JPS63305952A - 混成ロータおよび該ロータの製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は遠心分離機に関し、特に、近代的高速遠心分離
機、すなわちいわゆる超高速遠心分離機に使用できる混
成材料のロータに関する。

（従来技術） 超高速遠心分離機のロータは、ロータ本体に応力を生じ
、ついにはロータの摩耗や破壊に導＜　６００，０００
　ｇまたはそれより高い力を受ける。

すべての超高速遠心分離機のロータは、該ロータを構成
する材料の損傷や疲労か遠心分離機のそれ以上の使用を
中止する以前に、限られた寿命をもつ。

高速回転速度により生ずる応力および遠心分離中に起こ
る遠心力は、ロータ破壊の１つの原因である。金属疲労
は、繰返しの応力サイクル数に続いて通常のロータに進
行する。ロータが繰り返して操作速度まて回転され、減
速されるとき、金属のサイクル的な伸びおよび弛緩はそ
のミクロ構造を変化させる。多数サイクルの後、わずか
な変化が顕微鏡的な割れを引き起こす。使用が増加する
につれ、これら疲労割れか拡大し、ついにはロータの破
壊に至る。通常の金属ロータへの応力はまた、ロータを
伸ばし、寸法を変化させる。ロータの金属本体が弾性限
度に達したとき、該ロータはその元の形状に再び復する
ことがなく、将来ロータ破壊を引き起こす。

金属ロータは通常、チタンとアルミニウムとの合金から
作られる。チタンとアルミニウムとの合金のロータは、
かなり高い強度対重量比を有する。アルミニウムのロー
タはチタンより重量が軽く、超高速遠心分離速度で回転
するとき、物理的応力および運動エネルギは少ないが、
チタンのロータはアルミニウムより高い耐腐食性を有す
る。超高速遠心分離機の性能および速度が増大するにつ
れ、遠心分離の安全操作限界は通常の金属ロータによっ
て到達されている。

課せられた設計上の制約を克服する１つの試みは、遠心
分離機ロータのためのバラムに対して発行された米国特
許第３，９９７，１０６号に指摘されている。前記ロー
タは異なる材料の積層した２層からなり、ワイヤが、化
学的に抵抗のあるプラスチックの中央充填材を取り囲む
金属カバーに巻き付けられている。面記ハラムの特許は
、化学的抵抗か大きく比重か小さいロータを企図し、積
層製造方法の使用により、最適の強度に達している。ジ
ンナベンに対する米国特許第２，９７４，６８４号は、
遠心クリーナに使用するためのプラスチック材ライナを
補強するための織られたワイヤ布のワイヤメツシュに向
けられている。

クリーンに対する米国特許第１，８２７，６４８号、テ
ィーチエルに対する米国特許第３，９９３，２４３号お
よびリントグレンに対する米国特許第４，１６０，５２
１号はすへて、樹脂および繊維補強材料から作られたロ
ータ本体に向けられている。特に、前記グリーンの特許
は、バケットの重心を通る垂直軸線回りの慣性モーメン
トを前記重心を通る水平軸線回りの慣性モーメントより
大きくするために巻き付けられたファイバであり、その
結果、前記ロータバケットは、（現在の標準では比較的
低い遠心分離速度である）　７，５００ないし１０．Ｏ
ＯＯＲＩ）Ｍの速度て安定する。

１９８４年８月２８日付で本出願の譲受人に対して発行
された米国特許第４，４８８．２１ｉ９号は、金属本体
のロータの円筒壁を取り巻いているフィラメント巻線の
複数の入れ子穴リングからなる超高速遠心分離機ロータ
を開示する。前記入れ子穴リングは、前記金属本体のロ
ータを補強し、該ロータの強度と剛さとを与える。前記
リングは、層間に薄いエポキシ被膜を被覆することによ
り、互いに入れ子となっている。ロイに対する米国特許
第３，９１３，８２８号は前記米国特許第４，４６８，
２６９号により開示された構造と実質的に均等な構造を
開示する。

（発明が解決しようとする課題） 局部的な応力を調節し、ロータ本体の破壊に抵抗するた
めに特別に設計された材料の使用により、超高速の遠心
分離速度の間、最高の強度を与える構造はない。通常の
金属本体または補強された金属本体ロータは、遠心分離
の間、金属の応力および疲労破壊をこうむりやすい。

