JP2007098260A - 遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】 動力伝達部材の機械的消耗を最小限に抑え、異常を早期に検出できる耐久性及び信頼性に優れた遠心分離機を提供する。
【解決手段】 モータ４の回転をベルト５等の動力伝達部材を介してロータ２に伝達する遠心分離機１において、モータ回転信号周波数ｆｍとロータ回転信号周波数ｆｒを算出し、両者の周波数比Ａを求める。周波数比Ａが第１の範囲を超えた場合には、メインテナンスを促すワーニング表示を行い、第２の範囲を超えた場合にはアラーム表示を行いモータ４を停止する。これにより、動力伝達部材の消耗の度合いに合わせた制御ができ、動力伝達部材の寿命を延長するとともに、モータ４や動力伝達部材の破損を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータの駆動力をベルト等によって間接的にロータの回転軸に伝達する機構を有する遠心分離機に関する。

遠心分離機のロータを回転駆動する方式は、大別すると、モータの回転軸にロータを直結させて駆動するダイレクト駆動方式と、ベルト等の動力伝達部材を介して間接的に駆動する間接駆動方式の２通りがある。これら２通りの駆動方式のうち、構造の簡易性と駆動力の伝達効率の高さからダイレクト駆動方式が主流である。しかし、ダイレクト駆動方式では、ロータの回転軸上にモータを配置する必要があるため、設置位置が限定され、高さ方向の寸法が増大してしまう。

そのため、例えば卓上形の遠心分離機のようにできるだけ回転室にアクセスする高さを低くした方が使い勝手が良い場合には、ダイレクト駆動方式よりも間接駆動方式の遠心分離機を用いる方が好適である。間接駆動方式の遠心分離機では、モータを回転室の横に配置し、ベルト等の動力伝達部材を使用して動力を伝達するので、本体の高さを低くした遠心分離機とすることができる。また、上記以外でも、他の用途を目的に設計されたモータを転用する場合や、装置内部のユニットの配置の関係等の理由により、ダイレクト駆動ができない場合には、間接駆動方式が用いられる。

一方、上記のように間接的にモータの動力を伝達する場合のモータ制御方法として、ロータの回転速度を使用者が希望する回転速度に制御するため、ロータまたはロータの回転軸にマグネットまたはスリットを有した円盤等を設け、これをホール素子やフォトインタラプタ等で回転速度に比例した周波数の信号パルスとして出力するようにし、この信号パルスを受けたマイクロプロセッサ等の処理装置でロータの回転速度を算出し、ロータの回転速度が設定された回転速度となるようにモータを制御する方式が用いられる。また、ロータの回転速度検出用の信号パルスはロータ自身に設けられたマグネットをホール素子で検出する方式が多く、ロータの判別や、許容最高回転速度の識別信号と兼用する場合もある。

上記のような制御方式では、動力伝達部材でのスリップが発生した場合、動力伝達部材の劣化を加速することになる。こうした動力伝達部材に支障をきたしたまま運転を継続使用した場合、モータの過負荷による破損や、動力伝達部材の破損につながり、最終的にはモータの回転速度を上げてもロータが回転不能または設定回転速度に到達できない状態となる。そこで、モータの破損を防ぐためモータとロータの回転信号を比較して異常を検出する手段が提案されているが（例えば、特許文献１参照）、ベルト等の伝達方式では、スリップを完全に無くすことはできないため、単純に比較するだけの異常検出では冗長性に欠け、エラーが度々発生し、使い勝手が悪くなってしまう。そのため、冗長性を持たせた異常検出方法を採用した遠心分離機も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０-１１８５２９号公報 特開２００３-１０７３４号公報

