JP4593822B2 - 遠心機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバランス検出装置を備えた遠心機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の遠心機は、試料に応じて使用者が回転数，運転時間（分離時間），保持温度などの運転条件を設定し、その後、運転が開始されるものである。通常、サンプルは対称位置に釣り合いを取ってセットされるが、真空採血管で採取された血液などは個人の特性で採取量にバラツキが発生したり、また人手による作業のため取り扱い上の不備などから異常な不釣合いが発生してしまう場合がある。このような不釣合いの状態のまま運転を開始してしまうと、動力伝達部材である回転軸が折損してしまうなどの不具合が発生してしまう。
【０００３】
これを回避するため、回転軸の振幅、即ち変位量を接触型のセンサにより検出したり、渦電流式の近接センサを用いて回転軸の振幅を検出する方法が一般に行われている。また、その他の検出方法として、インバランス時のモータの異常な振動を加速度センサを用いて検出する方法も行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した変位量を観測する方法は、組立時のセンサの位置調整が精緻な作業であることから面倒であると共に組立てに要する工数がかかり高価な検出装置になってしまうという不具合があった。また、近接センサなどは温度により特性が変化するため、検出精度にバラツキが生じてしまうという不具合があった。
【０００５】
これらに対して加速度センサは、例えばモータ側面に貼り付けるというような作業のため、組立て工数がかからず安価である。しかし、回転物体の加速度は角速度の二乗に比例するため、加速度センサを用いて全回転数域のインバランスを精度良く検出するのは難しいことであり、特に回転エネルギの小さい回し始めの低回転数域におけるインバランス検出を高精度に行えないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題を解消し、高精度なインバランス検出が確実に行え且つ組立工数の低減化が図れる安価な遠心機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、加速度センサの出力信号を増幅し、異なる増幅率を有する少なくとも２個の増幅回路と、回転信号発生器の出力を受け、モータ回転数が低回転数域又は高回転数域にあることを示す回転信号発生器の出力に応じて前記増幅回路の一方の出力を選択する切換手段とを備え、制御手段は、前記選択された増幅回路の出力値と予め設定された所定の値とを比較し、前記増幅回路の出力値が前記予め設定された所定の値を超えた時は前記モータを減速停止させ、一方前記増幅回路の出力値が前記予め設定された所定の値以下の時は前記モータの運転を続行させることにより達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を図１〜図５を用いて説明する。図１はインバランス検出を行う加速度センサ２、増幅回路３等によって構成される検出装置の要部を示すブロック図、図２はインバランス検出の処理手順を示すフローチャート、図３は遠心機１０を示す一部縦断側面図、図４はモータ８の回転数に応じたモータ８の振幅を示すグラフ、図５はモータ８の回転数に応じた加速度センサ２の出力を示すグラフである。
【０００９】
図３に示すように遠心機１０の使用者はドア１１を開閉してロータ６及び試料９を出し入れし、遠心機１０の上部に配置された操作パネル１２を操作する。モータ８は出力軸の反対側に回転信号発生器５を備えており回転軸７を介してロータ６を回転させるためのものである。モータ８の回転数は、制御装置１が回転信号発生器５の信号をフィードバックして制御する。加速度センサ２は、モータ８の側面に取り付けるだけなので位置調整などの面倒な作業を必要としない。また、加速度センサ２の出力信号は、増幅回路３と切換手段４を通り制御装置１に取り込まれるように構成されている。
【００１０】
通常、遠心機１０は遠心分離時に使用されない低回転数域に、例えば５００回転数前後にクリティカル回転が発生するように設計されている。また、回転軸７の曲げの固有振動数を低回転数域に設計することで、実際に使用する回転数域では自動調芯作用を利用して安定した回転を得るようにしている。この時、図４に示すようにモータ８は偏重心周りに回るので、モータ８の振幅は概略一定となり、正常時と異常時のモータ８の振幅差は、回転数に依らずほぼ一定となる。一方、モータ８の振動による加速度センサ２の出力は、振幅をＡ、回転数（角速度）をωとすると、加速度＝Ａω ^２ Ｓｉｎωｔ（ｔは時間）で示されるため、加速度は回転数の二乗に比例する関係式となる。また、図５に示すように回転数が高くなるにつれて加速度センサ２の出力が増えるが、低回転数域では、異常時と正常時の加速度センサ２の出力に大差が生じない。そこで、精度良く異常なインバランスを検出するためには、増幅率を大きくすれば良いのだが、増幅率を大きい値のまま一定で動作させると図５に示すカーブから推測可能なように高回転数域で出力が飽和してしまうという不具合が生じる。
【００１１】
