WO2020153102A1

WO2020153102A1 - 遠心機

Info

Publication number: WO2020153102A1
Application number: PCT/JP2019/051369
Authority: WO
Inventors: 雄貴清水; 久延大山; 純一丹治
Original assignee: 工機ホールディングス株式会社
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-07-30

Abstract

遠心分離運転を開始する前に、ロータがクラウンに乗り上げているかを検知できる遠心機を提供する。ロータ室３を閉鎖するドア６と、駆動装置８の回転を制御する制御部１８と、ロータ４のＩＤを検出するＩＤ検出センサー２１を有する遠心機１において、ドア６にロータ４の上面までの距離Ａを測定する距離検出センサー２５を設ける。制御部１８には記憶装置を有し、ロータ４のＩＤに応じた基準距離を予め記憶しておき、運転のスタートボタンが押される前に、ロータ４のＩＤの検出と、ＩＤ検出センサー２１によるロータ４の装着状態異常の有無を判定することにより、ロータ４が浮いているか否かの判別をする。ロータ４の装着状態が異常の際にはアラームを発すると共にスタートボタンによるスタート指示を受け付けないようにした。

Description

遠心機

本発明は遠心機に関し、特に、ロータ室内にセットされたロータの種類を識別すると共に、カバーや試料等が正しく装着されているか否かを検知して運転制御を行う遠心機に関する。

遠心機（遠心分離機）は、分離する試料（例えば、培養液や血液など）をチューブやボトルを介してロータに挿入し、ロータを高速に回転させることで試料の分離や精製を行う。設定されるロータの回転速度は用途によって異なり、低速（数千回転程度）から高速（最高回転速度は１５０，０００ｒｐｍ）までの製品群が提供されている。用いられるロータは様々なタイプがあり、超高回転速度で回転させて少量の試料に高遠心加速度をかけるロータや、低回転速度となるが大容量の試料を扱えるロータなど様々な大きさのものがある。これらのロータはその分離する試料にあわせて使用するため、ロータはモータ等の駆動手段の回転軸に着脱可能に構成され、ロータの交換が可能である。

各々のロータには、材料の強度を越える遠心力がかからないようにするためのロータ固有の制限回転数（最高回転数）が定められる。遠心分離を行う際には遠心機側でこれら数値の把握が必要となるため、従来の遠心機においては、これら数値をあらかじめ制御装置に記憶させておき、ロータ室内に装着されたロータの種類を識別し、該当するロータに関するデータを読み出すようにしている。このロータを識別するための識別装置は、これまで種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１に記載のように、ロータの回転軸を中心とした同一円周上の等角度間隔の格子点上にロータの種類に応じて互いの配置角度を異ならしめた４個のマグネットを配置したアダプタを取付け、マグネットの配置角度を検出する磁気センサーをロータ室内に前記等角度問隔以上の所定問隔で配置し、隣接する磁気センサーがマグネットを検出した検出強度に対して所定の演算を行うことによりマグネットの位置を算出し、ロータの種類を特定している。特許文献１の遠心機では、ロータを回転軸にセットすると、複数の磁気センサーによってマグネットを検出するので、ロータの回転開始前にはロータの種類を検知できる。

超遠心機などで使用する回転速度が４０，０００ｒｐｍを超えるロータでは、ロータに働く遠心力が材料の疲労限度近くで設計されており、繰り返し使用すると金属疲労により強度が落ちていくため、寿命を定めているものがある。これらのロータの寿命は、運転回数や積算運転時間等で規定されており、寿命に達した時点で使用を中止し廃棄することとなっている。そのため、遠心機側でロータの種類だけでなく製造番号を読み取り、そのロータの運転回数や積算運転時間等を遠心機に記録することで、ユーザがロータをどれだけ使用しているかを把握でき、ロータの寿命以上使用することがないように管理している。上記製造番号の読み取り機能を持たないロータや遠心機の場合は、ユーザが各ロータの運転回数や積算運転時間等を日誌に記録することで寿命管理をしている。

遠心分離のための高速回転時における空気との摩擦によるエネルギー損失、いわゆる風損を防ぐため、ロータは外形が凹凸の少ない形状を成し、その上部には凹凸を覆うカバーを設ける場合が多い。カバーを装着することによって少ないエネルギーで運転でき、またロータの温度上昇や風切音も抑制できる。カバーを正しく装着すれば、ロータ特有の最高回転数で回転させても特に問題は生じないが、カバーを取付け忘れたまま回転させると、ロータ上部の凹凸部のファン作用による浮力が生じ、ロータの回転が不安定になる。このようなロータの不安定な回転を回避するため、上述した磁気センサーでロータ種類を特定し、さらにドアに測長装置をロータ側に向けて配置してロータまでの距離を測長し、測長されたロータまでの距離データを用いて、基準距離データと比較することで、ロータへのカバー装着の有無を識別する技術が特許文献２で提案されている。　

