JPH029464A - 遠心分離機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は遠心分ｇ１機、特に、排気状態でも非排気状態
でも作動できる遠心分ａｍに関する。

普通の遠心分１１１１機は２種の基本タイプに分けるこ
とができる。すなわち、大気圧にあるチャンバで作動す
るものと、大気圧より低い圧力まで排気したチャンバで
作動するものとに分けることができる。一般には、低遠
心力用途はチャンバが大気圧にある遠心分離機で行なわ
れる。このような遠心分離機の一例として、Ｅ、　１．
　ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ｉｎｄ　Ｃ
ｏｍｐａｎｙ、　Ｉｎｃ、の医療製品部の販売している
ＲＣ−５Ｃ遠心分＃機がある。このタイプの遠心分ｇＩ
機はチャンバを排気する遠心力ｇ１機に比べて本来、構
造簡単、安価であり、信頼性も高い。

大気圧状態からチャンバを隔離する真空ポンプも多数の
シールも不要だからである。これは部品点数が少なく、
厳しい機械加工公差も低く、保守回数も少なくて済むと
いうことを意味している。さらに、このタイプの遠心分
離機で用いられるロータ、チューブ、ボトルも本来的に
簡単であり、安価である。容器内のサンプルを真空環境
から隔離するシールがまったく不要だからである。これ
らすべての理由のために、大気圧での操作が好ましい方
法であると一般に考えられている。

しかしながら、大気圧下の操作はいくつかの制限を持つ
、非排気環境で回転体はウィンディジを生じる。このウ
ィンディジは遠心分離機性能に２種類の悪影響を与える
。まず、ウィンディジが駆動トルクに対向作用してロー
タの最高角速度を抑えるのである。最終的には、ウィン
ディジ（および軸受損失のような他の粘性損失）が原動
機からの駆動トルク出力に等しくなる。そうすると。

トルクを加えてロータを加速することができなくなり、
ロータの角速度を制限することになる。

ロータの角速度が制限されると、相対遠心力（ＲＣＦ）
がロータの半径と角速度の自乗の関数であるから、サン
プルに加えることのできる遠心力が制限される０次に、
ウィンディジは熱を発生し、サンプルの温度を上昇させ
る傾向がある。−般には遠心分離機はサンプル温度のた
めの冷却装置を持っているが、この冷却装置は所定の能
力しか持っていない、したがりて、ウィンディジによっ
て発生する熱は遠心分ｓ１機温度制御装置の冷却能力を
超えてはならない。

ウィンディジを減らし、同じ他の遠心分離機に伴う制限
を減らすには、チャンバを排気するとよい、このような
遠心分離機の一例として、　Ｅ、　Ｉ。

ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏ
ｍｐａｎｙ、　Ｉｎｃ、の医療製品部の販売しているＯ
ＴＤ超遠心分離機がある。

このような超遠心分離機は、非排気式チャンバ装置の利
点として上述した理由とほぼ逆の理由のために高遠心力
用途のためにのみ使用される。チャンバは遠心分離機の
作動中宮に排気される。排気作用は遠心力ｇ１機のフレ
ーム構造やチャンバを大気圧状態から隔離するシールに
ストレスを生じさせる。これらのストレスは特にシール
と真空ポンプのために周期的な保守点検を必要とさせる
。

高い遠心力を生じさせるために排気環境で作動でき、よ
り安価でより簡単なロータ、チューブ。

ボトル装置を使用するために非排気環境でも作動できる
遠心分離機があればよいと考える。また。

シールにかかるストレスおよびそれに伴う保守点検を最
低限に抑えるべく特に排気を必要とする用途でも排気操
作を最低限に抑えられればよいとも考えられる。さらに
、駆動機に装填されるロータの識別および必要とされる
運転パラメータに基いてチャンバ内の圧力を自動的に制
御できる遠心分離機があればよいとも考えられる。

本発明はロータ・チャンバまたはボウルを配置した支持
フレーム構造を有する遠心分離機に関する。駆動モータ
がフレーム構造に取り付けてあり、チャンバ内に突入す
る駆動軸を包含する。

