JP4111048B2

JP4111048B2 - 連続遠心分離機

Info

Publication number: JP4111048B2
Application number: JP2003124431A
Authority: JP
Inventors: 正春相沢; 芳則飛田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: US7144361B2; US20040214711A1; JP2004322054A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、試料を連続的に流して液体試料中の微小粒子をロータ内に遠心分離する遠続遠心機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒形ロータを使用する従来の連続遠心分離機としては、実公昭４８−２８８６３に示された液体媒体中のウイルスを分離するための遠心分離機、および特公平７−１０６３２８に示された連続遠心分離機など、被分離試料が外気と遮断された状態で分離される遠心機がある。
【０００３】
図７から図９には従来形の液体試料を連続的に回転しているロータ内に送ることのできる、遠心分離機および円筒状ロータの説明図を示した。
この従来形連続遠心分離機５０はウイルスや培養菌体などを大量分離してワクチンや医薬品に使用する原料を精製するために用いられている。垂直方向に配設された円筒状ロータ５５はその上下のカバー７１から軸方向にそれぞれ延出された中空状の上下回転軸５６，５７によって支持されており、前記ロータの内部と回転軸の中空部とを連結する通路が設けられ回転軸とロータを介して連続的な液体流路が形成されている。上回転軸５６は途中で駆動モータ５８に連結され、円筒状ロータ５５を回転する駆動力が伝達される。
【０００４】
また、下回転軸５７は芯出しするためと回転振動を軽減するためにすべり軸受およびその外周部に設けられたダンパ部６０で外周を回転可能に支持され、上下回転軸５６，５７の端部には、メカニカルシール５９，６１が設けられており、ロータ５５および回転軸５６，５７が高速回転している間もこれらを通して液体試料の流通が行えるように構成されている。
配管接続部７５，７６には図示されていないプラスチック製などの配管が接続されており、遠心分離処理前の液体試料を図示されていないポンプ等の移送手段によって連続遠心分離機に供給し、更に遠心分離処理後の液体試料を排出することができる。なお、排出された遠心処理後の液体試料は図示されていない貯蔵容器などに集められる。
【０００５】
実公昭４８−２８８６３には、回転するロータがアルミ合金で製作さており、更にコアは中空状に形成され、その両端をネジ部を有したキャップによって閉塞されていることが開示されている。
また、特公平７−１０６３２８には、被分離試料が外気と遮断された状態で分離される遠心機における、１３０℃に耐える材料で構成された連続遠心分離機が提案されている。
【０００６】
本発明に関連する連続遠心分離機は、近年、円筒状ロータの材料としてはチタン合金が、コアの材料としては比較的強度が高いプラスチックが使用され中実構造になっている。実公昭４８−２８８６３に示されたコアは、アルミ合金で製作されていると考えられるが、中空胴部とねじで締結されたキャップと、中空胴部とキャップの密封構造を保つためのゴム製Oリングとから構成されている。
【０００７】
本遠心分離機で扱われる試料は、例えばインフルエンザウイルスや日本脳炎ウイルスなどの浮遊液であり、ワクチンや医薬品の原料となるため、遠心分離時に装置の不備による異物の混入やばい菌、細菌による汚染が無いことが望まれており、また、試料が通過する部材の洗浄の面でも、単なる洗剤系の洗浄のみならず、使用される液体試料に含まれる特有のタンパク質や、菌体などを洗浄するに適したアルカリ性の洗浄剤が使用可能であることも望まれている。
【０００８】
これらを満足する、滅菌方法としては、一般に１２１℃で２０分間行われる蒸気滅菌が有効であり、また、洗浄剤としては低濃度の苛性ソーダ水（苛性ソーダが５％未満）が、タンパク質の分解に効果があるため好まれている。
しかるに、従来の連続遠心機では、例えば、プラスチック製コアは単体では蒸気滅菌が適用できるが、コアをロータに組み込み、遠心分離機に取り付けた状態では、蒸気滅菌が適用できない欠点をもっている。何故ならば、コアの材料であるプラスチックとロータの材料である金属の熱膨張係数が大きく異なるため、蒸気滅菌法の条件である１２１℃で２０分間を行うと、ロータ内に配設されたコアが大きく膨張し金属部品であるロータの内寸法よりも大きな寸法となるため、コアが変形したり破損することになるからである。
【０００９】
