WO2017043247A1

WO2017043247A1 - 遠心機

Info

Publication number: WO2017043247A1
Application number: PCT/JP2016/073597
Authority: WO
Inventors: 二井内　佳能; 雄貴清水; 衛金濱
Original assignee: 日立工機株式会社
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2017-03-16
Also published as: JPWO2017043247A1

Abstract

柔構造の補強繊維と剛構造の防御筒を効率よく組み合わせることにより、製造コストの上昇を抑えた遠心機を提供する。ボウル４の外周側に配置される冷却パイプ５に、高強度繊維などで織った帯状の非金属製の織布１０を２～数回程度巻き付ける。外周側には鋼管による筒状プロテクタ８を配置し、ボウル４と筒状プロテクタの間の空間にポリウレタンを化学反応させてなる発泡性の断熱材を充填することにより断熱層６を形成する。この際、織布の幅Ｗを断熱層の高さＨ_ｉより小さくして織布が断熱材の内部に完全に納まるようにして、冷却パイプと織布が外気に触れないようにした。織布による補強効果により筒状プロテクタを薄くすることができる。

Description

遠心機

本発明は遠心機に関し、高速で回転する回転体が遠心破壊を起こしても、遠心機の筐体内部に回転体の破片を封じ込めることができるようにするものである。

遠心機（遠心分離機）は、分離する試料（例えば、培養液や血液など）をチューブやボトルに注入してロータに挿入し、ロータを高速に回転させることで試料に遠心力を働かせ、試料の分離、精製を行う。回転速度は用途によって異なり、用途に合わせて低速（最高回転速度は数千回転）から高速（最高回転速度は１５０，０００ｒｐｍ）までの製品群が市販されている。遠心機においては、万一回転体（ロータ）が破損したとしても、回転体の破片が遠心機の筐体の外部に飛び出さないように、また、破損時に遠心機本体が規定量以上移動しないように十分な安全対策が取られている。通常、遠心機ではプロテクタとして金属製の防御筒を採用し、破片を防御筒にて衝突させて、防御筒を変形させたり、僅かな移動を許容することで、破片によるエネルギーを吸収する。破片が衝突した時の衝撃力に耐えうるためには、十分な厚さの防御筒を採用している。ただし厚い防御筒は重量が大きくなるため遠心機の総重量増加の要因になる。例えば、回転室の直径が４０ｃｍクラスの遠心機においては、防御筒だけで重さが５０～１００ｋｇ程度、又はそれ以上になるものもある。

これらの問題を解決する手段として、特許文献１にはボウル４の外周に細い線を網状に織った円筒状の網状防御筒１１０を設け、回転体破壊時のエネルギー消費と衝撃力を緩和する技術が開示されている。ここで図５を用いて特許文献１に示した遠心機１０１の構造を説明する。図５は従来技術の遠心機１０１の正面図であり、その一部を断面図にて示したものである。遠心機１０１は、回転室２にモータ等の駆動装置７の回転軸７ａが突出しており、試料容器２０を挿入した回転体３を回転軸７ａに装着して高速で回転させ、試料容器２０に入れられた試料の遠心分離を行う。筐体１２は内部空間を上下に分ける仕切り板１２ａが設けられ、仕切り板１２ａの上側にはボウル４が収容される。

回転室２の上部は開口部が形成され、回転室２は開閉可能なドア９にて閉鎖される。回転体３の回転中には、ドア９の開閉操作ができないように図示しないロック機構により閉鎖状態が保たれる。ドアのロック機構はソレノイドアクチュエータ（図示せず）を有し、制御器（同じく図示せず）により電気的に制御される。回転体３が高速回転すると風損によって回転体３の温度が上昇するため、その温度を一定に保つため、もしくは入力された設定温度になるように回転室２が冷却される。そのためボウル４の外周に冷却パイプ５を密着するように巻いてエバポレータ（蒸発器）とし、この冷却パイプ５に冷凍機（図示せず）を用いて冷媒を流すことにより回転室２の温度を下げて回転体３を冷却する。ボウル４の外周側であって冷却パイプ５の外側には、余分な入熱や結露を防止するため、断熱層１０６を設けて外部との熱交換を防止する。断熱層１０６の外周側には、高速で回転する回転体が遠心破壊を起こしても、遠心機の筐体内部に回転体の破片を封じ込めるために金属鋼管等の筒状プロテクタ１０８が設けられる。

