(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動軸に対して各種仕様が異なるロータが着脱自在に装着され、ロータの仕様に合わせて上記回転軸の回転駆動特性が制御される遠心分離機において、
上記ロータには上記回転駆動軸を軸芯とする円周に沿って各ロータの仕様を表わす複数の磁石を装着し、この磁石の取り付け面と対向する固定部に上記磁石の取付角度範囲の両端に相当する位置のそれぞれに磁気センサを装着し、
上記取付角度範囲の両端に相当する位置のそれぞれに装着した磁気センサが上記ロータの回転により同時に磁石の存在を検出した信号を磁石の計数開始信号及び計数終了信号として利用し、
上記ロータに装着する磁石の取付角度範囲を１８０゜以内としたことを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
請求項１記載の遠心分離機において、上記磁石の検出信号が予定の反応回数に達しない状態では上記ロータが正常に上記駆動軸に装着されていないと判定するロータ異常判定手段を設けた構成としたことを特徴とする遠心分離機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の遠心分離機において、上記磁気センサが同時に磁石の存在を検出した信号により上記ロータの回転数を計測する構成としたことを特徴とする遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は各種の試料を成分毎に分離することに利用する遠心分離機に関し、特に装着したロータの種類を判別し、ロータに適合した制御方法によりロータを回転駆動させる機能を具備し、更に、このロータの種類判別機能を利用してロータの回転速度を検出する機能を備えた遠心分離機を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心分離機は、遠心分離する試料を装着した各種のロータを高速で回転させるための装置であり、用途によってロータを頻繁に取り替えて実験目的に合ったロータを使用するという使われ方をする。
遠心分離機の制御方法としては、ロータの種類が変わればそのロータに許容された最高回転数や加速特性、減速特性などの駆動条件に合った制御を行わなければならない。
【０００３】
例えば、高周波インダクションモータをインバータで制御する場合には、負荷であるロータの慣性モーメントの大きさに応じて加速特性、減速特性を設定しないと、過電流が流れインバータやモータの故障につながる不具合がある。またロータに過大なアンバランスがあった場合には、危険防止の為に運転を停止する必要がある。
このように遠心分離機を起動させるためには各種の設定が必要なため、その取り扱いが繁雑になる欠点があった。特に多くの試料を次々に分析を行わなければならない場合には面倒な作業を強いられ、分析作業に時間がかかる不都合があった。
【０００４】
このため、本出願人は特開平６−１９８２１９号（特許２５１４５５４号）でこれらの設定作業を自動化した遠心機を提案した。この先に提案した遠心機は各ロータの仕様を予めＲＯＭ或いはＲＡＭ等の記憶手段に記憶させておくと共に、各ロータには各ロータの仕様を表わす複数の磁石を装着し、この磁石の数と配置パターンとを固定部に設けた磁気センサによって読み取ることにより、その読み取った磁石の数と配置パターンにより記憶手段をアクセスし、各ロータの仕様を表わすデータを読み出し、この読み出したデータを起動制御器に設定することにより遠心分離機の起動時の各種設定を自動的に行わせる構成としたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した先行技術によれば、ロータを遠心分離機に装着するだけでロータが静止状態でもロータの仕様が判別され、起動時に必要な各種の設定が自動的に行われ直ちに運転が開始されるから、短時間に分析作業を完了することができる利点が得られる。然し乍ら、その反面ロータが静止状態でも磁石の数を計数できるようにしているため、遠心分離機に装着する磁気センサの数が多くなりコスト高となる欠点がある。
【０００６】
また、従来の遠心分離機ではロータの回転数（回転速度）を光学センサを用いた回転検出器によって検出しているから、回転検出器にもコストが掛かる欠点がある。
この発明の第１の目的は、磁気センサの数を少なくし廉価に製造することができ、然も短時間に起動を達することができる遠心分離機を提供しようとするものである。
【０００７】
