JP5268366B2 - 遠心分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、遠心分離機能と振動による攪拌機能を兼ね備えた遠心分離装置に関する。

血液や尿等の試料液に含まれる成分を分析するため、その過程において試薬との混合や遠心分離といった操作が行われる。このような操作は一般的には攪拌装置や遠心分離装置を用いて行われるが、複数の過程を経る分析において、これらの操作をそれぞれ個別の装置で行っていては効率が悪い。このため、遠心分離と攪拌を１つの装置で行う装置が特許文献１などで提案されている。

この特許文献１の事例では、遠心分離を行うための第１のモータと、攪拌を行うための第２のモータを備えており、試料がセルなどに注入された状態で搭載されているターンテーブルを第１のモータで回転させ、攪拌は第２のモータが前記ターンテーブルに接続された状態で回転させ、第２のモータの先端の偏心カムが回転することで前記ターンテーブルを旋回運動させることで行っている。また、遠心分離と攪拌の操作切り替えは電磁プランジャにて行っている。
特許第２８６６４０４号

この従来の構成では、遠心分離と攪拌を別々のモータにて行っている。しかしながら、各操作を精度良く行うためには各モータの回転を一定に制御する必要があり、攪拌機能が追加されたことによって振動数を検出するための新たなセンサが必要になり、装置の構成が増大し、制御の複雑化を招くという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、遠心分離と攪拌を制御するためのセンサを兼用できる遠心分離装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の遠心分離装置は、試料液を注入した分析用デバイスを保持するターンテーブルと、前記ターンテーブルを回転駆動すると共に少なくとも２つ以上の磁気センサを回転磁界の検出に使用した第１の駆動手段と、前記ターンテーブルに係合させて前記ターンテーブルを往復振動させる第２の駆動手段と、前記磁気センサの出力信号から最も大きい振幅の出力信号を選択しその選択状態を振動攪拌の一動作が終わるまで保持したまま選択された出力信号から振動数を演算する振動検出部とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の遠心分離装置は、請求項１において、前記第１の駆動手段の回転モータが、３相ブラシレスモータであることを特徴とする。
本発明の請求項３記載の遠心分離装置は、請求項１において、前記振動検出部が、前記磁気センサの出力信号のうちから２つの出力信号を取り出し直流信号を除去する濾波器と、前記濾波器の出力信号の振幅を比較して大小を判定しその判定結果を保持する第１の比較部と、前記第１の比較部の保持した判定結果に基づいて前記濾波器の出力信号から最も振幅の大きい信号を選択するマルチプレクサと、前記マルチプレクサで選択した出力信号をデジタル変換する第２の比較部と、前記第２の比較部の出力信号から振動数を演算するマイクロコンピュータとを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の遠心分離装置は、請求項３において、前記第１の比較部が、第１の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第１のピークホールド回路と、第２の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第２のピークホールド回路と、前記第１，第２のピークホールド回路の出力の大きい方を判定するヒステリシス特性を有したコンパレータ回路とで構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５記載の遠心分離装置は、請求項３において、前記第１の比較部が、第１の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第１のピークホールド回路と、第２の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第２のピークホールド回路と、前記第１，第２のピークホールド回路の出力の大きい方を判定するヒステリシス特性を有しないコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路の出力を振動攪拌の一動作が終わるまで保持するラッチ手段とを備え、前記ラッチ手段の出力に基づいて前記マルチプレクサを切り替えるよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項６記載の遠心分離装置は、請求項１において、前記振動検出部が、２つ以上の前記磁気センサの出力信号からそれぞれ直流信号を除去する濾波器と、前記濾波器の出力信号から１つを選択するマルチプレクサと、前記マルチプレクサの出力信号をデジタル変換するアナログ・デジタル変換器と、前記アナログ・デジタル変換器の出力信号から振動数を演算するマイクロコンピュータとを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項７記載の遠心分離装置は、請求項３または請求項６において、前記濾波器が、前記磁気センサの出力信号と直列したコンデンサと、出力信号に並列した抵抗器から構成されたハイパスフィルタであることを特徴とする。

この構成によれば、遠心分離のための回転駆動のモータに使用している磁気センサの検出出力から攪拌運転時の振動数を演算することができ、攪拌を制御するためのセンサを遠心分離のための回転駆動のモータとは別に設ける必要がない。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図２５に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１と図２は血液分析装置に組み込まれた本発明の遠心分離装置を示す。図３は血液分析装置のドア１０３を開放した状態の斜視図、図４は分析用デバイス１をターンテーブル１０１にセットした状態を示している。

