JP3861476B2 - 遠心分離機 - Google Patents
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- B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
- B04B9/08—Arrangement or disposition of transmission gearing ; Couplings; Brakes
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- B04B2009/085—Locking means between drive shaft and rotor
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心分離機において、ロータの取り付け機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から多くの遠心分離機では、遠心分離機に使用されるロータ(分離する試料を内蔵して高速回転する回転体)が交換可能に構成されている。これは、遠心分離をする目的に沿ってもっとも効率的に遠心分離を行うロータを使用者が選択できるという利点をはじめ様々な利点を有するためである。しかし、ロータが交換可能であるが故に、モータの回転を伝達する回転軸に取り付けられたロータハブに対してロータをどのように固定するかが問題となる。
【０００３】
従来は、例えばロータをロータハブにナットで固定する方法がとられていた。しかし、これはナットの固定に関する作業を使用者が負うものであるため使い勝手が悪い。加えて、遠心分離の回転の加速や減速時にナットが緩まないようにするために、相当な大きさのトルクでナットを締め付けなければならない。
【０００４】
このような問題に鑑みて、本件出願人は使用者の使い勝手を向上するために、ロータをロータハブに載置するだけで遠心回転中にロータハブからロータが外れない機構を創出し、例えば特許第２６０１０４２号として権利が付与されている。
【０００５】
特許第２６０１０４２号等に開示されている機構は、ロータハブ内に半径方向に移動可能なウェイトを内蔵し、そのウェイトと相対するロータの部分に凹部を形成したものとなっている。このような機構において、モータによりロータハブが回されると、ロータハブに内蔵されたウェイトが遠心力により半径方向に飛び出し、ロータに設けた凹部に所定の力をもって接触する。特許第２６０１０４２号等に開示されている機構においては、ロータは真空中を回転するものであり、ロータには回転力以外に力は発生しないため、このウェイトと凹部の接触のみで十分ロータとロータハブの固定を担うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の機構は、ロータ室内が真空(又は所定以下の気圧にロータ室内が排気される場合)に引かれる場合や、ロータ室内が真空でなくても、ロータが所定以上の重量を有する場合（即ち、ロータに回転力以外の力が発生しない場合）には有効であるが、昨今のロータの軽量化に伴い、ロータ室内が真空に引かれない状態で軽量化ロータを回転すると、ロータ周囲の空気が遠心力により外周方向に移動される影響によりロータの上下で圧力差が生じ、この圧力差によりロータに浮力が発生し、この浮力がロータの重力を上回ると、ロータがロータハブから外れてしまうという重大な問題が予期される。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑み、ロータに浮力が発生しても、それ以上の力（正確にはロータの重力よりも浮力が上回った分の力以上の力）でロータの抜け止めを行えばロータがロータハブから外れることはないことに着目して、ロータハブ内に設けられたウェイトとロータ内の凹部の関係を工夫したものである。
【０００８】
本発明は、ロータを真空でない状態（即ち気体中）で回転させても、ロータハブから外れてしまうことのない着脱機構を有する遠心分離機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
モータと該モータにより回転される回転軸と、該回転軸の一端の設けられたロータハブと、該ロータハブに載置され気体中で回転するロータと、前記ロータハブ内に軸半径方向に微動可能に取付けられたウエイトと、該ウエイトと対向する前記ロータの位置に設けられた取付け穴とを有するロータの着脱機構を備えた遠心分離機において、前記ウエイトの下部と接触する前記取り付け穴にロータの軸線に対して２０〜４０°の角度を有するテーパー部を設けたロータの着脱機構を備えることで達成される。
また、モータと該モータにより回転される回転軸と、該回転軸の一端の設けられたロータハブと、該ロータハブに載置され気体中で回転するロータと、前記ロータハブ内に軸半径方向に微動可能に取付けられたウエイトと、該ウエイトと対向する前記ロータの位置に設けられた取付け穴とを有するロータの着脱機構を備えた遠心分離機において、
