細胞洗浄遠心機
【課題】血球等の生体細胞を洗浄するための細胞洗浄遠心機において、洗浄プロセスの工程処理時間を短縮し、かつ洗浄効果のばらつきを低減することによって、輸血検査等の検査の信頼性を向上させることを目的とする。さらに細胞洗浄遠心の消費電力の低減、長寿命化を図ることを目的とする。
【解決手段】細胞洗浄遠心機２０は、洗浄液注入工程（１）、遠心工程（２）、上澄液排出工程（３）、及び揺動工程（４）の４工程からなる洗浄サイクルを、モータの回転を停止させることなく、順次、連続して実行することを特徴とする。
【解決手段】細胞洗浄遠心機２０は、洗浄液注入工程（１）、遠心工程（２）、上澄液排出工程（３）、及び揺動工程（４）の４工程からなる洗浄サイクルを、モータの回転を停止させることなく、順次、連続して実行することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力を利用して赤血球等の生体細胞を洗浄するための細胞洗浄遠心機に関し、特に、生体細胞を洗浄するための洗浄サイクルを短縮するために好適な細胞洗浄遠心機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、輸血検査時の抗グロブリン試験、交差適合試験、不規則抗体スクリーニング等において、赤血球を生理食塩水等の洗浄液で洗浄し、懸濁液中の余分な抗体を除去するために用いられる細胞洗浄遠心機（血球洗浄遠心機）が知られている。
【０００３】
周知の細胞洗浄遠心機は、駆動軸を有するモータと、該モータの駆動軸に連結され、モータで回転されるロータと、該ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつロータの回転による遠心力によって円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、ロータに装着され、ロータと同時に回転し、複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着する磁気素子とを備えている。例えば、下記特許文献１には、洗浄遠心機の洗浄液の分配素子が開示され、分配素子は内面が円錐形状容器の底面外周から放射状に設置されたノズルを有し、ロータと共に回転する洗浄液分配素子の中央から遠心力で注入された洗浄液を等分に分配し、ノズルより試験管ホルダによって保持された多数の試験管内に洗浄液を供給することを特徴としている。また、下記特許文献２には、ロータと共に回転する洗浄液分配素子に穿孔された穴からロータに回動自在に支持された試験管ホルダ内の試験管に洗浄液を供給することが開示されている。また、同特許文献には、磁気素子を使用して試験管ホルダをロータに保持させることも開示されている。さらに、下記特許文献３及び下記特許文献４には、試験管ホルダを、ロータにリムや回転部材を用いて、垂直方向から小さな角度に保持したまま低速で回転し、試験管から洗浄液の上澄液を排出する技術が開示されている。さらに、下記特許文献５には、ロータに試験管ホルダを磁気素子によって垂直方向より小さな角度で傾いた状態に保持し、該ロータを低速で回転しつつ、試験管ホルダに保持された試験管から洗浄液の上澄液を排出することが開示されている。
【０００４】
一方、細胞洗浄遠心機において、洗浄液注入工程、遠心工程、上澄液排出工程、及び揺動工程を含む洗浄プロセスを、順次、自動的に実行する自動血球洗浄遠心機が周知である。例えば、下記非特許文献１に示されているように、本願出願人によって製品名「ｈｉｍａｃＭＣ４５０」として販売している自動血球洗浄遠心機が周知である。図８は、かかる従来の自動細胞洗浄遠心機において、輸血検査等を行う洗浄プロセスを実行するためのロータ駆動用モータの回転、洗浄液分配素子のポンプの運転、及び試験管ホルダを固定する磁気素子の磁気コイルへの通電に関するタイムチャートを示している。従来の自動血球洗浄遠心機を用いた洗浄プロセスは次のように実行される。
【０００５】
（１）先ず、図８に示す時間（１）の洗浄液注入工程において、血球等の生体細胞を入れた試験管をロータの試験管ホルダにセットし、ロータを駆動するモータを加速回転させ、その遠心力によって試験管ホルダ内の試験管下部を外方に回動させ、試験管を垂直方向から水平方向に一定の角度に傾けた状態で、ロータ（モータ）を回転させる。このとき、図８に示したように、時間（１）においてポンプ動作をオン（ＯＮ）状態（ポンプに給電した状態）にすることにより、ロータの回転と共に回転する洗浄液分配素子を介して試験管へ洗浄液を注入する。血球は洗浄液注入の勢いにより攪拌され、洗浄される。
【０００６】
（２）次に、図８に示す時間（２）の遠心工程において、例えばロータ（モータ）を３０００ｒｐｍ、４５秒間、遠心する。これによって、血球は試験管の底部に沈殿し、血清等の不要物質は上澄に残る。
【０００７】
（３）さらに、図８に示す時間（３）の上澄液排出工程において、図８に示すような磁気コイルへの通電をオン（ＯＮ）状態として磁気素子動作をオン（ＯＮ）とし、該磁気素子に発生する吸引力によって、試験管ホルダをほぼ垂直状態に吸着し、固定する。この状態で再度、ロータを低速、例えば４００ｒｐｍで回転すると、試験管４の上部は小さな角度で開いた状態又は垂直状態となるために、上澄液は遠心力により試験管の壁面を上昇し、外部へ排出される。直ちに回転を停止すると沈殿した血球のみが残る。
【０００８】
（４）次に、図８に示す時間（４）の揺動工程において、ロータの回転と停止を交互に小刻みに繰り返すか、又は正回転と逆回転を交互に小刻みに繰り返すことにより、ロータの試験管ホルダ内の試験管に揺動を与え、試験管の底に沈殿させ、固着した血球を解す。
【０００９】
以上の４つの工程を洗浄サイクルの１サイクルとして、通常、このサイクルを３〜４回繰り返すことで洗浄を実行している。
【００１０】
【特許文献１】特開昭５０−２２６９３号公報
【特許文献２】実開平２−８１６４０号公報
【特許文献３】特公昭４８-２７２６７
【特許文献４】公開昭６０−１５０８５７
【特許文献５】実開昭５４−１６７８６０号公報
【非特許文献１】日立工機株式会社ホームページ「日立自動血球洗浄機 ｈｉｍａｃ ＭＣ４５０」、［平成１７年２月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉ−ｋｏｋｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｈｉｍａｃ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｍｃ４５０．ｈｔｍ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の図８に示す上記（１）〜（４）の洗浄プロセスにおいて、遠心工程（２）と上澄液排出工程（３）の間で、ロータの回転を停止させる時間ａを設定し、この間に試験官ホルダを保持するための磁気素子等を動作させていた。同様に、上澄液排出工程（３）と揺動工程（４）の間でも、ロータの回転を停止させる時間ａを設定し、この間に試験官ホルダを保持するための磁気素子等の動作を終了させていた。また、次の洗浄サイクルに移る前にも、ロータの回転を停止する時間ａを設定していた。これらのロータの停止時間ａは、洗浄サイクルにとっては無駄時間となるために、極力短く設定されていた。しかし、確実にロータの回転停止を確認するためには、最低でも０．５秒は必要となり、例えば、３サイクルの洗浄サイクルにおいて総合停止時間が２０秒近くになるという問題があつた。この結果、細胞洗浄の処理時間が長くなり、輸血検査等に要する時間が長くなるという欠点を招いていた。
【００１２】
また、上記揺動工程（４）では、試験管ホルダに揺動を与えるために、ロータの駆動用モータへの通電をオン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）させることによって、頻繁に、モータの回転と停止を繰り返していた。頻繁に回転又は停止を繰り返すことはモータに起動電流又はノイズ電流を頻繁に流すことになる。結果的に、消費電力が多くなり、処理コストが増大することになる。また、頻繁な通電のスイッチングは、大きな起動電流を流し、駆動モータや制御装置の温度上昇を招き、結果的にモータや回路装置の機能を低下させる原因にもなり、さらにはモータや回路部品の寿命を短くする要因となる。
【００１３】
さらに、モータが停止状態から回転が一定になるまでの加速特性は、モータが停止していた状態に基づいて、例えば、モータのベアリング状態や、モータのカーボンブラシがコミュテータ（整流子）に当たる状態等に基づいて、ばらつきが発生する。上澄液排出工程（３）は、停止状態から回転を加速していく時に、沈殿し固着した血球よりも液体である上澄が試験管の壁面を上昇し、外部へ排出され易いことに着目して行う工程であり、モータの回転数の加速特性にばらつきが発生すると、上澄液排出の状態にばらつきが生じる。結果的に、上澄液排出工程（３）の後に生ずる上澄液量のばらつきは、洗浄効果のばらつきとして表れることになり、輸血検査等の検査の信頼性を低下させる要因となる。
