JP2018100771A - 回転体駆動・シール構造及びこれを含む遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンタミネーションの危険性をなくして密度の異なる複数の成分を含有する分散液から少なくとも１つの成分を確実に分離するのに適用可能な遠心分離装置を提供する。【解決手段】遠心分離装置１は、軸心Ｃ周りに回転可能な遠心筒２と、当該遠心筒の外側に配置され、軸心方向一端を閉塞する隔壁１６を有する外側器体１０と、当該隔壁を挟んで対向して設けられる遠心筒側の従動端１８と駆動モータ４０に接続される駆動端４３とからなる非接触トルク伝達機構８と、遠心筒と外側器体との間に配置された非接触シール部３２とを含む構成とされる。【選択図】図２

Description

本発明は、非接触のシール及び駆動方式を有する回転体駆動・シール構造及び当該構造を備え、コンタミネーションの問題を生じず遠心分離処理が可能な遠心分離装置に関する。

様々な分野で、密度の異なる複数の成分を含有する分散液から少なくとも１つの成分を分離する技術が用いられる。例えば、医療分野では、有効な血液成分治療に対する必要性の高まりから、血液から、赤血球、白血球、血小板及び血漿のうちの少なくとも１種類の成分を分離する種々の血液分離装置及び方法が開発されている。そのような血液分離装置として、例えば血液中の各成分の密度差を利用して分離する遠心分離装置を含むものなどが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１記載の遠心分離装置は、回転軸を中心にして回転可能であってかつ被処理流体及びこの流体の処理済み成分の注入口／排出口を上端に有し、さらに内部に処理チャンバーの軸方向に移動可能なピストンを有する処理チャンバーと、これに取込まれる生物学的流体の量及び分離された複数の成分の圧し出しを制御するために可動部材の前記軸方向における位置をモニタするための手段とを主要構成として備えている。

特開２００２−５３３１７１号公報

しかしながら、特許文献１の遠心分離装置は、処理チャンバー内でピストンが上昇し、処理後の流体を押し出す際、当該処理チャンバー上端部の回転シール内で回転する前記処理チャンバーの注入口／排出口と回転しない中央配管下端との間隙で必然的に流体が漏洩する。回転シール内では、摩擦ディスクの上下にて高速回転に晒されたゴムシールが当該摩擦ディスクとの接触により摩耗し破片を生じることがあり、その破片が微量ながらも漏洩した流体に混入することで当該流体が汚染される現象（コンタミネーション）が起こり得る。また、これらのゴムシールは摩擦熱により変形しやすく、この変形したゴムシールを通して漏洩した流体が流れ出し摩擦ディスク下側のゴムシールや軸受などに接触し、さらにこの下側のゴムシールなどの破片が当該流体に混入してコンタミネーションを引き起こす危険性もある。このようにして汚染された流体は、処理チャンバー内のピストン移動による減圧により再びチャンバー内に流入するので、コンタミネーションは大きな問題となっている。

また、処理チャンバーは高速回転によりその軸方向中間領域が外側に膨出するように変形し、処理チャンバー内周壁とピストン外周のゴムシールとの間に隙間が生じ得る。その結果、ピストン上の流体がその隙間を通じて下側に漏れ出し、処理チャンバーの回転駆動系を汚染する危険性もある。

本発明は、前記課題を解決すべくなされたものであり、非接触のシール及び駆動方式を有する回転体駆動・シール構造を採用し、コンタミネーションの危険性をなくして密度の異なる複数の成分を含有する分散液から少なくとも１つの成分を確実に分離するのに適用可能な遠心分離装置及び遠心分離システムを提供することを目的とする。

前記目的は、本発明の一局面によれば、軸心方向両端領域において軸心周りに回転可能に支持された中空の筒状容器からなる回転体と、当該回転体の外側にこれを内包するように配置され、前記軸心に平行な方向一端側が当該方向に略直交する方向の隔壁により閉塞された外側器体と、前記回転体の軸心方向前記隔壁側の端部、及び前記隔壁を挟んで前記外側器体の外側に前記端部の前記方向に直交する端面に対向して配置され、回転駆動力を受けて回転可能に支持される駆動軸からなる非接触トルク伝達機構と、前記回転体の外周壁と前記外側器体の内周壁からそれぞれ前記回転体と前記外側器体との間隙が生じるように互いに対向して張り出して設けられ、前記非接触トルク伝達機構を介した前記回転体の回転により前記間隙を密封可能な非接触シール部とを含むことを特徴とする回転体駆動・シール構造によって達成される。

