JP2021006334A

JP2021006334A - 遠心機

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Publication number: JP2021006334A
Application number: JP2019120681A
Authority: JP
Inventors: 善敬井本; Yoshitaka Imoto; 雄貴清水; Katsutaka Shimizu
Original assignee: Eppendorf Himac Technologies Co Ltd
Current assignee: Eppendorf Himac Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: JP7350532B2

Abstract

【課題】連続ロータによる遠心分離運転時に、特別なセンサを付加することなく液漏れを検出する。【解決手段】モータ８によって回転する連続ロータ３０と、ボウル４と、モータ８を制御する制御部１０と、連続ロータ３０の回転中に試料を連続ロータ３０の内部の遠心分離空間３１ａに送る送液機構（２２〜２４、３４〜３７）を備えた遠心機において、制御部１０は連続ロータ３０の稼働情報を示す測定値（連続ロータ３０の加速中に測定された慣性モーメント、回転中のモータ８の電流値、モータ８のＰＷＭ制御のデューティ比のいずれか一つ以上）を用いて連続ロータ３０からの液漏れの有無を検知する。制御部１０は液漏れの発生を検知したら操作パネル１１にアラーム表示を行い、運転を停止させる。【選択図】図１

Description

本発明は医学、化学、薬学等の分野で使用される連続ロータを用いる遠心機に関する。

回転するロータの内部に試料を連続的に供給し、ロータの中心に移動した比重の小さい液体（廃液）をロータから外部に排出させながら連続的な遠心分離運転を行う遠心機が知られている。連続的な遠心分離を行う遠心機には、連続遠心しかできない連続遠心機（専用機）と、通常の遠心機に連続遠心分離用の連続ロータを接続して実行するものがある。後者の遠心機では、連続用ロータとそうでないロータ（通常ロータ）のいずれかを装着して運転可能である。この後者の遠心機には、装着されたロータの種類を読み取る機能が付いており、ロータの種類毎にロータの回転制御等を適切に選択し、遠心分離運転を行う。この遠心機に連続ロータを装着した際には、ロータ室の外部から内部にわたって試料の供給用パイプと廃液の排出用パイプを配管すると共に、回転中の連続ロータに試料の供給を行い、連続ロータから廃液の排出を可能とする。このような連続ロータを使用する遠心機として、例えば、特許文献１の技術が知られている。

特開平７−２５６１５０号公報

特許文献１のような連続ロータを使用する遠心機では、送液するためのポンプや、送液用のタンクに専用のセンサを設置し、液量等が異常となった場合にセンサによって検知するようにしていた。この場合、ポンプやセンサは遠心機本体とは別途用意するため、ユーザによって使用するセンサの種類が異なることが多い上に、液量等の異常の検知は遠心機とは別の制御部、例えば外部のＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）を用いて行うことが多かった。ここで従来の遠心機の構成を図８を用いて説明する。

図８は従来の遠心機１０１における液漏れ検知システムを示す図である。遠心機１０１は、ロータ室３に、アングルロータ（図示せず）やスイングロータ（図示せず）を装着可能であるが、外部から連続的な送液を可能とする送液機構（供給用パイプ２３、排出用パイプ２４等）を設け、連続ロータ３０を装着し、回転中の連続ロータ３０との液体の送出及び排出を可能とすれば、連続的な遠心分離運転が可能となる。ここでは遠心前試料入れ２１からバッファ液又は被分離試料をポンプ２２を用いて吸引し、連続ロータ３０から排出された排出用パイプ２４の途中に流量計１１２を設け、流量計１１２の出力をＰＣ１２１に接続して、排出された液量をＰＣ１２１で監視できるようにした。ＰＣ１２１は、パーソナルコンピュータであって、ここではデスクトップ型のものを用いている。ＰＣ１２１は本体部１２２と、キーボード１２３と、モニター１２４を含んで構成されるが、これ以外の構成を含んでも良いし、ノート型やタブレット型のＰＣであっても良い。本体部１２２には、ポンプ２２の稼働状況を示す信号１１５が入力される。遠心後試料入れ２５には、水位計１１１等の流体センサが設けられ、その出力がＰＣ１２１に接続されることにより、ＰＣ１２１は遠心後試料入れ２５の液量を検出することができる。以上のように、外部のＰＣ１２１を設けてセンサ類を設けると、試料漏れを効果的に検出することができる。しかしながら、ＰＣ１２１を設けるにはコスト上昇に繋がる上に、ＰＣ１２１と遠心機を連動させるには、それぞれに合わせて個別にカスタマイズして対応する必要があり、製品販売価格が更に上昇してしまう。連続ロータの使用時に液漏れが起きたことを直接検知するための専用のセンサ（液漏れセンサ等）を予め遠心機に内蔵することも考えられるが、連続ロータの使用は一部のユーザのみであって、そのコスト増を全ユーザに負担させるのは難しい。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、連続ロータ以外のロータも運転可能な遠心機において、特別なセンサを追加することなく連続ロータ使用時の液漏れを検知可能とするものである。
本発明の他の目的は、連続ロータ以外のロータも運転可能な遠心機の連続ロータ運転時に、モータと制御部から得られる各種情報を用いて液漏れの発生を検知することにより、液漏れ検知機能付加による製造コストの上昇を抑制することにある。
本発明のさらに他の目的は、連続ロータ以外のロータも運転可能な遠心機において、遠心機本体側で液漏れを検知した際に、表示装置にアラームを発するか、又は、ロータの回転を自動的に停止させることにある。

