JP2014140817A

JP2014140817A - 遠心機用ロータおよび遠心機

Info

Publication number: JP2014140817A
Application number: JP2013011364A
Authority: JP
Inventors: Takahito Komura; 崇人小村
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: JP6107165B2

Abstract

【課題】ロータを高速度で回転させてもロータの振動発生を防止し、効率的に遠心処理を行うことができる。
【解決手段】
遠心機用のロータ２０は、ロータボディ４９と上側の第一のロータカバー５１と下側の第二のロータカバー５２とを備えたロータ外殻５０を有し、ロータ外殻５０のそれぞれのロータカバー５１，５２には、コア５４の胴体部５６に設けられた嵌合孔６４，６６に嵌合する突起部６３，６５が設けられている。嵌合孔６４，６６の底面に設けられた円錐形状の芯出し穴７５，７７に当接する尖端部７６，７９が突起部６３，６５に設けられている。ロータ２０が高速度で回転して嵌合孔６４，６６が径方向外方に弾性変形すると、尖端部７６，７９と芯出し穴７５，７７とによりコア５４とロータボディ４９の回転中心軸が同軸状態に保持される。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体等を試料とし、これを遠心力により沈殿分離や濃縮等の遠心処理を行う遠心用ロータおよび遠心機に関する。

液体または液体と固体の混合物等を試料とし、これに遠心力を加えて沈殿分離、精製および濃縮等の遠心処理を行うために、遠心分離機つまり遠心機が使用されている。この遠心機を用いると、通常の重力場では沈降しないか、または沈降しにくい粒子を含む試料から粒子を分離することができ、ウイルスや菌体等を分離対象とすることができる。ウイルスや菌体は、薬品やワクチン等を製造する場合には欠かせない原料であり、これらの製造過程においては、原料を分離精製する設備として連続遠心機が広く使用されている。

連続遠心機は、例えば、特許文献１に記載されるように、チャンバー容器内の分離室に配置されて高速回転するロータを有しており、ロータの上下両端には回転軸つまりシャフトが設けられている。それぞれのシャフトは内部に貫通孔が形成された中空軸となっており、上下のシャフトとロータには試料が流れるラインが形成される。

ロータは上下のシャフトにより支持されており、上側のシャフトつまりアッパーシャフトは電動モータに連結され、ロータはアッパーシャフトにより回転駆動される。下側のシャフトつまりロアシャフトは、芯出しと回転振動を軽減するために、滑り軸受とダンパにより外周面が回転可能に支持されている。ロアシャフトは下部軸受部により支持され、アッパーシャフトは上部軸受部により支持されている。下部シール部には下部配管が接続される下部接続ブロックが組み込まれ、上部シール部には上部配管が接続される上部接続ブロックが組み込まれている。下部接続ブロックとロアシャフトの端部との間と、上部接続ブロックとアッパーシャフトの端部との間には、それぞれメカニカルシールが設けられている。これにより、ロータが高速で回転している間も、メカニカルシールにより試料の漏出が防止され、ロアシャフトから試料を連続的に供給し、処理後の上清液をアッパーシャフトから外部に排出することができる。

ロータは、円筒形状のロータボディと、この両端部に取り付けられるロータカバーとにより構成されるロータ外殻を有し、ロータ外殻の内部にはコアが着脱自在に組み込まれる。コアは、外周面が円形の胴体部と、その径方向外方に突出して軸方向に延びる複数のフィンとを有し、フィンの先端面はロータボディの内周面に接触する。ロータボディの内周面とコアの外周面との間には、フィンにより仕切られる複数の扇形の分離空間が形成される。コアの形態には、胴体部が中実となった中実型と、胴体部が中空構造となった中空型とがあり、中空型のコアの両端部は端壁により閉塞される。中実型のコアは軽量プラスチックを切削加工して製作され、中空型はチタン合金等の金属により製造される。さらに、コアには、通常形状とは他に、通常より胴体部の外径を小さくしてフィンの径方向の突出長さを長くし、分離空間の容積を大きくした大容量形態がある。

