特許 6160976 平行撹拌翼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6160976

(24)【登録日】2017年6月23日

(45)【発行日】2017年7月12日

(54)【発明の名称】平行撹拌翼

(51)【国際特許分類】

   B01F 7/18 20060101AFI20170703BHJP

【ＦＩ】

   B01F7/18 B

【請求項の数】16

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-2286(P2017-2286)

(22)【出願日】2017年1月11日

【審査請求日】2017年1月11日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516086107

【氏名又は名称】三広アステック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087642

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100098408

【弁理士】

【氏名又は名称】義経 和昌

(74)【代理人】

【識別番号】100195693

【弁理士】

【氏名又は名称】細井 玲

(72)【発明者】

【氏名】石畑 敦啓

【審査官】 増田 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平４−２３５７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１０４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１９３００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−０５９７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１４３４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭３９−２４４８３（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開平６−１３４２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平３−３８１３５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５９−１６５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７６８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実用新案登録第３１５８７６０（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００６４５２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−５８０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７３１８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ ７／１８

Ｂ０１Ｆ ７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の平坦面を有する第１の部材及び第２の平坦面を有する第２の部材を含み、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面が、回転軸を挟んで第１の間隔を空けて互いに対向した状態で、前記回転軸を中心として回転可能であり、
前記第１の部材の前記第１の平坦面と前記第２の部材の前記第２の平坦面との間が、前記第１の部材及び前記第２の部材の幅方向に開放されており、
前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面が、撹拌対象物に少なくとも部分的に浸漬され、前記回転軸を中心として回転されたときに、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に侵入した撹拌対象物が、遠心力によって前記回転軸から遠ざかる方向に吐出され、同時に、前記回転軸に沿った方向から撹拌対象物が前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に吸い込まれる、撹拌翼。

【請求項2】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、一分間当たり１０回転以上、２００回転以下の回転速度で回転される、請求項１に記載の撹拌翼。

【請求項3】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面はそれぞれ、前記回転軸の方向に延びる細長い形状を有する、請求項１または請求項２に記載の撹拌翼。

【請求項4】

前記第１の部材及び前記第２の部材はそれぞれ、回転半径外側の面にパドル翼をさらに備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の撹拌翼。

【請求項5】

前記第１の部材は、前記第１の平坦面に対して垂直な第３の平坦面及び第４の平坦面をさらに有し、前記第３の平坦面及び前記第４の平坦面が、第２の間隔を空けて互いに対向して配置され、
前記第２の部材は、前記第２の平坦面に対して垂直な第５の平坦面及び第６の平坦面をさらに有し、前記第５の平坦面及び前記第６の平坦面が、前記第２の間隔を空けて互いに対向して配置される、請求項１〜４の何れか一項に記載の撹拌翼。

【請求項6】

請求項１〜５の何れか一項に記載の撹拌翼と、
前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面を前記回転軸を中心として回転させる回転駆動装置と
を含む撹拌装置。

【請求項7】

前記回転駆動装置は、モーターと、減速機とを含む、請求項６に記載の撹拌装置。

【請求項8】

撹拌対象物を入れるための容器と、
前記撹拌翼を前記容器内の所望の高さに保持するための保持部材と
をさらに含む請求項６または請求項７に記載の撹拌装置。

【請求項9】

前記容器は、直径及び深さを有する円筒の形状を有し、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、同一の矩形の形状、前記回転軸の方向における同一の高さ、及び前記回転軸に直交する方向における同一の幅を有し、
前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅が、前記容器の直径の２０％以上、８０％以下である、請求項８に記載の撹拌装置。

【請求項10】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記高さが、前記容器の前記深さの２０％以上、８０％以下である、請求項９に記載の撹拌装置。

【請求項11】

前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔が、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅の２０％以上、８０％以下である、請求項９または請求項１０に記載の撹拌装置。

【請求項12】

前記容器は、正方形の水平断面、及び深さを有する正四角柱の形状を有し、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、同一の矩形の形状、前記回転軸の方向における同一の高さ、及び前記回転軸に直交する方向における同一の幅を有し、
前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅が、前記容器の前記正方形の水平断面の一片の長さの２０％以上、８０％以下である、請求項８に記載の撹拌装置。

【請求項13】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記高さが、前記容器の前記深さの２０％以上、８０％以下である、請求項１２に記載の撹拌装置。

【請求項14】

前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔が、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅の２０％以上、８０％以下である、請求項１２または請求項１３に記載の撹拌装置。

【請求項15】

撹拌対象物を撹拌する方法であって、
回転軸を挟んで第１の間隔を空けて互いに対向した状態に維持された第１の部材の第１の平坦面及び第２の部材の第２の平坦面を少なくとも部分的に撹拌対象物に浸漬させ、
前記回転軸を中心として前記第１の平坦面及び第２の平坦面を回転させること
を含み、
前記第１の部材の前記第１の平坦面と前記第２の部材の前記第２の平坦面との間が、前記第１の部材及び前記第２の部材の幅方向に開放されており、
前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面を回転させることは、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に侵入した撹拌対象物を、遠心力によって前記回転軸から遠ざかる方向に吐出し、同時に、前記回転軸に沿った方向から撹拌対象物を前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に吸い込むことをさらに含む、方法。

