JP6151735B2 - 攪拌装置及び歯車列 - Google Patents

Description

本発明は、攪拌装置及び歯車列に関する。特に、本発明は、中空歯車及び中空歯車列を含む攪拌装置に関する。

市販の攪拌装置は、幾つかのカテゴリ、例えば、磁気攪拌機、振動攪拌機等のカテゴリを有し、これら攪拌機は、溶液又は試薬を攪拌し、そして溶質を溶液中に溶解させるよう促進し又は凝固を阻止するために用いられる。

磁気攪拌機は、磁気攪拌機が迅速に回転することによって液体を攪拌し、それにより溶液を攪拌するために用いられるラボ（実験室）用装置である。大抵の化学反応は、ガラスビーカ内で行われ、材料、例えばガラスが磁界を遮蔽することはないので、攪拌機は、ガラスビーカ内で稼働できる。また、攪拌機は、サイズが限定されているので（攪拌機は、種々の形式及びサイズを有する）、攪拌機の欠点は、比較的小規模な実験（溶液の量は、４リットル未満である）にしか利用されなかったということにある。しかしながら、攪拌機が大量の溶液及び高粘度の液体中で利用される場合、磁気装置は、良好な性能を示すことができず、従来型の機械式攪拌装置が必要になる。加うるに、攪拌装置は、通常、開放型の生物学的又は化学的溶液で用いられている。攪拌機が汚染されると、生物学的反応又は化学反応が汚染される場合がある。

加うるに、磁力が自動磁気ビーズ型作業プラットフォームで利用される場合があり、自動磁気ビーズ型作業プラットフォームのコアスキル（core skill）のうちの１つは、磁石によって磁気ビーズを引き付ける。換言すると、永久磁石又は電磁スティックは、攪拌管中に入り込むよう利用され、その結果、磁気ビーズは、磁石の磁極端が設けられている攪拌管の外壁に吸着されるようになる。分析のため、試料の数は、一作業で３２個未満であり、市場では多種多様な形式の磁気装置が出回っている。しかしながら、試料の数が増大する場合、装置の容積は、実験における要望を満たさない。さらに、限られた空間内で操作される試料の個数が多すぎる場合、交差汚染の問題を回避するのは困難である。

さらに、振動方式の攪拌装置の機構は、電圧による振動を機械的振動方式の圧電型セラミック変換器に取り入れることによって具体化され、これは、不動化、洗浄及び相互作用を含む生物学的又は化学的分析ステップで利用される場合がある。振動方式の攪拌装置の構造は、振動回数を制御する振動ユニット、振動ユニットによって振動する駆動部、及び駆動部に連結されていてこれによって駆動される攪拌ユニットを含む。２つ以上の攪拌スティックが攪拌ユニット内に設置され、振動ユニットは、特定の振動数を生じさせるようになっており、その結果、駆動部により駆動され、振動回数、振動振幅、及び振動時間を正確に制御する攪拌ユニットによって攪拌及び反応速度を高めることができるようになっている。しかしながら、空気が振動時に攪拌装置内に配置されたサンプル中に入り込む場合があり、その結果、汚染が生じる。

かくして、高スループットサンプル分析が得られ且つ汚染のない生物学的反応及び化学反応用の攪拌装置の一形式が要望されている。

本発明は、攪拌装置及び歯車列を提供する。攪拌装置は、回転特性を利用することによって攪拌を実施し、単位面積当たりの最も大きな流束（フラックス）が得られるだけでなく、交差汚染の問題も又、軽減することができる。加うるに、歯車列中の中空歯車及びその長い軸受によって攪拌装置の視準度（コリメーション）が高められる。

したがって、本発明は、攪拌装置であって、軸受を含む少なくとも１つの歯車と、少なくとも１本の攪拌管と、少なくとも１つの連結部分とを有し、連結部分の一端部は、軸受とつながり、連結部分の他端部は、攪拌管につながり、歯車は、連結部分を介して攪拌管を回転させることを特徴とする攪拌装置を提供する。

