(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌槽の内側にある液体を撹拌する撹拌装置であって、
駆動装置に直接的または間接的に接続されることにより、前記駆動装置の動力を受けて回転運動することなく軸線に沿って往復移動可能な撹拌翼
を有し、
前記撹拌翼は、
前記軸線に沿って延びる主軸部と、
前記主軸部に直接的または間接的に固定され、径方向に拡がる板状部と、
前記板状部に一部が固定される第１可変翼と、
前記第１可変翼とは径方向または周方向に異なる位置に設けられ、かつ、前記板状部に一部が固定される第２可変翼と、
を有し、
前記板状部は、
本体部と、
前記本体部の一部を前記軸線方向に貫通する第１貫通孔と、
前記第１貫通孔とは径方向または周方向に異なる位置において、前記本体部の一部を前記軸線方向に貫通する第２貫通孔と、
を有し、
前記第１可変翼は、前記第１貫通孔を前記軸線方向の一方側から覆う閉塞位置と、一部が前記本体部よりも前記軸線方向の一方側へ離間して前記第１貫通孔を開放する開放位置との間で変位可能であり、
前記第２可変翼は、前記第２貫通孔を前記軸線方向の他方側から覆う閉塞位置と、一部が前記本体部よりも前記軸線方向の他方側へ離間して前記第２貫通孔を開放する開放位置との間で変位可能であり、
上面視における、前記第１貫通孔の面積の合計値に対する、前記第２貫通孔の面積の合計値の比率は、０．５〜１．５であり、
前記第１可変翼は、前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第１貫通孔を前記軸線方向の一方側から閉塞し、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第１貫通孔を開放し、
前記第２可変翼は、前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第２貫通孔を開放し、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第２貫通孔を前記軸線方向の他方側から閉塞し、
前記撹拌翼が前記軸線に沿って往復移動することによって、前記撹拌槽の内側の前記液体における、向きと流速が一定な循環流を継続して発生させる、撹拌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撹拌装置であって、
前記板状部における、第１径方向位置に、１または複数の前記第１貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、前記第１径方向位置とは異なる第２径方向位置に、１または複数の前記第２貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、
前記撹拌翼は、１または複数の前記第１貫通孔を閉塞し、または開放する１または複数の前記第１可変翼と、１または複数の前記第２貫通孔を閉塞し、または開放する１または複数の前記第２可変翼を有する、撹拌装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撹拌装置であって、
前記撹拌翼の前記主軸部は上下方向に延び、前記軸線方向の一方側は下側であり、前記軸線方向の他方側は上側であり、
前記板状部における、前記第１径方向位置に、１または複数の前記第１貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、前記第１径方向位置よりも径方向外側の前記第２径方向位置に、１または複数の前記第２貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、
１または複数の前記第１可変翼は、１または複数の前記第１貫通孔を下側から閉塞し、または開放し、
１または複数の前記第２可変翼は、１または複数の前記第２貫通孔を上側から閉塞し、または開放し、
前記撹拌翼が下側へ移動するときも、前記撹拌翼が上側へ移動するときも、前記主軸部の周囲のうちの内周側において前記液体の前記軸線方向の下側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の底面側において前記液体の径方向外側へ向かう流れが生じ、前記主軸部の周囲のうちの外周側において前記液体の前記軸線方向の上側へ向かう流れが生じ、前記液体の液面側において前記液体の径方向内側へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である、撹拌装置。
【請求項４】
請求項２に記載の撹拌装置であって、
前記撹拌翼の前記主軸部は上下方向に延び、前記軸線方向の一方側は上側であり、前記軸線方向の他方側は下側であり、
前記板状部における、前記第１径方向位置に、１または複数の前記第１貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、前記第１径方向位置よりも径方向外側の前記第２径方向位置に、１または複数の前記第２貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、
１または複数の前記第１可変翼は、１または複数の前記第１貫通孔を上側から閉塞し、または開放し、
１または複数の前記第２可変翼は、１または複数の前記第２貫通孔を下側から閉塞し、または開放し、
前記撹拌翼が上側へ移動するときも、前記撹拌翼が下側へ移動するときも、前記主軸部の周囲のうちの内周側において前記液体の前記軸線方向の上側へ向かう流れが生じ、前記液体の液面側において前記液体の径方向外側へ向かう流れが生じ、前記主軸部の周囲のうちの外周側において前記液体の前記軸線方向の下側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の底面側において前記液体の径方向内側へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である、撹拌装置。
【請求項５】
請求項１に記載の撹拌装置であって、
前記板状部における、第１周方向位置に、少なくとも１つの前記第１貫通孔が設けられ、前記第１周方向位置とは周方向に９０°以上の間隙を隔てた第２周方向位置に、少なくとも１つの前記第２貫通孔が設けられ、
前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときも、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときも、前記第１周方向位置において前記液体の前記軸線方向の一方側へ向かう流れが生じ、前記液体の液面側において前記液体の前記第１周方向位置から前記第２周方向位置へ向かう流れが生じ、前記第２周方向位置において前記液体の前記軸線方向の他方側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の底面側において前記液体の前記第２周方向位置から前記第１周方向位置へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である、撹拌装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の撹拌装置であって、
前記撹拌翼は、
前記主軸部と、
互いに軸線方向に間隙を隔てて配置され、かつ、それぞれが前記主軸部に直接的または間接的に固定される複数の前記板状部と、
前記複数の板状部のそれぞれに一部が固定される複数の前記第１可変翼と、
前記複数の板状部のそれぞれに一部が固定される複数の前記第２可変翼と、
を有し、
前記複数の板状部はそれぞれ、前記本体部と、１または複数の前記第１貫通孔と、１または複数の前記第２貫通孔とを有する、撹拌装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の撹拌装置であって、
前記撹拌翼は、
前記主軸部と、
１つの前記板状部と、
前記１つの板状部に一部が固定される１または複数の前記第１可変翼と、
前記１つの板状部に一部が固定される１または複数の前記第２可変翼と、
を有し、
前記１つの板状部は、前記本体部と、１または複数の前記第１貫通孔と、１または複数の前記第２貫通孔とを有する、撹拌装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の撹拌装置であって、
前記第１可変翼は、板状の第１弾性部材を含み、前記板状部における前記第１貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が直接的に接触しつつ固定される、撹拌装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の撹拌装置であって、
前記第１可変翼は、板状の第１剛性部材を含み、前記板状部における前記第１貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が第１ヒンジを介して間接的に固定され、
前記第１ヒンジと前記本体部との間に、前記本体部に対する前記第１可変翼の傾斜角度を制限する第１制限部材が設けられる、撹拌装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の撹拌装置であって、
前記第２可変翼は、板状の第２弾性部材を含み、前記板状部における前記第２貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が直接的に接触しつつ固定される、撹拌装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の撹拌装置であって、
前記第２可変翼は、板状の第２剛性部材を含み、前記板状部における前記第２貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が第２ヒンジを介して間接的に固定され、
前記第２ヒンジと前記本体部との間に、前記本体部に対する前記第２可変翼の傾斜角度を制限する第２制限部材が設けられる、撹拌装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の撹拌装置であって、
前記板状部における前記軸線方向に対して垂直な横断面の外縁は、前記撹拌槽の内面に沿う形状であり、かつ、前記内面から間隙を隔てて内側に位置する、撹拌装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の撹拌装置であって、
前記撹拌槽は、底面部を上下方向に貫通する第３貫通孔を有し、
前記撹拌翼の前記主軸部は上下方向に延び、一部が前記第３貫通孔を貫通して前記撹拌槽の下側の外部空間へ露出し、前記外部空間において前記駆動装置に接続される、撹拌装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の撹拌装置であって、
前記撹拌槽は、側壁部を水平方向に貫通する第４貫通孔を有し、
前記撹拌翼は、
前記主軸部と、
１または複数の前記板状部と、
１または複数の前記第１可変翼と、
１または複数の前記第２可変翼と、
を有し、
前記主軸部は水平方向に延び、一部が前記第４貫通孔を貫通して前記撹拌槽の側方の外部空間へ露出し、前記外部空間において前記駆動装置に接続され、
前記板状部における、第１周方向位置に、少なくとも１つの前記第１貫通孔が設けられ、前記第１周方向位置とは周方向に９０°以上の間隙を隔てた第２周方向位置に、少なくとも１つの前記第２貫通孔が設けられ、
