JP2018183723A

JP2018183723A - 遠心機

Info

Publication number: JP2018183723A
Application number: JP2017085890A
Authority: JP
Inventors: 荒舘　卓央; Takahisa Aradate; 卓央荒舘; 純一丹治; Junichi Tanji; 赤津　幸一; Koichi Akatsu; 幸一赤津
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-11-22

Abstract

【課題】遠心機にとって高負荷となる遠心分離運転を繰り返すことによる製品寿命の低下や駆動部の軸受部等の故障を未然に防止する方法の提供。【解決手段】モータの回転軸に取り付けられるロータと、運転条件に応じてモータを制御する制御手段と、運転負荷状態を報知する報知手段を有し、ロータの回転を加速させて所定の回転数Ｒ１に到達してから停止に至らせる遠心分離運転をおこなう遠心機において、複数回の遠心分離運転にわたって蓄積された累積負荷値４０を算出し、累積負荷値４０が第１の値Ｌ１を超えると報知手段にて負荷が高いことを警告し、それよりも高い第２の値Ｌ２を超えたら遠心分離運転を停止させるようにする方法。累積負荷値４０は、基準電流Ｉ０よりも高い電流量と運転時間の積を加算し、低い電流量と運転時間の積を減算することにより算出する方法。【選択図】図５

Description

本発明はモータによって回転されるロータを有する遠心機に関し、特に過度な加減速を繰り返すような負荷の高い運転を繰り返すことによる故障の発生又は寿命の低下を未然に防ぐことにある。

遠心機（遠心分離機）は、分離するサンプル（例えば、培養液や血液など）をチューブやボトルを介してロータに挿入し、ロータを高速に回転させることでサンプルの分離や精製を行う。設定されるロータの回転速度は用途によって異なり、低速（数千回転程度）から高速（最高回転速度は１５０，０００ｒｐｍ）までの複数の製品が提供されている。遠心機で用いられるロータには様々なタイプがあり、アングルロータやスイングロータなどがあって、モータ等の駆動部の回転軸に着脱される。

ロータが空気中で高速回転すると、空気との摩擦熱（風損）によってロータの温度が上昇する。分離するサンプルによっては低温を保たなければならないものもあるため、特許文献１のように運転中にロータを冷却する冷却装置と、回転室内を減圧する真空ポンプを備えた遠心機が広く用いられている。真空ポンプを有する遠心機は、回転室を減圧した状態でロータを回転させ、ロータの回転が停止したら、ユーザが減圧解除ボタン（真空ボタン）を押すことにより回転室に外部から大気を流入させる（エアリーク）。回転室内が大気圧に戻った後に、ドアが開閉可能な状態となる。

遠心機の駆動部は、その発熱を抑制するため、冷却ファンで冷却する等の制御が行なわれる。遠心機は、ユーザの使用方法や使用環境により様々な使われ方をされる可能性があるが、いずれの場合においても各機器、特に、ロータの駆動軸の軸受部等の過熱を防いて保護するようなシステムが提案されている。例えば特許文献１では、停電のような異常事態が発生した場合を検出するイレギュラー検知手段を設け、停電時でも冷却ファンの回転を継続させるようにして、局所的な過熱状態が起こらないようにしている。また、特許文献２では、モータの回転をベルトを介してロータに伝達する遠心稼働分離機において、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、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ってモータを停止させる。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、動力伝達部材の破損を防止できる。

特開２０１２−２１７９１６号公報特開２００７−９８２６０号公報

先述したようにユーザの使用環境は様々であり、特許文献１に記載されたような電源断を検知してその対策を行なうだけでは不十分な場合がある。また、特許文献２に示すベルト駆動の回転ずれのように、明確な障害状態であればその検知は容易であるが、一見すると障害状態ではないような場合に、知らないうちに不具合が進行することがある。例えば、回転室を減圧した状態で運転する遠心機において、真空状態では軸受部の空気による熱伝導がないため、回転室内の冷却された空気による冷却効果は期待できない。従って、加減速を短間隔にて頻繁に繰り返す動作を行わせた場合、遠心機の意図しないタイミングでの製品停止や製品寿命が短くなる現象が起きる可能性がある。しかしながら、加減速の動作やその繰り返し動作自体は遠心機にとってイレギュラーなものではないため、先述した停電の検知のようなイレギュラー検知手段による監視を行なうことが困難である。よって、場合によってはユーザが気づかないうちに高負荷の使い方を続ける可能性があり、ユーザが意図しないタイミングでの運転の停止や消耗部品の短命化、及び、遠心機の基幹部品における故障が生じるリスクが高くなる。この対策のために軸受部の発熱状態をセンサ等で直接監視し、停止処理を行うこと等も考えられるが、そのためには付加装置が必要となりコスト上昇に繋がる。また、付加装置の設置場所や設置方法についても課題となり、他の部分に生じる発熱等の負荷検出には更なる付加装置が必要になるため、効果的な解決手段とはいえない。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、加減速を繰り返すことによる駆動部の軸受部等の故障など、ユーザの使用状態に依存する高負荷状態による問題を未然に防ぐことができるようにした遠心機を提供することにある。
本発明の他の目的は、運転中における遠心機の累積的な負荷の大きさを監視して、所定の累積負荷量又は累積負荷値を越えた場合は、ユーザに対して高負荷の使い方であることを警告するようにした遠心機を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、遠心機の運転開始前にユーザが運転プログラムを入力する際に、軸受部の負担の大きい運転であることが予想される場合は、高負荷の使い方になることを事前に報知するようにした遠心機を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。
本発明の一つの特徴によれば、駆動部と、駆動部の駆動軸に取り付けられるロータと、駆動部を運転条件に応じて制御する制御手段と、駆動部の運転状態を報知する報知手段を有し、ロータの回転を加速させて所定の回転数に到達してから停止に至るまでの遠心分離運転をおこなう遠心機において、複数回の遠心分離運転にわたって蓄積された累積負荷を算出し、累積負荷が第１の値を超えると報知手段にて負荷が高いことを報知するようにした。この累積負荷は、駆動部への負荷が大きくなる高負荷運転状態における高負荷運転時間と、駆動部への負荷が小さくなる低負荷運転状態における低負荷運転時間に基づいて算出される。さらに、制御手段は、高負荷運転状態においては負荷の加算量と運転時間の積を累積負荷値に対して加算し、低負荷運転状態において負荷の低減量と運転時間の積を累積負荷値に対して減算するように構成した。高負荷運転状態か低負荷運転状態であるかは前記駆動部に流れる電流値の絶対値によって判定することが可能であり、所定の基準電流Ｉ_０よりも電流値Ｉが高い場合は高負荷運転状態であり、低い場合は低負荷運転状態とすれば良い。ここで基準電流Ｉ_０は、遠心機の発熱部位（軸受部等）の温度上昇が起こらない状態における電流値とすれば良く、例えばロータの加速時に想定される最大電流値よりも小さく、ロータの整定時の電流値よりも大きくなる値を設定できる。尚、継続的に算出される累積負荷値がマイナスになる際には、切り上げ処理により累積負荷値を０とする。

