自動裝卸樣品容器的離心機及其中所用轉子的製作方法
2023-06-05 10:24:26 1
專利名稱：自動裝卸樣品容器的離心機及其中所用轉子的製作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及用於離心分離液體樣品以便隨後進行分析的離心機及其中所用轉子，具體涉及可自動裝卸其中裝有樣品的容器的離心機及轉子。
先有技術目前，在一些標準實驗室的方法中，在分析之前，通常要用離心力根據樣品中各種成分不同的密度將液體樣品例如體液(如血液)分離成各種成分。液體樣品裝在容器例如試管中，該容器插放在離心機的轉子中。轉子裝在轉軸的上端部，該轉軸向上凸出，伸入一個腔或離心機轉筒，該轉筒被支承在離心機機殼的內部。該轉軸連接在一個動力源上。當該動力源驅動時便使轉子按預定的轉速轉動。離心力作用於容器中的樣品並使其中各種成分按照其密度分離。
因為在典型的實驗室情況下，需要在一定的時間內分離相當多的樣品，所以在離心機轉子中手動裝卸樣品容器需要相當長的時間。另外，在處理樣品容器期間可能存在的問題是，如果發生了事故，或如果容器損壞了或發生了誤操作，則操作者可能受到樣品的作用。由此，先有技術已經提出了各種用於在離心機轉子中自動裝卸樣品容器的自動裝置。
美國專利5171532(Columbus等)公開一種其中裝有培養器和離心機的分析器。離心機轉子繞水平軸轉動。由於轉動軸在水平方向，所以樣品容器可以沿水平方向用機械方法插入轉子和用機械方法推出轉子。
美國專利4501565(Diramoon)公開一種重力裝置，用於將吊鬥鎖定在擺動鬥離心機轉子的樞軸臂上。
美國專利3635394(Natelson)說明一種系統，該系統具有可將樣品容器裝入和卸出離心轉子的銷釘形布夾子。容器被送向和移離在相應第一和第二傳送帶上的相應的裝入和卸出夾子。
美國專利4927545(Roginski)公開一種用於將血液試管裝在離心轉子上的自動夾具。該管被引向在第一運送器上的夾具。在離心分離之後，夾具從轉子上卸下該管子並將它們放在第二運送器上。
美國專利4685853(Roshala)說明一種手控工具，作為一種輔助手段用於將微電子器件順序地從託架杆移到離心機轉子的卡盤上。在離心分離操作之後，將卡盤從轉子上卸下來，然後用手動工具將器件送回到託架杆上。
美國專利5166889(Cloyd)公開一種自動操作裝置，該裝置可以抓住裝有樣品容器的轉子，並可以將轉子移送到離心機的轉軸上和從該軸上移下來。
因此，基於上述原因，提供這樣一種離心機被認為是有利的，即這種離心機可以利用重力將許多樣品容器中的每一個裝在離心機轉子上並在離心分離之後同樣利用重力將樣品容器從轉子上卸下來。
發明概要本發明旨在提供一種離心機和其中所用的轉子。利用重力使樣品容器裝入和卸出轉子。
轉子包括芯部，該芯部至少具有一個完全穿通的容器接收腔。具有卸出口的底板配置在芯部的下面。設置第一鎖件，用於選擇性鎖住底板和芯部。在銷住狀態，芯部和底板被連接在一起，處於一部分底板關閉芯部上的接收腔的關閉位置。在未鎖住狀態，芯部可以相對於底板移動，使芯部上的接收腔與底部上的卸出口對齊，從而可使裝在腔中的樣品容器在重力作用下從芯部上通過卸出口落下。
具有裝入口的蓋子配置在芯部上方。第二鎖件可選擇地將芯部鎖在蓋子上，使得在鎖住狀態下，芯部與蓋子可作為一個整體單元移動。在未鎖住狀態，芯部和蓋子可以彼此相對運動到裝入位置，在此位置，裝入口與芯部上的接收腔對齊。在裝入位置，樣品容器在重力作用下通過裝入口落入芯部上的接收腔。
附圖的簡要說明下面結合附圖進行詳細說明，根據這些說明可以更全面地理解本發明，這些附圖是
圖1是完全的側視截面圖，示出均為本發明的離心機及其中的轉子；圖2是用在圖1離心機的樣品容器裝入裝置中的自動送進鬥的平面圖，為使例示清楚，圖中省去送進鬥的徑向外側凸出部的部分；圖3是分解透視圖，示出圖1離心機的各種部件；圖4A、4B、4C和4D是圖3所示離心機各種部件中的某些部件的平面圖；圖5A和5B是圖1一部分的放大截面圖，示出將芯部選擇性地鎖在底板上的鎖件的優選形式，這些部件在鎖住狀態時示於圖5A，在未鎖住狀態時示於圖5B；圖6A和6B是大體類似於圖5A和5B的圖1中一部分的放大截面圖，分別示出將芯部選擇地鎖在蓋子上的鎖件優選形式，這些部件在圖6A中位於鎖住狀態，在圖6B中位於未鎖住狀態。
圖7是類似於圖1的側視圖，示出樣品容器被裝入和卸出轉子時的本發明的離心機及其所用轉子。
圖8是本發明轉子的分離透視圖，圖中轉子的一部分被切去，示出同時將樣品容器裝入和卸出轉子的狀態。
發明的詳細說明在整個下面的詳細說明中，在所有附圖中相同的編號代表相同的部件。
