JP2001104831A - 遠心分離機及び遠心分離機用ロータのカバー有無検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ロータを高速回転させなくても安
全且つ確実にカバーの有無を検出し、ロータの浮き上が
りを未然に防止する遠心分離機を提供することである。 【解決手段】 識別手段により得られた識別信号によっ
てロータ種類を特定し、更にドア６からロータ１までの
距離を測長し、この測長したデータと、ロータ室５に収
容されるロータ１にカバー１ａが装着されているか否か
の判断基準として認識する比較距離データとを比較する
ことで、ロータ１のカバー１ａの有無を判断する判断手
段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、載置されたロータが浮き上がるのを防止する遠
心分離機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術について、図９を用いて以下
説明する。オペレーターは、遠心用モータ４と直結され
たクラウン２と称する連結部材に試料が入ったロータ１
を載置し、ドア６を閉め、図示していないスタートキー
を押す。次に、遠心機１１は遠心用モータ４を駆動して
ロータ１を高速回転させ、試料の遠心分離を実行する。
この遠心分離のための高速回転時における空気との摩擦
のよるエネルギー損失、いわゆる風損を防ぐため、種々
様々な形状を成したロータ１の大半は、外形が凹凸の少
ない形状を成し、更にロータ１上部の凹凸を覆うカバー
１aを設けている。このカバー１aを正しく装着すれば、
ロータ１特有の最高回転数まで回転させても特に問題は
生じないが、もし、オペレーターがこのカバー１aを取
り付け忘れて回転させると、ロータ１上部の凹凸部のフ
ァン作用による浮力がロータ１に生じ、ロータ１の自重
よりも浮力が上回ると、ロータ１が浮き上がってクラウ
ン２から離脱するという事故が発生する。

【０００３】このような事故を回避するため、ネジでロ
ータ１とクラウン２を固定する方法があるが、当然なが
らオペレータがネジを締め付け忘れると上記問題は発生
してしまう。このため従来から、ロータ１の回転中心上
部の内部圧力を圧力案内管９１を介して監視する圧力測
定器９０を制御装置７に設けて、この圧力測定器９０の
出力値が所定の負圧力値よりも負圧になると、自動的に
遠心用モータ４を停止若しくは安全な速度まで減速させ
る手法が考案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の手法で
は、遠心分離機のロータ室を覆うドアとチャンバ上部の
密着が不十分であると、圧力特性が変化して正確にロー
タ室の負圧を検出できない場合がある。また、ある程度
ロータを高速回転させないとロータ室の負圧を検出でき
ないため、ロータがクラウンから離脱するかもしれない
という危険を伴いながら検出せざるを得ないという問題
がある。

【０００５】本発明の目的は、ロータのカバーが非装着
時に発生する上記問題を解消するため、ロータを高速回
転させなくても安全に確実にカバーの有無を検出し、ロ
ータの浮き上がりを未然に防止する遠心分離機を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、試料を収容できカバーを有するロータと、該ロ
ータを連結部材を介して回転させる遠心用モータと、前
記ロータを収容するロータ室と、該ロータ室の上方で該
ロータ室を開閉可能に閉塞するドアと、前記ロータの種
類を識別するための識別手段を有する遠心機において、
前記ドアに測長装置を前記ロータ側に向けて配置し、該
側長装置によって測長された前記ロータまでの距離デー
タと、前記識別手段により得られた識別信号によってロ
ータ種類を特定することで、前記ロータ室に収容される
前記ロータに前記カバーが装着されているか否かの判断
基準として認識する比較距離データと、を比較すること
で前記ロータの前記カバーの有無を判断する判断手段を
設けることにより達成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例について図面を
参照しながら説明する。図1は遠心機１１の一部断面を
示す図である。遠心機１１は、エンコーダ４bを有した
遠心用モータ４と、ケーブル４aを介して遠心用モータ
４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1を収容するチャンバー１３と、ロータ1を収容
するロータ室５を開閉可能に閉塞するドア６と、ロータ
室５を冷却する冷凍機１０を備えている。ロータ１の着
脱を容易にしてしかも回転力を伝達できるようにするた
め、遠心用モータ４と直結された連結部材であるクラウ
ン２は凸の円錐状を成し、またロータ１の底中心部は凹
の円錐状を成して、互いの円錐部が接触するので載置す
るだけで回転トルクが伝達できるようになっている。ロ
ータ１は、試料を収容する複数のチューブ穴１ｂと、チ
ューブ穴１ｂを覆うロータ１のカバー１aと、底部には
ロータ１中心から円周上に複数個配置された穴１cがあ
り、この穴１cの有無をうず電流式の識別センサ８でケ
ーブル８aを介して制御装置７が読み取り、ロータ１の
種別を識別できるようになっている。ロータ１のカバー
１a上空のドア６には測長装置を配置している。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
装置などがあるが、本実施例では送受兼用の超音波セン
サ３を用いた安価な測長装置を例に挙げて説明する。制
御装置７はケーブル３aを介して超音波センサ３を発振
駆動して、超音波センサ３から下方に向かって音波を出
力させて、ロータ１表面に当たってはね返った音波を超
音波センサ３が受信するまでの時間を制御装置７が計
り、ロータ室５の空気温度を加味した計算式から、カバ
ー１a表面までの距離Ｘ１を測定できるようになってい
る。超音波センサ３を用いた測長手法については後で説
明する。超音波センサ３の取り付け位置は、送波した音
波がカバー１aを取り付けるために設けたネジ穴１dに入
り込み、音波の反射を妨げないような位置であって、カ
バー１aが無い時の距離Ｘ２を確実に測定できるよう
に、超音波センサ３のセンサ面中心をロータの回転軸中
心上から多少ずらして配置してある。なお、ロータ室５
の空気温度は、チャンバー１３の底部に配置した温度セ
ンサ１２で測定した温度をケーブル１２aを介して制御
装置７が読み取る。遠心機１１の下部に配置した冷凍機
１０は冷媒が配管１０aを通ってチャンバー１３を冷却
して、試料を所定の温度に制御するため、制御装置７が
ケーブル１０bを介して冷凍機１０をオンオフ制御す
る。ドア６の開閉を検出するドアスイッチ９は、ケーブ
ル９aを介して制御装置7に接続されている。

