JP5003916B2

JP5003916B2 - 遠心分離機

Info

Publication number: JP5003916B2
Application number: JP2008268021A
Authority: JP
Inventors: 廣之高橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: JP2010094610A

Description

本発明は、回転室を減圧して使用する遠心分離機に関し、特に、用いられる油回転真空ポンプの水分吸引による減圧能力低下を防止できる遠心分離機に関する。

例えば３万ｒｐｍ以上で回転する高速の遠心分離機には、高速回転時の空気摩擦によるロータの発熱を避けるため、回転室を真空ポンプによって減圧させた状態でロータを回転させる。真空ポンプとしては主に油回転真空ポンプが用いられ、油回転真空ポンプを補助する真空ポンプとして油拡散真空ポンプを直列に接続する方法が一般的である。さらに、ロータを設定した温度に保つために、回転室には冷却装置が設けられる。

遠心分離機の使用者は、しばしば室温よりも低い温度、例えば回転室の温度を４℃に冷やした状態で遠心作業を行う。遠心作業に伴う運転時間は、数分程度の短いものから数時間に及ぶ場合まで多様である。遠心作業が終了したら減圧した回転室に大気を戻し入れ、遠心分離した試料を取り出すためにドアが開けられる。このとき、周囲の大気の温度と湿度によっては、冷えた回転室壁面などに結露が生じる。

この結露が生じたままの状態で、次の遠心作業によって再び回転室を減圧させると、結露した水分は圧力の低下によって蒸発し、油回転真空ポンプ内へ流入する。油回転真空ポンプ内に入った水分の一部は、気体の圧縮の過程で再び液化し、機外へ放出されずに油回転真空ポンプ内の油に混入して残留する。従って、このような作業を繰り返せば、油回転真空ポンプ内に残留する水分は徐々に増える。油回転真空ポンプは、ポンプ内に残留する水分が増加すると減圧する能力が低下するため、所望の真空状態に達するまでにより多くの時間を要するようになる。従って、能力低下を防止するため、例えば特許文献１では、油回転真空ポンプ内の油の下部に空気を送り込んで水分を除去するように構成している。

油回転真空ポンプ内の水分除去の別の方法として、真空ポンプを数時間運転するということが知られている。このため使用者は、作業が終了した後に、回転室のドアを閉めて長時間空運転（ロータに試料をセットしないで運転）させるようにしている。この空運転では、使用者は、遠心分離機を例えば３時間くらい運転させた後に遠心運転を停止させ、電源を落とさなければならない。

特開平４−１４０４９３号公報

従来の油回転真空ポンプ内の油の下部に空気を送り込んで水分を除去するという技術においては、油回転真空ポンプに空気を送り込むための空気ポンプが必要となるため、遠心分離機のコストが増加するという問題が生ずる。また、使用者が油回転真空ポンプを長時間空運転させるという方法では、所定時間経過後に使用者が装置を停止させなければならず、使用者の行動を制約する。また、使用者が装置を停止させることを怠れば長時間にわたって油回転真空ポンプが運転し続けるため、電力が無駄に消費されることになる。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、油回転真空ポンプ内の油に混入した水分を除去する運転モードを有する遠心分離機を提供することにある。

本発明の別の目的は、製造コストの増加を防止し、使用者にとって使いやすい水分除去機能を有する遠心分離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ものの特徴を説明すれば、次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータよって回転されるロータを収容する回転室と、回転室の空気を吸引し圧力を低下せしめる真空ポンプと、回転室への外気吸入を制御する開閉弁と、これらの動作を制御する制御部と、制御の情報を表示すると共に使用者からの入力を受け付ける操作部を備えた遠心分離機において、真空ポンプ内又は回転室内に混入した水分を除去する運転モードを設け、操作部の操作により使用者が運転モードを選択した際に、制御部は、開閉弁を閉じて真空ポンプを駆動して回転室を減圧し、所定の減圧状態に到達したことを検出した場合に、真空ポンプの駆動を停止させて、電源を遮断するように構成した。運転モードが終了して装置の電源が遮断される前には、開閉弁を開いて回転室へ外気を導入すると好ましい。ここで、所定の減圧状態とは、例えば、第１の真空度に達した状態であり、又は、第１の真空度に達してから所定の時間が経過した状態である。真空ポンプは、油回転真空ポンプと油拡散真空ポンプから構成することができ、水分を除去する運転モードが選択された場合には、これら両方の真空ポンプを駆動させても良いし、油回転真空ポンプのみを駆動させる様にしても良い。

