JP6491219B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文において特定されるタイプの遠心分離器に関する。

一般的な遠心分離機は、多種多様なの異なるデザインにおいて知られている。特に実験用遠心分離機のために、スペースが実験室においてしばしば制限されているため、目的は、常に、できるだけコンパクトなデザインの装置を提案することであった。さらに、実験用遠心分離機は、上方から装填され、取り出されるため、その蓋が開かれることができることを確保するために、各装置の上方に、十分なスペースが提供されなければならない。

同時に、遠心分離機を設計する場合、常に生じる任意の不均衡を打ち消すために、良好な減衰性を保証するように、注意が払われなければならない。例えば、ばね軸がモータの縦軸に平行に延びる減衰要素においてモータを支持することが、一般的に知られている。しかしながら、公知の配置及び減衰アプローチは、実際面において不十分であることが、頻繁に分かってきた。第一に、従前の減衰要素の配置において、発生される力は、不適切に吸収されるのみであろう。第二に、減衰要素は、それらの耐用年数を短くするような緊張状態に曝されるだろう。

上述の欠点を防ぎ、その減衰要素が適切に引っ張られるとともに、それによって、改良された減衰性が達成されるように支持される遠心分離機、特に、実験用遠心分離機を形成することが、本発明の目的である。

本目的は、請求項１の前文の特徴と併せて、請求項１の特徴によって達成される。

本発明は、不均衡の場合に、ロータが傾斜運動を行うのではなく、回転運動を行うという知見に基づいている。これまで、作動中に観察された上方及び下方のロータ運動のために、ロータは上下運動を行うと推定されてきた。しかしながら、実際には、発生する力は、回転の軸に平行に作用しない。寧ろ、そのベクトルが、回転の軸に対して傾斜されている力がある。ロータ支持及び／又はモータ支持に対して減衰要素の位置を変更することによって、本発明は、より効率的な減衰性を獲得するとともに、全体として遠心分離機を安定化させることを可能にする。

本発明に従って、遠心分離機は、遠心分離される材料を保持する容器を受けるためのロータと、ロータが支持されるドライブシャフトと、ドライブシャフトを介してロータを駆動するモータと、それぞれがばね軸を有する減衰要素を備える軸受ユニットと、軸受ユニットを介して、遠心分離機内にモータを固定するための支持要素と、を備える。減衰要素のばね軸は、モータの回転軸に対して鋭角σで配置される。特に不均衡の場合に、ロータの回転によって引き起こされる振動の結果として発生される力は、また、モータの回転軸に対して鋭角で作用するため、減衰要素のこの配置は、減衰要素上に作用する力が、主として、引張力及び圧力である点で、有利である。せん断力等の、減衰要素上のより高い歪みであるとともに、それによって、より速い摩滅を生じる力は、この配置によって最小化されるか、又は完全に除去されるだろう。その結果、減衰要素の耐用年数は、簡便な方法で、著しく増加されることができ、減衰性は、かなり改善されることができる。

好ましい実施形態において、軸受ユニットは、減衰要素に接続されるとともに、各ばね軸と同軸状に整列されるように位置決め及び配置される、複数の支柱、好ましくは、３個と２１個との間の支柱を備える。軸受ユニットの下側の拡径によって、より高い安定性及びそれによってロータのための改良された減衰効果を生じる。

本発明の一局面に従って、軸受ユニットは、モータに強固に接続される上側支持板と、支持要素に強固に接続される下側支持板と、を備える。これによって、遠心分離機からの力を、より効果的に吸収及び分配することが可能な軸受ユニットが強化される。

不均衡の結果として遠心分離機で生成される吸収されるべき力は、モータの回転軸に対して、この範囲の角度で作用することが、実験によって示されたため、１０度と４２度との間の角度σが、有利であると考えられている。そのため、これらの力の主要部分は、引張力又は圧力として、減衰要素に向けられることができ、せん断及び曲げ力は、かなり低減されるだろう。これによって、減衰要素上の任意の有害な歪みがさらに低減され、それによって、それらの耐用年数が、増加されるだろう。

