JPH11500663A - スイングバケット式遠心分離機ローター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スイングバケット式遠心分離機用ローター（１０）は、基準面（１０Ｒ）を有する本体（１２）から成り、この基準面（１０Ｒ）は、鉛直に延びる回転軸（１０Ａ）に対して通常直角に伸びている。本体（１２）は少なくとも１対の対向平面状の側壁（２４Ａ、２４Ｂ）を有し、この側壁（２４Ａ、２４Ｂ）の各々の上にはトラニオンピン（３０）が付いている。各トラニオンピン（３０）は、これを貫いて、通常平面状の側壁（２４Ａ、２４Ｂ）に対して直角に延びる軸（３０Ａ）を有し、この平面状側壁（２４Ａ、２４Ｂ）の上にピン（３０）が付いている。各側壁（２４Ａ、２４Ｂ）の上には、さらに通常シリンダー形状のスイングバケット支持面（４０）が付いている。各シリンダー形状支持面（４０）は遠心力発生軸（４０Ａ）を有し、この遠心力発生軸（４０Ａ）は基準面（１０Ｒ）の中で、トラニオンピン（３０）の軸（３０Ａ）に平行に走っている。このようにして、各シンリンダー状支持面（４０）の一部が、基準面（１０Ｒ）の上と下を走っている。

Description

【発明の詳細な説明】 スイングバケット式遠心分離機ローター 発明の背景 発明の技術分野 本発明は、スイングバケット式遠心分離機ローターに係わ る。 関連出願の相互参照 ここに開示する主題に関しては、同時出願し同時係属中の出願番号 「スイングバケット式遠心分離機ローター用バケット」にも開示し、権利請求を 行っている。 従来の技術 スイングバケット式ローターは、遠心分離機の技術としてはよ く知られた技術である。このローターは非常に高い速度で回転する（即ち「超高 速」回転の）ローターの部類に属し、ローター本体には、通常、下面に空洞が１ 列に並んでいる。これらの空洞は、丁度バケットが納まる形と大きさを備えてい る。バケットをこの空洞に納めると、ローター本体の下面に吊り下がるようにな っている。ローターを加速して高速で回転させると、バケットは静止時の位置か らスイングして水平になり、通常、バケット表面の一部が、ローター本体の下面 にある支持面上に納まる。この支持面はバケットを受け入れる形になっている。 このようにして、支持面は荷重の一部をバケットハンガーからローター本体へ伝 える。このようなローター構造の代表例が、米国特許第3,997,105 号（Haydenら ）に開示された構造であると考えられる。このタイプのローターは、通常、ハン ガーにバネ機構を使用している。この機構によって、バケットが回転を始めて水 平になったとき、バケットについたピンの向きが変わる。ピンの向きが変わると 、バケットは、ローター本体の支持面に対して押さえつけられて安定 する。 この従来型のスイングバケット・ローターは、臨床医を困らせることがある。 即ち、バケットがローターの下面から吊り下がっているので、ローターの下に手 を差し入れないと、バケットをローターに挿入できない。ローターが遠心分離機 のシャフトに取り付けられている場合には、この操作は一層困難になる。バケッ トの取り付け状態が不満足なまま、作業を行ってしまう場合も起こる。バケット の取り付けが不適切だと、操作中に、バケットの運動でローターや器械を破損し てしまうこともある。 バケットの据え付け状態を改良するために、上記の機構と異なるタイプのスイ ングバケット式ローターが開発され、米国特許第3,997,105 号（Chulayら）に開 示されている。このタイプのスイングバケット式ローターは、バケットを、通常 ピン又はハンガーの上から取り付けるので、「トップローダー」とも呼ばれてい る。 従来型及び「トップローダー」いずれのスイングバケット式ローターにおいて も、バケットが水平位置にあるとき、普通はバケットの通常水平な基準線の上の 部分だけをローター本体の支持面が支持することが問題である。