本發明旨在提供一種總的用編號10表示的離心機和總的用編號12表示的其中所用的轉子。最一般地講，離心機10和轉子12可以有效地使裝入容器中的任何材料或組成部分受到離心力場的作用。具體地講，離心機10和轉子12用於使裝在適當容器中的液體樣品(包括液體和固體形成的漿狀樣品)受到離心力場的作用。在最好的情況下，離心機10和轉子12被用於使病人的體液(如血液)樣品受到離心力場的作用，由此可以根據樣品中各成分的密度將樣品分離為各種成分。本發明的離心機10和轉子12特別適合於處理現時可以買到的所謂「原生管」容器，即如圖7和8所示的有塞樣品管T。原生管是病人體液樣品在採集時裝入的容器。本發明的離心機和轉子可以處理的現時可以買到的管容器包括新澤西州富蘭克林湖的Becton Dickinson and Company所賣的那些容器，其商品名為「Vacutainer」、「Vacutainer Plus SST」和「Vacutainer Plus With Hemogard」；伊利諾斯州阿靈頓高地的Sarstedt Inc.所賣的容器，其商品名為「Monovette」；新澤西州索美塞特的Terumo MedicalCorporation所賣的容器，商品名為「Venoject II」。
按照本發明，如下面將要說明的，重力既被用來使許多樣品容器T中的每個容器自動地裝入離心機轉子12，又被用來在離心分離之後從轉子12上自動地卸下樣品容器T。離心機10既可以作為「獨立的」設備使用，也可以與一種樣品測試分析儀聯用，作為「前置部」的樣品製備裝置使用。
但是，不管如何使用，離心機10包括一個合適的支承構架(其一部分示意於圖1)14。構架14使室16或轉筒支承在固定配置於離心機10內的適合的部件18(也示意示出)上。轉筒16本身由底部20和圓筒形側壁22組成。底部20和側壁22上各有相應的孔20A、22A，而沿四周延伸的安裝箍22B則沿側壁22的內表面延伸，所有這些用意將在下面說明。安裝箍22B具有槽22S。如果需要，側壁22可用於構成一個保護環，以便即使轉子破裂也可提供保護。為此側壁22可以用例如安全銷釘等(未示出)連接在底部20上，使得側壁22可以相對它轉動，從而吸收轉子碎片的能量。為圖示清楚，在圖中省去了另外一些部件，例如一個或多個附加的保護環。
傳感器24裝在側壁22的內表面上。傳感器24如此裝置，使得其敏感區位於大體向內的向上傾斜的方向。
離心機的動力源例如伺服馬達26裝在底部20上並由其支承。為吸收由轉子達到其臨界速度產生的力造成的振動和馬達的錯位，馬達26軟安裝在彈性馬達安裝架26M上。可以認為，伺服馬達最適合於用作離心機10的動力源，因為這種馬達既能提供沿轉動軸線準確定位轉子12所必需的角解析度，又能提供使轉子12的轉速達到約3300轉/分所需要的動力。作為伺服馬達26適用的是紐約州Commack的PMI Motion Technologies製造的馬達，售賣的型號為PB09A2。如本技術的技術人員周知的，伺服馬達包括具有高解析度的編碼輪(每轉約2000計數)、為此目的的傳感器以及分立的原始位置傳感器，由此，一個馬達轉軸上的預定點可以相對於轉軸的轉動軸線和相對於轉筒16準確地定位在預定角度的「原始位置」。
馬達26包括定子盒26H，該盒具有定中和軸向延伸的轉軸26S。軸26S具有軸套26B，軸26S的上端部是螺紋部26T，用於安裝螺帽26C。馬達軸26S的軸線26A構成離心機10的中心軸線和裝在上面的任何轉子12的轉動中心軸線，該軸線以後稱作「VCL」。驅動銷26P從轉軸26S橫向延伸，其用途下面說明。驅動控制信號通過導線26W加在馬達26上，該信號來自總的由編號28表示的離心機控制網絡。實際上離心機控制網絡28最好是一個按照一系列貯存指令操作的基於微處理器的控制器。
樣品容器傳送裝置30被支承在構架14內。圖1示意示出的傳送裝置30可以取與離心機10應用環境相一致的各種形式中的任何一種。例如，如果離心機10與樣品測試分析器聯用，用作「前置部」的試樣製備儀器，則傳送裝置可以取蛇形帶的形式，將樣品容器從離心機10傳送到另一位置。傳送裝置30最好配置在底部20的孔20A的下面。當用在獨立式環境中時，傳送裝置30可以採用例如可更換的圓盤傳送帶或鋼絲軌。
當離心機10和轉子12用在樣品測試分析器的範圍時，樣品容器由傳送裝置30傳送到適當樣品分析設備的樣品輸入部分，圖1中分析設備用字母M表示。應當明白，樣品分析設備M的示意表示意味著包括任何一種要求形式的樣品分析設備，包括比色計、濁度計和/或電位分析的樣品分析設備，但並不限於這些分析設備。為了容易識別，每個樣品容器T上可貼一個標記條。在到分析設備M的容器傳送路徑上配置用字母R示意表示的讀出器。在典型的實例中，容器T上可以貼一個可由條形碼讀出器讀出的條形碼識別籤。
如圖1、3和4C所示，離心轉子12是一個固定角轉子，包括芯部32，該芯部具有大體為圓筒形的中央部分32C和大體為截頭圓錐形的徑向向外部分32F。在優選情況下，截頭圓錐形的徑向向外部分32F相對於圓筒形中央部分32C形成45°角。圓筒形中央部分32C具有定中和軸向延伸的芯部安裝孔32M。圓筒形中央部分32C的下表面上有槽32G。該槽32G的尺寸與轉軸26S的驅動鎖釘26P相匹配。在中央部分32C上，在大體靠近截頭圓錐形部分32F處形成一個凹口，該凹口呈第一孔32B-1的形式，其作用下面說明。
芯部32再分為許多成角度的相鄰的扇形32S，其中一些示於圖4C。扇形最好尺寸相同。至少一個扇形32S的截頭圓錐形徑向向外部分32F具有樣品容器接收腔34。實際上，最好在許多扇形32S上形成樣品容器接收容器腔34。每個腔34的大小可以接收各種尺寸的樣品容器T的任何一種容器。腔34的尺寸最好相同。