そこで、図１に示すように増幅率が異なる複数の増幅回路３ａ，３ｂ及び切換手段４を設けることにより、モータ８の回転数によって増幅回路３ａ、３ｂを切り替えることとした。これについては図２及び図３を用いて説明する。使用者は試料９をロータ６に入れ、ロータ６を回転軸７にセットしてドア１１を閉じ、操作パネル１２に設けられたスタートＳＷ１３をオンする。すると制御装置１はモータ８を駆動してロータ６を回転させ、回転信号発生器５の信号によりモータ８の回転数を計算して把握する。モータ８の回転数が所定の回転数、例えば３０００回転数以下の場合は増幅率の大きい増幅回路３ａの信号を入力するように制御装置１により切換手段４を切り替える。制御装置１は増幅回路３ａの信号を読み取って、予め設定した所定の値と比較する。増幅回路３ａの信号レベルが所定の値よりも大きい時には異常なインバランスが発生していると判断し即座にモータ８を減速して停止させるように動作させる。増幅回路３ａの信号レベルが所定の値以下の場合には、異常なインバランスが発生していないと判断し、そのまま運転を続行しモータ８を加速させる。続いて、モータ８の回転数が所定の回転数、例えば３０００回転数よりも高くなると、増幅率の小さい増幅回路３ｂの信号を入力するように制御装置１が切換手段４を切り替え、増幅回路３ｂの信号を読み取って、予め設定した所定の値と比較する。そして増幅回路３ｂの信号レベルが所定の値よりも大きい時には、異常なインバランスが発生していると判断し即座にモータ８を減速して停止させる。増幅回路３ｂの信号レベルが所定の値以下の時には、異常なインバランスが発生していないと判断してそのまま運転を続行し、モータ８を加速させて予め設定された回転数を維持するように制御装置１が動作する。
【００１２】
以上のことから本実施形態では、加速度センサ２の出力信号を増幅するための増幅回路３を設け、更に増幅回路３による複数の異なる増幅率をモータ８の回転数に応じて選択する切換手段４を設けることで、組立時の加速度センサ２の取付けに精緻な調整作業を要しないため組立工数の低減化が図れると共に、全回転数域は勿論のこと特に低回転数域において高精度なインバランス検出により異常なバランスと判断した場合には、モータ８を停止させる安全性に優れた安価な遠心機を提供することができる。また上記した実施形態によれば、２個の増幅回路３ａ、３ｂの出力を選択すればよいので、インバランス検出装置の回路構成が簡単になるという効果も奏し得るようになる。
【００１３】
なお、上述したインバランス検出処理は、１回だけ実行する方法でも良いが、周期的に例えば０．１秒毎に毎回チェックを行うようにすれば確実にインバランス検出を行うことができる。また、上述したインバランス検出処理は、モータ８の回転数に応じて切換えられる２種類の増幅率について説明したが、モータ８の回転数に応じて切換えられる増幅率を２種類以上にすることで更に高精度なインバランス検出を行うことができる。また、上述したインバランス検出として、例えば複数のアナログ／デジタル変換器を有するマイクロコンピュータを用いて実現しようとすれば、増幅率の異なる信号をそれぞれアナログ／デジタル変換器の入力ポートに接続しモータ８の回転数によって、どのポートから読み取るかを選択さえすれば、インバランスの有無を判断することによりモータ８を制御すれば良い。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度なインバランス検出が確実に行え且つ組立工数の低減化が図れる安価な遠心機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明遠心機を構成するインバランス検出装置の一実施形態であって、要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明によるインバランス検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明遠心機の一実施形態を示す一部縦断側面図である。
【図４】モータの回転数に応じたモータの振幅を示すグラフである。
【図５】モータの回転数に応じた加速度センサの出力を示すグラフである。
【符号の説明】
１は制御装置、２は加速度センサ、３は増幅回路、４は切換手段、５は回転信号発生器、６はロータ、７はドライブシャフト、８はモータ、９は試料、１０は遠心機である。

Claims (1)

1. 遠心分離される試料を収容するロータと、該ロータに係合可能な回転軸と、該回転軸に回転力を与えるモータと、該モータの回転数を検出する回転信号発生器と、前記モータの回転に生じる振動を検出する加速度センサと、該加速度センサからの信号に応じて前記モータを制御する制御装置とを備えた遠心機であって、
   前記加速度センサの出力信号を増幅し、異なる増幅率を有する少なくとも２個の増幅回路と、前記回転信号発生器の出力を受け、モータ回転数が低回転数域又は高回転数域にあることを示す回転信号発生器の出力に応じて前記増幅回路の一方の出力を選択する切換手段とを備え、前記制御手段は、前記選択された増幅回路の出力値と予め設定された所定の値とを比較し、前記増幅回路の出力値が前記予め設定された所定の値を超えた時は前記モータを減速停止させ、一方前記増幅回路の出力値が前記予め設定された所定の値以下の時は前記モータの運転を続行させるようにしたことを特徴とする遠心機。

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