遠心分離機
【課題】回転室の排気用の真空ポンプを有する遠心分離機５０において、油拡散ポンプ５および補助ポンプ４による排気動作の特性を判別することによって、油拡散ポンプ５の動作を正常に制御することにある。
【解決手段】
制御装置９は、回転室３ａの真空度Ｐを一定時間ΔＴ毎に検出する真空度検出手段８を有し、真空度検出手段８の一定時間ΔＴ毎の検出結果に基づいて、回転室３ａ内の真空度Ｐが第１の真空度範囲（Ｐａ−Ｐｒ）内から前記第２の真空度範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）内に移行したことを判別し、かつ回転室３ａ内の真空度Ｐが前記第２の真空度範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）内に移行した場合、一定時間ΔＴ毎の真空度の変化率ΔＰ４を検出し、該変化率ΔＰ４を判別値ΔＰｄと比較し、比較結果に基づいて油拡散ポンプ５が安定動作状態であることを判別する。
【解決手段】
制御装置９は、回転室３ａの真空度Ｐを一定時間ΔＴ毎に検出する真空度検出手段８を有し、真空度検出手段８の一定時間ΔＴ毎の検出結果に基づいて、回転室３ａ内の真空度Ｐが第１の真空度範囲（Ｐａ−Ｐｒ）内から前記第２の真空度範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）内に移行したことを判別し、かつ回転室３ａ内の真空度Ｐが前記第２の真空度範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）内に移行した場合、一定時間ΔＴ毎の真空度の変化率ΔＰ４を検出し、該変化率ΔＰ４を判別値ΔＰｄと比較し、比較結果に基づいて油拡散ポンプ５が安定動作状態であることを判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを高速回転させて試料を遠心分離するための遠心分離機に関し、特に、回転室を高真空に減圧させるための油拡散ポンプを具備する遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機は、チューブなどに収容された試料をロータに保持し、該ロータの風損による温度上昇を防止するために大気から密閉した回転室（ロータ室）に設置し、電動モータ等を含む駆動装置で高速回転させることによって、ロータに保持した上記試料を遠心分離するものである。
【０００３】
ロータの回転速度（回転数）が毎分４０，０００回転（４０，０００ｒｐｍ）を越える超遠心分離機は、下記特許文献１に開示されているように、ロータの回転による回転室内の空気とロータの摩擦熱に基づくロータおよび試料の温度上昇を抑制するために、回転室内を高真空まで減圧する真空ポンプ装置、ならびに回転室内の真空度を検出するセンサおよびセンサ検出回路を具備する真空度検出手段とを備えている。
【０００４】
通常、この真空ポンプ装置は、油拡散ポンプ（ＤＰポンプ）および該油拡散ポンプの補助ポンプとして動作する油回転ポンプ（ロータリーポンプ）によって構成し、遠心分離機本体の回転室に油拡散ポンプの吸入口を接続し、また、油拡散ポンプの排気口に油回転ポンプの吸入口を接続することにより、回転室から大気中に通じる減圧用排気路を形成する。
【０００５】
この場合、油拡散ポンプの減圧動作は約２０パスカル（Ｐａ）程度から開始するので、補助ポンプは、回転室を大気圧から油拡散ポンプの排気動作が可能となる臨界背圧以下（約２０パスカル以下）の中真空まで減圧させる働きをする。油拡散ポンプは、拡散油を貯留するボイラと、ボイラを加熱するヒータと、ボイラの拡散油の沸騰で気化した拡散油分子を一方向に噴射するジェットと、気化した拡散油分子を冷やして液化する冷却部とによって構成され、回転室内が上記臨界背圧以下の条件下でボイラの拡散油の気化による排気動作により、回転室内を高真空まで減圧させる働きをする。
【０００６】
このような、補助ポンプおよび油拡散ポンプから構成された真空ポンプ装置を備える遠心分離機では、下記特許文献１に開示されるように、温度センサにより油拡散ポンプのボイラの拡散油を沸騰させるヒータ温度を調整して油拡散ポンプの動作を制御することが行われている。また、下記特許文献２に開示されるように、回転室の真空度を真空センサで検出することにより油拡散ポンプの動作を制御することが行われている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１０４８２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記油拡散ポンプにおいて、ボイラを加熱するヒータの熱量が多すぎる場合、ヒータ加熱により蒸発し気化した拡散油分子の噴流が乱れて冷却部で液化しきれず、また、その拡散油分子の噴流が周囲の気体分子（空気分子）を排気口から排気できないという現象を生ずる。この結果、余分な拡散油分子等が遠心分離機本体の回転室内に逆流し、回転室内の真空度を悪化したり、拡散油の消耗を加速させたりする。
【０００９】
このような現象の発生を防止するために、特許文献１に開示されているように、油拡散ポンプにおけるボイラの拡散油の温度を監視するための温度センサと温度検出手段を付加し、拡散油の加熱温度を制御する技術が知られている。しかし、拡散油の沸点は２５０℃前後と測定温度が高くなるので、温度センサの製造が難しく、製造原価が高くなるという問題がある。他方、ボイラの拡散油の温度を簡易的な温度センサにより検出する方法として、ボイラの外装面に安価なサーミスタ等の温度センサを装着してボイラの外装面温度を間接的に検出することによって拡散油の温度を推定する方法が周知である。しかし、拡散油の温度とボイラの外装面の温度には温度差があり、かつ熱抵抗があるので、加熱温度の検出時間に遅れが生じ、拡散油の温度を正確に推定することが困難であるという問題がある。また、温度センサを使用する場合、拡散油の沸騰温度が製造メーカによって異なり、製品のばらつきによって、例えば約１５０℃〜約２００℃のように、沸騰温度がばらつくために、一定の温度センサによって沸騰温度を一義的に定めることが不可能となり、沸騰温度による制御が困難となる。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示されたような回転室内に真空度センサを設置した制御において、油拡散ポンプおよび補助ポンプから成る真空ポンプの運転開始によって回転室内が減圧できないという不具合が発生した場合、故障要因としては、回転室と油拡散ポンプ間を接続する真空ホースの気密性の故障、油拡散ポンプ自体の故障、補助ポンプ自体の故障等いくつかの要因が考えられるので、油拡散ポンプまたは補助ポンプ自体による故障要因を適格に判別するために時間を費やしていた。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点をなくし、油拡散ポンプの動作が異常動作しないように制御した遠心分離機を提供することにある。
本発明の他の目的は、油拡散ポンプおよび補助ポンプによる排気動作の特性を判別することによって、油拡散ポンプの動作を正常に制御した遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
本発明の一つの特徴によれば、回転室と、該回転室内に設置され、試料を保持して遠心分離するロータと、該ロータを回転させるモータと、前記ロータが回転する前記回転室内を真空にするために前記回転室内の気体を回転室外に排気する真空ポンプ装置と、前記回転室の真空度に基づいて前記真空ポンプ装置の動作を制御するための制御装置と、を具備する遠心分離機において、前記真空ポンプ装置は、前記回転室内の真空度を第１の真空度範囲内に排気する補助ポンプと、前記回転室内と前記補助ポンプ間に直列接続され、前記回転室の真空度を前記第１の真空度範囲より高真空の第２の真空度範囲に排気する油拡散ポンプと、を具備し、前記制御装置は、前記回転室内の真空度を所定時間毎に検出する真空度検出手段を有し、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記回転室内の真空度が前記第１の真空度範囲内から前記第２の真空度範囲内に移行したことを判別し、かつ前記回転室内の真空度が前記第２の真空度範囲内に移行した場合、前記所定時間毎の真空度の変化率を検出し、該変化率に基づいて前記真空ポンプ装置が動作状態であることを判別するように構成する。
【００１４】
本発明の他の特徴によれば、前記制御装置は、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記補助ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの安定動作と、を順次検出することにより、前記油拡散ポンプが安定動作状態であることを判別する。