特開２００４－７４０７９号公報特開２００１－１０４８３１号公報

ロータはクラウンにセットされ、ロータのピンとクラウンのピンがかみ合うことでトルクが伝達されるが、ロータのピンとクラウンのピンが重なり合うような同位置にあるようにセットされた場合に、ロータピンがクラウンピンに乗り上げてロータが正常にセットされていない場合がある。ロータがクラウンに乗り上げた状態のまま遠心運転を開始した場合は、ロータの回転後にロータピンとクラウンピンの乗り上げ状態が解消されて、正規の装着状態になるが、その際に「カタン」という音が発生する。通常ではそのまま運転を継続することが可能でありユーザに特段の不便を与えることはないが、意図しない音の発生は好ましいものでは無く、ユーザを不安な気持ちにさせる虞がある。そのため遠心分離運転の開始前にロータが乗り上げていることを検知することが望ましい。

ロータの停止中にロータの乗り上げを検知するためには、ロータ下部に設けられている磁気センサーを用いることが考えられる。磁気センサーの検出出力により、正常時の出力と異常時の出力の違いを認識することで達成することが理論上考えられる。しかしながら発明者らの検証によると、これらの出力差（磁力の差）はわずかであってエラーとして扱うことは困難であった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータの回転を開始する前に、装着されたロータがクラウンに対して乗り上げていることか否かを検知できるようにした遠心機を提供することにある。本発明の他の目的は、ロータの回転を開始する前に、カバーの装着忘れをチェックすることができる遠心機を提供することにある。本発明の他の目的は、ロータの装着異常が生じている際には、遠心分離運転の開始前にユーザに対して報知するようにした遠心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特徴を説明すれば次のとおりである。本発明の一つの特徴によれば、モータ等の駆動装置と、駆動装置の回転軸に取り付けられるロータと、ロータを収容するロータ室と、ロータ室の開口部を閉鎖するドアと、駆動装置の回転を制御する制御部と、ロータのＩＤを検出するＩＤ検出センサーと、ロータの回転速度を表示する表示部を有する遠心機において、ドアの内側にロータの上面までの距離を測定する距離検出センサーを設けた。制御部は記憶部を有し、検出されたＩＤに応じた基準距離を記憶部から読み出し、距離検出センサーによって検出されたロータまでの実距離と基準距離を比較することによって、ロータが浮いているか否かを判定する。制御部は、ロータが装着されてドアが閉鎖されたら、ロータの回転開始前にＩＤの検出とロータの上面までの距離の測定を行う。そして、ＩＤの検出と距離の測定の結果、ロータの装着状態異常を検出したら、制御部は表示部にアラームを表示する。

本発明の他の特徴によれば、制御部は、ロータの装着状態が正常で無い場合は、遠心分離運転スタートスイッチやロータ室を真空にするための真空スイッチの入力を受け付けないようにした。用いられる距離検出センサーは超音波センサーであって、制御部はドアがロック状態になったら距離を自動的に測定する。また、駆動装置の装着部には相対回転防止用の第１のピン（クラウンピン）が設けられ、ロータの被装着部には第２のピン（ロータピン）が設けられ、制御部は、ロータまでの実距離と基準距離を比較することによって第２のピンが第１のピンに乗り上げ状態にあるかどうかを判定する。ロータのＩＤは、ロータの底部に設けられた複数のマグネットの配置又は複数の凹部の配置によって識別される。

本発明のさらに他の特徴によれば、ロータのＩＤを検出するＩＤ検出センサーを有する遠心機において、ドアの内側にロータの上面までの距離を測定する距離検出センサーを設けた。制御部は記憶部を有し、ロータのＩＤに応じた基準距離を予め記憶しておき、遠心分離運転のスタートボタンが押される前に、ロータのＩＤの検出と、ＩＤ検出センサーによるロータの装着状態異常の有無を判定して、ロータの装着状態が異常の際にはアラームを発すると共にスタートボタンによるスタート指示を受け付けないようにした。

本発明によれば、ユーザがドアを閉めた際に、ロータの蓋が正常に装着されているかに加えて、ロータがクラウンに乗り上げている等の装着状態の正常性を判定し、異常がある場合には音や表示にて報知するため、異常がある場合には、ユーザが遠心分離運転の開始指示（スタートボタンの押下）をしたとしても制御部によって運転開始が阻止されるので、使い勝手の良い上に信頼性を一層高めることができる。

本発明の実施例に係る遠心機１の全体構造を示す断面図である。図１のロータ４付近の部分断面図である（正常装着時）。図２の嵌合穴部４３の底面４３ｄを下から見た図である。図２のクラウン９の上面図である。図１のロータ４付近の部分断面図であって、装着異常時の状態を示す図である。（Ａ）図１のロータ４付近の側面図であり、（Ｂ）はロータ４の底面図であり、（Ｃ）はＩＤボード２０の上面図である。本発明の実施例に係る遠心機１の動作手順を示すフローチャートである。本発明の第二の実施例に係る遠心機１Ａの部分縦断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後、上下の方向は図１に示す方向であるとして説明する。