この発明の第２の目的はロータの品種を判定する機能を利用して、ロータの回転速度を検出するセンサとして流用することにより、更に一層のコストの低減を達することができる遠心分離機を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では、回転駆動軸に対して各種仕様が異なるロータが着脱自在に装着され、ロータの仕様に合わせて上記回転軸駆動特性が制御される遠心分離機において、
ロータには回転駆動軸を軸芯とする円周に沿って各ロータの仕様を表わす複数の磁石を装着し、この磁石の取り付け面と対向する固定部に磁石の取りつけ角度範囲の両端に相当する位置のそれぞれに磁気センサを装着し、
【０００９】
取付角度範囲の両端に相当する位置のそれぞれに装着した磁気センサが、ロータの回転時に同時に磁石の存在を検出した信号を磁石の計数開始信号及び計数終了信号として利用する構造とし、
ロータに装着する磁石の角度範囲を１８０゜以内とした遠心分離機を提案する。
【００１０】
この発明の請求項２では、請求項１記載の遠心分離機において磁石の検出信号が予定の反応回数に達しない状態ではロータが正常に駆動軸に装着されていないと判定するロータ異常判定手段を設けた構成とした遠心分離機を提案する。
【００１１】
この発明の請求項３では、請求項１又は２記載の遠心分離機において磁気センサが同時に磁石の存在を検出した信号によりロータの回転数を計測する構成とした遠心分離機を提案する。
【００１２】
【作用】
この発明による遠心分離機の構成によれば、ロータには各ロータの仕様を表わす複数の磁石を装着するが、固定部に装着する磁気センサは２個でよい。この結果磁気センサの数は先に提案した遠心機の場合の数分の１以下となり、これに伴って磁気センサの検出信号を取り込む回路の規模も小さくできるため、コストダウンを期待することができる。
【００１３】
磁石の取付角度範囲を１８０゜以内にした場合にはロータが少なくとも１回転する間に磁石の数の計数を開始する信号と計数を終了させる信号を得ることができる。この結果ロータの装着からわずかな時間でロータの品種を判定し、回転速度の設定を完了することができる。
【００１４】
また、この発明の請求項３で提案する遠心分離機によれば、ロータの品種を判別する磁石と磁気センサを用いてロータの回転速度を検出するから、ロータの回転速度を検出する回転検出器を他に設ける必要がない。よって、この点でもコストダウンを期待することができる利点が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１にはこの発明による遠心分離機の要部の構成を示す。図１に示す１はロータ室、２はこのロータ室１の軸心位置に突出した回転軸、３はこの回転軸２を回転駆動するモータ、４は回転軸３に装着した状態にあるロータ、５は固定部を示す。
この発明ではこれらロータ４及び固定部５に磁石と磁気センサを装着する。つまりロータ４に磁石Ｍを取りつけ、固定部５に磁気センサＨを装着する。
【００１６】
ロータ４は一般に円錐形とされ、その底面に磁石Ｍを装着する。磁石Ｍの装着方法としては図２、図３に示すように、この実施例では最大７個（Ｍ１〜Ｍ７）からＭ１とＭ７の２個までの６種類の組み合わせと、変形例としてＭ１とＭ７の何れか一方を除く他の磁石の組み合わせを加えて合計して７種類の配置パターンを採ることができる。図２に示す例では１８０゜の角度範囲を３０゜ずつに分割し、３０゜角毎に磁石Ｍ１〜Ｍ７を配置した場合を示す。図３に示す例では例えば３０゜角ピッチの中の中央位置の磁石Ｍ４を取り除いた６個の磁石を配置した場合を示す。磁石Ｍの配置パターンの一例を図４に示す。尚、判別するロータの品種が多い場合は磁石の配列ピッチを３０゜角より小さい例えば２０゜角に採ればよい。
【００１７】
ロータの各仕様としては、最高回転数、回転半径、遠心力、加速特性、減速特性、インバランス感度、オーバースピード回転数等が考えられる。
磁石Ｍの数の計数方法を説明する。磁石Ｍを１８０゜の角度範囲に配置した場合には固定部５には磁石Ｍを配列した円周と対向して磁気センサＨ１とＨ２を磁石Ｍを配置した角度範囲の両端に配置する。つまり、図２と図３に示すように磁気センサＨ１とＨ２を１８０゜の位置に配置する。
【００１８】
