JP2008126130A - 遠心分離機用ロータとこれを備えた遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】着脱の容易化を図りつつ、駆動軸との結合力を高めて安定した回転が可能な遠心分離機用ロータを提供すること。
【解決手段】試料を収容して回転するロータ９と、該ロータ９を回転駆動する駆動装置を備え、前記ロータ９をクラウン（駆動装置の駆動軸）８に嵌合させて該ロータ９をクラウン（駆動軸）８に対して上方から着脱可能とするとともに、ロータ８の回転時に互いに当接するロータピン１５とクラウンピン１１をロータ９とクラウン（駆動軸）８にそれぞれ突設して成る遠心分離機の前記ロータ９のロータピン１５に、前記クラウンピン１１との間で係合手段を構成する係合部を設ける。例えば、ロータピン１５とクラウンピン１１を逆テーパの関係で係合するテーパピンで構成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、駆動軸に対してワンタッチで着脱される遠心分離機用ロータとこれを備えた遠心分離機に関するものである。

生物試料等を分離するための遠心分離機においては、試料保持容器であるロータを交換して使用するため、ロータの着脱作業は頻繁に行われることが多い。このため、ロータと駆動装置の駆動軸との結合は簡便であるほど使用者にとっては使い勝手が良いことになる。この簡便性を実現するには、ネジによる締結等によらず、ロータを駆動軸に対してワンタッチで容易に着脱可能とする必要がある。

ここで、ロータのワンタッチでの着脱を実現した遠心分離機の従来例を図１１〜図１６に示す。尚、図１１は従来の遠心分離機の破断側面図、図１２は同遠心分離機のクラウンの平面図、図１３は図１２のＤ−Ｄ線断面図、図１４はロータの断面図、図１５は図１４のＥ部拡大詳細図、図１６はロータピンとクラウンピンとの係合状態を示す図である。

図１１に示す遠心分離機１は、筐体２内が仕切板３によって上下の空間に仕切られ、上部空間にはロータ室４が収納され、下部空間には駆動装置としてのモータ５が収納されている。ここで、モータ５は、振動等を吸収する防振ゴム等から成るモータ支持部６によって仕切板３に支持されており、該モータ５の上方へ延びる駆動軸７は、前記ロータ室４内へと突出し、その上端にはクラウン（係合部）８が設けられている。そして、クラウン８にはロータ９が着脱可能に装着されている。

又、筐体２の上部には、前記ロータ室４を開閉するためのドア１０が設けられており、ロータ９はドア１０を図１１に破線にて示すように開いた状態でクラウン８に対してワンタッチで着脱される。

ところで、図１２及び図１３に示すように、前記クラウン８は、上部の円筒部８Ａと下部のテーパ部８Ｂとで構成されており、その軸心（回転中心）にはモータ５の駆動軸７が下方から挿入されて嵌着されている。そして、クラウン８の円筒部８Ａの上面には軸心周りにリング状の溝８ａが形成されており、この溝８ａには複数本（図示例では、６本）の円柱状のクラウンピン１１が溝８ａと同心となるようにピッチ円直径ｄ３で円状に等角度ピッチ（図示例では６０°ピッチ）で垂直に立設されている。

又、クラウン８の円筒部８Ａの側部には切欠円状のウェイト溝８ｂが形成されており、このウェイト溝８ｂ内には同形状のウェイト１２が収容されており、このウェイト１２はピン１３によって半径方向に僅かに移動可能な状態で支持されている。

他方、ロータ９は、図１４に示すように、略円錐台状のロータボディ９Ａとその上面開口部を覆うカバー９Ｂとを備え、ロータボディ９Ａには、遠心分離すべき試料を収容するための複数のチューブ穴９ａ（図１４には２つのみ図示）が回転軸に対して所定角度だけ傾斜して放射状に形成されている。そして、このロータボディ９Ａの上面開口部には前記カバー９Ｂが被せられ、このカバー９Ｂは、その中心部に挿通するハンドル１４をロータボディ９Ａにねじ込むことによってロータボディ９Ａに固定されている。