本発明の他の特徴によれば、累積負荷の算出は駆動部が停止中においても継続されるようにした。そして、累積運転時間が第２の値（＞第１の値）を超えたら、制御装置は駆動部の運転を停止させるようにした。さらに、報知手段としてロータの運転状態の表示を行う表示部を設け、制御手段は、表示部に累積負荷の大きさを表示する。この表示の仕方は、例えば累積負荷を面積比で可視的に表示するデジタルバー表示や、表示される数値の目盛りを指針により読み取るアナログメータ表示とすれば良い。

本発明のさらに他の特徴によれば、遠心機には電源スイッチを有し、電源スイッチがオフにされて再度オンにされた際に、オフから再度オンにされた時間の間隔をもとに累積負荷を減算するようにした。このように遠心機の電源がオフにされていた停止時間も累積負荷の算出値に反映させるようにする。

本発明によれば、遠心機において、ユーザがある一定以上の間隔にて加減速を繰り返す等の高負荷動作をした場合、ユーザに高負荷の使い方をしていることを所定の報知手段により報知することで、ユーザは遠心機の負荷状況を適切に認識することができる。また、遠心運転時に、高負荷の使い方が一定レベル以上継続した場合は、まずはユーザにその旨を報知するので、ユーザは限界負荷状況に到達する前に容易にその状況を認識できる。報知がされた後に高負荷の使い方が継続した場合は、運転を停止するので、遠心機の故障の発生を未然に抑えて、寿命の低下を阻止することができる。さらに、遠心分離運転前の運転プログラムを入力する際に、高負荷運転であることが予想される場合は、ユーザにその旨を報知するので、ユーザは早めの段階で負荷状況を認識できる。

本発明の実施例に係る遠心機１の全体構成を示す縦断面図である。図１の遠心機１の制御回路構成を示すブロック図である。本発明の実施例に係る遠心機１の遠心分離運転の例を示す図であり、（１）は通常の運転例であり、（２）は加速と減速を短い間隔で繰り返す過度な加減速を繰り返す運転例を示す図である。図３（１）の通常の運転時における累積負荷値４０の推移を示す図である。図３（２）の過度な加減速を繰り返す運転時における累積負荷値４５の推移を示す図である。本実施例の遠心機１における累積負荷値に基づく制御手順を示すフローチャートである（前半部）。本実施例の遠心機１における累積負荷値に基づく制御手順を示すフローチャートである（後半部）。図１の操作パネル１０に表示される画面５０の表示例を示す図である（その１）。図１の操作パネル１０に表示される画面５０の表示例を示す図である（その２）。図１の操作パネル１０における別の表示例の画面５０Ａを示す図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。

図１は本発明の実施例に係る遠心機１の全体構造を示す概略図である。遠心機１は、箱形の板金などで製作される筐体２の内部に金属製の薄板で形成されたボウル３が設けられ、ボウル３とドア８によって回転室４が画定される。ドア８は回転室４の開口部を覆って閉鎖することにより回転室４を密閉するもので、筐体の一部に設けられる図示しないスライドレールに沿って水平方向に移動可能に固定される。ドア８には図示しない操作レバーが設けられ、ユーザによってドア８の開閉操作が行われる。ロータ５は、分離するサンプルを保持し高速回転するものであり、駆動装置たるモータ６の回転軸７に装着される。

ドア８の側方には、使用者がロータの回転速度や分離時間等の条件を入力すると共に、運転状況等の各種情報を表示する操作パネル１０が配置される。操作パネル１０は、遠心機に必要な制御情報を出力ための表示部となるものである。本実施例では、いわゆるタッチパネル方式の液晶表示器を用いることにより、操作者に対して必要な情報を入力するための入力部としての機能も果たす。尚、操作パネル１０はタッチパネル方式のカラー液晶表示器だけでなく、その他の入出力装置で構成しても良いし、公知の表示装置と公知の入力装置の組み合わせで構成しても良い。

