JP6435778B2

JP6435778B2 - 遠心機用スイングロータ及び遠心機

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Publication number: JP6435778B2
Application number: JP2014220926A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　淳; 佐藤　　淳; 建一根本
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-10-30
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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、特に揺動するバケットを保持するスイングロータの形状の改良に関するものである。

遠心分離機は、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、ロータを回転駆動するモータ等の駆動手段を備え、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を遠心分離するものである。遠心機用のスイングロータは、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。ロータが静止している時にはバケットの中心軸とモータの駆動軸は平行（スイング角θ＝０°）となる位置関係であるが、ロータの回転速度が上昇するに従いバケットに遠心力が作用してスイングし、バケットはスイング軸を中心に回転して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状態（θ≒９０°）となる。その後、遠心分離運転が終わり回転速度の減少に伴いスイング角θは減少し、ロータの回転停止時には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の相対角度が変化する。

遠心中のバケットおよび試料、試料用容器による荷重はスイングロータ本体に対面に設置されている凸部（保持ピン）で保持する。スイングロータ本体が高速で回転している時、保持ピンはバケットから受ける遠心力によって僅かながら変形し、特に凸状部分の根元近傍に応力が集中する。このため、保持ピンの特定箇所に応力が集中しないような様々な工夫が考えられている。例えば特許文献１では、保持ピン２６はアーム側においては外径が細くなるように絞りこまれた形状とし、バケットのピン受け部と接触する摺動面の径を大きくし、摺動部よりもさらに先端側にて絞り込まれた形状とすることにより、バケットと保持ピンとの接触面積をある程度確保しつつ保持ピンに受ける応力が特定箇所に集中しないように構成している。

特開２０１２−１０１２０３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（保持ピン）が対面に配置され、その凸部円筒面に係合する凹部をバケットの側面に備え、バケットの凹部が凸部に対して揺動することにより水平までバケットをスイングする。バケットの凹部の周辺には補強部が設けられ、ロータ本体側の凸部と摺動面付近の形状の改良により、近年、バケットの容量がさらに大型化して一度に大量の試料を処理する傾向にある。この場合、バケット内部に保持される試料の量が増える上に、それに伴いバケットの大きさも大きくなり必然的に重さが増加する。重さが増加すれば保持ピンに加わる遠心荷重も増加し、ロータ本体の保持ピンの凸部根元近傍に従来以上の応力集中が生じて変形量が大きくなる。従来は保持ピンの形状や、保持ピンとアームとの接合部分の曲率半径の改良等でロータの凸部の変形を抑制して応力低減を達成していたが、バケットの更なる大型化を図ろうとする場合には、遠心荷重の増加により既存の考えによる補強部位では応力に対抗できないという問題があった。ロータやバケットの材料として広く用いられるアルミ合金やステンレス鋼から、軽量、高強度部材であるチタン合金を使用することも考え得るが、チタン合金は高価である上に難削材であるので、製造コストが著しく高騰しまう。そこで発明者らは、保持ピンの取付構造の工夫だけでなく保持ピンを固定するアーム側の形状も変更することに着目し、本発明に至ったものである。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、凸状の保持ピンの根元付近に集中する応力を低減させることにより、装着できるバケットの容量増加を可能にすると共に、スイング式のロータ本体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、遠心分離運転中の凸状（円柱状）の保持ピンとバケットとの隙間の大きさをできるだけ均一に保ち、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運転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式のロータ本体と、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、ロータ本体は、回転中心から径方向外側に延びる複数のアーム部と、アーム部の外周側の先端で所定の角度を隔てるように分岐する分岐アームを有し、保持ピンは分岐アームに固定され、アーム部から分岐する２本の分岐アームを外周側において連結する連結部が形成され、連結部の内周側であって２本の分岐アームによって囲まれる領域に、ロータ本体の回転軸と同一方向に貫通する減肉部を形成した。分岐アーム、アーム部、連結部を含むロータ本体は金属の一体成形にて製造される。また、保持ピンは、ロータ本体と一体に形成される凸部であって、円柱面を有し、分岐アームと保持ピンの境界部分は曲面にて接続される。このように分岐アームの外周側を円弧部分または弦部にて保持しつつ貫通減肉部を設けたことにより、分岐アームが保持ピンとほぼ直角の状態で変形するように構成したことで保持ピンの凸部根元近傍への応力集中を緩和することができる。

