JP2021186808A - 遠心分離機ロータのバランシングを行うためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】心分離機ロータのバランシングを行うための、改善されたシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】 遠心分離機ロータのためのロータハブアセンブリは、頭部と、頭部から軸方向に離れる方向に延在する細長いシャフト部と、頭部およびシャフト部を通って延在する中央孔と、を含むロータハブを含む。頭部は、遠心分離機ロータのバランシングを行うために、少なくとも１つのバランスウェイトを選択的に受容するように各々が構成された複数のバランス孔を含む。遠心分離機ロータのバランシングを行うための方法もまた、提供される。【選択図】なし

Description

本発明は概して、遠心分離機ロータに関し、より特定的には、遠心分離機と共に使用するためのロータのバランシングに関する。

遠心分離機ロータは、典型的には、ラボ用遠心分離機において使用されて、遠心分離中に試料を保持する。遠心分離機ロータは構築およびサイズが著しく多様であり得るが、１つの一般的なロータ構造が固定角ロータであり、この固定角ロータは、ソリッドロータ本体を有し、ロータ本体内には、複数のセル穴キャビティが放射状に分散配置され、回転軸に対して対称に配列されている。試料がキャビティ内に位置付けられ、複数の試料を遠心分離にかけることを可能にする。

遠心分離機ロータは通例、遠心分離機の速度が毎分数百回転、または数千回転をも上回り得る高回転用途で使用されるため、慎重にバランシングを行わなければならない。この点に関し、ロータ荷重の質量が変動すると、ロータの高速時に望ましくない力のアンバランスを生じる恐れがある。この力のアンバランスは、ロータを駆動するスピンドルを歪ませ、遠心分離機への損傷を生じ得、低効率、摩耗、および雑音も生じ得る。従来のバランシング技法は、試料と、全てが同じ重量であるバランス管と、の組み合わせを使用するか、または、バランス管を使用しない、他の種々のバランシングパターンを使用する。

ロータのアンバランスを検出するために、および、ロータの適正なバランシングに追加のウェイトが必要とされる、ロータ本体における具体的な位置を特定するために、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｈｏｆｍａｎｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｙｎｃｈｂｕｒｇ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ、または、Ｓｃｈｅｎｃｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｅｒ Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、により商業的に販売されるもののような診断デバイスまたはバランシングマシンが使用され得る。次に、炭素繊維で構築され得るロータ本体の、特定された位置に、穴が手動で開けられ、これらの穴に、診断デバイスにより提供された情報に従ってウェイトが圧入される。ウェイトは、例えば、診断デバイスにより検出されたアンバランスを打ち消すのに特定の質量を有する、金属製の円柱体であり得る。

ロータは、往々にして、その耐用期間にわたって多数回、リバランシングが行われる必要があり得る。例えば、ロータは年を経て摩耗するにつれ、その質量分布が変化し得、それにより、ロータのリバランシングが求められる。このことが生じると、典型的には、以前に設置したウェイトを以前に開けた穴から取り外さなければならず、ロータ本体に新たな穴を開けなければならなくなり、そのため、これらの新たな穴に、同じまたは新たなウェイトが圧入され得る。それ故に、以前に開けた穴は使用されなくなってしまう。構造上のおよび／または審美的な目的で、以前に開けた穴を塞ぐことが望ましいことが多々あるが、このことには、ロータ本体の補修が求められる。ロータ本体に新たな穴を開けて、以前に開けた穴を塞ぐためにロータ本体を補修するというサイクルは、ロータのリバランシングが行われる度に繰り返される。

したがって、従来のロータに纏わるこれらのおよび他の問題に対処する、遠心分離機ロータのバランシングを行うための、改善されたシステムおよび方法を提供することが望ましいであろう。

本発明は、現時点で既知である、遠心分離機ロータのバランシングを行うためのシステムおよび方法の、上述のおよび他の短所および欠点を克服する。この発明は、特定の実施形態に関連付けて論じられるが、理解されるであろうこととして、この発明は、これらの実施形態に限定されない。その反対に、この発明は、この発明の精神および範囲内に含まれ得るような全ての代替物、改変物、および均等物を含む。

１つの実施形態によると、遠心分離機ロータのためのロータハブアセンブリが提供され、ロータハブアセンブリは、ロータハブを有し、ロータハブは、頭部と、頭部から軸方向に離れる方向に延在する細長いシャフト部と、頭部およびシャフト部を通って延在する中央孔と、を含む。頭部は、少なくとも１つのバランスウェイトを選択的に受容するように各々が構成された複数のバランス孔を含む。

ロータのバランシングを行うために、診断デバイスを使用して、ロータにおけるアンバランスを検出し、かつ、ロータハブ上の少なくとも１つのターゲット位置と、少なくとも１つの対応するターゲットウェイト量とを特定してもよく、ハブのターゲット位置にそのターゲットウェイトを追加することによってロータの適正なバランシングが補助される。次に、ターゲット位置に対応する好適なバランス孔と、ターゲットウェイト量に比較的近接した重量を有するバランスウェイトと、が選択され得る。