回転室４は上側に開口部が設けられ、ドア８を開けた状態で開口部から回転室４の内部に位置するロータ５にアクセスし、ロータ５の装着又は取り外しが行われる。ロータ５は、遠心分離を行うサンプルやそれを保持するサンプル容器に合わせて選択される。ロータ５はモータ６の回転軸７に装着されため、ロータ５の回転速度と、モータ６の回転速度は同一となる。制御装置９は遠心機１の全体を制御する手段であって、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）を含んで構成され、操作パネル１０から入力される遠心分離運転のための各種情報に従って、モータ６の回転制御、冷却装置１１の稼働制御、真空ポンプ１２の運転制御と、エアリーク用バルブ１３の開閉制御等を行う。

ロータ５の温度は、回転室４に設置されるロータ用温度センサ１４により測定される。ロータ用温度センサ１４を設ける位置は種々考えられるが、本実施例ではボウル３の底部の上面に設けられる。ロータ用温度センサ１４に隣接するように回転室用温度センサ１５が設けられる。ロータ用温度センサ１４と回転室用温度センサ１５の出力は、図示しない信号線によって制御装置９に入力され、制御装置９によってロータ５の温度及び回転室４の温度が監視され、遠心機１の全体制御に利用される。

ボウル３はステンレス等の金属合金製であり、その下側にはペルチェ式の冷却装置１１が設けられる。冷却装置１１は上面視で円環状であって、ボウル３の底部の内、回転軸７を貫通させる貫通穴の外周部付近を冷やすことによって回転室４の内部及びロータ５を冷却する。冷却装置１１を稼働させることによって回転室４の内部のロータが設定温度になるように冷却される。この際、制御装置９はロータ用温度センサ１４の出力を用いて冷却装置１１をフィードバック制御する。本実施例では、回転室４が減圧された状態にされるので、ペルチェ式の冷却装置１１に要求される冷却能力は、回転室を大気圧下で冷却する場合に比べて小さくて済み、小型のものでも良い。尚、用いられる冷却装置１１の種類はペルチェ式に限定されずに、ボウル３の外周側に銅パイプを巻き付けて、冷媒を流すようにしたコンプレッサー方式の冷却装置であっても良いし、その他の冷却装置であっても良い。ボウル３の内部には、ロータ５の回転開始直後に、ロータ５に設けられた図示しない識別子を読み取るロータ識別センサ１６が設けられる。読み取られた識別子は図示しない信号線により制御装置９に出力される。

真空ポンプ１２は、回転室４を減圧させて真空状態とするための装置である。図１においては、一つのブロック図で図示しているが、油拡散真空ポンプ、油回転真空ポンプ、その他の形式の真空ポンプ、又はそれらの組み合わせによって構成できる。図１には図示していないが、回転室の圧力を測定する気圧センサが設けられ、気圧センサの出力を制御装置９が監視して、真空ポンプ１２のオン又はオフを含めた制御を行う。エアリーク手段、ここではエアリーク用バルブ１３は、制御装置９からの制御によりオン又はオフが電気的に制御可能な電磁バルブである。遠心分離運転が開始すると、エアリーク用バルブ１３はオフ状態、即ちバルブを閉鎖して回転室を密閉状態に保つようにする。エアリーク動作の実行期間中だけエアリーク用バルブ１３が開放され、回転室と外気とを連通する通路が開放される。エアリークが完了したら再びエアリーク用バルブ１３は閉じられる。ロータ識別センサ１６は、装着されたロータ５に示されたＩＤ情報を読み取る装置であり、ロータ５が回転を開始した直後にＩＤ情報を読み取り、図示しない信号線を介して制御装置９に出力する。周囲温度センサ１８は、遠心機１の設置された空間の温度（外気温度）を測定するためのものである。周囲温度センサ１８は、吸気スリット近傍の外気温度をできるだけ正確に測定できる箇所に設けられ、その出力は信号線を介して制御装置９に送られる。ドア開閉センサ１７は、ドア８が閉鎖位置にあるか否かを検出するためのセンサであり、その出力は信号線を介して制御装置９に送られる。尚、図１では図示していないが、遠心機１にはメインの電源スイッチ、ネットワーク等の通信網に接続する通信ソケット、外部記憶装置を接続するためのＵＳＢソケットが設けられる。

図２は、遠心機１の制御回路構成を示すブロック図である。遠心機１は、ロータ５を回転させるモータ６のモータ駆動回路１９と、モータ駆動回路１９を含めた遠心機全体を制御する制御装置９を含んで構成される。制御装置９には中央処理装置９１と、ＲＡＭやハードディスク装置等の記憶装置９２と、ＵＳＢソケット９５を介して外部の記憶装置や情報処理装置とのデータのやりとりを可能とするＵＳＢインターフェース（Ｉ／Ｆ）９３と、ネットワーク８０と情報のやりとりをするための通信制御装置９４が含まれる。中央処理装置９１はマイコンによって構成でき、マイコンには複数のＡ／Ｄ入力端子を有し、Ａ／Ｄ入力端子には温度センサ１４、１５、１８からの信号が入力される。通信制御装置９４には、ネットワーク８０への接続ケーブルを装着するための通信ソケット９６が設けられる。尚、遠心機１の内部には、回転室４内を減圧する真空ポンプ（図示せず）や、回転室４を外気（回転室４の外部）と連通又は遮断するためのエアリークバルブや、回転室４内の圧力を測定する真空センサや、ドアの開閉をロックするドアロックや、ロータ５を収容するボウル３を冷却する冷却装置等が設けられ、これらの制御用の信号（図示せず）も中央処理装置９１から出力される。

