JPS59130551A - 補強ロ−タおよびロ−タを補強する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複合繊維−材料の助けで補強され、高速度で回
転させられる例えば遠心分離機、発電機、ファンホイー
ル、フライホイール等に組ミ込まれた構成部分、今後お
よび特許請求の範囲でロータとして示される物体および
構成部分である物体に関する。また本発明は前記ロータ
を補強する方法に関する。

今日例えば遠心分離後用現代のロータの速度および直径
に対する要求は回転速度により生じる応力に対するその
抵抗に関し鋼材料の限度まで非常に接近している。材料
の応力は密度および回転速度の二乗に比例するので、強
度性質はそれにより円周速度が増加するから、材料肉厚
の増加により大して改良することができない。

応力の増加に対抗する一方法は上記により材料の応力は
密度に比例するので、鋼より低い密度を有する材料を用
いることである。高い引張強さと低い密度の効果を組合
せた材料の１つは今後繊維−積層プラスチックと云われ
る繊維−補強プラスチックである。炭素繊維の性質は特
に効果のあることが証明されている。しかしながら実用
上の理由のため、全てのロータは繊維−積層プラスチッ
クで作ることはできない。その代り、繊維−積層プラス
チックは外部部材またはスリーブの形で使用され、特に
通常鋼製の内部ロータ部材の周りに位置された予応力の
形で用いられるのが望ましい。

ロータ上にこのような繊維−積層プラスチック部材を用
いるい（っかの方法がすでに知られている。例えばいわ
ゆる「焼嵌め」を用いて製造することが知られている。

しかしながら、得られる制限された温度低下により高い
表面圧力がこの方法では達成できない。

また、繊維は用いられる巻くカの下で容易に切れるので
、金属ロータ構成部分上に直接繊維を巻（ことにより明
白に予応力を得ることは不可能である。

また多数の繊維−積層プラスチックリングにより囲まれ
た比較的薄い内部金属スリーブの形の超遠心分離機の設
計が前に提案された。これら積層プラスチックリングは
焼嵌めによってまたは円錐形表面の作用を介して金属ス
リーブに固定できたことが報告されている。しかしなが
ら、積ノープラスチックリングは内部の比較的薄く弱い
金属スリーブに予応力をある程度与えるような意図でな
く、リングの主目的は積層プラスチックを遠心力を受け
たガスの攻撃から阻止することであるとして報告されて
いる。

円錐形の金属ロータの外部表面上に直接繊維リングを固
定するとき円錐形表面を用いる既知の技術はリングが押
圧されるとき内部金属構成部分と接触する結果それぞれ
のリングの内部円錐形表面で割れの形成を生じろ。高い
予応力の表面圧力を得るために繊維−積層〕０ラスチッ
クを用いるとき何か相対的連動が繊維−材料と隣接する
金属構成部分間で除去されなければならない。従ってこ
の知られた技術は高い表面圧力を得ることが望ましいと
きに用いることができない。

繊維−積層プラスチックリングを損傷の危険なく高い予
応力表面圧力を成功させる問題に対する１つの解決は米
国特許第４，１６０，５２１号に記載されている。この
特許によると、繊維−積層プラスチックは対応する円錐
を有するロータ本体上を押圧する円錐形の中間リングが
用いられる。

実際に有用な補強繊維−積層プラスチック帯または輪の
助けを有する補強ロータの技術のために帯は迅速に単純
な様に用いることができ、予応力スリーブを強制するた
めに外部金敷または当て盤表面の準備の必要のないこと
が望ましい。

さらに、必要が生じたとき非常な困難なしに１テを除去
しなければならない。例えば、これは−日に一度遠心機
を開ける必要がある酪農工業の中に用いられた遠心機に
用いられ、それは帝の除去を必要とする。

従って、本発明の目的は高い予応力表面圧力が達成でき
る繊維−積層プラスチック補強帯の助けをもつ補強−−
夕の技術を提供することであり、補強帯は容易に単純な
方法でロータに配置できおよびロータから除去でき、外
部金敷または当て盤表面の準備を必要としない相互に釣
合う力を用いながら、前記ロータ上に配置できる。さら
に、積層プラスチックと支持金属構成部分間でどの相対
的運動をも必要とすることなく、繊維−稙１層プラスチ
ック帯をロータ上に配置し、および除去することができ
る。さらに他の目的は帯がその形状の変更を必要とする
ことなくロータに有効に用いられる技術を提供すること
にある。