前記取り付け穴に接触するウエイトの下部にロータの軸線に対して２０〜４０°の角度を有するテーパー部を設けたロータの着脱機構を備えることにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施例図面を参照して本発明を説明する。図1は本発明の一実施例を含む遠心分離機の駆動装置の断面図である。回転時の遠心力により収納した試料を分離するロータ８、ロータ8を回転させるモータ７、モータ７の回転を伝達し、かつロータ８が振れて回転してもモータ７の軸受に発生する荷重を低減するために弾性を有する回転軸３、回転軸３の上端に固着し、ロータ８を脱着可能とするロータハブ５、ロータハブ５に微動可能に取り付けられたウェイト４、ロータ８の空転防止のためロータ８に固定されたピンＡ１、ロータハブ５に固定されたピンＢ２で構成される。図2は、ロータハブ５のウェイト取り付け部の詳細横断面図、図３は、同縦断面図である。
【００１１】
ロータ8をロータハブ５に載せて遠心分離機を運転することにより、ウェイト４に遠心力Ｆ２が発生し、ロータ８の取り付け穴６内面に設けられた溝のテーパー部１１に押し付けられ、ロータを下方に押す押付け力Ｆ３が発生し、ロータ８がロータハブ５から抜けないように固定する。
【００１２】
停止時は、ウェイト４に遠心力Ｆ２による押し付け力Ｆ３は発生せず、取り付け穴６内面の溝にテーパー部１１を設けることにより引っかかることなく容易にロータ8をロータハブ５から取り外すことができる。テーパー部１１の角度としてはロータ着脱を容易にするため、２０度から４０度が望ましい。
【００１３】
ウェイトの寸法は次のようにして求められる。遠心分離機のロータは、サンプルの分離を効率よくするためサンプルチューブ１０挿入穴に一定の角度がついている。そのため、気体中でロータを回転させるとロータ室内のロータ８の上部付近が負圧になり、ロータ８に浮力Ｆ１が発生する。浮力Ｆ１は、実験値から図4に示すように回転角速度の２乗に比例し、次式で表わせられる。
Ｆ１＝Ｃ×ω2 (式１)
定数Ｃは、各ロータが持つ定数でロータ形状により変わる。ωは、ロータ８の回転角速度である。
【００１４】
また、同様にウェイト４にも遠心力Ｆ２が発生し、次式で表わせられ、
Ｆ２＝ｍ×ｒ×ω2 (式２)
ｍはウェイト４の質量、ｒは回転中心１２からウェイト４の重心Ｇまでの距離である。
【００１５】
ウェイト４が取り付け穴６内面に設けられた上広がりのテーパー部１１に押し付けられ、ロータを下方に押し付け力Ｆ３が発生する。押し付け力Ｆ３は、次式で表わされる。
Ｆ３＝Ｆ２×ｔａｎθ＝ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ (式３)
θはテーパー部１１の傾斜角度である。
【００１６】
ロータ8がロータハブ５から離脱しないためには、ロータを下方に押す力が必要であり、式４が成立しなければならない。
Ｆ３＋Ｍ×ｇ＞Ｆ１ (式４)
Ｍはロータ質量、ｇは重力加速度である。
【００１７】
式４に式１、式３を代入すると
ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ＋Ｍ×ｇ＞Ｃ×ω2 (式５)
となり、ウェイト４のｍ、ｒとテーパー部１１の傾斜角度θを式5を十分に満たすような値にする必要がある。なお、自励振動等の振動発生時は、ロータハブ５とロータ取り付け穴６の摩擦による拘束力は期待できないので省いている。また、上記式５は拘束力発生機構により生じる軸下方向の力（ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ）とロータ８の重力（Ｍ×ｇ）の和がロータ８に掛かる浮力（Ｃ×ω2）よりも大きくなる旨の式であるが、これは即ち、拘束力発生機構により生じる軸下方向の力（ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ）がロータ８に掛かる浮力（Ｃ×ω2）とロータ８の重力（Ｍ×ｇ）の差分よりも大きいことを意味する。
【００１８】
また、他の実施例の一つとして、図５に示すようにウェイト４とテーパー部１１の勘合部を取り付け穴６の上部開口部に設けることによっても同様な効果が得られる。この場合、ウェイト４に発生する遠心力Ｆ２とてこによる力を考慮して、押し付け力Ｆ３を求め、式４が成立するようなウェイト４の寸法、テーパー部１１の角度とすれば良い。回転の伝達については、ロータ８の下部に図６に示すような六角形等多角形の穴を空けた回り止めリング１４を取り付け、ロータハブ５の下部の断面形状も六角形等多角形とする等により行うことができる。
【００１９】
また、上記2つの実施例では、ロータ８に設けた取り付け穴６側をテーパーとしていて、このテーパー部とロータハブ５に設けたウェイト４をもって拘束力発生機構としているが、逆にロータ８に設けた取り付け穴６側は直角溝とし、ウェイト８側をテーパとしても同様の効果が生じる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、ロータの着脱をロータハブに載せるだけで容易に行うことができる。また、ナットの締め忘れ等の固定不足によるロータの離脱を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す遠心分離機のロータ着脱機構の縦断面図。
【図２】 図１のロータハブのウェイト取り付け部を拡大して示す横断面図。
