JP2001511702A - 遠心分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 遠心分離器１０は遠心分離ロータ２０が装着されているスピンドルが貫通するハウジング１１を含む。ロータは圧力をかけて該ロータに供給される液体によって潤滑されているジャーナル軸受ブッシュ３１および３２に装着されており、液体を充填したロータの重量は、相互にハウジングとロータとに固定された永久磁石４３、４６からなる磁気斥力スラスト軸受４０によって支持されている。離隔した磁石は接触によるノイズや摩擦による損失がないように作動し、供給圧力によって得られる回転速度を改善し、かつ反発し合う磁石の間で本質的である横方向(半径方向)の不安定さがジャーナル軸受に半径方向の弾圧力をもたらし、その結果特にロータの減速の間ジャーナルブッシュに液体供給が不足する場合、振動を阻止することによって静かな作動をもたらすことが出来る。代替的に、あるいは追加して、供給圧力によってもたらされるロータの持ち上げは磁気斥力スラスト軸受３６０、図３によって支持可能としうる。前記磁石は永久磁石および（または）電磁石でよい。

Description

【発明の詳細な説明】 遠心分離器 本発明は汚染された液体が高圧で供給される内蔵ロータ内で、例えば車両のエ ンジン用の潤滑剤のような液体から微粒の汚染物質を分離するような種類の液体 動力遠心分離器に関する。 液体動力遠心分離器は種々の濃度の流体を分離したり、あるいは液体から微粒 物質を分離するためのものとして周知であり、エンジンや車両の同様の部分に対 する潤滑系統において長く使用されてきた。作動の共通原理はハウジングが概ね 垂直の軸線の周りで高速で回転するように支持されているロータを収容している ことである。ロータは回転軸線に亘って高圧で液体が供給され、接線方向に向い た反動噴射ノズルからハウジング内へ液体が排出される容器を含み、前記液体は ハウジングからエンジンの液体溜めに排出される。汚染した液状潤滑剤もまたロ ータまで供給されそこを通過し、そうすることにおいて、より濃縮された汚染物 質が遠心力によりロータから分離され、ロータ内に保持される。駆動流体は、例 えば英国特許第Ａ−７３５６５８号、同第Ａ−７５７５３８号、同第Ａ−２１６ ０７９６号あるいは同第Ａ−２３８３１９４号に記載の型式の所謂自動動力遠心 分離器内での汚染した液体からなり、あるいは英国特許第Ａ−２２２９７４９９ 号に記載のように個別の液体としてもよい。 ロータの駆動液体源とは無関係に、排出された液体によって喪失されたエネル ギはロータ内で循環し、かつ通過している汚染した液体が軸線の半径方向外方に 離隔され、軸線に向って半径方向内方に面する面上で固形の汚染物質を堆積する のに十分速い速度での軸線の周りでのロータの回転に影響を及ぼす。効率的な分 離のために、並びに分離された汚染物質が反動噴射ノズルと干渉しないように保 証するために、ロータ容器には、固体が集められる分離室と、回転軸線の近傍で 移送開口を介して清浄にされた液体が通過する流出室とに効果的に分割する半径 方向内方に延びる仕切り壁を設けることが出来る。仕切り壁が、回転軸線が垂直 方向から傾斜している場合分離室内で固体および液体含有スラッジをより良好に 保持する分離円錐体と称されることがあるものとして半径方向および軸線方向の 双方に延びることが、例えば欧州特許第０１９３０００号および英国特許第２２ ８３６９４号のように、近代的な設計において一般的である。 良好な作動には数種の基準が関連している。特に、ロータを駆動するために該 ロータに供給される液体は、反動噴射ノズルを通過することにより喪失されるエ ネルギが前記汚染された粒子を遠心分離するのに十分速くロータを回転させるの に十分であるべき場合には著しい圧力で供給される必要がある。また、ロータは 回転を許容する軸受手段によってハウジング密閉体内で支持する必要があり、従 って、回転の効率、したがって分離の効率は軸受手段内の非効率と損失とによっ て変わる。更に、ある状況においては、回転しているロータが振動を、特に軸受 手段を介してハウジングに伝達されるノイズとして発生させる傾向があり、該振 動は回転効率を低減するエネルギ損失を表わすのみならず、車両の使用者の快適 さに対する障害を起因する。振動の問題は、以下詳細に述べ、かつその内容を参 考のために本明細書に含めている英国特許第Ａ−２３０８５５７号に述べられて いるように、液体供給圧力が停止した後、回転するロータが低速になるときに最 も深刻である。 従来、ロータはハウジングに対して固定され、それに対してロータが回転する 静止スピンドルの形態あるいはハウジングに固定され、ハウジングに対してロー タと共に回転可能なスピンドルの形態で軸手段を介して装着されており、本明細 書内では便宜上、かつ判り易くするために、そのような回転可能スピンドルはロ ータの端部から延びている「シャフト」と称することにする。 前述の静止スピンドルおよび回転可能シャフトはそれぞれロータを完全に貫通 したもの、あるいは適当にハウジングおよび（または）ロータから延びている短 軸として形成してよく、「軸手段」、「スピンドル」および「シャフト」という用語は そのような変形も包含する意図である。 軸手段がとる形態には関係なく、遠心分離器のロータは通常、ロータの各端部 にて担持され、垂直方向に延びている軸手段を囲みジャーナル軸受を形成する平 坦で平行のブッシュからなる軸受によって回転するように装着される。ブッシュ は偶発的な回転を許容するように軸手段にすきま嵌めされており、各ブッシュと 軸手段との間の空隙はロータに供給された潤滑剤に露出され、そのため若干の潤 滑剤が前記空隙に沿って逃げ、軸の回転によって回転を容易にする流体力学的フ ィルムと、ある程度の半径方向の剛性を発生させる。 垂直軸線の周りで回転するように平坦な軸受ブッシュを介してロータを装着す ることは、作動の間ロータに加えられる軸線方向に向いた荷重に対する軸線方向 支持を何ら提供しない。