在至少兩個扇形32S中的芯部32的表面保留完整。即，在這些扇形中(在圖4C中用編號32S′表示，以後稱作「實心」扇形)沒有形成樣品容器接收腔34，使得芯部的表面不被間斷，實心扇形32S′最好彼此對稱配置。轉子12頂好包括至少兩個在芯部32上徑向相對配置的實心扇形32S′。應當知道，如果需要，在實心扇形32S′上的芯部32的下表面可以是空心的，以便更準確地控制重量分布的對稱性。由於形成實心扇形32S′，所以一些腔34的預定點與相鄰腔的相應預定點之間間隔第一角距離36S，而另一些腔34的預定點與其相鄰腔的相應預定點之間間隔較大的第二角距離。較大的角度間隔是由於在芯部32上形成實心扇形32S′。
可以在方便數目的扇形32S上形成腔34。在轉子中腔34的數目依賴於轉子12的用法。在芯部32上，腔34可以配置成任何方便的形式，以保持對稱的重量平衡。一些因素，例如樣品容器的尺寸和希望的處理量(即在一定的時間內用離心機10處理的樣品容器的數目)被用來確定轉子12的尺寸和腔34的數目。例如，當用轉子12來旋轉裝在直徑為0.5英寸長為4英寸的有塞血液採集管中的樣品時，芯部32的外徑為12英寸和形成12個樣品接收腔34比較好。其中除開12個扇形32S具有樣品接收腔34而外，還有兩個徑向相對的實心扇形32S′，使得芯部32仍對稱地保持重量平衡。
從圖8可以清楚看到，每個樣品容器接收腔34完全穿過芯部32。每個腔34由一對徑向延伸的平行側壁34S形成，該一對側壁34S在其徑向內端處由內邊壁34N連接，在其徑向外端部處由外邊壁34F連接。在優選實例中，邊壁34N和34F平行於轉子的中心轉動軸線VCL。
芯部32的截頭圓錐形部分32F的徑向最外部分被切去，從而形成大體為圓柱體的垂直延伸邊界表面32D。邊界表面32D平行中心轉動軸線VCL。呈第二孔32B-2形式的第二凹口從邊界表面32D伸入芯部32的截頭圓周形徑向向外部32F，其用途將在下面說明。
轉子12還包括配置芯部32下面的底板40。底板40最好形成圖1、3和4D見到的形式。底板40具有大體為圓筒形的中央部分40C以及從該處延伸的截頭圓錐形徑向向外裙部40S。在優選的實例中，截頭圓錐徑向向外裙部與圓筒形中央部分40C形成45°角。裙部40S具有大體平滑的外表面，並由穿過該表面的卸出口40P間隔開。卸出口40P的靠近徑向內端和徑向外端的表面應當平行於轉動軸線。底板40的圓筒形中央部分40C具底板安裝孔40M和鎖孔40L(圖5A和5B)。
當轉子12裝配時(詳見圖1)，底板40和芯部32彼此形成套管關係。在套裝時，底板40的圓筒形部分40C和芯部32的圓筒部分32C處於垂直相鄰靠近的狀態，使其上的相應安裝孔40M、32M彼此軸向準直，而且與離心機的中心軸線VCL準直。在底板40的鎖孔40L與芯部32的第一孔32B-1準直。芯部32和底板40形成這樣的構形，使得它們的中央部分32C和40C分開相當小的距離40D(圖5A)，而其截頭圓錐形部分32F和40S彼此接觸。
另外，當套裝芯部32和底板40時，底板40的截頭錐形裙部40S位於芯部32的截頭錐形部分32F的下面，與其形成垂直相鄰靠近的狀態。裙部40S的表面用於封閉每個芯部32的空腔34的底部。
第一鎖46用於選擇性鎖住底板40和芯部32。第一鎖46裝在芯部32和底板40的各自相應相對圓筒形中央部分32C、40C之間。當在鎖住狀態時，即當鎖46被鎖住時(圖5A)，芯部32連接在底板40上，二者可作為一個單元一齊轉動。但是當在未鎖住狀態時(圖1和5B)，即當鎖46縮回，使芯部32和底板40脫開連接時，芯部32和底部40便可以彼此相對運動。
如圖5A和5B所示，第一鎖46包括呈制動球46B形式的鎖件，該鎖件裝在盒46C中。盒46C裝在於芯部32的中央部分32C上形成的第一孔32B-1中。盒子46C和孔32B-1可以作成螺紋的，以便將一個裝在另一個。也可以改用其它的安裝方法，例如採用壓配法。鎖件可以改用鎖釘而不用球。在圖5A中，彈簧46S對制動球46B施加偏壓，使其離開盒子46C，並使球的一部分被推壓到與底板40的中央部分40C上形成的鎖孔40L嚙合。在圖5A所示實施的情況下，當制動球46B的伸出部分被裝入底板40的鎖孔40L時便達到鎖住狀態，由此使底板40連接在芯部32上。出於明顯的原因，第一鎖46必須位於在芯部32和底板40間的相對位置，在該位置，制動球46B不能嚙合接收它的鎖孔40L以外的任何開孔。
第一鎖系統46包括鎖鬆開機構，該機構為裝在盒子46H中的塞杆46P。為方便起見，盒子46H裝在伺服馬達26的外罩26H上(圖1、3)。如圖5B清楚示出的，塞杆46P響應驅動力，從盒子46H中伸出而與裝入底板40的鎖孔40L中的制動球46B的部分嚙合並推壓該制動球46B，從而使底板40與芯部32脫開。在未鎖定狀態時(圖5B)，芯部32可在芯部32和底板40的各自套裝的截頭錐形部分32F、40S之間形成的支承面上相對於底板40轉動。
在優選實施例中，用於伸出塞杆46P的驅動力由電控電磁螺線管產生，該螺線管配置在盒子46H中。螺線管通過導線46W連接在離心機控制網絡28上。彈簧46S的長度可被調整，或進行其它的改變，使得彈簧46S的彈簧剛性可與螺線管產生的驅動力匹配。
