(57)【要約】【課題】ロータ回転時において所望のシール性を保持しつつ異音の発生を効果的に防止することができる遠心分離器を提供する。【解決手段】遠心ボウル１０（遠心分離器）は、血液又は血液成分の流入口１８ａ及び流出口１８ｂが設けられたステータ１２と、ステータ１２に対して回転可能に設けられたロータ１４と、ステータ１２とロータ１４との円環状の回転摺動面８２を有するシール機構１６とを備える。回転摺動面８２の径方向の幅Ｗは、１３７０〜１５３０μｍに設定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液又は血液成分の流入口及び流出口が設けられたステータと、
前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、
前記ステータと前記ロータとの円環状の回転摺動面を有するシール機構と、を備え、
前記回転摺動面の径方向の幅は、１３７０〜１５３０μｍに設定されている、
ことを特徴とする遠心分離器。
【請求項２】
請求項１記載の遠心分離器において、
前記遠心分離器は、前記遠心分離器を駆動する駆動装置に前記遠心分離器がセットされ、前記回転摺動面に所定の押圧力が掛けられた状態で、前記ロータが回転駆動されるものであり、
前記押圧力は、５００ｇ以下である、
ことを特徴とする遠心分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
採血を行う場合、現在、血液の有効利用及び供血者の負担軽減等の理由から、採血血液を複数の血液成分に分離し、輸血者に必要な成分（例えば、血小板）だけを採取し、その他の成分は供血者に返還する成分採血が行われている。成分採血には、遠心分離器を備える血液成分分離装置が用いられる。
【０００３】
成分採血に用いられる遠心ボウル方式の遠心分離器は、一般に、血液又は血液成分の流入口及び流出口が設けられたステータと、ステータに対して回転可能に設けられたロータとを備える。また、遠心分離器には、ロータの回転時にステータに対するシール性を保持するシール機構が設けられている。シール機構は、ステータ側に設置されたステータ側リングと、ロータ側に設置され、ステータ側リングに当接するロータ側リングとを有し、ロータの回転時、ステータ側リングとロータ側リングとは回転摺動する（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１３６９４３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、成分採血に用いられる従来の遠心分離器では、ロータの回転時、ステータ側リングとロータ側リングとは回転摺動に伴う異音が発生することがあった。遠心分離器から異音が発生した場合、その遠心分離器の使用が中止される場合がある。また、遠心分離器では、回転摺動面でのシール性が低い場合、回転摺動面から血液漏れが発生することがあった。
【０００６】
そのため、特許文献１では、ステータとロータとの回転摺動部位を所定の押圧力で押圧する構成を採用し、これによってロータ回転時の異音の発生を防止する、としている。しかしながら、異音の発生をより確実に防止するためには、一層の改良が望まれる。また、特許文献１では、ロータ回転時の異音の発生を防止する点に主眼が置かれており、回転摺動面からの血液漏れを防止するためのシール性の確保については、一層の改良が望まれる。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ロータ回転時において所望のシール性を保持しつつ異音の発生を効果的に防止することができる遠心分離器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の遠心分離器は、血液又は血液成分の流入口及び流出口が設けられたステータと、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、前記ステータと前記ロータとの円環状の回転摺動面を有するシール機構と、を備え、前記回転摺動面の径方向の幅は、１３７０〜１５３０μｍに設定されている、ことを特徴とする。
【０００９】
上記のように構成された遠心分離器によれば、ステータとロータとの回転摺動面の幅が適切な範囲に設定されているので、ステータに対するロータの回転時において、所望のシール性を保持しつつ異音の発生を防止できる。
【００１０】
