WO2017183320A1 - 撹拌子、撹拌装置、撹拌方法、細胞培養方法、反応促進方法、及び撹拌子の組み立て方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a stirrer that stirs a fluid contained in a container, a stirrer, a stirrer method, a cell culture method, a reaction promotion method, and a stirrer assembly method.
  • Patent Documents 1 and 2 Conventionally, a combination of a magnetic stirrer and a stirrer is known to stir a fluid contained in a container (Patent Documents 1 and 2).
  • the stirrer is disposed so as to be submerged in the bottom of the container, and is rotated by receiving the rotating magnetic force from the magnetic stirrer to stir the fluid in the container.
  • this stirrer there is a rotating body that is formed in a disk shape or the like having rod-shaped or cross-shaped projections and that has a magnet at the end, or a stirring blade provided on the rotating body (Patent Document 1). It was.
  • the fluid in the container is stirred the earliest at the outer periphery of the container bottom and the latest at the center at the top of the container.
  • the stirring of the fluid in the container proceeds from the outer periphery of the container to the central part of the container and from the bottom of the container to the upper part of the container. Therefore, it takes a relatively long time to uniformly stir the entire fluid in the container.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a stirrer, a stirring device, and a stirring method capable of efficiently and rapidly stirring the fluid in the container. Another object of the present invention is to provide a cell culture method, a reaction promotion method, and a method for assembling a stir bar using the stir bar.
  • the stirrer according to the present invention is A stir bar for stirring the fluid contained in the container, A mixture that stirs a fluid by rotating about a rotation axis, and a magnet that receives a rotating magnetic field that rotates the mixture;
  • the surface of the mixture is provided with a fluid inlet and outlet, In the inside of the mixture, one or two or more holes connecting the suction port and the discharge port are provided,
  • the suction port is disposed at a position on the rotation axis or at a position closer to the rotation axis than the discharge port;
  • the discharge port is disposed at a position outside the rotation axis with respect to the suction port.
  • the stirring device comprises: The stirring bar; A rotating magnetic field generating means for generating a rotating magnetic field for rotating the stirrer can be provided.
  • the stirring method according to the present invention includes: The stirrer is disposed at the bottom of the container, the stirrer is rotated at the center of the bottom of the container containing the fluid, and the stirrer sucks the fluid at the upper center of the container from the suction port, and enters the stirrer.
  • a fluid can be circulated and the fluid can be stirred from the discharge port of the stirrer to the outer periphery of the container.
  • the present invention also provides a cell culture method in which a fluid in a container is used as a cell culture solution and the cell culture solution is stirred with the stirring bar, or a reaction solution is used as the fluid in the container and the reaction solution is stirred with the stirring bar. It can be provided as a reaction promoting method for promoting the reaction.
  • the method of assembling the stirring bar according to the present invention is as follows. Forming the mixture; Fixing the mixture to the pedestal having the magnet or the magnetic body, The step of forming the mixture has a step of forming a mixture by aligning and laminating each of the plurality of mixing elements, The step of fixing the mixture to the pedestal includes a step of fixing the mixture to the pedestal by penetrating the mixture in the stacking direction by a fixing means.
  • the fluid in the container can be quickly mixed. Therefore, the fluid mixing time can be shortened.
  • FIG. 6 is a perspective view of a stirring bar according to another embodiment 1. It is a perspective view which shows the stirring element of another example as other Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view of the stirring bar by other Embodiment 2. It is a perspective view which shows the stirring element of another example as other Embodiment 2.
  • FIG. It is a perspective view which shows the stirring element of other Embodiment 3. It is a perspective view which shows the example of the stirring element of other Embodiment 4.
  • the “stacking direction” is synonymous with the rotation axis direction, the vertical direction, and the like of the stirrer 1 (including the mixture 2 and the pedestal 3). Is synonymous with the direction orthogonal to the stacking direction, the radial direction of the mixing element 21, the circumferential direction, and the like.
  • the stirrer shown in FIG. 1 includes a stirrer 1 according to an embodiment of the present invention and a magnetic stirrer 4 that generates a rotating magnetic field for rotating the stirrer 1.
  • the stirrer 1 is disposed in a container 6 such as a beaker, is rotated by receiving a rotating magnetic field from a magnetic stirrer 4 on which the container 6 is placed, and a fluid A such as a sample accommodated in the container 6 is supplied. Stirring.
  • the present invention is not limited to the case where the stirrer 1 is disposed in a container 6 such as a beaker and is used for experiments, etc., and is disposed in a container 6 such as a tank that contains a fluid A such as various raw materials. For commercial use.
  • the stirrer 1 is a mixture 2 that stirs the fluid A by rotating about the rotation axis S, and a stirrer that supports the mixture 2 and receives a rotating magnetic field. And a pedestal 3 having built-in magnets 5a and 5b.
  • the permanent magnet is used for the magnets 5a and 5b for stirring, it may replace with this and may use a magnetic body (this is the same also in embodiments other than this embodiment).
  • the pedestal 3 includes a prismatic rod-like body 31 that is placed horizontally. At both ends of the upper surface of the rod-shaped body 31, screw cylinders 33 for attaching and fixing the mixture 2 are provided. Further, stirring magnets 5 a and 5 b that receive a rotating magnetic field from the magnetic stirrer 4 are accommodated at both ends of the rod-shaped body 31, respectively. Each of the stirring magnets 5a and 5b is arranged so that the magnetization direction is in the vertical direction perpendicular to the longitudinal direction of the rod-shaped body 31, and the magnetic poles of the stirring magnets 5a and 5b are opposite to each other. Is arranged. That is, as shown in FIG.
  • the stirring magnets 5 a and 5 b cylindrical, ring, or square magnets can be used.
  • a bar magnet having a size that can be accommodated in the longitudinal direction of the rod-shaped body 31 is placed inside the rod-shaped body 31. It may be accommodated.
  • the rod-shaped body 31 is provided with an annular portion 32 for preventing the stirrer 1 from falling.
  • the annular portion 32 is connected to both ends of the rod-shaped body 31 so as to be flush with the lower surface of the rod-shaped body 31.
  • an arc-shaped support protrusion 34 that contacts the bottom surface of the container 6 is projected.
  • two or more arc-shaped stabilization protrusions may be provided at equal intervals on the lower surface of the annular portion 32 (including the continuous portion of the rod-like body 31) at a protrusion height of the support protrusion 34 or less. Good. In this case, even when the posture of the stirrer 1 supported by the support protrusion 34 during rotation is inclined obliquely due to the weight of the mixture 2 or the like, the stabilization protrusion is kept in contact with the bottom surface of the container 6 to maintain a stable posture. Can do. Further, as shown in FIG. 3C, the support protrusion 34 may be formed over the entire lower surface of the rod-shaped body 31.
  • the mixture 2 is constituted by a laminate in which a plurality of (here, 10) substantially disc-shaped mixing elements 21 are laminated.
  • a plurality of (here, 10) substantially disc-shaped mixing elements 21 are laminated.
  • the bolts 11 fixing means
  • bolt holes h1 provided at two positions 180 degrees on the outer peripheral portion.
  • the mixed body 2 in which the plurality of stacked mixing elements 21 are integrated so as to be disassembled can be easily configured and fixed to the base 3.
  • the plurality of mixing elements 21 are configured to be disassembled individually, the mixing elements 21 are disassembled into the respective mixing elements 21 and remain in the mixing elements 21 (a first through hole 22 and a second through hole 23 described later).
  • the structure for integrating the plurality of mixing elements 21 and the structure for attaching the mixture 2 to the pedestal 3 are not limited to fixing with bolts 11 but may be a dismountable attachment structure such as an uneven fitting structure. Good.
  • the mixture 2 is configured by alternately stacking two types of mixing elements 21 a and 21 b, and each of the two types of mixing elements 21 a and 21 b penetrates in the thickness direction.
  • a plurality of first through holes 22 are provided.
  • the mixing elements 21a and 21b shown in FIG. 2 are different from those shown in FIG. 4 in the number of partition walls in the circumferential direction and the radial direction, but the other structures are common.
  • the plurality of first through holes 22 are provided along the extending surfaces extending in the extending direction of the substantially disc-shaped mixing elements 21a and 21b.
  • a central portion of the mixing elements 21 a and 21 b has a second through hole 23 having an opening area larger than that of the first through hole 22.
  • the 2nd through-hole 23 is formed in the substantially circular shape, and when the mixing elements 21a and 21b are laminated
  • the upper opening of the hollow portion 24 constitutes the fluid A suction port 20 ⁇ .
  • the central axis of the hollow portion 24 coincides with the rotation axis S of the stirring bar 1. Accordingly, the suction port 20 ⁇ is disposed at a position on the rotation axis S.
  • the first through hole 22 is formed in a substantially rectangular shape in plan view, and is arranged concentrically around the center point of the second through hole 23.
  • the first through holes 22 are arranged in a zigzag pattern, and the arrangement patterns of the first through holes 22 are different in the two types of mixing elements 21a and 21b.
  • the first through hole 22 is closed on the inner peripheral surface of the second through hole 23 and is open on the outer peripheral surface, whereas the other mixing element 21b is in the first through hole 22. Is open on the inner peripheral surface of the second through-hole 23 and closed on the outer peripheral surface.
  • Each of the first through holes 22 opened to the outer peripheral surface of the mixing element 21a constitutes a discharge port 20 ⁇ for the fluid A. Therefore, the discharge port 20 ⁇ is disposed at a position outside the rotation axis S with respect to the suction port 20 ⁇ that is the upper end opening of the hollow portion 24 (for example, a radially outer position orthogonal to the rotation axis S).
  • the size of the first through hole 22 is formed to be the same size in the same circumferential direction of the mixing elements 21a and 21b, and is formed to increase toward the outer side in the radial direction of the mixing elements 21a and 21b. Further, in the overlapping state of the two types of mixing elements 21a and 21b, the area of the portion where the first through holes 22 overlap each other is uniform in the circumferential direction.
  • the first through holes 22 of each of the adjacent mixing elements 21a and 21b in the mixture 2 are arranged so as to be partially displaced in the radial direction and the circumferential direction so as to overlap each other, and the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b And it is connected in the extending direction.
  • the partition walls between the first through holes 22 extending in the radial direction and the circumferential direction of the mixing elements 21a and 21b are arranged at different positions between the adjacent mixing elements 21a and 21b. Yes. Therefore, the inside of the mixture 2 is allowed to pass through the fluid A sequentially between the first through holes 22 of the adjacent mixing elements 21a and 21b, and is divided in each of the stacking direction and the extending direction of the mixing elements 21a and 21b.
  • the plurality of first through holes 22 in the mixture 2 are opened to the upper opening of the hollow portion 24 serving as the suction port 20 ⁇ and the outer peripheral surface of the mixing element 21a serving as the discharge port 20 ⁇ .
  • a plurality of “flow passages” for connecting between the two and 22 are formed.
  • the mixing elements 21a and 21b and the pedestal 3 constituting the mixture 2 are made of a resin such as polyethylene, polypropylene, and fluorine resin, but may be made of ceramic, metal, or the like.
  • a resin such as polyethylene, polypropylene, and fluorine resin
  • the mixing elements 21a and 21b and the pedestal 3 can be easily and inexpensively manufactured by resin molding.
  • the surface layer may be formed of a fluorine resin by coating or the like. In this case, the chemical resistance is improved, and it can be preferably used in the field of mixing chemicals and the like.
  • a step of forming the mixture 2 and a step of fixing the mixture 2 to the base 3 are provided.
  • the plurality of mixing elements 21 a and 21 b are alternately stacked with the predetermined positions in the circumferential direction aligned to form the mixture 2.
  • each mixing element 21a, 21b is provided with two bolt holes h1 (see FIG. 4) through which the bolt 11 (fixing means) passes, each mixing element 21a, 21b By laminating the bolts 11 so that the bolt holes h1 in the outer peripheral portion are inserted, the bolts 11 can be easily aligned at predetermined positions in the circumferential direction.
  • a jig or the like is applied to the outer periphery to efficiently align it at a predetermined position in the circumferential direction.
  • the process of fixing the mixture 2 to the pedestal 3 is performed by passing the mixture 2 in which a plurality of mixing elements 21 a and 21 b are stacked in the stacking direction with bolts 11 and screwing the bolts 11 into the screw holes h of the base 3. Fix together.
  • the mixing element 2 is formed by laminating a plurality of mixing elements 21a and 21b at predetermined positions in the circumferential direction, and the attachment to the pedestal 3 is completed. Can be done well.
