JP4626275B2 - 自動遠心装置 - Google Patents

Description

本発明は、医学・農学・薬学・理学等の分野で血液・細胞・核酸等の有用物質すなわち試料を遠心分離し、試料を自動で搬入・搬出する自動遠心装置のロータの位置決めに関するものである。

従来の自動遠心装置を図７を用いて説明する。

自動遠心装置１は、試料を収納し遠心分離するロータ２、該ロータ２を駆動する駆動部３、試料を搬入・搬出する搬送手段４、搬入・搬出時にロータ２の中心及び高さを位置決めする軸支機構５等で構成され、試料の搬入・遠心分離運転・搬出の工程を自動で行っている。
ロータ２には、周知の如く、４個のバケット懸垂個所が設けられ、バケットには試料を入れた複数の不図示の試験管を保持した不図示のラックが取り付けられ、ロータ２が高速回転することにより試験管内の試料は遠心分離される。前記試料の搬入、搬出は搬送手段４によりラック単位で行われ、最初の搬入・搬出位置からロータ２を９０°回転させることにより、次のバケットが搬送手段４による搬入・搬出位置に位置するようになって、ラックの搬入、搬出が可能となる。

上記駆動部３は、フレーム６に固定された複数のダンパ７を介して支持されており、その中心には、先端が球面形状の回転軸８が２個のボールベアリング９ａ，９ｂによって支持されている。回転軸８の下端にはサーボモータ１０がカップリング１１にて接続されており、この回転軸８を介して上部のロータ２が回転駆動される。尚、サーボモータ１０は、不図示の操作制御部により制御され、ロータ２の加速度、減速度及び回転速度が設定できるようになっている。

軸支機構５には、下部に上下移動可能なヘッド１２が取り付けられており、このヘッド１２にはテーパ形状が設けられている。又、軸支機構５は、回転軸８の上部であって、且つ、ロータ２の回転中心に一致した位置に取り付けられている。

次に、従来の自動遠心装置１の動作及びロータ２の位置決めについて説明する。

試料を搬入・搬出するためには、ロータ２を搬送手段４の位置に正確に停止させる必要がある。しかし、上述したようにロータ２を駆動する駆動部３は、防振上柔らかいゴムやスプリング等のダンパ７によって支持されており、停止時においてロータ２は振れ易い状態となっている。このため、従来の自動遠心装置１では、特許文献１に記載されているように、軸支機構５にて回転軸８の芯出しすなわちロータ２の回転方向の位置決めとロータ２の高さの位置決めを行っていた。以下に具体的な動作例を示す。

試料の搬入時において、初めに軸支機構５のヘッド１２が下方に移動して回転軸８の先端を押さえる。このとき、回転軸８の先端の球面はヘッド１２のテーパによりガイドされ、回転軸８の芯出しすなわちロータ２の回転方向の位置決めが行われる。更に、ヘッド１２の押し付け力によりロータ２の高さが位置決めされる。次に、ロータ２は、サーボモータ１０にて搬入位置に回転移動し、詳細は図示していないが、試料は搬送手段４によりロータ２のバケットに順次搬入される。
搬入後ロータ２を約９０°回転させた後再びロータ２の回転方向及び高さの位置決めを行い、次のバケットに試料を搬入する。このロータ２の位置決め、搬入を４回行うことにより４個のバケットへの試料搬入が完了する。

遠心分離運転時においては、初めに軸支機構５のヘッド１２が上昇し、回転軸８をフリーにする。次に、サーボモータ１０が予め設定されている加速度、減速度及び回転速度に従ってロータ２を高速回転させ、ロータ２内の試料が遠心分離される。

搬出時においては、軸支機構５による回転軸８の芯出し及びロータ２の高さの固定、サーボモータ１０によるロータ２の回転移動が行われ、試料は搬送手段４によってロータ２から搬出される。
この試料搬出も、上記した試料搬入と同様に、ロータ２の位置決め、搬出を４回行うことにより４個のバケットからの試料搬出が完了する。

特開平１１−２６２６８２号公報

上記従来の自動遠心装置１では、加速及び減速中にサーボモータ１０の回転トルクによってダンパ７が変形し、駆動部３全体が回転移動する場合がある。又、ダンパ７がスプリングとゴムで構成され、両者の摩擦力により振動を減衰させている場合では、ダンパ７が大きく変形し、元の位置に戻られない場合がある。