１つの実施形態において、少なくとも１つのバランスウェイトは、少なくとも１つのねじ山付き外面を有する少なくとも１つの止めねじを含み、複数のバランス孔は、ねじ山付きである。

ロータハブの頭部は、ロータハブに少なくとも１つのリングを取り付けるための締結具を選択的に受容するように各々が構成された複数の締結孔を含み得る。１つの実施形態において、少なくとも１つのリングは、ロータハブに取り付けられ、かつ、少なくとも１つのバランス孔に挿入された少なくとも１つのバランスウェイトを覆う。リングは、磁性リングまたは環状シールドのうちの少なくとも１つを含み得る。リングが磁性である場合、磁性リングは、複数の対応する磁石を選択的に受容するために、その上側面に複数の止まり孔を含み得る。磁石リング上における、磁石の選択された配列により、遠心分離機またはそれに関連付けられるセンサ／リーダにより検出可能であり得るホール効果を介して特定可能な磁場がもたらされ、そのため、遠心分離機は、遠心分離機内に設置されたロータハブおよび／またはロータを特定し得る。リングがシールドであるとき、シールドは、磁石によりもたらされる磁場がハブに向けて上向きに方向付けられることを防止して、むしろ磁場を遠心分離機のセンサ／リーダに向けて下向きに集中させることが可能な高磁性材料で構築され得る。

別の実施形態によると、遠心分離機ロータが提供され、遠心分離機ロータは、複数の管状キャビティを有するロータ本体を含み、各キャビティは、内部に試料容器を受容するように構成されている。遠心分離機ロータは、さらに、上記のようなロータハブアセンブリを含み、ロータハブは、遠心分離機スピンドルから当該ロータ本体にトルクを伝達するように構成されている。

複数の管状キャビティを有するロータ本体と、複数のバランス孔を有するロータハブと、を含み、バランス孔が、複数のバランスウェイトのうちの少なくとも１つを選択的に受容するように各々が構成された、遠心分離機ロータを動作させるための方法もまた、提供される。

１つの実施形態による方法は、遠心分離機ロータにおけるアンバランスを検出するステップと、検出されたアンバランスに応じて、複数のバランスウェイトのうちの少なくとも１つを複数のバランス孔のうちの少なくとも１つに選択的に係合させるステップと、を含む。

バランシング方法は、ロータのバランシングを行うために、ロータハブ上の少なくとも１つのターゲット位置と、ハブ下の少なくとも１つのターゲット位置に追加すべき、少なくとも１つの対応するターゲットウェイト量と、を特定するステップも含み得る

例示的な方法は、少なくとも１つの特定されたターゲット位置および少なくとも１つの対応するターゲットウェイト量にそれぞれ応じて、複数のバランス孔のうちの少なくとも１つと、複数のバランスウェイトのうちの少なくとも１つと、を選択するステップも含み得る。

この発明の種々の追加の特徴および利点は、添付の図面と一緒に例示的な実施形態の以下の詳細な説明を精読すると、当業者にはより明らかとなろう。

この明細書に組み込まれ、かつ、この明細書の一部を成している、添付の図面は、この発明の実施形態を例示しており、上に提示されたこの発明の概略的な説明および以下に提示される詳細な説明と共に、この発明を解説する働きをする。

本発明の１つの実施形態に従った、遠心分離機ロータのためのハブアセンブリの斜視図である。 図１のハブアセンブリの分解斜視図である。 切断線３Ａ−３Ａに沿って得られる、図１のハブアセンブリの分解断面図である。 切断線３Ｂ−３Ｂに沿って得られる、図１のハブアセンブリの分解断面図である。 図１のハブアセンブリを含む遠心分離機ロータの断面図である。 本発明の代替的実施形態による、遠心分離機ロータおよびハブアセンブリの、図４に類似した断面図である。

図１〜図３Ｂを参照して、本発明の１つの実施形態による、遠心分離機ロータ１２（図４）のための例示的なハブアセンブリ１０について例示する。ハブアセンブリ１０は、ロータハブ１４と、ロータハブ１４内に取り外し可能な態様で埋設可能な少なくとも１つのバランスウェイト１６と、を含む。以下により詳細に説明するように、バランスウェイト１６は、ロータ１２のバランシングを行うために、ロータハブ１４における様々な所定の位置に選択的に位置決めされ得る。

例示されるロータハブ１４は、例えばチタンといった金属材料で構築され得、頭部２０と、頭部２０から軸方向に延在する細長いシャフト部２２と、を含む。シャフト部２２は、頭部２０から遠位にある、ねじ山付き外側端面２４と、頭部２０の近位にある、ねじ山付き外側中間面２６と、を含む。図３Ａおよび図３Ｂに最も良く示されるように、ロータハブ１４の頭部２０およびシャフト部２２を通って中央多段孔３０が延在し、中央多段孔３０は、頭部２０から遠位におけるシャフト部２２内に位置するねじ山付き内面３２を含む。

