JP2006198614A - 携帯用遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機によらずにも遠心力を発生させ、容易に携帯できる携帯用遠心分離機を提供する。
【解決手段】ひもの一端が結束された回転軸、及び回転軸に設置される一対の慣性回転体輪を有する慣性回転体と、慣性回転体に設けられ、遠心分離される物質が収容される少なくとも一つの密閉容器と、を備えることを特徴とする携帯用遠心分離機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯用遠心分離機に係り、さらに詳細には、簡便に携帯できる携帯用遠心分離機に関する。

遠心分離とは、遠心力の作用によって成分や比重が他の物質を分離、精製、濃縮することを言い、遠心分離機は、前記のような遠心分離を利用して、液体中の固体粒子を分離する装置を言う。

前記遠心分離機の性能は、重力に何倍の遠心力が発生するかによって決定され、これを相対遠心力（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｆｏｒｃｅ：ＲＣＦ）という。すなわち、相対遠心力＝（遠心加速度）／（重力加速度）である。遠心加速度の大きさａ_ｃは、回転半径ｒ×の角速度ωの自乗（ａ_ｃ＝ｒω^２）であるため、相対遠心力は、遠心分離の回転半径及び角速度によって決まる。このような遠心分離機は、食品、製薬、選鉱等の多様な分野で応用される。

従来の遠心分離機は、大部分電動機を利用して遠心力を発生させるため、その遠心分離のためのコストが上がり、その構造が複雑である。そして、従来の遠心分離機は、電動機などを備えることによってそのサイズが大きくなるため、携帯し難いという短所がある。

本発明は、電動機によらずにも遠心力を発生させ、容易に携帯できる携帯用遠心分離機を提供することを目的とする。

本発明に係る携帯用遠心分離機は、ひもの一端が結束された回転軸、及び前記回転軸に設置される一対の慣性回転体輪を有する慣性回転体と、前記慣性回転体に設けられ、遠心分離される物質が収容され得る少なくとも一つの密閉容器と、を備える。

前記のように構成される本発明に係る携帯用遠心分離機によれば、遠心分離機の携帯が簡単であるため、時間及び場所に制約されずに対象物質に対する遠心分離を行える。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態に係る携帯用遠心分離機を詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を示す。

図１は、本発明の第１実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る携帯用遠心分離機１０は、ひも１１の一端が結束された回転軸１２と、前記回転軸１２に設置される一対の慣性回転体輪１３と、を有する慣性回転体を備える。

本発明によれば、前記慣性回転体輪１３の外側には、密閉容器２０が設置される。前記密閉容器２０は、血液、細胞等、遠心分離の対象となる物質が内部に収容されるものであって、その構造的な特徴は、図２を参照して後述する。

ユーザーが前記回転軸１２の外部面に巻かれている前記ひも１１の一端を取って慣性回転体を動作させれば、巻かれていた前記ひも１１が解けつつ、前記慣性回転体輪１３が速い回転速度で加速される。前記ひも１１の他端が前記回転軸１２に固定されている場合、前記ひも１１がすべて解ければ、前記慣性回転体は再び巻かれて、解けと巻きを繰り返すため、前記慣性回転体輪１３は持続的に回転できる。または、前記ひも１１の一端が前記回転軸１２に固定されていない場合、前記ひも１１がすべて解けた後、前記慣性回転体輪１３はしばらく回転する。慣性回転体輪１３が回転する間にユーザーが取っている前記ひも１１の一端に反力を加えれば、前記回転軸１２に前記ひも１１が巻き戻される。したがって、ひもが巻かれる時や解ける時、前記慣性回転体輪１３の持続的な回転が許容される。

前記のように慣性回転体輪１３が回転することによって、前記慣性回転体輪１３の外部面に設けられる前記密閉容器２０も共に回転する。したがって、前記密閉容器２０内に収容された遠心分離の対象物質に遠心力が加えられて、前記遠心分離の対象物質の各成分が遠心分離される。前記遠心分離のための時間は、遠心分離の対象物質の沈殿速度についての式１で評価される。

