JP3516023B2 - 遠心機のスナッププラグ付きチューブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は遠心機のチューブに関し、特に、遠心機のチ
ューブの密封すなわち閉塞に関する。 関連技術の説明 典型的な遠心機のチューブは全体に円筒形の本体を有
し、この本体は、遠心操作におかれるべき液体サンプル
を受け入れるための充填用開口すなわちチューブステム
を有する１つの端部を備える。液体サンプルをチューブ
に導いた後、遠心操作中の内容物の漏れを防ぐために、
前記チューブの開いた端部を覆う非常に密な囲みすなわ
ちキャップ手段を備える必要がある。 キャップ手段を開いた端部付きの遠心機のチューブに
置くことに関連してよく起こる問題は、前記チューブ内
に蓄積される静水圧下で起こりうる何らかの可能性ある
漏れを防ぐために、プラグとチューブとの間に適当なシ
ールが達成されるのを保証することである。前記チュー
ブ内の静水圧は、前記遠心機が20,000rpmまたはそれ以
上の速度で回転されるとき、非常に強力になる。 高速度の遠心機での何らかの可能性ある漏れを除きま
たは妨げることの重要性は、より少なく見積もることは
できない。液体サンプルはいくつかのタイプの、病原
体、突然変異誘導物、バクテリアその他の有害物質を含
むかもしれない。遠心操作の実施中の漏れは、オペレー
タにとって有害な状況を作りうる。前記液体サンプル
は、ユーザが遠心操作の実施中の漏れによって失うこと
を望まない、代替できない少量供給の物質であるかもし
れない。さらに、漏れはロータの不均衡を生じ、ロータ
事故につながるであろう。 多くの場合、結果として生ずる漏れは、前記キャップ
手段と前記遠心機のチューブとの間に達成されている不
適当なシール、すなわち前記キャップ手段の不十分な構
造もしくは設計ゆえの、または前記キャップ手段の前記
遠心機のチューブへの不適当な配置の結果ゆえの不適当
なシールによって起こされている。前記キャップ手段が
試験管とキャップ手段との間の堅固なシールを達成する
ように設計されることが重要であるばかりでなく、遠心
操作後液体サンプルの内容物を乱すことなく前記キャッ
プ手段を取り外すのが容易であるような設計を前記キャ
ップ手段が持つこともまた重要である。そうでないと、
分離されたサンプル成分が再混合され、遠心操作の実施
を無効としてしまう。 米国特許第5,127,895号明細書は、遠心機の自己密封
式チューブを開示する。このチューブは、遠心操作中の
密なシールを行わせるために前記チューブに収容されて
いるサンプル溶液の静水圧を利用している。前記特許
は、本発明の譲受人に譲渡されたもので、ここに参照す
ることによって組み入れられる。遠心機の前記チューブ
のチューブステムは、プラグでふたをされ、遠心操作に
先だってナットとスペーサとによってロータの穴に固定
される。遠心操作をすると、サンプル溶液に働く遠心力
の結果として生ずる静水圧が、前記穴内に所定に固定さ
れた前記スペーサによってまたは前記プラグの遠心重量
によって与えられる支持に抗して前記チューブステムを
前記プラグに押し付けさせる。その結果、シールがプラ
グとチューブステムとの間に形成される。遠心力がロー
タ速度の増加とともに増加すると、静水圧が増加し、そ
れによってプラグのより密なシールをチューブステムに
及ぼす。シール力は、したがって、前記チューブ内に収
容されているサンプル溶液に加わる遠心力に依存する静
水圧の大きさと釣り合う。遠心操作後、弱いシールがプ
ラグと充填用のチューブステムとの間に残り、ユーザが
何らかの特別な工具を必要とすることなく遠心機のチュ
ーブのプラグを外すのを容易にする。前記したチューブ
および密封構造は、オプティシール（OptiSeal）の商標
で米国カリフォルニアのベックマン インスツルメンツ
インコーポレーテッドによって販売されている。 前記特許された遠心機の自己密封式チューブおよび密
封構造は、遠心操作中優れたシールを提供するけれど
も、遠心操作によって生ずる遠心機のチューブの変形に
