JPH0141494Y2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 超遠心分離機に配置される遠心分離ロータで
あつて、遠心分離を受ける試料を支持するため
のロータ本体と、前記遠心分離機のロータ駆動
手段に接続される取り壊し可能のベースであつ
て複数の開口と前記ロータ駆動手段を受け入れ
可能の中央空所とを有するベースと、前記ベー
スを前記ロータ本体に取り付けるための前記開
口に通される取付手段と、前記ベースの横断面
積を低減するために前記ベースに形成され複数
の高応力領域を規定する、前記開口が設けられ
た複数の削除領域とを含み、前記ロータが特定
の速度を越えたときに前記削除領域に最大応力
が生じ、前記削除領域は前記開口および前記中
央空所を通る配列線に沿つて前記高応力領域を
破壊させ、前記ロータ本体を前記駆動手段およ
び前記取付手段から解放させる、遠心分離ロー
タ。

２ 前記ロータ本体は各削除領域に受け入れられ
る突起を備える、請求の範囲第１項の遠心分離
ロータ。

３ 各削除領域は溝付張り出しを備え、各溝付張
り出しに各開口が設けられている、請求の範囲
第２項の遠心分離ロータ。

４ 前記取付手段は前記開口を経て前記突起内に
至るように配置される締結ボルトであり、前記
溝付張り出しは前記ベースの中央空所の相対す
る側で互いに180度に方向付けられており、前
記ベースはその中央空所から前記溝付張り出し
の前記溝へ直線状に破壊される、請求の範囲第
３項の遠心分離ロータ。

５ 前記取付手段は前記ロータ本体内に突出する
ことなく前記突起内にのみ突出する締結ボルト
である、請求の範囲第２項の遠心分離ロータ。

６ 前記溝付張り出しの前記溝は前記配列線上に
ある、請求の範囲第３項の遠心分離ロータ。

考案の技術背景 本考案は、超遠心分離ロータに関し、より詳細
には、超遠心分離ロータに設けられる取り壊し可
能なベースの形態の機械的過速度保護装置に関す
る。

超遠心分離ロータは、特定の制限内の応力に耐
えるように設計されている。前記ロータが配置さ
れる遠心分離機は、多くの場合、前記ロータの設
定限界よりも高い回転速度を伝える能力を有す
る。遠心分離機には、一般的に、プリセツトされ
た速度を越えると前記遠心分離機の作動を停止さ
せる電気的な過速度保護回路が組込まれている
が、これらの装置は絶対的に確実なものではな
い。そのため、ある場合には前記速度制限装置は
前記ロータ自体に内在すべき部分である。

ロータがその設定速度を越えると、一次応力領
域で前記ロータに作用するＧ力は、前記ロータの
破壊および該ロータの運動エネルギーの急激な消
散を引き起すであろう。これは、前記ロータおよ
び前記遠心分離機に損傷を与えるだけではなく、
該遠心分離機の使用者に危険な状況を与える。一
般的には、遠心分離機は前記ロータの如何なる物
理的な破壊をも封じ込めるように設計されてい
る。しかしながら、前記ロータが作動される速度
に制限が設けられていれば、前記ロータおよび前
記遠心分離機への損傷は最小限に抑えられる。

ストール等の第3990633号特許は、超遠心分離
ロータのための機械的な過速度装置を開示する。
この装置ではハブ部材が組込まれており、該ハブ
部材にロータが駆動主軸への接続のために設置さ
れている。前記ハブ部材は、該ハブ部材を貫通し
て前記ロータの下部である本体に伸長するボルト
によつて、前記ロータに接続されている。前記ハ
ブ部材には、応力領域を規定する溝が形成されて
いる。前記ハブは、該ハブの開口を貫通する前記
ボルトによつて前記ロータに接続されている。高
速遠心分離中に特定の安全速度を越えると、前記
溝に近接する領域の応力は、前記ハブ部材の破壊
を引き起こすに充分となる。しかしながら、前記
ハブ部材の完全な解放を許すためには、前記ボル
トが剪断されなければならない。さらに、前記ロ
ータの本体への前記ボルトの完全な挿通は、終局
的に前記ロータ自体の破壊の原因となる他の応力
領域を形成することになる。

他の機械的な過速度保護装置への提案がライト
の第3961745号特許に示されている。この装置は、
ロータの頂部にあつて該ロータがある速度を越え
たときに破裂するハンドルを利用している。前記
ロータに生じる不平衡は、該ロータを駆動軸から
解放させる。

他のタイプの機械的な過速度装置がストールマ
ン等の第3101322号特許に示されており、該特許
では、過速度状態が生じた場合にはピンが径方向
外方へ運動してロータを停止させるために電気的
な接続子に係合するように設定されている。ピケ
ルスの第2666572号特許には、別の形状を有する
ピンであつてロータの過速度状態が生じた場合に
径方向外方へ運動して停止スイツチに係合するよ
うに設定されたピンを備える同様な装置が示され
ている。