ロータハブ１４の、シャフト部２２から遠位における底側面に、環状窪み３４が設けられ、窪み３４に対し、円周方向に間隔を空けて配置された複数のねじ山付き締結孔３６が開口している。締結孔３６の各々は、対応する締結具３８を螺合する態様で受容するように構成されて、ロータハブ１４の底側面に磁石リング４０および／または環状シールド４２といったリングを取り付ける。この点に関し、例示される磁石リング４０は、締結具３８のうちの対応する１つを受容するように各々が構成された複数の貫通穴４４を含む。磁石リング４０は、複数の対応する磁石４８を選択的に受容するために、その上側面に複数の止まり孔４６も含み得る。磁石リング４０上における、磁石４８の選択された配列により、遠心分離機（またはそれに関連付けられるセンサ／リーダ）により検出可能であり得るホール効果を介して特定可能な磁場がもたらされ、そのため、遠心分離機（またはそれに関連付けられるコントローラ）は、当業者により理解されるであろうように、ハブ１４および／またはロータ１２を特定し得る。例えば、遠心分離機（またはそのコントローラ）は、検出された磁場を、データベースに格納された種々の磁場値と比較して、遠心分離機内の特定のロータ１２またはロータ１２のタイプを特定し得る。

例示される環状シールド４２は、締結具３８のうちの対応する１つを受容するように各々が構成された複数の貫通穴５０を含み、そのため、環状シールド４２は、締結具３８が対応する締結孔３６に螺合する態様で受容されたときに、窪み３４内で磁石リング４０とロータハブ１４の頭部２０との間に挟まれ得る。シールド４２は、磁石４８によりもたらされる磁場がハブ１４に向けて上向きに方向付けられることを防止して、むしろ磁場を遠心分離機のセンサ／リーダに向けて下向きに集中させることが可能な高磁性材料で構築され得る。１つの実施形態において、シールド４２は、ミューメタル（例えば、ＡＳＴＭ Ａ７５３ Ａｌｌｏｙ ４）で構築され得る。

ロータハブ１４の例示的な頭部２０は、さらに、窪み３４に対して開口している、円周方向に間隔を空けて配置された、複数のねじ山付きバランス孔５２を含む。示される実施形態において、バランス孔５２の各々は、ロータハブ１４の中央孔３０に対してほぼ平行に延在する。バランス孔５２の各々は、ロータ１２のバランシングを行うために、バランスウェイト１６のうちの１つを選択的にかつ螺合する態様で受容するように構成されている。より特定的に、バランス孔５２は、一様な構成を有し得、それにより、バランス孔５２の各々が、例えば同じ深さ、断面寸法、および／またはねじ山ピッチを有するようにする。この要領で、バランス孔５２の各々は、同じバランスウェイト１６を螺合する態様で受容することが可能となり得る。示される実施形態において、バランス孔５２の一様な構成は、締結孔３６の構成とは異なっており、それにより、バランス孔５２がバランスウェイト１６を専ら受容するようにし得る一方、締結孔３６が締結具３８を専ら受容するようにし得る。

示される実施形態において、図２に最も良く示されるように、８つのバランス孔５２が設けられ、４つの対になって、中央孔３０について円周方向に互いに間隔を空けて配置されている。それ故に、バランス孔５２は、バランスウェイト１６を受容するために、ロータハブ１４上に８つの所定の位置を規定する。しかしながら、任意の好適な数のバランス孔５２を任意の好適な間隔で使用してよい。この点に関し、頭部２０の断面寸法は、バランス孔５２に利用可能な表面積に影響を及ぼし得、例えば、より多くの数のバランス孔５２を収容するために追加の表面積をもたらすよう、断面寸法を増大させてよい。認識されるであろうこととして、バランス孔５２の数は、バランスウェイト１６を位置付けるためのオプションの数に相関することがあり得、ロータ１２の安定性に影響を及ぼすロータハブ１４の重心の制御の程度にも相関し得る。

例示されるバランスウェイト１６は、止めねじ６０を含み、止めねじ６０は、ねじ山付き外面６２を有し、バランスウェイト１６の長さを規定する第１の端６４と第２の端６６との間に延在する。第１の端６４には、レンチといった工具を受容するために六角ソケット６８が設けられて、バランス孔５２のうちの１つ内へと、または、バランス孔５２のうちの１つから外へと、バランスウェイト１６を進めることを補助する。バランスウェイト１６は、バランスウェイト１６のねじ山付き外面６２により、ロータハブ１４への変形、または、ロータ１２のいずれかの他のコンポーネントへの変形を何ら生じることなく、バランス孔５２のいずれかへの容易な挿入またはいずれかからの容易な取り外しが可能になる。例示されるバランスウェイト１６およびバランス孔５２はねじ山付きであり、そのため、バランスウェイト１６がバランス孔５２のうちの１つ以上と信頼可能な態様でかつ取り外し可能な態様で係合され得る一方、バランスウェイト１６は、任意の他の好適な手段により、ハブ１４と信頼可能な態様でおよび／または取り外し可能な態様で係合され得る。１つの実施形態では、種々の異なる長さおよび／または質量を有する複数のバランスウェイト１６が供給され得、そのため、異なるバランシング特性を有するバランスウェイト１６が、特定のバランス孔５２内に選択的に位置決めされて、カスタマイズされたバランシングを達成することができる。