  • the magnetic stirrer 4 includes a main body 41 having a horizontal upper surface, and a rotating magnetic field generating unit 42 disposed inside the main body 41.
  • the rotating magnetic field generating unit 42 includes a plate-like driving rotating body 43 extending in the horizontal direction, and driving magnets 46 a and 46 b provided at both ends of the upper surface of the driving rotating body 43.
  • Each of the driving magnets 46a and 46b is arranged so that the magnetization direction is in a direction (vertical direction) perpendicular to the extending surface (horizontal plane) of the driving rotating body 43, and the magnetic poles (N pole, S pole). It arrange
  • a motor 45 is connected to the central portion of the lower surface of the driving rotator 43 via a shaft portion 44, and the rotation of the motor 45 causes the driving rotator 43 and the two driving magnets 46a and 46b to move horizontally. And a rotating magnetic field is generated on the upper surface of the main body 41.
  • the container 6 containing the fluid A is placed on the top surface of the main body 41 of the magnetic stirrer 4, and the stirrer 1 is disposed on the bottom surface of the container 6, so that the drive magnets 46 a and 46 b
  • the stirring magnets 5a and 5b of the pedestal 3 of the stirrer 1 are attracted to the generated magnetic field.
  • the stirrer 1 is rotated in the container 6 by driving and rotating the motor 45 of the magnetic stirrer 4.
  • the stirring bar 1 rotates at a predetermined position, it may be rotated while rotating the stirring bar 1 by rotating the rotating magnetic field generating unit 42 (the same applies to other embodiments). .
  • the rotation of the stirrer 1 causes the fluid A held inside the mixture 2 to receive centrifugal force and flow toward the outer peripheral portion of the mixture 2, and the first of the mixing elements 21 a that open to the outer peripheral surface of the mixture 2. It flows out of the mixture 2 from the through hole 22.
  • the fluid A in the container 6 rotates and flows in a spiral shape toward the center lower portion where the mixture 2 is disposed, and passes through the suction port 20 ⁇ that is the upper opening of the hollow portion 24 from the upper portion of the mixture 2. Flow into.
  • the fluid A that has flowed into the hollow portion 24 further receives a centrifugal force acting on the stirrer 1 (in this case, including the force due to the rotation of the stirrer 1.
  • the fluid A passes through the other first through hole 22 communicating with the first through hole 22 from the first through hole 22 at the inflow location, and further communicates with the other first through hole 22. 1 circulates through the inside of the mixture 2 so as to pass through one through-hole 22.
  • the fluid A flowing through the mixture 2 passes through the plurality of first through holes 22 of the mixing elements 21a and 21b and travels from the inner peripheral portion toward the outer peripheral portion. At this time, the fluid A is divided in the extending direction of the mixing elements 21a and 21b and merges.
  • the mixture 2 includes a plurality of mixing elements 21a and 21b in the stacking direction, and a plurality of fluids A are also circulated in the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b through the first through holes 22 communicating in the stacking direction.
  • a flow path is formed. Therefore, when the fluid A inside the mixture 2 passes through the first through hole 22, as shown in FIG. 5B, the fluid A also flows in the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b. Are also divided in the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b and merge.
  • the mixing elements 21a and 21b shown in FIG. 2 are different from those shown in FIG. 5 in the number of partition walls in the circumferential direction and the radial direction, but are not different in function.
  • the flow of the fluid A inside the mixture 2 spreads not only in the planar or two-dimensional division and merging in the extending direction of the mixing elements 21a and 21b but also in the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b.
  • Dividing and merging are performed three-dimensionally.
  • the fluid A is highly mixed by repeatedly dividing and joining.
  • planar and two-dimensional division and merging are performed. Even in this case, the fluid A is mixed by repeatedly dividing and merging.
  • the stirrer 1 of the present embodiment includes a hollow portion 24 that penetrates in the center of the mixture 2 in the direction of the rotation axis S. Therefore, the fluid A at the upper center of the container 6 is rapidly agitated by being sucked into the hollow portion 24 from the upper part of the mixture 2 and highly mixed inside the mixture 2.
  • the hollow portion 24 of the mixture 2 is formed by stacking the second through holes 23 having an opening area larger than that of the first through holes 22 and opens sufficiently large with respect to the first through holes 22. Therefore, the flow resistance when the fluid A flows into the hollow portion 24 is smaller than that of the first through hole 22 opened on the upper surface of the mixture 2. Further, the hollow portion 24 of the mixture 2 is located in the central portion in the container 6. Therefore, the rotation of the stirrer 1 allows the fluid A at the upper center in the container 6 facing the hollow portion 24 to be easily sucked into the hollow portion 24 through the suction port 20 ⁇ without stagnation.
  • the fluid A sucked into the hollow portion 24 receives a centrifugal force due to the rotation of the mixture 2, flows into the mixture 2, and passes through the first through holes 22, as described above.
  • the mixing elements 21a and 21b are highly mixed by repeatedly dividing and joining in the stacking direction and the extending direction.
  • the hollow part 24 of the mixture 2 does not necessarily need to be located in the center part in the container 6, and the hollow part of the mixture 2 is removed by removing the position of the center part of the stirring bar 1 from the center part of the container 6. 24 may be removed from the central portion in the container 6.
  • the stirrer 1 provided with such a mixture 2 the fluid A in the central portion of the container 6 at the center of rotation can be rapidly stirred, and the entire fluid A can be efficiently stirred. As a result, the time until the entire fluid A in the container 6 is uniformly agitated can be greatly shortened.
  • this invention is not limited to the above embodiment, A various change is possible within the range of the summary of this invention, For example, it can deform
  • the first through holes 22 of the mixing element 21 can be arranged non-linearly in the extending direction of the mixing element 21.
  • the mixing elements 21 c and 21 d are substantially involutes in which the partition wall 25 ⁇ / b> R from the center to the outer periphery of the partition walls 25 ⁇ / b> R and 25 ⁇ / b> C between the first through holes 22 is curved in one direction.
  • the partition wall 25R is formed in a curved shape and is connected so as to be partitioned by a partition wall 25C that continuously extends in the circumferential direction. Note that the partition wall 25C extending in the circumferential direction is formed in a concentric shape with the center point of the mixing elements 21c and 21d as the center.
  • the flow resistance when the fluid flows through the mixture 2 can be reduced as compared with the case where the first through holes 22 are arranged in a linear shape.
  • the partition wall between the first through holes 22 in the mixing element 21 can be formed in a curved shape having no edge when viewed in the cross-sectional direction.
  • the cross-sectional shapes of the partition wall 25R extending in the radial direction and the partition wall 25C extending in the circumferential direction in the mixing elements 21e and 21f are vertically long and oval.
  • the flow of the fluid A in the mixing elements 21e and 21f having the partition walls 25R and 25C having such a cross-sectional shape is greater than that of the fluid A in the outer surface of the partition wall having a square-shaped edge as viewed in the cross-sectional direction.
  • the impact at the time of collision can be eased.
  • the fluid A containing substances such as yeast and cells is uniformly stirred, substances such as yeast and cells are separated from the partition walls. Even if it collides, the impact is suppressed, and good agitation can be performed without damaging the substance.
  • the partition wall 25 between the first through holes 22 in the mixing element 21 can be configured to be inclined.
  • the partition wall 25C extending in the circumferential direction in the mixing elements 21g and 21h is inclined so as to spread toward the outer periphery, and the partition wall 25R extending in the radial direction is Inclined to one side in the left-right direction.
  • the cross-sectional shape of the partition walls 25R and 25C of the mixing elements 21g and 21h shown in FIG. 8 is a substantially elliptical shape, it may be a polygonal shape such as a quadrangle.
  • the mixing elements 21g and 21h having such inclined partition walls 25R and 25C can impart directionality to the flow of the fluid A inside the stirring bar 1 by the rotation of the stirring bar 1.
  • the fluid A can flow spirally downward or upward depending on the rotation direction of the stirring bar 1.
  • the first through holes 22 and the second through holes 23 in the plurality of mixing elements 21 stacked in the mixture 2 can be configured to have different sizes for each mixing element 21.
  • what has the 1st through-hole 22 larger as the lower layer side can be arrange
  • the passage resistance when the fluid A passes between the first through holes 22 adjacent to each other in the stacking direction inside the mixture 2 is reduced toward the lower layer side, so that the fluid A flows on the upper layer side inside the mixture 2.
  • the flow rate of the fluid A can be reduced and the flow rate of the fluid A flowing in the lower layer side can be increased.
  • the second through holes 23 in the stacked mixing elements 21m and 21n are mixed with the mixing elements 21m and 21n having the second through holes 23 having a larger diameter toward the lower layer side. It arrange
  • the mixed body 2 can be constituted by a single member provided with the first through hole 22 and the hollow portion 24 described above, not a laminate in which a plurality of mixing elements 21 are laminated. Such a one-member mixture 2 can be easily produced by, for example, a 3D printer apparatus.
  • the above-described hollow portion 24 may be provided in a porous member having continuous pores to be the first through holes 22.
  • the pedestal 3 includes the rod-shaped body 31 and the annular portion 32 in the embodiment, but the shape and the like are not particularly limited as long as the structure does not fall.
  • a pedestal 3a (FIG. 10 (a)) configured from an elliptical columnar rod-shaped body
  • a pedestal 3b (FIG. 10 (b)) configured from a flat prismatic rod-shaped body, an annular shape, for example.
  • Various forms such as a pedestal 3c (FIG. 10 (c)) configured from the wheel body and a pedestal 3d (FIG. 11) configured from a columnar columnar body can be employed.
  • the pedestals 3a and 3b are provided at both ends of the upper surface of the rod-like body, and the pedestal 3c shown in FIG. 10 (c) is provided at two locations in the diameter direction of the upper surface of the wheel body.
  • a raised portion (screw cylinder portion) 33 having a screw hole h for attaching the mixture 2 is provided, and a gap is formed between the mixture 2 and the pedestals 3a, 3b, 3c, and the flow of the fluid A below the mixture 2 Is not stagnating.
  • screw holes h for attaching the mixture 2 are provided at two positions at 180 degrees on the outer peripheral portion of the upper surface of the columnar body, and vertical holes 35 penetrating the upper and lower surfaces are provided at the center portion. I have to.
  • a structure having a structure in which a bar magnet can be accommodated in a rod-shaped body extending in the longitudinal direction as in the bases 3, 3a, 3b is a rod-shaped body.
  • a bar magnet may be accommodated horizontally inside.
  • the bar magnets may be accommodated horizontally in the lower part of the pedestal as long as the vertical holes 35 do not penetrate the lower surface. Further, support protrusions 34 as shown in FIGS.
  • 3B and 3C are provided on the bottom surfaces of the rod-shaped pedestals 3a and 3b, and the bottom surfaces of the wheel-shaped and columnar pedestals 3c and 3d are equally spaced.
  • Two or more support protrusions 36 are provided on the surface.
  • the mixture 2a is constituted by a tube body 7 that forms an open end on the upper side and the side, and the pedestal 3e It is constituted by the disc body 30 to be held.
  • the tube body 7 (mixed body 2a) and the disk body 30 (pedestal 3e) can be connected by various connecting means such as an uneven fitting structure or bonding with an adhesive.
  • the tube body 7 includes a vertical tube 71 that extends in the vertical direction, and four horizontal tubes 72 that are connected to the lower end of the vertical tube 71 and extend laterally.
  • the vertical tube 71 is disposed on the rotation axis S of the stirrer 1A, and the upper end opening thereof serves as the fluid A suction port 20 ⁇ .
  • the horizontal tubes 72 are arranged in a cross shape, and each side end opening serves as a discharge port 20 ⁇ for the fluid A.
  • the suction port 20 ⁇ is disposed at a position on the rotation axis S of the stirrer 1A, and the discharge port 20 ⁇ is located on the outer side of the rotation axis S from the suction port 20 ⁇ , that is, on the lateral outer side perpendicular to the rotation axis S. It is arranged at the position. Further, the vertical tube 71 and the horizontal tube 72 communicate with each other, and the inside forms a flow path for the fluid A. The horizontal tube 72 may be attached obliquely downward or diagonally upward with respect to the vertical tube 71.
  • the pedestal 3e accommodates stirring magnets 5a and 5b configured in the same manner as in the above-described embodiment at two positions at 180 degrees on the outer periphery of the disc body 30 (not shown). Further, similarly to the above-described embodiment, an arcuate support protrusion 34 that contacts the bottom surface of the container 6 is provided at the center of the lower surface of the disc body 30 (not shown). In addition, you may accommodate a bar magnet as a magnet for stirring so that both ends may be located in the 180 degree position of the base 3e.