必要とされることは、実質の強度をもち、重量が軽く、
かつ増大する高荷重および高速度に耐えることのできる
ロータ本体である。前記本体は応力と腐食とに抵抗する
ものであり、局部応力に対処するために特別に設計され
る。

金属ロータは、公知の金属加工技術に適用できる便利性
を有する。合理的な管理が金属加工において利用され、
急な金属界面が避けられるならば、金属の等方性の強度
および材料特性は不変に保持される。すなわち、金属の
すべての冶金学的特性は、前記ロータの旋回軸線に関し
て前記金属の与えられたとの方向においても実質的に不
変である。

下記の材料において、開示した混成ロータは等方性の特
性を含まないことは明らかであろう。事実、前記ロータ
は、該ロータの旋回軸線に平行な面に沿う、遠心分離作
用で導かれた半径方向張力に対して最高の抵抗を持つべ
く特別に設計されている。この明細書で、異方性の用語
は、前記特性を述べるために使用する。

（課題を解決するための手段） 混成ロータおよび混成ロータの製造方法が開示される。

前記混成ロータは樹脂で補強されたファイバによって製
造される。前記ロータは頂部ディスク、底部ディスクお
よびロータアッセンブリを形成するために前記２つのデ
ィスクを引き離すスペーサベルトを含む。前記ロータア
ッセンブリは、巻き付けられ、収縮した樹脂のファイバ
のベルトによってその周縁で束縛され、前記ベルトは前
記ロータアッセンブリの全周縁にフープ張力を与える。

このフープ張力は、完成されたロータの高速度の遠心分
離機の旋回の間、予期された動的な半径方向荷重と等し
く、かつ向きが逆である半径方向のプレテンションを前
記ロータアッセンブリに付与する。

頂部および底部のディスクはテープの多数層を重ね合せ
て製造される。前記テープは、樹脂と共に保持された長
手方向へ伸びる高剛性のファイノ＼によって作られる。

前記テープは、前記ロータによって働かされる遠心力の
面に多数層で重ねられる。前記テープか重ねられるとき
、これらテープは１■１記高剛性のファイバの長手方向
および半径方向を変えるように、向きが定められる。

前記高剛性のファイバの好ましい変化パターンが開示さ
れている。任意半径が前記ロータの予期された旋回軸線
に関して選定される。テープの連続する層は、前記選定
さねた任意半径に対して、それらの長手方向へ伸びるフ
ァイバを０°、４５°、−４５°、そして９０°にして
重ねられる。前記パターンは、面記デーブか前記頂部お
よび底部のディスクの好ましい厚みに積層されるまて繰
り返され、前記厚みは４０．６ｎｏｎ　（１，６ｉｎｃ
ｈ　）あるいはそわより少ないオーダである。

その後、前記ディスクのそれぞれのためのテープは２個
の加圧板間で圧縮される。加圧板は典型的には、アルミ
ニウムまたは鋼鉄である。

前記テープは樹脂を有し、該樹脂の硬化温度は前記ロー
タの滅菌のための予期されるオートクレーブ温度より十
分高くなるように選定されている。たとえば、前記テー
プの硬化温度は、１１Ｂ、１°Ｃ（３５０°Ｆ）あるい
はそれより高いが、前記オートクレーブの予期される温
度は１２６．７°Ｃ（２６０°Ｆ）あるいはそれより低
い。

層が硬化されるとき、前記テープの粗いエツジが機械加
工により、典型的にはエンドミルの使用により除去され
る。前記エンドミルは、前記硬化したディスクか堅固に
固定されている間に、前記テープエツジの仕上げをする
ために操作される。

この固定のために、当初の加圧板か使用され得るが、他
の板で代替することもできる。

前記金属の加圧板は、前記頂部および底部のディスクを
元の姿勢に保つべくその後さらに使用され、その間、駆
動用ハブや遠心分離機のサンプルパケットを収容するた
めの必要なホールまたは凹所が形成される。これらホー
ルは典型的には、パイロットホールを穿孔し、その後、
該パイロットホールにエンドミルを導き、前記パイロッ
トホールの直径から完全な直径まで、前記積層を乱すこ
となく連続的に径を大きくしなから徐々に削１す ることにより得られる。

前記ディスクは、半径方向に巻きつけられるファイバの
リングを受け入れるため、互いに対向する面を前記エン
ドミルにより切り欠かれることか好ましい。前記ディス
クが前記ファイバのリンクの端部に対向して配置される
と、ロータアッセンブリが形成される。