より前記チューブ内に蓄積される残留圧力が遠心操作後
の前記チューブの処理中に前記プラグを追い出すかもし
れないことが判明した。 発明の概要 本発明は、従来技術の遠心機の自己密封式チューブお
よびプラグの改良に係る。本発明のプラグは、このプラ
グと遠心機のチューブのチューブステムとの間の締りば
めを提供するように形状づけられ、かつ、寸法決めされ
ている。前記締りばめは、前記チューブ内に蓄積される
残留圧力にもかかわらず、遠心操作の前後に前記チュー
ブステムにある前記プラグを固定するように設計されて
いる。前記締りばめはまた、前記プラグを充填用のチュ
ーブステムに固定するため高度の保持力を維持する一
方、前記プラグを容易に挿入させ、かつ、容易に取り外
させるように設計されている。 記載した実施例では、前記プラグは、広げられた端部
に向けて狭くなるテーパ状の本体を備える。Ｏリングが
テーパ状の本体の回りの環状溝に配置されている。前記
広げられた端部は、テーパ状の充填用のチューブステム
と締りばめとなり、これによって前記プラグは、このプ
ラグの広げられた端部がテーパ状のチューブステムを越
えて前記チューブ内に伸びるとき、前記充填用のチュー
ブステムにスナップ作用（snapping action）で固定さ
れる。このスナップ嵌め位置（snap−inposition）にお
いて、前記プラグは、前記充填用のチューブステムに固
定され、初期のシールを与える。このシールは、遠心操
作すると、前記チューブ内の静水圧および（または）支
持スペーサの前記プラグへの力に起因する自己密封機構
によって増加する。遠心操作後、チューブステムとプラ
グとの間のスナップ結合は、遠心操作によりまたはユー
ザによるチューブの処理により生ずる遠心機の前記チュ
ーブの変形によって作られ、前記チューブ内に蓄積され
る残留圧力に抗して前記プラグをしっかり保持する。前
記プラグの挿入と取外しとを、締りばめの拘束能力を損
なうことなく適度の力によって容易にするために、広げ
られた端部と充填用のチューブステムとの間の締り接触
の範囲は、可及的に減少される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の１実施例に従う遠心機のチューブと
キャップアッセンブリとの断面図である。 図２は、本発明のプラグの詳細を示す一部を破断した
正面図である。 図３は、図２の底面図である。 図4aないし図4dは、プラグがチューブステムに挿入さ
れるときの相互作用の順序を示す模式図である。 図５は、本発明のチューブとスペーサアッセンブリと
を支持する揺動バケット式の遠心機のロータの図式的な
平面図である。 図６は、本発明の別の実施例に従うプラグの別の実施
例の断面図である。 図７は、本発明に従う遠心機のチューブとキャップア
ッセンブリとを支持する固定角度式ロータの断面図であ
る。 図８は、固定角度式ロータに使用するためのスペーサ
の断面図である。 図９ないし図11は、遠心操作後、チューブをロータの
穴から引き抜き、またプラグをチューブステムから取り
外すために設計された工具のそれぞれ平面図、正面図お
よび側面図である。 図示した実施例の説明 以下の説明は、本発明を実施するのに現在最もよいと
考えられる最良の態様についてのものである。この説明
は、発明の一般的原理を示す目的でなされており、制限
する意味にとられるべきではない。発明の範囲は、添付
の請求の範囲を参照して最良に決定される。 本発明は、頂部と底部とを備える全体に円筒形の本体
部を有する遠心機のチューブを参照して説明される。前
記頂部と底部とは前記円筒形の本体部と一体に形成され
ている（図１）。チューブのネックすなわち充填用のチ
ューブステムは、頂部の開口の回りに一体に形成されて
いる。本発明が別の本体部の幾何学的形状の遠心機のチ
ューブによって実施しうることが認識されるであろう。 認識されるであろうように、本発明のキャップアッセ
ンブリは、広いチューブステムの遠心機のチューブに適
用できる。したがって、より大きな開口は、サンプル溶
液を前記チューブに入れるのに大きな直径のスポイトま
