JP2006247217A - 遠心分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ回転時に異音が発生することを確実に防止することができる遠心分離器を提供すること。
【解決手段】本発明の遠心分離器は、上部に血液または血液成分の流入口４３および流出口４４が設けられたステータ４と、ステータ４に対し回転可能に設置されたロータ５と、ロータ５の回転時にステータ４に対するシール性を保持するシール機構３とを有する。ロータ５は、その内部に血液または血液成分を貯留する貯血空間５５を有する容器本体５１と、容器本体５１の上側に形成され、容器本体５１に対し縮径した首部５６とを備える。首部５６の外周部には、弾性材料で構成されたリング状の制振部材６が設置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心分離器に関する。

採血を行う場合、現在では、血液の有効利用および供血者の負担軽減などの理由から、採血血液を遠心分離などにより各血液成分に分離し、輸血者に必要な成分だけを採取し、その他の成分は供血者に返還する成分採血が行われている。

このような成分採血において、例えば血小板製剤を得る場合、供血者から採血した血液を血液成分分離回路に導入し、該血液成分分離回路に設置された遠心分離器（遠心ボウルとも呼ばれる）により、血漿、白血球、血小板および赤血球の４成分に分離し、そのうちの血小板をバッグに回収して血小板製剤とし、残りの血漿、白血球および赤血球は、供血者に返血することが行われる。そして、目標とする血小板数を確保するために、上記採血、採血血液の遠心分離、血小板の回収および返血よりなる一連の血液処理工程が複数回行われる。

遠心分離器は、血液の流入口と血液成分の排出口とを有するステータと、内部に円環状の貯血空間を有し、ステータに対し回転可能に支持された釣り鐘状（ベル状）のロータ（回転する容器）とで構成されており、前記流入口より貯血空間内へ血液を供給しつつ、ロータを高速回転させることにより、前記貯血空間内の血液が遠心分離され、回転中心に近い側から血漿層、バフィーコート層および赤血球層に分離されるよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。

この遠心分離器には、ロータの回転時にステータに対するシール性を保持するシール機構が設けられている。シール機構は、ステータ側に設置された円環状のステータ側リングと、ロータ側に設置され、ステータ側リングに対し摺動する円環状のロータ側リングとを有している。

従来、同じ仕様の遠心分離器であっても、各製品の個体差や、回転駆動装置との相性の良し悪しにより、ロータの回転時に異音を発生することがあった。本発明者の知見によれば、この異音は、ステータ側リングとロータ側リングとの摺動部から発生した振動がロータに伝播し、ロータが振動することによって発生しているものと考えられる。

遠心分離器から異音が発生した場合には、その遠心分離器を使用せず、他の遠心分離器に交換した上で採血を行うので、遠心分離器が無駄になり、成分採血のコストが増大するという問題があった。

特開平９−１０８５９４号公報

本発明の目的は、ロータ回転時に異音が発生することを確実に防止することができる遠心分離器を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（５）の本発明により達成される。
（１） 血液または血液成分の流入口および流出口が設けられたステータと、
前記ステータに対し回転可能に設置されたロータと、
前記ロータの回転時に前記ステータに対するシール性を保持するシール機構とを有する遠心分離器であって、
前記ロータは、その内部に血液または血液成分を貯留する貯血空間を有する容器本体と、前記容器本体の上側に形成され、前記容器本体に対し縮径した首部とを備え、
前記首部の外周部に、弾性材料で構成されたリング状の制振部材を設置したことを特徴とする遠心分離器。

（２） 前記制振部材は、自然状態での内径が前記首部の外径より小さいものであり、自然状態より拡径した状態で前記首部の外周部に装着されている上記（１）に記載の遠心分離器。

（３） 前記制振部材は、前記容器本体と前記首部との境界の角部に密着した状態で設置されている上記（１）または（２）に記載の遠心分離器。

（４） 血液または血液成分の流入口および流出口が設けられたステータと、
前記ステータに対し回転可能に設置され、その内部に血液または血液成分を貯留する貯血空間を有するロータと、
前記ロータの回転時に前記ステータに対するシール性を保持するシール機構とを有する遠心分離器であって、
前記シール機構は、前記ステータ側に設置された円環状のステータ側リングと、前記ロータ側に設置され、前記ステータ側リングに対し摺動する円環状のロータ側リングとを有し、
前記ロータ側リングは、弾性層を介して前記ロータに固定されていることを特徴とする遠心分離器。

