JP2014124598A - 遠心機 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電部への充電する電力の消費量を低減することの可能な遠心分離機を提供する。
【解決手段】コンデンサ３８から電力が供給されて回転する電動モータ１８と、電動モータ１８の動力で回転し、かつ、遠心力を加える試料を保持するロータ１５とを備えた遠心分離機１０であって、コンデンサ３８への充電が可能な状態にあり、かつ、電動モータ１８を回転する操作が実行される前に、電動モータ１８を回転する操作が実行されるか実行されないかを予測する制御回路２１と、電動モータ１８を回転する操作が実行されると予測されるとコンデンサ３８に充電する一方、電動モータ１８を回転する操作が行われないと予測されるとコンデンサ３８に充電しない制御回路２１とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータを回転させて試料に遠心力を加える遠心機に関する。

遠心機は、チューブ等の容器に収容された試料をロータで保持し、電動モータの動力でロータを高速回転させることによって、ロータに保持した試料を処理、例えば、分離または精製する装置である。このような遠心機の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された遠心機は、筐体の内部に設けられ、かつ、チャンバを有するボウルと、チャンバに設けられたロータと、筐体の内部に設けられ、かつ、ロータを駆動する電動モータと、筐体の上部に設けられた操作パネルとを備えている。操作パネルには、ロータの回転速度、ロータの回転時間、チャンバの温度等の条件を入力する操作入力部、運転条件を表示する表示部が設けられている。

一方、遠心機の電動モータに電流を供給する電気回路が、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載された電気回路は、交流電源に接続された電源用双方向変換器と、電動モータに接続されたモータ用双方向変換器と、電源用双方向変換器とモータ用双方向変換器との間に設けられた蓄電部としてのコンデンサとを有する。そして、交流電流が電源用双方向変換器で直流電流へと変換されて、コンデンサに充電され、コンデンサの直流電流が、モータ用双方向変換器で交流電流に変換されて、電動モータに供給されるようになっている。

特開２００９−１８９９４０号公報 特許第３７０９８６４号公報

ところで、遠心機を制御する制御回路は、メインスイッチがオンされると、蓄電部へ充電する制御を行うため、蓄電部へ充電する電力の消費量が増加する問題があった。

本発明の目的は、蓄電部への充電する電力の消費量を低減することの可能な遠心機を提供することにある。

一実施形態の遠心機は、蓄電部から電力が供給されて回転する電動モータと、前記電動モータの動力で回転し、かつ、遠心力を加える試料を保持するロータとを備えた遠心機であって、前記蓄電部への充電が可能な状態にあり、かつ、前記電動モータを回転する操作が実行される前に、前記電動モータを回転する操作が実行されるか実行されないかを予測する予測部と、前記予測部により前記電動モータを回転する操作が実行されると予測されると、前記蓄電部に充電する一方、前記予測部により前記電動モータを回転する操作が実行されないと予測されると、前記蓄電部に充電しない充電制御部と、を有する。

他の実施形態の遠心機は、蓄電部から電力が供給されて回転する電動モータと、該電動モータを制御する制御装置と、前記電動モータの動力で回転するロータと前記ロータが配置されるロータ室と、該ロータ室の開口部を塞ぐ蓋と、を備えた遠心機であって、前記制御装置は、前記ロータが前記ロータ室に配置され、かつ、前記蓋により前記開口部が塞がれたことが検出されると、前記蓄電部に充電するように制御する。

一実施形態の遠心機によれば、電動モータを回転する操作が実行されると予測されると、蓄電部への充電を行う。電動モータを回転する操作が実行されないと予測されると、蓄電部への充電が可能であっても、蓄電部への充電は行わない。したがって、蓄電部へ充電する電力の消費量が増加することを抑制できる。

本発明の実施形態である遠心分離機の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態である遠心分離機の制御系統を示すブロック図である。 本発明の実施形態である遠心分離機の制御例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１には、本発明の遠心機の一例である遠心分離機１０が示されている。遠心分離機１０は、試料に遠心力を加えて試料に含まれる成分を分離する装置である。試料は、例えば、タンパク質、リポタンパク、細胞内成分等を含む。