電気的な過速度保護装置に加えて、超遠心分離
ロータに機械的な過速度保護装置を設ける要望
は、30000ないし100000RPMの範囲で作動する極
めて高速度の超遠心分離機に関して一層強くな
る。多くの場合、これらのロータは、50万フイー
トポンドを越える運動エネルギーに達する可能性
がある。そのため、ロータが危険な状況を招くお
それのある速度に達することを防止する機械的な
過速度保護装置を設けることが望まれている。

考案の概要 本考案は、超遠心分離ロータのロータ本体に取
り付けるための機械的な過速度保護装置に関す
る。前記装置は取り壊し可能のベースを利用し、
該ベースは、前記ロータ本体が特定の速度を越え
たときに前記ベースの破壊経路すなわち帯域を規
定する削除領域を有する。取り壊し可能の前記ベ
ースは、前記遠心分離機のロータ駆動手段である
駆動主軸を前記ロータ本体に接続する手段であ
る。前記ロータ本体の底部に設けられた一対の突
起が取り壊し可能の前記ベースと相互に連結す
る。前記削除領域は溝付き張り出しを有し、前記
ロータ本体の突起への接続のために締結ボルトが
前記張り出しを貫通する。前記張り出しの前記溝
は、前記ベースの前記破壊経路と一直線になるよ
うに設定されており、その結果、前記ベースに破
壊が生じると、これは前記削除領域の前記張り出
しの前記溝に沿う。前記締結ボルトは、前記ロー
タ本体を前記駆動主軸から解放するために剪断さ
れる必要はない。

前記ロータ本体が特定の安全作動速度を越える
速度に達すると、前記ベースは、破壊し、また前
記ロータ本体および前記駆動ハブから分離するよ
うに設計されている。従つて、駆動主軸およびロ
ータ本体間の前記接続手段は破壊され、前記ロー
タ本体は前記遠心分離機に封じ込め得るよりも高
い速度および大きなエネルギーレベルに達するこ
とを防止される。

本考案は、従来存在する装置よりも技術的に優
れた利点を提供する。前記締結ボルトは、前記ロ
ータ本体に設けられた前記突起内に入り込むが、
前記ロータ本体自体に入り込まないように設計さ
れている。従つて、前記ロータ本体の完全性は維
持され、また前記遠心分離機の手き続く運転で前
記ロータ本体への損傷源となり得る他の高応力領
域が前記ロータ本体に作り出されることはない。
前記ロータ本体内の応力集中は除去される。

前記ロータ本体から前記ベース内に突出する前
記突起の使用は、また、管用空所の栓が前記ロー
タ本体に締付けられあるいはこれから緩められる
とき加えられる比較的大きなトルクを伝達する手
段を提供する。この操作中、通常、前記ベースは
バイスに保持され、該バイスは加えられる前記ト
ルクを受け止める作用をなす。

本考案は、最大応力が改削除領域における最も
内奥の面に生じるように設定されている。これ
は、前記削除領域の張り出しに溝を設けかつ駆動
穴すなわち中央空所の各側部にただ１つの破壊帯
域すなわち高応力領域を残すことにより、達成さ
れる。その結果、比較的単純に解析できる領域に
最大応力が生じる。従つて、意図的な破壊をより
確実に予見することができ、種々のロータ本体の
ためのベースの設計が容易となる。

ロータ本体に取り付けられるベースを使用する
という考えは、運転の故障の結果として損傷を受
けたロータ本体の容易な修理を可能とする。前記
ロータ本体が前記駆動主軸から解放されると、前
記ロータ本体は一般的にはその底部にのみ損傷を
受けることから、本考案は、損傷を受けたベース
の容易な交換を可能とし、この交換はロータ本体
の駆動主軸穴の再加工よりも単純かつ安価な処置
である。

また、超遠心分離ロータのロータ本体の高応力
帯域の１つは、前記駆動穴の回りの領域であるこ
とに注意すべきである。通常、この凹所が前記ロ
ータ本体の内部に深く突出するにしたがつて前記
応力は大きくなる。前記駆動穴を除去あるいはそ
の深さを低減することによつて、前記ロータ本体
をより強くすることができる。取り付け可能の前
記ベースの使用は、結果的に、前記ロータ本体の
駆動穴を除去する。

【考案の詳細な説明】 第１図に示す遠心分離ロータは、管用空所１２
が前記ロータの垂直方向の回転軸にほぼ平行に方
向付けられた垂直管型ロータとして従来より知ら
れた典型的な超遠心分離ロータに属する。前記遠
心分離ロータのロータ本体１０は、典型的には、
チタニユウムのような非常に強い金属から成り、
正確な寸法および形状に加工されており、高速回
転下での巨大なＧ負荷に耐えるように精密に平衡
を保たれている。前記ロータ本体１０の底部１４
には、除去可能のすなわち取り壊し可能のベース
１６が取り付けられている。

