(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータの回転力により回転するロータと、該ロータの回転軸を中心とした同一円周上の等角間隔の格子点上に配置された識別子と、該識別子の有無を検出する識別子検出センサと、前記識別子と識別子検出センサの回転角度を検知する角度検出器と、該角度検出器の信号出力と前記識別子検出センサの信号出力から前記識別子の配置パターンを識別する制御装置を有する遠心機において、前記識別子の配置パターンは、ロータの分類を示している部分と、前記ロータの分類を示している部分をチェックするための部分から構成されていることを特徴とする遠心機。
【請求項２】
前記識別子の配置パターンは、第一のコードと、第二のコードを有し、前記第二のコードは、前記第一のコードを所定の手順に従い、前記制御装置によって導き出される第三のコードと、一致するよう構成されていることを特徴とした請求項１記載の遠心機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心機のクラウン等に載置される複数のロータの個々の種類を識別するためのロータ識別装置を有する遠心機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心機に載置され使われるロータが複数の種類に及ぶ場合、ロータ固有の運転最高回転数、回転数の運転パターン、或いはロータ内の試料の温度管理のための温度制御計算処理に用いる温度係数等の把握が遠心機側に必要であり、これらに対応するロータの識別装置が種々発明・考案されている。従来のこの種の装置として、特開平６−１９８２１９号公報に記載のように、ロータの回転軸を中心とした同一円周上の等角間隔の格子点上にマグネットを配置し、上記マグネットの有無を検知するセンサを上記等角間隔以下の間隔をもって多数配置し、マグネットの配置パターンをコード化していた。一方、実開平６−４１８５２号公報記載のように、上記と同様な方法に於て、マグネットの配置パターンをコード化する際、配置パターンの読み出し位置を特定するため、ロータの同一円周上に配置するマグネットのひとつを他のマグネットと磁極の向きを異ならせ、これらのマグネットの有無を検知するセンサも検知する極性を異ならせ二重に多数に及ぶマグネットセンサを配置していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従ってかかる従来のロータ識別装置は、ロータが回転中はもとより、ロータ停止中にロータを自動識別できる機能はあるものの、等角間隔の格子点上にコード化されたパターンで配置されたマグネットの有無を検知するためのセンサの数が等角間隔の格子点の数以上に必要となり、多数のセンサを用いるため識別装置としての故障率が上昇し、信頼性が低下する欠点があった。また、ロータを真空チャンバ内で回転させる場合、一般的にセンサも真空茶チャンバに配置することになるが、このセンサと真空チャンバ外の大気中に置かれる信号処理制御部を接続するため、真空チャンバに高価な多極のハーメチックシール機能を有するコネクタを必要とするため、接続の信頼性が低下すると共に経済性も悪化するという問題があった。
【０００４】
また、上記の故障、不具合は、更にロータアダプタに装着されているマグネットの欠損或いはロータインバランスによる回転の偏心等も加わり、マグネット配置パターンの読み取り不良を引き起こし、誤まったコードに認識される恐れがあり、許容回転数を超えてロータを回転させたり、試料の温度制御不良を引き起こす等の危険性があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来技術の欠点に鑑みなされたものであり、その目的はマグネットの有無を検知するセンサの数は最小限１個であればロータの識別を可能とし、更にロータの識別誤りを極力排除可能なロータ識別装置を有する遠心機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
