(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環している液体から粒状物を分離するため、中央支持シャフト上に及び外側のカバー部に組み込まれるように構成されたバイパス回路用の遠心分離器において、
遠心分離ボウルと、
前記遠心分離ボウルに組み立てた、出口流れ噴流をつくりだすための少なくとも一つの接線流ノズルを含むベースプレートと、
前記中央支持シャフト上に位置決めされるように構成されており、前記ベースプレート及び前記遠心分離ボウルを軸線方向に貫通する中空中央チューブと、
前記中央チューブの第１端と隣接して位置決めされた、液体の流れを差し向けるための流れ制御手段と、
前記ベースプレートと隣接して位置決めされた支持プレートと、
前記流れ制御手段と前記支持プレートとの間に挟まれた積み重ねられた配列内に位置決めされた複数の截頭円錐状部材であって、第１開口部からこの第１開口部の半径方向内方に配置された第２開口部に向かう複数の液体流路を構成するように配置され、前記液体流路は、前記少なくとも一つの接線方向流れノズルと流体連通している、前記截頭円錐状部材と、
を有することを特徴とする、バイパス回路用の遠心分離器。
【請求項２】
前記遠心分離ボウルの内面には、複数のリブが形成されており、前記流れ制御手段は、前記リブと隣接して位置決めされており、複数の流体流れチャンネルを前記リブとともに形成するように構成された、請求項１に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項３】
前記流れ制御手段は、複数の盛り上がったリブを含み、前記流れ制御手段の前記盛り上がったリブは、前記遠心分離ボウルの内面と隣接して位置決めされており、複数の流体流れチャンネルを前記流れ制御手段と前記内面との間に形成した、請求項１に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項４】
前記流れ制御手段は、前記複数の截頭円錐状部材の一端に位置決めされた環状プレートを含む、請求項１に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項５】
前記流れ制御手段は、環状本体部分及び環状フランジ部分を有し、前記環状本体部分は、中空内部を構成し、前記環状本体部分の一端と隣接した環状縁部を有し、前記環状縁部は、前記中空中央チューブの外面に密封関係をなして組み立てられた、請求項４に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項６】
前記流れ制御手段は、前記複数の円錐状部材とは形体が異なる円錐状部材を含み、該円錐状部材は、前記複数の截頭円錐状部材の一端に位置決めされた、請求項１に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項７】
前記流れ制御手段、前記支持プレート、及び前記複数の截頭円錐状部材は、前記遠心分離ボウル内からそっくりそのまま分離できる交換式モジュールに一緒に組み込んだ、請求項１に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項８】
カバー部及び軸線方向シャフトと組み合わせて使用するためのバイパス回路用の遠心分離器において、
中央に孔が位置決めされ部分的に閉鎖された第１端と開放した第２端とを有する遠心分離ボウルと、
前記遠心分離ボウルの前記第２端に組み込まれ、出口流れ噴流を発生するための少なくとも一つの接線方向流れノズルを有する、ベースプレートと、
前記ベースプレート及び前記遠心分離ボウルの前記第１端の前記孔を通って軸線方向に延びる、流れ通路を含む流れチューブと、
前記孔と隣接して位置決めされた第１支持プレートと前記ベースプレートに組み込んだ第２支持プレートとを有する、間隔が隔てられた一対の支持プレートと、
前記流れチューブの周りに位置決めされ、前記一対の支持プレートの間を軸線方向に延びる、粒子分離器用円錐状部材からなる積み重ねられた配列と、前記積み重ねられた配列と前記一対の支持プレートとを一緒に固定するための整合手段と、
を有することを特徴とする、バイパス回路用の遠心分離器。
【請求項９】
前記遠心分離ボウルの内面には、複数のリブが形成され、前記第１支持プレートは、前記リブと隣接して位置決めされ、複数の流れチャンネルを前記リブとともに形成するように構成された、請求項８に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項１０】
前記複数の分離器用円錐状部材の各々は、複数の積み重ねられた半径方向リブを含み、これらのリブは、前記積み重ねられた配列に円錐状部材の間に間隔を形成する、請求項８に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項１１】
前記第１支持プレートは環状本体部分と環状フランジ部分とを有し、前記環状本体部分は中空内部を構成し、前記環状本体部分の一端と隣接して環状縁部を有し、該環状縁部は前記流れチューブの外面と密封関係をなして組み込まれた、請求項８に記載のバイパス回路用の遠心分離器。
【請求項１２】
中央支持シャフトに組み込まれ、外側のカバー部内に配置されるように設計され且つ構成された、流動中の液体から粒状物を除去するための円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器において、
遠心分離ボウルと、
前記遠心分離ボウルに組み立てることによって内部遠心分離空間を構成し、出口流れ噴流を発生するための少なくとも一つの接線方向流れノズルを有する、ベースプレートと、
前記中央支持シャフト上に位置決めされ、前記ベースプレートと前記遠心分離ボウルとを通って軸線方向に延びるように設計され且つ構成された、中空中央チューブと、
前記内部遠心分離空間内で前記中空中央チューブ上に取り付けられた交換式の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。と、
を有することを特徴とする、円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器
【請求項１３】
前記円錐状部材の積み重ね体を含む組立体は、環状のライナーとなる殻体と、該ライナーとなる殻体とともに内部空間を構成するようにライナーとなる殻体に取り付けられたボトムプレートと、積み重ねられた配列をなすように配置され、前記内部空間内に位置決めされた複数の分離器用円錐状部材とを含む、請求項12に記載の遠心分離器。
【請求項１４】
前記環状のライナーとなる殻体は一体の部材からなり、流れ制御を行う第１端とこれと反対側に開放した第２端とを有する、請求項13に記載の遠心分離器。
【請求項１５】
前記流れ制御を行う第１端は、等間隔で間隔が隔てられた複数の流れ分離ベーンと、これらのベーンと交互に設けられ、前記流動中の液体が前記内部空間に流入できるようにする複数の等間隔に間隔が隔てられた流れ入口孔とを含む、請求項14に記載の遠心分離器。
【請求項１６】
前記ボトムプレートは環状外壁を有し、前記環状外壁は、前記開放した第２端に密封界面を介在させて取り付けられ、前記開放した第２端を閉鎖し、前記内部空間を密封をなして閉鎖する、請求項15に記載の遠心分離器。
【請求項１７】
前記複数の分離器用円錐状部材のうちの各分離器用円錐状部材は、中央開口部を持つ截頭円錐形形状を有し、複数の流れ孔が前記中央開口部から外方に間隔が隔てられて設けられた、請求項16に記載の遠心分離器。
【請求項１８】
前記中央開口部は、前記中空中央チューブに嵌合するように設計された実質的に円形の縁部と、前記円錐状部材と前記中央チューブとの間で液体を流すための流れ隙間を構成する複数の拡径縁部とを有する、請求項17に記載の遠心分離器。
【請求項１９】
前記複数の分離器用円錐状部材のうちの各分離器用円錐状部材は、中央開口部を持つ截頭円錐形形状を有し、複数の流れ孔が前記中央開口部から外方に間隔が隔てられて設けらた、請求項13に記載の遠心分離器。
【請求項２０】
前記中央開口部は、前記中空中央チューブに嵌合するように設計された実質的に円形の縁部と、前記円錐状部材と前記中央チューブとの間で液体を流すための流れ隙間を構成する複数の拡径縁部とを有する、請求項19に記載の遠心分離器。
【請求項２１】
前記環状のライナーとなる殻体は一体の部材であり、流れ制御を行う第１端とこれと反対側の開放した第２端とを有する、請求項20に記載の遠心分離器。
【請求項２２】
流動中の液体から粒状物を分離するように設計された円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器で使用するための交換式の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体において、
流れ制御を行う第１端とこれと反対側の開放した第２端とを有する環状のライナーとなる殻体と、
前記ライナーとなる殻体と共働して内部空間を構成するように前記ライナーとなる殻体に取り付けられた、環状ボトムプレートと、
積み重ねられた配列を構成するように配置され、前記内部空間内に位置決めされた複数の分離器用円錐状部材と、
を含むことを特徴とする、交換式の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。
【請求項２３】
前記流れ制御を行う第１端は、等間隔に間隔が隔てられた複数の流れ分離ベーンと、これらのベーンと交互に設けられ、前記流動中の液体が前記内部空間に流入できるようにする、複数の等間隔に間隔が隔てられた流れ入口孔とを含む、請求項22に記載の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。
【請求項２４】
前記ボトムプレートは環状外壁を有し、前記外壁は前記開放した第２端に密封界面を介在させて取り付けられて、前記開放した第２端を閉鎖し、前記内部空間を密封をなして閉鎖する、請求項23に記載の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。
