JP4524594B2

JP4524594B2 - 遠心分離機

Info

Publication number: JP4524594B2
Application number: JP2004268406A
Authority: JP
Inventors: 昭二楠元
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: JP2006081989A; US7311653B2; US20060058168A1

Description

本発明は遠心分離機に関し、特に、ロータを収容するロータ室を密閉するドアの開閉を容易にするための構造に関する。

遠心分離機は、分離すべき試料をチューブやボトルを介して保持させたロータをロータ室（回転室）の中に収容し、ドアによってロータ室の開口部を密閉した状態で、モータ等の駆動装置によって、ロータを高速に回転させることによって、ロータに保持された試料の分離、精製等を行うものである。ロータの回転速度は用途によって異なり、最高回転速度が数千回転（ｒｐｍ）程度の比較的低速のものから、最高回転速度が１５万回転（ｒｐｍ）程度の高速のものまで、幅広い回転数をもつ製品群が一般に提供されている。

遠心分離機のロータをドアによって密閉されたロータ室内で高速回転させる際、ロータとロータ室内に存在する空気との間に摩擦熱が発生し風損となり、ロータの温度が異常温度に上昇してしまうという問題がある。このため、例えば２万回転以上の高速回転をさせる多くの遠心分離機では、冷却装置が搭載される。更に、高速または超高速の遠心分離機では、上述の冷却装置の搭載に加え、ロータ室内を高真空または低真空状態に減圧する真空装置を搭載することによって、風損による温度上昇をより完全に防止することが実施されている。

冷却装置を有する遠心分離機は、例えば下記特許文献１に示されるように、ロータを収容するロータ室の内周面に沿って冷凍配管等の冷却部を備えている。この冷却部によってロータ室を冷却し、ロータの回転で発生する風損による発熱を抑え、ロータ温度を所定の温度以下に制御している。このため、従来の遠心分離機では、ドアによって密閉されたロータ室内とその室外とは熱的に遮断することが要求され、ロータ室の壁部材とドアとによって外気より区画される空間（密閉室）の密閉度が高められるように構成される。

即ち、ロータ室は、ロータの収納や試料の出し入れ時に使用するためのドアが設けられた開口部以外は外部に対して閉じられた空間とする。更に、ロータ室とドアとの間には弾性材料からなるパッキンを配置し、ドアを閉じた状態では、外部の空気がロータ室内に流入しないように、そのパッキンを押圧させることによって、ロータ室とドアとによって閉じられた空間を形成する。なお、本願明細書で使用される「閉じられた空間」または「密閉室」とは、通常、冷却能力に影響しない範囲のわずかな空気の漏れを許容する壁部材によって区画された空間を意味する。もちろん、真空シールなどを用いて外気からより完全に熱的に遮断または区画された空間であってもよい。

また、高速回転させるロータの風損を極力減少させるためにロータ室内を高真空状態に引く真空ポンプを搭載した遠心分離機の例が下記特許文献２に示されている。特許文献２に開示された技術は、ロータ室の開口部を外気より密閉するためにドアを閉めた後に、ロータ室と外気とを連通させるエアリークバルブを閉じてロータ室を高真空に引き、この状態でロータを高速回転させ、運転終了後、ロータをロータ室から取り出す操作は、特別な開閉スイッチによってエアリークバルブを開いてロータ室を大気圧に開放した後に、ドアを開くものである。特に、誤動作によりエアリークバルブがロータ回転中などに不用意に開放状態にならないようにするために、バルブ開放信号と回転数検出信号との両者によって制御する開閉スイッチを設けたことを特徴としている。

特開２００２−３３６７３８号公報特開平９−７５７８２号公報

しかしながら、上述のロータ室とドアとによって密閉室を形成する遠心分離機においてはドアの開閉に大きな力を必要とし、特に手動式のドアでは、遠心分離機を取扱う作業者が頻繁にドアの開閉を行うことから、その操作性または作業性の低下を招き、使い勝手が悪くなるという問題があった。なお、手動式のドア開閉機構に替えて、大きな駆動力を持つモータ等の外部動力を利用する自動式ドア開閉機構を持つ遠心分離機が周知であるが、自動的に開閉を行う機構が複雑となり、手動式に比べ高価な遠心分離機となるという問題があった。

