JP4862711B2 - 遠心分離機用ロータ及び遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は遠心分離機及び遠心分離機に用いられる遠心分離機用ロータに関する。

遠心分離機は分離する試料をチューブやボトル等の容器を介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の分離、精製を行う。ロータは、回転速度が用途によって異なり、チューブ孔が固定式のアングルロータや、チューブを装填したバケットがロータの回転により垂直状態から水平状態に揺動するスイングロータなどがある。

少量の試料を素早く分離する高速微量遠心機においては、主にアングルロータが用いられることが多い。特許文献１に示されるように、従来の遠心分離機用アングルロータは主に、アルミのブロックを切削加工するか、プラスチックの成型品であり、チューブを保持するための複数のチューブ孔が回転軸に対して一定の角度で配置されており、チューブ孔の開口端面は、すり鉢状な面が回転軸と同心に形成されている。

これらのアングルロータには、風による回転損失を極力少なくするため、チューブをロータに挿入した時の凸凹が大気中に露出されないように、ロータカバーが設けられているものがある。また近年のロータの中には、ロータカバーを取付けた状態で使用しても、ロータカバーを取付けない状態で使用しても良い種類のものがある。このようなロータの場合、分離する試料を入れたチューブの数が多い場合、分離後のチューブと分離前のチューブを入れ替えるために、その度にロータカバーを着脱する必要があるため、実際のところ、作業者はロータカバーを取付けずに使用していることが多い。

特許文献１に示されているようなアングルロータの場合、チューブの挿入されていないチューブ孔において、共鳴音、所謂笛吹音が発生する場合がある。これを回避するために特許文献２に示されるように、チューブ孔内の空間とロータの外部とを連通させる貫通穴を設ける方法が開示されている。
特開平８−１０３６８９号公報 特開平１０−３４０１９号公報

しかし、チューブ孔にロータ外部と連通する貫通孔を形成すると、ロータの風による損失が大きくなるおそれがあった。これによりロータ回転に係るエネルギーが増大することになる。また近年バイオセーフティの問題があるが、ロータにロータ外部と連通する貫通孔が形成されている場合、チューブが破損すると貫通孔より試料がロータ外部に排出されて飛散するおそれがあり、バイオセーフティに反する場合があった。

そこで、本発明は、共鳴音を削減しつつバイオセーフティが図られた遠心分離機用ロータ及び遠心分離機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、分離する試料が内蔵される試料容器を保持する収容部が複数形成される環状部を有し、該環状部において該収容部の孔が円周方向に整列配置されて開口する端面部が設けられた遠心分離機用ロータであって、該端面部上において隣り合う該孔の間には凹部が配置され、該凹部は、隣り合う該孔内に開口して連通すると共に該遠心分離機用ロータの半径方向において該孔の該半径方向中心側から該半径方向外側の間に位置する溝部から構成されている遠心分離機用ロータを提供する。また該凹部の幅は、該孔の直径より狭いことが好ましい。また該凹部は、該半径方向において該孔の中心を通過することが好ましい。

このような構成によると、端面部において空気との摩擦を増加させることができる。よってロータを回転させた際に、端面部において発生する相対的な空気の流れの流速を低下させることが可能になる。この流速を低下させることにより、共鳴音の発生を抑制している。またロータにおいて、収容部と外周部分とを連通する孔が形成されない。よって遠心分離中に収容部から試料が外部に漏れることが防がれる。また凹部が、隣り合う孔を連通する溝部から構成されることにより、共鳴音の発生に係る収容部の深さを小さくすることができる。この深さを小さくすることにより、共鳴に係る周波数を高くし、共鳴音の発生を抑制することができる。

また上記課題を解決するために、上記構成の遠心分離起用ロータを備えた遠心分離機を提供する。

本発明の遠心分離機用ロータ及び遠心分離機によれば、共鳴音の発生を抑制し、かつバイオセーフティを図ることができる。

以下、本発明の第一の実施の形態に係る遠心分離機及び遠心分離機用ロータについて図１乃至図４に基づき説明する。図１に示される遠心分離機１は、ハウジング２と、モータ３と回転室枠４と、蓋５と、ロータ１０とから主に構成されている。

ハウジング２は遠心分離機１の外殻となり、内部にモータ３、回転室枠４、ロータ１０、及びその他図示せぬ制御機器等を内蔵している。またハウジング２の上部には、後述の回転室４ａの開口となる開口部２ａが形成されている。

モータ３は出力軸である回転軸部３Ｂを有し、ダンパ３Ａ、３Ａを介してハウジング２内に、回転軸部３Ｂが上方を向くように設けられている。モータ３はロータ１０を最大１５０００ｒｐｍ程度で回転させることができる。

