JP2023513111A - 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

遠心分離機で使用するためのロータ、およびロータのバランシングを行うための方法。ロータが、ロータの回転軸の周りに円周方向に配列された複数のアパーチャを含み、各アパーチャが、ウェイトを選択的に受容するように構成されている。臨界速度が、ロータに対して決定され、アンバランスが、臨界速度よりも低い試験速度でロータに対して判定される。トライアルウェイトが、基準アパーチャ内に設置され、試験速度で別のアンバランスが判定される。トライアルウェイトが、前のアパーチャから角度がついた状態で変位された別のアパーチャに繰り返し移動され、所定の数のアンバランス測定値が得られるまで、試験速度でアンバランスが測定される。ロータのバランシングを行うための目標質量および場所が、アンバランス測定値から決定され、目標質量および場所に基づいて、バランシングウェイトがアパーチャ内に設置される。バランシングプロセスが、複数の臨界振動数に対して繰り返され得る。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、同時係属中の２０２０年２月４日に出願された米国特許仮出願第６２／９６９，９３２号、および同時係属中の２０２０年１１月１０日に出願された米国特許仮出願第６３／１１２，０１８号の出願利益を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。

本発明は、概して、遠心分離機ロータに関し、より詳細には、遠心分離機とともに使用するためのロータのバランシングに関する。

ロータは一般には、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。ロータは構成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はソリッドロータ本体を有する固定角ロータであり、ロータ本体内には、複数のキャビティが放射状に分布しており、回転軸を中心として対称に配列されている。このタイプのロータでは、試料がキャビティ内に配置され、複数の試料を遠心分離にかけることを可能にする。

従来の固定角ロータは、金属または様々な他の材料から作製され得る。しかしながら、ロータは、圧縮成形およびフィラメントワインディングプロセスを使用して構成され得、ここではロータは、複合炭素繊維などの好適な材料から製造される。例えば、固定角ロータは、樹脂で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。複合ロータの例は、米国特許第８，１４７，３９２号、同第８，２７３，２０２号、同第８，３２３，１６９号、および同第１０，０８６，３８７号に記載されている。

遠心分離機は、遠心分離機内のスピンドル上に装着されたロータに回転トルクを与える、剛性ロータシャフトまたはスピンドルを特徴とし得る。しかしながら、毎分５０，０００回転（ＲＰＭ）以上の回転速度でロータを回転させ得る超遠心分離機などの高速遠心分離機の場合、典型的には、剛性シャフトの代わりに可撓性シャフトが使用される。可撓性シャフトは、ロータの何らかのアンバランスまたは遠心分離機内の試料負荷の不十分な分布によって生成される、遠心分離機の枠組みへの振動の伝達を制限する。

例えば、毎分数万回転を超える速度で、高速用途で使用されるロータでは、高速回転中にロータが振動を引き起こす傾向を軽減するように、慎重にバランシングが行われる必要がある。ロータ負荷の質量が変動すると、ロータの高速動作時に、望ましくない力のアンバランスが生じる恐れがある。この力のアンバランスはスピンドルを歪ませ、遠心分離機の損傷、効率の低下、過度の摩耗、および不要なノイズを引き起こす場合がある。剛性スピンドルによって動作するロータの従来のバランシング技術では、試料と、すべて同じ重量を有するバランス管と、の組み合わせ、またはバランス管を追加せずに他の様々なバランシングパターンを使用する。

Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｈｏｆｍａｎｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｙｎｃｈｂｕｒｇ，Ｖｉｒｇｉｎｉａにより、または、Ｓｃｈｅｎｃｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｅｒ Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋにより商業的に販売されているもののような、診断デバイスまたはバランシングマシンが、剛性スピンドル上に一般的に装着されているロータの、ロータアンバランスを検出するために使用され得、かつ、ロータのバランシングに追加のウェイトが必要とされる、ロータ本体上の具体的な場所を特定するために使用され得る。次に、ロータ本体中の特定された場所に手動で穴が開けられ、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、各々が、診断デバイスにより検出されたアンバランスを補償する特定の質量を有する、金属の円柱体であり得る。

ロータは、その耐用期間にわたって複数回、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、ロータ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。これが発生した場合、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す必要がある。次に、新たな穴がロータ本体に開けられ、ウェイトが新たな穴に圧入される。それ故に、以前に開けた穴は使用されなくなってしまう。構造上のかつ／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、これには、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たびに繰り返される。

したがって、従来のロータに関連するこれらおよび他の問題に対処する、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。

本発明の一実施形態では、ロータが提供される。ロータは、回転軸を有するロータ本体と、回転軸の周りに円周方向に配列された複数のバランシングアパーチャと、を含む。各バランシングアパーチャは、ウェイトを選択的に受容するように構成されている。

本発明の一態様では、ロータ本体は、複数の円周方向に間隔を置いた管状キャビティ、およびバランシングアパーチャが形成されている蓋をさらに含み得る。各管状キャビティは、試料容器を受容するように構成された開放端を有し得る。蓋は、蓋がロータ本体上に位置決めされたときに、ロータ本体によって支持され、かつ管状キャビティの開放端の上に横たわるように構成されている。

本発明の別の態様では、蓋は、上面、および上面とは反対側の底面をさらに含み得、バランシングアパーチャが、上面または底面のうちの１つに形成され得る。

本発明の別の態様では、少なくとも１つのウェイトは、バランシングアパーチャのうちの少なくとも１つによって受容され得る。

本発明の別の態様では、少なくとも１つのウェイトは、ねじ山付き外面を含むねじであり得、バランシングアパーチャの各々が、ウェイトと螺合するように構成されたねじ山付き内面を含み得る。

本発明の別の態様では、各バランシングアパーチャは、他のバランシングアパーチャと、回転軸から同じ半径方向距離であり得る。

本発明の別の態様では、各バランシングアパーチャは、角度がついた状態で隣接するバランシングアパーチャの各々から同じ角距離だけ間隔を置き得る。

本発明の別の態様では、バランシングアパーチャは同一平面上にあり得る。

本発明の別の態様では、ロータ本体は、上部面および上部面とは反対側の下部面をさらに含み得、上部面は、第１の環状溝を含む。ロータは、第１の環状溝内に位置決めされたバランスリングをさらに含み得、バランスリングは、バランスリング上部面を含み得、バランシングアパーチャが、バランスリング上部面に形成されている。

本発明の別の態様では、ロータ本体は、ロータ本体の上部面とロータ本体の下部面との間の回転軸に沿って延在する細長いボアを含み得、ロータは、駆動ハブ、蓋ねじ、蓋、および弾性部材をさらに含み得る。駆動ハブは、細長いボア内に装着され、かつ細長いボアを通って上方に突出する円筒形シャフト、およびねじ山付き外面を有する上部を含み得る。蓋ねじは、駆動ハブのねじ山付き外面と螺合するように構成されたねじ山付き内面を有する下部ボア、および蓋ねじの下端から半径方向外向きに延在する蓋ねじフランジを含み得る。蓋は、半径方向外向きに延在しかつ第３の環状溝を備えた下部面を有する壁部を含み得る。弾性部材は、第３の環状溝内に位置決めされて、蓋ねじと駆動ハブとの螺合に応答してバランスリング上部面に対して圧縮され得る。

本発明の別の態様では、第１の環状溝は肩部を含み得、バランスリングが、半径方向内向きに突出して肩部に係合するバランスリングフランジを含み得る。

本発明の別の態様では、ロータ本体は、円周方向側壁を含み得、ロータは、円周方向側壁の周りに延在する補強材をさらに含み得る。

本発明の別の態様では、補強材は、ロータ本体の円周方向側壁の周りおよび上方に延在して、第１の環状溝を備えたチャネルを画定し得、バランスリングは、チャネル内に位置決めされ得る。

本発明の別の態様では、円周方向側壁は、円周方向の窪みを含み得、補強材は、円周方向の窪みに適合し得る。

本発明の別の態様では、バランスリングは、接着剤、焼きばめ、または接着剤および焼きばめの両方によって、第１の環状溝に動作可能に結合され得る。

本発明の別の態様では、ロータ本体は、ポリマー複合材料、炭素繊維材料、またはポリマー複合材料および炭素繊維材料の両方で、構成され得る。

本発明の別の実施形態では、各々が選択的にウェイトを受容するように構成された複数のアパーチャを含むロータのバランシングを行うための方法が提供される。方法は、遠心分離機内でロータを回転させながら、ロータのアンバランスを検出することと、アンバランスの検出に応答して、選択されたバランシングアパーチャ内にバランシングウェイトを選択的に設置することと、を含む。

本発明の一態様では、アンバランスを検出することは、ロータの臨界速度を識別することと、臨界速度よりも遅い試験速度でロータのアンバランスを判定することと、を含み得る。

本発明の別の態様では、臨界速度は、複数の臨界速度のうちの１つであり得、ロータのアンバランスは、複数の試験速度の各々について判定され得、各試験速度は、複数の臨界速度のそれぞれの臨界速度の分数である。

本発明の別の態様では、臨界速度を識別することは、複数の回転速度の各々について、ロータを回転速度でスピンさせ、ロータが回転速度でスピンしている間に、ロータに外力を加え、外力に対するロータの振動応答を測定かつ記録し、振動応答に基づいて、ロータの固有振動数を判定することを含み得る。次に、方法は、固有振動数に基づいて、ロータの１つ以上の臨界速度を識別し得る。

本発明の別の態様では、選択されたバランシングアパーチャ内にバランシングウェイトを選択的に設置することは、第１の試験速度でロータのアンバランスを測定することと、基準位置のバランシングアパーチャ内にトライアルウェイトを設置することと、トライアルウェイトが基準位置に設置された状態で、第１の試験速度でロータのアンバランスを測定することと、を含み得る。次に、方法は、トライアルウェイトを現在のバランシングアパーチャから所定の角距離の次のバランシングアパーチャに繰り返し移動して、次のバランシングアパーチャが基準位置にくるか、または基準位置を越えるまで、第１の試験速度でロータのアンバランスを測定することを含み得る。次に、測定されたアンバランスに基づいて、方法は、ロータのバランシングを行うために、第１の目標場所、および第１の目標場所に追加される第１の目標質量を決定し得る。

本発明の別の態様では、方法は、第１の目標場所における第１の目標質量によって提供される第１のバランスベクトルを決定することと、第１の目標場所の一方の側で第１のバランシングアパーチャ、および第１の目標場所の他方の側で第２のバランシングアパーチャを選択することと、第１のバランシング質量および第２のバランシング質量を決定することであって、第１のバランシング質量および第２のバランシング質量が、それぞれ、第１のバランシングアパーチャ内および第２のバランシングアパーチャ内に配置されたときに、第１のバランスベクトルと同等の第２のバランスベクトルを提供する、決定することと、をさらに含み得る。

本発明の別の態様では、方法は、第１のバランシングアパーチャ内に第１のバランシング質量を有する第１のウェイトを設置することと、第２のバランシングアパーチャ内に第２のバランシング質量を有する第２のウェイトを設置することと、第１のウェイトを第１のバランシングアパーチャ内に設置し、第２のウェイトを第２のバランシングアパーチャ内に設置した状態で、第１の試験速度でアンバランスを測定することと、をさらに含み得る。

本発明の別の態様では、方法は、第１の試験速度よりも速い第２の試験速度でロータのアンバランスを測定することと、基準位置のバランシングアパーチャ内にトライアルウェイトを設置することと、トライアルウェイトが基準位置に設置された状態で、第２の試験速度でロータのアンバランスを測定することと、をさらに含み得る。方法は、トライアルウェイトを現在のバランシングアパーチャから所定の角距離の次のバランシングアパーチャに繰り返し移動して、次のバランシングアパーチャが基準位置にくるか、または基準位置を越えるまで、第２の試験速度でロータのアンバランスを測定することをさらに含み得る。次に、測定されたアンバランスに基づいて、方法は、ロータのバランシングを行うために、第２の目標場所、および第２の目標場所に追加される第２の目標質量を決定し得る。

本発明の別の態様では、方法は、第１の目標場所における第１の目標質量と第２の目標場所における第２の目標質量との組み合わせのための第２のバランスベクトルを決定することと、第３の目標質量、および第２のバランスベクトルと同等の第３のバランスベクトルを提供する第３の目標場所を決定することと、をさらに含み得る。

本発明の別の態様では、方法は、第３の目標場所の一方の側に第３のバランシングアパーチャ、および第３の目標場所の他方の側に第４のバランシングアパーチャを選択することと、第３のバランシング質量および第４のバランシング質量を決定することであって、第３のバランシング質量および第４のバランシング質量が、それぞれ、第３のバランシングアパーチャ内および第４のバランシングアパーチャ内に配置されたときに、第３のバランスベクトルと同等の第４のバランスベクトルを提供する、決定することと、をさらに含み得る。

本発明の別の態様では、方法は、第３のバランシングアパーチャ内に第３のバランシング質量を有する第３のウェイトを設置することと、第４のバランシングアパーチャ内に第４のバランシング質量を有する第４のウェイトを設置することと、第３のウェイトを第３のバランシングアパーチャ内に設置し、第４のウェイトを第４のバランシングアパーチャ内に設置した状態で、第２の試験速度でアンバランスを測定することと、第２の試験速度で測定されたアンバランスを、第１の試験速度で測定されたアンバランスと比較することと、をさらに含み得る。

上記の概要は、本発明のいくつかの実施形態の簡略化された大要を提示して、本明細書で論じられるその特定の態様の基本的な理解を提供する。概要は、本発明の広範な大要を提供することを意図するものでもなく、肝要な要素もしくは重要な要素を識別すること、または本発明の範囲を線引きすることを意図するものでもない。概要の唯一の目的は、以下に提示される詳細な説明の紹介として、いくつかの概念を簡略化した形式で単に提示することである。

本明細書に組み込まれ、かつ、本明細書の一部を成している、添付の図面は、本発明の実施形態を例示しており、上に提示された本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ともに、本発明を解説する働きをする。

