JP4939000B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、医学、薬学、農学等の分野で特にロータ室を冷却しながらその内部でロータを高速回転させ、該ロータに収納された試料を分離するための遠心分離機に関するものである。

この種の遠心分離機は、分離する試料が収容されたチューブ等をロータ内に収納し、このロータをロータ室内で高速回転させることによって、試料を分離・精製するものである。

ところで、ロータの回転速度は用途によって異なり、用途に合わせて低速（最高回転速度は数１，０００ｒｐｍ）から高速（最高回転数は１５０，０００ｒｐｍ）までの製品群が提供されている。又、ロータの形式は用途によって異なり、例えばチューブ穴が固定式のアングルロータやチューブを装填したバケットが回転することで垂直状態から水平状態に揺動するスイングロータ等の形式があり、これらの各種ロータは、駆動装置に対して着脱可能であって、容易に交換することができるよう構成されている。

ところで、ロータを回転駆動する際には、ロータ外表面とロータ室内の空気との間に風損が発生し、ロータを回転させるだけでは摩擦熱によって該ロータの温度が上昇してしまい、試料によっては低温状態に保持する必要があるため、多くの遠心分離機には冷却装置が搭載されている。

ここで、冷却装置を搭載した従来の遠心分離機の構造を図６に基づいて説明する。

図６は従来の遠心分離機１００の縦断面図であり、図示の遠心分離機１００においては、チャンバ１１によってロータ室８が形成され、このロータ室８内でロータ１が駆動装置５によって回転駆動される。

上記チャンバ１１の周囲には冷凍配管９が巻装されており、この冷凍配管９を流れる冷媒の蒸発によってロータ室８が冷却され、該ロータ室８内でのロータ１の回転で発生する風損による発熱を抑えるようにロータ１の温度が制御される。このため、ロータ１を例えば４℃等の低温状態に保持するためにはチャンバ１１を０℃付近に冷却する必要があり、運転停止直後にドア１６を開けると外気がロータ室８内に流入し、この外気に含まれる水分が冷えたチャンバ１１の内表面に結露して結露水が発生する。

上述のように結露水が発生すると、この結露水がチャンバ１１内の底部に溜り、この結露水のためにロータ１の回転時の抵抗が増大し、ロータ１を回転駆動する駆動装置５のモータが過負荷のために温度上昇したり、ロータ１の回転によってロータ室８内に発生する風の流れと共に結露水が試料２内に入り込んで試料２が使用不能となったり、バケット３内に結露水が入ってバケット３間にインバランス状態が発生し、試料２のバランスを取ってもインバランスによる運転停止というユーザーに対して不便を与える等の不具合が発生していた。

そこで、従来はチャンバ１１の底部にドレン孔１３を形成し、発生した結露水をドレン孔１３からドレン配管１４へと流し、ドレンチューブ１５を通って機外に排出するようにしていた（特許文献１参照）。

又、図７に示すように、チャンバ１１の底部から垂直方向に少し離れた位置に水切り板２５をフレキシブルカバー２６上に重ねて取り付け、この水切り板２５の外径より小さい半径位置のチャンバ１１底部にドレン孔１３を設けることによって、ロータ室８内に発生した結露水をドレン孔１３からドレンチューブ１５を通って機外へと排出する構成も提案されている（特許文献２参照）。
実公昭５２−０４２４４５号公報 実公平７−０３７７２１号公報

ところが、特許文献１において提案された図６に示す構成では、ドレン孔１３はチャンバ１１の底部に設けられているため、ドレン孔１３の上部を通過しない結露水は回収することができず、更にドレン孔１３に落下することなくドレン孔１３の上部を通過してしまう場合もあり、通過した結露水は、ロータ室８内の風の流れにより再びバケット３付近に舞い上げられることになるため、結露水が試料２に混入する等の前記不具合が発生する可能性があった。

