JP2006255549A

JP2006255549A - 遠心分離機

Info

Publication number: JP2006255549A
Application number: JP2005074443A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Aizawa; 正春相沢
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】冷却装置を備える遠心分離機において、ロータ１の停止時、ロータ室３内の温度を４°Ｃ以下の低温に制御するために、駆動回転軸１２及びモータ回転軸１３（軸受部１４を含む）が冷却され、大気の湿気により駆動回転軸１２及び軸受部１４が結露し、水分が付着して発錆し、駆動モータ２のボールベアリング軸受部１４を錆させることになる。また、ボールベアリング軸受部１４の固着(ロック)や焼損の原因にもなる。本発明はこの問題を解決する。
【解決手段】駆動モータ２のボールベアリング軸受部１４の周囲（軸受ハウジング部１８ａの表面）に加熱装置１５を取付け、遠心分離機４１がロータ１の回転停止状態の時に、駆動モータ２の駆動回転軸１２及びボールベアリング軸受部１４を加熱して水分の付着を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータに保持して遠心分離する試料を冷却するための冷却装置を備える遠心分離機に関し、特に、冷却装置に関連して発生する駆動モータの軸受部の結露を防止するための結露防止構造に関する。

遠心分離機は、分離する試料をチューブやボトルを介して保持させたロータをロータ室（回転室）の中に収容し、ドアによってロータ室の開口部を密閉した状態で、駆動モータで駆動回転軸に接続されるロータを高速に回転させることによって、ロータに保持された試料の分離、精製等を行うものである。遠心分離機のロータをドアによって密閉されたロータ室内で高速回転させる際、ロータとロータ室内に存在する空気との間に摩擦熱が発生し風損となり、ロータの温度が異常温度に上昇してしまうという問題がある。

一方、遠心分離機で分離する試料は、大部分が細胞、遺伝子、ウイルス、血液等の生きた成分であり、これらの活性を損ねないように取扱や保存の際には温度管理が行われる。遠心分離する際も温度条件が非常に重要となり、一定温度に保つ必要性がある。通常、遠心分離機は、ロータ室の温度が摂氏４度になるように制御され、運転される。

このため、一般に、遠心分離機は、ロータを冷却するための冷却装置（冷凍機）を備え、ロータを収容するロータ室を冷却している。例えば、冷却装置を有する遠心分離機は下記特許文献１に示されている。

図４は、冷却装置を有する従来の遠心分離機を示す。図４において、遠心分離機５１は、筐体２４ａを備え、該筐体２４ａ内にボールベアリング軸受部３４を介してハウジングに支持された駆動回転軸３２を有する駆動モータ２２と、駆動回転軸３２によって回転され、かつ分離する試料を保持するロータ２１と、前記ロータ２１を収容し、上面に開口部を有するロータ室２３と、該ロータ室２３の開口部を開閉するドア２４ｂと、回転中の前記ロータ２１の温度上昇を防止するためにロータ室２３を冷却する冷凍機３０と、駆動モータ２２の回転及び冷凍機３０の冷却温度を制御する制御装置３１とを備えている。ロータ室２３は、金属材料のボウル２５と、断熱材料２８ａを覆って配設されたシールラバー２８とによってドア２３によって密閉されている。ボウル２５の外周には、冷凍機３０より冷却気体が供給される冷却パイプ２６が配設され、その外周部には断熱材２７が設けられている。遠心分離機５１の全体の電源は、電源スイッチ２４ｃによって、オン（ＯＮ）状態又はオフ（ＯＦＦ）状態とされる。

ロータ室２３内の温度は、ロータ室２３内に設けた温度センサ２９によってロータ室２３内の空気またはロータ室２３の壁温を測定し、制御装置３１によって設定温度が得られるように制御している。遠心分離機による通常の作業は、一定の温度が要求される試料の場合、予め遠心分離機のロータ室２３を例えば摂氏４度等の低温に冷却しておき、分離試料の準備ができたら、ロータ２１に試料を装填し、温度制御しながらロータ２１を回転させる。遠心分離が終了したら、ロータ２１又はロータ２１に装填した試料を取り出して次の処理工程に移行するが、遠心分離機は、次の新たな試料の遠心分離に備えて、電源を供給した状態（電源をＯＮ状態）で、ロータ室２３内の設定温度を保つようにされる。言い換えれば、通常の使用方法では、冷却装置３０は、朝、電源をＯＮ状態として、ロータ室２３を所定温度に冷却するように制御し、一日中、電源をＯＮ状態として設定温度を維持する。そして、一日の作業終了時に、始めて電源をＯＦＦ状態とする。このような電源のＯＮ、ＯＦＦの使い方が日常的な使い方となっている。