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、モータによって回転するロータと、ロータを収納するボウルと、モータを制御する制御部と、ロータの回転中に試料をロータの内部に送る機構を備えた遠心機において、制御部はロータの稼働情報を示す測定値を監視することによってロータからの液漏れを検出するように構成した。ロータの稼働情報を示す測定値は、例えば、ロータの加速中に測定されたロータの慣性モーメント、ロータの回転中のモータの電流値、モータのＰＷＭ制御のデューティ比のいずれか一つ以上である。ロータの慣性モーメントの測定は、制御部が連続ロータを一定の低速回転で回転させながらバッファ液を送液してロータの内部を満たし、その後に高速の設定遠心運転回転数まで加速させた時の加速中に測定すると良い。また、ロータの稼働情報を示す測定値として、これらの例示だけに限られず、他にもモータの電流値や、モータの滑り等を含むように構成しても良い。

本発明の他の特徴によれば、遠心機は、遠心運転状態を表示する表示部を備え、制御部は、ロータからの液漏れを検出したら表示部に液漏れが発生したことを表示して、警告を発するようにした。この表示と共に、モータの回転を停止させて、さらに送液機構による試料の送液を停止させるように構成しても良い。

本発明のさらに他の特徴によれば、ロータと、ロータを収納するボウルと、モータを制御する制御部と、ロータの回転中に試料をロータの内部に送る送液機構と、を備えた遠心機において、制御部は、連続ロータを加速させて低速の定回転で回転させながらバッファ液を送液してロータの内部を満たし、その後にロータを高速の設定遠心運転回転数まで加速させ、ロータの２回目の加速の時にモータの制御信号、例えば、測定された電圧値や電流値と回転数信号から送液機構からの液漏れの発生の有無を判別するように構成した。制御部は、液漏れの発生を判別したら表示部に液漏れをしている旨の警告を発する。さらに制御部は、ロータの２回目以降の定速回転時においても、モータの制御信号、測定された電圧値や電流値と回転数信号から送液機構からの液漏れの発生の有無を判別し、液漏れの発生を判別したら表示部に液漏れをしている旨の警告を発するようにしても良い。

本発明によれば、遠心機において連続ロータを用いた運転時に、制御部は、モータの制御のための信号やロータの稼働情報を示す測定値から得られる各種情報を用いて、連続ロータの液漏れを電気的に検知するので、専用の液漏れ検知センサを設けることなしで、遠心機本体側で運転中の不具合を発見できる。特に、モータから得られる情報の中で、回転数の変化からロータの慣性モーメントを測定するので、正常時の慣性モーメントと測定された慣性モーメントを比較することによって液漏れの発生を効果的に検知できる。

本発明の実施例に係る遠心機１の縦断面図である。（Ａ）は時間の経過と連続ロータ３０の回転数及びモータ８の電流との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は時間の経過と連続ロータ３０内に満たされる液量との関係を示すグラフである。制御部１０内に予め記憶される連続ロータ３０毎の情報の一例を示すデータテーブル５０である。本実施例において液体漏れが生じた状態の遠心機１を示す縦断面図である。本実施例の遠心機１における遠心分離運転の制御手順を示すフローチャートである（その１）。本実施例の遠心機１における遠心分離運転の制御手順を示すフローチャートである（その２）。本実施例の遠心機１における液漏れ等が発生した際の画面表示例である。従来の遠心機１０１における液漏れ検知システムを示す図である。

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、上下左右の方向は図中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の断面図である。遠心機１は分離する試料を保持して回転する連続ロータ３０と、連続ロータ３０を収容するロータ室３と、ロータ室３の上部開口を閉塞するようにして開閉自在に設けられたドア５と、ドア５が取り付けられる筐体２と、ユーザによる遠心分離条件の設定操作を受け付けると共にユーザに対して運転状態等の各種情報の表示する操作パネル１１と、連続ロータ３０を回転させる駆動手段たるモータ８と、これらを制御するための制御部１０を含んで構成される。ここで使用される連続ロータ３０は、市販されている公知のものである。