回転室枠４はモータ３の上部であって開口部２ａの下方に設けられ、内部に回転室４ａが画成されている。また回転室枠４を貫通して回転軸部３Ｂの端部が回転室４ａ内に突出している。蓋５は、ハウジング２の上部に配置されており、回転室４ａの開口部２ａを開閉可能に設けられている。

ロータ１０は、主に軸部１１と、環状部１２と、軸部１１と環状部１２とを繋ぐくぼみ部１３とから構成されており、回転室４ａ内に配置されて、軸部１１で回転軸部３Ｂに同軸回転可能に固定されている。環状部１２は、裁頭円錐状に構成されており、円錐の頂点側から麓へ向かう方向に配置された収容部１２ａが円周方向に整列して形成されている。収容部１２ａ内には、遠心分離する試料が内蔵される試料容器１５が挿入可能になっている。

環状部１２には、収容部１２ａの開口部分である孔１２ｂが開孔する端面部１２Ａが設けられている。端面部１２Ａは、円錐の頂点側から麓へ向かう方向と交差し、ロータ１０の回転方向に一連となるように構成されている。端面部１２Ａにおいて隣り合う孔１２ｂの間には、端面部１２Ａから突出する凸部１４がそれぞれ設けられている。凸部１４は、回転方向と略直交する方向を長手方向として配置されている。

上記構成の遠心分離機１において、複数の収容部１２ａの全てに試料容器１５を挿入していない状態でロータ１０を回転させた場合について説明する。ロータ１０を回転させることにより、端面部１２Ａ上においては、相対的に風の流れが発生する。この場合に図３に示されるように、孔１２ｂ近傍部分において、周期的な渦が発生する。この周期的な渦が放出される渦放出周波数：ｆｃは以下の以下の式で与えられる。
ｆｃ＝（ｎ−０．２５）／（Ｍ＋１．７５）×Ｕ／ＬＤ・・・式１
Ｍ：マッハ数 Ｕ：代表流速 ＬＤ：開口部長さ ｎ：モード（１、２、３、・・・）
開口部長さは定数であり、代表流速はロータ１０の回転速度に応じて増減し、マッハ数は代表流速に依存するが０以上で精々２程度の数であるため、図４に示されるように渦放出周波数は、ロータ１０の回転速度に比例する右上がりのグラフになる。

また孔１２ｂが開口している収容部１２ａは、閉管であるため共鳴し、その共鳴周波数：ｆは以下の式で与えられる。
ｆ＝（２ｎ−１）／４×ｃ／Ｌ・・・式２
Ｃ：音速 Ｌ：管の長さ ｎ：モード（１、２、３、・・・）
音速及び管の長さは定数であるため、図４に示されるように共鳴周波数は一定の値を採る。

ロータ１０の回転数を上げることにより孔１２ｂ周辺で相対的に発生する風の流速が高まって渦放出周波数が高くなり、共鳴周波数と等しくなった状態で共鳴し、所謂笛吹音が発生する。しかし、凸部１４が孔１２ｂ周辺に設けられていることにより、端面部１２Ａと空気との間の摩擦が大きくなる。よって端面部１２Ａ周辺の空気が過度に引っ張られるため、孔１２ｂ周辺において相対的に発生する風の流速が低下する。凸部１４が設けられた状態においてはロータ１０の回転速度が同じであっても、凸部１４が設けられていない状態に比べて渦放出周波数が小さくなり、モータ３を最大限（１５０００ｒｐｍ）回転させたとしても渦放出周波数が共鳴周波数に達することが無く、笛吹音を抑制することができる。

また第一の実施の形態においては、収容部１２ａに直接孔等を形成することなく笛吹音を低減している。よって収容部１２ａ内において試料容器１５が破損した場合であっても、試料が収容部１２ａから排出されることはない。

次に本発明の第二の実施の形態に係る遠心分離機及び遠心分離機用ロータについて図５乃至図７に基づき説明する。第二の実施の形態に係る遠心分離機は、図５に示されるロータ２０の構成以外が第一の実施の形態にかかる遠心分離機１と同じであるため、説明を省略する。

ロータ２０は、主に軸部２１と、環状部２２と、軸部２１と環状部２２とを繋ぐくぼみ部２３とから構成されており、回転室４ａ内に配置されて、軸部２１で回転軸部３Ｂ（図１）に同軸回転可能に固定されている。環状部２２は、裁頭円錐状に構成されており、円錐の頂点側から麓へ向かう方向に配置された収容部２２ａが円周方向に整列して形成されている。収容部２２ａ内には、遠心分離する試料が内蔵される試料容器１５（図２）が挿入可能になっている。

