JPH07507723A - 遠心機のスナッププラグ付きチューブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 遠心機のスナッププラグ付きチューブ 発明の背景 発明の分野 本発明は遠心機のチューブに関し、特に、遠心機のチューブの密封すなわち閉塞 に関する。

関連技術の説明 典型的な遠心機のチューブは全体に円筒形の本体を有し、この本体は、遠心操作 におかれるべき液体サンプルを受け入れるための充填用開口すなわちチューブス テムを有する１つの端部を備える。液体サンプルをチューブに導いた後、遠心操 作中の内容物の漏れを防ぐために、前記チューブの開いた端部を覆う非常に密な 囲みすなわちキャップ手段を備える必要がある。

キャップ手段を開いた端部付きの遠心機のチューブに置くことに関連してよく起 こる問題は、前記チューブ内に蓄積される静水圧下で起こりつる何らかの可能性 ある漏れを防ぐために、プラグとチューブとの間に適当なシールが達成されるの を保証することである。前記チューブ内の静水圧は、前記遠心機が２０．００Ｏ ｒｐｍまたはそれ以上の速度で回転されるとき、非常に強力になる。

高速度の遠心機での何らかの可能性ある漏れを除きまたは妨げることの重要性は 、より少なく見積もることはできない。液体サンプルはいくつかのタイプの、病 原体、突然変異誘導物、バクテリアその他の有害物質を含むかもしれない。遠心 操作の実施中の漏れは、オペレータにとって有害な状況を作りつる。前記液体サ ンプルは、ユーザが遠心操作の実施中の漏れによって失うことを望まない、代替 できない少量供給の物質であるかもしれない。さらに、漏れはロータの不均衡を 生じ、ロータ事故につながるであろう。

多くの場合、結果として生ずる漏れは、前記キャップ手段と前記遠心機のチュー ブとの間に達成されている不適当なシール、すなわち前記キャップ手段の不十分 な構造もしくは設計ゆえの、または前記キャップ手段の前記遠心機のチューブへ の不適当な配置の結果ゆえの不適当なシールによって起こされている。前記キャ ップ手段が試験管とキャップ手段との間の堅固なシールを達成するように設計さ れることが重要であるばかりでなく、遠心操作後液体サンプルの内容物を乱すこ となく前記キャップ手段を取り外すのが容易であるような設計を前記キャップ手 段が持つこともまた重要である。そうでないと、分離されたサンプル成分が再混 合され、遠心操作の実施を無効としてしまう。

米国特許第５，１２７，８９５号明細書は、遠心機の自己密封式チューブを開示 する。このチューブは、遠心操作中の密なシールを行わせるために前記チューブ に収容されているサンプル溶液の静水圧を利用している。前記特許は、本発明の 譲受人に譲渡されたもので、ここに参照することによって組み入れられる。遠心 機の前記チューブのチューブステムは、プラグでふたをされ、遠心操作に先だっ てナツトとスペーサとによってロータの穴に固定される。遠心操作をすると、サ ンプル溶液に働く遠心力の結果として生ずる静水圧が、前記穴内に所定に固定さ れた前記スペーサによってまたは前記プラグの遠心重量によって与えられる支持 に抗して前記チューブステムを前記プラグに押し付けさせる。その結果、シール がプラグとチューブステムとの間に形成される。遠心力がロータ速度の増加とと もに増加すると、静水圧が増加し、それによってプラグのより密なシールをチュ ーブステムに及ぼす。シール力は、したがって、前記チューブ内に収容されてい るサンプル溶液に加わる遠心力に依存する静水圧の大きさと釣り合う。遠心操作 後、弱いシールがプラグと充填用のチューブステムとの間に残り、ユーザが何ら かの特別な工具を必要とすることなく遠心機のチューブのプラグを外すのを容易 にする。前記したチューブおよび密封構造は、オブティシール（ＯｐｔｉＳｅａ ｌ）の商標で米国カリフォルニアのベックマン　インスッルメンツ　インコーホ レーテッドによって販売されている。