中央処理装置９１は遠心機１の電源が投入された後に、所定の時間間隔で遠心機１の稼働データを作成し、それを自発的に外部のサーバ管理装置（図示せず）に送信する。そのためサーバ管理装置のＩＰアドレスを記憶装置９２に記録しておく。また、記憶装置９２には、本実施例に従って計算される累積負荷値（後述）を格納するための記憶領域を有する。尚、累積負荷値を記録する際には、その累積負荷値を算出した時刻と共に記憶すると良い。

次に図３を用いて遠心機１の運転例を説明する。図３（１）及び（２）の縦軸は回転数（ｒｐｍ）と電流値（単位Ａ）であり、横軸は時間（単位Ｓｅｃ）である。図３（１）おいて回転数２０は、ロータ５の回転速度（モータ６の回転速度と同じ）を示すものであり、矢印２１ａのように停止状態から、時刻ｔ_０に起動して矢印２２ａのように加速して、矢印２２ｂのように設定された所定の回転数Ｒ_１で整定し、矢印２２ｃのように減速してから矢印２１ｂのように停止する。ここでは、ロータ５の回転を加速させて所定の回転数に到達させ、その後に減速させて停止に至るまでの運転（矢印２２ａ〜２２ｃ）を“一つの遠心分離運転”と定義する。違う見方をすれば、ドア８を開けて試料をロータ５にセットし、ロータ５を回転させる運転を行ってから、再びドア８を開けるまでの一連の運転を“一つの遠心分離運転”と呼ぶこともできる。矢印２２ａ〜２２ｃのように一つの遠心分離運転が終了した後に、矢印２１ｂの停止区間（ドア８を開けるタイミング）を挟んで次の遠心分離運転、即ち矢印２３ａ〜２３ｃのような運転を行う。図３（１）では加速−整定―減速だけの単純な遠心分離運転パターンを示すもので、矢印２２ｂ、２３ｂのように比較的長い整定時間を有する。

電流３０は、回転数２０に示すような遠心分離運転の際のモータ６に流れる電流の大きさを示す図である。電流３０は、モータ６が停止している際には矢印３１ａのようにゼロであるが、矢印３２ａ、３３ａのようにモータ６が加速している最中に電流３０が大きくなり、矢印３２ｂ、３３ｂのようにモータ６が定速回転中は加速時よりも十分小さい電流３０となる。モータ６が減速する際には、回生制御を行うために矢印３２ｃ、３３ｃのように反対方向の電流が流れる。ここでは矢印３２ａ、３２ｃ等の電流波形は、説明を容易にするために方形波のように簡略して図示しているが、実際には複雑な波形となる。遠心分離運転の終了後であってモータ６が停止している際の電流３０は、矢印３１ｂ、３１ｃのようにゼロになる。

図３（２）は、加速と減速を短い間隔で繰り返す遠心分離の運転例を示す図である。この例では、ロータ５の回転数２５を０から所定の回転数Ｒ_１まで加速し、矢印２７ｂ、２８ｂ、２９ｂのように短い時間の整定状態を経てすぐに減速するような負荷の高い状態、即ち過度な運転状態を示している。ここでは、ロータ５の停止状態、即ち矢印２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆの時にセットされた試料容器を素早く交換する作業を行っている。このような加速−減速を短い間隔で繰り返す上に、停止後にすぐに試料容器を交換するような場合には、電流３５の状態も矢印３７ａ、３８ａ、３９ａのように加速時の大電流と、矢印３７ｃ、３８ｃ、３９ｃのように減速時の反対方向への大電流の区間が相対的に多くなる。ここでは、大電流か小電流であるかを絶対的な基準電流Ｉ_０によって行っている。一方、矢印３７ｂ、３８ｂ、３９ｂのような整定時の小電流の区間が短い上に、電流の流れない区間、即ち矢印３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆの区間はそれぞれが短い。この結果、大電流によるモータ６の発熱が大きくなる上に、その発熱状態が、真空ポンプ１２が稼働して回転室４内が真空状態となって熱伝導が著しく低下している際に起こることになる。このような状態をユーザが繰り返し行うことにより、遠心機１は局所的に高温になる、例えば回転軸７の軸受部分等の温度が高くなり過ぎるという虞がある。一方、ユーザ側から見ると通常の遠心分離運転を繰り返しているだけであり、発熱異常等の問題が生じているかを知る術も判断する術もないのが現状であった。そこで本実施例では、過度な負荷が掛かるような遠心分離運転の繰り返しに起因する累積負荷を計算によって数値化し、それを累積することによって、複数の遠心分離運転にわたる累積的な負荷値を算出するようにした。そして、ある一定以上の高負荷の運転を繰り返し行うような場合に、高負荷な使い方又は過度の使い方をしていることを所定の報知手段（操作パネル１０）によりユーザに報知するようにした。

