トップ :: B 処理操作 運輸 :: B04 物理的または化学的工程を行なうための遠心装置または機械

【発明の名称】 遠心機
【発明者】 【氏名】大河原 正

【要約】 【課題】ロータの運転実績データを管理することが可能な遠心機において、ロータの磁気記録媒体に運転実績データを正確に再生しまたは記録できる遠心機を提供することにある。

【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料を保持した状態でモータによって回転駆動され、かつデータを記録する記録媒体を備えるロータと、電圧を印加することにより前記ロータの温度制御を行うペルチェ素子と、前記ロータと近接した位置に配置され前記記録媒体のデータを再生または前記記録媒体にデータを記録させる記録ヘッドと、前記ペルチェ素子による前記ロータの温度制御及び前記記録ヘッドによる前記記録媒体の記録制御を行う制御装置と、を備える遠心機において、
前記制御装置は、前記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、前記ペルチェ素子の動作を停止させるように前記ペルチェ素子を制御することを特徴とする遠心機。
【請求項2】
前記記録媒体は磁気記憶素子であり、前記記録ヘッドは磁気ヘッドであることを特徴とする請求項1に記載された遠心機。
【請求項3】
前記制御装置は、前記記録媒体に記録されたデータを前記記録ヘッドを介して前記制御装置の記憶素子に再生する場合または前記制御装置のデータを前記記録ヘッドを介して前記記録媒体に記録する場合、前記ロータまた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または請求項2に記載された遠心機。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
【特許文献1】特開平3−181347号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記した課題を解決するために、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、次のとおりである。
【0012】
本発明の一つの特徴によれば、試料を保持した状態でモータによって回転駆動され、かつデータを記録する記録媒体を備えるロータと、電圧を印加することにより前記ロータの温度制御を行うペルチェ素子と、前記ロータと近接した位置に配置され前記記録媒体のデータを再生または前記記録媒体にデータを記録させる記録ヘッドと、前記ペルチェ素子による前記ロータの温度制御及び前記記録ヘッドによる前記記録媒体の記録制御を行う制御装置と、を備える遠心機において、前記制御装置は、前記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、前記ペルチェ素子の動作を停止させるように前記ペルチェ素子を制御する。
【0013】
本発明の他の特徴によれば、前記記録媒体は磁気記憶素子であり、前記記録ヘッドは磁気ヘッドである。
【0014】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記記録媒体に記録されたデータを前記記録ヘッドを介して前記制御装置の記憶素子に再生する場合または前記制御装置のデータを前記記録ヘッドを介して前記記録媒体に記録する場合、前記ロータまた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。
【発明の効果】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の実施形態に係る遠心機の全体の構成図。
【図2】図1に示した遠心機の機能ブロック図。
【図3】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】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】
【0046】
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:
【出願人】 【識別番号】000005094
【氏名又は名称】日立工機株式会社
【出願日】 平成18年9月5日(2006.9.5)
【代理人】 【識別番号】100072394
【弁理士】
【氏名又は名称】井沢 博


【公開番号】 特開2008−62126(P2008−62126A)
【公開日】 平成20年3月21日(2008.3.21)
【出願番号】 特願2006−239920(P2006−239920)