ここで、Ｕ_ｓｅｄは、遠心分離の対象物質の沈殿速度、ｒ１は、遠心分離の対象物質の大きさ（半径）、ｒ２は、軸１２の中心から測定された密閉容器２０の回転運動の半径、ωは、慣性回転体輪１３の回転角速度、ρ１は、遠心分離の対象物質の密度、ρ２は、密閉容器２０の内部に収容される流体の密度、μは、流体の粘性係数である。前記数式から分かるように、遠心分離の対象物質の沈殿速度は、慣性回転体輪１３の回転角速度の自乗に比例する。したがって、前記慣性回転体輪１３の回転角速度を上げれば、さらに短時間で遠心分離を完了させうる。

ここで、前記慣性回転体を円滑に動作させ、前記慣性回転体輪１３の外面の空間活用度を向上させるために、複数の前記密閉容器２０が設けられ、相互間の角度（α、β、γ）を同じくして配置することが好ましい。そして、前記遠心分離の対象物質は、遠心分離された後、そのそれぞれの成分が前記密閉容器２０から抽出される。したがって、遠心分離された前記対象物質の成分が前記密閉容器２０から容易に抽出されるように、前記密閉容器２０は脱着式に形成されることが好ましい。

図２は、本発明に係る携帯用遠心分離機に設けられる密閉容器を示す垂直断面図である。

図２に示すように、本発明に係る携帯用遠心分離機は、遠心分離の対象物質が内部に収容されうる密閉容器２０を有している。前記密閉容器２０は、本体２１と、前記本体２１の上部に設けられるキャップ２２とを備える。前記本体２１及び前記キャップ２２は、連結部２３により連結されている。前記キャップ２２の下部に突出した嵌め込み部２４は、前記本体２１の上端面に嵌め込まれて、前記本体２１の収容空間２５を外部から隔離する。

本発明によれば、前記密閉容器２０はフィルタ２６を備え得る。前記密閉容器２０に収容された対象物質の遠心分離が完了した後、前記遠心分離機が停止すれば、前記密閉容器２０内の対象物質にそれ以上遠心力が加えられない。そして、重力は、遠心分離された対象物質に加えられて再混合されうる。すなわち、遠心分離機の回転が停止したとき、密閉容器２０が覆されたり傾いたりすれば、前記遠心分離された対象物質の成分は、重力により前記密閉容器２０内で移動することによって再混合される恐れがある。本発明では、前記密閉容器２０の内部に前記フィルタ２６を設置することにより、遠心分離された前記対象物質の各成分が再混合されることを防止する。ここで、前記フィルタ２６には、遠心分離の対象物質の各成分が通過できる複数の微細孔が形成される。前記微細孔の大きさは、前記遠心分離の対象物質の各成分の大きさを考慮して決定されねばならない。すなわち、前記対象物質の各成分が遠心力によって前記微細孔を通過し、遠心力が作用しない時には、前記微細孔を通過できない程度の範囲に決定されることが好ましい。例えば、血液に含まれたウイルス、バクテリアなどを遠心分離しようとする場合、前記微細孔を介して血液中の赤血球及び白血球が通過できないように、前記微細孔の直径を約１μｍに形成して、遠心分離を行う。

本実施形態では、遠心分離の対象物質の再混合を防止するために、前記密閉容器２０の内部に前記フィルタ２６が設置されるが、本発明は必ずしもこれに制限されるものではない。すなわち、前記遠心分離の対象物質と混合されずに、遠心分離された前記対象物質の各成分の中間比重値を有する物質からなる所定のゲルが前記フィルタ２６として利用されてもよい。例えば、アガロースの濃度を０．１％、０．５％、１％等に調節した後に固めれば、それぞれの濃度によってその内部に形成される微細孔の大きさが変わる。したがって、遠心分離の対象物質によってアガロースの濃度を調節することにより、その物質に対する遠心分離を容易に行える。

前記密閉容器２０のフィルタ２６の下部２７には、分解緩衝剤が添加されうる。前記分解緩衝剤は、遠心分離の対象物質の分解を促進させる役割を行う。

図３は、本発明の第１実施形態に係る携帯用遠心分離機の回転速度の試験測定データを示すグラフであり、図４は、図３で実施された実験例に使用された密閉容器内の遠心分離の対象物質の実験後の状態を示す図面である。本実験では、５回にかけて反復実験を実施し、実験に使用された慣性回転体のひも長は１ｍであり、慣性回転体輪の直径は６ｃｍであり、回転軸の直径は５ｍｍである。