前記ロータアッセンブリは、２つの第２の巻きわく板間
に配置され、その後、樹脂に浸けたファイバのトウを張
力下で巻きつけられ、前記ロータアッセンブリの回りの
十分な厚みの周囲の半径方向ベルトが形成される。前記
ベルトは、（１７６，７°Ｃなにがしく３５０°ＸＦ）
の範囲の温度あるいはそれより低い温度で）硬化され、
その結果、該ヘルドは前記ロータアッセンブリ上に収縮
し、該ロータアッセンブリの外部の回りを高いフープ張
力状態にする。前記ベルトの樹脂の硬化温度は、先に硬
化されたロータアッセンブリに熱損傷が生じないように
、＋７６．７°Ｃ（３５０°Ｆ）より幾分低い温度に選
定されることが注目されるべきである。

前記フープ張力は、遠心分離機の設計速度のとき前記ベ
ルトに働く動的な遠心力を越える力で、前記ベルトか前
記ロータアッセンブリに半径方向のプレテンションを与
えるように選定される。その結果、金属チタンだけのロ
ータの約２５％の重量を有するロータが得られ、該ロー
タはより速く加減速して遠心分離速度に到達でき、容器
の要求事項と駆動列の摩耗とを減じている。

ここに開示した前記ロータがパケットやサンプルチュー
ブで全荷重を及ぼされ、遠心分離機に取り付けられたと
き、その結果のアッセンブリは金属（チタン）だけの先
行技術の同等物より６０％軽い。

本発明の目的は、単体のディスク構造および該ディスク
構造からロータプレートを製造する方法を提供すること
にある。本発明のこの面によりば、長手方向へ伸びる炭
素繊維のような剛いファイバからなるテープの引続く層
が１つ１つ重ねらねる。テープの連続層は、ファイバの
方向に関して異なる角度間隔で配置される。たとえば前
もって選定された方向に関してＯｏ、４５°、−４５°
および９０°である。その後、テープの積層は２個の加
圧板の間で固定され、樹脂の硬化温度で硬化される。そ
の後、前記テープのエツジが、単体のディスクを形成す
るため、エンドミルで仕上げすることによるように加工
される。

ｉｎ記ディスク構造の利点は、該ディスクが非常な剛性
のファイバによる異方性の半径方向の補強を有するとい
うことである。１つの層において１つの半径方向に向け
られたファイバは、その剛性を硬化樹脂を経て、隣接す
る異なる層で異なる半径方向に向けられたファイバに伝
えることができる。

前記ディスク構造の他の利点は、該ディスクが約４０．
６ｍｍ　（１，６ｉｎｃｈ　）の実用限界まで製造され
得ることである。製造されたディスクから、混成ロータ
が作られる。

本発明の別の目的は、積層されたディスクにサンプルホ
ールを開ける方法を提供することにある。本発明のこの
面によれば、前記加圧板は前記ディスク上に維持される
。その後、−アクセス用のパイロットホールが該ディス
クに穿孔される。最後に、エンドミル、好ましくは音速
で振動されるエンドミルが前記パイロットホールを少し
づつ大きくして、完全な企図したサンプルホールの直径
にするのにイ吏用される。

本発明のこの面の利点は、積層されたディスクが層の剥
離や損傷を受けることなく、金属だけのロータと木質的
に同じ公差で加工されることである。

木発明の別の目的は、遠心分離中の半径方向の予期され
た動的張力とは向きが逆となる半径方向のプレテンショ
ンをロータに加える方法を提供することにある。本発明
のこの面によれば、前記ディスクを含むロータアッセン
ブリは、前記ディスクの側方のエツジを越えて伸びる２
つの巻きわく板間に固定され、該巻きわく板とディスク
とが巻付はスプールを形成する。ファイバの樹脂を浸み
こませたトウ、典型的には３，０００あるいはそわより
多いストランドを含むトウが、張力（９Ｊ（２０１ｂ）
のオーク）下で前記スプールに巻き付けられる。その後
、前記樹脂を浸みこませたファイバは硬化され、前記デ
ィスクを含む前記ロータアッセンブリ上に収縮する。こ
れにより、前記ディスクに半径方向のプレテンションが
加えられる。

木発明のこの面の利点は、前記ファイバの巻付けが、硬
化され収縮するとき、前記ロータディスクに遠心分離の
動的な半径方向荷重と等しくかつ向きが逆となるプレス
トレスを半径方向に付加することである。前記半径方向
ハンドと前記ロータディスクとの間は締りばめとなり、
遠心分離に際し、引き離されない。

