(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023160724
(43)【公開日】2023-11-02
(54)【発明の名称】磁性結合方法、磁性結合撹拌運動装置
(51)【国際特許分類】
B01F 33/452 20220101AFI20231026BHJP
【ＦＩ】
B01F33/452
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022212204
(22)【出願日】2022-12-28
(31)【優先権主張番号】111115416
(32)【優先日】2022-04-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(71)【出願人】
【識別番号】523002013
【氏名又は名称】牟敦剛
(74)【代理人】
【識別番号】110002907
【氏名又は名称】弁理士法人イトーシン国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】牟敦剛
【テーマコード（参考）】
4G036
【Ｆターム（参考）】
4G036AC23
(57)【要約】
【課題】磁性結合方法及び磁性結合撹拌運動装置を提供する。
【解決手段】
回転中に磁性子を駆動する磁極端及び一定距離内の撹拌子の異なる磁極端の間の磁性吸引力、及び磁性子そのものを駆動する運動速度の両者の相乗的エネルギー変換によって得られるトルクを使用してその撹拌子を運動させる動的磁性結合方法であって、多種の方式が変化した磁性結合駆動構成によって、撹拌子にそれが位置する容器内で対応する回転又はその他の規則的繰り返し動作を発生させ、容器内で同じ又は異なる液体、気体、固体の混合又は運動を行わせ、撹拌子が停止する平面を基準面とし、磁性子をその下でそれと垂直な平面上で回転するように駆動する。この動的磁性結合動作メカニズム特有の水平方向に配置された動力回転軸は、装置の平坦化に対応するだけでなく、単一組の撹拌子動作メカニズムを同軸上で複数組に容易に拡大することができ、且つ同じ動力源を使用する。
【選択図】図２Ｃ
【解決手段】
回転中に磁性子を駆動する磁極端及び一定距離内の撹拌子の異なる磁極端の間の磁性吸引力、及び磁性子そのものを駆動する運動速度の両者の相乗的エネルギー変換によって得られるトルクを使用してその撹拌子を運動させる動的磁性結合方法であって、多種の方式が変化した磁性結合駆動構成によって、撹拌子にそれが位置する容器内で対応する回転又はその他の規則的繰り返し動作を発生させ、容器内で同じ又は異なる液体、気体、固体の混合又は運動を行わせ、撹拌子が停止する平面を基準面とし、磁性子をその下でそれと垂直な平面上で回転するように駆動する。この動的磁性結合動作メカニズム特有の水平方向に配置された動力回転軸は、装置の平坦化に対応するだけでなく、単一組の撹拌子動作メカニズムを同軸上で複数組に容易に拡大することができ、且つ同じ動力源を使用する。
【選択図】図２Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性結合点において、磁性子と隣接する撹拌子との間の結合磁性吸引力及び前記磁性子自身の回転運動エネルギーを前記撹拌子の運動エネルギーに変換し、且つ前記回転運動エネルギー及び前記運動エネルギーは、同じ法則で生成される工程を含み、
前記磁性子は、前記結合磁性吸引力を生成するための単一磁極端を有し、前記撹拌子は、Ｎ磁極端およびＳ磁極端を有し、且つ前記結合磁性吸引力は、前記磁性子の前記単一磁極端及び前記撹拌子の前記磁性子の前記単一磁極端と異なる前記Ｎ磁極端又は前記Ｓ磁極端から生じ、
前記磁性子は、回転軸の周りを前記回転軸に垂直な駆動平面上で回転し、前記撹拌子は、前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換に従って、運動平面上で同期して繰り返し運動し、且つ前記駆動平面は、前記運動平面と交差する、磁性結合方法。
前記磁性子は、前記結合磁性吸引力を生成するための単一磁極端を有し、前記撹拌子は、Ｎ磁極端およびＳ磁極端を有し、且つ前記結合磁性吸引力は、前記磁性子の前記単一磁極端及び前記撹拌子の前記磁性子の前記単一磁極端と異なる前記Ｎ磁極端又は前記Ｓ磁極端から生じ、
前記磁性子は、回転軸の周りを前記回転軸に垂直な駆動平面上で回転し、前記撹拌子は、前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換に従って、運動平面上で同期して繰り返し運動し、且つ前記駆動平面は、前記運動平面と交差する、磁性結合方法。
【請求項2】
前記駆動平面は、前記運動平面と固定の角度で交差し、前記角度は９０度である、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項3】
前記磁性子の数は複数であり、前記回転軸上で隣接して配置され、前記磁性子の数は、前記磁性子によって生成される前記結合磁性吸引力及び前記回転運動エネルギーと比例する、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項4】
前記磁性子の数は、１対であり、前記１対の磁性子は、前記磁性結合点に位置し、前記１対の磁性子は、２つの異なる磁極端を含み、且つ前記２つの異なる磁極端は、１８０度の位相角差を有し、前記１対の磁性子が前記回転軸の周りを回転する時、前記撹拌子の前記Ｎ磁極端と前記Ｓ磁極端は、前記磁性結合点で半回転毎に前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換を受けて、同じ方向の繰り返し回転運動を行う、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項5】
前記磁性結合点の数は２つであり、仮想四角形の対角線の両端点に配置され、前記磁性子の数は、２つであり、第１磁性子及び磁極端の異なる第２磁性子を含み、前記回転軸の数は２つであり、第１回転軸及び前記第１回転軸と平行な第２回転軸を含み、前記第１磁性子は、前記第１回転軸の周りを回転し、前記第２磁性子は、第２回転軸の周りを回転し、前記２つの磁性子がそれぞれ前記第１回転軸及び前記第２回転軸の周りを同期して反対方向に回転する時、前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端は、一回転毎に前記対角線の前記両端上の前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換を受けて、同じ方向の繰り返し回転運動を行う、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項6】
前記磁性結合点の数は２つであり、仮想四角形の対角線の両端点に配置され、前記磁性子の数は、２対であり、第１対磁性子及び第２対磁性子を含み、且つ前記対角線の前記両端点の前記第１対磁性子及び前記第２対磁性子の２つの磁極端は、それぞれ異なる磁極で且つ１８０度の位相角度差を有するように配置され、前記第１対磁性子及び前記第２対磁性子の配置方向は、互いに平行であり、前記回転軸の数は２つであり、第１回転軸及び前記第１回転軸と平行な第２回転軸を含み、前記第１対磁性子及び前記第２対磁性子は、それぞれ前記第１回転軸及び前記第２回転軸の周りを同期して反対方向に回転する時、前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端は、半回転毎に前記対角線の前記両端上の前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換を受けて、同じ方向の繰り返し回転運動を行う、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項7】
前記磁性結合点の数は４つであり、仮想四角形に配置され、前記仮想四角形は直角の平行四辺形であり、前記磁性子の数は、４対であり、第１対磁性子、第２対磁性子、第３対磁性子、第４対磁性子を含み、且つ前記第１対磁性子、前記第２対磁性子、前記第３対磁性子、前記第４対磁性子のそれぞれの２つの磁極端は、それぞれ異なる磁極で前記４対の磁性子のそれぞれの前記２つの異なる磁極がいずれも１８０度の位相角度差を有するように配置され、前記第１対磁性子及び前記第３対磁性子は、前記仮想四角形の１つの対角線の両端点に位置し、前記第２対磁性子及び前記第４対磁性子は、前記仮想四辺形のもう１つの対角線の両端点に位置し、前記第１対磁性子及び前記第２対磁性子は、９０度の角度差を有し、前記第３対磁性子及び第４対磁性子は９０度の角度差を有し、前記第１対磁性子は、第３対磁性子と平行であり、前記回転軸の数は、２つであり、第１回転軸及び前記第１回転軸に平行な第２回転軸を含み、前記第１対磁性子及び前記第２対磁性子は、第１回転軸の周りを回転し、且つ前記第３対磁性子及び前記第４対磁性子が前記第２回転軸の周りを同期して反対方向に回転する時、前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端の１／４回転毎に、各前記４方向の対角線の前記両端点での前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換を受けて、同じ方向の繰り返し回転運動を行う、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項8】
前記磁性結合点の数は４つであり、仮想四角形に配置され、前記仮想四角形は直角の平行四辺形であり、前記磁性子の数は、４対であり、第１対磁性子、第２対磁性子、第３対磁性子、第４対磁性子を含み、且つ前記第１対磁性子、前記第２対磁性子、前記第３対磁性子、前記第４対磁性子のそれぞれの２つの磁極端は、それぞれ同じ磁極で前記４対の磁性子のそれぞれの前記２つの同じ磁極がいずれも１８０度の位相角度差を有するように配置され、前記第１対磁性子及び前記第３対磁性子は、前記仮想四角形の１つの対角線の両端点に位置し、前記第２対磁性子及び前記第４対磁性子は、前記仮想四辺形のもう１つの対角線の両端点に位置し、前記第１対磁性子及び前記第４対磁性子は、同じ磁極端を有し且つ９０度の角度差を有し、前記第２対磁性子及び第３対磁性子は、同じ磁極端を有し且つ９０度の角度差を有し、前記第１対磁性子は、第３対磁性子と平行であり、前記第１対磁性子の前記磁極端は、前記第３対磁性子の前記磁極端と異なり、前記第４対磁性子の前記磁極端は、前記第２対磁性子の前記磁極端と異なり、前記回転軸の数は、２つであり、第１回転軸及び前記第１回転軸に平行な第２回転軸を含み、前記第１対磁性子及び前記第２対磁性子は、第１回転軸の周りを回転し、且つ前記第３対磁性子及び前記第４対磁性子が前記第２回転軸の周りを同期して対向回転する時、前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端の１／４回転毎に、各前記対角線の前記両端点での結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換を受けて、行ったり来たりの繰り返し振動運動を行う、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項9】
