JP6195023B2 - 遠心機及び遠心機用スイングロータ - Google Patents

Description

本発明は、医学、薬学、遺伝子工学、バイオ等の分野において試料を分離するために用いられるスイングロータ方式の遠心機（遠心分離機）に関し、特にスイングロータに保持されて揺動するバケット保持機能の改良に関するものである。

遠心機は、内部に試料を充填した複数の試料用容器を収容可能なロータと、ロータをロータ室内で回転駆動するモータ（駆動手段）を備え、ロータ室内でロータを回転させて遠心力を作用させることにより試料用容器内の試料を遠心分離するものである。遠心機用のロータは、アングルロータとスイングロータに大別できる。アングルロータの場合、内部に試料を充填した複数の試料用容器を収容穴に収容し、収容穴開口部上方に風損低減のための蓋がロータに締結される。収容穴は駆動軸に対し一定の固定角で形成され、遠心力の大きさによらず収容穴と駆動軸の相対角度は常に固定である。

これに対しスイングロータは、有底部を備え内部に試料を充填する試料用容器を収容するバケットを、スイングロータ本体に対して揺動可能なように保持した状態にて回転させるものである。バケットにかかる遠心荷重は、スイングロータ本体のアームの対向する面に設置される一組の保持ピン（凸部）にて保持される。バケットの２つの側面にはスイングロータ本体の保持ピンの外周側の円柱面に係合するような凹部を形成し、その凹部を保持ピンの上から下方向に掛けるように装着して、保持ピンによって摺動可能に保持される。保持ピンの先端面とバケットの凹部の相対する面（直交面）の間には、摺動を妨げない程度の隙間が設けられている。スイングロータが回転せずに静止している時は、バケットの上下方向中心軸とモータの駆動軸は平行（スイング角θ＝０°）であるが、ロータの回転速度が上昇するに従い揺動可能に設置されたバケットに遠心力が作用し、スイング軸を中心にバケットが回転してθ＞０°となり、バケットを水平に足らしめる遠心力を発生させる回転速度でほぼ水平（スイング角θ≒９０°）となる。その後、遠心が終わりロータの回転速度の減少に伴いスイング角θは減少し停止時にはθ＝０となる。このようにスイングロータは遠心中の遠心力の大きさによりバケットの中心軸と駆動軸との相対角度が変化する。

このようなスイングロータにおいては、バケットにかかる遠心荷重はバケットの側面に設けた凹部終端の接触面で負担されるため、部分的に掛かる応力を低減させる工夫が種々試みられてきている。例えば、特許文献１ではロータに形成された一対の凸部と摺動係合されるバケット側面に設けた凹部終端において、荷重による応力集中を低減するためにその応力集中位置を凹部隅部に設けた丸みより大きな丸みとして部分的に球面形状の凹部を更に設けることが提案されている。

特開昭６２−１１４６７０号公報

ロータはバケットを揺動可能に支持する対向する一対の凸部が対面に配置され、その凸部の外周側円柱面に係合する凹部をバケットの側面に備え、その凹部は設けられた補強部によってロータの凸部と摺動されて係合され、凹部の終端にて揺動する。バケットは、凸部の円柱面中心軸を中心としてスイングする。バケットとロータの凸部円柱面の接触面の大きさは、凸部円柱外径や、凸部円柱面とバケットの凹部端面とで決定される接触幅および凸部先端の稜線に設けられる丸みや面取りの大きさなどで決定される。バケットおよび試料、試料用容器の荷重はバケットの接触面で負担され、凹部隅部に設けた丸みまたは円弧形状部に応力が集中する。近年、一度に大量の試料を処理したい又は、より高い遠心加速度で処理したいとの要望があるが、その要望どおりにバケットの大型化を図るとなると従来のスイングロータの構造では、凹部隅部に生じる応力が高く（応力集中）なってしまう。この応力集中はバケットの繰り返し寿命に著しく影響を及ぼすことから通常は応力を緩和するために、凹部隅部の丸みまたは円弧形状は可能な限り大きく設定される。しかし、凹部の隅部の丸みまたは円弧形状を大きくすると、ロータの凸部の先端稜線の丸みまたは面取りと干渉することになり揺動に影響を与える上に、凸部の先端稜線で凹部の隅部の丸みまたは円弧形状を損傷する可能性が増大してしまう。この損傷を避けるために通常はバケットの凹部隅部の丸みまたは円弧形状を大きくした場合はロータの凸部先端稜線の丸みまたは面取りも干渉しないように大きく設けられる。しかし、丸みまたは面取りを大きくすると今度は接触幅を減らす必要に迫られる。接触幅が減るということは、接触面圧すなわち接触応力が増大し接触面への亀裂の発生や接触面の面荒れを引き起こし、摺動性が悪くなりかつ接触面からの破壊を助長してしまう可能性を広げてしまう。

