JP2014147866A - 遠心機および遠心機用ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの構造を複雑にするとこなく、ロータ減速時における振動発生を防止する。
【解決手段】遠心機は、試料を保持するロータ１４と、回転軸の先端に取り付けられロータ１４が装着されるクラウン１７とを有している。クラウン１７には少なくとも２本のクラウンピン３６が設けられ、ロータ１４には少なくとも２本のロータピン３４が設けられている。対をなす２本のクラウンピン３６の中心を結ぶクラウン基準線Ｓcと、クラウンピン３６に接触して対をなす２本のロータピン３４の中心を結ぶロータ基準線Ｓrとを、相互に平行に位置させてロータピン３４とクラウンピン３６とが配置されている。
【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。

医学、薬学および遺伝子工学等の分野においては、液体あるいは固体と液体との混合物を試料として、これを沈殿分離や精製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。遠心機は、例えば培養液や血液等の試料が収容されたチューブやボトル等の容器が装填されるロータを有している。ロータは、収納容器のロータ室内に突出して設けられた回転軸に着脱自在に装着され、電動モータ等の駆動装置により回転駆動される。収納容器内の試料を遠心処理する際には、試料がロータに保持された状態のもとでロータを高速回転させる。

ロータの回転速度は用途によって異なり、遠心機には、用途に合わせて数千回転程度の低速から最高回転速度が１５０，０００ｒｐｍ程度の高速までの製品群が提供されている。遠心機に用いられるロータには、様々なタイプがあり、試料を収容するチューブが固定角度式で高速回転速度に対応できるアングルロータや、チューブを装填したバケットがロータの移転に伴って垂直状態から水平状態に揺動するスイングロータなどがある。また、超高回転速度で回転させて少量の試料に高遠心加速度をかけるロータや、低回転速度となるが大容量の試料を扱えるロータなど様々な大きさのものがある。これらのロータは、遠心処理される試料に合わせて使用されるため、ロータはモータ等の駆動手段の回転軸の先端に設けられたカップリングつまりクラウンに着脱自在に装着されており、ロータは交換が可能である。

ロータを回転させて試料を遠心処理する場合には、ロータに駆動手段によりトルクを与えて目標の回転速度に至るまで加速させ、予め設定された処理時間にわたってその回転速度を保持することにより、試料に一定の遠心力を与えている。ロータにはクラウンが嵌合される嵌合穴が形成されており、嵌合穴にはその底面から突出するピンつまりロータピンが取り付けられており、クラウンにはロータピンに接触するピンつまりクラウンピンが取り付けられており、クラウンピンによりロータには回転トルクが伝達される。ロータは一定の回転速度を保持している間も空気中での空気摩擦つまり風損が発生するため、釣り合いの取れるトルクを与え続ける必要がある。また、減速時には早くロータを取り出すことができるようにして遠心機の利便性ないし操作性を高めるために、ロータには逆方向のトルクを与えて、減速時間を早めるようにしている。

特許文献１に記載されるように、ロータの嵌合穴には複数本のロータピンがロータの回転中心軸から同一半径の位置に回転中心軸を中心として円周方向に等間隔に取り付けられており、クラウンにはその回転中心軸を中心として円周方向に等間隔にクラウンピンが取り付けられている。ロータがクラウンに装着されると、円周方向に隣り合うロータピンの間に、クラウンピンが入り込み、クラウンピンとロータピンとの接触により、クラウンとロータとの間でトルクが伝達される。

特開２００５−１１１４１７号公報

回転軸によりロータを加速しているとき、およびロータ回転速度を一定に保持しているときには、クラウンピンの回転方向前面側がロータピンの回転方向背面側に接触した状態となる。これに対し、ロータを減速させるときには、ロータはクラウンに対して相対的に逆方向に回転することになるので、クラウンピンの回転方向背面側がロータピンの回転方向前面側に接触した状態に変化する。このため、減速時にはクラウンピンとロータピンの接触位置が反対側に切りかわるために、クラウンとロータとの間で相対的な滑り移動が生じることになる。この滑り移動の量は、クラウンピンの間隔分となるので、それぞれのピンの本数やピン径などの条件によって相違する。ロータの回転中にロータとクラウンとの間に滑り移動が発生すると、滑り移動による摩擦力がロータに与えられて、ロータが不安定な振動を発生する場合がある。この振動発生は、特に、１０，０００ｒｐｍ以上の高速度で回転させるようにした高速用のロータの場合に起こりやすい。このため、高速域で使用される遠心機においては、ロータとクラウンとの間で滑り移動が起こらないようにすることが望ましい。

上述のように、ロータ減速時にロータとクラウンとの間で相対的な滑り移動が発生すると、ロータの回転が不安定となってロータに大きな振動が発生することがある。その対策としては、減速勾配を緩めて減速トルクを抑制すれば、高速域での滑り現象の発生を防止することができる。しかし、減速トルクを緩めることは、早くロータを停止させて遠心機から取り出したいという使用者の要望に応えるものではないため、望ましい対策ではない。

