特許 7534127 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】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(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 9/14 20060101AFI20240806BHJP

   B04B 5/02 20060101ALI20240806BHJP

   B04B 9/10 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

B04B9/14

B04B5/02 Z

B04B9/10

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020086937

(22)【出願日】2020-05-18

(65)【公開番号】P2021181047

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2022-12-19

(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】岸 拓也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 淳

【審査官】宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１８０１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２０７８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６２６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５５７０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０４Ｂ ５／０２

Ｂ０４Ｂ ９／１４

Ｆ１６Ｆ １５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直の回転軸を中心とする円筒部内に複数のボールを内蔵し、
前記円筒部の内壁面の最上部及び最下部との間に前記ボールが移動可能な滑走面を有し、
前記円筒部内における前記ボールの移動によってバランスを調節するバランサを備えた遠心機用ロータにおいて、
前記滑走面に対する前記ボールの周方向への移動を抑制するために、前記滑走面に平滑度が低い表面粗の領域を周方向に断続的に設けたことを特徴とする遠心機用ロータ。

【請求項2】

前記円筒部は、前記最上部と前記最下部の間において最大内径部を有し、
前記表面粗の領域は、前記最大内径部を含む位置に配置さ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】

前記円筒部の内面の全体又は一部を、前記最大内径部を有する樽形形状とした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】

前記表面粗の領域は、前記最大内径部を含む円周上に断続的に複数設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の遠心機用ロータ。

【請求項5】

前記円筒部の前記回転軸方向の高さを、前記複数のボールが高さ方向に少なくとも２列の千鳥配列に並ぶことが可能な高さとした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】

前記表面粗の領域は、通常面よりも１０倍以上粗い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】

前記表面粗の領域は、表面の法線方面の最大高低差が１００～１５０ミクロンであることを特徴とす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】

前記回転軸に対して所定の角度で設けられる保持穴を有するアングルロータに、前記円筒部が設けら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用ロータ。

【請求項9】

アーム部の一端に設けられるスイング軸と、前記スイング軸にスイング可能に設けられる、バケットを有するスイングロータに、前記円筒部が設けら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用ロータ。

【請求項10】

前記表面粗の領域は、前記滑走面の一部をブラスト処理又はエッチング加工によって形成された面であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の遠心機用ロータ。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項の遠心機用ロータと、
前記遠心機用ロータを回転させる駆動部と、前記遠心機用ロータを収容するロータ室を形成するボウルと、前記ロータ室を閉鎖するドアと、
前記駆動部の回転を制御する制御部と、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】

本発明はアンバランス吸収媒体として球体を収容したバランサを回転するロータに設けようにした遠心機用ロータ及びそれを用いた遠心機に関する。

【背景技術】

【0002】

回転機械の一例である遠心機（遠心分離機）は、試料を入れたロータを高速回転して試料に高遠心加速度を与え、高密度の試料を半径方向に分離させる機械である。回転の加速時や減速時に急速に速度を変化させると試料が攪拌され、密度の差に従って分離した液状の試料が混合されてしまうため、速度をゆっくり変化させ、試料が乱れたり混合したりすることを防止する。また、遠心分離機は高速で回転するため、ロータが振れる共振回転速度を超えて運転することになるが、加速時や減速時に共振回転速度を通過させる際に、ロータがアンバランスになりやすく、共振時の振動が大きくなる虞がある。よって、共振時の振動を少なくするために、ロータを駆動する駆動部と筐体間にはダンパーゴム等の衝撃吸収装置が設けられる。しかし、アンバランスが過大な状態でロータを回転させると、ダンパーゴムだけ振動を吸収することができずに、ロータの共振時に大きな騒音や振動を発生したりする。そこで、環状ケース内に液体を移動可能に封入した液体バランサをロータに設けたり、環状ケース内に鋼球を移動自在に収納したボールバランサを設けたりする技術が知られている。特許文献１は、ボール式のバランサを設ける例を示している。ここで図１１と図１２を用いてボールを用いたバランサ２５０の原理を説明する。

【0003】

図１１は、バランサ２５０の円筒ケース２５１の開口部から回転軸線Ａ１方向に見た上面図である（図示しない上側のカバーを取り外した状態）。バランサ２５０の内部空間は、外周側壁面２５２と内周側壁面２５４の間に円筒状の連続する形状とされ、複数のボール６０が周方向に自在に移動可能なように保持される。外周側壁面２５２と内周側壁面２５４は、下側部分にて底面２５３にて接続され、底面２５３は複数のボール６０が載置される面となり、ロータの停止時には底面２５３上にボール６０が接するように位置する。図１１の例ではボール６０は２つしか図示していないが、実際には円筒ケース２５１内にロータにアンバランスが生じ難いようにボール６０が配置され、ロータが高速回転するとすべてのボール６０がアンバランス質量（図示せず）の反対側に移動することによりアンバランス量を補正して、回転軸の振動を抑制する。図１１のようにボール６０が周方向に自在に移動できるように構成すると、ロータの起動及び加速時にボール６０が自在に動くため、ロータの共振点近くになるとボールが動いてしまって、反って振動が大きくなってしまう虞があった。そのため、円筒ケース内に粘度の高いオイル（例えば１００～３０００ｍｍ^２／Ｓ程度）を少量（１０数ｃｃ程度）入れることによってボールを動きにくくして、振動増大現象を抑制していた。

