け板３０は、
ほぼ半円形の受け孔３０ａを有し（図２（ｃ）参照）、
この受け孔３０ａを閉塞し得る逆止板２０は、蝶番２０
ａにより受け孔３０ａに接離自在に取り付けられてい
る。

【００３２】上記構成の流れ発生装置を流体の一例であ
る液体（図示せず）に浸漬し、図２（ｂ）に示すように
振動軸１０を下方に変位させると、逆止板２０は液体抵
抗により蝶番２０ａを支点として回動するので、受け孔
３０ａが開放され、周囲の液体は図示矢印Ｘで示したよ
うに受け板２０に対して相対的に上方に移動する。次い
で、振動軸１０が下死点に達した後、上方に変位させる
と、逆止板２０は図２（ａ）に示すように受け孔３０ａ
と当接してこれを閉塞し、周囲の液体は受け板３０（及
び逆止板２０）の全面をもって上方に押圧され、この状
態が振動軸１０の上死点まで続行され、液体に流れが発
生する。

【００３３】このように、本実施形態においては、振動
軸１０を上下動させることにより、上方にほぼ一定方向
の流れを発生させることができる。なお、本実施形態に
示すように本発明の流れ発生装置では、回転翼などを使
用していないため、周囲の液体に剪断力を負荷すること
がない。また、振動軸１０の下降に際し液体は受け孔３
０ａを自由に通過できるので、従来の板を前後させる攪
拌機とは異なり逆流を生ずることもない。

【００３４】なお、本実施形態において、逆止板２０と
受け板３０とによって実現されている逆止構造として
は、図２に示されるものに限定されるものではなく、振
動軸１０の往復動に応じて受け板３０の受け孔２０が開
放・閉塞されるような構造であれば十分であり、図３に
示すように、受け板３０の片側に網籠４０を設け、これ
に受け孔３０ａを閉塞し得る球２１を収容した逆止構造
であってもよい。また、受け板３０の下面側、即ち発生
させる流れ方向と逆側の面を流線型に形成すれば、振動
軸１０の下降により流体に負荷する力を更に低減するこ
とができ、一層効率の良い一方向への流れ発生を実現す
ることができる。

【００３５】（実施形態３）図４に、本発明の流れ発生
装置の他の実施形態を示す。なお、以下、上記実施形態
２の場合と実施的に同一の部材には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。同図において、この流れ発生では、
逆止部材２２が振動軸１０に固定されており、受け板３
０はこれに遊嵌されたストッパーピン４２を介し若干の
クリアランスをもって逆止部材２２と連結されている。

【００３６】本実施形態の装置を、実施形態２の場合と
同様に液体に浸漬し、振動軸１０を上方に変位させる
と、受け孔３０ａと逆止部材２２の逆止部２２ａとがピ
ン４２の作用によって一定距離だけ離間し、受け孔３０
ａが開放される（図４（ａ）参照）。次いで、振動軸１
０を下降させると、逆止部２２ａと受け孔３０ａとが当
接して受け孔３０ａが閉塞され、受け板３０の全面をも
って流体を下方に押圧し、下方に流れを発生させる。な
お、本実施形態においては、逆止部材２２の上方側部分
２２ｂが流線型をなしているため、振動軸１０の上昇に
際し、液体が受ける力は極めて小さく、著しく効率の良
い一定方向への流れ発生を実現することができる。

【００３７】（実施形態４）図５に、本発明の流れ発生
装置の更に他の実施形態を示す。本実施形態において
は、振動軸１０に固定された逆止部材２３は、受け板３
０の片側に設置された網籠４３に収容されている。ま
た、逆止部材２３は、ストッパ２３ａを備えており、網
籠４３とストッパ２３ａとの作用により、逆止部材２３
が受け板３０の受け孔３０ａに接離自在の構造となって
いる。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態
では、下方に流れを発生させることができる。

【００３８】（実施形態５）図６は、本発明の流れ発生
装置の他の実施形態を示す底面及び断面図である。同図
において、本実施形態では、振動軸１０に逆止板２４と
円板状受け板３０とが固定されている。逆止板２４は、
ほぼ扇形をなしポリ四フッ化エチレンなどの可撓性材料
で形成されており、これに対応して、受け板３０の受け
孔３０ａもほぼ扇形をなしている。また、これら振動軸
１０、逆止板２４及び受け板３０は、円筒形のエンベロ
ープ５０に包囲されている。

