JP5233560B2 - 遠心機 - Google Patents

Description

本発明は、被分離粒子が混入している液体試料中の微小粒子を遠心分離する遠心機に関するものである。

ゾーナル遠心法による分離は、生物学、医学、農学等の分野で細胞内物質やウイルス等の微小粒子の分離に使用されており、実験室的にはスイングロータ(或いは、Swinging Bucket Rotor)と呼ばれる、試料を注入したプラスチック製試験管をロータのバケットに挿入して回転するものが使用されている。

更に、より高性能、大容量形としてゾーナルロータ（Zonal Rotor）と呼ばれる製品が、販売、使用されている。製品としては、日立工機株式会社製のP35ZT形ゾーナルロータが市販されている。これらのゾーナルロータは、スイングロータに比べ、“WALL EFFECT”がないため試料の乱れが少ないこと、容量が大きいこと、試料の注入、回収、分析操作が回転中に連続的に行える等の特長を有しており、主にワクチン製造などの大容量、高精度が要求される分離に使用されている。ゾーナルロータを有する従来の遠心機の構成について、以下に説明する。

図５はゾーナルロータ（以下、ロータと記載）１０を有する従来のゾーナル遠心分離機（以下、遠心機と記載）５１ａの全体構成図であり、（ａ）は試料注入／回収時の状態、（ｂ）は遠心分離時の状態を示すものである。図５に示されるように、遠心機５１ａは、板金部品から成る筐体５２内に配置された駆動部５３、ロータ１０、ロータ回転室５５、運転状態を表示するコントロールパネル５７、並びに簡略して図示する電気制御部６０、真空排気装置６２、ロータ室内冷却装置６４等から構成される。

ロータ１０は、分離を目的とする図６に示す試料１８４を収容し、駆動部５３によって回転駆動されることによって試料１８４を径方向に層を成すように分離する。図６は従来技術に係る遠心機５１ａの要部を拡大した正面縦断面図である。図５及び６に示すように、椀形のロータボディ１２と、ロータボディ１２内に配設され、試料室１８を上方からみて扇形に分割する隔壁（以下、セプタと記載）１６ａと、ロータボディ１２の上部外面に設けられた雄ねじに締結される雌ねじを有し、蓋の役目を成し、中心部にシャフト７０ａに貫通される穴が形成されたカバー１４ａと、から主に構成される。

シャフト７０ａは、図６に示すように、円柱状に形成され、下端はロータボディ１２の内底面に固定され、上端には、試料１８４を出し入れするために用いられる回転シール（第１のシール部材）７２が取り付けられている。また、シャフト７０ａは、シャフト７０ａの上端に設けられた穴から側面に設けられ、ロータ１０の内部に位置する穴に通じる試料通路３００、シャフト７０ａの上端から、セプタ１６ａをロータ１０の径方向に貫通し、ロータ１０とセプタ１６ａとの間隙に通じている押出液通路３２０が備えられている。

遠心分離する際は、図５に示す駆動部５３の上方に備えた回転軸５４に図６に示す回転軸穴１２０が接続されるようにロータ１０を載置した後、図７に示す工程、順序に従って運転され、目的物を遠心分離して、回収する。図７を参照して、ロータ１０の運転工程について以下に説明する。

工程「試料注入」の際は、ロータ１０が大気中で、約３，０００ｒｐｍで回転している状態で、シール部７６を取り付けて、ロータ１０の回転シール７２と接触、摺動させてメカニカルシールを構成する。次に、送液ポンプ（図示しない）を使用して分離する試料１８４と試料分離に必要な密度勾配液を注入する。シール部７６は、ロータ回転室５５内に取り付けられたシール支持板５８にロータ１０の回転軸心と一致するように調整されて取り付けられている。この後、図６に示す試料通路３００から試料１８４をロータ１０の中心部に注入して遠心分離の準備が終了する。この作業は、遠心機５１ａのドア５６ａは開放状態にされて行なわれる。

次に、図７に示される工程「遠心分離」の際は、シール部７６を取りはずし、図６に示すシャフト７０ａの先端にロータ１０内を密封する目的でキャップ７４を取り付ける。キャップ７４は、シャフト７０ａの上端部にＯリング等によってシールされた状態で取り付けられる。試料１８４を遠心分離するために高速回転する際に、ドア５６ａを閉じ、ロータ回転室５５を図５（ａ）に示す真空排気装置６２によって真空引き（減圧）して、大気とロータ１０との摩擦による発熱を抑えるようにしている。しかし減圧して遠心機５１ａを運転すると、ロータ１０内の試料１８４が蒸発しやすい。この蒸発を防止するためにキャップ７４が用いられる。次に、ロータ回転室５５を真空引き後、ロータ１０を所定の回転速度まで上昇させ、試料１８４の分離に適した時間の遠心分離を行う。

遠心分離後、図７に示される工程「試料の回収」では、ロータ１０を再び３，０００ｒｐｍまで減速させ、ロータ回転室５５を大気圧に戻しドア５６ａを開け、キャップ７４を取り外し、再びシール部７６を取り付け、ロータ１０内の分離された液体を回収する。例えば、３，０００ｒｐｍにおける試料回収の場合は、密度の大きい液体（以下、押出液と記載）を図６に示すシャフト７０ａの押出液通路３２０を介してロータ１０内の外壁側から送り込み、試料１８４をシャフト７０ａの試料通路３００を介し、外へ排出させて回収を行う。沈降した粒子を含んだ密度勾配液は、吸光度を分光光度計等によって連続的に測定しながらフラクションコレクタで分割回収することができる。この際、シール部７６とロータ１０側の回転シール７２は接触し、液体が漏れないようにシールされている。