【請求項16】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、一分間当たり１０回転以上、２００回転以下の回転速度で回転される、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撹拌翼及び撹拌装置に関し、特に、対向する２つの平坦面を有するシンプルな構造で効率の良い撹拌翼、及びかかる撹拌翼を備えた撹拌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の撹拌翼の形状には、一般に、プロペラ型、パドル型、タービン型、コーン型などの様々なタイプがある。図９は、従来のパドル翼３を備えた撹拌装置１の一例を示している。また、特許文献１は、撹拌翼として従来の回転パドル２、３を備えた撹拌装置を開示している。しかしながら、従来の撹拌翼は、その形状が比較的複雑であることから、製造コストが高く、洗浄にも苦労することが多い。そのため、もっと低コストで製造できるシンプルな構造の撹拌翼が必要とされている。

【0003】

また、従来の撹拌翼は、比較的高速に回転されるように設計されているため（例えば、一分間当たり２５０〜１０００回転程度）、例えばバイオ医薬品等の分野においては、撹拌対象物である微生物や生物の細胞のような生体材料に剪断や破壊が発生しやすいという問題がある。そのため、微生物や生物の細胞のような生体材料の剪断や破壊を最小限に抑えつつ、これらをやさしく撹拌することが可能な撹拌翼が必要とされている。

【0004】

さらに、従来の撹拌翼は、縦方向（回転軸方向）の寸法が短いため、液面の高さが変化すると、撹拌翼が液面からすぐに露出してしまい、十分な撹拌を行うことができないという問題がある。そのため、液面変化に対応できる撹拌翼が必要とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平６−１７０２０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一つの目的は、低コストで製造できるシンプルな構造の撹拌翼を提供することである。本発明の一つの目的は、撹拌対象物である微生物や生物の細胞のような生体材料の剪断や破壊を最小限に抑えつつ、これらをやさしく撹拌する撹拌翼を提供することである。本発明の一つの目的は、液面変化に対応する撹拌翼を提供することである。本発明の他の目的は、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態において、本発明は、第１の平坦面を有する第１の部材及び第２の平坦面を有する第２の部材を含み、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面が、回転軸を挟んで第１の間隔を空けて互いに対向した状態で、前記回転軸を中心として回転可能な撹拌翼を提供する。

【0008】

他の実施形態において、本発明は、前記撹拌翼と、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面を前記回転軸を中心として回転させる回転駆動装置とを含む撹拌装置を提供する。

【0009】

他の実施形態において、本発明は、撹拌対象物を撹拌する方法であって、回転軸を挟んで第１の間隔を空けて互いに対向した状態に維持された第１の平坦面及び第２の平坦面を少なくとも部分的に撹拌対象物に浸漬させ、前記回転軸を中心として前記第１の平坦面及び第２の平坦面を回転させることを含む方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１（ａ）は、本発明の一実施形態による撹拌装置１０を示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した撹拌装置１０の撹拌翼１１の分解斜視図である。図１（ｃ）は、撹拌翼１１の正面図である。

【図2】本発明の一実施形態による撹拌翼が撹拌対象物に浸漬され、回転されたときに撹拌対象物に生じる対流を矢印で示す図である。

【図3】図３（ａ）は、本発明の一実施形態による、撹拌翼を容器内の所望の高さに保持するための保持部材の一例を示す図である。図３（ｂ）は、撹拌翼を容器内の所望の高さに保持するための保持部材の他の例を示す図である。

【図4】図４（ａ）〜図４（ｃ）は各々、撹拌対象物の液面の高さが様々に変化したときに、本発明の一実施形態による撹拌翼によって撹拌対象物に生じる対流を矢印で示す図である。

【図5】本発明の他の実施形態による撹拌翼２１を備えた撹拌装置２０を示す斜視図である。

【図6】図６（ａ）は、本発明のさらに別の実施形態による撹拌翼３１を備えた撹拌装置３０を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した撹拌装置３０の撹拌翼３１の分解斜視図である。

【図7】図７（ａ）は、図６（ａ）に示した撹拌装置３０の撹拌翼３１の正面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）における撹拌翼３１のＫ−Ｋ’断面図である。

【図8】本発明の一実施形態による、撹拌対象物を撹拌する方法を示すフロー図である。

【図9】従来のパドル翼を備えた撹拌装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

一実施形態において、本発明は、第１の平坦面を有する第１の部材及び第２の平坦面を有する第２の部材を含み、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面が、回転軸を挟んで第１の間隔を空けて互いに対向した状態で、前記回転軸を中心として回転可能な撹拌翼を提供する。

