特許 7141545 遠心機用ロータ及び遠心機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-13

(45)【発行日】2022-09-22

(54)【発明の名称】遠心機用ロータ及び遠心機

(51)【国際特許分類】

   B04B 5/00 20060101AFI20220914BHJP

   B04B 1/00 20060101ALI20220914BHJP

   B04B 7/12 20060101ALI20220914BHJP

   B04B 11/02 20060101ALI20220914BHJP

   B04B 7/08 20060101ALI20220914BHJP

   B04B 7/06 20060101ALI20220914BHJP

【ＦＩ】

B04B5/00 Z

B04B1/00

B04B7/12

B04B11/02

B04B7/08

B04B7/06 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021558201

(86)(22)【出願日】2020-09-30

(86)【国際出願番号】 JP2020037344

(87)【国際公開番号】W WO2021100333

(87)【国際公開日】2021-05-27

【審査請求日】2021-07-23

(31)【優先権主張番号】P 2019210149

(32)【優先日】2019-11-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】520276604

【氏名又は名称】エッペンドルフ・ハイマック・テクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山本 卓矢

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 淳

【審査官】谷本 怜美

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６０－１２８７４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５８－１１６０６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－０８２５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３１８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６７１３０２８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０４Ｂ １／００－１５／１２

Ａ６１Ｍ １／０２

Ｂ０１Ｆ ７／１６

Ｃ１２Ｍ １／００

Ｃ１２Ｍ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に凹部を有するロータボディと、前記凹部内に配置されるロータコアと、前記ロータボディの開口を閉鎖するロータカバーを有し、駆動源により回転される遠心機用ロータであって、
前記ロータコアは、
円柱状の中実部と、中実部の上面から径方向外側に延在する円板部と、
前記ロータコアの上面であって、前記中実部から前記円板部にかけて連続するように形成される送液用溝と、
前記中実部の上面から下側に延びて、さらに径方向に延在するように形成された送液用孔を有し、
前記円板部の下面であって、前記円板部を軸線方向に見たときに前記送液用溝の位置と部分的にオーバーラップする位置に、応力緩和溝を形成したことを特徴とする遠心機用ロータ。

【請求項2】

前記ロータコアは樹脂または金属製の一体品であって、前記送液用溝の開口部分は前記ロータカバーの内壁に接することにより閉じられることを特徴とする請求項１に記載の遠心機用ロータ。

【請求項3】

前記応力緩和溝は、前記円板部の下面を内周側から外周側にかけて径方向に延在する溝であって、外周側の端部が前記円板部の外縁部に到達することを特徴とする請求項２に記載の遠心機用ロータ。

【請求項4】

前記送液用溝は周方向に等間隔で複数形成され、
前記応力緩和溝は、複数の前記送液用溝にそれぞれ対応するように形成されることを特徴とする請求項３に記載の遠心機用ロータ。

【請求項5】

前記送液用溝は、延在方向と直交する断面形状がＵ字状であり、
前記応力緩和溝は延在方向と直交する断面形状が長方形状、Ｕ字状、又はＶ字状であることを特徴とする請求項４に記載の遠心機用ロータ。

【請求項6】

前記円板部の板厚をＴ、前記送液用溝の深さＤ_１の場合、
前記応力緩和溝の深さＤ_２は、Ｄ_１＋Ｄ_２＜Ｔであることを特徴とする請求項５に記載の遠心機用ロータ。

【請求項7】

前記送液用溝のそれぞれに対して、前記応力緩和溝が周方向又は径方向に分散して複数形成されることを特徴とする請求項６に記載の遠心機用ロータ。

【請求項8】

前記中実部の外周面から径方向外側に延在するブレードが更に設けられ、前記ブレードは前記円板部に接続された鉛直板状であって、
前記円板部と、前記中実部と、前記ブレードが一体に形成されてい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用ロータ。

【請求項9】

前記中実部の上面の軸心には、軸方向上側に突出する円柱状の凸部が形成され、
前記送液用溝は、前記凸部の外周面を下方向に延びる４本の軸方向溝部と、前記軸方向溝部の下端から中実部の径方向外側に向けて延びる径方向溝部により構成されることを特徴とする請求項８に記載の遠心機用ロータ。

【請求項10】

前記送液用孔は、
前記凸部の上面の軸心に上側開口を有し、軸線方向に下方向に延在して、途中で径方向外側に向かい、前記中実部の外周面であって前記円板部の下面近くに開口する第１の送液用孔と、
前記第１の送液用孔の上側開口から径方向外側に隣接する位置に開口を有して軸線下方向に延在し、途中で径方向外側に向かって前記中実部の外周面に開口を有する第２の送液用孔を有することを特徴とする請求項９に記載の遠心機用ロータ。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の遠心機用ロータと、
前記ロータカバーに取り付けられ前記凹部内に液体を供給及び排出させる流路が通る貫通口を有するドアアダプタと、
前記遠心機用ロータが回転するロータ室を画定するボウルと、
前記駆動源及び前記ボウルを保持するための筐体を有することを特徴とする遠心機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータの回転中に試料を機外から注入し、遠心分離した試料をロータの回転中に機外で回収する遠心機用ロータ及びそれを用いた遠心機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