特開２００２−３３６７３８号公報実開平２−１１０９７０号公報

このような使い方において、駆動モータ２２は、回転時にはボールベアリング軸受部３４の摩擦熱等によって発熱する。しかし、停止時にはロータ室２３の冷却装置３０による温度制御の影響を受けて、駆動回転軸３２が冷却される。伝熱して駆動モータ２２の上部軸受部（ボールベアリング部）３４も冷却される。このような状態が長時間続くと、ロータ室２３から駆動モータ２２へ延在する回転軸３２、ボールベアリング軸受部３４、それら外周のハウジング等が室温より極めて低い低温状態となり、これらの部材には大気の湿気により結露して水分が付着する。通常、駆動モータ２２、回転軸等は金属材料で製作されるので、結露した水分の付着によって発錆したり、この部に位置する上側ボールベアリング軸受部３４に水分が付着、侵入して、ボールベアリング軸受部３４を錆させることになり、ボールベアリング軸受部の固着(ロック)や焼損の原因になることがある。また、ロータ室２３の設定温度は、摂氏４度という比較的低温での使用が多く、ロータ室内に霜が付着してしまうことがあり、この状態でロータ２１を高速回転で運転すると、ロータ室２３の霜が解け出して駆動回転軸３２への付着、或いは駆動回転軸３２を伝わって、駆動モータ２２のボールベアリング軸受部３４の内部に水が侵入し、故障の原因になる。

これを防止するために、ロータ２１が回転していないときは、冷却装置３０の供給電源を強制的に遮断状態（ＯＦＦ状態）にすることが考えられる。しかし、遠心分離機を使用したい時に、ロータ室２３内の温度が室温に上昇しているため、再度ロータ室２３内を低温に冷却しなくてはならず、その間、遠心分離作業が滞ってしまうという作業効率の低下が問題となった。また、上記特許文献２には、一般のモータ（電動機）において、外気温に対し結露防止を行うために、モータ全体を加熱するためにモータハウジング内部にスペースヒータを設ける技術が開示されている。しかし、この特許文献２は、遠心分離機の冷却装置によって局部的に発生する結露を防止する技術に向けられていない。

従って、本発明の主目的は、冷却装置を含む遠心分離機の電源が常時供給された状態（ＯＮ状態）で、ロータ室が常に冷却されている時でも、結露の発生を防止した遠心分離機を提供することにある。

本発明の一つの特徴によれば、ボールベアリング軸受部を介してハウジングに支持された駆動回転軸を有する駆動モータと、前記駆動回転軸によって回転され、かつ分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部を開閉するドアと、回転中の前記ロータの温度上昇を防止するために前記ロータ室を冷却する冷却装置と、前記駆動モータの回転及び前記冷却装置の冷却温度を制御する制御装置とを備えた遠心分離機において、前記ボールベアリング軸受部は前記ロータ室の室外に延在する前記駆動回転軸に設けられ、該ボールベアリング軸受部の外周には加熱装置が設けられる。

本発明の他の特徴によれば、前記加熱装置は、前記駆動モータ及び前記冷却装置の電源が供給されている状態で、前記駆動モータの回転が停止しているときに動作するように制御される。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記加熱装置は、前記ボールベアリング軸受部が結露しない温度に加熱する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記加熱装置は、前記駆動モータの回転が停止し、所定時間を経過したときに動作を開始し、前記駆動モータの回転が開始するときに動作を停止するように前記制御装置によって制御される。

本発明の遠心分離機によれば、遠心分離機が停止状態で駆動モータ部が低温状態に待機することによる駆動回転軸及び駆動モータの軸受部の結露又は水滴付着を防止できる。これによって、駆動回転軸及び駆動モータの軸受部の水滴による発錆や、ボールベアリング軸受部の損傷を防止でき、結果的に遠心分離機の長寿命化を図ることができる。また、遠心分離機の遠心分離をいつでも実施することができ、作業効率の向上が図れる。