このように、上記した従来の動力伝達部材を用いた遠心分離機においては、動力伝達部材の消耗の抑制、およびモータの破損等の防止に対する施策は万全ではなかった。

そこで、本発明の目的は、モータの駆動軸とロータの回転軸をベルト等で連結して駆動する遠心分離機において、異常検出に冗長性を持たせ、使い勝手を向上させると共に、ベルト等の動力伝達部材の磨耗や伸び等の機械的消耗を最小限に抑え、万一故障が発生した場合でもモータ等の破損を防止して装置に与える損害を軽微にできる信頼性および耐久性に優れた遠心分離機を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、動力を発生するモータと、遠心分離する試料を収容するロータと、前記ロータを回転支承する回転軸と、前記モータの動力を前記回転軸に間接的に伝達する動力伝達部材を有した遠心分離機であって、前記モータの回転周波数に応じた周波数の第１信号パルスを発生させる第１パルス発生手段と、前記ロータの回転周波数に応じた周波数の第２信号パルスを発生させる第２パルス発生手段と、前記第１信号パルスと前記第２信号パルスとの周波数比、または単位時間当たりの前記第１信号パルスと前記第２信号パルスとのパルス数の比を算出する周波数比算出手段と、を備えたことを特徴とする。上記遠心分離機によれば、上記周波数比またはパルス数の比を算出することで動力伝達部材の消耗の状態を認知することが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遠心分離機において、前記周波数比または前記パルス数の比のいずれかが予め定めた第１の範囲から外れた場合に、使用者に報知する警告手段を備えることを特徴とする。警告手段を設けることで、動力伝達部材の消耗度が進む前にメインテナンスを行う等の対策が可能になり、異常検出に冗長性を持たせることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の遠心分離機において、第２の範囲を、前記第１の範囲を含み、かつ前記第１の範囲よりも広い範囲として予め定め、前記周波数比または前記パルス数の比のいずれかが前記第２の範囲から外れた場合に、前記モータを停止することを特徴とする。モータを停止することにより、動力伝達部材のすべりが一定以上に達した場合のモータの過負荷による破損や、動力伝達部材の破損などを回避することができ、信頼性を向上することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の遠心分離機において、前記周波数比または前記パルス数の比のいずれかが前記第１の範囲から外れないように、前記モータのトルクを制御するトルク制御手段を備えたことを特徴とする。トルクの制御により、動力伝達部材の消耗の度合いに合わせた制御ができ、動力伝達部材の寿命を延長することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の遠心分離機において、前記動力伝達部材は、前記モータの駆動軸に設けた第１のプーリーと、前記ロータの回転軸に設けた第２のプーリーの両方に係合して動力を伝達するベルトで構成されていることを特徴とする。上記動力伝達部材により、モータの回転を確実にロータに伝達できる。

本発明によれば、異常検出に冗長性を持たせることができ、使い勝手が良くなるとともに、動力伝達部材の消耗の度合いに合わせた制御が可能となるため、動力伝達部材の機械的消耗を最小限に抑えることができ、耐久性及び信頼性に優れた遠心分離機を提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態による遠心分離機について説明する。まず図１〜図１２Ｂを参照しながら、本発明の第１の実施の形態による遠心分離機の構成及び動作を説明する。

図１は、第１の実施の形態による遠心分離機１の断面図である。図１に示すように、遠心分離機１は、モータ４の回転をベルト５等を介して回転軸３に伝達し、回転軸３に装着されたロータ２を回転させてロータ２内に保持された試料を遠心分離する装置である。回転軸３は、遠心分離機１に回転可能に支持されている。

遠心分離機１においては、筐体１５内部に回転室１３が設けられ、回転室１３内に、試料を保持するロータ２、ロータ２が着脱可能に装着される回転軸３が配置されている。筐体１５内の回転室１３の外部にモータ４、ベルト５、制御装置７が配置されている。筐体１５の上部に筐体１５の蓋になるドア６、回転数表示、アラーム表示などを行う表示パネル１２を備えている。

ロータ２は複数種類の中から選択したものを使用することができ、交換可能である。ロータ２の底部には、装着されたロータ２の種類を識別するための識別子２ａが配置されている。本実施の形態では、磁石を識別子２ａとして用いており、ロータ２の底面の同心円上に、ロータ２の種類毎に定められた所定の角度の組み合わせに従い２以上の識別子２ａが配列されている。識別子２ａの配置、数等の情報は、ロータ２固有の情報としてロータ２の種類と対応して予め制御装置７の記憶領域に記憶しておき、ロータ２の種類を特定する際に参照する。

ロータ２の下方には、ロータ回転信号１１を発生するロータ回転信号発生器８が備えられている。ロータ回転信号発生器８はホール素子で構成され、識別子２ａと対向可能な位置に配置されている。ロータ回転信号発生器８は識別子２ａの位置、数等に応じたロータ回転信号１１を発生し、制御装置７に送信する。