図６の模式図は、ドアの開閉を行う際に発生する反力の概算式を示す。ロータ室の開口部の一端に蝶番（チョウバン）によって支持されたドアを閉じるとき、パッキンの押し代を押しつぶすことにより、パッキンからの反力とともに、図６に示す空気バネ作用と同様な反力Ｆを受けることになる。ただし、この空気バネ作用の反力Ｆの影響は、ドアを閉じた後のわずかな空気の漏れにより、次第に無くなる。

ドアを閉じるとき、そのドアは、通常、蝶番などを使用して開閉できるようにしてあるが、蝶番の取付け位置のばらつきやパッキンの加工ばらつきなどを考慮した場合、パッキンの押し代は、ロータ室の密閉度または密封度を高めるために、ある程度の余裕を持った設計にする必要がある。しかし、押し代に裕度を持たせることは、ロータ室内の圧力Ｐ１を更に上昇させることとなり、結果的に、空気バネ作用による反力Ｆを更に増加させることになる。その結果、作業者は、ドアを閉める際、より大きな力が必要となり、手動式のドアにおいては操作性または作業性の低下を生じていた。

一方、ドアを開けるとき、閉めるときとは反対にロータ室内の圧力が下がり、ドアを閉めるときと同様に、大きな力を必要とした。その結果、やはりドアを開けづらくしていた。ただし、この場合はパッキンによる反力はドアを開ける方向に働くので、ドアを閉めるときに比べ、操作性の低下は緩和される。

また、特許文献２には、特に高真空のロータ室を有する遠心分離機について、運転終了後ドアを開く前に、高真空のロータ室を外気に開放するためにエアリークバルブを開くことが開示されているが、エアリークバルブを開閉するために、特別な開閉スイッチを必要とし、かつ、エアリークバルブの開閉スイッチはドアの開閉と無関係に動作する構造となっている。このため、ドアの操作性或いは使い勝手が悪いという問題があり、また、ロータ室に冷却装置を有する遠心機では、ドアを開いた後、エアリークバルブが開放状態のまま放置されることになるので、エアリークバルブに連通する空気流通路に結露が発生し易いという問題がある。

従って、本発明の主目的は、ロータ室の開口部を密閉するドアを小さな力で開閉可能にすることによって、操作性または作業性を向上させた遠心分離機を提供することにある。

本発明の他の目的は、ロータ室を冷却するための冷却装置を備え、かつ手動式でドアの開閉を行う遠心分離機に好適なドアの開閉機構を提供することにある。

本発明の上記及びその他の目的ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面から更に明らかにされる。

上記の目的を達成するために本発明は、駆動装置と、前記駆動装置によって回転され、かつ分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、かつ上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部を外気より密閉し、かつ開閉自在に設けられたドアとを備えた遠心分離機であって、前記ドアによって密閉される前記ロータ室の内部とその外部との間に空気流路を設けると共に、該空気流路を開閉可能な空気流通弁を設け、前記ドアを開閉するためのドアレバーと連動して、前記ドアを閉じる過渡状態において前記空気流通弁によって前記空気流路開くと共に、前記ドアを開く過渡状態において前記空気流通弁によって前記空気流路を開くように構成したことに一つの特徴を有する。

本発明の他の特徴は、前記空気流通弁は、電磁弁よりなり、前記ドアレバーの動きを検出素子によって検出して、その検出信号を制御回路部に入力し、該制御回路部によって前記ドアの開閉時の過渡状態のときのみ前記電磁弁を開くように構成したことにある。

