(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を分離するためのロータと、該ロータを回転駆動するためのモータと、前記モータと前記ロータとを結合する駆動軸と、前記モータ又は前記ロータの回転速度を検出する回転センサと、前記ロータ又は前記駆動軸の振れを検出する変位センサと、前記回転センサ及び変位センサからの信号を取り込み、前記モータを制御する制御装置とを備えた遠心機において、前記制御装置は、
（イ）前記モータを加速し、
（ロ）前記ロータ又は駆動軸の振れが許容値を超えたか否かを判定し、
（ハ）前記変位センサからの信号により、前記許容値を超えたと判定されたときは前記モータを自然減速させ、
（ニ）前記許容値以下と判定されたときは前記モータを加速させ、
（ホ）前記自然減速中及び前記加速中に前記ロータ又は駆動軸の振れが許容値を超えたか否かを再度判定し、
（ヘ）前記ロータ又は駆動軸の振れが許容値を超えた回数が所定回数に達したときは、前記ロータのインバランスによる振れと判断して前記モータの回転を停止させ、所定回数に達しないときは前記ロータのセット時の振れと判断して前記モータを設定回転速度まで加速するように制御することを特徴とする遠心機。
【請求項２】
前記減速中は、所定の時間間隔で前記変位センサからの信号と前記予め決められた許容値とを比較することを特徴とする請求項１記載の遠心機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料をロータに入れ遠心分離する遠心機の、不つりあいの検出方法（インバランス検出方法）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医薬品製造、試薬製造の研究・開発等で主に使用される遠心機は、一般にロータの回転速度が２０，０００回転以上のものが多く使用されている。この種の遠心機では、試料を入れて回転分離するためのロータを高速回転させている。
【０００３】
遠心分離する試料は１０ｍｌから４０ｍｌ程度の少容量のチューブに収納され、試料の容量、質量が同じになるように、バランスを取りロータの対向するチューブ穴に収納される。しかし厳密なつり合わせは期待できないため、モータとロータは弾力性のある駆動軸で結合され、試料の不つり合い等により生じるロータの回転偏芯を駆動軸の撓みで吸収し高速回転できるようにしてある。
【０００４】
試料の不釣合いが大きくなるとロータの回転偏芯を駆動軸の撓みで吸収できなくなり、駆動軸の曲がりや破損が生じる。これを防止するため、回転軸の撓みを非接触で検知するため変位センサ等のインバランス検出器を取付け、駆動軸の振れを検出し、許容値以上に駆動軸が振れたときは、モータの回転を停止するようにしている。駆動軸の径寸法により違いはあるが、駆動軸の振れ量の許容値は、０．４ｍｍから０．６ｍｍ程度であり、少量の試料の不つり合いの場合、回転数が上昇するとともに、駆動軸の振れ量も徐々に上昇する傾向にあるため、駆動軸の許容値によってインバランスの検出時間を変えて、不つり合い検出を行っている。
【０００５】
近年、ロータの材料の強度向上やロータ強度の解析精度向上により１００ｍｌから２５０ｍｌのボトルがロータに収納できるようになり、医薬品製造、試薬製造の生産設備として高速回転する遠心機が使用されるようになっている。
【０００６】
生産設備の場合、ルーチンワーク、単純な流れ作業が多いため、時々ロータにボトルを１本だけ入れ忘れたりすることがある。この場合、数十回転から数百回転で駆動軸が急激に大きく振れるため、駆動軸の振れを０．４ｍｍから０．６ｍｍ程度で回転を止めた場合でも駆動軸が曲がるときがある。そのため、数百回転以下の駆動軸の許容振れ量を０．２ｍｍ程度に下げ、ボトルの入れ忘れによるインバランスを検出するようにし、駆動軸の曲がりを防止している。
【０００７】
しかし、１００ｍｌから２５０ｍｌのボトルが収納できるロータは、大きく重いため、駆動軸にロータを装着する際、誤ってロータを揺らしてしまい駆動軸が０．２ｍｍから０．４ｍｍ程度、振れが生じるときがある。その状態で遠心機を運転すると、数百回転以下の駆動軸の振れ量の許容値は０．２ｍｍであるため、インバランス状態と誤判断し運転停止することがある。そのため、ロータ装着時の振れが収まるまでの時間（約６０秒程度）を待ってから運転しなければならず、作業性を低下させている。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−７４８４０号公報    特開２００６−７０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
