JP5663226B2

JP5663226B2 - 遠心分離機用バケット

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Publication number: JP5663226B2
Application number: JP2010162783A
Authority: JP
Inventors: 忠弘内田
Original assignee: Kubota Manufacturing Corp
Current assignee: Kubota Manufacturing Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP2012024653A

Description

本発明は、遠心管が挿入されスイングロータに吊り下げられて遠心管内の試料を遠心分離する遠心分離機用バケットに関するものである。

この種の遠心分離機においては、スイングロータを高速回転させると、バケット内には大きな遠心力が生じ、この遠心力によってバケット内の試料を比重の違いで分離することができる。遠心力は回転数の２乗に比例して大きくなる。遠心力が大きくなればなるほどわずかな比重の違いで物質を分離することが可能になる。遠心分離機は、この原理を利用して病原体や生物の体内物質の分離に広く利用されている。一般的に回転数が高いほど遠心力が大きくなり、分離に要する時間も短縮できるため、高い回転数で遠心できるスイングロータやバケットが望まれている。

スイングロータはバケットをロータヨークに吊り下げて回転させる。回転中は、ロータヨークだけでなくバケットにも遠心力がかかるので、バケットを吊り下げる部分には遠心力と質量に比例した大きさの応力がかかる。したがって、バケットを吊り下げる部分は、応力に耐え得る構造としなければならない。回転数を保ったままバケットにかかる応力を下げるには、バケットとバケット内に格納する容器は質量が小さいことが望ましい。バケット内に格納する容器（生物学的試料の分離には遠心管が使われる）としては、質量を小さくするためにプラスチック製のものが使われる。また、生物学的に危険な試料を遠心するには、蓋の付いた遠心管内に試料を入れて遠心することが必要になる。これは、雰囲気中に試料が飛散しないようにして遠心機の操作者を生物災害から守るためである。

図６は蓋の付いたプラスチック製の遠心管を格納するバケットを示す。同図において、バケット１０１は、プラスチック製の遠心管１０４の外径よりもわずかに大きい内径を有するバケット本体１０２と、このバケット本体１０２よりも大きな径を有する大径部１０３とによって形成されている。大径部１０３には、押し出し形成された環状突起１０３ａに突き当てられる管掛け部材１０５が挿入され、この管掛け部材１０５には、互いに円周方向に１８０°の間隔をおいた位置に一対の軸部材１０６が形成されている。このような構成において、蓋１０７を取り付けた遠心管１０４が挿入されたバケット１０１は、軸部材１０６を介してスイングロータのロータヨーク（いずれも図示せず）に吊り下げられ、ロータヨークが回転することにより遠心力が加えられる。

ところで、プラスチック製の遠心管は高い回転数で遠心すると、破壊することがある。破壊すると危険な試料が雰囲気中に飛散し、大変危険である。万が一遠心管が破壊しても、操作者を生物災害から守るため、遠心管を入れるバケットにも密封対策を講じることが必要になる。

バケットに密封対策を講じたものとして、図７に示すように、遠心管を挿脱するための入口をキャップによって密封するようにしたものがある。すなわち、バケット１１１の入口側の端部の外周部に形成したねじ部１１１ａにキャップ１１２をねじ込ませ、キャップ１１２によってバケット１１１に設けられたシール部材１１３を押圧することにより、キャップ１１２によってバケット１１１を密封するようにしている。

ここに示されたものは、バケット１１１を肉厚の材料から切削加工により製作し、ねじ部１１１ａも同一の材料から切削加工をするようにしている。一般的に、切削加工はコストが高いため、ここに示されたものは、コストが嵩み、かつ肉厚となるため質量が大きくなるという問題がある。質量が大きいバケットは、遠心力による荷重が大きくなるためスイングロータのロータヨークとバケットの強度を高くしなければならない。また、加工により、肉薄にすることは可能であるが、高度な加工技術が必要となるためより一層コストが高くなる。ロータヨークとバケットの質量が大きいと、回転の加速と減速に時間がかかり、遠心分離に要する時間が長くなるという問題がある。

