JP5006833B2 - 遠心分離機用ロータ - Google Patents

Description

この発明は遠心分離機用のスイング型のロータに関する。

遠心分離機用のこの種のロータは、遠心分離機本体の回転シャフトに取り付けられるスイング型のロータヨークと、そのロータヨークに取り付けられるバケットによって一般に構成されている。図８及び９はこのようなロータヨーク及びバケットの従来構成の一例をそれぞれ示したものである。

ロータヨーク１０は図８に示したように、中央固定部１１とその中央固定部１１から放射方向に延伸された腕１２とを備えている。中央固定部１１には遠心分離機本体の回転シャフトが挿通される取り付け孔１３が形成されている。腕１２はこの例では９０°間隔で４本設けられており、先端側は２分岐され、全体としてＹ字形状をなすものとされている。

各腕１２の分岐部１４の先端にはトラニオンピン１５が設けられている。トラニオンピン１５は隣り合う腕１２の互いに平行対向する分岐部１４間において、軸心が一致されて互いに内向きに突出されており、先端面が互いに対向されている。これら互いに対向して組をなすトラニオンピン１５はこの例では４組設けられている。なお、トラニオンピン１５はこの例においてはわずかなテーパを有するテーパピンとされ、先端側が大径とされている。

バケット２０は図９に示したように箱状の形状を有するものとされ、例えば金属薄板をプレス加工することによって形成される。バケット２０の側壁の上部側は外向きに押し出されて口径が大とされており、この部分の外壁面に、下向きに開放された逆Ｕ字形状をなす一対の凹部２１が互いに対向する位置に位置して形成されている。これら凹部２１の底面２１ａは凹部２１の下方に位置する側壁の外壁面と同一平面上に位置されている。なお、凹部２１の半円筒面状をなす天面２１ｂにはトラニオンピン１５のテーパに対応するテーパが設けられている。

上記のような形状を有するバケット２０はその一対の凹部２１がロータヨーク１０の組をなすトラニオンピン１５に掛けられてロータヨーク１０に取り付けられ、凹部２１の天面２１ｂがトラニオンピン１５の周面に対接されて搭載される。

バケット２０はこのように一対の凹部２１の天面２１ｂによってトラニオンピン１５を受ける構造となっており、このような構造によりロータを高速回転させると、遠心力によってバケット２０の底面２０ａ側が確実に水平状態まで振り上がり、また回転数の低下によりバケット２０の底面２０ａが確実に振り下がるものとなっている（例えば、特許文献１，２参照）。
実開平６−３９１４０号公報 実開昭６１−８４５２号公報

遠心分離機は上述したようにロータを高速回転させ、バケットが振り上がることにより、バケット内の試料を比重の違いで分離することができるものであり、一般的に回転数が高いほど、分離に要する時間を短縮することができるため、高い回転数で遠心できるロータヨーク及びバケットが望まれている。

ロータを高速回転させると、ロータヨークとバケットに遠心力による荷重がかかる。荷重は図８に示したロータヨーク１０ではトラニオンピン１５の根元部に最もかかり、図９に示したバケット２０ではロータヨーク１０のトラニオンピン１５との係合部である凹部２１の天面２１ｂに最もかかる。

許容荷重を超えた力がバケットにかかると、ロータヨークとの係合部の接触線上に荷重による応力が集中し、金属疲労によりバケットに亀裂が生じるおそれがある。バケットの亀裂が進行すると、バケットが破損し、事故となるおそれがあり、危険である。

例えば回転数４８００ｒｐｍの遠心力による荷重に耐えられるように設計したバケットを３５００ｒｐｍで回転させても問題はないが、最大３５００ｒｐｍの遠心力による荷重に耐えられるように設計したバケットを４８００ｒｐｍで回転させることはできない。バケットにかかる荷重が３５００ｒｐｍで回転させる時よりも大きくなり、バケットが破損するおそれがあるためであり、高い回転数で遠心できるバケットには大きな遠心力に耐える強度が必要とされる。

ところで、この種の遠心分離機には各種回転数のものがあり、許容回転数の異なる複数の遠心分離機（遠心分離機本体とロータ）がユーザに納入され、設置される場合がある。また、１台の遠心分離機本体に許容回転数の異なる２種類のロータが付属され、それらロータを用途に応じてつけ替えて使用するといったことも行われている。

