JP4316136B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景および従来の技術
本発明は、中央面を有する少なくとも１つの支持部材によって回転軸の周りを回転できるようにフレーム部材に設けられた、遠心ロータを有する遠心分離機であって、回転軸が支持部材の中央面に実質的に垂直であり、支持装置が、支持部材とフレーム部材との間に設けられ、遠心ロータとフレーム部材との相対的な運動を可能にするように配置されており、かつ、支持部材に対して実質的に動かない２つの第１の実質的に剛性のある部分と、２つの中間弾性部分と、フレーム部材に対して実質的に動かない２つの第２の実質的に剛性のある部分とを有しており、２つの第１の剛性のある部分が軸方向断面において第１の境界線に沿ってそれぞれの中間部分に隣接しており、２つの第２の剛性のある部分が軸方向断面において第２の境界線に沿ってそれぞれの中間弾性部分に隣接している遠心分離機に関する。
【０００２】
このような遠心分離機の支持装置、特に遠心分離機のいわゆるネックベアリング用の支持装置は、ある程度の弾性を有する必要があり、すなわち、フレーム部材と遠心ロータとの半径方向および軸方向の相対的な運動を可能にする必要がある。したがって、支持装置は、ネックベアリングに作用する力を低いレベルに維持できるほど十分に低い剛性を有することが重要である。ネックベアリングに大きな力が作用すると、ネックベアリングの寿命が短くなる。しかしながら、支持装置が脆弱すぎる場合には遠心ロータの臨界回転数が過度に低くなり、その結果、動作が不安定になり揺動が大きくなるため、支持装置は脆弱すぎてはならない。したがって、支持装置は、軸方向のみならず半径方向において、十分であるが大きすぎない剛性を有する必要がある。支持装置は、そのような相対的な運動を可能にするだけでなく、軸方向のみならず半径方向において、ある程度の減衰作用を有する必要もある。
【０００３】
ネックベアリングの周りに設けられたいくつかのスチール製ばね緩衝器によって、このような弾力および減衰を得ることが知られている。このようなスチール製ばね緩衝器は、所望の弾性または弾力をもたらすことのできるコイルばねを有している。ばね緩衝器が、支持部材またはフレーム部材に連結された表面に対してスライドすることができるようにすることによって、ある程度の減衰を得ることができる。しかし、支持装置は、このようなばね緩衝器によって全体的に複雑になり、比較的大規模な取付け作業が必要となる。
【０００４】
さらに、遠心ロータを支持するために、ロータスピンドル全体の周りにリングとして延びているか、あるいは、ロータスピンドルの周りに独立のゴム要素として設けられているゴム要素を使用することが知られている。既存のゴム要素は、半径方向に相対的に移動した結果、ゴムがせん断できるように配置されている。しかしながら、圧縮力に対するゴムのばね定数は比較的大きく、それに対してせん断力に対するばね定数は比較的小さい。したがって、このようなゴム要素は軸方向の剛性が比較的高く、半径方向の剛性が比較的低い。このような構成において、より硬いゴム（ショア数がより高い）を選択することによって剛性を高くしようとする場合、十分に硬いゴムの品質は不十分なものであり、すなわち、利用可能なゴム要素の通し硬さ(through hardness)がまちまちになり、また、このような硬いゴムは劣化が早いので、しばしば問題が起こる。
【０００５】
スウェーデン特許出願公告第１３７７６８号明細書は、支持部材によって回転軸の周りを回転できるようにフレーム部材に設けられた遠心ロータを有する遠心分離機を開示している。この公知の分離機は、支持部材とフレーム部材との間に設けられ、遠心ロータとフレーム部材との相対的な運動を可能にする支持装置を有している。この支持装置は、半径方向内側の剛性部分と、ゴムから成る中間の弾性部分と、半径方向外側の剛性部分とを有しており、この中間部分は、ゴムの圧縮のみによる半径方向の相対的な移動を受け入れるように配置されている。この支持装置はまた、軸方向上側の剛性部分と、ゴムから成る軸方向中間の弾性部分と、軸方向下側の剛性部分とを有しており、この中間部分は、ゴムの実質的にせん断のみによる半径方向の相対的な移動を受け入れるように配置されている。
【０００６】
仏国特許出願公開第８８４６３５号明細書は、遠心分離機の遠心ロータのネックベアリング用の支持装置の種々の構成を開示している。一実施形態によれば、この支持装置は、軸方向断面がＬ字形状を有し、したがって、半径方向のみならず軸方向の運動、すなわち、傾斜移動やピボット運動を可能にしかつ減衰させるために、ベアリングから半径方向外側および軸方向下向きに延びている環状のゴム要素を有している。
【０００７】
独国特許出願公告第０６９４３１号明細書は、遠心ロータ用の支持装置を開示している。開示されている実施形態によれば、支持装置は、２つの中間弾性部分を有している。この支持装置は、ベアリングに対して回転軸に沿って変位する。
【０００８】
