KR101214104B1

KR101214104B1 - 원심분리기, 원심분리기용 로터

Info

Publication number: KR101214104B1
Application number: KR1020117015003A
Authority: KR
Inventors: 토시하루 하시모토
Original assignee: 가부시키가이샤 구보다 세이사쿠쇼
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2012-12-20
Also published as: CN102292161A; CN102292161B; KR20110091793A; WO2011001729A1; JP2011011118A; JP5442337B2

Abstract

로터와 회전 헤드의 간단한 착탈과, 확실한 고정의 양쪽 모두를 실현한다. 본 발명의 원심분리기의 로터는 회전 헤드가 삽입되는 로터 구멍과 웅형 부재를 구비한다. 웅형 부재는 로터 구멍의 내부에 수평으로 배치된 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 회전축의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 회전 샤프트와 반대측에 볼록부를 가진다. 회전 헤드는 상부에 회전 샤프트의 축심을 중심으로 하는 원통형상이며, 내측면에 환형상의 오목부를 가지는 로터 결합부를 구비한다. 회전 샤프트가 정지한 상태에서 로터가 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 웅형 부재는 로터 결합부의 내측에 있고, 또한, 웅형 부재의 볼록부가 로터 결합부의 오목부와 대향하고 있다. 회전 샤프트가 회전하면, 볼록부가 오목부에 끼워지도록 가동한다. 또, 볼록부가 오목부에 끼워져 있을 때에, 로터를 회전 헤드로부터 이탈시키는 힘이 가해진 경우에, 볼록부에는 오목부에 끼워지는 방향으로 힘이 가해진다.

Description

원심분리기, 원심분리기용 로터{CENTRIFUGAL SEPARATOR, ROTOR FOR CENTRIFUGAL SEPARATOR}

본 발명은 축심이 연직방향인 회전 샤프트의 상부에 부착된 회전 헤드와, 회전 헤드의 상부에 배치되는 로터를 구비한 원심분리기에 관한 것이다. 특히, 로터와 회전 헤드와의 착탈 방법 및 고정 방법에 관한 것이다.

원심분리기는 축심이 연직방향인 회전 샤프트, 회전 샤프트를 회전시키기 위한 모터, 회전 샤프트의 상부에 부착된 회전 헤드, 시료를 넣기 위한 로터, 로터의 상부를 덮는 덮개, 전체를 덮는 광체로 구성되어 있다. 그리고, 로터는 회전 샤프트에 착탈 가능하다. 착탈의 가장 일반적인 방법은 나사 고정이지만, 회전 샤프트, 회전 헤드, 로터가 회전할 때에 발생하는 원심력을 이용하여, 회전중에는 로터가 회전 헤드로부터 빠지지 않도록 한 원심분리기도 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3 등이 있다.

일본 실용신안 공고 소42-18399호 공보 일본 특허 제4239119호 명세서 일본 특허 제3861476호 명세서

특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3의 원심분리기는 어느 하나의 부재가 원심력으로 외측으로 이동하는 것을 이용하여, 회전중에는 로터가 회전 헤드로부터 빠지지 않도록 하고 있다. 그러나, 회전에 의해 발생하는 힘은 원심력 뿐만 아니라, 고속회전시에는 양력(揚力)도 발생한다. 특히, 덮개를 덮지 않고 회전시켜버린 경우, 덮개를 확실하게 고정하지 않고 회전시켜버린 경우, 큰 언밸런스가 생긴 상태에서 회전시켜버린 경우 등, 본래의 사용방법이 아닌 경우에, 상정외의 로터를 이탈시키는 힘(로터의 회전에 의해 발생하는 양력 및 진동 등이 로터를 들어올리는 힘)이 발생하고, 로터가 빠져버리는 사고가 발생하고 있다. 즉, 오조작이 있을 수 있는 것도 고려하면, 특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3과 같은 원심력만을 이용한 구조에서는, 고속회전시켰을 때에 충분한 안전성은 확보되지 않고 있다.

본원 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 원심분리기에 있어서, 로터와 회전 헤드의 간단한 착탈과, 로터를 이탈시키는 힘도 고려한 로터와 회전 헤드의 확실한 고정의 양쪽 모두를 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 원심분리기는 축심이 연직방향인 회전 샤프트의 상부에 부착된 회전 헤드와, 회전 헤드의 상부에 배치되는 로터를 구비한다. 로터는 회전 헤드가 삽입되는 로터 구멍과 웅형(雄型) 부재를 구비한다. 웅형 부재는 로터 구멍의 내부에 수평으로 배치된 회전축을 중심(中心)으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심(重心)이 회전축의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 회전 샤프트의 반대측에 볼록부를 가진다. 회전 헤드는 상부에 회전 샤프트의 축심을 중심으로 하는 원통형상이며, 내측면에 환형상의 오목부를 가지는 로터 결합부를 구비한다. 그리고, 회전 샤프트가 정지한 상태에서 로터가 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 웅형 부재는 로터 결합부의 내측에 있고, 또한, 웅형 부재의 볼록부가 로터 결합부의 오목부와 대향하고 있다. 회전 샤프트가 회전하면, 볼록부가 오목부에 끼워지도록 가동(可動)한다. 또, 볼록부가 오목부에 끼워져 있을 때에, 로터를 회전 헤드로부터 이탈시키는 힘이 가해진 경우에, 볼록부에는 오목부에 끼워지는 방향으로 힘이 가해진다. 예를 들면, 오목부의 상측의 면인 오목부 상면의 법선이 회전축의 중심보다 축심에 가까운 위치를 통과하도록 형성되어 있다. 즉, 로터에 이탈력이 작용하여 상방으로 들어올려졌을 때에 볼록부의 상측의 면(볼록부 접촉면)과 오목부 상면이 접촉하는 면의 법선은 회전축의 중심보다 축심에 가까운 위치를 통과하도록 회전축이 배치되어 있다.