本発明の他の特徴によれば、隣接するアーム部から延びる分岐アームに形成され、保持されるバケットに対向する一組の保持ピンの間の空間（バケット収容部）は、外周側にて連結部分を持たない開放構造である。連結部は曲線又は直線の円柱状又は角柱状であって、連結部の長手方向軸線は、保持ピンの中心軸と分岐アームとの交差点よりも径方向外側に位置するように配置される。この際、減肉部は、上面視において分岐アームと連結部の外縁形状と相似の形状にて形成するか、又は、円形や逆三角形等の非相似の形状にて形成すると良い。

本発明の他の特徴によれば、分岐アームの周方向肉厚は、連結部の径方向肉厚よりも薄くすると好ましい。また、ロータ本体の回転中心から連結部までの最小距離ｒ_２は、ロータ本体の回転中心軸から保持ピンの円筒面までの最小距離ｒ_１と同等又は大きくなるように構成すると良い。このような構成にした上で、円弧部分または弦部の肉厚が厚くする一方で、アーム部の先端に形成された分岐アームの厚さを薄くするようにすると分岐アームの必要以上の変形を防止することが可能となる。

本発明によれば、ロータのアーム部先端に形成された略扇形又は略三角形のバケット保持部に、略三角形、円形、又は略逆三角形の貫通減肉部を形成したことにより分岐アームの独立した変形を許容し、その結果、保持ピンの凸部に負荷された遠心荷重による変形を緩和して保持ピンの付け根付近に集中する応力を低減させることが可能となる。また、応力集中により短寿命となりやすいスイング式のロータ本体の長寿命化を図ることができ、安全性の高い遠心機を提供可能となる。

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横断面図である。本発明の実施例におけるロータ本体２０のバケット保持部の部分平面図であり、点線は遠心分離運転中の変形状態を誇張して示した図である。本発明の実施例におけるロータ本体２０のＡ方向からの矢視図である。本発明の第二から第四の実施例におけるロータ本体のバケット保持部の部分平面図である。従来の遠心機におけるロータ本体１２０のバケット保持部の部分平面図であり、点線は遠心分離運転中の変形状態を誇張して示した図である。従来の別の遠心機におけるロータ本体２２０のバケット保持部の部分平面図である。図１０のロータ本体のＢ方向からの矢視図である。

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、略平面、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ボウル４が収容され、ボウル４の外周側には防護壁６が配置される。ボウル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。ボウル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、駆動手段となるモータ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、ボウル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又は機械加工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（図１参照）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のそれぞれの先端部分に、上面視で外形が略扇形のバケット保持部が形成される。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。バケット保持部は、アーム部２３の径方向外側からＶ字状に広がるように接続される２本の分岐アーム２４と、隣接する分岐アーム２４の端部を円弧状に連結する連結部としての連結アーム２５により構成され、それらの間には貫通減肉部２７が形成される。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ことにより一体構成にて製造される。貫通減肉部２７はロータの回転軸の軸方向に貫通される開口部分となっている。ここでは、上面視における貫通減肉部２７の外形が、略扇形のバケット保持部の外形（２本の分岐アーム２４と連結部２５の外縁形状）と相似であるように形成される。

分岐アーム２４は回転軸と垂直な方向に延び、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２４の保持ピン２６にバケット４０の凹部を掛止させることよって１つのバケット４０を揺動可能に保持する。貫通減肉部２７により分離される各分岐アーム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側に対して凸状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。バケット４０には凹状の窪み（直交面４５等）が形成される。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）、アーム部２３の外周側先端で２本の分岐アームのなす角度は任意に設定できる。

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、内側には対向する２つの突起部４１ａが形成され、開口部４１から下方には試料用容器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横断面図である。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おり、その断面は保持ピン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。また、バケット４０のスイング軸よりも上側から下端まで、平板状のバケット仕切り板４１ｂが設けられ、バケット４０の剛性を高めている。この際、保持ピン２６には外周側に強い力が加わることになる。保持ピン２６とバケット４０との接触面と隣接する部分において、バケット４０には接触面（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。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僅かな距離を隔てて又は接触状態にて対面する。

次に、本実施例の遠心機１のロータ本体２０を説明する前に、本実施例の理解を容易にするために、従来のロータ本体の形状を図９〜図１１を用いて説明する。図９は従来の遠心機におけるロータ本体１２０の平面図であり（半分のみ図示）、実線はロータの回転が停止しているときの状態を示し、点線は遠心分離運転中の変形状態を示した図である。従来のロータ本体１２０は、ハブ１２１の径方向外側に十字状に延びるアーム部１２３と、アーム部１２３のそれぞれの先端部分にＶ字状に延びる２本の分岐アーム１２４が形成され、分岐アーム１２４に保持ピン１２６が形成される。ここではバケット保持部が２直線（分岐アーム２４）と保持ピン１２６だけで構成されている。この場合、バケット４０および試料による遠心荷重Ｆにより保持ピン１２６が変形すると分岐アーム２４は当該部の強度に準じた変形をする。

