(57)【要約】  本発明は、液体を、及び固体と液体とを、振動によって混合する装置に関する。一自由度の振動を可能にするばねシステム（８、８’、８’’）は、磁気結合される電磁石（１）によって振動する。ばねシステム（８、８’、８’’）に結合された軸（６）は、一方向の振動を混合される媒質の中の混合部材に伝達する。ばねシステム（８、８’、８’’）は、ばね鋼又は繊維強化プラスチックで作られた板ばね要素（８、８’、８’’）で構成され、ばね要素のクランプ長さを調整することによって振動挙動を正確に設定することができる。ばね要素（８、８’、８’’）の設計は、動作時、ばね要素（８、８’、８’’）にかかる荷重が分散され、高荷重及び高サイクル下でも長寿命が保証されるように設定される。装置は、最大１０，０００Ｌまでの容量を混合するのに使用され、最大２００Ｈｚの周波数及び数ミリメートルの振幅で運転される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を、及び液体中の固体を、振動によって混合する装置であって、
電磁駆動部（１）と、混合部材を有する駆動軸（６）と、永久磁石又は磁化可能要素（２）とを備え、
前記駆動軸（６）は、前記電磁駆動部と同軸上に配置され、
ばね要素システムは、１又は２以上の板ばね要素（８、８’、８’’）を含み、第１のばね要素（８’’）は、前記駆動軸（６）に対して平行に配置され、第２のばね要素（８’）は、前記駆動軸（６）に対して垂直に配置されかつ前記永久磁石又は前記磁化可能要素（２）に結合される、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ばね要素システムは、互いに結合された複数の板ばね要素（８、８’、８’’）又は１又は２以上の湾曲した板ばね要素（８、８’、８’’）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ばね要素システムは、Ｕ形状の板ばね要素（８、８’、８’’）を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ばね要素（８、８’、８’’）は、ばね鋼又は繊維強化プラスチックなどの高弾性材料を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のばね要素（８’’）は、クランプジョー（７’、７’’）によってハウジング（３）の壁部上に付着及び取り付けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のばね要素（８’）は、クランプジョー（９’、９’’）によって前記永久磁石又は前記磁化可能要素（２）上に付着及び取り付けられる、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記クランプジョー（７’、７’’、９’、９’’）における前記ばね要素（８、８’、８’’）のクランプ長さ及び幅、及び／又は前記ばね要素（８、８’、８’’）の前記電磁駆動部（１）からの距離は、調整可能である、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のばね要素（８’’）の各々は、ハウジング（３）の内壁に直接、取り付けられる減衰ブロックによって形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を、及び液体と気体又は固体とを、振動によって混合する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を振動によって混合する公知の装置は、電磁駆動部（以下、電磁石という）によって振動するように作られており、軸によって混合機プレートに結合される質量ばねシステムを有する。ばねシステムは、電磁石に電磁結合され、電磁石は、交流又は電流パルスで作動して質量ばねシステムを振動させる。結果として生じたばねシステム上の磁界の引力及び反発力の方向の（垂直）振れは、駆動軸によって混合媒体の中の混合機プレートに伝達される。できるだけ高い効率を得るために、振動システムは、駆動部の所要の励起力を最小限にするために、共振状態で可能な限り最大の範囲で振動する必要がある。この共振周波数は、質量体のばね要素及び減衰値の巧みな設計によって特定の用途に対して変更及び最適化することができる。
【０００３】