上記の遠心分離器において、前記遠心分離器は、前記遠心分離器を駆動する駆動装置に前記遠心分離器がセットされ、前記回転摺動面に所定の押圧力が掛けられた状態で、前記ロータが回転駆動されるものであり、前記押圧力は、５００ｇ以下であってもよい。
【００１１】
この構成により、回転摺動面に掛かる押圧力が最適化されるため、回転摺動面の幅の最適化による効果と相まって、ロータの回転時における異音の発生を一層効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の遠心分離器によれば、ロータ回転時において所望のシール性を保持しつつ異音の発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心ボウルの半縦断面図である。
【図２】図２Ａは、蓋部を開けた状態の遠心ボウル駆動装置の説明図であり、図２Ｂは、蓋部を閉めた状態の遠心ボウル駆動装置の説明図である。
【図３】シール機構の拡大図である。
【図４】気密性試験の結果を示すグラフである。
【図５】異音試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る遠心分離器について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の遠心ボウル１０（遠心分離器）の半縦断面図であり、説明のため、中心線より右側に遠心ボウル１０の断面を、中心線より左側に遠心ボウル１０の外観を示している。
【００１６】
遠心ボウル１０は、ステータ１２と、ステータ１２に対して回転可能なロータ１４と、ステータ１２とロータ１４との回転摺動面８２（図３参照）を有するシール機構１６とを備える。
【００１７】
ステータ１２は、流入口１８ａと流出口１８ｂとが設けられた筒状のボウルヘッド１８と、ボウルヘッド１８に形成されたお椀形状のカバー２０と、ボウルヘッド１８に連結されロータ１４側に延設した流入管２２とを備える。流入管２２は流入口１８ａと接続して管内流路２４を形成している。ボウルヘッド１８は径方向内方に凹む首部２６を有する。カバー２０と首部２６とを繋ぐ肩部分２８は、径方向外方に向かうにつれて下がるように丸いカーブを描く形状に形成されている。
【００１８】
一方、ロータ１４は、釣り鐘状をなすハウジング３０と、ハウジング３０の他端下端を塞ぐように嵌め込まれた底板４２とを備える。ハウジング３０は、上方に向かって縮径する側壁３２と、側壁３２の上端にて縮径した首部３４とを有する。また、ロータ１４は、ハウジング３０の内部に外殻３６と内殻３８とを備え、ハウジング３０の側壁３２と外殻３６との間に貯血空間３９が形成されている。
【００１９】
外殻３６は釣り鐘形状に形成されている。外殻３６の上端部には周方向に間隔をおいて複数の支持部４０が形成されており、これらの支持部４０で首部３４の内周側と当接する構造となっている。内殻３８はロート状で、上端部及び下端部で外殻３６と嵌め合う構造となっている。内殻３８の内側には、流入管２２が挿通され、ロータ１４は、流入管２２の中心線（回転軸線ａ）を中心に回転する。
【００２０】
底板４２は、略円盤状の部材であり、その中心部には管内流路２４より流下した血液を受ける凹部が形成されている。内殻３８の下面と底板４２の上面との間には、略円盤状に広がる底部流路４４が形成されている。内殻３８と底板４２の間に形成される底部流路４４と、流入管２２の管内流路２４とは連通している。
【００２１】
ハウジング３０、外殻３６及び内殻３８は、硬質材料で構成されている。硬質材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン等が挙げられる。また、ハウジング３０、外殻３６及び内殻３８のうち少なくともハウジング３０は、貯血空間３９の視認性を確保するために、実質的に透明な材料で構成されているのが好ましい。
【００２２】
底部流路４４は、外殻３６の外周と側壁３２の内周とで形成される貯血空間３９と連通している。貯血空間３９は流出口１８ｂ側に近づくにつれて、その内径が漸減するようなテーパ形状を成している。貯血空間３９の容積は５０〜１０００ｍＬ程度とするのが好ましく、１００〜３００ｍＬ程度とするのがより好ましい。
【００２３】
シール機構１６は、ロータ１４の上端部を気密あるいは液密にシールする機構部分である。本実施形態において、シール機構１６は、ステータ１２側に設けられた円環状のステータ側リング５０と、内周縁部がボウルヘッド１８に固定されたシールキャップ５２と、ロータ１４側に設けられた円環状のロータ側リング５４とを有する。
【００２４】
