JP4720689B2

JP4720689B2 - 遠心機

Info

Publication number: JP4720689B2
Application number: JP2006239920A
Authority: JP
Inventors: 正大河原
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: US20080174909A1; EP1897619B1; US7643236B2; JP2008062126A; EP1897619A1

Description

本発明は、ロータの運転実績管理が可能な遠心機に関し、特に、ロータの運転回数または積算運転時間等の運転実績データを保持できる記録媒体をロータに備える遠心機に関する。

細胞や遺伝子等の試料を収納する遠心機のロータ（回転体）は、高い遠心加速度を必要とするため、例えば１００，０００ｍｉｎ^−１（ｒｐｍ）の高速で回転させる必要がある。このため、ロータに働く遠心応力が高くなるので、繰り返し使用すると、チタン合金やジェラルミン等から成るロータ材料に疲労破壊が生ずる恐れがある。このため、ロータは、有限の寿命を持つものとして取り扱われ、積算運転回数または積算運転時間（例えば５，０００回または１０，０００時間）が規定されている。ロータが所定の運転回転数または運転時間に達したとき、疲労限界としてその時点で使用を中止し、廃棄することにしている。従って、ロータには寿命があり、ロータを安全に運転させるためには、ロータの運転実績を管理する必要がある。

従来のロータの運転実績管理方法としては、下記特許文献１に示されるように、ロータに磁性皮膜を有した磁気記録媒体を設け、磁気ヘッドでデータの記録・再生を行い、ロータに運転実績管理を記録させる方法が提案されている。

一方、遠心機のロータに収納される試料は、鮮度を保つために低温（例えば、４℃）に保持することが要求される場合がある。ロータの温度制御方法の一例としては、温度センサでロータの温度を測定し、ロータ室に設置されるペルチェ素子の印加電圧を制御して温度制御する方法が周知である。

特開平３−１８１３４７号公報

本発明者等は、上述したような従来の運転実績データ記録用の記録媒体（ディスクメモリ）を持つロータに記録ヘッドを接近させて磁気記録媒体に運転実績データを記録し、またはその磁気記録媒体からデータを再生する遠心機において、上述したようなロータ室の温度を調整するためのペルチェ素子の装着を検討していたところ、次のような問題点を見出した。

すなわち、ロータ周辺において磁気ヘッドとペルチェ素子とを互いに接近して配設し、ペルチェ素子を駆動する給電電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御すると、ペルチェ素子から発せられたノイズが磁気ヘッドの入出力回路に誘導され、運転実績データの再生時において制御装置（マイクロコンピュータ）が誘導されたノイズを記録データとして誤って判断し、データを読み間違えるという問題があった。また、運転実績データの記録時においても制御装置が磁気ヘッド回路に乗ったノイズを誤って記録してしまうという問題があった。

上記問題を解決するために、磁気ヘッド回路のケーブルにノイズを誘導させないようにシールド線を採用し、さらに磁気ヘッド回路にフェライトコアを追加させることによりノイズを吸収させる方法が考えられるが、電気部品の追加等により制御装置関係の構成部品がコスト高になってしまうという問題があった。

従って、本発明の目的は、ロータの寿命管理およびロータ室の温度制御が可能な遠心機において、運転実績データを正確に再生または記録できる記録ヘッドおよび記録媒体を有する遠心機を提供することにある。

本発明の他の目的は、ロータの寿命管理およびロータ室の温度制御が可能な遠心機において比較的安価な遠心機を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、モータと、該モータにより回転駆動され、試料容器を保持するロータと、該ロータの運転実績データを記録する磁気記録媒体と、前記ロータに近接して配置され、前記磁気記録媒体に運転実績データを記録し、または再生を行う磁気ヘッドと、前記ロータの温度を制御するためにロータ室に近接配置されたペルチェ素子と、該ペルチェ素子に印加する電圧を制御すると共に、前記磁気ヘッドによる前記記録及び再生を制御する制御装置とを備えた遠心機において、前記制御装置は、前記ペルチェ素子への電圧の印加を停止している時間に、前記磁気ヘッドから磁気記録媒体にデータを記録し、又は該磁気記録媒体からデータを再生するように制御することに一つの特徴を有する。

本発明の他の特徴は、前記磁気記録媒体に記録されたデータを前記磁気ヘッドにより再生する場合、及び前記磁気記録媒体にデータを記録する場合、前記ロータ又は前記モータの回転速度を、遠心分離時の回転速度より遅い回転速度に低下させるようにしたことにある。

本発明によれば、制御装置は、ロータに設けられた記録媒体に対しデータの再生またはデータの記録を実行する場合、ペルチェ素子の動作を停止させるようにペルチェ素子を制御するので、記録媒体の再生時または記録時の運転実績データにノイズの影響を与えることがなく、運転実績データを正確に再生または記録することができる。

