JP6379682B2 - 遠心機 - Google Patents

Description

本発明は、液体試料を連続的に流して遠心分離処理する遠心機（遠心分離機）の構造に関する。

高速回転時の遠心力によって密度の異なる物質を分離あるいは分析するために、遠心機（遠心分離機）が用いられている。遠心機においては、ロータを回転させるモータの回転速度（回転数：ｒｐｍ）が定められ、ロータに試料が導入された状態で、ある定められた時間だけこの回転数でロータが回転し、この間に試料には強い遠心力が加わる。この際の加速度（遠心加速度）は、重力加速度Ｇを単位として数万Ｇ以上となる場合もあり、この場合には、特にロータの回転速度を高速とするため、ロータは、真空排気されたロータ室に設けられる場合が多い。遠心分離処理後には、試料は密度に応じて分離される。

こうした遠心機を用いて、例えばワクチン等を製造することができる。この場合には、ワクチンの原料となる試料が遠心分離処理され、密度に応じて分離された後に所望の密度に対応した部分が選択的に抽出され、ワクチンとして使用される。分析のために用いられる遠心機とは異なり、こうした目的で使用される遠心機は、回転するロータ中に試料が連続的に注入されることによって多量の試料を扱うことができ、処理後に所望の量のワクチンが得られるような構成とされる。この処理を繰り返すことにより、更に大量のワクチンを製造することができる。

こうした遠心機の構成は、例えば特許文献１に記載されている。図９は、こうした遠心機（連続遠心分離機）２００全体の構成を示す斜視図である。この遠心機２００においては、実際に試料に対して遠心分離処理が行われる分離ユニット２１０と、この遠心機２００全体の制御を行う制御ユニット２５０とが用いられる。両者は、配管や電源ケーブル等で構成された配管群２５１で接続されている。分離ユニット２１０においては、試料を内部に保持するロータ２３０が、円筒形状のチャンバ２１１内で駆動部２１２によって回転する構成とされる。チャンバ２１１はベース２１３上に固定され、ベース２１３に固定されたリフタ２１４を用いてロータ２３０及び駆動部２１２は上下方向と前後方向で移動可能とされる。このため、ロータ２３０のチャンバ２１１への収容、あるいはロータ２３０のチャンバ２１１からの取り出しは、リフタ２１４を操作することによって行われる。図９は、ロータ２３０をチャンバ２１１から取り出した状態を示しており、この状態は、処理の準備中の状態に対応している。分離ユニット２１０は、回転中にもロータ２３０中に試料が連続的に供給できるような構成とされる。ロータ２３０の上部には中空のアッパシャフト２１５が、下部には中空のロアシャフト２１６がそれぞれ固定され、試料はアッパシャフト２１５、ロアシャフト２１６を介してロータ２３０中を流れる。アッパシャフト２１５は、駆動部２１２がロータ２３０を回転させる回転軸にもなっている。この回転軸は鉛直方向に沿った形態とされ、ロータ２３０をチャンバ２１１に収容し、遠心分離処理が行われる。

図１０は、ロータ２３０がチャンバ２１１に収容された際の形態を示す断面図であり、回転軸に沿った鉛直方向の断面を示している。この状態は、図９とは異なり、遠心分離処理時の形態に対応している。この状態では、ロータ２３０が収容された状態で、駆動部２１２に固定されたアッパプレート２１７によってチャンバの上側が封止される。これにより、チャンバ２１１内には遠心室２１１Ａが形成され、遠心室２１１Ａでロータ２３０が回転する。チャンバ２１１の内側には、仮にロータ２３０が高速で回転中に破損した場合にチャンバ２１１よりも外側にその被害が及ぶことを抑制するために、チャンバ２１１と同心の円筒形状とされた厚く強固なプロテクタ２１８が設置される。また、プロテクタ２１８の内側には、ロータ２３０の温度を制御するための冷媒が流れるエバポレータ２１９が設置され、これによって遠心分離処理時において、遠心室２１１Ａ内のロータ２３０の温度を制御、あるいはロータ２３０を冷却することができる。

図１０において、上側でアッパシャフト２１５は駆動部２１２に装着され、中空のアッパシャフト２１５の内部は上側に設けられた上部配管接続部２２０と接続される。アッパシャフト２１５は駆動部２１２内に設けられた軸受（図示せず）で回転自在に支持される。駆動部２１２の上側に上部シール部２２１が設けられ、上部配管接続部２２０及びアッパシャフト２１５の内部は外部から封止される。同様に、下側においては、中空のロアシャフト２１６の内部は下部配管接続部２２２と接続され、ベース２１３に固定された下部シール部２２３によって、下部配管接続部２２２及びロアシャフト２１６の内部は封止される。ロアシャフト２１６は、下部シール部２２３内に設けられた軸受（図示せず）で回転自在に支持される。