本発明の他の特徴は、前記空気流通弁の一端はリンク棒により前記ドアレバーに連結され、他端はスプリングによって前記空気流路を閉じるように付勢されていることにある。

本発明の他の特徴は、前記空気流通弁は、前記ドアを閉じるとき、前記ロータ室の内部からその外部へ空気が流れる逆止弁により構成されていることにある。

本発明の他の特徴は、前記空気流通弁は、前記ドアに設けられていることにある。

本発明の他の特徴は、前記空気流通弁は、前記ロータの回転中心軸の延長線が交差する前記ドアまたは前記ロータ室の仕切部材の一部に設けたことにある。

本発明の他の特徴は、前記遠心分離機は、前記ロータを冷却する冷却装置を更に備えたことにある。

本発明の遠心分離機によれば、ドアを開閉する過渡状態のとき、空気流通弁がドアによって密閉されるロータ室とその外部（外気）とを連通させるので、ロータ室の圧力を大気圧に等しくできる。その結果、ロータ室の密閉による反力の影響を受けることなく、小さい力でドアの開閉ができる。

本発明の遠心分離機によれば、空気流通弁がドアの開閉に連動して密閉されたロータ室と外気とを連通させるので、ロータ室の圧力を大気圧に等しくできる。その結果、遠心分離機の操作性または作業性を向上させることできる。

本発明の遠心分離機によれば、ドアの開閉機構に必要な押圧力を省力化できるので、操作性の良い手動式開閉構造を提供でき、かつ自動式の複雑なドア開閉機構を備えた遠心分離機に比較して安価な遠心分離機を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。

図１乃至図３は本発明の第１の実施形態に係る遠心分離機の要部断面図（側面図）を示し、図１はロータ室を開閉するドアを閉じた後の定常状態における断面図、図２はドアを閉じるときの過渡状態における断面図、及び図３はドアを開いた後の定常状態における断面図である。

図１において、遠心分離機２０は、上面から見た断面形状が四角形を有する筐体（フレーム）２１を備え、その内部に組立てられた、遠心分離すべき血液等の試料を入れる試料容器２と、試料容器２を配置し高速回転を与えるためのロータ１と、ロータ１に回転軸４ｂを介して高速回転の駆動力を与えるためのモータ等を内蔵する駆動装置４と、ロータ１を収納するロータ室（回転室）３とを具備し、更に、筐体２１内に形成されたロータ室３の上部開口部を密封するためのドア５とを備える。

ロータ室３は、側壁部３ａと底部３ｂとから成るボウル形状の仕切部材から形成される。その側壁部３ａの外周には螺旋状の冷凍配管（パイプ）９が配置され、ロータ室３内を冷却するように構成される。これによって、回転時のロータ１を冷却し、その温度上昇を防止する。このため、ロータ室３の冷却効率を低下させないように、冷凍配管９の外周囲には断熱材から成る断熱層９ａが設けられる。

ロータ室３の冷却効率を更に向上させるために、駆動装置４のハウジング４ａが突出するロータ室３の底部開口部は、断熱材から成る台座８ａの上に取付けられたゴムなどの弾性材料から成るシール部材８により密閉される。一方、ロータ１や試料容器２などを出し入れするためのロータ室３の上部開口部は、ゴムなどの弾性材料よりなるドアパッキン６を設け、このパッキン６をドア５によって押し潰すことによって密閉される。

このようにして、ロータ室３の上部開口部はドア５によって密閉され、ロータ室３の底部開口部はシール部材８によって密閉される。従って、図６に示したように、従来の遠心分離機の技術では、ドア５を閉め、ドア５によってドアパッキン６を押し潰すとき、作業者はドアパッキン６による反力と、ロータ室３内の圧力が上がることによる空気バネ作用による反力とを受けることになる。一方、ドア５を開けるときは反対にロータ室３内の圧力が下がり、同様にドア５を開けづらくする。

本発明によれば、ドア開閉時における反力の影響を防止するために、ドア５によって密閉されるロータ室３内部とその外部との間に、次のような開閉弁を有する空気流通路（以下、単に「空気流通弁」という）が設けられ、ドア５を閉じるとき、またはドア５を開くとき、その空気流通弁を開くように構成する。