ボウル４の下部には、ボウル４の内外を連通する貫通穴４ａが設けられ、モータ８から回転軸７が貫通穴４ａを貫通してロータ室３内に伸び、回転軸７の先端の嵌合部に連続ロータ３０が装着される。ここで回転軸７に装着されるロータは、従来から広く用いられるアングルロータやスイングロータでも良いが、ロータの回転中に試料を供給及び排出可能な連続ロータ３０も取り付け可能である。図１の例では連続ロータ３０を装着した状態を示している。連続ロータ３０の上側には、板状の支持固定板１５が設けられ、その上部にはボウル４の貫通穴４ｂを介して外部からロータ室３の内部に試料を送る送液機構が設けられる。送液機構は、供給用パイプ２３と排出用パイプ２４と、ポンプ２２と、連続ロータ３０へ送液するシール部材（シールユニット）３５を含んで構成される。以上のように本実施例の遠心機１は、ドア５を閉鎖した状態でも外部から供給用パイプ２３と排出用パイプ２４を配管可能な構成とされる。

シール部材３５は連続ロータ３０の上側に設けられるものであって、試料を供給すると共に、連続ロータ３０の上澄み液を排出させる流路を形成する。シール部材３５は非回転部材であり、連続ロータ３０の回転軸線Ａ１と同軸上に上下方向に連続する注入通路３６が形成され、試料の供給用パイプ２３が接続される。注入通路３６の外周側には、排出される上澄み液を排出するための排出通路３７が形成される。排出通路３７は支持固定板１５の上側において、回転軸線Ａ１から交差する方向に延びて上端接続部３７ａに排出用パイプ２４が接続される。供給用パイプ２３は、遠心前試料入れ２１からポンプ２２によって試料や試料を連続ロータ３０に供給する管路であり、注入口３６ａに接続される。ここでは試料タンクを１つしか図示していないが、複数設けるようにして、図示しない切替弁を介し供給する液体を選択しても良い。

連続ロータ３０は、主にロータボディ３１、コア体３２、排液器３４、シール部材３５等からなる。シール部材３５は非回転状態で支持固定板１５にて保持される。一方、ロータボディ３１とコア体３２は、蓋部材となるリッド３８により一体となるように固定され、ロータボディ３１下面に設けられた軸穴に、回転軸７の上端に設けられるクラウン（図示せず）が係合する。これによりロータボディ３１とコア体３２はモータ８によって回転され、ロータボディ３１内の分離される液体（被分離試料）に遠心力を付与することができる。本実施例の連続ロータ３０は、遠心分離空間３１ａの容量にもよるが、１００００ｒｐｍから１８０００ｒｐｍで使用される。

コア体３２には、上部に排出液溜めの空間が設けられ、その下側に注入液溜めの空間が形成される。シール部材３５から回転軸線Ａ１と同軸上に下方向に延びる注入通路３６の下端周辺は、コア体３２の上部に設けられた注入液溜めに非接触状態で位置づけられるため、連続ロータ３０の回転中にも注入液溜めに供給される液体を供給可能である。コア体３２には注入液溜め３３から径方向外側に向けて延びる、複数の試料通路３２ｂを介して円筒壁３２ａの外部であって、遠心分離空間３１ａに到達する。試料通路３２ｂの上側入口部分となる窪み部分に近接する注入通路３６の下端部は、回転する部分（ロータボディ３１、コア体３２、リッド３８等）と非接触状態に保たれる。また、非回転部分であるシール部材３５や、注入通路３６、排出通路３７等の部品と、回転部分であるロータボディ３１とコア体３２の間は、シール液体溜め３９に満たされる液体によりシールされており、連続ロータ３０の内部空間と外部空間（ロータ室３の空間）が完全にシールされる。

連続ロータ３０を使用した被分離試料（サンプル液）の分離システムについて説明する。被分離試料は注入液溜め３３から注入され、コア体３２の試料通路３２ｂを経由して、ロータボディ３１とコア体３２で形成された遠心分離空間３１ａに入る。この遠心分離空間３１ａにて被分離試料が遠心分離され、分離された試料は半径方向外側になる程質量の重い物質が位置し、半径方向内側になる程質量の小さな物質が位置するようになる。更に連続的に被分離試料が注入液溜め３３に供給されると、徐々に半径方向内側に位置する質量の小さな物質はコア体３２の円筒壁（コア）３２ａの内側部分を上方向に移動し、最終的には、円筒壁３２ａの上側に形成された複数の縦方向溝（図の断面では見えない）を通って排出液溜めの空間に到達する。