また、実公昭４８−２８８６３に示された高力アルミ合金製のコアの構造は、胴部と両端板をねじ締結しており、両者をＯリングでシールしている。しかしながら、コアの外表面からＯリングに達するまでの微少な隙間を有しており、この部に細菌などが入り込むことが容易に想像でき、この隙間に存在する細菌等が分離試料を汚染する原因となることが予想される。そして、洗浄の面でも低濃度の苛性ソーダ水（水酸化ナトリウム水）などアルカリ性の洗浄剤を用いると、アルミ合金そのものが溶解してしまう問題がある。
【００１０】
また、微少な隙間を有する構造は、洗浄に適さない。さらに、ロータやコアの材料である高力アルミ合金は、強度を出すための熱処理が通常１００から１２０℃前後で行われるため、蒸気滅菌の条件である１２１℃では熱処理温度を越えることになり強度劣化を起す問題がある。
従ってこの種の従来形連続遠心分離機では、滅菌方法として、エタノールやホルマリンを使用した薬液滅菌法が主に使用されており、薬液によっては、ある種の細菌やウイルスに対し滅菌効果を有さないので、注意する必要があり、欠点であった。また、洗浄の面でも、温水や、中性洗剤によっており、洗浄を十分行うには、作業者が手作業で、時間かけて行っているのが実状であった。
さらに、実開平０２−０８３０４５には、ロータボディー、カバをチタン合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金などが用いられ、コアは軽量なプラスチックやアルミニウム合金等が用いられていることが記載されている。
【特許文献１】
実公昭４８−２８８６３
【特許文献２】
特公平７−１０６３２８
【特許文献３】
実開平０２−０８３０４５
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記した従来技術の欠点をなくし、滅菌方法として一般的でかつ有効な蒸気滅菌をロータを遠心分離機に取付た状態で可能にし、また、試料通路の洗浄においても、洗浄力に優れたアルカリ性の洗浄剤を流すことを可能にすること、同時に強度的にも強大な遠心加速度に耐えるロータ用コアを有する密封形連続遠心機を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
被分離粒子が混入している液体試料を分離するための円筒形状のロータと、該ロータ内を複数等配に分割する羽根状隔壁が外周部に突設される中空状の円筒状胴部と該円筒状胴部の上端面と下端面を塞ぐよう配設された端板とからなるコアと、前記ロータを回転駆動するためのモータと、前記ロータ内に前記液体試料を注入するための流路から構成される連続遠心分離機において、前記コアの前記円筒状胴部と前記端板をチタンまたはチタン合金で製作し、前記円筒状胴部と前記端板を溶接により接合することにより、達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例である連続遠心分離機１０の縦部分断面図である。図１において、本体ベース５２上部にボルトによって固定されている本体ハウジング５１が設置されており、本体ハウジング５１内のロータ室２０には、ロータ１を一定の温度に保つための冷却用蒸発器５４及び図示されていないヒータが配設され、ロータ１が破壊した時の破壊エネルギーを吸収するとともに、破壊したロータ１などの破片の飛出し防止のための防護壁５３が配設され、ロータの風損による発熱を低減するために、ロータ室２０内を減圧するための図示されていない真空ポンプが配設されている。
【００１４】
なお、連続遠心分離機１０は図示されていない入力部から、運転時の条件（例えば、回転速度、設定温度、運転時間）が入力され、入力された条件により制御部が連続遠心分離機１０を制御する。さらに、連続遠心分離機１０は固定穴６２に図示されていないボルトを通して床に固定される。
【００１５】
回転中心軸を垂直方向に配設されたロータ１はその上下のカバー１１から軸方向にそれぞれ延出されるよう配設され、ロックナット８，９によりロータ１に固定された上下の中空状の回転軸５６，５７によって回転可能に支持されており、前記ロータの内部と回転軸の中空部とを連結する通路が設けられ回転軸とロータを介して連続的な液体流路が形成されている。
【００１６】
連続遠心分離機１０の上部に配設された蓋７には駆動モータ５８が取付られており、上回転軸５６の外周部と駆動モータ５８の中空状シャフトの内周部に挿入され、上回転軸５６の上部に設けられたねじ部にナットを取り付けて連結され、ロータ１を回転する駆動力が伝達される。また、下回転軸５７は前記モータの回転軸の延長線上と一致させるためすべり軸受で回転可能に支持され回転振動を軽減するためにすべり軸受の周りに設けられたダンパ部６０で外周を支持し、さらに回転軸の半径方向に微動可能に支持している。
【００１７】
上下回転軸５６，５７の端部には、メカニカルシール５９，６１がロータに対して回転しないよう設けられているので、該メカニカルシール５９，６１は摺動抵抗が小さくさらに耐磨耗性に優れた材質のものを使用している。