前記目的はまた、本発明の別の局面によれば、鉛直な軸心方向両端領域において軸心周りに回転可能に支持され、被処理流体又は処理後の成分流体の流出入管を上端部に備える遠心筒と、当該遠心筒の内部において、その内周面に外周が密接した状態で前記軸線方向に上下動可能な可動部材と、前記流出入管の上端に設けられる回転継手部と、前記遠心筒の外側にこれを内包するように配置され、上側に前記遠心筒を通すための開口を有し下側を塞ぐ隔壁を底とする有底の外側器体と、前記遠心筒下端に直接的に又は間接的に連結される従動端、及び前記隔壁を挟んで前記外側器体の外側から前記従動端の端面に対向して配置され、回転駆動力を受けて回転可能に支持された駆動軸の前記隔壁側の端部に駆動端を有する駆動軸で構成される非接触トルク伝達機構と、前記回転体の外周と前記外側器体の内周壁から、前記遠心筒の上端寄りにおいてその外周壁と前記外側器体の内周壁とからそれぞれ前記回転体と前記外側器体との間隙が生じるようにが互いに対向して張り出して設けられ、前記非接触トルク伝達機構を介した前記遠心筒の回転により前記間隙を密封可能な非接触シール部と、を含んでなることを特徴とする遠心分離装置によって達成される。

本発明の回転体駆動・シール構造は、軸線方向一端が隔壁にて閉塞されている回転しない外側器体の内側に、軸心を前記軸線方向に平行に回転可能な回転体を配置した上で、外側器体の他端寄りでこれと回転体外周との間に非接触シール部を設け、前記外側器体の端側の隔壁の外側からこれを介して前記回転体を回転させることとしたので、回転体の回転中は、非接触シール部により内外を密封して前記した回転体と外側器体との間に密閉空間を形成できる。

また、本発明の遠心分離装置は、このような回転体駆動・シール構造を備えるので、遠心筒上端の回転継手部内で流体が漏洩した場合でも、従来の接触シールのようにゴムシールなどの素材の摩耗による破片が流体内に混入するコンタミネーションが生じることがない。また、仮に回転中に遠心筒が外側に膨出するように変形して遠心筒への底部材の篏合部分から内部流体が漏洩した場合でも、そこは密閉空間であり、漏洩した流体が例えば駆動系などに接触してこれらを汚染することがない。
えあ

本発明の回転体駆動・シール構造の一実施形態を説明するための模式図である。 本発明の遠心分離装置の一実施形態を示す部分断面図である。 図１中、丸枠Ｒで囲んだ部分の拡大断面図である。 図３に示された非接触シールの縦断面図である。

次に、添付の図１を参照して、本発明の回転体駆動・シール構造の一実施形態について詳細に説明する。
［回転体駆動・シール構造］
本実施形態の回転体駆動・シール構造１００は、図１に示すように、回転体１０１と、外側器体１０３とを主として含んでいる。この回転体１０１は、軸心Ｃ方向両端側にそれぞれ配置された不図示の軸受などによって軸心Ｃ周りに回転可能に支持されている。

回転体１０１は、図１ではその外形形状を示していないが、円柱状、角柱状、楕円体状など種々の外形形状を採ることができる。例えば、回転体１０１は、その軸心Ｃ方向いずれかの一端領域に、又は両端のそれぞれの領域に回転体１０１よりも相対的にその軸心Ｃ方向に直交する方向のサイズが小さく細い部分を同心に備えた外形形状であってもよい。また、さらに回転体１０１の中間領域においても前記サイズが階段状に大小変わる段が当該方向の任意の位置に少なくとも１か所設けられたものであってもよい。これらのうち、回転体１０１は、中空有底の筒状容器であることが好ましい。

外側器体１０３は、回転体１０１の外側にこれを内包するように、かつ軸心Ｃと同心にこれ自体が回転することなく配置されている。なお、外側器体１０３は、回転体１０１の軸心Ｃと同心の配置されることを図１は示すが、本発明においては同心配置に限定されず、外側器体１０３の軸線が回転体１０１の軸心Ｃ方向に平行であればよい。外側器体１０３は、軸心Ｃ方向一端側が当該方向に略直交する方向の隔壁１０４によって閉塞されている。外側器体１０３は、内部に回転体１０１を内包可能であり、前記の隔壁１０４を備えていれば、その形状も特に制限がなく、例えば筒状など従来公知の形状の中から適宜選択して採用できる。

回転体１０１の軸心Ｃ方向一端には、従動端１０２が設けられている。隔壁１０４を挟んで外側器体１０３の外側には、従動端１０２と端面同士が対向するように駆動端１０５が設けられている。これら従動端１０２及び駆動端１０５の組合せにより、非接触トルク伝達機構１０７が構成される。この伝達機構１０７は、隔壁１０４を介して配置された従動端１０２と駆動端１０５との間で非接触でトルク伝達が可能であれば従来公知の各種の形式のものを用いることができるが、好ましい機構としては、例えば磁気カップリングが挙げられる。駆動端１０５は、これに直接的又は間接的に接続された駆動モーター１０６の回転駆動力を受けて回転可能であり、駆動端１０５が回転した場合、その駆動力が従動端１０２に伝達され、回転体１０１が回転するように構成されている。