特に実験用遠心分離機を用いた、種々のシミュレーションが示したように、遠心分離機から生じる力は、通常、その値がこの範囲内にある角度で作用するため、角度は、１５度と２５度との間の角度であることが、特に有利である。これによって、減衰要素の耐用年数に有害となり得る任意のせん断及び曲げ力は、最小限まで低減されるだろう。

有利な実施形態において、減衰要素は、支柱と下側支持板との間に配置されている。減衰要素の増加された間隔及び拡径によって、改良された減衰効果が達成されるように、軸受ユニットにおけるレバー比が変更されるだろう。

基本的に、例えば、ばね軸受、油圧軸受又は磁気軸受等の、振動を減衰することが可能な任意の装置が、減衰要素として使用されることができる。しかしながら、特に、減衰要素としてのゴム‐金属要素の使用は、これらが省スペースかつ安価であるため、有利であることが、分かってきた。

好ましい実施形態において、上側支持板及び支柱は、第一のばね要素を介して、相互接続されている。これによって、遠心分離機からの力の部分が、第一のばね要素によって吸収されるとともに、上側支持板の周辺を越えたばね要素の均等な分配によって、ばね要素に均等に分配されるようになるだろう。これによって、軸受要素の減衰効果が、明らかに改良されるだろう。

本発明の有利な実施形態において、下側支持板及び減衰要素は、第二のばね要素を介して、相互接続されている。この場合において、また、遠心分離機から生じる力の部分は、第二のばね要素によって吸収されるとともに、下側支持板の周辺を越えたばね要素の均等な分配によって、力は、また、ばね要素に均等に分配されるだろう。これによって、軸受要素の減衰効果が、再び改良されるだろう。

さらに、質量要素が第三のばね要素を介して支柱に接続される場合、質量要素は、順に、その質量によって減衰要素を安定化し、他方で、上側及び下側支持板と同様に、水平力を吸収し、振動を増幅させ、振動を支柱から支柱に移し得る。これによって、軸受要素の剛性がさらに増加されるとともに、システムの減衰性が、さらに改善されるだろう。

質量要素は、二つの円板形状の質量板と、それらの間に設けられた固定板と、を備えることが有利であると考えられる。円板形状の設計は、最適な質量分布及び低い空間要件を保証する。支柱は、比較的薄い固定板にのみ接続される必要があるため、質量板と固定板とを、物理的に分離することによって、より簡素な設計となる。

本発明の好ましい実施形態において、第一、第二及び／又は第三のばね要素は、上側支持板、下側支持板及び／又は固定板等の、関連された板から突出するとともに、弾性的に移動されることができるタブの形態で設けられている。これによって、板及び支柱及び／又は減衰要素の接続が容易となる。特に、これによって、軸受ユニットの取り付けが容易となる。

タブ及び関連された板は、金属製であることが、有利である。それらの製造のために、多数の金属及び合金から選択されることができ、遠心分離器の各構造要件は、満足に見合われることができる。

上側支持板、下側支持板及び／又は固定板は、リングディスクの形態であることが、特に有利であると考えられる。リングディスクは、容易に製造されることができ、支柱及び／又は減衰要素は、それらの周辺に、容易に均等に分布されることができる。これによって、タブによって各板に向け直された力の良好な分配が得られる。このようにして、軸受要素は、増加された安定性及び減衰力を示すだろう。

本発明の一局面において、上側及び下側支持板並びに固定板の少なくとも一つは、その関連されたタブと一体的に形成されるとともに、特に金属で、好ましくは、薄鋼板で製造されている。これによって、軸受要素は、かなり少ない部品しか有さないため、軸受要素の製造は、容易かつ安価となる。タブは、打ち抜き及び曲げ加工において、支持板と一緒に製造されることができる。さらに、板及びタブを一体的に形成することによって、軸受要素の安定性が、改善されるだろう。

システムの安定性をさらに増加させるために、モータは、モータハウジングから突出し、モータハウジングの周囲に配置され、お互いから均等に離間され、軸受ユニットにモータを強固に接続する取付足を有してもよい。

本発明の好ましい実施形態において、取付足は、上側支持板のタブが、取付足の間に設けられた状態で、上側支持板にモータを接続する。これによって、モータが軸受ユニットに確実に接続され、上側支持板を越えて作用力が均等に分配され、コンパクトな遠心分離機の設計が保証される。