遠心分離機は、分離すべき試料を保持するロータ（回転体）をロータ室（回転室）の中に収容し、ドアによってロータ室の開口部を密閉した状態で、モータ等の駆動装置を用いてロータを高速回転させることによって、ロータに保持された試料の分離、精製等を行う。通常の使用では、ロータが回転停止している時に分離する試料を試料容器に入れてロータに保持させ、ロータ室のドアを閉めてから駆動装置によってロータを回転させる。遠心分離運転が終了したら、ロータの回転を停止させて、ドアを開けて試料容器を取り出す。

【0003】

他の遠心分離の方法として、医学、薬学等の分野で使われるように、遠心機本体の機外からチューブを介して試料を連続的にロータに直接流し込んで分離する、いわゆる連続ロータを用いるものがある。連続ロータの構造例は、例えば特許文献１、特許文献２に示される。連続ロータを使用する場合には、遠心分離機本体の外部に試料を入れた試料容器を設け、その容器から遠心分離機本体のロータ室に設置されたロータまで延在するチューブによって試料流通路を形成し、ロータを回転させながら分離する試料を試料容器からロータへ連続して流し込む構造となる。

【0004】

連続ロータを使用する遠心分離機において試料チューブを遠心機本体の機外からロータ室へ導入するには、ロータ室内と外部を仕切るドアにアダプタを設ける。アダプタは回転中のロータの上部軸心付近から、ロータの内部空間に密度勾配液や試料等の液体の注入と排出を可能とする。ロータの形状は様々であるが、例えば蓋（ロータカバー）を有するお椀型として、その内部空間には、注入及び排出される液体が所定方向に流れるようにロータコアと呼ばれる部材が装着されるものがある。ロータコアの形状も様々なものがあるが、一例ではロータコアの上面をロータカバーに密着させ、上面に数カ所の中心軸心付近から径方向外側に放射状に延びる密度勾配液の送液用の溝が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】実開昭６０－１１９９４６号公報

【文献】特開２０１０－８２５６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

連続ロータで用いるロータコアはロータの内部に配置され、ロータの内部空間に密度勾配液や試料等の液体で満たされた状態で高速回転されるため、ロータコアに形成された溝部分、例えば、上面に放射状に形成された送液用溝の、特定の箇所に遠心分離による液圧による応力が集中する。この応力は、ロータコアの溝部付近を変形させる方向に作用するため、ロータコアには応力に対応できる十分な強度が求められる。また、強度だけでなく繰り返しの使用に耐えられるようにして、ロータコアに十分な寿命を持たせることが重要である。

【0007】

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータコアの上面に形成された送液用溝に加わる液圧による局部的に加わる応力を平均化して、ロータコアの変形を抑制するようにした遠心機用ロータ及びそれを用いた遠心機を提供することにある。
本発明の他の目的は、ロータコアの変形を抑制することにより寿命に十分な裕度を持たせた遠心機用ロータ及びそれを用いた遠心機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。
本発明の一つの特徴によれば、内部に凹部を有するロータボディと、凹部内に配置されるロータコアと、ロータボディの開口を閉鎖するロータカバーを有し、駆動源により回転される遠心機用ロータであって、ロータコアは、円柱状の中実部と、中実部の上面から径方向外側に延在する円板部と、ロータコアの上面であって、中実部から円板部にかけて連続するように形成される送液用溝と、中実部の上面から下側に延びて、さらに径方向に延在するように形成された送液用孔を有し、円板部の下面に応力緩和溝を形成した。ロータコアは樹脂または金属製の一体品であって、送液用溝の上側開口部分はロータカバーの内側下壁に接することにより閉じられ、円板部を軸線方向に透視したときに、応力緩和溝は送液用溝の位置と部分的にオーバーラップするような部分に配置される。さらに、応力緩和溝は、円板部の下面を内周側から外周側にかけて径方向に直線上に延在する溝であって、外周側の端部が円板部の外縁部に到達するように形成される。

【0009】

本発明の他の特徴によれば、送液用溝は周方向に等間隔で複数形成され、応力緩和溝は、複数の送液用溝にそれぞれ対応するように形成される。例えば、送液用溝は、延在方向と直交する断面形状がＵ字状であり、応力緩和溝は延在方向と直交する断面形状が長方形状、Ｕ字状、又はＶ字状である。また、円板部の板厚をＴ、送液用溝の深さＤ_１の場合、応力緩和溝の深さＤ_２は、Ｄ_１＋Ｄ_２＜Ｔの条件を満たすように構成される。このように、送液用溝のそれぞれに対して、応力緩和溝が周方向又は径方向に分散して複数形成される。さらに、中実部の外周面から径方向外側に延在するブレードが更に設けられる。これらブレードは円板部に接続された鉛直板状であって、中実部とブレードが一体又は別体式で形成される。