本発明の上記特徴及び他の特徴、並びに上記効果及び他の効果は、以下の本明細書の記述及び添付図面よりさらに明らかにされるであろう。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る遠心分離機の断面図を示し、図２は、図１に示した遠心分離機の一部拡大断面図である。本発明に係る遠心分離機４１は、上面から見た断面形状が四角形を有する筐体（フレーム）４ａを備え、その内部に組立てられた、遠心分離すべき血液等の試料を入れる試料容器１ａと、試料容器１ａを配置し高速回転を与えるためのロータ１と、ロータ１に駆動回転軸１２を介して高速回転の駆動力を与えるための駆動モータ２と、ロータ１を収納するロータ室３とを具備し、さらに、筐体４ａ内に形成されたロータ室３の上部開口部を密封するためのドア４ｂとを備える。ロータ室３内の底部には、ロータ室の温度を計測するための温度センサ９が設けられ、後述するように、このロータ室３は、冷却装置１０によって低温に温度制御される。

図２に示すように、駆動モータ２は、例えば商用交流電源を電源とする誘導モータにより構成され、その駆動回転軸１２がモータ回転軸１３と一体的に構成されている。駆動モータ２は、駆動部ハウジング１８に装着された固定子１７と、モータ回転軸１３に装着された回転子１６を備える。駆動モータ２の回転子１６はモータ回転軸１３に装着され、該モータ回転軸１３は、上部ボールベアリング軸受部１４と下部ボールベアリング軸受部１９の一対の軸受部によって、駆動部ハウジング１８に支持されている。軸受部である上部ボールベアリング軸受部１４は、ボール（１４）を挟むようにボールベアリング外輪１４ａとボールベアリング内輪１４ｂを備えている。図示されていないが、下部ボールベアリング軸受部１９も上部ボールベアリング軸受部１４と同様な構造を有する。上部ボールベアリング軸受部１４の周囲には、本発明に従って、後述するバンド状の加熱装置（ヒータ）１５が取り付けられている。加熱装置１５は、電気配線２０ａによって制御装置１１（図１参照）に接続されている。駆動モータ２は、配線２０ｂによって、後述する制御装置１１（図１参照）及びモータ駆動部（図示なし）へ電気的接続される。また、駆動モータ２には、回転検出センサ２ａの検出信号を制御装置１１へ供給する配線２０ｃ及び接地用配線２０ｄが接続されている。

図１に示す制御装置１１は、マイクロコンピュータを含む電子回路により構成されている。制御装置１１は、ロータ室３の温度センサ９の検出信号、駆動モータ２の回転検出センサ２ａ（図２参照）の検出信号等に基づいて制御信号を出力し、冷凍機１０の温度及び駆動モータ２の回転数を制御する。さらに、制御装置１１は、本発明に従って装着された加熱装置１５の温度制御及び電源のオン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）制御を行う。

図２を再度参照すれば、ロータ室３は、金属材料のボウル５、シールラバー８、及びドア４ｂによって区画され、ロータ室３外の大気より密閉されている。ボウル５の外周部には冷却パイプ６が配置され、該冷却パイプ６の外側には断熱材７が配置されている。シールラバー８は、ボウル５と駆動モータ２の間隙部を覆うように断熱材料の円盤状基板８ａを覆って設けられ、ロータ室３内の冷気を室外に逃がさないように機能する。

図１に示す冷凍機（冷却装置）１０は、冷却パイプ６に冷媒を供給し、ロータ室３を冷却する。ロータ室３の温度は温度センサ９によって計測され、ロータ１の温度及びロータ室３内の温度を所定温度に保つように制御装置１１が冷凍機１０を制御する。制御装置１１は、ロータ１の高速回転時に、大部分の試料は摂氏４度などの低温で遠心分離されることが必要であるため、ロータ１を収容するロータ室３を、金属部材であるボウル５を介して冷却パイプ６によって低温に冷却する。すなわち、冷凍機１０は、ボウル５の外周部に接触配置された冷却パイプ６に冷媒を供給し、この冷媒を冷却パイプ６内で蒸発させることによって冷却パイプ６を、例えば氷点下の温度に冷却する。

かかる本発明の遠心分離機において、制御装置１１によって、ロータ室の温度を所定温度に制御し、かつ駆動モータ２の回転速度又は回転数、回転時間等を所定の駆動条件に制御することによって、細胞、遺伝子、ウイルス、血液等の生きた成分の活性を損ねないように、ロータ室３の温度を摂氏４度のような低温に制御しながら、駆動モータ２を高速運転させて遠心分離を行うことができる。

