JP2007029907A

JP2007029907A - 遠心分離機

Info

Publication number: JP2007029907A
Application number: JP2005219742A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahashi; 廣之高橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】本発明の目的は、コスト高の絶縁トランスの使用やモータの二重絶縁構造または強化絶縁構造の使用をすることなく、またモータに不要な帯電をさせることもなく、比較的簡単な構成により漏洩電流の低減と感電防止手段の二重化を図った遠心分離機を提供することにある。
【解決手段】電気的に導通または非導通する開閉装置４をモータ接地接続線８に電気的接続し、ドア３が閉塞されているときに開閉装置４を非導通とするように構成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心分離機の安全構造に関し、特に、電気的安全性を向上させるための接地構造に関するものである。

遠心分離機は、分離すべき試料をチューブやボトルを介して保持させたロータをロータ室（回転室）の中に収容し、ドアによってロータ室の開口部を密閉した状態で、モータ等の駆動装置によって、ロータを高速に回転させることによって、ロータに保持された試料の分離、精製等を行うものである。ロータの回転速度は用途によって異なり、最高回転速度が数千回転（ｒｐｍ）程度の比較的低速のものから、最高回転速度が１５万回転（ｒｐｍ）程度の高速のものまで、幅広い回転速度をもつ製品群が一般に提供されている。

周知の遠心分離機の構成図を図９に示す。遠心分離機は、回転駆動源であるモータ５と、モータ５の回転軸（シャフト）５ａと、回転軸５ａに固定され、分離する試料を保持するロータ１と、ロータ１を収容し、上面に開口部２ａを有するロータ室２と、ロータ室２の開口部２ａに開閉自在に設けられたドア３と、ドア３の開閉を制限するドアロック機構１４と、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器１５と、モータ５及びドアロック機構１４を制御する制御装置６とを備え、モータ５、ロータ室２、ドアロック機構１４、および制御装置６は筐体（フレーム）１０に収納されている。

ロータ室２のドア３を開けたときにモータ５の回転軸５ａや、回転軸５ａと電気的に導通し得るロータ１に使用者が接触することがあるため、一般にモータ５の巻線と回転軸５ａの間に電気的な絶縁層を施して感電を防止することが行われている。

さらに、万が一そのような絶縁層が絶縁破壊して回転軸５ａに電源電圧が発生しないようにするため、モータ５を電気的に接地接続線８により接地することで、感電防止手段を二重化している。通常、遠心分離機の筐体１０が接地接続線９に接続されているので、モータ５の接地接続線８は、モータ５の付近に位置する遠心分離機の筐体１０の一部に電気的接続することが行われている。なお、遠心分離機の漏洩電流は、ＪＩＳ（日本工業規格）やＩＥＣ（国際電気標準会議）などで規定された安全規格により、所定の漏洩電流以下に制限され、さらに使用者が接触する可能性のある遠心分離機の部材に対しては、一重絶縁構造と接地接続線との感電防止対策や、二重絶縁構造などの複数の感電防止手段を設置することが義務付けられている。

一方、モータ５は、モータ巻線の周囲に生ずる浮遊容量などの影響により接地接続線に対し、漏洩電流を発生させ、遠心分離機の筐体に流れる全体の漏洩電流を大きくさせる特質があり、上記した安全規格に規定された漏洩電流の規制値以下に制限することが困難となる場合がある。このため、図８に示すように、二次側に接地接続線を必要としない絶縁トランス１３を使用することによって、漏洩電流の低減を図ることが行われている。

また、漏洩電流の低減にはモータ５の接地接続線８を削除することが効果的であるが、モータ５の接地接続線８を削除した上で複数の感電防止手段を実現するためには、モータ自体を二重絶縁、または二重絶縁と同等とみなされる強化絶縁にする必要がある。

なお、上記従来技術に関し、モータの回転子巻線と回転軸の間に電気的な絶縁層を施して感電を防止する技術、またはモータの筐体も絶縁物で構成した、所謂、二重絶縁の技術が下記特許文献１に示されている。また、絶縁トランスによる漏洩電流の防止技術に関しては、下記特許文献２に示されている。

実公昭６０−２０７５３号公報特開平９−１８７４２８号公報

上述したモータの二重絶縁または強化絶縁した構造、および絶縁トランスを使用した構造は、モータの接地接続線を削除して漏洩電流も低減できる点で有利であるが、その構造上、コスト増加を招くという問題がある。