仏国特許出願公開第１２６３４３２号明細書は、遠心ロータ用の他の支持装置を開示している。この装置は、それぞれの剛性部分との境界線を形成する２つの中間弾性部分を有している。境界線は、半径方向平面内で回転軸に対して延びている。
【０００９】
発明の概要
本発明の目的は、遠心ロータとフレーム部材との相対的な運動を可能にし、かつこのような運動を減衰させるように配置された、簡素な構成の支持装置を備えた遠心分離機を提供することである。特に、この支持装置は、半径方向のみならず軸方向において所望のばね定数および所望の減衰が簡単に得られるように構成される。
【００１０】
この目的は、第２の境界線のうちの少なくとも一方が回転軸に対して傾斜しており、回転軸から外側に向けられた第２の境界線の延長線同士が交差しており、２つの中間部分が中央面のそれぞれの側に設けられていることを特徴とする、冒頭に定義された遠心分離機によって達成される。外側の境界線が回転軸に対して傾斜し、すなわち、回転軸に対して０度よりも大きく９０度よりも小さい角度を有するように配置されたこのような弾性部分または弾力部分によって、この弾性部分に生じる変形は、弾性要素の圧縮とせん断変形との両方を含む。したがって、第２の境界線の傾斜角を選択することにより、圧縮およびせん断の程度は、それぞれ、適切なばね定数および剛性が得られるように、個々の構成に合わせることができる。このような弾性部分によって、半径方向の剛性が比較的高くなるものの、傾斜に対する低い剛性を得ることも可能である。これによって、支持部材に対する荷重が少なくなり、ローラベアリングの内輪と外輪との間のブレーキが防止される。さらに、このようなフレーム部材は、簡単にかつ小さな寸法で製造し取り付けることができ、すなわち、本発明によるフレーム部材は比較的小さな空間しか必要としない。
【００１１】
本発明の実施態様によれば、中間弾性部分の少なくとも一方の第１の境界線の半径方向内側の端部は、この中間弾性部分の第２の境界線の半径方向内側の端部の半径方向内側に位置している。さらに、中間部分の少なくとも一方の第１の境界線の半径方向外側の端部は、この中間弾性部分の第２の境界線の半径方向外側の端部の半径方向内側に位置していてもよい。
【００１２】
本発明の他の実施態様によれば、第１の境界線のうちの少なくとも一方は回転軸に対して傾斜しており、回転軸から外側に向けられた第１の境界線の延長線同士は交差している。この実施態様によれば、第２の、半径方向外側の境界線と、第１の、半径方向内側の境界線は共に、回転軸に対して傾斜していてもよい。このように、圧縮の程度およびせん断の程度は、それぞれ、両方の境界線の共通の傾斜角または両方の異なる傾斜角を適切に選択することによって、非常に簡単にかつ確実に決定することができる。さらに、このような実施態様によって、傾斜に対する低い剛性と、半径方向への移動に対する高い剛性とを、簡単にかつ確実に得ることができる。
【００１３】
本発明の有利な実施態様によれば、２つの中間弾性部分は回転軸の周りに延びるように配置されている。さらに、２つの第１の剛性部分も、２つの第２の剛性部分のみならず上記の回転軸の周りに延びるように配置することができる。
【００１４】
本発明の他の実施態様によれば、各中間弾性部分は、ゴム状の材料からなるリングで形成されている。ゴムから成るこのような弾性部分または弾力部分によって、支持装置を簡単に実現することができる。
【００１５】
本発明の他の実施態様によれば、２本の第１の境界線は、回転軸に対してそれぞれの傾斜角だけ傾斜するように配置されている。これらの傾斜角の絶対値は、異なる値でも、あるいは実質的に等しい値でもよい。さらに、２本の第２の境界線は、回転軸に対してそれぞれの傾斜角だけ傾斜するように配置されていてもよい。第２の境界線の傾斜角の絶対値もまた、異なる値でも、あるいは実質的に等しい値でもよい。
【００１６】
次に、例として記載されている種々の実施形態により、添付の図面を参照して本発明を説明する。
【００１７】
種々の実施形態の詳細な説明
図１は、フレーム部材１と遠心ロータ２を有し、ロータスピンドル３に固定的に連結された遠心分離機の一部を概略的に示している。遠心ロータ２およびロータスピンドル３は、上側ベアリング４および下側ベアリング５によって回転軸ｘの周りに回転できるようにフレーム部材１に設けられている。上側ベアリング４は、回転軸ｘに対する半径方向面を形成する中央面ｐを有している。下側ベアリング５は、本例では、ロータスピンドル３とフレーム部材１との両方に直接接触しており、それに対して、上側ベアリング４の内側ベアリングリング４’（図２および図３参照）はロータスピンドル３に当接しており、ベアリング４の外側ベアリングリング４”（図２および図３参照）は、以下ではベアリングハウジング６と呼ばれる環状部材６に当接している。ベアリングハウジング６は、本発明による支持体によってフレーム部材１に連結されている。この支持体は、ベアリングハウジング６、フレーム部材１、およびベアリングハウジング６とフレーム部材１との間に設けられた２つの弾性部材または弾力部材７’および７”で構成されている。本例では、弾性部材７’および７”はそれぞれ、回転軸ｘの周りに延びているリングの形状を有しており、ゴム材料で作られている。弾性部材７’および７”は、中央面ｐのそれぞれの軸方向側に設けられている。したがって、ベアリングハウジング６は、半径方向および軸方向の移動に関し、ベアリング４およびロータスピンドル３に対して実質的に動かないようになっている。したがって、ロータスピンドル３の動きは、フレーム部材１とベアリングハウジング６との間の相対的な運動を可能にするように構成された部材７’および７”に伝達される。