本発明の別の目的は、中空のロータ構造を提供すること
にある。本発明のこの面によれば、頂部ディスクと底部
ディスクとの２個のディスクが、ロータアッセンブリを
形成するため、巻き付けられたファイバの半径方向スペ
ーサをはさんで対向される。その後、前記ロータアッセ
ンブリは樹脂を浸みこませたファイバを張力下で巻き付
けられる。前記ファイバは硬化され、開時に前記ロータ
アッセンブリの上に収縮し、前記頂部および底部ディス
クとスペーサとに半径方向のプレテンションを加える。

本発明のこの面の利点は、前記ロータの密度が非常に減
少することである。ファイバの積層構造かチタンの密度
の３分の１になるばかりでなく、前記ロータの中空構造
が該ロータの重量を、同寸法のチタンのロータの重量の
約２５％のオークで減少する。

さらに別の利点は、前記ロータが異方性の生粋方向剛性
を与えたことである。すなわち、その剛性は前記ロータ
の旋回軸線に直交し、該旋回軸線から遠心力によって与
えられる半径方向応力の方向にある。４．９　ｘ　１０
６ｋｇ／ｃｍ　　（７０ｍ１ｌｌｉｏｎ　Ｉｂ／１ｎｃ
ｈ　）に匹敵する剛性を有するファイバか使用され得る
。これは、１．０５ｘ　ｌ［ｌ”　Ｊ／ｃｍ２（＋５　
ｍ１ｌｌｉｏｎ　Ｉｂ／１ｎｃｈ２）の剛性を有するチ
タンに比へて際立っている。さらに、前記ファイバの剛
性は使用される特別なロータ構造のために変更され得る
。

前記ロータの利点は、加速および減速時間が大幅に減少
することである。このようにして、長いドウエル時間は
、サンプルが遠心分離速度に到達し、または遠心分離速
度から減速する間、もはや必要ではない。その結果、標
本のための分類サイクル時間か短縮する。サンプル毎の
オペレータの節約が図られ、割り当てられた遠心分離コ
ストか減少する。

前記要求の別の利点は、前記ロータか軽いので、遠心分
離速度で回転している高速ロータに含まれる運動エネル
ギが減少することである。その結果、前記遠心分離機の
容器の要求事項が減る。

容器のベルトは開示した構造のより高速なロータに耐え
ることができるが、または混成ロータだけが使用される
とき代替的に軽くできる。

前記軽量混成ロータの別の利点は、遠心分離機のベアリ
ングおよび駆動列の摩耗を減らすことである。さらに、
前記ロータがより軽い構造であるので、ロータのアンバ
ランスの影習が少なくなる。

開示したロータの付加的な利点は該ロータが中空である
ことである。これによりば、前記ロータの中空部分は遠
心運動荷重に寄与しない。前記ディスクと半径方向のベ
ルトのみが遠心運動荷重に寄与する。

本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の説明およ
び添付の図面を参照して、一層明瞭になるであろう。

（実施例） 第１図を参照するに、ロータアッセンブリＡを形成する
ために、螺旋状に巻き付けられたスペーサリングＳを隔
てて対向された頂部ディスクＴと底部ディスクＢとを有
する完成されたロータＲが示されている。

ロータアッセンブリＡは、弓長力を及ぼされたベルトＢ
Ｈにより巻き付けられている。後述するところから明ら
かであるように、ベルトＢＥはロータアッセフリＡに内
方へ向く半径方向の張力を働かせる。この内方へ向く半
径方向の圧縮力は、遠心分離の間に生ずる動的な半径方
向の引っ張り力とは向きが逆である。

前記ロータの構造は中空である。その結果、サンプルパ
ケットが第１図に示されるように、前記ロータ内に配置
される。前記サンプルパケットは、該サンプルパケット
に働くあらゆる遠心力に耐えるに十分な厚みの側壁を有
し、従来と同じく鍛造され、機械加工されたチタンから
作られる。

本発明を説明するに際し、頂部および底部ディスクの製
造をます、第２および３図を参照して述べ、次に、ロー
タアッセンブリの構造を第４図を参照して説明する。最
後に、ロータアッセンブリＡ上のベルトＢＥの製造およ
び収縮について、第５図を参照して説明する。

第２図を参照するに、ディスクＴおよびＢの形成過程が
示されている。典型的には、２つのアルミニウム加圧板
ｐ、、ｐ２が、個々のラミネート層の硬化のためにプレ
ス機構の一部として使用されている（ほかの方法は示さ
れていない）。

