JP6228895B2

JP6228895B2 - 遠心分離機とロータ体

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Publication number: JP6228895B2
Application number: JP2014123481A
Authority: JP
Inventors: 智久矢野; 吉田　英樹; 英樹吉田
Original assignee: Kubota Manufacturing Corp
Current assignee: Kubota Manufacturing Corp
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: JP2016002512A

Description

本発明は、鉛直方向に延びる軸心を回転軸線として回転可能なシャフト体と、このシャフト体に連結されてシャフト体と共に回転可能なロータ体とを備えた遠心分離機に関し、より詳しくは、このような遠心分離機において回転中にシャフト体とロータ体との連結が解除されることを防止する連結保全技術に関する。

一般的な遠心分離機は、鉛直方向に延びる軸心を持つシャフト体と、この軸心を回転軸線としてシャフト体を回転させる駆動装置と、シャフト体に連結されたロータ体と、シャフト体とロータ体を収容するチャンバと、回転時間や回転速度などの回転条件の設定や回転開始／停止の指令などに用いられる操作装置と、操作装置からの指示に基づいて駆動装置を制御する制御装置と、駆動装置とチャンバなどを収容する筐体と、チャンバを覆う蓋などを含む。

現在、シャフト体からロータ体を取り外すことが可能な遠心分離機が製造されている。この場合、シャフト体とロータ体が回転しているときに何らかの原因（多くの場合、ロータ体に発生する揚力や振動である）によってシャフト体とロータ体との連結が解除されることを防止するための連結保全機構が必要とされる。このような連結保全機構として、シャフト体にロータ体がネジ止めされる構成が知られている。しかし、この構成によると、ロータ体の交換の際にネジを抜く必要があり、ロータ体の交換が必ずしも容易ではない。このため、近年、このような構成とは異なる連結保全機構が開発されており、その一例として回転中に発生する遠心力を利用する連結保全機構が知られている（例えば特許文献１参照）。なお、ここでは回転運動系の視点から説明するので「遠心力」という表現を用いる。

遠心力を利用する連結保全機構は、一般的に、遠心力によって特定の部品が動く構成を採用している。このような構成によると、回転中はこの部品がシャフト体とロータ体との連結が解除されることを防止する役割を果たし、停止中はこの部品が自動的に元の位置に戻ることで連結の解除が可能になる。したがって、シャフト体にロータ体をネジ止めする必要がないので、ロータ体の交換が容易である。特許文献１に開示されている遠心分離機では、ロータ体が備える雄型部品が遠心力によって動いてシャフト体に形成された凹部に嵌ることによって、回転中におけるシャフト体とロータ体との連結の解除が防止される。

日本国特許第5442337号

特許文献１に開示されている遠心分離機における連結保全機構は、ロータ体に水平に取り付けられた回転軸を中心として雄型部品が鉛直面と平行に回転する構成を持つ。このため、連結保全機構の鉛直方向の寸法が大きくなりがちである。このような連結保全機構はロータ体の鉛直方向の寸法を大きくする一因になりえる。しかし、ロータ体の安定した回転を実現するためには、ロータ体の鉛直方向の寸法は小さいことが望ましい。

そこで、本発明は、回転中にシャフト体とロータ体との連結が解除されることを防止するための連結保全機構であってロータ体の鉛直方向の寸法に対する影響を抑えることのできる連結保全機構を持つ遠心分離機とロータ体を提供することを目的とする。

本発明の遠心分離機は、鉛直方向に延びる軸心を持つシャフト体と、シャフト体から取り外し可能なロータ体とを含む。シャフト体は、シャフト体とロータ体との連結のためのシャフトリンク部を含み、ロータ体は、シャフト体とロータ体との連結のためのロータリンク部を含む。シャフトリンク部とロータリンク部との連結によってシャフト体がロータ体の鉛直方向に沿った動きを妨げないようにロータ体を支持するとともに、軸心を回転軸線とするシャフト体の回転中に、シャフトリンク部とロータリンク部とがシャフト体の軸回転方向に力の作用・反作用が働くように接触することでシャフト体の回転運動がロータ体に伝達されるように、シャフトリンク部とロータリンク部のそれぞれが構成されており、ロータ体の回転軸線がシャフト体の回転軸線に一致する。ロータ体は、シャフト体が挿入されるシャフト体受容部と、ロータ体の回転軸線と平行な軸心を持つ支軸と、支軸が挿入される軸保持部を持ち支軸回りに回転可能な回転子とを含んでいる。回転子の重心は、軸保持部と異なる位置にあり、回転子は、軸保持部に関して重心が位置する側の重腕部と重心と反対側の軽腕部とを含む。支軸は、シャフト体受容部にシャフト体が挿入された状態でシャフト体に対向することとなるシャフト体受容部の部位に開口部を有する空間内部に固定されている。シャフト体受容部にシャフト体が挿入された状態で開口部に対向することとなるシャフト体の部位には凹部が形成されている。回転中に、回転子の重腕部がロータ体の回転軸線から離れるように動いて回転子の軽腕部の少なくとも一部がシャフト体の凹部に入り込む。回転子の軽腕部の少なくとも一部がシャフト体の凹部に入り込んだ状態で互いに対向することとなる、凹部の鉛直上方側の部位および軽腕部の鉛直上方側の部位の少なくとも一方に傾斜面が形成されている。