矢印ｂで示す分岐アーム１２４と、それに対向する矢印ｃで示す分岐アーム１２４には同軸上に延びる保持ピン１２６が形成され、これら一組の保持ピン１２６の間隔Ｄは、装着されるバケット４０の大きさに対応して設定される。矢印ｂ側の保持ピン１２６と矢印ｃ側の保持ピン１２６の間の空間（バケット収容部）は、外周側にて連結部分を持たない開放構造であり、この構成のロータ本体１２０ではロータが高速回転してバケット４０がスイングすると、保持ピン１２６に対して外周側への遠心荷重Ｆが作用する。この結果、遠心荷重Ｆによって分岐アーム１２４が矢印１３０のように変形して、分岐アーム１２４と保持ピン１２６の位置が実線から点線で示す状態（分岐アーム１２４’と保持ピン１２６’）に変形することになる。尚、この変形状態は理解を容易にするために変形量を誇張して図示しているのと、アーム部１２３等の径方向外側への変形を考慮していないことに注意されたい。これらの変形によって、保持ピン１２６は１２６’の位置までずれるために、スイング軸心では距離ｄ_４だけ周方向に変形することになる（距離ｄ_４は、図９ではスイング軸とずらして図示しているが、軸心上の位置であるとする）。このように分岐アーム１２４が１２４’のように変形すると、対向する保持ピン１２６のスイング軸線方向にみた間隔がＤからＤ＋２ｄ_４に延びることになり、バケット４０の保持の安定上の観点から好ましくない。また、この変形によって保持ピン１２６の円柱面とバケット４０のピン受け部４４との接触面積が減ることになり、保持ピン１２６の一部に加わる遠心荷重が増えてしまい寿命の低下につながる。この対策として、矢印ｂと矢印ｃで示す分岐アーム１２４の間、即ち、バケット４０の外周側部分において何らかの補強材にて矢印ｂとｃで示す分岐アーム１２４を連結して固定することが考えられる。しかしながら、そのような連結部材を設けることは、ロータ本体２０の外形を大きくする要因になる上に、バケット４０のスイング範囲を制限することにつながるので好ましくない。よって、ロータ本体１２０は、バケット４０がスイングするバケット収容部には連結部材を設けない構造、即ち図９の矢印１３１のように外周側を見た際には部材が存在しないような開放構造とすることが重要である。

図９の形状の改良機能として図１０及び図１１のようなロータ本体２２０が実現されている。このロータ本体２２０では、図９のロータ本体１２０とアーム部２２３、分岐アーム２２４の形状はほぼ同じであり、分岐アーム２２４と一体に保持ピン２２６が形成される点も同じである。しかしながら、隣接する分岐アーム２２４を円弧状に延びる平板状の補強リブ２２５で接続するように構成した。図１１は、図１０の矢印Ｂの方向からロータ本体２２０を見た矢視図である。図１１にて理解できるように、補強リブ２２５は分岐アーム２２４の内周端付近の高さＨに比べて十分小さい高さＨ２とされ、上下方向に見て保持ピン２２６の取り付け位置と同一となる位置に形成されている。これは補強リブ２２５を厚くするとロータ本体２２０の重量が重くなってしまうためである。このように補強リブ２２５を設けたことにより分岐アーム２２４が変形してその交差角α（図１０参照）が小さくなるように変形することを防ぐことができる。この際の変形状況を示すのが図１０の点線で示す部分であり、分岐アーム２２４が変形する分を保持ピン２２６が、点線２２６’のように変形することで遠心荷重を受けることになった。このため、分岐アーム２２４の付け根付近ではｄ_６のように変形し、分岐アーム２２４の先端面（バケット４０と対向する面）の先端側では最大でｄ_５だけ変形することになる。

