DE102016100485B4

DE102016100485B4 - Zentrifuge und Schwenkrotor für eine Zentrifuge

Info

Publication number: DE102016100485B4
Application number: DE102016100485.5A
Authority: DE
Inventors: Jun Sato; Kenichi Nemoto
Original assignee: Eppendorf Himac Technologies Co Ltd
Current assignee: Eppendorf Himac Technologies Co Ltd
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: DE102016100485A1; JP6406033B2; US9757739B2; JP2016137457A; US20160214118A1

Abstract

Zentrifuge (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:einen Antriebsteil (15), der eine Antriebswelle (14) aufweist;einen Rotorkörper (20), der auf einem Vorderende der Antriebswelle (14) angeordnet ist; undeinen Probenbehälter (30), der eine Drehwelle (40) zum Schwenken aufweist, wobei der Rotorkörper (20) ein Durchgangsloch (21), ein Paar von Lagerteilen (22), die drehbar die beiden Enden der Drehwelle (40) des Probenbehälters (30) haltern, die im Durchgangsloch (21) angebracht sind, und einen ausgeschnittenen Teil aufweist, der auf einer radial äußeren Seite in vertikaler Richtung bezüglich einer Mittenachse des Durchgangslochs (21) gebildet ist, die Zentrifuge (1) durch Rotation des Rotorkörpers (20) den Probenbehälter (30) in einen Zustand schwenkt, in dem die Drehwelle (40) durch die Lagerteile (22) getragen ist und eine Zentrifugation in einem Zustand ausführt, in dem der Probenbehälter (30) auf einer Wannenaufnahmefläche (25) des Rotorkörpers (20) sitzt,der Probenbehälter (30) eine Wanne (51) zur Aufnahme eines Behälters, der mit einer Probe (61) zu füllen ist, und einen Deckel (31) zum Verschließen der Wanne (51) aufweist und die Drehwelle (40) aufweist unddie Wanne (51) eine Sitzfläche (54c), die auf dem Rotorkörper (20) während einer Zentrifugenrotation sitzt, und eine Mehrzahl von Nuten (80) aufweist,die sich in einer Längsrichtung auf einer äußeren Umfangsfläche auf einer Bodenseite bezüglich der Sitzfläche (54c) der Wanne (51) erstrecken.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung Seriennummer 2015-014392 , angemeldet am 28. Januar 2015. Die Gesamtheit der erwähnten Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen und zum Teil dieser Beschreibung gemacht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zum Separieren einer Probe in den Gebieten der Medizin, Pharmazie, Gentechnik, Biotechnologie usw. und insbesondere auf eine Gewährleistung der Stabilität und Verbesserung der Bedienbarkeit bzw. Handhabbarkeit durch eine Verbesserung der Steifigkeit eines Probenbehälters für die Zentrifuge mit einem Schwenkrotor.
Beschreibung des Standes der Technik
Zum Stand der Technik wird zunächst auf JP 2011-147 908 A verwiesen. Dieser Stand der Technik offenbart eine Zentrifuge sowie einen Schwenkrotor.
Eine Zentrifuge ist ein Gerät, welches einen Rotor einschließt, der zur Aufnahme einer Mehrzahl von Probenbehältern mit darin eingefüllten Proben in der Lage ist, und eine Antriebseinrichtung, wie einen Motor, die den Rotor in einer Rotorkammer drehend antreibt und den Rotor bei hoher Geschwindigkeit dreht, um eine Zentrifugalkraft anzuwenden, so dass die Proben in den Probenbehältern zentrifugal separiert werden. Zentrifugenrotoren können grob in zwei Typen unterteilt werden, nämlich den Winkelrotor und den Schwenkrotor. Im Falle des Winkelrotors ist eine Mehrzahl von mit Proben gefüllten Röhrchen in Aufnahmelöchern aufgenommen, und ein Deckel ist am Rotor angebracht, um zu verhindern, dass das Innere des Rotors eine Dekompression erfährt, wenn eine Wirbelverlustreduktion oberhalb der Öffnungsteile der Aufnahmelöcher auftritt und die Rotorkammer durch eine Vakuumpumpe einer Dekompression unterzogen wird. Die Aufnahmelöcher sind in einem bestimmten festen Winkel bezüglich der Antriebswelle gebildet, und der Winkel zwischen den Aufnahmelöchern der Antriebswelle ist zu jedem Zeitpunkt unabhängig von der Zentrifugalkraft fest.
Im Gegensatz hierzu hat der Schwenkrotor einen Probenbehälter, der eine Wanne mit einem Bodenteil, die mit Proben befüllte Röhrchen aufnimmt, einen Deckel, der das Innere der Wanne abdeckt, und ein Versiegelungselement, wie etwa einen O-Ring, der eine Verbindungsfläche zwischen der Wanne und dem Deckel versiegelt, einschließt, und er hat eine walzenförmige oder konvexe Drehwelle, die auf der Wanne oder dem Deckel angeordnet ist und im Eingriff mit Drehwellen-Eingriffsnuten steht, die am Rotor gebildet sind, um den Probenbehälter im Rotor in einer schwenkbaren Weise anzuordnen, um eine zentrifugale Separation auszuführen. Die Mittenachse des Probenbehälters und die Antriebswelle des Motors sind parallel zueinander (θ=0°), wenn der Rotor stationär bzw. in Ruhe ist. Wenn jedoch die Rotationsgeschwindigkeit ansteigt, wird der in schwenkbarer Weise angeordnete Probenbehälter durch die Zentrifugalkraft beeinflusst, um sich um die Drehwelle zu drehen, so dass θ > 0° wird, und er wird dann im Wesentlichen horizontal (θ~90°), wenn eine Drehgeschwindigkeit erreicht ist, die eine Zentrifugalkraft erzeugt, die dazu ausreicht, den Probenbehälter in die horizontale Lage zu versetzen. Danach endet die Zentrifugation, und θ verringert sich, wenn die Drehgeschwindigkeit abfällt, und wird 0° (θ=0°), wenn die Rotation des Motors aufhört. Somit ändert sich der relative Winkel zwischen der Mittenachse des Probenbehälters und der Antriebswelle des Schwenkrotors während der Zentrifugation gemäß der Zentrifugalkraft. Außerdem gibt es hauptsächlich zwei Arten, um die zentrifugale Last des Probenbehälters während der Zentrifugation des Schwenkrotors aufzunehmen. Eine Form ist, dass die konvexen Teile der am Rotor oder der Wanne oder dem Deckel des Probenbehälters angeordneten Drehwelle durch die gegenüberliegenden konkaven Teile aufgenommen werden und die durch die Zentrifugalkraft des Probenbehälters verursachte Last nur durch die konvexen Teile oder die konkaven Teile getragen wird. Die andere Form ist, dass die Probenbehälter durch die am Rotor oder der Wanne oder dem Deckel des Probenbehälters angeordnete Drehwelle in die Horizontale geschwenkt wird und von dort die Drehwelle in axialer Richtung gleitet, so dass der Probenbehälter auf einer Wandungsfläche des Rotors aufsitzt, so dass die durch die Zentrifugalkraft des Probenbehälters bewirkte Last durch den Rotorkörper gehalten wird (sh. beispielsweise Patentliteratur 1).
