JP4149817B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は請求項１に記載の上位概念の特徴を有する遠心分離機に関する。

この種の遠心分離機は米国特許第２８２７２２９号公報から公知である。この遠心分離機においては、ロータと遠心分離機フレームとはロータの揺動を可能とする弾性体によって互いに結合されている。ただしロータは前記弾性体の弾性により半径方向にも変位し得ることから、こま運動に加えて軸受け面内でのロータ軸のほとんど予測不能な運動も生じ得る。
ドイツ特許公報第３１２５８３２号からさらに別な遠心分離機が公知である。該遠心分離機においては、揺動駆動部の重心は揺動点と一致しており、該揺動点は単一の軸受け域に位置している。スピンドルとドラムとから成る回転ユニットは軸受ハブ内でローラベアリングによって回転可能に支持されている。前記の軸受ハブは前記回転ユニットを含めて遠心分離機フレーム内に揺動式に懸架されている。これを実現するため、鉛直線に対する回転軸の角度変位を可能とする溝付きブシュ等が提案される。これらの構造設計によりスピンドルの質量作用は大幅に低下させられる。遥かに大きな重量を有したドラムや異なった回転数で作動させられるドラムを組み付けることが可能である。スピンドルが短いことから大きな剛性が与えられる。ただし公知のこの遠心機はベルトを介して駆動される。ベルトは摩耗部品であり、これは保守の必要性を高めることとなる。ベルト伝動におけるスリップは駆動パワーの損失をもたらす。スリップによって生ずる摩擦熱を遠心分離機フレームから周囲にもはや放出することができなければ、遠心分離機フレームはますます加熱されることとなる。したがってベルト伝動によるこの公知の分離機は爆発の危険性のある種々の環境下では好ましくない。またベルト伝動によって伝達し得る駆動パワーも制限されたものとなる。

ドイツ特許公開公報第３７１４６２７号にはモータがスピンドルと直接結合されている遠心分離機が開示されている。遠心機のドラム、スピンドルおよびモータは全体として一つの揺動ユニットを形成し、２箇所の軸受座を介して遠心分離機フレーム内に支持されて、下部軸受座域にある揺動点を中心にして揺動運動し得るように形成されている。上部軸受座は弾性要素を経て遠心分離機フレームと結合されており、そのため遠心機稼働中のスピンドルの傾きに対して柔軟である。これによって上部軸受座に作用する力は低減させられる。ただしこの装置の短所は下部軸受座が同時に揺動点として機能しなければならず、それに適した特殊な造りのローラベアリングが必要とされることである。モータがスピンドルおよびドラムと共に揺動することからモータの大きさと重量も制限され、したがって得られる駆動パワーも制限されることとなる。

ドイツ特許公報第４３１４４４０号からさらに別途な遠心分離機が公知であり、該遠心分離機においては、スピンドル、ドラムおよびモータのロータは互いに剛的に結合されて１つの回転ユニットを形成し、該システムはベアリングブラケットに非弾性支持されている。このベアリングブラケットとモータのステータとは共に遠心分離機フレームに弾性結合されている。前記回転ユニットは遠心機作動中に揺動点を中心に揺動する。受けるべき慣性力と軸受け負荷とからして公知のこの構造は大きな駆動パワーを有した大型モータを採用しがたい。

そこで本発明の目的は、爆発の危険性のある環境下で使用し得ると共に大きな駆動パワーを有した標準モータで使用可能であって、しかも軸受け面内での遠心分離機フレームに対するロータ軸の半径方向変位の生じない遠心分離機を提供することである。

前記課題は請求項に記載の一連の特徴を有した遠心分離機により解決される。

この場合、モータはスピンドルならびにドラムのこま運動から切離されているのが好適である。モータとスピンドルとの間に設けられた撓み弾性継手は軸間の角度ずれ、たとえば僅かな半径方向変位も吸収することができることから、モータシャフトならびにモータのロータ軸受けに強度な曲げ荷重が生ずることはない。これによりコスト増を招来することなく標準モータを使用することが可能である。遠心分離機フレームにモータが固定取り付けされることにより揺動システムの質量はモータ質量の分だけ減少させられるため、大きな駆動パワーを有した大型モータを使用することができる。

