JPH09141137A - 液体の遠心分離方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、遠心分離時間を短縮できる液体の
遠心分離方法とその装置を提供することである。 【解決手段】 液手隊をロータに収容し、該ロータを少
なくとも１５万回転／分で回転させて少なくとも９０万
ｘＧの遠心加速度を与えて液体を分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速回転するロー
タに液体試料を収容してその分離を行う液体の遠心分離
方法とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種遠心分離装置としては、ロ
ータの最高回転数が１２万回転／分で、最大遠心加速度
は６５万Ｇのものが提供されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液体試料の分離時間を
短縮するという観点から、より高速でロータを回転させ
てより大きな遠心加速度が得られる遠心分離装置が望ま
れている。

【０００４】本発明の目的は、遠心加速度９０万Ｇを達
成できる液体の遠心分離装置を提供することである。

【０００５】本発明の他の目的は、最も短い時間で分離
試料を分離できる多段運転方法を提供することである。

【０００６】本発明の更に他の目的は、超高速回転駆動
装置、電機的回転制御装置、冷却装置、温度制御装置他
の遠心分離装置を構成する技術要素の信頼性を高めるこ
とである。

【０００７】本発明の更に他の目的は、後に説明する発
明の実施例の中で明らかになるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、少なくとも
１５回転／分の超高速回転駆動装置とこの回転駆動装置
によって回転駆動され少なくとも９０万Ｇの遠心加速度
を発生させるロータとによって達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下説明する。
本発明の遠心分離装置は、超高速回転モータを含む超高
速回転駆動装置、該駆動装置に回転を制御する電気的回
転制御装置、前記駆動装置に連結真空引きされたチャン
バ内で回転する超高速回転ロータと、前記ロータの温度
を所定温度に制御する温度制御装置、他の技術要素で構
成される。以下これらの各技術要素について説明する。

【００１０】（超高速回転駆動装置）超高速回転駆動装
置を図１〜図３で説明する。

【００１１】円筒状のチャンバ１４０の上下を上カバ１
３４とプレート１４１で挟み、上カバ１３４上にドア１
３３を開閉自在に設置し、チャンバと上カバとプレート
とドアの接続部をＯリング１１４で真空シールし、ロー
タ１６０を回転する回転室とする。分離する試料をロー
タ１６０に設けた試料挿入穴１６３内に挿入し、ロータ
を回転室となるチャンバ１４０内にセットし、セット後
チャンバ内を真空引きし、ロータ１６０を高速回転さ
せ、回転によって生じる遠心力により試料を分離する。
ロータ１６０の出し入れは、ドア１３３を開閉して行な
う。ロータ１６０を駆動するモータ１００はプレート１
４１の下部に防振ゴム１１６を介して取り付けられる。

【００１２】超高速モ−タ１００は回転子１０１および
固定子１０２を有する高周波モ−タを含む。回転子１０
１のモータ軸１０３は上部軸受１０４および下部軸受１
０５に支持され、これらの軸受は高速回転用として使用
するのに適したサイズおよび形式の玉軸受を用いること
が望ましい。これらの軸受は上部軸受保持部１０６およ
び下部軸受保持部１０７によって保持され、上部軸受保
持部１０６は、上部プレ−ト１０８と上部ハウジング１
１２により上部ハウジング１１２に対し上下方向を微動
可能に保持されている。また、上部軸受保持部１０６の
外周には薄い孔あき板バネを丸めて数枚重ねて挿入し、
板バネ間に潤滑油を注入し、潤滑油の粘性により高速回
転時の軸受の振動を減衰する減衰部１０９により、上部
ハウジング１１２に対し半径方向を微動可能に保持され
ている。また、下部軸受保持部１０７は上部軸受保持部
１０６と同様に、上下方向を下部プレ−ト１１０とハウ
ジング１１１により、半径方向を減衰部１０９により、
ハウジング１１１に対し微動可能に保持されている。ハ
ウジング１１１は上部ハウジング１１２と下部ハウジン
グ１１３を複数のボルトにより固定し、それぞれの接合
部にＯリング１１４で真空シールし、上部ハウジング１
１２とプレート１４１は真空シール１３６を介して防振
ゴム１１６により取付け、上部ハウジング１１２とハウ
ジング１１１及び下部ハウジング１１３で囲まれたモー
タ内部は上ハウジングの通路１１９を通してチャンバ１
４０内部と連通し、ロータ回転時にチャンバ内部を真空
引きするとモータ内部も真空となり、高速回転時の空気
との摩擦損失を無くしている。

【００１３】モータ軸１０３の上端には可撓性のある弾
性軸１４７を固着し、弾性軸１４７の上端にはロータ１
６０を装着するクラウン１４８を固着する。クラウン１
４８にはクラウンと微動可能に遠心駒１５０をピン１５
０により取付け、高速回転時にクラウン１４８と遠心駒
１５０が遠心力によりロータの駆動軸穴１６４に強く押
し付けられ、クラウンとロータが固着状態となり、高速
回転時にモータ軸の回転力をロータに伝達し、またロー
タの自励振動などの異常振動を防止することができる。
クラウン１４８の頭部にロータのカバ１７０に固定され
たピン１７２が軸を中心に回動可能とする凹部があり、
クラウン１４８の頭部の凹部にクラウンに固定したピン
１５２が飛び出し、ロータ側のピン１７２とクラウン側
のピン１５２が係わり合って、回転始動時や低速回転時
にモータ軸の回転力をロータに伝達する。

【００１４】図３において、モータ軸１０３には潤滑油
が潤滑油溜め１２０から上方へ流れることができる内部
通路１２２と、モータ軸下端に連結した中空で先細のイ
ンレット１２１と、モータ軸の下側に配置した潤滑油溜
め１２０とを備える。前記インレット１２１の下端の吸
込口１２６の内側及び外側には上方に広がる内部テーパ
１２７と外部テーパ１２８がある。モータ軸１０３には
上方へ流れる潤滑油が上部軸受保持部１０６の傾斜部１
２９に向けて外方向に流れる複数の上部噴出孔１２３
と、この上方へ流れる潤滑油が下部軸受保持部１０７の
傾斜部に向けて外方向へ流れる少なくとも一つの下部噴
出孔１２４を有し、潤滑油の循環通路にはハウジング１
１１の側部を通り潤滑油溜め１２０に戻る複数の潤滑油
の戻り通路１２５を有する。ハウジング１１１と下部ハ
ウジング１１３の表面にはファンによる風をあててハウ
ジングと潤滑油を冷却するためのフィン１１５で覆われ
ている。

【００１５】従来のオイルインレットは吸込口１２６の
外側が円弧面であり、吸込口直近の円弧形状の一部はほ
ぼ水平面となっているので、例えばシャフトが毎分１０
万回転以上の高速回転すると、潤滑油が吸込口直近外面
のわずかな水平面と接触しただけで、水平方向の回転力
が与えられ、潤滑油と吸込口外面との粘性力より潤滑油
の遠心力が大きく作用し、潤滑油は吸込口から水平方向
に飛散する。潤滑油が吸込口から水平方向に飛散する
と、吸込口の外側を上方に向かって流れる流体力が少な
くなり、回転中心の吸込口付近の潤滑油の流れは吸込口
から上方に流れる量が少なくなり、すなわち吸込口に入
る潤滑油量が減少する。このようになるとモータ回転子
と固定子の冷却不足によるモータの温度上昇や、軸受の
潤滑油供給量と冷却不足により軸受が高温になり軸受が
焼き付くなどの問題が発生する。

【００１６】本発明の特徴は、吸入口１２６の外側面に
上方に広がる外部テーパ１２８を設けたことにある。オ
イルインレット先端の吸入口１２６から外側面に上方に
広がる外部テーパ１２８を付けることにより、例えば１
０万回転以上の高速回転おいて、潤滑油が吸入口の下端
と接触しても、水平面がないので急速に潤滑油の回転が
高速にならず、潤滑油は粘性によって吸入口の外側から
上方に広がる外部テーパ１２８と接触しながら外周に進
み、外周に進むに従って回転数を上げ、粘性力より遠心
力の影響が大きくなった位置で潤滑油は外側の斜面から
離れる。回転中心の吸込口１２６付近の潤滑油の流れ１
３２は、オイルインレット外側の外部テーパ１２８に沿
って斜め上方に向かって流れる流体１３１との粘性力に
より吸込口１２６に誘導され、吸込口の内側上方に広が
る内部テーパ１２７と接触して回転力が与えられ、遠心
力の作用により内部通路１２２を上昇する。よって、高
速回転時においても、吸入口近くから潤滑油が飛散する
のを防ぎ、オイルインレット下端と潤滑油の接触高さｈ
が大きくなり、潤滑油吸い上げ量が安定し、高速回転
時、冷却と潤滑に充分な潤滑油を供給できる。外部テー
パ１２８の角度θの最適値は潤滑油の粘性に影響を受け
るが、高速回転機械に用いられる潤滑油の動粘度は３ｃ
ｓｔから１０ｃｓｔが望ましく、この動粘度の範囲では
角度θは１００度から１５０度の範囲において潤滑油の
吸い上げ量が安定して供給される効果がある。粘度が３
ｃｓｔのように低い場合、角度θの最適値は大きい角度
すなわち１５０度の側に大きくなり、粘度が１０ｃｓｔ
のように高い場合は、角度θの最適値は小さい角度すな
わち１００度の側になる。斜面部の角度θが１５０度の
場合いは、接触する高さｈが低くなり潤滑油の吸い上げ
量がやや少なくなるが、安定して供給される。

【００１７】モータ軸１０３が潤滑油溜め１２０の中で
高速で回転すると、前記のように回転中心の吸込口１２
６付近の潤滑油は、オイルインレットの外部テーパ１２
８に沿って斜め上方に向かって流れる流体１３１との粘
性力により吸込口１２６に誘導され、吸込口に入ると吸
込口の内側上方に広がる内部テーパ１２７と接触して回
転力が与えられ、遠心力の作用により潤滑油は入口部よ
り内径の大きい斜面の上方に流れて、内部通路１２２ま
で到達し、更に潤滑油の遠心力により内部通路１２２の
内壁に押しつけられ、内部通路１２２内壁に沿って上昇
する。すなわち潤滑油を上昇させるのに必要な圧力は、
吸込口１２６に導入された潤滑油が粘性によりモータ軸
と同じ回転数となるので、その大きな遠心力によって発
生する。潤滑油の吸い上げは、吸入口１２６の直径が大
きいほど流量が増え、内部通路１２２の直径と吸入口１
２６の直径の差が大きいほど低速回転から上部噴出孔ま
で潤滑油が上昇し、内部通路１２２の直径が大きいほど
流量が増える。また内部テーパ１２７と吸入口との間に
軸線方向の円筒面があると流量が減るので、吸入口の内
部テーパ１２７と外部テーパ１２８の面が接する部分は
鋭角としている。これらより、内部通路と吸入口の寸法
および外部テーパの角度を内部通路１２２を通る潤滑油
が所望の総流量を与えるように選択される。

【００１８】潤滑油はモータ軸の内部通路１２２を上昇
する過程において、回転子１０１の内側を通過時に回転
子１０１の熱を奪い回転子を冷却する。また、さらに上
昇し上部噴出口１２３を噴出時に上部軸受保持部１０６
に設けられた固定子１０２側に広がった傾斜部１２９に
衝突する。本発明の特徴は、上部噴出口１２３から出る
油滴に打たれるように配置された傾斜部１２９を有する
上部軸受保持部１０５と、下部噴出口１２４から出る油
滴に打たれるよう配置された傾斜部１２９を有する下部
軸受保持部１０７とにある。運転時、これらの傾斜部１
２９に衝突する潤滑油は傾斜部１２９により軸受の潤滑
に必要な一部が上部軸受１０４および下部軸受１０５に
供給される。このときの傾斜部１２９の角度αは軸受の
潤滑に必要な油量によって決められるが、モータ軸１０
３の軸方向に対して１５°から７５°の範囲で効果があ
る。角度αが７５°側に大きくなると軸受に分配される
潤滑油の量が少なくなり、角度αが１５°側に小さくな
ると軸受に分配される潤滑油の量が大くなるので、回転
子を冷却するための内部通路１２２を通過する潤滑油の
総量と、軸受に必要な潤滑油の量から角度αが決められ
る。このことによりモータ軸１０３の内部通路１２２を
流れる潤滑油の量を多くしてモ−タの冷却を良くし、軸
受には潤滑に必要な少量を供給し、軸受の損失と温度上
昇を少なくすることができる。また、軸受保持部１０
６、１０７の傾斜部１２９に衝突した潤滑油の他の大部
分は傾斜部１２９に沿って外方向へ流れ、このとき軸受
保持部の冷却を行ない、熱伝導により軸受１０４、１０
５の冷却を行う。また、傾斜部１２９に沿って流れた潤
滑油の大部分は、固定子のコイル１１８に衝突し固定子
を冷却する。

【００１９】減衰部１０９への潤滑油の供給は、傾斜部
１２９に衝突した潤滑油の一部が油の粘性により軸受保
持部の傾斜部１２９の先端から壁面に沿って流れ、その
潤滑油を上部軸受保持部１０６と上部プレート１０８の
隙間及び上部プレート１０８にもうけられた給油口、ま
たは下部軸受保持部１０７とハウジング１１１の隙間か
ら上下の減衰部１０９に導くことにより達成される。

【００２０】熱を吸収し高温になった潤滑油はハウジン
グ１１１の戻り通路１２５を通過して潤滑油溜め１２０
に戻る。戻り通路１２５を通過時及び、及び潤滑油溜め
１２０内部の潤滑油の冷却はハウジング１１０と下部ハ
ウジング１１３の外周に設けたフィン１１５をファンで
冷却して行なう。