[Veröffentlichter Stand der Technik]
[Patentliteratur]
Patentliteratur 1: Japanische Patentveröffentlichung JP 2011-147 908 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zu lösendes Problem
Für die Variante, in der der Probenbehälter durch die am Rotor oder der Wanne oder dem Deckel des Probenbehälter angeordnete Drehwelle in die Horizontale geschwenkt wird und von dort die Drehwelle biegt, um den Probenbehälter auf dem Rotor aufzusetzen, um die durch die Zentrifugalkraft des Probenbehälters bewirkte Last mit dem Rotorkörper zu tragen, wie in der Patentliteratur 1 offenbart, kann man im Probenbehälter-Halteteil des Rotorkörpers eine Sitzfläche des Probenbehälters nicht in einem Bereich anordnen, der mit dem Schwenkweg des Probenbehälters interferiert. Der durch die zentrifugale Last des Probenbehälters auf die Sitzfläche ausgeübte Flächendruck wird im Interesse der Stabilität des Rotorkörpers so niedrig wie möglich gehalten. Es ist daher bevorzugt, so viel Sitzfläche wie möglich bereitzustellen. Aus diesem Grund wird die Sitzfläche des am Rotorkörper anzuordnenden Probenbehälters oft in eine umgekehrte U-Form gebracht, indem der Abschnitt entfernt wird, der mit dem Weg des Probenbehälters interferiert bzw. diesen stören würde. Da die Sitzfläche die umgekehrte U-Form hat, hat die Sitzfläche des Probenbehälters einen Abschnitt, der durch den Bereich der umgekehrten U-Form getragen ist, und einen Abschnitt, der nicht getragen ist. Der Unterstützungszustand ist nicht gleichmäßig, und eine Biegekraft wirkt auf den Probenbehälter in horizontaler Richtung des Probenbehälters mit dem Vorderende der umgekehrt U-förmigen Öffnung als Drehpunkt. Das traditionelle Verfahren ist es, die Wannendicke zu vergrößern, um die Steifigkeit gegenüber der Biegekraft zu erhöhen. Jedoch hat dieses Verfahren, weil die Dicke ansteigt, den Nachteil einer Erhöhung des Gewichts der Wanne. Die Erhöhung der auf den Rotorkörper und den Probenbehälter selbst einwirkenden Last führt zu dem Problem, dass der Probenbehälter oder der Rotorkörper unter Nutzung von starkem Material stabil gestaltet werden muss, um der auftretenden Last zu widerstehen, und folglich steigt der Produkt-Gesamtpreis an.
Im Übrigen sind die zylindrischen Abschnitte der Wannen der herkömmlichen Probenbehälter glatt und kaum mit einer ungleichmäßigen äußeren Umfangsfläche gebildet. Daher kann der durch den Bediener mit einer Hand gehaltene zylindrische Abschnitt leicht wegrutschen, wenn der Bediener den Deckel öffnet oder schließt. Wenn ein Wegrutschen während des Öffnens und Schließens des Deckels auftritt, kann die erzeugte Schwingung, wenn der Deckel geöffnet wird, auf die Probe übertragen werden, wodurch die Separationsschichten der Probe, die separiert wurde, gestört werden.
Im Hinblick auf den erwähnten Hintergrund stellt die Erfindung eine Zentrifuge und einen Schwenkrotor für die Zentrifuge bereit, welche die Biegesteifigkeit verbessern, während das Gewicht des Probenbehälters verringert wird, um die Deformation während der zentrifugalen Rotation zu minimieren, um eine Verringerung der Belastung zu erreichen.
Die Erfindung stellt weiter eine Zentrifuge und einen Schwenkrotor für die Zentrifuge bereit, die es erleichtern, den Deckel zu öffnen und zu schließen, um so eine Störung der Probe zu vermeiden, wenn der Deckel geöffnet oder geschlossen wird.
Lösung des Problems
Gemäß der Erfindung schließt eine Zentrifuge ein: einen Antriebsteil, der eine Antriebswelle hat; einen Rotorkörper, der an einem Vorderende der Antriebswelle angeordnet ist, und einen Probenbehälter, der eine Drehwelle zum Schwenken einschließt. Der Rotorkörper schließt ein: ein Durchgangsloch, ein Paar von Lagerteilen, die drehbar die beiden Enden der Antriebsachse des Probenbehälters haltern, die im Durchgangsloch angebracht sind, und einen ausgeschnittenen Teil, der auf einer radial äußeren Seite in vertikaler Richtung bezüglich einer Mittenachse des Durchgangslochs gebildet ist. Die Zentrifuge schwenkt durch Rotation des Rotorkörpers den Probenbehälter in einen Zustand, in dem die Drehwelle durch die Lagerteile getragen ist und eine Zentrifugation in einem Zustand ausführt, in dem der Probenbehälter auf einer Wannenaufnahmefläche des Rotorkörpers sitzt. Der Probenbehälter schließt ein: eine Wanne bzw. einen Becher zur Aufnahme eines Behälters, der mit einer Probe zu füllen ist, und einen Deckel zum Verschließen der Wanne und die Drehwelle. Die Wanne schließt eine Sitzfläche ein, die auf dem Rotorkörper während einer Zentrifugenrotation sitzt, und eine Mehrzahl von Nuten aufweist, die sich in einer Längsrichtung auf einer äußeren Umfangsfläche auf einer Bodenseite bezüglich der gekrümmten Sitzfläche der Wanne erstrecken. Durch Bildung der Nuten kann eine Deformation des Probenbehälters infolge der durch die Rotation des Rotors auftretenden zentrifugalen Last unterdrückt und die Belastung reduziert werden. Eine Öffnungsfläche der Nuten schließt einen sich verjüngenden Endteil nahe der Sitzfläche und einen sich verjüngenden Endteil nahe eines Bodens ein.
Gemäß der Erfindung hat eine Querschnittsgestalt der Nuten senkrecht zur Längsrichtung der Nuten eine gekrümmte Oberfläche oder eine V-Form. Die Wanne enthält einen Öffnungsteil, die auf einer Unterseite bezüglich des Öffnungsteils gebildete Sitzfläche, eine parallele Oberfläche, die einen im Wesentlichen konstanten äußeren Durchmesser hat und den Boden, der ein Vorderende der parallelen Oberfläche schließt. Die Sitzfläche und eine äußere Oberfläche der parallelen Oberfläche sind durch eine sich verjüngende Fläche verbunden, die einen Außendurchmesser hat, der graduell von der Sitzfläche zur parallelen Oberfläche hin abnimmt. Die Nuten sind so gebildet, dass sie sich von einem Teil der sich verjüngenden Fläche durch die äußere Oberfläche der parallelen Oberfläche erstrecken. Die Nuten können so gebildet sein, dass sie für 1/2 oder mehr einer Länge der sich verjüngenden Fläche und für 1/2 oder mehr einer Länge der parallelen Oberfläche jeweils von einem Grenzbereich zwischen der sich verjüngenden Fläche und der parallelen Oberfläche zusammenhängend bzw. kontinuierlich sind.
Gemäß der Erfindung ist eine Weite der Nuten in einer Seitenansicht der Wanne in einem Teil nach der Sitzfläche groß und in einem Teil nahe dem Boden klein. Die Wanne ist integral mit einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Es sind vier oder mehr Nuten in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung der Wanne gebildet, ohne einander zu stören.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Erfindung kann eine partielle Verformung des Probenbehälters infolge einer ungleichmäßigen Lagerung der Wannensitzfläche unterdrückt werden, und folglich kann die auf den Probenbehälter wirkende Spannung bzw. Belastung reduziert werden. Daher können die Lebensdauer und Austauschperiode verlängert werden, um eine Kostenreduktion zu erreichen. Weiterhin wird, da die Nuten oder Rippen einen Antirutscheffekt bieten, die Wirkung des Erleichterns des Öffnens und Schließens des Deckels erreicht.
Die oben erwähnten und andere neue Merkmale der Erfindung können anhand der Beschreibung und der Figuren unten verstanden werden.
Figurenliste

1 ist eine Längsschnittdarstellung, die den Gesamtaufbau der ersten Ausführungsform der Zentrifuge gemäß der Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht des Rotorkörpers 20 aus 1.
3 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Teils A-A der 2.
4 ist eine perspektivische Darstellung, die den äußeren Aufbau des Probenbehälters 30 nach 1 zeigt.
5 ist eine Längsschnittdarstellung des Probenbehälters 30 nach 1.
6 ist eine Darstellung, die den Probenbehälter 30 im geschwenkten Zustand bezüglich des Rotorkörpers 20 nach 1 zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Aussehen der Wanne 51 des Probenbehälters 30 nach 4 zeigt.
8 ist eine Längsschnittdarstellung der Wanne 51 des Probenbehälters 30 nach 7.
9 ist eine Ansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Bearbeitung der Nut 80 der Wanne 51.
10(1) ist eine Ansicht zur Darstellung der Positionsbeziehung zwischen der Spannungsentlastungsfläche 55a und der Nut 80 der Wanne 51.
10(2) ist eine Querschnittsdarstellung des Teils B-B aus 9.
11 ist eine perspektivische Ansicht der Wanne 151 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und die Wiederholung von Erläuterungen wird vermieden. Darüber hinaus sind in dieser Beschreibung die vertikale und horizontale Richtung, Achsenrichtung und Längsrichtung auf die in den Figuren gezeigten Richtungen bezogen.