このような場合、許容回転数の異なるロータがユーザの元で混在するため、ユーザがバケットを間違えて使用するといったことが起きうる。例えば、許容回転数の低いバケットを許容回転数の高いロータヨークに取り付け、高い回転数で使用してしまうと、前述したようにバケットが破損するといった事故が生じうる。

このような事故を回避するためにはユーザ自身が遠心分離機を使用する都度、バケットの許容回転数を確認し、許容回転数の範囲内で回転させるべく、例えば遠心分離機の設定を変えて使用するといったことが必要となるが、このようなユーザによる設定の使い分けは間違いが生じるおそれがあり、またきちんと守られない可能性もある。

このような問題に対処すべく、従来、２種類の方法が提案されている。第１の方法はロータヨークの互いに対向して組をなすトラニオンピンの間隔を変えるものであり、第２の方法はトラニオンピンの径を変えるものであって、いずれもロータヨークとバケットの組み合わせにおける掛け間違えを防止するものとなっている。以下、これらの方法について説明する。

（１）トラニオンピンの間隔を変えることによる掛け間違えの防止
図１０及び１１はそれぞれ許容回転数の低いロータヨークの要部及びバケット、許容回転数の高いロータヨークの要部及びバケットを示したものであり、一例として許容回転数を図１０では３５００ｒｐｍとし、図１１では４８００ｒｐｍとする。なお、ロータヨーク及びバケットは前述の図８及び９に示したロータヨーク１０及びバケット２０と同様の構成を有するものである。

図１０中に示したように、組をなすトラニオンピン１５の先端面１５ａ間の間隔をＺとし、バケット２０の一対の凹部２１の底面２１ａ間の寸法をＣとする。同様に、図１１においては組をなすトラニオンピン１５の先端面１５ａ間の間隔をＺ’とし、バケット２０の一対の凹部２１の底面２１ａ間の寸法をＣ’とする。

許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０の寸法Ｃは許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０の間隔Ｚに合わせて設計されており、また許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０の寸法Ｃ’は許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０の間隔Ｚ’に合わせて設計されている。ここで、説明を分かりやすくするため、Ｃ＝Ｚ，Ｃ’＝Ｚ’とする。

間隔Ｚ’を間隔Ｚより狭くすると、寸法Ｃをもつ許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０は図１２（ａ）に示したように許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０にはＺ’＜Ｃより物理的に掛けられなくなる。一方、Ｚ＞Ｃ’より寸法Ｃ’をもつ許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０は図１２（ｂ）に示したように許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０に掛けることができる。

つまり、許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０は許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０と許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０に共通に掛かり、許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０は許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０のみに掛かり、許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０には掛からなくすることができる。

（２）トラニオンピンの径を変えることによる掛け間違えの防止
図１３及び１４はそれぞれ許容回転数の低いロータヨークの要部及びバケット、許容回転数の高いロータヨークの要部及びバケットを示したものであり、許容回転数は（１）項と同様、図１３では３５００ｒｐｍとし、図１４では４８００ｒｐｍとする。

図１３中に示したように、トラニオンピン１５の径をαとし、バケット２０の凹部２１の半円筒面状をなす天面２１ｂの径（＝逆Ｕ字形状をなす凹部２１の幅）をβとする。同様に、図１４においてはトラニオンピン１５の径をα’とし、バケット２０の凹部２１の天面２１ｂの径をβ’とする。

許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０の凹部２１の径βは許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０のトラニオンピン１５の径αに合わせて設計されており、また許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０の凹部２１の径β’は許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０のトラニオンピン１５の径α’に合わせて設計されている。ここで、説明を分かりやすくするため、α＝β，α’＝β’とする。

径α’を径αより大きくすると、径寸法βをもつ許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０は図１５（ａ）に示したように許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０にはβ＜α’より物理的に掛けられなくなる。一方、β’＞αより径寸法β’をもつ許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０は図１５（ｂ）に示したように許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０に掛けることができる。

つまり、このトラニオンピン１５の径を変える方法においても、（１）項のトラニオンピン１５の間隔を変える方法と同様、許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０は許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０と許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０に共通に掛かり、許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０は許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０のみに掛かり、許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０には掛からなくすることができる。

