JP2000070763A - 分離部材と分離容器及び遠心分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明の分離部材と分離容器及び遠心分離方法
は、液体混合物を収容し、遠心分離し、分離された液体
を流出する開口部を有する上部容器と、上部容器の底部
に接続され、上部容器より流出する液体を貯溜する下部
容器より構成される分離容器と、下方に開放する空洞部
を有し、分離される２液の比重の中間の比重を持つゴム
弾性の分離シートを保持する、上記開口部に固定する分
離部材より構成されていて、相互に溶け合わない比重の
異なる２液の液体混合物、又は、分離された液体の比重
が連続に変化する液体を、遠心分離する際に使用する。 【効果】この分離部材及び分離容器を使用した遠心分離
方法によれば、充分な分離が完了した後に、比重の小さ
い液体を上部容器に、比重の大きい液体を下部容器に別
々に保管できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は相互に溶け合わない、比
重の異なる２つの液体の混合物を、遠心分離により各成
分に分離する際に使用する分離容器と分離部材及び分離
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】相互に溶け合わない２つの液体の混合物
を各成分に分離するには、各成分の比重差を利用して分
離している。従来法としは、混合物を試験管等の容器に
入れ、一定時間自然放置して重力に基づく比重分離を行
い、しかるのちにピペット等を利用して目的成分を取り
出す方法や、または自然放置の時間を短縮したり成分間
の境界をはっきりさせるために遠心力を利用する方法な
どがある。遠心分離後も目的成分を採取するためにはピ
ペットなどを利用して慎重に取り出す必要がある。目的
の成分を簡単に取り出す方法として、例えば血液検査で
は、血液検体を遠心分離操作により血清と血餅に分離す
る際にチクソトロピー性を有する血清分離剤や血液分離
部材を使用する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法には次に示すような幾つかの欠点があつた。即ち、 相互に溶け合わない液体同志の混合物を、自然放置し
て重力分離させた後に、目的の成分のみをピペット等の
器具で採取するのは、液体を攪拌しない様に慎重に行う
必要があり、面倒な作業が必要であった。 比重分離を遠心力により、短時間に達成するのは効率
がよいが、分離操作の終了後に目的の成分をピペット等
の器具で採取するのは同様慎重さが必要であり面倒で
あった。 遠心力による比重分離の場合便利な方法が提案されて
いる。例えば、臨床検査の血液検査で用いられるチクソ
トロピー性で粘性を有する血清分離剤を使用する場合に
おいては、遠心後に血清を取り出すとき血清分離剤によ
り血清と血餅の境界に隔壁が出来ていて、簡単に血清を
取り出すことが出来る。しかしながら、血清分離剤は低
分子量で低粘度の合成樹脂が主成分であり、かつ種々の
薬品が混合された混合物であり、遠心分離時に流動化し
血液と接触しながら採血管内を移動するため、血清分離
剤と血液の間での成分の移動や化学変化など何らかの物
理的及び化学的な変化を生じ、血液検査値にバラツキを
生じる恐れがある。又、経時変化による物性の変化（例
えば粘度の変化）化学変化（例えば酸化）が懸念され
る。更に、チクソトロピー性のため遠心分離時に流動化
するが、流動化が早すぎると完全に血清と血餅の分離が
完了しない内に血清分離剤の隔壁が出来てしまい、完全
な分離が得られない場合がある。図８には血清分離剤を
使った血清と血餅の分離が描かれている。図８（ａ）に
は予め血清分離剤１が入れてある採血管２に全血３が注
入されたところが示されている。図８（ｂ）には全血３
が入った採血管２を一定時間自然放置し、血液凝固が完
了し、血清４と血餅５が生成しているところを示してい
る。図８（ｃ）には血液凝固が完了した採血管２を遠心
分離にかけ、血清分離剤１が流動性を発揮し、血清４と
血餅５の境界付近に移動しているところを示している。
しかし、この時点では、血液凝固は完了しているが、微
細な血餅の粒は遠心分離による沈降が遅く、血清４と血
餅５が混在する血清・血餅混在相６が存在しているの
で、血清分離剤１の流動化が早いと、血清・血餅混在相
６の下に隔壁を形成する可能性がある。図８（ｄ）に
は、設定遠心力で設定時間経過して、血清分離剤１によ
る隔壁７が形成され、血清４と血餅５を分離していると
ころを示している。しかしながら、血清・血餅混在相６
の下で隔壁７が形成されているならば、隔壁７の上に若
干の血餅５が載っている可能性があり、血清４の分析に
悪影響を及ぼす可能性が考えられる。 又、血清分離剤でなく、採血管の内径より僅か大きい
径を有する円盤状のシートを有する、ゴム状の弾性体で
構成された血液分離部材もあるが、遠心力で部材が血清
と血餅の境界に確実に到達するのが難しい。血清と血餅
の境界で隔壁を構成しても部材の上に重い成分の血餅が
載る場合がある。隔壁を通して検査対象とする分析項目
（例えばカリウム等）が、時間経過で移行する恐れがあ
る等の欠点がある。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
であり、相互に溶け合わない比重の異なる２つ液相同志
の混合物を遠心分離で各々の相に分離した後に、遠心操
作の終了段階である、設定遠心力と遠心停止の間に、比
重の大きい液体を別の容器へ移し替えることを目的とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、遠心力に
より完全に分離が為された後に、２液を同一の容器に収
納せず別々の容器に収納することにより解決される。即
ち、相互に溶け合わない比重の異なる２つの液体同志の
混合物を各々の液体に分離する、分離容器と分離部材に
おいて、上記分離容器は、上記混合物を収納し遠心分離
する上部容器と、分離された比重の大きい方の液体を収
納する下部容器から成り、上記上部容器の底部には、分
離された比重の大きい方の液体を上記下部容器に流下さ
せる開口部を有する穴を有しており、上記分離部材は、
液体混合物に埋没する部分に、下方に開放する空洞部を
有し、上記分離部材は、上記上部容器の開口部分を塞ぎ
液体の流下を防ぎ、上記上部容器の底部に固定する上記
上部容器との嵌合機構を有し、液体混合物を遠心分離す
る際に一定の遠心力において上記嵌合機構が外れる様な
機構であることを特徴とし、更に、上記嵌合機構が外れ
た後でも、遠心力場での上記分離部材の重力と浮力の合
計値がプラスの一定値以上では、液体が上記上部容器よ
り上記下部容器へ流出しないような液体流下防止端部を
上記分離部材に設けることを特徴とする請求項１記載の
分離容器と分離部材を使用することにより解決される。