【００１４】
従って、本発明の主目的は、洗浄プロセスの処理時間を短縮した細胞洗浄遠心機を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、消費電力が少なく、処理コストの低い洗浄プロセスを実行できる細胞洗浄遠心機を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、駆動モータ又は回路部品に過度な起動電流が流れるのを抑制し、長寿命化した細胞洗浄遠心機を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、洗浄効果にばらつきの少ない信頼性ある細胞洗浄遠心機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される細胞洗浄遠心機の一つの特徴によれば、駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、前記ロータに装着され前記ロータと同時に回転し、前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、前記モータ、前記洗浄液分配素子、及び前記磁気素子の動作を制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記ロータの回転中に、前記洗浄液分配素子により洗浄液を前記試験管へ注入する洗浄液注入工程と、前記モータの回転を前記洗浄液注入工程より速い第１の回転速度で回転させることにより、前記試験管内の浮遊細胞を該試験管内底に沈殿させる遠心工程と、前記試験管ホルダを前記磁気素子によって垂直又は垂直に近い角度に保持した状態で前記モータを前記第１の回転速度より低速の第２の回転速度で回転させて前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出する上澄液排出工程と、前記モータを前記第１の回転速度より低速の第３の回転速度で回転させながら、前記試験管ホルダ（又は前記試験管）に揺動を与え、前記試験管内底に沈殿した細胞塊を解かす揺動工程とから成る洗浄サイクルを、前記モータの回転を停止させることなく、順次、実行する。
【００１９】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、前記磁気素子は、前記磁気コイルへの通電によって前記モータの所定の回転速度によって前記試験管ホルダに作用する遠心力より強い磁気吸引力を発生することにより、回転中の前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着できるものから成り、前記モータが前記所定の回転速度で回転しているとき、前記磁気コイルへの通電を断続的に行うことにより間欠的に前記磁気吸引力を前記遠心力より大きくすることにより、前記試験管ホルダを揺動させる。
【００２０】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、モータは正回転及び逆回転を小刻みに反復することなく、若しくは、モータは回転又は停止を小刻みに反復することなく、洗浄プロセスの間、常に正回転するように制御される。
【００２１】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、洗浄プロセスの間、モータの回転が休止されることがなく、例えば５０ｒｐｍから１００ｒｐｍの低速回転から、例えば３０００ｒｐｍの高速回転の間で回転速度が制御される。
【００２２】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、揺動工程のモータの回転速度（回転数）は、磁気素子の吸着力が回転中の試験管ホルダに及ぶ回転数である５０ｒｐｍから１００ｒｐｍの範囲のいずれかの回転数に制御され、磁気素子の吸着力（吸引機能）が働く繰り返し周期（磁気素子への通電の繰り返し周期）は、０．２秒乃至１．０秒であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、４つの工程を持つ洗浄サイクルは、複数回、モータの回転を停止させることなく連続して行う。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、洗浄プロセスの各工程を、モータの回転を停止させることなく、連続して行うことにより、洗浄プロセスの処理時間を短くすることができる。また、常に一定方向のモータ回転によって洗浄プロセスを実行するので、モータの起動電流も少なくなり、消費電力を少なくできる。さらに、急激なモータ起動がないので、過大電流による温度上昇や機能低下を防止できる。さらにまた、常にモータが回転している状態で各洗浄工程が実行されるので、加速特性のばらつきをなくすことができ、洗浄効果にばらつきのない信頼性の高い細胞洗浄遠心機を提供できる。
【００２５】
本発明の上記特徴及び他の特徴、並びに上記効果及び他の効果は、以下の本明細書の記述及び添付図面よりさらに明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００２７】
図１は本発明に係る細胞洗浄遠心機の全体構成を示す断面図、図２は、図１に示した本発明に係る細胞洗浄遠心機によって実行する洗浄処理のフローチャート、図３は、図２に示した各洗浄処理工程における、細胞洗浄遠心機の試験管ホルダの動作状態を示す断面図、図４は、図１に示した本発明に係る細胞洗浄遠心機において、モータの回転速度（回転数）、ポンプの通電タイミング、及び磁気素子の通電タイミングを示すタイムチャートである。
【００２８】
図１に示すように、本発明に係る細胞洗浄遠心機２０は、上面から見た断面形状が四角形を有する筐体（フレーム）２２及び該筐体２２の上部を開閉するドア２１を備え、この筐体２２内に組立てられた、駆動軸（回転軸）８を有するモータ１と、モータ１の駆動軸８に連結され、該モータ１で回転されるロータ２とを備える。ロータ２上には、上面から見て円形列に、かつ回動自在に装着された複数（例えば、２４個）の試験管ホルダ３が設置されている。各試験管ホルダ３内には、予め赤血球等の生体細胞が適量入った試験管４が保持される。この試験管ホルダ３は磁性体部材より構成される。
【００２９】
また、細胞洗浄遠心機２０は、試験管ホルダ３をロータ２に垂直又は垂直に近い小さい角度に、磁力によって吸着し保持するための磁気素子７を備える。磁気素子７は、円盤状の上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂとを備え、さらに、これら上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂとによって挟み込まれるように設置された、絶縁導線のリング状コイル（磁気コイル）７ｃを備える。これら磁性体部材７ａ及び７ｂと、磁気コイル７ｃはモータ１の駆動軸８に固定され、ロータ２と共に一体に回転する。回転する磁気コイル７ｃには、一対のスリップリング７ｄ及び７ｅを介して、制御装置１１から電流が供給される。磁気コイル７ｃに電流を通電すると磁場を生じ、磁性体材料、例えばＳＵＳ４３０材、によって作られた試験管ホルダ３は、上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂと共に、磁気回路を形成するので、上部磁性体部材７ａ及び下部磁性体部材７ｂ（磁気素子７）に強く吸着される。即ち、磁気コイル７ｃに電流を通電することによって、磁気素子７（磁性体部材７ａ及び７ｂ）は一個の磁石として作用し、磁性体材料から成る試験管ホルダ３を吸着する。本実施例では上部磁性体部材７ａの外径は、下部磁性体部材７ｂに比べ大きい外径を持つ。これによって、磁性体部材７ａ及び７ｂ（磁気素子７）の吸着面は、試験管４が鉛直線に対し上方に約８度開いた状態になるように試験管ホルダ３を吸着できる。
【００３０】