【0004】

図１２のバランサ２５０Ａは、基本的な形状は図１１のバランサ２５０と同じであるが、周方向に４カ所の隔壁２５５を形成することによって、ボール６０の公転可能範囲を制限するようにしたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１１－２６２６８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般に、共振回転速度（ロータを含む回転系の固有振動数とロータの回転速度が一致する回転速度）においては振動が大きくなることが知られているが、加えて、共振回転速度以下の回転速度においては、回転系の重心位置がロータ中心より回転中心から遠い位置に位置し、共振回転速度以上の回転速度においては、位相が１８０°ずれるため、回転系の重心位置がロータ中心より回転中心側に位置することが知られている。

【0007】

従って、遠心分離機に上記の従来のボールバランサを用いて運転すると、ロータが振動する共振回転速度に達する以前（共振回転速度以下の回転速度）では、試料のアンバランスと同じ方向に振れてゆっくり加速しているため、試料のアンバランス質量の方向にボールが移動することになり、結果として、このボールがアンバランスを更に大きくするよう働いてしまう。その結果、ボールバランサが無い場合よりボールバランサが有る場合のほうが共振時の振動が大きくなり、騒音が大きくなったりするという欠点を有している。

【0008】

しかし、共振回転速度を過ぎて高速回転（共振回転速度以上の回転速度）になると、ロータは試料のアンバランスとは反対方向に振れるため、ボールが試料のアンバランスの反対方向に移動することになり、ボールがアンバランス質量が小さくなるようバランスを自動調整し、ロータの振動は急激に少なくなり、ボールバランサの効果を発揮できる。

【0009】

図１１に示すような油の粘性を利用したボールバランサは、長年の使用による油量の減少などで共振点付近において自励振動を発生させる虞があった。油漏れや油減少を避けるためには定期的なメンテナンスが必要となり、メンテナンスコストが上昇する。また、図１２に示すような従来のボールバランサでは隔壁を設ける構造が複雑になるため製造コストの上昇が大きい上に、公転するボールが隔壁に衝突する際の騒音が大きくなるという欠点がある。また、内部の油を密封するための構造も必要となり、製作コストが上昇する欠点もある。

【0010】

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータの高速回転時にボールを移動させることによって回転するロータのアンバランス質量を補正できるバランサを有する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、ボールの移動によってアンバランス質量を補正するバランサをオイルレス又はきわめて少量のオイルの使用で実現でき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。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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、鉛直の回転軸を中心とする円筒部内に複数のボールを内蔵し、円筒部の内壁面の最上部及び最下部との間にボールが移動可能な滑走面を有し、円筒部内におけるボールの移動によってバランスを調節するバランサを備えた遠心機用ロータにおいて、滑走面に対するボールの周方向への移動を抑制するために、滑走面に、平滑度が低い表面粗の領域（表面粗領域）を周方向に断続的に設けた。円筒部は、最上部と最下部の間において最大内径部を有し、表面粗の領域は、最大内径部を含む位置に配置され、内面の全体又は一部を最大内径部を有するような樽形形状とした。

【0012】

本発明の他の特徴によれば、表面粗の領域は、最大内径部を含む円周上に断続的に複数設けられる。また、円筒部の回転軸方向の高さは、最低でも複数のボールが高さ方向に少なくとも２列の千鳥配列に並ぶことが可能な高さを確保すると良いが、例えばボールが２段並ぶ程度にすると特に好ましい。表面粗の領域は、通常の滑走面（平滑な面）より１０倍以上粗くなるように形成すると良く、例えば、表面の法線方面の最大高低差、即ちＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋの高低差が１００～１５０ミクロン程度となるようにすると良い。

【0013】

本発明のさらに他の特徴によれば、バランサを構成する円筒部は、回転軸に対して所定の角度で設けられる試料容器用の保持穴を有するアングルロータ、又は、スイング軸にスイング可能に設けられるバケットを有するスイングロータに設けられる。円筒部に形成される表面粗の領域は、滑走面全体を第一の表面粗として製造した後に、表面加工によって粗く加工することにより形成できる。このようにして形成される遠心機用ロータを用いて遠心機を構成した。遠心機には、遠心機用ロータを回転させる駆動部と、遠心機用ロータを収容するロータ室を形成するボウルと、ロータ室を閉鎖するドアと、駆動部の回転を制御する制御部と、を含んで構成される。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、バランサの円筒部は、内部空間の上端位置（天井面）と下端位置（底面）の間において最大内径部を有するような樽状の形状であり、内壁面のうちボールの径方向外側に接触する滑走面を円筒部内側面の上部と下部の間に設け、滑走面に通常面の領域と、通常面より粗い表面粗の領域を設けたので、ボールの公転運動を抑制することで自励振動の発生を抑制し、共振点付近での回転をスムーズに行うことができる。この結果、共振回転速度付近でのボールが無駄な移動をすることを抑制でき、アンバランス補正能力を高めることができる。また、本発明の構造はきわめて簡略であり、製造コストの増加がわずかですむ。更には、本発明によってロータの過度な振動を抑制することができ、遠心機の耐久性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例に係る遠心機の正面図であり、主要部分を断面図で示した図である。

