強磁力マグネットで粘度のある液体も攪拌可能、エアー駆動の防爆タイプも製作します

株式会社 エイシン

攪拌機・スターラー

攪拌機・スターラー製品展開

 

マグネチックスターラー(攪拌機)とは

マグネチックスターラーとは、マグネットの力で回転子(撹拌子)と呼ばれるテフロンで被覆した磁石の棒を容器(ビーカーやステンレス)内で回転させて、液体を撹拌する装置です。

マグネチックスターラー以外にも、スターラー、マグネットスターラーなどと呼ばれたりもします。

種類、価格帯は様々で、一般的には磁力の強さがグレードに大きな要素となっています。
一般的に安価なタイプは*1フェライト磁石を使用していますが、これは低粘度の溶液を低速で攪拌するものです。
強力なタイプは、*2ネオジウム磁石を使用します。磁力(*3テスラ)によって、グレード分けされます。

*1 フェライト磁石
最も数多く使用されている磁石。磁力はネオジム磁石の1/5~1/10程度です。

*2 ネオジウム磁石
日本で生まれ、現在、世の中にある磁石で最も強力な磁石です。
希土類(レアアース)金属の一種であるネオジウムと鉄、ホウ素(ボロン)が主成分の金属磁石です。

*3 テスラ
磁石の強さの単位。
テスラ(SI単位系)とガウス(CGS単位系)があり1テスラが10000ガウス。
地磁気は、0.00003-0.00005テスラ=0.3-0.5ガウスとなる。

  • (参考値)
  • 磁気ネックレス:0.13テスラ
  • ピップエレキバン:0.18テスラ
  • アルニコ磁石(棒磁石):0.25テスラ程度
  • ネオジウム磁石:0.5テスラ程度
  • 病院の超伝導磁石を用いたMRI:1.0-1.5テスラ
  • (独)物質・材料研究機構:37.9テスラ
  • USAの国立高磁場研究所:45テスラ

一般的にフェライト磁石を使用したスターラーは安価である反面、粘性のない液体にしか使用できません。
これは粘性が高くなると容器内で回転子(撹拌子)が回転しなくなってしまうためです。
強力なスターラーではネオジウム磁石を使用し、磁力(テスラ)によってグレード分けされます。
同時に安定した強磁力回転を得るためには、磁石自体の品質も重要となります。
強磁力スターラーと呼ばれるタイプは価格帯は7~10万円ではありますが、使用方法が限定される安価なスターラーと比べて実践的な性能を有していることがおわかりいただけると思います。
様々な研究用途で攪拌を行われるようでしたら、ぜひ一台は揃えておきたい機種だといえます。

スターラーの基礎知識

❏ マグネチックスターラーの構造

マグネチックスターラーの構造は、非常にシンプルです。
スターラー本体内には、円盤上にセットされたS極とN極のマグネットが 配置され、これをモーターで回転させます。
スターラーの天板に載せたビーカー内の回転子が、マグネットの回転に追従して回転することで、容器内の液体を撹拌するというしくみです。
ただ、溶液の粘度に回転子がついていけず脱調してしまいますと 安定した回転を得ることができません。
そのため強磁力のマグネットと小型で安定した回転を保つためのフィードバック機能のついたモーター搭載の機種が必要になってきます。

❏ ビーカー内での液の動き

マグネチックスターラーは、容器内底で回転子がくるくると回転することで、 溶液全体に渦を発生させて撹拌します。
実際に液が混ざっていく様子を動画で見てみましょう。

防爆スターラー  ADP-20

容器内での液の動きが、おわかりいただけましたでしょうか? 
これは水なので、問題もなく回転子も回転していますが、粘度の高い溶液だと パワー不足で、回転することができなくなってしまいます。
そのような場合に威力を発揮するのが、強磁力スターラーシリーズなのです。

