JP5698910B2 - スイングバケット遠心分離機ロータ - Google Patents

Description

この発明は一般的に、遠心分離機ロータに関し、より具体的には、高速遠心分離において使用するためのスイングバケットに関する。

遠心分離機は、生物学的な材料及び他の材料の収集されたサンプルの構成要素を分離するために使用される。サンプルは従来、遠心分離機における高速回転のための遠心分離機ロータ内に受容されるように構成された、チューブ内に、又は他の容器内に配置される。一種の遠心分離機ロータは、遠心分離機ロータが遠心分離中に回転するにつれて、スイングバケットに保持されたサンプルチューブ又は容器の長手方向軸が、略垂直方向から略水平方向に回転することを可能にするように、ロータ本体に回動可能に結合されたスイングバケットを含む。遠心分離中に、経験された動的力（dynamic force）を平衡するために、スイングバケットロータは、回転軸の周りに略対称的な配置におけるスイングバケットを支持するように従来設計される。

スイングバケットの遠心分離機ロータの一の構成は、ロータの回転軸の正反対に対向する側に２つのスイングバケットを支持する。この構成におけるスイングバケットロータは、スイングバケットを受容するための正反対に対向する空間によって形成されたロータ本体の略Ｈ形状に起因して、一般的にＨ型ロータとして言及される。例示的なＨ型ロータは、両方とも、米国マサチューセッツ州ウォルサムのサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社から市販されている、CENTRA-CL5 CENTRIFUGEのためのthe IEC TWO-PLACE ROTORを含む。

遠心分離機ロータが遠心分離中の非常に高速で回転されるので、ロータ本体は、中心回転軸に関するスイングバケットの高速回転によって発生した動応力及び動的力に耐えることができなければならない。それ故に、従来の遠心分離機ロータのそれらの欠点及び他の欠点を克服する、Ｈ型ロータなどの改善されたスイングバケットロータの必要性は、存在する。

本願発明は、遠心分離のための使用のために従来周知であるＨ型ロータなどのスイングバケットロータの先述の欠陥及び欠点、並びに他の欠陥及び欠点を克服する。本願発明が特定の実施形態に関連して議論されるであろう一方、本願発明がそれらの実施形態に制限されないことは理解されるであろう。それどころか、本願発明の精神及び技術的範囲内に含まれる場合があるので、本願発明は、全ての置換、改良、及び相当物を含む。

一の態様において、遠心分離機ロータは、中央ハブと、ロータ本体の正反対に対向する側に配置された第１のバケット受容空間及び第２のバケット受容空間と、を有するロータ本体を含む。第１の一対のバケット支持部は、第１のバケット受容空間におけるスイングバケットを回動可能に支持するためにロータ本体によって支持され、第２の一対のバケット支持部は、第２のバケット受容空間におけるスイングバケットを回動可能に支持するためにロータ本体によって支持される。遠心分離機ロータは、第１の一対のバケット支持部及び第２の一対のバケット支持部の、対向して配置されたバケット支持部の周りに巻きつけられる補強材料をさらに含む。一の実施形態において、補強材料は、炭素繊維材料である。他の実施形態において、ロータ本体は、炭素繊維積層体である。

他の態様において、遠心分離機ロータを製造する方法は、ロータ本体の正反対に対向する側に第１のスイングバケット及び第２のスイングバケットを回動可能に支持するために、ロータ本体上に第１の一対のバケット支持部及び第２の一対のバケット支持部を配置するステップを含む。補強材料は、第１の一対のバケット支持部のうちの一のバケット支持部と、第２の一対のバケット支持部のうちの、対向して配置された一のバケット支持部との周りに巻きつけられる。補強材料はまた、第１の一対のバケット支持部のうちの他のバケット支持部と、第２の一対のバケット支持部のうちの、対向して配置された他のバケット支持部との周りに巻きつけられる。一の実施形態において、補強材料は、樹脂コートされた炭素繊維である。

本願発明の上記の目的及び利点、並びに他の目的及び利点は、添付している図及びその説明から明白にされるであろう。

添付した図面は、この明細書の一部に組み込まれ、且つこの明細書の一部を構成し、本願発明の実施形態を図示し、上記の一般的な説明及び下記の詳細な説明とともに、本願発明を説明するために役立つ。