次に累積負荷の計算例を説明する。ここでは累積負荷は、遠心機１の電源がオンとされてから電源をオフにするまでの単位時間毎の負荷量を積算するものであり、下記の式１を用いて算出される。
累積負荷値＝Σ［ｋ_１×（（Ｉ_１―Ｉ_０）×ｔ_１）］
−Σ［ｋ_２×（（Ｉ_０―Ｉ_２）×ｔ_２）］
−Σ［ｋ_３×（Ｉ_０×ｔ_３）］・・・（式１）
ここで
Ｉ_１：所定値Ｉ_０以上の電流（主に加減速時の電流）
Ｉ_２：所定値Ｉ_０未満の電流（主に整定時の電流）
※ Ｉ_０は、加減速時と整定時の中間程度の電流値
（温度上昇が見込まれる閾値程度の電流値）
ｔ_１：加減速時の時間
ｔ_２：整定時の時間
ｔ_３：停止時間
ｋ_１：ロータの種類、真空度、今までの使い方等で決まる係数
※ 重い／大きいロータ、真空時、過度な使い方が続いたとき等は、
より大きい値とする。
ｋ_２：ロータの種類、真空度、今までの使い方等で決まる係数
※ 重い／大きいロータ、真空時、過度な使い方が続いたとき等は、
より小さい値とする。
ｋ_３：ロータの種類、真空度、今までの使い方等で決まる係数
※ 重い／大きいロータ、真空時、過度な使い方が続いたとき等は、
より小さい値とする。

上記の式１を用いて算出した累積負荷値を図示したのが、図４の下側のグラフである。図４の回転数２０と電流３０のグラフは図３（１）と同じであり、本図ではそれに対応する累積負荷値４０を下側に並べて図示した。累積負荷値４０は、加速時及び減速時には矢印４０ａ、４０ｃ、４０ｅ、４０ｇで示す区間のように上昇し、整定時には矢印４０ｂ、４０ｆの区間のように緩やかに減少し、ロータの回転停止時には矢印４０ｄ、４０ｈの区間のようにやや大きく減少する。この累積負荷量は、上記ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３の係数を適切に設定することによって、ロータ毎の遠心機１に与える負荷量を実際の量に近似させることができる。上述の式１によってわかるように、累積負荷値４０はロータ５の加速時には大きく上昇し、ロータ５の整定時には緩やかに減少し、ロータ５の減速時には再び上昇する。ロータ５の停止時には累積負荷値４０は大きく減少する。このようにして、複数回の遠心分離運転にわたり、累積負荷値の増減を算出することができる。尚、遠心機１のロータ５の回転を止めている場合だけでなく、メイン電源を落としたような場合にも累積負荷値の実質的な計算を継続できる。これは所定間隔毎に計算される累積負荷値の最新の算出時刻も合わせて制御装置９内の記憶装置９２（図２参照）に記録するように構成すれば良い。電源を落とす前に記録した最後の累積負荷値に、算出時の時刻Ｔ１と共に記憶すれば、次に遠心機１のメイン電源をオンにした際に、その際の時刻Ｔ２から、Ｔ２−Ｔ１によって経過時間（電源ＯＦＦであった時間）が算出できるので、その経過時間を用いて累積負荷値の低減量を算出できる。尚、累積負荷値の算出値がマイナスになる場合は、０に切り上げるようにして、累積負荷値が負の値をとらないようにする。

図５は過度な加減速を繰り返す運転時における累積負荷値の推移を示す別の図である。図５の上側２つのグラフ、即ち、回転数２５と電流３５のグラフは図３（２）で示すものと同一である。ここでは回転数２５と電流３５のグラフと合わせた横軸にて、累積負荷値４５を並べて示している。累積負荷値４５の計算方法は上述の式１と同じである。従って、累積負荷値４５はロータ５の加速時には大きく上昇し、整定時には緩やかに減少し、減速時には再び上昇する。ロータ５の停止時には累積負荷値４５はやや大きく減少する。この図でわかるように頻繁にロータ５の加減速が繰り返されて、整定時間と停止時間が短い場合には、複数の遠心分離運転にわたる累積負荷値４５が徐々に増加する。そこで本実施例では、累積負荷値４５の許容上限値たる第２所定値Ｌ_２を設定して、矢印４８ｂ（時刻ｔ_２）のように累積負荷値４５が第２の値Ｌ_２に到達したら遠心分離運転を強制的に停止するようにした。尚、いきなり停止させてしまうとユーザが困惑するので、第２所定値Ｌ_２よりも低い第１所定値Ｌ_１を設定し、矢印４８ａ（時刻ｔ_１）のように累積負荷値４５が第１の値Ｌ_１に到達したら、操作パネル１０等にてユーザに対してアラームを発するようにした。このようにアラームにて報知するようにすれば、矢印４８ｂの時点に到達する前にユーザは対策を取ることが可能である。また、仮に第２所定値Ｌ_２に到達して遠心分離運転が停止されたとしてもユーザは慌てずにすむ。時刻ｔ_２にてロータ５の回転が止まると矢印４７ｉの区間でロータ５は惰性で回転しながら減速し、時刻ｔ_３においてロータ５の回転が停止する。さらに、矢印４７ｋのように時間の経過と共に累積負荷値４５はさらに減少して時刻ｔ_４にて０になる。制御装置９は時刻ｔ_４以降においては、操作パネル１０からのユーザによる運転再開の入力を許可する。

