JPS61161129A

JPS61161129A - 自己共振型非接触振動混合器

Info

Publication number: JPS61161129A
Application number: JP60299840A
Authority: JP
Inventors: ジユリアス　イントラウブ
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1984-12-31
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1986-07-21
Also published as: AU586211B2; EP0187324B1; CA1259064A; DE3574458D1; AU5167785A; EP0187324A1; US4610546A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、混合される物質が含まれ、あるいは流入して
いる手段の振動を通して、物質を特に完全な非接触混合
する方法および装置に関し、特に、試料および薬剤が流
れる自動流体分析システムにおいて、試料に薬剤を混合
する容器が反応容器あるいは連続流体の導管である試料
および薬剤の混合に好適な方法および装置に関する。

「従来技術」非接触混合装置および方法は、従来公知である。

これらは連続流体試料分析システムに通常用いられるも
のとして混合コイル等で実施されるような静的混合装置
および方法と、容器内の物質を混合する目的で、容器を
振動、渦巻きあるいは他の強烈な移動させる攪拌装置で
実施される動的混合装置および方法とを含んでいる。勿
論、非接触混合装置は、混合物質に直接接触する混合刃
あるいは等価の機械装置を導入せず、従って刃による混
合物質の汚染を除外する利点も有している。

特に、ボルグ氏の米国特許第３，８４４，０６７号は、
第３図に蒸留水にミルクを乳化する磁気振動器を開示し
ている。この磁気振動器２５は、磁気コイル、バネ部材
２８およびアマチュア２７を備えている。磁気コイル２
６が励磁されると、管３１がこれに応答して振動し、内
部の物質を混合される。この装置は、混合される流体質
量に応答して振動の周波数あるいは強さを変調する手段
を持たない４従って、見なった量、即ち質量の混合物質
は異なった効率で混合される。

プライス氏の米国特許第４，２６４，５５９号は、混合
容器１９の内容物が基部９の直立取付３に取付られるバ
ネ状金属捧１ａおよび１ｂで振動される研究所の検査用
混合装置を開示している。これら棒１ａおよびＩｂには
結合質量■６および直立締金熊手１８が締付られている
。混合容器１９が熊手１８に締付けられた後、金属棒は
手で爪弾かれて、短い混合期間中振子振動を金属棒およ
び締付容器に与える。従って、混合が連続的でなく、混
合流体の質量に印加された振動エネルギの周波数あるい
は強さに関連する手段が形成されていない。

クウエファ氏の米国特許第３，３３８，０４７号は、音
叉の振動周波数が音叉の股間の空隙における磁束を調整
し、磁気コイルが音叉の股１３および１４の端部に取付
られたＣ状磁石１１および１２を通して音叉を駆動する
ために使用調整された音叉の周波数調整器を開示してい
る。磁気コイルは、コイルのコアの磁気抵抗を変化させ
、コアの端部間の磁束の部分を遮断して、あるいはコア
を音叉の軸線に〆０って前後して調整可能になる所定周
波数で音叉の振動を好ましい位相関係で持続ざ仕る駆動
パルスを発生する。この特許は、時計駆動ノステムに厳
密に指向し、振動混合に関連しない。

ベネット氏の米国特許第３，４２１．３０９号は、時計
の駆動に厳密に指向する単−音叉駆動器を開示し、一方
米国特許第３．３８２．４５９号は、リレー、発信器あ
るいはフィルタを用いた音叉あるいは振動のレークモー
ドで駆動される音叉を備えた電気機械的共鳴器を開示し
ているが、振動混合の応用例が示されていない。

ディビス氏の米国特許第３，１５９．３８４号は、検査
管が支持されて、内容を混合するために攪拌される従来
的攪拌混合器を開示し、一方米国特許第４，０４２，２
１８号は、シリンダに挿入される検査管内の流体を混合
するために略一定角速度で円形動作する基部上でシリン
ダか駆動される従来的渦巻き混合器を開示している。

置発明が解決しようとする問題点」これら従来技術を要約すると、混合物質の質量が振動混
合の周波数に自動的に関連し、二の周波数で振動混合の
強さを所定レベルに保持して、要求されるエネルギ人力
を最小にしなから最適な混合を実施する従来技術は知ら
ない。

「問題点を解決するための手段」本発明によれば、振動手段と、この振動手段に動作的に
接続されて、振動手段を電磁的に振動するように動作さ
れる駆動手段とを備えた自己共振型非接触振動混合器が
提供される。ごの振動手段には、振動混合される物質が
位置する容器手段が含まれる。駆動手段には、駆動手段
か振動手段を振動させる周波数で制御されるように動作
される制御回路手段が動作的に接続される。振動手段に
は感知手段が動作的に接続され、制御手段が振動周波数
を感知するように動作されて、感知手段に応答して、振
動手段の振動周波数を共振周波数あるいは共振周波数近
傍に維持するように制御手段を動作している。