好ましい実施形態では、攪拌装置は、モータを更に有するのが良く、モータは、カップリングを介して歯車を制御することができる。

好ましい実施形態では、歯車の個数が多数個である場合、歯車は、少なくとも１列の歯車列を形成するよう互いに隣接して位置する。

好ましい実施形態では、歯車が少なくとも２つの列の状態に配列されている場合、歯車の任意の２つの隣り合う列は、互い違いの上下のパターンをなして配置される。

好ましい実施形態では、歯車が少なくとも２つの列の状態に配列されている場合、歯車の任意の２つの隣り合う列は、同一の平面内に配置される。加うるに、歯車は、磁気歯車である。

好ましい実施形態では、多数個の歯車は、同一サイズ又は異なるサイズのものであるのが良い。

好ましい実施形態では、歯車列に含まれる歯車は、互いに隣接することによって回転可能である。

好ましい実施形態では、攪拌装置は、歯車を取り付けるための歯車箱を更に有するのが良い。

好ましい実施形態では、軸受及び連結部分は、中空である。

好ましい実施形態では、軸受は中空軸受を有し、軸受の一部分と軸受の他の部分との長さの差は、５〜２０ｍｍ、好ましくは１０〜１５ｍｍである。

好ましい実施形態では、攪拌管は、取り外し可能な攪拌管である。

好ましい実施形態では、攪拌管の一端部は、閉鎖端部であり、攪拌管の他端部は、開放端部であり、連結部分は、攪拌管の開放端部中に入り込んで攪拌管と組み合わせ関係をなす。

好ましい実施形態では、攪拌装置は、磁気スティックを更に有するのが良く、磁気スティックは、攪拌管中に入り込み、歯車の軸受及び連結部分を通過することによって磁気効果をもたらす。

また、本発明は、歯車列であって、複数個の歯車を含み、歯車の各々は、軸受を有し、歯車は、軸受を該歯車に通すために中空であり、複数個の歯車は、歯車の少なくとも１つの列を形成するよう互いに隣接して位置していることを特徴とする歯車列を提供する。

好ましい実施形態では、歯車が少なくとも２つの列の状態に配列されている場合、歯車の任意の２つの隣り合う列は、互い違いの上下のパターンをなして配置される。

好ましい実施形態では、歯車が少なくとも２つの列の状態に配列されている場合、歯車の任意の２つの隣り合う列は、同一の平面内に配置され、歯車は、磁気歯車である。

好ましい実施形態では、多数個の歯車は、同一サイズ又は異なるサイズのものである。

好ましい実施形態では、複数個の歯車は、互いに隣接することによって回転可能である。

好ましい実施形態では、攪拌装置は、歯車を取り付けるための歯車箱を更に有するのが良い。

好ましい実施形態では、軸受は、中空であり、軸受の一部分と軸受の他の部分との長さの差は、５〜２０ｍｍ、好ましくは１０〜１５ｍｍである。

本発明の付随する特徴及び付随する利点のうちの多くは、添付の図面と関連して行われる以下の詳細な説明を読むと、良好に理解されよう。

本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面に照らして読むと、良好に理解されよう。

本発明の攪拌装置の主要な要素の略図である。 本発明の攪拌装置の主要な要素の組み合わせ状態の略図である。 本発明の攪拌装置の別の実施形態の要素の略図である。 本発明の中空歯車及び軸受の略図である。 本発明の歯車列を示す実施形態の略図である。 本発明の歯車列を示す別の実施形態の略図である。 本発明の攪拌装置を示す実施形態の略図である。 本発明の攪拌装置を示す実施形態の側面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の目的、技術的構成、及び作用効果の詳細について更に説明し、添付の図面には、本発明の例示の実施形態が示されている。同一の参照符号は、明細書全体及び図面において同一の構成を示しており、図面において、層及び領域の長さ及び厚さは、分かりやすくするために誇張されている場合がある。本発明の技術的内容は、以下の実施形態の詳細な説明及び以下の関連図面の説明によって明らかになろう。本明細書で用いられる「及び／又は」という用語は、列記する関連のアイテムのうちの１つ又は２つ以上の任意の組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。