塞杆46P在伸入鎖孔40L時起著另外的作用，即相對於對離心機10的轉動軸線VCL位於第一預定角位置的離心機的轉筒16鎖住底板40不動。該第一預定角位置由編號48表示(例如圖8)。第一角位置48是這樣一個角位置，即當底板40由塞杆46P鎖住使其相對於軸線VCL靜止時卸出40P所處的位置。
從圖1中可以清楚看到的卸出滑槽50在第一角位置48由轉筒16的底部20支承。滑槽50具有緊靠底板40下面的開50M，滑槽50中的偏轉板50D與底部20上的孔20A連通。樣品容器傳送裝置30最好配置在滑槽50的下面，以便收集由於重力從轉子12上掉下的樣品容器T(圖8)。
在優選的實例中，轉子12還包括芯部32上面的蓋子52。如圖1、3和4B所示，蓋子52具有大體圓筒形中央部分52C以及大體為截頭圓錐形徑向向外裙部52S。蓋子52的圓筒中央部分52C具有蓋子安裝孔52M。為使結構具有剛性，在52B形成裙部52S的徑向外延伸部分，以形成下懸的環形的凸緣52L。凸緣上有銷凹口52R。蓋子52的裙部52S具有大體平滑的外表面，該外表面僅由穿通它的裝入口52P間隔開。在優選實例中，截頭圓錐形徑向向外裙部52S相對於圓筒形中央部分52C還是形成45°角。裝入口52P的靠近其徑向內端和徑向外端的表面也應平行於轉動軸線。
當裝配轉子12時(仍如圖1清楚示出的)，蓋子52和芯部32彼此套裝，其相應部分位於上面，形成彼此垂直相鄰靠近的狀態。各自的安裝孔52M、32M彼此軸向對準，並與底板40的安裝孔40M軸向對準。芯部32和蓋子52分別是輪廓相同的，使得其中央部分32C、52C分開相當小的距離52D(圖1)，而各自的截頭錐形部分32F和52S則互相接觸。另外，在裝配時，芯部32的截頭錐形徑向向外部分32F的大體為圓筒形的邊界表面32D和蓋子52的凸緣52L是相對配置的，使得在蓋子52的凸緣52L上的鎖凹口52R與芯部32上的第二孔32B-2在角度上對準。
第二鎖56用於選擇性鎖住蓋子52和芯部32。第二鎖56裝在芯部32的相對圓筒形邊界面32D和蓋子52的凸緣52L之間。當第二鎖56位於鎖住狀態時，即當鎖56確實地使芯部32連接在蓋子52上時(圖1和6A)，芯部32和蓋子52可以作為一個單元轉動。但是，在未鎖住狀態時(圖6B)，即當鎖56後縮使芯部32脫開蓋子40時，芯部32和蓋子40以彼此相對運動。
第二鎖系統56包括呈制動球56B形式的鎖件，該球56B裝在盒子56C中。盒子56C擰入(或用壓配合嵌入)於芯部32的徑向向外截頭錐形部分32F上形成的第二孔32B-2中。如圖6A所示，彈簧56S對制動球56B施加偏壓，使其離開56C，從而使球的一部分被推壓到與在相對配置的蓋子52的凸緣部52L上形成的鎖凹口52R嚙合。當制動球56B的伸出部分進入蓋子52的鎖凹口52R時，第二鎖56達到鎖住狀態。
用於第二鎖56的鎖鬆開機構也取塞杆56P的形式，該塞杆裝在盒子56H中。盒子56H固定在轉筒16的側壁22的外部，使得塞杆56P可以裝入孔22A。如圖6B清楚示出的，塞杆56P響應驅動力，從盒子56H伸出而與位於蓋子52的凸緣52L上的鎖凹口52R中的制動球56B嚙合，從而推壓該球。由於推壓制動球56B離開凹口52R，所以使蓋子與芯部32脫開。當第二鎖56處於未鎖住的狀態時，芯部32可在蓋子52和芯部32的套裝的截頭錐形部分52S和32F之間形成的支承面上相對於蓋子52轉動。在優選實例中，塞杆56P的驅動力仍由裝在盒子56H中的電控的電磁螺線管產生。螺線管通過導線56W連接到離心機的控制網絡28上。
當伸入鎖凹口52R時，塞杆56P起著另外的作用，即相對於對轉動軸線VCL位於第二預定角位置的離心機10的轉筒16，它鎖定蓋子52不動。第二預定角位置在圖8中由編號58表示。第二角位置58是這樣的角位置，即當蓋子52由塞杆56P鎖住而相對於轉動軸線VCL靜止時裝入口52P所處的位置。
角位置48、58和傳感器24之間的關係示於圖2。
芯部32可以(採用例如鑄造法或模製法)用適當的轉子材料例如碳絲複合材料、鋁、鈦或塑料製造。芯部上的零件例如各種空腔、孔、開口或槽可以用適當的製造方法例如機加工或鑄造法製造。底板40和蓋子52用適當剛性結構材料，最好用鋁或鈦製作。因為底板40和蓋子52與芯部32摩擦接觸，所以這些部件之間的界面必需要具有充分的潤滑性，以便可以進行相對運動。為此，最好至少芯部單獨一方，或至少底板40和蓋子52一方用低摩擦的聚合材料例如聚烯烴或四氟乙烯材料製作或塗以這種材料。在任何情況下，可以用常規的加工方法加工底板40和蓋子52上的相應零件。
芯部32、底板40和蓋子52的各種零件以這樣方式定位在這些構件上，使得當這些構件以套裝關係裝配而且鎖46、56處於將這些部件鎖在一起時，轉子12處於「正常關閉」(或被停放)的狀態。在正常關閉狀態(1)蓋子52這樣裝在芯部32上，使得芯部32的實心扇形32S′中的一個扇形位於蓋子52的裝入口52P的下面；(2)其中另一個實心扇形(芯部32的實心扇形32S′通常是徑向相對的)則位於底板40的卸出40P的上面。由於在芯部32的實芯扇形32S′、蓋子52和底部40之間的這種關係，因而裝入口52P和卸出口40P被堵塞。另外，當在原始位置時，底板40的裙部40S的表面關閉芯部32的每個腔34的底部。在用來說明芯部32和底板40之間關係時，詞「關閉」或「被關閉」應該理解為包括一種狀態，在這種狀態中，至少底板40的一些部分用於至少部分堵塞芯部的腔34，從而防止樣品容器在重力作用下從該腔34中掉下來，一直到底板移離其堵塞位置。當處於原始位置時，蓋子52的裙部52S的下表面蓋在芯部32的每個腔34的頂部。
