JP4728014B2 - 揺動容器を備えた実験用遠心分離機 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１の前文に記載の特徴を有する、実験用遠心分離機のロータに関する。

上述の種類のロータは、出願人のカタログ、すなわち、実験用製品及び応用２００３， 101頁〜 107頁から公知である。この構造態様は、現在、全ての遠心分離機メーカの標準である。

上述の種類のロータは、全ての回転数において力方向を一定に保持する揺動可能な容器の利点を提供する。容器は、取り外すことができるので、ロータから取り外して遠心分離機外において容易に充填、排出できる。カタログの上記ページから知られる如く、各種の試料容器を受容できるように、各種の構造形態の容器が対応可能である。これは、大きいビン、試験管及びマイクロ滴定板のスタックの種類範囲について対応可能であり、この場合、マイクロ滴定板は、ボックス状に開放した容器に受容される（第107 頁、中央右）。

遠心分離時間を短縮する極めて大きい力を形成するため、上述の種類の遠心分離機は、極めて大きい回転数で回転する。この場合、容器を含むロータは、極めて大きい空気流入速度の負荷を受ける。

カタログの上記ページから知られる如く、容器は、主として、フォークアームの間の懸架可能性の方向へ且つ良好な装填性の方向へ向けて、更に、充填及び排出時に確実な据え付けのために、平坦な設置面を有するように構成されている。したがって、容器は、空気力学的観点の下で、殆ど最適化できない。

空気流入速度が大きい場合、この空気流入速度によって、ロータ及び容器に沿ってうず流が生ずる。かくして、ロータの回転数が著しく大きい場合、強い空気の昇温を誘起する大きい空気抵抗をもたらす。この大きい空気抵抗は、同じく多量の熱を発生する強力なモータで補わなければならない。かくして、安全上の理由にもとづき遠心分離機全体を囲むハウジング内に空気の大きな昇温が起きる。この昇温は、遠心分離すべき試料を劣化させることになり、冷却装置によって補償しなければならない。上記対策によって、更に、実験用遠心分離機のコストが本質的に増大される。更に、空気うず流によって、極めて強い騒音が生じ、このような騒音は、周囲のハウジングによって不十分に減衰できるに過ぎない。

上記問題の解決のため、ＤＥ４０２７９９３Ａ１に記載の如き空気タンクが知られている。空気タンクは、流動的に好適に平滑に形成され、ロータを囲み共転する内部ハウジングである。空気タンク内では、空気はモータと共に回転するので、モータに沿ってうず流が生ずることはない。しかしながら、ロータ及び容器を取り囲む態様が、空気タンクの欠点であり、かくして、所望の温度への試料の温度調節が、極めて困難である。更に、この種の構造のコストは、極めて高額である。

ＵＳ２００３／０１９９３８２Ａ１には、もちろん極めて偏平であり、揺動可能に支持した容器を外側への振れ状態においてのみ受容する空気タンクを有する遠心分離機が示されている。ＤＥ３８０３２５５Ｃ１には、同じく、空気タンク構造が示されており、この場合、勿論、容器は、取り出し不能に支持されており、空気タンクの蓋の開口を介して装填できる。

ＵＳ２００２／０１７３４１５Ａ１には、上述の種類のロータが示してあり、そのロータアームは、円周面上にあり空気力学的に良好な形状の外面を有し、ロータアームの間には、勿論、揺動された容器の半径方向外方にある範囲が突出し、したがって、強い空気攪乱を誘起する。

ＤＥ２４４７１３６Ａ１には、超遠心分離機、すなわち、極めて高速で回転し、ロータが、基本的に真空中で回転し、したがって、空気力学的考慮が不要である遠心分離機が示されている。

ＤＥ１０１５５９５５Ｃ２には、上述の種類のロータが示されており、この場合、空気力学的問題は、完全に異なる方法で、すなわち、容器に設置され、形成されたうず流末尾に影響を与える乱流発生器によって解決している。

