(57)【要約】  本発明の遠心分離機用自動平衡型ローターは、遠心分離用回転軸を基準として同一な半径の長さを持って等角に配置され、試料が搭載されたバケットを支持する複数の回転アームと、前記各々の回転アームに半径方向に移動可能に設置され、遠心分離過程の際に前記バケットの遠心力不平衡量を補正する平衡錘と、前記各々の平衡錘を前記回転アームの半径方向に水平移送させる平衡錘移送手段とを含む。各試料の重さの差による遠心力の不平衡を各々のローターアームに設置された平衡錘を水平移送させて補正することにより、ローターアームの回転半径を同一に維持することができ、これにより狭い空間で済むのと同時に各試料に加えられる遠心力を同一に維持させ、自動平衡のためのバックラッシュの相対的な影響を緩和ないしは除去できるようにした。
2008518747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心分離用回転軸を基準として同一な半径の長さを持って等角に配置され、試料が搭載されたバケットを支持する複数の回転アームと、
前記各々の回転アームに半径方向に移動可能に設置され、遠心分離過程の際に前記バケットの遠心力不平衡量を補正する平衡錘と、
前記各々の平衡錘を前記回転アームの半径方向に水平移送させる平衡錘移送手段と、を含んでなる遠心分離機用自動平衡型ローター。
【請求項２】
前記回転アーム間に形成された空間にバケットが搭載されることを特徴とする、請求項１記載の遠心分離機用自動平衡型ローター。
【請求項３】
前記各々の回転アームには、半径方向に前記平衡錘を収納して水平移送を案内するスロットが形成されており、
前記平衡錘の中心に雌ねじが形成されており、
前記平衡錘移送手段は、平衡錘移送モーターと、前記平衡錘移送モーターに軸結合されたウォームと、前記ウォームに噛合されたウォームギアと、前記スロットに半径方向に設置され外周面には雄ねじが形成され前記平衡錘の雌ねじと螺合されて一側端部には前記ウォームギアが同軸結合された平衡錘移送軸と、を含んでなることを特徴とする、請求項１記載の遠心分離機用自動平衡型ローター。
【請求項４】
前記各々のスロットの適所に設置され前記平衡錘の基準位置への移送を感知する基準位置感知手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の遠心分離機用自動平衡型ローター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心分離機用自動平衡型ローターに関するもので、特に遠心分離機の用途に適合するよう毎回遠心分離作業の前にバケットに搭載された試料荷重間の不平衡を感知し、その感知結果に応じてローターアーム内部に各々搭載された平衡錘をローターアームの半径方向に移送させることにより遠心分離の動的平衡を維持する遠心分離機用自動平衡型ローターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離装置は試料を入れたローターを高速回転させて試料に高い遠心加速度を付加することによって、高密度の試料成分は半径方向の外側に集まり、低密度の試料成分は半径方向の内側に集まるようにして、その構成成分を分離させる装置である。
【０００３】
図１は従来の遠心分離機用自動平衡型ローターを概略的に示した断面図である。図１に示した通り、従来の遠心分離機用自動平衡型ローターはローター回転アーム632に装着されるバケット内の試料間の重さの不平衡を補償するために、制御アルゴリズムに応じてレバー中心体636を水平方向に移送させるメカニズムを使用している。ここで使用されたレバー移送メカニズムは、レバー移動モーター652に軸結合されたウォーム662、ウォーム662に噛合されたウォームギア(図示せず)、ウォームギアと同軸結合されたピニオン666及びピニオン666と噛合されたラック636aを含むレバー中心体636で構成される。
【０００４】
また、バケット(図示せず)に搭載される試料の重さを測定するための圧力センサー690をローター回転アーム632下部に備えており、自動平衡のために圧力センサー690の電気信号を受信し、制御アルゴリズムに応じて電気信号をレバー移動モーター652に伝達するための配線層560をローター下部に一体に取り付けている。
【０００５】