假定在製造構件期間和在其上定位鎖46和56時注意操作，則當芯部32被鎖在底板40(通過鎖46)上和當芯部32鎖在蓋子52上(通過鎖56)時，正常關閉狀態作為自然結果而達到。
當轉子12裝在離心機10中時，轉軸26S分別穿過底板40、芯部32和蓋子52上的準直的孔40M、32M和52M。離心機的中心軸線VCL穿過準直孔40M、32M和52M。底板40的圓筒形中心部分40C靠在轉軸26S的軸環26B上。鎖釘26穿過驅動轉軸裝在芯部32下表面的槽26G中(圖1)。螺蓋26C擰在轉軸26S的上端部，固定芯部32、底板40和蓋子52，構成上述的裝配關係。
在優選實例中，鎖46、56的相應鎖鬆開機構的盒子46H、56H這樣配置在離心機中，即當轉子12(位於正常關閉狀態)裝在離心機中並且馬達26佔據其原始角位置時，鎖鬆開機構的相應塞杆46P、56P面對著為其提供的相應鎖孔40L、52R。即，盒子46H和56H這樣定位，使得如果螺線管起動，則塞杆46P和56P將分別在第一和第二角位置48、58直接進入各自的孔40L、52R並分別鎖定底板40和蓋子52。因此，當正常關閉的轉子被裝在本身位於原始位置的馬達26的轉軸26S上時，卸出40P與滑槽50對準，裝入口52P配置在第二角位置58。應當注意到，盒子46H和56H本身可以方便地放在離心機中任何位置，不需要要求定位在第一或第二角位置48、58。相應的孔40L、52R分別可協調地配置在構件40、52上。
在本發明的規則中還包括總的用編號70表示的裝置，用於將許多樣品容器T自動裝入轉子12。如圖1和2清楚示出的，裝入裝置70置在轉子12上，包括固定的裝入盤72、有關的固定的自動送進件76和可相對於該送進件轉動的裝入輪74。樣品容器T可以具有各種尺寸和/或形狀，但每個容器通常可裝入5～15mL液體樣品，可以將許多這種樣品容器T散裝地裝入自動送進件76，如下面要說明的那樣。
裝入盤72(也見圖3和4A)位於轉子12上，固定在裝於側壁22內部的安裝箍22B。盤72具有大體為圓筒形的中央部分72C和大體為截頭錐形徑向向外裙部72S。裙部72S相對於圓筒形中央部分72C傾斜45°角。中央部分72C具有孔72A。盤72的裙部72S的表面由上面形成的裝入槽72L間隔開。裝入槽口72L的尺寸對應於蓋子52的裝入口52P和芯部32的腔34。槽口72L的徑向內表面和外表面平行於轉動軸線VCL。
為了將裝入盤72固定在側壁22上，將裝入盤72外周上的安裝片72T裝入安裝箍22B的槽22S上。盤72最好這樣固定在側壁22上，使得裝入槽口72L配置在相對於轉動軸線VCL的第二角位置。因此，當正常的關閉的轉子12被安裝在本身處於原始角位置的馬達26的轉軸上時，盤72的裝入槽口72L豎直地與穿過蓋子52的裝入口52P對準。槽口72L在圖2中用點線表示。
裝入輪74具有大體為圓筒形的中央部分74C和大體為截頭錐形的與該中央部分成45°角的徑向向外裙部74S。中央部分74C具有圓形開口72M。與芯部32優選實施例相似，裝入輪74的截頭錐形徑向向外部分74S具有許多穿過它的徑向延伸腔74C。在圖2中每個腔74C用點劃線表示。每個腔74C由一對大體徑向延伸的平行側壁74R確定，該側壁74R在其徑向內端由內邊界壁74N連接，在其徑向外端由外邊界壁74F連接。在優選實施中，邊界壁74N和74F平行於離心機的中心軸線和轉子12的轉動軸線VCL。每個腔74C完全穿過輪74，其尺寸與芯部32上的腔相同。觀察孔74H沿大體向上傾斜的徑向方向延伸，穿過輪74與每個腔74C連通。每個觀察孔74H在圖2中也用點劃線表示。
裙部74S的徑向向外延伸部具有朝上升高的環形壁74W，因此在觀看時，輪74的垂直橫截面(圖1)大體為「W」形。壁74W的上端部形成環形凸緣74L。齒輪74G與壁74W的外表面形成整體，位於凸緣74L的下面。
在裝配時，裝入輪74與盤72共軸對準並導裝在該盤上。輪74可在套裝盤72的截頭錐形裙部72S和輪74的截頭錐形裙部74S時形成的支承面上相對於盤72轉動。齒輪環74G與裝在步進驅動馬達78M的轉軸端部上的驅動齒輪78D嚙合。馬達78M的盒子可方便地固定在側壁22的靠近其上緣的外表面上。驅動控制信號通過導線78W從離心機控制網絡28加到馬達78M上。
試樣容器自動送進件76固定在裝入輪74的上面。自動送進件76包括圓筒形中央部分76C，該中央部分76C向環形凸緣76F向外傾斜。凸緣76F靠在裝入輪74的凸緣74L頂上。腿部76L吊掛在自動送進件76的中央部分76C的下表面上。腿部76L穿過裝入輪74上的開孔74M，並裝入盤72的中央部分72C上的孔72A中，由此將自動送進件76固定在上面。自動送進件76具有徑向延伸的穿過它的一組孔，這些孔形成樣品容器接收送進鬥76M。可以採用任何方便數目的送進鬥76M。在所示的實施例中形成10個送進鬥76M-1～76M-10。送進鬥76M配置在相對於轉動軸線VCL確定的傳送扇形80內(圖2)。