ローター本体の 支持面は大きな曲げモーメントが不均等にかかり、従ってローター本体の設計を 、この大きな負荷を許容できるようなものにしなければならない。その結果、ロ ーターは大きく高価なものとなってしまう。 米国特許第4,585,434 号（Coleら）は、バケットの底面が支持面として作用し 、バケットを「ローター用風避け」上に納めるようなローター構造を開示してい る。しかし、「風避け」を付けてもローターのコストは上がり、形も大型化して しまう。 上記の問題を解決するために、バケット上の上下２カ所を支持してローター本 体にかかる曲げモーメントを減らすように設計すれば、トップ負荷型スイングバ ケット式ローターが有利に制作できると考えられる。 発明の要約 本発明の第１の側面は、本体を貫く鉛直回転軸中心の回転に本体を適合させる ことを特徴とする、遠心分離機器用スイングバケット式ローターを提供すること にある。本体は、これを貫いて延びる、通常回転軸に直角な基準面を有している 。本体は、相対する少なくとも１対の平面状側壁を有し、この側壁は外周に互い に離して配置され、その間に通常軸方向に延びるスロットを形成する。このスロ ットは、スイングバケットを丁度受け入れる大きさに調節される。各平面状側壁 にはトラニオンピンが付いていて、各トラニオンピンには、それを貫く軸がある 。各トラニオンピンは、回転軸から半径方向に第１所定距離を置いて配置されて いる。各トラニオンピンの軸は平面状側壁に対して、通常直角に延びている。各 平面状側壁は、さらに通常シリンダー形状のスイングバケット支持面も有し、こ のシリンダー形状支持面は、鉛直軸から半径方向に第２所定距離（第１所定距離 より大きい）を置いて各側壁に配置されている。各シリンダー形状支持面の基準 面の中に遠心力発生軸が有る。従って、各シリンダー形状支持面の一部は、基準 面の上下に存在することになる。各シリンダー形状支持面の中にある遠心力発生 軸は、トラニオンピンの軸に平行か又はこれと同一直線上にある。 第２の側面として、本発明はスイングバケット式遠心分離機用ローターで使用 するバケットにも関する。本側面に該当するバケットは、これを通して延びる基 準軸を有するシリンダー形状本体から成り、本体上に形成された１対の平面状の 迫台を有している。これらの迫台は、本体上に、その軸に関して正反対の位置に 配置されている。各平面状迫台面には、平面状側面及び底支持面がある。各迫台 の一部とバケット本体の間にはスロットが形成されている。各平面状側面は、本 体の軸に通常平行に延びる第１の溝、及び本体の軸に通常直角に延びる第２の溝 がある。第１の溝と第２の溝は、スロットに連通している。第１の溝、第２の溝 及びスロットは、ともに各迫台の上で弾性バネ要素を構成する。各迫台上の底支 持面は、通常シリンダー形状で、本体軸に沿って横たわる遠心力発生軸を有して いる。ここに各底支持面の一部は、本体軸を挟んで反対側の位置にある。 図面の簡単な説明 本発明は、付属図面による下記詳細説明によって、より完全に理解することが できる。ここに、 図１Ａ及び図１Ｂは、本発明における第１の側面に基づくスイングバケット式 遠心分離機用ローターの、それぞれ平面図及び側断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ａ及び図１Ｂに示した、スイングバケット式ロータ ーに使用するバケットの、それぞれ部分的な平面図及び側立面図（部分的に断面 を示す）であり、図２Ｃは断面図である。 図３Ａから図３Ｄまでは、図１Ａ及び図１Ｂに示したローターに使用する、図 ２Ａから図２Ｃに示したバケットの側断面図である。 発明の詳細な説明 下記の詳細な説明で使用する番号は、図面に使用した番号に対応する。 