(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を収容するロータと、
前記ロータの開口部を覆うロータカバーと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記ロータを収容する回転室と、
前記回転室内に設けられた温度センサと、
前記回転室の開口部を開閉可能に閉塞するドアと、
前記ドアに設けられ前記ロータカバー又は前記ロータとの距離を音響を用いて測定する音波式センサと、
前記音波式センサを制御するコントローラを有し、
前記音波式センサから発せられた音が前記ロータ又は前記ロータカバーで反射して戻ってくるまでの時間に音速値を乗じて前記距離を算出する遠心分離機において、
前記音速値は空気温度をパラメータに持つ音速を求める計算式を用いて算出されるものであって、
前記温度センサで検出された温度が、所定の温度より高いときは前記空気温度として検出された検出温度を用い、所定の温度より低いときには前記空気温度として前記検出温度に１未満の係数を掛けた補正温度値から前記音速値を求めることを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記係数として０．３〜０．８を用いることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記所定の温度は０℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離機。
【請求項４】
前記係数は０．５であることを特徴とする請求項２又は３に記載の遠心分離機。
【請求項５】
試料を収容するロータと、
前記ロータの開口部を覆うロータカバーと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記ロータを収容する回転室と、
前記回転室内に設けられた温度センサと、
前記回転室の開口部を開閉可能に閉塞するドアと、
前記ドアに設けられ前記ロータカバー又は前記ロータとの距離を音響を用いて測定する音波式センサと、
前記音波式センサを制御するコントローラを有し、
前記音波式センサから発せられた音が前記ロータ又は前記ロータカバーで反射して戻ってくるまでの時間に音速値を乗じて前記距離を算出する遠心分離機において、
前記回転室の外部の大気温度を測定する大気温度センサを設け、
前記音速値は空気温度をパラメータに持つ音速を求める計算式を用いて算出されるものであって、
前記温度センサを用いて検出した温度と前記大気温度センサを用いて検出した温度との差が、所定の値より小さい時は前記空気温度として前記温度センサで検出された検出温度を用い、所定の値より大きい時には前記空気温度として前記温度センサを用いて検出した検出温度に１未満の係数を掛けた補正温度値から前記音速値を求めることを特徴とする遠心分離機。
【請求項６】
前記係数として０．３〜０．８を用いることを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。
【請求項７】
補正温度値を算出するための係数を複数準備し、前記温度センサを用いて検出された温度範囲に応じていずれかの前記係数を利用して前記補正温度値を算出し、前記音速値を求めることを特徴とする請求項６に記載の遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心分離機に関し、特に、超音波センサを用いてロータカバー装着の有無を検出する遠心分離機において回転室内の温度によらずに精度良く検出可能にすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機は、分離する試料（例えば、培養液や血液など）をチューブやボトルを介してロータに挿入し、ロータを高速に回転させることで試料の分離や精製を行う。設定されるロータの回転速度は用途によって異なり、用途に合わせて低速（数千回転程度）から高速（最高回転速度は１５０，０００ｒｐｍ）までの製品群が提供されている。遠心分離機により試料の分離を行なう際は、それぞれ試料の分離目的に応じたロータを用い、回転速度、運転時間、回転室の温度などの遠心条件を遠心分離機に設定する。ロータは遠心分離機の回転軸に載せるだけの方式が一般的であり、ネジなどによる締め付け作業を必要としない。
【０００３】
ロータの種類によっては、風損や風切り音を低減するために上部に蓋状のカバーを備えるものがあるが、使用者がこのカバーを取り付け忘れた状態でロータを高速回転させると、ロータの上部の凹凸によるファン作用によりロータに浮力が生じ、ロータ２が浮き上がって回転軸から離脱しそうになり不安定な状態になってしまう。このような不都合を回避するため、ロータ２をネジ締め手段を用いてモータ６の回転軸に固定する方法があるが、オペレータがネジを締め付け忘れると上記問題が発生する。このため、従来から回転室を閉じるドアに測長装置を設け、ドアの内壁面とロータとの距離を図ることによりカバーの装着の有無を判断する技術が知られている。
