(57)【要約】【課題】大容量のロータを使用できるようにし、且つインバランス量の制限値を軽減した遠心機を安価に提供する。【解決手段】筐体２と、ロータ３と、筐体内に設置されロータ３を出し入れするための開口部４を持ち且つロータ３を収容するロータ室５と、開口部４を開閉するドア７と、ロータ３を回転駆動し且つロータ３を着脱自在とした駆動装置６と、ロータ室５と駆動装置６の間に介在するバネ作用と減衰作用を有する支持部材１０と、駆動装置６の下方への移動を制限する移動制限部材１９とを備えている。ロータ３の未装着状態では、移動制限部材１９と駆動装置６との間に鉛直方向の隙間が存在し、且つ駆動装置６へ装着するロータ３の自重の軽重によって移動制限部材１９の接触、非接触の状態が異なるように設定する。【選択図】図１
2014226659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
ロータと、
前記ロータを収容するロータ室と、
前記ロータを回転駆動する駆動装置と、
前記駆動装置を前記筐体に支持する支持部材と、
前記駆動装置の下方への移動を制限する移動制限部材とを備え、
前記ロータの未装着状態では、前記移動制限部材と前記駆動装置又は前記筐体側の部材との間に鉛直方向の隙間が存在し、且つ前記駆動装置へ装着する前記ロータの自重の軽重によって前記移動制限部材の接触、非接触の状態が異なることを特徴とする遠心機。
【請求項２】
前記移動制限部材を前記駆動装置の下方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
【請求項３】
前記移動制限部材が前記筐体側に設けら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。
【請求項４】
前記移動制限部材が前記駆動装置側に設けら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。
【請求項５】
前記ロータの重量によって前記支持部材に伸長方向の力が加わることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の遠心機。
【請求項６】
前記移動制限部材がバネ作用と減衰作用を有する防振部品であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遠心機。
【請求項７】
前記移動制限部材がバネと減衰機構とを有する摩擦ダンパであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遠心機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを駆動装置によって回転駆動することで発生する遠心力を利用する遠心機に係り、とくにロータのインバランス対策のための駆動装置の支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心機は、ロータを駆動装置によって高速回転させることで発生する遠心力を利用する装置であり、遠心分離機においては、試料をチューブやボトルに入れ、それらをロータに収容させた後、ロータをロータ室の中に収容し、モータ等の駆動装置によってロータを高速に回転させることで発生する遠心力により、ロータに保持された試料の分離、精製等を行う。
【０００３】
遠心機の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）までの製品群が提供されている。
【０００４】
一般的に１０,０００ｒｐｍ以上で回転する遠心機の駆動装置の回転軸は、回転軸の曲げ剛性を小さくし、曲げの固有振動数をロータの設定可能な回転速度よりも低速側に持たせる、いわゆる弾性軸を採用し、ロータ自身に残留するインバランスや試料のインバランスからなるロータ全体のインバランスによる高速回転時の軸受荷重を軽減するようにしている。
【０００５】
一方、ロータは、分離する用途によって種々の形式のものがあり、試料を収容する穴と駆動装置の回転軸とが一定の固定角度であることが特徴のアングルロータや、試料を収容したバケットをロータボディに吊り下げて、ロータの回転と共に鉛直方向から水平方向に揺動させ、水平方向にすることが特徴のスイングロータがある。これらの各種ロータは、駆動装置に対して着脱自在となっている。
【０００６】