【図2】本実施例のスイングロータ３０の斜視図である（停止時）。

【図3】図１のスイングロータ３０の斜視図である（高速回転時）。

【図4】図２のバランサ５０の縦断面図である。

【図5】図２のスイングロータ３０の縦断面図である（停止時）。

【図6】図３のスイングロータ３０の縦断面図である（高速回転時）。

【図7】バランサ５０の内部のボール６０に加わる力の状態を説明するための模式図である。

【図8】本発明の第２の実施例に係るアングルロータ１３０の断面斜視図である。

【図9】本発明の第１及び第２の実施例に係るバランサ５０、１５０の滑走面の形状の変形例である（その１）。

【図10】本発明の第１及び第２の実施例に係るバランサ５０、１５０の滑走面の形状の変形例である（その２）。

【図11】従来の遠心機用ロータに用いられるバランサ２５０の原理を説明するための図である（その１）。

【図12】従来の遠心機用ロータに用いられるバランサ２５０の原理を説明するための図である（その２）。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0016】

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、前後左右、上下、内周側及び外周側は図中に示す方向であるとして説明する。

【0017】

図１は本発明の遠心機１の縦断面図である。遠心機１は、箱型の筐体１１を備え、筐体１１の内部の上下中央付近には仕切り板１２によって上下２段の空間に仕切られる。仕切り板１２の上段の空間には、上面が開口する略円筒状のボウル４が収容され、ボウル４の外周側の全体には円筒状の防護壁６が配置される。ボウル４の上面には開閉可能なドア１４によって密閉され、これらによってロータ室３が形成される。ドア１４は、筐体の後方側または側面側に設けられたヒンジ（図示せず）に軸支される揺動式とされ、ドア１４の前方側が開口する。ボウル４の周囲には冷凍配管１７が巻回され、図示しない冷却装置によってロータ室３内が所望の温度に保たれる。ロータ室３内には、遠心分離機用ロータとしてスイングロータ３０が収容される。スイングロータ３０は、駆動軸８に装着されるロータボディ３１と、ロータボディ３１に対してスイング可能に保持される複数のバケット４０と、ロータボディ３１と同軸上に取り付けられるバランサ５０により構成される。スイングロータ３０は駆動軸８に着脱可能であるので、遠心分離を行う試料の量や種類によって、他のスイングロータや、アングルロータ等を駆動軸８に装着することが可能である。尚、スイングロータ３０の全体を収容し、スイングロータ３０と共に回転させる金属製の収容カバーを使用しても良い。

【0018】

筐体１１の上部後方側の傾斜パネル１５には操作表示部１６が設けられる。操作表示部１６は、ユーザからの入力を受け付けるための入力部と、ユーザに対して情報を表示する表示部の機能を果たすもので、複数のボタンとＬＥＤ表示装置で形成できる。尚、タッチ式の液晶ディスプレイを用いて構成すれば、入力部と表示部を一体で実現できる。遠心機１には、操作表示部１６への情報の表示とユーザからの操作入力の受付けの制御、モータ７の回転制御、冷凍配管１７に冷媒を流すための図示しない冷却装置の制御等の遠心機１全体の制御を行う制御部２０が設けられる。制御部は、マイクロコンピュータ、揮発性および不揮発性の記憶メモリ等を含んで構成される電子回路である。

【0019】

筐体１１内の仕切り板１２によって仕切られた下段には、駆動部たるモータ７が設けられる。モータ７は、モータハウジング９の内部に収容され、モータハウジング９はダンパーゴム１０を介してフレーム１３に固定される。遠心機１のような回転機械ではスイングロータ３０が振動する共振回転速度があり、共振回転速度はモータ７やスイングロータ３０の質量と慣性モーメント、及びダンパーゴム１０によるばね定数と減衰係数により決まる。モータ７はその駆動軸（回転軸）８が鉛直方向に伸びるように配置される。駆動軸８は、ボウル４の底部に形成される貫通穴４ａからロータ室３の内部空間に達するように延びる。貫通穴４ａと駆動軸８の間は、軸カバー５が嵌着される。このように軸カバー５によりモータ７の上部を覆うことでロータ室３の密閉性を保ち、ロータ室３内の冷気がロータ室３の外部に流れ出ないようにしている。さらに、駆動軸８には図示されていないピンが設けられていて、スイングロータ３０のハブ３２に設けられている切り欠き部３２ａにピンが係合することで、下方への動きが規制し、さらに駆動軸８の先端部に設けられている図示されていない雌ネジ部にナット１８を取付けてスイングロータ３０を駆動軸８に固定する。

【0020】

スイングロータ３０が高速で回転することにより、遠心力によってバケット４０がスイング軸（図２で後述する揺動軸３７）を中心にして揺動する。スイングロータ３０の停止時にはバケット４０の底面が下側、開口部が上側に向くように位置する。スイングロータ３０は、このようにバケット４０を取り付けた状態でロータ室３から外部に取り外しが可能であるし、スイングロータ３０を遠心機１にセットした状態で、バケット４０だけをスイングロータ３０から取り外してロータ室３から外部に取り出しが可能である。

