JPH0618593Y2

JPH0618593Y2 - 遠心器およびそのハブ

Info

Publication number: JPH0618593Y2
Application number: JP1990036203U
Authority: JP
Inventors: ディーシャープルストーマス
Original assignee: ベックマンインスツルメンツインコーポレーテッド
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2004-05-18
Also published as: EP0392711A2; US4897075A; EP0392711A3; JPH033447U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は遠心器、より詳細には遠心器とロータとの間の
駆動仲介装置に関する。

（従来の技術）遠心器は、各成分の集まりに従った物質の混合物を分離
するために用いられる。遠心器は、試料容器を受け入れ
るための複数のチャンバを有するロータを含む。これら
のチャンバはある固定角度で前記試料容器を保持し、そ
の結果、ロータが回転されるとき、重い成分が軽い成分
から分離する。

ロータは一般に円柱または円錐のように形状付けられ、
取り外し可能に駆動ハブに載せられる。前記駆動ハブを
受け入れるために前記ロータの基部に凹所が設けられて
いる。初め、前記ロータのハブ受け入れ凹所は、円柱状
のハブを受け入れるために円筒形状であった。このよう
な形状は、米国特許第4,205,261号明細書に示されてい
る。しかし、現在の遠心器システムは常に増大する角速
度を提供する。現在の高速遠心器システムは、これは超
遠心器と称されているが、低速遠心器におけるより十分
とはいえない円筒嵌合を与える。このため、高速遠心器
は、円筒形状の嵌合装置の代わりに截頭円錐形状の嵌合
装置を含む。截頭円錐形状は、前記駆動ハブに着座され
たロータのための自己調心効果を生じさせる。例えば、
ロータのハブ係合面は、垂直面に対して、１４度または
その近傍の角度である。したがって、前記駆動ハブの製
作において、前記ロータ係合面の上方の範囲が前記ロー
タを中央におきかつこれを支持すべく鋭く湾曲される。
その結果、接触線が前記駆動ハブと前記ロータとの間に
生じる。

（考案が解決しようとする課題）超遠心器は、ロータをその寸法上増大させる600,000gま
たはそれ以上の力を経験する。最高回転速度下で、ロー
タのハブ係合面は、直径において、ハブより大きい量ま
で増大し、ロータを前記ハブ上にわずかに落とす。遠心
器が停止されると、前記ロータは非緊張状態に戻り、前
記ハブ係合面は、前記接触線に沿っての前記ハブとの締
まりばめを生じさせる直径に減少する。それは、前記ハ
ブから前記ロータを解放する大きい軸方向力を要する。
これは、遠心器の分離が振動および手荒な扱いによって
簡単に乱されるため、非常に望ましくない状態である。
さらに、遠心器に対する損傷は、駆動装置の軸受への衝
撃、および多少こわれ易いスピンドルの起こり得る曲が
りから生じる。さらに、ロータが膨張すると、駆動ハブ
上のロータのわずかな傾斜が起こり得る。たとえわずか
に傾斜しても、前記ロータに対するハブの接触は、意図
した接触線ではなく直径方向に相対する二点接触にな
る。したがって、前記ロータが前記ハブ上に落ちると、
前記二接触点における局部圧力は非常に高く、また、ハ
ブが前記ロータに固着されるようになる大きい傾向があ
らわれる。

前記スカートの外周を先細にして前記ロータのテーパに
調和させると、ロータの固着問題を幾分減らすことがで
きる。しかし、対応するテーパは、厳密な製造許容誤差
を重要視する。もしそうでなければ、引続き固着を生じ
させる傾向にある前記ハブ−ロータ接触面での高い局部
応力に終わる多くの起こり得る状態が未だ存在する。例
えば、大きい直径端または小さい直径端での実際の嵌め
合い接触を有することはあり得る。したがって、二点接
触がこの形状から未だ結果として生じるため、調和する
テーパを有するハブを用いることによっては傾斜に関連
する問題は除去されない。

したがって、本考案の目的はロータとの駆動係合のため
の遠心器ハブを設計することにあり、ここでは、前記ハ
ブからロータを開放するために必要な力は軽減される。
本考案のさらに他の目的は、ハブと傾斜されたロータと
の間の二点接触の可能性を除去することにある。