前記特許された遠心機の自己密封式チューブおよび密封構造は、遠心操作中優れ たシールを提供するけれども、遠心操作によって生ずる遠心機のチューブの変形 により前記チューブ内に蓄積される残留圧力が遠心操作後の前記チューブの処理 中に前記プラグを追い出すかもしれないことが判明した。

発明の概要 本発明は、従来技術の遠心機の自己密封式チューブおよびプラグの改良に係る。

本発明のプラグは、このプラグと遠心機のチューブのチューブステムとの間の締 りばめを提供するように形状づけられ、かつ、寸法法めされている。前記締りば めは、前記チューブ内に蓄積される残留圧力にもかかわらず、遠心操作の前後に 前記チューブステムにある前記プラグを固定するように設計されている。前記締 りばめはまた、前記プラグを充填用のチューブステムに固定するため高度の保持 力を維持する一方、前記プラグを容易に挿・　入させ、かつ、容易に取り外させ るように設計されている。

記載した実施例では、前記プラグは、広げられた端部に向けて狭くなるテーパ状 の本体を備える。Ｏリングがテーパ状の本体の回りの環状溝に配置されている。

前記広げられた端部は、テーパ状の充填用のチューブステムと締りばめとなり、 これによって前記プラグは、このプラグの広げられた端部がテーパ状のチューブ ステムを越えて前記チューブ内に伸びるとき、前記充填用のチューブステムにス ナップ作用ｆｓｎａｐｐｉｎｇ　ａｃｔｉｏｎ）で固定される。このスナップ嵌 め位置ｆｓｎａｐ−ｉｎｐｏｓｊ　ｔｉｏｎｌ　において、前記プラグは、前記 充填用のチューブステムに固定され、初期のシールを与える。このシールは、遠 心操作すると、前記チューブ内の静水圧および（または）支持スペーサの前記プ ラグへの力に起因する自己水封機構によって増加する。遠心操作後、チューブス テムとプラグとの間のスナップ結合は、遠心操作によりまたはユーザによるチュ ーブの処理により生ずる遠心機の前記チューブの変形によって作られ、前記チュ ーブ内に蓄積される残留圧力に抗して前記プラグをしっかり保持する。前記プラ グの挿入と取外しとを、締りばめの拘束能力を損なうことなく適度の力によって 容易にするために、広げられた端部と充填用のチューブステムとの間の締り接触 の範囲は、可及的に減少される。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の１実施例に従う遠心機のチューブとキャップアッセンブリとの 断面図である。

図２は、本発明のプラグの詳細を示す一部を破断した正面図である。

図３は、図２の底面図である。

図４ａないし図４ｄは、プラグがチューブステムに挿入されるときの相互作用の 順序を示す模式図である。

図５は、本発明のチューブとスペーサアッセンブリとを支持する揺動パケット式 の遠心機のロータの図式的な平面図である。

図６は、本発明の別の実施例に従うプラグの別の実施例の断面図である。

図７は、本発明に従う遠心機のチューブとキャップアッセンブリとを支持する固 定角度式ロータの断面図である。

図８は、固定角度式ロータに使用するためのスペーサの断面図である。

図９ないし図１１は、遠心操作後、チューブをロータの穴から引き抜き、またプ ラグをチューブステムから取り外すために設計された工具のそれぞれ平面図、正 面図および側面図である。

図示した実施例の説明 以下の説明は、本発明を実施するのに現在最もよいと考えられる最良の態様につ いてのものである。この説明は、発明の一般的原理を示す目的でなされており、 制限する意味にとられるべきではない。発明の範囲は、添付の請求の範囲を参照 して最良に決定される。