しかるに、これら（１）項及び（２）項に記載したような方法（掛け間違え防止機構）では以下のような問題がある。

即ち、（１）項の方法では寸法Ｃ’をもつ許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０を間隔Ｚの許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０に掛ける際、例えば図１２（ｃ）に示したようにバケット２０とトラニオンピン１５の間隔に差ができ、片寄りが発生するといった状況が生じうる。

バケット２０が一方のトラニオンピン１５に片寄ると、トラニオンピン１５による支持がアンバランスとなり、例えば回転中にアンバランスになると、振動や異常音が発生する原因となる。また、一対のトラニオンピン１５に分散して掛かっていた荷重が一方のトラニオンピン１５に集中して掛かるため、応力が集中して金属疲労が生じ、遠心中にトラニオンピン１５が折れるといった事故が生じるおそれがある。さらには、図１２（ｃ）中に点Ｐを付して示したようにバケット２０との間隔が広がった方のトラニオンピン１５においてはバケット２０を支える面積が小さくなり、単位面積当たりの応力が大きくなって、破損事故が生じるおそれがある。

一方、（２）項の方法では径寸法β’をもつ許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０を径寸法αをもつ許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０に掛ける際、径の差が大きいと図１５（ｂ）中に点Ｑを付して示したようにトラニオンピン１５でバケット２０を支える面積が小さくなり、応力が集中して金属疲労が生じ、例えば遠心中にトラニオンピン１５が折れるといった事故が生じるおそれがある。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、許容回転数の低いバケットを許容回転数の高いロータヨークに取り付けてしまうといったバケットの掛け間違えを防止することができるようにし、一方、許容回転数の高いバケットは許容回転数の低いロータヨークにも取り付け可能とすることができるようにし、かつその場合においても安全性を確保でき、良好に使用可能とする遠心分離機用ロータの構成を提供することにある。

請求項１の発明によれば、軸心が一致されて互いに内向きに突出するトラニオンピンの組を複数組備えたロータヨークと、外壁面に形成された一対の凹部が前記組をなすトラニオンピンに掛けられてロータヨークに取り付けられるバケットとよりなり、前記凹部は下向きに開放された逆Ｕ字形状をなし、その天面がトラニオンピンの周面に搭載される構造とされている遠心分離機用のスイング型のロータにおいて、トラニオンピンの先端面に突起が形成され、バケットをトラニオンピンに掛ける際に前記突起が通る溝が前記凹部の底面に形成されているものとされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、前記組をなすトラニオンピンの先端面間の間隔は、前記ロータヨークより許容回転数が低く、かつ前記突起のないロータヨークの前記間隔と等しくされ、前記一対の凹部の底面間の寸法は、前記バケットより許容回転数が低く、かつ前記溝のないバケットの前記寸法と等しくされる。

この発明によれば、ロータヨークのトラニオンピンに突起を設け、バケットにはバケットをロータヨークに掛ける際に突起が通る溝を設けたものとなっており、このような構成を許容回転数の高いロータに採用すれば、突起や溝のない許容回転数の低いロータヨーク及びバケットとこの発明によるロータヨーク及びバケットとが混在するような場合において、許容回転数の低いバケットを許容回転数の高いロータヨークに取り付けてしまうといった破損事故につながるようなバケットの掛け間違えを確実に防止することができる。

また、溝を有し、許容回転数が高いバケットは許容回転数の低いロータヨークにもガタなく、取り付け可能とすることができるため、安全性を確保でき、良好に使用することができる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１及び２はこの発明による遠心分離機用のスイング型のロータを構成するロータヨーク及びバケットの一実施例をそれぞれ示したものであり、図８及び９とそれぞれ対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

ロータヨーク１０’はこの例では図１に示したように各トラニオンピン１５の先端面１５ａに突起１６を有するものとされる。突起１６はトラニオンピン１５の中心軸上に中心が一致されて形成されており、この例では円柱形状をなすものとされている。

バケット２０’は図２に示したように、図９に示したバケット２０と同様、側壁の上部側の外壁面に、下向きに開放された逆Ｕ字形状をなす一対の凹部２１を有しており、さらにこの例ではこれら凹部２１の底面２１ａに、凹部２１の中心線と中心線が一致されて溝２２がそれぞれ形成されている。