回転体１０１の軸心Ｃ方向他端寄りには、これと外側器体１０３との間に非接触シール部１０８が設けられている。非接触シール部１０８としては、回転体１０１と外側器体１０３との間に配置可能であり、両者が接触しないように適度に間隙１０９を設けたものであり、回転体１０１の回転により間隙１０９が密封される従来公知の各種の形式のもの、例えばラビリンスシール、ねじシール、油溝、フリンガーなどの中から被処理流体の性状を考慮して適宜選択して用いることができる。これらの型式のうちでは、ラビリンスシールを用いるのが好ましい。

本実施形態の回転体駆動・シール構造１００は、以上の構成により、外側器体１０３はその駆動側を隔壁１０４で閉塞され、駆動端１０５と従動端１０２とがこれらの間に隔壁１０４を介在させて非接触トルク伝達機構１０７を構成し、回転体１０１の回転中は、非接触シール部１０８の間隙１０９が密封されることで、回転体１０１、外側器体１０３、隔壁１０４及び非接触シール部１０８で囲まれた空間（斜線でハッチングした領域）を密閉して密閉空間を形成できる。このように密閉空間を形成できることで、回転体１０１の回転中は、この空間の外側からの流体（気体を含む）の流入や内側の流体（気体を含む）の流出を抑えることができ、また当該空間内について必要に応じて滅菌などの処理を行うことができる。

［遠心分離装置］
次に、添付の図２〜図４を参照して、前記した本発明の回転体駆動・シール構造を含んだ本発明の遠心分離装置の一実施形態について詳細に説明する。ここで、図２は、本発明の遠心分離装置の一実施形態を示す部分断面図である。また、図３は図２中、丸枠Ｒで囲んだ部分の拡大断面図であり、図４は図３に示された非接触シール部の縦断面図である。本実施形態の遠心分離装置１は、図２及び図３に示すように、遠心筒２、ロータリージョイント（回転継手部）５、磁気カップリング８及び樹脂チャンバー（外側器体）１０を主要の構成要素としている。

遠心筒２は、回転体としてその軸心Ｃ周りに回転可能とされ、一定の肉厚及び内径を有する円筒状の胴を備えている。その上端寄りは縮径されて縮径部が形成されており、その上にさらにその胴よりも相対的に小さい外径の流出入管２ａが当該胴と一体的に同心に配置されている。この遠心筒２の回転に伴い回転する流出入管２ａは、その先端（流出入口）２ａがロータリージョイント５の下端側から継手３６内に挿入配置されている。

また、遠心筒２の内部には、その内周壁に外周が密接した状態で可動部材（ピストン）６が遠心筒２の軸心Ｃ方向に上下動可能に設けられている。ピストン６の上下動により、被処理流体を遠心筒２内に引き込み、又は遠心筒２より処理後の成分流体を流出することができる。このピストン６の上面は、遠心筒２の上端寄りの縮径部分の内面に当接するように円錐形の外形形状を呈している。可動部材６の外周にも、Ｏリング溝６ａが設けられ、そこにＯリング７１が装着されている。これにより可動部材６の外周と遠心筒２の内周壁との間の密着性が担保され、可動部材６の上下方向相互の流体（気体を含む）の流通が防止できる。

遠心筒２の材質としては特に制限されず、従来公知の金属や樹脂などの中から適宜選択して使用できるが、遠心筒２の内部状態を観察する必要があるといった場合には、樹脂製、特に透明な樹脂製とするのがよい。また、本実施形態のように、遠心筒２の下側から圧縮空気の吹込み、排出によってピストン６を上下動させる場合には、遠心筒２の少なくともピストン６よりも下側の空間が加圧又は減圧状態となるため、これに耐えるだけの肉厚を有するものが好ましい。このような透明であり、強度特性に優れ、さらに肉厚品の製造が容易な樹脂としては、例えばアクリル樹脂などが挙げられる。

本実施形態におけるロータリージョイント（回転継手部）５は、回転する流出入管２ａから固定配管３４ａに、又はその逆方向に流体を搬送するために、回転体である流出入管２ａと固定配管３４ａからの継手３６を接続するユニットである。ロータリージョイント５は、その構成として、外周を構成するロータリージョイントケース３０と、流出入管２ａに外嵌されるロータリージョイント軸３５との間に形成されるドーナツ状の空間に下から軸受３１及び非接触シール部としてのラビリンスシール３２が、その間にラビリンスシール外輪支持用スペーサー３０１及びラビリンスシール内輪支持用スペーサー３０２を介在させて重ねられている。

ラビリンスシール３２は、図３に示すように、ロータリージョイント軸３５の外径に略合致する内径を有する挿通孔６２を中央領域に有し、この挿通孔６２に嵌め込んだ当該軸３５の回転に伴い回転する内輪６１と、ロータリージョイントケース３０の内周壁に密接した状態とされ回転しない外輪６０とから構成されている。

