CN1605393A

CN1605393A - 离心机

Info

Publication number: CN1605393A
Application number: CNA2004100835430A
Authority: CN
Inventors: 清水隆宽; 二井内佳能; 楠元昭二; 高桥广之
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Machine holding company
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2004-10-09
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2024-10-09
Also published as: US7255669B2; JP2005111402A; DE102004049100B4; DE102004049100A1; CN100333837C; US20050079064A1; JP4352844B2

Abstract

一种离心机，离心机(1)具有：构成主体的机架(6)、被连接支撑在机架上并衰减振动的减振器(5)、被连接支撑在该减振器上的驱动装置(2)、通过驱动装置而进行旋转的摇摆式旋转器(8)、作为在驱动装置的振动为规定的振幅以上时检测驱动装置的一部分与机架的一部分接触的检测装置的加速度传感器(4)、由检测装置的输出控制驱动装置的控制装置(18)；以在其振动为一定值的振幅以上时、其一部分与机架(6)的一部分接触的方式配置驱动装置(2)，由加速度传感器检测驱动装置和机架接触的冲击，在该检测的输出结果为不平衡的检测阈值以上时使驱动装置停止。这种离心机，可弥补振动检测的局部的缺点，在发生故障之前能够使旋转体停止。

Description

离心机

技术领域

本发明涉及离心机，尤其涉及一种可进行分离试料的不平衡检测的离心机。

背景技术

一般来说，离心机是使由作为驱动装置的一部分的动力发生部(一般的是电动马达)得到的旋转转矩、通过旋转轴传递到旋转体上并使其旋转。在于这种离心机上使用的旋转体中，可根据分离的试料的种类和量等按用途分为：具有多个插入试料的试管孔、其孔的角度一定的角度旋转器，可装入多个试管并可转动地支撑在臂上的容器(称为吊桶)与旋转一起摇动的摇摆式旋转器，以及以使试管为水平的状态装在旋转器上的卧式旋转器等几种。

通常，根据目的从上述的旋转体中选择旋转体，将注入了试料的试管等容器插入旋转体中并使其旋转，由产生的离心力分离试料，或者利用离心力振掉附着在试管壁上的液滴等，但由于使用者自己插入使用者准备的试料，所以制造者方面不能严密地适合其平衡性。

作为一例，对于近年的疾病诊断等广泛进行的血液检查，从患者使用真空采血管采血的情形较多，但其采血量根据患者及采血者而会产生不同，将量、重量不同的采血管装入到旋转体中，即使离心机使用者考虑到平衡，而作为结果以不平衡的状态运转的情形较多。因此，制造者要用心于能够允许的不平衡的量多、可很好地适应不平衡的装置的开发，能够允许一定的不平衡而进行设计。

即使这样，当不平衡的量超过一定量的时候，就有由随旋转上升而变大的不平衡力对支撑旋转轴的轴承给予恶劣的影响而引起使旋转轴弯曲等的不理想的状况。进而，由于也有不能否认的、使用者对试料的量发生错误、对插入的试管孔发生错误、成为超过所允许状态的不平衡状态的情况，所以要在一般的离心机中设置检测振动和振幅的传感器，在以所允许状态以上的不平衡状态下运转的时候，检测出这种状态，对装置在异常来到之前使旋转体的旋转停止。

作为该传感器的一种有加速度传感器，其被安装在这种离心机的驱动装置上，通过加速度来测定由旋转体的不平衡带来的振摆回转，并开始被用于对于因超过允许值的不平衡带来的振动和因操作失误带来的异常振动(例如，忘记将旋转器牢固地固定在旋转轴上时，发生自激振动的离心机)的检测。但是，由加速度传感器得到的输出是加速度，

α＝-Aω²sinωt(α：加速度、A：振幅、ω：旋转角速度)