【0012】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、同一の形状を有する場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、異なる形状を有する場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、前記回転軸の方向における同一の高さを有する場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、前記回転軸の方向における異なる高さを有する場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、前記回転軸に直交する方向における同一の幅を有する場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、前記回転軸に直交する方向における異なる幅を有する場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２平坦面はそれぞれ、矩形の形状を有する場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面はそれぞれ、台形（上辺を短辺とするものと、下辺を短辺とするものとの両方を含む）、円形、楕円形、または菱形の形状を有する場合がある。

【0013】

前記撹拌翼は、支持部材をさらに含む場合がある。前記第１の部材及び前記第２の部材は、前記支持部材に結合される場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、前記支持部材によって、前記回転軸を挟んで前記第１の間隔を空けて互いに対向した状態に維持される場合がある。前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記支持部材の少なくとも一部は、一体的に形成される場合がある。

【0014】

前記第１の部材及び前記第２の部材はそれぞれ、板状部材である場合がある。前記第１の部材及び前記第２の部材はそれぞれ、矩形の板状部材である場合がある。前記第１の部材及び前記第２の部材はそれぞれ、台形（上辺を短辺とするものと、下辺を短辺とするものとの両方を含む）、円形、楕円形、または菱形の板状部材である場合がある。前記第１の部材及び前記第２の部材はそれぞれ、半球形部材である場合がある。前記支持部材は、板状部材である場合がある。前記支持部材は、一または複数の開口部を有する板状部材である場合がある。前記支持部材は、Ｈ字型のフレーム部材である場合がある。

【0015】

前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記支持部材はそれぞれ、アルミニウムやステンレスのような金属から形成される場合がある。前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記支持部材はそれぞれ、プラスチックやアクリルのような樹脂から形成される場合がある。前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記支持部材の少なくとも一部は、他の部分とは別個に作成され、溶接や接着剤によって他の部分と結合される場合がある。前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記支持部材の少なくとも一部は、単一の板状材料から曲げ加工によって一体的に形成される場合がある。前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記支持部材の少なくとも一部は、射出成型や押出し成型のような成型によって一体的に形成される場合がある。

【0016】

前記回転軸は、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に配置される場合がある。前記回転軸は、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面から均等な距離に配置される場合がある。

【0017】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面が、前記撹拌対象物に少なくとも部分的に浸漬され、前記回転軸を中心として回転されたときに、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に侵入した撹拌対象物は、遠心力によって前記回転軸から遠ざかる方向に吐出され、同時に、前記回転軸に沿って垂直な方向から撹拌対象物が前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に吸い込まれる。

【0018】

前記撹拌対象物は、液体と液体を含み得る。前記撹拌対象物は、異なる種類の液体を含み得る。前記撹拌対象物は、液体塗料、及びうすめ液を含む場合がある。前記撹拌対象物は、異なる種類の薬液を含む場合がある。前記撹拌対象物は、液体と、粒体または粉体のような固体とを含む場合がある。前記粒体または粉体のような固体は、液体に溶解されるものである場合がある。前記粒体または粉体のような固体は、液体に溶解されないものである場合がある。前記撹拌対象物は、砂糖または塩と、水とを含む場合がある。前記撹拌対象物は、漂白剤のような水溶液と、パルプとを含む場合がある。前記撹拌対象物は、培養液や試薬のような薬液と、微生物や生物の細胞のような生体材料とを含む場合がある。

【0019】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、前記回転軸が前記撹拌対象物の液面に対して垂直になるような形で前記撹拌対象物に浸漬される場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、前記回転軸が前記撹拌対象物の液面に対する垂直から傾きを有する形で前記撹拌対象物に浸漬される場合がある。

【0020】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、一分間当たり１０回転以上、好ましくは、一分間当たり３０回転以上、更に好ましくは、一分間当たり５０回転以上の回転速度で回転される場合がある。前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、一分間当たり２００回転以下、好ましくは、一分間当たり１５０回転以下、更に好ましくは、一分間当たり１００回転以下の回転速度で回転される場合がある。一例において、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、一分間当たり１０回転以上、２００回転以下の回転速度で回転される場合がある。

【0021】

前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面はそれぞれ、前記回転軸の方向に延びる細長い形状を有する場合がある。

【0022】

前記第１の部材及び前記第２の部材はそれぞれ、回転半径外側の面にパドル翼をさらに備える場合がある。前記パドル翼は、アルミニウムやステンレスのような金属から形成される場合がある。前記パドル翼は、プラスチックやアクリルのような樹脂から形成される場合がある。前記パドル翼は、前記第１の部材または前記第２の部材とは別個に形成され、溶接や接着剤によってそれらと結合される場合がある。前記パドル翼は、射出成型や押出し成型のような成型によって前記第１の部材または前記第２の部材と一体的に形成される場合がある。