本発明のさらなる利点、特徴及び可能な適用は、以下の明細書から収集され得、参照は、図面中に例示された実施形態になされる。

そのハウジグングを有さない遠心分離器の側面図である。 そのハウジグングを有さない、支持要素を備えた遠心分離器の斜視図である。 軸受ユニットの側面図である。 軸受ユニットの上面図である。 ロータ及びハウジングを有さない、遠心分離機の垂直断面図である。

図１は、実験用遠心分離機１０の側面図である。本発明にとって不可欠である構成要素をもっとよく見えるように、遠心分離器のハウジングは、本図面及び他の図面から削除された。

実験用遠心分離機１０の回転軸でもある、モータ１８の長手方向回転軸Ｙの上端及び長手方向回転軸Ｙに沿って、遠心分離される材料を保持する容器を受けるためのロータ１２が、取り付けられている。ロータ１２は、その下に配置されるモータ１８によって駆動されるモータシャフト１４上に支持されている。モータ１８は、モータハウジング２４によって取り囲まれている。モータシャフト１４は、上部軸受１６、及び上部軸受１６に対向する側で、モータシャフト１４を包む下部軸受２２を介して、モータハウジング２４内に、回転可能に取り付けられている（図５を参照のこと）。既知の方法で、モータシャフト１４は、例えば、スプラインシャフト（ここでは図示しない）によって、ロータ１２とともに回転するように接続されている。

ロータ１２から離れて対向するモータ１８の側で、モータハウジング２４には、軸受ユニット３０の上側支持板３２にモータ１８を強固に接続する等間隔に離間された取付足２０が、設けられている。軸受ユニット３０は、モータ１８を支持すること及びロータ１２の回転によって生じる力を減衰することを意図されている。

モータ１８から離れて対向する軸受ユニット３０の側に、下側支持板３８が、設けられている。下側支持板３８上には、減衰要素として機能するとともに、同じ角度で取り付けられた支柱３４を介して、上側支持板３２に順に強固に接続される傾斜されたゴム‐金属要素３６が、取り付けられている。長手方向回転軸Ｙに対して、ゴム‐金属要素３６及び関連された支柱３４の迎角αのために、不均衡の結果として発生される力は、ロータ１２の回転の間、この範囲の角度において作用するため、１０度と４２度との間の角度が、一般的に有利であると考えられている。実験用遠心分離機１０の本実施形態のために、２１度の仰角αが、特に適していることが分かった。

支柱３４を有さない軸受ユニット３０を実施すること、例えば、上側支持板３２上に直接ゴム‐金属要素３６を取り付けることが、さらに考えられる。しかしながら、軸受ユニット３０の下側の直径が大きくなることによって、安定性が高くなり、それによって、減衰効果が改善されるだろう。そうでなければ、例えば、ばね軸受、磁気軸受又は油圧軸受が、また、使用されることができる。しかしながら、この実験用遠心分離機１０のために選択されたゴム‐金属要素３６の費用便益比率は、特に好ましい。

最後に、質量要素４０は、上側支持板３２と下側支持板３８との間に設けられている。質量要素４０は、支柱３４及びゴム‐金属要素３６に強固に接続されている。支柱３４によるゴム‐金属要素３６の傾斜された位置及びモータ１８からのゴム‐金属要素３６の離間によって、すでに、良好な減衰効果が生じ、その結果、質量要素４０に対する絶対的な必要性はない。しかしながら、質量要素４０を追加することによって、さらに一層、減衰効果が明確に改善されるだろう。

これまで説明した要素間の接続について、図２及び図５を参照して、以下に説明する。

図２は、ここで支持要素５４上に取り付けられるように示される実験用遠心分離機１０の斜視図である。上側支持板３２上で、第一の弾性タブ４８は、取付足２０の各対の間に見られることができる。第一の弾性タブ４８は、上側支持板３２に面する支柱３４の各端部を受けるとともに、上側支持板３２に各支柱３４を弾性的に接続する。第一の弾性タブ４８は、また、例えば、上側支持板３２上で溶接される別々の構成要素であってもよい。しかしながら、例示された実施形態におけるように、第一の弾性タブ４８が、例えば、打ち抜き及び曲げ加工によって、上側支持板３２と一体的に形成され、また、上側支持板３２と同じ材料で製造される場合、軸受ユニット３０の安定性は、増加されるだろう。