【０００４】
測長装置の方式のひとつとして、特許文献１に記載のように超音波を発射して反射波が戻ってくるまでの時間を測定する方法が実用化されている。ドアの内側に音波の発射と検出を兼ねる超音波センサを設け、ロータに向けて発射した音波がロータ上面で反射し、再び超音波センサに返ってくるまでの時間を測定し、その時間に音速値を乗じて距離を算出するものである。音速値は伝播媒体である空気の温度によって変化するため、距離の算出にあたっては空気温度を測定し、その温度に応じた音速値を用いる必要がある。従来の遠心分離機は回転室内の温度を図るための温度センサが設けられているので、上記した音速値を求めるためにその温度センサの検出値が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７５７７０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の遠心分離機においては、距離の算出にあたって用いる空気温度を測定する温度センサは回転室の底部に設けられている。一方、超音波センサは回転室の上面に設けられる。従って回転室内の空気が滞留していると、温度センサ１２が設けられる回転室底部と、測長装置がある回転室上部で空気温度に差が生じ、温度センサに基づく音速値が正確に求められないことがある。従来の遠心分離機においては、外気温と回転室内の温度の差がそれほど大きくなかったため、回転室底部と、回転室上部で空気温度の違いに起因する音速値の計算誤差に関して実質的に問題にはならなかった。しかしながら、外気温と回転室内の温度の差が大きい場合、特に、回転室内を摂氏０℃未満のような低温に制御して、遠心分離機周囲の室温との温度差が大きい場合、ドアを開けたときに流入した常温の空気が回転室上部に停滞する一方で、低温の空気は回転室底部にたまるので、測長部分の空気温度を正確に測れないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータのカバーが装着されているか否かを高精度に検出できる遠心分離機を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、超音波センサによる反射波が戻ってくるまでの時間を正確に測定できる遠心分離機を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、温度センサにおける温度の測定値を簡単な方法で精度良く補正できる遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
【００１１】
本発明の一つの特徴によれば、試料を収容するロータと、ロータの開口部を覆うロータカバーと、ロータを回転させるモータと、ロータを収容する回転室と、回転室内に設けられた温度センサと、回転室の開口部を開閉可能に閉塞するドアと、ドアに設けられロータカバー又はロータとの距離を音響（音波）を用いて測定する音波式センサと、音波式センサを制御するコントローラを有し、音波式センサから発せられた音がロータ又はロータカバーで反射して戻ってくるまでの時間に音速値を乗じて距離を算出する遠心分離機において、音速値は温度センサが用いて検出した検出温度に応じて求めるものであって、温度センサで検出された温度が、所定の温度より高いときは空気温度として検出された検出温度を用い、所定の温度より低いときには空気温度として検出温度に１未満の係数を掛けた補正温度値から音速値を求めるように構成した。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、所定の温度は、例えば、温度センサを用いて検出した温度が０℃であり、０℃以上の時には補正は行わずに温度センサを用いて検出した温度をそのまま用いて音速値の算出を行う。また、回転室の外部の大気温度を測定する大気温度センサを設け、温度センサを用いて検出した温度と、大気温度センサを用いて検出した温度との差が所定の値より大きい時に補正を行う。
【００１３】
本発明のさらに他の特徴によれば、補正温度値算出のための係数は、０．３〜０．８の範囲のいずれかであるのが好ましく、例えば０．５とする。さらに、この係数を複数準備し、温度センサを用いて検出した温度範囲に応じていずれかの係数を利用して補正を行うように構成しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、音響素子を用いてロータカバーの装着の有無を判定する遠心分離機において、温度センサを用いて検出した温度が所定の温度より低いときには検出温度に所定の補正を行った補正温度値から音速値を求めるように構成したので、特に精度が低下しやすい温度域においてロータカバーの装着有無の判定精度を向上させることができる。この結果、ロータカバーを付け忘れて高速回転するロータ上部の空気圧が負圧になる影響によりロータに浮力が発生して載置されたロータが浮き上がることを防止できる。
