JP6260699B2 - 遠心機 - Google Patents

Description

本発明は、試料が装着されたロータを回転させる遠心機（遠心分離機）に関する。

高速回転時の遠心力によって試料（例えば培養液、血液等）を密度の異なる物質毎に分離、あるいは試料の精製や分析をするために、遠心機（遠心分離機）が用いられている。遠心機においては、試料が封入されたチューブが高速で回転する金属製のロータに装着され、ロータが例えば２００００ｒｐｍ程度の高速で回転する。ロータの種類は、試料や分離の目的及び分離する試料容量によって様々である。例えば、チューブを回転軸から傾斜させた状態でこれらの間の角度を一定とした状態でロータに固定するアングルロータや、チューブが装填されたバケットが回転に伴って揺動し、遠心中は水平状態が維持されるスイングロータ等が用いられる。また、少量の試料に対して特に高加速度を印加できる構成や、逆に大容量の試料に比較的低い加速度を印加できるような構成のロータが適宜選択される。このため、単一の遠心機においては複数の種類のロータが選択されて使用され、その交換作業が容易に行われるような構成とされ、ロータが収容されるロータ室の上側には大きな開口部が設けられ、この開口部がドアで開閉可能な構造とされる。

また、遠心分離処理を行う際の温度を精密に制御することが好ましい。この場合には、ロータ室の周囲には冷凍配管が設けられ、ロータ室の温度を制御するために、冷媒がこの内部を通過する構成とされる。温度制御を精密に行うためには、ロータ室内の雰囲気を外部と隔離することが必要であるため、ロータ室を封止する必要がある。このため、開口部を封止するドアは、開口部の封止が確実に行うことができると共に、その開閉動作が容易に行われるような構成とされる。

また、一般の遠心機においては、ＩＥＣ規格（６１０１０−２−０２０）に記載される最大想定事故に対する安全対策も施されている。

図３は、こうした遠心機２００の構成を示す断面図である。図３において、ロータ２０１は、上側が開口した鉢状のボウル２０２内でモータ２０３によって回転する構成とされる。ボウル２０２の外側は冷凍配管２０４で巻回された状態で更に断熱層２０５で囲まれる。冷凍配管２０４中に冷媒を流すことで、遠心分離処理時におけるボウル２０２及びその内部のロータ２０１の温度を制御することができる。

また、ボウル２０２の上側は開閉動作が可能なドア２０６で封止され、ロータ２０１はボウル２０２内のロータ室２２０中に封止される。上記の構造は、金属製の箱形のフレーム２０７中に収められる。フレーム２０７は、ロータ２０１（モータ２０３）の回転軸２０３Ａから見て最も外側となるフレーム側壁部２０７Ａと、水平な面状とされた仕切板２０７Ｂとが溶接されて一体化されて構成される。モータ２０３は仕切板２０７Ｂから上側に突出するように設置され、ボウル２０２、断熱層２０５等は仕切板２０７Ｂの上側においてフレーム側壁部２０７Ａに囲まれるように設置される。ボウル２０２の上部側にはテーブル２０８が設けられ、テーブル２０８とボウル２０２の間、テーブル２０８とドア２０６の間はパッキン２０９が介され、これらの間が封止される。また、ボウル２０２の下部においては、回転軸２０３Ａとボウル２０２との間はシールラバー２１０で封止される。

上記の構成においては、温度制御の高精度化のために、ロータ２０１の周囲のボウル２０２は薄く、断熱層２０５は厚いが機械的強度の低い材料で形成されるため、ボウル２０２、断熱層２０５の機械的強度は低い。このため、上記の構成においては、フレーム２０７（フレーム側壁部２０７Ａ）と断熱層２０５との間には、厚い鋼板で構成された円筒形状のプロテクタ２１１が設けられている。円筒形状のプロテクタ２１１の中心軸は回転軸２０３Ａとほぼ等しくされる。プロテクタ２１１は、前記のようなロータ２０１の破損の際に、そのエネルギーを吸収し、遠心機２００全体の変形や破損を抑制し、ロータ２０１の破片の遠心機２００の外部への飛散を抑制するために設けられる。特に、ロータ２０１の破損に際しては、遠心力によって破片は回転軸２０３Ａから見て径方向の外側に高速で飛散する。例えばロータ２０１が破壊されて２分割した場合には、破片は回転軸２０３Ａの回りの相対する２方向に分かれて飛散する場合が多い。この場合には、その水平面内における断面形状が円形であったプロテクタ２１１は、断面形状がこの２方向を長径方向とする楕円形になるように変形することもある。