【００２１】遠心分離機で試料を分離する場合、試料の
温度を試料の目的に応じて一定の温度範囲例えば０℃〜
４０℃に制御している。特に生物の細胞内物質であるタ
ンパク質や酵素等を分離する場合、生物の活性を抑えか
つ生存している状態で遠心分離するため、試料を入れる
ロータ１６０の温度を４℃〜７℃に維持して遠心分離作
業を行なっている。従って冷却能力としては、余裕を考
慮し運転中の最低温度を０℃に制御できることが必要で
ある。しかし、最高回転数１５万回転／分の超遠心機の
ように運転回転数が高速になると、分離試料を入れるロ
ータの温度が高くなり、生物を分離する時の温度条件に
入らない問題がある。高速回転時のロータの温度が高く
なる理由として次の３項目がある。

【００２２】軸受の損失は回転数に比例して大きくな
り、駆動モ−タの回転数が高速になるほど軸受部の発熱
が大きくなる。この軸受部で発生した高温の熱がロータ
とモータ軸を連結する弾性軸を伝導して、ロータが加熱
されることになる。すなわち高速になると軸受部が高温
になることが第１の理由である。

【００２３】ロータの製造における僅かな寸法誤差によ
るインバランスやロータに入れる試料のインバランス、
及びモータ軸１０３と弾性軸１４７の中心が製造上の誤
差によりに僅かに芯ずれを起こしていることにより、高
速回転時のロータの中心はモータ軸の幾何学上の中心と
偏心して回転する。従来の高速遠心分離機の弾性軸は細
く長くして撓みやすくし、この撓みによりモータ軸の軸
受にかかる荷重を少なくしていた。しかし細く長い弾性
軸を用いた遠心分離機の運転回転数を更に高速にする
と、弾性軸の質量に働く遠心力が弾性軸の曲げ剛性より
大きくなり、弾性軸の中央が振れ回る共振状態に近づく
ため、弾性軸の振れ回りが大きくなり、回転軸の軸受に
過大な荷重が係り軸受破損になる。従って、高速遠心分
離機では、高速回転の仕様になるほど弾性軸の曲げ剛性
をより大きくしたり、弾性軸の質量を軽くするため、弾
性軸の寸法を太くまたは短くする必要がある。弾性軸の
寸法が太くまたは短くなると、軸受で発生した熱がロー
タに伝達しやすくなり、ロータが高温になることが第２
の理由である。

【００２４】超遠心機のロータは真空中で運転されるた
め、ロータと熱交換器とのエネルギー交換は空気を媒体
とした熱伝達の割合がほとんど無く、冷却はロータを収
納するボウルとの輻射で行なわれる。この輻射熱量はロ
ータの面積に影響されロータの面積が小さいほど輻射熱
量が小さくなる。該ロータの材料は質量が軽く高強度の
チタン合金等で作られているが、従来より高速で回転す
るロータは耐遠心強度を保つため低速用のロータに比べ
寸法を小形にしなければならない。すなわち更に高速用
のロータはいっそう小形になり、ロータの表面積が小さ
いので輻射熱量が少ないことが第３の理由である。

【００２５】本発明の超遠心分離機において、ロータの
冷却装置を図１を用いて説明する。チャンバ１４０内に
はロータ１６０を囲むようにボウル１３５が設置され、
ボウル１３５とプレート１４１の間にサーモモジュール
１４３から成る熱交換器が設けられている。サーモモジ
ュールは駆動回路からの電力によりボウルの冷却・加熱
を行なう。該サーモモジュールからの熱はプレート１４
１を伝導し、フィン１４２から大気に放出される。該チ
ャンバ１４０内は真空に保たれるため、ロータはボウル
からの輻射で冷却・加熱される。弾性軸１４７は熱伝導
率λが１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）のステンレス鋼線や熱伝導率
λが１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）のニッケルクロム鋼線を用い、
高温のモータ軸１０３上端からクラウン１４８及びロー
タ１６０に、弾性軸１４７を通過する伝達熱量を少なく
している。ロータの冷却・加熱の状況を説明する。ロー
タ１６０とボウル１３５の輻射熱をＱ₁、ロータ１６０
とドア１３３の輻射熱をＱ₂、ロータ１６０とモータ軸
１０３との伝導熱をＱ₃とすると、次の関係式で表せる
ことがわかっている。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、σはステファン・ボルツマン定数
で５．６６９×１０~³ｗ／（ｍ²・Ｋ⁴）、Ｔ_Rはロータ
１６０の絶対温度、Ｔ_Bはボウル１３５の絶対温度、Ｔ_D
はドア１３３の絶対温度、Ｔ_Sはモータ軸上端の絶対温
度、Ａ_Rはロータの表面積、Ａ_Bはボウルの表面積、Ａ_D
はドアの表面積、ε_Rはロータの輻射率、ε_Bはボウルの
輻射率、ε_Dはドアの輻射率、Ｃ_Bはボウルとロータ間の
形態係数、Ｃ_Dはドアとロータ間の形態係数、λは弾性
軸の熱伝導率、Ａ_Sは弾性軸断面積、Ｌは弾性軸の長さ
である。

【００２８】運転時間が経過し、温度が安定した状態で
はロータの入熱と出熱は平衡状態となるので、Ｑ₁とＱ₂
とＱ₃の総和はゼロとなる。

【００２９】高速遠心分離機の例として、数値を式
（１）から式（３）に当てはめ、モータ軸からロータへ
の許容伝熱量を求めてみる。モータ軸上端の温度Ｔ
_Sは、モータ回転子の損失や上部軸受の損失により発熱
するので、モータ軸上端の温度は上軸受の温度とほぼ等
しくなり、回転数上昇におおむね比例して大きくなる。
軸径７ｍｍ、軸受外径１９ｍｍの高速タイプの玉軸受の
毎分１５万回転時の温度の測定例は約９０℃（＝３６３
Ｋ）である。高速回転用ロータは最高使用回転数が高速
になるとロータ自身に働く遠心荷重が大きくなるので、
強度を保つためロータは小形になり表面積も少なくな
る。ボウルの制御可能な最低温度は、サーモモジュール
からなる熱交換器の放熱フィンを室温の空気で冷却する
ので、室温が冷却の基準となり、室温がやや高温状態の
３０℃（＝３０３Ｋ）では、ボウルの温度Ｔ_Bを−１０
℃（＝２６３Ｋ）程度まで安定して温度制御することが
できる。またドアの絶対温度Ｔ_Dは室温と等しい温度３
０℃（＝３０３Ｋ）となる。ボウルの表面積Ａ_Bは０．
０８８ｍ²、ドアの表面積Ａ_Dは０．０２６ｍ²、ロータ
の輻射率ε_Rは０．８９、ボウルの輻射率ε_Bは０．８
７、ドアの輻射率ε_Dは０．０７、ボウルとロータ間の
形態係数Ｃ_Bは０．８、ドアとロータ間の形態係数Ｃ_Dは
０．２である。よってロータの温度Ｔ_Rを０℃（＝２７
３Ｋ）とした時、式（１）、式（２）より輻射熱を計算
すると、ロータ１とボウル２の輻射熱Ｑ₁は−０．４０
４Ｗ、ロータ１とドア３の輻射熱Ｑ₂は０．０５４Ｗと
なり、Ｑ₁とＱ₂とＱ₃の総和はゼロなのでＱ₃は０．３５
Ｗとなる。すなわち、モータ軸からロータに伝熱する熱
量を０．３５Ｗ以下にすればロータの温度Ｔ_Rを０℃
（＝２７３Ｋ）以下に冷却することができる。

【００３０】また最高回転数毎分１５万回転の高速遠心
分離機の弾性軸の例として直径が３ｍｍすなわち弾性軸
の断面積Ａ_Sは７．０７×１０~⁶ｍ²、弾性軸の長さＬは
０．０４５ｍの場合に、式（３）よりモータ軸からロー
タに伝熱する熱量が０．３５Ｗ以下となる弾性軸の熱伝
導率λは２４．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）より小さくすることが
必要である。すなわち、従来から用いられている熱伝導
率λが４５〜５３Ｗ／（ｍ・Ｋ）のピアノ線では、ロー
タの到達温度は約＋５．２℃となり、ロータの温度Ｔ_R
を０℃（＝２７３Ｋ）に冷却できないが、本発明の熱伝
導率λが１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）のステンレス鋼線や熱伝導
率λが１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）のニッケルクロム鋼線はロー
タの到達温度を約−２．５℃とすることができる。そこ
でロータの温度に関する項目を計測し、熱交換器の入力
電力を制御してロータの温度を０℃までの目的の温度に
制御することができる。

【００３１】前記超高速モータ１００は高周波モータで
あり、駆動部の軸受１０４，１０５に支持された軸１０
３に圧入固定されたかご形回転子１０１とハウジングの
内に圧入固定された固定子１０２からなっている。回転
子１０１は、外形Ｄの鉄心に設けられた複数個Ｎ₂のス
ロット内に直径ｄ₂の導体棒を挿入し、導体棒の両端に
短絡環を配置することによりかご形回転子を形成してい
る。

【００３２】導体棒と短絡環は、比抵抗が小さい銅を用
い、ダイカストにより形成している。これにより、回転
子の２次抵抗を小さくして２次銅損を抑制している。

【００３３】しかし、導体棒５５２の２次抵抗は導体数
Ｎ₂及び導体棒直径ｄ₂の２乗に比例するで（Ｎ₂・ｄ₂／
Ｄ）を小さくしすぎると２次銅損が増加するため、（Ｎ
₂・ｄ₂／Ｄ）が１以下になると、比抵抗の小さい銅を用
いてもモータ効率は急激に低下する。

【００３４】また、高周波モータの回転原理は固定子側
の回転磁界により回転子が回転するというものであり、
固定子側の回転磁界と回転子との間に必ず回転差が生じ
る。回転差の周波数と固定子側の回転磁界の周波数の比
をすべりといい、このすべりが大きくなるほど回転子の
回転が低下する。このモータが必要トルクを出す時のす
べりも（Ｎ₂・ｄ₂／Ｄ）が１．１以下になると急激に増
加し回転数が低下するため、目標の最高回転数を得るこ
とが困難になる。

【００３５】従って、モータの電気的性能を確保するた
めには（Ｎ₂・ｄ₂／Ｄ）を１．１異常に設定する必要が
ある。

【００３６】上記の如く、モータの電的性能を満足させ
ることに加えて、回転数が少なくとも１５０，０００ｍ
ｉｎ~¹という超高速で安定した運転を可能にするために
は、回転子の機械強度確保する必要がある。

【００３７】１５０，０００ｍｉｎ~¹回転時における遠
心力による応力に耐えるため、まず回転子の外形は２０
ｍｍとしている。

【００３８】電気機器用の鉄損の少ない珪素鋼板、例え
ば５０Ａ２９０、の許容応力は３３６ＭＰａであり、個
の種の材料を回転鉄心に使用するには回転子鉄心にかか
る最大応力を３３６ＭＰａ以下にしないと、鉄心が変形
して固定子と接触することによって破壊に至ったり、極
端な場合には鉄心自体にラックが生じ破壊に至る。回転
子鉄心にかかる応力は回転子外形Ｄに対し導体棒数Ｎ₂
あるいは導体棒直径ｄ₂が大きくなるほど大きくなる。
このため、（Ｎ₂・ｄ₂／Ｄ）の上限を回転子鉄心にかか
る応力が鉄心材料の許容応力いかになる範囲で設定する
必要がある。１５０，０００ｍｉｎ~¹の超高速回転時に
回転子を破壊させることなく運転するためには、（Ｎ₂
・ｄ₂／Ｄ）を少なくとも１．５以下になるように設定
する必要がある。

【００３９】このため、外形Ｄに対し（Ｎ₂・ｄ₂／Ｄ）
が１．５以下でかつ１．１以上になるように導体数Ｎ₂
を１９、導体棒直径ｄ₂を１．６ｍｍに設定している。

【００４０】高速回転での短絡環の破壊を防止するた
め、厚さが１ｍｍ程度のスリーブを短絡環の外周に取付
けている。該スリーブの材質はモータ性能を確保するた
め、チタン合金の非磁性体を用いることが望ましい。

【００４１】固定子鉄心は、高速回転による鉄損の増加
を抑制し、モータ出力を確保するために、板厚０．２ｍ
ｍとし、かつ固定子鉄心のヨーク部幅を少なくとも１０
ｍｍ以上に設定している。

【００４２】モータの回転子及び固定子を上述の如く構
成することにより、モータの回転数を少なくとも１５
０，０００ｍｉｎ~¹以上で安定して運転させることが可
能で、かつモータ効率の良い高周波モータを提供でき
る。

【００４３】（超高速回転ロータ）超高速回転ロータを
図４〜図５で説明する。

【００４４】ロータ１６０は、ロータボティ１６１とカ
バ１７０から構成され、ロータボティ１６１は回転軸１
６２の回りに放射状に固定角度で試料挿入穴が複数個設
けられている。中心部の下部には、駆動軸と係合する駆
動軸穴１６４が設けられている。工藤軸穴は上方その上
端にはめねじ１６５が設けられている。ロータボディの
上部には、中心下部に下方に伸びるボス部を有し、その
ボス部の一端にめねじ１６５と締結されるおねじ１７１
を有するカバ１７０が装着される。カバ１７０には、ロ
ータボディ１６１にカバ１７０が装着された時に、試料
挿入穴１６３を含む空間が密閉されるようなＯリング等
の密閉手段を有している。更に中心部の下方に伸びるボ
ス部の下端には、ロータが駆動軸に装着されたときに駆
動軸とロータの回り止めの灼をなすピン１７２が設けら
れている。

【００４５】ロータボディ１６１の試料挿入穴１６３
は、回転軸１６２から水平方向に最も遠い半径位置にお
いて、１５０，０００ｍｉｎ~¹回転したときに遠心加速
度が９００，０００×ｇになるように設定される。ロー
タボデイの外周側は、隣合う試料挿入穴１６３間の外周
面を、ロータボディ自身に発生する遠心荷重を軽減する
目的で削除している。