本発明の例示的な実施形態による、蓋を有するロータを含む遠心分離機の斜視図である。 図１のロータの斜視図である。 図２のロータの分解斜視図である。 図１～３の蓋の底面斜視図であり、蓋の様々なバランシングアパーチャに設置された様々なウェイトを示している。 図２のロータの断面図である。 図５のロータの一部の詳細図であり、蓋の底面に設置されたバランシングウェイトを示している。 図４の蓋の代替の実施形態の斜視図であり、蓋の上面にある複数のバランシングアパーチャを示している。 図７のロータの一部の詳細図であり、蓋の上面に設置されたバランシングウェイトを示している。 本発明の一実施形態による、ロータのバランシングを行うために実行され得る例示的なプロセスを示すフローチャートである。 図９のプロセスによって実行され得る例示的なサブプロセスを示すフローチャートである。 図９のプロセスによって実行され得る例示的なサブプロセスを示すフローチャートである。 図９のプロセスによって実行され得る例示的なサブプロセスを示すフローチャートである。 本発明の別の例示的な実施形態によるロータの斜視図である。 図１０のロータの分解斜視図であり、ロータのロータ本体、バランスリング、駆動ハブ、および蓋を示している。 図１１の蓋の追加の詳細を示す斜視図である。 図１１のロータ本体の追加の詳細を示す上面斜視図である。 図１１のロータ本体および駆動ハブの追加の詳細を示す底面斜視図である。 図１０のロータの断面図である。 図１５のロータの一部の分解断面図であり、蓋、バランスリング、およびロータ本体の追加の詳細を示している。 図１０のロータの蓋を取り外した状態の上面図である。 図１０のロータの蓋を取り外した状態の上面図である。 本発明の一実施形態による、モーダルバランシングされたロータの振動データを示すグラフである。 図１９のデータを生成するために使用されたロータの斜視図である。 アンバランスなロータ、従来のバランシングされたロータ、およびモーダルバランシングされたロータの振動データを示すグラフである。 本発明の実施形態による１つ以上のプロセスを実行するために使用され得るコンピュータの線図である。

図１～６は、本発明の一実施形態による、ロータ１０２（例えば、８×１００ｍＬの容量の、固定角ロータ）の例示的な蓋２１２を示している。蓋２１２は、蓋２１２と取り外し可能に係合され得るトライアルウェイト４３３またはバランシングウェイト４３６を選択的に受容するように各々構成された、複数のバランシングアパーチャ４３２を含む。以下により詳細に説明するように、バランシングウェイト４３６は、モーダルバランシング方法によってロータ１０２のバランシングを行うために、蓋２１２上の様々な所定の場所に選択的に位置決めされ得る。

図１は、本発明の一実施形態による例示的な遠心分離機１００を示している。遠心分離機１００は、ハウジング１０１、駆動モータ１０６、ロータ駆動シャフトまたはスピンドル１０４、およびスピンドル１０４上に装着されたロータ１０２を含む。動作中、駆動モータ１０６は、スピンドル１０４に回転を与え、スピンドル１０４は、次に、ロータ１０２に回転トルクを提供して、ロータ１０２を所望の速度で回転させる。

最大１５，０００ＲＰＭ、１５，０００ＲＰＭを超える最大４０，０００ＲＰＭ、４０，０００ＲＰＭを超える最大９０，０００ＲＰＭ、または９０，０００ＲＰＭを超える最大速度で動作する遠心分離機など、使用する遠心分離機１００のタイプに応じて、スピンドル１０４は剛性または可撓性のいずれかであり得る。剛性スピンドル１０４は、低速遠心分離機１００に使用され得る。しかしながら、高速、例えば、５０，０００ＲＰＭ以上で動作する遠心分離機１００の場合、遠心分離中の振動の伝達を低減するために、可撓性スピンドル１０４が使用され得る。加速度計などのセンサ１０８は、遠心分離機１００またはその構成要素に動作可能に結合され、振動を測定するように構成され得る。センサ１０８は、例えば、回転スピンドル１０４を支持するベアリングにおいてモータ１０６に取り付けられ得る。センサ１０８は、ベアリングの可能な限り近くに配置されてもよく、ロータ１０２の回転中のベアリングにおける振動信号の正確な測定値を得るために、好ましくはベアリングと同じ平面に位置付けされ得る。

図２、図３、および図５は、本発明の一実施形態による例示的なロータ１０２を示している。ロータ１０２は、ロータ本体２１０およびロータハブ３２２を含む。ロータハブ３２２は、トルクをスピンドル１０４からロータ本体２１０に伝達するように構成されている。ロータハブ３２２は、チタンなどの金属材料で構成され得、ヘッド部５４８と、ヘッド部５４８から軸方向上向きに延在する細長いシャフト部５４６と、を含む。シャフト部５４６は、ねじ山付き外面５５０、ねじ山付き内面５５２、および内向きの円周面５４４を含む。内向きの円周面５４４は、ロータハブ３２２の一部の長さに沿って半径方向内向きかつ下向きにテーパ状になっていてもよい。ロータハブ３２２は、ロータハブ３２２のシャフト部５４６のねじ山付き外面５５０と動作可能に結合されたハブ保持器３２０によって、ロータ本体２１０に固定され得る。ハブ保持器３２０は、ロータハブ３２２がロータ本体２１０を通して挿入された後、シャフト部５４６のねじ山端上にねじ込まれ得る。

ロータ１０２はまた、ロータ本体２１０の上に横たわるようにロータハブ３２２に取り外し可能に結合された、例示的な蓋２１２を含む。蓋２１２は、概して、円盤状であり、中央ボア５５１と、Ｏリング４３０を受容するための環状周辺溝４２９と、を含む。Ｏリング４３０は、蓋２１２がロータ本体２１０に取り外し可能に結合されている場合、蓋２１２とロータ本体２１０との間に液密シールを提供し得る。蓋２１２は、炭素繊維材料、金属材料、または他の任意の好適な材料で構成され得る。例えば、蓋２１２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。ロータ本体２１０および蓋２１２はまた、指定された基準場所２１３を示すそれぞれのインジケータ（例えば、矢印４３８、４４０）を含み得る。基準場所２１３は、蓋２１２がロータ本体２１０に対して同じ基準場所２１３に並べられ得るように、ロータ本体２１０および蓋２１２上の特定の場所を指定し得る。基準場所２１３は、ロータ本体２１０および蓋２１２の両方上のマーキングまたはインジケータによって識別され得る。基準矢印が図２に示されているが、基準場所２１３は、ロータ本体２１０および蓋２１２をどこに並べるかをユーザに示す任意の好適な手段によって、ロータ本体２１０および蓋２１２上で識別できることが理解されるべきである。

図３、図５、図６、および図８に示すように、蓋２１２は、蓋ねじ２１４によってロータ本体２１０に取り外し可能に結合され得る。例示的な蓋ねじ２１４は、上部フランジ５５４と、ねじ山付き下部外面５５６と、蓋ねじ２１４を通って軸方向に延在する多段ボア５５８と、を含む。蓋ねじ２１４は、蓋ねじ２１４の一部の長さに沿って半径方向内向きかつ下向きにテーパ状になっている外向きの円周面５４２を含み得る。これにより、円周面５４２は、蓋ねじ２１４がロータ本体２１０と係合したときに、ロータハブ３２２の内向きの円周面５４４と向き合うように構成され得る。図示のように、ねじ山付き下部外面５５６は、ハブ３２２のねじ山付き内面５５２によって受容され、かつねじ山付き内面５５２と螺合し得、それにより上部フランジ５５４がワッシャ３１６を蓋２１２に対して押し付ける。保持クリップ３１８は、２つのワッシャ３１６の間に蓋２１２を挟むことによって、蓋ねじ２１４、ワッシャ３１６、および蓋２１２を一緒に保持し得る。蓋ねじ２１４とハブ３２２との係合および保持クリップ３１８と蓋２１２との係合を介して、ロータ本体２１０に結合されるとき、蓋２１２は、複数の管状キャビティ５４０および複数の管状キャビティ５４０内に包有された試料容器の上に横たわり得る。それにより、蓋２１２は、高速回転中など、キャビティ５４０内に保持された試料容器へのアクセスを遮断し得る。上記のロータ装着構成要素の各々は、任意の好適な金属材料または非金属材料で作製されてもよい。

図４は、本発明の一実施形態に従って設置されたトライアルウェイト４３３を備えた、例示的な蓋２１２を示している。蓋２１２は、図５に最もよく示しているように、ロータ本体２１０によって支持され、かつロータ本体２１０の上部の上に横たわるように構成され得る。蓋２１２は、上面４２６、上面４２６とは反対側の底面４２４、および上面４２６と底面４２４との間に延在する外向きの円周方向側壁４２８を含む。円周方向側壁４２８は、蓋２１２の上面４２６の近くから半径方向内向きかつ下向きにテーパ状になっている。円周方向側壁４２８は、蓋２１２の上面４２６に対して約１０°～３０°の範囲のテーパ角でテーパ状になっていてもよい。好ましくは、円周方向側壁４２８は、蓋２１２の上面４２６に対して約１０°のテーパ角でテーパ状になり得る。蓋２１２はまた、蓋２１２の円周方向側壁４２８によって支持されたＯリング４３０を含み得る。蓋２１２はまた、蓋２１２の上面および底面４２６、４２４から延在する環状隆起４３４を含んで、ワッシャ３１６を収容するように構成されたキャビティを画定し得る。

蓋２１２は、蓋２１２上で互いに円周方向に離間した複数のバランシングアパーチャ４３２をさらに含み得る。各バランシングアパーチャ４３２は、ねじ山付き内面を含み、均一な構成であり得る。すなわち、バランシングアパーチャ４３２の各々は、例えば、同じ深さ、断面寸法、またはねじピッチを有し得る。したがって、バランシングアパーチャ４３２の各々は、同じタイプのバランシングウェイト４３６またはトライアルウェイト４３３を螺合受容するように構成され得る。バランシングアパーチャ４３２は、蓋２１２の底面４２４、上面４２６、または両方の面４２４、４２６上に位置付けられ得る。

図４に最もよく示される例示的な実施形態は、蓋２１２の底面４２４上に２４個のバランシングアパーチャ４３２を含む。バランシングアパーチャ４３２は、中央ボア５５１の周りに円周方向に等しい間隔で互いに円周方向に離間している。したがって、バランシングアパーチャ４３２は、バランシングウェイト４３６またはトライアルウェイト４３３を受容するための所定の場所を蓋２１２上に画定する。しかしながら、任意の好適な数のバランシングアパーチャ４３２を任意の好適な間隔で使用してもよい。したがって、蓋２１２の断面寸法は、バランシングアパーチャ４３２にとっての利用可能な表面積に影響を及ぼし得、より多くのバランシングアパーチャ４３２を収容するための追加の表面積を提供するために増加され得る。バランシングアパーチャ４３２の数は、バランシングウェイト４３６またはトライアルウェイト４３３を設置するための選択肢の数と相関し得ることが理解されるべきである。したがって、バランシングアパーチャ４３２の数は、蓋２１２の重心の制御の程度と相関し得、これは、ロータ１０２の安定性に影響を及ぼし得る。図４は、基準場所２１３と称されるバランシングアパーチャ４３２に設置された単一のトライアルウェイト４３３を示している。さらに、蓋２１２内に設置されたバランシングウェイト４３６の数は、補正されるロータ１０２のアンバランスの量に応じて変動し得ることが理解されるべきである。

アンバランスは、ロータ１０２の重心が回転軸と一致しないときはいつでも発生し得る。アンバランスによって生成される力は、次のように特徴付けることができる。
Ｆ_ｉｍｂ＝Ｍ×ε×ω^２
式中、Ｍはロータの質量、εはロータの回転軸（または「偏心」）からの重心の半径方向のオフセット量、（Ｍ×ε）はアンバランス、Ｆ_ｉｍｂはアンバランスから引き起こされる力、ωは回転速度（ｒａｄ／秒）である。回転速度ωは次の式によって与えられる。

式中、Ｎ＝回転速度（ＲＰＭ）である。アンバランスベクトル

は、回転軸から重心を通って外向きに向けられ、したがって、回転軸を中心にロータ１０２と同期して回転する。したがって、ロータ１０２は、バランスベクトル

を生成する１つ以上の位置に、ロータにある量の質量を追加することによってバランシングを行うことができる。すなわち、ロータ１０２の完全なバランシングを行うために、バランスベクトルは、大きさがアンバランスベクトルと等しく、位相が逆である必要がある。

図４～４Ｄによって示される実施形態では、基準場所２１３は、図１～３に記載されている基準場所２１３に対応し得るが、蓋２１２の正反対側（底面４２４）にあることが理解されるべきである。図４Ａおよび図４Ｂは、図３の蓋２１２の底面斜視図を示している。図４Ａは、図４で設置されたトライアルウェイト４３３の基準場所２１３から１２０度（θ）に位置するバランシングアパーチャ４３２内に設置されたトライアルウェイト４３３を示している。図４Ｂは、図４で設置されたトライアルウェイト４３３の場所から時計回り方向に２４０度（２θ）、すなわち図４Ａで設置されたトライアルウェイト４３３の基準場所２１３から時計回り方向に１２０度（θ）に位置するバランシングアパーチャ４３２内に設置されたトライアルウェイト４３３を示している。

図４Ｃおよび図４Ｄは各々、図３の蓋２１２の底面斜視図を示している。図４Ｃは、バランシングアパーチャ４３２内に設置された１つのバランシングウェイト４３６を示し、図４Ｄは、隣接するバランシングアパーチャ４３２内に設置された２つのバランシングウェイト４３６を示している。蓋２１２のバランシングアパーチャ４３２内に設置されたバランシングウェイト４３６の数は、ロータ１０２のアンバランスの量に依存し得る。設置されたバランシングウェイト４３６の数は、１つもないような少ない数から、蓋２１２に存在するバランシングアパーチャ４３２の数と同じくらいの数まで変動し得る。