アングルロータの許容回転速度は、用途によって異なり、用途に合わせて高速から低速までの製品群が提供されており、許容回転速度が高いロータは、小形で試料の容量が少なく、許容回転速度が低いロータは大形で試料の容量が多いのが一般的である。
【０００７】
スイングロータも、アングルロータと同様に、用途に合わせて高速から低速までの製品群が提供されているが、スイングロータは、構造が複雑なため、強度の制限からアングルロータと比べると許容回転速度は低く、試料の容量が少ない小形の製品群が提供されているのが一般的である。
【０００８】
ここで、図６乃至図８を用いて、弾性軸を採用した従来の遠心機の構造、アングルロータの構造、スイングロータの構造を説明する。図６は従来の遠心機を示す正断面図、図７はアングルロータの正断面図、図８はスイングロータの正断面図である。但し、図８の左半分が停止中の状態、右半分が回転中の状態を示す。
【０００９】
始めに弾性軸を採用した従来の遠心機の構造について、図６を参照して説明する。遠心機１は、筺体２、ロータ３を収容し上面にロータ３を出し入れするための開口部４を有するロータ室５、ロータ３を駆動する駆動装置６、ロータ室５の開口部４を開閉するドア７等から構成される。駆動装置６は、モータを含み、軸受８により回転可能に支持されかつモータで駆動される回転軸９等から構成され、複数個の支持部材１０を介してロータ室５下面に固定されている。回転軸９は曲げ剛性を小さくするため、細くしなやかになっている。また、支持部材１０は筒型防振ゴム等バネ作用と減衰作用を有したものから構成され、ロータのインバランスによる回転軸９の振動を減衰させる。
【００１０】
次に、アングルロータの構造について図７を参照して説明する。アングルロータ１１は、略円錐台の外形形状のロータボディを有し、ロータボディには複数の試料容器用の保持穴１２がロータ中心の円周に沿って等角度ピッチで形成され、保持穴１２には、試料が注入された試料容器１３が挿入される。ロータボディ中心下部には駆動軸穴１４Ａが形成され、運転の際には図示していない駆動装置の回転軸に装着する。
【００１１】
次に、スイングロータの構造について図８を参照して説明する。図８の左半分が停止中の状態、右半分が回転中の状態を示す。スイングロータ１５は、ロータボディ１６とロータボディ１６中心の円周に沿って等角度ピッチに配設された複数個のバケット１７等から構成される。ロータボディ１６中心下部には駆動軸穴１４Ｂが形成されている。また、ロータボディ１６にはバケットピン１８が設けてあり、バケット１７はバケットピン１８から吊り下げられる。回転停止時において、重力により鉛直方向に吊り下げられたバケット１７は、ロータボディ１６の回転による遠心力により水平方向へ揺動する。
【００１２】
上述した回転軸に弾性軸を採用した図６の従来の遠心機では、ロータ３の回転速度を上昇させると低速域に持たせた曲げの固有振動数を通過する際に共振が発生し、回転軸９はロータ３のインバランスにより、下側付け根部２１を支点として、回転軸先端２２に行くほど大きく振れ回るように振動する。この回転軸９の振動に伴い、駆動装置６は回転軸９の反力を受け、支持部材１０を支点に少なからず振動する。この駆動装置６の振動により、回転軸９の振幅が抑えられるとともに、駆動装置６の支持部材１０の減衰効果により、回転軸９の振幅を小さくする効果がある。
【００１３】
一般的に共振時においては、筒型防振ゴム（支持部材１０）は損失係数（ロスファクタ）が大きい材料を使用することで減衰が大きくなり、共振倍率を小さくできることが知られている。また、ゴム硬度を大きくすることで、筒形防振ゴムの損失係数が大きくなることが知られている。
【００１４】
しかし、筒形防振ゴムの硬度を大きくすると、筒形防振ゴムのバネ定数が大きくなり、駆動装置が振動しづらくなるため、共振時における回転軸の振れ回りを抑制する効果が低下し、回転軸の振幅が大きくなる問題があった。特にスイングロータは、バケットを水平方向に揺動させる構造であることから重心位置が高く、スイングロータの重心位置と駆動装置の回転軸支持部の距離が長くなるため、共振時において振幅が大きくなり、回転軸の弾性域を越え塑性変形を生じ、回転軸が曲がってしまう問題があった。
【００１５】
