JP2016010738A - 回転駆動機構及びその回転駆動機構を利用した振とう装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な駆動部分を有しない回転駆動機構の実現により、振動や騒音の少ない振とう装置を提供する。【解決手段】回転駆動機構１は、基台２と、基台２の上面に設けられ、平面形状が円形で基台２の上面側から下面側へいくに従って内径が小さくなるように側面が傾斜した凹部４と、基台２に設けられ、凹部４の底部側からエアーを供給するエアー供給穴６と、エアー供給穴６を通じて凹部４にエアーを供給するエアー供給部１０と、凹部４に基台２の上面側から嵌め込まれ、その傾斜側面にエアー供給穴６からのエアーを基台の上面側へ導くらせん状の溝１４が設けられた駆動体１２と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動体を回転駆動させる回転駆動機構及びその回転駆動機構を利用して物体を振とうさせる振とう装置に関するものである。

容器に入れた液体を攪拌するための装置として振とう装置がある。振とう装置には種々のものが存在する（例えば、特許文献１参照。）。振とう装置は、液体を収容した容器を保持して水平方向や上下方向に周期的に移動させることで、容器内の液体が攪拌される効果を得るものである。容器を水平方向や上下方向に移動させるための駆動機構は電気モータ等を備えた機械的なものである。

特開２００４−１４８１９４号公報

上述のように、振とう装置は動力源が電気モータであるため、例えば攪拌によって可燃性ガスが発生するような液体を取り扱うことはできない。また、機械的な駆動部分を有するため、振動や騒音が大きくなる傾向がある。容器を円周方向に動作させる場合には電気モータの回転軸にかかる負荷を軽減するために、容器を保持する保持部に重りを取り付けて重心を調節する必要がある。そのため、電気モータによって動作させる部分の重量が増大し、振動や騒音がさらに大きくなる。

そこで、本発明は、機械的な駆動部分を有しない回転駆動機構の実現により、振動や騒音の少ない振とう装置を提供することを目的とするものである。

本発明にかかる回転駆動機構は、基台と、基台の上面に設けられ、平面形状が円形で基台の上面側から下面側へいくに従って内径が小さくなるように側面が傾斜した凹部と、基台に設けられ、凹部に基台の下面側からエアーを供給するエアー供給穴と、エアー供給穴を通じて凹部にエアーを供給するエアー供給部と、凹部に基台の上面側から嵌め込まれる形状の部材であって、その傾斜側面にエアー供給穴からのエアーを基台の上面側へ導くらせん状の溝が設けられた駆動体と、を備え、エアー供給部から供給されるエアーの風圧により駆動体を凹部において浮上させるとともに回転させるように構成されているものである。

本発明の振とう装置は、本発明の回転駆動機構と、回転駆動機構の基台上において該回転駆動機構の駆動体によって保持され、駆動体の回転に伴なって水平面内で周期的な移動動作を行なう可動台と、を備えたものである。

本発明の回転駆動機構では、基台に凹部と凹部の底部側からエアーを供給するエアー供給穴が設けられ、側面にらせん状の溝が設けられた駆動体が凹部に嵌め込まれ、エアー供給部から供給されるエアーの風圧により駆動体を凹部において浮上させるとともに回転させるように構成されているので、機械的な駆動部分を用いることなく駆動体を回転駆動させることができる。駆動体はエアーの風圧によって浮上して回転するため、駆動体の回転時の基台との摩擦が小さく、騒音や振動の少ない回転駆動機構を実現することができる。電気モータを使用しないため、モータの回転軸への不可の軽減を考慮する必要がなく、重心調節のための重りを使用する必要もない。