このため、ダンパ７がロータ２の回転方向に変形し元の位置に戻らなくなった場合、サーボモータ１０に内蔵された回転位置検出機構も一緒に回転方向に移動してしまい、試料の搬入・搬出時においてロータ２が回転方向にずれるという欠点があった。又、ロータ２の加速度及び減速度の設定によりダンパ７の変形後の戻りの位置がばらつき、これに伴いロータ２の停止位置も約１°程度ばらつくという欠点があった。

回転方向のずれが生じると、試料の搬入時において試料をロータ２にぶっつけてしまい、試料を搬入できない不具合が生じる場合がある。又、ロータ２にぶっつけた際に試料を破損してしまう重大な事故を引き起こす場合もある。

搬出時においては、搬送手段４が試料を十分に保持できず、該搬送手段４が移動中に試料を落とし、搬送できない不具合が生じる場合がある。又、落下により試料を破損してしまう重大な事故を引き起こす場合もある。

上記欠点を解消するために、ダンパ７を硬くし変形を抑える方法が考えられるが、この方法では高速で遠心分離運転する場合、ダンパ７が回転振動を吸収し切れず、回転軸８を支持するボールベアリング９ａ，９ｂの負荷が大きくなり、これらのボールベアリング９ａ，９ｂの寿命が低下するという問題が発生する。又、防振が不十分なため、高速で遠心分離すると回転中に異常振動を起こす場合があるため、最高許容回転速度を低く設定しなければならないという問題もある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、試料の搬入・搬出を正確に行うことができる自動遠心装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、試料を収納するロータ及び該ロータを回転駆動するモータを有する駆動部と、該駆動部を弾性支持するダンパと、前記駆動部の回転軸上方に配置されて上下方向に移動する可動部を有し、可動部を下降させて回転軸上端を押し下げることによりロータを所定高さとする回転軸保持機構とを備える自動遠心装置において、前記駆動部の回転軸の回転方向の機械的位置決め機構を設け、該位置決め機構により回転軸の回転方向の位置を決めをすると共に前記回転軸保持機構により回転軸を押し下げるようにしたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記位置決め機構を、回転軸上部及び可動部下部に設けられた四角形の凹凸部により構成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記位置決め機構を、回転軸上部に設けられた複数のマグネット及び可動部下部に設けられた１個のマグネットにより構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記位置決め機構を、回転軸上部に周方向に沿って設けられた複数の凹部及び可動部下部に設けられ、回転軸の凹部に係合可能なボールと該ボールを回転軸側に押すスプリングにより構成したことを特徴とする。

本発明によれば、試料の搬入・搬出動作を正確に行うことができ、長寿命で且つ高速で安全に遠心分離できる自動遠心装置を提供することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る自動遠心装置１の断面図である。自動遠心装置１は、フレーム６、ロータ室１３、ロータ２、駆動部３、搬送手段４、回転軸保持機構１９等によって構成され、不図示の制御操作部によって制御される。又、詳細は図示していないが、自動遠心装置１は、他の装置と通信回線で制御可能なように接続されている。ここで、搬送手段４は不図示の他の装置に設けられていても良い。

前記駆動部３は、フレーム６に固定された複数のダンパ７を介して支持されており、その中心には回転軸８が２個のボールベアリング９ａ，９ｂによって回転自在に支持されている。そして、この回転軸８の下端にはサーボモータ１０の出力軸がカップリング１１によって連結されており、回転軸８を介して上部のロータ２を回転駆動するよう構成されている。尚、回転軸８には四角柱状の凸部８ａが設けられおり、凸部８ａの先端にはテーパが設けられている。

図２〜図４に前記回転軸保持機構１９の構成を示す。

回転軸保持機構１９は、ロータ室１３の上面のロータ２の回転中心位置に固定されており、その下部には上下移動可能なスプライン軸１４が設けられており、該スプライン軸１４の下端にはヘッド１２が固定されている。そして、ヘッド１２の底面には四角形の凹部１２ａが設けられており、該凹部１２ａの入口にはテーパが設けられている。ここで、ヘッド１２の凹部１２ａと回転軸８の先端の四角形の凸部８ａは互いに嵌合する形状となっており、嵌合時は、密着状態となる。これら凹部１２ａ、凸部８ａは本発明機械的位置決め機構を構成し、これらが嵌合することにより回転軸８の回転方向の位置決めがなされる。すなわち回転軸８先端の凸部８ａがヘッド１２の凹部１２ａに嵌合することにより、ロータ２のバケットが搬送手段４による搬入・搬出位置に位置するようになり、更にロータ２を９０°回転させる都度残りのバケットが前記搬入・搬出位置に位置するようになる。スプライン軸１４は、ボールスプライン外筒１５によりガイドされ、自身は回転せず、上下に移動可能となっている。