さらに、該メカニカルシール５９，６１は、上下回転軸５６，５７にスプリング３５によって当接されているので、ロータ５５および回転軸５６，５７が高速回転している間もこれらを通して液体試料の流通が行えるように構成されている。
【００１８】
また、ロータの内部には、円周方向に複数等配に分割する羽根状の隔壁２８が外周部に突設されるコア２１が配設されている。
コア２１は交換が可能で、遠心分離処理する液体試料の種類や液量などの、用途に応じたコア２１が数種類用意されており、コア２１の交換は図示されていないリフトのアームが蓋７に接続されており、前記リフトの上下動により蓋７及び駆動モータ５８ごとロータ１を取だした後、ロックナット８を緩めてロータ１０を上回転軸５６から取り外し、カバー１１をロータボディ２から取外すことにより行われる。
【００１９】
図２は本発明の実施例のロータ１の縦断面図であり、図３は図２のロータをＡ−Ａ線で断面した断面図である。図２，図３において、ロータ１は、ロータボディ２、カバー１１、ロータとカバーの密封を保つためのＯリング４、コア２１より構成され、それぞれが着脱可能に組み立てられている。
【００２０】
ロータボディ２は円筒状形状をしており、両端にカバー１１を取付るための雌ねじ３、カバーとの密封を行うためのＯリング４とその挿入溝５を備えている。カバー１１は、ロータボディ２とねじで締結するための雄ねじ１２を備え、雄ねじ１２と反対側端部には上下の回転軸５６，５７に締結するための回転軸取付用雄ねじ１３が設けられ、回転軸挿入部１４および上下の回転軸５６，５７との密封のためのＯリング１５とその挿入するためのＯリング用溝１６を備えている。中心部には液体流通路１７と１８が設けられ、コア２１のカバー嵌合穴３０と嵌合するためのボス１９が内面中央部に設けられている。
【００２１】
コア２１は、円筒状胴部２２と円筒状胴部２２の両端に取り付けられる端板２３からなっており、ロータ１内に配置された時、ロータ１とコア２１間には隔壁で仕切られた扇形状空洞６が形成される。また、カバー１１の内平面部との間に試料流通溝２７を通じて、試料流通路１７，１８と扇形状空洞６と連通する。なお、試料流通路１８は扇形状空洞６と同じ数だけ配設されている。
図４は本発明の実施例であるコア２１の上面図であり、図５は図４のコア２１をB−C線で断面した縦断面図であり、図６は図５のＥ部の拡大した図である。
【００２２】
図５，図６において、円筒状胴部２２の両端にはねじ部２２ａ、端板２３にはねじ部２３ａが設けられており、端板２３が円筒状胴部２２にねじ込まれた時に端板２３のストッパとなる突き当て部２５、および円筒状胴部２２と端板２３の芯出しを行う嵌合穴２６が設けられている。
【００２３】
端板２３は、円筒状胴部２２に取り付けられる構造となっている。円筒状胴部２２は両端に前記の端板２３が突き当て面２５でストップするまでねじ込まれた後、外表面の両部品の境界である微少隙間部を全周に渡って溶接３１が施工され、溶接３１によってできた凸部および流体流通溝を、ロータ１の内面に適合するように所定の寸法に機械加工される。
【００２４】
従って、コア２１の内部は空洞であるため、大幅な質量軽減を図ることができる。また、円筒状胴部２２と端板２３の取り付け構造は、ねじ締結と溶接の２重締結構造となっているため、非常に強度が高い。なお、図４において、２７は試料を流通させるための試料流通溝２７であり、２９のピン穴は、ロータ１とコア２１の相対的な空転を防止するためのピンが挿入されるためのものである。
【００２５】
このように構成されたロータ１は、配管接合部７６及びメカニカルシール６１を経て回転軸５７から液体試料が導入され、試料流通路１７，１８、試料流通溝２７を経て、扇形状空洞６に導入され、扇形状空洞６内を垂直方向に流れるていく間に回転による遠心力を受けて、試料内の微少粒子がロータ内に留まり、上澄液が反対側の試料流通溝２７、試料流通路１７，１８、そして回転軸５６を経て機外に排出されるように動作する。
なお、本実施例の説明では液体試料の流れる方向を、本体下部から上部に流れるように説明したが、液体試料の流れる方向は本体上部から下部に流れても良い。
【００２６】
本実施例のロータボディ２，カバー１１およびコア２１は、ステンレス鋼やチタン合金で製作されるが、その中でもチタン合金がもっとも好ましい。何故ならば、チタン合金の比重は４．５程度で、ステンレス鋼等の鉄鋼の比重８程度と比較して小さく、遠心力が負荷された際の自身に加わる遠心力が小さくなり、発生する応力が小さくなって強度上有利であること、耐熱性も少なくとも５００℃程度までは、組織変化や強度劣化を来さない。
また、耐食性が優秀であるため、各種の洗浄剤に耐えることができ、苛性ソーダ水などによる洗浄に問題なく耐え、自身が溶け出して試料に悪影響を来すこともない。
