JP2013255914A - 遠心分離機のロータに駆動システムを着脱可能に連結するための遠心分離機のドライブヘッド、そのドライブヘッドを含んで構成された遠心分離機用セット及び遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】セルフロッキング、且つ、迅速に着脱可能である結合器を含んで構成される遠心分離機のドライブヘッドを提供する。
【解決手段】遠心分離機のロータに駆動システムを着脱可能に連結する遠心分離機のドライブヘッド１に関する。遠心分離機のドライブヘッド１は、回転軸Ｒ周りを回転するように装着された基体２と、揺動基軸３０周りを外側に揺動するように基体２に装着された少なくとも第１及び第２結合要素３、４と、を含んで構成される。第１及び第２結合要素３、４は、互いに異なる。本発明は、更に、ドライブヘッド１と、ロータのハブの中へ、第１及び／又は第２結合要素は、それらの形態に依存して揺動され得るとを含んで構成される遠心分離機用セット及び、遠心分離機に関する。
【選択図】図１（Ａ）

Description

本発明の技術分野は、分析試料容器を保持し、そして、その中に収められた試料の構成物質を遠心分離機のロータの高速回転で分離するために使用される、遠心分離機に関する。特に、本発明は、遠心分離機のロータに駆動システムを着脱可能に連結する遠心分離機のドライブヘッドに関連し、そのドライブヘッドは、基体と、同部から外側に揺動可能な少なくとも２つの結合要素と、を含んで構成される。本発明は、更に、遠心分離機用セットに関連しており、その遠心分離機用セットは、遠心分離機のドライブヘッドと、少なくとも１つのロータのハブと、から成る。最後に、本発明はドライブヘッドを含んで構成される遠心分離機又は遠心分離機用セットにも関連する。

先行技術は、遠心分離機のロータをドライブシャフトに確実に装着可能な手段によって、多くの解決策を開示している。例えば、ねじ山を使ってロータをドライブシャフトの円錐形の受座に押しつけることが知られている。

独国特許出願公開第１９７２１３３５Ａ１は、ロータを特別なチャックを用いてドライブシャフト上に装着する解決策を開示している。この解決策はセルフロッキングではなく、ロータを取り外す工具を必要とする。

セルフロッキングによる解決策は、欧州登録特許第０７１２６６７Ｂ１に開示されている。しかしながら、そこに開示されているロッキング解除メカニズムは、多くの従来設計のロータでは利用困難であり、ロータは遊びなしには十分に導入できず、それにより、比較的高い負荷量と回転速度で動的不安定になる可能性がある。

欧州特許出願公開第０９１１０８０Ａ１は、 遊びを実質的に皆無とし、かつ、ロッキング解除メカニズムへの良好なアクセス可能性を確保するシステムを開示している。しかしながら、それはただ、結合方向に反する任意の力（例えば、浮力）も生成しない特定のタイプのロータにのみ適している。

独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１では、欧州特許出願公開第０９１１０８０Ａ１の原理を発展させ、約１００Ｎの強度までの浮力を打ち消すことを規定する。この値を下回る強度では、ドライブヘッドからロータを軸方向にロック解除できない。しかしながら、より高浮力及び／又は非常に高速な回転が生じると、このシステムは限界に達する。高浮力で同時に結合要素が揺動する場合、又は、摩擦併用の特性が劣る場合は、システムのセルフロッキング機能は無効となり、ロータはドライブヘッドから軸方向にロック解除可能となる。更に、ロータは、非常に高い回転速度で高い遠心力が生じ、その結果、挟まって動かなくなり、常に容易に結合器を取り外せるとは限らない。

そこで、本発明の目的は、前述した先行技術の欠点を克服することである。特に、本発明の目的は、セルフロッキング、且つ、迅速に着脱可能である結合器を含んで構成される遠心分離機のドライブヘッドを供し、そのドライブヘッドは、狭まって動かなくなることなしに、ロータの待機状態から最大３０，０００ｒｐｍ（回毎分）までの広域の回転速度にわたって、ロータを確固に固定することを保証する。さらに、本発明は、一般適用可能、即ち、低速回転の重いロータだけでなく、高速回転の軽いロータに対しても機能可能である。更に、本発明は浮力から生じる高い軸力を吸収し得る。

この目的は、独立請求項１、１１及び１９に記載の内容により達成される。特に、本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載される。

第１の形態によると、本発明は、遠心分離機のロータに駆動システムを着脱可能に連結するための遠心分離機のドライブヘッドに関連しており、このドライブヘッドは回転軸周りを回転し得る基体と、揺動基軸周りに外側へ揺動するように前記基体に装着された、少なくとも１つの第１結合要素、及び、少なくとも１つの第２結合要素と、を含んで構成され、結合要素は、揺動基軸周りに外側へ揺動するように基体に装着される。第１及び第２結合要素は互いに異なる。遠心分離機のドライブヘッドは、以降単に「ドライブヘッド」と呼ぶ。それは、ドライブシャフトに、一体的に又は固定手段のいずれかによって、それ自体公知の方法で取り付けられ、遠心分離機のモータからロータへ駆動力を伝達する。

このように、遠心分離機のドライブヘッドの設計は、出願人が保持する独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１で開示されたドライブヘッドと基本的には同等であるが、少なくとも２つの異なる結合要素が使用される事実により、区別される。それらの結合要素は、遠心分離機のドライブヘッドにロータを、それ自体公知の方法（独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１参照）で着脱可能に装着する役目を果たす。それらは、結合要素が内側へ揺動した位置では、遠心分離機のドライブヘッドの外表面から突出しないか、若しくは、それらは、ロータ及び／又はハブが遠心分離機のドライブヘッドに取り付け又は取り外しできる程度に突出する。一方、結合要素の外側へ揺動した位置では、それらは、切り溝中にてロータ及び／又はそのハブと係合するように、遠心分離機のドライブヘッドの外表面から突出し、そして、そのロータ及び／又はハブを、遠心分離機のドライブヘッドとロックする。結合要素の外側への揺動移動は、回転中に生じる遠心力の結果として、好ましくは、結合要素を、例えば、スプリング（独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１と同様）により偏向するように、遠心分離機のドライブヘッドに取り付けることによりもたらされる。結合要素を偏向させて装着することの利点は、遠心分離機が、まさに待機状態になってから、ロータが適切に遠心分離機のドライブヘッドにロックされることである。