前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときも、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときも、前記第１周方向位置において前記液体の前記軸線方向の一方側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の内側のうち前記１または複数の板状部よりも前記軸線方向の一方側において前記液体の前記第１周方向位置から前記第２周方向位置へ向かう流れが生じ、前記第２周方向位置において前記液体の前記軸線方向の他方側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の内側のうち前記１または複数の板状部よりも前記軸線方向の他方側において前記液体の前記第２周方向位置から前記第１周方向位置へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である、撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撹拌槽の内側にある液体を撹拌する撹拌装置に関する。特に、撹拌槽の内側において、軸線に沿って撹拌翼を往復移動させながら、向きと流速が一定で、かつ均一な循環流を、全体的に継続して生じさせることができる均一循環流撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医薬品、食品、化粧品、塗料等の建築資材、またはインク等の化学製品を含む様々な分野において、液体を撹拌するために用いられる多種多様な撹拌装置が開発されている。例えば、特許文献１には、チタンまたはチタン合金を研磨するための電解研磨法に関して、電解研磨処理液を撹拌する振動撹拌装置（２００）が開示されている。
【０００３】
特許文献１の振動撹拌装置（２００）は、電解研磨処理槽（１）の内側に配置された振動棒（７）に、複数の振動羽根（８）が固定部材（１０）を介して多段に取り付けられた構造を有する。振動棒（７）は、振動モータ（２）に接続されることによって、振動羽根（８）とともに１０〜２００Ｈｚで振動する。また、電解研磨処理液（１００）の粘度や比重を考慮しつつ振動羽根（８）の長さや厚みを選択することによって、振動羽根（８）を、しならせながら振動させつつ、処理液（１００）を撹拌することができる。
【０００４】
撹拌装置においては、撹拌する対象となる液体の種類や性質によっては、流速の均一性が求められることがある。例えば、近年、動物や植物の細胞または微生物等（以下「細胞等」と称する）の生体機能を利用したバイオ医薬品が普及しているが、これに伴い、バイオ医薬品の製造過程において、これらの細胞等を含む培養液を、細胞等にダメージを与えることなく全体的に撹拌する技術が求められている。そこで、例えば、特許文献２には、撹拌翼（５）を上下動させることによって撹拌液（６）に対して強い剪断力を与えることなく撹拌する、撹拌装置（１）が開示されている。一般に、撹拌翼を上下動させることによって液体を撹拌する場合、回転によって撹拌する場合と比べて、液体に加わる剪断力を抑え、これにより液体中の細胞等へのダメージを低減できる。また、撹拌翼から離れた場所においても、液流を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０６０００４号公報
【特許文献２】特開２０１１−０３１１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の撹拌装置（１）は、撹拌槽（２）の内側に配置された駆動軸（４）および撹拌翼（５）を有する。撹拌翼（５）は、駆動軸（４）の下端部に直交するように連結固定された楕円の板状体である。駆動軸（４）は、往復駆動式モータに接続されることによって、撹拌翼（５）とともに上下動往復する。これにより、撹拌翼が真円の板状体である場合と比べて、より大きな循環流を発生させることができるため、撹拌液（６）をより全体的に混合することができる。しかしながら、撹拌装置（１）においては、駆動軸（４）および撹拌翼（５）が上方へ移動する場合と下方へ移動する場合とで、撹拌液（６）に生じる流れの向きと流速が大きく変化してしまう。このため、撹拌液（６）中の細胞等に加わる負荷が大きくなり、ダメージを与える虞がある。特に、細胞等の中でも微生物に比べてストレスに弱い動物細胞を撹拌する場合には、動物細胞の生存率にも影響を及ぼす虞がある。
【０００７】
また、食品や化学製品等の分野において、固体を含む液体中で、当該固体を固体分散体として液体中に分散させて安定化させる技術へのニーズが高まっている。これを実現するためには、一般に、固体を含む液体を均一に撹拌しながら、液体の向きと流速が一定な循環流を全体的に生じさせることが重要な要素となる。また、撹拌時に渦や泡の発生を抑制できる技術も広く求められている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、撹拌翼の軸線方向に沿った往復運動によって液体を撹拌しつつ、向きと流速が一定で、かつ均一な循環流を全体的に継続して生じさせることができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、撹拌槽の内側にある液体を撹拌する撹拌装置であって、駆動装置に直接的または間接的に接続されることにより、前記駆動装置の動力を受けて回転運動することなく軸線に沿って往復移動可能な撹拌翼を有し、前記撹拌翼は、前記軸線に沿って延びる主軸部と、前記主軸部に直接的または間接的に固定され、径方向に拡がる板状部と、前記板状部に一部が固定される第１可変翼と、前記第１可変翼とは径方向または周方向に異なる位置に設けられ、かつ、前記板状部に一部が固定される第２可変翼と、を有し、前記板状部は、本体部と、前記本体部の一部を前記軸線方向に貫通する第１貫通孔と、前記第１貫通孔とは径方向または周方向に異なる位置において、前記本体部の一部を前記軸線方向に貫通する第２貫通孔と、を有し、前記第１可変翼は、前記第１貫通孔を前記軸線方向の一方側から覆う閉塞位置と、一部が前記本体部よりも前記軸線方向の一方側へ離間して前記第１貫通孔を開放する開放位置との間で変位可能であり、前記第２可変翼は、前記第２貫通孔を前記軸線方向の他方側から覆う閉塞位置と、一部が前記本体部よりも前記軸線方向の他方側へ離間して前記第２貫通孔を開放する開放位置との間で変位可能であり、上面視における、前記第１貫通孔の面積の合計値に対する、前記第２貫通孔の面積の合計値の比率は、０．５〜１．５であり、前記第１可変翼は、前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第１貫通孔を前記軸線方向の一方側から閉塞し、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第１貫通孔を開放し、前記第２可変翼は、前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第２貫通孔を開放し、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときに、前記液体の圧力を受けて変位して前記第２貫通孔を前記軸線方向の他方側から閉塞し、前記撹拌翼が前記軸線に沿って往復移動することによって、前記撹拌槽の内側の前記液体における、向きと流速が一定な循環流を継続して発生させる。
【００１１】
本願の第２発明は、第１発明の撹拌装置であって、前記板状部における、第１径方向位置に、１または複数の前記第１貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、前記第１径方向位置とは異なる第２径方向位置に、１または複数の前記第２貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、前記撹拌翼は、１または複数の前記第１貫通孔を閉塞し、または開放する１または複数の前記第１可変翼と、１または複数の前記第２貫通孔を閉塞し、または開放する１または複数の前記第２可変翼を有する。
【００１２】
本願の第３発明は、第２発明の撹拌装置であって、前記撹拌翼の前記主軸部は上下方向に延び、前記軸線方向の一方側は下側であり、前記軸線方向の他方側は上側であり、前記板状部における、前記第１径方向位置に、１または複数の前記第１貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、前記第１径方向位置よりも径方向外側の前記第２径方向位置に、１または複数の前記第２貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、１または複数の前記第１可変翼は、１または複数の前記第１貫通孔を下側から閉塞し、または開放し、１または複数の前記第２可変翼は、１または複数の前記第２貫通孔を上側から閉塞し、または開放し、前記撹拌翼が下側へ移動するときも、前記撹拌翼が上側へ移動するときも、前記主軸部の周囲のうちの内周側において前記液体の前記軸線方向の下側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の底面側において前記液体の径方向外側へ向かう流れが生じ、前記主軸部の周囲のうちの外周側において前記液体の前記軸線方向の上側へ向かう流れが生じ、前記液体の液面側において前記液体の径方向内側へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である。
【００１３】
本願の第４発明は、第２発明の撹拌装置であって、前記撹拌翼の前記主軸部は上下方向に延び、前記軸線方向の一方側は上側であり、前記軸線方向の他方側は下側であり、前記板状部における、前記第１径方向位置に、１または複数の前記第１貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、前記第１径方向位置よりも径方向外側の前記第２径方向位置に、１または複数の前記第２貫通孔が互いに周方向に間隔を隔てて設けられ、１または複数の前記第１可変翼は、１または複数の前記第１貫通孔を上側から閉塞し、または開放し、１または複数の前記第２可変翼は、１または複数の前記第２貫通孔を下側から閉塞し、または開放し、前記撹拌翼が上側へ移動するときも、前記撹拌翼が下側へ移動するときも、前記主軸部の周囲のうちの内周側において前記液体の前記軸線方向の上側へ向かう流れが生じ、前記液体の液面側において前記液体の径方向外側へ向かう流れが生じ、前記主軸部の周囲のうちの外周側において前記液体の前記軸線方向の下側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の底面側において前記液体の径方向内側へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である。
【００１４】
本願の第５発明は、第１発明の撹拌装置であって、前記板状部における、第１周方向位置に、少なくとも１つの前記第１貫通孔が設けられ、前記第１周方向位置とは周方向に９０°以上の間隙を隔てた第２周方向位置に、少なくとも１つの前記第２貫通孔が設けられ、前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときも、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときも、前記第１周方向位置において前記液体の前記軸線方向の一方側へ向かう流れが生じ、前記液体の液面側において前記液体の前記第１周方向位置から前記第２周方向位置へ向かう流れが生じ、前記第２周方向位置において前記液体の前記軸線方向の他方側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の底面側において前記液体の前記第２周方向位置から前記第１周方向位置へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である。
【００１５】