前記磁性結合点の数は４つであり、仮想四角形に配置され、前記仮想四角形は直角の平行四辺形であり、前記磁性子の数は、４対であり、第１対磁性子、第２対磁性子、第３対磁性子、第４対磁性子を含み、且つ前記第１対磁性子、前記第２対磁性子、前記第３対磁性子、前記第４対磁性子のそれぞれの２つの磁極端は、それぞれ同じ磁極で前記４対の磁性子のそれぞれの前記２つの同じ磁極がいずれも１８０度の位相角度差を有するように配置され、前記第１対磁性子及び前記第３対磁性子は、前記仮想四角形の１つの対角線に位置し、前記第２対磁性子及び前記第４対磁性子は、前記仮想四辺形のもう１つの対角線に位置し、前記第１対磁性子は、前記第２対磁性子に平行し、前記第３対磁性子は、前記第４対磁性子に平行し、且つ前記第１対磁性子と前記第３対磁性子は、９０度の角度差を有し、前記第１対磁性子の前記磁極端は、前記第２対磁性子の前記磁極端と異なり、前記第４対磁性子の前記磁極端は、前記第１対磁性子の前記磁極端と同じであり、前記回転軸の数は、２つであり、第１回転軸及び前記第１回転軸に平行な第２回転軸を含み、前記第１対磁性子及び前記第２対磁性子は、第１回転軸の周りを回転し、且つ前記第３対磁性子及び前記第４対磁性子が前記第２回転軸の周りを同期して対向回転する時、前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端の１／４回転毎に、各前記回転軸上の前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換を受けて、前記２つの回転軸で行ったり来たりの繰り返し往復運動を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記仮想四角形の四隅の位置の各前記同期磁性結合点における２つの磁性子の間の距離は、前記結合磁性吸引力および前記回転運動エネルギー変換が前記撹拌子の運動を駆動するに足るように構成される、請求項５～請求項９のいずれか一項に記載の磁性結合方法。
【請求項11】
前記第１回転軸及び前記第２回転軸上の各前記磁性子組の配置部位は、何れも同様に平行で対称な正方形断面を有し、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の識別を容易にし、４つの９０度で同期した逆方向の回転動作、及び各前記対応する磁性子組の位相の正確な配置を行う、請求項５～請求項９のいずれか一項に記載の磁性結合方法。
【請求項12】
前記磁性子は、ネオジウム鉄ホウ素又はサマリウムコバルト系の磁石、アルミニウムニッケルコバルト合金磁石、セラミック磁石または酸化鉄磁石材質のうちの１つまたは複数を含む永久磁石であり、柱状であるか、または同一形状の複数の磁性子が堆積してなり、且つ前記磁性子が生成する磁性吸引力は、前記撹拌子が生成する磁性吸引力以上である、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項13】
前記撹拌子は、両端が軸方向に磁化された棒状またはその他の形状の撹拌子である、請求項１に記載の磁性結合方法。
【請求項14】
載置面を有するケーシングと、
前記ケーシングに固定され、駆動軸を有する動力源と、
磁性結合アセンブリと、
容器と、
を備え、
前記磁性結合アセンブリは、
前記駆動軸及び対応する伝達機構によって駆動され、同期して対向回転する１対の平行回転軸と、
仮想四角形の四隅に配置され、前記仮想四角形は直角の平行四辺形であり、前記１対の平行回転軸上に向かい合って配置され、それぞれが対応する回転軸の周りを回転し、前記四隅の各前記磁性子の３６０度回転平面は、９０度で各コーナーの４つの磁極構成面または位相に分割され、計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極構成面を含み、前記四隅の９０度の回転毎に異なる繰り返し磁性結合ステップ動作アレンジを提供し、前記仮想四角形の軸上の辺の長さは、２つの異なる磁極端の同期結合時に必要な距離に対応でき、且つ前記１対の平行回転軸の間の距離は、異なる磁極端の同期結合時に必要な距離、及び磁性結合アセンブリの回転動作に対応できる磁性子アセンブリと、
軸方向に磁化され、一端にＮ磁極を有し、他端にＳ磁極を有し、容器内の内容物内に入れられ、前記内容物を撹拌する撹拌子と、
を含み、
前記仮想四角形の前記四隅において、回転中の前記磁性子アセンブリの前記計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極端の構成面で、随時１～８個の磁性子によってＮ磁極端またはＳ磁極端の対応するアレンジに従って、１点、２点又は４点で１回転、半回転又は１／４回転毎に前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端を交互に結合し、回転中の前記磁性子アセンブリの結合磁性吸引力及び回転運動エネルギーを前記撹拌子の運動エネルギーに変換し、前記撹拌子に前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換によって運動平面で繰り返しの規則的運動を行わせ、前記内容物を撹拌又は押圧し、
前記繰り返しの規則的運動は、少なくとも一定方向の回転、行ったり来たりの揺動、および行ったり来たりの往復運動を含む、磁性結合撹拌運動装置。
前記ケーシングに固定され、駆動軸を有する動力源と、
磁性結合アセンブリと、
容器と、
を備え、
前記磁性結合アセンブリは、
前記駆動軸及び対応する伝達機構によって駆動され、同期して対向回転する１対の平行回転軸と、
仮想四角形の四隅に配置され、前記仮想四角形は直角の平行四辺形であり、前記１対の平行回転軸上に向かい合って配置され、それぞれが対応する回転軸の周りを回転し、前記四隅の各前記磁性子の３６０度回転平面は、９０度で各コーナーの４つの磁極構成面または位相に分割され、計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極構成面を含み、前記四隅の９０度の回転毎に異なる繰り返し磁性結合ステップ動作アレンジを提供し、前記仮想四角形の軸上の辺の長さは、２つの異なる磁極端の同期結合時に必要な距離に対応でき、且つ前記１対の平行回転軸の間の距離は、異なる磁極端の同期結合時に必要な距離、及び磁性結合アセンブリの回転動作に対応できる磁性子アセンブリと、
軸方向に磁化され、一端にＮ磁極を有し、他端にＳ磁極を有し、容器内の内容物内に入れられ、前記内容物を撹拌する撹拌子と、
を含み、
前記仮想四角形の前記四隅において、回転中の前記磁性子アセンブリの前記計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極端の構成面で、随時１～８個の磁性子によってＮ磁極端またはＳ磁極端の対応するアレンジに従って、１点、２点又は４点で１回転、半回転又は１／４回転毎に前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端を交互に結合し、回転中の前記磁性子アセンブリの結合磁性吸引力及び回転運動エネルギーを前記撹拌子の運動エネルギーに変換し、前記撹拌子に前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換によって運動平面で繰り返しの規則的運動を行わせ、前記内容物を撹拌又は押圧し、
前記繰り返しの規則的運動は、少なくとも一定方向の回転、行ったり来たりの揺動、および行ったり来たりの往復運動を含む、磁性結合撹拌運動装置。
【請求項15】
前記磁性子アセンブリの数は複数であり、前記１対の平行回転軸上に延在し、前記１対の平行回転軸の周りを回転し、前記撹拌子および対応する容器の数は同じ複数の個数であり、前記撹拌子はそれぞれ前記磁性子アセンブリの構成に対応し、前記運動平面において、同じ複数の繰り返しの規則的運動を行い、前記容器の前記内容物を撹拌又は押圧する、請求項１４に記載の磁性結合撹拌運動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、結合アセンブリ及び結合動作装置に関し、特に磁性結合アセンブリ及び磁性結合方式によって結合を行う磁性結合方法、磁性結合撹拌運動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に使用されるプラス、マイナス、またはS極とN極の磁性結合運動アセンブリ、例えば、卓上型磁性撹拌子撹拌機や撹拌反応器で使用されるマグネチックスターラー等は、何れも一定空間距離内で、１対１の一定の静的なS極、N極の磁性吸着結合を使用してその動作駆動機能を実行する。マグネチックスターラーの両端が一定の１対１の吸着結合を有しない場合、ある程度の空間を隔てると、動作の駆動機能も必然的に失われる。両端に一定の１対１の吸着結合がある場合、撹拌磁性部材は、完全に駆動磁性部材の運動軌跡に従って運動のみをする。
そして、駆動磁性部材及び撹拌磁性部材は、上下に空間を隔てて２つの平行運動面に堆積され、１つの回転軸又はモータによってこの１組のマグネチックスターラーを駆動する。複数組又は複数軸の駆動を必要とする場合、１つ１つ並べて取り付けるか、より複雑な平行伝達機構を使用して完成させる必要があり、コスト、体積、重量及びノイズの負担が増加する。また、２層堆積の実装は、シャーシの平坦化が難しくなる。
そして、駆動磁性部材及び撹拌磁性部材は、上下に空間を隔てて２つの平行運動面に堆積され、１つの回転軸又はモータによってこの１組のマグネチックスターラーを駆動する。複数組又は複数軸の駆動を必要とする場合、１つ１つ並べて取り付けるか、より複雑な平行伝達機構を使用して完成させる必要があり、コスト、体積、重量及びノイズの負担が増加する。また、２層堆積の実装は、シャーシの平坦化が難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１２４３０２号公報
【特許文献2】特願２０１７－２２２３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電磁石を使用した電磁結合装置は、簡素化の問題を解決し得るが、現代の高スループット及び小型化された平行多点実験の要件の下では、基礎物理力学的に簡易であり、耐久性があり、経済的な多機能磁性結合動作方法及び装置が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
回転中に磁性子を駆動する磁極端及び一定距離内の撹拌子の異なる磁極端の間の磁性吸引力、及び磁性子そのものを駆動する運動速度の両者の相乗的エネルギー変換（磁性吸引力×磁性結合速度＝磁性結合運動エネルギー）によって得られるトルクを使用してその撹拌子を運動させる動的磁性結合方法であって、多種の方式が変化した磁性結合駆動構成によって、撹拌子にそれが位置する容器内で対応する回転又はその他の規則的繰り返し動作を発生させ、容器内で同じ又は異なる液体、気体、固体の混合又は運動を行わせ、撹拌子が停止する平面を基準面とし、磁性子をその下でそれと垂直な平面上で回転するように駆動する。