示される実施形態において、バランスウェイト１６は、磁石リング４０および／または環状シールド４２で覆われ得るか、または磁石リング４０および／または環状シールド４２により対応するバランス孔５２内に掩蔽され得、それにより、バランスウェイト１６がハブアセンブリ１０の外部から視認可能とならないように、または、容易にアクセス可能とならないように、され得る。

次に図４を参照すると、ロータハブアセンブリ１０は、遠心分離機ロータ１２において使用され得る。ロータ１２は、ロータハブ１４により規定される回転軸に対して対称であるロータ本体７０を含み、回転軸を中心として、ロータ本体７０内に位置決めされた試料容器（図示せず）内に収められた試料が、遠心回転され得る。

例示されるロータ本体７０は、ハブ１４の少なくともシャフト部２２を受容するためのほぼ円柱状の孔７２を含み、孔７２は、ハブ１４と同軸であるように構成され、それにより、孔７２もまた回転軸を規定し得るようにする。示されるように、孔７２の周辺には複数の凹部７４が設けられており、その目的を以下に説明する。ロータ本体７０は、孔７２の両端に隣接する上側キャビティ７６および下側キャビティ７８も含む。

上側キャビティ７６からロータ本体７０内に、複数の管状セル穴キャビティ８０が延在する。キャビティ８０の各々は、回転軸を中心とした試料容器の遠心回転のために、容器のうちの１つを内部に少なくとも受容するようにサイズおよび形状が好適に決定されている。認識されるであろうこととして、任意の好適な数のセル穴キャビティ８０が使用されてよい。ここで使用される「管状」という用語は任意の好適な断面形状を指し、断面形状には、例えば、角を丸めた形状（例えば、楕円形、円形、もしくは円錐形）、四辺形状、正多角形状、または変則的多角形状、または任意の他の好適な形状が含まれるが、これに限定されない。したがって、この用語は、図に例示される例示的なキャビティ８０の、ほぼ円形の断面プロファイルに限定されるように意図されない。１つの実施形態において、ロータ本体７０は、炭素繊維材料で構築されている。例えば、ロータ本体７０は、樹脂コーティングされた炭素繊維積層材料の層から圧縮成形され得る。

示される実施形態において、孔７２内において、ロータ本体７０とロータインサート８２とが共成形される。インサート８２は、少なくとも、ハブ１４のシャフト部２２のねじ山付き外側中間面２６を受容するために、かつ、外側中間面２６に螺合する態様で係合するために、ねじ山付き孔８４を含んで、ハブ１４上にロータ本体７０を確実に載置する。インサート８２は、ロータ本体７０の凹部７４のうちの対応する１つ内に各々が受容される複数のウェブ８６も含む。使用時にロータ１２を旋回させると、ハブ１４がインサート８２にトルクを印加し、インサート８２が、例えばウェブ８６と凹部７４との間の係合を介して、ロータ本体７０にトルクを印加する。

ロータ本体７０をロータハブ１４上に載置した状態で、ハブ１４には、ハブ保定器９０が取り外し可能な態様で締結されて、ロータ本体７０、ハブ１４、およびインサート８２を互いに対して定位置に保持することをさらに容易にする。この点に関し、ハブ保定器９０は、少なくとも、ハブ１４のシャフト部２２のねじ山付き外側端面２４を受容するために、かつ、外側端面２４に螺合する態様で係合するために、ねじ山付き孔９２を含む。

ロータ１２は、例えば、ロータ本体７０の回転中にその中での試料容器の保定を補助するために、ロータ本体７０の上方でロータハブ１４に取り外し可能な態様で結合される蓋１００も含む。例示される蓋１００は、ほぼディスク形状であり、その目的については以下に説明する中央孔１０２と、周辺溝１０４と、を含み、周辺溝１０４は、蓋１００がロータ本体７０に取り外し可能な態様で結合されるときに蓋１００とロータ本体７０との間に流体密封封止をもたらすためにОリング１０６を受容するためのものである。１つの実施形態において、蓋１００は、炭素繊維材料で構築されている。例えば、蓋１００は、樹脂コーティングされた炭素繊維積層材料の層から圧縮成形され得る。

示されるように、蓋１００は、ロータ本体７０に、蓋ねじ１１０を介して取り外し可能な態様で結合され得る。例示される蓋ねじは、上側フランジ１１２と、ねじ山付き下側外面１１４と、多段孔１１６と、を含む。示されるように、ねじ山付き下側外面１１４は、ハブ１４のねじ山付き内面３２によって受容されており、かつ、内面３２に螺合する態様で係合して、それにより、上側フランジ１１２がスペーサ１１８を蓋１００に押し付けるようにする。蓋１００は、ハブ１４との蓋ねじ１１０の係合および蓋１００とのスペーサ１１８の係合を介してロータ本体７０に取り外し可能な態様で結合されると、高速回転中といったときに、キャビティ８０内に保持された試料容器へのアクセスを阻止する。蓋ねじ１１０の孔１１６を通してタイダウンねじまたはピン１２０が挿入され得、ノブ１２２に螺合する態様で結合され得る。タイダウンピン１２０は、遠心分離機スピンドル（図示せず）の協働孔と係合するために構成され得、この係合は、したがって、遠心分離機スピンドルにロータ１２を取り付けることを補助する。示されるように、タイダウンピン１２０は、つる巻ばね１２４により、遠心分離機スピンドルから離れる方向に付勢され得る。つる巻ばね１２４のしきい力は、打ち負かされて、タイダウンピン１２０を遠心分離機スピンドルの孔と係合するように促すことがあり得、次に、遠心分離機スピンドルが作動されて、ロータ１２を高速遠心回転するよう駆動し得る。当業者が認識するであろうように、上記のロータ装着コンポーネントのうちの１つ以上は、任意の好適な金属材料または非金属材料で作製されてよい。