特開２００６−２４７６１０号公報

ところで、コアの上端部に設けられる上側のロータカバーにはアッパーシャフトに連結されるシャフト連結部が設けられ、下側のロータカバーにはロアシャフトに連結されるシャフト連結部が設けられている。コアをそれぞれのロータカバーに固定するために、コアの両端部には相互に同軸となって嵌合孔が形成され、それぞれのロータカバーには嵌合孔に嵌合される突起部がシャフト連結部と同軸となって設けられている。それぞれのロータカバーはコアに対し着脱自在となっているが、ロータボディとコアの回転中心軸が同心となるようにするため、突起部と嵌合孔との間の隙間をできるだけ小さく加工する必要がある。この隙間が大きくなると、コアがロータボディの回転中心軸に対して偏心することになり、隙間が小さ過ぎると、ロータカバーとコアとの組立作業性が悪くなるので、手間とコストをかけて芯出し調整を行う必要がある。

しかしながら、30,000rpmを超える回転速度でロータを回転させると、コアが遠心力により径が大きくなるように変形し、嵌合孔の内周面と突起部の外周面との間の隙間が増加することになる。隙間が増加すると、コアの不釣り合い量によりコアの回転中心軸が径方向に移動して突起部の回転中心軸とコアの回転中心軸との間に偏心量が発生する。ロータ全体へ影響するアンバランスは偏心量とコアの質量の積によって決まるため、微小な変形でも大きなアンバランスになってしまい、ロータ回転時に振動が大きくなる。

上述のように、樹脂製の中実型のコアを使用した場合には、材質である樹脂の比重がロータ内に充填される試料と同程度、もしくはわずかに比重が小さいため、隙間が大きくなっても、遠心力によりコアにかかる液圧によって、コアは径方向にはあまり移動せず（図１０（Ｂ）参照）、ロータ全体でのアンバランス量は大きくは変化しない。しかしながら、金属製の中空型の大容量形態のコアは、胴体部内部の空洞部が小さく、コア全体での比重が試料より重くなるため、コア自体にわずかなアンバランスがあると、そのアンバランスによってコアが径方向に移動し（図１０（Ｃ）参照）、ロータとしては大きなアンバランスになってしまい、ロータ回転時に振動が大きくなることがある。回転時に振動が大きくなると、ロータの回転系に物理的な損傷を与える可能性がある。さらに、アッパーシャフトとロアシャフトの端部に設けられたメカニカルシールでの液洩れ発生の可能性がある。振動が大きくなるのを防ぐためには、ロータの回転速度に制限を設けて運転する方法があるが、ロータの回転速度を低下させると、遠心処理に必要な時間を長くしなければならず、金属製の中空型の大容量のコアを用いた遠心処理においても、中実型のコアと同じ回転速度で安定した遠心処理を可能とすることが求められている。

本発明の目的は、ロータを高速度で回転させてもロータの振動発生を防止し、効率的に遠心処理を行うことができるようにすることにある。

この遠心機用ロータは、円筒形状のロータボディ、および該ロータボディの端部に取り付けられる第一のロータカバーおよび第二のロータカバーを備えたロータ外殻と、外周面が円形の胴体部、および該胴体部の前記外周面から径方向外方に突出して分離空間を形成する複数のフィンを備えたコアとを有し、前記分離空間に試料を注入しながら試料を遠心処理する遠心機用ロータであって、前記第一のロータカバーの内面に設けられた第一の突起部が嵌合する第一の嵌合孔を第一の端部に設けるとともに、前記第一の嵌合孔に設けられた円錐形状の芯出し穴に当接する円錐形状の第一の尖端部を前記第一の突起部に設け、前記第二のロータカバーの内面に設けられた第二の突起部が嵌合する第二の嵌合孔を前記胴体部の第二の端部に設けるとともに、前記第二の嵌合孔に設けられた円錐形状の芯出し穴に当接する円錐形状の第二の尖端部を前記第二の突起部に設けた。