【請求項２５】
前記複数の分離器用円錐状部材のうちの各分離器用円錐状部材は中央開口部を有する截頭円錐形形状を備え、複数の流れ孔が前記中央開口部から外方に間隔を隔てて設けられている、請求項24に記載の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。
【請求項２６】
前記中央開口部は、前記中空中央チューブに嵌合するように設計された実質的に円形の縁部と、前記円錐状部材と前記中央チューブとの間に液体を流動させるための流れ隙間を構成する複数の拡径縁部とを有する、請求項25に記載の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。
【請求項２７】
前記複数の分離器用円錐状部材のうちの各分離器用円錐状部材は、中央開口部を有する截頭円錐形形状を備え、複数の流れ孔が前記中央開口部から外方に間隔を隔てて設けられている、請求項22に記載の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。
【請求項２８】
前記中央開口部は、前記中空中央チューブに嵌合するように設計された実質的に円形の縁部と、前記円錐状部材と前記中央チューブとの間に液体を流すための流れ隙間を構成する複数の拡径縁部とを有する、請求項27に記載の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体。
【請求項２９】
中央支持シャフトに組み付けられた円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器において、
遠心分離ボウルと、
前記遠心分離ボウルに組み付けられ、前記遠心分離ボウルと共働して中空内部を構成するベースと、
前記中央支持シャフト上に位置決めされるように構成され、前記ベースを通って前記中空内部内に延びる中央チューブと、
前記中央チューブ隙間孔を各々構成する複数の遠心分離器用円錐状部材であって、軸線方向に延びる積み重ねられた配列を構成するように配置され、前記配列は、前記中空内部内に位置決めされ、前記中央チューブは、前記複数の遠心分離器用円錐状部材の各遠心分離器用円錐状部材のシャフト隙間孔を通って延び、前記複数の遠心分離器用円錐状部材の各遠心分離器用円錐状部材は、突出したＶ字形状リブと凹状のＶ字形状溝とからなる周方向に整合した組み合わせを含み、前記Ｖ字形状リブと前記Ｖ字形状溝は、一つの遠心分離器用円錐状部材のＶ字形状リブを隣接した遠心分離器用円錐状部材のＶ字形状溝内に位置決めすることによって、前記積み重ねられた配列の遠心分離器用円錐状部材に整合装置を提供する、複数の遠心分離器用円錐状部材と、
を有することを特徴とする、円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３０】
複数のＶ字形状リブと複数のＶ字形状溝とが各遠心分離器用円錐状部材の部分として配置され、前記複数のＶ字形状リブは、各遠心分離器用円錐状部材の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて配置され、前記複数のＶ字形状溝は、各遠心分離器用円錐状部材の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて形成されている、請求項29に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３１】
前記複数の遠心分離器用円錐状部材の各遠心分離器用円錐状部材は、実質的に円錐形の側壁部分と実質的に平らな頂壁部分とを備え、該頂壁部分は、第１表面と該第１表面と反対側の第２表面とを有し、前記Ｖ字形状リブは、前記第１表面と前記第２表面のうちの一方の表面に配置され、前記Ｖ字形状溝は、前記第１表面と前記表面のうちの他方の表面に配置されている、請求項29に記載の円錐形部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３２】
全部で６つのＶ字形状リブと全部で６つのＶ字形状溝とが各遠心分離器用円錐状部材の頂壁部分の部分として配置され、前記６つのＶ字形状リブは前記頂壁部分の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて配置され、前記６つのＶ字形状溝は前記頂壁部分の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて配置されている、請求項31に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３３】
各遠心分離器用円錐状部材の各Ｖ字形状リブ及びＶ字形状溝の組み合わせは、前記シャフト隙間孔からほぼ真っ直ぐに半径方向外方に前記頂壁部分に亘って延びる、請求項32に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３４】
各遠心分離器用円錐状部材は、実質的に等間隔に間隔を隔てて配置された６つの側壁リブを更に有し、これらのリブは、中空中央チューブを中心として一つの円錐状部材を60℃以下の距離に亘って回転することによって隣接した遠心分離器用円錐状部材同士を整合させることができるように、前記遠心分離器用円錐状部材を実質的に同じ形体の６つの区分に分けた構成を有する、請求項33に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３５】
各遠心分離器用円錐状部材は一体の成形部材である、請求項34に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３６】
各遠心分離器用円錐状部材は、前記遠心分離器用円錐状部材を実質的に同じ形体の６つの区分に分割し、実質的に等間隔に間隔を隔てて配置された６つの側壁リブを更に有し、区分の形体が実質的に同じであるため、一つの円錐状部材を中央チューブを中心として60゜以下の所定距離に亘って回転させることによって、隣接した遠心分離器用円錐状部材同士を整合させることができるように構成された、請求項32に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３７】
各遠心分離器用円錐状部材は一体の成形部材である、請求項36に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３８】
各遠心分離器用円錐状部材は一体の成形部材である、請求項29に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項３９】
積み重ねられた配列をなして中央チューブ上に配置される複数の遠心分離器用円錐状部材の一つとして、円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器で使用されるように構成された、積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材において、
中空内部を構成する周囲側壁と、前記中央チューブを受け入れるための隙間孔と第１表面とこの第１表面とは反対側の第２表面とを有する上壁と、を有する主本体部分と、
突出したＶ字形状リブと凹状のＶ字形状溝とからなる周方向に整合した組み合わせと、
を備え、
前記Ｖ字形状リブ及び前記Ｖ字形状溝は、一つの遠心分離器用円錐状部材のＶ字形状リブを、積み重ねられた配列内の隣接した遠心分離器用円錐状部材のＶ字形状溝内に位置決めすることによって、積み重ねられた配列の一部を構成する積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材を、他の積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材と整合させるようになっている、
積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材。
【請求項４０】
複数のＶ字形状リブと複数のＶ字形状溝とが前記遠心分離器用円錐状部材の部分として配置され、前記複数のＶ字形状リブは、前記遠心分離器用円錐状部材の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて配置され、前記複数のＶ字形状溝は、前記遠心分離器用円錐状部材の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて配置された、請求項29に記載の円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器。
【請求項４１】
前記周囲側壁は実質的に円錐形を成し、前記上壁は、第１表面と該第１表面とは反対側の第２表面とを有し、前記Ｖ字形状リブは、前記第１表面と前記第２の表面のうちの一方の表面に配置され、前記Ｖ字形状溝は、前記第１表面と前記第２の表面のうちの他方の表面に配置された、請求項39に記載の積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材。
【請求項４２】
全部で６つのＶ字形状リブと全部で６つのＶ字形状溝とが各遠心分離器用円錐状部材の上壁の部分として配置され、前記６つのＶ字形状リブは、前記上壁部分の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて配置され、前記６つのＶ字形状溝は、前記上壁の周りに実質的に等間隔に間隔を隔てて配置された、請求項41に記載の積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材。
【請求項４３】
各遠心分離器用円錐状部材の各Ｖ字形状リブとＶ字形状溝との組み合わせは、前記隙間孔からほぼ真っ直ぐに半径方向外方に前記上壁に亘って延びる、請求項42に記載の積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材。
