遠心分離機
【課題】
遠心分離機に使用されている油拡散真空ポンプの油を気化させるためのヒータを熱容量の大きい物を使用して、早期に油の温度を気化温度以上に熱することが望ましいが、必要以上に加熱してしまうと、油が早期に揮発して消耗してしまうため、ヒータを適切な温度に制御しようとした場合に、ヒータの温度は時間経過に従いオーバーシュートとアンダーシュートが発生し易く、真空度もハンチングしてしまい真空度が大きく変動しながら高真空に到達していた。
【解決手段】
油拡散ポンプのヒータ温度を検出する手段と、油拡散ポンプのヒータ温度を制御する手段と、制御手段は油拡散ポンプのヒータ部温度を加熱制御開始から所定期間経過後に於いて第一の所定温度から第二の所定温度へ変化させて制御する手段を備える
遠心分離機に使用されている油拡散真空ポンプの油を気化させるためのヒータを熱容量の大きい物を使用して、早期に油の温度を気化温度以上に熱することが望ましいが、必要以上に加熱してしまうと、油が早期に揮発して消耗してしまうため、ヒータを適切な温度に制御しようとした場合に、ヒータの温度は時間経過に従いオーバーシュートとアンダーシュートが発生し易く、真空度もハンチングしてしまい真空度が大きく変動しながら高真空に到達していた。
【解決手段】
油拡散ポンプのヒータ温度を検出する手段と、油拡散ポンプのヒータ温度を制御する手段と、制御手段は油拡散ポンプのヒータ部温度を加熱制御開始から所定期間経過後に於いて第一の所定温度から第二の所定温度へ変化させて制御する手段を備える
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離機の回転室を高真空に保つための油拡散ポンプの温度制御方法に関するものである。
【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、このロータの風損による温度上昇を防止するために減圧される回転室（ロータ室）に設置し、電動モータ等で構成される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】
一般的に、ロータの回転数が毎分４０，０００回転を越えるいわゆる超遠心分離機は、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との風損による摩擦熱によりロータおよび試料の温度が上昇するのを抑制するために、回転室内を高真空状態に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からなる真空度検出手段とを備えている。
【０００４】
大気圧から高真空状態にまで減圧する真空ポンプ装置は、大気から１３パスカル程度の高真空まで減圧する補助真空ポンプと高真空から1パスカル程度の超高真空まで減圧する油拡散ポンプを直列に接続した構成となっている。油拡散ポンプは、貯蔵した油を加熱するボイラと、ボイラを加熱するヒータと、ボイラで加熱されて蒸発・気化した油分子がその中心部を上り周囲部から下向きに勢いよく一方向に噴射するジェット部と、ジェット部で噴射された高速の油分子が壁面に当たり冷却され油を液化させ、この間周囲にある気体分子は油分子に飛ばされ下の方に圧縮される冷却部と、ロータ室に接続される空気の入気口と、真空ポンプに接続される空気の排気口等から構成される。
【０００５】
ロータの回転による回転室内の空気とロータの風損による摩擦熱によって、ロータおよび試料の温度上昇を抑制するために、通常、回転室内を真空ポンプ装置で大気圧から減圧して例えば１３３パスカル程度の中真空度に達するまでは、予め設定された例えば毎分５，０００回転の一定低回転数の状態でロータを回転させるいわゆる真空待機動作を行い、この中真空に達した後に毎分数万或いは十数万回転にロータを加速し遠心分離している。
【０００６】
或いは、ロータ回転に伴う風損によって試料の温度が上昇するのを極力抑制したい試料の遠心分離を行う場合には、13パスカル程度の高真空度に到達した後にロータを初めて回転させるいわゆる高真空スタートの動作を行う。
【０００７】
このような、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蒸発・気化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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１０４８２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記真空ポンプ装置を備えるこの種の遠心分離機に於いて、上記したように高真空スタートの場合、１３パスカル程度の高真空度に達するまでの時間は従来１０分間以上を要するため、遠心開始までの時間が長く作業能率が悪かった。また、１３パスカル程度の高真空度では毎分数万或いは十数万回転数にロータを回転させる高遠心力による長時間の遠心分離では、この高真空条件下でもロータ回転に伴う風損により試料の温度が上昇するため、１パスカル程度の超高真空度の状態でロータを回転させる必要がある。
【００１０】
もちろんロータ室となる回転室の内壁面はペルチェ素子などで適切な温度に保ち高速回転中のロータを冷却する手段を設けているが、高真空度の状態では空気の密度が低くいため空気の対流による冷却はできないため、輻射熱による冷却に頼るためロータを冷やす力すなわち冷力は小さいので、ロータの周囲はできるだけ超高真空に保ち空気とロータの摩擦熱による風損を低く抑える必要がある。
【００１１】
これらを解決するために、油拡散ポンプ内の油を加熱するヒータを強力なものにし、更には、上記ヒータを例えばカートリッジ・ヒータなどを用い、ヒータ部の熱が油へ効率よく伝達するようにして、油拡散ポンプ内の油が蒸発・気化するまでの時間を短くして大気圧から高真空度まで減圧する時間を短時間にし、半分程度まで短縮することは可能であり、更に、油拡散ポンプ内の油から活発に蒸気が発生するようにボイラを高温に保ち、超高真空度に維持することも可能である。
【００１２】
承知のように、ボイラを高温に保つと、油拡散ポンプのボイラの加熱量が増加してジェット部から噴射する蒸発・気化した油分子の量は増加し、その気化した油分子の冷却されなかった一部は油拡散ポンプの排気口から補助真空ポンプへ連続して排出されるため、油拡散ポンプ内の油貯蔵量が減少して、頻繁に給油メンテナンスを必要とするという問題が発生する。更に、油拡散ポンプの排気口と補助真空ポンプは多くの場合ゴム製の真空ホースで接続されているため、ヒータを高温に保つと油拡散ポンプの排気口いわゆるエルボ部とゴム製の真空ホースの接続部が高温になり、安価な天然ゴム製の真空ホースが早期に熱劣化するため、高価なシリコン製のゴムの使用を余儀なくされ、製品のコスト増を招いてしまう。
【００１３】
これらを満足する特性を得るには、強力なヒータを使用して油拡散ポンプ内の油の蒸発を短時間で活発にして超高真空状態に到達させると共に、その後は、ボイラの温度として温度レスポンスの良いヒータの温度を検出してボイラの温度を油消費が少なく、エルボが高温にならない適切な温度に維持制御すれば良い。