自由回転を促進するためにある限定された軸線方向の移 動は適当なものであるが、作動の間ロータに対する軸線方向に向いた荷重を支持 するスラスト軸受が提供され、またスラスト軸受手段によって許容される軸線方 向の移動とは反対の軸線方向における軸線方向の移動を制限するように作動可能 な移動停止手段が提供されるが、前記移動停止手段は最小のエネルギ損失で特定 の状況においてロータを支持する副次的スラスト軸受の形態をとってよいことは 勿論である。 従来は、そのようなスラスト軸受と副次的なスラスト軸受手段とがジャーナル ブッシュの一方に対する半径方向に延びたフランジ付き端部とハウジングに固定 された対向面とによって提供されも、それによってジャーナル軸受に対して潤滑 と半径方向剛性とを提供する加圧された潤滑剤がまたスラスト軸受手段に対して も潤滑を提供する。 最も簡単な形態においては、スラスト軸受手段は、ロータ構造体と該ロータに 充填している液体との組み合わされた重量による軸線方向荷重を支持するために ロータの間に配置されている。前記荷重は外部から加えられた加速あるいは衝撃 荷重から発生する有効増分をそのような荷重に含む可能性がある。そのようなス ラスト軸受手段はここでは便宜的に「荷重」スラスト軸受手段と称する。 液体を充填したロータによって前記荷重スラスト軸受に加えられる軸線方向荷 重は数キロに達し、ジャーナル軸受に対する荷重よりはるかに大きく、スラスト 軸受手段において過剰のエネルギ損失や摩耗さえ発生させる可能性がある。ロー タの重量による軸線方向荷重の問題は、液体の圧力がブッシュの端部に作用し、 ロータの重量に対抗するように該ロータに持ち上げ力を加えるように駆動液体供 給圧力に露出されるジャーナルブッシュの肉厚に差をつける、所謂圧力誘導持ち 上げ力を発生させることにより指向されてきた。ロータが重く、および（また は）大量の潤滑液を包含している重量構造である遠心分離器の場合、可能な前述 の圧力誘導持ち上げ力は荷重スラスト軸受に対する有効な軸線方向荷重を低減さ せるだけの作用でありうる。より小型の、より軽いロータを採用している分離器 においては、達成可能な持ち上げ力の程度は液体を充填したロータの重量を完全 に克服可能で、主スラスト軸受手段をロータの上方に位置させることにより、通 常の作動時、液体を充填したロータの重量より小さい大きさのロータに対する軸 線方向荷重がスラスト軸受手段に上方向に加えられるようなものとなりうる。そ のような態様のスラスト軸受手段は便宜的に「圧力持ち上げ」スラスト軸受手段と 称しうる。十分な駆動液体供給圧力が無い場合は明らかにロータには下向きに荷 重全体が加わり、下方に移動しようとする。従って、可能性としては副次的スラ スト軸受手段として、(ロータの下方に位置するのが都合がよい)移動停止手段を 設けることが適当である。 駆動液体供給圧力によって左右されるスラスト軸受手段の荷重支持能力の他に 、ジャーナル軸受の半径方向剛性もそのような圧力に対して敏感であって、かつ 発生する可能性のあるロータに対して作用する各種の外部からの力、並びに偏心 した力によって流体力学的フィルムが破れたり、相対運動部材間の接触があって 、それらはエネルギ損失、摩耗および振動／ノイズの発生源となる。前述のよう に、このことは、潤滑剤の供給が停止したり、ロータが減速するようになったと きは特に厄介である。また、スラスト軸受あるいは副次的スラスト軸受の構成部 材の間の潤滑剤のフィルムが補給されないと相対的に回転している部材を物理的 に当接させるが、これはロータが減速する期間が長い間は振動／ノイズの新たな 発生源となりうる。 本発明の目的は通常作動において、これまでよりも支持力の損失が小さくなり 、通常の作動および（または）減速時におけるノイズおよび振動のレベルを低下 させることが可能な遠心分離器を提供することである。 本発明によれば、遠心分離器はハウジング密閉体と、概ね垂直の作動方向にお いて前記ハウジング密閉体を貫通している軸線と、高圧で液体を受け取るように され、そこからの液体の概ね接線方向での液体の排出に応答して軸線の周りで回 転可能であるロータと、前記ロータの軸線周りでの回転を促進するジャーナル軸 受手段と、軸線方向に沿った移動に関してロータを支持するスラスト軸受手段と を含み、前記スラスト軸受手段が２個の磁気要素の間の磁気斥力によって軸線に 沿った方向において作動回転しているロータによって発生した荷重の少なくとも 一部を支持するように作動可能な少なくとも１個の磁気斥力スラスト軸受を含む 。 磁気斥力スラスト軸受は、液体を充填したロータの重量を支持する「荷重」スラ スト軸受と、通常作動において駆動液体供給圧力による液体を充填したロータの 上方向移動を制限する「持ち上げ」軸受とから構成しうる。更に、磁気斥力スラス ト軸受によって作用する、空あるいは空になりつつあるロータの移動を制限する 軸線方向移動停止手段も含みうる。 本発明の実施例を添付図面を参照して例を通して以下説明する。 図１は、ロータが回転するように装着されている静止したスピンドル軸手段と 、ハウジングに対して固定され、回転軸線を囲んでいる１個の環状の磁気要素と 磁気要素の間での磁気斥力によりロータを浮かせるようにロータの基部に固定さ れた第２の環状の軸要素とを有する磁気斥力スラスト軸受によって形成された荷 重スラスト軸受手段とを有する、本発明による自動遠心分離器の第１の実施例の 断側面図、 図２は所定の方向において隣接するジャーナル軸受に半径方向に負荷するよう に静止磁気要素が軸線方向に同心状で回転可能な磁気要素に対して半径方向に偏 心している磁気斥力スラスト軸受を含む図１に示す遠心分離器の一部の断側面図 、 図３は、スピンドルとジャーナル軸受とが作動時、ロータを圧力で持ち上げる ような寸法とされ、圧力持ち上げスラスト軸受が図１に示すものと類似であるが ロータ上方に装着されている磁気斥力スラスト軸受によって形成されている、本 発明による自動遠心分離器の第２の実施例の断側面図、 図４は、図１に示すものと類似であるがスピンドルの上方部分と対応するジャ ーナルブッシュとが半径方向かつ軸線方向にテーパが付けられ磁気荷重スラスト 軸受が作用する減速および（または）空になりつつあるロータを心出しさせ、か つ支持する移動停止手段を形成している磁気斥力スラスト軸受によって形成され た荷重スラスト軸受を有する、本発明による遠心分離器の第３の実施例の断側面 図、 図５は、各々が共通の磁気要素を有する磁気斥力スラスト軸受によって形成さ れている荷重スラスト軸受と圧力持ち上げスラスト軸受との双方を示す、本発明 による遠心分離器の第４の実施例の一部を図３の仕方で示す断側面図、 図６（ａ）は、各々が極と対抗して軸線方向の端面を有する単純な環状リング と同じ極が相互に対面するように配置したリングの形態で永久磁石から形成した 双方の磁気要素を示す、図１から図５までに示す磁気斥力スラスト軸受の部分的 に斜視図で、部分的に断面図で示す図、 図６（ｂ）は一方の磁気要素が環状のリングで形成され、他方の磁気要素が長 手方向軸線の周りに配された複数の断続した軸線方向に延びる棒状磁石から形成 されている磁気斥力スラスト軸受の代替形態の部分的に斜視図で、部分的に断面 図で示す図、 図６（ｃ）は軸線方向にＵ字形であり、各々が他方に対して面している半径方 向の分離された極を提供している環状磁石要素を有する、磁気斥力スラスト軸受 の別の形態の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す図、 図６（ｄ）は一方の環状磁気要素が図６（ｃ）に示すものと類似で、他方の磁 気要素が長手方向軸線の周りで配された複数の半径方向に延びた棒磁石によって 形成されている磁気斥力スラスト軸受のある形態の部分的に斜視図で、部分的に 断面図で示す図、 図６（ｅ）と図６（ｆ）とは、図６（ｃ）と図６（ｄ）と類似であるが、静止 した磁気要素が(少なくとも部分的に)電磁石で形成されている磁気斥力スラスト 軸受の別の形態の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す図、 図７は、電磁電流を制御するための制御手段を含み、図６（ａ）に示す制御さ れた電磁斥力スラスト軸受によって部分的に荷重スラスト軸受が提供される、本 発明による遠心分離器の第５の実施例の一部の概略的な断側面図、 図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、機能的には図１、図４および図 ７に対応するが、ロータに対して固定され、ハウジングに対して固定されたジャ ーナルブッシュ内で回転するように装着された回転可能なシャフトによって形成 された軸手段を各々が有する、本発明による遠心分離器のそれぞれ第６、第７お よび第８の実施例の概略断面図である。 図１と図２を参照すると、車両のエンジン用の自動遠心分離器装置が全体的に １０で指示されている。遠心分離器はエンジンを損傷させる可能性のある汚染物 質がないようにエンジンの潤滑剤を保つために全量式フィルタ（図示せず）と関 連して採用される。潤滑剤は、その送り圧力が調整されるがエンジンの速度と潤 滑剤の温度とに応じて限定された程度まで調整されるポンプ(図示せず)によって エンジンの周りでくみ出される。 遠心分離器１０は供給ダクト１３を介してくみ出された潤滑剤を受け取り、排 出ダクト１４を介して潤滑剤溜めまで戻すことにより、くみ出された潤滑剤を使 用するエンジンの構成要素をバイパスするようにエンジンに結合された支持構造 体１２の形態のハウジング１１を含む。支持構造体１２は、供給ダクト１３に沿 って少なくとも部分的に延び、下端で供給ダクト１３に結合されている通路１７ を有するスピンドルの形態で概ね垂直方向に延びている軸手段１６を固定してい る。ハウジングは垂直方向に分離可能な部分１８₁および１８₂からなり、スピン ドルの上端１６₁は、ナット１９によって前記部分１８₁に解放可能にシールされ たハウジング部分１８₂に固定されている。 ロータ２０はスピンドル１６の周りで回転するようにハウジングの内部に装着 されている。ロータは継ぎ目２３で接合された要素２１および２２から形成され た容器からなる点で概ね従来のものである。要素２１はロータの一端で開口２５ まで半径方向内方に延びている周壁２４を有する。要素２２は概ね半径方向に延 びている基部を形成しており、該基部において一対の接線方向に向いている噴射 反動ノズルを含むくぼみ２６、２７が形成されており、前記ノズルは１個のみが ２８で示され、前記基部の要素はロータの長手方向軸線上で開口２５と整合して 開口２９が設けられている。 あれば便利であるが、必ずしも必要ではない、ベース部材２２と一体の中空の 管状部材３０が開口２９から軸線方向に離隔した開口２９まで、かつそこを通し て延びており、上端３０において外ねじが切られており、その端壁によって要素 ２１を保持し、継ぎ目２３に軸線方向のシール圧を加えるクランプナット３０₂ を受け取る。前記部材３０はロータの端壁用のスペーサとして、かつスピンドル １６の周りで回転するようにロータを支持している平坦なジャーナル軸受ブッシ ュ３１および３２の受入れ手段として作用する。ロータの長手方向軸線は(少な くとも名目的には)ロータの回転軸線であり、３４で指示している。 スピンドルの通路１７がスペーサ部材内へ開放しており、該スペーサ部材は３ ３で開日が設けられ、回転軸線から容器まで供給圧で潤滑剤を送入する。このよ うに、スペーサ部材３０は容器用の半径方向内壁を形成する。 これまで説明してきた遠心分離器は基本的に従来からのものであり、供給され る液体はロータ内で清浄するための汚染した潤滑剤とロータから排出されること によりロータを回転させるための駆動流体の双方である。そのような組み立てら れた構造体においては、ある程度のエンドフロートすなわちロータに対する軸線 方向の移動がある。 