(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源によって回転される駆動軸に装着されるロータボディと、該ロータボディに揺動可能に設けられるバケットとを備えた遠心分離機用スイングロータにおいて、前記バケットを、樹脂と補強繊維の複合材料から成る試料容器保持部材と、該容器保持部材を前記ロータボディに装着するための金属製部材とから構成し、前記試料容器保持部材の開口部上部にフランジ状の鍔部を設け、さらに前記金属製部材をリング状部材とし、該リング状部材の内壁を前記容器保持部材の外壁部と嵌合可能に形成し、前記容器保持部材に加わる遠心力を前記鍔部を介して、前記リング状部材で受け止めることを特徴とした遠心分離機用スイングロータ。
【請求項２】
前記容器保持部材の前記鍔部と胴部とが樹脂と補強繊維との複合材により一体的に製作されることを特徴とした請求項１記載の遠心分離機用スイングロータ。
【請求項３】
前記鍔部の外周端部にリブを設けること特徴とした請求項１記載の遠心分離機用スイングロータ。
【請求項４】
前記バケットの前記容器保持部材と前記リング状部材とは、接着或いは圧入などの締結手段により一体的に構成されることを特徴とした請求項１記載の遠心分離機用スイングロータ。
【請求項５】
前記容器保持部材の表層部にポリアラミド繊維を使用することを特徴とした請求項２記載の遠心分離機用スイングロータ。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の遠心分離機用スイングロータを使用することを特徴とする遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医学、薬学、遺伝子工学等の分野で使用される遠心分離機用スイングロータの強度、性能向上、更に遠心分離機の省エネルギ化、構造簡素化、低コスト化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
臨床医学分野などにおいて、血液検査時に血液を分離するために用いられる最高回転速度が２,０００min-1から２０,０００min-1程度のスイングロータは、例えば特開昭４９−１５０６６号、実公昭６３−２１１０号、実公昭６３−３５７９７号、特開平６−２８５３９０号などに示されており、このスイングロータを図７〜図９を用いて説明する。
【０００３】
図７〜図９において、ロータボディ１は、中心部に駆動軸と嵌合する貫通穴を有しており、中心部から放射状にアーム部２が設置されており、アーム部の先端付近にはピン３が取付けられている。バケット４は、対向するアーム２の間に位置し、ピン３によって揺動可能に取付けられている。上記バケット４には、試料が注入された遠心管５を収納した遠心管ラック６が挿入され使用される。
【０００４】
このような構成において、ロータボディ１は、ステンレス鋼やアルミ合金材料から鍛造、鋳造、機械加工などによって製作されており、ピン３はロータボディと同一材料で一体的に構成するか、或いはステンレス鋼などの鋼材から機械加工によって製作しロータボディに取り付けられるのが一般的である。バケット４は、アルミ合金材料から機械加工や鋳造によって製作されたり、ステンレス鋼板を使用してプレス加工によって一体成形されたものが用いられている。
【０００５】
上述したスイングロータは、製造者によってそれぞれに許容回転数や使用可能な保証年数が定められており、これらを遵守することにより使用者は安全に使用することができる。しかし、これらの許容回転数を越えて回転させた場合、或いは保証年数を越えて使用した場合には、スイングロータの破損により遠心分離機を大破させてしまったり、大きな破壊エネルギにより遠心分離機が使用者の立ち位置まで移動してしまい作業性の安全を損なう恐れが起こり得る。そこで、スイングロータを構成する部品は、スイングロータの性能を満足すると共に、それぞれ十分な強度的マージンを保持する必要があった。
【０００６】
一方、遠心分離機に求められる性能は、分離性能（回転速度や遠心力）が高く、試料を一度に多く処理できる高速高容量化である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイングロータに使用されているバケットは、金属材料を機械加工して製作される場合、切削代が多いために加工工数多くかかると共に、金属であるため比重が大きく肉厚も厚くなるため自重が大きくなることから、バケット自体に加わる遠心力によってロータボディに与える負荷が大きくなり、性能が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、ステンレス鋼製プレス加工バケットは、高価な成形型を必要とし、特殊なプレス機械設備を使用することから、やはり製造コストが高くなると共に、プレス加工による板厚の偏肉が生じるため、ロータボディに嵌着するためのロータ嵌着部１３Ａの加工度が大きいことから板厚が薄くなり、結果的に強度が低下してしまい使用中に破損してしまうという問題があった。
【０００９】
更に、バケット全体を金属で製作すると比重が大きくなるため、スイングロータ全体の慣性モーメントの増大を招き、駆動モータを高出力にする必要が生じると共に、ロータの加速時間や減速時間が長くなってしまうという問題があった。そして同時に慣性モーメントの増大に比例してスイングロータの回転エネルギが大きくなるため、スイングロータの破壊に対する備えとして遠心分離機の破壊防護壁などの防護構造をロータに相応しい強度にする必要があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題を解消し、強度が高く且つ慣性モーメントの小さい安全な高性能スイングロータを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、駆動源によって回転される駆動軸に装着されるロータボディと、ロータボディに揺動可能に設けられるバケットとを備えた遠心分離機用スイングロータにおいて、バケットを、樹脂と補強繊維の複合材料から成る試料容器保持部材と、容器保持部材を前記ロータボディに装着するための金属製部材とから構成することにより達成される。
【００１２】
また、バケットを樹脂と補強繊維との複合材料から成る試料容器保持部材と容器保持部材をロータボディに揺動可能に取り付けるための金属製部材を容器保持部材に一体的に固着させるかまたは別ピースで配置するように構成することにより達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本実施例における遠心分離機に使用されるスイングロータを図１〜図６を用いて説明する。図１は本実施例におけるバケット４の外観斜視図、図２は本実施例におけるバケット４の試料容器保持部材１１を示す外観斜視図、図３は本実施例におけるバケット４のリング状部材１２を示す外観斜視図、図４は本実施例におけるバケット４の試料容器保持部材１１の変形例を示す外観斜視図、図５は本実施例におけるバケット４の試料容器保持部材１１の他の変形例を示す外観斜視図、図６は本実施例におけるバケット４のリング状部材１２の変形例を示す外観斜視図である。
【００１４】
図１において、バケット４は、篭状の試料容器保持部材１１と、この容器保持部材１１をロータボディ１に揺動可能に取り付けるための金属製部材であるリング状部材１２とから構成されている。試料容器保持部材１１は、上部にフランジ部１１Ａを有しており、このフランジ部１１Ａの下面がリング状部材１２の上面に接して、試料容器保持部材１１が受ける遠心力をリング状部材１２で受け止めている。
【００１５】
図２は試料容器保持部材１１のみを示しており、下部は篭上の遠心管５や遠心管ラック６を収納するように底付きであり、上部にフランジ部を有している。材料としては樹脂と補強繊維１４との複合材料が使用され一体的に成形されている。ここでは、一例として織物プリプレグ１４などのシート状補強繊維材料を厚さ方向に積層し、試料容器保持部材１１の形状になるように型に入れ、加熱、加圧してプリプレグの樹脂を硬化させることにより一体的に成形している。この篭状試料容器保持部材１１の補強繊維材料としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機高弾性繊維（例えば、ポリアラミッド繊維）が適しており、これらの繊維を一方向に互いに平行に引き揃えて樹脂を含浸した一方向プリプレグや、上記補強繊維の織物に樹脂を含浸した織物プリプレグが適している。また、樹脂に浸した糸状の繊維を試料容器保持部材の雄型に直接巻き付けるいわゆるフィラメントワインディング法で製作するための糸状補強繊維であっても良い。マトリクスとなる樹脂は、通常、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性を使用するが、ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂であっても良い。
【００１６】
図３はリング状部材１２を示しており、上記試料容器保持部材１１の下部の箱状外形に勘合する内壁部を有しており、対抗する側面一対の中央部に、スイングロータ１のピン３に嵌着するロータ嵌着部１３Ａが設けられている。また、上面は、平坦な面となっており、試料容器保持部材１１のフランジ部の下面が接触するようになっている。リング状部材１２の材料として、ロータ嵌着部１３Ａは、ピン３との間で大きな荷重を受けながら摺動するため、アルミ合金やステンレス鋼など金属製であることが好ましい。製法としては、機械加工によったり、ロストワックス鋳造法、金型鋳造などの精密鋳造で製作するのがコスト的に安価である。