モータをスピンドルに直接に継手連結することにより、駆動トレインには遠心分離機フレームの加熱を生じ得る大きなパワー損失はもはや生じないこととなり、その結果、本発明による遠心機は爆発の危険性のある環境下での使用に本質的に適している。

回転ユニットは弾性支持体を介して遠心分離機フレームと結合されている軸受ハブ内に支持されていることから、角度ずれは軸受ハブと遠心分離機フレームとの間にしか生ぜず、他方、それぞれの軸受けの内輪と外輪との間の角度ずれは大幅に低減されている。したがって標準ローラベアリングを使用することが可能である。

遠心分離機作動中に生ずる鉛直線に対する回転軸の傾きにより、軸受ハブと遠心分離機フレームとの間に配置された弾性支持体の一方は圧縮され、他方、対向する弾性支持体は引っ張られる。軸受ハブフランジの周縁に沿って多数の前記弾性支持体を配することにより、該弾性支持体の圧縮ないし引張りを回転ユニットのこま運動と共に全周にわたって行わせることができる。

本発明の本質的な特徴は、軸受ハブフランジを有した軸受ハブが少なくとも３個の弾性支持体を介して遠心分離機フレーム上に装着され、該軸受ハブフランジに縦軸と平行に配置された少なくとも３本のガイドピンが固定され、該ガイドピンはそれぞれ遠心分離機フレームに設けられた筒状部に係止された弾性を備えたブシュに嵌挿されていることである。これらのガイドピンは孔内で軸方向に変位し得るかまたは少なくとも軸受ハブフランジと遠心分離機フレームとの間の縦軸方向の相対運動を可能とし得る程度に変形することができる。軸受ハブフランジと遠心分離機フレーム上側面との間に配された弾性支持体によって軸方向力が吸収される一方で、軸受ハブはさらにガイドピンにより半径方向に対して不動に保たれる。こうした構成により、ガイドピンの軸方向の変位が制限され、且つ、軸受ハブフランジの半径方向の移動がガイドピンによって規制される結果、軸受ハブはドラムならびにスピンドルのこま運動と共に傾くが、再び直立し、遠心分離機フレームを基準にした所定の位置を常に保持することが可能である。したがって揺動点は実質的に常に縦軸上にあり、半径方向にずれることはない。

本発明のその他の好適な実施態様は従属請求項から読み取ることができる。以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

図１は遠心分離機１００の要部の断面図である。ベッドプレート２にねじ締めされた遠心分離機フレーム４０の下側にはモータ９０が固定されている。遠心分離機フレーム４０の上側には軸受ハブ２０が嵌め込まれており、該軸受ハブ２０は弾性支持体５０とガイドピン３０とを介して保持されている。軸受ハブ２０の内部には上部にドラム1２が装着されて垂直に配置されたスピンドル1０が回転可能に支持されている。

スピンドル１０は撓み弾性継手７０を経てモータ９０と連結されている。トルク伝達のため、カップリングとして溝付きカップリングブシュと沈みキーとが設けられていてもよい。スピンドル１０の縦軸１１とロータ軸９１とは遠心分離機１０が静止状態にある場合には互いに一直線状に並んでいる。

軸受ハブ２０は特に、軸受ハブフランジ２１、上部軸受座２２および下部軸受座２４を有している。スピンドル１０は双方の軸受座２２,２４においてローラベアリングによって回転可能に支持されている。

遠心分離機フレーム４０の上側面と軸受ハブフランジ２１の下側面との間には周縁全体にわたって多数の弾性支持体５０が配置されている。さらに少なくとも３本のガイドピン３０が設けられ、該ガイドピンは遠心分離機フレーム４０に設けられた適合孔に嵌挿されている。ガイドピン３０は軸方向に弾性変位可能に配置され、半径方向負荷に対してはきわめて非弾性的である。