更に、ＤＥ２５２６５３４Ａ１には、トラック車の空気力学的ケーシング部材が示してある。
ＤＥ４０２７９９３Ａ１ ＵＳ２００３／０１９９３８２Ａ１ ＤＥ３８０３２５５Ｃ１ ＵＳ２００２／０１７３４１５Ａ１ ＤＥ２４４７１３６Ａ１ ＤＥ１０１５５９５５Ｃ２ ＤＥ２５２６５３４Ａ１

本発明の課題は、空気タンクを含まず、高回転数においてモータ出力がより僅かであり、殆ど熱量及び騒音を発生しない上述の種類のロータを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴によって解決される。

本発明に基づき、各ロータアーム及び／又は各容器に、容器の少なくとも半径方向外側範囲において空気力学的挙動を改善する空気力学的ケーシングを設ける。空気流入のエネルギ効果、例えば、熱発生及び騒音発生は、ロータ軸線からの半径方向距離の４乗で増大する。外側への振れ状態では、すなわち、高回転状態では、容器は、ロータアームから突出し、半径方向へ最外側の範囲を形成し、この範囲には、最高空気速度が存在する。この場合、半径の４乗で増大する攪乱効果に基づき、空気力学的ケーシングが最も重要である。空気力学的ケーシングは、その箇所の空気うず流を極めて強く減少させる。空気抵抗は、強く減少されるので、駆動には、本質的により僅かなモータ出力で十分である。空気うず流によって生ずる熱量も騒音も、同じく強く減少される。空気タンクは不要であるので、容器内の試料は、遠心分離機のハウジング内の加熱装置及び冷却装置によって所望の態様で温度調節できる。この場合、容器自体は、他の理由から必要な空気力学的に不適な形状のままでよく、したがって、その実用的価値が制限されることはない。ケーシングは、例えば、上述の種類の公知のロータにも後から装備できる比較的簡単でコストが妥当な組み込み部材として構成できる。

請求項１に基づき、また、ロータアームに、例えば、容器の直近のフォークアームにケーシングを取り付ければ有利である。この場合、ケーシングは、作用する大きい空気力学的力及び遠心分離力を受容できるように確実に取付けできる。

ケーシングは、ロータアームに不動に取り付けることもでき、この場合、ケーシングは、外側への振れ位置にある容器を覆うように配列すべきである。しかしながら、請求項１に基づき、有利には、ケーシングは、容器と共に揺動するように、揺動可能に支持することができる。かくして、低回転数においても、すでに、容器の空気力学的に良好なケーシングが得られる。特に、立形遠心分離機において容器と共に懸架される揺動可能のケーシングによって、容器に上部から自由に触手でき、したがって、容器は、容易に且つトラブルなくケーシングを通り抜けて取り出すことができる。

また、請求項１に基づき、有利には、容器にケーシングを直接に取り付けることもできる。この場合、しかしながら、フォークアームの間で容器を引き上げて取り出し得るように、ケーシングを除去できなければならない。

ケーシングは、例えば、軽量の中実部材として、例えば、高強度のフォーム材料から構成できるが、請求項２に基づき、シェル部材として構成するのが有利である。かくして、ケーシングは、ケーシングの重量と共に増大する遠心力を減少するため、極めて剛に且つ軽量に構成できる。

請求項１に基づき走行方向へ見て容器の前の空気力学的ケーシングは、最大の効果を生ずる。しかしながら、請求項３に基づき、空気乱流を更に有利に減少する容器の後方のケーシング、すなわち、中実ケーシングを補足して設けることができる。

請求項４の特徴を実現するのが有利である。かくして、容器の重要な半径方向外側範囲に、空気力学的に最適に改善された中実ケーシングが得られる。

請求項５の特徴を実現するのが有利である。かくして、容器に簡単に取り付けることができ、同時に、何れにせよ容器の閉鎖に必要な蓋を構成する構造が得られる。

次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の実施例を図面に模式的に示した。
図１に、実験用遠心分離機のロータ１の平面図を示した。図示の実施例の場合、このロータは、４つのロータアーム２を有し、モータ（図示してない）によって矢印で示した回転方向へ駆動される垂直なシャフト３に支持されている。全体構造は、上部蓋を有し、本質的に安全上の理由から必要なハウジング（図示してない）によって閉鎖されている。ロータは、図１に示した如く、上記蓋を介して上方から触手できる。この公知の構造態様の詳細に関しては、冒頭に述べたカタログページを参照されたい。