軸受ユニット３０の下方境界は、第二の弾性タブ５０を介してゴム‐金属要素３６に接続される下側支持板３８によって形成される。下側支持板３８と上側支持板３２との間に、質量要素４０が、位置決めされている。質量要素４０は、互いの上に積み重ねられている三つの板からなる。その真ん中に、第三の弾性タブ５２を介して、ゴム‐金属要素３６及び支柱３４に弾性的に接続された固定板４４が、設けられている。固定板４４の上下には、円板形状の上側質量板４２及び円板形状の下側質量板４６が、それぞれ、取り付けられ、その両方ともに、固定板４４に確実に接続されている。第一の弾性タブ４８と同様に、本実施形態の第二の弾性タブ５０及び第三の弾性タブ５２は、また、それぞれ関連された下側支持板３８及び固定板４４と一体的に形成され、それぞれ関連された板と同じ材料で製造される。

軸受ユニット３０は、ねじ接続５６によって、下側支持板３８を介して支持要素５４に強固に接続されている。その四隅において、支持要素５４は、実験用遠心分離機１０が支持構造の表面上に立つ支持脚５８を有する。

軸受ユニット３０の減衰効果について、軸受ユニット３０の側面図である図３を参照して説明する。明確性の理由で、質量要素４０の二つの質量板４２及び４６を、本図面から省略した。

上述のように、例えば、不均衡から生じる、実験用遠心分離機１０の回転部からの力は、回転軸Ｙに対して鋭角で作用する。シミュレーションによって、この角度は、本発明の実験用遠心分離機のために１０度と２１度との間であることが示された。これらの力をできるだけ効果的に吸収し、できるだけ減衰要素上の多くの緊張を避けるために、減衰動作のほとんどを実行するゴム‐金属要素３６は、２１度の適切な仰角αで位置決めされている。ゴム‐金属要素３６は、第二の弾性タブ５０を介して下側支持板３８に強固に接続されている。この場合において、第二の弾性タブ５０は、ばね要素として機能するため、軸受ユニット３０の減衰効果を増加させる。

実験用遠心分離機１０の他の実施形態において、例えば、ゴム‐金属要素３６は、また、上側支持板３２上に直接取り付けられてもよい。しかしながら、軸受ユニット３０の下側のより大きな直径を得て、より高い安定性及び改良された減衰効果を達成するために、本実施形態のゴム‐金属要素３６は、支柱３４によって上側支持板３２から離間されている。さらに、軸受ユニット３０を安定化させるために、（図３において、固定板４４のみによって示される）質量要素４０は、ゴム‐金属要素３６と支柱３４との間に設けられている。上側支持板３２において形成されるとともに、上側支持板３２に支柱３４を確実に接続する第一の弾性タブ４８、及び固定板４４において形成されるとともに、支柱３４及びゴム‐金属要素３６に固定板４４を確実に接続する第三の弾性タブ５２は、第二の弾性タブ５０と同様に、ばね要素として作用し、それによって、軸受ユニット３０の減衰効果をさらに増加させる。ここで、特に、支柱３４の間の水平板内に、すなわち、質量要素４０内に吸収されるべき力の部分を誘導するのは、第三の弾性タブ５２である。

図４は、軸受ユニット３０の上面図である。この視野から明確に見られることができない五つの支柱３４が、六角ボルト６０によって、第一の弾性タブ４８にねじ留めされていた。しかしながら、支柱３４の数は、また、それぞれの要求に応じて変更されることができる。さらに、上側支持板３２は、上側支持板３２上にモータ１８の取付足２０をねじ留めするための五つの孔６２を有する。これについて、図５に示す。

図５は、垂直断面における実験用遠心分離機１０の概略図である。図１とは対照的に、ロータ１２及び二つの支柱３４を、明確性の理由で、本図面から省略した。この断面図は、個々の接続をより明確に示す。

モータ１８の取付足２０は、ナット及びボルト接続６４を介して、上側支持板３２上にねじ留めされている。この目的のために、孔６６が、取付足２０に設けられるとともに、孔６２が、上側支持板３２に設けられ、両方の孔は、互いに割り当てられている。