ロータとクラウンとの間における滑り移動の発生を防止するために、クラウンに重りつまりウエイトを径方向に移動自在に装着し、遠心力によりウエイトをロータの嵌合穴の内周面に突き当てるようにした滑り移動防止技術が開発されている。クラウンにウエイトを設けると、遠心力でウエイトが嵌合穴の内周面に押し付けられるので、ロータの滑り移動をある程度は抑制することができるが、押し付け力は回転速度の減速に依存して小さくなっていくため、一定の回転速度を下回ると、減速トルクが摩擦力によるトルクを上回り、ロータとクラウンとの間で滑り移動が発生することになる。ウエイトを大きくすれば、理論的には、低い回転速度まで滑り発生を防止できるが、クラウンの大きさには限度があるため、自ずとウエイトの大きさも制限される。

しかも、ウエイトを装着する方式では、ウエイトの大きさが制限されるので、ロータの滑り移動による異常振動を懸念する必要のない低い回転速度に減速するまでロータの滑り移動を抑えることができなかった。その対策としては、クラウン側に雌ねじを設け、ロータを挟み込むようにロータの上からねじ止めする方式があるが、異常振動の発生は抑えられるもののロータの着脱操作が煩わしくなり、利便性ないし操作性が劣るというデメリットがある。

本発明の目的は、ロータの構造を複雑にするとこなく、ロータ減速時における振動発生を防止することにある。

本発明の遠心機は、試料を保持するロータと、該ロータを回転駆動するモータと、該モータの回転軸の先端に取り付けられ前記ロータが装着されるクラウンと、該クラウンの回転中心軸からそれぞれ同一の配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって前記クラウンに設けられる少なくとも２本のクラウンピンと、前記クラウンの回転中心軸から前記配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって前記ロータに設けられる少なくとも２本のロータピンとを有し、前記クラウンの回転トルクを前記クラウンピンと該クラウンピンに接触する前記ロータピンとを介して前記ロータに伝達する遠心機であって、対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線と、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線とを、相互に平行に位置させて前記ロータピンと前記クラウンピンとを配置する。

本発明の遠心機は、対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線を、前記回転中心軸を横切る径方向線と該径方向線に平行な平行線の一方に位置させて前記クラウンピンを配置し、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線を、前記径方向線と前記平行線の他方に位置させて前記ロータピンを配置する。本発明の遠心機は、前記クラウンピンと前記ロータピンの一方は奇数本であり、前記クラウンピンと前記ロータピンの他方は偶数本である。本発明の遠心機は、前記クラウンピンと前記ロータピンは、それぞれ円周方向に等間隔に配置されている。本発明の遠心機は、前記クラウンピンと前記ロータピンはそれぞれ偶数本である。本発明の遠心機は、前記クラウンピンと前記ロータピンの一方は、円周方向に等間隔に配置され、他方は不等間隔に配置されている。本発明の遠心機は、前記ロータピンは対をなす２本を有し、前記クラウンピンは円周方向に１つ置きでそれぞれ対をなす５本を有する。

本発明の遠心機は、前記クラウンピンを（２ｎ＋１）本（ｎ＝１，２，３・・・）有し、前記ロータピンを２本有し、前記配置半径をＲ、前記クラウンピンの径をｄc、前記ロータピンの径をｄr、前記クラウンピンと前記ロータピンとの間の微小な隙間をλとしたときに、前記ロータピンの径と前記クラウンピンの径が、
ｄr＝２Ｒsin｛π／［４（２ｎ＋１）］｝−ｄc−２λ
の関係を有する。

本発明の遠心機用ロータは、モータの回転軸の先端部に取り付けられ、回転中心軸からそれぞれ同一の配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって少なくとも２本のクラウンピンが設けられたクラウンに装着される遠心機用のロータであって、前記ロータには前記配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって少なくとも２本のロータピンが設けられ、対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線に対して、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線を平行に位置させて前記ロータピンを配置する。本発明の遠心機用ロータは、対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線を、前記回転中心軸を横切る径方向線と該径方向線に平行な平行線の一方に位置させて前記クラウンピンを配置し、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線を、前記径方向線と前記平行線の他方に位置させて前記ロータピンを配置する。

回転軸に設けられたクラウンの回転トルクを、クラウンに装着されるロータに伝達するために、クラウンには複数本のクラウンピンが設けられ、クラウンピンに接触するロータピンがロータに設けられている。ロータピンとクラウンピンの配置形態により、回転軸によりロータを加速し、ロータを一定回転速度で駆動するときには、クラウンピンからロータピンに回転トルクが伝達され、ロータを減速するときにはロータとクラウンとの滑り移動が抑制される。これにより、簡単な構造でロータの滑り移動に起因したロータの振動発生を防止することができる。