본 발명의 원심분리기에 의하면, 로터를 회전 헤드에 부착할 때에 나사를 고정할 필요가 없다. 또, 로터를 회전 헤드로부터 분리할 때에도 나사를 풀 필요가 없다. 또한, 회전중에 상정하지 못한 로터를 회전 헤드로부터 이탈시키는 힘이 가해진 경우에도, 볼록부와 오목부가 떨어지지 않는다. 따라서, 간단한 착탈과 확실한 고정의 양쪽 모두를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 원심분리기의 내부의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도.
도 3A는 프레임을 상부측으로부터 본 평면도. 도 3B는 도 3A의 A-A선으로 절단한 경우의 단면도. 도 3C는 도 3A의 B방향으로부터 본 경우의 측면도.
도 4는 회전하고 있을 때의 웅형 부재와 회전 헤드의 관계를 나타내는 단면도.
도 5A는 오목부 상면(11)이 수평인 경우의 힘의 관계를 나타내는 도면. 도 5B는 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1))보다 축심(9)으로부터 먼 위치를 통과하는 경우의 힘의 관계를 나타내는 도면. 도 5C는 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하는 경우로서, 이탈력이 발생하고 있지 않을 때의 힘의 관계를 나타내는 도면. 도 5D는 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하는 경우로서, 이탈력이 발생하고 있을 때의 힘의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 변형예 1의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도.
도 7은 변형예 1의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면 사시도.
도 8은 회전 샤프트가 정지한 상태에서의 변형예 2의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도.
도 9A는 도 8의 C측으로부터 변형예 2의 프레임(21)을 본 측면도. 도 9B는 도 8의 D측으로부터 변형예 2의 프레임(21)을 본 측면도.
도 10A는 변형예 2의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도. 도 10B는 제2 웅형 부재(40)에 가해지는 힘을 나타내는 도면. 도 10C는 웅형 부재(23-1)에 가해지는 힘을 나타내는 도면.
도 11은 회전 샤프트가 정지해도 웅형 부재가 로터 결합부의 내측으로 되돌아가지 않는 상태의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도.
도 12는 웅형 부재를 로터 결합부의 내측으로 되돌린 상태의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도.
도 13은 변형예 4의 로터의 프레임과 웅형 부재와 가이드핀의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도.
도 14는 변형예 4의 회전 헤드를 상부측으로부터 본 평면도.
도 15A는 변형예 4의 프레임과 웅형 부재와 가이드핀을 확대한 측면도. 도 15B는 변형예 4의 프레임과 웅형 부재와 가이드핀을 확대한 저면도.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 동일한 기능을 가지는 구성부에는 동일한 번호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.

(실시예 1)

도 1은, 본 발명의 원심분리기의 내부의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면에는 축심(9)이 연직방향인 회전 샤프트(3)와, 회전 샤프트(3)의 상부에 부착된 회전 헤드(2)와, 회전 헤드(2)의 상부에 배치되는 로터(20)와, 로터(20)의 상부를 덮는 덮개(25)가 나타나 있다. 또한, 도시하지 않지만, 회전 샤프트(3)를 회전시키기 위한 모터, 전체를 덮기 위한 광체 등도 원심분리기(1)의 구성 요소이다.

로터(20)의 상부측은 시료를 넣는 부분이며, 시료 삽입부(36)를 복수 구비하고 있다. 또, 로터(20)는 회전 헤드(2)가 삽입되는 로터 구멍(28, 29), 프레임(21), 웅형 부재(23-1, 23-2), 가이드핀(24) 등도 구비한다. 또한, 로터 구멍(28)은 직경이 일정한 단면 원형의 구멍이며, 로터 구멍(29)은 직경이 구멍의 내부일수록 작아진 단면 원형의 구멍이다. 또, 이 도면에서는 웅형 부재는 2개 배치되어 있지만, 1개여도 되고, 3개 이상이어도 된다. 웅형 부재의 수는 로터(20)의 크기 등을 고려하여 적당히 정하면 된다. 웅형 부재(23-1, 23-2)는 로터 구멍(28)의 내부에 수평으로 배치된 회전축(22-1, 22-2)을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 회전축(22-1, 22-2)의 하방에 있다. 또, 웅형 부재(23-1, 23-2)는 무게중심보다 하방의 회전 샤프트(3)의 축심(9)의 반대측에 볼록부(62-1, 62-2)를 가진다. 또한, 로터(20)를 조립할 때에는, 우선 웅형 부재(23-1, 23-2)를 프레임(21)에 부착하고, 그 후 프레임(21)을 로터(20)에 부착하면, 제조가 용이하다. 또, 로터(20)는 축심(9)을 중심으로 한 단면 원형의 관통 구멍(30, 31)도 구비하고 있다. 프레임(21)에 형성되어 있는 관통 구멍(31)에는 나사(나사부)가 형성되어 있다.