【００４６】このようなロータ１６０の材料は、ロータ
ボディ１６１が比重４．７以下で常温における引っ張り
強さが１１８０ＭＰａ以上である高強度チタン合金、カ
バ１７０は比重が２．８で常温における引っ張り強さが
５５９ＭＰａ以上である高強度アルミ合金を使用してい
る。

【００４７】図５は、他の実施例を示している。カバ１
７０は、中心部に上下に可動なピストン１７３とストッ
パ１７５を有しており、ピストン１７３はその上端面が
ストッパの上端面１７６位置待て上昇することができる
ようになっており、ロータ１６０が駆動軸に乗っていな
い場合は、図示のような状態でピストン上端面１７４が
ストッパ上端面に対して段差ができるようになってお
り、駆動軸に正常に装着した場合はピストン１７３の下
端面１７７が駆動軸によって押し上げられ、ピストン１
７３の上端面１７４がストッパ上端面１７６と同じ高さ
になるように構成することによって、ピストン上端面１
７４とストッパ上端面１７６の段差を確認することによ
って、ロータ１６０と駆動軸の装着状態が正常であるか
否かを目視できるようになっている。

【００４８】（電気的制御装置）本発明になる電気的制
御装置の具体的実施例を図６〜図２２に就き詳細に説明
する。ブロック図に於て、２２１は交流電源、２２２は
交流側はリアクトル２２３を介して交流電源２２１に接
続され、直流側は平滑用コンデンサ２２４に接続される
還流整流回路に、該還流整流回路を構成する夫々の整流
素子に逆方向並列にバイポーラトランジスタＩＧＢＴ、
ＦＥＴ等のスイッチング素子を接続した昇圧コンバータ
となる電源用双方向電力変換器であり、２２５はリアク
トル２２３と平滑用コンデンサの間に介して接続された
平滑用コンデンサの充電電圧を位相制御により調節する
トライアック、サイリスタ等の交流位相制御素子となる
スイッチング素子であり、２２６は交流側は誘導モータ
等の遠心分離用ロータ１６０を駆動するモータ１００に
接続され直流側は平滑用コンデンサ２２４に接続される
還流整流回路に、該還流整流回路を構成する夫々の整流
素子に電源用双方向電力変換器２２２と同様の種類のス
イッチング素子を接続したインバータ装置となるモータ
用双方向電力変換器である。

【００４９】モータ用双方向電力変換器２２６のスイッ
チング素子のＰＷＭインバータコントロールに於て、２
２９は上記スイッチング素子のオン・オフのパルスパタ
ーンを記憶しているＲＯＭであり、ＲＯＭ２２９のデー
タ出力ラインの出力データの「１」「０」の論理値がパ
ルスパターンとなっており、これらのデータはそのアド
レスラインに接続されたカウンタ２３０の出力により逐
次読み出され、カウンタ２３０のクロックは、発振器と
なるＰＬＬパルスジェネレータ２３１のクロック出力に
より印加されるようになっており、タイマＬＳＩ２３２
によりＰＬＬパルスジェネレータ２３１のクロック出力
周波数が制御される。２３３はＲＯＭ２２９から読み出
されるデータの時間不揃いを防止し同期をかけるラッチ
であり、２３４はラッチ２３３の出力論理に対応してフ
ォトカプラ２３５をドライブするゲート・ドライバであ
り、フォトカプラの信号出力によりモータ用双方向電力
変換器２２６の６コのスイッチング素子のオン・オフが
制御される。平滑用コンデンサ２２４の陽極側のライン
を２２４ａ、陰極側のラインを２２４ｂで示す。電源用
双方向電力変換器２２２のスイッチング素子のコントロ
ールに於て、２３６は力率改善制御用ＩＣであり、この
ＩＣのパルス幅制御出力は、パターン切換器２３７を介
してゲート・ドライバ２３８で増幅されフォトカプラ２
３９をドライブする。フォトカプラ２３９の信号出力に
より電源用双方向電力変換器２２２の４コのスイッチン
グ素子のオン・オフが制御される。力率改善制御用ＩＣ
２３６は、電源用双方向電力変換器２２２がリアクトル
２２３と協同して交流電源２２１の電圧波形に相似な高
調波電流含有量が低い電流で、モータ１００が力行中に
平滑用コンデンサ２２４を一定の電圧に充電する昇圧コ
ンバータとなる順方向運転及び、モータ１００が回生中
に平滑用コンデンサ２２４を放電し一定の電圧に保つ降
圧コンバータとなる逆方向運転が行なえるよう絶縁トラ
ンス等によるＶセンサ２４０により電源電圧波形を、ホ
ールカレントセンサ等によるＩセンサ２４１により電源
電流波形を、更に例えばフォトカプラ等で絶縁されたＶ
−Ｆ，Ｆ−Ｖコンバータの組合わせによるＣＶセンサ２
４２により平滑用コンデンサ２２４の充電電圧信号がセ
ンサ入力信号として入力されるようになっている。２４
３はアナログスイッチであり、電源用双方向電力変換器
２２２の上記の順方向運転、逆方向運転が力率改善制御
用ＩＣの同一の制御作用により行なえるようＩセンサ２
４１の信号出力は、減衰器２４４により信号の大きさの
切換選択ができ、ＣＶセンサ２４２の信号出力は差動増
幅器２４５により基準電圧源２４６を基準にした引算信
号との切換選択が可能となるように設けられており、Ｉ
／Ｏ ＬＳＩ２４７の信号出力により、パターン切換器
２３７と連動して切換えが行なわれる。

【００５０】２４８は交流電源２１の正・負のサイクル
状態を検出し、論理信号をパターン切換器３７に出力す
る電源の正・負サイクル検出器であり、２４９はその信
号出力をＩ／Ｏ ＬＳＩ４７に出力する交流位相制御素
子２２５の位相制御のため、交流電源２２１の０クロス
信号を出力する０クロス回路であり、２５１はその信号
出力をタイマＬＳＩ２３２に出力するＰＬＬパルスジェ
ネレータ２３１等の基準クロック源となる発振器であ
る。交流位相制御素子２２５は、フォトカプラ２５０を
介してタイマＬＳＩ２３２の信号出力によって制御され
る。電源コントロール回路２５２は、ゲート・ドライバ
２３４、２３８にドライブ電力を供給する回路であり、
双方向電力変換器２２２、２２６の過電流、アーム短絡
等の異常発生時、或いは交流電源２２１の電源投入後制
御装置全体の動作準備が完了するまで、またその他運転
中のコントロール状態の切換時に双方向電力変換器２２
２、２２６のスイッチング素子にオン信号が加えられる
のを防止するために設けてある。

【００５１】２５３はロータ１６０の回転数を検知する
回転センサ、２５４はロータ１６０の回転数を計測する
ためのカウンタ回路であり、２５５はタイマＬＳＩ２３
２，Ｉ／Ｏ ＬＳＩ２４７、カウンタ回路２５４を制御
する遠心機制御用ＣＯＵである。双方向電力変換器２２
２、２２６のスイッチング素子のオン・オフ制御を行な
う制御手段を２００で示す。

【００５２】なお、上述の如く、Ｖセンサ２４０、Ｉセ
ンサ２４１、ＣＶセンサ２４２、フォトカプラ２３５、
２３９、２５０の絶縁信号伝達手段により、電力回路と
なる双方向電力変換器２２２、２２６と制御装置２００
の間には基準電圧の絶縁が図られており、交流位相制御
素子２２５或いは双方向電力変換器２２２、２２６内の
スイッチング素子の３０ＫＨＺ程度の高速スイッチング
動作に伴い発生するノイズにより制御手段２００が誤動
作等の影響を受けるのを防止している。更に、交流電源
２２１に接続される他の機器に悪影響を与えるのを防止
するため、本発明の部分的な他の実施例を示す図７に於
て、図６と同一の機能の部分には同一の番号が符してあ
り、交流電源２２１にこれらのノイズが伝達されるのを
防止するため、リアクトル２２３を交流電源２２１の両
ラインに図示のように２２３ａ、２２３ｂとして設け、
また、コモンモードチョークコイルの低周波用フィルタ
２５６、同じ高周波用フィルタ２５７と共通接続端を接
地２２０に接続されたコモンモードノイズバイパス用コ
ンデンサ２５８ａ、２５８ｂとノルマルモードノイズバ
イパス用コンデンサ２５９を用いてもよい。２８７は直
列に接続された抵抗器、コンデンサから成る交流位相制
御素子２２５のスナバ回路である。

【００５３】なお、本発明の実施例を示す図７に於て、
２１４はラインフィルタ、２１３は雷サージ吸収器、２
１２はブレーカであり、２１１は絶縁トランスである。
絶縁トランス２１１は図示の様に１次側に基準タップａ
に対してｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの電圧切換タップと、２次
側には１次側のａ−ｂ間の電圧に等しく絶縁されたタッ
プｇ−ｈが設けられており、１次側の電圧タップａ−ｂ
間には真空ポンプ２１０、デヒュージョンポンプ２０
９、制御装置２００に５Ｖ、＋１２Ｖ、−１２Ｖ等の制
御用電圧を供給するスイッチング電源及びその他遠心機
に必要な補機類が接続される。絶縁トランス２１１を接
続する目的は、電源電圧の異なる地域で使用する場合、
ブレーカ２１２の出力端をａを基準としてｂ〜ｆ間でつ
なぎ変えることにより容易に対応することができる。例
えばａ−ｂ間は１００Ｖ、更にａを基準にしてｂは１１
０Ｖ、ｃは１２０Ｖ、ｄは２２０Ｖ、ｅは２３０Ｖ、ｆ
は２４０Ｖにしておくと図示の接続では交流電源２２１
の電源電圧１１０Ｖ対応となり、交流電源２２１の電源
電圧２３０Ｖに対応する場合はｅに接続する。このいず
れの場合にも、ａ−ｂ間のタップに接続される真空ポン
プ２１０や絶縁されてｇ−ｈ間のタップに接続される電
気的制御装置とも１００Ｖになり、絶縁トランス２１１
のタップを切り換えることにより、電気装置の定格電圧
仕様を変更することなく、電源電圧の異なる地域に容易
に対応することが可能となる。更に、絶縁トランス２１
１の絶縁タップｇ−ｈ間に電気的制御装置を接続するの
は、主にモータ用双方向電力変換器２２６及び電源用双
方向電力変換器２２２のＰＷＭ制御のためのスイッチン
グ動作により高周波電流が生じ、これらが、モータ１０
０或いはリアクトル２２３の巻線によって接地２２０と
の間で形成される浮遊コンデンサを介して接地２２０に
漏洩電流が流れるのを低減するためである。特にフィル
タ２５６、２５７及びコモンモードバイパス用コンデン
サ２５８ａ、２５８ｂと絶縁トランス２１１の組合わせ
が、上記漏洩電流の低減効果を生む。

【００５４】続いて本発明の動作について、図８〜図２
０を参照して説明する。なお図８〜図２０に於ては、図
６と同一の機能の部分には同一の番号が符してある。

【００５５】図１０は、本発明になる遠心機用モータの
制御装置に好適なロータ１６０の回転数、すなわちモー
タ１００の回転数の時間経過を表したグラフであり、モ
ードＩは、ロータ１６０を静止状態からスローアクセル
にて徐々に加速する過程であり、このスローアクセルに
対応するため、ＰＷＭ制御のみでは滑らかな起動が行な
えないため、ＰＡＭ制御を併用する。すなわちモータ１
００は、交流位相制御素子２２５により平滑用コンデン
サ２２４の充電電圧を調節するＰＡＭ制御及び双方向電
力変換器２２６のＰＷＭ制御により、遠心機制御用ＣＰ
Ｕ２５５はモータ１００を図１１の曲線に沿うよう制御
する。ＰＡＭ制御は図１１に動作状況図を模擬的に示す
ように遠心機制御用ＣＰＵ２５５が、Ｉ／Ｏ ＬＳＩ２
４７を介して０クロス回路２４９の０クロス信号２６０
の立上り点２６０ａを基準信号としタイマＬＳＩ２３２
に時間ｔ１の遅延トリガ動作を行なわせ、更に必要に応
じて時間ｔ１を変化させ、所望の導通角にて交流位相制
御素子２２５にトリガ信号２６１を与えその結果、交流
電源２２１の電圧波形２６２に対して位相制御された電
流２６３が流れ平滑用コンデンサ２２４の充電電圧が調
節される。なお、トリガ信号２６１は、０クロス信号２
６０の立下がり点２６０ｂでオフする。モータ用双方向
電力変換器２２６のＰＷＭ制御は、図１２の三相ＰＷＭ
インバータの波形の例に示すように、三角搬送波２６４
と正弦波信号波２６５から６コのスイッチング素子２２
６ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚのオン・オフパターンをあら
かじめ求め、ＲＯＭ２２９に記憶してあり、Ｅｕｎ２６
６、Ｅｖｎ２６７、Ｅｗｎ２６８は夫々スイッチング素
子２２６ｕ、ｖ、ｗのオン信号、逆に上下に対応するス
イッチング素子ｘ、ｙ、ｚのオフ信号となり、ｅＵＶ２
６９、ｅＶＷ２７０、ｅＷＵ２７１は夫々モータ１００
に接続される線ＵＶ、ＶＷ、ＷＶ相間に出力される電圧
波形を表わす。図１２では、三角搬送波２６４と正弦波
信号波２６５の組み合わせに於て２１キャリアデューテ
ィ５０％の場合を例示する。