【0021】

遠心機１は、停止時から遠心分離を行う回転速度に至るまでに共振回転速度を越えて運転することになる。共振回転速度は装着する遠心機用ロータの種類や、遠心機用ロータにセットされる試料の重量によって変わるが、例えば、１２００～１６００ｒｐｍの範囲に存在する。遠心機用ロータが加速中に共振回転速度に到達すると、共振現象の発生によって振動が増大する虞があるため、その時の振動を抑えるため、ダンパーゴム１０の減衰係数を適正化することが重要であるが、共振回転速度時の振動をさらに抑えるために本実施例の遠心機１では、遠心機用ロータ（スイングロータ３０）にバランサ５０を設けた。さらに、ロータにセットする試料のバランスの誤差を従来より大きくしても運転することができる。

【0022】

バランサ５０は駆動軸８と同軸上となるように、ロータボディ３１の上部に設けられる。バランサ５０は、高速回転中のスイングロータ３０の回転バランスを、より高精度にとるために設けられるもので、円筒ケース５１の内に複数のボール６０を移動自在に内蔵したものである。ボール６０としては鋼球が用いられ、周方向に並べた際にロータにアンバランスが生じ難いようにボール６０が収容される。なお、ボール材質はセラミックス製等でも良く、限られた空間で対アンバランス性能を良くするためには、比較的比重の重い材質も用いることが望ましい。また、図３のようにスイングロータ３０が高速で回転すると、バランサ５０内のボール６０がアンバランス質量の反対側に移動することによってアンバランス量を補正し、駆動軸８の振動を抑制する。図１ではボール６０が周方向に一列に並んでいる状態を図示しているが、図１の状態からさらに回転が上昇すると、図３に示すように特定のバケット４０Ａにアンバランスがある場合に、ボール６０がアンバランス質量と反対側に千鳥配列で並ぶことになる。

【0023】

図２は停止時におけるスイングロータ３０の斜視図である。円筒ケース５１はロータボディ３１に取り付けられている状態（＝遠心分離運転時の状態）を示している一方、カバー５６は取り外した状態（＝遠心分離運転ができない状態）を示している。スイングロータ３０は、複数のバケット４０と、バケット４０を保持するロータボディ３１と、ロータボディ３１の上部に取り付けられるバランサ５０によって構成される。スイングロータ３０は、ロータ室３とドア１４で囲まれた空間内で回転し、スイングロータ３０の停止時にドア１４を開け、分離された試料をバケット４０から出し入れする。ロータボディ３１は、貫通穴３３（図１参照）が形成された外径が略直方体のハブ３２と、ハブ３２の径方向外側であって上から見て十字状に四方に延びるアーム部３４と、アーム部３４のそれぞれの先端付近からＶ字状に広がるように接続される分岐アーム部３５と、隣接する分岐アーム部３５を面状の部材にて接続することにより強度を向上させるための水平リブ３６によって構成される。分岐アーム部３５は、略９０度の角度（分岐角）となるように２つに分岐する。ロータボディ３１は、主にステンレス鋳鋼製やアルミ合金製の精密鋳造によって一体で製作され、組合せ精度の必要な個所のみ機械加工により切削されたり、部品が追加されたりする。

【0024】

ハブ３２は駆動軸８（図１）に設置される箇所となり、取り付けられるバケット４０の数が４個の場合は、回転軸（回転中心）Ａ１を中心としてハブ３２の回りに回転角９０°間隔で４本のアーム部３４が配置される。尚、バケット４０の取り付け数に応じて、アーム部３４の本数と、各分岐アーム部３５の挟持角は設定されるが、アーム部３４と分岐アーム部３５は、貫通穴３３（図１参照）に対して回転対称となるように配置される。

【0025】

分岐アーム部３５は、回転軸に垂直な方向に延び、バケット４０を挟んで対向する分岐アーム部３５と互いに平行な位置関係となる。分岐アーム部３５の２本分を用いて１つのバケット４０を保持する。各分岐アーム部３５には、バケット４０を支承するために略円柱状の形状の揺動軸３７を取り付けるための図示されていない貫通穴が設けられていて、その貫通穴に揺動軸３７をバケット４０がセットする側から挿入し、水平リブ３６側に突出した揺動軸３７に抜け止め用のサークリップ４３を取り付けて揺動軸３７が分岐アーム部３５から抜けないように取り付けている。揺動軸３７は、分岐アーム部３５を水平方向に貫通してバケット４０側に対して及び反バケット側に対して凸状に突出する部分である。揺動軸３７の伸びる方向、即ち、揺動軸３７の軸線方向は、ロータボディ３１の回転軌跡の接線方向と同じ方向となり、バケット４０に形成された凹状の窪み（図では見えない）に係合することにより、バケット４０がロータボディ３１に掛止される。

【0026】

バケット４０は、例えばアルミ合金等の金属の一体成形により製造されるカップ状の形状であり、上から見た際に略長方形の開口部４１を有する。バケット４０の上端近傍であって、揺動軸３７の周囲付近は、部分的に厚みを増した肉厚部４２が形成され、肉厚部４２に下向きにＵ字状の窪み（図では見えない）が形成されることにより、バケット４０を揺動軸３７に掛止する。遠心分離運転時には、バケット４０内に試料を入れた試料容器、血液バッグ等をいれたカップ、等を装着し、装着状態にてスイングロータ３０を高速回転させる。