（課題を解決するための手段）前記の目的は、単なる接触線ではない接触バンドを生じ
させるスカートを有する遠心器駆動ハブにより満たされ
る。前記スカートは、前記ハブに関するロータの傾斜後
でさえも接触バンドを与える外方に湾曲する面を有す
る。前記ハブのスカートは、前記遠心器の垂直な回転軸
線の周りに対称性を有する。前記スカートの放射方向外
方面は、取り外し可能の遠心器ロータ内に密接に適合す
るロータ係合面である。前記ロータ係合面は該係合面の
下方の軸線周りの範囲から上方の軸線周りの範囲まで滑
らかな湾曲を有する。前記ロータ係合面の最大曲率半径
は、前記ロータ係合面の接触を受けるロータ壁の曲率半
径より小さい。典型的に、前記ロータの内壁は截頭円錐
形状であり、その結果、前記曲率半径は無限大である。
このような場合、前記ロータ係合面は、好ましくは、前
記ロータの仮想ピボットポイント近傍の前記ハブの垂直
駆動軸線に沿ってある曲率中心を有する回転楕円体の一
部である。このピボットポイントは、複数の力が前記ロ
ータをその回転運動の真の軸線上で回転させるときに前
記ロータが傾斜する点である。

選択的に、ロータの前記壁は前記ハブを受け入れる球面
状に内方へ狭まる凹所を規定する。このような場合、理
想的な湾曲面は僅かにずれた閉じた円環体またはドーナ
ツ形状のものの一部分であり、ここにおいて、前記円環
体を生じさせるために用いられる平面円形は、前記ロー
タの球状に湾曲する壁の半径より幾分小さい半径を有す
る。ハブ−ロータ仲介装置における接触ゾーンは、前記
ロータの球状に湾曲する壁の中央にあるべきである。

回転楕円体の一部または閉じた円環体の一部の形状を有
するスカートが理想であるが、前記ロータ係合面の最大
曲率半径が前記ロータの壁の最大より小さい限り、他の
楕円形状が可能である。それにも拘らず、前記ハブ−ロ
ータ仲介装置における接触ゾーンを与えるために前記曲
率半径は十分に大きくなければならない。

（考案の作用および効果）本考案の利点は、傾斜状態にあっても、前記仲介装置に
おける二点接触の全てのリスクが減少される。したがっ
て、一般にロータの固着または焼付を生じさせる高い局
部応力集中の可能性が減じられる。他の利点は、遠心器
の回転が停止されるとき、ロータの比較的大きい膨張の
結果生じる締まりばめが前記接触バンドの全体を横切っ
て分布し、これにより、前記ハブから前記ロータを分離
するために必要とされる力を小さくすることである。さ
らに、他の利点は、前記駆動ハブを現存の遠心器に後か
ら取り付けることができることである。さらに、本考案
は現存のロータの継続使用を可能にする。

（実施例）第１図を参照すると、遠心器１０がハブ１６の頂部に据
えられたロータ１２を有するように描かれている。ロー
タ１２は特にハブ１６を受け入れる内部凹所１４を備え
る。ハブ１６はスピンドル１８を介してモータ２０に結
合されている。モータ２０はスピンドル１８とハブ１６
とを回転させ、次に、ハブ−ロータ摩擦仲介装置のため
にロータ１２を回転させる。超遠心器では、35,000ない
し100,000回転／分の回転速度が得られる。これらの高
速度は600,000gを越える遠心力を発生させる。

第２図を参照すると、ハブ−ロータ仲介装置が示されて
おり、ここにおいてハブ１６は円柱状の伸長部２２と、
変化セクション２４と、スカート２６とを含む。ロータ
１２の内部凹所１４はハブ１６よりほんの僅かに大きい
寸法の幾何学的形状を有し、その結果、前記ロータは前
記ハブを覆って嵌合する。スピンドル１８は、誘導電動
機ような駆動手段（図示せず）にハブ１６を連結する。
円柱状のセクションである伸長部２２と、変化セクショ
ン２４とは、前記ハブの上に前記ロータを配置しかつ位
置決めるのに役立ち、また、運転の間にこれを整列させ
ておく。内方に傾斜する壁３０は凹所１４の先細セクシ
ョンを規定し、ここにおいて、スカート２６が接触周辺
ゾーンまたはバンド２８に沿って壁３０に接する。外部
周辺スカート面３２は回転楕円体のゾーンから得られた
形状を有し、前記回転楕円体の曲率半径Ｒは第３図に関
してさらに十分に説明する仮想のピボットポイントＰの
近傍の駆動軸線Ａに沿って中心を決められている。