環状部２２には、収容部２２ａの開口部分である孔２２ｂが開孔する端面部２２Ａが設けられている。端面部２２Ａは、円錐の頂点側から麓へ向かう方向と交差し、ロータ２０の回転方向に一連となるように構成されている。端面部２２Ａにおいて隣り合う孔２２ｂの間には、一の孔２２ｂと他の孔２２ｂとを繋ぐ溝部２４が形成されている。

溝部２４が設けられることにより、図６に示されるように、共鳴周波数に係る管の長さ：ＬがＬ’と短くなる。よって式２より、収容部２２ａにかかる共鳴周波数は、図７に示されるように、溝部２４が設けられていない場合に比べて高くなる。故にモータ３を最大限（１５０００ｒｐｍ）回転させたとしても渦放出周波数が共鳴周波数に達することが無く、笛吹音を抑制することができる。

第二の実施の形態の変形例として、図８に示されるように、くぼみ部３３の内周面に開口して、くぼみ部３３と収容部３２ａ内部とを連通する貫通孔３２ｃが形成されているロータ３０を用いてもよい。このような構成においても、図９に示されるように、共鳴周波数に係る管の長さ：ＬがＬ’’と短くなる。よって第二の実施の形態と同様に、当該変形例に係るロータ３０において渦放出周波数が共鳴周波数に達することが無く、笛吹音を低減することができる。

また第二の実施の形態及びその変形例においては、収容部に溝若しくは穿孔がそれぞれ形成されている。しかし環状部の外周部分には穿孔等が形成されていないため、遠心分離中に試料容器１５が破損した場合であってもロータ外に試料が排出されることはない。

本発明による遠心分離機及び遠心分離機用ロータは上述の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば第一の実施の形態において凸部を設けることにより、端面部と空気との摩擦を大きくして相対的な速度を低下させていたが、凹部を設けることにより、端面部と空気との摩擦を大きくしてもよい。この凹部は第二の実施の形態に示される溝部２４のように形成されてもよいし、単に隣り合う一の収容部と他の収容部との間に形成され端面部に開口する穿孔であってもよい。

本発明の第一の実施の形態に係る遠心分離機の断面図。 本発明の第一の実施の形態に係る遠心分離機用ロータの断面図。 本発明の第一の実施の形態に係る遠心分離機用ロータの収容部において渦流と管長と野関係を示す模式図。 本発明の第一の実施の形態に係る遠心分離機用ロータの渦放出周波数と共鳴周波数との関係を示すグラフ。 本発明の第二の実施の形態に係る遠心分離機用ロータの斜視図。 本発明の第二の実施の形態に係る遠心分離機用ロータの部分断面図。 本発明の第二の実施の形態に係る遠心分離機用ロータの渦放出周波数と共鳴周波数との関係を示すグラフ。 本発明の第二の実施の形態の変形例に係る遠心分離機用ロータの斜視断面図。 本発明の第二の実施の形態の変形例係る遠心分離機用ロータの部分断面図。

符号の説明

１・・遠心分離機 ２・・ハウジング ２ａ・・開口部 ３・・モータ ３Ａ・・ダンパ
３Ｂ・・回転軸部 ４・・回転室枠 ４ａ・・回転室 ５・・蓋 １０・・ロータ
１１・・軸部 １２・・環状部 １２Ａ・・端面部 １２ａ・・収容部 １２ｂ・・孔
１３・・くぼみ部 １４・・凸部 １５・・試料容器 ２０・・ロータ ２１・・軸部
２２・・環状部 ２２Ａ・・端面部 ２２ａ・・収容部 ２２ｂ・・孔
２３・・くぼみ部 ２４・・溝部 ３０・・ロータ ３２ａ・・収容部
３２ｃ・・貫通孔 ３３・・くぼみ部。

Claims (4)

1. 分離する試料が内蔵される試料容器を保持する収容部が複数形成される環状部を有し、該環状部において該収容部の孔が円周方向に整列配置されて開口する端面部が設けられた遠心分離機用ロータであって、
   該端面部上において隣り合う該孔の間には、凹部が配置され、
   該凹部は、隣り合う該孔内に開口して連通すると共に該遠心分離機用ロータの半径方向において該孔の該半径方向中心側から該半径方向外側の間に位置する溝部から構成されていることを特徴とする遠心分離機用ロータ。
2. 該凹部の幅は、該孔の直径より狭いことを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機用ロータ。
3. 該凹部は、該半径方向において該孔の中心を通過することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の遠心分離機用ロータ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の円遠心分離起用ロータを備えたことを特徴とする遠心分離機。

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