【0027】

ロータボディ３１のハブ３２の上側にバランサ５０が装着される。バランサ５０は、駆動軸８と同軸上になるようにネジ等で固定される。バランサ５０は、円筒ケース５１と、円筒ケース５１の上側の開口部５１ａを閉鎖するためのカバー５６と、複数のボール６０によって構成される。円筒ケース５１は、底面５４と円筒形の内壁面５２を有し、上側に円形の開口部を有し、複数のボール６０を周方向に移動自在に収納する空間を画定する。円筒ケース５１は、金属製であって、内部には１４個のボール６０が収容される。ボール６０は、固定されていない状態にあって公転及び自転が可能である。スイングロータ３０の回転と共にバランサ５０が回転すると、ボール６０は円筒ケース５１と共に回転するか、又は円筒ケース５１と共に回転しないで同じ場所に留まるか、その他の動きを行う。しかしながら、ボール６０にもスイングロータ３０の回転による遠心力が作用するために、スイングロータ３０の回転時のアンバランス状態に応じた動きをする。スイングロータ３０の高速回転時には、ボール６０がアンバランス質量の反対側に移動することによってアンバランス量を補正し、駆動軸８の振動を抑制する。この際、遠心力によってボール６０は外周側に押しつけられるため、円筒ケース５１の円筒状の内壁面５２に接した状態を保つことになる。この際にボール６０が接する内壁面５２の領域が滑走面の一部である。スイングロータ３０の回転開始直後のように極低速回転時においては、円筒ケース５１の回転に伴ってボール６０が自転しながら又は自転せずに、回転軸線Ａ１（図１参照）を中心に公転する。

【0028】

スイングロータ３０の回転が上昇して共振する回転速度付近（例えば１２００～１６００ｒｐｍ）を超えると、ボール６０はアンバランスを調整する位置に移動して、そこに安定的に留まる。本実施例では、ボール６０の移動とバランス位置への静止を安定的なものとするために、ボール６０の滑走面（内壁面５２）の一部に、周方向に断続するように複数の表面粗の領域５５を形成した。通常、内壁面５２はボール６０の公転を容易にするために表面が滑らかな面（平滑面）に加工される。滑走面は、内壁面５２のうち公転するボール６０が接触する径方向外側の当接面であり、周方向に連続し、回転軸線Ａ１方向に所定の幅を有する。スイングロータ３０が極低速で回転する間は、ボール５０は径方向外側の滑走面（内壁面５２）と底面５４に接触するが、遠心分離速度に至る加速中は、ボール６０と円筒ケース５１の底面５４との接触状態が解消され、径方向外側の滑走面（内壁面５２）部分だけで当接する。

【0029】

内壁面５２の一部に形成される表面粗領域５５は、周方向（回転方向）に等間隔で複数設けられる。表面粗領域５５は、内壁面５２全体を平滑に製造した後に、その一部を表面加工によって粗く加工することにより形成される。粗く加工する方法は、細かい玉や砂等を噴射して摩擦面をつくるブラスト処理を用いると良い。尚、滑らかな表面を有する鋼材の表面に摩擦抵抗力を有するような凸凹を形成できるならば、ブラスト処理以外のその他の方法、例えば、レーザー加工、薬品による腐食作用を利用して金属を溶解加工するエッチング加工を用いても良い。

【0030】

円筒ケース５１のカバー５６は、ボール６０を円筒ケース５１内に留めておくように閉鎖して、略円環状の移動空間を形成するために装着されるもので、金属製又は合成樹脂製である。例えば、切削加工等で製作された金属製の物や、インジェクション等で製作された合成樹脂製品とする。カバー５６は外周面に円環部５６ａが形成され、円環部５７の内周側はカップ部分５６ｂが形成され、カップ部分５６ｂの底面部５６ｃには複数の貫通穴５６ｄが形成され、貫通穴５６ｄに図示しないネジを通して、ネジをロータボディ３１の雌ねじ穴（図では見えない）に螺合させる。底面部５６ｃにはさらに、インロー部５６ｅが設けられていて、このインロー部５６ｅをカバー取付部５８の内周面５８ａにはめ込むこと、円筒ケース５１に対してカバー５６が位置決めされ、円環部５６ａの下側面とカップ部分５６ｂの外周面がボール６０に相対する面となる。

【0031】

図３は、高速回転時におけるスイングロータ３０の斜視図である。バランサ５０の内部構成がわかるように、図２と同様にカバー５６を取り外した状態にて図示している。スイングロータが回転せずに静止している時は、図２にて示したように、バケット４０の上下方向中心軸と回転軸線Ａ１（図１参照）は平行（スイング角＝０°）であるが、スイングロータ３０の回転速度が上昇するに従い揺動可能に設置されたバケットに遠心力が作用し、スイング軸を中心にバケットが回転してスイング角が０°より大きくなり、バケットを水平に足らしめる遠心力を発生させる回転速度で、図３に示すようにほぼ水平（スイング角≒９０°）となる。ここで「スイング角」とは、バケット４０の中心軸Ｂ１が回転軸線Ａ１となす相対角度である。遠心分離運転が終わりスイングロータ３０が減速され、回転速度の減少に伴いスイング角は徐々に減少し、回転停止時にはスイング角は再び０となる。このようにスイングロータ３０は遠心中の遠心力の大きさによりスイング角度が変化する。