又、ロータボディ９Ａの下面側の軸中心部には、当該ロータ９を前記モータ５の駆動軸７に上方から装着するための装着穴９ｂが形成されている。この装着穴９ｂは、円筒穴部９ｂ−１と該円筒穴部９ｂ−１から下方に向かって広がるテーパ部９ｂ−２とで構成されおり、円筒穴部９ｂ−１の上部端面には、円柱状の２本のロータピン１５が円筒穴部９ｂ−１と同心となるようにピッチ円直径ｄ４で等角度ピッチ（１８０°ピッチ）で垂直下方に向かって突設されている。ここで、ロータピン１５が配置されるピッチ円直径ｄ４は、クラウンピン１１が配置されるピッチ円直径ｄ３と同じ値に設定されている（ｄ４＝ｄ３）。

而して、ロータ９は、前述のようにドア１０を図１１に破線にて示すように開いた状態で、その下部に形成された装着穴９ｂをクラウン８に上方から嵌め込むだけでクラウン８にワンタッチで簡単に装着され、このとき、モータ５の駆動軸７との連結も同時になされる。即ち、ロータ９に突設された２本のロータピン１５がクラウン８に形成されたリング状の溝８ａに突出するクラウンピン１１の間に挿入され、この状態でモータ５が駆動されて駆動軸７と共にクラウン８が回転すると、図１６に示すように、該クラウン８に立設されたクラウンピン１１がロータ９のロータピン１５に当接するため、モータ５の回転トルクはクラウンピン１１からロータピン１５を経てロータ９に伝達され、該ロータ９が駆動軸７及びクラウン８と共に所定の速度で回転駆動され、そのチューブ穴９ａ内に挿入された不図示の試料がロータ９と共に高速回転して遠心分離処理される。

尚、ロータ９をクラウン８に装着すると、その装着穴９ｂのテーパ部９ｂ−２はクラウン８外周のテーパ部８Ｂに当接するため、両者間に発生する摩擦力によってもモータ５の回転トルクはクラウン８からロータ９に伝達される。実際には、ロータ９をクラウン８に装着した状態でロータピン１５とクラウンピン１１とが離間している状態であっても、起動初期のモータ５の駆動軸７及びクラウン８の加速によってロータ９の装着穴９ｂのテーパ面９ｂ−２とクラウン８外周のテーパ部８Ｂとの間には滑りが発生するため、クラウンピン１１が図１６に示すようにロータピン１５に当接し、該クラウンピン１１からロータピン１５を経てロータ９に駆動力が伝達されてロータ９とクラウン８は一体に回転し、加速時のクラウン８の空転が防がれる。又、モータ５の減速時にもロータ９の慣性力によってロータ９とクラウン８間には回転方向に滑りが発生するが、このときはロータピン１５が図１６に示すようにクラウンピン１１に当接するため、ロータ９の空転が防がれる。

ところで、通常、回転速度が２２，０００ｒｐｍ程度までの遠心分離機は大気中で運転されるため、ロータを装着する遠心分離機のロータ室には空気が存在する。このため、ロータが高速回転するとロータ室内の空気が攪拌され、ロータ室内には圧力分布が生じる。この圧力分布はロータの断面形状により様々であるが、ロータの上部と下部の圧力差が大きい場合、軸方向に移動する力が発生する。例えば、図１１に示す上部エリアＰ１の圧力が下部エリアＰ２の圧力よりも低い場合には、ロータ９を押し上げようとする浮力が作用し、該ロータ９のクラウン８との結合力が低下する。

