专利名称：可选角度的离心机的制作方法
有关专利申请的相互参考本发明涉及在杜邦(Dupont)文献NO.IP-1022中描述和提出要求的一项发明，其标题为“用于稳定离心机转子的设备和方法”(“APPARATUS AND METHOD FOR STABILIZING ACENTRIFUGE ROTOR”)，该发明于1996年4月30日提交，序列号为No.08/640,391。
本发明涉及一种离心机，使用者可在其中选择角度，装有取样标本的管子在此角度下离心分离。
背景技术：
在临床实验室中制备全血标本时，往往将这些标本进行离心处理，以便将血液分离成它的一种或多种组分。一台离心机是一种用于使材料的样品经受离心力的设备，以便利用密度将该样品分离成它的组分成分。一台离心机的通常用途是在临床分析实验室中，在那里将从病人取得的血液通过离心力分离成红细胞和血浆成分。该离心机包括一个旋转件或转子，它安装在一个陀螺上以用于高速旋转运动，该陀螺通常带有一个固定的保护外壳。转子可以装备有斗或腔室，它们在使样品受离心力作用期间装载待分离的样品。
目前，临床医生为了离心作用可以在摇摆斗的转子和固定角度的转子之间进行选择。摇摆斗转子是众所周知的。这些转子特征是具有一个中心轮毂部分，该中心轮毂部分具有由其向外辐射的臂。这些臂的径向向外的端部一般稍微扩大，以便确定一个适合容纳枢轴支承销的支承部分，斗安装在该枢轴式支承销上。扩大的支承部分的诸侧面基本上垂直于或平行于转子的旋转轴延伸。枢轴销装在穿入扩大支承部分的孔中。在成角度的相邻各臂的相对表面上，这些销的轴线是共平面的，并且基本上沿着一条索线(cordal line)向外延伸或彼此相对地延伸。摇摆斗安装在这些枢轴销相面对的一对上，摇摆斗容纳了装有待分离样品的容器或管子。当转子处于静止状态时，斗从枢轴销垂直地向下悬挂，因此斗的轴线基本上平行于转子的旋转轴线。但是，当转子被提高到运转速度时，斗在离心力的作用下绕枢轴销向外枢轴式转动并径向向外摆动。也就是说，在工作期间，斗的轴线基本上垂直于转子的旋转轴线。
摇摆斗转子具有的优点是，当管子垂直于旋转轴线取向时，在这些转子中所用的触变凝胶阻挡层与管子轴线成直角定位。它们还能通过与对准旋转轴线的管子一起悬挂旋转来使用无凝胶收集管。这是一个优点，因为凝胶增加了成本并被认为不符合于某些方法学。
已知固定角度的转子，亦即其中管子固定在一个固定角度的位置，该角度一般相对于旋转轴线成45°，它比具有同样重量的摇摆斗转子分离液相或固相所需时间更少。这是由于缩短了固相到管壁的路程长度和管壁处的细胞聚集作用。切应力的增加使细胞从它们正常的连续结构聚集成更小的单元。这种作用称之为“钱串状”(“rouleaux”)或“凝絮状”(“flocs”)，此后引起粘度降低和管壁上的细胞流动增加。
通常的离心机设计要求单独的离心机(1)用于摇摆斗工作和(2)用于固定角度分离。这是高成本的并且操作效率低。
美国专利号No.4,344,563说明了一种摇摆斗式离心机转子，其特征在于，在臂的径向外端设置了枢轴孔，将该孔设置成使得设置在该臂一个表面上的孔的轴线位于通过臂的水平面的上方，而设置在该臂另一个表面上的孔的轴线位于臂的下方，并且设置在相邻两臂的相面对表面上的各孔位于该水平面的同一侧。
美国专利号No.3,951,334说明了一种具有堞形部的锁紧环，它用于摇摆斗式离心机。锁紧环这样构造，使得该堞形部可以相对于转子成一定角度固定定位，或者是定位成能使斗在工作期间向外摆动。堞形部相对于斗的角度定位是通过转子和锁紧环之间的相对角加速度和减速度来实现的。
美国专利号No.4,431,423说明了一种细胞清洗设备，它具有一个可枢轴转动的样品管架，该管架装备有一个径向向内的臂，臂上具有一个抓取钩。该钩接合从管架枢轴点径向向内设置的一止动面，以限制样品架的径向向外运动。