本発明によれば、上述したように、用途は互いに異なる少なくとも２つの結合要素で成り立つ。好ましくは、それらは、例えば、以下の特徴：それらの外形、重さ、材料及び回転軸上それらを基体上に取り付けた高さ、の少なくともいずれか１つの点で、互いに異なる。特に、第１結合要素が第２結合要素よりも大きく及び／又は重いことが望ましい。異なる結合要素を使用する目的は、各々が、異なる動作条件下、特に、回転速度の異なる域での使用に適応するためである。このように、例えば、第１結合要素は、低速域内でロータと結合するのに適しており、一方、第２結合要素は、高速域内でロータと結合するのに使用される。動作条件の起こりうる別の例として、使用されるロータのサイズ及び／又は重量等の他の外部条件、処理する試料の種類、又は、異なる回転速度を必要とし、及び／又は、ドライブヘッドに作用させる力が異なる同様のものを含む。

最適には、異なる結合要素の様々な用途は、本発明の主題である遠心分離機用セットを参照して説明され得る。遠心分離機用セットは、本発明の遠心分離機のドライブヘッドとは別に、ロータのハブを含んで構成される。前記ハブは、ドライブヘッドを支えるように構成され、遠心分離機のモータの駆動力を、ドライブヘッドと連結されたドライブシャフトを経由させ、ロータに伝達する。更に、その遠心分離機用セットは、ハブに結合可能、又は、結合されているロータを、少なくとも1つ含む。前記ハブ及びロータは、互いに結合可能な別個の構成材の形態でもよく、あるいは、一体的に形成されてもよい。

上述したように、結合要素はドライブヘッドをハブと、究極的にはロータと着脱可能に連結する働きをする。好ましくは、ハブは切欠を少なくとも１つ備え、結合要素は外側へ揺動中にその切欠と係合可能で、このようにしてその切欠を規制する壁面の少なくとも１つと接触し、そして、ドライブヘッドをハブ又はロータにロックし得る。少なくとも１つの切欠の位置、サイズ、及び形状は、ドライブヘッドに取り付けられた結合要素と適合する。少なくとも１つの切欠が特定の形状を有し、そして、ドライブヘッドに装着されたハブの種類に従って、互いに異なる結合要素が異なる外側への揺動状態となるように、切欠が設計される。

可能性のある第1の変形として、例えば、ハブは切欠を含んで構成されるが、その切欠は、ハブがドライブヘッドに取り付けられる時に、第１及び第２結合要素のうちの１つのみが切欠の中へ揺動し、切欠の壁面の少なくとも１つと接触するように構成される。より好ましくは、この目的のために、ハブ内において、切欠は、２つの結合要素のうちの１つを受け入れ可能であるが、しかし、切欠にとっては大きすぎる、又は、切欠の位置が結合要素の外側に揺動する位置と一致しない、のいずれかの要因により、他の結合要素が切欠の中へ揺動することを阻止するような、大きさ、形状及び／又は位置を持つ。そして、特定ハブの使用により、２つの結合要素間の選択が可能となり、そのうちのただ１つが、ハブと、結果としてロータと、結合及びロックするために使用され得る。この選択された結合要素は、遭遇した動作条件に適合するように特別に構成され、一方、逆に、それらの動作条件に適合しない結合要素の使用は阻止される。より好ましくは、結合要素はドライブヘッド上で使用されるが、そのうち一つは低速域での用途向けに、もう一方は高速域での用途向けに設計される。一方での「低速ハブ」、他方での「高速ハブ」を適切に組み合わせることで、常に意図された速度域に適応した結合要素のみが用いられることを保証する。結果として、動作速度が変化する時にドライブヘッドを交換する必要が無く、遠心分離機の取り扱いがかなり容易になる。それどころか、遠心分離機は、何の問題を生じずに、最大３０，０００ｒｐｍの回転速度の非常に幅広い域において、１つの同じドライブヘッドにより動作され得る。

前述した通り、結合要素の特性は、好ましくはそれらの外形、重量、及び／又は材料を変えることによって、動作条件に整合される。通常は、低速域用の結合要素は、高速域用の結合要素より大きく、そして、一般的にはより重く、及び／又は、より高密度の材料で作られる。この理由の第１は、結合要素により吸収されるべき比較的高い浮力が、低速域用の結合要素（本発明の第１結合要素に対応し、以下「低速結合要素」と呼ぶ）の軸方向に作用するためである。第２は、高回転速度より低回転速度の方が、結合要素及びハブが互いに挟まって動かなくなるリスクが小さいためである。これより、結合要素を大きく、そして、重くすることが可能となる。しかしながら、比較的低速度域でのこの結合要素の使用の場合、回転速度が増加するにつれてロッキング力が急速に増加し、もはや結合要素がハブから離脱する限界値を生じさせない。

例えば、第１結合要素は、ハブに取り付けられた時、ロータの押込方向からみた上部カバー面、及び、ロータの前記押込方向からより遠い側の底部カバー面を含んで構成され得るが、この場合、その上部及び底部のカバー面は、互いに実質的に平行で、かつ、回転軸に対し垂直に広がる面内に位置する。この「実質的に」という用語は、例えば、前記表面は、回転自在に結合要素に装着するための装着穴、又は、凹みを含むという事実を参酌する。更に、結合要素のハブの切欠の内側へ向かう揺動移動を促進し、ハブの結合要素によって加えられる接触力をより良く制御できるように、前記表面は、全体として、あるいは一部で、特に結合要素の自由端の部分で、内側へ揺動する方向及び／又は自由端に向かって、僅かに傾斜し得る（独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１参照）。カバー面の傾斜角度は、通常、全体として５°より小さく、より好ましくは、２°より小さい。通常、カバー面のくぼみ、穴又は部分的な傾斜角の占める面積は、表面の全面積のわずか３０％、好ましくは最大２０％である。有利には、上部及び下部カバー面に隣接する垂直面は、回転軸に平行で、かつ、結合要素が装着される領域内では、動径方向に関してドライブヘッドの形状に沿う形状を持つ。そのような結合要素は、生産が単純で、かつ、回転軸を包含する方向に実質的に長方形である断面を有する切欠の中へ揺動出来る。