又、スプライン軸１４は、スプリング１６ａによってワッシャ１７を介して常時上方に押し上げられている。スプライン軸１４の上にはソレノイド１８が設けられており、搬入・搬出時における移動状態ではソレノイド１８のプランジャが下方に突き出てスプライン軸１４を押し、移動前の状態ではソレノイド１８のプランジャはスプリング１６によりスプライン軸１４と共に上方へ押し上げられている。尚、信頼性を向上させるため、ソレノイド１８はプランジャが２段階に移動するもの（例えば、新電元工業（株）社製の３ポジションソレノイド）を使用することも可能である。

図２に移動前状態、図３に第１段移動状態、図４に第２段移動状態をそれぞれ示す。ここで、回転軸保持機構１９は、第１段移動状態で停止しないで移動前状態から第２段移動状態に移行しても良い。

次に、本発明に係る自動遠心装置１の具体的な動作例について説明する。

試料の搬入・搬出時において、初めにロータ２は搬送手段４による搬入・搬出位置に回転移動して停止するが、停止するまではサーボモータ１０にブレーキが掛からず、ロータ２は外力によって回転できる状態になっている。これは、凹部１２ａに凸部８ａが嵌合するようにロータ２を搬入・搬出位置に回転移動させるためすなわちロータ２の回転方向の位置決めを行うためである。

次に、回転軸保持機構１９のソレノイド１８のプランジャが第１段の位置に移動し、スプライン軸１４が下方に移動し、ヘッド１２が回転軸８の先端を押し付ける。このとき、回転軸８の傾きや横方向のずれは、回転軸８の先端の凸部８ａがヘッド１２の凹部１２ａに設けたテーパによりガイドされ、回転軸８の中心位置のずれが修正される。

更に、ソレノイド１８のプランジャが第２段の位置に移動し、ロータ２の回転方向のずれもテーパにより同様にガイドされ、回転軸８はロータ２の搬入・搬出位置に回転移動する。ここで、回転軸保持機構１９と回転軸８は四角形の凹部１２ａ、凸部８ａの嵌合により結合され、ロータ２の回転が拘束されてロータ２の回転方向の位置が固定される。この時ロータ２は、回転軸８の四角形の凸部８ａと回転軸保持機構１９のヘッド１２の四角形の凹部１２ａの嵌合により、ロータ２すなわち前記バケットの一つが搬送手段４による搬入・搬出位置に位置するようになる。この位置で試料すなわち前記ラックの搬入・搬出が行われ、その後ロータ２を９０°回転させた後に凹部１２ａと凸部８ａを再び嵌合させてロータ２の回転方向の位置決めを行い搬入・搬出を行い、この操作を４回行うことにより搬入・搬出が終了する。

他の実施形態として、磁力による回転軸８すなわちロータ２の回転方向の位置決め及び拘束方法を図５を用いて説明する。

回転軸８の先端外周部にはマグネット２０ｂが固定されている。又、ヘッド１２には回転軸８に嵌合する円筒形の穴が設けられており、このヘッド１２の穴の入口にはテーパが設けられており、内周部にはマグネット２０ａが固定されている。

試料の搬入・搬出時において、初めにロータ２は搬入・搬出位置に回転移動して停止する。停止中は、ロータ２は外力によって回転できる状態になっている。これは、嵌合時にロータ２を搬入・搬出位置に回転移動させるためである。

次に、回転軸保持機構１９のヘッド１２が移動し、回転軸８の先端を押し付ける。このとき、回転軸８の傾きや横方向のずれは、回転軸８の先端がヘッド１２の穴に設けられたテーパによりガイドされることによって修正される。更に、回転軸８のマグネット２０ｂがヘッド１２のマグネット２０ａにより引き寄せられ、回転軸８がロータ２の搬入・搬出位置に回転移動する。回転移動後はヘッド１２と回転軸８とが磁力により結合され、これらの回転が拘束されてロータ２の回転方向の位置決めが行われ、ロータ２の位置が固定される。この時、上記した実施形態と同様に、バケットの一つが搬入・搬出位置に位置するようになる。