【0023】

前記第１の部材は、前記第１の平坦面に対して垂直な第３の平坦面及び第４の平坦面をさらに有する場合がある。前記第３の平坦面及び前記第４の平坦面は、第２の間隔を空けて互いに対向して配置される場合がある。前記第２の部材は、前記第２の平坦面に対して垂直な第５の平坦面及び第６の平坦面をさらに有する場合がある。前記第５の平坦面及び前記第６の平坦面は、前記第２の間隔を空けて互いに対向して配置される場合がある。前記第１の間隔と前記第２の間隔は、等しい場合がある。前記第１の間隔と前記第２の間隔は、互いに異なる場合がある。

【0024】

前記第３の平坦面及び前記第５の平坦面は、第１の仮想平面上に配置される場合がある。前記第４の平坦面及び前記第６の平坦面は、第２の仮想平面上に配置される場合がある。前記回転軸は、前記第１の仮想平面と前記第２の仮想平面の間に配置される場合がある。前記回転軸は、前記第１の仮想平面と前記第２の仮想平面の間に、前記第１の仮想平面及び前記第２の仮想平面から均等な距離に配置される場合がある。

【0025】

他の実施形態において、本発明は、上記のように構成された本発明による撹拌翼と、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面を前記回転軸を中心として回転させる回転駆動装置とを含む撹拌装置を提供する。前記支持部材は、シャフトを介して前記回転駆動装置に結合される場合がある。前記回転駆動装置は、モーターを含む場合がある。前記回転駆動装置は、モーターと、減速機とを含む場合がある。

【0026】

前記撹拌装置は、撹拌対象物を入れるための容器と、前記撹拌翼を前記容器内の所望の高さに保持するための保持部材とをさらに含む場合がある。

【0027】

前記保持部材は、前記容器の蓋と、前記回転駆動装置のフランジ部を前記容器の前記蓋の開口部の周りに結合する固定具とを含む場合がある。前記固定具は、ボルト及びナット等を含む場合がある。前記保持部材は、前記容器の底に置かれた第１の磁石と、前記第１の磁石及び前記撹拌翼結合され、前記撹拌翼を前記容器内の所望の高さに保持する第１のシャフトとを含む場合がある。前記第１の磁石は、前記容器の底面を隔てて、前記容器の外側に配置された反対極性の第２の磁石に磁力によって結合され、前記第２の磁石及び第２のシャフトを介して前記回転駆動装置によって回転される場合がある。

【0028】

前記容器は、円筒の形状を有する場合がある。前記容器は、正六角柱、または正八角柱のような正多角柱の形状を有する場合がある。前記容器は、アルミニウムやステンレスのような金属から形成される場合がある。前記容器は、プラスチックやアクリルのような樹脂から形成される場合がある。

【0029】

一例として、前記容器は、例えば、直径及び深さを有する円筒の形状を有し、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、同一の矩形の形状、前記回転軸の方向における同一の高さ、及び前記回転軸に直交する方向における同一の幅を有する場合がある。

【0030】

（i）この場合、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の幅は、前記容器の直径の２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面Ｂの幅は、前記容器の直径の８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。例えば、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅は、前記容器の直径の２０％以上、８０％以下である場合がある。

【0031】

（ii）この場合、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の高さは、前記容器の深さの２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の高さは、前記容器の深さの８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。例えば、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記高さは、前記容器の前記深さの２０％以上、８０％以下である場合がある。

【0032】

（iii）この場合、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔は、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の幅の２０％以上、好ましくは、２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔は、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の幅の８０％以下、好ましくは、７５％以下、より好ましくは７０％以下である。例えば、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔は、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅の２０％以上、８０％以下である場合がある。

【0033】

他の例として、前記容器は、例えば、正方形の水平断面、及び深さを有する正四角柱の形状を有し、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、同一の矩形の形状、前記回転軸の方向における同一の高さ、及び前記回転軸に直交する方向における同一の幅を有する場合がある。

【0034】

（i）この場合、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅は、前記容器の正方形の水平断面の一辺の長さの２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅は、前記容器の正方形の水平断面の一辺の長さの８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。例えば、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅は、前記容器の前記正方形の水平断面の一片の長さの２０％以上、８０％以下である場合がある。

【0035】

（ii）この場合、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記高さは、前記容器の深さの２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記高さは、前記容器の深さの８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。例えば、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記高さは、前記容器の前記深さの２０％以上、８０％以下である場合がある。

【0036】

（iii）この場合、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔は、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅の２０％以上、好ましくは、幅Ｗの２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔は、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅の８０％以下、好ましくは、７５％以下、より好ましくは７０％以下である。例えば、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の前記第１の間隔は、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面の前記幅の２０％以上、８０％以下である場合がある。

【0037】

他の実施形態において、本発明は、撹拌対象物を撹拌する方法を提供する。この方法は、回転軸を挟んで第１の間隔を空けて互いに対向した状態に維持された第１の平坦面及び第２の平坦面を少なくとも部分的に撹拌対象物に浸漬させ、前記回転軸を中心として前記第１の平坦面及び第２の平坦面を回転させることを含む。

【0038】

前記方法において、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面を回転させることは、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に侵入した撹拌対象物を、遠心力によって前記回転軸から遠ざかる方向に吐出し、同時に、前記回転軸に沿って垂直な方向から撹拌対象物を前記第１の平坦面と前記第２の平坦面の間に吸い込むことをさらに含む場合がある。