図１は本発明の実施例に係る遠心機１の全体構造を示す断面図である。遠心機１は、箱形の板金などで製作される筐体１１の内部にボウル２が設けられ、ボウル２とドア６によってロータ室３を画定し、ドアパッキン１６によってロータ室３は密閉される。筐体１１の下部の４つ隅には脚部１３が設けられ、上下方向中央付近には水平方向に延在する仕切り板１２が設けられる。仕切り板１２よりも上側空間にボウル２が設けられる。ロータ４は、分離する試料を保持して高速回転するものであり、駆動装置となるモータ８の回転軸８ａに支持される。モータ８は仕切り板１２に固定されるものであり、回転軸８ａがボウル２の底面の貫通穴からロータ室３内に延在する。

ロータ４は分離する試料を保持し高速回転するものであり、例えば、試料を入れるサンプリングチューブ等を挿入するための孔（図示せず）が複数形成される。モータ８の回転軸８ａにはロータ４を装着するための着脱機構となるクラウン９が固定されており、ロータ４側にはクラウン９に嵌合するための嵌合穴部４３が形成される。ロータ４の嵌合穴部４３を共通の形状とすることで、クラウン９には異なる型式のロータ４を装着可能であり、図１にて実線で示す小径のロータ４だけでなく、点線で示すような大径のロータ４’も装着可能である。

ロータ４の上部には回転中の風損の影響を避けるためのロータカバー５が装着される。ロータカバー５はロータ４の一部であって、ロータボディ４１（符号は図２参照）と組になっており、遠心分離運転時には必ず装着状態とする。ロータ４はモータ８によって回転されるが、モータ８の回転、特に加速、整定、減速に至る一連の動作は制御装置１８によって制御される。ドア６は蝶番１５を中心軸にして前方側を上下方向に回動することができる。このようにロータ室３は、上側の開口部がドア６によって密閉可能に構成され、ドア６を開けた状態でロータ室３の内部に、ロータ４を装着又は取り外しができる。

ドア６の下面にはドアフォルダー６ａが設けられ、はドアフォルダー６ａの上下方向の移動を制限することによってドア６の閉鎖状態を維持する。ドアロック機構（ドアロック手段）３０は、制御装置１８の制御によってモータ３１を回転させ、モータ３１の回転軸に取付られるアーム３２にロック片３３を移動させる。ロック片３３は上下方向中央付近にて筐体１１に軸支されており、軸支のための回転軸３４を中心に所定角度だけ回転する。図１の状態は、回転軸３４の上側に形成されたロック片が、ドアフォルダー６ａに形成されるロック穴の内部に係合している状態（ロック状態）を示している。ロック片３３が図１の状態から、モータ３１の可動によって約４５度時計回りに回転されると、ドアフォルダー６ａとロック片３３の係合状態が解除され、ドア６は開閉可能な状態とされる。本実施例の遠心機１では、ドア６を閉めると、ドアロック機構３０に設けられたセンサーによってドアフォルダー６ａが検出され、制御装置１８はモータ３１を駆動してドアロック機構３０をロック状態にする。また、遠心分離運転が終了してロータ４の回転が停止したら、制御装置１８はモータ３１をロック時と反対方向に駆動してドアロック機構３０をアンロック状態にする。

ドア６の後方には、ユーザがロータの回転速度や分離時間等の条件を入力すると共に、各種情報を表示する操作パネル１９が配置される。操作パネル１９は、例えば液晶表示装置と操作ボタンの組み合わせ、又は、タッチ式の液晶パネルで構成され、入力装置としての機能と、情報の表示装置としての機能を果たす。また、操作パネル１９の近傍にはスピーカー等の音響装置（図示せず）が設けられ、制御装置１８の制御によって操作パネル１９の操作音や、警告音等を出力することができる。

ボウル２の外周には銅パイプ１７ｃが螺旋状に巻かれ、さらに銅パイプ１７ｃの外周は円筒状の断熱材１４で囲まれる。銅パイプ１７ｃは冷却装置の一部を構成するもので、冷媒が圧縮機１７ｂから凝縮機１７ａ内に送られ、凝縮機１７ａ及び送風機１０によって冷却された冷媒は液化する。液化した冷媒はキャピラリ１７ｄを通って銅パイプ１７ｃに供給され、ロータ室３の内部は遠心分離運転中に制御装置１８の制御によって設定された所望の温度に一定に保たれる。ロータ４の温度は、ロータ室３に設置された温度センサー（図示せず）の出力を用いて制御装置１８により監視される。本実施例の遠心機１は、冷却装置を有する遠心機１の構成を示したが、冷却装置に加えて真空ポンプ等の減圧装置を設けて、遠心分離運転時にロータ室３の内部を真空状態にする遠心機１であっても本実施例を同様に適用できる。