ロータの重量により発生する下方に作用する軸線方向荷重は全体的に４０で指 示する荷重スラスト軸受手段によって支えられ、外部からの衝撃あるいは加速に よる上方の移動は５０で指示し、ブッシュ３２の半径方向に延びるフランジ５１ とハウジングの部分に固定され、使用時にスピンドルの上方部分１６₁に固定さ れるナット１９によって形成された静止ブッシュ５２とからなる移動停止手段に よって制限される。 本発明によると、荷重スラスト軸受手段４０は磁気斥力スラスト軸受４２から なる。また図６（ｂ）を参照すると、磁気斥力スラスト軸受４２は２個の磁気要 素からなり、静止した磁気要素４３の方はハウジング密閉体に装着され、軸線方 向に面した極４４、４５を備えた環状の永久磁石からなり、スピンドル１６(従 って軸線３４も)を囲んでハウジング密閉体に固定されており、回転可能な磁気 要素４６の方はロータと共に回転するようにハウジング密閉体に装着され、回転 軸線と同心状にロータのベース２２に固定され、軸線方向に面した極４７、４８ を備えた環状の永久磁石からなる。磁気要素は同じ極４５、４７を相互に上下関 係で概ね整合させて相互に対して配置され、作動時に潤滑剤の重量と何らかの予 期される外部からの衝撃力とによってロータに加えられる軸線方向下方の荷重と は無関係に軸線方向に分離されたままで留まるのみならず、強磁性であり、磁石 に対して誘引される潤滑剤内の材料がその間で捕捉されたり、磁石に対して表面 を損傷させる危険性がない空隙によって分離された状態に留まるようにするのに 十分な相互に対する斥力を発生させるような磁気強さである。 磁気荷重スラスト軸受はロータが潤滑剤自体の重量が空のロータの重量の８０ ―３００％で有り得る液状潤滑剤で満杯となるとその重量に対してロータを持ち 上げるのに十分な磁気斥力を磁気要素の間で有するので、ロータにその他の何ら かの持ち上げ力が作用したとしても、送り出し圧力が低下して液体が排出される とき、あるいは何らかの外部の力が働くか、重量が喪失される場合、磁気斥力ス ラスト軸受はロータを上方に移動させようとする。スピンドルに沿ったロータの 軸線方向移動の許容限度および磁気要素の分離と共に磁気斥力が減少する割合と に応じて、軸線方向移動停止手段５０が回転可能面５１と静止面５２との間で当 接することによりロータの軸線方向の移動を制限する。前記面はジャーナルブッ シュ３２から潤滑剤を受け取り、少なくとも一時的に副次的スラスト軸受を形成 する。 前述のように、ジャーナル軸受手段はスピンドルの周りで回転し、液状潤滑剤 のフィルムによってスピンドル内で支持されている離隔したブッシュからなる。 このフィルムの流体力学的であり、ある程度は静水学的である圧力は供給圧力が 低下するとジャーナル軸受の半径方向の剛性を提供し、一方ロータを支持したブ ッシュとスピンドルとの間の非緩衝性接触を阻止し、聴覚的に耐えうるノイズを 発生させるには十分でない可能性がある。 軸線方向に離隔した同心状の磁気要素の間の反発に基づく磁気スラスト軸受は イームショウ（Ｅａｍｓｈａｗ）の理論によって確立されているように本質的に 半径方向では不安定であり、磁気成分は半径方向に分離する傾向があることが認 められる。純粋の磁気による浮きあがりの場合、この不安定性は問題であるが、 遠心分離器１０においてはそのような不安定性はジャーナル軸受に対して半径方 向に荷重を加える。いずれかの方向における付加的な荷重も切迫した回転に関し て十分潤滑されたジャーナルに対しては比較的小さいものであるが、ジャーナル の半径方向の不安定性や、その結果としての全供給圧力での作動時とか、また供 給圧が低下したり、ロータが減速の間に空になった場合、液体を充填したロータ の通常の回転の間振動を発生させる傾向を排除する弾圧力を提供する効果がある 。 軸線３４に対して磁気要素が正味同心状である場合、ジャーナルブッシュに対 して半径方向の弾圧力が作用する方向は不確定であり、遠心分離器が軸線３４が 作動時垂直であると、半径方向の力が作用する方向に余り重要でないように装着 される。しかしながら、遠心分離器のある構成においては、回転軸線は垂直方向 に対して小規模で永久的に傾斜することが必要であり、そのような状況において 、作動全体を通して指向性の半径方向の荷重がジャーナル軸受に加えられる。ま た図２を参照すると、特定の半径方向において静止した磁気要素を偏心させるこ とにより、磁石の間の反発が起こり静止した磁気要素が同心から偏心している方 向とは反対の所定の方向においてジャーナル軸受に対して半径方向の荷重を加え る可能性がある。 周知のスラスト軸受装置に関して前述のように、潤滑剤の供給圧力は、荷重ス ラスト軸受よりもむしろ圧力持ち上げスラスト軸受が通常の作動において必要と されるようにロータを軸線方向に持ち上げるようにジャーナルブッシュの種々の 端領域に時折採用される。そのようなスラスト軸受は本発明による磁気斥力スラ スト軸受によって提供されうることが認められる。遠心分離器の第２の実施例３ ００を示す図３を参照すると、構成要素の多くは遠心分離器１０のものと同一で あり、同じ参照番号を付記しており、何らかの形で相違する対応部材を有するそ の他の要素は先頭の「３」で区別した参照番号を有する。 スピンドル３１６は、ブッシュ３３２によって囲まれている上方部分３１６₁ で断面が、ブッシュ３３１および（または）ブッシュ３３２によって囲まれてよ り大きな肉圧を有する下方部分３１６₂におけるより小さく、それにによってロ ータが液状の潤滑剤で充填されたとき液体供給圧に露出されるブッシュの端部の 面積の差によって該ロータを持ち上げるのに十分な力を軸線方向上方にロータに 作用させる。本実施例における主要なスラスト軸受手段はこのように圧力で持ち 上げるスラスト軸受であり、前述した軸受４２と概ね同一であり、ナット１９上 でハウジングに固定された環状の永久磁石の形態の静止した磁気要素３６１と、 磁石の同じ極が相互に対して面するようにロータ２０に対して固定された環状の 永久磁石の形態である回転可能な磁気要素３６２とを有する磁気斥力スラスト軸 受３６０からなる。 