たはピペットの使用を可能にする。これは、前記チュー
ブに入れられる大きな生物学の分子へのせん断を減ら
し、それによって遠心操作に先立つサンプルの完全な状
態を維持する。同様に、分離されたサンプルが遠心操作
後チューブから引き続いて引き抜かれるとき、大きな直
径の吸い上げ工具を使用できる。 図１は、本発明の１実施例に従うキャップアッセンブ
リを示す。遠心機のチューブ10のチューブステム12の外
側は全体に円筒形である。チューブステム12の内側は円
錐形状にテーパ状となった開口を定めており、この開口
は、前記チューブから外方へ12゜のテーパで広がってい
る。チューブステム12はチューブ10の頂部14と一体に形
成されている。プラグ16は、環状の溝20内に保持される
Ｏリング18を有する円錐形状にテーパ状となった部分17
を含む。プラグ16のテーパは、充填用のチューブステム
の開口のテーパとほぼ同じである。Ｏリング18は、使用
前にはプラグ16のテーパ状部分17の上方に突出してい
る。プラグ16がチューブステム12の開口に挿入されると
き、Ｏリング18は、チューブステム12のテーパ状の内側
面25と密封をする接触をする。チューブ10は、半透明ま
たは透明であることが好ましい熱硬化性プラスチックで
作ることができる。ポリプロピレンまたは適当なポリオ
レフィンはふさわしい材料であり、チューブはブロー成
形法によって成形しうる。プラグ16もまた同じ材料で作
ることができる。しかし、ポリプロピレンよりわずかに
硬いが同等の比重であるポリフェニレンオキシド、ノリ
ル（Noryl;商標）その他の同様の材料で作ることが好ま
しい。 本発明によれば、プラグの底すなわち狭い方の端部22
は、チューブステム12の縮められた直径24より直径が大
きくなるように広げられている。換言すると、広げられ
た端部22の直径23は、チューブステム12の縮められた直
径24より大きい。図２および図３を参照して、プラグの
構造が一層明瞭に示されている。平坦部26がプラグ16の
広げられた端部22の周縁に設けられている。このような
平坦部26の機能は、以下の説明で明らかとなるであろ
う。盲穴50が成形のひけ効果（molded−in sink effect
s）を最小にするように構造から芯を取るのに使用され
ている。プラグの広げられた端部にある凹部52は、プラ
グを成形するとき作られるゲート残部を隠させる。 チューブ10は、プラグ16の広げられた端部22をチュー
ブステムの開口（図4a）に挿入することによってキャッ
プを取り付けられる。プラグ16がチューブステム12内を
下方へ動くとき、広げられた端部22はチューブステム12
の縮められたより小さな直径24に接触し、締りばめとな
る（図4b）。弾性変形可能な材料で作られている縮めら
れた直径24の部分は、弾性的に伸び、広げられた端部22
と一致する。この点において、プラグ16をチューブステ
ム12に押し込む、すなわち挿入するのに必要な力は増加
する。この力の増加は極めて意味のあるもので、チュー
ブステム12の縮められたより小さい直径との線対線（li
ne to line）の締り係合を減らす平坦部26がない場合に
は、プラグ16の挿入を妨げうる。広げられた端部22の円
周方向の全周長さは、平坦部26の付加により、真円の円
周長さより少ない。前記線対線の締り係合の減少は、プ
ラグ16を挿入するのに必要とされる力の最大量を規定
し、少なくし、または制限する。ひとたび広げられた端
部22がチューブステム12の縮められた直径24を通過する
と（図4c）、広げられた端部22のテーパ状の円錐面がス
ナップ作用でプラグを座位置に引っ張る（図4d）。座位
置（図4d）では、プラグ16のテーパ状部分17は、チュー
ブステム12のテーパ状の円錐状の内側面25と係合する。
チューブステム12の円錐状の内側面へのプラグ16の内向
き動きの間、円形の横断面のＯリング18は、チューブス
テム12の内側面25に押し付けられ始める（図4c）。プラ
グ16が十分に係合すると（図4d）、Ｏリング18は堅固な