本発明の遠心機用ロータは、前記第一の尖端部と前記第二の尖端部の少なくもといずれか一方を軸方向に移動自在に前記ロータカバーに装着し、軸方向に移動自在の前記尖端部に胴体部に向かう方向の押し付け力を加える付勢部材を該ロータカバーに設けた。本発明の遠心機用ロータは、前記第一の尖端部を軸方向に移動自在に前記第一のロータカバーに装着し、前記第二の尖端部を軸方向に移動自在に前記第二のロータカバーに装着し、前記第一の尖端部に前記胴体部に向かう方向の押し付け力を加える第一の付勢部材を前記第一のロータカバーに設け、前記第二の尖端部に前記胴体部に向かう方向の押し付け力を加える第二の付勢部材を前記第二のロータカバーに設けた。本発明の遠心機用ロータは、前記第二の尖端部を前記第二の突起部に一体に設け、前記第一の尖端部を軸方向に移動自在に前記第一のロータカバーに装着し、前記第一の尖端部に前記胴体部に向かう方向の押し付け力を加える付勢部材を前記第一のロータカバーに設けた。本発明の遠心機用ロータは、前記胴体部は内部に中空孔が形成された中空型である。

本発明の遠心機は、上述した遠心機用ロータと、該遠心機用ロータを収容するチャンバーと、前記遠心機用ロータを前記チャンバー内で回転駆動する駆動手段と、前記遠心機用ロータの回転中に前記遠心機用ロータに試料を供給および排出する試料給排部とを有する。

遠心機用ロータは、ロータボディの上下端部に設けられる上側のロータカバーと下側のロータカバーとを有し、下側のロータカバーの内面に設けられた突起部が嵌合する下側の嵌合孔がコアの胴体部に設けられ、下側の嵌合孔の底面に設けられた円錐形状の下側の芯出し穴に当接する円錐形状の下側の尖端部が下側の突起部に設けられ、上側のロータカバーの内面に設けられた突起部が嵌合する上側の嵌合孔がコアの胴体部に設けられ、上側の嵌合孔の底面に設けられた円錐形状の上側の芯出し穴に当接する円錐形状の上側の尖端部が上側の突起部に設けられている。したがって、ロータの回転数が低速回転のときには、突起部と嵌合孔との嵌合によりコアの回転中心軸が設定され、ロータが高速回転となったときには、それぞれの尖端部と芯出し穴とによりコアの回転中心軸がロータボディの回転中心軸に位置決めされる。これにより、金属製の中空型の大容量のコアを用いて遠心処理を行う場合に、ロータを高速度で回転させても、ロータの振動発生が防止され、効率的に試料を遠心処理することができる。

遠心機の全体を示す斜視図である。ロータが組み込まれた遠心機のチャンバーを示す縦断面図である。図２に示された上部シール部の断面図である。図２に示された下部シール部の断面図である。ロータの上部と下部とを示す一部省略拡大断面図である。（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれロータのコアを示す横断面図である。下側のロータカバーの突起部とコアの嵌合孔を示す断面図である。上側のロータカバーの突起部とコアの嵌合孔を示す断面図である。比較例として示す従来のロータの上部と下部とを示す一部省略拡大断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、図９に示した従来のロータカバーの突起部とコアの嵌合孔とが嵌合孔の弾性変形により偏心する状態を示す断面図である。

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。図１に示す遠心機１０は、ワクチン製造工程等に使用される連続超遠心分離機であり、分離ユニット１１と制御ユニット１２とを有している。分離ユニット１１はベース１３とこの上に固定される円筒形状の容器からなるチャンバー１４とを有し、ベース１３は複数のボルト１５ａにより床面に固定され、チャンバー１４は複数のボルト１５ｂにより垂直状態となってベース１３に固定される。

ベース１３に隣接してリフト１６が配置され、このリフト１６にはアーム１７が水平方向を向いて装着されており、アーム１７はリフト１６により上下方向に移動自在となっている。アーム１７の先端部は、基端部に対して水平方向に移動自在に装着されている。アーム１７の先端部には、チャンバー１４の内部に出し入れ自在に収容される遠心機用ロータつまりロータ２０が装着されるようになっており、ロータ２０をチャンバー１４の内部に挿入した状態のもとで、チャンバー１４の上端部を閉塞するアッパープレート２１がアーム１７の先端部に取り付けられている。アッパープレート２１には電動モータ等からなる駆動部２２がロータ２０の駆動手段として設けられ、この駆動部２２の中心部には、上側のシャフトであるアッパーシャフト２３が組み込まれている。アッパーシャフト２３は内部に試料通過孔が形成された中空シャフトであり、ロータ２０に連結される。アッパーシャフト２３は駆動部２２の内部に設けられた図示しない上部軸受により回転自在に支持されており、駆動部２２によりアッパーシャフト２３は回転駆動される。アッパーシャフト２３の先端部にはロータ２０にねじ結合されるナット２５が装着されている。