断熱層１０６の作り方は、例えば、冷却パイプ５を巻いたボウル４の外周に、所定の空間を持たせて筒状プロテクタ１０８を取付け、この空間にポリウレタン等の発泡断熱材を注入して固める。特許文献１では、この注入の前に網状に編んだ円筒状の網状防御筒１１０を断熱層の径方向中央付近に配置し、網状防御筒１１０が断熱層１０６の径方向厚さの中央付近に埋め込まれるように構成した。このように金属鋼管等
の筒状プロテクタ１０８だけでなく、網状防御筒１１０も併用するようにしたので、筒状プロテクタ１０８を薄くすることが可能となり、遠心機１０１の小型、軽量化することができる。

一方、防御筒の重量増加の問題を解決する別の発明として特許文献２が知られている。特許文献２では筒状プロテクタの外周に補強繊維を巻き付けて強度を上げることにより、防御プロテクタの厚みを増すことなく、全体の強度を向上させることを実現している。

特開２００５－３４９２６０号公報実開昭６２－９１０３２号公報

特許文献１において断熱層６の形成に、液状の原液を反応させて発泡させる種類の断熱材を用い、発泡させる領域内に網状の防御筒を埋め込む（埋没させる）。つまり、発泡過程において発泡により膨張しつつある液体を防御筒の網目に通過させる必要があるため、編目の間隔を大きめにしていた。すると防御筒としての剛性が低くなってしまう。一方、剛性をできるだけ上げるために編み目を細かくことが有効であるが、編み目が細かいと発泡時の圧力で、防御筒の形状や姿勢を維持させるのが難しくなるという問題があった。また、高強度繊維で織った布を筒状に加工して発泡断熱材に仕込む場合、発泡液で防御筒が冷却パイプ側に押し付けられて固定され、一見すると防御筒を断熱材内に仕込む目的は達成できるように思われるが、冷却用のパイプが巻かれていない上下両端部は、図８に示すように網状防御筒１１０がしわになって発泡液が回らない部分が生じてしまい、断熱材の上端１０６ａに外部に通じる空隙１６０ができて断熱効果の低下や結露による冷却用パイプ腐食を起こす恐れがあった。空隙が生じてしまうと手直しをする必要があるため、製造コストを上昇させる要因となった。

一方、特許文献２では防御筒の外周に補強繊維を巻くことで、破壊した回転体が衝突した際、破片が防御筒を突き抜けることを防止する効果は大きいが、発明者らの検討では補強繊維による防御筒全体の剛性向上効果は期待するほど大きくないことがわかった。特に、防御筒が楕円形に変形することを防止する効果が格別大きい訳ではない。

本発明の目的は、上記背景に鑑みてなされたもので、回転体の破壊に対して封じ込める能力を落とすことなく、装置の軽量化、小型化を図った遠心機を提供することにある。本発明の他の目的は、柔構造の補強繊維と剛構造の防御筒（筒状プロテクタ）をうまく組み合わせることにより、全体として回転体破壊時の封じ込め能力を高めると共に、製造コストの上昇を抑えた遠心機を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。本発明の一つの特徴によれば、試料を入れた回転体（ロータ）と、回転体を駆動させるための鉛直方向に延びる回転軸を有する駆動装置と、回転体を収容する回転室を形成して回転体を出し入れする開口部を上面に有するボウルと、ボウルの外周に巻かれた冷却パイプと、冷却パイプに冷媒を流すための冷却装置と、織布とボウルの外周側に配置され断熱材で形成された断熱層と、断熱層の外周側に配置された筒状プロテクタと、ボウルの開口部を開閉するドアと、を備えた遠心機において、冷却パイプの外周に、線材で織った帯状の織布を周方向に少なくとも一重より多く巻き付けた。その後に、ボウル及び冷却パイプの外周側と、筒状プロテクタの内周側との空間内に発泡性の断熱樹脂を満たすようにして断熱層を形成する。ここで、冷却パイプはボウルの周方向に巻かれ、織布として、アラミド繊維や炭素繊維、ガラス繊維などの高強度繊維を織られたものをボウルの周方向に巻きつけた。本発明では、鋼線やステンレス鋼線などの線を網状に織って筒状にしたり、高強度繊維で織った布を筒状に形成して断熱材内に設ける代わりに、線材または高強度繊維を使って織った帯状の織布を冷却パイプの外周に直接巻きつけるだけにして、断熱材内の最内周側に部分的に埋め込むようにした。