（５） 前記弾性層は、接着剤が硬化して形成されたものである上記（４）に記載の遠心分離器。

本発明によれば、ロータ回転時、ロータの振動による異音が発生することを確実に防止することができる。
また、極めて簡単な構造で有効に上記効果を発揮することができ、製造コストを上昇させることもない。

以下、本発明の遠心分離器を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の遠心分離器（遠心ボウル）の実施形態を示す半縦断面図、図２は、図１の一部を拡大して示す半縦断面図である。以下では、図１および図２中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。

図１に示すように、遠心分離器（遠心ボウル）１は、ステータ４と、ステータ４に対し回転可能なロータ５とで構成されている。ステータ４の上部には、ボウルヘッド４１が設けられ、該ボウルヘッド４１には、互いに反対方向へ向けて突出する流入口４３および流出口４４が形成されている。ボウルヘッド４１の長手方向中央部付近には、後述するシール機構３を収納するスカート状のカバー４２が形成されている。カバー４２の内面には、周方向に沿って間欠的にリブ４２１が形成されている。

ボウルヘッド４１の下端部には、下方へ向けて拡開する流出管４５が液密に嵌入されている。また、ボウルヘッド４１の内腔および流出管４５の内腔には、流入管４６が挿入されており、２重管構造をなしている。

流入管４６の上端は、流出口４４より上方へ突出し、流入口４３に連通している。流入管４６の下端は、ロータ５内の底部付近に位置している。また、流入管４６の長手方向の途中には、流出管４５の下面に対面する形状のフランジ部４６２が形成されている。

流出管４５とフランジ部４６２との間には、幅狭の流路が形成され、この流路は、ボウルヘッド４１の内面と流入管４６の外面との間に形成される流路を介して、流出口４４に連通している。

シール機構３は、ロータ５の上端部を気密あるいは液密にシールするものであり、ステータ４側に設置された円環状のステータ側リング３１と、内周縁部がボウルヘッド４１に固着されたシール部材３２と、ロータ５側に設置された円環状のロータ側リング３４とで構成されている。

ステータ側リング３１の下面には、ロータ５の回転時に、ロータ５側に固定されたロータ側リング３４と接触して摺動する円環状の凸部が形成されている。ステータ側リング３１の構成材料は、特に限定されないが、例えばフェノール樹脂等の硬質樹脂が好適に用いられる。

シール部材３２は、弾性材料よりなる膜で構成されている。シール部材３２の外周縁部は、ステータ側リング３１の外周部に固着されている。

一方、ロータ５は、釣り鐘状（または俵状でもよい）をなす容器本体（ボウル本体）５１と、容器本体５１の上部に形成された首部（縮径部）５６と、容器本体５１の下端開口を遮蔽する底板５２と、容器本体５１内に位置する釣り鐘状（ベル状）の外核５３と、外核５３の内側に嵌合された筒状の内核５４とで構成されている。これらのうち、容器本体５１と首部５６とは一体的に形成されており、その他は、別々の部材で構成され、これらを組み立てることにより、ロータ５が構成されている。

首部５６の外径は、容器本体５１の外径より小さくなっている。容器本体５１と首部５６との間には、段差、すなわち肩部５９が形成されている。首部５６内には、流出管４５の拡開部と、フランジ部４６２とが収納されている。

首部５６の上端部には、シール機構３のロータ側リング３４が固定されている。ロータ側リング３４の構成材料は、特に限定されないが、例えばセラミックスが好ましく用いられる。
内核５４の内側には、前記流入管４６が挿通され、ロータ５は、流入管４６の管軸（回転中心軸５００）を中心として回転する。

容器本体５１の側壁５１１の内周面と、外核５３の外周面との間には、円環状の貯血空間５５が形成されている。また、容器本体５１の肩部５９内面と、外核５３の上部外面との間には、貯血空間５５の上部に連通し、そこからロータ５の回転中心軸５００方向に向かう幅狭の流路５８が形成されている。

底板５２は、ほぼ円板状の部材であり、その中心部には、流入管４６を流下した血液を受ける凹部が形成されている。また、内核５４の下面と底板５２の上面（内面）との間には、ほぼ円盤状の流路５７が形成されている。この流路５７の内周側は、流入管４６内に連通し、外周側は、貯血空間５５の下部に連通している。

貯血空間５５は、上方へ向かってその内外径が漸減するような形状（テーパ状）をなしている。貯血空間５５の上部は、ロータ５の回転中心軸５００へ向かって湾曲し、幅狭の流路５８に至り、流出口４４へと連通している。貯血空間５５の容積Ｖは、特に限定されないが、通常、５０〜１０００［ｍｌ］程度とするのが好ましく、１００〜３００［ｍｌ］程度とするのがより好ましい。