排出液溜めに入った排出液はコア体３２と一緒に回転しているため、半径方向外側面に遠心力によりその内周面が垂直になるよう集められ、排液器３４に形成される排出溝（図示されていない）から排出液が排液器３４の吸引溝（図示せず）内に汲み込まれる。このように排出液溜めに入った廃液（上澄み液）はポンプ作用によって排出通路３７に汲み上げられ、注入通路３６の外側に同心状に設けられた排出通路３７を経て、排出通路３７の上端接続部３７ａから連続ロータ３０の外部に排出される。上端接続部３７ａに接続される排出用パイプ２４は、遠心後試料入れ（廃液タンク）２５に接続される。ここでは、遠心前試料入れ２１と遠心後試料入れ２５を、カップ状の容器であるとして図示しているが、容器の形状や大きさは任意である。

連続ロータ３０の底面には円筒部が形成され、円筒部の底面の周方向に複数の識別子（例えば図示しないマグネット）が配置される。連続ロータ３０に識別子を設けることは公知であり、回転軸７の近傍には連続ロータ３０の識別子を識別するロータＩＤ識別センサ１３が設けられる。制御部１０は、遠心機１の全体の制御をするもので、マイクロコンピュータや記憶装置を含んで構成される。制御部１０はモータ８へ駆動電力を供給するように制御し、回転計９の出力信号とロータＩＤ識別センサ１３の信号を入力する。また、ロータ室３の温度を測定する図示しない温度センサの出力も入力される。制御部１０は、モータ８の回転制御や操作パネル１１への情報の表示と入力データの取得等の遠心機１の全般の制御を行う。制御部１０はモータ８の回転数や、モータ電流や電圧等の制御信号を読み取ることができる。モータ８の回転数は連続ロータ３０の回転数と等しく、連続ロータ３０の稼働情報を示す測定値である。また、モータ電流や電圧も連続ロータ３０の稼働情報を示す別の測定値である。

制御部１０は読み取ったモータ８の回転数等から適切な制御値を設定し（ＰＷＭ，すべり、電圧等）、モータ８を必要な回転数で回転する様に制御する。尚、図１では図示していないが、遠心機１には図示しない冷却装置が設けられる機種もあり、その場合、制御部１０はコンプレッサモータの運転制御によるロータ室３の温度管理を行う。

図２（Ａ）は時間の経過と連続ロータ３０の回転数４１とモータ８の電流値４２との関係を示すグラフである。連続ロータ３０を使用して連続分離を行う際は、送液用の供給用パイプ２３を接続し、ポンプ２２（図１参照）からバッファ液又はサンプル液を送液しながら行う。最初に、時刻０において連続ロータ３０を空の状態で回転を開始し、その後、バッファ液の供給を行う所定の低速回転数Ｒ_１（例えば３，０００ｒｐｍ程度）まで加速させる。時刻ｔ_１にて連続ロータ３０が整定したら、ポンプ２２をオンにしてバッファ液の送液を開始して、連続ロータ３０内をバッファ液で満たす。

この時刻０から時刻ｔ_２までのモータ８に流れる電流値４２は、モータ８の始動直後に始動電流のために矢印４２ａのように大きくなり、時刻ｔ_１にて定速運転になると矢印４２ｂのように大きく低下する。連続ロータ３０が回転数Ｒ_１の一定速度で安定すると、矢印４２ｃのように電流値４２はほぼ一定の値になる。時刻ｔ_２にて連続ロータ３０の内部がバッファ液で満たされたら、制御部１０は連続ロータ３０を遠心分離運転を行う設定回転数Ｒ_２まで加速させる。この加速時の電流値４２は、矢印４２ｄのように加速開始後に大きく増加し、加速終端付近ではモータ８の回転が高速になるため矢印４２ｅのようにほぼ一定値に近づく。時刻ｔ_４において連続ロータ３０の加速が完了して所定の回転数Ｒ_２で整定した状態で、ユーザはサンプル液から分離したい試料（サンプル液）に切り替えて供給用パイプ２３から連続ロータ３０の内部に送液する。このようにして連続ロータ３０の内部にサンプル液を連続的に供給しながら連続的に遠心分離を行う。この遠心分離運転によって、連続ロータ３０に送液されたサンプルを遠心分離空間３１ａ（図１参照）内で効率的にペレット化できる。そして、遠心分離終了後に、作業者は必要に応じて、連続ロータ３０から排出された上澄み液の入った遠心後試料入れ２５を回収したり、又は連続ロータ３０内のペレット(堆積物)を回収したりする。