【００１５】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記油拡散ポンプの排気動作開始を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御を開始する。
【００１６】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御をする。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記補助ポンプおよび前記油拡散ポンプの運転制御をする。
【００１８】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記真空度検出手段による前記回転室内の真空度の検出が前記第１の真空度範囲内または前記第２の真空度範囲内に移行できないことを判別した場合、前記補助ポンプまたは前記油拡散ポンプの動作に異常があるものと判別する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の上記特徴によれば、油拡散ポンプの排気動作開始を判別して油拡散ポンプの運転制御を開始するので、油拡散ポンプのボイラの加熱を最適に制御することが可能となり、気化した拡散油分子の回転室への逆流を防止し、かつ回転室内の真空度の悪化を防止することが可能となる。また、余分な拡散油の蒸発を防止できるので、拡散油の消耗量を減少することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明の上記特徴によれば、ボイラの拡散油の温度を検出するための高価な温度センサおよび温度センサ検出手段を追加することなく、油拡散ポンプを制御することが可能になるので、安価な油拡散ポンプを装着する遠心分離機を提供できる。
【００２１】
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にされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための各図面において、同一の機能を有する部材または要素については同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
［遠心分離機の全体構成について］
図１は、本発明の実施形態に係る遠心分離機５０の構成図を示す。特に、ロータの回転数を４０，０００ｒｐｍ以上の回転数に制御できる超遠心分離機に向けられている。
遠心分離機５０は、ロータ１を密閉する回転室３ａを形成する仕切り部材３と、回転室３ａに設置され、試料を保持して遠心分離するためのロータ１と、ロータ１を高速に回転駆動する電動モータ２と、油拡散ポンプ（ＤＰポンプ）５および補助ポンプ４から構成された真空ポンプと、制御装置９と、高真空度まで減圧される回転室３の真空度を検出することが可能な真空度センサ８とを具備する。
【００２３】
電動モータ２は、例えば３相ブラシレスモータから成り、図示されないスター結線された固定子界磁巻線（Ｕ、ＶおよびＷ巻線）を含んでいる。ロータ１は、ブラシレスモータ２の回転軸に着脱自在に接続されて回転力が与えられる。電動モータ２の固定子界磁巻線（図示なし）は、後述する制御装置９に形成されたインバータ回路（図示なし）等により回転数が制御される。
【００２４】
油拡散ポンプ５は、オイル（拡散油）５ｂを貯留するためのボイラ５ａと、ボイラ５ａを加熱するヒータ５ｃと、ボイラ５ａで気化した拡散油分子を下方向にジェット気流として噴射させるためのジェット部（図示なし）を内部に備えた円筒部５ｄと、気化した拡散油分子を冷やして液化するための放熱フィン（または冷却パイプ）５ｅとから構成されている。油拡散ポンプ５の吸気口５ｆは、真空ホース７を介して回転室３ａに接続され、吸気口５ｆから吸入された、ジェット部の周囲（円筒部５ｄの内周部）にある気体分子（空気）は、油分子に飛ばされて下の方に圧縮され、排気口５ｇから排気される。
【００２５】
補助ポンプ４は、真空ホース６を介して上記油拡散ポンプ５の排気口５ｇに接続された吸入口４ａと、大気中に排気するための排気口４ｂとを有する。この補助ポンプ４の本体は、図示されていないが、周知の油回転ポンプ（ロータリーポンプ）によって構成され、油を貯留する油容器の中で偏心した回転軸を有するロータを回転させ、上下動(往復動)する固定翼と協働して吸入口４ａ側の空気を排気口４ｂより排気する。補助ポンプ（油回転ポンプ）４は０．１パスカル程度の中真空領域の減圧能力限界を持つのに対して、油拡散ポンプ５は０．１〜０．０００００１パスカルの高真空領域の到達排気能力を持つので、補助ポンプ４は、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる臨界背圧以下（約１３〜２０パスカル以下）に回転室３ａを低真空に減圧させる目的で付加される。
【００２６】
制御装置９は、ロータ１（電動モータ２）の回転駆動制御と、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の駆動と、真空度センサ８の検出等を制御する。この制御装置９は、演算、制御プログラムを実行する中央処理装置ＣＰＵ（９ａ）、ＣＰＵ（９ａ）の制御プログラム等を格納するリードオンリメモリＲＯＭ（９ｂ）、ＣＰＵ（９ａ）の作業領域やデータの一時記憶領域等として利用されるランダムアクセスメモリＲＡＭ（９ｃ）等を含むマイクロコンピュータにより構成される。
［遠心分離機の真空ポンプの制御方式について］
本発明に係る遠心分離機５０では、特に、真空ポンプを構成する油拡散ポンプ５および補助ポンプ４の動作範囲（減圧範囲）が真空度センサ８によって検出できる回転室３ａの真空度特性（減圧特性図）によって区分できるという原理に着眼し、真空ポンプの制御方式が構成されている。以下に、真空ポンプの真空度特性について実験検討した結果を、図２の特性図を参照して説明する。
【００２７】
図２は、回転室内の真空度を測定した特性図であり、補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時に駆動した時の回転室内の真空度変化を示したものである。直列に接続された補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時に駆動すると、時間ｔの経過と共に回転室３の真空度Ｐの変化率が変化するので、一定時間ΔＴにおける真空度Ｐの変化率（ΔＰ）の違いから区別すると、時間Ｔａ、時間Ｔｂ、時間Ｔｃ、および時間Ｔｄに分けることが可能である。
時間Ｔａおよび時間Ｔｂは、補助ポンプ４が排気動作を開始してから安定動作に移行するまでの時間として区別することができる。すなわち、時間Ｔａは補助ポンプ４の排気動作の開始時点ａから補助ポンプ４の安定排気動作に移行する時点ｂまでの「排気動作開始」の時間を示し、また、時間Ｔｂは、時点ｂから時点ｃまでの排気動作が安定動作に移行する「安定動作」の時間を示す。これらの補助ポンプ４の動作時間（Ｔａ＋Ｔｂ）は、所謂、補助ホンプ４の減圧動作時間を示し、その減圧範囲（第１の真空度範囲）（Ｐａ−Ｐｒ）は、例えば、大気圧〜２０パスカルの範囲となる。この減圧範囲（Ｐａ−Ｐｒ）は、補助ポンプ４の排気能力として実験的に把握することができる。また、時間Ｔａにおける一定時間（ΔＴ）毎の真空度の変化率（ΔＰ１）と、時間Ｔｂにおける一定時間（ΔＴ）毎の真空度の変化率（ΔＰ２）とを比較することによって判別することもできる。すなわち、この安定動作時間Ｔｂにおける真空度変化率（ΔＰ２）は、排気動作開始時間Ｔａにおける真空度変化率（ΔＰ１）に比べて極端に小さくなる。
【００２８】
補助ポンプ４の動作時間（Ｔａ＋Ｔｂ）の経過後に、補助ポンプ４が回転室３ａ内を大気圧から中真空領域の真空度Ｐｒまで減圧し、これにより、油拡散ポンプ５の吸気口５ｆにおける真空度Ｐを、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる臨界背圧以下とすることが可能となる。
【００２９】
時間Ｔｂに連続する時間Ｔｃは、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる領域である。この領域は、回転室３ａ内が臨界背圧以下（約２０パスカル以下）であり、かつ油拡散ポンプ５のボイラ５ａの拡散油５ｂが沸騰により気化して排気動作が始まり、回転室３ａ内を高真空度Ｐｄまで減圧する領域である。すなわち、時間Ｔｃは、油拡散ポンプ５の排気動作の開始時点ｃから油拡散ポンプ５の安定排気動作に移行する時点ｄまでの「排気動作開始」の時間となる。この時間Ｔｃにおける一定時間ΔＴにおける真空度変化率（ΔＰ３）は、上記真空度変化率（ΔＰ２）より大きな値となる。