第２ａ図では、先細の壁３０とスカート面３２との間の
前記仲介装置がさらに容易に見て取れる。スカート面３
２は、結果的に周囲接触バンド２８となるように先細の
壁３０にわずかに接するように示されている。先行技術
の遠心器ハブの曲率半径とを比較すると、スカート面３
２の比較的大きい曲率半径により、広げられまたは伸長
された接触ゾーンが与えられる。円の半径がスカート面
３２のために示されているが、円の半径の近似値もまた
良い結果をもたらすことが期待される。三次元におい
て、前記ゾーンは回転楕円体であり、たとえ偏球または
長球であっても以下に開示するように良い結果をもたら
す。

第３図および第３ａ図を参照すると、誇張した傾斜状態
が示され、ここでハブ１６とロータ１２とは、ハブのス
ピン軸線すなわち駆動軸線Ａおよびロータの傾斜軸線Ｂ
によって示されているように、互いに関して傾斜されて
いる。凹所１４とハブの組み合うセクション２２，２
４，２６との間の交差のために、前記ロータはピボット
ポイントＰに関して枢動または傾斜する。示された多量
の傾斜にもかかわらず、伸長接触アンド２８′は未だス
カート面−傾斜壁仲介装置を取り囲む。通常の運転状態
では、起こり得る傾斜の量は小さい。スカート２６は十
分な広さに設計され、また、前記先細に対するわずかな
公差を有し、その結果、スカート面３２は傾斜量に関係
なく内部傾斜壁３０と接触するようになる。

これまで説明した傾斜はハブ１６と凹所１４との間のす
き間のためであった。このタイプの傾斜に関連の公差を
最小にすることが望ましい。他のタイプの傾斜は、前記
ロータが実用上の限度までその回転運動の自由軸線の周
りに回転することが可能であるために高速遠心器におい
て生じる。このため、スピンドル１８は小さい直径を有
し、また、高速状態下で、前記ロータが横へ動きまた傾
斜することによってその実際の幾何学的軸線から僅かに
ずれてくることが可能であるような十分な可撓性を有す
る。前記ロータがこの自己つりあわせ位置に移動する
と、スピンドル１８は少し「Ｓ」形の曲線に歪曲する。

第４図は円柱状の伸長部２２と、円錐状のセクション２
４と、周辺のスカート２６とを示す。スカート２６は、
前記ハブとともに用いられる前記ロータに見出される先
細の程度に基礎をおく、選択された回転楕円体の一部で
ある。ハブ１６は一個の構造であり、また、典型的には
ステンレス鋼、または、青銅、モネルおよび黄銅のよう
な他の適当な金属から形成される。モネルは、主にニッ
ケルと銅とから成る金属の商標である。

第５図および第５ａ図を参照すると、偏球状または長球
状に湾曲したスカート４８を有するハブ４２を備える第
２の例が示されている。スカート面５３の一部を形成す
る環状のバンド５０と円滑に相互作用する湾曲した内部
壁５２を有するロータ４０が示されている。ハブ４２は
円柱状の伸長部４４と、前記円柱状の伸長部と前記スカ
ートとの間い配置された円錐状の変化セクション４６と
を有する。ロータ４０に対する内壁は、先細円錐状セク
ションと円柱状セクションとに引き続く回転楕円体状に
内方に先細るセクションを有する凹所５６を規定する。
スカート４８は、好ましくは、わずかに非対称の偏球、
長球または正回転楕円体に近いロータ係合面５４を有す
る。このような回転楕円体は直径の上方に一の曲率を有
しまた前記直径の下方に他の曲率を有するが、本発明の
目的のためには、このような曲率の相違は「回転楕円
体」として湾曲した構造を規定するために無視される。
前記回転楕円体は、球面状に湾曲した内部壁５２の半径
より幾分小さい半径を有する。

