JP3554018B2 - 遠心分離機 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、ロータの破損時にロータが制動させるようにした遠心分離機に関する。
【0002】
なお、本明細書の記述は、本件出願の優先権の基礎たる米国特許出願第08/066, 733号(1993年5月27日出願)の明細書の記載に基づくものであって、当該米国特許出願の番号を参照することによって、当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。
【0003】
【従来の技術】
遠心分離機の技術において、いわゆるシェル形ロータは良く知られている。このシェル形ロータの典型的なものは、上板が装着されたほぼ平坦なボディメンバを有する。上板には、試料容器を受け入れるべく形成した複数の穴が配列している。そして試料容器を上板の穴に差し込んだ場合、この試料容器は、ボディメンバの上面と上板の裏面との間に形成される空きスペース内に突出する。
【0004】
米国特許第4,449,965号明細書(Strain)に開示された技術は、このようなシェル形ロータの構成を示す典型的な例である。通常、ボディメンバと上板との間には、シールリングを介在させていない。米国特許第4,832,679号明細書( Bader)に発表されたロータでは、ボディメンバの径方向外側の周辺部分を回転軸線の内側方向に湾曲させ、ここにトローフ(trough)を形成している。このトローフは、試料容器から漏れ出る液体の試料を空きスペース内にせき止めるのに役立つ。
【0005】
臨床医が血液中の血漿分離、あるいは血漿成分分離等を行う場合等のように、比較的少量(例えば、2ミリリットル程度)の試料を遠心分離する場合、上述したシェル形ロータを採用することは、製造コストを比較的低く抑えることができる点で適当な選択である。さらに、このシェル形ロータは、およそ15000rpm 程度の回転速度が普通となる超高速回転状態での実験の観察記録のためにも使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
シェル形ロータは、その運転中に破損によって使えなくなる可能性があるが、これは他のどのようなロータでも同じである。破損の原因の典型的なものとしては、材料疲労の結果による破損や、あるいは過回転状態により発生した過大な遠心力の結果による破損を挙げることができる。例え、シェル形ロータの重量が比較的軽い場合であっても、このシェル形ロータが破損すると、その運転時の回転速度によっては、使用中の遠心分離装置に重大な損害をもたらす。
【0007】
【発明の目的】
本発明の目的は、ロータが破損した場合に、遠心分離装置に対する損害を抑制し得るロータの制動システムを具えた遠心分離機を提供することにある。
【0008】
また、本発明の別な目的は、シェル形ロータのボディメンバと上板との間に形成された空きスペースを塞ぐためのシール装置を具えた遠心分離機を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による遠心分離機の第一の形態は、ボウルを有する遠心分離装置に用いられるロータが、上に折れ曲がったリップ部を有するボディメンバと、このボディメンバに取り付けられ、かつ前記リップ部の上に位置すると共に、相対的に高応力領域となる溝が裏側に形成されたスカート部を有する上板と、前記溝に配置されてこの上板と前記リップとの間に介在するシールリングとを具え、第一の運転速度における前記ロータの破損が、前記シールリングを突出させてこの突出部を通す開口となり、前記シールリングのこの突出部は、第一の運転速度の下で前記ロータの回転速度を低下させる傾向となる力を発生することを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明による遠心分離機の第二の形態は、遠心分離装置に用いられ、かつ回転軸線回りに回転可能なロータが、上に折れ曲がったリップ部を有するボディメンバと、このボディメンバに取り付けられ、かつ前記リップ部の上に位置すると共に、前記回転軸線から離れるように傾斜する部分を有しない径方向内側の境界面を有する溝が裏側に形成されたスカート部を有する上板と、前記溝に配置されてこの上板と前記リップ部との間に介在し、先端部が前記溝の径方向内側の境界面の縁部を通り越して前記溝内に拡がると共に、径方向内側面と径方向外側面とを有するシールリングとを具え、このシールリングの前記径方向内側面が前記回転軸線の径方向内側に傾斜していることを特徴とするものである。
【0011】
