阅读说明：本技术 离心分离机 (Centrifugal separator ) 是由 三木千季 于 2019-01-10 设计创作，主要内容包括：使用加速度传感器来防止由旋转轴的位移引起的破损。本发明的离心分离机具备转子、使转子旋转的驱动源、使转子与所述驱动源结合的旋转轴、加速度传感器以及控制部。加速度传感器至少输出表示与旋转轴的轴向垂直的两个不同方向的加速度的值。控制部求出位移换算值,该位移换算值与将与基于表示加速度传感器输出的加速度的值的加速度成比例的值除以与转子的角速度的平方成比例的值而得到的值对应,在该位移换算值满足表示预先确定的位移大的位移判定基准的情况下,控制部使转子的旋转停止。(An acceleration sensor is used to prevent breakage caused by displacement of the rotating shaft. A centrifugal separator includes a rotor, a drive source for rotating the rotor, a rotating shaft for coupling the rotor to the drive source, an acceleration sensor, and a control unit. The acceleration sensor outputs at least values indicating accelerations in two different directions perpendicular to the axial direction of the rotating shaft. The control unit determines a displacement conversion value corresponding to a value obtained by dividing a value proportional to acceleration based on a value indicating the acceleration output by the acceleration sensor by a value proportional to the square of the angular velocity of the rotor, and stops the rotation of the rotor when the displacement conversion value satisfies a displacement determination criterion indicating that the displacement is large.)

离心分离机

技术领域

本发明涉及检测不均衡的状态并控制旋转的离心分离机。

背景技术

在配置有试样的状态的转子中会产生平衡的不均衡(包含试样的转子整体的重心不在旋转轴上的状态)。若该不均衡过大，则转子、旋转轴等会过大地振动，成为离心分离机的故障的原因。而且，作为检测由这样的不均衡引起的振动的技术，已知有专利文献1等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-87178号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的离心分离机中，具备加速传感器，该加速传感器输出表示与转子的旋转轴的轴向垂直的两个不同方向的加速度的值。而且，根据表示两个不同方向的加速度的值，求出加速度对应值，该加速度对应值是对应于与旋转轴的轴向垂直的方向的加速度的值，在该加速度对应值满足表示预先确定的加速度大的判定基准的情况下，使转子的旋转停止。

在专利文献1的离心分离机的情况下，基于对离心分离机的防振部等施加的力使转子的旋转停止，因此，能够防止因应力而破损。但是，由于加速度与振动的半径成比例，与角速度的平方比例，因此，角速度的影响比半径的影响大。因此，难以防止在转速(角速度)低但旋转轴的位移(振动的半径)大时产生的、转子、料斗、旋转轴等与腔室等接触而产生的破损。

另外，若在离心分离机中进一步具备位移传感器，则也能够进行位移的检测，但由于具备加速度传感器和位移传感器这两者，并进行其信号的处理，因此，离心分离机变得昂贵。

本发明是鉴于上述那样的状况而作出的，其目的在于使用加速度传感器来防止由旋转轴的位移引起的破损。

用于解决课题的方案

本发明的离心分离机具备转子、使转子旋转的驱动源、使转子与所述驱动源结合的旋转轴、加速度传感器以及控制部。加速度传感器至少输出表示与旋转轴的轴向垂直的两个不同方向的加速度的值。控制部求出位移换算值，该位移换算值与将与基于表示加速度传感器输出的加速度的值的加速度成比例的值除以与转子的角速度的平方成比例的值而得到的值对应，在该位移换算值满足表示预先确定的位移大的位移判定基准的情况下，使转子的旋转停止。

发明的效果

根据本发明的离心分离机，能够以换算为位移而得到的值来检测由不均衡引起的振动而不使用位移传感器。因此，能够防止转子、料斗、旋转轴等与腔室等接触。

附图说明

图1是表示本发明的离心分离机的结构例的图。

图2是表示沿图1的A-A线剖开时的驱动源120、旋转轴130、加速度传感器140、防振部160的图。

图3A是表示驱动源120、旋转轴130、加速度传感器140、防振部160振动的情形的第一图。

图3B是表示驱动源120、旋转轴130、加速度传感器140、防振部160振动的情形的第二图。

图3C是表示驱动源120、旋转轴130、加速度传感器140、防振部160振动的情形的第三图。

图4是表示某离心分离机中的每个不均衡的转速与加速度的关系的图。

图5是表示某离心分离机中的每个不均衡的转速与位移的关系的图。

图6是表示控制部的处理流程的图。

图7是表示使用位移判定基准和加速度判定基准这两者时的处理流程的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，对具有相同功能的结构部标注相同的附图标记，并省略重复说明。

