JPH0631399Y2 - 回転体のアンバランス検知装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、回転体のアンバランスの有無を検知する装置
に関し、特に、例えば遠心沈降式粒度分布測定装置のよ
うに回転軸の軸受部が剛構造を有する回転体のアンバラ
ンスを検知するのに適した装置に関する。

〈従来の技術〉 例えば汎用の超遠心器等のように、処理対称物を装着し
て高速で回転する装置においては、物品の装着状態の不
良等に起因するアンバランス状態で回転すると、装置損
傷等の危険がある。そこで、このような超遠心器等で
は、回転軸の振れを接触型の変位検出機構や磁気センサ
等によって検出し、その検出値が大きければ回転を停止
する等の安全対策を採っている。

〈考案が解決しようとする課題〉 ところで、以上のような回転軸の振れの検出によってア
ンバランスを検知するためには、回転軸ないしはその軸
受構造が柔構造である必要があり、遠心沈降式粒度分布
測定装置のように軸受が剛構造のものには適用できな
い。

すなわち、遠心沈降式粒度分布測定装置では、粒度を測
定すべき粒子を媒体中に分散させた懸濁液をセル内に収
容し、これを回転盤に装着して遠心沈降させ、その回転
中心から一定距離の位置に、懸濁液濃度計測用の光学系
を配設して、その計測位置における懸濁液の経時的濃度
変化を測定する。この測定に際し、回転中心から計測位
置までの距離が変化すると、正確な粒度分布は得られな
い。従って、回転軸およびその軸受は極めて剛性の高い
構造が採用され、回転系にある程度のアンバランスがあ
ってもこれを回転軸の振れから検出することは困難であ
る。

以上のことから、遠心沈降式粒度分布測定装置には、従
来、アンバランスを検知して自動的に回転を停止させる
機構は採用されていない。従来のこの種測定装置では、
バランスを保つために、懸濁液を収容するセルと同等の
セルを回転盤上に対向配置し、双方のセル内に同量の液
を収容して回転を与える対策が採られている。

しかし、この方式では、バランス用のセルに液を入れ忘
れる事によってアンバランスの状態で回転させてしまう
可能性があり、特に高速遠心器を使用した測定装置で
は、このアンバランス回転によってモータ軸受が摩耗し
たり、軸が歪む等装置寿命を害わせるばかりでなく、人
体にも危険である。

この考案の目的は、遠心沈降式粒度分布測定装置等の高
剛性構造を持つ回転系でも、簡単な構造のもとに確実に
そのアンバランスを検知することのできる装置を提供す
ることにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本考案では、実施例に対応
する図面に示すように、回転体の定常回転数に相当する
周波数よりも低い共振周波数を有する振動板１を回転体
の軸支部近傍に配設し、その振動板１の振動振幅を非接
触型の変位検出手段（例えばフォトセクタ２、発光ダイ
オード３および受光ダイオード４等）で検出し、その検
出値Ｖ_Ａをコンパレータ６によってあらかじめ設定され
た基準値Ｖ_Ｒと比較することにより、回転体が定常回転
数に達する前にそのアンバランスの有無を検知し得るよ
う構成している。

〈作用〉 回転体の起動後の増速過程において、振動板１の共振周
波数に相当する回転数を通過することになり、このと
きに振動板１が共振する。この共振時には、回転系が高
剛性であっても振動板１の振幅は大きくなり、また、そ
の程度は回転体のアンバランス量に相関する。従って、
この振動板１の振幅検出値Ｖ_Ａと基準値Ｖ_Ｒの大小関係
で回転体のアンバランスの有無を検知できる。

〈実施例〉 図面は本考案実施例の構成図である。

回転体を支承する装置筺体Ｆに、片持梁式の振動板１が
ねじ止めされている。振動板１の先端にはフォトセクタ
２が固着されており、このフォトセクタ２を挟んで、発
光ダイオード３と受光ダイオード４が対向配置されてい
る。

フォトセクタ２と発光、受光ダイオード３，４との位置
関係は、フォトセクタ２の存在によって、発光ダイオー
ド３の光の受光ダイオード４への入射光量の約1/2が遮
られる位置としている。これにより、振動板１が矢印Ａ
方向に振動すると、受光ダイオード４への入射光量がそ
の振動周期で振動振幅に応じた量だけ増減することにな
る。

受光ダイオード４の出力はＡＣ増幅器５に入力されてそ
のＤＣ成分がカットされ、ＡＣ成分のみが増幅される。
従って、このＡＣ増幅器５の出力Ｖ_Ａは、発光、受光ダ
イオード３，４の温度ドリフトや振動板１の熱膨張等の
影響が除去される結果、その振幅（電圧）値は振動板１
のＡ方向への振幅（変位）値と相関することになる。