【００５６】図８を用いてＰＷＭ制御に関する制御装置
２００の動作を説明すると、ＲＯＭ２２９に記憶されて
いるデータは、ラッチ・ゲートドライバ２３３、２３４
となる例えば７４ＨＣ３７４等のＤタイプフリップフロ
ップでＰＬＬパルスジェネレータ２３１の出力信号の反
転信号２７２でＣＫ端子で同期ラッチされフォトカプラ
２３５をドライブし、双方向電力変換器２２６の各スイ
ッチング素子ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚをオン・オフす
る。ＲＯＭ２２９のデータ出力端子Ｏ１〜Ｏ６が図示の
如くラッチ・ゲートドライバ２３３、２３４の１Ｄ〜６
Ｄに対応し更に１Ｑ〜６Ｑに対しそれらはｕ〜ｚに対応
しており例えばＲＯＭ２２９のＯ１端子が論理の「０」
レベルになると、ラッチ・ゲートドライバ２３３、２３
４の１Ｑ端子も論理「０」になり抵抗器２８０を介して
フォトカプラ２３５のＬＥＤがオンし、スイッチングト
ランジスタｕがオンする。ラッチ・ゲートドライバ２３
３、２３４のＯＣ端子は、そのＱ出力をハイインピーダ
ンスに切り換えるものでありＩ／Ｏ ＬＳＩ２４７の出
力制御線２８５が「Ｈｉ」の場合、ハイインピーダンス
となり、フォトカプラ２３５は全てオフする。一例とし
てスイッチング素子２２６ｕと該トランジスタのフォト
カプラ２３５ｕの間のドライブ回路は図１３に示すよう
に、スイッチング素子２２６ｕのエミッタＥを基準電位
ＧＮＤＵとする適当な電源ＶＣＣＵが設けられ、フォト
カプラ２３５ｕの発光ダイオード２３５ｕに電流が流れ
ると対向するホトトランジスタがオンし、ノットゲート
２７５は抵抗器２７４のバイアスが無くなり、その出力
が「Ｈｉ」レベルになり抵抗器２７６を介してトランジ
スタ２７７にベース電流が流れ、制動抵抗２７８を介し
てスイッチング素子２２６ｕのゲートＧに電圧バイアス
が加えられ該素子がオンし一方発光ダイオード２３５ｕ
の電流が消失すると、同様にしてノットゲート２７５の
出力は「ＬＯ」レベルに反転しトランジスタ２７９を介
してゲートＧの電荷が放電されオフする。ドライブ回路
の部分を３３２で示す。ＲＯＭ２２９のデータの読み出
しは、例えば７４ＨＣ１９３を３コカスケード接続した
カウンタ２３０がＰＬＬパルスジェネレータ２３１のパ
ルス出力信号２７３の立ち上がりでカウントアップし、
Ｑ₀〜Ｑ₁₀のカウント端子の信号出力をＲＯＭ２２９の
Ａ₀〜Ａ₁₀のアドレスラインに出力することによりなさ
れ、この場合、図１２で３６０度分のオン・オフパター
ンを２０４８分割し駆動するため１１本のアドレスライ
ンを使用しており、上記のようにラッチ・ゲードドライ
バ２３３、２３４でＰＬＬパルスジェネレータ２３１の
パルス信号２７３をノッドゲート２１５で反転させた立
ち上がり信号２７２でラッチ動作を加えるのは、ＲＯＭ
２２９のＯ１〜Ｏ６のＰＬＬパルスジェネレータ２３１
のパルス信号２７３の立ち上がりで読み出されるデータ
読み出し出力の微妙なタイミングのずれにより、オン・
オフパターンがくずれ双方向電力変力素子２２５の同一
アームのスイッチング素子、例えばｕとｘが同時にオン
するようないわゆるアーム短絡現象が起きるのを避ける
ためである。カウンタ２３０のＣＬＲ端子はＲＯＭ２２
９のデータをアドレス０から読み出すためのカウンタク
リア端子であり、Ｉ／Ｏ ＬＳＩ２４７の制御線２８６
が「Ｈｉ」の場合、クリアされる。ＰＬＬパルスジェネ
レータ２３１のパルス出力信号２７３は、７４ＨＣ４０
４６等のＰＬＬ素子２１９によりＶＣＯＯＵＴ端子から
出力され、ＵＰＤ８２５３等のタイマＬＳＩ２３２が発
振器２５１の発振出力を分周機能２３２ａにより分周
し、基準信号２１８としてＰＬＬ素子２１９のＳＩＮ端
子に出力し、一方ＰＬＬパルスジェネレータ２３１のパ
ルス出力信号２７３をタイマＬＳＩ２３２が分周機能を
２３２ｂにより分周し比較信号２１７としてＰＬＬ素子
２１９のＣＩＮ端子に出力し、フェイズコンパレータに
よりエラーシグナルをＰＣ端子から出力し、抵抗器、コ
ンデンサの組み合わせから成るローパスフィルタ２８１
を介してＶＣＯＩＮ端子に電圧バイアスが与えられＶＣ
Ｏ２８２（ボルテイジコントロールオシレータ）により
発振出力として得られるようになっており、基準信号２
１８の周波数に分周機能２３２ｂの分周比の逆数を掛け
た周波数の発振出力となる。ＶＣＯ２８２の発振出力
は、超遠心機の場合０〜２００Ｋｍｉｎ~¹の範囲でモー
タを回転させる必要があり、望ましくは１０ＫＨＺから
６．９ＭＨＺの広い範囲をカバーする必要があり、ＰＬ
Ｌ素子２１９の外付けコンデンサ容量も数種類切り換え
て用い、この目的のために例えば、７４ＨＣ４０５１等
のセレクタとなるアナログマルチプレクサ２８３により
Ｘ１〜Ｘ５端子に夫々一端を接続された全体を２１６で
示すコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５のうちの
一つをＸ端子から選択しＰＬＬ素子２１９に接続する。
なお、コンデンサＣ０は、上記コンデンサの接続切換途
上でＰＬＬ素子２１９の発振出力が大きく変動しないよ
う常時接続されるものである。

【００５７】モードＩの場合には、モータ１００の回転
数は低いからパルスジェネレータ２３１のパルス出力信
号の周波数も低く、Ｉ／Ｏ ＬＳＩ２４７からコンデン
サ接続切換信号線２８４を介してアナログマルチプレク
サ２８３のＣＳＥＬ端子に選択信号が与えられ、最も容
量の大きいコンデンサＣ１が選択される。

【００５８】以上の説明のように、モードＩに於ては、
交流位相制御素子２２５によるＰＡＭ制御とＲＯＭ２２
９に記憶されたパルスパターンによるＰＷＭ制御により
モータ１００への供給電力が調節されると共に、ＰＬＬ
パルスジェネレータ２３１により適切なすべり周波数ｆ
１がモータ１００へ与えられ滑らかにロータ１６０がス
ローアクセルにて徐々に加速される。なお、このモード
Ｉでは、位相制御された電流２６３が流れるが、電流値
が小さいため、高調波電流の含有量は小さく他の機器へ
の影響は問題無い。モードＩのロータ１６０の回転数の
時間経過にモータ１００の実際の回転数を合わせるに
は、あらかじめ定められた回転数の時間経過と現在のモ
ータ１００の回転数の差をＰＩＤ演算等で行ない、その
結果から上記のタイマＬＳＩ２３２の時間ｔ１の遅延ト
リガ動作とＰＬＬパルスジェネレータ２３１によるすべ
り周波数ｆ１を決める周知の方法による。

【００５９】次に図１０のモードIIは、ロータ１６０を
目標整定回転数Ｎ０まで急速に加速する過程であり、図
９に示す電源用双方向電力変換器２２２のスイッチング
素子ｕ、ｖ、ｘ、ｙはモードＩに於ては全てオフ状態で
あったのに対し、交流電源２２１に系統連係し該電源の
電圧波形に相似な電流が流れるよう昇圧コンバータとし
て動作し平滑用コンデンサ２２４を一定の電圧に充電す
る順方向運転を行なうため、以下に説明の如くオン・オ
フ動作となる。

【００６０】図９を用いて上記の制御に関する制御装置
２００の動作を説明すると、力率改善制御用ＩＣ２３６
のＯ端子から昇圧コンバータとして動作するためのＰＷ
Ｍ制御信号２８８がパターン切換器２３７に出力され、
該信号２８８と電源正・負サイクル検出器２４８の正サ
イクル時論理「１」となるＰ端子と負サイクル時論理
「１」となるＮ端子の信号出力をアンドゲート２８９、
２９０、２９１、２９２で論理積を取った信号が例えば
７４ＨＣ１５８等のデータセレクタ２９３に出力されＩ
／Ｏ ＬＳＩ２４７のセレクト信号線２９４はこの場合
「０」レベルに保たれるので入力端Ａの信号がＹ端子か
ら論理反転して出力され、ゲートドライバ２３８はドラ
イブ電流制限用抵抗器２９５を介してフォトカプラ２３
９をドライブする。パターン切換器２３７から電源用双
方向電力変換器２２２のスイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｘ、
Ｙに出力されるパルスパターンを図１４に示しフォトカ
プラ２３９と該スイッチング素子のドライブ回路は図１
３と同様なものとなる。なお正サイクルは図６に於て、
交流電源のａ端が高電位、ｂ端が低電位となる場合を言
う。

【００６１】次にＰＷＭ制御信号２８８の生成について
説明すると、力率改善制御用ＩＣ２３６のコントロール
ＩＣ２９６は、例えば富士電機製のＦＡ５３３１等を用
いる例を示すと、図１５の機能ブロック図に示すよう
に、同図に於て同じ機能の部分には同一の番号が符して
あり、Ｖセンサ２４０の出力を全波整流回路２９７を通
してＶ端子に基準となる交流電源２２１の電圧波形が与
えられ、一方Ｉセンサ２４１からは全波整流回路２９８
を通し、更に抵抗器２９９、３０１の分圧出力となる分
圧器３０２で分圧された電流フィードバック信号が例え
ば７４ＨＣ４０５３等のアナログスイッチ２４３のＸＡ
端子に入力されＸ出力端子から出力され、ＣＶセンサ２
４２から平滑用コンデンサ２２４の充電電圧信号がフィ
ードバック信号としてアナログスイッチ２４３のＹＡ端
子に入力され、Ｙ出力端子から出力される。ＣＶセンサ
２４２は抵抗器３０３、３２３による平滑用コンデンサ
２２４の分圧出力をＶ／Ｆコンバータ３０４により電圧
に比例した周波数のパルス出力に変換し、この信号をホ
トカプラ３０５で信号のグランドレベルを絶縁し、Ｆ／
Ｖコンバータ３００により周波数に比例した電圧信号に
戻し、絶縁を保ちながら平滑用コンデンサ２２４の電圧
をアナログスイッチ２４３のＹＡ端子に出力するもので
ある。なお、ＣＶセンサ２４２の電圧出力をアナログス
イッチ２４３のＹＡ端子に絶縁を保ちながら伝達するの
に上記Ｖ／Ｆコンバータ３０４，ホトカプラ３０５，Ｆ
／Ｖコンバータ３０５の手段のかわりに、例えばＨＰ社
のアナログホトカプラＣＮＲ２００，ＣＮＲ２０１を用
いることも可能である。アナログスイッチ２４３は上記
のセレクト信号線２９４の論理レベル「０」であるため
信号ＸＡ入力がＸに信号ＹＡ入力がＹに伝達される。平
滑用コンデンサ２２４の充電電圧が抵抗器３０６、３０
７フィルタコンデンサ３０８とＯＰＡＭＰ３０９により
基準電圧３１０と比較増幅され、平滑用コンデンサ２２
４の充電電圧が例えば交流電源２２１の電圧が１００Ｖ
の場合１７０〜１８０Ｖに一定に保たれ、その時の電源
電流は電源電圧に相似になる。すなわち、ＯＰＡＭＰ３
０９による誤差信号出力ＶＦＢが電源電圧Ｖと乗算器Ｍ
ＵＬ３１１により掛算され、この掛算出力ＩＩＮに電源
電流Ｉが等しくなるよう抵抗器３１２、３１３コンデン
サ３１４、３１５とＯＰＡＭＰ３１６による増幅作用に
よりその出力ＩＦＢが抵抗器３１７、コンデンサ３１８
から成る発振器３１９の鋸刃状波信号とＰＷＭ比較器３
２０により比較されＯ端子よりＰＷＭ制御信号として出
力される。従って、例えば交流電源２２１が正サイクル
の場合、電源用双方向電力変換器２２２のスイッチング
素子ＸがＯ端子より出力されるＰＷＭ制御信号２８８に
対応してオン・オフすることにより、リアクトル２２３
と平滑用コンデンサ２２４を含む回路に於て昇圧コンバ
ータが形成され、平滑用コンデンサ２２４の充電電圧は
電源電圧、モータ１００の駆動力となる負荷の大小にか
かわらず一定に保たれ、しかも電源電流は交流電源２２
１の電源電圧と相似になり、高調波電流の含有量はほと
んど無い。分圧器３０２によりＩセンサの信号出力を分
圧するのは、モータ１００の損失により力行電流よりも
回生電流の方が小さいため、特に回生時にコントロール
ＩＣ２９６のＩ入力を大きく取り微小な回生電流に対し
て電源電流波形の歪みを少なくするためである。

【００６２】なお、３２１はノットゲートであり、Ｉ／
Ｏ ＬＳＩ２４７の制御信号線３２２の論理出力「０」
によりデータセレクタの出力及びコントロールＩＣ２９
６の動作がイネーブルとなる。

【００６３】この図１０のモードIIに於ては、上記の説
明の通り平滑用コンデンサ２２４の充電電圧は一定に保
たれるので、モータ１００に対するＶ／ｆ制御は図１２
の三相ＰＷＭインバータの波形の例に示すように、正弦
波信号波２６５の振幅すなわちモータに印加される電圧
のデューティを段階的に換え、ＲＯＭ２２９にブロック
ごとに記憶してあるパターンの読み出しブロックを変え
ることによりＶ／ｆのＶの制御を行ない、ｆの制御はタ
イマＬＳＩ２３２の分周機能２３２ｂの分周比を逐次増
加させると共にＰＬＬ素子２１９に接続されるコンデン
サＣ１〜Ｃ５を選択切り換えモータ１００にその回転数
に対応した適切なすべり周波数が与え目標整定回転数Ｎ
Ｏまで加速する。