モータ４の上方には、モータ４の回転数を計測し、計測した回転数に比例したパルス周波数のモータ回転信号１０を発生するモータ回転信号発生器４ｄを備えている。モータ回転信号発生器４ｄは、モータ回転信号１０を制御装置７に送信する。モータ４の回転は、回転軸４ａ、プーリー４ｂ、ベルト５、プーリー３ｂを介して回転軸３に伝導されてロータ２を回転させる。

図２は、制御装置７のブロック図である。制御装置７は、遠心分離機１における各データの授受や遠心処理動作を制御する。図２に示すように制御装置７は、中央演算処理装置としてＣＰＵ７ａを有している。ＣＰＵ７ａは、遠心分離機１の遠心処理動作、ロータ２の識別処理動作、モータ４の回転制御動作等を制御する装置である。ＣＰＵ７ａは、メモリ（図示せず）を内蔵している。ＣＰＵ７ａには、カウンタ７ｂ、７ｃ、モータ制御回路７ｄが接続され、更にカウンタ７ｂ、７ｃにクロック７ｅが接続されている。また、制御装置７には、モータ回転信号発生器４ｄからモータ回転信号１０が、ロータ回転信号発生器８からロータ回転信号１１が入力される。制御装置７は、モータ回転信号１０、ロータ回転信号１１から算出したモータ４、ロータ２の回転速度を参照し、使用者が設定した回転速度にて安定制御するように、モータ制御回路７ｄを介してモータ４を制御する。

カウンタ７ｂは、ＣＰＵ７ａにより制御されて、クロック７ｅから入力するクロックに応じてモータ回転信号１０のパルス間の時間をカウントする。カウンタ７ｃは、ＣＰＵ７ａに制御されて、クロック７ｅから入力するクロックに応じてロータ回転信号１１のパルス間の時間をカウントする。モータ制御回路７ｄは、ＣＰＵ７ａに制御されてモータ４の回転を制御する信号をモータ４に出力する。

図３は、モータ回転信号１０、ロータ回転信号１１、およびタイマ割り込み信号の一例を示すタイミングチャートである。図３に示すように、モータ回転信号１０は、例えば、モータ１回転あたり６つのパルスを出力するパルス信号である。ロータ回転信号１１は、例えば、ロータ１回転あたり２つのパルスを出力するパルス信号である。ロータ回転信号１１のロータ１回転あたりのパルス数は、ロータ２の種類に応じて配置された識別子２ａの数に等しい。ＣＰＵ７ａは、モータ回転信号１０の立ち上がりエッジを検知した信号１０ａをトリガとして、モータ回転信号１０の各パルス間のカウント値をカウンタ７ｂから読み込む割り込み処理ａを行う。同様に、ＣＰＵ７ａは、ロータ回転信号１１の立ち上がりエッジを検知した信号１１ａをトリガとして、ロータ回転信号１１の各パルス間のカウント値をカウンタ７ｃから読み込む割り込み処理ｂを行う。

次に、図４から図１２Ｂを参照しながら、第１の実施の形態による遠心分離機１におけるモータ回転制御方法について説明する。図４は、第１の実施の形態による遠心分離機１におけるモータ回転制御方法を説明するメインフローチャートである。

図４に示すように、まず、モータ回転信号周波数ｆｍの算出処理を行う（ステップ３１）。モータ回転信号周波数ｆｍの算出処理を、図５〜図７を参照しながら説明する。図５は、モータ回転信号周波数ｆｍの算出処理を説明するフローチャート、図６は、モータ回転信号１０及びカウンタ７ｂのタイミングチャート、図７は、割り込み処理ａを説明するフローチャートである。

図５に示すように、カウンタ７ｂで、モータ回転信号１０のパルス間の時間をカウントする（ステップ１０１）。その間、割り込み処理ａが適宜行われる。カウンタ７ｂは、図示はしないが既知の周波数ｆｃ、例えば２０MHzで発振するクロック７ｅの信号の立ち上がりエッジによりカウントアップ動作する。一方、ＣＰＵ７ａは、図６に示すように、モータ回転信号１０の立ち上がりエッジ、即ち時刻ｔ１１、ｔ１２、…を検知して、割り込み処理ａにてカウンタ７ｂの値をメモリに読み込んだ後にカウンタ７ｂのカウント値をクリアするようにプログラムする。

