JPS5817858A - 流体を処理する遠心分離機 - 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】 本発明は血液処理の分野に関し、更に詳細には特に血液
をその成分に分離する自己平衡遠心分離機に関する。

血液をその成分に分離するのに通常用いられる技術の一
つは遠心分離機である。かかる遠心分離機が米国特許出
願第５１２６号（以下レーサム分離機という）に述べら
れている。血液成分分離遠心機は異なる密度即ち沈澱を
有する流体成分が流体を遠心分離力の範囲にもたらされ
ることによって前記密度イ沈澱速度に従って分離される
という原理の下に作動する。

遠心分離機のロータは２０００〜３０００　ｒｐｍの範
囲の速度を可能としなければならない。かかる速度にお
いてロータの僅かな不平衡が許容できない振動を発生す
る。これら不平衡は例えば静的および動的不平衡の２つ
の型から成る。静的不平衡はロータ部品の配置や重さお
よび静的を保つようなロータ形状に充分注意することに
よって最小にすることができる。

しかしながら、ロータを初期にいかに良好に平衡させる
かは困難であり、経験ではかかる平衡は遠心分離機を繰
返し使用しても保持できなかった。

不平衡を避けるのに広（用いられて来た一つの技術は各
遠心分離機が運転される前に、ロータ内の適当な位置に
重りを取付けることによって静的に平衡させることであ
った。これは時間がかかり且つ分離の費用がかかる欠点
があった。更に、静的な平衡は、分離が生じて分離成分
が種々のロータ位置に送られる際ロータに生ずる動的不
平衡を除去することはできなかった。

このために長い間自己平衡即ち任意の特定の応用におい
て起り得る不平衡の程度を自動的且つ連続的に補償する
遠心分離機が望まれて来た。自己平衡の遠心分離機を作
るのに多（の技術が当業者に認識されて来た。これらは
ロータの回転軸線にある自由度を与えこれによってロー
タが回転するにつれて回転軸線がそれ自身角度ベクトル
に整列できるか又はその角度ベクトルにある自由度を与
えて角度ベクトルを回転軸線に整列させることであった
。

特許文献は遠心分離機の自己平衡特徴に加えられた種々
の機構を含んでいる。

これらの多くの試みは時には可撓性のベアリング取付部
に連結される細長い比較的可柳性の駆動シャフトを用い
ることであった。可撓性シャフトの一つの設計は米国特
許第２，９４２，４９４号に開示されており、この場合
ロータ即ちベアリングシャフトはその両端部より小さな
径の中央部を有してロータを駆動するのに必要な堅固さ
と共に不平衡を補償する可撓性を有している。、可撓性
イアリング取付部と共に可撓性のロータシャフトを用い
ることは米国特許第３，０２１，９９７号および同第６
．６０６，１４３号に開示されている。

ロータに最も近いベアリングのために可撓性のイアリン
グ支持部と下方の駆動ベアリング（支持）平面のための
固定のピボットベアリングとを用いることはある程度の
不平衡を処理するのに十分であることが証明されて来た
。しかし、この設計は不平衡の程度が下方ベアリングの
回転中心に比較的近く角度ベクトルが位置しているよう
な時にのみ満足に作動する。多くの応用で起り得る不平
衡の量に対して必要なことはきわめて長いロータシャフ
トを設けることである。ある場合の不平衡の程度に基い
て平衡を行うことはき崎めて長いロータシャフトを有し
ていても実用的でない。一般に、固定のピボット下方ベ
アリング取付部をもった上方の可撓性ベアリング取付部
を有する遠心分離機は単一の平面の自己平衡遠心分離機
として言及されている。

上述のレーサム分離機は単一の平面型自己平衡遠心分離
である。このレーサム分離機においてあらゆる血液の分
離はロータ内に設けられた可撓性の血液処理袋で行われ
る。分離が生ずるにつれて血液成分の一つ又はそれ以上
のものはロータ内の分離位置に送られて貯蔵される。流
体成分がロータ内で一方から他方に送られるので不平衡
が生ずる。レーサム出願の第７図はこの装置の不平衡に
よって生ずる力に打勝つために設計された単一平面自己
平衡遠心分離機を開示している。

