DE112015004494B4

DE112015004494B4 - Zentrifuge und Ausschwingrotor für eine Zentrifuge

Info

Publication number: DE112015004494B4
Application number: DE112015004494.9T
Authority: DE
Inventors: Jun Sato; Kenichi Nemoto
Original assignee: Eppendorf Himac Technologies Co Ltd
Current assignee: Eppendorf Himac Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2035-09-19
Also published as: WO2016052265A1; DE112015004494T5; JPWO2016052265A1; CN106573255A; CN106573255B; JP6195023B2

Abstract

Zentrifuge (1), die eine durch ein Antriebsmittel gedrehte Antriebswelle (7a);einen an der Antriebswelle (7a) angebrachten Ausschwingrotorhauptkörper (20);mehrere Haltestifte (26), die an dem Ausschwingrotorhauptkörper (20) angeordnet sind;und mehrere Becher (40), die durch Hängen an die Haltestifte (26) schwingfähig angeordnet werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestifte (26) an dem Ausschwingrotorhauptkörper (20) gebildete vorspringende Abschnitte mit einer Zylinderfläche (26b) an ihrem Außenumfang sind;die Becher (40) den vorspringenden Abschnitten entsprechende vertiefte Abschnitte aufweisen, und in den vertieften Abschnitten der Becher (40)eine Fläche, die der Spitzenendfläche (26a) des vorspringenden Abschnitts gegenüberliegt,ein Stiftaufnahmeabschnitt (44),und durch zwei einander gegenüberliegende Flächen gebildete Führungsflächen (43a) gebildet sind,und an den einander gegenüberliegenden Führungsflächen (43a)eine Aussparung (46), die entlang der Grenze zu den Führungsflächen (43a) fortlaufend gebildet ist, wobei die Tiefenrichtung der Aussparung (46) die Achsenrichtung des Haltestifts (26) darstellt,und in dem von der Aussparung (46) umgebenen Bereich eine flache Fläche gebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausschwingrotor-Zentrifuge (einen Zentrifugalabscheider), die (der) auf Gebieten wie der Medizin, der Pharmazie, der Gentechnologie, der Biologie und dergleichen zur Trennung von Proben verwendet wird, und betrifft insbesondere eine Verbesserung der Haltefähigkeit von Bechern, die an einem Ausschwingrotor gehalten werden und geschwungen werden.
Allgemeiner Stand der Technik
Zentrifugen sind mit einem Rotor, der mehrere Probenbehälter, die mit Proben gefüllt sind, aufnehmen kann, und einem Motor (Antriebsmittel), der (das) den Rotor in einer Rotorkammer drehend antreibt, versehen und nehmen durch die Wirkung der Zentrifugalkraft infolge der Drehung des Rotors in der Rotorkammer eine Zentrifugaltrennung der Proben in den Probenbehältern vor. Rotoren für die Zentrifuge können grob in Winkelrotoren und Ausschwingrotoren eingeteilt werden. Im Fall eines Winkelrotors werden mehrere Probenbehälter, die mit Proben gefüllt sind, in Aufnahmeöffnungen aufgenommen und wird über den Öffnungsbereichen der Aufnahmeöffnungen ein Deckel zur Verringerung von Lüftungsverlusten an dem Rotor befestigt. Die Aufnahmeöffnungen sind in Bezug auf die Antriebswelle in einem bestimmen festen Winkel ausgebildet, und der relative Winkel zwischen den Aufnahmeöffnungen und der Antriebswelle wird unabhängig von der Größe der Zentrifugalkraft beibehalten.
Im Gegensatz dazu ist der Ausschwingrotor so ausgeführt, dass ein Becher, der einen Probenbehälter mit einem Boden, in den eine Probe gefüllt ist, aufnimmt, in einem Zustand, in dem er in Bezug auf einen Ausschwingrotorhauptkörper schwingfähig gehalten wird, gedreht wird. Die auf den Becher wirkende Zentrifugalbelastung wird durch eine Gruppe von Haltestiften (vorspringenden Abschnitten), die an einer Fläche, welche dem Arm des Ausschwingrotorhauptkörpers gegenüberliegt, ausgebildet sind, gehalten. An zwei Seitenflächen des Bechers ist ein vertiefter Abschnitt zum Eingriff mit einer Zylinderfläche der Außenumfangsseite des Haltestifts des Ausschwingrotorhauptkörpers gebildet, und diese vertieften Abschnitte werden durch Hängen an den Haltestift in der Richtung von oben nach unten angebracht und durch den Haltestift schwingfähig gehalten. Zwischen der Spitzenendfläche des Haltestifts und der gegenüberliegenden Fläche (der orthogonalen Fläche) des vertieften Abschnitts des Bechers ist ein Spalt in einem solchen Ausmaß, dass das Schwingen nicht beeinträchtig wird, ausgebildet. Wenn der Ausschwingrotor nicht gedreht wird und angehalten ist, verlaufen die vertikale Mittelachse des Bechers und die An-triebswelle des Motors parallel (Ausschwingwinkel θ = 0), doch mit dem Ansteigen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors wirkt eine Zentrifugalkraft auf den schwingfähig ausgebildeten Becher, dreht sich der Becher um eine Ausschwingachse, kommt es zu θ > 0, und wird bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit, bei der eine Zentrifugalkraft erzeugt wird, die den Becher in die Waagerechte bringt, annähernd die Waagerechte (θ = 90 °) erreicht. Danach nimmt der Ausschwingwinkel θ mit dem Ende des Zentrifugierens und der Abnahme der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors ab und erreicht er beim Stillstand θ = 0. Auf diese Weise verändert sich beim dem Ausschwingrotor der relative Winkel der Mittelachse des Bechers und der Antriebswelle durch die Größe der Zentrifugalkraft beim Zentrifugieren.
Da die auf der Becher wirkende Zentrifugalbelastung bei einem solchen Ausschwingrotor an der Kontaktfläche an dem Ende der vertieften Abschnitte, die an den Seitenflächen des Bechers ausgebildet sind, getragen wird, wurden verschiedenste Anstrengungen unternommen, um die lokal wirkende Beanspruchung zu verringern. Zum Beispiel wurde in dem Patentliteraturbeispiel 1 vorgeschlagen, an dem Ende der vertieften Abschnitte, die an den Seitenflächen des Bechers ausgebildet sind und mit dem Paar von vorspringenden Abschnitten, welche an dem Rotor gebildet sind, in einen Gleiteingriff gebracht werden, zur Verringerung der Beanspruchungskonzentration durch die Belastung zudem stellenweise einen kugelflächenförmigen vertieften Abschnitt auszubilden, indem die Stelle der Beanspruchungskonzentration mit einer größeren Abrundung als die an dem Eckenbereich des vertieften Abschnitts ausgebildete Abrundung ausgeführt wird.