遠心分離機１０は中空の筐体１１を備えており、筐体１１の内部にボウル１２が設けられている。ボウル１２は、円筒部の一端に底部１２ａを連続して形成されている。ボウル１２は回転しないように固定されており、ボウル１２は開口部１２ｂを備えている。ボウル１２は、開口部１２ｂが上を向くように設けられている。ボウル１２内に、ロータ１５が配置される回転室、つまり、ロータ室１４が設けられている。筐体１１の上部には、蓋１３が開閉自在に取り付けられており、蓋１３によりボウル１２の開口部１２ｂを覆ったり開放したりすることができる。

蓋１３によりボウル１２の開口部１２ｂを覆うと、ロータ室１４が密閉される。ロータ１５はロータ室１４に回転可能に設けられており、ロータ１５には保持孔１６が複数設けられている。保持孔１６は窪みもしくは凹部であり、保持孔１６は、試料を収容した容器１７を保持する。なお、ボウル１２の開口部１２ｂは、ロータ室１４の開口部を兼ねている。

ボウル１２の底部１２ａには軸孔が設けられている。筐体１１の内部におけるボウル１２の下方には電動モータ１８が設けられている。電動モータ１８は、交流電動機、例えば、誘導電動機を用いることができる。本実施形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルを備えた３相交流型の電動モータを例として説明する。また、電動モータ１８は回転軸１８ａを有しており、回転軸１８ａの一部は、ボウル１２の底部１２ａに設けられた開口部を介してロータ室１４に配置されている。ロータ１５は、回転軸１８ａの先端に取り付け及び取り外しができるようになっており、ロータ１５は電動モータ１８の動力で回転する。

電動モータ１８に電力が供給されて回転軸１８ａが回転すると、回転軸１８ａと共にロータ１５が回転する。すると、ロータ室１４の空気とロータ１５との摩擦によりロータ室１４の空気の温度が上昇し、空気の熱がロータ１５、試料に伝達される。そこで、ロータ室１４の温度上昇を抑制する冷却装置１９が設けられている。冷却装置１９は、冷媒を圧縮するコンプレッサ、冷媒から熱を放出させる凝縮器、冷媒の圧力及び温度を低下させる膨張弁等を有する公知のものである。図１においては、冷却装置１９が筐体１１の内部に設けられている。なお、冷却装置１９は、筐体１１の外部に設けられていてもよい。また、冷却装置１９には、冷媒を輸送するパイプ２０が接続されており、そのパイプ２０はボウル１２の外周を巻くように螺旋状に設けられている。このため、膨張弁で圧力及び温度が低下した冷媒がパイプ２０により輸送されると、ロータ室１４内の空気の熱がボウル１２を介して冷媒に吸熱されて冷媒の温度が上昇し、吸熱した冷媒が圧縮機に戻されるという冷却サイクルが行われる。このようにして、ロータ室１４内の温度が低下し、ロータ１５が冷却される。

次に、遠心分離機１０の制御系統の構成を、図1及び図２により説明する。遠心分離機１０の全体を制御する制御回路２１が設けられており、制御回路２１には、各種のセンサの信号が入力され、制御回路２１からは制御信号が出力される。以下、制御回路２１により行われる制御、制御回路２１に入力される信号、制御回路２１から出力される信号について説明する。制御回路２１は、回転速度検出回路２２、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）２３、表示制御回路２４、モータ制御回路２５、蓋検出回路２６、ロータ検出回路２７、温度制御回路２８、温度検出回路２９等を備えている。ＣＰＵ２３と各回路との間では、信号の入力及び出力が行われる。ＣＰＵ２３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）を内蔵している。ＲＯＭには制御に必要なプログラム、データ、マップ等が書き込まれている。また、ＣＰＵ２３は、タイマ、例えば１６ビット・タイマを内蔵している。ＣＰＵ２３は、ＲＯＭに書き込まれたプログラムによって、制御回路２１に搭載された各回路をそれぞれ制御する。