【００１８】
２つの弾性部材７’および７”は、任意の軸方向断面において、第１の境界線８’および８”にそれぞれ沿って、実質的に非可撓性の、すなわち剛性のあるベアリングハウジング６に隣接している。さらに、２つの弾性部材７’および７”は、上記の軸方向断面において、第２の境界線９’および９”に沿って、実質的に非可撓性の、すなわち剛性のあるフレーム部材１に隣接している。図１に示した例では、上記の境界線は回転軸ｘに対してそれぞれの傾斜角ａ、ｂ、ｃ、ｄだけ傾斜している。傾斜角ａとｂは０度よりも大きく９０度よりも小さい。傾斜角ｃとｄは、同じ範囲内の角度であるが、逆の符号を有している。したがって、このことは、第１の境界線８’，８”の半径方向外側に向かう延長線が、第２の境界線９’，９”の同様に半径方向外側に向かう延長線と交差することを意味する。
【００１９】
第１の実施形態によれば、角度ａとｂは角度ｃとｄにほぼ等しい。さらに、角度ａとｂの絶対値は角度ｃとｄの絶対値に等しい。しかし、必ずしもそうである必要はなく、角度ａとｂが角度ｃとｄと異なる角度でもよいことに留意されたい。また、角度ａとｄの絶対値が角度ｂとｃの絶対値と等しい必要はない。
【００２０】
図１からわかるように、第２の境界線９’，９”は第１の境界線８’，８”の半径方向外側に位置している。さらに、各弾性部材７’，７”に関し、第１の境界線８’，８”の半径方向内側の端部は、第２の境界線９’，９”の半径方向内側の端部の半径方向内側に位置している。同様に、各弾性部材７’，７”に関し、第１の境界線８’，８”の半径方向外側の端部は、第２の境界線９’，９”の半径方向外側の端部の半径方向内側に位置している。
【００２１】
第１の実施形態によれば、弾性部材７’，７”は、ゴムで作られ、たとえば加硫プロセスによって、ベアリングハウジング６およびフレーム部材１のそれぞれの剛性部分６’，６”および１’，１”と共に融解されたリング部材７’，７”で形成されている。
【００２２】
図２は、ベアリングハウジング６およびフレーム部材１へのそれぞれの弾性部材７’，７”の取付けに関して第１の実施形態と異なる、本発明の第２の実施形態を示している。すべての実施形態において、対応する機能または同じ機能を有する部材に同じ参照符号が使用されていることに留意されたい。第２の実施形態によれば、弾性部材７’，７”は、ゴム材料で作られ、ベアリングハウジング６のくぼみおよびフレーム部材１のくぼみにそれぞれ挿入されるように配置された、面取りされた２つの端部を有するように構成された、それぞれのリング部材７’，７”で形成されている。このように、リング部材７’，７”は、ベアリングハウジング６とフレーム部材１との間の位置に固定することができる。ベアリングハウジング６のくぼみおよびフレーム部材１のくぼみの中にそれぞれ位置しているリング部材７’，７”の端部が、実質的に非可撓性または剛性があることに留意されたい。このことは、フレーム部材１とロータスピンドル３とが相対的に運動する場合に、リング部材７’，７”が、ベアリングハウジング６のくぼみおよびフレーム部材１のくぼみの外側に位置している中間部で変形させられることを意味する。リング部材７’，７”の弾性部分とベアリングハウジング６の剛性部分との間の境界線８’、８”と、リング部材７’，７”の弾性部分とフレーム部材１の剛性部分との間の境界線９’，９”とは、実際には、リング部材７がベアリングハウジング６およびフレーム部材１にそれぞれ接触する位置に形成されたコーナーポイント同士の間に延びている。第１の境界線８’，８”の半径方向内側と第２の境界線９’，９”の半径方向外側とでは、リング部材７’，７”の変形は起こらない。
【００２３】
図３に示した第３の実施形態は、リング部材７’，７”の端部が非対称的な形状を有しており、かつ、基本的に半径方向に、より短い第２の当接表面まで延びている第１の当接表面を有しており、この第２の当接表面は、軸方向断面において軸方向に延びており、すなわち、回転軸ｘを囲む筒状表面に沿って延びているという点で、図２に示した第２の実施形態と異なる。
【００２４】