各バランシングまたはトライアルウェイトは、ねじ山付き外面、近位端、および遠位端を含む止めねじを備え得る。止めねじの近位端と遠位端の間の距離は、ウェイトの長さを画定し得る。アレンレンチなどの工具を受容して、バランシングアパーチャ４３２のうちの１つの内部にウェイトを進めるまたはそこから取り出すのを助けるために、六角ソケットまたは他の好適にキーイングされたボアを近位端に設けてもよい。ウェイトのねじ山付き外面は、蓋２１２に損傷を与えることなく、ウェイトをバランシングアパーチャ４３２のうちのいずれかに挿入したり、またはそこから取り外したりすることを可能にし得る。ウェイト４３３、４３６、およびバランシングアパーチャ４３２は、本明細書では、ウェイトが１つ以上のバランシングアパーチャ４３２と取り外し可能に係合し得るようにねじ山付きとして示しているが、本発明の実施形態はそのように限定されない。したがって、ウェイト４３３、４３６は、任意の好適な手段によって蓋２１２と取り外し可能に係合されてもよい。いくつかの実施形態では、異なるバランシング特性を有するバランシングウェイト４３６を特定のバランシングアパーチャ４３２に選択的に位置決めして、カスタマイズされたバランシングを達成できるように、様々な異なる長さまたは質量を有する複数のバランシングウェイト４３６を供給してもよい。例えば、圧入ダウエルピンなどの他の好適なデバイスも採用されてもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明の実施形態は、図示された例示的なトライアルおよびバランシングウェイトに限定されない。

バランシングウェイト４３６、トライアルウェイト４３３、および対応するバランシングアパーチャ４３２は、図示の蓋２１２およびロータ１０２に関して説明されてきたが、バランシングウェイト４３６、トライアルウェイト４３３、およびバランシングアパーチャ４３２は、任意の好適な蓋に組み込んでもよい。代替の実施形態では、バランシングアパーチャ４３２は、ロータ本体２１０の環状リム４３９の上部環状面４３７内などで、ロータ本体２１０内に含まれ得る。バランシングウェイト４３６、トライアルウェイト４３３、およびバランシングアパーチャ４３２はまた、様々な設計の他の炭素繊維ロータ、または異なる材料で構成されたロータに組み込まれ得る。

図５は、本発明の一実施形態によるロータ１０２の側面断面図を示している。ロータ１０２は、ロータハブ３２２によって画定された回転軸を中心として対称であるロータ本体２１０を含む。試料容器（図示せず）に包有された試料は、回転軸の周りでロータ本体２１０内に位置決めされて、遠心回転され得る。図示のロータ本体２１０は、ロータ本体２１０と同時成形され得るロータインサート５６２を受容するための中央ボア５６０を含む。ロータインサート５６２は、ハブ３２２の少なくともねじ山付きシャフト部５５０に動作可能に係合して、ロータ本体２１０をハブ３２２にしっかりと着座させるように構成されたねじ山付き中央ボア５６４を含む。

ロータ本体２１０は、複数のキャビティ５４０を含み得る。本発明の一実施形態では、複数のキャビティ５４０は、複数の円周方向に間隔を置いた管状キャビティを備え得、各管状キャビティは、試料容器を受容するように構成された開放端を有する。複数のキャビティ５４０の各々は、上部キャビティからロータ本体２１０内に延在し得、回転軸を中心とした遠心回転用の試料容器うちの少なくとも１つを受容するのに好適なサイズおよび形状であり得る。図１～３、図５、図６、および図８に示す例示的なロータ１０２は、各々が１００ｍＬの試料容器を受け入れるサイズである８つのキャビティ５４０を有するが、任意の好適な数のキャビティ５４０が使用されてもよく、キャビティ５４０は、様々なサイズの試料容器にフィットするように構成され得ることが理解されるべきである。本明細書で使用される「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、または円錐形）、四辺形状、正多角形状もしくは変則的多角形状、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、用語「管状」は、図に示される例示的なキャビティ５４０の、概して円形の断面プロファイルに限定されるようには意図されない。

一実施形態では、ロータ本体２１０は、ポリマー複合材料で構成され得る。例えば、ロータ本体２１０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。ロータ本体２１０はまた、様々な他の材料を使用して、かつ様々な他の方法によって形成され得ることが理解されるべきである。例えば、ロータ本体２１０は、不連続な樹脂コーティングされた炭素繊維の小片から、または不連続な炭素繊維の小片と炭素積層体の積み重ねられた層との組み合わせから圧縮成形され得る。

ロータ本体２１０がロータハブ３２２と動作可能に係合している状態で、ハブ保持器３２０は、ハブ３２２に取り外し可能に締結されて、ロータ本体２１０、ロータハブ３２２、およびインサート５６２を互いに対して所定の位置に保持することをさらに容易にし得る。これに関して、ハブ保持器３２０は、ハブ３２２のシャフト部５４６の少なくともねじ山付き外面５５０を受容して、それと螺合するための内側ねじ山付きボア３２６を含み得る。

図６は、図５のロータ１０２の一部の詳細図を示しており、蓋２１２とロータ本体２１０との間の境界面を示している。蓋２１２は、蓋２１２の円周方向側壁４２８の環状周辺溝４２９に着座したＯリング４３０を含み得る。蓋２１２は、蓋２１２が円周方向側壁５３８に寄りかかるように、ロータ本体２１０の内向きの円周方向側壁５３８内にフィットするように構成され得る。好ましくは、蓋２１２は、蓋２１２がロータ本体２１０の円周方向側壁５３８に寄りかかるとき、蓋２１２と円周方向側壁５３８との間に、蓋２１２の取り外しを妨げない摺動接触が存在するように形成され得る。堅固なシールを作成するために、蓋２１２は、前述のように、蓋ねじ２１４によって円周方向側壁５３８に対して下向きに押し付けられ得る。圧縮に応答して、Ｏリング４３０は、それが蓋２１２の円周方向側壁４２８およびロータ本体２１０の円周方向側壁５３８を圧迫するように半径方向に拡張し得、よって、シールを作成する。これにより、蓋２１２は、ロータ本体２１０の上端に近接してしっかりとシールされ得るが、蓋ねじ２１４を緩めて蓋２１２に加えられた下向きの力を解放することによって、容易に取り外し可能である。蓋ねじ２１４によって加えられた力が解放されると、蓋２１２とロータ本体２１０の円周方向側壁５３８との間に摺動接触のみが存在するように、Ｏリング４３０は、ロータ本体２１０の円周方向側壁５３８から離れて後退し得る。次いで、蓋２１２を容易に取り外すことができる。

図６はまた、蓋２１２のバランシングアパーチャ４３２内のバランシングウェイト４３６の向きを示している。図示の実施形態では、バランシングアパーチャ４３２は、蓋２１２の底面４２４上に位置付けられている。したがって、バランシングウェイト４３６は、蓋２１２をロータ本体２１０に固定する前に、蓋２１２のバランシングアパーチャ４３２内に設置されなければならない。蓋２１２にバランシングウェイト４３６またはトライアルウェイト４３３を追加、取り外し、または移動させるために、蓋２１２を取り外さなければならない。図７は、バランシングアパーチャ４３２が蓋２１２の上面４２６に位置付けられている蓋２１２の代替の実施形態を示している。この実施形態では、モーダルバランシングプロセス中に蓋２１２を取り外して交換する必要がない場合がある。

図８は、蓋２１２の上面４２６上にバランシングアパーチャ４３２が位置付けられた状態の、図７の蓋２１２を大きく取り上げた、ロータ１０２の一実施形態の詳細図を示している。詳細図は、蓋２１２とロータ本体２１０との間の境界面、および蓋２１２のバランシングアパーチャ４３２内のバランシングウェイト４３６の向きを示している。

図９は、遠心分離機１００内のロータ１０２のバランシングを行うための例示的なモーダルバランシングプロセス９４５を示すフローチャートを示している。遠心分離機は、特定の臨界速度で定在波パターンをもたらし得る固有高調波共振周波数を有し得る。これらの定在波パターンは、「臨界モード」と称されることがよくある。有利なことに、ロータのアンバランスを最小限に抑えることにより、これらの臨界モードを中断することなく経て、高速での遠心分離機のスムーズな動作を達成することが可能性であり得る。プロセス９４５は、識別された臨界モードで発生するロータ１０２のアンバランスを検出し、蓋２１２上の少なくとも１つの目標場所、および目標場所での追加がロータ１０２の正しいバランシングを助ける、少なくとも１つの対応する目標ウェイト量を識別し得る。図示のプロセス９４５を使用して、図４～８に示す蓋２１２の様々な実施形態のうちのいずれかを含むロータ１０２のバランシングを行ってもよいが、明確にするために、参照は蓋２１２の特定の実施形態に限定され得る。

ブロック９４６において、プロセス９４５は、ロータ１０２がアンバランスとなり得る１つ以上の臨界モードを決定する。次に、プロセス９４５は、ブロック９５６に進み、遠心分離機１００が入るブロック９４６で決定された臨界モードのうちの１つの臨界速度の分数（例えば、３／４すなわち７５％）、例えば、最低臨界速度の分数である試験速度で、遠心分離機１００内のロータ１０２をスピンさせ得る。臨界速度でロータ１０２をスピンさせると、臨界モードにある間に経験されるアンバランスな強さによって遠心分離機１００が損傷する可能性があるため、試験速度は臨界速度よりも遅くてもよい。ロータ１０２をスピンさせる試験速度の許容できる値の範囲があり得る。例えば、ロータ１０２は、臨界速度の７０％～９５％の速度でスピンさせてもよい。例として、ロータ１０２は、臨界速度の７０％または８５％でスピンさせられ得る。

ブロック９５８において、プロセス９４５は、ブロック９５６においてロータ１０２がスピンさせられた試験速度におけるロータ１０２のアンバランスを補正し得る。試験速度で判定されたアンバランスを補正することにより、アンバランスが補正された前よりも高速でロータ１０２をスピンさせることが可能であり得る。

ブロック９８２において、プロセス９４５は、ブロック９４６で決定された別の（例えば、より高い）臨界速度の分数である別の試験速度で、遠心分離機１００内のロータ１０２をスピンさせ得る。前述のように、ロータ１０２は、遠心分離機１００の損傷を回避するために、他の臨界速度よりも遅い、この他の試験速度でスピンさせられ得る。ブロック９８４において、プロセス９４５は、ロータ１０２がブロック９８２においてスピンさせられた他の試験速度でのロータ１０２のアンバランスを補正し得る。

ブロック９８６において、プロセス９４５は、別の臨界速度が利用可能である場合、ブロック９４６で決定されたさらに別の臨界速度（すなわち、前の臨界速度より早い速度）の分数であるさらに別の試験速度でロータ１０２をスピンさせ得る。ブロック９８８において、プロセス９４５は再び、ロータ１０２がブロック９８６においてスピンさせられた試験速度でのロータ１０２のアンバランスを補正し得る。したがって、プロセス９４５は、ロータを臨界速度の分数まで反復してスピンさせ、その速度で発生するアンバランスを補正し、次に、ロータのバランシングを行う別の臨界速度を選択し得る。このプロセスは、所望のレベルのバランスが達成されるまで継続され得る。バランシング実施の数は変動する可能性があることが理解されるべきである（例えば、３回の実施より少なくてもよく、または多くてもよい）。例えば、場合によっては、プロセス９４５は、所望のレベルのバランスを達成するために、１回のバランシング実施のみを実行する必要があり得る。

ブロック９９０において、プロセス９４５は、遠心分離機１００内の目標速度におけるロータ１０２のバランシングを評価することができる。目標速度は、好ましくは、ユーザが典型的に遠心分離機１００を操作することとなる回転速度であり得る。代替の実施形態では、目標速度は、使用されている遠心分離機１００のタイプに依存し得る、遠心分離機１００の最大動作速度であり得る。

図９Ａは、ブロック９４６においてロータシステムの臨界モードを決定するために使用され得る、例示的なサブプロセス９４７を示すフローチャートを示している。ブロック９４８において、サブプロセス９４７は、遠心分離機１００の構成要素、例えば、モータ１０６に外力を加え得る。外力は、所定の振動数帯の振動数を含み得る。外力を加える１つの方法は、モーダルシェーカーによって生成されたチャープ信号またはサインスイープ信号をモータ１０６に動作可能に結合させることであり得る。代替の実施形態では、外力は、計装ハンマーによってモータ１０６に送達される衝撃的負荷荷重によって提供され得る。モータ１０６または所定の振動数帯の振動成分を有する遠心分離機１００の他の構成要素に外力を加える他の方法も使用されてもよい。

ブロック９５０において、サブプロセス９４７は、加えられた外力に対するロータ１０２の振動応答を測定し得る。振動応答は、ロータ１０２が遠心分離機１００内でスピンしている間に、回転スピンドル１０４を支持するモータベアリングにおいて測定され得る。振動応答の測定は、ロータ１０２の選択された回転速度で行われ得る。例えば、振動応答の測定は、遠心分離機１００の典型的なまたは最大動作速度まで、１，０００ＲＰＭの間隔で行われ得る。外力に対するベアリングの振動応答は、センサ１０８によって選択された回転速度の各々で測定され得る。センサ１０８の出力は、ダイナミックシグナルアナライザまたはデジタルデータ記録ソフトウェアを実行するコンピュータなど、出力信号を分析するための好適なデバイスに動作可能に結合され得る。

ブロック９５２において、サブプロセス９４７は、振動応答が記録されたロータ１０２の回転速度および加えられた力の振動数の両方の関数として、ブロック９５０で得られた測定された振動応答データをプロットまたは他の方法で分析し得る。プロットを生成するために使用されるデータは、例えば、モーダルシェーカーを使用して、所定の振動数帯にわたって掃引されるチャープ波または正弦波を介して外力を生成することによって得られ得る。プロットは、一般にキャンベル線図と称される、回転速度と励起振動数との関数として実験的に測定されたロータの振動応答のウォーターフォールプロットであり得る。キャンベル線図は、典型的には、各々がロータ１０２の回転速度に対応し、その回転速度で検出された振動の振動数のパワースペクトルを示す複数のスライスを含む。各スライスには、その回転速度でのロータの固有振動数に対応するピークが含まれ得る。回転速度が臨界モードに近づくにつれ、固有振動数での振動の強度が増加し得る。