一方、電動モータ１８を高速回転するにあたり、ロータ１５の回転速度を検出する回転速度検出センサ３０が設けられている。回転速度検出センサ３０は、ボウル１２の底部１２ａに取り付けられている。回転速度検出センサ３０は、例えば、ホールＩＣ等により構成されている。ロータ１５の底面には、図示しない磁石が固定されており、回転速度検出センサ３０は、ロータ１５の１回転当たりで数パルスの方形波を回転信号として出力する。回転速度検出センサ３０の信号は回転速度検出回路２２に入力される。

回転速度検出センサ３０の出力信号には、電動モータ１８の駆動電圧等の誘導ノイズが含まれている。回転速度検出回路２２は、回転速度検出センサ３０の出力信号のノイズ除去や波形整形を行い、ＣＰＵ２３ではロータ１５の回転速度を検出する。

モータ制御回路２５は、電動モータ１８の回転速度を制御するために、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）制御を行う。例えば、ＣＰＵ２３に内蔵された１６ビット・タイマを使用して、電動モータ１８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに電流を供給するスイッチング素子のオン・オフを、ＰＷＭ信号を生成してＰＷＭ制御する。

また、筐体１１の上部には蓋検出センサ３１が設けられており、蓋検出センサ３１の出力信号が、蓋検出回路２６に入力される。蓋検出センサ３１は、光センサ、接触式センサ等により構成されている。蓋検出回路２６は、蓋検出センサ３１から入力される信号を処理して、蓋１３が閉じているか開いているかを検出する。

さらに、蓋１３の内側には、ロータ検出センサ３２が取り付けられている。ロータ検出センサ３２としては、例えば、超音波センサを使用できる。超音波センサは、超音波の発振面からロータ１５の上面までの距離を測定して、測定結果に基づく信号を出力する。ロータ検出回路２７は、ロータ検出センサ３２から入力される信号を処理して、ロータ室１４にロータ１５が設置されているかどうかを判断する。具体的には、ロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられているか否かを検出する。なお、ロータ検出センサ３２として超音波センサを用い、超音波の発振面からロータの上面までの距離を測定する技術は、例えば、特開２００１−１０４８３１号公報に記載されているように公知である。したがって、超音波センサを用いた距離の検出原理の説明は省略する。

温度制御回路２８は、冷却装置１９の運転制御を行い、パイプ２０内を輸送される冷媒の量を変化させることにより、ロータ室１４内の実際の温度を目標温度に近づける制御を行う。ロータ室１４内の目標温度は作業者が設定する。温度検出回路２９は、温度センサ３３の信号を処理して、ロータ室１４内の温度を測定する。温度センサ３３は、ボウル１２の底部１２ａに取り付けられており、温度センサ３３としては、サーミスタを備えた温度センサを用いることができる。サーミスタを備えた温度センサ３３は、温度変化に対して電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値を電圧に変換し、ＣＰＵ２３に内蔵されたＡ／Ｄ（Analog ／Digtal）変換器で、アナログ電圧をデジタル値に変換することにより、ＣＰＵ２３はロータ室１４の温度を測定する。

さらに、筐体１１の上部には操作部３４が設けられている。操作部３４は、作業者が、省エネモード、ロータ１５の目標回転速度、ロータ室１４内の目標温度、ロータ１５の回転時間、回転軸１８ａに取り付けられるロータ１５の種類等の運転条件を設定するために設けられている。操作部３４は、操作入力部３５と、入力内容を表示する表示部３６とを有しており、操作部３４は、タッチセンサー機能を持つＬＣＤ（Liquid Crystal Display）で実現できる。操作入力部３５には、０から９の数字からなる数値入力画面の他、スタートボタン４１、ストップボタン４２、省エネモードボタン４３、起動ボタン４８が設けられている。スタートボタン４１は、電動モータ１８を回転させる信号を発生し、ストップボタン４２は、電動モータ１８を停止させる信号を発生する。省エネモードボタン４３は、消費電力をなるべく少なくするモードを選択するボタンである。起動ボタン４８が操作されると、制御回路２１を起動させる信号が出力される。