【００３０】
時間Ｔｄは、時刻ｄから時刻ｅまでの排気動作が安定動作に移行する「安定動作」の時間を示す。すなわち、油拡散ポンプ５の排気動作がさらに進行して油拡散ポンプ５の排気動作が安定した減圧範囲（第２の真空度範囲）（Ｐｒ−Ｐｄ）の高真空限度Ｐｄとなり、真空度変化率（ΔＰ４）は極端に小さくなり、真空動作が安定領域となる。
［真空ポンプの動作状態判別フローチャートの一例について］
本発明は、図２に示したような真空度特性図に基づいて遠心分離機を構成したもので、上記制御装置９のＲＯＭ（９ｂ）に格納された、補助ポンプおよび油拡散ポンプの動作状態判別プログラムの一例に従った動作状態判別フローチャートについて、図３を参照して説明する。
【００３１】
補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時にスイッチＯＮ（図示なし）して両者を駆動開始する。真空度センサ８と制御装置９で検出した真空度Ｐに基づいて、回転室３ａの真空度変化率（ΔＰ／ΔＴ）の変化から各ポンプの動作状態を判別する。
【００３２】
ステップＳ１において、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５を同時に駆動させる。ステップＳ２において、真空度センサ８を介して一定時間（ΔＴ）毎に回転室３ａの真空度を検出して、真空度の変化率（ΔＰ／ΔＴ）（以下、真空度の変化ΔＰによって「真空度の変化率」とする）を算出する。以下、真空度の変化率を検出するステップを、便宜上、Ａステップと称する。
【００３３】
ステップＳ３において、期間Ｔａにおける真空度の変化率ΔＰ１（図２参照）が予め決められている判定値ΔＰａと比較してΔＰ１≧ΔＰａとなる場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ４に進み補助ポンプ４の排気動作が開始されたものと判別する。
【００３４】
もし、ステップＳ３において変化率ΔＰ１がΔＰ１＜ΔＰａならば（ＮＯの場合）、ステップＳ３ａへ進み、補助ポンプ４の排気動作の開始に異常が発生したものと判別して、ステップＳ１４の故障検出処理に進み、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の動作を停止し、かつロータ１の回転を停止する。
【００３５】
ステップＳ５で、上記ステップＳ２の処理と同様に、真空度センサ８を介して、期間Ｔｂにおける一定時間ΔＴ毎に回転室３ａの真空度の変化率ΔＰ２（図２参照）を検出する。ただし、ここで検出された真空度の変化率ΔＰ２は、期間Ｔｂにおける真空度なので、上記ΔＰ１と区別される。
【００３６】
ステップＳ６において、真空度の変化率ΔＰ２と予め設定されている判定値ΔＰｂとを比較して、ΔＰ２≦ΔＰｂであるか否かを判別する。もし、ΔＰ２≦ΔＰｂならば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ７へ進み、補助ポンプ４は安定動作状態にあると判別する。
ステップＳ６においてΔＰ２＞ΔＰｂならば（ＮＯの場合）、ステップＳ６ａへ進み、補助ポンプ４は安定動作が異常であると判別し、ステップＳ１４で故障検出処理をする。
【００３７】
ステップＳ８は、上記ステップＳ２と同様な処理であり、一定時間ごとに回転室３の真空度を検出して、期間Ｔｃにおける真空度の変化率ΔＰ３（図２参照）を算出する処理である。
【００３８】
ステップＳ９は、ステップＳ９で算出した真空度の変化率ΔＰ３と予め設定されている判定値ΔＰｃを比較してΔＰ３≧ΔＰｃであるか否かを判別する。もしΔＰ３≧ΔＰｃならば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１０へ進み、油拡散ポンプ５は排気動作を開始したものと判別する。
【００３９】
ステップＳ９でΔＰ３＜ΔＰｃならば（ＮＯの場合）、ステップＳ９ａへ進み、油拡散ポンプ５の排気動作の開始に異常があるものと判別して、ステップＳ１４へ進み、故障検出処理をする。
【００４０】
ステップＳ１１は、上記ステップＳ２と同様な処理であり、一定時間ごとに回転室３の真空度を検出して、期間Ｔｄにおける真空度の変化率ΔＰ４（図２参照）を算出する処理である。
【００４１】
ステップＳ１２は、ステップＳ１１で算出した真空度の変化率ΔＰ４を予め設定されている判定値ΔＰｄと比較して、ΔＰ４≦ΔＰｄであるか否かを判別する。もし、ΔＰ４≦ΔＰｄならば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１３へ進み、油拡散ポンプ５は安定動作にあると判別する。もし、ΔＰ＞ΔＰｄならば（ＮＯの場合）、ステップＳ１２ａへ進み、油拡散ポンプ５の安定動作の異常を判別し、ステップＳ１４へ進み、故障検出処理をする。
［真空ポンプの動作制御フローチャートについて］
補助ポンプ４と油拡散ポンプ５の制御フローチャートについて図４を参照して説明する。
制御装置９は、上述したような油拡散ポンプ５の動作状態を判別して補助ポンプ４と油拡散ポンプ５の動作を制御する。
【００４２】
ステップＳ２０において、図３のフローチャートにおけるステップＳ９およびステップＳ１０によって油拡散ポンプ５の排気動作を開始したか否かを判別する。ステップＳ２０で油拡散ポンプ５の排気動作が開始されたものと判別すると（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２１へ進み、油拡散ポンプ５の運転制御を開始する。つまり、図３に示す真空度の変化率ΔＰ３と判定値ΔＰｃを比較してΔＰ３≧ΔＰｃならば、油拡散ポンプ５の排気動作開始と判別する。そして、後述する図５における時刻ｃより始まる時間Ｔｃにおいて、油拡散ポンプ５のヒータ（ＤＰヒータ）５ｃに印加する電力を、連続電力から不連続電力（パルス状電力）に切換えてＤＰヒータ５ｃの制御を開始し、ステップＳ２２においてパルス状電力を印加して拡散油５ｂに過度な蒸発が生じないように所定の電力に低下させる。
【００４３】
次に、ステップＳ２３において、油拡散ポンプ５が安定動作状態になったか否かを判別する。ステップＳ２３で油拡散ポンプ５の安定運転を判別すると（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２４へ進み、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の安定運転を制御する。すなわち、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の運転制御を、図５に示す期間Ｔｄのように、ＯＮ・ＯＦＦ制御する。補助ポンプ４および油拡散ポンプ５をＯＮ・ＯＦＦ制御することにより、過度な拡散油分子の発生を防止し、拡散油分子の回転室への逆流を防止することができる。
【００４４】
もしステップＳ２３において、油拡散ポンプ５が安定運転状態でないと判別すると（ＮＯの場合）、ステップＳ２２へ戻り、油拡散ポンプ５が安定運転になるまで油拡散ポンプ５の運転制御を続ける。
［遠心分離機の動作例について］
次に上記真空ポンプの動作状態判別フローチャートおよび制御フローチャートに従った遠心分離機の動作例について図５を参照して説明する。図５は、補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時に駆動開始して回転室３における真空度の変化率が変化する状態から真空ポンプの動作状態を判別して、真空ポンプの各ポンプを制御したときの真空度の変化を示す特性図である。
【００４５】
時間Ｔａ（時刻a〜時刻ｂ）は、補助ポンプ４の排気動作が始まり、大気圧Ｐａより低真空Ｐｒまで減圧する領域であり、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる臨界背圧（約２０パスカル）以下となる。
【００４６】
時間Ｔｂ（時刻ｂ〜時刻ｃ）は、補助ポンプ４の排気動作がさらに進行して補助ポンプ４の排気動作の限度領域となり、真空度は安定領域となる。
【００４７】
時間Ｔｃ（時刻ｃ〜時刻ｄ）は、油拡散ポンプ５の排気動作が開始する領域である。この領域は、回転室内が臨界背圧（約２０パスカル）以下であり、かつ油拡散ポンプ５のボイラの拡散油が気化により排気動作が始まり、回転室内を高真空度Ｐｄまで減圧する領域である。この期間は、図２に示す通り一定時間ΔＴ毎の真空度変化率ΔＰ３は大きい。上述したように真空度変化率ΔＰ３（図２参照）から油拡散ポンプ５の排気動作の開始を判別して、拡散ポンプ５のヒータ加熱を連続電力印加からパルス状電力（例えば、電力印加と電力停止の周期が７：３の電力）に低下させて、ＤＰヒータ５ｃ（図１参照）の発生熱量を抑えることが可能になる。