モータ８の回転が一定速度になると、時刻ｔ_４以降で電流値４２が矢印４２ｆのように大きく低下して矢印４２ｇのような定常状態となる。このときに何らかの要因、例えば連続ロータ３０の内部からの液漏れにより連続ロータ３０の全体重量が低下したり、液漏れにより回転部付近に液があることで抵抗となったりすると、矢印４２ｇに示すモータ８の電流値が変動するので、制御部１０が電流値４２を連続的に監視することによって送液状態の異常発生を検出することが可能となる。

図２（Ｂ）は時間の経過と連続ロータ３０内に満たされる液量４３との関係を示すグラフである。縦軸が連続ロータ３０の内部に共有されたバッファ液又は被分離試料の液量４３である。ここでは実線で示す液量４３が正常時の液量であり、点線で示す液量４４が液漏れ発生時の連続ロータ３０内部の液量を示している。時刻ｔ_１〜ｔ_２の連続ロータ３０の低速回転数Ｒ_１に被分離試料が連続ロータ３０の内部に供給され、矢印４３ａに示すように液量４３が増加する。しかしながら、送液機構のいずれかの箇所で液漏れが生じて連続ロータ３０の内部に正常に供給されない場合は、点線で示す液量４４のように、液量増加が通常よりも遅くなってしまう。特に、正常なら液量が規定量に到達しているはずの時刻ｔ_２において、矢印４４ａのように連続ロータ３０内には半分の液量しか満たされていない場合もありうる。この場合は、連続ロータ３０の内部が規定量に満たされるのは矢印４４ｂの時刻ｔ_３にまで遅れることになるので、矢印４２ｃ〜４２ｅに至る正常時の電流値４２とは異なる電流値となる。制御部１０はこの電流値の変化を監視することによって液漏れによる送液エラーが生じたか否かを監視できる。

電流値４２の監視だけで送液エラーを監視することに加えて、連続ロータ３０の慣性モーメントを測定し、予め制御部１０の図示しない記憶装置に格納した連続ロータ３０の慣性モーメント値と比較することによって送液エラーを検出することも有効である。慣性モーメントの具体的な測定方法は、例えば出願人の先願、特開２０１２−２２３６６４号公報に記載されている。慣性モーメントの測定のためには、モータ８の電流を検出する電流検出器と、インバータの実効電圧を検出する電圧検出器を設け、制御部１０は連続ロータ３０を所定のトルクになるように制御し、電流検出器により検出された電流と電圧検出器による検出された電圧の積を、回転計９（図１参照）で検出されたモータ８の回転速度（回転数）で除算し、これをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算する。この慣性モーメントの算出のために必要なインバータ、電流検出器、電圧検出器は、従来の遠心機１に備わっているので、制御部１０は追加の機器を必要とせずに慣性モーメントの測定用のソフトウェアを組み込むことで本実施例の実現が可能である。

本実施例では第１の回転数Ｒ_１から第２の回転数Ｒ_２への加速過程で連続ロータ３０の慣性モーメントを測定する。つまり、制御部１０は連続ロータ３０を第１の回転数Ｒ_１から第２の回転数Ｒ_２まで加速させ、電流検出器によるモータの平均電流と、直流電圧検出器によるインバータ変換器の直流電源平均電圧と、速度検出手段によるロータ又はモータの平均回転数に基づいて、トルク定数に掛けて慣性モーメントを算出する。算出された慣性モーメント値は、連続ロータ３０の稼働情報を示す別の測定値である。図２（Ｂ）の液漏れ発生時の液量４４からわかるように、時刻ｔ_２からｔ_４において、正常時の液量４３と異常時の液量４４は大きく異なるため、慣性モーメントを測定して、予め記憶された正常時の慣性モーメントと比較することによって、液漏れ状態を効果的に検出することができる。

図３は制御部１０内に予め記憶される連続ロータ３０毎の情報の一例を示すデータテーブル５０である。このデータテーブル５０は、制御部１０内の図示しない記憶装置内に予め記憶しておくもので、装着される連続ロータ３０の名称（ロータ名５１：例えば型式番号又はロータＩＤ）と、そのロータの許容する最高回転速度５２、連続ロータ３０を回転軸７に装着して回転させる際の慣性モーメント５３、連続ロータ３０が一定速度で回転している際の電流値（整定中電流５４）等が含まれる。慣性モーメント５３は、ロータボディ３１の内部にバッファ液を満たした状態で予め測定された値である。整定中電流５４は、連続ロータ３０の回転数によって変更するので、複数の回転数に対応する電流値を格納しておくと良い。このように予め連続ロータ３０に対する固有の情報を格納しておくと、制御部１０は、連続ロータ３０の回転開始直後にロータＩＤ識別センサ１３（図１参照）を介して読み取られたロータＩＤから連続ロータ３０のロータ名５１を認識し、その連続ロータ３０に対応する慣性モーメント５３や整定中電流５４の値を識別できる。従って、制御部１０は、実際に測定された慣性モーメントの値と、データテーブル５０中に含まれる慣性モーメント５３の値を比較することによってバッファ液が正しくロータボディ３１の内部に満たされているか否かを判断できる。さらに、制御部１０は、回転中のモータ８の電流値を測定し、実際に測定されたデータテーブル５０中に含まれる整定中電流５４の値と比較することによって連続ロータ３０が正常の状態で回転しているか否か判断できる。