本発明の一態様の磁性結合方法は、磁性結合点において、磁性子と隣接する撹拌子との間の結合磁性吸引力及び前記磁性子自身の回転運動エネルギーを前記撹拌子の運動エネルギーに変換し、且つ前記回転運動エネルギー及び前記運動エネルギーは、同じ法則で生成される工程を含み、前記磁性子は、前記結合磁性吸引力を生成するための単一磁極端を有し、前記撹拌子は、Ｎ磁極端およびＳ磁極端を有し、且つ前記結合磁性吸引力は、前記磁性子の前記単一磁極端及び前記撹拌子の前記磁性子の前記単一磁極端と異なる前記Ｎ磁極端又は前記Ｓ磁極端から生じ、前記磁性子は、回転軸の周りを前記回転軸に垂直な駆動平面上で回転し、前記撹拌子は、前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換に従って、運動平面上で同期して繰り返し運動し、且つ前記駆動平面は、前記運動平面と交差する。
本発明の一態様の、磁性結合撹拌運動装置は、載置面を有するケーシングと、前記ケーシングに固定され、駆動軸を有する動力源と、磁性結合アセンブリと、容器と、を備え、前記磁性結合アセンブリは、前記駆動軸及び対応する伝達機構によって駆動され、同期して対向回転する１対の平行回転軸と、仮想四角形の四隅に配置され、前記仮想四角形は直角の平行四辺形であり、前記１対の平行回転軸上に向かい合って配置され、それぞれが対応する回転軸の周りを回転し、前記四隅の各前記磁性子の３６０度回転平面は、９０度で各コーナーの４つの磁極構成面または位相に分割され、計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極構成面を含み、前記四隅の９０度の回転毎に異なる繰り返し磁性結合ステップ動作アレンジを提供し、前記仮想四角形の軸上の辺の長さは、２つの異なる磁極端の同期結合時に必要な距離に対応でき、且つ前記１対の平行回転軸の間の距離は、異なる磁極端の同期結合時に必要な距離、及び磁性結合アセンブリの回転動作に対応できる磁性子アセンブリと、軸方向に磁化され、一端にＮ磁極を有し、他端にＳ磁極を有し、容器内の内容物内に入れられ、前記内容物を撹拌する撹拌子と、を含み、前記仮想四角形の前記四隅において、回転中の前記磁性子アセンブリの前記計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極端の構成面で、随時１～８個の磁性子によってＮ磁極端またはＳ磁極端の対応するアレンジに従って、１点、２点又は４点で１回転、半回転又は１／４回転毎に前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端を交互に結合し、回転中の前記磁性子アセンブリの結合磁性吸引力及び回転運動エネルギーを前記撹拌子の運動エネルギーに変換し、前記撹拌子に前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換によって運動平面で繰り返しの規則的運動を行わせ、前記内容物を撹拌又は押圧し、前記繰り返しの規則的運動は、少なくとも一定方向の回転、行ったり来たりの揺動、および行ったり来たりの往復運動を含む。
本発明の一態様の磁性結合方法は、磁性結合点において、磁性子と隣接する撹拌子との間の結合磁性吸引力及び前記磁性子自身の回転運動エネルギーを前記撹拌子の運動エネルギーに変換し、且つ前記回転運動エネルギー及び前記運動エネルギーは、同じ法則で生成される工程を含み、前記磁性子は、前記結合磁性吸引力を生成するための単一磁極端を有し、前記撹拌子は、Ｎ磁極端およびＳ磁極端を有し、且つ前記結合磁性吸引力は、前記磁性子の前記単一磁極端及び前記撹拌子の前記磁性子の前記単一磁極端と異なる前記Ｎ磁極端又は前記Ｓ磁極端から生じ、前記磁性子は、回転軸の周りを前記回転軸に垂直な駆動平面上で回転し、前記撹拌子は、前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換に従って、運動平面上で同期して繰り返し運動し、且つ前記駆動平面は、前記運動平面と交差する。
本発明の一態様の、磁性結合撹拌運動装置は、載置面を有するケーシングと、前記ケーシングに固定され、駆動軸を有する動力源と、磁性結合アセンブリと、容器と、を備え、前記磁性結合アセンブリは、前記駆動軸及び対応する伝達機構によって駆動され、同期して対向回転する１対の平行回転軸と、仮想四角形の四隅に配置され、前記仮想四角形は直角の平行四辺形であり、前記１対の平行回転軸上に向かい合って配置され、それぞれが対応する回転軸の周りを回転し、前記四隅の各前記磁性子の３６０度回転平面は、９０度で各コーナーの４つの磁極構成面または位相に分割され、計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極構成面を含み、前記四隅の９０度の回転毎に異なる繰り返し磁性結合ステップ動作アレンジを提供し、前記仮想四角形の軸上の辺の長さは、２つの異なる磁極端の同期結合時に必要な距離に対応でき、且つ前記１対の平行回転軸の間の距離は、異なる磁極端の同期結合時に必要な距離、及び磁性結合アセンブリの回転動作に対応できる磁性子アセンブリと、軸方向に磁化され、一端にＮ磁極を有し、他端にＳ磁極を有し、容器内の内容物内に入れられ、前記内容物を撹拌する撹拌子と、を含み、前記仮想四角形の前記四隅において、回転中の前記磁性子アセンブリの前記計１６個のＮ磁極端またはＳ磁極端または無磁極端の構成面で、随時１～８個の磁性子によってＮ磁極端またはＳ磁極端の対応するアレンジに従って、１点、２点又は４点で１回転、半回転又は１／４回転毎に前記撹拌子の前記Ｎ磁極端及び前記Ｓ磁極端を交互に結合し、回転中の前記磁性子アセンブリの結合磁性吸引力及び回転運動エネルギーを前記撹拌子の運動エネルギーに変換し、前記撹拌子に前記結合磁性吸引力の交互の結合吸引及び前記運動エネルギーの交互の推進への変換によって運動平面で繰り返しの規則的運動を行わせ、前記内容物を撹拌又は押圧し、前記繰り返しの規則的運動は、少なくとも一定方向の回転、行ったり来たりの揺動、および行ったり来たりの往復運動を含む。
【発明の効果】
【0006】
この動的磁性結合動作メカニズム特有の水平方向に配置された動力回転軸は、装置の平坦化に対応するだけでなく、単一組の撹拌子動作メカニズムを同軸上で複数組に容易に拡大することができ、且つ同じ動力源を使用する。従来の静的な両端が一定のSN磁極が空間を隔てて一対一の吸着で結合するものと明らかに異なる点とし、動的な空間を隔てた結合の両端は、結合と分離を繰り返す一定運動の状態で作用し、多種の方式でリセットして磁性結合の構成を駆動することができ、撹拌子にそれが位置する容器内で多種の対応する繰り返す回転又は運動を選択的に発生させる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】本発明の単一の回転軸及び単一の磁性駆動部材を備えたマグネチックスターラー装置の斜視説明図である。
【図1D】本発明の１対の回転軸及び４対の磁性駆動部材を備えたマグネチックスターラー装置の斜視説明図である。
【図2A】正方形の４方向対角線平面上で撹拌部材を繰り返し結合および回転させる、本発明の動的磁性結合方法の実施形態の上面図である。
【図2B】正方形の４方向対角線平面上で撹拌部材を繰り返し結合および回転させる、本発明の動的磁性結合方法の実施形態の側面図である。
【図2C】正方形の４方向対角線平面上で撹拌部材を繰り返し結合および回転させる、本発明の動的磁性結合方法の実施形態の１対の平行な水平回転軸及びその上の４対の磁性駆動部材の設置位置の上面図及び斜視図である。
【図3A】正方形の４方向対角線平面上で撹拌部材を繰り返し結合および回転させる、本発明の動的磁性結合方法の図２Ａの実施形態の１対の平行な水平回転軸及びその上の４対の磁性駆動部材の設置位置の上面図である。
【図3B】正方形の４方向対角線平面上で撹拌部材を繰り返し結合および回転させる、本発明の動的磁性結合方法の図２Ａの実施形態の１対の平行な水平回転軸及びその上の４対の磁性駆動部材の設置位置の側面図である。
【図4A】正方形の４方向対角線平面上で撹拌部材を繰り返し結合および回転させる、本発明の動的磁性結合方法の図２Ａの実施形態の１対の平行な水平回転軸及びその上の４対の磁性駆動部材の前後に隣接する結合点間の遷移期間の位置の上面図である。
【図4B】正方形の４方向対角線平面上で撹拌部材を繰り返し結合および回転させる、本発明の動的磁性結合方法の図２Ａの実施形態の１対の平行な水平回転軸及びその上の４対の磁性駆動部材の前後に隣接する結合点間の遷移期間の位置の側面図である。
【図6】直角の平行四辺形の２つの対角線平面上の２対の対角間で撹拌部材を繰り返し結合し、連続揺動させる、本発明の動的磁性結合方法のもう１つの実施形態の１対の平行水平回転軸及びその上の４対の磁性駆動部材の設置位置の側面図及び斜視図である。
【図7】直角の平行四辺形の互いに反対側の２対の隣接する角度平面上で撹拌部材を繰り返し結合し、連続往復運動させる、本発明の動的磁性結合方法のもう１つの実施形態の１対の平行水平回転軸及びその上の４対の磁性駆動部材の設置位置の側面図及び斜視図である。
【図8】単一の水平回転軸及びその上の１対の磁性駆動部材が撹拌部材の２つの磁性結合端を繰り返し結合し、回転させる、本発明の動的磁性結合方法の更にもう１つの実施形態の上面図及び斜視図である。
【図9】単一の水平回転軸及びその上の１対の磁性駆動部材が撹拌部材の単一の特定磁性結合端を繰り返し結合し、回転させる、本発明の動的磁性結合方法の更にもう１つの実施形態の上面図及び斜視図である。
【図10】直角の平行四辺形の平面の１つの対角線端の２点で撹拌部材を繰り返し結合し、回転させる、本発明の動的磁性結合方法の実施形態の１対の平行水平回転軸及びその上の２対の磁性駆動部材の設置位置の上面図及び斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されることはない。
【0009】
本発明は、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変が可能であり、多くの適用可能な発明概念を提供しており、ここに開示する特定の実施形態は、本発明を実装および使用する特定の方法を説明するためにのみ使用され、本発明の範囲を限定するものではない。
【0010】
本発明に記載の動的磁性結合方法は、回転中に磁性子を駆動する磁極端及び一定距離内の磁気又は磁性撹拌子の異なる磁極端の間の磁性吸引力、及び磁性子そのものを駆動する運動速度の両者の相乗的エネルギー変換（磁性吸引力と磁性結合速度の積を磁性結合運動エネルギーとみなすことができる）によって得られるトルクを使用してその撹拌子を運動させる動的磁性結合方法であって、多種の方式が変化した磁性結合駆動構成によって、撹拌子にそれが位置する容器内で対応する回転又はその他の規則的繰り返し動作を発生させ、容器内で同じ又は異なる液体、気体、固体の混合又は運動を行わせ、撹拌子が停止する平面を基準面とし、磁性子をその下方且つそれとほぼ垂直な平面上で回転するように駆動する。
【0011】
