(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動シャフトによりモータに連結される遠心機用ロータの表面を囲むボウルと、該ボウルを加熱又は冷却する手段と、該ボウルを加熱又は冷却する手段の吸熱又は放熱源となるフィンプレートと、該フィンプレート上に設置され天板ドアにより密閉され前記ボウルを真空密封する真空チャンバを備え、前記ボウルは前記真空チャンバ内で前記ボウルを加熱又は冷却する手段にのみ接し前記ロータと熱交換を行い前記ロータの温度を制御するものにおいて、前記ロータの温度を測定する手段と、前記ボウルの温度を測定する手段を設け、前記ロータの温度制御のため前記ロータの目標温度と前記ロータの測定温度の偏差をフィードバック量として前記ボウルを加熱又は冷却する手段の熱量を調節し前記ボウルの温度を制御する制御手段を設けることを特徴とした遠心分離機のロータ温度制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ロータの測定温度と前記ロータの目標制御温度の偏差が所定の範囲内に入った時に、前記ボウルの制御温度は熱平衡時の前記ボウルの制御温度に一旦設定することを特徴とした請求項１記載の遠心分離機のロータ温度制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、遠心分離機の雰囲気温度を測定する手段を備え、熱平衡時のボウルの制御温度を前記ロータの目標制御温度と前記ロータの回転数と雰囲気温度より定めることを特徴とした請求項２記載の遠心分離機のロータ温度制御装置。
【請求項４】
前記ロータの目標温度と前記ロータの測定温度の偏差をフィードバック量として前記ボウルの温度を制御する制御周期は前記ロータの加熱又は冷却の時定数よりも短くし且つ前記ボウルの加熱又は冷却の時定数よりも長くすることを特徴とした請求項１記載の遠心分離機のロータ温度制御装置。
【請求項５】
駆動シャフトによりモータに連結される遠心機用ロータの表面を囲むボウルと、該ボウルを加熱又は冷却する手段と、該ボウルを加熱又は冷却する手段の吸熱又は放熱源となるフィンプレートと、該フィンプレート上に設置され天板ドアにより密閉され前記ボウルを真空密封する真空チャンバを備え、前記ボウルは前記真空チャンバ内で前記ボウルを加熱又は冷却する手段にのみ接し前記ロータと熱交換を行い前記ロータの温度を制御するものにおいて、前記ロータの温度を測定する手段と、前記ボウルの温度を測定する手段と、前記ロータの温度制御のため前記ロータの目標温度と前記ロータの測定温度の偏差をフィードバック量として前記ボウルを加熱又は冷却する手段の熱量を調節し前記ボウルの温度を制御する制御手段を備えたものに於いて、前記ロータの温度を測定する手段の校正値及び実際の前記ロータの温度制御の基づく補正値から成る温度情報を前記制御手段により格納する記憶装置を備え、該記憶装置は前記ロータの温度を測定する手段に一対一で対応するアセンブリ内に設け、前記制御手段が前記ロータの温度制御時に前記記憶装置から温度情報を読み出し前記ロータを温度制御することを特徴とした遠心分離機のロータ温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心分離機に載置されるロータの温度を制御する遠心分離機のロータ温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心分離機において、ほぼ真空空間となるボウル内でモータと駆動シャフトで結合されモータにより回転駆動されるロータの温度はボウルからの輻射伝熱による熱量とモータから駆動シャフトを通して伝わる熱伝導による熱量に支配される。
【０００３】
従来の遠心分離機のロータ温度制御装置は、ボウルの加熱及び冷却は電力を熱量に変換できる例えば電流の方向と大きさにより変換熱量の正負と量を変更できるペルチェ素子により行い、ロータの温度を所定の温度に保つためロータの測定温度とロータの目標制御温度との偏差をフィードバック量とし、これを比例、積分演算しその和をペルチェ素子に流す電流の方向及び大きさを制御量とするＰＩ制御或いはＰＩＤ制御を行っていた。また、ボウルの加熱、冷却はロータの温度が目標制御温度のある所定範囲内に入っていない場合はペルチェ素子に最大定格電流を流すことにより行い、入っている場合は上記のＰＩ制御等により実行し、ＰＩ制御に於ける積分項の初期値はロータの目標制御温度と気温により決定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