分析用デバイス１は、血液や尿等の試料液を注入し、遠心分離、攪拌を行うための流路を備えている。ターンテーブル１０１の上面には溝１０２が形成されており、分析用デバイス１をターンテーブル１０１にセットした状態では分析用デバイス１のカバー基板４に形成された回転支持部１１５と保護キャップ２に形成された回転支持部１１６が溝１０２に係合してこれを収容している。

ターンテーブル１０１に分析用デバイス１をセットした後に、ターンテーブル１０１の回転させる前に分析装置のドア１０３を閉じると、セットされた分析用デバイス１は、ドア１０３の側に設けられた可動片１０４によって、ターンテーブル１０１の回転軸心上の位置がバネ１０５の付勢力でターンテーブル１０１の側に押さえられて、分析用デバイス１は、回転駆動手段１０６によって回転駆動されるターンテーブル１０１と一体に回転する。１０７はターンテーブル１０１の回転中の軸心を示している。

図１と図２に見られるように、回転駆動手段１０６は、ターンテーブル１０１を回転中心１０７の回りに回転駆動する第１の駆動手段７１と、ターンテーブル１０１に接触して回転中心１０７と垂直に交差する振動中心Ｒ２を軸としてターンテーブル１０１の接線方向に往復振動する第２の駆動手段７２と、攪拌する際にのみターンテーブル１０１と第２の駆動手段７２を接触させ、遠心分離時は回避させておく第３の駆動手段７３とで構成されている。第３の駆動手段７３は直流モータや電磁プランジャ等の動力源によって構成される。ターンテーブル１０１と第２の駆動手段７２の接触は、振動を効率良く伝達するため、第２の駆動手段７２とターンテーブル１０１の接触面に摩擦係数の高い材質を使用したり、ギア構造にして互いに噛み合わせる構成にすると良い。

図５〜図８は、第２の駆動手段７２とターンテーブル１０１の接触面をギア構造にして互いに噛み合わせるようにし、第３の駆動手段７３を直流モータで構成した場合の具体例を示している。

セットされた分析用デバイス１に回転運動を与える第１の駆動手段７１は、アウターロータ型のブラシレスモータ７１ａと、このブラシレスモータ７１ａの出力軸に取り付けられ前記分析用デバイス１がセットされる前記ターンテーブル１０１とで構成されている。ターンテーブル１０１の外周部には第１のギア部７４が形成されている。

回転駆動手段１０６は、第１の駆動手段７１の他に、所定の停止位置でターンテーブル１０１を、回転軸心１０７を中心に所定の振幅範囲、周期で左右に往復運動をさせるために、第１の駆動手段７１に選択的に係合し分析用デバイス１に往復運動を与える第２の駆動手段７２と、第１の駆動手段７１と第２の駆動手段７２が係合する位置（図５（ｂ））と係合しない位置（図５（ａ））に相対移動させる第３の駆動手段７３が設けられている。

第２の駆動手段７２と第３の駆動手段７３は、図６〜図８に示すように構成されている。
ブラシレスモータ７１ａが取り付けられているシャーシ７５には第２のモータ７２ａと第３のモータ７３ａなどが取り付けられている。シャーシ７５に対して矢印７６方向（図５（ａ），図６参照）にスライド自在に取り付けられた支持テーブル７７には、支持軸７８が取り付けられている。

支持軸７８にはレバー７９が枢支されている。レバー７９の前記ターンテーブル１０１の側の一端には、ターンテーブル１０１の第１のギア部７４に噛合できる第２のギア部８０が形成されている。レバー７９の他端には、凹部８１が形成されている。凹部８１には、第２のモータ７２ａの出力軸８２に取り付けられた偏心カム８３が係合している。なお、図８はレバー７９を支持軸７８から取り外して図示した平面図である。

このように構成したため、第２のモータ７２ａに通電すると、偏心カム８３を介してレバー７９が実線位置と仮想線位置に揺動する。
なお、レバー７９は、つるまきバネ（図示せず）によって付勢して前記揺動時のレバー７９のバックラッシュ（Backlash）が小さくなるように構成されている。

第３の駆動手段７３は、シャーシ７５に取り付けられた前記第３のモータ７３ａと、第３のモータ７３ａの出力軸８４に取り付けられたウォーム８５と、シャーシ７５に回転自在に取り付けられ前記ウォーム８５に噛合したウォームホイール８６と、支持テーブル７７に形成され前記ウォームホイール８６に噛合するラック８７とで構成されている。ウォームホイール８６とラック８７との間のバックラッシュが小さくなるように、支持テーブル７７とシャーシ７５の間には引っ張りコイルバネ８８が介装されている。