【００１４】
しかし、上記の良好な特性を実現するための適切な油拡散ポンプ内の油の温度制御範囲はかなり狭い上、ヒータの温度を検知するセンサ自身の温度測定誤差や、センサの検出誤差を考慮しなくてはならないため、ヒータの目標設定温度は最適温度より低く設定し制御するのが得策である。説明のため、ヒータの目標設定温度（油拡散真空ポンプの油の目標設定温度）をＴｃｔｌとする。
【００１５】
油拡散真空ポンプ内の油を短時間で目標設定温度Ｔｃｔｌに到達させるために、強力なヒータを使用した油拡散ポンプでは、ヒータによって油拡散ポンプ内の油の温度を急速に上昇させ、目標設定温度に近づいたらヒータの温度を制御して拡散ポンプ内の油の温度を目標設定温度に制御するが、この時、ヒータの温度または油の温度は時間経過に従いオーバーシュートとアンダーシュートを（ハンチング）が発生し易く、真空度も油の温度が高い時（オーバーシュート）には真空度が高くなり、逆に油の温度が低い時（アンダーシュート）には真空度が悪化する。
【００１６】
この動作について、従来の遠心分離機のヒータ温度制御に於いて、図６に示した油拡散ポンプヒータ制御のフローチャートと、図８に示したヒータの温度と真空度の関係を時間の経過で測定した例を用いて説明する。
【００１７】
図６に於いて、真空ポンプ装置を動作開始すると、補助真空ポンプにより回転室内は大気圧から減圧を始め、同時に油拡散ポンプのヒータで油拡散ポンプ内の油を加熱開始する。油拡散ポンプ内の油の温度制御は、油拡散ポンプ内の油温度に対応したヒータ部に取付けた温度センサからの出力信号を元に制御する。Ｓ３１処理で油拡散ポンプのヒータを連続通電開始して、ヒータの温度を急速に上昇させ、Ｓ３２処理でヒータの温度を監視してヒータの温度が目標設定温度Ｔｃｔｌ−１０℃に達するまでヒータを連続通電する。
【００１８】
ヒータの温度が目標設定温度Ｔｃｔｌ−１０℃に達した後、Ｓ３３処理でヒータの温度がヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌに一致するようＰＩＤフィードバック制御等によりヒータに加えられる電力を調節するパルス幅制御をする。ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌのパルス幅制御は、Ｓ３４処理で遠心分離動作を終了しロータを減速停止させるヒータ通電終了時まで継続する。
【００１９】
図７に於いて、上記の制御によるヒータの温度（油拡散ポンプ内の油の温度）と真空度の関係は、油拡散ポンプのヒータで油拡散ポンプ内の油の加熱を始めてから、ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌから１０℃引いた温度まで連続してヒータを加熱するので直線状にヒータの温度が上昇し、ヒータ温度が目標設定温度Ｔｃｔｌから１０℃引いた温度に到達するとＰＩＤフィードバック制御により電力を調整するパルス幅制御に移行し、ヒータ温度が目標設定温度Ｔｃｔｌとなるように制御する。
【００２０】
しかし、油拡散ポンプを強力なヒータで加熱しているので、ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌに一致安定するまで、ヒータ温度はヒータ温度Ｔｏｖ１へのオーバーシュート及びヒータ温度Ｔｕｎ１へのアンダーシュートを繰り返すハンチング動作を行いながら目標設定温度に徐々に近ずいて行く。
【００２１】
このヒータ温度の変動によって、油拡散真空ポンプ内の油の温度が変動するから油拡散真空ポンプ内のジェット部から噴射する油の分子量は変動し、真空度は真空度Ｐｕｎ１へのアンダーシュートとＰｏｖ１へのオーバーシュートを繰り返すハンチング動作を行いながら超高真空度に到達する。従い、真空ポンプ装置が動作開始してから目標超高真空度Ｐｍｇに達するまでの時間ｔｍｇを短く出来ない欠点があった。
【００２２】
このとき、前述した通り、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌを上げて連続制御すると、油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少が進行して早い時期に油貯蔵量が不足し、一方、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌを下げて連続制御すると、油拡散ポンプの油温度が下がるのでジェット部から噴射する気化した油分子の量は減少し、回転室内は短時間の内に超高真空に到達することができない欠点が生じる。
【００２３】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、短時間に回転室内を高真空状態に到達させ、その後超高真空度まで真空度の途中悪化を排除して安定させて到達させ、しかも油拡散ポンプの油消費が少なく、エルボが高温にならない適切な温度に制御しながら回転室内の真空度を超高真空度に維持可能な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】
【００２４】
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。
【００２５】
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るロータと、前記回転室内を減圧するための油拡散真空ポンプ及び補助真空ポンプと、前記油拡散真空ポンプのヒータ部温度を制御する制御装置とを具備する遠心分離機において、前記制御装置は前記油拡散真空ポンプの前記ヒータ部温度を所定期間経過後に第一の所定温度から第二の所定温度に変化させて制御し回転室内真空度を大気圧から超高真空まで安定させて到達させる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の上記特徴によれば、補助真空ポンプと油拡散真空ポンプで構成されている真空ポンプ装置が動作開始すると、補助真空ポンプにより回転室内は大気圧から減圧を始め、同時に油拡散ポンプのヒータは油への熱伝導の良いカートリッジヒータなどを用い、油拡散ポンプ内の油を加熱開始してから油拡散ポンプが超高真空度に減圧可能で油拡散ポンプの油消費が少なく、エルボが高温にならない適切な温度となるヒータ制御温度Ｔｃｔｌに、制御上発生するアンダーシュートとそのハンチング動作時間分を補うために、１０分から1時間程度の所定期間において、目標所定制御温度に、２から１０ｄｅｇ程度加算した目標制御温度で加熱動作することによって、回転室内の真空度は安定して高真空に到達して減圧時間を短縮することができる。
【００２７】
また、目標所定制御温度に加算した温度から目標所定制御温度に戻す時に、温度０．１ｄｅｇ程度の割合で、時間２０秒程度に1回制御温度を低下させる制御を５０回程度の回数で目標所定制御温度に戻す制御にすることによって真空度のはなくなり、回転室内の真空度は安定して高真空に到達することができる。