又、特許文献２において提案された図７に示す構成では、ロータ室８内の底部を回転軸中心に向かって流れる結露水は、多くの確率で水切り板２５とチャンバ１１底部の間に入り込み、その量が多く、水切り板２５の外径より溢れ出さない限りバケット３付近に舞い上がることはなく、ドレン孔１３に回収される確率も高くなる。

ところが、この構成では、水切り板２５とチャンバ１１底部の間に閉じ込められた結露水はロータ１の回転が停止してもその場に残るものが発生する。この場合、遠心分離機では誤って試料をロータ室８にこぼしたり、ロータ１の回転中にチューブの破損等によりロータ室８内に試料がこぼれたりすることがあり、結露水の中には試料が混入することがある。試料によっては腐食性を有するものもあり、閉じ込められた結露水がチャンバ１１を腐食させたりするという不具合を発生させ兼ねない。

又、閉じ込められた結露水を拭き取ろうとしても水切り板２５を外さないと掃除しにくい構造であるため、ユーザーに負担を強いることになる。

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、チャンバ内に溜った結露水を簡素な構成で効率良く機外に排出することができる遠心分離機を提供することにある。

分離すべき試料を保持して回転するロータと、該ロータを回転駆動する駆動装置と、前記ロータを収納するチャンバと、前記ロータを冷却する冷却装置を備えた遠心分離機において、前記チャンバの底部に略垂直に立ち上がる円筒状の立ち上げ部を設け、該立ち上げ部の外周面にドレン孔を開口し、該ドレン孔に繋がるドレン管を前記立ち上げ部の内側に設けると共に、前記ドレン孔と前記ドレン管を、前記立ち上げ部の外周から前記ロータの回転中心に向かう方向に傾斜して配置し、前記ロータの回転によって前記チャンバ内の底部に発生する風を迎え入れ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、前記立ち上げ部の上端開口部を、これの外周縁と前記駆動装置の外周面に嵌着されたシールラバーによって覆ったことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、ロータを遠心分離時の設定回転数より小さい回転数で所定時間回転させ、ロータの該所定時間の低速回転時に結露水をドレン孔から排出させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記ロータの小さい回転数と所定時間は、前記チャンバ内に発生した結露水をチャンバ外へ排出するに必要十分な値に設定されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記ロータの小さい回転数と所定時間は、ロータによって異なることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、分離すべき試料を保持して回転するロータと、該ロータを回転駆動する駆動装置と、前記ロータを収納するチャンバと、前記ロータを冷却する冷却装置を備えた遠心分離機において、前記チャンバの底部に略垂直に立ち上がる円筒状の立ち上げ部を設け、該立ち上げ部の外周面に開口するドレン孔に繋がり、該立ち上げ部の内側に配置されたドレン管を設けると共に、前記ドレン孔と前記ドレン管を、前記立ち上げ部の外周から前記ロータの回転中心に向かう方向に傾斜して配置し、遠心分離時の設定回転数より小さい回転数で運転しているあいだに、前記ドレン孔及びドレン管を介してチャンバ外へ排出される結露水の排出流量を検出する流量検出手段を設け、該流量検出手段の検出流量が所定量以下になったときに前記ロータを設定回転数まで加速するようにしたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、チャンバ内の底部に溜った結露水は、チャンバ内の底部に形成された円筒状の立ち上げ部の周りに集まり、立ち上げ部に張り付くように立ち上げ部の外周をロータの回転方向に回り、立ち上げ部の外周面に開口するドレン孔からチャンバ外へと排出される。従って、チャンバ内に溜った結露水を簡素な構成で効率良く機外に排出することができる。

請求項２記載の発明によれば、立ち上げ部の上端開口部を、これの外周縁と駆動装置の外周面に嵌着されたシールラバーによって覆ったため、チャンバ内に高い気密性が確保される。