有利には、高速域用の結合要素（本発明の第２結合要素に対応し、以下「高速結合要素」と呼ぶ）は、上述したように、低速結合要素より、サイズ及び重量共に小さい。これは、例えば、第２結合要素が外側に揺動可能な自由端に向かって先細るという事由によって達成し得る。好ましくは、ロータの押込方向に向かい合う第２結合要素のカバー面は先細り、一方、ロータの前記押込方向から離れて向く第２結合要素のカバー面は、切欠の壁面にもたれかかる第２結合要素の接触面を形成する。更に好ましくは、第２結合要素は、ロータの押込方向に向かい合うその上部カバー面が、外側に揺動可能な自由端に向かって下方に傾く形状である。第２結合要素はより低重量のために、ハブ上の結合要素によって加えられた接触力はなお一層減少し、従って２つのコンポーネントが互いにからまり、互いに着脱されなくなるリスクは減少する。重量が相対的に低くなると、相対的に低い速度では、接触力はさらに相対的に低くなるが、そしてその接触力は、回転速度が増加した場合のみ上昇する。有利には、本発明によると、第２結合要素のハブの切欠の壁面にもたれかかる接触面が、ハブ及びロータをドライブヘッドに確実にロックするために必要な範囲で可能な限り小さく構成されることによって、極めて高い回転速度で第２結合要素及びハブが互いにからまるリスクを、更に低減させる。接触面積を削減し、このようにして、実際上の密着度を最小限にすることで、ドライブヘッドからハブ／ロータを着脱することが容易になる。

既に独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１で言及され、基本的に開示されているように、結合要素とハブの接触面が傾斜面を形成する時に、結合要素のロッキング力は、非常に正確に設定できる。第１及び／又は第２結合要素、特に切欠に押し込まれるリスクがある第２（高速）結合要素は、外側に揺動可能な先端に傾斜面を含んで構成し得る。この傾斜面は回転軸に対し垂直に傾斜し広がる。好ましくは、傾斜面は、ロータの押込方向から離れて向く結合要素の下部カバー面に位置し、外側へ揺動可能な自由端へ向かって上方に傾く。傾斜面の傾斜角は、所望の締付力に応じて、併せて、所望の速度域を可能にするように選択される。通常、回転軸の垂直面に対する傾斜角は、２°から６０°、好ましくは５°から５０°、最適には１０°から４０°の範囲にある。さらに、第１結合要素の傾斜面の傾斜角が第２結合要素のものと異なること、及び、特に、両結合要素の傾斜角が、各々のケースで必要とするロッキング力と適合することも、あり得る。例えば、第１結合要素の傾斜面の傾斜角は第２結合要素のものよりも、小さくてもよい。

第１及び第２結合要素の上記の設計は、基本的にすべてのドライブヘッド又はハブの組み合わせに使用され、上記記載の、第１及び第２結合要素の内ただ１つが切欠内へ揺動するように構成された切欠を含んで構成されるハブのケース向けだけに使用されるわけではない。ハブと第１結合要素が高回転速度で絡み合うのを抑止するために、第１結合要素は相対的に低回転速度においてのみハブと係合し、他方、高回転速度ではハブをドライブヘッドとロックしないように、結合要素とハブを整合することは第１に有利である。一方、また、第２結合要素が低回転速度でドライブヘッドのハブ／ロータをロックする工程に貢献する場合、一般的に無用である。２つの結合要素の組み合わせは、ロッキング力を増加させるためには利点となるかもしれない。一般的には、比較的低速度でドライブヘッドにハブ／ロータをロックするためには、第１結合要素単独、又は、第１及び第２結合要素の両方を使用することが考えられる。この点について、通常高速域及び低速域との間の正確な境界線が存在するのではなくて、むしろ、第１及び第２結合要素の具現化のためには、平均回転速度の重なる域が存在し、この重なる域では、第１及び第２結合要素を、共に使用し得る点に留意すべきである。有利なことに、特定の遠心分離機がカバーする回転速度の全域は、使用する結合要素各々が、ほぼ同じ大きさの部分域をカバーするように、分割され得る。即ち、遠心分離機が、０ｒｐｍから３０，０００ｒｐｍの速度域で設計される場合には、１０，０００ｒｐｍから１５，０００ｒｐｍの中間速度域では、両結合要素を使用し得るので、例えば、第１結合要素は、最大約１５，０００ｒｐｍの速度域用に、そして第２結合要素は、１０，０００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍの域用に設計され得る。

ドライブヘッド／ハブの更なる組み合わせにおいては、ハブは切欠を含んで構成され、ハブがドライブヘッドに取り付けられた時に、第１及び第２結合要素は切欠の中に揺動し得るが、その間、第１結合要素は切欠を規制する少なくとも１つの壁面と、好ましくはただ１つの壁面と接触する。この場合、第１結合要素は、ハブ／ロータをロックする工程に役立つので、このセットは、低速域にて有利に使用される。第２結合要素は、それが切欠の中へ揺動する時に、同様に、ハブの切欠の少なくとも１つの壁面と、好ましくはただ１つの壁面と接触するように設計され得る。この場合、第２結合要素は、上記の通りロッキング力を強化するのを助ける。あるいは、第２結合要素は、それが切欠の中へ揺動する時に、切欠の壁面と接触しないように構成することも可能である。これにより、第１結合要素が、ロータがドライブヘッドにロックされることを、単独で保証する。