【0039】

前記方法において、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面は、一分間当たり１０回転以上、２００回転以下の回転速度で回転される場合がある。

【0040】

次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。

【0041】

図１（ａ）は、本発明の一実施形態による撹拌翼１１を備えた撹拌装置１０を示す斜視図である。撹拌装置１０は、撹拌対象物を撹拌するための撹拌翼１１と、撹拌翼１１を回転させるため回転駆動装置１２とを含む。図１（ｂ）は、撹拌翼１１の分解斜視図であり、図１（ｃ）は、撹拌翼１１の正面図である。撹拌翼１１は、第１の平坦面Ａを有する第１の部材１３、及び第２の平坦面Ｂを有する第２の部材１４を含む。撹拌翼１１は、支持部材１５をさらに含む。第１の部材１３及び第２の部材１４は、支持部材１５に結合され、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、支持部材１５によって、回転軸１７を挟んで第１の間隔Ｄ_１を空けて互いに対向した状態に維持されている。ただし、後述するように、第１の部材１３、第２の部材１４、及び支持部材１５の少なくとも一部は、一体に形成されてもよい。図１（ａ）に示されるように、支持部材１５は、シャフト１６を介して回転駆動装置１２に結合されている。第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、回転駆動装置１２によって、回転軸１７を中心として回転されることができる。

【0042】

第１の部材１３及び第２の部材１４は、平坦面Ａ及び平坦面Ｂをそれぞれ有するものであれば、如何なる形状のものであってもよい。一実施形態において、第１の部材１３及び第２の部材１４はそれぞれ、板状部材である。一実施形態において、第１の部材１３及び第２の部材１４はそれぞれ、矩形の板状部材である。一実施形態において、第１の部材１３及び第２の部材１４はそれぞれ、台形（上辺を短辺とするものと、下辺を短辺とするものとの両方を含む）、円形、楕円形、または菱形の板状部材である。一実施形態において、第１の部材１３及び第２の部材１４はそれぞれ、半球形部材である。

【0043】

支持部材１５は、第１の部材１３の第１の平坦面Ａ及び第２の部材１４の第２の平坦面Ｂを、回転軸１７を挟んで第１の間隔Ｄ_１を空けて互いに対向した状態に維持するものであれば、如何なる形状を有するものであってもよい。一実施形態において、支持部材１５は、図１（ａ）に示されるような板状部材である。一実施形態において、支持部材１５は、撹拌対象物の上下方向の流動を容易にする一または複数の開口部を有する板状部材である。一実施形態において、支持部材１５は、Ｈ字型のフレーム部材である。

【0044】

第１の部材１３の第１の平坦面Ａ及び第２の部材１４の第２の平坦面Ｂはそれぞれ、発明の作用が得られる範囲内で、様々な形状、回転軸の方向における様々な高さＨ、及び回転軸に直交する方向における様々な幅Ｗを有することができる。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、同一の形状を有する。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、異なる形状を有する。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、回転軸１７の方向における同一の高さＨを有する。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、回転軸１７の方向における異なる高さを有する。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、回転軸１７に直交する方向における同一の幅Ｗを有する。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、回転軸１７に直交する方向における異なる幅を有する。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２平坦面Ｂはそれぞれ、矩形の形状を有する。一実施形態において、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂはそれぞれ、台形（上辺を短辺とするものと、下辺を短辺とするものとの両方を含む）、円形、楕円形、または菱形の形状を有する。

【0045】

第１の部材１３、第２の部材１４、及び支持部材１５はそれぞれ、発明の作用が得られる範囲内で、如何なる材料から形成されてもよい。一実施形態において、第１の部材１３、第２の部材１４、及び支持部材１５はそれぞれ、アルミニウムやステンレスのような金属から形成される。一実施形態において、第１の部材１３、第２の部材１４、及び支持部材１５はそれぞれ、プラスチックやアクリルのような樹脂から形成される。一実施形態において、第１の部材１３、第２の部材１４、及び支持部材１５の少なくとも一部は、他の部分とは個別に作成され、溶接や接着剤によって他の部分と結合される場合がある。一実施形態において、第１の部材１３、第２の部材１４、及び支持部材１５の少なくとも一部は、単一の板状材料から曲げ加工によって一体的に形成される場合がある。一実施形態において、第１の部材１３、第２の部材１４、及び支持部材１５の少なくとも一部は、射出成型や押出し成型のような成型によって一体的に形成される場合がある。

【0046】

一実施形態において、回転軸１７は、第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂの間に配置される。一実施形態において、回転軸１７は、第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂの間に、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂから均等な距離に配置される。一実施形態において、第１の部材１３及び第２の部材１４は、同一の幅Ｗを有し、回転軸１７は、第１の部材１３及び第２の部材１４の幅（Ｗ）方向における両縁から、均等な距離に配置される。ただし、回転軸１７の位置は、必ずしもこのような幾何学上の中心でなくてもよく、発明の作用が得られる範囲内で、幾何学上の中心から多少のずれがあってもよい。