請求項３及び４記載の発明によれば、ロータの遠心分離時の設定回転数よりも小さい回転数（結露水をチャンバ外へ排出するに必要十分な回転数）にて該ロータを一定時間（結露水をチャンバ外へ排出するに必要十分な時間）だけ回転させるようにしたため、結露水が立ち上げ部の上端を超えて移動する前に該結露水をほぼ確実に排出することができ、試料内への結露水の侵入等の不具合が発生することがない。

請求項５記載の発明によれば、ロータの小さい回転数と所定時間をロータの種類によって変えることができ、ロータの種類に拘わらず結露水をチャンバ外に確実に排出することができる。

請求項６記載の発明によれば、遠心分離時の設定回転数より小さい回転数での回転時に前記ドレン孔及びドレン管を介してチャンバ外へ排出される結露水の排出流量を検出する流量検出手段を設け該流量検出手段の検出流量が所定量以下になったときに前記ロータを設定回転数まで加速するようにしたので、小さい回転数での回転時に結露水を確実に排出できるようになると共に遠心分離運転に速く移ることができ、遠心分離機の稼働効率が向上する。

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。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る遠心分離機の縦断面図、図２は同遠心分離機要部の拡大断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。尚、図１及び図２の左半分はロータの停止状態、右半分は回転状態を示している。

本実施の形態に係る遠心分離機１００の筐体１９の内部には、上面が開口するドラム状のチャンバ１１が収納され、その下方には駆動装置５が配置されている。ここで、チャンバ１１は、ステンレス材等の耐食性の高い材料で構成されており、その内部にはドア１６によって開閉されるロータ室８が形成されている。尚、チャンバ１１の上端開口部周縁にはゴム等の弾性材から成るドアパッキン１８が嵌着されており、このドアパッキン１８に前記ドア１６が密着することによって、ロータ室８内が気密にシールされる。又、ドア１６は、蝶番（ヒンジ）１７を中心として上下に回動してチャンバ１１を開閉する。

そして、チャンバ１１の外周には冷凍配管９が巻装されており、該冷凍配管９の外側には発泡材等から成る断熱層１０が形成されている。

又、前記駆動装置５は、駆動源としての不図示のモータを含んで構成されており、筐体１９内を上下に仕切る仕切板２２上に複数の防振ゴム７によって支持されている。そして、この駆動装置５のモータから垂直上方へ延出するドライブシャフト２３は、前記チャンバ１１の底部中心部を貫通して前記ロータ室８内に臨み、その上端にはロータ１が着脱可能に取り付けられている。ここで、上記ロータ１の周囲には複数のバケット３が揺動可能に支持されており、各バケット３内には、試料２を収容した複数本のチューブ４が着脱可能に装填されている。

ところで、チャンバ１１と断熱層１０の各底部には、駆動装置５が貫通するための円形の開口部２４が形成されており、この開口部２４は、チャンバ１１の底面から略垂直に立ち上がる円筒状の立ち上げ部１２と駆動装置５の外周に嵌着されたシールラバー６によって密封されている。尚、シールラバー６は、ゴム等の弾性材で構成されており、このシールラバー６によって立ち上げ部１２の上端開口部が覆われることによって、チャンバ１１内のロータ室８に高い気密性が確保される。

而して、本実施の形態では、図２に詳細に示すように、チャンバ１１の立ち上げ部１２の内側にはドレン配管１４が設けられており、このドレン配管１４の一端はチャンバ１１の立ち上げ部１２の外周面にドレン孔１３として開口しており、同ドレン配管１４の他端は開口部２４内を垂直下方に延び、その端部にはフレキシブルなドレンチューブ１５の一端が接続されている。そして、このドレンチューブ１５の他端は、図１に示すように、筐体１９の背面等の側部又は下面を貫通して外部へと延出している。

ところで、ロータ１が図３の実線矢印方向（反時計方向）に回転駆動されると、ロータ室８内には、図２に示すように、ロータ１を境としてこれの上下に側面視で鎖線矢印にて示す向きの渦を巻くような風の流れが発生する。そして、ロータ室８内の底部では、ロータ１の回転方向と図２に示した風の渦を巻く向きとが合成され、平面視で図３に鎖線矢印にて示すような回転中心に向かう螺旋状の風の流れ（旋回流）が発生するが、前記ドレン配管１４とドレン孔１３はこの風の流れを迎え入れる方向に傾斜して形成されている。