ＡＣ増幅器５の出力Ｖ_Ａはコンパレータ６に入力され、
コンパレータ６ではこのＶ_Ａの振幅値とあらかじめ設定
されている基準値Ｖ_Ｒとを比較し、Ｖ_Ａの振幅値がＶ_Ｒ
を越えたときに、回転体を駆動するモータに停止信号を
供給するよう構成されている。

振動板１の矢印Ａ方向への共振周波数は約100Hzで、
回転体が×60、つまり6,000rpmで回転したときに振動
板１は矢印Ａ方向に共振する。ここで、回転体の定常
（使用）回転数は6,000rpm以上、例えば11,000rpmであ
る。

振動板１の共振周波数は、以上のような片持梁式にす
ることで容易に計算できるとともに、先端に錘りを付加
する等によって調整できる。実験によれば、厚さ２mmの
鉄板を使用し、幅20mm、長さ90mmとして先端に約16ｇの
錘りを付加することで約100Hzとなった。

以上の実施例において、回転体に起動指令を与えると、
その定常回転数に到達するまでの増速過程において振動
板１の共振点を通過することになる。振動板１はこの共
振点近傍でのみ大きく振動するが、回転体のバランスが
取れている場合に比して、アンバランスの場合にはその
振幅は極めて大となり、ＡＣ増幅器５の出力Ｖ_Ａの振幅
は著しく増加する。

コンパレータ６の基準値Ｖ_Ｒを、許容限度のバランス状
態でのＶ_Ａの振幅値程度にしておけば、回転体が定常回
転数に達する前の6,000rpm近傍に増速された時点でアン
バランスの有無が検知され、アンバランスが有る場合に
は自動的にモータに停止指令が与えることになり、約6,
000rpmを越えてアンバランスの状態で回転することがな
い。

この実施例において留意すべき点は、振動板１はその共
振周波数近傍のみにおいて大きく振動して検知装置と
しての感度が高くなる点であり、これにより、この周波
数を外れた領域では感度が低く、外乱振動等に対しては
誤動作しにくいという利点がある。

また、このような特徴は、遠心沈降式粒度分布測定装置
のように、使用する定常回転数を種々に変更できる装置
への適用によって、次のような利点もある。

すなわち、遠心沈降式粒度分布測定装置においては、前
述したように、アンバランスは主としてバランス用セル
内への液の入れ忘れによって生ずる。このセルの内容積
は通常２〜３ccであり、測定用セルとバランス用セルの
いずれか一方に液を入れない場合でも、その各セルの回
転中心からの配設距離からして例えば6,000rpmにおいて
アンバランスによる遠心力は10kg程度であり、装置損傷
等の危険性はない。そこで、先の実施例のように共振板
１の共振周波数を100Hz程度にしておけば、液の注入
忘れによってアンバランスが生じていても、6,000rpmよ
りも低い回転数で使用する場合にはアンバランスが検知
されずに無駄な停止指令が与えられず、測定を行なうこ
とができる。

なお、振動板１は片持梁方式に限定されず、他の方式を
採用することができるが、共振周波数の推定および調整
のしやすさや構造が簡単なことから、片持梁方式が最適
である。

また、振動板１の振動振幅の検出手段は上述した例のほ
か、他の公知の非接触型の変位センサを採用することが
できる。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によれば、きわめて簡単な
構造のもとに、回転体が危険回転数に達する前に任意の
回転数において、そのアンバランスの有無を誤動作なく
確実に検知することができる。特に、遠心沈降式粒度分
布測定装置のように、回転系に柔構造を採用できない装
置においては、従来実現が困難であったアンバランス検
知を容易に可能とし、その安全装置への応用による効果
は大きい。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案実施例の構成図である。 １……振動板 ２……フォトセクタ ３……発光ダイオード ４……受光ダイオード ５……ＡＣ増幅器 ６……コンパレータ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の軸支部近傍に配設され、かつ、そ
   の回転体の定常回転数に相当する周波数よりも低い共振
   周波数を有する振動板と、その振動板の振動振幅を検出
   する非接触型の変位検出手段と、その振幅検出値とあら
   かじめ設定された基準値とを比較するコンパレータの出
   力に基づいて回転体が定常回転数に達する前にそのアン
   バランスの有無を検知し得るよう構成されてなる、回転
   体のアンバランス検知装置。