逆に、モータ接地接続線を使用して漏洩電流が規制値を超えた場合は、例えば、漏洩電流発生部分となる駆動回路を遠心分離機の筐体から遠ざけたり、漏洩電流発生部分となる電気的ノイズ抑制回路の定数や構成を見直して漏洩電流の発生を防止したりする等の漏洩電流防止対策を必要とする問題がある。

一方、本願出願人は、先の特許願２００５−３６０３号において、漏洩電流の低減と感電防止の二重化を図った遠心分離機を提案した。一般に、ロータ室のドアを閉じなければモータの運転ができないこと、ロータ室のドアを開放するときはモータが停止していること、および上記モータの運転中は不要な誘導電圧もしくはノイズ電圧が発生し、モータの停止中はそのような不要電圧が発生しないことに着目し、先に提案した遠心分離機では、接地接続線の回路中に開閉装置を挿入し、制御回路装置によって、該開閉装置をドアの開閉に従って閉塞または開放に制御することを特徴とする。しかし、この遠心分離機では、接地接続線の開閉駆動や、開閉タイミングを決定する制御回路が比較的複雑となり、また開閉装置以外の部分でコストも増加するという問題がある。

従って、本発明の目的は、上記したコスト高の絶縁トランスの使用やモータの二重絶縁構造または強化絶縁構造の使用をすることなく、またモータに不要な帯電をさせることもなく、比較的簡単な構成により漏洩電流の低減と感電防止の二重化を図った遠心分離機を提供することにある。

本願発明者は、上記目的を達成するために、次のような遠心分離機の特殊性について着眼し発明を構成した。すなわち、遠心分離機は、通常、運転時の万が一の機械的な破損等に対する安全確保のために、運転中はロータ室のドアを閉じなければ運転できないようになっている。従って、遠心分離機の使用者は、ドアの閉塞によって運転中のモータの回転軸やロータに接触することができないので、モータまたはモータハウジングへの接触による感電を防止することができる点について着眼した。またドアの閉塞により、モータの巻線に施した絶縁層と併せて感電防止手段の二重化を図ることができるので、モータハウジングの接地は省略できる。一方、遠心分離機が停止しているときは、使用者がドアを開けてロータなどに接触することができるので、電気的な安全確保のために二重絶縁や強化絶縁構造を持たないモータハウジングにおいては接地接続が必要となる。しかし、停止中は、モータ駆動回路のインバータ等のスイッチング回路が停止して回路が遮断される等の理由により、モータからの漏洩電流は小さくなるということに着眼した。本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、以下の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、回転駆動源であるモータと、該モータに回転可能に接続された回転軸と、該回転軸に係合され、分離する試料を保持するロータと、該ロータを収容し、開口部を有するロータ室と、該ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記モータを電気的に接地するための接地接続線とを有する遠心分離機において、電気的に導通または非導通する開閉装置が前記モータと前記接地接続線との間に電気的接続され、前記ドアが閉塞されているときに、前記ドアに設けられた当接部材によって、前記開閉装置が非導通となるように構成する。

本発明の他の特徴によれば、前記遠心分離機は、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記ドアロック機構を制御する制御装置とをさらに具備し、前記制御装置は、前記ドアが閉塞され、かつ前記モータが回転しているときに、前記ドアロック機構が前記ドアを開放させないようにロックさせる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記開閉装置は、モータ側に電気的接続された第１の接点と、接地接続線に電気的接続された第２の接点と、該第２の接点を保持し、かつ該第２の接点を前記第１の接点に押圧する弾力性部材とを含み、前記ドアに設けられた前記当接部材によって前記弾力性部材を変形させることにより、前記第２の接点を前記第１の接点より離間させて非導通とさせる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記開閉装置は、第１の接点が固定された第１の弾力性部材と、第２の接点が固定された第２の弾力性部材とを具備し、該第１の接点および該第２の接点とが互いに押圧するように前記第１の弾力性部材と前記第２の弾力性部材とを近接させた構造を有し、かつ前記当接部材は絶縁材料で構成し、前記ドアが閉塞されているときに、前記当接部材を前記第１の接点と前記第２の接点との間に係合させることにより、前記第１の接点および前記第２の接点を互いに離間させて非導通とさせる。

本発明によれば、ドアの開閉と共にモータの接地接続線の導通または非導通を切換えることにより漏洩電流の低減と感電防止手段の二重化を図ることができるので、従来のような絶縁トランスの追加や、モータの二重絶縁または強化絶縁を不要とし、簡単な構成でコスト低廉な遠心分離機を提供することができる。