Literatur der Vorläufertechnik
Patentliteratur
Patentliteraturbeispiel 1: Patentoffenlegungsschrift JP S62-114 670 A . DE 10 2011 055 270 A1 offenbart einen Schwenkrotor für einen Zentrifugalabscheider, welcher einen Gleitwiderstand während eines Schwenkens eines Bechers unterdrückt, um somit einen Fehler beim Schwenken zu verhindern.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe, die die Erfindung lösen soll
Der Rotor ist so ausgeführt, dass ein Paar von einander gegenüberliegenden vorspringenden Abschnitten, die einen Becher schwingfähig halten, zueinander gewandt angeordnet sind. An den Seitenflächen des Bechers sind vertiefte Abschnitte ausgebildet, die mit der Zylinderfläche an dem Außenumfang dieser vorspringenden Abschnitte eingreifen. Diese vertieften Abschnitte werden durch ausgebildete Verstärkungsbereiche gleitend mit den vorspringenden Abschnitten des Rotors in Eingriff gebracht und schwingen an den Enden der vertieften Abschnitte. Der Becher schwingt mit der Mittelachse der Zylinderfläche der vorspringenden Abschnitte als Zentrum. Die Größe der Kontaktfläche des Bechers und der zylinderförmigen Fläche der vorspringenden Abschnitte des Rotors wird durch den Zylinderaußendurchmesser der vorspringenden Abschnitte, die durch die Zylinderfläche der vorspringenden Abschnitte und die Endfläche der vertieften Abschnitte des Bechers bestimmte Kontaktflächenbreite und die Größe der Abrundung oder Abschrägung, die an den Eckenlinien des Spitzenendes der vorspringenden Abschnitte ausgebildet ist, bestimmt. Die Last des Bechers und der Probe und des Behälters für die Probe wird an den Kontaktflächen des Bechers getragen, und die Beanspruchung konzentriert sich an den Abrundungen oder den kreisbogenförmigen Teilen, die an den Eckenbereich der vertieften Abschnitte ausgebildet sind. In den letzten Jahren wird verlangt, eine große Menge an Proben auf ein Mal zu behandeln oder die Behandlung mit einer höheren Zentrifugalbeschleunigung vorzunehmen, doch wenn diesem Verlangen entsprechend auf eine Großformatigkeit des Bechers abgezielt wird, werden bei dem Aufbau des herkömmlichen Ausschwingrotors die Beanspruchungen, die an den Eckenbereichen der vertieften Abschnitte entstehen, hoch (wird die Beanspruchungskonzentration hoch). Da diese Beanspruchungskonzentration einen beträchtlichen Einfluss auf die Wiederholungs-Lebensdauer des Bechers ausübt, wird normalerweise zur Abschwächung der Beanspruchung die Abrundung oder die Kreisbogenform der Eckenbereiche der vertieften Abschnitte möglichst groß gestaltet. Doch wenn die Abrundung oder die Kreisbogenform der Eckenbereiche der vertieften Abschnitte groß gestaltet wird, kommt es zu einer Interferenz mit der Abrundung oder der Abschrägung der Eckenlinien des Spitzenendes der vorspringenden Abschnitte des Rotors und einem Einfluss auf das Schwingen und steigt zudem die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Abrundung oder der Kreisbogenform der vertieften Abschnitte durch die Eckenlinien des Spitzenendes der vorspringenden Abschnitte. Um eine solche Beschädigung zu verhindern, wird normalerweise dann, wenn die Abrundung oder die Kreisbogenform der Eckenbereiche der vertieften Abschnitte groß ausgeführt wird, auch die Abrundung oder die Abschrägung der Eckenlinien des Spitzenendes der vorspringenden Abschnitte groß ausgebildet, damit keine Interferenz auftritt. Doch wenn die Abrundung oder die Abschrägung groß ausgeführt wird, kommt es zwangsweise als nächstes zu der Notwendigkeit einer Verringerung der Kontaktbreite. Bei einer Abnahme der Kontaktbreite nimmt der Kontaktflächendruck, das heißt, die Kontaktbeanspruchung zu, werden die Entstehung von Rissen in der Kontaktfläche und eine Oberflächenrauheit der Kontaktfläche hervorgerufen, wird die Gleitfähigkeit verschlechtert und wird die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zerstörung von der Kontaktfläche her gefördert wird, vergrößert.
Außerdem ist es für eine Befestigung durch einen gleitenden Eingriff mit dem vorspringenden Abschnitt mittels des an dem vertieften Abschnitt des Bechers ausgebildeten Verstärkungsbereichs und infolge der Notwendigkeit, an dem Ende des vertieften Abschnitts Schwingfähigkeit herzustellen, nötig, an der Spitzenendfläche der vorspringenden Abschnitts des Rotors und der gegenüberliegenden Fläche des vertieften Abschnitts des Bechers einen passsenden Zwischenraum auszubilden. Da überdies das Ausmaß des Ungleichgewichts in Bezug auf das Drehzentrum um so mehr abnimmt und die Vibrationen während der Umdrehungen um so geringer werden, je mehr die zu der Drehzentrumsachse zwischen dem Paar der einander an dem Rotor gegenüberliegenden vorspringenden Abschnitte parallele Mittelebenenposition und die durch den Schwerpunkt des Bechers und der Probe und des Behälters für die Probe verlaufende und zu der Drehzentrumslinie parallele Fläche übereinstimmen, ist erwünscht, dass dieser Zwischenraum klein ist. Doch wenn die Abrundung oder die ungefähre Kreisbogenform des vertieften Abschnitts des Bechers groß gestaltet wird, damit keine Interferenz mit der Abrundung oder der Abschrägung der Eckenlinien des Spitzenendes der vorspringenden Abschnitte des Rotors auftritt, kommt es zu einer derartigen Ausbildung, dass es an den relativ gegenüberliegenden Flächen des vertieften Abschnitts des Bechers, der der Spitzenendfläche des vorspringenden Abschnitts gegenüberliegt zu einem Kontakt mit deren Abrundung kommt, und besteht das Problem, dass der Zwischenraum zwischen der Spitzenendfläche des vorspringenden Abschnitts des Rotors und der gegenüberliegenden Fläche des vertieften Abschnitts des Bechers groß wird.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben beschriebenen Umstände, und ihre Aufgabe ist, eine Zentrifuge und einen Ausschwingrotor für eine Zentrifuge bereitzustellen, bei denen eine Verringerung der Lebensdauer des Bechers infolge einer Beanspruchungskonzentration an den Eckenbereichen des vertieften Abschnitts des Bechers unterdrückt werden kann. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zentrifuge und einen Ausschwingrotor für eine Zentrifuge bereitzustellen, bei denen die Größe der an den Eckenlinien des Spitzenendes des vorspringenden Abschnitts des Haltestifts ausgebildeten Abrundung oder Abschrägung optimiert ist, während die Kontaktbreite der Schwingfläche des Bechers und des vorspringenden Abschnitts des Haltestifts ausreichend sichergestellt wird. Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zentrifuge und einen Ausschwingrotor für eine Zentrifuge bereitzustellen, bei denen das Ausmaß des Ungleichgewichts, das durch die Größe des Zwischenraums zwischen dem vorspringenden Abschnitt des Haltestifts und dem Becher entsteht, verringert ist und eine stabile Zentrifugaltrennung möglich ist, ohne unnötige Vibrationen auf die Probe auszuüben.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Nachstehend werden die Kennzeichnungen einer repräsentativen Ausführung der Erfindung, die durch die vorliegende Anmeldung offenbart wird, erklärt. Nach einer Kennzeichnung der vorliegenden Erfindung sind bei einer Zentrifuge, die eine durch ein Antriebsmittel gedrehte Antriebswelle, einen an der Antriebswelle angebrachten Ausschwingrotorhauptkörper, mehrere Haltestifte, die an dem Ausschwingrotorhauptkörper angebracht sind, und mehrere Becher, die durch Hängen an die Haltestifte schwingfähig angeordnet werden, aufweist, die Haltestifte an dem Ausschwingrotorhauptkörper gebildete vorspringende Abschnitte mit einer Zylinderfläche an ihrem Außenumfang, und weist der Becher vertiefte Abschnitte auf, die den vorspringenden Abschnitten entsprechen. In dem vertieften Abschnitt des Bechers sind der Außenumfangsfläche des Haltestifts gegenüberliegende parallele Bereiche und ein der Spitzenendfläche des vorspringenden Abschnitts gegenüberliegender orthogonaler Bereich vorhanden, und sind in dem orthogonalen Bereich eine Aussparung, die entlang der Grenze von Führungsflächen fortlaufend gebildet ist, wobei die Tiefenrichtung der Aussparung die Achsenrichtung des Haltestifts darstellt, und in dem von der Aussparung umgebenen Bereich ein flacher Abschnitt gebildet. In den parallelen Bereichen sind ein Stiftaufnahmeabschnitt, der eine der äußeren Umfangsform des Haltestifts entsprechende Halbzylinderfläche bildet, und durch zwei gegenüberliegende Flächen gebildete Führungsflächen gebildet. Die Aussparung ist in einer von der Achsenrichtung des Haltestifts her betrachteten Seitenansicht umgekehrt U-förmig, und ihre Schnittfläche ist kreisbogenförmig und insbesondere halbkugelförmig, und die Breite der Aussparung in einer Schnittfläche, die durch die Achsenlinie des Haltestifts verläuft, beträgt weniger als die Hälfte des Durchmessers des vorspringenden Abschnitts.
Nach einer anderen Kennzeichnung der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Führungsflächen von der halbzylinderförmigen Fläche ungefähr parallel nach unten und sind sie durch die Seitenflächen von Rippen zur Führung der Anbringung des Bechers an dem vorspringenden Abschnitt gebildet. Die Aussparung ist so von dem Stiftaufnahmeabschnitt fortlaufend gebildet, dass sie mit ungefähr den gesamten Führungsflächen in Kontakt steht. Der Abstand W1 der Führungsflächen in der zu der Anbringungsrichtung des Bechers orthogonalen Richtung ist so gestaltet, dass in Bezug auf die Breite G der Aussparung W1 > 2G gilt.