取り壊し可能の前記ベース１６を示す第３図を
参照するに、該ベースは下方リツプ１７を有する
全体に筒形状を有する。前記ベース１６は、第４
図に示されているように、駆動ハブ２０を受け入
れるための中央空所１８を有する。第３図に示さ
れた前記ベース１６には、ベース１６の横断面積
を低減する削除領域２４および２６が互いに180
度離れて一直線状に設けられている。これらの削
除領域２４および２６のそれぞれには、貫通開口
２８および３０が含まれている。さらに、前記削
除領域２４および２６のそれぞれには、開口３６
および３８を有する張り出し３２および３４が設
けられている。前記張り出し３２および３４に
は、溝４０および４２がそれぞれ設けられてお
り、該溝はこれらと、前記ベースの中心と、前記
開口３６および３８の各中心とが互いに平面上で
整列するように方向付けられている。すなわち、
溝４０および４２は、中央空所１８と開口３６お
よび３８とを通るこれらの配列線上にある。

各削除領域２４および２６間には、高応力領域
４４および４６が設けられている。前記溝４０お
よび４２と、前記貫通開口２８および３０との存
在は、高速遠心分離中に高い応力を受ける領域で
ある前記高応力領域４４および４６を作り出す。
遠心分離中に、前記ベース１６の前記中央空所１
８の近傍に位置する前記高応力領域４４および４
６に作用する前記応力は、前記ベース１６の第３
図に示された大きな領域４８および５０に比較し
て、著しく大きい。

第２図では、前記ロータ本体１０の底部１４
は、前記ベース１６の前記削除領域２４および２
６に着座されるように設定された突起５２および
５４を備える。前記突起５２および５４が前記削
除領域２４および２６内に位置するときは駆動軸
から前記駆動ハブ２０に伝えられる如何なる回転
運動も前記ロータ本体１０に伝えられる。第４図
に示されているように、前記突起５２は（図示さ
れていない前記突起５４も同様に）、前記ベース
１６の前記張り出し３２の開口３６を貫通して挿
入された締結ボルト５６の長さを受け入れるに充
分な厚さに設定されている。締結ボルト５６は前
記ベース１６を前記ロータ本体１０に取り付ける
ための取付手段を成す。前記突起５２に設けられ
た前記締結ボルト５６のための開口５８は、前記
ロータ本体１０に達しない深さである。この点
は、他の高応力集中領域を前記ロータ本体の内部
に生じさせないために、重要である。

各突起５２および５４の外側面５１および５３
と、前記ロータ本体の底部１４との境界には、切
欠き５５が設けられ、該切欠きは前記ロータ本体
の前記中心へ向けての深さにほぼ等しい帯状部分
の仕上面の機械加工を可能にする。この領域すな
わち帯状部分は、取り壊し可能の前記ベースの機
械仕上面である上面２２から僅かに立上る縁５７
に合う。前記縁５７は前記ベースの残りの部分よ
りも僅かに高いことから、前記縁でのみ前記ロー
タ本体の前記底部に接触する。これは、もし前記
ベースの面全体が前記ロータ本体の前記底部に接
触された場合に生じるであろう僅かな非平坦度を
無視する。

第３図に関して、位置選定用ボスのリム６０が
前記ベース１６の前記中央空所１８を取り巻いて
上面２２に配置されている。前記位置選定用ボス
は、第２図に示された前記ロータ本体１０の底部
の位置選定用凹所６２に受け入れられるように、
設定されている。これは、前記削除領域２４およ
び２６内への前記突起５２および５４の適正な方
向付けのために、前記ベース１６に関する前記ロ
ータ本体１０の方向付けに役立つ。

本考案の作用を考察するために第４図を参照す
る。前記遠心分離ロータは、前記締結ボルト５６
で取り付けられた取り壊し可能のベース１６を備
える。遠心分離管６４が前記ロータ本体１０の前
記管用空所１２内に配置されている。前記管６４
が適正に配置されると、該管の上部を支持するた
めに該管の頂部にスペーサ６５（切断面では示さ
れていない）が配置される。栓６６（切断面では
示されていない）が、前記スペーサおよび管を締
め付けるために、前記ロータ本体１０の上面６８
近傍で前記管用空所１２に螺合される。前記栓６
６へのトルクの付与は、前記ロータ・ベース組立
体の前記ベースをロータバイスに配置した状態で
なされる。第１図に示された各栓６６の頂部に設
けられた小孔６７は、前記栓をこれにトルクを与
えて降下させるための工具を受け入れるためのも
のである。第３図に示された前記ベース１６の平
坦面７０は、この平坦面７０から180度に位置す
る同様な平坦面（図示せず）と共に、ロータバイ
スに設けられた適合する平坦面に整合される。前
記栓６６が前記管用空所１２内にトルクで固く締
付けられるとき、前記ロータ本体は動かない。前
記トルクは、前記ベース１６の前記削除領域２４
および２６内にある前記突起５２および５４に受
け止められ、前記ベースは該ベースの前記平坦面
７０で前記ロータバイス（図示せず）に保持され
る。