【請求項４４】
実質的に等間隔に間隔を隔てて配置され前記遠心分離器用円錐状部材を実質的に同じ形体の６つの区分に分割する６つの側壁リブを更に有し、前記各区分は、形体が実質的に同じであるため、一つの円錐状部材を中央チューブを中心として60゜以下の所定距離に亘って回転させることによって、隣接した遠心分離器用円錐状部材同士を周方向の整合させることができるように構成された、請求項43に記載の積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材。
【請求項４５】
前記遠心分離器用円錐状部材は一体の成形部材である、請求項44に記載の積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材。
【請求項４６】
実質的に等間隔に間隔を隔てて配置され前記遠心分離器用円錐状部材を実質的に同じ形体の６つの区分に分割する６つの側壁リブを更に有し、前記各区分は、形体が実質的に同じであるため、一つの円錐状部材を中央チューブを中心として60゜以下の所定距離に亘って回転させることによって、隣接した遠心分離器用円錐状部材同士を周方向の整合させることができるように構成された、請求項43に記載の積み重ね可能な遠心分離器用円錐状部材。
【発明の詳細な説明】
本願は、1995年１月25日に出願された「円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器」という標題の現在継続中の米国特許出願第08/378,197号の一部継続出願である。
発明の背景
本発明は、全体として、遠心力場を使用することによる液体からの固体粒子の連続分離に関する。更に詳細には、本発明は、分離効率を高めるために円錐状部材（ディスク）を積み重ねた遠心分離体を自己駆動式遠心分離器内で使用することに関する。
ディーゼルエンジンは、エンジンに塵埃等が入らないようにするため、比較的高度の混合気フィルター（クリーナー）を備えるように設計されている。塵埃等は、このような混合気クリーナーが設けられていても、エンジンの潤滑オイルに入り込んでしまう。その結果、エンジンの重要な構成要素が摩耗し、この状態が解消若しくは緩和されない場合には、エンジンが破損してしまう。この理由により、多くのエンジンは、オイルが潤滑サンプとエンジン部品との間で循環するときにオイルを連続的に浄化する全量式オイルフィルタを備えるように設計されている。
このような全量式フィルタには、設計上、多くの制限及び考慮点があり、代表的には、これらの制限は、10μｍ又はそれ以上の塵埃粒子しか除去できないということである。この範囲の大きさの粒子を除去することによって破壊的破損を回避できるが、それでも、オイルに入り込んだままのこれ以下の粒径の粒子により、有害な摩耗が進行する。小径粒子に対処するため、設計者は、オイルの全量のうちの所定の割合を濾過するバイパス濾過システムを使用した。全量式フィルタをバイパスフィルタと組み合わせることによって、エンジンの摩耗を充分なレベルにまで下げる。しかしながら、これは所望のレベルではない。バイパスフィルタは、約10μｍ以下の粒子を捕捉できるため、全量式フィルタとバイパスフィルタとを組み合わせることによって、全量式フィルタだけを使用した場合よりも大きな改善が提供される。
これらの小径の塵埃粒子を除去しようとするため、高速遠心分離クリーナーの設計が提供された。設計上のこの発展を代表する１つの製品は、英国イルミニスターのサマセットのグレイシャー・メタル社が製造し、テキサス州ヒューストンのハジン社が提供しているSPINNER II（登録商標）型オイルクリーニング遠心分離器である。SPINNER II型製品についての以下の説明は、T.F.ハジンの1985年付けの製品のパンフレットから直接引用したものである。
SPINNER II型をご紹介いたします。これは、非常に高速の遠心分離器であり、高密度で硬質の摩擦性の0.1μｍ程度の粒子を除去します。この大きさは、全量式フィルタが除去する塵埃の400倍も小さい。SPINNER II型は、循環しているオイルの行路から汚れを遠心力で吹き飛ばす真の遠心分離器であり、そのため、その作動サイクルに亘って一定の流れを維持します。実際、実施した試験によれば、SPINNER II型ユニットは非常に優れており、エンジンの摩耗を最良の全量／バイパスフィルタ組み合わせの半分に減少します。
SPINNER II型オイルクリーニング遠心分離器の最も優れた点は、エンジン自体のオイル圧力のみによって動力が与えられるため、費用がかからないということであります。これは、従来の電動式遠心分離器の費用の５％以下です。さあ、今日、対費用効率が最も優れ、耐摩耗性が最良のオイルクリーニングシステムを貴社の産業用エンジンに設置しましょう。
SPINNER II型オイルクリーニング遠心分離器の構造及び作動原理は、上掲のパンフレットに以下のように記載されている。
SPINNER II型オイルクリーニング遠心分離器は、三つの区分、即ち遠心分離ボウル、駆動タービン、及びオイルレベル制御機構からなり、これらは全てラグドスチール及び鋳造アルミニウムハウジング内に収容されている。
遠心力を得るため、エンジンからの汚れたオイルがSPINNER II型のハウジングの側部に進入し、中空スピンドルを通って上方に移動する。スピンドルの頂部で、バッフルがオイルを遠心分離ボウル内に均等に分配する。ボウルが約7500rpmで回転しているため、オイルは迅速に高速に加速される。結果的に得られた遠心力によって、汚れがボウル壁上に外方に吹き飛ばされ、そこに捕らえられて稠密な固まりになる。
清浄なオイルは、スクリーンを通ってタービン区分に進入する。ここで、エンジンのオイルの圧力によりオイルは二つの噴流となり、タービン及びこれに取り付けられた遠心分離ボウルを回転させる。この高効率のユニットの駆動は、オイルの圧力だけで行われる。
SPINNER II型は、オイルの効果的な濾過及び浄化についての完全な回答であるように見えるけれども、この他にも高速遠心分離器設計がある。更に、SPINNER II型には、濾過及び浄化の効率の観点から見て設計上の欠点がある。第１に、他の高速遠心分離器設計について、SPINNER II型のパンフレットには、アルファ・ラヴァル社、バード社、及びウェストファリア社が製造している他の電動モータ駆動式高速遠心分離器を参照している。SPINNER II型のパンフレットでは、これらのモータ駆動式遠心分離器は、「非常に高価（最高10,000ドル）であり、一般的な使用に対して非常に複雑である」と記載されている。
SPINNER II型の上述の設計上の非効率に関し、第１図は、SPINNER II型を代表する装置と同様の自己駆動式遠心分離器の概略断面図を示す。第１図に示す全ての構成要素は、加圧オイルを中央チューブの入口ポートに提供するシャフト上で回転する。オイルは、回転しているスピンドル即ちチューブの二つの入口ポートを通過した後、バッフルによってシェル（ボウル）に向かって差し向けられる。オイルは、次いで、バッフルに亘って拡がり、出口スクリーンに向かって直接短絡し、遠心分離を受けるオイルの大部分を完全に停滞状態にする。これは、残念なことに、軸線からの距離の増大に比例して遠心力が増加するために起こり、この設計では、流れが軸線に非常に近いところに滞まる。出口スクリーンの通過後、オイルはボトムバッフルプレートの下を通過し、接線方向に差し向けられた二つのノズルを通って流出する。これらのノズルは、遠心分離器を通るオイルの流量を制限するのにも役立つ。二つのノズルから出た高速噴流は、遠心分離器を粒子の分離を行うのに充分高い回転速度（3000rpm乃至6000rpm）で駆動するのに必要な反作用トルクを発生する。
SPINNER II型の製品パンフレットに記載されているように、アルファ・ラヴァル社が製造している遠心分離器等の電動モータで駆動される種類の設計を含む他の高速遠心分離器がある。モータ駆動式であることを除き、アルファ・ラヴァル社の設計は、ディスクを積み重ねた組立体を使用しているため、本発明に対して適当であると考えられる。ディスクを積み重ねた組立体の重要部分を構成するディスク挿入体により沈降高さを下げ、これによって、濾過効率を高めることができる。ディスク挿入体は、円錐形形状であり、填隙材として周知の円形又は長矩形のプレートが隣接したディスク挿入体間に装着されている。その結果、分離チャンネルが形成され、填隙材の厚さを変化させ、特定の粒径及び濃度に対して分離チャンネルの高さを調節することができる。アルファ・ラヴァル社のディスクを積み重ねたセパレータの作動原理及び構造は、アルファ・ラヴァル社の製品パンフレットに記載されており、これは、当業者に周知であると考えられる。スウェーデン国ツンバのアルファ・ラヴァル・セパレーションABが、「分離の原理」という表題のこのような製品パンフレットを発行している。同様の開示又は教示がなされた別の刊行物は、1994年付けの化学工学会誌の第70頁乃至第76頁にある、アルファ・ラヴァル・セパレーション社のセオドア・ド・ロッジオ及びアラン・レトキが執筆した「遠心分離器における新たな方向」という論文である。
アルファ・ラヴァル社のディスクを積み重ねたセパレータ装置を通る液体の流れは、上部での液体の進入で開始し、下部に流れ、そこで半径方向に変向され、流体出口位置に向かって上方に流れる。上方に流れる液体は各分離チャンネルにその外半径縁部で進入し、チャンネルを通って上方及び半径方向内方に内半径縁部にあるその出口点まで流れる。液体が分離チャンバを通って流れる際に固体流体の分離が行われる。アルファ・ラヴァル社の他の構成では、ディスクの積み重ね体を通る流れが上縁部で開始する。しかしながら、両態様において、流体出口位置は、アッセンブリの上部にある。
