KR102105233B1 - 점성이 있는 소량 샘플의 교반에 적합한 실험실용 믹서 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실험실용 믹서는 소량인 고점도 물질의 교반과 분산이 효율적으로 이루어 지도록 한 것으로 회전 모터가 내장된 믹서본체, 믹서 본체의 상부에 착탈착식으로 결합되며 교반용 임펠러가 장착된 회전체 세트, 이 회전체 세트 위에 결합되는 믹서 용기, 그리고 믹서용기를 덮을 수 있는 안전 커버 뚜껑으로 구성되어 있다. 믹서용기로는 입구에 나사산이 나 있어 뚜껑을 잠그고 닫을 수 있는 바이알 병을 사용하는 것을 특징으로 하는 구조를 가짐으로써 약 50 ml에서부터 수 ml 밖에 되지 않는 소량의 시료 샘플도 기계적 혼합과 분산을 가능하게끔 한다. 또 제작된 시료는 바이알 병 속에 담겨진 그대로 뚜껑을 닫은 후 샘플로 보관 할 수 있기에 샘플 보관 과정이 간단하고 옮겨 담는 과정에 발생하는 시료의 손실도 없앨 수 있다

Description

점성이 있는 소량 샘플의 교반에 적합한 실험실용 믹서 {A laboratory mixer suitable for viscous sample of small quantity}

본 발명은 소량 샘플의 혼합과 분산에 적합한 실험실용 믹서의 구조에 관한 것이다. 보다 상세하게는 소량 샘플의 보관용으로 널리 이용되는 작은 바이알 병을 믹서 용기로 사용하게끔 되어 있어 샘플 제작과 보관 및 세척 작업을 용이하게 하고 임펠러가 바이알 병속으로 완전히 들어갈 수 있도록 설계되어 있어 소량 고점도 물질의 교반과 분산에 유용한 믹서에 관한 것이다.

근래에 이르러 과학 기술의 발전이 첨단화, 세분화 되게 됨에 따라 종래와는 달리 고가의 소재들을 원,부원료 또는 첨가제로 사용하는 사업 분야도 늘어 나고 있고 이런 사업을 영위하는 기업들 간의 경쟁 또한 매우 치열해 지고 있으며 이에 따라 실험실에서도 고가의 첨단 소재를 사용하여 연구 개발을 하는 경우가 점점 더 많아지게 되었다. 이런 추세는 반도체, 전자부품, 디스플레이와 같은 전자산업 분야는 물론 배터리나 연료전지와 같은 전기화학 변환 및 저장 장치 개발 분야와 반응촉매와 같은 정밀화학 분야, 바이오 메디칼 분야 등 산업 전반에서 마주치게 되는 현상이다.

첨단소재를 응용하는 실험실에서는 매우 다양한 조건에서의 평가 실험이 이루어지기에 고가의 소재가 1회 평가에 사용되는 양이 소량일지라도 실험의 횟수를 감안한다면 고가 소재의 구입에 드는 비용은 결코 작지 않다고 할 것이다. 따라서 통상 고가 소재를 이용하는 실험에서는 제작하는 시료의 양을 최소한으로 줄여 특성 평가를 수행하는 것이 보통이다.

이렇게 시료의 양을 최소한으로 줄여 실험을 수행하는 방법은 최근 측정 및 분석 기기들도 고도로 발달되어 소량의 시료만 있어도 여러 가지 종류의 특성 평가를 해 낼 수 있게끔 분석 평가기술이 발달된 것과도 밀접한 연관이 있다고도 할 수 있다.

한편 시험 평가를 하고자 하는 것이 몇 가지 소재를 섞은 혼합물일 경우 믹서를 사용하여 혼합이 골고루 이루어 지도록 하는 것이 보통이다. 가령 금속분말 페이스트와 같은 점성이 큰 시료의 특성평가 실험을 하고자 할 때 실험에 필요한 소량의 페이스트를 만들 수 있는 적절한 믹서를 필요로 하게 된다.

종래의 기술에서 보통 실험실에서 사용되는 임펠러를 회전시키는 교반기는 임펠러의 크기와 임펠러가 부착된 축의 직경이 크기 때문에 혼합하고자 하는 시료의 부피가 적어도 100 밀리리터 이상이 되어야 원활한 교반이 이루어진다.