図１に示されるように、ロータ２０の下端部には下側回転軸としてのロアシャフト２６が装着されており、ロアシャフト２６は内部に試料通過孔が形成された中空シャフトであり、ロータ２０にねじ結合されるナット２７によりロータ２０に取り付けられる。図２に示されるように、ロータ２０がチャンバー１４の内部の遠心室２８に装着されると、ロアシャフト２６はベース１３に設けられた図示しない下部軸受に支持され、ロータ２０はアッパーシャフト２３により駆動部２２により吊り下げられた状態となる。下部シール部３１には下部配管３２が接続され、上部シール部２４には上部配管３３が接続される。下部配管３２と上部配管３３は、ロータ２０に試料を連続的に供給および排出する試料給排部となっている。

ロータ２０を収容するチャンバー１４には、ロータ２０の周囲を隙間を介して覆うように円筒形状のエバポレータ３４が設けられている。エバポレータ３４はコイル状に巻き付けられた銅配管により構成されており、内部には冷媒ガスが循環供給される。このエバポレータ３４によりチャンバー１４の内部の遠心室２８を冷却することができる。エバポレータ３４の外側には円筒形状のプロテクタ３５が配置される。プロテクタ３５は、ロータ２０が回転中に何らかの原因で破壊されることがあった場合でも、ロータ２０の破片や試料が外部に飛び出すことなく、チャンバー１４の内部に留めておくために設けられており、プロテクタ３５は防護壁の役割を果たす。

ロータ２０は、通常運転時には高速で回転駆動されるため、大気との風損や摩擦熱による発熱を抑える目的で遠心分離中は遠心室２８を減圧された状態に保つ。遠心室２８の内部を減圧された状態にするために、チャンバー１４の胴体には遠心室２８の空気を排出する図示しない排気口が設けられており、排気口は排気ホースを介して外部の真空ポンプに接続される。

図１に示されるように、制御ユニット１２は配線や配管群３６より分離ユニット１１に接続されており、制御ユニット１２には、エバポレータ３４に冷媒ガスを供給するための冷凍機、遠心室２８を減圧するための図示しない真空ポンプが設けられている。さらに、制御ユニット１２には、アーム１７を上下動するためのリフト駆動装置、ロータ２０を駆動制御するための制御部等が設けられている。制御ユニット１２の上部には、遠心処理の条件等を入力したり、運転状況を表示するための操作パネル３７が設けられている。制御部は、図示しないマイクロコンピュータ、記憶装置を含む電子回路により構成されており、ロータ２０の回転制御のみならず、遠心機全体の制御を行う。

図３に示されるように、上部シール部２４には上部接続ブロック４１ａが装着され、上部配管３３は上部接続ブロック４１ａに接続される。上部シール部２４内にはアッパーシャフト２３の先端に取り付けられたシャフトヘッド４２が配置され、上部接続ブロック４１ａに装着されたシールホルダ４３ａにはシャフトヘッド４２の上端面に接触するメカニカルシール４４ａが装着され、このメカニカルシール４４ａによりシャフトヘッド４２の上端面からの試料の洩れが防止される。シャフトヘッド４２を囲むように、上部シール部２４にはリップシール４５ａが装着され、外部から供給される潤滑油の洩れが防止される。

図４に示されるように、下部シール部３１にはロアシャフト２６の下端部のシャフトヘッド４６が取り付けられ、下部接続ブロック４１ｂに装着されたシールホルダ４３ｂには、シャフトヘッド４６の下端面に接触するメカニカルシール４４ｂが装着され、このメカニカルシール４４ｂによりシャフトヘッド４６の下端面からの試料の洩れが防止される。シャフトヘッド４６を囲むように、下部シール部３１にはリップシール４５ｂが装着され、外部から供給される潤滑油の洩れが防止される。