前記ディスクのそれぞれは、前記加圧板間で固定された
テープの約２４０ないし２５０層から形成される。

前記テープは、部分的に硬化される樹脂を浸み込まれ、
該樹脂と共に保持される、高い剛性を有する長手方向へ
伸びるファイバの平行なストランドからなる。前記テー
プは、典型的には、前記ロータの直径を十分に越える大
きさの正方形に切断される。前記テープは、ニュージャ
ージ州チャタムのセロネーズ　プラスチック専門会社（
Ｃｅｌｏｎｅａｓｅ　Ｐｌａｓｔｉｃ　＆　５ｐｅｃｉ
ａｌｔｉｅｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）から購入できる。こ
のテープは、ｒｃＥＬＩＯＮ　１２Ｊの商標で売られて
いる。

前記テープは、各トウに１２，０００本のファイバを有
するファイバのトウからなる。前記商業テープては、フ
ァイバを一体に支持するために使用される樹脂の硬化温
度は、１７６．７°Ｃ（３５０°Ｆ）の範囲である。こ
の１７６７°Ｃ（３５０°Ｆ）の温度は、完成されたロ
ータアッセンブリの１２６．７°Ｃなにがしく２６０Ｘ
Ｆ）かのオートクレーブの滅菌温度より十分高くなるよ
うに選択されている。

前記テープの配置方向が特に示されている。

第２図を参照するに、前記ロータの旋回軸線３０は該旋
回軸に直角にとった任意半径３２を有することか分る。

前記ロータの個々のラミネート層１４．１６．１８．２
０の全てか旋回軸線３０に直交していることが認められ
る。前記ディスクが、ここに述べる改良された異方性の
特性をもつことを必要とされるのは、この面においてで
ある。

層１４のファイバはすべて、半径ベクトル３２に平行に
配列されている。層１６のファイバは、層１４のファイ
バから、ここでは慣習を用いて時計方向へ４５°　（＋
４５°）に向けられている。

層１８のファイバは、層１４のファイバから４５°反時
計方向（慣習を用いて一４５°）へ向けられている。そ
して、層２０のファイバは、層１４のファイバに直角に
置かれている。

前記ディスクは多数の連続する層により製造される。こ
こに示した装置を使用すると、前記テープの２５０層は
どが、４０．６ｍｍ　（１，６ｉｎｃｈ　）の高さのデ
ィスクを作るのに使用される。層が重ねられるにつれ、
ファイバの角度付けの変化は、前記したように繰り返さ
れる。前記テープが前記ディスクの全高まで重ねられた
とき、硬化と加圧とか起こる。

真直ぐな織られたファイバを有する織物を構成する織ら
れたファイバが同様に使用され得ることが認められるで
あろう。

典型的には、前記固定されたテープ層を備えた前記加圧
板は、１８７．８°Ｃ（３７０°Ｆ）の所要の硬化温度
に高められたオーブン内に配置される。その後、前記加
圧板は、徐々に増大する圧縮下で互いに向けて押し付け
られる。最初、圧縮は１．７５ｋｇ／ｃｍ　２（２５１
ｂ／１ｎｃｈ　２）で開始する。４時間中、加圧板Ｐ１
とＰ２との間の圧力は増大される。圧力は、４時間の終
りには、総圧１４ｋｇ／ｃｍ　２（２００１ｂ／１ｎｃ
ｈ２）となるまで増大する。

総硬化時間は１７６．７°Ｃ（３５０°Ｆ）の温度で６
時間である。最後の２時間の硬化は、加圧板ｐ、とＰ２
との間の１４Ｊ／ｃｍ　２（２００１ｂ／１ｎｃｈ２）
の圧力で起こることが認められるであろう。

加圧と硬化とが完了すると、加圧板間の連続するテープ
層は「耳折れ」の状態で該板から外方へ伸びるだろう。

仕上げが必要となる。

仕上げは第３図を参照すると理解される。典型的には、
加圧板Ｐ１とＰ２とが、クランプ（図示せず）により互
いに向けて固定される。その後、板ｐ、、ｐ２および該
板間のディスクＢの周囲回りを回転し、仕上けするエン
ドミルＭ１が、底部ディスクＢから側方のエツジ状異物
を取り除く。