【０００６】また、上記上部容器の開口部と、上記開口
部へ挿入される上記分離部材の下部とにより生じる隙間
を塞ぐことを特徴とする請求項２の液体流下防止端部に
より解決される。

【０００７】また、分離すべき２つの液体の比重の中間
の比重を有し、更に、ゴム弾性を有するドーナツ状の分
離シートを、上記分離部材の空洞部と液体流下防止端部
との間の部材首部に差し込むことを特徴とする請求項３
の分離シートを保持する分離部材を使用することにより
解決される。。

【０００８】また、上記分離部材を収納部材に収納し、
上記収納部材を分離容器に挿入することを特徴とする請
求項４記載の分離部材と収納部材及び分離容器を使用す
ることにより解決される。

【０００９】また、請求項５記載の遠心分離方法により
解決される。

【００１０】また、請求項６記載の遠心分離方法により
解決される。

【００１１】また、請求項７記載の遠心分離方法により
解決される。

【００１２】

【作用】請求項１の分離容器と分離部材は、上述した様
に、分離部材に下方に開放する空洞部を設け、液体を上
部容器に分離部材が埋没する程度に充填した後の遠心操
作により、空洞部内の気相の圧縮による分離部材の見か
けの重力と、分離部材の液体中での浮力の合計がプラス
の場合は上部容器の開口部は分離部材により塞がれ液体
の流下はないが、上記合計値がマイナスの場合は分離部
材は液体中に浮いた状態となり液体は流下する現象を利
用している。設定遠心力により２液の分離が完了し遠心
力が減少し始めたら、分離部材の重力と浮力の合計値が
マイナスとなり比重の大きい方の液体が下部容器に流下
し始め、比重の大きい方の液体が全量下部容器へ流下
し、分離部材廻りの液体が比重の小さい方の液体に代わ
り、従って分離部材の浮力が小さくなり、分離部材の重
力と浮力の合計がプラスに転じたら、液体の流下は停止
する。

【００１３】又、請求項２記載の液体流下防止端部によ
り、分離部材と上部容器との嵌合機構が外れたあとで
も、遠心力場での分離部材の重力と浮力の合計がプラス
の一定値以上であれば、液体が下部容器へ流出すること
はないので、設定遠心力を、液体が下部容器へ流出しな
いような遠心力に選定することにより、又は、液体の分
離に必要な遠心力で、液体が下部容器へ流出しないよう
な分離部材の形状や材質の比重を選定することにより、
設定遠心力で設定時間遠心分離が可能となる。

【００１４】又、請求項３記載の分離シート保持の分離
部材を使用すれば、上記嵌合機構が外れ、上記液体流下
防止端部の働きで、液体の上記下部容器への流出が無い
状態で、設定遠心力で設定時間遠心分離がなされた後、
遠心力が減少し上記分離部材に働く重力と浮力の合計値
がマイナスとなり、比重の大きい重液が上記下部容器へ
流出を開始するが、重液が全量流出し、軽液が流出を開
始する直前で、上記分離部材に働く重力と浮力の合計値
がプラスに転じないでマイナスのままでも、上記分離シ
ート保持の分離部材であれば、上記軽液の流出が防止で
きるので、遠心分離の操作範囲が幅広くとれ、使用範囲
が広くなる。

【００１５】又、請求項４記載の分離部材と収納部材及
び分離容器を使用すれば、分離容器を一体化出来るの
で、本発明の構成部品の製作と分離操作が簡略化出来
る。

【実施例１】以下実施例を挙げて本発明を説明する。実
施例として、図１に試験管に類似した円筒形で細長い容
器に応用した実施例を示す。

【００１６】図１（ａ）には、本実施例の構成部品であ
る、分離容器８と分離部材９を組み立てた状態が示され
ている。分離容器８は上部容器１７と下部容器２３より
構成されている。分離部材９は上部容器１７の底部に固
定されている。なお、分離容器８及び分離部材９は同心
円状なので、縦断面図により本発明を説明する。