由此，就有在于低速区域(ω小)的振摆回转中输出小、设置用于检测振动的阈值困难的问题。

为了解决这样的问题，发明了设置用于放大加速度传感器的输出信号的放大电路、根据旋转速度改变放大率的技术。

[专利文献]特开2002-306989号公报。

由于根据该公报记载的发明，能够放大低速区域的输出，所以可以进行在处于低速区域的共振点(Ne)附近的检测，进而根据旋转体的种类，也能够进行改变检测不平衡的阈值等的改善，所以，开始被广泛地用于这种离心机中。根据此方法，以简单的构成能够高精度地检测超过设计上的允许值的不平衡。

但是，在该公报记载的发明中，在以过大的不平衡的状态运转的时候，与上述的情况不同，有检测困难的问题。举一例，日立工机(株)制造的T3S6型摇摆式旋转器呈十字形状并挂有4个吊桶，是最高旋转速度为3000rpm的旋转体，能够允许的设计上的不平衡量，根据使用的离心机而有所不同，但在对称吊桶间大致为20到30克的不同。从而，只要使用加速度传感器并用上述的方法检测，则有能够检测30～40克左右的不平衡的精度，进而即使在忘记放入一个试管的时候(这时，多时数十克到一百数十克)也能够进行检测，并将表示异常的报警显示在离心机的显示部，使旋转体停止。

对此，在忘记装入重量中包含式样为900克以上的吊桶的时候，在从数十rpm到一百数十rpm的极低速区域，已经为过大的振摆回转。如上所述，由于加速度与旋转角速度的平方成正比，所以在极低速区域，加速度传感器的信号较弱，即使放大，但进行检测也是困难的，所以脱离极低速区域为数百rpm左右时才开始能够检测，但这时，已经发生吊桶等过大的振摆回转破损等的损伤。

发明内容

在此，本发明的目的是提供一种弥补振动检测的局部的缺点、在发生损伤之前能够使旋转体停止的离心机。

为了达到上述目的，本发明所提供的离心机，具有：构成机体的机架，和被连接支撑在该机架上并对振动进行衰减的减振器，和被连接支撑在该减振器上的驱动装置，和由该驱动装置驱动旋转的旋转体，和在该驱动装置的振动为规定的振幅以上的时候、检测该驱动装置的一部分与该机架的一部分接触的检测装置，和由该检测装置的输出控制驱动装置的控制装置。

另外，本发明中的控制装置，可以具有在该检测装置的输出为规定值以上时、使驱动装置停止的停止装置。根据该构成，在检测到该驱动装置和机架接触的冲击的时候，能够使旋转体的旋转停止。

另外，本发明中的控制装置，可以具有在该检测装置的输出为规定值以上时、发出警报的报警装置。

另外，可以在本发明中的驱动装置的一部分和机架的一部分接触的部位的至少一方配置弹性体。

另外，在本发明中，检测装置可以是加速度传感器。

另外，在本发明中，检测装置可以是接触检测传感器。

另外，在本发明中，检测装置可以具有加速度传感器和感振器两者。

另外，在本发明中，接触检测传感器可以是感振器。

(发明效果)

根据本发明之1的离心机，由于以在驱动装置的振动为一定值的振幅以上的时候、该驱动装置的一部分与机架的一部分接触的方式进行配置，所以当根据起因于被支撑在驱动装置上的旋转体的重心位置偏移等异常旋转而产生振动并表示出在一定值的振幅以上的时候，驱动装置的一部分接触机架的一部分，对驱动装置产生冲击。由检测装置检测此冲击，基于该信号由控制装置可以控制驱动装置的运转。

根据本发明之2的离心机，由检测装置检测冲击，在基于该检测结果由控制装置判断为对离心机发生规定值以上的振动时，通过停止驱动旋转装置的旋转，使旋转体停止，可以防止旋转体和机架的破损。

根据本发明之3的离心机，在通过控制装置使旋转体停止的时候，通过具有对于旋转体停止的情况进行报警的报警装置，可以使发生异常旋转体停止，让该离心机的使用者等注意。

根据本发明之4的离心机，通过在驱动装置的一部分和机架的一部分接触的部位的至少一方上配置弹性体，即使在驱动装置的一部分和机架的一部分接触的时候，也可以某种程度地吸收其冲击。因此，可以防止对由该冲击产生的驱动装置及机架的损伤。