本発明の他の特徴によれば、織布は、外周面の一部と内周面の一部を密着させるようにして、冷却パイプの外周側に二重以上巻くようにした。織布の巻く回数を変えることで簡単に回転体の破壊に対する封じ込め能力を変えることが可能となる。織布の幅は断熱層の軸方向長さより短くすると好ましく、ロータの開口部側に近い織布の上側端部は、断熱層の開口部側の端部よりも下方に位置するようにした。このように帯状の織布の幅を断熱材の軸方向高さより小さくすることで、巻き付けた織布を確実に断熱材の中に閉じ込めることができるので、冷却パイプが直接外気と通じる心配が無い。尚、織布は非金属製の細めの線材を用いて、経糸が周方向に，緯糸が縦方向に向くように織って可撓性の布材とすると良い。

本発明のさらに他の特徴によれば、断熱層としてポリウレタンを化学反応させてなる発泡材を用いるようにした。また、ボウルは金属製の薄板により製造され、断熱層はボウルの下方側にも回り込むように形成した。冷却装置は、冷媒を循環させる冷凍機であって、冷却パイプは銅製のパイプであって、ボウルに接着または溶接にて固定するか、又は、織布を巻きつけることによりボウルに固定するようにした。

本発明によれば帯状の織布を直接冷却パイプ外周に巻きつけるようにしたので、万一回転体が破壊した場合、最初に帯状の織布にて破壊エネルギーを減衰させるので、遠心機の全体的な封じ込め能力を落とすことなく、プロテクタの厚さを薄くすることができ、小型軽量な遠心機を製造することができる。また、織布の幅を断熱材の軸方向高さより狭くして、断熱材とボウルによる閉空間の内部に完全に埋め込むようにしたので、断熱材及び冷却パイプが外気と接触する断熱材の隙間が生じる心配もない。さらに、帯状の織布を巻く回数を変えることで、封じ込め能力を調整することが可能となるので、要求される封じ込め力の異なる複数の遠心分離機の製造に容易に対応することができる。

本発明の実施例に係る遠心機１の全体を示す正面図であり、一部を断面図にて示す。図１の織布１０の形状と巻き方を説明するための図である。図１の織布１０による衝撃吸収状況を説明するための図である。本発明になる遠心機において、回転体が破壊し破片が冷却パイプ外周に巻いた帯状の織布に衝突したときの挙動を説明する図である。従来の遠心機１０１の全体を示す正面図であって、一部を断面図にて示した図である。回転体に溝加工を施して遠心破壊テストを行う際の手順を説明するための図であって、回転室の開口部上側から回転室側を見た状態を示す図である。従来の遠心機１０１において、回転体が破壊し破片が防御筒に衝突したときの挙動を説明する図である。従来の遠心機１０１の製造時に、網状防御筒を介在させて発泡断熱させた時の上端面の状態を説明する部分図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。遠心機１の基本構成は図５で説明した従来の遠心機１０１と同様であり、異なる点は、帯状の織布１０を冷却パイプ５の外周に巻き、さらにその外側に断熱層６を形成した点にある。従来の遠心機１０１と同じ構成部品には、同じ参照番号を付している。尚、本明細書においては、上下の方向、径方向、周方向は図中に示す方向であるとして説明する。