また、特別にノイズ対策用の電気部品を必要とすることなく、制御装置による制御手順を変更するだけで所期の目的が達成できるので、安価な遠心機を構成することができる。

本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴および利点は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかとなるであろう。

以下、本発明の実施形態に係る遠心機について図面を参照して説明する。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、その繰り返しの説明を省略する。

図１は本発明の実施形態に係る遠心機の全体の構造を示す構成図（断面図）、図２は図１に示した遠心機の機能ブロック図、図３は図１に示した遠心機の運転モードを示すタイムチャート、図４は図１に示した遠心機の運転手順を説明するためフローチャートをそれぞれ示す。

最初に、遠心機の全体構成について、図１を参照して説明する。遠心機１は、上面から見た断面形状が略四角形を有する筐体（フレーム）２を備え、筐体２の内部には、チューブ等の試料容器（図示なし）を保持するためのチタン合金またはアルミニウム合金等から成るロータ３と、ロータ３に回転駆動力を与えるためのモータ４と、底部材（プレート）５および仕切り部材６によって区画された、ロータ３を収納するロータ室（回転室）７とを具備し、また、筐体２内に形成されたロータ室７の上部開口部（開閉部）には、スライド式のドア８が筐体２に対し開閉自在に取付けられている。ロータ３の回転中には後述する制御装置（マイクロコンピュータ）９によって、ドア８はロータ室７を開放しないように制御される。

底部材５および仕切り部材６によって区画されたロータ室７内は、ロータ３の運転中に動作する真空ポンプ１１によって減圧される。この減圧によって、ロータ３が、回転中にロータ室７内に残留する空気との摩擦によって、発熱するのを低減させることができる。

ロータ室７には、例えばアルミニウム材料から成るボウル１０がロータ３を包囲するように設置されている。ボウル１０の底部１０ａと底部材（プレート）５との間には温度制御用のペルチェ素子１２が挟持されている。制御装置９によって制御されるペルチェ素子１２（図２参照）の冷熱は、熱伝導率の高い材質によって形成されたボウル１０を経て、直ちにロータ室７全体に伝達され、ロータ室７の温度を均一に低温度、例えば、４℃に制御する。結果的に、ロータ３の回転時の風損による温度上昇を冷却し、遠心分離時の高速回転に伴うロータ３内の試料容器の温度上昇を一定温度以下に冷却する。ロータ室７の温度は、底部材のプレート５に固定された温度センサ１３によって検出され、制御装置９によって測定される。

図２の機能ブロック図に示されるように、ペルチェ素子１２および温度センサ１３は制御装置９に電気的接続され、制御装置９は、温度センサ１３からの検出値と、制御装置９に予め設定した温度設定値とを比較し、その演算結果に基づいてペルチェ素子１２を冷却するように、ペルチェ素子１２に、ＯＮ／ＯＦＦ制御された駆動電圧を供給し、または停止する。

モータ４は、例えば誘導モータから構成される。このモータ４の駆動電源は、商用交流電源（例えば、１００Ｖまたは２００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）を、インバータを介して変換した３相交流電源（例えば、３００Ｖ、５Ｈｚ〜２．６ｋＨｚ）によって駆動され、上記ロータ３に高速回転を与えることができる。モータ４によって回転駆動されるロータ３の回転速度は、ロータ３の底部に近接して設けられた回転センサ１４によって検出される。図２の機能ブロック図に示されるように、回転センサ１４の検出値は制御装置９に入力され、制御装置９はその検出値と設定値とを比較、演算しながらモータ４の回転速度を制御する。なお、回転センサ１４はモータ４の回転速度を検出するようにしてもよい。

ロータ３の底部には、円筒形の磁気記録媒体（磁気記憶素子）１５が設けられている。円筒形の磁気記録媒体１５は、図示されていないが、円筒状のディスク基板の上にメッキされた磁性薄膜（磁性メモリ薄膜）と、その上に形成されたコーティング膜（保護膜）とを含む。円筒形の磁気記録媒体１５には、近接して磁気ヘッド（記録ヘッド）１６が配設されている。円筒形の磁気記録媒体１５と磁気ヘッド１６は、一種のハードディスクメモリとして動作する。磁気記録媒体１５と磁気ヘッド１６は、図２の機能ブロック図に示すように、制御装置９に電気的接続されている。磁気記録媒体１５はその円筒状磁気薄膜に断続的にＳＮ極が磁化されており、運転実績データの再生時においては、後述するように、ロータ３を一定の低速度Ｎ１（図３参照）で回転させ、磁気ヘッド１６により磁気記録媒体１５の磁気データを電圧波形として再生させる。この場合、制御装置９は電圧波形のピーク間の波長を読み取り、運転実績データに変換する。また、運転実績データ記録時においても、ロータ３を一定の低速度Ｎ１で回転させ、制御装置９が磁気ヘッド１６に断続的な電圧を印加させて断続的な磁界を発生させることにより、磁気記録媒体１５を構成する円筒状磁気薄膜に対し断続的にＳＮ極に磁化させて記録させる。この磁気記録媒体１５によって、ロータ３の使用運転回数や積算運転回転時間等の運転実績データを記録、再生できるようになっている。