本発明のロータ体は、鉛直方向に延びる軸心を回転軸線として回転可能なシャフト体を備えた遠心分離機に用いられ、このシャフト体に連結されてシャフト体と共に回転可能なロータ体であって、シャフト体が挿入されるシャフト体受容部と、ロータ体の回転軸線と平行な軸心を持つ支軸と、支軸が挿入される軸保持部を持ち支軸回りに回転可能な回転子とを含んでいる。回転子の重心は、軸保持部と異なる位置にあり、回転子は、軸保持部に関して重心が位置する側の重腕部と重心と反対側の軽腕部とを含む。支軸は、シャフト体受容部にシャフト体が挿入された状態でシャフト体に対向することとなるシャフト体受容部の部位に開口部を有する空間内部に固定されており、ロータ体の回転中に、回転子の重腕部がロータ体の回転軸線から離れるように動いて回転子の軽腕部の少なくとも一部が開口部を通り抜ける。

本発明に拠れば、詳しくは後述するが、ロータ体とシャフト体の回転中にロータ体の回転子の少なくとも一部がシャフト体の凹部に入り込んで閂のような役割を果たすことによって、シャフト体とロータ体との連結が回転中に解除されることが防止される。また、このような連結保全機構の鉛直方向の寸法は実質的に回転子の鉛直方向の厚さ寸法に依存し、このため、ロータ体の鉛直方向の寸法に対する影響を抑えることができる。

本発明の実施形態の遠心分離機の概略を説明する部分断面図。シャフト体を示す図。（ａ）側面図。（ｂ）斜視図。シャフト体とロータ体とが連結している状態のロータ体の部分断面図。ロータ体の断面図。鉛直上方側から見たロータ体の斜視図。鉛直下方側から見たロータ体の斜視図。ロータ体からシャフト体が取り外されている状態のロータ体の部分断面図。ロータ体からシャフト体が取り外されている状態において、ロータ体を構成する部品を個別に示したロータ体の部分断面図（その１）。ロータ体からシャフト体が取り外されている状態において、ロータ体を構成する部品を個別に示したロータ体の部分断面図（その２）。シャフト体とロータ体とが連結している状態を示す図。（ａ）断面図。（ｂ）回転子の状態を示す支軸収容部の水平断面図。回転子を示す図。（ａ）平面図。（ｂ）正面図。（ｃ）底面図。（ｄ）斜視図。（ｅ）側面図。シャフト体とロータ体とのロック状態を示す図。（ａ）断面図。（ｂ）回転子の状態を示す支軸収容部の水平断面図。（ｃ）回転子に作用する力を示す図。（ｄ）回転子に作用する力の力学的バランスを説明する図。連結保全機構をロータ体の鉛直下方側に配置することの利点を説明する図。（ａ）連結保全機構がロータ体の鉛直上方側に配置されている場合。（ｂ）連結保全機構がロータ体の鉛直下方側に配置されている場合。複数の回転子を含む支軸収容部の水平断面図。（ａ）２個の回転子を含む支軸収容部。（ｂ）３個の回転子を含む支軸収容部。シャフト体をロータ体に挿入する際の様子を示す図。（ａ）断面図。（ｂ）（ａ）の破線丸囲み部分を鉛直上方から見た図。（ｃ）回転子に作用する力を示す図。

図面を参照して本発明の一実施形態である遠心分離機１を説明する。遠心分離機１は、図１に示すように、遠心分離機１の通常の使用状態において鉛直方向に延びる軸心を持つシャフト体２００と、この軸心を回転軸線としてシャフト体２００を回転させる駆動装置２と、シャフト体２００に連結されたロータ体３００と、シャフト体２００とロータ体３００を収容するチャンバ３と、回転時間や回転速度などの回転条件の設定や回転開始／停止の指令などに用いられる操作装置５と、操作装置５からの指示に基づいて駆動装置２を制御する制御装置６と、駆動装置２とチャンバ３などを収容する筐体４と、チャンバ３を覆う蓋７などを含む。遠心分離機１の振動を低減するため駆動装置２は防振ゴム８を介して筐体４に固定されている。

＜シャフト体の構造＞
図２に示すように、シャフト体２００は、円柱状の基部２０１と、鉛直上方側で基部２０１に連なる直円錐台状の段差部２０２と、鉛直上方側で段差部２０２に連なる円柱状の軸部２０３とによって構成されている。基部２０１の直径は段差部２０２の鉛直下方側の直径と同じであり、軸部２０３の直径は段差部２０２の鉛直上方側の直径と同じである。基部２０１の軸心と段差部２０２の軸心と軸部２０３の軸心は同じ直線上にあり、この直線がシャフト体２００の軸心である。シャフト体２００は、遠心分離機１の通常の使用状態において鉛直方向に延びるシャフト体２００の軸心を回転軸線２９０として、回転軸線２９０回りに回転自在である。

基部２０１の側壁２０１ａには凹部２０１ｂが形成されている。この例では、凹部２０１ｂは側壁２０１ａを一巡りする環状の溝の形状を有する。

シャフト体２００の軸部２０３側の端部２００ａは中空になっており、この中空部分の水平底部２００ａ１に複数のピン２０５が互いに間隔を空けて鉛直に立っている。各ピン２０５は、円柱状の基部と、鉛直上方側でこの基部に連なる直円錐状の尖端部とによって構成されている。この例では、回転軸線２９０から同じ距離（以下、第１配置距離という）で４個のピン２０５が回転軸線２９０周りに等間隔で配置されている。

