JP6776093B2 - Centrifuge - Google Patents
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Description
本発明は、試料が内部に収容されるロータを高速で回転させて試料を分離する遠心機(遠心分離機)の構造に関する。 The present invention relates to the structure of a centrifuge (centrifuge) that separates a sample by rotating a rotor containing the sample at high speed.
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、遠心機が用いられている。遠心機において、試料が注入された複数の試料用容器を内部に装着するロータが、回転軸に装着されて、例えば最大で20000rpm程度の高速で回転する。このため、運転中においては、高速で回転する回転軸が軸受で安定して支持されるような構成が必要とされる。 A centrifuge is used to separate a sample (for example, culture solution, blood, etc.) into substances having different densities by centrifugal force at high speed rotation, or to purify or analyze the sample. In the centrifuge, a rotor that internally mounts a plurality of sample containers into which samples are injected is mounted on a rotating shaft and rotates at a high speed of, for example, about 20000 rpm at the maximum. Therefore, during operation, a configuration is required in which a rotating shaft rotating at high speed is stably supported by bearings.
この際、回転軸の中心軸周りの重量配分が対称であり回転部分、例えばロータ全体の重心が中心軸上にある場合には、回転に際する振動は発生しない。しかしながら、実際には、ロータ内における試料の状況、例えば各試料容器に注入される試料容量のバランス等によって、重心が中心軸に必ずしも一致するわけではなく、回転軸の回転中心とロータ全体の重心位置がずれることで、振動が発生する。この振動の振幅が大きくなった場合、回転軸自身やこれを支持する軸受に対して大きな負荷がかかり、その耐久性を損なうことがあるため、この振動の振幅を大きくしないための対策が要求される。ここで、一般的には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用いられ、かつ収容される試料の量(重量)も処理内容に応じて様々であり、こうした振動の状況は、ロータの種類、試料の量、回転速度等によって変動する。 At this time, when the weight distribution around the central axis of the rotating shaft is symmetrical and the center of gravity of the rotating portion, for example, the entire rotor is on the central axis, vibration during rotation does not occur. However, in reality, the center of gravity does not always coincide with the central axis depending on the condition of the sample in the rotor, for example, the balance of the sample volume injected into each sample container, and the center of gravity of the rotating shaft and the center of gravity of the entire rotor do not always coincide with each other. Vibration occurs when the position shifts. If the amplitude of this vibration becomes large, a large load is applied to the rotating shaft itself and the bearings that support it, which may impair its durability. Therefore, measures are required to prevent the amplitude of this vibration from increasing. To. Here, in general, in a single centrifuge, a plurality of types of rotors are selected and used, and the amount (weight) of the sample to be accommodated also varies depending on the processing content, and such a vibration situation. Varies depending on the type of rotor, the amount of sample, the rotation speed, and the like.
特許文献1に記載されるように、こうした振動の振幅は、回転軸のもつ固有振動数付近で共振によって特に大きくなるため、回転軸の回転速度(単位時間当たりの回転数)と固有振動数が大きく異なる状況が好ましい。このため、例えば軽いロータを高速で回転させる場合には固有振動数の低い回転軸を用いることが好ましく、重いロータを比較的低速で回転させる場合には固有振動数の高い回転軸を用いることが好ましい。ここで、固有振動数は、回転軸の形状・寸法や弾性係数によって定まり、一般的に、回転軸が弾性変形しやすいと固有振動数は低くなり、弾性変形しにくく剛性が高いと固有振動数は高くなる。このため、理想的には状況に応じて回転軸を選択することが望ましいが、処理毎に回転軸を交換する場合には、作業者の負担が大きくなるため、想定される大半の場合に適合しうる回転軸を用いることが好ましい。 As described in Patent Document 1, the amplitude of such vibration becomes particularly large due to resonance near the natural frequency of the rotating shaft, so that the rotational speed (rotational speed per unit time) and the natural frequency of the rotating shaft become large. Significantly different situations are preferred. Therefore, for example, when rotating a light rotor at high speed, it is preferable to use a rotating shaft having a low natural frequency, and when rotating a heavy rotor at a relatively low speed, it is preferable to use a rotating shaft having a high natural frequency. preferable. Here, the natural frequency is determined by the shape / dimensions of the rotating shaft and the elastic modulus. Generally, the natural frequency is low when the rotating shaft is easily elastically deformed, and the natural frequency is low when the rotating shaft is hard to be elastically deformed and has high rigidity. Will be higher. For this reason, ideally, it is desirable to select the rotating shaft according to the situation, but if the rotating shaft is replaced for each process, the burden on the operator will be heavy, so it is suitable for most expected cases. It is preferable to use a rotating shaft that can be used.