这些现有技术的离心机中没有一个能够在两种情况下亦就是以固定角度和摇摆斗工作。
发明概述本发明克服了现有技术这些缺点中的许多缺点，并提供一种可选角度的、摇摆斗式转子，该转子具有上表面、下表面和一个可逆方向的驱动轴，该转子安装在驱动轴上并具有一个斗。该斗(a)适合装载一个离心管，(b)枢轴式安装在转子的周边上，及(c)在离心机工作期间能向上和向外摆动，该离心机包括上凸轮和下凸轮，它们靠近该转子相应的上表面和下表面可转动地定位，这两个凸轮连接成一致运动，下凸轮具有一个圆周驱动的凸出部；上凸轮具有一个在位置上相应于下凸轮的圆周约束突出部，及使转子相对于凸轮转动到对准所述两个突出部的装置，以便(a)接合所述斗和(b)与所述斗脱离接合，因而能使斗由转子相对于驱动轴的轴线以一个可选角度旋转。
在一个优选实施例中，上凸轮的约束突出部设计成限制所述斗相对于驱动轴的旋转轴线向外摆动到约45°左右。
在本发明的另一个优选实施例中，离心机斗具有(a)一个开口的下端，(b)一个旋转式托架，它盖住斗的下端，因而将管子保持在其中，及(c)一个驱动构件，用于接合和限制托架，并且该离心机包括使转子在第一方向上旋转并同时驱动所述驱动构件以接合托架的装置，因而使该托架的位置离开所述斗的下端来使所述管子从斗中落下。
本发明提供离心机，它能通过简单地使转子相对于它的上凸轮和下凸轮旋转以摇摆斗或固定角度方式工作，或是以摆动斗和固定角度二者的组合以相同的自旋顺序工作。另外，这些管子可以通过使离心机处于它的静止位置、接合斗松脱装置和缓慢地旋转转子来将管子倒出而简单地将管子从斗中腾空。
附图简述结合本专利说明书所采用的几个附图将提供对本发明的更好理解。在附图中，对同样的元件采用同样的标号，有下列附图
图1是本发明的一种可选角度的摇摆斗式转子的透视图；图2是图1中所示的可选角度转子的分解图；图3是图1中所描述的离心机转子的垂直剖面图；图4是图1中所示的离心机在其一种工作状态下的立视图；图5是图1中所描述的离心机在其另一种工作状态下的立视图6是图1中的离心机在其固定角度工作时的顶视图；和图7是沿着图6剖面线7-7截取的剖面图。
优选实施例描述在图1中可以看出一种按照本发明构造的离心机，它在一个转子13上安装许多斗80。转子13安装在壳体10上，并通过一个旋钮12固定到上驱动轴11上(见图3)。安装到壳体10侧面的是管子导向件82和连接的螺线管84，二者都由同一托架86安装，该托架86连接到壳体10上。
参看图2可以更容易理解转子的零部件。可看出该转子具有许多沿圆周间隔开的凹槽88，它们由堞形部90限定。每个堞形部都具有一个在其上侧形成的枢轴孔92，以用于容纳每个斗80所用的安装式枢轴销94。每个斗80都具有一个下垂的松脱托架96，该托架96枢轴安装在一个松脱枢轴销98上。该松脱装置托架96用于防止定位在斗80中的管子86(见图3)从斗中脱落。转子衬垫100被定位在转子13的上面和下面，以便为上凸轮102和下凸轮104提供一个滑动表面。垫圈106有助于安装上凸轮和下凸轮。一个固定销108穿过转子13中形成的每个固定销槽110定位。诸螺钉112穿过上凸轮102和下凸轮104，以便与固定销108接合，并因而使上凸轮和下凸轮一致运转。每个堞形部90上都连接有一个斗保持板114，它使每个斗80的枢轴导向销94保持在自由摇摆位置。