【００１６】
本発明によれば、温度センサを用いて検出した温度が０℃未満の時に補正を行うので、０℃以上の場合には補正をする必要が無く従来の遠心分離機と同様の制御を行うことができる。また、大気温度センサを設け、温度センサを用いて検出した温度と大気温度センサを用いて検出した温度との差が所定の値より大きい時に補正を行うので、外気温度に応じた精度の良い温度補正を行うことができる。
【００１８】
本発明によれば、所定の補正は温度センサを用いて検出した温度に係数を乗算して算出するので、簡単な演算で容易に補正温度データを得ることができる。また、係数は０．３〜０．８であるので、チャンバーの大きさ等遠心分離機の特徴に合わせた最適な温度の補正を瞬時に行うことができる。さらに、係数を複数準備し、温度センサを用いて検出した温度範囲に応じていずれかの係数を利用して補正を行うので、温度範囲毎のきめ細かな補正を行うことができる。
【００２１】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の超音波センサ１１における駆動電圧と端子間電圧と受信電圧の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る遠心分離機の温度検出値と測長部温度との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る遠心分離機の温度検出値と測長部温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例に係る遠心分離機の全体構成を示す概略図である。遠心分離機１は、ロータ２を回転させる駆動源となるモータ６と、モータ６へ電流を流して回転を制御する制御装置７を備え、更にロータ２を収容するチャンバー４と、ロータ２を収容する回転室５を開閉可能に閉塞するドア８と、回転室５を冷却する冷凍機１０を含んで構成される。本実施例の遠心分離機１では、回転室５が冷却可能であり、筐体９の内部に収容される冷凍機１０から冷媒が冷凍配管１０ｂを通り、チャンバー４の周囲に巻かれた冷凍配管１０ａに流れることによってチャンバー４を冷却する。ロータ２に収容される試料を所定の温度に制御するために、制御装置７が冷凍機１０を制御する。
【００２４】
ロータ２の上部にはロータカバー３が装着される。遠心分離運転を行う際にはロータカバー３を装着した状態でロータ２を回転させることが重要であるが、ロータカバー３の装着の有無を制御装置７にて検出可能とするためにロータカバー３の上方のドア８には測長装置を構成する超音波センサ（音波センサ）１１を設けた。測長装置は、例えば非接触式のレーザー光を用いた高価な測長装置とすることもできるが、本実施例では送受兼用の超音波センサ１１と、超音波センサ１１を制御するコントローラの組み合わせで構成される安価な測長装置を用いる。また、超音波センサ１１を制御するコントローラの役割を制御装置７が実行し、制御装置７は超音波センサ１１を発振駆動して、超音波センサ１１から下方に向かって音波を出力させて、ロータ２又はロータカバー３の表面に当たってはね返った音波を超音波センサ１１で受信する。超音波センサ１１で受信された音波（反射波）は制御装置７に出力され、制御装置７は、超音波センサ１１から音波を発した時点から、超音波センサ１１が反射波を受信するまでの時間を測定し、所定の計算式からロータ２又はロータカバー３の上面までの距離Ｌｘを測定する。ここで、遠心分離機１に装着されるロータ２は、型式、大きさ、ロータカバー３の装着の要否、ロータカバー３を装着した際の距離Ｌｘの値があらかじめ制御装置７に記憶されている。従って、ロータ２の回転を開始してロータ２の型式が識別されると、超音波センサ１１を用いて測定された距離Ｌｘが識別されたロータ２のロータカバー３を装着した状態の距離Ｌｘに一致するのか否かを判定することにより、ロータカバー３の装着の有無を判断することができる。
【００２５】
超音波センサ１１を用いて距離Ｌｘを測定するには、制御装置７が回転室５の空気温度を加味した計算式から算出する。空気温度を加味するのは、空気中における音の伝搬速度が気温によって変化するためである。本実施例では回転室５の空気温度は、チャンバー４の底部に配置した温度センサ１２の出力を用いて制御装置７が検出する。温度センサ１２は、主に遠心分離運転中の回転室５の温度を測定することによりロータ２の温度を推定するために用いられるものであり、制御のしやすさからロータ２の下方であってチャンバー４の底部に設けられることが多い。しかしながら、温度センサ１２によって測定される温度は底部付近５ａの温度であって、超音波センサ１１の作動空間である上部付近５ｂの温度ではない。理想的には超音波センサ１１の近傍に更なる温度センサを設けることが望ましいが、超音波センサ１１による測長だけのために更なる温度センサを設けることは経済的には好ましくない。そこで、本実施例では温度センサ１２の測定温度を用いて上部付近５ｂの温度を推定するように構成した。