この目的のために、補強繊維−積層プラスチックまたは
複合繊維をその周りに配置された本発明のロータは繊維
−Ｍ層プラスチックが円錐形内部光面を有する２つの分
離したスリーブにより分割、支持され、各前記スリーブ
が円錐形外部表面を有する内部スリーブ状部材の胤りに
配置されかつ前記ロータを緊密に囲み、前記スリーブ状
部材はその相互に類似した端部が互いに対向し、かつ前
記部材間の少な（とも一方向に軸方向に作用するカを移
動するように配列され、前記繊維−積層プラスチック材
料を支持する前記スリーブはその相互に対向する端部が
相互に類似であるが前記スリーブ状部材の対向する端部
に対し反対に直接配列されかつ前記内部部材上に互いに
軸方向に配置されたので、ロータ本体が静止のとき、所
望の表面圧力が前記部材と前記ロータ本体との間で得ら
れることを特徴とする。

「スリーブ状部材」により分離した円錐形スリーブとま
た反対の円錐形を有する他の部分を示すスリーブの円錐
形部分の両方、すなわち鏡像における２つの同軸の円錐
形部分を請求範囲は勿論、ここおよび以下が意味する。

スリーブ状部材はその最も狭い端部が互いに対向するよ
うに配列されかつともに機械的に連結された分離したス
リーブの形を有し、それで最後に述べたスリーブとロー
タ本体との間で所望の表面圧力を得られるように、繊維
−積層プラスチック材料を支持するスリーブはその最も
広い端部が互いに対向するように配列され、かつ内部ス
リーブ上で互いに軸方向に配置されることが望ましい。

この種の補強材は容易に製造することができ、繊維−積
層プラスチック材料を保持するスリーブを変位するのに
必要とされたこれらの力が互いに釣合うので、それによ
り金敷面等のような外部反動面の必要を回避する。

好適な実施例によって、内部スリーブはそれぞれの対の
円錐形スリーブの相互に接触する面にわたり油を強制し
て入れることができ、互いに繊維−積層プラスチック支
持スリーブを配置することにより、予応力の帯を容易に
除去するようにできる装置を有する。油がこれら接触面
にわたり注入されたとき、スリーブは何か多少の力を加
えることなく、スリーブの運動方向に圧力を加えられた
油により与えられた力の分力の結果として、軸方向に比
較的容易に移動できる。

ロータを囲む繊維−積層プラスチック補強帯によりロー
タを補強する本発明による方法はスリーブ状部材の相互
に類似した端部が互いに対向し、前記部材間の少なくと
も一方向に軸方向の力の移動を許すような方法で円錐形
外部表面を有する２つの同軸のスリーブ状部材をロータ
の周りに緊密に配置し、前記スリーブの相互に対向する
端部が前記外部円錐形表面を有するスリーブ状部材の相
互に対向する端部の正反対であるような方法で円錐形内
部表面を有するそれぞれの繊維−積層プラスチック支持
スリーブを各前記スリーブ状部材の周りに配置し、かつ
それぞれの内部スリーブ状部材上を互いに繊維−積層プ
ラスチック支持スリーブが軸方向に変位して所望の表面
圧力が前記部材とロータ本体間に得られることを特徴と
する。

スリーブ状部材はともに機械的に連結されかつロータの
周りに配置された軸方向に分離した内部スリーブの形が
望ましいので前記スリーブの最も狭い端部は互いに対向
し、かつ繊維−積層プラスチック支持外部スリーブはそ
の最も広い端部が互いに対向するように配列され、かつ
互いに軸方向に離れて配置されたとき所望の大きさの表
面圧力が内部スリーブとロータ本体との間で得られる。

内部スリーブは装置を形成するように機械的にともに連
結され、ロータまたはスリーブ上で固定される前にその
選ばれた端部かも分離して固定される。、繊維−積層プ
ラスチック材料を保持する外部スリーブは、しかしなが
ら、内部スリーブをともに連結する前にそれぞれの内部
スリーブ部材の周りに配置されなければならない。

本発明の好適な実施例により、繊維−積Ｊ−プラスチッ
ク支持スリーブは前記スリーブと圧力の下で流体により
可能な膨張されるものとの間に配列された装置の助けで
所望の予張力を達成するように離れて移動する。例えば
、この装置はリングに連結されたホースの形を有スル。

