JP5007956B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心分離機に関し、特に、空気の流れによりロータを冷却する空冷式遠心分離機に関する。

従来の遠心分離機は、外枠を構成し上端開口を有するフレームと、該上端開口を開閉するドアと、フレームに支持されてロータ室を画成するボウルと、ロータを装着してロータ室内で回転させる回転軸と、回転軸を回転駆動にするモータとを主に備えている。そして、ロータが回転する際には、ロータ表面とロータ室内の空気との摩擦により、ロータは熱を発生する。この発熱を抑えるために、ドアに吸気口を形成し、フレームに排気口を形成し、ロータの回転により吸気口から空気を取り込み、排気口から排出することにより、ロータの発熱を抑制している（例えば、特許文献１参照）。

また、ドアに一対の穴を形成し、該一対の穴を覆うように、大きさが異なる複数の穴が形成された円板を回転可能に取付けている遠心分離機もある。使用者が手動で円板を回転させ、円板の穴とドアの穴とを対向させることにより、必要な量の空気を取り込み、ロータの発熱を抑制している（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−９０１５２号公報 実開平２−３７７６０号公報

しかし、特許文献１の遠心分離機では、必要以上に空気を取り込んでしまい、使用者が感じる騒音が非常に大きくなり、使用者を不快にしていた。また、特許文献２の遠心分離機では、使用者が手動により円板を回転させて、ロータを冷却する風量を設定する必要があるため、操作性が悪かった。また、使用者は、ロータを冷却するための適正な風量が分からないため、風量が必要以上に多かったり、逆に少なかったりすることがあり、必要以上に騒音が発生することやロータを十分に冷却できないことがあった。

そこで、本発明は、ロータを冷却するための空気の風量を自動的かつ適正に設定可能な遠心分離機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、外枠を構成し、上端開口を有し、排気口が形成されたフレームと、該上端開口を開閉し、吸気口が形成された蓋体と、該フレーム内に配置され該フレームに固定支持され、該蓋体と共にロータ室を画成するボウルと、該ボウル内に延びロータを装着して該ロータを該ロータ室内で回転させる回転軸と、該フレームに支持され、該回転軸を回転駆動するモータとを有し、該ロータの回転に起因する圧力差により、該吸気口から該上端開口を介して該ロータ室に空気を導入し該ロータを冷却し該排気口から該空気を排出する風路が画成された遠心分離機において、該風路には、該風路の開口面積を自動的に変更するバルブ機構が設けられている遠心分離機を提供している。

かかる構成によれば、バルブ機構により風路の開口面積が圧力差に応じて自動的に変更されるので、必要な量の空気のみをロータ室に流入させることができる。したがって、ロータを適切に冷却することができると共に、使用者が感じる騒音を低減することができる。また、開口面積は自動的に変更され、必要な量の空気のみが流入するので、使用者による遠心分離機の操作性を向上させることができる。

かかる構成によれば、ロータの種類に応じて、自動的に開口面積が変化されるので、ロータの種類に応じた適正な量の空気を流入させることができる。従って、使用者による遠心分離機の操作性を向上させることができる。

更に、該ロータは、試料装着部を備えるロータ本体と、該試料装着部を覆い該ロータ本体に対して着脱可能なロータカバーとを備え、該バルブ機構は、該ロータカバーの有無に応じて該開口面積を変化させることが好ましい。

かかる構成によれば、ロータカバーの有無に応じて、自動的に開口面積が変化されるので、ロータカバーの有無に応じた適正な量の空気を流入させることができる。従って、使用者による遠心分離機の操作性を向上させることができる。

また、該蓋体に設けられ該ロータカバーの有無を検出するカバー検出センサを備えることが好ましい。

かかる構成によれば、カバー検出センサにより、ロータカバーの有無を検出することができる。

また、該モータは、その回転速度を変更可能であり、該ロータの回転速度に応じて開口面積が変化することが好ましい。

かかる構成によれば、ロータの回転速度に応じて、自動的に開口面積が変化されるので、ロータの回転速度に応じた適正な量の空気を流入させることができる。従って、使用者による遠心分離機の操作性を向上させることができる。