而して、ロータ９の装着穴９ｂとクラウン８の外周との間には僅かな隙間が形成されており、この隙間によってロータ９のクラウン８に対する着脱が可能となっている。

そこで、前述のようにクラウン８の円筒部８Ａの側部にはウェイト１２がピン１３によって半径方向に僅かに移動可能に支持されており（図１３参照）、このウェイト１２がクラウン８と共に回転すると、ウェイト１２に作用する遠心力によって該ウェイト１２が径方向外方に移動してロータ９の装着穴９ｂ（円筒穴部９ｂ−１）の内周面に押圧される。このため、ウェイト１２とロータ９の装着穴９ｂとの間には摩擦力が発生し、この摩擦力によってロータ９の軸方向の移動（浮き上がり）が抑制され、これによって異常振動の発生が防がれている。
特開２００５−１１１４１７号公報

しかしながら、上記従来の遠心分離機１において、ロータ９をクラウン８に対して頻繁に着脱すると、ロータロータピン１５とクラウンピン１１に摩耗が発生することがある。これらのロータピン１５とクラウンピン１１に摩耗が発生した状態でロータ９に駆動力を伝達した場合、互いに当接するロータピン１５とクラウンピン１１に押し上げ力が発生してしまう。このようにロータピン１５とクラウンピン１５に押し上げ力が発生すると、ロータ９とクラウン８との嵌合位置が変わってしまい、遠心力によるウェイト１２の押付力だけでは押し上げ力に抗してロータ９の浮き上がりを抑制することができず、ロータ９に浮き上がりが生じて異常振動（自励振動等）が発生してしまう場合があった。

このように、従来の遠心分離機１のロータ９の着脱機構においては、ロータ９のクラウン８に対する着脱容易性は確保できるものの、ロータ９の着脱に伴うロータピン１５とクラウンピン１１の摩耗によりロータ９とクラウン８との結合力に不足が生じ、これに起因して前記問題が発生する可能性があった。

従来のロータピン１５とクラウンピン１１は何れもストレートピンであるため、図１６に示すように、クラウンピン１１からロータピン１５に伝達される駆動力Ｆには軸方向（上下方向）の分力は発生せず、軸方向に対して垂直方向（水平方向）の力だけが作用するため、駆動力がロータ９とクラウン８との結合力を高めることはなかった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、着脱の容易化を図りつつ、駆動軸との結合力を高めて安定した回転が可能な遠心分離機用ロータとこれを備えた遠心分離機を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、試料を収容して回転するロータと、該ロータを回転駆動する駆動装置を備え、前記ロータを前記駆動装置の駆動軸に嵌合させて該ロータを駆動軸に対して上方から着脱可能とするとともに、ロータ回転時に互いに当接するロータピンとクラウンピンをロータと駆動軸にそれぞれ突設して成る遠心分離機の前記ロータのロータピンに、前記クラウンピンとの間で係合手段を構成する係合部を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロータピンを下方に向かって拡径するテーパピンで構成し、該テーパピンのテーパ面で前記係合部を構成するとともに、該ロータピンと上方に向かって拡径するテーパピンで構成される前記クラウンピンとの係合面に駆動力の分力が下向きに作用するよう構成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記係合部を、前記クラウンピンに形成された段部と係合する段部で構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記段部にテーパ面を形成し、該テーパ面と前記クラウンピンの段部に形成されたテーパ面との係合面に駆動力の分力が下向きに作用するよう構成したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４に何れかに記載のロータと、該ロータを回転駆動する駆動装置を含んで遠心分離機を構成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ロータが駆動軸に装着されると、該ロータのロータピンに設けられた係合部がクラウンピンとの間で係合手段を構成するため、該係合手段によってロータと駆動軸との結合力が高められ、回転中におけるロータの浮き上がりが防がれて該ロータの安定した回転が可能となる。又、ロータは、駆動装置の駆動軸との嵌合によって駆動軸に対して上方からワンタッチで容易に着脱されるため、その着脱の容易化が図られる。

請求項２記載の発明によれば、ロータピンとクラウンピンを共にテーパピンで構成し、両テーパピンの係合面に駆動力の分力が下向きに作用するよう構成したため、この分力によってロータと駆動軸との結合力が高められ、回転中におけるロータの浮き上がりが防がれて該ロータの安定した回転が可能となる。