【０００８】上記したように構成した遠心機１１の制御
装置７の回路構成について、図２に示すブロック図を参
照しながら説明する。マイクロコンピュータ２１（以下
ＣＰＵ２１と称す）は、タイマ機能を用いて外部素子を
制御できるタイマＩ／Ｏ２１ａと、外部素子をデジタル
信号で入出力制御できる入出力ポートＩ／Ｏ２１ｂと、
アナログ電圧をデジタル値に変換できるＡ／Ｄ２１ｃを
内蔵している。ＣＰＵ２１はデ−タバス４５を介して、
読み出し専用メモリ２２（以下ＲＯＭ２２と称す）と、
読み書き可能メモリ２３（以下ＲＡＭ２３と称す）と、
電気的消去書き込み可能な読み出し専用メモリ２４（以
下ＥＥＰＲＯＭ２４と称す）、及びエンコーダ４bから
出力されるパルス信号をカウントするカウンタ２５と接
続されている。ＲＯＭ２２は、遠心機１１の制御プログ
ラムの他に、複数種のロータ１の識別番号と共にロータ
１固有の距離データｈを予め記憶している。ここで距離
データｈは、ロータ１のクラウン２挿入穴の底面からカ
バー１ａを取り付けるためのネジ穴上面までの高さであ
る。ＥＥＰＲＯＭ２４は、後述する超音波センサ３を用
いた距離測定回路２７の感度自動調整で得られた調整
値、及び超音波センサ３からロータ１を載置するクラウ
ン２までの距離Ｈを記憶している。またＣＰＵ２１は、
遠心用モータ４をパルス・ワイド・モジュレーション制
御すなわちＰＷＭ制御するため、内蔵されたタイマ機能
を用いてタイマＩ／Ｏ２１ａからＰＷＭ信号をモータド
ライブ回路２６へ出力する。そこで、モータドライブ回
路２６から遠心用モータ４へ電流が流れ、遠心用モータ
４と直結されたエンコーダ４ｂも回転してパルス信号が
出力され、カウンタ２５がパルスの数をカウントする。
ＣＰＵ２１は、周期的にカウンタ２５のカウント値を読
み込み、遠心用モータ４の回転数を計算して、遠心用モ
ータ４の回転数を制御する。また、ＣＰＵ２１のタイマ
Ｉ／Ｏ２１ａには、距離測定回路２７が接続され、ＣＰ
Ｕ２１の入出力ポートＩ／Ｏ２１ｂには、ドア６の開閉
状態を検出するドアスイッチ９と、ロータ１底部に設け
た穴１ｃの有無を検出する識別センサ８と、冷凍機１０
が接続され、ＣＰＵ２１のＡ／Ｄ２１ｃには、周囲温度
の変化に応じて出力電圧が変化する温度センサ１２が接
続されている。