本願発明の一の実施形態による例示的な複合Ｈ型ロータシステムの斜視図である。 図１の複合Ｈ型ロータアセンブリのロータ本体の部分的に分解された斜視図である。ロータ本体上のブランケット支持部の取り付けを図示し ロータ本体のバケット支持部に関して炭素繊維トウの巻き付けを図示している、図２Ａのロータ本体の斜視図である。 ロータ本体のバケット支持部に関して炭素繊維トウの巻き付けを図示している、図２Ａのロータ本体の斜視図である。 バケット支持部上にスイングバケットの配置を図示している、本願発明の一の実施形態による炭素繊維が巻きつけられたＨ型ロータの斜視図である。 前記スイングバケット上に、積み重ねられたマイクロプレートを含んでいるマイクロプレートトレイの配置を図示している、図２ＤのＨ型ロータアセンブリの斜視図である。 ライン３Ａ−３Ａに沿って切り取られ、Ｈ型ロータアセンブリを示している図１のＨ型ロータアセンブリの部分断面側面図である。 遠心分離中のＨ型ロータアセンブリを示している、図３ＡにおけるＨ型ロータアセンブリの部分断面側面図である

図面を参照して、図１は、本願発明の一の実施形態による例示的な遠心分離機ロータアセンブリ１０を示す。遠心分離機ロータアセンブリ１０は、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂを含み、該第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂは、サンプルを受容する複数のウェル１８を有するマイクロプレート１６を収容するための複数のキャリア１４、又は遠心分離のためのサンプルチューブ又は他の容器を受容するチューブラック（図示せず）を収容するための複数のキャリア１４を支持している。示された実施形態において、各キャリア１４は、各スタック内で２つのマイクロプレート１６とともに、マイクロプレート１６の直列型スタックを収容する。しかしながら、様々な他の種類のマイクロプレート１６及びキャリア１４が代替的に、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂに支持される場合があり、又は、スイングバケットの様々な他の構成が、他の種類の容器における収集されたサンプルの遠心分離を容易にするために使用される場合があることは、認識されるであろう。

図１を引き続いて参照しつつ、図２Ａをさらに参照すると、遠心分離機ロータアセンブリ１０は、カップリングＣを受容するために、中央ハブ２２を貫通するボア２４を有する中央ハブ２２を有するロータ本体２０を備え、該カップリングＣは、回転軸２６に関するロータ本体２０の回転のために、遠心分離スピンドルＳ（図３Ａ及び図３Ｂ）にロータ本体２０を固定する。示された実施形態において、ロータ本体２０は、複数の穴２８をさらに含み、該複数の穴２８は、ボア２４に近接して配置され、カップリングＣ上に対応する突出部（図示せず）を受容するために構成される。一の実施形態において、中央ハブ２２は、その形状において実質的に細長く形成され、第１の一対の離隔されたアーム３０ａ、３０ｂは、第１のバケット受容空間３２を画定するために、中央ハブ２２から外側に延在する。第２の一対の離隔されたアーム３４ａ、３４ｂは、第２のバケット受容空間３６を画定するために、第１の一対の離隔されたアーム３０ａ、３０ｂと反対側の方向において中央ハブ２２から外側に延在する。

一の実施形態において、ロータ本体２０は、樹脂コートの炭素繊維シート、又は、ユニタリー構造（unitary structure）を形成するために積み重ねられ、且つ圧縮成型された積層物から形成される。圧縮成型されたロータ本体２０は、中央ハブ２２の一部などの、ロータ本体２０の一部を画定している金属インサートをさらに含む場合がある。様々な他の材料及び方法が、ロータ本体２０を形成するために使用される場合があることは、理解されるであろう。例えば、ロータ本体２０は、代替的に、全体的に、又は一部において、ポリマーから、又は、スチール、チタニウム、又はアルミニウム、などの金属から、又は、遠心分離機での使用のためのロータ本体を形成している様々な他の適切な材料から、形成される場合がある。