【００１７】図１（ｂ）には分離部材９の断面図が示さ
れている。分離部材本体１０は分離部材９の上部を構成
する部分であり、遠心分離後の重い成分が流下し易いよ
うに上部がコーン状となっている。部材空洞部１１は分
離部材本体１０の下部の周辺にあり、下部開放であり、
同心円状に一巡する空間である。部材空洞部１１の役目
は、存在する気相が遠心操作において圧縮され、液体が
浸入することを利用して、部材空洞部１１を含めた分離
部材９の遠心中での見掛けの重力を変化させることであ
り、そのことによって、遠心中の分離部材９の見かけの
重力と浮力の合計をプラス又はマイナスに変化させ、分
離部材９と上部容器１７の開口部分との嵌合が外れるこ
とや、分離部材９が上部容器１７の開口部分を塞ぐこと
を可能とする。分離シート１２は薄いドーナツ状の円盤
であり、部材首部１３に差し込まれた形で部材本体下端
面１０ａと液体流下停止端部１４の間に挟まれている。
分離シート１２の厚みは部材首部１３の高さより若干小
さく、かつドーナツ状の内側の径は部材首部１３の径よ
りも若干大きく、設置された位置において、上下方向に
自由に動けるようになっている。また、分離シート１２
の下側の面と、液体流下停止端部１４の端部上面１４ａ
は接触したときに密着するように平滑面であることが必
要である。一方、分離シート１２の上面と部材本体下端
面１０ａが接触するときは、密着することは必要でな
く、両者が接触している時でも部材空洞部１１内の液体
が自由に出入りできるように、特に部材本体下端面１０
ａは平滑面でなく放射状に溝をつけたり、凹凸をつける
ことが必要である。又、端部下面１４ｂは、遠心中の分
離部材９の見かけ重力と浮力の合計値がプラスの時に上
部容器１７の開口部分を塞ぐように開口部分の部材接触
面と接するので、平滑であることが必要である。部材下
部１５は上部容器１７の開口部分に貫通する様に配置さ
れ、形状は円柱である。部材固定用突起１６は分離部材
９を上部容器１７の開口部分に、開口部分を塞ぐ形で固
定するためのものであり、部材下部１５の外側に突き出
た、円周を一巡する突起であり、上部容器１７の開口部
の分離部材固定用凹部１９と嵌合い、液体の流下を防
ぐ。なお部材固定用突起上面１６ａは、上部容器１７の
開口部分より外れた分離部材９が、遠心力が減少する遠
心操作の終了段階において、分離部材９の見掛け重力と
浮力の合計値がマイナスとなり、分離部材９が浮上しよ
うとして、上部容器１７の開口部端面と接するが、部材
固定用突起上面１６ａと上部容器開口部端面１８ａの接
触面より液体が流下するように、部材固定用突起上面１
６ａには、例えば、放射状に溝を設けておく。なお、分
離シート１２は、比重が被分離液である２液の比重の中
間の値であること以外に、柔軟なゴム弾性を有すること
が必要である。ゴム弾性を有することにより、分離部材
９の端部上面１４ａと上部容器１７のシート接触面２１
ａとの隙間を、分離シート１２が遠心力により隙間を埋
め込むように若干変形することにより、密着度が増し、
より確実に塞ぐことが可能となる。

【００１８】図１（ｃ）には上部容器１７が示されてい
る。上部容器１７の下部には、部材下部１５を貫通させ
る上部容器開口部１８がある。分離部材固定用凹部１９
は、部材固定用突起１６と嵌合うことにより、分離部材
９を上部容器開口部１８に固定し液体の流下を防ぐ。上
部容器開口部端面１８ａは、部材固定用突起上面１６ａ
と接し、分離部材９が更に上方に移動することを防ぐ。
穴２０は上部容器開口部１８が構成する穴であり、液体
が流下する個所である。部材接触面２１は、分離部材９
が上部容器開口部１８の嵌合個所より外れ下方へ落下す
る時に、液体流下停止端部１４の端部下面１４ｂと接
し、落下が防止され、かつ液体の流下が停止する。シー
ト接触面２１ａは分離シート１２と接し、液体の流下が
停止する。上部容器接合部２２は下部容器２３の下部容
器接合部２４と接合する。

【００１９】図１（ｄ）は下部容器２３を示す。下部容
器２３は遠心分離された比重の大きい方の液体を貯溜す
る容器であり、下部容器接合部２４と、上部容器１７の
上部容器接合部２２とを嵌め込むことにより、分離容器
８を構成する。

【００２０】図２は分離部材９を、上部容器１７と下部
容器２３を組み立てた分離容器８に挿入し、液体混合物
２５を充填したところを示している。遠心分離開始以前
では、分離部材９と上部容器１７の内壁との隙間である
上部隙間２６、及び分離部材９の液体流下停止端部１４
と上部容器１７の底部との隙間である下部隙間２７、及
び部材下部１５と上部容器開口部１８との隙間である開
口部隙間２８及び部材空洞部１１には液体混合物２５は
入り込んでいない。又、部材固定用突起１６と分離部材
固定用凹部１９とは嵌合状態となっていて、分離部材９
は上部容器開口部１８に固定されていることが示されて
いる。分離シート１２は分離部材９の端部上面１４ａの
上に載っているところが示されている。

【００２１】ここで、遠心力場での分離部材９の重力と
浮力の関係について述べる。遠心力場での分離部材の下
向きの力Ｆ（＝重力と浮力の合計）は次の様に表わせ
る。

【００２２】

【数１】Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２−ＦＢ

【００２３】ここで、数１の中の文字の意味は次の通り
である。 Ｆ１：分離部材９の構成要素である、部材本体１０、部
材首部１３、流体落停止端部１４、部材下部１５及び分
離シート１２の遠心力場での重力の合計である。 Ｆ２：部材空洞部１１内に浸入する液体の遠心力場での
重力であり。遠心力に基づく液体の圧力により、浸入す
る液体の量は変動する。 ＦＢ：：分離部材９の構成要素の内、液体に埋没してい
る部分の遠心力場での浮力であるが、部材空洞部１１の
体積も含む。但し、下部容器２３の空間に開放されてい
る部分の浮力は生じないものとする。 ここで、物体の遠心力場での重力Ｆ０は、物体を円柱状
とすると、円柱の軸が遠心機の回転の中心と物体の重心
とを結ぶ線と一致するとして、次の様に表わせる。