＜ロータ体の構造＞
ロータ体３００は、後述するようにシャフト体２００と連結可能な構造を持ち、それ故、シャフト体２００と共に回転可能である。図３に示すように、ロータ体３００がシャフト体２００に連結された状態で、ロータ体３００の回転軸線３９０はシャフト体２００の回転軸線２９０に一致する。以下、ロータ体３００の回転軸線３９０が鉛直方向と平行であってロータ体３００の通常の使用状態における向きにロータ体３００が配置されている状況を前提に、ロータ体３００の構造を説明する。

図３〜図９に示すように、ロータ体３００は、シャフト体２００が挿入されるシャフト体受容部３０１と、遠心分離処理されるサンプルが入った複数の容器７０（図１３参照）を収容可能なサンプル収容部３０２と連結具３０９とによって構成されている。この例では、サンプル収容部３０２は鉛直下方側の径が鉛直上側の径よりも大である直円錐台状の外観形状を有しており、回転軸線３９０に沿ったサンプル収容部３０２の中央部分の円柱領域はシャフト体受容部３０１を構成する軸受容部３０１ａであり、シャフト体受容部３０１の軸受容部３０１ａとサンプル収容部３０２とが一体に形成されている。この例では、シャフト体受容部３０１は、この軸受容部３０１ａと後述する支軸収容部３０１ｂとによって構成されている。

サンプル収容部３０２の鉛直上方の中央部分は鉛直下方に向かってテーパー状に窪んでおり、環状のテーパー面３０２ａが形成されている。テーパー面３０２ａに開口を持つサンプル収容穴３０２ｂが、サンプル収容部３０２の斜面３０２ｃに沿うようにサンプル収容部３０２に形成されている。サンプルが入った容器７０はサンプル収容穴３０２ｂに挿入される（図１３参照）。

シャフト体受容部３０１を構成する軸受容部３０１ａは、この例では、上述の窪みの底面３０２ｄを上面として持ち、回転軸線３９０に沿った軸受容部３０１ａの中央部分は中空になっている。具体的には、この中空部分は、シャフト体２００の軸部２０３の直径よりやや大きい直径を持つ円柱状の第１中空部３０１ａ１と、第１中空部３０１ａ１に鉛直下方側で連通していてシャフト体２００の段差部２０２よりやや大きい直円錐台状の第２中空部３０１ａ２と、第２中空部３０１ａ２に鉛直下方側で連通していて第２中空部３０１ａ２の鉛直下方側の直径よりも大きい直径を持つ円柱状の第３中空部３０１ａ３と、第１中空部３０１ａ１に鉛直上方側で連通していて第１中空部３０１ａ１の直径よりも大きい直径を持つ円柱状の第４中空部３０１ａ４とによって構成されている。

シャフト体受容部３０１を構成する支軸収容部３０１ｂは、この例では、回転軸線３９０の方向に伸びる円筒状の形状を有しており、支軸収容部３０１ｂの外径は第３中空部３０１ａ３の直径よりやや小さく、支軸収容部３０１ｂの内径はシャフト体２００の基部２０１の直径よりやや大きい。支軸収容部３０１ｂの側壁には貫通孔３０１ｂ１が形成されており、貫通孔３０１ｂ１は支軸収容部３０１ｂの内壁面３０１ｂ２に内側開口部３０１ｂ３と支軸収容部３０１ｂの外壁面３０１ｂ４に外側開口部３０１ｂ５を持つ。

貫通孔３０１ｂ１には、回転軸線３９０と平行な軸心を持つ円柱状の支軸３０５が固定されていて、この支軸３０５には、支軸３０５が挿入される軸保持部３０７ａを持ち支軸３０５回りに回転可能な回転子３０７が取り付けられている。この例では、軸保持部３０７ａは貫通孔であり、回転子３０７は支軸３０５に沿って動くことができる。回転子３０７の底部は貫通孔３０１ｂ１の底部と接触できる構成になっている。回転子３０７は、回転子３０７が内側開口部３０１ｂ３からも外側開口部３０１ｂ５からも通り抜けないように貫通孔３０１ｂ１に収容可能であって、且つ、回転子３０７の回転に応じて回転子３０７の一部が内側開口部３０１ｂ３から通り抜けることのできるような、大きさと形状を持つ。回転子３０７の詳細については後で説明する。

支軸収容部３０１ｂは第３中空部３０１ａ３に挿入されて図示しないネジを用いて軸受容部３０１ａにネジ止めされている。このように、ロータ体３００は、シャフト体受容部３０１と支軸３０５と回転子３０７とを含む構成を持つ。

また、図８、図９に示す連結具３０９は、第４中空部３０１ａ４の直径よりもやや小さい直径を持つ円柱状の基部３０９１と、基部３０９１に鉛直下方側で連なっていて第１中空部３０１ａ１の直径よりもやや小さい直径を持つ円柱状の軸部３０９２と、軸部３０９２の水平底部３０９２ａ（図１５参照）に互いに間隔を空けて鉛直に立っている複数のピン３０９３とによって構成されている。基部３０９１の軸心と軸部３０９２の軸心は同じ直線上にあり、この直線が連結具３０９の軸心である。この例では、連結具３０９の軸心から同じ距離（以下、第２配置距離という）で４個のピン３０９３が軸心周りに等間隔で配置されている。各ピン３０９３は、円柱状の基部と、この基部に鉛直下方側で連なる直円錐状の尖端部とによって構成されている。連結具３０９は、基部３０９１が第４中空部３０１ａ４に挿入され且つ軸部３０９２およびピン３０９３が第１中空部３０１ａ１に挿入されるようにして、軸受容部３０１ａに図示しないネジを用いてネジ止めされている。このとき、連結具３０９の軸心は、ロータ体３００の回転軸線３９０の延長線上にある。このように、ロータ体３００は連結具３０９も含む。