第６図に、円柱状の伸長部５４と、円錐状の先細セクシ
ョン５６と、湾曲したスカート５８を有するハブ６０が
示されている。スカート５８は偏球の一部から取られた
外形を有する。ハブ６０は、球状または似たように先細
る穴を有するロータとともに使用されるように意図さ
れ、また、第４図に示す前記ハブにおけると同様の材料
から形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る遠心器の一部切欠き斜視図、第２
図は第１図の遠心器におけるハブ−ロータ仲介装置の切
欠き側面図、第２ａ図は第２図における領域２ａ内の仲
介装置の詳細な側断面図、第３図は誇張された傾斜状態
にある第１図の遠心器におけるハブ−ロータ仲介装置の
切欠き側面図、第３ａ図は第３図における領域３ａ内の
仲介装置の詳細な側断面図、第４図は本考案に従って回
転楕円体状に縁取られたハブの斜視図、第５図は本考案
のハブ−ロータ仲介装置の第２の例の拡大切欠き側面
図、第５ａ図は第５図における領域５ａ内の仲介装置の
詳細な側断面図、第６図は第５図に示すハブの斜視図で
ある。１０：遠心器、１２，４０：ロータ、１６，４２，６０：ハブ、２０：モータ（駆動手段）、２２，４４，５４：伸長部、２６，４８，５８：スカート、２８，５０：接触バンド（バンド部分）、３０，５２：内部壁、３２，５３：スカート面（ロータ係合面）、Ａ：駆動軸線。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】垂直な駆動軸線に関して対称でありかつ滑
らかな連続した外形曲線を有する放射方向外方へ向くロ
ータ接触面を規定するスカートを備えるハブと、前記垂
直な駆動軸線の周りに前記ハブを回転させるための駆動
手段と、共に回転するために前記ロータ係合面と摩擦接
触する内壁を有するロータとを含む、遠心器。
【請求項２】前記滑らかな連続した曲線は、前記垂直な
駆動軸線と一致する短軸線を有する偏球面の一部に規定
されている、請求項（１）に記載の遠心器。
【請求項３】前記滑らかな連続した曲線は円である、請
求項（１）に記載の遠心器。
【請求項４】前記偏球は、中心が前記スカートの下方の
前記垂直な駆動軸線に沿ってある曲率半径を有する、請
求項（２）に記載の遠心器。
【請求項５】前記ハブへの前記ロータの最初の位置決め
のために前記スカートの上方に共軸的な円柱状の伸長部
を含み、これにより、過度に傾斜しないように前記ロー
タを抑制する、請求項（１）に記載の遠心器。
【請求項６】垂直な駆動軸線を有する遠心器と回転駆動
係合するハブであって、前記遠心器が前記垂直な駆動軸
線の周りの前記ハブの回転のために前記ハブに結合され
る駆動手段と、回転駆動係合関係に前記ハブを受け入れ
るための軸線の周りに対称の内部壁を有するロータとを
備え、前記ハブが、偏球、長球または正回転楕円体の一
部の形状を有する、軸線の周りに対称の放射方向外方面
を備えるハブスカートを含み、前記一部が前記垂直な駆
動軸線と共軸の対称軸線を有する、ハブ。
【請求項７】前記回転楕円体は前記垂直駆動軸線に沿っ
て曲率中心を有する、請求項（６）に記載のハブ。
【請求項８】さらに、前記ハブへの前記ロータの最初の
位置決めのために前記スカートの上方に共軸的な円柱状
の伸長部を含み、前記円柱状の伸長部は前記ロータの内
壁の円筒状のセクションに対向する、請求項（６）に記
載のハブ。
【請求項９】垂直な駆動軸線を有する遠心器と回転駆動
係合するハブであって、前記遠心器が前記垂直な駆動軸
線の周りの前記ハブの回転のために前記ハブに結合され
る駆動手段と、回転駆動係合関係に前記ハブを受け入れ
るための軸線の周りに対称の内部壁を有するロータとを
備え、前記ハブが、滑らかに湾曲した周囲形状を有する
円形のバンド部分を有する、軸線の周りに対称の放射方
向外方面を備えるハブスカートを含み、前記バンドは前
記ハブと前記ロータとの間で可能な駆動係合接触範囲に
より規定された垂直長さを有する、ハブ。
【請求項１０】前記バンドは回転楕円体の一部である、
請求項（９）に記載のハブ。
【請求項１１】前記回転楕円体は偏球である、請求項
（１０）に記載のハブ。
【請求項１２】前記回転楕円体は長球である、請求項
（１０）に記載のハブ。
【請求項１３】前記バンドは前記スカートの下方の前記
垂直な駆動軸線上に曲率半径を有する、請求項（１０）
に記載のハブ。
【請求項１４】前記バンドの垂直長さは0.2mmないし0.8
mmの範囲にある、請求項（９）に記載のハブ。