Eine Zentrifuge 1 ist in einem kastenförmigen Gehäuse 2 aufgenommen, das aus Blech oder Kunststoff gefertigt ist, und das Innere des Gehäuses 2 ist durch eine horizontale Teilungsplatte 3 in einen oberen Raum und einen unteren Raum unterteilt. Eine Schutzwand 4 ist innerhalb des oberen Raumes angeordnet. Die Schutzwand 4 und eine Tür 5 definieren eine Dekompressionskammer 7, in der eine Schale bzw. Schüssel 6 aufgenommen ist. Durch Schließen der Tür 5 wird die Dekompressionskammer 7 durch eine (nicht gezeigte) Türdichtung abgedichtet. Die Schale 6 hat eine zylindrische Gestalt, die auf der Oberseite offen und auf der Bodenseite im Wesentlichen geschlossen ist. Ein Rotorkörper 20, an dem eine Mehrzahl von Probenbehältern 30 in schwenkbarer Weise angeordnet ist, ist in einem Innenraum (einer Rotorkammer 8) der Schale 6 angeordnet.
Der Rotorkörper 20 ist drehbar um eine Antriebswelle 14, die als Drehwelle dient, und hält und dreht die Mehrzahl von Probenbehältern 30 mit hoher Geschwindigkeit. Die Antriebswelle 14 wird durch einen Motor 17 gedreht, der in einem Antriebsteil 15 untergebracht ist, und die Rotation des Motors 17 wird durch eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert. Wenn der Rotorkörper 20 rotiert, werden die Probenbehälter 30 durch die Zentrifugalkraft in die Richtung, in der die Zentrifugalkraft wirkt (radial nach außen, gesehen von der Rotationsachse), geschwenkt (gedreht), um die Mittenachse der Probenbehälter 30 aus der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung zu bringen. Der Rotorkörper 20 rotiert bei hoher Geschwindigkeit, während er die zu separierende Probe hält. 1 stellt einen Zustand dar, in dem der Rotorkörper 20 gestoppt und die Mittenachse des Probenbehälters 30 in vertikaler Richtung ist. Eine Zentrifuge, die den Rotorkörper 20 usw. diese Ausführungsform nutzt, ist die sogenannte Ultrazentrifuge, die mit einer maximalen Rotationsgeschwindigkeit von beispielsweise 100000 min^-1 oder mehr rotiert. In dem durch die Teilungsplatte 3 im Gehäuse 2 abgetrennten unteren Raum ist der Antriebsteil 15 an der Teilungsplatte angebracht, und der als Antriebsquelle dienende Motor 17 ist in einem Gehäuse 16 des Antriebsteils 15 aufgenommen. Die Antriebswelle 14 erstreckt sich vertikal oberhalb des Motors 17 und geht durch die Schale 6 hindurch, um in die Rotorkammer 8 zu verlaufen. Der Rotorkörper 20 ist abnehmbar am oberen Ende der Antriebswelle 14 angebracht.
Die Dekompressionskammer 7 ist so aufgebaut, dass sie durch die Tür 5 abgedichtet wird. In einem Zustand, in dem die Tür 5 geöffnet ist, kann der Rotorkörper 20 in der Rotorkammer 8 in der Schale 6 über eine obere Öffnung 18 installiert oder hieraus entnommen werden. Eine Öldiffusions-Vakuumpumpe 9 und eine Ölrotations-Vakuumpumpe 10 sind in Reihe geschaltet, um als Vakuumpumpe zum Absaugen der Luft aus der Dekompressionskammer 7 zu dienen und ein Vakuum (eine Dekompression) zu schaffen. Das heißt, eine Vakuumabsaugöffnung 11, die auf der Schutzwand 4 gebildet ist, welche die Dekompressionskammer 7 definiert, und ein Absauganschluss der Öldiffusions-Vakuumpumpe 9 sind durch eine Vakuumleitung 7 verbunden, und eine Auslassöffnung der Öldiffusions-Vakuumpumpe 9 und ein Absauganschluss der Ölrotations-Vakuumpumpe 10 sind durch eine Vakuumleitung 13 verbunden. Da die Öldiffusions-Vakuumpumpe 9 während der Dekompression in der Dekompressionskammer 7 kein Vakuum aus dem Atmosphärendruck ziehen kann, wird die Erzeugung des Vakuums zuerst durch die Ölrotations-Vakuumpumpe 10 ausgeführt. Dann, wenn die Öldiffusions-Vakuumpumpe 9 arbeitet, wird die Dekompressionskammer 7 durch die Öldiffusions-Vakuumpumpe 9 und die Ölrotations-Vakuumpumpe 10 einer Dekompression unterzogen. Darüber hinaus schließt die Öldiffusions-Vakuumpumpe 9 einen Kessel zur Aufnahme von Öl, einen Heizer zum Heizen des Kessels, eine Düse zum Einspritzen der durch den Kessel verdampften Ölmoleküle in eine bestimmte Richtung und einen Kühlteil zum Kühlen der verdampften Ölmoleküle zur Verflüssigung der verdampften Ölmoleküle ein.
Eine (nicht gezeigte) Kühleinrichtung zum Halten des Inneren der Rotorkammer 8 bei einer gewünschten niedrigen Temperatur ist mit der Schale 6 verbunden. Während der Zentrifugenrotation wird das Innere der Rotorkammer 8 unter Steuerung durch eine Steuereinrichtung unter eingestellten Umgebungsbedingungen gehalten. Ein Bedienanzeigeteil 19 für den Nutzer zur Eingabe von Bedingungen, wie etwa der Rotationsgeschwindigkeit und Zentrifugationszeit des Rotors, und zum Anzeigen verschiedener Arten von Information ist auf einer Seite (der rechten Seite) der Tür 5 angeordnet. Das Bedienanzeigeteil 19 ist beispielsweise eine Kombination aus einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und Betätigungsknöpfen, oder ein Touchscreen.
2 ist eine Draufsicht des Rotorkörpers 20 und stellt einen Zustand dar, in dem die Mehrzahl von Probenbehältern 30 jeweils in Durchgangslöcher 21 eingesetzt sind. Der Rotorkörper 20 hat, von oben gesehen, eine im Wesentlichen kreisförmige Außenform und hat einen Grundkörper mit einem Durchmesser von etwa 100 bis 300 mm, in dem sechs Durchgangslöcher 21, die einen Durchmesser von etwa 20 mm bis weniger als 50 mm haben, gebildet sind. Die Probenbehälter 30 sind von oben nach unten jeweils in die Durchgangslöcher 21 installiert. Der Probenbehälter 30 ist mit einer Drehwelle 40 versehen, die sich in einer Richtung senkrecht zur Mittenachse des Probenbehälters 30 erstreckt. Der Probenbehälter 30 ist im Durchgangsloch 21 in einer Weise untergebracht, dass die Längsrichtung der Drehwelle 40 in Umfangsrichtung weist. Die sechs Durchgangslöcher 21, von denen jedes ein zylindrisches Loch ist, welches von der Oberseite nach der Unterseite hindurchgeht, sind in gleichen Abständen angeordnet, wobei die Mittenpositionen der Durchgangslöcher jeweils um 60° in Umfangsrichtung beabstandet sind. Der Durchmesser des Lochs ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Probenbehälters 30. Zwei Drehwellen-Eingriffsnuten 22, die um etwa 180° in Umfangsrichtung der Innenwand jedes Durchgangslochs 21 versetzt sind, sind ausgebildet. Die Drehachsen-Eingriffsnuten 22 erstrecken sich in axialer Richtung von der oberen Öffnung des Durchgangslochs bis zur Mitte des Durchgangslochs 81 nach unten, ohne die untere Öffnung zu erreichen. Die Drehwellen-Eingriffsnuten 22 dienen als Halte- oder Lagerteile zum Haltern zweier Enden der Drehwelle40 des Probenbehälters 30. Die Länge der Drehwelle 40 ist geringfügig größer als der Durchmesser des Durchgangslochs 21. Dementsprechend werden, wenn die Positionen der beiden Enden der Drehwelle 40 nicht mit den Positionen der Drehwellen-Eingriffsnuten 22 übereinstimmen, die beiden Enden der Drehwelle 40 in Kontakt mit dem oberen Ende des Durchgangslochs 21 sein und bewirken, dass der Probenbehälter 30 nicht in eine vorbestimmte Position im Durchgangsloch 21 eingesetzt werden kann.