図４は本実施例の遠心機１において液体漏れが生じた状態を示す縦断面図である。ここでは何らかの理由によって供給用パイプ２３からシール部材３５への接続部分から被分離試料が連続ロータ３０の外部に漏れて、又はシール部材３５から排出通路３７の接続部分から廃液が漏れて、それらの液体６０がボウル４内にたまった状態を示している。この場合は回転軸７が液体に浸ったり、ロータボディ３１の下部が液体６０に浸ったりする。また、ボウル４の内部の容積も変わるので、連続ロータ３０の回転時の抵抗（風損）なども変化する場合もある。このように液体６０が漏れるという異常な現象が起こると、連続ロータ３０の回転動作にも影響が出るため、モータ８の定速回転時の電流値にも影響が生ずる。逆に正常時においては、最初に入れるバッファ液や作業手順が決まっているため、連続ロータ３０の重量や慣性モーメント、加速時の負荷等は遠心分離対象の試料によるばらつきが小さく、それらの情報は事前に制御部１０内の図示しない記憶装置内に記憶させておけば、制御部１０によるモータ８への電流値等の監視によって、送液機構に異常が発生しているか否かを監視可能となる。

次に図５及び図６のフローチャートを用いて、遠心機１における遠心分離運転の制御手順を説明する。図５及び図６に示す一連の手順は、制御部１０にあらかじめ格納されたプログラムを制御部１０に含まれる図示しないプロセッサが実行することによってソフトウェア的に制御する。

最初に作業者は遠心機１のドア５を開けて、ロータ室３内に連続ロータ３０をセットする。この後に、シール部材３５と支持固定板１５もセットし、シール部材３５から供給用パイプ２３及び排出用パイプ２４がロータ室３から所定の配管用の貫通穴６を通すように設置する。供給用パイプ２３は連続ロータ３０とは反対側の端部が遠心前試料入れ２１内の試料を吸い上げ可能なようにセットされる。供給用パイプ２３の途中に液体を吸引して吐出する電気式のポンプ２２をセットする。排出用パイプ２４は、連続ロータ３０とは反対側の端部に遠心後試料入れ２５に吐出される液体がたまるようにセットされる。その後、作業者は操作パネル１１から、遠心分離運転条件、例えば連続ロータ３０の回転数、遠心分離運転時間、ロータ室内の温度、加速パターン、減速パターンを入力する（ステップ６１）。遠心分離運転を開始する準備が整ったら、作業者はドア５を閉じてスタートボタン８５（図７で後述）を押すことによって空の状態の連続ロータ３０の回転を開始する（ステップ６２）。

連続ロータ３０を使用して連続分離を行う場合、まず低回転数で連続ロータ３０内をバッファ液で満たし、その後に加速を開始する。つまり、連続ロータ３０の回転が開始されると、バッファ液を注入するための所定の回転数Ｒ_１に到達するまで待機し（ステップ６３）、時刻ｔ_１（図２参照）にて回転数Ｒ_１に到達したら、ポンプ２２を稼働させることによってバッファ液を供給用パイプ２３に送液し、注入口３６ａを介してロータボディ３１の内部にバッファ液を注入する（ステップ６４）。ここでバッファ液は、緩衝液またはショ糖溶液のような密度勾配を形成するための溶液である。制御部１０はロータボディ３１の内部にバッファ液が規定量注入されるまで連続ロータ３０を低速で回転させ続ける。時刻ｔ_２においてバッファ液の注入が規定量に達して連続ロータ３０からバッファ液が排出されるようになったら（ステップ６５）、供給用パイプ２３への送液をバッファ液からサンプル溶液に切り替えると共に、連続ロータ３０の加速を開始する（ステップ６６）。なお、サンプル溶液の注入は、連続ロータ３０が回転数Ｒ_２設定回転速度に到達後に入れる場合もある。次に、制御部１０は連続ロータ３０を加速させて連続ロータ３０のイナーシャ、加速時におけるモータ８の電流、電圧等を測定する（ステップ６７）。ステップ６７では、さらに励磁周波数やＰＷＭのデューティ比を測定するようにしても良い。従って、制御部１０は、ステップ６７で測定された値と、記憶装置内に予め記憶された値を比較することで、異常の発生の有無を判断する。