【0032】

スイングロータ３０の回転速度が上昇すると、ボール６０が円筒ケース５１の底面５４から離れて樽状に形成された内壁面５２を上方向の最大内径位置に向けて移動し、図６に示すように最大内径位置で一列に並んだ状態になる。更に、スイングロータ３０の共振回転速度より高速になると、振動中心が円筒ケース５１の中心からアンバランス質量側に移動し、その結果、ボール６０にはアンバランス質量の反対側に水平に移動する力が発生する。この水平に移動する力と各ボール６０の高さのばらつきにより、ボール６０は隣接するボール６０の表面や滑走面の表面粗領域５５を乗り越えて上下に交互に移動して千鳥配列又は上下２列にてアンバランス質量の反対側に集まる。つまり、図３に示すように複数のボールはアンバランス重量側と反対側にすべて集中することになる。

【0033】

ボールの集まる数は、円筒内面の樽型の曲率半径によって発生する上下にずれたボールを水平一列に戻す力が釣り合うまで自動的に行われる。スイングロータ３０の加速に伴い、円筒ケース５１内のボール６０は底から離脱し、回転速度の増加につれてボール６０が徐々に上昇するが、ボール６０の急激な移動がないので、ボール６０同士の衝突音も抑制することが可能である。さらに、図６に示す最大内径位置で一列に並んだ状態において、例えば１２００～１６００ｒｐｍの範囲におけるボールが周方向に移動することによる異常振動も抑制することができる。よって、本実施例ではボール６０の配置される内部空間にオイルを入れない、いわゆるオイルレスの構造とすることができる。

【0034】

図４は、図２のバランサ５０単体の部分縦断面図であり、スイングロータ３０の停止時の状態である。この図ではカバー５６を取り外した状態の断面である。ボール６０の半径をｒとすると、直径は２ｒとなる。円筒ケース５１の内部空間の高さは、ここではボール６０の直径の２倍よりわずかに大きい程度とし、ボール６０が上下方向に２つ並ぶ程度に形成した。ボール６０が載置される底面５４の内周側には、上方向に隆起する凸状部５４ａが形成され、ボール６０の内周側への移動を制限する。円筒ケース５１の円筒ケース５１の内壁面５２（５２ａ～５２ｄ）は、わずかな樽状に形成され、矢印５２ａ付近では上に向かうにつれてわずかに直径が大きくなるように外側に指向するごとくに傾斜する円弧面、又は、傾斜面が形成される。内壁面５２は矢印５２ｂの中央部(滑走面５３の中央部)付近が最大内径位置となり、矢印５２ｃ付近では上に向かうにつれてわずかに直径が小さくなるように絞り込まれる円弧面、又は、傾斜面が形成される。矢印５２ｄ付近は、上に向かうにつれてわずかに直径がさらに絞り込まれる形状であるが、これはカバー５６の円環部５６ａ（図２参照）を装着するための止め部を形成するためである。開口部５１ａの上側にカバー５６（図３参照）の円環部５６ａが当接する。円筒ケース５１の底面の内周側には凸状部５４ａが形成され、スイングロータ３０の静止時にボール６０が円筒ケース５１の外周側に留まるように案内する。

【0035】

滑走面５３は内壁面５２のうち、ボール６０が接触できる範囲である。ボール６０の半径はｒであるため、内壁面５２のうち、上端位置から下にｒの部分、下端位置から上にｒの部分を除いた残りの範囲が滑走面５３となり、ボール６０と当接する。滑走面５３はボール６０の公転を妨げないように平滑に形成することが重要である。一方で、本実施例では滑走面５３の一部に表面粗領域５５が形成される。表面粗領域５５は周方向に断続的に合計１０箇所形成される。凸状部５４ａの内側には、カバー５６のカップ部分５６ｂの底面と当接するカバー取付部５８が形成される。カバー取付部５８の中央には、貫通穴５９が形成される。

【0036】

図５は図２のスイングロータ３０の縦断面図であって、スイングロータ３０の停止時の状態である。スイングロータ３０が停止しているときにはバケット４０には遠心力がかからないため、重力の作用によりバケット４０はその開口が上向き（バケット４０の中心線Ｂ１が鉛直方向）になる。同様に複数のボール６０にも遠心力が加わらないため、底面５４上に載置された状態になる。

【0037】

図６は図３のスイングロータ３０の縦断面図であって、スイングロータ３０が共振回転速度付近に到達した際の状態である。スイングロータ３０の加速が開始して共振回転速度付近まで達すると、ボール６０が遠心力によって樽状の内壁面５２の最大内径位置付近に移動して、その付近で周方向に一列に並んで回転する。また、共振回転速度付近まで達するとバケット４０も中心線Ｂ１が水平状態なるようにスイングする。