また、ロータの凸部先端面とバケット凹部の相対する面（相対面）にはバケットの凹部に設けられた補強部によって凸部と摺動されて係合させて取り付けるためと、凹部終端にて揺動可能にする必要があることから、適切な隙間を設ける必要がある。更にロータに対向する一対の凸部間の回転中心軸と平行な中心面位置と、バケットおよび試料、試料用容器の重心を通り回転中心軸と並行な面が一致するほど回転中心に対するアンバランス量は減少し回転中の振動は低くなることから、隙間は小さい方が望ましい。しかしながら、ロータの凸部先端稜線の丸みまたは面取りと干渉しないようにバケットの凹部隅部の丸みまたは略円弧状形状を大きくすると、凸部先端面に対面するバケット凹部の相対面にその丸みに接するように設けることになり、ロータの凸部先端面とバケット凹部の相対面の隙間は大きくなってしまうという問題があった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、バケットの凹部隅部への応力集中によるバケットの寿命低下を抑制できる遠心機及び遠心機用スイングロータを提供することにある。 本発明の他の目的は、バケットと保持ピンの凸部とのスイング面の接触幅を十分確保しながら、保持ピンの凸部先端の稜線に設けられる丸みや面取りの大きさを最適化した遠心機及び遠心機用スイングロータを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、保持ピンの凸部とバケットとの隙間の大きさにより生じる不釣合い量を低減し、試料に不要な振動を与えないようにして安定した遠心分離を可能とした遠心機及び遠心機用スイングロータを提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。 本発明の一つの特徴によれば、駆動手段によって回転される駆動軸と、駆動軸に装着されるスイングロータ本体と、スイングロータ本体に配置される複数の保持ピンと、保持ピンに掛止させることよって揺動可能に配される複数のバケットを有する遠心機において、保持ピンはスイングロータ本体に形成される凸部であって外周に円柱面を有し、バケットは凸部に対応する凹部を有する。前記バケットの凹部には、保持ピンの外周面と対向する平行領域と凸部の先端面と対向する垂直領域があり、垂直領域には前記案内面との境界に沿って連続して形成され溝の深さ方向が前記保持ピンの軸方向となる溝部と、前記溝部に囲まれる部分に平面部が形成される。平行領域には、保持ピンの外周形状に対応する半円柱面となるピン受け部と、対向する２つの平面で形成される案内面が形成される。溝部は保持ピンの軸方向から見た側面視が逆Ｕ字状であって、その断面形状は曲線状、特に好ましくは半球状であり、保持ピンの軸線を通る断面における溝の幅は凸部の直径の半分未満とした。

本発明の他の特徴によれば、案内面は半円柱面から下方向に略平行に延び、バケットの凸部への装着を案内するためのリブの側面によって形成される。また、溝部はピン受け部から案内面のほぼ全体に接するように連続して形成される。案内面におけるバケットの装着方向と直交方向の案内面の間隔Ｗ１は、溝部の幅Ｇに対して、Ｗ１＞２Ｇとなるように構成した。

本発明によれば、ロータの凸部先端の稜線の丸みまたは面取りを小さくして凸部と凹部の接触面積を確保できる上に、凸部先端とバケット凹部の相対面との隙間を小さめに設定可能となった。 また、従来では応力集中により高応力状態となっていたバケットの応力低減が図れ、異常振動の少ない遠心機を実現できた。 さらに、ロータの凸部先端面とバケット凹部の相対面間の隙間はロータの凸部先端の稜線に設けた丸みまたは面取りの大きさによらず、任意の隙間に設定し隙間の大きさにより生じる不釣合い量を低減し試料に不要な振動を与えないことを可能にした。

本発明による遠心機の正面図であり、主要部分を断面図で示している。 本発明の実施例に係る遠心機１のロータ組立体２の断面斜視図である。 本発明の実施例に係る遠心機１のロータ本体２０とバケット４０の底面図である。 図１のバケット４０の斜視図である。 本発明の実施例に係る遠心機１のロータの高速回転中の側面図であって、図３のＡ−Ａ部から内周側を見た図である。 図５のＢ−Ｂ部の断面図であり、ロータ本体２０が回転中の状態である。 本発明の実施例に係る遠心機１のバケット４０単体の側面図である。 図１のバケット４０のピン受け部４４付近の形状を説明するための部分斜視図である。 バケットとロータ本体との接触部分の部分拡大図であって、（１）は本発明の実施例に係る形状であり、（２）は従来の遠心機における形状である。 バケットとロータ本体との接触状態を示す縦断面図であって、（１）は本発明の実施例に係る形状であり、（２）は従来の遠心機における形状である。 従来の技術のピン受け構造で製造したバケット１４０を示す斜視図である。 図１１のバケット１４０の高速回転中の側面図であって、外周側から内側方向を見た図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下、内周側及び外周側は図中に示す方向であるとして説明する。また、当該数値と略同一である場合も含むものとする。また、位置関係等に言及した場合、例えば、平行、直交、平面、反対等のように言及した場合、完全に平行、直交、平面、反対等である場合だけでなく、略平行、略直交、略反対等である場合を含むものとする。