エンドミルＭ、は超音波振動を備えることが好ましく、
エンドミルＭ１の仕上げ切削は、底部ディスクＢの個々
の層のラミネーションと干渉しないように、増大的にな
される。

第１図から、完成したロータはサンプルパケット４０を
受け入れたホールＨを含むことか分る。

サンプルを収容し、遠心分離中に分類されるのはパケッ
ト４０である。

サンプルパケット４０のための正確な孔を形成すること
は第３図を参照して示される。典型的には、ドリルＤが
板Ｐ１、ディスクＢおよび板Ｐ２を貫通する。その後、
エンドミルＭ２がトリルＤのパイロットホールを徐々に
加工する。エンドミルＭ３を参照するに、該ミルは前記
ロータ内にサンプルパケット４０のためのホールＨを完
成しつつある。

仮に、前記サンプルホールが２．５ないし３．８ｃｍ（
１ないし１．５ｉｎｃｈ　）の直径であると、１．３ｃ
ｍ（１／２ｉｎｃｈ　）のオークのパイロットホールが
穿孔され得るということが知見された。その後、エンド
ミルが一度に、２．５ｃｍ　　（ｆｉｎｃｈ　）の２０
７１０００程度を切り取るために使用される。前記エン
ドミルが音波的に振動されることが好ましい。

再び第１図を参照するに、ロータアッセンブリＡは−Ｆ
方ディスクＴに切欠き５０を、下方ディスクＢに切欠き
５２を含むことが分る。下方ディスクＢへの切欠き５２
の加工は第３図に示されている。

第３図において、エンドミルＭ４が切欠き５２を形成し
ている。この切欠き５２は、ファイバを巻き付けたスペ
ーサヘルドＳを受け人れるために寸法法めされる。

ファイバを巻き付けたスペーサベルトの構造は、特願昭
８２−１４７１７３号として継続している発明の名称「
混成遠心分離機ロータおよびその製造方法」の特許出願
を参照することにより、理解される。簡単に述べると、
スペーサベルトＳは、個々のファイバをアルミニウムの
心棒の上に巻き付け、こわらファイバを硬化して形成さ
れる。その後、心棒は低温で冷却され、除去される。心
棒が除去されると、粒子を浸み込ませた、ファイバを巻
き付けた樹脂のその結果得られるシリンダは、所望の長
さのスペーサヘルドＳを形成するために、切断される。

第４図を参照してロータアッセンブリＡか理解される。

言責ロータアッセンブリＡは頂部ティスフＴ、底部ディ
スクＢおよびその間のスペーサベルトＳを含む。底部デ
ィスクＢの切欠き５２はスペーサベルトＳの底部を受け
入れる、頂部ティスフＴの切欠き５０はスペーサベルト
Ｓの上方部を受け入れる。ロータアッセンブリの全体が
互いに嵌合され、第５図に示すように、最終巻付けのた
めの準備ができる。

頂部ディスクＴは８個のホールＨ１〜Ｈ８を含むことが
分る。これらホールは、底部ディスクＢのホールＨ１′
〜　、／と正しく整合される。さらに、底部ディスクＢ
は、前記ロータの旋回装置を取り付けるためのハブホー
ル６０を含む。

ロータアッセンブリＡの外部にベルトＢＥを配置するこ
とは、第５図を参照して理解される。

第５図を参照するに、ロータアッセンブリＡは２つの巻
わく板Ｐ３．２４間に固定されている。それぞわの巻き
わく板は、それぞれのホールＨ１〜Ｈ３および対応する
ホールＨ１′〜Ｈ８′を通って伸び、ロータアッセンブ
リＡを横切るボルト７０により締めつけられている。巻
きわく板Ｐ、、Ｐ４はロータアッセンブリＡの側面を越
えて半径方向へ伸びている。これは、ベルトＢＥの巻付
けを可能にする。

ベルトＢｌｉは多ファイバのトウから形成される。

ファイバはスプール８０から引き出され、樹ｊ指浴９０
に浸けられる。ファイバはその後、ブレーキ９２および
ボビン機構９４を通過する。ボビン機構９４は、ロータ
アラセンプリンへの周囲に多条よりファイバのトウを供
給する。

ロータアッセンブリＡは、典型的には、シャフト１００
により回転される。ブレーキ９２とロータアッセンブリ
Ａとの間に伸びるファイバのトウか約９ｋｇ（２０１ｂ
）の張力を受けるように、ロータアッセンブリはトルク
下で回転される。ボビン機構９４は、ファイバかロータ
アッセンブリＡの表面に均一に分イ１ｊされることを可
能にする。