本発明によれば、遠心分離機用セットは関連した２個以上のハブを含んで構成されるのが好ましい。用語「ハブ」それ自体は、既に述べたとおり、この場合、適切なロータと連結することが可能な、又は、ロータと取り外せないように又は着脱可能に連結可能なハブを意味し得る。そして、用語「取り外せない連結」は、ハブはロータ及びハブに一体化され、ロータは１部品として設計されることを意味すると理解されるべきである。２以上の異なるハブの使用により、ハブ又はハブに連結されるロータを適切に選択する場合は別として、上記で述べたように、ユーザが遠心分離機又はその構成部分を変更しなくても、特定の動作条件（例えば、特定の速度域）に合うように遠心分離機を適応させることが可能となる。ユーザによる適切なハブの選択をさらに容易にするために、後者は適宜特徴づけられてもよい。例えば、適切なハブは意図された速度域に応じて色分けされてもよい。

更に、遠心分離機用セットは、例えば、２つの異なるハブを含んで構成され得る。そのハブの切欠は、ハブがドライブヘッドに取り付けられた時、第１ハブにより第１結合要素のみが、そして第２ハブにより第２結合要素のみが、それぞれの切欠の中へ揺動出来るように、異なって設計される。あるいは、ハブがドライブヘッドに装着された時、第１ハブにより第１及び第２結合要素が切欠の中へ揺動することが可能となり、第２ハブにより第２結合要素のみが切欠の中へ揺動することが可能となるように、切欠が異なって設計される、異なる２つのハブを提供してもよい。第１ハブの場合、望ましい変形としては、第２結合要素は切欠の壁面にもたれかからず、一方、第１結合要素は切欠を規制する少なくとも１つ以上の壁面と、好ましくは１つの壁面とのみ接触する。個別実現性の目的、効果、及び利点は、個別のハブの説明にて述べた。

上記で述べたのと同様に、２以上の結合要素は、関連するハブと協調し得る。特定の用途又は動作条件に適応するように適合させられた遠心分離機の区域のバリエーションは、結合要素の数と共に増加する。すなわち、例えば、使用される異なる組み合わせの結合要素の速度域に適応し、そして、ドライブヘッドのハブ／ロータの連結に連携するように、さらにより正確に遠心分離機を適応させることが可能である。追加の結合要素は、少なくともそれらのドライブヘッドに取り付けられる位置について、第１及び第２結合要素と異なるが、しかし２つの結合要素のうちの少なくとも１つとは更なる差異を示し得る。例えば、それらは形状、材質、又は、重量が異なるかもしれない。２を超える結合要素を使用する時には、その複数の結合要素を回転軸方向において互いに上下に配置することが、スペース上の理由のために好ましい。あるいはまた、３以上の結合要素をドライブヘッドの円周方向に、好ましくは、基本的に等距離にて配列してもよい。これは、２つの結合要素のみの状況と比較して、ドライブヘッドに対するロータのぐらつきを削減出来るという利点がある。

有利には、少なくとも１つの結合要素は、結合要素がその外側に揺動する状態にある間は、ロータの一部と、又は、下部分でハブと係合し、そして、結合要素が外側へ揺動する状態である限りは、ロータのドライブヘッドからの離脱が抑止されことにより、ドライブヘッドはロータに付着される。これは、例えば、独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１に記載されているように、結合要素はロータのハブの上端にもたれかかる形でもたらされる。しかしながら、本発明の目的では、ハブがドライブヘッドに取り付けられた時、結合要素が揺動し得る適切な切欠をハブの内壁部分に設け、それによって、ハブがドライブヘッドの外表面に制止することが、好適である。一般的に結合要素は、回転軸の垂直方向の外側へ揺動するため、望ましくはハブの切欠は周方向に広がる。結合要素及び切欠は、例えば、差込錠（bayonet lock）のように連携し得る。ドライブヘッドにハブ／ロータを取り付ける目的で、ハブにスライド挿入式の斜面（スライドインベベル）を備えてもよく、例えば、それは、始めに、ハブをドライブヘッドに取り付け可能な程度まで、結合要素をドライブヘッド側に押しつけ、結合要素を偏向した状態にすることで、ドライブヘッドの外表面から突き出る。結合要素が、ハブの適切な切欠に到達すると、それは再度外側へ、そして切欠の中へ揺動し、そしてロータ及びドライブヘッドは互いにロックされる。外側への揺動経路を限定するために、ハブ及び／又は結合要素に、先端ストッパーが備えられ得る。例えば、ハブにおいては切欠の長さを制限する形態で、そして、結合要素においては突起という形態で備えられ得る。有利には、ドライブヘッドをハブから取り外す目的のために、アクチュエータを備えてもよく、そのアクチュエータで、外側へ揺動した結合要素をドライブヘッドの中に揺動させて、ドライブヘッドからロータを取り外し得る。従来の差込錠又は独国特許出願公開第１０２００８０４５５５６Ａ１を、適切なアクチュエータの参照としてもよい。

上述したように、結合要素は傾斜面を備えうる。この場合、それぞれの結合要素に適応した切欠は、相補的な傾斜形状停止面も含んで構成されが、この場合、外側に揺動した結合要素の傾斜面はその傾斜形状停止面にもたれかかる。結合要素が切欠内へ揺動した時、傾斜形状停止面に対して加えられる力は、揺動移動の増加と共に上昇するため、このようにして、揺動経路の限定もある程度達成される。更に、結合要素とハブとの間に作用する押圧固定力は、傾斜面の傾斜角度を変えることによって、非常に正確に設定され得る。好ましくは、切欠を回転軸方向に規制する、そして、全体的に又は部分的に傾斜面の形態の、上部又は下部の壁面の領域に傾斜形状停止面を配設する。