ステータ側リング５０とロータ側リング５４とは接触しており、ロータ１４の回転時、接触面において回転摺動する。ステータ側リング５０、シールキャップ５２及びロータ側リング５４は、流入管２２の外側であってカバー２０の内側に配置されている。
【００２５】
上記のように構成された遠心ボウル１０は、例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示すような血液成分分離装置６０に取り付けられて回転駆動される。血液成分分離装置６０は、遠心ボウル１０が内部に配置される遠心ボウル駆動装置６２を備える。
【００２６】
遠心ボウル駆動装置６２は、遠心ボウル１０を収容可能な遠心槽６４と、遠心槽６４の上部に設けられ遠心槽６４に対して可動な蓋部６６と、遠心槽６４の内側で回転可能なターンテーブル６８とを有する。遠心槽６４と蓋部６６はともに透明の部材で形成されている。ターンテーブル６８は、図示しない回転駆動源により鉛直軸線を中心に回転駆動されるようになっている。蓋部６６は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように開閉可能な構成となっている。図２Ａが蓋部６６を開けた状態を示し、図２Ｂが蓋部６６を閉めた状態を示している。
【００２７】
図２Ｂのように、蓋部６６を閉めると、蓋部６６が遠心ボウル１０の肩部分２８に当接し、遠心ボウル１０を押し下げながら蓋部６６と首部２６が当接する。遠心ボウル１０が遠心槽６４に挿入された際に、遠心ボウル１０の有する底板４２がターンテーブル６８に当接する。遠心槽６４内に配置された遠心ボウル１０は、蓋部６６が閉まることで、蓋部６６に当接する肩部分２８の形状によって遠心ボウル１０がターンテーブル６８側に押し付けられる。底板４２は、ターンテーブル６８に設けられている固定機構（例えば、真空吸着機構等）によってターンテーブル６８に固定される。ターンテーブル６８は回転駆動源と連結されているので、ターンテーブル６８に当接するロータ１４を回転させることができる。
【００２８】
図１を参照し、遠心ボウル１０を用いて血液処理を行うには、予め設定された所定の遠心条件（回転速度及び回転時間）でロータ１４が回転される。この遠心条件により、ロータ１４内の血液の分離パターン（例えば、分離する血液成分数）を設定することができる。例えば、貯血空間３９内で、血液が、回転中心側（回転軸線ａ側）から外側に向かって血漿層、バフィーコート層及び赤血球層に分離されるように遠心条件を設定することができる。
【００２９】
血液処理において、流入口１８ａに接続される図示しないチューブを介して血液（又は血液成分）が流入口１８ａから導入され、遠心ボウル１０内に血液が供給される。遠心ボウル１０内に流入した血液は、管内流路２４を流下して、管内流路２４の下端から底部流路４４へと運ばれる。底部流路４４では回転するロータ１４の遠心力によってロータ１４の外径側に血液が運ばれ、貯血空間３９へと移動して、貯血空間３９にて上述したように血液が複数層に遠心分離される。遠心分離された血液は、貯血空間３９から、ハウジング３０と外殻３６との間の肩部流路７０、ボウルヘッド１８と流入管２２との間の流路７２、及び流出口１８ｂを順に通過して、遠心ボウル１０の外へ流出する。
【００３０】
血液成分分離装置６０（図２Ａ及び図２Ｂ）における血液処理は複数の処理工程を含み、ロータ１４の回転数（ｒｐｍ）は処理工程の種類や１つの処理工程中によっても変化するが、例えば、０〜６０００ｒｐｍの範囲内でロータ１４は回転駆動される。
【００３１】
次に、シール機構１６の構成について、より具体的に説明する。
【００３２】
図３に示すように、ステータ側リング５０は、シールキャップ５２を介してボウルヘッド１８に取り付けられている。ステータ側リング５０には、ロータ１４側に固定されたロータ側リング５４と当接する円環状の凸部８０が形成されている。凸部８０は、ステータ側リング５０の下面から下方に突出している。ステータ側リング５０の構成材料は、特に限定されないが、摺動性に優れる材料がよく、例えばフェノール樹脂等の硬質樹脂が好適に用いられる。
【００３３】
シールキャップ５２は、弾性体（例えば、シリコーンゴム等）により構成される膜状の部材である。シールキャップ５２の内周側はボウルヘッド１８に固定されている。シールキャップ５２の外周側には、ステータ側リング５０の外周部が固定されている。
【００３４】
ロータ側リング５４は、ステータ側リング５０（具体的には、凸部８０）と当接するよう配置されており、ステータ１２側に保持されている。本実施形態において、ロータ側リング５４は首部３４の上端部に固定されている。ステータ側リング５０の構成材料は、特に限定されないが、摺動性に優れる材料がよく、例えばアルミナ等のセラミックス等が好適に用いられる。