別段の規定がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術的用語及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野における当業者によって一般に理解されている意味と同一の意味を有する。用語、例えば通常用いられている辞書で定義されている用語は、関連技術の文脈におけるこれの意味と一致した意味を有するものと解されるべきであり、本明細書においてそのように明示の定義がない場合、理想化された意味又は過剰に公式的な意味に解されることはない。

本明細書の対応の英文明細書において、単数形“ａ”、“ａｎ”、及び“ｔｈｅ”は、文脈上、別段の明示の指定がなければ、複数形を含むものとして用いられている。

以下において、本発明の実施形態が示された添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多種多様な形態で具体化でき、本明細書に記載した実施形態に限定されるものと解されてはならない。もっと適切に言えば、これら実施形態は、本明細書における開示が十分であり、本発明の範囲を当業者に十分に知らしめるよう提供されている。

本発明は、攪拌装置及び歯車列を提供する。攪拌装置は、モータを利用して中空歯車列を駆動し、それにより攪拌管を回転させることができ、その結果、攪拌機能が達成される。単位面積当たりの最も大きな流束が得られるだけでなく、交差汚染の問題も又、解決できる。加うるに、歯車列中の中空歯車及びその長い軸受によって攪拌装置の視準度が高められる。

図１Ａは、本発明の攪拌装置の主要構成要素の略図である。図１Ａを参照すると、本発明は、少なくとも１つの歯車１０１、少なくとも１つの連結部分１０２、及び少なくとも１つの攪拌管１０３を有する攪拌装置１０を提供しており、歯車１０１は、歯車１０１を貫通して延びる中空軸受１０１１を有している。中空軸受１０１１は、ユーザの要件に従って非中空軸受又は他の幾何学的変形例として設計されても良い。さらに、歯車１０１の材料は、耐摩擦性を備えた磁性材料、耐摩擦性を備えた金属材料、又は耐摩擦性を備えたプラスチック材料であるのが良く、耐摩擦性を備えた磁性材料は、ネオジウム（Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ）磁石又はサマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ₅）を含み、耐摩擦性を備えた金属材料は、鋳鋼又は鋳鉄を含み、耐摩擦性を備えたプラスチック材料は、ポリアセタール、ポリカプロラクタム、又はポリテトラフルオロエチレン等を含む。連結部分１０２の材料は、金属材料又はプラスチック材料であるのが良く、金属材料は、鋳鋼又は鋳鉄等を含み、プラスチック材料は、ポリアセタール、ポリカプロラクタム、又はポリテトラフルオロエチレン等を含む。攪拌管１０３の主要な材料は、磁界を遮蔽することのないプラスチック材料であり、プラスチック材料は、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、又はポリエチレンを含む。

図１Ｂは、本発明の攪拌装置の主要構成要素の組み合わせの略図である。図１Ｂを参照すると、連結部分１０２の一端部は、中空軸受１０１１につながり、連結部分１０２の他端部は、攪拌管１０３の開放端部１０３２につながり、歯車１０１及び連結部分１０２は、中空である。具体的な連結方法について説明すると、歯車１０１の中空軸受１０１１を連結部分１０２の一端部中に挿入してこれと組み合わせ関係をなすようにし、連結部分１０２の他端部を攪拌管１０３の開放端部１０３２中に挿入してこれと組み合わせ関係をなすようにする。かくして、歯車１０１は、攪拌機能を達成するために連結部分１０２に連結された中空軸受１０１１によって攪拌管１０３を駆動することができる。本発明の攪拌管１０３に用いられる実施形態のうちの１つは、取り外し可能な管であり、攪拌管１０３の一端部は、閉鎖端部１０３１であり、攪拌管１０３の他端部は、開放端部１０３２である。攪拌管１０３の開放端部１０３２により、連結部分１０２をこの攪拌管中に挿入して互いに組み合わせ関係をなすようにすることができる。攪拌装置の利点は、消耗品、例えば、攪拌管１０３を迅速且つ自動的に交換してその視準度を保証することができるということにある。加うるに、使用時に、消耗品を連結部分１０２中に自動的に入れたり出したりすることもでき、攪拌装置の従来の作動を単純化することができ、サンプルにおける汚染を軽減することができる。