【００２８】
さらに、上記の油拡散ポンプのヒータを加熱開始後の３０分程度の短い時間、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌに所定温度を加算した温度で加熱動作すると、この加熱動作が無い場合と比べると、到達及び維持される真空度は更に超高真空になる実験結果を得ている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図。
【図２】油拡散真空ポンプの構成図。
【図３】本発明の実施形態の遠心分離機の動作フローチャート。
【図４】本発明の第一の実施形態の遠心分離機の真空度と温度の測定例を示した特性図。
【図５】本発明の第二の実施形態の遠心分離機の真空度と温度の測定例を示した特性図
【図６】油拡散ポンプヒータ制御のフローチャート。
【図７】外気温に応じた目標設定温度の決定例を示す。
【図８】従来の遠心分離機の真空度と温度の測定例を示した特性図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
以下に本発明の実施例に於ける超遠心分離機の構成について図１を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図である。遠心分離機を１００で示す。１は試料を装着して遠心分離するためのロータである。２はロータを高速に回転駆動する駆動部（モータ）であり、３はロータが設置される回転室であり、回転室３内部は高真空度に減圧される。４は回転室３を例えば２０パスカルの中真空まで減圧するための油回転真空ポンプやドライスクロール真空ポンプなどの補助真空ポンプであり、その中真空状態で油拡散ポンプの排気動作が開始するとさらに減圧する。５は回転室３を超高真空まで減圧するための油拡散真空ポンプであり、補助真空ポンプ４と油拡散真空ポンプ５は直列に接続されている。補助真空ポンプ４と油拡散真空ポンプ５で真空ポンプ装置を構成している。６は補助真空ポンプ４と油拡散真空ポンプ５の間を接続する真空ホースであり、７は回転室３と油拡散真空ポンプ５の間を接続するパイプである。８は油拡散真空ポンプ５に内蔵されるヒータ５ｃの温度を検出する温度センサで、このヒータ５ｃの温度を検出することで油拡散真空ポンプ５内の油５ｂの温度としている。９は遠心分離機１００の制御装置であり、ロータ１の回転駆動制御、補助真空ポンプ４や油拡散真空ポンプ５の駆動及び温度制御及び、温度センサ８からの信号をもとに温度の算出などを行う。１０は運転条件の入力やスタート及びスットプをする入力装置である。１１は回転室３の真空度を検出する真空センサであり、真空センサからの信号をもとに制御装置９が回転室３の真空度を算出し、真空待機、高真空スタートの情報に用いる。
【００３２】
図２は、図１に示した遠心分離機１００の油拡散真空ポンプ５の部分断面構成図である。５ａは貯蔵した油をヒータで過熱して蒸発・気化させるボイラであり、５ｂはボイラ５ａ内に貯蔵する油拡散ポンプ用の油であり、油の沸点は種類によって異なり例えば２１５℃である。５ｃは油５ｂのヒータであり、例えばカートリッジヒータのように油の中にヒータを実装するタイプでありヒータから油への熱伝導が良く短時間で油の温度が上昇する。５ｄはボイラ５ａで過熱されて蒸発・気化した油分子を一方向に噴射するジェット気流発生部である。５ｅはジェット部５ｄで噴射された高速の気化した油分子を冷却して油を液化させる冷却部である。５ｆは回転室３とパイプ７で接続された入気口である。５ｈは油拡散真空ポンプの胴部である。５ｇは油拡散真空ポンプ５の排気口であり、補助真空ポンプ４と真空ホース６で接続されている。
上記図1の構成になる本発明の第一の実施例を、図４の真空度と温度の測定例を示した特性図により説明する。
【００３３】
本発明の真空度と温度の測定例を実線で示し、従来の遠心分離機の真空度と温度の測定例を破線で示す。本実施例では、例えば３０分の所定期間ｔｃｔｌにおいて、第一の所定温度として、ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌに例えば７ｄｅｇの所定温度Ｔ１を加算した温度で制御する。
【００３４】
所定温度Ｔ１を加算した第一の所定温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）は、ヒータ５ｃを温度制御した場合に生じるハンチングで油拡散真空ポンプ５内の油の温度が低下した場合に、目標設定温度Ｔｃｔｌ以下にならないようにするためである。なお、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）となるようにヒータ５ｃを温度制御する時間を３０分程度としてのは、ハンチングによる温度の上下動がほぼおさまる時間を実験により導き出している。
【００３５】
これにより、油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃで油拡散真空ポンプ５内の油５ｂの加熱を始めてから、ヒータ５ｃの制御開始温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１−１０℃）になるまで連続でヒータを加熱し、その後、ヒータ５ｃの温度がヒータ５ｃの制御開始温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１−１０℃）になってからヒータ５ｃに供給する電力をパルス幅制御を開始して、ヒータ５ｃの温度が第一の所定温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）となるように制御する。
【００３６】
よって、油拡散真空ポンプ５内の油５ｂの温度はハンチングによって油拡散真空ポンプ５内の油の温度が低下した場合でも目標設定温度Ｔｃｔｌを下回ることがなくなり、油拡散真空ポンプ５のジェット部５ｄから噴射する気化した油分子の量を安定して発生させることができ、安定して高真空に到達することができる。
【００３７】
上記動作を図３に示す遠心分離機１００の動作フローチャートを参照しながら説明する。入力装置１０のスタートスイッチを押下するとスタート信号が制御装置９に入力され、Ｓ１処理でロータ運転開始を判別して運転を開始する。Ｓ２処理で補助真空ポンプ４の運転を開始し、Ｓ３処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの制御を開始する。そのＳ３処理の油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの制御は、図６に示した油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの制御のフローチャートによる。次にＳ４処理で、ロータを回転させるモータの運転開始処理を行う。Ｓ５処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｂの温度を第一の所定温度である目標設定温度Ｔｃｔｌに所定温度Ｔ１加算した温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）となるように制御を行い、Ｓ６処理で時間カウントをして時間ｔｃｔｌが経過するまで第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）でヒータ制御を継続する。