遠心分離機に用いられるロータは外形寸法、形状、質量、材質、比熱、表面の輻射率等が多種に及び上述の輻射伝熱系に於ける熱時定数がロータの種類により大きく異なり、遠心機のロータ温度制御装置は制御の安定性がロータ固有の熱時定数とＰＩ制御のフィードバック乗数に支配さる。つまり従来のかかる遠心分離機においては、ロータの熱時定数が大きくなるほど不安定となり、例えばＰＩ制御の乗数を熱時定数の小さなロータで安定動作が行えるように設定すると熱時定数が大となる質量又は比熱大のロータではボウルの温度が発散・振動しロータの温度の安定化が図れず、また、熱時定数が大きなロータで安定化が図れるようＰＩ制御の積分項の乗数を小さく設定すると、ロータの温度が目標制御温度に収束する時間応答性の悪化を招く問題があった。
【０００５】
また、従来の遠心分離機では、ロータの温度を測定する手段として例えば放射温度計すなわちサーモパイル等の非接触測温素子及び該素子から出力される微少な電圧信号を増幅する増幅器を用いているため測温素子及び増幅器の校正が必要であり、半固定抵抗器等により調整を行う手段を用いることが常用されているが、放射温度計の故障時の交換に備えてこれらの半固定抵抗器は遠心分離機本体とは別の放射温度計アセンブリ内に設けられている。
【０００６】
従って、実際のロータの温度制御の結果再調整が必要な場合には、遠心分離機本体を一旦分解し放射温度計アセンブリ内の半固定抵抗器の設定を変更した後再組み立てが必要であり、これらの校正作業は非能率であるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解消し、遠心分離機のロータの種類によらずロータの温度を目標制御温度に合わせる温度制御を短時間で且つ安定して行うことを可能にした遠心分離機のロータ温度制御装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、上記校正作業時に遠心機本体を分解・再組み立てすることなく放射温度計アセンブリ内に校正値等を格納可能な、校正作業が簡便な遠心分離機のロータ温度制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、駆動シャフトによりモータに連結される遠心機用ロータの表面を囲むボウルと、ボウルを加熱又は冷却する手段と、ボウルを加熱又は冷却する手段の吸熱又は放熱源となるフィンプレートと、フィンプレート上に設置され天板ドアにより密閉されボウルをほぼ真空密封する真空チャンバと、ロータの温度を測定する手段と、ボウルの温度を測定する手段と、ロータの温度制御のためロータの目標温度とロータの測定温度の偏差をフィードバック量としてボウルを加熱又は冷却する手段の熱量を調節しボウルの温度を制御する制御手段を設け、制御手段は遠心機の雰囲気温度を測定する手段を備え、ロータの温度が目標制御温度の所定の範囲内に入った時に、ボウルの制御温度は前記ロータの目標制御温度と遠心回転数と気温より定める熱平衡時の前記ボウルの制御温度とし、制御手段のロータの温度の目標制御温度の偏差を基に前記ボウルの目標制御温度を生成する制御周期はロータの加熱又は冷却の時定数よりも短くし且つボウルの加熱又は冷却の時定数よりも長くすることにより達成される。
【００１０】