図１１、１２は、それぞれ上部シール部２２１付近、下部シール部２２３付近の構造を示す断面図である。図１１においては、アッパシャフト２１５の上端にはシャフトヘッド２２４Ａが固定される。シャフトヘッド２２４Ａは、外側から上部シール部２２１に固定されたリップシール２２５Ａで回転自在に支持され、リップシール２２５Ａによって潤滑油が上側からロータ２３０側に漏れることが抑制される。一方、上部配管接続部２２０は接続ブロック２２６Ａに固定され、上部配管接続部２２０の内部は、下側のシールホルダ２２７Ａの内部と接続される。接続ブロック２２６Ａは上部シール部２２１に固定され、この際、シャフトヘッド２２４Ａの上端部とシールホルダ２２７Ａの間はメカニカルシール２２８Ａで封止される。これによって、上部配管接続部２２０及びアッパシャフト２１５の内部が封止され、かつ上部配管接続部２２０を固定させた状態でアッパシャフト２１５を円滑に回転させることができる。

図１２の構成は、図１１の構成を上下反転させたものに対応する。すなわち、図１２におけるロアシャフト２１６、シャフトヘッド２２４Ｂ、リップシール２２５Ｂ、下部配管接続部２２２、接続ブロック２２６Ｂ、シールホルダ２２７Ｂ、下部シール部２２３、メカニカルシール２２８Ｂの関係は、それぞれ図１１におけるアッパシャフト２１５、シャフトヘッド２２４Ａ、リップシール２２５Ａ、上部配管接続部２２０、接続ブロック２２６Ａ、シールホルダ２２７Ａ、上部シール部２２１、メカニカルシール２２８Ａの関係を上下方向で反転させたものとなっている。このため、上記と同様に、下部配管接続部２２２及び中空のロアシャフト２１６の内部が封止され、かつ下部配管接続部２２２を固定させた状態でロアシャフト２１６を円滑に回転させることができる。上部配管接続部２２０、下部配管接続部２２２には試料を通過させる管を装着することができる。

すなわち、図１１、１２に示された構成によって、アッパシャフト２１５、ロアシャフト２１６及びこれらに接続されたロータ２３０を回転させた状態で、アッパシャフト２１５、ロアシャフト２１６の内部に連続的に試料を流すことができる。このため、上部配管接続部２２０、下部配管接続部２２２に外部から試料供給用の管を装着すれば、一方からロータ２３０内に試料を供給し、他方から試料やロータ２３０内の空気を排出することができる。通常は、鉛直方向下側にある下部配管接続部２２２が試料を供給する側とされる。

特許文献１に記載の遠心機においては、ロータ２３０は、３５０００〜４００００ｒｐｍの高速で回転する。このため、遠心室２１１Ａは、真空排気系（図示せず）で排気され、減圧される。

図１３は、ロータ２３０の回転軸（中心軸）に沿った断面図である。ロータ２３０は、円筒形状のロータボディ２３１の上部が蓋状の上部ロータカバー２３２で、下部が蓋状の下部ロータカバー２３３でそれぞれ封止される。ロータボディ２３０の内部における中心軸付近には、コア２４０が固定される。ロータボディ２３１は強度の高い金属で形成され、コア２４０は強度の高い金属、または十分な強度を持った樹脂材料で形成される。コア２４０はロータボディ２３１と係合するように組み合わされるため、遠心分離処理時にはこれらは一体となって回転する。試料は、コア２４０とロータボディ２３１との間の空隙に溜められる。大量の試料に対して遠心分離処理を効率的に行うために、コア２４０の形状としては、様々なものが用いられている。

図１４は、ロータ２３０の回転軸に垂直な断面形状の２種類の例を示す。ここでは、円筒形のロータボディ２３１の内部に、柱状(円柱形状)のコア本体２４１とその外周に放射状に複数設けられたフィン２４２とが一体化されたコア２４０が用いられている。また、ここで示されたＨは、図１４におけるフィン２４２の高さ（コア本体２４１表面からフィン２４２の先端までの寸法）であり、この構成ではこれはコア本体２４１表面からロータボディ２３１の内面の間隔と等しい。ここで処理対象となる液体の試料においては、高速回転時に内部で乱流（渦）が発生しやすくなり、この場合には、分離の精度が低下する。こうした乱流の発生は、ロータ２３０内部の空間を細かく区分けすることによって抑制することができる。ただし、遠心分離処理を行うためには、この空間をロータ２３０における径方向において区分をすることは好ましくない。このため、フィン２４２は図１４において放射状に（径方向に沿って）複数設けられる。ロータ２３０内において試料が溜められ、分離処理が行われる分離空間Ｓは、コア本体２４１の表面、ロータボディ２３１の内面、フィン２４２の側面で仕切られた空間となり、複数のフィン２４２によって、分離空間Ｓが円周方向で複数分割されて形成される。