【００１７】
図４及び図５は、試料容器保持部材１１の変形例をそれぞれ示しており、フランジの外周端部にリブ１１Ｂを有する構成となっている。このリブ１１Ｂは、遠心管５、遠心管ラック６、試料容器保持部材１１自体に加わる大きな遠心力によってフランジ部が変形することを防止するようにフランジ部の剛性を増加させる効果が得られ、強度の向上が図れる。
【００１８】
図６はスイングロータ１とバケット４との関係において、スイングロータ１側にピン３の代わりに凹部があり、バケット４側にピン部材がある図３に示すリング状部材１２の変形例である。
【００１９】
上述したように、樹脂と補強繊維から成る試料容器保持部材１１と金属製のリング状部材１２とから成るバケット４は、試料容器保持部材１１の質量が大幅に軽減されるものである。例えば、炭素繊維と樹脂の複合材料は高強度を有する繊維含有率が高いものでも密度が１．６程度であり、アルミ合金の約６０％、ステンレス鋼の約２０％であり、強度はアルミ合金やステンレス鋼に劣らないことから、軽量化した分だけ性能が向上するため、駆動モータへの負担軽減による省エネルギ化、或いは加速、減速時間の短縮、回転エネルギの低減による遠心分離機の安全防御機構の簡素化、低価格化を図ることができる。
【００２０】
また、補強繊維として、炭素繊維を用いた場合、使用中にバケットを机上などで扱う場合に、机との接触によって炭素繊維が切断されて強度低下を招くことがあるが、このような不具合の解消するため、バケットの表層部にせん断荷重に強い特性を有する有機高弾性繊維（例えば、ポリアラミッド繊維）を配することによって、上記不具合をなくすことができる。
【００２１】
なお、上記バケット４は、試料容器保持部材１１と金属製のリング状部材１２の２ピースによるもののみではなく、スイングロータ１の性能が低くバケット４に加わる遠心荷重が小さい場合には、試料容器保持部材１１に直接スイングロータ１との嵌着部材を取り付けても良い。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、バケットを、樹脂と補強繊維の複合材料から成る試料容器保持部材と、容器保持部材を前記ロータボディに装着するための金属製手段とから構成することで、バケットを軽量化することができるのでスイングロータ全体としての高性能化、高強度化が図れ、且つスイングロータ全体の慣性モーメントを小さくすることができるので、駆動モータを小型化することができ省エネルギ化が図れると共に、更にロータの加速時間、減速時間を短縮して遠心分離の効率向上を図ることができる。また、回転エネルギの減少に伴い、万一のロータの破壊に備える遠心分離機の破壊防護壁などの防護構造もロータに相応しい簡素化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になるバケットの外観斜視図である。
【図２】  本発明になるバケットの篭状試料容器保持部材を示す外観斜視図である。
【図３】  本発明になるバケットのリング状部材を示す外観斜視図である。
【図４】  本発明になるバケットの篭状試料容器保持部材の変形例を示す外観斜視図である。
【図５】  本発明になるバケットの篭状試料容器保持部材の他の変形例を示す外観斜視図である。
【図６】  本発明になるバケットのリング状部材の変形例を示す外観斜視図である。
【図７】  従来におけるバケットの装着されたスイングロータを示す外観斜視図である。
【図８】  従来におけるバケットをスイングロータに装着する状態を示す説明図である。
【図９】  従来におけるバケットを示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１はロータボディ、２はアーム部、３はピン、４はバケット、５は遠心管、６は遠心管ラック、１１は篭状試料容器保持部材、１１Ａは篭状試料容器保持部材のフランジ部、１１Ｂは篭状試料容器保持部材のフランジ部のリブ、１２はリング状部材、１３Ａはリング状部材のロータ嵌着部、１３Ｂはリング状部材のロータ嵌着部である。
【図１】
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【図２】
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【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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【図９】
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