スピンドル１０は連結点Ｋにおいて撓み弾性継手７０を介してモータ９０と連結されていることから、スピンドル１０とドラム１２とから成る回転ユニットのこま運動に帰せられるスピンドルの縦軸１１とロータ軸９１との間の角度ずれが可能とされている。この場合、前記の回転ユニットは揺動点Ｇを中心にして揺動し、スピンドル１０の縦軸１１とロータ軸９１とは揺動点Ｇで交差する。連結点Ｋはスピンドル１０の縦軸１１が傾くと半径方向外側に向かって僅かに変位させられ、これによりモータ９０のシャフトも傾けられることとなる。スピンドル１０の縦軸１１とロータ軸９１との間に生ずる吸収さるべき角度ずれをできるだけ小さくし、それと同時にモータ９０の軸受けに負荷される荷重を僅小に抑えるため、連結点Ｋはできるかぎり揺動点Ｇに近接させられている。

撓み弾性継手７０はさらに、縦軸１１，９１との間の僅かな半径方向変位が吸収されるように形成されていてもよい。またさらに、前記システム作動時のトルクピークをばね緩衝するためにカップリングを回転方向の弾性を持つように形成することも可能である。

前記連結点Ｋと前記揺動点Ｇとの間の間隔は、ドラム１２とスピンドル１０とから成る回転ユニットの重心Ｓと揺動点Ｇとの間の間隔の０．１〜０．２５倍であるのが特に好適であることが判明した。このジオメトリの場合、遠心分離機フレーム４０にねじ締め固定されたモータ９０の軸受けにかかる荷重は僅小となるため、モータ９０の寿命の大幅な低下がもたらされることはない。

図２に示したさらに別の実施形態の遠心分離機１００’では、ガイドピン３０’の支持点は遠心分離機フレーム４０’内において撓み弾性継手７０のレベルの低さに配置されていることから、揺動点Ｇは連結点Ｋ’と一致している。これによって作動中のスピンドル１０の縦軸１１の傾きは撓み弾性継手７０内で完全に吸収されることとなる。連結点は遠心分離機の作動中にあってもモータ９０の縦軸９１上に依然として位置していることから、もはやモータ９０のロータ軸９１は変位せず、総じて前記回転ユニットのこま運動による負荷を受けることはほとんどない。

図３ａおよび３ｂは、図２に示した、揺動点Ｇ’が連結点Ｋと一致している遠心分離機の実施形態１００’において、軸受ハブ２０が遠心分離機フレーム４０’に対して互いに異なった姿勢となっている状態を示したものである。

スピンドル１０は軸受座２２，２４においてローラベアリング、特にアンギュラ玉軸受けと、ころ軸受けとにより軸受ハブ２０内に支持されている。軸受ハブフランジ２１の下側面にはガイドピン３０’が固定されている。これらのガイドピンはテーパ部３２’と円筒部３４’とを有し、該円筒部はブシュ３５’に嵌め込まれている。ブシュ３５’はその内外を金属被覆で覆われたエラストマー層から成っているのが好適である。ガイドピン３０’は遠心分離機フレーム４０’に設けられた孔４４’にブシュ３５’を介して嵌挿される。ガイドピン３０’は遠心分離機フレーム４０’内においてブシュ３５’を介して半径方向に対して不動に支持されているが、他方、軸方向においては軸受ハブ２０が傾いた場合に孔４４’内でガイドピン３０’は軸方向に僅かに変位することが可能である。

さらに遠心分離機フレーム４０’と軸受ハブフランジ２１との間には複数の弾性支持体５０が設けられている。これらの弾性支持体はエラストマー材料から成っているのが好適である。前記回転ユニットの重力はスピンドル１０から該スピンドルと剛的に連結された軸受ハブ２０を経て弾性支持体５０に伝達され、そこからさらに遠心分離機フレーム４０’に導かれる。

図３ａに示した当初ポジションにおいてはスピンドル１０の縦軸１１は垂直に向いており、弾性支持体５０は軸方向において均等の負荷を受けている。対称面３６’は軸受けブシュ３５’のおよそ半分の高さ位置で該ブシュの中心点を通っている。揺動点Ｇ’ないし連結点Ｋは対称面３６’と縦軸９１ないし縦軸１１との交点にある。

図３ｂにおいては、ドラムとスピンドル１０とから成る回転ユニットのこま運動と回転力および該システムの不平衡によって縦軸１１は角度αの傾きを生じており、軸受ハブ２０も揺動点Ｇを中心に同じ角度αだけ傾斜している。軸受ハブフランジ２1と遠心分離機フレーム４０’との間に配置された弾性支持体５０は片側において圧縮され、反対側において引っ張られている。歪みを生じた弾性支持体５０内に蓄積された弾性エネルギーによって復元モーメントがつくり出されることから、こま運動トルクと一体となって前記回転ユニットの直立起き上がりが実現される。