【００２４】

【数２】Ｆ０＝０．５ｘ（Ｇ１＋Ｇ２）ｘＳ１ｘｄｘ
（Ｌ２−Ｌ１）

【００２５】ここで、遠心機の回転の中心と物体の上面
との距離をＬ１、遠心力をＧ１とし、遠心機の回転の中
心と物体の下面との距離をＬ２、遠心力をＧ２とし、物
体の断面積をＳ１、物体の比重をｄとする。又、液中の
物体の遠心力場での浮力ＦＢは、物体の形状と遠心機の
位置関係を上述の重力の場合と同じとし、物体の下面の
面積のうちＳ２の面積が下部容器の気相に曝されている
とすると、次の様に表わせる。

【００２６】

【数３】ＦＢ＝Ｐ２ｘ（Ｓ１−Ｓ２）−Ｐ１ｘＳ１

【００２７】ここで、物体の上面での液深さでの液体の
圧力をＰ１とし、物体の下面の位置での液体の圧力をＰ
２とする。又、遠心力場での液体中の圧力Ｐは、液体の
比重をｄｌｉｑ、液体の深さをｈ、深さｈでの遠心力を
Ｇ、遠心機の回転の中心と深さｈとの距離をＬとし、液
面上の圧力をＰ０とすると、次の様に表わせる。

【００２８】

【数４】Ｐ＝０．５ｘＧｘｄｌｉｑｘｈｘ（１−（（Ｌ
−ｈ）／Ｌ）^＊＊２）＋Ｐ０

【００２９】分離部材９が液体に埋没していれば、遠心
力により部材空洞部１１の気相（通常の場合、空気であ
る）は圧縮されるが、圧縮の程度は液体の比重、深さ及
び遠心機の回転速度に影響される。液体の比重と液体の
深さを一定とすると、遠心機の回転数が大きくなるにつ
れ圧縮の程度が大きくなる。従って、部材空洞部１１に
入り込む液体も多くなる。そのため回転数が大きくなる
につれ、部材空洞部内の液体の遠心力場での重力の上昇
の程度は、体積が固定している分離部材９の構成成分
（分離部材本体１０、部材首部１３、液体流下停止端部
１４、部材下部１５、及び分離シート１２）や浮力の上
昇の程度より大きくなる。従って、分離部材９の形状と
比重及び部材空洞部１１の大きさを適正に選択すること
により、遠心機の回転数が低い時には、分離部材９の重
力と浮力の合計がマイナスであっても、回転数が高くな
ると、プラスに転ずることが可能となる。このことによ
り、分離部材９の重力と浮力の合計値が一定の値以上に
達したら、分離部材９が固定個所より外れる様な設計を
行うことが可能となる。

【００３０】図３には、遠心分離が進み、液体混合物の
分離がある程度進んだ状態の図３（ａ）と、遠心分離が
更に進み遠心力が設定値に近くなり（例えば、設定値が
１０００ｇの場合、遠心力が１０００ｇに近くまで上昇
したこと）、分離部材９の遠心力場での重力が浮力に打
ち勝ち、下向きの力となり、この下向きの力により分離
部材９の部材固定用突起１６が上部容器１７の分離部材
固定用凹部１９から外れたところが図３（ｂ）に示され
ている。

【００３１】図３（ａ）では、遠心操作が進み、ある程
度分離が進んだ状態であり、完全ではないが、液体混合
物２５は比重の小さい軽液２９と比重の大きい重液３０
に分離される。又、遠心力により上部隙間２６と下部隙
間２７と開口部隙間２８は重液３０で満たされる。更
に、遠心力により生じた部材空洞部１１周辺の下部隙間
２７に充満している重液３０の圧力により部材空洞部１
１は圧縮され、重液３０は分離部材空洞部１１の内部を
圧力が平衡するまで上昇し、空洞部内液体３１を生じ
る。分離シート１２は比重を軽液２９の比重と重液３０
の比重の中間に選定してあるので、下部隙間２７の液体
（＝重液３０）中に存在しているのであり、浮力により
浮上しようとして部材本体下端面１０ａと接するように
なる。しかし、部材本体下端面１０ａ平滑面でなく、凹
凸状や溝をつけたりして、部材空洞部１１への液体の出
入りは拘束を受けない。図３（ａ）の段階での遠心力で
は、分離部材９の下向きの力は、分離部材９と上部容器
１７のとの嵌合を外すまでには至ってない。

【００３２】図３（ｂ）では、更に遠心が進み、遠心力
が設定値に達した時点の状態を示している。部材空洞部
１１の気相の圧縮が最大となり、空洞部内液体３１は最
大量となる。分離部材９の下向きの力がプラスに転じ、
遠心力が設定値に達する前に、分離部材９が上部容器１
７との嵌合個所より外れる。即ち、分離部材９の部材固
定用突起１６が上部容器１７の分離部材固定用凹部１９
より外れ、分離部材９は下方へ移動するが、液体流下停
止端部１４が上部容器１７の部材接触面２１と接触し、
分離部材９の移動は停止し安定する。又、この時端部下
面１４ｂと部材接触面２１は平滑面同志の接触であり、
かつ遠心力が大きく、分離部材９に下向きの力が働いて
いるので、両者の接触は押し付け合う様な状態であり、
重液３０が漏れ出すことはない。分離シート１２は、比
重が、軽液２９と重液３０の比重の中間であるので、下
部隙間２７で浮いた状態となっている。上述の状態で設
定遠心力で、設定時間遠心分離が行われ、充分な分離が
行われる。