一方、共振時における回転軸の振幅を小さくするため、バネ定数の小さい筒形防振ゴムを使用すると、ロータの自重により筒形防振ゴムの変形が大きくなり、ロータ底面とロータ室の隙間が小さくなり、最悪の場合、両者が接触するという問題があった。特に大容量のアングルロータは、他のロータと比べて自重が大きく且つロータ底面の幅が大きいため、筒形防振ゴムの変形によるロータの下方への移動に加え、共振時における回転軸の振れに伴うロータの傾きにより、ロータの底面とロータ室が接触してしまう問題があった。
【００１６】
これらの問題点に鑑み、下記特許文献１は駆動装置を取り付けるのに、支持部材と、ワイヤやピアノ線等からなる吊り具とを併用して設けることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特許第３９６８９６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記問題を解決するために従来の遠心機では、支持部材のバネ定数を大きくしてロータの自重による支持部材の変形を小さくし、共振に対してはロータのインバランス量の制限値を小さくすることで駆動装置の回転軸の振幅を小さくする方法がとられてきた。しかし、インバランス量の制限値を小さくすると、ロータ自身の残留インバランス量を低減するために、ロータの加工をより精密に行わなければならず、加工に手間が掛かりコスト高となる課題があった。また、試料のインバランス量の制限値を小さくすると、ロータに挿入する試料の質量を厳密に管理しなければならず、ユーザの使い勝手が悪くなる課題があった。
【００１９】
また、従来の遠心機では、支持部材のバネ定数を小さくして、共振時における振幅を小さくし、ロータの自重による支持部材の変形を大きくしないように、ロータの自重が大きいものは使用できないように制限する方法も取られてきた。しかし、ロータの自重を制限すると、大容量アングルロータまどの大容量のロータが使用できなくなり、ユーザの使い勝手が悪くなる課題があった。
【００２０】
さらに、上記特許文献１では駆動装置を取り付けるのに、支持部材と、ワイヤやピアノ線等からなる吊り具を併用して設けることで、ロータのインバランス量やロータの自重の制限を軽減する方法が開示されているが、特許文献１に記載した遠心機は、吊り具の機構部品が複雑で部品点数が多く、また吊り具の長さ調整に手間が掛かり、コストが高くなる課題があった。
【００２１】
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、大容量のロータを使用できるようにし、且つインバランス量の制限値を軽減した遠心機を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明のある態様は遠心機である。この遠心機は、筐体と、ロータと、前記ロータを収容するロータ室と、前記ロータを回転駆動する駆動装置と、前記駆動装置を前記筐体に支持する支持部材と、前記駆動装置の下方への移動を制限する移動制限部材とを備え、
前記ロータの未装着状態では、前記移動制限部材と前記駆動装置又は前記筐体側の部材との間に鉛直方向の隙間が存在し、且つ前記駆動装置へ装着する前記ロータの自重の軽重によって前記移動制限部材の接触、非接触の状態が異なることを特徴とする。
【００２３】
前記態様において、前記移動制限部材を前記駆動装置の下方に設けるとよい。
【００２４】
前記態様において、前記移動制限部材が前記筐体側に設けられているとよい。
【００２５】
前記態様において、前記移動制限部材が前記駆動装置側に設けられているとよい。
【００２６】
前記態様において、前記ロータの重量によって前記支持部材に伸長方向の力が加わる構成であるとよい。
【００２７】
前記態様において、前記移動制限部材がバネ作用と減衰作用を有する防振部品であるとよい。
【００２８】
前記態様において、前記移動制限部材がバネと減衰機構とを有する摩擦ダンパであるとよい。
【００２９】
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等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。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、移動制限部材と駆動装置又は筐体側の部材との間に鉛直方向の隙間があり、ロータの自重の軽重によって移動制限部材の接触及び非接触の状態が異なるように移動制限部材を配したことで、ロータ装着時及び回転時における駆動装置の支持部材の変形量を制限でき、この結果、軽量のロータから大容量で重量の大きなロータまで使用でき、且つインバランス量の制限値を軽減した遠心機を安価に実現することができる。      