本願の第６発明は、第１発明から第５発明までのいずれか１発明の撹拌装置であって、前記撹拌翼は、前記主軸部と、互いに軸線方向に間隙を隔てて配置され、かつ、それぞれが前記主軸部に直接的または間接的に固定される複数の前記板状部と、前記複数の板状部のそれぞれに一部が固定される複数の前記第１可変翼と、前記複数の板状部のそれぞれに一部が固定される複数の前記第２可変翼と、を有し、前記複数の板状部はそれぞれ、前記本体部と、１または複数の前記第１貫通孔と、１または複数の前記第２貫通孔とを有する。
【００１６】
本願の第７発明は、第１発明から第５発明までのいずれか１発明の撹拌装置であって、前記撹拌翼は、前記主軸部と、１つの前記板状部と、前記１つの板状部に一部が固定される１または複数の前記第１可変翼と、前記１つの板状部に一部が固定される１または複数の前記第２可変翼と、を有し、前記１つの板状部は、前記本体部と、１または複数の前記第１貫通孔と、１または複数の前記第２貫通孔とを有する。
【００１７】
本願の第８発明は、第１発明から第７発明までのいずれか１発明の撹拌装置であって、前記第１可変翼は、板状の第１弾性部材を含み、前記板状部における前記第１貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が直接的に接触しつつ固定される。
【００１８】
本願の第９発明は、第１発明から第７発明までのいずれか１発明の撹拌装置であって、前記第１可変翼は、板状の第１剛性部材を含み、前記板状部における前記第１貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が第１ヒンジを介して間接的に固定され、前記第１ヒンジと前記本体部との間に、前記本体部に対する前記第１可変翼の傾斜角度を制限する第１制限部材が設けられる。
【００１９】
本願の第１０発明は、第１発明から第９発明までのいずれか１発明の撹拌装置であって、前記第２可変翼は、板状の第２弾性部材を含み、前記板状部における前記第２貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が直接的に接触しつつ固定される。
【００２０】
本願の第１１発明は、第１発明から第９発明までのいずれか１発明の撹拌装置であって、前記第２可変翼は、板状の第２剛性部材を含み、前記板状部における前記第２貫通孔の周縁部において前記本体部に、一部が第２ヒンジを介して間接的に固定され、前記第２ヒンジと前記本体部との間に、前記本体部に対する前記第２可変翼の傾斜角度を制限する第２制限部材が設けられる。
【００２１】
本願の第１２発明は、第１発明から第１１発明までのいずれか１発明の撹拌装置であって、前記板状部における前記軸線方向に対して垂直な横断面の外縁は、前記撹拌槽の内面に沿う形状であり、かつ、前記内面から間隙を隔てて内側に位置する。
【００２３】
本願の第１３発明は、第１発明の撹拌装置であって、前記撹拌槽は、底面部を上下方向に貫通する第３貫通孔を有し、前記撹拌翼の前記主軸部は上下方向に延び、一部が前記第３貫通孔を貫通して前記撹拌槽の下側の外部空間へ露出し、前記外部空間において前記駆動装置に接続される。
【００２４】
本願の第１４発明は、第１発明の撹拌装置であって、前記撹拌槽は、側壁部を水平方向に貫通する第４貫通孔を有し、前記撹拌翼は、前記主軸部と、１または複数の前記板状部と、１または複数の前記第１可変翼と、１または複数の前記第２可変翼と、を有し、前記主軸部は水平方向に延び、一部が前記第４貫通孔を貫通して前記撹拌槽の側方の外部空間へ露出し、前記外部空間において前記駆動装置に接続され、前記板状部における、第１周方向位置に、少なくとも１つの前記第１貫通孔が設けられ、前記第１周方向位置とは周方向に９０°以上の間隙を隔てた第２周方向位置に、少なくとも１つの前記第２貫通孔が設けられ、前記撹拌翼が前記軸線方向の一方側へ移動するときも、前記撹拌翼が前記軸線方向の他方側へ移動するときも、前記第１周方向位置において前記液体の前記軸線方向の一方側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の内側のうち前記１または複数の板状部よりも前記軸線方向の一方側において前記液体の前記第１周方向位置から前記第２周方向位置へ向かう流れが生じ、前記第２周方向位置において前記液体の前記軸線方向の他方側へ向かう流れが生じ、前記撹拌槽の内側のうち前記１または複数の板状部よりも前記軸線方向の他方側において前記液体の前記第２周方向位置から前記第１周方向位置へ向かう流れが生じ、かつ、前記液体の流速が一定である。
【発明の効果】
【００２５】
本願の第１発明〜第１４発明によれば、軸線に沿って撹拌翼を往復移動させながら、撹拌槽の内側の液体における、向きと流速が一定で、かつ均一な循環流を全体的に継続して生じさせることができる。また、撹拌翼を移動させるために必要な駆動力を抑えつつ、緩やかに撹拌することができ、さらに撹拌時の渦や泡の発生も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る撹拌装置の構成を概念的に示した図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る撹拌翼の構成を示した概要図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る撹拌翼の一部の上面図および側面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る撹拌翼を下側へ移動させるときの撹拌槽内の様子を示した概要図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る撹拌翼を上側へ移動させるときの撹拌槽内の様子を示した概要図である。
【図６】図６は、変形例に係る第１可変翼および第２可変翼がそれぞれ上下逆方向に開閉する場合の撹拌翼の構成を示した概要図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る第１可変翼および第２可変翼が板状部における互いに周方向に異なる位置に設けられる場合の撹拌翼の構成を示した概要図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る第１撹拌翼および第２撹拌翼の構成を示した概要図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る撹拌槽、および底面軸である撹拌翼の構成を示した概要図である。
【図１０】図１０は、第５実施形態に係る撹拌槽、および側面軸である撹拌翼の構成を示した概要図である。
【図１１】図１１は、第５実施形態に係る撹拌槽、および側面軸である撹拌翼の構成を示した概要図である。
【図１２】図１２は、変形例に係る可変翼を板状部に固定する方法を示した概要図である。
【図１３】図１３は、径方向および周方向の定義を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、撹拌翼の中心に延びる軸線と平行な方向を「軸線方向」、軸線に直交する方向を「径方向」、軸線を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。例えば、図１３に示すように、撹拌翼を軸線方向から見たときに、軸線９Ｘ，９Ｙに沿って延びる主軸部３１Ｘ，３１Ｙに対して直交する方向に拡がる板状部３２Ｘ，３２Ｙにおいて、「径方向」および「周方向」を図示の通り定義することができる。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交な方向も含む。すなわち、「軸線方向」とは、撹拌翼の中心に延びる軸線に対して平行な方向のみならず、略平行な斜め方向も含む。また、「径方向」とは、軸線方向に対して垂直な方向のみならず、軸線方向に対して略垂直な斜め方向も含む。
【００２８】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．撹拌装置の全体的な構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撹拌装置１の構成を概念的に示した図である。この撹拌装置１は、医薬品、食品、化粧品、塗料等の建築資材、またはインク等の化学製品を含む様々な分野において、液体を撹拌するために用いることができる。以下では、一使用例として、撹拌装置１を、例えば、バイオ医薬品の製造工程において、細胞等を含む培養液を撹拌するために用いるものとする。図１に示すように、撹拌装置１は、枠体１０、撹拌槽２０、撹拌翼３０、駆動装置４０、および制御部６０を有する。また、以下では、撹拌する対象となる液体（本使用例では、培養液）を「液体２００」と称する。
【００２９】
枠体１０は、配置台１１と、複数（例えば、４本）の支柱１２と、上部支持板１３とを有する筐体である。
【００３０】
配置台１１は、水平に拡がり、かつ上面視において四角形状を有する板状の部材である。配置台１１の上面視における四隅には、孔部１１０がそれぞれ形成されている。４つの孔部１１０はそれぞれ、上面から下方へ凹む。４本の支柱１２は、それぞれの下端部が孔部１１０に挿入され、接着または圧入等により固定される。または、４本の支柱１２は、それぞれ上下方向（鉛直方向）に延伸する。
【００３１】
上部支持板１３は、水平に拡がり、上面視において四角形状を有する板状の部材である。上部支持板１３の上面視における四隅には、端部貫通孔１３０がそれぞれ形成されている。４つの端部貫通孔１３０はそれぞれ、上部支持板１３を上下方向に貫通する。４つの端部貫通孔１３０にはそれぞれ、高さ調整部材１４が固定される。高さ調整部材１４の内側には、各支柱１２が挿入される。これにより、上部支持板１３は、４本の支柱１２に沿って、上下方向の高さを調整可能に支持される。また、上部支持板１３の上面視における中央付近には、中央貫通孔１３１が形成されている。中央貫通孔１３１は、上部支持板１３を上下方向に貫通する。
【００３２】
撹拌槽２０は、細胞等を含む液体２００を内側に貯留して培養するための容器である。本実施形態の撹拌槽２０は、有底の略円筒形状を有する。ただし、撹拌槽２０は、有底の略多角筒形状を有していてもよい。撹拌槽２０は、配置台１１の上面に配置され、図示を省略したボルト止め等により、枠体１０に固定される。撹拌槽２０は、側壁部２１、底面部２２、および天板部２３を含む。側壁部２１は、上下方向に延びる略円筒形状を有する。側壁部２１の下端部は、下方へ向かうにつれて徐々に縮径する。底面部２２は、側壁部２１の下端部の開口を覆う平板状の部位である。底面部２２は、側壁部２１と一体的に形成される。
【００３３】
天板部２３は、側壁部２１の上端部の開口２１０を覆う薄板状の部材である。天板部２３の上面視における中央付近には、貫通孔２３０が形成されている。貫通孔２３０は、天板部２３を上下方向に貫通する。貫通孔２３０には、撹拌翼３０の後述する主軸部３１が挿入される。また、主軸部３１と天板部２３との間の隙間には、シール部材（スタティックシール２４）が配置される。詳細を後述するとおり、撹拌翼３０は軸線９に沿って上下方向に往復移動する。スタティックシール２４は、撹拌翼３０が往復移動するのに伴って、撹拌翼３０に固着しつつ柔軟に弾性変形する。これにより、撹拌槽２０内の気密性を容易に確保することができる。また、撹拌翼３０が回転する場合に比べて、スタティックシール２４を用いて撹拌槽２０内の気密性を容易に確保することができる。
【００３４】
ただし、撹拌槽２０を配置する方向は、これに限定されない。例えば、撹拌槽２０は、側壁部２１が配置台１１の上面に接触するように横向きに配置され、その場合に側方に位置する開口２１０から撹拌翼３０が挿入される構成であってもよい。
【００３５】