遠心機１は、ボウル４にて画定される回転室２の内部で試料容器２０を挿入した回転体（ロータ）３を回転軸７ａに装着して高速で回転させる。回転体３、ボウル４、冷却パイプ５、ドア９、駆動装置７、筐体１２は図５で説明した従来の遠心機１０１と同一部品であり、変更はない。ボウル４は、例えば病原性試料を扱う使用者が滅菌、清掃のためふき取り易いよう、プレスもしくはスピニング成形で内表面に凹凸が無いように構成すると好ましいが、その他の形状であっても良い。内表面に凹凸が無いことは、回転体３の回転による風損を減らすためにも効果的である。ボウル４の材質はステンレス、アルミニウム合金、又は銅製等の腐食しにくい金属製であって、底部中央に貫通穴の形成された底付きの円筒状に形成される。ボウル４の外周には冷却パイプ５が密着して巻かれ、冷却装置のエバポレータ（蒸発器）として機能する。冷却パイプ５は、例えばボウルの下側から巻き初めて上側に密着させながら周方向に所定回数巻かれる（巻く方向は上側から下側に向けて巻く方法でも良いし、その他の巻き方でも良い）。隣接する冷却パイプ５は径方向に重なり合わないようにして、径方向に一層となるように１重巻きとされ、ボウル４に対して接着または溶接やロー付にて固定される。尚、冷却パイプ５をボウル４の外周に巻いた後に織布１０を長手方向にきつく巻くことにより冷却パイプ５をボウル４に対して固定するように構成し、接着、溶接、ロー付等を省略しても良い。

冷却パイプ５には冷凍機（図示せず）を用いてフロンガスなどの冷媒が循環され、ボウル４を冷却することにより回転室２の温度を下げて、回転体３を冷却する。回転体３の温度を一定に保つために、回転体３の温度と相関関係がある回転室２の温度をサーミスタなど（図示せず）で測定し、制御装置（図示せず）が温度制御を行う。制御装置は、測定された温度に応じて冷凍機のコンプレッサ（図示せず）をＯＮ－ＯＦＦさせるように制御して、ロータ室内を所定の温度に保つ。尚、冷凍機の代わりに冷却水を流したり、ペルチェ素子による電子冷却を使ってボウル４の温度を制御し、回転体３を一定温度に保つ方法もある。

ボウル４の外周面には、アラミド繊維や炭素繊維、ガラス繊維などの高強度繊維で織った帯状の織布１０が巻かれる。この際、織布１０の外周面の一部と内周面の一部を密着させるようにして、冷却パイプ５の外周側に織布１０を１回よりも多く、例えば２～４回程度巻きつける。通常、織られた織布１０は、長手方向に巻いてその外周面と内周面を重ねるだけで、内側から外側への衝撃が掛かって周方向に引っ張り力がかかった際に、織布１０同士の摩擦抵抗により良好な締め付け力を示す。本実施例では、織布１０を冷却パイプ５の外周側に巻いた後に、織布１０の長手方向の末端１０ｂを何らかの形で仮固定した形で、発泡断熱材を注入して断熱層６を形成する。仮固定の仕方は、端部に外周側からテープを貼って固定したり、両面テープ等を用いたりしても良い。

遠心機においては、ボウル４全体が真空槽内に配置されるタイプの遠心機を除いて、余分な入熱や結露を抑制するため、ボウル４と筒状プロテクタ８の間に断熱層を設けて外部との熱交換を防いでいる。この断熱層の作り方として、発泡スチロールで成型品を作り、冷却パイプ５の取り付けられたボウル４を成形した断熱材にはめ込む方法や、独立発泡系断熱フォームシートを冷却パイプの上から巻く方法がある。しかしながら、これらの方法では冷却パイプ５との間に隙間が生じやすく、冷却パイプ５と外気とを完全に遮断することが困難である。そこで、本実施例では冷却パイプ５を巻いたボウル４の外周側において、ボウル４と一定の距離を隔てるように型枠体（ここでは筒状プロテクタ８を型枠として利用）を配置し、この空間内に発泡断熱材を注入して硬化させるようにした。この際、ボウル４の底部が仕切り板１２ａに対して所定の高さとなるように空間を有する様に固定してから発泡断熱材を注入すれば、ボウル４の外周側だけでなく底面側にももれなく断熱層６を形成することができる。発泡断熱材の一例としては、ポリウレタンを化学反応させて発泡させるものを用いることができる。