更に上記目的は、ロータの温度を測定する手段の校正値及び実際のロータの温度制御結果に基づく補正値等から成る温度補正データを制御手段により格納する記憶装置をロータの温度を測定するアセンブリ内に設け、制御手段がロータの温度制御時に記憶装置から温度校正データを読み出し、ロータを温度制御することにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施例を以下図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の具体的実施例となる遠心分離機のロータ温度制御装置のブロック図を示したものである。図１において、１は温度制御の対象であって試料を遠心分離するロータであり、２はロータ１の表面を囲みロータ１と輻射伝熱による熱交換を行う例えば熱伝導率の大きい銅、アルミ等を材質とするボウルであり、３はボウル２に接しボウル２を熱伝導により加熱又は冷却する手段となる例えば電流の方向と大きさにより電力の変換熱量の正負と量を変更できるペルチェ素子であり、４はペルチェ素子３のボウル２接触面の対面に接しペルチェ素子３の吸熱、放熱源となるフィンプレートであり、５はフィンプレート４上に設置され天板ドア６により密閉され前記ボウルを真空密封する真空チャンバである。７はロータ１を回転駆動するモータであり、８はモータ７のトルクをロータ１に伝達する駆動シャフトであり、９はモータ７内で固定され駆動シャフト８を支持するボールベアリングである。１０はロータ１の温度を測定する手段となる例えば非接触でロータ１の表面温度を測定するサーモパイルであり、１１はボウル２の温度を測定する手段となる例えばボウル２に接触し自身の温度により抵抗値が変化するサーミスタ或いは温度測定ＩＣ等であり、１２はサーモパイル１０に一対一で対応する放射温度計アセンブリであり、１３はロータ１の温度制御のためロータ１の目標温度とロータ１の測定温度の偏差をフィードバック量としてボウル２を加熱又は冷却する手段の熱量を調節しボウル２の温度を制御する制御手段である。
【００１２】
次に、本実施例における遠心分離機のロータ温度制御装置の動作について図２から図８を参照して説明する。なお、図２から図８においては、図１と同一の機能の部分には同一の番号を符してある。
【００１３】
図２は図１におけるロータの温度制御のためロータの目標温度とロータの測定温度の偏差をフィードバック量としてボウルを加熱又は冷却する手段の熱量を調節しボウルの温度を制御する制御手段１３の詳細な実施例を示すブロック回路図である。図２において、１５は温度測定対象となるロータ１の温度と自身の温度との温度差による輻射熱量を電圧に変換するサーモパイル部であり、１６は相対温度を測定するサーモパイル１０自身の基準温度を把握できるようにサーモパイル１０に内蔵されたサーミスタである。
【００１４】
２０は制御手段１３及び放射温度計アセンブリ１２の制御用電圧源+Vccであり、２１は同グランドである。２２は放射温度計アセンブリ１２に設けられ+Vccを抵抗器１８、１９で分圧した電圧を基準としサーミスタ１６と抵抗器１７により+Vcc を分圧した電圧との差動増幅を行いサーモパイル１０自身の温度を電圧信号として制御手段１３に出力する差動増幅器であり、２３は放射温度計アセンブリ１２に設けられサーモパイル部１５の出力電圧を差動増幅しロータ１との温度差分を電圧信号として制御手段１３に出力する差動増幅器である。２４は基準電圧２５と差動増幅器２２が出力するサーモパイル１０自身の温度電圧信号との差動増幅を行う差動増幅器であり、２６は差動増幅器２３が出力するサーモパイル１０とロータ１との温度差分電圧信号を基準電圧２７に対し増幅す差動増幅器であり、３１は+Vcc を抵抗器２９、３０で分圧した電圧を基準としボウル温度測定用サーミスタ１１と抵抗器２８により+Vcc を分圧した電圧との差動増幅を行いボウル温度を電圧信号として出力する差動増幅器である。
【００１５】
３２は遠心機の雰囲気温度を測定する手段となる温度により出力電圧が変化する温度測定ＩＣ等であり、３３は基準電圧３４と温度ＩＣ３２の出力電圧との差動増幅を行い雰囲気温度を電圧信号として出力する差動増幅器である。４５はブリッジを構成するＦＥＴ又はＩＧＢＴ等のスイッチング素子と各々のスイッチング素子に逆方向並列に接続された環流ダイオードにより構成されるペルチェ素子ドライバであり、定電圧源４４からペルチェ素子３に流れる電流の電流量とその方向を制御する。
【００１６】
１４は上記のサーモパイル自身の温度電圧信号、ロータ１の温度差分電圧信号、ボウル温度電圧信号、雰囲気温度電圧信号を入力としペルチェ素子ドライバ４５の制御信号を出力するＣＰＵである。４３はＣＰＵ１４の処理プログラムを記憶しておくＲＯＭであり、４２はロータ１の設定温度等の遠心分離機への入力をユーザが行えるように設けてあるキーボードであり、その出力はＣＰＵ１４のＰＡポートに入力される。