このように構成したため、検出スイッチ９１が図５（ｂ）に示すように支持テーブル７７を検出するまで第３のモータ７３ａに通電してウォームホイール８６を矢印８９方向（図５（ａ）参照）に回転させると、ラック８７がウォームホイール８６に噛合している支持テーブル７７が、ターンテーブル１０１に接近するようスライドして、図５（ｂ）に示すように、レバー７９の第２のギア部８０がターンテーブル１０１の第１のギア部７４に噛合し、この状態で第２のモータ７２ａが通電状態に維持されると、ターンテーブル１０１の接線方向にレバー７９によってターンテーブル１０１が揺動駆動されるので、第２のモータ７２ａの回転数を高くすることによって短い時間であっても分析用デバイス１内の微量の流体を攪拌するに十分な加速度を、短時間にして得ることができる。

なお、図４において１１２は分析用デバイス１の測定部に特定の波長光を照射するためのレーザー光源、１１３は分析用デバイス１を通過した透過光の光量を検出するフォトディテクタである。

図９はブラシレスモータ７１ａを、４極マグネットロータ６と、Ｕ相駆動コイル７，Ｖ相駆動コイル８，Ｗ相駆動コイル９およびＵ相駆動コイル１０，Ｖ相駆動コイル１１，Ｗ相駆動コイル１２を使用した４極磁石式３相ブラシレスモータとした場合であって、マグネットロータ６はＮ極とＳ極の一対の磁石を２組有する。また、駆動コイル７，８，９および１０，１１，１２はそれぞれＹ結線されており、固定子の６つの突極部にそれぞれ巻回されている。６つの突極部は、６０°間隔で配置されている。

また、３相駆動コイルの励磁電流の切り替えタイミングは、磁気センサとしての３つのホール素子１３，１４，１５の検出に基づいて行う。３つのホール素子１３，１４，１５は、それぞれ３相駆動コイルＵ，Ｖ，Ｗから３０°ずれた位置に配置される。そして、対向するマグネットロータ６の磁石着磁の極性（Ｎ極かＳ極か）を検出し、その検出している極性に相当したレベルの起電力を発生する。

図１０は、４極磁石式３相ブラシレスモータのホール素子１３，１４，１５から出力する電圧の角度特性図である。横軸はマグネットロータのある角度を０°とした回転角を示しており、縦軸はホール素子の出力電圧を示している。ホール素子１３，１４，１５から出力される電圧は、Ｖｒｅｆを基準電圧としてＮ極が近づくと＋側に出力され、Ｓ極が近づくと−側に出力される。マグネットロータ６はＮＳ極が９０°毎に配置されているため、ホール素子電圧は１８０°周期の正弦波となり、ホール素子１３，１４，１５は機械角で６０°ずつ位相がずれる。

３０°毎にホール素子１３，１４，１５のいずれかの出力電圧がＶｒｅｆを基準として反転されるため、コンパレータ回路によってＶｒｅｆを基準として＋側をハイレベル、−側をロウレベルとするデジタル信号に変換する事で、ホール素子１３，１４，１５の出力パターンから３０°毎の回転位置を特定できる。ホール素子１３，１４，１５の出力パターンを３相駆動コイルの励磁電流の切り替えタイミングとして使用する。

図１１は、４極磁石式３相ブラシレスモータの３相駆動コイルの６つの極性パターンとマグネットロータの位置の関係を示す図である。（ｉ）の状態を角度０°と定義し、（ｉ）→（ｉｉ）→（ｉｉｉ）→（ｉｖ）→（ｖ）→（ｖｉ）で３０°毎のマグネットロータ６の状態を示しており、図１０の回転角と対応している。Ｙ結線された３相駆動コイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、（ｉ）ではＶ相を＋電位、Ｕ相を−電位にすることでＶ相からＵ相に向けて励磁電流が流れ、Ｖ相にＮ極、Ｕ相にＳ極が現れる。このためマグネットロータ６に吸引力と反発力が発生し、３０°右回転する。３０°回転すると（ｉｉ）の状態になり、ホール素子１５の極性が反転する。この時、Ｗ相を＋電位、Ｕ相を−電位にする事で、Ｗ相にＮ極、Ｕ相にＳ極が現れ、マグネットロータ６は更に３０°右回転する。以降、（ｉｉｉ）→（ｉｖ）→（ｖ）→（ｖｉ）と励磁するコイルを変化させる事でマグネットロータ６が回転する。

図１２はホール素子１３，１４，１５とＵ相，Ｖ相，Ｗ相の駆動コイルへの通電状態を示している。
図１３は、遠心分離装置の振動検出部１００を示す。

この遠心分離装置では、攪拌時の振動数を前記ホール素子の出力信号に基づいて検出する。つまり、ブラシレスモータ７１ａの３相駆動コイルが励磁されていなくとも、第２の駆動手段７２によってターンテーブル１０１に振動が伝達されると、ブラシレスモータ７１ａも一緒に振動され、３つのホール素子１３，１４，１５にも振動による電圧の揺らぎが出現する。この揺らぎを検出して振動数を特定する。