上述のSPINNER II型及びアルファ・ラヴァル社の構造による遠心分離器装置の設計上の特長及び性能を考慮した後、本発明の発明者は、バイパス回路用の遠心分離器についての改良設計を考えた。本発明の発明者による設計上の努力には、自己駆動式エンジン潤滑システムの遠心分離器のコンピューターを用いた流体力学的分析が含まれ、この分析により、流体分離の観点から見て最適下限の流れ状態が明らかになった。別の研究によれば、必要な粒子沈降距離を小さくするように円錐状部材の積み重ね体を使用することによって遠心分離器の分離効率を高めることができるということがわかった。しかしながら、アルファ・ラヴァル社の遠心分離器は、大きさ、重量、及び費用の点で大きな欠点となるモーター駆動装置を必要とする。
本発明は、多くの点でSPINNER II型と類似しているが、積み重ねた円錐状部材からなる独特の構成によって効率が高めてある低価格で自己駆動式の遠心分離器を提供する。その結果、エンジン取り付け式の使い捨てバイパスフィルタに代えて使用できる、耐費用効率に優れた高性能の遠心分離器が得られる。最初のうちは、自己駆動式遠心分離器の考えは、円錐状部材を積み重ねた種類の遠心分離器を駆動するのに充分な動力を提供しないと理論付けられていたが、本発明に従って特定の設備を設けることにより、独特で且つ自明でない方法で組み合わせを行うことができる。考えられているように、本発明の改良設計は、自己駆動式遠心分離器の低コストの利点を備えており、円錐状ディスクの積み重ね体の大きな効率を備えている。SPINNER II及び上文中に説明したアルファ・ラヴァルの考えのディスクを積み重ねた形体を通るオイルの特定の流れ方向のため、これらの二つの設計を直接組み合わせることは不可能であった。両立可能な流れ方向を提供するため、及び円錐状ディスクの積み重ね体を自己駆動式バイパス回路用の遠心分離器と一体化できるようにするため、特定の独特の構成要素をつくり出さなければならなかった。
本発明の一実施例によれば、エンジンの潤滑サンプの清浄性を維持するためのバイパス回路用の遠心分離器が提供される。遠心分離器は接線方向ノズルによってシステムオイル圧力を作用することによって自己駆動式であり、分離効率を向上させるため、密接して間隔が隔てられた平行な截頭円錐状部材からなるスタックを更に含む。本発明の別の実施例では、遠心分離器への組み込み及び遠心分離器からの取り外しを手早く行うことができるようにするための交換自在の使い捨て円錐状部材の積み重ね体を含む組立体が提供される。
本発明者は、円錐状部材の積み重ね体を用いたセパレータを自己駆動式遠心分離器に組み込むことによって得られる利点を評価した後、新規であり且つ自明でない設計上の向上を図った。
簡単な入替えによる直接的な組み合わせは不可能であるため、様々なプレート及び取り付け装置を形成して所望の流路を構成しなければならなかった。第２図は、本発明による第１の設計の実施例の図である。来入オイルは、半径方向外方の流れ入口で隣接した円錐状部材間の狭幅の空間に流れが進入し、半径方向に傾斜した内方へ回転軸線に向かって移動するようにアッセンブリに通される。各円錐状部材の半径方向内側に設けられた孔により、オイルを円錐状部材の積み重ね体から一対の接線方向流れノズルに流すことができる。ノズルを出る際の圧力により円錐状部材の積み重ね体の回転運動を与え（自己駆動式）、オイルに懸濁した重質の粒子を半径方向傾斜流の方向に逆らって半径方向外方に圧送する。これらの粒子は、遠心分離ボウルの内側面上にスラッジをなして溜まる。スラッジ層の厚さは経時的に増加し、最終的には、スラッジは円錐状部材の積み重ね体の外径内に溜まり始める。本明細書中では、「スラッジ」という用語は、除去が困難な非常に稠密なアスファルト状材料に関する。
幾つかの箇所では、スラッジの堆積が、円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器の連続した作動の大きな妨げとなる。そうした場合には、遠心分離器を分解し、構成部品の洗浄を行う必要が出てくる。分解洗浄は恒常的に行われているが、分解して洗浄する必要がある多くの部品がある。部品が損傷しないように、部品の取扱いには注意を払わなければならない。更に、再組み立て中に円錐状部材が適正に積み重ねられ且つ整合するように注意を払わなければならない。この方法は時間がかかるが、幾つかの部品を何回も再使用できる。使用者によっては、洗浄時間を短くすることが望まれるため、本発明者は、第２図に示されている設計以外の設計変更を考えた。本発明者は、洗浄時間を短くするための一つの方法は、使い捨ての円錐状部材の積み重ね体を含む組立体を提供することであると考えた。従って、本発明者は、交換式で使い捨ての円錐部材の積み重ね体を含む組立体を備えた円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器の設計に努力を傾注した。設計についてのこの努力の結果を本発明の別の実施例によって代表する。この実施例を本明細書中に図示し且つ説明する。
本発明のこの「交換式」組立体は、三つの基本的な構成要素、即ちプラスチック製のライナーとなる殻体、34枚の個々のプラスチック製の円錐状部材からなる円錐状部材の積み重ね体、及びプラスチック製ボトムプレートからなる。これらの構成要素の各々は、エンジンの潤滑システム内の熱的環境及び化学的環境に耐えることができる、充填材を含まない（焼却可能な）プラスチックで型成形されている。ナイロン6/6が有望な候補であるが、他の材料も適している。この円錐状部材の積み重ね体を含む組立体は、再使用される使い捨てでない遠心分離ボウルに装着するように設計されている。
「交換式」組立体の実施例は、保守を迅速に且つ容易に行うことができる円錐状部材の積み重ね体を用いた遠心分離器の設計を提供する。遠心分離ボウルからスラッジを除去する必要も円錐状部材の洗浄を行う必要もなく、円錐状部材の分解及び再組み立てという時間のかかる仕事もない。スラッジは、全部がライナーとなる殻体内に収容されており、全体としての清浄性及び取扱いの容易さに寄与する。円錐状部材の積み重ね体を含む組立体は、全体がプラスチック部品で製作されており、そのため、焼却又はリサイクルを行うことができる。本発明の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体は、予め組み立てられているため、現場での不適切な組み立てによる破損の可能性がない。
本発明の実施例には、エンジンの潤滑系以外の広範な用途がある。開示の遠心分離器設計は、遠心分離器の駆動に必要な流体圧力が存在すると仮定すると、循環している流れから粒状物を除去するのが所望である場合には、様々な流体について使用できる。
上文中に言及した製品パンフレットの他に、様々な濾過□遠心分離器設計及び特定の及び好ましい作動についての様々な理論の進展を開示する多数の特許がある。以下の特許は、このような初期の設計及び理論を代表するものと考えられる。
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発明の概要
循環している液体から粒状物を分離するため、中央支持シャフト上及び外側のカバー部内に組み立てられた、本発明の一実施例によるバイパス回路用の遠心分離器は、遠心分離ボウルと、この遠心分離ボウルに組み立てたベースプレートと、このベースプレートに設けられた少なくとも一つの接線方向流れノズルと、支持シャフト上に位置決めされており、ベースプレート及び遠心分離ボウルの内部を軸線方向に貫通する中空中央チューブと、この中央チューブの上端と隣接して位置決めされた流れ制御手段と、この流れ制御手段から間隔が隔てられており、ベースプレートの近くに位置決めされた底部側支持プレートと、流れ制御手段と底部側支持プレートとの間に位置決めされた積み重ねられた配列内に位置決めされた複数の截頭円錐状部材であって、出口開口部から半径方向内側開口部までの複数の液体流路を構成するように配置され、流れ流路は、流れノズルと流体連通している、截頭円錐状部材とを有する。
本発明の別の実施例による円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器は、再使用可能な遠心分離ボウル及びこのボウル内に位置決めされた使い捨ての円錐状部材の積み重ね体を含む組立体を含む。円錐状部材の積み重ね体を含む組立体は、流れ制御第１端及びこれと反対側の開放した第２端を持つ環状のライナーとなる殻体と、このライナーとなる殻体の開放した第２端に取り付けられており、ライナーとなる殻体とともに内部空間を構成する環状ボトムプレートと、積み重ねられた配列をなすように配置された、内部空間内に位置決めされた複数の分離器用円錐状部材とを有する。
本発明の一つの目的は、改良バイパス回路用の遠心分離器を提供することである。
本発明の関連した目的及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来技術の構造とほぼ対応する自己駆動式遠心分離器の正面断面図である。
第２図は、本発明の代表的な実施例によるバイパス回路用の遠心分離器の概略正面断面図である。
第３図は、第２図の遠心分離器の一構成要素を構成するトッププレートの平面図である。
第3A図は、本発明による変形例のトッププレートの平面図である。
第４図は、第３図の４−４線の方向で見た第３図のトッププレートの正面断面図である。
第4A図は、第3A図の4A−4A線の方向で見た第3A図のトッププレートの正面断面図である。
第５図は、本発明による第２図の遠心分離器の一構成要素を構成する底部側支持プレートの平面図である。
第６図は、第５図の６−６線の方向で見た第５図の底部側支持プレートの正面断面図である。
第７図は、本発明による第２図の遠心分離器の一部として使用できる、従来技術の構造と対応する截頭円錐状部材の底面図である。
第８図は、第７図の８−８線の方向で見た、第２図の配向に合わせて伏せてある第７図の截頭円錐状部材の拡大正面断面図である。
第９図は、本発明による第２図の遠心分離器の一部として使用できる、截頭円錐状部材の底面図である。
第10図は、第９図の10−10線の方向で見た、第２図の配向に合わせて伏せてある第９図の截頭円錐状部材の拡大正面断面図である。