【００４８】
時間Ｔｄ（時刻ｅ以降）は、油拡散ポンプ５の排気動作がさらに進行して油拡散ポンプ５の排気動作の限度領域（真空度Ｐｄ）となり、真空度Ｐは安定領域となる。この期間Ｔｄは、図２に示すように、一定時間ΔＴごとの真空度変化率ΔＰ４は極端に小さくなる。したがって、上記図３に示したフローチャートに基づいて真空度変化率ΔＰ４を基準値ΔＰｄと比較して油拡散ポンプ５の排気動作が安定領域にあることを判別し、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５をＯＮ・ＯＦＦ制御する。このＯＮ・ＯＦＦ制御は、回転室３の真空度Ｐを検出して補助ポンプ４および油拡散ポンプ５を電力の供給を停止させる。電力の停止により回転室３の真空度ＰがＰｏｆｆへ若干、上昇（低下）し、真空度センサ８が真空度Ｐｏｆｆを検出すると、再び、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５のＤＰヒータに所定電力を印加する。これによって、回転室３の真空度をＰｄからＰｏｆｆの範囲内において高真空に制御することができる。
【００４９】
以上の実施形態から明らかなように、真空ポンプを構成する補助ポンプ４の減圧範囲（第１の真空度範囲）（Ｐａ−Ｐｒ）と、油拡散ポンプ５の減圧範囲（第２の真空度範囲）（Ｐｒ−Ｐｄ）とを記憶しておき、補助ポンプ４の排気動作開始領域（期間Ｔａ）における真空度変化率ΔＰ１と、油拡散ポンプ５の排気動作開始領域（期間Ｔｃ）における真空度変化率ΔＰ３と、排気動作開始領域（期間Ｔｄ）における真空度変化率ΔＰ４と、を検出することにより、油拡散ポンプ５の排気動作状態を判別することができる。これにより、高価な温度センサおよび温度センサ検出回路を追加することなく、油拡散ポンプの排気動作状態を判別して油拡散ポンプの制御を適切に行うことができる。
［真空ポンプの動作状態判別フローチャートの変形例について］
また、遠心分離機の回転室における真空度特性について実験検討した結果、図６の真空度特性図に示すように、上記図２に示したような補助ポンプ４の安全動作領域（時間Ｔｂ）の真空度変化率ΔＰ２が明確に観測できない場合がある。
【００５０】
この原因は、時間Ｔａから時間Ｔｂに移行して補助ポンプ４の排気動作が安定状態となった時、同時に油拡散ポンプ５の排気動作が連続的に開始されるために、補助ポンプ４の安全動作領域（時間Ｔｂ）において真空度ΔＰ２（図２参照）の段差特性が表れないものと考えられる。このような真空度の段差特性が表れない理由は、油拡散ポンプ５の拡散油５ｂの温度が時間Ｔｂにおいて既に上昇していて、油拡散ポンプ５の排気動作開始が早い場合であると判断される。この特性は、特に、遠心分離機を連続して運転する場合で、初回の運転により油拡散ポンプ５のボイラ５ａの温度が高くなっている場合に生じ易い。
【００５１】
したがって、図６に示された真空度特性図では、時間（Ｔａ＋Ｔｂ）から時間Ｔｃに移行する場合、油拡散ポンプ５の排気動作によって真空度Ｐが連続して減圧される特性となり、段差特性が表れない。しかし、時間Ｔｄに移行して油拡散ポンプ５の排気動作が減圧範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）の排気能力限界Ｐｄに達すると、段差特性が表れる。
【００５２】
図６に示した真空度特性に基づいて真空ポンプの排気動作状態を判別する場合は、図７に示した動作判別フローチャートとなる。
【００５３】
図７に示した動作判別フローチャートにおいて、上記図３に示した処理および判断ステップと同一のステップについては、同一符号を付して説明を省略する。図７のフローチャートが図３に示したものと異なる点は、図３に示したステップＳ５〜ステップＳ７の補助ポンプの安全動作領域の判別ステップが省略されたことにある。
【００５４】
結果的に、図６の特性図に基づく動作判別も、補助ポンプ４の減圧範囲（Ｐａ−Ｐｒ）における真空度の変化率ΔＰ１と、油拡散ポンプ５の減圧範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）の時間Ｔｃにおける真空度の変化率ΔＰ３と、油拡散ポンプ５の減圧範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）の時間Ｔｄにおける真空度の変化率ΔＰ４とを検出して、それらの変化率を予め設定されている判定値ΔＰａ、ΔＰｃ、ΔＰｄとそれぞれ比較することにより排気動作状態を判別することができる。
【００５５】
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】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図。
【図２】図１に示した遠心分離機の回転室の真空度を測定した真空度特性図の一例。
【図３】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作状態判別フローチャートの一例。
【図４】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作制御フローチャート。
【図５】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作例を示した特性図。
【図６】図１に示した遠心分離機の回転室の真空度を測定した真空度特性図の他の例。
【図７】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作状態判別フローチャートの変形例。
【符号の説明】
【００５７】
１：ロータ ２：電動モータ ３：回転室仕切り部材 ３ａ：回転室
４：補助ポンプ（油回転ポンプ） ４ａ：吸入口 ４ｂ：排気口
５：油拡散ポンプ ５ａ：ボイラ ５ｂ：拡散油 ５ｃ：ＤＰヒータ
５ｄ：ジェット部を内包する円筒部 ５ｅ：放熱フィン ５ｆ：吸気口
５ｇ：排気口 ６：真空ホース ７：真空ホース ８：真空度センサ
９：制御装置 ９ａ：ＣＰＵ ９ｂ：ＲＯＭ ９ｃ：ＲＡＭ
５０：遠心分離機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを高速回転させて試料を遠心分離するための遠心分離機に関し、特に、回転室を高真空に減圧させるための油拡散ポンプを具備する遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機は、チューブなどに収容された試料をロータに保持し、該ロータの風損による温度上昇を防止するために大気から密閉した回転室（ロータ室）に設置し、電動モータ等を含む駆動装置で高速回転させることによって、ロータに保持した上記試料を遠心分離するものである。
【０００３】
ロータの回転速度（回転数）が毎分４０，０００回転（４０，０００ｒｐｍ）を越える超遠心分離機は、下記特許文献１に開示されているように、ロータの回転による回転室内の空気とロータの摩擦熱に基づくロータおよび試料の温度上昇を抑制するために、回転室内を高真空まで減圧する真空ポンプ装置、ならびに回転室内の真空度を検出するセンサおよびセンサ検出回路を具備する真空度検出手段とを備えている。
【０００４】
通常、この真空ポンプ装置は、油拡散ポンプ（ＤＰポンプ）および該油拡散ポンプの補助ポンプとして動作する油回転ポンプ（ロータリーポンプ）によって構成し、遠心分離機本体の回転室に油拡散ポンプの吸入口を接続し、また、油拡散ポンプの排気口に油回転ポンプの吸入口を接続することにより、回転室から大気中に通じる減圧用排気路を形成する。
【０００５】
この場合、油拡散ポンプの減圧動作は約２０パスカル（Ｐａ）程度から開始するので、補助ポンプは、回転室を大気圧から油拡散ポンプの排気動作が可能となる臨界背圧以下（約２０パスカル以下）の中真空まで減圧させる働きをする。油拡散ポンプは、拡散油を貯留するボイラと、ボイラを加熱するヒータと、ボイラの拡散油の沸騰で気化した拡散油分子を一方向に噴射するジェットと、気化した拡散油分子を冷やして液化する冷却部とによって構成され、回転室内が上記臨界背圧以下の条件下でボイラの拡散油の気化による排気動作により、回転室内を高真空まで減圧させる働きをする。
【０００６】