ロータ本体２０の第１のバケット受容空間３２及び第２のバケット受容空間３６において、それぞれ、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂを回動可能に支持するために、第１の一対のバケット支持部４０ａ、４０ｂは、第１のアーム３０ａ、３０ｂ上に設けられ、第２の一対のバケット支持部４０ｃ、４０ｄは、第２のアーム３４ａ、３４ｂ上に設けられる。示された実施形態において、各バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、中央ハブの長手方向軸４６と略平行に位置合わせされた長手方向軸４４を有するピン４２と、前記ピン４２に結合された軸受け又はトラニオン（trunion）４８と、を備える。バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが、代替的に、バケット受容空間３２、３６内にスイングバケット１２ａ、１２ｂを回動可能に支持するために適切な、様々な他の構成を備える。制限されていない例として、バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、代替的に、トラニオンを有していないピンを備え、又は、スイングバケット１２ａ、１２ｂと関連した対応するピン構造を受容するためのジャーナルを画定している構造を備える場合がある。ロータ本体２０は、圧縮成型された炭素繊維材料から形成され、バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、ロータ本体２０と一体に成型される場合がある。代替的には、バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、接着剤を使用して、又は、ロータ本体２０にバケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを固定的に取り付けるための適切なプロセスを使用して、ロータ本体２０に固定される場合がある。

図１を引き続き参照して、且つ図２Ｂ及び図２Ｃを参照して、遠心分離機ロータアセンブリ１０は、補強材料５０をさらに含み、該補強材料５０は、対向して配置されたバケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに巻きつけられる。特に、補強材料は、図２Ｂに示されるように、第１の一対のバケット支持部のうちの一のバケット支持部４０ａと、第２の一対のバケット支持部のうちの、対向して配置された一のバケット支持部４０ｃと、に巻きつけられる。同様に、補強材料５０は、図２Ｃに示されるように、第１の一対のバケット支持部のうちの他のバケット支持部４０ｃと、第２の一対のバケット支持部のうちの、対向して配置された他のバケット支持部４０ｄと、に巻きつけられる。図２Ｂ及び図２Ｃは、補強材料５０をそれぞれ対向して配置されたバケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに巻きつける例示方法をさらに図示し、該補強材料５０は、各アーム３０ａ、３０ｂ、３４ａ、３４ｂに沿って延在し、各バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに巻きつけるために、ロータ本体２０上にガイド５２によって方向付けられる。一の実施形態において、補強材料５０は、中央ハブ２２を通じて長手方向軸２６に関してロータ本体２０を回転する一方、ガイド５２とともに補強材料５０の経路を方向付けることによって、各バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ及び各アーム３０ａ、３０ｂ、３４ａ、３４ｂに巻きつけられることができる。代替的には、ロータ本体２０は、固定されて保持される場合があり、ガイド５２は各バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ及び各アーム３０ａ、３０ｂ、３４ａ、３４ｂの周りの軌道経路（orbital path）において移動される場合がある一方、ロータ本体２０上に補強材料５０を方向付ける場合がある。

補強材料５０が、連続的な操作において、各バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ及び各アーム３０ａ、３０ｂ、３４ａ、３４ｂの周りに巻きつけられるように本明細書で記載されているけれども、代替的には、補強材料５０が対向した複数の対のバケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ及び各アーム３０ａ、３０ｂ、３４ａ、３４ｂを連続的に巻きつけられることができることは、理解されるであろう。

一の実施形態において、補強材料５０は、日本の東京にある東レ株式会社から市販されている、２４０００本の炭素繊維トウ（24K carbon fiber tows）などの樹脂コートの炭素繊維トウを備える。上述されるように、炭素繊維トウが各バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ及び各アーム３０ａ、３０ｂ、３４ａ、３４ｂに巻きつけられる後に、補強材料５０は、略一体の構造を形成するために、炭素繊維が巻きつけられたロータ本体５０に熱及び／又は圧力を適用することによって接着される。

次いで、図２Ｄ及び図２Ｅを参照して、第１の一対のバケット支持部４０ａ、４０ｂ及び第２の一対のバケット支持部４０ｃ、４０ｄは、第１の受容空間３２及び第２の受容空間３６のそれぞれとともに、スイングバケット１２ａ、１２ｂを受容するように、且つ回動可能に支持するように、位置付けられ、且つ構成される。示された実施形態において、スイングバケット１２ａ、１２ｂはフレーム構造を備え、該フレーム構造は、略矩形状のベース６０と、前記ベース６０の対向する両端に配置され、上方に延在しているイヤー６４と、を有している。溝付き穴６４は、各イヤー６２を通じて形成され、第１のバケット受容空間３２及び第２のバケット受容空間３４と関連したバケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのうちの一のバケット支持部のトラニオン４８に亘って受容されるように構成され、それによって、図２Ｅに図示されるように、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂがトラニオン４８上に回動可能に支持される。第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂは、段付き突出部６６をさらに含み、該段付き突出部６６は、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂ上にマイクロプレートキャリア１４を係合し、且つ保持するためにイヤー６２の各内側対向面上に設けられる。