Resultat der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung kann die Abrundung oder Abfasung der Eckenlinien des Spitzenendes des vorspringenden Abschnitts des Rotors verkleinert werden und die Kontaktfläche des vorspringenden Abschnitts und des vertieften Abschnitts sichergestellt werden und ist es überdies möglich, den Zwischenraum der gegenüberliegenden Flächen des Spitzenendes des vorspringenden Abschnitts und des vertieften Abschnitts des Bechers klein zu gestalten. Außerdem kann auf eine Verringerung der Beanspruchung, die bisher aufgrund der Beanspruchungskonzentration einen hohen Beanspruchungszustand erreichte, abgezielt werden und eine Zentrifuge mit wenig abnormen Vibrationen ausgeführt werden. Außerdem hängt der Zwischenraum der einander gegenüberliegenden Flächen des vorspringenden Abschnitts des Rotors und des vertieften Abschnitts des Bechers nicht von der Größe der Abrundung oder Abfasung, die an den Eckenlinien des Spitzenendes des Rotors ausgebildet ist, ab und wird ermöglicht, dass das Ausmaß des Ungleichgewichts, das durch die Größe des Zwischenraums, der auf einen beliebigen Zwischenraum eingerichtet ist, entsteht, verringert wird und keine unnötigen Vibrationen auf die Probe ausgeübt werden.
Figurenliste

1 ist eine Vorderansicht einer Zentrifuge nach der vorliegenden Erfindung, wobei der Hauptbereich in einer Schnittansicht gezeigt ist.
2 ist eine geschnittene Schrägansicht des Rotoraufbaus 2 der Zentrifuge 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Unteransicht des Rotorhauptkörpers 20 und der Becher 40 einer Zentrifuge nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Schrägansicht eines Bechers 40 von 1.
5 ist eine Seitenansicht während Hochgeschwindigkeitsumdrehungen des Rotors der Zentrifuge 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Innenumfangsseite von dem Bereich A-A in 3 her gesehen ist.
6 ist eine Schnittansicht des Bereichs B-B in 5, wobei sich der Rotorhauptkörper 20 im Zustand der Umdrehungen befindet.
7 ist eine Seitenansicht eines einzelnen Bechers 40 der Zentrifuge 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine teilweise Schrägansicht zur Erklärung des Zustands in der Nähe des Stiftaufnahmebereichs 44 des Bechers 40 von 1.
9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Kontaktbereichs des Bechers und des Rotorhauptkörpers, wobei (1) der Zustand gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und (2) der Zustand bei einer herkömmlichen Zentrifuge ist.
10 ist ein Längsschnitt, der den Kontaktzustand des Bechers und des Rotorhauptkörpers zeigt, wobei (1) der Zustand gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und (2) der Zustand bei einer herkömmlichen Zentrifuge ist.
11 ist eine Schrägansicht, die einen Becher 140 zeigt, der mit dem Stifthalteaufbau der herkömmlichen Technik ausgeführt ist.
12 ist eine von der Außenumfangsseite in Richtung der Innenseite gesehene Seitenansicht während der Umdrehungen des Bechers 140 von 11.

Formen zur Ausführung der Erfindung
Ausführungsform 1
Nachstehend wird anhand der Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. In den folgenden Zeichnungen sind gleiche Element mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird auf eine wiederholte Erklärung verzichtet. In der vorliegenden Beschreibung sind vorne/hinten, links/rechts, oben/unten, Innenumfangsseite sowie Außenumfangsseite als die in den Figuren gezeigten Richtungen erklärt. Betreffende Zahlenwerte sollen auch ungefähr gleiche Werte beinhalten. Wenn auf Positionsbeziehungen und dergleichen Bezug genommen wird, umfasst zum Beispiel eine Bezugnahme auf „parallel“, „normal“, „flach“, „entgegengesetzt“ und dergleichen nicht nur völlig „parallel“, „normal“, „flach“, „entgegengesetzt“ und dergleichen, sondern auch „ungefähr parallel“, „ungefähr normal“, „ungefähr entgegengesetzt“ und dergleichen.
1 ist eine längsgeschnittene Ansicht einer Zentrifuge 1 der vorliegenden Erfindung. Die Zentrifuge 1 umfasst ein kastenförmiges Gehäuse 11; und ungefähr in der Nähe der senkrechten Mitte des Gehäuses 11 ist durch eine Trennplatte 12 eine Trennung in zwei Räume, einen oberen und unteren Raum, vorgenommen. In dem Raum oberhalb der Trennplatte 12 ist eine ungefähr zylinderförmige Kammer 4, deren Oberseite offen ist, aufgenommen, und an der Außenumfangsseite der Kammer 4 ist eine Schutzwand 6 angeordnet. Die Oberseite der Kammer 4 wird durch eine auf- und zumachbare Tür 14 dicht verschlossen, und durch diese Elemente ist eine Rotorkammer 3 gebildet. Um den Umfang der Kammer 4 ist eine Kühlleitung 16 gewickelt, und das Innere der Rotorkammer 3 wird durch eine nicht dargestellte Kühlvorrichtung bei einer gewünschten Temperatur gehalten. In der Rotorkammer 3 ist ein Rotoraufbau 2 eingerichtet. Der Rotoraufbau 2 ist eine Gruppe aus einem Ausschwingrotor und einer Aufnahmeabdeckung 30, in der der Ausschwingrotor untergebracht ist, und bei der vorliegenden Ausführungsform dreht sich der Ausschwingrotor in einem in der Aufnahmeabdeckung 30 untergebrachten Zustand. Der Ausschwingrotor ist durch einen Rotorhauptkörper 20, der an einer Antriebswelle 7a angebracht wird, und mehreren Bechern 40, die in Bezug auf den Ausschwingrotor schwingfähig gehalten werden, gebildet. Bei einer herkömmlichen Zentrifuge vom Ausschwingrotortyp wird der Ausschwingrotor in einem Zustand, in dem keine Aufnahmeabdeckung 30 verwendet wird, gedreht, und auch bei der vorliegenden Erfindung ist ein Zentrifugalbetrieb ohne Verwendung der Aufnahmeabdeckung 30 möglich und stellt die Verwendung der Aufnahmeabdeckung 30 für die vorliegende Erfindung keine Notwendigkeit dar.
In dem durch die Trennplatte 12 abgetrennten unteren Raum im Inneren des Gehäuses 11 ist ein Motor 7, der eine Antriebsquelle darstellt, im Inneren eines Gehäuses 8 untergebracht, und dieses Gehäuse 8 ist über Dämpfungskautschuk 9 an einem Anbringungselement 13 der Trennwand 12 fixiert. Der Motor 7 ist so angeordnet, dass seine Antriebswelle 7a in der vertikalen Richtung verläuft. Die Antriebswelle 7a verläuft so, dass sie sich von einer Durchgangsöffnung, die in dem Boden der Kammer 4 gebildet ist, in den Innenraum der Rotorkammer 3 erstreckt; an ihrem oberen Ende ist eine Krone 7b zur Übertragung des Drehmoments der Antriebswelle 7a ausgebildet, und der Rotoraufbau 2 wird durch diese Krone 7b gehalten. Durch das Drehen des Rotoraufbaus 2 mit einer hohen Geschwindigkeit schwingen die Becher 40 infolge der Zentrifugalkraft um Schwingwellen. Der Rotoraufbau 2 kann im so aufgebauten Zustand aus der Rotorkammer 3 entnommen werden, und es ist auch möglich, den Deckel 33 der Aufnahmeabdeckung 30 abzunehmen und die Becher 40 abzunehmen.
An einer schrägen Platte 15 an der oberen hinteren Seite des Gehäuses 11 ist ein Bedien- und Anzeigeteil 10 ausgebildet. Der Bedien- und Anzeigeteil 10 kann durch mehrere Knöpfe und eine LED-Anzeigevorrichtung, die die Funktion eines Eingabeteils zum Erhalt von Eingaben von einem Benutzer und eines Anzeigeteils zur Anzeige von Informationen für den Benutzer erfüllen, gebildet sein, doch ist auch ein Aufbau möglich, bei dem eine Flüssigkristallanzeige vom Touch-Typ verwendet wird. In 1 wurde zwar auf eine Darstellung verzichtet, doch ist ein Steuerteil (nicht dargestellt) ausgebildet, der die gesamte Steuerung der Zentrifuge 1 wie die Steuerung der Anzeige von Informationen und des Erhalts von Eingaben von dem Benutzer mittels des Bedien- und Anzeigeteils 10, die Umdrehungssteuerung des Motors 7, die Steuerung der nicht dargestellten Kühlvorrichtung, um ein Kühlmedium in die Kühlleitung 16 zu führen, usw. vornimmt. Der Steuerteil ist eine elektronische Schaltung, die so gebildet ist, dass sie einen Mikrocomputer, einen flüchtigen und einen nichtflüchtigen Speicher und dergleichen umfasst.