前述した構成を有する従来の遠心分離機用自動平衡型ローターにおいては、ローターレバー両端に搭載されたバケットの重さを測定して試料の不平衡を感知し、遠心分離のための回転時にバケット内の試料間の動的平衡状態を維持するために試料の重さの差に相応する試料とローター回転軸間の距離の差を調節して両端の試料にかかる遠心力を一致させる方式を使用しているが、より詳しい事項は本出願人が出願人となっている韓国出願番号10-2002-0017498(公開日:2002年4月17日)に記載されているので説明を省略する。
【０００６】
しかし、前述した従来の遠心分離機用自動平衡型ローターによれば、自動平衡を維持させるための手法としてレバー中心体自体を半径方向に移送させるので、両側試料間の重さの差が大きいほど回転半径が大きくなり、これにより広い空間を必要とする問題点がある。
【０００７】
さらに回転中心から一側の試料までの距離が長くなるとその長くなった距離の分だけ他側の試料までの距離は短くなるが、これにより左右バケット内の試料に加わる遠心力に差が生じ、過分離または未分離等の問題が発生することもあり、レバー中心体の限定された水平移送距離により水平移送部のバックラッシュ(back lash)に起因した一定水準の自動平衡の最小限界を持つ短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、各試料の重さの差による遠心力の不平衡を各々のローターアームに設置された平衡錘を水平移送させて補正することでローターアームの回転半径を同一に維持することができ、これにより狭い空間で済むのと同時に各試料に加えられる遠心力を同一に維持させ、自動平衡のためのバックラッシュの相対的な影響を緩和ないしは除去できるようにした遠心分離機用自動平衡型ローターを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するための本発明の遠心分離機用自動平衡型ローターは、遠心分離用回転軸を基準として同一な半径の長さを持って等角に配置され、試料が搭載されたバケットを支持する複数の回転アームと、前記各々の回転アームに半径方向に移動可能に設置され遠心分離過程の際に前記バケットの遠心力不平衡量を補正する平衡錘と、前記各々の平衡錘を前記回転アームの半径方向に水平移送させる平衡錘移送手段と、を含んでなる。
【００１０】
前述した構成において、バケットは前記回転アームの間に形成された空間に搭載されるようにするのが望ましい。さらに、前記各々の回転アームには半径方向に前記平衡錘を収納して水平移送を案内するスロットが形成されていること、前記平衡錘の中心に雌ねじが形成されていることが望ましい。また、前記平衡錘移送手段は、平衡錘移送モーターと、前記平衡錘移送モーターに軸結合されたアームと、前記ウォームに噛合されたウォームギアと、前記スロットに半径方向に設置されて外周面には雄ねじが形成され前記平衡錘の雌ねじと螺合されて一側端部には前記ウォームギアが同軸結合された平衡錘移送軸と、を含んでなるように構成するのが望ましい。
【００１１】
さらに、前記各々のスロットの適所に設置され前記平衡錘の基準位置への移送を感知する基準位置感知手段をさらに備えるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の遠心分離機用自動平衡型ロータによると、任意で搭載される各試料の荷重差により発生するロータ自体遠心力の不平衡を、ローターアームスロット内部に設けられた各平衡錘の回転半径を調節して補償することで、遠心分離作業が進行する間、不平衡から起こる振動を防止することができ、これによりローター及び遠心分離機の寿命を延長させることができ、試料を破損から保護することができる。
【００１３】
また、ユーザが試料の荷重を直接計量したり、その個数を合わせる必要なく試料の遠心分離を正確且つ迅速に処理することができるので、遠心分離に必要な作動時間を最小化することができる。また、従来の自動平衡型２アームスウィングローターにおいて採択したローターレバー直接移送方式に比べ、本発明の自動平衡型３アームスウィングローターの平衡錘移送方式の場合には、小さな遠心分離空間を使用するため大容量の遠心分離により適したローター方式であると言える。さらに、平衡錘を案内するスロットをローターアームのほぼ全長にわたって形成させることができるため、平衡錘の移送距離を長くすることができ、これにより平衡錘と平衡錘移送軸ギア間のバックラッシュの影響を最小化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施例による遠心分離機用自動平衡型ローターについて詳細に説明する。