このような、遠心機の用途は、先にも述べたとおり、ワクチン製造のためのウイルス精製や、発熱物質の除去を目的として使用されている。試料１８４の具体的例としては、例えば、インフルエンザウイルス、日本脳炎ウイルス、百日咳ウイルス、エイズウイルス、肝炎ウイルス等であり、それらの出発原料は培養液や動物から採取された細胞や体液等の液体に浮遊させたものである。

特許文献１には、高速で回転するロータの中に連続的に試料を流し入れて遠心分離する連続遠心分離ロータの従来例が開示されている。特許文献１には、ロータ本体部はロータ回転室に配設され、メカニカルシール部が遠心機のドアの外方に配設されている。ロータから上方に延出された試料流路を複数有するチューブ部外周部にジャーナル軸受を設けられている。チューブ外周と軸受間は潤滑油によって油潤滑される。更にこの潤滑油は、ロータ回転室内と、ロータ回転室外とを分断し、ロータ回転室内の真空環境を保つように機能する。一方のメカニカルシール部では、回転シールと固定シールとが常に接触するシール構造が提供されている。この従来例は、先に説明した従来例とは使用法が異なり、ロータが高速回転状態で、試料を所定の流量で連続的に注入、回収するもので、連続ロータ或いは、Continuous Flow Rotorとよばれている。市販されている製品としては、日立工機株式会社製のP32CT形連続ロータがある。

米国特許第４，０１１，９７２号明細書

現在のゾーナル遠心機においては、ロータに連動して回転中のシャフトへのキャップ及びシール部の取り付け、並びに回転中のシャフトに取り付けられたキャップ及びシール部の取り外しについては、ロータを低速回転で作動させたとしても、熟達しなければ作業を効率良く成すことができない。

また、従来の遠心機５１ａは、密度勾配液及び押出液を注入、並びに試料１８４を注入又は回収する際、ロータ回転室５５を大気圧に開放（ドア５６ａを開放）した状態で行っていた。このため、ロータ回転室５５内に大気が入り込み、ロータ回転室５５内が結露したり、温度制御が不完全であった。

また、特許文献１に記載の連続ロータは、シール部が常に接触しているため、シール部が摩耗し、使用寿命が短い。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、作業性及び機能性に優れたゾーナル遠心機を提供することを目的とする。

本発明に係る遠心機は、
試料の収容部を備えるロータと、
前記ロータが設けられるロータ回転室と、
前記ロータを回転する駆動部と、
前記収容部に一端が接続され、密度勾配液と前記試料とを前記収容部に注入又は前記収容部内の前記試料を回収するための第１の通路と、並びに前記収容部内の前記試料を前記第１の通路に押し出すための液体を注入するための第２の通路と、を有する第１のチューブと、
前記第１のチューブの他端に接続され、前記第１の通路及び前記第２の通路に連通する第１の孔と第２の孔が形成された第１のシール部材と、
前記第１のシール部材に対向して配置され、前記第１のシール部材の前記第１の孔と前記第２の孔のそれぞれに対向する第３の孔と第４の孔を有する第２のシール部材と、
一端が前記第２のシール部材に接続され、前記第３の孔に連通する第３の通路と、
前記第４の孔に連通する第４の通路とを備える第２のチューブとを有し、
操作部材を有し、当該操作部材による前記第２のシール部材のその軸線方向の移動に伴い、前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とが接合及び離間する離合部を備えることを特徴とする。

そうすると、前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とを前記離合部により接合することにより、前記第１の通路及び前記第１の孔と、前記第３の孔及び前記第３の通路とが連通し、前記第２の通路及び前記第２の孔、前記第４の孔及び前記第４の通路が連通し、前記第３の通路と前記第４の通路とから前記ロータの前記収容部にアクセスが可能となり、
前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とを前記離合部により離間させることにより、前記第１の通路及び前記第１の孔と、前記第３の孔及び前記第３の通路が分離され、前記第２の通路及び前記第２の孔と、前記第４の孔及び前記第４の通路とが分離されるようにすることができる。

例えば、前記離合部は、
前記ロータ上に配置され、前記第１のチューブを、その軸線を中心として回転可能に支持する第１の支持部と、
前記第２のチューブを、その軸線方向に移動可能に支持する第２の支持部と、
前記操作部材と、
から構成され、
前記操作部材が前記第２のチューブの軸線方向に動かされることにより、前記第２のシール部材が移動して、前記ロータの回転に伴って回転している前記第１のシール部材に当接及び摺動するようにできる。

なお、前記第１の支持部は、
前記ロータ上に配置され、前記第１のチューブを回転可能に支持する軸受と、
円筒状に形成され、内面で前記軸受を支持する軸受支持部材と、から構成され、
前記第２の支持部は、
前記軸受支持部材に一端が接続され、他端にねじ面が形成されている円筒状のスリーブと、
円筒状に形成され、内面で前記第２のチューブを固定し、一端が前記スリーブの内面に摺動自在に嵌合され、他端に大径部を備えるチューブ固定部材と、
前記スリーブと、前記チューブ固定部材の大径部との間に配置され、前記チューブ固定部材を前記第１のチューブから離れる方向に付勢する弾性部材と、から構成され、
前記操作部材は、
円筒状に形成され、一端に前記スリーブの前記ねじ面に対応するねじ面を有し、他端に前記チューブ固定部材の他端に当接する当接部を有するようにしてもよい。

そうすると、前記離合部は、
前記操作部材を前記スリーブに締め込むことにより、前記操作部材の前記当接部が前記チューブ固定部材の他端に当接し、該チューブ固定部材を押圧し、該チューブ固定部材が前記第２のチューブと該第２のチューブに接続された前記第２のシール部材を前記第１のチューブに向かう方向へ移動させ、前記ロータの回転に伴って回転している前記第１のシール部材に当接及び摺動させ、
前記操作部材を前記スリーブから緩めることにより、前記チューブ固定部材は、前記第１のチューブの軸と逆方向の前記弾性部材に付勢され、該チューブ固定部材、前記第２のチューブと該第２のチューブに接続された前記第２のシール部材を前記第１のチューブから離れる方向に移動させ、前記ロータの回転に伴って回転している前記第１のシール部材に離間させることができる。