次に図６、図７のフローチャートを用いて、本実施例の遠心機１における累積負荷値に基づく制御手順を説明する。これらのフローチャートは、制御装置９に含まれる中央処理装置９１がプログラムを実行することによりソフトウェア的に制御できる。フローチャートに示す手順はメイン電源がオンになった時点で実行が開始される。まず、制御装置９は、遠心機１の電源がオンになった際に、最後に記録された累積負荷値とその記録時刻Ｔ１を記憶装置９２（図２参照）から読み出して、現在の時刻Ｔ２と比較することにより、電源オフによる遠心機１の停止時間（＝Ｔ２―Ｔ１）を算出し（ステップ１０１）、停止時間に基づく累積負荷値の減少状況を算出する（ステップ１０２）。次に、制御装置９は、ユーザが操作パネル１０によって入力した運転条件を取得する（ステップ１０３）。ここでいう運転条件の入力とは、ロータの回転速度、運転時間、回転室４の温度等のパラメータだけの入力だけの場合もあるし、運転パターンを示すプログラム（複数の遠心分離運転を示すフロー）を入力するようにしても良い。ユーザが操作パネル１０に表示されている前回と同じ運転条件を変更せずにそのままにした場合は、その運転条件が制御装置９に取得されることになる。次に制御装置９は、入力された運転条件が高負荷運転の予想される状態にあるかを判定する（ステップ１０４）。高負荷運転が予想される状態とは、例えば、その時点で保持されている累積負荷値と比較して、入力された運転条件を実行すると第１所定値Ｌ_１を越えそうな状況であるかどうかで判定される。この第１所定値Ｌ_１を越えそうか否かは、上記式１を用いてシミュレーションすることにより判定できる。第１所定値Ｌ_１を越えそうもない場合はステップ１０６に進み、第１所定値Ｌ_１を越えそうな場合は、操作パネル１０に高負荷運転又は過度な運転が予想されることを示す警告報知を行う（ステップ１０５）。この警告のしかたを図８を用いて説明する。

図８は本発明の実施例に係る操作パネル１０に表示される画面５０を示す図である。この画面５０は、遠心分離運転の運転直前の状態である。画面５０は、主に、遠心機１の運転状態と運転条件（設定値）を表示するもので、その画面中の上側には、左側から遠心機の運転条件である回転速度表示欄５１、運転時間表示欄５２、温度表示欄５３が設けられ、それぞれの表示欄には、現在の状況（値）と、設定値（ＳＥＴ値）が上下方向に並べて表示される。

ロータ表示欄５４には装着されたロータ５の型式番号が表示される。本実施例の遠心機１ではロータ５の回転開始直後に、ロータ５に設けられた図示しない識別子をロータ識別センサ１６にて読み取ることによりロータ表示欄５４にロータ５の型式番号が表示される（図ではロータ５の回転前なので表示されていない）。ＡＣＣＥＬ／ＤＥＣＥＬ表示欄５５は、加速モードと、減速モードの設定を表示するもので、ここをタッチすることにより加速モードは加速勾配を複数の選択肢の中から選択でき、減速モードは減速勾配を複数の選択肢の中から選択できる。ファンクション表示欄５６は、プログラム運転の設定や、タイマー運転等の各種機能を設定するための画面である。

スタートボタン５９ａは遠心分離運転の開始を指示するためのアイコンであり、ストップボタン５９ｂは遠心分離運転の中止を指示するためのアイコンである。バキュームボタン５８は、ロータ５の回転に先駆けて回転室４の真空度を下げておく際に用いる真空ポンプ１２の起動ボタンとして機能し、また、稼働中の真空ポンプ１２を停止させてエアリーク用バルブ１３を稼働させるためのボタンでもある。バキュームボタン５８はさらに、回転室４内部の真空度を表示する機能をも兼用し、３本のバー表示の点灯によって真空度が高いか低いかを示す。バキュームボタン５８の上側には、自動エアリーク機能が有効であることを示す“ＡｕｔｏＲｅｌｅａｓｅＯＮ”とのメッセージ５７（又はアイコン）が表示される。これは、自動エアリーク機能が有効の場合は、少なくとも遠心分離運転中に継続して表示されるものであり、ユーザはこのメッセージを見ることによって手動でエアリークを行う必要が無いことを認識することができる。自動エアリーク機能が無効の場合は、“ＡｕｔｏＲｅｌｅａｓｅＯＮ”との表示全体を消すようにするか、又は、“ＡｕｔｏＲｅｌｅａｓｅＯＦＦ”と表示すれば良い。尚、“ＡｕｔｏＲｅｌｅａｓｅＯＮ”とのメッセージが表示されていないときは、バキュームボタン５８をタッチことによって、ロータ５の回転速度がエアリーク実行可能な回転数未満に低下した時にエアリークが実行されることになる。

画面５０の左下には、運転アドバイス表示欄６０が設けられる。ここでは、累積負荷値が上昇して図５の第１所定値Ｌ_１に到達した際に表示されるもので、ユーザに対する運転アドバイス６１として「運転間隔を開けて下さい」と表示する。これは、後続の遠心分離運転を短い間隔で続けておこなうと軸受け等の局所的な温度上昇が許容値を超える虞がある場合に表示される。その他に表示されるアドバイスとして、「室内温度をもっと下げて下さい」等が考えられる。運転アドバイス表示欄６０の下側には、図４、図５で示した累積負荷値をバーグラフで表示する使い方指数６５が表示される。ここでは１０本のバーのうち、８本が塗りつぶされた状態を示している。使い方指数６５は、式１にて算出した累積負荷値が図５で示す第２所定値の何％に達しているかを１０本のバーによって視覚的に表示するもので、１つのバーの点灯は１０％分に対応する。使い方指数６５は、累積負荷値が第１所定値Ｌ_１に到達したら８本のバーが塗りつぶされた状態となり、第２所定値に到達したら１０本のバーが塗りつぶされた状態となる。このように表示されているバーの本数を見ることにより、ユーザは遠心機１の受けている負荷が大きいのか小さいのかを即座に視認することができる。また、その負荷の大きい際にどうしたらよいかの情報が運転アドバイス表示欄６０にメッセージとして表示されるので、ユーザはとるべき対策を容易に知ることができる。