ここで、シールリングの径方向内側面を、ロータの回転軸線の径方向内側に傾斜させることが有効である。また、溝の径方向内側の境界面は、回転軸線と平行か、あるいは径方向内側に傾斜していることが有効である。
【0012】
【作用】
本発明によると、ロータに発生する破損は、相対的に高応力領域となる溝の近傍で起こり、ここに開口が形成される。この開口に臨むシールリングの部分は、遠心力の作用により開口を通って突出し、この突出部が第一の運転速度の下でロータの回転速度を低下させるのに有効な力を発生する。
【0013】
この力は、ロータと共に回転するシールリングの突出部によって引き起こされる風損の性質を帯びる。あるいは、もしシールリングが遠心分離装置のボウルに対して充分接触するように突き出ると、摩擦力がシールとボウルとの間の接触によって発生する。何れの場合もロータの回転速度は低下する。
【0014】
【実施例】
本発明は、添付図面を用いてこれに関係付けた以下の詳細な説明から、より充分に理解されよう。
【0015】
以下の詳細な記述において、図面の全ての図中の類似の参照符号は、類似の構成に該当する。
【0016】
図1および図2には、本発明における参照符号10により概ね指し示したシェル形ロータが描かれている。このシェル形ロータ10は、遠心分離装置のボウルBに対し、穴Aを軸方向に貫通して中央に突出する駆動軸S(図1参照)の上端に取り付けられる如く示される。駆動軸Sは、駆動源Mに接続されている。駆動軸Sは、その長手方向沿って垂直に延びる回転軸線VCLを有する。このシェル形ロータ10は、回転軸線VCL回りに回転する。
【0017】
前記シェル形ロータ10は、中央穴12Aが形成されたボディメンバ12を有する。このボディメンバ12の径方向外側部は、リップ部12Lを形成するように上向きに折り曲げられている。ボディメンバ12は、アルミニウムの如き何らかの適当な材料からプレス加工(スタンピング)等によって作られる。中央部に延在する駆動アダプタ(図1参照)14は、ボディメンバ12の中央穴12Aを軸方向に貫通する。金属製の駆動アダプタ14には、この駆動アダプタ14を通って延びる中央軸穴14Aが形成され、この中央軸穴14Aの下部には、円錐台状の形態をなすロッキングテーパ14Tが形成されている。このロッキングテーパ14Tは、これと対応した形状の駆動軸Sに形成したロッキング面Lを受けるように形成される。駆動アダプタ14は、径方向に拡がる連結フランジ部14Fを有する。この連結フランジ部14Fの上面は、ボディメンバ12の中央部に当接してこれを保持するシェルフ(shelf )として機能する。この駆動アダプタ14の外周の中央部および上端部には、それぞれ14T−1, 14T−2に示すようにねじ部が刻設されている。Oリング溝14Gは、これら二つのねじ部14T−1, 14T−2の間の軸方向に沿った駆動アダプタ14の外周に形成されている。Oリング16は、後述する目的のためにこのOリング溝14Gに装着される。
【0018】
駆動軸Sには、一つ以上の平坦か、あるいは別な非円形の面Fを示すように構成した回り止めの領域Rを形成するようにしても良い。駆動アダプタ14の下面には、このような領域Rを収容する駆動カラー18がボルト20等によって固定される。駆動カラー18には、回り止め用の穴18Aが形成されている。この駆動カラー18の穴18Aの形は、駆動軸Sの領域Rの前記面Fの形と対応した形に形成される。
【0019】
駆動アダプタ14の第一のねじ部14T−1には、スペーサナット22がねじ込まれている。このスペーサナット22は、ボディメンバ12を駆動アダプタ14に取り付けるためのものである。
【0020】
上板24は、駆動アダプタ14に保持される。この上板24の概ね平坦な中央部24Cには、貫通穴24Aが形成されている。この上板24の貫通穴24Aには、遠心分離装置の運転中に上板24の位置がずれないように、駆動アダプタ14が差し込まれる(あるいは、駆動アダプタ14に対して緊密に嵌合保持される)。上板24は、概ね円錐台部24Fを形成するように折り曲げられている。この円錐台部24Fには、所定間隔で開口する容器取り付け穴24Hが環状に配列している。各容器取り付け穴24Hは、試料容器Cを受け入れるように形成される。各試料容器Cには、フランジ部Pが形成されている。前記円錐台部24Fの径方向外側部分は、24Rで示すように丸くなっており、概ね垂直な円筒面24Vと円錐台状をなすスカート部24Sとが形成されている。円錐台状をなすスカート部24は、ボディメンバ12のリップ部12Lの真上に位置する。このスカート部24Sは、リップ部24Lで終わっている。
【0021】