内輪６１の外周面及び外輪６０の内周面は、これらの縦断面において上から下に向けてより軸心Ｃに近接するように略斜めになるように形成されている。具体的には、内輪６１の外周面は、上側から下側に向けて順次断続的、階段状に外径が小さくなるように形成される一方、外輪６０の内周面は、上側から下側に向けて順次断続的、階段状に内径が小さくなるように形成されている。両者の階段状のそれぞれ対向する面の間は一定の間隔（ラビリンス間隙６３）となるように調整されている。

ラビリンスシール３２の内輪６１及び外輪６０はそれぞれドーナツ状の外輪支持用スペーサー３０１及び内輪支持用スペーサー３０２を直下に備えている。ロータリージョイント軸３５にロータリー軸ナット３３を螺合していくことにより、内輪６１は上から締め付けられてロータリージョイント軸３５に固定されるように構成されている。また、こうして取り付けられたロータリー軸ナット３３は、その上から被せられるロータリージョイントカバー３４によって覆い隠される。このカバー３４は、ロータリージョイント収納室２７の内周と略同等の外径のリング状突部を下方に備えており、これがロータリージョイント収納室２７内でラビリンスシール外輪６０を上から押さえつけこれを固定するように構成されている。これにより、内輪６１は外輪６０と同じ高さ位置に配置されるように設計されている。

本実施形態においては、ロータリー軸ナット３３の締め付け具合を変え、若しくは内輪支持用スペーサー３０２を上下方向の厚さの僅かに異なるものに取り換え、又はこれら双方を行うことで、内輪６１の高さ位置を外輪６０のそれに対して微小量上下に変更し、このラビリンス間隙６３を拡げたり狭めたり調整できる。被処理流体の粘度の大小に応じて、このようにラビリンス間隙６３を調整可能に構成することで、広範な粘度範囲の被処理流体の分離処理に対応可能となる利点がある。

こうして組立られるロータリージョイント５の下端面に遠心筒２の流出入管２ａが導入され、上端面では当該面より上方に延びる固定配管３４ａに液相チューブ３７が接続される。この液相チューブ３７は、固定配管３４ａの外径よりも僅かに小さい内径を有し当該固定配管３４ａの上端に嵌め込んで接続できるだけの柔軟性及び弾力性を備えたものであれば、特に限定されないが、透明であることが好ましい。後述する本発明の遠心分離システムにおいては、この液相チューブ３７を通して流れる流体の流量や色を計測、監視するセンサーを用いるためである。なお、被処理流体の性状によっては、液相チューブ３７はさらに耐酸性、耐アルカリ性などの特性を備えたものであってもよい。

以上のような構成のロータリージョイント５は、ロータリージョイントケース３０の外周面に周方向に設けられたＯリング溝３０ａ内のＯリング７７でシールされた状態でシール蓋２６のロータリージョイント収納室２７内に収納されている。このシール蓋２６は、本実施形態の場合、遠心筒２の縮径された首の部分から上方に延び流出入管２ａの立ち上がり部分と略同等の高さに配置される天板２５に固定されている。天板２５には、その中央領域に遠心筒２を上下に挿通可能な開口２５ｂが設けられている。シール蓋２６の下面には、開口２５ｂと同心に、かつ上方から見て当該開口２５ｂよりも大きい直径の円形状にＯリング溝２６ａが全周にわたり設けられており、そこにＯリング７８が装着されている。このＯリング７８と前記したＯリング７７とによって、樹脂チャンバー１０内の適宜のガスが天板２５とシール蓋２６との隙間を通して漏出し、又は外気が当該隙間を通して流入するのを防止できる。なお、前記適宜のガスとして、樹脂チャンバー内に存在する空気のほか、必要に応じて滅菌などの目的でこの内部に封入された各種ガスなどが含まれる。

また開口２５ｂの周囲には、シール蓋２６のロータリージョイント５の周囲に配置されたシールロック２８、２８、・・・を受け入れるねじ穴がそれぞれ穿設されている。シール蓋２６を所定の位置に配置した後、当該各シールロック２８を回し、その先端を天板２５に設けられたねじ穴にねじ込むことで、シール蓋２６は天板２５に固定される。また、シール蓋２６の一端部には貫通孔が設けられ、当該貫通孔に天板２５に垂直に立設されているシールヒンジピン２９が挿通されている。このシールヒンジピン２９の周りに、シール蓋２６は回転可能とされている。

