JP2013507958A - 攪拌装置 - Google Patents

Abstract

攪拌器（４）と、攪拌器（４）を回転させる回転駆動軸（１２）と、ほぼ垂直方向に延設され且つ攪拌器（４）の回転の中心を構成する固定軸（２０）と、駆動軸（１２）の回転を非接触で攪拌器（４）へ伝達する伝達構造（１６）とを備える液体又は粒状材料を攪拌する装置（２）。装置（２）は、攪拌器（４）及び駆動軸（１２）の回転の中心を構成する中心線（１９）と、攪拌器（４）に上向きの力成分を加える磁力を発生する手段（２４）とを有する。磁力を発生する手段（２４）は、攪拌器（４）に配置された第１の要素（２６）と、固定軸（２０）と関連する第２の要素（２８）とを備える。第１の要素（２６）及び第２の要素（２８）のうち少なくとも一方は、永久磁石を備える。第１の要素（２６）及び第２の要素（２８）のうち少なくとも一方は、中心線（１９）が第１の要素（２６）及び／又は第２の要素（２８）を通るように配置される。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載される液体又は粒状材料を攪拌する装置に関する。

攪拌装置は、例えば加工処理産業において液体及び／又は粒状材料を混合するために容器内部で使用される。容器の内容物が加熱又は冷却される間に、あるいは容器内部で化学処理又は生物学的処理が実行される間に、内容物を攪拌するために攪拌装置が使用される。一般に、攪拌器は容器内部に配置されるが、攪拌器を回転させる駆動機構は容器の外に配置される。

容器の外側から容器の壁を貫通して容器及び攪拌器の内部まで延出する駆動軸によって、駆動機構から攪拌器へ回転が伝達される。駆動軸は固定容器と回転駆動軸との間のシールによって密封されなければならない。シール材料を有する容器内で液体又は他の材料がシールによって汚染される危険があり、またシールを介する漏れの危険もある。攪拌が終了し、容器が空にされた後、シールを洗浄して容器内で攪拌されていた液体又は材料を除去することに伴う問題も起こる。詳細に言えば、そのようなシールには空胴があり、液体又は材料がそれらの空胴に溜まってしまうので、洗浄は難しい。

従って、医療、食品又はバイオテクノロジーのように衛生に関して厳しい条件が課される分野では、容器の外にある駆動機構から容器内部の攪拌器へ非接触で回転を伝達するのが好ましいだろう。非接触で攪拌器へ回転を伝達できれば、容器の壁を貫通するように回転軸を構成する必要がないという利点が得られる。この非接触伝達は、容器の外にある駆動軸に配置された第１組の磁石及び容器内部の攪拌器に配置された第２組の磁石によって実現される。そのような攪拌器は、容器内部で１つ以上の軸受により支持される。詳細に言えば、軸受は、軸方向の力、すなわち攪拌器が垂直軸に関して回転するように構成される場合に力を受けると磨耗しやすく、そのため容器内部の液体又は材料を汚染するおそれがある。

米国特許出願公開第２００４／００５７２３２Ａ１号は、回転混合要素を使用し且つ混合要素が隣接する要素と接触するのを防止するように浮揚補助機能を実現するために永久磁石を使用するシステムを開示する。永久磁石は回転軸から離間して配置された環状磁石である。

米国特許第７３９６１５３号公報は、磁性結合液体混合機を開示する。従動部分と容器内部で従動部分を支持する駆動マウントとの間に空間Ｓが形成されるように、回転駆動ハブにある第１の磁石アレイは、従動部分にある第２の磁石アレイに影響を及ぼす。第１の磁石アレイ及び第２の磁石アレイは、回転軸から離間して１つのリングを形成するように配置される。開示されるいくつかの実施形態において、動作中、従動部分に対する推力は、第１のスラスト軸受及び第２のスラスト軸受を互いに接触させる。この場合、第１のスラスト軸受及び第２のスラスト軸受は、前述のように磨耗する可能性がある。

米国特許第５３９３１４２号公報は、無菌液を攪拌するインペラを開示する。インペラは、容器内に支え面により回転可能に固定されるように軸受によって装着される。軸方向の力を受ける軸受を使用することにより、攪拌されるべき液体は機械的な影響を受けるが、ある種の液体の場合、これは望ましくない。軸受に対して軸方向の力が加わると、機械的磨耗によって軸受から落ちる塵芥が容器内に溜まるという結果も引き起こす。