溝２２は凹部２１と同様、下向きに開放された逆Ｕ字形状をなすものとされており、図１に示したロータヨーク１０’のトラニオンピン１５に凹部２１が掛けられる際に、トラニオンピン１５の先端面１５ａに設けられている突起１６がこの溝２２に収容されて通るものとされている。なお、溝２２の底面２２ａは平面とされ、溝２２の下方に位置する側壁の外壁面は、この例では溝２２の底面２２ａより若干低くされている。

上記のような構成を有するロータヨーク１０’及びバケット２０’は許容回転数の高い（ここでは、４８００ｒｐｍとする）ロータ（ロータヨーク及びバケット）として使用されるものであり、以下、これらロータヨーク１０’及びバケット２０’と、図１０に示した許容回転数が３５００ｒｐｍと低いロータヨーク１０及びバケット２０が混在する場合の各組み合わせの使用可否について、図３〜７を参照して説明する。

図３中に示したように、ロータヨーク１０’の組をなすトラニオンピン１５の先端面１５ａ間の間隔をＹとし、それら先端面１５ａに形成されている突起１６の先端面１６ａ間の間隔をＸとする。また、バケット２０’の一対の凹部２１の底面２１ａ間の寸法をＢとし、一対の溝２２の底面２２ａ間の寸法をＡとする。バケット２０’の寸法Ａ，Ｂはそれぞれロータヨーク１０’の間隔Ｘ，Ｙに合わせて設計されており、ここでは説明を分かりやすくするため、Ｘ＝Ａ，Ｙ＝Ｂとする。

一方、ロータヨーク１０の組をなすトラニオンピン１５の先端面１５ａ間の間隔及びバケット２０の一対の凹部２１の底面２１ａ間の寸法は図１０と同様、それぞれＺ，Ｃとし、かつＺ＝Ｃとする。

ここで、ロータヨーク１０’の間隔Ｙとロータヨーク１０の間隔Ｚとを等しくし、またバケット２０’の寸法Ｂとバケット２０の寸法Ｃとを等しくする。間隔Ｘ〜Ｚ及び寸法Ａ〜Ｃはそれぞれ下記の関係となる。
Ｘ＜Ｙ＝Ｚ
Ａ＜Ｂ＝Ｃ

図４及び６はロータヨーク１０’にバケット２０’が掛けられる様子及びロータヨーク１０にバケット２０が掛けられる様子をそれぞれ示したものであり、これらは正しい組み合わせのため、ガタなく（片寄りが発生することなく）良好にバケット２０’，２０を掛けることができる。なお、図４（ｂ）に示したようにトラニオンピン１５に設けられた突起１６はバケット２０’の溝２２内に位置してバケット２０’に干渉せず、よってバケット２０’の振り上がりを突起１６がじゃますることはない。

ユーザが誤って許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０を許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０’に掛けようとした場合は、Ｘ＜Ｃより図５に示したようにトラニオンピン１５に設けた突起１６がバケット２０に引っかかり、バケット２０を掛けることはできない。

一方、許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０’は図７に示したように許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０に掛けることができる。この際、Ｚ＝Ｂより、バケット２０’と両トラニオンピン１５とに間隔の差は生じず、つまりバケット２０’に片寄り（ガタツキ）は発生しないため、良好に回転することができる。

このように、この例によれば、許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０’は許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０と許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０’に共通に使用することができ、許容回転数３５００ｒｐｍのバケット２０は許容回転数４８００ｒｐｍのロータヨーク１０’には物理的に掛からず、使用することができないものとなっている。さらに、許容回転数４８００ｒｐｍのバケット２０’を許容回転数３５００ｒｐｍのロータヨーク１０に掛けた際にも片寄りやガタツキは発生せず、良好かつ安全に使用することができるものとなっている。

従って、この例によればバケットの掛け間違えを防止することができ、かつ高い安全性を確保することができる。

なお、上記説明においては、説明を分かりやすくするため、Ｘ＝Ａ，Ｙ＝Ｂ，Ｚ＝Ｃとしているが、実際にはＸ，Ｙ，Ｚに対し、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれわずかに小とされ、これによりバケット２０’，２０の良好な取り付け状態・振り上がりが確保される。