前記遠心分離管６４、スペーサ６５および栓６
６の全てが前記ロータ本体１０に組付けられた
後、該ロータ本体は前記ロータバイスから取り外
されて遠心分離機に配置され、該遠心分離機では
前記駆動主軸（図示せず）の第４図に示された前
記駆動ハブ２０が前記ベース１６の前記空所１８
内に受け入れられる。

通常の遠心分離動作中では、第４図に示された
前記駆動ハブ２０は、回転しかつ前記ベース１６
および前記ロータ本体１０に回転運動を伝える。
前記ロータ本体１０は、安全な作動を確実になす
ために、特定の最大速度で作動するように設定さ
れている。しかしながら、前記速度が前記最大安
全速度を越えた場合、前記ロータ本体の破砕は容
認し得ない高い運動エネルギーの急激な消散を招
く。

本考案は、現実の速度が前記設定最大作動速度
を越えた場合に前記ロータ本体を前記駆動ハブ２
０から自動的に解除することによつて超過速度を
防止するための機械的装置を提供する。前記ベー
ス１６には、前記最大作動速度を越える速度で生
起される遠心力の結果として巨大な応力が作用す
る高応力領域４４および４６が明確に設定されて
いる。これらの領域は前記最大作動速度を越える
速度で破壊されるように特定的に設定されてお
り、その結果、前記ベースは前記領域４８，５０
を含む二つの部分に分離する。前記張り出し３２
および３４に前記溝４０および４２を備える前記
削除領域２４および２６は、前記中央空所１８と
前記開口３６および３８とを通る前記配列線に沿
つて、この分離を生じさせる。このことから、前
記高応力領域４４および４６が破壊すると、前記
２つの部分は前記締結ボルト５６から分離され、
該ボルトは前記ベースが前記駆動ハブおよび前記
ロータ本体から解除される前に剪断される必要は
ない。前記削除領域２４および２６が消滅し、そ
の結果として前記ベースが前記２つの部分に砕け
ると、前記突起すなわち差し込み部５２および５
４は支持されることはなく、また前記駆動ハブか
ら回転運動を受けることはない。前記ロータ本体
は前記駆動ハブから外れてロータチヤンバ内に落
ち込む。損傷が生じるとしても、前記ロータ本体
自体と、前記遠心分離機のロータチヤンバの内側
とにほんの僅かな損傷が生じるに過ぎない。

前記締結ボルト５６の前記ロータ本体への進入
は高速度での超遠心分離中に高応力集中領域を生
じさせるが、前記締結ボルトは前記突起５２およ
び５４へ伸長するに過ぎないことから、前記ロー
タ本体に入り込むことはない。さらに、前記ロー
タ本体は前記駆動主軸の前記駆動ハブを受け入れ
るための大きな空所を有しないことから、前記ロ
ータ本体の中央下方部に応力が集中することはな
い。遠心分離中の主な応力の集中の大部分は意図
的に前記突起５２および５４および前記ベース１
６に制限されている。

本考案は、前記ロータ本体が超過速度で運転さ
れることおよび過剰エネルギーを帯びることを防
止する確実な手段を提供する。ロータ本体自体の
中央に設けられる駆動穴に関連した高応力領域を
除去することは、高速のロータ本体に生じる破損
のうちの最悪の典型であるその中央を通るロータ
本体破壊の可能性を低減させる。

除去可能な取り壊し可能のベース１６であるこ
とから、前記ロータ本体にかなり過度の不平衡が
生じた結果、該ロータ本体が前記駆動ハブを飛び
越え、あるいは運転焼付きが生じたときは、前記
ベースの交換によつて、前記ロータ本体を容易に
修理できる。これは、前記ロータ本体の底部に位
置するようにロータ駆動穴を再機械加工するより
も能率的かつ安価である。

本願で示された特定の超遠心分離ロータ以外の
超遠心分離ロータのための取り壊し可能のベース
の具体例を本願の請求の範囲および本考案の趣旨
の範囲内で企図することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を具体化する垂直管型超遠心分
離機の斜視図であり、第２図は本考案の一部を示
す第１図に示されたロータ本体の底部の斜視図で
あり、第３図は本考案の取り壊し可能のベースの
斜視図であり、第４図は前記ロータ本体に接続さ
れた取り壊し可能の前記ベースを示す本考案の部
分断面図である。