これらの問題点を解決するために、本発明は、肉厚の材料から切削加工するのではなく、肉薄の材料を絞り加工等をすることにより密封構造を実現した遠心分離機用バケットを提供しようとするものである。図８ないし図１０は、バケットに切削加工することなく、肉薄の材料を絞り加工することにより、密封構造の実現を図ろうとした遠心分離機用バケットの第１ないし第３の例を説明する図である。

図８に符号１２１で示す第１の例の遠心分離機用バケットは、厚みの薄い金属板を絞り加工することにより、バケット本体１２２と大径部１２３とが一連に形成され、大径部１２３の入口１２３ａから遠心管１２４が内部に挿入される。大径部１２３には、押し出し形成された環状突起１２３ｂに突き当てられる管掛け部材１２５が挿入され、この管掛け部材１２５には、互いに円周方向に１８０°間隔をおいた位置に一対の軸部材１２６が形成されている。遠心分離機用バケット１２１は、軸部材１２６を介してスイングロータのロータヨーク（いずれも図示せず）に吊り下げられる。

１２８は略逆カップ状に形成されたキャップであって、下端部に形成された小径部１２８ａの外周部には収容溝１２８ｂが形成されており、この収容溝１２８ｂには、例えばＯリング等のシール部材１２９が一部を収容溝１２８ｂから露呈するように嵌合され収容されている。このキャップ１２８は、シール部材１２９を大径部１２３の上端部の内周面に圧入させながら、小径部１２８ａを大径部１２３の内側に挿入することにより、入口１２３ａに取り付けられ、遠心分離機用バケット１２１が密封される。

第２の例を図９に示す。この第２の例が、前述した図８で説明した第１の例と異なる点は、大径部１２３の上端部外周に、リング状に形成され外周部にねじ部１３２ａが形成された環状部材１３２が圧入され、このねじ部１３２ａにキャップ１３５がねじ込まれる点にある。キャップ１３５は偏平な逆カップ状に形成されており、下端部には全周にわたってリング状の収容溝１３５ａが形成されている。この収容溝１３５ａには、同図（Ｂ）に示すように、シール部材１２９が嵌合され収容されている。また、このキャップ１３５の下端部の外周部には、リング状の囲い部１３５ｂが図中下方に向かって一体に形成されており、この囲い部１３５ｂの内周部には、環状部材１３２のねじ部１３２ａにねじ込まれるねじ部１３５ｃが形成されている。

このような構成において、キャップ１３５のねじ部１３５ｃを環状部材１３２のねじ部１３２ａにねじ込ませることにより、大径部１２３の上端面がシール部材１２９に圧接され、遠心分離機用バケット１２１が密封される。

第３の例を図１０に示す。この第３の例が図９で説明した第２の例と異なる点は、キャップ１３５の収容溝１３５ａに嵌合され収容されたシール部材１２９の一部が収容溝１３５ａから露呈され、この露呈された部分が環状部材１３２の上端面に圧接される点と、キャップ１３５によって遠心分離機用バケット１２１が密封された状態で、キャップ１３５の下端面と大径部１２３の上端面との間に間隔δに形成された隙間１３６が形成されている点にある。

前述した第１の例においては、キャップ１２８を遠心分離機用バケット１２１の入口１２３ａに着脱させる際に、シール部材１２９を圧縮させた状態でシール部材１２９を移動させなければならないため、シール部材１２９と大径部１２３との間に発生する摩擦力により、キャップ１２８の着脱に大きな力が必要になり、着脱が容易でなく作業性が悪いという問題があった。そこで、着脱に大きな力を不要にしようとしてシール部材１２９の圧縮量を減らすと、十分な密封性が確保できなくなるという問題点があった。

また、第２の例においては、シール部材１２９は、キャップ１３５のねじ込みにしたがって圧縮されるので、キャップ１３５の着脱に大きな力は不要となり、しかも高い密閉効果も得られる。しかし、厚みが薄く形成された大径部１２３の上端面がシール部材１２９を圧接するため、シール部材１２９が損傷しやすいという問題点があった。