【００３３】図４は、充分な遠心分離が行われ、遠心操
作の終了段階に移り、遠心力が減少する段階が示されて
いる。

【００３４】図４（ａ）は、遠心操作の終了段階で、遠
心力が減少し、部材空洞部１１の気相の圧縮度が減少
し、空洞部内液体３１の液量が減少する。即ち、部材空
洞部１１の液深さは、図３（ｂ）よりも図４（ａ）のほ
うが小さくなる。従って、遠心力場での分離部材９の重
力の減少する割合の方が、浮力の減少する割合より大き
くなる。したがって分離部材９に上向きの力が働くよう
になり、分離部材９は上方へ移動するが、部材固定用突
起上面１６ａが上部容器開口部端面１８ａぶつかり、移
動が停止する。部材固定用突起上面１６ａには、放射状
の溝や凹凸の突起が設けられていて、上部容器開口部端
面１８ａとぶつかっても、平滑面同志の密着ではないの
で、液体の流出は可能である。分離シート１２の廻りの
液体は重液３０であり、分離シート１２は浮上して、部
材本体下端面１０ａと接触している。この様にして、重
液３０は上部容器１７より、上部隙間２６、下部隙間２
７、開口部隙間２８を通り、流出液３２となって下部容
器２３へ流出を開始する。遠心力が減少しながら重液３
０は流出するが、軽液２９と重液３０の界面３３は、遠
心力が作用している状態なので、乱されることなく、重
液３０の流出とともに下方へ移動していく。重液３０の
流出により、重液３０がほとんどなくなり、軽液２９が
上部隙間２６、下部隙間２７、開口部隙間２８を通り、
下部容器２３へ流出しようとするが、軽液２９が分離部
材９の周囲へ存在すると、分離部材９の遠心場での浮力
は周囲が重液の場合より小さくなり、分離部材９の下向
きの力が上昇し、プラスに転じれば、分離部材９が下方
へ動き、液体流下停止端部１４の端部下面１４ｂが上部
容器１７の部材接触面２１と接触し、液の流れが停止
し、軽液２９と重液３０の分離を完了することが可能で
ある。しかしながら、分離部材９の周囲の液体が重液３
０から軽液２９へ置換されると、分離部材９の下向きの
力がプラスに転ずる様に設計するのは、分離すべき液量
にも関係してくるので、設計の条件の幅が狭くなる。そ
こで使用範囲をより広くするためは、分離部材９の周囲
の液が重液より軽液に置換されたら、分離部材９の下向
きの力がマイナスの場合でも、液体の流出を停止させる
ために、分離すべき２液の比重の中間の比重を持つ分離
シート１２を分離部材９に保持させることが効果的であ
る。

【００３５】図４（ｂ）は、重液３０の流出が完了し、
分離部材９の周囲の隙間に軽液２９が充満し、特に、下
部隙間２７には軽液２９が充満し、軽液２９の比重より
大きい比重を有する分離シート１２が沈降し、分離部材
９の端部上面１４ａと上部容器１７のシート接触面２１
ａの両者の上に載った状態となり、液体が流出するのを
停止する。この時、端部上面１４ａとシート接触面２１
ａは段差がなく水平であることが必要である。このよう
にして、遠心分離された２つの液体は別々の容器に分け
た状態で得られたことになる。

【００３６】図５により、本実施例１分離操作の挙動を
図でもって説明する。図５には遠心の開始以後の時間経
過に従って、回転速度の変化、分離部材の動作、液体の
流れ及び部材に働く力の変化が示されている。簡略化の
ため、変化が直線でない部分も直線で描いた。

【００３７】図５の最下段には、遠心時間の経過と回転
速度の関係が示されている。遠心開始後より回転速度は
上昇し、ｔ２時間経過後に設定遠心力に相当する回転速
度Ｒ２に到達する。設定遠心力でｔ３時間まで遠心が継
続される。ｔ３での回転速度はＲ３であるが、通常Ｒ２
とＲ３は等しい様に運転される。ｔ３−ｔ２の時間が分
離に必要な設定時間である。ｔ３で分離が完了し、遠心
機は減速し、ｔ６時間で停止する。遠心時間と回転速度
の関係は、回転速度の上昇と下降を直線で近似すると概
略台形で示される。