図１３においては、３つのホール素子のうちホール素子１３，１５の出力電圧を取り出した一例であって、ホール素子１４の出力電圧を取り出しても構わない。
ホール素子１３の検出出力は、ホール素子１３の出力信号から直流信号を除去する濾波器１６とピークホールド回路１８を介してコンパレータ２０の非反転入力（＋）に接続されている。ホール素子１５の検出出力は、ホール素子１５の出力信号から直流信号を除去する濾波器１７とピークホールド回路１９を介してコンパレータ２０の反転入力（−）に接続されている。

濾波器１６，１７は、入力信号から直流信号を除去して振動数の周波数成分（交流信号)を抽出して出力する。より具体的には、ホール素子１３，１５の出力信号と直列したコンデンサと、出力信号に並列した抵抗器から構成されたハイパスフィルタで構成される。

ピークホールド回路１８，１９は、入力された電圧のピーク値をホールドして出力する回路である。より詳細には以前の時間に入力された電圧よりも大きな電圧が入力された場合にのみ動作し、現在の入力電圧を一定時間ホールドする回路である。

コンパレータ回路２０は、ピークホールド回路１８，１９の出力信号を比較して、ピークホールド回路１８の出力信号がピークホールド回路１９の出力信号よりも大きければハイレベル、ピークホールド回路１８の出力信号がピークホールド回路１９の出力信号よりも小さければロウレベルのコントロール信号２０ａを出力する。つまり、ピークホールド回路１８，１９とコンパレータ回路２０によって、濾波器１６，１７の出力信号の振幅を比較して大小を判定する第１の比較部１１０が構成されている。

また、濾波器１６，１７の出力は、コンパレータ回路２０の出力のコントロール信号２０ａに応じて出力状態が切り替えられるアナログマルチプレクサ２１と、交流増幅回路２２を介して第２の比較部としてのコンパレータ回路２３の非反転入力（＋）に接続されている。コンパレータ回路２３の反転入力（−）には電圧源２４から閾値電圧Ｖ２４が印加されている。

アナログマルチプレクサ２１は、濾波器１６，１７で交流結合された２つのホール素子１３，１５の出力信号から振動振幅の大きい方をコントロール信号２０ａに基づき選択して出力する。アナログマルチプレクサ２１の出力信号は交流増幅回路２２にて２値化可能な振幅まで信号増幅され、コンパレータ回路２３において閾値電圧Ｖ２４でデジタル変換される。

なお、濾波器１６，１７において直流信号の除去後の基準電圧をＶｒｅｆとすると、交流信号はＶｒｅｆを振幅中心として出力されるため、閾値電圧Ｖ２４はＶｒｅｆと同電圧にすれば振幅中心でデジタル変換できる。

コンパレータ回路２３の出力はマイクロコンピュータ２５に入力され、マイクロコンピュータ２５においてパルス周期を計測する事によってターンテーブル１０１の振動数を計算している。

この振動検出部１００を図１４〜図１７を用いて更に詳しく説明する。
図１４は、第１の駆動手段７１として４極磁石式３相ブラシレスモータを、角度αの範囲で振動させた場合の交流結合されたホール素子の出力電圧の時間変化を示す。図１５はその時のピークホールド電圧の時間変化を示している。

なお、ここでは、コンパレータ２０の入出力特性にはヒステリシスがないものとして説明を始める。
角度αの範囲、つまり機械角で２１０°から２４０°までを振動数２０Ｈｚで往復振動した場合、振動による揺らぎは図１４のように示される。この角度ではホール素子１５からの信号は振動数２０Ｈｚになっていて正確な振動数が得られるが、ホール素子１３からの信号は正弦波のピーク付近で振動するため、振動振幅が小さくなるとともに振動数が２倍になってしまって正確な振動数を得ることができない。

この時、図１５よりピークホールド電圧はホール素子１３の方がホール素子１５よりも大きくなるため、アナログマルチプレクサ２１にて、振動振幅の大きいホール素子１５の出力を選択することができ、振動数に基づく正確な信号を取り出すことができる。

図１６は、第１の駆動手段７１として４極磁石式３相ブラシレスモータを、角度βの範囲で振動させた場合の交流結合されたホール素子の出力電圧の時間変化を示す。図１７は、その時のピークホールド電圧の時間変化を示す。

