KR101071995B1 - 타이터 플레이트 교반기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석과 전자석의 자력이 상호 작용하여 저 전력으로도 이동플랫폼을 보다 용이하게 이동시킬 수 있게 한 타이터 플레이트 교반기에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 타이터 플레이트 교반기는 지지수단에 의해 지지되고 내부에는 웰이 형성된 타이터 플레이트가 설치된 이동플랫폼을 이동시키는 구동기를 구비한 교반기에 있어서, 상기 구동기는 영구자석으로 구성되고, 중앙에 돌출된 원주상에 설치된 중심자석과 ; 영구자석으로 구성되고, 상기 중심자석과 일정거리 이격 설치된 다수의 주변자석과 ; 상기 주변자석들을 감싸도록 코일을 설치하여 구성되고, 상기 중심자석과 주변자석에 의해 형성된 자력을 간섭하여 자석들 사이의 자력을 증가 및 감소시키는 다수의 전자석을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

교반기, 전자석, 영구자석, 플랫폼, 구동기

Description

타이터 플레이트 교반기{titer plate agitator}

본 발명은 타이터 플레이트 교반기에 관한 것으로써, 상세하게는 영구자석과 전자석의 자력이 상호 작용하여 저 전력으로도 이동플랫폼을 보다 용이하게 이동시킬 수 있게 한 타이터 플레이트 교반기에 관한 것이다.

바이오, 의학 및 생물화학 분야의 산업이 급격히 발전하면서 신물질의 추출 및 정제와 비생물의 배양, DNA의 증폭 등을 위해서 마이크로타이터 플레이트(microtitre plate)의 사용이 급격하게 늘어나고 있다.

이러한 마이크로타이터 플레이트의 일예를 도 6에 개략적으로 도시하였다.

이는 도시한 바와 같이, 탄성이 우수한 고무나 합성수지로 만들어진 지지수단(300)에 의해 지지되는 이동플랫폼(200)의 저면에 원판형의 이동판(400)을 설치하고, 상기 이동판(400)과 이격된 상태로 구동기(100)를 설치하여 구동기의 구동에 의해 상기 이동판(400)이 이동하여 이동플랫폼(200)이 이동되게 구성되어 있다.

이러한 마이크로타이터 플레이트를 이용한 실험은 특히, 고가의 물질들을 사용하여 실험에 사용되고 있으며, 이러한 고가 물질의 실험을 진행시키기 위해서 보 다 작은 용량의 타이터 웰(well)을 사용하는 추세이다.

점차 작은 용량의 타이터 웰을 요구하고 있으나 웰의 용량이 일정 한계(대략 0.5ml 내외) 이하로 줄어들면 액체의 표면장력이 강하게 작용하여 수성 배양액이 벽면에 들러붙어 화학적/생물학적 반응속도가 급격하게 느려지는 문제가 발생하므로 반응시간의 단축과 반응효율의 향상을 위해서는 웰 내부의 반응액체를 교반시킬 필요가 있다.

그러나 기계적인 교반기를 사용하기에는 타이터 웰의 공간 및 크기의 제약이 있고, 특히 교반용 블레이드 등이 새로운 표면장력이 발생되게 하는 수단이 되어버리기 때문에 오히려 교반에 방해가 될 우려가 있다.

따라서, 다수의 웰들이 성형되어 있는 타이터 플레이트 내에서 미량의 액체를 효과적으로 교반하기 위해서는 타이터 플레이트 전체를 원형 궤적을 가지고 흔들어 주면서 액면공진을 유발하여 액체의 자체적인 회전현상을 일으키는 방법이 유일한 방안이다.

그러나, 웰의 용적이 작은 경우 액면의 표면적이 작기 때문에 액면공진을 유발하기 위해서는 비교적 고속의 교반이 필요하며, 일반적으로 사용되는 96개의 웰이 성형된 마이크로 타이터 플레이트의 경우에는 전형적으로 1000~2000rpm의 범위에서 액체의 회전을 유발하는 다수의 액면공진 모드들이 존재한다.