図１は本発明の遠心機１の縦断面図である。遠心機１は、箱型の筐体１１を備え、筐体１１の内部の上下中央付近には仕切り板１２によって上下２段の空間に仕切られている。仕切り板１２の上段の空間には、上面が開口する略円筒状のチャンバ４が収容され、チャンバ４の外周側には防護壁６が配置される。チャンバ４の上面には開閉可能なドア１４によって密閉され、これらによってロータ室３が形成される。チャンバ４の周囲には冷凍配管１６が巻回され、図示しない冷却装置によってロータ室３内が所望の温度に保たれる。ロータ室３内には、ロータ組立体２が設置される。ロータ組立体２は、スイングロータと、スイングロータを収容した収容カバー３０の組であって、本実施例では収容カバー３０に収容された状態でスイングロータが回転する。スイングロータは、駆動軸７ａに装着されるロータ本体２０と、ロータ本体２０に対してスイング可能に保持される複数のバケット４０により構成される。従来のスイングロータ式の遠心機では、収容カバー３０を用いない状態でスイングロータを回転させるが、本発明においても収容カバー３０を用いずに遠心運転しても良く、収容カバー３０の使用は本発明にとって必須では無い。

筐体１１内の仕切り板１２によって仕切られた下段には、駆動源たるモータ７がハウジング８の内部に収容され、ハウジング８はダンパーゴム９を介して仕切り板１２への取付部材１３に固定される。モータ７はその駆動軸７ａが鉛直方向に伸びるように配置される。駆動軸７ａは、チャンバ４の底部に形成される貫通穴からロータ室３の内部空間に達するように延びて、その上端部に駆動軸７ａの回転トルクを伝達するためのクラウン７ｂが設けられ、ロータ組立体２がクラウン７ｂによって保持される。ロータ組立体２が高速で回転することにより、遠心力によってバケット４０がスイング軸を中心にして揺動する。ロータ組立体２は、このように組立体の状態でロータ室３から外部に取り外しが可能であるし、ロータ組立体２を遠心機１にセットした状態で、収容カバー３０の蓋３３を取り外して、バケット４０を取り外すことも可能である。

筐体１１の上部後方側の傾斜パネル１５には操作表示部１０が設けられる。操作表示部１０は、ユーザからの入力を受け付けるための入力部と、ユーザに対して情報を表示する表示部の機能を果たすものであり複数のボタンとＬＥＤ表示装置で形成できるし、タッチ式の液晶ディスプレイを用いて構成しても良い。図１では図示していないが、操作表示部１０への情報の表示とユーザからの操作入力の受付けの制御、モータ７の回転制御、冷凍配管１６に冷媒を流すための図示しない冷却装置の制御等の遠心機１の全体の制御を行う制御部（図示せず）が設けられる。制御部は、マイクロコンピュータ、揮発性および不揮発性の記憶メモリ等を含んで構成される電子回路である。

図２は、本発明の実施例に係る遠心機１のロータ組立体２の断面斜視図である。ロータ組立体２は、シェル３１、ベース３２、蓋３３からなる収容カバー３０の内部に、複数のバケット４０がセットされたロータ本体２０（ロータ本体２０はネジで取り付けられるカップリング３６も含む）を収容した組品である。図２ではバケット４０の内部に試料５５を入れた試料用容器５０が装着された状態を示している。バケット４０は試料用容器５０の外形に合わせた内壁形状を有するものであって、アルミニウム合金の一体成形によって製造される。収容カバー３０は、遠心分離運転におけるロータ組立体２の回転中に、ロータ組立体２の凹凸による空気との摩擦熱による温度上昇を防止し、かつ風切音などの騒音を低減させるために用いられるものであり、熱伝導性が良くて強度的に優れ、かつ軽量であることが重要である。ここでは、アルミニウム合金等の金属によって製造される。シェル３１は、下側の開口部円環状のベース３２が設けられ、シェル３１とベース３２によってお椀型の容器が形成される。ベース３２は中央に円形の貫通穴が設けられ、貫通穴の上部にはロータ本体２０を固定するためのカップリング３６が取り付けられる。

シェル３１の上側には、ロータ本体２０の外径よりも大きい円形の開口部３１ａが形成される。シェル３１の開口部３１ａには円盤状の蓋３３が装着される。蓋３３の中心にはノブ３４が取り付けられ、ノブ３４の中心には貫通穴が設けられる。この貫通穴にはロックスクリュー３５の上部先端部が挿入することができ、シェル３１の開口部３１ａを塞ぐことができる。よって、蓋３３はシェル３１の上部に乗っかっているたけである。シェル３１のベース３２とカップリング３６はネジによって固定され、収容カバー３０とロータ本体２０は一体に移動することができ、カップリング３６に設けられる嵌合穴３６ａを遠心機１のクラウン７ｂにセットした後、ロータ本体２０に回転可能に取付けられる、ロックスクリュー３５のネジ部３５ａをクラウン７ｂに設けられるネジ部３６ｂにねじ込むことで、遠心機１にロータ組立体２を固定する。