＜シャフト体とロータ体との連結機構＞
シャフト体２００とロータ体３００との連結機構は、シャフト体２００がロータ体３００を支持するとともに、シャフト体２００の回転運動をロータ体３００に伝達する機械機構である。以下、図３、図７、図１０を参照して、この連結機構を説明する。

シャフト体２００はロータ体３００のシャフト体受容部３０１に挿入される。このとき、シャフト体２００の軸部２０３がロータ体３００の第１中空部３０１ａ１に挿入され、シャフト体２００の段差部２０２がロータ体３００の第２中空部３０１ａ２に挿入され、シャフト体２００の基部２０１が支軸収容部３０１ｂの中空部分に挿入されている。シャフト体２００の段差部２０２のテーパー面２０２ａ（図２参照）は、第２中空部３０１ａ２を囲む軸受容部３０１ａの内壁面と鉛直方向に力の作用・反作用が働くように接触するので、ロータ体３００はシャフト体２００によって鉛直方向に支持される。

ロータ体３００がシャフト体２００によって鉛直方向に支持されている状態において、連結具３０９のピン３０９３は、シャフト体２００の端部２００ａの中空部分に入り込んでいる。より詳しくは、ロータ体３００の回転軸線３９０とシャフト体２００の回転軸線２９０が一致し且つ第１配置距離と第２配置距離が等しいため、連結具３０９の４個のピン３０９３と端部２００ａの中空部分に立っている４個のピン２０５とが互い違いになるように、連結具３０９の４個のピン３０９３が端部２００ａの中空部分に入り込んでいる。解りやすく述べれば、この状態は、互いに向かい合う二つの冠歯車が一方の冠歯車の歯と他方の冠歯車の歯とが噛むように連結されている状態と類似している。このため、シャフト体２００が回転軸線２９０回りに回転すると、連結具３０９のピン３０９３の軸部とシャフト体２００のピン２０５の軸部とが軸回転方向に力の作用・反作用が働くように接触し、シャフト体２００の回転運動がロータ体３００に伝達される。

なお、上述の連結機構によると、シャフト体２００をロータ体３００のシャフト体受容部３０１に挿入する際に、連結具３０９のピン３０９３とシャフト体２００のピン２０５とが衝突する場合がある。しかし、この場合、ピン３０９３のテーパー状に形成されている尖端部とピン２０５のテーパー状に形成されている尖端部とが接触して、回転軸線２９０回りの軸回転方向に力の作用・反作用が働き、この結果、シャフト体２００が回転する。従って、自動的にピン３０９３とピン２０５との衝突が解消されて、シャフト体２００とロータ体３００との連結が達成される。

また、上述の連結機構によると、シャフト体２００とロータ体３００とが連結されている状態であっても、鉛直上方に向かうロータ体３００の動きが妨げられない。したがって、ロータ体３００を鉛直上方に引き上げることによって、シャフト体２００からロータ体３００を取り外すことが容易である。

シャフト体とロータ体との連結機構は、上述の連結機構に限定されない。例えば、シャフト体２００の軸部２０３の外壁面に一巡りする歯車状の歯を形成し、ロータ体３００の第１中空部３０１ａ１を囲む軸受容部３０１ａの内壁面に一巡りする内歯車状の歯を形成した構成を連結機構として採用してもよく、この場合、ピン３０９３とピン２０５は不要である。

要するに、シャフト体とロータ体との連結機構は、次のような構成であればよい。シャフト体２００が、シャフト体２００とロータ体３００との連結のためのシャフトリンク部を含んでおり、ロータ体３００が、シャフト体２００とロータ体３００との連結のためのロータリンク部を含んでおり、シャフトリンク部とロータリンク部との連結によってシャフト体２００がロータ体３００の鉛直方向に沿った動きを妨げないようにロータ体３００を支持するとともに、シャフト体２００の回転中に、シャフトリンク部とロータリンク部とがシャフト体の軸回転方向に沿って力の作用・反作用が働くように接触することでシャフト体２００の回転運動がロータ体３００に伝達されるように、シャフトリンク部とロータリンク部のそれぞれが構成されている。遠心分離機１の連結機構によると、ピン２０５に係る構成および段差部２０２のテーパー面２０２ａがシャフトリンク部に相当し、ピン３０９３に係る構成および第２中空部３０１ａ２を囲む軸受容部３０１ａの内壁面がロータリンク部に相当する。

なお、支軸収容部３０１ｂはロータ体３００の必須構成要素ではない。例えば、軸受容部３０１ａの内壁面に開口部を持つ空間が軸受容部３０１ａに形成されていて、この空間内部に支軸３０５と回転子３０７が収容されている構成も許容される。換言すれば、軸受容部３０１ａと支軸収容部３０１ｂとが一体に形成されている構成であってもよい。要するに、支軸３０５は、シャフト体受容部３０１にシャフト体２００が挿入されている状態でシャフト体２００に対向することとなるシャフト体受容部３０１の部位に開口部を有する空間内部に固定されていればよい。回転子３０７は、ロータリンク部よりも鉛直下方側に、または、ロータ体３００の重心よりも鉛直下方側に配置されている。

＜連結保全機構＞
既述のように、上述の連結機構によると、シャフト体２００とロータ体３００とが連結されている状態であっても、鉛直上方に向かうロータ体３００の動きは妨げられない。このことはシャフト体２００とロータ体３００が回転しているときにも当てはまる。このため、遠心分離機１は、シャフト体２００とロータ体３００が回転しているときに何らかの原因（多くの場合、ロータ体３００に発生する揚力や振動である）によってシャフト体２００とロータ体３００との連結が解除されることを防止するための連結保全機構を持つ。以下、図１０，１１，１２を参照して、この連結保全機構について説明する。