本発明の振とう装置では、本発明の回転駆動機構によって可動台を動作させるものであるため、騒音や振動の低減を図ることができる。

回転駆動機構の一実施例を示す分解部分断面図である。 同実施例におけるエアー供給オフ時の状態を示す部分断面図である。 同実施例におけるエアー供給オン時の状態を示す部分断面図である。 振とう装置の一実施例のエアー供給オフ時の状態を示す断面構成図である。 同実施例のエアー供給オン時の状態を示す断面構成図である。 同実施例のエアー供給オン時の動作を説明するための平面図である。

本発明の振とう装置では、可動台の下面が、周縁部が下方へ屈曲又は湾曲し、駆動体の溝を通って基台の上面側へ噴き出したエアーを下方へ吹き付けるように導く形状となっていることが好ましい。そうすることで、駆動体を浮上させて回転させるためのエアーを駆動体及び可動台の浮上にさらに利用することができ、エアー供給部からのエアーの利用効率を向上させることができる。

本発明の振とう装置の好ましい実施形態の一例は、可動台が、駆動体に取り付けられ駆動体と同じ回転中心を有する回転軸に偏心カム機構を介して取り付けられており、駆動体の回転に伴なって水平面内で旋回を行なうように構成されているものである。

また、本発明の振とう装置において、可動台の旋回動作時に周囲方向から可動台に対して遠心力とは反対向きの力を作用させるダンパー要素をさらに備えていることが好ましい。そうすれば、可動台の旋回動作時の遠心力が駆動体に作用することで駆動体の回転軸がぶれることを抑制することができ、可動台の旋回動作の安定化を図ることができる。

上記ダンパー要素の一例として、可動台の周囲に設けられたダンパー支持部及び可動台の周方向において均等な複数の位置に設けられダンパー支持部と可動台との間を連結する弾性部材からなり、弾性部材の弾性力によって可動台の旋回動作時に周囲方向から可動台に対して遠心力とは反対向きの力を作用させるとともに可動台の回転を抑制するものである例を挙げることができる。

以下、本発明の回転駆動機構及びその回転駆動機構を用いた振とう装置の一実施例について図１から図６を用いて説明する。

まず、図１から図３を用いて回転駆動機構の一実施例の構造について説明する。なお、図１から図３では、基台２や配管８を断面図で示し、駆動体１２を正面図で示している。

この回転駆動機構１は、基台２、エアー供給部１０及び駆動体１２により構成されている。
基台２は上面の開口した凹部４を備えている。凹部４は基台２の上面側から底部にいくに従って徐々に内径が小さくなる円錐形状である。基台２の下面にエアー供給部１０から供給されるエアーの流れる配管８が接続されており、配管８はエアー供給穴６を介して凹部４の底部に通じている。基台２の材質は、例えばアルミ合金である。

エアー供給部１０は圧縮空気を供給するものであり、例えばガスボンベによって実現することができる。なお、エアー供給部１０はポンプによって圧縮空気を供給するものであってもよい。

駆動体１２は基台２の凹部４と嵌合する円錐形状の部材であり、駆動体１２の材質は例えばポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂である。駆動体１２の傾斜した側面にらせん状の溝１４が設けられている。駆動体１２の上面中央部に駆動軸１６（回転軸）が設けられている。駆動体１２はエアー供給部１０から供給される圧縮空気の圧力を利用して回転駆動されるものであり、駆動体１２が回転することで駆動軸１６が回転する。

図２に示されているように、駆動体１２は基台２の凹部４に嵌め込まれ、駆動体１２の側面と凹部４の内壁面が密接する。駆動体１２の先端部１２ａはエアー供給穴６に嵌め込まれる。駆動体１２の先端部１２ａの外径はエアー供給穴６の内径よりもわずかに小さくなっており、先端部１２ａとエアー供給穴６の内壁との間に隙間が存在する。エアー供給部１０から圧縮空気を凹部４の底部へ送り込むと、圧縮空気は駆動体１２の先端部１２ａとエアー供給穴６の内壁との間の隙間を通って駆動体１２の側面に吹き付けられ、その風圧によって駆動体１２を浮上させる。