単一の回転軸をこのような多様な場合に対応させるために、特許文献2には、剛性が高く固有振動数の高い軸(高剛性軸)と、剛性が低く固有振動数が低い軸(弾性軸)とを組み合わせた回転軸を用いることが記載されている。この場合、鉛直方向に延伸する回転軸を回転駆動するモータは下方に、回転軸に装着されるロータは上方に位置する。回転軸において、高剛性軸は下方(モータ側)に、弾性軸は上方(ロータ側)に位置するように組み合わされ、下側の高剛性軸が軸受で支持される。弾性軸はその下端側で高剛性軸に固定され、軸受で直接支持されないため、高剛性軸に対して小さな振幅で振動が可能とされる。ここで、高剛性軸と弾性軸とは上記のように特性が異なるために、これらは互いに異なる材料で構成され、それぞれが個別に製造された後に、これらが同軸で結合されて回転軸が製造される。 In order to make a single rotating shaft correspond to such various cases, Patent Document 2 describes a shaft having high rigidity and a high natural frequency (high rigidity shaft) and a shaft having low rigidity and a low natural frequency (a shaft having a low natural frequency). It is described that a rotating shaft combined with an elastic shaft) is used. In this case, the motor that rotationally drives the rotating shaft extending in the vertical direction is located below, and the rotor mounted on the rotating shaft is located above. In the rotating shaft, the high-rigidity shaft is combined so as to be located below (motor side) and the elastic shaft is located above (rotor side), and the lower high-rigidity shaft is supported by a bearing. Since the elastic shaft is fixed to the high-rigidity shaft at the lower end side and is not directly supported by the bearing, it is possible to vibrate with a small amplitude with respect to the high-rigidity shaft. Here, since the high-rigidity shaft and the elastic shaft have different characteristics as described above, they are made of different materials, and after each is manufactured individually, they are coaxially connected to manufacture a rotating shaft. Will be done.
上記のように高剛性軸と弾性軸とを組み合わせて回転軸を構成する場合、上側において弾性軸が弾性変形可能な領域を十分に確保する一方で、高剛性軸が軸受で支持され振動や変形が抑制される領域を下側で十分に確保することが必要となる。すなわち、上下方向において、これらの特性の異なる2つの領域をそれぞれ十分に広く確保する必要がある。 When the rotating shaft is formed by combining the high-rigidity shaft and the elastic shaft as described above, the elastic shaft is supported by the bearing to vibrate and deform while sufficiently securing the region where the elastic shaft can be elastically deformed on the upper side. It is necessary to secure a sufficient area on the lower side where is suppressed. That is, it is necessary to secure sufficiently wide two regions having different characteristics in the vertical direction.
一方、特に卓上型の遠心機においては、その全高が低い、すなわち低背であることが要求され、このためには、回転軸の全長を短くすることが要求される。このため、上記のような2つの領域をそれぞれ十分に広く確保して所望の特性を実現することが困難であった。あるいは、上記のように特性の異なる2つの領域を上下方向においてそれぞれ十分に確保するためには、回転軸(高剛性軸、弾性軸)の構造が複雑となり、その製造コストが高くなり、その製造工程も複雑となった。これによって、遠心機自身の製造コストが高くなった。 On the other hand, particularly in a tabletop centrifuge, the total height is required to be low, that is, the height is low, and for this purpose, the total length of the rotating shaft is required to be shortened. For this reason, it has been difficult to secure a sufficiently wide area for each of the above two regions to realize desired characteristics. Alternatively, in order to sufficiently secure the two regions having different characteristics in the vertical direction as described above, the structure of the rotating shaft (high-rigidity shaft and elastic shaft) becomes complicated, the manufacturing cost increases, and the manufacturing thereof becomes high. The process has also become complicated. This increased the manufacturing cost of the centrifuge itself.
このため、動作時の振動が抑制された安価な低背型の遠心機が求められた。 For this reason, an inexpensive low-profile centrifuge in which vibration during operation is suppressed has been required.
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。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an invention for solving the above problems.