회전 헤드(2)는 상부에 로터 결합부(6)와 구동핀(7)을 구비한다. 로터 결합부(6)는 회전 샤프트의 축심(9)을 중심으로 하는 원통형상이며, 내측면에 환형상의 오목부(8)를 가진다. 또, 회전 헤드(2)는 로터 결합부(6)의 외측에, 로터 구멍(28)에 끼워지는 직경이 일정하며 단면 원형의 원기둥 부분(4)과, 로터 구멍(29)에 끼워지는 직경이 하부일수록 커진 단면 원형의 원뿔대 부분(5)도 가진다. 덮개(25)는 손잡이(26)와 나사부(27)를 가지고 있다. 손잡이(26)를 회전시킴으로써 프레임(21)의 관통 구멍(31)과 나사부(27)가 나사 고정되어, 덮개(25)가 로터(20)에 고정된다. 또, 가이드핀(24)은 구동핀(7)의 사이밖에 이동할 수 없으므로, 회전 헤드(2)가 회전하면, 구동핀(7)으로부터 가이드핀(24)에 동력이 전해져, 로터(20)가 회전한다. 또, 회전 헤드(2)가 정지할 때에도, 구동핀(7)에 의해 가이드핀(24)의 이동 범위가 한정되므로, 로터(20)는 회전 헤드(2)와 함께 정지한다.

회전 샤프트(3)가 정지한 상태에서 로터(20)가 회전 헤드(2) 위에 배치되어 있을 때에는, 웅형 부재(23-1, 23-2)의 무게중심이 회전축(22-1, 22-2)의 바로 아래가 된다. 이 때, 웅형 부재(23-1, 23-2)는 로터 결합부(6)의 내측에 있고, 또한, 웅형 부재(23-1, 23-2)의 볼록부(62-1, 62-2)가 로터 결합부(6)의 오목부(8)와 대향하고 있다.

회전 샤프트(3)가 회전하면, 볼록부(62-1, 62-2)가 오목부(8)에 끼워지도록 가동한다. 그리고, 볼록부(62-1, 62-2)가 오목부(8)에 끼워져 있을 때에, 로터(20)를 회전 헤드(2)로부터 이탈시키는 힘이 가해지면, 볼록부(62-1, 62-2)에는 오목부(8)에 끼워지는 방향으로 힘이 가해진다. 예를 들면, 오목부(62-1, 62-2)의 상측의 면인 오목부 상면(11)의 법선이 회전축의 중심보다 축심에 가까운 위치를 통과하도록 형성하면 된다. 즉, 로터에 이탈력이 작용하여 상방으로 들어올려진 경우에, 볼록부(62-1, 62-2)의 상측의 면(도 2의 볼록부 접촉면(35-1))과 오목부 상면(11)과의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1, 33-2)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하도록 회전축(22-1, 22-2)을 배치하면 된다.

도 2는 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도, 도 3은 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분을 확대한 도면, 도 4는 회전하고 있을 때의 웅형 부재와 회전 헤드와의 관계를 나타내는 단면도이다. 도 3A는, 프레임을 상부측으로부터 본 평면도, 도 3B는 A-A단면에서 절단한 경우의 단면도, 도 3C는 도 3A의 B방향으로부터 본 경우의 측면도이다. 또한, 도 2와 도 4는, 웅형 부재(23-1)밖에 나타내고 있지 않지만, 이와 같이 1개의 웅형 부재여도 되고, 도 1이나 도 3과 같이 2개의 웅형 부재를 구비해도 되며, 상기 서술한 바와 같이 3개 이상 구비해도 된다. 오목부(8)는 로터 결합부(6)의 내측면보다 함몰된 오목부 저면(10)과, 로터(20)에 이탈력이 발생했을 때에 볼록부(62-1)와 접촉하는 오목부 상면(11)과, 로터 결합부(6)의 최상부에 위치하는 오목부 원통부(12)로 구성되어 있다. 볼록부(62-1)는 로터(20)가 회전했을 때에 오목부 저면(10)과 접촉하여 웅형 부재(23-1)의 자세(위치)를 결정하는 볼록부 위치 결정면(34-1)과, 로터(20)에 이탈력이 발생했을 때에 오목부 상면(11)과 접촉하는 볼록부 접촉면(35-1)으로 구성되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 오목부 상면(11)의 볼록부 접촉면(35-1)과의 접촉 부분으로부터 그은 법선은 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하고 있다.

본 발명의 원심분리기는 이러한 구조이므로, 로터를 회전 헤드에 부착할 때에 나사를 고정할 필요가 없다. 또, 로터를 회전 헤드로부터 분리할 때에도 나사를 풀 필요가 없다. 또한, 회전중에 상정하지 못한 로터를 회전 헤드로부터 이탈시키는 힘이 가해진 경우에도, 볼록부와 오목부가 떨어지지 않는다. 따라서, 간단한 착탈과 확실한 고정의 양쪽 모두를 실현할 수 있다.

로터를 이탈시키는 힘을 볼록부가 오목부에 끼워지는 방향의 힘으로 변환하는 원리

다음에, 로터(20)를 이탈시키는 힘을 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워지는 방향의 힘으로 변환하는 원리를 설명한다. 도 5는, 이 원리를 설명하기 위한 모식도이다. 이 도면에서는, 볼록부(62-1)를 원, 웅형 부재(23-1)를 선으로 나타내고 있다. 또, 이들 도면에서는, 웅형 부재(23-1)의 질량은 볼록부(62-1)에 집중하고 있는 것으로 한다. 도 5A는 오목부 상면(11)이 수평인 경우를, 도 5B는 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)으로부터 먼 위치를 통과하는 경우를, 도 5C는 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하는 경우로서, 이탈력이 발생하고 있지 않을 때를, 도 5D는 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하는 경우로서, 이탈력이 발생하고 있을 때를 나타내고 있다.