図２に示した状態で磁気センサＨ１とＨ２は同時に磁石Ｍ１とＭ７の存在を検知する。この検知状態を計数の開始信号として利用することにより、その状態からロータ４が時計廻り方向に半回転する間に磁気センサＨ１は磁石Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６の通過を検出する。磁気センサＨ１の検出信号を計数することにより５個の磁石Ｍ２〜Ｍ６の存在を検出することができる。磁石Ｍ６が磁気センサＨ１を通過し、磁石Ｍ７が磁気センサＨ１と対向する位置に到来すると、このときは磁石Ｍ１は磁気センサＨ２と対向している。従って、磁石Ｍ１とＭ７が同時に磁気センサＨ１とＨ２に対向している状態となる。この状態で磁石Ｍの計数終了と、計数の開始とを指令させ、２回目の計数を開始させる。１回目の計数値と２回目の計数値が一致した段階で磁石Ｍの数を正しく計数したと判定し、磁石Ｍの数値に従ってロータ４の品種の決定をすることができる。
【００１９】
このように、磁石の取付角度範囲の両端に磁気センサＨ１とＨ２を配置する構成とし、更に磁石の取付角度範囲を１８０゜に採った場合はロータ４が１回転する間に磁気センサＨ１とＨ２が同時に磁石の存在を検出する機会は必ず２回与えられる。また、磁石の取付角度範囲を１８０゜より小さい角度に配置し、磁気センサＨ１とＨ２をその取付角度範囲の両端に配置した場合は磁気センサＨ１とＨ２は少なくともロータ４が１回転する間に必ず１回は磁石の存在を同時に検出する機会が与えられる。
【００２０】
従って、他に回転軸２が１回転したことを検出する手段を設けなくても、磁気センサＨ１とＨ２が同時に磁石の存在を検出した信号を利用することにより、ロータ４の回転速度が不明であってもロータ４に取り付けられている磁石の数を正確に計数することができることになる。
更に、この発明では磁気センサＨ１とＨ２が同時に磁石の存在を検出する信号はロータ４が半回転又は１回転する毎に得られる点に着目して、この信号をロータ４の回転速度の検出信号として利用する点をも請求するものである。
【００２１】
つまり、磁石の取りつけ角度範囲を１８０゜とした場合には上述したように、ロータ４が１回転する間に磁気センサＨ１とＨ２は磁石の存在を同時に検出する機会が２回与えられるから、例えば１秒間に検出される信号の数をＮとすれば、ロータ４の毎分毎の回転速度は（Ｎ／２）×６０ｒｐｍで求めることができる。磁石の取りつけ角度範囲が１８０゜より小さい場合には、Ｎ×６０ｒｐｍで求められる。
【００２２】
従って、回転軸２に回転検出手段を装着しなくてもロータ４の回転速度を検出することができ、ロータ４の品種毎に定められた最高回転速度の検出と、その最高回転速度を維持させる制御信号として利用することができる。
図５にこの発明による遠心分離機の電気系のブロック図を示す。１０はマイクロコンピュータを示す。マイクロコンピュータ１０は周知のように中央演算処理装置１１と、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と入力ポート１４、出力ポート１５等によって構成される。
【００２３】
ＲＯＭ１２には遠心分離機を所定の順序で起動させる起動プログラム１２Ｂ、照合プログラム１２Ｃ、或いはロータ異常判定手段１２Ｄを構成するプログラムが記憶されており、また図４に示したロータ４の各品種毎のロータ別データ表１２Ａを記憶しておくものとする。
入力ポート１４には磁気センサＨ１、Ｈ２と、そのほかに温度センサ１７、振動センサ１８、操作パネル１９等が接続される。
【００２４】
出力ポート１５にはモータ３と、冷凍機２０及び回転速度表示器２１等が接続され、マイクロコンピュータ１０の指示に従って、モータ３及び冷凍機２０が起動、停止の制御が行われる。
操作パネル１９には起動スイッチが設けられ、ロータ４を装着した状態で起動スイッチを操作することにより、マイクロコンピュータ１０は起動プログラム１２Ｂの実行を開始する。
【００２５】
起動プログラム１２Ｂの実行が開始されると、モータ３は回転を始める。モータ３の回転が開始されると回転速度が一定の回転速度に安定していなくてもマイクロコンピュータ１０は直ちに磁気センサＨ１とＨ２による磁石Ｍの数を計数するプログラムに分岐する。
磁石Ｍの数を計数するプログラムでは磁気センサＨ１とＨ２が同時に磁界を検出した状態から磁気センサＨ１又はＨ２の何れか一方を磁石が通過する個数を計数する。この計数はＲＡＭ１３の一部の領域を使って構成したカウンタ１３Ａによって行われる。このカウンタ１３Ａで１回目の計数値と２回目の計数値とを求める。
【００２６】
２回目の計数値が求まると、ＲＯＭ１２に記憶した照合プログラム１２Ｃが起動され、１回目の計数値と２回目の計数値とを照合する。照合の結果、一致を検出すると、その一致した数値に対応したロータのデータをロータ別データ表１２Ａから読み出し、ＲＡＭ１３の各設定部に格納する。
マイクロコンピュータ１０はＲＡＭ１３に設定されたロータ４の各データに従って例えば加速特性に従ってモータ３の回転速度の上昇率（加速特性）を制御する。