ロータ１２のバランシングを行うために、診断デバイスを使用して、ロータ１２におけるアンバランスを検出し、かつ、ハブ１４上の少なくとも１つのターゲット位置と、少なくとも１つの対応するターゲットウェイト量とを特定してもよく、ハブ１４上のターゲット位置にそのターゲットウェイトを追加することによってロータ１２の適正なバランシングが補助される。使用される特定の診断デバイスに依存して、ユーザは、ターゲット位置がロータ本体７０におけるよりもむしろハブ１４におけることが所望される旨を示す半径値（例えば、回転軸からの距離）を入力し得る。次に、ターゲット位置に対応する好適なバランス孔５２と、ターゲットウェイト量に比較的近接した重量を有するバランスウェイト１６と、が選択され得る。

診断デバイスにより検出されたアンバランスを打ち消すために、選択された少なくとも１つのバランスウェイト１６は次に、診断デバイスにより提供された情報に従って、少なくとも１つのバランス孔５２に螺合する態様で係合され得る。例えば、示されるように、単一のバランスウェイト１６がバランス孔５２のうちの１つと螺合する態様で係合され得る一方、残りのバランス孔５２は空いたままにされ得る。代替的に、ロータ１２の所望のバランシングを達成するのに適切であり得るように、任意の数のバランス孔５２に任意の数のバランスウェイト１６を実装してよい。いずれにせよ、バランスウェイト１６は、上記のようなそれぞれのバランス孔５２内に掩蔽され得、バランシングが行われたロータ１２は、遠心分離のために高速度で安全に回転され得る。

その後、ロータ１２のリバランシングは、ロータ１２における新たなアンバランスを検出することに加え、例えば、１つ以上のバランスウェイト１６をそれぞれのバランス孔５２から単に螺合する態様で係合解除すること、取り外したバランスウェイト１６を異なるバランス孔５２に再配置すること、１つ以上の異なるバランスウェイト１６を１つ以上の異なるバランス孔５２に螺合する態様で係合させること、ならびに／または、取り外したバランスウェイト１６を、異なる長さおよび／もしくは質量を有する１つ以上のバランスウェイト１６で置換すること、により行われ得る。それ故に、バランスウェイト１６およびバランス孔５２は、ロータ本体７０に穴を繰り返し開ける必要性、または、開けられたこのような穴がリバランシング中に使用されなくなったときに、孔を塞ぐ必要性、を解消することができる。

例示されるハブアセンブリ１０およびロータ１２に関して、バランスウェイト１６および対応するバランス孔５２について説明してきたが、バランスウェイト１６およびバランス孔５２は、任意の好適なハブアセンブリおよび／またはロータに組み込まれてよい。例えば、バランスウェイト１６およびバランス孔５２は、磁石リング４０（磁石４８を含む）および／または環状シールド４２を特徴としていないハブアセンブリに組み込まれてよい。このようなケースにおいては、専用のカバーを使用してバランスウェイト１６を掩蔽してよく、または、バランスウェイト１６は露出されていてよい。加えて、または代替的に、バランスウェイト１６およびバランス孔５２は、種々の設計の他の炭素繊維ロータに、および／または、異なる材料で構築されたロータに、組み込まれてよい。

例としてであって限定ではないが、ここに記載されるロータバランシング方法によるバランシングに好適な他の例示的なロータは、共通出願人である、Ｆｉｂｅｒｌｉｔｅ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ，ＬＬＣ ｏｆ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡから商業的に利用可能な、モデルＦ１０−４ｘ１０００ ＬＥＸ、Ｆ２１−８ｘ５０ｙ、Ｆ１２−６ｘ５００ ＬＥＸ、Ｆ２０−１２ｘ５０ ＬＥＸ、Ｆ１４−１４ｘ５０ｃｙ、Ｆ１４−６ｘ２５０ｙ、およびＦ１７−６ｘ２５０ ＬＥＸのロータである。

図５は、共通出願人のモデルＦ１０−４ｘ１０００の遠心分離機ロータといった、本発明の代替的実施形態による、遠心分離機ロータ１２ａおよびハブアセンブリ１０ａを例示する。