本発明の上記目的および他の目的、ならびに上記特徴および他の特徴は、以下の本明細書の記述および添付図面よりさらに明らかとなるであろう。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、繰返しの説明を省略する。また、上記背景技術と同一機能を有する部材についても、背景技術と同一の符号を付してある。

図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る遠心分離機の構成図を示し、特に、図１はロータ１が停止しドア３が開けられているときの状態図、図２はロータ１が回転できるようにドア３が閉められているときの状態図をそれぞれ示す。

遠心分離機は、上面から見た断面形状が、例えばほぼ四角形を有する金属材料の筐体（フレーム）１０を備え、その内部に組立てられ、収納された、回転駆動源であるモータ５と、モータ５に回転可能に接続された金属材料の回転軸（シャフト）５ａと、回転軸５ａに固定され、分離する試料を保持する金属材料（例えば、アルミニウム合金）のロータ１と、ロータ１を収容し、上面に開口部２ａを有し、金属材料のボウル等で区画されたロータ室２と、筐体１０内に形成されたロータ室２の開口部２ａに開閉自在に設けられたドア３と、ドア３の開閉を制限するドアロック機構１４と、接地接続線８の線路に挿入された開閉装置４と、モータ５およびドアロック機構１４を制御する制御装置６とを備える。筐体１０は接地接続線９を通してアースに電気的接続されて、筐体１０を通して流れる漏洩電流を接地に流すようにしている。モータ５は、例えば誘導モータから構成される。図示されていないが、このモータの駆動回路は、制御装置６の中に構成され、電源１１によって電力が供給される。電源１１は、例えば商用交流電源１００Ｖまたは２００Ｖ（５０／６０Ｈｚ）から成り、この商用交流電源はインバータの使用によって、三相交流電源３００Ｖ（５Ｈｚ〜２．６ｋＨｚ）に変換され、誘導モータの駆動電源として使用される。すなわち、電源１１の電力は制御装置６内に構成されたインバータを介してモータ５の巻線に供給される。従って、モータ５の運転中には、高い駆動電圧または誘起サージ電圧（ノイズ電圧）に基づいて、浮遊容量を介して比較的大きい漏洩電流がモータ５の接地接続線８に流れる恐れがある。また、モータ５の停止中には、低い商用交流電圧がインバータ等の浮遊容量を介して比較的小さい漏洩電流としてモータ５の接地接続線８に流れる恐れがあるが、接地接続線８に流れる漏洩電流は、本発明に従って、モータ５の接地接続線８の線路中に挿入された開閉装置４を通し、筐体１０の接地接続線９に供給されてアースされる。

ドアロック機構１４は、ドア３が閉塞され、かつモータ５が回転しているときに、ドア３を開放させないようにロックさせるもので、ドア３の一部に固定され、かつ後述する当接部材として兼用されるドアフック部材１２と、該ドアフック部材１２と係合するドアロック部材１４ａとを含む。図２に示されるように、制御装置６によって、モータ５の回転を検出する回転検出器（図示なし）からの信号およびモータの駆動開始信号を受け、ドアロック部材１４ａをドアフック部材（当接部材）１２に係合させ、モータ５の回転中、ドア３を開放させないようにドア３の閉塞をロックする。

本発明に従って挿入される開閉装置４は、モータ５のモータハウジングに電気的接続された第１の接点４ａと、接地接続線９に電気的接続された第２の接点４ｂと、該第２の接点４ｂを保持し、かつ該第２の接点４ｂを前記第１の接点４ａに押圧する弾力性部材４ｄとを含み、図２に示すように、ドア３の一部またはドア３に設けられたドアフック部材と兼用する当接部材１２によって弾力性部材４ｄを変形させることにより、第２の接点４ｂを第１の接点４ａより離間させて非導通とさせる。開閉装置４は、例えば銅板や金メッキ接点などによって構成される。本実施例では、第１の接点４ａを保持する部材４ｃは必ずしも弾力性部材で構成する必要がない。

次に、開閉装置４の動作について図７のフローチャートを参照して説明する。

図７に示すように、まず使用者は分離する試料をロータ１にセットし（ステップ１００）、ドア３を閉じる（ステップ１０１）。このときドア３のドアフック部材１２が、図２に示すように、開閉装置４に対し当接部材として作用し、当接部材１２が開閉装置４を非導通状態（遮断状態）にする（ステップ１０１ａ）。次に、使用者は、操作パネル１７のスタートボタン（図示なし）を押して遠心を開始する（ステップ１０２）。制御装置６は、ドアロック機構１４を動作させてドアロックを行い、モータ５の駆動を開始し（ステップ１０３）、モータ５が回転する（ステップ１０４）。