チャンバは適当なドアまたはカバーで閉ざすことができ
る。チャンバの内部を排気する真空ポンプがそれと関連
して作動する。

駆動軸の上端は所定数のロータ要素のうちの任意のもの
を受け入れるような形態となっている。

各ロータ要素は排気環境、非排気環境のいずれでも作動
できるようになっている。したがって、遠心分離機のチ
ャンバ内の所定の作動位置にロータ識別装置が設けてあ
り、これは普通の使用可能と考えられるロータが駆動軸
上に装着されたときにそれを識別したことを示す信号を
発生するように作動する。ポンプはこのロータの識別を
表わす信号に応答して配置されたこの特定のロータに従
ってチャンバ内部に所定の圧力レベルを発生する。

あるいは、ロータの識別を表わす信号をオペレータが発
生させ得る手段を設けてもよい。

さらに、オペレータがロータを駆動しようとしている所
定の角速度を要求できるようにした手段か設けられる。

この要求された角速度を表わす信号はポンプ制御装置に
も送られ、チャンバの所定圧力レベルを制御するのに使
用される。

本発明は、本願の一部をなす添付図面に関連した以下の
詳細な説明からより充分に理解して貰えよう。

本発明による遠心分離機１０は参照符号１２て概略的に
示す上部構造を包含し、この上部構造は適当なプレート
、ストラット、シェル・ピースでｍ成されており、これ
らの構成部分は相互に協働して作動要素を支持し、取り
囲むフレーム構造を構成している。この遠心分離ｌ１１
０はボウル１４を包含し、このボウルはその床部力に中
央孔１６を有する。ボウル１４はフレーム構造１２内で
隔離リング１８上に支持されてＳワ、１つ以上のガード
・リング２０に囲まれている。これらのガード・リング
は遠心分離機内で回転するロータが壊れたときに生じる
破片を閉じこめるのに役立つ、ここで、ガード・リング
２０がフレーム構造１２に対して可動状態に配置しであ
ると好ましい、その目的で、ローラ２４が概略的に示し
である。ボウル１４の内部はチャンバ２８を構成してお
り、このチャンバは取り外し自在の蓋またはカバー３０
で閉ざされる。蓋またはカバー３０の下面には適当な真
空シール３２が設けてあり、これはたとえば１９８６年
１１月３日に出願した審査中の米国特許出願環９２６，
１８０号（ＩＰ−０６４２）に開示されている。

全体的に参照符号３６で示す駆動モータがフレーム構造
１２上に配置してあり、その駆動軸３８がボウル１４の
開口１６を貫いてチャンバ２８の内部に突入するように
配置しである。軸３８の上端はロータ取り付はスパッド
４０を備えている。このスパッド４０はロータＲを受け
入れる形態となっている。モータ・ハウジング３６の内
部は、モータ３６の上端ベル３６Ｂに設けた流体通路ボ
ート４４によフて概略的に示したように、ボウル１４の
内部のチャンバ２８と流体連絡している。したがって、
真空シール４６が設けてあってモータ・ハウジング３６
の上端べる３６Ｂとボウル１４の間のシール状態を保持
している。

ボウル１４の外面には冷却コイル５０が設けてあり、こ
の冷却コイル５０はエバポレータ５４を含む閉ループ式
冷媒流路５２内に接続している。

温度センサ装置５６がボウル１４内の所定の作動位置に
配置してあり、スパッド４０に受けられたロータＲの温
度をモニタすることができる。温度センサ５６の位置は
概略的に示しであるが、ボウル内部の任意の便利な位置
に取り付は得ることは了解されたい、最も好ましい実施
例では、センサは１９８７年１２月２１日に出願した米
国特許出願環１３５，４４９号（ＩＰ−０６９８）に開
示された支持構造を利用して装着される。センサの出力
部は適当な温度制御回路５８に接続してあり、これは制
御ライン６０を経てエバポレータ５４の動作を制御する
。