이러한 타이터 플레이트의 고속 교반을 위해서는 편심캠을 장착한 기계식 모터를 이용한 강제교반 방식이나, 회전자기장을 이용한 비접촉 자기력 작용방식의 교반이 모두 사용되는데, 타이터 플레이트의 활용사례들 중 많은 부분이 95%의 상 대습도를 갖는 인큐베이터 내에서 사용되기 때문에 기기의 내구성을 확보하기 위해서는 모터와 같은 기계적 운동부위를 가지고 있지 않은 비접촉 자기력 작용방식을 사용하는 것이 유리하다.

이러한 비접촉 자력 방식의 교반 장치로는 기존의 제품인 Thermo사의 VARIOMAG가 있으며, 이는 네 개의 폴에서 발생되는 자기장을 교대로 회전시켜서 타이터 플레이트를 고정하고 있는 플랫폼을 구동하는 방식을 사용하고 있으나, 이러한 전자석 작동기만을 이용한 회전자기장 발생기의 경우, 회전력을 생성하기 위해서는 도 7에 도시한 바와 같이 순차적으로 하나의 폴에만 자기력을 인가해야 한다.

그러나 하나의 폴 만에만 자기력을 발생시켜 이동플랫폼을 이동시킬 경우 이동플랫폼을 이동시키기에 힘이 부족하여 자기력을 높이기 위해 많은 공급되는 전력이 공급되어야하므로 전력소비의 증가와 그에 따른 발열을 피할 수 없다.

전자석 작동기의 작동 효율을 증대시키기 위해서는 서로 마주보고 있는 두 개의 폴에 동시에 서로 반대방향의 자기력을 인가해야 하는데 이렇게 두 개의 폴에 동시에 자기력이 발생되게 할 경우 서로 반대방향으로 자기력이 발생하고 이렇게 서로 반대방향으로 자기력이 발생할 경우 자속의 닫힌 루프를 생성하여 반경방향으로의 작용력은 서로 상쇄되고, 지면에 수직인 방향으로의 작용력만이 생성되므로 교반기로서의 기능을 상실하게 되는 문제가 있었다.