次に図３を用いてスイングロータ（ロータ本体２０、バケット４０）の詳細構造を説明する。図３は本発明の実施例に係る遠心機１のロータ本体２０とバケット４０の底面図である（ここではカップリング３６は図示していない）。ロータ本体２０から凸状に突出する保持ピン２６が、バケット４０に形成された凹状の窪み（凹部）に掛止している。ロータ本体２０は、貫通穴２２が形成された外径が略直方体のハブ２１と、ハブ２１の径方向外側であって上から見て十字状に四方に延びるアーム部２３と、アーム部２３のそれぞれの先端付近からＶ字状に広がるように接続される分岐アーム部２４と、隣接する分岐アーム部２４を面状の部材にて接続することにより強度を向上させるためのリブ２５によって構成される。ロータ本体２０は、主にステンレス鋳鋼製やアルミ合金製の精密鋳造によって製作され、組合せ精度の必要な個所のみ機械加工により切削する。ハブ２１はカップリング３６に設置される箇所となり、取り付けられるバケット４０の数が４個の場合は、ハブ２１の回転軸（回転中心）回りに回転角９０°間隔で４本のアーム部２３が均等に配置される。尚、バケット４０の取り付け数に応じて、アーム部２３の本数と、各アーム部２３の間隔（回転角）は任意に設定できるが、貫通穴２２（回転軸と同心）に対して回転対象となるように設定すると好ましい。

アーム部２３の外側部分には、略９０度の角度を隔てるように２つに分岐する分岐アーム部２４と、それらの分岐アーム部２４の間を板状の部材で接合するリブ２５が形成される。分岐アーム部２４は、回転軸に垂直な方向に延び、バケット４０を挟んで対向する分岐アーム部２４と互いに平行な位置関係となる。これら平行な分岐アーム部２４によって１つのバケット４０を保持する。各分岐アーム部２４には、バケット４０を支承するために略円柱状の形状を有し、バケット４０側に対して凸部となるように突出する保持ピン２６が形成される。保持ピン２６の伸びる方向（保持ピン２６の軸線方向）は、ロータ本体２０の回転軌跡の接線方向と同じ方向となる。

ここで本実施例のバケット４０を説明する前に、従来の技術を用いて製造したスイングロータの保持ピンの形状とバケットの形状を図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は従来の技術、特に従来のピン受け構造で形成したバケット１４０を示す斜視図である。バケット１４０は、例えばアルミ合金等の金属の一体成形により製造されるものであり、上から見た際に略長方形の開口部１４１を有するカップ状の形状である。開口部１４１近傍である上端付近は、部分的に厚みを増した肉厚部１４２が形成され、肉厚部１４２から下方向には２本の案内リブ１４３により挟まれた窪み１４５が形成される。窪み１４５の上端であって肉厚部１４２の下側には、バケット１４０がスイングする際の接触面となるものであって、その外周面が円弧状のピン受け部１４４が形成される。円弧状のピン受け部１４４の内壁は保持ピン２６（図２）の外径よりも僅かに大きな半円柱状とすると良い。図１１では一方の肉厚部１４２に接続された案内リブ１４３とピン受け部１４４しか見えないが、反対側に位置する肉厚部１４２にも同様の案内リブ１４３とピン受け部１４４が形成される。

案内リブ１４３は、バケット１４０をロータ本体部に装着及び取り外す際の保持ピンを案内するガイドとしての役目を果たすものである。案内リブ１４３の窪み１４５側に形成される壁面たる案内面１４３ａは、保持ピンの外周側摺動面（円筒形状）と対向するように形成されるものであって、スイング軸の軸方向に対して平行に形成される面領域（平面領域）となる。図１１では肉厚部１４２の片側に接続された案内リブ１４３と、これらに囲まれる部分に形成され、側面視で凹状に形成される凹部（窪み１４５、ピン受け部１４４、案内面１４３ａ）しか見えないが、反対側に位置する肉厚部１４２にも同様の凹部が形成され、バケット１４０の長辺側の側面の２カ所にて窪み１４５とピン受け部１４４が形成される。

図１２は従来の遠心機におけるロータの高速回転中の側面図であって、外周側から内側方向を見た図である。本図により、バケット１４０がスイングロータの分岐アーム部１２４に形成された保持ピン１２６に軸支されることによって遠心荷重が保持されることが理解できるであろう。バケット１４０の凹部となる窪み１４５の隅部において窪み１４５と案内リブ１４３の案内面１４３ａとの境界部分は直角で無くて、隅部１４５ｃが若干の丸みとなるように形成される。同様の丸みは、鉛直な平面である窪み１４５とピン受け部１４４との境界部分にも形成される。この隅部１４５ｃの丸みは、保持ピン１２６の先端部の隅部１２６ｃの丸み（面取り）より小さく設けなければならないため。凹状の窪み１４５の隅部の丸みを大きくして応力集中を低減しようとすると、保持ピン１２６の隅部１２６ｃの丸みをさらに大きく形成しなくてはならないため、円柱面１２６ｂとピン受け部１４４との接触面積が減少する上に、窪み１４５と保持ピン１２６の先端面１２６ａとの隙間が大きくなってしまう。接触面積が減少すると、接触面圧すなわち接触応力が増大してしまうので、接触面への亀裂の発生や接触面の面荒れを引き起こし、摺動性が悪くなりバケット１４０の揺動不良の発生要因となってしまう。また、保持ピン１２６の先端面１２６ａの隙間が大きいと、バケット４０が保持ピンの軸方向に移動する量が増大してしまうので、回転時にアンバランスを生ずる恐れが高くなる。これらの問題を解消するためになされたのが本発明である。