このような遠心分離機の運転は、一日中連続的に実施される場合（ロータ１が回転している場合）、冷却部の結露による問題は発生しない。しかし、遠心分離すべき試料の準備や運転時間のスケジュール等の理由により、運転までの待機時間又は休止時間が長くなると、上記冷却パイプ６内の冷媒の蒸発温度は、通常、氷点以下の温度となっており、ロータ１が回転しない状態で、冷却パイプ６が接しているボウル５の表面は、氷点下の温度になるため霜付きや水滴が氷結するような温度となり、これによってロータ室３内の温度が氷点下に冷却される。一方、ロータ室３の室外に延びる駆動回転軸１２及びモータ回転軸１３の上部ボールベアリング軸受部１４の表面は、ロータ室３の真下の近傍に金属材料で構成されるために、ロータ室３からの熱抵抗が小さくなる。このため、駆動回転軸１２及びモータ回転軸１３の上部ボールベアリング軸受部１４の表面は、ロータ室３から伝熱され易く、低温状態に冷却される。その結果、図４に示した従来の遠心分離機５１のように、加熱装置１５が装着されない場合は、駆動回転軸１２及びモータ回転軸１３の上部ボールベアリング軸受部１４（駆動部ハウジング１８の軸受ハウジング部１８ａ）の表面に、室温である大気の湿気が結露して水滴が付着するという問題が発生することになる。なお、上部ボールベアリング軸受部１４より下方部に位置するモータ回転軸１３又はその回転軸１３に装着された回転子１６の表面は、ロータ室３からの熱抵抗が比較的高いものとなるので、上部ボールベアリング軸受部１４に比較して冷却され難くなり、結露が発生し難くなる。

このような結露の問題に対して、本発明の遠心分離機４１によれば、ロータ１の回転停止後に、バンド状加熱装置１５を動作させ、上部ボールベアリング軸受部１４の周囲を、例えば室温以上の温度に加熱することによって対策をしている。すなわち、ロータ１の回転停止後に、バンド状加熱装置１５によって、上部ボールベアリング軸受部１４の周囲及び駆動回転軸１２の表面を結露温度以上の温度に加熱することによって、結露又は水滴の付着を防止している。また、結露や水滴が例え発生したとしても、加熱装置１５の加熱によって水分を蒸発させるので、駆動モータ２の錆の発生、特に水分の溜まり易い上部ボールベアリング軸受部１４の錆び付き、それらに伴う固着（ロック）若しくは短寿命化を防止することができる。

バンド状加熱装置１５の一例を図３に示す。バンド状加熱装置１５は、例えばステンレス鋼材料から成る、二重の筒状に成形した２枚の金属板１５ａ及び１５ｂと、点線により略式的に示したニクロム線のヒータ１５ｃと、ヒータ１５ｃに電源を供給する電極線１５ｄ及び１５ｅとを備える。蛇行型に折り曲げられたヒータ１５ｃは、一対の絶縁シート層（図示なし）でサンドイッチ構造に挟まれて、さらに２枚の金属板１５ａ及び１５ｂの間にサンドイッチ構造に組立てられる。電極線１５ｄ及び１５ｅは、上述の配線２０ａを介して電源が供給される。この加熱装置１５の軸受ハウジング部１８ａ（図２参照）の外周面への取付は、予め一対のネジ１５ｆ及び１５ｇを２枚の金属板１５ａ及び１５ｂより取り外し、ヒータ１５ｃをサンドイッチ構造としている筒状金属板１５ａ及び１５ｂを開放状態（バンド状態）とし、駆動部ハウジング１８の軸受部１８ａ（図２参照）の外周に巻き込んだ後、一対のネジ１５ｆ及び１５ｇを締付けることによって固定できる。この加熱装置１５は、例えば、３０Ｗの消費電力で、上部ボールベアリング軸受部１４の周囲を室温（約２５°Ｃ）に加熱する。

バンド状加熱装置（ヒータ）１５による加熱は、通常、室温から室温に摂氏２０度を加えた温度を加熱範囲とすることが望ましい。加熱温度が高すぎるとボールベアリング軸受部１４の温度が上昇し、駆動モータ２の運転時の回転に伴う温度上昇が加わり、ボールベアリング軸受部１４内のグリースが蒸発したり、グリースが流れ出たりする問題も考えられるので、そのような問題が発生しない範囲に制限する必要がある。更に、加熱温度が高すぎると、駆動回転軸１２を通じて加熱装置１５の熱がロータ室３に伝熱して、冷却効率を低下させるという問題も考慮する必要がある。望ましい加熱温度である、室温から室温プラス２０°Ｃの範囲の温度制御は、ヒータ配線２０ａ（図２参照）によってバンド状加熱装置１５へ供給される電圧又は電流を制御装置１１によって制御することにより可能である。