또한 종래의 마이크로타이터 플레이트는 이동플랫폼을 지지하는 수단으로 고무나 합성수지로 만들어진 지지수단이 사용되고 있으나 이는 고속의 진동이 가해지는 경우 피로파손 등에 의해서 기기의 수명이 제한을 받는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로써, 동일한 자력을 갖는 다수의 영구자석과 각 영구자석과 대향되는 전자석으로 구성되어 전자석에 전기를 공급함에 의해 발생되는 전자석의 자력 중 일부는 영구자석의 자력과 상쇄되고 다른 일측의 자력은 영구저석의 자력과 결합되어 어느 일측으로 자력이 강하게 작동되게 함으로써 이동플랫폼을 보다 쉽게 이동시킬 수 있게 한 타이터 플레이트 교반기를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 지지수단으로 코일스프링을 구비하여 수직방향 지지하중이 높은 반면에 수평방향 강성은 상대적으로 작아서 플랫폼의 가진 및 타이터 플레이트의 교반이 용이하면서도 장기간 사용에도 강성변화가 적어 오랜 기간동안 스프링 강성의 손실없이 영구자석 자로에 의한 수직방향 견인력을 용이하게 지탱할 수 있는 타이터 플레이트 교반기를 제공함을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 타이터 플레이트 교반기는 지지수단에 의해 지지되고 내부에는 웰이 형성된 타이터 플레이트가 설치된 이동플랫폼을 이동시키는 구동기를 구비한 교반기에 있어서, 상기 구동기는 영구자석으로 구성되고, 중앙에 돌출된 원주상에 설치된 중심자석과 ; 영구자석으로 구성되고, 상기 중심자석과 일정거리 이격 설치된 다수의 주변자석과 ; 상기 주변자석들을 감싸도록 코일을 설치하여 구성되고, 상기 중심자석과 주변자석에 의해 형성된 자력을 간섭하여 자석들 사이의 자력 을 증가 및 감소시키는 다수의 전자석을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 다수의 영구자석과 각 영구자석과 대향되는 전자석으로 구성되어 전자석에 전기를 공급함에 의해 발생되는 전자석의 자력 중 일부는 영구자석의 자력과 상쇄되고 다른 일측의 자력은 영구저석의 자력과 결합되어 어느 일측으로 자력이 강하게 작동되게 함으로써 이동플랫폼을 보다 쉽게 이동시킬 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 지지수단으로 코일스프링을 구비하여 수직방향 지지하중이 높은 반면에 수평방향 강성은 상대적으로 작아서 플랫폼의 가진 및 타이터 플레이트의 교반이 용이하면서도 장기간 사용에도 강성변화가 적어 오랜 기간동안 스프링 강성의 손실없이 영구자석 자로에 의한 수직방향 견인력을 용이하게 지탱할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 타이터 플레이트 교반기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 타이터 플레이트 교반기를 구성하는 구동기를 평면에서 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 구동기의 측단면도로서, 도 2a는 영구자석에 의한 자기장의 방향을 도시항 것이고, 도 2b는 영구자석과 전자석의 자기장의 방향과 타이터 프랫폼의 이동방향으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 교반기에 구비된 전자석을 구성하는 코일의 일예를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 교반기에 구비된 전자석을 구성하는 코일의 다른 일예를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 교반기의 측면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 타이터 플레이트 교반기는 영구자석으로 구성된 중심자석과 주변자석(2) 및 전자석(3)을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명의 타이터 플레이트 교반기는 지지수단(300)에 의해 지지되고 내부에는 웰이 형성된 타이터 플레이트가 설치된 이동플랫폼(200)을 이동시키는 구동기(100)를 구비한 교반기에 있어서, 상기 구동기(100)는 영구자석으로 구성되고, 중앙에 돌출된 원주(圓柱) 형상에 설치된 중심자석(1)과 ; 영구자석으로 구성되고, 상기 중심자석(1)과 일정거리 이격 설치된 다수의 주변자석(2)과 ; 상기 주변자석(2)들을 감싸도록 코일을 설치하여 구성되고, 상기 중심자석(1)과 주변자석(2)에 의해 형성된 자력을 간섭하여 자석(1, 2) 들 사이의 자력을 증가 및 감소시키는 다수의 전자석(3)을 포함하여 구성된다.

상기 중심자석(1)과 주변자석(2)은 상기한 바와 같이 영구자석으로 구성되며, 각 자석들(1, 2)의 자력의 세기는 동일한 것이 바람직하다.

이렇게 배치된 중심자석(1)과 주변자석(2)은 도 2a에 도시한 바와 같이 어느 한 방향으로 자기력이 발생되며, 상기 전자석(3)에 전원을 공급하여 전자석(3)이 자력을 발생하면 도 2b에 도시한 바와 같이, 영구자석에 의해 발생된 자력 중 일측의 자력은 상쇄되고 다른 쪽은 전자석의 자력이 합쳐 큰 힘을 내게 된다.

물론, 이때 전자석(3)에 공급되는 전류의 방향을 조절하여 위와 같이 일측은 자력이 상쇄되고, 타측은 자력이 합쳐질 수 있게 한다.

도 1에 도시한 바와 같이 상기 전자석(3)은 주변자석(2)을 감싸도록 주변자석(2)의 바깥쪽에 코일을 설치하여 구성되고,

도 3에 도시한 바와 같이, 직렬로 연결된 두 개의 코일을 서로 반대로 배치하여 제1자화부(3a)와 제2자화부(3b)를 형성하여 공급되는 전원에 의해 자화되었을 때 제1자화부(3a)와 제2자화부(3b)가 서로 다른 방향으로 자력이 발생되게 구성할 수 있으며, 이에 따라 서로 쌍을 이루는 전자석(3)을 하나의 코일로 구설하고 하나의 전류루프로 구현할 수 있다.