도 5에는, 볼록부(62-1)에 작용하는 힘 중, 중력에 의한 힘 F1, 원심력에 의한 힘 F2, 로터(20)를 이탈시키는 힘에 의해 볼록부(62-1)가 받는 힘 F3를 나타내고 있다. 이들 힘 이외에, 볼록부(62-1)에는 오목부 저면(10)이나 오목부 상면(11)이 볼록부(62-1)를 되미는 반력, 웅형 부재(23-1)가 볼록부(62-1)를 잡아당기는 힘이 있지만, 이들 힘은 F1 내지 F3과 균형을 맞추기 위해서 발생하는 힘이므로, 도면에서는 생략하고 있다.

힘 F1의 방향은 하방향이며, 힘 F2의 방향은 도면의 우방향이다. 또, 웅형 부재(23-1)는 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로우므로, 힘 F3의 방향은 회전축의 중심(33-1)의 방향이다. 그리고, 볼록부(62-1)는 이들 힘의 합계의 방향으로 움직이려고 하므로, 반시계회전으로 움직이려고 하거나, 시계회전으로 움직이려고 하거나 한다. 반시계회전으로 움직이려고 하는 경우는, 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워지려고 하는 방향이며, 결국, 볼록부(62-1)는 오목부 상면(11)이나 오목부 저면(10)에 꽉 눌린다. 그리고, 오목부 상면(11)이나 오목부 저면(10)으로부터의 반력도 볼록부(62-1)에 작용하는 힘으로서 가해져, 볼록부(62-1)에 작용하는 힘이 균형이 맞는다. 한편, 시계회전으로 움직이려고 하는 경우는, 볼록부(62-1)가 오목부(8)로부터 빠지는 경우이며, 로터(20)가 이탈해버릴 위험이 있다.

우선, 힘 F3가 없는 경우를 생각한다. 도 5A, 도 5B, 도 5C의 어느 경우도, 힘 F1과 힘 F2의 합계의 방향과 웅형 부재(23-1)의 선이 일치하도록, 볼록부(62-1)는 움직이려고 한다. 따라서, 회전속도가 빨라지고, F2가 충분히 커지면, 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워진다. 예를 들면, 1분간에 1000회전하는 경우, 축심(9)으로부터 1cm 떨어진 위치에서는, F2는 F1의 10배 이상이 된다. 또한, 도 5C의 경우는, 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하므로, 힘 F3가 없을 때에는, 볼록부(62-1)는 오목부 저면(10)에만 접촉하고 있어, 오목부 상면(11)과의 사이에는 간극이 있다.

한편, 힘 F3가 가해지면 힘의 관계가 변화한다. 이하의 설명에서는, 힘 F3의 오목부 상면(11)과 수직인 힘을 힘 F31, 평행한 힘을 힘 F32로 한다. 회전수가 일정하면, 힘 F1과 힘 F2는 일정하다. 그러나, 로터(20)가 빠지는 것 같은 사고에서는 상정하지 못한 힘 F3가 가해진다. 즉, 힘 F3가 커졌을 때라도 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워지려고 하는 힘이 가해지는지를 확인하면, 오목부 상면(11)을 어느 방향으로 하면 되는지를 알 수 있다.

우선, 오목부 상면(11)과 평행한 힘에 대해서 검토한다. 도 5A와 도 5B의 경우, 힘 F3가 커지면 힘 F32도 커지므로, 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워지려고 하는 힘은 약해져버린다. 또, 원래 힘 F3는 상정외의 힘이므로, 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워지려고 하는 힘이 어느 정도 남을지 설계할 수 없다. 따라서, 빠지는 방향으로 힘이 가해질 위험이 있다.

한편, 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하는 경우에는, 힘 F3가 없을 때에는, 볼록부(62-1)와 오목부 상면(11) 사이에는 간극이 있다(도 5C). 그리고, 로터(20)에 강한 이탈력이 작용하면, 도 5D에 나타내는 바와 같이, 회전축의 중심(33-1)이 들어올려지고, 볼록부(62-1)와 오목부 상면(11)이 접촉한다. 여기서, 도 5D 중의 33'-1은 힘 F3가 작용하기 전의 회전축의 중심의 위치를 나타내고 있다. 도 5D의 경우, 힘 F3가 커지면 힘 F32도 커지므로, 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워지려고 하는 힘은 강해진다. 따라서, 오목부 상면(11)과 볼록부(62-1)와의 접점으로부터 그은 법선이 회전축의 중심(33-1)보다 축심(9)에 가까운 위치를 통과하는 경우(오목부 상면의 법선이 회전축보다 축심에 가까운 위치를 통과하도록 형성되어 있는 경우)에는, 로터(20)를 이탈시키는 힘을 볼록부(62-1)가 오목부(8)에 끼워지는 방향의 힘으로 변환할 수 있으므로, 상정하지 못한 로터를 회전 헤드로부터 이탈시키는 힘이 가해진 경우에도, 볼록부와 오목부가 떨어지지 않는다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 로터를 회전 헤드에 부착할 때에 나사를 고정할 필요가 없다. 또, 로터를 회전 헤드로부터 분리할 때에도 나사를 풀 필요가 없다. 또한, 회전중에 상정하지 못한 로터를 회전 헤드로부터 이탈시키는 힘이 가해진 경우에도, 볼록부와 오목부가 떨어지지 않는다. 따라서, 간단한 착탈과 확실한 고정의 양쪽 모두를 실현할 수 있다.