作業者は、数値入力画面に表示されたボタンに触れて、ロータ１５の目標回転速度、ロータ室１４内の目標温度、ロータ１５の回転を継続する時間、ロータ１５の回転開始、ロータ１５の停止、ロータ１５の種類等の運転条件の設定を入力することができる。作業者が操作部３４を操作して発生する信号は、ＣＰＵ２３に入力される。ＣＰＵ２３からは、入力された運転条件に基づく制御信号が、各回路に対して出力される。なお、表示部３６には、作業者が入力した内容の他、ロータ１５の実際の回転速度、ロータ室１４内の実際の温度、ロータ１５の回転を開始してからの経過時間等、遠心分離機１０における現在の運転状態が数値、グラフ等で表示される。

モータ制御回路２５の具体例を、図２に基づいて説明する。モータ制御回路２５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３７と、コンデンサ３８と、ＤＣ／ＡＣコンバータ３９と、抵抗４６と、複数のスイッチング素子を有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ３７は、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。ＤＣ／ＡＣコンバータ３９は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であり、インバータとも呼ばれる。複数のスイッチング素子は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに対応して設けられている。コンデンサ３８としては、例えば、平滑用コンデンサを用いることが可能である。コンデンサ３８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３７とＤＣ／ＡＣコンバータ３９との間に設けられており、抵抗４６は、コンデンサ３８と並列に設けられている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ３７と交流電源４４との間にメインスイッチ４０が設けられている。交流電源４４は、いわゆる商用電源である。筐体１１の正面または、側面等にメカニカルスイッチであるメインブレーカ５０が取り付けられている。メインブレーカ５０は作業者により操作され、電気回路における交流電源４４とメインスイッチ４０との間を接続・遮断する。また、電気回路におけるメインブレーカ５０とメインスイッチ４０との間に接続された低電圧電源５１が設けられている。

このため、作業者がメインブレーカ５０をオン操作すると、交流電源の電力が低電圧電源５１を経由して制御回路２１に電力が供給される。すると、ＣＰＵ２３から出力される信号によってメインスイッチ４０がオンされ、交流電源４４の電力をＡＣ／ＤＣコンバータ３７を介して、コンデンサ３８に充電することが可能な状態となる。一方、作業者によりメインブレーカ５０がオフ操作されると、交流電源４４からＡＣ／ＤＣコンバータ３７への電力の供給が遮断される。つまり、交流電源４４の電力をコンデンサ３８に充電することは不可能である。なお、図２のメインスイッチ４０は、両切りの実施例を記載しているが、片切りであってもよい。

ＡＣ／ＤＣコンバータ３７は、交流電流を直流電流に変換する電力変換器である。ＤＣ／ＡＣコンバータ３９は、直流電流を交流電流に変換する電力変換器である。コンデンサ３８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３７とＤＣ／ＡＣコンバータ３９との間に設けられている。ＡＣ／ＤＣコンバータ３７及びＤＣ／ＡＣコンバータ３９は、ＣＰＵ２３から出力された信号により動作する。ＡＣ／ＤＣコンバータ３７により交流電流から直流電流に変換された電力は、コンデンサ３８に充電される。コンデンサ３８の電力は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３９により直流電流から交流電流に変換され、複数のスイッチング素子がオン・オフされて、電動モータ１８に供給され、回転軸１８ａが回転する。

次に、遠心分離機１０の制御例を図３のフローチャートに基づいて説明する。図３のフローチャートは、起動ボタン４８がオンされ、かつ、メインスイッチ４０がオンされるとスタートする。まず、制御回路２１は、ステップＳ１０において、省エネモードボタン４３がオンされているか否かを判断する。ステップＳ１０でＹｅｓと判断される、つまり、省エネモードボタン４３がオンされていると、蓋検出回路２６は、ステップＳ１１において、蓋１３が閉じられているか否かを判断する。