【００３８】図５の中段には、遠心時間の経過に伴う分
離部材に働く力（遠心力による分離部材の重力と方向を
考慮した浮力の合計）の変化を示す。ポイントＰ０は遠
心開始点であり、この時の遠心力による分離部材に働く
力はＦ０で示されるが、この時点では遠心力による力は
発生してないので、Ｆ０＝０である。遠心が進むと共
に、部材空洞部の液体の体積が重力に寄与するので、遠
心力が小さい段階では、分離部材に働く力はマイナスの
状態で、ポイントＰ１に至るが、その後遠心力が高くな
るにつれて、部材空洞部内へ液体が入り込み分離部材の
重力が増加するので、プラスに転じる。更に遠心力が上
昇していくと、分離部材に働く力が、分離部材と上部容
器の嵌合機構を外すまでに至る。このポイントがＰ２で
あり、この時の力がＦ２であり、この時の遠心時間はｔ
１である。遠心が更に進み、ポイントＰ３に至り、設定
遠心力となる。この時分離部材に働く力は最大値のＦ３
となり、この状態がｔ３時間まで続く。設定時間（＝ｔ
３−ｔ２）の遠心が終わると、回転数が減少し始める。
回転数の減少と共に分離部材に働く力も減少し、Ｐ５の
ポイントに至り、０になる。Ｐ５以降分離部材に働く力
はマイナスになり、分離部材は浮上し始め、比重の大き
い重液が上部容器の開口部より流出を開始する。重液が
流出し始めると、分離容器内の液面が下がるが、液面が
下がる事により液体に接している分離部材の上面と下端
（＝部材本体下端面）の遠心力場での、圧力の比は、液
体の深さが小さい方が大きくなる事、及び分離容器内の
液面が下がると、部材空洞部内の気相が膨張し部材空洞
部の重力が小さくなる事の２点より、分離部材の浮力が
増大し、分離部材に働くマイナスの値は更に大きくなり
Ｐ６のポイントに至る。Ｐ６のポイントは分離部材の重
液層が無くなったポイントである。Ｐ６以降は分離部材
の廻りの液体が重液より軽液へと置換される過程であ
り、この過程では、分離部材と分離容器の間の隙間の容
積が小さく分離容器内の液面の減少が無視できるとする
ならば、分離部材廻りの液体の平均比重は重液より軽液
へと置換されるに従い小さくなり分離部材の浮力は小さ
くなるので、分離部材の重力と浮力の合計は増加するこ
とになる。この増加は分離部材の廻りの液体が全量軽液
に置換されるまで続くが、全量軽液に置換されたポイン
トがＰ７であり、この時の力がＦ５で示されている。Ｆ
５がプラスであれば、分離部材が沈降しようとして、液
体流下防止端部が上部容器の開口部を塞ぎ、軽液の流出
は出来なくなる。しかるに、Ｐ７のポイントでプラスと
なる様な分離部材の設計は設計条件が複雑となるので、
重液と軽液の中間の比重を持つ分離シートを使う事によ
り、上部容器の開口部を塞ぐのが効果的である。分離シ
ートを使うことにより、Ｐ７ポイント以降液体の流出無
しに遠心機の停止するＰ８ポイントに至り、分離操作が
終わる、

【００３９】図５の上段では、遠心時間の経過ととも
に、分離操作がどの様に進むかが示されている。図５の
上段のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの意味は次の通りである。 Ａ：分離部材と上部容器との嵌合機構が外れている区間 Ｂ：液体流下防止端部が上部容器の開口部を塞いでいる
区間 Ｃ：分離シートが上部容器の開口部と分離部材の隙間を
塞いでいる区間 Ｄ：液体（重液）が流出する区間

【００４０】以上述べた様に、本実施例によれば、相互
に溶け合わない比重の異なる液体の混合物を遠心分離に
より、充分分離した後遠心操作の終了段階の遠心力が減
少する段階において、被分離液の比重の大きい方の液体
を下部容器に移し、比重の小さい方の液体を上部容器に
残留させることが出来る。なお、本実施例は、本発明の
実施例の１つの例であり、本発明が上述の実施例に限定
されるものではない。

【００４１】実施例１の被分離液体は、相互に溶け合わ
ない比重の異なる２液の混合物であったが、本発明の適
用は上記液体混合物に限定されるものでなく、分離され
た液体が、比重が連続して変化するような被分離液であ
っても、分離シートの比重を上記連続して変化する比重
の任意の中間の比重として、本発明の分離部材を併用す
ることにより、上記任意の比重のところで液体を分離で
きる。

【００４２】又、本発明の分離部材の使用方法として、
分離部材と分離容器をある特定の液体混合物の分離に、
設計・製作しても、分離シートの比重を変えることによ
り、上記特定の液体混合物以外の液体の分離にも適用で
きるという長所を有する。

【００４３】なお、本発明の分離部材の材質は成形が容
易なプラスチックがよく、成形体も一体化の分離部材で
もよいが、形状が複雑な場合は予め複数個の部品を作っ
ておき、組み立てることにより分離部材となすことも出
来る。

【００４４】

【実験例】実施例１の分離容器と分離部材を使用して、
比重０．９２の菜種油と水（比重１．０）を等量づつ混
合した混合物を遠心分離した場合について述べる。図６
に分離部材と分離容器の寸法及び遠心分離機の回転の中
心からの距離について記す。なお、図６を見やすくする
ため、横方向の尺度を縦方向の尺度よりも緩くしてあ
る。 Ｌ１：遠心機の回転の中心３４と分離容器８の底部との
距離であり、１３．５ｃｍ Ｌ２：分離容器８の全長であり、１０．０ｃｍ Ｌ３：：分離容器８の上端と分離部材９の上端の距離で
あり、５．０ｃｍ Ｌ４：部材本体１０の高さであり、１．０ｃｍ Ｌ５：部材首部１３、液体流下停止端部１４及び部材下
部１５合計の高さであり、１．０ｃｍ Ｌ６：分離容器８のうちの下部容器２３の有効長さであ
り、３．０ｃｍ Ｌ７：部材空洞部１１の高さであり、０．８ｃｍ Ｌ８：部材本体下端面１０ａと端部上面１４ａとの距離
であり、０．２ｃｍ Ｌ９：分離シート１２の厚みであり、０．１ｃｍ Ｌ１０：液体混合物２５の液深さであり、４．０ｃｍ Ｄ１：上部容器１７の内径であり、１．３ｃｍ Ｄ２：分離部材９の外径であり、１．２ｃｍ Ｄ３：部材下部１５の外径であり、０．３ｃｍ Ｄ４：上部容器１７の開口部の内径であり、０．３５ｃ
ｍ Ｄ５：部材固定用突起の外径であり、４．０ｃｍ Ｓ：：部材空洞部１１の断面積であり、０．４５ｃｍ２ 又、分離部材９の材質はポリプロピレン製とし、比重は
０．９である。分離シート１２は、天然ゴムに無機質を
混入して、菜種油と水の中間の比重の０．９６に比重調
整されたものを使用した。菜種油と水の分離は易しく、
遠心分離では容易に分離される混合物だが、本発明を効
果的に説明するために用いた。