本発明の他の特徴事項は請求の範囲に記１或されている
。本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

第１図に示す遠心分離機は米国特許明細書第３．９８６
．６６３号に記載された型式のものであり、上部部分１
と下部部分２とを有し、これらはステンレス鋼で製造さ
れ、止めリング３によって保持される。下部部分２はそ
の円周の周りに隔置された開口５を備えた上部外側に突
出して取付けられるフランジ４を有し、開口５は遠心ロ
ータに配列された軸方向に可動な弁装置によって通常は
閉鎖されて保持される。弁装置が軸方向え移動するとき
、開口はそれを通り大きな分離した成分をほうり出すの
を許すように現われる。分離機の中心に集まるより軽い
成分は吐出管６を通り供給される。

符号７は分離される媒体の混合物を入れる静止しより詳
細に述べるため前記米国特許明細畳笛ろ、９８６．６６
３号を参照する。

第１図に示すロータはロータ部分２の取付はフランジ４
０周りに配置された繊維−複合または繊維−積層プラス
チック材料の外部補強帯、すなわち通常はプラスチック
マトリックスであるマトリックスに埋められた適当な炭
素繊維の高い強度の複合材料または繊維−積層フ０ラス
チックは２つの環状本体９および１０の形を有し、その
各は円錐形内部表面を有するそれぞれの環状スリーブ１
１および１２上に配置される。実施例において、これら
後者のスリーブはその最も広い端部が互いに対向して配
列され、フランジ４を緊密に囲むそれぞれの内部スリー
ブ１３．１４上に固定されるが、スリーブ１１，１２と
対比して、内部スリーブは互いに対向する最も狭い端部
な有しかつともに連結される。

環状スリーブ１３および１４の外端部は複合−繊維材料
、すなわち繊維−積層プラスチックを保持するスリーブ
１１および１２のために隣接装置として役立つそれぞれ
フランジ１５および１６を有する。またスリーブ１３は
ロータフランジ４と協働するように配列され、フランジ
４上で所望の位置にスリーブ１３および１４を正確に配
置させることができる７ランジ１７を有する。符号１８
は円錐形スリーブ１２および１６間の接触面の周りに延
びる溝１９に油を供給するための溝である。

対応する溝（図示せず）および溝２０がまた他のスリー
ブ１３に配列される。これらの溝の作用は第４図を参照
して今後間らかになる。

繊維−積層プラスチック本体９および１０は前記本体が
予応力なしにスリーブに固定されるだけであるので、ス
リーブ１１および１２に普通の方法でそれぞれのスリー
ブの周りに炭素繊維を巻くことにより、と同時にプラス
チック材料を用いるに本発明の補強帯を配置する場面を
示す。この点に関し、始めに内部スリーブ１３および１
４はスリー、ブ１３上の隣接フランジ１７がロータフラ
ンジ４に係合するまでロータフランジ４上に固定される
。前述のスリーブはスリーブ１１および１２を保持する
繊維−積層プラスチックにより囲まれ、前記スリーブは
最小の直径を有するスリーブ１３および１４のこれら部
分上に配置される。最後に述べたスリーブはこれらの相
互に対向する端部で機械的にともに連結される。この結
合は他のスリーブの端部分と係合する１つのスリーブの
圧延された外側に曲げられた舌によって行なうことがで
きる。適宜、スリーブはこれらが後で固定されるように
連結できるけれども、ロータフランジ上に固定される前
に互いに連結される。しかしながらこの点に関し、繊維
−積層プラスチック支持スリーブ１１および１２はこれ
ら後者のスリーブがともに連結される前にそれぞれのス
リーブ１３および１４０周りに配置されることは重要で
ある。

ロータフランジに予応力を生じさせるために、スリーブ
１１および１２は軸方向に離れて移動し、その上に最後
に述べたスリーブと７ランジ４との間の表面圧力は対の
スリーブの円錐形表面間の協働の結果増加する。スリー
ブ１１および１２のこの軸方向の変位は第６Ｂ図に示さ
れるリングおよる。

ホース２１はそれぞれの繊維−積層プラスチック本体９
および１０を保持するスリーブ１１および１２間の環状
空間内に配列される。ホースは、例えば普通の消火ホー
スの材料のように、可撓性であるが弾性のない材料で適
宜製造される。ロータフランジの所望の予応力は、ホー
スの中に水のような圧力媒体を注入することにより行な
われる。