ロータ４の上部にはロータカバー５が装着される。遠心分離運転を行う際にはロータカバー５を装着した状態でロータ４を回転させることが重要であるが、ロータカバー５の装着の有無を制御装置１８にて検出可能とするために、ドア６の下側部分に超音波センサー（音波センサー）２５を設けた。超音波センサー２５は距離検出センサーと呼ばれる測長装置であるが、代案として非接触式のレーザー光を用いた高価な測長装置を用いることも可能である。本実施例では送受兼用の超音波センサー２５と、超音波センサー２５を制御する制御部の組み合わせで構成される安価な測長装置を実現し、ドア６の下面よりも内部に収容するようにした。超音波センサー２５を制御するコントローラの役割は制御装置１８に含まれるマイクロコンピュータが実行し、制御装置１８は超音波センサー２５を発振駆動して、超音波センサー２５から下方に向かって音波を出力させて、ロータ４又はロータカバー５の表面に当たってはね返った音波を超音波センサー２５で受信する。

超音波センサー２５で受信された音波（反射波）は制御装置１８に出力され、制御装置１８は、超音波センサー２５から音波を発した時点から、超音波センサー２５が反射波を受信するまでの時間を測定し、所定の計算式を用いて超音波センサー２５からロータ４又はロータカバー５の上面までの距離Ａを測定する。ここで、遠心機１に装着されるロータ４は、型式、大きさ、ロータカバー５の装着の要否、ロータカバー５を装着した際の基準距離Ｂの値があらかじめ制御装置１８に記憶されている。従って、ロータ４が装着されてロータ４の型式が識別された後に、ドア６が閉められると、超音波センサー２５を用いて距離Ａが測定され、距離Ａが識別されたロータ４のロータカバー５を装着した状態の基準距離Ｂに一致するのか否かを判定することにより、ロータカバー５の装着の有無を判定できる。本実施例ではロータカバー５の装着の有無に加えて、ロータ４がクラウン９から浮いた状態になっていないか否かの、ロータ装着の正常性まで判断するようにした。

図２はロータ４の部分断面図である。ロータ４の本体部は、主に、略円錐形状のロータボディ４１と、ロータボディ４１の下部に設けられるものであって複数のマグネット４４（４４ｃ、４４ｇ等）を配置するための円筒部４２、によって構成される。ここでは図示していないが、ロータボディ４１の内部には、円筒状の試料容器（図示せず）を保持するための複数の保持穴が周方向に複数形成される。ロータボディ４１と円筒部４２は、例えばアルミニウム合金やチタン合金等の軽金属の一体成型にて製造され、ロータボディ４１の回転軸線（回転中心線）Ｃ１に沿った下側中央部に、ロータ４をクラウン９に固定するための嵌合穴部４３が形成される。

ロータボディ４１の上部は開口（図示せず）であって、その上部には円形のロータカバー５が取りつけられる。ロータカバー５は、円盤状の蓋部５１と、その上部に軸支される回転式のハンドル部５２により構成される。ハンドル部５２は、回転軸５２ａとノブ５２ｂから構成され、回転軸５２ａが蓋部５１の貫通穴にわずかな隙間を有して回転可能に貫通される。また、回転軸５２ａの上下方向中央よりやや先端側（下側）には、ロータボディ４１の雌ネジ部（図示せず）と螺合をするための雄ネジ部（図示せず）が形成される。ハンドル部５２を回転させると回転軸５２ａが蓋部５１に対して相対回転し、回転軸５２ａの端側に形成された雄ネジ部（図示せず）が、ロータボディ４１の上部回転軸心に形成された雌ネジ部（図示せず）と螺合することによりロータカバー５がロータボディ４１に対して固定される。本実施例では、回転軸５２ａはステンレス製で、ハンドル部５２はアルミ製であり、回転軸５２ａはハンドル部５２に圧入により固定される。このようにハンドル部５２を２つの部材で構成したのは、製造上の便宜によるものであり、一つの部材で一体構成で構成しても良い。また、ハンドル部５２の材質は金属製だけでなく、プラスチックなどの高分子樹脂製でも良い。ノブ５２ｂの上面は、超音波センサー２５による距離測定が容易になるように平坦な面状に形成される。ロータカバー５を取り外すには、ノブ５２ｂを緩め方向に回転させて、ユーザがノブ５２ｂを握って上に持ち上げる。

ロータボディ４１の底面に開口するように嵌合穴部４３が形成される。嵌合穴部４３は回転軸線Ｃ１方向の下側から上側に延びる略筒状の窪みであり、クラウン９の外周面と当接する部分である。嵌合穴部４３は、径方向に見ると円筒部４２よりも内側に設けられる。嵌合穴部４３は、外径が一定の円柱壁面４３ａと、円柱壁面４３ａの上側端部に位置する底面４３ｄと、円柱壁面４３ａの下側であって開口部４３ｃ（符号は図５参照）に向かってテーパー状に拡径する傾斜面４３ｂにより形成される。傾斜面４３ｂはクラウン９の大径部９２に当接することによりロータ４の下方向への荷重を支える。底面４３ｄの周方向に１８０離れた位置に２本のロータピン４５が取りつけられる。ロータピン４５は上側の約半分がロータボディ４１内に圧入され、下側の約半分が底面４３ｄから下方向に突出する。それぞれのロータピン４５は、嵌合穴部４３の底面４３ｄから嵌合穴部４３の開口部４３ｃ（符号は図５参照）に向けて突出し、回転軸線Ｃ１に平行に配置される。