【００２６】
次に、図２を用いて超音波センサ１１による測定方法について説明する。図２（１）は、制御装置７から超音波センサ１１に送出される駆動電圧の波形である。縦軸は駆動電圧の大きさ（Ｖ）を示し、上側が＋電圧で下側が−電圧である。横軸は経過時間（秒）を示す。超音波センサ１１には時間ｔ１において波形２１のような駆動電圧が印加され、これによって超音波センサ１１から超音波がロータ２側にむけて放射される。この超音波はロータ２又はロータカバー３の上面で反射し、超音波センサ１１に戻ってくる。超音波センサ１１は戻ってきた超音波を受信し、その受信信号の波形２２に応じた電圧、即ち受信電圧を発生して制御装置７へ出力する。
【００２７】
制御装置７は、時間ｔ１で超音波センサ１１へ駆動電圧を印加することにより、超音波センサ１１は超音波の放射を開始する。この駆動電圧を印加は、図２（１）の波形２０に示すように時間ｔ２で停止する。しかしながら、超音波センサ１１の端子間電圧は急激にゼロにならないために、（２）の波形２１のように、初めは印加された電圧と同じ電圧であるが、時間ｔ２で電圧の印加で終わると、超音波センサ自体の振動が停止するまで、徐々に端子間の電圧の波形２１が小さくなっていく。図２（３）は超音波センサ１１の受信電圧であり、波形２２で示すようになる。ここで、超音波センサ１１へ駆動電圧を印加した時間ｔ１から超音波センサ１１が反射波を受信する時間ｔ３までの時間Ｔｘをカウントし、以下の計算式を用いてドア８とロータカバー３との距離Ｌｘを算出する。
距離Ｌｘ（ｍ）＝時間Ｔｘ（ｓ）×（３３１．５＋０．６０７×温度ｔ（℃））／２
ここで、温度ｔ（℃）は温度センサ１２を用いて回転室５内の空気温度を測定したもので、３３１．５は空気中の音波の伝播速度（ｍ／ｓ）、０．６０７は温度補正係数（ｍ／℃）である。このようにして得た距離Ｌｘは、公知の方法によって得たロータの種類の情報と照合し、このロータにカバーがついているか否かの判定に用いられ、カバーがついている判定された場合は遠心分離機の運転を許可する。
【００２８】
ところで温度センサ１２による検出温度は、温度センサ１２が取り付けられている回転室５内の底部付近５ａの空気温度である。超音波センサ１１がロータとの距離を測長する超音波センサ１１の位置は回転室５内の上部付近５ｂであり、測長部となる上部付近５ｂの温度は必ずしも底部付近５ａの温度とは一致せず、温度差が大きいほど距離Ｌｘの算出誤差が大きくなる。したがって上述の式における温度補正を正しく行うには、上部付近５ｂ付近の空気温度を正確に測定又は算出によって推定する必要がある。
【００２９】
ここで、図３を用いて温度センサ１２による温度検出値と上部付近５ｂ近傍の温度との関係を説明する。図３は遠心分離機の周囲の温度（大気温度）が３２℃の場合の例である。縦軸は測長部たる超音波センサ１１付近の実際の温度と、温度センサ１２による測定値（実測値）から算出される上部付近５ｂの推定温度（単位℃）を示す。横軸は、温度センサ１２を用いて測定された底部付近５ａの温度（測定値）である。図中、太い曲線は測長部たる超音波センサ１１付近の実温度（実際の温度）３３である。この実温度３３は、あらかじめ測長部の距離Ｌｘが判っているロータを搭載して超音波センサ１１による測長動作を行い、反射波が返ってくるまでの時間Ｔｘを求め、前述の計算式を変形して測長部の温度ｔを求めたものである。一点鎖線は、超音波センサ１１付近の実際の温度が、温度センサ１２による温度検出値と一致する場合の温度関係線３１である。ところが温度センサ１２が回転室５の底部にあるのに対して測長部は回転室５の上部にあり、回転室５が冷凍機１０に接続された冷凍配管１０ｂによって冷却されていると、回転室５の壁面で冷された冷気が５ｂ付近に降下するので、測長部との間に温度差が生じ、温度検出値と上部付近５ｂ付近の温度の関係は実温度３３の曲線のように低温になるほど乖離する。この温度関係線３１は、温度が３２℃から１０℃の範囲においては実温度３３とほぼ一致するものの、０℃未満になると実温度３３との乖離が大きくなる。特に−２０℃付近においては実温度３３が温度関係線３１よりも１０℃以上高い状態になっているので、温度関係線３１による温度データを用いて距離Ｌｘを算出すると誤差が大きくなってしまう。
【００３０】
本発明の発明者らが検討した結果、上部付近５ｂの温度を±１０℃以内の精度で測定できればロータ２又はロータカバー３の有無判定に必要な測長距離精度が得られ、厳密に上部付近５ｂの温度を測定または推定する必要がないことがわかった。そこで、上部付近５ｂの温度を推定する手段として、低温時のみ温度検出値に所定の換算を行うこととした。本実施例では、検出温度が０℃未満の場合に限り、温度検出値に０．５を乗じた値を推定温度とする。この推定温度は０℃未満の際に温度関係線３１で示す検出値を０．５倍して算出でき、その補正により点線で示す補正直線３２となる。尚、この補正をおこなうために乗算される所定の係数は、チャンバー４の材質、直径や深さ、ドア８の形状等の種々の要因によって変わるために一概にはどの係数が最適とは言えないが、温度センサ１２が超音波センサ１１よりも下方にある場合は１未満の係数とすれば良く、大体０．３〜０．８の範囲のいずれかで最適値を設定すれば良い。