モータと、該モータの回転力により回転するロータと、該ロータに設けられている識別子と、該識別子の有無を検出する識別子検出センサと、前記識別子と識別子検出センサの回転角度を検知する角度検出器と、該角度検出器の信号出力と前記識別子検出センサの信号出力から前記識別子の配置パターンを識別する制御装置を有する遠心機において、前記識別子の配置パターンは、ロータの分類を示している部分と、前記ロータの分類を示している部分をチェックするための部分から構成されていることで、達成される。
さらに、前記識別子の配置パターンは、第一のコードと、第二のコードを有し、前記第二のコードは、前記第一のコードを所定の手順に従い、前記制御装置によって導き出される第三のコードと、一致するよう構成されていることで、達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施例を以下図面に就いて詳細に説明する。
【０００８】
図１は本発明になる遠心機のロータ識別装置を採り入れた遠心機の一実施例を図示した部分断面側面図である。遠心機のロータ室１のロータ軸３にクラウン９が軸嵌合されこのクラウン９上にロータ２が載置され、モータ７の回転力によりロータ２が回転し、１２はロータ室１の上部に設けられたドアである。ロータ２の底部には識別子となるマグネット６を装着したアダプタ５を取り付け、ロータ室１のマグネット６と合い対向する位置には識別子検出センサとなるホール素子或いは磁気抵抗素子等のマグネットセンサ４が設けられ、その信号出力ＭＧはコネクタとなるハーメチックシール１０を介して信号線４４によりロータ室１の外側にありロータ２の識別を行なう制御装置１１に入力されている。マグネット６とマグネットセンサ４のロータ２の回転軸回わりの角度を検知するために角度検出器となるロータリーエンコーダ８がモータ７の回転軸に取り付けられており、ロータリーエンコーダ８がモータ７の回転軸に取り付けられており、ロータリーエンコーダ８の２相信号出力φＡ及びφＢは信号線４５を介して制御装置１１に入力されている。
【０００９】
図２はロータ２の識別のためにロータ２の底部に取り付けられたアダプタ５に実装されたマグネット６の配置パターンを示した図であり、ロータ２の回転軸を中心とした同一円周上の例えば１２等分した等角間隔の格子上にマグネット６が配置されており、図示の例では、ａからｌの格子点上の実線の円で示したｄ，ｅ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｌの位置に磁極を同一の向きにし、７個のマグネットが装着されており、破線の円で示したａ，ｂ，ｃ，ｆ，ｋの位置にはマグネットが非装着となっている。
【００１０】
図３は図２に示したマグネット６の配置パターンを読み出し位置を異ならせて示した図であり、Ｎｏ．１は読み出し位置が図２のａの場合、Ｎｏ．２は読みだし位置がｂの場合、同様にしてｌはＮｏ．１２にそれぞれ対応する。図２に示したマグネット６の配置パターンでは、格子点上にマグネット６が存在する場合を“１”無い場合を“０”とし、ａから時計回わりに読み出すと“０００１  １０１１  １１０１”の“１”，“０”から構成される１２ビットの識別コードとなる。この時、先頭から４ビット単位で１つのニブルを構成させ、１６進数で表現すると“１ＢＤ”となり第１ニブルと第２ニブルから成る“１Ｂ”を分類コード、第３ニブルの“Ｄ”を分類コードのチェックコードとする。分類コードのチェックコードの生成方法は、本実施例では“Ｆ”から分類コードを構成する２つの数字“１”、“Ｂ”を“Ｆ”からそれぞれ減算し、この場合Ｆ−１でＥ、Ｅ−Ｂで３となり、“３”即ち“００１１”の２の補数を取り“Ｄ”即ち“１１０１”とする計算方法による。
【００１１】