図２Ｅを参照して、各マイクロプレートキャリア１４は、その中にマイクロプレート１６の直列型のスタックを受容し、且つ支持するための第１のベイ７４及び第２のベイ７６を画定している側壁７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ及び中央壁７２を有している略矩形状のフレームを備える。中央壁７２から垂直方向に突出しているタブ７８は、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂにキャリア１４を装填し、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂからキャリア１４を取り出すことを容易にするために、タブを貫通する開口部８０を備える。キャリア１４の、対向して配置された側壁７０ｃ及び７０ｄを通じて形成された開口部８２は、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂのイヤー６２上の突出部６６を相補的に形成され、それによって、図１及び図３Ａにおいて記載されるように、キャリア１４が遠心分離のための第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂ上に着座される場合に、突出部６６は、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂ上にキャリア１４を保持するために係合され、手助けする。

図３Ａは、遠心分離機ロータアセンブリ１０が回転していないが、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂを支持している遠心分離機ロータアセンブリ１０を示している部分断面図である。第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂは、バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄからぶら下がって掛けられ、それによって、キャリア１４内に収容されるマイクロプレート１６のセル１８の長手方向軸が、ロータ本体２０の回転軸２６と略平行に位置合わせされる。図３Ｂは、その回転軸２６に関する遠心分離機ロータアセンブリ１０の高速回転中に、図３Ａの遠心分離機ロータアセンブリ１０を示す。高速回転中に、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂは、バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに関して回動し、それによって、第１のスイングバケット１２ａ及び第２のスイングバケット１２ｂのベース６０は、中央ハブ２２から略半径方向外側方向において回転され、それによってマイクロプレート１６のウェル１８の長手方向軸は、ロータ本体２０の回転軸２６に対して略垂直方向に位置合わせされることができる。遠心分離機ロータアセンブリ１０の高速回転中に、バケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの周りに巻きつけられた補強材料５０は、装填されたスイングバケット１２ａ及び１２ｂによってバケット支持部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに作用された慣性力に対して反作用する。

本願発明の原理による様々な態様が様々な実施形態の説明によって図示される一方、且つ実施形態が非常に詳細に記載される一方、それらは、決して、本願の技術的範囲をそのような詳細に限定する、又は制限するように意図されることはない。本願明細書に示され且つ記載された様々な特徴は、単独で、又は任意の組み合わせで使用される場合がある。追加の利点及び改良は、当業者に容易に明らかになるであろう、そのより広い態様における本発明は、それ故に、特定の詳細、代替的な装置及び方法、示され且つ記載された図解例に限定されることがない。それ故に、逸脱は、一般的な発明のコンセプトの技術的範囲から逸脱することなく、そのような詳細からなることができる。

１０ 遠心分離機ロータアセンブリ
１２ａ 第１のスイングバケット
１２ｂ 第２のスイングバケット
１４ キャリア
１６ マイクロプレート
１８ 複数のウェル
２０ ロータ本体
２２ 中央ハブ
２４ ボア
２６ 回転軸
２８ 穴
３０ａ アーム
３０ｂ アーム
３２ 第１のバケット受容空間
３４ａ アーム
３４ｂ アーム
３６ 第２のバケット受容空間
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ バケット支持部
４２ ピン
４４ 長手方向軸
４６ 長手方向軸
４８ 軸受け又はトラニオン
５０ 補強材料
５２ ガイド
６２ イヤー
６６ 突出部
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ 側壁
７２ 中央壁
７４ 第１のベイ
７６ 第２のベイ
７８ タブ
８０ 開口部
８４ 開口部

Claims (8)