ここて使用した特別なファイバは、カリフォルニア州コ
ンコルトのユニオン　カーハイ　ト（ｔｌｎｉｏｎ　Ｃ
ａｒｂｉｄｅ）会社のポリマーおよび複合材料専門部で
製造されたものである。それは、ｒ　Ｔ　１１　［１Ｒ
Ｎ　Ｉミ１．　Ｔ−４０Ｊの商標で売られている。この
特別なケースでは、ファイバは２．８　Ｘ　１０６ｋｇ
／ｃｍ　２（４０ｍｉｌｌｉｏｎ　ｌｂ／１ｎｃｈ　２
）の剛性を有する。前記ファイバは、一体に束ねられて
トウとなる一群の個々のストランドを有し、前記トウは
約３０００またはそれより多いストランドを含む。

ファイバがベルトＢＥの厚みに巻き付けられたとき、２
つの巻きわく板Ｐ３、Ｐ４と巻付けられたファイバとは
、１８７．８°Ｃ（３７０°Ｆ）の範囲の硬化温度を有
する樹脂をふたたび使用して硬化される。この構造は、
ファイバをロータアッセンブリへの周囲上に収縮させる
。

ベルトＢＥは前記ロータアッセンブリＡの周囲の回りに
フープ張力を働かせることが理解されるであろう。この
フープ張力は、約２０．３ｃｍ　（８ｉｎｃｈ　）のオ
ーダの直径を有するロータに対し、ロータアッセンブリ
Ａの直径を２．５ｃ＋＋＋　　（ｌ１ｎｃｈ　）の３７
１０００たけ収縮させる。さらに重要なことには、ベル
トＢＥは前記ロータアラセンプリンＡに半径方向張力を
働かせる。この半径方向張力は内方へ作用し、前記ロー
タの旋回軸３０に向く。それは、遠心分離中前記ロータ
に動的に生ずる力とは向きが逆であり、常にこの力より
大きい。

第１図に示した実施例の説明を終ったところで、第６図
を用いて前記ロータの別の実施例について簡卯に説明す
る。第６図にはロータＲ２が示されている。ロータＲ２
は厚みの大きいスペーサベルトＳ′を含む。さらに、そ
れぞれのホール１１×、Ｉ」ｙはいくつかの遠心分離機
ロータに共通するように、傾斜状に示されている。この
別のロータ構造は正確に同じ技術により製造されるとい
うことが分るであろう。従って、第６図のロータ構造に
ついてはさらに百及しない。