まず、図１１を参照して、回転子３０７について説明を加える。肉厚板状の剛体である回転子３０７の重心は軸保持部３０７ａと異なる位置にあり、回転子３０７は、軸保持部３０７ａに関して回転子３０７の重心が位置する側の重腕部３０７ｂと当該重心と反対側の軽腕部３０７ｃとによって構成されている。この例では、回転子３０７は図１１に示すように任意の位置での水平断面が三日月状の形状を有していて、重腕部３０７ｂと軽腕部３０７ｃは一体に形成されている。

シャフト体２００とロータ体３００が回転すると回転子３０７に遠心力が作用する。回転子３０７は回転子３０７の重心位置と異なる位置で支軸３０５に取り付けられているため、支軸３０５回りにトルクが発生する。したがって、回転子３０７の重腕部３０７ｂがロータ体３００の回転軸線３９０から離れるように動いて回転子３０７の軽腕部３０７ｃの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜ける。ところで、シャフト体２００がロータ体３００のシャフト体受容部３０１に挿入されている状態では、図３，１０に示すように、支軸収容部３０１ｂの内側開口部３０１ｂ３はシャフト体２００の凹部２０１ｂに面している。このため、内側開口部３０１ｂ３を通り抜けた軽腕部３０７ｃの少なくとも一部が、シャフト体２００の凹部２０１ｂに入り込む（図１２参照）。したがって、鉛直上方に向かうロータ体３００の動きが妨げられ、シャフト体２００とロータ体３００との連結の解除が防止される。以下、この状態をロック状態と呼称する。

図１２を参照してロック状態における力学的バランスを説明する。この説明に先立ち、再び図２，１１を参照しながら連結保全機構について説明を加えておく。シャフト体２００の凹部２０１ｂは、鉛直面２０１ｂ１と、凹部２０１ｂの鉛直上方側の部位に基部２０１の側壁２０１ａから鉛直面２０１ｂ１に連なり鉛直下方に向かってテーパー状に形成されている上側環状傾斜面２０１ｂ２と、凹部２０１ｂの鉛直下方側の部位に基部２０１の側壁２０１ａから鉛直面２０１ｂ１に連なり鉛直上方に向かってテーパー状に形成されている下側環状傾斜面２０１ｂ３とによって構成されている。また、回転子３０７の軽腕部３０７ｃの鉛直上方側の部位であって、ロック状態において上側環状傾斜面２０１ｂ２に面する部位に傾斜面３０７ｄが形成されている。この例では、回転子３０７の鉛直上面と側面の境の領域全体に傾斜面３０７ｄが形成されている。傾斜面と鉛直方向との間の狭角つまり鉛直方向に成す勾配θが好ましくは２０度以上７０度以下の面であればよい。なお、この勾配θは、後述の力Ｆ３の働く向きに影響を与えるので、試作を重ねた結果、３０度以上６０度以下であることがより好ましく、４０度以上５０度以下であることが最も好ましい。

ロータ体３００の回転中の上下動を防止するなどの観点から、ロック状態として、ロータ体３００の回転中に回転子３０７の傾斜面３０７ｄ（より正確に言えば、軽腕部３０７ｃに形成されている傾斜面３０７ｄ）がシャフト体２００の上側環状傾斜面２０１ｂ２に接触しているようなロック状態が好ましい。このようなロック状態では、遠心力に起因して回転子３０７が受ける力Ｆ１と、上側環状傾斜面２０１ｂ２からその法線方向に沿って回転子３０７が受ける力Ｆ３と、支軸収容部３０１ｂの底部からその法線方向に沿って回転子３０７が受ける力Ｆ２とが釣り合っている（図１２（ｃ）（ｄ）参照）。

また、軽腕部３０７ｃの少なくとも一部がシャフト体２００の凹部２０１ｂに入り込んでいるが傾斜面３０７ｄが上側環状傾斜面２０１ｂ２と接触していないようなロック状態であっても、シャフト体２００とロータ体３００の回転中に、ロータ体３００に作用する重力を超える鉛直上方向きの力がロータ体３００に作用すると、回転子３０７の傾斜面３０７ｄがシャフト体２００の上側環状傾斜面２０１ｂ２に接触するので、結果的に、上述の力学的バランスが達成される。

このように、いずれにしてもロック状態の維持が可能である。この結果、シャフト体２００とロータ体３００との連結の解除が防止される。なお、回転子３０７に作用する遠心力は、回転子３０７の質量、回転軸線３９０から回転子３０７までの距離、ロータ体３００の角速度によって決まるので、上述の力学的バランスを考慮して回転子３０７は重量物例えば鉄といった金属で作られているのが好ましい。

このような連結保全機構によると、シャフト体２００とロータ体３００が停止しても、軽腕部３０７ｃの少なくとも一部がシャフト体２００の凹部２０１ｂに入り込んだ状態、つまりロック状態が保たれたままになる。このロック状態において、ロータ体３００を鉛直上方に動かそうとすると、回転子３０７の傾斜面３０７ｄがシャフト体２００の上側環状傾斜面２０１ｂ２に接触し、軽腕部３０７ｃには回転軸線３９０から離れる向きに力の水平成分が作用する。この水平成分が、遠心力が発生していないため、回転子３０７と支軸収容部３０１ｂとの間の摩擦力を超えることは容易である。よって、この水平成分に起因して、支軸３０５回りにトルクが発生し、ロータ体３００の回転軸線３９０から離れるように軽腕部３０７ｃが動く。この結果、軽腕部３０７ｃは支軸収容部３０１ｂの貫通孔３０１ｂ１に収容され、つまりロック状態が解消され、ロータ体３００をシャフト体２００から取り外すことができる。

