JP4110443B2

JP4110443B2 - 遠心機

Info

Publication number: JP4110443B2
Application number: JP2001150879A
Authority: JP
Inventors: 佳能二井内; 廣之高橋; 達也今野; 昭二楠元; 謙一鐡
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002336739A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被分離試料を遠心分離する遠心機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、使用者は遠心分離される試料に応じて複数種類ある回転体の中から適応する回転体を選択し、且つ回転速度、運転時間（分離時間）、保持温度、加速勾配、減速勾配などの分離条件を設定することにより試料の分離作業を行っている。上記回転体は多様な用途に応じるため、試料を挿入する穴の大きさや数が異なる回転体、或いは遠心力により垂直方向から水平方向に揺動するスイングロータと呼ばれるものなど多種用意されている。これら回転体は、自重による遠心破壊を防ぐためにそれぞれ許容回転速度が定められており、当該許容回転速度は、例えば実用新案登録第１９７４３２５号に開示されているように、各回転体に許容回転速度に応じた識別子（磁石）を持たせ、この識別子を識別子用検出センサにより検出することで、回転体が許容回転速度を越えて回転しないように制御されている。
【０００３】
また、遠心機本体の許容回転速度と、この遠心機に使用される全ての回転体の許容回転速度（以下この許容回転速度を特定許容回転速度という）とを同じくする遠心機が提供されている。つまりコスト高となる回転体の識別子や識別子検出用センサを持たせない代わりに使用できる全ての回転体の許容回転速度を同じとなるように設計し、前記特定許容回転速度以上で運転しないように制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、分離目的に応じて多種多用な回転体が市場に提供されている。上述した特定許容回転速度の回転体を使用できると共にこの回転体の特定許容回転速度とは異なる許容回転速度を有する新しい回転体をも使用できるようにする必要性が生じた場合には、この新しい回転体に識別子を設けると共に該識別子を検出するセンサを遠心機に設ける必要がある。
【０００５】
そのため、従来から使用している識別子が無い回転体（以下識別子無回転体という）に識別子を付加し、この識別子を識別子用検出センサにより検出して、使用する回転体が許容回転速度を越えて回転しないように制御する方法が考えられる。しかし、この方法では、識別子無回転体に識別子を設ける手間と費用がかかるという問題が発生する。
【０００６】
また、別の方法として、識別子用検出センサからの出力信号がある場合には、識別子を有する回転体（以下識別子付回転体という）と判断して識別子に応じた許容回転速度（以下個別許容回転速度という）とし、識別子用検出センサからの出力信号がない場合には、識別子無回転体と判断して前記特定許容回転速度で回転させることが考えられる。しかし、この方法では、万一、識別子を検出する識別子用検出センサに異常（故障）が発生した場合には、識別子付回転体を識別子無回転体と誤識別してしまい、識別子付回転体の個別許容回転速度が、識別子無回転体の前記特定許容回転速度以下の場合には、特定許容回転速度を超える回転速度で回転してしまう、所謂オーバースピードの問題が生じてしまう恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、上記した問題を解消し、識別子無回転体と識別子付回転体とを正確かつ確実に検出できるようにして各回転体を各許容回転速度を超えて回転しないようにする安全性に優れた安価な遠心機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、識別子検出用センサを強制的に作動させた状態でのセンサの出力の有無を検出することによってセンサが正常か否かを認識する確認手段を設け、前記確認手段がセンサが正常と認識した状態で回転体の回転時に前記センサの出力が無い時、回転体を識別子無回転体と判断し、回転体を所定の許容回転速度以下で回転させることにより達成される。
