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KR101162103B1 - A hybrid fixed angle rotor for a centrifuge with light weight - Google Patents

A hybrid fixed angle rotor for a centrifuge with light weight Download PDF

Info

Publication number
KR101162103B1
KR101162103B1 KR1020100019254A KR20100019254A KR101162103B1 KR 101162103 B1 KR101162103 B1 KR 101162103B1 KR 1020100019254 A KR1020100019254 A KR 1020100019254A KR 20100019254 A KR20100019254 A KR 20100019254A KR 101162103 B1 KR101162103 B1 KR 101162103B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hub
angle rotor
inner portion
inner part
centrifuge
Prior art date
Application number
KR1020100019254A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110100345A (en
Inventor
이학구
박지상
이교민
김지훈
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020100019254A priority Critical patent/KR101162103B1/en
Publication of KR20110100345A publication Critical patent/KR20110100345A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101162103B1 publication Critical patent/KR101162103B1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B7/00Elements of centrifuges
    • B04B7/08Rotary bowls
    • B04B7/085Rotary bowls fibre- or metal-reinforced

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터는, 외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부, 상기 외측부의 내측에서 외측부의 원주방향 강성에 대하여 1/5 이항의 강성을 가지며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와, 상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 변형량이 감소하여 고속회전이 가능하며 안전성이 향상되는 이점이 있다.The lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to an embodiment of the present invention has an outer portion formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction on the outer side, and stiffness of not less than 1/5 with respect to the circumferential stiffness of the outer side from the inner side of the outer portion. It has an inner portion having a plurality of slots, and having a higher rigidity than the inner portion, having a larger outer diameter than the inner diameter of the inner portion, and comprises a hub coupled to the pressure applied to the inner portion in the inner portion It is done. According to the present invention configured as described above, there is an advantage in that the deformation amount is reduced to enable high speed rotation and the safety is improved.

Description

원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터{A hybrid fixed angle rotor for a centrifuge with light weight}Lightweight hybrid fixed angle rotor for centrifuges {A hybrid fixed angle rotor for a centrifuge with light weight}

본 발명은 원심분리기용 로터 중 고정각 로터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부와, 상기 외측부 강성의 1/5 이하의 강성을 갖도록 외측부 내측에 위치하며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와, 상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브로 구성되며, 내측부와 외측부의 재료강성비 제어를 통해 로터에 발생되는 θ방향과 r방향의 응력분포가 재료 강도의 이방성을 반영하도록 하고, 허브와 내측부의 조립 시 압축응력이 발생하도록 하여 구동 시 발생할 수 있는 허브와 내측부 사이의 이격 문제를 해결함으로써 고속회전에 최적 설계될 수 있도록 한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터에 관한 것이다.The present invention relates to a fixed-angle rotor of the centrifuge rotor, and more specifically, the outer side formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction on the outside, and the outer side inside so as to have a rigidity of 1/5 or less of the outer side rigidity It is located, the inner portion is provided with a plurality of slots, has a rigidity than the inner portion, has a larger outer diameter than the inner diameter of the inner portion, and consists of a hub coupled to the pressure applied to the inner portion from the inner portion, the inner portion and By controlling the material stiffness ratio of the outer part, the stress distribution in the θ and r directions generated in the rotor reflects the anisotropy of the material strength, and the compressive stress is generated when assembling the hub and the inner part so that the driving force between the hub and the inner part can be generated. Lightweight hybrid for centrifuges that can be optimally designed for high speed rotation by solving the separation problem It relates to a fixed angle rotor.

원심분리기는 시료를 고속으로 회전시켜 이때 발생하는 원심력을 이용하여 시료를 성분별로 분리하는 장치로 생명, 물리, 의학, 화학 등 다양한 분야의 실험에서 널리 사용되고 있다.Centrifuge is a device that separates the sample by component by using the centrifugal force generated at this time by rotating the sample at high speed and is widely used in experiments in various fields such as life, physics, medicine and chemistry.

이러한 원심분리기는 모터로부터 회전 동력을 제공받아 고속으로 회전하는 로터를 요부 구성으로 하며, 로터의 종류에는 vertical type, hanging type, fixed angle type 등이 있다. The centrifuge has a rotor that rotates at high speed by receiving rotational power from a motor, and the rotor includes a vertical type, a hanging type, and a fixed angle type.

본 발명의 대상 로터는 고정각 (fixed angle) 로터로 상기 로터는 회전 중심을 기준으로 방사상으로 다수 슬롯이 기울어진 형태로 함몰 형성된다.The target rotor of the present invention is a fixed angle rotor, and the rotor is recessed in a form in which a plurality of slots are inclined radially with respect to the center of rotation.

상기 슬롯은 내부에 시료가 담긴 튜브가 수용되는 곳으로, 필요에 따라 다양한 크기 및 위치를 가질 수 있다.The slot is where the tube containing the sample is accommodated, and may have various sizes and positions as necessary.

그리고, 상기 슬롯은 고속으로 회전하게 되므로 큰 원심력이 발생하게 되어 시료를 밀도에 따라 분리하게 된다. 이러한 고속회전은 시료뿐만 아니라 로터에도 원심력에 의한 응력분포를 발생시킨다. In addition, since the slot is rotated at a high speed, a large centrifugal force is generated to separate the sample according to the density. This high speed rotation generates stress distribution by centrifugal force not only in the sample but also in the rotor.