なお、このような連結保全機構が達成されるには、回転子３０７の傾斜面３０７ｄとシャフト体２００の上側環状傾斜面２０１ｂ２のいずれか一方が存在すれば十分である。

上述の遠心分離機１は回転子３０７が水平面と平行に回転する構成を持っている。このため、連結保全機構の鉛直方向の寸法は実質的に回転子３０７の鉛直方向の厚さ寸法と同じである。このため、遠心分離機１の連結保全機構は、ロータ体に水平に取り付けられた回転軸を中心として雄型部品が鉛直面と平行に回転する構成、つまり鉛直方向に当該回転軸と当該雄型部品の重心との距離を確保する必要のある構成を持つ連結保全機構（特許文献１参照）と比べて、十分に連結保全機構の鉛直方向の寸法を低減でき、ロータ体の鉛直方向の寸法に対する影響を抑えることができる。また、特許文献１に開示される連結保全機構と異なり、遠心分離機１の連結保全機構では、上述の摩擦力Ｆ４も回転中のロック状態を維持する力学的バランスに寄与する。このため、回転中のロック状態の安定が図られやすい。

また、上述の遠心分離機１によると、連結保全機構の主要構成要素である回転子３０７は、ロータリンク部よりも鉛直下方側に、または、ロータ体３００の重心よりも鉛直下方側に配置されているので、連結保全機構をロータ体３００の回転半径方向に大きくすることができ、この結果、回転子３０７に作用する遠心力を大きくすることが容易である。仮に、ロータ体３００の回転半径方向に大きい連結保全機構５０を、ロータリンク部よりも鉛直上方側に、あるいは、ロータ体３００の重心よりも鉛直上方側に配置すると、ロータ体３００への容器７０の取り付けあるいはロータ体３００からの容器７０の取り外しの容易性や連結保全機構５０がサンプル収容穴３０２ｂの開口部に近くなることからサンプル収容穴３０２ｂの開口部周りの強度の確保を考慮して、図１３（ａ）に示すように、ロータ体３００がロータ体３００の回転半径方向に大きくなってしまう。ロータ体３００がロータ体３００の回転半径方向に大きくなると、風損の増大やロータ体３００の慣性モーメントの増大を招く。風損や慣性モーメントの増大はモータ２の大出力化を招く。また、風損の増大は空気摩擦による発熱量の増大を招き、図示しない冷却装置の大出力化を招く。このように、ロータ体３００がロータ体３００の回転半径方向に大きくなると、遠心分離機の大型化や製作コストの増大を招いてしまう。反対に、上述の遠心分離機１の連結保全機構５０は、もともとロータ体３００の回転半径方向により大きな寸法を持つロータ体３００の部位（ロータリンク部よりも鉛直下方側の部位、または、ロータ体３００の重心よりも鉛直下方側の部位）に配置可能な構成を持つので、ロータ体３００の回転半径方向の寸法に与える影響が少なく（図１３（ｂ）参照）、遠心分離機１の小型化や製作コストの低減をもたらす。

また、遠心分離機のロータ体は用途に応じて大きさ、形状、単位時間当たりの回転数が異なり、一般的に、高速回転用ロータ体や重くて大きいロータ体はシャフト体への連結がしっかりと保全される必要があるので、連結保全機構はロータ体ごとに設計される望まれる。この点、上述の遠心分離機１によると、連結保全機構の主要構成要素である回転子３０７はロータ体３００に含まれるので、ロータ体３００の用途に応じて適切なロック状態が達成されるようにロータ体３００ごとに回転子３０７の形状、質量、大きさ、数、配置場所を設計できる。例えば、図１４に示すように、ロータ体３００が回転軸線３９０回りに等間隔で複数の回転子３０７を含む構成も許容される。

＜他の好ましい特徴１＞
回転子３０７は支軸３０５回りに回転自在であるため、シャフト体２００をロータ体３００のシャフト体受容部３０１に挿入する際に、回転子３０７の軽腕部３０７ｃの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜けた状態になっている場合がある。このような場合であってもシャフト体２００の挿入が可能な構成を図１５を参照して説明する。

回転子３０７の軽腕部３０７ｃの少なくとも一部がシャフト体２００の凹部２０１ｂに入り込んだ状態で凹部２０１ｂ（具体的には、下側環状傾斜面２０１ｂ３）に対向することとなる軽腕部３０７ｃの鉛直下方側の部位に傾斜面３０７ｅが形成されている（図１１参照）。このため、シャフト体２００をロータ体３００のシャフト体受容部３０１に挿入する際にシャフト体２００が回転子３０７に衝突したとしても、この場合、シャフト体２００の端部２００ａあるいは段差部２０２のテーパー面２０２ａが傾斜面３０７ｅに当るので、支軸３０５回りの軸回転方向に力の作用・反作用が働き、この結果、回転子３０７が回転する。従って、自動的にシャフト体２００と回転子３０７との衝突が解消される。このような構成によると、回転子３０７に遠心力が作用していない状態において内側開口部３０１ｂ３からも外側開口部３０１ｂ５からも通り抜けないように回転子３０７を貫通孔３０１ｂ１に収容するように回転子３０７を保持する弾性部材が不要であり、コスト低減が可能である。