【００３８】
ヒータ温度制御は、油拡散真空ポンプ内の油温度に対応したヒータ温度すなわちヒータ部に取付けた温度センサ８の検出温度で制御を行い、目標設定温度Ｔｃｔｌは油拡散真空ポンプ５が排気動作をして回転室３を減圧する実験で求めた最適な温度である。
【００３９】
また、油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少を防止するため、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）となるようにヒータ５ｃへの通電時間をｔｃｔｌに限定し、時間ｔｃｔｌの経過後、Ｓ７処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｂの温度を第二の所定温度である目標設定温度Ｔｃｔｌ変更して加熱を継続する。入力装置１０でスットプスイッチを押下するとスットプ信号が制御装置９に入力され、Ｓ８処理でロータ運転の停止処理を行い、Ｓ９処理でモータの運転停止させてロータを停止させる。ロータ停止後、Ｓ１０処理で補助真空ポンプを停止させ、Ｓ１１処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの通電を停止する。
【００４０】
このようにして、目標真空度Ｐｍｇ（１３Ｐａ）に減圧する目標時間Ｔｍｇ（5分）を十分に達成することができる。また、油拡散真空ポンプ５の排気能力は向上して目標設定温度Ｔｃｔｌだけで制御する場合では１．３パスカル程度だたのが、本発明の場合では、より高い真空度の０．4パスカル程度の超高真空にまで到達できる。
【００４１】
さらに、ヒータ５ｃを第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）で連続通電すると、ジェット部５ｄから噴射する気化した油分子の量は冷却部で冷却しきれずその一部は油拡散真空ポンプ５の排気口５ｇから補助真空ポンプ４へ長時間にわたり流れてしまうため、油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少を惹起する恐れがあるが、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）の通電時間を所定期間ｔｃｔｌに限定することにより、真空度が安定して超高真空に到達し、且つ油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少量を極力抑制することができる。
【００４２】
しかし、所定期間ｔｃｔｌ経過後にヒータ５ｃの温度を第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）からヒータ５ｃの目標設定温度である第二の所定温度（Ｔｃｔｌ）にするときＴ１の温度が７ｄｅｇと大きいため、目標設定温度である第二の所定温度（Ｔｃｔｌ）となるようにパルス幅制御をするが第一の所定温度（目標設定温度）Ｔｃｔｌに安定するまでヒータ温度はオーバーシュートとアンダーシュート（ハンチング）が発生してしまい、真空度もそれに対応して上下動してしまう。
【００４３】
そこで、第一の所定温度である第一の制御温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）から第二の所定温度である目標設定温度（Ｔｃｔｌ）にするとき、第一の所定温度から第二の所定温度へ徐々に変化させて制御するときの特性を第二の実施例として、図５の真空度と温度の測定例を示した特性図より説明する。真空度と温度の測定例を実線で示し、従来の遠心分離機の真空度と温度の測定例を破線で示す。以下に説明する図５の特性図は、図４の真空度と温度の測定例を示した特性図に、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）からヒータ５ｃの目標設定温度である第二の所定温度（Ｔｃｔｌ）にするとき、第一の所定温度から第二の所定温度へ徐々に変化させて制御する手段を備えたときの特性を示す。所定期間ｔｃｔｌ経過後、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌ＋Ｔ１からヒータ制御温度Ｔｃｔｌにするとき、ヒータ制御温度を２０秒程度の所定時間ｔｓｏｆｔ１ごとに０．１６６ｄｅｇ程度の温度Ｔｓｏｆｔづつ低下させ、４２回程度の所定回数繰り返して所定期間ｔｓｏｆｔ２まで続け、ヒータ制御温度を極端に小さく変化させヒータ制御温度Ｔｃｔｌにすることでヒータ温度は安定して変化するので、回転室内の真空度は安定して高真空に到達することができる。図５は、所定時間ｔｓｏｆｔ１と所定温度Ｔｓｏｆｔを図示しやすくするため、所定時間ｔｓｏｆｔ１を長く、所定温度Ｔｓｏｆｔを大きく、そして繰り返し回数を少なく図示してある。
【００４４】
また、断続的に温度を変化させるのではなく、連続的に変化させても良い。
【００４５】
次に図７に基板温度と実験的に得られた最適なヒータの目標設定温度Ｔｃｔｌとの関係を示す。
油拡散真空ポンプ5のボイラで噴射する蒸発・気化した油分子は、外気温の低下と共に冷却部５ｅでの凝縮が促進され空気分子のトラップ効率が上昇するため、超高真空に維持するためのヒータ温度は低下する。従い、外気温に対応して拡散ポンプが超高真空に維持可能でしかも油の消耗を少なくし、排気口5ｇの温度上昇を抑制する最適なヒータ制御温度Ｔｃｔｌは変化するため、ヒータの温度制御は気温補正されたヒータ制御温度Ｔｃｔｌにより行う。
【００４６】
実際に外気温を測定することはセンサが外部に出るので実用性が低いため、遠心分離機100は通常内部にファンなどの換気装置を有することからこれの替わりに遠心分離機100の内部の周囲温度で読み替え代用することが可能である。最も至便なのは、制御装置９内の図示しない制御基板上に設けた温度センサで外気温の代用をすることである。この場合、外気温と制御基板上に設けた温度センサの間には約3ｄｅｇ程度の温度差があり、温度センサの方が高いので、この関係を利用して外気温の代用とする。
【符号の説明】
【００４７】
１：ロータ ２：駆動部（モータ） ３：回転室
４：補助真空ポンプ
５：油拡散真空ポンプ ５ａ：ボイラ ５ｂ：油
５ｃ：ヒータ ５ｄ：ジェット気流発生部 ５ｅ：放熱フィン
５ｆ：入気口 ５ｇ：排気口 ５ｈ：胴部
６：真空ホース ７：パイプ
８：温度センサ ９：制御装置 １０：入力装置
１１：真空センサ １００：遠心分離機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離機の回転室を高真空に保つための油拡散ポンプの温度制御方法に関するものである。