このような、補助ポンプおよび油拡散ポンプから構成された真空ポンプ装置を備える遠心分離機では、下記特許文献１に開示されるように、温度センサにより油拡散ポンプのボイラの拡散油を沸騰させるヒータ温度を調整して油拡散ポンプの動作を制御することが行われている。また、下記特許文献２に開示されるように、回転室の真空度を真空センサで検出することにより油拡散ポンプの動作を制御することが行われている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１０４８２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記油拡散ポンプにおいて、ボイラを加熱するヒータの熱量が多すぎる場合、ヒータ加熱により蒸発し気化した拡散油分子の噴流が乱れて冷却部で液化しきれず、また、その拡散油分子の噴流が周囲の気体分子（空気分子）を排気口から排気できないという現象を生ずる。この結果、余分な拡散油分子等が遠心分離機本体の回転室内に逆流し、回転室内の真空度を悪化したり、拡散油の消耗を加速させたりする。
【０００９】
このような現象の発生を防止するために、特許文献１に開示されているように、油拡散ポンプにおけるボイラの拡散油の温度を監視するための温度センサと温度検出手段を付加し、拡散油の加熱温度を制御する技術が知られている。しかし、拡散油の沸点は２５０℃前後と測定温度が高くなるので、温度センサの製造が難しく、製造原価が高くなるという問題がある。他方、ボイラの拡散油の温度を簡易的な温度センサにより検出する方法として、ボイラの外装面に安価なサーミスタ等の温度センサを装着してボイラの外装面温度を間接的に検出することによって拡散油の温度を推定する方法が周知である。しかし、拡散油の温度とボイラの外装面の温度には温度差があり、かつ熱抵抗があるので、加熱温度の検出時間に遅れが生じ、拡散油の温度を正確に推定することが困難であるという問題がある。また、温度センサを使用する場合、拡散油の沸騰温度が製造メーカによって異なり、製品のばらつきによって、例えば約１５０℃〜約２００℃のように、沸騰温度がばらつくために、一定の温度センサによって沸騰温度を一義的に定めることが不可能となり、沸騰温度による制御が困難となる。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示されたような回転室内に真空度センサを設置した制御において、油拡散ポンプおよび補助ポンプから成る真空ポンプの運転開始によって回転室内が減圧できないという不具合が発生した場合、故障要因としては、回転室と油拡散ポンプ間を接続する真空ホースの気密性の故障、油拡散ポンプ自体の故障、補助ポンプ自体の故障等いくつかの要因が考えられるので、油拡散ポンプまたは補助ポンプ自体による故障要因を適格に判別するために時間を費やしていた。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点をなくし、油拡散ポンプの動作が異常動作しないように制御した遠心分離機を提供することにある。
本発明の他の目的は、油拡散ポンプおよび補助ポンプによる排気動作の特性を判別することによって、油拡散ポンプの動作を正常に制御した遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
本発明の一つの特徴によれば、回転室と、該回転室内に設置され、試料を保持して遠心分離するロータと、該ロータを回転させるモータと、前記ロータが回転する前記回転室内を真空にするために前記回転室内の気体を回転室外に排気する真空ポンプ装置と、前記回転室の真空度に基づいて前記真空ポンプ装置の動作を制御するための制御装置と、を具備する遠心分離機において、前記真空ポンプ装置は、前記回転室内の真空度を第１の真空度範囲内に排気する補助ポンプと、前記回転室内と前記補助ポンプ間に直列接続され、前記回転室の真空度を前記第１の真空度範囲より高真空の第２の真空度範囲に排気する油拡散ポンプと、を具備し、前記制御装置は、前記回転室内の真空度を所定時間毎に検出する真空度検出手段を有し、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記回転室内の真空度が前記第１の真空度範囲内から前記第２の真空度範囲内に移行したことを判別し、かつ前記回転室内の真空度が前記第２の真空度範囲内に移行した場合、前記所定時間毎の真空度の変化率を検出し、該変化率に基づいて前記真空ポンプ装置が動作状態であることを判別するように構成する。
【００１４】
本発明の他の特徴によれば、前記制御装置は、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記補助ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの安定動作と、を順次検出することにより、前記油拡散ポンプが安定動作状態であることを判別する。
【００１５】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記油拡散ポンプの排気動作開始を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御を開始する。
【００１６】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御をする。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記補助ポンプおよび前記油拡散ポンプの運転制御をする。
【００１８】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御装置は、前記真空度検出手段による前記回転室内の真空度の検出が前記第１の真空度範囲内または前記第２の真空度範囲内に移行できないことを判別した場合、前記補助ポンプまたは前記油拡散ポンプの動作に異常があるものと判別する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の上記特徴によれば、油拡散ポンプの排気動作開始を判別して油拡散ポンプの運転制御を開始するので、油拡散ポンプのボイラの加熱を最適に制御することが可能となり、気化した拡散油分子の回転室への逆流を防止し、かつ回転室内の真空度の悪化を防止することが可能となる。また、余分な拡散油の蒸発を防止できるので、拡散油の消耗量を減少することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明の上記特徴によれば、ボイラの拡散油の温度を検出するための高価な温度センサおよび温度センサ検出手段を追加することなく、油拡散ポンプを制御することが可能になるので、安価な油拡散ポンプを装着する遠心分離機を提供できる。
【００２１】
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にされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための各図面において、同一の機能を有する部材または要素については同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
［遠心分離機の全体構成について］
図１は、本発明の実施形態に係る遠心分離機５０の構成図を示す。特に、ロータの回転数を４０，０００ｒｐｍ以上の回転数に制御できる超遠心分離機に向けられている。
遠心分離機５０は、ロータ１を密閉する回転室３ａを形成する仕切り部材３と、回転室３ａに設置され、試料を保持して遠心分離するためのロータ１と、ロータ１を高速に回転駆動する電動モータ２と、油拡散ポンプ（ＤＰポンプ）５および補助ポンプ４から構成された真空ポンプと、制御装置９と、高真空度まで減圧される回転室３の真空度を検出することが可能な真空度センサ８とを具備する。
【００２３】
電動モータ２は、例えば３相ブラシレスモータから成り、図示されないスター結線された固定子界磁巻線（Ｕ、ＶおよびＷ巻線）を含んでいる。ロータ１は、ブラシレスモータ２の回転軸に着脱自在に接続されて回転力が与えられる。電動モータ２の固定子界磁巻線（図示なし）は、後述する制御装置９に形成されたインバータ回路（図示なし）等により回転数が制御される。
【００２４】
油拡散ポンプ５は、オイル（拡散油）５ｂを貯留するためのボイラ５ａと、ボイラ５ａを加熱するヒータ５ｃと、ボイラ５ａで気化した拡散油分子を下方向にジェット気流として噴射させるためのジェット部（図示なし）を内部に備えた円筒部５ｄと、気化した拡散油分子を冷やして液化するための放熱フィン（または冷却パイプ）５ｅとから構成されている。油拡散ポンプ５の吸気口５ｆは、真空ホース７を介して回転室３ａに接続され、吸気口５ｆから吸入された、ジェット部の周囲（円筒部５ｄの内周部）にある気体分子（空気）は、油分子に飛ばされて下の方に圧縮され、排気口５ｇから排気される。
【００２５】