このように制御部１０は、ロータをバッファ液で満たした後、分離するための回転数に連続ロータ３０を加速する際に、モータ８からの情報が事前に記憶させていた情報と大きく異なる場合は異常と判断する（ステップ６７）。特に、特に連続ロータ３０の加減速時に測定される慣性モーメントは、回転体の重量を計測しているのと近いため、連続ロータ３０への送液機構のいずれかで発生した液漏れを効果的に検知できる。

次に制御部１０は、測定されたイナーシャや電流値から、送液機構による送液状態に異常が生じたかどうかを判断する（ステップ６８）。ここで異常が発生した場合は、操作パネル１１に異常が生じている旨のアラームの表示をして（ステップ７４）、遠心分離運転を中止すべく連続ロータ３０を減速して停止させる（ステップ７３）。図７はエラー発生時における操作パネル１１に表示される表示画面８０の一例を示す図である。

図７において表示画面８０は、主に、遠心機１の運転状態と運転条件（設定値）を表示するもので、その画面中には、遠心分離の運転条件である回転速度８１と、運転時間８２と、設定温度８３が表示される。作業者が回転速度８１、運転時間８２、又は設定温度８３の枠内を指でタッチすると、テンキー画面（図示せず）がポップアップ表示されるので、作業者はテンキーを操作することによりそれぞれの設定値をセットできる。表示画面８０の右下には、遠心分離運転の開始を指示するためのスタートボタン８５と、遠心分離運転の中断又はモータ８の回転停止を指示するためのストップボタン８６が表示される。図６のステップ７４のアラーム表示は、表示画面８０中に、“警告”という文字と共に、その警告（アラーム）の説明、即ち「サンプルが漏れている可能性があります」を含めて表示する。アラーム８４の表示の仕方や、説明文は任意であり、図７で示すような表示態様、表示内容だけでなく様々な方法で表示画面８０上に表示することが可能である。また、アラーム８４を表示する際には、併せて音による報知や、画面の特定部分の点滅や、カラー表示の変更等の特異的な音、光、表示の出力を伴うようにしても良い。

再び図６に戻る。ステップ６８において異常が検出されない場合は、制御部１０は連続ロータ３０の加速を継続させて、設定された遠心回転数Ｒ_２に到達させる（ステップ６９）。制御部１０はロータ室３内を設定温度に維持し、送液状態及び廃液状態を維持しながら連続ロータ３０を一定の回転数Ｒ_２にて回転させる。このモータ８の定速運転の制御を行う制御部１０は、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御のデューティ比の変化、実効電圧の変化、モータ８に流れる電流値の測定を継続して行う（ステップ７０）。ここで、液漏れにより連続ロータ３０内にバッファ液が入ってない状態や、バッファ液が漏れてボウル内にたまってしまった状態などはモータ８への負荷として、モータ電流・電圧、ＰＷＭや滑り等のモータの制御値に変化が現れる。例えば連続ロータ３０の基準ＰＷＭに対して、連続ロータ３０の回転を維持するためのデューティ比を比較して、それらの差（ズレ）が生じたかを監視することが有効である。このように制御部１０は、測定された値が正常な測定値の範囲から逸脱していないかどうかを監視することで、液漏れ等の異常の発生を検知する（ステップ７１）。

制御部１０はステップ７１において異常の発生を検出したら、ステップ７４に進んでアラームを発してから、連続ロータ３０を減速させて、遠心分離運転を中止する（ステップ７３）。ステップ７１において異常の発生が検出されない場合は、制御部１０は設定された遠心分離運転時間Ｔ（＝ｔ_５−ｔ_４）の運転を完了させる。この遠心分離運転によって連続ロータ３０内に供給されたサンプルは、ロータボディ３１の内部をコア体３２のコア部分（円筒壁３２ａ）に沿って上の方向へ移動する上澄みと、沈降してロータボディ３１の内部空間（遠心分離空間３１ａ）を径方向外側に移動する粒子（ペレット）と分離される。円筒壁３２ａの内側を上方向へ移動する上澄みは、排出通路３７を通り排出口（上端接続部３７ａ）に接続されている排出用パイプ２４から連続ロータ３０の外部へ排出される。時刻ｔ_５において、遠心分離運転時間Ｔが経過したら、制御部１０はポンプ２２の運転を停止して連続ロータ３０を減速して停止させる（ステップ７３）。