図１４（ａ）においては分離空間Ｓを径方向で狭くすると共にＨを小さくし、図１４（ｂ）においては分離空間Ｓを径方向で広くすると共にＨを大きく設定している。前者においては乱流をより抑制できるが、分離空間Ｓは狭くなるために、１回の処理で扱える試料の総量は少なくなる。後者においては、１回の処理で扱える試料の総量を多くすることができるが、乱流抑制の効果は比較的小さくなる。このため、コア２４０の形状は、処理対象の試料に応じて適宜設定することができる。このため、図１３に示された構造において、ロータボディ２３１、上部ロータカバー２３２、下部ロータカバー２３３、コア２４０は容易に分解可能とされ、複数種類のコア２４０が適宜選択されて用いられる。また、遠心分離処理が終了した後で、これらを分解清掃することも容易に行われる。

また、前記のように試料において乱流を抑制するためには、フィン２４２は、ロータ２３０内における回転軸（中心軸）方向の全域にわたり存在することが好ましい。また、最も強い遠心力が印加されるロータボディ２３１の内面付近においてもフィン２４２が存在するようにする必要がある。このため、図１４に示されるように、フィン２４２の最も外側の端部（最外端）とロータボディ２３１と内面とは接することが好ましいが、これらが厳密には接さずに僅かな隙間が設けられることが、組み立てを容易とするためには好ましい。この僅かな隙間によってロータボディ２３１にコア２４０をセットする際に容易に挿入することができる。ただしこの隙間はロータをセットする際に作業者が手で挿入することができる程度であればよい。

特開２００４−３２２０５４号公報

特許文献１に記載の遠心機のように、高速でロータ２３０を回転させる場合においては、停止中にフィン２４２の最外端とロータボディ２３１の内面とが接していた場合でも、外側にあるロータボディ２３１にはフィン２４２よりも強い遠心力が働き、ロータボディ２３１が膨らむため、回転中にフィン２４２の最外端とロータボディ２３１の内面とが離間する場合がある。上記のとおり停止時にこれらの間に僅かな隙間がある場合には、この隙間は更に広がる。また、図１４に示されるように、試料に金属等の高密度の粒子が含まれた場合には、これらは遠心力でロータボディ２３１の内面に沈殿物Ｐとして堆積する。沈殿物Ｐは、フィン２４２の最外端とロータボディ２３１の内面との間の隙間にも堆積する。

この状態でロータ２３０の回転を停止させ、遠心分離処理を終了させた場合には、ロータボディ２３１は収縮し、沈殿物Ｐがこれらの間に挟まれた状態でフィン２４２の最外端とロータボディ２３１の内面とが再び接する、あるいは近接する。この場合、沈殿物Ｐに起因して、フィン２４２（コア２４０）とロータボディ２３１とが固着することがあった。特に、前記の通り、フィン２４２がロータ２４０において回転軸に沿った方向の全域にわたり形成されている場合には、全域にわたりこの固着が発生するため、その後でロータボディ２１３とコア２４０とを分離することが困難となる場合があった。

この場合には、ロータ２３０を分解する際には、強い力を加えてこの固着部分を機械的に剥がす、あるいは固着部分を化学的に溶解する等の作業が必要となり、生産性の悪化が生じた。また、ロータ２３０を分解する際に、ロータボディ２１３やコア２４０を破損、劣化させ、再使用が困難となるという問題も生じた。

このように、連続式の遠心機において、ロータボディとコアとの間の固着を抑制す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、柱状のコア本体の径方向に突出して中心軸方向に延在し、前記中心軸に垂直な断面形状が前記コア本体から放射状に突出するように形成された複数のフィンが前記コア本体と一体化された構成を具備するコアと、前記コアを前記中心軸の回りで囲む円筒形状の内面を具備するロータボディと、が組み合わされて固定され、前記中心軸の両端側の間で前記ロータボディ内に試料が流される構成とされたロータが、前記中心軸の回りで回転する設定とされた遠心機であって、前記試料は前記コアの前記中心軸に沿った一端側から前記ロータに注入され、前記フィンは、前記中心軸に沿った方向において前記一端側と逆の他端側に設けられた第１の領域と前記コアの前記一端側に設けられた第２の領域を有し、前記第２の領域における前記フィンの前記径方向の高さは、前記第１の領域における前記フィンの前記高さより低くされ、前記フィンは、前記第２の領域において、前記他端側から前記一端側に向かって、前記ロータボディの前記内面と前記フィンとの間の隙間が拡張するように、前記中心軸から見た外径が小さくなるようなテーパ形状とされたことを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記第２の領域における前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面との間の間隔の最大値は、前記コア本体の表面と前記ロータボディの前記内面の間隔の１／２以下であることを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記ロータの前記中心軸が鉛直方向とされ、前記一端側は下側、前記他端側は上側とされたことを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記第１の領域において、前記ロータの回転時には、前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面との間に前記試料が入る空隙が形成されることを特徴とする
本発明の遠心機は、前記第１の領域において、前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面とが直接接する構成とされたことを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記中心軸に沿った前記第２の領域の長さは、前記中心軸に沿った前記第１の領域の長さの２倍以下であることを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記ロータボディの前記内面と前記コアとの間に可撓性の沈殿物回収シートが挿入され、前記第１の領域において、前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面の間に前記沈殿物回収シートが挿入されたことを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記沈殿物回収シートと前記ロータボディの前記内面との間の摩擦係数が、前記フィンと前記ロータボディの前記内面との間の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記ロータはチャンバ内において減圧雰囲気中で回転す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、連続式の遠心機において、ロータボディとコアとの間の固着を抑制することができる。