【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、このロータの風損による温度上昇を防止するために減圧される回転室（ロータ室）に設置し、電動モータ等で構成される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】
一般的に、ロータの回転数が毎分４０，０００回転を越えるいわゆる超遠心分離機は、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との風損による摩擦熱によりロータおよび試料の温度が上昇するのを抑制するために、回転室内を高真空状態に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からなる真空度検出手段とを備えている。
【０００４】
大気圧から高真空状態にまで減圧する真空ポンプ装置は、大気から１３パスカル程度の高真空まで減圧する補助真空ポンプと高真空から1パスカル程度の超高真空まで減圧する油拡散ポンプを直列に接続した構成となっている。油拡散ポンプは、貯蔵した油を加熱するボイラと、ボイラを加熱するヒータと、ボイラで加熱されて蒸発・気化した油分子がその中心部を上り周囲部から下向きに勢いよく一方向に噴射するジェット部と、ジェット部で噴射された高速の油分子が壁面に当たり冷却され油を液化させ、この間周囲にある気体分子は油分子に飛ばされ下の方に圧縮される冷却部と、ロータ室に接続される空気の入気口と、真空ポンプに接続される空気の排気口等から構成される。
【０００５】
ロータの回転による回転室内の空気とロータの風損による摩擦熱によって、ロータおよび試料の温度上昇を抑制するために、通常、回転室内を真空ポンプ装置で大気圧から減圧して例えば１３３パスカル程度の中真空度に達するまでは、予め設定された例えば毎分５，０００回転の一定低回転数の状態でロータを回転させるいわゆる真空待機動作を行い、この中真空に達した後に毎分数万或いは十数万回転にロータを加速し遠心分離している。
【０００６】
或いは、ロータ回転に伴う風損によって試料の温度が上昇するのを極力抑制したい試料の遠心分離を行う場合には、13パスカル程度の高真空度に到達した後にロータを初めて回転させるいわゆる高真空スタートの動作を行う。
【０００７】
このような、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蒸発・気化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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１０４８２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記真空ポンプ装置を備えるこの種の遠心分離機に於いて、上記したように高真空スタートの場合、１３パスカル程度の高真空度に達するまでの時間は従来１０分間以上を要するため、遠心開始までの時間が長く作業能率が悪かった。また、１３パスカル程度の高真空度では毎分数万或いは十数万回転数にロータを回転させる高遠心力による長時間の遠心分離では、この高真空条件下でもロータ回転に伴う風損により試料の温度が上昇するため、１パスカル程度の超高真空度の状態でロータを回転させる必要がある。
【００１０】
もちろんロータ室となる回転室の内壁面はペルチェ素子などで適切な温度に保ち高速回転中のロータを冷却する手段を設けているが、高真空度の状態では空気の密度が低くいため空気の対流による冷却はできないため、輻射熱による冷却に頼るためロータを冷やす力すなわち冷力は小さいので、ロータの周囲はできるだけ超高真空に保ち空気とロータの摩擦熱による風損を低く抑える必要がある。
【００１１】
これらを解決するために、油拡散ポンプ内の油を加熱するヒータを強力なものにし、更には、上記ヒータを例えばカートリッジ・ヒータなどを用い、ヒータ部の熱が油へ効率よく伝達するようにして、油拡散ポンプ内の油が蒸発・気化するまでの時間を短くして大気圧から高真空度まで減圧する時間を短時間にし、半分程度まで短縮することは可能であり、更に、油拡散ポンプ内の油から活発に蒸気が発生するようにボイラを高温に保ち、超高真空度に維持することも可能である。
【００１２】
承知のように、ボイラを高温に保つと、油拡散ポンプのボイラの加熱量が増加してジェット部から噴射する蒸発・気化した油分子の量は増加し、その気化した油分子の冷却されなかった一部は油拡散ポンプの排気口から補助真空ポンプへ連続して排出されるため、油拡散ポンプ内の油貯蔵量が減少して、頻繁に給油メンテナンスを必要とするという問題が発生する。更に、油拡散ポンプの排気口と補助真空ポンプは多くの場合ゴム製の真空ホースで接続されているため、ヒータを高温に保つと油拡散ポンプの排気口いわゆるエルボ部とゴム製の真空ホースの接続部が高温になり、安価な天然ゴム製の真空ホースが早期に熱劣化するため、高価なシリコン製のゴムの使用を余儀なくされ、製品のコスト増を招いてしまう。
【００１３】
これらを満足する特性を得るには、強力なヒータを使用して油拡散ポンプ内の油の蒸発を短時間で活発にして超高真空状態に到達させると共に、その後は、ボイラの温度として温度レスポンスの良いヒータの温度を検出してボイラの温度を油消費が少なく、エルボが高温にならない適切な温度に維持制御すれば良い。
【００１４】
しかし、上記の良好な特性を実現するための適切な油拡散ポンプ内の油の温度制御範囲はかなり狭い上、ヒータの温度を検知するセンサ自身の温度測定誤差や、センサの検出誤差を考慮しなくてはならないため、ヒータの目標設定温度は最適温度より低く設定し制御するのが得策である。説明のため、ヒータの目標設定温度（油拡散真空ポンプの油の目標設定温度）をＴｃｔｌとする。
【００１５】
油拡散真空ポンプ内の油を短時間で目標設定温度Ｔｃｔｌに到達させるために、強力なヒータを使用した油拡散ポンプでは、ヒータによって油拡散ポンプ内の油の温度を急速に上昇させ、目標設定温度に近づいたらヒータの温度を制御して拡散ポンプ内の油の温度を目標設定温度に制御するが、この時、ヒータの温度または油の温度は時間経過に従いオーバーシュートとアンダーシュートを（ハンチング）が発生し易く、真空度も油の温度が高い時（オーバーシュート）には真空度が高くなり、逆に油の温度が低い時（アンダーシュート）には真空度が悪化する。
【００１６】
この動作について、従来の遠心分離機のヒータ温度制御に於いて、図６に示した油拡散ポンプヒータ制御のフローチャートと、図８に示したヒータの温度と真空度の関係を時間の経過で測定した例を用いて説明する。
【００１７】
図６に於いて、真空ポンプ装置を動作開始すると、補助真空ポンプにより回転室内は大気圧から減圧を始め、同時に油拡散ポンプのヒータで油拡散ポンプ内の油を加熱開始する。油拡散ポンプ内の油の温度制御は、油拡散ポンプ内の油温度に対応したヒータ部に取付けた温度センサからの出力信号を元に制御する。Ｓ３１処理で油拡散ポンプのヒータを連続通電開始して、ヒータの温度を急速に上昇させ、Ｓ３２処理でヒータの温度を監視してヒータの温度が目標設定温度Ｔｃｔｌ−１０℃に達するまでヒータを連続通電する。