図３に示されているように、駆動体１２が浮上すると、駆動体１２の側面と凹部４の内壁面との間に隙間が生じ、圧縮空気が駆動体１２の側面のらせん状の溝１４を流れ、駆動体１２は圧縮空気の圧力により回転する。駆動体１２が回転することにより、駆動軸１６が回転する。

駆動体１２は、例えば傾斜した側面の長さが５０ｍｍであり、傾斜角が１５°である。溝１４の形状は曲面であり、その幅は５ｍｍ程度で、全周にわたって形成されている。かかる場合に、エアー供給部１０から圧縮空気を最大０．７ＭＰａで供給することで駆動体１２を基台２から浮上させることができ、らせん状の溝１４からエアー供給部と反対方向に噴出させることで回転エネルギーを得ることができる。

次に、回転駆動機構１を利用した振とう装置の一実施例について図４、図５及び図６を用いて説明する。図４は同実施例のエアー供給部１０からのエアー供給をオフにした状態を示す断面構成図であり、図５は同実施例のエアー供給部１０からのエアー供給をオンにした状態を示す断面構成図であり、図６は同実施例の平面図である。

図１から図３を用いて説明した回転駆動機構１の駆動軸１６に回転板２０、連結軸２２及びベアリング２４からなる偏心カム機構を介して可動台１８が取り付けられており、駆動軸１６が回転することで可動台１８が旋回動作を行なうようになっている。攪拌対象の溶液を収容した容器は可動台１８上に固定される。

回転板２０は直径が３０ｍｍの円形の板状部材であり、材質は例えばＰＯＭ樹脂である。回転板２０の中心に駆動軸１６が固定されており、駆動軸１６とともに回転する。回転板２０の中心から外れた位置に連結軸２２の下端が固定され、回転板２０の回転にともなって連結軸が円を描くように移動する。連結軸２２の上端は可動台１８を支持している。

可動台１８は平面形状が直径５０ｍｍの円形の部材であり、材質は例えばＰＯＭ樹脂である。可動台１８は中心から外れた位置で連結軸２２によって支持されている。可動台１８の連結軸２２の軸受け部分には例えばボールベアリングなど回転可能に連結軸２２を受けるとともに回転摩擦の少ないベアリング２４が設けられている。

上記のように、可動台１８が連結軸２２によって回転自由に回転板２０と連結されているため、回転板２０の回転により可動台１８が回転することなく旋回動作を行なうことができる。この実施例では可動台１８側が連結軸２２に対して回転可能となっているが、回転板２０側が連結軸２２に対して回転可能となっていてもよいし、可動台１８及び回転板２０の両方が連結軸２２に対して回転可能となっていてもよい。

連結軸２２に対して回転可能となっている可動台１８又は回転板２０の軸受け部分には、この実施例のように、必ずしもボールベアリングのような回転摩擦の少ないベアリング２４を設ける必要はないが、かかるベアリングを設けておくことで、この部分における軸のブレや回転時の摩擦による振動や騒音を低減することができる。

可動台１８は、周縁部が直角に屈曲して鉛直下向きに延びて下面側に凹部の形成された形状となっている。この可動台１８の下面の形状は、エアー供給部１０からエアーの供給がなされて駆動体１２が浮上したときに、図５において矢印で示されているように、凹部４の内壁と駆動体１２との間の隙間から噴き出したエアーを下方へ吹き付けるように導き、エアー供給部１０からのエアーによって駆動体１２及び可動台１８を効率よく浮上させる効果をもたらすものである。

以上の構成により、エアー供給部１０からエアーの供給がなされると、図５に示されているように、駆動体１２が数μｍ〜数ｍｍ程度浮上して回転することにより回転板２０が回転する。駆動体１２の浮上に伴なって可動台１８も数μｍ〜数ｍｍ程度浮上し、基台２と接触しない状態となる。回転板２０が回転すると連結軸２２が円を描くように移動し、連結軸２２に回転可能に保持されている可動台１８が旋回動作を行なう。