前述したものと同様の仕方で、斥力の強度は、通常の圧力誘導持ち上げ力およ び予期される衝撃の力が磁石の間の空隙をいずれかの磁石に誘引される金属粒子 が他方の磁石に対してこすれないようにすることが望ましい程度以下まで閉鎖す るのに十分でないように選択される。 下側のジャーナルブッシュ３３１は半径方向に延びるフランジ３３１₁を設け られ、スピンドルを支持している本体部分１２は適当な軸受材料の対応する半径 方向に延びるフランジ１２₁を頂部に設けられ、前記フランジの面は平行で潤滑 剤のフィルムを介して回転しているロータを支持する流体力学的軸受を形成する ことが可能である。フランジ３３１₁と１２₁とは副次的なスラスト軸受手段３４ ０の形態の軸線方向移動停止手段を画成する。 前述の実施例１０および３００の双方において、磁気要素はそれらの間でそれ らが接触することがないように阻止する磁気斥力を発生するようにされている。 そのような軸線方向に指向した磁気斥力は磁気要素の間の分離が増加するとその 関数として急速に低下するが、ロータの許容される軸線方向の移動範囲が小さい 場合、付加的な外部の力に応答して磁気接触しないように阻止するのに十分な磁 気斥力が、通常作動状況内のある時点で、例えば圧力持ち上げスラスト軸受３６ ０が圧力誘導持ち上げ力が介在しない場合の副次的スラスト軸受手段３４０に加 えるロータの有効重量を付加する場合に対向する移動停止手段／副次的スラスト 軸受手段の軸線方向の荷重を加えうる。後者の軸受が従来の潤滑したスラスト軸 受として構成されるとしても、液体供給圧力の介在しない場合の潤滑のレベルは 最低であって、その時に増加した荷重に対応するには適していない。従って、通 常の作動の比較的静的な軸線方向荷重のみに応答するのであって、付加的な衝撃 荷重に関してはそうでない磁石の間の分離を保つような大きさの軸線方向斥力を 発生させるような磁気強度を備えた確磁気斥力スラスト軸受の磁気要素を提供す ることは実用的でありうる。すなわち、磁気要素には当接により少なくとも限定 されたスラスト軸受機能を提供可能な移動停止手段を設ければよい。このことは 、磁気要素の隣接する面／対面する面にドライ接触あるいは潤滑された接触運動 を促進する適当な材料でコーテイングするか、あるいは軸受ブッシュおよびハウ ジングによって形成される、例えば３３１₁および１２、あるいは５１および５ ２のような従来のスラスト軸受面に対して周りで、かつ軸線方向にくぼみを付け た 磁石を装着することにより、あるいは磁石の対面する面に、例えば図６（ａ）に おいて６０および６１で点線で示すように磁石の極から盛り上がった接触軸受材 料を埋設することにより提供することが出来る。 遠心分離器の実施例１０および３００のいずれかは磁気斥力スラスト軸受によ って全体的にあるいは部分的に形成される主および副次的スラスト軸受手段の双 方を有しており、特に作動の減速局面の間荷重スラスト軸受として機能する遠心 分離器３００の副次的スラスト軸受手段３４０を有することが認められる。静止 部分１２₁あるいは回転可能部分３３１₁は前述のように軸受２用の磁石として形 成可能である。 遠心分離器１０に関して前述したように、磁気斥力スラスト軸受は作動時液体 を充填したロータの重量を支持するように構成された荷重スラスト軸受を含み、 液体の重量は全体の有効重量の著しい比率を占めるので、ロータが減速している 間ロータが空になるにつれて磁気斥力がロータを軸線方向に持ち上げようとする 強烈な傾向があり、そのため上側のスラスト軸受の形態の移動停止手段５０が所 望される。 図４を参照すると、固定されたスピンドル４１６の下端において磁気荷重スラ スト軸受４２を有する点で図１に示す遠心分離器１０と全体的に類似しており、 軸線方向移動停止手段４５０がスピンドルの上端４１６₁に関連している点で相 違する遠心分離器４００の第３の実施例を極めて概略的に示している。スピンド ルは円筒形のジャーナル軸受面の近傍で半径方向、かつ軸線方向にテーパの付い た部分４５１を有し、上側の軸受ブッシュ４３２は協働する面部分４５２を有す る。通常の作動において、ロータが液状の潤滑剤で充填され、組み合わされた重 量が磁気荷重スラスト軸受４２によって支持されると、スピンドルのテーパ付き 部分４５１と協働するブッシュの部分４５２との間に空隙が出来る。潤滑剤供給 圧が低下すると、ロータは静止するまで、少なくとも潤滑剤が部分的に排出され るまで減速を始める。ロータの減速の間重量が減少すると磁気スラスト軸受４２ がロータを持ち上げ、テーパ付き部分４５１および４５２は当接するようになり 、テーパがロータを心出しするように作用し、軸線方向移動停止手段として軸線 方向の支持を提供するのみならず、潤滑剤供給圧によって変動していたジャーナ ル 軸受の半径方向の剛性がなくなると半径方向の支持を提供するように作用する。 前述の英国特許第Ａ−２３０８５５７号に記載のものと類似のそのような装置は 減速の間振動やノイズをより良好に低下させることが判明している。 減速の間のこのような軸線方向の持ち上げに関して前記軸線方向移動停止手段は 遠心分離器３００の修正形態において下側のジャーナル軸受の近傍に配置させて もよいことは明らかである。 説明をし易くするために、磁気斥力スラスト軸受はそれらが代替する流体力学 的スラスト軸受が通常占める位置に配置されたものとして説明してきたが、これ は必須ではない。図５を参照すると、前述のように、ハウジングの部分１８₂に 固定したスピンドル１５とロータ２０とを有する遠心分離器５００の第４の実施 例の上方部分のみを概略図示している。遠心分離器５００は、荷重スラスト軸受 を形成する軸斥力スラスト軸受５４２がロータの上方に配置され、環状の強磁性 磁石５４６がロータの管状部材３０の延長部分によって担持され、軸受に対して 固定され、かつ静止磁気要素を形成している環状の永久磁石５４３の上方で回転 可能の磁気要素を形成している点で遠心分離器１０と相違する。 前記図面は、また静止磁気要素５６１および回転可能磁気要素５４６とによっ て形成され、双方の磁気斥力スラスト軸受に対して共通の持ち上げスラスト軸受 ５６０を任意に設けたものを示している。