JP2008119649A - 遠心機用ロータ及び遠心機 - Google Patents

Abstract

【課題】 風損及び慣性モーメントを小さくすると共に重心位置を低くし軽量化した遠心分離機用ロータの提供。
【解決手段】 モータ６によって回転し外周面が略円形の輪郭を備えて半径方向と周方向を規定する遠心機用ロータ１０であって、モータ６に同軸的に載置される軸部１１Ａと、試料容器２０を保持すると共に試料容器２０の底面に対向するように軸部１１Ａの下部と一体で軸部１１Ａの半径方向外方側に位置し周方向に均等配置された有底円筒形状の底部１１Ｂと、底部１１Ｂの半径方向外方から立設されて外枠となる外周壁部１１Ｃとを備えたロータ本体部１１と、各試料容器２０を受け入れるため外周壁部１１Ｃの当接面１１Ｅと当接して位置決めされ底部１１Ｂの上側に位置するチューブホルダ１２とを有し、チューブホルダ１２の半径方向内方側は、軸部１１Ａに直接対向している遠心機用ロータ１０を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は遠心機及び遠心機用のロータに関する。

液体試料の分離に使用される遠心分離機は、内部に液体試料を収容した複数の試料用容器を収容穴に収容可能なロータと、ロータをロータ室内で回転駆動するモータ等の駆動手段を備え、ロータ室内で前記ロータを高速で回転させることによって試料用容器内の液体試料を遠心分離している。液体試料を大量にかつ迅速に分離したいという使用者側の要求に応えるため、試料用容器の大型化が進むと共にロータも大型化する必要があり、その結果ロータの重さが問題となる。

この問題を解決するためにアルミ合金やチタン合金などの高強度でありながら軽量な材料をロータ素材として使用するが、それでも２０ｋｇ前後と重い場合が多く、持ち運びが不便になり使用者の負担が増加していた。また、重いロータは回転時のエネルギーが大きいため、万一ロータが破壊しても遠心機外に破片などが飛散しないような密閉された構造にする必要があり、その分コストアップに繋がり製品価格が高くなるなど使用者に金銭的負担を強いていた。

ロータの軽量化の手段として、特許文献１に示されるように、ロータの上面側に試料用容器を保持する保持孔が等間隔で設けられ下面側から前記保持孔間を凹むように形成し、その凹み部分を底蓋で覆う構造が提案されている。また更なる軽量化の手段として、特許文献２及び３に示されるように、ロータとチューブホルダを別々に製作して組み合わせ、ロータ全体をシェルやカバーで覆う構造が提案されている。特許文献２では、円筒状のチューブホルダが金属製スリーブとＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）製ホルダで形成され、金属製スリーブとＦＲＰホルダとを円筒面間で結合させている。
実公平７−２５２３０号公報 特表２００１−５２６５８５号公報 特表平８−５０４６７２号公報

特許文献１に示されるロータでは従来に比べて約６０〜７０％程度の重さまで軽減できるが、ロータの上面側は試料容器保持部を残さなければならず、よって重心位置がロータの上面側に位置していた。重心位置が高くなると試料のアンバランスなどによる回転時の振動が大きくなり、振動が大きいと駆動装置に損傷を与える可能性が大きくなり安全性が低下して好ましくない。

また特許文献２または特許文献３の構造にした場合、ホルダとロータの他に全体を覆うシェルとカバーの少なくとも二個の部品が必要となり、また、万一試料用容器から試料が漏れた場合、ホルダにキャップを設けるなどの防止手段が必要となる。よって組立・加工等の製造工程が複雑になると共にコストアップとなっていた。

よって本発明は、風損及び慣性モーメントを小さくすると共に重心位置を低くし軽量化した遠心分離機用ロータを加工性や安全性を両立しながら安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、遠心機の駆動軸部の回転によって回転する遠心機用ロータであって、該駆動軸部に同軸的に載置され回転軸心が規定される中央部と、試料容器を保持すると共に、該試料容器の底面に対向するように該中央部の該回転軸心の半径方向外方側に位置し、該回転軸心の周方向に等間隔に配置された有底円筒形状の底部と、該底部の該半径方向外方から立設されて外枠を規定する外周壁部と、を備えたロータ本体と、各試料容器を受け入れるため該外周壁部の少なくとも内周面の一部と当接して位置決めされそれぞれの該底部の上側に位置するチューブホルダとを有し、チューブホルダの該半径方向内方側は、該中央部に直接対向している遠心機用ロータを提供する。