モータ１の回転中において、遠心力によって試験管ホルダ３が磁気素子７から水平方向へ回動する離間距離は、遠心力によって異なるので、モータ１の回転数（回転速度）が速くなるに従って大きくなる。磁気素子７の磁気コイル７ｃへの通電による磁気吸引力は、所定のモータ回転数を限度とする離間距離にある試験管ホルダを吸着できるように設定される。例えば、１００ｒｐｍを超える回転数では遠心力によって試験管ホルダ３と磁気素子７の離間距離が大きくなり、磁気素子７への通電による吸引力は、１００ｒｐｍの回転数を限度として試験管ホルダ３を吸着できなくなる。従って、磁気素子７への通電による吸引力は、モータ回転が１００ｒｐｍ（所定の回転数）以内の回転数において、回動して離間した試験管ホルダ３を吸着できるように設定されることになる。後述する洗浄処理工程の一つの工程（揺動工程）において、ロータ２の回転数（回転速度）が例示のように１００ｒｐｍのように所定の回転数より遅くなるように設定される場合、磁気素子７の動作をオンすることによって、試験管ホルダ３は、垂直又は垂直に近い小さい角度に吸着され、一方、磁気素子７の動作をオフして吸着力を解除することによって、試験管ホルダ３は回転速度に応じて作用する遠心力で水平方向に回動する。この磁気素子７の動作を小刻みにオン又はオフすることにより試験管ホルダ３を揺動させることができる。他方、後述するように、洗浄処理工程の他の工程（遠心工程）において、磁気素子７の動作をオフして吸着力を解除した状態において、ロータ２に速い回転数を与えて遠心力によって試験管ホルダ３を水平方向に回動させる。これによって、試験管４を保持する試験管ホルダ３は、水平方向に回動し、試験管ホルダ３の下部がボウル１０に当たるまで傾き、試験管４内の血球などの試料を遠心分離する。例えば、磁気素子７の動作をオフして吸着力を解除した状態においてモータ１の回転を３０００ｒｐｍとして、試験管ホルダ３の下端部がボウル１０に当接したとき、試験管４と鉛直線がなす角度が約４０°となるように回動する。モータ１は、例えば誘導モータより成り、その回転数（回転速度）は制御装置１１によって制御できる。
【００３１】
また、細胞洗浄遠心機２０は、複数の試験管４内に洗浄液５ａを供給する洗浄液分配素子５を有する。洗浄液分配素子５はロータ２と一体に回転するようにロータ２上に構成される。洗浄液分配素子５に関連して、洗浄液供給路９が設けられ、洗浄液供給路９にはポンプ６が結合される。制御装置１１によってポンプ６の動作電源をオン（ＯＮ）させることにより、図示しない外部の洗浄液タンクから、洗浄液５ａを、洗浄液供給路９を通して細胞洗浄遠心機２０の上部に位置するノズル９ａに供給することができる。後述する洗浄液注入工程では、ノズル９ａから下方に噴出した洗浄液は、ロータ２と一体で高速回転する洗浄液分配素子５の中央部内に入り、洗浄液分配素子５内の遠心力により外周に分流され、試験管ホルダ３に保持された試験管４と同数（２４本）の各流路に分岐され、分配素子５の外周注入口５ｂから勢い良く各試験管４内に注入できる。
【００３２】
かかる細胞洗浄遠心機２０によって、例えば輸血検査等を行うための血球洗浄プロセスを実行する場合について、図２に示す洗浄処理のフローチャート、図３に示す洗浄処理工程別の遠心機の要部断面図、及び図４に示す遠心機の動作タイムチャートを参照して以下に説明する。
【００３３】
まず、図２に示す工程１００［洗浄液注入工程（１）］において、図４のタイミングチャート（１）及び図３の断面図（１）に示すように、予め赤血球等の生体細胞を適量入れた２４本の試験管４を保持する２４本の試験管ホルダ３は、モータ１（ロータ２）の最高回転数（回転速度）が３０００ｒｐｍに達するように加速回転され、遠心力が与えられる。上述したように、洗浄液（例えば、生理食塩水）５ａは、洗浄液分配素子５内の遠心力により外周に分流され、試験管ホルダ３に保持された試験管４と同数（２４本）の各流路に分岐され、分配素子５の外周から勢い良く各試験管４内に注入される。注入された洗浄液５ａは、洗浄液分配素子５の外側に位置する各試験管４の内壁に当たり、壁面を伝わり試験管４底部にある生体細胞を浮遊させ、懸濁状態を作り出す。試験管４に適量の洗浄液が入ると、制御装置１１によって、ポンプ６の動作は停止され、洗浄液注入工程は終了する。
【００３４】
引き続き、図２に示す工程１０１［遠心工程（２）］において、図４のタイミングチャート（２）及び図３の断面図（２）に示すように、浮遊している生体細胞が試験管４の底部に沈殿し、一方血清等の不要物質は上澄に残るような高速回転の条件、例えば本実施例では３０００ｒｐｍ、３５秒間、高速回転を継続し、遠心分離をする。
【００３５】
次に、図２に示す工程１０２において、上記遠心工程１０１の終了後に、制御装置１１によって、モータ１に給電する駆動電圧を制御し減速する。この時、本発明に従って、モータ１の回転は完全に停止させない。即ち、モータ１の回転数は、試験管ホルダ３が磁気素子７の吸着力によりほぼ垂直な位置に保持され得る低速の回転数、例えば１００ｒｐｍ以下の回転数に制御される。
【００３６】
工程１０２に引続く図２に示す工程１０３［上澄液排出工程（３）］において、図４のタイムチャート（３）及び図３の断面図（３）に示すように、工程１０２で低下させた回転数１００ｒｐｍを保持した状態で、制御装置１１よりリング状コイル７ｃに通電すると（即ち、磁気素子７の動作をＯＮ状態にすると）、磁気素子７は磁性体材料の試験管ホルダ３を吸着し、保持する。上述したように、磁気素子７の上部磁性体部材７ａの外径は下部磁性体部材７ｂに比較して若干大きな外径となっているので、試験管ホルダ３が磁気素子７に吸着される面は、上方に約８度開いたほぼ垂直状態に近い状態で保持され、回転する。上述したように、モータ１の回転数が１００ｒｐｍ以上の回転数で、磁気素子７へ通電しても、遠心力によって試験管ホルダ３は磁気素子７と離間距離が大きくなり、磁気素子７は試験管ホルダ３を吸着、保持できなくなる。次に、磁気素子７に通電した状態で、図４の（３）に示すように、モータ１の回転数を約４００ｒｐｍの中速回転に上昇させる。その結果、試験管４内の上澄液は、４００ｒｐｍの回転による遠心力によって、試験管４の内壁面を上昇し外部へ排出され、試験管４の底部にある赤血球等の生体細胞は、そのまま底部に残る。
【００３７】
上澄液排出工程１０３の終了後、図２の工程１０４に示すように、本発明に従って、モータ１の回転を完全に停止させることなく、制御装置１１によって、モータ１の駆動電圧を制御し、回転数を減速し低速回転させる。本実施例では、モータ１の低速回転は、試験管ホルダ３が垂直な位置に戻る回転数１００ｒｐｍに制御され、低速回転にした状態で通電を止める。
【００３８】
次に続く、図２に示す工程１０５［揺動工程（４）］において、図４のタイミングチャート（４）及び図３の断面図（４）に示すように、モータ１は１００ｒｐｍの回転数を保った状態で、図４に示すように、磁気素子７のリング状コイル７ｃに電流を小刻みにパルス状に通電する。これによって、試験管ホルダ３は、磁気素子７の磁力による吸着力と１００ｒｐｍの回転による遠心力との交互の作用により、試験管ホルダ３の回動軸方向に揺動を与えられ、試験管４の底部に沈殿し、固着した細胞塊を解す効果を生じる。
【００３９】
揺動工程１０５におけるモータ１の回転数の一つの例は、試験管ホルダ３が遠心力で磁気素子７より離れることができる５０ｒｐｍ以上の回転数が揺動効果を大きくできる点で有利である。一方、モータ１の回転数が１００ｒｐｍ以上の回転数になると、上述したように、磁気素子７のリング状コイル７ｃへの通電による磁気素子７の吸引力は、磁気素子７（磁性体部材７ａ及び７ｂ）と試験管ホルダ３間の離間距離が大きくなり、試験管ホルダ３へ吸着力が及ばない範囲となる。即ち、１００ｒｐｍ以上の回転においては、磁気素子７による試験管ホルダ３の吸着作用が実用に供さない範囲となる。従って、揺動工程１０５におけるモータ１の回転数は、５０ｒｐｍから１００ｒｐｍが実用的で効果が大きい。
【００４０】
一方、図５は揺動工程１０５における磁気素子７の動作、即ちリング状コイル７ｃへの通電のＯＮ・ＯＦＦの駆動周期（入切の繰り返し周期）と、試験官ホルダ３の振幅との関係を示したものである。試験官ホルダ３の揺動振幅は、繰り返し周期が０．２秒乃至１．０秒の範囲で比較的に大きくなり、その周期が０．４秒のとき、試験官ホルダ３の固有周期と一致して最大振幅となる。振幅が大きいほど揺動効果が大きいことは、沈殿した血球塊が解される時間からも実測できる。従って、揺動工程１０５における繰り返し周期は、０．２秒乃至１．０秒が実用的で揺動効果が大きい。
【００４１】
以上説明した工程１００乃至工程１０５から成る工程を１洗浄サイクルとして、このサイクルを３〜４回繰り返すことにより、試験管４内の赤血球等の生体細胞を洗浄し、抗体などの異物をより完全に分離、取り除くことができる。上記洗浄サイクルの工程１００乃至工程１０５を繰り返す場合、即ち、工程１０６で最終目の洗浄サイクルか否か判断し、最終サイクルでない場合、揺動工程１０５から洗浄液注入工程１００へ戻る場合も、図２に示す工程１０７によって、モータ１の回転を停止させることなく、低速回転、例えば１００ｒｐｍで回転しながら、最初の工程１００に戻るように制御する（図４参照）。
【００４２】