発泡断熱材を注入すると空間内で反応が始まり、断熱層６が形成されていくが、冷却パイプ５に巻かれた織布１０の網目は強度上の理由から繊維量を多くした細かい目になっており、発泡液が容易に網目を通りぬけない。しかしながら、織布１０は冷却パイプ５に密着するように巻かれているので充填時に織布１０の外周側から内周側への圧力が掛かり、織布１０の位置がずれて形状が変化してしまう恐れがなく、織布１０を理想的な状態に維持させることができる。尚、織布１０の織目が細かいと発泡材が編目の内部部分まで完全に浸透せずに、織布１０の繊維と冷却パイプ５の間には空気層が残る場合がある。しかしながら、本実施例では織布１０の幅（軸方向長さ）Ｗが断熱層６の高さ（軸方向長さ）Ｈ_ｉの関係から、冷却パイプ５だけでなく織布１０は外気には完全に触れないように構成したので、編目部分に微小の空気層ができても断熱効果には影響がない。

織布１０の幅Ｗは、断熱層６の高さＨ_ｉよりも小さくなるようにした。また、ボウル４の高さＨ_ｂは、幅Ｗより大きいが、断熱層６の高さ（軸方向長さ）Ｈ_ｉよりは小さくなるようにした。但し、ボウル４の上側位置（開口部の位置）４ａは、断熱層６の上側位置（上端６ａ）よりも上側に位置するように配置することが重要である。このように織布１０の幅Ｗや巻きつける位置を決定することにより、織布１０の上下に発泡液が十分に回りこむことになり、断熱層６の上端６ａ付近と、下方側（下面側）では発泡断熱材がボウル４と良好に密着する。さらに、冷却パイプ５と織布１０は完全に断熱層６の中に埋没されることになるため、冷却パイプ５が外気と通じる隙間が生じる心配もなく、断熱材による良好な断熱性能を期待できる。以上のように、織布１０を冷却パイプ５の外周側に直接巻いた状態で発泡液を充填するので、織布１０の形状を理想的な円形に保つことができ、万一回転体が破損してその破片が衝突したときに、織布１０により良好な衝撃吸収効果を期待できる。尚、本実施例で織布１０の幅Ｗはボウル４の高さＨ_ｂ又は冷却パイプ５の巻き部分の高さＨ_ｐの一部にしか対応していないが、使用可能な回転体に合わせて織布１０の幅（上下方向の対応部分の長さ）を決めるようにすれば、破壊された回転体の破片が織布１０に衝突することなく外周側に飛び出してしまうことを防止できる。

図２は、図１の織布１０を説明するための図であり、（１）は側面図、（２）は巻いた後の織布１０を軸方向から見た図を示す。織布１０は高強度繊維を帯状に織って布状にしたものであり、例えば、経糸１１ａが周方向に、緯糸１１ｂが縦方向に向くように配置される。織布１０は所定の可撓性の布材であり、先端１０ａからボウル４の外周部分に所定回数分巻いた長さＬとなるように末端１０ｂをカットする。ここで、織布１０は、先端１０ａから末端１０ｂの間の長手方向においては経糸１１ａが連続するようにすると良い。また、長手方向と直交する端部、即ち、上端１０ｃと下端１０ｄの緯糸部分は長さ方向に折り返すようにして、繊維同士の接続部分を少なくしてできるだけ強度を高めると好ましい。織布１０の織り方は任意であり、十分な引っ張り強度を実現できる織り方であれば他の織り方でも良い。尚、織布１０を複数の経糸１１ａと複数の緯糸１１ｂを用いて形成するだけでなく、１本又は数本の糸を編み込むようにして布状に形成したようなものであっても良い（本明細書では、織るだけでなく、編んで形成した布状又は平面状の構成物も「織布」という定義に含まれるとして説明している）。さらに、織布１０は織り込んだ布に高分子樹脂やその他の補強材を塗布又は付加したものであっても良い。織布１０として鋼線やステンレス鋼線などの金属線を織ったり編んだりしたもの、即ち帯状に延びる金網を用いることも可能である。しかしながら、金属製の織布１０を用いると銅製の冷却パイプ５の外側に熱容量の大きい金属部材が密接されることになり、ボウル４への冷却効率に影響する。よって、金属製の線材より化学繊維等で編まれた非金属の線材を使った織布の方が、熱容量が小さく、より好ましい。