【００１７】
３５は差動増幅器２４が出力するサーモパイル自身の温度電圧信号をデジタル値に変換するＣＰＵ１４内蔵のＡ／Ｄ変換器であり、同様に３６、３７、３８はそれぞれ差動増幅器２６が出力するロータ１の温度差分電圧信号、差動増幅器３１が出力するボウル温度電圧信号、差動増幅器３３が出力する雰囲気温度電圧信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器であり、３９はペルチェ素子３に流す電流量を制御するパルス幅制御ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵ１４内蔵のタイマユニットである。
【００１８】
ＣＰＵ１４はＡ／Ｄ変換器３５、３６、３７によるサーモパイル自身の温度電圧信号のデジタル値、ロータ１の温度差分電圧信号のデジタル値、ボウル温度電圧信号のデジタル値によりロータ１の温度、ボウル２の温度を計測し、また、Ａ／Ｄ変換器３８により遠心機雰囲気温度を把握して、タイマユニット３９からペルチェ素子ドライバ４５を介しペルチェ素子３に流す電流量を制御するＰＷＭ信号をＯＲゲート４０、４１の一方の入力端に出力し、Ｐ０、Ｐ１ポートからペルチェ素子ドライバ４５を介しペルチェ素子３に流す電流の方向を決定する論理信号をＯＲゲート４０、４１の他方の入力端に出力してペルチェ素子３の電流を制御する。
【００１９】
４６は放射温度計アセンブリ１２内に設けられロータの温度を測定する手段１０の校正値及び実際のロータ１の温度制御の基づく補正値から成る温度情報を制御手段１３により格納する記憶装置となる不揮発性メモリでありＣＰＵ１４は内蔵のシリアルＩ／Ｏ ＳＩＯにより温度情報の読み書きを行う。ボウル２を加熱、冷却するためのペルチェ素子ドライバ４５の各々のスイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｙの動作を図３を用いて説明すると、ボウル２を加熱する際はＰ１ポートはＨＩ倫理を出力しペルチェ素子ドライバ４５のスイッチング素子Ｖ、Ｘ相はオフとなり、Ｐ０ポートはＬＯＷ論理を出力しタイマユニット３９のＰＷＭ信号とのＯＲによりＵ、Ｙ相がＰＷＭ動作を行う。ボウル２を冷却する際は同様にＰ０ポートはＨＩ、Ｐ１ポートはＬＯＷ論理を出力しペルチェ素子ドライバ４５のＵ、Ｙ相はオフ、Ｖ、Ｘ相がＰＷＭ動作を行う。
【００２０】
本実施例におけるＣＰＵ１４が計測するロータ１の温度は、サーモパイル１０自身の温度差電圧変換特性のばらつき、差動増幅器２２、２３のゲインのばらつき、及びロータ１の回転数とロータ１自体の温度に影響され変化するため、各々の要因の補正を行うことにより求めている。ＣＰＵ１４が計測するロータ１の温度をTr、サーモパイル自体の温度信号のデジタル値、ロータ１の温度差分信号のデジタル値、ボウル温度信号のデジタル値により求まるロータ１の温度をTh0、ロータ１の制御目標温度による補正温度をTh1、ロータ１の回転数に対する補正温度をTh2、サーモパイル１０及び差動増幅器２２、２３の特性ばらつきを打ち消すためのサーモパイル１０の校正温度をTh3、実際のロータ１の温度制御に基づく補正温度をTh4とすると、Trはそれぞれの和として以下の（１）式で与えられる。
【００２１】
Tr＝ Th0＋Th1＋Th2＋Th3＋Th4            （１）
（１）式において、Th0はサーモパイル自身の温度電圧信号のデジタル値によるサーモパイル自体の温度Txと、ロータ１の温度差分電圧信号のデジタル値によるロータ１の温度差分電圧値Vsと、ボウル温度電圧信号のデジタル値によるボウル温度Tcと、実験的に求まる定数α、βにより次式（２）で与えられる。
【００２２】
【数１】
0003752919.tif 000002
【００２３】