ブロック９５４において、サブプロセス９４７は、キャンベル線図に基づいて、ロータ１０２の１つ以上の臨界回転振動数（すなわち、臨界速度）を識別し得る。本発明の例示的な実施形態では、臨界速度は、５，０００、３７，０００、および５５，０００ＲＰＭで発生し得る。ロータ１０２の固有振動数から、ロータ１０２の臨界モードは、コンピュータ分析によって識別され得る。ロータ１０２の臨界モードは、ベアリングでの振動が最も激しい回転速度で発生し得る。ロータ１０２のアンバランスが最大になり得るのは、これらの回転速度である。したがって、これらの回転速度は、ロータ１０２がさらにバランシングが行われる必要があることとなる回転速度である。ロータ１０２のバランスを補正する必要がある速度についての知識をもって、プロセス９４５は、バランシングウェイト４３６をどこに配置するかの決定に進み得る。

図９Ｂは、臨界速度の分数、例えば、５，０００、３７，０００、または５５，０００ＲＰＭの分数で、プロセス９４５のブロック９５８、９８４、および９８８でのロータのアンバランスを補正するために使用され得る、例示的なアンバランス補正サブプロセス９６３を示すフローチャートを示す。サブプロセス９６３を使用して、後続の臨界速度（例えば、３７，０００、５５，０００）でロータのアンバランスを補正するたびに、補正措置は、以下で詳細に説明するように、初期または前の臨界速度（例えば、５，０００ＲＰＭ）について判定された結果と少なくとも１つの詳細において異なる場合がある。

ブロック９６０において、サブプロセス９６３は、ロータ１０２を初期臨界速度の分数である初期試験速度でスピンさせ得る。有利なことに、初期臨界速度の分数である試験速度を使用することにより、サブプロセス９６３は、臨界モードでの動作を経験する可能性のあるアンバランスのレベルの強さによる遠心分離機１００の損傷を回避し得る。

ブロック９６２において、サブプロセス９６３は、ロータ１０２が初期試験速度でスピンしている間に経験したロータ１０２のアンバランスを測定かつ記録し得る。ロータ１０２のアンバランスは、例えば、センサ１０８によって測定され得る。この目的のために、サブプロセス９６３は、測定された振動応答のパワースペクトル図の二乗平均平方根（「ＲＭＳ」）値を決定し得る。パワースペクトル図のＲＭＳ値が記録され得、ロータのアンバランスを判定するための好ましい測定パラメータとなり得る。

サブプロセス９６３のブロック９６４において、既知の質量を有するトライアルウェイト４３３が、蓋２１２上の基準場所２１３のバランシングアパーチャ４３２内に設置され得る。好ましくは、トライアルウェイト４３３は、ロータ１０２のバランシングを行うために使用されるバランシングウェイト４３６と質量が類似し得る。基準場所２１３は、蓋２１２のリムの周りに円周方向に位置するバランシングアパーチャ４３２のうちのいずれかの場所が可能である。基準場所２１３が選択されると、同じ基準場所２１３が使用されるべきであり、バランシングプロセスの残りの間、蓋２１２は、ロータ本体２１０に対して一貫した円周方向位置に維持されるべきである。

ブロック９６６において、サブプロセス９６３は、トライアルウェイト４３３が所定の位置にある状態で、初期臨界速度の分数でロータ１０２を再びスピンさせる。ロータ１０２が速度に達すると、サブプロセス９６３はブロック９６８に進み、この速度でスピンしている間のロータ１０２のアンバランスを再び測定し、記録する。次に、サブプロセス９６３は、測定された振動応答のパワースペクトルのＲＭＳ値を決定し、記録することができる。

サブプロセス９６３のブロック９７０において、トライアルウェイト４３３は、基準場所２１３から別のバランシングアパーチャ４３２に移動され得る。一実施形態では、トライアルウェイトは、蓋２１２上の前の場所から時計回り方向に１２０度オフセットされたバランシングアパーチャに移動され得る。トライアルウェイトを１２０度移動させることにより、サブプロセス９６３は、３回の実施でロータのアンバランスを補正することが可能になり得る。代替の実施形態では、トライアルウェイト４３３は、毎回時計回り方向に６０°移動され得、その場合、サブプロセス９６３は、６回の実施を実行する必要があり得る。さらに別の実施形態では、トライアルウェイト４３３は、毎回時計回り方向に９０度移動され得、その場合、サブプロセス９６３は、４回の実施を含み得る。トライアルウェイト４３３をより小さな増分で移動させ、より多くの実施を実行するサブプロセス９６３の実施形態は、選択されたバランシングウェイト４３６をどこに置くかを決定するためのより多くのデータを有し得る。しかしながら、１２０度の半径方向変位を伴う３回の測定は、通常、選択されたバランシングウェイト４３６の位置決めおよび質量を決定するのに十分であると判断されている。

トライアルウェイト４３３が移動されたことに応答して、サブプロセス９６３は、ブロック９７２に進み、臨界速度の分数でロータ１０２をスピンさせ得る。ロータ１０２が速度に達すると、サブプロセス９６３は、ブロック９７４に進み、ロータ１０２のアンバランスを測定かつ記録し、振動のパワースペクトル成分のＲＭＳ値を決定して、ＲＭＳ値を記録し得る。

サブプロセス９６３は、ブロック９７０に戻り、トライアルウェイトが蓋２１２内の複数の位置の各々に配置されるまで、トライアルウェイト４３３の移動、ロータ１０２のスピン、ならびにアンバランスデータの測定および記録を反復して繰り返し得る。１２０度の増分オフセット角度の場合、トライアルウェイト４３３が、蓋２１２上の前のトライアルウェイト４３３の場所からさらに１２０度、すなわち、元の基準場所２１３から２４０°移動するように、１つの追加の実施が実行され得る。各実施は、追加のアンバランスデータポイントを提供する。蓋２１２上の３つの場所に設置されているトライアルウェイト４３３からのアンバランスデータとともに、トライアルウェイト４３３がない蓋２１２の初期アンバランス情報は、ロータ１０２の固有のアンバランスに対抗するために、バランシングウェイト４３６を蓋２１２上のどこに設置すべきか、およびバランシングウェイト４３６がどのくらいの質量を有するべきかを決定するために必要な情報をユーザに提供し得る。増分オフセット角度θは、３６０度がオフセット角度θの整数倍になるように選択され得る。つまり、増分オフセット角度θ＝３６０／ｎであり、式中、ｎは１より大きい整数である。

十分なアンバランスデータが収集されると、サブプロセス９６３は、ブロック９７６に進み、バランシングウェイト４３６を蓋２１２上のどこに設置すべきか、およびそのバランシングウェイト４３６がどのくらいの質量を有するべきかを決定するために、連立方程式を解き得る。解かれる連立方程式は、一実施形態では、以下の３つの方程式を含み得る。

式中、αは、バランシングウェイト４３６をトライアルウェイト４３３で割った比率である影響係数として定義され、Ｕ＝ε・Ｍは、アンバランスとして定義され、εは、回転の中心線からの質量の偏心であり、Ｍは、ロータ１０２の質量である。ロータ１０２のアンバランスは、大きさおよび位相を有するベクトルとして表すことができる。ベクトル形式では、ロータ１０２のアンバランスは次のように記述することができる。

例えば、ロータ１０２の初期アンバランスの値は、上記の方程式を利用して、

のようにベクトル形式で表すことができる。方程式で示すように、アンバランスベクトル

は、その成分－アンバランスの大きさ、｜Ａ_０｜、および選択された基準場所２１３に対するアンバランスの位相、

に分解することができる。トライアルウェイト４３３がロータ１０２に導入される各インスタンスのアンバランスの値についても同じことが行われ得る。しかしながら、トライアルウェイト４３３がロータ１０２に導入される各インスタンスについて、指定された場所にトライアルウェイト４３３を追加することによってロータ１０２に追加されるアンバランスの追加の「量」を決定するために、ロータ１０２自体に固有の初期アンバランスの値が差し引かれ得る。アンバランスベクトルの各々を方程式４の形式で（すなわち、大きさおよび方向に関して）記述し、方程式１～３に示すような連立方程式を解くことにより、必要なバランシングウェイト４３６の半径（Ｒ）および位相（Φ）を決定できる。決定された半径（Ｒ）から、次の方程式を使用して、バランシングウェイト４３６に必要なウェイトを決定できる。

式中、Ｗ_ｃは、バランシングウェイト４３６の質量であり、Ｔ_ｗは、ロータ１０２の試験に使用されるトライアルウェイト４３３の質量である。上で決定された位相（Φ）は、バランシングウェイト４３６が設置されることになる選択された基準場所２１３に対する角度を表す。補正ウェイトの質量Ｗ_ｃは、特定のモードでロータ１０２のバランシングを行うために設置されるバランシングウェイト４３６がどれだけ重くなければならないかを表す。

例として、ロータ１０２のアンバランスを測定および記録している間に、サブプロセス９６３によって以下の測定が行われたと仮定する。
Ａ_０＝０．２２５
Ａ_１＝０．３５７
Ａ_２＝０．１８４
Ａ_３＝０．３９５
Ｔ_Ｗ＝１．０１グラム
これらの測定量を上で提供された方程式に挿入すると、以下が得られる。
｜Ｒ｜＝０．１７８

半径（Ｒ）の決定された値を取得し、それを上で提供された方程式に代入すると、以下が得られる。
Ｗ_ｃ＝１．４４グラム
したがって、特定の選択された臨界モードでロータ１０２のバランシングを行うのに必要なバランシングウェイト４３６は、１，４４グラムの重さであり、前に選択された基準場所２１３から１０９．５７°にあるバランシングアパーチャに配置されるべきである。

再び図９Ｂを参照すると、サブプロセス９６３のブロック９７８において、識別されたバランシングウェイト４３６は、モーダルバランシングプロセスによって決定された指定された場所に設置され得る。次に、目標場所に対応する好適なバランシングアパーチャ４３２、およびモーダルバランシング方法によって決定された目標ウェイト量に比較的近いウェイトを有する、バランシングウェイト４３６が選択され得る。一般に、ユーザは、適切な質量のバランシングウェイト４３６を取得し、それを指定された場所に対応するバランシングアパーチャ４３２内に設置し得る。上記の例に戻ると、使用されている蓋２１２が、基準場所２１３から１０９．５７°に位置するバランシングアパーチャ４３２を有する場合、ユーザは、その特定のバランシングアパーチャ４３２に適切な質量のバランシングウェイト４３６を単に設置し得る。

蓋２１２が、モーダルバランシング方法によって決定された場所に特に位置するバランシングアパーチャ４３２を有さない場合、ベクトル計算を使用して、バランシングウェイト４３６を配置するおおよその場所を決定し得る。複数のバランシングウェイト４３６の結果として生じるバランスベクトルは、指定された場所での単一のバランシングウェイト４３６のバランスベクトルと同等であり得る。上記の例に戻って参照すると、蓋２１２が基準場所２１３から１０９．５７度のバランシングアパーチャ４３２を有さない場合、ベクトル計算を使用して、１０９．５７°のマークの近くの場所、例として、目標場所に最も近い２つのバランシングアパーチャ４３２に必要なバランシングウェイト４３６の質量を決定することができる。（図４に示すように）蓋２１２のリムの周りに円周方向に互いに１５度間隔を置いた２４個のバランシングアパーチャ４３２を有する蓋２１２の場合、選択されたバランシングアパーチャ４３２は、１０５度および１２０度に位置し得、これらは、１０９．５７度のマークがあるいずれかの側のバランシングアパーチャ４３２である。バランシングウェイト４３６を１０５度のバランシングアパーチャ４３２および１２０°のバランシングアパーチャ４３２に配置することから生じるベクトルを計算することができる。この例では、基準場所２１３から時計回りに１０５度のバランシングアパーチャ４３２に位置する重量１．０１グラムの１つのバランシングウェイト４３６、および基準場所２１３から時計回りに１２０°のバランシングアパーチャ４３２に位置する重量０．４４グラムの１つのバランシングウェイト４３６から結果として生じるベクトルはそれぞれ、基準場所２１３から１０９．５７度に位置する１．４４グラムのバランシングウェイト４３６のベクトルと同等のベクトルを提供する。本発明の特定の実施形態では、最適なバランスベクトルを提供するために計算された質量に近い所定の質量を有するバランシングウェイト４３６が選択され得る。例えば、上記の場合、１．００グラムおよび０．５０グラムの質量を有するウェイトは、０．２５グラムの増分で所定の質量を有する一組のバランシングウェイトから選択することが可能である。いずれにせよ、決定された補正ウェイトＷ_ｃ、および位相Φに等しい結果として生じるベクトルを計算するこの方法は、一般化され、バランシングウェイト４３６の適切な数、質量、および場所を決定するために使用することができる。

ブロック９８０において、サブプロセス９６３は、バランシングが十分であるかどうかを判定するために、適切なバランシングアパーチャ４３２内に設置されたバランシングウェイト４３６を用いてロータ１０２を試験し得る。この目的のために、ロータ１０２は、前に決定された臨界速度の分数までスピンされ、振動応答が測定され、振動応答のパワースペクトル成分のＲＭＳ値が決定および記録され得る。このＲＭＳ値は、サブプロセス９６３を開始する前のロータ１０２のアンバランスのＲＭＳ値と比較することができる。バランシングが正しく実行された場合、バランシング後のアンバランスのＲＭＳ値は、モーダルバランシング前のアンバランスのＲＭＳ値よりも小さくなるはずである。さらに、バランシング後のアンバランスは、遠心分離機１００の動作の許容公差内に収まらなければならない。

再び図９を参照すると、ロータ１０２を使用するための目標速度が初期臨界速度よりも大きい場合、プロセス９４５は、ブロック９８２に進み、ロータ１０２を別の臨界速度（例えば、次に増分的に高い）の分数までスピンさせ得る。ブロック９８４において、プロセス９４５は、サブプロセス９６３に関して上記のようにアンバランスを補正し得るが、ロータ１０２の蓋１１２に前に追加された（図４Ｃに示すような）バランシングウェイト４３６または（図４Ｄに示すような）複数のバランシングウェイト４３６は、モーダルバランシングプロセス中に示されたバランシングアパーチャ４３２内に留まっていることを除く。