一実施の形態である遠心機の全体構造を示す断面図である。 図１に示されたロータの拡大断面図である。 図１に示されたクラウンの拡大斜視図である。 クラウンとクラウンに装着されたロータとを示す断面図である。 図４におけるＡ−Ａ線断面図である。 図４に示したロータピンとクラウンピンの配置関係を示す概略図である。 ロータとクラウンの変形例を示す概略図である。 ロータとクラウンの他の変形例を示す概略図である。 ロータとクラウンのさらに他の変形例を示す概略図である。 比較例として示す従来のロータに設けられたロータピンとクラウンに設けられたクラウンピンとの配置関係を示す概略図である。 他の比較例として示す従来のロータとクラウンと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に示される遠心分離機つまり遠心機１０は、箱形の板金などにより形成されたほぼ直方体形状の筐体１１を有している。この筐体１１の内部には、金属製の薄板により形成されたボウルつまり収納容器１２が設けられており、収納容器１２の内部はロータ室１３となっている。このロータ室１３内には回転体つまりロータ１４が配置されるようになっている。収納容器１２の底部には、筐体１１の内部に設けられた駆動手段としての電動モータ１５の回転軸１６が貫通しており、回転軸１６の先端にはロータ１４が装着されるカップリングつまりクラウン１７が取り付けられている。ロータ１４はクラウン１７に着脱自在に装着されて電動モータ１５により回転駆動される。

筐体１１にはドア１８が蝶番１９を中心に開閉自在に装着されており、ドア１８を開放した状態のもとで、ロータ室１３の内部に、遠心処理される試料が装填されたロータ１４を着脱つまり装着と脱着とを行うことができる。ドア１８により収納容器１２の開口部が閉じられたときに、ロータ室１３を密閉するために、筐体１１にはドア１８に接触するドアパッキン２０が設けられている。ドア１８の後方には、使用者がロータの回転速度や処理時間等の条件を入力するとともに、各種情報を表示するための操作パネル２１が設けられている。

筐体１１には、ロータ室１３を所望の低温に保持するための冷却手段として冷却装置２２が設けられている。冷却装置２２は、収納容器１２に巻き付けられた冷却配管２３と、この冷却配管２３の流入口と流出口との間に接続された循環配管２４とを有し、冷却装置２２は冷却配管２３と循環配管２４の内部に冷媒が循環する冷凍機により形成されている。冷却装置２２は、冷却配管２３から吐出したガス状の冷媒を圧縮する圧縮機２５と、圧縮された冷媒を冷却して液化する凝縮器つまりコンデンサ２６と、コンデンサ２６から冷却配管２３に向けて供給される冷媒を断熱膨張させるキャピラリーチューブ２７とを有し、冷却配管２３と循環配管２４とにより冷媒が矢印で示す方向に循環する冷凍サイクルが構成される。筐体１１には、電動モータ１５の回転等を制御するための制御ユニット２８が設けられている。

ロータ１４は遠心処理される試料に応じて多数用意されており、用意されたいずれのロータ１４もクラウン１７に装着されるようになっている。図示するロータ１４がアングルロータとすると、ロータ１４には試料が収容されたチューブ等の容器が装填される装填部が円周方向に間隔を隔てて複数個形成されている。なお、ロータ室１３に配管を通じて図示しない真空ポンプを接続するようにした形態においては、ロータ１４を運転させるときにロータ室１３を減圧することができる。

図２は図１に示されたロータを拡大して示す断面図であり、図３は図１に示されたクラウンを拡大して示す斜視図である。図４はクラウンとクラウンに装着されたロータを示す断面図であり、図５は図４におけるＡ−Ａ線断面図である。

図２および図５に示されるように、ロータ１４にはクラウン１７が嵌合される嵌合穴３１が下端面に開口して形成されており、嵌合穴３１はストレート部３１ａと下端面側のテーパ部３１ｂとを有している。嵌合穴３１に嵌合されるクラウン１７は、図３に示されるように、ストレート部３１ａに嵌合される円筒部３２と、これの下端部側に設けられた大径部３３とを有し、大径部３３には、ロータ１４のテーパ部３１ｂに突き当てられるテーパ面３３ａが設けられている。ロータ１４がクラウン１７に装着されると、図４に示されるように、ロータ１４の回転中心軸はクラウン１７の回転中心軸Ｏと同軸となる。