図１Ａ及び図１Ｂは、本発明によるスイングバケット式遠心分離機ローター（ 一般に参照番号１０で示す）の、それぞれ平面図及び側立面図（部分的に断面を 示す）である。 ローター１０は、強くて軽い材料、例えばチタン又はアルミニウムを原料とし て、鋳造法、鍛造法、又は固形棒を機械加工して作られた、比較的に大型の構成 部分である。ここで説明するローター１０の種々の面加工は、当該技術に精通し た者が理解している適切な機械加工方法によって行われる。ローター１０は遠心 分離機の中の、遠心分離機を貫いて延びる鉛直回転軸１０Ａの周囲で回転運動を 行う。 ローター１０には、中心ハブ区域１４を有する本体部分１２が含まれ、このハ ブ区域から、複数アームが、通常放射状に延びている。これらのアームは、一般 に参照番号１６で示す。図には、１６Ａから１６Ｆまでの６本のアームが描かれ ているが、ハブ１４から放射状に出るアームの本数は、６本に限定されるもので はない。ローター１０には上部平面１８及び下部平面２０が付いている。取り付 け空洞２２が、ハブ１４を貫いて、上部平面１８から下部平面２０まで延びてい る。取り付け空洞２２の下部は、遠心分離器の駆動軸（図には示されていない） の上端を受けるように、これに対応してテーパーを付けた円錐台形（図１Ｂ）に なっている。ここに、ローター１０は駆動力源に連結していてもよい。シャフト に取り付けたときは、遠心分離器のシャフトの軸は、ローター１０の回転軸１０ Ａと一直線上にある。図１Ｂで良く分かるように、本体１０は、通常は回転軸１ ０Ａに対して垂直な関係で本体を貫いて延びる、基準面１０Ｒを有している。即 ち、従来の使用方法では、通常鉛直に配置した回転軸１０Ａの周りで回転させる ようにローター１０を取り付けた場合、基準面１０Ｒの向きは通常水平になる。 １６Ａ−１６Ｆの各アームには、通常平行且つ平面状の側壁２４Ａと２４Ｂが 、それぞれ対になって付いている。アーム１６Ａ−１６Ｆのいずれかの１本につ いた側壁２４Ａは、円周上で隣接するアームに付いた側壁２４Ｂと向き合って配 置され、これによって、円周上に並んだスロット２６Ａから２６Ｆが形成されて いる。各スロットは、一般的にローターを軸方向に貫いて（即ち、事実上回転軸 １０Ａに平行に）延びている。円周上で隣接する各々のアーム１６に付いた、対 になった側壁２４Ａと２４Ｂは、円周上で、スイングバケットのサンプルコンテ ナー１００が入るように、円周上に充分な距離を置いて付けられている。このサ ンプルコンテナーの詳細については後述する。対になった側壁２４Ａ、２４Ｂの 内側の端は、スカラップ形表面２８Ａ−２８Ｆと接合している。この接合によっ て、バケット１００の先端が静止時の位置から運転時の位置までスイングしても 、これを充分に許容できる先端空間が得られる。このバケット１００についても 後述する。 各１対の対向する各平面状側壁２４Ａ及び２４Ｂには、トラニオンピン３０が 付いている。各トラニオンピン３０自体も、それを貫く軸３０Ａを有している。 各トラニオンピン３０の軸３０Ａは、（場合によって異なる角度の場合もあるが ）通常は取り付けられる平面状側壁２４Ａ及び２４Ｂに対して直角に延びている 。円周上に隣接して配置されたアーム上のトラニオンピンの軸３０Ａは、図１Ａ に示すように、共通ライン３６Ａ−３６Ｆの上にある。後述（図３Ａ−図 ３Ｄ）するように、これらのライン３６Ａ−３６Ｆは、スイング軸１００Ｓと一 直線状にあり、これらのライン上で、バケット１００が最初の静止時の位置（図 ３Ａ）から次の運転時の位置（図３Ｄ）まで移動する。各アーム上のトラニオン ピン３０は、回転軸１０Ａから所定の半径方向距離３０Ｒ（図１Ｂ）の位置にあ る。各トラニオンピン３０の軸３０Ａは、基準面１０Ｒの上にある（図１Ｂ）こ とが好ましい。 各アーム１６Ａ−１６Ｆの半径方向に外側にある端には、通常円周上で延びる フィンガー３８Ａ及び３８Ｂが付いている。