根据本发明之5的离心机，在检测装置中使用加速度传感器。由于该加速度传感器从过去就设置在离心机上，所以可以留用，能够防止构成元件的增加。

根据本发明之6的离心机，在检测装置中可以使用接触检测传感器。

根据本发明之7的离心机，与加速传感器一起，用接触检测传感器检测由驱动装置的一部分和机架的一部分的接触产生的冲击。由此，互相补充从加速度传感器和接触检测传感器给出的输出信号，可以更加高精度地进行对于由控制装置进行的异常振动的控制。

根据发明8的离心机，在接触传感器上使用检测振动的感振器。该感振器由于是一般在送暖风器上使用的装置，所以是单价便宜的元件，并且能够高精度地检测冲击。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的离心机的剖视图。

图2是在本发明的第1实施例中、放大离心机的环周围的剖面详细图。

图3是在本发明的第1实施例中、环周围与驱动装置接触的状态的剖面详细图。

图4是在本发明的第1实施例中、表示离心机的摇摆式旋转器的俯视图。

图5是在本发明的第1实施例中、表示摇摆式旋转器旋转的状态的俯视图。

图6是表示本发明的第1实施例和以往技术的加速度传感器和旋转速度的关系的曲线图。

图7是表示在本发明的第1实施例的离心机中发生过大的不平衡状态时的控制的流程图。

图8是本发明的第2实施例的离心机的剖视图。

图9是表示在本发明的第1实施例的离心机中发生过大的不平衡状态时的控制的流程图。

图中：1-离心机，2-驱动装置，3-感应电动机，4-加速度传感器，5-减振器，6-机架，7-旋转轴，8-摇摆式旋转器，9-吊桶，10-旋转器主体，11-销，12-试管，13-架子，14-环，15-环，16-腔室，17-旋转室，18-控制装置，19-报警器，20-孔，21-感振器。

具体实施方式

下面，对本发明的第1实施例的离心机参照图1至图7进行说明。在图1中出示了本发明的离心机1的剖视图。在图1中，机架6是对板材进行弯曲加工等而形成为略箱形形状，在其上方设置有内部为旋转室17的腔室16。该腔室16，在其周围充填有构成为隔音材料和隔热材料的聚氨酯泡沫25等。另外，腔室16，在其中央部分贯通设有对应于设在机架6上的环14的贯通孔20，该贯通孔20嵌入并固定在环14的外周。这时，腔室16，通过在其设置的地方充填该聚氨酯泡沫25等，与机架6成为一体，但也可以使用螺钉等与机架6形成为一体而固定。驱动装置2，通过装入隔绝振动的弹簧(未图示)的减振器5、其旋转轴7以从环14内周的贯通孔20突出的方式被支撑在机架6的一部分上，通过减振器5的伸缩可得到衰减。在从作为驱动装置2的驱动源的感应电动机3突出的旋转轴7的上端部，安装有作为摇摆式旋转器8的构成元件的、呈十字形状的旋转器主体10，在旋转器主体10的腕部之间，吊桶9被挂在设置于旋转器主体10上的销11上，在开始旋转时，以销11为轴从重力方向向离心方向转动(在图1中表示向着离心方向的状态)。另外，在吊桶9上，如图4所示，安装有由塑料制的带多个孔的试管保持用架子13，在架子13的孔中插入注入了试料的试管12并使其旋转、进行离心分离。

构成为在驱动装置2的下部，安装有作为检测装置的加速度传感器4，是通过驱动装置2的动作、输出最大5V的电力的电路构成。从该加速度传感器4输出的信号，由所连接的控制装置18检测，由该控制装置18，基于该信号进行离心机1的旋转控制。另外，该控制装置18连接着报警器19，将离心机1的异常通过声或光等通知使用者。另外，如图1、图2、图3所示，在机架6的中央部，环14被焊接设置在机架6上，在作为该环14的内周14a的孔20中，设置由塑料制作的环15。并且，驱动装置2的部分2a，以相对于该环15形成规定的间隙a来设置。