結合要素及び関連する切欠を除き、ドライブヘッド及びハブ／ロータは、通常の技術で設計可能である。好ましくは、両構成材は、２つの構成材が遊びなしに相互に支えられるように、可能な限り広範囲で積極的に相互にもたれかかってもよい。ドライブヘッドの基体は、ロータをドライブヘッドに装着する方向の上部の領域、及び下部の領域を含んで構成され、上部領域は、ハブを中心に寄せ、かつ、径方向へ導くように、実質的に円筒状の外部輪郭であり、下部領域は、上部領域と隣接して、そして、軸方向にハブを中心に寄せ得る円錐台の形状である時は、ハブは非常に効果的に導かれ、ドライブヘッド及びハブは傾斜角を形成することはない。ドライブヘッドの相補形に設計されるハブは、円筒部分がドライブヘッドに取り付けられた時に、その円錐台領域によって、ドライブヘッドに容易に取り付けられ、ハブの中へ挿入されたドライブヘッドの中心に置かれ、事実上傾斜角を形成することはない。ドライブヘッドの円錐台領域は、ハブの円筒内壁と相補に対応する下部円筒領域と接触した時、ハブは、更に事実上、傾斜角を形成することはない。有利に、結合要素は、円錐台領域及び上部円筒領域のほぼ中心に位置し、好ましくは、円錐台形に接する上部領域の少なくとも１つの切欠内に位置する。

ドライブヘッド及びハブの製造には、当技術の慣用の材料が使用され得る。それらは、通常金属材であり、特には、スチールが適切である。しかしながら、特にファイバー補強された適切な複合材を使用することも可能である。好ましくは、結合要素は金属から作られている。第１結合要素、及びその相対的に低速回転での所望の用途には、スチールは、それが高強度で、同時に高密度であるため、望ましい材料である。一方、第２結合要素、及びその相対的に高速回転での用途には、チタニウムが、スチールと類似した強度を持ち、密度はスチールのほぼ６０％であるので、望ましい材料である。これは相対的に低重量の結合要素の利用を可能にする。

本発明は、以下、添付図と関連してより詳細に説明される。同様の参照符号は、発明を模範実施形態に限定しないように発明の望ましい実施形態の略図で同様の構成材を示す。

本発明のドライブヘッドの斜視図 図１（Ａ）で示されたドライブヘッドの分解組立図 ドライブヘッド及びハブから構成される本発明の遠心分離機用セットの断面図 図２で示された同じドライブヘッドと、異なるハブとを含む、本発明の遠心分離機用セットの更なる実施形態 図４は、ロータの押込方向から見たドライブヘッドの他の例図 ドライブヘッド及びハブから構成される、更なる遠心分離機用セットの横断面図（Ａ）、及び、異なるハブを含んで構成された図５（Ａ）で示された遠心分離機用セットの横断面図（Ｂ） ４つのドライブヘッドと、ハブとを含んで構成されるドライブヘッドから成る本発明の更なる遠心分離機用セットの横断面図（Ａ）、及び、別のハブを含んで構成された、図６（Ａ）に示された遠心分離機用セットの横断面図（Ｂ） 異なる結合要素のロッキング力を回転速度の関数として示すグラフ 本発明の遠心分離機の横断面図

図１（Ａ）は、本発明の遠心分離機のドライブヘッド１の斜視図である。図１（Ｂ）は、分解組立図の形で同ドライブヘッドを示している。ドライブヘッド１は、実質的に円筒状の最上部領域２０及び円錐台形状の下部領域２１を含んで構成される基体２を含んで構成される。円錐台形状の下部領域２１は、円筒状の底部領域２２と隣接する。ドライブヘッドの最上部領域２０及び下部領域２１の間には、揺動可能なくさび形の２つの結合要素３及び４が設置される。

本発明によれば、２つの結合要素３及び４は互いに異なる。示された例では、それらは幾何学的形状及び材質に関して異なる。第１結合要素３は第２結合要素４より大きく、重い。示された例では、結合要素３はスチールから作られ、これに対し、結合要素４はチタニウムから作られる。スチール及びチタニウムは共に非常な高い強度値を持つが、チタニウムは実質的に低密度である。さらに、結合要素３及び４の幾何学的形状は異なる。結合要素３は、実質的に水平に広がる、即ち、ドライブヘッド１の回転軸Ｒに対し垂直に広がる、上部カバー面３１及び底部カバー面３１’を備える。外周面３６は径方向に曲げられ、その屈曲はドライブヘッド１の最上部領域２０の円筒周辺面の丸みに続く。結合要素３は、ドライブヘッド１の最上部領域２０の凹部２３内に揺動基軸３０を揺動可能に装着される。結合要素３の、その内側に揺動した状態の外輪郭は、円筒の最上部領域２０の外輪郭と合致し、それらと実質的に面一である。ドライブヘッド１の穴と結合要素３を介して挿入されたピン３０’は、結合要素３を揺動可能に装着するのに役立つ。

結合要素３は、ドライブヘッド１から離れて外側へ押すスプリング８により偏向される。このように、結合要素３は、ドライブヘッド１に作用する遠心力がない時でさえ、即ち、遠心分離機が待機状態の時でさえも、ドライブヘッド１から外側へ、少なくとも部分的に、揺動する。このようにして、遠心分離機が待機状態の時でさえも、ドライブヘッドとロータをロックすることが可能となる。結合要素３の外側への揺動運動は、外側への揺動角度が特定の最大値に到達した時に、凹部２３の壁面にもたれかかるブロッキング突起物３５によって停止させられる。ドライブヘッド１の縦の溝の中へスライド可能な突起３４は、結合要素３がドライブヘッド１の凹部２３への回帰を導く働きをする。

第２結合要素４の装着、その揺動能力、その偏り、揺動運動の停止は、第１結合要素３と類似する。第２結合要素４は揺動基軸４０及びピン４０’の周囲を揺動する。突起４４はその内側への揺動運動を導く働きをする。関連するドライブヘッド１の縦の溝及びブロッキング突起物は、斜視図の角度により見えない。第２結合要素４は、第１結合要素３より実質的に小さい。第１結合要素３の水平な上部カバー面３１の代わりに、第２結合要素４は、自由端４２に向かって下方に傾斜する上部カバー面４１を含んで構成される。このように、第２結合要素４は実質的にくさび形である。図では見えなく、読者から離れて配置されている結合要素４の外表面は、第１結合要素３の場合と同様に、ドライブヘッドの最上部領域２０の円筒周辺の外輪郭に続く。