【００１８】
ヒータの温度が目標設定温度Ｔｃｔｌ−１０℃に達した後、Ｓ３３処理でヒータの温度がヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌに一致するようＰＩＤフィードバック制御等によりヒータに加えられる電力を調節するパルス幅制御をする。ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌのパルス幅制御は、Ｓ３４処理で遠心分離動作を終了しロータを減速停止させるヒータ通電終了時まで継続する。
【００１９】
図７に於いて、上記の制御によるヒータの温度（油拡散ポンプ内の油の温度）と真空度の関係は、油拡散ポンプのヒータで油拡散ポンプ内の油の加熱を始めてから、ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌから１０℃引いた温度まで連続してヒータを加熱するので直線状にヒータの温度が上昇し、ヒータ温度が目標設定温度Ｔｃｔｌから１０℃引いた温度に到達するとＰＩＤフィードバック制御により電力を調整するパルス幅制御に移行し、ヒータ温度が目標設定温度Ｔｃｔｌとなるように制御する。
【００２０】
しかし、油拡散ポンプを強力なヒータで加熱しているので、ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌに一致安定するまで、ヒータ温度はヒータ温度Ｔｏｖ１へのオーバーシュート及びヒータ温度Ｔｕｎ１へのアンダーシュートを繰り返すハンチング動作を行いながら目標設定温度に徐々に近ずいて行く。
【００２１】
このヒータ温度の変動によって、油拡散真空ポンプ内の油の温度が変動するから油拡散真空ポンプ内のジェット部から噴射する油の分子量は変動し、真空度は真空度Ｐｕｎ１へのアンダーシュートとＰｏｖ１へのオーバーシュートを繰り返すハンチング動作を行いながら超高真空度に到達する。従い、真空ポンプ装置が動作開始してから目標超高真空度Ｐｍｇに達するまでの時間ｔｍｇを短く出来ない欠点があった。
【００２２】
このとき、前述した通り、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌを上げて連続制御すると、油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少が進行して早い時期に油貯蔵量が不足し、一方、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌを下げて連続制御すると、油拡散ポンプの油温度が下がるのでジェット部から噴射する気化した油分子の量は減少し、回転室内は短時間の内に超高真空に到達することができない欠点が生じる。
【００２３】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、短時間に回転室内を高真空状態に到達させ、その後超高真空度まで真空度の途中悪化を排除して安定させて到達させ、しかも油拡散ポンプの油消費が少なく、エルボが高温にならない適切な温度に制御しながら回転室内の真空度を超高真空度に維持可能な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】
【００２４】
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。
【００２５】
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るロータと、前記回転室内を減圧するための油拡散真空ポンプ及び補助真空ポンプと、前記油拡散真空ポンプのヒータ部温度を制御する制御装置とを具備する遠心分離機において、前記制御装置は前記油拡散真空ポンプの前記ヒータ部温度を所定期間経過後に第一の所定温度から第二の所定温度に変化させて制御し回転室内真空度を大気圧から超高真空まで安定させて到達させる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の上記特徴によれば、補助真空ポンプと油拡散真空ポンプで構成されている真空ポンプ装置が動作開始すると、補助真空ポンプにより回転室内は大気圧から減圧を始め、同時に油拡散ポンプのヒータは油への熱伝導の良いカートリッジヒータなどを用い、油拡散ポンプ内の油を加熱開始してから油拡散ポンプが超高真空度に減圧可能で油拡散ポンプの油消費が少なく、エルボが高温にならない適切な温度となるヒータ制御温度Ｔｃｔｌに、制御上発生するアンダーシュートとそのハンチング動作時間分を補うために、１０分から1時間程度の所定期間において、目標所定制御温度に、２から１０ｄｅｇ程度加算した目標制御温度で加熱動作することによって、回転室内の真空度は安定して高真空に到達して減圧時間を短縮することができる。
【００２７】
また、目標所定制御温度に加算した温度から目標所定制御温度に戻す時に、温度０．１ｄｅｇ程度の割合で、時間２０秒程度に1回制御温度を低下させる制御を５０回程度の回数で目標所定制御温度に戻す制御にすることによって真空度のはなくなり、回転室内の真空度は安定して高真空に到達することができる。
【００２８】
さらに、上記の油拡散ポンプのヒータを加熱開始後の３０分程度の短い時間、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌに所定温度を加算した温度で加熱動作すると、この加熱動作が無い場合と比べると、到達及び維持される真空度は更に超高真空になる実験結果を得ている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図。
【図２】油拡散真空ポンプの構成図。
【図３】本発明の実施形態の遠心分離機の動作フローチャート。
【図４】本発明の第一の実施形態の遠心分離機の真空度と温度の測定例を示した特性図。
【図５】本発明の第二の実施形態の遠心分離機の真空度と温度の測定例を示した特性図
【図６】油拡散ポンプヒータ制御のフローチャート。
【図７】外気温に応じた目標設定温度の決定例を示す。
【図８】従来の遠心分離機の真空度と温度の測定例を示した特性図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