當裝在離心機上時，自動送進件76位於極靠近裝入輪74的位置，使得當裝入輪74在其下面轉動時，裝入輪74上的腔74C與送進鬥76M的口相通。送進鬥76M可以有效地產生單層的樣品容器流，並且在裝入輪74的空的腔74C在送進鬥76M的下面轉動和對著該鬥的口時，順序地將容器流中的每個容器引導進入該空的腔74C。由自動送進件76接收的樣品容器T的數目取決於送進鬥的數目和每個送鬥76M的容器容量。在優選實例中，自動送進件76可以容納約60個容器。
在工作時應注意確保，在裝配離心機10時裝入輪74相對於盤72佔據原始位置，使得盤72的槽72L在角度上偏離任何一個腔74C而不與腔74C對準。還要注意，在裝入輪74的原始位置，裝入輪的腔74C也同樣在角度上偏離自動送進板76上的送進口76M。
盤72可以用熱塑性塑料例如ABS塑料真空成型。裝入輪74和自動送進件76可用高密度的結構泡沫塑料例如聚丙烯材料製作。因為裝入輪74相對於盤轉動，所以其間的界面形成支承面。因而裝入輪74或盤72應當用低磨擦的聚合材料製作或塗上這種材，從而提供有利於任何相對運動所需要的潤滑性。
操作上面已說明離心機的結構及其中所用轉子，下面說明自動裝入和卸出轉子12的操作模式。
在裝入轉子之前，裝入輪74本身必需配有樣品容器T的傳送機構。操作者將許多樣品容器T放入自動送進件76的每個送進鬥76M。可以容納各種尺寸的容器T。容器T無序地配置在送進鬥76M中。唯一要注意的是，每個樣品容器T的有塞端部在送進鬥76M中最好徑向向內。每個送進鬥使其中的樣品容器T形成垂直的單層容器柱。由於送進鬥76M和裝入輪74的腔74C之間的角偏移，所以在任何送進鬥76M中的最下層容器T由裝入輪74的截頭錐形裙部74S的一部分上表面支承。在圖2和圖7(右手側)中的管T′(用虛線表示)例示出這種情況。應當注意到，在圖7中(在左右兩側)用虛線示出的管子T為例示清楚起見稍為分開了一些。
然後起動馬達78，使裝入輪74在自動送進件76的下面步進。當裝入輪74轉動時(例如在圖2和8中沿箭頭82的方向順時針轉動)，則每個腔74C被引導到對準一個送進鬥76M的口部下面。因而樣品容器T在重力作用下從送進鬥76M穿過該口部落入空的腔74C。在腔74C中接收的容器T被支承在盤72的裙部72S的表面上。圖7(右手側)示出這種情況。由於腔74C的尺寸，在一個給定的腔中只能接收一個樣品容器T。因此，如果腔74C已被充滿，則當其通過送進鬥口部的下面時，容器便不能從送進鬥落入已充滿的腔。當裝入輪74轉動，而且在裝入輪74開始運轉時最初剛巧在傳送扇形80內的腔74C移出扇形80時，送進鬥76M依次被排空。
繼續輪子的裝入，一直到沿轉動方向82的前面的充滿的腔鄰接盤72的裝入口72L。傳感器24被定位成可以在轉動輪74轉動時通過開孔74H觀測每個腔74C。傳感器24核實前面的腔74C是否裝有管T。
下面討論轉子12的裝入。如上所述，轉子12被裝配成正常關閉狀態，鎖46和56位於鎖住狀態。因此實心扇形32S′堵塞裝入口52P和卸出口40P。轉子裝在馬達26的轉軸上，馬達26移到原始位置。應當記住，在馬達26的原始位置，蓋子52上的裝入口52P豎直對準位於第二角位置58的盤72的裝入槽72L的下面。
為了裝入芯部32，鎖定蓋子52，使相對於在第二角位置58的軸線VCL固定不動。為此，起動第二鎖56的螺線管56P，以使塞杆56P伸入鎖孔52R。然而因為第一鎖46位於鎖住狀態(作為轉子12的正常關閉狀態的事件)，所以芯部32和底板40可以作為一個單元運動。
芯部和底板單元由馬達26逐漸遞增地轉動，從而將芯部32的未裝入的腔34對準當時處於靜止的蓋子52的裝入口52P的下面。然後使馬達78步進，轉動裝入輪74，使配置在前面腔74C中的樣品容器與盤72上的裝入槽口72L對準。當裝入輪74的運動使其上的前面腔74C與盤72的槽口72L對準時，輪74和盤72之間的相對運動便使盤72的裙部72S以活板門的方式從裝入輪74的腔的74C的下面掃過。因此樣品容器T在重力作用下從裝入輪74的腔74C通過盤72的槽口72L和在下面對準的蓋子的裝入口52P落入芯部32的樣品接收腔34。這種裝入操作示於圖7和8的左手側。應當注意到，因為底板40的裙部40S關閉了芯部32的腔34，所以容器T被睹塞而不能穿過芯部32。
芯部-底板單元轉動(利用馬達26)之後再繼之以轉動裝入輪74(利用馬達78)的這種連鎖順序轉動一直繼續到要求數目的芯部32的樣品接收腔34由從輪74的腔74C掉下的樣品容器充滿。或者同時，或者以任何其它的預定的相對轉動方式轉動裝入輪74和芯部32是在本發明的規劃中。
由芯部32攜帶的樣品容器T的數目可以小於其中腔34的總數。在這種情況下，為保持轉子12的重量對稱平衡，在輪子74沿轉動方向82轉動之前，可以使芯部32轉動，使選定的腔34位於第二角位置58(在蓋子52的裝入槽52P的下面)。