2 ist eine geschnittene Schrägansicht des Rotoraufbaus 2 der Zentrifuge 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Rotoraufbau 2 ist ein Objekt, wofür ein Rotorhauptkörper 20 (der Rotorhauptkörper 20 umfasst auch eine Kopplung 36, die durch Schrauben angebracht wird), an dem mehrere Becher 40 eingerichtet wurden, im Inneren einer Aufnahmeabdeckung 30 aus einem Mantel 31, einer Basis 32 und dem Deckel 33 aufgenommen ist. In 2 ist ein Zustand gezeigt, in dem Probenbehälter 50, in denen Proben 55 enthalten sind, im Inneren des Bechers 40 angebracht sind. Die Becher 40 weisen eine an die Außenform der Probenbehälter 50 angepasste Innenwandform auf und sind einstückig aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die Aufnahmeabdeckung 30 wird verwendet, um während der Drehung des Rotoraufbaus 2 beim Zentrifugaltrennungsbetrieb einen Temperaturanstieg durch die Reibungswärme mit der Luft aufgrund von Unebenheiten des Rotoraufbaus 2 zu verhindern und Geräusche wie das Windgeräusch abzuschwächen, und es ist wichtig, das sie eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine hervorragende Stärke und ein geringes Gewicht aufweist. Hier ist sie aus einem Metall wie etwa einer Aluminiumlegierung hergestellt. Was den Mantel 31 betrifft, ist an seinem unteren Öffnungsbereich die kreisringförmige Basis 32 ausgebildet und wird durch den Mantel 31 und die Basis 32 ein schüsselförmiger Behälter gebildet. In der Mitte der Basis 32 ist eine runde Durchgangsöffnung ausgebildet, und über der Durchgangsöffnung ist die Kopplung 36 zum Fixieren des Rotorhauptkörpers 20 angebracht.
An der Oberseite des Mantels 31 ist ein runder Öffnungsbereich 31a mit einem größeren Außendurchmesser als jenem des Rotorhauptkörpers 20 gebildet. In dem Öffnungsbereich 31a des Mantels 31 wird der scheibenförmige Deckel 33 angebracht. In der Mitte des Deckels 33 ist ein Griff 34 angebracht, und in der Mitte des Griffs 34 ist eine Durchgangsöffnung ausgebildet. In diese Durchgangsöffnung kann der obere Endbereich einer Sicherungsschraube 35 eingesetzt werden und der Öffnungsbereich 31a des Mantels verschlossen werden. Daher ist der Deckel 33 lediglich auf den oberen Bereich des Mantels 31 aufgelegt. Die Basis 32 des Mantels 31 und die Kopplung 36 werden durch Schrauben fixiert, und die Aufnahmeabdeckung 30 und der Rotorhauptkörper 20 können sich einstückig bewegen; nachdem eine an der Kopplung 36 ausgebildete Eingreiföffnung 36a auf die Krone 7b der Zentrifuge 1 gesetzt wurde, wird durch eine drehbare Anbringung an dem Rotorhauptkörper 20 und Schrauben eines Schraubenteils 35a der Sicherungsschraube 35 in ein Schraubenloch 3 6b, das in der Krone 7b ausgebildet ist, eine Fixierung des Rotoraufbaus 2 an der Zentrifuge 1 vorgenommen.
Als nächstes wird der ausführliche Aufbau des Ausschwingrotors (Rotorhauptkörper 20, Becher 40) unter Verwendung von 3 ausführlich erklärt. 3 ist eine Unteransicht des Rotorhauptkörpers 20 und des Bechers 40 der Zentrifuge 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Haltestifte 26, die vorspringend von dem Rotorhauptkörper 20 vorstehen, sind mit vertieften Aushöhlungen (Vertiefungen), die an den Bechern 40 gebildet sind, in Eingriff gebracht. Der Rotorhauptkörper 20 ist durch eine Nabe 21 mit einer ungefähr quaderförmigen Außenform, in der eine Durchgangsöffnung 22 gebildet ist, Armteile 23, die sich von oben her gesehen in der radialen Richtung der Nabe 21 kreuzförmig in vier Richtungen nach außen erstrecken, Zweigarmteile 24, die so angeschlossen sind, dass sie sich von der Nähe der jeweiligen Spitzenenden dieser Armteile 23 V-förmig erweitern, und Rippen 25, um durch Verbinden von benachbarten Zweigarmteilen 24 durch ein flächenförmiges Element die Stärke zu erhöhen, gebildet. Der Rotorhauptkörper 20 ist durch einen Präzisionsguss hauptsächlich aus Edelstrahl oder einer Aluminiumlegierung hergestellt und wird nur an Stellen, an denen ein präzises Zusammensetzen erforderlich ist, durch eine mechanische Bearbeitung beschnitten. Die Nabe 21 bildet die an die Kopplung 36 gesetzte Stelle, und wenn die Anzahl der angebrachten Becher 40 vier beträgt, sind vier Armteile 23 in Drehwinkelabständen von 90 ° gleichmäßig um die Drehachse (das Drehzentrum) der Nabe angeordnet. Die Anzahl der Armteile 23 und die Beabstandung (der Drehwinkel) jedes Armteils 23 kann gemäß der Anzahl der angebrachten Becher 40 beliebig festgelegt werden, doch ist eine derartige Festlegung bevorzugt, dass in Bezug auf die Durchgangsöffnung 22 (mit der Drehachse konzentrisch) Rotationssymmetrie erhalten wird.
In dem Bereich an der Außenseite der Armteile 23 sind die Zweigarmteile 24, die sich so verzweigen, dass sie durch einen Winkel von 90 ° getrennt sind, und die Rippen 25, die die Bereiche zwischen den Zweigarmteilen 24 durch plattenförmige Elemente verbinden, gebildet. Die Zweigarmteile 24 erstrecken sich in eine senkrecht zu der Drehachse verlaufende Richtung und weisen jeweils eine parallele Positionsbeziehung mit den über Becher 40 gegenüberliegenden Zweigarmteilen 24 auf. Durch diese parallelen Zweigarmteile 24 wird ein Becher 40 gehalten. An jedem Zweigarmteil 24 ist ein Haltestift 26 gebildet, der eine ungefähr zylinderförmige Form aufweist, um die Becher 40 zu lagern, und so vorsteht, dass er in Bezug auf die Becher 40 einen vorspringenden Abschnitt bildet. Die Verlaufsrichtung des Haltestifts 26 (die Achsenlinienrichtung des Haltestifts 26) ist die gleiche Richtung wie die tangentiale Richtung der Umdrehungsbahn des Rotorhauptkörpers 20.
Bevor hier eine Erklärung des Bechers 40 der vorliegenden Ausführungsform erfolgt, werden unter Verwendung von 11 und 12 die Form der Haltestifte und die Form des Bechers des unter Verwendung der herkömmlichen Technik hergestellten Ausschwingrotors erklärt. 11 ist eine Schrägansicht, die einen Becher 140 zeigt, der durch die herkömmliche Technik und insbesondere mit dem herkömmlichen Stiftaufnahmeaufbau gebildet ist. Der Becher 140 ist durch eine einstückige Ausbildung aus einem Metall wie etwa einer Aluminiumlegierung hergestellt und weist bei einer Betrachtung von oben her eine becherförmige Form mit einem ungefähr rechteckigen Öffnungsbereich 141 auf. In der Nähe des oberen Endes, bei der es sich um die Nähe des Öffnungsbereichs 141 handelt, sind Verdickungsbereiche 142 gebildet, in denen die Dicke teilweise vergrößert ist. Eine Aushöhlung 145, die von zwei Führungsrippen 143 begrenzt ist, ist von dem Verdickungsbereich 142 nach unten gerichtet verlaufend ausgebildet. An der Unterseite des Verdickungsbereichs 142, bei der es sich um das obere Ende der Aushöhlung 145 handelt, ist ein Stiftaufnahmeabschnitt 144 mit einer kreisbogenförmigen Außenumfangsfläche gebildet, der beim Schwingen des Bechers 140 eine Kontaktfläche bildet. Die Innenwand des kreisbogenförmigen Stiftaufnahmeabschnitts 144 sollte halbzylinderförmig und etwas größer als der Außendurchmesser des Haltestifts 26 (2) sein. In 11 sind nur die Führungsrippen 143 und der Stiftaufnahmeabschnitt 144, die an einen Verdickungsbereich 142 angeschlossen sind, sichtbar, doch sind auch an dem Verdickungsbereich 142, der sich an der entgegengesetzten Seite befindet, gleichartige Führungsrippen 143 und ein Stiftaufnahmeabschnitt 144 gebildet.
Die Führungsrippen 143 wirken als Führungen, um den Haltestift 26 bei der Anbringung des Bechers 140 an dem Rotorhauptkörper und seiner Abnahme davon zu führen. Führungsflächen 143a, die auf Seiten der Aushöhlung 145 gebildete Wandflächen der Führungsrippen 143 darstellen, sind so gebildet, dass sie der Gleitfläche des Außenumfangs (der Zylinderform) des Haltestifts gegenüberliegen, und stellen Flächenbereiche (flache Bereiche) dar, die in Bezug auf die Achsenrichtung der Schwingachse parallel gebildet sind. In 11 sind nur die an eine Seite des Verdickungsbereichs 142 angeschlossene Führungsrippe 143 und der in dem davon umgebenen Bereich in einer Seitenansicht vertieft gebildete vertiefte Abschnitt (Aushöhlung 145, Stiftaufnahmeabschnitt 144, Führungsfläche 143a) sichtbar, doch ist ist auch an dem Verdickungsbereich 142, der sich an der entgegengesetzten Seite befindet, ein gleichartiger vertiefter Abschnitt gebildet und sind an zwei Stellen der Seitenflächen der Längsseiten des Bechers 140 Aushöhlungen 145 und Stiftaufnahmeabschnitte 144 gebildet.