上記の回転またはその他の規則的な反復動作、または容器内の同一または異なる液体、気体、および固体物体の混合または運動について強調すべき点として、従来の回転撹拌または混合運動に加えて、本発明の磁性結合方法が結合する撹拌子は、更に運動力場又は運動方向に往復(reciprocating)する往復運動を行うことができ、例えば、ブルウィップ効果（whiplash effect）の繰り返し揺動運動、及びログロール（log roll）の繰り返し往復運動であり、磁性撹拌子の機能及び応用に新たな方向を持たせることができる。
【0012】
先ず、図１Ａを参照して以下に説明する。図１Ａは、本発明のマグネチックスターラー装置１０の斜視説明図である。マグネチックスターラー装置１０は、磁性結合アセンブリ１００、ケーシング２００、モータ３００を含む。ケーシング２００は、収容空間２０１を有する。モータ３００は、収容空間２０１内に収容され、モータ３００の設置位置はこれに限定するものではない。モータ３００は、駆動軸３０１を有する。図１Ａに示す実施形態において、磁性結合アセンブリ１００は、単一の回転軸１１０と、単一の磁性駆動部材（「磁性結合駆動部材」または単に「磁性子」と称する）１２０と、撹拌子１３０とを含む。
【0013】
いくつかの実施形態において、回転軸１１０は、鉄性材料である鉄心を含むことができ、例えば、回転軸１１０は、強磁性体の回転軸であってよく、磁性子１２０の吸着および配置を容易にする。回転軸１１０は、モータ３００の駆動軸３０１により駆動されて回転することができる。
【0014】
磁性子１２０は、回転軸１１０上に配置される。いくつかの実施形態では、磁性子１２０は、任意の形状または配置の対応する磁化された物体であることができるが、特には、柱状で、柱方向に磁化され、柱端が固定され、サイズ及び磁場密度が同等のものを指し、複数の同じ形状の磁性子が積層されてなることもできる。磁性子１２０は、一般的な永久磁石であってもよく、または、ネオジウム鉄ホウ素又はサマリウムコバルト系の磁石、アルミニウムニッケルコバルト合金磁石、セラミック磁石または酸化鉄磁石等が何れも適用でき、且つその磁性吸引力は、何れも撹拌子１３０の磁性吸引力以上である。
【0015】
撹拌子１３０は、磁性子１２０の上方、且つ有効磁場が作用する一定の距離内に配置される。いくつかの実施形態では、撹拌子１３０は、マグネチックスターラーであってよい。例えば、撹拌子１３０は、棒状体、柱状体、またはカプセル状体であり得る。例えば、撹拌子１３０の体形は、磁性子１２０の運動エネルギーの変換を最適化することができる丸棒の形状で体現され、その質量および両極の磁場の分布はその中央点に対して対称であり、中央支点環を有し、又は中央のウエストが細くなり、運動の摩擦抵抗力を減少する。詳細には、撹拌子１３０は、両端が磁化されることができ、且つ動的進行磁場により単一空間点で結合磁場の引力、投てき力で推進することができ、撹拌子１３０は、自由に移動する物体であるか、運動の軸心が制限された軸方向に磁化された物体であってよい。
【0016】
回転軸１１０は、磁性子１２０が回転するのに必要な回転運動エネルギーを提供することができる。また、磁性結合点において、磁性子１２０と隣接する撹拌素子１３０との間に結合磁性吸引力を発生させることができる。磁性子１２０と撹拌要素１３０との間の結合された磁性吸引力は、異なる磁極から生じる。即ち、結合磁性吸引力は、磁性子１２０のＮ磁極と撹拌子１３０のＳ磁極、または磁性子１２０のＳ磁極と撹拌子１３０のＮ磁極から生じる。
【0017】
回転運動エネルギー及び結合された磁性吸引力は、撹拌子１３０の撹拌運動エネルギーに変換され、撹拌子１３０は、様々な液体、気液混合物、または固液混合物を撹拌するために使用することができる。詳細には、磁性子１２０自身の運動速度及び磁性子１２０と撹拌部１３０との間の磁性吸引力の両者を乗算した運動エネルギー、及び点対点の動的進行磁性結合によって、磁性子１２０の運動エネルギーを、動的磁性結合の「投げる」動作により、撹拌子１３０が他端に結合する運動トルク及び速度に変換し、撹拌子１３０にそれが位置する容器内で対応する回転又はその他の規則的な繰り返し運動をさせ、容器内で同相または異相での液体、気体、および固体の物体の混合または推進を行わせる。磁性子１２０は、磁極端を含む。磁極端は、結合磁性吸引力を生成するために使用される。いくつかの実施形態では、磁極端は、回転軸１１０から相対的に離れた端である。例えば、図２Ｂに示す実施形態では、左上の磁性子１２０の磁極はＳ極であり、左下の磁性子１２０の磁極端はＮ極であり、右上の磁性子１２０の磁極端はＮ極であり、右下の磁性子１２０の磁極端がＳ極である。
【0018】
いくつかの実施形態では、有効な動的進行磁性結合要件は、磁性子１２０および撹拌子１３０が同じ運動周波数または回転速度を有することであり、したがって、磁性子１２０および撹拌子１３０のそれぞれの長さまたは両端の磁性結合の距離が互いに近いかどうか、動的磁性結合の「投げる」（throw）動作の線形速度ベクトル角度の開閉は、運動エネルギーの変換を成功させる動作カバー度を決定する。動的磁性結合「投げる」動作の線形速度ベクトル角度の開閉は、同一又は反対方向である。有効な動的運動磁性結合要件は、磁性子１２０と撹拌子１３０が同じ運動周波数または回転速度を有するか、又はいわゆる「同期」であり、従って、磁性子１２０と攪拌子１３０のそれぞれの長さ又は両端の磁性結合の距離が近いかどうか、動的磁性結合「吸い投げる」動作は、攪拌子１３０の運動慣性モーメントのそれぞれの線速度又は運動ベクトル角度方向の開く(opposing direction)及び閉じる(same direction)と連動し、運動エネルギーの変換を成功させる動作速度のカバー度を決定する。ベクトル角の方向の「閉」とは、磁性子１２０と攪拌子１３０の同じ方向の運動による加速を指し、「開」とは、反対方向の運動による減速を指し、両者が連携して、攪拌子１３０の結合点における「投げる」及び「受ける」動作を完成し、これは、本動的磁性結合の同期動作の理由の１つである。
【0019】
図１Ａに示す実施形態では、磁性子１２０は、駆動平面１２０Ｐ上で回転軸１１０の周りを回転し、撹拌子１３０は、撹拌運動エネルギーによって運動平面（例えば、ケーシング２００の上面に平行な平面）上で運動することができる。駆動平面と運動平面は、任意の角度で交わることができ、これは、磁性子１２０の数及び配置によって決定される。点対点の動的進行磁性結合特性に基づいて、駆動平面と運動平面は、固定角度で配置および操作することができる。いくつかの実施形態では、駆動平面と運動平面が交差する角度は９０度である。
【0020】
次に、図１Ａに加えて、図１Ｂ～図１Ｆを参照する。図１Ｂおよび図１Ｃは、図１Ａの側面図であり、磁性子１２０は、異なる位置に回転する。図１Ｄは、本発明のマグネチックスターラー装置１０の斜視図であり、１対の回転軸１１０および４対の磁性子１２０を含む。図１Ｅおよび図１Ｆは、図１Ｄの左右の回転軸の側面図である。
【0021】
換言すれば、マグネチックスターラー装置１０は、１つ以上の回転軸１１０および１つ以上の磁性子１２０を含むことができ、図面に示される実施形態に限定するものではない。回転軸１１０の回転速度、回転軸１１０の回転方向、磁性子１２０の数、磁性子１２０の配置、磁性結合点の数等により、磁性子１２０と結合する撹拌部１３０に同じ方向の回転、往復揺動、往復運動等を行わせることができる。
【0022】
いくつかの実施形態では、マグネチックスターラー装置１０は単一の磁性結合点のみを有し、この単一の磁性結合点において、単一の磁性子１２０のみが撹拌子１３０に磁性結合される。いくつかの他の単一の磁性結合点の実施形態では、磁性子１２０の数は１対であり、互いに異なる磁極を対称な両端に配置することで撹拌子１３０を動作させ、即ち、磁性子１２０のＮ磁極及び磁性子１２０のＳ磁極は、何れも駆動平面１２０Ｐ（図１Ａ参照）上にあるが、１８０度の位相角度差を有する。いくつかの実施形態では、磁性子１２０の数は、４対であり、第１対磁性子、第２対磁性子第３対磁性子、第４対磁性子を含む。さらに、第１対磁性子、第２対磁性子、第３対磁性子、および第４対磁性子のそれぞれの２つの磁性子は、同じまたは異なる磁極が対称な両端に配置されてよく、マグネチックスターラー装置１０に４つの磁性結合点をもたせ、この４つの磁性結合点は仮想四角形を形成できる。いくつかの実施形態では、仮想四角形は直角を有する平行四辺形、例えば長方形または正方形である。
【0023】
ここで、回転軸の数は２つであり、第１回転軸及び第１回転軸に平行な第２回転軸を含み、且つ第１回転軸及び第２回転軸は逆方向に同期回転する。
【0024】
第１対磁性子と第２対磁性子は第１回転軸の周りを回転し、第３対磁性子と第４対磁性子は第２回転軸の周りを回転し、即ち、第１対磁性子と第２対磁性子は、同じ１つの回転軸に位置し、第３対磁性子と第４対磁性子は、もう１つの回転軸に位置する。ここで、第１対磁性子及び第３対磁性子は、仮想四角形の１つの対角線の両端点上に位置し、第２対磁性子と第４対磁性子は、もう１つの対角線の両端点に位置し、即ち、第１対磁性子及び第３対磁性子は、同じ１つの対角線に位置し、第２対磁性子及び第４対磁性子は、もう１つの対角線に位置する。対応する実施形態における仮想四角形のいくつかは、正方形であり、いくつかは長方形である。
【0025】
いくつかの実施形態では、同一回転軸上における第１対磁性子の配置方向と第２対磁性子の配置方向との間の角度差は、９０度であり、即ち、第１対磁性子の中心軸の接続線と第２対磁性子の中心軸の接続線とが９０度を呈する。いくつかの実施形態では、第１対磁性子の配置方向は、第２対磁性子の配置方向に平行され、即ち、第１対磁性子の中心軸の接続線は、第２対磁性子の中心軸の接続線に平行である。もう１つの回転軸上に位置する第３対磁性子の配置方向と第４対磁性子の配置方向は、異なる実施形態においても同様の配置を有する。
【0026】
いくつかの実施形態では、対角線上の第１対磁性子の配置方向と第３対磁性子の配置方向との間の角度差は、９０度であり、即ち、第１対磁性子の中心軸の接続線と第3対磁性子の中心軸の接続線とが９０度を呈する。いくつかの実施形態では、第１対磁性子の配置方向は、第３対磁性子の配置方向と平行である。即ち、第１対磁性子の中心軸の接続線は、第３対磁性子の中心軸の接続線と平行である。もう１つの対角線上に位置する第２対磁性子の配置方向と第４対磁性子の配置方向は、異なる実施形態においても同様も配置を有する。
【0027】
いくつかの実施形態では、１つの対角線上で平行な第１対磁性子および第３対磁性子、またはもう１つの対角線上で平行な第２対磁性子および第４対磁性子は、それぞれ単独に２つの磁性結合点で動作してもよい。各対角線上の磁性子１２０の組み合わせは、前述のように単一又は１対の配置であってよい。この部分は、前述の単一の回転軸の実施形態又は２つの平行な回転軸の実施形態の変形とみなすことができる。
【0028】