図２および図５に示されるように、ロータ２０は円筒形状のロータボディ４９を有し、このロータボディ４９の両端部には第一のロータカバーとしての上側のロータカバー５１と、第二のロータカバーとしての下側のロータカバー５２とがねじ込み式で着脱自在に取り付けられる。ロータボディ４９と両方のロータカバー５１，５２によりロータ外殻５０が構成される。上側のロータカバー５１とロータボディ４９との間はＯリング５３ａによりシールされ、下側のロータカバー５２とロータボディ４９との間はＯリング５３ｂによりシールされる。ロータボディ４９の内部には、コア５４が着脱自在に組み込まれ、ロータ２０の下端面と下側のロータカバー５２の内面に設けられたピン孔には、コアピン５５が取り付けられ、コア５４はコアピン５５によりロータボディ４９に対して回転することなく固定される。

図６（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ種類が異なるコア５４を示す横断面図である。コア５４は、外周面が円形の胴体部５６と、その径方向外方に突出して軸方向に延びる複数のフィン５７とを有し、フィン５７の先端面はロータボディ４９の内周面に接触する。ロータボディ４９の内周面とコアの外周面との間には、フィン５７により仕切られる複数の扇形の分離空間５８が形成される。

図６（Ａ），（Ｂ）に示すコア５４は、胴体部５６が中実となった中実型であり、中実型のコア５４は軽量プラスチックを切削加工して製作され、中空型は例えばチタン合金等の金属により製造される。図６（Ｃ），（Ｄ）は、それぞれ胴体部５６が中空構造となった中空型であり、胴体部５６の内部には空洞部つまり中空孔５６ａが設けられており、中空孔５６ａは胴体部５６の両端部に取り付けられる端壁部材により閉塞される。図６（Ｃ）に示されるコア５４は、胴体部５６の外径が図６（Ａ）の中実型のコアとほぼ同一となっており、フィン５７の径方向突出高さが中実型とほぼ同一となった通常形態である。図６（Ｂ），（Ｄ）は、それぞれ中実型と中空型の胴体部５６の外径を小さくしてフィン５７の径方向の突出長さを長くし、分離空間５８の容積を大きくした大容量形態である。

図６（Ｃ），（Ｄ）に示される中空型のコア５４は、チタン合金等の金属製であり、樹脂製の中実型よりも強度上、有利である他、腐食性に優れており、種々の洗浄剤や滅菌液に耐えることができるので、蒸気殺菌(SIP)や定置殺菌つまりＣＩＰ(Cleaning in Place)を行いたいという要望を満たすことができる。一方、ワクチンや医療品に使用する原料（試料）を精製する医療品生産用の連続遠心機としては、一度の遠心処理量を多くできれば生産性が高められるため有利となる。ロータ内に形成される扇形の分離空間５８の断面積が大きいほど遠心処理できる試料の容量を多くできるため、医療品を精製するための遠心機のロータとしては、図６（Ｄ）に示される大容量形態の使用が望まれている。

図５は、図６（Ｄ）に示されたコア５４がロータ外殻５０の内部に組み込まれたロータ２０を示す。コア５４の両端部には端壁部材５９ａ，５９ｂが取り付けられ、中空孔５６ａは端壁部材５９ａ，５９ｂにより閉塞されており、それぞれの端壁部材５９ａ，５９ｂはコア５４の胴体部５６の上下の端部を構成している。

図５に示されるように、上側のロータカバー５１の外面には、ロータボディ４９の中心軸と同軸にシャフト連結部６１が設けられており、このシャフト連結部６１には、図２に示されるように、アッパーシャフト２３の先端に設けられたナット２５がねじ結合される。同様に、下側のロータカバー５２の外面には、シャフト連結部６１と同軸にシャフト連結部６２が設けられており、このシャフト連結部６２には、図２に示されるように、ロアシャフト２６に設けられたナット２７がねじ結合される。ロータカバー５１の内面には、シャフト連結部６１と同軸に上側の突起部６３が第一の突起部として設けられており、この突起部６３はコア５４の胴体部５６の上端部の端壁部材５９ａに設けられた上側の第一の嵌合孔６４に嵌合される。同様に、ロータカバー５２の内面には、シャフト連結部６２と同軸に下側の突起部６５が第二の突起部として設けられており、この突起部６５はコア５４の胴体部５６の下端部の端壁部材５９ｂに設けられた下側の第二の嵌合孔６６に嵌合される。