本発明の目的は、攪拌器へ非接触で回転が伝達される攪拌装置において攪拌器の支持を改善することである。

本発明の１つの態様によれば、攪拌器と、攪拌器を回転させる回転駆動軸と、ほぼ垂直方向に延設され且つ攪拌器の回転の中心を構成する固定軸と、駆動軸の回転を非接触で攪拌器へ伝達する伝達構造とを備える液体又は粒状材料を攪拌する装置により、上記の目的は達成される。装置は、攪拌器及び駆動軸の回転の中心を構成する中心線と、攪拌器に上向きの力成分を加える磁力を発生する手段とを有する。磁力を発生する手段は、攪拌器に配置された第１の要素と、固定軸と関連する第２の要素とを備える。第１の要素及び第２の要素のうち少なくとも一方は、永久磁石を備える。第１の要素及び第２の要素のうち少なくとも一方は、中心線が第１の要素及び／又は第２の要素を通るか又は近接するように配置される。

第１の要素及び第２の要素のうち少なくとも一方は中心線に配置すると、磁力は、中心線と一致するベクトル又は中心線と交差するベクトルに沿った方向に発生される。攪拌器を支持するのに効果的な磁力の方向が実現される。

その結果、上記の目的が達成される。

上向きの力は、重力とは逆の方向の力であることを理解すべきである。攪拌器に上向きの力成分を加える力は、攪拌器に加わる重力とは逆の方向の力成分である。

例示的な実施形態によれば、第１の要素及び第２の要素は、中心線が第１の要素及び第２の要素を通るように配置される。これにより、磁力は、中心線と一致するベクトルに沿った方向に発生される。

例示的な実施形態によれば、第１の要素及び第２の要素は、中心線に関して対称に配置される。前述のように、これにより、磁力は確実に中心線と一致し且つ磁力は攪拌器に対称に作用する。従って、攪拌器と固定軸との間の半径方向の力は最小限に抑えられる。

例示的な実施形態によれば、第２の要素は固定軸内又は固定軸上に配置される。

例示的な実施形態によれば、第１の要素は、固定軸の上方において、攪拌器の中央部分に配置される。

例示的な実施形態によれば、第２の要素は固定軸の上部に配置される。

例示的な実施形態によれば、第１の要素及び第２の要素は共に永久磁石を備える。

例示的な実施形態によれば、第１の要素及び第２の要素のうち一方は、磁力により吸引する性質を有する非永久磁石材料を備える。

例示的な実施形態によれば、磁力は反発力である。

例示的な実施形態によれば、磁力は吸引力である。

例示的な実施形態によれば、装置は固定軸上に攪拌器を半径方向に支持するラジアル軸受を備え、且つ伝達構造はラジアル軸受の下方に配置される。磁力を利用して上向きの力を発生する手段とラジアル軸受を組み合わせることにより、軸方向の力を軸受で支える構成を回避できる。攪拌器の軸方向の力は半径方向の力より相当に大きくなることもあるので、ある種の液体又は粒状材料を攪拌する場合、これは効果的な態様である。また、これにより伝達構造の第１の機能が軸受機能である必要はなくなる。伝達構造は駆動軸から攪拌器へ非接触で回転を伝達するように最適化される。ラジアル軸受は半径方向の力のみを支えること、すなわち軸方向の力を支えないことを理解すべきである。

例示的な実施形態によれば、装置は、駆動軸を駆動する電動機を更に備える。

例示的な実施形態によれば、固定軸は、攪拌されるべき液体又は粒状材料を受け入れるように構成された容器と関連する。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲及び以下の説明を検討することにより明らかになるだろう。添付の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲から逸脱することなく、以下に説明される実施形態以外の実施形態を創造するために本発明の種々の特徴が組み合わされてもよいことは当業者には認識されるだろう。

本発明の特定の特徴及び利点を含めて、本発明の種々の態様は、以下の詳細な説明及び添付の図面から容易に理解されるだろう。
、例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌する装置を示す図。 例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌する装置を示す断面図。 例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌する装置を示す断面図。 例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌する装置を示す断面図。 例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌する装置を示す断面図。

例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。しかし、本発明は、本明細書において説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。開示される例示的な実施形態の特徴は、本発明が属する技術分野の当業者により容易に理解されるように組み合わされてもよい。同一図中符号は、一貫して同一要素を示す。

本明細書において使用される場合の用語「備える」は広い意味で用いられ、そこに挙げられている１つ以上の特徴、要素、ステップ、構成要素又は機能を含むが、１つ以上の他の特徴、要素、ステップ、構成要素、機能又はそれらの集合の存在又は追加を除外しない。

本明細書において使用される場合の用語「及び／又は」は、そこに挙げられている関連項目のうち１つ以上の項目のあらゆる組み合わせを含む。

本明細書において使用される場合の用語「例えば」は、先に挙げられている項目の１つ以上の一般的な例を紹介又は指定するために使用されてもよく、その項目を限定することを意図しない。本明細書において使用される場合の用語「すなわち」は、より一般的な説明から特定の項目を指定するために使用される。