このようなシステムは、振動型攪拌混合機（vibromixer）及び振動混合駆動装置の名前で従来技術から知られており、例えば、スイス特許第２８９０６５号に開示されている。業界での一例として、ここではＤｒＭ  Ｄｒ．Ｍｕｌｌｅｒ  ＡＧのＦＵＮＤＡＭＩＸ（登録商標）という名前の振動混合機に言及する。通常、この形式の振動型攪拌混合機は、５０〜１００Ｈｚの周波数及び１〜５ｍｍの振幅で運転される。混合要素は、本明細書では詳細には論じないが、一方向の振動運動用に設計され、従来の回転式混合機に対して同様に有効な混合性能を達成する。
【０００４】
従来技術によれば、このような振動型攪拌混合機のばねシステムは、通常、１又は２以上のコイルばねで構成される。通常、ばね鋼で作られ、一定の交互荷重に耐え、所定の幾何学的寸法を与えるばねは、１つのばね力に固定される。これは、ばねの予圧を変更することによって調整することができるが、これは、特に多数のコイルばねを使用する場合には大変な努力を要する。ばねシステムの共振周波数は、システムの質量及び減衰性によって決まるので、ばねを交換するか又はばね組立体を伸長するだけで変更することができる。システム内に複数のばねがある場合、システム内の複数のばねのばね力は、ばねの材料、温度、又は外形形状の僅かな差に起因して変わる場合がある。これは、不均一な力の分布を引き起こしてシステムの振動挙動を害する。コイルばねの取り付けを行うのは機械的に難しく、煩わしい騒音をもたらす可能性がある。この騒音源は、消音器又はばねに対する接触点の表面処理など、複雑な措置でしか抑制することができない。両方の方法は、費用がかかり、振動システムの共振挙動及びばねの寿命に有害な影響を与える可能性がある。
【０００５】
欧州特許公開第０６２６１９４号には別の先行技術の装置が開示されている。顕微鏡スライドは、３次元で振動することができるように、直列接続された複数の板ばねによって支持される。振動は、個々の振動するばねに結合された永久磁石に力を与えるコイルの作動によって励起される。ばねのばね定数は、振動挙動を調整するために全ての方向で変えることができ、これは、ばね上に別のばねシステムを重ね合わせることによって達成される。ここでは、ばねロッドの直列結合が言及されているが、ばね定数は、調整可能な振動質量又は調整可能なガイドフォークによって変えることができる。この文献において、振動装置は、通常、最大２０ｋＨｚまでの高周波で動作することが指摘されている。応用分野は、実験室規模での液体と固体の混合、均質化、及び分離である。追加の振動ロッドによってばね定数を調整するためのばねシステム及び装置の機械的構成は、精巧で複雑であり、多くの場所を取る。用途は少量の液体と固体の混合に限定される。質量及び振幅は小さく、周波数は高く、実験室規模で特定のプロセス用に設計される。しかしながら、より大きな容量、振幅、重量、及び混合能力のための大規模なデザインは、莫大な努力を必要とすることになる。特に、ばね定数を調整するための装置は、規模拡大ではもはや経済的に実現不可能であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】スイス特許第２８９０６５号
【特許文献２】欧州特許公開第０６２６１９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、駆動軸がばねシステムを介して電磁駆動部によって主方向に振動するように励起される、液体を、及び液体中の固体を、振動によって混合する装置を作り出すことである。装置は、より大きな力及び数ミリメートルの振幅であっても最大２００Ｈｚの周波数で達成できるように設計される。ばねシステムの機械的構成は、従来技術と比較すると既知の問題点が低減又は防止されるように最適化されるはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、目的は、液体を、及び液体中の固体を、振動によって混合する装置によって達成され、この装置は、電磁駆動部と、永久磁石又は磁化可能要素、例えばフェライト要素と、電磁駆動部と同軸上に配置された駆動軸とを有する。詳細には、装置は、１又は２以上の板ばね要素を有するばね要素システムを備える。ばねシステムは、１つの振動方向すなわち駆動軸及び電磁駆動部と同軸の主方向の振動を可能にし、外力によって振動するように中心が励起される。