단위부피가 받는 원심력은 회전속도의 제곱, 거리, 그리고 밀도에 비례하므로, 밀도가 낮고 강도가 좋은, 즉 비강도가 좋은 재료를 이용하여 로터를 제작하면 보다 높은 회전속도의 구현이 가능하다. 이러한 이유로 비강도가 좋은 복합재료를 고속 원심분리기 로터에 적용하여 보다 높은 회전속도를 실현하려는 시도가 진행되고 있다.The centrifugal force received by the unit volume is proportional to the square, distance, and density of the rotational speed. Therefore, if the rotor is made of materials with low density and good strength, that is, high strength, higher rotational speed can be achieved. For this reason, attempts have been made to realize higher rotational speeds by applying composite materials having good specific strength to high-speed centrifuge rotors.

기존의 복합재료 고속 원심분리기 로터 특허는 복합재료 적용 위치에 따라 크게 내측부(금속) - 외측부 로터(복합재료)로 구성되거나, 내측부(폴리머) - 외측부 로터(복합재료)로 구성되거나, 내측부(복합재료) - 외측부 로터(복합재료)로 구성된 세 가지 종류로 구분된다. Existing composite high-speed centrifuge rotor patent is composed of inner part (metal)-outer rotor (composite material), inner part (polymer)-outer rotor (composite material), or inner part (composite) Materials)-Three types of outer rotors (composites).

상기한 세 가지 로터의 구성 및 문제점을 순서대로 살펴보면,Looking at the configuration and problems of the three rotors in order,

미국등록특허 제5,057,071호에는 알루미늄(Aluminum)으로 형성된 내측부와, 복합재료로 형성된 외측부를 포함하여 구성되는 로터가 개시되어 있다.US Patent No. 5,057,071 discloses a rotor including an inner part formed of aluminum and an outer part formed of a composite material.

상기 특허는 복합재료 로터는 내부에 밀도가 높은 금속 재료를 사용하기 때문에 원심력에 의한 로터 내부의 응력이 크게 발생할 뿐만 아니라, 방향으로 배열된 강화섬유 복합재료의 이방성 특성을 제대로 활용하지 못하는 단점이 있다. The patent has a disadvantage that the composite rotor uses a metal material with a high density, so that the stress inside the rotor due to the centrifugal force is greatly generated, and the anisotropic property of the reinforcing fiber composite material arranged in the direction is not properly utilized. .

다음으로 미국등록특허 제4,824,429호에는 고분자로 형성된 내측부와, 복합재료로 형성된 외측부를 포함하여 구성되는 로터가 개시되어 있다.Next, US Patent No. 4,824, 429 discloses a rotor including an inner part formed of a polymer and an outer part formed of a composite material.

상기 특허는 내측부에 밀도가 낮은 고분자 재료를 사용하기 때문에 원심력에 의한 로터 내부의 응력을 낮출 수는 있으나, 고속 회전 시 고분자 재료의 낮은 강성으로 인하여 발생하는 내측부의 과도한 내경 팽창 문제를 인지하고 못하고 있다.Since the patent uses a low density polymer material on the inner side, it is possible to reduce the stress inside the rotor due to the centrifugal force, but it is not aware of the problem of excessive inner diameter expansion caused by the low rigidity of the polymer material during the high speed rotation. .

이러한 내경팽창은 회전축과 내측부 사이에 이격 문제가 발생하여 구동이 불안정해진다. 뿐만 아니라 상기 특허는 내측부의 질량감소에 너무 집중한 나머지 응력집중현상(stress concentration)이 크게 발생되는 각진 구조를 가지고 있다. Such expansion of the inner diameter causes a problem of separation between the rotational shaft and the inner portion, thereby making the driving unstable. In addition, the patent has an angular structure in which the concentration of the inner portion is so concentrated that the stress concentration is large.

마지막으로, 미국등록특허 제5,643,168호, 제5,759,592호, 제5,776,400호, 제5,362,301호에는 내측부 및 외측부가 복합재료로 구성되어 있는 로터가 개시되어 있다.Finally, U. S. Patent Nos. 5,643, 168, 5,759, 592, 5,776, 400, and 5,362, 301 disclose rotors in which the inner and outer portions are composed of composite materials.

상기 특허들은 내측부 및 외측부에 모두 복합재료를 적용하고 있으며, 각각의 명세서에 명확히 기술된 것처럼 내측부는 반경(r) 방향으로 섬유를 보강하고, 외측부는 원주(θ)방향으로 보강하도록 구성되어 있다.The patents apply a composite material to both the inner and outer parts, and as described clearly in each specification, the inner part is configured to reinforce the fiber in the radial r direction, and the outer part to reinforce in the circumferential direction.

즉, 내측부에는 준등방성(Quasi-isotropic) 배열, random 배열, 직조배열 등 다양한 방식을 취하고 있으나 기본적으로 r,θ 평면에서의 이러한 다양한 배열을 축방향, 즉 원통좌표계의 수직방향 (z-방향)으로 적층함으로써 내측부를 형성하고 있으며, 외측부는 θ방향으로 섬유를 배열시켜 내부 구조를 감싸고 있다.That is, the inner part has various methods such as quasi-isotropic arrangement, random arrangement, and weaving arrangement, but basically these various arrangements in the r, θ plane are axially, that is, the vertical direction (z-direction) of the cylindrical coordinate system. The inner part is formed by laminating in the outer part, and the outer part surrounds the internal structure by arranging fibers in the θ direction.

이러한 구조의 기술적 사상은 내측부는 반경 방향으로의 섬유보강을 통하여, 외측부는 원주방향으로의 섬유보강을 통하여 고속회전 시 발생하는 로터의 팽창이 억제되도록 하는 것이다.The technical idea of this structure is to prevent the expansion of the rotor generated during high-speed rotation through the fiber reinforcement in the radial direction, the inner portion through the fiber reinforcement in the circumferential direction.