図１Ｃは、本発明の攪拌装置の別の実施形態の要素の略図である。図１Ｃを参照すると、本発明の攪拌装置１０′は、磁気スティック１０４を更に有するのが良い。本発明の攪拌装置１０′が磁気効果の機能を必要とする場合、磁気スティック１０４は、中空歯車１０１の中空軸受１０１１及び連結部分１０２を通過して攪拌管１０３に入り込み、それにより攪拌管１０３が磁気効果の機能を備えられるようにするために用いられる。加うるに、図１Ｄは、本発明の中空歯車及び軸受の略図であることに注目される。本発明の攪拌装置の視準度及び摩擦力を高めるため、軸受の一部分の長さがＬ２に伸長されている。したがって、長くなっている中空軸受１０１１の長さ（Ｌ）は、図１Ｄにおいて軸受の一部分（Ｌ２）と軸受の他の部分（Ｌ１）との長さの差（Ｌ）（Ｌ＝Ｌ２−Ｌ１）であることを意味している。中空軸受１０１１の長さの差（Ｌ）が短すぎる場合、攪拌管１０３は、摩擦力が不十分なために外れて落ちる場合がある。中空軸受１０１１の長さの差（Ｌ）が長すぎる場合、軸中心が回転時にそれる場合がある。かくして、中空軸受１０１１の長さの差（Ｌ）は、５〜２０ｍｍであり、好ましくは１０〜１５ｍｍである。

加うるに、本発明は、更に、図２Ａ及び図２Ｂに示されている歯車列を提供する。図２Ａは、本発明の歯車列を示す実施形態の略図であり、歯車列は、同一平面内に配置されている。この実施形態に含まれる歯車列は、複数個の歯車１０１を含み、歯車１０１の各々は、軸受１０１１（図示せず）を有し、複数個の歯車１０１は、歯車列を形成するよう多数の列の状態に配列されている。歯車列中の複数個の歯車１０１は、互いに隣接することによって回転可能である。歯車が少なくとも２つの列の状態に配列されている場合、歯車の任意の２つの隣り合う列は、同一平面内に配置され、歯車１０１は、磁気歯車である。磁気歯車の利点は、これが摩擦力を生じさせないので磁気歯車を制限なしに配置すると共に長くすることができるということにある。加うるに、歯車列を歯車箱１０６内に設置することができ、歯車箱１０６は、この実施形態では、部分開放型向きに設計されている。しかしながら、この実施形態は、例示に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、歯車箱１０６は、閉鎖型向きに設計されても良い。

図２Ｂは、本発明の歯車列を示す別の実施形態の略図であり、歯車列は、互い違いの上下のパターンをなして配置されている。図２Ｂを参照すると、歯車列が少なくとも２つの列の状態に配列されている場合、歯車１０１の任意の２つの隣り合う列は、互い違いの上下のパターンをなして配置される。この構成例では、歯車１０１は、互いに対して回転する同一列中の隣の歯車によって駆動されるに過ぎず、このことの利点は、全ての歯車１０１相互間の４つの側部が同一平面内で互いに接触することに起因して生じる大きすぎるほどの正味の摩擦力の問題を回避することができるということにある。この歯車構成例に用いるのに適した材料は、一般的なものであり、好ましくは耐摩擦性を備えた材料、例えば金属材料又はプラスチック材料であり、金属材料は、鋳鋼又は鋳鉄等を含むのが良く、プラスチック材料は、ポリアセタール、ポリカプロラクタム、又はポリテトラフルオロエチレン等を含むのが良い。さらに、カップリング１０７（図２Ｂには示されておらず、図３Ａに示されている）は、基本的な又は主要な歯車１０８を駆動し、歯車箱１０６内に収納された入力軸歯車１１０によって本発明の歯車１０１を回転させる。この駆動方法は、例示に過ぎず、これには限定されない。例えば、並置して配置され又はクロスバー等によって駆動される歯車が本発明において回転する中空歯車１０１を駆動しても良い。

