KR20080085749A - 원심분리기용 로터 및 원심분리기 - Google Patents

원심분리기용 로터 및 원심분리기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 양태에 따르면, 분리하는 시료가 내장되는 시료 용기를 지지하는 수용부가 복수 형성되는 고리형상부를 가지며, 상기 고리형상부에서 상기 수용부의 구멍이 원주 방향으로 정렬 배치되어 개구하는 단면부가 마련된 원심분리기용 로터가 제공된다. 상기 단면부상에서 이웃하는 상기 구멍의 사이에는, 오목부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 원심분리기용 로터.

Description

원심분리기용 로터 및 원심분리기{ROTOR FOR CENTRIFUGE AND CENTRIFUGE}
본 발명은 원심분리기 및 원심분리기에 이용되는 원심분리기용 로터에 관한 것이다.
원심분리기는 분리하는 시료를 튜브나 보틀 등의 용기를 이용하여 로터에 삽입하고, 로터를 고속으로 회전시킴으로써 시료의 분리 및 정제(精製)를 행한다. 로터는, 회전 속도가 용도에 따라 다르고, 튜브구멍이 고정식인 앵글 로터나, 튜브를 장전한 버킷이 로터의 회전에 의해 수직상태로부터 수평상태로 요동하는 스윙 로터 등이 있다.
소량의 시료를 재빠르게 분리하는 고속 미량 원심기에서는, 주로 앵글 로터가 이용되는 것이 많다. 일본 특개평8-103689호 공보에 개시된 바와 같이, 종래의 원심분리기용 앵글 로터는 주로, 알루미늄의 블록을 절삭가공하던지, 플라스틱의 성형품이고, 튜브를 지지하기 위한 복수의 튜브구멍이 회전축에 대해 일정한 각도로 배치되어 있고, 튜브구멍의 개구 단면(端面)은, 그 원추 형상의 면이 회전축과 동심(同心)으로 형성되어 있다.
이들의 앵글 로터에는, 바람에 의한 회전 손실을 극력 적게 하기 위해, 튜브를 로터에 삽입한 때의 요철이 대기중에 노출되지 않도록, 로터 커버가 마련되어 있는 것이 있다. 또한 근래의 로터중에는, 로터 커버를 부착한 상태에서 사용하여도, 로터 커버를 마련하지 않는 상태에서 사용하여도 좋은 종류의 것이 있다. 이와 같은 로터인 경우, 분리하는 시료를 넣은 튜브의 수가 많은 경우, 분리 후의 튜브와 분리 전의 튜브를 갈아넣기 위해, 그때마다 로터 커버를 착탈할 필요가 있기 때문에, 실제에 있어서, 작업자는 로터 커버를 부착하지 않고 사용하고 있는 일이 많다.
일본 특개평8-103689호 공보에 나타내여 있는 바와 같은 앵글 로터인 경우, 튜브가 삽입되지 않은 튜브구멍에서, 공명음(共鳴音), 이른바 적취음(笛吹音; 피리 소리)이 발생하는 경우가 있다. 이것을 회피하기 위해 일본 특개평10-34019호 공보에 개시된 바와 같이, 튜브구멍 내의 공간과 로터의 외부를 연통시키는 관통구멍을 마련하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 튜브구멍에 로터 외부와 연통하는 관통구멍을 형성하면, 로터의 바람에 의한 손실이 커질 우려가 있다. 이로 인해 로터 회전에 관한 에너지가 증대하게 된다. 또한 근래 바이오세이프티의 문제가 있는데, 로터에 로터 외부와 연통하는 관통구멍이 형성되어 있는 경우, 튜브가 파손되면 관통구멍으로부터 시료가 로터 외부로 배출되어 비산할 우려가 있어서, 바이오세이프티(biosafety; 생물학적 연구에 있어서의 안정성)에 반하는 경우가 있다.
그래서, 본 발명은, 공명음을 삭감하면서 바이오세이프티가 도모된 원심분리기용 로터 및 원심분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 분리하는 시료가 내장되는 시료 용기를 지지하는 수용부(storing portion)가 복수 형성되는 고리형상부를 가지며, 상기 고리형상부에서 상기 수용부의 구멍이 원주 방향으로 정렬 배치되어 개구하는 단면부(端面部)가 마련된 원심분리기용 로터로서, 상기 단면부상에서 이웃하는 상기 구멍 사이에는, 볼록부 또는 오목부가 배치된 원심분리기용 로터를 제공한다.
이와 같은 구성에 의하면, 단면부에서 공기와의 마찰을 증가시킬 수 있다. 따라서 로터를 회전시킨 때에, 단면부에서 발생하는 상대적인 공기의 흐름의 유속을 저하시키는 것이 가능해진다. 이 유속을 저하시킴에 의해, 공명음의 발생을 억제하고 있다. 또한 로터에서, 수용부와 외주부분을 연통하는 구멍이 형성되지 않는 다. 따라서 원심분리중에 수용부로부터 시료가 외부로 누설되는 것이 방지된다.