【００３５】
また、シール機構１６は、ステータ１２とロータ１４との回転摺動面８２を有する。本実施形態の場合、回転摺動面８２は、ステータ側リング５０とロータ側リング５４との接触面である。すなわち、回転摺動面８２は、ステータ側リング５０の下面に設けられた凸部８０の突出方向の端面（下端面）と、ロータ側リング５４の上面とが接触する部分であって、ロータ１４の回転時に摺動する部分である。
【００３６】
凸部８０の下端面及びロータ側リング５４の上面は、ロータ１４の回転軸線ａに対して直交する平面に存在する。また、凸部８０の下端面の外周縁及び内周縁は、ロータ１４の回転軸線ａを中心とする同心円上に形成されている。したがって、回転摺動面８２は、ロータ１４の回転軸線ａに対して直交する平面に存在し、径方向の幅Ｗが周方向に沿って一定とされた円環状である。
【００３７】
回転摺動面８２の径方向中心位置の半径は、１２．０〜１７．０ｍｍに設定され、より好ましくは、１３．０〜１５．０ｍｍに設定される。
【００３８】
上述したように、遠心ボウル駆動装置６２内に遠心ボウル１０を設置し、遠心槽６４の蓋部６６を閉めると、蓋部６６に当接する肩部分２８の形状によって遠心ボウル１０がターンテーブル６８側に押し付けられる。このとき、ロータ１４はターンテーブル６８によって支持されているので、ステータ１２がターンテーブル６８の方向（すなわち下方）にわずかに（数ｍｍ程度）押し下げられる。この押し下げられる距離は、シール機構１６の特にシールキャップ５２の弾性変形によって吸収される。このように遠心ボウル１０が遠心ボウル駆動装置６２にセットされた状態では、遠心ボウル１０がターンテーブル６８に押し付けられるため、回転摺動面８２には所定の押圧力が掛かっている状態となる。
【００３９】
回転摺動面８２では、ロータ１４の回転時に回転摩擦が発生するため、回転摩擦に伴う異音の発生を防止することが望ましい。また、回転摺動面８２は、ロータ１４の回転時に遠心ボウル１０内から血液が漏れることを防止するシール機能を担う機構部分であるため、所望のシール性を保持していることが望ましい。本発明は、回転摺動面８２の幅Ｗを所定の範囲に設定することにより、ロータ１４の回転時における所望のシール性の確保と、異音の発生の防止との両立を達成するものである。
【００４０】
具体的には、回転摺動面８２の幅Ｗは、１３７０〜１５３０μｍに設定され、より好ましくは、１３８０〜１５２０μｍに設定される。
【００４１】
図４は、シール機構１６による気密性が回転摺動面８２の幅Ｗ（以下、摺動面幅ともいう）によってどのように変化するかを確認するための気密性試験の結果を示すグラフである。この気密性試験では、遠心ボウル１０内が所定の基準圧力となるように流入口１８ａから遠心ボウル１０内に空気を導入し（流出口１８ｂは封止）、所定時間経過時の遠心ボウル１０内の圧力を計測した。
【００４２】
具体的には、この気密性試験では、各摺動面幅について、それぞれ複数のサンプル品（遠心ボウル１０）を用意した。ステータ側リング５０はフェノール樹脂製とし、ロータ側リング５４はセラミックス製とした。空気を導入してから所定時間経過時の圧力が基準圧力に対して９５％以下となったものを気密性が低いサンプル品（以下、低気密品という）と判定し、試験を行った異なる摺動面幅の各々について、低気密品の発生率を導き出した結果が、図４のグラフである。
【００４３】
なお、この気密性試験では、異なる日に作製した別々のロットのサンプル品を用いたため、図４では、一方のロットのグラフを折れ線Ａで、他方のロットのグラフを折れ線Ｂで示している。点線Ｃは、折れ線Ａと折れ線Ｂを平滑化した曲線である。
【００４４】
図４から、摺動面幅が１３７０μｍよりも小さい範囲では、低気密品の発生率が高く、摺動面幅が１３７０μｍ以上の範囲では、低気密品の発生率が低いことが分かる。すなわち、摺動面幅を１３７０μｍ以上にすると、回転摺動面８２での気密性を高くすることができる。一般に、気密性と液密性とは相関関係がある（気密性が高いほど、液密性も高い）。したがって、摺動面幅を１３７０μｍ以上に設定することにより、回転摺動面８２での高い液密性が得られ、液漏れを好適に防止できる高いシール性を確保することができる。
【００４５】
図５は、異音の発生状況が摺動面幅によってどのように変化するかを確認するための異音試験（振動加速度試験）の結果を示すグラフである。この異音試験は、遠心ボウル駆動装置６２を用い、遠心ボウル１０のロータ１４（貯血空間３９は空）を異音が発生しやすい６００ｒｐｍの回転数で回転させ、異音発生状況を評価するためにロータ１４の回転時の振動状態（振動加速度）を計測した。