【0047】

図２は、図１に示した撹拌翼１１が撹拌対象物１８に浸漬され、回転されたときに撹拌対象物１８に生じる対流を矢印で示す図である。第１の部材１３の第１の平坦面Ａ及び第２の部材１４の第２の平坦面Ｂを撹拌対象物１８に少なくとも部分的に浸漬させ、回転軸１７を中心として回転させると、第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂの間に侵入した撹拌対象物１８は、遠心力によって、矢印で示されるように回転軸１７から遠ざかる方向に吐出され、同時に、回転軸１７に沿って垂直な方向（図２の例では下方）から撹拌対象物１８が第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂの間に吸い込まれる。その結果、撹拌対象物１８に対流が発生し、撹拌対象物１８は撹拌される。

【0048】

一実施形態において、撹拌翼１１は、図２に示されるように回転軸１７が液面に対して垂直になるような形で撹拌対象物１８に浸漬される。ただし、撹拌翼１１は、必ずしも液面に垂直に浸漬される必要はなく、実施形態によっては、撹拌翼１１は、発明の作用が得られる範囲内で、回転軸１７が液面に対する垂直から傾きを有する形で撹拌対象物１８に浸漬される場合もある（図示せず）。このような傾きを有する浸漬は、撹拌対象物１８に乱流を発生させたいときに有用なことがある。

【0049】

本発明による撹拌翼は、バイオ、医薬品、食品、化学、建築、製紙工業、鉱業などを含む様々な分野で使用されることができる。一実施形態において、撹拌対象物１８は、液体と液体を含む。例えば、建築の分野において、撹拌対象物１８は、限定はしないが、液体塗料及びうすめ液のような異なる種類の液体を含む場合がある。例えば、医薬品の分野において、撹拌対象物１８は、限定はしないが、異なる種類の薬液を含む場合がある。一実施形態において、撹拌対象物１８は、液体と、粒体または粉体のような固体とを含む。粒体または粉体のような固体は、液体に溶解されるものと、溶解されないものとの両方を含み得る。例えば、食品の分野において、撹拌対象物１８は、限定はしないが、砂糖や塩のような水溶性の粉体と、水とを含む場合がある。例えば、製紙工業の分野において、撹拌対象物１８は、限定はしないが、漂白剤のような水溶液と、パルプとを含む場合がある。例えば、バイオの分野において、撹拌対象物１８は、限定はしないが、培養液や試薬のような薬液と、微生物や生物の細胞のような生体材料とを含む場合がある。

【0050】

第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、有効な撹拌能力を得るために、一分間当たり１０回転以上、好ましくは、一分間当たり３０回転以上、更に好ましくは、一分間当たり５０回転以上の回転速度で回転される。また、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、撹拌対象物をやさしく撹拌するために、一分間当たり２００回転以下、好ましくは、一分間当たり１５０回転以下、更に好ましくは、一分間当たり１００回転以下の回転速度で回転される。

【0051】

回転駆動装置１２は、モーター（図示省略）と、減速機（図示省略）とから構成される。本発明による撹拌翼１１は、撹拌板（すなわち、第１の部材１３、及び第２の部材１４）の回転速度が低いため、減速機の減速比を高くすることができ、したがって、撹拌板を高いトルクで回転させることが可能である。ただし、低回転速度で高トルクのモーターを入手できる場合、減速機は省略されてもよい。

【0052】

一実施形態において、撹拌装置１０は、撹拌対象物１８を入れるための容器１９と、撹拌翼１１を容器１９内の所望の高さに保持するための保持部材とをさらに含む。

【0053】

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、撹拌翼１１を容器１９内の所望の高さに保持するための保持部材の種々の例を示している。保持部材は、容器１９内の所望の高さに撹拌翼１１を保持できるものであれば、如何なる構造の部材であってもよい。一実施形態において、保持部材は、図３（ａ）に示されるように、容器１９の蓋２６と、回転駆動装置１２のフランジ部を蓋２６の開口部の周りに結合するボルト及びナット等の固定具２８とを含む。シャフト１６は、蓋２６の開口部を通して容器１９の中まで延び、撹拌翼１１を容器１９内の所望の高さに保持する。一実施形態において、保持部材は、図３（ｂ）に示されるように、容器１９の底に置かれた磁石３４ａと、磁石３４ａ及び撹拌翼１１に結合され、撹拌翼１１を容器１９内の所望の高さに保持するシャフト１６ａとを含む。磁石３４ａは、容器１９の底面を隔てて、容器の外側に配置された反対極性の磁石３４ｂに磁力によって結合され、磁石３４ｂ及びシャフト１６ｂを介して回転駆動装置１２によって回転される。