【００１５】
図２は本発明の一実施例による遠心分離機用自動平衡型ローターの外観を概略的に示した斜視図であり、図３は図２のローターの分解斜視図であり、図４は図２においてA-A線を切り取って見たローター断面図であり、３アームスウィングローターを例示している。
【００１６】
図２〜４に示したように、本発明の一実施例による遠心分離機用自動平衡型ローターは大きく分けて、試料が搭載されたバケット31を支持する３つのローターアーム29と、各々のローターアーム29に設置され遠心分離過程の際にバケット31の遠心力不平衡量を補正する平衡錘15と、平衡錘15をローターアーム29の半径方向に水平移送させる各々の平衡錘移送器具とを含んでいる。
【００１７】
前述した構成において、ローターアーム29は所定の厚みを持つ円板においてバケット31が搭載される部位を等角度に除去して形成することができるが、本実施例においては各々のローターアーム29が相互120°間隔を維持している。また、各々のローターアーム29の両側には、バケット31を回動可能に支持するバケット支持ピン33が形成されており、隣接したローターアーム29が協力してバケット31を支持している。
【００１８】
一方、各々のローターアーム29には平衡錘15を収納した状態で水平方向に移送することもできるよう、スロット29aが半径方向に形成されているが、このようなスロット29aは望ましくは四角の長溝形とされる。平衡錘15はスロット29a内において回転しないよう六面体に具現するのが望ましく、その中心部位には雌ねじ(図示せず)が形成されている。
【００１９】
各々の平衡錘移送器具は、ローターの中心部位にその軸が鉛直方向を向くように設置される平衡錘移送モーター５と、平衡錘移送モーター５の軸の終端に軸結合されたウォーム７と、スロット29a内に長手方向に設置され外周面には平衡錘15の雌ねじと螺合される雄ねじが形成されている平衡錘移送軸17と、平衡錘移送軸17の一側端部に軸結合された状態でウォーム7と噛合されるウォームギア19と、平衡錘移送軸17の両端に同軸結合されたスラストベアリング21およびラジアルベアリング23と、を含んでいる。
【００２０】
一方、平衡錘15をスロット29a内において水平移送するに際して、固定された基準位置を感知するための位置センサー13、望ましくはリミットスイッチが要求されるが、このような位置センサー13は、スロット29aの適所、望ましくは平衡錘カバー９から下部に延設された支持ブラケット11に設置される。
【００２１】
図中の符号３と１は各々平衡錘移送モーター５を支持する支持フレームと当該支持フレーム３の上部を覆うモーターキャップを示し、符号９はスロット29aの上部を覆うスロットカバーを示す。参照符号25と27は各々スラストベアリング21とラジアルベアリング23をスロット29a内部に固定させるハウジングを示す。
【００２２】
図５は、本発明の自動平衡型ローターを搭載した遠心分離機の作動全般に関する電気的なブロック構成図である。図５に示したように、本発明の自動平衡型ローターを搭載した遠心分離機の作動全般に関する電気的な構成は、自動平衡型ローターが搭載された遠心分離機に備えられた各種機能を選択及び入力するキー入力部110、遠心分離機内部に装着された荷重測定装置(図示せず)を含んでなり、各々のローターアーム29に装着されたバケット31を通じて賦課される試料荷重の平衡状態を感知する平衡感知部120、現在の設定と同じ各種作動状態を表示板に表示する表示部130、遠心分離機の全体的な動作を制御する制御部100、平衡錘移送モーター５を駆動して平衡錘15を位置センサー13を通じて感知された初期位置から平衡錘移送軸17に沿って移送させるための平衡錘移送部150、配線層接続モーター170を駆動して配線接続板(図示せず)を配線層(図示せず)に連結させることにより平衡感知部120の感知信号に応じて平衡錘移送部150に制御命令を伝達する電気系統を架設する信号接続部140及びローター駆動モーター180を駆動してバケット31が装着された３アームスウィングローターを回転させる遠心分離駆動部160を含んでいてもよい。
【００２３】
前述した構成において、平衡錘移送モーター５は、回転角の精密制御が可能なステップモーター(stepping motor)で具現することができ、その他サーボモーターでも具現することができる。また制御部100には、平衡錘移送モーター5の回転角による平衡錘15の平衡錘移送軸17上の移送距離と遠心力平衡のための試料荷重の差による各平衡錘移送距離を算出するための算出式(後述する数学式1参照)等が搭載されている。