【００４５】遠心条件は、３０００ｒｐｍ（分離部材底
部での設定遠心力が１０００Ｇに相当）で設定時間５分
とする。遠心中の試験管の内部は観察できないので、遠
心中の分離部材に働く下向きの力（＝重力と浮力の合計
を下向きをプラスとして表わす）を、遠心分離の各段階
において求め、その時の分離部材の挙動と液体の分離に
ついて計算で求めた。なお、遠心中の分離部材に働く遠
心力、液体に生ずる圧力及び部材空洞部の気相の圧縮の
程度は、遠心機の回転数、回転の中心からの距離及び分
離部材、液体、分離シートの比重より計算で求めた。
又、上部容器の開口部より下部容器の空間に開放されて
いる部分は、分離部材に液体による浮力が生じないこと
も考慮して計算した。結果を表１に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】ここで、各順番について説明する。 順番１：遠心分離直後で回転数が５００ｒｐｍの場合で
あり、分離部材の下向きの力はマイナスであり、実際は
分離部材には上向きの力が働いていることになるが、分
離部材は上部容器との嵌合個所に固定されているので、
動かず、液体の流下もない。 順番２：回転数が１０００ｒｐｍに上昇するが、まだ部
材の下向きの力はマイナスである。液体の分離が進んで
いる過程と考えられる。 順番３：回転数が更に進み２０００ｒｐｍの場合であ
り、遠心力の増大により、部材空洞部の気相の圧縮が進
み、そのため部材空洞部への液体の浸入が進み、従って
分離部材の遠心力場での見かけの重力が増大し、分離部
材の下向きの力がプラスになっている。： 順番４：分離部材の下向きの力が分離部材の嵌合いの力
より勝り、分離部材が外れる。しかし分離部材の液体流
下停止端部と上部容器の部材接触面が接触し、液体の流
下はない。 順番５：設定条件（３０００ｒｐｍｘ５分）で遠心分離
が行われ、液体の分離が完了する。 順番６：：遠心分離の終了段階であり、回転数が減少す
る。１１００ｒｐｍで分離部材の下向きの力が０にな
り、分離部材が浮き上がり、重液の水が下部容器へ流出
を開始する。 順番７：：回転数が減少しながら、重液（水）の流出が
続き、分離部材の周囲に軽液（菜種油）が充満するよう
になり、分離部材の下向きの力が−３．４ｇとマイナス
であるが、分離シートの比重が軽液より大きいので、下
部隙間の中を沈降し、分離部材と上部容器の隙間を塞ぐ
ようになり、軽液の流出は出来なくなる。この時の回転
数は１０００ｒｐｍである。但し、液体の流出の停止の
回転数は液体の流出速度に関係しているのであり、流出
が早い場合は１１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍまで下
がらないうちに重液流出が完了してしまうが、本発明の
実験例の計算値として１０００ｒｐｍとした。 順番８：分離操作が終了し、回転数が０になる。この時
でも、分離シートが分離部材と上部容器の隙間を塞いで
いるので、軽液の流出はない。 ここで、順番２（回転数１０００ｒｐｍ）と順番７（１
０００ｒｐｍ）では同じ回転数でも分離部材に働く下向
きの力が異なるのは、順番７は重液（水）が流出したの
で分離部材の上の液体の深さが重液分だけ減少している
こと、分離部材の周囲が軽液（菜種油）に置換されてい
ること、部材空洞部へ浸入している液体の量が減少して
いること、及び分離部材が嵌合個所から外れているので
遠心機の回転の中心からの距離が若干増加していること
等が影響しているからである。なお、実際の遠心分離の
結果は、菜種油と水の分離は完全であり、水が全量下部
容器の方に移り、菜種油は上部容器の方へ残っていた。
この実験結果より遠心分離の途中の挙動は観察出来ない
が、上に示す計算結果と実際の挙動は近いものと考えら
れる。

【００４８】又、上の実験例では、順番７で、重液の流
出が完了しても、分離部材に働く下向きの力が、−３．
４ｇとマイナスであり、軽液も下部容器へ流出しようと
するが、分離シートが分離部材と上部容器の開口部の隙
間を塞ぎ、軽液の流出は不可能となる。

【００４９】

【実施例２】請求項４の実施例であり、図７に示す。実
施例２では、分離容器を２つに分割せず、通常の試験管
の様な管を用いる。以下図７で説明する。図７におい
て、分離容器８は円筒状の細長い管である。分離部材９
は斜線を施した収納部材３５に収納された形で、分離容
器８へ挿入する。分離部材９と収納部材３５を分離容器
８の所定の場所に固定するには、分離容器８の内壁に段
差を設けてもよいし、内径の変化、即ち、分離容器８の
上端と下端では内径が異なる、いわゆるテーパーを利用
してもよい。図７の分離容器８には、段差３６を設けて
段差３６より下の分離容器８の内径を小さくした例が示
されている。本実施例での分離部材は実施例１の分離部
材と類似のタイプであり、その働きも同様であり、説明
は省略する。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の分離容器と
分離部材によれば、請求項１乃至２記載の分離部材と分
離容器を使用することにより、所定の遠心力で所定の時
間遠心分離を行った後に、遠心分離機の回転数が減少す
る段階で比重の大きい重液を下部容器に流出させること
が出来るので、極めて理想的な遠心分離が可能となる。
更に、従来遠心分離された液体は別々の容器に移す必要
があったが、本発明によれば、分離された液体は遠心分
離完了とともに既に上部容器と下部容器に分離されてい
るので、作業の手間とミスを軽減することが可能とな
る。