離心機10適合於適應緊急情況。參照圖2，送進鬥76M-10(即剛好通過由盤的槽口72L佔據的角位置的送進鬥)可被稱為在「靜態」位置。該送進鬥可以保持未裝入的狀態。需要立即處理的任何容器T可以放在該送進鬥中並由位於下面的輪74的表面支承。當馬達26轉動芯部32使其中一個空的腔34位於與其準直的槽口72L和裝入口52P的下面時，可以使馬達78沿相反於裝入方向82的相反方向(在本申請的上下文中沿反時針方向)轉動裝入輪74。當送進鬥76M-10與盤72的槽72L對準時，容器T落入芯部32的開放的腔34。
在離心分離之前，解除螺線管的驅動，使塞杆56P從鎖孔52R中退出，從而使蓋子52鎖在芯部32上。制動球56B再與鎖孔52R嚙合，從而使蓋子52鎖在芯部32上。因此芯部32、底板40和蓋子52被鎖在一起，形成可轉動的轉子單元。然後最後的可轉動的轉子單元轉動，實現裝在芯部32中的樣品容器中的樣品的離心分離。因為蓋子52的裙部52S位於芯部32的腔34的頂部，所以在轉子單元轉動期間，裝在其中的樣品容器克服離心力而被約束。
在最好的實例中，轉子12包括分別配置在芯部32下面和上面的底板40和蓋子52。應當注意到，因為底板和蓋子40、52分別顯示出大體光滑的外表面，所以在轉子12轉動時在芯部32上的這些光滑外表面的存在使風的阻力減到了最小。
在離心分離之後，從芯部32卸出樣品內器T。為了卸出，使馬達26轉到其原始位置。結果，底板40的卸出40P便定位在第一角位置48並直接位於滑槽50的上面。起動第一鎖46的螺線管，因而其塞杆46P伸向底板40的中心部分40C。塞杆46P的頭部很快衝入鎖凹口40L將制動球46B推出鎖凹口40L，因此底板40被鎖在卸出位置。而芯部32和蓋子52仍被鎖在一起，可作為一個單元一齊運動。
然後沿方向82轉動芯部和蓋子單元。當芯部32中的每個樣品接收腔34依次地與卸出口40P對準時，裙部40S的表面便從芯部32的腔34的下面消失，又形成活板門的形式。因而樣品容器T在重力作用下，從芯部32的空腔34通過底板40的卸出40P落入滑槽50。這種操作示於圖7和8二個圖的左手側。落入滑槽50的每個樣品容器T由偏轉板50D偏轉並指向底部20的孔20A。滑槽50的偏轉板50D用於改變樣品容器T的方向，使其從大體45°角傾斜(由芯部32的腔34的方向造成的)改變到大體平行於轉動軸線VCL的方向。容器T可由樣品傳送裝置30接收。
因為沿容器的傳送路徑配置適當的讀出裝置R(圖1)，所以在裝入、離心分離和卸出操作中無需監測樣品容器的位置。
雖然上面已說明用分開操作法進行芯部32的裝入和卸出，但是應當認識到，可以同時進行芯部32的裝入和卸出，因而提高離心機的處理效率。為了結合這種操作，底板40鎖在其卸出位置(角位置48)，而蓋子52同時鎖在其裝入位置(角位置58)。利用馬達26單獨移動芯部32，使其中的腔34位於卸出口40P的上面，而使其中的另一個腔34置於裝入口52P的下面。
根據以上的敘述，本技術的技術人員很容易看到，本發明利用重力通過蓋子52上的裝入口52P將樣品容器裝入芯部32的腔34中，同時在隨後仍利用重力通過底板40上的卸出口40P卸出樣品容器。
技術人員在如上所述的本發明的說明的基礎上可以對其進行許多改變。例如，從上文應當認識到，在一些實例中，可以從轉子12上省去蓋子52。這雖然不是太好，但可以使用這種轉子結構，只要提供合適的機構使其在離心分離期間約束轉子中的樣品容器，只要馬達具有足夠的轉矩克服風阻效應。
這種和其它的改變應看成為在本發明的如所附權利要求書所確定的範圍內。
權利要求
1.一種使樣品容器繞轉動軸線轉動的離心機轉子，該轉子包括芯部，至少具有一個完全穿過它的容器接收腔；底板，該底板和芯部可從一部分底板關閉腔的關閉位置彼此相對運動到裝在腔中的容器在重力作用下從芯部上落下的位置。
2.如權利要求1所述的離心機轉子，還包括第一鎖系統，該系統用於選擇性鎖住底板和芯部，使芯部和底板保持在關閉位置。
3.如權利要求2所述的離心機轉子，還包括蓋子，該蓋子具有穿過它的裝入口，蓋子和芯部可以彼此相對移動到裝入位置，該裝入口在該裝入位置與芯部上的腔對齊；第二鎖系統，用於選擇性鎖住蓋子和芯部。
4.如權利要求2所述的離心機轉子，其特徵在於，該芯部包括大體圓筒形中央部分，具有穿過它的芯部安裝孔；大體截頭圓錐形的徑向向外部分，容器接收腔配置在該大體截頭圓錐形徑向向外部分上。
5.如權利要求4所述的離心機轉子，其特徵在於，底板包括大體圓筒形中央部分，具有穿過它的底板安裝孔；大體截頭圓錐形的徑向向外裙部，該裙部具有穿過它的卸出口；底板的圓筒形部分和芯部的圓筒形部分，這些部分如此配置，使得底板和芯部上的安裝孔彼此軸向對準；其中，第一鎖系統配置在底板和芯部的圓筒形部分上。
6.如權利要求5所述的離心機轉子，其特徵在於，第一鎖系統包括在芯部中央部分上形成的凹口；在底板中央部分上形成的鎖孔，凹口和鎖孔彼此對齊；鎖件，裝在凹口中，使其一部分伸入底板的鎖孔中並由該鎖孔接收，由此鎖住底板和芯部；塞杆，可伸出而嚙合裝在底板鎖孔中的那部分鎖件，將該部分鎖件推出，從而使底板脫開芯部。
7.如權利要求2所述的離心機轉子，其特徵在於，芯部的容器接收腔具有徑向內部和徑向外部邊界壁，該邊界壁平行於轉動軸線。