スカート部24Sの近傍の上板24の裏面24Uには、溝24Gが形成されている。この溝24Gは、ボディメンバ12のリップ部12Lと対向している。溝24Gは、シェル形ロータ10の破損し易い相対的な高応力領域を形成しており、ここで本発明の目的がより明瞭となるようにしている。
【0022】
図3に最も良く示されているように、溝24Gは径方向内側の境界面24B−1と、径方向外側の境界面24B−2(図示例においては、リップ部24Lの径方向内側面に形成したように描いている)と、底面24B−3とで形成される。本発明においては、溝24Gの径方向内側の境界面24B−1は少なくとも回転軸線VCLに対して平行である必要がある。もし望むのであれば、図3中に破線で示したように、径方向内側の境界面24B−1と底面24B−3との交差する隅部24Tが、径方向内側の境界面24B−1の縁部24Eよりも回転軸線VCL側により近接して位置するように、径方向内側の境界面24B−1を径方向内側(すなわち、回転軸線VCLの方向)に傾斜させることができる。換言すると、径方向内側の境界面24B−1の部分が回転軸線VCLから離れて径方向外側に傾斜しないように、この溝24Gの径方向内側の境界面24B−1が配置されている。上板24は、アルミニウムの如き材料から作られる。内側の境界面24B−1を軸線VCLと平行に設定した場合、プレス加工(スタンピング)によって上板24を都合良く形成することができる。溝24Gは、上板24に機械加工により形成される。
【0023】
上板24は、押さえノブ26によって駆動アダプタ14に固定される。この押さえノブ26は、駆動アダプタ14の第二のねじ部14T−2にねじ込まれる。押さえノブ26の頭部26Hの下面には、スナップリング収納溝26Gが形成されている。このスナップリング収納溝26Gは、径方向内側のリップ部26L−1と径方向外側のリップ部26L−2とで囲まれている。径方向外側のリップ部26L−2には、26Uに示すように切り欠き部が形成されている。座金28は、スナップリング収納溝26Gに収納されており、この座金28の径方向内側の部分は、径方向内側のリップ部26L−1と上板24との間に挟圧保持される。座金28の径方向外側の部分は、スナップリング30によってスナップリング収納溝26Gに保持される。このスナップリング30は、押さえノブ26の径方向外側のリップ部26L−2の切り欠き部26Uに係止する。駆動アダプタ14のOリング溝14G内には、前述したOリング16が緩み止めとして存在しているため、押さえノブ26の逆回転が防止される。
【0024】
駆動アダプタ14の第二のねじ部14T−2には、カバー34も同様にねじ込まれる。このカバー34には、当該カバー34を駆動アダプタ14にねじ止めした時、上板24の垂直部24Vに対して径方向に重なり合う下向きのリップ部34Lが形成されている。さらに、このカバー34には中央穴34Aが形成されている。保持ボルトTは、駆動軸Sに対して駆動アダプタ14Aを固定するため、カバー34の中央穴34Aを通って駆動軸Sにねじ込まれる。
【0025】
これらの図から理解されるように、空きスペース36は、上板24とボディメンバ12との間に形成される。試料容器Cは、上板24の容器取り付け穴24Hに差し込まれ、各試料容器Cのフランジ部Pが上板24の上面にそれぞれ当接した状態となる。これら試料容器Cの長さの大部分は、空きスペース36内に位置する。一つあるいはそれ以上の試料容器Cが折損した場合には、液体試料が空きスペース36内に流出する。
【0026】
流出した液体試料が空きスペース36から外側に漏れ出すのを阻止するため、参照符号38によって示したシールリングがボディメンバ12と上板24との間に介装される。このシールリング38は、スカート部24Sの裏面24Uの溝24Gに装着される。このシールリング38は、垂直断面が概ね直角三角形(図2および図3参照)となる環状(図1参照)の形態をなす。図3に最も良く見られるように、このシールリング38は、径方向内側の内側シール面38Iと、径方向外側の外側シール面38Sと、底面38Bとを有する。内側シール面38Iの上端は、チップ部38Tで終わっている。底面38Bには、リップ係合溝38Gが形成されている。このリップ係合溝38Gは、それぞれ内側リップ部38L−1と外側リップ部38L−2とを有する。ボディメンバ12のリップ部12Lの上端は、シールリング38のリップ係合溝38G内に具合良く嵌合される。
【0027】