上側支持板３２及び支柱３４の確実な接続は、第一の弾性タブ４８内の孔７０及び孔７２に、六角ボルト６０を通過させ（両方の孔は、互いに割り当てられている）、次に、上側支持板３２に対向する支柱３４の端部内に、六角ボルト６０をねじ込むことによって、達成される。

支柱３４及びゴム‐金属要素３６への固定板４４の確実な接続は、第三の弾性タブ５２内の割り当てられた孔７６に、モータ１８に対向するゴム‐金属要素３６の側にそれぞれ設けられたピン７４を通過させ、次に、ピン７４が、支柱３４内の割り当てられた孔７８に入ることによって、達成される。実験用遠心分離機１０の重量、並びに支柱３４及びゴム‐金属要素３６の傾斜された位置によって、ピン７４と、孔７６及び７８との間のフォームロッキング接続が、十分に安定したものとなる。

下側支持板３８へのゴム‐金属要素３６の確実な接続は、第二の弾性タブ５０内の孔８２及びゴム‐金属要素３６内の孔８４に、、ボルト８０をねじ込むことによって、達成される。両方の孔は、互いに割り当てられている。

固定板４４、上側質量板４２及び円板形状の下側質量板４６の確実な接続は、ナット及びボルト接続８６によって達成され、各ボルトは、上側質量板４２内に設けられた孔８８、固定板４４内に設けられた孔９０及び下側質量板４６内に設けられた孔９２を通過させられ、次に、関連されたナットを用いて適所に固定される。

１０ 実験用遠心分離機、１２ ロータ、１４ モータシャフト、１６ 上部軸受、１８ モータ、２０ 取付足、２２ 下部軸受、２４ モータハウジング、３０ 軸受ユニット、３２ 上側支持板、３４ 支柱、３６ ゴム‐金属要素、３６ａ ばね軸、３８ 下側支持板、４０ 質量要素、４２ 上側質量板、４４ 固定板、４６ 下側質量板、４８ 第一の弾性タブ、５０ 第二の弾性タブ、５２ 第三の弾性タブ、５４ 支持要素、５６ ねじ接続、５８ 支持脚、６０ 六角ボルト、６２ 孔、６４ ナット及びボルト接続、６６ 孔、７０ 孔、７２ 孔、７４ ピン、７６ 孔、７８ 孔、８０ ねじ／ボルト、８２ 孔、８４ 孔、８６ ナット及びボルト接続、８８ 孔、９０ 孔、９２ 孔。

Claims (2)

1. 遠心分離機（１０）であって、
   ａ）遠心分離される材料を保持する容器を受けるためのロータ（１２）と、
   ｂ）前記ロータ（１２）が支持されるドライブシャフト（１４）と、
   ｃ）前記ドライブシャフト（１４）を介して前記ロータ（１２）を駆動するモータ（１８）と、
   ｄ）それぞれがばね軸（３６ａ）を有する減衰要素（３６）を備える軸受ユニット（３０）と、
   ｅ）前記軸受ユニット（３０）を介して、前記遠心分離機（１０）内に前記モータ（１８）を固定するための支持要素（５４）と、を備え、
   前記減衰要素（３６）の前記ばね軸（３６ａ）は、前記モータ（１８）の回転軸Ｙに対して鋭角σで配置され、
   前記軸受ユニット（３０）は、前記減衰要素（３６）に接続される、複数の支柱（３４）を備え、前記支柱（３４）は、それらが、各ばね軸（３６ａ）と同軸状に整列されるように位置決め及び配置されている遠心分離機（１０）において、
   前記軸受ユニット（３０）は、ばね要素（４８，５０）と協働する少なくとも一つの支持板（３２，３８）と、前記モータ（１８）に接続される上側支持板（３２）と、前記支持要素（５４）に接続される下側支持板（３８）と、を含み、前記上側支持板（３２）と前記支柱（３４）は第一のばね要素（４８）を介して互いに接続され、
   前記減衰要素（３６）は、前記支柱（３４）と前記下側支持板（３８）との間に配置されていることを特徴とする、遠心分離機。
2. 前記鋭角σは、１０度と４２度との間の値であることを特徴とする、請求項１に記載の遠心分離機。

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