本発明の他の特徴によれば、遠心分離機は、回転室の温度を調整する温度調節器を有し、運転モードが選択された際に、温度調節器によって回転室内の温度を周囲の大気温度と同等もしくは高い温度に保つようにした。また、運転モードが選択された際に、操作部に運転モードの終了予定時間を表示するように構成した。

本発明のさらに他の特徴によれば、制御部は、運転モードが稼働してから所定の減圧状態に到達するまでの経過時間を監視し、経過時間が所定の時間を超えた際には、操作部にアラーム表示をする。制御部には不揮発性のメモリを含み、電源を遮断する前に運転モードの実行結果に関する各種データをメモリに記憶させるようにした。また、操作部には、運転モードの中断を指示する指示手段を有し、運転モードの実行中に、使用者からの中断指示がされた場合には、制御部は真空ポンプの駆動を停止させるようにし、水分除去運転モードの中断機能を追加した。指示手段は、例えば、液晶表示部に表示される操作ボタン又はアイコンで実現できる。

請求項１の発明によれば、遠心分離機は真空ポンプ内の油に混入した水分を除去する運転モードを有するので、真空ポンプの連続運転による水分除去運転を自動的に実行することができ、しかも運転終了時には遠心分離機の電源が自動で遮断されるので、使用者に取って使い勝手の良い遠心分離機を提供できる。また、真空ポンプ内の油に混入した水分を適時除去できるので、遠心分離機の性能を安定して維持することができる。

請求項２の発明によれば、電源を遮断する前に開閉弁を開いて回転室へ外気を導入するので、水分除去の運転モードが終了した後にも真空状態が長時間維持されることにより真空ポンプの油が回転室に流入するなどの不具合を防ぐことができ、また、次回使用する時に回転室を大気圧に戻す時間を待つことなくドアを開けて、ロータを遠心分離機にセットすることができる。

請求項３の発明によれば、所定の減圧状態とは、第１の真空度に達した状態であるので、水分の除去が完了した所定の減圧状態まで真空ポンプを運転させるので、確実に水分の除去を行うことができる。

請求項４の発明によれば、所定の減圧状態とは、第１の真空度に達してから所定の時間が経過した状態であるので、水分除去の完了だけでなく、真空ポンプの温度を十分下げることができ、例えば油回転真空ポンプにおける油蒸気の浮遊を無くすことができる。

請求項５の発明によれば、遠心分離機は、回転室の温度を調整する温度調節器を有し、制御部は、運転モードが選択された際に、温度調節器によって回転室内の温度を周囲の大気温度と同等もしくは高い温度に保つので、水分を除去する運転モードが終了した後に回転室に外気を流入させても結露が発生することがない。

請求項６の発明によれば、水分除去の運転モードが選択された際に、操作部に運転モードの終了予定時間を表示するので、使用者は運転の終了予測時間を容易に認識することができる。

請求項７の発明によれば、運転モードが稼働してから所定の減圧状態に到達するまでの経過時間を監視し、経過時間が所定の時間を超えた際には、操作部にアラーム表示をするので、真空ポンプが故障している場合であっても作業者はその異常を発見することができる。

請求項８の発明によれば、制御部は不揮発性のメモリを含み、電源を遮断する前に運転モードの実行結果データをメモリに記憶させるので、その後の遠心分離機の運転時やメインテナンス時に実行結果データを参照することができる。