基台２上には可動台１８の周囲を囲う矩形のダンパー支持部２６が取り付けられている（図６参照。）。可動台１８の周縁部の均等な４箇所が弾性部材２８によってダンパー支持部２６と連結されており、可動台１８の回転が抑制されている。弾性部材２８は例えばコイルバネや板バネなどである。なお、ダンパー支持部２６は可動台１８の周囲を囲う枠状部材である必要も矩形である必要もなく、可動台１８の周囲の均等な位置で弾性部材２８の一端を支持することができる形状であればいかなる形状であってもよい。ダンパー支持部２６と弾性部材２８は、可動台１８の旋回動作時に遠心力によって駆動体１２の回転軸がぶれることを抑制するダンパー要素を構成している。

可動台１８の平面形状は円形に限定されるものではなく、いかなる形状であってもよい。また、可動台１８の下面の形状はこの実施例に限定されるものではなく、周縁部が下方へ湾曲した形状であってもよいし、周縁部が下方へ屈曲も湾曲もせず、平板形状となっていてもよい。

上記実施例では、可動台１８の中心から外れた位置に連結軸２２が取り付けられているが、可動台１８に対する連結軸２２の取付け位置は可動台の旋回動作の範囲を決める設計事項であり、可動台１８の中心に連結軸２２が取り付けられていてもよい。

１ 回転駆動機構
２ 基台
４ 凹部
６ エアー供給穴
８ 配管
１０ エアー供給部
１２ 駆動体
１４ 溝
１６ 駆動軸
１８ 可動台
２０ 回転板
２２ 連結軸
２４ ベアリング
２６ ダンパー支持部
２８ 弾性部材

Claims (6)

1. 基台と、
   前記基台の上面に設けられ、平面形状が円形で前記基台の上面側から下面側へいくに従って内径が小さくなるように側面が傾斜した凹部と、
   前記基台に設けられ、前記凹部の底部側からエアーを供給するエアー供給穴と、
   前記エアー供給穴を通じて前記凹部にエアーを供給するエアー供給部と、
   前記凹部に前記基台の上面側から嵌め込まれる形状の部材であって、その傾斜側面に前記エアー供給穴からのエアーを前記基台の上面側へ導くらせん状の溝が設けられた駆動体と、を備え、
   前記エアー供給部から供給されるエアーの風圧により前記駆動体を前記凹部において浮上させるとともに回転させるように構成されている回転駆動機構。
2. 請求項１に記載の回転駆動機構と、
   前記回転駆動機構の基台上において前記回転駆動機構の駆動体によって保持され、前記駆動体の回転に伴なって水平面内で周期的な移動動作を行なう可動台と、を備えた振とう装置。
3. 前記可動台の下面は、周縁部が下方へ屈曲又は湾曲し、前記駆動体の溝を通って前記基台の上面側へ噴き出したエアーを下方へ吹き付けるように導く形状となっている請求項２に記載の振とう装置。
4. 前記可動台は、前記駆動体に取り付けられ前記駆動体と同じ回転中心を有する回転軸に偏心カム機構を介して取り付けられており、前記駆動体の回転に伴なって水平面内で旋回動作を行なうものである請求項２又は３に記載の振とう装置。
5. 前記可動台の旋回動作時に周囲方向から前記可動台に対して遠心力とは反対向きの力を作用させるダンパー要素をさらに備えている請求項４に記載の振とう装置。
6. 前記ダンパー要素は、前記可動台の周囲に設けられたダンパー支持部及び前記可動台の周方向において均等な複数の位置に設けられ前記ダンパー支持部と前記可動台との間を連結する弾性部材からなり、前記弾性部材の弾性力によって前記可動台の旋回動作時に周囲方向から前記可動台に対して遠心力とは反対向きの力を作用させるとともに前記可動台の回転を抑制するものである請求項５に記載の振とう装置。

Images