また、前記第１のチューブと前記軸受との間に満たされた潤滑剤が、大気と、前記ロータ回転室とを分断することで、前記ロータ回転室内を真空引きしたときに真空環境が維持されるようにしてもよい。

また、前記第１のシール部材は、密閉空間内に設けられているようにしてもよい。

また、前記密閉空間は、
前記第１のチューブと、前記軸受と、前記軸受支持部材と、前記第２のシール部材と、から構成されるようにしてもよい。

また、前記軸受支持部材に、前記密閉空間に通ずる孔が２箇所設けられ、
一方はフィルタを通過した空気を流入させ、他方は前記空気を吸引し、吸引後の空気の排気が他のフィルタを通して行なわれることが望ましい。

また、前記密閉空間に接する部材は、１２１℃に耐えうる、金属やプラスチックで構成されることが望ましい。

更には、前記軸受支持部材は、潤滑剤が供給又は回収される前記軸受に通ずる穴を備えることが望ましい。

更には、前記軸受支持部材は、冷却液が供給される前記軸受に通ずる穴を備えることが望ましい。

本発明に係る遠心機は、
試料の収容部を備えるロータと、
前記ロータが設けられるロータ回転室と、
前記ロータを回転する駆動部と、
前記収容部に一端が接続され、他端に第１のシール部材が配置された第１のチューブと、
該第１のチューブと対向するように配置された第２のチューブと、
該第２のチューブの一端に配置された第２のシール部材とを備えた遠心機において、
前記ロータ回転室が減圧されたまま、前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とが接合及び離間することを特徴とする。

本発明によれば、作業性及び機能性に優れた遠心機を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る遠心機について図面を参照して説明する。また、本発明の実施の形態に係る説明の明確化のため、本実施形態では、チューブと、ロータとの配置関係において、チューブ側を上方向、ロータ側を下方向と呼ぶ。

図１は本発明の実施形態に係る遠心機５１ｂの全体構成図である。
図１に示すように、遠心機５１ｂは、板金部品から成る筐体５２と、筐体５２内に配置された駆動部５３、ロータ１０、ロータ回転室５５、運転状態を表示するコントロールパネル５７、並びに簡略して図示する電気制御部６０、真空排気装置６２及びロータ室内冷却装置６４等から構成される。

ロータ１０は、分離を目的とする図２に示す試料１８４を収容し、駆動部５３によって回転駆動されることによって試料１８４を径方向に層を成すように分離する。ロータ１０は、図２に模式的に示すように、椀形のロータボディ１２と、図２（ａ）に示すように試料１８４が収められるロータボディ１２内の試料室（収容部）１８を上方から見て扇形に４分割する板状のセプタ１６ｂと、ロータボディ１２の図示方向で上部に位置し、蓋の役目を成すカバー１４ｂと、から構成される。以下にこれらの部品を詳細に説明する。

ロータボディ１２は、椀形の外周の上端部に雄ねじが形成され、底面には回転軸５４に螺合される回転軸穴１２０が形成されている。

セプタ１６ｂは、略円柱形のセプタ軸１６０と、セプタ軸１６０に放射状に接続された４枚の板１６１とが一体的な形状に形成されている。ロータボディ１２の内に位置して試料室１８を図２（ａ）に示す上面視で扇形に分割する。また、セプタ１６ｂには、セプタ軸１６０の上面中心から下方に延び、セプタ軸１６０の側面に向かってＬ字状に屈折した孔が設けられている。この孔は後述する試料１８４及び密度勾配液を注入、回収するための後述する試料通路（第１の通路）３００の一部となる。また、セプタ軸１６０の上面の一部から下方に延び、ロータボディ１２に対向する板１６１の側面に向かってＬ字状に屈折した孔が設けられている。この孔は後述する押出液を注入するための押出液通路（第２の通路)３２０の一部となる。

カバー１４ｂは、ロータボディ１２の雄ねじに締結する雌ねじを有し、椀形のロータボディ１２の開放部を塞ぐことによって、試料１８４を収容し、カバー１４ｂとロータボディ１２とによって、試料室１８が形成される。更に、中心部に後述する下部チューブ７０ｂが取り付けられる穴が形成されている。この穴によって、下部チューブ７０ｂの下端をロータ１０内に案内する。

図３は本発明の実施形態に係る遠心機５１ｂの要部を拡大した正面縦断面図であり、試料注入／回収状態を示している。図３に示すように、下部チューブ７０ｂは、内管である円柱状のインナーチューブ７００と、外管であり、一部に大径部７０２を有する略円柱状のアウターチューブ７０１と、からなる二重管から構成されている。アウターチューブ７０１の大径部７０２は、後述する油軸受８０に好適に嵌合されるように大径に形成されている。下部チューブ７０ｂは、カバー１４ｂの中心部に設けられた穴を挿通し、セプタ軸１６０の上部に設けられた穴にインナーチューブ７００の下端が嵌合し、カバー１４ｂにチューブ固定ナット７８で固定されている。下部チューブ７０ｂの上端には後述するメカニカルシール部２１に設けられた固定シール（第２のシール部材）２５と離合可能な回転シール７２が取り付けられている。回転シール７２は、略円柱状に形成され、インナーチューブ７００内、及びインナーチューブ７００とアウターチューブ７０１との間隙に通じる孔がそれぞれ設けられている。

