JP2005270924A - 遠心分離機用ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重量の軽い遠心分離機用ロータを廉価に製造することができるロータの構造及び製造方法を提案する。
【解決手段】繊維で補強された長尺の樹脂製パイプから、所定長Ｌの筒部１を切り出し、更にこの筒部１の内径にほぼ等しい直径の円盤を繊維で補強された樹脂板から切り出し、この円盤を筒部の一方の開口端に底面板２として嵌合させ有底筒状体を成形し、その有底筒状体の外周に金属カバー３を被覆し、底面板の中心に駆動軸と係合する軸套を装着して構成した。
【選択図】 図１

Description

この発明は各種のサンプルを遠心分離する遠心分離機用ロータとその製造方法に関する。

従来より遠心分離機用ロータは高速回転に耐える必要性から、主に金属を切削加工して製造されていた。金属で成形されたロータは強度の点で優れている反面、重量が重く、慣性モーメントが大きいため、回転速度を規定値まで高める時間及び規定の回転速度から停止させるまでの時間が長く掛かる欠点がある。この欠点は利用者にとって大きな不利益となっている。
この欠点を一掃するために繊維で補強された樹脂材でロータを成形しようとする試みがある（特許文献１）。繊維で補強された樹脂材によりロータを成形した場合、重量が軽減されるため、回転速度が所定に達するまでの時間及び所定の回転速度から停止に至るまでの時間を短縮することができる。
特開昭５７−１８０４５３号公報

特許文献１に開示された遠心分離機用ロータは巻付け用芯の上に予めエポキシ樹脂に含浸した５〜２００μｍの太さの炭素繊維を巻付け、これによって全体の繊維の厚さが炭素繊維の太さの約１０倍に増大することができるようにして作られ、この巻き付け工程を経て円筒部分を製造している。この製造方法によれば製造コストが高価であり、量産が難しい。
また、繊維で補強された樹脂材で遠心分離機用ロータを製造する他の方法としてプレスによる方法もある。プレスによってロータを製造する場合にはプレスに要する金型が極めて高価であり、初期投資に大きな負担が発生する。
この発明の目的は繊維で補強された樹脂材で遠心分離機用ロータを廉価に製造することができる構造とした遠心分離機用ロータと、その製造方法を提案しようとするものである。

この発明の請求項１では、繊維で補強された樹脂材で成形した筒部と、この筒部の一方の開口端に嵌合され、円盤状の底面板と、これら筒部と底面板の外側面を覆う金属カバーとによって構成した遠心分離機用ロータを提案する。
この発明の請求項２では、請求項１記載の遠心分離機用ロータにおいて、上記底面板を繊維で補強した樹脂材で構成する遠心分離機用ロータを提案する。
この発明の請求項３では、請求項１記載の遠心分離機用ロータにおいて、上記底面板を金属板で構成する遠心分離機用ロータを提案する。

この発明の請求項４では、請求項１乃至３記載の遠心分離機用ロータのいずれかにおいて、上記底面板及び金属カバーの双方の底面の中心位置に孔を形成し、この孔に遠心分離機の駆動軸と係合する軸套を装備した構造とした遠心分離機用ロータを提案する。
この発明の請求項５では、繊維で補強された樹脂材で成形したパイプから所定長の筒部を切り出す工程と、板状体から上記筒部の内径にほぼ等しい直径を持つ底面板を切り出す工程と、上記筒部の一方の開口端に上記底面板を嵌合させる工程と、上記筒部の外周面及び上記底面板の外側面に金属カバーを被せる工程とを含む遠心分離機用ロータの製造方法を提案する。

この発明の請求項１で提案する遠心分離機用ロータによれば筒部を繊維で補強された樹脂材で構成したから、ロータの重量を軽量化することができ、起動及び停止に要する時間が短い遠心分離機を提供することができる。また、筒部の一方の開口端に円盤状の底面板を嵌合させたから筒部が補強され、高速回転時に筒部が変形する量を少なくすることができる。つまり、筒部に円盤状の底面板を嵌合させることなく、金属カバーで筒部の周面と底面とを覆う構造でロータを構成することも考えられる。然し乍ら、この構造では筒部の両端の開口部分は内向の力に対して弱くなるため、高速回転時に筒部の形状が楕円や多角形に変形する現象が見られた。

これに対し、円盤状の底面板を筒部の一方の開口端に嵌合させることにより、筒部は補強され、高速回転時も変形量を小さくすることができ、安定性が向上した。
また、請求項２で提案する遠心分離機用ロータによれば、ロータの重量は最も軽量化され、起動及び停止時間が短い遠心分離機を提供することができる。更に、この発明の請求項３で提案する遠心分離機によれば底面板を金属板で構成したから、請求項２で提案する遠心分離機で得られる作用効果を大きく損なうことなく、同等の性能を持つ遠心分離機を廉価に提供できる利点が得られる。

また、この発明の請求項５で提案するロータの製造方法によれば、既製品で提供されるパイプから所定の長さの筒部を切出することにより、繊維で補強された樹脂材で成形された筒部を得る工程を含むから、筒部の製造コストは極めて廉価に済ませることができる。
更に、この工程で得られた筒部の一方の開口端に、円盤を嵌合させて有底筒状体を成形し、更にこの有底筒状体の外周に金属カバーを被せる製造方法を採るから、ロータが得られるまでの全体の製造コストは従来の例と比較して極めて廉価である。