本実施形態の遠心分離装置１においては、ロータリージョイント５を取り付けた遠心筒２を底部材３に嵌め込んで設置した後、シール蓋２６をシールヒンジピン２９に沿って真上に持ち上げた上で当該ピン２９周りに回転させてロータリージョイント５の真上に配置する。その上で、シール蓋２６のロータリージョイント収納室２７内にロータリージョイント５を収納する。そうして、それぞれのシールロック２８を操作することにより天板２５にシール蓋２６を密着固定することで、遠心筒２及びロータリージョイント５がセットされ、被処理流体の流入、遠心分離処理を開始できるようになる。

被処理流体が例えば血液などの生物由来のものであり本実施形態の遠心分離装置１を当該被処理流体の成分分離に使用するような場合には、前記したピストン３を備えた遠心筒２及びその上端に配置されるロータリージョイント５をそれぞれディスポーザブルタイプの器具として着脱自在に構成されたものを使用できる。これらの器具は、通常、滅菌消毒される。このように滅菌消毒されたディスポーザブル器具を用いることで、これらの器具内が滅菌状態に維持された状態で被処理流体を分離処理することができ、より精度の高い分離処理が可能となる。

遠心筒２の胴の下端は、図１に示すように開口している。この開口には、中央領域が遠心筒２の内径と略同等の直径で上方に突出してその外側に鍔が形成された底部材３の該突出した部分が上げ底状に嵌め込まれる。この突出した部分の外周面には周方向にＯリング溝３ａが設けられており、そこにＯリング７２が装着されて遠心筒２の内周壁に密着するようになっている。

底部材３の下側には、自ら回転駆動力を受け取り遠心筒２に回転させるチャンバー内シャフト１７が従動軸として配置される。このチャンバー内シャフト１７は、チャンバー軸受ホルダー１５内の軸受収納室内に収納された２つの軸受２０、２０によって回転可能に支持され、軸受けホルダー１５の底部に穿設された開口を貫通して下方に突出している。なお、チャンバー軸受ホルダー１５は、中板１４の中央領域に遠心筒２と同心に穿設された開口に嵌め込まれている。これらの軸受２０、２０は、チャンバー内シャフト１７ととともに上から軸受押さえ２１によって固定されている。この軸受押さえ２１において、従動軸１７の上端部を被覆するために上方に円柱状に突出した部分に底部材３の下側の筒状部分がはめ込まれ、この軸受押さえ２１を介して底部材３がチョンバー内シャフト１７の上側に連結固定される。また、中板１４の挿通孔から下側に延びるチャンバー軸受ホルダー１５の外周面には、中板１４より僅かに下側の位置に周方向全周にわたりＯリング溝１５ａが設けられており、そこにＯリング７５が装着されている。

チョンバー内シャフト１７の下側には、その軸心Ｃに同心であって、これよりも相対的に大きい外形を有する従動端１８が設けられている。この従動端１８は、後述する駆動端４３とともに磁気カップリング８（後述）の一部をなしており、駆動端４３に伝達された回転駆動力（トルク）を磁気作用により非接触にて従動端１８に伝達するものである。

これら底部材３、軸受押さえ２１、従動軸１７及び従動端１８のそれぞれの中央領域には、それぞれの軸心Ｃを略中心として通気穴２２が設けられている。この通気穴２２は、従動端１８の下面から遠心筒２内のピストン３下側の空間まで連通している。

天板２５と中板１４との間には、これらの中央領域に遠心筒２と同心にこれを周囲から取り囲むように樹脂チャンバー（外側器体）１０が配置されている。樹脂チャンバー１０は、天板２５の下面中央領域に設けられた溝にその上端部が嵌め込まれ、また中板１４の上面中央領域の前記溝と上下対応する位置に設けられた溝にその下端部が嵌め込まれている。樹脂チャンバー１０の上端面及び下端面にはそれぞれ、樹脂チャンバー１０の肉厚方向中間領域にその軸線に同心にＯリング溝１０ａ、１０ｂが設けられており、それぞれＯリング７３、７４が装着されている。これらＯリング７３、７４が樹脂チャンバー１０と天板２５、中板１４との間が確実に密着し、高い気密性を維持している。これにより、樹脂チャンバー１０内において遠心筒２を除く空間を加減圧状態にすることができ、必要に応じてガス封入による滅菌なども可能となる。

樹脂チャンバー１０は、その内部空間を適宜加減圧状態にすることができる程度の肉厚及び強度を備えていれば、従来公知の各種材質のものを特に制限なく使用できる。特に、その内部の状態を観察する必要がある場合などは、遠心筒２の場合と同様、例えばアクリル樹脂などの従来公知の樹脂製の成型品を使用できる。

また、樹脂チャンバー１０の外側には、遠心筒２の同心円上に複数のチャンバーステー１１、１１、・・・が配置固定されている。このチャンバーステー１１、１１は、天板２５と中板１４との高さ位置を決め、樹脂チャンバー１０をさらに確実に上下から固定するよう働くものである。