歯車１０１の個数、材料、配置状態、及び駆動方法を実際の使用によって調節することができるので、これには限定されない。

加うるに、図３Ａは、本発明の攪拌装置を示す実施形態の略図であり、本発明の攪拌装置は、この実施形態では、サンプルウェル１０９（例えば、９６個のウェル）に利用される。図３Ａを参照すると、本発明の攪拌装置は、モータ１０５を更に有し、このモータは、カップリング１０７によって歯車１０１を制御し、このモータにより、歯車１０１は、攪拌管１０３を駆動する連結部分１０２によって攪拌機能を達成することができる。加うるに、本発明の攪拌装置は、歯車１０１を収納するために用いられる歯車箱１０６を有するのが良い。磁気効果が必要ではなく、全体的攪拌が必要とされる場合、磁気スティック１０４を制御ユニット（図示せず）によって歯車箱１０６の上方まで動かすのが良い。カップリング１０７を制御することにより歯車１０１をモータ１０５によって回転させ、その結果、歯車１０１は、攪拌管１０３を駆動して連結部分１０２によって攪拌機能を実施する。磁気効果を実現する場合、制御ユニット（図示せず）は、磁気スティック１０４を制御してこの磁気スティックが中空歯車１０１の中空軸受１０１１及び連結部分１０２を通過して攪拌管１０３中に入り込むことができるようにし、その結果、攪拌管１０３は、サンプルウェル１０９（例えば、９６個のウェル）内の磁気ビーズ（図示せず）を吸着する磁気効果を有するようになる。

図３Ｂは、本発明の攪拌装置を示す実施形態の側面図であり、歯車１０１の個数が多数個である場合、歯車は、歯車列の少なくとも１つの列を形成するよう互いに隣接して位置し、歯車が少なくとも２つの列の状態に配列される場合、歯車の任意の２つの隣り合う列は、互い違いの上下パターンをなして配置される。この実施形態では、歯車列を形成するために歯車の１２つの列が設けられ（６つの列は、上側に配置され、他の６つの列は、下側に配置される）、２つめごとの列は、互い違いの上下パターンをなして配置される。各列には８個の歯車１０１が設けられる。攪拌装置は、９６本の攪拌管を９６個の連結部分１０２中に挿入したものであるのが良い（数本の攪拌管１０３しか示されていない）。歯車が駆動して互いに回転することによって９６個のウェル（例えば、サンプルウェル１０９）内で生物学的反応又は化学反応を同時に実施することができる。加うるに、磁気効果が実施される場合、９６個の磁気スティック１０４は又、中空歯車１０１の中空軸受１０１１及び連結部分１０２を通過して攪拌管１０３中に入り込むのが良い。

本発明の実施形態のかかる用途は、例示に過ぎず、これには限定されない。例えば、全ての列中の歯車の個数及び歯車列中の列の個数は、必要に合わせて設計可能であり、磁気スティック１０４及び攪拌管１０３の本数を歯車の数に応じて調節することができる。加うるに、本発明の歯車１０１は、同一サイズのもの又は異なるサイズのものであって良く、これは、条件に照らして調節可能である。

以上要約すると、本発明は、以下の利点を有する攪拌装置及び歯車列を提供する。
１．本発明で用いられる歯車は、中空歯車であり、かかる中空歯車により、磁気スティックが連結部分を通って攪拌管中に入り込むことができ、それにより磁気効果を実現することができる。
２．本発明で用いられる歯車は、長い中空軸受を有し、その結果、攪拌装置の視準度が高められる。
３．歯車列は、少なくとも２つの列の状態に配列され、歯車の任意の２つの隣り合う列は、互い違いの上下パターンをなして配置され、歯車は、互いに対して回転する同一列中の隣の歯車によって駆動されるに過ぎず、歯車全て相互間の４つの側部が同一平面内で互いに接触することに起因して生じる大きすぎるほどの正味の摩擦力の問題を回避することができる。
４．本発明の攪拌装置は、実験プロセスにおける交差汚染の問題を回避することができる。