상기 구성의 원심분리기용 로터에 있어서, 상기 오목부는, 이웃하는 상기 구멍을 연통하는 홈부(溝部)로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면, 공명음의 발생에 관한 수용부의 깊이를 작게 할 수 있다. 이 깊이를 작게 함에 의해, 공명에 관한 주파수를 높게 하여, 공명음의 발생을 억제할 수 있다.
또한 상기 과제를 해결하기 위해, 분리하는 시료가 내장되는 시료 용기를 지지하는 수용부가 복수 형성되는 고리형상부를 가지며, 상기 고리형상부에서 상기 수용부의 구멍이 원주 방향으로 정렬 배치되어 개구하는 단면부가 마련된 원심분리기용 로터로서,
상기 고리형상부는 원추형상으로 구성됨과 함께 상기 고리형상부를 측벽으로 하는 패임부가 형성되고, 상기 패임부의 내주면에 개구하여 상기 패임부와 상기 수용부 내부를 연통하는 관통구멍이 형성된 원심분리기용 로터를 제공한다.
이와 같은 구성에서도, 공명음의 발생에 관한 수용부의 깊이를 작게 할 수 있다. 이 깊이를 작게 함에 의해, 공명에 관한 주파수를 높게 하여, 공명음의 발생을 억제할 수 있다. 또한 로터에서, 수용부와 외주부분을 연통하는 구멍이 형성되지 않는다. 따라서 원심분리중에 수용부로부터 시료가 외부로 누설되는 것이 방지된다.
또한 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 구성의 원심분리기용 로터를 구비한 원심분리기를 제공한다.
본 발명의 원심분리기용 로터 및 원심분리기에 의하면, 공명음의 발생을 억제하며, 또한 바이오세이프티를 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 원심분리기 및 원심분리기용 로터에 관해 도 1 내지 도 4에 의거하여 설명한다. 도 1에 도시되는 원심분리기(1)는, 하우징(2)과, 모터(3)와 회전실 챔버(rotation room chamber; 4)와, 덮개(5)와, 로터(10)로 주로 구성되어 있다.
하우징(2)은 원심분리기(1)의 외각(外殼)이 되고, 내부에 모터(3), 회전실 챔버(4), 로터(10), 및 기타 도시하지 않은 제어 기기 등을 내장하고 있다. 또한 하우징(2)의 상부에는, 후술하는 회전실(4a)의 개구가 되는 개구부(2a)가 형성되어 있다.
모터(3)는 출력축인 회전축부(3B)를 가지며, 댐퍼(3A, 3A)를 통하여 하우징(2) 내에서, 모터(3)가 상방을 향하도록 마련되어 있다. 모터(3)는 로터(10)를 최대 15000rpm 정도로 회전시킬 수 있다.
회전실 챔버(4)는 모터(3)의 상부이고 개구부(2a)의 하방에 마련되고, 내부에 회전실(4a)이 구획되어 있다. 또한 회전실 챔버(4)를 관통하여 회전축부(3B)의 단부가 회전실(4a) 내로 돌출하고 있다. 덮개(5)는, 하우징(2)의 상부에 배치되어 있고, 회전실(4a)의 개구부(2a)를 개폐 가능하게 마련되어 있다.
로터(10)는, 주로 축부(11)와, 고리형상부(12)와, 축부(11)와 고리형상 부(12)를 잇는 패임부(13)로 구성되어 있고, 회전실(4a) 내에 배치되고, 축부(11)에서 동축으로 회전 가능하게 회전축부(3B)에 고정되어 있다. 고리형상부(12)는, 머리가 잘린 원추형상으로 구성되어 있고, 원추의 정점(頂点)측부터 기슭(麓)을 향하는 방향으로 배치된 수용부(12a)가 원주 방향에 정렬하여 형성되어 있다. 수용부(12a) 내에는, 원심분리하는 시료가 내장되는 시료 용기(15)가 삽입 가능하게 되어 있다.
고리형상부(12)에는, 수용부(12a)의 개구부분인 구멍(12b)이 개공하는 단면부(12A)가 마련되어 있다. 단면부(12A)는, 원추의 정점측부터 기슭을 향하는 방향과 교차하고, 로터(10)의 회전 방향으로 일련(一連)이 되도록 구성되어 있다. 단면부(12A)에서 이웃하는 구멍(12b) 사이에는, 단면부(12A)로부터 돌출하는 볼록부(14)가 각각 마련되어 있다. 볼록부(14)는, 회전 방향과 개략 직교하는 방향을 길이 방향으로 하여 배치되어 있다.