现在参看图3，说明驱动转子13的陀螺的其余零部件。这个陀螺可以与1996年4月30日提交的标题为“用于稳定离心机转子的设备和方法”(“Apparatus and Method for Stabilizing a Centrifuge Rotor”)(杜邦文件No.IP-1022)的共同未决专利申请书序号No.08/640,391中所说明的陀螺相同。该陀螺由两个轴构成，一个如所述的上驱动轴11和一个下驱动轴20，这两个轴利用一个挠性联轴节22连接在一起，该联轴节22能在两个轴之间作相对侧向运动(垂直于两个轴的旋转轴线)。挠性联轴节22可以是任何合适的这种类型的联轴节，一种合适的联轴节由伺服仪表公司(Servometer Corporation)制造。该挠性联轴节22分别具有上端盖固定件24和下端盖固定件26。每个固定件都具有一个端孔，用以容纳相应的驱动轴20和11。下端盖固定件26具有一个安装在其中的定位销(dowpin)(未示出)，它可以用作检测转子(轴)之原来位置的标志。此位置可以用一个合适的传感器30(见图5)检测，该传感器监视标志的位置并可以用一种已知方式来控制转子13的位置。
下驱动轴20用合适的球轴承32固定，球轴承32用合适的垫圈和挡圈34定位在一个轴承座38内。球轴承32由一个合适的轴承隔离圈36分开。轴承座38用合适的螺钉固定到壳体10的下端。
上驱动轴11呈一个短轴形式，其下端固定在上端盖固定件24上并定位在圆盘轴承42内，圆盘轴承42安放在一个以轮毂46形式的轴承座内，一个圆盘40与该轮毂46整体形成。圆盘40最好是用不锈钢制成并被定位在壳体10内，壳体10的上端一般是杯形并由盖16盖住。壳体10具有一个沉孔，一个塑料轴套56定位在孔中，该轴套56起一个缓冲器作用，以便缓冲上驱动轴11的径向运动。圆盘轴承42利用合适的垫圈和保持圈52固定在轴承座46的每一端。
按照本发明，优选以下支承滑动轴承60形式的多个约束装置定位在圆盘40的下面，以支承它在一个水平面中旋转。这些下支承轴承60定位在壳体10之杯形部分的下部形成的凹槽(图中未示出)内，最好是在六个等间距的圆周位置。相应地，三个沿圆周等间距的上滑动轴承64定位在盖16中所形成的凹槽(图中未示出)内，这些凹槽轴向定位在相应下支承轴承60的上方。这些轴承64可以称之为约束轴承64，它们只定位在三个下支承轴承60的上方，以便为螺线管驱动滑动轴承68形式的阻尼装置提供空间，滑动轴承68直接定位在其余的沿圆周等间距的支承轴承60上方。
螺线管驱动轴承68由一个螺线管(图中未示出)驱动，它在盖16中被加工成埋头孔，并用于驱动一个螺线管轴72，该轴72连接成驱动阻尼轴承68。阻尼轴承68可以用一种合适的材料如加入具有低滑动摩擦的石墨的VespelTM制成。相应地，上约束轴承64可以用一种合适材料如也具有低滑动摩擦的ErtalyteTM聚酯制成。实际上，滑动轴承可以用任何提供低滑动摩擦的合适材料制成，如特氟隆、尼龙、迭尔林(聚甲醛树脂)等。上轴承64和68被如此定位，以使它们在正常工作时不接触或稍微接触圆盘40的上侧。
陀螺还包括一个凸轮螺线管120，它用一个合适的托架安装在壳体10的侧边上，当螺线管120被致动时，它使一个圆盘凸轮122运动以升起推梁124，该推梁124由一个安装在壳体10中的下梁销126和一个安装在盖16中的上梁销128支承和导向，在上梁销128的顶部安装了一个驱动销150。该驱动销150接合下凸轮中的驱动槽152(见图2)。
按照本发明，下凸轮104(见图2)具有多个等间距、沿圆周均布的凸轮驱动突出部150。这些突出部绕下凸轮104的圆周以15°间隔(相应于斗的间距)彼此隔开。该驱动突出部150径向向外延伸一个足够的距离，以便下凸轮在适当地旋转时将接合斗80并将它向外推到与旋转轴线成45°角(可以选择别的角度)，由此使该离心机作为一个固定角度的离心机工作。在每个突出部150之间是一个凹槽152，该凹槽径向充分延伸，以便使斗80如图3中所示能处在一个垂直方向上。
另外，按照本发明，上凸轮102设有凸轮堞形部154，它们也可以叫做约束突出部，这些凸轮堞形部154绕上凸轮102的圆周沿周向均布。这些堞形部154绕上凸轮102的圆周每隔15°定位，并且它们具有一个处于45°角(用于45°转子)的斜面。这适应如图7所示的成45°角的斗并防止它翻转超过45°角。当凸轮102和104都处在适当位置时，堞形部159和堞形部150被定位在相同的相对圆周位置处。