以上のような構成の回転シール７２、下部チューブ７０ｂ及びセプタ１６ｂによって、回転シール７２の上面から、インナーチューブ７００を介し、セプタ軸１６０の上面中心から下方に延び、セプタ軸１６０の側面に向かってＬ字状に屈折した孔に通じ、試料室１８の中央に至る試料通路３００が形成されている。更に、回転シール７２の上面から、インナーチューブ７００の外面とアウターチューブ７０１の内面の間隙を通り、セプタ軸１６０の上面の一部から下方に延び、ロータボディ１２に対向する板１６１の側面に向かってＬ字状に屈折した孔に通じ、試料室１８のロータボディ１２の内側面近傍に至る押出液通路３２０が形成される。

次に、真空状態に成されるロータ回転室５５と大気とを隔てる油軸受８０、及び発熱部を冷却する液体を導入する部位等を備えるベアリングハウジング（軸受支持部材）８２について説明する。

遠心機５１ｂのドア５６ｂには、ベアリングハウジング８２が設置される部品であるバケツ状のドアアダプタ５６０が取り付けられている。ドアアダプタ５６０の取り付けられ方は、ドアアダプタ５６０の突き出し部がねじでドア５６ｂに固定され、ドア５６ｂの下方にドアアダプタ５６０が突出するようにされている。ドアアダプタ５６０の内底面に、略円筒状のベアリングハウジング８２が取り付けられている。ベアリングハウジング８２は、底面部に外方に突出した下突出部８２２と、上面部にも外方に突出した上突出部８２４を備える。ベアリングハウジング８２は、下突出部８２２の上面に当接するハウジング押板８４がアダプタ５６０の内底面にネジで締め込まれることによって、ハウジング押板８４に挟持されている。また、上突出部８２４は側面に雄ねじが形成され、後述するメカニカルシール部２１の下部カラー２３に締結される。

また、ベアリングハウジング８２の内面に油軸受８０が固定されている。下部チューブ７０ｂのアウターチューブ７０１の大径部７０２は、油軸受８０の内面に付着した潤滑油（潤滑剤）によって、油軸受８０に回転自在に支持されている。更に、ベアリングハウジング８２の外面には、冷却水入口コネクタ４０、潤滑油入口コネクタ４２、潤滑油出口コネクタ４２０、吸気コネクタ４４及び空気流入口コネクタ４４０が取り付けられている。それぞれのコネクタが取り付けられた部位には、ベアリングハウジング８２の内面に向かって孔が延出している。

まず、油軸受８０及び潤滑油入口コネクタ４２の機能について説明する。下部チューブ７０ｂと油軸受８０との間は、潤滑油入口コネクタ４２から供給され、潤滑油出口コネクタ４２０から油軸受８０に戻る潤滑油に満たされている。更に、この潤滑油は、潤滑剤として機能するとともに、ロータ回転室５５と大気とを分断するように機能する。つまり、潤滑油が油軸受８０と下部チューブ７０ｂとの間を常に密閉していることにより、ロータ回転室５５がロータ１０の高速回転時に真空引き（減圧）されたときであっても、油軸受８０の上方から気体の流入を防ぎ、ロータ回転室５５の真空度を保つ。下部チューブ７０ｂの周速度は、ロータ１０の最高回転速度が３５，０００ｒｐｍとすれば約２０ｍ／秒と高速であり、これによって下部チューブ７０ｂと油軸受８０との摺動部の温度が上昇してしまう。この摺動部を冷却する冷却水を油軸受８０に導入する冷却水入口コネクタ４０について以下に説明する。

冷却水入口コネクタ４０は、前述のようにベアリングハウジング８２の外面に取り付けられ、本実施形態では、潤滑油入口コネクタ４２の取り付け位置よりも下方に取り付けられている。前述のように冷却水入口コネクタ４０からベアリングハウジング８２の内面に向かって孔が延出しており、この孔は、油軸受８０に通じている。ここで、油軸受８０は、冷却水入口コネクタ４０から供給された冷却水に接触する部位で、外径が他の外径よりも小径となっている凹部８００を備える。凹部８００は、油軸受８０と冷却水との接触面積を広くし、更に、発熱する油軸受８０と下部チューブ７０ｂとの摺動部に近い部位に冷却水が接触し、油軸受８０が効率良く冷却するために形成されている。更に、ベアリングハウジング８２には、冷却水入口コネクタ４０を入口とし、後述するメカニカルシール部２１内に開放された冷却水出口４０１を出口とする冷却水孔４００を備える。冷却水孔４００は、油軸受８０の凹部８００から、ベアリングハウジング８２の径方向に延び、Ｌ字状に上方に向けて屈折し、ベアリングハウジング８２の上面に形成された冷却水出口４０１に至る形状を成す。

次に、回転シール７２と後述する固定シール２５との着脱部の液漏れを感知するために用いられる吸気コネクタ４４及び空気流入口コネクタ４４０の構造について説明する。ベアリングハウジング８２に吸気コネクタ４４が取り付けられている。吸気コネクタ４４は潤滑油入口コネクタ４２の上方に配設されている。吸気コネクタ４４に繋がる孔は、油軸受８０の上方であり、後述するメカニカルシール部２１の固定シール２５とベアリングハウジング８２とで仕切られたハウジング空間（密閉空間）８２０に繋げられている。空気流入口コネクタ４４０は、チューブ７０ｂに対して吸気コネクタ４４と対称になる位置に取り付けられている。空気流入口コネクタ４４０に繋がる孔も吸気コネクタ４４に繋がる孔と同様に、ハウジング空間８２０に繋げられている。

