JP4396528B2

JP4396528B2 - 遠心分離機

Info

Publication number: JP4396528B2
Application number: JP2005003603A
Authority: JP
Inventors: 広之高橋; 雅裕稲庭; 佳能二井内
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: CN100404139C; US7278961B2; US20060178253A1; JP2006192326A; DE102006001232B4; CN1803301A; DE102006001232A1

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５に示す。遠心分離機は、回転駆動源であるモータ５ａを内蔵するモータのハウジング（筐体）５と、モータ５ａに回転可能に接続された回転軸（シャフト）５ｂと、回転軸５ｂ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４と、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器１２と、モータ５ａ及びドアロック機構４を制御する制御装置６０とを備え、モータハウジング５、ロータ室２、ドアロック機構４、及び制御装置６０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５ａの回転軸５ｂや、回転軸５ｂ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５ａの巻線と回転軸５ｂ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。

更に、万が一そのような絶縁層が絶縁破壊して回転軸５ｂに電源電圧が発生する場合もあることを考慮して、モータ５ａのハウジング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、モータハウジング５の接地接続線８は、モータハウジング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、更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５ａは、モータ巻線とモータのハウジング５との間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る。このために、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４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ハウジング５の接地線８を削除することが効果的であるが、モータハウジング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、及び絶縁トランスを使用した構造は、モータのハウジング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。

また、モータまたはモータハウジングを二重絶縁または強化絶縁してもモータ自体が帯電してしまう場合がある。前記したＪＩＳやＩＥＣではその帯電電圧についても規制しており、定められた規制値を超える場合は、その帯電防止のために、モータハウジングの接地接続線を削除できないという問題がある。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。

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。

本発明の上記目的及び更に他の目的、ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面より更に明らかにされる。

本願発明者は、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ロックしてドアが開かないように構成される。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。これによっ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、代表的なものの概要を説明すれば、以下の通りである。

（１）本発明の遠心分離機に従えば、回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器と、前記モータ及び前記ドアロック機構を制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、前記ドアロック機構、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体と、前記モータハウジングを電気的に接地する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ハウジング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該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする。

（２）上記（１）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記ドアが閉塞され、かつ前記ドアロック機構が前記ドアをロックしているときに、前記開閉装置を非道通とすることを特徴とする。

（３）上記（１）項の本発明の遠心分離機に従えば、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、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする。

（４）上記（１）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記ドアが閉塞され、かつ前記モータの回転速度が所定の回転速度を超えているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする。

（５）本発明の遠心分離機に従えば、回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記モータ及び前記ドアロック機構を制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、前記ドアロック機構、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体と、前記モータハウジングを電気的に接地する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ハウジングと前記接地接続線との間に電気的接続され、前記ドアロック機構が前記ドアをロックしているときに該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする。

（６）上記（５）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記モータが回転しているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする。

（７）上記（５）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記モータの回転速度が所定の回転速度を超えているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする。

本発明によれば、モータハウジングの接地接続線の導通または非導通を制御す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。

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及び図２は、本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図を示し、特に、図１は後述する制御装置６１によってモータ５ａが駆動されて、ロータ１が回転しているときの状態図、図２は制御装置６１によってモータ５ａの駆動が停止されて、ロータ１が停止し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５ａを内蔵する金属材料のハウジング（筐体）５と、モータ５ａに回転可能に接続された金属材料の回転軸（シャフト）５ｂと、回転軸５ｂ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を有するロータ室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４と、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器１２と、接地接続線８の線路に挿入された開閉装置７と、ロータ１の回転速度を検出するための回転検出器１４と、モータ５ａ、ドアロック機構４、及び開閉装置７を制御する制御装置６１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５ａ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６１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は制御装置６１内に構成されたインバータを介して昇圧され、モータ５ａの巻線に供給される。従って、モータ５ａ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ハウジング５に流れる恐れがある。また、モータ５ａ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ハウジング５に流れる恐れがある。更に、モータハウジング５に流れる漏洩電流は、本発明に従って、モータハウジング５の接地接続線８の線路中に挿入された開閉装置７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。
本発明に従って挿入される開閉装置７は、制御装置６１によってその開閉（導通または非導通）が制御される。この開閉装置７は、例えば電磁開閉器（電磁リレー）によって構成される。