【0010】

本発明のさらに他の特徴によれば、中実部の上面の軸心には、軸方向上側に突出する円柱状の凸部が形成される。送液用溝は、凸部の外周面を下方向に延びる４本の軸方向溝部と、軸方向溝部の下端から中実部の径方向外側に向けて延びる径方向溝部により構成される。また、送液用孔は、凸部の上面の軸心に上側開口を有し、軸線方向に下方向に延在して途中で径方向外側に向かい、中実部の外周面であって円板部の下面近くで開口する第１の送液用孔と、第１の送液用孔の上側開口から径方向外側に隣接する位置に開口を有して軸線下方向に延在し、途中で径方向外側に向かって中実部の外周面で開口する第２の送液用孔を有する。以上のように構成された遠心機用ロータと、ロータカバーに取り付けられ凹部内に液体を供給及び排出させる流路が通る貫通口を有するドアアダプタと、遠心機用ロータが回転するロータ室を画定するボウルと、駆動源及びボウルを保持するための筐体等を用いて遠心機が構成される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ロータコアの径方向に延在する円板部の下面であって、送液用溝の位置と部分的にオーバーラップする位置に応力緩和溝を形成したので、コアの上面に形成された送液用溝よって局所的に加わる応力の集中を緩和させることができ、高速回転時のロータコアの変形を抑制することが可能となり、ロータコアの寿命を伸ばすことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の本実施例に係る遠心機１の全体構成図である。

【図2】図１のロータ２０の拡大図である。

【図3】図２のロータコア４０の斜め下から見た斜視図である。

【図4】図２のロータコア４０の斜め上から見た斜視図である。

【図5】（Ａ）は図４のＢ部から見たロータコア４０の円板部４４の部分側面図であり、（Ｂ）（Ｃ）は、送液用溝１５２、５２の応力を説明するための部分断面図である。

【図6】遠心分離運転時の密度勾配液の送液状態を説明するためのロータ２０の模式図である。

【図7】遠心分離運転時の試料の送液状態を説明するためのロータ２０の模式図である。

【図8】遠心分離運転時の分離された試料の排出状態を説明するためのロータ２０の模式図である。

【図9】本実施例の変形例にかかる送液用溝を説明するための部分上面図と部分側面図である。

【図10】本実施例の変形例にかかる送液用溝を説明するための部分上面図と部分断面図である。

【図11】本実施例の変形例にかかる送液用溝を説明するための部分上面図と部分断面図である。

【図12】従来の遠心機のロータコア１４０の図であり、（Ａ）はロータコア１４０の斜め下から見た斜視図であり、（Ｂ）はロータコア１４０の斜め上から見た斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、上下左右の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

【0014】

図１は本発明の実施例に係る遠心機１の全体構造を示す断面図である。遠心機１は、箱形の板金などで製作される筐体２の内部が、仕切板１３によって筐体２の内部空間が上室と下室に分割され、上室内に金属製の薄板で形成されたボウル３が設けられる。ボウル３の開口部はスライド式のドア１８によって閉鎖することでロータ室４が画定される。ロータ２０は分離する試料を回転中に出し入れ可能とした、いわゆる連続遠心分離用の回転体であって、駆動装置たるモータ９の回転軸１０に取付けられる。モータ９はダンパー１２を介して筐体２の一部を構成する仕切板１３に固定される。筐体２の下側には脚部１６が設けられる。

【0015】

ボウル３はステンレス、アルミ合金、銅合金などの材料で形成され、水平方向断面が略円形であって、上側に開口部を有する略カップ状の形状である。ボウル３の底面にはロータ室４を冷却してロータ２０を設定温度に冷却（維持）するための冷却装置１４が設けられる。ボウル３の外側に、肉厚が数ｍｍ～数十ｍｍの金属製プロテクタ８が配置される。

【0016】

モータ９の回転軸１０の上端には、クラウン１１が設けられ、クラウン１１にロータ２０の回転軸穴２５が係合するように載置される。筐体２の内部には、モータ９の運転などを制御する制御装置１５が配置される。制御装置１５には、マイクロプロセッサが含まれ、コンピュータプログラムを実行することによってモータ９の回転制御、冷却装置１４の運転制御、密度勾配液や試料等の送液及び排出制御を行う。筐体２の上面には、図示してしない液晶ディスプレイ等の表示装置が設けられる。

【0017】

ロータ２０の上側には、内部にシールボディを収容したドアアダプタ７０が配置される。ドアアダプタ７０は回転しない部材であり、シールボディ７１を含むシールアタッチメントをドア１８の貫通穴１８ａにて支持する。シールボディ７１には、試料出入口７２、密度勾配液入口７３、冷却水用の配管の水出口７４が設けられる。ここでは図示していないが、試料出入口７２には試料を送液し、試料と密度勾配液を排出するための図示しないチューブが接続され、密度勾配液入口７３には密度勾配液を送液するためのチューブが接続される。水出口７４は、図示しないシールボディクミを冷却する冷却水を循環させるための図示しないチューブが接続される。

【0018】

ロータ２０は、分離を目的とする試料を収容し、モータ９によって回転駆動されることによって試料を径方向に層を成すように分離する。ロータボディ２１は椀形であって、椀形の外周の上端部に雄ねじが形成され、底面には回転軸１０の先端（上端）に固定されるクラウン１１に装着される回転軸穴２５が形成される。ロータボディ２１の上側の開口から内側に窪む凹部２２の内側にはコア（ロータコア４０）が配設され、開口がカバー３０で閉鎖される。ロータコア４０は、分離室２４を上方からみて扇形に４つに分割するような隔壁たるブレード５８（後述する図２～図４参照）を有する。