参照符号６２で概略的に示す真空ポンプがライン６４を
通してボウル１４の内部と流体連絡するように配置しで
ある。ポンプ６２として使用するに適したものとしては
、西ドイツ国のＶａｃｕｕｂｒａｎｄＧｍｂＨａｎｄ　
ＣｏｍｐａｎｙかタイプＲＳ８の名で販売しているよう
な摺動羽根型回転真空ポンプである。ポンプ制御回路６
６がポンプ５８と組合わせてあってライン６８を通して
ポンプ制御信号を与え、チャンバ２８の圧力レベルを制
御するようになっている。

遠心分離機の駆動機３６すなわち原動機は、好ましくは
、コネチカツト州ノーウオ一り市のＥｌｅｃｔｒｉｃ　
Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｉｎｃ、の製
造、販売しているような多相ブラシレス直流モータであ
る。可変電圧源、切り換えマトリックスおよび整流制御
器を含むパワードライブが設けられている。ブラシレス
直流モータのためのパワードライブの代表的な例か米国
特許第３，７８３，３５９号（Ｍａｌｋｉｅｌ）に示し
てあり、これはここに参考資料として援用する。モータ
３６はモータ整流制御システムの一部をなすホール効果
センサのアレイを包含する。ホール効果センサは軸の角
速度を表わす出力を与えるのにも用いられる。この信号
（タコメータ信号と呼ぶ）はライン７２を通して遠心分
離機ロータ御システム７０に送られる。

オペレータの望む角速度を速度制御器７０に入力できる
オペレータ制御パネル８０が設けである。このパネルは
ライン８２を経て速度制御器に接続しである。要求され
た速度制御信号はライン８２Ａを通してポンプ制御器６
６にも送られる。

駆動機スパッド４０は所定数の遠心分離機ロータＲのう
ちの任意のものを受け入れるような形態となっている。

各ロータＲはボウル１４内の或る環境においで作動でき
るようになっている０周囲圧力の一次決定要素はロータ
のシール形態である。或る種のロータ、たとえば、Ｅ、
　１．　ｄｕ　Ｐｏｎｔｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ
　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｉｎｃ、の医療製品部の製造、販
売しているＧＳＡ　Ｆｉｘｅｄ　Ａｎｇｌｅ　Ｒｏｔｏ
ｒが非排気の、すなわち、周囲の空気雰囲気て作動でき
るようになっている。これらのロータはサンプルを隔離
し、真空環境で処理を行なえるようにするシールを備え
ていない、他のロータ、たとえば、Ｅ。

１、　ｄｕ　Ｐａｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ
　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｔｎｃ、の医療製品部の製造、販
売しているＦ−２８／１３　Ｆｉｘｅｄ　Ａｎｇｌｅ　
Ｒｏｔｏｒが比較的強い排気環境（７５００ミクロンＨ
ｇ未満）で使用できるようになっている。

これらのロータは真空シールおよびそれに対応した精密
公差の機械加工面を有し、環境からサンプルを隔離する
ことができる。　Ｅ、　１．　ｄｕ　Ｐａｎｔ　ｄｅＮ
ｅｒＩｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｉｎｃ、
の医療製品部の製造、販売している５Ｓ−３４Ｆｉｘｅ
ｄ　Ａｎｇｌｅ　Ｒｏｔｏｒのようなまた別のロータも
非排気環境漏洩防止用シールで作動するように設計され
ている。これらのシールは、比較的強い排気環境で必要
なサンプル隔離を行なえないが、部分真空環境（たとえ
ば、０．５ａｔｍ）からサンプルを隔離することはでき
る。

本発明の遠心分１Ｉ１４１１は排気環境でも非排気環境
でも作動し、ロータを回転させるようになりでいる。こ
の目的のために、全体的に参照符号８８で示すロータ検
出・識別装置が所定の作動位置に設けてあって遠心分１
ｌｌ１４ｔで使用できる複数のロータのうちの或る特定
のものを識別できるようになっている。好ましくは、１
９８７年１２月９日に出願され、本発明の譲渡人に譲り
渡された審査中の米国特許出ｍＰｃＴ／ＵＳ８７１０３
２２１　（ＩＰ−０６５１−Ａ）に開示されたロータ認
識システムをロータ識別手段として用いるとよい、しか
しながら、ここで、ロータの下面に設けた符号化ディス
クを復号したり、あるいは、それを利用する装置を含む
任意他の適当なロータ認識装置をロータ識別手段として
使用できることは了解されたい。