コア５４の上側の端面には放射方向に複数のガイド溝６７が、図５において破線で示されるように、設けられており、ガイド溝６７によりそれぞれの分離空間５８は連通孔７２に連通される。コア５４の下側の端面には放射方向に複数のガイド溝６８が設けられており、ガイド溝６８によりそれぞれの分離空間５８は連通孔７４に連通される。図５に示されるように、シャフト連結部６１には貫通孔７１が設けられており、この貫通孔７１は連通孔７２によりガイド溝６７に連通し、貫通孔７１は連通孔７２、ガイド溝６７を介して分離空間５８に連通する。同様に、シャフト連結部６２には貫通孔７３が設けられており、この貫通孔７３は連通孔７４によりガイド溝６８に連通し、貫通孔７３は連通孔７４、ガイド溝６８を介して分離空間５８に連通する。

図５および図７に示されるように、下側の嵌合孔６６の底面には円錐形状の下側の芯出し穴７５が設けられており、突起部６５の尖端には芯出し穴７５に当接する円錐形状の尖端部７６が突起部６５に一体に設けられている。図５および図８に示されるように、上側の嵌合孔６４の底面には円錐形状の上側の芯出し穴７７が設けられている。上側の突起部６３には収容孔７８が設けられており、この収容孔７８には芯出し穴７７に当接する円錐形状の尖端部７９を有する芯出し駒８０が軸方向に移動自在に装着されている。収容孔７８の内面と芯出し駒８０の外面との間にはＯリング８１が配置されている。芯出し駒８０の内部にはばね室８２が設けられ、ばね室８２には、尖端部７９に対して胴体部５６に向かう方向の押し付け力を加えるための付勢部材としての圧縮コイルばね８３が組み込まれている。

上下両方の芯出し穴７５，７７の円錐面の角度は、同一の角度に設定されている。これにより、コア５４をロータボディ４９に組み付ける際には、両端部のいずれを上下端部とすることができ、ロータ２０の組立作業性を高めることができる。芯出し駒８０は収容孔７８内に挿入することにより、収容孔７８内に組み込まれ、Ｏリング８１と芯出し駒８０との摩擦により芯出し駒８０の抜けが防止される。芯出し駒８０を収容孔７８から取り外すために、尖端部７９には工具挿入孔８４が設けられている。

図２に示されるように、ロータ２０がチャンバー１４内に挿入された状態のもとで、駆動部２２内の電動モータによりアッパーシャフト２３が回転駆動され、ロータ２０およびロアシャフト２６は電動モータにより高速回転される。遠心処理される試料は、下部配管３２からロアシャフト２６の試料通過孔に注入され、ロアシャフト２６から図５に示される貫通孔７３に流入する。貫通孔７３に流入した試料は、連通孔７４により複数のガイド溝６８に分配されてロータ２０の内部の分離空間５８に導入される。導入された試料は、高遠心力場へ移動されて沈殿と上清とに分離される。上清は、図５に示されるガイド溝６７に案内されて連通孔７２により貫通孔７１に案内される。貫通孔７１を通過した上清はアッパーシャフト２３の試料通過孔から排出されて上部配管３３へ排出される。このように、下部配管３２から試料を連続的に供給することにより、試料を遠心処理することができる。下部配管３２と上部配管３３は、試料をロータ２０に供給および排出する試料給排部となっている。

上側と下側のそれぞれの突起部６３，６５には円錐形状の芯出し穴７５，７７に当接する円錐形状の尖端部７６，７９が設けられているので、ロータ２０の高速回転により嵌合孔６４，６６の内径が拡大するように変形しても、尖端部７６，７９の調心機能により突起部６３，６５の中心軸は常に嵌合孔６４，６６の中心軸に一致した状態となり、両方の中心軸が偏心することが防止される。このように、ロータ回転時に両方の中心軸の偏心発生が防止されると、ロータ２０の振動発生を防止することができる。