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、上下方向に沿い、軸受によって回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸の上側に装着されることによって従動駆動され、試料が内部に収容されるロータと、を具備する遠心機であって、前記回転軸は、前記軸受で回転自在に支持され、中心軸に沿って上側から掘り下げられた凹部である第1孔部が形成された高剛性軸と、前記高剛性軸の上側において前記高剛性軸の延在方向に係合された弾性軸と、前記中心軸に沿って設けられた第2孔部が形成され、前記第2孔部に前記弾性軸が挿入されかつ前記第1孔部と係合することで前記高剛性軸に装着される嵌合部材と、前記嵌合部材と上側から当接する締結部材と、を具備し、前記締結部材の外面と前記高剛性軸における前記第1孔部の内面とが螺合することを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記第2孔部の上下方向に沿った断面形状は、上側に広がる円錐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1孔部の前記中心軸周りの内周面及び前記嵌合部材の前記中心軸周りの外周面は、円筒形状を具備することを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記高剛性軸は、上側に設けられた第1の軸受と、下側に設けられた第2の軸受と、によって回転自在に支持され、前記嵌合部材は、前記第1の軸受よりも下側に位置することを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記締結部材には、前記弾性軸の外周との間に空隙が形成されるように前記弾性軸を上下方向で挿通させる貫通孔が設けられたことを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記嵌合部材は前記高剛性軸よりも熱膨張係数の大きな材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の遠心機は、前記高剛性軸を下側から回転駆動するモータを具備し、前記第1孔部の底面は、前記モータ中に設けられた磁石よりも上側に位置することを特徴とする。
本発明の遠心機において、前記高剛性軸は軟磁性材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の遠心機は、軸受によって回転可能に支持され上下方向に沿って延伸する回転軸と、前記回転軸に装着されることによって従動駆動され、試料が内部に収容されるロータと、を具備する遠心機であって、前記回転軸は、前記軸受に回転自在に支持され、下側に向かって掘り下げられた孔部を有する第1の軸と、前記第1の軸より剛性が低く、かつ前記孔部に嵌合する嵌合部を下側に有する第2の軸と、前記第2の軸の外周との間に隙間が生じた状態で前記第2の軸を上下方向で挿通させる貫通孔を有する締結部材と、を具備し、前記締結部材の外面と前記第1の軸における前記孔部の内面とが螺合し、前記嵌合部が前記孔部に嵌合した状態で前記締結部材が上側から前記嵌合部と当接して、前記第2の軸が前記第1の軸に対して装着されたことを特徴とする。
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
Centrifuge of the present invention, have along the vertical direction, a rotary shaft which is rotatably supported by bearings is driven driven by being mounted on the upper side of the rotary shaft, a rotor which the sample is contained therein, a centrifuge having a, the rotary shaft is rotatably supported by the bearing, a high-rigidity shaft which first hole is a recess dug down from the upper side is formed along a central axis, said An elastic shaft engaged in the extending direction of the high-rigidity shaft and a second hole provided along the central shaft are formed on the upper side of the high-rigidity shaft, and the elastic shaft is formed in the second hole. A fitting member that is inserted and engaged with the first hole portion to be mounted on the high-rigidity shaft, and a fastening member that comes into contact with the fitting member from above, and an outer surface of the fastening member. It is characterized in that the inner surface of the first hole portion of the high-rigidity shaft is screwed .
The centrifuge of the present invention is characterized in that the cross-sectional shape of the second hole portion along the vertical direction is a conical shape that spreads upward.
The centrifuge of the present invention is characterized in that the inner peripheral surface of the first hole portion around the central axis and the outer peripheral surface of the fitting member around the central axis have a cylindrical shape.
In the centrifuge of the present invention, the high-rigidity shaft is rotatably supported by a first bearing provided on the upper side and a second bearing provided on the lower side, and the fitting member is the fitting member. It is characterized in that it is located below the first bearing.
In centrifuge of the present invention, the the fastening member is characterized in that the through hole of the elastic shaft Ru is inserted in the vertical direction as the air gap is formed between the outer periphery of the elastic shaft is provided ..
The centrifuge of the present invention is characterized in that the fitting member is made of a material having a coefficient of thermal expansion larger than that of the high-rigidity shaft.
The centrifuge of the present invention includes a motor that rotationally drives the high-rigidity shaft from below, and the bottom surface of the first hole is located above the magnet provided in the motor. To do.
The centrifuge of the present invention is characterized in that the high-rigidity shaft is made of a soft magnetic material.