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る遠心機の実施の形態であって、ロータ実装時の遠心分離機を示す正断面図。
【図２】同じくスイングロータを実装したときの正断面図。
【図３】同じく大容量アングルロータを実装したときの正断面図。
【図４】前記実施の形態で用いる移動制限部材であって、（Ａ）乃至（Ｄ）はそれぞれ防振部材の具体例を示す正面図、（Ｅ）は摩擦ダンパを示す正断面図。
【図５】本発明に係る遠心機の他の実施の形態を示す正断面図。
【図６】従来の遠心機を示す正断面図。
【図７】アングルロータの正断面図。
【図８】スイングロータの正断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１乃至図３を用いて、本発明の一実施の形態である遠心機（遠心分離機）の構造について説明する。
【００３４】
遠心機（遠心分離機）１は、筺体２、ロータ３を収容し上面にロータ３を出し入れするための開口部４を有するロータ室５、ロータ３を駆動する駆動装置６、ロータ室５の開口部４を開閉するドア７等から構成される。筐体２は外側のアウターフレーム２ａとその内側の中間位置に固定される中間フレーム２ｂとを有し、ロータ室５の底面は中間フレーム２ｂで固定支持される。中間フレーム２ｂの中央部は駆動装置６を収容する（囲む）ダクト状の凹部３０となっている。ダクト状の凹部３０には駆動装置６を冷却するための冷却空気を流す。
【００３５】
駆動装置６は、モータを含み、軸受８により回転可能に支持されかつモータで駆動される回転軸９等から構成され、複数個の支持部材１０を介してロータ室５の底面部５ａ下面に固定されている。回転軸９はいわゆる弾性軸であって、曲げ剛性を小さくするため、細くしなやかになっている。また、支持部材１０は、防振ゴムや、コイルバネと摩擦部材を組み合わせた摩擦ダンパ等のバネ作用と減衰作用を有するものから構成される。ここで、共振時における回転軸９の振幅を抑えるため、支持部材１０のバネ定数は、小さくなっている。
【００３６】
駆動装置６底面（通常金属面）の下方には、移動制限部材１９が中間フレーム２ｂに形成されたダクト状の凹部３０の底面内側に固定されている。移動制限部材１９は、支持部材１０と同様に防振ゴムや摩擦ダンパ等のバネ作用と減衰作用を有するものから構成される。移動制限部材１９の具体的構成は図４で後述する。
【００３７】
移動制限部材１９と駆動装置６底面の間には鉛直方向に隙間があり、隙間はスイングロータを実装したときの支持部材１０の変形量より大きく、自重が大きい大容量アングルロータを実装したときの支持部材１０の変形量より小さく設定されている。
【００３８】
図２は本実施の形態において、スイングロータを実装した場合を示す。駆動装置６の回転軸９にスイングロータ１５を実装（装着）すると、スイングロータ１５の自重により支持部材１０は変形する。支持部材１０の変形に伴い駆動装置６は下方へ移動するが、移動制限部材１９と駆動装置６の底面に設けた隙間は支持部材１０の変形量より大きいため確保され、駆動装置６と移動制限部材１９は非接触となる。このため、共振時において、駆動装置６は支持部材１０を支点に振動することができ、回転軸９の振れを抑えることができる。
【００３９】
図３は本実施の形態において、大容量アングルロータを実装した場合を示す。駆動装置６の回転軸９に大容量アングルロータ２０を実装すると、大容量アングルロータ２０の自重により支持部材１０は変形する。支持部材１０の変形に伴い駆動装置６は下方へ移動し、移動制限部材１９と駆動装置６の底面に設けた隙間は解消され、駆動装置６は移動制限部材１９と接触する。これにより、駆動装置６の下方への移動は制限され、大容量アングルロータ２０の底面とロータ室５の間の隙間は十分に確保される。
【００４０】
駆動装置６は移動制限部材１９と接触することにより拘束されるが、駆動装置６への拘束は下方への移動制限及び水平方向への摩擦力のみであり拘束力は小さい。また、移動制限部材１９は、バネ作用と減衰作用を有する防振ゴムや摩擦ダンパ等から構成されるため、移動制限部材１９のバネ作用により共振時に駆動装置６は円滑に振動することができる。これらの作用により、共振時における大容量アングルロータ２０底面とロータ室５の接触を防止することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