  • the fluid A at the outer peripheral portion of the stirrer 1A is mixed by the flow being disturbed by the fluid A flowing out from the discharge port 20 ⁇ .
  • the fluid A at the upper center in the container 6 can be sucked from the suction port 20 ⁇ at the upper end opening of the stirrer 1A without flowing out, and can be discharged from the discharge port 20 ⁇ at the side end opening. Can be agitated and the time until the entire fluid A is uniformly mixed can be shortened.
  • the horizontal tube 72 may be formed in an I shape having openings (discharge ports 20 ⁇ ) at two lateral sides as in the tube body 7a of the stirring bar 1A-1 shown in FIG. Also, it is possible to configure various types of transverse tubes that are open at a plurality of positions on the side.
  • the stirrer 1 is constituted by a single pipe body having both ends opened as the mixture 2, and magnets 5a and 5b or magnetic bodies that receive a rotating magnetic field are provided at both ends of the pipe body. It can be configured.
  • the pipe body to be the mixture 2 is provided with an opening to be a fluid suction port 20 ⁇ on the upper surface in a horizontally placed state with the length direction being in the horizontal direction, and both end openings of the pipe body serve as discharge ports 20 ⁇ .
  • the magnets 5a, 5b or the magnetic body may be attached to the lower surface or the side surface of both ends of the pipe body, or the magnet 5a, 5b or the magnetic body is provided on the pedestal 3 so that the pedestal 3 is attached.
  • the stirring bar 1 can be formed to be elongated, for example, even a container having a narrow inlet can be used by being introduced into the container from the inlet of the container.
  • the tube body constituting the mixture 2a also has an upper end opening (suction port 20 ⁇ ) and a side end opening (discharge port 20 ⁇ ) as in the stirrers 1A-2 and 1A-3 shown in FIGS. ) And an L-shaped tube body 7b, and a plurality of the L-shaped tube bodies 7b may be used to assemble each of the vertical tube components back to back to form the mixture 2a.
  • the heights of the upper end openings (suction ports 20 ⁇ ) of the plurality of L-shaped tube bodies 7b may be the same, or as shown in FIGS. 13 (b) and 13 (c), respectively. You may make it arrange
  • each suction port 20 ⁇ is disposed not at a position on the rotation axis S of the stirrers 1A-2 and 1A-3 but at a position near the rotation axis S.
  • the mixture 2b has openings (20 ⁇ , 20 ⁇ ) on the upper surface and side surfaces, respectively, and each opening (20 ⁇ , 20 ⁇ ) is constituted by a cylindrical body 8 communicated by an internal flow path 81, and the pedestal 3 is constituted by a disc body 30 having the same outer diameter as the outer diameter of the cylindrical body 8.
  • the opening on the upper surface of the cylindrical body 8 is arranged at the center, and the opening on the upper surface serves as an inlet 20 ⁇ for the fluid A.
  • Four openings on the side surface of the cylindrical body 8 are arranged at equal intervals, and each opening on this side surface becomes the discharge port 20 ⁇ for the fluid A. Therefore, in this cylindrical body 8 (mixture 2a), the suction port 20 ⁇ is arranged at a position on the rotation axis S of the stirrer 1B, and the discharge port 20 ⁇ is located outside the rotation axis S from the suction port 20 ⁇ , that is, These are disposed at laterally outer positions orthogonal to the rotation axis S.
  • the cylindrical body 8 (mixture 2b) is provided with four internal flow paths 81 and discharge ports 20 ⁇ that extend laterally, but the present invention is not limited to this, and a plurality of internal flow channels 81 and discharge ports 20 ⁇ that extend laterally are provided. You may make it provide.
  • the internal flow path 81 extending laterally may be formed obliquely downward or diagonally upward with respect to the internal flow path 81 extending in the vertical direction from the suction port 20 ⁇ .
  • the pedestal 3e has a configuration similar to that of the other embodiment 1 (FIGS. 12 and 13).
  • the opening 20 ⁇ on the upper surface of the cylindrical body 8 may penetrate to the lower surface. This is because the fluid A can be sucked also from the lower surface of the cylindrical body 8 in this case.
  • the pedestal is the example using the pedestal 3d shown in FIG. 11, and the vertical hole 35 of the pedestal 3d is formed of the mixture 2b. It communicates with a through hole (vertical flow path of the internal flow path 81) in the cylindrical body 8 that becomes.
  • FIG. 8 When the cylindrical body 8 has an internal flow path 81 (a vertical flow path along the direction of the rotation axis S and a horizontal flow path perpendicular to the rotation axis S) communicating with the opening 20 ⁇ on the side surface, FIG.
  • the cylindrical body 8b can be divided by using an upper cylindrical body 8b-1 and a lower cylindrical body 8b-2 that can be divided vertically at the position of the internal flow path 81 (lateral flow path) as shown in FIG.
  • the internal channel 81 can be easily cleaned.
  • the stirrers 1B, 1B-1, 1B-2 of the other embodiment 2 described above include the pedestals 3d and 3e separately from the mixture 2b, but the mixture 2b has an integral structure with the pedestals 3d and 3e. It may be a cylindrical body. In other words, the mixture 2b that also serves as the pedestals 3d and 3e may be formed of the cylindrical body 8, and the cylindrical body 8 may contain a stirring magnet.
  • a cylindrical, ring-shaped, or square-shaped magnet is used for stirring. It can be accommodated in the cylindrical body 8c as the magnet 5 (FIG. 15A is an example of the square magnets 5a and 5b). Further, as in the case of the stirrer 1B-4 shown in FIG. 15B, if the opening on the upper surface of the cylindrical body 8c does not penetrate to the lower surface, a bar magnet is used as the stirring magnet 5 in addition to the magnet. 8 can be accommodated.
  • the mixture 2c includes a disc-shaped annular plate 91 having a through-hole in the center and other discs 92. It is composed of a structure 9 connected by a connection wall 93, has openings (20 ⁇ , 20 ⁇ ) on the upper surface and side surfaces, and the pedestal 3e has a disk body 30 having the same outer diameter as the outer diameter of the structure 9. It is comprised by. Also with this configuration, the outer peripheral end of the gap 90 between the annular plate 91 and the circular plate 92 separated by the plurality of connection walls 93 serves as the discharge port 20 ⁇ for the fluid A.
  • the fluid A inside the container 6 can be agitated by sucking the fluid A from the upper opening (suction port 20 ⁇ ) and discharging it from the side opening (discharge port 20 ⁇ ).
  • the structure 9 as the mixture 2c is provided with four connection walls 93 for connecting the annular plate 91 and the circular plate 92, but is not limited to this, and may be smaller or larger than four. Further, like the stirring bar 1C-1 shown in FIG. 16B, the connection wall 93 may have an involute shape (non-linear shape) in plan view.
  • the mixture 2c may be a structure 9b in which a tubular suction tube 94 is connected to an annular plate 91 as shown in FIG.
  • the opening at one end of the suction tube 94 connected to the annular plate 91 opens to the upper surface and becomes the suction port 20 ⁇ for the fluid A.
  • the suction tube 94 may have a trumpet shape (not shown).
  • the base 3f is configured by fitting a rod-shaped stirrer 302 into a support base (holding body) 301 in a fitting manner.
  • the “bar-shaped stirrer 302” can be constituted by, for example, a rotor that holds a magnet or a magnetic body.
  • This pedestal 3f is provided with mounting holes 303 at two positions 180 degrees on the inner side surface of the support base 301 formed in an annular shape, and both ends of the bar-shaped stirrer 302 are fitted into each mounting hole 303 and fixed. Constitute.
  • Screw holes h are provided at two locations in the diameter direction on the upper surface of the support base 301, and the mixture 2 is attached by screwing screws 11 inserted into the mixture 2 into these screw holes h.
  • the stirrer provided with the mixture 2 can be easily configured using the existing bar-shaped stirrer 302.
  • a concave groove 304 that is continuous in the circumferential direction is formed on the inner surface of the support base 301, as shown in FIG. It can also be easily fitted.
  • the support base 300 may be formed in a disc shape, and the rod-shaped stirrer 302 may be fitted and fixed in the fitting groove 305 provided on the bottom surface of the disc.
  • the screw hole h of the screw 11 which attaches the mixture 2 is provided in the upper surface of each support stand 301,300 shown to FIG.17 (b) (c).
  • the support base 301 is formed in an annular shape, and elongated holes 306 extending in the circumferential direction are provided at two positions 180 degrees on the inner surface.
  • the pedestal 3i is configured by fitting and fixing both end portions of the rod-shaped stirrer 302 in the respective long holes 306.
  • a gap that connects the inner diameter side and the outer diameter side of the support base 301 is formed in the long hole 306 into which the bar-shaped stirrer 302 is fitted, so that the centrifugal force that acts on the stirrer 1D through this gap is formed.
  • the fluid A on the inner diameter side of the support base 301 can be caused to flow toward the outer diameter side of the support base 301 so that the fluid A does not stay on the inner diameter side of the support base 301.
  • a notch 307 is provided at an opposing portion between the two opposing long holes 306. These notches 307 can also prevent the fluid A from staying on the inner diameter side of the support base 301.
  • screw holes h of screws 11 for attaching the mixture 2 are provided at two locations in the diameter direction.
  • the stirrer 1E of the fifth embodiment is configured by fitting the stirring magnets 5a and 5b in a fitting manner.
  • the fitting grooves 801 for fitting and fixing the stirring magnets 5a and 5b are provided at two positions in the diameter direction of the lower surface of the cylindrical body 8d constituting the stirring bar 1E.
  • the stirring bar 1E can be comprised simply.
  • the magnetic force of the stirrer 1E can be easily adjusted, for example, by selecting and using the stirring magnets 5a and 5b having different magnetic forces according to the purpose and application.
  • the stirring magnets 5a and 5b coated with resin it is preferable to use the stirring magnets 5a and 5b coated with resin.
  • the cylindrical body 8d is made of a fluororesin
  • the stirring magnets 5a and 5b are also covered with the fluororesin.
  • the shape of the stirring magnets 5a and 5b is not limited to the square shape as shown in FIG. 19, and various shapes such as a cylindrical shape can be used.
  • the cylindrical body 8d has substantially the same configuration as that of the cylindrical body 8c shown in FIG. 15A as the structure of the mixture 2b, but is not limited to this, and various types of mixture structures can be used. .
  • the cylindrical body 8d also has the function of the pedestal 3 including the stirring magnets 5a and 5b, and integrally includes the functions of the mixed body 2b and the pedestal 3, but the mixed body 2b and the pedestal 3 are assembled. It is good also as a structure which is comprised separately so that the fitting groove
  • the stirring magnets 5a and 5b are not limited to two, but are composed of one bar magnet, and the cylindrical body 8d has a fitting groove in which the bar magnet can be fitted and fixed in a sideways state. It may be configured to be provided.
  • the retaining magnets 5a and 5b may each be provided with a retaining ring having an annular shape or the like, and each retaining ring may be fitted and fixed to the end of the tube body 7 as shown in FIG.
  • the stirring magnets 5a and 5b provided with the retaining ring may be provided in the four horizontal tubes 72, or may be provided only in the two opposing horizontal tubes 72.
  • the stirring bar 1A is constituted by the tube body 7 and stirring magnets 5a and 5b with holding rings, and the pedestal 3e is unnecessary.
  • a configuration may be adopted in which the stirrer magnets 5a and 5b with retaining rings are fitted and fixed to both ends of the tube body 7a as shown in FIG.
  • the mixture portion in the above embodiment is directly connected to a motor to form a mixture that stirs the fluid in the container. That is, a mixture (see FIGS. 2, 6, 7, 8, 9, etc.) for agitating a fluid contained in a container by rotating about a rotation axis, the mixture Are provided with a fluid suction port and a discharge port, and the mixture is provided with one or more holes connecting the suction port and the discharge port. An axial position or a position closer to the rotational axis than the discharge port is disposed, and the discharge port is positioned outside the rotational axis from the suction port (for example, a radially outer side orthogonal to the rotational axis). (Position).
  • a mixture for agitating the fluid contained in the container by rotating about the rotation axis, the mixture comprising: Or having two or more flow paths, wherein one end side opening of the flow path forms a fluid suction port, the other end side opening of the flow path forms a fluid discharge port, and the suction port is configured to rotate the rotation
  • the discharge port is disposed at a position on an axis line or a position close to the rotation axis line, and the discharge port is disposed at a position outside the rotation axis line with respect to the suction port (for example, a position outside in the radial direction perpendicular to the rotation axis line). It is set as the structure which has.