図３に示すように、軸１２とひも１１との摩擦によって、時間が経過することによって慣性回転体の回転速度が遅くなる。本実験例で慣性回転体を動作させた直後の回転速度の平均は、４９２８ｒｐｍ（ＲＣＦ：約５５０ｇ）であり、３０秒が経た後の回転速度の平均は、２５６１ｒｐｍ（ＲＣＦ：約１５０ｇ）である。

図４に示すように、本図面上の参照符号３０は、遠心分離の対象物質として血液を使用して密閉容器に収容した後、前記密閉容器を一般的な遠心分離機により３０００ｒｐｍ（〜８００ｇ）で回転させた結果を表し、参照符号３１は、前記対象物質が収容された密閉容器を本発明の好ましい実施形態に係る遠心分離機１０により、図３において示された回転速度で回転させた結果を表す。本実験例により、前記遠心分離機１０によって遠心分離の対象物質を信頼できるように遠心分離できるということが分かる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す分解斜視図である。

図５に示すように、本実施形態に係る携帯用遠心分離機４０は、ジャイロスコープの原理を応用したものであって、上部にホール４２が形成された上部ケース４１と、前記上部ケース４１と凹凸構造４３、４５により結合される下部ケース４４とを備える。そして、前記遠心分離機４０は、前記凹凸構造４３、４５により形成される隙間にその一側が回転自在に挿入されるリング４６と、前記リング４６に回転自在に結合される回転子４８とを備える。前記回転子４８の軸が前記リング４６に形成された結合ホーム４７に回転自在に結合されることにより、前記リング４６に前記回転子４８が連結される。前記回転子４８は、その表面に初期回転時に使用されるひもが巻かれるリブ４９が形成される。

本実施形態によれば、前記回転体４８には、前記密閉容器２０が挿入されて挟まれるチューブ５２が少なくとも一つ以上形成されうる。前記チューブ５２は、前記密閉容器２０内に収容された物質に遠心力が円滑に加えられるように、前記軸５０と所定角度で傾くことが好ましい。そして、前記回転子４８を円滑に動作させるために、前記密閉容器２０が相互間の角度を同じくして配置されることが好ましい。そして、前記のように、遠心分離された前記対象物質の成分が前記密閉容器２０から容易に抽出されるように、前記密閉容器２０は、前記チューブ５２に脱着式に結合されることが好ましい。

前記回転子４８にユーザーにより外力が加えられれば、前記回転子４８が回転を始める。この時、前記回転子４８の初期回転速度を上げるために、前記リブ４９にひもを数回にかけて巻いた後、ユーザーが前記ひもの他側を強く引っ張ることにより、前記回転子４８により強い外力を加え得る。

前記のように、前記回転子４８が回転を始めれば、ユーザーが前記遠心分離機４０の表面を握った状態で手首を軸として、時計回り方向、逆時計回り方向に前記遠心分離機４０を回転させる。それにより、前記のような回転により前記リング４６と、前記回転子４８をそれぞれ所定方向に回転させる分力が発生するが、前記のような分力が、既にそれ自体の回転軸５０を中心に回転している前記回転子４８に加えられる。前記回転子４８に加えられた分力は、前記回転子４８に対する回転モーメントを発生させるため、前記回転子４８の回転速度が上がる。前記のような過程を繰り返して、前記回転子４８の回転速度が所定レベル以上になれば、前記密閉容器２０に収容された対象物質に対する遠心分離が行われる。

図６は、本発明の第２実施形態に係る携帯用遠心分離機の密閉容器の結合方式についての他の実施形態を示す斜視図である。

図６に示すように、携帯用遠心分離機４０に設置される回転子４８は、密閉容器２０の結合のための少なくとも一つ以上の板バネ５５及び固定部５７を備える。前記板バネ５５は、スクリューなどの別途の結合部材５６により前記回転子４８に結合されうる。