以上のように構成された遠心分離機１００において、駆動装置５によってロータ１がチャンバ１１内のロータ室８で回転駆動されると、該ロータ１に支持されたバケット３が図１及び図２の右半分に示すように遠心力によって水平状態を保って回転し、このバケット３内に収容されたチューブ４内の試料２が遠心分離される。このとき、不図示の冷却装置から供給される液相冷媒が冷凍配管９を流れる過程で蒸発し、この液相冷媒の蒸発によってチャンバ１１を介してロータ室８内が冷却され、該ロータ室８内で回転するロータ１、つまりは試料２が所定温度に冷却される。尚、前述のようにチャンバ１１及び冷凍配管９の周囲は断熱層１０によって覆われているため、高い冷却効率が確保される。

ところで、ロータ１を例えば４℃等の低温状態に保持するためにはチャンバ１１を０℃付近に冷却する必要があり、ロータ室８内の空気中に含まれる水分が冷えたチャンバ１１の内表面に結露して結露水が発生し、この結露水がチャンバ１１内の底部に溜る。

而して、本実施の形態に係る遠心分離機１００においては、前述のように平面視で図３に鎖線矢印にて示すような回転中心に向かう螺旋状の風の流れ（旋回流）が発生するため、チャンバ１１内の底部に溜った結露水は、チャンバ１１内の底部に形成された円筒状の立ち上げ部１２の周りに集まってくる。

そして、チャンバ１１内の底部では、側面視で図２に鎖線矢印にて示す向きの風の流れが発生するため、立ち上げ部１２の周囲に集まってくる結露水は、該立ち上げ部１２に張り付くように立ち上げ部１２の外周をロータ１の回転方向（図３の実線矢印方向）に回り、立ち上げ部１２の外周面に開口するドレン孔１３からドレン配管１４へと流れ、ドレンチューブ１５を通って機外へと排出される。ここで、前述のようにドレン孔１３は図３に鎖線矢印にて示す風の流れを迎え入れる方向に傾斜して形成されているため、結露水は、ドレン孔１３へと効率良く導かれる。又、ドレン配管１４も同方向に傾斜して配置されているため、結露水の流れの抵抗が小さく抑えられ、結露水が機外へと効率良く排出される。

以上のように、本実施の形態に係る遠心分離機１００においては、チャンバ１１内に発生した結露水が簡素な構成で効率良く機外に排出されるため、チャンバ１１内の底部に結露水が溜ることがなく、試料２中に結露水が混入する等の不具合が発生することがない。又、構造的にチャンバ１１内の清掃を阻害する要因がなく、誤って試料２をチャンバ１１内にこぼしたような場合であっても、これを容易に拭き取ることができる。

更に、結露水の回収率を良くするために、本実施の形態に係る遠心分離機１００においては、結露水が立ち上げ部１２の外周部からシールラバー６の上面へと移動しないこと、或は移動する前に該結露水による不具合を発生させない程度に結露水を排出させることが必要である。

例えば、チャンバ１１内の底部での風速が大きいために、結露水を立ち上げ部１２からシールラバー６の上面へと押し上げる圧力が発生する。この圧力はロータ１の形状や回転数により異なり、一般的にロータ１の外径が大きく、回転数が高いほどロータ室８内の風速は大きくなって圧力が増す。ロータ１の加速中、即ち、前述のように結露水が未だ立ち上げ部１２の外周を回っているときに結露水を排出できれば良いが、結露水の量が多かったり、ロータ１の加速時間が短く結露水の排出が完了する前に結露水がシールラバー６の上面部に移動してしまうほどの圧力を発生させる回転数に到達してしまうと、結露水は、シールラバー６の上面に移動し、更に試料２の中に混入してしまうという具合が発生する。