ハブが方向Ａでドライブヘッドに取り付けられる場合、始めに、結合要素３及び４は、それらを超えてハブがスライド可能になるまで、スプリング８の偏りに抗してドライブヘッド１の凹部２３の中に押しこまれる。関連するハブの切欠の位置及び形状に応じて、結合要素３又は４のいずれか１つは、あるいは、両結合要素は、外側に向かって揺動し、そしてドライブヘッド１をハブにロックする。また、結合要素がスプリング８によって偏向されるため、結合要素は遠心分離機の待機状態中にも外側に揺動する。ドライブヘッド及び少なくとも１つのハブは本発明の遠心分離機用セットを形成する。ハブは、所望の動作条件に従い設計され、この構成及び特にハブの切欠の設計は、ドライブヘッドの結合要素がドライブヘッドをハブにロックするために使用されるように、事前に決定される。これは、本発明の遠心分離機用セットを含んで構成される本発明の遠心分離機の動作する異なる域の回転速度をカバーする例と関連し、以下参照として述べる。

図２は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）で示されたドライブヘッド１、及び、低速域用のハブ５０から成る遠心分離機用セット６を示し、図３は、ドライブヘッド１、及び、高速域用のハブ５０’ から成る遠心分離機用セット６を示す。２つのハブ５０及び５０’各々は、それぞれ、実質的にドライブヘッド１の外輪郭に続く内部切欠５１及び５１’を含んで構成され、ドライブヘッド１がハブ５０、５０’の中へ十分に挿入された時に、ハブ５０及び５０’はその広い領域でドライブ１にもたれかかる。連続する円筒部分及び円錐部分によって、確実にドライブヘッド及びハブの両方は、十分に中心に寄せられ、傾斜角を形成する恐れはなくなる。エラストマーから作られ、ドライブヘッド１の最上部円筒部分２０及び円錐部分２１の間に位置するシールリング９により、ドライブヘッドとハブの支えは更に強化される。ハブ５０及び５０’の２つの切欠５１及び５１’は、それらが結合要素３及び４と対峙して位置する領域に限って、互いに異なる。低速ハブ５０の場合の切欠は、高速ハブ５０’の場合と比べて、この領域は明らかに大きい。結果として、第１結合要素３及び第２結合要素４は、それぞれ自由端３２、４２と共にハブ５０内へ揺動し得る。しかしながら、ハブ５０’に備えられた切欠５１’は、第１結合要素３にとって十分大きくないため、結合要素はドライブヘッド１の凹部２３の中で、内側に揺動した状態のままである。このように、低速ハブ５０の場合、結合要素３、４の両方が、ドライブヘッド１をハブにロックすることに寄与するのに対し、一方、高速ハブ５０’の場合、第２結合要素４だけが、この目的のために有効である。即ち、後者の場合、重くて、大きな第１結合要素３を遠心分離工程の後にハブから取り外させなくなるような高回転速度、例えば、１０，０００ｒｐｍ以上において、切欠の中へ押し込まれなくなる。第２結合要素４は、上部カバー面で先細り、結果として低重量であるために、それがハブ５０’に押し込まれることは事実上不可能である。対照的に、低回転速度では、結合要素がハブの切欠に押し込まれるリスクはかなり小さく、両結合要素は共にドライブヘッド１をハブにロックする工程に作用し、そして、動作中にハブに作用する浮揚力を打ち消す。

図２及び図３より、ハブがドライブヘッドに取り付けられる方向Ａの反対側に位置する結合要素３及び４の底部カバー面は、自由端３２及び４２の隣接領域にて、それぞれ傾斜面３３及び４３を備えることが、見てとれる。傾斜面３３及び４３は、結合要素が外側に揺動する時に、相補的な傾斜形状停止面５２及び５２’上をスライドする。ロッキング力は、特に傾斜形状（停止）面の傾斜角を適宜設定することによって、非常に正確に事前決定され得る。

結合要素３及び／又は４をハブの切欠５１、５１’から押し出し、そして、ドライブヘッド１の凹部２３の中へ押しこむことにより、ドライブヘッドはハブから取り外される。これは、適切なアクチュエータ（図示せず）の手段によって達成し得る。例えば、アクチュエータは突起３４、４４に作用して、結合要素３、４の内側への揺動を生じさせる。代わりに、結合要素を水平方向に押すレバー又はピンにより、結合要素を内側へ押す、又は、有利には、結合要素を受けるハブの切欠の深さが、周方向で減少するのがよい。これにより、遠心分離工程の回転方向とは逆にハブを回転させると、結合要素をドライブヘッドの方へ押し込むようになる。このようにして、ハブをドライブヘッドから取り外し得る。

図４は、ドライブヘッド１の更なる実施形態について、ロータの押込方向（図１（Ａ）の矢印Ａに相当する）からの投影図である。ここで、第１結合要素１に加えて、２つの第２結合要素４、４’が存在する。３つの結合要素は、ドライブヘッドから基本的に等距離の周囲に、枢動可能に装着される。第２結合要素４、４’はそれらの形状及び重量の点で等しい一方、第１結合要素３は、第２結合要素４、４’より、軸方向により高く、従ってより重量がある。図４のドライブヘッドは、図２、図３で示したように、ハブ５０、５０’の遠心分離機用セットと共に使用され得る。即ち、３つの結合要素３、４、４’のすべてが低速ハブ５０と係合し、一方、結合要素４’、４のみが高速ハブ５０’と係合する。周囲に分散された３つの結合要素は、ハブ及びドライブヘッドにとりわけ安定して係合し、他方とのぐらつきを回避するという利点を有する。別の実施形態では、周囲に分散された同一の３つの結合要素は、少なくとも１つの異なる結合要素と組み合わせて使用され、後者の結合要素は、好ましくは他の結合要素と、ドライブヘッドの軸方向の高さが異なるように取り付けられる。例えば、３つの第１結合要素は、ある平面内に、他の平面に配置された３つの第２結合要素４、４’、４”と結合して配置される。