図３のチェックコード１は第３ニブルによる１６進数のチェックコード、チェックコード２は上記の計算方法により求められるチェックコードを示している。ここで識別コードの読み出し位置は、上述の様にａから開始するとは特定できないため、他の例へばｂの位置から読み出しの場合もあり、この場合図３のＮｏ．２で示すａの位置に対して１２ビットの識別コードを全体に１ビット左にローテイトシフトとした識別コードとなり、分類コードは“３７”チェックコードは“Ａ”と読み出されるが、上記のチェックコード計算方法により分類コード“３７”から計算されるチェックコードは“Ｂ”となりチェックコード１とチェックコード２が一致せず、ｂの位置からの読み出しは不当であることが判る。同様にして、Ｎｏ．３以下Ｎｏ．１２まで読み出し位置を順次変えて、チェックコード１と２を比較するといずれの場合も一致せず不当な位置からの読み出しであると判断でき、従って図２に示したマグネット６の配置パターンから、ロータ２の分類コードは“１Ｂ”であると識別できる。
【００１２】
図４は同様にして上記分類コード“１Ｂ”に変えて“２７”の場合の例を示したものであり、配置パターンは６個のマグネットから構成されており、読み出し位置を変えてもＮｏ．１からＮｏ．６のようにチェックコード１とチェックコード２が一致しており、一意的に分類コードが特定できないが、識別コード“２７Ａ”、“４Ｆ４”、“９Ｅ８”、“３Ｄ１”、“７Ａ２”及び“Ｆ４４”の６種類は同一の識別コードとして取り扱えば他の識別コードとの識別は可能になる。８ビットの分類コードと４ビットのチェックコードから構成する１２ビットの識別コードを本実施例の場合は発明者の計算では、１４９種類の識別コードが取れるため、複数のロータを個々に識別するのに十分な数のコードが確保可能であるが、識別コードの分類コード及びチェックコードの構成ビット数を増やせばより多数の識別コードが得られ、識別誤りもより正確に排除できることは明白である。また本発明の思想から分類コードのチェックコードの生成方法もパリテイを利用する等で本実施例に限定されないことはいうまでもない。
【００１３】
図５は上記構成になるロータ識別コードを認識するための制御装置１１の具体的実施例をブロック回路図で示したものであり、マグネットセンサ４の信号出力ＭＧは、抵抗器及びコンデンサから構成されるノイズ吸収用積分回路１３を経たあと７４ＨＣ１４等のシュミットトリがインバータ１６をを介してマイクロコンピュータ（以下マイコンと略称する）２８のＰ０ポートに入力され、マグネット６の存在をマグネットセンサ４が感知した時、ＰＯポートに倫理“１”が入力される。ロータリエンコーダ８の２相信号出力φＡ及びφＢも同様にして夫々積分回路１４，１５を経たあとシュミットトリガインバータ１７，１８を介して７４ＨＣ１７５等のフリップフロップ１９の１段目もＤ入力端子に入力され、フリップフロップ１９のクロック端子には発振器２０からクロック信号が供給れている。フリップフロップ１９の２段目のＤ端子入力は１段目のＱ出力にそれぞれ接続されており、図示の様にフリップフロップの１段目の出力と２段目の出力には７４ＨＣ８６等の排他的論理和を取るゲート（以下イクスクルーシブオアと称す。）ゲート２１，２３の入力端が接続されており、２相信号φＡ及びφＢについての１段目のフリップフロップにイクスクルーシブオアゲート２２の入力端が接続され、これらのゲート２１，２３の出力は夫々７４ＨＣ１５８等のデータセレクタの入力端１Ａ及び２Ｂ，２Ａ及び１Ｂに接続され、ゲート２２の出力端はデータセレクタ２４のセレクト入力端Ｓに入力されている。データセレクタ２４の反転出力端１Ｙ，２Ｙはイクスクルーシブオア２７に入力され、このゲートの出力はマイコン２８の割り込み入力端子ｉＲＱに接続され、同様にしてデータセレクタ２４の２の出力端１Ｙ，２Ｙはそれぞれ７４ＨＣ００等のナンドゲート２５，２６構成されるＲ−Ｓ（セットリセット）フリップフロップの入力端に接続され、ナンドゲート２６の出力端はマイコン２８のＰ１ポートに接続されている。
【００１４】