8.如權利要求2所述的離心機轉子，其特徵在於，芯部上具有表面，芯部表面可細分為許多扇形部，許多扇形部中的一些扇形部的表面由穿過芯部的樣品接收腔斷開，而另一些扇形部的表面未被斷開，一些腔在角度上與相鄰的腔隔開第一角距離，而另一些腔在角度上與相鄰的腔相隔第二角距離，第二角距離較大，包括未斷開的芯部扇形部的表面。
9.如權利要求8所述的離心機轉子，其特徵在於，芯部包括至少兩個彼此徑向相對的未斷開的扇形部。
10.如權利要求3所述的離心機轉子，其特徵在於，蓋子包括大體圓筒形中央部分，其上具有蓋子安裝孔；大體截頭圓錐形的徑向向外裙部，一個環形凸緣懸掛在該裙部上，該裙部具有在其上形成的裝入口。
11.如權利要求10所述的離心機轉子，其特徵在於，芯部包括大體圓筒形中央部分，具有穿過它的芯部安裝孔；大體截頭圓錐形徑向向外部分，容器接收腔配置在該大體截頭錐形徑向向外部分上；蓋子的圓筒形中央部分和芯部的圓筒形中央部分，這些部分如此配置，使得蓋子安裝孔與芯部安裝孔軸向對準；其中，芯部的截頭錐形徑向向外部分和蓋子上的凸緣相對配置，第二鎖系統配置在蓋子和芯部的相對配置部分上。
12.如權利要求11所述的離心機轉子，其特徵在於，第二鎖系統包括在芯部的截頭錐形部分上形成的第二凹口；在蓋子的凸緣部分上的第二鎖孔，第二凹口和第二鎖孔彼此對準；第二鎖件，裝在第二凹口中，使得其一部分伸入第二鎖孔並由該鎖孔接收，由此將蓋子鎖在芯部上；塞杆，可伸出而與第二鎖孔接收的那部分第二鎖件嚙合，從而推出那部分鎖件，由此使蓋子脫開芯部。
13.一種使樣品容器繞轉動軸線轉動的離心機離子，該轉子包括芯部，具有裝入表面和相對的卸出表面，至少一個容器接收腔完全穿過芯部；底板，底板和芯部可以彼此相對運動，從一部分底板關閉腔的關閉位置運動到一個打開位置，在該打開位置，通過裝入表面插入腔的容器可以通過相對表面從腔中卸出。
14.一種使樣品容器繞轉動軸線轉動的離心機，該離心機包括一個轉子和動力源，該轉子包括芯部，至少具有一個完全穿過芯部的樣品接收腔；底板，底板和芯部可以彼此相對運動，從一部分底板關閉接收腔的關閉位置運動到腔中接收的容器在重力作用下從芯部落下的位置；第一鎖系統，用於選擇性地鎖住底板和芯部，使其處於鎖住狀態和未鎖住狀態，在鎖住狀態，底板和芯部處於關閉位置，而且可以作為一個單元一起轉動，在未鎖住狀態，芯部可相對於底板轉動，而芯部相對於轉動軸線保持在預定的角位置；上述動力源連接在芯部上，以便在鎖位於鎖住狀態時使芯部和底板作為一個單元轉動，而在鎖位於未鎖住狀態時使芯部相對於底板轉動。
15.如權利要求14所述的離心機，其特徵在於，轉子還包括蓋子，具有裝入口，蓋子和芯部可以彼此相對運動；第二鎖系統，用於選擇性鎖住蓋子和芯部，使其處於鎖住狀態和未鎖住狀態，在鎖住狀態時，蓋子和芯部可以作為一個單元一起運動，在未鎖住狀態時，蓋子相對於轉動軸線保持在預定的角裝入位置，而芯部可相對於蓋子運動，使腔對準在裝入口的下面，從而使容器在重力作用通過裝入口落入芯部中；當第二鎖位於未鎖住狀態時，動力源可以有效地使芯部相對蓋子運動。
16.如權利要求15所述的離心機，其特徵在於，離心機還包括一個盤，盤上具有裝入槽口，該裝入槽口相對於轉動軸線位於與蓋子的裝入口所在位置相同的預定角裝入位置，因而當第二鎖處於未鎖住狀態，而芯部由動力源相對於蓋子轉動時，芯部上的接收腔便可轉到盤的裝入槽口和蓋的裝入口的下面，與其對準，由此可使容器在重力作用下穿過對準的盤的裝入槽口和蓋子的裝入口落入芯部中。
17.如權利要求16所述的離心機，其特徵在於，離心機還包括裝入輪，共軸安裝在盤的上面，該輪上具有許多腔，每個腔的尺寸可以接收一個樣品容器；用於使裝載輪和芯部轉動的裝置，從而使裝入輪子腔中的容器與盤的裝入槽口對齊。
18.如權利要求17所述的離心機，其特徵在於，該離心機包括自動送進件，該送進件配置在裝入輪的上面，該送進件具有至少一個送進鬥，該送進鬥用於產生一個單層的樣品容器流並在轉動裝置使裝入輪轉動時順序地將容器流中的每一個容器引導進入裝入輪的腔中。
19.如權利要求14所述的離心機，該機還包括一個卸出滑槽，該滑槽相對轉動軸線定位在與底板上的卸出口所佔位置相同的預定角卸出位置，該滑槽被定位於可接收在重力作用下穿過卸出口落下的樣品容器。
20.一種樣品測試分析儀，該分析儀具有樣品分析裝置；離心機，具有轉子，該轉子用於使樣品容器中的樣品受到離心力場的作用；傳送裝置，用於將裝有樣品的小容器從離心機傳送到樣品分析裝置；改進的轉子，該轉子包括一個芯部和底板，該芯部具有至少一個穿過該芯部的樣品接收腔，該底板和芯部可以彼此相對運動，從一部分底板關閉腔的關閉位置運動到腔中接收的容器在重力作用下從芯部上落下的位置。
全文摘要
一種離心機(10)及其所用轉子(12)，該轉子可以通過位於芯部(32)上面的蓋子(52)的一個開孔利用重力自動裝入樣品容器(T)，在離心分離之後，再利用重力通過芯部下面的開口自動卸出樣品。裝有樣品容器裝入裝置(72)，用於保持許多的樣品容器和單個地向轉子提供樣品容器。
文檔編號B04B5/02GK1133020SQ94193765
公開日1996年10月9日 申請日期1994年10月6日 優先權日1993年10月14日
發明者F·W·豪威爾 申請人:納幕爾杜邦公司