シールを与えるのに十分に圧縮される。この堅固なシー
ルは、チューブが処理されているとき、流体の通過また
はプラグ16のチューブステム12からの位置ずれを許容し
ないであろう。 前記シールは、前記チューブが使用されるロータのタ
イプにより、固定角度式ロータにおける浮きスペーサに
よって与えられる付加的な自己負荷によって、または垂
直もしくは垂直に近いチューブのロータにおけるチュー
ブの頂部に対して遠心的に導入される内部の静水圧によ
って、遠心操作中、さらに堅固にされる。前記スペーサ
は、チューブステム12がプラグを差し込まれた後、チュ
ーブステム12に滑らされる。図１を参照するに、スペー
サ30は、遠心機のチューブのチューブステム12および上
方部分14にほぼ一致するように形状づけられている内側
面を有するべく特別に設計されている。スペーサ30がロ
ータの穴（図５）に挿入されることとなるので、スペー
サ30の頂部は、ロータの穴からの容易な取外しを可能に
するためのフランジ32を付けた形状である。スペーサ30
は、ノリルのようなプラスチックまたはアルミニウムの
ような軽金属で作ることができる。スペーサはチューブ
ステムと互いにかみ合う特徴、すなわちチューブステム
12の環状の隆起部31とスペーサ30の環状の溝33とを備え
ることができる。この互いにかみ合うスペーサは、前記
広げられた端部が内部の静水圧によって縮められた直径
を通って引き抜かれるのに抵抗するように、前記チュー
ブステムを縮められた構造にさらに維持する。前記互い
にかみ合うスペーサの詳細は、本出願の譲受人に共通的
に譲渡されている出願中の特許出願（代理人整理番号8D
−1157）により詳しく記載されている。遠心機のチュー
ブ10とそのキャップアッセンブリとの、揺動バケット式
の遠心機のロータへの組み付けは、図５に図式的に示さ
れている。 揺動バケット式の遠心機のロータ40では、遠心機のチ
ューブ10は揺動可能に支持されるバケット42の穴内に保
持され、バケット42は、軸線44の回りに遠心操作される
と、外方へ水平位置に揺動する。従来の浮きスペーサの
使用は、米国特許第4,304,356号明細書に記載されてい
る。この浮きスペーサは、静水力学的な力および遠心力
によって遠心機のチューブの変形に対する支持を与え
る。スペーサ30は、前記チューブとの相互作用や、前記
スペーサと穴との間の摩擦接触以外では、前記穴に沿っ
て動くのが自由であるという意味において浮いている。
スペーサ30は、サンプル溶液の平均密度よりわずかに小
さい密度であるべきである。それは、万一遠心機のチュ
ーブが破裂した場合には、前記スペーサを前記バケット
の底部に向けて遠心分離するのを避けるためである。こ
れに代えて、前記スペーサの前記バケットの底部に向け
ての過剰な動きを制限するために前記バケットの開口に
反対向きの穴（図示せず）を設けることができる。 遠心操作後、互いにかみ合うスペーサ30はチューブ10
と共にバケット42から取り外される。スペーサ30は、ね
じったり、引いたりする動きの工具を要することなくチ
ューブステム12から簡単に取り外すことができる。プラ
グ16は、適当な引抜き工具（図９）でチューブステム12
から取り外すことができる。 万一プラグ16の平らな頂部が高い遠心力によりチュー
ブステム12の開口の頂部の下方へ落ち込んだ場合に、プ
ラグ16の引抜きを可能にするために、前記プラグの頂部
に延長部を備えることが好ましいことが判明した。図６
を参照すると、プラグ16は肩の上方へ持ち上がっている
伸長されたポスト46を有する。ポスト46の頂部には円形
のフランジ48がある。盲穴50が成形のひけ効果を最小に
するように構造から芯を取るのに使用されている。プラ
グの広げられた端部にある凹部52は、プラグを成形する
とき作られるゲート残部を隠させる。遠心操作後、成形
で付けられたフランジを備えるポスト46は、プラグをチ
ューブステムから取り外すためにプラグの便利な把持を
可能にする。 図７を参照して、チューブおよび囲み構造の固定角度
式ロータへの使用を説明する。ロータ60は、回転軸線64