【０００９】
また、上記目的は、識別子検出用センサを強制的に作動させた状態でのセンサの出力の有無を検出することによってセンサが正常か否かを認識する確認手段を設け、前記確認手段がセンサが異常と認識した場合にはアラームを発して回転体の回転を停止させることにより達成される。
【００１０】
また、上記目的は、ホール素子の識別用磁石と対向する反対側に銅線がコイル状に巻かれた鉄心を設け、前記銅線に通電した際のホール素子の検出出力の有無を検出し、検出出力が有る時ホール素子が正常と判断し、ホール素子が正常と判断した状態で回転体の回転時に前記ホール素子の出力が無い時、回転体を磁石無回転体と判断し、回転体を所定の許容回転速度以下で回転させることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明遠心機を実施形態と示した図１〜図７を用いて説明する。図１は遠心機の概略構成を示す一部縦断側面図、図２は回転体の許容回転速度を識別するための識別子５及びホール素子６の周辺構成を示す要部拡大一部省略縦断側面図、図３はホール素子６周りの概略構成と動作説明用の断面図、図４は許容回転速度を識別する手段の異なる実施形態を示す概略構成図、図５〜図７は本発明の動作説明用フローチャートである。
【００１２】
図１及び図２において、遠心機は、誘導モータなどの駆動装置３と、駆動装置３の回転動力が回転軸を介して伝達される回転体１と、回転体１の底部或いは側面であって且つ同一円周上に複数個埋め込まれてた識別子５（以下磁石と称す）と、磁石５を読み取るためのホール素子（ホールＩＣを含む）６と、ホール素子６の正常状態或いは異常状態を認識するための確認手段を構成し、後述する如くホール素子６を強制的に作動させるための装置７とを有し、更に駆動装置３及び識別子５の検出部などを制御するための制御装置１１とを備えている。
このように構成された遠心機を運転する場合には、まず試料２を収容する回転体１を回転軸上に設けたクラウンに装着し、その後、遠心機の上面部に設けた操作表示部４から必要な運転条件を設定入力する。この運転条件には、分離効果を決めるための回転速度、運転時間及び試料２を最適な状態に保持するための制御温度のほか、加減速制御などがある。設定入力の完了後、ドアで回転体１を収容する回転室上部を閉塞して回転室を密閉し、操作表示部４にあるスタートキーを操作することにより、回転体１が回転し試料２の遠心分離が行われる。
【００１３】
上記回転体１には、上述したように磁石５を有する識別子（磁石）付回転体と、磁石５を有さない識別子（磁石）無回転体とが存在しており、前者の場合には、ホール素子６により磁石５を検出して制御装置１１に送ることによりその回転体１の許容回転速度が検出される。なお磁石５及びホール素子６の組み合わせにより許容回転速度を検出することは周知技術であるので説明は省略する。また、後者の場合には、予め定めた前記特定許容回転速度にて回転される。なお、一例として本件出願人である日立工機株式会社が製造、販売しているＣＦ１５Ｒ形微量高速遠心機に使用可能な１３種類の回転体の許容回転速度は全て１５，０００ｒｐｍにて設計されている。
【００１４】
また、図３に示すようにホール素子６が正常か否かを検出するためホール素子６に磁界を与えてホール素子６を強制的に作動させるための作動装置７は、ホール素子６の近傍に設けられており、鉄心８に銅線９をコイル状に巻き、このコイル９に通電することにより磁界を発生させて、この磁界によるホール素子６からの信号の有無を制御装置１１にて判断されるように構成されている。すなわちコイル９に通電して磁界を発生させた時にホール素子６が信号を発生しない時はホール素子６が故障したすなわち異常と判断でき、ホール素子６が信号を発生した時はホール素子６が正常と判断できる。
【００１５】