  • a stirring apparatus provided with the above mixture can be comprised.
  • the stirring device in the stirring device shown in FIG. 1, the shaft portion 44 of the motor 45 may be directly connected to the mixture through the upper surface of the device main body 41 and the bottom surface of the container 6.
  • the shaft portion of the motor of the magnetic stirrer 4 is directly connected to the mixture through the device main body and the upper plane of the lid 6a.
  • the rotating magnetic field generator 42, the stirring magnets 5a and 5b, or the base 3 can be omitted.
  • a predetermined sealing mechanism is provided between the shaft portion 44 and the bottom surface of the container 6.
  • the fluid A in the central portion of the container 6 at the center of rotation is rapidly stirred as in the above-described embodiments, and the entire fluid A is efficiently stirred.
  • the time until the entire fluid A in the container 6 is uniformly stirred can be made very short.
  • the decolorization experiment used an iodine decolorization reaction. Specifically, a beaker (container 6) containing an iodine solution (fluid A) is placed on the magnetic stirrer 4, and the stirrer 1 of the example is placed on the bottom of the beaker to stir the iodine solution. The decolorization time from the addition of the aqueous sodium thiosulfate solution to the stirring iodine solution until the iodine solution became transparent was measured.
  • the time until decolorization can be regarded as the time during which the aqueous sodium thiosulfate solution is uniformly mixed with the iodine solution, that is, the time during which the entire fluid A is uniformly mixed.
  • the stirring effect of the stirring bar was verified from the length of time.
  • the stirrer 1 of Example 1 is shown in FIG. 20 (a), and the mixture 2 has a structure as shown in FIG. 2 (two first through holes 22 of the mixing elements 21a and 21b in the radial direction).
  • the pedestal 3 has a disk structure in which two screw cylinders 33 are provided on the upper surface of the disk body 30 in FIG.
  • the specification size of the stirring bar 1 of Example 1 is as follows.
  • the pedestal 3 has a disk portion with a diameter (outer diameter) of 40 mm and a height of 14 mm, and there is a gap of 5 mm with the mixture 2.
  • the mixed body 2 is composed of two mixed elements 21a each having a height of 1 mm, and one set of two mixed elements 21b each having a height of 3 mm. It consists of a laminate (12 mixing elements are used in total) laminated one by one, and the diameter (outer diameter) is 37.5 mm, the inner diameter of the hollow part is 19 mm, and the height is 12 mm.
  • the stirrer 1 of Example 2 is shown in FIG. 20B, and the mixture 2 has a structure as shown in FIG. 2 (the first through holes 22 of the mixing elements 21a and 21b are three in the radial direction).
  • the pedestal 3 has a disk structure that is reduced in weight by providing three screw holes h on the upper surface of the disk body 30 in FIG. It is.
  • the mixture 2 was attached to the pedestal 3 so as to form a space between the pedestal 3 and the mixture 2.
  • the specification size of the stirring bar 1 of this Example 2 is as follows.
  • the pedestal 3 has a disk portion with a diameter (outer diameter) of 60 mm and a height of 15 mm, and there is a gap of 20 mm with the mixture 2.
  • the mixed body 2 is composed of three mixing elements 21a each having a height of 1 mm, and three sets of mixing elements 21b each having a height of 3 mm. It is composed of a laminate of three layers (a total of 18 mixing elements are used), with a diameter (outer diameter) of 54 mm, a hollow portion inner diameter of 27 mm, and a height of 18 mm. In addition, the space between the mixture 2 and the base 3 is 20 mm high.
  • the stirrer of Comparative Example 1 has a substantially cylindrical shape with a length of 60 mm and a width (diameter) of 8 mm.
  • a stirrer (trade name “Crosshead Rotator Double” manufactured by As One Co., Ltd.) having protrusions arranged in a cross shape on the upper and lower surfaces of the disk shown in the photograph of FIG.
  • the stirrer of Comparative Example 2 has a substantially disk shape with a diameter of 40 mm, a height of 14 mm (a disk thickness of 5.6 mm, and a height of each of the upper and lower protrusions of 4.2 mm).
  • the stirring bar of Comparative Example 2 required 70 seconds. That is, according to the stirrer 1 of the present embodiment, the entire fluid A can be uniformly mixed, and can be completed in a short time of 1 / 3.5 or less compared to the stirrer of the comparative example. Performance and high mixing performance.
  • Example 1 and Example 2 the state of stirring was observed as shown in the photographs (Example 1 and Example 2) of FIG. That is, in the stirrer 1 of Example 1 and Example 2, the solution in the beaker changed entirely transparent from the bottom to the top of the beaker. This is because the stirrer 1 flows so that the solution at the center upper part in the beaker is sucked into the hollow part from the upper part of the mixture 2, mixed inside the mixture 2, and discharged to the outer peripheral side of the mixture 2. It can be seen that the fluid A is being stirred.

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Abstract

容器内部の流体を効率的に迅速に撹拌することを可能とする撹拌子、撹拌装置、撹拌方法及び撹拌子の組み立て方法を提供する。 撹拌子1は、容器6内に収容された流体Aを撹拌するものである。撹拌子1は、回転軸線Sを中心に回転することにより流体Aを撹拌する混合体2と、前記混合体2を回転させる回転磁場を受ける磁石5a,5b又は磁性体とを備える。前記混合体2の表面には、流体Aの吸入口20α及び吐出口20βが設けられ、前記混合体2の内部には、前記吸入口20αと前記吐出口20βを繋ぐ1又は2以上の孔22が設けられ、前記吸入口20αは、前記回転軸線S上の位置又は前記吐出口20βよりも前記回転軸線Sに近い位置に配置され、前記吐出口20βは、前記吸入口20αよりも前記回転軸線Sより外側の位置に配置されている。

Description

撹拌子、撹拌装置、撹拌方法、細胞培養方法、反応促進方法、及び撹拌子の組み立て方法
 本発明は、容器内に収容された流体を撹拌する撹拌子、撹拌装置、撹拌方法、細胞培養方法、反応促進方法、及び撹拌子の組み立て方法に関する。
 従来、容器内に収容された流体を撹拌するには、マグネチックスターラーと撹拌子とを組み合わせたものが知られている(特許文献1、特許文献2)。撹拌子は、容器内の底部に沈めて配置され、マグネチックスターラーからの回転磁力を受けて回転することにより容器内の流体を撹拌させる。この撹拌子としては、棒状又はクロス状の突起を備える円板状等に形成されて端部に磁石を備えた回転体、あるいは回転体上に撹拌羽根を設けたもの(特許文献1)があった。
特開2007-136443号公報 特開2006-150221号公報