The centrifuge of the present invention includes a rotary shaft that is rotatably supported by a bearing and extends in the vertical direction, and a rotor that is driven by being mounted on the rotary shaft and houses a sample inside. The rotary shaft is rotatably supported by the bearing and has a hole portion that is dug downward, and has a lower rigidity than the first shaft and is less rigid than the first shaft. Penetration through which the second shaft is inserted in the vertical direction with a gap formed between a second shaft having a fitting portion fitted in the hole portion on the lower side and the outer periphery of the second shaft. A fastening member having a hole, the outer surface of the fastening member and the inner surface of the hole portion in the first shaft are screwed together, and the fitting portion is fitted into the hole portion. The member is in contact with the fitting portion from above, and the second shaft is mounted on the first shaft.
本発明は以上のように構成されているので、動作時の振動が抑制された安価な低背型の遠心機を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain an inexpensive low-profile centrifuge in which vibration during operation is suppressed.
本発明の実施の形態に係る遠心機について説明する。特許文献2に記載の遠心機と同様に、この遠心機において用いられる回転軸は、高剛性軸と弾性軸とが組み合わされて構成される。図1は、この遠心機100の構成を示す、回転軸10の軸心に沿った鉛直方向の断面図である。
The centrifuge according to the embodiment of the present invention will be described. Similar to the centrifuge described in Patent Document 2, the rotating shaft used in this centrifuge is configured by combining a high-rigidity shaft and an elastic shaft. FIG. 1 is a cross-sectional view in the vertical direction along the axis of the
図1において、ロータ20はボウル21で囲まれたロータ室21A内に設けられ、脱着自在に回転軸10の上部に装着される。ロータ室21Aの上側が蓋部22によって封止された状態で、回転軸10及びロータ20は、回転軸10の下側に設けられたモータ30によって回転駆動される。モータ30やボウル21等は、筐体23に対して固定されている。
In FIG. 1, the
ロータ20の内部には遠心分離処理の対象となる試料が注入された試料用容器(図示せず)が同心円上に配列して設置される。また、ロータ20には複数の種類(大きさ、構造)のものがあり、使用者は、処理内容に応じて、この種類を選択する。ロータ20の回転軸10の上部に対する取り付け構造は、従来より知られるものと同様である。なお、実際にはモータ30の回転やボウル21の温度等を制御するための機構も筐体23内に設けられているが、本発明とは無関係であるため、その記載は図1では省略されている。
Inside the
図2は、図1におけるモータ30と回転軸10の構成を拡大して示す回転軸10の中心軸10Aに沿った断面図である。ここで、回転軸10は、下側でモータ30の回転子31と一体化された大径の高剛性軸11と、高剛性軸11に対して同軸に固定される弾性軸12を具備する。高剛性軸11は、モータ筐体32内に対して、上側の第1の軸受(ボールベアリング)33A、下側の第2の軸受33Bによって回転自在に支持される。また、高剛性軸11において、上下のそれぞれにおける回転子31と第1、第2の軸受33A、33Bの間の領域には、回転軸10のバランスをとるためのバランスリング11Aが設けられている。また、モータ筐体32には、回転子31と同じ高さかつその外側において、固定子(磁石)34が固定されている。回転子31は永久磁石で構成され、固定子34は電磁石で構成され、固定子34に流れる電流の制御を行うことによって、回転子31が固定された高剛性軸11(回転軸10)を回転駆動することができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the
高剛性軸11は、軟磁性体でありかつ剛性の高い材料で構成することが好ましい。高剛性軸11が軟磁性体であることにより、図2の構成において、高剛性軸11が磁石34による磁束の通路となり、磁束の漏洩が抑制され回転子31に対して大きなトルクを発生させることができる。また、高剛性軸11の剛性を高くすることにより、高剛性軸11の固有振動数を高くすることができる。これによって、高剛性軸11を第1、第2の軸受33A、33Bで支持することも容易となる。具体的には、高剛性軸11を構成する材料として、マルテンサイト系のSUS鋼を用いることができる。