本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図しない。本明細書において使用される単数形は、特に指示のない限り複数形を含むことを意図する。

特に指示のない限り、本明細書において使用されるすべての用語（技術科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者が一般に理解しているのと同一の意味を有する。一般に使用される辞書で定義される用語のような用語は、関連技術に関連する意味と矛盾しない意味を有すると解釈されるべきであり且つ特に明示的に指示のない限り理想化された意味又は過度に形式的な意味で解釈されないことが更に理解されるだろう。

ある要素が別の要素に「結合される」又は「接続される」と説明される場合、その要素は他方の要素に直接結合又は接続されてもよく、あるいは介在要素が存在してもよいことが理解されるだろう。これに対し、ある要素が別の要素に「直接結合される」又は「直接接続される」と説明される場合、介在要素は存在しない。

簡潔及び／又は明確を期するために、周知の機能又は構成は詳細に説明されない場合もある。

図１は、例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌する装置２を示す。装置２は４枚の羽根６を有する攪拌器４を備える。攪拌器４は、羽根６が液体又は粒状材料を攪拌するように垂直駆動軸（図示せず）によって回転される。図示されない駆動軸は電動機８により駆動される。伝達構造（図示せず）は駆動軸の回転を攪拌器４へ伝達する。

図２は、例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌する装置２を示す断面図である。装置２の固定筐体１０の内部に、垂直駆動軸１２が配置される。駆動軸１２は電動機８の出力軸（図示せず）により駆動される。駆動軸１２の上端部に、駆動軸１２の回転を攪拌器４へ非接触で伝達する伝達構造１６の第１の部分１４が配置される。攪拌器４は底部に伝達構造１６の第２の部分１８を備える。非接触伝達構造１６は、例えば第１の部分１４に１つ以上の磁石を備え且つ第２の部分１８に１つ以上の磁石を備える。駆動軸１２が回転すると、それらの磁石の相互吸引及び／又は相互反発によって、駆動軸１２の回転は攪拌器４へ伝達される。攪拌器４及び駆動軸１２は中心線１９に関して回転する。

固定軸２０は筐体１０から延出する。伝達構造１６が固定軸２０の下端部に配置されるように、駆動軸１２は筐体１０から固定軸２０の中へ延出する。固定軸２０は伝達構造１６の上方に配置されたラジアル軸受２２を備える。ラジアル軸受２２は、固定軸２０に固定部分を備え且つ攪拌器４に回転可能な部分を備える。装置２の上端部に、攪拌器４に上向きの力を加える磁力を発生する手段２４が配置される。このように、攪拌器４の重量は磁力により支えられる。攪拌器４の重量の一部は固定軸の上端部にある軸方向軸受により支えられるが、重量の大部分は磁力により支えられるべきである。いくつかの実施形態によれば、攪拌器４の全重量が磁力により支えられるので、軸方向の力を吸収する軸方向軸受は不要である。

磁力を発生する手段２４は、攪拌器４の中央部分に配置された磁石を備える第１の要素２６と、固定軸２０の上部に配置された磁石を備える第２の要素２８とを備える。磁石の磁極は、互いに反発することにより上向きの磁力が発生されるように配置される。磁石は永久磁石であるのが適切である。

攪拌されるべき液体又は粒状材料を貯留するように構成された容器（図示せず）は、装置２の筐体１０と容器とが１つの一体のユニットを形成するように、例えば、容器の下方に電動機８が配置された固定ユニットを形成するように、筐体１０に接続される。液体又は粒状材料を攪拌するために、攪拌器４はこの一体のユニットの内部で固定軸２０に配置される。攪拌後、次の回の分の液体又は粒状材料が攪拌される前に、固定軸２０及び攪拌器４を含めて容器の内部を個別に洗浄できるように、攪拌器４は取り出される。

例示的な実施形態が組み合わされてもよいことは当業者には理解されるだろう。例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、多くの異なる代替構成、変形などは当業者には明らかになるだろう。

図３〜図５は、例示的な実施形態に係る液体又は粒状材料を攪拌するための中心線１９を有する装置２の断面図を図２と同様に示す。装置２の固定筐体１０の内部に、垂直駆動軸１２が配置される。駆動軸１２は電動機８の出力軸（図示せず）により駆動される。駆動軸１２の上端部に、垂直駆動軸１２の回転を攪拌器４へ非接触で伝達する伝達構造１６の第１の部分１４が配置される。攪拌器４は底部に伝達構造１６の第２の部分１８を備える。