 しかしながら、従来の撹拌子では、容器内の流体を撹拌するためには、接線方向の速度が小さい撹拌子中央の上部にある流体が撹拌され難いという問題があった。これは、容器外周部の流体は、撹拌子端部から伝達される回転による力が大きいため、流体の流れによる乱れが大きく撹拌されやすいが、容器中央部の流体は、撹拌子中央部から伝達される回転による力が小さいため、流体の流れによる乱れが小さく撹拌され難いからである。また、容器内の上下方向では、流体の粘性により撹拌子から伝達される力は、撹拌子に近い底部側ほど大きく、上部側ほど小さい。その結果、容器内の流体は、容器底部の外周部が最も早く撹拌され、容器上部の中央部が最も遅く撹拌される。以上により、従来の撹拌子では、容器内における流体の撹拌は、容器外周部から容器中央部へと進み、また、容器底部から容器上部へと進む。そのため、容器内の流体全体が均一に撹拌されるには比較的長い時間を要していた。
 本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、容器内の流体を効率的に迅速に撹拌することを可能とする撹拌子、撹拌装置、撹拌方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前記撹拌子による細胞培養方法、反応促進方法、及び撹拌子の組み立て方法を提供することを目的とする。
 本発明に係る撹拌子は、
 容器内に収容された流体を撹拌するための撹拌子であって、
 回転軸線を中心に回転することにより流体を撹拌する混合体と、前記混合体を回転させる回転磁場を受ける磁石とを備え、
 前記混合体の表面には、流体の吸入口及び吐出口が設けられ、
 前記混合体の内部には、前記吸入口と前記吐出口を繋ぐ1又は2以上の孔が設けられ、
 前記吸入口は、前記回転軸線上の位置又は前記吐出口よりも前記回転軸線に近い位置に配置され、
 前記吐出口は、前記吸入口よりも前記回転軸線より外側の位置に配置されている。
 上記構成より、容器内に配置した撹拌子を回転させると、回転による力により混合体内部の流体は吐出口から外部へ流出させられる。そうすると、容器内の中央上部付近の流体が、混合体の吸入口から混合体内に吸い込まれる。これにより、撹拌子の外周部の流体は、吐出口から流出される流体によって流れを乱されることにより混合される。以上により、容器内の中央上部の流体を停滞させずに混合体の吸入口から吸い込ませ、吐出口から流出させることができるので、流体を効率的に撹拌することができ、容器内の流体全体を均一に混合するまでの時間を短くすることができる。
 また、本発明に係る撹拌装置は、
 前記撹拌子と、
 前記撹拌子を回転させる回転磁場を発生させる回転磁場発生手段とを備える構成とすることができる。
 さらに、本発明に係る撹拌方法は、
 前記撹拌子を容器底部に配置し、当該撹拌子を流体を収容する容器内の底部中央で回転させ、当該撹拌子がその吸入口から容器内の中央上部の流体を吸い込み、当該撹拌子内部に流体を流通させ、当該撹拌子の吐出口から容器内の外周部へ流出させて流体を撹拌する方法とすることができる。
 また、本発明は、容器内の流体を細胞培養液とし、前記撹拌子により細胞培養液を撹拌する細胞培養方法、または、容器内の流体を反応溶液とし、前記撹拌子により反応溶液を撹拌して反応を促進する反応促進方法として提供することができる。
 また、本発明に係る撹拌子の組み立て方法は、
 前記混合体を形成する工程と、
 前記混合体を前記磁石又は前記磁性体を有する台座に固定する工程とを備え、
 前記混合体を形成する工程は、複数の混合エレメントの各々を揃えて積層させて混合体とする工程を有し、
 前記混合体を前記台座に固定する工程は、前記混合体を固定手段により積層方向に貫通させて前記台座に固定する工程を有する。
 本発明によれば、容器の上下方向に大きな流体の流れが発生するので、容器内の流体を迅速に混合することができる。従って、流体の混合時間を短くすることができる。
実施形態による撹拌子を用いた撹拌装置を示す断面図である。 撹拌子を示す斜視図及び側面図である。 台座を示す斜視図及び側面図である。 混合体を構成する混合エレメントの構成を示す平面図である。 混合体内部の流体の流動状態を示す平面図及び断面図である。 混合体の変形例1における混合エレメントの構成を示す平面図である。 混合体の変形例2における混合エレメントの斜視図及び流体の流動状態を示す断面図である。 混合体の変形例3における混合エレメントの斜視図及び混合エレメントの断面形状を示す一部断面図である。 混合体の変形例4として、各々の混合体の断面図である。 台座の変形例として、各々の台座の斜視図である。 台座の変形例として、他の例の台座の斜視図及び平面図である。 他の実施形態1による撹拌子の斜視図である。 他の実施形態1として、別の例の撹拌子を示す斜視図である。 他の実施形態2による撹拌子の斜視図である。 他の実施形態2として、別の例の撹拌子を示す斜視図である。 他の実施形態3の撹拌子を示す斜視図である。 他の実施形態4の撹拌子の例を示す斜視図である。 他の実施形態4の撹拌子の例を示す斜視図である。 他の実施形態5の撹拌子を示す斜視図である。 実施例及び比較例に使用した撹拌子を示す写真である。 実施例1,2の撹拌の様子を示す写真である。 比較例1,2の撹拌の様子を示す写真である。
 以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。
 なお、本明細書において記載する方向として、「積層方向」とは、撹拌子1(混合体2、台座3を含む。)の回転軸方向や上下方向等と同義であり、「延在方向」とは、積層方向と直交する方向、混合エレメント21の半径方向や周方向等と同義である。
 図1に示す撹拌装置は、本発明の一実施形態の撹拌子1と、撹拌子1を回転させるための回転磁場を発生させるマグネチックスターラー4とを備えている。
 撹拌子1は、ビーカー等の容器6内に配置され、この容器6を載置したマグネチックスターラー4からの回転磁場を受けて回転させられて、容器6内に収容する試料等の流体Aを撹拌するものである。なお、本発明は、撹拌子1がビーカー等の容器6内に配置されて実験等の利用に供されることに限らず、各種原料等の流体Aを収容するタンク等の容器6内に配置されて商業的利用に供されることも含む。撹拌子1は、図2(a)(b)も参照して、回転軸線Sを中心に回転することにより流体Aを撹拌する混合体2と、混合体2を支持するとともに回転磁場を受ける撹拌用磁石5a,5bを内蔵する台座3とを備えている。なお、撹拌用磁石5a,5bは、永久磁石が用いられるが、これに代えて磁性体を用いてもよい(本実施形態以外の実施形態でも同様である。)。
 台座3は、図3(a)(b)に示すように、横置きにされる角柱状の棒状体31を備えている。棒状体31の上面両端部には、それぞれ、混合体2を取り付け固定するためのネジ筒部33が設けられている。また、棒状体31の両端部には、それぞれ、マグネチックスターラー4からの回転磁場を受ける撹拌用磁石5a,5bが収容されている。各撹拌用磁石5a,5bは、着磁方向が棒状体31の長手方向と直交する上下方向を向くように配置され、且つ各撹拌用磁石5a,5bの磁極の位置が互いに逆位置となるように配置されている。すなわち、図1に示すように、棒状体31の横置き状態では、例えば、一方の撹拌用磁石5aのN極が下面側に配置されている場合には、他方の撹拌用磁石5bの下面側にS極が配置される。撹拌用磁石5a,5bとしては、円柱型、リング型、または角型磁石を使用することができるが、棒状体31の長手方向にわたって収容されるような大きさの棒磁石を棒状体31内部に収容してもよい。
 また、棒状体31には、撹拌子1の転倒防止用の円環部32が設けられている。円環部32は、棒状体31の下面と面一となるように棒状体31の両端部に連設されている。棒状体31の下面中央部には、容器6の底面と接触する円弧状の支持突起34が突設されている。これにより、撹拌子1は、支持突起34が回転中心となるため、回転時にほとんど移動せずに撹拌子1が支持される。そのため、撹拌子1と容器6底面との摩擦抵抗が非常に小さくなり、撹拌子1をスムーズに回転させることができる。
 なお、円環部32の下面(棒状体31の連設部分も含む。)には、支持突起34の突出高さ以下で、円弧状の安定化突起を等間隔に2以上設けるようにしてもよい。この場合、回転時に支持突起34で支持されている撹拌子1の姿勢が混合体2の重み等で斜めに傾いても、安定化突起が容器6の底面に接触して安定した姿勢に保つことができる。また、図3(c)に示すように、支持突起34が棒状体31の下面全体にわたって形成されていてもよい。
 混合体2は、図2(a)(b)に示すように、略円板形状の混合エレメント21を複数枚(ここでは10枚)積層した積層物により構成されており、積層した混合エレメント21を外周部の180度位置の2ヶ所に設けるボルト孔h1(図4参照)にボルト11(固定手段)を挿通させることにより、台座3のネジ筒部33にそれぞれ締め付けて台座3に固定される。これにより、積層した複数の混合エレメント21が分解可能に一体化された混合体2を容易に構成するとともに台座3に固定される。また、複数の混合エレメント21が個々に分解可能に構成することにより、各混合エレメント21に分解して混合エレメント21(後述の第1の貫通孔22、第2の貫通孔23等)に残存した残留物や異物の除去のような洗浄作業を容易に行うことができる。なお、複数の混合エレメント21を一体化する構造や混合体2の台座3への取付け構造としては、ボルト11による固定に限らず、凹凸の嵌め合い構造等のような分解可能な取付け構造としてもよい。
 混合体2は、図4に示すように、2種類の混合エレメント21a,21bを交互に積層して構成されており、これら2種類の混合エレメント21a,21bは、それぞれ、厚さ方向に貫通する第1の貫通孔22を複数有している。なお、図2に示す混合エレメント21a,21bは、図4に示すものとは周方向及び半径方向の仕切壁の数が異なるが、それ以外の構造は共通するものである。複数の第1の貫通孔22は、略円板形状の混合エレメント21a,21bの延在方向に延びる延在面に沿って設けられている。混合エレメント21a,21bの中央部には、第1の貫通孔22よりも開口面積が大きい第2の貫通孔23を有している。第2の貫通孔23は、略円形状に形成されており、混合エレメント21a,21bが積層されることにより、混合体2には、各第2の貫通孔23が連通した円筒状の中空部24が形成される。この中空部24の上部開口が流体Aの吸入口20αを構成する。中空部24の中心軸線は、撹拌子1の回転軸線Sと一致する。従って、吸入口20αは、回転軸線S上の位置に配置されている。
 また、第1の貫通孔22は、平面視略矩形状に形成されており、第2の貫通孔23の中心点を中心に同心円状に配設されている。第1の貫通孔22は、千鳥状に配置され、2種類の混合エレメント21a,21bでは、第1の貫通孔22の配列パターン自体を異ならせている。一方の混合エレメント21aは、第1の貫通孔22が第2の貫通孔23の内周面では閉じられ、外周面では開放されているが、他方の混合エレメント21bは、第1の貫通孔22が第2の貫通孔23の内周面では開放され、外周面では閉じられている。混合エレメント21aの外周面に開放された第1の貫通孔22の各々が流体Aの吐出口20βを構成する。従って、吐出口20βは、中空部24の上端開口である吸入口20αよりも回転軸線Sより外側の位置(例えば、回転軸線Sに直交する半径方向外側の位置)に配置されている。
 第1の貫通孔22の大きさは、混合エレメント21a,21bの同一円周方向では同じ大きさに形成され、混合エレメント21a,21bの半径方向外側に向かうに従い大きくなるように形成されている。また、2種類の混合エレメント21a,21bの重なり状態では、第1の貫通孔22が相互に重なり合った部分の面積は、円周方向において均等となっている。
 そして、混合体2において隣接する混合エレメント21a,21bの各々の第1の貫通孔22は、半径方向及び円周方向に部分的にずれて重なり合うように配置され、混合エレメント21a,21bの積層方向及び延在方向に連通されている。換言すれば、混合エレメント21a,21bの半径方向と円周方向とのそれぞれに延びる第1の貫通孔22間の仕切壁が、隣接する混合エレメント21a,21b相互間において位置を違えて配置されている。従って、混合体2内部は、流体Aを隣接する混合エレメント21a,21bの第1の貫通孔22間に順次通り抜けさせて、混合エレメント21a,21bの積層方向及び延在方向のそれぞれにおいて分割するように構成されている。このように、混合体2内部の複数の第1の貫通孔22は、吸入口20αとなる中空部24の上部開口と吐出口20βとなる混合エレメント21aの外周面に開放する第1の貫通孔22との間を繋ぐための複数の「流路」を構成している。
 混合体2を構成する混合エレメント21a,21bや台座3は、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂等の樹脂から作製されたものであるが、セラミック、金属等で作製されたものでもよい。混合エレメント21a,21bや台座3を樹脂製とすることにより、樹脂成形により混合エレメント21a,21bや台座3を容易に且つ安価に製造することができる。また、混合エレメント21a,21bや台座3がフッ素系樹脂以外の樹脂で作製されている場合は、コーティング等により表面層をフッ素系樹脂により形成してもよい。この場合、耐薬品性が向上し、化学薬品等の混合を行う分野にも好ましく使用することができる。
 以上の撹拌子1の組み立て方法として、混合体2を形成する工程と、混合体2を台座3に固定する工程とを備える。