【００３９】本実施形態の装置を、実施形態１と同様に
液体に浸漬して振動軸１０を下方に変位させると、可撓
性逆止板２４が撓んで受け孔３０ａを開放し、上方に変
位させると、可撓性逆止板２４が受け孔を閉塞するの
で、上方向の流れを発生させることができる。なお、液
体が水の場合、振動軸の変位量を数ｍｍ〜数ｃｍとすれ
ば、有為な流れを発生させることができる。また、本実
施形態では、円筒形エンベロープ５０の作用により、発
生させた流れがガイドされるので、流れの方向性を一層
向上させることができる。

【００４０】また、本実施形態の装置を、図示しない他
の容器に収容させ、振動軸１０を往復動させれば、エン
ベロープ５０の一端から方向性の良い一方向の流れを供
給することができるので、当該容器内に所望の流れを容
易に形成することができる。更に、エンベロープ５０の
上端及び下端を封止し、得られた中空円柱状のエンベロ
ープの頂面から振動軸１０の一端を気密に突出させ、更
に、このエンベロープの上下に開口５１、５２を穿設
し、振動軸１０を上下動させれば、液体は開口５１から
圧送されるので、本装置を利用したポンプを作製するこ
とができる。なお、開口５１及び５２は、逆止板２４及
び受け板３０のストローク行程５３の異なる位置（図６
では高さが異なる位置）に穿設されていれば十分である
が、逆板２４及び受け板３０の上死点、下死点より外側
に穿設されているのが好ましい。

【００４１】また、図７に示すように、逆止板２４と受
け板３０とによる逆止構造を２対設け、これらを同じ方
向に配向させる、即ち、逆止板２４と受け板３０の並び
順が一定になるようにすれば、振動軸１０が往から復又
は復から往に切り替わる時の逆止構造の流れ制御をより
確実にすることができ、ロスの少ない流れ発生を実現す
ることが可能になる。

【００４２】（実施形態６）図８は、本発明の流れ発生
装置を培養槽に適用した一実施形態を示す断面図であ
る。この培養槽は、実施形態５の流れ発生装置を培養容
器７０に収容して構成されており、該流れ発生装置は、
数本の柱体６０を介して固定されている。また、振動軸
１０の一端は、蛇腹構造８１を有する可撓性連結部８０
を介して容器７０外に気密に突出している。この培養槽
に適当な培養液を充填し、振動軸１０を上下動させる
と、容器７０内に矢印Ｙで示したような流れが発生す
る。この際、受け板３０の下面側の領域９０は、受け板
３０が上昇するときに強い減圧状態になる。従って、培
養液に酵素等を担持させた多孔質担体が含有されてお
り、担体表面にガス付着が起こっていても、これら担体
が下面側領域９０に到達すれば、ガス体積が膨張するの
で、担体表面からのガス離脱が促進されることになる。

【００４３】以上、本発明を実施形態により詳細に説明
したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能
である。例えば、受け孔又は逆止部材の周辺にＯリング
を埋設させることにより、逆止部材による受け孔の閉塞
性をより向上させることができる。また、上記実施形態
では、振動軸の往復動方向を上下方向としたが、これに
限定されるものではなく、横方向など種々の方向に往復
動させることができる。

【００４４】更に、上述の実施形態では、逆止手段とし
て逆止部材と受け部材との組み合わせによる逆止機構を
中心にして説明したが、逆止手段自体は各種実用化され
ており、上記実施形態に示した構成の逆止手段、特に上
記組み合わせによる逆止手段に限定されるものではな
い。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
逆止構造自体を運動させることとしたため、流れをほぼ
一方向に効率よく発生させることができ、且つ対象とす
る流体に剪断力を生じさせ難い流れ発生装置、これを用
いた推進装置、反応槽及び培養槽を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流れ発生装置の一実施形態を示す側面
及び底面図である。

【図２】本発明の流れ発生装置の他の実施形態を示す側
面及び底面図である。

【図３】逆止構造の他の例を示す断面図である。

【図４】本発明の流れ発生装置の他の実施形態を示す側
面図である。

【図５】本発明の流れ発生装置の更に他の実施形態を示
す側面図である。

【図６】本発明の流れ発生装置の他の実施形態を示す底
面及び断面図である。

【図７】逆止構造を同方向に配向させた構成の一例を示
す斜視図である。

【図８】本発明の培養槽の一実施形態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・振動軸、２・・・基体、３・・・板体、１０・・・振動軸、
２０・・・逆止板、３０・・・受け板、３０ａ・・・受け孔 ４０・・・網籠、５０・・・エンベロープ、６０・・・柱体、７
０・・・培養容器 ８０・・・可撓性連結部