即ち、図６に示すようにモータ回転信号１０の時刻ｔ１１でカウンタ７ｂをクリアし、時刻ｔ１２までカウントアップする。時刻ｔ１２では、モータ回転信号１０の立ち上がりが検知されるので、割り込み処理ａが行われる。割り込み処理ａでは図７に示すように、読み込みが１回目であるか否かを判定する（ステップ１１１）。１回目である場合には、カウンタ７ｂのカウント値Ｘ１をメモリＴＭ１に保存する（ステップ１１２）。続いてカウンタ７ｂの読み込み回数の記憶値をプラス１して１とし（ステップ１２４）、カウンタ７ｂをクリアして（ステップ１２５）、ステップ１０１に戻る。

同様に、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで、カウンタ７ｂはクロック７ｅの信号の立ち上がりエッジでカウントアップし、時刻ｔ１３になると割り込み処理ａが行われ、図７のステップ１１３で読み込み２回目と判断されて、カウンタ７ｂのカウント値Ｘ２をメモリＴＭ２に保存する（ステップ１１４）。更に、カウンタ７ｂをクリアして（ステップ１２５）、ステップ１０１に戻る。

以下順次同様にして割り込み処理ａを行い、メモリＴＭ３〜ＴＭ６に夫々カウント値Ｘ３〜Ｘ６を記憶する（ステップ１１５〜ステップ１２２）。６回目のカウント値の読み込み（ステップ１２２）の後は、カウンタ７ｂの読み込み回数に１を記憶して（ステップ１２３）、ステップ１０１に戻る。このとき、図６の区間Ｔｍ１〜Ｔｍ６の各区間のカウント値Ｘ１〜Ｘ６が保持される。

図５に戻って、メモリＴＭ１から読み込んだカウント値Ｘ１を読み出す（ステップ１０２）。カウンタ７ｂの周波数をｆｃヘルツであるとすると、１カウントに対しての時間が１／ｆｃ秒となる。このとき、区間Ｔｍ１のカウンタ７ｂのカウント値がＸ１であるから、時刻ｔ１１からｔ１２の時間は、Ｘ１／ｆｃ秒となり、モータ回転信号１０のパルス周期はｆｃ／Ｘ１ヘルツと得られるので、これをモータ回転信号周波数ｆｍに保存する（ステップ１０３）。ここで、モータ回転信号１０のパルス周期は、メモリＴＭ１のカウント値Ｘ１のみでなく、適宜カウント値Ｘ２〜Ｘ６を用いて同様に計算するようにしてもよい。

なお、図３に示すように、モータ回転信号１０が１回転当たり等間隔で６パルスである場合、図４には示していないが、区間Ｔｍ１〜Ｔｍ６のカウント値を合計し、同様の計算を行えばモータの回転周波数が得られる。よって、モータ周波数＝ｆｃ／（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋Ｘ５＋Ｘ６）（ヘルツ）となる。このモータ周波数は、モータ制御回路７ｄがモータ４の回転を制御する際に参照される。

図４に戻って、ロータ回転信号周波数ｆｒの算出処理を行う（ステップ３２）。ロータ回転信号周波数ｆｒの算出処理を、図８〜図１０を参照しながら説明する。図８は、ロータ回転信号周波数ｆｒの算出処理を説明するフローチャート、図９は、ロータ回転信号１１及びカウンタ７ｃのタイミングチャート、図１０は、割り込み処理ｂを説明するフローチャートである。

図８に示すように、カウンタ７ｃで、モータ回転信号１１のパルス間の時間をカウントする（ステップ２０１）。その間、割り込み処理ｂが適宜行われる。カウンタ７ｃは、カウンタ７ｂと同様にクロック７ｅの信号の立ち上がりエッジによりカウントアップ動作する。一方ＣＰＵ７ａは、図９に示すように、ロータ回転信号１１の立ち上がりエッジ、即ち時刻ｔ２１、ｔ２２、…を検知して、割り込み処理ｂにてカウンタ７ｃの値をメモリに読み込んだ後にカウンタ７ｃのカウント値をクリアするようにプログラムする。

即ち、図９に示すようにロータ回転信号１１の時刻ｔ２１でカウンタ７ｃをクリアし、時刻ｔ２２までカウントアップする。時刻ｔ２２では、ロータ回転信号１１の立ち上がりが検知されるので、割り込み処理ｂが行われる。割り込み処理ｂでは図１０に示すように、読み込みが１回目であるか否かを判定する（ステップ２１１）。１回目である場合には、カウンタ７ｃのカウント値Ｙ１をメモリＴＲ１に保存する（ステップ２１２）。続いてカウンタ７ｃの読み込み回数の記憶値をプラス１して１とし（ステップ２１３）、カウンタ７ｃをクリアして（ステップ２１７）、ステップ２０１に戻る。