第11図は、本発明の代表的な実施例による円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器の概略正面断面図である。
第12図は、第11図の遠心分離器の一部を構成する円錐状部材の積み重ね体を含む組立体の概略正面断面図である。
第13図は、第12図の組立体の部分分解図であり、円錐状部材が一つだけ示してある。
第14図は、第12図の組立体の一部を構成するライナーとなる殻体を上方から見た斜視図である。
第15図は、第14図のライナーとなる殻体の正面断面図である。
第16図は、第14図のライナーとなる殻体の平面図である。
第17図は、第12図の組立体の一部を構成するボトムプレートの正面断面図である。
第18図は、第17図のボトムプレートの平面図である。
第19図は、第12図の組立体の一部を構成する円錐状部材の積み重ね体の一つの円錐状部材を下から見た斜視図である。
第20図は、第19図の円錐状部材を上から見た斜視図である。
第21図は、第19図の円錐状部材の側断面図である。
第21A図は、第21図の円錐状部材の一部の詳細図である。
第22図は、第19図の円錐状部材の底面図である。
第23図は、本発明による変形例の設計の部分正面断面図である。
実施例
本発明の原理の理解を促すため、添付図面に示す実施例及びこの実施例の説明に使用した用語を参照する。本発明の範囲は、この実施例に限定されず、本発明が属する分野の当業者は、例示の装置についての変形及び変更、及び例示の装置以外への本発明の原理の適用を容易に考えつくであろうということは理解されよう。
第１図を参照すると、この図には、従来技術の構造を例示する自己駆動式遠心分離器20が示してある。遠心分離器20は、ベースプレート22の周囲に密封をなして固定された外ハウジング即ち遠心分離ボウル21を有する。ボウル21は開放した下端を有し、その上端に隙間の小さい開口部を有する。中空ベアリングチューブ23が、プレート22の幾何学的中心及び遠心分離ボウル21の内部を通って軸線方向に延びている。チューブ23は、上端24と隣接して雄ねじを備えており、その反対側の下端25に肩部を有する。チューブ23の各端には真鍮製ベアリング26及び27が装着されている。ナット28は、チューブ23をボウル21及びプレート22に対して固定的に組み立てる。チューブ23は、オイル入口ボート31及び32を有し、ボウル21とプレート22が構成する環状隅部の内側に対して環状シール33が位置決めされている。プレート22の下領域には、二つの接線方向ノズルオリフィス34及び35が設けられている。これらの接線方向ノズルオリフィスは、中央チューブ23の軸線の両側に対称をなして位置決めされており、これらのオリフィスの対応する流れ噴流方向は、互いに反対方向である。その結果、これらの流れノズルは、当該技術分野で周知であると考えられているように、遠心分離器20を協働するカバー部（図示せず）内で中央シャフトを中心として回転させるための駆動力を発生できる。単一の流れノズルでも、二つ以上の流れノズルを使用することによっても回転運動を発生できる。第１図では、両流れノズルを示すため、切断面が完全な180゜平面とは異なっている。
遠心分離器20は、上バッフル36、出口スクリーン37、及び下バッフル38を更に含む。バッフル及びスクリーンは、遠心分離器20を通って流れる液体用の流路を構成するのを補助するように協働するように組み立てられる。
第１図に示す全ての構成要素は、加圧オイルをオイル入口ポート31及び32に提供するシャフト（図示せず）上で回転する。オイルは、回転チューブの入口ポート31及び32を通過した後、上バッフル36によってボウル21の上方に向かって差し向けられる。オイルは、次いで、バッフルに亘って外方即ち半径方向に広がり、第１図の一方の側に附してある流れ矢印39が示すように、出口スクリーン37に向かって直接短絡する。この特定の流路が形成されるため、遠心分離ボウルの内部の大部分は、完全に停滞した状態のままである。このことは、流体力学的挙動をコンピューター分析することによって明らかになった。この特定の欠点は、遠心力が回転軸線からの距離に比例して増大するため、この自己駆動設計に対する欠点である。開示の第１図の設計では、液体の流れが軸線の非常に近くで停滞し、その結果、環状の停滞ゾーンが図示の流路の外側に形成される。
オイルは、出口スクリーン37を通過した後、下バッフル38の下を通って二つの接線方向ノズル（ノズルオリフィス）34及び35を通って出る。これらのノズルオリフィスは、遠心分離器を通るオイルの流量を制限するのにも役立つ。各ノズルオリフィスから出る高速噴流は、粒子の分離を行うのに十分速い回転速度（3000rpm乃至6000rpm）で遠心分離器を駆動するのに必要な反作用トルクを発生する。この回転は、協働するカバー部（図示せず）内で生じる。
第２図を参照すると、この図には本発明の好ましい実施例が示してあり、自己駆動式遠心分離器20の構造上の主要構成要素のうちの幾つかについて説明を始める。先ず最初に、本発明を例示する第２図では、上バッフル36、出口スクリーン37、及び下バッフル38が取り外してある。これらの構成要素は、或る程度、別の構成要素に代えられており、別の大きな変更は、ボウル21の内部が、截頭円錐状部材43（第７図及び第８図参照）からなる一連のスタック42を受け入れているということである。截頭円錐状部材43は、均等であり且つ実質的に平行なスタックをなして互いに組み立てられている。図示の好ましい実施例では、63枚の円錐状部材が設けられている。円錐状部材43からなるスタック42は、遠心分離器の設計を本発明に従って高効率に改良するために提供される。
円錐状部材の数は、スタックに利用できる空間、円錐状部材の壁厚、及び隣接した円錐状部材間の離間距離に応じて増減できる。積み重ね内の５枚又は６枚の円錐状部材で浄化効率を大幅に改善できる。
円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器45は、ベースプレート22の周囲に密封をなして固定された外ハウジング即ち遠心分離ボウル21を含む。第２図に示すチューブ23の形体及びその関連部品は、第１図に例示したのと実質的に同じである。第１図の遠心分離器20には、一連の截頭円錐状部材43からなるスタック42の他に、機械加工で形成したトッププレート46及び底部側支持プレート47を加えることによる変更もなされている。更に、等間隔に間隔が隔てられた三つのロッド48（これらのロッドのうちの二つだけが示してある）が、63枚の截頭円錐状部材43からなるスタック42を通って延びている。ロッド48にはねじ山が設けられている。これらの三つのねじ山を備えたロッドは、截頭円錐状部材からなるスタックを中心決めし且つ整合させるのに役立つ。各ねじ山を備えたロッド48の上端49は、機械加工で形成したトッププレート46の対応するねじ穴50内に受け入れられている（第３図及び第４図参照）。各ねじ山を備えたロッド48の下端51は、機械加工で形成した底部側支持プレート47に位置決めされた等間隔に間隔が隔てられた三つの通孔52（第５図及び第６図参照）のうちの対応する一つの穴を通って延びる。各ねじ山を備えたロッド48の下端51は、六角ナット53（添付図面参照）によって固定されているか或いは軸線方向で自由なままである。
63枚の円錐状部材43の各々は、実質的に同じ構造を持ち、その詳細を第７図及び第８図に示す。これらの円錐状部材は、遠心分離論の特定の特徴について、他の積み重ねられた円錐状部材と同じであるが、初期の設計とは流れ方向が変化している。本発明では、第２図に示すように（流れ矢印54の方向に着目されたい）、液体がスタック42に至ったときの液体の初期流れは、スタック42の頂部又は最も上側の縁部で開始する。本発明の流路は、初期流れがスタックの最も下で開始し、積み重ねた円錐状部材を通して上方に液体出口位置まで移動する特定の種類のアルファ・ラヴァル社製遠心分離器における積み重ねられた円錐状部材（背景部分を参照されたい）とは対照的である。積み重ねた円錐状部材を通る流れが上部で開始するアルファ・ラヴァル形体でも、流れ入口及び出口の両方がユニットの頂部にある。本発明の変更した流路は、液体流れを自己駆動式遠心分離器設計の部分として使用するため、トッププレート46の形体を使用して特定的に設計されており且つ形成されている。63枚の截頭円錐状部材43を所望の必要な配向で位置決めできるようにするため、トッププレート46及び底部側支持プレート47を加えることが重要である。トッププレート46は、所望の液体流れ方向をつくりだし、流れを所望の速度にするのにも役立つ。同様に、底部側支持プレート47は、スタック42からの出口流を接線方向流れノズルオリフィス34及び35に適正に差し向けることができるように分離された液体の流れ方向に寄与する。
遠心分離器45の作動では、中央チューブ23を通って進入したオイルは、オイル入口ボート31及び32を通して差し向けられる。オイルが入口ポートを離れるとき、オイルは、第１図の設計におけるように、上バッフルに亘って自由にカスケードをなして落下することができない。その代わりに、オイルは、先ず最初に、トッププレート46の複数の間隔が隔てられた環状開口部を通して差し向けられ、次いでボウルの上壁の内側面上に形成された垂下した半径方向リブがトッププレートの上面と協働して構成する通路を通る。これらの二つの構成要素間の協働嵌合は、流体が外方に進むときに流体に接線方向に大きな加速度が加えることによる流体の接線方向滑りを阻止する上で役立つ。流体は、ひとたびトッププレート及び形成された加速ベーンを通過した後、ベースプレートに向かって戻り、隣接した円錐状部材43間の多数の平行な隙間間で均等に拡がる。次いで、流れはボウル21の中央に向かって戻る。オイルは、隣接した円錐状部材43間で内方及び上方に戻るとき、円錐状部材が形成する通路間に位置決めされた流体の接線方向滑りを阻止する半径方向ベーンによって、「スピニングアップ」（即ち回転方向での加速度）が加わらないようにされる。このようにして、流体を本来の流れ方向から外す方向に加速するために費やされるエネルギを回収する。流体は、ひとたび円錐状部材が形成する通路を通過すると、ベースプレート22に向かって戻り、底部側支持プレート47の下を流れ、流れノズルオリフィス34及び35を通過する。