＜他の好ましい特徴２＞
上述のように、ロータ体３００の回転軸線３９０から離れるように回転子３０７の軽腕部３０７ｃが動くと、重腕部３０７ｂの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜ける可能性がある。重腕部３０７ｂの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜けることを防止するための構成を説明する。

シャフト体受容部３０１は、重腕部３０７ｂの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜ける前に回転子３０７と接触し、軽腕部３０７ｃがロータ体３００の回転軸線３９０から離れるような向きの回転子３０７の動きを止める止め具を含む。あるいは、重腕部３０７ｂの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜ける前に回転子３０７と接触し、軽腕部３０７ｃがロータ体３００の回転軸線３９０から離れるような向きの回転子３０７の動きを止める鉛直面がシャフト体受容部３０１に形成されている。遠心分離機１の例では、図１０（ｂ）に示すように後者の構成が採用されており、支軸収容部３０１ｂの貫通孔３０１ｂ１に重腕部３０７ｂと接触可能な鉛直面３０１ｂ８が形成されている。重腕部３０７ｂが鉛直面３０１ｂ８に接触している状態において、内側開口部３０１ｂ３に向かう回転子３０７の面３０７ｇは、内側開口部３０１ｂ３周囲の形状に倣う形状を有する。

このような構成によると、ロータ体３００をシャフト体２００に取り付ける際にシャフト体２００が回転子３０７に接触して回転子３０７の軽腕部３０７ｃが回転軸線３９０から離れるように動いた結果、回転子３０７の重腕部３０７ｂの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜けてロータ体３００とシャフト体２００との取り付けを妨げるということを防止できる。また、ロータ体３００をシャフト体２００から取り外す際にシャフト体２００が回転子３０７に接触して回転子３０７の軽腕部３０７ｃが回転軸線３９０から離れるように動いた結果、回転子３０７の重腕部３０７ｂの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜けてシャフト体２００の凹部２０１ｂに入り込むということを防止できる。

なお、上述の止め具や鉛直面に替えて、＜他の好ましい特徴１＞で説明したように、内側開口部３０１ｂ３を通り抜け得る重腕部３０７ｂの部位であって鉛直下方側の部位に傾斜面を形成することによっても、＜他の好ましい特徴１＞で説明した効果と同様の効果が得られる。しかし、回転子３０７に作用する遠心力は回転子３０７の質量、回転軸線３９０から回転子３０７までの距離、ロータ体３００の角速度によって決まることから、重腕部３０７ｂに傾斜面を形成すると重腕部３０７ｂの質量が軽腕部３０７ｃの質量に対して相対的に低下し、回転子３０７に働くトルクが減少してしまう。連結保全機構を十全ならしめる観点からは、重腕部３０７ｂに傾斜面を形成した構成よりも＜他の好ましい特徴２＞の構成の方が好ましい。

＜他の好ましい特徴３＞
回転子３０７に作用する遠心力は、回転子３０７の質量、回転軸線３９０から回転子３０７までの距離、ロータ体３００の角速度によって決まる。これらの条件次第で不必要に強い遠心力が回転子３０７に作用して軽腕部３０７ｃが凹部２０１ｂに深く入り込むとロック状態を解消し辛くなることがある。不必要に強い遠心力が回転子３０７に作用して軽腕部３０７ｃが凹部２０１ｂに深く入り込むことを防止するための構成を説明する。

シャフト体受容部３０１は、回転子３０７と接触することによって軽腕部３０７ｃの可動範囲を制限する止め具を含む。あるいは、シャフト体受容部３０１に、回転子３０７と接触することによって軽腕部３０７ｃの可動範囲を制限する鉛直面が形成されている。遠心分離機１の例では、図１０，１２に示すように後者の構成が採用されている。つまり、上述のように、支軸収容部３０１ｂの外側開口部３０１ｂ５から第３中空部３０１ａ３を囲む軸受容部３０１ａの内壁面を臨める構成であり、この内壁面がこの鉛直面に相当する。重腕部３０７ｂがこの内壁面に接触すると回転子３０７の軽腕部３０７ｃは凹部２０１ｂに向かって動くことができなくなる。

このような構成によると、回転子３０７の軽腕部３０７ｃが凹部２０１ｂに向かって動くことのできる範囲が制限されるので、不必要に強い遠心力が回転子３０７に作用して軽腕部３０７ｃが凹部２０１ｂに深く入り込むことを防止することができる。また、＜他の好ましい特徴１＞で説明した構成（例：傾斜面３０７ｅ）だけでは支軸３０５回りの軸回転方向に力の作用・反作用が回転子３０７に働くことが難しいほどに回転子３０７の軽腕部３０７ｃの少なくとも一部が内側開口部３０１ｂ３を通り抜けた状態になることを防止できる。よって、ロータ体３００のシャフト体受容部３０１へのシャフト体２００の挿入がいっそう容易になる。

この他、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、シャフト体の構成は上述の構成に限定されず、例えば、複数の部品を連結した構成であってもよい。また、ロータ体の構成は、サンプル収容穴がロータ体に対して固定されている上述の構成に限定されず、例えば、サンプルが入った容器を保持する容器保持具がロータ体の回転によって鉛直面と平行に回転可能な構成であってもよい。

２００シャフト体
２０１ｂ凹部
３００ロータ体
３０１シャフト体受容部
３０５支軸
３０７回転子
３０７ａ軸保持部
３０７ｂ重腕部
３０７ｃ軽腕部
３０７ｄ傾斜面