【0019】

カバー３０は、ロータボディ２１の雄ねじに締結する雌ねじを有し、椀形のロータボディ２１の開放部を塞ぐことによって、試料を収容し、カバー３０とロータボディ２１とによって、分離室２４（符号は図２参照）を閉鎖する。本実施例の遠心機１は、いわゆる連続遠心分離用のロータ２０だけでなく、一般的なアングルロータやスイングロータを用いることもできる。アングルロータは、周方向に複数の試験容器を装着する装着穴を有するもので、アングルロータをクラウン１１に装着する場合は、図１に示すドアアダプタ７０を取りはずし、ドア１８の貫通穴１８ａを閉鎖する。

【0020】

図２はロータ２０の拡大図である。ロータ２０は、椀形のロータボディ２１と、分離室（収容部）２４の所定の径方向及び軸方向位置に送液を導き、措定の径方向及び軸方向位置から液体を吸引するためのロータコア４０と、ロータボディ２１の上部開口を閉鎖するカバー３０によって構成される。ロータボディ２１は、チタン合金等の金属の一体成形によって形成されたもので、ロータボディ２１の上部開口部の外周部に雄ねじ（図示せず）が形成され、底面にはクラウンに装着される回転軸穴２５が形成される。

【0021】

カバー３０はチタン合金等の金属の一体品であって、ロータボディ２１の開口面と同一面となる円板面３１と、円板面３１の外縁部から下方に延在する円筒面３２によって構成される。円筒面３２の内周側には、ロータボディ２１側に形成された雄ねじに締結する雌ねじが形成され、カバー３０が椀形のロータボディ２１の開放部を塞ぐことによって、試料を収容し、カバー３０とロータボディ２１の内部空間に試料の分離室２４を形成する。カバー３０とロータボディ２１の接合部にはシールパッキン２８が設けられ、密閉性を高めている。更にカバー３０の中心軸部に。シャフト３５を挿入するための貫通穴３０ａが形成される。シャフト３５は、カバー３０に図示しないナットによって固定される。その内管の外側に外管が形成された二重の管路となっており、内側の管路はロータコア４０の中心軸孔４５に連結され、外側の管路は、カバー３０の中心軸線上の下面側に形成された上下反対向きの漏斗状に形成された逆漏斗状流路部３４と連通する通路となる。逆漏斗状流路部３４は、密度勾配液やバッファ液等の送排出用の通路の一部となる。

【0022】

ロータコア４０は、略円筒状の中実部４１と、中実部４１の上面と同一面にて径方向外側にフランジ状に延在する環状の円板部４４によって主に構成される。これらは合成樹脂や金属の一体成形により製造される。中実部４１は完全な円柱状でなく、その直径は上側から下側に向かうにつれ外径がやや小さくなるように形成される。ロータコア４０の上面中心部には、上側に凸状に突出する円柱状の凸部４３が形成され、カバー３０に形成された円柱状の窪み部分（凹部３７）に係合する。ロータコア４０の下面中心部には、上側に凸状に窪む凹部４２ａが形成され、ロータボディ２１の底面中心軸付近に形成された上側に突出する凸部２３と係合する。凹部４２ａと凸部２３の間には、Ｏリング２７が介在され、矢印４５ｃで示す中心軸４５の下端から段差部４２の下側に液が漏れないようにシールしている。

【0023】

ロータコア４０の上面には径方向延在する送液用の送液用溝（径方向溝）５２が形成される。送液用溝５２の外周側端部は、ロータボディ２１の凹部の内壁面にほぼ到達する位置まで延びている。送液用溝５２は円板部４４の上面側に形成されるが、送液用溝５２の位置に対応する円板部４４の下面側には、応力緩和溝５７が形成される。

【0024】

ロータコア４０の回転軸線Ａ１と同心状に中心軸孔４５が形成される。中心軸孔４５は、ロータコア４０の上面の矢印４５ａの位置から下面の矢印４５ｃの位置まで貫通するようにドリルによって形成される。さらに、ロータコア４０の下面において、矢印４６ａで示す位置付近から中心軸孔４５の途中の矢印４５ｂの位置まで斜めに径方向孔４６が形成される。径方向孔４６は、周方向に９０度ずつ隔てるように等間隔で合計４本形成される（断面位置の関係から図２では２本しか見えない）。径方向孔４６も中心軸孔４５と同様にドリルにて形成することができる。

【0025】

周方向の配置位置が異なるため図２の縦断面位置では見えないが、ロータコア４０には凸部４３の上面から、矢印４１ｂで示す中実部４１の上端付近とを連通する略Ｌ字状の貫通孔４７（図７で模式的に示す）が形成される。

【0026】

図３はロータコア４０を斜め下から見た斜視図である。ロータコア４０は試料や密度勾配液のロータボディ２１内における通路を形成するために設けられるもので、合成樹脂や金属の一体成形により製造される。ロータコア４０に形成される４枚のブレード５８は、分離室２４（図２参照）内の試料、密度勾配液の乱れを防止するために形成される。円板部４４の外縁部分には、送液用の径方向溝５２の出口開口が露出する。径方向溝５２から径方向外側に向けて送出される液体が、下側空間に効果的に流れるように、円板部４４の径方向溝５２の開口付近は、内側に円弧状にやや窪ませた窪み部５６が形成される。この窪み部５６を形成したことによって、窪み部５６以外の円板部４４の外周面がロータボディ２１の内周側壁面と密接しても流路を制限することはない。Ｌ字状孔４７の開口４７ａは、矢印４１ｂに示すような中実部４１の上端付近であって、円板部４４の直下に位置づけられる。このＬ字状孔４７の他方側の開口は、ロータコア４０の上面の中心軸上に形成された凸部４３（図２参照）の上面に開口する。