ロータアーム２は、半径方向外方へ、内方へ突出する回転頸軸５を有するフォークアーム４を有するフォークに移行しており、この場合、回転頸軸５には、フォークアーム４の間に、容器６が懸架されている。

図２に示した如く、実施例に示した容器６は、本質的に正方形横断面を有し、走行方向へ見て前方にある端面７及び後部端面８に、それぞれ、縦ミゾ９を有する。上記縦ミゾ９は、容器６の平坦な底面１０へ向かって開放し、容器６の上端面の下方に位置するその上端において丸く閉じられている。ロータ１の停止時、容器６は、ミゾ９の閉じた上端によって回転頸軸５に懸架され、フォークアーム４の間を上方へ引き出すことができ、この場合、回転頸軸５は、ミゾ９を介して下端まで移動される。逆に、容器６は、再び、懸架でき、この場合、回転頸軸５の下方の重心に関して揺動するように上記頸軸５に懸架される。

図１に、より高い回転数における容器６の外側への振れ状態を示した。この場合、容器６は、水平である。完全な外側への振れ状態は、比較的低い回転数においても達成される。

図１，２に示した如く、容器６は、空気力学的に極めて不適に形成されている。図１に矢印で示した時計方向の回転方向において、容器６は、流入方向に対して垂直な前方端面７で、流入空気に対向し、すなわち、極めて大きい空気抵抗値を有する。鋭いエッジは、且つミゾ９も、強い空気うず流を誘起する。他方、この種の正方形横断面は、模式的に示した実施例において試料容器の受容を意図する多数のボア１１の構成に極めて好適である。

他の実施例の場合、容器６は、唯一つの大形ビンを受容するため大きい内部スペースを有するように構成することもできるし、あるいは本質的に底面１０及び端面７，８の範囲に壁範囲のみを有し、マイクロ滴定板のスタックの受容を意図する十分に開放した構造として構成することもできる。

図示のロータ１の空気力学的改善のため、本発明に基づき、複数の実施例を参照して以下に説明するケーシングを設ける。

まず、本発明の実施例に係るケーシングの説明に先立ち、本発明に関連する参照例について説明する。図１及び２に、図２に太い線で示した如く、半円筒形の外形を有する湾曲したシェルとして構成されたケーシング１２を示した。このケーシング１２は、例えば、取り付け手段１３によってフォークアーム４に確実に取り付けられ、図１に示した如く、容器６の流入空気に対向する前端面７を被う。かくして、図２に示した如く、容器６を走行方向へ空気力学的に極めて適切に覆うことができ、かくして、この容器における空気うず流が極めて強く減少される。

図１及び２に破線で示した如く、ケーシング１２の半径方向外側範囲は、１４において丸く構成され、ドーム状に閉鎖され縁１５（図２）まで延びる。かくして、ケーシング１２の半径方向外側範囲において、容器６に対する空気力学的適合性が、更に改善される。

この場合、所定のロータ回転数において、空気流入効果が、半径、すなわち、シャフト３の軸線からの距離の４乗で増大することを考慮すべきである。すなわち、空気力学的対策は、容器６の半径方向外側範囲、すなわち、底面１０の近傍において最も重要である。

上述のケーシング１２は、４つの全てのロータアーム２に図示の態様で設けることができる。

次に、本発明に係るケーシングの実施例について説明する。同じく図１に示した択一的実施例の場合、その半径方向外側範囲において、図２に示したケーシング１２の形状に本質的に対応するケーシング１６が設けられている。容器６の底面１０の近傍の外側端範囲において、ケーシング１６は、ケーシング１２について示した部分１４と同様、丸く構成されている。しかしながら、このケーシング１６は、図１に示した如く、容器６の下部エッジのまわりに底面１０まで延びるよう構成され、したがって、空気力学的に更に改善されたケーシングが得られる。