アーム１６Ａ−１６Ｆのいずれか１ 本に付いたフィンガー３８Ａは、隣接アームに付いているフィンガー３８Ｂと向 き合っている。円周上で隣接する各アーム１６の上で、対向フィンガー３８Ａ、 ３８Ｂは対になって、側壁によって形成されるスロット２６Ａ−２６Ｆの上から 、これらのスロットを部分的に塞ぐ。しかし、バケットが運転位置に動くとき、 スイングバケット・サンプルコンテナー１００本体の主要シリンダー部分が外側 にスイングできるように、フィンガー３８Ａ、３８Ｂの端は円周上で充分に離し て配置されている。各フィンガー３８Ａ、３８Ｂは、通常シリンダー形状のスイ ングバケット支持面４０を有している。各支持面４０は、それに合った所定の曲 率半径を有している。支持面４０は、各側壁２４Ａ、２４Ｂ（場合により異なる ）上に、鉛直軸１０Ａから、大きい方の第２半径方向距離４０Ｒを置いて配置さ れている（図１Ｂ）。 図１Ｂから明らかなように、各シリンダー形状支持面４０は、基準面１０Ｒの 中にある遠心力発生軸４０Ａを有する。遠心力発生軸４０Ａは、支持面が付いた 側壁から延びる、トラニオンピン３０の軸３０Ａに平行に配置してもよい。最優 先例においては、各トラニオンピンの軸３０Ａは基準面１０Ｒの中で、支持面４ ０の遠心力発生軸４０Ａと同一直線上にある。 図１Ｂより明らかなように、各シリンダー形状支持面４０の遠心力発生軸４０ Ａと、ローター１０の基準面１０Ｒの上記関係は、表面４０を、基準面１０Ｒの 上に軸方向に横たわる４０Ｔと、基準面の下に軸方向（いずれも回転軸１０Ａに 関する）に横たわる４０Ｂに分割する。この支持面４０の配置によって得られる メリットは、以後の説明で次第に明らかになる。 本発明のもう１つの側面は、通常参照番号１００で示し、スイングバケット式 遠心分離器ローターに使用されるバケットに関する。このバケットを図２Ａ−図 ２Ｃに図解する。本発明に基づき、バケット１００は、通常シリンダー形状の本 体部分１０４から成り、この本体部分１０４を貫いて、バケット１００の長さ方 向の基準軸１００Ａが延びている。本体１０４の開放されたトップ１０４Ｔは、 バケット１００の上部又はトップの末端部を形成している。本体１００の閉鎖下 端１０４Ｅは、球状、円錐状、その他種々の形状を取り得る。バケット１００に も、これを貫いて延びる所定のスイング軸１００Ｓがある。このスイング軸１０ ０Ｓは、バケット１００が第１の静止位置（図３Ａ）から第２の運転位置（図３ Ｄ）へ移行するときのスイング軸である。スイング軸１００Ｓは、バケット１０ ０の長さ方向の軸１００Ａと直交することが望ましい。本体１０４は中空で、そ の中心部は、サンプルコンテナーを受ける空洞１０６になっている。空洞１０６ の入口１０８には、キャップ１１０を嵌めるように（必要なら）ネジを切っても よい（図２Ｃ）。空洞１０６は、適切なら、その他どんな方法で塞いでもよい。 スイングバケット１００には、本体部分１０４に１対の耳状に出っ張った迫台 １１４Ａ及び１１４Ｂが付いている。図２Ａ及び図２Ｃでよく分かるように、ス ロット１１８Ａ及び１１８Ｂは、それぞれ迫台１１４Ａ及び１１４Ｂの軸方向に 見て上部にある部分を、バケット１００の主要本体から分離するのに役立ってい る。スロット１１８Ａ及び１１８Ｂの目的は、今後明らかになる。各迫台１１４ Ａ又は１１４Ｂには平面状の外部側面１２２及び通常シリンダー形状の底支持面 １２４が付いている。平面状の外部側面１２２は、スイング軸１００Ｓに垂直に なるように設計されている。シリンダー形状底支持面１２４は、支持面４０の曲 率半径に等しい曲率半径を有している。 図２Ｂでよく分かるように、各迫台の平面状外部側面１２２には、第１の溝１ ２６、及びこれと交わる第２の溝１２８がある。第１の溝１２６は、通常バケッ ト１００の長さ方向の軸１００Ａと平行に延び、第２の溝１２８は、通常この軸 に垂直に延びている。第１の溝１２６の下部には、テーパーの付いた引き込み面 １２６Ｔがある。