［実施例ｊ以下に図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

本発明の教示に従って動作され、形成される機械的自己
共振型非接触振動混合器２は、混合される物質の内容物
用の容器手段６を備えて、図示のように機械的に接続さ
れた振動手段４と、この駆動手段に図示のように接続さ
れた制御回路手段８と、これら振動手段４および制御回
路手段８に図示のように機械的および電気的に接続され
た振動感知手段９とを備えている。概略説明の目的で要
約的に記載する動作においては、振動手段４が回路手段
８で励起され、容器手段６を振動させて内容物をｌ混合
する。これに付随して、ピエゾ効果的、光電的、電気機
械的あるいは容量的作動の変換器の形態でよい振動感知
手段９は、振動手段４および容器手段６の振動周波数を
感知するように動作され、振動手段４および容器手段６
の振動周波数を共振周波数あるいは共振周波数近傍に自
動的に調整するために、回路手段８への正帰還として印
加用の電気信号を発生する。更に、制御回路手段には、
共振周波数あるいは共振周波数近傍での振動の強さを所
定レベルに保持できる手段か形成される。

第２図の実施例を参照すると、振動手段４は、予め設定
された意味のある質量のアンカーブロック１６を備えて
、振動手段の動作時にアンカーブロックＩ６の反作用を
最小にしている。この効果のために、アンカーブロック
１６は、例えばかなり重たい鉄製のブロックから構成さ
れてもよい。

振動器１８は、音叉の振動特性を有する通常Ｕ状バネ２
０の形態である。このバネ２０は、中央の湾曲部分２６
で接続される通常細長い股２２および２４を含んでいる
。このバネ２０は、好適な強度、振動および磁気特性の
材料、例えば鉄から作られる。

バネ２０の股２４は、好適な方法、例えば螺子およびロ
ックワッシャ２８でアンカーブロック１６の一側に取付
られる。更に、図示しない好適なエポキシ剤あるいは同
様の接着剤が股２４およびアンカーブロック１６間に塗
布されてより強固に取付でもよい。当該技術者にとって
は、かく取付られた股２４がアノカーブロック１６との
間に相対移動を仮想的に不可能にさせていることが理解
される。

バネ２０の股２２は、端部近傍にアマデユアとして機能
する拡大部分３０を含んでいる。このアマチュアは後述
する。

振動手段４には、磁片３６が磁気コイル３４の一端から
拡大部分３０で形成されるアマチュアの近くまで延びて
アマチュアに位置合イっせされる磁気コイル３４の形態
の振動駆動手段３２を含んでいろ。勿論、静止時の磁片
３６および振動手段を有するアマチュア３０の正確な距
離は、磁気コイル３４の動作特性に従って注意深く予め
設定されて、磁気エネルギの遷移を最大にするにもかか
イっらず動作中の磁片がアマチュアに接触するのを防止
する。

磁気コイル３４は、図示のように股２４の関連の面に好
適な方法、例えば図示しない磁気コイルおよび股インタ
フェースに好適なエポキソ剤あるいは接着剤の層によっ
て強固に取付られる。

バネ２０の股２２のアマチュア３０から遠隔の側には、
容器取付ブラケット３８か好適な方法、例えば図示しな
い取付ブラケットおよびバネインタフェースに好適なエ
ボキノ剤めるい；ユ接着剤の層によって強固に取付られ
る。好ましくは、取付ブラケット３８かバネ股２２の端
部に可能な限り近傍に、従ってノステム動作か印加され
る取付ブラケット用の最大振幅を保証するように配置さ
れる。

第２図の実施例においては、容器手段６がバネ股２２の
容器を機械的に接続固定するために、図示のようにきち
んと固定して、取付ブラケット３８に相対寸法のカップ
あるいは検査管、同様の容器４０を備えている。

記載のように接続され形成された振動手段４の各部品で
は、バネ２０の未固定部分、いわゆる中央部分２６、股
２２、アマチュア３０、取付ブラケット３８および容器
４０が振動エネルギの印加時に必須的に一体のシステム
として振動することが当該技術者で理解される。

制御回路手段８は、第２図に概略的に示すように、相互
接続された増幅器４２、電源供給器４４および利得８整
器４６を備えている。この増幅器４２の出力は、図示の
ように磁気コイル３４に印加されて、バネ２０を振動さ
せるために磁気コイル３４を駆動する。この回路は後述
される。