次に、図２Ａ～図１０を参照し、回転軸１１０の回転速度、回転軸１１０の回転方向、磁性子１２０の数、および磁性子１２０の配置方式がどのように磁性子１２０と磁性的に結合された撹拌子１３０を駆動して同じ方向の回転、往復揺動、往復運動を行うかを説明する。磁性子１２０の配置方式は、異なる変化を含むことができ、例えば、同じ磁性結合点上の１対の磁性子１２０は、同じまたは異なる磁極で互いに向き合ってもよく、それぞれ異なる磁性結合点上の１対の磁性子１２０ともう１対の磁性子１２０の配向方向は、同一であるか、角度差を有してもよく、それぞれ異なる磁性結合点上において同じ配置方向を有する１つの磁性子１２０の磁極順序ともう１対の磁性子１２０の磁極順序が同じ方向であっても逆方向であってもよい。図２Ｃを例とし、以下の斜視図の左側の１対の磁性子１２０と右側の１対の磁性子１２０は、何れも垂直方向に沿って配置され、左側の１対の磁性子１２０の磁極はＮ極が上向き（即ち、Ｎ極は結合磁性吸引力を発生させる磁極端）であり、Ｓ極が下向きである（即ち、Ｓ極は結合磁性吸引力を発生させる磁極極）（垂直方向は［Ｎ－Ｓ］と表すことができる）が、右側の１対の磁性子１２０の磁極はＳ極が上向き（即ち、Ｓ極は結合磁性吸引力を発生させる磁極端である）、Ｎ極が下向き（即ち、Ｎ極が結合磁性吸引力を発生させる磁極端である）（垂直方向は［Ｓ－Ｎ］と表すことができる）であり、磁極順序の逆方向と見なすことができる。また、図２Ｃを例とし、上方の１対の磁性子１２０と下側の１対の磁性子１２０は何れも水平方向に沿って配置され、上側の１対の磁性子１２０の磁極はＳ極が左向き（即ち、Ｓ極は、結合磁性吸引力を発生する磁極端）、Ｎ極が右向き（即ち、Ｎ極が結合磁性吸引力を発生する磁極端である）（水平方向で左から右へ［Ｓ－Ｎ］と表すことができる）であり、下方の１対の磁性子１２０の磁極はＳ極が左向き（即ち、Ｓ極は結合磁性吸引力を発生する磁極端である）であり、Ｎ極が右向き（即ち、Ｎ極は結合磁性吸引力を発生する磁極端である）（水平方向において左から右は［Ｓ－Ｎ］と表すことができる）であり、磁極順序の同じ方向とみなすことができる。明確にするために、磁性子１２０の磁極構成のみを図示しており、理解すべき点として、撹拌子１３０のＮ／Ｓ磁極は、それぞれ磁性子１２０のＳ／Ｎ磁極と結合し、ある場合は２つの異なる磁極端が同期して交互に結合し、又はある場合は、単一の磁極端が個々に交互に結合する。
【0029】
動的磁性結合の比較的完全な実施形態は、辺の長さｄの仮想正方形の四隅または長さＤの４方向の対角線とその平面において、１／４回転ごとのステップで、４組の予め設定去れた構成の磁性子１２０を使用し、長さの近い撹拌子１３０の両極を繰り返し結合し手推進し、正逆方向の回転することができる。図２Ａは、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４で撹拌子１３０の一回転ごとの４つの１／４回転のステップ時間順序を表し、各円内のＮおよびＳは、磁性駆動部材の磁極構成、及びそれぞれ対応する時間の撹拌子１３０の４方向の対角線上の位置を表す。図における磁性撹拌子のＮ／Ｓ磁極は、それぞれ磁性駆動部材のＳ／Ｎ磁極と結合しているが、明確にするために標示していない。図２Ｂは、図２Ａの時間ｔ１における動的磁性結合の断面側面図であり、平面ｐ上の容器内において、駆動される撹拌子１３０は、有効磁場が作用する一定距離内において、その下方の仮想正方形の長さＤの対角線の両端の四隅の４組の予め設定された構成の動的な磁性子１２０に従って時計回りに回転する。４組の磁性子１２０の各２つは、２つの平行な水平回転軸上に並列され、そのうちは、辺の長さｄの仮想正方形の四隅の垂直な投影点上に位置する。従って、２つの平行回転軸間及び各軸上の２組の磁性子１２０間の距離は、図２Ａ及び図３Ａに示される長さｄである。
【0030】
図２Ａの各時間における四角フレームの上下の対辺は、２つの平行な回転軸の中心線であり、左右の対辺は、各回転軸上の２組の磁性子１２０の中心線の接続線を示す。図２Ａのｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のシーケンスによると、４方向の対角線の両端の位置で繰り返される動的結合は、図２Ａの各時間の正方形フレーム上の隣接する磁性子１２０が互いに垂直である又は９０度の差を有する設定に依存し、それらは、図２Ａ、その断面側面図である図２Ｂ、更には斜視図である図２Ｃに明確に示される。図２Ｂの断面図は、４５度の角度差で２つの水平な平行回転軸が重なっているが、回転軸上の他の２組の水平角度にある磁性子１２０は見ることができない。仮想の正方形の四隅及びその平面において正確な動的「運動」（running）結合シーケンスを有して駆動された撹拌子１３０を回転させるため、４対８端の磁性駆動アセンブリは、先ず正確な磁極構成の設定を有し、２つの平行で同期して対向（仮想正方形の上方）又は逆方向（仮想正方形の下方）に回転する軸によって駆動され、図の丸状の矢印に示すとおりである。
【0031】
図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂにおいて、対向する２本の平行な駆動軸１１０によって生成される動的回転対角結合磁場は、撹拌子１３０に時計回りの繰り返し回転動作を与える。逆に、２本の回転軸１１０が逆向きの場合は、反時計回りの回転撹拌動作となる。
【0032】
図２Ａの４方向の対角線の両端で運動磁場に伴って結合された撹拌子１３０の、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のシーケンスに基づく、ステップごとの９０度の繰り返し回転ステップ動作は、送りと受けの２つの運動エネルギーに依存した相互作用を必要とする。図４Ａは、ｔ１、ｔ２の間の９０度のステップをさらに分割し、撹拌子１３０を４５度の位置で停止させ、四隅に位置する各磁性子１２０は依然としてｔ１の位置で停止し、動的磁性吸引力場の撹拌子１３０を結合して規制（cage or confine）する各作用力を標示することができる。図４Ｂは、一回転のｔ１、ｔ２、ｔ３、およびｔ４の連続する４つの９０度のステップの対応する４対の磁性子１２０のＮ／Ｓ磁極と、その４５度の停止フレーム遷移位置をｔ１＋、ｔ２＋、ｔ３＋、ｔ４＋で全て標示する。ここで、撹拌子１３０の位置は、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４の各対応する位置に依然として停止する。図４Ａ、図４Ｂでは、撹拌子１３０の一端のＳ極は、明らかに出入りする２つのＮ極１２０によって駆動される磁場の磁性結合及び規制内にあり、同時にその他端のＮ極も出入りする２つのＳ極によって駆動される磁場の磁性結合及び規制内にあるため、一定距離内の有効結合作用磁場内で、撹拌子１３０は、磁性子１２０の組み合わせ運動の方向に従って運動する。この出入りの２つのＮ極１２０の駆動磁場及び出入りする２つのＳ極１２０の駆動磁場は、単一の撹拌子１３０に対する磁性結合及び規制は、明らかに１対又は２対の同じ、隣接し且つ平行に配置された撹拌子１３０の磁性結合及び規制に寄与する。
【0033】
平行で反対向きの２つの回転軸のこの実施形態では、動的磁性結合シーケンスに特有の協働磁性結合ベクトル分割を示す必要がある。図２Ｃにおいて、撹拌子１３０の両端の磁極がシーケンスｔ１から開始し、ｔ４まで時計回りに回転する過程で、四隅の隣接する運動結合点は、２種類の磁場結合ベクトル分割作用を持続的かつ繰り返し与え、撹拌子の繰り返し、持続的で迅速な結合及び回転を安定させる。ｔ２から開始する撹拌子１３０のＳ極を例とし、右下隅の回転子１２０のＮ極と結合する前に、先ずその撹拌方向に沿った吸引力（pull）と投てき推力（push）によって加速され、その後、ｔ３では左下隅の回転子１２０のＮ極の逆方向からくる吸引力、抵抗力を受けて減速し、同様の作用が同時に撹拌子１３０のＮ極でも発生する。これはすべて、ｔ４、ｔ１で再び繰り返され、即ち、１回転で２回、２つの軸上で対向回転する磁性駆動子１２０の間で特有の「投げる」及び「受ける」（throw and catch）磁力結合ベクトルの協働及び分割が、本発明の動的運動結合方法に特有の、対向して加速する運動エネルギー変換を緩和する。それらの間のｔ１からｔ２、ｔ３からｔ４まで時間は、撹拌子の両端の磁極それぞれが同じ回転軸１１０上に位置し、前段落の図４Ｂに記載の双Ｎ、双Ｓのｔ１＋及びｔ３＋遷移期間のもう１種の磁性結合及び規制作用により四隅の隣接する運動結合点での持続的な磁場の動的結合および協働を満たし、撹拌子に持続的で速い結合及び安定した回転を繰り返させる。回転軸が１回転する毎に撹拌子も１回転し、両者は常に１つずつ対応している。２つの駆動軸が逆回転または逆走する時、上記の異軸磁性子間の「投げる」および「受ける」の磁性結合ベクトルの協働および分割は、同軸磁性子間の「投げる」および「受ける」の磁性結合ベクトルの協働および分割に変換され、その磁性吸引作用力のベクトル角度が異なり、適用可能な動的結合磁場と磁性撹拌子も異なる。
【0034】
物理的構造を簡単化し、磁石１２０の固定を容易にするために、駆動部材の回転軸１１０は、強い磁性誘導力を持つ鉄または鋼材質を採用し、作用部分の断面が正方形の棒状の材料で作られ、図３Ｂに示すように、磁性子１２０は、永久磁石またはネオジウム鉄ホウ素系希土類磁石を使用し、形状は積層、吸着し易く、各種厚み、垂直面方向に磁化された円柱状磁石が好ましい。磁性子１２０のサイズは、撹拌子１３０のサイズを次のように参考とすることができる。回転軸上の駆動磁性結合の断面は、撹拌子の断面よりも小さくなく、駆動磁性結合断面は、回転軸の断面より大きくない。２つの軸の間の距離は、駆動磁性結合の高さを参考とし、それらが互いに干渉することなく通過できるようにする必要があり、駆動磁性結合の高さは、撹拌子１３０の２つの極間の距離又はその長さを参考にし、両者の回転によるトルクが連携及び協働することができる。
【0035】
特記すべき点として、上記の撹拌子１３０の長さおよびサイズは、実際には、撹拌子１３０の両端に埋め込まれた磁石または磁性結合実体間の距離であり、その外観において測定可能な長さおよびサイズではなく、これは、非磁性体のプラスチック被覆材を多く含むためである。従って、以下に開示する実施形態では、様々な長さおよび形状の市販のマグネチックスターラーを使用して、本発明の実用性をテストおよび確認している。
【0036】
この動的磁性結合動作メカニズムの発明特有の水平に配置された動力回転軸１１０は、装置の平坦化を可能にするだけでなく、単一組の撹拌子１３０の結合および動作メカニズムを同軸上で容易に複製、拡張、および拡大して複数組することができ、且つ同じ動力源を使用できる。上面図の図５の上部にある２つの平行な回転軸上には、本発明の動的磁性結合方法および図３Ａおよび図３Ｂの実施形態に従って拡大された４組の平行な磁性結合撹拌位置点が配置され、下部の２つの平行軸の組み合わせは、更に別の複製４組があり、必要に応じてさらに水平または垂直により多く複製を続けることができる。回転軸の間は、ベアリング、ギア、ベルト、またはその他の伝達方法を使用して、モータなどの単一の動力源で複数の回転軸を駆動し、ギア伝達を介して各組の回転軸に異なる速度比を設定できる。各組の回転軸は、当然、個別の動力源で駆動することもできる。
【0037】