次に、本実施形態に係るメカニカルシール部２１について説明する。メカニカルシール部２１は、主に図３に示す試料１８４等を注入／回収する状態と、図４に示す遠心分離する状態とで、後述する固定シール２５と回転シール７２とを離合させ、試料通路３００と後述する試料通路（第３の通路）３０、及び押出液通路３２０と後述する押出液通路（第４の通路）３２をそれぞれ接続／分断する機能を有する。メカニカルシール部２１は、図３及び４に示すように、後述するスリーブ２２と、スリーブ２２とベアリングハウジング８２とを締結する下部カラー２３と、スリーブ２２内を摺動する押圧部（チューブ固定部材）２９と、押圧部２９とスリーブ２２を締結する上部カラー（操作部）２４と、押圧部２９の中央に嵌合する上部チューブ９０と、押圧部２９の移動に従動する従動部２４２と、から主に構成される。以下に各部品について詳細に説明する。

スリーブ２２は、略円筒状に形成され、下端に大径部２２０を備え、上側面には雄ねじが形成されている。後述する押圧部２９を摺動自在に支持する。

下部カラー２３は、スリーブ２２とベアリングハウジング８２を接続する機能を有する。下部カラー２３は中心に貫通孔を有するように略円筒状に形成され、上部に貫通孔よりも内側に突出した当接部２３０を有し、下部の内側面には雌ねじが形成されている。当接部２３０が、ベアリングハウジング８２の上突出部８２４に当接し、下部カラー２３の雌ねじをベアリングハウジング８２の雄ねじに締結することで、スリーブ２２の大径部２２０を挟みこむようにして、スリーブ２２とベアリングハウジング８２を接続する

押圧部２９は、略円筒状に形成され、中央の貫通孔に後述する上部チューブ９０が嵌合し、側面の一部に大径部２９１を備える。押圧部２９の大径部２９１と、スリーブ２２の上面との間にコイルスプリングである上部スプリング（弾性部材）２８が設けられ、後述する上部カラー２４に当接するように押圧部２９を上方向に付勢している。ここで上部スプリング２８は、後述する上部カラー２４を締め込むと、回転シール７２及び後述する固定シール２５の双方のシール面が接触し、上部カラー２４を緩めると双方のシール面が離れるように適切な寸法及び弾性力のものが選定されている。また、押圧部２９の一部に下方から上方へと貫通する冷却水孔４０２が形成されている。冷却水孔４０２は、後述する固定シール２５を冷却した冷却水を外部へ排出するために設けられ、遠心機５１ｂの外部へと開放された冷却水出口コネクタ４０４に繋がっている。

上部カラー２４は、押圧部２９を上下方向に移動させる機能を有する。上部カラー２４は中心に貫通孔を有するように略円筒状に形成され、上部に押圧部２９の大径部２９１と当接する当接部２４０を有し、下部の内側面にはスリーブ２２の雄ねじに対応する雌ねじが形成されている。当接部２４０を、押圧部２９の大径部２９１に当接させ、上部カラー２４の雌ねじをスリーブ２２の雄ねじに締めこむことで、上部カラー２４が押圧部２９の突出部を下方に押圧し、上部スプリング２８の付勢に反して、押圧部２９を下方に移動させる。対して、上部カラー２４の雌ねじをスリーブ２２の雄ねじから緩めることで、上部スプリング２８が押圧部２９の突出部を上方に押圧し、押圧部２９を上方に移動させる。

上部チューブ９０は、注入される密度勾配液、試料１８４及び押出液を下部チューブ７０ｂに導く機能、及び回収される試料１８４を下部チューブ７０ｂから導く機能を有する。上部チューブ９０は、内管である円柱状のインナーチューブ９００と、外管であり、一部に大径部９０２を有する略円柱状のアウターチューブ９０１と、からなる二重管に構成されている。アウターチューブ９０１の大径部９０２は、前述の押圧部２９に好適に嵌合されるように大径に形成されている。上部チューブ９０の下端には前述の下部チューブ７０ｂの上端に設けられた回転シール７２と離合可能な固定シール２５が取り付けられている。固定シール２５は、略円柱状に形成され、インナーチューブ９００内、及びインナーチューブ９００とアウターチューブ９０１との間隙に通じる孔がそれぞれ設けられている。

上部チューブ９０の上端に、試料入口／出口コネクタ４６０及び押出液入口コネクタ４６１を備える注入／回収アダプタ４６が嵌合している。試料入口／出口コネクタ４６０は、インナーチューブ９００に繋がる孔を有し、押出液入口コネクタ４６１は、インナーチューブ９００とアウターチューブ９０１との間隙に繋がる孔を有する。以上のような構成の注入／回収アダプタ４６、上部チューブ９０、固定シール２５によって、試料入口／出口コネクタ４６０から、インナーチューブ９００を介し、固定シール２５に至る試料通路３０が形成されている。更に、押出液入口コネクタ４６１から、インナーチューブ９００の外面とアウターチューブ９０１の内面の間隙を通り、固定シール２５に至る押出液通路３２が形成される。

従動部２４２は、固定シール２５を中央下面、固定シール２５を支持する固定シールボディ２６を備え、上方にある押圧部２９との間には、コイルスプリングである下部スプリング２７が配設されている。従動部２４２は、押圧部２９の位置に従って下部スプリング２７が伸縮することにより付勢され、ベアリングハウジング８２の内面を摺動する。ここで、下部スプリング２７は、上部カラー２４を締め込むと回転シール７２及び固定シール２５の双方のシール面が接触し、上部カラー２４を緩めると双方のシール面が離れるように適切な寸法及び弾性力のものが選定されている。従動部２４２の位置によって、固定シール２５が回転シール７２から離合する。更に、下部スプリング２７は撓み量に関係なく、固定シール２５が回転シール７２に概ね一定の押圧力で押付けられるように設定されているので、必要以上に押付けられることがなく、面圧が概ね一定に保たれるようになっている。固定シール２５は、試料１８４の注入／回収時の際に、回転する回転シール７２と密着させられるため、回転シール７２との摺動面において発熱する。このため、冷却水と固定シール７２とを接触させて冷却させるためのシール冷却空間２１０が設けられている。シール冷却空間２１０は、固定シールボディ２６、ベアリングハウジング８２、スリーブ２２、押圧部２９によって境界付けられている。また、固定シール２５と回転シール７２の接触圧力は、下部スプリング２７の弾性力と冷却水が流れたときの水圧の和で与えられる。