請求項９の発明によれば、運転モードの中断を指示する指示手段を有し、運転モードの実行中に、使用者からの中断指示がされた場合には、真空ポンプの駆動を停止させるので、使用者は任意の時点で水分除去の運転モードを中断することができる。

請求項１０の発明によれば、真空ポンプは、油回転真空ポンプと油拡散真空ポンプからなり、水分を除去する運転モードが選択された場合に、制御部は油回転真空ポンプのみを動作させるので、水分を除去する運転モードの実行時の消費電力を低減させることができる。

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明の実施形態による遠心分離機について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施態様に係る遠心分離機の構成を示す断面図である。遠心分離機１は、試料を保持して回転するロータ２と、ロータ２を収容する回転室３と、回転室３を取り囲み密閉空間を形成する真空チャンバ４と、真空チャンバ４へロータ２の出し入れを行うために設けられた開口部を閉じるドア５と、真空チャンバ４を減圧する油回転真空ポンプ６と、油回転真空ポンプ６と真空チャンバ４の間に直列に接続された油拡散真空ポンプ７と、使用者が遠心条件の設定操作や運転状態の確認を行う操作部８と、ロータ２を回転させるモータ９と、真空チャンバ４への空気の流入を開閉する開閉弁１０と、真空チャンバ４内の圧力を測定する真空センサ１１と、制御部１２を含んで構成される。

制御部１２は、図示しないマイクロコンピュータ、不揮発性の記憶メモリを含み、図示しない信号線により真空センサ１１の信号を入力し、モータ９の回転制御、油回転真空ポンプ６のＯＮ／ＯＦＦ制御、油拡散真空ポンプ７のＯＮ／ＯＦＦ制御、操作部８への情報の表示と操作部８からの入力データの取得、開閉弁１０の開閉等、遠心分離機１の全体の制御を行う。操作部８は、例えばタッチパネル式の液晶表示手段、又はディスプレイと入力装置の組み合わせであり、使用者に必要な情報を表示し、使用者からの操作の指示を受け取る。

使用者が操作部８を操作して遠心分離機１の運転を開始したとき、真空チャンバ内の圧力が充分に低下しないうちにロータ２を高速回転させると、空気との摩擦によってロータ２が発熱し、ロータ２が保持する試料温度が上昇してしまう。この温度上昇を防止するため、制御部１２は、真空センサ１１の出力から真空チャンバ内の圧力を検知し、所定の圧力まで低下しなければロータ２を高速回転させないように制御する。従って、油回転真空ポンプ６内に水分が入って、その能力が低下してくると、使用者は操作部８に表示される圧力や回転速度などを観察して減圧に要する時間が長くなったと認識する。このとき、本実施形態による遠心分離機１では、本来の遠心業務が必要でない時間を使って、使用者がドア５を閉め、操作部８を用いて、真空ポンプの水分除去のための動作モード（以下、本実施例では「真空リフレッシュモード」と呼ぶ）を開始させる。また、操作部８に、真空リフレッシュモードの動作概要や、その所要時間などを説明するメッセージを表示すると使用者に安心を与えて好ましい。

次に、真空リフレッシュモードの基本動作について図２を用いて説明する。時刻ｔ_０で使用者が水分除去動作を開始させると、制御部１２は、まず開閉弁１０を閉じて回転室３を密閉するとともに油回転真空ポンプ６の動作を開始させる。その結果、回転室３の内部の圧力が、図２の曲線に示すように大気圧から徐々に低下する。油回転真空ポンプ６を動作させた状態を所定時間ｔ_１経過するまで継続する。このとき回転室３の温度は、真空リフレッシュモードの終了後に開閉弁１０を開いて空気を流入しても結露が発生しないように、室温より高い温度、例えば３５℃や４０℃といった比較的高めの温度に制御することが望ましい。また、遠心分離機に室温を測定する温度計が設けられる場合、遠心分離機が使用されている部屋の温度(周囲の大気温度)を測定し、測定した温度と同等か少し高めに回転室の温度を制御させても良い。（例えば測定した温度より少し高めに制御する場合には、測定した室温より５〜１０℃高く制御する。）時間ｔ_１において制御部１２は油回転真空ポンプ６を停止させ、時間ｔ_１から所定の時間が経過した時間ｔ_２で開閉弁１０を開いて大気を回転室３に導入し、真空リフレッシュモードの終了とする。