また、省エネモードボタン４３がオンされていると、ロータ検出回路２７は、ステップＳ１２において、ロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられているか否かを判断する。ロータ検出センサ３２が超音波センサであれば、ロータ検出回路２７は、超音波センサの発振面からロータ１５の上面までの距離を測定して、測定された距離が、所定距離より短い時はロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられていると判断する。所定距離は、取り付けられるロータ１５の種類等の条件に基づいて定まり、ロータ１５の種類に対応する所定距離が、ロータ検出回路２７に記憶されている。ロータ検出回路２７が、超音波センサを用いて、ロータ１５の有無を検出するために要する時間は、例えば２秒程度である。

上記したステップＳ１１の処理及びステップＳ１２の処理は同時に行われてもよいし、何れか一方の処理を先に行い、他方の処理を後で行ってもよい。蓋検出回路２６は、ステップＳ１１でＮｏと判断される、つまり、蓋１３が開かれていると、ステップＳ１１の処理を継続する。また、ロータ検出回路２７は、ステップＳ１２でＮｏと判断される、つまり、ロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられていないと、ステップＳ１１の処理を継続する。

そして、ステップＳ１１でＹｅｓと判断され、かつ、ステップＳ１２でＹｅｓと判断されると、モータ制御回路２５は、ステップＳ１３において、交流電源４４の電力をコンデンサ３８に充電する制御を行う。ステップＳ１３で行われる処理は、コンデンサ３８に常時電力を充電する処理ではなく、コンデンサ３８の電圧を、所定電圧以上に維持する処理である。すなわち、コンデンサ３８の電圧が、所定電圧以上に維持されていれば、それ以上の充電は行わない。ここで、所定電圧は、ロータ１５を回転させるために必要な値であり、所定電圧は、ロータ１５の回転時間等に基づいて、予め実験、シミュレーションを行って求めた値であり、所定電圧はＣＰＵ２３に記憶されている。

このように、制御回路２１は、スタートボタン４１がオンされる前に、ステップＳ１１で蓋１３が閉じられているか否かを判断する処理及びステップＳ１２でロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられているか否かを判断する処理によって、スタートボタン４１の操作が実行されるか実行されないかを事前に予測する。そして、制御回路２１は、スタートボタン４１がオンされる前に、スタートボタン４１の操作が実行されると予測されると、ステップＳ１３において、コンデンサ３８に直流電圧を充電する制御を実行する。モータ制御回路２５はステップＳ１３において、コンデンサ３８への充電を開始する。

コンデンサ３８のＤＣ電圧を目標電圧に、例えば、３８０Ｖに設定することができ、コンデンサ３８への充電を開始してから、充電が完了するまでに数秒、例えば、３秒程度かかる。本実施形態では、スタートボタン４１の操作が予測される時のみ、コンデンサ３８へのＤＣ電圧が、所定電圧となるように充電する。したがって、コンデンサ３８における電荷の放電抵抗損失は、目標電圧を３８０Ｖとし、抵抗４６を５６ｋΩとして、２.５Ｗとなる消費電力の積算値の増加を抑えることができる。

制御回路２１は、ステップＳ１３の処理を実行した後、ステップＳ１４において、スタートボタン４１が操作されたか否かを検出する。制御回路２１は、スタートボタン４１が操作されていなければ、ステップＳ１４の処理を継続する。ステップＳ１４でＹｅｓと判断される、つまり、スタートボタン４１が操作されると、モータ制御回路２５は、ステップＳ１５において、電動モータ１８の回転を開始する。ステップＳ１５の処理は、ＰＷＭ制御でパルス電圧となり、電動モータ１８に電圧を印加して、ロータ１５の実際の回転速度を所定の目標回転速度に近づける制御である。ロータ１５の実際の回転速度は、回転速度検出センサ３０により検出される。目標回転速度は、作業者が操作入力部３５を操作して設定した値である。また、温度制御回路２８は、ロータ１５の回転が継続されてロータ室１４内の温度が上昇すると、ステップＳ１６において、ロータ室１４内のロータ１５の温度が目標温度に維持されるように、冷却装置１９を制御する。目標温度は、作業者が操作入力部３５を操作して設定した値である。