補助ポンプ４は、真空ホース６を介して上記油拡散ポンプ５の排気口５ｇに接続された吸入口４ａと、大気中に排気するための排気口４ｂとを有する。この補助ポンプ４の本体は、図示されていないが、周知の油回転ポンプ（ロータリーポンプ）によって構成され、油を貯留する油容器の中で偏心した回転軸を有するロータを回転させ、上下動(往復動)する固定翼と協働して吸入口４ａ側の空気を排気口４ｂより排気する。補助ポンプ（油回転ポンプ）４は０．１パスカル程度の中真空領域の減圧能力限界を持つのに対して、油拡散ポンプ５は０．１〜０．０００００１パスカルの高真空領域の到達排気能力を持つので、補助ポンプ４は、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる臨界背圧以下（約１３〜２０パスカル以下）に回転室３ａを低真空に減圧させる目的で付加される。
【００２６】
制御装置９は、ロータ１（電動モータ２）の回転駆動制御と、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の駆動と、真空度センサ８の検出等を制御する。この制御装置９は、演算、制御プログラムを実行する中央処理装置ＣＰＵ（９ａ）、ＣＰＵ（９ａ）の制御プログラム等を格納するリードオンリメモリＲＯＭ（９ｂ）、ＣＰＵ（９ａ）の作業領域やデータの一時記憶領域等として利用されるランダムアクセスメモリＲＡＭ（９ｃ）等を含むマイクロコンピュータにより構成される。
［遠心分離機の真空ポンプの制御方式について］
本発明に係る遠心分離機５０では、特に、真空ポンプを構成する油拡散ポンプ５および補助ポンプ４の動作範囲（減圧範囲）が真空度センサ８によって検出できる回転室３ａの真空度特性（減圧特性図）によって区分できるという原理に着眼し、真空ポンプの制御方式が構成されている。以下に、真空ポンプの真空度特性について実験検討した結果を、図２の特性図を参照して説明する。
【００２７】
図２は、回転室内の真空度を測定した特性図であり、補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時に駆動した時の回転室内の真空度変化を示したものである。直列に接続された補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時に駆動すると、時間ｔの経過と共に回転室３の真空度Ｐの変化率が変化するので、一定時間ΔＴにおける真空度Ｐの変化率（ΔＰ）の違いから区別すると、時間Ｔａ、時間Ｔｂ、時間Ｔｃ、および時間Ｔｄに分けることが可能である。
時間Ｔａおよび時間Ｔｂは、補助ポンプ４が排気動作を開始してから安定動作に移行するまでの時間として区別することができる。すなわち、時間Ｔａは補助ポンプ４の排気動作の開始時点ａから補助ポンプ４の安定排気動作に移行する時点ｂまでの「排気動作開始」の時間を示し、また、時間Ｔｂは、時点ｂから時点ｃまでの排気動作が安定動作に移行する「安定動作」の時間を示す。これらの補助ポンプ４の動作時間（Ｔａ＋Ｔｂ）は、所謂、補助ホンプ４の減圧動作時間を示し、その減圧範囲（第１の真空度範囲）（Ｐａ−Ｐｒ）は、例えば、大気圧〜２０パスカルの範囲となる。この減圧範囲（Ｐａ−Ｐｒ）は、補助ポンプ４の排気能力として実験的に把握することができる。また、時間Ｔａにおける一定時間（ΔＴ）毎の真空度の変化率（ΔＰ１）と、時間Ｔｂにおける一定時間（ΔＴ）毎の真空度の変化率（ΔＰ２）とを比較することによって判別することもできる。すなわち、この安定動作時間Ｔｂにおける真空度変化率（ΔＰ２）は、排気動作開始時間Ｔａにおける真空度変化率（ΔＰ１）に比べて極端に小さくなる。
【００２８】
補助ポンプ４の動作時間（Ｔａ＋Ｔｂ）の経過後に、補助ポンプ４が回転室３ａ内を大気圧から中真空領域の真空度Ｐｒまで減圧し、これにより、油拡散ポンプ５の吸気口５ｆにおける真空度Ｐを、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる臨界背圧以下とすることが可能となる。
【００２９】
時間Ｔｂに連続する時間Ｔｃは、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる領域である。この領域は、回転室３ａ内が臨界背圧以下（約２０パスカル以下）であり、かつ油拡散ポンプ５のボイラ５ａの拡散油５ｂが沸騰により気化して排気動作が始まり、回転室３ａ内を高真空度Ｐｄまで減圧する領域である。すなわち、時間Ｔｃは、油拡散ポンプ５の排気動作の開始時点ｃから油拡散ポンプ５の安定排気動作に移行する時点ｄまでの「排気動作開始」の時間となる。この時間Ｔｃにおける一定時間ΔＴにおける真空度変化率（ΔＰ３）は、上記真空度変化率（ΔＰ２）より大きな値となる。
【００３０】
時間Ｔｄは、時刻ｄから時刻ｅまでの排気動作が安定動作に移行する「安定動作」の時間を示す。すなわち、油拡散ポンプ５の排気動作がさらに進行して油拡散ポンプ５の排気動作が安定した減圧範囲（第２の真空度範囲）（Ｐｒ−Ｐｄ）の高真空限度Ｐｄとなり、真空度変化率（ΔＰ４）は極端に小さくなり、真空動作が安定領域となる。
［真空ポンプの動作状態判別フローチャートの一例について］
本発明は、図２に示したような真空度特性図に基づいて遠心分離機を構成したもので、上記制御装置９のＲＯＭ（９ｂ）に格納された、補助ポンプおよび油拡散ポンプの動作状態判別プログラムの一例に従った動作状態判別フローチャートについて、図３を参照して説明する。
【００３１】
補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時にスイッチＯＮ（図示なし）して両者を駆動開始する。真空度センサ８と制御装置９で検出した真空度Ｐに基づいて、回転室３ａの真空度変化率（ΔＰ／ΔＴ）の変化から各ポンプの動作状態を判別する。
【００３２】
ステップＳ１において、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５を同時に駆動させる。ステップＳ２において、真空度センサ８を介して一定時間（ΔＴ）毎に回転室３ａの真空度を検出して、真空度の変化率（ΔＰ／ΔＴ）（以下、真空度の変化ΔＰによって「真空度の変化率」とする）を算出する。以下、真空度の変化率を検出するステップを、便宜上、Ａステップと称する。
【００３３】
ステップＳ３において、期間Ｔａにおける真空度の変化率ΔＰ１（図２参照）が予め決められている判定値ΔＰａと比較してΔＰ１≧ΔＰａとなる場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ４に進み補助ポンプ４の排気動作が開始されたものと判別する。
【００３４】
もし、ステップＳ３において変化率ΔＰ１がΔＰ１＜ΔＰａならば（ＮＯの場合）、ステップＳ３ａへ進み、補助ポンプ４の排気動作の開始に異常が発生したものと判別して、ステップＳ１４の故障検出処理に進み、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の動作を停止し、かつロータ１の回転を停止する。
【００３５】
ステップＳ５で、上記ステップＳ２の処理と同様に、真空度センサ８を介して、期間Ｔｂにおける一定時間ΔＴ毎に回転室３ａの真空度の変化率ΔＰ２（図２参照）を検出する。ただし、ここで検出された真空度の変化率ΔＰ２は、期間Ｔｂにおける真空度なので、上記ΔＰ１と区別される。
【００３６】
ステップＳ６において、真空度の変化率ΔＰ２と予め設定されている判定値ΔＰｂとを比較して、ΔＰ２≦ΔＰｂであるか否かを判別する。もし、ΔＰ２≦ΔＰｂならば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ７へ進み、補助ポンプ４は安定動作状態にあると判別する。
ステップＳ６においてΔＰ２＞ΔＰｂならば（ＮＯの場合）、ステップＳ６ａへ進み、補助ポンプ４は安定動作が異常であると判別し、ステップＳ１４で故障検出処理をする。
【００３７】
ステップＳ８は、上記ステップＳ２と同様な処理であり、一定時間ごとに回転室３の真空度を検出して、期間Ｔｃにおける真空度の変化率ΔＰ３（図２参照）を算出する処理である。
【００３８】
ステップＳ９は、ステップＳ９で算出した真空度の変化率ΔＰ３と予め設定されている判定値ΔＰｃを比較してΔＰ３≧ΔＰｃであるか否かを判別する。もしΔＰ３≧ΔＰｃならば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１０へ進み、油拡散ポンプ５は排気動作を開始したものと判別する。
【００３９】
ステップＳ９でΔＰ３＜ΔＰｃならば（ＮＯの場合）、ステップＳ９ａへ進み、油拡散ポンプ５の排気動作の開始に異常があるものと判別して、ステップＳ１４へ進み、故障検出処理をする。