상기 전자석(3)은 상기 중심자석(1)을 중심으로 서로 반대 방향에 설치된 것이 한쌍을 이루며, 이렇게 쌍을 이루고 설치된 전자석(3)은 짝수로 설치된다.

이에 따라 상기 전자석(3)의 내부에 설치되는 주변자석(2) 또한 짝수를 이루게 된다.

상기와 같이 한 쌍의 전자석(3)의 다수 배치하여 구성할 수 있으나 도면에서는 두 쌍의 전자석으로 구성된 것의 일예를 도시하였으며, 이렇게 두 쌍의 전자석(3)으로 구성할 경우 두쌍의 전자석으로 서로 직교시켜 배치하고, 순차적으로 전류의 방향을 바꿔가며 전류를 공급하면 N-S 자극 쌍이 서로 마주보면서 순차적으로 회전시킬 수 있고, 그에 따라서 타이터 플랫폼 하부에 설치되어 있는 원판형 이동판(400)이 원형 운동을 일으키게 된다.

이와 같이 두 쌍의 전자석(3)으로 구성된 구동기(100)을 구비한 교반기에서 두 전자석(3)에 전력을 가하여 자기장을 생성하는 여자방식은 일반적인 스테핑 모터에서와 동일하며, 저속에서 부드러운 회전특성을 구현하기 위해서는 1-2상 복합 여자 방식으로 전원을 공급하는 것이 바람직하다.

이렇게 전자석(3)을 구성하는 코일의 여자 방향과 순서를 제어는 기준 클럭 펄스와 순차 논리회로로 이루어질 수 있고, 일예로, 555 멀티바이브레이터와 L297 및 L298 스텝모터 구동회로 등을 사용할 수 있으나 이는 다양하게 변형하여 실시할 수 있고 본 기술이 속하는 분야에서는 쉽게 이해될 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 구성된 타이터 플레이트 교반기에서 이동플랫폼(200)은 구동기(100)이 구동에 의해 이동되는 이동판(400)의 이동에 종동되어 이동되어야 하므로 탄성적으로 지지되어야 한다.

이에 따라 상기 이동플랫폼(200)을 지지하는 지지수단(300)은 탄성을 우수한 것이 바람직하고, 장시간 고속의 진동이 가해지는 경우에도 피로가 발생하여서는 안된다.

따라서 본 발명의 타이터 플레이트 교반기에서는 상기 지지수단(300)을 코일스프링으로 구성하였다.

상기 코일스프링으로 만들어진 지지수단(300)은 상기 이동플랫폼(200)의 저면 네모서리를 지지하되 이동플랫폼(200)이 진동할 수 있도록 탄성적으로 지지한다.

또한, 상기 지지수단(300)을 구성하는 코일스프링은 수직방향 지지하중이 높은 반면에 수평방향 강성은 상대적으로 작아서 플랫폼의 가진 및 타이터 플레이트의 교반이 용이하면서도 장기간 사용에도 강성변화가 적어 오랜 기간동안 스프링 강성의 손실없이 영구자석 자로에 의한 수직방향 견인력을 용이하게 지탱할 수 있도록 판형의 코일스프링으로 구성함이 바람직하다.

상기 지지수단(300)은 상기 이동플랫폼(200)에 고정된 고정핀(300a)에 착탈 가능하게 설치함이 바람직하다.

왜냐하면, 스프링 형상의 지지수단을 이동플랫폼(200)으로부터 용이하게 분리할 수 있어야 다양한 수용성 물질을 사용하는 작업환경 하에서 사용되는 이동플랫폼의 세척 등이 용이하기 때문이다.