(1) 移動制限部材１９と駆動装置６の底面との間に隙間を設け、ロータ３の軽重により接触及び非接触の状態が異なるように配したことで、ロータ３のインバランス制限値を軽減でき、且つ自重の大きい大容量のロータを使用することができる。
【００４３】
(2) 移動制限部材１９に筒型防振ゴムや摩擦ダンパを使用することで、移動制限部材のコストを安く抑えることができる。
【００４４】
図４（Ａ）乃至（Ｅ）はそれぞれバネ作用と減衰作用を有する移動制限部材１９の具体例である。図４（Ａ）は柱状の防振ゴム３１の上下端面に金属板３２ａ，３２ｂを固着し、下側の金属板３２ｂに取付ボルト３３を一体化した防振部品（弾性部品）である。図１の中間フレーム２ｂに形成されたダクト状の凹部３０の底面内側にボルト３３を利用して固定される。この場合、駆動装置６の下降時に、上端面の金属板３２ａが駆動装置６の底面（金属面）に対して面接触する。金属面同士の接触であるため水平方向の摩擦は少なく、駆動装置６の水平方向の動きを妨げない。
【００４５】
図４（Ｂ），（Ｃ）はいずれも防振ゴム３１の上部を球面状又は凸面状に形成し、防振ゴム３１の下端面に金属板３２ｂを固着し、これに取付ボルト３３を一体化した防振部品（弾性部品）である。駆動装置６の下降時に駆動装置６の底面に防振ゴム３１上部の球面状又は凸面状部分が点接触する。このため、水平方向の摩擦を少なくして駆動装置６の動きを妨げない効果が得られる。
【００４６】
図４（Ｄ）は防振ゴム３１の上面に金属球３５を埋設し、防振ゴム３１の下端面に金属板３２ｂを固着し、これに取付ボルト３３を一体化した弾性部品である。駆動装置６の下降時に駆動装置６の底面（金属面）に金属球３５が点接触する。このため、水平方向の摩擦を少なくして駆動装置６の動きを妨げない効果が得られる。
【００４７】
図４（Ｅ）は円筒状防振ゴム４１の内部に金属コイルバネ４２を収納し、円筒状防振ゴム４１の両端を金属板４３ａ，４３ｂで塞ぎ、金属板４３ｂに取付ボルト３３を一体化した摩擦ダンパ（防振管）である。円筒状防振ゴム４１がバネ４２の振動を減衰させる減衰機構を構成している。この場合、コイルバネ４２のバネ作用により共振時に駆動装置６を円滑に振動させることができ、回転軸の振幅を抑制できる。
【００４８】
図５は本発明に係る遠心機の他の実施の形態を示す。この場合、移動制限部材１９が駆動装置６の底面に固定されている。その他の構成は前述の実施の形態と同様である。
【００４９】
図５の実施の形態においても、スイングロータ（軽いロータ）実装時には駆動装置側の移動制限部材１９と中間フレーム２ｂに形成されたダクト状の凹部３０の内側底面とが非接触となり、大容量アングルロータ（重いロータ）実装時には、移動制限部材１９と凹部３０の内側底面とが接触するように設定できる。この結果、前述の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００５０】
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。
【００５１】
移動制限部材１９は、駆動装置６の下方の移動を制限できる配置であれば任意であり、移動制限部材１９は駆動装置６の側面側やロータ室５の底面下側にあっても良い。さらに、移動制限部材１９は２個以上設けても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１  遠心機
２  筐体
３  ロータ
４  開口部
５  ロータ室
６  駆動装置
７  ドア
８  軸受
９  回転軸
１０  支持部材
１１  アングルロータ
１２  保持穴
１３  試料容器
１４  駆動軸穴
１５  スイングロータ
１６  ロータボディ
１７  バケット
１８  バケットピン
１９  移動制限部材
２０  大容量アングルロータ
２１  下側付け根部
２２  回転軸先端
【図１】
2014226659.tif 000003
【図２】
2014226659.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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