図４は、ここで用いられるプロテクタ２１１の斜視図である。上記のとおり、プロテクタ２１１は、回転軸２０３Ａの延伸する方向（鉛直方向）から水平方向外側に向かって飛散する破片による衝撃に対する耐性をもつ必要がある。このため、通常は、プロテクタ２１１は、回転軸２０３Ａを中心軸とした単純な円筒形状とされ、プロテクタ２１１は、その内側の断熱層２０５との間の隙間が狭く、かつその外側のフレーム側壁部２０７Ａとの間隔も狭くなるような大きさ、厚さで構成される。断熱層２０５の外径は、要求される温度制御の性能に応じて設定される。ロータ２０１の回転エネルギーの小さな遠心機２００においては、プロテクタ２１１は、２〜３ｍｍ程度の厚さの板金をロール加工することによって製造される場合が多い。このようなプロテクタ２１１であってもロータの回転エネルギーを十分に受け止めることができるように作られている。

一方、回転エネルギーの大きな遠心機２００においては、これよりもプロテクタ２１０の肉厚を大きくすることが必要となるため、ロール加工で製造されたものを用いることが困難である。この場合においても、遠心機２００自身を安価とするためには、規格品の鋼材を用いて容易にプロテクタ２１１の製造ができるように構成する必要がある。このため、この場合には、プロテクタ２１１は、肉厚の大きな規格品の鋼管を用いて形成される場合が多い。こうした場合には、その肉厚や外径は規格品の規格で定まり、その設定の自由度は少ない。このため、単純な円筒形状のプロテクタ２１１を用いて安全面を確保するためには、所望の厚さ、大きさの鋼管よりも大きめの鋼管が選択されて使用される場合が多い。例えば、ロータ２０１の温度制御を精密に行うためには、その外部からの断熱が重要となるために、断熱層２０５を径方向において充分厚くする必要があるために、断熱層２０５の外径は大きくなる。この場合、鋼管の内径はこれに応じて大きいものを選択することが必要となるが、この場合には、鋼管の厚さあるいは外径が大きなものしか規格品が存在せず、その選択の自由度は低くなる。このため、必要以上に厚い、あるいは外径の大きな鋼管を用いることが必要となる場合が多い。

また、単にプロテクタの大きさや厚さを調整するだけでなく、その構造によってプロテクタの変形を抑制する技術もある。特許文献２には、プロテクタの形状自身は単純な円筒形状とするが、プロテクタを硬軟の２種類の材料による２層構造とすることによって、衝撃を吸収し、かつプロテクタ全体の変形を抑制する技術が記載されている。また、特許文献３には、鋼管と補強繊維とを組み合わせて構成したプロテクタを用いて、同様にプロテクタ全体の変形を抑制する技術が記載されている。これらの技術においては、プロテクタを大型化することなく、遠心機の軽量化・小型化が図れる。

特開２００５−３４９２６０号公報 特開昭５０−５６９８８号公報 実開昭６２−９１０３２号公報 特開２００５−３０５４００号公報

単にプロテクタの肉厚を大きく、大型とした場合には、プロテクタ自身が大型となるだけでなく、この外側に設けるフレームも大型化する必要がある。このために、遠心機全体が大型となり、遠心機の搬入や運搬が困難となる場合があった。また、遠心機全体の重量も増加した。

また、プロテクタを大きくする必要のない特許文献２、３に記載の技術では、プロテクタの構造が複雑となるために、単純な規格品の鋼管を用いる場合と比べて、その製造コストが大幅に高くなった。このため、遠心機全体を安価とすることが困難であった。

このため、衝撃時の変形が抑制され、かつ軽量、安価なプロテクタが用いられた遠心機を得ることは困難であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記の問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の遠心機は、回転軸の回りで回転するロータが収容されたロータ室が、開閉動作が可能なドアによって前記回転軸方向の一方の側から封止され、前記ロータ室を前記回転軸の回りで囲むプロテクタを具備する遠心機であって、前記プロテクタは、前記ロータ室を囲む筒状の側壁部と、前記側壁部と別体として形成され前記側壁部の内面と内側から嵌合する外周面を具備し前記回転軸と交差する板状とされ前記ロータ室の下側に位置する板部と、を具備することを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記プロテクタにおいて、前記内面は円筒形状であることを特徴とすることを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記ロータ室と前記プロテクタとの間には断熱層が設けられていることを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記板部は、前記回転軸と交差する表面を具備し前記ロータ室の下側に設けられた仕切板における前記表面の上に載置されたことを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記板部は前記仕切板に固定具を用いて固定されたことを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記プロテクタに一定以上の回転トルクが加わると前記固定具による固定が解除される構成とされたことを特徴とする。