The high-
一方、弾性軸12を構成する材料としては、弾性変形可能な領域が広い靭性の大きいものを用いることが好ましく、具体的には、ばね用オイルテンパー線を用いることができる。また、このように高剛性軸11と弾性軸12が異なる材料で構成されるため、両者はそれぞれ別に成型・製造される。
On the other hand, as the material constituting the
図3は、図2における高剛性軸11の上部、弾性軸12の下部付近を特に拡大した図である。この回転軸10においては、高剛性軸11に対して弾性軸12が同軸で固定される際に、嵌合部材13、締結部材14が用いられている。このため、高剛性軸11に対して弾性軸12が固定される際に、両者は直接接さない。図4は、高剛性軸11、嵌合部材13、弾性軸12、締結部材14の組み立て図である。
FIG. 3 is a particularly enlarged view of the upper portion of the high-
図4に示されるように、高剛性軸11には、その上面から中心軸10Aに沿って掘り下げられた孔部である第1孔部11Bが形成されている。第1孔部11Bの底面11B1は、回転子31よりも高い位置となるように形成されている。第1孔部11Bは、上下方向において、底面11B1側の領域である下部領域11B2、その上側の上部領域11B3に大別される。下部領域11B2の内周面は中心軸10Aを軸とした円筒形状とされており、上部領域11B3の内周面も同様の円筒形状とされるが、その内周面にはネジ加工が施されている。
As shown in FIG. 4, the high-
嵌合部材13は、第1孔部11Bにおける下部領域11B2の内周面に対応した円筒形状の外周面を具備し、図3に示されるように、第1孔部11Bの底部側の下部領域11B2に設けられる。また、図4に示されるように、嵌合部材13には、その上部側から中心軸10Aに沿って掘り下げられた孔部である第2孔部13Aが形成されている。この構成においては、第2孔部13Aは嵌合部材13を上下方向で貫通するように形成されている。図3における第2孔部13Aの断面形状は、上側が僅かに広がったテーパ(円錐)形状とされ、そのテーパ角度は1°程度と小さい。
The
また、弾性軸12の下部側の領域である弾性軸下部12Aは、第2孔部13Aのテーパ形状に対応したテーパ形状とされている。このため、嵌合部材13を第1孔部11B内に装着する前の状態において、弾性軸12(弾性軸下部12A)を上側から第2孔部13Aに嵌入して嵌合部材13と弾性軸12とを一体化して固定することが可能である。その後、この状態で嵌合部材13を高剛性軸11における第1孔部11Bに上側から嵌入することができる。
Further, the elastic shaft
また、締結部材14には、これを上下方向で貫通する貫通孔14Aが設けられる。一方、締結部材14の下側の外周面14Bには、第1孔部11Bと螺合するネジ切り加工が施される。このため、嵌合部材13及び弾性軸12の装着時において、貫通孔14Aを弾性軸12が上下方向で挿通した状態で、締結部材14は、第1孔部11B中で上側から嵌合部材13と当接し、外周面14Bが第1孔部11Bの内面と当接することによって固定される。このため、締結部材14は、高剛性軸11及び嵌合部材13に対して固定される。一方、固定時において、貫通孔14Aを上下方向で貫通する弾性軸12と貫通孔14Aの内周面との間には空隙が形成される。このため、弾性軸12は、嵌合部材13よりも上側の領域において、小さく弾性変形(振動)することができる。一方で、弾性軸12は、この領域の下側においては、嵌合部材13あるいは高剛性軸11に対して固定される。
Further, the
上記の構成を形成するにあたっては、まず、高剛性軸11、弾性軸12、嵌合部材13、締結部材14をそれぞれ個別に成型して製造する。その後、図4に示される位置関係で、弾性軸12を上側から貫通孔14Aに挿通させた状態で締結部材14を弾性軸に装着した状態で、弾性軸12の下端を嵌合部材13の第2孔部13Aに上側から圧入して固定する。その後、弾性軸12が圧入された状態の嵌合部材13を、第1孔部11B中に嵌入し、固定する。この際に、接着剤を用いてもよい。この状態で、締結部材14を上側から嵌合部材13に係止されるまで締め込み、第1孔部11Bに螺合させて固定することによって、図3の構造を形成することができる。
In forming the above configuration, first, the high-
図2に示されるように、上下方向において高剛性軸11は第1、第2の軸受33A、33Bによってそれぞれ上下で支持され、これによって回転軸10全体が支持される。一方、図3に示されるように、上側の第1の軸受33Aがある高さよりも第1孔部11Bを深く形成し、かつ嵌合部材13が装着された状態で、嵌合部材13が第1の軸受33Aよりも低い箇所にあるような構成とすることができる。こうした場合においても、第1孔部11Bは、第1の軸受33Aによる高剛性軸11の支持に悪影響を与えない。また、上下方向において、嵌合部材13がある領域において弾性軸12は高剛性軸11に対して強固に固定される。
As shown in FIG. 2, in the vertical direction, the high-
一方、上記の通り、第1の軸受33Aよりも下側に位置する嵌合部材13よりも上側の領域では、弾性軸12は振動することができる。このため、上記の構成においては、上側において弾性軸12が弾性変形可能な領域を十分に確保する一方で、高剛性軸11が第1、第2の軸受33A、33Bで支持され振動や変形が抑制される領域を下側で十分に確保することを、回転軸10の全長を大きくすることなく実現することができる。
On the other hand, as described above, the
また、この構造は、以下に説明するように、容易かつ低コストで製造することができる。 In addition, this structure can be easily and inexpensively manufactured as described below.