本発明における内側シール面38Iおよび外側シール面38Sは、共に回転軸線VCLに対して傾斜している。シールリング38をシェル形ロータ10に装着した時、内側シール面38Iの傾斜は、回転軸線VCLに対して例えば20度程度に設定される。外側シール面38Sの傾斜は、より急勾配であり、スカート部24Sの溝24Gの底面24B−3の傾斜に対応して例えば45度に設定される。溝24G内にシールリング38を装着した状態において、シールリング38のチップ部38Tは、径方向内側の境界面24B−1の縁部24Eを通過し(すなわち、図3に示すように、この縁部24Eの上に延び)、溝24G内に拡がる。第一のシール接点40Aは、内側シール面38Iと内側の境界面24B−1との間の接触部分に沿って形成される。第二のシール接点40Bは、外側シール面38Sと溝24Gの底面24B−3との間の接触部分に沿って形成される。シェル形ロータ10が図示の如く組み立てられた状態にある場合、折れ線38Wにて示すように、上板24の重量によって、シールリング38がわずかに曲げられた状態となる。
【0028】
遠心分離装置の運転中に、試料容器Cが破損した場合には、空きスペース36内に流出する液体試料の液滴Dは、矢印44Aで示すように、スカート部24Sの裏面24Uに沿って案内される。図3に示すように、流出した液滴Dが溝24Gの近傍に達した時、回転軸線VCLに対する径方向内側の境界面24B−1の方向付けと液滴Dに作用する遠心力の効果とが相俟って、二つのシール接点40A, 40Bの方向に液滴Dが移動するのを妨げる。このため、液滴Dは矢印44Bで示したように、シールリング38の傾斜した内側シール面38Iによって案内される。溝24Gの径方向内側の境界面24B−1が、回転軸線VCLに対して径方向外側に傾斜しておらず、回転軸線VCLに対して平行か、あるいは回転軸線VCLに対して内側に傾斜しているため、空きスペース36内に流出した液滴Dは、第一のシール接点40A側か、あるいは第二シール接点40B側へ移動するような虞がない。ここで、シールリング38の内側リップ部38L−1に作用する遠心力によって、この内側リップ部38L−1の下端内周縁部とボディメンバ12のリップ部12Lの内周面との間に液密シール接点40Cが形成されることを特に言及しておく。すなわち、シールリング38の内側シール面38Iを伝わって流れ落ちてくる液滴Dは、この液密シール接点40Cによって空きスペース36外に漏出することなく、ボディメンバ12のリップ部12Lの内周面に止まることとなる。
【0029】
さらに、シェル形ロータ10は、これが所定の第一の運転速度W1 に達した場合に、スカート部24Sの溝24Gの高応力領域にロータ破損が発生するように設計されている。図4および図5から最も良く理解できるように、スカート部24Sの破損は、そこに開口46を形成する。この時の遠心力は、この開口46に臨む(完全な状態を維持している)シールリング38の部分がこの開口46を通って径方向外側に突き出すようにシールリング38に作用する。あるいは、上述した遠心力は、破断線38Lに示す如くシールリング38が引き裂かれるようにこのシールリング38に作用する。何れの場合においても、開口46に臨むシールリング38の部分38Pは、開口46を通ってシェル形ロータ10と遠心分離装置のボウルBとの間の径方向隙間G(図1および図4および図5参照)に突き出る。少なくとも、シールリング38のこの突出部38Pは、第一の運転速度W1 の下で、シェル形ロータ10の回転速度をより低速にする傾向の風損力を発生する。仮に、(図4および図5中に48で示したように)シールリング38の突出部38Pが遠心分離装置のボウルBに接触した場合、これらの間に発生する摩擦力が、第一の運転速度W1 の下で、シェル形ロータ10の速度がより低速となる傾向にシェル形ロータ10に作用する。
【0030】
なお、当該発明技術の当業者の場合、上述した本発明の開示内容に基づいてさらに多数の変形例をもたらすことが可能である。このような変形例は、本願発明の特許請求の範囲で規定した技術に包含されるものである。
【0031】
【発明の効果】
本発明の遠心分離機によると、ボディメンバの外周縁部と上板の外周縁部との間にシールリングを介在させ、これらの間に形成される空きスペースを液密にシールするようにしたので、この空きスペースからロータの外部に液体が漏出するような不具合を未然に防止することができる。
【0032】
また、ロータ破損が発生した場合に開口を形成する高応力発生領域を上板に形成し、ロータ破損に伴って開口からシールリングが突出するようにし、このシールリングの突出部分の抵抗によってロータの回転を抑制するようにしたので、ロータ破損があった場合の遠心分離装置の損害を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による遠心分離機の一実施例の内部構造を表す縦断面図である。