本発明は以上のように構成されているので、衝撃時の変形が抑制され、かつ軽量、安価なプロテクタが用いられた遠心機を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る遠心機の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る遠心機において用いられるプロテクタの斜視図である。 従来の遠心機の構成を示す断面図である。 従来の遠心機において用いられるプロテクタの斜視図である。

本発明の実施の形態に係る遠心機（遠心分離機）について説明する。この遠心機においては、図３の構成と同様に、ロータ室を囲みロータの破損時にそのエネルギーを吸収するプロテクタが用いられる。ここで、このプロテクタは、その変形が抑制され、かつ軽量、安価とすることができる。

図１は、この遠心機１の構成を示す断面図であり、図３に対応する。ここで、ロータ１０、ボウル１１、モータ１２、回転軸１２Ａ、冷凍配管１３、断熱層１４、ドア１５、フレーム１６（フレーム側壁部１６Ａ、仕切板１６Ｂ）、テーブル１７、パッキン１８、シールラバー１９については、前記の遠心機２００（図３）と同様に用いられる。ロータ１０がロータ室２０中に設けられることも同様である。

この遠心機１においても、ロータ室２０を囲むようにロータ１０が回転中に破損した場合においてもその破片の外部への飛散を抑制するためのプロテクタ３０が用いられる。この遠心機１においては、このプロテクタ３０の構造に特徴を有する。図２は、このプロテクタ３０の構成を示す斜視図である。

このプロテクタ３０は、前記のプロテクタ２１１と同様の円筒形状である側壁部３０Ａと、側壁部３０Ａの下端側の内面を内側から支持する円環形状の底板部（板部）３０Ｂとの２つの部材で構成される。図１に示されるように、底板部３０Ｂは、フレーム１６（仕切板１６Ｂ）上に設置され、その中央部に設けられた底板部開口３０Ｃから回転軸１２Ａを含むモータ１２の上部が上側に突出する。側壁部３０Ａは、仕切板１６Ｂ上で断熱層１４及び底板部３０Ｂを囲む形態とされる。断熱層１４の外周と側壁部３０Ａの内面とは接する必要はないが、側壁部３０Ａの下側の内面は底板部３０Ｂと接し、底板部３０Ｂによって支持される。側壁部３０Ａと底板部３０Ｂは、共に機械的強度の高い鋼板で構成される。また、側壁部３０Ａと底板部３０Ｂは異なる材質で構成されていてもよく、例えば、底板部３０Ｂをアルミ合金やチタン合金構成することができる。この場合、鋼材で構成された場合と比べ、底板部３０Ｂの厚みが増えても底板部３０Ｂを軽量とすることができ、遠心機の軽量化をすることができ、かつ組立性も向上する。

図１の構成の遠心機１を組み立てる際には、まず、モータ１２が設置された仕切板１６Ｂの上に、底板部３０Ｂを設置し。底板部３０Ｂの上に断熱層１４、ボウル１１等を設置した上で、側壁部３０Ａが設置される。このため、側壁部３０Ａの内径は断熱層１４の外径よりも僅かに大きく設定される。

前記の通り、ロータ１０が回転時に破損した場合には、プロテクタ３０（側壁部３０Ａ）の水平面内での断面形状が円形から楕円形に変形するが、これに対して、上記のプロテクタ３０においては、底板部３０Ｂが側壁部３０Ａの内面を支持するために、この変形が抑制される。特に、側壁部３０Ａが楕円形状に変形するような力が働いた場合には、底板部３０Ｂが存在するために、その短径方向の変形が抑制され、これによってその長径方向の変形も抑制される。このため、側壁部３０Ａにおけるこの変形に対する耐性を図４に示された従来のプロテクタ２１１と同等とする場合には、側壁部３０Ａをより薄い材料で構成することができる。このため、プロテクタ３０の外径を小さくすることができる。これにより、底板部３０Ｂが用いられているにも関わらず、プロテクタ３０全体を軽量とすることもできる。また、側壁部３０Ａは従来のプロテクタ２１０と同様に鋼管を用いて容易に製造することができ、底板部３０Ｂは鋼板を用いて容易に製造することができる。このため、上記のプロテクタ３０を安価に製造することができる。この際、側壁部３０Ａの厚さと底板部３０Ｂの厚さは、それぞれ適宜設定することができる。