本発明は、頂部と底部とを備える全体に円筒形の本体部を有する遠心機のチュー ブを参照して説明される。前記頂部と底部とは前記円筒形の本体部と一体に形成 されている（図１）。チューブのネックすなわち充填用のチューブステムは、頂 部の開口の回りに一体に形成されている。本発明が別の本体部の幾何学的形状の 遠心機のチューブによって実施しうることが認識されるであろう。

認識されるであろうように、本発明のキャップアッセンブリは、広いチューブス テムの遠心機のチューブに適用できる。したがって、より大きな開口は、サンプ ル溶液を前記チューブに入れるのに大きな直径のスポイトまたはピペットの使用 を可能にする。これは、前記チューブに入れられる大きな生物学の分子へのせん 断な減らし、それによって遠心操作に先立つサンプルの完全な状態を維持する。

同様に、分離されたサンプルが遠心操作後チューブから引き続いて引き抜かれる とき、大きな直径の吸い上げ工具を使用できる。

図１は、本発明の１実施例に従うキャップアッセンブリを示す。

遠心機のチューブ１０のチューブステム１２の外側は全体に円筒形である。チュ ーブステム１２の内側は円錐形状にテーパ状となった開口を定めており、この開 口は、前記チューブから外方へ１２°のテーパで広がっている。チューブステム １２はチューブ１０の頂部１４と一体に形成されている。プラグ１６は、環状の 溝２０内に保持されるＯリング１８を有する円錐形状にテーパ状となった部分１ ７を含む。プラグ１６のテーパは、充填用のチューブステムの開口のテーパとほ ぼ同じである。０リング１８は、使用前にはプラグ１６のテーパ状部分１７の上 方に突出している。プラグ１６がチューブステム１２の開口に挿入されるとき、 ０リング１８は、チューブステム１２のテーパ状の内側面２５と密封をする接触 をする。チューブ１０は、半透明または透明であることが好ましい熱硬化性プラ スチックで作ることができる。ポリプロピレンまたは適当なポリオレフィンはふ されしい材料であり、チューブはブロー成形法によって成形しつる。プラグ１６ もまた同じ材料で作ることができる。しかし、ポリプロピレンよりわずかに硬い が同等の比重であるポリフェニレンオキシド、ノリル（Ｎｏｒｙｌ；商標）その 他の同様の材料で作ることが好ましい。

本発明によれば、プラグの底すなわち狭い方の端部２２は、チューブステム１２ の縮められた直径２４より直径が大きくなるように広げられている。換言すると 、広げられた端部２２の直径２３は、チューブステム１２の縮められた直径２４ より大きい。図２および図３を参照して、プラグの構造が一層明瞭に示されてい る。平坦部２６がプラグ１６の広げられた端部２２の周縁に設けられている。こ のような平坦部２６の機能は、以下の説明で明らかとなるであろう。盲穴５０が 成形のひけ効果ｆｍｏｌｄｅｄ−ｉｎ　５ｉｎｋ　ｅｆｆｅｃｔｓｌを最小にす るように構造から芯を取るのに使用されている。プラグの広げられた端部にある 凹部５２は、プラグを成形するとき作られるゲート残部を隠させる。

チューブ１０は、プラグ１６の広げられた端部２２をチューブステムの開口（図 ４ａ）に挿入することによってキャップを取り付けられる。プラグ１６がチュー ブステム１２内を下方へ動くとき、広げられた端部２２はチューブステム１２の 縮められたより小さな直径２４に接触し、締りばめとなる（図４ｂ）。弾性変形 可能な材料で作られている縮められた直径２４の部分は、弾性的に伸び、広げら れた端部２２と一致する。この点において、プラグ１６をチューブステム１２に 押し込む、すなわち挿入するのに必要な力は増加する。この力の増加は極めて意 味のあるもので、チューブステム１２の縮められたより小さい直径との線対綿１ １ｉｎｅ　ｔｏ　１ｉｎｅｌの締り係合を減らす平坦部２６がない場合には、プ ラグ１６の挿入を妨げつる。広げられた端部２２の円周方向の全周長さは、平坦 部２６の付加により、真円の円周長さより少ない。前記線対線の締り係合の減少 は、プラグ１６を挿入するのに必要とされる力の最大量を規定し、少なくし、ま たは制限する。ひとたび広げられた端部２２がチューブステム１２の縮められた 直径２４を通過すると（図４ｃ）、広げられた端部２２のテーパ状の円錐面がス ナップ作用でプラグを座位置に引っ張る（図４ｄ）。座位置（図４ｄ）では、プ ラグ１６のテーパ状部分１７は、チューブステム１２のテーバ状の円錐状の内側 面２５と係合する。チューブステムＪ２の円錐状の内側面へのプラグ１６の内向 き動きの間、円形の横断面のＯリング１８は、チューブステム１２の内側面２５ に押し付けられ始める（図４ｃ）。