【0027】

ロータコア４０の中実部４１の下面には、中心軸孔４５（図２参照）と連通する径方向孔４６の開口４６ａが形成される。図２の断面図で示したように径方向孔４６は水平ではなくて斜めに形成され、回転軸線Ａ１に近づくにつれて上方向になるように斜めに形成される。４カ所の開口４６ａとロータボディ２１（図２参照）の底面が密着すると、液体が流れないので、中実部４１の底面の外縁側とロータボディ２１の間に隙間を有するように、中実部の下側にはわずかに下側に突出させた段差部４２が形成される。このように段差部４２を形成したことによって、径方向孔４６を使用する第１の送液用孔によって、試料が分離室２４（図２参照）内にスムーズに流入又は排出できるように構成される。尚、径方向孔４６は第１の送液用孔であり、Ｌ字状孔４７は第２の送液用孔であり、互いに独立した流路である。

【0028】

ここで、図１２を用いて従来のロータコア１４０の形状を説明する。従来のロータコア１４０は、中実部１４１と、その上面から径方向外側に延在する円板部１４４が形成される。また、中実部１４１の外周面にはチタン合金製のチタンスリーブ１６０が装着される。チタンスリーブ１６０の外周側には、合成樹脂例のブレード（図示せず）が装着され、全体形状としては図３で示した本実施例のロータコア４０と同様の形状となる。チタンスリーブ１６０を用いるのは、中実部１４１を補強するもので、中実部１４１にはめ込んで使用する。チタンスリーブ１６０の外周側には、図示しない合成樹脂製のブレードが装着可能である。図示しないブレードは、図３で示したブレード５８とほぼ同様の形状になる。従来のロータコア１４０にも、図３で示したのと同じ第１の送液用孔（径方向孔１４６）と、第２の送液用孔（Ｌ字状孔１４７）が形成される。また、中実部１４１と円板部１４４の上面１４４ａには、径方向に延在する４本の送液用溝１５２が形成される。中実部１４１の上面中央には、凸部１４３が形成されるが、この形状や形成される孔や溝の位置は、図２及び図３で示すものと同じである。しかしながら、図１２（Ｂ）で明らかなように、円板部１４４の下面１４４ｂは平坦であって、溝や窪みが一切形成されていない。

【0029】

再び図３に戻る。図１２に示した従来のロータコア１４０と違う点は、ブレード５８もロータコア４０に含めて一体成形すると共に、円板部４４の下面に応力緩和溝５７を形成したことである。応力緩和溝５７は、円板部４４の上面に形成される送液用溝５２の下側に形成されるものである。応力緩和溝５７は軸線Ａ１方向に見て、送液用溝５２の形成される位置と部分的に重なるように配置される。また、応力緩和溝５７の径方向外側端部は、窪み部５６にて開口する。応力緩和溝５７の径方向内側端部は、矢印５７ａに示すように球面状になめらかなエッジ部分を形成し、特定の変曲点に応力が集中することを極力避けている。

【0030】

図４はロータコア４０の斜め上から見た斜視図である。ロータコア４０の上面は、点線で示す中実部４１の上面と、その径方向外側に形成される円板部４４が連続するような平面にて形成される。中実部４１の上面の軸心付近には、中心軸孔４５の上側開口４５ａが形成される。この上側開口４５ａは、第１の送液用孔の開口部でもある。上側開口４５ａの周囲には４カ所の上側開口４７ｃが形成される。上側開口４７ｃは、凸部４３の上面であって、回転軸線Ａ１よりもわずかに径方向外側に離れた位置に形成される。尚、上側開口４５ａにはシャフト３５（図２参照）が貫通されるので、上側開口４７ｃを通る流路とは混在せずに独立した流路を維持する。

【0031】

主に密度勾配液等を分離室内に供給するための通路は、ロータコア４０の上面に形成された送液用溝５１、５２により形成される。送液用溝５１は凸部４３の外周面に沿って上から下方向に形成された溝部で、凸部４３がカバー３０の凹部３７と当接することによって閉鎖された通路となる。送液用溝５２は凸部４３の外周面に沿って径方向内側から外側に向けて形成された溝部で、ロータコア４０の上面がカバー３０の内側下面と当接することによって閉鎖された通路となる。送液用溝５２の径方向外側端部は、径方向内側に向けて円弧状に窪むように削り落としされた窪み部５６を有し、送液用溝５２を通って径方向外側部分まで到達した液体が、下側の分離室２４（図２参照）に向けて流れるようになっている。ロータコア４０の中実部４１の外周面には、放射状に接続された４枚のブレード５８が一体的な形状にて形成される。これらブレード５８によって分離室２４（図２参照）の内部が４つの空間に分離される。分離された４つの空間のそれぞれには、図３にて示したように径方向孔４６（第１の送液用孔）の開口４６ａと、Ｌ字状孔４７（第２の送液用孔）の開口４７ａが配置される。