図３においては上記した如く、コイル９に通電することによりホール素子６が正常か否かを判断するとしたが、図３の鉄心８、コイル９の位置に近接又は離れる可動な磁石を設け、この磁石が近接した時のホール素子６の出力を検出することによりホール素子６が正常か否かを判断可能となる。更に、図４（ａ），（ｂ）に示す光学系のものでも良い。つまり、回転体１に白黒の縞を設けた円筒１２を設け、この円筒面にランプ１３により光を当て反射光をフォトダイオード１４及び図示しないトランジスタで受光する光学的構成により検出しても良く、この場合における円筒１２の有無が磁石５の有無に相当する。センサ作動装置はフォトダイオード１４の延長線上に設けたランプ１５により構成され、ランプ１５を回転体１がセットされる前に点灯させフォトダイオード１４が正常に動作するか否かを検出することによりセンサが正常か否かを判断できる。
【００１６】
次に図５に示す回転体１の判別法を説明する。磁石５を有する回転体１を駆動装置３上に装着し操作部４を操作して回転体１を回転し始めると、磁石５がホール素子６の近傍を回転移動するためホール素子６が磁界に沿った信号を制御装置１１に送り出す（ステップＳ１１のＹ）。制御装置１１はホール素子６の出力から回転体を判別し、例えば磁石５の設けられている間の角度から許容回転速度を判別する（ステップＳ１２）。ステップＳ１３において使用者が設定した設定回転速度が回転体１の個別許容回転速度を上回っていないかを比較し、上回っている場合（ステップＳ１３のＮ）にはステップＳ１５においてアラームを発して回転を停止させる。ステップＳ１３において設定回転速度が個別許容回転速度以下ならステップＳ１４に進んで回転を継続する。
【００１７】
一方、磁石５を有さない回転体１の場合、ホール素子６からの信号が得られないため（ステップＳ１１のＮ）、制御装置１１はステップＳ１６において使用されている回転体１が磁石５を有していないと判断し、予め定めた前記特定許容回転速度（例えば１５，０００ｒｐｍ）を許容値とみなし、上記と同様にステップＳ１７において設定回転速度と比較し、設定回転速度が特定許容回転速度以下なら回転を継続し（ステップＳ１８）、設定回転速度が特定許容回転速度より大きければステップＳ１９においてアラームを発して回転を停止させる。よって、回転体１の磁石５の有無に拘らず回転体１の許容回転速度を正しく判別でき、万一誤った回転速度の設定を行っても安全に回転させることできる遠心機を提供することができる。
【００１８】
このような判別方法において、磁石５を読み取るためのホール素子６に異常が発生した場合には、磁石５を検出することができないため、磁石５を有さない回転体すなわち識別子（磁石）無回転体と誤識別してしまうという問題が生じると共に、使用している磁石５を有する回転体１の許容回転速度が、磁石５を有さない回転体を回転させる場合の前記特定許容回転速度以下の場合には、その回転体１の個別許容回転速度を超える回転速度で回転されてしまうという問題が生じる。言い換えれば、ホール素子６が故障した場合、回転体１が磁石５を有していてもこれを検出できない（制御装置１１に信号を送れない）ため、制御装置１１は識別子無（磁石）回転体と判断し、予め定められた前記特定許容回転速度を許容値と見なしてしまう。実際に回転している回転体１の個別許容回転速度が、磁石５を有さない回転体より高い場合には安全上問題とならないが、万一低い場合には個別許容回転速度を超えて回転するオーバースピードが生じるため、遠心破壊などの問題が生じる。そこで、本発明では、上記した如く、図３に示すようにホール素子６の磁石対向面とは逆側にホール素子６を作動させる装置７を設け、ホール素子６が正常か否かを認識するようにしている。
【００１９】
このようなホール素子６の状態判別法を図６を用いて以下に説明する。回転体１が回転を開始するとホール素子６の応答を制御装置１１で判別し（ステップＳ２１）、応答がある場合には磁石５からの磁束で得たホール素子６の信号から回転体１を判別しその許容回転速度を認識し（ステップＳ２２）、ステップＳ２３において設定回転速度と比較する。一方、ホール素子６からの応答がない場合（ステップＳ２１のＮ）、前記コイル９に通電し（ステップＳ２６）てステップＳ２７においてホール素子６の応答を確認する。応答がある場合には（ステップＳ２７のＹ）ホール素子６は正常であることから、磁石を有さない回転体であると判断でき（ステップＳ２８）、ステップＳ２３において設定回転速度と比較される。、応答がない場合（ステップＳ２７のＮ）にはホール素子６を含めた許容回転速度検出システムに異常があると判断しステップＳ２９においてアラームを発して回転を停止させる。これにより、ホール素子６を含めた許容回転速度検出システムの故障を確認することができる信頼性に優れた許容回転速度判別法を提供することができる。なおステップＳ２３における許容回転速度は、識別子（磁石）付回転体１の場合には個別許容回転速度であり、識別子（磁石）無回転体１の場合には特定許容回転速度となる。