同様に、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３まで、カウンタ７ｃはクロック７ｅの信号の立ち上がりエッジでカウントアップし、時刻ｔ２３になると割り込み処理ｂが行われ、図１０のステップ２１４で読み込み２回目と判断されて、カウンタ７ｃのカウント値Ｙ２をメモリＴＲ２に保存する（ステップ２１５）。更に、読み込み回数に１を記憶して（ステップ２１６）カウンタ７ｃをクリアし（ステップ２１７）、ステップ２０１に戻る。これにより図９の区間Ｔｒ１、Ｔｒ２の各区間のカウント値Ｙ１、Ｙ２が保持される。

図８に戻って、メモリＴＲ１から読み込んだカウント値Ｙ１を読み出す（ステップ２０２）。また、メモリＴＲ２から読み込んだカウント値Ｙ２を読み出す（ステップ２０３）。

ここで、図３に示すようにロータ回転信号１１は、ロータ１回転に対して等間隔でない２個のパルスが出力される。これは、上述したように、ロータ２の種類をロータ回転信号１１のパルス間隔の違いによって判別するためである。従って、１区間、例えば図９の区間Ｔｒ１のみのカウント値Ｙ１だけではパルス周期を測定できない。このため、まず上記したモータの回転周波数を求める手法と同様に区間Ｔｒ１、Ｔｒ２のカウント値を合計し、ロータの回転周波数をモータ回転信号周波数ｆｍの算出と同様にして、ロータ周波数＝ｆｃ／（Ｙ１＋Ｙ２）（ヘルツ）を計算する。次にこの値を２倍（１回転当り２パルス）することで得られる値をロータ回転信号周波数ｆｒと定める。即ち、２パルスの平均周波数を求めることになり、ｆｒ=ロータ周波数×２＝２ｆｃ／（Ｙ１＋Ｙ２）である。この値を、ロータ回転信号周波数ｆｒとして保存する（ステップ２０４）。ここでもちろん、ロータ回転信号１１のパルスが等間隔である場合には、パルス周波数がロータ回転信号周波数ｆｒと同一になる。

図４に戻って次に、モータ回転信号周波数ｆｍとロータ回転信号周波数ｆｒとの周波数比Ａ＝ｆｍ／ｆｒを算出する（ステップ３３）。遠心分離機１においては、図３に示すようにモータ回転信号発生器４ｄの１回転あたりの信号パルス数は６に対し、ロータ回転信号発生器８の信号は１回転当たり２個の信号がＣＰＵ７ａに入力されるよう構成されている。一方、モータ回転軸４ａに設けられたプーリー４ｂとロータ回転軸３に設けられたプーリー３ａの変速比が２：１（モータ２回転あたりロータが１回転）とした場合、ベルト５にスリップが発生していなければ、ロータ１回転あたりの両者のパルス数の比、即ち、モータ回転信号周波数ｆｍとロータ回転信号周波数ｆｒとの比は、モータ側は１回転あたり６パルスで２回転し、ロータ側は１回転あたり２パルスで１回転するから、（６パルス×２回転）：（２パルス×１回転）＝６：１（即ち、Ａ＝６）となる。しかし、実際はベルト５のスリップは僅かながら必ず発生するため、冗長性をもたせて、例えば第１の範囲内（５≦Ａ≦７）であれば正常と判断し（ステップ３４）、運転を継続する。

一方、ベルト５に摩耗が生じ始めたり、ベルト５の伸びが増えてテンションが下がり始めると、ロータ２の慣性モーメントが大きい場合や、風損による抵抗が大きい場合は顕著にスリップを生じ易くなるため、主に加減速中には上記第１の範囲から外れてしまう。この場合、第２の範囲、即ち４≦Ａ≦８ならばベルト５のスリップの度合いが増したと判断し、使用者に報知するためのワーニングを表示する（ステップ３６）。このように第１段階ではアラームを発生させずにワーニング表示のみとして、使用者にメンテナンスを促す。更に、保守者がベルトの交換またはテンション調整を行わなかった場合等の理由で周波数比Ａが第２の範囲を超えた場合には、アラームを表示して（ステップ３７）モータを停止する（ステップ３８）。