図４はＣＰＵ１４が計測するロータ１の温度における制御目標温度に対する補正温度Th1の様子を示した図であり、図５は同様に遠心機の遠心回転数に対する補正温度Th2の様子を示した図である。本実施例において、Th1 とTh2はいずれも経験的に決定される値であり、Th1は最低制御目標温度Ts0でTh10であり、Ts0からある制御目標温度Ts1までは制御目標温度に比例し減少し、Ts1以上で０（Ｋ）となる。Th2は０回転からある回転数N1までは０（Ｋ）であり、N1以上からは回転数に比例し増加する。なお、サーモパイル１０の校正温度Th3はロータ１の実温度に対するＣＰＵ１４が計測するロータ１の温度の温度誤差を打ち消す値であり、上記（１）式のTh1、Th2、Th4が０（Ｋ）となるロータ１が停止しており且つ目標制御温度をTs1に設定した状態でロータ１の実温度からＣＰＵ１４が計測するロータ１の温度を引いた値として求まる。また、Th4は実際にロータ１を回転させ且つ温度制御を行い、ロータ１の計測温度Trとロータ１の実温度との差を補う値である。
【００２４】
本実施例では、例えば遠心分離機の工場出荷時にロータ１の実温度とＣＰＵ１４が計測するロータ１の温度との誤差によりTh3を求めて、キーボード４２よりＣＰＵ１４にTh3の値を入力し、ＣＰＵ１４はＳＩＯのデータ転送によりTh3の値を不揮発性メモリ４６に記憶し、ロータ１の温度制御を行う際に不揮発性メモリ４６よりこれを読み出し活用する。この後、実際にロータ１を回転させ且つ温度制御を行った結果、ロータ１の計測温度とロータ１の実温度に差がある場合は同様に上記のTh4を不揮発性メモリ４６に記憶しロータ１の温度制御時にこれを読み出し（１）式に適用する。従って、上述したロータ１の温度測定に関する校正を行うことにより、半固定抵抗器等による増幅器のゲイン調整及び調整のための遠心分離機の分解・再組み立て作業が不要となり、校正工数を削減することが可能となる。
【００２５】
また、本実施例においてサーモパイル部１５及びサーミスタ１６の出力電圧は微少であるため差動増幅器２２、２３の増幅率は充分大きくする必要があり、差動増幅器２２、２３はノイズ成分の増幅を防止するためサーモパイル１０に近接するように放射温度計アセンブリ１２内に設けてある。従って、制御手段１３内で差動増幅器２２、２３の出力電圧を増幅する差動増幅器２４、２６の増幅率は小さくできるので、サーモパイル１０自身の温度差電圧変換特性のばらつき、差動増幅器２２、２３のゲインのばらつき等のサーモパイル１０及び放射温度アセンブリ１２内での誤差に起因する上記の温度補正値Th3、Th4は制御手段１３に無関係なものであるため、例えば、サーモパイル１０と不揮発性メモリ４６を放射温度計アセンブリ１２内に設け、あらかじめ各々の放射温度計アセンブリ１２に対応するTh3、Th4等の温度情報を不揮発性メモリ４６に記憶しておくことにより、放射温度計アセンブリ１２の故障等による交換に於いて再度校正を行う必要がなくなる。
【００２６】
次に、ロータ１の温度を目標制御温度にまで冷却し目標制御温度で一定となるように制御する際のロータ１の温度とボウル２の温度の時間の経過による変化を図６、図７を用いて説明する。本実施例において、ロータ１の温度制御は、ロータ１の温度TrをフィードバックしTrとロータ１の目標制御温度Tsとの偏差を基にボウル２の目標制御温度Tcsを決定するTrのフィードバックＰＩ制御と、ボウル２の温度Tcを上記のTcsに倣わせるTcのフィードバックＰＩＤ制御から成るいわゆるロータ１の温度Trとボウル２の温度Tcの２重フィードバック制御を行っている。図６はボウル２の目標制御温度Tcsを決定するロータ１の温度TrのフィードバックＰＩ制御でのTcsの初期値Tc3が熱平衡状態時のボウル２の温度Tc2と大きく異なる時の一例を示し、図７は同様にTc3がTc2に近い時の一例を示したものであり、いずれも実線はロータ１の温度Trを、一点破線はボウル２の温度Tcを、破線はボウル２の目標制御温度Tcsを表す。Tr0は時刻t0でのロータ１の温度Trであり、Tsはロータ１の目標制御温度であり、Tc0は時刻t0でのボウル２の温度Tcであり、Tc1はボウル２の最低制御温度である。t1からt5はロータ１の温度Trと目標制御温度Tsとの偏差を基にボウル２の目標制御温度Tcsを生成する制御タイミングを示し、各々の間隔は制御周期を表している。
【００２７】