したがって、サブプロセス９６３のブロック９６４において、トライアルウェイト４３３は、蓋２１２が実質上図４Ｃまたは図４Ｄに示すように設置されたバランシングウェイト４３３を有している状態で、蓋２１２の基準場所２１３に設置され得る。ブロック９６６において、サブプロセス９６３は、次の（例えば、より高い）臨界速度の分数でロータ１０２をスピンさせ得る。ブロック９７０において、トライアルウェイト４３３は、増分オフセット角度θだけ時計回りに、例えば、図４Ａに示す位置に対して１２０度移動され得る。アンバランス補正サブプロセス９６３のこの反復の間、前のモーダルバランシングプロセスからのバランシングウェイト４３６または複数のウェイト４３６は所定の位置に留まっている。次に、サブプロセス９６３は、ブロック９７２に進み、現在選択されている臨界速度の分数でロータ１０２を再びスピンさせ得る。これにより、サブプロセス９６３は、初期臨界速度に関して上記のようにバランシングプロセスを繰り返し得るが、現在選択されている臨界速度において、前のバランシング実施からのバランシングウェイト４３６または複数のウェイト４３６はまだ所定の位置にある。次に、初期モーダルバランシングについての図４Ｃに関して上述された、測定されたアンバランスを補正するために必要な位置およびウェイトの分析が、現在のモーダルバランシングに対して繰り返され得る。

主な焦点が第２の臨界速度またはそれに近いモーダルバランシングにある場合、サブプロセス９６３はブロック９７８に進み、識別されたバランシングウェイト４３６の全量が識別された位置（または複数の位置）に設置され得る。次に、サブプロセス９６３は、ブロック９８０に進み、初期臨界速度またはその近くで起こり得るアンバランスの量を推定および試験し得る。試験は、初期臨界速度およびその後の臨界速度の両方の定義された分数で試験バランシングを実行することを含み得る。初期臨界速度またはその近くにおいてアンバランスの量が過剰になった場合、バランシングウェイト４３６の質量を減らし、両方の臨界速度でバランスを再試験して、アンバランスが各回転速度に対して許容レベルにあるかどうかを判定し得る。

再び図９を参照すると、ロータ１０２の所望の動作範囲内に１つ以上のより高い臨界速度がある場合、モーダルバランシングプロセス９４５は、ブロック９８８に進み、上記のようにアンバランス補正サブプロセス９６３を繰り返し得るが、アンバランス補正サブプロセス９６３の前の反復の各々からのバランシングウェイト４３６が所定の位置にある状態である。したがって、アンバランスを補正するプロセスは、回転速度の所望の動作範囲にわたって遠心分離機の動作を最適化するような方法で、ロータ１０２のバランスが取れるまで、１つ以上の臨界モードに対して実行され得る。

アンバランス補正サブプロセス９６３の先行する反復からのバランシングウェイト４３６を所定の位置に残しながら、追加のバランシングウェイト４３６がモーダルバランシングプロセス９４５の間に追加されるという、前述の説明の言及が存在する。しかしながら、前に設置されたバランシングウェイト４３６を取り外した後、より少ない数のバランシングウェイト４３６を使用して同等のバランスベクトルを計算し、次に実行することによって同じ結果が達成され得ることを理解すべきである。

図９Ｃは、ブロック９９０におけるモーダルバランシングプロセス９４５によって実行され得るバランス評価サブプロセス９９１のフローチャートを示している。バランス評価サブプロセス９９１を使用して、目標速度でのロータ１０２のバランシングを評価し得る。ブロック９９２において、サブプロセス９９１は、遠心分離機１００に、目標速度でロータ１０２をスピンさせ得る。目標速度は、ユーザが遠心分離機１００を操作しようとする回転速度であり得る。あるいは、目標速度は、遠心分離機１００の最大動作速度であり得る。遠心分離機１００の最大速度は、使用されている遠心分離機１００のタイプ、およびロータ１０２がどれだけうまくバランスが取れているかに依存し得る。

ブロック９９４において、サブプロセス９９１は、ロータ１０２が上記のように遠心分離機１００内で目標速度でスピンさせられたときに経験するロータ１０２のアンバランスを測定かつ記録し得る。次に、サブプロセス９９１は、ブロック９９６に進み、目標速度で記録されたアンバランスを、バランシング後の初期臨界速度について記録されたアンバランスと比較し得る。この目的のために、目標速度でのアンバランスのＲＭＳ値は、その速度でロータ１０２のバランシングを行った後の初期臨界速度の分数でのアンバランスのＲＭＳ値と比較され得る。

ブロック９９８において、サブプロセス９９１は、バランシングのレベルが適切であるかどうかを判定し得る。例えば、目標速度でのアンバランスのＲＭＳ値が、その速度でロータ１０２のバランシングを行った直後の初期臨界速度の分数でのアンバランスのＲＭＳ値とほぼ等しい場合、バランシングは適切に実行されたと見なされ得る。これは、アンバランス補正サブプロセス９６３のさらなる反復の前である。ほぼ等しいＲＭＳ値は、後続の臨界速度でのロータ１０２のバランシングが、前の臨界速度でのロータ１０２のバランシングに干渉しなかったことを実証し得る。言い換えれば、後続の臨界速度でのロータ１０２のバランシングは、初期臨界速度で前に実行されたバランシングを狂わせることはなかった。さらに、ロータ１０２のバランシング後のアンバランスは、遠心分離機１００の動作の許容公差内に収まらなければならない。

続いて、ロータ１０２は、例えば、ロータ１０２の新たなアンバランスを検出し、かつ１つ以上のバランシングウェイト４３６をそれぞれのバランシングアパーチャ４３２から螺合を解除するか、取り外したバランシングウェイト４３６を異なるバランシングアパーチャ４３２に再位置付けするか、１つ以上の異なるバランシングウェイト４３６を１つ以上の異なるバランシングアパーチャ４３２に螺合させるか、または取り外したバランシングウェイト４３６を、異なる長さもしくは質量を有する１つ以上のバランシングウェイト４３６に置き換えるかによって、リバランシングが行われ得る。バランシングウェイト４３６およびバランシングアパーチャ４３２の使用により、ロータ本体２１０に穴を繰り返し開ける必要性、または、このような開けられた穴がリバランシング中に使用されなくなったときに塞ぐ必要性を解消し得る。

図１０～１８は、本発明の別の例示的な実施形態による例示的なロータ１０１０（例えば、１２×１．５ｍＬの固定角ロータ）を示している。ロータ１０１０は、ロータ本体１０１２、補強材１０１４、バランスリング１０１６、蓋１０１８、駆動ハブ１０２０、および蓋ねじ１０２２を含む。ロータ１０１０は、回転軸１０２４を有し、遠心分離機で使用されるときにロータ１０１０がそれを中心に回転するように構成されており、ロータ１０１０の構成要素がそれの周りに同心円状に配列されている。

ロータ本体１０１２は、炭素繊維複合材料または他の好適な軽量かつ剛性の材料から作製され得、上部面１０２６、下部面１０２８、円周方向側壁１０３０、ならびに上部面および下部面１０２６、１０２８を通過する細長いボア１０３２を含む。細長いボア１０３２は、回転軸１０２４と軸方向に整列され得、ロータ本体１０１２の上部面１０２６の上部窪み１０３４および下部面１０２８の下部ボア開口１０３６と交差する。以下でより詳細に説明するように、下部ボア開口１０３６は、駆動ハブ１０２０に対するロータ本体１０１２の回転を防ぐために、駆動ハブ１０２０にキーイングされた水平断面形状を有し得る。

ロータ本体１０１２の上部面１０２６は、環状面１０３８、環状面１０３８に対して軸方向下向きに凹んだ中央面１０４０、および環状溝１０４２を含み得る。環状溝１０４２は、環状面１０３８の外周１０４４および円周方向側壁１０３０の上縁１０４６を画定し得る。環状溝１０４２は、重なり合って肩部１０５２を画定する上部ラベット１０４８および下部ラベット１０５０によって画定され得る。中央面１０４０は、連結面１０５４によって環状面１０３８に連結され得る。連結面１０５４は、中央面１０４０の外周から環状面１０３８の内周まで軸方向上向きおよび半径方向外向きに延在し得る。連結面１０５４は、それが軸方向上向きおよび半径方向内向きに面するように向けられ得、下部１０５６および上部１０５８を含み得る。連結面１０５４の上部１０５８は、連結面１０５４に垂直な方向に下部１０５６より上に高くされ得る。

ロータ本体１０１２は、連結面１０５４の下部１０５６からロータ本体１０１２内に軸方向下向きおよび半径方向外向きに各々延在する複数のキャビティ１０６０（例えば、１２個のキャビティ）をさらに含み得る。本発明の一実施形態では、複数のキャビティ１０６０は、円周方向に間隔を置いた複数の管状キャビティを備え得、各管状キャビティは、試料容器を受容するように構成された開放端を有する。各キャビティ１０６０は、連結面１０５４に垂直な中心軸を有し得、試料容器１０６２を受容するのに好適なサイズおよび形状であり得る。各キャビティ１０６０は、そのそれぞれの試料容器１０６２を、遠心分離に適した位置および向きで、例えば、回転軸１０２４に対して４５度の角度で保持するように構成され得る。

各試料容器１０６２は、ある量の試料懸濁液（例えば、１．５ｍｌ）を保持するように構成され得、閉位置に押し込まれたときに試料容器１０６２をシールするキャップ１０６４を含む。キャップ１０６４は、試料容器１０６２の開放を容易にするように構成されたタブ１０６６を含み得る。キャビティ１０６０、試料容器１０６２、およびキャップ１０６４は、試料容器１０６２がそのそれぞれのキャビティ１０６０内に完全に挿入されたときに、タブ１０６６が連結面１０５４の上部１０５８によって支持されるように構成され得る。キャビティ１０６０の上部分はまた、キャップ１０６４の円筒形スカートを受け入れるように構成された座ぐり１０６７を含み得る。有利なことに、座ぐり１０６７および蓋１０１８の底面からのキャップ１０６４の上面への圧力は、遠心分離によって生成される高いｇ力下でのキャップ１０６４の変形を防ぐのに十分な支持を提供し得る。それによって、これらの特徴は、キャップ１０６４と試料容器１０６２の本体との間のシールが損なわれること、または試料容器１０６２自体への損傷を防ぎ得る。

補強材１０１４は、ロータ本体１０１２の円周方向側壁１０３０の周囲かつ上方に延在する１つ以上のヘリカル巻線を含み得る。補強材１０１４の内面１０６８は、ロータ本体１０１２の環状溝１０４２と協調して動作して、バランスリング１０１６が位置決めされるチャネル１０７０を画定し得る。補強材１０１４は、フィラメントワインディングプロセス、およびそれに続くエポキシコーティングされた炭素繊維などの好適な材料を使用する圧縮成形プロセスによって、形成され得る。例えば、補強材１０１４は、樹脂コーティングされた炭素繊維積層材料の層を配置するか、または炭素繊維の１つ以上のストランドを円周方向側壁１０３０の外向きの面に巻き付けた後、ロータ本体１０１２およびバランスリング１０１６上に圧縮成形され得る。

補強材１０１４が軸方向に移動するのを防ぐために、円周方向側壁１０３０は、円周方向側壁１０３０中に円周方向の窪み１０７２を画定する内向きテーパを含み得る。補強材１０１４の内面１０６８は、補強材１０１４がロータ本体１０１２に対する軸方向の動きに抵抗するように、円周方向の窪み１０７２に適合し得る。補強材１０１４は、ロータ１０１０にかけられる遠心力の大部分に耐えるように構成され得る。フィラメントワインディングプロセスを使用して遠心ロータの補強材を形成する方法は、２０１２年１２月４日に発行された米国特許第８，３２３，１６９号によって詳細に説明されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。

バランスリング１０１６は、長方形の断面を有する本体１０７４およびフランジ１０７６を含み得る。図１５によって最もよく示されるように、フランジ１０７６は、バランスリング１０１６の本体１０７４の上部から半径方向内向きに突出し得、ロータ本体１０１２の肩部１０５２と係合するように構成され得る。本発明の一実施形態では、バランスリング１０１６は、補強材１０１４の内面１０６８の直径に等しいか、またはそれよりもわずかに大きい外径を有し得る。この実施形態では、バランスリング１０１６は、バランスリング１０１６がその外径が補強材１０１４の内面１０６８の直径を下回るように十分に収縮するように、バランスリング１０１６を周囲温度よりも低い温度に冷却することによって、ロータ１０１０に動作可能に結合され得る。次に、バランスリング１０１６はチャネル１０７０に配置され、周囲温度まで暖め戻されることが可能になり得る。それが温まると、バランスリング１０１６は、それが所定の位置に堅く保持されるように、バランスリング１０１６が補強材１０１４の内面１０６８を圧迫するまで膨張し得る。本発明の代替の実施形態では、バランスリング１０１６は、それを環状溝１０４２上に配置する前にそれが膨張するように加熱され、それが焼きばめによってロータ本体１０１２に保持されるように、所定の位置において冷却され得る。この場合、バランスリング１０１６は、補強材１０１４を形成する前に、ロータ本体１０１２の環状溝１０４２に配置され得る。いずれの場合も、補強材１０１４は、バランスリング１０１６を所定の位置に保持し得る。接着剤もまた使用して、バランスリング１０１６をロータ本体１０１２の環状溝１０４２に動作可能に結合してもよい。

バランスリング１０１６は、各々がバランシングウェイト１０８０を受容するように構成された複数のバランシングアパーチャ１０７８を含み得る。１つ以上のバランシングウェイト１０８０が、ロータ１０１０のバランスを取るために、バランスリング１０１６のバランシングアパーチャ１０７８のうちの１つ以上内に選択的に位置決めされ得る。本発明の一実施形態では、各バランシングウェイト１０８０は、ねじ山付きシャンク１０８２およびヘッド１０８４を含み得る。各バランシングアパーチャ１０７８は、バランシングウェイト１０８０のねじ山付きシャンク１０８２を受容するように構成されたねじ山付きボア１０８６、およびバランシングウェイト１０８０のヘッド１０８４を受容するように構成されたレセプタクル１０８８（例えば、皿穴、または座ぐりなど）を含み得る。これにより、レセプタクル１０８８は、バランシングウェイト１０８０がバランシングアパーチャ１０７８内に完全に挿入されたときに、バランシングウェイト１０８０の上部がバランスリング１０１６の上面１０９０と同一平面になるか、またはその下に凹むことを可能にし得る。