図５、図６は、本発明の遠心分離機用セットの見込まれる更なる実施形態を示し、その遠心分離機用セットは、ドライブヘッド１及びハブ５０、５０’を含んで構成される。すべてのケースにおいて、ハブ５０は低速域で使用され、一方ハブ５０’はより高速な回転域で使用される。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示される遠心分離機用セットは、図２、図３に示されるものと類似している。ここで、底部カバー面を備える高速結合要素４は、低速結合要素３に対して相対的に上方に移動する。即ち、ハブ５０の動作中、結合要素３のみが、その傾斜面３３により、ハブ５０の切欠５１の傾斜形状停止面５２にもたれかかる一方、同様に外側に揺動した結合要素４は、切欠５１の壁面と接触せず、それ故、ドライブヘッド１をハブにロックすることに寄与しない。反対に、ハブ５０’の動作中、結合要素３は、より小さく、より高く位置する切欠５１’によって外側に揺動することが抑止される。結合要素４のみが、切欠５１’へ揺動し、そこでは、その傾斜面４３で、傾斜形状停止面５２’にもたれかかる。傾斜面３３及び４３だけでなく、傾斜形状停止面５２及び５２’も、このケースでは、異なる傾斜角であり得る。回転軸Ｒの垂直面に対する、第１結合要素３の傾斜面３３の傾斜角α３は、第２結合要素４の傾斜面４３の傾斜角α４より小さい。第１結合要素に作用するロッキング力はそれに相当する。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、２つの第１結合要素３、３’及び２つの第２結合要素４、４’が、各ケースにおいて使用されている例を示す。合計２を超える結合要素の使用によって、ロッキング力は、遠心分離機の動作条件により良く適応される。低速域での使用の場合、２つの第１結合要素３、３’は、ドライブヘッド１で互いに向き合って配置される。第２結合要素４、４’は同じく、結合要素３、３’の下方で互いに向き合って配設される。４つの結合要素を収容するために、ドライブヘッド１の最上部円筒領域２０は、ただ２つの結合要素を含んで構成される前述の例より長い。ドライブヘッド１の全長に渡って見ると、結合要素はそのほぼ中心に配置され、より高速の回転速度に合わせられた第２結合要素４、４’は、それらが外側へ揺動した状態で、第１結合要素３、３’より、ドライブヘッド１の中心近くに配置される。この配置の場合、ハブ及びドライブヘッドが傾斜角を形成する恐れは全くない。低回転速度（ハブ５０）の場合には、第１結合要素３、３’のみが外側に揺動し、一方、より高回転速度（ハブ５０’）の場合には、第２結合要素４、４’がロッキング機能を引き受けるように、ハブ５０及び５０’は構成される。

例を参照すると、図７は、第１結合要素３及び第２結合要素４のロッキング力と、回転速度の関数を示す。スプリング８のバイアス（スプリング力）及びハブの結合要素により加えられた力も、遠心分離力の関数として示される。スプリング力は回転速度から独立しており、それは用いられるスプリング８の型及び数によってのみ決定される。より重量のある第１結合要素（３）に作用するバイアスは、第２結合要素４に使用されるものより大きい（例えば、図１（Ｂ）で、２つのスプリング８が結合要素３に使用され、一方、１つのスプリングのみが結合要素４に使用される）。反対に、結合要素をハブに作用させるクランプ力は、回転速度で変化する。この図は、図２、図３に対応する場合を示し、第１結合要素３は低速度範囲（このケースで最大１０，０００ｒｐｍ）で使用され、一方、第２結合要素４は低速度範囲では、第１結合要素３と一体となってロッキング機能に貢献し、高速度範囲では単独でロッキング機能に関与する。ロッキング力のグラフから見られるように、回転速度が増加すると、第１結合要素のクランプ力は、第２結合要素のクランプ力より急激に増加する。これは、第１結合要素３がより重いためである。従って、比較的低回転速度でさえも、十分かつ確固なロッキング効果が保証される。それとは反対に、第２結合要素４のクランプ力は、第２結合要素４のみがロッキング機能を想定する高速度範囲において、相対的に低重量のために、より緩やかに上昇する。従って、非常に高い回転速度で、第２結合要素４がハブにつまって動かなくなることを確実に抑止し得る。全体的に、０から約３０，０００ｒｐｍまでの範囲の回転速度は、このように順応され得る。

最後に、図８は、大いに簡略化された形で、本発明の遠心分離機７を示し、それは通常、本発明の遠心分離機用セットによって可能となる広大な速度範囲に耐える遠心分離機である。それは、ドライブヘッド及びハブから成る。ベンチトップ型の遠心分離機で、本発明の遠心分離機用セットの使用も、基本的に可能である。外部ハウジング７０の内部に、配設されたロータハウジング７１があり、その中に遠心分離機のロータ５が配設される。同様に、遠心分離機のロータ５は、ドライブヘッド１を取り付けたハブ５０と連結され、結合要素（この図で図示なし）によって前述したのと同じく定位置にロックされる。ロータ５は、モータ７２によって、ドライブヘッド１に取り付けられたドライブシャフト７３を経由して回転され得る。伝達する回転速度に応じて、適切なハブ、ここでは低速度ハブ５０が使用される。

Claims (19)