請求項３記載の発明によれば、ロータピンとクラウンピンにそれぞれ形成された段部同士の係合によってロータと駆動軸との結合力が高められ、回転中におけるロータの浮き上がりが防がれて該ロータの安定した回転が可能となる。

請求項４記載の発明によれば、ロータピンとクラウンピンの各段部にテーパ面を形成し、該テーパ面同士の係合面に駆動力の分力が下向きに作用するよう構成したため、この分力によってロータと駆動軸との結合力が高められ、回転中におけるロータの浮き上がりが防がれて該ロータの安定した回転が可能となる。

請求項５記載の発明によれば、ロータの着脱の容易化を図りつつ、ロータの駆動軸との結合力を高めて該ロータの安定した回転を実現し、試料の遠心分離を安定的に行うことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係る遠心分離機の破断側面図、図２は同遠心分離機のクラウンの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図３のＢ部拡大詳細図、図５は本発明に係る遠心分離機用ロータの側断面図、図６は同ロータの底面図、図７は図５のＣ部拡大詳細図、図８はロータピンとクラウンピンとの係合状態を示す図である。

図１に示す本発明に係る遠心分離機１、図２及び図３に示すクラウン（係合部）８及び図５及び図６に示す本発明に係る遠心分離機用ロータ９の基本構成は、図１１に示した従来の遠心分離機１、図１２及び図１３に示した従来のクラウン８、図１４に示した遠心分離機用ロータ９と同じであり、従って、図１〜図８においては図１１〜図１６に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略し、本発明の要旨についてのみ説明する。

本発明は、ロータ９に立設されたロータピン１５に、クラウン８に突設されたクラウンピン１１との間で係合手段を構成する係合部を設けたことを特徴とし、本実施の形態では、その係合部をテーパ面で構成している。より具体的には、ロータピン１５とクラウンピン１１を互いに逆テーパのテーパピンで構成している。

即ち、ロータピン１５は、図７に示すように、ロータボディ９Ａから下方へ突出する部分が直径ｄ２から直径ｄ１（ｄ１＞ｄ２）まで下方に向かって拡径するテーパピンで構成されており、クラウンピン１１は、図４に示すように、溝８ａ内に突出する部分が直径ｄ２から直径ｄ１（ｄ１＞ｄ２）まで上方に向かって拡径するテーパピンで構成されている。尚、これらのロータピン１５及びクラウンピン１１の各先端部は円錐状に成形されている。これはロータ９をクラウン８に装着する際にロータピン１５がクラウンピン１１に対して滑り易くすることによって該ロータ９の装着を容易化するためであって、両ピン１１,１５の先端部を半球状としても同様の効果が得られる。

ところで、通常、クラウン８は耐食性も考慮する必要があるため、材料にステンレス合金を用いて機械加工により製作される場合が多い。この場合、製作の容易性も考えて円筒部８Ａにクラウンピン１１の直径ｄ２よりも僅かに小さな穴を加工し、この穴に別部品として製作したクラウンピン１１を圧入する方法が採用される。この方法以外にロストワックス等の精密鋳造法によってクラウンピン１１を一体成形する方法を採用しても良い。

而して、試料の遠心分離に際しては、ドア１０を図１に破線にて示すように開いた状態で、ロータ９がその下部に形成された装着穴９ｂをクラウン８に上方から嵌め込むだけでクラウン８にワンタッチで簡単に装着されるとともに、該ロータ９のモータ５の駆動軸７との連結も同時になされる。即ち、ロータ９に突設された２本のロータピン１５がクラウン８に形成されたリング状の溝８ａに突出するクラウンピン１１の間に挿入され、この状態でモータ５が駆動されて駆動軸７と共にクラウン８が回転すると、図８に示すように、該クラウンピン１１がロータピン１５に当接するため、モータ５の回転トルクはクラウンピン１１からロータピン１５を経てロータ９に伝達され、該ロータ９が駆動軸７及びクラウン８と共に所定の速度で回転駆動され、そのチューブ穴９ａ内に挿入された不図示の試料がロータ９と共に高速回転して遠心分離処理される。