[변형예 1]

실시예 1에서는, 웅형 부재(23-1, 23-2)의 무게중심이 회전축(22-1, 22-2)의 바로 아래가 되었을 때에, 웅형 부재(23-1, 23-2)는 로터 결합부(6)의 내측에 있는 것처럼 배치되어 있었다. 그러나, 설계상의 형편으로부터, 회전 샤프트(3)가 정지한 상태에서의 무게중심의 위치를 회전축(22-1, 22-2)의 바로 아래가 아닌 위치로 조정하고 싶은 경우도 있다. 도 6은 변형예 1의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도, 도 7은 변형예 1의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면 사시도이다. 본 변형예에서는, 회전 샤프트(3)가 정지한 상태에서의 무게중심의 위치를 회전축(22-1, 22-2)의 바로 아래보다 축심(9)에 가까운 위치로 조정한 예를 나타낸다. 본 변형예에서는, 프레임(21)에 환형상의 탄성체(61)가 구비되어 있고, 웅형 부재(23-1, 23-2)를 축심(9)측으로 누르고 있다.

이와 같이, 회전 샤프트(3)가 정지한 상태에서의 무게중심의 위치를 조정할 수 있으므로, 설계 자유도를 증가시킬 수 있다.

[변형예 2]

소형 로터(대략 5kg 이하)는 고속회전(18000~22000회전)하면 로터 구멍(28, 29)과 회전 헤드(2)의 원기둥 부분(4)과 원뿔대 부분(5) 사이에 있는 미소한 간극이 원인이 되어, 진동이 발생하는 경우가 있다. 본 변형예에서는, 이 과제를 해결한다.

도 8은 회전 샤프트가 정지한 상태에서의 변형예 2의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도, 도 9는 변형예 2의 프레임(21)을 나타낸 도면, 도 10은 회전 샤프트가 회전한 상태에서의 변형예 2의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도이다. 도 9A는 도 8의 C측으로부터 프레임(21)을 본 측면도이며, 도 9B는 도 8의 D측으로부터 프레임(21)을 본 측면도이다. 도 10A는 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도, 도 10B는 제2 웅형 부재(40)에 가해지는 힘을 나타내는 도면, 도 10C는 웅형 부재(23-1)에 가해지는 힘을 나타내는 도면이다. 본 변형예에서는, 로터(20)는 제2 웅형 부재(40)도 구비하고 있다. 제2 웅형 부재(40)는 로터 구멍(28)의 내부에 수평으로 배치된 회전축(22-2)을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 회전축(22-2)의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 회전 샤프트(3)와 반대측에 제2 볼록부(41)를 가진다. 또, 본 변형예에서는, 제2 웅형 부재(40)의 두께(w)에 대하여, 웅형 부재(23-1)의 두께를 w/2로 하고 있다.

회전 샤프트(3)가 정지한 상태에서 로터(20)가 회전 헤드(2) 위에 배치되어 있을 때에는, 제2 웅형 부재(40)의 무게중심이 회전축(22-2)의 바로 아래가 된다. 이 때, 제2 웅형 부재(40)는 로터 결합부(6)의 내측에 있고, 또한, 제2 웅형 부재(40)의 제2 볼록부(41)가 로터 결합부(6)의 오목부(8)와 대향하고 있다. 회전 샤프트(3)가 회전하면, 제2 볼록부(41)가 오목부의 일부(도 10에서는, 오목부 상면(11)과 오목부 원통부(12)의 오목부 경계선(42))와 접촉하도록 이동한다. 또, 웅형 부재(23-1)도 실시예 1에서 설명한 바와 같이 이동하고, 볼록부(62-1)가 오목부 저면(10)에 접촉한다. 이와 같이, 웅형 부재(23-1)와 제2 웅형 부재(40)를 비대칭으로 함으로써 미묘한 힘의 언밸런스가 발생하므로, 로터(20)가 회전 헤드(2)의 어딘가에 꽉 눌리는 힘이 발생한다. 이 힘이 작용함으로써 로터 구멍(28, 29)과 원기둥 부분(4)과 원뿔대 부분(5) 사이에 있는 미소한 간극은 일방에 치우쳐지므로, 진동을 경감할 수 있다.