그러나, 상기 기술사상은 복합재료의 이방성 특징을 제대로 반영하지 못하기 때문에 복합재료 원심분리 로터의 최적설계와 거리가 먼 문제점이 있다.However, since the technical concept does not properly reflect the anisotropy characteristic of the composite material, there is a problem that is far from the optimum design of the composite centrifuge rotor.

복합재료의 이방성 특징을 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1에서 보는 바와 같이 복합재료는 1방향인 섬유방향으로는 매우 높은 강도를 갖지만 2방향인 섬유에 수직한 방향으로는 매우 취약하며, 일반적으로 1방향 대 2방향 강도비는 20:1 내지 50:1 의 차이를 나타낸다.Anisotropic characteristics of the composite material will be described with reference to FIG. 1. As shown in FIG. 1, the composite material has a very high strength in the fiber direction in one direction but is very fragile in a direction perpendicular to the fiber in the two direction. The difference is: 1.

이러한 경향은 섬유방향 강도는 섬유강도가 주요인이며, 섬유수직방향의 강도는 수지강도가 많은 영향을 주기 때문이다. 상용화된 T1000급 탄소섬유의 강도는 7㎬ 까지 측정되고 있다.This tendency is because the strength of the fiber direction is mainly due to the fiber strength, and the strength of the fiber vertical direction has much influence on the resin strength. The strength of commercialized T1000 grade carbon fiber is measured up to 7 kPa.

준등방성이나 random 배열과 같이 이방성 특성을 약화시키게 되면 강도도 함께 저하되어 일반적으로 일방향 배열 강도의 1/6 이하를 갖는다.When the anisotropic characteristic is weakened, such as quasi-isotropic or random arrangement, the strength also decreases, and generally has 1/6 or less of the unidirectional arrangement strength.

내측부와 외측부로 구성된 고속 회전체에 발생하는 응력분포를 도 2 를 참조하여 요약하면 다음과 같다. 도 2는 직경 20 - 100 ㎜까지의 등방성(또는 준등방성)재료 내측부와 직경 100 - 110㎜까지의 θ방향 섬유보강 복합재료 외측부로 구성된 로터가 회전수 30,000rpm에서 받게 되는 r방향과 θ방향의 응력분포를 나타내고 있다. The stress distribution generated in the high speed rotating body composed of the inner part and the outer part is summarized with reference to FIG. 2 as follows. Fig. 2 shows the rotor in the r and θ directions of a rotor consisting of an inner part of an isotropic (or quasi-isotropic) material having a diameter of 20 to 100 mm and an outer part of a fiber reinforced composite material having a diameter of 100 to 110 mm. The stress distribution is shown.

복합재료의 원주방향 강성 130GPa 대비하여 등방성 재료의 강성이 55 GPa에서 24 GPa, 16 GPa로 낮아질수록 복합재료의 방향에 걸리는 θ응력이 크게 증가하게 되고 r방향으로 걸리는 응력은 감소하며, 등방성 재료의 r방향 및 θ방향 응력 모두 감소하는 것을 볼 수 있다. As the stiffness of isotropic material decreases from 55 GPa to 24 GPa and 16 GPa compared to 130 GPa in the circumferential stiffness of the composite, the θ stress in the direction of the composite material increases and the stress in the r direction decreases. It can be seen that both the r and θ stresses decrease.

따라서, 복합재료의 이방성, 즉 섬유방향으로의 최대강도를 충분히 이용한 로터의 최적설계를 위해서는 θ방향으로 섬유가 보강된 복합재료 외측부에 많은 응력이 발생되도록 하고, 상대적으로 강도가 크게 낮은 내측부의 r방향 및 θ방향 그리고 외측부의 r방향 응력을 낮추어야한다. Therefore, in order to optimize the rotor using the anisotropy of the composite material, that is, the maximum strength in the fiber direction, a large amount of stress is generated in the outer part of the composite material reinforced with fibers in the θ direction, and the inner part of which the strength is relatively low is r. The stress in the direction and in the θ direction and in the r direction of the outer portion should be lowered.

이를 구현할 수 있는 방법은 기존 특허들의 기술사상인 내측부 복합재료의 r방향 섬유보강이 아니라 도 2에서 보는 바와 같이 오히려 역으로 내측부와 외측부의 강성차를 키움으로써 가능해진다. This method can be implemented by increasing the stiffness difference of the inner side and the outer side in reverse as shown in FIG. 2, rather than the r-direction fiber reinforcement of the inner side composite material, which is a technical idea of the existing patents.

하지만 상기 방법은 내측부의 강성 저하로 인하여 고속회전 시 내측부 내경의 과도한 팽창이 동반되는 문제점이 있다. 도 3은 내측부의 내경 위치인 20㎜에서 로터가 30,000 rpm으로 회전할 때의 내경 변위를 나타내고 있다. 내측부의 강성이 55 GPa에서 16 GPa로 낮아졌을 때 내경 변위는 약 0.05mm에서 0.12mm로 증가하여 회전축과 내측부 사이에 이격 문제가 발생할 수 있다.However, the method has a problem that excessive expansion of the inner diameter of the inner portion is accompanied at high speed due to the degradation of the inner portion. Fig. 3 shows the inner diameter displacement when the rotor rotates at 30,000 rpm at the inner diameter position of 20 mm. When the stiffness of the inner portion is lowered from 55 GPa to 16 GPa, the inner diameter displacement increases from about 0.05 mm to 0.12 mm, which may cause a separation problem between the rotating shaft and the inner portion.