상기 구성의 원심분리기(1)에 있어서, 복수의 수용부(12a)의 전부에 시료 용기(15)를 삽입하지 않은 상태에서 로터(10)를 회전시킨 경우에 관해 설명한다. 로터(10)를 회전시킴에 의해, 단면부(12A)상에서는, 상대적으로 바람의 흐름이 발생한다. 이 경우에 도 3에 도시되는 바와 같이, 구멍(12b) 부근 부분에서, 주기적인 소용돌이가 발생한다. 이 주기적인 소용돌이가 방출되는 소용돌이 방출 주파수(fc)는 이하의 식으로 주어진다.
fc=(n-0.25)/(M+1.75)×U/LD … 식 1
여기서, M은 마하수, U는 대표 유속, LD는 개구부 길이, n은 모드(1, 2, 3, …)를 나타낸다.
개구부 길이는 정수(定數)이고, 대표 유속은 로터(10)의 회전 속도에 응하여 증감하고, 마하수는 대표 유속에 의존하는데 0 이상이고 고작 2 정도의 수이기 때문에, 도 4에 도시되는 바와 같이 소용돌이 방출 주파수는, 로터(10)의 회전 속도에 비례하는 오른쪽으로 올라가는 그래프가 된다.
또한 구멍(12b)이 개구하여 있는 수용부(12a)는, 폐관(閉管)이기 때문에 공명하며, 그 공명 주파수(f)는 이하의 식으로 주어진다.
f=(2n-1)/4×c/L … 식 2
여기서, C는 음속, L은 관의 길이, n은 모드(1, 2, 3, ….)를 나타낸다.
음속 및 관의 길이는 정수이기 때문에, 도 4에 도시되는 바와 같이 공명 주파수는 일정한 값을 취한다.
로터(10)의 회전수를 올림에 의해 구멍(12b) 주변에서 상대적으로 발생하는 바람의 유속이 높아져서 소용돌이 방출 주파수가 높아지고, 공명 주파수와 동등하게 된 상태에서 공명하고, 이른바 적취음이 발생한다. 그러나, 볼록부(14)가 구멍(12b) 주변에 마련되어 있음에 의해, 단면부(12A)와 공기 사이의 마찰이 커진다. 따라서 단면부(12A) 주변의 공기가 과도하게 끌려가기 때문에, 구멍(12b) 주변에서 상대적으로 발생하는 바람의 유속이 저하된다. 볼록부(14)가 마련된 상태에서는 로터(10)의 회전 속도가 같아도, 볼록부(14)가 마련되지 않은 상태에 비하여 소용돌이 방출 주파수가 작아지고, 모터(3)를 최대한(15000rpm) 회전시켰다고 하여도 소용돌이 방출 주파수가 공명 주파수에 달하는 일이 없고, 적취음을 억제할 수 있다.
또한 제 1의 실시의 형태에서는, 수용부(12a)에 직접 구멍 등을 형성하는 일 없이 적취음을 저감하고 있다. 따라서 수용부(12a) 내에서 시료 용기(15)가 파손된 경우라도, 시료가 수용부(12a)로부터 배출되는 일은 없다.
다음에 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관한 원심분리기 및 원심분리기용 로터에 관해 도 5 내지 도 7에 의거하여 설명한다. 제 2의 실시의 형태에 관한 원심분리기는, 도 5에 도시되는 로터(20)의 구성 이외는 제 1의 실시의 형태에 관한 원심분리기(1)와 같기 때문에, 설명을 생략한다.
로터(20)는, 주로 축부(21)와, 고리형상부(22)와, 축부(21)와 고리형상부(22)를 잇는 패임부(23)로 구성되어 있고, 회전실(4a) 내에 배치되어, 축부(21)로 회전축부(3B)(도 1)에 동축 회전 가능하게 고정되어 있다. 고리형상부(22)는, 머리가 잘린 원추형상으로 구성되어 있고, 원추의 정점측부터 기슭을 향하는 방향으로 배치된 수용부(22a)가 원주 방향으로 정렬하여 형성되어 있다. 수용부(22a) 내에는, 원심분리하는 시료가 내장되는 시료 용기(15)(도 2)가 삽입 가능하게 되어 있다.
고리형상부(22)에는, 수용부(22a)의 개구부분인 구멍(22b)이 개공(開孔)되는 단면부(22A)가 마련되어 있다. 단면부(22A)는, 원추의 정점측부터 기슭을 향하는 방향과 교차하고, 로터(20)의 회전 방향으로 일련이 되도록 구성되어 있다. 단면부(22A)에서 이웃하는 구멍(22b) 사이에는, 하나의 구멍(22b)과 다른 구멍(22b)을 잇는 홈부(24)가 형성되어 있다.