对于由以上的构成形成的离心机1、在摇摆式旋转器8发生不平衡情况的控制进行说明。一般来说，对于以在高速侧得到稳定的旋转为主要功能的离心机，将旋转轴设计得较细，降低旋转轴的弯曲的固有频率，使共振点(Ne)向低速侧移动，在超过共振点的高速侧，利用自动调心作用达到稳定的旋转。该旋转轴的弯曲的共振点为从数百rpm到一千数百rpm的情形较多。

另外，对于在低速侧以分离多量的试料为主要功能的离心机，以在比能够使用的旋转速度区域更高速侧具有旋转轴的弯曲固有频率的方式将旋转轴设计得较粗，从而提高操作性能、耐久性能。然而，这时，由于旋转轴的刚性较高，所以在旋转体上产生的不平衡力，通过轴承直接传递到驱动装置上，进而传递到离心机的机架上，使机架较大地振动。为了防止这种振动，在这种离心机上，由具有衰减效果的减振器等支撑机架和离心装置，以对机架不传递振动地实现振动的隔离。因此，不能避开由驱动装置和支撑部的缓冲器带来的缓冲质点系统的共振现象，虽然有由衰减部件带来的衰减效果，但不能完全地消除共振现象。从而，由支撑部产生的共振，与上述较细的旋转轴系统的情形同样，以从数百rpm到一千数百rpm发生的情形较多，在此共振点附近，通过加速度传感器可以检测不平衡。即，在离心机中，不管旋转轴直径的大小，其转速在从数百rpm到一千数百rpm有共振点。

从而，即使在第1实施例中的离心机1中，对于通常会发生的不平衡基于从该共振点附近的数百rpm到一千数百rpm中的、由加速度传感器4输出的信号，采用检测其不平衡、使其停止等的防御装置。具体地是用能够安装7个试管12(例如50ml容量的培养管)在架子13上的摇摆式旋转器8，使用者将要分离的试料(例如血液或大肠菌等的培养液等)分开注入到多个试管12中，将注入的试管12插入到架子13的孔中。这时，不能够期望以正确地取得平衡的状态将试管插入到处于对称位置的吊桶9的架子13中。以此，由加速度传感器4监视驱动装置2的振动，当超过预先确定的阈值时为不平衡运转，在对离心机的警告部点亮报警灯的同时，使摇摆式旋转器8停止，防止事故于未然。

这时的旋转速度和加速度传感器4的输出的关系，如图6所示的曲线图那样，如果是平衡状态，则为如实线(曲线C1)所示的输出，由预先的试验等确定的不平衡检测阈值(曲线T)以下，能够运转而没有问题。另外，由于在允许外的不平衡时，由不平衡带来的振动增加，所以为图6的虚线(曲线C2)所示的输出，在起因于驱动装置2的质量和减振器5的弹簧的共振点(Ne)附近的P1点超过阈值，检测为不平衡。万一在共振点附近没超过阈值，即使按原样加速，当在高速侧超过阈值(Ph)点时，同样也能够检测为不平衡。另外，当然，如果是阈值以下，则对装置不会带来不良影响，这样来确定不平衡检测阈值本身。

以上是关于由在试管12内的试料的容量差或在处于对称位置的吊桶9间试管12数量的不一致产生的不平衡时的举动，即使不平衡量多也能够在大致共振点附近检测，几乎不会对装置有影响。但是，在如图4、图5所示那样本来有4个吊桶9、没有装1个(或者非对称地2个)而运转的时候，由于不平衡量太大，所以即使是数十rpm～一百数十rpm左右的极低速度，驱动装置2也剧烈地振动。即，在过大的不平衡的时候，在加速度传感器4的输出、即使使用放大器等进行检测也困难的极低速区域已经产生过大的振摆回转。