制御装置９は、図２の機能ブロック図に示すように、演算部９ａおよびメモリ部９ｂを具備するマイクロコンピュータを含み、さらに、モータ４の駆動回路、真空ポンプ１１の駆動回路、ペルチェ素子１２の駆動回路を具備する駆動部９ｃを具備する。さらに、制御装置９は、ロータ３の回転速度や遠心分離を行う時間等の運転条件を示すデータを制御装置９に入力するための操作パネル、および入力された情報の表示や運転中の情報をモニタするための表示部９ｄを具備している。

制御装置９のメモリ部９ｂには、モータ４の制御プログラム、真空ポンプ１１の制御プログラム、およびペルチェ素子１２の制御プログラム等のデータを格納するＲＯＭ等のメモリを具備する。さらに、メモリ部９ｂには、磁気記録媒体１５に記録された運転回数、運転回転時間等の運転実績データを再生して一時記憶したり、さらに磁気記録媒体１５に記録すべき更新運転実績データを一時記憶するためのＲＡＭやＰＲＯＭ等のメモリを具備する。

以上の構成を有する遠心機１において、本発明に従う運転モードについて図３のタイムチャートを参照して説明する。

時刻ｔ０でモータ４（ロータ３）の運転が開始されると、ペルチェ素子１２も動作を開始する。この場合、ロータ３が回転中において、温度センサ１３はロータ３の温度を制御装置９によって常時測定し、使用者によって制御装置９に予め設定された設定温度と比較し、ロータ３の温度が設定温度になるよう、制御装置９によってペルチェ素子１２に電圧（所定の周期でＯＮ／ＯＦＦするパルス電圧）を印加することにより制御する。このときロータ３を冷却させる場合、ボウル１０はペルチェ素子１２からの吸熱により冷却され、ロータ３はボウル１０からの輻射により冷却される。

時刻ｔ１において、制御装置９はモータ４（ロータ３）の回転をある一定の低速の回転速度Ｎ１に整定させる。この時のモータ４の回転速度Ｎ１は、磁気記録媒体１５に記録された運転実績データを、磁気ヘッド１６を介して再生し、または制御装置９のメモリ部９ｂに一時記憶された新たな運転実績データを、磁気ヘッド１６を介して磁気記録媒体１５に記録するのに適した回転速度で、例えば１，０００ｍｉｎ^−１（ｒｐｍ）に整定される。

時刻ｔ１〜時刻ｔ２のモータ４またはロータ３が一定の低速回転速度Ｎ１で回転している間、本発明によれば、図３の（ｂ）に示すように、ペルチェ素子１２の動作を停止させる（非動作とする）。このペルチェ素子１２の非動作の期間（ｔ１〜ｔ２）の中で、図３の（ｃ）に示すように、磁気ヘッド１６が動作して、磁気記録媒体１５の運転実績データを制御装置９のメモリ部９ｂに再生する。

制御装置９は、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間にモータ４を加速し、時刻ｔ３〜時刻ｔ４においてモータ４（ロータ３）の回転速度をＮ２に整定させる。この整定回転速度Ｎ２は、使用者が設定した回転速度、例えば１００，０００ｍｉｎ^−１（ｒｐｍ）に設定される。この期間にロータ３に保持された試料は遠心分離される。

制御装置９は、時刻ｔ４〜時刻ｔ５においてモータ４を減速し、時刻ｔ５〜時刻ｔ６において、再びモータ４の回転速度をＮ１（例えば１，０００ｍｉｎ^−１）に整定させる。この期間、制御装置９は、ペルチェ素子１２の動作を停止させ、磁気ヘッド１６を動作させ、演算部９ａによって時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間に再生した運転実績データに今回の運転実績データを加えてメモリ部９ｂに一時記憶し、磁気ヘッド１６で磁気記録媒体１５に最新の運転実績データを記録する。これによりロータ３自身に常に最新の使用状況データを記憶し、保持させることが可能となる。ここで、運転実績データがロータ３の想定した寿命に達している場合は、制御装置９はその表示部９ｄにアラームを表示し、または警告音を発生させて、ロータ３（モータ４）の回転を停止させる。平常な運転であれば、時刻ｔ７でモータ４を停止させて遠心分離を終了する。