図２は、本実施形態の撹拌翼３０の構成を示した概要図である。図２に示すように、撹拌翼３０は、上下方向に延びる。また、本実施形態では、撹拌翼３０の中心に延びる線を「軸線９」と称する。また、撹拌翼３０は、主軸部３１と、１または複数（本実施形態では、３つ）の板状部３２と、１または複数（本実施形態では、４８つ）の第１可変翼３３と、１または複数（本実施形態では、４８つ）の第２可変翼３４とを有する。主軸部３１および板状部３２は、耐腐食性に優れた材料を用いて形成される。
【００３６】
主軸部３１は、軸線９に沿って上下方向に縦長の棒状に延びる。板状部３２は、径方向（水平方向）に拡がる板状の部材である。板状部３２における軸線方向に対して垂直な横断面の外縁は、撹拌槽２０の内面２５（液体２００に接する側面）に沿う形状とし、かつ、撹拌槽２０の内面２５から間隙を隔てて内側に位置する（内面２５よりも一回り程度小さくする）ことが望ましい。すなわち、例えば、撹拌槽２０が立方体形状を有している場合、板状部３２の横断面の外縁の形状は正方形とし、撹拌槽２０が多角筒形状を有している場合、板状部３２の横断面の外縁の形状は多角形とすることが望ましい。ただし、板状部３２の横断面の外縁の形状は、撹拌槽２０の内面２５とは多少異なっていてもよい。例えば、撹拌槽２０が立方体形状を有している場合でも、板状部３２の横断面の外縁の形状は略正方形としつつ、角部が曲面状になっていてもよい。本実施形態では、板状部３２の横断面の外縁の形状は、一例として、略真円形状を有しているものとする。３つの板状部３２は、互いに軸線方向に間隙を隔てて配置される。また、３つの板状部３２のそれぞれの上面視における中央付近には、貫通孔３２０が形成されている（後述する図３参照）。貫通孔３２０は、板状部３２を上下方向に貫通する。貫通孔３２０には、主軸部３１が挿入され、固定される。これにより、板状部３２は、主軸部３１に対して回転不能となる。また、板状部３２は、主軸部３１とともに上下方向に往復移動する。上記のとおり、板状部３２は、上面視において、貫通孔３２０を有する環形状を有する。以下では、板状部３２のうち貫通孔３２０に近い側を「内周側Ｉｃｓ」と称し、板状部３２のうち貫通孔３２０から離れる側を「外周側Ｏｃｓ」と称する（後述する図３〜図６参照）。
【００３７】
ただし、板状部３２は、主軸部３１に対して、図示を省略した部材を介して固定されてもよい。すなわち、板状部３２は、主軸部３１に直接的または間接的に固定されていればよい。
【００３８】
３つの板状部３２のそれぞれには、１または複数（本実施形態では、８つ）の第１可変翼３３が固定される。各第１可変翼３３は、一部が板状部３２に固定される。また、３つの板状部３２のそれぞれには、１または複数（本実施形態では、１６つ）の第２可変翼３４が固定される。各第２可変翼３４は、一部が板状部３２に固定される。撹拌翼３０のより詳細な構造については、後述する。
【００３９】
駆動装置４０は、撹拌翼３０を軸線方向に往復移動させるための動力を与える装置である。一例として、本実施形態の駆動装置４０には、エアシリンダが用いられる。ただし、駆動装置４０には、往復運動を行うための動力を生成するものであれば、他の構造を有する装置が用いられてもよい。駆動装置４０は、本体４１と、変位ロッド４２と、支持機構４３とを有する。本実施形態の駆動装置４０は、本体４１における後述する押し側内部空間４１１への空気の供給および排出と、後述する引き側内部空間４１２への空気の供給および排出とによって、変位ロッド４２を軸線９に沿って変位させる動力を生成する。
【００４０】
本体４１は、上下方向に延びる有底の略円筒形状を有する。本体４１は、枠体１０の上部支持板１３の中央貫通孔１３１に固定され、支持機構４３とともに上部支持板１３に支持される。ただし、本体４１の固定方法は、これに限定されない。本体４１は、撹拌槽２０自体に対して直接的または間接的に固定されていればよい。
【００４１】
変位ロッド４２は、本体４１に係止され、本体４１における押し側内部空間４１１への空気の供給および排出と、引き側内部空間４１２への空気の供給および排出とによって、本体４１に対して、変位ロッド４２の下端部の軸線方向の高さが変位する。ただし、変位ロッド４２は、本体４１に対して、上向きまたは横向きに変位する構造であってもよい。
【００４２】
変位ロッド４２の下端部には、撹拌翼３０の主軸部３１の上端部が直接的に接続されている。ただし、主軸部３１は、変位ロッド４２の下端部に、別途部材を介して間接的に接続されてもよい。これにより、駆動装置４０の動力を受けて、撹拌翼３０の主軸部３１と、主軸部３１に固定された板状部３２と、板状部３２に固定された第１可変翼３３および第２可変翼３４とが、軸線９に沿って往復移動する。なお、撹拌翼３０は、軸線９と完全に一致する軌道を辿る代わりに、軸線９から多少ずれた軌道を辿ってもよい。例えば、撹拌翼３０は、往復移動する際に、往路と復路とでやや異なる軌道を辿ってもよい。
【００４３】
また、本実施形態の撹拌装置１の内部には、さらにエアタンク５０が設置される。エアタンク５０には、駆動装置４０の動力源となる圧縮空気が充填される。図１に示すように、エアタンク５０は、配管４５０を介して駆動装置４０の本体４１に接続される。配管４５０には、開閉弁４６０が介挿されている。開閉弁４６０を開くと、エアタンク５０から本体４１へ圧縮空気が供給される。開閉弁４６０を閉じると、エアタンク５０から本体４１への圧縮空気の供給が停止される。また、開閉弁４６０は、制御部６０と電気的に接続される。制御部６０によって、開閉弁４６０の開閉が制御される。
【００４４】
配管４５０上の開閉弁４６０と駆動装置４０との間には、さらに切替部４７０が設けられている。そして、切替部４７０から駆動装置４０までは、２系統のエア流路（以下「押し側配管４５１」および「引き側配管４５２」と称する）に分かれている。押し側配管４５１は、本体４１の内部空間のうち、変位ロッド４２の押し側に位置する押し側内部空間４１１に連通する。引き側配管４５２は、本体４１の内部空間のうち、変位ロッド４２の引き側に位置する引き側内部空間４１２に連通する。
【００４５】
切替部４７０は、制御部６０と電気的に接続される。制御部６０によって、切替部４７０の切り替えが制御される。上記の開閉弁４６０を開いた状態で、切替部４７０を操作することによって、エアタンク５０と押し側配管４５１とを連通させて駆動装置４０の押し側内部空間４１１に圧縮空気を供給する場合と、エアタンク５０と引き側配管４５２とを連通させて駆動装置４０の引き側内部空間４１２に圧縮空気を供給する場合とを切り替えることができる。さらに、切替部４７０は、押し側配管４５１および引き側配管４５２のいずれも閉塞した休止状態に切り替えることもできる。
【００４６】
また、切替部４７０には、それぞれ外部へ延びる２つの排気管（以下「押し側排気管４８１」および「引き側排気管４８２」と称する）が連結されている。切替部４７０の切り替えによって、エアタンク５０と押し側配管４５１とを連通させると、引き側配管４５２は、引き側排気管４８２を介して外部と連通する。すなわち、エアタンク５０から押し側配管４５１を介して駆動装置４０の押し側内部空間４１１に圧縮空気を供給する際、引き側配管４５２および引き側排気管４８２は外部へ開放され、引き側内部空間４１２から空気が排気される。これにより、変位ロッド４２および撹拌翼３０が下側へ移動する。また、切替部４７０の切り替えによって、エアタンク５０と引き側配管４５２とを連通させると、押し側配管４５１は、押し側排気管４８１を介して外部と連通する。すなわち、エアタンク５０から引き側配管４５２を介して駆動装置４０の引き側内部空間４１２に圧縮空気を供給する際、押し側配管４５１および押し側排気管４８１は外部へ開放され、押し側内部空間４１１から空気が排気される。これにより、変位ロッド４２および撹拌翼３０が上側へ移動する。
【００４７】
制御部６０は、上記の開閉弁４６０および切替部４７０を動作制御するための手段である。図１中に概念的に示したように、制御部６０は、ＣＰＵ等のプロセッサ６１、ＲＡＭ等のメモリ６２、およびハードディスクドライブ等の記憶部６３を有するコンピュータにより構成される。記憶部６３内には、液体２００の種類や粘性に関するデータＤと、データＤを参照しつつ開閉弁４６０および切替部４７０を動作制御するためのコンピュータプログラムＣＰとが、インストールされている。制御部６０は、記憶部６３に記憶されたデータＤやコンピュータプログラムＣＰをメモリ６２に一時的に読み出し、コンピュータプログラムＣＰに基づいて、プロセッサ６１が演算処理を行うことにより、開閉弁４６０および切替部４７０を動作制御する。これにより、撹拌翼３０が上下に往復移動する。
【００４８】
また、制御部６０は、開閉弁４６０および切替部４７０を動作制御することによって、（ａ）第１の所定期間において、駆動装置４０の押し側内部空間４１１へ空気を供給しつつ引き側内部空間４１２から空気を排出して、変位ロッド４２および撹拌翼３０を下側へ移動させる第１工程と、（ｂ）第２の所定期間（第１の所定期間よりも短い、例えば数秒程度の期間）において、切替部４７０を休止状態にして、変位ロッド４２および撹拌翼３０の軸線方向の高さを維持する第２工程と、（ｃ）第３の所定期間において、駆動装置４０の引き側内部空間４１２へ空気を供給しつつ押し側内部空間４１１から空気を排出して、変位ロッド４２および撹拌翼３０を上側へ移動させる第３工程と、（ｄ）第４の所定期間（第３の所定期間よりも短い、例えば数秒程度の期間）において、切替部４７０を休止状態にして、変位ロッド４２および撹拌翼３０の軸線方向の高さを維持する第４工程とを、順に繰り返すこととする。ただし、第２工程および第４工程については、省略してもよい。
【００４９】
＜１−２．撹拌翼の詳細な構造＞
続いて、撹拌翼３０のより詳細な構造について、説明する。図３は、全３つのうち１つの板状部３２の上面図および側面図を上下に並べたものである。なお、図３の上部の上面図においては、説明上の便宜のため、板状部３２に下面に固定される第１可変翼３３の１つを破線にて示し、板状部３２の上面に固定される第２可変翼３４の１つを二点鎖線にて示している。また、図３の下部の側面図においては、主軸部３１の一部、第１可変翼３３の１つ、および第２可変翼３４の１つを実線にて示している。
【００５０】
図３に示すように、各板状部３２は、本体部７１と、１または複数（本実施形態では、１６つ）の第１貫通孔７２と、１または複数（本実施形態では、１６つ）の第２貫通孔７３とを有する。本体部７１は、径方向（水平方向）に拡がる。
【００５１】
１６つの第１貫通孔７２はそれぞれ、第１径方向位置Ｐｄ１において、本体部７１の一部を軸線方向に貫通する。また、１６つの第１貫通孔７２は、周方向に互いに等しい間隔を隔てて設けられている。
【００５２】
１６つの第２貫通孔７３はそれぞれ、第１径方向位置Ｐｄ１よりも径方向外側の第２径方向位置Ｐｄ２において、本体部７１の一部を軸線方向に貫通する。また、１６つの第２貫通孔７３は、周方向に互いに等しい間隔を隔てて設けられている。
【００５３】
第１貫通孔７２および第２貫通孔７３は、上面視において、軸線９を中心とする扇形状を有する。なお、上面視における、１６つの第１貫通孔７２の面積の合計値に対する、１６つの第２貫通孔７３の面積の合計値の比率は、０．５〜１．５程度の近い値となるようにすることが望ましい。
【００５４】
また、板状部３２に設けられる第１貫通孔７２の数は、それぞれ１〜１５つであってもよく、１７つ以上であってもよい。また、板状部３２に設けられる第２貫通孔７３の数は、１〜１５つであってもよく、１７つ以上であってもよい。すなわち、本実施形態では、板状部３２における、第１径方向位置Ｐｄ１に、本体部７１の一部を軸線方向に貫通する１または複数の第１貫通孔７２が周方向に互いに間隔を隔てて設けられ、第１径方向位置とは異なる、第１径方向位置よりも径方向外側の第２径方向位置Ｐｄ２に、本体部７１の一部を軸線方向に貫通する１または複数の第２貫通孔７３が周方向に互いに間隔を隔てて設けられていればよい。
【００５５】