바이오메디칼 분야의 실험에서 유화 분산을 위해 수만 rpm의 고속으로 회전하는 교반 장치가 자주 이용된다. 이런 유화 교반기는 샘플의 양이 약 10 밀리리터 정도로 작아도 효율적인 교반을 할 수 있도록 직경이 약 1cm 정도인 회전축과 임펠러을 사용하며 가늘고 긴 실린더 모양의 용기에 담겨진 샘플에 대해 원활히 교반을 하도록 설계되어 있다. 이런 류의 믹서는 물과 같이 저점도 용액의 고속 교반에는 적합하지만 그러나 시료의 점도가 수백 cps 정도가 되면 임펠러의 회전축에 많은 양의 샘플이 붙어서 같이 회전하게 되므로 이 부분의 시료는 전혀 교반이 이루어 지지 않게 되기에 소량 고점도 재료의 교반에는 적합하지 않게 된다.

본질적으로 보통 실험실에서 가장 많이 이용되는 교반기 방식인 긴 회전축과 그 끝에 달려진 임펠러가 위쪽에서 내려와 시료에 담구어 진 후 임펠러의 회전으로 교반하는 믹서는 회전축을 따라 많은 양의 시료가 묻어 올라 오게 되므로 본 발명이 목적으로 하는 소량 고점도 재료의 교반에는 전혀 적합하지 않다.

비이커 같은 용기에 마그네틱 바를 넣고 이 마그네틱 바를 회전시켜 교반을 하는 마그네틱 스터러(Magnetic Stirrer)는 시료의 부피가 10 밀리리터 이상이고 점도가 수십 cps 정도로 낮은 경우에는 효과적으로 혼합을 할 수 있지만 점도가 수백 cps 정도가 되면 마그네틱 바가 원활하게 회전하지 않게 되어 균일한 혼합물을 얻기 힘들게 된다.

볼밀은 혼합하려는 시료와 세라믹 볼을 시료용기 속에 함께 넣고 두껑을 닫은 후 후 시료용기를 천천히 회전시킬 때 볼이 시료 용기 속에서 구르는 힘을 이용해 시료을 혼합 분산 시키는 장치이다. 볼밀은 소량의 시료를 효과적으로 교반 분산시킬 수 있으나 교반이 끝난 후 볼을 시료로부터 제거해야 하는 과정이 매우 번거럽고 또 볼에 묻어 나오는 시료의 손실이 많은 단점이 있다.

한편 임펠러를 사용하지 않고, 또 볼과 같은 미디어를 전혀 사용하지 않으면서도 시료의 혼합 및 분산을 효과적으로 할 수 있는 장치들이 개발되어 있다. "페인터 셰이크"나 "페이스트 믹서" 로 불리어지는 믹서들이 그것들인데 이들은 용기 속에 교반할 시료를 모두 넣고 두껑을 닫은 후 용기 전체들 전후좌우 및 상하운동이나 공전 및 자전과 같은 다축 운동을 통해 빠르게 흔들어 줄 때 용기 내벽과 시료 사이에 생기는 전단력(shear force)을 이용해 균질 혼합 및 분산을 하는 믹서이다. 이런 믹서들은 고가일 뿐만 아니라 만들고자 하는 시료의 양이 50 밀리리터 이상일 때는 효과적이나 시료의 양이 50밀리터보다 작아지면 작아질수록 전단력도 작아져 균일한 혼합을 이루기 어렵게 된다.

위에서 살펴본 바와 같이 소량의 고점성 시료를 균일하게 혼합 분산 시킬 수 있는 적합한 믹서는 없기에 막자 사발과 같은 곳에 시료를 놓고 작은 주걱을 사용하여 손으로 개거나 휘저어 혼합하는 방법이 보편적으로 이용된다.

그러나 이와 같이 손으로 휘저어 개는 방법은 실험자에 따라 균일 혼합 정도가 다르고 심지어는 동일 실험자가 시료를 준비하더라도 오늘 혼합한 과정과 며칠 전 혼합한 과정이 달라 수 있고 또 손으로 휘젓는 시간 동안에는 휘발 성분은 대기 중으로 증발하기도 하기 때문에 실험의 일관성과 신뢰도에 항상 의문이 제기되는 결점이 있어 왔다.