図１に示すように、ドア５の前側面部（図面右側）にはピン１０ａを軸として回動可能なドアレバー１０を設ける。ドア５の下面中央部、即ちロータ１の回転中心軸の延長線上またはその付近には第１の開口部１４を設け、かつドア５の後側面部には第２の開口部５を設けることによって、ロータ室３から第１の開口部１４及び第２の開口部１５を通じてロータ室３の室外（外気）に至る空気流通路を形成する。この空気流通路中には開閉弁１１（以下、空気流通弁と称する）を設ける。空気流通弁１１の一端１１ａは回動可能にドア５に支持され、その他端１１ｂはスプリング１２によって開口部１４を常に押圧し密封するよう付勢されている。空気流通弁１１は、ドアレバー１０及びリンク棒１３によって連結され、ドアレバー１０と連動するように構成されている。

図２は、ドアレバー１０を手（図示なし）によって把持してドア５を閉じるときの空気流通弁１１の動作状態を示す。ドアレバー１０を手によって上方向（矢印１０ｃの方向）に押圧操作すると、押圧されている過渡状態の間、リンク棒１３が引張られて空気流通弁１１は開かれた状態となり、その状態でドアレバー１０の爪部１０ｂは筐体２１に設けられたフック部２１ａに係合されドア５が閉じられる。ドア５が閉じられた後の定常状態においては、図１に示すように、スプリング１２の付勢圧力により弁１１は開口部１４を密閉する。この定常状態では、ドアレバー１０の爪部１０ｂはフック部２１ａに係合され、ロータ室３の密閉状態が保持される。

このようにして、ドア５を閉める過渡状態において、開口部１４に設けられた弁１１が開き、ロータ室３は開口部１４及び開口部１５を通じて外気と連通する。その結果、ドア５がドアパッキン６を押し潰しても、ロータ室３内の圧力が遠心分離機２０の外部圧力（大気圧）と等しくなるので、空気バネ作用による反力が発生しなくなって、小さい力で容易にドア５を閉めることが可能となる。

一方、ドア５を開けるとき、図２に示した場合と同様に、ドアレバー１０を手によって上方向に操作させた状態にしないとドア５は開かないので、ドアレバー１０と連動している空気流通弁１０は開いた状態となる。その結果、ロータ室３の内圧力はドア５を閉めるときと同様に、外部圧力（大気圧）との差を生じないので空気バネ作用による反力を受けない。即ち、ドア５を開くことも容易にすることが可能である。図３に示すように、ドア５を開いた後の定常状態では、ドアレバー１０を再度、操作しない限り弁１１は開かない。

ドア５はロータ室３に直接的に接しているためロータ１の回転中は冷気に曝されることがある。このため、特にドア５のロータ室３側に位置している裏面側ではロータ１と同様に冷却される。冷却された部分は、図３に示すようなドア５が開いた状態では周囲の気温より低いので結露しやすい状態となる。このような状況で開口部１４と開口部１５が開いていると、ドア５の内部にまで結露が発生し、ドア５内部の金属が腐食したり、溜まった水がドア５を開いたときにドア５の後部開口部１５より放出されたりするという不具合が発生する。この不具合を防止するために、空気流通弁１１はドア５の開閉時の過渡状態において、ロータ室３内の圧力を外部圧力に等しくするときにだけ開くように構成することが好ましい。

次に、本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。図４に示す第２の実施形態では、空気流通弁として電磁弁１６を使用している。電磁弁１６は、ドア５の開閉を行う時、ドア５がドアパッキン６と接触している時の過渡状態において、ドアレバー１０の動きをマイクロスイッチなどの検出素子１９によって検出し、その検出信号を制御回路部１７に送信して、制御回路部１７によって、過渡状態のときのみ電磁弁１６が開くように電磁弁１６の制御を行う。この電磁弁を使用する方式も、上記第１の実施形態と同様な動作を行うので、上述と同様な効果を得ることができる。なお、ドア５の開閉を検出する検出信号は、ドア５に傾きセンサを取付けてドアの傾きを検出してもよい。

更に、本発明の第３の実施形態では、図５に示されるように、空気流通弁として逆止弁１８を使用している。逆止弁１８は、矢印１８ａで示す方向に空気が流れるように配置される。その結果、逆止弁１８を用いた方式ではドア５を閉めるとき、ロータ室３内の内圧が高くなると空気を外部へ排気するので、ドア５にかかる力を緩和できる。ただし、この実施形態では、ドア５を開くときには、逆止弁１８が開かないのでロータ室３内の圧力を低下することができない。従って、遠心分離機２０の動作が終了した後は、通常の分離機と同様な力でドア５を開く必要があるが、使い勝手は改善される。