このような構成によると、ロータの上部において、チューブホルダと中央部とが直接対向しているため、チューブホルダと中央部との間に空間が形成された形状になる。よってロータの上部がその空間に応じて減肉される。また減肉加工は、ロータの上面側のみからでよいため、加工時のロータへの加工方向を変える必要が無くなり、安定した加工によりロータを製造することができる。

また上記構成において該底部は、該中央部の下部に接続されていることが好ましい。このような構成によると、ロータ下部が底部と中央部との接続箇所になる。よってロータ下部の下面側から減肉する必要が無いため、ロータ下面の形状を平滑にすることができ風損を抑制することができる。また該底部の上方であって外周壁部と中央部との間にも空間が形成されることになるため、この空間にチューブホルダを配置することができ、この空間のチューブホルダが配置されない部分は、減肉部分とすることができる。

また該チューブホルダは該ロータ本体の素材よりも比重の低い素材で構成されていることが好ましい。このような構成によると、ロータの重量を軽減すると共に、ロータの慣性モーメントを小さくすることができる。

また該外周壁部は、該底部の円筒部の肉厚よりも薄肉であり、該円筒部と該外周壁部との境界であって該底部の円筒部や該外周壁部の内周面側は段差をなしていることが好ましい。また該チューブホルダは両端開口の円筒形状をなし、該チューブホルダの一端は、該段差に支持されていることが好ましい。

このような構成によると、ロータ本体部において外周部分を軽量化することができ、よってロータ本体の慣性モーメントを小さくすることができる。また段差を設けることにより、チューブホルダの取付位置を正確に規定することが可能となると共に、チューブホルダを確実に支持することができる。

また該チューブホルダは該外周壁部の少なくとも内周面の一部と嵌合していることが好ましい。

このような構成によると、チューブホルダがロータの回転に基づく遠心力により半径方向外方に付勢されても、その位置がずれるのを抑制することができる。

また該チューブホルダは底部と筒部とを有する有底の管状をなして該ロータ本体に対して着脱可能であり、該チューブホルダの底部は該ロータ本体の底部上に支持され、該チューブホルダの筒部は該外周壁部の内周面の一部と当接してもよい。

このような構成によると、試料が保持される空間を画成する部材をロータ本体とは別部材から構成することができる。またチューブホルダをロータ本体から着脱可能に構成することができる。

また本発明は、上述の構成を有する遠心機用ロータを備えた遠心機を提供する。

本発明によれば、風損及び慣性モーメントを小さくすると共に重心位置を低くし軽量化した遠心分離機用ロータ及びこの遠心分離機用ロータを備えた遠心機を加工性や安全性を両立しながら安価に提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータを備えた遠心機について図１乃至図８に基づき説明する。図１に示される遠心機１は、筐体２と、チャンバ３と、駆動部５と、ロータ１０とから主に構成されている。

筐体２は、内部に水平に走るフレーム２Ａを有しており、フレーム２Ａにより、筐体２内部は、上下二部屋に区切られている。また筐体２には、遠心機１の動作を操作・制御する操作部２Ｃが設けられている。この操作部２Ｃ及び後述のドア２Ｂが設けられている部分を上方と定義して以下説明を行う。

チャンバ３は、上方に開口するボウル状に構成されて、下部に後述の駆動軸部６Ａを挿入可能な孔３ｂが形成されており、筐体２においてフレーム２Ａで区切られた部屋のうち上方の部屋に配置されている。またチャンバ３と筐体２との間には、チャンバ３を取り囲むように断熱部４Ａと防護壁４Ｂとが設けられ、これら断熱部４Ａと防護壁４Ｂとは、フレーム２Ａ上に配置されている。また筐体２には、チャンバ３の上方の開口を覆うドア２Ｂが設けられている。よってチャンバ３内において、チャンバ３とドア２Ｂとで画成される部分にロータ室３ａが区画される。