12 ist eine von der Außenumfangsseite in Richtung der Innenseite gesehene Seitenansicht während Hochgeschwindigkeitsumdrehungen des Rotors bei der herkömmlichen Zentrifuge. Aus der vorliegenden Figur lässt sich verstehen, dass durch Lagern des Bechers 140 an den Haltestiften 126, die an den Zweigarmteilen 124 des Ausschwingrotors gebildet sind, eine Zentrifugalbelastung aufrechterhalten wird. In den Eckenbereichen der Aushöhlung 145, die den vertieften Abschnitt des Bechers 140 bildet, sind die Grenzbereiche zwischen der Aushöhlung 145 und den Führungsflächen 143a der Führungsrippen 143 so gebildet, dass sie keinen rechten Winkel bilden, sondern die Eckenbereiche 145c etwas abgerundet sind. Eine gleichartige Abrundung ist auch in dem Grenzbereich zwischen der Aushöhlung 145, der eine lotrechte flache Fläche ist, und dem Stiftaufnahmeabschnitt 144 gebildet. Die Abrundung der Eckenbereiche 145c muss kleiner als die Abrundung (Abfasung) des Eckenbereichs 126a des Spitzenendbereichs des Haltestifts 126 ausgebildet werden. Wenn die Abrundung der Eckenbereiche der vertieft geformten Aushöhlung 145 groß gestaltet wird, um die Beanspruchungskonzentration zu verringern, muss die Abrundung des Eckenbereichs 126c des Haltestifts 126 noch größer gestaltet werden, und nimmt nicht nur die Kontaktfläche der Zylinderfläche 126b und des Stiftaufnahmeabschnitts 144 ab, sondern wird überdies der Zwischenraum zwischen der Aushöhlung 145 und der Spitzenendfläche 126a des Haltestifts 126 groß. Da der Kontaktflächendruck, das heißt, die Kontaktbeanspruchung, zunimmt, wenn die Kontaktfläche abnimmt, werden eine Rissbildung in der Kontaktfläche und eine Oberflächenrauheit der Kontaktfläche hervorgerufen und wird die Gleitfähigkeit schlecht, was eine Hauptursache für ein schlechtes Schwingen des Bechers 140 darstellt. Da das Bewegungsausmaß des Bechers 140 in der Achsenrichtung des Haltestifts groß wird, wenn der Zwischenraum zu dem Spitzenende 126a des Haltstifts groß ist, besteht die Gefahr, dass während der Umdrehungen ein Ungleichgewicht auftritt. Die vorliegende Erfindung erfolgte zur Lösung dieser Probleme.
4 ist eine Schrägansicht eines Bechers 40, der bei der Zentrifuge 1 nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Der Becher 40 ist von dem Rotorhauptkörper 20 abnehmbar, und der Becher 40 kann durch Bewegen in der Richtung von oben nach unten (Anbringungsrichtung: zu der Achsenrichtung parallele Abwärtsrichtung) an dem Rotorhauptkörper 20 angebracht werden. Der Becher 40 weist an der Oberseite einen Öffnungsbereich 41 auf, und von dem Öffnungsbereich nach unten ist ein Innenraum 48 zur Aufnahme mehrerer Probenbehälter 50 gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Becher 40 dargestellt, bei dem sich der Öffnungsbereich 41 in einem offenen Zustand befindet, doch ist es auch möglich, an dem Öffnungsbereich 41 einen auf- und zumachbaren Deckel zu bilden. Der Becher 40 ist durch eine einstückige Ausbildung aus einem Metall wie etwa einer Aluminiumlegierung hergestellt und weist bei einer Betrachtung von oben her eine becherförmige Form mit einem ungefähr rechteckigen Öffnungsbereich 41 auf, und an dem Umfang des Öffnungsbereichs 41 sind Verdickungsbereiche 42 gebildet, in denen die Dicke teilweise vergrößert ist. Der Becher 40 der vorliegenden Ausführungsform weist eine derartige Form auf, dass sein Innenraum 48 zweigeteilt ist.
An den Seitenflächen der Längsseiten des Bechers 40 sind die Verdickungsbereiche 48 und vertiefte Abschnitte, die durch zwei von den Verdickungsbereichen 42 nach unten verlaufende Führungsrippen 43 begrenzt sind, gebildet. Diese vertieften Abschnitte weisen bei einer Betrachtung von der Außenseite der Achsenrichtung der Schwingachse des Bechers her eine vertiefte Form auf, und die Breite der vertieften Abschnitte ist etwas größer als der Durchmesser der Haltestifte 26, damit die Haltestifte 26 geführt werden können. Die Hauptabsicht der Führungsrippen 43 besteht in der Bildung von Führungsflächen 43a, die die Haltestifte 26 führen, doch kann durch die Bildung der Führungsrippen 43 die Starrheit des Bechers 40 stark erhöht werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Bereich, der dem Spitzenende der Zylinderfläche des Stiftaufnahmebereichs 44 gegenüberliegt und die Schwingachse kreuzt (dem Bodenbereich des vertieften Abschnitts) eine fortlaufende Aussparung 46, die bei einer Betrachtung von der Seite her die Form eines umgekehrten U aufweist, gebildet. Im Bereich an der Innenseite dieser Aussparung 46 mit der Form eines umgekehrten U ist eine orthogonale Fläche 45, die einen flachen Bereich bildet, der die Schwingachse kreuzt, gebildet.
5 ist eine Seitenansicht während Hochgeschwindigkeitsumdrehungen des Rotors der Zentrifuge 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Innenumfangsseite von dem Bereich A-A in 3 her gesehen ist. Der Unterschied zwischen der herkömmlichen Zentrifuge und der Zentrifuge 1 nach der vorliegenden Ausführungsform liegt hauptsächlich in der Form des Bechers 40, wobei zusammen mit dem Becher 40 auch die Form der Eckenbereiche des Haltestifts 26 optimiert wurde. Der Haltestift 26 ist ungefähr zylinderförmig, und seine Achsenlinie (Schwingachse) stellt das Schwingzentrum des Bechers dar. Der Bereich des Haltestifts 26, der mit dem Becher 40 in Kontakt steht, ist eine Zylinderfläche 26b, und an dem Spitzenende in der Achsenrichtung des Haltestifts 26 ist in einer orthogonal zu der Schwingachse verlaufenden Richtung eine Spitzenendfläche 26a gebildet. Auf Seiten des Bechers 40 ist der Stiftaufnahmeabschnitt 44, dessen Innenwandfläche kreiszylinderförmig ist, gebildet, wobei der Stiftaufnahmeabschnitt 44 mit der Zylinderfläche 26b in Kontakt gelangt. Auf Seiten des Bechers 40 ist in einem senkrechten Bereich, der der Spitzenendfläche 26 gegenüberliegt, die orthogonale Fläche 45 gebildet, doch bei der vorliegenden Ausführungsform ist an den radialen Außenseiten dieser orthogonalen Fläche 45 eine Aussparung 46 gebildet, um die lokal konzentrierte Beanspruchung des Bechers 40 zu zerstreuen. Die Aussparung 46 wird durch eine Schneidebearbeitung unter Verwendung eines Schaftfräsers mit einer halbkugelförmigen Spitzenendform gebildet. Der Umriss der Aussparung 46 ist in einer Ansicht von unten wie in 5 (oder in der Schnittansicht von 6) gesehen halbkugelförmig, doch da der Grund für die Ausbildung der Aussparung das Zerstreuen von lokal in den Eckenbereichen konzentrierten Beanspruchungen, ist, ist nicht nur eine vollständig halbkugelförmige Form, sondern auch eine andere Form möglich, sofern die Schnittfläche die Form einer gekrümmten Linie aufweist. Die Spitzenendfläche 26 und die orthogonale Fläche 45 sind so ausgeführt, dass sie einander über einen kleinen Zwischenraum hinweg gegenüberliegen. Dieser Zwischenraum sollte möglichst klein ausgeführt werden, solange der Becher 40 glatt an dem Rotorhauptkörper 20 angebracht werden kann und der Becher 40 während der Umdrehungen des Rotorhauptkörpers 20 glatt schwingen kann.