【図2】図1に示した実施例の主要部を抽出拡大した断面図である。
【図3】図2中の矢視III 部を抽出拡大した断面図である。
【図4】図2においてロータが破損した状態を示す断面図である。
【図5】図4に対応した平面図である。
【符号の説明】
10 シェル形ロータ
12 ボディメンバ
12A 中央穴
12L リップ部
14 駆動アダプタ
14A 中央軸穴
14F 連結フランジ
14G Oリング溝
14T ロッキングテーパ
14T−1, 14T−2 ねじ部
16 Oリング
18 駆動カラー
18A 穴
20 ボルト
22 スペーサナット
24 上板
24A 貫通穴
24B−1 径方向内側の境界面
24B−2 径方向外側の境界面
24B−3 底面
24C 中央部
24E 縁部
24F 円錐台部
24G 溝
24H 容器取り付け穴
24S スカート部
24T 隅部
24U 裏面
24V 円筒面
24L リップ部
26 押さえノブ
26G スナップリング収納溝
26H 頭部
26L−1 径方向内側のリップ部
26L−2 径方向外側のリップ部
26U 切り欠き部
28 座金
30 スナップリング
34 カバー
34A 中央穴
34L リップ部
36 空きスペース
38 シールリング
38B 底面
38I 内側シール面
38G リップ係合溝
38L−1 内側リップ部
38L−2 外側リップ部
38P 突出部
38S 外側シール面
38T チップ部
40A 第一のシール接点
40B 第二のシール接点
40C 液密シール接点
46 開口
A 穴
B ボウル
C 試料容器
D 液滴
F 面
G 径方向隙間
L ロッキング面
M 駆動源
P フランジ部
R 領域
S 駆動軸
T 保持ボルト
VCL 回転軸線
W1 第一の運転速度
Claims (9)
- ボウルを有する遠心分離装置に用いられるロータが、
上に折れ曲がったリップ部を有するボディメンバと、
このボディメンバに取り付けられ、かつ前記リップ部の上に位置すると共に、相対的に高応力領域となる溝が裏側に形成されたスカート部を有する上板と、
前記溝に配置されてこの上板と前記リップとの間に介在するシールリングと
を具え、
第一の運転速度における前記ロータの破損が、前記シールリングを突出させてこの突出部を通す開口となり、前記シールリングのこの突出部は、第一の運転速度の下で前記ロータの回転速度を低下させる傾向となる力を発生することを特徴とする遠心分離機。 - 前記シールリングの前記突出部は、前記第一の運転速度の下で前記ロータの速度を低下させる傾向となる風損力を発生するものであることを特徴とする請求項1に記載した遠心分離機。
- 前記シールリングの前記突出部は、前記第一の運転速度の下で前記ロータの速度を低下させる傾向となる摩擦力を発生させるため、遠心分離装置の前記ボウルに対して接触するものであることを特徴とする請求項1に記載した遠心分離機。
- 前記ロータは回転軸線回りに回転可能であり、前記シールリングは径方向内側面と径方向外側面とを有し、この径方向内側面は前記回転軸線の径方向内側に傾斜したものであることを特徴とする請求項1に記載した遠心分離機。
- 前記ロータは回転軸線回りに回転可能であり、前記溝は径方向内側の境界面を有し、この径方向内側の境界面は前記回転軸線に対して平行となっていることを特徴とする請求項1に記載した遠心分離機。
- 前記ロータは回転軸線回りに回転可能であり、前記溝は径方向内側の境界面を有し、この径方向内側の境界面は、前記回転軸線に対して径方向内側に傾斜していることを特徴とする請求項1に記載した遠心分離機。
- 遠心分離装置に用いられ、かつ回転軸線回りに回転可能なロータが、
上に折れ曲がったリップ部を有するボディメンバと、
このボディメンバに取り付けられ、かつ前記リップ部の上に位置すると共に、前記回転軸線から離れるように傾斜する部分を有しない径方向内側の境界面を有する溝が裏側に形成されたスカート部を有する上板と、
前記溝に配置されてこの上板と前記リップ部との間に介在し、先端部が前記溝の径方向内側の境界面の縁部を通り越して前記溝内に拡がると共に、径方向内側面と径方向外側面とを有するシールリングと
を具え、
このシールリングの前記径方向内側面が前記回転軸線の径方向内側に傾斜していることを特徴とする遠心分離機。 - 前記溝の前記径方向内側の境界面は、前記回転軸線に対して平行であることを特徴とする請求項7に記載した遠心分離機。
- 前記溝の前記径方向内側の境界面は、前記回転軸線に対して径方向内側に傾斜していることを特徴とする請求項7に記載した遠心分離機。
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