1. 遠心分離機のロータに駆動システムを着脱可能に連結するための遠心分離機のドライブヘッド（１）であって、
   回転軸（Ｒ）周りを回転するように装着された基体（２）と、
   揺動基軸（３０、４０）周りに外側へ揺動するように前記基体（２）に装着された、少なくとも１つの第１結合要素（３）及び少なくとも１つの第２結合要素（４）と、を含んで構成され、
   前記第１及び第２結合要素（３、４）は互いに異なることを特徴とする遠心分離機のドライブヘッド（１）。
2. 前記第１及び第２結合要素（３、４）は、それらの外形、それらの質量、それらの材料、及び、前記回転軸（Ｒ）の軸方向の前記基体に乗る取り付けの高さ位置のうち、少なくともいずれか１つの特性が異なることを特徴とする、請求項１に記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
3. 前記第１結合要素（３）は、前記第２結合要素（４）より、大きい及び／又は重いことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
4. 前記第１結合要素（３）は、前記ロータ（５）の押込方向（Ａ）から見た上部カバー面、及び、前記ロータ（５）の前記押込方向（Ａ）からより遠い側の下部カバー面を含んで構成され、前記両カバー面は、互いに実質的に平行で、かつ、前記回転軸（Ｒ）に対して垂直であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
5. 前記第２結合要素（４）は、その外側に旋回可能な自由端（４２）に向かって先細りに形成され、そして、とりわけ前記ロータ（５）の前記押込方向（Ａ）に向かい合い、かつ、外側に旋回可能な前記自由端（４２）に向かって下方に傾斜するように形成される、前記上部カバー面（４１）を含んで構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
6. 前記第１及び／又は前記第２結合要素（３、４）並びに、特に前記第２結合要素（４）は、外側に旋回可能な先端（３２、４２）において、前記回転軸（Ｒ）の垂直面に対し傾斜する傾斜面（３３、４３）を有し、前記傾斜面（３３、４３）は、好ましくは、前記ロータ（５）の前記押込方向（Ａ）から離れて向く下側に形成されて、外側に旋回可能な前記先端（３２、４２）に向かって上方に傾斜することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
7. 前記第１及び前記第２結合要素（３、４）は、それらの傾斜面（３３、４３）の傾斜勾配の点で異なり、好ましくは、前記第１結合要素（３）の前記傾斜面（３３）における前記回転軸（Ｒ）の垂直面に対する傾斜角（α３）は、前記第２結合要素（４）の前記傾斜面（４３）の傾斜角（α４）より小さいことを特徴とする、請求項６に記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
8. 複数の結合要素（３、４、３’、４’）が、前記回転軸（Ｒ）の軸方向に見て、互いに上下に配設されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
9. 少なくとも３つの結合要素が、遠心分離機のドライブヘッド周りの周方向に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
10. 前記基体（２）は、前記ロータの装着方向に関して、上部領域（２０）及び下部領域（２１）を含んで構成され、前記上部領域（２０）は、実質的に円筒状の外郭を持つ上部領域（２０）を備え、前記下部領域（２１）は、前記上部領域（２０）に隣接した円錐台形状であり、好ましくは底部円筒領域（２２）に隣接し、前記結合要素（３、４、３’、４’）は、円錐台形状の前記下部領域（２１）に隣接する前記上部領域（２０）にある、少なくとも１つの凹部（２３）に配設されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）、及び、ロータ（５）用ハブ（５０）を含んで構成される、遠心分離機用セット（６）。
12. 前記ハブ（５０）は凹部（５１）を備え、前記凹部（５１）は、前記ハブ（５０）が前記遠心分離機のドライブヘッド（１）に装着された時に、前記第１及び第２結合要素（３、４）の１つのみが前記凹部（５１）の中へ揺動可能であり、そして、前記凹部（５１）の壁面の少なくとも１つと接触するように構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の遠心分離機用セット。
13. 前記ハブ（５０）は、凹部（５１）を含んで構成され、前記凹部（５１）は、前記ハブ（５０）が前記遠心分離機のドライブヘッド（１）に装着された時に、前記第１及び前記第２結合要素（３、４）が前記凹部（５１）の内へ揺動するのを可能とし、前記第１結合要素（３）は、前記凹部（５１）を規制する壁面の少なくとも１つと接触し、一方、前記第２結合要素（４）は、好ましくは、前記凹部（５１）の壁面にもたれかからないことを特徴とする、請求項１１に記載の遠心分離機用セット。
14. 前記遠心分離機用セットは、２つの異なるハブ（５０、５０’）を含んで構成され、それらの前記凹部（５１、５１’）は、前記ハブ（５０、５０’）が前記遠心分離機のドライブヘッド（１）に装着された時に、前記第１ハブ（５０）により前記第１結合要素（３）のみが、そして前記第２ハブ（５０’）により前記第２結合要素（４）のみが、それぞれの凹部（５１、５１’）の中へ揺動出来るように、異なる形状であることを特徴とする、請求項１１又は請求項１２に記載の遠心分離機用セット。
15. 前記遠心分離機用セットは、２つの異なるハブ（５０、５０’）を含んで構成され、それらの凹部（５１、５１’）は、前記ハブ（５０、５０’）が前記遠心分離機のドライブヘッド（１）に装着された時に、前記第１ハブ（５０）は、前記第１及び第２結合要素（３、４）が、その凹部（５１）の中へ揺動出来るように、かつ、前記第２ハブ（５１）は、前記第２結合要素（４）のみが、その凹部（５１’）の中へ揺動出来るように、異なる形状であって、
    前記第１ハブ（５０）のケースでは、好ましくは、前記第２結合要素（４）は前記凹部（５１）の壁面にもたれかからず、一方、前記第１結合要素（３）は、前記凹部（５１）を規制する壁面の少なくとも１つと接触することを特徴とする、請求項１１又は請求項１３に記載の遠心分離機用セット。
16. 前記ハブ（５０、５０’）は、周方向に広がる凹部（５１、５１’）を少なくとも１つ含んで構成される、請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の遠心分離機用セット。
17. それぞれの凹部（５１、５１’）を規制する、前記回転軸（Ｒ）方向に見て上部又は下部の壁面は、少なくともある領域では、前記凹部の中へ揺動可能な前記結合要素（３、４、３’、４’）の前記傾斜面と相補的な傾斜形状停止面（５２）として構成されることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか１つに記載の遠心分離機用セット。
18. 前記遠心分離機用セットの少なくとも１つのハブ（５０、５０’）と連結され得るロータ（５）を更に含んで構成される、請求項１１〜１７のいずれか１つに記載の遠心分離機用セット。
19. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の遠心分離機のドライブヘッド（１）、又は、請求項１１〜１８のいずれか１つに記載の遠心分離機用セットを含んで構成される、遠心分離機（７）。

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