Wenn der Probenbehälter 30 von der Oberseite des Durchgangslochs 21 nach unten hin eingesetzt wird, mit den beiden Enden der Drehwelle 40 längs der Drehwellen-Eingriffsnuten 22 ausgerichtet, werden zwei Seiten der Drehwelle 40 durch die unteren Enden der Drehwellen-Eingriffsnuten 22 gehalten, so dass der Probenbehälter 30 gehalten wird und nicht herabfällt. Weil die Schwenkrichtung des Probenbehälters 30 in einer Ebene senkrecht zur Drehwelle 40 liegt, ist der zwischen der Drehwelle 40 und der Ebene gebildete Winkel etwa 90°. Da es außerdem nötig ist, dass die die Schwenkrichtung enthaltende Ebene mit der Richtung der Zentrifugalkraft zusammenfällt, geht die Ebene durch die Drehachse (das Drehzentrum) der Antriebswelle 14 (1) hindurch. Darüber hinaus kann die äußere Kantenform des Rotorkörpers 20, von oben gesehen, im Wesentlichen kreisförmig sein. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch, um die Masse zu reduzieren, ein ausgeschnittener Teil zur Aufnahme der Wanne senkrecht zur Drehachse des Durchgangslochs 21 auf der radial äußeren Seite gebildet (siehe den Wannenaufnahmeteil 24 der 3). Weiterhin ist ein Ausnahmeabschnitt zur Reduzierung der Dicke da gebildet, wo das Durchgangsloch 21 des Rotorkörpers 20 nicht gebildet ist, d.h. in dem mit dem Pfeil 23 bezeichneten Abschnitt.
3 ist eine Querschnittsansicht längs A-A in 2 und stellt einen Zustand dar, wo der Rotorkörper 20 angehalten ist und die Längsrichtung des Probenbehälters 30 in vertikaler Richtung liegt. Ein Montageteil 20a ist auf dem Rotorkörper 20 auf der Unterseite in Richtung der Drehwelle so ausgebildet, dass er auf einem Kranz sitzt, der auf dem Vorderende der Antriebswelle 14 angeordnet ist (sh. 1). Da zwei Enden der Drehwelle 40 in Kontakt mit den unteren Enden der Drehwellen-Eingriffsnuten 22 sind, wird der Probenbehälter 30 in der in der Figur gezeigten Position gehalten und fällt nicht vom Rotorkörper 20 herab. Zu diesem Zeitpunkt ist der Probenbehälter 30 nicht in Kontakt mit dem Rotorkörper 20, außer in den zwei Endabschnitten der Drehwelle 40. Wenn der Motor 17 (sh. 1) gestartet ist, um den Rotorkörper 20 aus diesem Zustand zu drehen, wird der Probenbehälter 30 durch die Zentrifugalkraft, mit der Längsrichtung der Drehwelle 40 als Drehachse, radial nach außen geschwenkt (gedreht). Das Schwenken des Probenbehälters 30 dauert an, bis die Längsrichtung des Probenbehälters 30 horizontal (flach) wird. Der Wannenaufnahmeteil 24, d.h. der halbzylindrische Teil, der durch Ausschneiden eines Teils des unteren Endes des Rotorkörpers 20 an der äußeren Umfangsseite gebildet ist, ist so gebildet, dass das Schwenken des Probenbehälters 30 durch den Rotorkörper 20 nicht behindert wird. Der Wannenaufnahmeteil 24 ist ein Raum, der durch Entfernen spezieller Abschnitte gebildet wird, um einen Kontakt zwischen dem Probenbehälter 30 und dem Rotorkörper 20 während des Schwenkens des Probenbehälters 30 zu verhindern.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Probenbehälters 30 von außen zeigt, wobei der Probenbehälter 30 durch Anbringung eines Deckels 31 an eine Wanne 51 gebildet ist, die als Behälterabschnitt dient. Die Wanne 51 wird integral durch spanabhebende Bearbeitung eines Metalls, beispielsweise einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung mit hoher spezifischer Festigkeit, gebildet. Ein Flanschteil 54, das sich in radialer Richtung erstreckt, ist unter einem Öffnungsteil 53 der Wanne 51 gebildet. Der Flanschteil 54 schließt eine sich verjüngende Fläche 54b und eine Sitzfläche 54c ein. Die sich verjüngende Fläche 54b ist glatt mit einem äußeren Kantenteil 54a vom Öffnungsteil 53 verbunden. Die Sitzfläche 54c ist eine geneigte Fläche, die auf der Unterseite des äußeren Kantenteils 54a und zusammenhängend in Umfangsrichtung so gebildet ist, dass sie in Kontakt mit einer Seitenwandfläche (Wannenaufnahmefläche 25) des Wannenaufnahmeteils 54 des Rotorkörpers 20 steht. Die sich verjüngende Fläche 54b hat einen Durchmesser, der graduell vom Flanschteil 54 zum Öffnungsteil 53 darüber abfällt. Die Form der sich verjüngenden Fläche 54b kann relativ frei gestaltet werden. Die Sitzfläche 54c ist jedoch der Abschnitt, der die Zentrifugal-Last des Probenbehälters 30 aufnimmt. Es ist daher wichtig, dass die Gestalt des Flanschteils 54 (der Sitzfläche 54c) und der Wannenaufnahmefläche 25 des Rotorkörpers 20 (sh. 3) unter Beachtung der Festigkeit bzw. der Stabilität geeignet gestaltet wird. Darüber hinaus wird durch geeignete Einstellung der Form der Sitzfläche 54c auch dann, wenn der Schwenkzustand des Probenbehälters 30 nicht ideal ist und der Probenbehälter 30 in einen leicht geneigten verdrehten Zustand geschwenkt wird und dies dazu führt, dass eine Seite des Grundkörperteils des Probenbehälters 30 zuerst die Wannenaufnahmefläche 25 trifft, der Probenbehälter 30 durch die Zentrifugal-Last geführt, um die Sitzfläche 54c in eine Position vorteilhaften Kontakts mit der Wannenaufnahmefläche 25 zu bringen. Eine parallele Fläche 56, die gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser hat, ist unterhalb der Sitzfläche 54c gebildet. Die Sitzfläche 54c und die parallele Fläche 56 sind durch eine sich verjüngende Fläche 55 verbunden, die einen Außendurchmesser hat, der sich graduell zum Boden hin verringert. Ein Boden 57 ist auf der Unterseite der parallelen Fläche 56 gebildet. Der Boden 57 ist auf der Außen- und Innenseite in eine halbkugelige Gestalt geschlossen.
Am äußeren Umfangsteil der Wanne 51 ist eine Mehrzahl von Nuten 80 gebildet, die sich in axialer Richtung in gleichen Abständen in Umfangsrichtung erstrecken. Die Nut 80 ist in konkaver Gestalt aus der Außenseite nach innen hin in radialer Richtung ausgenommen. Die Nut 80 erstreckt sich in Längsrichtung von einem Abschnitt der sich verjüngenden Fläche 55 nahe der Sitzfläche 54c über die gesamte äußere Oberfläche der parallelen Fläche 56 in axialer Richtung. Die Kontur einer Öffnungsfläche 80a der Nut 80 hat eine Gestalt, wie durch die fettgedruckte Linie umgeben. Hinsichtlich der Form der Nut 80 hat die Nut 80 eine charakteristische Gestalt, infolge einer Schneidrichtung, wie später in 9 beschrieben. Eine maximale Breite der Nut 80 nahe dem oberen Ende der sich verjüngenden Fläche 55, in Umfangsrichtung gesehen, ist w2. Die Nut 80 hat weiter eine Breite w1 in der parallelen Fläche 56. Die Breiten bzw. Weiten genügen der Beziehung w2 > w1.