【００３１】
本実施例の遠心分離機１は、冷却能力の強化によって温度センサ１２部は約−３０℃まで冷えることを可能としたが、本実施例による補正を行うことにより、補正直線３２に示すように−３０℃の際の実温度３３との乖離は５℃未満となり、ロータカバー３の有無判定に必要な測長距離の精度を得ることができるようになった。
【００３２】
図４は遠心分離機１の周囲の温度（大気温度）が１５℃の場合の温度センサ１２による温度検出値と上部付近５ｂ近傍の温度との関係を示す図である。図３で示した周囲温度が高い場合と同様に、低温になればなるほど温度検出値たる温度関係線４１と上部付近５ｂの実温度４３は乖離する。一方、温度検出値が高い場合の乖離は低温領域での乖離に比べ十分小さいため、ロータカバー３の有無判定に必要な測長距離の目的ならば補正をする必要がなく、測定温度をそのまま用いることができる。これは相対的に低温の外気が回転室５内に流入しても、回転室５の内壁で暖められて空気が上昇するためと推測される。そこで、上部付近５ｂの温度を推定する手段として、低温時のみ温度検出値に所定の換算を行うこととした。本実施例では、検出温度が０℃未満の場合に限り、温度検出値に０．５を乗じた値を推定温度とし、その推定温度は点線で示す補正直線４２となる。
【００３３】
以上のように、温度センサ１２による温度検出値と上部付近５ｂの温度との差は、低温になるほど乖離する傾向があるので、乖離する温度領域、即ち低温領域において温度センサ１２の測定値を補正することにより実温度４３に近づけるようにした。この補正をすることによってドア８の内面からロータ２又はロータカバー３の上面までの距離Ｌｘを正確に測定することができる。本実施例の遠心分離機１が用いられる周囲の想定室温は１０〜３２度程度であるので、図３および図４に示したような、所定の温度領域においてだけ検出値の補正を行うことで測長距離の精度が十分得られ、製品に必要な信頼性を確保することができる。
【００３４】
尚、本実施例では所定の温度（ここでは０℃）未満の際に温度センサ１２の測定値を補正するように構成したが、外気温（室温又は回転室外部の大気温度）を測定する温度センサを別途設けて、外気温と回転室５内の温度差に応じてきめ細かな補正を行うように構成しても良い。この際、外気温測定の温度センサを設ける位置は比較的任意であるが、その出力を制御装置７に入力するように構成すると良い。また、検出された温度の補正を行う温度領域は０℃未満だけでなく他の範囲としても良い。例えば補正係数を複数準備し、温度センサを用いて検出した温度範囲に応じていずれかの係数を利用して補正を行うようにしても良い。
【００３５】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例は補正の仕方は温度検出値に０．５を乗じるだけの簡単なものであったが、この換算だけに限られずに、実際の温度に近づけるように一次式を用いる補正でも良いし、外気温度を測定する温度センサを用いて、外気温度を加味した補正式を用いるように構成しても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１  遠心分離機                          ２  ロータ
３  ロータカバー                        ４  チャンバー
５  回転室                              ５ａ  底部付近
５ｂ  上部付近                          ６  モータ
７  制御装置                            ８  ドア
９  筐体                                １０  冷凍機
１０ａ  冷凍配管                        １０ｂ  冷凍配管
１１  超音波センサ                      １２  温度センサ
２０  （超音波センサへの印加電圧の）波形
２１  （超音波センサの端子間電圧の）波形
２２  （超音波センサ受信電圧の）波形
３１  温度検出値が測長部温度と一致すると仮定した場合の直線（温度関係線）
３２  補正直線
３３  実温度
４１  温度検出値が測長部温度と一致すると仮定した場合の直線（温度関係線）
４２  補正直線
４３  実温度
【図１】
0005849715.tif 000002
【図２】
0005849715.tif 000003
【図３】
0005849715.tif 000004
【図４】
0005849715.tif 000005