各第１可変翼３３は、板状の第１弾性部材３３１を含む。第１弾性部材３３１は、平面視において１つの第１貫通孔７２よりも大きく、当該１つの第１貫通孔７２を下側から覆うことができる。第１弾性部材３３１の材料には、樹脂等の柔軟な素材が用いられる。また、各第１弾性部材３３１は、板状部３２における１つの第１貫通孔７２の周縁部（本実施形態では、１つの第１貫通孔７２の僅かに径方向外側）において、一部が本体部７１に直接的に接触しつつ、本体部７１に、ねじ３３２を用いて固定される。
【００５６】
これにより、図３の下部の側面図の破線にて示すように、第１弾性部材３３１のうち、ねじ３３２で固定される部位から離れた端部３３３は、下側へ屈曲し、本体部７１から下側へ離れることができる。この結果、各第１可変翼３３は、１つの第１貫通孔７２を下側から覆って閉塞する閉塞位置と、一部が本体部７１よりも下側へ離間して当該１つの第１貫通孔７２を開放する開放位置との間で変位可能となる。一方、各第１可変翼３３は、本体部７１よりも上側へ移動することはできない。
【００５７】
各第２可変翼３４は、板状の第２弾性部材３４１を含む。第２弾性部材３４１は、平面視において１つの第２貫通孔７３よりも大きく、当該１つの第２貫通孔７３を上側から覆うことができる。第２弾性部材３４１の材料には、樹脂等の柔軟な素材が用いられる。また、各第２弾性部材３４１は、板状部３２における１つの第２貫通孔７３の周縁部（本実施形態では、当該１つの第２貫通孔７３の僅かに径方向内側）において、一部が本体部７１に直接的に接触しつつ、本体部７１に、ねじ３４２を用いて固定される。
【００５８】
これにより、図３の下部の側面図の破線にて示すように、第２弾性部材３４１のうち、ねじ３４２で固定される部位から離れた端部３４３は、上側へ屈曲し、本体部７１から上側へ離れることができる。この結果、各第２可変翼３４は、１つの第２貫通孔７３を上側から覆って閉塞する閉塞位置と、一部が本体部７１よりも上側へ離間して当該１つの第２貫通孔７３を開放する開放位置との間で変位可能となる。一方、各第２可変翼３４は、本体部７１よりも下側へ移動することはできない。
【００５９】
図４および図５は、駆動装置４０を駆動して撹拌翼３０を軸線９に沿って移動させるときの撹拌槽２０内の様子を示す概要図である。なお、図４は、上記の第１工程において撹拌翼３０を下側へ移動させるときの様子を示している。また、図５は、上記の第３工程において撹拌翼３０を上側へ移動させるときの様子を示している。また、図４および図５のそれぞれの下部には、板状部３２の上面図を並べて図示している。
【００６０】
図４に示すように、第１工程では、撹拌翼３０の主軸部３１と、主軸部３１に固定された３つの板状部３２と、各板状部３２に固定された８つの第１可変翼３３および１６つの第２可変翼３４とが下側へ移動する。このとき、第１可変翼３３は、液体２００の圧力を受け、端部３３３側が上側へ変位するものの、上記のとおり、本体部７１よりも上側へ移動することはできない。これにより、第１可変翼３３は、第１貫通孔７２を下側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図４における白抜き矢印にて示すように、主軸部３１の周囲のうちの内周側Ｉｃｓにおいて液体２００の下側へ向かう流れが生じ、最下段の板状部３２の下側（撹拌槽２０の底面ＢＦ側）において、液体２００の径方向外側へ向かう流れが生じる。
【００６１】
一方、第２可変翼３４は、液体２００の圧力を受け、端部３４３側が上側へ変位する。これにより、第２可変翼３４は、第２貫通孔７３を開放する開放位置となる。この結果、第２貫通孔７３および第２貫通孔７３の径方向外側（主軸部３１の周囲のうちの外周側Ｏｃｓ）において、液体２００の上側へ向かう流れが生じ、最上段の板状部３２の上側（液体２００の液面ＬＳ側）において、液体２００の径方向内側へ向かう流れが生じる。
【００６２】
このように、第１工程では、最上段の板状部３２の上側（液体２００の液面ＬＳ側）において径方向内側へ向かい、主軸部３１の周囲のうちの内周側Ｉｃｓにおいて下側へ向かい、最下段の板状部３２の下側（撹拌槽２０の底面ＢＦ側）において径方向外側へ向かい、主軸部３１の周囲のうちの外周側Ｏｃｓにおいて上側へ向かう、液体２００の緩やかな循環流を、撹拌槽２０の内側のほぼ液全体に亘って生じさせることができる。また、この循環流は、次の第２工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【００６３】
次に、図５に示すように、第３工程では、撹拌翼３０の主軸部３１と、主軸部３１に固定された３つの板状部３２と、各板状部３２に固定された８つの第１可変翼３３および１６つの第２可変翼３４とが上側へ移動する。このとき、第１可変翼３３は、液体２００の圧力を受け、端部３３３側が下側へ変位する。これにより、第１可変翼３３は、第１貫通孔７２を開放する開放位置となる。この結果、図５における白抜き矢印にて示すように、第１貫通孔７２（主軸部３１の周囲のうちの内周側Ｉｃｓ）において、液体２００の下側へ向かう流れが生じ、最上段の板状部３２の上側（液体２００の液面ＬＳ側）において、液体２００の径方向内側へ向かう流れが生じる。
【００６４】
一方、第２可変翼３４は、液体２００の圧力を受け、端部３４３側が下側へ変位するものの、上記のとおり、第２可変翼３４は、本体部７１よりも下側へ移動することはできない。これにより、第２可変翼３４は、第２貫通孔７３を上側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図５における白抜き矢印にて示すように、主軸部３１の周囲のうちの外周側Ｏｃｓにおいて、液体２００の上側へ向かう流れが生じ、最下段の板状部３２の下側（撹拌槽２０の底面ＢＦ側）において、液体２００の径方向外側へ向かう流れが生じる。
【００６５】
このように、第３工程では、第１工程と同じく、最上段の板状部３２の上側（液体２００の液面ＬＳ側）において径方向内側へ向かい、主軸部３１の周囲のうちの内周側Ｉｃｓにおいて下側へ向かい、最下段の板状部３２の下側（撹拌槽２０の底面ＢＦ側）において径方向外側へ向かい、主軸部３１の周囲のうちの外周側Ｏｃｓにおいて上側へ向かう、液体２００の緩やかな循環流を、撹拌槽２０の内側のほぼ液全体に亘って生じさせることができる。また、この循環流は、次の第４工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【００６６】
すなわち、本発明では、軸線９に沿って撹拌翼３０を往復移動させながら、第１工程〜第４工程を繰り返して実行することによって、撹拌槽２０の内側の液体２００における、向きと流速が一定な循環流を全体的に継続して生じさせることができる。また、撹拌翼３０を軸線方向から見た時の主軸部３１と板状部３２の本体部７１との投影面積（すなわち、撹拌翼３０のうち液体の圧力を受けても変位することのない部分の面積）が小さいため、撹拌翼３０を移動させるために必要な駆動力を抑えつつ、緩やかに撹拌することができ、さらに撹拌時の渦や泡の発生も抑制することができる。また、従来の回転により撹拌する場合と比べて、液体２００が高い粘性を有する場合であっても、撹拌翼３０から離れた箇所においても、全体的にほぼ均一に撹拌することができる。
【００６７】
また、本発明の撹拌翼３０は、モータ等を用いた無限の回転運動によって液体２００を撹拌するものではなく、有限軌道に沿った軸線方向の往復運動によって液体２００を撹拌するものである。このため、作業者が誤って駆動中の撹拌翼３０に接触してしまった場合でも、作業者が負傷するリスクを低くすることができる。
【００６８】
なお、撹拌翼３０の板状部３２に対して第１可変翼３３および第２可変翼３４が変位する方向は、上下方向に逆であってもよい。図６は、変形例に係る撹拌翼３０の構成を示した概要図である。なお、図６の下部には、板状部３２の上面図を並べて図示している。図６に示すように、第１可変翼３３は、第１貫通孔７２を上側から閉塞する閉塞位置と、一部が板状部３２よりも上側へ離間して第１貫通孔７２を開放する開放位置との間で変位可能であってもよい。また、第２可変翼３４は、第２貫通孔７３を下側から閉塞する閉塞位置と、一部が板状部３２よりも下側へ離間して第２貫通孔７３を開放する開放位置との間で変位可能であってもよい。
【００６９】
当該変形例の場合、第１工程では、撹拌翼３０の主軸部３１と、主軸部３１に固定された板状部３２と、各板状部３２に固定された第１可変翼３３および第２可変翼３４とが下側へ移動する。このとき、第１可変翼３３は、液体２００の圧力を受け、上側へ変位する。これにより、第１可変翼３３は、第１貫通孔７２を開放する開放位置となる。この結果、図６における白抜き矢印にて示すように、主軸部３１の周囲のうちの内周側Ｉｃｓにおいて、液体２００の上側へ向かう流れが生じ、最下段の板状部３２の下側（撹拌槽２０の底面ＢＦ側）において、液体２００の径方向内側へ向かう流れが生じる。
【００７０】
一方、第２可変翼３４は、液体２００の圧力を受け、上側へ変位するものの、上記のとおり、板状部３２よりも上側へ移動することはできない。これにより、第２可変翼３４は、第２貫通孔７３を下側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図６における白抜き矢印にて示すように、主軸部３１の周囲のうちの外周側Ｏｃｓにおいて液体２００の下側へ向かう流れが生じ、最上段の板状部３２の上側（液体２００の液面ＬＳ側）において、液体２００の径方向外側へ向かう流れが生じる。また、この循環流は、次の第２工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【００７１】
次に、第３工程では、撹拌翼３０の主軸部３１と、主軸部３１に固定された板状部３２と、各板状部３２に固定された第１可変翼３３および第２可変翼３４とが上側へ移動する。このとき、第１可変翼３３は、液体２００の圧力を受け、下側へ変位するものの、上記のとおり、板状部３２よりも下側へ移動することはできない。これにより、第１可変翼３３は、第１貫通孔７２を上側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図６における白抜き矢印にて示すように、主軸部３１の周囲のうちの内周側Ｉｃｓにおいて、液体２００の上側へ向かう流れが生じ、最下段の板状部３２の下側（撹拌槽２０の底面ＢＦ側）において、液体２００の径方向内側へ向かう流れが生じる。
【００７２】
一方、第２可変翼３４は、液体２００の圧力を受け、下側へ変位する。これにより、第２可変翼３４は、第２貫通孔７３を開放する開放位置となる。この結果、図６における白抜き矢印にて示すように、第２貫通孔７３および第２貫通孔７３の径方向外側（主軸部３１の周囲のうちの外周側Ｏｃｓ）において、液体２００の下側へ向かう流れが生じ、最上段の板状部３２の上側（液体２００の液面ＬＳ側）において、液体２００の径方向外側へ向かう流れが生じる。また、この循環流は、次の第４工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【００７３】
このように、本変形例においては、最上段の板状部３２の上側（液体２００の液面ＬＳ側）において径方向外側へ向かい、主軸部３１の周囲のうちの外周側Ｏｃｓにおいて下側へ向かい、最下段の板状部３２の下側（撹拌槽２０の底面ＢＦ側）において径方向内側へ向かい、主軸部３１の周囲のうちの内周側Ｉｃｓにおいて上側へ向かう、液体２００の緩やかな循環流を、撹拌槽２０の内側のほぼ液全体に亘って均一かつ一定の向きに、一定の流速で継続して生じさせることができる。また、撹拌翼３０を移動させるために必要な駆動力を抑えつつ、緩やかに撹拌することができ、さらに撹拌時の渦や泡の発生も抑制することができる。
【００７４】