第３図及び第４図を参照すると、これらの図には、機械加工で形成したトッププレート46が詳細に示してある。第３図には平面図が示してあり、第４図には、全体が断面の正面図で示してある。トッププレート46は、全体に円筒形の下本体57及び半径方向外方に延びるに従って軸線方向厚さが全体に増大する環状上フランジ58からなる中空環状部材である。内縁部59は、ボウル21の内壁部分61に当接するように構成された全体に円筒形の内壁60を有する。内壁部分61は、壁60とチューブ23の上端24との間に位置決めされる。
内縁部59には、オイル入口ポート31及び32から出た液体（オイル）用の流路を提供する等間隔に間隔が隔てられた一連の30個の流通隙間穴64が設けられている。下本体57の壁65が縁部59及び下フランジ66に対してアンダーカットされているため、オイルの流れを隙間穴64を通して差し向けるための隙間領域67が入口ポート31及び32と隣接して形成される。
環状下フランジ66には、エラストマー製のＯ−リング69が装着される環状内Ｏ−リングチャンネル68が設けられている。フランジ66は、オイル入口ポート31及び32の直ぐ下でチューブ23の外径に当接し、Ｏ−リング69と関連してこの位置に液密シールを形成する。
環状上フランジ58は、内縁部59の上面まで延びる全体に水平な上面71、及びこの表面71と外壁部分73との間を延びる球面72を有する。フランジ58には、軸線方向に延びる三つの雌ねじ穴50が設けられており、これらの穴は、表面72を貫通している。これらの三つの穴は、120゜の間隔で等間隔に離間されている。雌ねじのピッチは、ロッド48の上端49に設けられた雄ねじのピッチと同じである。
ボウル21の湾曲部分即ちドーム上部分79の内側面には、所定の間隔が隔てられた内方及び下方に差し向けられた半径方向に延びるリブ77が形成されている（第２図参照）。第２図に示すように、球面72はこれらのリブ77に当接し、30個の隙間穴64から出た液体流れを加速するのに使用される流れチャンネル又はベーンを形成する。
次に第3A図及び第4A図を参照すると、これらの図には、機械加工で形成した別の態様のトッププレート46aが示してある。トッププレート46aは、一点を除く全ての点でトッププレート46と同じである。トッププレート46aの球面72a及び表面71aの一部には、半径方向外方に延びる一連の（直線状）リブ80が設けられている。好ましい実施例では、表面72aに亘って等間隔に間隔が隔てられた全部で六つのリブ80が設けられている。トッププレート46aの部分として一体に成形されたリブ80は、ボウル21の部分79の内側面78上に位置決めされたリブ77に代わるように設計されている。リブ77を取り除くと、内側面78は滑らかに湾曲した又はドーム状（球形）をなし、その湾曲はリブ80の上面と合致し、その結果、所望の流れチャンネルが形成される。
第５図及び第６図を参照すると、これらの図には、機械加工で形成した底部側支持プレート47が詳細に図示してある。第５図には底部側支持プレートの平面図が示してあり、第６図には底部側支持プレートの全断図の側面図が示してある。底部側支持プレート47は中空であり、幾分截頭円錐形形状である。下外壁82は、ベースプレート22に形成された環状チャンネル83に嵌入するような大きさ及び構成（環状）になっている。外壁82は、環状シール33を設けることによって、組み立て状態の界面を完成する。環状シール33は、ボウル21、ベースプレート22、及び壁82の間で楔状に変形し、オイル漏れを阻止する液密界面をその位置に形成する。
等間隔に間隔が隔てられた三つの隙間穴52を越えて半径方向内方に延びる円錐形壁部分84は、63枚の円錐状部材43からなるスタック42を支持するための支持面を提供する。底部側支持プレート47はベースプレート22によって支持され、円錐状部材の積み重ね体42はプレート47によって支持される。アッセンブリ（第２図参照）の残りは上文中に説明した通りである。上開口部85の内径は、円錐状部材が形成するチャンネル（即ち、隣接した円錐状部材43間に形成された空間）の各々を離れた液体用の流れ隙間をチューブ23に対して形成する。この流出流は下方にノズルオリフィス34及び35まで通る。これらのノズルは、接線方向反対方向に向いており、液体噴流の流出速度を使用して遠心分離器20を関連したカバー部（図示せず）内で回転させる。
第７図及び第８図を参照すると、これらの図には63枚の円錐状部材43のうちの一枚が詳細に図示してある。第７図には円錐状部材の底面図が示してあり、第８図には円錐状部材の全断面の側面図が示してある。第８図では、図面の明瞭化を図るため、後側内面に設けられた特徴が省略してあり、第２図の円錐状部材の配向と合致するように引っ繰り返してある。各円錐状部材43は傾斜壁89を有し、この壁は截頭されており、これによって上開口部（内径）90を形成する。壁89の内側面には一連の六つの間隔が隔てられた湾曲したリブ91−96が形成されている。これらの湾曲した即ち螺旋状をなしたリブは、２つの異なる形状に形成されているものと考えられる。リブ91、93、及び95は互いに同じ形状を有し、その一方でリブ92、94、及び96は互いに同じ形状を有する。全ての六つのリブは、同じ幅、長さ、高さ、及び湾曲を有するが、これらのリブは一点において異なっている。リブ92、94、96は壁89の周囲に等間隔に間隔が隔てられた取り付け穴97を通って延びている。これらの三つの取り付け穴の各々は、ねじ山を備えたロッド48のうちの一つを受け入れる。
第７図に関し、螺旋状リブ91−96が六つ設けられており、円錐状部材の回転方向は紙面に向かって見て時計廻り方向である。別の態様では、六つの螺旋状（湾曲）リブ91−96を直線状の半径方向リブ103−108（第９図及び第10図参照）に変えることができ、その場合には、回転方向は時計廻り方向であっても半時計廻り方向であってもよい。更に、リブの数はこれよりも多くても少なくてもよく、液体流れが対称であり且つバランスがとれているようにするためには、リブが等間隔に間隔が隔てられており且つ同じ形状であるのが好ましい。
６つのリブの各々の高さが実質的に均等であることが重要である。これは、これらのリブが隣接した円錐状部材43間の円錐状部材間間隔を決定するためである。事実、一枚づつ積み重ねた63枚の円錐状部材は、第２図に示す形体をとる。隣接した円錐状部材間に残る隙間は、リブによって形成される。この際、一つの円錐状部材のリブがその円錐状部材の下に幾何学的に位置決めされた隣接した円錐状部材の外面と接触する。
各リブ91−96間に存在する壁89の内面領域が、浄化されるべき液体の流路を提供する。６つの流れ隙間穴98は、壁89に亘って等間隔に間隔が隔てられている。第２図から理解されるように、隣接した円錐状部材間の離間の程度は極めて小さく（0.508mm乃至0.762mm（0.02インチ乃至0.03インチ））、各リブ91−96の高さもこれと対応して極めて小さい。円錐状部材のいずれかが潰れたり変形したりして、隣接した円錐状部材と、リブ間の円錐状部材表面領域の任意の部分に沿って接触することがないようにするため、多数の小さな盛り上がった隆起部99が設けられている。各隆起部99の高さは、各リブ91−96の高さとほぼ同じである。隆起部99の間隔及び位置はランダムであるように見えるけれども、或る程度ランダムな同じ全体パターンが壁89に亘って６回繰り返してある、これは、隆起部99の支持パターンのバランスを壁89に亘って維持するためである。ボウル21内の所望の空間を満たすのに少数の円錐状部材を使用した場合には、隣接した円錐状部材間の隙間（即ち円錐状部材の離間距離）が増大する。円錐状部材本体間の離間距離は、0.508mm乃至7.62mm（0.02インチ乃至0.30インチ）であるのが適当であると考えられる。
各隙間穴98の最内縁部は、トッププレート46の外壁部分73と軸線方向に整合するように位置決めされる。このようにして、トッププレート46の外縁部を越えて流れる液体は、流れ穴98内に下方に流れる。液体はここから隣接した円錐状部材間で上方及び内方に開口部90に向かって移動する。利用可能な流れチャンネル又はベーンを隣接した円錐状部材間に構成するリブ91−96が湾曲（螺旋）しているため、隣接した円錐状部材間の移動方向もまた、角度成分を有する。流れは、開口部90に到達すると軸線方向下方への流れを開始し、底部側支持プレート47を通過し、ノズルオリフィス34及び35に至る（第２図の流れ方向矢印を参照されたい）。
第９図及び第10図を参照すると、これらの図には、変形例の截頭円錐状部材102が示してある。第９図及び第10図の構成は、第７図及び第８図とほぼ対応する。第９図は底面図であり、第10図は、第２図の円錐状部材配向と合致するように引っ繰り返してある断面図である。図面の明瞭化を図るため、後側内面の特徴は省略してある。円錐状部材102は、その円錐面109に亘って等間隔に間隔が隔てられた６つの直線状半径方向リブ103−108を有する。６つの流れ穴110が同じ直線上で等間隔に間隔が隔てられている。３つの取り付け穴111もまた等間隔に間隔が隔てられているが、これらの穴は小さな直径上に配置されている。円錐状部材102は、スタック42を構成するように配置された63枚の円錐状部材の各々に対する適当な交換体である。直線状リブを使用することによって、円錐状部材102の回転方向を時計廻り方向にでも反時計廻り方向にでもすることができる。
遠心分離器45は、エンジンブロックに対し、垂直な即ち直立した配向で示してある。この配向では、スラッジが遠心分離ボウル21の底部及び側部に沿って蓄積することが明らかである。蓄積したスラッジが、円錐状部材を通るオイルの流れの邪魔になる程溜まったときが、遠心分離器の清掃を行う時期である。
遠心分離器45の分解に含まれる工程は、添付図面から非常に明らかである。