本発明の遠心分離機によれば、ロータを冷却するための空気の風量を自動的かつ適正に設定することができる。

本発明の第１の実施の形態による遠心分離機ついて図１〜図４に基づき説明する。以下の説明において、図１に示される方向を遠心分離機の前後方向とする。

図１示すように、遠心分離機１は、フレーム２とドア３とを備えている。ドア３及びフレーム２は、遠心分離機１の外枠を構成し、上端開口２ａを有する箱型形状をなす。フレーム２の上端開口２ａの周りには、弾性体であるドアパッキン２１が配置されている。フレーム２の前面には、操作ボタンや表示部等を備えた操作パネル２２が設けられている。また、フレーム２の後面側には、排気口２ｂが形成されている。

ドア３は、フレーム２の上端かつ後側において、ヒンジ部３１により開閉可能に設けられている。ドア３には、吸気口３ａが形成されている。ドア３の上側には、バルブ機構３２が吸気口３ａを覆うように配置されている。バルブ機構３２は、ドア３の上面に固定された圧縮バネである第１バネ３２Ａと、第１バネ３２Ａの上端に接続された第１プレート３２Ｂとを備えている。第１バネ３２Ａのバネ定数は、ロータ６の形状及び回転数に基づいて、吸気口３ａと第１プレート３２Ｂによる開口面積（流路面積）が適正な開口面積となる値に設計されている。すなわち、第１バネ３２Ａのバネ定数は、後述する空気流入時の第１プレート３２Ｂの移動及び第１バネ３２Ａの圧縮により開口面積が減少した時に、吸気口３ａから流入する空気の量が適正な量となるように設計されている。

次に、遠心分離機１の内部構造について説明する。フレーム２の底面には、ダンパ４が設けられており、モータ５を支持している。モータ５は、その駆動力を出力するための回転軸５Ａを有している。回転軸５Ａは、上方へ向かって延び、その上端には、試料から被分離試料を分離するためのロータ６が接続され、回転軸５Ａと共に回転可能である。アングルロータであるロータ６は、図２及び図３に示すように、試料が注入されるチューブ６１を装着するための試料装着部６２を有するロータ本体６Ａと、ロータ本体６Ａに着脱可能なロータカバー６Ｂとを備えている。なお、図１においては、ロータカバー６Ｂを装着した状態のロータ６を示しており、遠心分離機１は、ロータカバー６Ｂを着けた状態でも、外した状態でもロータ６を回転可能である。

図１に示すように、モータ５の上面であって回転軸５Ａの周囲には、ボウルパッキン７が設けられている。ボウルパッキン７の上側には、ドア３と共にロータ室８ａを画成するボウル８が配置されている。ボウル８は、有底円筒形状をなし、その底部には、回転軸５Ａを挿通するための回転軸挿通穴８ｂが形成されている。ボウル８とフレーム２の上端部との間には、環状の第１開口部８ｃが形成されている。ロータ６は、ロータ室８ａ内に位置している。また、フレーム２には、フレーム２内の空間を上側と下側とに分ける仕切板９が固定されている。仕切板９は、ボウル８の底部と一体に構成されている。仕切板９には、フレーム２内の上側空間と下側空間とを連通する２つの第２開口部９ａが形成されている（図８も参照）。また、フレーム２内には、ボウル８と共に環状空間を画成するプロテクタ１０（図８）が設けられている。第１開口部８ｃ及び第２開口部９ａにより、吸気口３ａから排気口２ｂへ至る風路（矢印Ａ１〜Ａ９）が画成される。

次に、遠心分離機１の動作について説明する。図示せぬスタートスイッチを押すことによって、モータ５の駆動が開始される。モータ５の駆動により回転軸５Ａが回転し、この回転と共に、ロータ６も回転し、ロータ６内の試料から被分離試料が分離する。このときモータ５は振動するが、ダンパ４により振動は低減される。また、ロータ６の回転による空気との摩擦により、ロータ６は熱を発生する。