ここで、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して、ワーニング表示、アラーム表示について説明する。図１１Ａ、図１１Ｂは、表示パネル１２に液晶等の表示装置を使用している例を示している。図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、表示装置３００は、遠心分離機１の駆動状態を表示する状態表示部３０２と、メッセージ表示部３０４を備えている。ワーニング表示は、図１１Ａのメッセージ表示部３０４に示したように「駆動装置をメインテナンスしてください」等と表示する。アラーム表示は、図１１Ｂのメッセージ表示部３０４に示したように、「駆動装置に異常が発生しました。運転を停止します。」等と表示する。

図１２Ａ、図１２Ｂは、表示パネル１２に発光ダイオードを使用している場合の例である。図１２Ａに示すように、表示装置３２０は、速度表示部３２２と時間表示部３２４、警告表示用ランプ３２６、アラーム表示用ランプ３２８を備えている。このように予め警告表示用ランプ３２６、アラーム表示用ランプ３２８を備え、ワーニング表示は警告表示用ランプ３２６を点灯し、アラーム表示は、アラーム表示用ランプ３２８を点灯することで行う。

図１２Ｂに示すように、表示装置３３０は、速度表示部３３２と、時間表示部３３４を備えている。この場合には、ワーニングまたはアラームに相当するエラー番号を予め定めておき、速度表示部３３２にアラーム表示、例えば駆動装置異常を示すエラー番号「Ｅ-１９」等の表示を行う。

以上詳細に説明したように、第１の実施の形態による遠心分離機１において、モータ回転周波数に比例したパルス周波数のモータ回転信号１０と、ロータ回転周波数に応じたロータ回転信号１１とを発生させ、それらの信号からモータ回転信号周波数ｆｍと、ロータ回転信号周波数ｆｒとを算出する。

モータ回転信号周波数ｆｍおよびロータ回転信号周波数ｆｒを算出する際には、カウンタ７ｂ、７ｃにより、モータ回転信号１０及びロータ回転信号１１における１回転分の各パルス間の時間を計測する。よって、短時間に各信号周波数を算出することが可能になると共に算出精度が向上する。

また、モータ回転信号周波数ｆｍとロータ回転信号周波数ｆｒとの周波数比Ａを算出することでベルト５等の動力伝達部材の消耗の危険性を認知することが可能になる。即ち、周波数比Ａの値が、予め定めた第１の範囲を超えて第２の範囲内であればワーニング表示を行ってメインテナンスを促し、第２の範囲を超えるとアラーム表示を行ってモータ４の回転を停止する。よって、モータ４の回転をベルト５等の動力伝達部材を介して伝達する遠心分離機１において、動力伝達部材の消耗具合に合わせた駆動が可能になり、消耗を最小限に抑えることができる。

遠心分離機1では、動力伝達部材にスリップが生じ始めるとベルト等の摩耗が進行し易くなり、ロータ２の回転速度に対するモータ４の回転速度比、即ち、周波数比Ａが大きくなるため、モータの負荷が増加する。しかしここで、第１の範囲は予め経験で求めた使用に耐えうる範囲で設定しておくことで、動力伝達部材の消耗度が進む前に使用者にメインテナンスを促す等の対策が可能になり、アラームに対して冗長性をもたせることができる。

更に、アラーム表示と共にモータを停止することにより、動力伝達部材のすべりが一定以上に達した場合のモータの過負荷による破損や、動力伝達部材の破損などを回避することができ、使用時の信頼性を確保できる。

次に第２の実施形態よる遠心分離機について説明する。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成、動作については同一符号を付し、説明を省略する。

図１３は、第２の実施の形態による遠心分離機の動作を示すフローチャートである。図１３に示すように、第１の実施の形態による遠心分離機と同様にモータ回転信号周波数ｆｍの算出処理（ステップ５１）、ロータ回転信号周波数ｆｒの算出処理（ステップ５２）、周波数比Ａの算出処理（ステップ５３）を行う。

次に、周波数比Ａが第１の範囲（５≦Ａ≦７）であるか否かを判別する（ステップ５４）。周波数比Ａが第１の範囲である場合には正常と判断し、ステップ５１に戻り、通常のトルクでモータ４を加減速制御する。