ナット28を外すことによって、遠心分離ボウル21及び円錐状部材の積み重ね体42をベースプレート22と係合した状態から引き離し、チューブ23から滑り出すことができる。その後、ねじ山を備えた三つのロッド48を取り外し、個々の円錐状部材43を分解する。この時点で、全ての個々の構成部品の清掃を行うことができる。ひとたび清掃を終えてスラッジを取り除くと、遠心分離器45は再組み立ての準備ができる。分解工程を逆に行うことができるけれども、全ての部品、特に円錐状部材43が確実に適正に整合するように大きな注意を払わなければならない。
第２図の形体設計に対するオプションを提供するため、取り外し自在で使い捨ての円錐状部材の積み重ね体を含む組立体を形成することに注意を向ける。本発明のこの関連した実施例を第11図乃至第22図に示す。この実施例は、全体がプラスチックで製作されており且つ使い捨てであり、新たな清浄な組立体と交換されるように設計されている円錐状部材の積み重ね体を含む組立体によって、新規であり且つ自明でない利点を提供する。
第11図を参照すると、本発明の別の実施例による円錐状部材の積み重ね体を用いた自己駆動式遠心分離器160が示してある。遠心分離器160は、垂直位置に配向されており、エンジンブロックの取り付けパッド161に取り付けられている。特定の取り付け方法は、取り付けパッドの一部として形成された環状縁部162、環状バンドクランプ163、及びＯ−リング164を必要とする。外シェル166の環状縁部165は、縁部162にクランプされており、Ｏ−リング164は、チャンネル167に挟まれている。これにより、固定的な液密界面が形成される。これは、遠心分離器45に使用できる代表的な構成である。
取り付けパッド161は、オイル送出口170及び雌ねじを備えた環状取り付けステム171を含む。長さの一部に亘って中空の中央シャフト172をステム171にねじ込む。シャフト172の中空部分173は、二つの流体孔174と隣接して終端する。フランジ175がステム171の端部に着座し、このとき、肩部を備えたベアリングスリーブ176が中央シャフト172を中央チューブ177内に同軸に位置決めする。スリーブ176によってつくりだされた同軸の空間が、中央シャフト172と中央チューブ177との間に環状隙間空間178を構成する。
中央チューブ177の一端には、ベアリングスリーブ176に当接する環状フランジ177aが形成されている。中央チューブ177の他端では、凹所をなした環状部分182が、肩部を持つ環状ベアリングスリーブ183を受け入れる。中央チューブ177のこの反対端の外面には雄ねじが設けられており、固定ナット184を受け入れる。固定ナット184と交換式の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186との間には、環状支持ワッシャ181が位置決めされている。ワッシャ181は、円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186の上部分にぴったりと嵌まるような形状を備えている。中央チューブ177は、等間隔に間隔が隔てられた四つの流体出口孔185を、雄ねじ部分と軸線方向に隣接した所定位置に有する。
遠心分離器160を通るオイル循環路は、オイル送出口170を通って流入する来入オイルで始まり、中空部分173を通って孔174に進む。ナットは、孔174を通って環状隙間空間178に進む。流れは、第11図で見て右方に続き、出口孔185を通って隙間空間178を出る。この時点で、オイルは交換式の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186に進入する。これを以下に詳細に説明する。
中央シャフト172は、雄ねじが設けられた縮径部分187をベアリングスリーブ183の外に有し、この部分がハンドル188と噛み合う。ハンドル188は、肩部を備えた内ステム188a、Ｏ−リングチャンネル189、及び保持フランジ190を含む。スペーサ190aがアッセンブリのこの部分を完成する。外シェル166の環状縁部部分191がＯ−リング192に当接し、保持フランジ190は、組み立てられた構成要素の軸線方向位置の維持を助ける。理解されるように、ひとたびバンドクランプ163を外した後、ねじを解除して外シェル及びハンドル188を互いに連結された組立体として中央シャフト172から外すことができる。環状の永久式遠心分離ボウル197がベース198の外環状面に嵌合している。ひとたび遠心分離ボウル197を所定位置に押し込むと、Ｏ−リング199が圧縮されてクランプされ、液密界面を形成する。遠心分離ボウル197をベース198に組み立てた後、固定ナット184を中央チューブ177にねじ込む。
円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186を通って流れるオイルは、中央チューブ177の外面と隣接した環状ゾーン200を通って出る。このオイルは、環状ゾーン201に流入し、このゾーンから接線方向流れノズル202及び203を通って出る。接線方向流れノズル202及び203を通って出るオイル噴流の高い圧力により、円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186が中央シャフト172を中心として高速で回転する。ノズル202及び203から出るオイルは、開口部204を通してドレンされる。中央チューブ177、ナット184、遠心分離ボウル197、ベース198、及びＯ−リング199もまた回転するけれども、これらの構成要素は、使い捨て交換式の円錐状部材の積み重ね体を含む組立体としてここに定義する円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186には含まれない。円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186は、第12図に示すように、ライナーとなる殻体206、円錐状部材の積み重ね体207、及びボトムプレート208を含む。これらの構成要素の分解図を第13図に示す。この図には、円錐状部材の積み重ね体207の円錐状部材209が１枚だけ示してある。遠心分離ボウル197は、ライナーとなる殻体206の外面と嵌合する。圧力負荷は遠心分離ボウル197によって支持されるが、円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186はスラッジ負荷を捕捉する。ライナーとなる殻体206の追加の詳細を第14図、第15図、及び第16図に示す。ボトムプレート208の追加の詳細を第17図及び第18図に示す。円錐状部材の積み重ね体207の例示の円錐状部材209の詳細を第19図乃至第22図を示す。
先ず、円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186の詳細が示してある第12図及び第13図を参照する。エンジンブロックに対する遠心分離器の好ましい配向として、遠心分離器160の垂直配向を第11図について選択した。従って、第12図は、組立体をその通常の配向で示す。残りの図は、第11図の垂直配向に基づいている。
ライナーとなる殻体206（第14図、第15図、及び第16図）は、型成形により形成された環状中空形状の一体の薄壁プラスチック容器であり、等間隔に間隔が隔てられた６つの半径方向加速ベーン210を備えている。これらの半径方向加速ベーンが円錐状部材の積み重ね体207を支持する。ライナーとなる殻体206は、開放端212から部分的に閉鎖された端213まで僅かに（約２゜のテーパで）先細になった環状本体部分211を含む。本体部分211と端部213との間を、45゜の角度でテーパした截頭円錐形部分214が延びている。端部213は、内壁215a及び実質的に平らなシェルフ216が構成する円筒形凹所215で開放している。凹所215の内壁215aには、等間隔に間隔が隔てられた６つの流れ孔217及びベーンの先端部218が形成されている。６つのベーンの先端部218は、隣接した流れ孔217間の（周方向）中央に配置されており、チップは、半径方向加速ベーン210の同一平面内にある延長部である。ベーン210は、截頭円錐形部分214を構成する壁の内側面上に形成されており、内壁215aの外側には、本体部分211内に延びる各ベーンの小さな部分（チップ）が設けられている。ベーンの先端部218は、壁215aの内面と、隣接したシェルフ216の外面との間の隅部に位置決めされている。
流体出口孔185を通って流出するオイルは、内壁215aに向かって半径方向に差し向けられ、シェルフ216及び開口部221と中央チューブ177との嵌合により、流れ孔217を通って半径方向外方に本体部分211に向かって流れる。隙間空間222が、円錐状部材の積み重ね体207の第１円錐状部材209と截頭円錐形部分214との間に配置されている。この空間は、ベーン210によって６つの流路に分割される。空間222は、円錐状部材209の外縁部と本体部分211との間に配置された環状隙間空間223内に延びている。ひとたび空間223がオイルで満たされると、最小抵抗の流路は、６つの開口部の各々を通って各円錐状部材を通過し、次いで各円錐状部材の表面に沿って中央チューブ177に向かって半径方向内方に向かう流路である。各円錐状部材209が円錐形形状をなしているということは、第11図に流れ矢印224で示すように流れが傾斜しているということを意味する。各円錐状部材の内側縁部には、中央チューブ177の外面に沿った、ゾーン200の方向への流路を提供する拡大孔が設けられている。