また、第３の例においては、バケット１２１内で遠心管１２４が破損したとき、大径部１２３の上端面とキャップ１３５の下端面との間の隙間１３６から流れ出た試料が、環状部材１３２の内周面と大径部１２３の外周面との隙間を経由して外部に漏れるおそれがある。これを防止するためには、環状部材１３２の内周面と大径部１２３の外周面との間に隙間が発生しないように、溶接等により全周を完全に埋めるようにして環状部材１３２を大径部１２３に固定する必要がある。このように、環状部材１３２と大径部１２３とを全周を完全に埋めるようにして溶接するには高度な溶接技術を必要とし、このためコストが嵩むことになるという問題点があった。

本発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、キャップの着脱作業を容易とし、バケットの質量を小さくしてバケット回転の加速と減速に時間が掛からないようにし、製造コストを低減するところにある。

この目的を達成するために、本発明は、遠心管が挿入される入口が設けられたバケットと、このバケットの入口を閉塞するキャップとを備え、管掛け部材を介してスイングロータに吊り下げられる遠心分離機用バケットにおいて、前記バケットを、金属板に絞り加工を施すことにより形成し、外周部にねじ部が形成された環状部材を前記バケットの入口側の外周に取り付け、前記キャップを逆カップ状に形成し、前記キャップの内周部に、前記環状部材のねじ部にねじ込まれるねじ部を形成し、前記キャップにおける前記環状部材の軸線方向の端部と対向する部位にシール部材を取り付け、前記バケットの入口側の端部に、前記シール部材と前記環状部材との間に介在する鍔を一体に設けたものである。

本発明は、前記発明において、前記環状部材を圧入により前記バケットの入口側の外周に取り付けたものである。

本発明によれば、バケットを切削加工によって形成する必要がないから製造コストを低減できる。また、バケットの質量を小さくすることができるため、遠心力による荷重が小さくなるから、スイングロータのロータヨークやバケットの強度を高くする必要がないとともに、スイングロータによる回転の加速と減速の時間を短縮できる。また、仮に、遠心管が破壊しても、試料がバケットの鍔とシール部材によって環状部材とバケットとの間から漏れるようなことがないから雰囲気中に飛散するのを防止できる。また、キャップの着脱をねじ部のねじ込みによって行うようにしたことにより、キャップの着脱が容易で着脱時間も短縮することができる。

同図（Ａ）は本発明に係る遠心分離機用バケットの断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＩ（Ｂ）部の拡大図である。同図（Ａ）は本発明に係る遠心分離機用バケットを分解して示す斜視図、同図（Ｂ）はシール部材および環状部材を取り付けた状態を示す斜視図である。同図（Ａ）は本発明に係る遠心分離機用バケットに管掛け部材を取り付ける状態を示す斜視図、同図（Ｂ）は管掛け部材を取り付けた状態を示す斜視図である。一般的なスイングロータを示し、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるIV（Ｂ）-IV（Ｂ）線断面図である。本発明に係る遠心分離機用バケットの変形例を示す断面図である。従来の遠心分離機用バケットの断面図である。従来の遠心分離機用バケットの断面図である。同図（Ａ）は密封対策を講じた遠心分離機用バケットの第１の例を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるVIII （Ｂ）部の拡大図である。同図（Ａ）は密封対策を講じた遠心分離機用バケットの第２の例を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるIX（Ｂ）部の拡大図である。同図（Ａ）は密封対策を講じた遠心分離機用バケットの第３の例を示す断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＸ（Ｂ）部の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。
〔実施の形態１〕

先ず、図１ないし図４を用いて、本発明の第１の実施の形態について説明する。図２（Ａ）において全体を符号１で示すものは、本発明に係る遠心分離機用バケットであって、後述する遠心管２５が挿脱される入口５が開口されたバケット２と、このバケット２の入口５を閉塞するキャップ１０とからなる。バケット２は、厚みの薄い金属板に絞り加工を施すことにより、円錐状の底部３ａを有し、円筒状に形成されたバケット本体３と、このバケット本体３よりも径が大きく形成された大径部４とによって一連に形成されている。大径部４のバケット本体３と反対側は、後述する遠心管２５が挿入される入口５が開口され、大径部４の入口５が設けられた側の端部は、半径方向の外側に向かって水平に折り返す加工が施され鍔６が形成されている。バケット本体３の内径は、遠心管２５の外径よりもわずかに大きく形成されている。