この励起力は、電磁駆動部によって生成され、電磁駆動部は、力を磁気結合によって永久磁石又は磁化可能要素に伝達する。永久磁石又は磁化可能要素は、ばねシステムに結合され、励起が振動になるのを可能にする。本発明による装置が、永久磁石すなわち永久磁極を有する場合、永久磁石は、電磁石の電磁コイルの入力周波数に共振することになる。代わりに、本発明による装置が磁化可能要素を有する場合、この要素は、電磁石の電磁コイルによって磁化され、従って、電磁石の入力周波数の２倍で振動する。一方向の振動の荷重状態は、引き起こされた磁気力に沿った振幅に沿って主力によって与えられ、主力は、駆動軸に、結果的に駆動軸に取り付けられた混合部材に伝達される。また、振動方向に対して垂直に作用する横方向力は、駆動軸及び混合部材からの外力、並びに構成要素の完全に左右対称ではない配置から生じる力によって生成されて与えられる。撓み及びねじり荷重のために設計される板ばね要素は、主力又は横方向力を最適に吸収するように配置することができる。この目的のために、第１の板ばね要素は、主方向及び駆動軸に対して平行に配置され、第２の板ばね要素は、主方向及び駆動軸に対して垂直に配置される。第２の板ばね要素は、永久磁石又は磁化可能要素に結合される。板ばね要素が両タイプの力、すなわち振動方向又は主方向の力、並びに主方向に対して垂直な横方向力を吸収する必要がある場合、このことは、撓み及びねじりをもたらすだけでなく、ばね軸線に沿ったさらなる引張荷重及び圧縮荷重をもたらすので、材料の準最適荷重をもたらす。従って、板ばね要素を組み合わせることで、振動システムの荷重力の最適な分散が可能になる。
【０００９】
本発明の１つの実施形態において、板ばね要素システムは、互いに直交して配向された複数の相互に結合した板ばね要素、又は１又は２以上の湾曲した板ばね要素を備える。
【００１０】
１つの実施形態において、湾曲したばね要素の各々は、Ｌ形状である。１つの実施形態において、システムは２つのＬ形状の湾曲したばね要素を有し、２つのＬ形状のばね要素の各々は、駆動軸に対して平行に配向された第１のばね要素及び駆動軸に対して垂直に配向された第２のばね要素を備える。
【００１１】
さらなる実施形態において、湾曲した板ばね要素はＵ形状である。Ｕ形状は、駆動軸に対して平行に配向された２つのばね要素と、駆動軸に対して垂直に配向された１つのばね要素を備える、単一部品のばね要素を意味すると理解される。
【００１２】
本発明の１つの実施形態において、ばね要素は、ばね鋼又は繊維強化プラスチックなどの高弾性材料を含む。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、第２のばね要素は、クランプジョーによってハウジングの壁部に取り付けられて支持される。
【００１４】
本発明の１つの実施形態において、第１のばね要素は、クランプジョーによって永久磁石又は磁化可能要素上に取り付けられて支持される。
【００１５】
本発明の１つの実施形態において、クランプジョーにおけるばね要素のクランプ長さ及び幅、及び／又は電磁駆動部からのばね要素の距離は調整可能である。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態において、主方向及び駆動軸に対して平行な第１のばね要素の各々は、横方向力を吸収する減衰ブロックによって実現される。サイレントブロックとしても知られる減衰ブロックは、２つの金属プレート及び２つの金属プレートの間に配置された衝撃吸収材料を備える多層構造を有する減衰要素と理解されたい。衝撃吸収材料は、例えば、ゴム又は発泡プラスチックであり、第２のばね要素内で駆動軸に対して垂直な横方向力を吸収する。減衰ブロックは、ハウジングの壁部に直接、取り付けられる。
【００１７】
板ばね要素は、便宜上、様々な材料及び、厳密な外形形状及び材料許容値で作ることができる。材料は、通常、ばね鋼又は繊維強化プラスチックである。後者は、交互の荷重に対する高い耐性を提供するが、同時に高強度及び低重量をもたらす。加えて、板ばねの弾性率、従って振動挙動は、適切なプラスチックを選択することによって事前に選択することができる。板ばね要素は、高い交互荷重の下でも説明した荷重状態において非常に高い耐久性を示す。また、これは従来のコイルばねと比較して小型かつ軽量である。板ばねの取り付け及び固定は、単純で組み付けが容易であり、ばねの簡潔さ及び定められたクランピングを前提として、騒音がほとんど生じない。生じる力に従ってばね要素を分割すると、励起力に関してばねシステムのばねのクランプ長さ及び位置の柔軟かつ単純な調整が可能になる。これによって、システムの共振周波数の微調整及び電磁駆動部の可能な限り最良の利用が可能になる。構成要素及びグループの非対称は、ばね要素の柔軟なクランピングによって補正することができ、最適な振動挙動が可能になる。