特に、図６（Ｄ）に示されるように、大容量形態のコア５４は、中空孔５６ａの内径が小さく、フィン５７の径方向長さが長くなっており、体積における中空部分の占める割合が、図６（Ｃ）に示したコアよりも小さく、コア全体の比重が試料よりも重くなる。このため、コアの中心軸と突起部６３，６５の中心軸との間に僅かでも偏心が発生すると、回転のアンバランスが発生し、振動発生の原因となるが、図５に示されるように、コア５４に調心機能を持たせることにより、振動発生を防止しつつ試料を大量に遠心処理することができる。

図６（Ａ），（Ｂ）に示した中実型のコアは胴体部５６が樹脂製であり、その比重が試料と同程度であるため、偏心が発生してもロータ全体でのアンバランス量は大きく変化しない。また、図６（Ｃ）に示した中空型のコアは胴体部５６には中空孔５６ａが設けられており、コア５４は金属製であるが、全体の体積における中空部分の占める割合が大きいため、コア全体としての比重は樹脂製の中実型とほぼ同じであり、偏心が発生してもロータ全体でのアンバランス量は大きく変化しない。ただし、これらのタイプのロータについても、同様に調心機能を持たせるようにしても良い。

上側のロータカバー５１に設けられた尖端部７９は突起部６３に軸方向に移動自在に装着され、尖端部７９には胴体部５６に向かう方向の付勢力が加えられているので、コア５４の全長寸法に、加工誤差によるばらつきが存在しても、圧縮コイルばね８３により加工誤差を吸収することができ、両方の尖端部７６，７９は所定の押し付けで調心機能を果たすことができる。また、中空型のコアは内部に中空孔５６ａが設けられており、試料により浮き上がる方向の浮力を受けても、尖端部７６，７９が芯出し穴７５，７７に当接するので、調心機能により偏心発生が防止される。

図５に示される尖端部７６は下部のロータカバー５２に一体に設けられているが、尖端部７６を尖端部７９と同様に突起部６５に軸方向に往復動自在に装着し、尖端部７６にばねによる付勢力を加えるようにしても良い。その場合には、両方の尖端部７６，７９が軸方向に移動自在の形態となる。さらに、尖端部７９を突起部６３と一体形の構造とし、尖端部７６を軸方向に移動自在に形態とすると、図５に示した形態とは上下が逆転された形態となる。

図９は比較例として従来のロータ２０ａを示す一部切欠き断面図であり、図９においては図５に示された部材と共通する部材には同一の符号が付されている。図９に示すロータ２０ａにおいては、上側のロータカバー５１の突起部６３には尖端部が設けられておらず、下側のロータカバー５２の突起部６５にも尖端部が設けられていない。このため、ロータ２０ａの回転停止時には、図１０（Ａ）に示すように、ロータカバー５１の中心軸Ｏ1とコア５４の中心軸Ｏ2が一致した状態となっている。しかし、ロータ２０ａが、例えば、30,000rpmを超える程度まで高速回転すると、図１０（Ｂ）に示されるように、嵌合孔６４の内径が大きくなるようにコア５４の端部が弾性変形することになり、突起部６３の外周面と嵌合孔６４の内周面との間に隙間Ｌが増加する。隙間Ｌが発生すると、図１０（Ｃ）に示されるように、金属製コアの場合、コア５４が持っている不釣り合い量によりロータカバー５１の中心軸Ｏ1とコア５４の中心軸Ｏ2との間に偏心Ｅが発生する。図１０はロータカバー５１とコア５４とを示すが、ロータカバー５２とコア５４についても、同様の偏心Ｅが発生する。

回転系全体に影響するアンバランスは偏心Ｅとコア５４の質量との積によって決まるため、微小な変形でも大きなアンバランスになってしまい、回転途中でロータ２０ａの振動が大きくなる。振動が大きくなると、図３に示したシャフトヘッド４２がメカニカルシール４４ａに対して径方向にずれるとともに、図４に示したシャフトヘッド４６もメカニカルシール４４ｂに対して径方向にずれることになり、試料が上部シール部２４、下部シール部３１内に漏出することが想定される。

これに対し、図２および図５に示すように、それぞれの突起部６３，６５に芯出し穴７５，７７に当接する尖端部７６，７９を設けると、低速回転域では突起部６３，６５と嵌合孔６４，６６との嵌合により中心軸の芯出しが達成され、高速回転域では尖端部７６，７９の調心機能により中心軸の芯出しが達成される。