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 구체적으로는, 다수 슬롯이 형성된 내측부와 내측부를 감싸는 외측부 사이의 강성비를 제어하여 복합재료로 이루어진 외측부의 최대 강도를 충분히 이용하고, 내측부와 고강성의 허브 조립 시 압축력을 발생시켜 결합함으로써 고속 회전 시 발생할 수 있는 허브와 내측부 사이의 이격 문제가 해결되도록 하여 고속회전에 최적 설계된 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터를 제공하는 것에 있다. An object of the present invention is to solve the conventional problems, more specifically, to control the stiffness ratio between the inner portion formed with a plurality of slots and the outer portion surrounding the inner portion to fully utilize the maximum strength of the outer portion made of a composite material, It is to provide a lightweight hybrid fixed-angle rotor for centrifuge, which is optimally designed for high-speed rotation by solving the separation problem between the hub and the inner part which may occur during high-speed rotation by generating and combining the compression force during high rigid hub assembly.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터는, 외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부와, 상기 외측부의 내측부에 위치하고, 상기 외측부 강성의 1/5 이하의 강성을 가지며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와, 상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.Lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to a first embodiment of the present invention for achieving the above object is located on the outer side formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction, and the inner side of the outer portion, The outer part rigidity has a rigidity of 1/5 or less, has an inner part provided with a plurality of slots, a rigidity higher than the inner part, has an outer diameter larger than the inner diameter of the inner part, and a pressure is applied to the inner part inside the inner part. It characterized in that it comprises a hub coupled to.

본 발명의 제2실시예에 따른 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터는, 외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부와, 상기 외측부의 내측부에 위치하고, 상기 외측부 강성의 1/5 이하의 강성을 가지며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와, 상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브와, 상기 내측부보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되어 상기 슬롯 내부에 구비되는 심부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.A lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to a second embodiment of the present invention is located at an outer side formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction on the outer side, and is positioned at the inner side of the outer side, and has a stiffness of 1/5 or less at the outer side. A hub having a rigidity of and having a plurality of slots, a hub having a higher rigidity than the inner part, having a larger outer diameter than the inner diameter of the inner part, and having a pressure applied to the inner part of the inner part, and the inner part. It is formed of a material having a higher rigidity, characterized in that configured to include a core provided in the slot.

본 발명의 제3실시예에 따른 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터는, 외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부와, 상기 외측부의 내측부에 위치하고, 상기 외측부 강성의 1/5 이하의 강성을 가지며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와, 상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브와, 상기 내측부보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되어 상기 슬롯 내부에 구비되는 심부와, 상기 허브의 일측과 결합하여 상기 허브가 내측부에 압력을 가하도록 강제하는 결합부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The lightweight hybrid fixed-angle rotor for centrifugal separators according to the third embodiment of the present invention is located at an outer side formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction and positioned at an inner side of the outer side, and has a stiffness of 1/5 or less at the outer side. A hub having a rigidity of and having a plurality of slots, a hub having a higher rigidity than the inner part, having a larger outer diameter than the inner diameter of the inner part, and having a pressure applied to the inner part of the inner part, and the inner part. It is formed of a material having a higher rigidity is characterized in that it comprises a core portion provided in the slot and the coupling member for coupling to one side of the hub to force the hub to apply pressure to the inner side.

상기 허브는 중공형 원통 형상을 기반으로 형성됨을 특징으로 한다.The hub is characterized in that formed on the basis of a hollow cylindrical shape.

상기 허브는 중공형 원뿔대 형상을 기반으로 형성됨을 특징으로 한다.The hub is characterized in that formed on the basis of a hollow truncated cone.

상기 외측부는 내측부에 접착된 것을 특징으로 한다.The outer side is characterized in that bonded to the inner side.

상기 외측부는 상기 내측부의 외경보다 작은 내경을 가지며, 억지 끼워진 것을 특징으로 한다.The outer portion has an inner diameter smaller than the outer diameter of the inner portion and is forcibly fitted.

상기 외측부는 내측부의 외면에 필라멘트(filament) 또는 섬유를 다수회 권취한 후 고분자 수지를 주입하고 경화함으로써 형성됨을 특징으로 한다.The outer portion is formed by winding a filament or fiber a plurality of times on the outer surface of the inner portion and then injecting and curing a polymer resin.

상기 외측부는 내측부의 외면에 고분자 수지가 함침된 필라멘트(filament) 또는 섬유를 다수 회 권취한 후 경화함으로써 형성됨을 특징으로 한다.The outer portion is formed by winding a plurality of times the filament (filament) or fiber impregnated with a polymer resin on the outer surface of the inner portion and then cured.

상기 외측부는 B-stage 상태의 복합재료를 내측부의 외면에 권취한 후 경화함으로써 형성됨을 특징으로 한다.The outer portion is formed by winding the composite material of the B-stage state on the outer surface of the inner portion and then curing.

상기 외측부는 접착부재에 의해 내측부와 결합됨을 특징으로 한다.The outer side may be coupled to the inner side by an adhesive member.

상기 심부는 RTM(resin transfer molding)에 의해 복합재로로 성형됨을 특징으로 한다.The core is characterized in that it is molded into a composite by resin transfer molding (RTM).

상기 심부는 슬롯 내부에 억지 끼움 결합, 나사 결합, 접착부재를 이용한 결합 중 어느 하나의 방법으로 결합됨을 특징으로 한다.The core portion is characterized in that it is coupled by any one method of interference fit coupling, screw coupling, coupling using an adhesive member inside the slot.