図６は図５のブロック回路図の動作状態を示すタイムチャートであり、ロータ２を識別するためにロータ２をオペレータの手或いは、モータ７の回転等により回転させマグネト６の有無及び位置の認識をマイコン８が行なう時、図中のイ、ロで示すように、シュミットトリガインバータ１７，１８からロータリエンコーダ８の２相信号の反転信号がフリップフロップ１９に入力されると、例へばロータ２が時計方向回転時にはデータセレクタ２４の１Ｙ出力端から２相信号のエッジが現われる度に発振器２０のクロックパリス幅の論理Ｑレベルの信号が出力され（図６ニ）、この時データセレクタ２４の２Ｙ出力は論理“１”レベルに保たれる（図６ニ）から、マイコン２８の割り込み入力端子ｉＲＱにはイクスクルーシブオア２７で論理が反転された信号（図６ト）が送られ、一方Ｐ１ポート入力信号（図６ホ）は、ロータリエンコーダ８の回転方向を示す信号となり、この状態では論理“０”レベルが送られる。Ｐ０ポート入力信号（図６ヘ）は、マグネットセンサ４の出力信号であり、マグネット６の存在を感知すると論理“１”がｃｐｕ２８のＰ０ポートに送られる。
【００１５】
図７はマイコン２８がその入力ポートＰ０，Ｐ１，ｉＰＱの信号を基にして図３、図４に示す配置パターンを認識し、識別コードを決定する際の処理フローチャートを示したものであり、図５のＲＯＭ２９で示す記憶装置にあらかじめ定められた処理手順が書き込まれている。図７に於て処理１０１はＣＰＵ２８内のマグネットセンサ４の信号格納メモリ（以下ＲＡＭと称す）３０のイニシャライズを実行する処理であり、マグネット信号のメモリ格納状態を例示する図８を参照すると、ロータリエンコーダ８の１回転の出力パルス数が例へば１２０パルス／１回転であれば、その４倍の４８０パルスの分解能となるから、４８アドレスの１からＮ番地までの範囲のメモリを“Ｆ”で埋める処理を行ない、この後、処理１０２により割り込み許可処理を実行し、マイコン２８以後ｉＲＱ入力端子にエンコーダ８からの信号が入力されると、その立ち下がりエッジにより割り込み処理を実行する。
【００１６】
今割り込みが発生すると、割り込み処理の判断１１１により、Ｐ１ポートの信号入力状態をチェックし論理、“Ｌｏ”であればロータ２が時計方向に回転しているから、処理１１２に進みマグネットセンサ４の信号格納先アドレスの＋１インクリメントを実行し、それまでのアドレスがｎの場合はｎ＋１となり、判断１１４に進む。同様にして判断１１１でロータ２が反時計方向に回転している場合は、Ｐ１ポート入力は論理“Ｈｉ”となり処理１１３に進み、マグネットセンサ４の信号格納先アドレスの−１デクリメントを実行しそれまでのアドレスがｎの場合はｎ−１となり判断１１４に進む。判断１１４ではマグネット６の存在をマグネットセンサ４が感知すればマイコン２８のＰ８ポートの入力論理が“Ｈｉ”となるから処理１１５に進み、ＲＡＭ３０の例へばｎ＋１番地に“１”を書き込む処理を実行し、一方判断１１４でマグネット６の存在をマグネットセンサ４が感知しない場合は、処理１１６に進み、ＲＡＭ３０の先に示されている格納先アドレスに従って“０”を書き込む処理を実行する。なお、処理１１２でインクリメント前の指示アドレスが既にＮの場合は１にし、同時にして、処理１１３でデクリメント前の指示アドレスが１の場合はＮとする処理が実行される。
【００１７】
判断１０３はロータ２の回転が一周し、ＲＡＭ３０のデータの“Ｆ”が１からＮ番地に渡って“０”又は“１”に置き換わり、ロータ２の識別コードを生成する準備が整ったことを判断するためのものである。処理１０４では、ロータ２のマグネット６の配置パターンを確立させる処理があり、図８のＲＡＭ３０のアドレスｎ−３からｎ＋３までのメモリ内データで連続する“１”が例へば図２の格子点ｄ上のマグネット６の読み取り結果であり、同様にして判断１１１でロータ２が反時計方向に回転している場合は、Ｐ１ポート入力は論理“Ｈｉ”となり処理１１３の進み、マグネットサンサ４の信号格納先アドレスの−１デクソメントを実行しそれまでのアドレスかｎの場合はｎ−１となり判断１１４に進む。