第２図に概略的に示す振動感知手段９は、異なった複数
の素子でよく、各々がバネ２０の振動周波数を感知して
、バネ２０に従って増幅器４２の入力に正帰還として印
加されるための出力信号を形成するように動作される。

このような振動感知手段は、オハイオ州ベッドフォード
のベルニトロン社のベルニトロンピエゾ効果ディビジョ
ンによって製造され販売されたバイモルフ即ちペングー
特性の多層ピエゾ効果感知器である。この感知器は、曲
げで疲労する周波数に従って出力電圧を形成機能する。

他の振動感知手段は、ニューヨーク州うサムのメカニカ
ル　テクノロジ社で製造され、販売された光電感知特性
の光電感知器である。この感知器は、光源と、フォトダ
イオードと、これらの間に介装されるパラドル状遮蔽手
段とを備え、光か遮蔽される周波数に従って出力電圧を
形成するように機能する。

他の振動感知手段は、ニューヨーク州うサムのメカニカ
ル　テクノロジ社で製造され、販売された変位感知特性
の容量感知器である。この感知器は、通常間隔配置され
た容量板を備え、これら容量板間の相対動作周波数に従
って出力電圧を形成するように機能する。

他の振動感知手段は、コネチカット州ハートフォードの
ベツダルート社のデジタルノステムディヒジョンで製造
され、販売された磁束ピンクアップ感知特性の電気機械
感知器である。この感知器は、通常ピックアップコイル
を備え、コイルに対してコアの移動周波数に従って出力
電圧を形成するように機能する。

第２図に示されるバイモルフ４８からなる振動感知手段
９にとっては、バイモルフ４８か股２２に結合直前の湾
曲中央部分２６に強固に取付られ、従って明白なように
、ハネ振動が加えられるとバイモルフ４８の最大曲げ、
および最大の出力信号強度を形成する。好ましくは、取
付は、バイモルフ４８の平坦表面および中央部分の湾曲
部間の空間に充填するように追加的に機能するエポキン
剤あるいは池の接着剤５０で達成され、従って、バネの
静止時にバイモルフ４８を必須的に直線に保持し、振動
時に出力信号強度の最大化を伴って中央位置を通して移
動する。

前述のように、これらの例においては、振動感知手段９
が光電性、容量性あるいは電気ｉ賊的感知器から構成さ
れ、動作素子が例えば、好適なエポキン剤で股２２に好
ましく取付られて、各例における動作素子、いわゆる遮
蔽手段、容虫板あるいはコアの回遊、従って出力信号の
強度を最大にさせろ。

バイモルフ４８からの出力信号は増幅器４２の入力に正
帰還として印加される。

本発明の振動混合器２では、第２図に関して記載される
ように動作形成されて、容器４０内に充填された混合さ
れる物質５２を何し、増幅器４２への電力供給か磁気コ
イル３４の磁片３６を励磁して、アマチュア３０を磁気
駆動してバネ２０を振動させることが明白である。当該
技術者にとっては、偏在する分子雑音等が外部からの助
けなしにバネ２０の振動を必ず始めるのに十分であるこ
とが理解される。従って直ちに、ハネ部分２６、バネ股
２２、取付ブラケット３８、容器４０および混合される
物質５２から構成される必須的に単一のシステムは、容
器４０および物質５２の最大の回遊およびシステムに供
給されるエネルギに従って物質５２の最大混合を伴って
、自然に即ち共振周波数あるいはその近傍で振動する。

この共振周波数あるいはその近傍の周波数は、増幅器４
２に正帰還として供給されるバイモルフ４８空の出力信
号に従って維持される。

容器４０内の物質５２の質量変化、例えば物質５２が取
除かれ、あるいは追加され、あるいは物質の全部が除去
されて、「新しい」バッチの物質か充填される場合の質
量変化に従う必須的に単一の振動システムの質量変化は
、システムの振動周波数の初期変化を伴って、バイモル
フ４８で感知される。これは、増幅器４２に印加される
出力信号の変化に発展し、増幅器から磁気コイル３４に
供給される出力信号の自動調整に発展して、質量変化を
補償し変化した質量で決定される新しい共振周波数ある
いは近傍の共振周波数でシステムを振動させる。従って
、振動システムの新しい共振周波数あるいは近傍の共振
周波数での物質５２の振動および混合は、これらの物質
の質量変化に追従するように自動的に確立される。