【００２４】
以下では、本発明の自動平衡型ローターを搭載した遠心分離機の動作順序及び原理について詳細に説明する。
【００２５】
まず、ユーザが、ローターアーム29のバケット支持ピン33に装着された３つのバケット31に試料が搭載されたアダプタ(図示せず)を各々搭載した状態で、キー入力部110を通じて各試料類型別遠心分離条件に符合する命令を入力すると、制御部100がこの伝達を受けた後、平衡感知部120に命令を伝達する。次に、平衡感知部120においては、自重測定装置により荷重測定センサー(図示せず)をバケット31の下から上昇させてバケット支持ピン33における拘束を解除させた状態で、各バケット31に搭載された試料の重さを測定する。
【００２６】
続いて、制御部100は、平衡感知部120を通じて測定された試料の重さに相応する信号の伝達を受け、これによる試料の不平衡を補償するための各平衡錘15の移送距離を計算する。次に、制御部100は、信号接続部140に命令を伝達して配線層接続モーター170を駆動させることにより、配線接続板(図示せず)を配線層(図示せず)に連結させる。
【００２７】
続いて、制御部100は、連結された信号接続部140を通じて計算された各平衡錘移送距離に相応する各平衡錘移送モーター５の回転角を制御するために、まず、各位置センサー13の信号を信号接続部140を通じて受信し、各平衡錘15の移送位置が初期基準位置であるかどうかを判断する。そして、各位置センサー13の信号が平衡錘15が初期基準位置にあることを示せば、制御部100は連結された信号接続部140を通じて平衡錘移送部150に命令を伝達し、平衡錘移送モーター５の回転角を制御して平衡錘15を平衡錘移送軸17に沿って計算された距離の分だけ前進させる。
【００２８】
反面、各位置センサー13の信号が平衡錘15が初期基準位置ではなく平衡錘移送軸17上の既前進された距離にあることを示せば、制御部100は連結された信号接続部140を通じて平衡錘移送部150に命令を伝達し、平衡錘移送モーター５の回転角を制御して平衡錘15を平衡錘移送軸17に沿って後進させると同時に、位置センサー13の信号を連続的に判読して平衡錘15が初期移送位置に到着したかどうか判断する。この際、位置センサー13の信号を通じて平衡錘15が初めて初期移送位置に到着したと判断されれば、制御部100は平衡錘移送モーター５に賦課していた制御信号を即時中止し、今度は、平衡錘移送モーター５の回転角を反対方向に制御して平衡錘15を平衡錘移送軸17に沿って計算された距離の分だけ前進させる。
【００２９】
このように各平衡錘移送部150の平衡錘15を計算された移送距離分だけ平衡錘移送軸17に沿って前進させると、各バケット31内の試料間で発生し得る重さの不平衡を、各バケット31に対応する平衡錘15の適切な移送を通じて補償し、結果的に各試料と平衡錘15間の遠心力平衡をローターの回転中にも維持するようになる。そして、制御部100は、信号接続部140に命令を伝達し、配線層接続モーター170を駆動させることにより配線接続板を配線層から分離させる。この状態で制御部100は、遠心分離駆動部160に命令を伝達し、ローター駆動モーター180を駆動して平衡が維持された状態で遠心分離作業を遂行する。一方、表示部130は遠心分離過程進行中に各種現在の設定と作動状態を表示板に表示する。
【００３０】
前述した本発明の自動平衡型ローターを搭載した遠心分離機の動作順序及び原理のうち、制御部100においては、次のような過程を通して、ローター外部の荷重測定装置を通じて測定された各バケット31内の試料の重さの差と、これによる試料間の遠心力不平衡を補償するための各平衡錘15の移送距離を算出する。まず、各バケット31の測定された重さ、回転時のバケットとローター回転軸間の距離及び設定された回転速度から各バケットの遠心力を計算することができ、これら各バケットの遠心力ベクターを合算して総遠心力ベクターの値を算出する。次に、設定された平衡錘15の重さと後に誘導する平衡錘15とローター回転軸間の距離及び設定された回転速度から、各平衡錘15の遠心力とこれら平衡錘15の遠心力ベクターを合算した総遠心力ベクター式を計算することができる。
【００３１】