Als nächstes wird unter Verwendung von 6 die Schnittform des Bereichs B-B in 5 erklärt. Da sich der Rotorhauptkörper 20 in dieser Schnittfläche im Zustand von Hochgeschwindigkeitsumdrehungen befindet und der Becher 40 in der waagerechten Ebene schwingt, ist die Schnittfläche des Bereichs B-B eine Fläche, die durch die Mittelachsenlinie (Schwingachse) des Haltestifts 26 und die Mittelachsenlinie des Bechers 40 verläuft. Der Becher 40 wird schwingend gehalten, während er entlang des Stiftaufnahmeabschnitts 44 gleitet, und die Zentrifugalbelastung des Bechers 40 wird durch den Kontakt des Stiftaufnahmeabschnitts 44 mit der Zylinderfläche 26b des Haltestifts 26 getragen. In dem Bereich des Bechers 40, der an ihre Kontaktfläche angrenzt, ist in der Kontaktfläche (der röhrenförmigen Halbfläche) zentrumsseitig in der Achsenrichtung der Schwingachse die Aussparung 46 gebildet. Die Besonderheit liegt darin, dass die orthogonale Fläche 45 des Bechers 40 dem Haltestift 26 auf der Schwingachsenlinie des Haltestifts 26 jedenfalls gegenübersteht. Dies ist nötig, um den Zwischenraum zwischen der Spitzenendfläche 26a des Haltestifts 26 und der orthogonalen Fläche 45 des Bechers 40 auszubilden. Die Breite der Aussparung 46 wird durch die Größe des Radius der halbkugelförmigen Schnittform bestimmt, doch stellt auch eine Verkleinerung bis zu einem Ausmaß, bei dem die Spitzenendfläche 26a des Haltestifts 26 und die orthogonale Fläche 45 des Bechers an parallelen Eckenlinien verbleiben, kein Problem dar. Hier ist die Breite der Aussparung 46 bis auf 2/3 des Radius des Haltestifts 26 verkleinert und befindet sich die Aussparung 46 nicht auf der Mittelachsenlinie (Schwingachsenlinie) des Haltestifts 26. Da die Spitzenendfläche 26a und die orthogonale Fläche 45 als Folge von der Schwingachsenlinie des Haltestifts 26 her gesehen ausreichend aneinander angenähert sind und einander mit einem kleinen Zwischenraum gegenüberliegen, wird das Wackeln beim Schwingen des Bechers 40 gering, das Ungleichgewichtsausmaß in Bezug auf das Drehzentrum des Rotorhauptkörpers 20 verringert, und wird es möglich, die Vibrationen während der Umdrehungen auf ein geringes Maß zu beschränken. In dem Becher 40 ist eine Bechertrennplatte 41b ausgebildet, um dem Raum im Inneren zweizuteilen.
7 ist eine Seitenansicht eines einzelnen Bechers 40 der Zentrifuge 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gepunktete Linie stellt die Position des Haltestifts 26 während des Zentrifugaltrennungsbetriebs dar. An der Seitenfläche des Bechers 40 sind die Führungsrippen 43, die Verstärkungsbereiche darstellen, ausgebildet, und unter Verwendung des Verdickungsbereichs 42 und der Führungsrippen 43 wird der vertiefte Abschnitt gebildet. Der vertiefte Abschnitt ist jener Bereich, der den Bodenabschnitt einer Vertiefung darstellt, und ist durch einen senkrechten Bereich, der die Seite, die der Spitzenendfläche des Haltestifts 26 gegenüberliegt, darstellt, und parallele Bereiche, die orthogonal zu dem senkrechten Bereich ausgeführt sind, gebildet. Der senkrechte Bereich ist von der Achsenrichtung der Schwingachse her gesehen ein Bereich, der sich an der Seite des Spitzenendes des Haltestifts 26 in der senkrechten Richtung erstreckt. Die parallelen Bereiche sind Bereiche, die in einer zu der Schwingachsenlinie parallelen Ebene gebildet sind, und Flächen, die in der Seitenansicht von 7 nicht sichtbar sind. Die Aussparung 46 und die orthogonale Fläche 45, die in dem senkrechten Bereich gebildet sind, sind in der Ansicht der Seitenfläche erkennbar.
Was das Verfahren zur Herstellung des vertieften Abschnitts des Bechers 40 betrifft, wird zuerst der Abschnitt zwischen den beiden parallelen Führungsrippen derart dick hergestellt, dass er ausgefüllt ist und eine fortlaufende einheitliche Fläche entsteht, wonach der vertiefte Abschnitt durch eine Schneidebearbeitung gebildet wird. Bei der Bildung des vertieften Abschnitts wird ein Schaftfräser (nicht dargestellt) mit dem gleichen Durchmesser wie die Breite G der Aussparung 46 parallel zu der Schwingachse platziert, in die Nähe von 46c des Bechers 40 gebracht, in die Richtung des Pfeils 46a bewegt, und unter Umkehren in der Nähe des oberen Endes und Bewegen in einer umgekehrten U-Form bis zu dem Pfeil 46b bewegt. Auf diese Weise wird nur in dem Bereich der Aussparung 46 ein tiefer Graben gebildet und werden die Führungsflächen 43a und der röhrenförmige Stiftaufnahmeabschnitt 44 gebildet. Dann wird ein Schaftfräser (nicht dargestellt), dessen Durchmesser mindestens die Größe W aufweist und dessen Spitzenend-Schneidefläche eine flache Fläche ist, an dem unteren Ende des durch die Bildung der Aussparung gebildeten Inselbereichs platziert und wie durch den Pfeil 49 gezeigt unter Schneiden in der Richtung von unten nach oben bis in die Nähe des Schwingachsenzentrums bewegt, wodurch die orthogonale Fläche 45 gebildet wird. Als Ergebnis dieser Schneidebearbeitung wird in dem von den Führungsrippen 43 begrenzten Bereich der vertiefte Abschnitt gebildet. Es lässt sich wohl verstehen, dass die Führungsflächen 43a der Führungsrippen 43 und der Stiftaufnahmeabschnitt 44 so aneinander angrenzen, dass diese Flächen fortlaufend sind, und zudem auch der Grenzbereich der Führungsflächen 43a und der Aussparung 46 fortlaufend gebildet werden.
Die Position des Haltestifts 26 während der Drehung des Rotorhauptkörpers 20 ist durch die gepunktete Linie in 7 gezeigt, und der Bereich D von oben her ist der relative Bereich, der dem Haltestift 26 gegenüberliegt. Der Bereich unterhalb des relativen Bereichs bildet einen Verlängerungsbereich, der zur Führung des Bechers 40 bei der Anbringung an dem Haltestift 26 gebildet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Beanspruchung, die sich während des Zentrifugaltrennungsbetriebs lokal an dem Becher 40 konzentriert, im Grunde zerstreut werden, wenn die Aussparung 46 nur in dem relativen Bereich mit der vertikalen Länge D gebildet wird. Doch wenn die Aussparung 46 nur in dem relativen Bereich geschnitten wird, ist der Endbereich der Aussparung 46 in der Nähe des Bewegungsbereichs von der Aussparung 46 zu dem Verlängerungsbereich positioniert und besteht die Gefahr einer Beanspruchungskonzentration in einem nicht geringen Ausmaß, weshalb bei der vorliegenden Ausführungsform dafür gesorgt ist, dass die Aussparung 46 ausreichend bis in den Verlängerungsbereich gelangt und sie mit einer sich von oben nach unten erstreckenden ausreichenden Länge ausgeführt ist. Bei einer derartigen Bildung können auch die einzelnen Stellen des vertieften Abschnitts durch die Schneidebearbeitung effizient gebildet werden und kann ein Anstieg der Schneidebearbeitungskosten weitgehend unterdrückt werden.
An der Innenseite der wie oben besprochen parallel gebildeten Führungsrippen 43 ist der vertiefte Abschnitt zur Führung des Haltestifts 26 gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand W1 der Führungsflächen 43a der Führungsrippen 43 in dem Verlängerungsbereich in der quer zu der Anbringungsrichtung verlaufenden Richtung gesehen von oben bis unten konstant - mit anderen Worten sind die Führungsflächen 43a parallel gebildet - doch wenn die Aufgabe als Führung zum Führen des Haltestifts 26 bei der Anbringung des Bechers 40 an dem Rotorhauptkörper und seiner Abnahme davon bedacht wird, können die Führungsrippen 43 auch derart leicht schräg gebildet werden, dass die Breite an der Oberseite W1 (= W + 2G) beträgt und an der Unterseite etwas breiter wird.