例えば、高剛性軸11において、前記の第1孔部11Bを設ける代わりに前記の第2孔部13Aに対応するテーパ形状の孔部を設け、嵌合部材13を用いずにこの孔部に直接弾性軸12を固定してもよい。図5(a)(b)は、こうした構成を具備する構造の2つの例を、図2に対応させて示す図である。
For example, in the high-
図5(a)においては、嵌合部材13が用いられず、回転軸110は、高剛性軸111と弾性軸112が組み合わされて構成される。高剛性軸111の上部には、上記の第2孔部13Aに対応したテーパ形状の孔部111Aが形成されている。弾性軸112の形状は前記の弾性軸12と同様であり、弾性軸112におけるテーパ形状とされた弾性軸下部112Aを孔部111Aに上側から固定することができる。この場合には、弾性軸112は、孔部111Aよりも上側の領域においてのみ振動することができるため、この領域を広くとるためには、高剛性軸111よりも上側となる部分で弾性軸112を長くすることが必要である。このため、回転軸110の全長が長くなる。
In FIG. 5A, the
これに対して、図5(b)は、図5(a)の構造を、回転軸の全長が短くなるように改良した構造である。この場合において用いられる回転軸210において、高剛性軸211には孔部211Aが形成されている。この孔部211Aは前記の孔部111Aよりも深く形成され、上下方向において、テーパ形状とされて底部側に設けられたテーパ領域211A1と、テーパ領域211A1よりも大径とされてテーパ領域211A1の上部に設けられた大径領域211A2に区分される。この場合、テーパ領域211A1は前記の孔部111Aに対応し、弾性軸212は、前記の孔部111Aに対してと同様に、テーパ領域211A1において固定される。一方、テーパ領域211A1よりも上側の大径領域211A2においては、孔部211Aの内面と弾性軸212とを非接触の状態とすることができるため、大径領域211A2において、弾性軸212は振動することができ、更にその上側でも振動することができる。一方、高剛性軸211に対する第1、第2の軸受33A、33Bによる支持は、図5(a)の構造と同様に行われる。このため、高剛性軸211が第1、第2の軸受33A、33Bで支持され振動や変形が抑制される領域を下側で十分に確保することができると同時に、弾性軸212が振動できる領域を広くした上で、回転軸210の全長を図5(a)の場合よりも短くすることができる。このため、図5(b)の構造は、遠心機の低背化に対して好ましい。
On the other hand, FIG. 5B is an improved structure of the structure of FIG. 5A so that the total length of the rotating shaft is shortened. In the
一方、ここで用いられる高剛性軸211には、テーパ領域211A1と大径領域211A2で構成されるため前記の孔部111Aよりも深い孔部211Aが形成される。ここで、大径領域211A2の内面形状は弾性軸112と非接触とすればよく、この形状は、加工の容易な円筒面形状とすることができる。このため、大径領域211A2のみを形成する加工に際しては高い精度は要求されない。一方、テーパ領域211A1は弾性軸212を同軸で高剛性軸211に対して固定するために形成されるため、その加工に際しては高い精度が要求される。このため、結局、深い孔部211Aを形成するには高い精度が要求され、特にその最も深い部分となるテーパ領域211A1の加工において高い精度が要求される。一般的に、高剛性軸211を構成するような鋼材に対してこのような深い孔部を高精度で形成することは容易ではなく、このような高剛性軸211を低コストで製造することは困難である。すなわち、図5(b)の構造によって、回転時の振動が抑制され、かつ遠心機を低背化することはできるものの、この遠心機を安価とすることは困難であった。
On the other hand, since the high-
一方、上記の実施の形態に係る構成においては、孔部111Aあるいはテーパ領域211A1と同様なテーパ形状の内面をもつ第2孔部13Aは嵌合部材13に形成される。ここで、嵌合部材13は、高剛性軸11と比べて全長が短く、小型の部品であるため、その加工は容易であり、上記のようなテーパ形状の第2孔部13Aをこのような小型の嵌合部材13に形成することも容易である。一方、全長が長い高剛性軸11に対しては、第1孔部11Bが形成されるが、第1孔部11Bの内面形状は、前記の通り加工が容易な円筒面形状であるため、これらを安価に製造することができる。
On the other hand, in the configuration according to the above embodiment, the
また、上記の構成において、締結部材14は、主に嵌合部材13が第1孔部11B中で上側に移動することを抑制するために設けられる。このため、締結部材14は、弾性軸12を貫通孔14Aに非接触で挿通させた状態で第1孔部11Bに螺合されることによって嵌合部材13に上側から当接するように絞め込まれればよく、その形状には高い精度は要求されない。また、締結部材14も嵌合部材13と同様に小型である。このため、締結部材14の製造も容易である。更に、嵌合部材13が第1孔部11Bにおいて上下方向にも移動しないように強固に固定されていれば、締結部材14は不要である。