【００２７】
我々は、上記の構成で、コアの材質にチタンを使用した連続遠心機１０を試作し、回転試験したところ４０，０００回転／分までの試験に異常なく耐え、コア２１が回転中に発生する遠心荷重による応力に十分耐えられることがわかった。
【００２８】
また、このような連続遠心分離機でロータを搭載したまま、液体試料が接触した部分の蒸気滅菌（オートクレーブ）を行う際は、上部の固定メカニカルシール５９の上部に配設されている配管接続部７５から蒸気を導入し、もう一方の固定メカニカルシール６１の下方に配設されている配管接続部７６にロータ内部の圧力を調整するためのバルブ等を設けて、内部の圧力を調整しながら行うのが良い。
【００２９】
また、蒸気滅菌中のロータ温度または、蒸気の温度を把握するための温度センサを１箇所以上配設しても良い。温度センサの配設場所としては配管接続部７５、配管接続部７６およびロータ室２０である。
試作した上記ロータを用いて、１２１℃で２０分間の蒸気滅菌を繰り返し実施したところ、滅菌効果が十分であることを確認できた。
【００３０】
また、１％苛性ソーダ水による洗浄実験を行ったところ、問題なく洗浄できることを確認した。また、チタンの耐薬品性としては１０％の苛性ソーダまでは問題なく使用できるので
苛性ソーダ水の濃度は１０％以下の間で使用するのが好ましい。
また、本試作コアの完成質量は７．５ｋｇで、従来のプラスチック製中実コアの７．９ｋｇに対して軽量となり、持ち運びや組立における操作性を損なうことなく製品化できた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、連続遠心分離機において、ロータ、カバー、コアの部材を１３０℃に耐える材料で構成し、熱的な変形による不都合を無くしたので、ロータを回転可能な状態で遠心機に取り付け、１２１℃で２０分間の蒸気滅菌可能となり、蒸気滅菌後にそののままの状態で運転できるので、試料を無菌状態で遠心分離できる。また、ロータ、カバー、コアに耐食性の優秀な材料を採用したので、遠心機の試料流通路を低濃度の苛性ソーダ水などの洗浄剤を流して洗浄することができるので、場合によっては、ロータの取り付け、取り外しを行わずに、連続した繰り返し運転を行うことができ、生産性の向上に寄与できる。さらに、本発明の金属製コアは内部を空洞を設けて軽量化するとともに、ねじ締結と溶接を併用しているため、軽量かつ強度が高いものとなり、軽量化による操作性の向上と、強度的に有利であるため、高速回転に耐え、遠心分離機の性能向上にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の連続遠心分離機の縦部分断面図
【図２】本発明の実施例のロータ縦断面図
【図３】本発明の実施例のロータのA−A断面図
【図４】本発明の実施例のコア上面図
【図５】本発明の実施例のコアのB−C断面図
【図６】本発明の実施例のコアのＥ部拡大縦断面図
【図７】従来の連続遠心機縦断面図
【図８】従来のロータ縦断面図
【図９】従来のロータのＤ−Ｄ断面図
【符号の説明】
１はロータ、２はロータボデイ、３は雌ねじ、４はＯリング、５はＯリング用溝、６は扇形状空洞、１０は連続遠心分離機、１１はカバー、１２は雄ねじ、１３は回転軸取付用雄ねじ、１４は回転軸挿入部、１５はＯリング、１６はＯリング用溝、１７、１８は液体流通路、１９はボス、２０はロータ室内、２１はコア、２２は円筒状胴部、２２ａはねじ部、２３は端板、２３ａはねじ部、、２５は突き当て部、２６は嵌合穴、２７は試料流通溝、２８は隔壁、２９はピン穴、３０はカバー嵌合穴、３１は溶接部、５０は連続遠心分離機、５１は本体ハウジング，５２は本体ベース，５３は防護壁，５４冷却用蒸発器，５５は従来のロータ、５６は上回転軸，５７は下回転軸，５８は駆動モータ，５９はメカニカルシール，６０はダンパ部，６１はメカニカルシール，７０は従来のロータボディ，７１は従来のカバー，７２は従来のコア、である。

Claims

被分離粒子が混入している液体試料を分離するための円筒形状のロータと、該ロータ内を複数等配に分割する羽根状隔壁が外周部に突設される中空状の円筒状胴部と該円筒状胴部の上端面と下端面を塞ぐよう配設された端板とからなるコアと、前記ロータを回転駆動するためのモータと、前記ロータ内に前記液体試料を注入するための流路から構成される連続遠心分離機において、前記コアの前記円筒状胴部と前記端板をチタンまたはチタン合金で製作し、前記円筒状胴部と前記端板を溶接により接合したことを特徴とした連続遠心分離機。
前記ロータおよび前記コアを構成する各種材料が、少なくとも１３０℃までの温度に耐えて強度劣化を来さないことを特長する請求項１に記載の連続遠心分離機。
前記ロータおよび前記コアを構成する各種材料が、１０％以下の苛性ソーダ水に良好な耐食性を有するもので構成されたことを特長する請求項１に記載の連続遠心分離機。