そして、制御回路２１は、ステップＳ１７において、ストップボタン４２が操作されたか否かを検出する。制御回路２１は、ステップＳ１７でＮｏと判断される、つまり、ストップボタン４２が操作されていなければ、ステップＳ１７の処理を継続する。これに対して、制御回路２１は、ステップＳ１７でＹｅｓと判断される、つまり、ストップボタン４２が操作されると、ステップＳ１８において、電動モータ１８を停止し、かつ、コンデンサ３８への充電を終了する。また、ステップＳ１８では、目標回転速度、目標温度、目標回転時間等の運転条件をリセットする処理も実行される。制御回路２１は、ステップＳ１８の処理を実行した後、図３のフローチャートを終了する。

なお、制御回路２１は、ステップＳ１７において、操作入力部３５により設定された目標回転時間が経過したか否かを検出してもよい。そして、制御回路２１は、目標回転時間が経過したことが検出されると、ステップＳ１８の処理を実行する。一方、制御回路２１は、目標回転時間が経過していなければ、ステップＳ１７の処理を継続する。

ところで、制御回路２１は、前記ステップＳ１０でＮｏと判断される、つまり、省エネモードボタン４３がオフされていると、ステップＳ２１の処理を実行する。ステップＳ２１の処理は、ステップＳ１３の処理と同じである。また、ステップＳ２１に次いで、蓋検出回路２６は、ステップＳ２２の処理を行う。ステップＳ２２の処理は、ステップＳ１１の処理と同じである。蓋検出回路２６は、蓋１３が開いていることを検出すると、ステップＳ２２の処理を継続する。制御回路２１は、ステップＳ２２で蓋１３が閉じられていることが検出されると、ステップＳ２３の処理を実行する。ステップＳ２３の処理は、ステップＳ１４の処理と同じである。ステップＳ２３でスタートボタン４１が操作されていることが検出されると、ステップＳ２４の処理が実行される。ステップＳ２４の処理は、ステップＳ１２の処理と同じである。ステップＳ２４でロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられていることが検出されると、制御回路２１はステップＳ２５の制御及びステップＳ２６の制御を実行し、ステップＳ１７に進む。ステップＳ２５の処理はステップＳ１５の処理と同じであり、ステップＳ２６の処理はステップＳ１６の処理と同じである。これに対して、ステップＳ２４でロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられていないことが検出されると、制御回路２１は図３のフローチャートを終了する。

以上のように、遠心分離機１０の制御回路２１は、メインスイッチ４０がオンされている状態で、省エネモードボタン４３がオンされていると、スタートボタン４１がオンされる前に、蓋検出センサ３１の信号、ロータ検出センサ３２の信号に基づいて、スタートボタン４１の操作が実行されるか実行されないかを予測する。そして、制御回路２１は、メインスイッチ４０がオンされていても、ステップＳ１１及びステップＳ１２で共にＹｅｓと判断されない限り、コンデンサ３８に充電しない。

これに対して、メインスイッチ４０がオンされ、かつ、ステップＳ１１およびステップＳ１２でＹｅｓと判断された、つまり、スタートボタン４１の操作が実行されると予測すると、スタートボタン４１がオンされる前に、コンデンサ３８に電力を充電する。よって、電動モータ１８を駆動するモータ制御回路２５のＤＣ電圧で発生する損失は、コンデンサ３８への充電を開始してから、ストップボタン４２が操作されるまでの短い時間で発生する。したがって、モータ制御回路２５における消費電力の積算値が増加することを抑制でき、省エネルギーを図ることができる。さらに、ステップＳ１４でスタートボタン４１を操作されたことが検出されると、ロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられているか否かを検出することなく、ステップＳ１５の処理を実行する。したがって、遠心分離機１０は、スタートボタン４１が操作されてから、ロータ１５の回転が開始するまでの時間を短くすることができる。