図３はロータピン４５の詳細を示す図であり、嵌合穴部４３の底面４３ｄを下から見た図である。底面４３ｄには、円周方向に１８０度の角度でずれて対をなす２本のロータピン４５が設けられる。それぞれのロータピン４５は、横断面が円形の細長い形状とされ、先端部を除く部分の太さは、クラウンピン９７の本体部分とほぼ同径である。先端部４５ａは、本体部分から徐々に細くに絞られたテーパー部を有する。

図２に戻る。クラウン９は、円柱壁面４３ａに嵌合される円柱部９１と、これの下端部側に連結される大径部９２とを有し、大径部９２には、ロータ４の傾斜面４３ｂに突き当てられるテーパー面９２ａが設けられている。ロータ４がクラウン９に装着されると、図２に示されるように、ロータ４の回転中心軸はクラウン９の回転軸線Ｃ１と同軸となる。クラウン９には、上面を円筒状にくりぬいたような円筒溝部９４が形成され、円筒溝部９４の空間内には、６本のクラウンピン９７が設けられる。クラウンピン９７は、遠心機１の回転開始時から停止時まで、ロータピン４５と周方向に接触した状態を維持する。

ここで図４を用いてクラウンピン９７の具体的な配置を説明する。図２のクラウン９の上面図である。クラウン９の円柱部９１の上側端部には、外筒部９１ａを有する円筒状であって軸方向下側に窪む円筒溝部９４が形成される。円筒溝部９４の内側は内筒部９３が形成され、その内側には内側に窪む窪み部９５がさらに形成される。窪み部９５の内側には、クラウン９の回転軸線Ｃ１方向の上から下まで貫通させた貫通穴９６が開口する。貫通穴９６には下側からモータ８の回転軸８ａが圧入される。円筒溝部９４には周方向に均一間隔で６つのクラウンピン９７が配置される。それぞれのクラウンピン９７は、横断面が円形であり、ロータ４の底面４３ｄ（図２参照）に対向し、ピン取付面９４ａからクラウン９の上側端面に向けて、回転軸線Ｃ１と平行に延在する。クラウンピン９７のそれぞれの先端部９７ａは、先端に向かうに従って小径となるテーパー状に形成される。

図２に戻る。ロータ４とクラウン９との間における滑り移動の発生を防止するために、クラウン９には、ウエイト９８が設けられる。ウエイト９８は径方向にある程度移動できるようにクラウン９の外周側に装着される。クラウン９にウエイト９８を設けると、遠心力でウエイト９８が嵌合穴部４３の内周面に押し付けられるので、ロータ４の周方向及び軸方向の滑り移動を抑制できる。押し付け力は回転速度の減速に依存して小さくなる。

図５は図１のロータ４付近の部分断面図であって、装着異常時の状態を示す図である。ロータピン４５とクラウンピン９７は、回転軸線Ｃ１からの径方向位置が等位置になる。従って、ロータ４の装着時に、クラウンピン９７の先端部９７ａとロータピン４５の先端部４５ａが当接してしまって、ロータ４がクラウン９から浮いた状態で保持されてしまう虞がある。先端部９７ａと先端部４５ａは完全なる尖塔状では無くて、わずかに曲面状に形成されているからである。尚、図５では浮いている状態が良くわかるように、ロータ４の大きさに比べて浮き量ｆが大きくなるように図示しているが、実際の製品の浮き量ｆは数ｍｍ程度、例えば約５ｍｍである。この浮いた状態にてロータ４が回転すると、クラウンピン９７の先端部９７ａとロータピン４５の先端部４５ａの当接状態がすぐに解消され、例えば「カタン」という音と共に図２の正常装着状態に戻る。しかしながら、図５のようにロータ４が浮いていると、ロータカバー５のノブ５２ｂが、超音波センサー２５に近づくことになるため、超音波センサー２５による距離測定でロータ４が浮いていることを判別できる。そこで、本実施例ではロータ４がクラウン９に装着されて、ドア６が閉められたら、ロータ４の型式を検出すると共に、超音波センサー２５によってロータ４の上面（正常時ならノブ５２ｂの上面）までの実距離を測定する。そして、制御装置１８に予め記録されているロータ４の基準距離データと比較することによって、ロータ４がクラウン９に正常に装着されているかどうかと、ロータカバー５が正常に装着されているかの双方を判定する。

図６（Ａ）はロータ４付近の側面図であり、（Ｂ）はロータ４の底面図であり、（Ｃ）はＩＤボード２０の上面図である。図６（Ａ）において、ロータ４の底面には円筒部４２が形成され、円筒部４２の底面４２ａは平坦に形成される。底面４２ａには点線４４ｄ、４４ｅ、４４ｆに示すように同一円周上に一定の距離だけ離れた複数箇所の特定の点（格子点）が定義される。格子点には、複数箇所の格子点のうち、いくつかの格子点に円柱状のパーマネントマグネットが埋め込まれる。本実施例ではロータ４はアルミニウム合金、チタン合金等の非磁性体の金属合金で製作されていて、マグネットを金属合金中に圧入又は鋳込むことにより強固に固定する。尚、円筒部４２は、アルミ合金製のアダプタ(ＩＤアダプタ)として別体で作成して、ボルトなのネジ材で固定するようにしても良い。