【図３】 図２のウェイト部を拡大して示す横断面図。
【図４】 回転時のロータに発生する浮力とウェイトによる押し付け力を示す図。
【図５】 本発明の他の実施例を示す縦断面図。
【図６】 図5の回り止めリングの形状を示す斜視図。
【符号の説明】
図において、１はピンA、２はピンＢ、３は回転軸、４はウェイト、５はロータハブ、６は取り付け穴、７はモータ、８はロータ、９はロータ室、１０はサンプルチューブ、１１はテーパー部である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心分離機において、ロータの取り付け機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から多くの遠心分離機では、遠心分離機に使用されるロータ(分離する試料を内蔵して高速回転する回転体)が交換可能に構成されている。これは、遠心分離をする目的に沿ってもっとも効率的に遠心分離を行うロータを使用者が選択できるという利点をはじめ様々な利点を有するためである。しかし、ロータが交換可能であるが故に、モータの回転を伝達する回転軸に取り付けられたロータハブに対してロータをどのように固定するかが問題となる。
【０００３】
従来は、例えばロータをロータハブにナットで固定する方法がとられていた。しかし、これはナットの固定に関する作業を使用者が負うものであるため使い勝手が悪い。加えて、遠心分離の回転の加速や減速時にナットが緩まないようにするために、相当な大きさのトルクでナットを締め付けなければならない。
【０００４】
このような問題に鑑みて、本件出願人は使用者の使い勝手を向上するために、ロータをロータハブに載置するだけで遠心回転中にロータハブからロータが外れない機構を創出し、例えば特許第２６０１０４２号として権利が付与されている。
【０００５】
特許第２６０１０４２号等に開示されている機構は、ロータハブ内に半径方向に移動可能なウェイトを内蔵し、そのウェイトと相対するロータの部分に凹部を形成したものとなっている。このような機構において、モータによりロータハブが回されると、ロータハブに内蔵されたウェイトが遠心力により半径方向に飛び出し、ロータに設けた凹部に所定の力をもって接触する。特許第２６０１０４２号等に開示されている機構においては、ロータは真空中を回転するものであり、ロータには回転力以外に力は発生しないため、このウェイトと凹部の接触のみで十分ロータとロータハブの固定を担うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の機構は、ロータ室内が真空(又は所定以下の気圧にロータ室内が排気される場合)に引かれる場合や、ロータ室内が真空でなくても、ロータが所定以上の重量を有する場合（即ち、ロータに回転力以外の力が発生しない場合）には有効であるが、昨今のロータの軽量化に伴い、ロータ室内が真空に引かれない状態で軽量化ロータを回転すると、ロータ周囲の空気が遠心力により外周方向に移動される影響によりロータの上下で圧力差が生じ、この圧力差によりロータに浮力が発生し、この浮力がロータの重力を上回ると、ロータがロータハブから外れてしまうという重大な問題が予期される。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑み、ロータに浮力が発生しても、それ以上の力（正確にはロータの重力よりも浮力が上回った分の力以上の力）でロータの抜け止めを行えばロータがロータハブから外れることはないことに着目して、ロータハブ内に設けられたウェイトとロータ内の凹部の関係を工夫したものである。
【０００８】
本発明は、ロータを真空でない状態（即ち気体中）で回転させても、ロータハブから外れてしまうことのない着脱機構を有する遠心分離機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
モータと該モータにより回転される回転軸と、該回転軸の一端の設けられたロータハブと、該ロータハブに載置され気体中で回転するロータと、前記ロータハブ内に軸半径方向に微動可能に取付けられたウエイトと、該ウエイトと対向する前記ロータの位置に設けられた取付け穴とを有するロータの着脱機構を備えた遠心分離機において、前記ウエイトの下部と接触する前記取り付け穴にロータの軸線に対して２０〜４０°の角度を有するテーパー部を設けたロータの着脱機構を備えることで達成される。
また、モータと該モータにより回転される回転軸と、該回転軸の一端の設けられたロータハブと、該ロータハブに載置され気体中で回転するロータと、前記ロータハブ内に軸半径方向に微動可能に取付けられたウエイトと、該ウエイトと対向する前記ロータの位置に設けられた取付け穴とを有するロータの着脱機構を備えた遠心分離機において、