このような動作により、上記ステップ１０３ではモータ５が駆動された状態となるので、モータ５には高い駆動電圧や誘起サージ電圧（ノイズ電圧）などが発生し、接地接続線８に対して浮遊容量を介して伝搬される恐れがある。しかし開閉装置４が非導通状態となっているので、仮に接地接続線８に上記したような好ましくない誘起電圧が伝搬されたとしても、その電圧に基づく電流が遠心分離機本体の筐体１０の接地接続線９に流れることはない。その結果、筐体１０の接地接続線９に流れる漏洩電流をＪＩＳやＩＥＣなどの安全規格で規定された安全規格値以下に低減することができる。また、使用者がロータ１に触れることができないようにドア３が閉じられていることが感電防止手段となっているので、モータ５の絶縁と併せてＪＩＳやＩＥＣで規定されている感電防止手段の複数化が維持できる。

一方、使用者が操作パネル１７のストップボタン（図示なし）を押すなどして遠心を終了すると（ステップ１０５）、モータ５は減速の駆動を行い、やがてモータ５は停止する（ステップ１０６）。制御装置６がモータ駆動を停止すると（ステップ１０７）、ドアロック機構１４のドアロック部材１４ａもドアフック部材１２から解除される。その後、使用者はドア３を開けて試料等を取り出す（ステップ１０８）。ドア３が完全に開かれた状態では、ドア３の当接部材（ドアフック部材）１２が開閉装置４の弾力部材４ｄから離れ、弾力部材４ｄの撓み（変形）を元に戻し、これにより、開閉装置４は導通状態（接続状態）になり（ステップ１０８ａ）、モータ５のモータハウジングは接地接続線９を介して接地される。このとき、制御装置６はモータ５を駆動していないので、モータ５（ハウジング）から筐体１０に流れる漏洩電流も小さい。したがって、接地接続線９に流れる漏洩電流を安全規格値以下に低減させることができる。さらに、モータ５の絶縁と、接地接続線８、筐体１０、接地接続線９によるモータ５の接地によって、安全規格で規定された複数の感電防止手段が実現されている。

上記実施形態では、図１および図２に示したように、開閉装置４の開閉は、一対の接点４ａおよび４ｂと、ドア３に設けられた当接部材（ドアフック部材）１２との組合せにより、当接部材１２によって一方の弾力性部材４ｄのみに撓み（変形）を与えて電気的開閉を行った。このとき、当接部材１２には金属材料（導電材料）を用いることもできる。上記実施例では、特に、当接部材１２が接地接続線９に接続される接点４ｂを保持する弾力性部材４ｄ側に当接するように設計されている。これにより、当接部材１２を金属材料で構成しても接地接続線９を押圧するので、万が一発生するかも知れない感電を防止できる。

第２の実施形態として、図３および図４に示すように、当接部材１２は、ドア３に取り付けられた絶縁材料の棒状体、または絶縁材料で覆われた金属材料の棒状体から構成できる。すなわち、当接部材１２の少なくとも表面部は絶縁材料の絶縁層とし、第１の接点４ａが固定された第１の弾力性部材４ｃと、第２の接点４ｂが固定された第２の弾力性部材４ｄとを具備させ、図３に示されるようにドア３が開放された状態では、該第１の接点４ａおよび該第２の接点４ｂとが互いに押圧するように第１の弾力性部材４ｃと第２の弾力性部材４ｄとを近接させた構造とし、図４に示すようにドア３が閉塞されたときに、当接部材１２を第１の接点４ａと第２の接点４ｂとの間に挿入し、係合させることにより、第１の接点４ａおよび第２の接点４ｂを互いに離間させて非導通とさせる構造とする。この第２の実施形態に従って、上記第１の実施形態と同様な感電防止の効果を得ることができる。