図９のロータ本体１２０の変形量は、図１０に示したロータ本体２２０に対し大きいが、その反面、保持ピン１２６の付け根付近の応力集中は低い。しかしながら、一対の対向する保持ピン１２６の間隔は、補強リブ２２５のような部材が無いため変形量ｄ_４は大きくなる。その結果、バケット４０との相対隙間が大きくなり、隙間によるアンバランス量が大きくなり回転中に異常振動を生じる可能性が出てくる。一方、図１０に示したロータ本体２２０では分岐アーム２２４の変形量は小さく、保持ピンの先端側での変形量ｄ_５は小さいが、分岐アーム２２４の変形を阻止すると、分岐アーム２２４と保持ピン２２６の接続部分、特に、分岐アーム２２４から保持ピン２２６へなめらかに接続して応力を軽減させるように形成した円弧面２２６ａと、平面部２２４ａとの変曲点付近に強い応力が集中してしまう（図１０の“応力集中点”付近）。

そこでなされた本発明である。図６は本発明の実施例におけるロータ本体２０の先端部の部分平面図（実線）である。図６ではアーム部２３の先端側（径方向外側）にバケット保持部が形成される。バケット保持部は、アーム部２３の先端から分岐して別れる２本の分岐アーム２４と、分岐アーム２４の外周側端部を接続する円弧状の連結アーム２５と、２本の分岐アーム２４から延びる保持ピン２６により形成される。バケット保持部には貫通減肉部２７が形成され、重量軽減を図ると共に、分岐アーム２４と保持ピン２６が制御された形で変形するようにした。貫通減肉部２７を設けたことによってバケット保持部の円弧または弦部分（連結アーム２５）と、略扇形の２直線部分（２つの分岐アーム２４）に分断するように構成される。ロータ本体２０にはアーム部２３が９０度の等間隔に配置され、アーム部２３の先端部分は上面視で略扇形のバケット保持部が接続される。連結アーム２５の長手方向軸線は、矢印２８のように分岐アーム２４の外周面と保持ピン２６の中心軸との交点よりも外周側を通るように配置すると良い。また、連結アーム２５のスイング式のロータ本体２０の回転中心から連結アーム２５までの最小距離ｒ_２は、スイングロータ本体の回転中心軸から保持ピン２６の円筒面までの最小距離ｒ_１と同等又は大きいようにする。このようなバケット保持部を形成してバケット４０を高速で回転させると、バケット４０、試料用容器５０及び試料５５の遠心荷重Ｆが保持ピン２６に加わり、これに加えてロータ本体２０の自重による遠心力がかかる。

バケットおよび試料による遠心荷重Ｆにより保持ピン２６が変形すると、略扇形のバケット保持部の２直線部分たる分岐アーム２４が当該部の強度に準じた変形をしようとする。即ち、バケット保持部の分岐アーム２４と連結アーム２５と保持ピン２６は、実線の状態から破線の状態に変形する。尚、図６における変形量は、発明の理解を容易にするためにあえて誇張して図示している上に、ハブ２１やアーム部２３の変形量を無視しているので注意されたい。ここで、図１０で説明した従来例と同様に、保持ピン２６が遠心荷重Ｆにより点線のように主に内周側が距離ｄ_１だけ変形するように保持ピン２６がゆがみ、応力集中点においてこの変形による応力が強く掛かる。バケット保持部の中央にはロータ本体の回転軸と同一方向に貫通する貫通減肉部２７が形成されるため、分岐アーム２４に矢印２８ｂのように力が発生するため、応力集中点の近傍の分岐アーム２４がｄ_２のようにやや大きく変形し、分岐アーム２４の貫通減肉部２７側がｄ_３のように変形する。本実施例ではこれらのｄ_２とｄ_３の変形をあえて許容することによって、応力集中点に応力が集中しすぎることを防止するように構成した。そのため、バケット保持部の略扇形の対辺部分（分岐アーム２４）において、所望の位置（応力集中点よりもやや内周側）の変形を許容するようにした。ここで図１０の従来の例を見ると、補強リブ２２５により略扇形のバケット保持部の対辺部分（分岐アーム２４）の変形量（図６のｄ_２、ｄ_３に相当する変形）は殆どない。そのため、保持ピン２６だけが変形してしまうことになり応力集中点における応力が高くなってしまうが、本実施例の構成では保持ピン２６だけで遠心荷重を受けるのでは無く分岐アーム２４によっても受けることができるので、円弧または弦部分（連結アーム２５）の径方向の厚さ（肉厚）、位置を適正化することによりバケット４０との相対隙間も最小限に抑えられ、応力集中を低減しつつ隙間によるアンバランス量も減少させ長寿命化を図った遠心機用スイングロータを提供できる。ここでは、分岐アーム２４の周方向肉厚Ｔ_１が、連結部たる連結アーム２５の径方向肉厚Ｔ_２よりも薄くなるように構成すると良い。