ロータ識別手段の出力はライン９０を通してポンプ＃Ｊ
ｇｉ回路６６に送られる。あるいは、ロータ識別手段は
オペレータ制御パネル８０を使用してロータの識別の入
力をオペレータが行なえるようにしたものであったもよ
い、駆動スパッド４０に装填されたロータの識別を表わ
す信号はライン９０Ａを通してポンプ制御回路６６に送
られる。

本発明の一実施例では、駆動スパッド４０上に装填され
たロータの識別を表わす信号は、ライン９０または９０
Ａを通して、ロータを作動させる圧力レベルを決定する
のに使用される。ポンプ制御回路６６はロータ識別を表
わす信号に応答してボウル内の圧力をそのロータに対応
する所定レベルに制御する。好ましい実施例では、手段
６６はメモリ９２を包含する。このメモリには遠心分離
機によって効果的に作動させられ得る各ロータＲのため
の圧力レベルを関連づけるルックアップ・テーブルが記
憶されている。ここで再び、好ましいケースでは、この
圧力レベルとは充分な排気状態と非排気状態のいずれか
である。「充分な排気状態」というのは、ポンプが完全
に行ない得る程度まで（代表的には、７５０〜７５００
ミクロンＨｇ）チャンバを排気した状態を意味する。

たとえば、駆動スパッド４０上に装着したロータがＧＳ
Ａ　Ｆｉｘｅｄ　Ａｎｇｌｅ　Ｒｏｔｏｒであると識別
された場合には、それに対応する圧力レベルは非排気状
態（すなわち、ポンプが作動してない状８）である、真
空ポンプ６２に対して適当な制御信号がライン６８を通
して出力されて真空ポンプの作動を禁止するが２このロ
ータはチャンバの圧力レベルを大気圧状態に留めておく
のに使用される。

別の例として、スパッド４０に取り付けたロータがＦ−
２８／１３　Ｆｉｘｅｄ　Ａｎｇｌｅ　Ｒｏｔｏｒであ
ると識別された場合には、チャンバの相当する圧力レベ
ルは充分な排気状態である。適当な制御信号がライン６
８を通して真空ポンプ６２に出力され、このロータが使
用されている間真空ポンプを作動させる。したがって、
チャンバ２８はポンプの可能なレベルまで排気されるこ
とになる。

ここで、遠心分ｇＩ機が中間の圧力レベルでも作動でき
ることに注目されたい、これを行なうべく、遠心力ｉ１
１機はライン９８を通してポンプ制御器６６と作動状態
で組合わせてあってチャンバ２８内に種々の真空レベル
を達成するサーボ制御弁９６を備える。この弁はチャン
バ内への漏れ量を制御するのに使用できる。この種の制
御を行ない得る装置の例としては、コロラド州、ボウル
ダー市のＧｒａｎｖｉｌｌｅ−Ｐｈｉｌｉｐｓ　Ｃｏｍ
ｐａｎｙの販売する自動圧力制御器かある。あるいは、
種々の排気レベルを有する複数の真空ポンプを使用して
もよい、いずれにしても、メモリ９２に記憶されたテー
ブルは各ロータに組合わせた特殊な真空レベルを含んで
いることになる。

またここで、ポンプ制御システムが開放ループ式でも閉
鎖ループ式でもよいことに注目されたい、閉鎖ループ式
制御を望むならば、チャンバ２８と連絡して配置した適
当な圧力センサ９９を使用してチャンバ２８内の真空レ
ベルをモニタし、チャンバ内の圧力を示す信号をポンプ
制御回路６６に送ることができる。