 混合体2を形成する工程は、複数の混合エレメント21a,21bを周方向の所定位置に揃えて交互に積層させて混合体2とする。この場合、各混合エレメント21a,21bには、ボルト11(固定手段)を貫通させるボルト孔h1(図4参照)が外周部の2ヶ所に設けられているので、各混合エレメント21a,21bは、ボルト11に外周部のボルト孔h1を挿通させるようにして積層させることで、周方向所定位置に簡単に揃えることができる。なお、混合エレメント21a,21bのボルト孔h1が中心により近い位置、又は中心部に設けられたもののような場合は、治具などを外周部に当てがって周方向所定位置に効率良く揃えるようにすることができる。そして、混合体2を台座3に固定する工程は、複数の混合エレメント21a,21bを積層した混合体2をボルト11により積層方向に貫通させて、このボルト11を台座3のネジ穴hに螺合させて固定する。以上の工程により、複数の混合エレメント21a,21bが周方向所定位置に揃えられて積層した混合体2が形成されるととともに、台座3への取り付けが完了するから、撹拌子1の組み立てを効率よく行うことができる。
 一方、マグネチックスターラー4は、図1に示すように、上面が水平な本体41と、本体41の内部に配置された回転磁場発生部42とを備えている。回転磁場発生部42は、水平方向に延びる板状の駆動用回転体43と、駆動用回転体43の上面両端部のそれぞれに設ける駆動用磁石46a,46bとを備えている。各駆動用磁石46a,46bは、着磁方向が駆動用回転体43の延在面(水平面)に垂直な方向(上下方向)を向くように配置され、且つ磁極(N極、S極)の位置が互いに逆位置となるように配置されている。駆動用回転体43の下面中心部には、軸部44を介してモータ45が連結され、このモータ45の回転駆動により、駆動用回転体43及び2個の駆動用磁石46a,46bを水平方向に回転させて本体41上面上に回転磁場を発生させる。
 次に、以上の構成の撹拌子1を用いた流体Aの撹拌方法を説明する。
 図1のように、マグネチックスターラー4の本体41上面に流体Aが収容された容器6を載置して、容器6内の底面に撹拌子1を配置させて、駆動用磁石46a,46bから発生する磁場に撹拌子1の台座3の撹拌用磁石5a,5bを吸引させる。そして、マグネチックスターラー4のモータ45を駆動させて回転させることにより、容器6内で撹拌子1が回転させられる。この場合、撹拌子1は所定位置で自転しているが、回転磁場発生部42を公転させる等して撹拌子1を自転させながら公転させるようにしてもよい(他の実施形態でも同様である。)。
 この撹拌子1の回転により、混合体2内部に保持されている流体Aは遠心力を受けて混合体2外周部方向へ流通し、混合体2の外周面に開く混合エレメント21aの第1の貫通孔22から混合体2外部へ流出する。一方、容器6内の流体Aは、混合体2を配置する中央下部に向かって渦状に回転流動しながら、混合体2の上部から中空部24の上部開口である吸入口20αを通じて中空部24内に流入する。中空部24内に流入した流体Aは、さらに撹拌子1に作用する遠心力(この場合、撹拌子1の回転による力を含む。以下同様である。)を受け、中空部24の内周面に開く混合エレメント21bの第1の貫通孔22から混合体2内部に流入する。そして流体Aは、流入場所の第1の貫通孔22から当該第1の貫通孔22に連通する他の第1の貫通孔22を通り抜け、さらに、他の第1の貫通孔22に連通する第1の貫通孔22を通り抜けるという具合に混合体2内部を流通する。
 この場合、混合体2内部を流通する流体Aは、図5(a)に示すように、混合エレメント21a,21bの複数の第1の貫通孔22を通り抜けて内周部から外周部に向かって略放射状に流通し、この際、流体Aは、混合エレメント21a,21bの延在方向に分割され、合流する。
 また、混合体2は、混合エレメント21a,21bを積層方向に複数層備え、積層方向に連通する各第1の貫通孔22により流体Aを混合エレメント21a,21bの積層方向にも流通させる複数の流路が形成されている。従って、混合体2内部の流体Aは、第1の貫通孔22を通り抜ける際に、図5(b)に示すように、混合エレメント21a,21bの積層方向にも流通し、この際、流体Aは、混合エレメント21a,21bの積層方向にも分割され、合流する。なお、図2に示す混合エレメント21a,21bは、図5に示すものとは周方向及び半径方向の仕切壁の数が異なるが、機能として異なるものではない。
 こうして、混合体2内部における流体Aの流動は、混合エレメント21a,21bの延在方向への平面的すなわち二次元的な分割と合流だけではなく、混合エレメント21a,21bの積層方向にも広がりをもった三次元的に分割と合流が行われる。このような三次元的な流動により、流体Aは、分割、合流等を繰り返して高度に混合される。混合エレメント21a,21bを1枚ずつ積層した場合には、平面的・二次元的な分割と合流が行われるが、この場合でも、流体Aは、分割、合流等を繰り返して混合される。
 ところで、従来のような、棒状やクロス状等の回転体からなる撹拌子では、回転の中心付近である撹拌子の中央部では回転のエネルギーが小さい。また、回転体上に撹拌羽根を設けた撹拌子(特許文献1)が、容器6内の上部の流体Aに大きな回転力を付与するとしても、依然として、回転の中心付近である撹拌子の中央部では回転のエネルギーが小さい。そのため、これら従来の撹拌子では、容器6内の中央部の流体A、特に撹拌子から離れた容器6内の中央上部の流体Aは、小さい範囲で半径方向に回転しているに過ぎない。従って、容器6内の中央上部の流体Aがその他の部分と撹拌され、最終的に容器6内の流体Aが全体的に均一に撹拌されるまでに長時間を要していた。
 これに対して、本実施形態の撹拌子1では、混合体2中央部において回転軸線S方向に貫通する中空部24を備えている。そのため、容器6内の中央上部の流体Aは、混合体2の上部から中空部24内に吸い込まれて混合体2内部で高度に混合されることにより迅速に撹拌される。
 この混合体2の中空部24は、第1の貫通孔22より開口面積の大きい第2の貫通孔23の積層によって形成され、第1の貫通孔22に対して十分大きく開口している。それゆえ、中空部24へ流体Aが流入する際の流動抵抗は、混合体2上面に開口する第1の貫通孔22に比べて小さい。また、混合体2の中空部24は、容器6内の中央部に位置する。従って、撹拌子1の回転により、この中空部24と対向する容器6内の中央上部の流体Aを滞らせることなく吸入口20αを経て中空部24内に容易に吸い込ませることができる。そして、中空部24内に吸い込まれた流体Aは、混合体2の回転による遠心力を受け、混合体2内部へ流入して各第1の貫通孔22を通過することで、上述したように、混合エレメント21a,21bの積層方向及び延在方向へそれぞれ分割と合流を繰り返して高度に混合される。
 なお、混合体2の中空部24は、必ずしも容器6内の中央部に位置する必要はなく、撹拌子1の中心部の位置を容器6の中心部から外すことにより、混合体2の中空部24が容器6内の中央部から外れていてもよい。
 以上より、このような混合体2を備える撹拌子1によれば、回転中心にある容器6内中央部の流体Aをも迅速に撹拌し、流体A全体を効率よく撹拌することができ、その結果、容器6内の流体A全体を均一に撹拌するまでの時間を非常に短くすることができる。
 なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で様々な変更を施すことが可能であり、例えば、以下のように変形することが可能である。
(混合体2の変形例1)
 混合エレメント21の第1の貫通孔22は、混合エレメント21の延在方向において非線形状に配列することができる。
 例えば、図6に示すように、混合エレメント21c,21dは、第1の貫通孔22の間の仕切壁25R,25Cのうち中央部から外周に向かう仕切壁25Rが一方向側に湾曲する略インボリュート曲線状に形成され、これらの仕切壁25R間を周方向に連続して延びる仕切壁25Cで区画するように連結した形状とする。なお、周方向に延びる仕切壁25Cは、混合エレメント21c,21dの中心点を中心とする同心円状に形成されている。
 このように第1の貫通孔22をインボリュート状(非線形状)に配置することによって、直線状に配置する場合よりも流体が混合体2を流通する際の流動抵抗を小さくすることができる。
(混合体2の変形例2)
 混合エレメント21における第1の貫通孔22間の仕切壁は、断面方向視においてエッジを有しない曲線形状とすることができる。
 例えば、図7(a)(b)に示すように、混合エレメント21e,21fにおける半径方向に延びる仕切壁25Rと周方向に延びる仕切壁25Cの断面形状は、縦長の略楕円形とする。
 このような断面形状の仕切壁25R,25Cを有する混合エレメント21e,21f内での流体Aの流動は、仕切壁の外面において断面方向視で方形状等のエッジを有するものと比べて、流体Aの衝突時の衝撃を和らげることができる。例えば、酵母等による発酵食品の製造、液体高密度培養等の細胞培養の分野においては、酵母や細胞等の物質を含む流体Aを均一に撹拌する際、酵母や細胞等の物質が仕切壁と衝突してもその衝撃が抑えられ、当該物質を傷付けずに良好な撹拌を行うことができる。
(混合体2の変形例3)
 混合エレメント21における第1の貫通孔22間の仕切壁25は、傾斜した構成とすることができる。
 例えば、図8(a)(b)に示したように、混合エレメント21g,21hにおける円周方向に延びる仕切壁25Cは、上方ほど外周に広がるように傾斜し、半径方向に延びる仕切壁25Rは、左右方向における一方に傾斜している。なお、図8に示す混合エレメント21g,21hの仕切壁25R,25Cの断面形状は、略楕円形であるが、四角形等の多角形状であってもよい。
 このような傾斜した仕切壁25R,25Cを有する混合エレメント21g,21hにより、撹拌子1の回転により撹拌子1の内部の流体Aの流れに方向性を持たせることができる。図8のものでは、撹拌子1の回転方向によって流体Aを下方または上方へ螺旋状に流動させることができる。
(混合体2の変形例4)
 混合体2において積層した複数の混合エレメント21における第1の貫通孔22や第2の貫通孔23は、それぞれ、各混合エレメント21ごとに大きさを異なるように構成することができる。
 例えば、図9(a)に示すように、積層した複数の混合エレメント21i,21jにおける第1の貫通孔22は、下層側ほど大きい第1の貫通孔22を有するものを配置することができる。
 このような構成により、混合体2内部で流体Aが積層方向に隣接する第1の貫通孔22間を通過する際の通過抵抗が下層側ほど小さくなるので、混合体2内部では上層側を流れる流体Aの流量を減らし、下層側を流れる流体Aの流量を増やすことができる。
 また、図9(b)に示すように、積層した複数の混合エレメント21m,21nにおける第2の貫通孔23は、下層側ほど大径の第2の貫通孔23を有する混合エレメント21m,21nを配置し、中空部24の内径を下層側ほど大きくなるように構成する。この場合、各混合エレメント21m,21nの外径が同じであるので、第1の貫通孔22の数は、下層側ほど少なくなる。
 このような構成により、中空部24内を流れる流体Aの流動抵抗が下層の方ほど小さくなるので、下層側を流れる流体Aの流量を増やすことができる。
(混合体2の変形例5)
 混合体2は、複数の混合エレメント21を積層した積層物ではなく、上述した第1の貫通孔22及び中空部24を設けた一部材により構成することができる。このような一部材の混合体2は、例えば、3Dプリンター装置により容易に作製することができる。また、他の混合体2として、第1の貫通孔22となる連続気孔を有する多孔質の一部材に、上述した中空部24を設けたものでもよい。
(台座3の変形例)
 台座3は、実施形態のものでは棒状体31と円環部32とを備えるが、転倒しない構造であれば、形状等の形態は特に限定されない。
 このような台座3として、例えば、楕円柱形状の棒状体から構成した台座3a(図10(a))、偏平な角柱形状の棒状体から構成した台座3b(図10(b))、円環状のホイール体から構成した台座3c(図10(c))、また、円柱形状の柱状体から構成した台座3d(図11)等、様々な形態とすることができる。なお、図10(a)(b)に示した台座3a,3bでは棒状体の上面両端部において、また、図10(c)に示した台座3cではホイール体の上面の直径方向における2ヶ所において、混合体2を取り付けるネジ穴hを有する隆起部(ネジ筒部)33を設け、混合体2と台座3a,3b,3cとの間に隙間を形成して混合体2下方における流体Aの流れを停滞させないようにしている。
また、図11に示した台座3dでは、柱状体の上面外周部において180度位置の2ヶ所に混合体2を取り付けるネジ穴hを設け、中央部には上下面を貫通する縦穴35を設けるようにしている。これにより、混合体2と台座3dとが接触していても、台座3dの下方から流入する流体Aは、縦穴35から混合体2の中空部24を経て連通する第1の貫通孔22を流通して混合体2の外周部へ送り出され、流体Aの流れを停滞させず流体Aを良好に撹拌することができる。
 なお、台座3、3a、3b(図3(a)、図10(a)(b)参照)のように長手方向に伸びる棒状体に棒磁石を収容できるような構造を有するものは、棒状体内部に棒磁石を横置きに収容させてもよい。また、台座3d(図11参照)のような柱状体形状の台座であっても縦穴35が下面に貫通しない構造とすれば、台座下部に棒磁石を横置きに収容させてもよい。
 また、棒状の台座3a,3bの底面には、図3(b)(c)に示すような支持突起34を設け、また、ホイール状・柱状等の台座3c,3dの底面には、等間隔に2以上の支持突起36(図11(b)参照)を設ける。
(他の実施形態1)
 他の実施形態1の撹拌子1Aにおいては、図12に示すように、混合体2aは、上方と側方とに開口端を形成するチューブ体7により構成し、台座3eは、チューブ体7を保持する円板体30により構成したものである。