図３ｂの左側に配置されたガイドピンは軸受ハブ２０の傾きと共に軸方向において下方に変位され、他方、同図の右側に配置されたガイドピンは持ち上げられる。ガイドピンは揺動点Ｇ’から半径方向に僅かにのみ離間して配置されていることから、ガイドピン３０’の前記軸方向変位は小さく、この変位はブシュ３５’を弾性的に形成することによって可能とされるのが好適である。ガイドピン３０’により軸受ハブ２０は半径方向に不動に支持されていることから、遠心分離機フレーム４０’に対する揺動点Ｇ’の位置はきわめて不変であり、他方、軸受ハブ２０は前記回転ユニットから強制されるスピンドル１０の傾きに対して柔軟である。

図２，３ａおよび３ｂに示した遠心分離機の実施形態１００’において揺動点Ｇ’と連結点Ｋとは一致していることから、角度αの変位は撓み弾性継手７０内で完全に吸収され、その結果、ロータ軸９１の位置は不変に維持されることとなる。

本発明の遠心分離機の第一の実施形態の概略断面図 本発明の遠心分離機の第二の実施形態の同じく概略断面図 図２に示した実施形態において軸受ハブが互いに異なった角度姿勢にある場合の断面図 図２に示した実施形態において軸受ハブが互いに異なった角度姿勢にある場合の断面図

Claims (4)

1. 遠心分離機フレーム（４０；４０’）と、上部にドラム（１２）が装着されるとともに垂直に配置されたスピンドル（１０）と、ロータ軸（９１）が垂直に配置されたモータ（９０）とを有し、前記スピンドル（１０）は軸受ハブ（２０）内に回転可能に支持されていると同時に揺動点（Ｇ；Ｇ’）を中心にして遠心分離機フレーム（４０；４０’）に対して３次元揺動可能に支持されている遠心分離機（１００；１００’）であって、
   前記モータ（９０）はそのケーシングで遠心分離機フレーム（４０；４０’）に固定され、その際前記モータ（９０）のロータ軸（９１）は遠心分離機（１００；１００’）の静止状態においてスピンドル（１０）の縦軸（１１）と一直線状に並び、
   前記モータ（９０）のロータは連結点（Ｋ）において撓み弾性継手（７０）を介してスピンドル（１０）と連結され、前記スピンドル（１０）は互いに離間配置された少なくとも２箇所の軸受座（２２，２４）においてローラベアリングによって前記軸受ハブ（４０；４０’）内に支持され、
   前記軸受ハブ（２０）は弾性支持体（５０）を介して遠心分離機フレーム（４０；４０’）と結合されている遠心分離機（１００；１００’）において、
   前記軸受ハブ（２０）はその軸受ハブフランジ（２１）で少なくとも３個の弾性支持体（５０）を介して遠心分離機フレーム（４０；４０’）上に装着され、
   前記軸受ハブフランジ（２１）に前記縦軸（１１）と平行に配置された少なくとも３本のガイドピン（３０；３０’）が固定され、
   前記ガイドピンはそれぞれ前記遠心分離機フレーム（４０；４０’）に設けられた筒状部に係止された弾性を備えたブシュ（３５’）に嵌挿されることで軸方向の変位が制限され、且つ、前記軸受ハブフランジ（２１）の半径方向の移動が前記ガイドピンによって規制されていることを特徴とする遠心分離機（１００；１００’）。
2. 前記揺動点（Ｇ；Ｇ’）は下側の前記軸受座（２４）の対称面内にあることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機（１００；１００’）。
3. 前記連結点（Ｋ）と前記揺動点（Ｇ）との間の間隔は前記ドラム（１２）と前記スピンドル（１０）とから成る回転ユニットの重心（Ｓ）と前記揺動点（Ｇ）との間の間隔の０．１〜０．２５倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心分離機（１００）。
4. 前記連結点（Ｋ）は前記揺動点（Ｇ’）と一致していることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心分離機（１００’）。

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