【００２０】
なお上述した図６は回転体１を回転させてからホール素子６の状態を判別するとしているが、図７に示すように回転体１を回転させる直前に上記装置７を起動させてホール素子６の応答を確認してから回転を開始させるようにしても上記同様の効果を得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、識別子付回転体を識別子無回転体と誤識別することがなくなるので、識別子付回転体の個別許容回転速度が識別子無回転体の特定許容回転速度より小さい場合に識別子付回転体が個別許容回転速度より大きい特定許容回転速度で回転されるいわゆるオーバースピードの問題が発生することは確実に防止できるようになる。また識別子無回転体も使用可能となり遠心機を安価に提供できるようになる。更に識別子検出用センサが異常の場合にはアラームを発して回転を停止させるようにしたので遠心機を安全に使用できるようになる等の作用効果を奏し得るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明遠心機の一実施形態を示す概略構成一部縦断側面図である。
【図２】本発明遠心機の許容回転速度を判別するための識別子及び識別子検出用センサの周辺構成を示す要部拡大一部省略縦断側面図である。
【図３】図２の識別子検出用センサ周りの構成を示す概略構成図である。
【図４】本発明になる許容回転速度を判別する手段として光学系の例を示す概略構成図である。
【図５】本発明による回転体の識別法の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明による回転体の識別法の他の例を示すフローチャートである。
【図７】本発明による回転体の識別法の他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１は回転体、２は試料、３は駆動装置、４は操作部、５は磁石、６はホール素子、７はセンサ作動装置、８は鉄心、９はコイル、１１は制御装置、１２は円筒、１３はランプ、１４はフォトダイオード、１５はランプである。

Claims

識別子が設けられた識別子付回転体又は識別子が設けられていない識別子無回転体を選択的に使用可能で、回転体の回転時に前記識別子を検出するセンサを備えた遠心機であって、
前記識別子検出用センサを強制的に作動させた状態でのセンサの出力の有無を検出することによってセンサが正常か否かを認識する確認手段を設け、前記確認手段がセンサが正常と認識した状態で回転体の回転時に前記センサの出力が無い時、回転体を識別子無回転体と判断し、回転体を所定の許容回転速度以下で回転させるようにしたことを特徴とする遠心機。
識別子が設けられた識別子付回転体又は識別子が設けられていない識別子無回転体を選択的に使用可能で、回転体の回転時に前記識別子を検出するセンサを備えた遠心機であって、
前記識別子検出用センサを強制的に作動させた状態でのセンサの出力の有無を検出することによってセンサが正常か否かを認識する確認手段を設け、前記確認手段がセンサが異常と認識した場合にはアラームを発して回転体の回転を停止させるようにしたことを特徴とする遠心機。
識別用磁石が設けられた磁石付回転体又は識別用磁石が設けられていない磁石無回転体を選択的に使用可能で、回転体の回転時に前記磁石を検出するホール素子を備えた遠心機であって、
前記ホール素子の識別用磁石と対向する反対側に銅線がコイル状に巻かれた鉄心を設け、前記銅線に通電した際のホール素子の検出出力の有無を検出し、検出出力が有る時ホール素子が正常と判断し、ホール素子が正常と判断した状態で回転体の回転時に前記ホール素子の出力が無い時、回転体を磁石無回転体と判断し、回転体を所定の許容回転速度以下で回転させるようにしたことを特徴とする遠心機。