加熱装置１５は、遠心分離機４１へ電源を投入（供給）している間、常時動作させておいても良い。しかしながら、軸受部１４の加熱防止及び結露や水滴付着の防止の観点、並びに消費電力の低減の観点から、遠心分離機４１の駆動モータ２の回転が停止した直後から再度の回転開始までの間で動作させることが望ましい。この加熱装置１５の動作タイミングは、制御装置１１によって、駆動モータ２の回転検出センサ２ａを含む回転数検出回路（図示なし）からの検出信号に基づいて制御信号を出力させて、加熱装置１５へ供給する電源供給回路（図示なし）の出力を制御することによって容易に達成できる。

以上の実施形態の説明から明らかなように、本発明の遠心分離機によれば、遠心分離機が停止状態で駆動モータ部が低温状態に待機することによる駆動回転軸や駆動モータ部材の結露、水滴付着による発錆、及びボールベアリング軸受部の損傷を防止でき、結果的に遠心分離機の長寿命化を図ることができる。また、遠心分離機による遠心分離作業の能率を向上させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の実施形態に係る遠心分離機を示す全体断面図。図１に示した遠心分離機のロータ室及び駆動モータに関する拡大断面図。図１に示した遠心分離機に使用される加熱装置の一例を示す構造斜視図。従来技術に係る遠心分離機の全体断面図。

符号の説明

１：ロータ２：駆動モータ３：ロータ室
４ａ：筐体（フレーム）４ｂ：ドア５：ボウル
６：冷却パイプ７：断熱材８：シールラバー
９：温度センサ１０：冷凍機（冷却装置）１１：制御装置
１２：駆動回転軸１３：モータ回転軸
１４：上部ボールベアリング軸受部１４ａ：ボールベアリング外輪
１４ｂ：ボールベアリング内輪１５：加熱装置（ヒータ）
１５ａ、１５ｂ：金属板（ステンレス鋼材）１５ｃ：ヒータ（ニクロム線）
１５ｄ、１５ｅ：電極線１５ｆ、１５ｇ：ネジ１６：回転子
１７：固定子１８：駆動部ハウジング
１８ａ：駆動部ハウジングの軸受ハウジング部
１９：下部ボールベアリング軸受部２０ａ：ヒータ用配線
２０ｂ：モータ用配線２０ｃ：回転検出センサ用配線
２０ｄ：接地用配線２１：ロータ２２：駆動モータ
２３：ロータ室２４ａ：筐体（フレーム）２４ｂ：ドア
２５：ボウル２６：冷却パイプ２７：断熱材２８：シールラバー
２８ａ：断熱材２９：温度センサ３０：冷凍機（冷却装置）
３１：制御装置３２：駆動回転軸３３：モータ回転軸
３４：上部ボールベアリング軸受部４１：遠心分離機（本発明）
５１：遠心分離機（従来）

Claims

ボールベアリング軸受部を介してハウジングに支持された駆動回転軸を有する駆動モータと、前記駆動回転軸によって回転され、かつ分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部を開閉するドアと、回転中の前記ロータの温度上昇を防止するために前記ロータ室を冷却する冷却装置と、前記駆動モータの回転及び前記冷却装置の冷却温度を制御する制御装置とを備えた遠心分離機において、
前記ボールベアリング軸受部は前記ロータ室の室外に延在する前記駆動回転軸に設けられ、該ボールベアリング軸受部の外周には加熱装置が設けられていることを特徴とする遠心分離機。
前記加熱装置は、前記駆動モータ及び前記冷却装置の電源が供給されている状態で、前記駆動モータの回転が停止しているときに動作するように制御されることを特徴とする請求項１に記載された遠心分離機。
前記加熱装置は、前記ボールベアリング軸受部を結露しない温度に加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載された遠心分離機。
前記加熱装置は、前記駆動モータの回転が停止し、所定時間を経過したときに動作を開始し、前記駆動モータの回転が開始するときに動作を停止するように前記制御装置によって制御されることを特徴とする請求項1乃至３のいずれか一つに記載された遠心分離機。