織布１０の長さＬは、冷却パイプ５の外周側の一巻き分を越えるのに十分な長さとし、例えば二巻き分の長さとして、織布１０の一部または全周が二重以上となるようにした。このため、発泡時に発泡液が外側の織布１０の繊維の隙間から内側の織布１０の繊維に滲み込み、重なっている織布１０を接着する役目を果たすため、衝撃吸収時に回転体３の破片１０３ａの衝突で重なっている箇所が解ける心配もない。尚、織布１０を巻き付ける上限回数に特に制限はないが、２～４回程度の巻数とすると製造上もコスト上も有利である。また、複数枚の織布１０を巻きつけても良く、その場合には例えば、一枚目の織布１０と二枚目の織布１０の巻き終わりの端部が重ならないように互いの端部の位置をずらすようにすることで、織布１０同士が開き難くできる。

図３は、図１の織布１０による衝撃吸収状況を説明するための図であり、（１）は回転体１０３（１０３ａ、１０３ｂ）が破壊した直後の状態を示す図であり、（２）は破壊した回転体が織布１０によってその移動が阻止される状態を示す図である。図３（１）にて示すように、直径ｄにて数回巻かれて防御筒として作用する織布１０は、回転体３に対して所定の距離を隔てる位置に配置される。ここでは、ボウル４と冷却パイプ５の図示は省略されている。回転体３が高速回転中に２つに割れて（１）の矢印２１ａと２１ｂの方向に遠心力にて離れたら、回転体３の破片１０３ａ、１０３ｂはステンレスの薄板等でできたボウル４に当たってこれを突き破り、主に銅パイプで作られている冷却パイプ５も突き破って織布１０に当たる。織布１０は高強度繊維で織り込まれているので、破片１０３ａ、１０３ｂは織布１０を突き抜けることができずに、（２）に示すように織布１０が変形し、瞬時に破片１０３ａ、１０３ｂの形状に倣って（２）のように楕円形に変形する。この際、織布１０に加わる力は破片１０３ａの移動方向に対して同方向及び反対方向では矢印２２ａ、２２ｂのように外側に移動するように作用し、破片１０３ａの移動方向に対して直交方向では矢印２３ａ、２３ｂのように内側に移動するように作用する。このように、織布１０の形状が円形から楕円形に変化することによって、広い面積で破片１０３ａ、１０３ｂのエネルギーを受けることができる。また、織布１０は繊維と繊維が擦れ合って矢印２２ａと２２ｂの引っ張りエネルギーを消費しながら変形するため、エネルギー消費時間が長くなり、衝撃力を大幅に緩和することが可能となる。

この織布１０を用いた衝撃吸収過程を発明者らが検討した結果、織布１０の直径ｄが小さい方が大きなエネルギーを減衰できることを見いだした。また、衝撃吸収時の織布１０の変形移動空間（変形範囲）をできるだけ多く確保した方が、大きなエネルギーを減衰できることを見いだした。織布１０の直径を小さくするためには、織布１０をボウル４の外周に直接巻くことが考えられる。しかしながら、ボウル４と冷却パイプ５の間に織布１０を巻いてしまうと冷却パイプ５によるボウル４の冷却効果を著しく低下させるので実用的ではない。よって、本実施例では冷却パイプ５の外周側に直接織布１０を巻くようにした。織布１０は、巻く回数の増減によって、吸収できる回転体のエネルギーの大きさを調整できるので、複数機種の遠心機の製造に適用するのに有利である。

以上説明したように、本実施例では回転体３の破片１０３ａ、１０３ｂとの衝突により織布１０が引っ張られて全体が楕円筒状になり、楕円の短径側にあたる箇所がボウル４を締め付けて変形させて、破壊エネルギーを消費するようにした。実際には、織布１０は断熱層６の断熱材を変形させながら変形することになるので、断熱層６でも破片１０３ａ、１０３ｂのエネルギーを減衰できることになる。よって織布１０を用いたことにより良好な破壊エネルギーの抑制効果が得られる。それでも破壊時のエネルギーを消費し切れない場合は、断熱層６の外周に設けられた筒状プロテクタ８に衝突させて、エネルギーを使い切ることになる。