【0032】

ロータコア４０の上面であって、中実部４１の上側端部には、周方向に均等間隔で４つの穴部４９が設けられる。これらは、ロータコア４０をロータボディ２１から取り出す際に、専用の治具を係合させるために形成されるものである。

【0033】

図５は図４のロータコア４０をＢ部から見た円板部４４の部分側面図である。円板部４４は板厚がＴであり、その上面には径方向内側から外側に延びる送液用溝５２は、断面形状が長円を半分にしたような半長円状である。送液用溝５２の内側端部には軸線方向に延びる送液用溝５１と接続される。送液用溝５１は、凸部４３の外周面において内周側に窪む溝である。本実施例では、円板部４４の下面であって、送液用溝５１に対応する周方向位置（一例として送液用溝５１の円板部４４の下面のほぼ同じ位置）に、径方向内側から外側に延在する応力緩和溝５７が形成される。応力緩和溝５７も送液用溝５２と同様の形状であり、その断面形状が長円を半分にしたような半長円状であって、送液用溝５１に接近する方向に窪む溝である。送液用溝５２の板厚方向の深さＤ_１は、応力緩和溝の深さＤ２よりも深く形成されるのが望ましいが、形状、液圧などの諸条件により異なるため、強度を十分に確認して最適な形状で形成する。但し、Ｄ_１＋Ｄ_２が板厚Ｔよりも十分小さく、送液用溝５２と応力緩和溝５７の間が十分残る程度にすることが必要である。送液用溝５２の周方向幅Ｗ_１は、径方向内側から外側にかけて一定となるように形成する。同様に、応力緩和溝の幅Ｗ_２は、形状、液圧などの諸条件により異なるため、強度を十分に確認して最適な形状で形成する。

【0034】

ここで図５（Ｂ）、（Ｃ）を用いて溝部（送液用溝５２）の存在によって応力変化がどう起こるかを説明する。図５（Ｂ）は図１２に示した従来のロータコア１４０の送液用溝１５２である。送液用溝１５２において、ロータコア４０には注入される密度勾配液や試料等の液体により同一半径の位置において一様に液圧が負荷されるが、溝部（送液用溝１５２）の壁面にもロータ２０の高速回転による液圧が矢印６５ａ、６５ｂの方向にかかるため、溝部の角を支点として矢印６６ａ、６６ｂのように溝の中心付近を上に凸状に曲げるようなモーメントが発生する。このため、回転中は送液用溝１５２を上に凸状に変形させる力が働く。そこで、本実施例では図５（Ｃ）のように、円板部４４の下側にも溝部（応力緩和溝５７）を形成することにより、下側の溝部（応力緩和溝５７）に点線矢印６７ａ、６７ｂのように働く液圧を利用して、点線矢印６８ａ、６８ｂのように溝部（応力緩和溝５７）を下向きに曲げるモーメントが発生するようにし、上側の溝により発生するモーメント（６６ａ、６６ｂ）と、下側の溝により発生するモーメント（６８ａ、６８ｂ）が打ち消し合うようにして変形を抑え、上下の溝部の応力を緩和するようにしたので、円板部４４の変形が小さくなる。このように回転中のコアの変形が小さくなることで、繰り返しの使用に伴う材料疲労の影響を低減し、ロータコア４０の寿命に余裕を持たせられるようになった。

【0035】

次に図６～図８を用いて遠心分離運転時の密度勾配液や試料の給送及び排出状態を説明する。図６は、ロータ２０内に試料を注入する前の準備段階である、密度勾配液の送液状態を説明する図である。図６～図８の各（Ａ）図では、液体の流れがわかるように、送液用溝５２、第１の送液用孔（径方向孔４６）を大きく図示し、第２の送液用孔（Ｌ字状孔４７）を同じ断面図中に見えるように周方向位置にずらして図示したもので、実際の縮尺や配置に即しない模式的な図とした。特にロータコア４０の形状は小さめに図示して各通路の大きさを大きくしたので注意されたい。

【0036】

試料注入する工程について説明する。オペレータが図示しない表示パネルを操作して運転をスタートさせると、制御装置１５はモータ９を回転させて、ロータ２０を約３，０００ｒｐｍで回転させる。この際、制御装置１５は、冷却装置１４を稼動させてロータ室４内の温度を所定のまで冷却する。次に、図に示していない制御装置１５は、カバー３０の中心軸線を貫通する２重の通路のうち、外側の通路を用いて、矢印８１ａのように密度勾配液を送液する。図６（Ａ）では左側の黒矢印にだけ符号を付しているが、回転対称であるので、図中右側の分離室２４においても同様の液体の流れとなる。矢印８１ａのように流れて凸部４３の上面の空間３６部分に到達した密度勾配液は、遠心力により漏斗状に形成された逆漏斗状流路部３４の外周面に沿って流れ、矢印８１ｂ～８１ｄのように送液用溝５１、５２に流入する。ここで、ロータ２０は３，０００ｒｐｍで回転中のため、液体は遠心力で外周側を流れるので、Ｌ字状孔４７内に液体は流れこまない。送液用溝５２の外縁部まで流れた液体は、矢印８２ａ、８２ｂのように分離室２４の内部に流れ込む。このようにして分離室２４内に密度勾配液を満たすが、このときには比重の異なる密度勾配液を切り替えながら流すことによって分離室２４内に異なる密度の液体の層ができる。分離室２４の内部が密度勾配液で満たされると、余剰分であり比重の小さい密度勾配液が径方向孔４６を通って矢印８５のように中心側に押し出され、中心軸孔４５を矢印８６ａ、８６ｂのように流れてロータ２０の外部に排出される。このように、図示しない送液ポンプを使用してロータ２０の外部から、試料分離に必要な密度勾配液を注入し、シャフト３５から排出する。