一方、ベルト５に摩耗が生じ始めたり、伸びの発生によってテンションが下がり始めると、ロータ２の慣性モーメントが大きい場合や、風損による抵抗が大きい場合は顕著にスリップを生じ易くなるため、主に加減速中には第１の範囲から外れてしまう。第１の範囲外である場合には、第１の実施の形態ではワーニング表示のみをしたが、第２の実施の形態ではモータ４のトルク制御を行って、動力伝達部材のすべりを防止する。この場合、ベルト５のスリップの度合いが増したと判断し、制御装置7内のモータ制御回路７ｄがモータ４のトルクをコントロールして周波数比Ａが第１の範囲内となるように制御する。

周波数比Ａが第１の範囲外であるということは、モータ４のトルクに対しロータ２の回転数変化が充分に追随していないということであるから、周波数比Ａを第1の範囲に近づけるためにはトルクを下げることになる。まず、モータトルクは初期値に対し１０％以上下げたか否かを判別する（ステップ５５）。なお、モータトルクは、例えばモータ４の回転速度の変化を計測することにより算出される。また、モータトルクの制御は、使用するモータの種類により異なるため、詳細説明は省略するが、例えば制御装置７のＣＰＵ７ａが、モータ制御回路７ｄからモータ４に流す電流を減少させるように制御する。このとき、ＰＷＭインバータの場合には、モータ４に電流を流すためのトランジスタやＦＥＴ等のスイッチングパルス幅をＣＰＵ７ａの制御により変化させてコントロールする。ただし、トルクの変動範囲にはリミッタを設けておくものとする。

１０％以上下げていない場合には、モータトルクを１％下げ（ステップ５６）、ワーニング表示し（ステップ５７）、ステップ５１に戻る。モータトルクを１０％以上下げた場合、即ち、ステップ５５の１１回目の処理時にはアラームを表示して（ステップ５８）、モータを停止する（ステップ５９）。ワーニング表示、エラー表示は、第１の実施の形態と同様、メッセージの表示、ランプ、エラー番号表示等で行う。

上記のように、第２の実施の形態による遠心分離機においては、第１の実施の形態における動作に加え、使用者に報知するためのワーニングを表示すると同時に、モータトルクを１０％下げていない第１段階ではアラームを発生させずにモータのトルクを下げる。これにより、加減速時間は遅くなり性能は落ちることになるが、使用者の設定した回転速度までは加速できるため、ベルト５の交換や、テンションの調整を行うまでの間、遠心分離機１を使用することができるようになる。また、トルクを抑えることでベルト５の摩耗の進行を遅らせることができるようになる。

上記実施の形態において、プーリー３ａ、４ｂ、ベルト５は、本発明の動力伝達部材に相当し、特にプーリー４ｂは、第１のプーリーに、プーリー３ａは、第２のプーリーに相当する。また、モータ回転信号発生器４ｄは、第１パルス発生手段に相当し、ロータ回転信号発生器８は、第２パルス発生手段に相当し、ＣＰＵ７ａは、周波数比算出手段、トルク制御手段に相当し、表示パネル１２は警告手段に相当する。

尚、本発明による遠心分離機は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記第１及び第２の実施の形態による遠心分離機においては、モータ４からロータ２へ回転を伝達する動力伝達部材として、プーリー４ｂ、ベルト５、プーリー３ｂを用いたが、他の動力伝達部材を用いてもよい。

図１４Ａは、遠心分離機に適用可能な別の動力伝達部材の例を示す正面図であり、図１４Ｂは、同側面図である。図１４に示すように、遠心分離機１００は、試料を保持するロータ２、ロータ２を回転させるモータ４、モータ４の回転をロータ２に伝達するギアボックス７０を備えている。モータ４は、モータ回転軸４ａと共に回転し、カップリング７１を介して回転軸７２に回転を伝達する。回転軸７２の回転は、ギアボックス内の歯車７３を介してピニオン７７に伝達される。更に、ピニオン７７の回転は、歯車７５を介してロータ回転軸７９に伝達され、ロータ回転軸７９に接続されたロータ２を回転させる。

以上のように構成された遠心分離機１００においては、動力伝達部材としてギアボックス７０を設け、歯車７３、７５、ピニオン７７等によりモータ４の回転をロータ２に伝達することができる。