駆動部５は、ハウジング５Ａとモータ６とから主に構成されている。ハウジング５Ａは、フレーム２Ａにダンパ５Ｃ、５Ｃを介して支持されており、その一端であって後述の駆動軸部６Ａを支持する軸支持部５Ｂがチャンバ３に形成された孔３ｂ内に配置されている。モータ６は、ハウジング５Ａの他端側に設けられており、他端側から一端側へと向かう方向へ軸が伸びる駆動軸部６Ａを備えている。駆動軸部６Ａは、軸支持部５Ｂ内に配置されておりその先端が軸支持部５Ｂより延出されている。

図２に示されるように、遠心機用ロータであるロータ１０は、ロータ本体部１１と、チューブホルダ１２と、カバー１３と、ハンドル１４とから主に構成され、ロータ室３ａ内（図１）に配置されて駆動軸部６Ａの先端に同軸回転するように固定されている。

ロータ本体部１１はアルミ合金やチタン合金などの高強度かつ軽量な材料を基材として、試料容器２０を保持するように中央部１１Ａと底部１１Ｂと外周壁部１１Ｃとから主に構成されている。中央部１１Ａは、その回転軸心が駆動軸部６Ａの回転軸心と同軸になるようにに駆動軸部６Ａに載置されている。

底部１１Ｂは底壁と側壁を備える有底円筒形状に構成されて図３及び図４に示されるように有底円筒内に空間１１ｂが規定されている。底部１１Ｂは、この空間１１ｂ内で試料容器２０（図２）を保持しており、中央部１１Ａの下部と一体に構成され、中央部１１Ａの回転軸心の半径方向外方側で中央部１１Ａの回転軸心の周方向に等間隔に四個配置されている。また底部１１Ｂは、底部１１Ｂを構成する有底円筒の中心軸が上方に行くほど中央部１１Ａに近接する様に中央部１１Ａに対して斜めになるように構成されている。

また底部１１Ｂにおいて、空間１１ｂを構成する壁面部分には、底部１１Ｂを構成する有底円筒の周方向全般に渡って段部１１Ｄが設けられている。底部１１Ｂは、この段部１１Ｄを境界として底壁側が、内径が小さくなるように構成されている。

外周壁部１１Ｃは、底部１１Ｂの半径方向外方から上方に向けて立設されており、ロータ本体部１１の外枠を規定している。また外周壁部１１Ｃの内周面であって、底部１１Ｂの空間１１ｂを規定する面と連続する部分には、図３及び図６に示されるように、中央部１１Ａの軸心方向と直交する断面が略円弧状の保持面１１Ｅが設けられている。

図６に示されるように、外周壁部１１Ｃにおいては底部１１Ｂの上方に設けられており、底部１１Ｂにおいては中央部１１Ａの下部に設けられている。よって外周壁部１１Ｃは、中央部１１Ａの上方と対向する構成を採っている。また図５及び図６に示されるように、ロータ本体部１１において隣り合う底部１１Ｂの間は、肉抜き加工され、上方に向けて開口する減肉部１１ａが形成されている。

チューブホルダ１２は、チタン合金、アルミ合金、プラスチック、カーボンファイバ等の素材から構成されて、両端が開口した筒状に構成されており、図７及び図８に示されるように、その一端が空間１１ｂ内において段部１１Ｄと当接するように底部１１Ｂに圧入され、外周壁部１１Ｃと中央部１１Ａとの間に配置されている。チューブホルダ１２を段部１１Ｄに当接して配置することによりチューブホルダ１２の取付位置を正確に規定することが可能となると共に、チューブホルダ１２を確実に支持することができる。

チューブホルダ１２の位置を規定する段部１１Ｄは、底部１１Ｂの周方向に亘って設けられているため、底部１１Ｂの中心軸と同様に中央部１１Ａに対して斜めに配置されている。よってこの斜めに配置された段部１１Ｄにより位置が規定されるチューブホルダ１２においても、上方である他端側が中央部１１Ａに近接するように斜めに配置される。またチューブホルダ１２は、チタン合金、アルミ合金、プラスチック、カーボンファイバ等から筒状に構成されているため、ロータ１０としての慣性モーメントが減じられている。

外周壁部１１Ｃは中央部１１Ａに対向しているため、外周壁部１１Ｃと中央部１１Ａとの間に配置されたチューブホルダ１２はロータ本体部１１の半径方向内方側において中央部１１Ａに直接対向している。チューブホルダ１２において、その筒状の内径は、底部１１Ｂの内径であって段部１１Ｄより底壁側における内径と略同一になるように構成されている。よってチューブホルダ１２が底部１１Ｂに設けられることにより、底部１１Ｂと連携して内部に試料容器２０を好適に保持することができる。