に対して前もって定めた固定角度に合せられ、かつ、前
記回転軸線から等間隔をおいて円周方向に配列されたい
くつかの穴62を有する。穴62は、遠心機のチューブ10と
それに付随するキャップアッセンブリとを受け入れるよ
うに形状づけられている。遠心機のチューブは、ロータ
の穴に挿入するのに先だってサンプル溶液を充填され
る。 図８を参照するに、固定角度式ロータに使用するのに
適するスペーサ66が一層明瞭に示されている。スペーサ
66はプラグ16を覆っている。ねじ付き穴68が、スペーサ
66をロータの穴62から取り外すために使用されるべきね
じ付き工具（図示せず）に十分な大きさで設けられてい
る。チューブの頂部14の好ましい形状、したがってスペ
ーサのチューブと一致する形状は、固定角度式ロータで
の特別な適用のためにはベル形状である。 チューブ61はプラグを差し込まれ、スペーサ66を差し
込まれた後、ロータの穴62に挿入される。既に述べた隆
起部と溝との互いにかみ合う構造は、固定角度式ロータ
に使用されるためのチューブ61とスペーサ66とにも実施
しうる。スペーサ66は、チューブとの相互作用や、スペ
ーサと穴との間の摩擦接触以外では、穴62に沿って動く
のが自由であるという意味において浮いている。本発明
では、遠心操作中の浮きスペーサの自己負荷は、プラグ
の平らな頂部との接触によってプラグ16に力を伝達す
る。遠心操作すると、チューブ内のサンプル溶液11は、
回転軸線に対して半径方向の外方へ向く遠心力にさらさ
れる。サンプル溶液は垂直の方位をとり、垂直のメニス
カス70がまさに形成される。メニスカス70の上方の空気
空間の大きさは、チューブがサンプル溶液で充填される
レベルに依存するであろう。メニスカス70の上方の大き
な空気空間が明瞭のために誇張して示してあるけれど
も、チューブの壁が大きな遠心力によって破裂するのを
避けるために、メニスカスの上方の空気空間をできる限
り小さく保つようにチューブを完全に充填することが好
ましい。サンプル溶液11の垂直コラムはチューブ61の上
方部分14の一部とプラグ16とに接触する。チューブが充
填されるサンプル溶液のレベルに依存して、チューブの
上方部分のプラグ周りの実質的な部分は、遠心操作する
と、サンプル溶液の静水圧にさらされる。静水圧下のプ
ラグの上方への動きは、浮きスペーサ66の遠心負荷によ
って拘束される。実際、浮きスペーサの自己負荷は、チ
ューブの頂部14の静水圧に抗してプラグを押し付ける。
Ｏリングに対するシールはその結果より密になる。この
ように、ロータの速度が増加するにつれて、遠心力とそ
れゆえに静水圧とが増加し、それによってＯリングとチ
ューブステムとの接点におけるシール力を増加する。増
加したシール力は静水圧の増加を補い、それによって密
な漏れのないシールを維持する。換言すると、シール
は、圧力条件がより厳しくなるにつれ、より良くなる。 遠心操作が完了した後、スペーサ66はスペーサ66のね
じ穴68を引っ張ることによってロータの穴から取り外さ
れる。遠心機のチューブ61は、穴から引き出され、プラ
グは図９を参照して以下に述べる工具を使用して取り外
される。互いにかみ合うスペーサが使用される場合、こ
のスペーサはチューブと共にロータの穴から取り外され
る。プラグ16は、遠心操作に起因するチューブの永久変
形によって発現され、チューブ内に蓄積される残留圧力
が存在しても、チューブステムに保持されることが着目
される。広げられた端部22と縮められた直径24との間の
締りの差または程度は、プラグの保持力または拘束力に
直接的に比例する。プラグを挿入するのに必要な力の大
きさ、プラグの拘束力の大きさおよびプラグをチューブ
ステムから取り外すのに必要な力の大きさの間には差し
引きされるバランスがある。 チューブとプラグとの間の適当な線対線の締り係合
は、広げられた端部において平坦部26を設けることによ
って約0.5〜２％だけ円形の円周方向長さを減少する
と、約50〜60％となることが判明した。円形の円周方向
の長さの減少量はプラグに必要とされる挿入力に影響を