상기 고정핀(300a)은 이동플랫폼(200)의 하부에 착탈 가능하게 설치되며, 스프링 지지수단(300)의 중앙에 삽입되어 지지수단이 이동플랫폼(200)의 저면에 고정된다.

또한, 상기 이동플랫폼(200)의 저면에 설치된 이동판(400)은 도 5에 도시한 바와 같이 이동플랫폼(200)의 저면 중앙에서 일측으로 치우친 위치에 설치함으로써, 다른 한쪽에 제어용 PCB등을 장착할 수 있는 공간이 확보될 수 있다.

상기와 같이 구성된 타이터 플레이트 교반기는 영구자석과 대향되는 전자석의 작용에 의해 자력이 어느 한방향으로 집중되어 이동플랫폼을 미는 힘이 커져 이동플랫폼을 보다 쉽게 이동시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 타이터 플레이트 교반기를 구성하는 구동기를 평면에서 도시한 구성도이고,

도 2는 도 1에 도시한 구동기의 측단면도로서

도 2a는 영구자석에 의한 자기장의 방향을 도시항 것이고,

도 2b는 영구자석과 전자석의 자기장의 방향과 타이터 프랫폼의 이동방향으로 도시한 것이고,

도 3은 본 발명의 교반기에 구비된 전자석을 구성하는 코일의 일예를 도시한 평면도이고,

도 4는 본 발명의 교반기에 구비된 전자석을 구성하는 코일의 다른 일예를 도시한 평면도이고,

도 5는 본 발명의 교반기의 측면도이고,

도 6은 종래 타이터 플레이트 교반기의 측면도이고,

도 7은 종래 타이터 플레이트 교반기에서 전자석에 전원이 공급되에 따른 자력 발생 상태를 도시한 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 중심자석 2 : 주변자석

3 : 전자석 3a : 제1자화부 3b : 제2자화부

100 : 구동기 200 : 이동플랫폼 300 : 지지수단

300a : 고정핀 400 : 이동판

Claims (6)

1. 지지수단(300)에 의해 지지되고 내부에는 웰이 형성된 타이터 플레이트가 설치된 이동플랫폼(200)을 이동시키는 구동기(100)를 구비한 교반기에 있어서,

   상기 구동기(100)는

   영구자석으로 구성되고, 중앙에 원주 형상으로 설치된 중심자석(1)과 ;

   영구자석으로 구성되고, 상기 중심자석(1)과 일정거리 이격 설치된 다수의 주변자석(2)과 ;

   상기 주변자석(2)들을 감싸도록 코일을 설치하여 구성되고, 상기 중심자석(1)과 주변자석(2)에 의해 형성된 자력을 간섭하여 자석(1, 2) 들 사이의 자력을 증가 및 감소시키는 다수의 전자석(3)과;

   상기 전자석(3)은 직렬로 연결된 두 개의 코일을 서로 반대로 배치하여 제1자화부(3a)와 제2자화부(3b)를 형성하여 공급되는 전원에 의해 자화되었을 때 제1자화부(3a)와 제2자화부(3b)가 서로 다른 방향으로 자력이 발생되게 구성됨을 특징으로 하는 타이터 플레이트 교반기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자석(3)은 상기 중심자석(1)을 중심으로 서로 반대 방향에 설치된 것과 쌍을 이루고,

   서로 반대 방향에 설치된 것과 반대 방향으로 자력이 발생됨을 특징으로 하는 타이터 플레이트 교반기.
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전자석(3)과 주변자석(2)은 짝수로 구성됨을 특징으로 하는 타이터 플레이트 교반기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 이동플랫폼(200)의 저면 네모서리를 지지하는 지지수단(300)은 코일스프링으로 구성됨을 특징으로 하는 타이터 플레이트 교반기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 지지수단(300)은 상기 이동플랫폼(200)에 고정된 고정핀(300a)에 착탈 가능하게 설치됨을 특징으로 하는 타이터 플레이트 교반기.

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