JPH045505B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は遠心分離機用ロータに関する。

遠心分離機用ロータの材料としては遠心力に抗
するため強度が大きく比重の小さい、即ち比強度
（強度／比重）の高い材料が有利である。従来か
らアルミ合金、チタン合金がロータ材料に用いら
れてきたがこれに同等かそれ以上の材料として繊
維強化プラスチツクがあげられる。

遠心分離機用ロータの形状は試料穴を有する円
柱状の本体部が上側に、モータの駆動軸をさし込
むクラウン穴を有する円柱状のクラウン部が下側
にくるように構成されており、本体部の外径の方
がクラウン部の外径より大きく、また本体部もク
ラウン部も同一材料で一体で加工される。本体部
は外径が大きいので大きな遠心力がかかる上、試
料穴を開けたことによる応力集中や試料が遠心力
によつて円孔壁面を圧迫したりするため比強度の
優れた材料で作る必要がある。しかし、クラウン
部は中心にクラウン穴を有するものの外径が小さ
いため発生応力も小さく必ずしも本体部と同じ比
強度の材料にする必要はない。

本発明の遠心分離機用ロータはこれらの点に鑑
みなされたもので、試料穴を有する擬似等方性の
カーボン繊維強化プラスチツク積層体（CFRP積
層体）製の円柱状の本体部と駆動軸をさし込むク
ラウン穴を有する擬似等方性のガラス繊維強化プ
ラスチツク積層体（GFRP積層体）製の円柱状の
クラウン部を、本体部底面の伸びとクラウン部上
面の伸びが一致するように、本体部底面の外径に
対するクラウン部上面の外径の比が0.35〜0.70に
なるようにして接合したことを特徴とする。

GFRP積層体はCFRP積層体より強度が劣るが
材料費が安いため、本発明のロータは本体部もク
ラウン部もCFRP積層体で作られたロータと比べ
て、同レベルの性能を維持し、かつ価格が安く生
産性の向上を図ることができる。以下本発明を詳
細に説明する。

本発明のロータに用いられる擬似等方性積層体
は樹脂を含侵し半硬化させた繊維織布（プリプレ
グ）を積層して圧力を加え、完全硬化したもの
で、回転軸に直角な平面は等方性を呈するように
織布を一定角度ずつ回転させずらしてあるものを
いう。ロータの製造方法はカーボンのプリプレグ
群とガラスのプリプレグ群を同時に積層して成形
する方法とカーボンのプリプレグ群とガラスのプ
リプレグ群とを別々に成形し、のちに２つのブロ
ツクを接着する方法があるが、信頼性を考えた場
合、前者の方が好ましい。こうして成形した素材
のCFRP積層体とGFRP積層体の境界層がロータ
の本体部とクラウン部との境界と一致するように
外形加工する。本体部とクラウン部の境界部分は
応力集中を避けるため、回転軸に平行な断面形状
でみて曲線とするのが好ましい。

遠心分離機用ロータは前述したように本体部と
クラウン部とで外径が異なるため遠心力も異な
り、その結果、半径方向に対する任意の点におけ
る変化が本体部とクラウン部とで異つている。こ
のため本体部とクラウン部の境界付近はこの変位
差のために層間にせん断応力が生ずる。

擬似等方性繊維強化プラスチツク積層体は半径
方向、円周方向に比べて軸方向の引張強度や層間
せん断強度が非常に小さく、せん断力が層間に働
くと破壊の原因となる。このせん断力をなくすた
めに本体部とクラウン部との境界付近の変位差を
できるだけ小さくしなければならない本発明では
クラウン部に擬似等方性ガラス繊維強化プラスチ
ツク積層体を用い本体部の底面の外径１に対して
クラウン部の上面の外径を0.35〜0.70にしてある
ので境界層の変位差が小さくなりせん断強度の許
容値に収めることができ、強度に優れを安価なロ
ータが得られる。

なお本体部、クラウン部の形状は必ずしも真円
柱状である必要なく、多少の変形は許容される。

次に本体部とクラウン部は直接接続してもよい
が、より応力集中値の低下を図るために境界部分
付近でカーボン積層体からガラス積層体へと材質
を徐々に移行させた方が好ましい。