次に、遠心分離機１の運転時の空気の流れについて、図１に基づき説明する。ロータ６が回転すると、ロータ６の外周付近の圧力は高くなり、逆に回転中心付近は圧力が低下する。すなわち、ロータ６の回転に起因して圧力差が生じる。よって、ロータ室８ａ内の吸気口３ａ付近は、負圧となる。これにより、ドア３の外側の空気は、バルブ機構３２及び吸気口３ａを通って、ロータ室８ａ内に吸入される（矢印Ａ１）。そして、吸気口３ａから吸入された空気（矢印Ａ１）は、ロータ室８ａ内において、ロータ６の周囲を流れ（矢印Ａ２〜Ａ５）、ロータ６を冷却する。これにより、回転により温度上昇したロータ６は冷却される。その後、ロータ６を冷却した空気は、第１開口部８ｃ及び第２開口部９ａを通って（矢印Ａ６、Ａ７）、仕切板９の下側に流れ（矢印Ａ８）、排気口２ｂから外部へ排出される（矢印Ａ９）。

上記のように吸気口３ａから空気が流入することにより、第１プレート３２Ｂが下側へ移動し、第１バネ３２Ａが圧縮される。これにより、吸気口３ａにおける風路の開口面積が減少する。すなわち、空気の流入により、吸気口３ａにおける風路の開口面積（流路面積）は、自動的に減少する。よって、空気の流入が抑制され、必要な量の空気のみを流入させることができる。したがって、ロータ６を適切に冷却することができると共に、使用者が感じる騒音を低減することができる。また、吸気口３ａにおける開口面積は、自動的に減少して、必要な量の空気を流入させるので、使用者による遠心分離機１の操作性を向上させることができる。

また、図４は、ロータカバー６Ｂを外したロータ６を用いて、遠心分離機１を運転させた状態を示している。この状態で，ロータ６を回転させると、ロータカバー６Ｂを外したロータ６の方が表面の凹凸が多いので、ロータカバー６Ｂを装着してロータ６を回転させた場合と比較して、ロータ６の回転に起因する圧力差が大きくなる。よって、ロータ室８ａ内の吸気口３ａ付近の負圧も大きくなる。これにより、図１のロータカバー６Ｂを装着した場合と比較して、第１プレート３２Ｂはより下側へ移動し、第１バネ３２Ａもより圧縮され、吸気口３ａにおける風路の開口面積もより減少する。従って、図１のロータカバー６Ｂを装着した場合と同様の効果を奏することができる。

また、本実施の形態の第１バネ３２Ａ及び第１プレート３２Ｂからなるバルブ機構３２によれば、ロータ６の回転に起因する圧力差が変化しても、その変化に応じて、自動的に吸気口３ａにおける開口面積を変化させることができる。よって、適正な量の空気を流入させロータ６を冷却することができ、使用者による遠心分離機１の操作性を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態による遠心分離機１０１について図５に基づき説明する。第１の実施の形態の遠心分離機１と同一の部材については同一の参照番号を付し説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、第２バネ１３２Ａと第２プレート１３２Ｂとからなるバルブ機構１３２が、仕切板９に各第２開口部９ａを覆うように設けられている。そして、バルブ機構１３２は、第２開口部９ａからフレーム２の下側空間へ空気が流入することにより（矢印Ａ１７）、第２プレート１３２Ｂが下側へ移動し、第２バネ１３２Ａが圧縮される。これにより、第２開口部９ａにおける風路の開口面積（流路面積）が減少する。すなわち、空気の流入により、第２開口部９ａにおける開口面積は、自動的に減少する。よって、第２開口部９ａからフレーム２の下側空間へ空気の流れが抑制され、ひいては吸気口３ａから流入する空気の量も抑制される。従って、本実施の形態のバルブ機構１３２を備える遠心分離機１０１においても、第１の実施の形態の遠心分離機１と同様の効果を奏する。

次に、本発明の第３の実施の形態による遠心分離機２０１について図６〜図１２に基づき説明する。第１の実施の形態の遠心分離機１と同一の部材については同一の参照番号を付し説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施の形態におけるドア２０３は、ドアベース２３３と、ドア上板２３４と、ドア内部板２３５とを備え、二重構造を形成している。ドアベース２３３の前方部分には、３つの吸気口２０３ａが形成され（図７）、ロータ室８ａに対向する部分には、ドア開口部２０３ｂが形成されている。ドアベース２３３とドア内部板２３５との間には、第１隙間２０３ｃが形成され、ドア内部板２３５とドア上板２３４との間には、第２隙間２０３ｄが形成されている。