上述のようにロータ９が回転している状態においては、図８に示すように、クラウンピン１１からロータピン１５に水平方向の駆動力Ｆが作用するが、本実施の形態では、テーパピンから成るロータピン１５とクラウンピン１１は図示のように逆テーパの状態で係合するため、これらのロータピン１５とクラウンピン１１の係合面には駆動力Ｆの分力Ｆ１が斜め下向きに作用する。

而して、上記分力Ｆ１は、ロータ９の自重とウェイト１２の押圧による摩擦力と共にロータ９のクラウン８との結合力を高めるため、回転中におけるロータ９の浮き上がりが確実に防がれ、該ロータ９が振動することなく安定して回転する。

そして、ロータ９と共に回転する試料の遠心分離が完了すると、図１に破線にて示すようにドア１０が開けられてロータ室４が開放され、ロータ９がそのまま上方へと持ち上げられてクラウン８から容易に取り外される。

従って、本実施の形態によれば、ロータ９の着脱の容易化を図りつつ、駆動力Ｆの分力Ｆ１によってロータ９のクラウン８との結合力を高めて該ロータ９の安定した回転を実現することができ、試料の遠心分離を安定的に行うことができる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図９（ａ）,（ｂ）に基づいて説明する。

図９（ａ）,（ｂ）は本実施の形態におけるロータピン１５とクラウンピン１１の係合前後の状態を示す図であり、本実施の形態は、ロータ９に立設されたロータピン１５に、クラウン８に突設されたクラウンピン１１に形成された水平な段部１１ａとの間で係合手段を構成する係合部として水平な段部１１ａを形成したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１のそれと同じである。

而して、本実施の形態では、ロータ９をクラウン８に装着した状態で図９（ａ）に示すように互いに離間して非係合状態にあるロータピン１５とクラウンピン１１は、モータ５が駆動されて駆動軸７と共にクラウン８が回転すると図９（ｂ）に示すように係合し、両者に形成された段部１１ａ，１５ａ同士も互いに係合する。このため、回転中におけるロータ９の浮き上がり（抜け）が確実に防がれ、該ロータ９が異常振動（自励振動等）することなく安定して回転する。

従って、本実施の形態においても、ロータ９の着脱の容易化を図りつつ、ロータ９のクラウン８との結合力を高めて該ロータ９の安定した回転を実現することができ、試料の遠心分離を安定的に行うことができるという効果が得られる。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図１０（ａ）,（ｂ）に基づいて説明する。

図１０（ａ）,（ｂ）は本実施の形態におけるロータピン１５とクラウンピン１１の係合前後の状態を示す図であり、本実施の形態は、ロータ９に立設されたロータピン１５に、クラウン８に突設されたクラウンピン１１に形成されたテーパ状の段部１１ｂとの間で係合手段を構成する係合部としてテーパ状の段部１５ｂを形成したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１のそれと同じである。

而して、本実施の形態では、ロータ９をクラウン８に装着した状態で図１０（ａ）に示すように互いに離間して非係合状態にあるロータピン１５とクラウンピン１１は、モータ５が駆動されて駆動軸７と共にクラウン８が回転すると図１０（ｂ）に示すように係合し、両者に形成されたテーパ状の段部１１ｂ，１５ｂ同士も互いに係合する。

上述のようにロータ９が回転している状態においては、図１０（ｂ）に示すように、クラウンピン１１からロータピン１５に水平方向の駆動力Ｆが作用するが、本実施の形態では、両段部１１ｂ，１５ｂのテーパ面は図示のように逆テーパの状態で係合するため、両段部１１ｂ，１５ｂのテーパ面には駆動力Ｆの分力Ｆ１が斜め下向きに作用する。