再び図６に戻り、制御装置９はステップ１０６において操作パネル１０のスタートボタン５９ａが押下（又はタッチ）されたか否かを判定する（ステップ１０６）。押下されていない場合はステップ１０３に戻り、押下された場合、即ち運転開始の場合は真空ポンプ１２を稼働させると共にモータ６の回転を開始させる（ステップ１０７）。実際の遠心機１においては、運転開始後に、真空ポンプ１２が稼働し、回転室４の内部の真空度が所定のレベルに到達するまではロータ５を低速で回転させ（真空待機運転）、所定の真空度に到達してからロータ５を設定された回転速度まで加速させる。しかしながら、真空ポンプ１２の動作とモータ制御の方法は従来の遠心機と同様であって制御方法の変更はないので、ここでの詳細な説明は省略する。

次に図７のフローチャートに移り、制御装置９は負荷値を算出して、累積負荷値の値を更新する（ステップ１０８）。累積負荷値の算出方法は、例えば所定の時間間隔毎（例えば１秒おき）に上述した式１を用いれば良い。次に、制御装置９は操作パネル１０に「過度な使用である」ことの警告が表示されている最中であるか否かを判定する（ステップ１１０）。警告が表示中の場合は、算出された累積負荷値が第１の所定値未満であるか否かを判定し（ステップ１１９）、第１の所定値未満になった場合は、表示画面から「「過度な使用である」ことの警告を解除してステップ１０８に戻る。ステップ１１９にて、累積負荷値が第１の所定値以上が継続されている時にはステップ１１３に進む。

ステップ１１０において、「過度な使用である」ことの警告が表示されていない状態である場合は、制御装置９は算出された累積負荷値が第１の所定値以上であるか否かを判定し（ステップ１１１）、第１の所定値以上の場合は、操作パネル１０に「過度な使用である」ことの警告を表示する（ステップ１１２）。ステップ１１１において累積負荷値が第１の所定値未満である場合はステップ１０８に戻る。次に、ステップ１１３において制御装置９は算出された累積負荷値が第２の所定値以上であるか否かを判定し、第２の所定値未満の場合はステップ１０８に戻る。累積負荷値が第２の所定値以上の場合は、制御装置９はモータ６の回転を停止させて、運転を停止させた旨の報知を行う（ステップ１１４、１１５）。この報知のしかたは種々考えられ、例えば操作パネル１０にて文字にて表示すると共に、ビープ音やその他の警告音を発すると良い。

ここで図９にて操作パネル１０における報知の例を説明する。図９は、図５で示した累積負荷値が第２所定値に到達した際に表示される警告メッセージを示す図である。ここでは、使い方指数６５にて１０本のバーがすべて塗りつぶされていることから、許容される累積負荷値が上限値に到達していることが明白になる。また、画面５０の中央に警告表示窓６６が表示されて、そこに「警告！一旦、運転を停止し、休止して下さい」と表示し、運転が停止されたとの制御装置９による措置と、その後にユーザがどう対応すべきかの指針情報である「休止して下さい」のメッセージを表示する。図９では画面５０を白黒表示しているが、実際にはカラー表示による特徴のある色彩表示であっても良いし、警告表示窓６６を点滅表示等にして、ユーザが容易に気づくような強調表示としても良い。

再び図７のフローチャートのステップ１１５に戻る。次に、制御装置９は運転の停止時間に応じて累積負荷値を更新する（ステップ１１６）。この更新は時間の経過と共に累積負荷値を減少させることになる。次に更新された累積負荷値の値０になったか否かを判定し（ステップ１１７）、累積負荷値が０になっていない場合は、警告表示窓６６（図９参照）の表示状態を継続させたままで、運転開始の再受付を不許可状態のままとしてステップ１１６に戻る（ステップ１１８）。ステップ１１７において累積負荷値が０になったら、警告表示窓６６（図９参照）の表示を消して、運転開始の再受付を許可状態とし（ステップ１２１）、図６のステップ１０３に戻る。

以上、本実施例によれば、高負荷となる過度な使い方の状態が一定以上継続した場合に、ユーザにその旨が報知され、それでも高負荷状態が継続した場合は、制御装置９が遠心分離運転を停止させる。よって、遠心機１の短寿命化や、故障の可能性を効果的に抑制できる。また、運転前に運転プログラムを入力する際に、高負荷運転であることが予想される場合は、ユーザにその旨を事前報知するので、動作中の本体保護回路の起動に伴う運転の強制停止、すなわち、遠心分離処理の中断などの可能性が抑制され、使いやすくて信頼性の高い遠心機を実現できる。