レーサム遠心分離機は本発明がなされた時点で従来技術
より進歩性を示しているがある遠心分離機の適用におい
て生じる不平衡の程度を許容できるところ迄はいかなか
った。

本発明は二千面自己平衡遠心分離機として言及された自
己平衡遠心分離機に関する。この遠心分離機において、
ベアリングシャフトの上方および下方ベアリング取付部
の両方は水平面に移動でき駆動シャフトを２つの水平面
に移動せしめてロータの回転軸線の自由度をより大きく
しこの結果ロータ軸線が不平衡系統の角度運動ベクトル
と整列せしめられる。

この２つの平面の自己平衡遠心分離機はロータから下方
向に延びる比較的堅いロータベアリングシャフトを有す
る。又ロータを分離するのに十分な速度で駆動する手段
も備えている。この２千面自己平衡系統において、ベア
リングシャフトはロータに堅固に接続され、静止状態に
おいてロータ駆動シャフトの周りに同心である。このベ
アリングシャフトは上方可撓性ベアリング取付部と下方
可撓性ベアリング取付部との間に支承されている。

このようにすると、ベアリングシャフトを十分自由にで
きこのため水平方向に移動できるので分離中従って不平
衡が生ずる間ロータの回転軸線を装置の角度運動ベクト
ルに整列させることができる。

この２平面自己平衡遠心分離機は従来技術の単一平面分
離機にない利点を有する。例えば、上方および下方ベア
リング平面間の距離は太き（する必要がなく多くの単一
平面自己平衡遠心分離機における相応する距離よりかな
り短かくすることができこれによって一層コンパクトで
ボータプルな遠心分離機を作ることができる。更に、ロ
ータの動中心は上方ベアリングに近いので不平衡のため
の横移動は下方ベアリングに主に伝達される。このため
ロータの上方領域（分離が生ずる部分）の回転半径は上
述の従来の遠心分離機より一層一定である。

しかし最も大きな利点は、遠心分離機が分離中にロータ
に生ずる不平衡を許容できる迄除去することである。こ
のためこの遠心分離技術はきわめて密度のある血液成分
間をきわめて密に分離することを要する新しい血液分離
工程およびきわめて密な分離領域を必要とする工程に適
用することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

第１図には本発明に係る２千面自己平衡遠心分離装置１
０が示してあり、第２図〜第５図にその詳細な部分が示
しである。これら図面に示すように、遠心分離装置１０
は移動可能なシャーシ１２を有し、このシャーシは互い
に締結された正方形の構造スチール管部材１４から形成
されて矩形の横断面形状を有するシャーシに形成されて
いる。

典型的な実施例において、シャーシ１２の上部の矩形開
口は約１８インチ（４５，７ｃｒｒＬ）　〜２３インチ
（５８，４ｃ＋ａ）にすることができ又シャーシは約１
６インチ（４０，６ｃｍ）の深さにすることができる。

シヤーン１２はキャスタ１６上に支持されて遠心分離装
置１Ｄをポータプルにすることができる。

比較的重い質量１８がシャーシ１２の上部に締結されて
種々の遠心分離部品を固定し１つ動的系統の質量に役立
つ最初のベースとして相対的に固定された構造を形成す
る。質量１８は例えばシャーシ１２の上部に適当な形状
にセメント又はエポキシキャストから形成でき典型的に
は重さが約１８０ポンド（８１，５Ｋｙ）にすることが
できる。比較のため遠心分離装置１００部品の平衡重さ
は約７０ポンド（３１，７Ｋｐ）である。質量１８はボ
ルト２０によってシャーシ１２に取付けられ、そのボル
トはシャーシ１２の管部材１４を貫通して質量１８の内
部ねじ孔の中に延びる。