Further, in the above configuration, the
また、前記の通り、高剛性軸11、弾性軸12を構成する材料としては、それぞれに対して個別に要求される特性がある。これに対して、嵌合部材13、締結部材14を弾性軸12と共に上記のように高剛性軸11に対して固定することができる限りにおいて、嵌合部材13、締結部材14を構成する材料に対する制限は少ない。このため、上記のような加工が容易である材料を、これらの材料として用いることもできる。また、嵌合部材13を構成する材料としては、高剛性軸11と同じ材料を用いることもできる。あるいは、高剛性軸11を構成する材料よりも熱膨張率の大きな材料を嵌合部材13を構成する材料として用いることにより、温度上昇時において嵌合部材13と第1孔部11Bとの間の結合が強固になる。締結部材14を構成する材料に対しては、嵌合部材13を構成する材料に対するよりも更に制限が少ないため、材料選択の余地は広い。
Further, as described above, the materials constituting the high-
このため、上記の各部品を容易かつ安価に製造することができ、この遠心機100を安価とすることができる。
Therefore, each of the above parts can be manufactured easily and inexpensively, and the
また、上記の実施の形態に係る構成は、モータ30の動作においても、以下の観点から好ましい。図2において、モータ30中における磁束が通過する磁路は、例えば左側の固定子34から左側の回転子31を通り、中央の高剛性軸11を介して右側の回転子31を経て右側の固定子34に至る。この際、高剛性軸11を軟磁性体(強磁性体)で構成し、かつ第1孔部11Bをこの磁路よりも上側に設ける、すなわち、図2に示されるように、第1孔部11Bの底面11B1をこの磁路よりも上側にすることによって、図2における左側の回転子31から右側の回転子31に至るまでの間を軟磁性体(強磁性体)で充填することができる。これによって、固定子34によって形成された磁場を用いて回転子31に高効率でトルクを発生させることができる。
Further, the configuration according to the above embodiment is also preferable in the operation of the
このように、第1孔部11Bの底面11B1を回転子31よりも高く設定した場合でも、図2に示されるように、上側の第1の軸受33Aは回転子31よりも更に高い位置にあり、第1孔部11Bの底面11B1あるいは嵌合部材13を第1の軸受33Aよりも低い位置に設けることができる。これによって、回転軸10の全長を抑制しつつ弾性軸12が弾性変形できる領域を広くとることができる。このため、上記の遠心機100においては、動作時の振動が抑制され、かつこの遠心機100低背型とすることができる。
As described above, even when the bottom surface 11B1 of the
なお、上記の構成において、第2孔部13Aは上下方向で嵌合部材13を貫通するものとしたが、弾性軸を嵌合部材に固定できる限りにおいて、第2孔部が嵌合部材を貫通する必要はない。また、第2孔部13Aの内面及び弾性軸下部112Aはテーパ形状とされたが、これらの形状は、弾性軸下部が第2孔部に固定できる限りにおいて、任意である。
In the above configuration, the
上記の構成において、嵌合部材の高剛性軸(第1孔部)に対する固定方法は、任意である。いずれの場合においても、嵌合部材よりも上側において、弾性軸が振動する領域を広くすることができる。また、締結部材の高剛性軸(第1孔部)に対する固定方法も任意であり、その形状も、上記と同様に嵌合部材を支持しつつ弾性軸を振動させることができる限りにおいて、任意である。 In the above configuration, the method of fixing the fitting member to the high-rigidity shaft (first hole portion) is arbitrary. In either case, the region where the elastic shaft vibrates can be widened above the fitting member. Further, the method of fixing the fastening member to the high-rigidity shaft (first hole) is also arbitrary, and the shape thereof is also arbitrary as long as the elastic shaft can be vibrated while supporting the fitting member as described above. is there.