７は大径部４の外径よりもわずかに小さな内径のリング状に形成された環状部材であって、外周部にねじ部８が形成されている。この環状部材７は、図２（Ａ）に示すように、バケット２の下方からバケット本体３に挿入され、鍔６に係止されるまで大径部４に圧入されることにより、同図（Ｂ）に示すように大径部４の入口５側の端部の外周面に固定される。

図１（Ａ）および図２（Ａ）において、１０は逆カップ状に形成されたキャップであって、下端部にキャップ１０の径よりも大きな径の逆カップ状に形成された袴部１１が一連に形成されている。袴部１１の天井面１１ａには、全周にわたってリング状の収容溝１２が形成されており、内周部には上記した環状部材７のねじ部８にねじ込まれるねじ部１３が形成されている。図２において、１５はリング状に形成された、例えばＯリング等のシール部材であって、袴部１１の収容溝１２内に嵌合されて収容され、図１（Ｂ）に示すように収容された状態でシール部材１５の最下面が天井面１１ａよりも下方に露呈する。すなわち、シール部材１５は、前記キャップ１０における前記環状部材７の軸線方向の端部と対向する部位に取り付けられている。

図３（Ａ）において、１８は大径部４の外径よりもわずかに大きな内径を有するリング状に形成された管掛け部材であって、互いに円周方向に１８０°間隔をおいた位置に一対の軸部材１９が管掛け部材１８の半径方向の外側に突設するように形成されている。この管掛け部材１８はバケット２の下側から大径部４に挿入され、挿入されることによりこの管掛け部材１８の軸部材１９を介して、遠心分離機用バケット１が後述するスイングロータ３０に吊り下げられる。

図１において、２５は試料を入れる遠心管であって、蓋２６によって試料を挿入する挿入口（図示せず）が閉塞される。図４において、全体を符号３０で示すスイングロータは、中央に位置する回転軸３１と、回転軸３１の周部から半径方向に一体に突設された四個のロータヨーク３２ないし３５とを備え、ロータヨーク３２ないし３５は、回転軸３１の周りを円周方向に等角度（９０°）おいて配置されている。

各ロータヨーク３２ないし３５は、互いに９０°の角度を有して分岐した一対の腕３２Ａ，３２Ｂ、一対の腕３３Ａ，３３Ｂ、一対の腕３４Ａ，３４Ｂ、一対の腕３５Ａ，３５Ｂを備えている。これら腕３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂの突設端部には、遠心分離機用バケット１の軸部材１９が係入される支持溝３６が設けられている。これら腕のうち、腕３２Ｂと腕３３Ａ、腕３３Ｂと腕３４Ａ、腕３４Ｂと腕３５Ａ、腕３５Ｂと腕３２Ａが、互いに平行に対向され、各々の支持溝３６に遠心管１の軸部材１９を係入させることにより、四個の遠心分離機用バケット１がスイングロータ３０に吊り下げられる。

このような構成において、図示しないモータを駆動することにより、回転軸３１を同図（Ａ）中反時計方向に回転させると、遠心分離機用バケット１は遠心力による荷重が加わることによって、軸部材１９を回動中心として回動し、水平方向を指向する。この状態で、遠心分離機用バケット１に遠心力が加わり、遠心分離機用バケット１内に収容された遠心管２５内の試料にも遠心力が加わり、比重の違いにより物質が分離される。

この場合、スイングロータ３０によって遠心中の環状部材７は、遠心力によって管掛け部材１８に押し付けられた状態が保たれるので、環状部材７が遠心力によって大径部４から外れて脱落するようなことがない。また、遠心中のバケット２には遠心力が加わり、バケット２に設けられた鍔６は環状部材７に押し付けられた状態が保たれるので、遠心中はバケット２と環状部材７とが離れない。したがって、環状部材７と大径部４との間の結合の強さは、キャップ１０の締結時における右回りの捻り力に耐え得るだけの強さを備えていればよいので、圧入で十分であることが実験によって確かめられている。