次に、本実施形態に係る遠心機の動作について説明する。

まず、試料注入する工程について説明する、コントロールパネル５７を操作し、ロータ回転室５５を真空引き（減圧）すると共に、図１に示す駆動部５３によりロータ１０を約３，０００ｒｐｍで回転させる。次に、図３に示す上部カラー２４をスリーブ２２にねじ込むことで、押圧部２９を下方へ移動させる。押圧部２９が下方へ移動するとともに、押圧部２９に嵌合する上部チューブ９０が下方へ移動する。そうすると、上部チューブ９０の下端に取り付けられた固定シール２５が下部チューブ７０ｂの上端に取り付けられた回転シール７２に接続される。このようにして、試料通路３０と試料通路３００とが接続される。次に、送液ポンプ（図示しない）を使用して試料分離に必要な密度勾配液と分離する試料１８４を試料入口／出口コネクタ４６０から注入する。図２（ｂ）は密度勾配液の注入状態におけるロータ１０内を示す概略図である。図中では３ステップの密度勾配液（比重が高い順に１８１、１８２、１８３）が注入された状態を示しており、この後、試料通路３００を介してロータ１０の中心部に繋がる図３に示す試料入口／出口コネクタ４６０から分離する試料１８４を注入して、更に試料１８４より比重の軽い液体１８５を入れて、分離する試料１８４を図２（ｂ）に示されるように垂直に立てて遠心分離の準備が終了する。

次に、遠心分離する工程について説明する。図３に示す試料注入状態から、上部カラー２４をスリーブ２２との締結を緩める方向に回転させることで、上方に移動させる。これに伴い上部スプリング２８に上部カラー２４に向けて付勢されている押圧部２９も、上部カラー２４に当接しながら上方に移動する。更に、押圧部２９に嵌合する上部チューブ９０も上方へ移動し、上部チューブ９０の下端に取り付けられた固定シール２５も上方へ移動する。これによって、図４に示すように、上部チューブ９０の固定シール２５は、下部チューブ７０ｂの回転シール７２から離れ、ロータ１０の高速回転時において、両シールの接続による多大な摺動摩擦が発生するのを防止する。次に、ロータ回転室５５を真空引き後、ロータ１０を所定の回転速度まで上昇させ、試料１８４の分離に適した時間の遠心分離を行う。

次に、試料１８４を回収する工程について説明する。ロータ１０を再び３，０００ｒｐｍまで減速させる。次に、上部カラー２４をスリーブ２２にねじ込むことで、押圧部２９を下方へ移動させる。押圧部２９が下方へ移動するとともに、押圧部２９に嵌合する上部チューブ９０が下方へ移動する。そうすると、上部チューブ９０の下端に取り付けられた固定シール２５が下部チューブ７０ｂの上端に取り付けられた回転シール７２に接続される。このようにして、試料通路３０と試料通路３００、及び押出液通路３２と押出液通路３２０のそれぞれが接続される。次に、押出液を押出液入口コネクタ４６１から注入する。注入された押出液は、押出液通路３２、押出液通路３２０を介して試料室１８の外側（ロータボディ１２の内側面側）に流入する。流入した押出液は、試料室１８の外側から内側に試料１８４を押圧する。押圧された試料１８４は、試料通路３００及び試料通路３０を介して試料入口／出口コネクタ４６０に押し出され、回収される。沈降した粒子を含んだ密度勾配液は、吸光度を分光光度計等によって連続的に測定しながらフラクションコレクタで分割回収することができる。以上の一連の工程において、ロータ回転室５５と大気とは、油軸受８０とベアリングハウジング８２との間隙に満たされた潤滑油によって、シールされている。

他に、試料１８４の液漏れを監視する工程について説明する。図３及び４に示す空気流入口コネクタ４４０の前段にエアフィルタ（図示なし）を接続し、空気流入口コネクタ４４０から清浄な空気を供給可能にする。次に、吸気コネクタ４４からハウジング空間８２０を介してサクションポンプで吸引し、吸気ラインに送る。この吸気ラインの状態を目視観察することで、回転シール７２と固定シール２５との接触不具合によって生じる液漏れを監視できる。また、サクションポンプで吸気された空気はエアフィルタを通して清浄に排気される。更に、空気流入口コネクタ４４０から不活性ガス（例えば窒素ガス）等を供給するようにしても良い。

他に、発熱する油軸受８０及び固定シール２５の冷却について説明する。冷却水入口コネクタ４０から供給される冷却水は、油軸受８０の外面を冷却後、ベアリングハウジング８２に設けられた冷却水孔４００を経て、ベアリングハウジング８２の上端の冷却水出口４０１より、メカニカルシール部２１のシール冷却空間２１０に浸入する。シール冷却空間２１０に浸入した冷却水は、固定シール２５の回転シール７２に対向する側の逆側を冷却した後、押圧部２９に設けられた冷却水孔４０２及び冷却水出口コネクタ４０４を経て、遠心機５１ｂの外に排出される。

上記実施形態に係る遠心機５１ｂは、メカニカルシール部２１によって、図１及び図４に示すロータ１０の高速回転時（遠心分離時）の場合は、ロータ１０側の回転シール７２とメカニカルシール部２１の固定シール２５とを接触させずに運転することができる。これによって、摺動摩擦によって縮まる回転シール７２及び固定シール２５の使用寿命を長くすることができる。