マグネットの埋め込まれた状態を示すのが図６（Ｂ）であり、マグネットを埋め込まれている格子点を黒円で示している。格子点４４ａ、４４ｂ、４４ｄにマグネットが埋め込まれていて、点線で示す格子点４４ｃ、４４ｅ～４４ｈにはマグネットが埋め込まれていない。格子点４４ａはスタートビットを示すマグネットであり、それに続く格子点４４ｂ～４４ｈにマグネットが存在するか否かによって、１２８ビットの情報を表現することができる。ここでは格子点間の周方向距離Ｔは一定であり、回転角にして４５度分の間隔で円柱状のマグネットが配置される。従って、格子点が４４ｂ～４４ｈは物理的な区画がされているのではなくて、格子点４４ａを基準とした相対的な位置として定義されるものである。ロータ４の識別子となる格子点４４ａにはマグネットが必ず配置され、その極性はＩＤボード２０に面する側がＮ極となる。一方、回転方向に見て格子点４４ａに続く格子点４４ｂ～４４ｈのマグネットは、すべて下側がＳ極となる向きにマグネットが配置される。従って、スタートビットとなる格子点４４ａの位置がわかれば、それ以降の格子点４４ｂ～４４ｈのマグネットの有無により、情報を示すことが可能である。図６（Ｂ）に示す格子点４４ａ、４４ｂ、４４ｄのマグネットの配置では、８つの格子点によって（１１０１００００）のコードが示される。ここで“１”はマグネットありを示し、“０”は格子点にマグネット無しを示している。

図６（Ｃ）はマグネットを検出するＩＤボード２０上の磁気センサー２１ａ～２１ｈの配置を示す図である。ここでは８個の磁気センサー２１ａ～２１ｈがロータＩＤの検出センサーとして機能し、ロータ４側の格子点の間隔Ｔと同じ間隔で配置されている。磁気センサー２１ａ～２１ｈとしてはホールＩＣを用いることができる。従来の遠心機１では磁気センサーを周方向に１つだけ配置して、ロータ４を回転させながら８個の格子点におけるマグネットの有無を検出する。これに対して本実施例ではマグネットの最大個数に対応する分の磁気センサー２１ａ～２１ｈを設けたので、ロータ４がクラウン９に装着されると静止状態のままで、複数の磁気センサー２１ａ～２１ｈは１個のＮ極マグネット（スタートビット）と複数のＳ極マグネット（データビット）のデータ配列を即座に読み取ることができる。尚、本実施例では、ロータＩＤナンバーはロータ４の底部に設けられた複数のマグネットの配置によって示すように構成したが、マグネットの代わりに複数の凹部を配置し、それをギャップセンサーで読み取ることによりロータＩＤナンバーを識別するように構成しても良い。

次に図７のフローチャートを用いて、遠心機１におけるロータの装着状態の判定手順を説明する。図７に示す一連の手順は、制御装置１８に予め格納されたプログラムによってマイコンによってソフトウェア的に実行可能である。本実施例の手順は、遠心機１の電源がオンになって、ロータ室３内にロータ４がセットされてから実行される。最初にマイコンは、磁気センサー２１を用いてロータ４に設けられたマグネットの配列を読み取ることによって、ロータ４の型式を識別する（ステップ１０１）。尚、ロータ４の情報の読み出しは、クラウン９のロータ４が装着された時点で読み取りが可能であるので、ステップ１０１～１０３までの手順はスタートボタンが押されるのを待たずに、実行しても良い。

次に、制御装置１８は、図示しない記憶装置からロータ４の型式に対応する情報（ロータＩＤナンバー）を読み出すと共に、対応情報が記憶装置に登録されているロータか否かを判定する（ステップ１０１、１０２）。ステップ１０２にて、登録されていないロータ４と判定されたら、操作パネル１９に、“ロータ情報が登録されていません”とアラームを出力して、処理を終了する（ステップ１１５）。ステップ１０２において登録されたロータ４である場合は、ロータ４の情報を図示しない記憶装置から読み出す（ステップ１０３）。このロータ情報には、超音波センサー２５からロータカバー５の上端までの基準距離Ｂの値も含まれる。

次に、制御装置１８はドア６が閉められたら、ドアロック機構３０によってドア６をロックする（ステップ１０４）。次に、制御装置１８は、超音波センサー２５を用いてドア６の下面からロータカバー５の上端までの実測距離Ａを測定する（ステップ１０５）。次に、制御装置１８は実測距離Ａと基準距離Ｂの差を求めることにより、ロータ４の理想的な装着位置からのずれを算出する（ステップ１０６）。次に、制御装置１８はＡ－Ｂの公差の基準内、例えば４ｍｍ未満であるかを判定する（ステップ１０７）。差が４ｍｍの場合は、ロータ４がクラウン９に正しく装着され、またロータカバー５も正常に装着されていると判断して、操作パネル１９のスタートボタンのアイコン（図示せず）を受け付け可能な状態にして、図７に示すロータの装着状態判定手順を終了する（ステップ１０８、１０９）。この状態からユーザがスタートボタンのアイコン（図示せず）をタッチすることによって遠心分離運転が開始される。