Der Deckel 31 funktioniert als Verschlusselement zum Verschließen der Öffnung des Öffnungsteils 53, um den Innenraum abzudichten. Hier ist der Deckel 31 am Öffnungsteil 53 der Wanne 51 durch eine Gewinde-Verbindung angebracht. Jedoch kann der Deckel 31 auch so konfiguriert sein, dass er durch ein Einsetzsystem angebracht wird. Ein Scheibenteil 33 mit Scheibenform, das als Deckelkörper der Wanne 51 dient, ist nahe dem vertikalen Zentrum des Deckels 31 ausgebildet. Ein Zylinderteil 32, der sich nach oben erstreckt, ist auf dem mit zentralen Abschnitt der oberen Oberfläche des Scheibenteils 33 gebildet. Der Zylinderteil 32 ist auf der Oberseite geöffnet, und das untere Ende hiervon ist mit dem Scheibenteil 33 verbunden, um einen geschlossenen Zustand auszubilden. Ein Durchgangsloch 35 ist so gebildet, dass es die zylindrische Fläche des Zylinderteils 32 in horizontaler Richtung durchdringt. Das Durchgangsloch 35 ist nicht einfach ein Langloch, welches sich in einer Richtung erstreckt, in der die Zentrifugal-Last wirkt, sondern hat im Wesentlichen T-Form in der Seitenansicht, mit zwei Langlöchern, die sich in der Umfangsrichtung nahe dem oberen Ende erstrecken. Die Drehwelle 40 ist durch das Durchgangsloch 35 hindurch angeordnet. Zwei Enden der Drehwelle 40 stehen nach außen in radialer Richtung des Zylinderteils 32 aus dem Durchgangsloch 35 vor. Der Deckel 31 ist beispielsweise durch spanabhebende Verformung eines Metalls, wie einer Aluminiumlegierung, hergestellt.
5 ist eine Längsschnittansicht des Probenbehälters 30. Ein Raum, der zur Außengestalt eines Röhrchens 60 konform ist, ist in der Wanne 51 ausgebildet. Der Öffnungsteil 53 zur Bildung einer Öffnung zum Beladen und Entladen des Röhrchens 60 ist im oberen Abschnitt der Wanne 51 ausgebildet. Das Röhrchen 60 ist ein im Wesentlichen zylindrischer Behälter, der beispielsweise aus einem Kunstharz gefertigt ist. Die Länge des Röhrchens 60 in axialer Richtung ist etwa 100 mm, und der Durchmesser des Öffnungsteils ist etwa 25 mm. Eine Probe 61, die ein Ziel für die zentrifugale Trennung ist, wird in das Röhrchen 60 gebracht. Das Röhrchen 60 kann verschiedene Formen und Größen entsprechend der Anwendung der erforderlichen Zentrifugal-Beschleunigung haben. Hier hat das Röhrchen, mit Ausnahme des halbkugeligen Bodenabschnitts, konstanten inneren und äußeren Durchmesser. Entsprechend hierzu, ist der Innendurchmesser der Innenwand der Wanne 51 mit Ausnahme des Bodenabschnitts im Wesentlichen konstant. Entsprechend ist die verjüngte Gestalt der sich verjüngenden Fläche 55 der Wanne 51 nur auf der äußeren Umfangsseite ausgebildet.
Der am Öffnungsteil 53 der Wanne 51 mittels Gewinde angebrachte Deckel 31 bedeckt die Öffnung des Röhrchens 60 und nutzt ein Abdichtelement 43, um den Innenraum der Wanne 51 in einem abgedichteten Zustand zu halten, so dass der Innenraum nicht einer Dekompression unterliegt, wenn die Rotorkammer 8 einer Dekompression unterworfen wird. Ein weibliches Gewinde ist auf der inneren Umfangsseite des Öffnungsteils 53 der Wanne 51 gebildet, während ein männliches Gewindeteil auf der äußeren Umfangsfläche des Installationsteils 34 des Deckels 31 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird der männliche Gewindeteil des Installationsteils 34 auf den weiblichen Gewindeteil des Öffnungsteils 53 geschraubt, um den Deckel 31 an der Wanne anzubringen, um den Innenraum der Wanne 51 mit dem Abdichtelement 43, wie etwa einem O-Ring, angemessen abzudichten. Durch Anbringung des Deckels 31 an der Wanne 51 kann der Probenbehälter 30 mit der Drehwelle 40 als Drehpunkt schwenken. Im Übrigen kann die Beziehung zwischen dem Installationsteil 34 des Deckels 31 und der inneren Umfangsfläche des Öffnungsteils 53 umgekehrt sein, so dass ein Gewindeabschnitt auf der inneren Oberfläche des Installationsteils 34 des Deckels 31 und ein Gewindeabschnitt auf der äußeren Umfangsseite des Öffnungsteils 53 gebildet ist.
Die Drehwelle 40 ist ein Teil, welches durch die Drehwellen-Eingriffsnuten 22 zu lagern ist, die an dem Rotorkörper 20 gebildet sind. Das in zwei Abschnitte unterteilte Element ist schwenkbar durch eine Schwenkachse 38 im longitudinalen Zentrum gehaltert, so dass es um einen kleinen Winkel gebogen werden kann. Außerdem, weil die Schwenkachse 38 eine Presspassung in einem Loch 32a des Zylinderteils 32 hat, fällt die Drehwelle 40 nicht aus dem Durchgangsloch 35 heraus. Eine Mehrzahl von Scheibenfedern 42 ist über der Schwenkachse 38 mittels Abstandshaltern angeordnet. Die Scheibenfedern 42 sind durch eine Einstellschraube 39 in einem zusammengedrückten Zustand fixiert, die sich in radialer Richtung auf der Oberseite der Federscheiben 42 erstreckt. Die Einstellschraube 39 geht durch ein Schraubenloch 37 (siehe 4) hindurch, das im Zylinderteil 32 gebildet ist, und sie ist von der Außenseite des Zylinderteils 32 festgezogen. Die Scheibenfedern 42, die durch die Einstellschraube 39 fixiert sind, üben eine nach unten gerichtete Kraft auf den Mittenabschnitt der Drehwelle 40 aus. Daher dient die Drehwelle 40 dazu, die Last des Probenbehälters 30 zu tragen, bevor der Probenbehälter 30 den geschwenkten Zustand einnimmt.
6 ist eine Längsschnittansicht eines Teils des Rotorkörpers 20 nach 1 in axialer Richtung, wobei der Probenbehälter 30 in gepunkteten Linien den Zustand bezeichnet, wenn der Rotorkörper 20 gestoppt ist, und der Probenbehälter 30 in durchgezogenen Linien den Zustand bezeichnet, wenn der Rotorkörper 20 mit niedriger Geschwindigkeit rotiert. Wegen der Rotation des Rotorkörpers 20 schwenkt der Probenbehälter 30 mit der Drehwelle 40 als Zentrum, wie durch den Schwenkbereich X gezeigt, aus der Position, in der der Rotorkörper 20 angehalten wird, wie mit den gepunkteten Linien bezeichnet, in den Zustand, in dem der Rotorkörper 20 rotiert, wie durch die durchgezogenen Linien bezeichnet. Da die Drehwelle 40 durch die unteren Enden der Drehwellen-Eingriffsnuten 22 gehalten ist, wird, wenn eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit erreicht ist, der gesamte Probenbehälter mit der Drehwelle 40 als Schwenkzentrum geschwenkt, und die Längsrichtung des Probenbehälters 30 wird horizontal, was als horizontaler Zustand bezeichnet wird. 6 stellt einen Zustand der Rotation mit niedriger Geschwindigkeit (z.B. etwa 100-1500 min^-1) dar, unmittelbar nachdem der Probenbehälter 30 in die horizontale Richtung geschwenkt ist. Bei der Rotation mit niedriger Geschwindigkeit unmittelbar nach Erreichen eines solchen horizontalen Zustands ist die auf den Probenbehälter 30 einwirkende Zentrifugal-Last klein. Daher hält die durch die Scheibenfedern 42 ausgeübte Kraft die beiden Drehwellen 40 in Kontakt mit dem Scheibenteil 33. Mit anderen Worten, die Scheibenfedern 42 werden durch die Zentrifugal-Last, die im Zustand der Rotation mit niedriger Geschwindigkeit unmittelbar nachdem der Probenbehälter in den horizontalen Zustand geschwenkt ist, einwirkt, kaum gebogen. Wenn der Probenbehälter 30 in einen Zustand geschwenkt ist, wo die beiden Drehwellen 40 in gerader Linie gehalten werden, sind die Sitzfläche 54c des Flanschteils 54 und die Wannenaufnahmefläche 25 des Wannenaufnahmeteils 24 in einer Positionsbeziehung, in der sie nicht in Kontakt miteinander sind. Hierdurch hat der Probenbehälter 30 keinen Kontakt mit irgendeinem Teil des Rotorkörpers 20, wenn er im Schwenkbereich X geschwenkt ist, und er kann daher frei schwenken.