상기 내측부는 사출 성형 또는 기계 가공에 의해 형성됨을 특징으로 한다.The inner part is characterized in that it is formed by injection molding or machining.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 다수 슬롯이 형성된 내측부와 내측부를 감싸는 외측부 사이의 강성비를 제어하여 최대 강도가 구현되는 복합재료 외측부의 θ방향에 많은 응력이 발생할 수 있도록 함과 동시에, 외측부의 r방향과 내측부의 r방향 및 θ방향 응력을 낮출 수 있도록 구성하였다. As described above, in the present invention, by controlling the stiffness ratio between the inner portion formed with a plurality of slots and the outer portion surrounding the inner portion, a large amount of stress can be generated in the θ direction of the outer portion of the composite material at which the maximum strength is realized, and the r direction of the outer portion is provided. And it was configured to lower the stress in the r direction and θ direction of the inner portion.

또한, 내측부의 강성약화로 발생될 수 있는 회전축과의 이격 문제를 해결하기 위하여 고강성의 허브가 내측부의 내경에 압축력을 발생시킬 수 있도록 구성하였다. In addition, in order to solve the problem of separation with the rotating shaft that may occur due to the weakened rigidity of the inner portion is configured to generate a compressive force on the inner diameter of the high rigid hub.

이상의 구성요소를 통하여 복합재료의 이방성 강도 특성을 고려한 최적설계가 가능하기 때문에 고속 회전에 유리한 원심분리기용 경량 고정각 로터의 구현이 가능한 이점이 있다. Since the optimum design is possible in consideration of the anisotropic strength characteristics of the composite material through the above components, it is possible to implement a lightweight fixed-angle rotor for a centrifuge that is advantageous for high speed rotation.

도 1 은 종래 기술에 사용되는 복합재료의 원주방향 및 반지름 방향 강성을 측정 및 비교한 표.
도 2 는 등방성(또는 준등방성)을 갖도록 구비된 내측부의 외측에 복합재료가 보강된 로터가 30,000rpm으로 회전 시 발생하는 θ방향과 r방향의 응력분포를 나타낸 그래프.
도 3 은 도 2의 샘플 중심으로부터 20㎜ 떨어진 위치의 내측부가 30,000rpm으로 회전 시 내경의 변위를 나타낸 그래프.
도 4 는 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 제1실시예의 구성을 보인 단면도.
도 5 는 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 설계시 슬롯 주위에 발생하는 응력집중현상을 해석한 데이터.
도 6 은 고속 회전 시 원형 슬롯이 타원형으로 변형되는 현상을 해석한 데이터.
도 7 은 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 제2실시예의 구성을 보인 단면도.
도 8 은 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 제3실시예의 구성을 보인 단면도.
도 9 는 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 제4실시예의 구성을 보인 단면도.
도 10 은 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 제5실시예의 구성을 보인 단면도.
1 is a table comparing and measuring the circumferential and radial stiffness of the composite material used in the prior art.
Figure 2 is a graph showing the stress distribution in the θ direction and r direction generated when the rotor reinforced with a composite material is rotated at 30,000rpm outside the inner side provided to have isotropic (or quasi-isotropic).
Figure 3 is a graph showing the displacement of the inner diameter when the inner portion rotates at 30,000 rpm 20 mm away from the sample center of Figure 2;
Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a first embodiment of a lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to the present invention.
Figure 5 is a data analysis of the stress concentration phenomenon occurring around the slot when designing a hybrid hybrid fixed-angle rotor for centrifuge according to the present invention.
6 is a data analysis of the phenomenon that the circular slot is deformed into an elliptical shape at high speed.
Figure 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a second embodiment of a lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to the present invention.
Figure 8 is a cross-sectional view showing the configuration of a third embodiment of a lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to the present invention.
Figure 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of a lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to the present invention.
10 is a cross-sectional view showing the configuration of a fifth embodiment of a lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to the present invention;

이하에서는 첨부된 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 원심분리기용 로터(이하 '로터(100)'이라 칭함)의 구성을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying Figure 4 will be described the configuration of the centrifuge rotor (hereinafter referred to as "rotor 100") according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 원심분리기용 로터의 제1실시예의 구성을 보인 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a first embodiment of a centrifuge rotor according to the present invention.

도면과 같이, 본 발명에 따른 로터(100)는, 외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부(160)와, 상기 외측부(160) 강성의 1/5 이하의 강성을 갖도록 외측부(160) 내측에 위치하며, 다수 슬롯(142)이 방사상으로 구비되는 내측부(140)와, 상기 내측부(140)의 내측에서 내측부(140)에 압력을 가한 상태로 결합된 허브(120)를 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the rotor 100 according to the present invention has an outer portion 160 formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction on the outer side, and the outer portion 160 having rigidity of 1/5 or less of the outer portion 160 stiffness. 160 is located in the inner side, including the inner portion 140, the plurality of slots 142 is provided radially and the hub 120 coupled in a state of applying pressure to the inner portion 140 from the inner side 140 It is composed.

상기 허브(120)는 모터(도시되지 않음)로부터 회전동력을 제공받아 로터(100)가 회전할 수 있도록 하는 회전중심축 역할을 하는 것으로, 내측부(140) 보다 높은 강성을 가지는 재질로 형성되며, 중앙이 비어있는 원통 형상을 기반으로 형성된다. The hub 120 serves as a center of rotation for allowing the rotor 100 to rotate by receiving rotational power from a motor (not shown), and formed of a material having a higher rigidity than the inner portion 140. It is formed based on a cylindrical shape with an empty center.

즉, 상기 허브(120)는 도 4와 같이 중공형 원통 형상을 가질 수도 있으며, 도시되진 않았지만 필요에 따라서는 중공형 원통 형상을 기반으로 하여 플랜지, 리브 등을 추가적으로 구비할 수도 있다.That is, the hub 120 may have a hollow cylindrical shape as shown in FIG. 4, but may be additionally provided with flanges, ribs, and the like, based on the hollow cylindrical shape, although not shown.