【0038】

図７はバランサ５０の内部のボール６０に加わる力の状態を説明するための模式図である。スイングロータ３０が共振回転速度付近に達すると、ボール６０－１、６０－２は遠心力によって環状室の外側に集まって、内壁面５２に押付けられるような状態となるとともに、ボール６０－１、６０－２は遠心力によって公転（回転軸線Ａ１を中心とする回転）するような状態になる。この際、周方向に複数箇所の表面粗領域５５が形成されていると、慣性力に対して摩擦力が作用するためボール６０－１の移動が抑制される。このように円筒ケース５１の内壁面に表面粗領域５５を設けたことによって、共振回転速度付近でのボール６０－１の公転運動を抑制することができ、異常振動の発生を抑制し、遠心機の対インバランス性を向上させることができる。一方、ボール６０－２は表面粗領域５５上にはないため、公転運動が抑制されない。図７では円周方向に２つのボール６０－１、６０－２しか図示していないが、周方向にほぼ連なるように多数のボール６０が配置される場合は、そのボール６０のうち表面粗領域５５上を滑走するボール６０－１だけに大きな摩擦力が働くため、その後に隣接するボール６０（例えば６０－１と６０－２の間に存在するような図示しないボール６０）の公転を抑えることができるので、結果としてボール６０全体の公転を抑制することができる。その後、共振回転速度を越えて遠心分離回転速度に到達した際に、スイングロータ３０のアンバランス量がボール６０によるアンバランス吸収限界点未満であれば、ボール６０は振動振幅が零になるまで互いに接近して千鳥配列状になるためスイングロータ３０の振動を小さくすることができる。

【実施例2】

【0039】

以上、本発明の実施例をスイングロータ３０に基づいて説明したが、ロータの種類は何れでもよく、いわゆるアングルロータ１３０においても同様に適用できる。図８はアングルロータ１３０の断面斜視図である。ロータボディ１３１は、アルミ合金やチタン合金材料を用いて機械加工で製作された一体構造（中実型）である。ロータボディ１３１には図示しない試料容器を装着するための６つの円柱形の保持穴１３２が設けられる。保持穴１３２は円筒形の試料容器（図示せず）の外形とほぼ同形の形状である。保持穴１３２は、試料容器のほぼ全体を覆う程度の大きさとすることにより、遠心分離作業中の試料容器自体の変形を防ぐことができる。ロータボディ１３１の上側には、遠心分離中に万一試料容器（図示せず）から試料が漏れた場合にロータボディ１３１からの液漏れを防ぐための液封環状溝１３３が設けられ、その上部に開口部１３１ａが形成される。開口部１３１ａには図示しないロータカバーが装着可能である。ロータボディ１３１の中心軸下方には、モータ７の駆動軸８に装着するための駆動軸穴１３６が形成される。駆動軸穴１３６は、駆動軸８に対して相対的に回転不能なように固定されることが重要であり、遠心分離機の分野で公知の固定方法を用いて装着できる。

【0040】

ロータボディ３１の中央付近は、下方向にくりぬかれたような大きなくりぬき部１３４が形成される。このくりぬき部１３４は、ロータボディ１３１の中心軸上部の重さを軽くすることができ、ロータボディ１３１のさらなる軽量化を図るために設けられる。本実施例ではこのくりぬき部１３４を形成する空間を用いてバランサ１５０を設けた。バランサ１５０は、ロータボディ１３１の中央部に形成された円筒室１５１と、円筒室１５１の内部に収容される複数のボール１６０と、円筒室１５１の開口部１５１ａを閉鎖するカバー１５６によって構成される。円筒室１５１の中央には、上方に突出する突出部１５４が形成され、突出部１５４の上部軸心には、カバー１５６を固定するためのネジ穴１５４ａが形成される。カバー１５６の下側にはネジ穴１５４ａと螺合するネジ部１５７が形成される。ネジ部１５７は軸心方向に延び、図示しない雄ねじ部が形成される。

【0041】

図８には図示していないが、バランサ１５０の内壁面１５２は樽形形状であり、図２～図４で示したような表面粗領域が形成される。表面粗領域の配置する位置や、製造方法は第１の実施例と同様に配置すれば良い。このようにアングルロータ１３０に本実施例のバランサ１５０を設けることによって、アングルロータの共振点付近での自励振動（ボールの公転振動）を抑制することができる。また、試料によってアンバランスが生じてもバランサ１５０によってアングルロータ１３０の高速回転時の振動を少なくすることができる。尚、図８の実施例ではバランサ１５０は、アングルロータ１３０のロータボディ１３１に直接円筒室１５１を形成するようにしたが、第一の実施例と同様に円筒ケース５１とカバー５６にて形成される別体式のバランサをロータボディ１３１の内部又は外部に固定するように構成しても良い。

【0042】

次に図９及び図１０を用いて、表面粗領域５５の配置例の変形例を説明する。ここでは円筒ケース５１の内壁面５２を平面状に展開した展開図であり、全周の１／３（１２０°分）を示している。尚、内壁面５２は樽状であるので完全な平面状にはならないが、樽状とされる湾曲度合いがきわめて小さいので（回転半径Ｒ＝２００ｍｍ程度）、完全な円筒面を展開したものと近似して図示している。