即ち、各磁石物質の回転軸において、回転軸上の駆動磁性子１２０または磁性子１２０の組み合わせアレイを複数組複製することができ、同一の単軸又は双軸の駆動の下で同様の数の複数の撹拌子１３０の動作を行い、この駆動機構は、より多くのギア及び機械によって並列の複数列の隣り合う回転軸上の駆動磁性子１２０又は磁性子１２０の組み合わせアレイまで伝達することができる。
【0038】
上述したように、本発明の動的運動磁場結合方法は、実施において多くの特徴を有する。以下では、マグネチックスターラーによって駆動される実験とデータを使用して、その実際の性能を説明し、より多くの実施形態を使用して、その多機能、多性能の実現可能性を説明する。先に記載したいわゆる「隣接する運動結合点での連続的な逆方向および順方向の磁場結合運動量協働作用」は、本発明の動的運動磁場結合の鍵であり、即ち、順方向の磁性結合が「投げる」撹拌子の一端が逆方向の磁性結合により「受けとめる」（Catch）ことができない場合、その撹拌子は、「一定の距離内の有効な結合作用磁場」の作用から跳び出し、各所にさまよったり、跳ねたり、転がったりして、繰り返し回転する機能を失う。「受けとめ」られない要因は、２つあり、「投げる」力が大きすぎるか、小さすぎるかである。本実施形態（図２Ａ）の動的結合は一回転する毎に、各運動結合点上の磁場が［Ｎ－Ｘ－Ｓ－Ｘ］－［Ｘ－Ｎ－Ｘ－Ｓ］－［Ｓ－Ｘ－Ｎ－Ｘ］－［Ｘ－Ｓ－Ｘ－Ｎ］（Ｘはスペースを表す）のように４回変化し、各辺または隣接する２つの結合点の組み合わせも図２Ａの上端寄り又は図２Ｃの回転軸２の［Ｎ－Ｘ］‐［Ｘ－Ｎ］‐［Ｓ－Ｘ］‐［Ｘ－Ｓ］のように４回変化するため、本発明の動的結合の機会が仮想の直角の平行四辺形（この例では正方形）の４方向の対角線平面上の周辺領域にも存在する。そのため、従来の静的２点位置決め結合とは異なり、「一定距離内の有効な結合作用磁場」が存在する場合、跳び出した撹拌子は、結合領域外に動作する機会があり、更には周囲の「調整」（education or training）を経た後に自ら結合領域内の結合動作に回帰し得る。
【0039】
上記の運動磁性結合の多点の「投げる」、「受ける」動作は、低速で動作する場合、撹拌子は目視時には分解された「投げる」、「受ける」の不連続な結合動作を繰り返し、これは、従来の静的２点位置決め吸着結合の低速回転とは異なり、磁性結合を駆動する撹拌子に吸着する運動は、連続であって分解して動作することがない。これは、従来の静的空間の両端に一定のS極とN極の磁極がある空間を隔てた「１対１」の吸着結合とは明らかに異なり、動的な空間を隔てた結合の両端が接近、離間、一定運動を繰り返す状態で作用するものである。
【0040】
以下では、簡単な説明として、５組の実施形態を提供する。
【表1】
【0041】
実施形態１－二軸の４点が１／４回転毎に結合する繰り返し回転運動（図２Ａ～図４Ｂ）
平行軸の距離を２０ｍｍ取って実験を行い、６ｍｍの円柱のセラミック回転軸の両端は、自己潤滑ベアリングによりアルミニウム固定ベースに水平に固定されている。２つの平行軸には、それぞれ中央に直径６ｍｍの丸穴が開いた８ｍｍ角の鉄製の直方体が２つ取り付けられ、その上に止めねじがあり、軸上の結合位置を固定し、即ち、一辺の長さ２０ｍｍのおおよそ正方形の仮想四角形の四隅の位置決め点には、図に従って、高さ５ｍｍ、直径５ｍｍまたは８ｍｍの市販の円柱形のネオジウム鉄ホウ素磁石をその上に吸着させる。このように設定された各組の駆動磁石対の高さまたは回転直径は、５＋８＋５＝１８ｍｍである。回転軸の一方は、１２ＶＤＣモータで駆動され、２つの軸上の同じタイプの平歯車によってもう一方の軸を駆動し、それをモータ軸と同期させ逆方向に動作させる。異なる速度範囲をテストするために、実験では７Ｗ３５‐１６５、１３Ｗ１３０‐４４０、および１３Ｗ２１０‐１０８０ｒｐｍ（回転数／分）の３つのモータを使用し、各モータを６段階の出力電圧調整器で６つの速度に分割する。テストパラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、撹拌速度、結合スペースの距離、および実験用の正方形の辺の長さを含む。
平行軸の距離を２０ｍｍ取って実験を行い、６ｍｍの円柱のセラミック回転軸の両端は、自己潤滑ベアリングによりアルミニウム固定ベースに水平に固定されている。２つの平行軸には、それぞれ中央に直径６ｍｍの丸穴が開いた８ｍｍ角の鉄製の直方体が２つ取り付けられ、その上に止めねじがあり、軸上の結合位置を固定し、即ち、一辺の長さ２０ｍｍのおおよそ正方形の仮想四角形の四隅の位置決め点には、図に従って、高さ５ｍｍ、直径５ｍｍまたは８ｍｍの市販の円柱形のネオジウム鉄ホウ素磁石をその上に吸着させる。このように設定された各組の駆動磁石対の高さまたは回転直径は、５＋８＋５＝１８ｍｍである。回転軸の一方は、１２ＶＤＣモータで駆動され、２つの軸上の同じタイプの平歯車によってもう一方の軸を駆動し、それをモータ軸と同期させ逆方向に動作させる。異なる速度範囲をテストするために、実験では７Ｗ３５‐１６５、１３Ｗ１３０‐４４０、および１３Ｗ２１０‐１０８０ｒｐｍ（回転数／分）の３つのモータを使用し、各モータを６段階の出力電圧調整器で６つの速度に分割する。テストパラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、撹拌速度、結合スペースの距離、および実験用の正方形の辺の長さを含む。
【0042】
撹拌子タイプは、断面が三角形、円形、八角形、四角形の棒状の撹拌子であり、中心に支点環があるものとないものがあり、また、長尺楕円形の棒状の撹拌子もある。撹拌子のサイズは、長さ１５～６０ｍｍ、直径又は高さ７～１４ｍｍの各種棒状撹拌子である。容器のタイプは、撹拌子のサイズに合わせた５０～６００ｍＬの実験室用ガラス製ビーカーと、２０００ｍＬの大型プラスチック製透明ビーカーであり、ビーカーの内径は棒状撹拌子の長さの２倍以上を原則とし、内容物は、２０℃の室温の水道水である。
【0043】
撹拌速度は、３種のモータの６段回転数テストがそれぞれ（１）低速３５／６０、８０／１０５、１２５／１６５ｒｐｍ、（２）中速１３２／１８６、２２５／２７３、３２４／４４０ｒｐｍ、（３）高速２１０／３７０、５３０／６８０、８２０／１０８０ｒｐｍであった。各速度範囲でのテストのパフォーマンスは、３つのグレードで記録され、Ｙ：持続回転成功、Ｙ／Ｎ：一部成功（３回転以上持続従位置決めできていない）、Ｎ：失敗であり、これらは、以下のテスト分析レポートの根拠となっている。（本明細書のすべてのモータ回転速度値は何れも概算値であり、何れも１０％の内外誤差が許容される。）
【0044】
結合スペースの距離は、垂直に回転する磁性結合の上部のプラットフォームに５ｍｍの固定ギャップを残し（図２Ｂの平面ｐの下のスペース距離）、平面ｐにそれぞれ厚さ４ｍｍの透明アクリル板を１～３枚配置して９／１３／１７ｍｍの３つの異なる結合スペース距離を提供する。
【0045】
実験用正方形の一辺の長さｄが２０ｍｍ、対角結合距離Ｄが２８ｍｍの条件では、長さ（Ｌ）が１５～４０ｍｍのマグネチックスターラーすべての回転速度において何れも本発明の動的磁性結合方法で駆動できる。大きな直径８ｍｍ（Ｄｉ）の磁石は、小さな５ｍｍＤｉの磁石よりも大幅に優れた性能を示した。３５‐１６５ｒｐｍの低速での短い撹拌子と１３０‐４４０ｒｐｍの中速での長い撹拌子の結合性能は比較的優れていた。しかし、３５０～１０８０ｒｐｍの高速モータで駆動した場合、長さ１５～４０ｍｍの円柱形および八角柱形の撹拌子はすべて、中央支点環を有するか否かに関わらず、何れも回転速度の全範囲で本発明の動的磁性結合法によって首尾よく駆動することができた。ローエンドの回転速度では、より大きな垂直方向の間隔の磁性結合によって生成される低いトルクまたは「投げる」力により、より良い結合が可能になった。ハイエンドまたはより高い回転速度では、状況が逆になった。
【0046】
したがって、混合撹拌の必要に応じて調整した垂直方向の磁性結合間隔を使用して、磁性結合性能を向上させることができ、これは、動的磁性結合方法の発明の特徴でもある。更にコンピュータを使用してシミュレーション計算し、例えば、垂直間隔を調整し、磁性撹拌子の両極の線形速度を、磁性結合を駆動する線形速度に適合させるか、その対応する結合磁極と同期させ、本発明の磁性結合性能及び応用を向上させることができる。直流電源の極性を変えてモータを反転させる場合、逆方向に同期動作する２つの平行な水平回転軸が本発明の動的磁性結合によってマグネチックスターラーを即座に反対方向に回転させる。
【0047】
実施形態２－二軸の４点が１／４回転毎に結合する繰り返し非回転運動（図６および図７）
実施形態１の正方形の四隅で繰り返す動的ステップ式の結合は、４対の駆動磁性結合フェーズ及びその上の両端の磁極のリセットを経た後、本発明の動的磁性結合方法は、仮想の直角の平行四辺形上で２つの対角線の両端又は２つの軸上で互いに向き合っている２対の端点で繰り返す同期結合によって、図６及び図７に示すように、回転以外の繰り返しの規則的動作を生成する。図６は、２つの対角線上で磁性結合対の結合を駆動し、９０度の位相角度差（ Time-lapsed phase differentiation）を採用し、異なる位相の２対のＮ極とＳ極は、それぞれ異なる軸上の異なる側の交差位置に設定される。このように、２つの軸が向かい合って同期して回転している場合、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のステップシーケンスに従って、１回転する毎に、運動磁場によって結合されたマグネチックスターラー（その磁極は図中の薄い色のＮ、Ｓで示される）は、図のように２つの往復する揺動運動があり、容器内で混合撹拌、運動してブルウィップ効果（whiplash）を発揮する。図７は、２つの回転軸でそれぞれの２つの磁性結合対によって動的結合駆動磁性結合を構成し、故にその磁性結合距離は、ｄであり、２軸上で磁性結合対を駆動する結合も９０度の位相角度差を採用し、異相の２対Ｎ及びＳ極は、それぞれ同軸、同じ側の対面の位置に設定される。このように、２つの軸が向かい合って同期して回転する時、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のステップシーケンスに従って、１回転毎に、運動される磁場結合のマグネチックスターラー（その磁極は図中の薄い色のＮ、Ｓで示されている）は、図のように２回往復する往復運動となり、容器内の混合撹拌、運動のログロール（log roll）効果を発揮する。これら２つの図の磁性結合アレイは、前者は運動の磁性結合によって連続して繰り返される揺動（flapping）運動を発生し、後者は、連続して繰り返される往復(reciprocating)する往復運動を行う。実施形態１と同じ装置を使用して、磁石のリセットを駆動し、１３ＷのＤＣ６０‐２２０ｒｐｍ低速モータを実際に測定した後、図６の装置は、予期したとおり、繰り返しモータと同期して揺動運動する、３８ｍｍＬ／８ｍｍの高さ（Ｈ）の八角形、中央支点環を有する棒状撹拌子である。図７の装置は、予期するとおり、繰り返しモータと同期して往復運動する、寸法が近い、滑らかな円柱形、中央支点環のない棒状撹拌子である。その運動幅は、対応する磁性結合の垂直距離、即ち、その結合運動エネルギー変換の大きさの調整に従って変化し、仮想の直角の平行四辺形の長さ又は軸距離ｄの制限を受けない。