容器本体５１、底板５２、外核５３および内核５４は、それぞれ、硬質の樹脂材料で構成されている。この硬質の樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレンが挙げられる。また、容器本体５１、底板５２、外核５３および内核５４のうちの少なくとも容器本体５１は、貯血空間５５の視認性を確保するために、実質的に透明な材料で構成されているのが好ましい。

以上のようなロータ５は、図示しない回転駆動装置（遠心分離器駆動装置）により、回転駆動される。この回転駆動装置は、通常、ロータ５の下端部を固定する固定機構（例えば真空吸着機構など）を有するターンテーブルを備え、このターンテーブルを回転駆動することによりロータ５を回転させるように構成されている。

遠心分離器１を用いて血液処理を行う際には、予め設定された所定の遠心条件（回転速度および回転時間）でロータ５が回転される。この遠心条件により、ロータ５内の血液の分離パターン（例えば、分離する血液成分数）を設定することができる。例えば、貯血空間５５内で、血液が、内層より血漿層、バフィーコート層および赤血球層に分離されるように遠心条件を設定することができる。バフィーコート層は、血小板と白血球とを含んでいる。このバフィーコート層は、血漿層および赤血球層に比べて少量であるが、血漿を通すことにより沈降速度の違いを利用して、血小板と白血球とをより明確に分離することができる。

さて、このような遠心分離器１では、ロータ５回転時に異音が発生するのを確実に防止するため、首部５６の外周部に、弾性材料で構成されたリング状の制振部材６を設置している。

この制振部材６を設けたことにより、ロータ５回転時、ステータ側リング３１とロータ側リング３４との摺動部から発生した振動が制振部材６によって吸収され、容器本体５１へ振動が伝播することを防止することができる。その結果、容器本体５１が振動して異音を発生することを確実に防止することができる。

制振部材６を構成する弾性材料としては、特に限定されず、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料（特に加硫処理したもの）や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。

また、制振部材６は、自然状態での内径（内周長）が首部５６の外径（外周長）より小さいものであるのが好ましい。これにより、制振部材６は、自然状態より拡径した状態で首部５６の外周部に装着され、制振部材６の弾性力により首部５６が締め付けられるので、振動が容器本体５１へ伝播するのをより確実に防止することができ、より高い異音発生防止効果が得られる。

制振部材６は、首部５６に接着、融着等の方法により固定されていてもよく、また、制振部材６自身の締め付け力によって装着されているだけでもよい。

本実施形態の制振部材６の横断面形状は、長方形であるが、この形状は特に限定されず、例えば、図２の円内に示す制振部材６’のような形状でもよい。

図２の円内に示す制振部材６’の横断面形状は、菱形に近い四角形であり、その一つの角部の形状は、容器本体５１（肩部５９）と首部５６との境界の角部５０の形状に合わせた形状とされているので、制振部材６’は、角部５０に密着した状態になっている。これにより、より優れた異音発生防止効果が得られるとともに、見た目も改善することができる。

また、本実施形態では、線径が比較的太い１本のリングで制振部材６を構成しているが、複数本のリングで制振部材６を構成してもよい。

制振部材６の横断面の最大幅（複数本のリングで制振部材６を構成する場合には、その全体の最大幅）は、特に限定されないが、１〜２０ｍｍ程度であるのが好ましく、２〜５ｍｍであるのがより好ましい。

このような遠心分離器１は、ロータ５回転時の異音の発生をさらに確実に防止するために、図２に示すように、ロータ５の首部５６とロータ側リング３４との間に弾性層７を介挿した状態でロータ側リング３４を設置している。これにより、ロータ５回転時、ステータ側リング３１とロータ側リング３４との摺動部から発生した振動が弾性層７によって吸収され、首部５６や容器本体５１へ振動が伝播することを防止することができる。その結果、容器本体５１が振動して異音を発生することを確実に防止することができる。

弾性層７は、振動の発生源であるステータ側リング３１とロータ側リング３４との摺動部に極めて近い箇所に設けられているので、その大きさが比較的小さくても、優れた異音発生防止効果が得られる。

弾性層７を構成する弾性材料としては、特に限定されず、制振部材６と同様の材料で構成することができる。

また、弾性層７は、接着剤が硬化してなるものでもよい。この場合には、ロータ側リング３４を接着剤を用いて首部５６に固定だけで弾性層７を形成することができるので、部品点数が少なく、簡単な工程で弾性層７を設けることができ、製造が容易となる。この場合の接着剤は、硬化後に弾性を有するものであればいかなる種類のものでもよく、例えば、エポキシ系、アクリル系、シアノアクリレート系、シリコーン系、ポリウレタン系等の、紫外線硬化型、可視光硬化型、または電子線硬化型の接着剤を好適に用いることができる。