図５の遠心分離機ロータ１２ａは、４つの、円周方向に間隔を空けて配置されているセル穴キャビティ８０ａを含み、セル穴キャビティ８０ａは、例として少なくとも７５０ｍｌであって最大１０００ｍｌの試料を保持することが可能な試料容器といった大容量の試料容器を、取り外し可能な態様で内部に受容するように各々が構成されている。図５のロータ１２ａと共に使用するのに好適な、例示的な大容量の試料容器は、各々が共通出願人によって所有され、かつ、その全体が引用によってここに組み込まれる、米国特許第８，２１５，５０８号および第９，９８７，６３４号に余すところなく記載されている。

図４の遠心分離機ロータ１２およびハブアセンブリ１０の実施形態と同様に、図５の、遠心分離機ロータ１２ａのためのハブアセンブリ１０ａは、ロータハブ１４ａと、図４のバランスウェイト１６と同様の、ロータハブ１４ａ内に取り外し可能な態様で埋設可能な少なくとも１つのバランスウェイト１６ａと、を含む。

例示されるロータハブ１４ａは、図４のロータハブ１４と同様に、例えばチタンといった金属材料で構築され得、頭部２０ａと、頭部２０ａから軸方向に延在する細長いシャフト部２２ａと、を含む。シャフト部２２ａは、頭部２０ａから遠位にある、ねじ山付き外側端面２４ａと、頭部２０ａの近位にある、ねじ山付き外側中間面２６ａと、を含む。ロータハブ１４ａの頭部２０ａおよびシャフト部２２ａを通って中央多段孔３０ａが延在し、中央多段孔３０ａは、頭部２０ａから遠位におけるシャフト部２２ａ内に位置するねじ山付き内面３２ａを含む。

ロータハブ１４ａの、シャフト部２２ａから遠位における底側面に、環状窪み３４ａが設けられ、窪み３４ａに対し、図３Ａの締結孔３６と同様に、円周方向に間隔を空けて配置された複数のねじ山付き締結孔（図示せず）が開口している。締結孔（図示せず）の各々は、図３Ａおよび図３Ｂの締結具３８と同様の、対応する締結具（図示せず）を螺合する態様で受容するように構成されて、ロータハブ１４ａの底側面に磁石リング４０ａおよび／または環状シールド４２ａを取り付ける。例示される磁石リング４０ａは、締結具（図示せず）のうちの対応する１つを受容するように各々が構成された、図３Ａの貫通穴４４と同様の、複数の貫通穴（図示せず）を含む。磁石リング４０ａは、図３Ａおよび図３Ｂの磁石４８ｆと同様の、複数の対応する磁石（図示せず）を選択的に受容するために、その上側面に、図３Ｂの止まり孔４６と同様の、複数の止まり孔（図示せず）も含み得る。磁石リング４０ａ上における、磁石の選択された配列により、遠心分離機（またはそれに関連付けられるセンサ／リーダ）により検出可能であり得るホール効果を介して特定可能な磁場がもたらされ、そのため、遠心分離機（またはそれに関連付けられるコントローラ）は、当業者により理解されるであろうように、ハブ１４ａおよび／またはロータ１２ａを特定し得る。例えば、遠心分離機（またはそのコントローラ）は、検出された磁場を、データベースに格納された種々の磁場値と比較して、遠心分離機内の特定のロータ１２ａまたはロータ１２ａのタイプを特定し得る。

図３Ａ、図３Ｂ、および図４の環状シールド４２と同様に、環状シールド４２ａは、締結具（図示せず）のうちの対応する１つを受容するように各々が構成された、図３Ａの貫通穴５０と同様の、複数の貫通穴（図示せず）を含み、そのため、環状シールド４２ａは、締結具（図示せず）が対応する締結孔（図示せず）に螺合する態様で受容されたときに、窪み３４ａ内で磁石リング４０ａとロータハブ１４ａの頭部２０ａとの間に挟まれ得る。図３Ａ、図３Ｂおよびのシールド４２に関連付けて上で説明したように、シールド４２ａは、磁石（図示せず）によりもたらされる磁場がハブ１４ａに向けて上向きに方向付けられることを防止して、むしろ磁場を遠心分離機のセンサ／リーダに向けて下向きに集中させることが可能な高磁性材料で構築され得る。１つの実施形態において、シールド４２ａは、ミューメタル（例えば、ＡＳＴＭ Ａ７５３ Ａｌｌｏｙ ４）で構築され得る。

ロータハブ１４ａの頭部２０ａはさらに、窪み３４ａに対して開口している、円周方向に間隔を空けて配置された、複数のねじ山付きバランス孔５２ａを含む。示される実施形態において、バランス孔５２ａの各々は、ロータハブ１４ａの中央孔３０ａに対してほぼ平行に延在する。バランス孔５２ａの各々は、図４の遠心分離機ロータ１２に関連付けて上で詳細に説明したバランシング方法と同様の要領でロータ１２ａのバランシングを行うために、バランスウェイト１６ａのうちの１つを選択的にかつ螺合する態様で受容するように構成される。

図４の遠心分離機ロータ１２と同様に、バランスウェイト１６ａは、磁石リング４０ａおよび／または環状シールド４２ａで覆われるか、またはバランスウェイト１６ａは、磁石リング４０ａおよび／または環状シールド４２ａにより、対応するバランス孔５２ａ内に掩蔽され得、それにより、バランスウェイト１６ａがハブアセンブリ１０ａの外部から視認可能とならないように、または、容易にアクセス可能とならないように、され得る。