【０００９】次に、図３乃至図６を用いて、測長装置で
ある超音波センサ３を用いた距離測定回路２７と、この
回路の感度の調整方法及び距離の測定方法について以下
説明する。ＣＰＵ２１は音波を発するため、所定の時間
だけ所定の発振周波数を出力し、発振駆動部３２はこれ
を受けて超音波センサ３を駆動し音波を出力させる。本
発明者が実験した超音波センサ３は400kHz前後の周波数
で共振するものを用い、ＣＰＵ２１はタイマ機能を使っ
て380から420kHzの範囲で10kHz置きに５種類の発振周波
数を出力でき、また発振時間も20μｓから５μｓ置きに
40μｓまで出力できるようになっている。発振駆動部３
２は超音波センサ３へ約ＤＣ100Ｖの矩形波状の印加電
圧で駆動する。この駆動電圧がスイッチ３６以降の回路
に影響を及ぼさないようにするため、超音波センサ３を
発振駆動する時だけ、ＣＰＵ２１はスイッチ３６をオフ
する信号を入出力ポートＩ／Ｏ２１ｂから出力して、ス
イッチ３６の入力部と出力部が非導通となる開状態に制
御する。発振周波数を出力する所定の時間が経過すると
後述する受信信号を伝達するため、ＣＰＵ２１はスイッ
チ３６をオンしてスイッチ３６の入力部と出力部が導通
となる閉状態に制御する。超音波センサ３から出力され
た音波は、ロータ１のカバー１ａ表面，カバー１ａが装
着されていないロータ１の表面，クラウン２表面，及び
チャンバー１３表面などに当たってはね返り、超音波セ
ンサ３はこのはね返った音波を受信し電気信号に変換す
る。この電気信号は数十ｍＶと非常に微小電圧であるた
め、受信回路３４を用いて微小電気信号を受信する。こ
の受信信号は可変増幅器３５で増幅されるが、可変増幅
器３５の増幅開始タイミングはＣＰＵ２１で制御され、
増幅率のカーブは時間が経つにつれて増幅率が大きくな
るようなカーブを成している。これは、空気中を伝播す
る超音波の強度が、回折現象により球面状に拡散する拡
散損失と媒質にエネルギーを吸収される吸収損失によっ
て、距離が長くなるほど減衰するのを補うためのもので
ある。そのため、近くのロータ１のカバー１ａ表面に当
たった反射波は、音のエネルギーレベルが高いため受信
信号の電圧も高いが、遠くのクラウン２表面に当たった
反射波の場合、音のエネルギーレベルが低いため受信信
号の電圧も低く、近い場合の反射波に比べ、はね返って
来るのに時間がかかる。よって、可変増幅器３５は経過
時間に応じて増幅率が大きくなるような特性を与えてあ
る。可変抵抗器３７の抵抗値で増幅率が変えられるよう
に回路を構成している増幅器３８は、更に受信信号を増
幅する。尚、本発明者の実験で使用した可変抵抗器３７
は、デジタルポテンショメータと称し、内部に２チャン
ネルの可変抵抗器を有するもので、ＣＰＵ２１からデー
タバス４５を介して２５６段階の抵抗値を選択できるよ
うになっている。その内の１チャンネルを増幅器３８の
増幅率の制御用に割り当てている。次に、増幅器３８で
増幅された受信信号は、バンドパスフィルタ回路及び全
波整流回路更に積分回路からなる波形整形回路３９で波
形整形される。受信信号は、ノイズ成分を除去するため
４００kHz前後のバンドパスフィルタを通り、全波整流
で正側電圧に整流され、更に受信信号のリップルを無く
すため積分回路で平滑される。平滑された受信信号は、
比較器４０で入力基準電圧と比較される。入力基準電圧
は、可変抵抗器３７の他方のチャンネルの抵抗値で決定
しＣＰＵ２１で制御される。受信信号は入力基準電圧と
比較器４０で比較され、入力基準電圧よりも受信信号の
電圧が高い時、比較器４０はＣＰＵ２１へトリガ信号４
４を出力し、ＣＰＵ２１はこのトリガ信号４４をタイマ
割り込み端子より受信する。計時手段を有するＣＰＵ２
１は、発振駆動部３２へ音波の送波動作を開始してから
内部タイマを動作させ、トリガ信号４４を受信するまで
の時間を計る。上記説明した音波の送信からトリガ信号
４４受信までの動作を、ＣＰＵ２１は10回繰り返し実行
し、その値を順次ＲＡＭ２３に記憶する。それらの記憶
した値の平均値とそれぞれの記憶値が所定の許容値以内
であれば、ＣＰＵ２１は安定して距離が測定できたと認
識し、その平均値の時間を用いて、空気中の音波の伝播
速度に温度補正を含んだ距離計算式より、ＣＰＵ２１は
ロータ１のカバー１ａ表面，カバー１ａが装着されてい
ないロータ１の表面，及びクラウン２表面等までの距離
を計算する。距離Ｌ(ｍ)＝時間Ｔ(ｓ)×(331.5＋0.607
×温度ｔ)／２ここで、時間Ｔ(ｓ)はＣＰＵ２１が計時
した時間であり、温度ｔ(℃)は超音波センサ３の周囲温
度を温度センサ１２を用いてＣＰＵ２１が計ったもの
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。

【００１０】続いて、上記説明した距離測定回路２７の
感度の調整方法について説明する。先ず人手による準備
作業は、超音波センサ３が音波を受信し易いように、所
望の距離測定範囲内の最長となる位置であるクラウン２
の上に、厚さ１ｍｍ程度の平らな反射物４３を配置す
る。次に、図示していない操作パネルの調整スイッチを
押すことにより、ＣＰＵ２１は感度自動調整のプログラ
ムを実行する。

【００１１】処理段階４６において、ＣＰＵ２１は可変
抵抗器３７を制御して、所定の入力基準電圧を比較器４
０へ設定する。処理段階４６では、比較器４０の受信入
力信号のピーク値が前記した所定の入力基準電圧と比較
され、比較器４０から出力されるトリガ信号４４が安定
して得られるように、発振周波数の選択及び増幅器３８
の増幅率をＣＰＵ２１が調整する。その調整手法は、先
ずＣＰＵ２１が、増幅器３８の増幅率が最も小さくなる
ように可変抵抗器３７を制御し、また可変増幅器３５の
増幅開始タイミングは予め定められた初期値を設定す
る。次にＣＰＵ２１は、超音波センサ３の共振周波数を
含む380から420kHzの範囲で10kHz置きの各発振周波数に
おいて、それぞれ所定の時間20μｓだけ出力した後、比
較器４０から出力されるトリガ信号４４が安定して得ら
れなければ、増幅器３８の増幅率を上げるように可変抵
抗器３７を制御する。このようにＣＰＵ２１は、可変抵
抗器３７の制御と各発振周波数の出力及びトリガ信号４
４の受信を繰り返し実行し、比較器４０から出力される
トリガ信号４４が安定して得られるような発振周波数を
選択し、その時の増幅器３８の増幅率を決定し、その調
整値を可変抵抗器３７へ設定する。安定したトリガ信号
４４とは、例えばＣＰＵ２１が音波の送波動作を開始し
てトリガ信号４４を受信するまでの動作を１０回行い、
それぞれの計時時間にバラツキが無く、それらの平均値
に対し各計時時間が所望の許容値以内に入っていること
を意味する。上記した発振周波数の選択と増幅率の調整
により、超音波センサ３の共振周波数のバラツキと送受
信感度のバラツキ及び本距離測定回路との感度のマッチ
ング調整が行われたことになる。尚、本調整時におい
て、音波を送信した直後、超音波センサ３の残響電圧５
０により比較器４０からトリガ信号４４が発せられる
が、感度調整時の反射物４３までの距離は遠い位置にあ
るため、ＣＰＵ２１は最長となる距離の前後範囲のトリ
ガ信号４４のみを有効とし、残響電圧時に発せられるト
リガ信号４４は無視するように動作する。もし、増幅器
３８の増幅率を上限まで上げても安定したトリガ信号４
４が得られない場合は、超音波センサ３の取り付け不良
及び回路の異常を意味するアラームをＣＰＵ２１が発す
る。