弾性層７は、ロータ側リング３４の周方向に沿って間欠的に複数箇所に設けられたものでもよいが、全周に渡って設けられているのが好ましい。

弾性層７の厚さは、特に限定されないが、０．１〜３ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５〜１ｍｍであるのがより好ましい。

以上、本発明の遠心分離器を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、遠心分離器を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、図１および図２に示す遠心分離器１では、制振部材６および弾性層７の両方を設けているが、制振部材６および弾性層７のいずれか一方のみを設けることによっても、十分な異音発生防止効果が得られる。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．遠心分離器の作製
（実施例１）
弾性層７を備えない（制振部材６は備える）こと以外は図１および図２に示す構造と同様の遠心分離器を作製した。この遠心分離器の仕様は、以下の通りである。

制振部材６の材質：シリコーンゴム
制振部材６の横断面形状：３ｍｍ×３ｍｍの正方形
制振部材６の内径：４５ｍｍ（自然状態）
ロータ５の材質：ポリカーボネート
ステータ側リング３１の材質：フェノール樹脂
ロータ側リング３４の材質：セラミックス
貯血空間５５の容積：２６５ｍｌ

（実施例２）
制振部材６を備えず、弾性層７を備えること以外は実施例１と同様の遠心分離器を作製した。アクリル系紫外線硬化型の接着剤を用いてロータ側リング３４を首部５６に固定し、硬化した接着剤によって弾性層７を構成した。接着剤硬化後の弾性層７の厚さは、０．６ｍｍであった。

（比較例）
制振部材６および弾性層７を両方とも備えないこと以外は、実施例１および２と同様の遠心分離器を作製した。

２．評価
各実施例および比較例の遠心分離器を回転駆動装置に装着してロータ５を回転させたときの振動状態を次のようにして計測した。計測器としてＦＦＴアナライザ（小野測器製ＣＦ−５２２０）を使用し、このＦＦＴアナライザのセンサをカバー４２の外周部に取り付け、最も異音が発生し易い３００ｒｐｍでロータ５を回転させて、振動速度を測定した。この測定結果のうち、耳障りな異音の周波数帯である１４００〜２０００Ｈｚにおける最大の振動速度を下記表１にまとめて示す。

表１に示すように、実施例１および実施例２の遠心分離器は、比較例の遠心分離器と比べて振動速度が大幅に低く、振動が抑えられていることが明らかとなった。また、実際上も、異音が発生し易いと考えられる１００〜５００ｒｐｍのいずれの回転速度域においても異音の発生はなかった。

これに対し、比較例の遠心分離器では、３００ｒｐｍを中心とする広い回転速度域において異音の発生が認められた。

本発明の遠心分離器（遠心ボウル）の実施形態を示す半縦断面図である。 図１の一部を拡大して示す半縦断面図である。

符号の説明

１ 遠心分離器
３ シール機構
３１ ステータ側リング
３２ シール部材
３４ ロータ側リング
４ ステータ
４１ ボウルヘッド
４２ カバー
４２１ リブ
４３ 流入口
４４ 流出口
４５ 流出管
４６ 流入管
４６２ フランジ部
５ ロータ
５０ 角部
５１ 容器本体
５１１ 側壁
５２ 底板
５３ 外核
５４ 内核
５５ 貯血空間
５６ 首部
５７、５８ 流路
５９ 肩部
６、６’ 制振部材
７ 弾性層
５００ 回転中心軸

Claims (3)

1. 血液または血液成分の流入口および流出口が設けられたステータと、
   前記ステータに対し回転可能に設置されたロータと、
   前記ロータの回転時に前記ステータに対するシール性を保持するシール機構とを有する遠心分離器であって、
   前記ロータは、その内部に血液または血液成分を貯留する貯血空間を有する容器本体と、前記容器本体の上側に形成され、前記容器本体に対し縮径した首部とを備え、
   前記首部の外周部に、弾性材料で構成されたリング状の制振部材を設置したことを特徴とする遠心分離器。
2. 前記制振部材は、自然状態での内径が前記首部の外径より小さいものであり、自然状態より拡径した状態で前記首部の外周部に装着されている請求項１に記載の遠心分離器。
3. 前記制振部材は、前記容器本体と前記首部との境界の角部に密着した状態で設置されている請求項１または２に記載の遠心分離器。
   

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