【００４０】
ステップＳ１１は、上記ステップＳ２と同様な処理であり、一定時間ごとに回転室３の真空度を検出して、期間Ｔｄにおける真空度の変化率ΔＰ４（図２参照）を算出する処理である。
【００４１】
ステップＳ１２は、ステップＳ１１で算出した真空度の変化率ΔＰ４を予め設定されている判定値ΔＰｄと比較して、ΔＰ４≦ΔＰｄであるか否かを判別する。もし、ΔＰ４≦ΔＰｄならば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１３へ進み、油拡散ポンプ５は安定動作にあると判別する。もし、ΔＰ＞ΔＰｄならば（ＮＯの場合）、ステップＳ１２ａへ進み、油拡散ポンプ５の安定動作の異常を判別し、ステップＳ１４へ進み、故障検出処理をする。
［真空ポンプの動作制御フローチャートについて］
補助ポンプ４と油拡散ポンプ５の制御フローチャートについて図４を参照して説明する。
制御装置９は、上述したような油拡散ポンプ５の動作状態を判別して補助ポンプ４と油拡散ポンプ５の動作を制御する。
【００４２】
ステップＳ２０において、図３のフローチャートにおけるステップＳ９およびステップＳ１０によって油拡散ポンプ５の排気動作を開始したか否かを判別する。ステップＳ２０で油拡散ポンプ５の排気動作が開始されたものと判別すると（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２１へ進み、油拡散ポンプ５の運転制御を開始する。つまり、図３に示す真空度の変化率ΔＰ３と判定値ΔＰｃを比較してΔＰ３≧ΔＰｃならば、油拡散ポンプ５の排気動作開始と判別する。そして、後述する図５における時刻ｃより始まる時間Ｔｃにおいて、油拡散ポンプ５のヒータ（ＤＰヒータ）５ｃに印加する電力を、連続電力から不連続電力（パルス状電力）に切換えてＤＰヒータ５ｃの制御を開始し、ステップＳ２２においてパルス状電力を印加して拡散油５ｂに過度な蒸発が生じないように所定の電力に低下させる。
【００４３】
次に、ステップＳ２３において、油拡散ポンプ５が安定動作状態になったか否かを判別する。ステップＳ２３で油拡散ポンプ５の安定運転を判別すると（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２４へ進み、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の安定運転を制御する。すなわち、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５の運転制御を、図５に示す期間Ｔｄのように、ＯＮ・ＯＦＦ制御する。補助ポンプ４および油拡散ポンプ５をＯＮ・ＯＦＦ制御することにより、過度な拡散油分子の発生を防止し、拡散油分子の回転室への逆流を防止することができる。
【００４４】
もしステップＳ２３において、油拡散ポンプ５が安定運転状態でないと判別すると（ＮＯの場合）、ステップＳ２２へ戻り、油拡散ポンプ５が安定運転になるまで油拡散ポンプ５の運転制御を続ける。
［遠心分離機の動作例について］
次に上記真空ポンプの動作状態判別フローチャートおよび制御フローチャートに従った遠心分離機の動作例について図５を参照して説明する。図５は、補助ポンプ４と油拡散ポンプ５を同時に駆動開始して回転室３における真空度の変化率が変化する状態から真空ポンプの動作状態を判別して、真空ポンプの各ポンプを制御したときの真空度の変化を示す特性図である。
【００４５】
時間Ｔａ（時刻a〜時刻ｂ）は、補助ポンプ４の排気動作が始まり、大気圧Ｐａより低真空Ｐｒまで減圧する領域であり、油拡散ポンプ５の排気動作が可能となる臨界背圧（約２０パスカル）以下となる。
【００４６】
時間Ｔｂ（時刻ｂ〜時刻ｃ）は、補助ポンプ４の排気動作がさらに進行して補助ポンプ４の排気動作の限度領域となり、真空度は安定領域となる。
【００４７】
時間Ｔｃ（時刻ｃ〜時刻ｄ）は、油拡散ポンプ５の排気動作が開始する領域である。この領域は、回転室内が臨界背圧（約２０パスカル）以下であり、かつ油拡散ポンプ５のボイラの拡散油が気化により排気動作が始まり、回転室内を高真空度Ｐｄまで減圧する領域である。この期間は、図２に示す通り一定時間ΔＴ毎の真空度変化率ΔＰ３は大きい。上述したように真空度変化率ΔＰ３（図２参照）から油拡散ポンプ５の排気動作の開始を判別して、拡散ポンプ５のヒータ加熱を連続電力印加からパルス状電力（例えば、電力印加と電力停止の周期が７：３の電力）に低下させて、ＤＰヒータ５ｃ（図１参照）の発生熱量を抑えることが可能になる。
【００４８】
時間Ｔｄ（時刻ｅ以降）は、油拡散ポンプ５の排気動作がさらに進行して油拡散ポンプ５の排気動作の限度領域（真空度Ｐｄ）となり、真空度Ｐは安定領域となる。この期間Ｔｄは、図２に示すように、一定時間ΔＴごとの真空度変化率ΔＰ４は極端に小さくなる。したがって、上記図３に示したフローチャートに基づいて真空度変化率ΔＰ４を基準値ΔＰｄと比較して油拡散ポンプ５の排気動作が安定領域にあることを判別し、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５をＯＮ・ＯＦＦ制御する。このＯＮ・ＯＦＦ制御は、回転室３の真空度Ｐを検出して補助ポンプ４および油拡散ポンプ５を電力の供給を停止させる。電力の停止により回転室３の真空度ＰがＰｏｆｆへ若干、上昇（低下）し、真空度センサ８が真空度Ｐｏｆｆを検出すると、再び、補助ポンプ４および油拡散ポンプ５のＤＰヒータに所定電力を印加する。これによって、回転室３の真空度をＰｄからＰｏｆｆの範囲内において高真空に制御することができる。
【００４９】
以上の実施形態から明らかなように、真空ポンプを構成する補助ポンプ４の減圧範囲（第１の真空度範囲）（Ｐａ−Ｐｒ）と、油拡散ポンプ５の減圧範囲（第２の真空度範囲）（Ｐｒ−Ｐｄ）とを記憶しておき、補助ポンプ４の排気動作開始領域（期間Ｔａ）における真空度変化率ΔＰ１と、油拡散ポンプ５の排気動作開始領域（期間Ｔｃ）における真空度変化率ΔＰ３と、排気動作開始領域（期間Ｔｄ）における真空度変化率ΔＰ４と、を検出することにより、油拡散ポンプ５の排気動作状態を判別することができる。これにより、高価な温度センサおよび温度センサ検出回路を追加することなく、油拡散ポンプの排気動作状態を判別して油拡散ポンプの制御を適切に行うことができる。
［真空ポンプの動作状態判別フローチャートの変形例について］
また、遠心分離機の回転室における真空度特性について実験検討した結果、図６の真空度特性図に示すように、上記図２に示したような補助ポンプ４の安全動作領域（時間Ｔｂ）の真空度変化率ΔＰ２が明確に観測できない場合がある。
【００５０】
この原因は、時間Ｔａから時間Ｔｂに移行して補助ポンプ４の排気動作が安定状態となった時、同時に油拡散ポンプ５の排気動作が連続的に開始されるために、補助ポンプ４の安全動作領域（時間Ｔｂ）において真空度ΔＰ２（図２参照）の段差特性が表れないものと考えられる。このような真空度の段差特性が表れない理由は、油拡散ポンプ５の拡散油５ｂの温度が時間Ｔｂにおいて既に上昇していて、油拡散ポンプ５の排気動作開始が早い場合であると判断される。この特性は、特に、遠心分離機を連続して運転する場合で、初回の運転により油拡散ポンプ５のボイラ５ａの温度が高くなっている場合に生じ易い。
【００５１】
したがって、図６に示された真空度特性図では、時間（Ｔａ＋Ｔｂ）から時間Ｔｃに移行する場合、油拡散ポンプ５の排気動作によって真空度Ｐが連続して減圧される特性となり、段差特性が表れない。しかし、時間Ｔｄに移行して油拡散ポンプ５の排気動作が減圧範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）の排気能力限界Ｐｄに達すると、段差特性が表れる。
【００５２】
図６に示した真空度特性に基づいて真空ポンプの排気動作状態を判別する場合は、図７に示した動作判別フローチャートとなる。
【００５３】
図７に示した動作判別フローチャートにおいて、上記図３に示した処理および判断ステップと同一のステップについては、同一符号を付して説明を省略する。図７のフローチャートが図３に示したものと異なる点は、図３に示したステップＳ５〜ステップＳ７の補助ポンプの安全動作領域の判別ステップが省略されたことにある。
【００５４】
結果的に、図６の特性図に基づく動作判別も、補助ポンプ４の減圧範囲（Ｐａ−Ｐｒ）における真空度の変化率ΔＰ１と、油拡散ポンプ５の減圧範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）の時間Ｔｃにおける真空度の変化率ΔＰ３と、油拡散ポンプ５の減圧範囲（Ｐｒ−Ｐｄ）の時間Ｔｄにおける真空度の変化率ΔＰ４とを検出して、それらの変化率を予め設定されている判定値ΔＰａ、ΔＰｃ、ΔＰｄとそれぞれ比較することにより排気動作状態を判別することができる。