実施形態１の正方形の四隅で繰り返す動的ステップ式の結合は、４対の駆動磁性結合フェーズ及びその上の両端の磁極のリセットを経た後、本発明の動的磁性結合方法は、仮想の直角の平行四辺形上で２つの対角線の両端又は２つの軸上で互いに向き合っている２対の端点で繰り返す同期結合によって、図６及び図７に示すように、回転以外の繰り返しの規則的動作を生成する。図６は、２つの対角線上で磁性結合対の結合を駆動し、９０度の位相角度差（ Time-lapsed phase differentiation）を採用し、異なる位相の２対のＮ極とＳ極は、それぞれ異なる軸上の異なる側の交差位置に設定される。このように、２つの軸が向かい合って同期して回転している場合、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のステップシーケンスに従って、１回転する毎に、運動磁場によって結合されたマグネチックスターラー（その磁極は図中の薄い色のＮ、Ｓで示される）は、図のように２つの往復する揺動運動があり、容器内で混合撹拌、運動してブルウィップ効果（whiplash）を発揮する。図７は、２つの回転軸でそれぞれの２つの磁性結合対によって動的結合駆動磁性結合を構成し、故にその磁性結合距離は、ｄであり、２軸上で磁性結合対を駆動する結合も９０度の位相角度差を採用し、異相の２対Ｎ及びＳ極は、それぞれ同軸、同じ側の対面の位置に設定される。このように、２つの軸が向かい合って同期して回転する時、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のステップシーケンスに従って、１回転毎に、運動される磁場結合のマグネチックスターラー（その磁極は図中の薄い色のＮ、Ｓで示されている）は、図のように２回往復する往復運動となり、容器内の混合撹拌、運動のログロール（log roll）効果を発揮する。これら２つの図の磁性結合アレイは、前者は運動の磁性結合によって連続して繰り返される揺動（flapping）運動を発生し、後者は、連続して繰り返される往復(reciprocating)する往復運動を行う。実施形態１と同じ装置を使用して、磁石のリセットを駆動し、１３ＷのＤＣ６０‐２２０ｒｐｍ低速モータを実際に測定した後、図６の装置は、予期したとおり、繰り返しモータと同期して揺動運動する、３８ｍｍＬ／８ｍｍの高さ（Ｈ）の八角形、中央支点環を有する棒状撹拌子である。図７の装置は、予期するとおり、繰り返しモータと同期して往復運動する、寸法が近い、滑らかな円柱形、中央支点環のない棒状撹拌子である。その運動幅は、対応する磁性結合の垂直距離、即ち、その結合運動エネルギー変換の大きさの調整に従って変化し、仮想の直角の平行四辺形の長さ又は軸距離ｄの制限を受けない。
【0048】
この実施形態の要点は、以下の３つを有する。１つは、同軸上で磁性結合を駆動する距離の大きさが撹拌子の長さの調整に従って最適な結合駆動効果を求めることができ、次は、撹拌子を回転する運動せん断力を効果的に低減することができることであり、３つ目は、新しい繰り返し運動方式が撹拌子の応用を広げるということである。同様に、「一定距離内の有効な結合作用磁場」が存在する場合、容器に吊り下げられた撹拌装置でも、図６および図７に示すように、連続して繰り返し運動を行うことができる。結合空間距離の調整後、撹拌子の連続的に繰り返す往復運動の振幅は、２つの軸の間の距離ｄに制限されない。
【0049】
更なる実施形態は、本発明の動的磁性結合方法の多様性を強調するものであり、２軸４点対角線又は単辺運動結合から、単純化して単軸１点結合に変化させることもできる。本実施形態（図８）では、単一軸、単一の結合点上に１対の駆動磁性結合１２０のみを設定され、その両端の１８０度分離されたＮ、Ｓ磁極は、シーケンスに従い、半回転毎に、その運動磁場結合、投げられる磁性攪拌子１３０の異なる磁極結合と１回遭遇し、動的結合の条件がこれらの１回転２回の運動磁性結合の同期を許容する場合、駆動されるマグネチックスターラーは、駆動平面とほぼ垂直な平面で繰り返し回転運動することができる。このように、単一組の撹拌子１３０の結合及び動作メカニズムを同軸上で容易に複数組に複製、拡張、拡大することができ、依然として同じ動力源を使用する。単点結合、駆動のため、撹拌子１３０の結合位置は、２つの自由度を有し、それぞれ駆動磁性結合軸方向の両側に位置し、結合面方向の違いにより、フレーム内の図のように、撹拌子１３０は、２つの相反する回転方向を有することができる。従って、従来の静的２点位置決め結合とは異なり、「一定距離内の有効な結合作用磁場」が存在する場合、跳び出したスターラーは、元の結合領域外で結合して動作する機会があり、更には周囲の磁場の「調整」後に自ら別の結合領域を見つけてその回転運動を継続するか、元の結合領域での結合動作に戻ることができる。
【0050】
同様に、単一軸単点の結合をさらに簡単化すると、先の実施形態（図８）は、単軸、単結合点に設定された１対の駆動磁性結合が使用する両端が１８０度分離したＮ、Ｓ磁極の一端を除かれ、このように、単一のＮ又はＳ磁極のみを使用し、１回転毎に単結合点を１回通過し、即ち１回転毎にその運動磁場結合、投げられるマグネチックスターラーの異なる磁極結合と１回遭遇し、動的結合の条件がこの１回点１回の運動磁性結合の繰り返しの同期を許容する場合、駆動されるマグネチックスターラーは、駆動平面とほぼ垂直な平面で繰り返し回転運動することができ、図９に示すとおりである。このように、単一組の撹拌子１３０の結合及び動作メカニズムを同軸上で容易に複数組に複製、拡張、拡大することができ、依然として同じ動力源を使用する。同様に、単点結合、駆動のため、撹拌子１３０の結合位置は、２つの自由度を有し、それぞれ駆動磁性結合軸方向の両側に位置し、結合面方向の違いにより、フレーム内の図のように、撹拌子１３０は、２つの相反する回転方向を有することができる。従って、従来の静的２点位置決め結合とは異なり、「一定距離内の有効な結合作用磁場」が存在する場合、跳び出したスターラーは、元の結合領域外で結合して動作する機会があり、更には周囲の磁場の「調整」後に自ら別の結合領域を見つけてその回転運動を継続するか、元の結合領域での結合動作に戻ることができる。当然、これは、容器のサイズ、形状、流体特性にも関係し、例えば、撹拌子に対してサイズが小さすぎるビーカーは、撹拌子の回転に十分な領域外結合磁場空間を有さない。
【0051】
実装形態３‐単軸単点の半回転毎に結合する繰り返し回転運動（図８）
本実施形態の実験パラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、駆動磁石、撹拌速度、結合空間距離を含む。
本実施形態の実験パラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、駆動磁石、撹拌速度、結合空間距離を含む。
【0052】
撹拌子のタイプは、断面が円形、八面の棒状撹拌子であり、後者は、中央支点環を有する。また、長尺楕円形の棒状撹拌子もある。撹拌子のサイズは、１５‐４０ｍｍＬ、７‐９ｍｍの直径（Ｄｉ）または高さ（Ｈ）である上記棒状撹拌子、特に２７ｍｍＬ／８．５ｍｍＤｉおよび４０ｍｍＬ／９．０ｍｍＤｉの２種の滑らかな円柱形の棒状撹拌子がある。容器のタイプは、撹拌子のサイズに合わせた１００、４００（トール形）、及び６００ｍＬの実験室用ガラス製ビーカーであり、内径が棒状撹拌子の長さの２倍以上を原則とし、内容物は、２０℃の室温の水道水である。実施形態１および実施形態２で使用した、高さ５ｍｍおよび直径５または８ｍｍの２つの市販の円柱形ネオジウム鉄ホウ素磁石以外に、高さ８ｍｍＤｉ／１０ｍｍＨおよび幅１２ｍｍＤｉ／５ｍｍＨの２つの市販の円柱形ネオジウム鉄ホウ素磁石もテストした。
【0053】
撹拌速度は、３種類のモータの６段階の速度テストは、それぞれ（１）交換した１３ＷＤＣモータ、低速６０／９０、１１０／１３５、１６５／２２０ｒｐｍ、（２）中速１３２／１８６、２２５／２７３、３２４／４４０ｒｐｍ、および（３）高速３００／４５０、５４０／６７５、８１０／１１００ｒｐｍであり、各速度範囲でのテストのパフォーマンスは、Ｙ：連続回転成功、Ｙ／Ｎ：一部成功（３回転以上継続するが位置決めできない）、Ｎ：失敗の３つのグレードで記録され、これは、テスト分析レポートの根拠となる。
【0054】
結合のスペース距離は、垂直に回転する磁性結合の上のプラットフォームに５ｍｍの固定ギャップを残し（図２Ｂの平面ｐにおけるスペース距離）（１２ｍｍＤｉ／５ｍｍＨおよび８ｍｍＤｉ／１０ｍｍＨ磁石を使用する場合、７ｍｍまで増加）、平面ｐ上に１‐３枚の各４ｍｍ厚の透明アクリル板を配置し、９／１３／１７ｍｍ（または１０ｍｍＨ磁石を使用する場合は１１／１５／１９ｍｍまで増加）の３つの異なる結合空間距離を提供する。
【0055】
８ｍｍＤｉ／５ｍｍＨの駆動磁石は、長さ１５‐３０ｍｍＬのマグネチックスターラーの１３０‐８００ｒｐｍ以上の回転速度に対して効果的に結合でき、特には、短い撹拌子または中央支点環を有する撹拌子である。より長い９．０ｍｍＤｉ／４０ｍｍＬ滑らかな円柱形撹拌子は、１３０～４５０ｒｐｍの回転速度においても効果的に結合できる。より大きくて重い、または小さくて軽い撹拌子も効率的に結合できるが、最高回転速度は低くなった。この速度の低下には、１２ｍｍＤｉ／５ｍｍＨの幅広の駆動磁石の切り替えも含まれるが、この場合、長さ９．０ｍｍＤｉ／４０ｍｍＬの長い撹拌子及び８．５ｍｍＤｉ／２７ｍｍＬの短い撹拌子の最大速度の差は、他の磁石ほど明らかではない。
【0056】
「一定距離内の有効な結合磁場」が存在する場合、実験で飛び出した撹拌子は、元の結合領域外で結合動作する機会があり、経常的な周囲の運動磁場の「調整」後、自ら本実施形態の逆向きの結合領域を見出しその回転運動を継続するか、元の結合領域内の結合動作に回帰することができる。回転速度または回転慣性の増加または減少に伴って、撹拌子１３０の回転軸の位置も、駆動軸１１０の垂直方向に前方または後方に対応して回転移動する。より短い磁性スターラー、例えば、１５ｍｍＬ／８ｍｍＨ八面体棒状の中央支点環を備えた撹拌子、または１９ｍｍＬ／７ｍｍＨの長尺楕円形撹拌子などは、１０００ｒｐｍを超える回転速度で安定したローリング結合回転を行い、本発明の動的磁性結合方法の短軸駆動の応用における別の面を示す。結合された短い撹拌子１３０は、一点で直立に回転できる。
【0057】
実施形態４‐単軸単点の１回転毎に結合する繰り返し回転運動（図９）
本実施形態のテスト装置は、単一のＮ又はＳ駆動磁極のみを使用することを除いて、実施形態３と同じであるため、１回転毎に単一の結合点を１回のみ通過する。単一の磁石１２０の鉄質回転軸１１０に吸着する異なる磁極端には、依然として磁場が残るが、磁力線の拡散と距離の延長により、可能な作用結合力磁場は相対的に無視することができる。実験パラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、駆動磁石、撹拌速度、結合空間距離を含む。