ロータ１４には、図５に示されるように、回転中心軸Ｏから配置半径（Ｒ／２）の位置に２本のロータピン３４が設けられている。つまりロータピン３４は配置直径Ｒの位置に設けられている。それぞれのロータピン３４は、横断面が円形であり、図４に示されるように嵌合穴３１の底面３１ｃから嵌合穴３１の開口部に向けて突出し、回転中心軸Ｏに平行となっている。２本のロータピン３４は、円周方向に１８０度の角度でずれて対をなしており、それぞれの中心Ｏrを結ぶロータ基準線Ｓrは、回転中心軸Ｏを横切る径方向線Ｑと一致している。図５においては、２本のロータピン３４に（ａ），（ｂ）を付してロータピンの位置を区別している。

クラウン１７には、図３に示されるように、大径部３３の内側にスペースを隔てて小径部３５が設けられており、大径部３３と小径部３５との間のスペースには、５本のクラウンピン３６が設けられている。それぞれのクラウンピン３６は、横断面が円形であり、底面３１ｃに対向してクラウン１７に設けられたピン取付面３７からクラウン１７の端面に向けて突出し、回転中心軸Ｏに平行となっている。図５においては、５本のクラウンピン３６に（ａ）〜（ｅ）を付してクラウンピンの位置を区別している。

図４および図５は、ロータ１４をクラウン１７に装着した状態を示している。装着作業の容易性を高めるために、ロータピン３４とクラウンピン３６のそれぞれの先端部は、図２および図３に示されるように、先端に向かうに従って小径となるテーパ部が設けられている。

それぞれのクラウンピン３６（ａ）〜３６（ｅ）は、図５に示されるように、円周方向に７２度の角度で等間隔にずれており、円周方向に１つのクラウンピンを介して隣り合う他のクラウンピンと相互に対をなしている。例えば、クラウンピン３６（ａ）はクラウンピン３６（ｃ）と対をなすとともにクラウンピン３６（ｄ）とも対をなしており、クラウンピン３６（ｂ）はクラウンピン３６（ｄ）と対をなすとともにクラウンピン３６（ｅ）とも対をなしている。さらに、クラウンピン３６（ｃ）はクラウンピン３６（ｅ）とも対をなしている。

ロータ１４がクラウン１７に装着されると、ロータ１４側の対をなすロータピン３４（ａ），３４（ｂ）は、クラウン１７側の対をなす２本のクラウンピンに接触する。図５においては、ロータピン３４（ａ），３４（ｂ）が、対をなすクラウンピン３６（ａ），３６（ｃ）に接触した状態を示す。ロータピン３４に接触する対をなすクラウンピン３６（ａ），３６（ｃ）の中心Ｏcを結ぶクラウン基準線Ｓcは、径方向線Ｑと平行となる平行線Ｐと一致するとともに、ロータ基準線Ｓrと平行となっている。

このように、クラウン基準線Ｓcとロータ基準線Ｓrとが平行となるようにロータピン３４とクラウンピン３６とを位置させて配置すると、遠心機１０の始動時から停止時までに、常に、ロータピン３４とクラウンピン３６とが接触した状態を保持するになる。

したがって、例えば、対をなすロータピン３４（ａ），３４（ｂ）がクラウンピン３６（ａ），３６（ｃ）に接触した状態のもとで、電動モータ１５によりクラウン１７を図５において時計方向に回転させて、その回転トルクをロータ１４にピンを介して伝達することによって、試料を遠心処理する場合には、ロータ１４を加速しているときと、ロータ回転速度を一定に保持しているときには、駆動側となるクラウンピン３６（ａ），３６（ｃ）の回転方向前面側がロータピン３４（ａ），３４（ｂ）の回転方向背面側に点接触した状態となる。これに対し、ロータ１４を減速させるときには、ロータ１４はクラウン１７に対して相対的に逆方向に回転することになる。このときにも、クラウンピン３６（ａ），３６（ｃ）の回転方向前面側がロータピン３４（ａ），３４（ｂ）の回転方向背面側に点接触した状態となるので、ロータ１４がクラウン１７に対して相対的に滑り移動することが抑制される。これにより、滑り移動に起因した振動発生を防止することができる。ロータ１４とクラウン１７との装着性を向上させるために、ロータピン３４とクラウンピン３６との間に僅かな隙間を設けるように設定しても、その隙間は僅かであり、クラウンピン３６（ａ），３６（ｃ）とロータピン３４（ａ），３４（ｂ）は実質的には接触した状態となり、ロータ１４の振動発生を確実に抑制することができる。

クラウン１７には５本のクラウンピン３６（ａ）〜３６（ｅ）が設けられており、対をなす組み合わせは複数存在する。これにより、ロータ１４をクラウン１７に装着するときには、クラウン１７に２本のクラウンピン３６を設けた形態に比して、ロータ１４の回転方向の位置決め姿勢を複数選択できるので、ロータ１４の位置決め操作つまり装着操作を容易に行うことができる。ロータピン３４（ａ），３４（ｂ）が図５に示したクラウンピン以外の対をなすクラウンピンと接触した場合にも同様にロータ１４の振動発生を確実に抑制することができる。