完全に囲まれたロータシールド２２が上方側壁部２４、
下方側壁部２６、底壁部材２８および取外可能なカバー
６０によって設けられている。上方側壁部２４は質量１
Ｂの中に直接埋込まれているが下方１１１１１１壁部２
６は一連のボルト３２によって質量１８に１１接ボルト
止めされている。滴下室６４がロータコンテナ３１の下
方に設けられて（・る。滴下室６４は一つの円形樋状に
プラスチックから形成されこのため液体が樋の底部に集
まり、ポート３６および液体排出管３８を通って排出さ
れる。カメ−３０は好ましくは透明な高強度材料から形
成される。この材料は例えば透明なホＩＪカーボネート
であり、このためロータ１０２の内容物は作動中にスト
ロボライトの助けによって見ることができる。

ロータ１０２は、例えば米国特許出願（レーサム等）に
述べられた型式の血液処理装置に適合するようにした略
円筒のアルミニウムコンテナ３１である。一連の環状金
属リング１０４がロータ１０２の回転軸線Ｒと同心関係
で離れてコンテナ３１の外面に溶接されている。これら
リング１０４はリプとして働いてロータの円筒壁を補強
し、この円筒壁は遠心分離機が作動中に大きな力を受け
る。

第１図〜第５図に示された２千面自己平衡遠ノＣｒ分離
機のためにロータ１０２の典型的な寸法ムマ約１０１イ
ンチの内径を有しロータシールドの径は約１６インチで
ある。

ベアリングシャフト５６はハブ１０６に取付けられこの
アセンブリはロータ１０２の底部１０２ａに取付けられ
ている。ハブ１０６が上方および下方の締結プレート１
０８，１１０によってロータ１０２の底部１０２ａに取
付けられ、そのプレートはボルト・ねじ１１２−によっ
て互いに保持されている。締結プレート１０８，１１０
はその接続部で追加の材料強さを形成している。

上方および下方の平面可撓性ベアリング取付システム１
ＧＧ、４０は夫々シャフト５６と協働してロータの回転
軸線を変えることができこのためロータが不平衡状態で
回転する際にロータの角度運動ベクトル変化する方向を
整列させることかできる。

上方の平面ベアリング取付システムは第６図および第５
図更には第１図に詳細に示されている。

図示９ように、このシステムは一般にベアリングユニッ
ト１１４を備え、その内部レース１１５はベアリングシ
ャフト５６に堅固に取付けられ外部レース１１７は可撓
性のイアリング取付部１２０を介してシャーシに可撓的
に取付けられて〜・る。

ユニット１１４の内部レース１１５はノ・プ１０６に押
圧されて堅固に保持され且つ上述したようにノ・ブ１０
６はベアリングシャフト５６に堅固に取付けられている
。外部レース１１７は管状のカラー１１６に軽（押圧さ
れ、そのカラーは水平な支持プレート１１８にボルト止
めされている。上部の平面ベアリング取付部はプレート
１１８に取付けられてこのプレートを支持する。上方平
面ベアリング取付部システムはスば一すエレメント１２
２の上部に配置された弾性取付部１２０を用いる。この
弾性取付部は垂直平面でなく水平平面で一層柔い中実の
円形弾性材料片を備えている。ねじスタノｌ”１２４，
１２６が弾性取付部１２０の各端で一体に組込まれて（
・る。

取付部１２０はボルトスタット９１２６によって支持プ
レート１１８にその上部で取付けられている。又この取
付部はその底部でスタット＃１２４によって底壁２８に
取付けられ、そのスタッドはスベーサ１２４に取付けら
れ、このスに一層は底壁２８に椴付けられている。

急止システムが支持プレート１１８の底部から延びるブ
ラケット１３０に一連の水平な急止体１２８を取付ける
ことによって設けられている。

急止体１２８は駆動シャフト８８がロータ１０２の不平
衡に応じて水平に移動するにつれて支持管４２を急止す
ることによってロータ１ｏ２の水平横移動を限定する弾
性部材である。