本実施形態によれば、前記密閉容器２０は、下部が前記板バネ５５に載置され、その上部が前記固定部５７により支持されることにより前記回転子４８に結合される。これを詳細に説明すれば、ユーザーが前記密閉容器２０の下部を前記板バネ５５に載置させつつ、前記密閉容器２０の下方に外力を加えれば、前記板バネ５５が下方に押されて、それに弾性エネルギーが蓄積される。その後、ユーザーが前記密閉容器２０の上部を前記固定部５７側に押した後に外力を除去すれば、前記板バネ５５の弾性エネルギーによる復元力によって前記密閉容器２０が上昇して、その上部が前記固定部５７と密着する。それにより、前記密閉容器２０は、前記回転子４８に信頼できるように結合される。

図７は、本発明の第２実施形態に係る携帯用遠心分離機の回転速度の試験測定の結果を表す図表である。本実験例では、ＡないしＩで表記される９名の実験者が参加している。図表の横軸は、各実験者を表し、ＡないしＩの下方に位置する縦軸に沿う各欄は、前記遠心分離機の回転速度を表す。

図７に示すように、あらゆる実験者の実験結果に対する平均値が１１１５８ｒｐｍ（約２０９０ｇ）である。これは、本発明の第１実施形態に係る実験例より早くなった回転速度であり、本実施形態によれば、前記密閉容器２０内の対象物質に対する遠心分離効果がさらに向上しうる。

図８は、本発明の第３実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す斜視図である。

図８に示すように、本実施形態に係る携帯用遠心分離機６０は、ジャイロスコープ駒の原理を応用したものであって、回転軸６１と、前記回転軸の周りに形成される回転板６３と、前記回転軸を支持するために形成される回転軸支持用の枠６４を有するジャイロスコープ駒と、前記ジャイロスコープ駒に設けられて、遠心分離される物質が収容される少なくとも一つの密閉容器と、を備える。

前記ジャイロスコープ駒には、ユーザー作動の便宜性を提供し、前記回転板が回転する間に外部から回転が妨害されることを防止するために、前記回転板のような平面に存在し、前記回転軸支持用の枠と結合される全体固定枠６５を備え得る。

前記遠心分離機６０の回転軸６１に所定長さのひも６２を巻いた後、早い時間内に引っ張れば、前記回転軸６１と前記ひも６２との摩擦により前記回転軸６１が高速回転を始め、それによって前記回転軸６１の周りに形成された回転板６３が回転するが、ジャイロスコープ駒の原理によって前記遠心分離機６０は回転軸の方向を維持しつつ高速回転を行う。したがって、前記回転板６３に装着された前記密閉容器２０の内部に収容された対象物質を容易に遠心分離できる。また、前記遠心分離機６０は、その大きさが小さく、構造が簡単であり、携帯が容易であるという長所がある。ここで、前記密閉容器２０は、相互間の角度を同じくして配置されることが好ましい。

図９は、本発明の第４実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す斜視図である。

図９に示すように、本実施形態に係る携帯用遠心分離機７０は、ブーメランの原理を応用したものであって、その上には、内部に遠心分離の対象物質が収容される密閉容器２０が結合される。ユーザーが前記遠心分離機７０を空中に投げて回転させれば、前記遠心分離機７０の回転により発生する回転力が前記密閉容器２０の内部の対象物質に作用して遠心分離が行われる。前記遠心分離機７０が回転する時、前記遠心分離の対象物質により大きい遠心力が作用できるように、前記密閉容器２０は、前記遠心分離機７０の両末端部に配置されることが好ましい。

一方、本発明に係る携帯用遠心分離機１０、４０、６０、７０では、その遠心分離の対象物質を構成する特定構成成分を分離するために、密閉容器２０内に別途の分離剤がさらに添加されうる。例えば、遠心分離の対象物質が血液であり、その構成成分の一つである特定白血球を分離しようとする時、その分離が容易に行われるように、前記密閉容器２０内に分離剤として前記特定白血球分離液をさらに添加した後、遠心分離を実施できる。前記のような状態で前記遠心分離機により遠心分離させれば、前記密閉容器２０内に下側から赤血球層、白血球層、血清層の順に分離される。したがって、要求される前記特定白血球を容易に分離できる。ここで、前記のように分離された血液成分が再混合されないように、前記密閉容器２０内にフィルタ２６が設けられることが好ましい。