本発明の実施の形態となる遠心機において用いられるロータの断面図である。 本発明の実施の形態となる遠心機において用いられるロータのコア（ａ）と従来のコア（ｂ）を比較した側面図である。 従来の遠心機におけるロータボディ内面付近の遠心分離処理中（ａ）、処理終了後（ｂ）の状況を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態となる遠心機において用いられるロータの２種類の形状を示す側面図である。 本発明の実施の形態となる遠心機において用いられるロータの変形例の断面図である。 沈殿物回収シートの形態を示す図である。 沈殿物回収シートが設けられた場合における、ロータの回転軸に垂直な断面図である。 沈殿物回収シートが設けられた場合における、ロータボディ内面付近の遠心分離処理中（ａ）、処理終了後（ｂ）の状況を模式的に示す図である。 一般的な遠心機全体の構成を示す図である。 従来の遠心機において、ロータがチャンバに収容された際の構造を示す断面図である。 遠心機におけるチャンバの上側の構造を示す断面図である。 遠心機におけるチャンバの下側の構造を示す断面図である。 従来の遠心機において用いられるロータの回転軸に沿った断面図である。 従来の遠心機において用いられるロータの回転軸に垂直な断面図の例である。

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。この遠心機は、前記の遠心機２００と同様に連続式であり、特にそのロータの内部構造に特徴を有する。ロータ以外の構造は、その周囲のチャンバを含め、前記の遠心機２００と同様である。このロータにおいても、前記のロータ２３０と同様に、内部のコアにフィンが設けられるために、試料に乱流が発生することが抑制される。ただし、このロータにおいては、ロータの停止時において、フィンの外端部とロータボディの内面との間に試料が入る構成とされた領域が、回転軸方向において局所的に設けられる。これにより、フィンとロータボディとの間の固着が抑制されるために、遠心分離処理後にコアとロータボディとの間の分離を容易に行うことができる。

図１は、このロータ１０の回転軸に沿った断面図であり、図１３に対応する図である。このロータ１０においても、内面が円筒形状とされたロータボディ１１、上部ロータカバー１２、下部ロータカバー１３が同様に用いられる。コア２０がこれらに囲まれた内部に設けられる点についても同様である。

上部ロータカバー１２とロータボディ１１の上部との間にはＯリング１４Ａが、下部ロータカバー１３とロータボディ１１の下部との間にはＯリング１４Ｂが挟持された状態で、これらは固定される。これにより、上部ロータカバー１２とロータボディ１１の間、及び下部ロータカバー１３とロータボディ１１の間は密封される。

コア２０が主として柱状のコア本体２１と、これから外側に延伸する板状のフィン２２とで構成されている点についても前記と同様である。コア本体２１の上部には、コア２０を上部ロータカバー１２に装着するためのコア上部固定部２３が、コア本体２１の下部には、コア２０を下部ロータカバー１３に装着するためのコア下部固定部２４が、軸心にそれぞれ設けられている。上部ロータカバー１２の下面には下側に突出する突起部２５Ａが設けられ、コア上部固定部２３に設けられた嵌合孔２３Ａに突起部２５Ａが嵌合することによって、コア２０は上部ロータカバー１２に装着される。同様に、下部ロータカバー１３の上面には上側に突出する突起部２５Ｂが設けられ、コア下部固定部２４に設けられた嵌合孔２４Ａに突起部２５Ｂが嵌合することによって、コア２０は下部ロータカバー１３に装着される。これによって、コア２０は、ロータボディ１１内で、上部ロータカバー１２と下部ロータカバー１３間に配置される。

また、コア下部固定部２４における軸心から外れた場所には、下側に突出するコアピン２４Ｂが設けられ、このコアピン２４Ｂが、下部ロータカバー１３側に設けられたピン孔１３Ａと嵌合する。これによって、コア２０が下部ロータカバー１３、ロータボディ１１、上部ロータカバー１２から回動することが抑制される。すなわち、上記の構成によって、コア２０、下部ロータカバー１３、ロータボディ１１、上部ロータカバー１２が一体化された状態で回転する。