그리고, 고속 회전 시 내측부(140)와 허브(120) 사이의 이격 발생을 방지하기 위하여, 상기 허브(120)와 내측부(140)는 목표 사용 회전수에서의 내측부(140) 내경팽창 예측량만큼 억지끼움으로 조립된다.And, in order to prevent the separation between the inner portion 140 and the hub 120 during high-speed rotation, the hub 120 and the inner portion 140 is clamped by the inner diameter expansion predicted amount of the inner portion 140 at the target rotational speed. Is assembled.

예컨대 상기 허브(120)와 내측부(140)의 억지끼움은 온도차를 이용하여 실시 가능하다.For example, the interference fit of the hub 120 and the inner portion 140 can be implemented using a temperature difference.

즉, 상기 허브(120)의 외경은 내측부(140)의 내경보다 크게 구성하고, 상기 허브(120)는 냉각하여 수축하며, 이때 상기 내측부(140)는 가열하여 열팽창시킴으로써 상기 허브(120)의 외경이 내측부(140)의 내경 보다 작아진 상태에서 끼움 결합할 수 있다.That is, the outer diameter of the hub 120 is configured to be larger than the inner diameter of the inner portion 140, The hub 120 is cooled and contracted. At this time, the inner part 140 is heated and thermally expanded, so that the outer diameter of the hub 120 may be fitted in a state in which the outer diameter of the hub 120 is smaller than the inner diameter of the inner part 140.

이후 끼움 결합된 상기 허브(120)와 내측부(140)는 온도평형 상태에서 압력이 발생한 상태를 유지하게 된다.After the fitting coupled to the hub 120 and the inner portion 140 is to maintain a state in which pressure is generated in the temperature equilibrium state.

즉, 상기 허브(120)는 내측부(140)와 끼워진 후 팽창하게 되고, 상기 내측부(140)는 수축하게 되어, 상기 허브(120)는 내측부(140)에 압력을 가한 상태로 결합 된다. That is, the hub 120 is expanded after being fitted with the inner portion 140, the inner portion 140 is contracted, and the hub 120 is coupled in a state where a pressure is applied to the inner portion 140.

상기 허브(120) 외측에는 내측부(140)가 구비된다. 상기 내측부(140)는 시료가 수용되는 슬롯(142)이 방사상으로 다수 개 함몰 형성되며, 상기 슬롯(142)은 고속 회전 시 내부에 수용된 시료가 원심력에 의해 외부로 이탈되지 않도록 외측으로 갈수록 하향 경사를 갖도록 형성된다.The inner side 140 is provided outside the hub 120. The inner portion 140 has a plurality of slots 142 recessed radially in the sample is formed, the slot 142 is inclined downward toward the outside so that the sample contained therein is not separated to the outside by the centrifugal force during high-speed rotation It is formed to have.

그리고, 상기 내측부(140)는 외측부(160)의 강성에 대하여 1/5 이하의 낮은강성을 가지는 재질, 예컨대 폴리머로 형성됨이 바람직하며 이에 대한 이유는 아래에서 설명하기로 한다.In addition, the inner portion 140 is preferably formed of a material having a low rigidity of 1/5 or less with respect to the rigidity of the outer portion 160, for example, a polymer, and the reason for this will be described below.

상기 내측부(140) 외측에는 외측부(160)가 구비된다. 상기 외측부(160)는 금속보다 훨씬 높은 강도를 갖으며 밀도가 낮은 섬유강화 복합재료를 적용하고, 섬유의 배열 방향은 원주방향을 주방향으로 하며, 원주방향에서 축방향인 z-방향으로 ±45도 이내에서 각도 변화를 갖는 섬유 배열도 가능하다.The outer side 160 is provided outside the inner side 140. The outer portion 160 has a much higher strength than metal and has a low density fiber-reinforced composite material, and the arrangement direction of the fibers is circumferential in the circumferential direction, and ± 45 in the z-direction in the circumferential direction. Fiber arrangements with angular changes within degrees are also possible.

도 1에서 언급했던 바와 같이 복합재료는 섬유방향으로 금속보다 매우 강하지만 섬유에 수직한 방향으로 취약한 특성을 갖고 있다. 기존의 복합재료가 적용된 원심분리기 로터는 회전 시 내부에 발생되는 원주방향과 반경방향의 응력비가 10이내의 값을 갖으며, 따라서 반경방향 즉 섬유의 수직한 방향에서 먼저 파손이 발생되는 특징을 갖고 있다. As mentioned in Figure 1, the composite material is much stronger than the metal in the fiber direction, but has a weak characteristic in the direction perpendicular to the fiber. The centrifugal rotor applied with the existing composite material has a stress ratio between the circumferential direction and the radial direction generated within the rotation when it is within 10. Therefore, the damage occurs first in the radial direction, that is, the vertical direction of the fiber. have.

따라서, 내측부(140)와 외측부(160)가 존재하는 하이브리드 이방성 재료의 고속 회전에 대한 탄성해석 및 유한요소해석으로부터 원주방향과 반경방향의 응력비에 영향을 미치는 요소는 내측부(140)와 외측부(160) 사이의 탄성계수비 즉 강성비이며, 일반적인 사이즈의 원심분리기 로터에서 내측부(140)의 강성이 외측부(160) 복합재료의 섬유방향 강성보다 1/5 이하일 때 섬유방향의 최대강도를 이용할 수 있다.Accordingly, the elements that influence the stress ratio in the circumferential and radial directions from the elastic analysis and the finite element analysis for the high speed rotation of the hybrid anisotropic material having the inner part 140 and the outer part 160 are the inner part 140 and the outer part 160. The elastic modulus ratio, i.e., the stiffness ratio, may be used when the stiffness of the inner portion 140 is less than 1/5 of the stiffness of the outer portion 160 composite material in the centrifuge rotor of a general size.