【００５５】
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】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図。
【図２】図１に示した遠心分離機の回転室の真空度を測定した真空度特性図の一例。
【図３】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作状態判別フローチャートの一例。
【図４】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作制御フローチャート。
【図５】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作例を示した特性図。
【図６】図１に示した遠心分離機の回転室の真空度を測定した真空度特性図の他の例。
【図７】図１に示した遠心分離機の真空ポンプの動作状態判別フローチャートの変形例。
【符号の説明】
【００５７】
１：ロータ ２：電動モータ ３：回転室仕切り部材 ３ａ：回転室
４：補助ポンプ（油回転ポンプ） ４ａ：吸入口 ４ｂ：排気口
５：油拡散ポンプ ５ａ：ボイラ ５ｂ：拡散油 ５ｃ：ＤＰヒータ
５ｄ：ジェット部を内包する円筒部 ５ｅ：放熱フィン ５ｆ：吸気口
５ｇ：排気口 ６：真空ホース ７：真空ホース ８：真空度センサ
９：制御装置 ９ａ：ＣＰＵ ９ｂ：ＲＯＭ ９ｃ：ＲＡＭ
５０：遠心分離機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転室と、該回転室内に設置され、試料を保持して遠心分離するロータと、該ロータを回転させるモータと、前記ロータが回転する前記回転室内を真空にするために前記回転室内の気体を回転室外に排気する真空ポンプ装置と、前記回転室の真空度に基づいて前記真空ポンプ装置の動作を制御するための制御装置と、を具備する遠心分離機において、
前記真空ポンプ装置は、前記回転室内の真空度を第１の真空度範囲内に排気する補助ポンプと、前記回転室内と前記補助ポンプ間に直列接続され、前記回転室の真空度を前記第１の真空度範囲より高真空の第２の真空度範囲に排気する油拡散ポンプと、を具備し、
前記制御装置は、前記回転室内の真空度を所定時間毎に検出する真空度検出手段を有し、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記回転室内の真空度が前記第１の真空度範囲内から前記第２の真空度範囲内に移行したことを判別し、かつ
前記回転室内の真空度が前記第２の真空度範囲内に移行した場合、前記所定時間毎の真空度の変化率を検出し、該変化率に基づいて前記真空ポンプ装置が動作状態であることを判別することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記補助ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの安定動作と、を順次検出することにより、前記油拡散ポンプが安定動作状態であることを判別することを特徴とする請求項１に記載された遠心分離機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記油拡散ポンプの排気動作開始を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御を開始することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された遠心分離機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御をすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載された遠心分離機。
【請求項５】
前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記補助ポンプおよび前記油拡散ポンプの運転制御をすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載された遠心分離機。
【請求項６】
前記制御装置は、前記真空度検出手段による前記回転室内の真空度の検出が前記第１の真空度範囲内または前記第２の真空度範囲内に移行できないことを判別した場合、前記補助ポンプまたは前記油拡散ポンプの動作に異常があると判別することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載された遠心分離機。
【請求項１】
回転室と、該回転室内に設置され、試料を保持して遠心分離するロータと、該ロータを回転させるモータと、前記ロータが回転する前記回転室内を真空にするために前記回転室内の気体を回転室外に排気する真空ポンプ装置と、前記回転室の真空度に基づいて前記真空ポンプ装置の動作を制御するための制御装置と、を具備する遠心分離機において、
前記真空ポンプ装置は、前記回転室内の真空度を第１の真空度範囲内に排気する補助ポンプと、前記回転室内と前記補助ポンプ間に直列接続され、前記回転室の真空度を前記第１の真空度範囲より高真空の第２の真空度範囲に排気する油拡散ポンプと、を具備し、
前記制御装置は、前記回転室内の真空度を所定時間毎に検出する真空度検出手段を有し、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記回転室内の真空度が前記第１の真空度範囲内から前記第２の真空度範囲内に移行したことを判別し、かつ
前記回転室内の真空度が前記第２の真空度範囲内に移行した場合、前記所定時間毎の真空度の変化率を検出し、該変化率に基づいて前記真空ポンプ装置が動作状態であることを判別することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記真空度検出手段の前記所定時間毎の検出結果に基づいて、前記補助ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの排気動作開始と、前記油拡散ポンプの安定動作と、を順次検出することにより、前記油拡散ポンプが安定動作状態であることを判別することを特徴とする請求項１に記載された遠心分離機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記油拡散ポンプの排気動作開始を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御を開始することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された遠心分離機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記油拡散ポンプの運転制御をすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載された遠心分離機。
【請求項５】
前記制御装置は、前記油拡散ポンプの安定動作を判別して、前記補助ポンプおよび前記油拡散ポンプの運転制御をすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載された遠心分離機。
【請求項６】
前記制御装置は、前記真空度検出手段による前記回転室内の真空度の検出が前記第１の真空度範囲内または前記第２の真空度範囲内に移行できないことを判別した場合、前記補助ポンプまたは前記油拡散ポンプの動作に異常があると判別することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載された遠心分離機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１３１５６０（Ｐ２０１０−１３１５６０Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１７２８（Ｐ２００８−３１１７２８）
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【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２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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