すなわち、本体部とクラウン部を回転軸に沿つ
て本体部からクラウン部に移行するに従い、カー
ボン繊維強化プラスチツク積層体：ガラス繊維強
化プラスチツク積層体の積層構成比率を１：０〜
０：１へと徐々に変化させた境界層を介して接合
することが好ましい。

たとえばカーボンのプリプレグ４枚重ねてガラ
スのプリプレグを１枚入れるこれをしばらくくり
返した後、次にカーボンのプリプレグ３枚重ねて
ガラスのプリプレグ１枚入れ、数回これをくり返
すといつたパターンを順次行つてゆけばよい。こ
のようにして積層すれば境界層の急激な応力変化
を避けることができ安定した材質を得ることがで
きる。ここでガラス繊維にはＥガラス、Ｓガラス
のどちらを用いてもよい。

次に実施例について述べる。

第１図は試料穴を回転軸と平行に設けたバーテ
イカルタイプロータの縦断面図である。本体部１
は30°ずつずらしたカーボンクロスによる擬似等
方性カーボン繊維強化プラスチツク積層体を用
い、クラウン部３は同じく30°ずつずらしたＥガ
ラスクロスによる擬似等方性ガラス繊維強化プラ
スチツク積層体を用いた。本体部１の厚みは80
mm、クラウン部の厚みは40mmで積層したときのカ
ーボン、ガラスクロス１枚当たりの厚みはほぼ
0.2mmとなるのでそれぞれ、プリプレグを400枚、
200枚使用する。本体部１の外径φ191.2に対して
クラウン部外径はφ114であり、このときのクラ
ウン部上面の外径／本体部底面の外径は0.60とな
る。第２図に65000rpm時の中心からの半径に対
するクラウン部の変位６と本体部の変位７のグラ
フを示す。これを見るとそれぞれの変位は完全に
一致はしないがほぼ同等に伸びており、発生する
せん断力は強度内に許容される。境界層５はカー
ボンクロスとＥガラスクロスの２種類の材料を用
いたハイブリツド構造とした。その構造を第３図
に示す。

図に示すようにカーボンプリプレグ：Ｅガラス
プリプレグの比率を４：１、３：１、２：１、
１：１、１：２、１：３、１：４と本体部１から
クラウン部３へと徐々に移行させてゆき、材質の
急激な変化を避けるようにした。プリプレグは
30°ずつずらして擬似等方性とし50枚のプリプレ
グを用いて厚さ10mmの層にした。第１図で試料穴
２は段付形状とし、この段差で試料を封入したア
ダプタが落下するのを防いでいる。試料穴は全部
で８個設けてある。クラウン穴４には駆動軸を挿
入し摩擦力によつて軸からロータにトルクが伝達
される。

このようにして作られたロータは全部がCFRP
積層体からなるロータと比べて同性能を維持しな
がら価格が安くなる。現在Ｅガラスクロスの価格
はカーボンクロスに比べて単位重量当たり約1/20
であり材料費のみで約30％の価格低減を計ること
ができ経済的な効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はバーテイカルタイプロータの縦断面図
であり、斜視図である。第２図は65000rpm時の
中心からの半径に対する本体部とクラウン部の変
位を示したグラフである。第３図は境界層におけ
るＥガラスプリプレグとカーボンプリプレグの積
層構成を示した斜視図である。 符号の説明、１……擬似等方性カーボン強化繊
維プラスチツク製本体部、２……試料穴、３……
擬似等方性Ｅガラス強化繊維プラスチツク製クラ
ウン部、４……クラウン穴、５……境界層、６…
…クラウン部の変位、７……本体部の変位。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料穴を有する擬似等方性のカーボン繊維強
   化プラスチツク積層体製の円柱状の本体部と駆動
   軸をさし込むクラウン穴を有する擬似等方性のガ
   ラス繊維強化プラスチツク積層体製の円柱状のク
   ラウン部を、本体部底面の外径に対するクラウン
   部上面の外径の比が0.35〜0.70になるように接合
   したことを特徴とする遠心分離機用ロータ。 ２ 本体部とクラウン部を回転軸に沿つて本体部
   からクラウン部に移行するに従い、カーボン繊維
   強化プラスチツク積層体：ガラス繊維強化プラス
   チツク積層体の積層構成比率を１：０から０：１
   へと徐々に変化させた境界層を介して接合したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の遠心
   分離機用ロータ。