掛け間違えを防止すべく、トラニオンピン１５の先端面１５ａに設けた突起１６は上述した例では円柱形状とされ、つまり円形断面を有するものとしているが、突起１６の形状はこれに限らず、例えば楕円形断面を有する楕円柱形状とすることもできる。

また、上述した例では突起１６はトラニオンピン１５に一体形成され、かつトラニオンピン１５は腕１２に一体形成されたものとしているが、トラニオンピン１５は腕１２と別体であってもよく、さらに突起１６もトラニオンピン１５と別体であってもよく、組み立てにより一体化するものとしてもよい。

この発明による遠心分離機用ロータの一実施例におけるロータヨークを示す図、（ａ）は平面図、（ｂ）は片側断面図。 この発明による遠心分離機用ロータの一実施例におけるバケットを示す図、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は断面図。 図１，２に示した許容回転数の高いロータヨーク、バケットと、従来の許容回転数が低いロータヨーク、バケットの仕様及び組み合わせによる使用可否を示す図。 図２に示したバケットが図１に示したロータヨークに掛けられる様子を示す図。 従来のバケットが図１に示したロータヨークには掛けることができない状態を示す図。 従来のバケットが従来のロータヨークに掛けられる様子を示す図。 図２に示したバケットが従来のロータヨークに掛けられる様子を示す図。 従来のロータヨークを示す図、（ａ）は平面図、（ｂ）は片側断面図。 従来のバケットを示す図、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は断面図。 従来提案されているバケットの掛け間違え防止のための第１の方法における許容回転数の低いロータヨーク及びバケットの仕様を説明するための図。 図１０に対応する許容回転数の高いロータヨーク及びバケットの仕様を説明するための図。 （ａ）は図１０に示したバケットが図１１に示したロータヨークには掛けることができない状態を示す図、（ｂ），（ｃ）は図１１に示したバケットが図１０に示したロータヨークに掛けられた状態を示す図。 従来提案されているバケットの掛け間違え防止のための第２の方法における許容回転数の低いロータヨーク及びバケットの仕様を説明するための図。 図１３に対応する許容回転数の高いロータヨーク及びバケットの仕様を説明するための図。 （ａ）は図１３に示したバケットが図１４に示したロータヨークには掛けることができない状態を示す図、（ｂ）は図１４に示したバケットが図１３に示したロータヨークに掛けられた状態を示す図。

Claims (1)

1. 軸心が一致されて互いに内向きに突出するトラニオンピンの組を複数組備えた許容回転数が低いロータヨークと、外壁面に形成された一対の凹部が前記組をなすトラニオンピンに掛けられて前記許容回転数が低いロータヨークに取り付けられる許容回転数が低いバケットとよりなり、前記凹部は下向きに開放された逆Ｕ字形状をなし、その逆Ｕ字形状をなす凹部の天面が前記トラニオンピンの周面に搭載される構造とされている遠心分離機用のスイング型の許容回転数が低いロータよりも許容回転数が高いロータであって、
   許容回転数が高いロータヨークと許容回転数が高いバケットとよりなり、
   前記許容回転数が高いロータヨークは、前記許容回転数が低いロータヨークと同じトラニオンピンの組を複数組備え、
   前記許容回転数が高いバケットは、前記許容回転数が低いバケットと同じ一対の凹部を有しており、
   前記許容回転数が高いロータヨークの組をなすトラニオンピンの先端面間の間隔は、前記許容回転数が低いロータヨークの組をなすトラニオンピンの先端面間の間隔と等しくされ、
   前記許容回転数が高いバケットの一対の凹部の底面間の寸法は、前記許容回転数が低いバケットの一対の凹部の底面間の寸法と等しくされており、
   前記許容回転数が高いロータヨークの各トラニオンピンの先端面に、前記許容回転数が低いバケットの取り付けを不能とする突起が形成され、
   前記許容回転数が高いバケットが前記許容回転数が高いロータヨークのトラニオンピンに掛けられる際に前記突起が通って収容される溝が前記許容回転数が高いバケットの各凹部の底面に形成されていることを特徴とする遠心分離機用ロータ。

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