前記取り付け穴に接触するウエイトの下部にロータの軸線に対して２０〜４０°の角度を有するテーパー部を設けたロータの着脱機構を備えることにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施例図面を参照して本発明を説明する。図1は本発明の一実施例を含む遠心分離機の駆動装置の断面図である。回転時の遠心力により収納した試料を分離するロータ８、ロータ8を回転させるモータ７、モータ７の回転を伝達し、かつロータ８が振れて回転してもモータ７の軸受に発生する荷重を低減するために弾性を有する回転軸３、回転軸３の上端に固着し、ロータ８を脱着可能とするロータハブ５、ロータハブ５に微動可能に取り付けられたウェイト４、ロータ８の空転防止のためロータ８に固定されたピンＡ１、ロータハブ５に固定されたピンＢ２で構成される。図2は、ロータハブ５のウェイト取り付け部の詳細横断面図、図３は、同縦断面図である。
【００１１】
ロータ8をロータハブ５に載せて遠心分離機を運転することにより、ウェイト４に遠心力Ｆ２が発生し、ロータ８の取り付け穴６内面に設けられた溝のテーパー部１１に押し付けられ、ロータを下方に押す押付け力Ｆ３が発生し、ロータ８がロータハブ５から抜けないように固定する。
【００１２】
停止時は、ウェイト４に遠心力Ｆ２による押し付け力Ｆ３は発生せず、取り付け穴６内面の溝にテーパー部１１を設けることにより引っかかることなく容易にロータ8をロータハブ５から取り外すことができる。テーパー部１１の角度としてはロータ着脱を容易にするため、２０度から４０度が望ましい。
【００１３】
ウェイトの寸法は次のようにして求められる。遠心分離機のロータは、サンプルの分離を効率よくするためサンプルチューブ１０挿入穴に一定の角度がついている。そのため、気体中でロータを回転させるとロータ室内のロータ８の上部付近が負圧になり、ロータ８に浮力Ｆ１が発生する。浮力Ｆ１は、実験値から図4に示すように回転角速度の２乗に比例し、次式で表わせられる。
Ｆ１＝Ｃ×ω2 (式１)
定数Ｃは、各ロータが持つ定数でロータ形状により変わる。ωは、ロータ８の回転角速度である。
【００１４】
また、同様にウェイト４にも遠心力Ｆ２が発生し、次式で表わせられ、
Ｆ２＝ｍ×ｒ×ω2 (式２)
ｍはウェイト４の質量、ｒは回転中心１２からウェイト４の重心Ｇまでの距離である。
【００１５】
ウェイト４が取り付け穴６内面に設けられた上広がりのテーパー部１１に押し付けられ、ロータを下方に押し付け力Ｆ３が発生する。押し付け力Ｆ３は、次式で表わされる。
Ｆ３＝Ｆ２×ｔａｎθ＝ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ (式３)
θはテーパー部１１の傾斜角度である。
【００１６】
ロータ8がロータハブ５から離脱しないためには、ロータを下方に押す力が必要であり、式４が成立しなければならない。
Ｆ３＋Ｍ×ｇ＞Ｆ１ (式４)
Ｍはロータ質量、ｇは重力加速度である。
【００１７】
式４に式１、式３を代入すると
ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ＋Ｍ×ｇ＞Ｃ×ω2 (式５)
となり、ウェイト４のｍ、ｒとテーパー部１１の傾斜角度θを式5を十分に満たすような値にする必要がある。なお、自励振動等の振動発生時は、ロータハブ５とロータ取り付け穴６の摩擦による拘束力は期待できないので省いている。また、上記式５は拘束力発生機構により生じる軸下方向の力（ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ）とロータ８の重力（Ｍ×ｇ）の和がロータ８に掛かる浮力（Ｃ×ω2）よりも大きくなる旨の式であるが、これは即ち、拘束力発生機構により生じる軸下方向の力（ｍ×ｒ×ω2×ｔａｎθ）がロータ８に掛かる浮力（Ｃ×ω2）とロータ８の重力（Ｍ×ｇ）の差分よりも大きいことを意味する。
【００１８】
また、他の実施例の一つとして、図５に示すようにウェイト４とテーパー部１１の勘合部を取り付け穴６の上部開口部に設けることによっても同様な効果が得られる。この場合、ウェイト４に発生する遠心力Ｆ２とてこによる力を考慮して、押し付け力Ｆ３を求め、式４が成立するようなウェイト４の寸法、テーパー部１１の角度とすれば良い。回転の伝達については、ロータ８の下部に図６に示すような六角形等多角形の穴を空けた回り止めリング１４を取り付け、ロータハブ５の下部の断面形状も六角形等多角形とする等により行うことができる。
【００１９】
また、上記2つの実施例では、ロータ８に設けた取り付け穴６側をテーパーとしていて、このテーパー部とロータハブ５に設けたウェイト４をもって拘束力発生機構としているが、逆にロータ８に設けた取り付け穴６側は直角溝とし、ウェイト８側をテーパとしても同様の効果が生じる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、ロータの着脱をロータハブに載せるだけで容易に行うことができる。また、ナットの締め忘れ等の固定不足によるロータの離脱を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す遠心分離機のロータ着脱機構の縦断面図。
【図２】 図１のロータハブのウェイト取り付け部を拡大して示す横断面図。
【図３】 図２のウェイト部を拡大して示す横断面図。
【図４】 回転時のロータに発生する浮力とウェイトによる押し付け力を示す図。
【図５】 本発明の他の実施例を示す縦断面図。
【図６】 図5の回り止めリングの形状を示す斜視図。
【符号の説明】