図４は本実施例に係る遠心機１に用いられるバケット４０の斜視図である。バケット４０はロータ本体２０に対して着脱可能であり、バケット４０を上から下方向（装着方向：軸方向と平行な下方向）に移動させることによってロータ本体２０に装着することができる。バケット４０は、上部に開口部４１を有し、開口部４１から下方には複数の試料用容器５０を収容するための内部空間４８が形成される。本実施例では開口部４１がオープン状態のバケット４０を図示しているが、開口部４１に開閉式の蓋を形成するようにしても良い。バケット４０は、例えばアルミ合金等の金属の一体成形により製造されるものであり、上から見た際に略長方形の開口部４１を有するカップ状であって、開口部４１の周囲は部分的に肉厚を増した肉厚部４２が形成される。本実施例のバケット４０は、内部空間４８が２つに分離された形状である。

バケット４０の長辺側の側面には、肉厚部４２と、肉厚部４２から下方向に延びる２本の案内リブ４３により挟まれた凹部が形成される。この凹部はバケットのスイング軸の軸方向外側から見た際に凹状となるものであって、その凹部の幅は、保持ピン２６を案内できるように、保持ピン２６の直径よりも僅かに大きい程度である。案内リブ４３は、保持ピン２６を案内する案内面４３ａの形成のためが主目的であるが、案内リブ４３を形成したことによりバケット４０の剛性を大幅に上げることができる。本実施例では、ピン受け部４４の円柱面の先端側と対面して、スイング軸と直交する領域（凹部でいうと底の部分）において、側面視で逆Ｕ字状となる連続した溝部４６を形成した。逆Ｕ字状の溝部４６の内側部分は、スイング軸と直交する平面部となる直交面４５が形成される。

図５は本発明の実施例に係る遠心機１のロータの高速回転中の側面図であって、図３のＡ−Ａ部から内周側を見た側面図である。従来の遠心機と、本実施例に係る遠心機１との違いは主にバケット４０の形状であって、そのバケット４０に合わせて保持ピン２６の隅部の形状を最適化した。保持ピン２６は略円柱形状であって、その軸線（スイング軸）がバケット４０の揺動中心となる。保持ピン２６のバケット４０と接触する部分は円柱面２６ｂであり、保持ピン２６の軸方向先端にはスイング軸と直交する方向に先端面２６ａが形成される。一方、バケット４０側においては、内壁形状が円筒形のピン受け部４４が形成され、ピン受け部４４が円柱面２６ｂと当接する。バケット４０側には先端面２６ａと対向する垂直領域に直交面４５が形成されるが、本実施例ではこの直交面の径方向外側において溝部４６が形成され、バケット４０の局部的に集中する応力を分散させるように構成した。溝部４６は切削先端形状が半球状となるエンドミルを用いて切削加工にて形成できる。溝部４６の溝の輪郭は、図５のような底面図（又は図６の断面図）で見て半円状であるが、溝を設ける理由は角部等に局所的に集中する応力を分散させることであるので、完全な半円形状だけでなく断面形状が曲線状となるようにすればその他の断面形状であっても良い。先端面２６ａと直交面４５は、僅かな隙間を隔てて対面するように構成する。この隙間はバケット４０をロータ本体２０に対してスムースに装着でき、ロータ本体２０の回転時にスムースにバケット４０がスイングできる程度であって、なるべく小さく形成すると良い。

次に図６を用いて図５のＢ−Ｂ部の断面形状を説明する。この断面はロータ本体２０が高速回転中であって、バケット４０が水平状態にスイングしているため、Ｂ−Ｂ部の断面が、保持ピン２６の中心軸線（スイング軸）とバケット４０の中心軸線を通る面となる。バケット４０は保持ピン２６のピン受け部４４に沿い摺動しながら揺動支持され、保持ピン２６の円柱面２６ｂにピン受け部４４が当接することによりバケット４０の遠心荷重が支えられる。これらの接触面と隣接するバケット４０の部分においては、接触面（円筒形状の半面）のスイング軸の軸方向中心側に溝部４６が形成される。ここで保持ピン２６に対するバケット４０の直交面４５は、保持ピン２６のスイング軸線上において必ず対面することを特徴としている。これは、保持ピン２６の先端面２６ａとバケット４０の直交面４５の隙間を設けるために必要となる。溝部４６の幅は断面形状が半球状の半径の大きさにより決定されるが、保持ピン２６の先端面２６ａとバケット４０の直交面４５が平行な稜線で残る程度まで減らしても問題はない。ここでは溝部４６の幅を保持ピン２６の半径よりも２／３程度にまで小さくして、保持ピン２６の中心軸線（スイング軸線）上においては、溝部４６が位置しないようにした。この結果、保持ピン２６のスイング軸線でみると、先端面２６ａと直交面４５が十分近接して小さな隙間で対面するので、バケット４０がスイングしたさいのぶれが少なく、ロータ本体２０の回転中心に対するアンバランス量が減少し、回転中の振動を低く抑えることが可能となる。尚、バケット４０には、内部空間を２分割するためのバケット仕切り板４１ｂが設けられている。