【００６４】図１６は、ＲＯＭ２２９に記憶してあるブ
ロックの内容を示したものであり、小ブロックｎ０ＰＷ
ＭＯが最小のデューティとなりｎ０ＰＷＭ３１が最大の
デューティとなる３２段階のＰＷＭ制御によるＶの制御
を行なう例であり、一方中ブロックｎ０ＰＷＭとｎ１Ｐ
ＷＭの違いは図１２の三角搬送波２６４のキャリア数の
違いであり、モータ１００の回転数が上昇するに従い双
方向電力変換器２２６のスイッチング素子のスイッチン
グ回数が不適当に大きくなり過ぎ、スイッチング損失に
伴う素子の温度上昇を適切に管理する必要があり、モー
タ１００の回転数が上昇するに従い、三角搬送波２６４
のキャリア数を減少させｎ０に対してｎ３のキャリア数
は小さく設定されており、一例としてキャリア数はｎ
０，ｎ１，ｎ２，ｎ３に対応して夫々２７，１５，９，
７キャリアとなっている。なお、ｎ０に対してｎ３は高
速回転域で使用するため、ＰＷＭ０〜ＰＷＭ３１のデュ
ーティ範囲も高い部分の分割内容となる。小ブロックの
読み出しブロックの変更は、図８のＩ／Ｏ ＬＳＩ２４
７からＲＯＭ２２９のアドレスラインのＡ１１〜Ａ１５
ラインＶＳＥＬに接続されている制御線３２４により選
択され、同様にして中ブロックの読み出しブロックの変
更は、アドレスラインのＡ１６〜Ａ１８ラインＦＳＥＬ
に接続されている制御線３２５により選択されるように
なっている。

【００６５】図１７は、すべり周波数ｆの制御に関しＰ
ＬＬパルスジェネレータ２３１内のＰＬＬ素子６９に接
続される各コンデンサＣ１〜Ｃ５をパラメータとしてリ
ニアスケールの電圧バイアスＶＣＯＩＮに対してＶＣＯ
ＯＵＴ７３から出力される周波数を対数スケールで示し
たものであり、モータ１００を静止状態から最高回転数
まで加速・制定するには、コンデンサをＣ１から順にＣ
２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５と選択・切り換えて用い、ＰＬＬ
パルスジェネレータ２３１の発振周波数を増加させる。
また、この場合、各コンデンサの発振周波数範囲は互い
に十分オーバラップさせてあり、例えば、上記の最高回
転数まで加速・制定する際、Ｃ１からＣ３からＣ５の飛
び飛びのコンデンサの選択・切り換えでも可能である。
例えばモータ１００の制御回転数がＮａとＮｂの間にあ
ればコンデンサＣ２を選択しｆ制御に必要な周波数を出
力する様子を表わしたものであり、例えば制御整定回転
数がちょうどＮｂの場合には加速整定の際、若干の回転
数のオーバシュートを伴い目標回転数Ｎｂに落ち着くこ
とを考慮し、コンデンサＣ２の実際にカバー可能な回転
数範囲Ｎａ’〜Ｎｂ’よりもＮＡ〜Ｎｂが内側になるよ
うに使用範囲を限ると共に、選択するコンデンサの接続
切換時安定した周波数の発振出力が速やかに得られるよ
うＶＣＯＩＮの変化をなるべく抑制するため互いのコン
デンサのカバー可能な回転数範囲は十分にオーバラップ
させてある。コンデンサの選択は、Ｉ／Ｏ ＬＳＩ２４
７のコンデンサ接続切換信号２８４により行なうことは
前述の通りである。

【００６６】次に図１０のモードIIIは、ロータ１６０
を目標整定回転数Ｎ０に一定に維持する過程であり、モ
ードIIIと同様電源用双方向電力変換器２２２は交流電
源２２１に系統連係し該電源の電圧波形に相似な電流が
流れるよう昇圧コンバータとして動作し平滑用コンデン
サ２２４を一定の電圧に充電する順方向運転を行ない例
えばＮ０が本遠心機の最高運転回転数１５０Ｋｍiｎ~¹
であればＲＯＭ２２９の小ブロックは最小キャリア数最
大デューティのｎ３ＰＷＭ３１が選択されると共に、Ｐ
ＬＬ素子２１９に接続されるコンデンサＣ５が選択され
高周波のｆが与えられ、目標整定回転数Ｎ０に一定にモ
ータ２８の回転数が保持されるよう目標回転数Ｎ０とモ
ータ２８の現在の回転数の差を遠心機制御用ＣＰＵ２５
５がＰＩＤ演算し、その結果からモータ１００のすべり
周波数ｆ１を決定しこれに対応したタイマＬＳＩ２３２
の分周機能２３２ｂに分周比を指令して制御する。

【００６７】次に図１０のモードIVは、ロータ１６０を
回生制動により急速に減速する過程であり、図９に示す
電源用双方向電力変換器２２２は交流電源２２１に系統
連係し、該電源の電圧波形に相似な電流が電源に戻るよ
う降圧コンバータとして動作し、モータ１００の発電に
よる平滑用コンデンサ２２４の充電電圧の上昇を抑え一
定の電圧に保つ逆方向運転を行なう。図９を用いて上記
の制御に関する制御装置２００の動作を説明すると、Ｉ
／Ｏ ＬＳＩ２４７のセレクト信号線２９４はこの場合
「１」レベルに保たれるので、データセレクタ２９３の
入力端Ｂの信号がＹ端子から論理反転して出力されパタ
ーン切換器２３７から電源用双方向電力変換器２２２の
スイッチング素子ｕ、ｖ、ｘ、ｙに図１８に示すパター
ンの信号が出力される。

【００６８】ＰＷＭ制御信号２８８の生成について説明
すると、アナログスイッチ２４３のＳ入力端も「１」レ
ベルであるからＩセンサ２４１からは全波整流回路２９
８を通って直接ＸＢ端子に入力された信号がＸ出力端子
から出力され、ＣＶセンサ２４２からは平滑用コンデン
サ２２４の充電電圧信号を差動増幅器２４５により基準
電圧２４６から引算した信号がアナログスイッチ２４３
のＹＢ端子に入力されＹ端子から平滑用コンデンサ２２
４の充電電圧フィードバック信号として力率改善制御用
ＩＣ２３６に入力され、３２７は差動増幅器２４５の中
のＯＰＡＭＰ、３２８、３２９、３３０、３３１は差動
増幅用抵抗器であり、平滑用コンデンサ２２４の充電電
圧が上昇すると差動増幅器２４５の出力電圧は低下し、
図１５に於て、ＣＶセンサ２４２の出力をここでは上記
の出力と入れ換えると、ＯＰＡＭＰ３０９により基準電
圧３１０と比較増幅され、平滑用コンデンサ２２４の充
電電圧が例えば交流電源２２１の電圧が１００Ｖの場
合、１６０Ｖ〜１７０Ｖに一定に保たれ、その時の電源
に戻る電流は前述と同様のコントロールＩＣ２９６の制
御作用によりＰＷＭ制御信号２８８が出力され、従って
例えば交流電源２２１が正サイクルの場合、電源用双方
向電力変換器２２２のスイッチング素子Ｙがコントロー
ルＩＣ２９６のＯ端子から出力されるＰＷＭ制御信号２
８８に対応してオン・オフし、この極性のサイクルでは
スイッチング素子Ｕがオン状態を保つから、リアクトル
２２３と平滑用コンデンサ２２４を含む回路に於て降圧
コンバータが形成され、平滑用コンデンサの充電電圧は
電源電圧、モータ１００のロータ１６０を減速するため
の発電量にかかわらず一定に保たれ、しかも交流電源２
２１に回生される電流は電源電圧と相似になり、高調波
電流の含有量はほとんど無い。この図１０のモードIII
に於ては上記の説明の通り、平滑用コンデンサ２２４の
充電電圧まで双方向電力変換器２２６によりモータ１０
０の発電電圧を上昇させるためモードIIの場合と同様の
Ｖ／ｆ制御であって負のすべり周波数ｆ１を与え減速す
る。

【００６９】次にモードＶは、モードIVのロータ１６０
の急減速過程のあとロータ１６０を回転状態から静止状
態へスローデクセルにて徐々に減速する過程であり、モ
ータ１００の回転数が低いため、モータ１００に発電制
動ではなく、直流制動により減速力を与え滑らかに停止
させる制御を行なう。従って電源用双方向電力変換器２
２２は上述の如くの昇圧コンバータとして動作し順方向
運転を行なっても良いし或いは直流制動に要する電力が
小さい場合にはスイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｙを全て
オフし単なる全波整流器として動作させることも可能で
あり、更に交流位相制御素子２２５により平滑用コンデ
ンサ２２４の充電電圧を調節し、ＲＯＭ２２９制御直流
制動と組み合わせ、広範囲な制動制御を選択する。直流
制動のために双方向電力変換器２２６のスイッチング素
子に出力されるオン・オフパターンの一例を図１９に示
す。制動力を調節するため三角搬送波３４５と比較信号
３４６との対応を変え適切なＰＷＭデューティのものが
任意に選択可能になっており、図１６に於て、ＲＯＭ２
２９に記憶されているＢＰＷＭ０〜ＢＰＷＭ３１の中ブ
ロックが直流制動の部分に当たり、３２段階のデューテ
ィが選択できる。図１９では、キャリア数１６、デュー
ティ４０％の場合の例を示す。

【００７０】なお、モードＶに於ては、遠心分離する試
料の種類、分離条件によっては、図１９に示すように自
然減速による減速よりも更に緩和なデクセルパターンＡ
のような減速曲線により減速する場合があり、この時は
前述のモードＩと同様の交流位相制御素子２２５により
平滑用コンデンサ２２４の充電電圧を調節し、双方向電
力変換器２２６によりモータ１００を駆動し、滑らかに
徐々に減速する運転方法を用いる。

【００７１】本発明の実施例の説明では、電源用双方向
電力変換器２２２は単相の場合を例に取って説明した
が、三相交流の場合も同様の構成によりその機能が実現
可能なことは当業者に於ては容易に理解できよう。ま
た、本発明の実施例の説明では、交流位相制御素子２２
５はトライアックで表示してあるが、種類はトランジス
タ或いはＧＴＯ等の自己消弧能力を有する素子でも使用
可能である。一方、電源用双方向電力変換器２２２及び
双方向電力変換器２２６の還流整流回路は該変換器を構
成するスイッチング素子に構造上寄生して、或いは意図
的に内蔵して設けられているものでも使用可能である
し、上記と同様ＧＴＯ等の自己消弧能力を有する素子で
も本発明の思想の内で使用可能であることは明らかであ
る。

【００７２】本発明に於て、電源用双方向電力変換器２
２２及び双方向電力変換器２２６の上アームのスイッチ
ング素子Ｕ、Ｖ、ｕ、ｖ、ｗのスイッチング制御のため
の電源の供給を、下アームのスイッチング素子Ｘ、Ｙ、
ｘ、ｙ、ｚのスイッチング制御のための電源と基準電位
を共用して用いる実施例を図２１に示す。図２１は、双
方向電力変換器２２６の場合について示したものであ
り、図６及び図１３と同一の機能の部分には同一の番号
が符してあり、スイッチング素子２２６ｕのドライブ回
路３３２を例に取り説明すると、３３３は平滑用コンデ
ンサ２２４の陰極ライン２２４ｂを基準電位とするドラ
イブ回路３３２及び３３４、３３５、３３６、３３７、
３３８の共通な制御電源となる共通電源であり、突入電
流防止用チョークコイル３４７を介して逆阻止用ダイオ
ード３３９及びドライブ回路３３２の駆動電気エネルギ
を蓄積する例えばアルミ電解のコンデンサ３４０が直列
に接続され該コンデンサ３４０の他端はスイッチング素
子２２６ｕのエミッタＥに接続されており、ドライブ回
路３３２の電源ＶＣＣＵ、ＧＮＤＵはコンデンサ３４０
の両端に並列に接続されている。従って、スイッチング
素子２２６ｘのオンに伴い、共通電源３３３からダイオ
ード３３９、コンデンサ３４０、スイッチング素子２２
６ｘのルートでコンデンサ３４０が充電され、スイッチ
ング素子２２６ｘのオフに従い、コンデンサ３４０の陰
極側はフローティング状態となりスイッチング素子２２
６ｘとコンプリメンタリペアで動作するスイッチング素
子２２６ｕのドライブ回路３３２の駆動電気エネルギが
コンデンサ３４０に蓄積される。スイッチング素子２２
６ｙと２２６ｖ、２２６ｚと２２６ｗについても同様で
あり、夫々逆阻止ダイオード３４１、３４２、コンデン
サ３４３、３４９が図示のように接続され、構成されて
いる。なお、上記の説明の通り、上アームのドライブ回
路３３２、３３４、３３５は夫々コンデンサ３４０、３
４３、３４４の充電電荷で駆動されるものであるから、
下アームのスイッチング素子２２６ｘ、２２６ｙ、２２
６ｚが休止することなく頻繁にスイッチング動作を繰り
返す必要があり、図１４に示した直流制動のオン・オフ
パターンは上記の制約条件を満たす工夫が加えられてい
る。

