JP2014188474A - 遠心機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心機のロータ室の大きさに合わせた安価で適切なサイズのプロテクタを用いることで、外形の小型化及びコスト低減を図る。
【解決手段】回転駆動されるロータと、前記ロータを収納するロータ室と、前記ロータ室の外周に設けられるプロテクタ６とを備えた遠心機において、プロテクタ６が鋼板４０，４１，４２を巻き重ねた構成であり、プロテクタ６の溶接箇所は円周上の同方向及び対面方向を避けて配置されている。これにより、プロテクタ６の平均的な強度を保ち、変形を小さくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、高速回転体であるロータを有する遠心機に係り、とくにその安全性の確保に関するものである。

遠心機は、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。また、一度に分離可能な試料の容量も数十ｍＬといった少量から数Ｌという大容量まで取り扱えるように小型の遠心機から大型遠心機までがラインアップされている。

ところで、下記特許文献１に記載されているように試料の分離を早く行うためには大きな遠心力が必要でロータにも大きな遠心力が加わり、内部応力が発生する。遠心機を製造するメーカーはこれらにより破壊などの事故が起きないように十分な裕度を持った設計を行っている。下記特許文献２、下記特許文献３、下記特許文献４、下記特許文献５、下記特許文献６などではロータ破壊した場合の防御に関する多くの発明がなされてきている。

また、実験室や研究室などで使用される遠心機は実験機器の中でも比較的大きな部類に入るためユーザーからは小型化が望まれている。特に遠心機の中でも大型タイプの遠心機は小型のものに比べて専有面積が大きくなるためにその傾向が顕著である。

特開２００５−３４９２６０号公報 特開昭５０−５６９８８号公報 特開２００１−１０４８２７号公報 特開２００５−２３０７４４号公報 特開２００５−３０５４００号公報 特開２００５−３４９２６０号公報

一般に、遠心機にはロータが回転するロータ室があり、その周囲には冷却配管が巻かれているものが多い（巻かれていないものもある）。冷却配管が巻かれている場合はその周囲には断熱材による断熱層があり、さらにその周りに円筒状のプロテクタが配置され、最外殻に箱状のフレームといった構造が一般的である。

ここで特許文献５に書かれているように、従来の遠心機では回転エネルギーに応じてプロテクタには肉厚の厚いものを採用し、ロータの破壊時にプロテクタを変形させたり、回転させたりすることでエネルギーを吸収させている。そのためには、破壊したロータによって変形したプロテクタがフレーム内でロータの回転方向に移動できるようにするためと、プロテクタが変形してフレームも変形させてしまうことを防止するために、フレーム内側にはフレーム内面とプロテクタとの間に、破壊したロータによってプロテクタが変形、及び回転方向に回転しても接触しないように大きめの空間を確保する必要があった。

ここで、ロータ室の大きさは使用するロータの大きさによって決まり、その周囲の断熱層の必要な厚みはどの程度冷やすかによってほぼ決まってくる。そこでプロテクタはその断熱層のすぐ周囲を取り巻くように配置されるのが最も適しているが、プロテクタの選択には下記のような制約がある。肉厚の厚いプロテクタは一般的に市販されている鋼管を使用しているが、鋼管サイズは規格品であり、どのようなサイズでも手に入るというわけではない。特に鋼管サイズが大きいほどサイズの選択自由度は減り、大型の遠心機では大きなサイズの鋼管が必要なので選択肢が狭く、ちょうど良いサイズと一致することは少ない（ちょうど良いサイズをカスタムで作るには大量の鋼管を一度に製造する必要があり、現実的ではない。）。その場合、ひと回り大きなサイズを採用することが考えられるが、断熱層とプロテクタとの隙間を無駄に作ってしまうことになり、ユーザーニーズである小型化から遠ざかることになってしまう。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、ロータ室の大きさに合わせた安価で適切なサイズのプロテクタを用いることで、外形の小型化及びコスト低減を図ることができる遠心機を提供することにある。

本発明のある態様は遠心機である。この遠心機は、回転駆動されるロータと、前記ロータを収納するロータ室と、前記ロータ室の外周に設けられるプロテクタとを備えた構成において、前記プロテクタが１枚もしくは複数枚の金属板を巻き重ねた構成であることを特徴としている。

前記態様において、前記プロテクタは全周にわたって金属板が２重以上に巻き重ねられていることを特徴としている。

前記態様において、前記金属板の溶接箇所は前記プロテクタの円周上の同方向及び対面方向を避けて配置されることを特徴としている。

前記態様において、前記金属板をｎ枚重ねて巻く場合、それぞれの溶接箇所が（１８０／ｎ）°もしくは（１８０／ｎ ＋ １８０）°だけずらして配置されていることを特徴としている。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、鋼管として一般に市販されていない適切サイズのプロテクタを安価で製造可能となり、小型化が望まれている遠心機、特に大型の遠心機にて外形を大きくさせることなく、ＩＥＣ規格に準拠した安全性の確保が可能となる。