实施例1

图1表示实施例1的离心分离机的结构例。离心分离机100具备：框体190、腔室192、开闭自如的腔室盖191、收容在腔室192内的转子110、使转子110旋转的驱动源120、使转子110与驱动源120结合的旋转轴130、加速度传感器140、控制部150、防振部160。

图2是表示沿图1的A-A线剖开时的驱动源120、旋转轴130、加速度传感器140、防振部160的图。图3A～图3C是表示驱动源120、旋转轴130、加速度传感器140、防振部160振动的情形的图。图3A～图3C的虚线所示的位置是原来的位置，图3A～图3C表示分别向不同方向偏移的情形。

转子110存在具有收容试管等的孔的类型、将收容放入试样的管架的料斗(bucket)安装于转子110的类型等，但不论转子110的类型如何都可以应用本发明，因此，转子110的类型没有限定。防振部160起到使由于转子110的平衡的不均衡而产生的振动衰减的作用。例如，如图1、2所示，只要由把持驱动源120的支承板161和一端固定于框体190且另一端固定于支承板161的多个防振弹簧162构成即可。另外，也可以代替防振弹簧而使用橡胶等弹性体。

加速度传感器140至少输出表示与旋转轴的轴向垂直的两个不同方向的加速度的值。更具体地说，加速度传感器140安装于驱动源120或支承板161，对因转子110的旋转而产生的驱动源120的振动的加速度进行测量。例如，如图1、2所示，既可以将加速度传感器140安装于驱动源120的上表面，也可以安装于驱动源120的下部等。在实施例1中，两个方向相互垂直，将一方称为X轴方向，将另一方称为Y轴方向。而且，将旋转轴130的轴向设为Z轴方向。另外，将表示X轴方向的加速度的值设为a_X，将表示Y轴方向的加速度的值设为a_Y。需要说明的是，“表示加速度的值”不仅包含与加速度一致的值，还包含与加速度成比例的值以及像数字信号那样离散地表示与加速度成比例的值的值。

作为来自实施例1的加速度传感器140的输出的a_X、a_Y是表示相互正交的方向的加速度的值，在能够忽略旋转轴130的倾斜时为(a_X ²+a_Y ²)^1/2＝Rω²(1)。

R是表示偏移的大小(振幅)的值，表示从旋转轴130、防振部160等静止的状态起的位移。ω是旋转轴130的角速度。

当位移R变大时，旋转轴130的倾斜变大，Z方向的振动也无法忽略。在Z方向的振动也无法忽略的情况下，若将表示Z轴方向的加速度的值设为a_Z，则

(a_X ²+a_Y ²+a_Z ²)^1/2＝Rω²(2)。

在需要检测Z方向的振动也无法忽略的振动的情况下，加速度传感器140也输出表示因转子110的旋转而产生的驱动源120的振动的Z方向(旋转轴130的轴向)的加速度的值a_Z。

图4表示某离心分离机中的每个不均衡的转速与加速度的关系。横轴是转速(rpm)，纵轴是加速度对应值(bit)，表示转子的不均衡为0g、12g、24g、36g的情况。纵轴的加速度对应值(bit)是如(a_X ²+a_Y ²+a_Z ²)^1/2那样计算来自加速度传感器的正交的3轴方向的输出(a_X，a_Y，a_Z)而得到的值。256bit相当于1G(约9.8m/s²)。由于加速度与角速度的平方成比例，在图4的例子中，随着转速变大，加速度对应值变大。另外，在图4的例子中，存在转速在1000rpm附近加速度对应值大的范围。该范围是转子110的振动成为共振的状态的范围，在本说明书中称为“共振区域”。“共振区域”是与转子110的旋转轴的位移变大的固有的角速度对应的范围，由防振部160的结构、转子110的质量等决定。但是，由于也受到收纳于转子110的试样的质量的影响，因此，成为共振点的角速度在某个范围内每次都不同。例如，将与也考虑试样的质量的影响而可能成为共振点的角速度对应的范围称为共振区域即可。另外，也可以使位移换算值也包含与可能成为共振点处的位移换算值的1/2的角速度对应的范围，称为共振区域。在一般的离心分离机的情况下，共振区域多在500～1500rpm内的一部分。“与角速度对应”表示既可以是角速度自身，也可以是与角速度有一定关系的其他参数。例如，由于转速与角速度成比例，因此，是与角速度对应的值之一。“与角速度对应的范围”既可以是由角速度定义的范围，也可以是以与转速那样的角速度对应的值定义的范围。