図６，７において、時刻t0でロータ１の温度Trが目標制御温度Tsに対して充分高くロータ１を急冷却するためボウル２の目標制御温度TcsをTc1で一定とした上でボウル２の温度Tcを目標温度に倣わせるTcのフィードバックＰＩＤ制御を行い、TrがほぼTsとなる時刻t1からは、TcのフィードバックＰＩＤ制御に加えTrをフィードバックしTrとTsの偏差を基にボウル２の目標制御温度Tcsを決定するTrのフィードバックＰＩ制御が開始される。図６のようにTcsを決定するＰＩ制御でのTcsの初期値Tc3を熱平衡状態時のボウル２の温度Tc2と大きく異なる値とすると、時刻t2以降のTcsはTc2に収束するまで長い時間を要するため、ボウル２の温度TcがTc2となりロータ１の温度Trがロータ１の目標制御温度Tsで収束・安定するまで非常に長い時間を要する。一方、図７のようにあらかじめ熱平衡状態時のボウル２の温度Tc2を予測しTcsの初期値Tc3をTc2に近い値とすることでTcは素早くTc2に収束できるので、TrのTsに対する制御応答性を向上することができる。
【００２８】
また、上記のロータ１の温度の目標制御温度の偏差を基にボウル２の目標制御温度を生成する制御周期はロータの加熱又は冷却の時定数よりも短くし且つボウル２の加熱又は冷却の時定数よりも長い周期としており、例えば図７の時刻t1からt2の時間を例にするとTcsを一定に保持する時間がボウル２の熱時定数よりも充分長いためTcはTc3に収束できる。
本実施例におけるロータ１の温度は、ボールベアリング９から駆動シャフト８を通して伝わる熱伝導による熱量とロータ１の表面とボウル２の表面との間で起きる輻射による熱量に支配され、それぞれの熱量は熱平衡時で数ワットほどである。また、ロータ１の温度が変化する過渡状態でのロータ１の表面とボウル２の表面との間で起きる輻射による熱量は１０ワット程度である。なお、天板ドア６とロータ１間での輻射による熱量はロータ１とボウル２間での輻射による熱量の１００分の１程度であり、無視できるものである。
【００２９】
一般に、ロータ１の表面とボウル２の表面間の輻射熱量はそれぞれの表面温度の４乗の差分に比例し、ボールベアリング９から駆動シャフト８を通してロータ１に流れ込む熱伝導による熱量はボールベアリング９の温度とロータ１の温度の差に比例しており、両者の比例定数を求めることにより、任意のボールベアリング９の温度とロータ１の温度で熱平衡状態となる時のボウル２の温度を求めることができる。本実施例では上記の比例定数を経験的に求め、あらかじめロータ１の目標制御温度Ts及びボールベアリング９の温度Tbがそれぞれ異なる条件で熱平衡時のボウル２の温度Tcを求めておき、ＣＰＵ１４が容易に計算できるように要因Tb、Tsに対するTcの重回帰を行うことにより推定温度Tc2＾を線形近似された以下の式で与えている。
【００３０】
Tc2＾＝A Ts＋B Tb＋C            （３）
（３）式に於いてAはTsの係数、BはTbの係数、Cは要因に無関係な項を表している。
また、ロータ１の遠心回転数が高くなるほどボールベアリング９の機械損が増加するためTbはロータ１の遠心回転数に比例する温度であり、ロータ１の遠心回転数と遠心機雰囲気温度より予想できる温度である。
【００３１】
従って、ＣＰＵ１４はロータ１の遠心回転数とロータ１の目標制御温度が制御実行前に分かっており且つ遠心機雰囲気温度を把握することでロータ１の温度制御に於ける熱平衡時のボウル２の温度を予め予測することができる。
【００３２】
図８は本実施例におけるＣＰＵ１４がロータ１とボウル２の温度及び遠心機雰囲気温度を把握し、ペルチェ素子ドライバ４５を介しペルチェ素子３の電流を制御することでボウル２の温度を変化させロータ１の温度を制御する処理のフローチャート図を示したものであり、ＲＯＭ４３にあらかじめ定められた処理手順が記憶されてある。判断１０１は上記の（１）式により計測したロータ１の温度Trが目標制御温度Tsに対し所定の値Ｘだけ高い温度以下であれば判断１０３へ、超えていれば処理１０２に進む判断を実行し、処理１０２はロータ１を急冷却してTrを素早くTsに近づけるためにボウル２の制御温度の目標をボウル２の最低制御温度として処理１０６に進む。判断１０３はTrがTsに対しＸだけ低い温度以上であればTrがTs±Ｘ以内となり処理１０５へ進み、未満であれば処理１０４に進み、処理１０４はTrを急加熱して素早くTsに近づけるためにボウル２の制御温度の目標をボウル２の最高制御温度として処理１０６に進む。