中板１４の下側には、カップリングチャンバー１６が取り付けられている。このカップリングチャンバー１６は、有底円筒状の胴部の上端に全周にわたりフランジを備えている。フランジの中板１４下面と当接する面には、胴と同心にその直径と略同等の直径のＯリング溝１６ａが設けられ、そこにＯリング７６が装着されている。このＯリング７６と前記したＯリング７５とによって、樹脂チャンバー１０内の適宜の封入ガスや遠心筒２から漏洩した液体が中板１４の挿通孔とチャンバー軸受ホルダー１５との隙間を通して漏出するのを防止できる。

カップリングチャンバー１６の円筒状の胴部には、エアポート継手１９が設けられている。このエアポート継手１９に接続された空気配管５６は、真空加圧ポンプ５３に空気配管５６で接続された真空ポート弁５４及び加圧ポート弁５５に接続されている。加圧ポート弁５５からエアポート継手１９を通してチャンバー軸受ホルダー１５内に圧入された空気は、カップリングチャンバー１６が密閉状態であるので、前記した通気孔２２を通して遠心筒２内に導かれ、ピストン３を上昇させる。また逆に、エアポート継手１９を通して真空ポート弁５４にチャンバー軸受ホルダー１５、ひいては遠心筒２内の空気が排出されることで、ピストン３は下降する。これにより、遠心筒２内のピストン３よりも上側にある被処理流体から遠心分離処理後の成分流体をロータリージョイント５を介して外部に押し出し、又は外部から液相チューブ３７を通して被処理流体を遠心筒２内に導入することができる。

チャンバー軸受ホルダー１５の底面の直下には、非接触トルク伝達機構としての磁気カップリング８の駆動端４３がホルダー１５内部の従動端１８と略同心に、かつ従動端１８及び駆動端４３がこれらの端面同士を対向させて配置されている。この駆動端４３の下側には、従動プーリー４４及び駆動側の磁気カップリングシャフト４５が順次固定されている。このシャフト４５は、中板１４とステー１４１によって固定されている底板１４２に篏合された軸受ホルダー４６内に上下方向に収納され、軸受押さえ４８よって固定された軸受４７，４７によって回転可能に支持されている。従動プーリー４４と、駆動モータ４０に連結された駆動プーリー４１との間には駆動ベルト４２がかけられ、駆動モータ４０の回転駆動を従動プーリー４４に伝達可能とされている。この従動プーリー４４に回転駆動力が伝達された場合、磁気カップリング８の駆動端４３に伝達され、これにより非接触にて回転トルクが従動端１８、さらには遠心筒２に伝達されこれらが回転する点は前記の通りである。

以上説明したように、本実施形態の遠心分離装置１は、軸心Ｃ周りに回転可能な遠心筒（回転体）２と、当該回転体の外側に配置される樹脂チャンバー（外側器体）１０と、カップリングチャンバー（隔壁）１６を介して対向する遠心筒側の従動端１８と駆動端４３とからなる磁気カップリング（非接触トルク伝達機構）８と、遠心筒２と樹脂チャンバー１０との間に配置されたラビリンスシール（非接触シール部）３２とを含む構成としているので、遠心筒２の回転中は、ラビリンス間隙６３を密封して遠心筒２と樹脂チャンバー１０との間に密閉空間を形成できる。これにより、遠心筒上端のロータリージョイント内で内部の流体が漏洩した場合でも、従来の接触シールのようにゴムシールなどの素材の摩耗による破片が流体内に混入するコンタミネーションが生じることがない。また、仮に回転中に遠心筒から内部流体が漏洩した場合や樹脂チャンバー内に封入されたガスなどがそこから漏出し汚染など引き起こすことがない。

本実施形態の遠心分離装置１には、図１に示すように、液相チューブ３７の途中に流量センサー３９やＲＧＢカラーセンサー３８を設けることができる。そうして、これらの出力信号が制御・電源部５１に受け入れられ、当該出力信号の変化などに基づいて制御・電源部５１から制御信号が出力されるように構成できる。この制御信号に基づいてモータードライバー５２及びこれに接続された駆動モータ４０の回転速度や真空ポート弁５４、加圧ポート弁５５の開閉が制御されるように構成することもできる。制御・電源部５１は制御・電源部５１への各種の設定は、タッチパネル５０の操作により行うことができる。

［遠心分離システム］
次に、本発明の遠心分離装置を有し、密度の異なる複数の成分を含有する分散液から少なくとも１つの成分を分離するのに適用可能な遠心分離システムの例について説明する。この例の遠心分離システムは、前記した遠心分離装置と、これが備える回転継手部の上端に接続され他端側が複数の分岐管に分岐される配管（例えば、液相チューブ３７）と、前記複数の分岐管のそれぞれにこれと連通するように接続される被処理流体の収容容器及び少なくとも１つの処理後の成分流体の収容容器とを主要な構成要素としている。