図７は本発明の実施例におけるロータ本体２０のＡ方向からの矢視図である。この図からわかるように連結アーム２５の高さＨ１は、アーム部２３の高さＨよりも低く形成されるが、分岐アーム２４の絞り込まれた先端部分の高さとほぼ同等になるように形成される。このように形成することにより連結アーム２５の径方向肉厚Ｔ_２（図６参照）よりも薄く形成される分岐アーム２４の外周部分の上端から下端に至る部分を保持することができるので、分岐アーム２４の全体的な変形（図９で示したような変形）を効果的に抑制できる。尚、図７において、保持ピン２６は、ロータ本体２０と一体に形成される凸部であって、円柱面２６ｂを有し、分岐アーム２４と保持ピン２６の境界部分は曲面状の円弧面２６ａにて接続されることが理解できるであろう。

次に本発明の第二の実施例を説明する。上述した第一の実施例では貫通減肉部２７は、上面視において分岐アーム２４と連結部２５の外縁形状と相似の形状としたが、第二の実施例では減肉部を分岐アームと連結部の外縁形状と非相似の形状にて形成したものである。図８（１）は本発明の第二の実施例におけるロータ本体６０のバケット保持部の部分平面図である。ロータ本体６０には径方向外側に延びるようにアーム部２３が等間隔に配置され、アーム部２３の先端部分は外形が略扇形のバケット保持部６４が形成される。バケット保持部６４は、略扇形の２直線部分又は略三角形の対辺部分を形成する分岐アームと、連結部分を一体に形成した構造であって、バケット保持部６４の中央付近には、ロータの軸方向に貫通される上面視で円形の貫通穴６７が２つ形成される。貫通穴６７はどこに設けても良いというので無くて、応力集中点を通る仮想円（中心はロータ本体６０の中心と一致）と重複するように、特に好ましくは貫通穴６７の中心が仮想円上に形成されるように設ける。これにより貫通穴６７には応力集中点を通る仮想円よりも内周部分６７ａと外周部分６７ｂが存在することになる。このように形成することでバケット保持部６４の貫通穴６７よりも外周側部分が連結アームと同じ作用をするので、Ｖ字状の分岐アーム部分が接近するような変形（図１０で比較した場合、交差角αが減るような変形）を効果的に防止できる上に、応力集中点付近の分岐アーム部分が僅かに変形をする事が可能となるので、保持ピン６６の付け根付近（特に応力集中点）における応力を低減させることができる。本実施例の構成は、貫通穴６７を開けるための切削加工が容易であるので、ロータ本体６０の製造コストの上昇を抑制することができる。

図８（２）は本発明の第三の実施例におけるロータ本体７０のバケット保持部の部分平面図である。ロータ本体７０には径方向外側に延びるようにアーム部２３が等間隔に配置され、アーム部２３の先端部分は外形が略三角形のバケット保持部が形成される。バケット保持部は、アーム部２３の先端からＶ字状に分岐する２本の分岐アーム７４と、分岐アーム７４と一体に形成された保持ピン７６と、２本の分岐アーム７４の先端側を接続する棒状の連結アーム７５を有する。連結アーム７５の形状は丸棒、角棒のいずれでも良いし、分岐アーム７４に対して連結アーム７５を一体式で形成しても良いし、別体式で形成しても良い。ここで、連結アーム７５の取り付け位置は、連結アーム７５の長手方向軸線が保持ピン７６の中心軸と分岐アーム７４のバケット側の面との交差点よりも矢印７９の分だけ径方向外側に位置するように配置される。このように形成することで第一の実施例と同様に貫通減肉部７７が形成され、応力集中点付近の分岐アーム７４部分が変形する事が可能となるので、保持ピン７６の付け根付近（特に応力集中点）における応力を低減させることができる。