更に、自動利得調整制御の共同は、共振周波数あるいは
近傍の共振周波数での振動強度の調整を適宜迅速に実施
できる。特に、このような混合の強度が例えば余りにも
大きくて物質を損傷させるような状態を示す混合に伴っ
て、物質５２が視覚的に観察されたならば、振動混合の
共振周波数あるいは近傍の共振周波数を変化させないで
、利得制御を手動調整して、その強度を好ましいレベル
に下げることか簡単にできろ。

第３図の実施例は、必須的に第２図の実施例と同様であ
るので、同じ符号が同様の部材に各々付している。しか
し、第３１図の実施例においては、容器手段６か例えば
自動試料分析装置の連続流体の流路の部分を形成する混
合コイル５４からなっている。この混合コイル５４は、
ガラス製あるいはプラスチック製でよく、各端部近傍が
支持ブラケット５６および５８によって各々支持される
。

好ましくは、支持ブラケット５６が鉄のような特性の固
い材料から作られ、−力支持ブラケット５８がプラスチ
ックのような特性の弾性材料から作られる。この支持ブ
ラケット５６は、バネ股２２の外面に非常に強固に取付
られ、更に図示しない好適なエポキン剤等の層で接着さ
れるが、支持ブラケット５８がアンカーブロック１６の
側面に示すような同様の方法で取付らねる。

第３図の実施例の動作では、Ｔ状試料および薬剤供給導
管６０がシリコンラバーのスリーブ６２の特性の好適な
振動遮断接続手段によって、混合コイル５４の人口側に
動作的に接続され、一方試料および薬剤か通過混合しな
がら導通ずる導管６４がスリーブ６５によって同様な方
法でコイルの出口側に動作的に接続されることか明白で
ある。

従って、順に混合コイル５４を通る分離した試料および
薬剤質量によって、前述のように動作する本発明の振動
混合装置２によって、任意の時刻の特定の点で特定の質
量に従って、システムの共振周波数あるいは近傍の共振
周波数でちょうど良い時の点で、混合コイル５４内に含
まれる試料および薬剤質量を振動させるためには、当該
技術者にとって、特に、混合コイル５４内の試料および
薬剤の通過混合が振動によって非常に重大な向上である
混合コイル５４の自然な混合作用を伴って連続的に発生
することが明白である。

第４図の実施例は、再び必須的に第２図の実施例と同様
であるので、同じ符号が同様の部材に各々付している。

しかし、第４図の実施例においては、バネ２０が股２４
よつむしろ中央のバネ部分２６を経由してアンカーブロ
ック１６に取付られ、この結果の観点において、通常対
称的に取付らメ−たバネ２０かアンカーブロック１６の
反作用を最小にさせるために連続しているが、図示のよ
うに質量をより小さくさせている。

第４図の実施例においては、磁気コイル３　＝１の磁片
３６がバネ２０の必須的に自由直立の股２２および２４
の各内面に対面して形成されるアマチュア３０ａおよび
３０ｂを有して、動作状態で磁気コイル３４の両端から
突出していることが分かる。

更に、取付ブラケット３８ａおよび３８ｂはバネ２０の
股２２および２４の各端部近傍に各々固定される。これ
ら取付ブラケット３８ａおよび３８ｂには容Ｗ４０ａお
よび４０ｂか配置されて、取付られている。これら容器
４０ａおよび４０ｂ内には、同量あるいは僅かに異なっ
た質量の物質５２ａおよび５２ｂが配置される。

第４図の実施例の動作は、振動システムの共振周波数あ
るいは近傍の共振周波数で各物質を振動させ、混合させ
る同じ機能と、正帰還として増幅器４２に印加されるン
ス、テムの振動周波数に従うて出力信号を連続供給し、
物質５２ａおよび５２ｂの質量変化に直に応答する共振
周波数あるいは近傍の共振周波数で振動させるためにシ
ステムに戻すように機能するバイモルフ４８とを有して
、第２図の実施例の動作と必須的に同じである。勿論、
第４図の配列では混合時間の単位毎に混合できる物質の
数が２である。

第５図の実施例は、必須的に第３図および第４図の両者
の実施例と同様であるので、再び同じ符号が同様の部材
に各々付している。しかし、第５図の実施例においては
、バネ股２２および２４が分離した混合コイル５４ａお
よび５４ｂを振動させるために用いられる。これら混合
コイル５４ａおよび５４ｂは、各々が通常Ｕ状の外形で
あり、各側において、各混合コイルの端部近傍の間隔配
置された点で分離混合コイル５４の各ブラケットによっ
て個別に支持できる。第５図の実施例は、例えばレオナ
ルト　Ｔ、スケツブラス氏その他の米国特許第３，２４
１，４３２号に開示している特性の自動流体試料分析装
置のマルチチャンネルの特定の応用例に見出だして乙よ
い。このような例において、混合コイル５４ａおいて５
４ｂの各々は、異なった試料成分に関する試料の自動分
叶毎に流体試料に薬剤が導入されて各混合コイル内を流
れる、異なった分析装置流体チャンネルの部分を形成で
きる。