보다 구체적으로는, 이하와 같은 원리에 의한 것이라고 생각된다. 웅형 부재(23-1)의 두께를 제2 웅형 부재(40)의 절반으로 함으로써, 웅형 부재(23-1)는 제2 웅형 부재(40)보다 가벼워진다. 따라서, 회전시에 작용하는 제2 웅형 부재(40)의 원심력 F1은 웅형 부재(23-1)의 원심력 F4보다 크다. 우선, 회전축의 중심(33-2)을 지지점으로 했을 때의 모멘트의 균형에 대해서 생각한다. 원심력 F1은 회전축(22-2)을 시계회전으로 돌리려고 한다. 또, 제2 볼록부(41)와 오목부 경계선(42)이 접촉하고 있는 면은 축심(9)에 평행하지 않으므로, 마찰을 생각하지 않으면, 제2 볼록부(41)는 오목부 경계선(42)으로부터 힘 F2(접촉하고 있는 면의 법선방향의 힘)를 받는다. 힘 F2는 회전축(22-2)을 반시계회전으로 돌리려고 한다. 그리고, 이들 힘에 의해 발생하는 모멘트가 균형이 맞는다. 따라서, 회전축(22-2)에는 원심력 F1과 힘 F2의 합계의 힘 F3가 가해지게 된다. 다음에, 회전축의 중심(33-1)을 지지점으로 했을 때의 모멘트의 균형에 대해서 생각한다. 원심력 F4는 회전축(22-1)을 반시계회전으로 돌리려고 한다. 또, 오목부 저면(10)은 축심(9)에 평행한 면이므로, 볼록부(62-1)는 원심력 F4와 반대인 방향으로 힘 F5를 받는다. 힘 F5는 회전축(22-1)을 시계회전으로 돌리려고 한다. 그리고, 이들 힘에 의해 발생하는 모멘트가 균형이 맞는다. 따라서, 회전축(22-1)에는 원심력 F4와 힘 F5의 합계의 힘 F6가 가해지게 된다. 즉, 로터(20)에는 힘 F3와 힘 F6가 작용하게 되고, 로터(20)는 전체적으로는 도 10의 좌측 하방향으로 꽉 눌리게 된다. 실제로는 마찰 등도 가해지기 때문에 더욱 복잡한 힘이 가해지고 있다고 생각되지만, 어쨌든 웅형 부재(23-1)와 제2 웅형 부재(40)를 비대칭으로 함으로써 발생하는 미묘한 힘의 언밸런스(제2 웅형 부재(40)가 회전 샤프트(3)의 회전에 의해 받는 힘과, 웅형 부재(23-1)가 회전 샤프트(3)의 회전에 의해 받는 힘은 밸런스가 취해지지 않고 있는 것)에 의해 진동이 경감하고 있다고 생각된다.

또한, 본 발명에서는 원심력에 의해 움직이는 부재인 웅형 부재(23-1)와 제2 웅형 부재(40)가 로터(20)에 구비되어 있다. 따라서, 로터의 무게나 형상 등을 고려하여 언밸런스의 정도를 최적으로 조정할 수 있으므로, 로터의 종류마다 진동을 충분히 저감할 수 있다.

[변형예 3]

지금까지의 실시예, 변형예에서의 설명에서는, 회전 샤프트(3)의 회전이 멈추면 웅형 부재(23-1, 23-2)는 중력 등에 의해 로터 결합부(6)의 내측으로 되돌아가므로, 로터(20)를 용이하게 분리할 수 있다고 설명했다. 그러나, 시료 등이 새버려, 웅형 부재(23-1, 23-2)의 주변에 부착되어 버리는 경우가 있다. 이러한 경우에, 회전 샤프트(3)의 회전이 멈추어도, 웅형 부재(23-1, 23-2)가 로터 결합부(6)의 내측으로 되돌아가지 않는 것도 상정된다. 본 변형예에서는 이 과제를 해결한다.

도 11은 회전 샤프트가 정지해도 웅형 부재가 로터 결합부의 내측으로 되돌아가지 않는 상태의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도, 도 12는 웅형 부재를 로터 결합부의 내측으로 되돌린 상태의 로터의 프레임과 웅형 부재의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도이다. 본 변형예에서는, 웅형 부재(23-1, 23-2)는 회전축(22-1, 22-2)보다 상방에, 볼록부(62-1, 62-2)가 오목부(8)에 끼워진 상태일 때에 관통 구멍(31)의 내측으로 나오는 돌기부(43-1, 43-2)를 가지고 있다.

원심분리기(1)의 회전이 정지하고, 로터(20)를 분리하려고 할 때에 빠지지 않는 경우, 이하와 같이, 웅형 부재(23-1, 23-2)를 로터 결합부(6)의 내측으로 되돌리면 된다. 우선, 덮개(25)를 빼고, 관통 구멍(30, 31)이 보이는 상태로 한다. 그리고, 선단이 가는 해제 샤프트(44)를 관통 구멍(30, 31)에 삽입한다. 해제 샤프트(44)는 선단이 가늘고, 손잡이에 가까운 쪽이 서서히 굵어지고 있으므로, 돌기부(43-1)는 도면의 우방향, 돌기부(43-2)는 도면의 좌방향으로 눌린다. 따라서, 도 12에 나타내는 바와 같이 해제 샤프트(44)를 깊게 밀어넣으면, 웅형 부재(23-1, 23-2)를 로터 결합부(6)의 내측으로 되돌릴 수 있다. 또한, 해제 샤프트(44)의 관통 구멍(31)에 접촉하는 부분에 나사를 형성해 두고, 프레임(21)의 관통 구멍(31)에 형성된 나사를 이용하여 해제 샤프트(44)를 밀어넣는 구조로 하면, 무리없이 해제 샤프트(44)를 밀어넣을 수 있다.

따라서, 회전 샤프트(3)의 회전이 멈추어도, 웅형 부재(23-1, 23-2)가 로터 결합부(6)의 내측으로 되돌아가지 않는 문제가 발생해도, 웅형 부재(23-1, 23-2)를 로터 결합부(6)의 내측으로 되돌릴 수 있고, 로터(20)를 분리할 수 있다.

[변형예 4]

실시예 1의 경우, 로터(20)와 회전 헤드(2)와의 위치 관계는 가이드핀(24)이 구동핀(7)의 사이에 구속됨으로써 정해진다. 그러나, 가이드핀(24)은 구동핀(7)의 사이에서는 이동 가능하므로, 로터(20)와 회전 헤드(2) 사이에는 미끄러짐이 발생한다. 또, 로터(20)는 회전 헤드(2)의 상부에 배치되어 있는데, 로터(20)는 원뿔대 부분(5)에 지지되어 있다. 따라서, 상기 서술한 미끄러짐에 의해, 특히 로터 구멍(29)과 원뿔대 부분(5)에 마모가 생기게 된다. 본 변형예에서는, 로터(20)와 회전 헤드(2) 사이의 미끄러짐을 없앤다.