このように、バケット２を切削加工によって形成する必要がないから製造コストを低減できる。また、バケット２の質量を小さくすることができるため、遠心力による荷重が小さくなるから、スイングロータ３０のロータヨーク３２ないし３５やバケット２の強度を高くする必要がないとともに、スイングロータ３０による回転の加速と減速の時間を短縮できる。また、仮に、遠心中に遠心管２５が破壊しても、大径部４の鍔６とシール部材１５とによって環状部材７の内周面と大径部４の外周面との間から試料が漏れるようなことがないから雰囲気中に飛散するのを防止できる。また、キャップ１０の着脱をねじ部８，１３のねじ込みによって行うようにしたことにより、キャップ１０の着脱が容易で着脱時間も短縮することができる。また、バケット２に鍔６を設けたことにより、バケット２を補強することができる。

なお、環状部材７を大径部４に固定するのに、圧入によって行うようにしたが、溶接によって行うようにしてもよく、その場合、前述したように環状部材７の内周面と大径部４の外周面との間に試料が侵入するのを防止する鍔６が設けられているため、環状部材７の全周に亘って溶接をする必要はなく、複数箇所を溶接すればよいので、高度の溶接技術が不要になる。また、別の固定方法として、環状部材７を大径部４に接着するようにしてもよく、例えば、エポキシ系接着剤を用いたところ、機械的に安定した結果が得られることが実験で確かめられた。

ところで、生物学的に危険な試料を遠心する遠心分離機用バケットの場合、安全を考慮してオートクレーブ滅菌器で高温高圧の蒸気の下で滅菌処理を行うようにしている。したがって、接着剤を用いて環状部材７を大径部４に取り付ける場合は、オートクレーブ滅菌に耐えられるような接着剤を選定する必要がある。その点、圧入によって環状部材７を固定する場合は、オートクレーブ滅菌による問題がなく、かつ機械的に安定した固定であるので、遠心分離機用バケットにおける環状部材７の固定に適している。
〔変形例〕

次に、図５を用いて、本発明の変形例について説明する。この変形例が前述した第１の実施の形態と異なる点は、バケット２内に挿入される遠心管５５の形状に対応して、底部３ａがドーム状に形成されている点であり、バケット２を厚みの薄い金属板から絞り加工によって形成する点は第１の実施の形態と同じである。

このバケット２内に挿入される遠心管の一例として、試料が挿入される入口が嵌め込み式の蓋５６によって閉塞されるタイプの遠心管５５は、第１の実施の形態に示した遠心管２５のねじ込み式の蓋２６と比較すると、試料が漏れやすい。仮に、蓋５６が脱落して試料がバケット２内に流れ出したとしても、第１図（Ｂ）に示すように、大径部４に鍔６がシール部材１２と環状部材７との間に介在していることにより、前述した第１の実施の形態と同様に、環状部材７の内周面と大径部４の外周面との間から試料が漏れるようなことがないから雰囲気中に飛散するのを防止できる。

１…遠心分離機用バケット、２…バケット、３…バケット本体、４…大径部、６…鍔、７…環状部材、１０…キャップ、１１…袴部、１２…収容溝、１５…シール部材、１８…管掛け部材、１９…軸部材、２５，５５…遠心管、２６，５６…蓋、３０…スイングロータ、３２ないし３５…ロータヨーク。

Claims

遠心管が挿入される入口が設けられたバケットと、このバケットの入口を閉塞するキャップとを備え、管掛け部材を介してスイングロータに吊り下げられる遠心分離機用バケットにおいて、
前記バケットを、金属板に絞り加工を施すことにより形成し、
外周部にねじ部が形成された環状部材を前記バケットの入口側の外周に取り付け、
前記キャップを逆カップ状に形成し、
前記キャップの内周部に、前記環状部材のねじ部にねじ込まれるねじ部を形成し、
前記キャップにおける前記環状部材の軸線方向の端部と対向する部位にシール部材を取り付け、
前記バケットの入口側の端部に、前記シール部材と前記環状部材との間に介在する鍔を一体に設けたことを特徴とする遠心分離機用バケット。
前記環状部材を圧入により前記バケットの入口側の外周に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機用バケット。