【００１８】
本発明による装置のばねシステムの設計によって、最大２００Ｈｚまでの周波数で、より大きな力及び数ミリメートルの振幅を得ることもできる。装置は、１０，０００Ｌ程度の体積を混合及び均質化するのに使用することができる。
【００１９】
電磁駆動部の対極として永久磁石又は磁化可能要素を使用すると、用途に応じて利点を有することができる。永久磁石を使用すると、本発明による装置は、その他の点では同じ条件下で磁化可能要素を有する装置と比較すると半分の周波数を生じる。特に低い動作周波数では、永久磁石を使用すると結果的に駆動効率を高くすることができ、その理由は、通常、電磁駆動部は高い入力周波数で効率的に動作できるからである。通常フェライト材料から成る磁化可能要素、又は通常ネオジム−鉄−硼素化合物の永久磁石の機械的特性及び熱特性は、適用要件に応じて利益をもたらすように使用することもできる。
【００２０】
本発明による装置の利点は、本発明による設計に起因してばね要素にかかる荷重が最適に分散されるので、荷重を受けるばね要素の寿命及び可能な運転時間が長くなる点である。装置の動作時、騒音は少なく、そうでない場合、騒音はコイルばね及び取り付けに起因して高い動作周波数で発生する。加えて、ばねシステムの重量及び空間要求は、先行技術装置に比べて低減され、製造コストは、低い構成要素コスト及び単純な組み立て及びシステム調整に起因して低減される。本発明による装置の保守管理、並びに動作パラメータを設定するための多大な努力は、構造の簡素化及び柔軟性のあるクランプ機構によって軽減することができる。
【００２１】
本発明は、図を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術による振動混合機の駆動要素の断面を示す。
【図２】本発明による単純なＬ形状のばね要素を有する装置の断面を示す。
【図３】本発明による複数の板ばね要素及びクランプ機構を有する装置の断面を示す。
【図４】本発明による二重設計での複数の板ばね要素及びクランプ機構を有する装置の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、先行技術による液体混合装置の駆動装置を単純化された形態で示す。ここでは、電磁駆動部１は、剛性フレームすなわちシャシ３にしっかりと結合されている。従って、剛性プレート５は、最適な支持を保証するために１又は２以上のコイルばね４により結合及び支持され、ばね４は、並列に又は直列に配置することができる。永久磁石又は磁化可能要素２は、プレート５に結合されて電磁石１による磁気結合によって励起され、その結果、ばね４が振動を開始する。プレート５はばね４によって支持されており、主方向に自由に振動することができる。ライン１１に沿った主方向は、鋼プレート５上の永久磁石又は磁化可能要素２への電磁石１の力効果によって定義されている。従って、鋼プレートに結合された軸６は、主方向１１に共振して、軸６に取り付けられたシャシ３の外側の混合部材に、理想的には混合される媒質の中の混合プレートに、振動を伝達することができる。
【００２４】
図２〜図４は、本発明による振動運動を１又は２以上の板ばね要素で構成されたシステムによって発生させるための装置の例示的な実施形態を示す。
【００２５】
図２は、本発明による装置を示し、ハウジング３に取り付けられた電磁駆動部１、ハウジング３の外側で混合部材（図示せず）が取り付けられた駆動軸６、及び永久磁石又は磁化可能要素２を備える。２つの個別の湾曲した、ここではＬ形状の板ばね要素８は、２つのクランプジョー（clamping jaw）９、９’によって永久磁石又は磁化可能要素２に結合され、Ｌ形状のばね要素８は、軸６に対して平行に延在する要素８’’及び軸６に対して垂直に延在する要素８’を有する。２つのＬ形状のばね要素８の代わりに、Ｕ形状の単一のばね要素を使用することもできる。電磁駆動部１によって生成された交番磁界は、永久磁石又は磁化可能要素２を励起する。次に、２つのばね要素８の各々は、クランプジョー７’、７’’によって支持され、ハウジング３の内側壁に固定さる。