上記した時間ｔ_０から時間ｔ_１までの時間は、例えば３時間程度である。これは水分除去のための運転として一定の効果があるとされている時間であるが、油回転真空ポンプ６の特性や、遠心分離機１の結露の発生状況などのデータ等から、最適な水分除去のための時間を設定すれば良いので、この時間の設定は任意である。また、時間ｔ_１から時間ｔ_２までの時間は、油拡散真空ポンプ７の温度を下げて油蒸気の浮遊が無くなるのを待つための時間であり、これに必要な時間は数分程度である。

また、上記の真空リフレッシュモードでは、油回転真空ポンプ６と油拡散真空ポンプ７の双方を動作させていたが、必ずしも油回転真空ポンプ６と油拡散真空ポンプ７を動作させる必要はなく、油回転真空ポンプ６のみを動作させるように制御してもよい。これにより、油拡散真空ポンプ７分の消費電力を抑えることができ、さらに、油拡散真空ポンプ７の加熱された油が冷えるのを待つ必要がなくなる。

次に、図３のフローチャートを用いて図１の遠心分離機の真空リフレッシュモードの詳細な手順を説明する。使用者は、試料等がセットされていない空のロータ２を回転室３の内部にセットし、ドア５を締める。次に、操作部８に表示されるメニュー画面から、本実施形態にかかる水分を除去する運転モードを実行させるため、「真空リフレッシュモード」を示す操作ボタン又はアイコンを選択する（ステップ１０１）。この真空リフレッシュモードは、通常の遠心分離モードとは別に設けられるものであって、真空チャンバ４の内部を真空状態にする点では通常の遠心分離モードと同様であるが、真空リフレッシュモードの実行中には、ロータ２を回転させないという点が異なる。尚、ロータ２の回転の有無は、真空リフレッシュモードの実行には影響しないので、必ず回転を停止させなければならないというものではない。

「真空リフレッシュモード」が選択されると、制御部１２はドア５の開閉状態をチェックし（ステップ１０２）、ドアが開いていたら、ドアを閉めてから再操作するように促すメッセージを操作部８に表示してステップ１０１に戻る（ステップ１０４）。

ステップ１０２でドアが閉まっていることを確認できたら、制御部１２は、開閉弁１０を閉じて、真空チャンバ４と大気との連通を遮断し、油拡散ポンプ７及び油回転真空ポンプ６をＯＮにする。また、制御部１２は、回転室３の内部の温度が４０℃に保たれるようにサーモモジュール１３を制御する。次に、制御部１２は、真空リフレッシュモードの実行に要する時間を算出し、操作部８にその終了予測時間を表示する（ステップ１０５）。算出の仕方は、直前の遠心分離動作時に要した、真空に達するまでの時間を記録しておき、この記録値から水分混入状態を推測して計算するように構成しても良いし、別の方法による算出でも良い。表示の仕方は、終了予定時刻を表示しても良いし、残り時間を表示するようにしても良いし、厳密な数値表示でなく、減少するバークラフ等の視覚的な量で表示するようにしても良い。この際、終了予測時間を一定時間、例えば１分間表示させて、操作部８の液晶表示手段のバックライトを消灯するなどの省エネ機能を併用させると好ましい。

次に、制御部１２は、真空リフレッシュ動作が終了したか否かを検出する（ステップ１０６）。これは、真空センサ１２の出力値から真空チャンバ３内の圧力を検出し、圧力値が所定の圧力（図２の圧力Ｖ_１）まで低下した場合は、水分除去作業が終了したと判断してステップ１０９に移る。また、フローチャートには図示していないが、使用者が操作部８から真空リフレッシュモードの中断を選択・指示した際に、終了と判断しても良い。