一个凹槽160在上凸轮102上的各堞形部154之间以足够深度形成，以便当上凸轮102不处在闭锁位置时，使斗80在被加速到向外摆动时处在垂直于旋转轴线的位置。
在操作中，该离心机能用作一种可选角度离心机，也就是作为一种摇摆斗离心机或作为一种固定角度离心机工作。离心机还包括如在图4中示出的一种常规驱动控制器160，它通过驱动皮带轮162操作来控制转子速度和旋转方向。该驱动控制器160还驱动凸轮螺线管120和斗松脱螺线管84。驱动控制器160能使转子13以逐增量、即如下所述的14.5°旋转。
为了利用处于其正常位置或原来位置的转子操作，将上凸轮凹槽160和下凸轮凹槽152定位成与转子凹槽88对齐，这使斗80在转子旋转时能自由地向外和向上摆动，直到它们呈现垂直于离心机旋转轴线的常规摇摆斗旋转位置时为止。
当需要变为固定角度时，在这种情况下转子与旋转轴成45°角工作(也可以选用别的角度，但45°是常用的角度)。驱动控制器160启动凸轮螺线管120，凸轮螺线管工作使得推进托架124将驱动销150推入下凸轮104内的其中一个驱动槽152中。这使上凸轮102和下凸轮104二者停止运动，并使转子能独立于凸轮102和104旋转。因此，驱动销150接合下凸轮圆盘的底部，使它相对于旋转转子基面13与下凸轮和上凸轮保持在一起。驱动控制器160使转子13相对于凸轮旋转14.5°的角度位置，并将下凸轮的驱动突出部150和上凸轮的堞形部154定位在转子13的凹槽88的上面。正如在图7中所看到的，驱动突出部接合斗80并使它升起至45°角，上凸轮堞形部154约束斗运动不超过45°角。
转子重新定位以后，销150脱离与下凸轮的接合并且离心机现在可以作为一个固定角度的转子操作。同样地，通过使销与下凸轮重新接合并转动转子以恢复上下凸轮和转子之间的相对位置关系，可使操作返回到摇摆斗式操作方式。根据需要，对于每个样品可以做几次这种旋转型式的选择。
一旦转子停止转动，不管是作为固定斗或摇摆斗离心机运转，管子转子都必须返回到它的摇摆斗方式，以便管子现在悬挂在它们的垂直位置。按照本发明，管子86可以自动地从斗中松脱。参看图4和5会最清楚地理解本发明的这种情况。若转子定位成摇摆斗方式，驱动控制器160驱动斗松脱螺线管84。一个衬垫170可以是海绵状的，它被松脱螺线管84稍微向上移动到图4中所示的位置，以便牢固地接合松脱托架96的底部。驱动控制器160现在将转子沿顺时针方向转动约15°，因而使松脱托架从如图5所示的斗80下面移开，使螺线管升起衬垫170以占据由偏置松脱托架96所产生的间隙。这样使斗80内的管子86(见图3)经过管子导向件82落到一个收集装置(未示出)中。
在卸空斗之后，螺线管84不启动，使衬垫170(见图4)返回它原先不与松脱托架接触的位置。转子现在可以再次转动，由此将松脱托架96移动到如图4中所示的另一个斗底部下面的一个新位置。这个顺序可以重复，以卸下如所需要的多个斗。
权利要求
1.一种离心机，它具有一个可选角度的斗式转子，该转子具有上、下表面及一个可逆方向的驱动轴，该转子安装在驱动轴上并具有一个斗，该斗(a)适合装载一个离心管，(b)枢轴式安装在转子的周边上，和(c)能在离心机工作期间向上和向外摆动，该离心机包括上凸轮和下凸轮，它们靠近所述转子相应的上表面和下表面可旋转地定位，两凸轮连接成一致运动，下凸轮具有一个圆周驱动突出部，上凸轮具有一个圆周约束突出部，和使转子相对于凸轮旋转到对准所述突出部的装置，以使(a)接合所述斗和(b)脱离与所述斗的接合，因而能使该斗由转子相对于驱动轴的轴线以一个固定的角度旋转。