プラグ１６が十分に係合すると（図４ｄ）、Ｏリング１８は堅固なシールを与え るのに十分に圧縮される。この堅固なシールは、チューブが処理されているとき 、流体の通過またはプラグ１６のチューブステム１２からの位置ずれを許容しな いであろう。

前記シールは、前記チューブが使用されるロータのタイプにより、固定角度式ロ ータにおける浮きスペーサによって与えられる付加的な自己負荷によって、また は垂直もしくは垂直に近いチューブのロータにおけるチューブの頂部に対して遠 心的に導入される内部の静水圧によって、遠心操作中、さらに堅固にされる。前 記スペーサは、チューブステム１２がプラグを差し込まれた後、チューブステム １２に滑らされる。図１を参照するに、スペーサ３０は、遠心機のチューブのチ ューブステム１２および上方部分１４にほぼ一致するように形状づけられている 内側面を有するべく特別に設計されている。スペーサ３０がロータの穴（図５） に挿入されることとなるので、スペーサ３０の頂部は、ロータの穴からの容易な 取外しを可能にするためのフランジ３２を付けた形状である。スペーサ３０は、 ノリルのようなプラスチックまたはアルミニウムのような軽金属で作ることがで きる。スペーサはチューブステムと互いにかみ合う特徴、すなわちチューブステ ム１２の環状の隆起部３１とスペーサ３０の環状の溝３３とを備えることができ る。この互いにかみ合うスペーサは、前記広げられた端部が内部の静水圧によっ て縮められた直径を通って引き抜かれるのに抵抗するように、前記チューブステ ムを縮められた構造にさらに維持する。前記互いにかみ合うスペーサの詳細は、 本出願の譲受人に共通的に譲渡されている出願中の特許出願（代理人整理番号８ Ｄ−１１５７）により詳しく記載されている。遠心機のチューブ１０とそのキャ ップアッセンブリとの、揺動パケット式の遠心機のロータへの組み付けは、図５ に図式的に示されている。

揺動パケット式の遠心機のロータ４０では、遠心機のチューブ１０は揺動可能に 支持されるパケット４２の穴内に保持され、パケット４２は、軸線４４の回りに 遠心操作されると、外方へ水平位置に揺動する。従来の浮きスペーサの使用は、 米国特許第４，３０４，３５６号明細書に記載されている。この浮きスペーサは 、静水力学的な力および遠心力によって遠心機のチューブの変形に対する支持を 与える。スペーサ３０は、前記チューブとの相互作用や、前記スペーサと穴との 間の摩擦接触以外では、前記穴に沿って動くのが自由であるという意味において 浮いている。スペーサ３０は、サンプル溶液の平均密度よりわずかに小さい密度 であるべきである。それは、万一遠心機のチューブが破裂した場合には、前記ス ペーサを前記パケットの底部に向けて遠心分離するのを避けるためである。これ に代えて、前記スペーサの前記パケットの底部に向けての過剰な動きを制限する ために前記パケットの開口に反対向きの穴（図示せず）を設けることができる。