ケーシング１６の半径方向内側端１７は、ケーシング１２の半径方向内側端よりも更に外方にある。このケーシング１６は、本質的に、最大の空気力学的効果が必要である箇所にのみ、すなわち、容器６の半径方向外側範囲にのみ設置される。

フォークアーム４に取り付けたケーシング１２とは異なり、ケーシング１６は、支柱１８で、容器６の前端面７に直接に取り付けられている。支柱１８による取り付けは、取り外し可能に構成されている。支柱１８は、例えば、容器６の端面７の穴に差し込むことができる。ケーシング１６の取り外し可能性は、必要である。なぜならば、ケーシング１６は、ロータ１の停止時、すなわち、容器６の懸架状態において、フォークアーム４の下方に懸架され、したがって、上方への容器６の引き出しを妨害するからである。

図１に、ケーシング１６の他の取り付け方式を示した。ケーシング１６は、容器６に取り付ける代わりに、アーム１９によって回転頸軸５に旋回自在に取り付けることができる。この場合、このケーシング１６は、容器６と共に旋回でき、容器６の引き出しを妨害することはない。ケーシング１２についても、フォークアーム４に、対応して旋回可能に取り付けることができる。

図１に、更に、図３に示した如く、同じく、上方、下方及び半径方向外方へ閉鎖状態に構成したシェルとして構成された、本発明に関連する他の参照例に係る扇形ケーシング２０の形態のケーシングを示した。扇形ケーシング２０は、ロータアーム２の先行のフォークアーム４及び次のロータアーム２の後行のフォークアーム４に取り付け手段２１によって取り付けてあり、容器６と次の容器６との間の扇形領域を空気力学的に覆う。ロータ１に設けた４つの扇形ケーシング２０，及び扇形ケーシング２０の間に設けた容器６によって、隙間は除いて、空気力学的に完全な全被覆状態が得られる。

図２に示した如く、ケーシング１２は、走行方向へ見て、容器６の流入方向とは逆の前端面７の前に設けてある。各容器６に独自の空気力学的完全被覆状態を与えるために、これと対称に、例えば、同一に構成したケーシングを後端面８の前に設けることもできる。

図４及び５に、図示の外側への振れ位置において直立する容器６の半径方向外側範囲を、フォークアーム４の端部の外方で、槽２５の形に構成したケーシングによって囲んだ実施例を示した。槽２５は、アーム２６によって、頸軸５と同列の軸２７に支持されているが、ケーシング１６の場合と同様、頸軸５に直接に支持することもできる。かくして、槽２５は、容器６と共に旋回可能なように設置される。

図４に破線で示した変更例の場合、槽２５は、容器６の上縁を、例えば、フック状に囲むアーム２８によって、上記容器６に直接に取り付けることができるが、この場合、遠心分離機から容器を引き出す前に、容器６から外さなければならない。

槽２５は、図４及び５から明らかな如く、空気力学的に極めて有利に構成でき、容器６のクリティカル（臨界的）な半径方向外側範囲を空気力学的に極めて有効に被覆できる。

図示のケーシング１２，１６，２０及び２５は、図面に、シェル部材として示してある。上記ケーシングは、極めて大きい力を変形することなく受容できなければならない。したがって、その製造には、極めて安定な材料、例えば、金属又は極めて強固な、例えば、繊維強化プラスチックが有利である。場合によっては、シェルを、有利には、その内面を、補強リブによって強化できる。補強のため、硬質フォームを発泡成形することができる。

図６に、図４及び５の実施例と類似の他の実施例を示した。図４についてすでにに説明した如く、槽２５は、破線で示したアーム２８によって容器６の上縁に取り付けることができる。図６に、類似の解決法を示した。