ステップ１０７にて、実測距離Ａと基準距離Ｂの差の絶対値が４ｍｍを越えている場合は、Ａ－Ｂ≧＋４（ｍｍ）であるかを判定する（ステップ１１０）。ここでＡ－Ｂ＞＋４ｍｍの状態は、実測距離Ａの方が長いことを意味しており、ロータカバー５が装着されていない状態であることを意味する。そこで、制御装置１８は、“ロータカバー無し”と判別して、操作パネル１９にアラーム表示をすると共に、ブザー等の警告音を出力してユーザに注意を促す（ステップ１１５）。アラーム表示の仕方は任意であるが、操作パネル１９に表示されている画面の中央に重畳するようにポップアップ画面を表示して、ポップアップ画面内に“ロータカバーが装着されていません”のようなメッセージを表示すると良い。この際、操作パネル１９にスタートスイッチや、ロータ室を真空にするための真空スイッチが表示されている場合は、それらの入力を受け付けないようにすると良い。アラーム出力が行われると図７に示すロータの装着状態判定手順を終了する。

ステップ１１０でＮｏの場合は、Ａ－Ｂ≦－４（ｍｍ）であることを意味する。つまり、実測距離Ａが基準距離Ｂより短いことを意味するので、この状態が発生する要因は２つ考えられる。一つは、ロータ４にロータカバー５が装着されている一方で、クラウン９には正しく装着されておらず、図３に示すようにロータ４が浮いた状態、である。もう一つは、ロータ４はクラウン９には正しく装着されている一方で、ロータカバー５がロータ４へ正しく装着されておらず、ロータカバー５がロータ４から浮いた状態にある場合である。よって、制御装置１８はステップ１１３にて、ロータ乗り上げ、ロータカバー締め付け不完全と判定して、操作パネル１９に、“ロータの装着不良か、ロータカバーの締め付け不完全です。確認して下さい”とアラーム表示をすると共に、警告音を出力してユーザに注意を促す（ステップ１１４）。ここでも操作パネル１９にスタートスイッチや、ロータ室を真空にするための真空スイッチが表示されている場合は、それらの入力を受け付けないようにし、図７に示すロータの装着状態判定手順を終了する。

本実施例によれば、スタートボタンを押して遠心分離運転を開始する前に、ロータ４のクラウン９への乗り上げを検知することが可能となった。また、ロータの型式を識別するのに、ロータ４を数十ｒｐｍ程度の低速でしばらく回転させる必要が無くなったので、ロータ４の加速を開始するまでのタイムラグの発生も回避できた。さらに、ユーザがその使用しているロータの許容回転速度（若しくは許容遠心加速度）以上の回転速度（若しくは遠心加速度）を設定していた場合に加えて、ロータ４が使用限度に到達している場合は、ロータをセットした時点でアラームを発するので、運転条件の再設定を迅速に行うことができた。さらに、従来技術によるカバー装着有無だけでなく、カバーが緩んだ状態であっても識別できるので、ロータ種別を検知する既存の手段（磁気センサー２１）と、ロータカバー５の付け忘れを検知する目的であったドア６に取り付けられる既存の超音波センサー２５という、違う目的の検出手段を組み合わせることで新たな機能を生み出すことができた。

次に図８を用いて、ロータ４を判別する別の方法を説明する。図８は本発明の第二の実施例に係る遠心機１Ａの部分縦断面図であって、遠心機１Ａ本体側のハードウェア構成は図１の遠心機１と同じである。ドア６の内側であって、ロータ４Ａの回転軸の軸線上には超音波センサー２５が設けられる。超音波センサー２５を用いてロータ４を判別する方法は、第一の実施例で測定した方法と同様であるが、ここでは、遠心機１Ａの製造・組立上のバラツキを考慮し、ドア６の組み付け時における高さ方向の誤差を吸収するために図８に示すように、距離Ｈを事前に測定し、制御装置１８の記憶部に記憶させておく。更に、ロータ４Ａのロータカバー５Ａ無し状態の距離ｈ２とロータカバー５Ａ有り状態の距離ｈ１も制御装置内の記憶部（図示せず）に記憶させておき、測定した距離（Ａ１又はＡ２）を距離Ｈから差し引き、算出されたロータ上面までの距離が、距離ｈ１（＝Ｈ－Ａ１）に該当するか、ｈ２（＝Ｈ－Ａ２）に該当するかのいずれかで、ロータカバー５Ａの装着の有無を検出しても良い。この距離ｈ１、ｈ２の判定には、一定の許容範囲（公差）を考慮して行うようにすると良い。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例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。例えば、上述の例では、ロータ４としてロータカバー５を用いるものとしたが、ロータカバーを用いないタイプのロータであっても本発明は同様に適用できる。さらに、上述したようなアングルロータだけでなく、スイングロータを用いる場合であっても、スイングロータのクラウンへの正常装着の有無を判定するために本発明を同様に適用できる。