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体にほぼ一方向の流れを発生させる装
   置であって、 長手方向に往復動する振動軸と、この振動軸に固定され
   た逆止手段とを備え、 上記逆止手段は、上記振動軸の往復動に応じて一方向に
   優先的に流れを発生させることを特徴とする流れ発生装
   置。
2. 【請求項２】 上記逆止手段が上記振動軸に固定された
   基体と板体とを備え、この板体は上記基体に揺動自在に
   固定され、上記振動軸の往復動によるこの板体の揺動幅
   が上記基体及びこの板体に設けられたストッパにより規
   定されていることを特徴とする請求項１記載の流れ発生
   装置。
3. 【請求項３】 上記逆止手段が、上記振動軸に交差して
   配置された逆止部材及び受け部材を有し、 上記受け部材は上記逆止部材と接離自在な受け孔を有
   し、 上記逆止部材及び受け部材の少なくとも一方が上記振動
   軸に固定され、 上記振動軸が一方向に変位したとき、上記逆止部材が上
   記受け孔を閉塞し、他方向に変位したときに、上記逆止
   部材が上記受け孔を開放する、ことを特徴とする請求項
   １記載の流れ発生装置。
4. 【請求項４】 上記逆止手段は、少なくとも上記流れ方
   向と逆側の形状が流線型をなすことを特徴とする請求項
   １〜３のいずれか１つの項に記載の流れ発生装置。
5. 【請求項５】 上記逆止手段を複数個備え、これらが同
   方向に配向していることを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれか１つの項に記載の流れ発生装置。
6. 【請求項６】 上記振動軸及び逆止手段を包囲するエン
   ベロープを備え、このエンベロープは少なくとも１つの
   開口部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
   か１つの項に記載の流れ発生装置。
7. 【請求項７】 上記エンベロープが筒状をなし、この筒
   状エンベロープの軸方向が上記振動軸の長手方向とほぼ
   一致し、且つこの筒状エンベロープの内部断面形状と上
   記逆止手段の平面形状とが相似形をなす、ことを特徴と
   する請求項６記載の流れ発生装置。
8. 【請求項８】 上記逆止手段の縁部と上記筒状エンベロ
   ープの内壁とが当接又は近接していることを特徴とする
   請求項７記載の流れ発生装置。
9. 【請求項９】 上記筒状エンベロープの少なくとも一端
   が開口部を形成することを特徴とする請求項７又は８記
   載の流れ発生装置。
10. 【請求項１０】 上記筒状エンベロープが流路の全部又
    は一部を構成することを特徴とする請求項７〜９のいず
    れか１つの項に記載の流れ発生装置。
11. 【請求項１１】 上記筒状エンベロープが、上記振動軸
    の往復動による上記逆止手段の変位に合致して変位する
    請求項７〜１０のいずれか１つの項に記載の流れ発生装
    置。
12. 【請求項１２】 上記振動軸の少なくとも一端が上記エ
    ンベロープを密閉状態で貫通しており、このエンベロー
    プは上記振動軸の往復動による上記逆止手段の最大変位
    位置より外側に、それぞれ開口部を有することを特徴と
    する請求項６〜１０のいずれか１つの項に記載の流れ発
    生装置。
13. 【請求項１３】 上記振動軸が可撓性連結部を介して上
    記エンベロープを貫通していることを特徴とする請求項
    １２記載の流れ発生装置。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか１つの項に
    記載の流れ発生装置を備えることを特徴とする推進装
    置。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１３のいずれか１つの項に
    記載の流れ発生装置を攪拌手段として備えることを特徴
    とする反応槽。
16. 【請求項１６】 請求項６〜９のいずれか１つの項に記
    載の流れ発生装置を備える反応槽であって、上記エンベ
    ロープが反応容器を構成することを特徴とする反応槽。
17. 【請求項１７】 反応槽に用いる反応容器内に、反応担
    体を含有することを特徴とする請求項１５又は１６記載
    の反応槽。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１３のいずれか１つの項に
    記載の流れ発生装置を備えた培養槽であって、上記流れ
    発生装置を収容する培養容器を有し、且つ上記振動軸の
    少なくとも一端がこの培養容器を密閉状態で貫通してい
    る、ことを特徴とする培養槽。
19. 【請求項１９】 上記培養容器内に、反応担体を含有す
    ることを特徴とする請求項１８記載の培養槽。