処理１０６はボウル２の温度を目標制御温度で一定に保つためのTcのフィードバックＰＩＤ制御の制御周期タイマを設定する処理であり、判断１０７に進みボウル２の温度Tcが目標制御温度以上であればボウル２を冷却する必要があるので処理１０８に進み、Tcが目標制御温度未満であればボウル２を加熱するため処理１０９に進む。処理１０８はペルチェ素子３がボウル２を冷却するように図３に従いＰ０ポートはＨＩ論理をＰ１ポートはＬＯＷ論理を出力する処理を実行し処理１１０に進み、処理１０９はペルチェ素子３がボウル２を加熱するようにＰ０ポートはＬＯＷ論理をＰ１ポートはＨＩ論理を出力する処理を行い、処理１１０に進みペルチェ素子３の変換熱量を決定するペルチェ素子ドライバ４５のＰＷＭ制御信号のデューティーをTcの偏差のＰＩＤ演算により求める処理を実行し、処理１１１に進みＩＴＵ３９よりＰＷＭ制御信号を出力してペルチェ素子３の熱量を制御する。判断１１２はTcのフィードバックＰＩＤ制御の制御周期タイマがタイムアップするまで処理１１１での制御熱量を維持するための判断であり、タイムアップしない場合は判断１１２を繰り返し、タイムアップすれば判断１０１に進み上記処理を繰り返す。処理１０５はTsに対するTrの偏差を基にボウル２の目標制御温度Tcsを決定するTrのフィードバックＰＩ制御に於けるTcsの初期値となる熱平衡状態時のボウル２の推定温度Tc2＾を上記の（３）式により算出する処理であり、Tc2＾はTrのフィードバックＰＩ演算積分項の初期値となる。処理１１４はTrのフィードバックＰＩ制御の制御周期タイマを設定する処理であり、処理１１５に進みTcsをTrの偏差のＰＩＤ演算により求める処理を実行し、処理１１６に進みTcのフィードバックＰＩＤ制御の制御周期タイマを設定し、判断１１７に進みボウル２の温度Tcが目標制御温度以上であれば処理１１８に進み、Tcが目標制御温度未満であれば処理１１９に進む。処理１１８はペルチェ素子３がボウル２を冷却するようにＰ０ポートはＨＩ論理をＰ１ポートはＬＯＷ論理を出力し処理１２０に進み、処理１１９はペルチェ素子３がボウル２を加熱するようにＰ０ポートはＬＯＷ論理をＰ１ポートはＨＩ論理を出力する処理を行い、処理１２０に進みペルチェ素子ドライバ４５のＰＷＭ���御信号のデューティーをTcの偏差のＰＩＤ演算により求める処理を実行し、処理１２１に進みＩＴＵ３９よりＰＷＭ制御信号を出力する処理を行う。判断１２２はTcのフィードバックＰＩＤ制御の制御周期タイマがタイムアップするまで判断１１２を繰り返し、タイムアップすれば判断１２３に進みTrのフィードバックＰＩ制御の制御周期タイマがタイムアップするまで処理１１６以降を繰り返し、タイムアップすれば処理１１４以降を繰り返す。
【００３３】
従って、ボウル２の目標制御温度を決定するロータ１の温度のフィードバックＰＩ制御に於いて、ボウル２の目標制御温度の初期値を熱平衡状態時のボウル２の推定温度とすることにより、ロータ１の発熱量となるロータ１の表面とボウル２の表面間の輻射熱量とボールベアリング９から駆動シャフト８を通してロータ１に流れ込む熱伝導による熱量の差分をほぼゼロとすることができるため、ロータ１の温度を目標制御温度に素早く安定させる温度制御応答性を向上することができる。
【００３４】
なお、本実施例において、ボウル２の熱時定数は１０分程度であり、ロータ１の熱時定数はロータの種類により異なり２時間から１０時間程度である。ボウル２の温度のフィードバックＰＩＤ制御の制御周期タイマは数秒程度としており、ロータ１の温度のフィードバックＰＩ制御の制御周期タイマはボウル２の熱時定数より長く且つロータ１の熱時定数より短い３０分程度としているため、ロータの熱時定数に影響されてボウル温度が異常に変化することを抑制することができる。