【００１２】続いて処理段階４７について、可変増幅器
３５の増幅開始タイミングを調整する時の各回路部の波
形の一例を示した図５を用いて説明する。処理段階４７
では、ＣＰＵ２１が可変抵抗器３７を制御して所定の入
力基準電圧５３を比較器４０へ設定し、この入力基準電
圧５３よりも音波送信直後の残響電圧５０が小さくなる
ように、ＣＰＵ２１が可変増幅器３５の増幅開始タイミ
ングを遅らせるように制御する。つまり、可変増幅器３
５の増幅開始タイミングを破線で示す増幅率のカーブ５
５から実線の増幅率のカーブ５１のようにＣＰＵ２１が
動作させる。破線で示す増幅率のカーブ５５の場合、超
音波センサ３の残響電圧５０は可変増幅器３５で増幅さ
れ、細線５６で示すような波形となる。そのため、比較
器４０の入力電圧波形は細線５７で示すように、入力基
準電圧５３よりも高い電圧となってしまい、比較器４０
から細線５８で示すトリガ信号４４が出力される。とこ
ろが、破線で示すカーブ５５の増幅開始タイミングを遅
らせてトリガ信号４４が比較器４０から出力されないよ
うに、つまり、入力基準電圧５３よりも入力電圧波形５
４が低くなるように、ＣＰＵ２１が順次増幅開始タイミ
ングを遅らせて実線５１のように制御することで、可変
増幅器３５の出力波形も太線５２に示す如く、超音波セ
ンサ３の残響電圧５０は低く抑えることができる。ま
た、増幅開始タイミングを遅らせる時間には制限が設け
てあり、その制限時間は少なくとも所望の最短測定距離
よりも短い距離を時間換算したものである。もし、残響
電圧５０が入力基準電圧５３よりも小さくならない場合
には、次のステップとして入力基準電圧５３を少し高く
して、同様にＣＰＵ２１が可変増幅器３５の増幅開始タ
イミングを遅らせるように動作する。それでも残響電圧
５０が入力基準電圧５３よりも小さくならない場合に
は、更に入力基準電圧５３を高くして繰り返し実行する
が、入力基準電圧５３が上限に達しても調整できない場
合には、超音波センサ３の交換というアラームを発する
ようにプログラムは組まれている。この処理段階４７を
プログラムに組み込む前に本発明者が行った事前実験
で、残響電圧５０と近距離の受信波電圧を比較したとこ
ろ、受信波電圧は残響電圧５０に対し、概ね３倍以上の
電圧を超音波センサ３から発していることを確認してい
る。

【００１３】その後処理段階４８において、ＣＰＵ２１
は残響電圧の波高値を得る処理を実行する。その手法
は、処理段階４７で得られた増幅開始タイミングを固定
し、ＣＰＵ２１が入力基準電圧を低い電圧から徐々に上
げて行くように可変抵抗器３７を制御し、比較器４０か
らのトリガ信号４４が出力されなくなる電圧を残響電圧
の波高値として得る方法である。この時ＣＰＵ２１から
出力される発振周波数は、前記した5種類の発振周波数
を用い、発振時間は20μｓから５μｓ置きに40μｓまで
のそれぞれの中で、最も残響電圧が高かったものを選択
し波高値とする。この残響電圧の波高値は後述する近距
離測定時のに用いるもので、少なくともこの波高値より
も高く且つ波高値の概ね２倍よりも低い電圧を比較器４
０の比較判定電圧、つまり入力基準電圧とすることで、
近距離測定を可能としている。

【００１４】処理段階４９では、上記した発振周波数、
増幅器３８の増幅率の調整値、可変増幅器３５の増幅開
始タイミング値、及び残響電圧の波高値をそれぞれ設定
し、反射物４３までの距離、つまり超音波センサ３から
ロータ１を載置するクラウン２までの距離Ｈを測定す
る。測定方法については、後述する遠距離測定モードの
測定方法に依る。以上で距離測定回路の感度調整方法は
終了するが、それぞれのデータの保存に関しては、言う
までもなく回路の電源が切れてもデータが失われないよ
うに、ＥＥＰＲＯＭ２４に記憶する。電源再投入後は記
憶したそれぞれの値をＣＰＵ２１が読み出して再設定す
るように動作する。また超音波センサ３交換時は、超音
波センサ３との感度のマッチングをとるため、上記した
感度調整を再び行う必要がある。