図において、１はピンA、２はピンＢ、３は回転軸、４はウェイト、５はロータハブ、６は取り付け穴、７はモータ、８はロータ、９はロータ室、１０はサンプルチューブ、１１はテーパー部である。
Claims (2)
- モータと該モータにより回転される回転軸と、該回転軸の一端の設けられたロータハブと、該ロータハブに載置され気体中で回転するロータと、前記ロータハブ内に軸半径方向に微動可能に取付けられたウエイトと、該ウエイトと対向する前記ロータの位置に設けられた取付け穴とを有するロータの着脱機構を備えた遠心分離機において、
前記ウエイトの下部と接触する前記取り付け穴にロータの軸線に対して２０〜４０°の角度を有するテーパー部を設けたロータの着脱機構を備えたことを特徴とする遠心分離機。 - モータと該モータにより回転される回転軸と、該回転軸の一端の設けられたロータハブと、該ロータハブに載置され気体中で回転するロータと、前記ロータハブ内に軸半径方向に微動可能に取付けられたウエイトと、該ウエイトと対向する前記ロータの位置に設けられた取付け穴とを有するロータの着脱機構を備えた遠心分離機において、
前記取り付け穴に接触するウエイトの下部にロータの軸線に対して２０〜４０°の角度を有するテーパー部を設けたロータの着脱機構を備えたことを特徴とする遠心分離機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27780998A JP3861476B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 遠心分離機 |
| DE1999130593 DE19930593A1 (de) | 1998-09-30 | 1999-07-02 | Anbringungs- und Abnahmemechanismus für einen Zentrifugenmotor |
| FR9908578A FR2783726B1 (fr) | 1998-09-30 | 1999-07-02 | Mecanisme de montage et de demontage destine a un rotor de centrifugeuse |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27780998A JP3861476B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 遠心分離機 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000107643A JP2000107643A (ja) | 2000-04-18 |
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| JP3861476B2 true JP3861476B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=17588577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27780998A Expired - Lifetime JP3861476B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 遠心分離機 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3861476B2 (ja) |
| DE (1) | DE19930593A1 (ja) |
| FR (1) | FR2783726B1 (ja) |
Families Citing this family (14)
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|---|---|---|---|---|
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| DE102012011531B4 (de) * | 2012-06-08 | 2016-11-10 | Thermo Electron Led Gmbh | Set aus Antriebskopf und Nabe zur lösbaren Verbindung eines Antriebes mit einem Rotor einer Zentrifuge für einen weiten Drehzahlbereich |
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| DE102014002126B4 (de) * | 2014-02-17 | 2019-01-17 | Thermo Electron Led Gmbh | Antriebskopf zur lösbaren Verbindung eines Antriebes mit einem Rotor einer Zentrifuge, diesen umfassendes Set und Zentrifuge |
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