本発明は、図面に示す実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらねばならない。

本発明は、携帯用遠心分離機に関連した技術分野に好適に適用され得る。

本発明の第１実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す斜視図である。 本発明に係る携帯用遠心分離機に設けられる密閉容器を示す垂直断面図である。 本発明の第１実施形態に係る携帯用遠心分離機の回転数速度の試験測定データを示すグラフである。 図３で実施された実験例に使用された密閉容器内の遠心分離の対象物質の実験後の状態を示す図面である。 本発明の第２実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る携帯用遠心分離機の密閉容器の結合方式についての他の実施形態を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る携帯用遠心分離機の回転速度の試験測定データを示す図表である。 本発明の第３実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る携帯用遠心分離機を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 携帯用遠心分離機、
１１ ひも、
１２ 回転軸、
１３ 慣性回転体輪、
２０ 密閉容器、

Claims (24)

1. ひもの一端が結束された回転軸、及び前記回転軸に設置される一対の慣性回転体輪を有する慣性回転体と、
   前記慣性回転体に設けられ、遠心分離される物質が収容され得る少なくとも一つの密閉容器と、を備えることを特徴とする携帯用遠心分離機。
2. 前記密閉容器は、内部に収容される物質の遠心分離された状態を維持させるフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の携帯用遠心分離機。
3. 前記フィルタは、所定のゲルからなることを特徴とする請求項２に記載の携帯用遠心分離機。
4. 前記密閉容器は、前記慣性回転体輪に設けられることを特徴とする請求項１に記載の携帯用遠心分離機。
5. 前記密閉容器は、脱着式であることを特徴とする請求項１に記載の携帯用遠心分離機。
6. 前記密閉容器は、相互間に同じ角度で配置されることを特徴とする請求項１に記載の携帯用遠心分離機。
7. 前記密閉容器には、分解緩衝剤が添加されることを特徴とする請求項１に記載の携帯用遠心分離機。
8. 前記密閉容器には、内部に収容された物質の特定構成成分を分離するための分離剤が添加されることを特徴とする請求項１に記載の携帯用遠心分離機。
9. 回転体、前記回転体の中心軸が結合されるリング、及び前記リングが回転可能に結合されるケースを備えるジャイロスコープと、
   前記ジャイロスコープに設けられ、遠心分離される物質が収容される少なくとも一つの密閉容器と、を備えることを特徴とする携帯用遠心分離機。
10. 前記回転体には、前記密閉容器が挟まれるチューブが少なくとも一つ以上形成されることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
11. 前記回転体には、前記密閉容器の結合のための弾性構造体が少なくとも一つ以上設けられることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
12. 前記弾性構造体は、板バネであることを特徴とする請求項１１に記載の携帯用遠心分離機。
13. 前記密閉容器は、内部に収容される物質の遠心分離された状態を維持させるフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
14. 前記フィルタは、所定のゲルからなることを特徴とする請求項１３に記載の携帯用遠心分離機。
15. 前記密閉容器は、前記回転体に設けられることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
16. 前記密閉容器は、脱着式であることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
17. 前記密閉容器は、相互間に同じ角度で配置されることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
18. 前記密閉容器には、分解緩衝剤が添加されることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
19. 前記密閉容器には、内部に収容された物質の特定構成成分を分離するための分離剤が添加されることを特徴とする請求項９に記載の携帯用遠心分離機。
20. 回転軸、前記回転軸の周りに形成される回転板、及び前記回転軸を支持するために形成される回転軸支持用の枠を有するジャイロスコープ駒と、
    前記ジャイロスコープ駒に設けられ、遠心分離される物質が収容される少なくとも一つの密閉容器と、を備えることを特徴とする携帯用遠心分離機。
21. 前記ジャイロスコープ駒は、前記回転板の平面に存在し、前記回転軸支持用の枠と結合される全体固定枠を備えることを特徴とする請求項２０に記載の携帯用遠心分離機。
22. 前記密閉容器は、相互間に同じ角度で配置されることを特徴とする請求項２０に記載の携帯用遠心分離機。
23. 平坦であり、弓状を有するブーメランと、
    前記ブーメランに設けられ、遠心分離される物質が収容される少なくとも一つの密閉容器と、を備えることを特徴とする携帯用遠心分離機。
24. 前記密閉容器は、前記ブーメランの両末端部に配置されることを特徴とする請求項２３に記載の携帯用遠心分離機。