ドア２０３内であって、吸気口２０３ａとドア開口部２０３ｂとの間には、バルブ機構２３２が設けられている。バルブ機構２３２は、第２隙間２０３ｄ内に配置された小型モータ２３２Ａと、第１隙間２０３ｃ内に配置された板状の弁２３２Ｂとを備えている。小型モータ２３２Ａは、弁２３２Ｂに接続された出力軸２３２Ｃを備えている。小型モータ２３２Ａの駆動力は、出力軸２３２Ｃを介して弁２３２Ｂに伝達され、弁２３２Ｂは回動する。

ドアベース２３３であって、ロータ室８ａに面する部分には、ロータ６のロータカバー６Ｂが装着されているか否かを検出するロータカバー検出センサ４１が設けられている。また、ロータ室８ａ内であって、ロータ６の下方には、ロータの種類を判別するロータＩＤセンサ４２と、ロータ６の回転速度を検出する回転速度センサ４３とが設けられている。また、フレーム２の前方部分には、モータ５及び小型モータ２３２Ａ等を制御する制御部４４が配置されている。ロータカバー検出センサ４１、ロータＩＤセンサ４２、及び回転速度センサ４３の検出結果に基づき、制御部４４は、小型モータ２３２Ａを制御し、弁２３２Ｂの回動が制御される。

次に、本実施の形態における遠心分離機２０１の運転時の空気の流れについて、図６〜図８に基づき説明する。第１の実施の形態と同様にロータ６の回転（図８の矢印Ｂ方向）に起因する圧力差により、ドア２０３の外側の空気が吸気口２０３ａ、第１隙間２０３ｃ、及びドア開口部２０３ｂを通って、ロータ室８ａ内に吸入される（矢印Ａ１１、Ａ１２、Ａ１）。そして、吸入された空気は、ロータ６を冷却し（矢印Ａ２〜Ａ５）、第１開口部８ｃ及び第２開口部９ａを通って（矢印Ａ６、Ａ７）、仕切板９の下側に流れ（矢印Ａ８）、排気口２ｂから外部へ排出される（矢印Ａ９）。

本実施の形態において、バルブ機構２３２により、風路の開口面積（流路面積）を制御することにより、ロータ室８ａに流入する空気の量を制御している。具体的には、カバーの有無、ロータの種類、ロータの回転速度に基づいて、自動的に弁２３２Ｂを回動させることにより、開口面積を制御している。

開口面積の制御方法について以下に説明する。図６に示す遠心分離機２０１において、ロータ６が複数ある内の特定のアングルロータであることをロータＩＤセンサ４２が検出し、ロータカバー６Ｂが装着されていることをロータカバー検出センサ４１が検出し、ロータ６の回転速度が高速（例えば、１５，０００ｒｐｍ）であることを回転速度センサ４３が検出した場合は、弁２３２Ｂは、制御部４４及び小型モータ２３２Ａにより、自動的に図９に示す状態に回動される。一般的に、高速で回転するアングルロータの場合、ロータの外観形状に凹凸が少ないため、ドア開口部２０３ｂ付近の負圧があまり得られない。しかし、ロータは高速で回転するため、ロータ表面と空気との摩擦による発熱量は高くなる。そのため、弁２３２Ｂを図９に示すような状態に回動することにより、風路の開口面積は大きくなり、多くの空気をロータ室８ａに吸入することができる。これにより、高速回転により高温となるロータ６を冷却するのに必要な風量を確保することができる。