종래의 방법들이 가지는 또 한가지 공통되는 중대한 문제로는 혼합이 완료된 후 믹서 용기에서 시료 샘플 보관 용기로 옮겨 보관하려고 할 때 믹서 용기의 내벽에 붙어 있는 시료의 손실이 매우 크다는 단점이 있다. 용기 내벽에 붙어 있는 시료의 손실은 만든 시료의 양이 충분히 많거나 또는 점도가 낮아 벽에 붙어 있는 양이 매우 작을 때는 별 문제가 되지 않아 왔으나 본 발명에서 예시한 것처럼 고점도 소량 시료를 만들 경우에는 믹서 용기의 벽에 붙어 있는 시료들을 깨끗하게 긁어 내기는 힘들며 시간도 많이 걸리는 문제가 있어 많은 불편이 있어 왔다.

본 발명에서는 종래의 실험용 믹서들이 해결하지 못하고 있는 고점성 물질의 소량 시료의 혼합과 분산에 적합한 실험용 믹서의 구조를 제공하는데 있다. 본 발명의 믹서는 50밀리리터 이하에서 부터 수 밀리리터 정도의 작은 시료도 균일 혼합이 가능하도록 하고 혼합 분산 과정 중에 액체 성분의 증발 작용을 통한 함량 변화가 없도록 하여 실험의 재현성과 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 것이다.

또 본 발명에서는 시료의 혼합이 끝난 후 샘플 보관 병으로의 이송 중 시료의 이송이 용이하도록 하여 시료의 손실을 최소화 하게 해 주는 믹서의 구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 실험실용 믹서는 소량인 고점도 물질의 교반과 분산이 효율적으로 이루어 지도록 한 것으로 회전 모터가 내장된 믹서본체, 믹서 본체의 상부에 착탈착식으로 결합되며 교반용 임펠러가 장착된 회전체 세트, 이 회전체 세트 위에 결합되는 믹서 용기, 그리고 믹서용기를 덮을 수 있는 안전 커버 뚜껑으로 구성되어 있다.

본 발명에서는 상기의 믹서용기로 입구에 나사산이 나 있어 뚜껑을 잠그고 닫을 수 있는 바이알 병을 사용하는 것을 특징으로 한다. 바이알 병들은 샘플의 보관용으로 널리 이용되고 있기에 수 밀리리터에서 수십 밀리리터 까지 다양한 크기로 시중에 널리 제작 판매되고 있으며 가격 또한 저렴하다. 바이알 병 속에서 혼합 분산 과정을 거쳐 제작된 시료는 바이알 병 속에 담겨진 그대로 뚜껑을 닫은 후 샘플로 보관 할 수 있기에 샘플 보관 과정이 간단하고 옮겨 담는 과정에 발생하는 시료의 손실도 없앨 수 있다.

한편 제조하고자 하는 시료의 양에 따라 믹서 용기로 사용되는 바이알 병의 크기는 적절히 조절될 필요가 있는데 바이알 병의 크기가 달라졌을 때는 회전체 세트만 그 병의 크기에 맞는 것으로 교체하면 되도록 설계되어 있다. 즉 몇 가지 부피의 바이알 병의 크기에 맞도록 제작된 회전체 세트도 몇 가지가 구비되도록 하여 다양한 부피의 시료를 1 대의 믹서로 만들 수 있게 되어 있어 실험실에서 사용하기가 편리하도록 설계되어 있다.

회전체에 장착된 교반용 임펠러의 모양도 한 개의 고정된 형상에 국한하지 않고 바이알 병의 직경과 높이, 만들고자 하는 시료의 상태와 점도에 따라 효과적인 혼합과 분산이 될 수 있도록 다양한 모양과 크기의 것에서 선택하여 쉽게 장착할 수 있도록 되어 있다.

본 발명에 따른 믹서의 교반용 임펠러는 바이알 병 속으로 완전히 들어갈 수 있을 정도로 직경과 길이가 작아도 충분하므로 시료의 혼합과 분산이 끝난 후, 바이알 병과 회전체 세트를 분리할 때 임펠러와 축에 묻어 나오는 시료의 양을 최소화 할 수 있다. .