도 13은 변형예 4의 로터의 프레임과 웅형 부재와 가이드핀의 부분 및 회전 헤드의 부분을 확대한 단면도, 도 14는 변형예 4의 회전 헤드를 상부측으로부터 본 평면도, 도 15는 변형예 4의 프레임과 웅형 부재와 가이드핀을 확대한 도면이다. 도 15A는 측면도, 도 15B는 하부측으로부터 본 저면도이다. 또한, 도 13, 도 15에는 웅형 부재는 1개밖에 나타내고 있지 않지만, 2개 또는 그 이상의 웅형 부재를 구비해도 된다. 본 변형예의 가이드핀(53)은 실시예 1의 가이드핀(24)보다 길다. 그리고, 회전 헤드(2)는 가이드핀(53)이 삽입되는 구동 구멍(51)을 구비하고 있다.

본 변형예의 로터(20)는 웅형 부재(23-1)의 근방에 로터 결합부(6)의 내측으로 들어가는 가이드핀(53)도 구비한다. 회전 헤드(2)는 가이드핀(53)이 삽입되는 구동 구멍(51)도 구비한다. 로터(20)를 회전 헤드(2)의 상부로부터 부착할 때에는, 우선, 가이드핀(53)은 구동핀(7)에 의해, 축심(9)을 회전축으로 한 회전 방향의 범위가 한정된다. 그리고, 가이드핀(53)의 선단은 구동 구멍(51)에 삽입된다. 가이드핀(53)은 구동 구멍(51)에 위치가 제한되므로, 가이드핀(53)의 위치가 정해진다.

이와 같이 구동 구멍(51)에 의해 가이드핀(53)의 위치가 고정되므로, 로터(20)와 회전 헤드(2) 사이에는 미끄러짐이 발생하지 않는다. 따라서, 로터 구멍(29)과 원뿔대 부분(5)의 마모를 막을 수 있다.

또한, 도 14에 점선으로 나타낸 공기 구멍(54)을 구비해도 된다. 공기 구멍(54)은 프레임(21)과 로터 결합부(6) 사이에 갇힌 공기를 외부로 보내는 역할을 한다. 프레임(21)과 로터 결합부(6)가 정밀도 좋게 제조된 경우, 프레임(21)과 로터 결합부(6) 사이에 갇힌 공기에 의해, 로터(20)가 회전 헤드(2) 위에 원활하게 내리지 못하고, 공기가 빠짐에 따라 천천히 하강하는 경우가 있다. 이와 같이 천천히 하강한 것에서는 조작자에게 있어서 여분의 시간을 허비하게 되고, 로터(20)의 부착 미스로도 연결되기 쉽다. 따라서, 공기 구멍(54)을 구비함으로써, 이러한 과제를 해결할 수 있다.

(산업상 이용가능성)

본 발명은 축심이 연직방향인 회전 샤프트의 상부에 부착된 회전 헤드와, 회전 헤드의 상부에 배치되는 로터를 구비한 원심분리기에 이용할 수 있다.

1…원심분리기
2…회전 헤드
3…회전 샤프트
4…원기둥 부분
5…원뿔대 부분
6…로터 결합부
7…구동핀
8…오목부
9…축심
10…오목부 저면
11…오목부 상면
12…오목부 원통부
20…로터
21…프레임
22…회전축
23…웅형 부재
24…가이드핀
25…덮개
26…손잡이
27…나사부
28, 29…로터 구멍
30, 31…관통 구멍
33…회전축의 중심
34…볼록부 위치 결정면
35…볼록부 접촉면
36…시료 삽입부
40…제2 웅형 부재
41…제2 볼록부
42…오목부 경계선
43…돌기부
44…해제 샤프트
51…구동 구멍
53…가이드핀
54…공기 구멍
61…탄성체
62…볼록부