遠心操作後、互いにかみ合うスペーサ３０はチューブ１０と共にパケット４２か ら取り外される。スペーサ３０は、ねじったり、引いたりする動きの工具を要す ることなくチューブステム１２から簡単に取り外すことができる。プラグ１６は 、適当な引抜き工具（図９）でチューブステム１２から取り外すことができる。

万一プラグ１６の平らな頂部が高い遠心力によりチューブステム１２の開口の頂 部の下方へ落ち込んだ場合に、プラグ１６の引抜きを可能にするために、前記プ ラグの頂部に延長部を備えることが好ましいことが判明した。図６を参照すると 、プラグ１６は肩の上方へ持ち上がっている伸長されたポスト４６を有する。ポ スト４６の頂部には円形のフランジ４８がある。盲穴５０が成形のひけ効果を最 小にするように構造から芯を取るのに使用されている。プラグの広げられた端部 にある凹部５２は、プラグを成形するとき作られるゲート残部を隠させる。遠心 操作後、成形で付けられたフランジを備えるポスト４６は、プラグをチューブス テムから取り外すためにプラグの便利な把持を可能にする。

図７を参照して、チューブおよび囲み構造の固定角度式ロータへの使用を説明す る。ロータ６０は、回転軸ＭＡ６４に対して前もって定めた固定角度に合せられ 、かつ、前記回転軸線から等間隔をおいて円周方向に配列されたいくつかの穴６ ２を有する。六６２は、遠心機のチューブ１０とそれに付随するキャップアッセ ンブリとを受け入れるように形状づけられている。遠心機のチューブは、ロータ の穴に挿入するのに先だってサンプル溶液を充填される。

図８を参照するに、固定角度式ロータに使用するのに適するスペーサ６６が一層 明瞭に示されている。スペーサ６６はプラグ１６を覆っている。ねじ付き六６８ が、スペーサ６６をロータの六６２かも取り外すために使用されるべきねじ付き 工具（図示せず）に十分な大きさで設けられている。チューブの頂部１４の好ま しい形状、したがってスペーサのチューブと一致する形状は、固定角度式ロータ での特別な適用のためにはベル形状である。

チューブ６１はプラグを差し込まれ、スペーサ６６を差し込まれた後、ロータの 穴６２に挿入される。既に述べた隆起部と溝との互いにかみ合う構造は、固定角 度式ロータに使用されるためのチューブ６１とスペーサ６６とにも実施しつる。

スペーサ６６は、チュー２に沿って動くのが自由であるという意味において浮い ている。本発明では、遠心操作中の浮きスペーサの自己負荷は、プラグの平らな 頂部との接触によってプラグ１６に力を伝達する。遠心操作すると、チューブ内 のサンプル溶液１１は、回転軸線に対して半径方向の外方へ向く遠心力にさらさ れる。サンプル溶液は垂直の方位をとり、垂直のメニスカス７０がまさに形成さ れる。メニスカス７０の上方の空気空間の大きさは、チューブがサンプル溶液で 充填されるレベルに依存するであろう。メニスカス７０の上方の大きな空気空間 が明瞭のために誇張して示しであるけれども、チューブの壁が大きな遠心力によ って破裂するのを避けるために、メニスカスの上方の空気空間をできる限り小さ く保つようにチューブを完全に充填することが好ましい。サンプル溶液１１の垂 直コラムはチューブ６１の上方部分１４の一部とプラグ１６とに接触する。チュ ーブが充填されるサンプル溶液のレベルに依存して、チューブの上方部分のプラ グ周りの実質的な部分は、遠心操作すると、サンプル溶液の静水圧にさらされる 。静水圧下のプラグの上方への動きは、浮きスペーサ６６の遠心負荷によって拘 束される。実際、浮きスペーサの自己負荷は、チューブの頂部１４の静水圧に抗 してプラグを押し付ける。Ｏリングに対するシールはその結果より密になる。こ のように、ロータの速度が増加するにつれて、遠心力とそれゆえに静水圧とが増 加し、それによってＯリングとチューブステムとの接点におけるシール力を増加 する。増加したシール力は静水圧の増加を補い、それによって密な漏れのないシ ールを維持する。換言すると、シールは、圧力条件がより厳しくなるにつれ、よ り良くなる。