１，１Ａ…遠心機、２…ボウル、３…ロータ室、４，４Ａ…ロータ、５，５Ａ…ロータカバー、６…ドア、６ａ…ドアフォルダー、８…モータ、８ａ…回転軸、９…クラウン、１０…送風機、１１…筐体、１２…仕切り板、１３…脚部、１４…断熱材、１５…蝶番、１６…ドアパッキン、１７ａ…凝縮機、１７ｂ…圧縮機、１７ｃ…銅パイプ、１７ｄ…キャピラリ、１８…制御装置（制御部）、１９…操作パネル、２０…ＩＤボード、２１，２１ａ～２１ｈ…磁気センサー、２５…超音波センサー、３０…ドアロック機構、３１…モータ、３２…アーム、３３…ロック片、３４…回転軸、４１…ロータボディ、４２…円筒部、４２ａ…底面、４３…嵌合穴部、４３ａ…円柱壁面、４３ｂ…傾斜面、４３ｃ…開口部、４３ｄ…底面、４４ａ，４４ｂ，４４ｄ…マグネット、４４ｃ，４４ｅ～４４ｈ…格子点、４５…ロータピン（第２のピン）、４５ａ…先端部、５１…蓋部、５２…ハンドル部、５２ａ…回転軸、５２ｂ…ノブ、９１…円柱部、９１ａ…外筒部、９２…大径部、９２ａ…テーパー面、９３…内筒部、９４…円筒溝部、９４ａ…ピン取付面、９５…窪み部、９６…貫通穴、９７…クラウンピン（第１のピン）、９７ａ…先端部、９８…ウエイト、Ａ…（ロータの上端までの）実測距離、Ｂ…（ロータの上端までの）基準距離、Ｃ１…回転軸線、ｆ…ロータの浮き量、Ｈ…（距離センサーによる）測定距離

Claims

駆動装置と、前記駆動装置の回転軸に取り付けられるロータと、前記ロータを収容するロータ室と、前記ロータ室の開口部を閉鎖するドアと、前記駆動装置の回転を制御する制御部と、前記ロータのＩＤを検出するＩＤ検出センサーと、前記ロータの回転速度を表示する表示部と、を有する遠心機において、
前記ドアの内側に前記ロータの上面までの距離を測定する距離検出センサーを設け、
前記制御部は記憶部を有し、検出された前記ＩＤに応じた基準距離を前記記憶部から読み出し、
前記距離検出センサーによって検出された前記ロータまでの実距離と前記基準距離を比較することによって、前記ロータが浮いているか否かを判定することを特徴とする遠心機。
前記制御部は、前記ロータが装着されて前記ドアが閉鎖されたら、前記ロータの回転開始前に前記ＩＤの検出と前記ロータの上面までの距離の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
前記制御部は、前記ＩＤの検出と前記距離の測定の結果、前記ロータの装着状態の異常を検出したら、前記表示部にアラームを表示することを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
前記制御部は、前記ロータの装着状態が正常で無い場合は、遠心分離運転のスタートスイッチや前記ロータ室を真空にするための真空スイッチの入力を受け付けないことを特徴とする請求項３に記載の遠心機。
前記距離検出センサーは超音波センサーであって、前記制御部は前記ドアがロック状態になったら前記距離を測定することを特徴とする請求項３又は４に記載の遠心機。
前記駆動装置の装着部には相対回転防止用の第一のピンが設けられ、前記ロータの被装着部には第二のピンが設けられ、
前記制御部は、前記ロータまでの実距離と前記基準距離を比較することによって前記第二のピンが前記第一のピンに乗り上げ状態にあるかどうかを判定することを特徴とする請求項５に記載の遠心機。
前記ＩＤは、前記ロータの底部に設けられた複数のマグネットの配置又は複数の凹部の配置によって識別されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心機。
駆動装置の回転軸に取り付けられるロータと、前記ロータを収容するロータ室と、前記ロータ室の開口部を閉鎖するドアと、前記駆動装置の回転を制御する制御部と、前記ロータのＩＤを検出するＩＤ検出センサーを有する遠心機において、
前記ドアの内側に前記ロータの上面までの距離を測定する距離検出センサーを設け、
前記制御部は記憶部を有し、前記ロータのＩＤに応じた基準距離を予め記憶しておき、
遠心分離運転のスタートボタンが押される前に、前記ロータのＩＤの検出と、前記ＩＤ検出センサーによる前記ロータの装着状態異常の有無を判定し、
前記ロータの装着状態が異常の際にはアラームを発すると共に前記スタートボタンによるスタート指示を受け付けないようにしたことを特徴とする遠心機。
前記ドアを閉鎖状態にてロックするドアロック手段を有し、
前記ドアがロック状態になったら前記距離の測定を行い、
前記制御部は、前記ロータの装着状態が正常の場合に表示装置に前記スタートボタンのアイコンを表示し、
異常の場合には前記スタートボタンのアイコンを選択不可状態に変更することを特徴とする請求項８に記載の遠心機。