前述のように、磁気斥力スラスト軸受 の各々は静止面と回転面との間の当接によって軸線方向の移動を制限する軸線方 向移動停止手段を追加することが可能である。そのような軸線方向移動停止手段 は、いずれの軸受がハウジングに対してロータを作動支持するかによって、軸受 ５４２および５６０の一方あるいは他方によって形成することが可能である。 前述の実施例の全てにおいて、相対的に回転している面の間の当接によって機 能する軸線方向移動停止手段はその構成部材の配置と材質とによって従来の潤滑 式、あるいはドライ作動式のスラスト軸受の形態で示してきた。そのような移動 停止手段が、潤滑剤供給圧が解除された後回転しているロータが静止に向って減 速しているような状況下でのみ、あるいは主としてそのような状況下で作動する ような場合、移動停止手段は当接面の間でロータを制動する形状および（または ）高レベルの摩擦係合を提供するように当接面を配置させることが出来ること が認められる。 更に、理解し易くするために、前述の実施例は全て各磁気斥カスラスト軸受の 磁気要素が図６（ａ）に示すように、軸線方向に離隔し、軸線方向に分極した環 状の永久磁石によって形成されるものとして図示し、かつ説明してきた。静止し た磁気要素と回転可能磁気要素との構造に関して変更が可能なことが認められる 。例えば、特に詳しく示していないが、対向する極は軸線方向端部でなく、むし ろ磁石の半径方向内面および外面に画成可能である。 図６（ｂ）を参照すると、磁気要素のうちの１個、この場合は回転可能な要素 ６１０が回転軸線の周りで配列された複数の軸線方向の延びている棒磁石６１０₁ ，６１０₂、６１０₃、．．．．によって形成され、それらの極６１１₁、６１１₂ 、．．．が要素４３に対応する静止した磁気要素６１３の環状の極面６１２と 軸線方向に整合している磁気斥力スラスト軸受４２_bの代替実施例を図６（ａ） のそれと類似の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す。磁気要素の１個が環 状の形態であり、軸線を完全に囲む極を有するとすれば、それが静止要素であろ うと回転可能要素であっても構わない。 図６（ｃ）を参照すると、磁気斥力スラスト軸受４２_cは、断面がＵ字形でそ れらの対向するＮ極とＳ極とが(他方の要素に面する)環状体の同じ軸線方向端部 において、かつそれぞれ少なくとも１個の環状くぼみ６２３、６２４の各側に半 径方向に離隔して有する環状の永久磁石によって形成された磁気要素６２０およ び６２１を有する。 図６（ｄ）は磁気要素のうちの１個、今度は静止要素６３０が、それらの極が 断面がU字形である環状の回転可能磁気要素６３２の半径方向に離隔した極と軸 線方向に整合している、半径方向に延びている棒磁石６３１₁、６３１₂、６３１₃ 、．．．の円形配列によって提供されている点で前述のものに対する変形であ る磁気斥力スラスト軸受４２_bを示す。小さい変更(図示せず)としては、個々の 棒磁石は各々U字形で、半径方向に離隔した極は環状の磁石の対応する極と対面 している。図６（ｅ）と、図６（ｆ）とを参照すると、図６（ｃ）と図６（ｄ） のそれぞれの軸受４２_cおよび４２_dに対応するが、静止磁気要素が電磁石によっ て少なくとも部分的に提供される磁気斥力スラスト軸受４２_eおよび４ ２_fを示す。図６（ｅ）に示す軸受４２_eにおいて、回転可能磁気要素は断面がU 字形の環状の永久磁石６４０であり、静止磁石要素６４１はＵ字形断面で、環状 の電磁コイル６４２が半径方向に離隔した極６４４、６４５の間のくぼみ６４３ に配置されている環状の本体である。前記本体はコイルを流れる直流電流によっ て瞬間レベルで磁化される強磁性材料から構成するか、あるいは極における磁界 強さがコイルを流れる電流の瞬間値に従って変動する永久磁石から構成しうる。 図６（ｆ）に示す軸受４２_fにおいては、回転可能な磁気要素は、またU字形断面 である永久磁石６５０であるが、静止した磁気要素６５１は、その周りに個々の 電磁コイル６５５₁、６５５₂．．．が巻かれている強磁性あるいは永久磁石のコ ア６５３₁、６５３₂．．．によって形成しうる半径方向に延びている棒磁石６５ ２₁、６５２₂、．．．の配列からなる。代替的に、前記磁石のあるものは永久磁 石とし、あるものはその全強さがコイル電流の大きさによって決まる電磁石とす ることが可能である。更に別の変形として、コアは断面をＵ字形とし、コア６５ ３₄で点線６５６、６５７で示すように軸線方向に延びる極を提供することが可 能である。 永久磁石であるか、電磁石であるかには関係なく、溝付きの磁気要素は一体の 軸線方向移動停止手段を提供するために、図６（ａ）に示す６０、６１と対応す る軸受材のリングを溝内に有しうることが認められる。 図７を参照すると、図１に示す一般的な形態である、すなわち荷重スラスト軸 受７４０が図６（ｅ）に示すように磁気斥力スラスト軸受４２_eで形成され、回 転可能の磁気要素が断面がU字形の環状の永久磁石からなり、静止磁気要素６４ １がまた断面がＵ字形であり、半径方向に離隔した極６４４と６４５とが電磁コ イル６４２が収容されているくぼみ６４３によって分離されている遠心分離器７ ００の第６の実施例を概略図示する。コイルには外部の信号に応答して決まる大 きさで制御手段７５０によって電流が供給される。そのような磁気スラスト軸受 ４２_eは遠心分離器１０における軸受４２と直接代替させることが可能であるが 、遠心分離器７００は下側のジャーナル軸受７３１によって囲まれ、その下方に 、テーパ部分７７０を介して直径が大きくなっているスピンドルによって形成さ れた軸線方向移動停止手段７６０が設けられている静止スピンドル７１６を有す る ものとして示され、ジャーナル軸受７３１は協働するテーパ面７７１を有する。 通常の作動において、制御手段７５０からのコイル電流によって決まる磁気斥力 がテーパ付きの面が分離されているスピンドルに沿った軸線方向位置においてロ ータ２０を支持し、ロータは、供給された液体から得られるフィルムの流体力学 的圧力によって提供される半径方向の剛性のため、ジャーナル軸受によってのみ 抑制される。