Wenn der Probenbehälter 30 in einen vollständig horizontalen Zustand geschwenkt ist, und wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotorkörpers 20 weiter erhöht wird, so dass der Rotorkörper 20 bei hoher Geschwindigkeit rotiert, wird die Zentrifugal-Last der Wanne 51, des Deckels 31, des Röhrchens 60 und der in das Röhrchen 60 gefüllten Probe 61 der Drehwelle 40 hinzugefügt, die die Zentrifugal-Last des Probenbehälters 30 trägt. Die Scheibenfedern 42, die die Drehwelle 40 lagern, werden gebogen, und die beiden Drehwellen 40 werden am Verbindungsteil nahe dem Zentrum gebogen. Folglich bewegt sich der gesamte Probenbehälter 30, außer der Drehwelle 40, weiter in die Richtung des Pfeils 63 (der äußeren Umfangsseite) aus der gezeigten Position, und die Wannenaufnahmefläche 25 und die Sitzfläche 54c der Wanne 51 nähern sich zunehmend einander an und erreichen schließlich einen Zustand vorteilhaften Flächenkontakts. Dieser Flächenkontaktzustand wird bei dieser Ausführungsform als „Sitzen“ bezeichnet. Die Rotationsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Sitzens beträgt beispielsweise etwa 500-2000 min^-1, und der Bereich des Flächenkontakts ist der Kontaktabschnitt zwischen der Wannenaufnahmefläche 25 und der Sitzfläche 54c des Probenbehälters 30. Aus diesem Grunde kann, während die Oberseite der Sitzfläche 54c in vollem Kontakt sein, kann die Unterseite nur in partiellem Kontakt sein, weil die Wannenaufnahmefläche 25 mit der Öffnung zur Vermeidung des Wannenkörpers (der sich verjüngenden Fläche 55 oder der parallelen Fläche 56 der Wanne 51) gebildet ist. Daher hat die Sitzfläche der Wanne 51 einen Abschnitt, der durch den umgekehrt U-förmigen Bereich unterstützt ist, und einen Abschnitt, der nicht unterstützt ist, und der Unterstützungszustand der Wanne 51 wird ungleichmäßig. Im Ergebnis wird eine Biegespannung auf die Wanne 51 in Längsrichtung mit dem Vorderende der umgekehrt U-förmigen Öffnung als Drehpunkt ausgeübt. Es ist daher vorteilhaft, die Dicke der Wanne 51 zu erhöhen, um die Biegespannung aufzufangen, dies wird aber zu einer Gewichtserhöhung führen. Daher ist bei dieser Ausführungsform, während die Dicke der sich verjüngenden Fläche 55 oder der parallelen Fläche 56 unter dem Flanschteil 54 (auf der Bodenseite) der Wanne 51 auf der radial äußeren Seite reduziert ist, eine Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten 80 auf der äußeren Umfangsfläche gebildet, um eine Erhöhung des Gesamtgewichts zu verhindern und zugleich die Steifigkeit der Wanne 51 zu verbessern.
7 ist eine perspektivische Darstellung, die das äußere Erscheinungsbild der Wanne 51 nach 4 zeigt. Das obere Ende des Öffnungsteils 53 ist eine kreisförmige Öffnung 53a. Der Abstand oder die Nutlänge der Nut 80 der Wanne 51, die sich verjüngende Gestalt eines oberen Endes 80b und eines unteren Endes 80c der Nut 80 oder die Querschnittsform im Querschnitt senkrecht zur Achsenrichtung (insbesondere der Radius der gekrümmten Oberfläche) können gemäß den Anforderungen an die Wanne 51 (beispielsweise die maximale Rotationsgeschwindigkeit die Größe oder Gestalt des Röhrchens 60, das darin aufzunehmen ist, usw.) oder dem anzunehmenden Belastungszustand eingestellt werden. Hier ist eine Mehrzahl von Nuten 80 mit gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet, so dass die Wanne 51 leicht zu greifen ist und nicht leicht rutscht, wenn der Deckel 31 angebracht oder entfernt (geschlossen oder geöffnet) wird. Daher kann auch das Drehen bzw. Schwenken erleichtert werden.
8 ist eine perspektivische Längsschnittdarstellung der Wanne 51 nach 7. Üblicherweise ist es erforderlich, die Dicke 81 des hohlzylindrischen Teils der Wanne 51 zu vergrößern, um die Biegesteifigkeit der Wanne 51 bezüglich der Längsrichtung zu verbessern. In einem solchen Fall ist es, da ein Innendurchmesser 82 durch das zu verwendende Röhrchen 60 definiert ist, schwierig, die Größe zu ändern. Was veränderbar ist, ist der Außendurchmesser 83. Eine Erhöhung des Außendurchmessers 83 wird die Dicke erhöhen. Die Erhöhung des Außendurchmessers 83 wird in einem Anstieg des Gewichts des Probenbehälters 30 resultieren. Jedoch ist es durch Einstellung der Gestalt (des Radius' der gekrümmten Oberfläche der Querschnittsgestalt) der Nut 80 oder der Tiefe des tiefsten Teils der Nut 80 zur Einstellung des Gewichts der Wanne 51 auf das gleiche Niveau wie vor der Änderung möglich, die Steifigkeit des Probenbehälters 30 gegenüber Verbiegen zu verbessern, ohne die auf den Rotorkörper 20 einwirkende Last zu ändern. Die Tiefe der Nut 80 wird kleiner als die Dicke 81 nahe der parallelen Fläche 56 eingestellt. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform eine Spannungsentlastungsfläche 55a nahe dem Verbindungsteil der Sitzfläche 54d des Flanschteils 54 und der sich verjüngenden Fläche 55 gebildet. Die Spannungsentlastungsfläche 55a hat einen kleinen Krümmungsradius in der Querschnittsdarstellung, wie in 8 zu erkennen, um eine partielle Konzentration der Biegespannung zu verhindern. Die Spannungsentlastungsfläche 55a wird später unter Bezugnahme auf 10(1) und 10(2) beschrieben.
9 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Verfahrens zur Bearbeitung bzw. Herstellung der Nut 80 der Wanne 51. Zuerst wird eine Wanne 51 ohne die Nuten 80 durch ein Bearbeitungsverfahren gebildet, das dem herkömmlichen Verfahren entspricht, und in diesem Zustand wird eine (nicht gezeigte) Fräs- bzw. Bohrmaschine an der Wanne 51 benutzt, um die Nuten 80 zu bilden. Zuerst wird die Wanne 51 durch ein Fixierungswerkzeug (nicht gezeigt) so fixiert, dass sie sich nicht dreht, und ein Kugelkopffräser 90 wird an die Wanne 51 in Richtung des Pfeils 91a angenähert. Der Kugelkopffräser 90 hat ein halbkugelförmiges Vorderende mit einem Radius r₁ und wird benutzt, um die Nut 80 auszuschneiden, die hier eine gekrümmte Oberfläche hat. Der Kugelkopffräser 90 wird in Richtung des Pfeils 91a bewegt, und wenn der Kugelkopffräser 90 die Wanne 51 in einem Maß schneidet, dass der Abstand von der Mittenachse der Wanne 51 zum Vorderende 90a des Kugelkopffräsers 90 einen vorbestimmten Wert r₃ erreicht, wird der Kugelkopffräser 90 in Richtung des Pfeils 91b bewegt, wobei der Abstand r₃ beibehalten wird. Wenn der Kugelkopffräser 90 aus der Position des Kugelkopffräsers 90 weiter zum Boden hin bewegt wird, wie durch die gepunkteten Linien dargestellt und durch den Pfeil 91c gezeigt, wird eine Endform der Nut 80 an der Bodenseite (dem unteren Ende 80c nach 7) ausgebildet. Somit wird die Nut 80 durch Bewegen des Kugelkopffräsers 90 in Richtung vom Pfeil 91b nach 91c ohne Änderung des Abstands r₃ zwischen dem Vorderende 90a des Kugelkopffräsers 90 und der Mittenachse der Wanne 51 gebildet. Die Nut 80 wird bevorzugt zusammenhängend für 1/2 oder mehr der Länge der sich verjüngenden Fläche 55 und 1/2 oder mehr der Länge der parallelen Fläche 56 jeweils vom Grenzbereich zwischen der sich verjüngenden Fläche 55 und der parallelen Fläche 56 gebildet. Hierbei hat die Nut 80, beruhend auf der Grenze zwischen der sich verjüngenden Fläche 55 und der parallelen Fläche 56, eine Länge von etwa 85% auf der Seite der sich verjüngenden Fläche 55 und ist über die gesamte Fläche auf der Seite der parallelen Fläche 56 gebildet. Im Ergebnis ist die Öffnung der Nut 80 nahe dem sich verjüngenden Teil breit, und die Öffnung der Nut 80 auf der parallelen Fläche ist schmaler als im sich verjüngenden Teil. Darüber hinaus ist, weil der Boden 57 sich nach unten in eine halbkugelige Form verengt, die Öffnungsgestalt des Endes der Nut 80 im Wesentlichen halbkreisförmig. Somit ist die Öffnungsfläche 80a, deren Kontur eine Kombination aus gekrümmten Linien und geraden Linien auf der Nut 80 gebildet. Das obere Ende 80b (siehe 7) und das untere Ende 80c haben jeweils eine sich verjüngende Form, wobei das Vorderende sich in eine halbkugelige Form verengt. Der Schneidprozess der Nut 80 wird mehrere Male in gleichen Abständen in Umfangsrichtung wiederholt, um eine Mehrzahl von Nuten 80 (hier 12) zu bilden.