またチューブホルダ１２を底部１１Ｂに配置した際に、チューブホルダ１２の外周の一部分が、外周壁部１１Ｃの保持面１１Ｅに当接する。遠心分離を行うべくロータ１０を回転させた際に、試料容器２０を内蔵するチューブホルダ１２には、数千Ｇ〜数万Ｇの遠心力がかかる。この遠心力によりチューブホルダ１２が底部１１Ｂから外れるおそれがあるが、チューブホルダ１２は底部１１Ｂに嵌め込まれていると共に外周壁部１１Ｃの保持面１１Ｅに当接することにより遠心力に抗い、チューブホルダ１２が底部１１Ｂより外れることを防止している。

ロータ本体部１１は、上述のように外周壁部１１Ｃと中央部１１Ａとの間にチューブホルダ１２を配置可能な空間を有し、かつ底部１１Ｂ内の空間１１ｂ及び減肉部１１ａを有している。これらは何れもロータ本体部１１の上方から切削加工を行うことにより、形成可能であり、ロータ本体部１１の下方等から切削加工をする必要がない。よって製造時において、一方向から切削加工を行えばよく、切削加工時に一端固定したロータ本体部１１を外す必要が無くなり、高精度な加工を施すことが可能となる。ロータ本体部１１の上方側から切削加工を行うため、必然的にロータ本体部１１の上方の重量が軽くなり、よってロータ本体部１１の重心位置を下方に下げることができる。またロータ本体部１１の下面側から減肉等の加工をする必要が無いため、ロータ本体部１１の下面の形状を平滑にすることができ、風損を抑制することができる。

図２に示されるように、ロータ本体部１１に保持される試料容器２０は、容器２０Ａと、内蓋２０Ｂと、Ｏリング２０Ｃと外蓋２０Ｄとから構成され、内部に試料２１が内蔵されている。試料容器２０は、底部１１Ｂ及びチューブホルダ１２から規定される空間に挿入されるが、底部１１Ｂ及びチューブホルダ１２の中心軸は中央部１１Ａと斜めに交差するように構成されているため、ロータ１０が回転した際には、試料容器２０に加えられる遠心力が、底部１１Ｂの底壁側へも働く。よって回転中に試料容器２０チューブホルダ１２の他端側の開口から飛び出すことが抑制される。

カバー１３は、ロータ本体部１１に試料容器２０が保持された状態で、外周壁部１１Ｃの上部の縁部と当接して試料容器２０の上方を覆うように設けられている。そしてハンドル１４をカバー１３の中央に形成されている孔を貫通させて中央部１１Ａに形成されているネジ穴にねじ込み、カバー１３をロータ本体部１１に固定して、試料容器２０がロータ１０から飛び出さないようにしている。

上記構成の遠心機１において遠心分離処理を行う場合には、ロータ１０において、その重心位置が下方に位置すると共に、減肉部１１ａを形成したことにより、外周部部分の重量が小さくなっているためその慣性モーメントも低減され、安定して高速回転を行うことができる。また減肉部１１ａや空間１１ｂを形成する切削加工においても、一方向からの作業によりその加工を行うことができるため作業性が向上し、故にロータ本体部１１を安価に製造することができる。

また試料用容器２０を保持する部分を別部材のチューブホルダ１２にすることで、中央部１１Ａ周辺において従来削ることが不可能であった部分まで削ることができ、それに伴い減肉部１１ａもより多く削ることが可能となる。

本発明の遠心機用ロータは、上記した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば図９に示されるようにチューブホルダ２２を底壁部２２Ｂと側壁部２２Ａとから構成される有底円筒状としても良い。この場合にロータ本体部１１の底部１１Ｂにおいて段部は構成されない。チューブホルダ２２をロータ本体部１１に装着する際は、底部１１Ｂ内にチューブホルダ２２の底壁部２２Ｂを挿入すると共に、側壁部２２Ａが保持面１１Ｅにより支持される。この場合にチューブホルダ２２は、底部１１Ｂから容易に着脱可能に構成されている。