ここで、遠心分離機の使用環境を説明する。遠心分離機は、ロータの回転速度が毎分数千回転程度のものから毎分１５万回転のものまで幅広くある。本実施例で説明する遠心分離機は、大気中でロータを回転させる構造について説明しているが、ロータ室を真空ポンプを使って減圧した状態で回転させるタイプの遠心機であってもよい。

大気中でロータを回転させるタイプの遠心機では、ロータの回転速度が毎分数千回転程度のものから毎分３万回転程度であり、チャンバの空気とロータとの摩擦熱の風損は、最大で１キロ・ワット程度になることがある。ロータの回転速度が毎分３万回転を越えるいわゆる超遠心分離機は、ロータおよび試料の温度上昇を抑制すること、風損によるロータを回転させる電力を低減すること、のために、ボウルのチャンバを真空状態にまで減圧する真空ポンプ装置を備えている。

近年、製品の省エネルギー化が要求され、遠心分離機においても同様に省エネルギー化が要求されている。遠心分離機の消費電力は、待機時間の消費電力と、運転時間の消費電力とに分別される。遠心分離機は、待機時にも商用電源の電圧が、コンデンサに常時印加された状態になっている場合が多い。待機時間とは、メインスイッチがオンされてから、かつ、電動モータが回転を開始するまでの時間である。運転時間とは、スタートボタンが操作されてロータが回転を開始してから、ロータが停止するまでの時間である。遠心分離機の待機時間は消費電力量は低いが、蓄電部への充電時間が長いので、消費電力量の積算値が大きくなる。

一方、遠心分離機の運転時間は待機時間より短いが、遠心分離機の運転時の消費電力は大きいため、積算消費電力量は大きい。また、ロータが一定速度で回転する定速運転時においては、試料を遠心分離する時間が決まっているので、運転時間における省エネルギーを図るには、ロータの回転速度を上昇させるために要する加速時間と、ロータの回転速度を低下させるために要する減速時間との短縮を図り、消費電力の積算値を小さくする必要がある。

遠心分離機は、待機時間中に、常時、商用電源の電圧がコンデンサに常時印加された状態になっている場合が多い。遠心分離機の電源電圧が印加された状態の消費電力は、遠心分離機の制御回路の消費電力、操作パネルを表示する消費電力等に分類される。それぞれの消費電力は小さく、合計の消費電力は数十ワット程度である。待機時間における消費電力の積算値は、
消費電力の積算値（Ｗｈ）＝消費電力（Ｗ）×時間（ｈ）
で求められる。例えば、
３０Ｗ×１５ｈ＝４５０Ｗｈ
になる。

一方、遠心分離機の運転時間における消費電力は、ロータを駆動するモータ制御回路の消費電力と、ボウルのチャンバの温度を制御する温度制御回路の消費電力との合計になる。モータ制御回路の消費電力は、毎分３万回転程度まで回転させると風損が大きく、１〜２キロワット程度となるが、遠心分離機の運転時間は数時間程度である。このときの消費電力の積算値は、例えば、
１５００Ｗ×１ｈ＝１５００Ｗｈ
になる。

そのため、待機時間において、商用電源の電圧が常時平滑コンデンサに印加された状態となる遠心分離機は、消費電力は小さいが、通電時間が長いため消費電力の積算値が大きい値となる。また、遠心分離機のロータを回転させるにあたり、省エネルギーを図るため、ロータの回転速度を上昇させるための加速時間、及びロータの回転速度を低下させるための減速時間を、共に短縮しなければならなかった。