バランスリング１０１６は、バランスリング１０１６のバランシングアパーチャ１０７８がキャビティに対して対称に位置決めされるように、ロータ本体１０１２に対して回転軸１０２４を中心として角度がついた状態で位置決めされ得る。この対称性により、ロータ本体１０１２のそれぞれのキャビティ１０６０に最も近い２つのバランシングアパーチャ１０７８の各々が、回転軸１０２４から半径方向外向きに延在してキャビティ１０６０の中心軸を通過する線から、等距離であり、かつその両側にある。バランスリング１０１６のこの角度に関する位置決めは、ロータ本体１０１２の各キャビティ１０６０が、キャビティ１０６０に最も近いバランスリング１０１６の２つのバランシングアパーチャ１０７８の間で角度がついた状態で中心に置かれ、ロータ本体１０１２のキャビティ１０６０とバランスリング１０１６のバランシングアパーチャ１０７８との間の位置対称性を確実にするような向きを有するリングを提供し得る。

バランスリング１０１６は、アルミニウムまたは任意の他の好適な軽量剛性材料から作製され得る。１つ以上のバランシングウェイト１０８０が、ロータ１０１０のアンバランスをオフセットするために、それぞれのバランシングアパーチャ１０７８に選択的に配置され得る。例えば、バランシングウェイト１０８０を追加して、ロータ１０１０の重心を回転軸１０２４と整列させるか（すなわち、静的バランスを達成するために）、ロータの慣性モーメントの主軸を回転軸１０２４と一直線にさせるか（すなわち、動的バランス）、またはロータ１０１０が静的および動的の両方でバランスが取れるようにし得る。図９～９Ｃに関して上記で説明したように、モーダルバランシングプロセス中に、バランシングウェイト１０８０をバランスリング１０１６に追加してもよい。

ロータ１０１０の蓋１０１８は、環状壁部１０９２、中央壁部１０９３、および円錐壁部１０９４を含み得、炭素繊維複合材料、アルミニウム、または任意の他の好適な剛性低質量材料から作製され得る。蓋１０１８の円錐壁部１０９４は、環状壁部１０９２の内縁１０９５を中央壁部１０９３の外縁１０９６に連結し得る。円錐壁部１０９４は、環状壁部１０９２が中央壁部１０９３から軸方向にオフセットされ、それに平行になるように、鈍角で蓋１０１８の中央壁および環状壁部１０９２、１０９３の各々に接合され得る。結果として生じる蓋１０１８の形状は、一般に、ロータ本体１０１２の上部面１０２６の形状に一致し得る。

蓋１０１８の環状壁部１０９２は、弾性部材１１０２、例えば、Ｏリングを受容するように構成された環状溝１１００を有する下部面１０９８を含み得る。弾性部材１１０２は、任意の好適な材料（例えば、シリコーン）で作製することができ、蓋１０１８がロータ１０１０に動作可能に結合されるときに、バランスリング１０１６の上面１０９０と係合するように構成され得る。

蓋１０１８の中央壁部１０９３は、上部面１１０４、中央ボア１１０６、および上部面１１０４から軸方向上向きに突出する蓋持ち上げハンドル１１０８を含み得る。中央ボア１１０６は、ボアが駆動ハブ１０２０によって軸方向に整列されるように、ロータ本体１０１２の細長いボア１０３２と同じ直径を有し得る。蓋持ち上げハンドル１１０８は、その下端で蓋１０１８に接合され、かつ内面１１１０を有する円筒形壁１１０９、および蓋１０１８の中央壁部１０９３から離れた円筒形壁１１０９の自由端で、蓋持ち上げハンドル１１０８の上部から半径方向外向きに突出するフランジ１１１２を含み得る。蓋持ち上げハンドル１１０８のフランジ１１１２は、ロータ１０１０を把持するための把持部を提供し得る。この把持部は、この機能を欠くロータと比較して、遠心分離機へのロータ１０１０の設置および遠心分離機からのロータ１０１０の取り外しの使い勝手を改善し得る。円筒形壁１１０９の内面１１１０は、上部面１１０４に近接または隣接するネック１１１４を含み得る。ネック１１１４は、内面１１１０の主要部分の直径ｄ_２よりも小さい直径ｄ_１を有し得る。内面１１１０の主要部分は、ベベル１１１６によってネック１１１４に接合され得る。

駆動ハブ１０２０は、シャフト１１２０、シャフト１１２０の底部から半径方向外向きに突出するフランジ１１２２、およびシャフト１１２０の底端内に軸方向に延在する中心ボア１１２４を含み得る。駆動ハブ１０２０の中心ボア１１２４は、ロータ１０１０の回転軸１０２４と軸方向に整列され、底面１１３０を含み、遠心分離機のスピンドルを受容するように構成され得る（図示せず）。シャフト１１２０の上部１１２６は、蓋ねじ１０２２を受容するように構成され得る。この目的のために、シャフト１１２０の上部１１２６は、蓋ねじ１０２２と螺合するように構成されたねじ山付き外面１１２８を含み得る。

ねじ山付き外面１１２８に隣接し、ねじ山付き外面１１２８の下にあるシャフト１１２０の部分は、ねじ山の逃げを提供するために小さい半径を有し得る（例えば、アンダーカット）。このねじ山の逃げは、蓋ねじ１０２２が駆動ハブ１０２０と螺合されるときに、シャフト１１２０からの干渉なしに、フランジ１１４６の下部面１１４８が蓋ねじ１０１８の中央壁部１０９３の上部面１１０４と係合することを確実にし得る。シャフト１１２０の上部１１２６は、その上部に突出端１１２９を含み得る。突出端１１２９は、ねじ山付き外面１１２８の短径とほぼ同じ直径を有し得、ねじ山付き外面１１２８のねじ山を超えて１．５から２．５ねじ幅の距離を延ばすことができる。駆動ハブ１０２０は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工、または任意の他の好適なプロセスを使用して、金属の固体ビレットから製造され得る。

駆動ハブ１０２０がスピンドルに対して回転するのを防ぐために、１つ以上の駆動ピン１１３２が、中心ボア１１２４の底面１１３０から軸方向下向きに延在し得る。各駆動ピン１１３２は、遠心分離機のスピンドルのそれぞれのレセプタクルと係合するように構成され得る。各駆動ピン１１３２は、中心ボア１１２４の底面１１３０内に軸方向に延在するそれぞれのボア１１３６内に挿入されたロッド１１３４を備え得る。各ボア１１３６は、中心ボア１１２４の中心軸から半径方向にオフセットされ得、その結果、駆動ピン１１３２は、駆動ピン１１３２がない場合にスピンドルと駆動ハブ１０２０との間に滑りを引き起こすのに十分なトルクをロータ１０１０に加えるスピンドルに応答して、剪断力を受けることとなり得る。

ハブ１０２０の駆動部１１３８は、フランジ１１２２から軸方向上向きに、かつシャフト１１２０から半径方向外向きに延在し得る。ハブ１０２０の駆動部１１３８は、ロータ本体１０１２の下部ボア開口１０３６の水平断面形状にキーイングされた、または別様に補完する、水平断面形状を有し得る。駆動部１１３８を下部ボア開口１０３６にキーイングすることで、角加速度の下で、ロータ本体１０１２の角度位置が駆動ハブ１０２０に対してシフトするのを防ぎ得る。この目的のために、駆動部１１３８の断面形状は、下部ボア開口１０３６の断面形状と同じであり得、下部ボア開口１０３６内にフィットし、下部ボア開口１０３６の側壁中の対応する面１１４１と係合する１つ以上の面１１３９を有するか、または下部ボア開口１０３６の断面形状に別様にキーイングされた、異なる形状であり得る。

例えば、駆動部１１３８の断面形状は、下部ボア開口１０３６の形状と同数の面１１３９、またはより多くの面１１３９を有する多角形（例えば、正方形）であり得る。例として、正方形の水平断面を有する下部ボア開口１０３６の場合、駆動部１１３８は、正方形、八角形、または１つ以上の面１１３９が下部ボア開口１０３６の面１１４１を補完する他の断面形状を有し得る。下部ボア開口１０３６はまた、それ以外の場合では面１１４１の頂点が、駆動ハブ１０２０の駆動部１１３８の下部ボア開口１０３６への挿入を容易にするように位置決めされる、１つ以上の軸方向に整列したチャネル１１４３を含み得る。

蓋ねじ１０２２は、任意の好適な材料（例えば、アルミニウム）から作製され得、円筒形本体を備え、円筒形本体は、外面１１４０、上部ボア１１４２、下部ボア１１４４、および円筒形本体の下端から半径方向外向きに突出するフランジ１１４６を有する。フランジ１１４６は、ネック１１１４の直径ｄ_１と同じかそれよりわずかに小さい外径を有し得る。ベベル１１１６は、フランジ１１４６が蓋持ち上げハンドル１１０８内に挿入され、蓋ねじ１０２２が駆動ハブ１０２０上にねじ込まれるときに、フランジ１１４６をネック１１１４内に誘導し得る。これにより、ネック１１１４およびベベル１１１６は、フランジ１１４６と協調して動作して、蓋ねじ１０２２を蓋１０１８および駆動ハブ１０２０と同心円状に位置決めし、それにより、蓋ねじ１０２２の駆動ハブ１０２０との係合中に、蓋１０１８をロータ１０１０の回転軸１０２４と整列させる。蓋１０１８とロータ１０１０の回転軸１０２４との間の最終的な整列は、駆動ハブ１０２０のシャフト１１２０と蓋１０１８の中央ボア１１０６との係合によって画定され得る。

フランジ１１４６は、弾性部材１１５２を受容するように構成された環状溝１１５０を有する下部面１１４８を含み得る。弾性部材１１５２は、シリコーンなどの好適な材料で作製されたＯリングまたは他のタイプのガスケットであり得る。弾性部材１１５２は、駆動ハブ１０２０に対する蓋ねじ１０２２の締め付けに応答して、蓋１０１８の中央壁部１０９３の上部面１１０４に対して圧縮され得る。それにより、弾性部材１１５２は、蓋１０１８をロータ１０１０と動作可能に係合させるように促し得る。

蓋ねじ１０２２は、上部ボア１１４２の反対側に放射状に整列した穴１１５６の１つ以上の対をさらに含み得る。半径方向に整列した穴１１５６は、蓋ねじ１０２２にトルクを加えるためのロッドまたは他の工具を受容するように構成され得る。これにより、半径方向に整列した穴１１５６は、蓋ねじ１０２２を駆動ハブ１０２０に締め付けること、および蓋ねじ１０２２を駆動ハブ１０２０から緩めることを容易にし得る。

蓋ねじ１０２２の下部ボア１１４４は、駆動ハブ１０２０のねじ山付き外面１１２８と螺合するように構成されたねじ山付き内面１１５８を含み得る。シャフト１１２０の突出端１１２９は、シャフト１１２０のねじ山付き外面１１２８と下部ボア１１４４のねじ山付き内面１１５８との間の係合の巧みな開始を提供することによって、駆動ハブ１０２０と蓋ねじ１０２２との間のこの螺合を容易にし得る。蓋ねじ１０２２が駆動ハブ１０２０と螺合することにより、蓋１０１８をロータ本体１０１２の上部面１０２６の少なくとも一部に対して促し得る。蓋ねじ１０２２はまた、蓋１０１８を試料容器１０６２のキャップ１０６４に対して促し、それにより、キャップ１０６４を試料容器１０６２上に完全に着座させたままにする。このようにして、蓋１０１８はまた、各キャップ１０６４の面に公称力を加えることによって、試料容器１０６２をそれらのそれぞれのキャビティ１０６０内の完全に着座した位置に保持し得る。

バランスリングを含む本発明の実施形態は、図９～９Ｄに関して上述したものと同様の方法で、モーダルバランシングプロセス９４５を使用してバランシングが行われ得る。すなわち、プロセス９４５は、ロータ１０１０が複数の回転速度の各々で回転されている間にロータ１０１０に外力を加えることによって、ロータ１０１０の１つ以上の臨界モードを決定し得る。プロセス９４５は、各回転速度での振動応答を測定かつ記録し得る。このデータに基づいて、プロセス９４５は、各回転速度での振動の重大度を決定し得る。次に、プロセス９４５は、振動が最も激しい回転速度を臨界速度として識別し得る。

臨界速度が識別されると、プロセス９４５は、遠心分離機１００内のロータ１０１０を、臨界速度のうちの１つの分数、例えば、最低臨界速度である初期試験速度でスピンさせ得る。プロセス９４５は、ロータ１０１０が初期試験速度でスピンしている間に経験したロータ１０１０のアンバランスを、例えば、遠心分離機１００の構成要素、例えば、モータベアリングで検出された振動のパワースペクトル密度のＲＭＳ値として、測定かつ記録し得る。

次に、既知の質量のトライアルウェイトが、バランスリング１０１６上の基準場所のバランシングアパーチャ１０７８内に設置され得、これは、同じバランシングアパーチャ１０７８が残りのバランシングプロセスの基準アパーチャとして使用される限り、バランスリング１０１６の任意のバランシングアパーチャ１０７８の場所であり得る。バランスリング１０１６内のウェイトの一貫した配置を容易にするために、ロータ本体１０１４およびバランスリング１０１６の一方または両方は、バランシングアパーチャ１０７８のうちの１つに近接する基準マークを含み得る。ロータ１０１０の使用中にロータ本体１０１４に対して同じ位置に蓋１０１８を設置することを容易にするために、１つ以上の基準マークもまた蓋１０１８およびロータ本体１０１４上に含めてもよい。