【００１５】上記した感度の調整後、ロータ１表面まで
の距離Ｘを測定する方法について以下説明する。ドア６
の開閉を検出するドアスイッチ９を介して、ドア６が閉
められた事を認識したＣＰＵ２１は、有効距離測定範囲
を近距離測定モードと遠距離測定モードに分けて、近距
離測定モードから測定を開始する。本発明者が実験に使
用した超音波センサ３は、推奨測定距離が60ｍｍから30
0ｍｍの物であるが、近距離測定モードの場合、測定距
離は所望の距離45ｍｍからその距離の２倍に満たない85
ｍｍの範囲を有効な測定距離範囲としている。２倍に満
たない距離を近距離測定モードの上限とした理由は、一
度ロータ１表面に当たった反射波が、超音波センサ３の
端面ではね返り、再度ロータ１表面に当たってはね返る
と、音波が２往復したことになり、この２往復目の受信
波をＣＰＵ２１が誤って読み取らないようにするためで
ある。図６に示すように、ＣＰＵ２１は、前記記憶した
残響電圧５０の波高値にオフセット値を加算し、その値
は少なくとも波高値よりも高く且つ波高値の概ね２倍よ
りも低い値となる電圧レベルであり、この比較判定電圧
６０を入力基準電圧として可変抵抗器３７に設定する。
前記オフセット電圧は、予め比較判定電圧６０が残響電
圧５０の波高値と音波受信時の受信信号の波高値との間
であって、確実に検出できる電圧レベルとなるように決
定している。次にＣＰＵ２１は、前記記憶した発振周波
数、増幅器３８の増幅率の調整値、可変増幅器３５の増
幅開始タイミング値をそれぞれ設定し、発振周波数を出
力すると同時に内部タイマを起動し計時をスタートす
る。近い距離にロータ１表面がある場合、超音波センサ
３の受信波形は太線６１のように残響電圧５０と重畳す
る場合があるが、可変増幅器３５の出力受信信号は太線
６２のようになって、比較判定電圧６０よりも高い受信
信号６３となる。例えば、ロータ１にカバー１aが装着
されているような近い距離の反射波は、残響による振動
子の振動を更に振幅が大きくなるように振動させるの
で、残響電圧５０の入力電圧波形５４よりも受信信号６
３は電圧が高くなる。比較器４０は、受信信号６３と比
較判定電圧６０を比較し、番号６４で示す近距離時のト
リガ信号４４を出力する。ＣＰＵ２１は、番号６４で示
すトリガ信号４４を受信して計時中のタイマを停止す
る。上述したようにＣＰＵ２１は、音波の送波動作を開
始してからトリガ信号４４の受信までの10回の平均時間
が安定して得られると、上記した距離計算式に従い計算
し、ロータ１表面までの距離Ｘ１を計算し、ＲＡＭ２３
に記憶する。本発明者の実験によれば、ロータ１表面ま
での距離に応じて、超音波センサ３から受信信号が時々
出ない場合があり、これは超音波センサ３が音波を受信
する時と内部振動子の残響による振動で、波を打ち消し
合うように動作する時に見られる現象であった。これを
回避するため、超音波センサ３の残響は発振駆動直後か
ら始まることに注目し、20μｓから５μｓ置きに40μｓ
までの各発振時間で近距離測定を行うようにＣＰＵ２１
が動作し、いづれか一つが安定して距離を計測できれば
距離測定を終了する。もし近距離測定モードにおいて、
トリガ信号４４が帰って来なかった場合には、ＣＰＵ２
１はロータ１表面が近距離内に無いと判断し、遠距離測
定モードに切り替わる。

【００１６】遠距離測定モードの場合は、近距離測定モ
ードと5ｍｍほどオーバーラップさせた80ｍｍ以上を有
効な測定距離範囲とする。上述したようにＣＰＵ２１
は、前記記憶した発振周波数、20μｓの発振時間、増幅
器３８の増幅率の調整値、可変増幅器３５の増幅開始タ
イミング値及び遠距離測定モード用の所定の入力基準電
圧６７をそれぞれ設定する。例えば、カバー１ａがロー
タ１に装着されていないような場合、超音波センサ３の
受信波形は太線６５で示すように微小電圧信号である
が、可変増幅器３５の増幅率が高い値で増幅されるた
め、可変増幅器３５の出力波形は太線６６のように増幅
され、入力基準電圧６７よりも高い受信信号６８とな
る。比較器４０は、受信信号６８と所定の入力基準電圧
６７を比較し、番号６９で示す遠距離時のトリガ信号４
４を出力する。上述した近距離測定モードと同様に、Ｃ
ＰＵ２１は番号６９で示すトリガ信号４４を受信して計
時中のタイマを停止し、音波の送波動作を開始してから
トリガ信号４４の受信までの10回の平均時間が安定して
得られると、上記した距離計算式に従い計算し、ロータ
１表面までの距離Ｘ２を計算し、ＲＡＭ２３に記憶す
る。