これに対して、本実施形態の遠心分離機１０によれば、メインスイッチ４０がオンされており、コンデンサ３８への充電が可能な状態であっても、ステップＳ１１，Ｓ１２で共にＮｏと判断されていると、コンデンサ３８へ充電されない。これに対して、ステップＳ１１，Ｓ１２で共にＹｅｓと判断されている場合に限り、コンデンサ３８へ充電される。したがって、遠心分離機１０の待機時間における消費電力をなるべく少なくすることができる。また、スタートボタン４１が操作されていると、ロータ１５が回転軸１８ａに取り付けられているか否かを検出することなく、ロータ１５を回転させる制御を実行する。したがって、スタートボタン４１が操作されてから、ロータ１５が回転を開始するまでの加速時間を短縮することができる。

図３のフローチャートでは、ステップＳ１１及びステップＳ１２で肯定的に判断されると、ステップＳ１３の処理が行われているが、ステップＳ１１またはステップＳ１２の何れか一方を省略してもよい。

本実施形態で説明した構成と、本発明の構成との対応関係を説明すると、遠心分離機１０が、本発明の遠心機に相当し、コンデンサ３８が、本発明の蓄電部に相当し、ＣＰＵ２３が、本発明の予測部及び充電制御部に相当し、メインスイッチ４０が、本発明のスイッチに相当する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ３７が、本発明のコンバータに相当し、ＤＣ／ＡＣコンバータ３９が、本発明のインバータに相当し、ＣＰＵ２３及びモータ制御回路２５が、本発明の制御装置に相当し、開口部１２ｂが、本発明の開口部に相当する。

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で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、本実施形態の遠心分離機は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、カーボンナノチューブ等の試料を分離する遠心分離機を含む。また、本実施形態におけるメインブレーカ５０は、筐体１１の側面に設けられていてもよいし、操作部３４に設けられていてもよい。また、本発明の遠心機は、タンパク質、リポタンパク、細胞内成分等の試料を精製する遠心分離機を含む。本発明の遠心機により行われる処理は、分離、精製、脱水等を含む。本発明における蓄電部は、コンデンサ、キャパシタであり、また充電及び放電を繰り返し行うことの可能な二次電池を含む。

１０…遠心分離機、 １５…ロータ、 １８…電動モータ、 ２１…制御回路、 ３８…コンデンサ。

Claims (6)

1. 蓄電部から電力が供給されて回転する電動モータと、前記電動モータの動力で回転し、かつ、遠心力を加える試料を保持するロータとを備えた遠心機であって、
   前記蓄電部への充電が可能な状態にあり、かつ、前記電動モータを回転する操作が実行される前に、前記電動モータを回転する操作が実行されるか実行されないかを予測する予測部と、
   前記予測部により前記電動モータを回転する操作が実行されると予測されると、前記蓄電部に充電する一方、前記予測部により前記電動モータを回転する操作が実行されないと予測されると、前記蓄電部に充電しない充電制御部と、
   を有する、遠心機。
2. 前記ロータが配置されるチャンバを開閉する蓋が設けられており、
   前記予測部は、前記蓋が閉じられていると前記電動モータを回転する操作が実行されると予測する一方、前記蓋が開いていると前記電動モータを回転する操作が実行されないと予測する、請求項１に記載の遠心機。
3. 前記予測部は、前記ロータが前記電動モータの回転軸に取り付けられていると、前記電動モータを回転する操作が実行されると予測する一方、前記ロータが前記電動モータの回転軸に取り付けられていないと、前記電動モータを回転する操作が実行されないと予測する、請求項１に記載の遠心機。
4. 前記蓄電部に接続された充電回路と、
   前記充電回路に設けられたスイッチと、
   を備え、
   前記蓄電部への充電が可能な状態は、前記スイッチがオンされていることを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心機。
5. 蓄電部から電力が供給されて回転する電動モータと、
   該電動モータを制御する制御装置と、
   前記電動モータの動力で回転するロータと、
   前記ロータが配置されるロータ室と、
   該ロータ室の開口部を塞ぐ蓋と、を備えた遠心機であって、
   前記制御装置は、前記ロータが前記ロータ室に配置され、かつ、前記蓋により前記開口部が塞がれたことが検出されると、前記蓄電部に充電するように制御する、遠心機。
6. 前記蓄電部は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとの間に設けられている、請求項５に記載の遠心機。

Images