ロータアッセンブリのディスクの製造のための一方向へ
伸びるファイバを有するテープの層を開示したというこ
とが理解されるだろう。一方向より多い方向へ実質的に
真直ぐに伸びるファイバで織った布が、該布の連続する
層がここに示した半径方向の補強の変化してゆく方向を
与えるならば、同様に使用され得るということか理解さ
れるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、構成要素を確定するために破断して示す、本
発明の完成したロータの斜視図、第２図は、第１図のロ
ータの頂部または底部ディスクの製造法を示す斜視図で
あフて、特に、長平方向に補強されたファイバのラミネ
ート層を上方と下方との固定および硬化板間で半径方向
のパターンを変えた配置を示し、第３図は、サンプルバ
ケットホールおよびスペーサリング用の切欠きを形成す
るエンドミルの工具を配置した第２図のディスクを示す
斜視図であり、特にディスクは底部のディスクを示し、
第４図は、本発明に係るロータアッセンブリを形成する
ために頂部および底部ディスク間に半径方向に巻付けら
れたスペーサリングを固定する頂部および底部ディスク
を示す斜視図、第５図は、２個の巻きわく板間に固定さ
れた第４図のロータアッセンブリの斜視図であって、該
ロータアッセンブリは第１図に示したり−タを完成する
ために、ファイバの硬化および収縮に先立ってカーホン
ファイバの樹脂を漫めらせたトウでｔ径方向を巻き付け
られており、第６図は、本発明に係る混成ロータの別の
実施例の断面図である。 Ａ・・・ロータアッセンブリ、 Ｔ・・・頂部ディスク、 Ｂ・・・底部ディスク、 ＢＩＥ・・・ベルト、 Ｒ，、Ｒ，・・・ロータ、 ｓ、ｓ′・・・スペーサヘルド、 ＰＩ、Ｐ２　　・・・加圧板、 Ｐ３、Ｐ４・・・巻きわく板、 １４．１６．１８．３０・・・層、 ４０・・・サンプルパケット、 ５０．５２・・・切欠き。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）長手方向へ伸びる補強のための、樹脂と共に固め
   たファイバの層を積み重ねた積層であってロータの旋回
   軸線に直角に伸びる選定された半径に関して別々の角度
   方向を有する、連続的に繰り返す半径方向のパターンを
   有し、各層が前記ロータの前記旋回軸線に直交している
   積層からそれぞれが製造された頂部ディスクおよび底部
   ディスクと、ロータアッセンブリを形成するために前記
   頂部ディスクと前記底部ディスクとの間にはさまれた、
   巻きつけられたファイバのフープからなるスペーサリン
   グと、前記ロータアッセンブリの周囲におよび前記頂部
   ディスク、前記底部ディスクおよび両ディスクの間の前
   記スペーサリングの外周面上に張力下で収縮するように
   硬化された半径方向のファイバのフープとを含み、前記
   頂部ディスク、底部ディスクおよびスペーサリングが、
   前記ロータへの半径方向張力の動的な力と等しくかつ向
   きが逆である力で前記ロータの前記旋回軸線に関して半
   径方向へ圧縮された、混成ロータ。
2. （２）前記底部ディスクおよび前記頂部ディスクは前記
   スペーサリングを受け入れるための切欠きを備える、請
   求項（１）に記載の混成ロータ。
3. （３）前記積層は一方向へ伸びるファイバを有するテー
   プからなる、請求項（１）に記載の混成ロータ。
4. （４）前記ロータの前記旋回軸線に関して傾斜した心合
   せしたホールが設けられた、請求項（１）に記載の混成
   ロータ。
5. （５）長手方向へ伸びる補強のための、樹脂と共に固め
   た層を積み重ねた積層であってロータの旋回軸線に直角
   に伸びる選定された半径に関して別々の角度方向を有す
   る、連続的に繰り返す半径方向のパターンを有し、各層
   が前記ロータの前記旋回軸線に直交している積層から製
   造された少なくとも１つのディスクと、該ディスクの周
   囲上に張力下で収縮するように硬化された半径方向のフ
   ァイバのフープとを含み、前記ディスクが、該ディスク
   への半径方向張力の動的な力と等しくかつ向きが逆であ
   る力で前記ロータの前記旋回軸線に関して半径方向へ圧
   縮された、混成ロータ。
6. （６）前記ロータは第１のディスクと第２のディスクと
   を含む、請求項（５）に記載の混成ロータ。
7. （７）前記第１および第２のディスクはその間のスペー
   サリングを含む、請求項（６）に記載混成ロータ。
8. （８）前記積層は１方向へ伸びる前記ファイバを有する
   テープを含む、請求項（７）に記載の混成ロータ。
9. （９）前記頂部ディスクと前記底部ディスクとは標本を
   受け入れるための心合せされたホールを含む、請求項（
   ５）に記載の混成ロータ。
10. （１０）前記心合せされたホールは前記ロータの前記旋
    回軸線に平行に配列された、請求項（５）に記載の混成
    ロータ。
11. （１１）樹脂およびファイバの混成ロータを製造する方
    法であって、樹脂と共に固められた長手方向へ伸びるフ
    ァイバを有する薄い層を準備し、該薄い層を片に切断し
    て該片を前記ロータの旋回軸線を中心にして配置し、前
    記それぞれの薄い層を前記旋回軸線から選定された半径
    ベクトルに関して異なる配置方向を有する半径方向の繰
    り返しパターンに置き、前記ロータのための少なくとも
    頂部ディスクと底部ディスクとを形成するために前記薄
    い層を同時に加圧しかつ硬化し、中空のロータアッセン
    ブリを形成するために前記頂部ディスクと底部ディスク
    との間にスペーサフープを配置して該スペーサフープの
    上に前記頂部ディスクを置き、前記中空のロータアッセ
    ンブリの外周回りに樹脂に浸けられたファイバを張力下
    で巻きつけ、該巻付けを前記中空のロータアッセンブリ
    に収縮するように前記中空のロータアッセンブリに巻き
    つけられた前記ファイバをフープ張力下で硬化し、これ
    によって前記ロータアッセンブリが、遠心分離の間前記
    ロータに働く半径方向荷重とは向きが逆となる半径方向
    にプレストレスを受ける工程を含む、混成ロータの製造
    方法。