以下に本発明の実施例に於ける超遠心分離機の構成について図１を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図である。遠心分離機を１００で示す。１は試料を装着して遠心分離するためのロータである。２はロータを高速に回転駆動する駆動部（モータ）であり、３はロータが設置される回転室であり、回転室３内部は高真空度に減圧される。４は回転室３を例えば２０パスカルの中真空まで減圧するための油回転真空ポンプやドライスクロール真空ポンプなどの補助真空ポンプであり、その中真空状態で油拡散ポンプの排気動作が開始するとさらに減圧する。５は回転室３を超高真空まで減圧するための油拡散真空ポンプであり、補助真空ポンプ４と油拡散真空ポンプ５は直列に接続されている。補助真空ポンプ４と油拡散真空ポンプ５で真空ポンプ装置を構成している。６は補助真空ポンプ４と油拡散真空ポンプ５の間を接続する真空ホースであり、７は回転室３と油拡散真空ポンプ５の間を接続するパイプである。８は油拡散真空ポンプ５に内蔵されるヒータ５ｃの温度を検出する温度センサで、このヒータ５ｃの温度を検出することで油拡散真空ポンプ５内の油５ｂの温度としている。９は遠心分離機１００の制御装置であり、ロータ１の回転駆動制御、補助真空ポンプ４や油拡散真空ポンプ５の駆動及び温度制御及び、温度センサ８からの信号をもとに温度の算出などを行う。１０は運転条件の入力やスタート及びスットプをする入力装置である。１１は回転室３の真空度を検出する真空センサであり、真空センサからの信号をもとに制御装置９が回転室３の真空度を算出し、真空待機、高真空スタートの情報に用いる。
【００３２】
図２は、図１に示した遠心分離機１００の油拡散真空ポンプ５の部分断面構成図である。５ａは貯蔵した油をヒータで過熱して蒸発・気化させるボイラであり、５ｂはボイラ５ａ内に貯蔵する油拡散ポンプ用の油であり、油の沸点は種類によって異なり例えば２１５℃である。５ｃは油５ｂのヒータであり、例えばカートリッジヒータのように油の中にヒータを実装するタイプでありヒータから油への熱伝導が良く短時間で油の温度が上昇する。５ｄはボイラ５ａで過熱されて蒸発・気化した油分子を一方向に噴射するジェット気流発生部である。５ｅはジェット部５ｄで噴射された高速の気化した油分子を冷却して油を液化させる冷却部である。５ｆは回転室３とパイプ７で接続された入気口である。５ｈは油拡散真空ポンプの胴部である。５ｇは油拡散真空ポンプ５の排気口であり、補助真空ポンプ４と真空ホース６で接続されている。
上記図1の構成になる本発明の第一の実施例を、図４の真空度と温度の測定例を示した特性図により説明する。
【００３３】
本発明の真空度と温度の測定例を実線で示し、従来の遠心分離機の真空度と温度の測定例を破線で示す。本実施例では、例えば３０分の所定期間ｔｃｔｌにおいて、第一の所定温度として、ヒータ目標設定温度Ｔｃｔｌに例えば７ｄｅｇの所定温度Ｔ１を加算した温度で制御する。
【００３４】
所定温度Ｔ１を加算した第一の所定温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）は、ヒータ５ｃを温度制御した場合に生じるハンチングで油拡散真空ポンプ５内の油の温度が低下した場合に、目標設定温度Ｔｃｔｌ以下にならないようにするためである。なお、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）となるようにヒータ５ｃを温度制御する時間を３０分程度としてのは、ハンチングによる温度の上下動がほぼおさまる時間を実験により導き出している。
【００３５】
これにより、油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃで油拡散真空ポンプ５内の油５ｂの加熱を始めてから、ヒータ５ｃの制御開始温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１−１０℃）になるまで連続でヒータを加熱し、その後、ヒータ５ｃの温度がヒータ５ｃの制御開始温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１−１０℃）になってからヒータ５ｃに供給する電力をパルス幅制御を開始して、ヒータ５ｃの温度が第一の所定温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）となるように制御する。
【００３６】
よって、油拡散真空ポンプ５内の油５ｂの温度はハンチングによって油拡散真空ポンプ５内の油の温度が低下した場合でも目標設定温度Ｔｃｔｌを下回ることがなくなり、油拡散真空ポンプ５のジェット部５ｄから噴射する気化した油分子の量を安定して発生させることができ、安定して高真空に到達することができる。
【００３７】
上記動作を図３に示す遠心分離機１００の動作フローチャートを参照しながら説明する。入力装置１０のスタートスイッチを押下するとスタート信号が制御装置９に入力され、Ｓ１処理でロータ運転開始を判別して運転を開始する。Ｓ２処理で補助真空ポンプ４の運転を開始し、Ｓ３処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの制御を開始する。そのＳ３処理の油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの制御は、図６に示した油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの制御のフローチャートによる。次にＳ４処理で、ロータを回転させるモータの運転開始処理を行う。Ｓ５処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｂの温度を第一の所定温度である目標設定温度Ｔｃｔｌに所定温度Ｔ１加算した温度（Ｔｃｔｌ+Ｔ１）となるように制御を行い、Ｓ６処理で時間カウントをして時間ｔｃｔｌが経過するまで第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）でヒータ制御を継続する。
【００３８】
ヒータ温度制御は、油拡散真空ポンプ内の油温度に対応したヒータ温度すなわちヒータ部に取付けた温度センサ８の検出温度で制御を行い、目標設定温度Ｔｃｔｌは油拡散真空ポンプ５が排気動作をして回転室３を減圧する実験で求めた最適な温度である。
【００３９】
また、油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少を防止するため、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）となるようにヒータ５ｃへの通電時間をｔｃｔｌに限定し、時間ｔｃｔｌの経過後、Ｓ７処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｂの温度を第二の所定温度である目標設定温度Ｔｃｔｌ変更して加熱を継続する。入力装置１０でスットプスイッチを押下するとスットプ信号が制御装置９に入力され、Ｓ８処理でロータ運転の停止処理を行い、Ｓ９処理でモータの運転停止させてロータを停止させる。ロータ停止後、Ｓ１０処理で補助真空ポンプを停止させ、Ｓ１１処理で油拡散真空ポンプ５のヒータ５ｃの通電を停止する。
【００４０】
このようにして、目標真空度Ｐｍｇ（１３Ｐａ）に減圧する目標時間Ｔｍｇ（5分）を十分に達成することができる。また、油拡散真空ポンプ５の排気能力は向上して目標設定温度Ｔｃｔｌだけで制御する場合では１．３パスカル程度だたのが、本発明の場合では、より高い真空度の０．4パスカル程度の超高真空にまで到達できる。