第１の溝１２６の上部及び第２の溝１２８の全体は、迫台 １１４Ａ、１１４Ｂに隣接するスロット１１８と連通している。スロット１１８ は、場合によっては中に溝が切られていることもある。このように、第１の溝１ ２６、第２の溝１２８、スロット１１８が一緒になって、各迫台１１４Ａ及び１ １４Ｂの中に、弾性バネ要素１３２を形成している。 各迫台１１４Ａ及び１１４Ｂに付いた通常シリンダー形状の底支持面１２４の 遠心力発生軸１２４Ａは、バケット１００の長さ方向の軸１００Ａに沿って、平 行に走っている。従って、シリンダー形状の底支持面１２４は、バケット１００ の軸１００Ａの各側を走る１２４Ｔ及び１２４Ｂの、２つの部分に分割される（ 図２Ｂ）。図２Ｂに見られるように、面１２４の部分１２４Ｔは、バケット１０ ０の長さ方向の軸１００Ａの右側を走っているように描かれ、面１２４の部分１ ２４Ｂは、長さ方向の軸１００Ａの左側を走っているように描かれている。支持 面１２４のこの形によって得られるメリットも、いずれ明らかになる。遠心力発 生軸１２４Ａは、スイング軸１００Ｓと平行又は一直線上に配置することができ る。詳細については後述するが、その考察に基づけば、遠心力発生軸１２４Ａは スイング軸１００Ｓの「上」に配置することができ、この場合には、遠心力発生 軸１２４Ａはスイング軸１００Ｓより、バケット１００のトップ末端部１０４Ｔ に接近して走ることになる。もう一つの方法として、遠心力発生軸１２４Ａをス イング軸１００Ｓの「下」に配置してもよい。この場合には、スイング軸１００ Ｓは遠心力発生軸１２４Ａより、バケット１００のトップ末端部１０４Ｔに接近 して走ることになる。 本発明で使用されるローター１０及びスイングバスケット１００の詳細な構造 を説明したので、図３Ａ−図３Ｄから、これらの構成要素が組み合わせ使用され る方法が理解できることと思う。 図３Ａに、休止状態のローター１０及びバケット１００を示す。ローターは遠 心分離器のシャフトに、ローター１０の軸１０Ａが外部基準に関して通常鉛直位 置に配置されるように取り付けられる（ここには示されていない）ものとする。 スロット２６を形成する対向側壁２４Ａ及び２４Ｂの各々に付いたトラニオンピ ン３０を溝１２６の中に受けるように、バケット１００をスロット２６のいずれ か一つの中へ下げて、その位置にあるローター１０の上に設置する。弾性要素 １３２の下面が、対応するトラニオンピン３０に達して落ちつくまで、バケット １００を下げる。テーパーの付いた引き込み面１２６Ｔが、このバケットを取り 付ける作業に役立つ。このようにして、対になったトラニオンピン３０の助けを 借り、弾性要素１３２によって、バケット１００は各迫台１１４Ａ及び１１４Ｂ の上に支持される。バケットが落ち着くと、バケット１００の長さ方向の軸１０ ０Ａは、ローター１０の基準面１０Ｒに対して垂直の位置にくる。バケット１０ ０のスイング軸１００Ｓは、ライン３６及び共線軸３０Ａと一直線上に並ぶ。 ローターが比較的に低い回転速度まで加速するときの、ローター１０とバケッ ト１００の関係を図３Ｂに示す。バケット１００（及び液体サンプルが入ってい れば、これも含む）の重心ＣＧはスイング軸１００Ｓの下にあるので、バケット １００は（スイング軸１００Ｓの周りで）静止位置（図３Ａ）から運転位置（図 ３Ｄ）に向けてスイングを開始する。 ローター速度が増加するにつれて、バケット１００の長さ方向の軸１００Ａは 水平基準面１０Ｒに接近する（図３Ｃ）。バケット１００（及び液体が入ってい れば、これも含む）の遠心力により、各迫台１１４Ａ及び１１４Ｂ上のバネ要素 １３２が変形し始める。その結果、バケットの迫台１１４Ａ及び１１４Ｂの上に ある支持面１２４と各側壁２４Ａ及び２４Ｂの上にある支持面４０の間のＧ（図 ３Ｃ）が半径方向に狭まり始める。 