Ａで示すこの中心のアドレスｎを格子点の基準とし、１からＮ番地のアドレス数を等角間隔に分割された格子点の数で割った値のアドレスの大きさが、格子点のピッチとなるから、本実施例では、４８０アドレス／１２格子点は４０アドレスピッチとなり、このピッチでＲＡＭ３０から得られるメモリ内データが格子点上のマグネット６の有無として認識でき、この方法により、図３の第１ニブルグから第３ニブルが表される１２ビットの“１”、“０”から成る識別コードを得る。処理１０５は前述の分類コードとチェックコードの適合性をチェックする処理である。処理１０６は識別コードを確立する処理であり、図２で示したマグネット６の配置パターンの場合、分類コード“１Ｂ”チェックコード“Ｄ”としてロータ２が識別され、この識別に基づいて処理１０７によりあらかじめＲＯＭ２９内に書き込まれているデータベースに従って最高回転数、温度制御の係数、運転条件等が読み出される。なお、マグネット６の一部の欠損等によりＲＯＭ２９内に書き込まれているデータベースにない識別コードの場合には、エラーを表示し、オペレータにしらせることが可能である。
【００１８】
以上本発明の具体的実施例では、識別子としてマグネット、識別子検出センサはマグネットセンサとし磁気を利用したものを例に挙げ説明したがこれに限らず、光の反射を用い、識別子として明暗の稿、識別子検出センサとして、ホトトランジスタ等の光検知素子としたり或いは識別子として形状、凹凸を利用し、識別子検出センサとして近接センサ等を利用可能なことは、本発明の思想から明白である。
【００１９】
また、本発明ではロータ２の識別のために、ロータ２を１回転もしくは時計・反時計回わりに半回転づつ回転させることが必要なマグネットセンサ４が１個の場合について説明したが、ロータ２の識別のための回転角度を小さくするために、マグネットセンサ４の数を等角間隔で増やし複数個とし、その配置をロータ２の回転軸を中心に配置した場合についても、それぞれのマグネットセンサの信号出力をマイコン２８に入力すれば、ロータリエンコーダ８の位置出力信号にマグネットセンサの位置補正を加えることによりＲＡＭ３０のマグネット信号の格納先メモリアドレスもそれぞれのマグネットセンサに対応して確定可能となるから、本発明の思想から逸脱するものではない。尚、この場合、多極のハーメチックシール機能を有するコネクタが必要になるが、その極数をある程度の数に押えれば従来より安易に構成することができることは自明である。
【００２０】
更に、ロータ２を回転させずにマグネット６の配置パターンを得るために、マグネット６は回転させずにマグネットセンサ４をロータ２の回転軸を中心とし回転させ、この時適当なマグネットセンサ４の回転角度を検知するエンコーダを設け、マグネット６の配置パターンを検出する構成とすることも可能である。
【００２１】
また、角度検出器となるロタリーエンコーダ８はレゾルバ、ポテンショメータ等の角度検出が可能であるものを利用することも可能である。
【００２２】
本発明の実施例を応用した他の実施例について以下説明する。
【００２３】
図９は、本発明になる遠心機のロータ識別装置と異なる他のロータ識別装置とを組み合わせて、いかなる部品の単一故障に対してもロータの過回転防止を図った応用例を示したものであり、図１と同一の機能の部分には同一の番号が符してあり、ロータ２の上記と異なる他のロータ識別装置としては、特開平０６−１９８２１９号に記載されているものと同様である。ロータ２の回転軸中心には、角度θをなす角度にマグネット等の識別子３１とこの識別子３１とこの識別３１を検出するホール素子、磁気抵抗素子等マグネットセンサから成る識別子検出センサ３２を設け、ハーメチックシール３３を介して信号線３４によりロータ室１の外側にある制御装置３５に信号が送られている。
【００２４】