2.权利要求1所述的离心机，其特征在于，转子具有许多个斗；并且下凸轮具有多个与周边凹槽交替布置的周边驱动突出部，以及旋转装置，用以充分推动转子使所述突出部和凹槽与所述斗交替对齐，因而使斗处于固定角度或者在静止时平行于驱动轴的轴线。
3.权利要求1所述的离心机，其特征在于，上凸轮约束突出部设计成用来限制所述斗向外摆动到相对于驱动轴的旋转轴线约成45°。
4.权利要求1所述的离心机，其特征在于，下凸轮驱动突出部设计成用来定位所述斗向外摆动到相对于驱动轴的旋转轴线约成45°。
5.权利要求2所述的离心机，其特征在于，上凸轮约束突出部设计成用来限制所述斗向外摆动到相对于驱动轴的旋转轴线约成45°。
6.权利要求1所述的离心机，其特征在于，下凸轮驱动突出部设计成用来定位所述斗向外摆动到相对于驱动轴的旋转轴线约成45°。
7.权利要求3所述的离心机，其特征在于，下凸轮驱动凸出部设计成用来定位所述斗向外摆动到相对于驱动轴的旋转轴线约成45°。
8.权利要求1所述的离心机，其特征在于，相对地旋转转子的装置包括一个驱动阶梯形销，并且下凸轮限定一个适合容纳该阶梯形销的凹槽，因而防止该凸轮旋转并且仅允许转子旋转。
9.权利要求3所述的离心机，其特征在于，相对地旋转转子的装置包括一个驱动阶梯形销；并且下凸轮限定一个适合容纳该阶梯形销的凹槽，因而防止该凸轮旋转并且只允许转子旋转。
10.权利要求5所述的离心机，其特征在于，相对地旋转转子的装置包括一个驱动阶梯形销；并且下凸轮限定一个适合容纳该阶梯形销的凹槽，因而防止该凸轮旋转并且只允许转子旋转。
11.权利要求6所述的离心机，其特征在于，相对地旋转转子的装置包括一个驱动阶梯形销；并且下凸轮限定一个适合容纳该阶梯形销的凹槽，因而防止该凸轮旋转并且只允许转子旋转。
12.权利要求1所述的离心机，其特征在于，该斗具有(a)一个开口的下端，(b)一个枢轴式托架，它盖住该斗的下端，因而将所述管保持在斗内，和(c)一个驱动构件，用于接合和约束该托架，并且离心机包括用于使转子在第一方向上旋转并且同时驱动所述驱动构件以接合托架的装置，因而使该托架移动离开所述斗的下端，使得所述管子从斗中落下。
13.权利要求12所述的离心机，它还包括用于使转子在与所述第一方向相反的第二方向上旋转并且不驱动驱动构件的装置，因而使所述托架返回到位于所述斗下面的位置。
14.权利要求12所述的离心机，它还包括一个导向管，它定位在所述斗的下面，因而用于当所述管子从斗中落下时为该管子导向。
15.一种离心机，它具有一个可选角度的斗式转子，该转子具有上表面、下表面及一个可逆方向的驱动轴，转子安装在驱动轴上并具有一个斗，该斗(a)适合装载一个离心管，(b)枢轴式安装在转子的周边上，和(c)能在离心机工作期间向上和向外摆动，其特征在于，该斗具有(a)一个开口的下端，(b)一个枢轴式托架，它盖住斗的下端，因而将所述管子保持在斗内，和(c)一个驱动构件，用于接合和约束该托架，并且离心机包括用于使所述转子在第一方向上旋转并且同时驱动该驱动构件以接合托架的装置，因而使该托架移动离开斗的下端，使得管子从斗中落下。
16.权利要求15所述的离心机，它还包括用于使转子在与所述第一方向相反的第二方向上旋转并且不驱动驱动构件的装置，因而使所述托架返回到位于所述斗下面的位置。
17.权利要求15所述的离心机，它还包括一个导向管，它定位在所述斗的下面，因而用于当所述管子从斗中落下时为该管子导向。
全文摘要
公开了一种摇摆斗式离心机,它能以摇摆斗方式或固定角度方式工作。安装在转子上的斗具有一个松脱托架,它能被自动地驱动以松脱安装在斗中的管子。
文档编号B04B5/04GK1196690SQ97190736
公开日1998年10月21日 申请日期1997年4月24日 优先权日1996年4月30日
发明者G·W·霍维尔 申请人:达德国际有限公司