이에 따라 상기 외측부(160)는 필라멘트(filament) 또는 섬유를 내측부(140) 외면에 다수회 권취한 후 고분자 수지 등을 주입하여 성형하거나, 고분자 수지가 함침된 필라멘트 또는 섬유를 내측부(140)의 외면에 다수회 권취한 후 경화함으로써 형성할 수도 있다.Accordingly, the outer portion 160 is formed by winding a filament or fiber on the outer surface of the inner portion 140 a plurality of times and injecting a polymer resin or the like, or molding the filament or fiber impregnated with the polymer resin on the outer surface of the inner portion 140. It can also be formed by winding up many times, and hardening | curing.

또한, 상기 외측부(160)는 RTM(resin transfer molding)에 의해 복합재료로 성형하거나, B-stage 상태의 복합재료를 내측부(140)의 외면에 권취하여 성형할 수도 있으며, 상기 내측부(140)와 외측부(160) 사이에 접착부재를 게재하여 부착되도록 구성할 수도 있을 것이다.In addition, the outer portion 160 may be molded into a composite material by RTM (resin transfer molding), or may be formed by winding a composite material in a B-stage state on the outer surface of the inner portion 140, and the inner portion 140 and It may be configured to attach by placing the adhesive member between the outer portion (160).

상기 내측부(140)의 강성이 보다 약화되면 회전 시 내측부(140)의 팽창이 외측부(160)의 팽창보다 쉬워지게 되어 내측부(140)가 외측부(160)를 누르게 되며, 이 과정에서 내측부(140)와 외측부(160)의 사이의 계면에 압축응력이 발생하게 된다. 이러한 압축응력은 계면의 박리(delamination)를 막아줄 뿐만 아니라 crack propagation을 억제하게 된다.When the stiffness of the inner portion 140 is weaker, the expansion of the inner portion 140 becomes easier than the expansion of the outer portion 160 during rotation, so that the inner portion 140 presses the outer portion 160, and the inner portion 140 in this process. The compressive stress is generated at the interface between the and the outer portion 160. This compressive stress not only prevents delamination of the interface but also suppresses crack propagation.

따라서, 상기 외측부(160)의 최대강도를 충분히 이용한 로터(100)를 설계하기 위해서는 상기 외측부(160)는 θ방향을 주방향으로 섬유가 보강되도록 하여 큰 응력이 발생하더라도 견딜 수 있도록 하며, 상기 내측부(140)는 외측부(160) θ방향 강성의 1/5 이하인 재료를 적용하여, 상대적으로 강도가 낮은 내측부(140)의 r방향 및 θ방향 그리고 외측부(160)의 r방향 응력이 낮아질 수 있도록 하면 된다.Therefore, in order to design the rotor 100 using the maximum strength of the outer portion 160, the outer portion 160 is to reinforce the fiber in the θ direction in the circumferential direction so that even if a large stress occurs, the inner portion 140 is applied to the outer portion 160 of the θ rigidity less than 1/5, so that the stress in the r direction and the θ direction of the inner portion 140 having a relatively low strength and the r direction of the outer portion 160 can be lowered. do.

결국, 상기 내측부(140)는 외측부(160)보다 낮은 강성을 가지는 재질로 형성됨이 바람직하며, 예컨대, 상기 외측부(160)는 복합재료가 적용 가능하며, 상기 내측부(140)는 폴리머로 적용 가능하다.As a result, the inner portion 140 is preferably formed of a material having a lower rigidity than the outer portion 160. For example, the outer portion 160 may be a composite material, and the inner portion 140 may be a polymer. .

상기 내측부(140)는 폴리머 이외에도 상기 외측부(160)의 강성에 따라 다양한 재료로 변경 가능하다. 즉, 도 1과 같이 상기 외측부(160)에 섬유방향으로 370㎬의 강성을 갖는 URN300급 이상의 복합재료를 적용했을 경우, 상기 내측부(140)는 이의 1/5이하인 70㎬ 이하의 강성을 갖는 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등이 적용 가능하다.The inner part 140 may be changed to various materials according to the rigidity of the outer part 160 in addition to the polymer. That is, when the URN300 grade or more composite material having a rigidity of 370 kPa in the fiber direction is applied to the outer portion 160 as shown in FIG. 1, the inner portion 140 is made of aluminum having a rigidity of 70 kPa or less of 1/5 or less thereof. Alloys, magnesium alloys and the like are applicable.

이에 따라 상기 내측부(140)는 기계 가공을 통해 제작될 수도 있으며, 사출 성형을 이용할 수도 있다.Accordingly, the inner part 140 may be manufactured by machining, or may use injection molding.

이하 첨부된 도 5 내지 도 6을 참조하여 로터(100)가 고속회전 시 발생되는 응력집중현상 및 슬롯의 변형 유형을 해석해본다.Hereinafter, the stress concentration phenomenon and deformation type of the slot generated when the rotor 100 is rotated at high speed will be analyzed with reference to FIGS. 5 to 6.

도 5는 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 설계 시 슬롯 주위에 발생되는 응력집중현상을 해석한 데이터이고, 도 6은 고속 회전 시 원형 슬롯의 변형 유형을 해석한 데이터로서, 상기 로터(100)의 회전중심을 기준으로 1개의 슬롯(142)을 포함하도록 60°범위 내에서 표시하였다.FIG. 5 is data analyzing stress concentration occurring around a slot when designing a lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to the present invention, and FIG. 6 is data analyzing a deformation type of a circular slot at a high speed rotation. Marked within a 60 ° range to include one slot 142 relative to the center of rotation of the rotor 100.