図８（３）は本発明の第四の実施例におけるロータ本体８０のバケット保持部の部分平面図である。第四の実施例は第一の実施例のように貫通減肉部２７（図６参照）を大きく形成しないで、貫通減肉部の周方向の中間付近を径方向に連結したような形状である。よって連結部８５は周方向連結アーム８５ａと、径方向連結アーム８５ｂによって形成した。この結果、２つの貫通減肉部８７が形成されることになる。ここでも貫通減肉部８７と応力集中点を通る仮想円（中心はロータ本体６０の中心と一致）と重複するようにすると良く、貫通減肉部８７には応力集中点を通る仮想円よりも内周部分８７ａと外周部分８７ｂが存在するような位置や形状にした。第四の実施例では径方向連結アーム８５ｂを形成したことによりバケット保持部の重量が第一の実施例に対して増加することになるが、その分、応力集中点の分岐アーム８４の厚さＴ_３を薄く構成した。このように形成することで第一の実施例と同様に応力集中点付近の分岐アーム８４部分がうまく変形する事が可能となるので、保持ピン８６の付け根付近（特に応力集中点）における応力を低減させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば高価格の材料を使用せずにロータ本体のバケット保持部に貫通減肉部を設け、保持ピンが取り付けられる分岐アーム部分が変形しやすいように構成したので、バケット保持部の対辺部分の変形量を適正化することで保持ピンの根本付近の応力集中を低減しつつ、保持ピンとバケットとの隙間によるアンバランス量を減少させ、長寿命を図った遠心機及び遠心機用スイングロータを実現できた。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。

１遠心機２ロータ組立体
３ロータ室４ボウル
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
２５連結アーム（連結部）２６保持ピン
２６ａ円弧面２６ｂ円柱面
２７貫通減肉部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
３６ａ嵌合穴３６ｂネジ部
４０バケット４１開口部
４１ａ突起部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
４８内部空間５０試料用容器
５５試料６０ロータ本体
６４バケット保持部６６保持ピン
６７貫通穴６７ａ（貫通穴の）内周部分
６７ｂ（貫通穴の）外周部分７０ロータ本体
７４分岐アーム７５連結アーム
７６保持ピン７７貫通減肉部
８０ロータ本体８４分岐アーム
８５連結部８５ａ周方向連結アーム
８５ｂ径方向連結アーム８６保持ピン
８７貫通減肉部９０回転角
１２０ロータ本体１２１ハブ
１２３アーム部１２４分岐アーム
１２６保持ピン２２０ロータ本体
２２１ハブ２２３アーム部
２２４分岐アーム２２４ａ平面部
２２５補強リブ２２６保持ピン
２２６ａ円弧面Ｆ遠心荷重（遠心力）
ｒ_１中心軸から保持ピン２６の円筒面までの最小距離
ｒ_２中心軸から連結アーム２５までの最小距離
Ｔ_１分岐アーム２４の周方向肉厚
Ｔ_２連結アーム２５の径方向肉厚

Claims

スイング式の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スイングロータにおいて、
前記ロータ本体は、回転中心から径方向外側に延びる複数のアーム部と、前記アーム部の外周側の先端で所定の角度を隔てるように分岐する分岐アームと、前記アーム部から分岐する２本の前記分岐アームを外周側において連結する連結部と、前記分岐アームに固定される前記保持ピンを有し、これらすべてが金属の一体成形にて製造され、
前記連結部の内周側であって２本の前記分岐アームによって囲まれる領域に、前記ロータ本体の回転軸と同一方向に貫通する減肉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。
前記保持ピンは、前記ロータ本体と一体に形成される凸部であって、円柱面を有し、前記分岐アームと前記保持ピンの境界部分は曲面にて接続されることを特徴とする請求項１に記載の遠心機用スイングロータ。
隣接する前記アーム部から延びる前記分岐アームに形成され、保持される前記バケットに対向する一組の前記保持ピンの間の空間は、外周側にて連結部分を持たない開放構造であることを特徴とする請求項２に記載の遠心機用スイングロータ。
前記連結部は柱状であって、前記連結部の長手方向軸線は、前記保持ピンの中心軸と前記分岐アームとの交差点よりも径方向外側に位置するように配置されることを特徴とする請求項３に記載の遠心機用スイングロータ。
前記減肉部は、上面視において前記分岐アームと前記連結部の外縁形状と相似の形状にて形成されることを特徴とする請求項４に記載の遠心機用スイングロータ。
前記減肉部は、上面視において前記分岐アームと前記連結部の外縁形状と非相似の形状にて形成されることを特徴とする請求項４に記載の遠心機用スイングロータ。
前記分岐アームの周方向肉厚は、前記連結部の径方向肉厚よりも薄いことを特徴とする請求項５又は６に記載の遠心機用スイングロータ。
前記ロータ本体の回転中心から前記連結部までの最小距離ｒ_２は、前記ロータ本体の回転中心軸から前記保持ピンの円筒面までの最小距離ｒ_１と同等又は大きい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。
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式のロータ本体とを有する遠心機であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のロータ本体を有することを特徴とする遠心機。