図３及び図４を参照した以上の説明から明らかなように、本発明に従えば、洗浄サイクルの全ての工程においてモータ１の回転が停止することはない。特に、遠心工程（２）の終了後において、試験管ホルダ３が垂直な位置に戻るようなモータ１の低速回転の回転数１００ｒｐｍまで下がったことを確認した後に、直ちに磁気素子７等を動作させて、上澄液排出工程（３）に移行することにより、図４に示した工程又は時間（２）と工程（３）との間の時間ｂを極力少なく、０．１秒以内とすることができる。また、図８に示すような従来必要とされたモータの停止時間ａは不要となり、洗浄サイクル時間の著しい短縮ができる。特に血液検査などの検査結果を早く知りたい場合に用いられる洗浄遠心機として適用して好適である。例えば、本発明によれば、洗浄プロセスの処理時間を従来の約１０％程度短縮することができ、輸血検査等の迅速化に貢献できる。
【００４３】
また、図４に示すような本発明における揺動工程（４）では、頻繁なモータ１の回転及び停止の繰り返し、即ちモータヘの給電のＯＮ・ＯＦＦスイチングの頻繁な繰り返しが不要となり、更には洗浄サイクルと次の洗浄サイクルの間もモータの回転を停止することが不要となる。この結果、従来に比べ、モータに過大起動電流を流すことが少なくなり、消費電力の減少及び処理コストの低減が実現できる。さらに、過大サージ電圧や過大起動電流によるモータ１や制御装置１１の温度上昇を防止でき、装置機能の長時間の安定化と、モータや回路部品の長寿命化を実現できる。
【００４４】
さらに、本発明に従えば、工程１０２でモータ１を低速回転とし、その状態で工程１０３の上澄排出工程（３）に連続して移行するので、上澄液排出工程（３）において、モータ１の加速特性のばらつきを低減させることができる。これによって、ばらつきのない上澄液排出効果を得ることができる。この効果を図６及び図７を参照してさらに説明する。
【００４５】
図６は、図８に示す従来の洗浄サイクルのタイムチャートに従って実行した上澄液排出工程において、モータの回転を停止した状態から上澄液排出のためにその回転を４００ｒｐｍまで加速させた状態の加速特性を表したもので、洗浄サイクルを３回繰り返したときの測定結果を重ねて表示してある。この従来例のように、モータ回転が停止から一定の回転になるまでの加速特性は、モータのシャフト軸受におけるベアリング内のグリース状態や、モータのカーボンブラシがコミュテータ（整流子）に当接する状態等によりばらつきが発生する。図６に示す従来例では加速時間として約３０％のばらつきが測定された。特に上澄液排出工程は、停止状態から回転を加速していく工程に、沈殿し固着した血球よりも上澄液が試験管の壁面を上昇し、外部へ排出され易い性質を利用して行う工程である。このため、従来技術のようにモータの加速特性に大きなばらつきが発生すると、上澄液排出効果に大きなばらつきを生じさせる。結果として、洗浄効果に大きなばらつきを発生させ、輸血検査等の検査の信頼性を低下させる要因となる。このような従来例に対し、図４に示す本発明のタイムチャートに従って実行した上澄液排出工程（３）では、モータの回転を完全に停止させることなく、低速回転（１００ｒｐｍ）より所定の回転（４００ｒｐｍ）に加速させるので、本発明の加速特性は、図７に示すように、洗浄サイクルを３回繰り返したときの測定結果にばらつきが少なく、加速時間のばらつきを約８％に低減させることができた。その結果、洗浄能力の信頼性を向上することができた。
【００４６】
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】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機を示す全体断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機によって実行する血球洗浄プロセスのフローチャート。
【図３】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機によって実行する血球洗浄プロセスの各工程おける遠心分離機の要部断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機のモータの回転速度、ポンプ動作、及び磁気素子動作の通電タイミングを示すタイムチャート。
【図５】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機において磁気素子動作の繰り返し周期と試験官ホルダの振幅の関係を示す特性図。
【図６】従来例に係る細胞洗浄遠心機によって上澄液排出工程を実行するモータの回転停止状態から一定回転までの加速特性示す特性図。
【図７】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機によって上澄液排出工程を実行するモータの低速回転状態から一定回転までの加速特性示す特性図。
【図８】従来例に係る細胞洗浄遠心機のモータの回転速度、ポンプ動作、及び磁気素子動作の通電タイミングを示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４８】
１：モータ ２：ロータ ３：試験管ホルダ ４：試験管
５：洗浄液分配素子 ５ａ：洗浄液 ５ｂ：外周注入口 ６：ポンプ
７：磁気素子 ７ａ：上部磁性体部材 ７ｂ：下部磁性体部材
７ｃ：リング状コイル ７ｄ、７ｅ：スリップリング ８：駆動軸
９：洗浄液供給路 ９ａ：洗浄液供給ノズル １０：ボウル
１１：制御装置 ２０：細胞洗浄遠心機 ２１：ドア
２２：筐体（フレーム）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力を利用して赤血球等の生体細胞を洗浄するための細胞洗浄遠心機に関し、特に、生体細胞を洗浄するための洗浄サイクルを短縮するために好適な細胞洗浄遠心機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、輸血検査時の抗グロブリン試験、交差適合試験、不規則抗体スクリーニング等において、赤血球を生理食塩水等の洗浄液で洗浄し、懸濁液中の余分な抗体を除去するために用いられる細胞洗浄遠心機（血球洗浄遠心機）が知られている。
【０００３】
周知の細胞洗浄遠心機は、駆動軸を有するモータと、該モータの駆動軸に連結され、モータで回転されるロータと、該ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつロータの回転による遠心力によって円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、ロータに装着され、ロータと同時に回転し、複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着する磁気素子とを備えている。例えば、下記特許文献１には、洗浄遠心機の洗浄液の分配素子が開示され、分配素子は内面が円錐形状容器の底面外周から放射状に設置されたノズルを有し、ロータと共に回転する洗浄液分配素子の中央から遠心力で注入された洗浄液を等分に分配し、ノズルより試験管ホルダによって保持された多数の試験管内に洗浄液を供給することを特徴としている。また、下記特許文献２には、ロータと共に回転する洗浄液分配素子に穿孔された穴からロータに回動自在に支持された試験管ホルダ内の試験管に洗浄液を供給することが開示されている。また、同特許文献には、磁気素子を使用して試験管ホルダをロータに保持させることも開示されている。さらに、下記特許文献３及び下記特許文献４には、試験管ホルダを、ロータにリムや回転部材を用いて、垂直方向から小さな角度に保持したまま低速で回転し、試験管から洗浄液の上澄液を排出する技術が開示されている。さらに、下記特許文献５には、ロータに試験管ホルダを磁気素子によって垂直方向より小さな角度で傾いた状態に保持し、該ロータを低速で回転しつつ、試験管ホルダに保持された試験管から洗浄液の上澄液を排出することが開示されている。
【０００４】
一方、細胞洗浄遠心機において、洗浄液注入工程、遠心工程、上澄液排出工程、及び揺動工程を含む洗浄プロセスを、順次、自動的に実行する自動血球洗浄遠心機が周知である。例えば、下記非特許文献１に示されているように、本願出願人によって製品名「ｈｉｍａｃＭＣ４５０」として販売している自動血球洗浄遠心機が周知である。図８は、かかる従来の自動細胞洗浄遠心機において、輸血検査等を行う洗浄プロセスを実行するためのロータ駆動用モータの回転、洗浄液分配素子のポンプの運転、及び試験管ホルダを固定する磁気素子の磁気コイルへの通電に関するタイムチャートを示している。従来の自動血球洗浄遠心機を用いた洗浄プロセスは次のように実行される。
【０００５】
（１）先ず、図８に示す時間（１）の洗浄液注入工程において、血球等の生体細胞を入れた試験管をロータの試験管ホルダにセットし、ロータを駆動するモータを加速回転させ、その遠心力によって試験管ホルダ内の試験管下部を外方に回動させ、試験管を垂直方向から水平方向に一定の角度に傾けた状態で、ロータ（モータ）を回転させる。このとき、図８に示したように、時間（１）においてポンプ動作をオン（ＯＮ）状態（ポンプに給電した状態）にすることにより、ロータの回転と共に回転する洗浄液分配素子を介して試験管へ洗浄液を注入する。血球は洗浄液注入の勢いにより攪拌され、洗浄される。