図３は、攪拌器４に上向きの力成分を加える磁力を発生する手段を有する装置２を示す。第１の要素２６は、固定軸の上部に配置された永久磁石２６又はオプションで使用される鉄であり、第２の要素２８は、固定軸の上部に配置された永久磁石２６より下方の高さで攪拌器に配置された環状磁石２８又はリングを形成するように配列されたいくつかの個別の磁石の形をとる永久磁石である。これら２つの磁石の磁極は、磁石が互いに引き付けあうことにより、攪拌器４に上向きの力成分を加えるように配置される。

図４は、固定軸の駆動軸のすぐ上の位置又は駆動軸の付近の位置に配置された鉄などの磁性材料２８と、磁性材料２８の下方の高さで攪拌器４に配置された１つの永久磁石又はいくつかの個別の磁石とを有する装置２を示す。図４の実施形態は、伝達構造１６の第２の部分１８に個別の磁性要素を有するが、攪拌器４の伝達構造１６の第２の部分の既存の磁性要素をオプションとして使用する。前述のように、１つ以上の永久磁石は非接触で回転を伝達する伝達構造の一部を形成する。永久磁石は、磁性材料を引き付けることにより、図４において２つの矢印により示されるように攪拌器に上向きの力成分を加える。

図５は、攪拌器４に配置された１つの環状磁石２６又はリングを形成するように配列されたいくつかの個別の磁石の形をとる永久磁石と、攪拌器内の永久磁石の下方の高さで固定軸に配置された永久磁石２８とを示す。これら２つの磁石の磁極は、磁石が互いに反発することにより攪拌器に上向きの力成分を加えるように配置される。前述のように、第１の要素２６及び第２の要素２８は、中心線１９が第１の要素２６及び／又は第２の要素２８を通るか又はそれに近接する場所に位置するように配置される。図５において、環状磁石２８は中心線１９に近接する位置にある。

従って、以上の説明は、種々の例示的な実施形態を例示し且つ開示された特定の実施形態に限定されるべきではないこと及び開示された実施形態に対する変形、開示された実施形態の特徴の組み合わせ並びに他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されると理解されるべきである。

Claims (13)

1. 攪拌器（４）と、前記攪拌器（４）を回転させる回転駆動軸（１２）と、ほぼ垂直方向に延設され且つ前記攪拌器（４）の回転の中心を構成する固定軸（２０）と、前記駆動軸（１２）の回転を非接触で前記攪拌器（４）へ伝達する伝達構造（１６）とを備え、
   前記攪拌器（４）及び前記駆動軸（１２）の回転の中心を構成する中心線（１９）と、前記攪拌器（４）に上向きの力成分を加える磁力を発生する手段（２４）とを有する液体又は粒状材料を攪拌する装置（２）であって、
   前記磁力を発生する手段（２４）は、
   前記攪拌器（４）に配置された第１の要素（２６）と、
   前記固定軸（２０）と関連する第２の要素（２８）とを備え、
   前記第１の要素（２６）及び前記第２の要素（２８）のうち少なくとも一方は、永久磁石を備え、
   前記第１の要素（２６）及び前記第２の要素（２８）のうち少なくとも一方は、前記中心線（１９）が前記第１の要素（２６）及び／又は前記第２の要素（２８）を通るか又は近接するように配置されることを特徴とする装置（２）。
2. 前記第１の要素（２６）及び前記第２の要素（２８）は、前記中心線（１９）が前記第１の要素（２６）及び前記第２の要素（２８）を通るように配置されることを特徴とする請求項１記載の装置（２）。
3. 前記第１の要素（２６）及び前記第２の要素（２８）のうち少なくとも一方は、前記中心線（１９）に関して対称に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の装置（２）。
4. 前記第２の要素（２８）は前記固定軸（２９）内又は前記固定軸（２９）上に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置（２）。
5. 前記第１の要素（２６）は、前記固定軸（２０）の上方において、前記攪拌器（４）の中央部分に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置（２）。
6. 前記第２の要素（２８）は前記固定軸（２０）の上部に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置（２）。
7. 前記第１の要素（２６）及び前記第２の要素（２８）は共に永久磁石を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置（２）。
8. 前記第１の要素及び前記第２の要素のうち一方は、磁力により吸引する性質を有する非永久磁石材料から形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置（２）。
9. 前記磁力は反発力であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置（２）。
10. 前記磁力は吸引力であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置（２）。
11. 前記装置は前記固定軸（２０）上に前記攪拌器（４）を半径方向に支持するラジアル軸受（２２）を備え、前記伝達構造（１６）は前記ラジアル軸受（２２）の下方に配置されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置（２）。
12. 前記装置（２）は前記駆動軸（１２）を駆動する電動機（８）を更に備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置（２）。
13. 前記固定軸（２０）は攪拌されるべき前記液体又は前記粒状材料を受け入れるように構成された容器と関連することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置（２）。

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