下方平面ベアリング取付部システム４０．ロータ駆動プ
ーリおよびベアリングは第２図に示されている。下方平
面ベアリング取付部システム４０は一般にベアリングユ
ニット５４を備え、その内部レース９１はベアリングシ
ャフト５６に堅固に取付けられ、その外部レース９６は
ベアリング取付部４８を介してシャーシに又同様に上述
した上方平面ベアリング取付システムに可撓的に取付け
られている。

ベアリングユニット５４の内部レース９１はワッシャ６
２およびシャフト５６の一端にねじ込まれたナツト６４
によってベアリングシャフト５乙に堅固に取付けられて
いる。外部レース９３は保持リング６０によって質量５
８の内側下方部分に取付けられている。質量５８の目的
は下方イアリング取付部の質量／ばねシステムの共振動
を固定することである。

質量５８は３つの７ランク部分５Ｂ＆を有シ、これらは
上述の取付部１２０と同様の構造の３つの取付部４８を
取付けている。例えば取付部４８は中実の円形弾性片を
備え、これは垂直平面より水平平面でより柔い。この型
式の適当な取付部の代表的な例がパリコントロールズに
よって販売されているモデルＡ３４−０４１の独立取付
部である。各取付部４８の上部はフランジ面５８ａでス
タッド５２により質量５８に取付けられている。

下部はスタッド５０によってブラケット４４の下方横部
材に取付けられている。ブラケット４４は支持リング４
６に一体に締結されそのリングは支持管４２に一体に締
結されている。ブラケット４４は第１図および第２図の
平面から外方に延びる下方横部材４７を有する略り状の
堅い金属部材を備えている。

ロータ駆動補助アセンブリ７０は第１図および第２図に
一層詳細に示されている。モータ７２はその上端で下方
側壁部２６の底部２８に一体に取付けられた堅いＬ状支
持体７４に取付けられている。Ｌ状支持部材７４の下方
横部分はそれを貫通するブツシュ７６を有し、これに対
重内部レースが適合され且つ駆動プーリ８０とスナップ
リング８２によって保持されている。駆動プーリ８０は
モータ７２の駆動プーリ８６から延びる駆動ベルト８４
によって駆動される。ロータ駆動シャフト８８はブツシ
ュ９０の中に押込まれ、このブツシュはチー・ξロック
取付部９２を有するプーリ８０にテーパ止めされている
。第４図に示すように、駆動シャフト８８の上端は弾性
中心結合ジヨイント４５によってベアリングシャフト５
６に取付けられている。ジヨイント４５はシャフト５６
と駆動シャフト８８との間を弾性連結し、従って駆動シ
ャフトからのトルクパワーな伝達する一方高振動数騒音
を最小化する。

この場合簡略し過ぎる危険に対し第５図の概略図に示さ
れた概略形態の機構を検討することが助けになる。第５
図において、ロータ１０２はベアリングシャフト５６に
堅固に連結されこのベアリン／シャフトはベアリングレ
ース１１４，５４内で回転する。質量５８がベアリング
シャフト５６の下端で支持されている。上方および下方
のベアリング１１４．５４は夫々の取付部１２０，４８
によって水平面で可撓的に支持されている。

ベアリングシャフト５６は駆動シャフト８８によって駆
動され、そのシャフトは弾性ジヨイント４５を介してベ
アリングシャフト５６に連結されている。駆動シャフト
８８は′駆動アセンブリ７０を介してモータ７２によっ
て駆動される。

ロータが平衡したとき破線で示された角速度ベクトルｉ
および角度運動ベクトル■は一致する。

ロータ１０２に動的不平衡が生じたとき（ロータの一側
の上部で質量Ｍ１　　をロータの対向する下方側で等し
い質量Ｍ１　を配置することによって示された如き）角
度運動（クトル「は平衡したロータ（又は角速度ベクト
ル市）の垂直な回転軸線から離れて回転する傾向がある
。ベクトル■が下方ベアリングの回転中心を通らないと
するなら振動が任意の回転撮動数で生ずることが判る。