すなわち、第１可変翼３３は、第１貫通孔７２を軸線方向の一方側から覆う閉塞位置と、一部が本体部７１よりも軸線方向の一方側へ離間して第１貫通孔７２を開放する開放位置との間で変位可能であり、第２可変翼３４は、第２貫通孔７３を軸線方向の他方側から覆う閉塞位置と、一部が本体部７１よりも軸線方向の他方側へ離間して第２貫通孔７３を開放する開放位置との間で変位可能であればよい。そして、第１可変翼３３は、撹拌翼３０が軸線方向の一方側へ移動するときに、液体２００の圧力を受けて変位して第１貫通孔７２を軸線方向の一方側から閉塞し、撹拌翼３０が軸線方向の他方側へ移動するときに、液体２００の圧力を受けて変位して第１貫通孔７２を開放し、第２可変翼３４は、撹拌翼３０が軸線方向の一方側へ移動するときに、液体２００の圧力を受けて変位して第２貫通孔７３を開放し、撹拌翼３０が軸線方向の他方側へ移動するときに、液体２００の圧力を受けて変位して第２貫通孔７３を軸線方向の他方側から閉塞する構成を有していればよい。
【００７５】
＜２．第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態に係る撹拌装置の構成について説明する。なお、以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同等の部分については、重複説明を一部省略する。
【００７６】
第２実施形態の撹拌装置は、枠体、撹拌槽２０Ｂ、撹拌翼３０Ｂ、駆動装置、および制御部を有する。第２実施形態の枠体、撹拌槽２０Ｂ、駆動装置、および制御部は、第１実施形態の枠体１０、撹拌槽２０、駆動装置４０、および制御部６０と同等の構成を有するため、重複説明を省略する。
【００７７】
図７は、本実施形態の撹拌翼３０Ｂの構成を示した概要図である。図７に示すように、撹拌翼３０Ｂは、主軸部３１Ｂ、１または複数（本実施形態では、３つ）の板状部３２Ｂ、１または複数（本実施形態では、９つ）の第１可変翼３３Ｂ、および１または複数（本実施形態では、９つ）の第２可変翼３４Ｂを有する。なお、図７の下部には、板状部３２Ｂの上面図を並べて図示している。
【００７８】
主軸部３１Ｂは、軸線９Ｂに沿って上下方向に縦長の棒状に延びる。３つの板状部３２Ｂは、互いに軸線方向に間隙を隔てて配置される。３つの板状部３２Ｂはそれぞれ、本体部７１Ｂと、１または複数（本実施形態では、３つ）の第１貫通孔７２Ｂと、１または複数（本実施形態では、３つ）の第２貫通孔７３Ｂとを有する。
【００７９】
３つの第１貫通孔７２Ｂのうちの１つは、板状部３２Ｂの第１周方向位置Ｐｃ１において、本体部７１Ｂの一部を軸線方向に貫通する。３つの第２貫通孔７３Ｂのうちの１つは、板状部３２Ｂの第１周方向位置Ｐｃ１とは周方向に１８０°程度の間隙を隔てた、第２周方向位置Ｐｃ２において、本体部７１Ｂの一部を軸線方向に貫通する。ただし、板状部３２Ｂに設けられる第１貫通孔７２Ｂおよび第２貫通孔７３Ｂの数および位置は、これに限定されない。第１貫通孔７２Ｂおよび第２貫通孔７３Ｂは、各板状部３２Ｂにおいて、それぞれ少なくとも１つ設けられればよい。また、第１周方向位置Ｐｃ１と第２周方向位置Ｐｃ２とは、互いに周方向にある程度離れた、異なる位置にあればよい。例えば、第１周方向位置Ｐｃ１と第２周方向位置Ｐｃ２とは、互いに周方向に９０°程度以上離れていればよい。すなわち、図７の下部に示すように、本実施形態の板状部３２Ｂは、上面視において、左右のいずれか一方に１または複数の第１貫通孔７２Ｂが形成され、左右のいずれか他方に１または複数の第２貫通孔７３Ｂが形成されていればよい。
【００８０】
各第１可変翼３３Ｂは、第１貫通孔７２Ｂの周縁部において、本体部７１Ｂに、ねじ等を用いて固定される。これにより、各第１可変翼３３Ｂは、第１貫通孔７２Ｂを上側から覆って閉塞する閉塞位置と、一部が本体部７１Ｂよりも上側へ離間して第１貫通孔７２Ｂを開放する開放位置との間で変位可能となる。一方、第１可変翼３３Ｂは、本体部７１Ｂよりも下側へ移動することはできない。
【００８１】
各第２可変翼３４Ｂは、第２貫通孔７３Ｂの周縁部において、本体部７１Ｂに、ねじ等を用いて固定される。これにより、各第２可変翼３４Ｂは、第２貫通孔７３Ｂを下側から覆って閉塞する閉塞位置と、一部が本体部７１Ｂよりも下側へ離間して第２貫通孔７３Ｂを開放する開放位置との間で変位可能となる。一方、第２可変翼３４Ｂは、本体部７１Ｂよりも上側へ移動することはできない。
【００８２】
本実施形態の場合、第１工程では、撹拌翼３０Ｂの主軸部３１Ｂと、板状部３２Ｂと、第１可変翼３３Ｂと、第２可変翼３４Ｂとが下側へ移動する。このとき、第１可変翼３３Ｂは、液体２００Ｂの圧力を受け、上側へ変位する。これにより、第１可変翼３３Ｂは、第１貫通孔７２Ｂを開放する開放位置となる。この結果、図７における白抜き矢印にて示すように、第１貫通孔７２Ｂおよび第１貫通孔７２Ｂの径方向外側（第１周方向位置Ｐｃ１）において、液体２００Ｂの上側へ向かう流れが生じ、最下段の板状部３２Ｂの下側（撹拌槽２０Ｂの底面ＢＦ側）において、液体２００Ｂの第２周方向位置Ｐｃ２から第１周方向位置Ｐｃ１へ向かう流れが生じる。
【００８３】
一方、第２可変翼３４Ｂは、液体２００Ｂの圧力を受け、上側へ変位するものの、上記のとおり、板状部３２Ｂよりも上側へ移動することはできない。これにより、第２可変翼３４Ｂは、第２貫通孔７３Ｂを下側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図７における白抜き矢印にて示すように、第２貫通孔７３Ｂおよび第２貫通孔７３Ｂの径方向外側（第２周方向位置Ｐｃ２）において、液体２００Ｂの下側へ向かう流れが生じ、最上段の板状部３２Ｂの上側（液体２００Ｂの液面ＬＳ側）において、液体２００Ｂの第１周方向位置Ｐｃ１から第２周方向位置Ｐｃ２へ向かう流れが生じる。また、この循環流は、次の第２工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【００８４】
次に、第３工程では、撹拌翼３０Ｂの主軸部３１Ｂと、板状部３２Ｂと、第１可変翼３３Ｂと、第２可変翼３４Ｂとが上側へ移動する。このとき、第１可変翼３３Ｂは、液体２００Ｂの圧力を受け、下側へ変位するものの、上記のとおり、板状部３２Ｂよりも下側へ移動することはできない。これにより、第１可変翼３３Ｂは、第１貫通孔７２Ｂを上側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図７における白抜き矢印にて示すように、第１貫通孔７２Ｂおよび第１貫通孔７２Ｂの径方向外側（第１周方向位置Ｐｃ１）において、液体２００Ｂの上側へ向かう流れが生じ、最下段の板状部３２Ｂの下側（撹拌槽２０Ｂの底面ＢＦ側）において、液体２００Ｂの第２周方向位置Ｐｃ２から第１周方向位置Ｐｃ１へ向かう流れが生じる。
【００８５】
一方、第２可変翼３４Ｂは、液体２００Ｂの圧力を受け、下側へ変位する。これにより、第２可変翼３４Ｂは、第２貫通孔７３Ｂを開放する開放位置となる。この結果、図７における白抜き矢印にて示すように、第２貫通孔７３Ｂおよび第２貫通孔７３Ｂの径方向外側（第２周方向位置Ｐｃ２）において、液体２００Ｂの下側へ向かう流れが生じる。また、最上段の板状部３２Ｂの上側（液体２００Ｂの液面ＬＳ側）において、液体２００Ｂの第１周方向位置Ｐｃ１から第２周方向位置Ｐｃ２へ向かう流れが生じる。また、この循環流は、次の第４工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【００８６】
このように、本実施形態においては、最上段の板状部３２Ｂの上側（液体２００Ｂの液面ＬＳ側）において第１周方向位置Ｐｃ１から第２周方向位置Ｐｃ２へ向かい、第２貫通孔７３Ｂおよび第２貫通孔７３Ｂの径方向外側（第２周方向位置Ｐｃ２）において下側へ向かい、最下段の板状部３２Ｂの下側（撹拌槽２０Ｂの底面ＢＦ側）において第２周方向位置Ｐｃ２から第１周方向位置Ｐｃ１へ向かい、第１貫通孔７２Ｂおよび第１貫通孔７２Ｂの径方向外側（第１周方向位置Ｐｃ１）において上側へ向かう、液体２００Ｂの緩やかな循環流を、撹拌槽２０Ｂの内側のほぼ液全体に亘って一定に、かつ、一定の流速で継続して生じさせることができる。また、撹拌翼３０を移動させるために必要な駆動力を抑えつつ、緩やかに撹拌することができ、さらに撹拌時の渦や泡の発生も抑制することができる。
【００８７】
なお、撹拌翼３０Ｂの板状部３２Ｂに対して第１可変翼３３Ｂおよび第２可変翼３４Ｂが変位する方向は、上下方向に逆であってもよい。すなわち、本実施形態においては、第１可変翼３３Ｂは、第１貫通孔７２Ｂを軸線方向の一方側から覆う閉塞位置と、一部が本体部７１Ｂよりも軸線方向の一方側へ離間して第１貫通孔７２Ｂを開放する開放位置との間で変位可能であり、第２可変翼３４Ｂは、第２貫通孔７３Ｂを軸線方向の他方側から覆う閉塞位置と、一部が本体部７１Ｂよりも軸線方向の他方側へ離間して第２貫通孔７３Ｂを開放する開放位置との間で変位可能であればよい。そして、撹拌翼３０Ｂが軸線方向の一方側へ移動するときに、第１可変翼３３Ｂは液体２００Ｂの圧力を受けて変位して第１貫通孔７２Ｂを軸線方向の一方側から閉塞し、第２可変翼３４Ｂは液体２００Ｂの圧力を受けて変位して第２貫通孔７３Ｂを開放し、撹拌翼３０Ｂが軸線方向の他方側へ移動するときに、第１可変翼３３Ｂは液体２００Ｂの圧力を受けて変位して第１貫通孔７２Ｂを開放し、第２可変翼３４Ｂは液体２００Ｂの圧力を受けて変位して第２貫通孔７３Ｂを軸線方向の他方側から閉塞する構成を有していればよい。
【００８８】
＜３．第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態に係る撹拌装置の構成について説明する。なお、以下では、第１実施形態および第２実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態および第２実施形態と同等の部分については、重複説明を一部省略する。
【００８９】
第３実施形態の撹拌装置は、枠体、撹拌槽２０Ｃ、第１撹拌翼３０１Ｃ、第２撹拌翼３０２Ｃ、駆動装置、および制御部を有する。第３実施形態の枠体、撹拌槽２０Ｃ、駆動装置、および制御部は、第１実施形態の枠体１０、撹拌槽２０、駆動装置４０、および制御部６０と同等の構成を有するため、重複説明を省略する。
【００９０】
図８は、本実施形態の第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃの構成を示した概要図である。図８に示すように、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃは、撹拌槽２０Ｃの内側において、互いに平行に並ぶ。また、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃは、それぞれの上端部が図示を省略した駆動装置の変位ロッドに接続される。これにより、第１撹拌翼３０１Ｃは、上下方向に延びる第１軸線９１Ｃに沿って往復移動する。第２撹拌翼３０２Ｃは、第１軸線９１Ｃと平行で、かつ上下方向に延びる第２軸線９２Ｃに沿って往復移動する。また、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃは、互いに同期して上下方向に往復移動する。
【００９１】
また、本実施形態では、（ａ）第１の所定期間において、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃを下側へ移動させる第１工程と、（ｂ）第２の所定期間（第１の所定期間よりも短い、例えば数秒程度の期間）において、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃの軸線方向の高さを維持する第２工程と、（ｃ）第３の所定期間において、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃを上側へ移動させる第３工程と、（ｄ）第４の所定期間（第３の所定期間よりも短い、例えば数秒程度の期間）において、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃの軸線方向の高さを維持する第４工程と、を順に繰り返すこととする。なお、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃは、互いに同期して移動するものであれば、互いに異なる動力源に接続されていてもよい。