図７は、本発明の実施例に係る遠心機１のバケット４０単体の側面図である。点線で描かれているのは遠心分離運転時における保持ピン２６の位置である。バケット４０の側面には補強部となる案内リブ４３が設けられ、肉厚部４２と案内リブ４３を用いて凹部が形成される。凹部は、溝の底部分となる領域であって保持ピン２６の先端面と対向する側である垂直領域と、垂直領域と直交して形成される平行領域が形成される。垂直領域はスイング軸の軸方向から見て、保持ピン２６の先端側において垂直方向に延びる領域である。一方、平行領域はスイング軸線と平行な面にて形成される領域であって、図７の側面図では見えない面である。垂直領域に形成される溝部４６と直交面４５は側面視で視認できる。

バケット４０の凹部の製造方法は、最初に２本の平行する案内リブ４３の間の部分が埋められて連続した同一面となるように肉厚で製造し、その後に切削加工により凹部を形成する。凹部の形成は、まず溝部４６の幅Ｇと同じ直径のエンドミル（図示せず）をスイング軸と平行に位置づけてバケット４０の４６ｃ付近に近づけ、矢印４９ａの方向に移動して、上端付近で反転させて逆Ｕ字状に動かしながら矢印４９ｂまで移動させる。そうすると溝部４６の部分だけ深い溝が形成されると共に、案内面４３ａと円筒状のピン受け部４４が形成される。次に、溝部４６の形成によって形成された島部分の下端に、直径がＷ以上の大きさであって先端切削面が平面になるエンドミル（図示せず）を位置づけ、矢印４９ｃのように下から上方向に切削ながらスイング軸中心付近まで移動させることにより直交面４５を形成する。このような切削加工の結果、案内リブ４３に挟まれる部分に凹部が形成されることになる。ここで、案内リブ４３の案内面４３ａとピン受け部４４は、それらの面が連続するように隣接する上に、案内面４３ａと溝部４６の境界部分も連続して形成されることが理解できるであろう。

ロータ本体２０の回転時の保持ピン２６の位置は図７の点線で示す範囲であり、上からＤの範囲が保持ピン２６に相対する相対部分である。相対部分よりも下の部分がバケット４０を保持ピン２６に装着する際に案内するために形成される延長部分となる。本実施例では、基本的に上下方向の長さＤの相対部分にだけ溝部４６を形成すれば、遠心分離運転時にバケット４０の局部的に集中する応力を分散させることができる。しかしながら、相対部分だけで溝部４６を切ってしまうと、溝部４６から延長部分への移行部分付近に溝部の端部が位置して少なからず応力が集中する恐れがあるので、本実施例では溝部４６を延長部分にまで十分入り込むようにして、上から下まで延びる十分な長さとした。このように形成すると、凹部の各部位を切削加工にて効率よく形成できることにもなり、切削加工費の上昇を大幅に押さえることができる。

以上のようにして平行して形成される案内リブ４３の内側には、保持ピン２６を案内するための凹部が形成される。本実施例で延長領域における案内リブ４３の、バケット４０の装着方向と直交方向に見た案内面４３ａの間隔Ｗ１は、上から下まで一定、つまり案内面４３ａは平行に形成されるが、バケット４０をロータ本体部に装着及び取り外す際の保持ピン２６を案内するガイドとしての役目を考えると、上側で幅がＷ１（＝Ｗ＋２Ｇ）として、下側でそれよりもやや広くなるように案内リブ４３を僅かに斜めに形成しても良い。

次に図８を用いて、バケット４０の凹部の形状を更に説明する。図８はバケット４０の側面に形成される凹部の形状を説明するための部分斜視図である。凹部は主に壁面となる平行領域と、底面部分となる垂直領域に分かれる。図８（１）で黒く塗りつぶした部分は平行領域となる壁面を示しており、この壁面の上側はバケット４０のスイング時に保持ピン２６と接触するピン受け部４４であり、ピン受け部４４の円柱状の面から下方には延長部分にまで延びる平面である案内面４３ａとなる。

図８（２）の黒く塗りつぶした部分は溝部４６の側面視の形状である。溝部４６の反転外周部４６ａはピン受け部４４の上面に接する位置にあり、溝部４６の反転内周部４６ｂは、スイング軸の軸心（中心点）よりも上側にある。つまりスイング軸心が平面たる直交面４５の中に位置するように構成される。このためスイング軸線上では直交面４５と保持ピン２６の先端面２６ａがほぼ並行の状態に良好に対面することができるので、がたつきが少ないスイング機構を実現できる。また、対面する面の周囲は溝部４６になっているので、直交面４５と先端面２６ａを接近させることが容易な上に、スイング動作がスムースでバケット４０の片寄りが発生する恐れを大幅に減らすことができる。