従来において、レーサム遠心分離機に示されるように（
第５Ａ図）上部ベアリングは水平面に可撓的に支持され
下方ベアリングは固定ピボットベアリングである。この
ような装置において、ロータが上方ベアリング平面の乱
れた最初の共振以上の振動数で回転する限り上方ベアリ
ングははずれてロータがベクトルＨ′　の軸線に近いが
一致しない軸線びの周りに回転する傾向がある。

ベクトルＨとωの整列の程度は次による。

・回転振動数 ・上方および下方ベアリング平面の共振・ロータの煙何
学的配置 ・不平衡の型式と大きさ レーサム遠心分離機は上方および下方のベアリング平面
間の距離“Ｌ“およびロータの高さ“ｈ“を最小にする
ことによって不平衡に対処することができる。本発明の
装置ではロータの作動振動数の十分以下に上方および下
方ベアリング支持体の共振動数を押えることができた。

下方ベアリング支持体が水平平面で横方向に可撓である
ので角速度ベクトルげは第５Ｂ図に示された如き（矢印
ＯＪ′）角度運動ベクトルＨ′　と整列するよう一層自
由である。更に寸法り、ｈはもはや重要でない。

上述の実施例の特定の応用において重要なことは上方お
よび下方のベアリング支持構造体の十分な自由又は水平
平面における可撓性が回転軸線（角度運動ベクトルω）
を角度運動ベクトルＨと整列せしめるが同時にシャーシ
１２への力の伝達を最小にすることができることである
。このような力は所望でないノイズや振動をな（す。適
当な可撓性のベアリング取付部が次の通り選択されて所
望の自由度を保証して會分な移動を防ぐ。

適用された最大力に対する最大の伝達力の比は力伝達性
“Ｔ“とじて限定される。Ｔを０．１又はそれ以下に制
限することはロータからキャビネットに余分な大きな運
動を伝えないのできわめて望ましいことである。

最大の伝達性能はロータ回転速度“ｆ“がロータ質ψ−
可撓ベアリングばねシステムの減小ＬＪ、ｃい自然の撮
動数に等しい。換言すると、ｆ／ｆｎ＝　１のときであ
る。“減小因子“言０・１ｏおよびｆ＝ｆｎＯ比’５に
対してＴは約０．０６である。“減小因子−は減小係数
“Ｃｃ“に対する。実際の減小係数“Ｃ“の比である。

更にロータ速度２００　Ｏｒｐｍ％ｆ　＝　２０００／
６０＝　３３．３サイクル（秒につき）に対して３６．
６〜 八＝　−＝　６．７サイクル／秒 八が判ると、独立取付部の静的ばねこゎさＫ。

が次の式から得られる。

ここでＷはばねの質量の重さであり、この場合には有効
ロータ重さである。７０ポンドの有効重さと仮定すると
、 動的ばねこわさＫｄは５０デユロメータのかたさを有す
る弾性ばねのために式Ｋｄ／に、＝１．５から得られる
。従って、Ｋｄ＝１．５Ｘ３２０＝４８０　ポンド／イ
ンチとなる。

本発明の更に考慮は独立システムの水平移動量が作動に
おける許容最大移動に適合することである。重さＷ−７
０ポンド９のロータおよび重さＷ＝１．１６ポンドの血
液の５ＱＯ＋＋＋＃を含む半径“ｒ“−４インチの血液
袋のためにこぼれや他の理由で生ずる線動的不平衡は 偏心ｅを形成する。

可撓性ベアリングシステムの共振を通して不平衡の状態
の下でのロータの減速は最大の伝達性Ｔｒｎａ工の式に
従って独立システムの減小因子に比例する振動を増幅す
る。

ここでＣ／Ｃｃ　　は減小比である。先に設定された０
、１の減小比のためＴｍａｘ’；５である。総排出量は
Ｔｍａｘ時間かかりｅ　＝　ｓ　ｘ　０．０６６インチ
又は０．３３インチである。