実施形態についての上述の説明は、例示として与えられているに過ぎず、当業者であれば種々の改造例を想到できることは理解されよう。上述の説明、実施例、及びデータは、本発明の完全な説明及び本発明の例示の実施形態の使用を提供している。本発明の種々の実施形態を或る程度詳細に又は１つ又は２つ以上の個々の実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、開示した実施形態について多くの変形例を想到することができる。

１０ 攪拌装置
１０１ 歯車
１０２ 連結部分
１０３ 攪拌管
１０４ 磁気スティック
１０５ モータ
１０６ 歯車箱
１０７ カップリング
１０８ 歯車列
１０９ サンプルウェル
１１０ 軸歯車
１０１１ 中空軸受
１０３１ 閉鎖端部

Claims (16)

1. 攪拌装置であって、
   少なくとも１つの歯車と、
   少なくとも一つの軸受と、
   少なくとも１本の攪拌管と、
   前記軸受は中空であり、前記歯車を貫通し、
   少なくとも１つの連結部分とを有し、
   前記連結部分は管であり、当該連結部分の一端部は、前記軸受を前記連結部分へ挿入することにより前記軸受とつながり、前記連結部分の他端部は、前記連結部分を前記撹拌管に挿入することにより前記攪拌管につながり、
   前記撹拌管は、開放した一端と、閉鎖された他端とを有する管であり、
   前記歯車は、前記連結部分を介して前記攪拌管を回転させ、
   前記歯車が少なくとも２つの列の状態に配列されている時に、歯車の任意の２つの隣り合う列は、互い違いの上下のパターンをなして配置されている、
   前記軸受は前記歯車の内側に配置されている、攪拌装置。
2. モータを更に有する、請求項１記載の攪拌装置。
3. 前記モータは、カップリングを介して前記歯車を制御する、請求項２記載の攪拌装置。
4. 前記歯車の個数が多数個である場合、前記歯車は、歯車の少なくとも１つの列を形成するよう互いに隣接して位置している、請求項１記載の攪拌装置。
5. 前記歯車が少なくとも２つの列の状態に配列されている場合、歯車の任意の２つの隣り合う列は、同一の平面内に配置されている、請求項４記載の攪拌装置。
6. 前記歯車は、磁気歯車である、請求項５記載の攪拌装置。
7. 前記多数個の歯車は、同一サイズ又は異なるサイズのものである、請求項４記載の攪拌装置。
8. 前記歯車は、互いに隣接することによって回転する、請求項４記載の攪拌装置。
9. 前記歯車を取り付けるための歯車箱を更に有する、請求項１記載の攪拌装置。
10. 前記軸受及び前記連結部分は、中空である、請求項１記載の攪拌装置。
11. 前記軸受の前記歯車の第１の側の一部分と前記軸受の前記歯車の反対側の第２の側の他の部分との長さの差は、５〜２０ｍｍである、請求項１記載の攪拌装置。
12. 前記攪拌管は、取り外し可能な攪拌管である、請求項１記載の攪拌装置。
13. 前記攪拌管の一端部は、閉鎖端部であり、前記攪拌管の他端部は、開放端部である、請求項１記載の攪拌装置。
14. 前記連結部分は、前記攪拌管の前記開放端部中に入り込んで前記攪拌管と組み合わせ関係をなす、請求項１３記載の攪拌装置。
15. 磁気スティックを更に有する、請求項１記載の攪拌装置。
16. 前記磁気スティックは、前記攪拌管中に入り込み、前記歯車の前記軸受及び前記連結部分を通過することによって磁気効果をもたらす、請求項１５記載の攪拌装置。