【００４１】
さらに、ヒータ５ｃを第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）で連続通電すると、ジェット部５ｄから噴射する気化した油分子の量は冷却部で冷却しきれずその一部は油拡散真空ポンプ５の排気口５ｇから補助真空ポンプ４へ長時間にわたり流れてしまうため、油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少を惹起する恐れがあるが、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）の通電時間を所定期間ｔｃｔｌに限定することにより、真空度が安定して超高真空に到達し、且つ油拡散ポンプ内の油貯蔵量の減少量を極力抑制することができる。
【００４２】
しかし、所定期間ｔｃｔｌ経過後にヒータ５ｃの温度を第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）からヒータ５ｃの目標設定温度である第二の所定温度（Ｔｃｔｌ）にするときＴ１の温度が７ｄｅｇと大きいため、目標設定温度である第二の所定温度（Ｔｃｔｌ）となるようにパルス幅制御をするが第一の所定温度（目標設定温度）Ｔｃｔｌに安定するまでヒータ温度はオーバーシュートとアンダーシュート（ハンチング）が発生してしまい、真空度もそれに対応して上下動してしまう。
【００４３】
そこで、第一の所定温度である第一の制御温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）から第二の所定温度である目標設定温度（Ｔｃｔｌ）にするとき、第一の所定温度から第二の所定温度へ徐々に変化させて制御するときの特性を第二の実施例として、図５の真空度と温度の測定例を示した特性図より説明する。真空度と温度の測定例を実線で示し、従来の遠心分離機の真空度と温度の測定例を破線で示す。以下に説明する図５の特性図は、図４の真空度と温度の測定例を示した特性図に、第一の所定温度（Ｔｃｔｌ＋Ｔ１）からヒータ５ｃの目標設定温度である第二の所定温度（Ｔｃｔｌ）にするとき、第一の所定温度から第二の所定温度へ徐々に変化させて制御する手段を備えたときの特性を示す。所定期間ｔｃｔｌ経過後、ヒータ制御温度Ｔｃｔｌ＋Ｔ１からヒータ制御温度Ｔｃｔｌにするとき、ヒータ制御温度を２０秒程度の所定時間ｔｓｏｆｔ１ごとに０．１６６ｄｅｇ程度の温度Ｔｓｏｆｔづつ低下させ、４２回程度の所定回数繰り返して所定期間ｔｓｏｆｔ２まで続け、ヒータ制御温度を極端に小さく変化させヒータ制御温度Ｔｃｔｌにすることでヒータ温度は安定して変化するので、回転室内の真空度は安定して高真空に到達することができる。図５は、所定時間ｔｓｏｆｔ１と所定温度Ｔｓｏｆｔを図示しやすくするため、所定時間ｔｓｏｆｔ１を長く、所定温度Ｔｓｏｆｔを大きく、そして繰り返し回数を少なく図示してある。
【００４４】
また、断続的に温度を変化させるのではなく、連続的に変化させても良い。
【００４５】
次に図７に基板温度と実験的に得られた最適なヒータの目標設定温度Ｔｃｔｌとの関係を示す。
油拡散真空ポンプ5のボイラで噴射する蒸発・気化した油分子は、外気温の低下と共に冷却部５ｅでの凝縮が促進され空気分子のトラップ効率が上昇するため、超高真空に維持するためのヒータ温度は低下する。従い、外気温に対応して拡散ポンプが超高真空に維持可能でしかも油の消耗を少なくし、排気口5ｇの温度上昇を抑制する最適なヒータ制御温度Ｔｃｔｌは変化するため、ヒータの温度制御は気温補正されたヒータ制御温度Ｔｃｔｌにより行う。
【００４６】
実際に外気温を測定することはセンサが外部に出るので実用性が低いため、遠心分離機100は通常内部にファンなどの換気装置を有することからこれの替わりに遠心分離機100の内部の周囲温度で読み替え代用することが可能である。最も至便なのは、制御装置９内の図示しない制御基板上に設けた温度センサで外気温の代用をすることである。この場合、外気温と制御基板上に設けた温度センサの間には約3ｄｅｇ程度の温度差があり、温度センサの方が高いので、この関係を利用して外気温の代用とする。
【符号の説明】
【００４７】
１：ロータ ２：駆動部（モータ） ３：回転室
４：補助真空ポンプ
５：油拡散真空ポンプ ５ａ：ボイラ ５ｂ：油
５ｃ：ヒータ ５ｄ：ジェット気流発生部 ５ｅ：放熱フィン
５ｆ：入気口 ５ｇ：排気口 ５ｈ：胴部
６：真空ホース ７：パイプ
８：温度センサ ９：制御装置 １０：入力装置
１１：真空センサ １００：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るロータと、該ロータを回転させるモータと、前記回転室内を減圧するための油拡散ポンプ及び補助真空ポンプと、前記油拡散ポンプのヒータ部温度を制御する制御装置とを備える遠心分離機に於いて、
前記制御装置は前記油拡散ポンプの前記ヒータの温度を所定期間経過後に第一の所定温度から第二の所定温度に変化させことを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記第一の所定温度から前記第二の所定温度への変化を徐々に変化させさせることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記第二の所定温度は、外気温度に応じて変化させることを特徴とする請求項１または２記載の遠心分離機
【請求項１】
回転室と、該回転室内に設置されるロータと、該ロータを回転させるモータと、前記回転室内を減圧するための油拡散ポンプ及び補助真空ポンプと、前記油拡散ポンプのヒータ部温度を制御する制御装置とを備える遠心分離機に於いて、
前記制御装置は前記油拡散ポンプの前記ヒータの温度を所定期間経過後に第一の所定温度から第二の所定温度に変化させことを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記第一の所定温度から前記第二の所定温度への変化を徐々に変化させさせることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記第二の所定温度は、外気温度に応じて変化させることを特徴とする請求項１または２記載の遠心分離機
【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２０１１−２５１７６（Ｐ２０１１−２５１７６Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４５３８（Ｐ２００９−１７４５３８）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【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２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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