一方、ロータが複数ある内の特定のスイングロータ（図１１に示すようなスイングロータ２０６）であることをロータＩＤセンサ４２が検出し、スイングロータ２０６の回転速度が低速（例えば、３，０００ｒｐｍ）であることを回転速度センサ４３が検出した場合は、弁２３２Ｂは、制御部４４及び小型モータ２３２Ａにより、自動的に図１０に示す状態に回動される。一般的に、低速で回転するスイングロータの場合、ロータの外観形状の凹凸によって、ドア開口部２０３ｂ付近の負圧が十分に得られ、空気の吸込み量は大きくなってしまう。しかし、ロータは低速で回転するため、ロータ表面と空気との摩擦による発熱量はあまり高くない。よって、弁２３２Ｂを図１０に示すような状態に回動することにより、風路の開口面積は小さくなり、ロータ室８ａに流入する空気の量を抑制することができる。よって、高速回転するアングルロータよりは高温とならない低速回転するスイングロータ２０６を冷却するのに必要な風量のみを確保することができ、かつ使用者が感じる騒音を低減することができる。

また、ロータ６の回転速度と、必要な開口面積との関係の一例を図１２に示す。図１２に示されるように、回転速度が速くなるほど、ロータ６は高温となるので、ロータ６を冷却するために必要な空気を取り込むための開口面積は大きくなる。

以上のように、本実施の形態の遠心分離機２０１によれば、各センサ４１〜４３の検出結果に基づいて、自動で弁２３２Ｂを回動させて、風路の開口面積を変化させることができる。よって、ロータの種類、ロータカバーの有無、及びロータの回転速度に応じて、ロータの冷却に必要な風量のみをロータ室８ａ内に流入させることができる。したがって、ロータを適切に冷却することができると共に、使用者が感じる騒音を低減することができる。また、風路の開口面積を自動的に変化させて、必要な量の空気を流入させるので、使用者による遠心分離機２０１の操作性を向上させることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態による遠心分離機３０１について図１３及び１４に基づき説明する。第３の実施の形態の遠心分離機２０１と同一の部材については同一の参照番号を付し説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図１３に示すように、本実施の形態におけるドア３０３は、ドアベース３３３と、ドア上板３３４とを備え、層構造を形成している。ドアベース３３３には、ドア開口部３０３ａが形成されている。ドアベース３３３とドア上板３３４との間には、第３隙間３０３ｂが形成されている。吸気口については図６に記載されている吸気口２０３ａと同様な構成をしている。

ドア上板３３４のドア開口部３０３ａに対向する部分には、バルブ機構３３２が設けられている。バルブ機構３３２は、小型モータ３３２Ａと、ギア３３２Ｂと、ラックギア３３２Ｃと、弁３３２Ｄとを備えている。小型モータ３３２Ａは、ギア３３２Ｂに接続された出力軸３３２Ｅを備えている。ギア３３２Ｂとラックギア３３２Ｃとは互いに螺合している。弁３３２Ｄは、ラックギア３３２Ｃの下端に取付けられており、第３隙間３０３ｂ内に位置している。小型モータ３３２Ａの駆動力は、出力軸３３２Ｅ、ギア３３２Ｂ、及びラックギア３３２Ｃ介して、弁３３２Ｄに伝達され、弁３３２Ｄは上下動する。

本実施の形態の遠心分離機３０１によれば、第３の実施の形態の遠心分離機２０１と同様に、図１３及び図１４に示すように、各センサ４１〜４３の検出結果に基づいて、自動で弁３３２Ｄを上下動させて、風路の開口面積（流路面積）を変化させることができる。よって、本実施の形態の遠心分離機３０１においても、第３の実施の形態の遠心分離機２０１と同様の効果を奏する。

尚、本発明の遠心分離機は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、図１５に示す遠心分離機４０１のように、引張バネである第３バネ４３２Ａと、第３バネ４３２Ａの下端に接続された第３プレート４３２Ｂとからなるバルブ機構４３２を、ドア３のロータ室８ａ側に設けても良い。かかる構成によっても、第１の実施の形態の遠心分離機１と同様の効果を奏する。

なお、本実施例では、回転速度センサ４３から検出された回転速度に応じてバルブ機構を制御しているが、操作パネル２２より入力された設定回転速度を元にバルブ機構２３２、３３２を制御しても良い。