在以往的控制中，加速度传感器的输出，当旋转速度在极低速区域时，例如即使放大，输出的增加也很少。因此，在图6所示的点划线(曲线C3)的过大的不平衡状态中，虽然旋转速度进一步上升，以P2’的转速开始，达到作为能够检测的区域的不平衡检测阈值，但这时旋转轴已经弯曲，旋转体与离心机的旋转室内面接触等，对装置带来故障。即，在达到不平衡检测阈值P2’前的极低速区域，检测出操作失误等，在发生故障前不能停止，在上述的以往的控制中，直到检测出为止会有对装置到来损伤的危险。因此，对于该过大的不平衡的情况，由以下的控制来应对。

在该过大的不平衡的情况下，由于该过大的振摆回转，如图3所示，在极低速区域，驱动装置2的一部分与环15接触。以由该接触带来的冲击使加速度传感器4的输出如图6所示的双点划线(曲线C4)所示急剧增加。通过该急速的增加，还在极低速区域P2点时就达到不平衡检测阈值，可检测出摇摆式旋转器8的不平衡。基于该检测的结果，在控制装置18中，对使用者要报告发生了异常的情况，通过报警器19在叫响报警器等时，切断驱动器2的电源，使用未图示的停止装置等强制地停止摇摆式旋转器8的旋转。

对以上的控制通过图7所示的流程图进行说明。首先，在S01中，测定驱动装置2的旋转速度。该测定以预先决定的间隔、离心机1总是被实施在运转中。在测定该旋转速度后进入S02，读出根据预先储存在控制装置18中的各旋转速度的不平衡检测阈值。并且在S03中，在检测出来自测定驱动装置2的旋转速度时的加速度传感器4的输出后进入S04。

在S04中，比较读出的阈值和来自加速度传感器4的输出值。在这里，如果表示出加速度不到阈值的值(S04：“否”)，则作为没有发生不平衡，返回到S01，反复进行同样的控制。

对此，在S04中，如果表示出该输出值是该阈值以上的值(S04：“是”)，则认定为发生了不平衡，进入S05并进行警告的报警显示，其后进入S06使驱动装置2的旋转停止，防止由不平衡运转而使离心机破损等。

在该第1实施例中，作为检测装置使用了加速度传感器，但并不限定于此，也可以使用其它的传感器。例如作为接触检测传感器也可以使用感振器来检测驱动装置2和机架6的接触。这时，在由感振器感知由接触带来的冲击的时候，输出信号(ON状态)，在没有感知冲击的时候不输出信号(OFF状态)，通过由ON-OFF的控制，在由控制装置18检测为ON状态的时候，使驱动装置2停止，并能够设定警告的报警显示。

下面对本发明第2实施例的离心机进行说明。在第2实施例中，如图8所示，虽然基本的形状与第1实施例的形状相同，但在减振器5的附近进一步设置了作为接触检测传感器的感振器21。

该感振器21，在于第1实施例说明的离心机1中，在通常会发生的不平衡时不检测该驱动装置2的振动，但在过大的不平衡时，以可检测该驱动装置2接触环15而发生的冲击来进行调整。

下面说明在使用该感振器21时的离心机1的控制，在通常会发生的不平衡时，与第1实施例同样进行离心机101的控制，所以省略说明。接着，在发生过大的不平衡时，首先，与第1实施例相同，通过加速度传感器4，检测出由过大的不平衡带来的振动而使驱动装置2接触环15所发生的冲击。这时，如果由加速度传感器4能够检测冲击，则与第1实施例相同，其后，使驱动装置2停止即可。在这时，虽然不需要特别地进行使用感振器21的控制，但在发生了冲击的时候，在加速度传感器4不能检测出的时候，由感振器21检测该冲击。

在不能用加速度传感器4检测冲击、由感振器21检测冲击的时候，基于该检测的结果，在控制装置18中，应对使用者报告发生了异常，由报警器19使蜂鸣器鸣叫等，同时，切断驱动装置2的电源，使用未图示的停止装置等强制停止摇摆式旋转器8的旋转。