1. 中央ハブと、前記中央ハブを貫通する穴と、を含んでいるロータ本体であって、前記穴が該ロータ本体の回転軸と位置合わせされるロータ本体と、
   前記ロータ本体の正反対に対向する側に画定された第１のバケット受容空間及び第２のバケット受容空間と、
   前記中央ハブから延在し且つ前記第１のバケット受容空間を画定した第１の一対のアームと、
   前記中央ハブから延在し且つ前記第２のバケット受容空間を画定した第２の一対のアームと、
   前記第１の受容空間において、スイングバケットを回動可能に支持するために、前記ロータ本体によって支持された第１の一対の離隔されたバケット支持部と、
   前記第２の受容空間において、スイングバケットを回動可能に支持するために、前記ロータ本体によって支持された第２の一対の離隔されたバケット支持部と、
   を具備した遠心分離機ロータであって、前記第１の一対のバケット支持部は、前記第１の一対のアームによって支持され、前記第２の一対のバケット支持部は、前記第２の一対のアームによって支持されており、前記遠心分離機ロータはさらに、
   前記第１の一対の離隔されたバケット支持部のうちの一のバケット支持部と、前記第２の一対の離隔されたバケット支持部のうちの、対向して配置された一のバケット支持部と、の周りに巻き付けられた補強材料と、
   前記第１の一対の離隔されたバケット支持部のうちの他のバケット支持部と、前記第２の一対の離隔されたバケット支持部のうちの、対向して配置された他のバケット支持部と、の周りに巻き付けられた補強材料と、
   を備え、
   前記補強材料が前記バケット支持部の周りに巻きつけられると、前記補強材料は、前記第１の一対のアームの一のアームと、前記第２の一対のアームの、対向して配置された一のアームと、に沿って方向付けられ、
   前記補強材料が前記バケット支持部の周りに巻きつけられると、前記補強材料は、前記第１の一対のアームの他のアームと、前記第２の一対のアームの、対向して配置された他のアームと、に沿って方向付けられることを特徴とする、遠心分離機ロータ。
2. 前記バケット支持部は、スイングバケット上の対応するピン受容構造を係合するために適合されたピンを備えることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機ロータ。
3. 前記補強材料は、炭素繊維を備えることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機ロータ。
4. 前記第１のバケット受容空間及び前記第２のバケット受容空間において、前記ロータ本体上に回動可能に支持された第１のスイングバケット及び第２のスイングバケットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機ロータ。
5. 前記ロータ本体が炭素繊維積層体を備えることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機ロータ。
6. 中央ハブを含んだロータ本体と、前記中央ハブから延在し且つ第１のバケット受容空間を画定した第１の一対のアームと、前記中央ハブから延在し且つ第２のバケット受容空間を画定した第２の一対のアームと、を備えた遠心分離機ロータを製造する方法であって、
   前記第１のバケット受容空間内に第１のスイングバケットを回動可能に支持するために、前記第１の一対のアームによって第１の一対の離隔されたバケット支持部を支持するステップと、
   前記第１のバケット受容空間の正反対の対向する側の前記第２のバケット受容空間内に第２のスイングバケットを回動可能に支持するために、前記第２の一対のアームによって第２の一対の離隔されたバケット支持部を支持するステップと、
   前記第１の一対の離隔されたバケット支持部のうちの一のバケット支持部と、前記第２の一対の離隔されたバケット支持部のうちの、対向して配置された一のバケット支持部と、の周りに補強材料を巻きつけるステップであって、当該巻きつけは、前記補強材料が前記第１の一対の離隔されたバケット支持部のうちの一のバケット支持部と、前記第２の一対の離隔されたバケット支持部のうちの一のバケット支持部と、に巻きつけられた場合に、前記補強材料を前記第１の一対のアームの一のアームと、前記第２の一対のアームの、対向して配置された一のアームと、に沿って方向付けることによって実行されるステップと、
   前記第１の一対の離隔されたバケット支持部のうちの他のバケット支持部と、前記第２の一対の離隔されたバケット支持部のうちの、対向して配置された他のバケット支持部と、の周りに補強材料を巻きつけるステップであって、当該巻きつけは、前記補強材料が前記第１の一対の離隔されたバケット支持部のうちの他のバケット支持部と、前記第２の一対の離隔されたバケット支持部のうちの他のバケット支持部と、に巻きつけられた場合に、前記補強材料を前記第１の一対のアームの他のアームと、前記第２の一対のアームの、対向して配置された他のアームと、に沿って方向付けることによって実行されるステップと、
   を備えていることを特徴とする方法。
7. 前記補強材料は、樹脂コートの炭素繊維をさらに備え、
   前記方法は、前記樹脂コートの炭素繊維補強材料を硬化させるステップをさらに備える請求項６に記載の方法。
8. 炭素繊維積層材料から前記ロータ本体を形成していることをさらに備える請求項６に記載の方法。

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