遠心機を生産用機器として使用する場合、ロータを取付けてすぐに回転させることが望ましく、ロータを駆動軸に装着した際に生じてしまう振れがあっても回転でき、なおかつロータにボトルを数本入れ忘れた場合に生じる過大なインバランスを安全に検出できることが望まれていた。
【００１０】
従って、本発明の目的は、ボトルの入れ忘れによる過大なインバランスを確実に検出し、かつロータを駆動軸に装着し直ちに運転できる作業効率を向上させた遠心機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明は、  試料を分離するためのロータと、該ロータを回転駆動するためのモータと、前記モータと前記ロータとを結合する駆動軸と、前記モータ又は前記ロータの回転速度を検出する回転センサと、前記ロータ又は前記駆動軸の振れを検出する変位センサと、前記回転センサ及び変位センサからの信号を取り込み、前記モータを制御する制御装置とを備えた遠心機において、前記制御装置は、（イ）前記モータを加速し、（ロ）前記ロータ又は駆動軸の振れが許容値を超えたか否かを判定し、（ハ）前記変位センサからの信号により、前記許容値を超えたと判定されたときは前記モータを自然減速させ、（ニ）前記許容値以下と判定されたときは前記モータを加速させ、（ホ）前記自然減速中及び前記加速中に前記ロータ又は駆動軸の振れが許容値を超えたか否かを再度判定し、（ヘ）前記ロータ又は駆動軸の振れが許容値を超えた回数が所定回数に達したときは、前記ロータのインバランスによる振れと判断して前記モータの回転を停止させ、所定回数に達しないときは前記ロータのセット時の振れと判断して前記モータを設定回転速度まで加速するように制御することに一つの特徴を有する。
【発明の効果】
【００１２】
上記発明によれば、ロータを駆動軸に装着したときに生じる駆動軸の振れがある場合、モータを一度加速させたのち、モータへの電力供給を遮断し自然減速させ、駆動軸の振れが許容値以下となったところで再度モータを加速させることで、インバランス検出の信頼性が向上し、なおかつ遠心分離作業の効率を向上させた遠心機をを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る遠心機の機能ブロック図、図２は図１に示す遠心機のにおいて、低速域のインバランス検出を行うためのフローチャート、図３は試料によるインバランスの無い状態のロータを駆動軸が振れいている状態で運転を開始した場合の駆動軸の振れとモータ又はロータの回転速度を示す図、図４は過大なインバランスの状態のロータを駆動軸が振れていない状態で運転を開始した場合の駆動軸の振れとモータ又はロータの回転速度を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、本遠心機１００は、金属製のボウル等を含む隔壁部材１０ａおよびドア１０によって区画されたロータ室１１の中にモータ２の駆動軸３を有し、遠心分離する試料を収納するロ−タ１がモータの駆動軸３に着脱自在に装着され、ロータ１はモータ２によって回転駆動される。
【００１６】
ロータ１またはモータ２の回転数は、ホール素子等から成る磁気センサを有する回転検出器４によって回転数信号として検出し、駆動軸の振れは、変位センサ５によって検出させる。
【００１７】
制御回路装置６は、ＣＰＵから成る演算制御部７と、制御プログラムおよびデータを記憶するためのＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶部８と、後述するタイマーを含むタイマー部１３と、モータ駆動回路９とを回路機能として含み、さらに記憶部には、後述する駆動軸の振れ量の許容値を予め記憶してある。
【００１８】
操作パネル部２０は、制御回路装置６に結合される。操作パネル部２０は、表示部２０ａと、入力部（操作スイッチ）２０ｂから構成される。
【００１９】
表示部２０ａは、ロータ１またはモータ２の回転速度を表示するための回転速度表示部２１と、ロータ１またはモータ２の運転時間をを表示するための運転時間表示部２２等を有する。
【００２０】
入力部２０ｂは、ロータ１またはモータ２の回転速度の入力を指示するための回転速度入力スイッチ２３と、ロータ１またはモータ２の運転時間の入力を指示するための運転時間入力スイッチ２４と、それらの回転速度または運転時間の所望入力データ（数値）を指示するためのテンキー２５を有する。ロータ１またはモータ２の回転速度を入力する場合、最初に回転速度入力スイッチ２３を押し、次にテンキー２５で所望する回転速度を入力し設定する。設定した回転速度は、表示部２０ａの回転速度表示部に表示される。同様にロータ１またはモータ２の運転時間を入力する場合、運転時間入力スイッチ２４を押し、次にテンキー２５で所望する運転時間を入力し設定すれば、表示部２０ａの運転時間表示部２２に表示される。