本発明の第１の実施の形態における遠心分離機の断面図。 本発明の実施の形態における遠心分離機のロータのロータカバーを装着した状態を示す外観斜視図。 本発明の実施の形態における遠心分離機のロータのロータカバーを外した状態を示す外観斜視図。 本発明の第１の実施の形態におけるロータカバーを外して遠心分離機を動作させたときの状態を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態における遠心分離機の断面図。 本発明の第３の実施の形態における遠心分離機の断面図。 図６のVII−VII線に沿った断面図。 図６のVIII−VIII線に沿った断面図。 本発明の第３の実施の形態における遠心分離機の弁を回動させて風路の開口面積を大きくした状態を示す図。 本発明の第３の実施の形態における遠心分離機の弁を回動させて風路の開口面積を狭くした状態を示す図。 本発明の実施の形態におけるスイングロータの外観斜視図。 本発明の実施の形態における遠心分離機のロータの回転速度と風路の開口面積との関係を示す図。 本発明の第４の実施の形態における遠心分離機の弁を動かして風路の開口面積を大きくした状態を示す図。 本発明の第４の実施の形態における遠心分離機の弁を動かして風路の開口面積を狭くした状態を示す図。 本発明の第１の実施の形態における遠心分離機の変更例を示す図。

符号の説明

１、１０１、２０１、３０１、４０１・・・遠心分離機、 ２・・・フレーム、 ２ａ・・・上端開口、 ２ｂ・・・排気口、 ３ａ・・・吸気口、 ３、２０３、３０３・・・ドア、 ５・・・モータ、 ５Ａ・・・回転軸、 ６・・・ロータ、 ６Ａ・・・ロータ本体、 ６Ｂ・・・ロータカバー、 ８・・・ボウル、 ８ａ・・・ロータ室、 ３２、１３２、２３２、３３２、４３２・・・バルブ機構、 ３２Ａ・・・第１バネ、 ３２Ｂ・・・第１プレート、 ４１・・・ロータカバー検出センサ、 ４２・・・ロータＩＤセンサ、 ４３・・・回転速度センサ、 １３２Ａ・・・第２バネ、 １３２Ｂ・・・第２プレート、 ２３３、３３３・・・ドアベース、 ２３４、３３４・・・ドア上板、 ２３５・・・ドア内部板、 ２０３ａ・・・吸気口、 ２０３ｂ、３０３ａ・・・ドア開口部、 ２０３ｃ・・・第１隙間、 ２０３ｄ・・・第２隙間、 ２３２Ａ、３３２Ａ・・・小型モータ、 ２３２Ｂ、３３２Ｄ・・・弁、 ２３２Ｃ、３３２Ｅ・・・出力軸、 ３０３ｂ・・・第３隙間、 ３３２Ｂ・・・ギア、 ３３２Ｃ・・・ラックギア、 ４３２Ａ・・・第３バネ、 ４３２Ｂ・・・第３プレート

Claims (4)

1. 外枠を構成し、上端開口を有し、排気口が形成されたフレームと、
   該上端開口を開閉し、吸気口が形成された蓋体と、
   該フレーム内に配置され該フレームに固定支持され、該蓋体と共にロータ室を画成するボウルと、
   該ボウル内に延びロータを装着して該ロータを該ロータ室内で回転させる回転軸と、
   該ロータを判別するロータ判別手段と、
   該フレームに支持され、該回転軸を回転駆動するモータと、を有し、
   該ロータの回転に起因する圧力差により、該吸気口から該上端開口を介して該ロータ室に空気を導入し該ロータを冷却し該排気口から該空気を排出する風路が画成された遠心分離機において、
   該風路には、該ロータ判別手段によって判別された該ロータに応じて、該風路の開口面積を自動的に変更するバルブ機構が設けられていることを特徴とする遠心分離機。
2. 該ロータは、試料装着部を備えるロータ本体と、該試料装着部を覆い該ロータ本体に対して着脱可能なロータカバーとを備え、
   該バルブ機構は、該ロータカバーの有無に応じて該開口面積を変化させることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
3. 該蓋体に設けられ該ロータカバーの有無を検出するカバー検出センサを備えることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離機。
4. 該モータは、その回転速度を変更可能であり、
   該ロータの回転速度に応じて該開口面積が変化することを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。

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