【００２７】
回転速度測定手段１３Ｂは磁気センサＨ１とＨ２が同時に磁石の存在を検出する回数を例えば１秒間毎に計数し、その計数値に従って例えば毎分ごとの回転数を求め、その数値を出力ポート１５から回転速度表示器２１に供給し、毎分ごとの回転速度を表示する。これと共に起動プログラム１２Ｂに設けられたモータ制御プログラムに現在のロータ４の回転速度を入力し、ロータ別データ表１２Ａから読み出された最高回転数との差を求め、その差の値がゼロに収束するようにモータ３の駆動回路を制御する。この制御によってモータ３の回転速度、つまりロータ４の回転速度はロータ別データ表１２Ａから読み出された最高速度に維持される。
【００２８】
この発明の請求項２では、ロータ４が回転軸２に対して正常に装着されない状態のまま回転が開始された場合はこの状態を検出し、モータ３を停止させる機能を具備した遠心分離機を提案する。
この為にこの発明ではモータ３が起動されているにもかかわらず、磁気センサＨ１及びＨ２が全く磁石の存在を検出しないことを検知し、ロータ４が正常に装着されていないと判定するロータ異常判定手段１２Ｄを設ける。このロータ異常判定手段１２Ｄはこの実施例では読み出し専用メモリ１２に記憶したプログラムによって構成した場合を示す。
【００２９】
ロータ４が浮き上がった状態に装着された場合、磁石と磁気センサＨ１、Ｈ２との間隔が大きくなるためロータ４が回転しても、磁気センサＨ１とＨ２は磁石の存在を検出することができない。この状態が一定時間継続されるとロータ異常判定手段１２Ｄはロータ４が正常に装着されていないと判定し、モータ３の駆動を停止させる。
図６乃至図８に制御プログラムの概要をフローチャートで示す。図６に示すステップＳ２〜Ｓ４で１回目の磁石Ｍの計数を行う。ステップＳ５で１回目の磁石Ｍの計数を終了する。
【００３０】
ステップＳ６〜Ｓ８で２回目の磁石Ｍの計数を実行し、ステップＳ９で１回目と２回目の計数結果を照合する。照合の結果が一致している場合は図７に示すステップＳ１０でロータ別データ表１２Ａに所定のロータ特性が登録されているか否かを判定する。登録されているデータであればステップＳ１１でＲＯＭからデータを読み出し、このデータに従ってステップＳ１２でロータの特性に応じた加速度で回転数を上昇させ、ステップＳ１３で磁気センサＨ１とＨ２の同時反応数を計数し、ロータ４の回転速度を計測し、ステップＳ１４でロータ４の特性に規定された最高速度に維持させる。
【００３１】
ステップＳ９の照合動作において、不一致が検出された場合はステップＳ２に戻り、再度磁石の計数を実行する。尚、このステップＳ２に戻るルーチンにカウンタＣを設け、このカウンタＣが例えば「３」を計数した場合は強制的に停止させるように構成することもできる。
ステップ１０でＲＯＭ１２のデータ表１２Ａに所定のロータ特性が存在しない場合はステップＳ１５に分岐する。ステップＳ１５ではロータのマグネットが脱落している恐れがあると判定し、ステップＳ１６でその旨を警告表示し、ステップＳ１７でモータ３の回転を停止させる。
【００３２】
図６に示したステップＳ２で２個の磁気センサＨ１、Ｈ２が同時に反応しない場合は図８に示すステップＳ１８に分岐する。ステップＳ１８では回転開始からの時間の経過を計数する。一定時間が経過するまでの間、ステップＳ２（図６）に戻される。一定時間経過した時点でステップＳ１９で磁気センサＨ１又はＨ２の何れかに磁石反応があったか否かを判定する。磁気センサＨ１とＨ２に反応があった場合はステップＳ２０に進む。
【００３３】
ステップＳ２０では同時に反応する位置にマグネットが無いロータとして判定し、ステップＳ２１で同時に反応する磁石が無いロータ（図４に示したロータ  名Ｇのロータに相当する）の特性をＲＯＭから取得し、ステップＳ２２でモータ３に供給する電流又は電圧を制限する電力制限手段を通じてモータ３を駆動する。電力制限手段を介してモータ３を駆動することにより、モータ３はデータ表１２Ａの中の最も遅い速度、例えば５０００ｒｐｍ（推定値）で駆動される。
【００３４】
ステップＳ１９で回転数に応じた磁気センサの反応が無かった場合にはステップＳ２３に分岐する。ステップＳ２３ではロータ無し又はロータの取り付けミスと判断し、ステップＳ２４でその旨の警告を表示し、ステップＳ２５で回転を停止させる。
上述した実施例のように磁石Ｍの配置角範囲を１８０゜に選定することによりロータ４が１回転する間に２回の計数を行うことができる。従って磁石Ｍの個数を可及的に短い時間内に計数することができ、短時間にロータ４の品種を決定することができる利点が得られる。