【０００６】
（２）次に、図８に示す時間（２）の遠心工程において、例えばロータ（モータ）を３０００ｒｐｍ、４５秒間、遠心する。これによって、血球は試験管の底部に沈殿し、血清等の不要物質は上澄に残る。
【０００７】
（３）さらに、図８に示す時間（３）の上澄液排出工程において、図８に示すような磁気コイルへの通電をオン（ＯＮ）状態として磁気素子動作をオン（ＯＮ）とし、該磁気素子に発生する吸引力によって、試験管ホルダをほぼ垂直状態に吸着し、固定する。この状態で再度、ロータを低速、例えば４００ｒｐｍで回転すると、試験管４の上部は小さな角度で開いた状態又は垂直状態となるために、上澄液は遠心力により試験管の壁面を上昇し、外部へ排出される。直ちに回転を停止すると沈殿した血球のみが残る。
【０００８】
（４）次に、図８に示す時間（４）の揺動工程において、ロータの回転と停止を交互に小刻みに繰り返すか、又は正回転と逆回転を交互に小刻みに繰り返すことにより、ロータの試験管ホルダ内の試験管に揺動を与え、試験管の底に沈殿させ、固着した血球を解す。
【０００９】
以上の４つの工程を洗浄サイクルの１サイクルとして、通常、このサイクルを３〜４回繰り返すことで洗浄を実行している。
【００１０】
【特許文献１】特開昭５０−２２６９３号公報
【特許文献２】実開平２−８１６４０号公報
【特許文献３】特公昭４８-２７２６７
【特許文献４】公開昭６０−１５０８５７
【特許文献５】実開昭５４−１６７８６０号公報
【非特許文献１】日立工機株式会社ホームページ「日立自動血球洗浄機 ｈｉｍａｃ ＭＣ４５０」、［平成１７年２月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉ−ｋｏｋｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｈｉｍａｃ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｍｃ４５０．ｈｔｍ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の図８に示す上記（１）〜（４）の洗浄プロセスにおいて、遠心工程（２）と上澄液排出工程（３）の間で、ロータの回転を停止させる時間ａを設定し、この間に試験官ホルダを保持するための磁気素子等を動作させていた。同様に、上澄液排出工程（３）と揺動工程（４）の間でも、ロータの回転を停止させる時間ａを設定し、この間に試験官ホルダを保持するための磁気素子等の動作を終了させていた。また、次の洗浄サイクルに移る前にも、ロータの回転を停止する時間ａを設定していた。これらのロータの停止時間ａは、洗浄サイクルにとっては無駄時間となるために、極力短く設定されていた。しかし、確実にロータの回転停止を確認するためには、最低でも０．５秒は必要となり、例えば、３サイクルの洗浄サイクルにおいて総合停止時間が２０秒近くになるという問題があつた。この結果、細胞洗浄の処理時間が長くなり、輸血検査等に要する時間が長くなるという欠点を招いていた。
【００１２】
また、上記揺動工程（４）では、試験管ホルダに揺動を与えるために、ロータの駆動用モータへの通電をオン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）させることによって、頻繁に、モータの回転と停止を繰り返していた。頻繁に回転又は停止を繰り返すことはモータに起動電流又はノイズ電流を頻繁に流すことになる。結果的に、消費電力が多くなり、処理コストが増大することになる。また、頻繁な通電のスイッチングは、大きな起動電流を流し、駆動モータや制御装置の温度上昇を招き、結果的にモータや回路装置の機能を低下させる原因にもなり、さらにはモータや回路部品の寿命を短くする要因となる。
【００１３】
さらに、モータが停止状態から回転が一定になるまでの加速特性は、モータが停止していた状態に基づいて、例えば、モータのベアリング状態や、モータのカーボンブラシがコミュテータ（整流子）に当たる状態等に基づいて、ばらつきが発生する。上澄液排出工程（３）は、停止状態から回転を加速していく時に、沈殿し固着した血球よりも液体である上澄が試験管の壁面を上昇し、外部へ排出され易いことに着目して行う工程であり、モータの回転数の加速特性にばらつきが発生すると、上澄液排出の状態にばらつきが生じる。結果的に、上澄液排出工程（３）の後に生ずる上澄液量のばらつきは、洗浄効果のばらつきとして表れることになり、輸血検査等の検査の信頼性を低下させる要因となる。
【００１４】
従って、本発明の主目的は、洗浄プロセスの処理時間を短縮した細胞洗浄遠心機を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、消費電力が少なく、処理コストの低い洗浄プロセスを実行できる細胞洗浄遠心機を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、駆動モータ又は回路部品に過度な起動電流が流れるのを抑制し、長寿命化した細胞洗浄遠心機を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、洗浄効果にばらつきの少ない信頼性ある細胞洗浄遠心機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される細胞洗浄遠心機の一つの特徴によれば、駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、前記ロータに装着され前記ロータと同時に回転し、前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、前記モータ、前記洗浄液分配素子、及び前記磁気素子の動作を制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記ロータの回転中に、前記洗浄液分配素子により洗浄液を前記試験管へ注入する洗浄液注入工程と、前記モータの回転を前記洗浄液注入工程より速い第１の回転速度で回転させることにより、前記試験管内の浮遊細胞を該試験管内底に沈殿させる遠心工程と、前記試験管ホルダを前記磁気素子によって垂直又は垂直に近い角度に保持した状態で前記モータを前記第１の回転速度より低速の第２の回転速度で回転させて前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出する上澄液排出工程と、前記モータを前記第１の回転速度より低速の第３の回転速度で回転させながら、前記試験管ホルダ（又は前記試験管）に揺動を与え、前記試験管内底に沈殿した細胞塊を解かす揺動工程とから成る洗浄サイクルを、前記モータの回転を停止させることなく、順次、実行する。
【００１９】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、前記磁気素子は、前記磁気コイルへの通電によって前記モータの所定の回転速度によって前記試験管ホルダに作用する遠心力より強い磁気吸引力を発生することにより、回転中の前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着できるものから成り、前記モータが前記所定の回転速度で回転しているとき、前記磁気コイルへの通電を断続的に行うことにより間欠的に前記磁気吸引力を前記遠心力より大きくすることにより、前記試験管ホルダを揺動させる。
【００２０】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、モータは正回転及び逆回転を小刻みに反復することなく、若しくは、モータは回転又は停止を小刻みに反復することなく、洗浄プロセスの間、常に正回転するように制御される。
【００２１】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、洗浄プロセスの間、モータの回転が休止されることがなく、例えば５０ｒｐｍから１００ｒｐｍの低速回転から、例えば３０００ｒｐｍの高速回転の間で回転速度が制御される。