図１に、この発明の請求項１で提案する遠心分離機用ロータの実施形態を示す。図中１は繊維で補強された樹脂材で成形した筒部、２はこの筒部１の一方の開口端に嵌合させた円盤状の底面板、３はこれら筒部１の外周面及び底面板２の外側面を覆う金属カバーを示す。金属カバー３は例えばアルミニウム板をへら絞り加工で底面板２の外側面と筒部１の外周面を包み込んで成形される。ここでは筒部１の底面板２と嵌合しない開口端の縁にも金属カバー３を覆せたから、筒部１は完全に金属カバー３で包み込まれ、筒部１と底面板２との間の結合状態及び筒部１と金属カバー３との結合状態が外れることはない。

底面板２は請求項２で提案するように筒部１と同様に繊維で補強された樹脂材で構成する場合と、請求項３で提案するように例えばアルミニウムのような軽量な金属板で構成する場合とが考えられる。底面板を繊維で補強された樹脂材で構成した場合は強度が強く、重量が軽い望ましい遠心分離機用ロータを得ることができる。一方、底面板２を金属板で構成した場合は重量は前者の場合よりわずかに増加するが、その増加量はわずかであり、起動及び停止に要する時間の延長はそれ程大きくなく、それより、製造コストの低減効果が大きく得られる。
底面板２及び金属カバー３には底面の中心位置に孔４が形成され、この孔４に図２に示すように金属の軸套５が装着されて請求項４で提案するロータが得られる。図２に示す例では軸套５の先端に蓋抑えネジ６を螺合させ、この蓋抑えネジ６でロータ蓋７を抑え付け、ロータ蓋７の閉塞状態を維持させる構造とした場合を示す。軸套５はその軸芯位置に穴８を有し、この穴８に駆動モータ（特に図示していない）の駆動軸を係合させ、駆動モータに直結できる構造とされる。

図３と図４を用いて、この発明の請求項５で提案する遠心分離機用ロータの製造方法を説明する。
図３Ａは筒部１を示す。この筒部１は既製品で提供される長尺のパイプから所定の長さＬに切出して製造する。材質は例えば炭素繊維を補強材とし、炭素繊維相互を例えばエポキシ樹脂、或はポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等で固めた構造とすることができる。炭素繊維以外では例えばアラミド繊維、ケフラール繊維等も補強繊維として用いることができる。
遠心分離機用ロータとしては筒部１の直径は内径で１６０ｍｍφ〜２００ｍｍφ程度、軸方向の寸法Ｌは７０〜９０ｍｍ、肉厚は約５ｍｍ程度である。従って、量産されているパイプの中から、この程度の寸法に適合するパイプを指定し、このパイプから所定の寸法Ｌに切り出せば目的の筒部１を得ることができる。既製品のパイプから切出して筒部１を成形することにより、繊維を芯に巻き付けて筒部を形成する場合より大幅に製造コストを下げることができる。
また、図３に示す底面板２も例えば炭素繊維で補強された樹脂板又はアルミニウムのような金属板から、所定の直径の円盤を切出して形成する。この切出に要するコストも廉価に済ませることができる。

切出によって成形した筒部１と底面板２は図４に示すように、筒部１の一方の開口端に底面板２を圧入し、接着して有底筒状体を形成する。本来は図４の構造で遠心分離機用ロータとして実用が可能であるが、この発明では安全を見越して筒部１の外周面と底面板２の外側面を金属カバー３で覆う構造（図１）とするものである。絞り加工はアルミニウム板のように軟らかい材質の金属板を選ぶことにより簡単に行うことができる。ここでは２ｍｍ厚のアルミニウム板を用いた場合を示す。金属カバー３を被覆することにより、ロータの剛性が向上し、破損事故の発生及び高速回転時の変形量を抑えることができる。
尚、金属カバー３は上述した絞り加工のみならず、例えばプレスによって有底筒状に形成し、この有底筒状の金属カバーを筒部１と底面板２に被せ、その状態で絞り加工により筒部１の開口部分の縁に被せる方法で金属カバー３を形成することもできる。

この発明による遠心分離機用ロータは起動及び制動時間を短くした高速応答型の遠心分離機に活用することができる。

この発明による遠心分離機用ロータの第１実施形態を説明するための断面図。 この発明による遠心分離機用ロータの第２実施形態を説明するための断面図。 この発明による遠心分離機用ロータの製造方法を説明するための断面図。 図３と同様の断面図。

符号の説明

１ 筒部 ５ 軸套
２ 底面板 ６ 蓋抑えネジ
３ 金属カバー ７ ロータ蓋
４ 孔

Claims (5)

1. 繊維で補強された樹脂材で成形した筒部と、
   この筒部の一方の開口端に嵌合され、円盤状の底面板と、
   これら筒部と底面板の外側面を覆う金属カバーと、
   によって構成した遠心分離機用ロータ。
2. 請求項１記載の遠心分離機用ロータにおいて、上記底面板を繊維で補強した樹脂材で構成することを特徴とする遠心分離機用ロータ。
3. 請求項１記載の遠心分離機用ロータにおいて、上記底面板を金属板で構成することを特徴とする遠心分離機用ロータ。
4. 請求項１乃至３記載の遠心分離機用ロータのいずれかにおいて、上記底面板及び金属カバーの双方の底面の中心位置に孔を形成し、この孔に遠心分離機の駆動軸と係合する軸套を装備した構造としたことを特徴とする遠心分離機用ロータ。
5. 繊維で補強された樹脂材で成形したパイプから所定長の筒部を切り出す工程と、
   板状体から上記筒部の内径にほぼ等しい直径を持つ底面板を切り出す工程と、
   上記筒部の一方の開口端に上記底面板を嵌合させる工程と、
   上記筒部の外周面及び上記底面板の外側面に金属カバーを被せる工程と、
   を含むことを特徴とする遠心分離機用ロータの製造方法。

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