本発明の装置によって混合できる物質の特性、組成ある
いは数は制限されず、振動によってこのような作用を可
能にするどの物質の混合に応用できることが明白である
。

「発明の効果」以上説明したように本発明によれば、例えば試料および
薬剤の混合を均一に効率よ〈実施できろ利点が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の教示によって動作され形成される機械
的自己共振型非接触振動混合器のブロック図、第２図は
第１図の装置の第１実施例を示す正面図、第３図は第１
図の装置の第２実施例を示す正面図、第４図は第１図の
装置の第３実施例を示す正面図、第５図は第１図の装置
の第４実施例を示す正面図である。４・・・振動手段、６・・・容器手段、８・・・制御手
段、９・・・感知手段、３２・・・駆動手段。出願人　テクニコン　インストルメンツコーポレーショ
ンＦＩＧ、／Ｆ／Ｇ、３試恕番しＦＩ６．４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）混合される物質用の容器手段６を備えた振動手段
４と、この振動手段に動作的に接続されて、前記容器手
段内の前記物質を混合するために振動手段に駆動的に振
動するように動作される駆動手段３２と、前記駆動手段
に動作的に接続されて、前記駆動手段が前記振動手段を
振動させる周波数を制御するように動作される制御手段
８とを備え、前記振動手段４および前記制御手段８には
感知手段９が動作的に接続され、前記振動手段４の振動
周波数を感知するように動作されて、前記制御手段がこ
れに応答して動作されて、前記振動手段４の振動周波数
を共振周波数あるいは共振周波数近傍に維持することを
特徴とする自己共振型非接触振動混合器。
（２）前記容器手段は、前記物質が混合用に充填される
容器４０あるいは該物質が流れている導管を備えた特許
請求の範囲第１項記載の混合器。
（３）前記容器手段は、複数の容器４０あるいは導管を
備えた特許請求の範囲第２項記載の混合器。
（４）前記振動手段はバネ２０を備えた特許請求の範囲
第１項から第３項までのいずれかに記載の混合器。
（５）前記感知手段９は、ピエゾ効果素子、光電素子、
容量素子あるいは電気機械索子を備えた特許請求の範囲
第１項から第４項までのいずれかに記載の混合器。
（６）前記制御手段８は、前記駆動手段が前記振動手段
を振動させる増幅器を制御する手段を備えた特許請求の
範囲第１項から第５項までのいずれかに記載の混合器。
（７）前記振動手段４が磁性材料を備え、前記駆動手段
３２が前記磁性材料を電磁駆動動作して、前記振動手段
４を振動させ、前記制御手段８が前記電磁手段３４、３
６に出力を印加する増幅器４２を備え、前記感知手段９
が前記振動手段４の振動周波数に従う電気信号を発生し
、この電気信号を正帰還として前記増幅器４２に印加し
て、前記電磁手段３４、３６に供給される増幅器の出力
を決定するように動作される特許請求の範囲第１項から
第６項までのいずれかに記載の混合器。
（８）前記バネ２０は音叉形状である特許請求の範囲第
４項記載の混合器。
（９）前記感知手段は前記バネの最大振動曲げ領域で前
記バネに取付られるバイモルフである特許請求の範囲第
８項記載の混合器。
（１０）前記容器手段は少なくとも１個が前記バネの各
股に取付られる複数の容器を備えた特許請求の範囲第８
項記載の混合器。
（１１）混合される物質用の容器手段を備えた振動手段
によって、前記振動手段を振動させて前記容器手段内の
物質を混合し、前記振動手段の振動周波数を共振周波数
あるいは近傍の周波数に維持する混合物質を自己共振非
接触混合方法。
（１２）前記振動手段の振動周波数を共振周波数あるい
は共振周波数近傍に維持することは、前記振動手段の振
動周波数を感知し、該振動手段の振動周波数を制御する
ために、感知周波数に従う信号を発生する段階を備えた
特許請求の範囲第１１項記載の混合方法。
（１３）前記共振周波数あるいは共振周波数近傍で、前
記振動手段の振動強度を制御する段階を備えた特許請求
の範囲第１１項記載の混合方法。
（１４）前記物質を混合するために、前記容器手段の同
時振動を有して、該容器手段の内外に前記物質を流入さ
せる段階を備えた特許請求の範囲第１１項記載の混合方
法。