【0043】

図９（Ａ）は、第１の実施例の表面粗領域５５の配置例である。ここでは、内壁面５２は、最低でもボール６０の半径ｒの１．４１倍より大きく、好ましくは２倍以上の高さを有するように構成される。下端位置（最下部）から上に高さｒ（＝ボール６０の半径）と、上端位置（最上部）から下に高さｒまでの範囲は、ボール６０が接触可能な滑走面５３となる。本発明ではこの領域が平滑面となる。滑走面５３の上側の領域５２ｃと、下側の領域５２ａは滑走面５３と同等の平滑度で形成される。これは内壁面５２全体を同等の平滑度で形成した後に、特定の領域（表面粗領域５５）の表面だけを加工することによって、平滑度を低下させるためである。

【0044】

図９（Ａ）の表面粗領域５５の形状は四角形であり、隣接する表面粗領域５５の間には滑走面５３（第一の表面粗領域）が残存する。従って、ボール６０が内壁面５２に接触しながら周方向に公転する際には、表面粗領域５５と滑走面５３に交互に接触することによって公転速度が抑制されることなり、ボール６０の公転運動が抑制される。このように、表面粗領域５５と滑走面５３に交互に接触するようにできるならば、表面粗領域５５の形状は四角形だけでなく、その他の形式でも良い。図９（Ｂ）は丸い形状の表面粗領域５５Ａである。面粗領域５５Ａの間隔Ｔは任意であり、狭くしても広くしても良い。但し、表面粗領域５５Ａは上下方向に見て最大内径位置を跨ぐように配置することが好ましいが、最大内径位置を跨がなくても近接させて配置しても同様の効果が得られる。また、表面粗領域５５Ａの周方向にみた間隔Ｔは一定であるが、Ｔの間隔を全部一定でなく、増減させても良い。

【0045】

図９（Ｃ）は正五角形とした表面粗領域５５Ｂである。ここでも上下方向に見て最大内径位置を表面粗領域５５Ｂが跨ぐようにし、かつ、周方向に断続的に配置させることが重要である。このように、表面粗領域５５Ａ、５５Ｂを形成することによっても、図１～図７に示した第１の実施例と同様の効果が得られる。

【0046】

図１０（Ａ）は菱形とした表面粗領域５５Ｃである。表面粗領域５５Ｃも最大内径位置に断続的に配置される。共振回転速度付近においては複数のボール６０は最大内径位置と同じ高さに揃うので、最大内径位置を周方向に見た際に、表面粗領域５５Ｃと滑走面５３が交互に出現するように構成すれば、表面粗領域５５Ｃの領域の形状が菱形であっても、三角形やその他の形状であっても、同様の効果が得られる。

【0047】

図１０（Ｂ）は、内壁面５２全体の平滑度を可変にしたものである。図中の黒が濃い部分の平滑度が小さく、粗い面であることを示し、白い部分の平滑度が高いことを示している。ここでは内壁面５２の下端から最大直径位置に至るまでの平滑度が徐々に粗くなるようにし、内壁面５２の上端から最大直径位置に至るまでの平滑度が徐々に粗くなるようにした。このように内壁面５２の平滑度を上下方向に可変にしても、共振回転速度でボール６０の公転運動を阻害し、共振回転速度以外の回転速度でボール６０の公転運動を阻害しなければ共振回転速度付近での異常振動の発生を抑制できる。尚、内壁面５２の平滑度を上下方向だけでなく周方向に可変にしても良く、滑走面５３における平滑度が同じでなければ本発明の効果が得られるものである。

【0048】

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。

【符号の説明】

【0049】

１ 遠心機 ３ ロータ室 ４ ボウル ４ａ 貫通穴
５ 軸カバー ６ 防護壁 ７ モータ ８ 駆動軸
９ モータハウジング １０ ダンパーゴム １１ 筐体
１２ 仕切り板 １３ フレーム １４ ドア １５ 傾斜パネル
１６ 操作表示部 １７ 冷凍配管 １８ ナット ２０ 制御部
３０ スイングロータ ３１ ロータボディ ３２ ハブ
３２ａ 切り欠き部 ３３ 貫通穴 ３４ アーム部
３５ 分岐アーム部 ３６ 水平リブ ３７ 揺動軸 ４０ バケット
４０Ａ （特定の）バケット ４１ （バケットの）開口部
４２ （バケットの）肉厚部 ４３ サークリップ
５０ バランサ ５１ 円筒ケース ５１ａ 開口部 ５２ 内壁面
５３ 滑走面 ５４ 底面 ５４ａ 凸状部
５５、５５Ａ～５５Ｃ 表面粗の領域 ５６ カバー ５６ａ 円環部
５６ｂ カップ部分 ５６ｃ 底面部 ５６ｄ 貫通穴
５６ｅ インロー部 ５７ 円環部 ５８ カバー取付部
５８ａ 内周面 ５９ 貫通穴 ６０ ボール
１３０ アングルロータ １３１ ロータボディ １３１ａ 開口部
１３２ 保持穴 １３３ 液封環状溝 １３４ くりぬき部
１３６ 駆動軸穴 １５０ バランサ １５１ 円筒室
１５１ａ 開口部 １５２ 内壁面 １５４ 突出部
１５４ａ ネジ穴 １５６ カバー １５７ ネジ部 １６０ ボール
２５０、２５０Ａ バランサ ２５１ 円筒ケース ２５２ 外周側壁面
２５３ 底面 ２５４ 内周側壁面 ２５５ 隔壁
Ａ１ （スイングロータの）回転軸線 Ｂ１（バケットの）中心線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】