図３および図５に示されるように、クラウン１７には５本のクラウンピン３６が設けられ、ロータ１４には２本のロータピン３４が設けられているが、本数関係を逆転させて、クラウン１７に２本のクラウンピン３６を設け、ロータ１４に５本のロータピン３４を設ける形態しても、同様に、ロータ１４の振動発生を抑制しつつ、ロータ１４の位置決めを容易に行うことができる。この場合には、クラウン基準線Ｓcが径方向線Ｑの位置となり、ロータ基準線Ｓrが平行線Ｐの位置となる。このように、クラウン基準線Ｓcを、径方向線Ｑと平行線Ｐの一方に位置させてクラウンピン３６を配置し、ロータ基準線Ｓrを径方向線Ｑと平行線Ｐの他方に位置させてロータピン３４を配置することにより、ロータ１４の振動発生を確実に抑制することができる。

ただし、位置決めの容易性を考慮しなければ、２本のロータピン３４が設けられたロータ１４と、２本のクラウンピン３６が設けられたクラウン１７の形態としても良い。つまり、ロータピン３４とクラウンピン３６は、それぞれ少なくとも２本ずつ設ければ、振動発生を防止することができる。

複数本のロータピン３４およびクラウンピン３６をそれぞれ円周方向に等間隔に配置する場合には、ロータピン３４の本数を偶数本とすると、対をなすロータピン３４のロータ基準線Ｓrは、回転中心軸Ｏを横切る径方向線Ｑと一致するとともに、クラウン基準線Ｓcに平行となる。一方、クラウンピン３６の本数を奇数本とすると、対をなすクラウンピン３６のクラウン基準線Ｓcは、径方向線Ｑと平行となる平行線Ｐと一致するとともにロータ基準線Ｓrと平行になる。クラウン基準線Ｓcを径方向線Ｑと一致させる形態においては、クラウンピン３６は偶数本設けられ、ロータピン３４を奇数本とすると、対をなすロータピン３４のロータ基準線Ｓrは、径方向線Ｑと平行な平行線Ｐと一致することになる。いずれの形態においても、クラウン基準線Ｓcとロータ基準線Ｓrとが平行となるようにロータピン３４とクラウンピン３６とを位置させることにより、ロータ減速時における振動発生を抑制することができる。

図５に示されるように、２本のロータピン３４をロータ１４に設け、３本以上の奇数本のクラウンピン３６をクラウン１７に設けた形態において、ロータピンの径ｄrとクラウンピンの径ｄcの関係は、図６に符号で示される変数や要素に基づいて、以下のように表される。

ｄr＝２Ｒsin｛π／［４（２ｎ＋１）］｝−ｄc−２λ
ただし、符号Ｒは上述した配置直径つまりそれぞれのピンが配置される配置円Ｔの直径を示し、符号ｎは１，２，３，４・・・の整数であり、（２ｎ＋１）がクラウンピン３６の本数を示す。符号λはロータピン３４とこれに接触するクラウンピン３６との間における僅かな隙間を示しており、それぞれのピンの径の加工誤差と配置誤差とを考慮してロータピン３４とクラウンピン３６との間に１ｍｍ以下のミクロンオーダーの公差隙間を設けてある。これにより、ロータ減速時におけるロータの滑り移動を抑制しつつ、ロータ１４のクラウン１７に対する着脱性を損なわないようにしている。

図６に示されるように、ロータピン３４とクラウンピン３６の中心を結ぶ線Ａの長さは、
Ａ＝（ｄc／２）＋（ｄr／２）＋λ ・・・(1)
クラウンピン３６の中心軸からのずれ量Ｂは、
Ｂ＝（Ｒ／２）sinθ ・・・(2)
クラウンピン３６の本数をＮ本（Ｎ＝２ｎ＋１）とすると、
θ＝｛π−［（Ｎ−１）／２］・（２π／Ｎ）｝／２
＝（π／２）（１−（Ｎ−１）／Ｎ） ・・・(3)
であり、
θ3は相似の関係より、θ3＝θ2＝θ／２ であるから、
θ3＝（π／４）｛１−［（Ｎ−１）／Ｎ］｝ となる。

Ａcosθ3＝Ｂであるから、(1)式と(2)式から、
［（ｄc／２）＋（ｄr／２）＋λ］cosθ3＝（Ｒ／２）sinθ
＝（Ｒ／２）sin２θ3＝（Ｒ／２）２sinθ3・cosθ3
［（ｄc／２）＋（ｄr／２）＋λ］＝Ｒsinθ3
［（ｄc／２）＋（ｄr／２）＋λ］＝Ｒsin［（π／４）（１−（Ｎ−１）／Ｎ］
したがって、ロータピン３４の径ｄrとクラウンピン３６の径ｄcは、以下の関係となる。