槽２５は、本質的に、図４及び５の槽に対応する。槽２５は、容器６の１つの側で、すなわち、図６において見える側で、接合板３０によって蓋３１に結合されている。この蓋３１は、容器６の開口に上から嵌め込まれ、例えば、容器６に差し込まれた内部部材３２（破線で示した）によって確保される。接合板３０は、引張強度が極めて大きいように構成しなければならないが、蓋３１を取り外し得るように、同時に、曲げ弾性を有するよう構成しなければならない。

容器６が、破線で示した下部輪郭によって、中実材料から構成した槽２５の対応する受けに形状結合状態で受容できれば好ましい。

フォークアーム４から容器６を引き出す前に、まず、接合板３０を湾曲して蓋３１を容器６から引き離し、側方へ折り返さなければならない。次いで、槽２５を容器６から下方へ引き出すことができる。遠心分離操作前の容器６への再設置は、逆の順序で行う。

かくして、槽２５が容器６に確実に保持されると同時に、蓋３１が構成される。蓋３１は、良好な密封状態において、試料間の移行及び遠心分離機の汚染を誘起する空気うず流に対して容器６の遠心分離試料を保護するため、容器６に必要である。

ケーシングの参照例を含む実施例を示した、容器を含む本発明に係るロータの平面図である。 図１の線２−２に沿う断面図である。 図１の線３−３に沿う断面図である。 異なる態様で被覆した容器を含む図１の部分図である。 図４の線５−５に沿う断面図である。 蓋を含む図４に示した実施例の変更例の図面である。

１ ロータ
２ ロータアーム
３ シャフト
４ フォークアーム
５ 回転頸軸
６ 容器
７ 前端面
８ 後端面
９ 縦ミゾ
１０ 底面
１１ ボア
１２，１６ ケーシング
１３，２１ 取り付け手段
１７ 内側端
１８ 支柱
１９ アーム
２０ 扇形ケーシング
２５ 槽
２６ アーム
２７ 軸
２８ アーム
３０ 接合板
３１ 蓋
３２ 内部部材

Claims (5)

1. 空気タンクを有しないで空気中で回転する実験用遠心分離機のロータ（１）であって、ロータが、フォークアーム（４）で終わるロータアーム（２）を有し、フォークアームの間に、容器（６）を軸（５）でロータアームの外側に揺動可能に懸架した形式のものにおいて、各ロータアーム（２，４）及び／又は各容器（６）には、ロータの回転時に外側への振れ位置にある容器（６）へ投射する流入空気の流入方向へ向く容器（６）の範囲（７）の、少なくともフォークアーム（４）の半径方向端部から外側の範囲の前面に、空気力学的に良好に形成されたケーシング（１６，２５）が容器の走行方向へ設けられており、前記ケーシング（１６，２５）はロータ（１）の回転に伴って、前記容器（６）と共にロータアームの外側に揺動可能になっており、ここにおいて、前記ケーシング（１６，２５）が、ロータアーム（２，４）に取付部材（１９，２６）を介して取り付けられていて、該取付部材（１９，２６）が、ロータアーム（２，４）に対して揺動自在に構成されているか、又はケーシング（１６）が、外側への振れ位置においてフォークアーム（４）の外部に突出している容器（６）の範囲に、取り外し可能に取り付けられていることを特徴とするロータ。
2. ケーシング（１６，２５）が、シェル部材として構成されていることを特徴とする請求項１に係るロータ。
3. 補足のケーシングが、容器（６）の流入空気の流入方向とは逆の範囲（８）に設けられていることを特徴とする請求項１に係るロータ。
4. ケーシングが、外側への振れ位置において容器（６）のフォークアーム（４）の半径方向端部から外側の範囲を囲む槽（２５）として構成されており、容器（６）に取り外し可能に取り付けてあるか（２８），ロータアーム（４）に揺動可能に支持されている（２６）ことを特徴とする請求項１に係るロータ。
5. ケーシング（２５）が、その都度、容器（６）を取り外し得るように閉鎖する蓋（３１）に引張結合部材（３０）によって確保されていることを特徴とする請求項１に係るロータ。

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