Claims

축심이 연직방향인 회전 샤프트의 상부에 부착된 회전 헤드와, 상기 회전 헤드의 상부에 배치되는 로터를 구비한 원심분리기로서,
상기 로터는,
상기 회전 헤드가 삽입되는 로터 구멍과,
상기 로터 구멍의 내부에 수평으로 배치된 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 상기 회전축의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 상기 회전 샤프트의 반대측에 볼록부를 가지는 웅형 부재
를 구비하고,
상기 회전 헤드는 상부에 상기 회전 샤프트의 축심을 중심으로 하는 원통형상이며, 내측면에 환형상의 오목부를 가지는 로터 결합부를 구비하고,
상기 회전 샤프트가 정지한 상태에서 상기 로터가 상기 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 상기 웅형 부재는 상기 로터 결합부의 내측에 있고, 또한, 상기 웅형 부재의 볼록부가 상기 로터 결합부의 오목부와 대향하고,
상기 회전 샤프트의 회전에 의해 상기 볼록부가 상기 오목부에 끼워지도록 가동하고,
상기 볼록부가 상기 오목부에 끼워져 있을 때에, 상기 로터를 상기 회전 헤드로부터 이탈시키는 힘이 가해진 경우에, 상기 볼록부에는 상기 오목부에 끼워지는 방향으로 힘이 가해지는
것을 특징으로 하는 원심분리기.
축심이 연직방향인 회전 샤프트의 상부에 부착된 회전 헤드와, 상기 회전 헤드의 상부에 배치되는 로터를 구비한 원심분리기로서,
상기 로터는,
상기 회전 헤드가 삽입되는 로터 구멍과,
상기 로터 구멍의 내부에 수평으로 배치된 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 상기 회전축의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 상기 회전 샤프트와 반대측에 볼록부를 가지는 웅형 부재
를 구비하고,
상기 회전 헤드는 상부에 상기 회전 샤프트의 축심을 중심으로 하는 원통형상이며, 내측면에 환형상의 오목부를 가지는 로터 결합부를 구비하고,
상기 회전 샤프트가 정지한 상태에서 상기 로터가 상기 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 상기 웅형 부재는 상기 로터 결합부의 내측에 있고, 또한, 상기 웅형 부재의 볼록부가 상기 로터 결합부의 오목부와 대향하고,
상기 회전 샤프트의 회전에 의해 상기 볼록부가 상기 오목부에 끼워지도록 가동하고,
상기 오목부의 상측의 면인 오목부 상면의 법선은 상기 회전축의 중심보다 상기 축심에 가까운 위치를 통과하는
것을 특징으로 하는 원심분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 로터는,
상기 회전 샤프트가 정지한 상태에서 상기 로터가 상기 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 상기 웅형 부재는 상기 로터 결합부의 내측에 있도록, 상기 웅형 부재를 축심방향으로 누르기 위한 환형상의 탄성체도 구비하는
것을 특징으로 하는 원심분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 로터는 상기 로터 구멍의 내부에 수평으로 배치된 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 상기 회전축의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 상기 회전 샤프트와 반대측에 제2 볼록부를 가지는 제2 웅형 부재도 구비하고,
상기 회전 샤프트가 정지한 상태에서 상기 로터가 상기 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 상기 제2 웅형 부재는 상기 로터 결합부의 내측에 있고, 또한, 상기 제2 웅형 부재의 제2 볼록부가 상기 로터 결합부의 오목부와 대향하고,
상기 회전 샤프트의 회전에 의해 상기 제2 볼록부가 상기 오목부의 일부와 접촉하도록 가동하고, 상기 제2 웅형 부재가 상기 회전 샤프트의 회전에 의해 받는 힘과, 상기 웅형 부재가 상기 회전 샤프트의 회전에 의해 받는 힘은 밸런스가 취해지지 않는
것을 특징으로 하는 원심분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 로터는 상기 로터 구멍의 내부에 수평으로 배치된 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 상기 회전축의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 상기 회전 샤프트와 반대측에 제2 볼록부를 가지는 제2 웅형 부재도 구비하고,
상기 회전 샤프트가 정지한 상태에서 상기 로터가 상기 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 상기 제2 웅형 부재는 상기 로터 결합부의 내측에 있고, 또한, 상기 제2 웅형 부재의 제2 볼록부가 상기 로터 결합부의 오목부와 대향하고,
상기 회전 샤프트의 회전에 의해 상기 제2 볼록부가 상기 오목부의 일부와 접촉하도록 가동하고, 상기 오목부의 일부가 상기 제2 볼록부에 상기 로터를 상기 제2 웅형 부재측으로 보내는 힘을 가하는
것을 특징으로 하는 원심분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 로터는 상기 축심을 중심으로 한 단면 원형의 관통 구멍도 구비하고,
상기 웅형 부재는 상기 회전축보다 상방에, 상기 볼록부가 상기 오목부에 끼워진 상태일 때에 상기 관통 구멍의 내측으로 나오는 돌기부를 가지고 있는
것을 특징으로 하는 원심분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 로터는 상기 웅형 부재의 근방에 상기 로터 결합부의 내측으로 들어가는 가이드핀도 구비하고,
상기 회전 헤드는 상기 가이드핀이 삽입되는 구동 구멍도 구비하고 있는
것을 특징으로 하는 원심분리기.
축심이 연직방향인 회전 샤프트와,
상부에 상기 회전 샤프트의 축심을 중심으로 하는 원통형상이며, 내측면에 환형상의 오목부를 가지는 로터 결합부를 구비하고, 상기 회전 샤프트의 상부에 부착된 회전 헤드
를 구비한 원심분리기의 상기 회전 헤드의 상부에 배치되는 원심분리기용 로터로서,
상기 회전 헤드가 삽입되는 로터 구멍과,
상기 로터 구멍의 내부에 수평으로 배치된 회전축을 중심으로 하여 회전이 자유로우며, 무게중심이 상기 회전축의 하방에 있고, 무게중심보다 하방의 상기 회전 샤프트와 반대측에 볼록부를 가지는 웅형 부재
를 구비하고,
상기 회전 샤프트가 정지한 상태에서 상기 로터가 상기 회전 헤드 위에 배치되어 있을 때에는, 상기 웅형 부재는 상기 로터 결합부의 내측에 있고, 또한, 상기 웅형 부재의 볼록부가 상기 로터 결합부의 오목부와 대향하고,
상기 회전 샤프트의 회전에 의해 상기 볼록부가 상기 오목부에 끼워지도록 가동하고,
상기 오목부의 상측의 면인 오목부 상면과 상기 볼록부가 접촉할 때에는, 접촉면의 법선은 상기 회전축의 중심보다 상기 축심에 가까운 위치를 통과하는
것을 특징으로 하는 원심분리기용 로터.