ｄr＝２Ｒsin［（π／４）（１−（Ｎ−１）／Ｎ］−ｄc−２λ ・・・(4)
クラウンピンの本数Ｎを（２ｎ＋１）に置き換えると、(4)式は、以下のように表される。

ｄr＝２Ｒsin｛（π／４）（１−［２ｎ／（２ｎ＋１）］｝−ｄc−２λ
ｄr＝２Ｒsin｛π／［４（２ｎ＋１）］｝−ｄc−２λ ・・・(5)
したがって、例えば、配置直径Ｒを５０ｍｍ、クラウンピン３６の径ｄcを６ｍｍ、隙間λを０．３２ｍｍとし、クラウンピン３６の本数が５本なので、ｎ＝３とすると、ロータピン３４の軸径ｄrは９ｍｍとなる。これにより、図５に示すように２本のロータピン３４と５本のクラウンピン３６を有する形態においては、クラウンピン３６の軸径を６ｍｍとし、ロータピン３４の軸径を９ｍｍとすると、ロータ減速時にロータ１４のクラウンに対する滑り移動を抑制することができる。

(5)式は、ｎを１，２，３・・の正の整数とすることにより、クラウンピン３６の本数Ｎを３本以上としたときに、対をなすロータピン３４と、これに対して接触するクラウンピン３６とのそれぞれの軸径の関係を示しており、クラウンピン３６の本数は、図３および図５に示した５本に限られることはない。

図７はロータとクラウンの変形例を示す概略図である。図７に示した形態においては、クラウン１７には円周方向に等間隔となって４本のクラウンピン３６が設けられており、円周方向に１つ置きのクラウンピンが対をなしている。図示するように、クラウンピン３６（ａ）とクラウンピン３６（ｃ）が対をなし、クラウンピン３６（ｂ）とクラウンピン３６（ｄ）が対となっている。したがって、対をなす２本のクラウンピン３６の中心Ｏcを結ぶクラウン基準線Ｓcは、径方向線Ｑと一致する。

一方、ロータ１４には２本のロータピン３４が設けられている。それぞれのロータピン３４は円周方向に不等間隔となって配置されており、２本のロータピン３４の中心Ｏrを結ぶロータ基準線Ｓrは、径方向線Ｑと平行な平行線Ｐと一致するとともに、クラウン基準線Ｓcと平行となっている。

このように、クラウン基準線Ｓcとロータ基準線Ｓrとが平行となるようにロータピン３４とクラウンピン３６とを位置させて配置すると、遠心機１０の始動時から停止時までに、常に対をなして接触するロータピン３４とクラウンピン３６とが接触した状態を保持することができる。

図８はロータとクラウンの他の変形例を示す概略図である。図８に示した形態においては、図７に示した形態と同様に、クラウンには円周方向に等間隔となって４本のクラウンピン３６が設けられている。この場合には、円周方向に隣り合う２本のクラウンピン３６が対をなしている。図示するように、クラウンピン３６（ａ）とクラウンピン３６（ｂ）が対をなし、クラウンピン３６（ｂ）とクラウンピン３６（ｃ）が対をなし、クラウンピン３６（ｃ）とクラウンピン３６（ｄ）が対をなし、クラウンピン３６（ｄ）とクラウンピン３６（ａ）が対をなしている。したがって、対をなす２本のクラウンピン３６の中心Ｏcを結ぶクラウン基準線Ｓcは、径方向線Ｑとは一致していない。

一方、ロータ１４には図７に示した形態と同様に、２本のロータピン３４が円周方向に不等間隔となって配置されており、２本のロータピン３４の中心Ｏrを結ぶロータ基準線Ｓrは、クラウン基準線Ｓcと平行となっている。このように、図８に示す形態においても、クラウン基準線Ｓcとロータ基準線Ｓrとが平行となるようにロータピン３４とクラウンピン３６とが配置されている。

図９はロータとクラウンのさらに他の変形例を示す概略図である。図９に示した形態は、図７に示した形態と図８に示した形態とを組み合わせた形態となっている。図９においては、図７および図８に示した形態と同様に、クラウンには円周方向に等間隔となって４本のクラウンピン３６が設けられている。この場合には、図８に示した形態と同様に、円周方向に隣り合う２本のクラウンピン３６が対をなすとともに、図７に示した形態と同様に、円周方向に１つ置きのクラウンピンが対をなしている。