【００２２】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、揺動工程のモータの回転速度（回転数）は、磁気素子の吸着力が回転中の試験管ホルダに及ぶ回転数である５０ｒｐｍから１００ｒｐｍの範囲のいずれかの回転数に制御され、磁気素子の吸着力（吸引機能）が働く繰り返し周期（磁気素子への通電の繰り返し周期）は、０．２秒乃至１．０秒であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の細胞洗浄遠心機の他の特徴によれば、４つの工程を持つ洗浄サイクルは、複数回、モータの回転を停止させることなく連続して行う。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、洗浄プロセスの各工程を、モータの回転を停止させることなく、連続して行うことにより、洗浄プロセスの処理時間を短くすることができる。また、常に一定方向のモータ回転によって洗浄プロセスを実行するので、モータの起動電流も少なくなり、消費電力を少なくできる。さらに、急激なモータ起動がないので、過大電流による温度上昇や機能低下を防止できる。さらにまた、常にモータが回転している状態で各洗浄工程が実行されるので、加速特性のばらつきをなくすことができ、洗浄効果にばらつきのない信頼性の高い細胞洗浄遠心機を提供できる。
【００２５】
本発明の上記特徴及び他の特徴、並びに上記効果及び他の効果は、以下の本明細書の記述及び添付図面よりさらに明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００２７】
図１は本発明に係る細胞洗浄遠心機の全体構成を示す断面図、図２は、図１に示した本発明に係る細胞洗浄遠心機によって実行する洗浄処理のフローチャート、図３は、図２に示した各洗浄処理工程における、細胞洗浄遠心機の試験管ホルダの動作状態を示す断面図、図４は、図１に示した本発明に係る細胞洗浄遠心機において、モータの回転速度（回転数）、ポンプの通電タイミング、及び磁気素子の通電タイミングを示すタイムチャートである。
【００２８】
図１に示すように、本発明に係る細胞洗浄遠心機２０は、上面から見た断面形状が四角形を有する筐体（フレーム）２２及び該筐体２２の上部を開閉するドア２１を備え、この筐体２２内に組立てられた、駆動軸（回転軸）８を有するモータ１と、モータ１の駆動軸８に連結され、該モータ１で回転されるロータ２とを備える。ロータ２上には、上面から見て円形列に、かつ回動自在に装着された複数（例えば、２４個）の試験管ホルダ３が設置されている。各試験管ホルダ３内には、予め赤血球等の生体細胞が適量入った試験管４が保持される。この試験管ホルダ３は磁性体部材より構成される。
【００２９】
また、細胞洗浄遠心機２０は、試験管ホルダ３をロータ２に垂直又は垂直に近い小さい角度に、磁力によって吸着し保持するための磁気素子７を備える。磁気素子７は、円盤状の上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂとを備え、さらに、これら上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂとによって挟み込まれるように設置された、絶縁導線のリング状コイル（磁気コイル）７ｃを備える。これら磁性体部材７ａ及び７ｂと、磁気コイル７ｃはモータ１の駆動軸８に固定され、ロータ２と共に一体に回転する。回転する磁気コイル７ｃには、一対のスリップリング７ｄ及び７ｅを介して、制御装置１１から電流が供給される。磁気コイル７ｃに電流を通電すると磁場を生じ、磁性体材料、例えばＳＵＳ４３０材、によって作られた試験管ホルダ３は、上部磁性体部材７ａと下部磁性体部材７ｂと共に、磁気回路を形成するので、上部磁性体部材７ａ及び下部磁性体部材７ｂ（磁気素子７）に強く吸着される。即ち、磁気コイル７ｃに電流を通電することによって、磁気素子７（磁性体部材７ａ及び７ｂ）は一個の磁石として作用し、磁性体材料から成る試験管ホルダ３を吸着する。本実施例では上部磁性体部材７ａの外径は、下部磁性体部材７ｂに比べ大きい外径を持つ。これによって、磁性体部材７ａ及び７ｂ（磁気素子７）の吸着面は、試験管４が鉛直線に対し上方に約８度開いた状態になるように試験管ホルダ３を吸着できる。
【００３０】
モータ１の回転中において、遠心力によって試験管ホルダ３が磁気素子７から水平方向へ回動する離間距離は、遠心力によって異なるので、モータ１の回転数（回転速度）が速くなるに従って大きくなる。磁気素子７の磁気コイル７ｃへの通電による磁気吸引力は、所定のモータ回転数を限度とする離間距離にある試験管ホルダを吸着できるように設定される。例えば、１００ｒｐｍを超える回転数では遠心力によって試験管ホルダ３と磁気素子７の離間距離が大きくなり、磁気素子７への通電による吸引力は、１００ｒｐｍの回転数を限度として試験管ホルダ３を吸着できなくなる。従って、磁気素子７への通電による吸引力は、モータ回転が１００ｒｐｍ（所定の回転数）以内の回転数において、回動して離間した試験管ホルダ３を吸着できるように設定されることになる。後述する洗浄処理工程の一つの工程（揺動工程）において、ロータ２の回転数（回転速度）が例示のように１００ｒｐｍのように所定の回転数より遅くなるように設定される場合、磁気素子７の動作をオンすることによって、試験管ホルダ３は、垂直又は垂直に近い小さい角度に吸着され、一方、磁気素子７の動作をオフして吸着力を解除することによって、試験管ホルダ３は回転速度に応じて作用する遠心力で水平方向に回動する。この磁気素子７の動作を小刻みにオン又はオフすることにより試験管ホルダ３を揺動させることができる。他方、後述するように、洗浄処理工程の他の工程（遠心工程）において、磁気素子７の動作をオフして吸着力を解除した状態において、ロータ２に速い回転数を与えて遠心力によって試験管ホルダ３を水平方向に回動させる。これによって、試験管４を保持する試験管ホルダ３は、水平方向に回動し、試験管ホルダ３の下部がボウル１０に当たるまで傾き、試験管４内の血球などの試料を遠心分離する。例えば、磁気素子７の動作をオフして吸着力を解除した状態においてモータ１の回転を３０００ｒｐｍとして、試験管ホルダ３の下端部がボウル１０に当接したとき、試験管４と鉛直線がなす角度が約４０°となるように回動する。モータ１は、例えば誘導モータより成り、その回転数（回転速度）は制御装置１１によって制御できる。
【００３１】
また、細胞洗浄遠心機２０は、複数の試験管４内に洗浄液５ａを供給する洗浄液分配素子５を有する。洗浄液分配素子５はロータ２と一体に回転するようにロータ２上に構成される。洗浄液分配素子５に関連して、洗浄液供給路９が設けられ、洗浄液供給路９にはポンプ６が結合される。制御装置１１によってポンプ６の動作電源をオン（ＯＮ）させることにより、図示しない外部の洗浄液タンクから、洗浄液５ａを、洗浄液供給路９を通して細胞洗浄遠心機２０の上部に位置するノズル９ａに供給することができる。後述する洗浄液注入工程では、ノズル９ａから下方に噴出した洗浄液は、ロータ２と一体で高速回転する洗浄液分配素子５の中央部内に入り、洗浄液分配素子５内の遠心力により外周に分流され、試験管ホルダ３に保持された試験管４と同数（２４本）の各流路に分岐され、分配素子５の外周注入口５ｂから勢い良く各試験管４内に注入できる。
【００３２】
かかる細胞洗浄遠心機２０によって、例えば輸血検査等を行うための血球洗浄プロセスを実行する場合について、図２に示す洗浄処理のフローチャート、図３に示す洗浄処理工程別の遠心機の要部断面図、及び図４に示す遠心機の動作タイムチャートを参照して以下に説明する。
【００３３】
まず、図２に示す工程１００［洗浄液注入工程（１）］において、図４のタイミングチャート（１）及び図３の断面図（１）に示すように、予め赤血球等の生体細胞を適量入れた２４本の試験管４を保持する２４本の試験管ホルダ３は、モータ１（ロータ２）の最高回転数（回転速度）が３０００ｒｐｍに達するように加速回転され、遠心力が与えられる。上述したように、洗浄液（例えば、生理食塩水）５ａは、洗浄液分配素子５内の遠心力により外周に分流され、試験管ホルダ３に保持された試験管４と同数（２４本）の各流路に分岐され、分配素子５の外周から勢い良く各試験管４内に注入される。注入された洗浄液５ａは、洗浄液分配素子５の外側に位置する各試験管４の内壁に当たり、壁面を伝わり試験管４底部にある生体細胞を浮遊させ、懸濁状態を作り出す。試験管４に適量の洗浄液が入ると、制御装置１１によって、ポンプ６の動作は停止され、洗浄液注入工程は終了する。
【００３４】
引き続き、図２に示す工程１０１［遠心工程（２）］において、図４のタイミングチャート（２）及び図３の断面図（２）に示すように、浮遊している生体細胞が試験管４の底部に沈殿し、一方血清等の不要物質は上澄に残るような高速回転の条件、例えば本実施例では３０００ｒｐｍ、３５秒間、高速回転を継続し、遠心分離をする。
【００３５】
次に、図２に示す工程１０２において、上記遠心工程１０１の終了後に、制御装置１１によって、モータ１に給電する駆動電圧を制御し減速する。この時、本発明に従って、モータ１の回転は完全に停止させない。即ち、モータ１の回転数は、試験管ホルダ３が磁気素子７の吸着力によりほぼ垂直な位置に保持され得る低速の回転数、例えば１００ｒｐｍ以下の回転数に制御される。
【００３６】