また、図１の構成において、固定具（ボルト等）を用いて、底板部３０Ｂを仕切板１６Ｂに安定して固定することができる。一方、側壁部３０Ａは、その下端部を底板部３０Ｂに嵌合させることによって、図１の構成とすることができる。ロータ１０が回転時に破損した場合には、側壁部３０Ａ（プロテクタ３０）には、前記の通り、その径方向に大きな力が働くが、同時に、ロータ１０の回転方向に沿った大きなトルクも働く。この場合において、側壁部３０Ａの円筒形状の内面を円形の底板部３０Ｂの外面と嵌合させた上記の構成においては、側壁部３０Ａが回転することによって、この衝撃を緩和させることができる。

このため、大きな回転トルクが加わった場合には、底板部３０Ｂも仕切板１６Ｂに対して回転する構成とすることが更に好ましい。このためには、固定具の強度を調整し、遠心機の組み立て時や運搬時には底板部３０Ｂが安定して仕切板１６Ｂ上に固定されるが、大きなトルクが働いた場合には固定具が破損してこれによる固定が解除され、底板部３０Ｂが回転する構成とすることができる。固定具を樹脂材料等の低強度の材料で構成することによって、こうした構成は可能である。固定具が破損しても、この場合にはボウル１１や断熱層１４等、大部分の部品も破損しており、その後でこれらを交換する作業が必要となるため、このために新たな作業を行う必要はない。

また、側壁部３０Ａと底板部３０Ｂとが一体化されたプロテクタを用いることもできる。こうしたプロテクタは、底板部３０Ｂを側壁部３０Ａに溶接する、あるいは側壁部３０Ａと底板部３０Ｂとが一体成形することによって得られる。この場合には、プロテクタの機械的強度を更に高めることができる。この場合において図１の構成の遠心機１を製造する際には、仕切板１６Ｂにプロテクタ３０を設置してから、その内側に断熱層１４、ボウル１１等を設置する。あるいは、断熱層１４、ボウル１１等が一体化された構造としてもよい。この場合においても、固定具を用いて底板部（プロテクタ）を仕切板１６Ｂに固定できること、固定具の機械的強度の設定によって衝撃時にプロテクタを回転させ衝撃を緩和することができることについては、上記と同様である。

なお、上記の構成において、側壁部は厳密な円筒形状である必要はなく、これに応じて底板部の形状も設定することができる。また、特に側壁部と底板部とが別体とされた場合においては、底板部の外周と側壁部の内周が全周にわたり接している必要はなく、側壁部の変形が抑制される限りにおいて、少なくとも複数箇所でこれらが接していればよい。ただし、円筒形状の側壁部３０Ａとこれに内接する円板（円環）形状の底板部３０Ｂは特にその製造が容易であり、かつこれによって側壁部３０Ａ（プロテクタ３０）の変形が抑制されるために、特に好ましい。

なお、上記の構成は、ロータを大気中で回転させるタイプの遠心機であったが、真空ポンプを使って減圧されたロータ室でロータを回転させるタイプの遠心機においても、上記の構成が有効であることは明らかである。

１、２００…遠心機（遠心分離機）、１０、２０１…ロータ、１１、２０２…ボウル、１２、２０３…モータ、１２Ａ、２０３Ａ…回転軸、１３、２０４…冷凍配管、１４、２０５…断熱層、１５、２０６…ドア、１６、２０７…フレーム、１６Ａ、２０７Ａ…フレーム側壁部（フレーム）、１６Ｂ、２０７Ｂ…仕切板（フレーム）、１７、２０８…テーブル、１８、２０９…パッキン、１９、２１０…シールラバー、２０、２２０…ロータ室、３０、２１１…プロテクタ、３０Ａ…側壁部（プロテクタ）、３０Ｂ…底板部（板部：プロテクタ）、３０Ｃ…底板部開口

Claims (6)

1. 回転軸の回りで回転するロータが収容されたロータ室が、開閉動作が可能なドアによって前記回転軸方向の一方の側から封止され、前記ロータ室を前記回転軸の回りで囲むプロテクタを具備する遠心機であって、
   前記プロテクタは、前記ロータ室を囲む筒状の側壁部と、前記側壁部と別体として形成され前記側壁部の内面と内側から嵌合する外周面を具備し前記回転軸と交差する板状とされ前記ロータ室の下側に位置する板部と、を具備することを特徴とする遠心機。
2. 前記プロテクタにおいて、前記内面は円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
3. 前記ロータ室と前記プロテクタとの間には断熱層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。
4. 前記板部は、前記回転軸と交差する表面を具備し前記ロータ室の下側に設けられた仕切板における前記表面の上に載置されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の遠心機。
5. 前記板部は前記仕切板に固定具を用いて固定されたことを特徴とする請求項４に記載の遠心機。
6. 前記プロテクタに一定以上の回転トルクが加わると前記固定具による固定が解除される構成とされたことを特徴とする請求項５に記載の遠心機。

Images