한편 믹서의 본체에는 컨트롤 스위치가 부착되어 있어 모터의 회전 속도를 조절함으로써 임펠러의 회전속도를 조절 할 수 있도록 되어 있으며 믹서 본체의 상단에는 투명한 플라스틱 재질로 되어 있는 안전 커버 뚜껑이 믹서용기를 전체를 덮을 수 있도록 되어 있어 혹신 교반 중에 바이알 병이 파손되어 비산하는 경우에도 실험자를 안전하게 보호하도록 설계되어 있다.

본 발명에서는 작은 바이알 병을 믹서 용기로 사용하고 임펠러가 바이알 병속으로 완전히 들어갈 수 있도록 작게 설계되어 있어 50밀리리터 이하에서 부터 수 밀리리터 정도에 이르기 까지 작은 양의 고점성 시료도 균일 혼합이 가능하며

혼합 분산 과정이 밀폐된 바이알 병 안에서 이루어지기에 액체 성분의 증발 작용을 통한 함량 변화도 거의 없어 실험의 재현성과 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 시료의 제작이 끝난 후 샘플 이송 및 보관, 세척 작업도 용이하도록 되어 있어 시료의 손실이 최소화된 실험실용 믹서가 제공된다.

도 1 은 실험실에서 보편적으로 이용되는 바이알 병의 사진
도 2 은 본 발명에 따른 실험실용 믹서가 조립된 상태의 사시도
도 3 은 본 발명에 따른 실험실용 믹서의 조립된 상태의 사시도
도 4 는 본 발명에 따른 실험실용 믹서의 세부 부품 설치 사시도
도 5 는 본 발명의 실험실용 믹서에 사용되는 양면이 뚫린 바이알 병의 예시도
도 6 은 본 발명의 실험실용 믹서에 사용되는 교반용 임펠러 형상의 예시도

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명 하기로 한다.

본 발명의 실험용 믹서기는 도2에 도시한 바와 같이 크게 4가지 주요 부품세트로 구성되어 있는데, 회전 모터(M)가 내장된 믹서기 본체(100), 본체의 상부에 결합되는 교반용 임펠러가 장착된 회전체 세트(200), 이 회전체 세트 위에 결합되는 믹서 용기(300), 그리고 믹서용기를 덮을 수 있는 안전 커버 뚜껑(400)이 그것들이다.

도 3은 도2에 도시한 모양의 측면도이고 도 4는 믹서기 부품들이 믹서기 본체에 결합되기 이전의 모양을 도시한 것이다.

믹서기 본체(100)에는 본체의 전원을 on-off 할 수 있는 스위치(140)와 내장된 회전 모터(M)의 회전 수를 가변할 수 있는 스위치(150) 가 달려 있다. 회전 모터 축의 끝에는 카플링(180)이 달려 있어 교반용 임펠러(220)가 장착된 회전체 세트(200)쪽에 붙어 있는 카플링(280)과의 결착시 모터의 회전력을 임펠러(220)에 전달해 주도록 되어 있다. ,

교반용 임펠러가 장착된 회전체 세트(200)의 하부에는 나사산(210)이 나 있어 믹서기 본체에 나 있는 나사산(110)과 결착되도록 설계되어 있다. 회전체 세트(200) 양측면에 있는 돌출 날개턱(230)은 믹서 본체와 결합되었을 때 “ㄱ”자 클램프(130)로 정확하게 눌러지도록 되어 있으며 회전체 세트(200)가 나사산을 따라 제대로 결합되지 않았을 경우 클램프(130)가 지정 위치에서 결합되지 않고 어긋나게 되므로 쉽게 알아 낼 수 있게 한다.

믹서 용기(300)로는 나사산(350)이 나 있는 바이알 병이 사용된다. 나사산이 나 있는 바이알 병은 혼합이 끝난 시료의 샘플 보관 시 원래의 뚜껑만 닫으면 되므로 샘플의 밀봉 보관이 용이한 장점이 있다. 바이알 병의 나사산(350)은 회전체 세트(200)에 나 있는 나사산(250)과 결합되도록 되어 있다. 믹싱 과정 중에 믹서 용기로 쓰이는 바이알 병 내에 과도한 압력이 차게 되는 경우 압력이 배출되고 바이알 병이 터지지 않도록 작은 안전변 구멍(240)이 회전체 세트(200)에 나 있다. 안전변 구멍은 액체의 표면 장력에 의해 액체가 흘러 나오지 않게 될 정도의 작은 구멍으로 가는 철사 굵기 정도이다.