Auf der Wanne 51 ist die Spannungsentlastungsfläche 55a, die einen kleinen Krümmungsradius hat, direkt unterhalb der Sitzfläche 54c (der Seite des Bodens 57) gebildet. Die Wanne 51 hat einen konstanten Innendurchmesser, mit Ausnahme des Bodenabschnitts. Bezüglich des Außendurchmessers ist, obgleich der Außendurchmesser in der parallelen Fläche 56 konstant ist, in der sich verjüngenden Fläche 55 eine sich verjüngende Form ausgebildet, derart, dass der Außendurchmesser von der Oberseite auf der Seite des Öffnungsteils 53 zur unteren Seite hin (der Seite des Bodens 57) geringfügig abnehmend. Die Spannungsentlastungsfläche 55a ist auch ein Teil der sich verjüngenden Fläche 55. Hier ist es wichtig, dass die Position zur Ausführung des Schneidvorgangs unter Nutzung des Kugelkopffräsers 90 (insbesondere ein Startpunkt, gesehen in axialer Richtung der Wannenmittenachse) eingestellt wird. Als nächstes wird die Positionsbeziehung zwischen einem Schneide-Startpunkt und einem Schneide-Endpunkt unter Bezugnahme auf 10(1) und 10(2) erläutert.
10(1) ist eine Ansicht zur Darstellung der Positionsbeziehung zwischen der Spannungsentlastungsfläche 55a und der Nut 80 der Wanne 51. Es wird eine Bearbeitung der Spannungsentlastungsfläche 55a zur Bildung einer gekrümmten Oberfläche unter Einsatz eines Schaftfräsers (93) als ein Prozess vor der Bearbeitung der Nut 80 ausgeführt. Hier wird der Schaftfräser 93 mit einem Radius r₂ so positioniert, dass dessen Längsrichtung in einer Richtung senkrecht zur Mittenachse der Wanne 51 weist, und die Wanne 51 wird unter Drehen um die Mittenachse geschnitten, um die Spannungsentlastungsfläche 55a zu bilden. Da die Spannungsentlastungsfläche 55a, die eine gekrümmte Oberfläche ist, den Rotorkörper 20 nicht berührt, wird sie bevorzugt so gebildet, dass die Grenz- bzw. Übergangsfläche zwischen der Sitzfläche 54c und der Spannungsentlastungsfläche 55a eine kontinuierliche Oberfläche ist. Eine Bearbeitung der Sitzfläche 54c und die Bearbeitung der Spannungsentlastungsfläche 55a können nahe der Übergangsfläche zwischen der Sitzfläche 54c und der Spannungsentlastungsfläche 55a überlappen. Dann wird die Bildung der Nuten 80 unter Einsatz des Kugelkopffräsers 90 ausgeführt. Deren Bildung besteht darin, dass die Achse des Kugelkopffräsers 90 in radialer Richtung der Wanne 51 angenähert wird. Die Position des Kugelkopffräsers 90 gemäß 10(1) bezeichnet die Schneide-Start-Position. Da die Vorderendposition des Kugelkopffräsers 90 in dieser Schneide-Start-Position geringfügig beabstandet von der Sitzfläche 54c ist, wird keine Bearbeitung der Sitzfläche 54c ausgeführt. Mit anderen Worten, die Nut 80 ist nicht auf der Sitzfläche 54c gebildet und bleibt innerhalb des Bereichs der sich verjüngenden Fläche 55. Weiterhin wird die Nut 80 hier gebildet, um die Spannungsentlastungsfläche 55a auszulassen. Es kann aus 10(1) verstanden werden, dass bezüglich der Außenkontur der Wanne 51, die Tiefe der Bodenfläche der Nut 80 von der Oberfläche der sich verjüngenden Fläche 55 sich ändert, während die Tiefe von der Oberseite der Nut 80 in der parallelen Fläche 56 ein konstanter Wert d ist. Die Querschnittsgestalt der Nut 80 (der B-B-Querschnitt in 9), wie oben gebildet, ist in 10(2) gezeigt. Hier ist die Dicke des tiefsten Teils der Nut 80 und der Innenwand t₂, und die Dicke eines Abschnitts 84, wo die Nut 80 nicht gebildet ist, ist t₁, wobei gilt: t₁>t₂. Angesichts dessen, dass die Dicke der herkömmlichen Wanne t ist, kann, wenn die Beziehung t₁>t>t₂ eingehalten wird und das Gewicht der Wanne 51 im Wesentlichen gleich demjenigen der herkömmlichen Wanne gemacht wird, die Biegesteifigkeit der Wanne 51 signifikant erhöht werden.
Bei dieser Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, die Wanne 51 des Probenbehälters 30 integral geformt, wobei die Nuten 80 für eine vorbestimmte Länge in Längsrichtung der zylindrischen Oberfläche vorgesehen sind. Daher kann eine partielle Deformation des Probenbehälters 30 infolge ungleichmäßiger Unterstützung der Probenaufnahmefläche 25 unterdrückt werden, und daher ist es möglich, die durch die Biegung der Wanne 51 bewirkte Belastung bzw. Spannung zu reduzieren. Außerdem erlaubt es das Vorsehen der Nuten 80 auf der äußeren Umfangsfläche der Wanne 51 dem Bediener, die Wanne 51 leicht zu greifen, und es verhindert ein Rutschen der Wanne 51, so dass auch der Effekt des Erleichterns des Öffnens und Schließens des Deckels 31 erreicht werden kann. Weiterhin kann die auf den Rotorkörper 20 oder den Probenbehälter 30 einwirkende Last verringert werden. Somit kann die Lebensdauer des Rotorkörpers 20 und des Probenbehälters 30 verlängert werden, was die laufenden Kosten reduziert.
Ausführungsform 2
Als nächstes wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. In 11 ist, anders als bei der ersten Ausführungsform, eine Mehrzahl von Rippen 180 mit konvexer Gestalt auf der zylindrischen Oberfläche einer Wanne 151 angeordnet. Es ist zu erwarten, dass es schwierig sein wird, eine solche Form maschinell herzustellen. Es ist daher bevorzugt, diese Form integral durch Gießen oder Warmverformen zu bilden. In diesem Falle sind, im Vergleich zur Wanne 51 der ersten Ausführungsform, statt den Außendurchmesser geringfügig zu reduzieren, um die Dicke zu verringern (Äquivalent zu 81 nach 8), die Rippen 180 vorgesehen, um das Gewicht des Probenbehälters 30 zu reduzieren und die Biegesteifigkeit zu verbessern. Die Rippen 180 sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung der Wanne 151 angeordnet, und sie sind so angeordnet, dass benachbarte Rippen sich nicht stören. Hier sind zwölf Rippen 180 gebildet. Die Form des Vorderendes der konvexen Rippe 180 (ein oberes Ende 180b und ein unteres Ende 180c) ist eine kontinuierlich gekrümmte Oberfläche, gesehen in Querschnittsrichtung senkrecht zur Rippe 180. Jedoch erreicht eine kontinuierliche rechteckige oder polygonale Gestalt den gleichen Effekt. Eine vertikale Querschnittsform der Rippe 180 kann eine kontinuierlich gekrümmte oder polygonale Form sein. Durch Bildung der Rippen 180 auf diese Weise ist es möglich, die durch die Biegung der Wanne 151 bewirkte Spannung zu reduzieren. Außerdem ist es mit den Rippen 180 leicht, die Wanne 151 zu greifen, und sie rutscht nicht leicht. Daher kann auch der Effekt des Erleichterns des Öffnens und Schließens des Deckels 31 erzielt werden.