前記配管の途中には、当該配管中を搬送される処理後の成分流体の流量又は液相の色を計測、監視する少なくとも１つのセンサーが取り付けられる。例えば、図１に示した流量センサー３９及びＲＧＢカラーセンサー３８が該当し、本実施形態では流量センサー３９若しくはＲＧＢカラーセンサー３８のいずれか、又は双方が用いられる。なお、センサーは、必要に応じて他の種類、測定方式のものを用いてもよい。

流量センサーとしては、差圧式、電磁式、面積式、超音波式、羽車式、熱式、コリオリ式、容積式、渦式などの従来公知の各種方式の流量計の中から被処理流体及びその性状や流量範囲などを考慮して適宜選択して使用できる。特に、被処理流体が血液などの生物由来の流体である場合、配管の外側から当該配管を通して計測可能な流量センサーを用いるのが好ましい。このような流量センサーとして、熱式流量計又は超音波式流量計が挙げられる。このような流量センサーを用いることで、被処理流体又は処理後の成分流体が外気に晒されることなく、流体自体の変質やコンタミネーションの問題が生じることがない。

ＲＧＢカラーセンサーは、配管中を流れる流体の色を監視すべく、センサー筐体内に透明な配管を通し、筐体内で配管を流れる流体に光を当て、当該流体を通して受光面に到達した光についてＲＧＢ値を求めるものである。このセンサーも配管の外側から配管を通して測定し、流体にセンサー自体が直接接触することがなく、外気に晒されることもないので、特に血液などの生物由来の流体の分離に好適に使用できる。

前記複数の分岐管の途中、当該複数の分岐管の分岐点又は前記複数の分岐管と前記配管との分岐点には、電磁作用により切換動作が可能な切換弁が取り付けられる。このような切換弁は、制御装置からの制御信号に基づいて開閉動作するように構成されている。

この例の遠心分離システムにおいては、さらに前記少なくとも１つのセンサーの出力信号を受け入れ、これに基づいて前記各切換弁の開閉切り換え、又は遠心筒の回転数を増減する指示信号を出力可能な制御装置（例えば、図１、制御電源部５１参照）が設けられる。

ここで、前記した配管、分岐管、切換弁及び収容容器のそれぞれは、ディスポーザブルタイプの器具として着脱自在に構成されたものを使用できる。これらの器具は、通常、滅菌消毒されている。例えば血液などの生物由来の流体の分離処理を行う場合、このように滅菌消毒されたディスポーザブル器具を用いることで、これらの器具内部の流路や収容容器内部が滅菌状態に維持された状態で、被処理流体や処理後の成分流体を搬送収容できる。また、遠心分離装置における滅菌消毒されたディスポーザブルタイプの遠心筒、可動部材及び回転継手部と組み合わせて用いることで、これらの器具の内部が滅菌状態に維持された状態で、血液などの生物由来の被処理流体の引き込みから成分分離、さらに処理後の成分流体の搬送収容が可能となる。

以上の構成により、前記遠心分離システムは、流量センサーで被処理流体の流量を計測し、遠心分離処理後の成分流体の流量及び／又は色を計測、監視し、制御装置がこれらのセンサーの出力信号に基づいて、遠心筒の回転遠心筒内のピストンの位置を変更し、前記各切換弁の開閉切り換えを行い、若しくは遠心筒の回転数を増減させ、又はこれらを適宜組み合わせることで、複数の成分を含む被処理流体より少なくとも１つ以上の成分流体を分離することが可能となる。

前記遠心分離システムは、以上説明したように、コンタミネーションの問題を起こすことなく、また被処理流体や処理後の成分流体を外気と接触させることなく、例えば血液などの生態材料や塗料などの複数の個体成分が分散する分散液からこれら複数の成分のうち少なくとも１つの成分を分離するのに好適に使用できる。また、本発明の遠心分離装置を用いる遠心分離システムは、その流出入口に接続される配管の途中に流量センサーなどを設け、さらにその配管を被処理流体及び少なくとも１つの成分流体の収容容器に複数の切換弁を介して接続することにしたので、コンタミネーションの問題を起こさずに、密度の異なる複数相からなる液体から少なくとも１相を分離するのにも使用できる。

なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 遠心分離装置
２ 遠心筒
２ａ 流出入口（管）
３ 底部材
３ａ Ｏリング溝
５ ロータリージョイント（回転継手部）
６ ピストン（可動部材）
１０ 樹脂チャンバー（外側器体）
１１ チャンバーステー
１４ 中板
１４ａ Ｏリング溝
１４ｂ 開口
１４１ ステー
１４２ 底板
１５ チャンバー軸受ホルダー
１６ カップリングチャンバー
１７ チャンバー内シャフト
１８ 磁気カップリング従動端
１９ エアポート継手
２０ 軸受
２１ 軸受押さえ
２２ 通気孔
２５ 天板
２５ａ Ｏリング溝
２５ｂ 開口（遠心筒挿通孔）
２６ シール蓋
２６ａ Ｏリング溝
２７ ロータリージョイント収納室
２８ シールロック
２９ シールヒンジピン
３０ ロータリージョイントケース
３０ａ Ｏリング溝
３０１ スペーサー
３１ 軸受
３２ ラビリンスシール
３３ ロータリー軸ナット
３４ ロータリージョイントカバー
３４ａ 固定配管
３５ ロータリージョイント軸
３６ 継手
３７ 液相チューブ
３８ ＲＧＢカラーセンサー
３９ 流量センサー
４０ 駆動モータ
４１ 駆動プーリー
４２ 駆動ベルト
４３ 磁気カップリング駆動端
４４ 従動プーリー
４５ 磁気カップリングシャフト
４６ 軸受ホルダー
４７ 軸受
４８ 軸受押さえ
５０ グラフィックパネル
５１ 制御・電源部
５２ モータードライバー
５３ 真空加圧ポンプ
５４ 真空ポート弁
５５ 加圧ポート弁
５６ 空気配管
６０ （ラビリンスシール）外輪
６０ａ ラビリンス面
６１ （ラビリンスシール）内輪
６１ａ ラビリンス面
６２ （ロータリージョイント）挿通孔
６３ ラビリンス間隙
７１〜７８ Ｏリング
１００ 回転体駆動・シール構造
１０１ 回転体
１０２ 従動端
１０３ 外側器体
１０４ 隔壁（底）
１０５ 駆動端
１０６ 駆動モータ
１０７ 非接触トルク伝達機構
１０８ 非接触シール部
１０９ 間隙

Claims (9)

1. 軸心方向両端領域において軸心周りに回転可能に支持された中空の筒状容器からなる回転体と、
   当該回転体の外側にこれを内包するように配置され、前記軸心に平行な方向一端側が当該方向に略直交する方向の隔壁により閉塞された外側器体と、
   前記回転体の軸心方向前記隔壁側の端部、及び前記隔壁を挟んで前記外側器体の外側に前記端部の前記方向に直交する端面に対向して配置され、回転駆動力を受けて回転可能に支持される駆動軸からなる非接触トルク伝達機構と、
   前記回転体の外周壁と前記外側器体の内周壁からそれぞれ前記回転体と前記外側器体との間隙が生じるように互いに対向して張り出して設けられ、前記非接触トルク伝達機構を介した前記回転体の回転により前記間隙を密封可能な非接触シール部とを含むことを特徴とする回転体駆動・シール構造。
2. 前記非接触シール部は、ラビリンスシールを構成する請求項１に記載の回転体駆動・シール構造。
3. 前記非接触トルク伝達機構は磁気カップリングである請求項１又は２に記載の回転体駆動・シール構造。
4. 鉛直な軸心方向両端領域において軸心周りに回転可能に支持され、被処理流体又は処理後の成分流体の流出入管を上端部に備える遠心筒と、
   当該遠心筒の内部において、その内周面に外周が密接した状態で前記軸線方向に上下動可能な可動部材と、
   前記流出入管の上端に設けられる回転継手部と、
   前記遠心筒の外側にこれを内包するように配置され、上側に前記遠心筒を通すための開口を有し下側を塞ぐ隔壁を底とする有底の外側器体と、
   前記遠心筒下端に直接的に又は間接的に連結される従動端、及び前記隔壁を挟んで前記外側器体の外側から前記従動端の端面に対向して配置され、回転駆動力を受けて回転可能に支持された駆動軸の前記隔壁側の端部に駆動端を有する駆動軸で構成される非接触トルク伝達機構と、
   前記回転体の外周と前記外側器体の内周壁から、
   前記遠心筒の上端寄りにおいてその外周壁と前記外側器体の内周壁とからそれぞれ前記回転体と前記外側器体との間隙が生じるようにが互いに対向して張り出して設けられ、前記非接触トルク伝達機構を介した前記遠心筒の回転により前記間隙を密封可能な非接触シール部と、
   を含んでなることを特徴とする遠心分離装置。
5. 前記非接触シール部は、前記遠心筒と前記外側器体との間に生じる間隙の大きさを調整可能に構成されたものである請求項４に記載の遠心分離装置。
6. 前記非接触シール部は、ラビリンスシールを構成する請求項４又は５に記載の遠心分離装置。
7. 前記ラビリンスシールは、固定された外輪に対して回転可能な内輪が上下方向に僅かにその高さ位置を変更し、両者の間のラビリンス間隙を調整可能に構成されてなる請求項６に記載の遠心分離装置。
8. 前記非接触トルク伝達機構は磁気カップリングである請求項４〜７のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
9. 前記遠心筒、前記可動部材及び前記回転継手部はそれぞれディスポーザブルタイプの器具として着脱自在に構成されたものである請求項４〜８のいずれか１項に記載の遠心分離装置。