他の実施形態として、回転軸保持機構１９に内蔵したスプリング１６ｂによって付勢されたボール２１による回転軸８すなわちロータ２の回転方向の位置決め及び拘束方法を図６を用いて説明する。

ヘッド１２には円筒形の穴１２ｂが開けられており、この穴１２ｂの入口にはテーパが設けられている。又、ヘッド１２の穴１２ｂの内周部にはスプリング１６ｂによって付勢されたボール２１が収納されている。回転軸８の先端部８ｃはヘッド１２の穴１２ｂと嵌合する形状になっており、回転軸８の外周部には、ヘッド１２に設けられた前記ボール２１が嵌合する複数の穴８ｂが設けられている。

試料の搬入・搬出時において、初めにロータ２は搬入・搬出位置に回転移動して停止する。停止中は、ロータ２は外力によって回転できる状態になっている。これは、嵌合時にロータ２を搬入・搬出位置に回転移動させるためである。

次に、回転軸保持機構１９のヘッド１２が移動し、回転軸８の先端部８ａを押し付ける。このとき、回転軸８の傾きや横方向のずれは、回転軸８の先端部８ｃがヘッド１２に設けたテーパによりガイドされることによって修正される。更に、回転軸８は、これに設けられた穴８ｂのテーパによりガイドされ、ロータ２の搬入・搬出位置に回転移動する。回転移動後は、回転軸８は、これに形成された穴８ｂにヘッド１２に設けられたボール２１が嵌合することによって結合され、該回転軸８が拘束されてロータ２の回転方向の位置決めが行われ、ロータ２の位置が固定される。この時、上記した実施形態と同様に、バケットの一つが搬入・搬出位置に位置するようになる。

本発明に係る自動遠心装置の断面図である。 本発明に係る自動遠心装置の移動前状態の回転軸保持機構の拡大断面図である。 本発明に係る自動遠心装置における第１段移動状態の回転軸保持機構の拡大断面図である。 本発明に係る自動遠心装置における第２段移動状態の回転軸保持機構の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態を示す磁力による回転軸の拘束状態を示す回転軸保持機構の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態を示す回転軸保持機構に内蔵したスプリングによって付勢されたボールによる回転軸の拘束状態を示す回転軸保持機構の拡大断面図である。 従来の遠心分離装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 自動遠心装置
２ ロータ
３ 駆動部
４ 搬送手段
５ 軸支機構
６ フレーム
７ ダンパ
８ 回転軸
９ａ，９ｂ ボールベアリング
１０ サーボモータ
１１ カップリング
１２ ヘッド
１３ ロータ室
１４ スプライン軸
１５ ボールスプライン外筒
１６ａ スプリング
１７ ワッシャ
１８ ソレノイド
１９ 回転軸保持機構
２０ａ，２０ｂ マグネット
２１ ボール

Claims (4)

1. 試料を収納するロータ及び該ロータを回転駆動するモータを有する駆動部と、該駆動部を弾性支持するダンパと、前記駆動部の回転軸上方に配置されて上下方向に移動する可動部を有し、可動部を下降させ回転軸上端を押し下げることによりロータを所定高さとする回転軸保持機構とを備える自動遠心装置において、
   前記駆動部の回転軸の回転方向の機械的位置決め機構を設け、該位置決め機構により回転軸の回転方向の位置を決めをすると共に前記回転軸保持機構により回転軸を押し下げるようにしたことを特徴とする自動遠心装置。
2. 前記位置決め機構を、回転軸上部及び可動部下部に設けられた四角形の凸部及び凹部により構成したことを特徴とする請求項１記載の自動遠心装置。
3. 前記位置決め機構を、回転軸上部に設けられた複数のマグネット及び可動部下部に設けられた１個のマグネットにより構成したことを特徴とする請求項１記載の自動遠心装置。
4. 前記位置決め機構を、回転軸上部に周方向に沿って設けられた複数の凹部及び可動部下部に設けられ、回転軸の凹部に係合可能なボールと該ボールを回転軸側に押すスプリングにより構成したことを特徴とする請求項１記載の自動遠心装置。

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