下面，对以上的控制、通过图9所示的流程图进行说明。首先，在S11中，测定驱动装置2的旋转速度。该测定，以预先规定的间隔、对离心机101总是实施在运转中。在测定该旋转速度后进入S12，读出根据预先储存在控制装置18中的各旋转速度的不平衡检测阈值。然后在S13中，检测出从测定了驱动装置2的旋转速度的加速度传感器4给出的输出后进入S14。

在S14中，比较读出的阈值和从加速度传感器4给出的输出值。在这里，如果加速度表示的是阈值以上的值(S14：“是”)，则认为发生了不平衡，进入S16并进行警告的报警显示，在其后进入S17，使驱动装置2的旋转停止，防止由不平衡运转而使离心机1破损等。在于S14判断为加速度传感器4的输出不到阈值的时候(S14：“否”)，接着进入S15。

在S15中，判断是否从感振器21有输出。在这里，在没有感振器21输出的时候(S15：“否”)，作为没有发生不平衡，返回S11并重复同样的控制。在从感振器21有输出的时候(S15：“是”)，认定为发生了不平衡，进入S16进行警告的报警，其后进入S17，使驱动装置2的旋转停止，防止由不平衡运转而使离心机101破损等。

以上，在第1实施例和第2实施例中，在没有过大的不平衡时，如图2所示，设置间隙a，以便使驱动装置2和环15不发生接触。如上所述，由于用塑料制作环15，所以，虽然因接触施加给加速度传感器4通常以上的冲击，但由于能够具有某种程度的缓冲效果，所以对离心机101本体不带来损伤，并且可减少将使使用者担心的冲击传递到本体。

另外，在接触时的冲击力不那么大的时候，不使用环15，即使用环14代替也可得到同样的效果。另外，该环15也可以设置在驱动装置2的外周2a(部分2a)。

另外，在图3中，虽然是使驱动装置2的一部分接触环15的构造，但也可以是在驱动装置2或者机架6上设置突起物，或者使驱动装置2或机架6的一部分突出而形成突起，对其接触来检测冲击。另外，有关该突起物，可以由弹性体、例如橡胶片及弹簧等构成。

在第2实施例中，检测出加速度传感器4的输出后，由从感振器21的输出来判断是否是不平衡状态，但并不限定于此，也可以在先由感振器21判断是否是不平衡状态后、用加速度传感器4判断。通过加速度传感器4和感振器21的相互协调，也可以检测不平衡状态。另外，在感振器21中，是由是否有输出的ON-OFF进行控制，但并不限定于此，与加速度传感器相同，也可以根据规定的冲击，使用其输出值改变的模拟传感器来进行控制。

Claims

1.一种离心机，其特征在于，包括：

具有第1部分的机架，和

被支撑在该机架上的减振器，和

具有第2部分、被支撑在该减振器上并产生旋转力的驱动装置，和

被连接在该驱动装置上并由旋转力驱动旋转的旋转体，和

可检测在该第1部分和该第2部分接触时的冲击并产生输出信号的检测装置，和

根据该输出信号对驱动装置进行控制的控制装置；

该驱动装置，因该旋转体的不平衡而在旋转中发生振动，

该第1部分和该第2部分，位于在该驱动装置的振动达到规定振幅以上时发生接触的位置。

2.按照权利要求1所述的离心机，其特征在于：该控制装置，具有在该检测装置的该输出信号为规定值以上时、使该驱动装置停止的停止装置。

3.按照权利要求1或2所述的离心机，其特征在于：该控制装置，具有在该检测装置的该输出信号为规定值以上时、发出警报的报警装置。

4.按照权利要求1至3中任意一项所述的离心机，其特征在于：在该第1部分和该第2部分的至少一方上配置弹性体。

5.按照权利要求1至4中任意一项所述的离心机，其特征在于：该检测装置是加速度传感器。

6.按照权利要求1至4中任意一项所述的离心机，其特征在于：该检测装置是接触检测传感器。

7.按照权利要求1至4中任意一项所述的离心机，其特征在于：该检测装置，具有加速度传感器和接触检测传感振器两者。

8.按照权利要求6或7项所述的离心机，其特征在于：该接触检测传感器是感振器。