また、油軸受８０とベアリングハウジング８２との隙間が潤滑油で満たされていることにより、ロータ回転室５５と大気とを常に分断することができる。このようにすることで、ロータ回転室５５がロータ１０の高速回転時に真空引きされたときであっても、油軸受８０の上方から気体の流入を防ぎ、ロータ回転室５５の真空度を保つことができる。

回転シール７２と固定シール２５との離合の調整は、直接試料１８４に接する空間に触れることなしに、大気中にある上部カラー２４で行うことができる。尚、ベアリングハウジング８２とメカニカルシール部２１が組合せされることによって、図３に示すように、シール面の周囲は密閉空間とすることができる。この回転シール７２と固定シール２５の離合の調整は、本実施形態において上部カラー２４とスリーブ２２とのねじ接続を利用しているが、他の手段であっても本目的を達成できれば効果は同様である。例えば、上部カラー２４の周囲に密閉空間を形成し、この密閉空間に供給する空気圧によって上部カラー２４の位置を調整するようにしても良い。このようにすれば、遠隔操作で空気圧の設定し、離合の調整ができる。

また、本実施形態において、固定シール２５が回転シール７２に離合する構成で説明したが、固定シール２５と回転シール７２とが離合できれば、その機能分担は自由であり、回転シール７２が固定シール２５に離合する構成にしてもよい。

吸気コネクタ４４、空気流入口コネクタ４４０は、装備されなくても問題ないが、設けることによって、回転シール７２と固定シール２５との接触不具合によって生じる液漏れを監視でき、メンテナンス性が良好である。また、エアフィルタを通過した空気を空気流入口コネクタ４４０から流入させ、吸気コネクタ４４からフィルタを通して流出するようにした。このため、メカニカルシール部２１の取り付け不良やシール関連部品の磨耗や損傷が生じたとしても、大気から試料通路へ大気中の汚染物質が流入して試料１８４を汚染する心配を払拭することができる。

更に、冷却水入口コネクタ４０、冷却水孔４００，４０１、冷却水出口４０１、及び冷却水出口コネクタ４０４を備えるようにすることで、冷却水を油軸受８０及び固定シール２５に導入し、効率的に冷却することができる。

尚、回転シール７２と固定シール２５及びこの構造を構成している部材を、少なくとも１２１℃に耐えうる金属やプラスチックで形成している。このため、当該部の故障で試料１８４の漏れが発生して、試料１８４によってその周囲が汚染されたような場合であっても、空気流入口コネクタ４４０より蒸気を導入し、吸気コネクタ４４の側で温度と圧力を制御して１２１℃で２０分間の蒸気滅菌を行うことにより、シール面部の周囲を容易に滅菌することが可能であり、分解、清掃時に、使用者が効率的に作業を行うことができる。

下部カラー２３とベアリングハウジング８２との締結を緩め、取り外すことで、メカニカルシール部２１をベアリングハウジング８２から取り外すことができ、メンテナンス性、収納性を良好にすることができる。

また、本発明に係る遠心機５１ｂは、油軸受８０とベアリングハウジング８２との隙間に潤滑油が満たされ、この潤滑油によって、ロータ回転室５５内と、ハウジング空間８２０とが分断されている。更に、そのハウジング空間８２０内で、固定シール２５と回転シール７２を離合でき、ロータ回転室５５を開放することが無い。このため、ロータ回転室５５内が結露することなく、運転開始（コントロールパネル５７のスタートスイッチオン）した直後からロータ回転室５５の減圧をすることができ、運転時間の短縮に繋がる（ロータ１０を３,０００rpmで回転させ、密度勾配液及び試料１８４を注入する間に、ロータ回転室５５の減圧をすることができる）。更に、大気の影響を受けずに、ロータ回転室５５内を精確に温度制御できる。

また、本実施形態において、セプタ１６に設けられた試料通路３００，押出液通路３２０を１本のみとして説明したが、複数本設けるようにしても良い。

本発明の実施形態に係る遠心機の全体構成図である。 （ａ）は、密度勾配液の注入状態におけるロータ内を示す模式的な横断面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面視の密度勾配液の注入状態におけるロータを示す模式的な縦断面図である。 試料注入／回収状態における、本発明の実施形態に係る遠心機の要部を拡大した正面縦断面図である。 遠心分離時の状態における、本発明の実施形態に係る遠心機の要部を拡大した正面縦断面図である。 （ａ）は、試料注入／試料回収状態における、従来技術に係る遠心機の正面縦断面図である。（ｂ）は、遠心分離状態における、従来技術に係る遠心機の正面縦断面図である。 従来技術に係る遠心機の要部を拡大した正面縦断面図である。 従来技術に係る遠心機の使用手順を説明する模式図である。

符号の説明

１０：ゾーナルロータ（ロータ）
１２：ロータボディ
１４ｂ：カバー
１６ｂ：セプタ（隔壁）
１８：試料室（収容部）
１８４：試料
２１：メカニカルシール部
２１０：シール冷却空間
２２：スリーブ（第２の支持部）
２３：下部カラー
２４：上部カラー（操作部）
２４２：従動部
２５：固定シール（第２のシール部材）
２７：下部スプリング
２８：上部スプリング（弾性部材）（第２の支持部）
２９：押圧部（チューブ固定部材）（第２の支持部）
３０：試料通路（第３の通路）
３００：試料通路（第１の通路）
３２：押出液通路（第４の通路）
３２０：押出液通路（第２の通路）
４０：冷却水入口コネクタ
４０４：冷却水出口コネクタ
４２：潤滑油入口コネクタ
４２０：潤滑油出口コネクタ
４４：吸気コネクタ
４４０：空気流入口コネクタ
４６：注入／回収アダプタ
４６０：試料入口／出口コネクタ
４６１：押出液入口コネクタ
５１ｂ：遠心分離機（遠心機）
５２：筐体
５５：ロータ回転室
５６ｂ：ドア
７０ｂ：下部チューブ（第１のチューブ）
７２：回転シール（第１のシール部材）
８０：油軸受（第１の支持部）
８２：ベアリングハウジング（軸受支持部材）（第１の支持部）
８２０：ハウジング空間（密閉空間）
９０：上部チューブ（第２のチューブ）