Claims

鉛直方向に延びる軸心を持つシャフト体と、
上記シャフト体から取り外し可能なロータ体とを含み、
上記シャフト体は、上記シャフト体と上記ロータ体との連結のためのシャフトリンク部を含み、
上記ロータ体は、上記シャフト体と上記ロータ体との連結のためのロータリンク部を含み、
上記シャフトリンク部と上記ロータリンク部との連結によって上記シャフト体が上記ロータ体の鉛直方向に沿った動きを妨げないように上記ロータ体を支持するとともに、上記軸心を回転軸線とする上記シャフト体の回転中に、上記シャフトリンク部と上記ロータリンク部とが上記シャフト体の軸回転方向に力の作用・反作用が働くように接触することで上記シャフト体の回転運動が上記ロータ体に伝達されるように、上記シャフトリンク部と上記ロータリンク部のそれぞれが構成されており、
上記ロータ体の回転軸線が、上記シャフト体の回転軸線に一致する
遠心分離機であって、
上記ロータ体は、
上記シャフト体が挿入されるシャフト体受容部と、
上記ロータ体の回転軸線と平行な軸心を持つ支軸と、
上記支軸が挿入される軸保持部を持ち上記支軸回りに回転可能な回転子とを含んでおり、
上記回転子の重心は、上記軸保持部と異なる位置にあり、
上記回転子は、上記軸保持部に関して上記重心が位置する側の重腕部と上記重心と反対側の軽腕部とを含み、
上記支軸は、上記シャフト体受容部に上記シャフト体が挿入された状態で上記シャフト体に対向することとなる上記シャフト体受容部の部位に開口部を有する空間内部に固定されており、
上記シャフト体受容部に上記シャフト体が挿入された状態で上記開口部に対向することとなる上記シャフト体の部位に凹部が形成されており、
上記回転中に、上記回転子の上記重腕部が上記ロータ体の回転軸線から離れるように動いて上記回転子の上記軽腕部の少なくとも一部が上記シャフト体の上記凹部に入り込み、
上記回転子の上記軽腕部の少なくとも一部が上記シャフト体の上記凹部に入り込んだ状態で互いに対向することとなる、上記凹部の鉛直上方側の部位および上記軽腕部の鉛直上方側の部位の少なくとも一方に第１傾斜面が形成されている
ことを特徴とする遠心分離機。
請求項１に記載の遠心分離機であって、
上記回転子は、
上記ロータリンク部よりも鉛直下方側に、または、上記ロータ体の重心よりも鉛直下方側に配置されている
ことを特徴とする遠心分離機。
請求項１または請求項２に記載の遠心分離機であって、
上記回転子の上記軽腕部の少なくとも一部が上記シャフト体の上記凹部に入り込んだ状態で上記凹部に対向することとなる上記軽腕部の鉛直下方側の部位に第２傾斜面が形成されている
ことを特徴とする遠心分離機。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の遠心分離機であって、
上記シャフト体受容部が、上記回転子と接触することによって上記重腕部の少なくとも一部が上記開口部を通り抜けることを妨げる第１止め具を含む、
または、
上記シャフト体受容部に、上記回転子と接触することによって上記重腕部の少なくとも一部が上記開口部を通り抜けることを妨げる第１鉛直面が形成されている
ことを特徴とする遠心分離機。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の遠心分離機であって、
上記シャフト体受容部が、上記回転子と接触することによって上記軽腕部の可動範囲を制限する第２止め具を含む、
または、
上記シャフト体受容部に、上記回転子と接触することによって上記軽腕部の可動範囲を制限する第２鉛直面が形成されている
ことを特徴とする遠心分離機。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の遠心分離機であって、
上記開口部に向かう上記回転子の面は、上記開口部周囲の形状に倣う形状を有する
ことを特徴とする遠心分離機。
請求項１から請求項６のいずれかに記載の遠心分離機であって、
上記第１傾斜面は３０度以上６０度以下の勾配を持つ
ことを特徴とする遠心分離機。
鉛直方向に延びる軸心を回転軸線として回転可能なシャフト体を備えた遠心分離機に用いられ、当該シャフト体に連結されて上記シャフト体と共に回転可能なロータ体であって、
上記シャフト体が挿入されるシャフト体受容部と、
上記ロータ体の回転軸線と平行な軸心を持つ支軸と、
上記支軸が挿入される軸保持部を持ち上記支軸回りに回転可能な回転子とを含んでおり、
上記回転子の重心は、上記軸保持部と異なる位置にあり、
上記回転子は、上記軸保持部に関して上記重心が位置する側の重腕部と上記重心と反対側の軽腕部とを含み、
上記支軸は、上記シャフト体受容部に上記シャフト体が挿入された状態で上記シャフト体に対向することとなる上記シャフト体受容部の部位に開口部を有する空間内部に固定されており、
上記ロータ体の回転中に、上記回転子の上記重腕部が上記ロータ体の回転軸線から離れるように動いて上記回転子の上記軽腕部の少なくとも一部が上記開口部を通り抜ける
ロータ体。
請求項８に記載のロータ体であって、
上記軽腕部の鉛直上方側の部位に傾斜面が形成されている
ことを特徴とするロータ体。
請求項８または請求項９に記載のロータ体であって、
上記ロータ体は、上記シャフト体が上記ロータ体の鉛直方向に沿った動きを妨げないように上記ロータ体を支持する上記連結のためのロータリンク部を含み、
上記回転子は、上記ロータリンク部よりも鉛直下方側に、または、上記ロータ体の重心よりも鉛直下方側に配置されている
ことを特徴とするロータ体。