Als nächstes wird die Form des vertieften Abschnitts unter Verwendung von 8 noch näher erklärt. 8 ist eine teilweise Schrägansicht zur Erklärung des vertieften Abschnitts, der in der Seitenfläche des Bechers 40 gebildet ist. Der vertiefte Abschnitt ist hauptsächlich in einen parallelen Bereich, der die Wandfläche bildet, und einen senkrechten Bereich, der den Bodenflächenbereich bildet, geteilt. Der in 8(1) schwarz ausgefüllte Bereich zeigt die Seitenfläche, die den parallelen Bereich bildet, wobei die Oberseite der Wandfläche der Stiftaufnahmeabschnitt 44 ist, der beim Schwingen des Bechers 40 mit dem Haltestift 26 in Kontakt steht, und sich unterhalb der kreiszylinderförmigen Fläche des Stiftaufnahmeabschnitts 44 die Führungsfläche 43a befindet, die eine bis in den Verlängerungsbereich verlaufende Fläche ist.
Der in 8(2) schwarz ausgefüllte Bereich ist die Form der Aussparung 46 in einer Seitenansicht. Der Außenumfangsbereich 46a der Umkehrung der Aussparung 46 ist die Stelle, die mit der oberen Fläche des Stiftaufnahmeabschnitts 44 in Kontakt steht, und der Innenumfangsbereich 46b der Umkehrung der Aussparung 46 befindet sich oberhalb des Achsenzentrums (des Mittelpunkts) der Schwingachse. Das heißt, das Schwingachsenzentrum ist so gestaltet, dass es in der orthogonalen Fläche 45, die eine flache Fläche ist, positioniert ist. Da daher die orthogonale Fläche 45 und die Spitzenendfläche 26a des Haltestifts 26 einander auf der Schwingachsenlinie in einem ungefähr parallelen Zustand gut gegenüberliegen können, kann ein Schwingaufbau mit wenig Wackeln verwirklicht werden. Da die Peripherie der einander gegenüberliegenden Flächen durch die Aussparung 46 gebildet wird, ist es leicht, die orthogonale Fläche 45 und die Spitzenendfläche 26a aneinander anzunähern und erfolgt überdies die Schwingtätigkeit glatt und kann die Gefahr, dass es zu einer Schräglage des Bechers 40 kommt, in einem hohen Maß verringert werden.
Der in 8(3) schwarz ausgefüllte Bereich ist eine Seitenansicht der orthogonalen Fläche 45. Die orthogonale Fläche 45 bestimmt bei der Anbringung des Bechers 40 durch den Kontakt mit dem axialen Spitzenende des Haltestifts 26 die Position des Bechers 40 in der Achsenrichtung, und da die orthogonale Fläche 45 bei der vorliegenden Ausführungsform eine ausreichende Länge von zumindest der Hälfte der Länge in der senkrechten Richtung des Bechers 40 aufweist, wird ein Anbringungsaufbau für den Becher 40 verwirklicht, durch den eine genaue Positionierung des Bechers in der Achsenrichtung des Haltestifts 26 möglich ist.
Unter Verwendung von 9 und 10 werden die Schnittform des Haltestifts 26 und die Schnittform der Aussparung 46 erklärt. Hier zeigt jeweils (1) die Form der Aussparung des Bechers 40 der vorliegenden Ausführungsform und (2) die Form der Aussparung des Bechers 140, für den der Stand der Technik verwendet wurde. 9 ist eine Querschnittansicht, die durch die Achsenlinie des Haltestifts 26 verläuft (eine waagerechte Schnittansicht) In (1) ist der vertikale Bereich des Bechers 40 jener Bereich, der zur Gänze im Bereich der Breite 51 und in dem mit dem Pfeil 52 gezeigten Bereich angeordnet ist. In diesem Bereich sind die orthogonale Fläche 45 und die Aussparung 46 gebildet. Der Stiftaufnahmeabschnitt 44 ist eine halbzylinderförmige Fläche, die an den parallelen Bereichen gebildet ist, und steht in einem guten Kontakt mit der Zylinderfläche 26b des Haltestifts 26. Im Zusammenhang mit der Bildung der Aussparung 46 konnte der Krümmungsradius der Eckenbereiche 26c zwischen der Zylinderfläche 26b und der Spitzenendfläche 26a des Haltestifts 26 ausreichend klein gestaltet werden. Wenn nun zusammen mit dem so verbesserten Becher 40 die Form des Haltestifts 26 optimiert wird, kann eine große Breite L1 in der Achsenrichtung des Kontaktbereichs zwischen der Zylinderfläche 26b und dem Stiftaufnahmeabschnitt 44 sichergestellt werden. Die Aussparung 46 wird so gebildet, dass sie in dem Bereich 51 und dem Bereich des Pfeils 52 aufgenommen ist, und so gebildet, dass sie nicht zu der Seite der parallelen Bereiche des Stiftaufnahmeabschnitts 44 vorsteht. Da es als Folge in dem Kontaktbereich des Stiftaufnahmeabschnitts 44 und der Zylinderfläche 26b nicht zu irgendeiner Interferenz aufgrund von Krümmungsflächenbereichen infolge der Aussparung 46 kommt, können gute Schwingeigenschaften des Bechers 40 bewahrt werden. Dieser Vorteil wird durch einen Vergleich mit dem in (2) gezeigten Aufbau des Bechers 140 nach dem Stand der Technik klar. Bei dem Becher 140 muss der Krümmungsradius der Eckenbereiche 126 des Haltestifts 126 infolge der Beziehung zu dem Krümmungsradius der Eckenbereiche 145c groß gestaltet werden, und wird daher die axiale Breite L2 des Kontaktbereichs der Zylinderfläche 126b und des Stiftaufnahmeabschnitts 144 gering. Dadurch wird die Beanspruchung durch die auf die Zylinderfläche 126b des Haltestifts wirkende Zentrifugalbelastung groß und überdies auch auf Seiten des Bechers 140 die lokale Beanspruchung, die der Stiftaufnahmeabschnitt 144 erfährt, groß.
Da wie durch 8 erklärt die orthogonale Fläche 45 nach dem Abschluss der Bearbeitung der Aussparung 46 geschnitten wird, kann sie in einer beliebigen Höhe (als vertiefter Abschnitt gesehen in einer beliebigen Tiefe) gebildet werden. Daher kann die Länge des Abstands S1 so passend festgelegt werden, dass die Elemente einander über einen winzigen Abstand gegenüberliegen, und kann ein Becher 40 ohne Wackeln verwirklicht werden. Der Zwischenraum S2 zwischen dem tiefsten Bereich des Grabens der Aussparung 46 und der Spitzenendfläche 26a des Haltestifts 26 ist so gestaltet, dass er ausreichend größer als der Zwischenraum S1 zu der orthogonalen Fläche 45 ist. Nach dem in (2) gezeigten Stand der Technik ist es nötig, für den Zwischenraum S3 aufgrund der Gefahr einer Interferenz zwischen den Eckenbereichen 145c und den Eckenbereichen 126c ein gewisses Ausmaß sicherzustellen. Wenn sich der Becher 140 in der Achsenrichtung des Haltestifts neigt und die orthogonale Fläche 145a und die Spitzenendfläche 126a in Kontakt gelangen, besteht aufgrund der großen Kontaktfläche die Gefahr, dass das glatte Schwingen des Bechers 140 beeinträchtigt wird. Doch da bei dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform von (1) die Kontaktfläche selbst unter der Annahme eines Kontakts der orthogonalen Fläche 45 und der Spitzenendfläche 26a klein ist, kann ein glattes Schwingen verwirklicht werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es wichtig, dass die orthogonale Fläche 45 und die Spitzenendfläche 26 einander auf der Schwingachsenlinie in einem Nichtkontakt oder in einem Kontakt gegenüberliegen, und ist es ungünstig, die Aussparung 46 so auszuführen, dass sie bis auf die Schwingachsenlinie reicht.
10 ist ein Längsschnitt durch die Achsenlinie des Haltestifts 26 (eine Schnittansicht in der senkrechten Richtung). In (1) ist der vertiefte Abschnitt des Bechers 40 so ausgeführt, dass die Aussparung 46 in dem Bereich mit der Breite 53 oberhalb der Haltestiftlinie gebildet ist. An der Unterseite der Aussparung 46 befindet sich die orthogonale Fläche 45. Die Aussparung 46 ist so gebildet, dass sie den Bereich 53 in der senkrechten Richtung gesehen nicht überschreitet. Die untere Seite des Bereichs 53 ist die Schwingachsenlinie, und die obere Seite ist die obere Endposition der Innenwand des Stiftaufnahmeabschnitts 44. Wie oben beschrieben ist die Aussparung 46 an dem Bodenbereich des vertieften Abschnitts des Bechers 40 gebildet und entlang der Grenze zwischen dem Bodenbereich und dem Wandbereich gebildet. Daher ist sie so gebildet, dass sie keinen Einfluss auf die Fläche auf Seiten des Stiftaufnahmeabschnitts 44 ausübt.