そこで、本実施の形態では、ロータ１の回転数Ｎを図４に示すように制御するようにした。

図４はロータ１の回転数Ｎの時間的変化を示す図であり、本実施の形態では、ロータ１の加速途中（時間ｔ₁ ）において、ユーザーの設定回転数（分離回転数）Ｎo よりも低い回転数Ｎs （例えば、１，０００ｒｐｍ）にて或る一定時間Δｔs （ロータ室８内の結露水を排出するに十分な時間）だけロータ１の回転を一旦整定させ、ロータ室８内の結露水を完全に排出してからロータ１を設定回転数Ｎo まで再加速するようにしている（時間ｔ₂ 〜ｔ₃ ）。尚、図４に示すように、ロータ１は、設定回転数Ｎo にて所定の分離時間（時間ｔ₃ 〜ｔ₄ ）だけ回転して試料２を遠心分離した後、減速されて停止される（時間ｔ₅ ）。

このようにロータ１の運転を制御すれば、結露水が立ち上げ部１２の外周部からシールラバー６の上面へと移動する前に該結露水を確実に排出することができ、試料２に結露水が混入する等の不具合の発生を防ぐことができる。尚、ロータ１の回転を加速中に一旦整定させる回転数Ｎs と整定させる時間Δｔs は、ロータ１の種類によって異なり、ロータ１毎に最適値が設定される。又、ロータ１の種類を自動判別することができる遠心分離機では、ロータ１の種類毎に最適値が不図示の制御手段内の記憶装置に記憶されており、ロータ１の種類に応じて整定回転数Ｎs と時間Δｔs が自動的に設定される。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図５に基づいて説明する。

図５は本実施の形態２に係る遠心分離機１００の縦断面図であり、本図においては図１に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。

本実施の形態は、チャンバ１１内からの結露水の排出流量を検出する流量検出手段としての流量計２０をドレンチューブ１５の途中に設けるとともに、該流量計２０からの検出信号によって前記駆動装置５を制御してロータ１の回転数を変化させる制御手段２１を設けたことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１のそれと同じである。

而して、本実施の形態に係る遠心分離機１００においても、ロータ１の加速途中においてユーザーの設定回転数Ｎo よりも小さい回転数Ｎs にて該ロータ１の回転を一旦整定させて結露水をドレン孔１３からドレン配管１４及びドレンチューブ１５を経て機外に排出するが、ドレンチューブ１５を通過する結露水の流量は流量計２０によって検出され、その検出信号が制御手段２１へと送信される。

制御手段２１は、流量計２０から送信されてくる検出信号によって結露水の流量を求め、その値が０を含む設定値以下になる（即ち、ドレンチューブ１５から機外へ排出される結露水の量がほぼ０になる）と、駆動装置５を制御してロータ１を設定回転数Ｎo まで再加速する。そして、ロータ１は、設定回転数Ｎo にて所定の分離時間（時間ｔ₃ 〜ｔ₄ ）だけ回転して試料２を遠心分離した後、減速されて停止される（時間ｔ₅ ）。

以上のように、本実施の形態に係る遠心分離機１００においては、ロータ１の種類によって整定時間Δｔs をその都度設定する必要がなく、更に、ロータ１の種類を自動判別することができる遠心分離機では、制御手段内の不図示の記憶装置にロータ１の種類毎に記憶されている最適の整定回転数Ｎs が自動的に設定され、チャンバ１１内からの結露水が無くなったと判断すると直ちにロータ１を再加速することができるため、ロータ１を設定回転数Ｎo まで再加速する前にチャンバ１１内の結露水を自動的に排出することができる。

本発明の実施の形態１に係る遠心分離機の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る遠心分離機要部の拡大断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 ロータ回転数の時間変化を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る遠心分離機の縦断面図である。 従来の遠心分離機の縦断面図である。 従来の遠心分離機要部の縦断面図である。