上部ロータカバー１２の上面における軸心には、アッパシャフト連結部２６が設けられ、このアッパシャフト連結部２６に、図９等におけるアッパシャフト２１５がナット等を用いて結合される。同様に、下部ロータカバー１３の下面における軸心には、ロアシャフト連結部２７が設けられ、このロアシャフト連結部２７に、図９等におけるロアシャフト２１６が結合される。アッパシャフト連結部２６には、これを上下方向に貫通する貫通孔２８Ａが形成され、この貫通孔２８Ａが中空のアッパシャフト２１５の内部と連通する。上部ロータカバー１２には、貫通孔２８Ａと上部ロータカバー１２の下面側とを連通させる連通孔２９Ａが設けられる。また、コア２０の上面（ロータカバー２３と対向する面）には、水平方向に延伸するガイド溝３０Ａが形成されている。よって、ロータカバー２３とガイド溝３０Ａによって流路が構成されている。このため、アッパシャフト２１５の内部は、貫通孔２８Ａ、連通孔２９Ａ、ガイド溝３０Ａを介して、ロータボディ１１等でコア２０が囲まれて設けられた空間（図１４における分離室Ｓ）と連通する。なお、後述するように、ロータ１０においてはコア２０によって分離室Ｓが複数区分けされて形成されており、連通孔２９Ａ、ガイド溝３０Ａはこの分離室Ｓ毎に形成されている。

同様に、下部ロータカバー１３側においても貫通孔２８Ｂ、連通孔２９Ｂ、ガイド溝３０Ｂが設けられる。すなわち、これらの構造によって、アッパシャフト２１５の内部、ロアシャフト２１６の内部と、ロータボディ１１等でコア２０が囲まれて設けられた空間（図１４における分離室Ｓ）を連通させ、これらの間に遠心分離処理の対象となる試料を流すことができる。また、この遠心機におけるコア２０以外の構成は、前記の遠心機２００と同様である。このため、上記のコア２０を高速で回転させた状態で、コア２０の内部に試料を供給することができる。通常は、試料はロアシャフト２１６側からアッパシャフト２１５側に流される。この場合、図１４における沈殿物Ｐはロータ１０の底部側に多く溜まるため、ロータ１０を安定して回転させることができる。逆に、アッパシャフト２１５側から試料を流す場合には、ロータ１０内の上側に沈殿物Ｐが多く溜まり、その一部が回転中に下側に落下する可能性がある。この場合には、回転中にロータ１０の重量バランスがくずれるために、振動が発生し、ロータ１０を安定して回転させることが困難となる場合がある。試料の内容によって、こうした問題が発生しにくい場合には、アッパシャフト２１５側からロアシャフト２１６側に試料を流してもよい。

図１４に示された構造と同様に、板状のフィン２２は軸心から外側に向かって放射状に形成されている。ここで、図１における上側の領域Ｘ（第１の領域）ではフィン２２の最外端（中心軸から見て最も外側となるフィン２２の端部）はロータボディ１１の内面は接しているが、図１における下側の領域Ｙ（第２の領域）では、フィン２２の最外端はロータボディ１１の内面は接さない構成とされる。すなわち、領域Ｙにおいては、フィン２２の最外端とロータボディ１１の内面との間には、空隙１００が形成されている。ここで、ロータボディ１１の内面は円筒形状とされ、フィン２２の最外端が領域Ｙにおいてはテーパ形状とされるために、空隙１００が形成される。前記の通り、高速回転時にはロータボディ１１が膨らむが、ロータ１０の停止時（遠心力が印加されない状態）においても空隙１００が存在する設定とされる。あるいは、前記と同様に、領域Ｘにおいてフィン２２の最外端が厳密にロータボディ１１の内面と接する必要はなく、これらが近接していてもよい。この場合においては、領域Ｙにおけるフィン２２と最外端とロータボディ１１の内面との間の隙間は、領域Ｘにおけるフィン２２と最外端とロータボディ１１の内面との間の隙間よりも広く設定される。

図２（ａ）は、このコア２０の側面図であり、図２（ｂ）は前記の従来のコア２４０の側面図である。ここで、図中の左側が実際の上側となっている。このコア２０は、下側（図２（ａ）における右側）の領域Ｙにおいては、下側に向かってその最大径が小さくなるようなテーパ形状とされる。つまり、図１４におけるフィン２２の高さＨは、領域Ｙにおいては、領域Ｘのある方向から領域Ｙがある方向に向けて徐々に低くなっている。