图5表示某离心分离机中的每个不均衡的转速与位移的关系。在该图中，将图4的例子的纵轴设为换算为位移而得到的值(位移换算值)。位移换算值是通过将测得的加速度除以测得的角速度的平方而得到的值。在图5中，位移换算值的单位为μm，但也可以与图4同样地，不是实际的长度的单位，而是对长度的单位乘以系数而得到的值。根据图4和图5可知，加速度大的是转速高的时候，位移大的是共振区域。

图6是表示控制部150的处理流程的图。控制部150取得表示加速度传感器140输出的加速度的值(S10)。控制部150求出位移换算值(S20)。“位移换算值”是与将与基于表示加速度传感器140输出的加速度的值的加速度成比例的值除以与转子110的角速度的平方成比例的值而得到的值对应的值。控制部150在该位移换算值满足位移判定基准的情况下(S30)，使转子的旋转停止(S40)，该位移判定基准表示预先确定的位移大。

作为位移判定基准，例如有如图5所示的虚线(A)那样确定阈值并根据是否超过该阈值进行判定的基准。该位移判定基准与角速度(转速)无关，能够防止转子、料斗、旋转轴等与腔室等接触。

作为另一例，也有如图5所示的(B)那样，在与比共振区域低的预先确定的角速度对应的值的范围内设置位移判定基准的方法。“与角速度对应的值”例如有角速度自身、转速，但并不限于此，包括对角速度乘以任意的常数而得到的值。“与比共振区域低的预先确定的角速度对应的值的范围”是按照每个离心分离机确定的范围，是比与还考虑了可能收纳的试样的最低的共振区域的角速度对应的值低的范围。在图5的(B)的例子中，位移判定基准的转速被设定为400～600rpm。即，控制部150在与转子110的角速度对应的值处于与比共振区域低的预先确定的角速度对应的值的范围(例如，400～600rpm)时，求出位移换算值，确认是否满足位移判定基准。如果如400～600rpm那样设置范围，则即便在存在以防振弹簧162或代替防振弹簧162而使用的橡胶等弹性体的劣化、以及温度等使用环境为主要原因的共振区域的变化的情况下，也可以适当地检测由不均衡引起的振动。

如果在比共振区域低的角速度时进行判定，则能够在位移小时进行判断，因此，容易防止转子、料斗、旋转轴等与腔室等接触。尤其是，如果将比被允许的最大不均衡时的共振区域中的位移换算值的最大值小的位移换算值包含在满足位移判定基准的范围内，则能够在位移变大之前使转子110的旋转停止，因此，能够进一步防止接触。例如，将小于24g的不均衡设为被允许的不均衡。在此，即便不均衡相同，由于试样整体的质量的差异等位移换算值也发生变化，因此，考虑该变化来确定位移判定基准即可。在图5的(B)的例子中，如果不论试样整体的质量如何不均衡都为24g以上，则为了满足位移判定基准，在400～600rpm的范围内，将900μm作为阈值。该阈值小于作为比被允许的最大不均衡小的不均衡的12g的不均衡的情况下的共振区域的位移换算值的最大值(约2700μm)。即，如果在与比共振区域低的预先确定的角速度对应的值的范围内设置位移判定基准，则能够在产生了比被允许的位移换算值的最大值小的位移换算值时使转子的旋转停止。

并且，如果在与比共振区域低的预先确定的角速度对应的值的范围内进行基于位移换算值的不均衡的判断，则能够在低速旋转中使离心分离机的旋转停止。即，由于能够缩短存在不均衡时的从离心分离机的旋转开始到停止为止的时间，因此，也具有能够缩短用户等待的时间的效果。另外，如果将比被允许的最大不均衡时的共振区域中的位移换算值的最大值小的位移换算值包含在满足位移判定基准的范围内，则即便在存在不均衡的情况下，也能够使对防振弹簧162或代替防振弹簧162而使用的橡胶等弹性体施加的负荷处于在设计时设想的使用条件的范围内，因此，也具有防止破损以及劣化的效果。