【００１７】次に、遠心機の動作について図７に示すフ
ローチャートを用いて説明する。先ずオペレータが、遠
心動作前に試料をロータ１にセットすると、ＣＰＵ２１
は、ドアスイッチ９を介してドア６が閉じられたことを
認識する（ステップ７１０）。ドア閉を認識したＣＰＵ
２１は、前述した距離測定方法で、超音波センサ３とロ
ータ上面までの距離Ｘを測定しＲＡＭ２３に記憶する
（ステップ７２０）。ロータ１にカバー１ａが取り付け
てある場合は、測定距離Ｘ１がＲＡＭ２３に記憶され、
カバー１ａが無いときは測定距離Ｘ２がＲＡＭ２３に記
憶される。もし、ロータ１がセットされていない場合
は、超音波センサ３から送波された音波はチャンバー１
３の底面で反射することもあるが、距離が遠くなればな
るほど音波のエネルギーレベルが低くなってしまうた
め、受信信号６８が所定の入力基準電圧６７よりも低く
なり、ＣＰＵ２１はトリガ信号４４を受信できない。反
射波を受信できない場合、ＣＰＵ２１は、距離測定エラ
ーとしＲＡＭ２３にエラーフラグを記憶する。また、反
射波を受信できたとしても、所定の有効測定距離の範囲
外であるため、上記同様、ＣＰＵ２１は距離測定エラー
としＲＡＭ２３にエラーフラグを記憶する。この場合の
有効測定距離の範囲は、遠心機にセットできるロータ１
の上面と超音波センサ３間の最小距離である50ｍｍから
超音波センサ３とクラウン２間の距離Ｈとしている。ま
た、ロータ１がクラウン２にが正しくセットされていな
いと、測定距離が短くなって有効測定距離の範囲外とな
る場合があり、このような場合も上記同様、ＲＡＭ２３
にエラーフラグを記憶する。

【００１８】オペレータが操作パネルのスタートキーを
押すと（ステップ７３０）、ＣＰＵ２１はＲＡＭ２３に
エラーフラグがあるか否かをチェックし、ロータ１が正
しくセットされたか否かを判断する（ステップ７４
０）。エラーフラグがある場合は、ロータが正しくセッ
トされていないと判断し、ＣＰＵ２１は、アラームを表
示しオペレータに知らせ、モータの回転駆動は実行しな
い（ステップ７４１）。

【００１９】ロータ１が正しくセットされていた場合
は、ＣＰＵ２１は遠心用モータ４を回転駆動してロータ
１を低い一定の回転数で回転制御する（ステップ７５
０）。ここで、ＣＰＵ２１はロータ１の下部に設けた穴
１ｃの有無を検出して、その複数の穴１ｃの位置からロ
ータ１を識別する第１の工程を実行する（ステップ７６
０）。ＣＰＵ２１は、種々のロータ１の中から１種のロ
ータ１を確定すると、予めＲＯＭ２２に記憶させておい
たロータ１の識別番号を検索し、ロータ１固有の距離デ
ータｈを選択する第２の工程を実行する（ステップ７７
０）。

【００２０】選択した距離データｈとＲＡＭ２３に記憶
してある超音波センサ３で測定した距離Ｘと予め感度調
整後にＥＥＰＲＯＭ２４に記憶した超音波センサ３とク
ラウン２間の距離Ｈから、第３の工程であるロータ１の
カバー１ａが装着されているか否かを次の条件式より判
断する（ステップ７８０）。 （Ｈ−Ｘ）≦ ｈ＋誤差許容値 ＲＡＭ２３に記憶してある距離Ｘの値が図１に示すＸ２
の時は、 （Ｈ−Ｘ２）≦ ｈ＋誤差許容値 となり、ＣＰＵ２１はロータ１のカバー１ａは装着され
ていないと判断し、アラームを発生してオペレータへ知
らせると共に、遠心用モータ４を停止させる（ステップ
７８１）。ここで、誤差許容値は、一例として実験より
得られた距離の測定誤差１ｍｍ以下を考慮した２ｍｍと
した。また、ＲＡＭ２３に記憶してある距離Ｘの値が図
１に示すＸ１の時は、 （Ｈ−Ｘ１）＞ ｈ＋誤差許容値 となり、ＣＰＵ２１はカバー１ａが装着されていると判
断し、ＣＰＵ２１は所定の加速カーブで遠心用モータ４
を駆動してロータ１を回転させ、所望の設定時間分ロー
タ１を回転させた後、減速して停止させる（ステップ７
９０）。

【００２１】尚、上記したカバー１ａの装着の有無を判
断するための比較距離データとして、超音波センサ３か
らクラウン２までの距離Ｈとロータ１固有の距離データ
ｈを用いた理由は、遠心機１１の製造・組立て上のバラ
ツキを考慮し、ドア６の組み付け時に於ける高さ方向の
誤差を吸収するため距離Ｈを直接測定・記憶し、更にロ
ータ１固有の誤差が少ない距離データｈを用いること
で、より信頼性が高く確実なカバー１ａ装着の有無判別
を行うことができるためである。

【００２２】また、ロータ室５に収容されるロータ１に
カバー１ａが装着されているか否かの判断基準となる比
較距離データを距離Ｘ２とし、この距離Ｘ２をロータ１
の識別番号と共にＲＯＭ２２に記憶させ、ロータ１の識
別後、上記条件式を展開させた次式 Ｈ−ｈ≦ Ｘ＋誤差許容値 Ｘ２≦ Ｘ＋誤差許容値 より、上記同様、測定距離ＸがＸ２になるとカバー１ａ
は装着されていないと判断し、測定距離ＸがＸ１の時は
カバー１ａが装着されていると判断して、比較距離デー
タを距離Ｘ２としても、カバー１ａ装着の有無が判別で
きるのは明らかである。

【００２３】更に、比較距離データを距離Ｘ１とし、上
記同様この距離Ｘ１をロータ１の識別番号と共にＲＯＭ
２２に記憶させ、ロータ１の識別後、測定距離Ｘと距離
Ｘ１とを大小比較して、カバー１ａ装着の有無が判別可
能である事は了解されたい。