10、110、210 回転軸
10A 中心軸
11、111 高剛性軸
11A バランスリング
11B 第1孔部
11B1 底面
11B2 底部領域
11B3 上部領域
12、112、212 弾性軸
12A、112A 弾性軸下部
13 嵌合部材
13A 第2孔部
14 締結部材
14A 貫通孔
14B 外周面
20 ロータ
21 ボウル
22 蓋部
23 筐体
21A ロータ室
30 モータ
31 回転子(磁石)
32 モータ筐体
33A 第1の軸受
33B 第2の軸受
34 固定子(磁石)
111A、211A 孔部
211A1 テーパ領域
211A2 大径領域
10, 110, 210
32
111A, 211A Hole 211A1 Taper area 211A2 Large diameter area
Claims (9)
前記回転軸は、
前記軸受で回転自在に支持され、中心軸に沿って上側から掘り下げられた凹部である第1孔部が形成された高剛性軸と、
前記高剛性軸の上側において前記高剛性軸の延在方向に係合された弾性軸と、
前記中心軸に沿って設けられた第2孔部が形成され、前記第2孔部に前記弾性軸が挿入されかつ前記第1孔部と係合することで前記高剛性軸に装着される嵌合部材と、
前記嵌合部材と上側から当接する締結部材と、
を具備し、
前記締結部材の外面と前記高剛性軸における前記第1孔部の内面とが螺合することを特徴とする遠心機。 There along the vertical direction, a rotary shaft which is rotatably supported by bearings, is driven driven by being mounted on the upper side of the rotary shaft, a centrifugal machine comprising a rotor sample is contained therein, the hand,
The axis of rotation is
Is rotatably supported by the bearing, a high-rigidity shaft which first hole is a recess dug down from the upper side is formed along the central axis,
On the upper side of the high-rigidity shaft, an elastic shaft engaged in the extending direction of the high-rigidity shaft and
A second hole provided along the central axis is formed, and the elastic shaft is inserted into the second hole and engaged with the first hole to be mounted on the high-rigidity shaft. Combined members and
A fastening member that comes into contact with the fitting member from above,
Equipped with
A centrifuge characterized in that the outer surface of the fastening member and the inner surface of the first hole portion of the high-rigidity shaft are screwed together .
前記嵌合部材は、前記第1の軸受よりも下側に位置す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。 The high-rigidity shaft is rotatably supported by a first bearing provided on the upper side and a second bearing provided on the lower side.
The centrifuge according to any one of claims 1 to 3, wherein the fitting member is located below the first bearing.
前記弾性軸の外周との間に空隙が形成されるように前記弾性軸を上下方向で挿通させる貫通孔が設けら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。 The fastening member
Any one of claims 1 to 4, wherein said elastic shaft that vertical direction is inserted through so Ru through holes are provided as gap is formed between the outer periphery of the elastic shaft The centrifuge described in.
前記第1孔部の底面は、前記モータ中に設けられた磁石よりも上側に位置することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の遠心機。 A motor for rotationally driving the high-rigidity shaft from below is provided.
The centrifuge according to any one of claims 1 to 6 , wherein the bottom surface of the first hole is located above the magnet provided in the motor.
前記回転軸は、 The axis of rotation is
前記軸受に回転自在に支持され、下側に向かって掘り下げられた孔部を有する第1の軸と、 A first shaft that is rotatably supported by the bearing and has a hole that is dug downward.
前記第1の軸より剛性が低く、かつ前記孔部に嵌合する嵌合部を下側に有する第2の軸と、 A second shaft having a lower rigidity than the first shaft and having a fitting portion fitted in the hole portion on the lower side,
前記第2の軸の外周との間に隙間が生じた状態で前記第2の軸を上下方向で挿通させる貫通孔を有する締結部材と、 A fastening member having a through hole through which the second shaft is inserted in the vertical direction in a state where a gap is formed between the second shaft and the outer circumference of the second shaft.
を具備し、 Equipped with
前記締結部材の外面と前記第1の軸における前記孔部の内面とが螺合し、前記嵌合部が前記孔部に嵌合した状態で前記締結部材が上側から前記嵌合部と当接して、前記第2の軸が前記第1の軸に対して装着されたことを特徴とする遠心機。 The outer surface of the fastening member and the inner surface of the hole portion in the first shaft are screwed together, and the fastening member comes into contact with the fitting portion from above in a state where the fitting portion is fitted into the hole portion. The centrifuge is characterized in that the second shaft is mounted on the first shaft.
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