【0054】

容器１９は、発明の作用が得られる範囲内で、如何なる形状を有するものであってもよい。一実施形態において、容器１９は、円筒の形状を有する。一実施形態において、容器１９は、正四角柱、正六角柱、または正八角柱のような正多角柱の形状を有する。容器１９は、発明の作用が得られる範囲内で、如何なる材料から形成されてもよい。一実施形態において、容器１９は、アルミニウムやステンレスのような金属から形成される。一実施形態において、容器１９は、プラスチックやアクリルのような樹脂から形成される。

【0055】

有効な撹拌能力を得るために、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの寸法及びこれらの間の間隔は、容器１９の形状及び寸法に応じて決定される。

【0056】

一例として、容器１９は、例えば、直径（内寸）ｄ及び深さｈを有する円筒の形状を有し、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、例えば、同一の矩形の形状、回転軸１７の方向における同一の高さＨ、及び回転軸１７に直交する方向における同一の幅Ｗを有する場合がある。この場合、有効な撹拌能力を得るための第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの寸法（Ｗ、Ｈ）及び間隔Ｄ_１の範囲（上限及び下限）は、次のようになる。

【0057】

（i）第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗは、容器１９の直径ｄの２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗは、容器１９の直径ｄの８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。

【0058】

（ii）第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの高さＨは、容器１９の深さｈの２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの高さＨは、容器１９の深さｈの８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。

【0059】

（iii）第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂとの間の第１の間隔Ｄ_１は、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗの２０％以上、好ましくは、幅Ｗの２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂとの間の第１の間隔Ｄ_１は、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗの８０％以下、好ましくは、幅Ｗの７５％以下、より好ましくは７０％以下である。

【0060】

他の例として、容器１９は、例えば、一辺の長さ（内寸）がｄである正方形の水平断面、及び深さｈを有する正四角柱の形状を有し、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂは、例えば、同一の矩形の形状、回転軸１７の方向における同一の高さＨ、及び回転軸１７に直交する方向における同一の幅Ｗを有する場合がある。この場合、有効な撹拌能力を得るための第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの寸法（Ｗ、Ｈ）及び間隔Ｄ_１の範囲（上限及び下限）は、次のようになる。

【0061】

（i）第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗは、容器１９の正方形の水平断面の一辺の長さｄの２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗは、容器１９の正方形の水平断面の一辺の長さｄの８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。

【0062】

（ii）第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの高さＨは、容器１９の深さｈの２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの高さＨは、容器１９の深さｈの８０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。

【0063】

（iii）第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂとの間の第１の間隔Ｄ_１は、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗの２０％以上、好ましくは、幅Ｗの２５％以上、より好ましくは３０％以上である。また、第１の平坦面Ａと第２の平坦面Ｂとの間の第１の間隔Ｄ_１は、第１の平坦面Ａ及び第２の平坦面Ｂの幅Ｗの８０％以下、好ましくは、幅Ｗの７５％以下、より好ましくは７０％以下である。

【0064】

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、撹拌対象物１８の液面の高さが様々に変化したときに、撹拌翼１１によって撹拌対象物１８に発生する対流を矢印で示す図である。本発明による撹拌翼１１は、容器１９の深さに応じて、撹拌板（すなわち、第１の部材１３及び第２の部材１４）を縦長に作成すること、すなわち、回転軸１７の方向に延びる細長い部材にすることができるため、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示されるように液面の高さが様々に変化した場合でも、撹拌対象物１８に対流を発生させることができ、そのため、撹拌対象物１８を有効に撹拌することができる。

【0065】

図５は、本発明の他の実施形態による撹拌翼２１を備えた撹拌装置２０を示す斜視図である。撹拌装置２０は、第１の部材１３及び第２の部材１４がそれぞれ、回転半径外側にパドル翼２４をさらに備えている点を除き、図１（ａ）に示した撹拌装置１０と同様の構成を有する。対応する部材に同じ符号を付して、図１（ａ）に示した撹拌装置１０のものと同様の構成要素については説明を省略する。パドル翼２４は、撹拌対象物１８の上下方向の対流（回転方向に応じて決まる吸い上げ、または吹き出し）を促進し、撹拌効率を上げる効果を有する。

【0066】

パドル翼２４は、発明の作用が得られる範囲内で、如何なる材料から形成されてもよい。一実施形態において、パドル翼２４は、アルミニウムやステンレスのような金属から形成される。一実施形態において、パドル翼２４は、プラスチックやアクリルのような樹脂から形成される。一実施形態において、パドル翼２４は、第１の部材１３または第２の部材１４とは別個に作成され、溶接や接着剤によってそれらと結合される場合がある。一実施形態において、パドル翼２４は、射出成型や押出し成型のような成型によって第１の部材１３または第２の部材１４と一体的に形成される場合がある。