次に、バランシングプロセス９４５は、初期試験速度でロータ１０１０をスピンさせ、例えば、測定された振動応答のパワースペクトルのＲＭＳ値を決定かつ記録することによって、トライアルウェイトが所定の位置にあるロータ１０１０のアンバランスを測定かつ記録し得る。次に、トライアルウェイトを別のバランシングアパーチャ１０７８に移動させ、結果として生じるアンバランスが上記のように測定かつ記録され得る。トライアルウェイトを移動し、ロータのアンバランスを測定するプロセスは、十分なアンバランスの測定値が記録されるまで繰り返され、バランスリング１０１６のどこに補正質量を設置する必要があるか、かつロータ１０１０の固有のアンバランスに対抗するために、補正質量はどれくらいの大きさでなければならないかを決定し得る。次に、１つ以上のバランシングウェイト１０８０を、例えば、バランシングウェイト４３６を蓋２１２に追加することに関して上記の連立方程式を使用して、補正質量に近いまたは同等のバランシング質量を提供する、バランスリング１０１６のそれぞれのバランシングアパーチャ１０７８内に設置し得る。

バランスリング１０１６のバランシングアパーチャ１０７８内にトライアルウェイトを設置し、試験速度でロータ１０１０をスピンさせ、アンバランスを測定かつ記録し、ロータのバランシングを行うためにバランスリング１０１６内にバランシングウェイト１０８０を設置する、上記のプロセスは、適切なレベルのバランスを達成するために、１つ以上の追加の臨界速度に対して１０１０が繰り返され得る。次に、ロータ１０１０のバランシングが適切に行われているかどうかを判断するために、ロータ１０１０を目標速度でスピンさせ、アンバランスを測定かつ記録し、アンバランスがある他の回転速度（例えば、初期試験速度）で記録されたアンバランスと比較され得る。

実験結果
図１９は、回転速度および励起振動数の関数として実験的に測定されたロータの振動応答の三次元プロット１１６０（ウォーターフォールプロットと称されることもある）を含むグラフを示している。振動データは、本発明の一実施形態に従って、バランスリングを含むロータをスピンさせるためにＳＯＲＶＡＬ ＭＸ Ｐｌｕｓ ｍｉｃｒｏ－ｕｌｔｒａｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅを使用して生成された。ＳＯＲＶＡＬ ＭＸ Ｐｌｕｓ ｍｉｃｒｏ－ｕｌｔｒａｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅは、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｏｆ Ｗａｌｔｈａｍ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓから入手できる。プロット１１６０に示す振動データを測定する前に、バランスリングのバランシングアパーチャにバランシングウェイトを選択的に追加することにより、５，０００、３７，０００、および５５，０００ＲＰＭの臨界速度について、ロータにモーダルバランシングを行った。

プロット１１６０は一般にキャンベル線図と称され、ロータの回転速度に対応する１つの横軸１１６２、振動センサによって検出された振動の振動数に対応する別の横軸１１６４、および基準レベルに対するデシベル単位（ｄＢ）の検出された振動の振幅に対応する縦軸１１６６を含む。プロット１１６０は、各々がロータの回転速度に対応する複数のスライス１１６８を含む。各スライス１１６８は、その回転速度でのロータの固有振動数に対応するピーク１１７０を含む。例えば、スライス１１６８ａは、５，０００ＲＰＭの回転速度に対応し、８３Ｈｚで発生するピーク１１７０ａを有する。他のピーク１１７０は、３７，０００ＲＰＭの回転速度の６１７Ｈｚの固有振動数に対応するスライス１１６８ｂ上のピーク１１７０ｂ、および５５，０００ＲＰＭの回転速度の９１７Ｈｚの固有振動数に対応するスライス１１６８ｃ上のピーク１１７０ｃを含む。見てわかるように、モーダルバランシングされたロータの振動応答は、５，０００～５５，０００ＲＰＭの試験範囲全体にわたって良好に作用した。

図２０は、上記の試験データを生成するために使用された１２×１．５ｍＬの固定角ロータ１１７２を示している。ロータ１１７２は、２４個のバランシングアパーチャ１１７６を有するバランスリング１１７４を含み、１２個の試料容器１１７８を包有する。モーダルバランシングプロセス中に、５，０００ＲＰＭでのアンバランスを補償するために１つのバランスウェイト１１８０ａが設置され、３７，０００ＲＰＭでのアンバランスを補償するために別のバランスウェイト１１８０ｂが設置され、５５，０００ＲＰＭでのアンバランスを補償するために最後のバランスウェイト１１８０ｃが設置された。

図２１～２３は、ロータの実験的に測定された振動応答のグラフ１１８２～１１８４を示しており、ロータに何らかのバランシングを実行する前（グラフ１１８２）、ロータにハードベアリング上でバランシングが行われた後（グラフ１１８３）、および本発明の実施形態によるロータのモーダルバランシング後（グラフ１１８４）を示している。振動データは、ＳＯＲＶＡＬ ＷＸ＋Ｓｅｒｉｅｓ ｍｉｃｒｏ－ｕｌｔｒａｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅを使用して３７，０００ＲＰＭでロータをスピンさせることによって生成された。この遠心分離機は、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｃ．からも入手できる。使用したロータは、２４個のバランシングアパーチャを有する蓋を含む８×１００ｍＬのロータであった。

各グラフ１１８２～１１８４は、秒単位の時間に対応する横軸１１８６と、重力に相当するｇの単位での振動による加速度に対応する縦軸１１８８と、を含む。各グラフ１１８２～１１８４は、ロータの振動応答のそれぞれのプロット１１９０～１１９２を含む。バランシングが行われていない、プロット１１９０に示す振動加速度のＲＭＳ値（すなわち、アンバランスなロータの振動）は約０．４３ｇであり、ピーク値は０．６０ｇをわずかに上回っている。プロット１１９１に示されている振動加速度のＲＭＳ値は、約０．２０ｇであり、すなわち、アンバランスなロータのＲＭＳ振動量の半分よりわずかに少ない値である。対照的に、プロット１１９２に示されている振動加速度のＲＭＳ値は、約０．０６ｇである。したがって、モーダルバランシングされたロータの振動加速度は、従来のバランシングされたロータの約２８％にすぎず、アンバランスなロータの約１３％にすぎない。

図２４は、振動ＲＭＳレベルと回転速度の関係を示すグラフ１１９３を示している。グラフ１１９３は、ロータの回転速度（ＲＰＭ×１，０００）に対応する横軸１１９４と、感知された振動のＲＭＳ値（ｇ）に対応する縦軸１１９５と、を含む。プロット１１９６は、図２２に示すデータを生成した従来のバランシングされたロータの振動レベルを示しており、プロット１１９７は、図２３に示すデータを生成したモジュール式のバランシングされたロータの振動レベルを示している。下位閾値１１９８は、遠心分離機の許容可能な振動公差限界の例示的な０．３ｇの閾値を示しており、上位閾値１１９９は、遠心分離機がシャットダウンされ得る例示的な０．７ｇのアンバランススイッチトリガー限界を示している。見てわかるように、従来のバランシングされたロータのＲＭＳ振動は、回転速度の増加とともに上昇する。対照的に、モーダルバランシングされたロータのＲＭＳ振動は、すべての速度において従来のバランシングされたロータよりも低くなる。示されている特定の例では、ＲＭＳ振動は１５，０００～２０，０００ＲＰＭの最大値に達し、その後、回転速度の増加とともに低下する。ただし、同じロータモデルの異なるシリアル番号によって、様々な速度においてわずかな変動がある場合がある。したがって、図２４のグラフ１１９３は、遠心分離機ロータ、特に可撓性スピンドルによって駆動されるロータでのモーダルバランシングの有効性の概観を示している。いずれにせよ、モーダルバランシングされたロータは、従来のバランシングされたロータよりも高い回転速度かつ少ない振動で動作され得ることは明らかなはずである。

ここで図２５を参照すると、上記の本発明の実施形態またはその一部は、例示的なコンピュータ１２００などの１つ以上のコンピュータデバイスまたはシステムを使用して実行され得る。コンピュータ１２００は、プロセッサ１２０２、メモリ１２０４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１２０６、およびヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）１２０８を含み得る。コンピュータ１２００はまた、Ｉ／Ｏインターフェース１２０６またはネットワーク１２１２を介して１つ以上の外部リソース１２１０に動作可能に結合され得る。外部リソースには、サーバ、データベース、マスストレージデバイス、周辺デバイス、クラウドベースのネットワークサービス、またはコンピュータ１２００によって使用され得る任意の他のリソースが含まれ得るが、これらに限定されない。

プロセッサ１２０２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス、ステートマシン、ロジック回路、アナログ回路、デジタル回路、またはメモリ１２０４に記憶された動作命令に基づいて信号（アナログまたはデジタル）を操作する任意の他のデバイスから選択された、１つ以上のデバイスを含み得る。メモリ１２０４は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、またはハードドライブ、光ドライブ、テープドライブ、揮発性もしくは不揮発性ソリッドステートデバイスなどのデータストレージデバイス、またはデータを記憶できる任意の他のデバイスを含む、単一のメモリデバイスもしくは複数のメモリデバイスを含み得るが、これらに限定されない。

プロセッサ１２０２は、メモリ１２０４にするオペレーティングシステム１２１４の制御下で動作し得る。オペレーティングシステム１２１４は、メモリ１２０４内に常駐するアプリケーション１２１６などの１つ以上のコンピュータソフトウェアアプリケーションとして具体化されたコンピュータプログラムコードがプロセッサ１２０２によって実行される命令を有し得るように、コンピュータリソースを管理し得る。代替の実施形態では、プロセッサ１２０２は、アプリケーション１２１６を直接実行し得、その場合、オペレーティングシステム１２１４は省略され得る。１つ以上のデータ構造１２１８はまた、メモリ１２０４内に常駐し得、データを記憶または操作するために、プロセッサ１２０２、オペレーティングシステム１２１４、またはアプリケーション１２１６によって使用され得る。

Ｉ／Ｏインターフェース１２０６は、プロセッサ１２０２を、外部リソース１２１０またはネットワーク１２１２などの他のデバイスおよびシステムに動作可能に結合するマシンインターフェースを提供し得る。それにより、アプリケーション１２１６は、Ｉ／Ｏインターフェース１２０６を介して通信することによって外部リソース１２１０またはネットワーク１２１２と協調して動作して、本発明の実施形態を含む様々な特徴、機能、アプリケーション、プロセス、またはモジュールを提供し得る。アプリケーション１２１６はまた、１つ以上の外部リソース１２１０によって実行されるか、または、コンピュータ１２００の外部の他のシステムもしくはネットワーク構成要素によって提供される機能もしくは信号に依拠する、プログラムコードを有し得る。実際、可能なほぼ無限のハードウェアおよびソフトウェア構成を考えると、当業者は、本発明の実施形態は、コンピュータ１２００の外部に位置するか、複数のコンピュータもしくは他の外部リソース１２１０に分配されるか、またはクラウドコンピューティングサービスなどのネットワーク１２１２を介してサービスとして提供されるコンピューティングリソース（ハードウェアおよびソフトウェア）によって提供される、アプリケーションを含み得ることを理解するであろう。

ＨＭＩ１２０８は、コンピュータ１２００のプロセッサ１２０２に動作可能に結合されており、ユーザがコンピュータ１２００と直接やり取りすることを可能にし得る。ＨＭＩ１２０８は、ビデオまたは英数字ディスプレイ、タッチスクリーン、スピーカー、ならびにユーザにデータを提供できる任意のその他の好適なオーディオおよびビジュアルインジケータを含み得る。ＨＭＩ１２０８はまた、英数字キーボード、ポインティングデバイス、キーパッド、プッシュボタン、制御ノブ、マイクロフォンなどの、ユーザからのコマンドまたは入力を受け入れ、入力された入力をプロセッサ１２０２に送信することができる入力デバイスおよび制御部を含み得る。

データベース１２２０は、メモリ１２０４内に常駐し得、本明細書で説明する様々なシステムおよびモジュールによって使用されるデータを収集かつ編成するために使用され得る。データベース１２２０は、データおよびデータを記憶かつ編成するサポートデータ構造を含み得る。特に、データベース１２２０は、リレーショナルデータベース、階層型データベース、ネットワークデータベース、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、任意のデータベース組織または構造で配列され得る。プロセッサ１２０２上で命令として実行されるコンピュータソフトウェアアプリケーションの形態のデータベース管理システムを使用して、クエリに応答してデータベース１２２０のレコードに記憶された情報またはデータにアクセスし得、これは、オペレーティングシステム１２１４、他のアプリケーション１２１６、または１つ以上のモジュールによって動的に決定されて実行され得る。

一般に、本発明の実施形態を実施するために実行されるルーチンは、オペレーティングシステムまたは特定のアプリケーション、構成要素、プログラム、オブジェクト、モジュール、もしくは一連の命令、またはそれらのサブセットの一部として実行されるかどうかにかかわらず、本明細書では「コンピュータプログラムコード」、または単に「プログラムコード」と称され得る。プログラムコードは典型的には、コンピュータ内の様々なメモリおよびストレージデバイス内に様々な時点において常駐し、かつコンピュータ内の１つ以上のプロセッサによって読み取られて実行されるとき、そのコンピュータに、本発明の実施形態の様々な態様を具体化する動作または要素を実行するために必要な動作を実行させる、コンピュータ可読命令を含む。本発明の実施形態の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、例えば、アセンブリ言語、ソースコード、または１つ以上のプログラミング言語のうちの任意の組み合わせで記述されたオブジェクトコードであり得る。

本明細書で説明される様々なプログラムコードは、それが本発明の特定の実施形態内で実行されるアプリケーションに基づいて識別され得る。しかしながら、以下の特定のプログラム命名法は単に便宜のために使用され、したがって、本発明は、そのような命名法によって識別または暗示される特定の用途でのみ使用することに限定されるべきではないことが理解されるべきである。さらに、コンピュータプログラムをルーチン、手順、方法、モジュール、オブジェクトなどに編成し得る一般的に無限の数の様式、ならびにプログラム機能が、典型的なコンピュータ内に常駐する様々なソフトウェア層（例えば、オペレーティングシステム、ライブラリ、ＡＰＩ、アプリケーション、アプレットなど）の間で割り当てられ得る、様々な様式を考えると、本発明の実施形態は、本明細書に記載のプログラム機能の特定の編成および割り当てに限定されないことが理解されるべきである。