上記分力Ｆ１は、ロータ９の自重とウェイト１２の押圧による摩擦力と共にロータ９のクラウン８との結合力を高めるため、回転中におけるロータ９の浮き上がりが確実に防がれ、該ロータ９が振動することなく安定して回転する。従って、本実施の形態においても、ロータ９の着脱の容易化を図りつつ、ロータ９のクラウン８との結合力を高めて該ロータ９の安定した回転を実現することができ、試料の遠心分離を安定的に行うことができるという効果が得られる。

尚、以上の実施の形態では、アングルロータを例に挙げて説明したが、スイングロータやバーチカルロータに対して本発明を適用しても良い。

本発明に係る遠心分離機の破断側面図である。 本発明に係る遠心分離機のクラウンの平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ部拡大詳細図である。 本発明に係る遠心分離機用ロータの側断面図である。 本発明に係る遠心分離機用ロータの底面図である。 図５のＣ部拡大詳細図である。 本発明に係る遠心分離機のロータピンとクラウンピンとの係合状態を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるロータピンとクラウンピンの係合前後の状態を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態３におけるロータピンとクラウンピンの係合前後の状態を示す図である。 従来の遠心分離機の破断側面図である。 従来の遠心分離機のクラウンの平面図である。 図１２のＤ−Ｄ線断面図である。 従来の遠心分離機用ロータの側断面図である。 図１４のＥ部拡大詳細図である。 従来の遠心分離機のロータピンとクラウンピンとの係合状態を示す図である。

符号の説明

１ 遠心分離機
２ 筐体
３ 仕切板
４ ロータ室
５ モータ（駆動装置）
６ モータ支持部
７ 駆動軸
８ クラウン
８Ａ クラウンの円筒部
８Ｂ クラウンのテーパ部
８ａ クラウンの溝
８ｂ クラウンのウェイト溝
９ ロータ
９Ａ ロータボディ
９Ｂ ロータのカバー
９ａ チューブ穴
９ｂ 装着穴
９ｂ−１ 装着穴の円筒穴部
９ｂ−２ 装着穴のテーパ面
１０ ドア
１１ クラウンピン
１１ａ クラウンピンの水平段部
１１ｂ クラウンピンのテーパ状段部
１２ ウェイト
１３ ピン
１４ ハンドル
１５ ロータピン
１５ａ ロータピンの水平段部
１５ｂ ロータピンのテーパ状段部
Ｆ 駆動力
Ｆ１ 駆動力の分力

Claims (5)

1. 試料を収容して回転するロータと、該ロータを回転駆動する駆動装置を備え、前記ロータを前記駆動装置の駆動軸に嵌合させて該ロータを駆動軸に対して上方から着脱可能とするとともに、ロータ回転時に互いに当接するロータピンとクラウンピンをロータと駆動軸にそれぞれ突設して成る遠心分離機の前記ロータであって、
   前記ロータピンに、前記クラウンピンとの間で係合手段を構成する係合部を設けたことを特徴とする遠心分離機用ロータ。
2. 前記ロータピンを下方に向かって拡径するテーパピンで構成し、該テーパピンのテーパ面で前記係合部を構成するとともに、該ロータピンと上方に向かって拡径するテーパピンで構成される前記クラウンピンとの係合面に駆動力の分力が下向きに作用するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機用ロータ。
3. 前記係合部を、前記クラウンピンに形成された段部と係合する段部で構成したことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機用ロータ。
4. 前記段部にテーパ面を形成し、該テーパ面と前記クラウンピンの段部に形成されたテーパ面との係合面に駆動力の分力が下向きに作用するよう構成したことを特徴とする請求項３記載の遠心分離機用ロータ。
5. 請求項１〜４に何れかに記載のロータと、該ロータを回転駆動する駆動装置を備えて成ることを特徴とする遠心分離機。

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