根据离心分离机100，能够以换算为位移而得到的值来检测由不均衡引起的振动而不使用位移传感器。因此，能够防止转子、料斗、旋转轴等与腔室等接触。

并且，如果也进行基于加速度对应值的停止的控制，则也能够防止由施加于防振部160等的应力引起的破损。图7表示使用位移判定基准和加速度判定基准这两者的处理流程例。控制部150确认与角速度对应的值是进行基于位移换算值的判定的范围还是进行基于加速度对应值的判定的范围(S100)。如果是图5的(B)的例子，则是在400～600rpm时进行基于位移换算值的判定的范围。另外，将1500rpm以上设为进行基于加速度对应值的判定的范围即可。如果这样设定进行基于位移换算值的判定的范围和进行基于加速度对应值的判定的范围，则在与角速度对应的值比共振区域低时，进行基于位移换算值的判定，在比共振区域高时，可以进行基于加速度对应值的判定。控制部150在既不是进行基于位移换算值的判定的范围也不是进行基于加速度对应值的判定的范围的情况下，在离心分离机100的动作中重复步骤S100。控制部150在步骤S100中判断为进行基于位移换算值的判定的范围的情况下，进行与图6所示的步骤S10～S40相同的处理。

控制部150在步骤S100中判断为进行基于加速度对应值的判定的范围的情况下，控制部150从加速度传感器140取得表示加速度的值(S110)。表示加速度的值既可以是表示与旋转轴130的轴向垂直的不同的两个方向的加速度的值，也可以包含旋转轴130的轴向的加速度。控制部150计算与加速度对应的值即加速度对应值(S120)。具体而言，只要用式(1)或式(2)求出即可。另外，在步骤S120的情况下，不求取位移换算值，因此，例如也可以如a_X ²+a_Y ²或a_X ²+a_Y ²+a_Z ²那样省略平方根的计算。控制部150对求出的加速度对应值与加速度判定基准进行比较(S130)，在满足的情况下，使转子的旋转停止(S40)。例如，在基于a_X ²+a_Y ²或a_X ²+a_Y ²+a_Z ²的加速度对应值超过以比共振区域高的角速度用曲线或直线表现的基准时，设为满足加速度判定基准即可。更具体地说，将加速度对应值设为与(a_X ²+a_Y ²)^1/2或(a_X ²+a_Y ²+a_Z ²)^1/2成比例的值。而且，如专利文献1所示，将用旋转轴130的角速度的二次函数表现的基准(bω²+cω+d+偏移值)设为在比共振区域高的角速度(例如1500rpm以上)在超过加速度对应值时满足加速度判定基准即可。需要说明的是，与专利文献1同样地，也可以将加速度对应值设为与a_X ²+a_Y ²或a_X ²+a_Y ²+a_Z ²成比例的值，设为用四次函数表现的基准。另外，也可以将加速度对应值设为与(a_X ²+a_Y ²)^1/4或(a_X ²+a_Y ²+a_Z ²)^1/4成比例的值，设为用一次函数表现的基准。并且，也可以使用用式(1)或式(2)求出的加速度对应值。在该情况下，例如，将与所有的加速度对应的值的范围设为进行基于加速度对应值的判定的范围，将图4的1200bit的加速度对应值设为阈值，在阈值以上的情况下判断为满足加速度判定基准即可。

如果是图7所示的处理流程，则也能够仅利用加速度传感器140来防止因振动较大而引起的接触，并且，也能够防止因加速度较大而引起的应力导致的破损。另外，如上所述，在比共振区域低的角速度中，使用固定值的位移判定基准，在比共振区域高的角速度中，使用近似曲线的加速度判定基准，从而不仅能够防止离心分离机的破损，而且与以往相比，能够在旋转开始后的早期检测不均衡，并且也能够期待防止劣化等效果。

附图标记说明

100离心分离机 110转子

120驱动源 130旋转轴

140加速度传感器 150控制部

160防振部 161支承板

162防振弹簧 190框体

191腔室盖 192腔室