板ばね８、８’、８’’の幾何学的寸法、材料特性、クランプ長さ、及びシステムの重量に起因して、ばね８は、駆動部１によって主方向１１に励起されて振動する。ばね８に結合された軸６は、振動運動をハウジング３の外側の混合部材に伝達する。この構成によって、ばね要素８の間で荷重を分散することができる。この場合、軸に対して垂直に延在するばね要素８の要素８’は、撓むことによって主方向１１の荷重を吸収することができ、横方向の力は、主方向及び軸に対して平行なばね要素８の要素８’’に伝達される。これによって、機械荷重の最適な分散が可能になるので、ばね８の材料特性の有効利用が可能になる。
【００２６】
図３は、本発明による装置の別の実施形態を示す。Ｌ形状の湾曲した板ばね要素８の代わりに、複数の板ばね要素８’、８’’が使用され、ばね要素８’は、この場合も水平かつ主方向１１に対して垂直に配向され、ばね要素８’’は主方向１１に平行である。ばね要素８’、８’’は、クランプジョー１０’、１０’’、１０’’’によって互いに結合され、ばね要素８’は、クランプジョー９、９’によって永久磁石又は磁化可能要素２に結合される。次に、ばね要素８’’は、クランプジョー７、７’’によってハウジング３の側面の内壁上に取り付けられて支持される。また、ここでは、主方向１１に対して平行なばね要素８’と主方向１１に対して垂直なばね要素８’’との間は区別され、これらは荷重状態に応じて機械力を適宜、従って最適に吸収する。
【００２７】
主方向１１に対して平行に延在する第１のばね要素８’’のための減衰ブロック（サイレントブロック）を有する代替実施形態において、第１のばね要素８’’並びにクランプジョー７’、７’’、１０’、１０’’は、減衰ブロックに置き換えられる。減衰ブロックの２つの金属プレートのうちの一方は、ここでは減衰材料の片側上でハウジング３の内側壁に直接、取り付けられ、他方の金属プレートは、減衰材料の反対側上でクランプジョー１０’’’に取り付けられる。
【００２８】
また、図４は、装置の別の実施形態を示す。ここでは、ばねシステムは、主方向１１に対して垂直に配置された２つのばね要素８’を有し、これらは上下に配置されている。ばね要素８’のうちの一方は、クランプジョー９’、９’’によって永久磁石又は磁化可能要素２に取り付けられ、第２のばね要素８’は、クランプジョー９’、９’’によって駆動軸６に取り付けられる。２つのばね要素８’は、上下に配置されて駆動軸６に対して垂直に延在し、クランプジョー１０’’’及び１０’’’’によって互いに結合され、互いに固定される。主方向１１に対して平行に延在する２つのばね要素８’’は、クランプジョー７’、７’’によってハウジングの内側壁に取り付けられる。駆動軸に対して平行に延在するばね要素８’’は、クランプジョー１０’、１０’’で駆動軸６に対して垂直に延在する一方のばね要素８’を用いて互いに固定される。ばね要素８’、８’’のこのクランピングは、主方向１１の振動を支え、これによって荷重は最適に吸収される。複数のばね要素８’、８’’のこの平行配置によって、駆動軸６を外力に対してより良好に支持することができる。
【００２９】
ばね要素８’、８’’及び９’、９’’のクランプ長さ及び電磁駆動部１に対する永久磁石又は磁化可能要素２の位置は、重要な動作パラメータであり、振動挙動、従って混合部材の混合能力に影響を及ぼす。ばね要素８’、８’’及び９’、９’’は、調整可能なクランプ長さ、幅、及び厚さで、並びに異なる位置に取り付けることができるので、クランプジョー１０’、１０’’、１０’’’、及び１０’’’’の各々は、好ましくは、弾力的に固定することができるように設計される。
【００３０】
この場合でも、図３に関連して説明したのと同じ代替実施形態が可能である。この場合、第１のばね要素８’’及びクランプジョー７’、７’’、１０’及び１０’’の各々は、減衰ブロックに置き換えられ、減衰ブロックは、ハウジング３の内側壁に直接、取り付けられる。
【符号の説明】
【００３１】
１  電磁駆動部
２  永久磁石又は磁化可能要素
６  駆動軸
８  板ばね要素
８’  第２のばね要素
８’’  第１のばね要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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