好ましい実施例の作動にあたって、要求された角速度は
チャンバの圧力を決定する際に１つの役割りを演する。

駆動スパッド４０に装着したロータの識別を表わす信号
は、ライン９０またはライン９０Ａにいずれかを通して
、ライン８２Ａ上の要求された最終角速度（Ｖｒ）を示
す信号と関連して用いられて使用すべくロータに従った
チャンバの圧力レベルを決定する。ポンプ制御回路６６
のメモリ部分９２に含まれたルックアップ・テーブルは
、遠心分離器において作動し得る各ロータに対して、２
種類の所定の角速度を記憶している。すなわち、それ以
上で圧力中にチャンバ２８を排気しなければならないロ
ータの角速度（Ｖｔｖ）と、ロータを回転させる得る最
高角速度（Ｖ□ヨ）とである、所与のロータに対して要
求された最終角速度（Ｖｒ）が排気速度（Ｖ−）および
最高速度（Ｖ、、、）より低いかあるいはそれらと等し
い場合には、ロータは非排気環境で回転させられる。適
当な制御信号がライン６８を通して真空ポンプ６２に出
力されてこのロータが使用されている間真空ポンプの動
作を禁止し、それによって、チャンバ２０の圧力レベル
を大気圧状態に留める。所与のロータに対して要求され
た最終角速度（Ｖｒ）が排気速度（ＶＥＶ）より大きく
かつ最高速度（Ｖ□、）より小さいかあるいはそれに等
しい場合には、そのときには、ロータは排気環境で回転
させられる。適当な制御信号がライン６８を通して真空
ポンプ６２に出力されてこのロータの使用中に真空ポン
プを作動させ、チャンバ２８を充分に排気することにな
る。所与のロータに対して要求された最終角速度（ｖｒ
）が最高速度（Ｖ、、□）よりさらに大きい場合には、
無効状態が生じさせられ、要求された最終速度（Ｖ、）
は受け入れられない、このとき、或る信号かライン９４
を通してオペレータ制御パネルに送られて異なった要求
最終速度（Ｖ「）を要求する。

好ましい実施例では、制御回路は１９８７年１２月２３
日に出願された審査中の米国特許出顯第１３７，０９７
号（ＩＰ−０６９２）に開示されているようなデュアル
・マイクロプロセッサ装置を利用してプログラマブル・
コントローラによって与えられる。このコントローラは
、この米国特許出願では、　Ｍｏｔｏｒｏｌａ　ＭＣ６
８０９、Ｍｏｔｏｒｏｌａ　６８０３のマイクロプロセ
ッサが好ましいと開示しているが、任意の適当なマイク
ロプロセッサ・ベースの制御システムを使用できること
は了解されたい、この配置において、Ｍｏｔｏｒｏｌａ
　ＭＣ６８０９コンピユータ・システムはロータ認識デ
ータを得、駆動スパッド４０上に装着したロータを識別
するように応答する。ＭＣ６８０９コンピユータ・シス
テムもオペレータ制御パネル８０から要求最終角速度を
受け取る。

ＭＣ６８０９コンピユータ・システムは、駆動スパッド
４０上に装填したロータの識別を表わす信号を利用して
、ルックアップ・テーブルからそのロータに対する排気
速度（Ｖ、、）と最高速度（Ｖ□８）を抽出する。要求
最終角速度を表わす信号は先に述べた要領でこれらの値
と比較され。

チャンバ２８にとって望ましい圧力レベルを決定する。

もし排気が要求されているならば、Ｍｏｔｏｒ。

ｌａ　ＭＧ　６８０９コンピユータ・システムは運転開
始時に真空を与えるポンプ制御器として作用するように
にＣ６８０３コンピユータ・システムに要求される。あ
るいは、排気が要求されていない場合にはＭＣ６８０９
コンピユータ・システムは事実を表わす信号をＭＣ６８
０３コンピユータ・システムに送る。

すべての場合、　ＭＣ６８０３コンピユータ・システム
は真空系統が活動しているかどうかを表わす信号をＭＣ
６８０９コンピユータ・システムに戻す、必要ならば、
ＭＣ６８０９コンピユータ・システムによってライン９
４が確定される。