この場合には図１４，図１５の場合と逆の状態になり、角度βの範囲で振動させた場合、ホール素子１３からは正確な振動数が得られるが、ホール素子１５からは振動数が２倍になってしまう。しかし、それぞれピークホールド電圧を比較することで、ホール素子１５からの信号を選択することができ、この場合にも振動数に基づく正確な信号を取り出すことができる。

このように、第１の駆動手段７１としてホール素子形式のブラシレスモータを用い、複数のホール素子１３，１４，１５から２つのホール素子信号１３，１５を取り出して振動振幅を比較し、振動振幅の大きい方を取り出す構成にしたことによって、遠心分離装置の遠心分離と、攪拌を制御するためのセンサとを兼用することができ、攪拌を制御するためのセンサを第１の駆動手段７１とは別に設ける必要がない。

以上の説明では、ターンテーブル１０１を機械角で２１０°から２４０°までを往復振動した場合、ターンテーブル１０１を機械角で２４０°から２７０°までを往復振動した場合を例に挙げて説明したが、図１０を見て分かるようにホール素子１３の出力信号とホール素子１５の出力信号には、互いの出力信号が交差するポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が存在している。そのため、ターンテーブル１０１を機械角で０°から３０°までを往復振動した場合、ターンテーブル１０１を機械角で９０°から１２０°までを往復振動した場合、ターンテーブル１０１を機械角で１８０°から２１０°までを往復振動した場合、ターンテーブル１０１を機械角で２７０°から３００°までを往復振動した場合には、動作が不安定になって、正確な振動数を計算することができない。

そこで、図１３におけるコンパレータ２０としては、入出力特性にヒステリシスを有するものを使用する。
図１８は、ターンテーブル１０１を図１０に示したＰ１〜Ｐ４のいずれかの角度を振動中心として往復振動させた場合の交流結合されたホール素子１３，１５の出力電圧を示す特性図である。また、図１９はピークホールド電圧を示す特性図である。

図１８に示すように、図１０に示したＰ１〜Ｐ４を中心に振動するとホール素子１３とホール素子１５の出力信号は互いに逆位相となり、振動振幅は同じレベルになる。
図１９に示すように、振動開始直後はホール素子１３のピークホールド電圧が大きいが、時間が経過するとホール素子１５のピークホールド電圧が大きくなる。最終的にはホール素子１３とホール素子１５のピークホールド電圧は同じレベルで保持される。

図２０はコンパレータ回路２０の入出力特性図であって、横軸はピークホールド回路１８の出力からピークホールド１５の出力を引いた値を示し、縦軸は出力信号を示している。

図１９のようにピークホールド電圧が同じレベルであると、コンパレータ回路２０の入力信号は０となり、出力信号はチャタリング現象を起こしてしまう。ホール素子１３とホール素子１５の出力信号は逆位相であることから、チャタリング現象によってアナログマルチプレクサ２１の選択信号が切り替わると位相が反転してしまうため、振動数を誤検出してしまう。

この誤検出の問題は、コンパレータ回路２０にヒステリシス特性を持たせることで解決できる。図２１は、コンパレータ回路２０にヒステリシス特性を持たせた場合の入出力特性図である。横軸はピークホールド回路１８からピークホールド回路１９を引いた入力信号を示し、縦軸は出力信号を示している。

この図２０と図２１を比較して分かるように、コンパレータ回路２０がヒステリシス特性を有していない場合には、図２０に示すように“０”レベルを閾値としてハイレベルとロウレベルが切り替わるが、コンパレータ回路２０に、出力信号がハイになる第１の閾値：Ｔｈ１と、出力信号がロウになる第２の閾値：Ｔｈ２を別に設けて、ヒステリシス特性を持たせた場合には、図２１に示すように入力信号が変化しても出力が変化しない不感帯（Ｔｈ１−Ｔｈ２）が形成され、出力がハイレベルとロウレベルの一方に固定されると反転しにくくなる。

具体的には、図１９では振動開始の直後にホール素子１３のピークホールド電圧がホール素子１５より大きく、コンパレータ回路２０の入力が第１の閾値：Ｔｈ１以上になってコンパレータ回路２０の入力がハイレベルに固定される。その後、ホール素子１３とホール素子１５のピークホールド電圧は同じレベルになるためにコンパレータ回路２０の入力が“０”となるが、コンパレータ回路２０の入力が第２の閾値：Ｔｈ２以下にならないのでロウレベルに切り替わることは無い。

このため、コンパレータ回路２０のコントロール信号２０ａによるアナログマルチプレクサ２１の選択は、ホール素子１３またはホール素子１５の一方に保持され、振動中にコンパレータ回路２０が切り替わることがなくなり、振動数を正確に検出できる。