本発明の装置は独特な構造を有し上述ｌ−た目的を達成
することは明らかである。しかし、本発明は上記実施例
に限定されるものでない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の側面図、第２図は同上の部分断
面図、第６図は第１図の同様の部分断面図、第４図は第
６図の４−４線断面図、第５図、第５Ａ図および第５Ｂ
図は概略図である。 １０・・・遠心分離装置　１４・・・管部材１０２・・
・ロータ 特許出願人　　ヒーモネテイツクス・コーポレーション
（外２名） 手続補正書 昭和５７年２月３４日 特許庁狼官若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第　７／フ６ワダ　号２、発明の名称 〕心土−処理する盈Ｉ（勃＼鶴会オ陵 ６、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 え１′：Ｆ−ヒーｚ′！−ケイリクス・クー工０レーア
！ン４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉｌ　　ロータと、該ロータに取付けられ駆動手段に
   よって駆動されるようにされた支持シャフトと、夫々の
   第−側が前記支持シャフトに固定され且つ互いに間隔を
   あけて前記支持シャｉト上に配置された第一および第二
   の支持部材と、一端が夫々の第一および第二の支持部材
   の第二側に接続され他端が比較的堅い質量手段に接続さ
   れ垂直な平面でない一つの平面で一層可撓性を有する第
   一および第二のばね手段とを備えて成る流体を処理する
   遠心分離機。 （２）　　ロータの回転軸線が静的に平衡したとき垂直
   平面に位置し、支持シャフトの軸線が前記ロータの回転
   軸線と一致して成る特許請求の範囲第１項の装置。 （３）各ばね手段のより可撓な平面がロータの回転軸線
   をロータの回転中ロータの角度運動ベクトルＨと整列せ
   しめろ水平平面にある特許請求の範囲第２項の装置。 （４１ロータの非平衡によって伝達される力がばね手段
   によって最小化される特許請求の範囲第６項の装置。 （５）力伝達性Ｔが０．１０又はそれ以下の値であり、
   Ｔが適用された力に対する最小の伝達力である特許請求
   の範囲第４項の装置。 （６）ばね手段の減少しない共振度数ｆｒＬがロータの
   回転振動数の所定の範囲より実質的に低い特許請求の範
   囲第６項の装置。 （７）通常のロータ回転速度が１０００〜３０００ｒｐ
   ｍ　の範囲にあり八が該速度の１７５の値である特許請
   求の範囲第６項記載の装置。 （８）第一の支持部材が支持シャフト上にロータに密接
   して配置されている特許請求の範囲第１項の装置。 （９）支持シャフトと駆動手段との中間には駆動手段を
   支持シャフトに半固定状態に連結する駆動シャフトが設
   けられている特許請求の範囲第１項の装置。 ＱＯＩ　　支持シャフトが駆動シャフトに同軸である特
   許請求の範囲第９項の装置。 旧）駆動シャフトがロータに最も近い支持シャフトの端
   部で支持ンヤフトに取付けられている特許請求の範囲第
   １０項の装置。 ０２１　　遠心分離機のロータと、該ロータの底部から
   下方向に延びるロータの駆動シャフトと、該駆動シャフ
   トを駆動する手段と、前記ロータの底部に一体に固定さ
   れ且つ上方および下方の独立の取付部に夫々取付けられ
   た上方および下方の支持体間に支持され且つ駆動シャフ
   トと同心の中空の支持シャフトと、支持シャフトの上部
   近くで駆動シャフトを支持シャフトに固定する連結手段
   とを備えて成る遠心分離機。 ０３１　　支持体と駆動シャフトとに同心の支持管を有
   し、該支持管が下方の取付部に取付けられている特許請
   求の範囲第１２項の装置。 圓　独立の質量手段が下方の独立の取付部に取付けられ
   ている特許請求の範囲第１６項の装置。 ０９　　支持管に隣接して設けられて独立の取付部の余
   分な水平運動を防止する急止手段を備えている特許請求
   の範囲第１３項の装置。