【００２４】上記説明した遠心機１１は、操作パネルか
らロータ１が有する固有の型式またはロータ１に割り付
けられた識別番号を入力することができるようになって
いる。オペレータが遠心運転前に前記ロータ１の型式ま
たは識別番号を入力すると、ＣＰＵ２１は予めＲＯＭ２
２に記憶させていたロータ１固有の距離データｈを読み
出す。オペレータがドア６を閉じてＣＰＵ２１がロータ
１の上面までの距離Ｘを測定し、オペレータがスタート
キーを押した事を認識したＣＰＵ２１は、遠心用モータ
４を回転させなくてもロータ１のカバー１aの装着の有
無を判別できるので、安全性を向上させることができ
る。このような使用方法は、特に、自動判別するための
穴１ｃが無い自動判別不適なタイプのロータ１の場合に
有効である。逆に今は現存しないが、将来新規に製作さ
れ追加されるロータ１に対しても、カバー１ａの装着の
有無判別を可能にするため、遠心機１１には以下に記述
するような機能が設けられている。オペレータが、新規
ロータ１固有の識別番号と共に距離データｈ、最高回転
数などの所定のパラメータを操作パネルから入力設定
し、ＣＰＵ２１はこれらのデータをＥＥＰＲＯＭ２４に
記憶する。オペレータがスタートキーを押すと、上記し
た手法に依り穴１ｃの位置からロータ１の識別を実行
し、ロータ１の識別番号がＲＯＭ２２に無い時はＥＥＰ
ＲＯＭ２４から検索して、ＣＰＵ２１は距離データｈを
読み出し、カバー１ａの装着の有無判別を実行するよう
になっている。尚,ロータ１の識別番号と共に記憶する
各パラメータは，全てＥＥＰＲＯＭ２４に記憶させても
良い。

【００２５】本発明の他の一実施例であるロータ１のカ
バー１ａ装着の有無を判別する手法について、表１及び
図８に示すフローチャートを用いて以下説明する。

【００２６】表1は、ロータ1の種類毎に、ロータ1の識
別番号とカバー１ａ装着時の距離データＸ１とカバー１
ａ非装着時の距離データＸ２をまとめたデータテーブル
表の一例である。ロータ１の識別番号と共に、カバー１
ａ装着時の距離データＸ１及びカバー１ａ非装着時の距
離データＸ２を、ロータ１の種類毎にデータテーブル上
にまとめた表の一例であり、これらの比較距離データＸ
１およびＸ２は例えばＲＯＭ２２に予め記憶させ登録し
ておく。

【００２７】

【表１】

【００２８】オペレータがロータ１をクラウン２に載置
してドア６を閉じると、ＣＰＵ２１はドアスイッチ９を
介してドア６が閉まった事を認識し（ステップ８１
０）、超音波センサ３から音波をロータ１に向かって送
波してロータ１表面までの距離Ｘを測定する（ステップ
８２０）。

【００２９】次にＣＰＵ２１は、ステップ８３０におい
て、表１に示す登録されたカバー１ａ装着時の距離デー
タＸ１の中から、測定した距離Ｘがほぼ一致するものを
検索する。ＣＰＵ２１は、測定距離Ｘがほぼ一致するも
のを見つけると、ほぼ一致した数値のデータ検索数をカ
ウントアップして一時ＲＡＭ２３に記憶する。その後、
ＣＰＵ２１はカバー１ａ装着時の距離データＸ１の全て
を検索し、続いて、カバー１ａが非装着時の距離データ
Ｘ２も全て検索する。検索した結果、測定距離Ｘとほぼ
一致する数値のデータ検索数が０個か判断し（ステップ
８４０）、0個の場合は、ＣＰＵ２１はデータテーブル
に登録されたロータ１の種類が無い、若しくはオペレー
タがロータ１をセットしていないと判断し、スタートキ
ーＯＮ後、アラームを表示してオペレータに知らせると
同時に、遠心用モータ４を回転駆動しない（ステップ８
４１）。

【００３０】次に検索数が０個以外の時、検索数が１個
であるかどうか判断し（ステップ８５０）、表1のＲ１
ロータ１のように、他のロータ１の距離データＸ１及び
Ｘ２の数値と一致しないような測定距離Ｘが５１ｍｍの
場合は検索数が１個となる。この時ＣＰＵ２１は、登録
された遠心可能なＲ１ロータ１がセットされていて、し
かもそのＲ１ロータ１のカバー１ａは正しく装着されて
いると判断し、スタートキーＯＮ後、遠心用モータ４を
回転駆動し加速させ、予め設定された所定の時間分運転
して、設定時間が経過した後、減速して停止する（ステ
ップ８５１）。

【００３１】もし測定距離Ｘが１３５ｍｍの場合、表1
のＲ３ロータ１のように例えカバー１aが正しく装着さ
れていても、Ｒ４ロータのカバー１ａ非装着時の距離デ
ータ１３５ｍｍと区別が付かないような時は、検索数が
２個となる。このように検索数が２個以上の場合は、Ｃ
ＰＵ２１はロータ１がセットされているもののどの種類
のロータ１なのかを確定できないので、ステップ８６０
へ進み、スタートキーＯＮ後、上述した手法でロータ１
の識別を実行する。ロータ１が確定した後、測定距離Ｘ
とカバー１ａ装着時の距離データＸ１とを比較して、カ
バー１ａが装着されているか否かを判断する（ステップ
８６１）。装着されていれば、ステップ８７０へ進み、
遠心用モータ４を加速させ、所定時間運転する。装着さ
れていない場合は、アラームを表示して遠心用モータ４
を減速して停止する（ステップ８８０）。