工程１０２に引続く図２に示す工程１０３［上澄液排出工程（３）］において、図４のタイムチャート（３）及び図３の断面図（３）に示すように、工程１０２で低下させた回転数１００ｒｐｍを保持した状態で、制御装置１１よりリング状コイル７ｃに通電すると（即ち、磁気素子７の動作をＯＮ状態にすると）、磁気素子７は磁性体材料の試験管ホルダ３を吸着し、保持する。上述したように、磁気素子７の上部磁性体部材７ａの外径は下部磁性体部材７ｂに比較して若干大きな外径となっているので、試験管ホルダ３が磁気素子７に吸着される面は、上方に約８度開いたほぼ垂直状態に近い状態で保持され、回転する。上述したように、モータ１の回転数が１００ｒｐｍ以上の回転数で、磁気素子７へ通電しても、遠心力によって試験管ホルダ３は磁気素子７と離間距離が大きくなり、磁気素子７は試験管ホルダ３を吸着、保持できなくなる。次に、磁気素子７に通電した状態で、図４の（３）に示すように、モータ１の回転数を約４００ｒｐｍの中速回転に上昇させる。その結果、試験管４内の上澄液は、４００ｒｐｍの回転による遠心力によって、試験管４の内壁面を上昇し外部へ排出され、試験管４の底部にある赤血球等の生体細胞は、そのまま底部に残る。
【００３７】
上澄液排出工程１０３の終了後、図２の工程１０４に示すように、本発明に従って、モータ１の回転を完全に停止させることなく、制御装置１１によって、モータ１の駆動電圧を制御し、回転数を減速し低速回転させる。本実施例では、モータ１の低速回転は、試験管ホルダ３が垂直な位置に戻る回転数１００ｒｐｍに制御され、低速回転にした状態で通電を止める。
【００３８】
次に続く、図２に示す工程１０５［揺動工程（４）］において、図４のタイミングチャート（４）及び図３の断面図（４）に示すように、モータ１は１００ｒｐｍの回転数を保った状態で、図４に示すように、磁気素子７のリング状コイル７ｃに電流を小刻みにパルス状に通電する。これによって、試験管ホルダ３は、磁気素子７の磁力による吸着力と１００ｒｐｍの回転による遠心力との交互の作用により、試験管ホルダ３の回動軸方向に揺動を与えられ、試験管４の底部に沈殿し、固着した細胞塊を解す効果を生じる。
【００３９】
揺動工程１０５におけるモータ１の回転数の一つの例は、試験管ホルダ３が遠心力で磁気素子７より離れることができる５０ｒｐｍ以上の回転数が揺動効果を大きくできる点で有利である。一方、モータ１の回転数が１００ｒｐｍ以上の回転数になると、上述したように、磁気素子７のリング状コイル７ｃへの通電による磁気素子７の吸引力は、磁気素子７（磁性体部材７ａ及び７ｂ）と試験管ホルダ３間の離間距離が大きくなり、試験管ホルダ３へ吸着力が及ばない範囲となる。即ち、１００ｒｐｍ以上の回転においては、磁気素子７による試験管ホルダ３の吸着作用が実用に供さない範囲となる。従って、揺動工程１０５におけるモータ１の回転数は、５０ｒｐｍから１００ｒｐｍが実用的で効果が大きい。
【００４０】
一方、図５は揺動工程１０５における磁気素子７の動作、即ちリング状コイル７ｃへの通電のＯＮ・ＯＦＦの駆動周期（入切の繰り返し周期）と、試験官ホルダ３の振幅との関係を示したものである。試験官ホルダ３の揺動振幅は、繰り返し周期が０．２秒乃至１．０秒の範囲で比較的に大きくなり、その周期が０．４秒のとき、試験官ホルダ３の固有周期と一致して最大振幅となる。振幅が大きいほど揺動効果が大きいことは、沈殿した血球塊が解される時間からも実測できる。従って、揺動工程１０５における繰り返し周期は、０．２秒乃至１．０秒が実用的で揺動効果が大きい。
【００４１】
以上説明した工程１００乃至工程１０５から成る工程を１洗浄サイクルとして、このサイクルを３〜４回繰り返すことにより、試験管４内の赤血球等の生体細胞を洗浄し、抗体などの異物をより完全に分離、取り除くことができる。上記洗浄サイクルの工程１００乃至工程１０５を繰り返す場合、即ち、工程１０６で最終目の洗浄サイクルか否か判断し、最終サイクルでない場合、揺動工程１０５から洗浄液注入工程１００へ戻る場合も、図２に示す工程１０７によって、モータ１の回転を停止させることなく、低速回転、例えば１００ｒｐｍで回転しながら、最初の工程１００に戻るように制御する（図４参照）。
【００４２】
図３及び図４を参照した以上の説明から明らかなように、本発明に従えば、洗浄サイクルの全ての工程においてモータ１の回転が停止することはない。特に、遠心工程（２）の終了後において、試験管ホルダ３が垂直な位置に戻るようなモータ１の低速回転の回転数１００ｒｐｍまで下がったことを確認した後に、直ちに磁気素子７等を動作させて、上澄液排出工程（３）に移行することにより、図４に示した工程又は時間（２）と工程（３）との間の時間ｂを極力少なく、０．１秒以内とすることができる。また、図８に示すような従来必要とされたモータの停止時間ａは不要となり、洗浄サイクル時間の著しい短縮ができる。特に血液検査などの検査結果を早く知りたい場合に用いられる洗浄遠心機として適用して好適である。例えば、本発明によれば、洗浄プロセスの処理時間を従来の約１０％程度短縮することができ、輸血検査等の迅速化に貢献できる。
【００４３】
また、図４に示すような本発明における揺動工程（４）では、頻繁なモータ１の回転及び停止の繰り返し、即ちモータヘの給電のＯＮ・ＯＦＦスイチングの頻繁な繰り返しが不要となり、更には洗浄サイクルと次の洗浄サイクルの間もモータの回転を停止することが不要となる。この結果、従来に比べ、モータに過大起動電流を流すことが少なくなり、消費電力の減少及び処理コストの低減が実現できる。さらに、過大サージ電圧や過大起動電流によるモータ１や制御装置１１の温度上昇を防止でき、装置機能の長時間の安定化と、モータや回路部品の長寿命化を実現できる。
【００４４】
さらに、本発明に従えば、工程１０２でモータ１を低速回転とし、その状態で工程１０３の上澄排出工程（３）に連続して移行するので、上澄液排出工程（３）において、モータ１の加速特性のばらつきを低減させることができる。これによって、ばらつきのない上澄液排出効果を得ることができる。この効果を図６及び図７を参照してさらに説明する。
【００４５】
図６は、図８に示す従来の洗浄サイクルのタイムチャートに従って実行した上澄液排出工程において、モータの回転を停止した状態から上澄液排出のためにその回転を４００ｒｐｍまで加速させた状態の加速特性を表したもので、洗浄サイクルを３回繰り返したときの測定結果を重ねて表示してある。この従来例のように、モータ回転が停止から一定の回転になるまでの加速特性は、モータのシャフト軸受におけるベアリング内のグリース状態や、モータのカーボンブラシがコミュテータ（整流子）に当接する状態等によりばらつきが発生する。図６に示す従来例では加速時間として約３０％のばらつきが測定された。特に上澄液排出工程は、停止状態から回転を加速していく工程に、沈殿し固着した血球よりも上澄液が試験管の壁面を上昇し、外部へ排出され易い性質を利用して行う工程である。このため、従来技術のようにモータの加速特性に大きなばらつきが発生すると、上澄液排出効果に大きなばらつきを生じさせる。結果として、洗浄効果に大きなばらつきを発生させ、輸血検査等の検査の信頼性を低下させる要因となる。このような従来例に対し、図４に示す本発明のタイムチャートに従って実行した上澄液排出工程（３）では、モータの回転を完全に停止させることなく、低速回転（１００ｒｐｍ）より所定の回転（４００ｒｐｍ）に加速させるので、本発明の加速特性は、図７に示すように、洗浄サイクルを３回繰り返したときの測定結果にばらつきが少なく、加速時間のばらつきを約８％に低減させることができた。その結果、洗浄能力の信頼性を向上することができた。
【００４６】
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】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機を示す全体断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機によって実行する血球洗浄プロセスのフローチャート。
【図３】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機によって実行する血球洗浄プロセスの各工程おける遠心分離機の要部断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機のモータの回転速度、ポンプ動作、及び磁気素子動作の通電タイミングを示すタイムチャート。
【図５】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機において磁気素子動作の繰り返し周期と試験官ホルダの振幅の関係を示す特性図。
【図６】従来例に係る細胞洗浄遠心機によって上澄液排出工程を実行するモータの回転停止状態から一定回転までの加速特性示す特性図。
【図７】本発明の実施形態に係る細胞洗浄遠心機によって上澄液排出工程を実行するモータの低速回転状態から一定回転までの加速特性示す特性図。