遠心操作が完了した後、スペーサ６６はスペーサ６６のねじ六６８を引っ張るこ とによってロータの穴から取り外される。遠心機のチューブ６１は、穴から引き 出され、プラグは図９を参照して以下に述べる工具を使用して取り外される。互 いにかみ合うスペーサが使用される場合、このスペーサはチューブと共にロータ の穴から取り外される。プラグ１６は、遠心操作に起因するチューブの永久変形 によって発現され、チューブ内に蓄積される残留圧力が存在しても、チューブス テムに保持されることが着目される。広げられた端部２２と縮められた直径２４ との間の締りの差または程度は、プラグの保持力または拘束力に直接的に比例す る。プラグを挿入するのに必要な力の大きさ、プラグの拘束力の大きさおよびプ ラグをチューブステムから取り外すのに必要な力の大きさの間には差し引きされ るバランスがある。

チューブとプラグとの間の適当な線対線の締り係合は、広げられた端部において 平坦部２６を設けることによって約０．５〜２％だけ円形の円周方向長さを減少 すると、約５０〜６０％となることが判明した。円形の円周方向の長さの減少量 はプラグに必要とされる挿入力に影響を及ぼし、より大きな挿入力がより小さな 減少量で必要になると信じられている。チューブと広げられた端部との間の締り 係合の割合は、プラグをチューブから取り外すのに必要な引抜き力を規定し、引 抜き力は係合の大きな割合で増加すると信じられている。

別の幾何学的形状の頂部１４を有する遠心機のチューブが本発明にしたがって使 用しつる。たとえば、円錐形状および半球状の頂部のチューブが使用しつる。

引抜き工具は、ここに記載した遠心機のチューブをロータの穴から引き抜（のに 使用するために設計されている。図９ないし図１１を参照するに、引抜き工具７ ０は、硬化したばね鋼または他の同様な材料で図示の形状に形成されている。引 抜き工具７０は、側部部材７１に強度と剛性とを与えるリブ７２を有する。リブ ７２は引抜き工具７０の真直ぐな部分の長さに沿っている。引抜き工具の相対す る端部は直角のタブ７４であり、これらタブ７４は中心線に向けて内方へ曲がっ ている。タブ７４は各端に鋭いコーナ７６を有する。このコーナ７６は前記端に 形成した前もって定めた半径７８の結果生じている。タブ７４のベンド８０から 鋭いコーナ７６までの長さは、チューブをチューブステムによって引く抜くため に最も小さな遠心機のロータの穴に引抜き工具を到達させるように定める。前記 引抜ぎ工具は、側部部材７１にまたは側部部材７１に沿って指圧を付加すること によって使用される。半径７８がチューブステム１２の半径よりわずかに小さい ことから、コーナすなわちポイント７６はチューブステム１２の側部にくいこむ 。ポイント７６のチューブステムへの突き刺しは、チューブの軸線方向で滑るの に抵抗を与える。従来の実験室のピンセットは、把持能力を有しない。

というのは、ビンセットは保持するように設計されており、処理されている材料 にくいこまないように、プラグを乱さないように、そしてシールを危うくしない ように設計されているからである。

本発明は、この発明に従う好ましい実施例に関して記載したけれども、種々の変 更や改良が発明の範囲および精神から離れることなくしうることが当業者に明ら かである。したがって、本発明は図示した特定の実施例によって制限されるので はなく、添付の請求の範囲によってのみ制限されることが理解されるべきである 。

ＦＩＧ、　６　ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １円錐形状にテーパ状となり、狭い端部に広げられた部分を有する本体と、該テ ーパ状の本体の溝に保持されるＯリングとを備える、遠心機のチューブ用ブラグ 。