液体の供給が停止し、ロータが減速し始めると、ジャーナル軸受に 半径方向剛性がなくなるためノイズあるいは振動を発生させる可能性があり、（ ロータから液体が空になった場合）ロータの重量が減少し、ロータを磁気スラス ト軸受によって上方に移動させるようにしうる。しかしながら、制御手段７５０ はいずれかの従来の型式の変換手段(図示せず)からの液体供給の停止、供給圧力 および（または）ロータの重量を示す信号に応答して電磁石の電流を減少させ、 そのため磁気斥力が低下し、ロータがスピンドルのテーパ部分に落ち着くように され、協働するブッシュがロータを心出しさせ、半径方向および軸線方向の双方 の支持を提供し、遠心分離器４００に関連して前述したように供給液体圧力がな いため喪失された半径方向の剛性を置き換える。移動停止手段７６０は電磁的に 発生した斥力が無くなると機能し、また前述のように、協働する面の材質および （または）形状がロータの自由回転、ロータの増大した減速、すなわち制動を可 能とするドライ作動あるいは潤滑作動の軸受を可能とする。 磁気要素が接触することなく時折の衝撃荷重に耐えるような大きさの斥力を発 生する磁石を選択する代わりに１個以上の永久磁石によって静止要素が提供され る前述の実施例のいずれかにおいて、磁石はより低い磁界強さ、補助電磁コイル 、および衝撃荷重あるいはロータの軸線方向移動に直接応答して必要に応じて斥 力を変更する変換器を有しうる。 前述の実施例の全てにおいて、遠心分離器は静止したスピンドルの形態の軸手 段を有する。磁気斥力スラスト軸受手段並びに必要ならば軸線方向移動停止手段 は、軸手段がロータに対して固定され、ハウジングに対して回転可能であるシャ フトからなる遠心分離器において同様に設ければよいことが理解される。図８（ ａ）から図８（ｃ）まではそれぞれ遠心分離器８１０、８２０、８３０の第６、 第７および第８の実施例の概略断側面図を示し、それらの全ては、分離可能にク ランプ可能なハウジング部分１８₁および１８₂の間に位置した回転可能シャフト ８１６、８２６、８３６と、それぞれ図１、図４および図７に対応する磁気斥力 スラスト軸受と軸線方向移動停止手段とを有する。遠心分離器８２０の軸線方向 移動停止手段８２１は遠心分離器４００の手段４５０に対応し、遠心分離器８３ ０の停止手段８３１は遠心分離器７００の手段７６０に対応する。 図３から図８（ｃ）までを参照して説明した実施例の全てにおいて、静止磁気 要素は特に半径方向に軸線から半径方向に偏心しジャーナル軸受に所定の半径方 向荷重を加えることが可能なことが認められる。 本発明はすべて自動遠心分離器である実施例に関して説明してきたが、回転の みのために、かつ適当であればロータを持ち上げるために高圧で駆動流体が供給 され、例えば英国特許明細書第Ａ−２２９７４９９号に記載のようにロータ内に 発生した遠心力で清浄される汚染した液体から個別に駆動液体が供給される液体 駆動遠心分離器にも均等に適用可能であることを繰返して述べておく。 磁気要素は特に前述したもの以外の形態をとることが可能で、可能性としては 磁束通路をハウジング内あるいは遠心分離器の構成要素内に閉じ込める、すなわ ち限定するために遠心分離器の構造要素の一部である強磁性材料あるいは磁極シ ェージング材料を含みうることが認められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ハウジング密閉体（１１）と，概ね垂直の作動方向において前記ハウジ ンブ密閉体を貫通している軸線（３４）と、高圧で液体を受け取るように配置さ れ、概ね接線方向にそこから排出される液体の排出に応答して軸線の周りで回転 可能なロータ（２０）と、前記軸線の周りでの前記ロータの回転を促進するジャ ーナル軸受手段（３１、３２）と、軸線の方向に沿った移動に関してロータを支 持するスラスト軸受手段（４０；３６０）とを含み、前記スラスト軸受手段が２ 個の磁気要素（４３、４６；３６１、３６２；５４３、５４６、５６１；６４０ ；６４１）の間の磁気斥力によって軸線に沿った方向で作動回転しているロータ によって発生した荷重の少なくとも一部を支持するように作動可能な少なくとも １個の磁気斥力スラスト軸受（４２；３６０；５４２；５６０；７４２）を含む ことを特徴とする遠心分離器（１０；３００；４００；５００；７００；８１０ ；８２０；８３０）。 ２． 少なくとも１個の磁気スラスト軸受（４２；３６０；５４２；５６０； ７４２）がハウジング密閉体に装着され、該密閉体に対して固定されている静止 磁気要素（４６；３６１；５４３；６４１）と前記ロータ（２０）と共に回転す るように前記ハウジング密閉体に装着されて回転可能な磁気要素（４６；３６２ ；５４６；６４０）とを含み、前記磁気要素が前記軸線の周りを周方向にのび、 前記回転可能な磁気要素が永久磁石手段を含み、前記静止および回転可能な磁石 の少なくとも一方が少なくとも１個の周方向に連続した磁極（４５；４７；６４ ４）を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の遠心分離器。 ３． 前記磁気要素（４３；９６；６１０；６１３）の各々が反対の極性の軸 線方向に離隔した磁極（４４、４５、４７、９８）を有し、各磁気要素の一方の 極（４５；６１１₁）が他方の磁気要素の同じ極（４７、６１２）の近傍で軸線 方向に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の遠心分離器。 ４． 磁気要素（６２０、６２１；６３０、６３２；６４０、６４１；６５０ ；６５１）の各々が反対の極性の磁極を半径方向に離隔させ、他方の磁気要素の 同じ極の近傍に軸線方向に配置させていることを特徴とする請求の範囲第２項 に記載の遠心分離器。 ５． 