また、従来の遠心機は、ペルチェ素子３を例えば６個のペルチェ素子全てを直列に接続する構成としていたが、例えばある素子が異常を来たし抵抗値が他の素子に対して大きくなると抵抗値の大きな素子の電位差が大きくなり、素子の抵抗値は時間の経過と共に益々大きくなり、その素子に更に電圧が集中し、この結果、最終的には素子が焼損してしまう問題があった。このため、本実施例に於いては、ペルチェ素子３は２個の素子を直列接続したものを３列に並列接続した構成とし特定の素子への電圧集中等による素子破壊を防止している。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動シャフトによりモータに連結される遠心機用ロータの表面を囲むボウルと、ボウルを加熱又は冷却する手段と、ボウルを加熱又は冷却する手段の吸熱又は放熱源となるフィンプレートと、フィンプレート上に設置され天板ドアにより密閉されボウルを真空密封する真空チャンバと、ロータの温度を測定する手段と、ボウルの温度を測定する手段と、ロータの温度制御のためロータの目標温度とロータの測定温度の偏差をフィードバック量としてボウルを加熱又は冷却する手段の熱量を調節しボウルの温度を制御する制御手段を設け、制御手段は遠心機の雰囲気温度を測定する手段を備え、ロータの温度が目標制御温度の所定の範囲内に入った時に、ボウルの制御温度はロータの目標制御温度と遠心回転数と気温より定める熱平衡時のボウルの制御温度とし、制御手段のロータの温度の目標制御温度の偏差を基にボウルの目標制御温度を生成する制御周期はロータの加熱又は冷却の時定数よりも短くし且つボウルの加熱又は冷却の時定数よりも長くするようにしたので、制御開始時のロータ温度の過渡的な変化を小さくでき且つロータの熱時定数に影響されてボウル温度が変化することを抑制することができるため、遠心機のロータの種類によらずロータの温度を目標制御温度に合わせる温度制御を短時間で且つ安定して行うことをができる。
【００３６】
また、ロータの温度を測定する手段の校正値及び実際の前記ロータの温度制御結果に基づく補正値等から成る温度補正データを制御手段により格納する記憶装置をロータの温度を測定する放射温度計アセンブリ内に設け、制御手段がロータの温度制御時に記憶装置から温度校正データを読み出し、ロータを温度制御するようにしたので、校正作業時に遠心機本体を分解・再組み立てすることなく放射温度計アセンブリ内に校正値等を格納可能となり、また放射温度計アセンブリの故障等による交換において再校正が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる遠心分離機のロータ温度制御装置の具体的実施例を示したブロック図である。
【図２】  図１の詳細な実施例を示すブロック回路図である。
【図３】  ボウルを加熱・冷却する際のペルチェ素子ドライバの制御状態を示す図である。
【図４】  ＣＰＵが計測するロータの温度に於ける制御目標温度に対する補正温度の        様子を示した図である。
【図５】  ＣＰＵが計測するロータの温度における遠心分離機の遠心回転数に対する補正        温度の様子を示した図である。
【図６】  ロータの温度制御におけるのロータの温度とボウルの温度の時間の経過に        よる変化の様子の一例を示した図である。
【図７】  ロータの温度制御におけるのロータの温度とボウルの温度の時間の経過に        よる変化の様子の一例を示した図である。
【図８】  ＣＰＵのロータの温度制御処理のフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
１はロータ、２はボウル、３はボウルを加熱又は冷却する手段、４はフィンプレート、５は真空チャンバ、６は天板ドア、７はモータ、８は駆動シャフト、９はボールベアリング、１０はボウルの温度を測定する手段，１１はボウルの温度を測定する手段、１２は放射温度計アセンブリ、１３はロータの温度制御のためロータの目標温度とロータの測定温度の偏差をフィードバック量としてボウルを加熱又は冷却する手段の熱量を調節しボウルの温度を制御する制御手段、３２は遠心機の雰囲気温度を測定する手段、４６はロータの温度を測定する手段の校正値及び実際の前記ロータの温度制御結果に基づく補正値等から成る温度補正データを制御手段により格納する記憶装置である。
【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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