バケット１００が運転速度に達したときの、バケット１００のローター１０に 対する配置を図３Ｄに示す。運転速度においては、バケット１００の長さ方向の 軸１００Ａは、実質的にローター１０の水平基準面１０Ｒ上にある。各迫台１１ ４Ａ及び１１４Ｂ上のバネ要素１３２は、各迫台１１４Ａ及び１１４Ｂの支持面 １２４が支持面４０に接触する程度に変形する。特に、基準面１０Ｒの上にある 支持面１２４の各部分１２４Ｔは、支持面４０の対応部分４０Ｔに着いて納まり 、これによって支えられる。これに加え、本発明に従えば、基準面１０Ｒの下に ある支持面１２４の各部分１２４Ｂも、支持面４０の対応部分４０Ｂによって支 えられる。 支持面４０により支持される場合、バケット１００（及び液体サンプルが入っ ていれば、これも含む）によって発生した遠心負荷のかなりの部分がトラニオン ピン３０からローター１０の対応アーム１６に伝わる。しかし、バケット１００ は、基準面１０Ｒの上と下で事実上等しく支持されているので、負荷が伝わって も曲げモーメントは発生しない。これにより、負荷を支えるために必要な、ロー ター１０の材料使用量を節約できる。 遠心力発生軸１２４Ａ、（バケット１００上の）スイング軸１００Ｓ、遠心力 発生軸４０Ａ、（ローター１０上の）ライン３６の間の相対位置は、支持面１２ ４及び４０の間のギャップＧを決めるのに役立つ（図３Ｃ）。優先例において、 遠心力発生軸４０Ａ及びライン３６は、平面１０Ｒの中で同一直線上にある。従 って、バケット１００上の遠心力発生軸１２４Ａは、スイング軸１００Ｓの上に ある長さ方向の軸１００Ａに沿って走っている。スイング軸１００Ｓと遠心力発 生軸１２４Ａの間の距離は、通常０．０１０インチから０．０１５インチのオー ダーにある（この距離は、説明を分かりやすくするために、図では拡大されてい る）。遠心力発生軸１２４Ａを長さ方向の軸１００Ａに沿ってスイング軸１００ Ｓの下に置きたい場合は、遠心力発生軸４０Ａは、平面１０Ｒの中で、ライン３ ６に平行で、半径方向にライン３６の外側になければならない。 当技術に精通した者で、ここに述べた本発明の恩恵を被る者であれば、本発明 に改修を加えることができる。このような改修は、付属の請求範囲で定義される ように、本発明の範囲に含まれるものと解釈される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．遠心分離機器に使用するスイングバケット式遠心分離機ローターであって、 このローターは、 回転軸の回転に適合する本体から成り、この回転軸は本体を貫いて鉛直方向に 延び、この本体を貫いて延びる基準面が存在し、この基準面は通常回転軸に直角 に延び、 この本体は少なくとも１対の対向平面状側壁を有し、この平面状側壁は円周上 で離れた位置にあり、通常軸上に延び、その中で丁度スイングバケットを受け入 れる大きさのスロットを形成し、 各平面状側壁の上にはトラニオンピンがあり、各トラニオンピンはそれを貫い て延びる軸を有し、これらの軸は、平面状側壁に対して通常直角に伸び、各トラ ニオンピンは回転軸から半径方向に第１所定距離を隔てて配置され、 さらに各側壁の上には、通常シリンダー形状のスイングバケット支持面があり 、このシリンダー形状の支持面は、各側壁上に鉛直軸から半径方向に、より大き な第２距離を置いて配置され、シリンダー形状の各支持面は、基準面の中を走る 遠心力発生軸を有し、 ここに、シリンダー形状の各スイングバケット支持面は、基準面の上及び下に その各部分が存在することを特徴とするスイングバケット式遠心分離機ローター 。 ２．請求項１において、各支持面の遠心力発生軸が、トラニオンピンの軸に平行 になっているローター。 ３．請求項２において、トラニオンピンの軸が、基準面の中に並んでいるロータ ー。 ４．請求項１において、各支持面の遠心力発生軸が、トラニオンピンの軸と一直 線になっているローター。