本発明に係る遠心機の第１の実施の形態の側断面図。 第１の実施の形態における１枚の鋼板からなるプロテクタの平断面図。 本発明の第２の実施の形態における３枚の鋼板からなるプロテクタの平断面図。 同分解斜視図。 本発明の第３の実施の形態における４枚の鋼板からなるプロテクタの平断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は本発明の第１の実施の形態の概略構成であって、遠心機（遠心分離機）１００を横から見た側断面図を示す。遠心分離すべき試料を入れて高速回転するロータ１はモータ２０の出力軸に取付けられ、モータ２０はダンパー１１を介してフレームの一部であるモータベース８に固定されている。ロータ１の周囲にはステンレスなど錆びにくい材料からできているボウル３によりロータ室２が形成され、ボウル３の周りにはロータ室２を冷却してロータ１の回転による温度上昇を防ぐための冷却配管４が巻かれている。冷却配管４の周囲はさらに発泡材などでできている断熱層５があり、その外側にプロテクタ６が配置されている。また、プロテクタ６の周辺にはモータ２０の運転などを制御する制御部１９なども置かれている。前記フレームは通常板金などで製造され、外側のアウターフレーム７やモータベース８やリアプレート９やフロントプレート１０など複合体として形成され、これらをまとめてフレームと呼ぶ。アウターフレーム７の底面には脚１５が設けられている。

フレームの下部（モータベース８の下側）には、冷却配管４を利用した冷却を行うための圧縮機１２、凝縮器１３及びファン１４が収納されている。

前記ロータ室２の上部開口付近にはドアパッキン１６が設けられていて、さらに、上部開口はドア１７によって開閉自在であり、ロータ１に装着する試料を出し入れ可能となっている。フレーム上面には操作表示部１８が配置されている。

本実施の形態はプロテクタ６の構成に特徴があるため、プロテクタ６について以下に述べる。前述のように、ロータ室２の外径が大きくなると、これに見合った適切サイズの鋼管が市販されていない場合がある。このため、本実施の形態では、金属板としての鋼板を任意の大きさに巻いて鋼管を作ってプロテクタ６として採用する。但し、鋼板を巻くとなるとそんなに厚いものは巻けない。鋼板の単層巻であるとプロテクタ６の厚みは薄くなり、ロータ破壊試験時にプロテクタ６の変形量が大きくなり、それに合わせて上述したプロテクタ６とフレームとの隙間を確保することを考えると結局遠心機外形サイズが大きくなるという問題がある。そこで、本実施の形態では、図２（Ａ）又は（Ｂ）のように、１枚の鋼板３０を巻き重ねて、プロテクタ６の全周にわたって鋼板３０が２重若しくはそれ以上に積層されるようにしている。鋼板３０は内側溶接部３０ａ及び外側溶接部３０ｂで管形状を保持するように溶着されている。なお、内側溶接部３０ａ及び外側溶接部３０ｂはプロテクタ６の高さ方向全長に渡って連続的ないし断続的に行われていると良い。他の実施の形態においても同様である。

前記特許文献５の図３にあるように、通常遠心機の破壊試験ではロータ１が２つに割れ、それらの破片が１８０°方向に飛び出すため、溶接箇所を分散させる場合には円周上の同方向及び対面を避けて溶接箇所を配置することが好ましい。図２（Ａ）の例では破壊したロータ１が矢印Ａの方向に飛び出した場合、円周方向の位置が重なっている溶接部３０ａ，３０ｂが破壊され、強度が低下して変形が大きくなる可能性がある。このため、１枚の鋼板３０を巻き重ねてプロテクタ６を作製する場合、図２（Ｂ）のように、溶接部３０ａ，３０ｂが重ならず、円周上の同方向及び対面方向を避けて配置されることが望ましい。図２（Ｂ）の場合、溶接部３０ａ，３０ｂが円周方向に９０°ずれている。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 鋼板３０を巻き重ねてプロテクタ６を作製することで、ロータ室２の大きさに合わせた安価で適切なサイズのプロテクタ６を得ることが可能となり、遠心機外形の小型化及びコスト低減を図ることができる。

(2) プロテクタ６の全周にわたって鋼板３０が２重以上に巻き重ねられた構成とすることで、所要の厚みを確保できる。これにより、ロータ破壊試験時のプロテクタ６の変形量を小さくでき、それに合わせてプロテクタ６とフレームとの隙間を小さくでき、小型化に寄与できる。