つまり、クラウンピン３６（ａ）とクラウンピン３６（ｂ）が対をなし、クラウンピン３６（ｂ）とクラウンピン３６（ｃ）が対をなし、クラウンピン３６（ｃ）とクラウンピン３６（ｄ）が対をなし、クラウンピン３６（ｄ）とクラウンピン３６（ａ）が対をなしている。これらのクラウンピン３６は、対をなす２本のクラウンピン３６の中心Ｏcを結ぶクラウン基準線Ｓcは、径方向線Ｑとは一致していない。さらに、クラウンピン３６（ａ）とクラウンピン３６（ｃ）が対をなし、クラウンピン３６（ｂ）とクラウンピン３６（ｄ）が対となっている。したがって、これらの対をなす２本のクラウンピン３６の中心Ｏcを結ぶクラウン基準線Ｓcは、径方向線Ｑと一致する。

一方、ロータ１４には４本のロータピン３４が円周方向に不等間隔となって配置されており、円周方向に１つ置きのロータピン３４が対となっており、２対のロータピン対を有している。ロータピン３４（ａ）とこれと対をなすロータピン３４（ｃ）の中心Ｏrを結ぶ第１のロータ基準線Ｓr1は、径方向線Ｑと一致したクラウン基準線Ｓcに平行となる。これに対し、ロータピン３４（ｂ）とこれと対をなすロータピン３４（ｄ）の中心Ｏrを結ぶ第２のロータ基準線Ｓr2は、円周方向に隣り合ったクラウンピン３６（ａ）とクラウンピン３６（ｂ）の中心Ｏcを結ぶクラウン基準線Ｓcに平行となる。

このように、図９に示す場合においても、クラウン基準線Ｓcとロータ基準線Ｓrとが平行となるようにロータピン３４とクラウンピン３６とを位置させてこれらが配置されている。これにより、図８および図９に示した形態においても、遠心機１０の始動時から停止時までに、常に対をなして接触するロータピン３４とクラウンピン３６とが接触した状態を保持することができ、ロータ１４の振動発生を抑制することができる。

図１０（Ａ），（Ｂ）は比較例として示す従来のロータに設けられたロータピンとクラウンに設けられたクラウンピンとの配置関係を示す概略図である。図１０（Ａ）はロータを加速しているときと、ロータ回転速度を一定に保持している状態を示し、図１０（Ｂ）はロータを減速している状態を示す。図１０においては、上述し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１０に示すように、従来では、２本のロータピン３４の中心Ｏrを結ぶロータ基準線Ｓrと、これに接触して対をなす２本のクラウンピン３６の中心Ｏcを結ぶクラウン基準線Ｓcとのいずれも、回転中心軸Ｏを横切る径方向線Ｑと一致するとともに、ロータ基準線Ｓrとクラウン基準線Ｓcとが交差している。

このように、ロータ基準線Ｓrとクラウン基準線Ｓcとを交差配置すると、回転軸によりロータを加速しているとき、およびロータ回転速度を一定に保持しているときには、クラウンピン３６（ａ）とクラウンピン３６（ｃ）の回転方向前面側がロータピン３４（ａ）とロータピン３４（ｂ）の回転方向背面側に点接触した状態となる。これに対し、ロータ１４を減速させるときには、ロータ１４はクラウン１７に対して相対的に逆方向に回転することになるので、クラウンピン３６（ｂ）とクラウンピン３６（ｄ）の回転方向背面側がロータピン３４（ａ）とロータピン３４（ｂ）の回転方向前面側に点接触した状態に変化する。このため、減速時にはクラウンピン３６とロータピン３４の接触位置が反対側に切りかわるために、クラウン１７とロータ１４との間で相対的な滑り移動が生じることになる。ロータ１４の回転中にロータ１４とクラウン１７との間に滑り移動が発生すると、滑り移動による摩擦力がロータ１４に与えられて、ロータ１４が不安定な振動を発生する場合がある。

これに対し、上述のように、対をなす２本のクラウンピン３６の中心を結ぶクラウン基準線Ｓcと、クラウンピン３６に接触して対をなす２本のロータピン３４の中心を結ぶロータ基準線Ｓrとを、相互に平行に位置させてロータピン３４とクラウンピン３６とを平行配置形態とすると、一定回転速度の状態から減速回転に切り換えられても、ロータ１４はクラウン１７に対して滑り移動しないので、簡単な構造により、ロータ減速時における振動発生を防止できる。

図１１は他の比較例として示す従来のロータとクラウンとを示す断面図である。図１１には、従来の遠心機における図４と同様の部分が示されており、図４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１１に示した遠心機においては、ロータ１４とクラウン１７との間における滑り移動の発生を防止するために、クラウン１７には、重りつまりウエイト４１が径方向に移動自在に装着されている。クラウン１７にウエイト４１を設けると、遠心力でウエイト４１が嵌合穴３１の内周面に押し付けられるので、ロータ１４の滑り移動をある程度は抑制することができるが、押し付け力は回転速度の減速に依存して小さくなっていくため、一定の回転速度を下回ると、減速トルクが摩擦力によるトルクを上回り、ロータ１４とクラウン１７との間で滑り移動が発生することになる。