なお、コントロール信号２０ａが切り替わらない不感帯（Ｔｈ１−Ｔｈ２）は２つのピークホールド回路１８，１９の出力信号のノイズ振幅で決定される。図２２は図１９の縦軸（電圧レンジ）を拡大した図。不感帯（Ｔｈ１−Ｔｈ２）を２つのピークホールド回路１８，１９の出力信号１８ａ，１９ａのノイズ振幅より小さくするとノイズに反応してコンパレータが切り替わってしまうので、不感帯（Ｔｈ１−Ｔｈ２）は少なくともノイズの振幅の２倍以上の不感帯を設けることが望ましい。

（実施の形態２）
図２３は本発明の実施の形態２の遠心分離装置の振動検出部１００を示す。
実施の形態１を示す図１３ではコンパレータ回路２０にヒステリシス特性を持たせることによって、ターンテーブル１０１を往復振動させる位置にかかわらず正確な振動数を計算することができたが、図２３に示した振動検出部１００では、コンパレータ回路２０にヒステリシス特性を持たせる代わりに、ラッチ手段として遅延型フリップフロップ３０を設けて構成している。その他は実施の形態１と同じである。

遅延型フリップフロップ３０の入力端子Ｄにはコントロール信号２０ａが入力され、アナログマルチプレクサ２１の切替状態は遅延型フリップフロップ３０の出力端子Ｑの信号で制御されている。

遅延型フリップフロップ３０は、マイクロコンピュータ２５からクロック端子ＣＬＫに入力されるデジタル信号の立ち上がりエッジのタイミングで入力端子Ｄの信号レベルを出力端子Ｑに出力する。出力端子Ｑはクロック端子ＣＬＫにもう１度立ち上がりエッジが入力されるまで出力は保持される。

振動開始後にマイクロコンピュータ２５から遅延型フリップフロップ３０のクロック端子ＣＬＫに１パルスを送信し、その時のコントロール信号２０ａをアナログマルチプレクサ２１に入力したまま保持しておく。このため、コントロール信号２０ａが切り替わったとしても、アナログマルチプレクサ２１の選択状態が切り替わることがなく、前記ヒステリシス特性と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図２４と図２５は本発明の実施の形態３の遠心分離装置の振動検出部を示す。
実施の形態１を示す図１３では、２つのホール素子１３，１５の出力を入力信号として振動数を計算したが、図２４では３つのホール素子１３，１４，１５の出力を入力信号として振動数を計算している点が実施の形態１とは異なっている。更に詳しくは、３対１アナログマルチプレクサ２７を設けて３つのホール素子の出力を取り出す構成にした点と、アナログ・デジタル変換器２８を設けてピーク検出回路やコンパレータによる信号処理をマイクロコンピュータ２５での数値計算に置き換えた点が実施の形態１とは異なっている。

図２４において、２７は入力が３回路ａ，ｂ，ｃで、出力が１回路の３対１のアナログマルチプレクサで、入力にはホール素子１３，１４，１５の出力が濾波器１６，２６，１７を介して入力されている。アナログマルチプレクサ２７はマイクロコンピュータ２５からの信号で制御される。例えば、マイクロコンピュータ２５から２ビットで『００』の信号を受信した場合は『入力ａ』を選択し、『０１』を受信した場合は『入力ｂ』を選択し、『１０』を受信した場合は『入力ｃ』を選択する。アナログマルチプレクサ２７の出力はアナログ・デジタル変換器２８で多値のデジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ２５に転送する。外部メモリ２９はＳＲＡＭ等の揮発メモリや、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発メモリで構成され、マイクロコンピュータ２５と双方向に記憶データを通信している。

図２５はマイクロコンピュータ２５の振動数検出の工程図を示している。
ここでは、第２の駆動手段７２がターンテーブル１０１に係合している状態を“セット”と呼び、セットされて振動攪拌が開始されたタイミングを“スタート”と定義する。

まず、ステップＳ１１では、アナログマルチプレクサ２７の出力を『入力ａ』の選択状態に切り替える。
ステップＳ１２では、ホール素子１３からの出力信号をアナログ・デジタル変換器２８の出力から一定数サンプリングする。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２でサンプリングしたホール素子１３からの出力信号からピーク値を検出する。
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で検出したピーク値を外部メモリ２９に記憶する。

次にステップＳ１５では、アナログマルチプレクサ２７の出力を『入力ｂ』の選択状態に切り替える。そしてステップＳ１６〜ステップＳ１８では、ステップＳ１２〜ステップＳ１４と同様に、ホール素子１４からの出力信号を処理する。