本実施例では、制御部１０による制御によって、遠心機１に別途センサやＰＣ等を用意しなくても遠心機１の本体側で液漏れの検知が可能となった。また、遠心機本体側で液漏れ異常を検知してアラームを出すことで、分離したい試料を無駄にするリスクを低減できた。さらに、通常のロータと連続ロータを選択的に使用可能な遠心機において、通常のロータ使用時の使い勝手を何ら損なわないで、製造コストアップを回避しつつ本発明を実施できた。

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、上述の遠心機ではロータ室３を冷却する冷却装置や、減圧する真空ポンプを有しないが、これらのいずれか又は双方を有する遠心機においても同様に適用できる。また、本発明は通常のロータと連続ロータ３０を選択的に利用可能な遠心機にだけ適用可能ではなく、連続ロータだけを使用する専用の連続遠心機においても同様に適用できる。

１遠心機２筐体３ロータ室４ボウル
４ａ、４ｂ貫通穴５ドア６貫通穴７回転軸
８モータ９回転計１０制御部（コントローラ）
１１操作パネル１３ロータＩＤ識別センサ１５支持固定板
２１遠心前試料入れ２２ポンプ２３供給用パイプ
２４排出用パイプ２５遠心後試料入れ３０連続ロータ
３１ロータボディ３１ａ遠心分離空間３２コア体
３２ａ円筒壁３２ｂ試料通路３３注入液溜め３４排液器
３５シール部材（シールユニット）３６注入通路３６ａ注入口
３７排出通路３７ａ上端接続部３８リッド
３９シール液体溜め４１回転数４２電流値
４３、４４液量５０データテーブル５１ロータ名
５２最高回転速度５３慣性モーメント５４整定中電流
６０（漏れた）液体８０表示画面８１回転速度
８２運転時間８３設定温度８４アラーム８５スタートボタン
８６ストップボタン１０１遠心機１１１水位計１１２流量計
１１３〜１１５信号１２１ＰＣ１２２本体部
１２３キーボード１２４モニターＡ１（ロータの）回転軸線
Ｒ_１低速回転数Ｒ_２遠心回転数Ｔ遠心分離運転時間

Claims

モータによって回転するロータと、
前記ロータを収納するボウルと、
前記モータを制御する制御部と、
前記ロータの回転中に試料を前記ロータの内部に送る送液機構と、を備え、
前記制御部は、前記ロータの稼働情報を示す測定値を監視することによって、前記ロータからの液漏れを検出することを特徴とする遠心機。
前記ロータの稼働情報を示す信号は、前記ロータの加速中に測定された前記ロータの慣性モーメントであ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、連続ロータを一定の低速回転で回転させながらバッファ液を送液して前記ロータの内部を満たし、その後に高速の設定遠心運転回転数まで加速させ、この加速中に前記慣性モーメントを測定することを特徴とする請求項２に記載の遠心機。
前記ロータの稼働情報を示す信号は、前記ロータの回転中の前記モータの電流値であることを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
前記ロータの稼働情報を示す信号は、前記モータのＰＷＭ制御のデューティ比であることを特徴とする請求項１に記載の遠心機。
遠心運転状態を表示する表示部を備え、
前記制御部は、前記ロータからの液漏れを検出したら、前記表示部に液漏れが発生したことを表示することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の遠心機。
前記制御部は、前記ロータからの液漏れの検出をしたら、前記モータを停止させることを特徴とする請求項６に記載の遠心機。
前記制御部は、前記ロータからの液漏れの検出をしたら、前記送液機構による前記試料の送液を停止させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心機。
モータによって回転するロータと、
前記ロータを収納するボウルと、
前記モータを制御する制御部と、
前記ロータの回転中に試料を前記ロータの内部に送る送液機構と、を備えた遠心機であって、
前記制御部は、連続ロータを加速させて低速の定回転で回転させながらバッファ液を送液して前記ロータの内部を満たし、その後に前記ロータを高速の設定遠心運転回転数まで加速させ、
前記ロータの２回目の加速の時に、前記モータの制御信号と回転数信号から前記送液機構からの液漏れの発生の有無を判別し、
前記液漏れの発生を判別したら表示部に液漏れをしている旨の警告を出すようにしたことを特徴とする遠心機。
前記制御部は、
前記ロータの２回目以降の定速回転時において、前記モータの制御信号と回転数信号から前記送液機構からの液漏れの発生の有無を判別し、
前記液漏れの発生を判別したら表示部に液漏れをしている旨の警告を出すようにしたことを特徴とする請求項９に記載の遠心機。