【００９２】
第１撹拌翼３０１Ｃは、第１主軸部３１１Ｃ、１または複数（本実施形態では、３つ）の第１板状部３２１Ｃ、および１または複数（本実施形態では、１８つ）の第１可変翼３３Ｃを有する。第２撹拌翼３０２Ｃは、第２主軸部３１２Ｃ、１または複数（本実施形態では、３つ）の第２板状部３２２Ｃ、および１または複数（本実施形態では、１８つ）の第２可変翼３４Ｃを有する。なお、図８の下部には、第１板状部３２１Ｃの上面図および第２板状部３２２Ｃの上面図を並べて図示している。
【００９３】
第１主軸部３１１Ｃは、第１軸線９１Ｃに沿って上下方向に縦長の棒状に延びる。第２主軸部３１２Ｃは、第２軸線９２Ｃに沿って上下方向に縦長の棒状に延びる。３つの第１板状部３２１Ｃはそれぞれ、第１主軸部３１１Ｃに直接的または間接的に固定され、第１軸線９１Ｃに略垂直な第１径方向に拡がる。３つの第１板状部３２１Ｃは、互いに第１軸線９１Ｃに沿って間隙を隔てて配置される。また、３つの第１板状部３２１Ｃはそれぞれ、第１本体部７１１Ｃと、１または複数（本実施形態では、６つ）の第１貫通孔７２Ｃとを有する。３つの第２板状部３２２Ｃはそれぞれ、第２主軸部３１２Ｃに直接的または間接的に固定され、第２軸線９２Ｃに略垂直な第２径方向に拡がる。３つの第２板状部３２２Ｃは、互いに第２軸線９２Ｃに沿って間隙を隔てて配置される。また、３つの第２板状部３２２Ｃはそれぞれ、第２本体部７１２Ｃと、１または複数（本実施形態では、６つ）の第２貫通孔７３Ｃとを有する。
【００９４】
６つの第１貫通孔７２Ｃのうちの１つは、第１板状部３２１Ｃの第１所定位置Ｐｓ１において、第１本体部７１１Ｃの一部を第１軸線方向に貫通する。第２貫通孔７３Ｃは、第１貫通孔７２Ｃから所定距離Ｄｓ以上離間した、第２板状部３２２Ｃの第２所定位置Ｐｓ２において、第２本体部７１２Ｃの一部を第２軸線方向に貫通する。ただし、第１板状部３２１Ｃおよび第２板状部３２２Ｃに設けられる第１貫通孔７２Ｃおよび第２貫通孔７３Ｃの数および位置は、これに限定されない。第１貫通孔７２Ｃは、第１板状部３２１Ｃにおいて、少なくとも１つ設けられればよい。第２貫通孔７３Ｃは、第２板状部３２２Ｃにおいて、少なくとも１つ設けられればよい。また、第１所定位置Ｐｓ１と第２所定位置Ｐｓ２とは、互いにある程度離れていればよい。
【００９５】
各第１可変翼３３Ｃは、第１貫通孔７２Ｃの周縁部において、第１本体部７１１Ｃに、ねじ等を用いて固定される。これにより、各第１可変翼３３Ｃは、第１貫通孔７２Ｃを上側から覆って閉塞する閉塞位置と、一部が第１本体部７１１Ｃよりも上側へ離間して第１貫通孔７２Ｃを開放する開放位置との間で変位可能となる。一方、第１可変翼３３Ｃは、第１本体部７１１Ｃよりも下側へ移動することはできない。
【００９６】
各第２可変翼３４Ｃは、第２貫通孔７３Ｃの周縁部において、第２本体部７１２Ｃに、ねじ等を用いて固定される。これにより、各第２可変翼３４Ｃは、第２貫通孔７３Ｃを下側から覆って閉塞する閉塞位置と、一部が第２本体部７１２Ｃよりも下側へ離間して第２貫通孔７３Ｃを開放する開放位置との間で変位可能となる。一方、第２可変翼３４Ｃは、第２本体部７１２Ｃよりも上側へ移動することはできない。
【００９７】
本実施形態の場合、第１工程では、第１撹拌翼３０１Ｃの第１主軸部３１１Ｃと、第１板状部３２１Ｃと、第１可変翼３３Ｃと、第２撹拌翼３０２Ｃの第２主軸部３１２Ｃと、第２板状部３２２Ｃと、第２可変翼３４Ｃとが下側へ移動する。このとき、第１可変翼３３Ｃは、液体２００Ｃの圧力を受け、上側へ変位する。これにより、第１可変翼３３Ｃは、第１貫通孔７２Ｃを開放する開放位置となる。この結果、図８における白抜き矢印にて示すように、第１貫通孔７２Ｃおよび第１貫通孔７２Ｃの径方向外側（第１所定位置Ｐｓ１）において、液体２００Ｃの上側へ向かう流れが生じ、最下段の板状部３２Ｃの下側（撹拌槽２０Ｃの底面ＢＦ側）において、液体２００Ｃの第２所定位置Ｐｓ２から第１所定位置Ｐｓ１へ向かう流れが生じる。
【００９８】
一方、第２可変翼３４Ｃは、液体２００Ｃの圧力を受け、上側へ変位するものの、上記のとおり、第２板状部３２２Ｃよりも上側へ移動することはできない。これにより、第２可変翼３４Ｃは、第２貫通孔７３Ｃを下側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図８における白抜き矢印にて示すように、第２貫通孔７３Ｃおよび第２貫通孔７３Ｃの径方向外側（第２所定位置Ｐｓ２）において、液体２００Ｃの下側へ向かう流れが生じ、最上段の板状部３２Ｃの上側（液体２００Ｃの液面ＬＳ側）において、液体２００Ｃの第１所定位置Ｐｓ１から第２所定位置Ｐｓ２へ向かう流れが生じる。また、この循環流は、次の第２工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【００９９】
次に、第３工程では、第１撹拌翼３０１Ｃの第１主軸部３１１Ｃと、第１板状部３２１Ｃと、第１可変翼３３Ｃと、第２撹拌翼３０２Ｃの第２主軸部３１２Ｃと、第２板状部３２２Ｃと、第２可変翼３４Ｃとが上側へ移動する。このとき、第１可変翼３３Ｃは、液体２００Ｃの圧力を受け、下側へ変位するものの、上記のとおり、第１板状部３２１Ｃよりも下側へ移動することはできない。これにより、第１可変翼３３Ｃは、第１貫通孔７２Ｃを上側から閉塞する閉塞位置となる。この結果、図８における白抜き矢印にて示すように、第１貫通孔７２Ｃおよび第１貫通孔７２Ｃの径方向外側（第１所定位置Ｐｓ１）において、液体２００Ｃの上側へ向かう流れが生じ、最下段の第１板状部３２１Ｃおよび第２板状部３２２Ｃの下側（撹拌槽２０Ｃの底面ＢＦ側）において、液体２００Ｃの第２所定位置Ｐｓ２から第１所定位置Ｐｓ１へ向かう流れが生じる。
【０１００】
一方、第２可変翼３４Ｃは、液体２００Ｃの圧力を受け、下側へ変位する。これにより、第２可変翼３４Ｃは、第２貫通孔７３Ｃを開放する開放位置となる。この結果、図８における白抜き矢印にて示すように、第２貫通孔７３Ｃおよび第２貫通孔７３Ｃの径方向外側（第２所定位置Ｐｓ２）において、液体２００Ｃの下側へ向かう流れが生じる。また、最上段の第１板状部３２１Ｃおよび第２板状部３２２Ｃの上側（液体２００Ｃの液面ＬＳ側）において、液体２００Ｃの第１所定位置Ｐｓ１から第２所定位置Ｐｓ２へ向かう流れが生じる。また、これら循環流は、次の第４工程である、数秒程度の休止期間においても、自然に継続される。
【０１０１】
このように、本実施形態においては、最上段の第１板状部３２１Ｃおよび第２板状部３２２Ｃの上側（液体２００Ｃの液面ＬＳ側）において第１所定位置Ｐｓ１から第２所定位置Ｐｓ２へ向かい、第２貫通孔７３Ｃおよび第２貫通孔７３Ｃの径方向外側（第２所定位置Ｐｓ２）において下側へ向かい、最下段の第１板状部３２１Ｃおよび第２板状部３２２Ｃの下側（撹拌槽２０Ｃの底面ＢＦ側）において第２所定位置Ｐｓ２から第１所定位置Ｐｓ１へ向かい、第１貫通孔７２Ｃおよび第１貫通孔７２Ｃの径方向外側（第１所定位置Ｐｓ１）において上側へ向かう、液体２００Ｃの緩やかな循環流を、撹拌槽２０Ｃの内側のほぼ液全体に亘って一定に、かつ、一定の流速で継続して生じさせることができる。また、撹拌翼３０を移動させるために必要な駆動力を抑えつつ、緩やかに撹拌することができ、さらに撹拌時の渦や泡の発生も抑制することができる。
【０１０２】
なお、撹拌翼３０Ｃの第１板状部３２１Ｃおよび第２板状部３２２Ｃに対して第１可変翼３３Ｃおよび第２可変翼３４Ｃが変位する方向は、上下方向に逆であってもよい。すなわち、本実施形態においては、第１可変翼３３Ｃは、第１貫通孔７２Ｃを第１軸線方向の一方側から覆う閉塞位置と、一部が第１本体部７１１Ｃよりも第１軸線方向の一方側へ離間して第１貫通孔７２Ｃを開放する開放位置との間で変位可能であり、第２可変翼３４Ｃは、第２貫通孔７３Ｃを当該一方側とは反対の他方側から覆う閉塞位置と、一部が第２本体部７１２Ｃよりも当該他方側へ離間して第２貫通孔７３Ｃを開放する開放位置との間で変位可能であればよい。そして、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃが第１軸線方向の一方側へ移動するときに、第１可変翼３３Ｃは、液体２００Ｃの圧力を受けて変位して第１貫通孔７２Ｃを第１軸線方向の一方側から閉塞し、第２可変翼３４Ｃは、液体２００Ｃの圧力を受けて変位して第２貫通孔７３Ｃを開放し、第１撹拌翼３０１Ｃおよび第２撹拌翼３０２Ｃが当該他方側へ移動するときに、第１可変翼３３Ｃは、液体２００の圧力を受けて変位して第１貫通孔７２Ｃを開放し、第２可変翼３４Ｃは、液体２００Ｃの圧力を受けて変位して第２貫通孔７３Ｃを当該他方側から閉塞する構成を有していればよい。
【０１０３】
＜４．第４実施形態＞
続いて、本発明の第４実施形態に係る撹拌装置の構成について説明する。なお、以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同等の部分については、重複説明を一部省略する。
【０１０４】
第４実施形態の撹拌装置は、枠体、撹拌槽２０Ｄ、撹拌翼３０Ｄ、駆動装置、および制御部を有する。第４実施形態の枠体、駆動装置、および制御部は、第１実施形態の枠体１０、駆動装置４０、および制御部６０と同等の構成を有するため、重複説明を省略する。ただし、本実施形態の図示を省略した駆動装置の変位ロッドは、撹拌槽２０Ｄの下側に配置される。
【０１０５】
図９は、本実施形態の撹拌槽２０Ｄおよび撹拌翼３０Ｄの構成を示した概要図である。本実施形態の撹拌槽２０Ｄは、第１実施形態の撹拌槽２０と類似した構造を有する。しかしながら、図９に示すように、本実施形態の撹拌槽２０Ｄの底面部２２Ｄの中央付近には、貫通孔２０１Ｄ（第３貫通孔）が形成されている。貫通孔２０１Ｄは、底面部２２Ｄを上下方向に貫通する。
【０１０６】
撹拌翼３０Ｄは、主軸部３１Ｄ、１または複数（本実施形態では、３つ）の板状部３２Ｄ、１または複数の第１可変翼３３Ｄ、および１または複数の第２可変翼３４Ｄを有する。本実施形態の撹拌翼３０Ｄは、第１実施形態の撹拌翼３０と類似した構造を有する。主軸部３１Ｄは、軸線９Ｄに沿って上下方向に延びる。しかしながら、本実施形態の主軸部３１Ｄの一部は、上記の撹拌槽２０Ｄの底面部２２Ｄの貫通孔２０１Ｄを貫通し、撹拌槽２０Ｄの下側の外部空間へ露出し、当該外部空間において図示を省略した駆動装置の変位ロッドに接続される。これにより、駆動装置の動力を受けて、撹拌翼３０Ｄの主軸部３１Ｄと、主軸部３１Ｄに固定された板状部３２Ｄと、板状部３２Ｄに固定された第１可変翼３３Ｄおよび第２可変翼３４Ｄとが、軸線９Ｄに沿って往復移動する。
【０１０７】
なお、撹拌槽２０Ｄの貫通孔２０１Ｄにおいて、底面部２２Ｄと主軸部３１Ｄとの間の隙間には、スタティックシール２４Ｄが配置される。スタティックシール２４Ｄは、主軸部３１Ｄが軸線９Ｄに沿って往復移動するのに伴って、主軸部３１Ｄに固着しつつ柔軟に弾性変形する。これにより、撹拌槽２０Ｄ内の気密性を容易に確保することができ、撹拌槽２０Ｄ内にある液体２００Ｄの漏れを抑制することができる。
【０１０８】
＜５．第５実施形態＞
続いて、本発明の第５実施形態に係る撹拌装置の構成について説明する。なお、以下では、第１実施形態〜第４実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態〜第４実施形態と同等の部分については、重複説明を一部省略する。
【０１０９】