【００３２】尚、検索数が１個の場合でも、ステップ８
５１で、ロータ１の識別を実行するようにすると、カバ
ー１ａの有無をより確実に判断でき、信頼性を向上させ
ることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ロータのカバー上空の
ドアにロータ側に向けて測長装置を配置し、該側長装置
によって測長された前記ロータまでの距離データと、ロ
ータの種類を識別するための識別手段を有し、該識別手
段によってロータ種類を特定することで導き出される比
較距離データと、を比較することで、前記ロータの前記
カバーの装着の有無を判別する判断手段を設けたので、
ロータを高速回転させなくても安全に確実にカバーの有
無を検出し、ロータの浮き上がりを未然に防止する遠心
機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す遠心機１１の一部断
面図。

【図２】 本発明の一実施例を示す遠心機１１の制御装
置７の回路を示すブロック図。

【図３】 送受兼用の超音波センサ３を用いた距離測定
回路２７のブロック図。

【図４】 距離測定回路２７の感度調整方法の手順を示
すフローチャート。

【図５】 可変増幅器３５の増幅開始タイミングを調整
する時の各回路部の波形の一例を示した図。

【図６】 近距離測定モード時と遠距離測定モード時に
おける、受信信号の各回路部の波形の一例を示した図。

【図７】 遠心機１１のロータ１及びカバー１ａの装着
の有無を判断する手順を示すフローチャート。

【図８】 カバー１ａの装着の有無を判断する他の判断
手法の一実施例を示すフローチャート。

【図９】 圧力方式によりロータ１の浮き上がりを防止
する遠心機１１の断面図。

【符号の説明】

１はロータ、１aはカバー、２はクラウン、３は超音波
センサ、４は遠心用モータ、５はロータ室、６はドア、
７は制御装置、８は識別センサ、９はドアスイッチ、１
１は遠心機、１２は温度センサ、２１はＣＰＵ、２２は
ＲＯＭ、２３はＲＡＭ、２４はＥＥＰＲＯＭ、２７は距
離測定回路である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二井内 佳能 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 赤津 幸一 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 綿引 孝之 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 4D057 AC01 AC05 AD01 AE11 CA00 CA09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を収容できカバーを有するロータ
   と、該ロータを連結部材を介して回転させる遠心用モー
   タと、前記ロータを収容するロータ室と、該ロータ室の
   上方で該ロータ室を開閉可能に閉塞するドアと、前記ロ
   ータの種類を識別するための識別手段を有する遠心分離
   機において、前記ドアに測長装置を前記ロータ側に向け
   て配置し、該側長装置によって測長された前記ロータま
   での距離データと、前記識別手段により得られた識別信
   号によってロータ種類を特定することで、前記ロータ室
   に収容されるロータに前記カバーが装着されているか否
   かの判断基準として認識する比較距離データと、を比較
   することで前記ロータの前記カバーの有無を判断する判
   断手段を有することを特徴とする遠心分離機。
2. 【請求項２】 前記比較距離データは、前記測長装置か
   ら前記ロータを載置する前記連結部材までの距離Ｈと、
   前記ロータ固有の距離データｈとにより算出される算出
   データであることを特徴とする請求項１記載の遠心分離
   機。
3. 【請求項３】 前記比較距離データは、前記測長装置か
   ら前記ロータに前記カバーが存在しない場合の距離であ
   ることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
4. 【請求項４】 前記比較距離データは、前記測長装置か
   ら前記ロータに前記カバーが存在する場合の距離である
   ことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
5. 【請求項５】 試料を収容できカバーを有するロータ
   と、該ロータを連結部材を介して回転させる遠心用モー
   タと、前記ロータを収容するロータ室と、該ロータ室の
   上方で該ロータ室を開閉可能に閉塞するドアと、前記ロ
   ータの種類を識別するための識別手段を有する遠心機で
   あって、前記ドアには前記ロータまでの距離データを測
   長する測長装置を設け、更に、前記識別手段によって前
   記ロータの種類を選別する第１の工程と、該第１の工程
   により得られた前記ロータの種類に対応する、前記カバ
   ーの有無を判断するための比較距離データを選択する第
   ２の工程と、該第２の工程で選択された比較距離データ
   と、前記測長装置によって得られた距離データとを比較
   して前記カバーの有無を判断する第３の工程、とを有す
   る遠心分離機用ロータのカバー有無検出方法。
6. 【請求項６】 前記第１の工程の前に、前記測長装置に
   よって得られた距離データに基づき、前記連結部材に前
   記ロータが装着されているか否かを判断する工程を有す
   ることを特徴とする遠心分離機用ロータのカバー有無検
   出方法。
7. 【請求項７】 試料を収容できカバーを有するロータ
   と、該ロータを連結部材を介して回転させる遠心用モー
   タと、前記ロータを収容するロータ室と、該ロータ室の
   上方で該ロータ室を開閉可能に閉塞するドアとを有する
   遠心分離機において、前記ドアに前記ロータまでの距離
   を測長する測長手段を設け、且つ、複数のロータのカバ
   ー装着状態とカバー非装着状態とにおける各々の前記ド
   アから前記ロータまでの距離データを有する記憶手段を
   有し、前記測長手段により測長された距離と前記記憶手
   段に記憶されている距離データを比較し、前記測長され
   た距離と一致する距離データが１つであった場合には、
   前記記憶手段に記憶されている距離データに対応するロ
   ータであると判別することを特徴とする遠心分離機。