【0037】

次に、図７を用いて遠心分離する工程について説明する。図６に示す密度勾配液の注入状態から流路を切り替えて、ロータ２０の回転を３２，０００～３５，０００ｒｐｍまで高めて、図示しない送液ポンプを用いてシャフト３５の内側から試料を矢印８７ａのように送り込む。矢印８７ａ～８７ｃのように中心軸孔４５、径方向孔４６を流れた試料は、矢印８７ｃのようにロータコア４０の中実部４１の下面とロータボディ２１の底面との間の隙間を通って分離室２４に流れ込む。分離室２４では高速で回転するロータ２０の遠心力によって、密度の高い成分は外周側に移動し、密度の低い成分は内周側に移動する。矢印８７ａ～８７ｄのように流入する試料は連続的に流れるため、分離室２４のうち、内周側の比重の軽い成分が、Ｌ字状孔４７の開口４７ａから矢印８７ｆのように内側に移動し、矢印８７ｇのように凸部４３に形成された上側開口４７ｃから排出され、矢印８７ｈのようにロータ２０から外部に排出される。このように試料をロータ２０に連続的に流しながら、遠心分離に適した時間の運転を行う。

【0038】

図８は遠心分離運転が終了して、分離された試料成分（分離試料９０）を取り出す際の手順を示す図である。ここではロータ２０を再び３，０００ｒｐｍまで減速させる。次に試料排出口から、比重の重い押出液を矢印８８ａ～８８ｄのように注入する。すると、押出液は分離室２４にて取り出す対象となる分離された試料成分（分離試料９０）の外周側から内周側に押し出す。分離試料９０の内周側の密度勾配液は、矢印９１ａ～９１ｃ、９２、９３ａ、９３ｂのようにしてシャフト３５より外部に排出される。さらに、押出液を注入すると、内周側の密度勾配液に続いて分離試料９０が排出されるので、それを回収する。沈降した粒子を含んだ密度勾配液は、吸光度を分光光度計等によって連続的に測定しながらフラクションコレクタで分割回収することができる。このように、押出液を流入し続けることにより分離室２４の外側から内側に分離試料９０を押し出して、中心軸孔４５を介して分離試料９０が矢印９３ａ、９３ｂが回収される。以上の一連の工程において、ロータ室４と大気とは、密閉状態で行われる。

【0039】

以上説明したように本実施例では、ロータコア４０の上面の送液用溝５２に加えて応力緩和溝５７を形成したので、高速回転中のロータコア４０の変形が小さくなることで、繰り返し使用時の破壊リスクが低減し、ロータコア４０の寿命に大幅な裕度を持たせることができるようになった。

【0040】

次に図９～図１１を用いて、本実施例の応力緩和溝５７の変形例を説明する。応力緩和溝５７は図５（Ｃ）にて説明したように送液用溝５２に起因する曲げモーメントを打ち消すために形成する。そのため、応力緩和溝５７の形状や設ける位置は、その効果が十分であれば様々な箇所に形成でき、また溝の形状も様々に形成できる。図９（Ａ）は、本実施例の応力緩和溝５７の形状であり、応力緩和溝５７は中実部４１と円板部４４の接続部近くから外縁部まで連続するように形成される。この際の送液用溝５２と応力緩和溝の断面形状のバリエーションを示すのが、右側部分である。一番上の側面図が図３～図８にて説明した応力緩和溝５７の断面形状である。尚、図９の右側に示す送液用溝５２と応力緩和溝５７の断面開口が長方形状にあるが、実際には、図５（Ａ）に示したように溝内の角部を丸めたような形状とすると良い。図９（Ａ）の右上の側面形状は、送液用溝５２と応力緩和溝５７の幅（周方向の長さ）は同一である。

【0041】

図９（Ａ）の右側真ん中の側面形状は、応力緩和溝７７ａの幅が送液用溝５２の幅よりも５０％程度小さい形状であり、図９（Ａ）の右側下側の側面形状は、応力緩和溝７７ｂの幅が送液用溝５２の幅よりも５０％程度大きい形状である。このように応力緩和溝５７、７７ａ、７７ｂの形状を変更しても応力低減の効果が得られればこのような形状でも良い。

【0042】

図９（Ｂ）は、応力緩和溝７７（７７ｃ～７７ｅ）の径方向長さは、それぞれ図９（Ａ）の応力緩和溝５７、７７ａ、７７ｂと同じであるが、その側面形状、断面形状が略長方形ではなく、円弧状に形成された溝である。図９（Ｂ）の右側に応力緩和溝７７ｃ～７７ｅの３つの形状を示しているが、このように応力緩和溝７７ｃ～７７ｅの溝の長手方向と直交する断面形状を円弧状に形成しても、応力低減効果が得られれば良い。