❏ 使用できる容器

マグネチックスターラーによる撹拌に使用可能な容器といえば、まずはごく一般的にガラス容器であるビーカーがあげられます。
化学関係の研究室では最もメジャーな容器と いえるでしょう。

その他、金属系の容器ではステンレスが最も多いのではないかと思います。
様々な種類がありますが、形状で若干注意点があります。
マグネチックスターラーは、磁石との関係で、使用できる容器の材質や形状に下記のような条件があります。

 

磁性体でないこと

磁性体の容器だと、回転子が磁力でくっついてしまい回りません。
従ってスチール製の容器などは、使用できませんのでご注意ください。

容器底の形状がフラット(平)であること

底の中央部が盛り上がっていたり、逆に半球状にひっこんでいたりした場合には、回転子があっちこっちへ引き寄せられて踊ってしまい、中央部でうまく回転しません。
この状態を脱調(ダッチョウ)といいます。
これらの点に気をつければ、特に容器は選びません。

❏ 回転子(撹拌子)

回転子(撹拌子)とは、マグネチックスターラーで溶液を撹拌する際に容器中に投入する撹拌羽根の役目を果たします。
ストレートな棒状磁石の外装をテフロンで覆ったものが一般的な形状です。
ただ実際には形状・サイズの種類は多く、用途や溶液の性質によって使い分けると、さらに効果的です。

マグネチックスターラーを使用する際、回転子の条件設定をすることは意外に重要です。
これがうまくいっていないと、回転子の脱調(飛び跳ね)が発生し、うまく撹拌することができません。

条件設定に必要な要素

  1. 溶液を入れる容器の材質
  2. 容器の内径
  3. 容器内の液面の高さ
  4. 容器の底面の形状 (平底、丸底、中央部の盛り上がり、二重底等)
  5. スターラー本体の磁石の磁力の強弱
  6. 磁石のS極とN極のピッチ(距離)
  7. スターラー本体と容器の距離
  8. スターラーの使用回転数や撹拌目的など
  9. 耐熱天板70℃以下で使用。それ以上に対しては、断熱板を載せる。

不具合の原因

  1. 容器底が盛り上がっている容器
    回転子の回転軸がズレやすく、回転子脱調(飛び跳ね)の一番の原因となります。
  2. スターラーの回転数は一気にあげない
    回転子の回転状況を確認しながら、少しずつ回転を上げます。 急な高回転設定は回転子の脱調の原因となります。
  3. 高速回転での使用は避ける
    高速で使用すると回転子の回転軸がズレやすく、脱調の原因になるだけでなく、外装テフロンの磨耗の原因にもなります。
  4. 磁力の強さとの関係
    磁力の強い回転子とスターラーとの間隔が狭い場合は、引き合う力が強すぎて回転子が引圧された状態で回転をするため、外装テフロンの磨耗を早めます。 
  5. スターラーの磁石、S極とN極の距離に対して磁力が強かったり、長い回転子の場合には回転子が中央にセットされにくく、回転軸がズレやすいので回転子脱調の原因となります。 
  6. テフロンの磨耗状態が激しいもの、回転子の磁力の弱まったものを使用すると、安定した回転が得られません。

❏ 撹拌液の粘度

マグネチックスターラーの撹拌対象物は、一般的には化学実験、細胞培養実験、その他実験室規模で使われる粘性のほとんどない水状の液体です。
一般的にはそれでこと足りるケースも多いのですが、液体の粘度によってはスターラーのパワー不足で液中の回転子(撹拌子)を回転させることができないケースが発生してきます。
このような場合には、マグネットの強い(強磁力)タイプのマグネチックスターラーであれば、比較的粘度の高いスラリー液も撹拌することができますので、スムーズに問題を解消できます。
さらに高粘度液(50000cps以上)の撹拌に使用する場合には、より強いトルクが必要になってきますので、減速機を組込んだ高トルク型の高粘度液用スターラーが必要となる場合があります。

 

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