【００７３】更に、本発明に於ては、モータ１００にす
べりを与えるｆの制御に関し、ＰＬＬパルスジェネレー
タ２３１内のＰＬＬ素子２１９に接続されるコンデンサ
Ｃ１〜Ｃ５を選択切り換える際に、過渡的にローパスフ
ィルタ２８１の時定数等によりパルス出力信号２７３の
周波数が変動するため、双方向電力変換器２２６内の例
えば上アームのスイッチング素子２２６ｕに対向する下
アームのスイッチング素子２２６ｘのオン・オフに関
し、通常の周波数ではアーム短絡を起こさないよう設定
されたデットタイムに不足が生じ、アーム短絡現象を起
こす場合があるため、図２２に示すようにコンデンサを
切り換える際は、切り換え直前から切り換え後のパルス
出力信号２７３の周波数が安定する間所定時間約２００
ｍｓｅｃ程度にわたり、上アームのスイッチング素子２
２６ｕ、２２６ｖ、２２６ｗは全てオフ状態とし、下ア
ームのスイッチング素子２２６ｘ、２２６ｙ、２２６ｚ
は休止することなく頻繁にスイッチング動作を繰り返す
パターンにより双方向電力変換器２２６を一時的に駆動
制御する。なお、このスイッチングパターンは図１６の
ＲＯＭ２２９の記憶内容を示した説明図のＡＲＭＰＡＴ
３５０で示す位置の中ブロックに書き込まれている。電
源用双方向電力変換器２２２に関しても同様であり、本
実施例によれば、上アームのドライブ回路の電源を互い
に独立させた基準電位とする電源を夫々に設ける必要が
無くなり、制御部を簡素化できるため、ひいては機器の
小形化に効果がある。

【００７４】（温度制御装置）本発明におけるロータ温
度制御装置を図１及び図２３〜図３１で説明する。分離
されるべき試料はロータ１６０内に挿入され、ロータ１
６０を回転室となるチャンバ１４０にセット後、チャン
バ１４０内を真空引きしロータ１６０を高速回転させて
生じる遠心力で該試料を分離する。この際、ロータ１６
０の出し入れはチャンバ１４０のドア１３３の開閉時に
行われる。

【００７５】ロータ１６０を高速回転させる駆動部は、
モータ１００と、ロータ１６０を支持する垂直な軸であ
って、モータ１００から伸びている弾性軸となるフレキ
シブル・シャフト１４７と、モータ１００を支持するハ
ウジング１１１と、モータ１００を入れるための上部ハ
ウジングとなるシャフト・ケース１１２と、フレキシブ
ル・シャフト１４７の軸受である上部軸受１０４及び下
部軸受１０５と、真空を保つシールをしている真空シー
ル１３６とから構成されている。

【００７６】チャンバ１４０にはボウル１３５がプレー
ト１４１上に設置されている。更にプレート１４１と該
ボウル１３５の間には熱交換器であるサーモ・モジュー
ル１４３が設けられている。

【００７７】次に、図２３において、図１と同一な機能
部分には同一の番号が符してあり、１４４は遠心分離機
１のボウル１３５部の温度を測定するために設けられた
サーミスタ等の高精度な温度センサ、４０２はサーミス
タ１４４の例えば３０Ｋの温度における抵抗値に相当す
る値を持つ基準信号発生器となる基準抵抗器、同様にし
て４０３はサーミスタ１４４の例えば−２０Ｋの温度に
相当する値を持つ基準抵抗器であり、４０４は抵抗電圧
変換器、４０５は抵抗電圧変換器４０４の差動出力を増
幅する差動増幅器、４０６はＡ／Ｄ変換器４０７を内蔵
したマイクロコンピュータ（以下ｃｐｕと略記する）で
あり、抵抗電圧変換器４０４と差動増幅器４０５で電圧
変換回路４５０を構成する。電圧変換回路４５０及びＡ
／Ｄ変換器４０７を合わせて増幅回路４８２で表す。４
０８は抵抗電圧変換器の入力信号源をｃｐｕ４０６の制
御線４０９によりサーミスタ１４４、基準抵抗器４０
２、４０３の間で選択し接続を切り換え可能なリレー、
アナログスイッチ、アナログマルチプレクサ等から成る
切換器であり、切換器４０８の出力信号線を４１０、差
動増幅器４０５の＋、−入力信号線をそれぞれ４１１、
４１２、出力信号線を４１３で示す。同様にして１４
５、４６３はそれぞれ上記と同様の構成になるシャフト
ケース１１２、外気温を測るため制御基盤部の温度を測
定する温度センサであり、４１４、４１５はそれぞれ温
度センサ１４５、４６３の温度センサ回路でありその出
力信号線をそれぞれ４１６、４１７で示す。なおｃｐｕ
４０６による温度センサ回路４１４、４１５の切換器の
接続切換制御線を４１８で示す。４１９はＡ／Ｄ変換器
４０７の入力信号線４２０に対して温度センサ回路の出
力信号線４１３、４１６、４１７を選択する切換器４０
８と同様の機能を持つ同種の切換器であり、接続の切り
換えは制御線４０９によってｃｐｕ４０６により行われ
る。４２１はｃｐｕ４２６がＡ／Ｄ変換器４０７の出力
デジタル量をそれぞれに対応した温度センサの測温値と
して温度に換算するデータ、その他ｃｐｕ４０６の処理
手順が書き込まれているＲＯＭであり、４２２はＥＥＰ
ＲＯＭ或いはバッテリーバックアップスタティックＲＡ
Ｍ等から成る不揮発生の性質を持たせると好ましいメモ
リ、４２３はＲＡＭであり、ｃｐｕ４０６が読み書きが
可能なようにコントロールバスライン４２４で相互に接
続されている。

【００７８】１４３はロータに入れた試料を任意の温度
に冷凍、加熱可能なペルチェ素子等から成るサーモ・モ
ジュールであり、４２６はサーモ・モジュール１４３の
ドライブ回路、４２７はドライブ回路４２６とｃｐｕ４
０６の間に介して設けられたインタフェイス回路、４２
８、４２９はそれぞれサーモ・モジュール１４３の電流
供給線、４３０、４３１、４３２、４３３はそれぞれド
ライブ回路４２６を構成する電力制御素子のゲートドラ
イブ線、４３４、４３５、４３６はそれぞれｃｐｕ４０
６からインタフェイス回路４２７に出力される加熱信号
出力線、冷凍信号出力線、パルス幅制御（以下ＰＷＭ制
御と略記する）信号出力線である。

【００７９】ｃｐｕ４０６において、４７９はｃｐｕ４
０６内蔵されているプログラマブルタイマ、４８０はタ
イマ４７９の信号出力線であり、この信号線はＰＷＭ制
御信号出力線４３６となりｃｐｕ４０６から出力され
る。４８１はＰＷＭ制御の基準クロックとなる発振器で
あり、ｃｐｕ４０６の演算処理指令によりタイマ４７９
から出力される一定周期のパルス出力の中の「１」の区
間が変えられ、サーモ・モジュール１４３の加熱、冷凍
動作の強弱が調整されるようになっている。

【００８０】図２４において、図２３と同一の機能部分
には同一の番号が符してあり、電圧変換回路全体を４５
０で示し、４３７、４３８、４３９はそれぞれ抵抗電圧
変換器４０４を構成するためブリッジ接続された抵抗
器、４４０は抵抗電圧変換器４０４の出力電圧範囲及び
出力電圧の直線性を改善するための抵抗器、４４１はノ
イズ吸収用積分コンデンサであり、４４２、４４３はそ
れぞれ差動増幅器４０５の＋入力信号線及び−入力信号
線の入力インピーダンスを高めるインピーダンス変換ア
ンプであり、４４４は差動増幅器、４４５、４４６、４
４７、４４８はそれぞれ差動増幅器４４４の反転、非反
転入力端に接続された作動増幅用抵抗器であり、４４９
は差動増幅器４４４の信号出力端に設けられた出力保護
用抵抗器であり、４５１はＡ／Ｄ変換器４０７に過大な
電圧が印加されこれが破壊するのを防止するための電圧
クリップ用ツェナーダイオードである。

【００８１】図２５において、図２３と同一の機能部分
には同一の番号が符してあり、サーモ・モジュール１４
３のドライブ回路４２６は例えばトランジスタ、ＦＥＴ
等のスイッチング素子４５２、４５３、４５４、４５５
から成る直流電圧源ＤＣＶに電源を接続されたＨブリッ
ジ回路により構成され、サーモ・モジュール１４３に対
して、トランジスタ４５２及び４５５の組でオンするこ
とにより電流供給線４２８から４２９に向かう向きに電
流が流れるとサーモ・モジュール１４３は加熱動作とな
り、逆にトランジスタ４５４及び４５３の組でオンする
ことによりサーモ・モジュール１４３は冷凍動作とな
り、インタフェイス回路４２７において、４５６、４５
７、４５８、４５９はそれぞれトランジスタ４５２、４
５５、４５３、４５４のドライバであり、アンドゲート
４６０の論理「１」出力によりドライバ４５６及び４５
７を介してトランジスタ４５２及び４５５が駆動されて
オンし、一方アンドゲート４６１の論理「１」出力によ
りドライバ４５８及び４５９を介してトランジスタ４５
４及び４５３が駆動されてオンし、ｃｐｕ４０６から加
熱信号出力線４３４が論理「１」出力時にＰＷＭ制御信
号出力線４３６のパルス幅制御出力の大きさによりサー
モ・モジュール１４３の加熱動作の強弱が調節され、ま
た、同様にして冷凍信号出力線４３５が論理「１」出力
時にＰＷＭ制御信号出力線４３６によりサーモ・モジュ
ール４３５の冷凍動作の強弱が調節されるようになって
いる。

【００８２】２１０はチャンバ１４０、ベローズ１３
６、ハウジング１１１の内部を真空に排気するための真
空ポンプであり、サーモ・モジュール１４３はボウル１
３５の底面に後述のように密着させ取り付けられ、その
近傍には遠心分離機１のボウル１３５部の温度を測定す
るための温度センサ１４４が設けられ、１４５はモータ
１００の駆動部の温度を測定するためのセンサ、外気温
を測定する温度センサ４６３は温度制御装置類を搭載す
る基盤４７６上に配置される。４９８はロータ１６０の
底面に取り付けられたマグネット、２５３はマグネット
４９８の回転に伴う信号を検出するロータ１６０の回転
センサである。

【００８３】サーモ・モジュール１４３は、メルコア社
製（型式：CP1.4-127-10L、DC15V、最大吸熱量：33W）
であり、サーモ・モジュール１４３は、アルミニウムを
素材としたボウル１３５と、プレート１４１との間に介
在している。更にボウル１３５はプレート１４１にネジ
止めされていて、サーモ・モジュール１４３は、プレー
ト１４１に対するボウル１３５の締め付け圧力で固定さ
れている。

【００８４】一方、上記の各温度センサ１４４、１４
５、４６３、４９９等は、ＫＯＡ社製のサーミスタ（型
式：5504S、温度範囲：-10〜40℃）を用いている。それ
らのサーミスタは、ドア１３３、ボウル１３５、シャフ
ト・ケース１１２にコニシ社製の接着剤（型名：クイッ
ク５）を使って固定されている。

【００８５】上記構成になる遠心分離機１の温度制御装
置４００の動作について説明する。まず、温度制御装置
４００の校正動作について説明する。電圧変換回路４５
０は、抵抗電圧変換器４０４のプルアップ電圧ＶＣＣ、
差動増幅器４０５の増幅誤差、Ａ／Ｄ変換器４０７のＡ
／Ｄ変換のフルスケール値を定めるプルアップ電圧ＡＶ
ＣＣ、その他これらの回路を構成する抵抗器の誤差によ
り機体ごとの誤差を持つ。

【００８６】ｃｐｕ４０６は図２６に示すフローに従っ
てＲＯＭ４２１にあらかじめプログラムされた処理手順
に従って演算処理を行い、処理６０２、６０３により切
換器の制御線４０９により切換器４１９及び４０８を動
作させ、まず基準抵抗器４０２及び４０３による電圧変
換回路４５０の校正を行う。

【００８７】処理６０４により基準抵抗器４０２を選択
した状態でＣＰＵ４０６がＡ／Ｄ変換器４０７の入力信
号４２０の電圧入力に対応するデジタル量として、例え
ば温度センサ１４４の３０Ｋの温度に相当するデジタル
量ＶＤ１を読み込み不揮発性メモリ４２２に格納記憶す
る。しかる後に処理６０５、６０６により同様にして切
換器の制御線４０９により切換器４０８を動作させ基準
抵抗器４０３を選択接続した状態で例えば温度センサ１
４４の−２０Ｋの温度に相当するデジタル量ＶＤ２を読
み込み不揮発性メモリ４２２に格納記憶する。これらの
処理が終了し電圧変換回路４５０の校正データを採取し
終わると、処理６０９により校正済であることを示すフ
ラグを不揮発性メモリ４２２にセットする。次に処理６
１０により上記のＶＤ１、ＶＤ２を不揮発性メモリ４２
２から読み出すと共に図２７に示すようなあらかじめ電
圧変換回路４５０及びＡ／Ｄ変換器４０７のフルスケー
ル誤差を含まない理想的な測温値としてＲＯＭ４２１内
に格納されている測温値データテーブルからＶＤ１、Ｖ
Ｄ２に対応するデジタル量ＶＤ３、ＶＤ４を読み出し、
処理６１１により、例えば下記３７０の直線補正式によ
り、メモリ４２１内の各温度Ｔに対する補正測温値△Ｔ
を計算しこの値をＲＯＭ４２１の測温値に加算し、その
結果をＲＡＭ４２３に校正された測温値データテーブル
として格納し、温度制御を実行する際のテーブルとす
る。

【００８８】

【数２】

【００８９】上記の結果を図２８にグラフで示す。

【００９０】なお、上記実施例では基準抵抗器４０２、
４０３を上記説明のように３０Ｋ、−２０Ｋの２点校正
としているが、３０Ｋのみの一点校正或いは、上記に加
えて０Ｋ、１０Ｋの校正温度を追加し、補正も直線に依
らず高次の曲線補正を行うことも可能であることは明白
である。また、処理６０２から６０６の温度センサ１４
４の処理に対応する温度センサ１４５、４６３の処理は
同様であり、それぞれ処理６０７、６０８で示し、同様
にして、処理６１０、６１１内に上記と同様に温度セン
サ１４５、４６３に対する処理も含めるとする。