この点について、スリーブ１３および１４はスリーブ１
１および１２がそれぞれの７ランジに係合するとき、ロ
ータフランジ４の予応力が得られるように配置されたそ
れぞれの隣接フランジ１５および１６を適宜有する。

前述の補強帯はこのための簡単な装置すなわち圧力源に
連結されたホースの使用で直ちに取付けできる。その協
働の内部スリーブに沿って繊維−積層プラスチック支持
スリーブを強制するように要求される力は互いに釣合い
、それ故外部反動表面または同様な金敷装置は必要がな
い。図示のように補強帯は全く円筒形ロータ部分に取付
けられ、それ数本発明はまた現存のロータに用いること
ができる。用いられるスリーブの円錐は非常に僅かであ
り、それ故記載された強制する技術は得られる非常に高
い表面圧力を可能にし、これら圧力は序文で述べた早く
知られた方法で得られるものをはるかにこえるものであ
る。

解できる方法を示す。圧力源に連結するために圧力流体
供給溝２３を有するあぶみ形装置２２が帯の上に配置さ
れ、前記溝は内部スリーブ１６内の溝１８と正しく合っ
て密封して配置される。高い圧力の油は連結された溝お
よび円周溝１９を通り円錐形スリーブ１２および１６の
相互接触面に供給できる。これは、知られた方法で解放
される方向へ繊維−積層プラスチック保持スリーブを移
動させることができる。その運動は油の潤滑効果および
前記解放方向へ圧力を受けた油により得られた力分力の
結果として感じられる力なしに行なうことができる。他
のスリーブ１１の対応する解放を得るためにあぶみ装置
２２が逆にされると圧力を受けた油はスリーブ１３内の
溝（図示せず）を介して溝２０に供給できる。交互に、
あぶみ装置は２つのスリーブの同時解放のために別の圧
力源から供給されるように配列された２つの分離した溝
装置を有する。

本発明の帯は外部反動面等の準備の必要なしに簡単な装
置の使用で非常に速かに分解できる。

前述の発明において図面に示す実施例について記述され
ている。しかしながら、示された実施例はいくつかの点
で改良することができる。例えばスリーブ１１．１２お
よび１３．１４の位置は逆にすることができる。この点
について、スリーブ１３および１４の内部に横たわる端
部はともに連結される必要はないが、スリーブが互いの
方へ強制されるとき、直接にまたは中間距離装置を介す
るいづれかで、互いに接触して配列される必要のみであ
る、例えば、これは第４図に示された型式のあぶみ状装
置２２の助けで行なうことができる。

この点について、またスリーブ１３および１４は単一片
スリーブの円錐形部分（スリーブ状部材）の形を有する
。また、第６Ｂ図に示すホースはスリーブ１１および１
２を離して移動するために適当な何か膨張可能な装置と
置換できる。また本発明は第１図の分離機に加えて、何
か回転部材の形に関連して用いることができる。