【００３５】
但し、ロータ４の品種の決定までの時間に余裕がある場合（遠心分離機の立上りに高速性を要求しない場合）であれば、必ずしも１８０゜に選定する必要はなく、１８０°以下の角度範囲であれば任意の角度に選定することができる。この場合にはロータが２回転する間に必ず２回の計数を実行することができる。
尚、図５に示した温度センサ１７はロータ室１の内部温度を計測する温度センサであり、この温度センサ１７が所定の温度以上の温度を測定すると冷凍機２０を動作させ、ロータ室１の外周に巻回したパイプ（特に図示しない）に冷媒を流し、ロータ室１の内部温度を低下させる動作を行う。
【００３６】
また、振動センサ１８は例えばモータ３に取り付けられ、モータの振動を検出しこの振動の振幅がＲＯＭ１２に記憶した各ロータ別データ表１２Ａの中のインバランス感度で規定される振幅に達した場合は警告を表示したり、或いはモータ３の回転数を低下させる等の制御を行う。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば２個の磁気センサＨ１とＨ２を、磁石Ｍの取りつけ角度範囲の両端に対向して配置し、これら２個の磁気センサＨ１とＨ２が同時に磁石Ｍの存在を検出した信号を利用して磁石Ｍの計数開始と終了を規定したから、ロータ４の回転速度に影響されることなく正しく磁石Ｍの個数を計数することができる利点が得られる。また、同時に磁石の存在を検出する信号を用いることにより、ロータ４の回転速度を計測することができる。この結果、ロータ４の機種を判別するための手段をロータ４の回転速度の検出にも流用できるから、従来から用いられている光学スイッチを利用した回転センサを設ける必要がなく、この点でさらに一層のコストダウンを期待することができる。
【００３８】
また、磁気センサは２個で済むため、磁気センサの数を少なくすることができる。この結果コストダウンを大幅に達することができる利点も得られる。
更に、この発明では磁気センサＨ１、Ｈ２の位置を１８０゜に選定したことにより、ロータ４が１回転する間に磁石Ｍの個数を２回計数することができるため短時間にロータ４の機種を判定することができる。この結果、起動時のロータの仕様判別等の処理が速い、いわゆる立ち上がりの速い遠心分離機を提供することができる利点が得られる。
【００３９】
更に、この発明ではロータ４が正常に装着されていない場合はモータ３を停止させてしまう構成としたから、ロータ４が正常に装着されない状態で高速回転に達してしまうことにより大きな事故につながる恐れはなく、安全性の高い遠心分離機を提供することができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するための側面図。
【図２】この発明の要部の構成とその作用効果を説明するための平面図。
【図３】図２と同様の平面図。
【図４】遠心分離機の仕様の一例を示す図。
【図５】この発明による遠心分離機の電気系の実施例を説明するためのブロック図。
【図６】この発明による遠心分離機の起動時に実行される起動プログラムの概要を説明するためのフローチャート。
【図７】図６と同様のフローチャート。
【図８】図６と同様のフローチャート。
【符号の説明】
１          ロータ室
２          回転軸
３          モータ
４          ロータ
５          固定部
Ｍ、Ｍ１〜Ｍ７          磁石
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２          磁気センサ
１０          マイクロコンピュータ
１１          中央演算処理装置
１２          ＲＯＭ
１２Ａ          ロータ別データ表
１２Ｂ          起動プログラム
１２Ｃ          照合プログラム
１２Ｄ          ロータ異常判定手段
１３          ＲＡＭ
１３Ａ          カウンタ
１３Ｂ          回転速度測定手段
１４          入力ポート
１５          出力ポート
１７          温度センサ
１８          振動センサ
１９          操作パネル
２０          冷凍機
２１          回転速度表示器
【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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