(3) 図２（Ｂ）のように、プロテクタ６の溶接部３０ａ，３０ｂが、円周上の同方向及び対面方向を避けて配置されている場合、ロータ１の衝突による溶接部の損傷を軽減でき、この点でもプロテクタ６の変形を少なくすることができる。

図３及び図４は本発明の第２の実施の形態におけるプロテクタ６を示す。この場合、プロテクタ６は３枚の鋼板４０，４１，４２を巻き重ねて構成されている。複数枚の鋼板を巻き重ねる場合、一番内側の１枚目の鋼板を円管状に溶接して、２枚目以降はその周りに鋼板を巻き、隙間を空けた部分を内側の鋼板と溶接していくことで作製可能である。その際に溶接部の位置をずらすことで溶接部破壊時のリスクを分散させる。つまり、図３及び図４の場合、内側の鋼板４０を円筒状に巻いて、溶接部４０ａで溶着し、その外側に中間の鋼板４１を巻き重ねて、溶接部４１ａで内側の鋼板４０に溶着し、さらにその外側に外側の鋼板４２を巻き重ねて、溶接部４２ａで中間の鋼板４１に溶着し、全体として円筒状鋼管を構成している。

第２の実施の形態では、各鋼板４０，４１，４２の溶接箇所が分散して配置されており、例えば破壊したロータがＢの方向に飛び出し、Ｂ方向に配置された溶接部４０ａを破壊した場合にも他の２方向に配置された溶接部４１ａ，４２ａにより強度が保たれる。前述したように、遠心機の破壊試験ではロータ１が２つに割れ、それらの破片が１８０°方向に飛び出すため、溶接箇所を分散させる場合には円周上の同方向及び対面を避けて溶接箇所を配置する。図３では各溶接箇所を６０°ずつ、ずらして配置しており、ロータがどの方向に飛び出しても一定以上の強度を保つことができる。また、鋼板を複数枚重ねることで、強度を向上させ得る。

このように、第２の実施の形態によれば、複数枚の鋼板を巻き重ねるとともに、鋼板によってプロテクタを作製する際に現れる溶接箇所を分散させることで、プロテクタ６の平均的な強度を保ち、変形を小さくすることができる。

図５は本発明の第３の実施の形態におけるプロテクタ６であって、４枚の鋼板５０，５１，５２，５３を巻き重ねた場合を示す。各溶接部５０ａ，５１ａ，５２ａ，５３ａは円周方向に４５°の間隔で配置されており、破壊したロータの飛び出す方向に寄らず一定以上の強度が保たれる。このとき、例えばＣの方向にある溶接部５０ａは、ロータが１８０°方向に飛び出すことを考慮すると対面のＣ’の方向にあってもほぼ同等であると言える。

このように鋼板をｎ枚重ねて巻く場合には、それぞれの溶接箇所を（１８０／ｎ）°もしくは（１８０／ｎ ＋ １８０）°ずらして配置することで各溶接箇所がロータの破壊に対して最も平均的に分布する様になる。

第３の実施の形態によれば、鋼板の巻き重ね枚数を増すとともに溶接箇所をずらした配置とすることでプロテクタの強度をいっそう向上させ、変形を少なくすることができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

プロテクタ６を構成するための金属板としては、鋼板に限定されず、鉄、鉄合金、アルミ合金等が用途に応じて使用可能である。

１ ロータ
２ ロータ室
３ ボウル
４ 冷却配管
５ 断熱層
６ プロテクタ
７ アウターフレーム
８ モータベース
９ リアプレート
１０ フロントプレート
１１ ダンパー
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１４ ファン
１５ 脚
１６ ドアパッキン
１７ ドア
１８ 操作表示部
１９ 制御部
２０ モータ
３０，４０，４１，４２，５０，５１，５２，５３ 鋼板
３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４１ａ，４２ａ，５０ａ，５１ａ，５２ａ，５３ａ 溶接部

Claims (4)

1. 回転駆動されるロータと、前記ロータを収納するロータ室と、前記ロータ室の外周に設けられるプロテクタとを備えた遠心機において、
   前記プロテクタが１枚もしくは複数枚の金属板を巻き重ねた構成であることを特徴とする遠心機。
2. 前記プロテクタは全周にわたって金属板が２重以上に巻き重ねられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
3. 前記金属板の溶接箇所は前記プロテクタの円周上の同方向及び対面方向を避けて配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。
4. 前記金属板をｎ枚重ねて巻く場合、それぞれの溶接箇所が（１８０／ｎ）°もしくは（１８０／ｎ ＋ １８０）°だけずらして配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。