실험실에서는 종종 혼합하려는 시료의 부피가 수 밀리리터에서 수십 밀리리터로 변할 수도 있는데 시료의 부피가 많이 변하게 되면 바이알 병의 크기도 달라져야 되고 따라서 바이알 병에 나 있는 나사산의 구경도 변하게 된다. 이럴 경우에는 적정 부피의 바이알 병과 그에 적합한 회전체 세트(200)만 교체하여 장착하면 되도록 하여 1대의 믹서로 다양한 부피의 시료를 제조할 수 있다.

본 발명의 믹서에 이용되는 교반용 임펠러(220)의 형상은 한 가지로 고정되어 있지 않으며 시료의 부피와 시료의 점성 조건에 따라 효율적인 혼합을 할 수 있고 세척이 간단하도록 되어 있는 한 어떠한 모양을 가져도 무방하다. 도 4에는 본 발명의 믹서에 사용될 수 있는 몇 가지 임펠러 형상의 예시를 도시하였는데 본 발명의 취지는 여기에 예시된 형상에 한정하는 것은 아니다.

분체 입자들을 분산시켜 유동성이 극히 작은 고점도의 페이스트 시료를 만들어야 하는 경우에는 벽에 묻은 시료들을 한 두 번쯤 긁어 모아 준 후 믹싱을 계속할 필요가 있을 수 있는데 이를 경우에 도 5에 도시한 바와 같이 양면이 뚫린 바이알 병을 믹싱 용기로 사용하면 원하는 믹싱 작업을 원만히 수행하며 고점도의 페이스트 시료도 균일하게 만들 수 있게 된다.

안전 커버 뚜껑(400)은 투명한 재질로 만들어진 것으로 믹서 작업 중에 혹시 있을 수도 있는 바이알 병의 파손과 비산으로부터 실험자를 안전하게 보호하기 위한 것이다. 안전 커버 뚜껑(400)은 경칩(470)을 통해 믹서 본체에 붙어 있는 경칩고리(170)와 연결되어 열고 닫을 수 있도록 되어 있다. 또 안전 커버 뚜껑(400)이 믹서 본체 위를 덮은 상태로 정위치 하게 되었을 때 누름턱(460)이 안전 감지 센서(160)를 누르도록 되어 있어 안전 커버 뚜껑(400)이 열려진 상태에서는 믹서는 회전 작동을 하지 않아 안전성이 강화되도록 설계되어 있다..

이상 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 고안은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 본 발명의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

M 회전모터
100 믹서기 본체
130 “ㄱ”자 클램프
180 모터쪽 카플링
200 교반용 임펠러가 장착된 회전체 세트(200)
220 교반용 임펠러
240 안전변 구멍
280 회전체쪽 카플링
300 바이알 병 믹서 용기
400 안전 커버 뚜껑

Claims (4)

1. 모터가 내장된 믹서본체, 믹서 본체의 상부에 착탈착식으로 결합되며 교반용 임펠러가 장착된 회전체 세트; 및 이 회전체 세트 위에 결합되는 믹서 용기;를 포함하여 구성되되 상기 회전체 세트에는 과도한 압력이 배출될 수 있는 안전변 구멍이 있는 것을 특징으로 하는 실험실용 믹서.
   
2. 제 1항에 있어서 상기 믹서 용기로서, 적어도 한 쪽에 나사산이 나 있는 바이알 병을 사용하는 것을 특징으로 하는 실험실용 믹서.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 믹서용기로 사용되는 바이알 병은 부피가 50 밀리리터 이하이고 양쪽에 마개가 결합될 수 있는 나사산이 나 있는 구조인 것을 특징으로 하는 실험실용 믹서.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 믹서 용기를 덮을 수 있는 안전커버 뚜껑이 더 포함된 것을 특징으로 하는 실험실용 믹서.
   
   

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