図３は、図１４におけるフィン２４２の外端部付近の状況を模式的に拡大して示す図であり、（ａ）は遠心分離処理時の状況であり、（ｂ）は遠心分離処理が終了した際の状況を示す。前記の通り、遠心分離処理時（ａ）には、遠心力によってロータボディ２３１が膨らむために、フィン２４２の最外端とロータボディ２３１との間には、一時的に隙間（一時的隙間Ｖ）が形成され、この一時的隙間Ｖは沈殿物Ｐで埋められる。その後、遠心分離処理が終了しロータ２３０の回転が停止した場合には、ロータボディ２３１は収縮し、フィン２４２の最外端とロータボディ２３１の内面とが接する。このため、フィン２４２の最外端とロータボディ２３１との間には沈殿物Ｐに起因した固着部Ｕが形成される。この状況は、コア２０の鉛直方向における領域Ｘにおいても同様である。

しかしながら、領域Ｙにおいては、ロータ１０の停止時（遠心分離処理の終了時）においても図１に示された空隙１００が維持されるため、領域Ｙにおいては、遠心分離処置が終了した場合においても図３（ａ）の状態が保たれる。実際には図３（ａ）における隙間は遠心分離処理時には広く、遠心分離処理の終了後には狭くなるが、少なくとも遠心分離処理の終了時に隙間が存在しているため、図３（ｂ）に示された固着部Ｕは形成されない。

このため、領域Ｙにおいてはロータボディ１１とコア２０との間の固着が抑制され、遠心分離処理の終了後におけるロータ１０の分解を容易に行うことができる。前記の通り、フィン２２はロータボディ１１の回転軸方向（鉛直方向）の全域にわたり設けることが好ましい。このため、領域Ｘを設けず、全域を領域Ｙとすることも可能であり、この場合には、全域にわたりこの固着を抑制することができる。しかしながら、試料に最も強い遠心力が印加されるロータボディ１１の内面付近にフィン２２が存在しないと、この部分で乱流が発生しやすくなる。このため、フィン２２がテーパ形状とされない領域Ｘも設けることが好ましい。こうした場合においても、固着されない領域（領域Ｙ）が確実に存在するため、ロータ１０の分解作業が容易となることは明らかである。

また、逆にこのロータ１０を組み立てる際には、前記の通り、突起部２５Ａを嵌合孔２３Ａに、突起部２５Ｂを嵌合孔２４Ａに、コアピン２４Ｂをピン孔１３Ａに、それぞれ嵌合させる。この際、図２（ａ）における領域Ｘが設けられていれば、この領域でフィン２２はロータボディ１１と接し、ガイドとなるため、領域Ｘを設けることにより、この組み立て作業が容易となる。

このため、図１における空隙１００が停止時に形成される領域Ｙと共に、停止時に空隙１００が形成されない領域Ｘも同時に設けることが好ましい。このため、領域Ｙの長さは、全長（領域Ｘと領域Ｙの長さの和）の２／３以下とすることが好ましい。すなわち、領域Ｙの長さは領域Ｘの２倍以下とすることが好ましい。

また、ロータ１０内に一様に試料を注入するために、一般には試料は下側（図１０における下部配管接続部２２２側、あるいは図１における貫通孔２８Ｂ側から注入される場合が多い。こうした場合には、沈殿物Ｐは、ロータ１０内における下側において、上側よりも多く形成される。このため、領域Ｙを下側、領域Ｘを上側とした上記の構成が特に好ましい。上側の領域Ｘにおいては遠心分離処理の終了後にフィン２２の外端部とロータボディ１１の内面と接するが、これらの間に沈殿物Ｐが存在しなければ、これらが固着する可能性は低い。また、領域Ｙにおいて遠心分離処理時に沈殿物Ｐが図３（ａ）に示されるように形成されていれば、一時的隙間Ｖが沈殿物Ｐによって埋められるために、フィン２２によってその両側の分離空間Ｓが分離されなくとも、実質的に分離空間Ｓは分離される。このため、隙間Ｖが生成されても乱流の発生は抑制される。

上記の隙間、あるいは一時的隙間Ｖは、フィン２２のテーパ角（フィン２２の外端部と鉛直線とのなす角度）によって設定することができる。図４は、この角度を小さく設定した場合（ａ）と、大きく設定した場合（ｂ）におけるコア２０の側面図である。ここでは、このテーパ角がθ_１（ａ）、θ_２（ｂ）であり、θ_２＞θ_１とされる。図４（ｂ）の場合には、特に下方における隙間の間隔を広くすることができ、フィン２２とロータボディ１１との間の固着を抑制する効果をより大きくすることができる。このように、このテーパ角は、遠心分離処理時に形成される沈殿物Ｐの厚さや、乱流抑制の効果を考慮して、適宜設定することができる。

ただし、空隙１００（隙間）が広すぎる場合には、乱流の発生を抑制するという効果が小さくなることが明らかである。このため、フィン２２の最外端とロータボディ１１の内面の間隔の最大値は、分離室Ｓの径方向の幅（コア本体２１の表面とロータボディ１１の内面の間隔）の１／２以下とすることが好ましい。領域Ｙでフィン２２の外径はテーパ形状とされるため、この間隔が最大となるのは領域Ｙの最下部であり、この最大値がこの範囲となるように上記のテーパ角が設定される。