【0043】

図９（Ｃ）は、応力緩和溝７８の径方向長さを、図９（Ｂ）の応力緩和溝７８に比べて径方向に短くしたものである。この際、応力緩和溝７８の径方向外側位置は変えずに、矢印７８ａに示す内側位置を外側にずらすようにした。図９（Ｃ）の右側に示すように、応力緩和溝７８の長手方向と直交する断面形状は円弧状としているが、図９（Ａ）、（Ｂ）の各図に示したような形状を採用しても良い。

【0044】

図１０（Ａ）は、応力緩和溝７９の径方向外側の位置を、円板部４４の外縁位置まで伸ばさずに、矢印７９ｂに示すように外縁よりもやや内側に留めたものである。応力緩和溝７９の内周側の位置は矢印７９ａに示すように図３～図５に示した応力緩和溝５７の内周側と同じである。ここでは図１０（Ａ）の右側に示すように、応力緩和溝７９のＣ－Ｃ断面における断面形状が円弧状に形成したが、図８及び図９で示したような様々な断面形状としても良い。

【0045】

図１０（Ｂ）は、（Ａ）で示した応力緩和溝７９を周方向に隣接するように間隔を空けて２本配置したものである、応力緩和溝７９Ａ、７９Ｂのそれぞれの内周側位置は図３～図５に示した応力緩和溝５７の内周側とほぼ同じであり、外周側位置は図１０（Ａ）の応力緩和溝７９とほぼ同じである。Ｄ－Ｄ部の断面形状は右側に２つ示すように、応力緩和溝７９Ａ、７９Ｂの断面形状を円弧状としても、応力緩和溝７９Ｃ、７９Ｄのような略長方形としてもいずれでも良い。

【0046】

図１１は、更なる応力緩和溝の変形例を示したものであり、図１１（Ａ）では、溝の代わりに半球状の窪み１５７Ａ～１５７Ｃを３つ形成した。図１１（Ａ）の右側に示すように、Ｅ－Ｅ断面における窪み１５７Ｃの断面形状は半円状に形成した。これら窪み１５７Ａ～１５７Ｃを形成する位置は、送液用溝５２と軸線Ａ１方向に透視した際に完全に又は部分的にオーバーラップする位置に配置する。

【0047】

図１１（Ａ）では応力緩和溝を径方向に断続するように複数個形成したが、図１１（Ｂ）では、応力緩和用の溝を径方向位置に応じてその幅（周方向の長さ）が変わるように形成したものである。つまり、円板部４４を底面側から見た際に、応力緩和溝１５８がくさび状となる三角形状にした。断面Ｆ－Ｆ部の断面形状は図１１（Ｂ）の右側の図のようになる。尚、応力緩和溝１５８の溝の断面形状は略長方形状に角部を設けるのではなくて、円弧状となるようにして角部をなめらかな曲面にて形成するようにしても良い。

【0048】

以上、本実施例のロータコア４０と、応力緩和溝の様々な変形例を説明したが、上述の実施例の形状だけに限られずに、円板部４４の下面に何らかの凹部を形成するようなロータコア４０であれば、本実施例と同様の効果を得ることができる。また、ロータコア４０の材質は合成樹脂材でなく金属製としても良い。

【符号の説明】

【0049】

１…遠心機、２…筐体、３…ボウル、４…ロータ室、６…プロテクタ、７，８…断熱材、９…モータ、１０…回転軸、１１…クラウン、１２…ダンパー、１３…仕切板、１４…冷却装置、１５…制御装置、１６…脚部、１８…ドア、１８ａ…（ドアの）貫通穴、２０…ロータ、２１…ロータボディ、２２…凹部、２３…凸部、２４…分離室、２５…回転軸穴、２７…Ｏリング、２８…シールパッキン、３０…カバー、３０ａ…貫通穴、３１…円板面、３２…円筒面、３４…逆漏斗状流路部、３５…シャフト、３６…空間、３７…凹部、４０…コア、４１…中実部、４１ｂ…（中実部の）上端付近、４２…段差部、４２ａ…凹部、４３…凸部、４４…円板部、４５…中心軸孔、４５ａ…上側開口、４６…径方向孔（第１の送液用孔）、４６ａ…（径方向孔の）開口、４７…Ｌ字状孔（第２の送液用孔）、４７ａ…（Ｌ字状孔の）出口、４７ｃ…（Ｌ字状孔の）上側開口、４９…穴部、５０…送液用溝、５１…送液用溝（軸方向溝）、５２…送液用溝（径方向溝）、５６…窪み部、５７…応力緩和溝、５８…ブレード、７０…ドアアダプタ、７１…シールボディ、７２…試料出入口、７３…密度勾配液入口、７４…水出口、７７，７７ａ～７７ｃ…応力緩和溝、７８，７９，７９Ａ，７９Ｂ…応力緩和溝、９０…分離試料、１４０…コア、１４１…中実部、１４３…凸部、１４４…円板部、１４４ａ…上面、１４４ｂ…下面、１４６…径方向孔、１４７…Ｌ字状孔、１５２…送液用溝、１５８…応力緩和溝、１６０…チタンスリーブ、Ａ１…（ロータの）回転軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】