図８（３）の黒く塗りつぶした部分は直交面４５の側面視である。直交面４５がバケット４０を装着する際に、保持ピン２６の軸方向先端と接触することにより、バケット４０の軸方向位置を決定することになるが、本実施例では直交面４５はバケット４０の上下方向距離の半分以上という十分な長さを有するため、バケットの保持ピン２０の軸方向の位置決めがきちんとできるバケット４０の装着機構を実現できた。

次に図９及び図１０を用いて保持ピン２６の断面形状と溝部４６の断面形状を説明する。それぞれ（１）が本実施例のバケット４０の凹部の形状であり、（２）が従来の技術を用いたバケット１４０の凹部の形状である。図９は保持ピン２６の軸線を通る横断面図（水平方向の断面図）である。（１）ではバケット４０垂直領域は、幅５１の範囲内かつ矢印５２で示す部分に全て配置される部分であって、この部分内に直交面４５と溝部４６が形成される。ピン受け部４４は平行領域に形成される半円柱面であって、保持ピン２６の円柱面２６ｂと良好に接する。ここでは、溝部４６が形成される関係から、保持ピン２６の円柱面２６ｂと先端面２６ａとの隅部２６ｃの曲率半径を十分小さくすることができるようになった。このように改良されたバケット４０に合わせて保持ピン２６の形状を最適化すれば、円柱面２６ｂとピン受け部４４との接触部分の軸方向幅Ｌ１を大きく確保できる。また、溝部４６は、範囲５１かつ矢印５２の範囲内に収まるように形成し、ピン受け部４４のある平行領域側にはみ出すことが無いように形成される。この結果、ピン受け部４４と円柱面２６ｂの接触部分に溝部４６による曲面部分が何ら干渉することが無いので、バケット４０のスイング特性を良好に保つことができる。この利点は（２）に示す従来技術によるバケット１４０の構造を比較すると明確であり、バケット１４０では隅部１４５ｃの曲率半径との関係から、保持ピン１２６の隅部１２６ｃの曲率半径を大きくせざるを得ないため、円柱面１２６ｂとピン受け部１４４の接触部分の軸方向幅Ｌ２が小さくなってしまう。このことは、保持ピン１２６の円柱面１２６ｂに負荷される遠心荷重による応力が大きくなる上に、バケット１４０側もピン受け部１４４が受ける局所的な応力が大きくなる。

さらに、図８で説明したように直交面４５は溝部４６の加工が終わったあとに切削するために、任意の高さ（凹部としてみたら任意の深さ）に形成可能であるので、隙間Ｓ１の距離を微小間隔で対面するように適切に設定することができ、がたつきの無いバケット４０を実現できる。ここで、溝部４６における溝の最深部と保持ピン２６の先端面２６ａとの隙間Ｓ２は、直交面４５との隙間Ｓ１よりも十分大きくなるよう構成される。（２）に示す従来の技術によれば、隅部１４５ｃと隅部１２６ｃとの干渉の恐れから隙間Ｓ３をある程度確保する必要がある。また、バケット１４０が保持ピンの軸方向に片寄りして、直交面１４５ａと先端面１２６ａが接触すると、接触面積が大きいためバケット４０のスムースなスイングを妨げる恐れがある。しかしながら、（１）の本実施例の構成では、仮に直交面４５と先端面２６ａが接触しても接触面積が小さいので、スムースなスイングを実現できる。尚、本実施例ではスイング軸線上において直交面４５と先端面２６ａが非接触にまたは接触して対面することが重要であり、スイング軸線上に溝部４６がかかるように構成するのは好ましくない。

図１０は保持ピン２６の軸線を通る縦断面図（鉛直方向の断面図）である。（１）ではバケット４０の凹部は、保持ピン線から上側の幅５３の範囲内に溝部４６が形成されるようにし、溝部４６の下側では直交面４５となるようにした。ここで、溝部４６は、上下方向に見て範囲５３を越えないように形成される。範囲５３の下側はスイング軸線の位置であり、上側はピン受け部４４の内壁の上端位置である。以上のように、溝部４６はバケット１４０の凹部のうちの底部分に形成され、かつ、底部分と壁部分の境界に沿って形成されるので、ピン受け部４４側の面には影響しないように形成される。