上記の構成に加え、沈殿物回収シートを用いることによって、上記の効果を更に高めることができる。以下ではこの構成について説明する。図５は、図１の構成において沈殿物回収シート４０が用いられた場合の断面図である。沈殿物回収シート４０は可撓性の樹脂材料等で薄く形成され、ロータボディ１１の内面に装着される。図６は、沈殿物回収シート４０の展開時の形態（ａ）、装着時の形態（ｂ）を示す斜視図である。沈殿物回収シート４０は、ロータボディ１１の円筒形状の内面に沿って装着され、この内面との間の摩擦が小さくなる材料で構成されることが好ましい。すなわち、沈殿物回収シート４０とロータボディ１１の内面との間の摩擦係数が、フィン２２とロータボディ１１の内面との間の摩擦係数よりも小さくなるように、沈殿物回収シート４０の材料は設定される。

図６に示されるように、可撓性の沈殿物回収シート４０は、巻かれることによって図５のような円筒形状の状態とされる。この際、図６（ｂ）に示されるように、これをロータボディ１１の内面に隙間なく装着するためには、沈殿物回収シート４０の円周方向における長さは、回収シート４０を装着した際に、その両端部が重なる重ね合わせ部分４０Ａが設けられるように設定することが好ましい。重ね合わせ部分４０Ａを設けることによって、遠心分離処理時にロータボディ１１が膨らんだ場合でも、その内面を沈殿物回収シート４０で隙間なく覆うことができる。重ね合わせ部分４０Ａの円周方向における長さは、遠心分離処理時にロータボディ１１の内面が膨らむ程度に応じて設定することができる。重ね合わせ部分４０Ａを円周上におけるフィン２２の存在しない箇所に設ければ、ロータ１０の組み立ても容易である。

図１の構成においては、領域Ｘにおいて、フィン２２の最外端とロータボディ１１の内面とが直接接することによって、これらの間に試料が入り込む隙間が形成されなかった。これに対して、図５の構成においては、領域Ｘにおいて、フィン２２の最外端とロータボディ１１の内面の間に沈殿物回収シート４０が挿入されることによって、フィン２２の最外端とロータボディ１１の内面との間に試料が入り込む隙間が形成されない構成とされる。あるいは、図１の構成と同様に、フィン２２、沈殿物回収シート４０、ロータボディ１１の内面の間に、径方向において僅かな隙間が設けられていてもよく、この場合には、この隙間が、領域Ｙにおいて領域Ｘよりも広く設定される。

図７は、沈殿物回収シート４０が設けられた場合におけるロータ１０の領域Ｘにおける回転軸に垂直な断面図である。また、図８（ａ）（ｂ）は、この場合における領域Ｘにおけるフィン２２の外端部付近の状況を拡大して示す図であり、図３に対応する。図７においては、図１４に示された２種類の形状に対応したコア２０が用いられた場合について示されている。図７では重ね合わせ部分４０Ａの記載は省略されている。この構成においては、沈殿物Ｐは、ロータボディ１１の内面ではなく、沈殿物回収シート４０の表面に堆積する。また、図８（ｂ）に示されるように、遠心分離処理の終了後にロータボディ１１が収縮した場合でも、フィン２２の外端部と接するのはロータボディ１１ではなく、樹脂製の沈殿物回収シート４０となり、フィン２２がロータボディ１１に固着することはない。また、フィン２２が樹脂製の沈殿物回収シート４０と固着することもない。このため、沈殿物回収シート４０を用いた図５の構成においては、領域Ｘにおけるフィン２２の固着も抑制される。このため、ロータ１０の分解作業が更に容易となる。

また、遠心分離処理終了後のロータ１０の分解時に沈殿物回収シート４０を取り出し、図６（ａ）のようにこれを広げることによって、沈殿物Ｐを容易に除去できることができる。このため、ロータ１０の分解清掃が特に容易となる。あるいは、沈殿物回収シート４０のみを新品と交換してもよい。

この場合、フィン２２の径方向の長さは、沈殿物回収シート４０の厚さを考慮し、沈殿物回収シート４０が用いられた場合でも領域Ｘと領域Ｙが設けられるように設定することができる。

なお、上記の例では、ロータボディ１１の内面が円筒形状とされ、コア２０（フィン２２）の一部の外径がテーパ形状とされたが、逆に、コア２０の外径にはテーパ形状とされた領域（領域Ｙ）を設けず、ロータボディ１１の内面に、外側に向かってテーパ形状とされた部分を設けても、上記と同様の効果を奏することは明らかである。しかしながら、複数枚設けられたフィン２２の外端部を加工してテーパ形状とされた部分を設ける方が、ロータボディ１１の内面を加工するよりも容易であることは明らかである。また、上記のような可撓性の沈殿物回収シートを用いる場合には、ロータボディ１１の内面を円筒形状とした方が、この内面に沈殿物回収シートを装着することが容易となる。このため、フィン２２側にテーパ形状とされた領域を設けた上記の構成が特に好ましい。