Wie oben erklärt wurde, ist nach der vorliegenden Ausführungsform ein Paar von vorspringenden Haltestiften 26, die einander gegenüberstehen und den Becher schwingfähig halten, einander gegenüberliegend angeordnet und sind an dem Becher in den Seitenflächen vertiefte Abschnitte, die mit den Zylinderflächen 26b der Haltestifte 26 eingreifen, bereitgestellt, wobei diese vertieften Abschnitte durch eine Aussparung 46 mit einer größeren Abrundung oder ungefähr kreisbogenförmigen Form als die Eckenbereiche 26c, die an den Eckenlinien des Spitzenendes des Haltestifts 26 des Rotors ausgebildet sind, und eine orthogonale Fläche 45 an der Innenseite der Aussparung 46 gebildet sind. Dadurch kann eine Verkürzung der Lebensdauer des Bechers 40 durch eine teilweise Beanspruchungskonzentrationen an den Eckenbereichen des vertieften Abschnitts des Bechers 40 verhindert werden. Da die Breite L1 der Kontaktfläche der Zylinderfläche 26b des Haltestifts 26 und des Bechers 40 groß gestaltet werden kann, kann die Entstehung von Rissen in der Kontaktfläche aufgrund eines Anstiegs des Kontaktflächendrucks, das heißt, der Kontaktbeanspruchung, und eine Oberflächenrauheit der Kontaktfläche verhindert werden. Da an der Spitzenendfläche 26a des Haltestifts und der gegenüberliegenden orthogonalen Fläche 45 des vertieften Abschnitts des Bechers 40 ein moderater Zwischenraum ausgebildet wird, kann das durch die Größe des Zwischenraums entstehende Ungleichgewichtsausmaß verringert werden und kann eine Zentrifuge verwirklicht werden, bei der der Becher 40 glatt schwingen kann und keine unnötigen Vibrationen auf die Probe ausgeübt werden.
Im Vorhergehenden wurde die vorliegende Erfindung anhand einer Ausführungsform erklärt, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben besprochene Ausführungsform beschränkt, sondern kann sie innerhalb eines Bereichs, der nicht von ihrem Inhalt abweicht, verschiedenartig verändert werden. Zum Beispiel wurde bei der vorliegenden Ausführungsform für die Form des Bechers 40 eine Form beschrieben, bei der der Öffnungsbereich 41 eine ungefähr rechteckige Form aufweist, doch besteht nicht notwendigerweise eine Beschränkung auf diese Form und kann es sich auch um einen zylinderförmigen Becher handeln, bei dem die Form der Öffnung ungefähr rund ist, und sind auch Becher mit anderen beliebigen Formen möglich.
Bezugszeichenliste

1: Zentrifuge
2: Rotoraufbau
3: Rotorkammer
4: Kammer
6: Schutzwand
7: Motor
7a: Antriebswelle
7b: Krone
8: Gehäuse
9: Dämpfungskautschuk
10: Aufnahmeabdeckung
11: Gehäuse
12: Trennplatte
13: Anbringungselement
14: Tür
15: schräge Platte
16: Kühlleitung
20: Rotorhauptkörper
21: Nabe
22: Durchgangsöffnung
23: Armteil
24: Zweigarmteil
25: Rippe
26: Haltestift
26a: Spitzenendfläche
26b: Zylinderfläche
26c: Eckenbereich
30: Aufnahmeabdeckung
31: Mantel
31a: Öffnungsbereich
32: Basis
33: Deckel
34: Griff
35: Sicherungsschraube
35a: Schraubenteil
36: Kopplung
36b: Schraubenloch
40: Becher
41: Öffnungsbereich
41b: Bechertrennplatte
42: Verdickungsbereich
43: Führungsrippe
43a: Führungsfläche
44: Stiftaufnahmeabschnitt
45: orthogonale Fläche
46: Aussparung
46a: Außenumfangsbereich der Umkehrung
46b: Innenumfangsbereich der Umkehrung
48: Innenraum
50: Probenbehälter
55: Probe
120: Rotorhauptkörper
124: Zweigarmteil
126: Haltestift
126a: Spitzenendfläche
126b: Zylinderfläche
126c: Eckenbereich
140: Becher
141: Öffnungsbereich
142: Verdickungsbereich
143: Führungsrippe
143: Führungsfläche
144: Stiftaufnahmeabschnitt
145a: orthogonale Fläche
145b: Führungsfläche
145c: Eckenbereich

Claims

Zentrifuge (1), die eine durch ein Antriebsmittel gedrehte Antriebswelle (7a); einen an der Antriebswelle (7a) angebrachten Ausschwingrotorhauptkörper (20); mehrere Haltestifte (26), die an dem Ausschwingrotorhauptkörper (20) angeordnet sind; und mehrere Becher (40), die durch Hängen an die Haltestifte (26) schwingfähig angeordnet werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestifte (26) an dem Ausschwingrotorhauptkörper (20) gebildete vorspringende Abschnitte mit einer Zylinderfläche (26b) an ihrem Außenumfang sind; die Becher (40) den vorspringenden Abschnitten entsprechende vertiefte Abschnitte aufweisen, und in den vertieften Abschnitten der Becher (40) eine Fläche, die der Spitzenendfläche (26a) des vorspringenden Abschnitts gegenüberliegt, ein Stiftaufnahmeabschnitt (44), und durch zwei einander gegenüberliegende Flächen gebildete Führungsflächen (43a) gebildet sind, und an den einander gegenüberliegenden Führungsflächen (43a) eine Aussparung (46), die entlang der Grenze zu den Führungsflächen (43a) fortlaufend gebildet ist, wobei die Tiefenrichtung der Aussparung (46) die Achsenrichtung des Haltestifts (26) darstellt, und in dem von der Aussparung (46) umgebenen Bereich eine flache Fläche gebildet sind.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (46) in einer von der Achsenrichtung des Haltestifts (26) her gesehenen Seitenansicht eine umgekehrte U-Form aufweist, ihre Schnittform die Form einer gekrümmten Linie aufweist, und die Breite in einer durch die Achsenlinie des Haltestifts (26) verlaufenden Schnittfläche weniger als die Hälfte des Durchmessers des vorstehenden Abschnitts beträgt.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittflächenform der Aussparung (46) in einer durch die Achsenlinie des Haltestifts (26) verlaufenden Schnittfläche halbkugelförmig ist.
Zentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Führungsflächen von dem als halbzylinderförmige Fläche gebildeten Stiftaufnahmeabschnitt (44) ungefähr parallel nach unten gerichtet erstrecken und durch Rippen zur Führung bei der Anbringung des Bechers (40) an dem vorspringenden Abschnitt gebildet sind.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (46) so fortlaufend gebildet ist, dass sie von dem Stiftaufnahmeabschnitt (44) mit ungefähr den gesamten Führungsflächen in Kontakt gelangt.
Zentrifuge (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abstand W1 der Führungsflächen in der zu der Anbringungsrichtung des Bechers (40) orthogonalen Richtung der Führungsflächen in Bezug auf die Breite G der Aussparung W1 > 2G gilt.
Ausschwingrotor für eine Zentrifuge (1), der einen an einer Antriebswelle (7a) der Zentrifuge angebrachten Ausschwingrotorhauptkörper (20); mehrere Haltestifte (26), die an dem Ausschwingrotorhauptkörper (20) angeordnet sind; und mehrere Becher (40), die durch Hängen an die Haltestifte (26) schwingfähig angeordnet werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestifte (26) an dem Ausschwingrotorhauptkörper (20) gebildete vorspringende Abschnitte mit einer Zylinderfläche (26b) an ihrem Außenumfang sind; die Becher (40) den vorspringenden Abschnitten entsprechende vertiefte Abschnitte aufweisen, und in den vertieften Abschnitten der Becher (40) eine Fläche, die der Spitzenendfläche (26b) des vorspringenden Abschnitts gegenüberliegt, ein Stiftaufnahmeabschnitt (44), und durch zwei einander gegenüberliegende Flächen gebildete Führungsflächen (43a) gebildet sind, und an den einander gegenüberliegenden Führungsflächen (43a) eine Aussparung (46), die entlang der Grenze zu den Führungsflächen (43a) fortlaufend gebildet ist, wobei die Tiefenrichtung der Aussparung (46) die Achsenrichtung des Haltestifts (26) darstellt, und in dem von der Aussparung (46) umgebenen Bereich eine flache Fläche gebildet sind.
Ausschwingrotor für eine Zentrifuge (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Achsenrichtung des Haltestifts (26) gesehene Seitenansicht eine umgekehrte U-Form ist, und die Spitzenendflächen (26a) der Haltestifte (26) und die flachen Flächen einander beim Schwingen der Becher (40) in der Schwingachsenrichtung über einen winzigen Zwischenraum gegenüberliegen.