次に、本発明になる遠心機において、回転体が破壊し破片が冷却パイプ５の外周に巻いた帯状の織布に衝突したときの挙動を説明する。本実施例の挙動を説明する前に、比較のために、従来の遠心機１０１における破壊エネルギーの吸収状態を図６及び図７を用いて説明する。

図６は遠心破壊テストを行う際の手順を説明するための図であり、回転室の開口部上側から回転室内部方向（下方向）を見た状態を示す。図６及び図７では、遠心機１においては、回転体１０３が絶対破壊しないように製造をするため、通常の状態で破壊試験を行うことはできない。そこで図６（１）のように回転体１０３の周方向に延びるように２つの切り込み１０３ｃ、１０３ｄを入れて、回転体をわざと破壊させるようにした。ボウル４の外側には、冷却パイプ５が巻かれ、その外側には断熱層１０６と筒状プロテクタ１０８が設けられる。回転体１０３を回転方向に回転させて、駆動装置７の最高回転数（又は破壊試験を行う所定回転数）において、（２）のように回転体１０３が破壊されると２つの破片１０３ａ、１０３ｂに分離し、遠心力によってこれらは矢印２５ａ、２５ｂの方向に急激に移動する。この際、破片１０３ａ、１０３ｂには矢印２６の方向の回転力も加わっているため、回転力と径方向外側への遠心力の合力方向に向けて破片１０３ａ、１０３ｂが飛び出すように分離する。この後の状況を示すのが図７である。

図７に示す従来の遠心機においては断熱層１０６の内部に網状に編んだ円筒状の防御筒は設けられていない。この場合、回転体１０３が破壊して破片１０３ａがボウル４と冷却パイプ５を突き破り、断熱層１０６をも突き破った後に筒状プロテクタ１０８に突き当たる。冷却パイプ５は例えば銅製であるので、矢印５ａのように破断することもある。しかしながら、鋼管等の金属製の筒状プロテクタ１０８は、矢印１０８ａのように変形しながらも回転体１０３の破片１０３ａの破壊エネルギーを吸収する。この際、矢印１０８ａのように変形した部分が筐体１２を突き破らないように筒状プロテクタ１０８に十分な強度を持たせることが重要である。そのため筒状プロテクタ１０８の肉厚（径方向の厚さ）はどうしても厚くなってしまう。

次に本実施例における遠心機において、回転体が破壊したときの状況を図４にて説明する。図４において、二点鎖線で示したボウル４、冷却パイプ５、織布１０が、回転体３の破壊前の位置である。破壊試験によって破壊された破片１０３ａは、ボウル４と冷却パイプ５を突き破り織布１０に突き当たるので、図３で示したように織布１０は上面視で楕円形に変形する（ゆがむ）ことにより破片１０３ａのエネルギーを効果的に吸収する。図４において実線で示したボウル４’、冷却パイプ５’、織布１０’が破壊エネルギーを吸収した後の位置となる。図４からわかるようにボウル４と冷却パイプ５は破片１０３ａによって破断されるが、その冷却パイプ５の外側に巻かれた織布１０は形が変形するだけである。織布１０の強度自体は十分にあるため貫通させるまでには至らない。