ただし、フィンの外径の形状としては、図４に示されたような、長さ方向にわたり一定のテーパ角をもつテーパ形状であることは不要である。図１における空隙１００が形成されるような形状であれば、この形状は任意である。

なお、上記の構成は、ロータを高速で回転させる遠心機において特に有効である。このため、このロータを収容するチャンバは、真空（減圧雰囲気）とすることが好ましい。こうした場合においても、図１、５の構成のロータ１０を回転させながら、内部に試料を連続的に供給することができる。

１０、２３０ ロータ
１１、２３１ ロータボディ
１２、２３２ 上部ロータカバー
１３、２３３ 下部ロータカバー
１３Ａ ピン孔
１４Ａ、１４Ｂ Ｏリング
２０、２４０ コア
２１、２４１ コア本体
２２、２４２ フィン
２３ コア上部固定部
２３Ａ、２４Ａ 嵌合孔
２４ コア下部固定部
２４Ｂ コアピン
２５Ａ、２５Ｂ 突起部
２６ アッパシャフト連結部
２７ ロアシャフト連結部
２８Ａ、２８Ｂ 貫通孔
２９Ａ、２９Ｂ 連通孔
３０Ａ、３０Ｂ ガイド溝
４０ 沈殿物回収シート
４０Ａ 重ね合わせ部
１００ 空隙
２００ 遠心機（連続遠心分離機）
２１０ 分離ユニット
２１１ チャンバ
２１１Ａ 遠心室
２１２ 駆動部
２１３ ベース
２１４ リフタ
２１５ アッパシャフト
２１６ ロアシャフト
２１７ アッパプレート
２１８ プロテクタ
２１９ エバポレータ
２２０ 上部配管接続部
２２１ 上部シール部
２２２ 下部配管接続部
２２３ 下部シール部
２２４Ａ、２２４Ｂ シャフトヘッド
２２５Ａ、２２５Ｂ リップシール
２２６Ａ、２２６Ｂ 接続ブロック
２２７Ａ、２２７Ｂ シールホルダ
２２８Ａ、２２８Ｂ メカニカルシール
２５０ 制御ユニット
２５１ 配管群
Ｐ 沈殿物
Ｓ 分離空間
Ｕ 固着部
Ｖ 一時的隙間
Ｘ 第１の領域
Ｙ 第２の領域

Claims (9)

1. 柱状のコア本体の径方向に突出して中心軸方向に延在し、前記中心軸に垂直な断面形状が前記コア本体から放射状に突出するように形成された複数のフィンが前記コア本体と一体化された構成を具備するコアと、前記コアを前記中心軸の回りで囲む円筒形状の内面を具備するロータボディと、が組み合わされて固定され、前記中心軸の両端側の間で前記ロータボディ内に試料が流される構成とされたロータが、前記中心軸の回りで回転する設定とされた遠心機であって、
   前記試料は前記コアの前記中心軸に沿った一端側から前記ロータに注入され、
   前記フィンは、前記中心軸に沿った方向において前記一端側と逆の他端側に設けられた第１の領域と前記コアの前記一端側に設けられた第２の領域を有し、
   前記第２の領域における前記フィンの前記径方向の高さは、前記第１の領域における前記フィンの前記高さより低くされ、
   前記フィンは、前記第２の領域において、前記他端側から前記一端側に向かって、前記ロータボディの前記内面と前記フィンとの間の隙間が拡張するように、前記中心軸から見た外径が小さくなるようなテーパ形状とされたことを特徴とする遠心機。
2. 前記第２の領域における前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面との間の間隔の最大値は、前記コア本体の表面と前記ロータボディの前記内面の間隔の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
3. 前記ロータの前記中心軸が鉛直方向とされ、前記一端側は下側、前記他端側は上側とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。
4. 前記第１の領域において、
   前記ロータの回転時には、前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面との間に前記試料が入る空隙が形成される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. 前記第１の領域において、前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面とが直接接する構成と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。
6. 前記中心軸に沿った前記第２の領域の長さは、前記中心軸に沿った前記第１の領域の長さの２倍以下であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の遠心機。
7. 前記ロータボディの前記内面と前記コアとの間に可撓性の沈殿物回収シートが挿入され、前記第１の領域において、前記フィンの前記中心軸から見て最も外側となる最外端と前記ロータボディの前記内面の間に前記沈殿物回収シートが挿入されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の遠心機。
8. 前記沈殿物回収シートと前記ロータボディの前記内面との間の摩擦係数が、前記フィンと前記ロータボディの前記内面との間の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の遠心機。
9. 前記ロータはチャンバ内において減圧雰囲気中で回転する構成とされたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の遠心機。