本発明は前記実施の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で種々変更可能である。

１０…遠心機、１１…分離ユニット、１２…制御ユニット、１３…ベース、１４…チャンバー、１５ａ，１５ｂ…ボルト、１６…リフト、１７…アーム、２０…ロータ、２１…アッパープレート、２２…駆動部、２３…アッパーシャフト、２４…上部シール部、２５，２７…ナット、２６…ロアシャフト、２８…遠心室、３１…下部シール部、３２…下部配管、３３…上部配管、３４…エバポレータ、３５…プロテクタ、３７…操作パネル、４１ａ…上部接続ブロック、４１ｂ…下部接続ブロック、４２…シャフトヘッド、４３ａ，４３ｂ…シールホルダ、４４ａ，４４ｂ…メカニカルシール、４５ａ，４５ｂ…リップシール、４６…シャフトヘッド、４９…ロータボディ、５０…ロータ外殻、５１…上側のロータカバー、５２…下側のロータカバー、５３ａ，５３ｂ…Ｏリング、５４…コア、５５…コアピン、５６…胴体部、５６ａ…中空孔、５７…フィン、５８…分離空間、５９ａ，５９ｂ…端壁部材、６１…シャフト連結部、６２…シャフト連結部、６３…突起部、６４…嵌合孔、６５…突起部、６６…嵌合孔、６７…ガイド溝、６８…ガイド溝、７１…貫通孔、７２…連通孔、７３…貫通孔、７４…連通孔、７５…芯出し穴、７６…尖端部、７７…芯出し穴、７８…収容孔、７９…尖端部、８０…芯出し駒、８１…Ｏリング、８２…ばね室、８３…圧縮コイルばね、８４…工具挿入孔。

Claims

円筒形状のロータボディ、および該ロータボディの端部に取り付けられる第一のロータカバーおよび第二のロータカバーを備えたロータ外殻と、外周面が円形の胴体部、および該胴体部の前記外周面から径方向外方に突出して分離空間を形成する複数のフィンを備えたコアとを有し、前記分離空間に試料を注入しながら試料を遠心処理する遠心機用ロータであって、
前記第一のロータカバーの内面に設けられた第一の突起部が嵌合する第一の嵌合孔を第一の端部に設けるとともに、前記第一の嵌合孔に設けられた円錐形状の芯出し穴に当接する円錐形状の第一の尖端部を前記第一の突起部に設け、
前記第二のロータカバーの内面に設けられた第二の突起部が嵌合する第二の嵌合孔を前記胴体部の第二の端部に設けるとともに、前記第二の嵌合孔に設けられた円錐形状の芯出し穴に当接する円錐形状の第二の尖端部を前記第二の突起部に設けた、遠心機用ロータ。
前記第一の尖端部と前記第二の尖端部の少なくもといずれか一方を軸方向に移動自在に前記ロータカバーに装着し、軸方向に移動自在の前記尖端部に胴体部に向かう方向の押し付け力を加える付勢部材を該ロータカバーに設けた、請求項１記載の遠心機用ロータ。
前記第一の尖端部を軸方向に移動自在に前記第一のロータカバーに装着し、前記第二の尖端部を軸方向に移動自在に前記第二のロータカバーに装着し、前記第一の尖端部に前記胴体部に向かう方向の押し付け力を加える第一の付勢部材を前記第一のロータカバーに設け、前記第二の尖端部に前記胴体部に向かう方向の押し付け力を加える第二の付勢部材を前記第二のロータカバーに設けた、請求項１または２記載の遠心機用ロータ。
前記第二の尖端部を前記第二の突起部に一体に設け、前記第一の尖端部を軸方向に移動自在に前記第一のロータカバーに装着し、前記第一の尖端部に前記胴体部に向かう方向の押し付け力を加える付勢部材を前記第一のロータカバーに設けた、請求項１または２記載の遠心機用ロータ。
前記胴体部は内部に中空孔が形成された中空型である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の遠心機用ロータ。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心機用ロータと、該遠心機用ロータを収容するチャンバーと、前記遠心機用ロータを前記チャンバー内で回転駆動する駆動手段と、前記遠心機用ロータの回転中に前記遠心機用ロータに試料を供給および排出する試料給排部と、を有する遠心機。