続いて、ステップＳ１９では、アナログマルチプレクサ２７の出力を『入力ｃ』の選択状態に切り替える。そしてステップＳ２０〜ステップＳ２２では、ステップＳ１２〜ステップＳ１４と同様に、ホール素子１５からの出力信号を処理する。

その後、ステップＳ２３では外部メモリ２９に記憶されたホール素子１３，１４，１５のピーク値を読み出し、ステップＳ２４でピーク値の大きさを比較する。
ステップＳ２５では、ステップ２４でピーク値の大きさの比較結果に基づいてアナログマルチプレクサ２７の切替状態を、振動攪拌の一動作が終わるまで固定する。

ステップ２４でピーク値の大きさの比較結果には、下記のケース１〜ケース３の３パターンがあって、
ケース１の場合 ： ホール素子１３ ＝ ホール素子１４ ＞ ホール素子１５
ケース２の場合 ： ホール素子１４ ＝ ホール素子１５ ＞ ホール素子１３
ケース３の場合 ： ホール素子１５ ＝ ホール素子１３ ＞ ホール素子１４
具体的には、ケース１の場合はマルチプレクサ２７の切替状態をホール素子１３を選択して出力する切替状態に固定する。ケース２の場合はマルチプレクサ２７の切替状態をホール素子１４を選択して出力する切替状態に固定する。ケース３の場合はマルチプレクサ２７の切替状態をホール素子１５を選択して出力する切替状態に固定する。

ステップＳ２６では、外部メモリ２９から閾値を読み出す。
ステップＳ２７では、アナログマルチプレクサ２７の出力をステップＳ２６で読み出した閾値でホール素子の出力信号を２値化する。

ステップＳ２８では、ステップＳ２７で２値化された信号のパルス周期を計測して振動数を計算する。
このように、実施の形態３においては３つのホール素子から振動振幅を比較し、振動振幅の最も大きいホール素子を取り出す構成にしたことによって、２つのホール素子を比較する実施の形態１の構成に比べて振動数の検出精度が向上する。また、マイクロコンピュータ２５での数値計算に置き換えたことによって構成を簡略化できる。

なお、ターンテーブル１０１を再度同じ機械角で振動させる場合には、その際のステップＳ２５でのアナログマルチプレクサ２７の切替状態を記憶しておき、次回にはそれを読み出してアナログマルチプレクサ２７の切替状態を同じにセットすることによって、ステップＳ２６〜Ｓ２８のルーチンを繰り返すだけで、ターンテーブル１０１の振動数を計算できる。

上記の各実施の形態において、４極磁石式の３相ブラシレスモータを使用した例について説明したが、回転位置の検出に複数のホール素子を使用するブラシレスモータであれば、どの種類のブラシレスモータでも使用することができる。

上記の各実施の形態において、マイクロコンピュータ２５で計算した振動数が規定値になっているかどうかを確認するルーチンをマイクロコンピュータ２５に設け、振動数が規定値に達しない状態を検出して、この状態の発生を報知することによって、血液成分の分析精度の低下を防止できる。

本発明にかかる遠心分離装置は、遠心分離装置の遠心分離と、攪拌を制御するためのセンサとを兼用することができ、遠心分離と攪拌を伴う分析工程の各種分析装置の分野において有用である。

本発明の実施の形態１における遠心分離装置の斜視図 同実施の形態における遠心分離装置を上面から見た上面図 同実施の形態のドアを開放した状態の斜視図 分析用デバイスをセットした状態の要部断面図 同実施の形態における第１の駆動手段と第２の駆動手段との係合が解除された状態の平面図と、第１の駆動手段と第２の駆動手段が係合した状態の平面図 同実施の形態の回転駆動手段の斜視図 同実施の形態の回転駆動手段の側面図 同実施の形態の第２の駆動手段のレバーを取り外した状態の平面図 同実施の形態における４極磁石式３相ブラシレスモータの原理図 同実施の形態における４極磁石式３相ブラシレスモータのホール素子から出力される電圧の角度特性図 同実施の形態における４極磁石式３相ブラシレスモータの３相駆動コイルの６つの極性パターンとマグネットロータの位置の関係を示す図 ホール素子１３，１４，１５とＵ相，Ｖ相，Ｗ相の駆動コイルへの通電状態の関係図 同実施の形態における遠心分離装置の振動検出部の構成図 同実施の形態における３相ブラシレスモータを角度αの範囲で振動させた場合の交流結合されたホール素子の出力電圧を示す特性図 同実施の形態における３相ブラシレスモータを角度αの範囲で振動させた場合のピークホールド電圧を示す特性図 同実施の形態における３相ブラシレスモータを角度βの範囲で振動させた場合の交流結合されたホール素子の出力電圧を示す特性図 同実施の形態における３相ブラシレスモータを角度βの範囲で振動させた場合のピークホールド電圧を示す特性図 図１０に示したＰ１〜Ｐ４のいずれかの角度を振動中心として往復振動させた場合の交流結合されたホール素子１３，１５の出力電圧を示す特性図 同実施の形態におけるピークホールド電圧を示す特性図 同実施の形態におけるコンパレータ回路２０の入出力特性図 同実施の形態におけるコンパレータ回路２０にヒステリシス特性を持たせた場合の入出力特性図 同実施の形態における図１９の縦軸（電圧レンジ）を拡大した図 本発明の実施の形態２における振動検出部１００の構成図 本発明の実施の形態３における遠心分離装置の振動検出部の構成図 同実施の形態におけるマイクロコンピュータの振動数検出の工程図