さらに、第３の実施形態として、図５および図６に示すように、開閉力を補助するガススプリング１６を用いてドア３の開閉を円滑に行う場合においても、ガススプリング１６の一対の取付け部材１６ａ、１６ｂのうち、一方の取付け部材１６ａによって、図１および図２に示したものと同様な開閉装置４を駆動することができる。図５または図６に示すように、ガススプリング１６は、その一端が取付け部材１６ｂによって筐体１０の内側面（図示なし）に回動自在に取付けられ、その他端が取付け部材１６ａによってドア３の内側面に回動自在に取付けられる。このガススプリング１６に、図１に示した開閉装置４と同様な開閉装置４を組み合わせる。すなわち、開閉装置４の開閉は、一対の接点４ａおよび４ｂに、ドア３に設けられた取付け部材１６ａを当接部材として組合せ、図５に示すようにドア３の開放状態では開閉装置４を閉じて、逆に、図６に示すようにドア３の閉塞状態では取付け部材（当接部材）１６ａによって一方の弾力性部材４ｄに撓みすなわち変形を与えて開閉装置４を開くように構成する。この第３の実施形態によっても所期の効果を得ることができる。

以上の説明より明らかにされるように、本発明によれば、開閉装置をモータ接地接続線路中に挿入し、その導通、非導通の開閉をドアによって行うことによって遠心分離機の筐体の接地接続線に流れる漏洩電流を低減せしめ、かつ複数の感電防止手段を図ることができるので、モータの回転軸や遠心分離機のロータに絶縁材料を使用する必要がなく、比較的簡単な構成により所期の目的を達成することができる。特に、本発明によれば、制御装置の動作タイミングを考慮することなく、遠心分離機のドアの開閉に応答して機械的に開閉を行う開閉装置を取付ければ良いので、感電防止対策が容易に実施できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の第１の実施形態に係る遠心分離機の構成図。図１に示す遠心分離機においてドアを閉じた状態の構成図。本発明の第２の実施形態に係る遠心分離機の構成図。図３に示す遠心分離機においてドアを閉じた状態の構成図。本発明の第３の実施形態に係る遠心分離機の構成図。図５に示す遠心分離機においてドアを閉じた状態の構成図。本発明の遠心分離機における動作を示すフローチャート。従来技術の一例を示す遠心分離機の構成図。従来技術の他の例を示す遠心分離機の構成図。

符号の説明

１：ロータ２：ロータ室２ａ：ロータ室の開口部３：ドア
４：開閉装置４ａ：第１の接点４ｂ：第２の接点
４ｃ：第１の弾力部材４ｄ：第２の弾力部材５：モータ
５ａ：回転軸（シャフト）６：制御装置８：モータ接地接続線
９：筐体接地接続線１０：遠心機本体の筐体１１：交流電源（商用交流電源）
１２：当接部材（ドアフック部材）１３：絶縁トランス
１４：ドアロック機構１４ａ：ドアロック部材１５：ドア開閉検出器
１６：ガススプリング１６ａ、１６ｂ：取付け部材１７：操作パネル

Claims

回転駆動源であるモータと、該モータに回転可能に接続された回転軸と、該回転軸に係合され、分離する試料を保持するロータと、該ロータを収容し、開口部を有するロータ室と、該ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記モータを電気的に接地するための接地接続線とを有する遠心分離機において、
電気的に導通または非導通する開閉装置が前記モータと前記接地接続線との間に電気的接続され、前記ドアが閉塞されているときに、前記ドアに設けられた当接部材によって、前記開閉装置が非導通となるように構成することを特徴とする遠心分離機。
前記遠心分離機は、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記ドアロック機構を制御する制御装置とをさらに具備し、前記制御装置は、前記ドアが閉塞され、かつ前記モータが回転しているときに、前記ドアロック機構が前記ドアを開放させないようにロックさせることを特徴とする請求項１に記載された遠心分離機。
前記開閉装置は、モータ側に電気的接続された第１の接点と、接地接続線に電気的接続された第２の接点と、該第２の接点を保持し、かつ該第２の接点を前記第１の接点に押圧する弾力性部材とを含み、前記ドアに設けられた前記当接部材によって前記弾力性部材を変形させることにより、前記第２の接点を前記第１の接点より離間させて非導通とさせることを特徴とする請求項１または２に記載された遠心分離機。
前記開閉装置は、第１の接点が固定された第１の弾力性部材と、第２の接点が固定された第２の弾力性部材とを具備し、該第１の接点および該第２の接点とが互いに押圧するように前記第１の弾力性部材と前記第２の弾力性部材とを近接させた構造を有し、かつ前記当接部材は絶縁材料で構成し、前記ドアが閉塞されているときに、前記当接部材を前記第１の接点と前記第２の接点との間に係合させることにより、前記第１の接点および前記第２の接点を互いに離間させて非導通とさせることを特徴とする請求項１または２に記載された遠心分離機。