 チューブ体7(混合体2a)と円板体30(台座3e)とは、凹凸の嵌め合い構造や、接着剤による接合等、様々な連結手段より連結させることができる。チューブ体7は、上下方向に延びる縦チューブ71と、この縦チューブ71の下端に連設されて側方に延びる4つの横チューブ72とを備えている。縦チューブ71は、撹拌子1Aの回転軸線S上に配置され、その上端開口が流体Aの吸入口20αとなる。横チューブ72は、十文字状に配置され、それぞれの側端開口が流体Aの吐出口20βとなる。従って、吸入口20αは、撹拌子1Aの回転軸線S上の位置に配置され、吐出口20βは、吸入口20αよりも回転軸線Sより外側の位置、すなわち、回転軸線Sに直交する側方外側の位置に配置される。また、縦チューブ71と横チューブ72とは連通しており、内部が流体Aの流路を構成する。なお、横チューブ72は、縦チューブ71に対して斜め下方または斜め上方に向けて取り付けられていてもよい。
 台座3eは、円板体30の外周部における180度位置の2ヶ所に、それぞれ、上記実施形態と同様に構成される撹拌用磁石5a,5bが収容されている(図示せず)。また、円板体30の下面中央部には、上記実施形態と同様に、容器6底面と接触する円弧状の支持突起34が突設されている(図示せず)。なお、台座3eの180度位置に両端部が位置するように棒磁石を撹拌用磁石として収容させてもよい。
 以上の他の実施形態1の撹拌子1Aによる流体Aの撹拌方法を説明する。
 図1に示した実施形態の場合と同様に、マグネチックスターラー4からの回転磁場により容器6内の底部に配置した撹拌子1Aを回転させると、遠心力により各横チューブ72内部の流体は各横チューブ72の側端開口の吐出口20βから外部へ流出させられる。そうすると、縦チューブ71内部の流体Aが各横チューブ72に流入するため、容器6内の中央上部付近の流体Aがチューブ体7に向かって渦状に回転流動させられながら、縦チューブ71の上端開口の吸入口20αから縦チューブ71内に吸い込まれる。これにより、撹拌子1Aの外周部の流体Aは、吐出口20βから流出される流体Aによって流れを乱されることにより混合される。以上により、容器6内の中央上部の流体Aを停滞させずに撹拌子1Aの上端開口の吸入口20αから吸い込ませ、側端開口の吐出口20βから流出させることができるので、流体Aを効率的に撹拌することができ、流体A全体を均一に混合するまでの時間を短くすることができる。
 なお、横チューブ72は、図13(a)に示す撹拌子1A-1のチューブ体7aのように、側方2ヶ所に開口(吐出口20β)したI型に形成してもよく、その他にも側方複数個所に開口した様々な形態の横チューブを構成することができる。
 また、図示しないが、撹拌子1は、混合体2として両端が開口した1本のパイプ体により構成し、このパイプ体の両端部にそれぞれ回転磁場を受ける磁石5a,5b又は磁性体を設けた構成とすることができる。この場合、混合体2となるパイプ体は、長さ方向を横方向にした横置き状態で上面に流体の吸入口20αとなる開口を設け、パイプ体の両端開口部を吐出口20βとすることができる。また、磁石5a,5b又は磁性体は、パイプ体の両端部の下面又は側面等に取り付けるようにしてもよいし、また、磁石5a,5b又は磁性体を台座3に備え付けて、この台座3をパイプ体の両端部の下面又は側面等に取り付けるようにしてもよい。これによれば、撹拌子1を細長く形成することができるから、例えば、入口の狭い容器であっても容器の入口から容器内へ投入して使用することができる。
 また、混合体2aを構成するチューブ体も、図13(b)(c)に示す撹拌子1A-2、1A-3のように、上端開口(吸入口20α)と側端開口(吐出口20β)とを設けたL型のチューブ体7bとし、このL型チューブ体7bを複数本使用して、各々の縦方向のチューブ構成部分を背中合わせに組み付けて混合体2aを構成するようにしてもよい。この場合、複数本のL型チューブ体7bのそれぞれの上端開口(吸入口20α)の高さは、同一高さとしてもよいし、また、図13(b)(c)に示すように、それぞれ段違いに配置させるようにしてもよい。このように複数の吸入口20αの高さを段違いに配置(図13(b)(c)等)することにより、容器6中央部の上部と中間部のそれぞれの位置の流体Aを同時に吸い込むことができ、停滞しやすい中央部の流体Aの撹拌をより迅速に行うことができる。なお、このL型チューブ体タイプの混合体2aでは、各吸入口20αは、撹拌子1A-2,1A-3の回転軸線S上位置でなく回転軸線S上近くの位置に配置されている。
(他の実施形態2)
 他の実施形態2の撹拌子1Bにおいては、図14(a)に示すように、混合体2bは、上面と側面とにそれぞれ開口部(20α,20β)を有し、各開口部(20α,20β)を内部流路81により連通した円柱体8により構成し、台座3は、この円柱体8の外径と同じ外径の円板体30により構成したものである。
 円柱体8の上面の開口部は、中心部に1つ配置され、この上面の開口部が流体Aの吸入口20αとなる。円柱体8の側面の開口部は、等間隔に4つ配置され、この側面の各開口部が流体Aの吐出口20βとなる。従って、この円柱体8(混合体2a)では、吸入口20αが撹拌子1Bの回転軸線S上の位置に配置され、吐出口20βは、吸入口20αよりも回転軸線Sより外側の位置、すなわち、回転軸線Sに直交する側方外側の位置に配置されている。なお、この円柱体8(混合体2b)は、側方に延びる内部流路81及び吐出口20βを4つ設けるが、これに限らず、側方に延びる内部流路81及び吐出口20βを複数設けるようにしてもよい。また、側方に延びる内部流路81は、吸入口20αから縦方向に延びる内部流路81に対して斜め下方または斜め上方に向けて形成されていてもよい。台座3eは、上記他の実施形態1(図12、図13)と同様の構成を有する。
 また、台座3を図3、図10または図11のものと同様の構成とした場合には、円柱体8の上面の開口部20αは下面まで貫通させてもよい。この場合には、円柱体8の下面からも流体Aを吸い込ませることができるからである。なお、図14(b)(c)に示す撹拌子1B-1,1B-2では、台座は、図11に示す台座3dを用いた例であり、この台座3dの縦穴35は、混合体2bとなる円柱体8における貫通孔(内部流路81の縦流路)と連通されている。
 また、円柱体8は、側面の開口部20βに連通する内部流路81(回転軸線S方向に沿った縦流路と、回転軸線Sに直交する横流路)を有する場合、図14(c)に示す円柱体8bのように、内部流路81(横流路)の位置で上下に分割可能な上部円柱体8b-1と下部円柱体8b-2とから構成とすれば、円柱体8bを分割して内部流路81の洗浄を容易に行うことができる。
 以上の他の実施形態2の撹拌子1B,1B-1,1B-2によっても、上記他の実施形態1と同様の作用効果を発揮することができる。
 なお、他の実施形態2の撹拌子1B,1B-1,1B-2は、台座3d,3eを混合体2bとは別体として備えるが、混合体2bが台座3d,3eと一体構造となった円柱体とするものであってもよい。換言すれば、台座3d,3eを兼ねた混合体2bを円柱体8で形成し、この円柱体8に撹拌用磁石を収容させたものでもよい。例えば、図15(a)に示す撹拌子1B-3のように、円柱体8cの上面の開口部が下面まで貫通していれば、円柱型、リング型、または角型等の磁石を撹拌用磁石5として円柱体8cに収容することができる(なお、図15(a)は角型磁石5a,5bの例である。)。また、図15(b)に示す撹拌子1B-4のように、円柱体8cの上面の開口部が下面まで貫通していなければ、前記磁石以外にさらに棒磁石を撹拌用磁石5として円柱体8に収容することができる。
(他の実施形態3)
 他の実施形態3の撹拌子1Cにおいては、図16(a)に示すように、混合体2cは、中央に貫通孔を有する円板状の環状板91と他の円板92とを複数の接続壁93により接続した構造体9より構成し、上面と側面とにそれぞれ開口部(20α,20β)を有し、台座3eは、この構造体9の外径と同じ外径の円板体30により構成したものである。このように構成することによっても、複数の接続壁93により隔てられた環状板91と円板92との間隙90の外周端は、流体Aの吐出口20βとなるので、撹拌子1Cの回転により、容器6内部の流体Aを上面の開口部(吸入口20α)から吸い込み、側面の開口部(吐出口20β)から吐出することにより撹拌することができる。なお、この混合体2cとしての構造体9は、環状板91と円板92を接続する接続壁93を4つ設けるが、これに限らず4つより少なくても多くてもよい。また、図16(b)に示す撹拌子1C-1のように、接続壁93は平面視でインボリュート形状(非線形状)を有するものであってもよい。
 他の実施形態3の撹拌子1C-2においては、図16(c)に示すように、混合体2cは、環状板91に管状の吸込みチューブ94を接続した構造体9bとしてもよい。この場合、環状板91に接続された吸込みチューブ94の一端の開口部は上面に開口し、流体Aの吸入口20αとなる。なお、この吸込みチューブ94は、図示しないが末広がりのラッパ形状となったものであってもよい。
(他の実施形態4)
 他の実施形態4の撹拌子1Dでは、例えば、図17(a)に示すように、台座3fは、棒状撹拌子302を支持台(保持体)301に嵌め込み式に取り付けて構成したものである。
 ここで、「棒状撹拌子302」は、例えば、磁石又は磁性体を保持する回転子により構成することができる。この台座3fは、円環状に形成する支持台301の内側面の180度位置の2ヶ所に取り付け穴303を設け、各取り付け穴303に棒状撹拌子302の両端部を嵌め込んで固定することにより構成する。支持台301の上面には直径方向の2ヶ所にネジ穴hが設けられ、これらネジ穴hに混合体2に挿通させたネジ11をネジ止めすることにより混合体2が取り付けられる。これにより、例えば、既存品の棒状撹拌子302を利用して、混合体2を備える撹拌子を簡易に構成することができる。
 台座3の他の例として、図17(b)に示す台座3gのように、支持台301の内側面に周方向に連続する凹溝304を形成して、支持台301に棒状撹拌子302を嵌め込みやすくすることもできる。また、図17(c)に示す台座3hのように、支持台300を円盤型に形成し、その円盤底面に設ける嵌め込み溝305に棒状撹拌子302を嵌め込んで固定する構成としたものでもよい。なお、図17(b)(c)に示す各支持台301,300の上面には混合体2を取り付けるネジ11のネジ穴hが設けられている。
 さらに、図18(a)(b)に示す台座3iでは、支持台301を円環状に形成し、内側面の180度位置の2ヶ所に周方向に延びる長孔306を設け、この支持台301の各長孔306に棒状撹拌子302の両端部を嵌め込んで固定することにより台座3iを構成する。この場合、棒状撹拌子302を嵌め込んだ長孔306には、支持台301の内径側と外径側とを連通する隙間が形成されるので、この隙間を通じて、撹拌子1Dに作用する遠心力により支持台301の内径側の流体Aを支持台301の外径側に流動させ、流体Aが支持台301の内径側に滞留しないようにすることができる。また、支持台301の下面には、対向する2つの長孔306の間における対向した部分に切欠307が設けられている。これら切欠307によっても、流体Aが支持台301の内径側に滞留しないようにすることができる。支持台301の上面には、直径方向の2ヶ所に混合体2を取り付けるネジ11のネジ穴hが設けられている。
 なお、図17、図18に示した支持台(300,301)の他にも、棒状撹拌子302を取り付け可能に構成するものを使用することができる。
(他の実施形態5)
 他の実施形態5の撹拌子1Eは、例えば、図19に示すように、撹拌用磁石5a,5bを嵌め込み式に取り付けて構成したものである。撹拌子1Eを構成する円柱体8dの下面の直径方向の2ヶ所に、撹拌用磁石5a,5bを嵌め込んで固定する嵌め込み溝801を設けた構成とする。これにより、撹拌子1Eを簡易に構成することができる。また、例えば、目的、用途等に応じて、磁力の異なる撹拌用磁石5a,5bを選択して使用する等、撹拌子1Eの磁力調整も容易に行うことができる。
 なお、この撹拌子1Eにおいては、撹拌用磁石5a,5bは、樹脂で被覆したものを使用するのが好ましい。例えば、円柱体8dがフッ素樹脂製で形成されていれば、撹拌用磁石5a,5bもフッ素樹脂で被覆したものが用いられる。撹拌用磁石5a,5bの形状は、図19に示すような角型に限らず、円柱型等の各種の形状のものを使用することができる。円柱体8dは、混合体2bの構造として、図15(a)に示した円柱体8cと略同様の構成を有するものであるが、これに限らず、各種の混合体構造とすることができる。また、円柱体8dは、撹拌用磁石5a,5bを備える台座3の機能をも有し、混合体2bと台座3の機能を一体に備えるものであるが、混合体2bと台座3とが組み付け可能に別体に構成され、この台座3において撹拌用磁石5a,5bを嵌め込んで取り付け可能とする嵌め込み溝801を設けた構成としてもよい。また、撹拌用磁石5a,5bは、2個使用することに限らず、1本の棒磁石により構成し、円柱体8dにはこの棒磁石を横向き状態で嵌め込み固定することが可能な嵌め込み溝を設けた構成とするものでもよい。
 撹拌用磁石5a,5bにそれぞれ円環形状等の保持輪を設け、各保持輪を図12に示すようなチューブ体7の端部に嵌め込み固定してもよい。この場合、保持輪を設けた撹拌用磁石5a,5bは4本の横チューブ72に設けてもよいし、対向する2本の横チューブ72のみに設けてもよい。この場合、撹拌子1Aは、チューブ体7と保持輪付きの撹拌用磁石5a,5bにより構成され、台座3eは不要になる。同様に、例えば、図13(a)に示すようなチューブ体7aの両端部に保持輪付きの撹拌用磁石5a,5bを嵌め込み固定して台座3eを不要とする構成としてもよい。
(他の形態)
 他の形態は、以上の実施形態における混合体部分をモータに直結して容器内の流体を撹拌する混合体とするものである。
 すなわち、回転軸線を中心に回転することにより容器内に収容された流体を撹拌するための混合体(図2、図6、図7、図8、図9等参照)であって、前記混合体の表面には、流体の吸入口及び吐出口が設けられ、前記混合体の内部には、前記吸入口と前記吐出口を繋ぐ1又は2以上の孔が設けられ、前記吸入口は、前記回転軸線上の位置又は前記吐出口よりも前記回転軸線に近い位置に配置され、前記吐出口は、前記吸入口よりも前記回転軸線より外側の位置(例えば、前記回転軸線に直交する半径方向外側の位置)に配置されている構成とするものである。