【図８】従来例に係る細胞洗浄遠心機のモータの回転速度、ポンプ動作、及び磁気素子動作の通電タイミングを示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４８】
１：モータ ２：ロータ ３：試験管ホルダ ４：試験管
５：洗浄液分配素子 ５ａ：洗浄液 ５ｂ：外周注入口 ６：ポンプ
７：磁気素子 ７ａ：上部磁性体部材 ７ｂ：下部磁性体部材
７ｃ：リング状コイル ７ｄ、７ｅ：スリップリング ８：駆動軸
９：洗浄液供給路 ９ａ：洗浄液供給ノズル １０：ボウル
１１：制御装置 ２０：細胞洗浄遠心機 ２１：ドア
２２：筐体（フレーム）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、前記ロータに装着され前記ロータと同時に回転し、前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、
前記モータ、前記洗浄液分配素子、及び前記磁気素子の動作を制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記ロータの回転中に、前記洗浄液分配素子により洗浄液を前記試験管へ注入する洗浄液注入工程と、前記モータの回転を前記洗浄液注入工程より速い第１の回転速度で回転させることにより、前記試験管内の浮遊細胞を該試験管内底に沈殿させる遠心工程と、前記試験管ホルダを前記磁気素子によって垂直又は垂直に近い角度に保持した状態で前記モータを前記第１の回転速度より低速の第２の回転速度で回転させて前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出する上澄液排出工程と、前記モータを前記第１の回転速度より低速の第３の回転速度で回転させながら、前記試験管ホルダに揺動を与え、前記試験管内底に沈殿した細胞塊を解かす揺動工程とから成る洗浄サイクルを、前記モータの回転を停止させることなく、順次、実行することを特徴とする細胞洗浄遠心機。
【請求項２】
前記磁気素子は、前記磁気コイルへの通電によって前記第３の回転速度によって前記試験管ホルダに作用する遠心力より強い磁気吸引力を発生することにより、回転中の前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着できるものから成り、前記制御装置は、前記揺動工程において、前記モータが前記第３の回転速度で回転しているとき、前記磁気コイルへの通電を断続的に行うことにより間欠的に前記磁気吸引力を前記遠心力より大きくすることにより、前記試験管ホルダを揺動させることを特徴とする請求項１記載の細胞洗浄遠心機。
【請求項３】
前記揺動工程において、前記モータの前記第３の回転速度は５０ｒｐｍ乃至１００ｒｐｍの範囲に制御され、前記磁気素子の通電の繰り返し周期は０．２秒乃至１．０秒の範囲に制御されていることを特徴とする請求項２に記載された細胞洗浄遠心機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記洗浄サイクルを複数回、前記モータの回転を停止させることなく連続して実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載された細胞洗浄遠心機。
【請求項５】
駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、
前記磁気素子は、前記磁気コイルへの通電によって前記モータの所定の回転速度によって前記試験管ホルダに作用する遠心力より強い磁気吸引力を発生することにより、回転中の前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着できるものから成り、前記モータが前記所定の回転速度で回転しているとき、前記磁気コイルへの通電を断続的に行うことにより間欠的に前記磁気吸引力を前記遠心力より大きくすることにより、前記試験管ホルダを揺動させることを特徴とする細胞洗浄遠心機。
【請求項６】
前記モータの所定回転速度は５０ｒｐｍ乃至１００ｒｐｍの範囲であることを特徴とする請求項５に記載された細胞洗浄遠心機。
【請求項７】
前記磁気素子の通電を断続的に行う繰り返し周期は０．２秒乃至１．０秒の範囲であることを特徴とする請求項５又は６に記載された細胞洗浄遠心機。
【請求項１】
駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、前記ロータに装着され前記ロータと同時に回転し、前記複数の試験管ホルダにそれぞれ保持された複数の試験管内に洗浄液を供給する洗浄液分配素子と、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、
前記モータ、前記洗浄液分配素子、及び前記磁気素子の動作を制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記ロータの回転中に、前記洗浄液分配素子により洗浄液を前記試験管へ注入する洗浄液注入工程と、前記モータの回転を前記洗浄液注入工程より速い第１の回転速度で回転させることにより、前記試験管内の浮遊細胞を該試験管内底に沈殿させる遠心工程と、前記試験管ホルダを前記磁気素子によって垂直又は垂直に近い角度に保持した状態で前記モータを前記第１の回転速度より低速の第２の回転速度で回転させて前記試験管から前記洗浄液の上澄液を排出する上澄液排出工程と、前記モータを前記第１の回転速度より低速の第３の回転速度で回転させながら、前記試験管ホルダに揺動を与え、前記試験管内底に沈殿した細胞塊を解かす揺動工程とから成る洗浄サイクルを、前記モータの回転を停止させることなく、順次、実行することを特徴とする細胞洗浄遠心機。
【請求項２】
前記磁気素子は、前記磁気コイルへの通電によって前記第３の回転速度によって前記試験管ホルダに作用する遠心力より強い磁気吸引力を発生することにより、回転中の前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着できるものから成り、前記制御装置は、前記揺動工程において、前記モータが前記第３の回転速度で回転しているとき、前記磁気コイルへの通電を断続的に行うことにより間欠的に前記磁気吸引力を前記遠心力より大きくすることにより、前記試験管ホルダを揺動させることを特徴とする請求項１記載の細胞洗浄遠心機。
【請求項３】
前記揺動工程において、前記モータの前記第３の回転速度は５０ｒｐｍ乃至１００ｒｐｍの範囲に制御され、前記磁気素子の通電の繰り返し周期は０．２秒乃至１．０秒の範囲に制御されていることを特徴とする請求項２に記載された細胞洗浄遠心機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記洗浄サイクルを複数回、前記モータの回転を停止させることなく連続して実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載された細胞洗浄遠心機。
【請求項５】
駆動軸を有するモータと、前記モータの駆動軸に連結され、該モータで回転されるロータと、前記ロータ上に円形列に回動自在に装着され、かつ前記ロータの回転による遠心力によって前記円形列の外側水平方向に回動し、かつ磁性体部材より成る複数の試験管ホルダと、磁気コイルへの通電に基づいて発生する磁気吸引力によって前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に保持する磁気素子とを備えた細胞洗浄遠心機において、
前記磁気素子は、前記磁気コイルへの通電によって前記モータの所定の回転速度によって前記試験管ホルダに作用する遠心力より強い磁気吸引力を発生することにより、回転中の前記試験管ホルダを垂直又は垂直に近い角度に吸着できるものから成り、前記モータが前記所定の回転速度で回転しているとき、前記磁気コイルへの通電を断続的に行うことにより間欠的に前記磁気吸引力を前記遠心力より大きくすることにより、前記試験管ホルダを揺動させることを特徴とする細胞洗浄遠心機。
【請求項６】
前記モータの所定回転速度は５０ｒｐｍ乃至１００ｒｐｍの範囲であることを特徴とする請求項５に記載された細胞洗浄遠心機。
【請求項７】
前記磁気素子の通電を断続的に行う繰り返し周期は０．２秒乃至１．０秒の範囲であることを特徴とする請求項５又は６に記載された細胞洗浄遠心機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２５４７４９（Ｐ２００６−２５４７４９Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７４５０５（Ｐ２００５−７４５０５）
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]