符号の説明

１ ロータ
２ 試料
３ バケット
４ チューブ
５ 駆動装置
６ シールラバー
７ 防振ゴム
８ ロータ室
９ 冷凍配管
１０ 断熱層
１１ チャンバ
１２ 立ち上げ部
１３ ドレン孔
１４ ドレン配管（ドレン管）
１５ ドレンチューブ
１６ ドア
１７ 蝶番（ヒンジ）
１８ ドアパッキン
１９ 筐体
２０ 流量計（流量検出手段）
２１ 制御手段
２２ 仕切板
２３ ドライブシャフト
２４ 開口部
１００ 遠心分離機
Ｎo 設定回転数
Ｎs 整定回転数
Δｔs 整定時間

Claims (6)

1. 分離すべき試料を保持して回転するロータと、
   該ロータを回転駆動する駆動装置と、
   前記ロータを収納するチャンバと、
   前記ロータを冷却する冷却装置を備えた遠心分離機において、
   前記チャンバの底部に略垂直に立ち上がる円筒状の立ち上げ部を設け、
   該立ち上げ部の外周面にドレン孔を開口し、該ドレン孔に繋がるドレン管を前記立ち上げ部の内側に設けると共に、
   前記ドレン孔と前記ドレン管を、前記立ち上げ部の外周から前記ロータの回転中心に向かう方向に傾斜して配置し、
   前記ロータの回転によって前記チャンバ内の底部に発生する風を迎え入れるようにしたことを特徴とする遠心分離機。
2. 前記立ち上げ部の上端開口部を、該開口部の外周縁と前記駆動装置の外周面に嵌着されたシールラバーによって覆ったことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
3. 分離すべき試料を保持して回転するロータと、
   該ロータを回転駆動する駆動装置と、
   前記ロータを収納するチャンバと、
   前記ロータを冷却する冷却装置と、
   前記チャンバの底部から略垂直に立ち上がるように設けられた円筒状の立ち上げ部と、
   該立ち上げ部の外周面に開口するドレン孔に繋がり、該立ち上げ部の内側に設けられたドレン管と、を備え、
   前記ドレン孔と前記ドレン管を、前記立ち上げ部の外周から前記ロータの回転中心に向かう方向に傾斜して配置した遠心分離機の前記チャンバ内の結露水を排出する方法であって、
   前記ロータを設定回転数により運転し遠心分離をする前に、該設定回転数より小さい回転数で所定時間回転させ、前記ロータが低速回転をする所定時間のあいだに、結露水を前記ドレン孔から排出させることを特徴とする遠心分離機の結露水排出方法。
4. 前記ロータの小さい回転数と所定時間は、前記チャンバ内に発生した結露水をチャンバ外へ排出するのに必要十分な値に設定されることを特徴とする請求項３記載の遠心分離機の結露水排出方法。
5. 前記ロータの小さい回転数と所定時間は、ロータによって異なることを特徴とする請求項３又は４記載の結露水排出方法。
6. 分離すべき試料を保持して回転するロータと、
   該ロータを回転駆動する駆動装置と、
   前記ロータを収納するチャンバと、
   前記ロータを冷却する冷却装置を備えた遠心分離機において、
   前記チャンバの底部に略垂直に立ち上がる円筒状の立ち上げ部を設け、
   該立ち上げ部の外周面に開口するドレン孔に繋がり、該立ち上げ部の内側に配置されたドレン管を設けると共に、
   前記ドレン孔と前記ドレン管を、前記立ち上げ部の外周から前記ロータの回転中心に向かう方向に傾斜して配置し、
   遠心分離時の設定回転数より小さい回転数で運転しているあいだに、前記ドレン孔及びドレン管を介してチャンバ外へ排出される結露水の排出流量を検出する流量検出手段を設け、
   該流量検出手段の検出流量が所定量以下になったときに前記ロータを設定回転数まで加速するようにしたことを特徴とする遠心分離機。

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