図５に示されるように、ロータ１２ａは、ロータハブ１４ａにより規定される回転軸に対して対称であるロータ本体７０ａを含み、回転軸を中心として、ロータ本体７０ａ内に位置決めされた試料容器（図示せず）内に収められた試料が、遠心回転され得る。

図５のロータ本体７０ａは、ハブ１４ａの少なくともシャフト部２２ａを受容するためのほぼ円柱状の孔７２ａを含み、孔７２ａは、ハブ１４ａと同軸であるように構成され、それにより、孔７２ａもまた回転軸を規定し得るようにする。

上側キャビティ７６ａからロータ本体７０ａ内に、管状セル穴キャビティ８０ａが延在する。キャビティ８０ａの各々は、回転軸を中心とした試料容器の遠心回転のために、容器のうちの１つを内部に少なくとも受容するようにサイズおよび形状が好適に決定されている。図４のロータ１２と同じく、認識されるであろうこととして、任意の好適な数のセル穴キャビティ８０ａが使用されてよい。１つの実施形態において、図４のロータ１２と同様に、ロータ本体７０ａは、炭素繊維材料で構築されている。例えば、ロータ本体７０ａは、樹脂コーティングされた炭素繊維積層材料の層から圧縮成形され得る。

示される実施形態において、孔７２ａ内において、ロータ本体７０ａとロータインサート８２ａとが共成形される。インサート８２ａは、少なくとも、ハブ１４ａのシャフト部２２ａのねじ山付き外側中間面２６ａを受容するために、かつ、外側中間面２６ａに螺合する態様で係合するために、ねじ山付き孔８４ａを含んで、ハブ１４ａ上にロータ本体７０ａを確実に載置する。

ロータ本体７０ａをロータハブ１４ａ上に載置した状態で、ハブ１４ａには、ハブ保定器９０ａが取り外し可能な態様で締結されて、ロータ本体７０ａ、ハブ１４ａ、およびインサート８２ａを互いに対して定位置に保持することをさらに容易にする。ハブ保定器９０ａは、少なくとも、ハブ１４ａのシャフト部２２ａのねじ山付き外側端面２４ａを受容するために、かつ、外側端面２４ａに螺合する態様で係合するために、ねじ山付き孔９２ａを含む。

ロータ１２ａは、例えば、ロータ本体７０ａの回転中にその中での試料容器の保定を補助するために、ロータ本体７０ａの上方でロータハブ１４ａに取り外し可能な態様で結合される蓋１００ａも含む。蓋１００ａは、ほぼディスク形状であり、中央孔１０２ａと、周辺溝１０４ａと、を含み、周辺溝１０４ａは、蓋１００ａがロータ本体７０ａに取り外し可能な態様で結合されるときに蓋１００ａとロータ本体７０ａとの間に流体密封封止をもたらすためにОリング１０６ａを受容するためのものである。１つの実施形態において、蓋１００ａは、炭素繊維材料で構築されている。例えば、蓋１００ａは、樹脂コーティングされた炭素繊維積層材料の層から圧縮成形され得る。

図４の蓋１００と同様に、蓋１００ａは、ロータ本体７０ａに、蓋ねじ１１０ａを介して取り外し可能な態様で結合され得る。例示される蓋ねじは、上側フランジ１１２ａと、ねじ山付き下側外面１１４ａと、多段孔１１６ａと、を含む。示されるように、ねじ山付き下側外面１１４ａは、ハブ１４ａのねじ山付き内面３２ａによって受容されており、かつ、内面３２ａに螺合する態様で係合して、それにより、上側フランジ１１２ａがスペーサ１１８ａを蓋１００ａに押し付けるようにする。蓋１００ａは、ハブ１４ａとの蓋ねじ１１０ａの係合および蓋１００ａとのスペーサ１１８ａの係合を介してロータ本体７０ａに取り外し可能な態様で結合されると、高速回転中といったときに、キャビティ８０ａ内に保持された試料容器へのアクセスを阻止する。蓋ねじ１１０ａの孔１１６ａを通してタイダウンねじまたはピン１２０ａが挿入され得、ノブ１２２ａに螺合する態様で結合され得る。タイダウンピン１２０ａは、遠心分離機スピンドル（図示せず）の協働孔と係合するために構成され得、この係合は、したがって、遠心分離機スピンドルにロータ１２ａを取り付けることを補助する。示されるように、タイダウンピン１２０ａは、つる巻ばね１２４ａにより、遠心分離機スピンドルから離れる方向に付勢され得る。つる巻ばね１２４ａのしきい力は、打ち負かされて、タイダウンピン１２０ａを遠心分離機スピンドルの孔と係合するように促すことがあり得、次に、遠心分離機スピンドルが作動されて、ロータ１２ａを高速遠心回転するよう駆動し得る。図４の遠心分離機ロータ１２およびハブアセンブリ１０と同様に、当業者が認識するであろうこととして、上記のロータ装着コンポーネントのうちの１つ以上は、任意の好適な金属材料または非金属材料で作製されてよい。