 また、回転軸線を中心に回転することにより容器内に収容された流体を撹拌するための混合体(図12~図16、図18、図19等参照)であって、前記混合体は、1又は2以上の流路を有し、前記流路の一端側開口が流体の吸入口を構成し、前記流路の他端側開口が流体の吐出口を構成し、前記吸入口は、前記回転軸線上の位置又は前記回転軸線に近い位置に配置され、前記吐出口は、前記吸入口よりも前記回転軸線より外側の位置(例えば、前記回転軸線に直交する半径方向外側の位置)に配置されている構成とするものである。
 さらには、以上の混合体を備える撹拌装置を構成することができる。
 具体的に、撹拌装置としては、図1に示す撹拌装置において、モータ45の軸部44を装置本体41の上面及び容器6の底面を貫通させて混合体に直結させたものが挙げられる。また、図22に示す撹拌装置においても、マグネチックスターラー4のモータの軸部を装置本体及び蓋6aの上部平面を貫通させて混合体に直結させたものが挙げられる。これらの場合、回転磁場発生部42や、撹拌用磁石5a,5b又は台座3を有しない構成とすることができる。また、図1の撹拌装置での適用の場合は、容器6の底面には軸部44との間に所定のシール機構を設ける。
 以上の他の形態の混合体及び撹拌装置によっても、上述の各実施形態と同様に、回転中心にある容器6内中央部の流体Aをも迅速に撹拌し、流体A全体を効率よく撹拌することができ、その結果、容器6内の流体A全体を均一に撹拌するまでの時間を非常に短くすることができる。
(実施例)
 次に、本発明の撹拌子による撹拌の効果を確かめるため、以下の脱色実験を行った。
 脱色実験は、ヨウ素脱色反応を用いた。具体的に、ヨウ素溶液(流体A)を収容したビーカー(容器6)をマグネチックスターラー4に載置して、ビーカー内の底に実施例の撹拌子1を配置してヨウ素溶液を撹拌し、この撹拌しているヨウ素溶液中にチオ硫酸ナトリウム水溶液を加えてからヨウ素溶液が透明になるまでの脱色時間を測定した。この脱色されるまでの時間は、チオ硫酸ナトリウム水溶液がヨウ素溶液に全体的に均一に混合される時間、つまり流体A全体が均一に混合される時間とみることができ、この脱色されるまでの時間の長さから撹拌子の撹拌効果を検証した。
 脱色実験に用いた各溶液の仕様は、以下のとおりである。
・ヨウ素溶液: 0.05モル/リットルのヨウ素溶液(1/10規定)を20cc
・チオ硫酸ナトリム水溶液: チオ硫酸ナトリウム37.5gを水200ccに溶解した水溶液を4cc
 実施例1、2の撹拌子1は、図20(a)(b)の写真に示したものを用いた。
 実施例1の撹拌子1は、図20(a)に示すものであり、混合体2は図2に示すような構造(混合エレメント21a,21bの第1の貫通孔22が半径方向に2つ並ぶ。)のものを用い、また、台座3は図12の円板体30の上面にネジ筒部33を2ヶ所設けた円板構造のものである。この実施例1の撹拌子1の仕様サイズは、以下のとおりである。
 台座3は、円板部分が直径(外径)40mm、高さ14mmのものであり、混合体2との間に5mmの隙間がある。混合体2は、高さ1mmの混合エレメント21aを2枚重ねにして1組としたものと、高さ1mmの混合エレメント21bを2枚重ねにして1組としたものとを、交互に各々3組ずつ積層した積層物(混合エレメントは合計12枚使用)からなり、直径(外径)が37.5mm、中空部の内径が19mm、高さが12mmである。
 実施例2の撹拌子1は、図20(b)に示すものであり、混合体2は図2に示すような構造(混合エレメント21a,21bの第1の貫通孔22が半径方向に3つ並ぶ。)のものを用い、また、台座3は図12の円板体30の上面にネジ孔hを3ヶ所設け、且つ上下に貫通した貫通孔を複数設けて軽量化した円板構造のものである。なお、混合体2は、台座3との間に空間を形成するように台座3に取り付けた。この実施例2の撹拌子1の仕様サイズは、以下のとおりである。
 台座3は、円板部分が直径(外径)60mm、高さ15mmのものであり、混合体2との間に20mmの隙間がある。混合体2は、高さ1mmの混合エレメント21aを3枚重ねにして1組としたものと、高さ1mmの混合エレメント21bを3枚重ねにして1組としたものとを、交互に各々3組ずつ積層したものの3層構造の積層物(混合エレメントは合計18枚使用)からなり、直径(外径)が54mm、中空部の内径が27mm、高さが18mmである。なお、混合体2と台座3との間の空間は、高さ20mmである。
 また、比較例1として、図20(c)の写真に示す棒状体からなる撹拌子(アズワン社製の商品名「回転子」)を用いた。この比較例1の撹拌子は、長さ60mm、幅(直径)8mmの略円柱状のものである。
 さらに比較例2として、図20(d)の写真に示す円盤の上下面に十字状に配置された突起を有する撹拌子(アズワン社製の商品名「クロスヘッド回転子ダブル」)を用いた。この比較例2の撹拌子は、直径40mm、高さ14mm(円盤の厚さ5.6mm、上下の突起の各々の高さ4.2mm)の略円盤状のものである。
 以上の脱色実験の結果、脱色されるまでの時間が実施例1の撹拌子1では20秒、実施例2の撹拌子1では5秒であったのに対し、比較例1の撹拌子では100秒、比較例2の撹拌子では70秒も要した。すなわち、本実施例の撹拌子1によれば、流体A全体を均一に混合するのに、比較例の撹拌子に比べて1/3.5以下の短時間で完了することができ、高い撹拌性能、高い混合性能を有するものであった。
 また、撹拌の様子は、図21の写真(実施例1、実施例2)に示すように観察された。すなわち、実施例1及び実施例2の撹拌子1では、ビーカー内の溶液が、ビーカーの底部から上部へと全体的に透明に変化していった。これは、撹拌子1が、ビーカー内の中央上部の溶液を、混合体2の上部から中空部内に吸い込んで混合体2内部で混合して混合体2の外周側に放出するように流動させて流体Aの撹拌が行われていることがわかる。
 一方、比較例1及び比較例2の撹拌子では、図22の写真(比較例1、比較例2)に示すようにビーカー内の外周側の溶液がビーカーの底部から上部へと透明に変化し、次に、撹拌子のある中央部の溶液がビーカーの底部から上部へと透明に変化していった。これは、回転の中心である撹拌子の中央部では回転のエネルギーが小さく、特に撹拌子から最も離れた中央上部において溶液の動きが鈍く、そのため、中央部及び中央上部の流体Aがその他の部分の流体Aと混合して全体的に均一に混合されるまでに長時間を要することがわかった。
1 撹拌子
2 混合体
3 台座
4 マグネチックスターラー
5a,5b 磁石
6 容器

Claims (29)

  1.  容器内に収容された流体を撹拌するための撹拌子であって、
     回転軸線を中心に回転することにより流体を撹拌する混合体と、前記混合体を回転させる回転磁場を受ける磁石又は磁性体とを備え、
     前記混合体の表面には、流体の吸入口及び吐出口が設けられ、
     前記混合体の内部には、前記吸入口と前記吐出口を繋ぐ1又は2以上の孔が設けられ、
     前記吸入口は、前記回転軸線上の位置又は前記吐出口よりも前記回転軸線に近い位置に配置され、
     前記吐出口は、前記吸入口よりも前記回転軸線より外側の位置に配置されている撹拌子。
  2.  請求項1に記載の撹拌子において、
     前記混合体は、前記磁石、前記磁性体、又は前記磁石若しくは前記磁性体を保持する回転子が嵌め込み固定されている撹拌子。
  3.  請求項1又は2に記載の撹拌子において、
     前記混合体中央部には、回転軸線方向に延びて前記吸入口と連通する中空部が設けられている撹拌子。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の撹拌子において、
     前記混合体内部の孔の一部又は全部が、前記回転軸線方向に隣接する孔との間で流体を直接流通可能に連通し、流体を回転軸線方向と半径方向とに分割するように配置されて前記吸入口と前記吐出口を繋ぐ構成とされている撹拌子。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の撹拌子において、
     前記混合体は、複数の混合エレメントを前記回転軸線方向に積層した積層物により構成され、
     前記混合エレメントは、前記混合体内部の孔となる複数の第1の貫通孔を有し、
     前記混合体において前記混合エレメントは、前記第1の貫通孔の一部又は全部が、隣接する混合エレメントの第1の貫通孔とその位置をずらせて部分的に重なり合うように配置され、且つ隣接する混合エレメントの第1の貫通孔との間で流体を流通可能に連通し、混合エレメントの積層方向と延在方向とに分割するように配置されている撹拌子。
  6.  請求項5に記載の撹拌子において、
     前記混合エレメントには、第1の貫通孔より大きい第2の貫通孔を有し、
     前記混合体には、前記第2の貫通孔が積層方向に連通し、流体を混合体内部に流入させるための中空部が形成されている撹拌子。
  7.  請求項5又は6に記載の撹拌子において、
     前記混合エレメントは、前記複数の第1の貫通孔をそれぞれに区画する仕切壁を有し、
     前記仕切壁は、断面視において円形状又は楕円形状に形成されている撹拌子。
  8.  請求項5~7のいずれか1項に記載の撹拌子において、
     前記混合体は、固定手段により複数の混合エレメントが分解可能に積層状態に固定されるとともに、前記磁石又は前記磁性体を有する台座に固定されている撹拌子。
  9.  請求項1~4のいずれか1項に記載の撹拌子において、
     前記混合体は、一部材により構成されている撹拌子。
  10.  容器内に収容された流体を撹拌するための撹拌子であって、
     回転軸線を中心に回転することにより流体を撹拌する混合体と、前記混合体を回転させる回転磁場を受ける磁石又は磁性体とを備え、
     前記混合体は、1又は2以上の流路を有し、
     前記流路の一端側開口が流体の吸入口を構成し、
     前記流路の他端側開口が流体の吐出口を構成し、
     前記吸入口は、前記回転軸線上の位置又は前記回転軸線に近い位置に配置され、
     前記吐出口は、前記吸入口よりも前記回転軸線より外側の位置に配置されている撹拌子。
  11.  請求項1~10のいずれか1項に記載の撹拌子において、
     前記磁石又は前記磁性体を有する台座を備えている撹拌子。
  12.  請求項11に記載の撹拌子において、
     前記台座は、保持体に前記磁石、前記磁性体、又は前記磁石若しくは前記磁性体を保持する回転子を嵌め込み固定して構成されている撹拌子。
  13.  請求項11又は12に記載の撹拌子において、
     前記混合体と前記台座とが一体に構成されている撹拌子。
  14.  請求項10に記載の撹拌子において、
     前記混合体は、前記流路を構成するチューブ体、又は前記流路を内部に設ける構造物により構成されている撹拌子。
  15.  請求項11~13のいずれか1項に記載の撹拌子において、
     前記台座は、棒状体により形成されている撹拌子。
  16.  請求項15に記載の撹拌子において、
     前記棒状体の底部中心位置に突起を有する撹拌子。
  17.  請求項15又は16に記載の撹拌子において、
     前記台座は、さらに前記棒状体の両端部に繋がる円環部を備える撹拌子。
  18.  請求項17に記載の撹拌子において、
     前記円環部の底部に突起を有する撹拌子。
  19.  請求項17又は18に記載の撹拌子において、
     前記円環部に前記磁石又は前記磁性体が設けられている撹拌子。
  20.  請求項1~19のいずれか1項に記載の撹拌子は、表面層がフッ素樹脂により形成されている撹拌子。
  21.  請求項1~20のいずれか1項に記載の撹拌子と、
     前記撹拌子を回転させる回転磁場を発生させる回転磁場発生手段とを備える撹拌装置。
  22.  請求項21に記載の撹拌装置において、
     前記回転磁場発生手段は、前記撹拌子を自転させながら公転させる構成とする撹拌装置。
  23.  請求項1~20のいずれか1項に記載の撹拌子を容器底部に配設し、当該撹拌子を流体を収容する容器内の底部で回転させ、当該撹拌子がその吸入口から容器内の流体を吸い込み、当該撹拌子内部に流体を流通させ、当該撹拌子の吐出口から容器内へ流出させて流体を撹拌する撹拌方法。
  24.  請求項23に記載の撹拌方法において、
     前記撹拌子を自転させながら公転させる撹拌方法。
  25.  請求項1~20のいずれか1項に記載の撹拌子を用いた細胞培養方法であって、
     容器内の流体を細胞培養液とし、
     前記撹拌子により細胞培養液を撹拌する細胞培養方法。
  26.  請求項25に記載の細胞培養方法において、
     前記細胞培養液又は培養環境の温度を制御しながら細胞培養液を撹拌する細胞培養方法。
  27.  請求項1~20のいずれか1項に記載の撹拌子を用いた反応促進方法であって、
     容器内の流体を反応溶液とし、
     前記撹拌子により反応溶液を撹拌して反応を促進する反応促進方法。
  28.  請求項27に記載の反応促進方法において、
     前記反応溶液又は反応環境の温度を制御しながら反応溶液を撹拌する反応促進方法。
  29.  請求項5~8のいずれか1項に記載の撹拌子の組み立て方法であって、
     前記混合体を形成する工程と、
     前記混合体を前記磁石又は前記磁性体を有する台座に固定する工程とを備え、
     前記混合体を形成する工程は、複数の混合エレメントの各々を揃えて積層させて混合体とする工程を有し、
     前記混合体を前記台座に固定する工程は、前記混合体を固定手段により積層方向に貫通させて前記台座に固定する工程を有する撹拌子の組み立て方法。
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