本発明は、本明細書で開示された実施形態に限定されず、特許請求の範囲の範囲内で変更し修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態による支持装置を有する遠心分離機の一部の、概略的な軸方向断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態による支持装置の軸方向断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態による支持装置の軸方向断面図である。

Claims (13)

1. 中央面（ｐ）を有する少なくとも１つの支持部材（４）によって回転軸（ｘ）の周りを回転できるようにフレーム部材（１）に設けられた、遠心ロータ（２）を有する遠心分離機であって、前記回転軸（ｘ）が前記支持部材（４）の中央面（ｐ）に実質的に垂直であり、支持装置が、前記支持部材（４）と前記フレーム部材（１）との間に設けられ、前記遠心ロータ（２）と前記フレーム部材（１）との相対的な運動を可能にするように配置されており、かつ、前記支持部材（４）に対して実質的に動かない２つの第１の実質的に剛性のある部分（６'，６"）と、２つの中間弾性部分（７'，７"）と、前記フレーム部材（１）に対して実質的に動かない２つの第２の実質的に剛性のある部分（１'，１"）とを有しており、前記２つの第１の剛性のある部分が軸方向断面において第１の境界線（８'，８"）に沿ってそれぞれの中間弾性部分（７'，７"）に隣接しており、前記２つの第２の剛性のある部分が前記軸方向断面において第２の境界線（９'，９"）に沿ってそれぞれの中間弾性部分に隣接している遠心分離機において、
   前記第２の境界線（９'，９"）のうちの少なくとも一方が前記回転軸（ｘ）に対して傾斜しており、前記回転軸（ｘ）から外側に向かう前記第２の境界線の延長線同士が交差しており、前記２つの中間弾性部分（７'，７"）は前記中央面（ｐ）のそれぞれの側に設けられていることを特徴とする遠心分離機。
2. 前記中間弾性部分（７'，７"）の少なくとも一方の前記第１の境界線（８'，８"）の半径方向内側の端部が、この中間弾性部分（７'，７"）の前記第２の境界線（９'，９"）の半径方向内側の端部の半径方向内側に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の遠心分離機。
3. 前記中間弾性部分（７'，７"）の少なくとも一方の前記第１の境界線（８'，８"）の半径方向外側の端部が、この中間弾性部分（７'，７"）の前記第２の境界線（９'，９"）の半径方向外側の端部の半径方向内側に位置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。
4. 前記第１の境界線（８'，８"）のうちの少なくとも一方が前記回転軸（ｘ）に対して傾斜しており、前記回転軸（ｘ）から外側に向かう前記第１の境界線（８'，８"）の延長線同士が交差していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心分離機。
5. 前記２つの中間弾性部分（７'，７"）は前記回転軸（ｘ）の周りに延びるように配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心分離機。
6. 前記２つの第１の剛性のある部分（６'，６"）は前記回転軸（ｘ）の周りに延びるように配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心分離機。
7. 前記２つの第２の剛性のある部分（１'、１"）は前記回転軸（ｘ）の周りに延びるように配置されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心分離機。
8. 各中間弾性部分（７'，７"）はゴム状の材料から成るリングで形成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の遠心分離機。
9. 前記２本の第１の境界線（８'，８"）は、前記回転軸（ｘ）に対してそれぞれの傾斜角（ｂ，ｃ）だけ傾斜するように配置されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の遠心分離機。
10. 前記２本の第１の境界線（８'，８"）の前記傾斜角（ｂ，ｃ）の絶対値が実質的に等しいことを特徴とする、請求項９項に記載の遠心分離機。
11. 前記２本の第２の境界線（９'，９"）は、前記回転軸（ｘ）に対して、それぞれの傾斜角（ａ，ｄ）だけ傾斜するように配置されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の遠心分離機。
12. 前記２本の第２の境界線（９'，９"）の前記傾斜角（ａ，ｄ）の絶対値が実質的に等しいことを特徴とする、請求項１１に記載の遠心分離機。
13. 前記部分（１'，１"，６'，６"，７'，７"）は実質的に回転対称であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の遠心分離機。

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