【００４６】
具体的には、ステータ側リング５０はフェノール樹脂製とし、ロータ側リング５４はセラミックス製とした。計測器として振動加速度を計測するアナライザを用い、このアナライザのセンサ部を遠心ボウル１０のカバー２０に取り付けた。遠心ボウル１０が遠心ボウル駆動装置６２にセットされた状態における回転摺動面８２に掛かる押圧力荷重は５００ｇとなるように設定した。なお、図５における複数の折れ線Ｄ、Ｅ、Ｆは、上から順に最大値、平均値、最小値である。各折れ線Ｄ、Ｅ、Ｆに重ねて示した直線ＤＬ、ＥＬ、ＦＬは、各折れ線Ｄ、Ｅ、Ｆを線形化した線である。
【００４７】
図５から、摺動面幅が大きくなるほど振動加速度が大きくなることが分かる。ヒトの聴覚で聞き取ることができる異音が発生する可能性のある振動加速度の下限値は０．１１５ｍ／ｓ2である。図５によれば、振動加速度は、１５２０μｍの摺動面幅の場合には最大値でも０．１１５ｍ／ｓ2を下回る（異音が発生しない）が、１５７５μｍの摺動面幅の場合には最大値が０．１１５ｍ／ｓ2を超える（異音が発生する）。
【００４８】
また、各摺動面幅についての振動加速度の最大値を線形化した直線ＤＬに着目すると、１５４０μｍよりも僅かに小さい所（１５３５μｍ付近）で０．１１５ｍ／ｓ2の線Ｇと交わる。このことから、若干の余裕を加味して、１５３０μｍ以下の摺動面幅であれば、ロータ１４の回転時の異音の発生を防止できることが分かる。
【００４９】
上記の試験結果から裏付けられるように、遠心ボウル１０において回転摺動面８２の幅Ｗを１３７０〜１５３０μｍの範囲に設定することにより、回転摺動面８２での高い液密性が得られ、液漏れを好適に防止できる高いシール性を確保することができる。また、回転摺動面８２の幅Ｗを１３８０〜１５２０μｍの範囲に設定することにより、一層確実に上記の効果が得られる。
【００５０】
なお、遠心ボウル１０が遠心ボウル駆動装置６２にセットされた状態における回転摺動面８２に掛かる押圧力（ロータ１４の回転中に掛かる押圧力）が５００ｇを超えると、回転摺動面８２においてスティックスリップ現象が起きる可能性が高くなり、異音の発生確率が高くなる可能性がある。スティックスリップ現象は、摩擦面間に生じる微視的な摩擦面の付着、滑りの繰り返しによって引き起こされる自励振動である。そこで、上記の押圧力は５００ｇ以下に設定されるのがよい。これにより、回転摺動面８２に掛かる押圧力が最適化されるため、回転摺動面８２の幅Ｗの最適化による効果と相まって、ロータ１４の回転時における異音の発生を一層効果的に防止することができる。
【００５１】
また、上記の押圧力が小さすぎると、回転摺動面８２における所望のシール性の確保が難しくなる恐れがある。このため、回転摺動面８２に掛かる押圧力は、例えば３００ｇ以上に設定されるのがよく、４００ｇ以上に設定されるのがより好ましい。なお、上記の押圧力が３００ｇの場合でも回転摺動面８２における所望のシール性を確保できることが実験により確認された。上記の押圧力は、例えば、シールキャップ５２の構成材料の選定（ゴム硬さの調整）により設定することができる。
【００５２】
なお、一般に、遠心ボウルでは、回転摺動面を構成するステータ側リングとロータ側リングの表面粗さは、もともと平滑であり、摩擦係数も小さい。したがって、本発明の遠心ボウル１０におけるステータ側リング５０とロータ側リング５４の表面粗さが従来の遠心ボウルと同程度であれば、上述した効果を得ることを妨げない。参考までに、ステータ側リング５０とロータ側リング５４の表面粗さＲａは、例えば、０．３５μｍ以下に設定される。
【００５３】
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５４】
１０…遠心ボウル                  １２…ステータ
１４…ロータ                      ５０…ステータ側リング
５４…ロータ側リング              ８２…回転摺動面
Ｗ…回転摺動面の幅
【図１】
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【図２】
2016174826.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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