Obwohl die Erfindung oben beruhend auf Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte die Erfindung nicht auf die erwähnten Ausführungsformen beschränkt gedacht werden, und es können verschiedene Abwandlungen gemacht werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die Anzahl der Nuten 80 oder der Rippen 180 wunschgemäß gewählt werden, solange es mehrere sind. Darüber hinaus kann relativ frei bestimmt werden, wie lange die Nuten 80 oder die Rippen 180 in axialer Richtung der Wanne zu bilden sind, wenn sie nicht die Sitzfläche 54c stören. Weiterhin wird bei der obigen Ausführungsform der Kugelkopffräser 90 benutzt, um die Nuten 80 zu bilden. Das Gestaltverfahren ist jedoch hier auf nicht beschränkt und es können auch andere Schneidwerkzeuge benutzt werden, um diese Bearbeitung auszuführen, oder das Bearbeitungsverfahren der Wanne 51 zur Bildung der Nuten oder Rippen kann geändert werden. Die Querschnittsgestalt senkrecht zur Längsrichtung der Nuten kann V-förmig oder U-förmig sein. Außerdem können die Nuten beginnend von einer Position gebildet werden, die von der Spannungsfläche 55a entfernt liegt, wie etwa einem im Wesentlichen mittleren Teil der sich verjüngenden Oberfläche 55.

Claims

Zentrifuge (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: einen Antriebsteil (15), der eine Antriebswelle (14) aufweist; einen Rotorkörper (20), der auf einem Vorderende der Antriebswelle (14) angeordnet ist; und einen Probenbehälter (30), der eine Drehwelle (40) zum Schwenken aufweist, wobei der Rotorkörper (20) ein Durchgangsloch (21), ein Paar von Lagerteilen (22), die drehbar die beiden Enden der Drehwelle (40) des Probenbehälters (30) haltern, die im Durchgangsloch (21) angebracht sind, und einen ausgeschnittenen Teil aufweist, der auf einer radial äußeren Seite in vertikaler Richtung bezüglich einer Mittenachse des Durchgangslochs (21) gebildet ist, die Zentrifuge (1) durch Rotation des Rotorkörpers (20) den Probenbehälter (30) in einen Zustand schwenkt, in dem die Drehwelle (40) durch die Lagerteile (22) getragen ist und eine Zentrifugation in einem Zustand ausführt, in dem der Probenbehälter (30) auf einer Wannenaufnahmefläche (25) des Rotorkörpers (20) sitzt, der Probenbehälter (30) eine Wanne (51) zur Aufnahme eines Behälters, der mit einer Probe (61) zu füllen ist, und einen Deckel (31) zum Verschließen der Wanne (51) aufweist und die Drehwelle (40) aufweist und die Wanne (51) eine Sitzfläche (54c), die auf dem Rotorkörper (20) während einer Zentrifugenrotation sitzt, und eine Mehrzahl von Nuten (80) aufweist, die sich in einer Längsrichtung auf einer äußeren Umfangsfläche auf einer Bodenseite bezüglich der Sitzfläche (54c) der Wanne (51) erstrecken.
Zentrifuge nach Anspruch 1, wobei eine Öffnungsfläche (80a) der Nuten (80) einen sich verjüngenden Endteil nahe der Sitzfläche (54) und einen sich verjüngenden Endteil nahe einem Boden (57) aufweist.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Querschnittsgestalt der Nuten (80) senkrecht zur Längsrichtung der Nuten (80) eine gekrümmte Oberfläche oder eine V-Form hat.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 3, wobei die Wanne (51) einen Öffnungsteil (53), die auf einer Unterseite bezüglich des Öffnungsteils (53) gebildete Sitzfläche (54c), eine parallele Oberfläche (56), die einen im Wesentlichen konstanten äußeren Durchmesser hat, und einen Boden (57) hat, der ein Vorderende der parallelen Oberfläche (56) schließt, wobei die Sitzfläche und eine äußere Oberfläche der parallelen Oberfläche (56) durch eine sich verjüngende Oberfläche (55) verbunden sind, die einen Außendurchmesser hat, der graduell von der Sitzfläche (54) zur parallelen Oberfläche (56) hin abnimmt, und die Nuten (80) so gebildet sind, dass sie sich von einem Teil der sich verjüngenden Fläche (55) durch die äußere Oberfläche der parallelen Oberfläche (56) erstrecken.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 4, wobei die Nuten (80) so gebildet sind, dass sie für 1/2 oder mehr einer Länge der sich verjüngenden Oberfläche (55) und für 1/2 oder mehr einer Länge der parallelen Oberfläche (56) jeweils von einem Grenzbereich zwischen der sich verjüngenden Oberfläche (55) und der parallelen Oberfläche (56) zusammenhängend sind.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 5, wobei eine Weite der Nuten (80) in einer Seitenansicht der Wanne (51) in einem Teil nach der Sitzfläche (54) groß und in einem Teil nahe dem Boden (57) klein ist.
Zentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wanne (51) integral mit einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei vier oder mehr Nuten (80) in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung der Wanne (51) gebildet sind, ohne einander zu stören.
Schwenkrotor für eine Zentrifuge (1), dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: einen Probenbehälter (30), der eine Drehwelle (40) aufweist; und einen Rotorkörper (20), der ein Durchgangsloch (21), ein Paar von Lagerteilen (22), die drehbar die beiden Enden der Drehwelle (40) des Probenbehälters (30) haltern, die im Durchgangsloch (21) angebracht sind, und einen ausgeschnittenen Teil aufweist, der auf einer radial äußeren Seite in der vertikalen Richtung bezüglich einer Mittenachse des Durchgangslochs (21) gebildet ist, der Probenbehälter (30) eine Wanne (51) zur Aufnahme eines Behälters, der mit einer Probe (61) zu füllen ist, und einen Deckel (31) zum Verschließen der Wanne (51) aufweist und die Drehwelle (40) aufweist und die Wanne (51) eine Sitzfläche (54c), die auf dem Rotorkörper (20) während einer Zentrifugenrotation sitzt, und eine Mehrzahl von Nuten (80) aufweist, die sich in einer Längsrichtung auf einer äußeren Umfangsfläche auf einer Bodenseite bezüglich der Sitzfläche (54c) der Wanne (51) erstrecken.
Schwenkrotor für die Zentrifuge (1) nach Anspruch 9, wobei eine Öffnungsfläche (80a) der Nuten (80) einen sich verjüngenden Endteil nahe der Sitzfläche (54) und einen sich verjüngenden Endteil nahe einem Boden (57) aufweist, und wobei eine Querschnittsgestalt der Nuten (80) senkrecht zur Längsrichtung der Nuten (80) eine gekrümmte Oberfläche oder eine V-Form hat.
Schwenkrotor für die Zentrifuge nach Anspruch 10, wobei die Wanne (51) einen Öffnungsteil (53), die auf einer Unterseite bezüglich des Öffnungsteils (53) gebildete Sitzfläche (54c), eine parallele Oberfläche (56), die einen im Wesentlichen konstanten äußeren Durchmesser hat, und einen Boden (57) hat, der ein Vorderende der parallelen Oberfläche (56) schließt, wobei die Sitzfläche und eine äußere Oberfläche der parallelen Oberfläche (56) durch eine sich verjüngende Oberfläche (55) verbunden sind, die einen Außendurchmesser hat, der graduell von der Sitzfläche (54) zur parallelen Oberfläche (56) hin abnimmt, und die Nuten (80) so gebildet sind, dass sie sich von einem Teil der sich verjüngenden Oberfläche (55) durch die äußere Oberfläche der parallelen Oberfläche (56) erstrecken.
Schwenkrotor für die Zentrifuge nach Anspruch 11, wobei die Nuten (80) so gebildet sind, dass sie für 1/2 oder mehr einer Länge der sich verjüngenden Oberfläche (55) und für 1/2 oder mehr einer Länge der parallelen Oberfläche (56) jeweils von einem Grenzbereich zwischen der sich verjüngenden Oberfläche (55) und der parallelen Oberfläche (56) zusammenhängend sind.
Schwenkrotor für die Zentrifuge nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei vier oder mehr Nuten (80) in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung der Wanne (51) gebildet sind, ohne einander zu stören.