【００２１】
さらに、入力部２０ｂには、モータ２またはロータ１を設定した回転速度に従って運転を開始するように制御回路装置６に指示するためのスタートスイッチ２６が設けられている。逆に、モータ２の回転の停止を指示するためにストップスイッチ２７が設けられている。
【００２２】
図２は、本実施例の低速域のインバランス検出を行うための制御フローチャートである。なお、本実施例では、１００ｒｐｍまでを低速域としている。
【００２３】
大形のロータ（試料はバランス状態）を使用したときの、駆動軸３にロータ装着時に、ロータを揺らしてしまい駆動軸３の振れが生じた場合の遠心機１００の動作について図２、図３を用いて説明する。
【００２４】
入力部２０ｂにより遠心分離の条件である回転速度および運転時間をそれぞれ上述したように入力し、遠心分離する試料を収納するロータ１を駆動軸３に装着する。このときに誤ってロータを揺らしてしまい、駆動軸に振れが生じてしまうときがある。
【００２５】
スタートスイッチ２６を押すと、まずロータ室１１を区画するためのドア１０の開閉状態を、ドア開閉検出器１２で検出し、制御回路装置４は、ドア１０が閉じていれば、モータ１の回転を開始させ、モータ１は、駆動軸３が振れながら加速する。演算制御部７は、回転検出器と変位センサの信号の取り込みを行う。
【００２６】
ステップ１０１でモータ１の回転速度が２０ｒｐｍに達するのを待つ。モータ１の回転速度が２０ｒｐｍを超えると、ステップ１０２で演算制御部７は駆動軸３が予め記憶部８に記憶させておいた駆動軸３の振れ量の許容値と変位センサ５で取り込まれていた駆動軸３の振れを比較する。図３に示すように駆動軸３の振れ量が許容値より大きい場合、ステップ１０３でモータ１の供給電力を止め、モータ１を減速（本実施例では、逆回転制動、直流制動、機械的なブレーキなどをかけない状態の自然減速）させる。次にステップ１０４で演算制御部７はカウンタを＋１しカウントアップし記憶部８に記憶する。本カウンタは、駆動軸の振れが許容値を超えた回数をカウントすることになる。ステップ１０５で演算制御部７はカウンタの値が６以上か比較し、６未満のときはステップ１０６に移行する。あるいは、カウンタの値が６以上の場合は、インバランスによって振れていると判断し、ステップ１１１でインバランスアラームの表示を行い、モータ１を減速停止させる。本実施例では、カウンタの上限値を６としているが、上限値が６である必要はなくインバランス検出の判別が的確にできる任意の数値でよい。
【００２７】
ステップ１０６でタイマー部１３のタイマーに１０秒をセットし、ステップ１０７でタイマーが１０秒経過するのを待ち、回転速度の低下とともに、駆動軸の振れが減少するのを待つ。
【００２８】
タイマーを１０秒としているが、必ずしも１０秒である必要はないが、実験の結果で少なくともステップ１０１の回転速度の一回転する時間の２倍以上の時間が望ましい。（例えば、ロータ１が回転速度２０ｒｐｍで回転している場合、ロータ１が一回転する時間は３秒なので、その２倍は６秒となるので、本実施例では１０秒とした。）
ステップ１０１は、時間を基準に一定の間隔で駆動軸の振れを検出するようにしているが、他の方法として、モータ又はロータの回転速度の所定の降下速度（例えば５ｒｐｍ）毎でも良い。さらには、回転数（例えば５回転毎）でも良い。
【００２９】
ステップ１０７で１０秒経過する間、ステップ１１２で変位センサ５から取り込まれる駆動軸３の振れのピーク値を記憶部８に記憶する。１０秒が経過するとステップ１０２に戻り、ステップ１１２で記憶された駆動軸３の振れのピーク値と、予め記憶部８に記憶させておいた駆動軸３の振れ量の許容値とを比較し、上述したように駆動軸３の振れが収束していないときは再び、ステップ１０３からステップ１０７まで行い、ステップ１０２に戻る。ロータ１を駆動軸３に装着時に、駆動軸の振れが生じた場合は、通常２回から３回ステップ１０２からステップ１０７を繰り返すと駆動軸の振れが収束し、ステップ１０８に進み、モータ１の回転速度は１００ｒｐｍ以下であるため、ステップ１０９で加速し、ステップ１０２、ステップ１０８と移行し、回転速度が１００ｒｐｍを超えた時点でステップ１１０に進み、モータ１は設定回転速度まで到達する。
【００３０】