上記実施形態において、各種の空気流通弁は、ドア５の中央部に設置したが、基本的にはドア５及びロータ室３の仕切部材３ａ、３ｂのどこに設置しても良い。ただし、ロータ１が回転しているときは、回転による風圧がロータ１の回転中心より遠いところで大きくなるので、その風圧の影響を受け難いロータ１の回転中心軸上に設置することが好ましい。

以上の説明から明らかにされるように、本発明の遠心分離機によれば、ドアを開閉する過渡状態のとき、空気流通弁を通じてドアによって密閉されるロータ室とその外部（外気）とが連通されるので、ロータ室の圧力を大気圧に等しくできる。その結果、密閉室の影響を受けることなく、小さい力でドアの開閉が可能となる。従って、ドアの開閉機構に必要な押圧力を省力化できるので、操作性の良い手動式開閉構造を提供できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の第１の実施形態に係る遠心分離機の要部断面図で、ドアを閉じた後の定常状態を示す。本発明の第１の実施形態に係る遠心分離機の要部断面図で、ドアを閉じるときの過渡状態を示す。本発明の第１の実施形態に係る遠心分離機の要部断面図で、ドアを開いた後の定常状態を示す。本発明の第２の実施形態に係る遠心分離機の要部断面図を示す。本発明の第３の実施形態に係る遠心分離機の要部断面図を示す。遠心分離機のドアが閉まるときの空気バネ作用による反力の計算式を示す。

１：ロータ２：試料容器３：ロータ室３ａ：仕切部材の側壁部
３ｂ：仕切部材の底部４：駆動装置４ａ：駆動装置のハウジング
４ｂ：ロータの回転軸５：ドア６：ドアパッキン
７：蝶番（チョウバン）８：シール部材８ａ：台座
９：冷凍配管９ａ：断熱層１０：ドアレバー１０ａ：ドアのピン
１０ｂ：ドアの爪部１０ｃ：押圧方向１１：空気流通弁
１１ａ：空気流通弁の一端１１ｂ：空気流通弁の他端１２：スプリング
１３：リンク棒１４：開口部１５：開口部１６：電磁弁
１７：制御回路部１８：逆止弁１９：検出素子２０：遠心分離機

Claims

駆動装置と、前記駆動装置によって回転され、かつ分離する試料を保持するロータと、
前記ロータを収容し、かつ上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部を外
気より密閉し、かつ開閉自在に設けられたドアとを備えた遠心分離機であって、
前記ドアによって密閉される前記ロータ室の内部とその外部との間に空気流路を設ける
と共に、該空気流路を開閉可能な空気流通弁を設け、前記ドアを開閉するためのドアレバーと連動して、前記ドアを閉じる過渡状態において前記空気流通弁によって前記空気流路開くと共に、前記ドアを開く過渡状態において前記空気流通弁によって前記空気流路を開くように構成したことを特徴とする遠心分離機。
請求項１において、前記空気流通弁は、電磁弁よりなり、前記ドアレバーの動きを検出素子によって検出して、その検出信号を制御回路部に入力し、該制御回路部によって前記ドアの開閉時の過渡状態のときのみ前記電磁弁を開くように構成したことを特徴とする遠心分離機。
請求項１において、前記空気流通弁の一端はリンク棒により前記ドアレバーに連結され、他端はスプリングによって前記空気流路を閉じるように付勢されていることを特徴とする遠心分離機。
前記空気流通弁は、前記ドアを閉じるとき、前記ロータ室の内部からその外部へ空気が流れる逆止弁であることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
前記空気流通弁は、前記ドアに設けられたことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
前記空気流通弁は、前記ロータの回転中心軸の延長線が交差する前記ドアまたは前記ロータ室の仕切部材の一部に設けたことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
前記遠心分離機は、前記ロータを冷却する冷却装置を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の遠心分離機。