【００９１】次に、上記により校正された電圧変換回路
４５０を用いたロータ１６０の温度制御について説明す
る。

【００９２】チャンバ１４０内は真空に保たれるため、
ロータ１６０はボウル１３５からの輻射で冷却・加熱さ
れる。このとき、ロータ１６０の温度TRは、フレキシブ
ル・シャフト１４７から伝わってくるモータ１００の発
熱TSと、輻射で伝わる該ボウル１３５の温度ＴＢと、ボ
ウル１３５と熱的に絶縁されているドア１３３の温度TD
とによって次式（５）のように表式化できる。

【００９３】 A×(TS−TR)＝B×(TR⁴−TB⁴)＋C×(TR⁴−TD⁴)………（５） 式（５）では各温度を絶対温度で示している。Ａ、Ｂ、
Ｃは、駆動部や該ボウル、該ドアの材質、大きさ、取り
付け位置などで決まる値である。

【００９４】次に、各絶対温度を摂氏温度（ｔ）に変換
し、四次式を展開、近似計算を行うことでロータ１６０
の温度ｔＲを求める一次式は次式（６）のようになる。

【００９５】 tR＝(a×tS)＋(b×tB)＋(c×tD)………（６） （但し、a＋b＋c≒１） 式（６）において、ａ、ｂ、ｃは式（５）を絶対温度か
ら摂氏温度に変換するときＡ、Ｂ、Ｃに対応する係数で
あって、ａはｔＳの、ｂはｔＢの、ｃはｔＤのそれぞれ
補正を行なう。

【００９６】ロータ１６０の温度ｔＲに伝わる各温度の
中で、ユーザ、実験者が任意の温度に変更できるのはボ
ウル１３５の温度ｔＢのみである。よって、実験条件に
適応する温度にロータ１６０の温度ｔＲを制御するため
には、ボウル１３５の温度ｔＢを式（６）から得られる
値に設定すると良い。即ち、設定すべきボウル１３５の
温度ｔＢを求めるには式（６）から次式（７）になおせ
ばよい。

【００９７】 tB＝(1/b)×tR−(a/b)×tS−(c/b)×tD………（７） 遠心分離機１の運転時に、ユーザは図２３の操作パネル
４９７からロータ１６０の回転数、運転時間、制御すべ
き温度ｔＲを入力する。

【００９８】運転開始後、ドア１３３の温度ｔＤをドア
用温度センサ４９９で検出し、駆動部温度としてシャフ
ト・ケース１１２の温度ｔＳをシャフト・ケース用温度
センサ１４５で検出する。上部軸受１０４及び下部軸受
１０５等のボール・ベアリングやモータ１００の発熱が
フレキシブル・シャフト１４７からロータ１６０へ伝わ
ってくることが判っている。上部軸受１０４及び下部軸
受１０５等のボール・ベアリングの発熱量は室温に対し
ての上昇値である。またシャフト・ケース１１２の室温
に対しての上昇値は、上部軸受１０４及び下部軸受１０
５等のボール・ベアリングの発熱量と比例関係にあるこ
とが判っている。これは、シャフト・ケース１１２が熱
伝導の良いアルミニウムを素材にしており、上部軸受１
０４及び下部軸受１０５等のボール・ベアリングと熱的
に接触していることによる。よって、シャフト・ケース
１１２に温度センサ４６２を取り付けることで、上部軸
受１０４及び下部軸受１０５等のボール・ベアリングの
発熱量を間接的に導くことができる。この結果、各温度
センサは、それぞれの温度に見合った電圧をアナログ信
号として出力している。各温度センサからのアナログ信
号は、図２３に示すＡ／Ｄ変換器４０７でデジタル信号
に変換され、ＣＰＵ４０６に入力される。ＲＯＭ４２１
には式（７）がプログラムされている。検出したシャフ
ト・ケース１１２の温度ｔＳ、ドア１３３の温度ｔＤと
ユーザの設定温度ｔＲを利用し、維持すべきボウル１３
５の温度ｔＢは式（７）から計算される。このようにし
て、ボウル１３５の温度をボウル１３５用温度センサ１
４４で測定し、冷却・加熱を行うサーモ・モジュール１
４３を使い、計算で得られたボウル１３５の温度ｔＢに
なるように動作させる。

【００９９】ｔＢ、ｔＤを一定に維持し、回転数を変
え、ｔＳとｔＲの関係を求めた実験より、遠心分離機１
における式（６）の係数値ａは、チャンバ１４０内が真
空に保たれ、駆動部の発熱の割合が大きくなるのでａ＝
０.１１７となった。次に、一定回転数でｔＳ、ｔＤを
一定にし、ｔＲとｔＢの関係から、係数値ｂを求めた。
その結果、ｂ＝０.８２３となった。更に、ｔＳ、ｔＢ
を一定にしてｃを求めると、ｃ＝０.０６０が得られ
た。ここで、ａ＋ｂ＋ｃ＝１であった。

【０１００】一方、これらの値から式（７）の係数値
は、(１／ｂ)＝１.２２、(ａ／ｂ)＝０.１５、(ｃ／ｂ)
＝０.０７である。これらの準備のもと以下の条件で確
認実験を行なった。

【０１０１】回転数１００,０００ｍｉｎ~¹でロータ設
定温度はｔＲ＝４℃である。このとき、ドア１３３の温
度ｔＤ＝３０℃であった。そして、シャフト・ケース温
度ｔＳ＝４６℃を示した。この条件で、ロータ１６０の
温度ｔＲを４℃に制御するには、式（７）に、ｔＲ＝４
℃、ｔＳ＝４６℃、ｔＤ＝３０℃を代入し、ｔＢ＝−
４．１℃を得た。そこで、ボウル１３５の温度を−４.
１℃に設定して、以下に示す温度制御方法により、サー
モ・モジュール１４３の温度制御を行なったところ、ロ
ータ１６０の温度が３.７℃となった。

【０１０２】ここで、シャフト・ケース１１２とハウジ
ング１１１は接触しているため、ハウジング１１１の温
度は、シャフト・ケース１１２の温度ｔＳに近い値とな
る。よって、駆動部温度として、ハウジング用温度セン
サ１４５としてハウジング１１１の温度をひろい、シャ
フト・ケース温度ｔＳに代わるパラメータとして、下記
のＴＨを用い式（７）の計算を行っても、上記と同様の
結果が得られた。更に、ドア１３３はボウル１３５とは
熱的に絶縁されていて、チャンバ１４０の外気にさらさ
れているので、ドア１３３の温度ｔＤはチャンバ１４０
の外気温度に近い値となる。よって外気温用温度センサ
４６３を用いてチャンバ１４０の外気温度を測定し、ド
ア１３３の温度ｔＤに代わるパラメータとして下記のＴ
Ａを用い式（７）の計算を行っても上記と同様の結果が
得られた。従って、下記に示す式（８）の計算によって
温度制御を行う。

【０１０３】処理６１２から６１６はＲＡＭ４２３上の
校正データを用いた温度制御に関するｃｐｕ４０６の演
算処理手順を示したものであり、処理６１２により切換
器４１９を逐次切り換え温度センサ１４４、１４５及び
４６３に基づく出力信号を出力信号線４１３、４１６及
び４１７からＡ／Ｄ変換器４０７を介してデジタル量と
して読み込み、ＲＡＭ４２３のそれぞれの温度センサに
対応する校正データからそれぞれの測温値を求める。こ
の時ＲＡＭ４２３の校正データは離散的なデータである
から、直線補間或いは曲線補間により測温値から温度を
算出する。次に処理６１３において、下記の計算式
（８）を用いて制御目標温度を算出する。

【０１０４】 ＴＲ＝Ｋａ・ＴＳＥＴ＋Ｋｂ・ＴＨ＋Ｋｃ・ＴＡ………（８） ＴＲ ＝温度センサ１４４が保つべき温度 ＴＳＥＴ ＝ロータ１６０内の試料の制御目標温度 ＴＨ ＝温度センサ１４５の温度 ＴＡ ＝温度センサ４６３の温度 Ｋａ,Ｋｂ,Ｋｃ＝遠心分離機により定まる固有の定数 従って、式（８）のＴＲが温度センサ１４４の温度ＴＢ
Ｌに等しくなるように処理６１４によりＰＩＤ演算によ
りサーモ・モジュール４２５に供給される電力の大きさ
と印加電流の向きを調節し温度制御を行い、ＰＩＤ演算
は例えば下記に示す計算式（９）を用いる。

【０１０５】

【数３】

【０１０６】処理６１５においては、式（９）の演算に
より求められたＴPWM絶対値をタイマ値としてタイマ４
７９に書き込み、ＴPWMの符号に対応して、ＴPWMが正な
らば加熱信号出力線４３４を論理「１」にしサーモ・モ
ジュール４２５を加熱動作とし、逆にＴPWMが負ならば
冷凍信号出力線４３５を論理「１」にしサーモ・モジュ
ール４２５を冷凍動作とする。図２９にPWM制御の様子
を示し、一定なPWM１周期中におけるタイマ４７９の出
力により論理「１」の区間がタイマ値により変更され、
サーモ・モジュール４２５の加熱もしくは冷凍の度合が
調節される。処理６１６は処理６１２〜６１５の処理タ
イミングを図２９のPWM１周期に同期させるためのタイ
ミング調整処理である。

【０１０７】さて、処理６００は校正動作を行わせるた
めの判断であり、操作パネル４６２のキー等の操作によ
り校正処理６０２以下が自動的に実施されることが判か
り、またパネルキーを操作しない状態では判断６００の
処理では判断６０１に分岐しこの時校正が終了していれ
ば以前の校正処理の中で処理６０９にて既にメモリ４２
２に校正済フラグがセットされているから処理６１０に
分岐し不揮発正メモリ４２２の校正データ、ＲＯＭ４２
１の誤差を含まない温度テーブルによりＲＡＭ４２３上
に校正データを作成し、しかる後、温度制御が行われる
ようになっている。またこの時、校正を終了していなけ
れば校正動作完了後に温度制御が行われる。

【０１０８】この時、上記方法では、ハウジング１１１
用温度センサ１４５は、発熱源である上部軸受１０４及
び下部軸受１０５等のボール・ベアリングから離れた位
置にあるため、該ボール・ベアリングの温度が数分
（例：約２分）で上昇しきってしまうのに対し、温度セ
ンサ１４５の温度は、上昇時間が十数分〜数十分程
（例：約２０分）かかってしまう。

【０１０９】よって、ハウジング１１１用温度センサ１
４５の検出値ＴＨを式（８）に代入すると、制御温度Ｔ
Ｒが図３０の線Ｉに示すように、安定するまで時間がか
かってしまう。（到達時間をτ１とすると１例として、
τ１＝２０分） 上記問題点を解決するため、図２６の処理６１２から６
１６に換えて図３１のフローチャートに示すように、ま
ず処理６１７、６１８によりロータ１６０の回転数Ｎと
外気温ＴＡとによってハウジング１１１の到達温度ｔＳ
Ｆを予測する。予測式は、実験結果より次式（１０）で
表せることがわかっている。

【０１１０】 ｔＳＦ＝０.１１３×Ｎ＋２.０＋ＴＡ………（１０） 式（１０）で計算されたｔＳＦを用いて、（ＴＨ＝ｔＳ
Ｆ）ボウル温度制御値ＴＲは、目標温度に到達する時間
が図９の線IIに示すように短絡することができる。

【０１１１】（到達時間をτ２とすると１例として、τ
２＝５分） 次に式（１０）による予測値を用いて、温度制御を行っ
たとき、駆動部本体の機差などで、予測値ｔＳＦと検出
値ＴＨが異なることがある。ハウジング１１１用温度セ
ンサ１４５での検出値ＴＨが予測値ｔＳＦ付近となった
時点で、（ＴＨ＝ｔＳＦ）としなければならない。

【０１１２】その切り換えのタイミングとしてハウジン
グ１１１用温度センサ１４５での検出値ＴＨの変化量が
任意の時間内で所定の範囲内（例：２分間での変化量が
０．３℃以下）に収まった時点でＴＨをそのまま利用す
る。

【０１１３】以上の温度制御の動作をフローチャートに
表したのが図３０の判断６２０及び処理６２１、６２２
である。また予測値ｔＳＦから検出値ＴＨへ切り替わる
タイミングとして、検出値ＴＨが、予測値ｔＳＦの一定
範囲内（例：ｔＳＦ±２．０℃内）に収まったときを用
いても同様の結果が得られる。

【０１１４】（防音装置）本発明においては、運転時の
騒音を低減させるために、図３２及び図３３に示す構成
をとっている。テ−ブル１１とフロントカバ−１２とリ
ヤカバ−１３とベ−ス１４とサイドカバ−１５とサイド
カバ−１５に対向した図示していないサイドカバ−から
なる箱体の内部を上部仕切板１７と縦仕切板１８および
ベ−ス１４面に配設した吸気ダクト１９により概略Ａ
室，Ｂ室，Ｃ室の三室を形成する。Ａ室にはチャンバ−
２１を配設し、Ｂ室に配設したモ−タ１００によりチャ
ンバ−内でロ−タ−を回転する。Ｂ室にはコントロ−ル
ボックス２２を配設し、前記モ−タ１００の制御と共に
遠心分離装置の運転に必要な全ての制御を行なわせしめ
る。Ｃ室には油回転真空ポンプ２３と油拡散真空ポンプ
２４を配設し、チャンバ−２１を真空状態に保持する。

【０１１５】モ−タ１００はモ−タダクト５２内に収納
され、該モ−タダクト５２の一端に冷却ファン５１を装
着し、他端は縦仕切板１８に設けた通風口５３に接続さ
れる。さらにコントロ−ルボックス２２には、前記油回
転真空ポンプ２３と対向する位置に冷却ファン５４を配
設し、縦仕切板１８にあらかじめ設けた開口部に挿入す
る。吸気ダクト１９は装置外部の冷気をＢ室に直接導入
し、排気ダクト５５はＣ室の熱気を効果的に装置外に排
気する。