チューブホルダ２２が前記形状を有することで、ロータ１０が遠心機１に乗せられたままチューブホルダ２２をロータ１０から取り出せるため、ロータ１０を遠心機１に出し入れする負担が軽減され、遠心分離の作業性を向上させることができる。また、作業ミスなどでハンドル１４（図２）をロータ１０内部の凸部、つまりチューブホルダ２２にぶつけて傷つける場合がある。この場合に、従来は一旦使用者からロータ１０を製造者に返却してもらい、修正を行って使用者に戻していた。故に、修理の間はロータ１０が無いため、使用者は分離作業ができずにいた。しかし、チューブホルダ２２が取り外し可能になることで、ロータ１０を製造者に返却せずにチューブホルダ２２を使用者が交換すれば修理完了となり、分離作業の中断期間を最小限に抑えることが可能となる。また底部１１Ｂは、四個の容器２０Ａを保持すべく、四箇所に設けられているが、ロータ１０の回転を阻害しなければ、これ限らず底部１１Ｂの個数を増やしてもよいし、減らしてもよい。

本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータを備えた遠心機の断面概略図。 本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータの断面図。 本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータの平面図。 図３のIV-IV線に沿った部分断面図。 図３のV-V線に沿った部分断面図。 本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータの断面斜視図（チューブホルダ無し）。 本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータの部分断面図（チューブホルダ有り）。 本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータの断面斜視図（チューブホルダ有り）。 本発明の実施の形態に係る遠心機用ロータの変更例に係る断面斜視図。

符号の説明

１・・遠心機 ２・・筐体 ２Ａ・・フレーム ２Ｂ・・ドア ２Ｃ・・操作部
３・・チャンバ ３ａ・・ロータ室 ３ｂ・・孔 ４Ａ・・断熱部 ４Ｂ・・防護壁
５・・駆動部 ５Ａ・・ハウジング ５Ｂ・・軸支持部 ５Ｃ・・ダンパ ６・・モータ
６Ａ・・駆動軸部 １０・・ロータ １１・・ロータ本体部 １１Ａ・・中央部
１１Ｂ・・底部 １１Ｃ・・外周壁部 １１Ｄ・・段部 １１Ｅ・・保持面
１１ａ・・減肉部 １１ｂ・・空間 １２・・チューブホルダ １３・・カバー
１４・・ハンドル ２０・・試料容器 ２０Ａ・・容器 ２０Ｂ・・内蓋
２０Ｃ・・リング ２０Ｄ・・外蓋 ２１・・試料

Claims (8)

1. 遠心機の駆動軸部の回転によって回転する遠心機用ロータであって、
   該駆動軸部に同軸的に載置され回転軸心が規定される中央部と、
   試料容器を保持すると共に、該試料容器の底面に対向するように該中央部の該回転軸心の半径方向外方側に位置し、該回転軸心の周方向に等間隔に配置された有底円筒形状の底部と、
   該底部の該半径方向外方から立設されて外枠を規定する外周壁部と、を備えたロータ本体と、
   各試料容器を受け入れるため該外周壁部の少なくとも内周面の一部と当接して位置決めされそれぞれの該底部の上側に位置するチューブホルダとを有し、チューブホルダの該半径方向内方側は、該中央部に直接対向していることを特徴とする遠心機用ロータ。
2. 該底部は、該中央部の下部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心機用ロータ。
3. 該チューブホルダは該ロータ本体の素材よりも比重の低い素材で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の遠心機用ロータ。
4. 該外周壁部は、該底部の円筒部の肉厚よりも薄肉であり、該円筒部と該外周壁部との境界であって該底部の円筒部や該外周壁部の内周面側は段差をなしていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の遠心機用ロータ。
5. 該チューブホルダは両端開口の円筒形状をなし、該チューブホルダの一端は、該段差に支持されていることを特徴とする請求項４記載の遠心機用ロータ。
6. 該チューブホルダは該外周壁部の少なくとも内周面の一部と嵌合していることを特徴とする請求項５記載の遠心機用ロータ。
7. 該チューブホルダは底部と筒部とを有する有底の管状をなして該ロータ本体に対して着脱可能であり、該チューブホルダの底部は該ロータ本体の底部上に支持され、該チューブホルダの筒部は該外周壁部の内周面の一部と当接することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の遠心機用ロータ。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の遠心機用ロータを備えたことを特徴とする遠心機。

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