図１０は図９のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図９と同一機能の部分には同一の番号が符してある。図１１はロータ２が回転中の回転に信号線３４に出力される信号の様子を現わしたものであり、マイクロコンピュータを内蔵する制御装置３５はロータ１回転に於けるパルスの出力周期Ｔ，ＴＨ及び、ＴＬからロータ２の実回転数ＲＲＰＭ，種類コードｉＲＱ，種類コードから割り出される最高許容回転数ＲＭＡＸを演算、実回転数、ＲＲＰＭが最高許容回転数ＲＭＡＸ１を超えたと判断すると、制御線３７を介して第１シャ断装置３８にシャ断信号を出力し、シャ断装置３８を動作させて電源３６からモータを切り離すようになっている。  図９に於て、３６は交流電源等の電源、３９はインバータ等のモータ駆動装置、４１はモータ７とモータ駆動装置３９を結ぶモータ７エネルギ供給線であり、３８、４０は夫々モータ７の回転エネルギの供給路に対して互いに直列に配置された第１のシャ断装置、第２のシャ断装置である。制御装置４６は、制御装置１１のロータ２の識別機能を含み、更にモータ７の回転数制御及びロータ２の過回転防止機能を有するものであり、エンコーダ８の信号出力からモータ７すなわちロータ２の実回転数を計測、把握し、モータ駆動装置に制御線４２を介して制御信号を出力し所定の回転数にモータ７を制御すると共に、ロータ２のマグネットセンサ４及びマグネット６からロータ２を識別した結果より求めたロータ２の最高許容回転数ＲＭＡＸ２（最高許容回転数ＲＭＡＸ１に等しい。）をロータ２の回転数が超えたと判断すると、制御線４３を介して第２のシャ断装置にシャ断信号を出力し、モータ駆動装置３９からモータ７を切り離すようになっている。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータの回転軸を中心とした等角間隔の格子点上に識別子を配置し識別子の有無がコードパターンとなるように配置し、この識別子の存在を検出する識別子検出センサと識別子と識別子検出センサのロータの回転軸回わりの相対角度を検出する角度検出器を設け、角度検出器の信号出力と識別子検出センサの信号出力から識別子の配置パターンを読み取るようにし、配置パターンから示される識別コードは分類コードとこの分類コードチェックコードから構成する、またはロータの回転軸を中心とした同一円周上の等角間隔の格子点上に識別子として例へばマグネットをマグネットの有無がコードパターンとなるように配置し、このマグネットの存在を検知する識別子検出センサとして例へばホル素子等のマグネットセンサと、このマグネットとマグネットセンサの回転角度を検出する角度検出器として例へばエンコーダを設け、このエンコーダの信号出力とマグネットセンサの信号出力から上記マグネットの配置パターンを読み取り識別する識別装置を備え、マグネットの配置パターンは、分類コードとこの分類コードの例へばサムチェックコードから構成するようにしたので、識別子検出センサの数を最小限の１個でロータの識別を可能とし、同時に識別誤りを極力排除できるので、識別の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる遠心機のロータ識別装置の部分断面側面図である。
【図２】マグネット６の配置パターン図である。
【図３】マグネット６の配置パターンを読み出し位置を異ならせて示した図である。
【図４】マグネット６の他の配置パターンを読み出し位置を異ならせて示した図である。
【図５】制御装置１１の具体的実施例を示したブロック回路図である。
【図６】ブロック回路図の動作状態を示すタイムチャートである。
【図７】マイコン２８の処理フローチャートを示した図である。
【図８】マグネット信号のメモリ格納状態を例示する図である。
【図９】本発明の応用例を示した図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１１】ロータ２が回転中の１回転に出力される信号の様子を示した図である。
【符号の説明】
２はロータ、４は識別子検出センサ、６は識別子、８は角度検出器、１１は制御装置である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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