また、モータ回転信号周波数ｆｍまたはロータ回転信号周波数ｆｒを得る手段として、単位時間あたりの夫々のパルス数をカウントする方法を用いてもよい。この場合には、例えば１秒間に入力された夫々のパルス数Ｐｍ、Ｐｒをカウンタでカウントし、ｆｍ＝Ｐｍ（ヘルツ）または、ｆｒ＝Ｐｒ（ヘルツ）を得る。この方法では、上記実施の形態において説明したパルス間の時間をカウントする方法のようにカウント値の計算は必要なく、単純な動作になるが、パルス数をカウントしている期間、例えば上記の例では1秒の間は周波数が計算できないため、特に高速回転において計算の遅れを生じることを考慮する必要がある。

モータ回転信号１０、ロータ回転信号１１におけるパルス、および、プーリー４ｂとプーリー３ａの変速比などは上記に限定されない。また、それらが異なる値に設定される場合には周波数比Ａの値も当然変動するので、第１及び第２の範囲も適宜変更される。

上記実施の形態においては、制御装置７のＣＰＵ７ａにはカウンタ７ｂ、７ｃが接続されていたが、これらのカウンタ７ｂ、７ｃはＣＰＵ７ａに内蔵されていてもよい。

第２の実施の形態において、トルクは１％づつ変化させるようにしたが、これには限定されず、異なる値でもよいし、ロータ２の種類によって変動幅を変えるようにしてもよい。

更に、動力伝達部材については、上記以外の構成を使用することもできる。

本発明による遠心分離機は、回転室の高さをなるべく低くした方が使い勝手のよい、例えば卓上形の遠心分離機などとして利用可能である。

本発明の第１及び第２の実施の形態による遠心分離機１を示す断面図。 制御装置７のブロック図。 モータ回転信号およびロータ回転信号の一例を示すタイムチャート。 遠心分離機１のモータ回転制御方法を示すフローチャート。 モータ回転信号周波数ｆｍの算出処理を説明するフローチャート。 モータ回転信号１０及びカウンタ７ｂのタイミングチャート。 割り込み処理ａを説明するフローチャート。 ロータ回転信号周波数ｆｒの算出処理を説明するフローチャート。 ロータ回転信号１１及びカウンタ７ｃのタイミングチャート。 割り込み処理ｂを説明するフローチャート。 ワーニング表示の一例を示す図。 アラーム表示の一例を示す図。 ワーニング表示用のランプを備えた表示パネルの一例を示す図。 速度表示部にエラー番号を表示する例を示す図。 第２の実施の形態によるトルク制御の方法を示すフローチャート。 ベルト以外の動力伝達手段を用いた遠心分離機１００を示す正面図。 ベルト以外の動力伝達手段を用いた遠心分離機１００を示す側面図。

符号の説明

１：遠心分離器、２：ロータ、３：ロータ回転軸、４：モータ、５：ベルト、６：ドア、７：制御装置、８：ロータ回転信号発生器、１０：モータ回転信号、１１：ロータ回転信号

Claims (5)

1. 動力を発生するモータと、遠心分離する試料を収容するロータと、前記ロータを回転支承する回転軸と、前記モータの動力を前記回転軸に間接的に伝達する動力伝達部材を有した遠心分離機であって、
   前記モータの回転周波数に応じた周波数の第１信号パルスを発生させる第１パルス発生手段と、
   前記ロータの回転周波数に応じた周波数の第２信号パルスを発生させる第２パルス発生手段と、
   前記第１信号パルスと前記第２信号パルスとの周波数比、または単位時間当たりの前記第１信号パルスと前記第２信号パルスとのパルス数の比を算出する周波数比算出手段と、
   を備えたことを特徴とする遠心分離機。
2. 前記周波数比または前記パルス数の比のいずれかが予め定めた第１の範囲から外れた場合に、使用者に報知する警告手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の遠心分離機遠心分離機。
3. 第２の範囲を、前記第１の範囲を含み、かつ前記第１の範囲よりも広い範囲として予め定め、前記周波数比または前記パルス数の比のいずれかが前記第２の範囲から外れた場合に、前記モータを停止することを特徴とする請求項１または２記載の遠心分離機遠心分離機。
4. 前記周波数比または前記パルス数の比のいずれかが前記第１の範囲から外れないように、前記モータのトルクを制御するトルク制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心分離機。
5. 前記動力伝達部材は、前記モータの駆動軸に設けた第１のプーリーと、前記ロータの回転軸に設けた第２のプーリーの両方に係合して動力を伝達するベルトで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心分離機。

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