홈부(24)가 마련됨에 의해, 도 6에 도시되는 바와 같이, 공명 주파수에 관한 관(管)의 길이(L)가 L'로 짧아진다. 따라서 식 2로부터, 수용부(22a)에 관한 공명 주파수는, 도 7에 도시되는 바와 같이, 홈부(24)가 마련되지 않은 경우에 비하여 높아진다. 그래서 모터(3)를 최대한(15000rpm) 회전시켰다고 하여도 소용돌이 방출 주파수가 공명 주파수에 달하는 일이 없고, 적취음을 억제할 수 있다.
제 2의 실시의 형태의 변형례로서, 도 8에 도시되는 바와 같이, 패임부(33)의 내주면에 개구하고, 패임부(33)와 수용부(32a) 내부를 연통하는 관통구멍(32c)이 형성되어 있는 로터(30)를 이용하여도 좋다. 이와 같은 구성에서도, 도 9에 도시되는 바와 같이, 공명 주파수에 관한 관의 길이(L)가 L"로 짧아진다. 따라서 제 2의 실시의 형태와 마찬가지로, 상기 변형예에 관한 로터(30)에서 소용돌이 방출 주파수가 공명 주파수에 달하는 일이 없고, 적취음을 저감할 수 있다.
또한 제 2의 실시의 형태 및 그 변형례에서는, 수용부에 홈 또는 천공(穿孔)이 각각 형성되어 있다. 그러나 고리형상부의 외주부분에는 천공 등이 형성되어 있지 않기 때문, 원심분리중에 시료 용기(15)가 파손된 경우라도 로터 밖으로 시료가 배출되는 일은 없다.
본 발명에 의한 원심분리기 및 원심분리기용 로터는 상술한 실시의 형태로 한정되지 않는다, 특허청구의 범위에 기재된 범위에서 여러가지의 변형이나 개량이 가능한다. 예를 들면 제 1의 실시의 형태에서 볼록부을 마련함에 의해, 단면부와 공기와의 마찰을 크게 하여 상대적인 속도를 저하시키고 있지만, 오목부을 마련함에 의해, 단면부와 공기와의 마찰을 크게 하여도 좋다. 이 오목부는 제 2의 실시의 형태에 도시되는 홈부(24)와 같이 형성되어도 좋고, 단지 이웃하는 하나 수용부와 다른 수용부 사이에 형성되고 단면부에 개구하는 천공이라도 좋다.
도 1은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 원심분리기의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 원심분리기용 로터의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 원심분리기용 로터의 수용부에서 와류(渦流)와 관길이와의 관계를 도시하는 모식도.
도 4는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 원심분리기용 로터의 소용돌이 방출 주파수와 공명 주파수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관한 원심분리기용 로터의 사시도.
도 6은 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관한 원심분리기용 로터의 부분 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관한 원심분리기용 로터의 소용돌이 방출 주파수와 공명 주파수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 8은 본 발명의 제 2의 실시의 형태의 변형례에 관한 원심분리기용 로터의 사시 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2의 실시의 형태의 변형례 관한 원심분리기용 로터의 부분 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 원심분리기 2 : 하우징
2a : 개구부 3 : 모터
3A : 댐퍼 3B : 회전축부
4 : 회전실 챔버 4a : 회전실
5 : 덮개 10 : 로터
11 : 축부 12 : 고리형상부
12A : 단면부 12a : 수용부
12b : 구멍 13 : 패임부
14 : 볼록부 15 : 시료 용기
20 : 로터 21 : 축부
22 : 고리형상부 22A : 단면부
22a : 수용부 22b : 구멍
23 : 패임부 24 : 홈부
30 : 로터 32a : 수용부
32c : 관통구멍 33 : 패임부

Claims (4)

  1. 분리하는 시료가 내장되는 시료 용기를 지지하는 수용부가 복수 형성되는 고리형상부를 가지며, 상기 고리형상부에서 상기 수용부의 구멍이 원주 방향으로 정렬 배치되어 개구하는 단면부가 마련된 원심분리기용 로터로서,
    상기 단면부상에서 이웃하는 상기 구멍의 사이에는, 오목부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 원심분리기용 로터.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 오목부는, 이웃하는 상기 구멍을 연통하는 홈부로 구성되는 것을 특징으로 하는 원심분리기용 로터.
  3. 분리하는 시료가 내장되는 시료 용기를 지지하는 수용부가 복수 형성되는 고리형상부를 가지며, 상기 고리형상부에서 상기 수용부의 구멍이 원주 방향으로 정렬 배치되어 개구하는 단면부가 마련된 원심분리기용 로터로서,
    상기 고리형상부는 원추형상으로 구성됨과 함께 상기 고리형상부를 측벽으로 하는 패임부가 형성되고, 상기 패임부의 내주면에 개구하여 상기 패임부와 상기 수용부 내부를 연통하는 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원심분리기용 로터.
  4. 제 1항 내지 제 3항에 기재된 원심분리기용 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
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