第17図及び第18図を参照すると、ボトムプレート208は、一体の成形プラスチック製の全体に截頭円錐形の部材であり、比較的短い円筒壁228、テーパした本体部分229、及び中央開口部231を構成する半径方向シェルフ230を有する。等間隔に間隔が隔てられた６つの補剛ウェブ232が本体部分229及びシェルフ230の内面上に配置されている。本体部分229及びウェブ232は、ベーン210の傾斜角度及び及び円錐状部材209の円錐形のテーパと合致する45゜の角度で配向されている。このように、ボトムプレート208は、円錐状部材の積み重ね体の「底」に対して支持を与える。ボトムプレートは、第11図において、ベース198に最も近い下端である。円筒壁228は、等間隔に間隔が隔てられており且つ開放端212と隣接した６つの箇所で環状本体部分211にスポット溶接されている。このようにプラスチックをスポット溶接することによって内シェル206とボトムプレート208を互いに固定し、一体の組立体にする。かくして、この一体の組立体は着脱を行うための取扱いが容易な内蔵モジュールである。円筒壁228を含む一体の組立体の二重壁の厚さは、ベース198に配置された環状溝235内に受け入れられる。この二重壁の厚さは、Ｏ−リング199と接触するための一つの衝合面を提供する。プラスチックをスポット溶接することによってボトムプレート208をライナーとなる殻体206に組み立てる代わりに短い円筒壁228にプラスチック製のスナップ嵌め押縁を設け、これをライナーとなる殻体と協働させてもよい。
中央開口部231の直径は、円錐状部材の積み重ね体207から出た流れがゾーン200に流入できるように、中央チューブ177の外径よりも大きい所定の大きさを有する。
円錐状部材の積み重ね体207は、実際上同じ截頭円錐形の34個の薄壁プラスチック製円錐状部材209（第19図乃至第22図参照）からなる整合したスタックを含む。各円錐状部材209は、型成形によって形成された一体の構造であり、截頭円錐形本体238、上シェルフ239、本体238の内面及びシェルフ239に形成された等間隔に間隔が隔てられた６つのベーン240を含む。各円錐状部材209の外面241は、全体に亘って実質的に平滑であるが、内面242には、６つのベーン240の他の複数の突起243が設けられている。これらの突起により、高圧状況下において、隣接した円錐状部材間の円錐状部材間間隔を正確に且つ均等に維持することができる。本体238には、等間隔に間隔が隔てられた６つの開口部246が配置されており、これらの開口部は、オイルを隣接した円錐状部材209間に流すための入口行路を提供する。各開口部246は、６つのベーン240のうちの異なる対応するベーンと隣接して位置決めされている。
円錐状部材209の整合は、二つの点で重要である。軸線方向では、隣接した円錐状部材間の間隔が均等であるため、流路、粒子の分離、及び分離効率の向上が全体としてバランスのとれたものとなる。周方向では、一つの円錐状部材の開口部246が隣接した円錐状部材の開口部と整合するように円錐状部材を回転させて整合させるのが重要である。これにより、各円錐状部材を通って隣接した円錐状部材間の分離空間に流入するオイルの流れを均等であり且つバランスのとれた流れにすることができる。所望の軸線方向間隔を得るため、突起243のパターンを使用する。周方向（半径方向）整合について、一方の円錐状部材のリブが隣接した円錐状部材の対応する溝と噛み合って係合する。この関係は、円錐状部材109からなる積み重ねられた配列に亘って繰り返される。
暫く本題から逸れる。第11図及び第12図は、主要な概略図であると考えられるべきである。これは、図面の明瞭化を図るために省略された、図面における特定の技術的な細かい事柄のためである。個々の円錐状部材209がサブアッセンブリ186内で区分けされているため、隣接した円錐状部材を僅かに分離することによって、開口部246の幾つかの部分、各円錐状部材の裏側に設けられたベーン240及び突起243を部分的に見ることができる。各円錐状部材209のこれらの特徴は第19図乃至第22図に示してあるため、これらの特徴は第11図及び第12では省略してある。同様の説明が第２図にも適用される。
シェルフ239の中央には孔247が同心に設けられている。等間隔に間隔が隔てられた６つのＶ字形状溝248がこの孔247から半径方向に延びている。これらの溝は、６つのベーン240と整合している。一つの円錐状部材の溝248は、隣接した円錐状部材のベーンの上部分を受け入れ、これによって、適正な周方向整合を制御する。孔247は、全体に円形の縁部249を有し、この縁部は、６つの半円形の拡大開口部250によって変形してある。開口部250は、等間隔に間隔が隔てられており、隣接したベーン240間の（周方向）中央に位置決めされている。隣接した開口部250間に配置された縁部251は、同じ円形縁部の部分であり、その直径は、中央チューブ177の外径に非常に近い直径を有する。縁部251が中央チューブ177にぴったりと嵌まり、開口部250がこれを拡大するため、孔247を通るオイルの流出流は、開口部250を通るように制限される。このように、円錐状部材の積み重ね体207からのオイルの流出流は、等間隔に間隔が隔でられた６つの流路に差し向けられ、中央チューブ177の外径に沿ってゾーン200に流入する。開口部250が周方向でこのように位置決めされているため、これらの開口部は、ライナーとなる殻体206のベーン210間の中央に配置され、更に、ウェブ232間の中央に配置される。このため、ライナーとなる殻体206、円錐状部材の積み重ね体207、及びボトムプレート208が中央チューブ177の長さ方向軸線を中央として回転し、ベーン210、ベーン240、及びウェブ232を全て周方向及び軸線方向で整合させる。このように整合させることによって、ライナーとなる殻体206、円錐状部材の積み重ね体207、及びボトムプレート208を通って延びる周方向に間隔が隔てられた６つの流路が形成される。
ベーン240の各々は、二つの部分255及び256を持つように形成されている。側部分255は、厚さが均等であり、丸味を付けた隅部257から本体238に沿って環状縁部258を僅かに越えるまで延びている。６つの一体の上部分256の各々は、下方に凹所をなしている。上部分の中心は、対応する溝248上にある（第21A図参照）。部分256は、隣接した円錐状部材に設けられた対応するＶ字形状溝248に入り込むリブとして機能する。
ライナーとなる殻体206、円錐状部材の積み重ね体207、及びボトムプレート208からなる円錐状部材の積み重ね体を含む組立体186は、独特の自明でない改善を提供する使い捨ての交換式構成要素である。環状隙間空間223内に遠心分離器160の所望の作動に影響するのに十分なレベルにまでスラッジが溜まると、組立体186全体を遠心分離器の残りから取外して廃棄し、新たな清浄な組立体を設置する。取り外した組立体186は焼却してもよいしリサイクルしてもよく、全体がプラスチックで形成されているため、こうした方法を利用できる。
二つの主要な実施例を説明したが、これらの二つの主要な実施例から選択した特徴の独特の組み合わせである別の遠心分離器構成もある。第23図では、遠心分離器270は、遠心分離器45と同様の構成を持ち、交換式組立体186を持たない。しかしながら、トッププレート46がなくしてあり、円錐状部材272の截頭円錐形形状と合致するように設計された所定の上角度を持ち且つ最も上側の円錐状部材272aを入口穴274の下に位置決めする深ディンプルリブ273を持つように、再設計した遠心分離ボウル271によってトッププレートの機能を行う。円錐状部材272は、実際上、円錐状部材209と同じであり、孔247及び半円形開口部250の設計を備えている。しかしながら、最も上側の円錐状部材272aの形体は、開口部250をなくすように変更してある。その結果、円錐状部材と中央チューブとの間で円錐状部材272aの中央孔を通るオイルの流路はない。そのため、流れは円錐状部材272aの外縁部を迂回し、次いで隣接した円錐状部材間を中央チューブ177に向かって進む。この実施例では、第１円錐状部材272aは、その独特の形体、及びオイルが中央チューブ177から出たときにこの形体がオイルの流れを制御する方法のため、実際には、トッププレート即ち流れ制御プレートとして機能する。
本発明を添付図面及び以上の説明に例示し且つ詳細に説明したが、これは特徴を例示するものであって限定するものではなく、単なる好ましい実施例を示し且つ説明したものと考えられるべきであり、本発明の精神の範疇の全ての変形及び変更が保護されるべきである。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３Ａ】
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【図４Ａ】
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【図６】
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【図５】
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【図１７】
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【図７】
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【図８】
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【図１９】
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【図９】
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【図１０】
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【図２０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２１Ａ】
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【図２２】
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【図２３】
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