結果的に、各バケット31に任意搭載された試料によるバケット間の不平衡成分である総遠心力ベクターとこれを補償または相殺するための平衡錘15の総遠心力ベクターは、ローター回転による遠心分離過程の際に常に互いに動的平衡関係を維持しなければならない。このような各バケット31と平衡錘15間の遠心力動的平衡関係式を通じて、各平衡錘15の平衡錘移送軸17上の移送距離を誘導することができる。各バケット31と平衡錘15間の遠心力動的平衡関係式は、次のように表現される。
【００３２】
【数１】
2008518747.tif 000003
【００３３】
ここで
2008518747.tif 000004
と
2008518747.tif 000005
は、各々バケット31と平衡錘15の質量を表し、
2008518747.tif 000006
と
2008518747.tif 000007
は、各々ローター回転軸からバケット31及び平衡錘15の質量中心に向かう位置ベクターを表し、Ωはローター回転速度を表す。上の数式１は３アームローターの場合に該当し、結果的に左辺の試料を搭載した３つのバケット31の総遠心力ベクターの合力と右辺の３つの平衡錘15の総遠心力ベクターの合力が互いに平衡をなし、これらの間の総遠心力の合力は相殺され理論的にゼロにならねばならないことを示す。
【００３４】
すなわち、上の平衡関係式から各平衡錘15の移送距離
2008518747.tif 000008
を誘導することができる。
【００３５】
一方、信号接続部140では、ローター駆動モーター180の軸周りに、ローター内部の平衡錘移送モーター５および位置センサー13の電気回路部と連結された配線層(図示せず)が設けられていて、ローター駆動モーター軸が適度な角度で回転した状態において、配線層が配線接続板(図示せず)とローターアーム29内外の電気配線がねじれない状態で連結及び分離することができる。
【００３６】
また、平衡錘移送部150において、平衡錘15を平衡錘移送軸17上で移送するために平衡錘移送モーター５の軸とウォーム７を軸結合し、このようなウォーム７とウォームギア19を適度なギア比で噛合しているが、このようにウォーム７とウォームギア19の組み合わせを採択してウォーム７のみでウォームギア19を駆動可能にし、ウォームギア19ではウォーム７を逆駆動できないようにすることによって、ローターアーム29の高速回転時、各平衡錘15にかかる遠心力により平衡錘15が平衡錘移送軸17上でローターアーム29の外方向に不本意に移動することを防止(self locking)できる。
【００３７】
本発明の遠心分離機用自動平衡型ローターは、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想が許容する範囲内で多様に変形して適用することができる。
【００３８】
例えば、前述した実施例のような３アームスウィングローターの他にも２アームスウィングロータや４アームスウィングロータ又はそれ以上のアームを有するスウィングロータを設けることもできる。ここで、２アームスウィングロータの場合は各アーム間の相対角度が180°で、４アームスウィングロータでは90°とならなければならない。また、これら多重アームスウィングロータの各アームスロット内部には同一の平衡錘移送器具を各々搭載しなければならない。一方、平衡錘移送器具から平衡錘15の移送を制御するためのウォーム７とウォームギア19の組み合わせの代わりにベベルギアやその他のギアの組み合わせを採択することもできる。また、平衡錘移送器具において平衡錘移送軸17の支持と円滑な回転及び平衡錘の遠心力を支持するためのスラストベアリング21とラジアルベアリング23の代わりに、これらの混用や多重ベアリングの使用を選択することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の遠心分離機用自動平衡型ローターを概略的に示した断面図。
【図２】本発明の遠心分離機用自動平衡型ローターの外観を概略的に示した斜視図。
【図３】図２のローターの分解斜視図。
【図４】図２中のA-A線で切り取って見たローター断面図。
【図５】本発明の自動平衡型ローターを搭載した遠心分離機の電気的なブロック構成図。
【図１】
2008518747.tif 000009
【図２】
2008518747.tif 000010
【図３】
2008518747.tif 000011
【図４】
2008518747.tif 000012
【図５】
2008518747.tif 000013
【国際調査報告】
2008518747.tif 000014
2008518747.tif 000015
2008518747.tif 000016