【0067】

図６（ａ）は、本発明のさらに別の実施形態による撹拌翼３１を備えた撹拌装置３０を示す斜視図である。図６（ｂ）は、撹拌翼３１の分解斜視図である。図７（ａ）は、撹拌翼１１の正面図であり、図７（ｂ）は、撹拌翼１１のＫ−Ｋ’線断面図である。図７（ｂ）に示されるように、撹拌装置３０において、第１の部材１３’は、第１の平坦面Ａに対して垂直な第３の平坦面Ｃ及び第４の平坦面Ｄをさらに有する。第３の平坦面Ｃ及び第４の平坦面Ｄは、第２の間隔Ｄ_２を空けて互いに対向して配置される。また、第２の部材１４’は、第２の平坦面Ｂに対して垂直な第５の平坦面Ｅ及び第６の平坦Ｆ面をさらに有する。第５の平坦面Ｅ及び第６の平坦面Ｆは、第２の間隔Ｄ_２を空けて互いに対向して配置される。第１の間隔Ｄ_１と第２の間隔Ｄ_２は、等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。

【0068】

図７（ｂ）に示されるように、一実施形態において、第３の平坦面Ｃ及び第５の平坦面Ｅは、仮想平面Ｘ上に配置され、第４の平坦面Ｄ及び第６の平坦面Ｆは、仮想平面Ｙ上に配置され、回転軸１７は、仮想平面Ｘと仮想平面Ｙの間に配置される。一実施形態において、回転軸１７は、仮想平面Ｘと仮想平面Ｙの間に、仮想平面Ｘ及び仮想平面Ｙから均等な距離に配置される。ただし、回転軸１７の位置は、必ずしもこのような幾何学上の中心でなくてもよく、発明の作用が得られる範囲内で、幾何学上の中心から多少のずれがあってもよい。

【0069】

その他の点については、撹拌措置３０は、図１（ａ）に示した撹拌装置１０と同様の構成を有している。対応する部材に同じ符号または類似の符号を付して、図１（ａ）に示した撹拌装置１０のものと同様の構成要素については説明を省略する。

【0070】

図８は、撹拌対象物を撹拌する方法８０を示している。方法８０は、ステップ８２から開始され、ステップ８４へ進み、そこでまず、回転軸を挟んで第１の間隔を空けて対向した状態に維持された第１の平坦面及び第２の平坦面を少なくとも部分的に撹拌対象物に浸漬させる。次に、ステップ８６へ進み、そこで、回転軸を中心として第１の平坦面及び第２の平坦面を回転させる。ステップ８６は、第１の平坦面と第２の平坦面の間に侵入した撹拌対象物を、遠心力によって回転軸から遠ざかる方向に吐出し、同時に、回転軸に沿って垂直な方向から撹拌対象物を第１の平坦面と第２の平坦面の間に吸い込むことをさらに含む場合がある。その後、ステップ８８へ進み、方法８０は終了する。

【0071】

本発明によれば、撹拌翼がシンプルな構造であることから、撹拌翼や撹拌装置を低コストで製造することが可能となり、また、撹拌翼を容易に洗浄することが可能となる。さらに、本発明によれば、容器の形状や寸法に応じて、撹拌翼の面積を広くすることができ、低い回転速度でも撹拌対象物を有効に撹拌することができるため、微生物や生物の細胞のような生体材料の剪断や破壊を最小限に抑えつつ、これらをやさしく撹拌することが可能となる。このことは、図２に示した本発明による撹拌装置の平行撹拌翼１３、１４を、図９に示したような従来の撹拌装置１のパドル翼３と対比することで、直感的にも理解することができるであろう。さらに、本発明によれば、容器の形状や寸法に応じて、撹拌翼を細長い形状にすることができるため、撹拌対象物の液面の高さが様々に変化した場合でも、撹拌対象物を有効に撹拌することが可能となる。さらに、本発明によれば、撹拌翼の回転速度を低く抑えることができるため、モーターの減速比を高くすることができ、高いトルクで撹拌翼を回転させることが可能となる。

【0072】

本発明の種々の実施形態に関する上記説明は、例示を目的としたものであり、発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。

【符号の説明】

【0073】

Ａ 第１の平坦面
Ｂ 第２の平坦面
１０、２０、３０ 撹拌装置
１１、２１、３１ 撹拌翼
１２ 回転駆動装置
１３、１３’ 第１の部材
１４、１４’ 第２の部材
１５ 支持部材
１７ 回転軸

【要約】

【課題】シンプルな構造で効率の良い撹拌翼、及びかかる撹拌翼を備えた撹拌装置の提供。
【解決手段】第１の平坦面を有する第１の部材及び第２の平坦面を有する第２の部材を含み、第１の平坦面及び第２の平坦面が、回転軸を挟んで第１の間隔を空けて互いに対向した状態で、回転軸を中心として回転可能な撹拌翼。第１の平坦面及び第２の平坦面が、撹拌対象物に少なくとも部分的に浸漬され、回転軸を中心として回転されたときに、第１の平坦面と第２の平坦面の間に侵入した撹拌対象物が、遠心力によって前記回転軸から遠ざかる方向に吐出され、同時に、回転軸に対して垂直な方向から撹拌対象物が第１の平坦面と第２の平坦面の間に吸い込まれる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】