所定の圧力まで低下していない場合は、真空リフレッシュモードを開始してから、所定時間以上が経過していないか、つまり、タイムアウトになっていないか否かを判断し、経過していなければステップ１０５に戻る（ステップ１０７）。タイムアウトの時間は、終了予測時間のばらつきを考慮した充分に長い時間であり、例えば、終了予測時間が３時間であれば、その２倍の６時間をタイムアウト判定時間とすれば良い。

ステップ１０７で、タイムアウトと判定された場合は、操作部８に「異常が発生している」旨のアラーム表示をし、アラーム発生の日時、真空センサの出力値の推移と時間の関係、温度等をアラーム来歴記録として制御部１２に含まれる図示しないメモリ装置内に書き込み、ステップ１０９に進む（ステップ１０８）。

ステップ１０９では、油拡散真空ポンプ７を停止させ、所定時間（図２の時間ｔ_１から時間ｔ_２）が経過をしたら（ステップ１１０）、油回転真空ポンプ６を停止させ、開閉弁１０を開いて大気を真空チャンバ４内に連通させる（ステップ１１１）。また、サーモモジュール１３による回転室３内の温度制御を終了する。ステップ１１０において、所定時間が経過するまで待つのは、油拡散真空ポンプ７の温度が下がり、油蒸気の浮遊が無くなるのを待つためであり、これに必要な時間は、概ね数分である。従って、ステップ１１０では、その時間をあらかじめ固定して設定しておけば良いが、油拡散真空ポンプ７に温度検出センサがある場合は、その温度を検出することによって、温度が低下したかを確実に判定することができる。

次に、真空リフレッシュモードの実行結果を、メインテナンス記録として制御部１２に含まれる図示しないメモリ装置内に書き込む（ステップ１１２）。その後、制御部１２は、遠心分離機１の電源を停止させる（ステップ１１３）。

以上説明したように、本実施形態においては、作業者は、遠心分離を行わない時間帯に、操作部８から真空リフレッシュモードを選択するだけで良く、選択後には遠心分離機１から離れていても真空リフレッシュモードの実行後に遠心分離機１が自動停止するので、使い勝手が大変良い。また、正常に真空リフレッシュモードが終了した場合や、エラーが生じた場合には、メモリ装置にその来歴データが記録されるので、メインテナンス時にそれらのデータを読み出して参照することができる。

次に、図４を用いて本願発明の第２の実施形態を説明する。図４は、第２の実施形態に係る真空リフレッシュモードの動作時の回転室圧力と時間の関係を示す図である。図４において、真空リフレッシュモードの起動（ｔ_０）及び起動直後の動作に関しては図２で示す第１の実施形態と同じであるが、水分の除去がほぼ完了した時点（矢印ａ付近）で回転室３の圧力が一層下がるため、ｔ_０からｔ_３までの時間を固定せずに、圧力が所定の値Ｖ_２まで低下した時点ｔ_３から所定時間Ｔ_１経過した時点で油回転真空ポンプ６を停止させる。その後、油回転真空ポンプ６が十分停止した時刻ｔ_４で開閉弁１０を開いて、真空チャンバ４内に大気を流入させる。このように、第２の実施形態においては、あらかじめ固定された時間で真空リフレッシュモードを停止させるのではなく、確実に水分の除去が行われたことを検出してから停止させるようにしたので、確実かつ無駄のない水分の除去動作を行うことができる。尚、第２の実施形態においては、第１の実施形態よりも短い時間で真空リフレッシュモードが完了するのがほとんどなので、真空ポンプを長時間に亘って運転して無駄な電力を消費することを防止することができる。

時間Ｔ_１に関しては、あらかじめ固定された時間でよいが、油回転真空ポンプ６内の水分が多いほど減圧に時間を要する傾向があるため、圧力低下の速さ、例えば大気圧からＶ_２まで達するのに要した時間（ｔ_３−ｔ_０）に応じて延長時間Ｔ_１を可変とすることも有効である。