符号の説明

１ 分析用デバイス
６ マグネットロータ
７，１０ Ｕ相の駆動コイル
８，１１ Ｖ相の駆動コイル
９，１２ Ｗ相の駆動コイル
１３，１４，１５ ホール素子（磁気センサ）
１６，１７，２６ 濾波器
１８，１９ ピークホールド回路
２０ コンパレータ回路
２０ａ コントロール信号
２１ アナログマルチプレクサ
２２ 交流増幅回路
２３ コンパレータ回路（第２の比較部）
２４ 電圧源
２５ マイクロコンピュータ
２７ アナログマルチプレクサ
２８ アナログ・デジタル変換器
２９ 外部メモリ
３０ 遅延型フリップフロップ（ラッチ手段）
７１ 第１の駆動手段
７１ａ ブラシレスモータ
７２ 第２の駆動手段
７３ 第３の駆動手段
１００ 振動検出部
１０１ ターンテーブル
１０７ 回転中心
１１０ 第１の比較部
Ｒ２ 振動中心

Claims (7)

1. 試料液を注入した分析用デバイスを保持するターンテーブルと、
   前記ターンテーブルを回転駆動すると共に少なくとも２つ以上の磁気センサを回転磁界の検出に使用した第１の駆動手段と、
   前記ターンテーブルに係合させて前記ターンテーブルを往復振動させる第２の駆動手段と、
   前記磁気センサの出力信号から最も大きい振幅の出力信号を選択しその選択状態を振動攪拌の一動作が終わるまで保持したまま選択された出力信号から振動数を演算する振動検出部と
   を備えた遠心分離装置。
2. 前記第１の駆動手段の回転モータが、３相ブラシレスモータである
   請求項１に記載の遠心分離装置。
3. 前記振動検出部が、
   前記磁気センサの出力信号のうちから２つの出力信号を取り出し直流信号を除去する濾波器と、
   前記濾波器の出力信号の振幅を比較して大小を判定しその判定結果を保持する第１の比較部と、
   前記第１の比較部の保持した判定結果に基づいて前記濾波器の出力信号から最も振幅の大きい信号を選択するマルチプレクサと、
   前記マルチプレクサで選択した出力信号をデジタル変換する第２の比較部と、
   前記第２の比較部の出力信号から振動数を演算するマイクロコンピュータと
   を備えた請求項１に記載の遠心分離装置。
4. 前記第１の比較部が、
   第１の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第１のピークホールド回路と、
   第２の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第２のピークホールド回路と、
   前記第１，第２のピークホールド回路の出力の大きい方を判定するヒステリシス特性を有したコンパレータ回路と
   で構成されている請求項３に記載の遠心分離装置。
5. 前記第１の比較部が、
   第１の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第１のピークホールド回路と、
   第２の磁気センサからの出力信号のピーク値を検出する第２のピークホールド回路と、
   前記第１，第２のピークホールド回路の出力の大きい方を判定するヒステリシス特性を有しないコンパレータ回路と、
   前記コンパレータ回路の出力を振動攪拌の一動作が終わるまで保持するラッチ手段と
   を備え、前記ラッチ手段の出力に基づいて前記マルチプレクサを切り替わるよう構成した
   請求項３に記載の遠心分離装置。
6. 前記振動検出部が、
   ２つ以上の前記磁気センサの出力信号からそれぞれ直流信号を除去する濾波器と、
   前記濾波器の出力信号から１つを選択するマルチプレクサと、
   前記マルチプレクサの出力信号をデジタル変換するアナログ・デジタル変換器と、
   前記アナログ・デジタル変換器の出力信号から振動数を演算するマイクロコンピュータと
   を備えた請求項１に記載の遠心分離装置。
7. 前記濾波器が、
   前記磁気センサの出力信号と直列したコンデンサと、出力信号に並列した抵抗器から構成されたハイパスフィルタである
   請求項３または請求項６に記載の遠心分離装置。

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