本実施例では、回転速度の分岐を２０ｒｐｍと１００ｒｐｍとしているが、実施例の遠心機では、ロータにボトル１本あるいは数本入れ忘れたような過大なインバランスで運転した場合、３０ｒｐｍから８０ｒｐｍで駆動軸が急激に大きく振れるためであり、駆動軸の径寸法等により任意に決めればよい。
【００３１】
次にロータ１のボトルを１本入れ忘れた場合の動作について図２、図４を用いて説明する。
図４に示すようにロータ１を駆動軸３を振らすことなく装着し、スタートスイッチ２６を押す。ドア１０の開閉状態を、ドア開閉検出器１２で検出し、制御回路装置４は、ドア１０が閉じていれば、モータ１の回転を開始させ、演算制御部７は、回転検出器と変位センサの信号の取り込みを行う。
【００３２】
ステップ１０１でモータ１の回転速度が２０ｒｐｍに達するのを待つ。モータ１の回転速度が２０ｒｐｍを超え、ステップ１０２で駆動軸３が予め記憶部８に記憶させておいた許容値と変位センサ５で取り込まれていた駆動軸３の振れを比較する。図４に示すように２０ｒｐｍ付近では、駆動軸３の振れは許容値以下であるため、ステップ１０８、ステップ１０９と進む。再びステップ１０２に戻り、回転速度が３０ｒｐｍを超えた付近で、駆動軸３の振れは、急激に大きくなり駆動軸の振れが許容値を超え、ステップ１０３でモータ１の供給電力を止める。次にステップ１０４でカウンタを＋１しカウントアップし、ステップ１０５でカウンタの値が６以上か比較し、６未満のときはステップ１０６に移行する。
【００３３】
ステップ１０６でタイマー部１３のタイマーに１０秒をセットし、ステップ１０７でタイマーが１０秒経過するのを待ち、回転速度の低下とともに、駆動軸の振れが減少するのを待つ。
【００３４】
ステップ１０７１０秒経過する間、ステップ１１２で変位センサ５から取り込まれる駆動軸３の振れのピーク値を記憶部８に記憶する。１０秒が経過するとステップ１０２に戻り、ステップ１１２で記憶された駆動軸３の振れのピーク値と、予め記憶部８に記憶させておいた駆動軸３の振れ量の許容値とを比較する。上述したようにボトルを入れ忘れた場合、駆動軸の振れは急激に大きく振れるため、駆動軸３の振れは、許容値以上であり再び、ステップ１０３からステップ１０７まで行い、ステップ１０２に戻る。通常５回程度ステップ１０２からステップ１０７を行い駆動軸３の振れが収束し、ステップ１０８に進む。このときのカウンタの値は５となる。回転速度は、１００ｒｐｍ未満であるためステップ１０９で再び加速し、ステップ１０２に進む。再び加速すると図４に示すように同じく約３０ｒｐｍ付近で駆動軸３の振れが再度急激に大きくなり、ステップ１０３でモータ１の供給電力を止め、ステップ１０４でカウンタを＋１しカウントアップすると、カウンタ値が６となり、ステップ１０５ではカウンタが６であるため、ステップ１１１に進み、インバランスアラームの表示を行い、モータ１を減速停止させる。
【００３５】
以上の動作により、ロータ１にボトル等の入れ忘れによる過大インバランスは確実に検出でき、かつ万一バランス状態の試料を入れたロータ１を駆動軸３に装着時、誤ってロータを揺らした状態でも、インバランスの誤検出することなく遠心機の運転できる。
【００３６】
本実施例では、駆動軸３の振れを変位センサ５で検出したが、ロータ１の振れを検出しても同様なインバランス検出は可能ある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる遠心機のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態にかかる低速域のインバランス検出を行うための制御フローチャート。
【図３】本発明による駆動軸が振れた状態で運転した場合の回転速度と駆動軸の振れを示すグラフ。
【図４】本発明による過大インバランスで運転した場合の回転速度と駆動軸の振れを示すグラフ。
【符号の説明】
【００３８】
１はロータ、  ２はモータ、  ３は駆動軸、  ４は回転検出器、  ５は変位センサ、
６は制御回路装置、  ７は演算制御部、  ８は記憶部、  ９はモータ駆動回路、
１０はドア、  １０ａは隔壁部材、  １１はロータ室、  １２はドア開閉検出器、
１３はタイマー部、
２０は操作パネル部、  ２０ａは表示器、  ２０ｂは入力部（操作スイッチ部）、
２１は回転速度表示部、  ２２は運転時間表示部、  ２３は回転速度入力スイッチ、
２４は運転時間入力スイッチ、  ２５はテンキー、  ２６はスタートスイッチ、
２７はストップスイッチ  
【図１】
0005263570.tif 000002
【図２】
0005263570.tif 000003
【図３】
0005263570.tif 000004
【図４】
0005263570.tif 000005