次に、本発明に係る遠心機１について運転実績データの再生および記録を制御する制御手順について、図４に示したフローチャートを参照して説明する。

ステップ１００において、使用者が遠心機１の運転を予め開始させると、制御装置９はペルチェ素子１２に電圧（パルス電圧）を印加し、ロータ３の温度制御を開始させる。

次に、ステップ１０１において、モータ４によってロータ３の回転速度がＮ１（１，０００ｍｉｎ^−１）となるように整定する。その直後、ステップ１０２において、制御装置９はペルチェ素子１２への電圧の印加を停止する。

さらに、ステップ１０３において、制御装置９は、磁気記録媒体１５から磁気ヘッド１６を介して運転実績データを再生させ、ステップ１０４において、制御装置９のメモリ部９ｂに再生されたデータを記憶する。

その後、ステップ１０５において、制御装置９は再びペルチェ素子１２に対し電圧を印加し、ロータ３が所定温度となるように制御する。引き続くステップ１０６において、モータ４を制御し、ロータ３が予め設定した設定回転速度Ｎ２（例えば、１００，０００ｍｉｎ^−１）に整定させるように制御する。これにより、試料の遠心分離を行う。

遠心分離の後、ステップ１０７において、モータ４を減速制御させ、ロータ３の回転速度が再びＮ１（例えば、１，０００ｍｉｎ^−１）に整定するように制御する。次いで、ステップ１０８において、制御装置９はペルチェ素子１２への電圧の印加を停止する。

引き続くステップ１０９において、制御装置９は、加速時に記憶させたデータに、今回遠心分離した回転速度Ｎ２の運転実績を加算し、磁気ヘッド１６を介して磁気記録媒体１５に更新した運転実績データを記録する。

データ記録後、ステップ１１０において、制御装置９はペルチェ素子１２に対し電圧の印加を再開する。その後、モータ４を停止し、運転を終了する。

なお、運転実績データを再生または記録させるときのロータ３の回転速度Ｎ１は、ロータ３への遠心応力がごく小さい範囲、すなわち、疲労限界が実質的に発生しない範囲であれば、例示した回転速度１，０００ｍｉｎ^−１でなくても良い。もし、再生または記録させる時の回転速度Ｎ１が運転実績データとして考慮しなければならない回転速度または回転時間であれば、運転実績データに補正整数を加算してもよい。また、遠心分離に必要なロータ３の回転速度Ｎ２も必要に応じて変更できる。

以上の実施例の説明から明らかにされるように、ロータに装着された磁気記録媒体に運転実績データを更新する場合、温度制御用ペルチェ素子への電圧供給をＯＦＦ状態（非動作状態）とするので、ペルチェ素子からノイズが発生しなくなり、運転実績データを正確に再生、記録できる。また、運転実績データを記録するための使用部品も従来のものと同一のものを使用するので、コストを低減することができる。

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機の全体の構成図。図１に示した遠心機の機能ブロック図。図１に示した遠心機の運転モードを示すタイムチャート。図１に示した遠心機の制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

１：遠心機２：筐体（フレーム）３：ロータ４：モータ
５：底部材（プレート）６：仕切り部材７：ロータ室
８：ドア９：制御装置９ａ：演算部９ｂ：メモリ部
９ｃ：駆動部９ｄ：表示部１０：ボウル１１：真空ポンプ
１２：ペルチェ素子１３：温度センサ１４：回転センサ
１５：磁気記録媒体１６：磁気ヘッド１７：

Claims

モータと、
該モータにより回転駆動され、試料容器を保持するロータと、
該ロータの運転実績データを記録する磁気記録媒体と、
前記ロータに近接して配置され、前記磁気記録媒体に運転実績データを記録し、または再生を行う磁気ヘッドと、
前記ロータの温度を制御するためにロータ室に近接配置されたペルチェ素子と、
該ペルチェ素子に印加する電圧を制御すると共に、前記磁気ヘッドによる前記記録及び再生を制御する制御装置とを備えた遠心機において、
前記制御装置は、前記ペルチェ素子への電圧の印加を停止している時間に、前記磁気ヘッドから磁気記録媒体にデータを記録し、又は該磁気記録媒体からデータを再生するように制御することを特徴とする遠心機。
前記制御装置は、前記磁気記録媒体に記録されたデータを前記磁気ヘッドにより再生する場合、及び前記磁気記録媒体にデータを記録する場合、前記ロータ又は前記モータの回転速度を、遠心分離時の回転速度より遅い回転速度に低下させることを特徴とする請求項１記載の遠心機。