【００５１】又、請求項３記載の分離シートを併用する
ことにより、重液の下部容器への流出が完了した時点
で、分離部材に働く下向きの力がマイナスであっても比
重の小さい軽液の下部容器への流出を防げるので操作範
囲が幅広くとれ応用も広い。

【００５２】又、請求項４記載の分離部材と収納部材及
び分離容器では、１つの容器の中で空間を隔てて分離さ
れた液体を保持できるというメリットが有る。

【００５３】又、請求項７記載の様に、分離すべき液体
は、、相互に溶け合わない比重のことなる液体の混合物
だけでなく、分離された液体の比重が連続して変化する
液体であっても、分離シートの比重を上記連続して変化
する比重の任意の中間の比重とすることにより上記液体
の分離に適用できる。

【００５４】又、本発明の分離容器と分離シートを保持
した分離部材の使用方法として、分離シートの比重を変
えることにより、種々の液体の分離に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の分離容器と分離部材及び組
立体の縦断面図である。

【図２】本発明の実施例１の説明図である。

【図３】本発明の実施例１の説明図である。

【図４】本発明の実施例１の説明図である。

【図５】本発明の実施例１の分離操作の挙動の説明図で
ある。

【図６】本発明の実施例１の実験例の分離部材と分離容
器の寸法説明図である。

【図７】本発明の実施例２の説明図である。

【図８】従来例である。

【符号の説明】

１‥‥血清分離剤 ２１‥
‥部材接触面 ２‥‥採血管 ２１ａ
‥‥シート接触面 ３‥‥全血 ２２‥
‥上部容器接合部 ４‥‥血清 ２３‥
‥下部容器 ５‥‥血餅 ２４‥
‥下部容器接合部 ６‥‥血清・血餅混在相 ２５‥
‥混合液体 ７‥‥隔壁 ２６‥
‥上部隙間 ８‥‥分離容器 ２７‥
‥下部隙間 ９‥‥分離部材 ２８‥
‥開口部隙間 １０‥‥分離部材本体 ２９‥
‥軽液 １０ａ‥‥部材本体下端面 ３０‥
‥重液 １１‥‥部材空洞部 ３１‥
‥空洞部内液体 １２‥‥分離シート ３２‥
‥流出液 １３‥‥部材首部 ３３‥
‥界面 １４‥‥液体流下停止端部 ３４‥
‥遠心機の回転の中心 １４ａ‥‥端部上面 ３５‥
‥収納部材 １４ｂ‥‥端部下面 ３６‥
‥段差 １５‥‥部材下部 １６‥‥部材固定用突起 １６ａ‥‥部材固定用突起上面 １７‥‥上部容器 １８‥‥上部容器開口部 １８ａ‥‥上部容器開口部端面 １９‥‥分離部材固定用凹部 ２０‥‥穴

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相互に溶け合わない比重の異なる液体混合
   物を遠心分離により、各々の液体に分離する、分離容器
   と分離部材であって、上記分離容器は、上記液体混合物
   を収納し、遠心分離し、分離された液体を流出する穴を
   有する開口部を底部に有する上部容器と、上記上部容器
   の底部に接続され、上記開口部より流出する液体を貯溜
   する下部容器より構成され、上記分離部材は、下部が上
   記開口部に挿入され、下方に開放する空洞部分を有し、
   上記分離容器と上記分離部材とは、上記上部容器の底部
   に上記分離部材を固定し、液体の流出を防止する嵌合機
   構を有し、上記嵌合機構は、遠心場での上記分離部材の
   重力と浮力の合計値がプラスの一定値以上で外れる特徴
   を有し、上記嵌合機構が外れた後でも、遠心力場での上
   記分離部材の重力と浮力の合計値がプラスの一定値以上
   では、液体が上記上部容器より上記下部容器に流出しな
   い様な液体流下防止端部を、上記分離部材にもうけるこ
   とを特徴とする分離容器と分離部材。
2. 【請求項２】上記液体流下防止端部は、上記上部容器の
   開口部と、上記開口部へ挿入される上記分離部材の下部
   とにより生じる隙間を塞ぐことを特徴とする液体流下防
   止端部。
3. 【請求項３】分離すべき２つの液体の比重の中間の比重
   を有し、更に、ゴム弾性を有するドーナツ状の分離シー
   トを保持する分離部材であって、上記分離部材の上記空
   洞部分と上記液体流下防止端部との間の部材首部に、上
   記ドーナツ状分離シートの開口部を、上下方向に自由に
   移動可能の状態で差し込むことにより、遠心力場での上
   記分離部材に働く重力と浮力の合計値がマイナスとな
   り、液体が上記下部容器に流出している場合でも、分離
   された重液が全量上記下部容器へ流出し、軽液が上記下
   部容器へ流出する直前に軽液の流出を防ぐことを可能と
   する分離シートを保持する分離部材。
4. 【請求項４】請求項１乃至３記載の分離部材と、上記分
   離部材を収納する収納部材と、上記収納部材を挿入する
   円筒状の分離容器であって、上記収納部材は、上記上部
   容器の嵌合個所を含む部分と同じとし、上記分離容器の
   内側には、上記収納部材を固定するための段差又は、内
   径に変化を持たせたことを特徴とする、分離部材と収納
   部材及び分離容器。
5. 【請求項５】請求項１乃至３記載の分離部材分及び分離
   容器を用いた遠心分離方法。
6. 【請求項６】請求項４記載の分離部材と収納部材及び分
   離容器を用いた遠心分離方法。
7. 【請求項７】請求項３記載の分離シートを保持する分離
   部材を用いた遠心分離方法において、分離された液体
   が、比重が連続して変化する場合であって、上記分離シ
   ートの比重を、上記連続して変化する比重の任意の中間
   の比重とする遠心分離方法。