断熱層６は織布１０が突出する部分において圧縮変形するが、断熱層６の径方向厚さ２７が厚ければそれが織布１０の円形から楕円形への変形のための移動スペース（クラッシャブルゾーン）になる上に、僅かではあるが断熱層６が衝撃エネルギーを吸収するのに役立つ。衝撃エネルギーがさらに強くて織布１０の変形量が大きいとしても、織布１０がその外周側に位置する筒状プロテクタ８に衝突するので、筒状プロテクタ８が変形することによって最終的に衝撃エネルギーが吸収され、筐体１２へのダメージが完全に防止される。このように、織布１０を設けることにより、破壊エネルギーの一部または全部を織布１０で消費するようにできるため、筒状プロテクタ８だけで破壊エネルギーを吸収する際に比べて、筒状プロテクタ８の肉厚（径方向の厚さ）を大幅に薄くすることができた。また、破片が織布１０を突き破って筒状プロテクタ８に衝突するとしても、織布１０を破るまでに時間を消費する（力積が下がる）ことと、エネルギーをそれなりに消費するため、織布１０を巻いた効果が十分得られる。この結果、従来は非常に重かった筒状プロテクタ８の軽量化が可能となり、遠心機１全体の軽量化と小型化を実現できた。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では帯状の織布を冷却パイプ５の外周に巻く構成としたが、長方形の織布（長辺の長さは１周程度）を複数枚ずらしながら重ねて巻いても同様の効果が期待できるし、高強度の繊維を糸巻のボビンに巻くように、斜めに交差させながら冷却パイプ５の外周に密状態に巻いても良い。また、断熱層６は底面も含めて発泡体の一体成形としたが、底面部分と底面部分を別々に構成して、底側だけを先に成形加工して、その上側部分にあたる側面部分だけを発泡性の断熱樹脂で満たすようにして断熱層を形成しても良い。さらに、織布１０はエポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂や接着剤等を使用してエバポレータに貼り付け、その後に断熱層を形成するようにしても良い。

１…遠心機、２…回転室、３…回転体（ロータ）、４…ボウル、５…冷却パイプ、６…断熱層、７…駆動装置、７ａ…回転軸、８…筒状プロテクタ、９…ドア、１０…織布、１０ａ…（織布の）先端、１０ｂ…（織布の）末端、１０ｃ…（織布の）上端、１０ｄ…（織布の）下端、１１ａ…（織布の）経糸、１１ｂ…（織布の）緯糸、１２…筐体、１２ａ…仕切り板、２０…試料容器、１０１…遠心機、１０３…回転体、１０３ａ…破片、１０６…断熱層、１０６ａ…（断熱層の）上端、１０８…筒状プロテクタ、１１０…網状防御筒、１６０…空隙、Ｌ…（織布の）長さ、Ｗ…（織布の）幅、ｄ…（巻いた織布の）直径

Claims

試料を入れた回転体と、前記回転体を駆動させるための回転軸を有する駆動装置と、前記回転体を収容する回転室を形成して前記回転体を出し入れする開口部を上面に有するボウルと、前記ボウルの外周に巻かれた冷却パイプと、前記冷却パイプに冷媒を流すための冷却装置と、前記冷却パイプと前記ボウルの外周側に配置され断熱材で形成された断熱層と、前記断熱層の外周側に配置された筒状プロテクタと、前記ボウルの開口部を開閉するドアと、を備えた遠心機において、前記冷却パイプの外周に、線材を織った帯状の織布を周方向に少なくとも一重より多く巻き付け、前記織布の外周側と前記筒状プロテクタの内周側の空間を発泡性の断熱樹脂で満たすようにして前記断熱層を形成することを特徴とする遠心機。
前記冷却パイプは前記ボウルの周方向に巻かれ、前記織布は、アラミド繊維や炭素繊維、ガラス繊維などの高強度繊維を織ったものを前記ボウルの周方向に巻かれることを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
前記織布は、外周面の一部と内周面の一部を密着させるようにして、前記冷却パイプの外周側に二重以上巻かれることを特徴とする請求項２に記載の遠心機。
前記織布の幅は前記断熱層の軸方向長さより短く、前記織布の前記開口部側の端部が、前記断熱層の前記開口部側の端部よりも下方に位置するようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心機。
前記織布は経糸が周方向に，緯糸が縦方向に向くように織られた非金属製の可撓性の布材であることを特徴とする請求項４に記載の遠心機。
前記断熱層は、ポリウレタンを化学反応させてなる発泡材であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心機。
前記ボウルは金属製の薄板により製造され、前記断熱層は前記ボウルの下方側にも回り込むように形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心機。
前記冷却装置は、フロンガスなどの冷媒を循環させる冷凍機であって、前記冷却パイプは銅製のパイプであって、前記ボウルに接着または溶接にて固定されるか、又は、前記織布を巻きつけることにより前記ボウルに固定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心機。