及ぼし、より大きな挿入力がより小さな減少量で必要に
なると信じられている。チューブと広げられた端部との
間の締り係合の割合は、プラグをチューブから取り外す
のに必要な引抜き力を規定し、引抜き力は係合の大きな
割合で増加すると信じられている。 別の幾何学的形状の頂部14を有する遠心機のチューブ
が本発明にしたがって使用しうる。たとえば、円錐形状
および半球状の頂部のチューブが使用しうる。 引抜き工具は、ここに記載した遠心機のチューブをロ
ータの穴から引き抜くのに使用するために設計されてい
る。図９ないし図11を参照するに、引抜き工具70は、硬
化したばね鋼または他の同様な材料で図示の形状に形成
されている。引抜き工具70は、側部部材71に強度と剛性
とを与えるリブ72を有する。リブ72は引抜き工具70の真
直ぐな部分の長さに沿っている。引抜き工具の相対する
端部は直角のタブ74であり、これらタブ74は中心線に向
けて内方へ曲がっている。タブ74は各端に鋭いコーナ76
を有する。このコーナ76は前記端に形成した前もって定
めた半径78の結果生じている。タブ74のベンド80から鋭
いコーナ76までの長さは、チューブをチューブステムに
よって引く抜くために最も小さな遠心機のロータの穴に
引抜き工具を到達させるように定める。前記引抜き工具
は、側部部材71にまたは側部部材71に沿って指圧を付加
することによって使用される。半径78がチューブステム
12の半径よりわずかに小さいことから、コーナすなわち
ポイント76はチューブステム12の側部にくいこむ。ポイ
ント76のチューブステムへの突き刺しは、チューブの軸
線方向で滑るのに抵抗を与える。従来の実験室のピンセ
ットは、把持能力を有しない。というのは、ピンセット
は保持するように設計されており、処理されている材料
にくいこまないように、プラグを乱さないように、そし
てシールを危うくしないように設計されているからであ
る。 本発明は、この発明に従う好ましい実施例に関して記
載したけれども、種々の変更や改良が発明の範囲および
精神から離れることなくしうることが当業者に明らかで
ある。したがって、本発明は図示した特定の実施例によ
って制限されるのではなく、添付の請求の範囲によって
のみ制限されることが理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シエスラー、デイヴィド エル アメリカ合衆国 94303 カリフォルニ ア州 パロ アルト マンチェスター コート 3145 (56)参考文献 特開 昭54−117287（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−309293（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−168834（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−98451（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−108864（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−13553（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭50−21828（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B04B 5/02 B01L 3/14

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】遠心機のチューブのためのプラグであっ
   て、円錐形状にテーパ状とされた本体と、該テーパ状の
   本体の溝に保持されるＯリングとを備え、前記本体は、
   前記テーパにおける狭い方の端部に、該狭い方の端部が
   前記チューブの開口に挿入され、該開口を通過するとき
   に前記プラグを座位置に引っ張る、広げられた部分を有
   する、プラグ。