【図面の簡単な説明】

除いた図を示す。 １：上部部分、２：下部部分、３：止めリング、４：７
ランジ、９．１０：環状本体、１１．１２：環状スリー
ブ、１３．１４：内部スリーブ、１５．１６：隣接フラ
ンジ、１８．１９．２０：溝、２１　：ホース。 代理人浅村　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）その周りに補強繊維−積層プラスチック帯を配列
   されたロータにおいて、前記繊維−８７１シラスチツク
   材料（９，１０）は円錐形の内部表面を有する２つの軸
   方向に分離されたスリーブ（１１，１２）により分割か
   つ支持され、前記各スリーブは円錐形の外部表面を有す
   るそれぞれの内部スリーブ状部材（１３，１４）の周り
   に配置されかつ前記ロータ（４）を緊密に囲み、前記ス
   リーブ状部材は相互に類似した端部が互いに対向するよ
   うに位置し、かつ前記スリーブ状部材間で少なくとも一
   方向に軸方向に作用する力を移動するように配列され、
   かつ前記繊維−積層プラスチック支持スリーブ（１１，
   １２）はその相互に対向する端部が互いに類似するが前
   記内部スリーブ部材（１３，１４）の前記対向する端部
   と正反対のように配列されかつ繊維−積層プラスチック
   材料のそれぞれの部分とともに前記内部スリーブ状部材
   上の位置に相互に軸方向に配置されるので所望の表面圧
   力が前記ロータ本体が静止するとき前記内部スリーブ状
   部材（１３，１４）と前記ロータ本体（４）との間で得
   られることを特徴とする補強ロータ。 （２、特許請求の範囲第１項記載のロータにおいて、内
   部スリーブ九部材は相互に対向する最も狭い端部で配列
   されかつ機械的にともに連結された相互に分離したスリ
   ーブ（１３，１４）を有し、繊維−積層プラスチック支
   持スリーブ（１１，１２）は内、部スリーブ状部材とロ
   ータ本体（４）との間に所望の表面圧力を得るように、
   その最も広い端部が互いに対向するように配列されかつ
   前記内部スリーブ状部材（１３，１４）上で互いに軸方
   向に離れて配置されることを特徴とする補強ロータ。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載のロータ
   において、内部スリーブ状部材（１３，１４）は与えら
   れた位置にスリーブを配置するように繊維−積層プラス
   チック本体（９，１０）を保持する前記スリーブ（１１
   ，１２）と協働するように配列された隣接装置（１５，
   １６）または対応装置を有することを特徴とする補強ロ
   ータ。 （４）特許請求の範囲第１項から第６項までのいづれか
   の項記載のロータにおいて、内部スリーブ状部材（１３
   ，１４）はそれぞれの対の円錐形のスリーブの相互接触
   面にわたり油を強制して入れるようにし、解放方向に互
   いに繊維−積層フ０ラスチック支持スリーブ（１１，１
   ２）を動かすことにより補強帯を解放させるようにする
   装置（１８，１９，２０）を有することを特徴とする補
   強ロータ。 （５）　　ロータを囲む繊維−積層プラスチック補強帯
   によって前記ロータを補強する方法において、スリープ
   状部材の相互に類似の端部が互いに対向しかつ前記部材
   間で少なくとも一方向に軸方向の力の移動を許すような
   方法で、円錐形の外部表面を肩゛する２つの前記スリー
   プ状部材を前記ロータの周りに緊密に配列し、前記スリ
   ープ状部材は円錐形の内部表面を有するそれぞれのスリ
   ーブにより囲まれ、前記スリーブは繊維−積層プラスチ
   ック材料のそれぞれの部分を支持しかつその相互に対向
   する端部が前記スリープ状部材の相互に対向する端部の
   正反対であるような方法で配列され、前記それぞれの内
   部スリーブ状部材上で互いに前記繊維−積層プラスチッ
   ク材料の前記それぞれの部分とともに前記繊維−積層プ
   ラスチック支持スリーブを軸方向に配置することによっ
   て所望表面圧力が前記部材とロータ本体との間で得られ
   ることを特徴とするロータを補強する方法。 （６）特許請求の範囲第５項記載の方法において、内部
   スリーブ状部材は相互に分離した内部スリーブを有し、
   互いに対向する前記内部スリーブの最も狭い端部でロー
   タの周りに前記内部スリーブを配置しかつ前記スリーブ
   をともに機械的に連結し、繊維−積層プラスチック支持
   スリーブは互いに対向する最も広い端部で配列されかつ
   前記内部スリーブ上で互いに軸方向に離れて配置されて
   、所望の表面圧力が前記内部スリーブとロータ本体との
   間で得られることを特徴とするロータを補強する方法。 （力　特許請求の範囲第６項記載の方法において、内部
   スリーブを囲む繊維−積層デラスチック支持スリーブを
   用いる前記内部スリーブは単−装置の形でロータ±に固
   定されることを特徴とするに−タな補強する方法。 （８）特許請求の範囲第６項または第７項記１１曳の方
   法において、繊維−積層プラスチック支持スリーブは圧
   力を加えられた流体によって膨張できかつ前記スリーブ
   間に配列された装置の助けで離れて移動することを特徴
   とするロータを補強する方法。 （９１％許請求の範囲第８項記載の方法において、装置
   は環状ホースの形を有することを特徴とするロータを補
   強する方法。 ００）特許請求の範囲第５項または第６項記載の方法に
   おいて、各内部スリーブ状部材はその選んだ端部からロ
   ータ上に固定され、かつ前記スリーブは前記スリーブが
   前記ロータ上の望ましい位置に置かれたとき機械的に連
   結され、繊維−積層プラスチック支持スリーブはそれぞ
   れのスリープ状部材の最も狭い端部の周りに配置される
   ことを特徴とするロータを補強する方法。