本明細書に記載のアプリケーション／モジュールのうちのいずれかで具体化されたプログラムコードは、様々な異なる形態のコンピュータプログラム製品として個別にまたは集合的に配布することができる。特に、プログラムコードは、プロセッサに本発明の実施形態の態様を実行させるために、コンピュータ可読プログラム命令をその上に有するコンピュータ可読記憶媒体を使用して配布され得る。

本質的に非一時的であるコンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなどのデータを保存するための任意の方法または技術で実装された、揮発性もしくは不揮発性、ならびに取り外し可能および取り外し不可能な有形媒体を含み得る。コンピュータ可読記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリもしくは他のソリッドステートメモリ技術、携帯型コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、またはその他の光学ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、もしくはその他の磁気ストレージデバイス、またはデータの記憶に使用でき、コンピュータで読み取ることができる任意の他の媒体を、さらに含み得る。コンピュータで読み取り可能な記憶媒体は、それ自体が一時的な信号（例えば、電波もしくは他の伝播する電磁波、導波管などの伝送媒体を介して伝播する電磁波、またはワイヤを介して送信される電気信号）として解釈されるべきではない。コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、別のタイプのプログラム可能なデータ処理装置、または別のデバイスに、コンピュータ可読記憶媒体から、またはネットワークを介して外部コンピュータまたは外部ストレージデバイスにダウンロードされ得る。

コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、他のタイプのプログラム可能なデータ処理装置、または他のデバイスに、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、フローチャート、シーケンス図、またはブロック図で指定された機能、行為、または動作を実行する命令を含む製造品を生産するように、特定の様式で機能するように命令するために使用され得る。コンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置の１つ以上のプロセッサに提供されて、１つ以上のプロセッサを介して実行される命令が、仕様書、フローチャート、シーケンス図、またはブロック図のテキストで指定されている機能、行為、または動作を実行するために一連の計算を実行させるような、マシンを生産する。

図に示すフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、またはコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、または動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図内の各ブロックは、モジュール、セグメント、または命令の一部を表し得、これは、指定された単一または複数の論理機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を含む。

特定の代替の実施形態では、フローチャート、シーケンス図、またはブロック図で指定された機能、行為、または動作は、本発明の実施形態と一致して、並べ替え、連続処理、または同時に処理することができる。さらに、フローチャート、シーケンス図、またはブロック図のいずれも、本発明の実施形態と一致して図示されたものよりも多いまたは少ないブロックを含み得る。ブロック図もしくはフローチャートの各ブロック、またはブロック図もしくはフローチャート内のブロックのうちの任意の組み合わせは、指定された機能もしくは行為を実行するように構成された専用ハードウェアベースのシステムによって実装され得るか、または専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実行され得ることもまた理解されるべきである

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明の実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、単数形および複数形の両方を含むことを意図し、「および」および「または」という用語は、各々、文脈が明確に別のことを示さない限り、代替および接続詞の組み合わせの両方を含むことを意図する。さらに、本明細書で使用される場合、「備える」または「備えている」という用語は、記載されている機能、整数、行動、ステップ、動作、要素、または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の機能、整数、行動、ステップ、動作、要素、構成要素、もしくはそれらのグループの存在または追加を除外しないことを理解されたい。さらに、「含む」、「有している」、「有する」、「備える」、「で構成される」という用語、またはそれらの変形が、詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される範囲において、このような用語は、「備えている」という用語と同類として包括的であることが意図されている。

本発明のすべては、例示的な実施形態の説明によって例示され、これらの実施形態をかなり詳細に記載してきたが、出願人の意図は、添付された特許請求の範囲をかかる詳細に制限または多少なりとも限定するものではない。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、本発明は、そのより広い態様において、特定の詳細、代表的な装置および方法、ならびに図示および記載された例示的な例に限定されない。したがって、出願人の一般的な発明の概念の趣旨または範囲から逸脱することなく、そのような詳細から逸脱し得る。

Claims (28)

1. 遠心分離機で使用するためのロータであって、
   回転軸を含むロータ本体と、
   前記回転軸の周りに円周方向に配列された複数のバランシングアパーチャであって、各バランシングアパーチャが、ウェイトを選択的に受容するように構成されている、複数のバランシングアパーチャと、を備える、
   ロータ。
2. 前記ロータ本体は、複数の円周方向に間隔を置いた管状キャビティをさらに含み、各管状キャビティは、試料容器を受容するように構成された開放端と、
   前記ロータ本体上に位置決めされるときに、前記ロータ本体によって支持され、かつ前記管状キャビティの前記開放端の上に横たわるように構成されている、蓋と、を有し、
   前記バランシングアパーチャは、前記蓋に形成されている、
   請求項１に記載のロータ。
3. 前記蓋は、上面と、該上面とは反対側の底面とを含み、前記バランシングアパーチャは、前記上面または前記底面のうちの１つに形成されている、請求項２に記載のロータ。
4. 前記バランシングアパーチャのうちの少なくとも１つによって受け入れられている少なくとも１つのウェイトをさらに備える、請求項１～３のいずれかに一項に記載のロータ。
5. 前記少なくとも１つのウェイトは、ねじ山付き外面を含むねじであり、前記バランシングアパーチャの各々は、前記少なくとも１つのウェイトと螺合するように構成されたねじ山付き内面を含む、請求項４に記載のロータ。
6. 各バランシングアパーチャは、他のバランシングアパーチャと、前記回転軸から同じ半径方向距離にある、請求項１～５のいずれか一項に記載のロータ。
7. 各バランシングアパーチャは、各角度がついた状態で隣接するバランシングアパーチャから同じ角距離だけ間隔を置いている、請求項１～６のいずれか一項に記載のロータ。
8. 前記バランシングアパーチャは、同一平面上にある、請求項１～７のいずれか一項に記載のロータ。
9. 前記ロータ本体は、上部面と、該上部面とは反対側の下部面とをさらに含み、前記上部面は、第１の環状溝を含み、
   当該ロータは、前記第１の環状溝内に位置決めされ、かつバランスリング上部面を含む、バランスリングをさらに含み、前記バランシングアパーチャは、前記バランスリングの前記上部面に形成されている、請求項１に記載のロータ。
10. 前記ロータ本体は、前記ロータ本体の前記上部面と前記ロータ本体の前記下部面との間の前記回転軸に沿って延在する細長いボアを含み、
    当該ロータは、
    前記細長いボア内に装着され、かつ前記細長いボアを通って上方に突出する円筒形シャフトを含む、駆動ハブであって、前記円筒形シャフトは、ねじ山付き外面を有する上部を含む、駆動ハブと、
    蓋ねじであって、前記駆動ハブの前記ねじ山付き外面と螺合するように構成されたねじ山付き内面を有する下部ボアと、前記蓋ねじの下端から半径方向外向きに延在する蓋ねじフランジとを含む、蓋ねじと、
    半径方向外向きに延在し、かつ第３の環状溝を備えた下部面を有する壁部を含む、蓋と、
    前記蓋ねじと前記駆動ハブとの螺合に応答して前記バランスリング上部面に対して圧縮される、前記第３の環状溝内に位置決めされた、弾性部材と、をさらに備える、
    請求項９に記載のロータ。
11. 前記第１の環状溝は、肩部を含み、前記バランスリングは、半径方向内向きに突出して前記肩部に係合するバランスリングフランジを含む、請求項９または１０に記載のロータ。
12. 前記ロータ本体は、円周方向側壁を含み、該円周方向側壁の周りに延在する補強材をさらに備える、請求項９～１１のいずれか一項に記載のロータ。
13. 前記補強材は、前記ロータ本体の前記円周方向側壁の周りおよび上方に延在して、前記第１の環状溝を備えたチャネルを画定し、前記バランスリングは、前記チャネル内に位置決めされている、請求項１２に記載のロータ。
14. 前記円周方向側壁は、円周方向の窪みを含み、前記補強材は、前記円周方向の窪みに適合する、請求項１２または１３に記載のロータ。
15. 前記バランスリングは、接着剤、焼きばめ、または前記接着剤および前記焼きばめの両方によって、前記第１の環状溝に動作可能に結合されている、請求項９～１４のいずれか一項に記載のロータ。
16. 前記ロータ本体は、ポリマー複合材料、炭素繊維材料、または前記ポリマー複合材料および前記炭素繊維材料の両方で、構成されている、請求項１～１５のいずれか一項に記載のロータ。
17. 各々が選択的にウェイトを受け入れるように構成された複数のバランシングアパーチャを含むロータのバランシングを行うための方法であって、
    遠心分離機内で前記ロータを回転させながら、前記ロータのアンバランスを検出することと、
    前記アンバランスの検出に応答して、選択されたバランシングアパーチャ内にバランシングウェイトを選択的に設置することと、を含む、
    方法。
18. 前記アンバランスを検出することは、
    前記ロータの臨界速度を識別することと、
    前記臨界速度よりも遅い試験速度で前記ロータの前記アンバランスを判定することと、を含む、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記臨界速度は、複数の臨界速度のうちの１つであり、前記ロータの前記アンバランスは、複数の試験速度の各々について判定され、各試験速度は、前記複数の臨界速度のそれぞれの臨界速度の分数である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記臨界速度を識別することは、
    複数の回転速度の各々について、
    前記ロータを前記回転速度でスピンさせ、
    前記ロータが前記回転速度でスピンしている間に、前記ロータに外力を加え、
    前記外力に対する前記ロータの振動応答を測定かつ記録し、
    前記振動応答に基づいて、前記ロータの固有振動数を判定することと、
    前記固有振動数に基づいて、前記ロータの１つ以上の臨界速度を識別することと、を含む、
    請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記選択されたバランシングアパーチャ内に前記バランシングウェイトを選択的に設置することは、
    第１の試験速度で前記ロータの前記アンバランスを測定することと、
    基準位置のバランシングアパーチャ内にトライアルウェイトを設置することと、
    前記トライアルウェイトが前記基準位置に設置された状態で、前記第１の試験速度で前記ロータの前記アンバランスを測定することと、
    前記トライアルウェイトを現在のバランシングアパーチャから所定の角距離の次のバランシングアパーチャに繰り返し移動して、前記次のバランシングアパーチャが前記基準位置にくるか、または前記基準位置を越えるまで、前記第１の試験速度で前記ロータの前記アンバランスを測定することと、
    前記測定されたアンバランスに基づいて、前記ロータのバランシングを行うために、第１の目標場所、および前記第１の目標場所に追加される第１の目標質量を決定することと、を含む、
    請求項１７～２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記第１の目標場所における前記第１の目標質量によって提供される第１のバランスベクトルを決定することと、
    前記第１の目標場所の一方の側で第１のバランシングアパーチャ、および前記第１の目標場所の他方の側で第２のバランシングアパーチャを選択することと、
    第１のバランシング質量および第２のバランシング質量を決定することであって、前記第１のバランシング質量および前記第２のバランシング質量は、それぞれ、前記第１のバランシングアパーチャ内および前記第２のバランシングアパーチャ内に配置されたときに、前記第１のバランスベクトルと同等の第２のバランスベクトルを提供する、決定することと、をさらに含む、
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１のバランシングアパーチャ内に前記第１のバランシング質量を有する第１のウェイトを設置することと、
    前記第２のバランシングアパーチャ内に前記第２のバランシング質量を有する第２のウェイトを設置することと、
    前記第１のウェイトを前記第１のバランシングアパーチャ内に設置し、前記第２のウェイトを前記第２のバランシングアパーチャ内に設置した状態で、前記第１の試験速度で前記アンバランスを測定することと、をさらに含む、
    請求項２２に記載の方法。
24. 前記第１の試験速度よりも速い第２の試験速度で前記ロータの前記アンバランスを測定することと、
    前記基準位置の前記バランシングアパーチャ内に前記トライアルウェイトを設置することと、
    前記トライアルウェイトが前記基準位置に設置された状態で、前記第２の試験速度で前記ロータの前記アンバランスを測定することと、
    前記トライアルウェイトを前記現在のバランシングアパーチャから前記所定の角距離の前記次のバランシングアパーチャに繰り返し移動して、前記次のバランシングアパーチャが前記基準位置にくるか、または前記基準位置を越えるまで、前記第２の試験速度で前記ロータの前記アンバランスを測定することと、
    前記測定されたアンバランスに基づいて、前記ロータのバランシングを行うために、第２の目標場所、および前記第２の目標場所に追加される第２の目標質量を決定することと、をさらに含む、
    請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１の目標場所における前記第１の目標質量と前記第２の目標場所における前記第２の目標質量との組み合わせのための第２のバランスベクトルを決定することと、
    第３の目標質量、および前記第２のバランスベクトルと同等の第３のバランスベクトルを提供する第３の目標場所を決定することと、をさらに含む、
    請求項２４に記載の方法。
26. 前記第３の目標場所の一方の側に第３のバランシングアパーチャ、および前記第３の目標場所の他方の側に第４のバランシングアパーチャを選択することと、
    第３のバランシング質量および第４のバランシング質量を決定することであって、前記第３のバランシング質量および前記第４のバランシング質量は、それぞれ、前記第３のバランシングアパーチャ内および前記第４のバランシングアパーチャ内に配置されたときに、前記第３のバランスベクトルと同等の第４のバランスベクトルを提供する、決定することと、をさらに含む、
    請求項２５に記載の方法。
27. 前記第３のバランシングアパーチャ内に前記第３のバランシング質量を有する第３のウェイトを設置することと、
    前記第４のバランシングアパーチャ内に前記第４のバランシング質量を有する第４のウェイトを設置することと、
    前記第３のウェイトを前記第３のバランシングアパーチャ内に設置し、前記第４のウェイトを前記第４のバランシングアパーチャ内に設置した状態で、前記第２の試験速度で前記アンバランスを測定することと、
    前記第２の試験速度で測定された前記アンバランスを、前記第１の試験速度で測定された前記アンバランスと比較することと、をさらに含む、
    請求項２６に記載の方法。
28. 前記ロータは、垂直遠心分離機ロータであり、かつ可撓性シャフトによって前記遠心分離機に結合されている、請求項１７～２７のいずれか一項に記載の方法。

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