以上説明したように、本実施例によればバケットを揺動可能に支持する対向する一対の凸状の保持ピン２６が対面に配置され、バケットには保持ピン２６の円柱面２６ｂに係合する凹部を側面に備え、その凹部はロータの保持ピン２６の先端稜線に設けられた隅部２６ｃより大きい丸みまたは略円弧状形状の溝部４６と、溝部４６の内側の直交面４５にて形成したので、バケット４０の凹部の隅部への部分的な応力集中によるバケット４０の短寿命化を防止できる。また、保持ピン２６の円柱面２６ｂとバケット４０の接触幅Ｌ１を大きく取ることができるので、接触面圧すなわち接触応力増大による接触面の亀裂発生や接触面の面荒れを防止できる。さらに、保持ピン２６の先端面２６ａとバケット４０の凹部の相対する直交面４５には適度な隙間が設けられるため、隙間の大きさにより生じる不釣合い量を低減することができ、バケット４０がスムースにスイング可能となって試料に不要な振動を与えない遠心機を実現できた。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施例ではバケット１４０の形状として開口部４１が略長方形となるような形状のものを説明したが、必ずしもこの形状に限らずに、開口の形状が略円形の円筒状のバケットであっても良いし、その他の任意の形状のバケットであっても良い。

１…遠心機、２…ロータ組立体、３…ロータ室、４…チャンバ、６…防護壁、７…モータ、７ａ…駆動軸、７ｂ…クラウン、８…ハウジング、９…ダンパーゴム、１０…操作表示部、１１…筐体、１２…仕切り板、１３…取付部材、１４…ドア、１５…傾斜パネル、１６…冷凍配管、２０…ロータ本体、２１…ハブ、２２…貫通穴、２３…アーム部、２４…分岐アーム部、２５…リブ、２６…保持ピン、２６ａ…先端面、２６ｂ…円柱面、２６ｃ…隅部、３０…収容カバー、３１…シェル、３１ａ…開口部、３２…ベース、３３…蓋、３４…ノブ、３５…ロックスクリュー、３５ａ…ネジ部、３６…カップリング、３６ｂ…ネジ穴、４０…バケット、４１…開口部、４１ｂ…バケット仕切り板、４２…肉厚部、４３…案内リブ、４３ａ…案内面、４４…ピン受け部、４５…直交面、４６…溝部、４６ａ…反転外周部、４６ｂ…反転内周部、４８…内部空間、５０…試料用容器、５５…試料、１２０…ロータ本体、１２４…分岐アーム部、１２６…保持ピン、１２６ａ…先端面、１２６ｂ…円柱面、１２６ｃ…隅部、１４０…バケット、１４１…開口部、１４２…肉厚部、１４３…案内リブ、１４３ａ…案内面、１４４…ピン受け部、１４５ａ…直交面、１４５ｂ…案内面、１４５ｃ…隅部

Claims (8)

1. 駆動手段によって回転される駆動軸と、該駆動軸に装着されるスイングロータ本体と、該スイングロータ本体に配置される複数の保持ピンと、前記保持ピンに掛止させることよって揺動可能に配される複数のバケットを有する遠心機において、前記保持ピンは前記スイングロータ本体に形成される凸部であって外周に円柱面を有し、前記バケットは前記凸部に対応する凹部を有し、前記バケットの凹部は、前記凸部の先端面と対向する面と、ピン受け部と、対向する２つの平面で形成される案内面が形成され、前記対向する面には、前記案内面との境界に沿って連続して形成され溝の深さ方向が前記保持ピンの軸方向となる溝部と、前記溝部に囲まれる部分に平面部が形成されることを特徴とする遠心機。
2. 前記溝部は、前記保持ピンの軸方向から見た側面視が逆Ｕ字状であって、その断面形状は曲線状であり、前記保持ピンの軸線を通る断面における前記溝の幅は前記凸部の直径の半分未満としたことを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
3. 前記保持ピンの軸線を通る断面における前記溝の断面形状は、半球状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。
4. 前記案内面は、半円柱面に形成される前記ピン受け部から下方向に略平行に延び、前記バケットの前記凸部への装着を案内するためのリブによって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心機。
5. 前記溝部は、前記ピン受け部から前記案内面のほぼ全体に接するように連続して形成されることを特徴とする請求項４に記載の遠心機。
6. 前記案内面における前記バケットの装着方向と直交方向の前記案内面の間隔Ｗ１は、前記溝部の幅Ｇに対して、Ｗ１＞２Ｇであることを特徴とする請求項５に記載の遠心機。
7. 遠心機の駆動軸に装着されるスイングロータ本体と、スイングロータ本体に配置される複数の保持ピンと、前記保持ピンに掛止させることよって揺動可能に配される複数のバケットを有する遠心機用のスイングロータであって、前記保持ピンは前記スイングロータ本体に形成される凸部であって外周に円柱面を有し、前記バケットは前記凸部に対応する凹部を有し、前記バケットの凹部は、前記凸部の先端面と対向する面と、ピン受け部と、対向する２つの平面で形成される案内面が形成され、前記対向する面には、前記案内面との境界に沿って連続して形成され溝の深さ方向が前記保持ピンの軸方向となる溝部と、前記溝部に囲まれる部分に平面部が形成されることを特徴とする遠心機用スイングロータ。
8. 前記保持ピンの軸方向から見た側面視が逆Ｕ字状であり、前記バケットのスイング時のスイング軸方向において前記保持ピンの先端面と前記平面部が微小間隔で対面することを特徴とする請求項７に記載の遠心機用スイングロータ。

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