本実施形態のテスト装置は、単一のＮ又はＳ駆動磁極のみを使用することを除いて、実施形態３と同じであるため、１回転毎に単一の結合点を１回のみ通過する。単一の磁石１２０の鉄質回転軸１１０に吸着する異なる磁極端には、依然として磁場が残るが、磁力線の拡散と距離の延長により、可能な作用結合力磁場は相対的に無視することができる。実験パラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、駆動磁石、撹拌速度、結合空間距離を含む。
【0058】
撹拌子のタイプは、断面が円形、八面の棒状撹拌子であり、後者は、中央支点環を有する。撹拌子のサイズは、２７ｍｍＬ／８．５ｍｍＤｉおよび４０ｍｍＬ／９．０ｍｍＤｉで、２つの滑らかな円柱形の棒状撹拌子である。他の２つは、サイズの近い２８ｍｍＬ／８ｍｍＨおよび４１ｍｍＬ／８ｍｍＨの中央支点環を有する八面の棒状撹拌子である。容器のタイプは６００ｍＬの実験室用ガラス製ビーカーであり、内容量は室温２０℃の水道水４５０ｍＬである。駆動磁石は、１回転に１回の運動結合であり、より強い磁場推力を得るため、この実験では、広域の１２ｍｍＤｉ／５ｍｍＨの市販の円柱形ネオジウム鉄ホウ素磁石を使用する。幅の狭い８ｍｍＤｉ／５ｍｍＨおよび８ｍｍＤｉ／１０ｍｍＨ磁石も比較のために使用される。
【0059】
撹拌速度は、３種の１３ＷのＤＣモータの６段階の回転速度テストそれぞれで（１）低速６０／９０、１１０／１３５、１６５／２２０ｒｐｍ、（２）中速１３２／１８６、２２５／２７３、３２４／４４０ｒｐｍ、（３）高速３００／４５０、５４０／６７５、８１０／１１００ｒｐｍである。各回転速度範囲でのテストのパフォーマンスは、Ｙ：連続回転成功、Ｙ／Ｎ：一部成功（３回転以上継続するが位置決めできない）、Ｎ：失敗の３つのグレードで記録され、これが以下のテスト分析レポートの根拠となる。
【0060】
結合の空間距離は、垂直に回転する磁性結合と上方のプラットフォームの間に７ｍｍの固定ギャップ（図２Ｂの平面ｐにおける空間距離）を残し、プラットフォームは、１～３枚のそれぞれ厚さ４ｍｍの透明なアクリル板であり、１１／１５／１９ｍｍの３つの異なる結合スペース距離を提供する。
【0061】
より大きな磁石を使用したとしても、１回転に１回の効果的な結合の回転速度は、依然として実施形態３の１回転あたり２回の効果的な結合の回転速度よりも明らかに低い。４０ｍｍＬの滑らかな、円柱形棒状撹拌子は、約１００～２５０ｒｐｍであり、より短い２７ｍｍＬの滑らかな、円柱形棒状撹拌子も３００ｒｐｍまでであった。短い２７ｍｍＬの撹拌子はより近い結合スペース距離を必要とし、長い４０ｍｍＬの撹拌子はより長い結合スペース距離を必要とするか、より長いトルク距離に合わせて過剰なトルクを避けるために低速または線形運動エネルギーを必要とする。
【0062】
中央支点環を有する八面の棒状撹拌子は、その回転に必要なトルクは支点環がない撹拌子よりも低いはずであり、即ち、比較的容易に回転するはずであるが、その実験結果は、そのとおりではない。短い２８ｍｍＬの撹拌子の効果的な結合の回転速度は確かに良く、約６０～４５０ｒｐｍであったが、長い４１ｍｍＬの撹拌子は、わずか６０～１９０ｒｐｍに落ちる。支点環のない撹拌子と異なるのは、２つの異なる長さの中央支点環を有する棒状撹拌子であり、その比較的回転し易い構造であるため、結合スペース距離が長いか、結合トルクが弱い方が、連続して効果的な結合及び回転速度を満たすことができる。
【0063】
より狭い側の高さ８ｍｍＤｉの２種類の磁石をテストし、より正確で集中的な運動結合運動エネルギーとより高い有効結合回転速度が得られると考えたが、実験結果は依然としてこの考えを支持しなかった。
【0064】
単一の駆動軸、単一点の動的結合の上２つの実施形態が示すように、１回転毎に「キック」（pull-and-push）１回の実施形態４が撹拌子を駆動して持続的且つ効果的な結合及び回転を行うことができるが、これに比較して１回転毎に「キック」２回の実施形態３は、現在の性能は明らかに不足している。さらに、中央支点環を有する１５ｍｍＬ／８ｍｍＨの八面棒状撹拌子、又は高さ１９ｍｍＬ／７ｍｍＨの長尺楕円形撹拌子等、水平に横たわる長さ／高さの比が２に近いような短くて太いマグネチックスターラーは、１０００ｒｐｍより高い回転速度において、依然として安定した結合回転を行い、本発明の動的磁性結合方法の単軸駆動の応用の別の一面を示している。結合された短結合撹拌子は、単点でほぼ直立して回転することができる。したがって、単一組の撹拌子１３０は、本発明の動的結合及び動作メカニズムを使用し、同じ水平回転軸上で容易に複数組に複製、拡張、拡大することができ、依然として同じ動力源を使用する。実施形態３及び実施形態４の単一組の撹拌子１３０のように、それが大きいか小さいか、長いか短いかに関わらず、何れも回転軸上で２つ以上の近隣の、並列な、同極性の駆動磁石１２０を使用し、そのトルク、安定性及び回転速度適用範囲を強化することができる。また、単点対単点の動的結合であるため、「一定距離内の有効な結合作用磁場」があれば、撹拌子１３０はそのサイズに関係なく任意の角度で繰り返し回転することができ、水平または垂直の２つの回転面に限るものではない。フレームに固定され、特定の角度で平面上を回転する撹拌子の場合、上記の単軸、単点の動的磁性結合方法も十分に適用できる。長さ／高さの比が２を超える場合、前述の水平に配置された回転軸も垂直または他の角度に変更できるため、元の垂直面上で運動する駆動磁性結合は、より適切な作業面で動作できる。
【0065】
さらに、上記の単軸、単点の動的結合の２つの成功実施形態は、本発明の動的運動式磁性結合方法のもう１つの明らかな包括的または中間構造を示している。即ち、単軸、単点駆動と２軸、４点駆動の間で、２組の単軸単点駆動を組み合わせたもの、即ち、二軸上の４点により仮想の平行四辺形の対角線の両端点にある磁性駆動部材の同期した「受ける」、「投げる」動作により、即ち、実施形態１（図２Ａ）の１／４回転ｔ１／ｔ２／ｔ３／ｔ４の４段階のステップを、半回転のｔ１／ｔ３またはｔ２／ｔ４の２段階ステップの動作に簡単化するか、実施形態３（図８）の倍増体は、図１０に示すとおりである。実施形態１と異なる点は、２つの異なる対角線上の各対磁性結合端点の同期的に結合された磁性吸引力と運動エネルギー変換が、上方の撹拌子を駆動して異なる方向に回転させることである。
【0066】
実施形態５‐二軸の２つの対角点の半回転毎に結合する繰り返し回転運動（図１０）
本実施形態のテストは、実施形態３のパフォーマンスと比較し、実験パラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、駆動磁石、撹拌速度、結合空間距離を含む。
本実施形態のテストは、実施形態３のパフォーマンスと比較し、実験パラメータは、撹拌子のタイプ、撹拌子のサイズ、容器のタイプ、駆動磁石、撹拌速度、結合空間距離を含む。
【0067】
撹拌子のタイプは、円形、八面の棒状撹拌子を選択し、後者は、中央支点環を有する。撹拌子のサイズが２５～５０ｍｍＬ、８～１０ｍｍの直径（Ｄｉ）または高さ（Ｈ）の上記の棒状撹拌子であり、特に２７ｍｍＬ／８．５ｍｍＤｉおよび４０ｍｍＬ／９．０ｍｍＤｉの２種の滑らかな円柱形棒状撹拌子であり、２５ｍｍＬ／８ｍｍＤｉおよび３８ｍｍＬ／８ｍｍＤｉは、２種の中央支点環を有する八面の棒状撹拌子である。容器のタイプは、６００ｍＬの実験室用ガラス製ビーカーであり、内容物は室温２０℃の水道水である。駆動磁石は、実施形態１、実施形態２、実施形態３で使用した高さ５ｍｍ、直径８ｍｍの市販の円柱形ネオジウム鉄ホウ素磁石４個のみを比較のために使用した。撹拌速度は１３ＷのＤＣモータで、高速３００／４５０、５４０／６７５、８１０／１１００ｒｐｍモデルのみの比較である。結合空間距離も、厚さ４ｍｍの透明アクリル板を１～３枚使用して、９／１３／１７ｍｍの３つの異なる結合空間距離を提供する。平行軸距離ｄが２０ｍｍを取り、軸上の辺の長さ２０ｍｍの仮想正方形の四隅の位置決め点を除いて、本実施形態は、更に拡大した４０ｍｍの軸上の辺の長さを使用し仮想正方形の四隅の位置決め点で２つの対角点の半回転毎の結合の実験を行った。
【0068】
仮想四角形の２つの対角点の運動の結合は、２５～４０ｍｍＬの４種類のマグネチックスターラーを全域回転速度（３００～１１００ｒｐｍ）で効果的に結合でき、結合スペース距離は、動作速度の上限及び加減を決定する。これに比較して、実施形態３の単点結合駆動の結果は、大幅な改善がみられ、更には、実施形態１の４点の結合駆動にも匹敵した。仮想の４０ｍｍ×２０ｍｍの長方形を使用して、より長い対角線の結合距離の変換をテストし、中央支点環を有する１０ｍｍＤｉ／５０ｍｍＬの８面の棒状撹拌子を使用すると、有効な結合回転速度が実施形態１の４４０から６７５ｒｐｍに増加した。但し、２５ｍｍＬ／８ｍｍＤｉと３８ｍｍＬ／８ｍｍＤｉの短い２種類の中央支点環を有する８面の棒状撹拌子は、結合距離が過度に長いため、有効結合回転速度も６７５ｒｐｍ以下に低下する。ここでも、本発明の磁性駆動アセンブリの構成がマグネチックスターラーの物理的状態変換に従って設定可能な新規性及び進歩性が示される。
【0069】
上記のいくつかの簡単な実施形態は、さまざまなサイズ、形状の市販のマグネチックスターラーと希土類柱状磁石を使用し、本発明の動的運動磁性結合方法が、従来の静的吸着磁性結合の流体混合撹拌、推進の回転運動を行うことができ、空間、動力、コスト、発熱を節減し、簡単に複数組の撹拌延伸拡大を行うことができるだけでなく、更に、軸上に吸着する複数組の駆動磁性結合の磁極構成の配置設定により、他の非回転の運動動作を繰り返す又は異なる長さのマグネチックスターラーの結合距離変換を行うことができる。上記のいわゆる「回転又はその他の規則的な繰り返し動作」または「容器内の同相または異相の液体、気体、固体の混合または運動を行う」ことは、従来の一定方向の回転撹拌または運動以外に、本発明の磁性結合方法で結合された撹拌子が、さらに、例えば ブルウィップ効果(whiplash effect)の繰り返し揺動運動、及びログロール（log roll）の繰り返し往復運動など、運動力場または運動方向に往復(reciprocating)する往復運動を行うことができ、マグネチックスターラーの機能及び応用に新しい方向性を開いていることを強調している。学術理論に基づいたよりデジタルな設計とコンピューターシミュレーション、例えば、正確に一致した磁場と駆動および受動トルク、調整可能な結合空間距離により、本発明の動的運動磁性結合方法は、専用または多機能の応用に関わらず、何れも上記の幾つかの実施形態に限定するものではない。
【符号の説明】
【0070】
１０ 磁性結合撹拌装置
１００ 磁性結合アセンブリ
１１０ 回転軸
１２０ 磁性子
１２０Ｐ 駆動平面
１３０ 撹拌子
２００ ケーシング
２０１ 収容空間
３００ モータ
３０１ 駆動軸
１００ 磁性結合アセンブリ
１１０ 回転軸
１２０ 磁性子
１２０Ｐ 駆動平面
１３０ 撹拌子
２００ ケーシング
２０１ 収容空間
３００ モータ
３０１ 駆動軸
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