次に、開閉装置７の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。

図１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）。このとき制御装置６１は、ドア開閉検出器１２より検出信号を受信してドア３が閉塞状態であると判断して開閉装置７を非導通状態（遮断状態）にする（ステップ１０１ａ）。次に使用者は遠心分離機のスタートボタン（図示なし）を押して遠心を開始する（ステップ１０２）。制御装置６１はまずドアロック機構４を動作させてドアロックを行い（ステップ１０３）、モータ５ａの駆動を開始し（ステップ１０４）、やがてモータ５ａが回転し始め、制御装置６１は回転検出器１４からの検出信号によりロータ１が回転したことを判断する（ステップ１０５）。

このような動作により、上記ステップ１０４、ステップ１０５ではモータ５ａが駆動された状態となるので、モータ５ａ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、モータハウジング５に対して浮遊容量を介して伝搬される。しかし開閉装置７が非導通状態となっているので、上記伝搬された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容易となる。また、使用者がロータに触れることができないようにドア３がロックされていることが感電防止手段となっているので、モータ５ａ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ている。

一方、使用者が遠心機分離器のストップボタン（図示なし）を押すなどして遠心を終了すると（ステップ１０６）、制御装置６１はモータ５ａに減速の駆動を行い、やがてモータ５ａは停止し（ステップ１０７）、制御装置６１はモータ５ａの駆動を停止する（ステップ１０８）とともに、ドアロック機構４の動作を終了してドアロックを解除する（ステップ１０９）。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１１０）。このとき制御装置６１は、ドア開閉検出器１２の信号からドア３が開放状態と判断し、開閉装置７を導通状態（接続状態）にする（ステップ１１０ａ）。

このとき、制御装置６１はモータ５ａを駆動していないので、モータ５ａからモータハウジング５に伝搬する電圧は小さく、モータハウジング５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することが容易となる。更に、モータ５ａの絶縁と、接地接続線８、筐体１０、接地接続線９によるモータハウジング５の接地を以て、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、制御装置６１により開閉装置７の制御は、ドア開閉検出器１２によるドア開閉信号に基づいて行った（ステップ１０１ａ、ステップ１１０ａ）が、ドア３をロックするとともに（ステップ１０３で）開閉装置７を非導通にし、ドア３のロックを解除するとともに（ステップ１０９で）開閉装置７を導通にしても良い。

また、開閉装置７を非導通にする制御は、制御装置６１がモータ５ａを駆動しているときにしても良い。更に、モータハウジング５への漏洩電流が増加するモータ５ａの回転速度が判っている場合は、モータがその所定の回転速度に達したときに開閉装置７を非導通状態に制御しても良い。

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、非導通の開閉制御をモータ駆動の制御装置によって制御する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。

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。

本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図。図１に示す本発明の遠心分離機においてドアを開放した状態を示す構成図。図１に示す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：ドアロック機構５：モータハウジング（モータの筐体）５ａ：モータ
５ｂ：回転軸（シャフト）６０：制御装置（従来）
６１：制御装置（本発明）７：開閉装置
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：ドア開閉検出器
１３：絶縁トランス１４：回転検出器

Claims

回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器と、前記モータ及び前記ドアロック機構を制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、前記ドアロック機構、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体と、前記モータハウジングを電気的に接地する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ハウジング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該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする遠心分離機。
前記ドアが閉塞され、かつ前記ドアロック機構が前記ドアをロックしているときに、前記開閉装置を非道通とす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、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする請求項１に記載された遠心分離機。
前記ドアが閉塞され、かつ前記モータの回転速度が所定の回転速度を超えているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする請求項１に記載された遠心分離機。
回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記モータ及び前記ドアロック機構を制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、前記ドアロック機構、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体と、前記モータハウジングを電気的に接地する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ハウジングと前記接地接続線との間に電気的接続され、前記ドアロック機構が前記ドアをロックしているときに該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする遠心分離機。
前記モータが回転しているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする請求項５に記載された遠心分離機。
前記モータの回転速度が所定の回転速度を超えているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする請求項５に記載された遠心分離機。