【０１１６】以上の構成は遠心分離装置の騒音防止方法
に鑑みなされたもので、騒音発生量が多く発熱量が少な
いモ−タ１００，コントロ−ルボックス２２，冷却ファ
ン５１，さらに図示しないペルチェ素子の熱交換用ファ
ンを密閉度が高いＢ室に配設し、騒音発生量が少なく発
熱量が多い油回転真空ポンプ２３，油拡散真空ポンプ２
４をＣ室に配置した。これは騒音放射部位となる吸気口
２５および排気口２６に対して、騒音と熱の発生量を配
慮し工夫したものである。

【０１１７】以上の構成において遠心分離装置が運転状
態にあるときの該装置の防音と冷却について説明する。
図示した矢印は冷却空気の流れの概略を示したものであ
る。吸気口２５から吸気ダクト１９を通してＢ室に導入
した冷却空気の一部はコントロ−ルボックス２２内部を
冷却後冷却ファン５４によりＣ室に排出される。その
際、冷却ファン５４に対向した油回転真空ポンプ２３を
強制的に冷却し、該油回転真空ポンプ２３は前記冷却フ
ァン５４が発生する騒音に対しては衝立の役目をなし、
防音効果を生じる。

【０１１８】Ｂ室に導入した冷却空気の残りは図示しな
いペルチェ素子の熱交換用ファンによりＣ室に排出さ
れ、更に残りの冷却空気はモ−タ１００の冷却ファン５
１によりモ−タダクト５２に導かれ、モ−タ１００を強
制的に冷却した後通風口５３からＣ室に排出される。排
出された冷却風は通風口５３の正面に配設した一段と高
温の油拡散真空ポンプ２４を冷却するが、この時通風口
５３に配設した案内板５６と排気ダクト５５の一面５５
ａは冷却空気を前記油拡散真空ポンプ２４に効率良く導
き冷却を向上させる。

【０１１９】吸気ダクト１９はモ−タ１００や冷却ファ
ン１などの騒音が直線的に放射されない位置に配置する
と共に、吸気口２５側で約９０°折り曲げて騒音の伝達
量を低減している。この場合、吸気ダクト１９の内壁に
吸音材を装着すれば一層の防音効果が得られることは明
白である。排気ダクト５５は断面コ字形部材の開放端を
リヤカバ１３に近接させ、一端を上部仕切板１７に固定
し、リヤカバ１３に配設した排気口２６を配置すること
により形成される。排気ダクト５５も排気口２６で約９
０°折り曲げるとともに、内面５５ｂに吸音材５７ｂを
装着して防音効果を高める。さらに油拡散真空ポンプ２
４に対向した排気ダクトの一面５５ａに吸音材５７ａを
装着し、モ−タ１００の運転音、冷却ファン５１の回転
音など、遠心分離装置の内部で発生する騒音を吸収，反
射する工夫をして防音効果を高めている。

【０１２０】遠心分離装置のように騒音を発生する機器
を装置内部に収納しているものにおいて、効果的に騒音
防止を行なうためには装置の密閉度が重要であることは
周知である。しかし、この種の遠心分離装置ではテ−ブ
ル１１に作業用の開閉ドアが設けられ、Ａ室から装置外
部との密閉度が著しく低下する。そのため、Ｂ室、Ｃ室
で発生した音が外部に洩れ出ないようにすることが必要
であり、上部仕切板１７に生じる隙間をなくすことが重
要となる。本発明では油拡散真空ポンプ２４が上部仕切
板１７を貫通する部分に生じる隙間を変形自在な弾性部
材５８ａで充填し、さらに上部仕切板１７の端面に対向
したフロントカバ１２の内面に変形自在な弾性部材５８
ｂを装着して上部仕切り板１７の端面とフロントカバ１
２の内面との間に生じる隙間をなくすなどの工夫をして
いる。

【０１２１】遠心分離装置の開口部の大きさは騒音防止
と装置の冷却に対して相反する効果を生じる。即ち開口
部を大きくし多量の冷却風を供給した場合、装置の冷却
に有利であるが騒音防止には不利となる。装置の開口部
の面積は必要最小限の冷却風量を得る面積に制限し、吸
気口２５，排気口２６の面積はほぼ同等とする。更に機
器の冷却効果を高めることは冷却ファンの小型化と開口
部の面積縮小を可能とし、騒音防止効果を高めることに
通じる。

【０１２２】モ−タ１００の外周面には冷却効果を高め
る複数のフィン１１５が形成され、該フィン１１５の外
周端面に冷却空気案内部材５９を装着してモ−タ１００
の冷却を一段と高める工夫をしている。

【０１２３】図３３は本発明の一実施例にかかるモ−タ
１００，モ−タダクト５２の配置に関する断面図を示し
ている。図においてフィン１１５の外周部とモ−タダク
ト５２内面の最接近部付近５２ａ，５２ｂから冷却空気
流出方向に向けて、複数のフィン１１５の外周端面に冷
却空気案内部材５９を装着し、フィン１１５とモ−タダ
クト５２内面との最近接部付近５２ａ，５２ｂにおい
て、冷却空気の流出方向の風路を狭窄し、前記冷却空気
案内部材５９と前記フィン１１５と前記モ−タ１００の
表面で形成される冷却風路は冷却ファン５１より送られ
る冷却空気を強制的にモ−タ１００後方部へ案内する。
このため、モ−タ１００の冷却はフィン１１５前方のみ
でなくフィン１１５の全体で行なわれ、効率良く冷却で
きる。

【０１２４】冷却空気案内部材５９の装着位置はフィン
１１５とモ−タダクト５２内面との最近接部付近５２
ａ，５２ｂから冷却空気の流出方向に向けて任意の角度
で装着して良いが、装着範囲を５０°〜７０°とした場
合最も高い効果が得られる。冷却効率が向上したことに
より、従来より小能力の冷却ファンが使用可能となり、
冷却ファン５１の騒音発生量を低減し、防音効果が生じ
る。

【０１２５】また冷却空気案内部材５９に振動抑止部材
を用いることにより、フィン１１５の振動を抑制するの
で該フィン１１５から発生する騒音を低減する。振動抑
止部材としては、ゴム系材料，アスハルト系材料，金属
材料，あるいは金属材料と前記のゴム系，アスハルト系
材料との複合部材からなる一般的な振動抑止部材を適用
できる。

【０１２６】（多段運転）短い遠心分離時間で効率良く
液体試料を分離できる多段運転方法を、プラスミドＤＮ
Ａの分離を例に図３４〜図３７で説明する。

【０１２７】プラスミドｐＵＣ１９ＤＮＡを移入した大
腸菌ＪＭ１０９をアンピシリン添加の培養液Ｌ−ｂｒｏ
ｔｈ２５ｍｌ中で約５時間培養し、培養液を３，０００
ｒｐｍで１５分間遠心し大腸菌の菌体を沈殿として得
る。得られた菌体をアルカリＳＤＳ法で溶解し、この菌
ライセートを１０，０００ｒｐｍで２０分間遠心し粗プ
ラスミド抽出液を上清として得る。得られた上清に２．
５倍量のエタノールを加え−２０℃に１時間放置し１
０，０００ｒｐｍで３０分間遠心する。上清を捨てアス
ピレータなどによりエタノールを除去し、残ったペレッ
トに５ｍｌの１０Ｍトリスー塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）
を加え十分に溶解する。ここから１ｍｌを取り、これに
０．３８ｍｌの１０ｍＭトリスー（ｐＨ８．０）、０．
３２ｇの塩化セシウム、及び４０μｌの臭化エチジウム
（１０ｍｇ／ｍｌ）を加えて十分に混和し、これを分離
試料とし２ｍｌのチューブに移す。チューブが分離試料
で満たされないときには、予め作成しておいた補充液
（１０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）１ｍｌあた
り塩化セシウム０．９３ｇを溶解したもの）を加えチュ
ーブを所定量の試料液で満たす。これを最高回転数１５
０，０００ｒｐｍ、最大遠心加速度９００，０００×ｇ
のアングルロータにセットし、図３４に示す如く１５
０，０００ｒｐｍで８０分、続いて１３０，０００ｒｐ
ｍで２５分、続いて１２０，０００ｒｐｍで１０分、続
いて１００，０００ｒｐｍで１０分、続いて８０，００
０ｒｐｍで２５分の５段階で豪計分遠心することによ
り、図３７に示す如くプラスミドＤＮＡ６０１を混在す
る染色体ＤＮＡ６０２、タンパク質６０３及びＲＮＡ６
０４から分離することができる。この分離はロータによ
り、図３５に示す如く１５０，０００ｒｐｍで１１０分
続いて１２０，０００ｒｐｍで１０分、続いて１１０，
０００ｒｐｍで１０分続いて００，０００ｒｐｍで５
分、続いて９５，０００ｒｐｍで５分、続いて９０，０
００ｒｐｍで１０分の６段階合計１５０分の遠心によっ
ても分離することができる。しかし、図３６に示す如く
１５０，０００ｒｐｍで６０分、続いて１２０，０００
ｒｐｍで２０分、続いて１１０，０００ｒｐｍで１５
分、続いて１００，０００ｒｐｍで５分、続いて９０，
０００ｒｐｍで５分、続いて８５，０００ｒｐｍで４５
分の６段階合計１５０分の遠心では十分に分離すること
はできない。

【０１２８】

【発明の効果】本発明によれば、分離時間が短縮できて
効率良い分離が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる遠心分離機を示す縦断側面図で
ある。

【図２】 本発明になる遠心分離機を示す縦断側面図で
ある。

【図３】 本発明になる遠心分離機の一部拡大縦断側面
図である。

【図４】 本発明になるロータの一実施例を示す一部縦
断側面図である。

【図５】 本発明になるロータの他の実施例を示す縦断
側面図である。

【図６】 本発明になる遠心分離機の具体的実施例を示
すブロック図である。

【図７】 図６における部分的な他の実施例を示す電気
回路図である。

【図８】 図６の詳細な実施例を示す回路図である。

【図９】 図６の詳細な実施例を示す回路図である。

【図１０】 本発明になるモータの回転数と時間の関係
を示すグラフである。

【図１１】 本発明になるＰＡＭ制御の動作状況を模擬
的に示す波形図である。

【図１２】 本発明になる三相ＰＷＭインバータの波形
を示す波形図である。

【図１３】 本発明になるスイッチング素子のドライブ
回路図を示す回路図である。

【図１４】 本発明になる電源用双方向電力変換器のカ
行動作時のスイッチング素子のオン、オフパターンを示
す説明図である。

【図１５】 本発明になるコントロールｉＣの機能を示
す回路図である。

【図１６】 本発明になるＲＯＭの記憶内容を示す説明
図である。

【図１７】 本発明になるコンデンサの容量をパラメー
タとするＪＣＯの入力バイアス電圧に対する出力周波数
の関係を示す説明図である。

【図１８】 本発明になる電源用双方向電力変換器の回
生動作時のスイッチング素子のオン、オフパターンを示
す説明図である。

【図１９】 本発明になる三相ＰＷＭインバータの直流
制動のオン、オフパターンを示す波形図である。

【図２０】 本発明になる減速パターンを示すグラフで
ある。

【図２１】 本発明になるドライブ回路の電源供給回路
を示す回路図である。

【図２２】 本発明になるコンデンサ切換時のオン、オ
フパターンを示す波形図である。

【図２３】 本発明になる遠心分離機の温度制御装置の
一実施例を示す回路図である。

【図２４】 本発明になる電圧変換回路を示す回路図で
ある。

【図２５】 本発明になるドライブ回路及びインターフ
ェイス回路を示す回路図である。

【図２６】 本発明になる温度校正及び温度制御の演算
処理手順を示すフローチャートである。

【図２７】 本発明になる測音値テーブルを示す概念図
である。

【図２８】 本発明になる温度校正状況を示すグラフで
ある。

【図２９】 本発明になるＰＷＭ制御の状況を示すタイ
ムチャートである。

【図３０】 本発明になる制御温度ＴＲの時間経過を示
すグラフである。

【図３１】 本発明になる部分的に示す他のフローチャ
ートである。

【図３２】 本発明になる遠心分離機を示す一部縦断側
面図である。

【図３３】 本発明になるモ−タ及びモ−タダクトの配
置を示す断面図である。

【図３４】 本発明になるプラスミドＤＮＡの分離を目
的とする遠心分離条件を示すグラフである。

【図３５】 本発明になるプラスミドＤＮＡの分離を目
的とする遠心分離条件を示すグラフである。

【図３６】 本発明になるプラスミドＤＮＡの分離を目
的とする遠心分離条件を示すグラフである。

【図３７】 本発明になるプラスミドＤＮＡの分離結果
を示すグラフである。

【符号の説明】

１００は超高速モータ、１４０はチャンバ、１６０は超
高速ロータである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 正隆 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 今野 達也 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 坂本 眞一 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 石川 光幸 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 稲庭 雅裕 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 大津 新喜 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 我妻 真二 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体をロータに収容し、該ロータを少な
   くとも１５万回転／分で回転させて少なくとも９０万Ｇ
   の遠心加速度を与えて液体を分離することを特徴とする
   液体の分離方法。
2. 【請求項２】 少なくとも１５万回転／分の超高速回転
   駆動装置と、該駆動装置の回転を制御する電機的回転制
   御装置と、前記回転駆動装置に着脱自在に連結され真空
   のチャンバ内で回転して内部に収容した分離液体に少な
   くとも９０万Ｇの遠心加速度を与える超高速回転ロータ
   と、前記ロータを所定の温度に保持するために前記チャ
   ンバ内の温度を制御する温度制御装置と、を備えたこと
   を特徴とする液体の遠心分離液体の遠心分離装置。