種々の実施形態の説明により、この発明の原理に従った種々の態様を例示し、これらの実施形態をかなり詳細に説明してきたが、これらは、この発明の範囲をこのような詳細へと制限すること、または、何らかの限定を加えること、を意図しない。ここに示されかつ説明される種々の特徴は、単独で、またはいずれかの組み合わせで使用され得る。追加の利点および改変が、当業者には容易に明らかとなろう。したがって、その最も広い態様におけるこの発明は、示されかつ説明された具体的な詳細、代表的な装置および方法、ならびに、例示的な例に限定されない。したがって、一般的な発明の概念の範囲から逸脱することなく、そのような詳細から逸脱することができる。

Claims (20)

1. 遠心分離機ロータのためのロータハブアセンブリであって、
   頭部と、前記頭部から軸方向に離れる方向に延在する細長いシャフト部と、前記頭部および前記シャフト部を通って延在する中央孔と、を含むロータハブを含み、前記頭部は、少なくとも１つのバランスウェイトを選択的に受容するように各々が構成された複数のバランス孔を含む、ロータハブアセンブリ。
2. 前記複数のバランス孔のうちの少なくとも１つにより受容される少なくとも１つのバランスウェイトをさらに含む、請求項１に記載のロータハブアセンブリ。
3. 前記少なくとも１つのバランスウェイトが、少なくとも１つのねじ山付き外面を有する少なくとも１つの止めねじを含む、請求項２に記載のロータハブアセンブリ。
4. 前記少なくとも１つのバランスウェイトが、前記遠心分離機ロータによる遠心分離中に、前記遠心分離機ロータのバランシングを行うように選択される、請求項２または３に記載のロータハブアセンブリ。
5. 前記頭部が、前記ロータハブに少なくとも１つのリングを取り付けるための締結具を選択的に受容するように各々が構成された複数の締結孔を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のロータハブアセンブリ。
6. 前記バランス孔の各々が、第１の構成のものであり、前記締結孔の各々が、前記第１の構成とは異なる第２の構成のものである、請求項５に記載のロータハブアセンブリ。
7. 前記ロータハブに取り付けられ、かつ前記少なくとも１つのバランスウェイトを覆う少なくとも１つのリングをさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載のロータハブアセンブリ。
8. 前記少なくとも１つのリングが、磁石リングまたは環状シールドのうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のロータハブアセンブリ。
9. 前記複数のバランス孔が、一様な構成のものである、請求項１〜８のいずれかに記載のロータハブアセンブリ。
10. 前記複数のバランス孔が、前記ロータハブの前記頭部上に、円周方向に互いに間隔を空けて配置されている、請求項１〜９のいずれかに記載のロータハブアセンブリ。
11. 前記複数のバランス孔の各々は、ねじ山付きである、請求項１〜１０のいずれかに記載のロータハブアセンブリ。
12. 前記複数のバランス孔が、８つのバランス孔を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のロータハブアセンブリ。
13. 前記ロータハブが、金属材料で構築されている、請求項１〜１２のいずれかに記載のロータハブアセンブリ。
14. 遠心分離機ロータであって、
    各々が試料容器を内部に受容するように構成された複数の管状キャビティを有するロータ本体と、
    請求項１〜１３のいずれかに記載のロータハブアセンブリと、を含み、前記ロータハブが、遠心分離機スピンドルから前記ロータ本体にトルクを伝達するように構成されている、遠心分離機ロータ。
15. 複数の管状キャビティを有するロータ本体と、複数のバランス孔を有するロータハブと、を含み、前記複数のバランス孔が、複数のバランスウェイトのうちの少なくとも１つを選択的に受容するように各々が構成されている遠心分離機ロータを動作させるための方法であって、
    前記遠心分離機ロータにおけるアンバランスを検出することと、
    前記検出されたアンバランスに応じて、前記複数のバランスウェイトのうちの少なくとも１つを前記複数のバランス孔のうちの少なくとも１つに選択的に係合させることと、を含む、方法。
16. 前記ロータのバランシングを行うために、前記ロータハブ上の少なくとも１つのターゲット位置と、前記ロータハブ上の前記少なくとも１つのターゲット位置に追加される少なくとも１つの対応するターゲットウェイト量と、を特定することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの特定されたターゲット位置および前記少なくとも１つの対応するターゲットウェイト量にそれぞれ応じて、前記複数のバランス孔のうちの少なくとも１つと、前記複数のバランスウェイトのうちの少なくとも１つと、を選択することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数のバランスウェイトのうちの少なくとも１つを前記複数のバランス孔のうちの少なくとも１つに選択的に係合させることが、前記少なくとも１つのバランスウェイトを前記少なくとも１つのバランス孔に螺合する態様で係合させることを含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記少なくとも１つのバランスウェイトが前記少なくとも１つのバランス孔に選択的に係合された状態で、遠心分離のために前記遠心分離機ロータを回転させることをさらに含む、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
20. 遠心分離の後に、前記少なくとも１つのバランスウェイトを前記少なくとも１つのバランス孔から選択的に係合解除することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
    

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