以上説明したように、本発明によれば、油回転真空ポンプの水分除去に要する動作を、操作部に設けられる実行ボタンを選択するだけで真空リフレッシュモードを実行して、その後に自動的に遠心分離機の電源が遮断されるので、使用者が数時間後に動作を止める操作を必要とせず、使用者に使い勝手の良い遠心分離機を実現できる。また、真空リフレッシュモードを実現するに当たり、空気ポンプなどの特別な部品を追加する等の従来の装置のハードウェア構成を変更する必要がなく、制御部１２で実行されるプログラムを変更するだけで実現できるので、製造コストの増加も極小で済む。

以上、本発明を示す実施形態に基づき説明したが、本発明は上述の形態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。本実施形態では、使用者が「真空リフレッシュモード」の実行が必要か否かを認識していたが、制御部１２のマイクロコンピュータによって、真空リフレッシュモードの実行が必要か否かを判断して、その旨を操作部８に表示して、作業者にその実行を促すように構成しても良い。また、真空リフレッシュモードの実行時間は、使用者の都合により早めに終了させたいこともあれば、時間に余裕があって確実に行いたい場合もあるため、図２におけるＴ_１や図３のＶ_２を使用者が任意に設定できるようにしても良く、そのように構成すると使い勝手のさらなる向上が得られる。

本発明の実施態様に係る遠心分離機の構成を示す断面図である。図１の遠心分離機の水分除去動作時の回転室圧力と時間の関係を示す図である。図１の遠心分離機の水分除去動作の手順を示すフローチャートである。図１の遠心分離機の別の水分除去動作における回転室圧力と時間の関係を示す図である。

符号の説明

１遠心分離機２ロータ３回転室４真空チャンバ
５ドア６油回転真空ポンプ７油拡散真空ポンプ
８操作部９モータ１０開閉弁１１真空センサ
１２制御部１３サーモモジュール

Claims

モータと、前記モータよって回転されるロータを収容する回転室と、前記回転室の空気を吸引し圧力を低下せしめる真空ポンプと、前記回転室への外気吸入を制御する開閉弁と、これらの動作を制御する制御部と、制御の情報を表示すると共に使用者からの入力を受け付ける操作部を備えた遠心分離機において、
前記真空ポンプ内又は回転室内に混入した水分を除去する運転モードを設け、
前記操作部の操作により使用者が前記運転モードを選択した際に、
前記制御部は、前記開閉弁を閉じて前記真空ポンプを駆動して前記回転室を減圧し、所定の減圧状態に到達したことを検出した場合に、前記真空ポンプの駆動を停止させて、電源を遮断することを特徴とする遠心分離機。
前記制御部は、前記電源を遮断する前に前記開閉弁を開いて前記回転室へ外気を導入することを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
前記所定の減圧状態とは、第１の真空度に達した状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離機。
前記所定の減圧状態とは、第１の真空度に達してから所定の時間が経過した状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離機。
前記遠心分離機は、前記回転室の温度を調整する温度調節器を有し、
前記制御部は、前記運転モードが選択された際に、前記温度調節器によって前記回転室内の温度を周囲の大気温度と同等もしくは高い温度に保つことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心分離機。
前記制御部は、前記運転モードが選択された際に、前記操作部に該運転モードの終了予定時間を表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の遠心分離機。
前記制御部は、前記運転モードが稼働してから前記所定の減圧状態に到達するまでの経過時間を監視し、該経過時間が所定の時間を超えた際には、前記操作部にアラーム表示をするとともに、電源を遮断することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心分離機。
前記制御部は、不揮発性のメモリを含み、電源を遮断する前に前記運転モードの実行結果のデータを前記メモリに記憶させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の遠心分離機。
前記操作部には前記運転モードの中断を指示する指示手段を有し、前記運転モードの実行中に使用者からの中断指示がされた場合には、前記制御部は前記真空ポンプの駆動を停止させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の遠心分離機。
前記真空ポンプは、油回転真空ポンプと油拡散真空ポンプからなり、
前記水分を除去する運転モードが選択された場合に、前記制御部は前記油回転真空ポンプのみを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。