第５実施形態の撹拌装置は、枠体、撹拌槽２０Ｅ、撹拌翼３０Ｅ、駆動装置、および制御部を有する。第５実施形態の枠体、駆動装置、および制御部は、第１実施形態の枠体１０、駆動装置４０、および制御部６０と同等の構成を有するため、重複説明を省略する。ただし、本実施形態の図示を省略した駆動装置の変位ロッドは、撹拌槽２０Ｅの側方に配置される。
【０１１０】
図１０は、本実施形態の撹拌槽２０Ｅおよび撹拌翼３０Ｅの構成を示した概要図（正面図）である。図１１は、本実施形態の撹拌槽２０Ｅおよび撹拌翼３０Ｅの構成を示した概要図（側面図）である。本実施形態の撹拌槽２０Ｅは、第１実施形態の撹拌槽２０と類似した構造を有する。しかしながら、図１０および図１１に示すように、本実施形態の撹拌槽２０Ｅは、側壁部２１Ｅにおいて、貫通孔２０１Ｅ（第４貫通孔）が形成されている。貫通孔２０１Ｅは、側壁部２１Ｅを水平方向に貫通する。
【０１１１】
撹拌翼３０Ｅは、主軸部３１Ｅ、１または複数（本実施形態では、３つ）の板状部３２Ｅ、１または複数（本実施形態では、９つ）の第１可変翼３３Ｅ、および１または複数（本実施形態では、９つ）の第２可変翼３４Ｅを有する。本実施形態の主軸部３１Ｅは水平に延びる。ただし、本実施形態の主軸部３１Ｅは、一部が上記の撹拌槽２０Ｅの側壁部２１Ｅの貫通孔２０１Ｅを貫通し、撹拌槽２０Ｅの側方の外部空間へ露出し、当該外部空間において図示を省略した駆動装置の変位ロッドに接続される。これにより、駆動装置の動力を受けて、撹拌翼３０Ｅの主軸部３１Ｅと、主軸部３１Ｅに固定された板状部３２Ｅと、板状部３２Ｅに固定された第１可変翼３３Ｅおよび第２可変翼３４Ｅとが、軸線９Ｅに沿って往復移動する。また、本実施形態では、板状部３２Ｅの横断面の外縁の形状は、一例として、略長方形状を有しているものとする。
【０１１２】
なお、撹拌槽２０Ｅの貫通孔２０１Ｅにおいて、側壁部２１Ｅと主軸部３１Ｅとの間の隙間には、スタティックシール２４Ｅが配置される。スタティックシール２４Ｅは、主軸部３１Ｅが軸線９Ｅに沿って往復移動するのに伴って、主軸部３１Ｅに固着しつつ柔軟に弾性変形する。これにより、撹拌槽２０Ｅ内の気密性を容易に確保することができ、撹拌槽２０Ｅ内にある液体２００Ｅの漏れを抑制することができる。
【０１１３】
本実施形態の撹拌翼３０Ｅは、第２実施形態と同様に、板状部３２Ｅにおける、第１周方向位置Ｐｃ１に、少なくとも１つの第１貫通孔が設けられ、第１周方向位置とは周方向に９０°以上の間隙を隔てた第２周方向位置Ｐｃ２に、少なくとも１つの第２貫通孔が設けられる。また、第１可変翼３３Ｅは、第１貫通孔を覆う閉塞位置と、第１貫通孔を開放する開放位置との間で変位可能となる。第２可変翼３４Ｅは、第２貫通孔を覆う閉塞位置と、第２貫通孔を開放する開放位置との間で変位可能となる。また、撹拌槽２０Ｅの内側の液体２００Ｅにおいて、撹拌翼３０Ｅが軸線方向の一方側へ移動するときも、撹拌翼３０Ｅが軸線方向の他方側へ移動するときも、第１周方向位置Ｐｃ１において液体２００Ｅの軸線方向の一方側へ向かう流れが生じ、撹拌槽２０Ｅの内側のうち１または複数の板状部３２Ｅよりも軸線方向の一方側において液体２００Ｅの第１周方向位置Ｐｃ１から第２周方向位置Ｐｃ２へ向かう流れが生じ、第２周方向位置Ｐｃ２において液体の軸線方向の他方側へ向かう流れが生じ、撹拌槽２０Ｅの内側のうち１または複数の板状部３２Ｅよりも軸線方向の他方側において液体２００Ｅの第２周方向位置Ｐｃ２から第１周方向位置Ｐｃ１へ向かう流れが生じ、かつ、液体の流速が一定である。
【０１１４】
＜６．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【０１１５】
上記の第１実施形態においては、第１可変翼３３は、柔軟な素材からなる板状の第１弾性部材３３１を含み、板状部３２における第１貫通孔７２の周縁部において、本体部７１に、ねじ３３２を用いて固定されていた。しかしながら、図１２の変形例に示すように、第１可変翼３３Ｆは、板状の第１剛性部材８３Ｆを含んでもよい。そして、第１可変翼３３Ｆの一部が板状部３２における第１貫通孔７２の周縁部において、本体部７１に、第１ヒンジ７４１Ｆを介して間接的に固定されてもよい。これにより、第１可変翼３３Ｆは、第１貫通孔７２を覆う閉塞位置と、第１貫通孔７２を開放する開放位置との間で変位可能となる。また、図１２に示すように、第１ヒンジ７４１Ｆと本体部７１との間に、弾性を有するストッパーである第１制限部材７５１Ｆを設けることが望ましい。仮に、第１制限部材７５１Ｆを設けない場合、第１可変翼３３Ｆが第１貫通孔７２に対して９０°以上開いてしまった場合には、自然に戻ることができない。そこで、第１制限部材７５１Ｆを用いて、本体部７１に対する第１可変翼３３Ｆの傾斜角度が最大で８０°程度となるように、制限することが望ましい。
【０１１６】
同様に、第２可変翼３４Ｆは、板状の第２剛性部材８４Ｆを含んでもよい。そして、第２可変翼３４Ｆの一部が板状部３２における第２貫通孔７３の周縁部において、本体部７１に、第２ヒンジ７４２Ｆを介して間接的に固定されてもよい。これにより、第２可変翼３４Ｆは、第２貫通孔７３を覆う閉塞位置と、第２貫通孔７３を開放する開放位置との間で変位可能となる。また、第２ヒンジ７４２Ｆと本体部７１との間に、弾性を有するストッパーである第２制限部材７５２Ｆを設けることが望ましい。これにより、同様に、第２制限部材７５２Ｆを用いて、本体部７１に対する第２可変翼３４Ｆの傾斜角度が最大で８０°程度となるように、制限することが望ましい。
【０１１７】
上記の第１実施形態において、第１可変翼３３は、板状部３２における第１貫通孔７２の僅かに径方向外側において、本体部７１に固定されていた。また、第２可変翼３４は、板状部３２における第２貫通孔７３の僅かに径方向内側において、本体部７１に固定されていた。しかしながら、第１可変翼３３および第２可変翼３４の本体部７１に対する固定位置は、これに限定されない。例えば、第１可変翼３３は、本体部７１のうち、第１貫通孔７２の僅かに周方向外側（隣接する第１貫通孔７２との間）に固定されてもよい。また、第２可変翼３４は、本体部７１のうち、第２貫通孔７３の僅かに周方向外側（隣接する第２貫通孔７３との間）に固定されてもよい。このように、第１可変翼３３は、本体部７１の軸線方向の一方側へ離間する向きを適宜変更可能である。また、第２可変翼３４は、本体部７１の軸線方向の他方側へ離間する向きを適宜変更可能である。
【０１１８】
さらに、第１可変翼３３および第２可変翼３４は、液体の圧力を受けることにより本体部７１に対して開く角度の最大値を、調整可能に固定されてもよい。これにより、第１可変翼３３を、本体部７１に対して開く角度の最大値が少し狭くなるように固定すると、撹拌翼３０の往復移動時に第１貫通孔７２を通過する液体２００の向きを軸線方向の一方側に対して少し傾斜させることができる。また、第２可変翼３４を、本体部７１に対して開く角度の最大値が少し狭くなるように固定すると、撹拌翼３０の往復移動時に第２貫通孔７３を通過する液体２００の向きを軸線方向の他方側に対して少し傾斜させることができる。この結果、撹拌槽２０の内側の液体２００において、全体的には向きと流速が一定な循環流を継続して生じさせる一方で、液体２００の流れの様相に一定の変化を与えることができる。
【０１１９】
上記の実施形態においては、撹拌翼は、主軸部に対して３段の板状部が設けられた多段式構造を有し、各板状部に対して第１可変翼および第２可変翼が固定されていた。しかしながら、撹拌翼は単段式構造を有してもよい。すなわち、撹拌翼は、主軸部と、１つの板状部と、当該１つの板状部にそれぞれの一部が固定された１または複数の第１可変翼と、当該１つの板状部にそれぞれの一部が固定された１または複数の第２可変翼と、を有していればよい。また、当該１つの板状部は、本体部と、１または複数の第１貫通孔と、１または複数の第２貫通孔とを有し、各第１可変翼が第１貫通孔を閉塞または開放し、各第２可変翼が第２貫通孔を閉塞または開放する構造を有していればよい。ただし、撹拌翼が多段式構造を有する方が、液体を撹拌するための撹拌翼の軸線方向に沿った往復移動のや、往復に要する時間を短くすることができる。また、撹拌翼において、主軸部に対して、２段または４段以上の板状部が設けられてもよい。なお、撹拌槽の内側の体積を考慮しつつ、撹拌翼の各部の大きさや板状部の段数を設定することが望ましい。
【０１２０】
上記の実施形態および変形例においては、１または２つの撹拌翼を有する撹拌装置が開示されていた。しかしながら、撹拌装置は、３つ以上の撹拌翼を有していてもよい。
【０１２１】
また、撹拌装置の細部の構成については、本願に示された構成と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１  撹拌装置
９，９Ｂ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｘ，９Ｙ  軸線
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ  撹拌槽
２１，２１Ｅ  側壁部
２２，２２Ｄ  底面部
２５  （撹拌槽の）内面
３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ  撹拌翼
３１，３１Ｂ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｘ，３１Ｙ  主軸部
３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｘ，３２Ｙ  板状部
３３，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ，３３Ｆ  第１可変翼
３４，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆ  第２可変翼
４０  駆動装置
６０  制御部
７１，７１Ｂ  本体部
７２，７２Ｂ，７２Ｃ  第１貫通孔
７３，７３Ｂ，７３Ｃ  第２貫通孔
８３Ｆ  第１剛性部材
８４Ｆ  第２剛性部材
９１Ｃ  第１軸線
９２Ｃ  第２軸線
２００，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ  液体
２０１Ｄ  貫通孔（第３貫通孔）
２０１Ｅ  貫通孔（第４貫通孔）
３０１Ｃ  第１撹拌翼
３０２Ｃ  第２撹拌翼
３１１Ｃ  第１主軸部
３１２Ｃ  第２主軸部
３２１Ｃ  第１板状部
３２２Ｃ  第２板状部
３３１  第１弾性部材
３４１  第２弾性部材
７１１Ｃ  第１本体部
７１２Ｃ  第２本体部
７４１Ｆ  第１ヒンジ
７４２Ｆ  第２ヒンジ
７５１Ｆ  第１制限部材
７５２Ｆ  第２制限部材
Ｉｃｓ  内周側
Ｏｃｓ  外周側
ＢＦ  底面
ＬＳ  液面
Ｐｃ１  第１周方向位置
Ｐｃ２  第２周方向位置
Ｐｄ１  第１径方向位置
Ｐｄ２  第２径方向位置
Ｐｓ１  第１所定位置
Ｐｓ２  第２所定位置
Ｄｓ  所定距離
【要約】      （修正有）【課題】撹拌槽内に、向きと流速が一定で均一な循環流を生じさせ、かつ渦や泡の発生を防止できる撹拌装置の提供、並びに、固体を含む液体中における固体分散の均一化、および、動物細胞を含む培養液等の撹拌時にストレスの無い撹拌を実現する、撹拌装置の提供。【解決手段】往復移動可能な撹拌翼３０に第１可変翼３３と第２可変翼３４とを固定し、第１可変翼３３は、液体２００の圧力を受けて一方側にのみ開き、第２可変翼３４は、第１可変翼３３とは異なる位置に固定され、液体２００の圧力を受けて他方側にのみ開く撹拌槽２０により、循環流を撹拌槽２０内に全体的に生じさせ攪拌の均一化を図り、一方、撹拌翼３０の投影面積を小さくすることにより駆動時の負荷を低減し、ストレスの無い撹拌を実現する。【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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