上記の説明から明らかなように１本発明による遠心分離
器はそこに装着したロータ要素を所定の圧力レベルで、
好ましくは、排気環境あるいは非排気環境のいずれかで
回転させるようになっている。この遠心分離器は駆動ス
パッド４０に装着したロータの識別および要求最終角速
度のような要求運転パラメータに基いてチャンバ２日内
に適切な圧力レベルを自動的に決定し、それを与えるよ
うに作動する。

本発明の教示の利益を理解できる当業者ならば種々の変
更が可能である。しかしながら、これらの変更が特許請
求の範囲に定義されている本発明の意図内にあることは
了解されたい。

以上、本発明の詳細な説明したが１本発明はさらに次の
実施悪様によりてこれを要約して示すことができる。

■フレーム構造と、或る体積を有し、フレーム構造上に
支持されているボウルと、フレーム構造に取り付けてあ
り、ボウルの内部に突入する駆動軸を有し、この駆動軸
の上端が所定数の遠心ロータ要素のうちの任意のものを
受け入れるように配置しである駆動モータと、ボウルの
内部を所定の圧力レベルまで排気するポンプと、ボウル
内に装着された複数のロータ要素のうちの特定のものを
識別し、それを識別したときにそのことを表わす信号を
発生する手段と、ボウル内に装着された特定のロータを
示す信号に応答してボウル内の圧力をその特定のロータ
に対応する所定のレベルに制御するポンプ制御手段とを
包含する遠心分離機。

■特定のロータを駆動しようとしている所定の要求角速
度を表わす信号を発生する手段をさらに包含し、ポンプ
制御手段がこの要求角速度を表わす信号にも応答してボ
ウル内の圧力レベルをｉｌｉｌＩｗすることを特徴とす
る上記の項記載の遠心分離器。

■チャンバを構成しているボウルとこのチャンバを排気
するように作動するポンプとを有する遠心分離器の動作
を制御する方法であって、ボウル内に装着した複数のロ
ータ要素のうち特定のロータを識別する段階と、ポンプ
を作動させてこのロータの識別に従って所定の圧力レベ
ルまでチャンバを排気する段階とを包含することを特徴
とする方法。

■ポンプ作動段階で到達した圧力レベルがボウル内に配
置したロータを回転させようとしている角速度にも依存
していることを特徴とする上記０項記載の方法。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による遠心分離器の概略図である。 図面の浄書（内容に変更なし） 図面において、ｌＯ・・・遠心分離器、１２・・・上部
構造、１４・・・ボウル、２８・・・チャンバ、３０・
・・蓋、３６・・・駆動モータ、３８・・・駆動軸、４
０・・・ロータ取り付はスパッド、５０・・・冷却コイ
ル、５４・・・エバポレータ、５６・・・温度センサ、
５８・・・温度制御回路、６２・・・真空ポンプ、６６
・・・ポンプ制御回路、８０・・・オペレータ制御パネ
ル、９２・・・メモリ、９６・・・サーボ制御弁、９９
・・・圧力センサ特許出願人　　イー・アイ・デュポン
・ド・ネモアースーアンド争コンバニ 外２名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）フレーム構造と、或る体積を有し、フレーム構造上
   に支持されているボウルと、フレーム構造に取り付けて
   あり、ボウルの内部に突入する駆動軸を有し、この駆動
   軸の上端が所定数の遠心ロータ要素のうちの任意のもの
   を受け入れるように配置してある駆動モータと、ボウル
   の内部を所定の圧力レベルまで排気するポンプと、ボウ
   ル内に装着された複数のロータ要素のうちの特定のもの
   を識別し、それを識別したときにそのことを表わす信号
   を発生する手段と、ボウル内に装着された特定のロータ
   を示す信号に応答してボウル内の圧力をその特定のロー
   タに対応する所定のレベルに制御するポンプ制御手段と
   を包含する遠心分離機。 ２）チャンバを構成しているボウルとこのチャンバを排
   気するように作動するポンプとを有する遠心分離器の動
   作を制御する方法であって、ボウル内に装着した複数の
   ロータ要素のうち特定のロータを識別する段階と、ポン
   プを作動させてこのロータの識別に従って所定の圧力レ
   ベルまでチャンバを排気する段階とを包含することを特
   徴とする方法。