磁気要素（６２０、６２１；６４０、６４１）が半径方向に、かつ周方 向に延びたくぼみによって分離された反対の極性の磁極を半径方向にずらしてい ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の遠心分離器。 ６． 回転可能および静止磁気要素（６１０；６３０；６５１）のうちの少な くとも一方が前記軸線の周りに配列された複数の周方向に断続した磁石を含むこ とを特徴とする請求の範囲第２項から第５項までのいずれか１項に記載の遠心分 離器。 ７． 前記静止磁気要素（４３；６３０；６４０）が環状であり、双方の磁極 が周方向に連続していることを特徴とする請求の範囲第２項から第６項までのい ずれか１項に記載の遠心分離器。 ８． 前記静止磁石が永久磁石（４３；６２０；６１３；６３０）であること を特徴とする請求の範囲第２項から第７項までのいずれか１項に記載の遠心分離 器。 ９． 前記静止磁石（６４１；６５５）が、電磁コイル手段（６４２、６５５ ）と該コイル手段に電流を供給するように作動可能な制御手段（７５０）とを含 む電磁石手段によって少なくとも部分的に形成されていることを特徴とする請求 の範囲第２項から第７項までのいずれか１項に記載の遠心分離器（７００）。 １０． 前記制御手段（７５０）が前記静止磁気要素の磁界強さを変更するよ うに作動可能であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の遠心分離器（７ ００）。 １１． 前記電磁コイル手段（６４２）が前記くぼみ（６４３）内に位置して いることを特徴とする請求の範囲第５項に従属した請求の範囲第９項または第１ ０項に記載の遠心分離器。 １２． 磁気斥力スラスト軸受手段（４２；３６０；５４２）内での磁気斥力 によって発生した軸線方向移動に対抗してロータの移動を制限するように作動可 能な軸線方向移動停止手段（５０；３４０；４５０；８２１；８３１）を含むこ とを特徴とする請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項に記載の遠心 分離器（１０；３００；４００）。 １３． 磁気斥力スラスト軸受手段内の前記磁気斥力に対抗しての移動に応答 してロータの移動を制限するように作動可能な軸線方向移動停止手段（１０、６ １；７６０；８３１）を含むことを特徴とする遠心分離器（１０；３００；７０ ；８３０）。 １４． 軸線方向移動停止手段（４５０：８２１；８３１）が軸線の周りでの ロータの回転を阻止するように作動可能なブレーキ手段からなることを特徴とす る請求の範囲第１２項または第１３項に記載の遠心分離器（１０；３００；４０ ０；７００；８３０）。 １５． 軸線方向移動停止手段（５０；３４０；５６０）がロータとハウジン グとの間の自由運動を許容するように作動可能な補助スラスト軸受手段を含むこ とを特徴とする請求の範囲第１２項または第１３項に記載の遠心分離器（１０； ３００；５００）。 １６． 軸線方向移動停止手段（５０；３４０；４５０；７６０）がハウジン グ密閉体に対して固定された静止面（５２；１２；４５１、７７０）と前記ロー タと共に回転可能で、静止面を支持するように作動可能な回転可能面（５１；３ ３１；４５３；７７１）を含むことを特徴とする請求の範囲第１４項または第１ ５項に記載の遠心分離器（１０；３００；４００；７００）。 １７． 前記補助スラスト軸受手段が補助磁気斥力スラスト軸受からなること を特徴とする請求の範囲第１５項に記載の遠心分離器。 １８． 補助磁気斥力スラスト軸受（３４０）が前記ハウジング密閉体に装着 され、かつ固定されている静止した磁気要素（１２₁）と、ロータと共に回転す るように前記ハウジング密閉体に装着されている回転可能な磁気要素（３３１₁ ）とからなり、前記磁気要素が前記軸線の周りを周方向に延び、前記回転可能な 磁石が少なくとも１個の周方向に連続した磁極を有することを特徴とする、請求 の範囲２に従属した請求の範囲第１７項に記載の遠心分離器（３００）。 １９． 磁気斥力スラスト軸受（５４２）および補助磁気斥力スラスト軸受（ ５６０）が１個の磁気要素（５４６）を共通に有することを特徴とする請求の範 囲第１７項に記載の遠心分離器（５００）。 ２０． 前記補助磁気斥力スラスト軸受の磁気要素が前記静止および回転可能 な軸受面を含むことを特徴とする請求の範囲第１６項に従属した請求の範囲第１ ７項から第１９項までのいずれか１項に記載の遠心分離器（３００、５００）。 ２１． 軸線方向移動停止手段の前記静止および回転可能な面の一方（４５１ ；７７０）が軸線から半径方向軸線方向にテーパを付けており、他方の面（４５ ２；７７１）が前記面と協働し、それによって前記停止手段はロータの所定の軸 線方向移動に応答して前記ロータを軸線方向および半径方向に支持するように作 動可能であることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の遠心分離器（４００ ：７００）。 ２２． 前記軸線方向移動停止手段（７６０）が前記テーパを付け、協働する 面（７７０、７７１）を前記ロータ（２０）が前記静止磁気要素により加えられ た斥力の所定の減少に応答して支持されるように配置していることを特徴とする 請求の範囲第９項に従属した請求の範囲第２１項に記載の遠心分離器（７００） 。 ２３． 前記磁気斥力スラスト軸受が前記ロータ（２０）の重量によって垂直 方向下方に発生する荷重を支持するように配置された磁気荷重スラスト軸受（４ ２；５４２；７４２）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第２２項ま でのいずれか１項に記載の遠心分離器（１０；４００；５００；７００：８１０ ；８２０：８３０）。 ２４． 前記磁気斥力スラスト軸受（３６０；５４２）が駆動液体供給圧力の 作用によってロータ（２０）が持ち上がるのに対抗するように配置された磁気圧 力持ち上げスラスト軸受からなることを特徴とする請求の範囲第１項から第２３ 項までのいずれか１項に記載の遠心分離器（３００；５００）。