Claims (12)

1. 試料の収容部を備えるロータと、
   前記ロータが設けられるロータ回転室と、
   前記ロータを回転する駆動部と、
   前記収容部に一端が接続され、密度勾配液と前記試料とを前記収容部に注入又は前記収容部内の前記試料を回収するための第１の通路と、並びに前記収容部内の前記試料を前記第１の通路に押し出すための液体を注入するための第２の通路と、を有する第１のチューブと、
   前記第１のチューブの他端に接続され、前記第１の通路及び前記第２の通路に連通する第１の孔と第２の孔が形成された第１のシール部材と、
   前記第１のシール部材に対向して配置され、前記第１のシール部材の前記第１の孔と前記第２の孔のそれぞれに対向する第３の孔と第４の孔を有する第２のシール部材と、
   一端が前記第２のシール部材に接続され、前記第３の孔に連通する第３の通路と、
   前記第４の孔に連通する第４の通路とを備える第２のチューブとを有し、
   操作部材を有し、当該操作部材による前記第２のシール部材のその軸線方向の移動に伴い、前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とが接合及び離間する離合部を備えることを特徴とする遠心機。
2. 前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とを前記離合部により接合することにより、前記第１の通路及び前記第１の孔と、前記第３の孔及び前記第３の通路とが連通し、前記第２の通路及び前記第２の孔、前記第４の孔及び前記第４の通路が連通し、前記第３の通路と前記第４の通路とから前記ロータの前記収容部にアクセスが可能となり、
   前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とを前記離合部により離間させることにより、前記第１の通路及び前記第１の孔と、前記第３の孔及び前記第３の通路が分離され、前記第２の通路及び前記第２の孔と、前記第４の孔及び前記第４の通路とが分離される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
3. 前記離合部は、
   前記ロータ上に配置され、前記第１のチューブを、その軸線を中心として回転可能に支持する第１の支持部と、
   前記第２のチューブを、その軸線方向に移動可能に支持する第２の支持部と、
   前記操作部材と、
   から構成され、
   前記操作部材が前記第２のチューブの軸線方向に動かされることにより、前記第２のシール部材が移動して、前記ロータの回転に伴って回転している前記第１のシール部材に当接及び摺動する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。
4. 前記第１の支持部は、
   前記ロータ上に配置され、前記第１のチューブを回転可能に支持する軸受と、
   円筒状に形成され、内面で前記軸受を支持する軸受支持部材と、から構成され、
   前記第２の支持部は、
   前記軸受支持部材に一端が接続され、他端にねじ面が形成されている円筒状のスリーブと、
   円筒状に形成され、内面で前記第２のチューブを固定し、一端が前記スリーブの内面に摺動自在に嵌合され、他端に大径部を備えるチューブ固定部材と、
   前記スリーブと、前記チューブ固定部材の大径部との間に配置され、前記チューブ固定部材を前記第１のチューブから離れる方向に付勢する弾性部材と、から構成され、
   前記操作部材は、
   円筒状に形成され、一端に前記スリーブの前記ねじ面に対応するねじ面を有し、他端に前記チューブ固定部材の他端に当接する当接部を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の遠心機。
5. 前記離合部は、
   前記操作部材を前記スリーブに締め込むことにより、前記操作部材の前記当接部が前記チューブ固定部材の他端に当接し、該チューブ固定部材を押圧し、該チューブ固定部材が前記第２のチューブと該第２のチューブに接続された前記第２のシール部材を前記第１のチューブに向かう方向へ移動させ、前記ロータの回転に伴って回転している前記第１のシール部材に当接及び摺動させ、
   前記操作部材を前記スリーブから緩めることにより、前記チューブ固定部材は、前記第１のチューブの軸と逆方向の前記弾性部材に付勢され、該チューブ固定部材、前記第２のチューブと該第２のチューブに接続された前記第２のシール部材を前記第１のチューブから離れる方向に移動させ、前記ロータの回転に伴って回転している前記第１のシール部材に離間させる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の遠心機。
6. 前記第１のチューブと前記軸受との間に満たされた潤滑剤が、大気と、前記ロータ回転室とを分断することで、前記ロータ回転室内を真空引きしたときに真空環境が維持される、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の遠心機。
7. 前記第１のシール部材は、密閉空間内に設けられている、
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の遠心機。
8. 前記密閉空間は、
   前記第１のチューブと、前記軸受と、前記軸受支持部材と、前記第２のシール部材と、から構成される、
   ことを特徴とする請求項７に記載の遠心機。
9. 前記軸受支持部材に、前記密閉空間に通ずる孔が２箇所設けられ、
   一方はフィルタを通過した空気を流入させ、他方は前記空気を吸引し、吸引後の空気の排気が他のフィルタを通して行なわれる、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の遠心機。
10. 前記密閉空間に接する部材は、１２１℃に耐えうる、金属やプラスチックで構成される、
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の遠心機。
11. 前記軸受支持部材は、潤滑剤が供給又は回収される前記軸受に通ずる穴を備える、
    ことを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に記載の遠心機。
12. 前記軸受支持部材は、冷却液が供給される前記軸受に通ずる穴を備える、
    ことを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項に記載の遠心機。

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