次に図１０を用いて使い方指数６５の別の表示態様を説明する。図１０の画面５０Ａは使い方指数６５Ａの表示態様だけが異なり、それ以外の表示欄５１〜５３、５９ａ、５９ｂ等の表示態様は図８で示した例と同じである。図８の使い方指数６５は、横方向に延びる１０個のバーの塗りつぶし表示又は白抜き表示によって指数値をデジタル的に表示した。これに対して図１０の画面５０Ａでの使い方指数６５Ａは、円形のアナログメータとして、その針部が時計方向の８時の位置から４時の位置まで回転可能に構成し、針部の指す向きによって累積負荷値の大きさを示すようにした。針部が８時の位置を示す場合は累積負荷が０であり、４時の位置を示す場合は累積負荷値が１００％（累積負荷値が図５の第２の所定値Ｌ_２）であり、１２時の位置を示す場合は累積負荷が５０％（累積負荷値が図３に示す第２の所定値の半分）である。図８や図１０においては白黒表示を例示しているが、第１の所定値Ｌ_１を越えた状態の部分の表示を赤色等の視認性がより高いものとし、いわゆる“レッドゾーン”の領域として、ユーザにより強い注意喚起を促すようにしても良い。また、第１の所定値Ｌ_１未満の近傍のエリア、例えば累積負荷値が７０％〜８０％のエリアを黄色く表示し、準注意喚起領域としてイエローゾーンで表示しても良い。このように累積負荷値の大きさ比率を示す使い方指数６５Ａを、デジタルメータや円形のアナログメータ形式で表示しても、作業中の作業者は遠心機１の現在の累積的な負荷量を視覚的に把握することができる。また、負荷の大きさに応じた運転改善のためのアドバイスが、運転アドバイス表示欄６０に表示されるので、ユーザは運転アドバイス表示欄６０に表示された内容に沿って適切な対応を取ることが可能となる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば上述の実施例では真空ポンプを有し、減圧を行う遠心機を例示したものであるが、真空ポンプを有する減圧型の遠心機に限定されるものではなく、大気圧や不活性ガス雰囲気下等で運転される遠心機や、減圧機能や冷却機能の何れか一方のみを有する方式の遠心機等、公知のあらゆる遠心機に対して適用することが可能である。

１遠心機２筐体３ボウル４回転室５ロータ
６モータ７回転軸８ドア９制御装置
１０操作パネル１１冷却装置１２真空ポンプ
１３エアリーク用バルブ１４ロータ用温度センサ
１５回転室用温度センサ１６ロータ識別センサ
１７ドア開閉センサ１８周囲温度センサ１９モータ駆動回路
２０、２５回転数３０、３５電流４０、４５累積負荷値
５０、５０Ａ画面５１回転速度表示欄５２運転時間表示欄
５３温度表示欄５４ロータ表示欄
５５ＡＣＣＥＬ／ＤＥＣＥＬ表示欄５６ファンクション表示欄
５７ＡｕｔｏＲｅｌｅａｓｅメッセージ５８バキュームボタン
５９ａスタートボタン５９ｂストップボタン
６０運転アドバイス表示欄６１運転アドバイス
６５、６５Ａ使い方指数６６警告表示窓８０ネットワーク
９１中央処理装置（ＣＰＵ）９２記憶装置
９３ＵＳＢインターフェース９４通信制御装置
９５ＵＳＢソケット９６通信ソケット

Claims

駆動部と、前記駆動部の駆動軸に取り付けられるロータと、前記駆動部を運転条件に応じて制御する制御手段と、前記駆動部の運転状態を報知する報知手段と、を有し、前記ロータの回転を加速させて所定の回転数に到達してから停止に至るまでの遠心分離運転をおこなう遠心機において、
複数回の遠心分離運転にわたって蓄積された累積負荷を算出し、前記累積負荷が第１の値を超えると前記報知手段にて負荷が高いことを報知することを特徴とする遠心機。
前記累積負荷は、前記駆動部への負荷が大きくなる高負荷運転状態における高負荷運転時間と、前記駆動部への負荷が小さくなる低負荷運転状態における低負荷運転時間に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
前記制御手段は、前記高負荷運転状態においては負荷の加算量と運転時間の積を前記累積負荷に対して加算し、前記低負荷運転状態において負荷の低減量と運転時間の積を前記累積負荷に対して減算することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。
高負荷運転か低負荷運転であるかは前記駆動部に流れる電流値によって判定し、所定の基準電流Ｉ_０よりも電流値Ｉが高い場合は高負荷運転状態であり、低い場合は低負荷運転状態であることを特徴とする請求項３に記載の遠心機。
前記累積負荷の算出は、前記駆動部が停止中においても継続されることを特徴とする請求項３又は４に記載の遠心機。
前記制御手段は、前記累積負荷が第２の値（＞第１の値）を超えると前記駆動部の運転を停止させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遠心機。
前記報知手段として前記ロータの運転状態の表示を行う表示部を設け、
前記制御手段は、前記表示部に前記累積負荷の大きさを表示することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の遠心機。
前記表示部における表示は、前記累積負荷を面積比で可視的に表示することを特徴とする請求項７に記載の遠心機。
前記遠心機には電源スイッチを有し、
前記電源スイッチがオフにされて再度オンにされた際に、前記オフから再度オンにされた時間の間隔をもとに前記累積負荷を更新することを特徴とする請求項８に記載の遠心機。
前記更新は、前記遠心機の電源がオフにされていた停止時間に応じて前記累積負荷の算出値を減算することを特徴とする請求項９に記載の遠心機。
前記制御手段には、前記累積負荷を算出するためのマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータによって算出された累積負荷の値を記録する記憶装置を有することを特徴とする請求項１０に記載の遠心機。