これに対し、上述した実施の形態の遠心機においては、クラウン基準線Ｓcとロータ基準線Ｓrとを相互に平行に配置する平行配置形態とすることにより、簡単な構造でロータ減速時における振動発生を防止できる。しかも、ロータピン３４とクラウンピン３６の本数は、それぞれ少なくとも２本として任意の本数とすることができるので、遠心機の設定の自由度が高められるとともに、従来の遠心機の僅かな変更で既存の遠心機に対してもロータやクラウンの互換性を高めることかできる。しかも、ロータ１４をクラウン１７に装着する際には、複数本のクラウンピン３６と複数本のロータピン３４とが突き当たってこれらが乗り上げられることがないので、ロータ１４の装着操作を容易に行うことができる。このような乗り上げを防止した装着操作の容易性は、それぞれのピン先端をテーパ形状としていることからも促進される。

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…筐体、１２…収納容器、１３…ロータ室、１４…ロータ、１５…電動モータ、１６…回転軸、１７…クラウン、１８…ドア、１９…蝶番、２０…ドアパッキン、２１…操作パネル、２２…冷却装置、２３…冷却配管、２４…循環配管、２５…圧縮機、２６…コンデンサ、２７…キャピラリーチューブ、２８…制御ユニット、３１…嵌合穴、３２…円筒部、３３…大径部、３３ａ…テーパ面、３４…ロータピン、３５…小径部、３６…クラウンピン、３７…ピン取付面、Ｏ…回転中心軸、Ｐ…平行線、Ｑ…径方向線、Ｒ…配置直径、Ｓc…クラウン基準線、Ｓr…ロータ基準線。

Claims (10)

1. 試料を保持するロータと、該ロータを回転駆動するモータと、該モータの回転軸の先端に取り付けられ前記ロータが装着されるクラウンと、該クラウンの回転中心軸からそれぞれ同一の配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって前記クラウンに設けられる少なくとも２本のクラウンピンと、前記クラウンの回転中心軸から前記配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって前記ロータに設けられる少なくとも２本のロータピンとを有し、前記クラウンの回転トルクを前記クラウンピンと該クラウンピンに接触する前記ロータピンとを介して前記ロータに伝達する遠心機であって、
   対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線と、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線とを、相互に平行に位置させて前記ロータピンと前記クラウンピンとを配置する、遠心機。
2. 対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線を、前記回転中心軸を横切る径方向線と該径方向線に平行な平行線の一方に位置させて前記クラウンピンを配置し、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線を、前記径方向線と前記平行線の他方に位置させて前記ロータピンを配置する、請求項１記載の遠心機。
3. 前記クラウンピンと前記ロータピンの一方は奇数本であり、前記クラウンピンと前記ロータピンの他方は偶数本である、請求項１または２記載の遠心機。
4. 前記クラウンピンと前記ロータピンは、それぞれ円周方向に等間隔に配置されている、請求項３記載の遠心機。
5. 前記クラウンピンと前記ロータピンはそれぞれ偶数本である、請求項１または２記載の遠心機。
6. 前記クラウンピンと前記ロータピンの一方は、円周方向に等間隔に配置され、他方は不等間隔に配置されている、請求項５記載の遠心機。
7. 前記ロータピンは対をなす２本を有し、前記クラウンピンは円周方向に１つ置きでそれぞれ対をなす５本を有する、請求項１または２記載の遠心機。
8. 前記クラウンピンを（２ｎ＋１）本（ｎ＝１，２，３・・・）有し、前記ロータピンを２本有し、前記配置半径をＲ、前記クラウンピンの径をｄc、前記ロータピンの径をｄr、前記クラウンピンと前記ロータピンとの間の微小な隙間をλとしたときに、前記ロータピンの径と前記クラウンピンの径が、
   ｄr＝２Ｒsin｛π／［４（２ｎ＋１）］｝−ｄc−２λ
   の関係を有する、請求項１〜４、７のいずれか１項に記載の遠心機。
9. モータの回転軸の先端部に取り付けられ、回転中心軸からそれぞれ同一の配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって少なくとも２本のクラウンピンが設けられたクラウンに装着される遠心機用のロータであって、
   前記ロータには前記配置半径の位置に前記回転中心軸に平行となって少なくとも２本のロータピンが設けられ、
   対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線に対して、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線を平行に位置させて前記ロータピンを配置する、遠心機用ロータ。
10. 対をなす２本の前記クラウンピンの中心を結ぶクラウン基準線を、前記回転中心軸を横切る径方向線と該径方向線に平行な平行線の一方に位置させて前記クラウンピンを配置し、前記クラウンピンに接触して対をなす２本の前記ロータピンの中心を結ぶロータ基準線を、前記径方向線と前記平行線の他方に位置させて前記ロータピンを配置する、請求項９記載の遠心機用ロータ。

Images