먼저 도 5와 같이 반지름방향 응력(σr)은 내측부(140)의 중앙으로부터 외측 방향으로 거리가 변함에 따라 서로 다른 분포를 나타내었으며, 특히 슬롯(142)이 형성되어 있는 반경 상에는 높은 응력이 집중되어 있는 것을 확인할 수 있다.(도 5의 "A"부 참조)First, as shown in FIG. 5, the radial stress σ r has a different distribution as the distance changes from the center of the inner part 140 to the outer direction. In particular, high stress is concentrated on the radius where the slot 142 is formed. Can be confirmed. (See "A" in FIG. 5)

그러나, 반지름 방향으로는 상대적으로 낮은 응력이 발생하였다.However, relatively low stress occurred in the radial direction.

한편, 도 5와 같이 원주방향 응력(σθ)은 내측부(140)의 중앙으로부터 외측 방향으로 거리가 변함에 따라 서로 다른 분포를 나타내긴 하였으나, 슬롯(142)의 내측 및 외측 방향, 보다 구체적으로는 상기 로터(100)의 중앙으로부터 외측방향으로 직선 상에 높은 응력이 집중된 것을 확인할 수 있다.(도 5의 "B"부 참조)On the other hand, the circumferential stress (σ θ ) as shown in FIG. 5 has a different distribution as the distance changes from the center of the inner portion 140 to the outward direction, the inner and outer directions of the slot 142, more specifically It can be seen that high stress is concentrated on a straight line in the outward direction from the center of the rotor (100) (see section "B" in Fig. 5).

이러한 해석 결과를 종합해 볼 때, 상기 슬롯(142)은 로터(100)가 고속으로 회전 시 좌/우 및 전/후 방향으로 높은 응력이 발생되어 변형이 발생될 수 있음을 예측할 수 있다.In summary, the slot 142 may predict that deformation may occur due to high stress in left / right and front / rear directions when the rotor 100 rotates at a high speed.

또한, 상기 로터(100)가 고속으로 회전하게 되면, 내측부(140)는 외측 방향으로 밀려나 변형이 발생하며, 이러한 변형 양상은 도 6과 같다. In addition, when the rotor 100 rotates at a high speed, the inner part 140 is pushed outward and deformation occurs, and the deformation is as shown in FIG. 6.

즉, 상기 내측부(140)는 중심을 기준으로 외측 방향으로 밀려나게 되므로, 상기 허브(120)가 위치하게 되는 내주면은 외측 방향으로 도 6의 "C"만큼 압축되어 결국 상기 슬롯(142)은 타원형상으로 변형하게 된다.That is, since the inner portion 140 is pushed outward with respect to the center, the inner circumferential surface on which the hub 120 is located is compressed by "C" in FIG. 6 in the outer direction so that the slot 142 is elliptical. Will transform into phases.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 내측부(140) 내부(허브(120)가 결합되는 부분)의 변형을 방지하기 위하여 전술한 바와 같이 상기 내측부(140)가 허브(120)에 의해 압축력을 받은 상태로 결합되어 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention as described above in order to prevent deformation of the inner portion 140 (part where the hub 120 is coupled), the inner portion 140 is subjected to a compressive force by the hub 120 Are combined.

이에 부가하여, 상기 슬롯(142)에는 심부(180)가 구비된다.In addition, the slot 142 is provided with a core 180.

도 7은 본 발명에 의한 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터의 제2실시예의 구성을 보인 단면도로서, 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 슬롯(142) 내부에는 심부(180)가 구비된다. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a second embodiment of a lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to the present invention. Referring to FIG. 7, the core portion 180 is provided inside the slot 142. .

상기 심부(180)는 슬롯(142)의 내부 크기 및 형상과 대응되는 외형 크기 및 형상을 갖도록 형성되어, 상기 슬롯(142)의 외측에 발생하는 응력에 의한 슬롯(142)의 변형 및 파손이 방지되도록 한다.The core portion 180 is formed to have an outer size and shape corresponding to the inner size and shape of the slot 142, and prevents deformation and damage of the slot 142 due to stress occurring outside the slot 142. Be sure to

따라서, 상기 심부(180)는 RTM(resin transfer molding)에 의해 복합재료로 성형 가능하며, 상기 슬롯(142) 내부에 억지 끼움으로 결합되거나, 별도의 접착부재를 이용하여 슬롯(142) 내부에 고정될 수도 있다. 그리고, 상기 심부(180)의 내주면과 슬롯(142)의 외주면에 나사를 가공하여 서로 체결되도록 구성할 수도 있다.Accordingly, the core portion 180 may be formed of a composite material by RTM (resin transfer molding), and may be coupled to the inside of the slot 142 by interference fit, or fixed inside the slot 142 using a separate adhesive member. May be In addition, the inner circumferential surface of the core portion 180 and the outer circumferential surface of the slot 142 may be machined so as to be fastened to each other.

그리고, 상기 내측부(140)와 외측부(160)를 설계함에 있어, 내측부(140)의 강성이 외측부(160) 강성의 1/5 이하가 되도록 구성하였다. 즉, 내측부(140)는 폴리머로 적용하였고, 외측부(160)는 복합재료가 적용되도록 구성하였다.In designing the inner side 140 and the outer side 160, the rigidity of the inner side 140 is configured to be 1/5 or less of the outer side 160. That is, the inner portion 140 was applied to the polymer, the outer portion 160 is configured to apply a composite material.

또한 상기 외측부(160)에 섬유방향으로 370GPa의 강성을 갖는 URN300급 이상의 복합재료를 적용했을 경우, 상기 내측부(140)은 70GPa 이하의 강성을 갖는 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등을 적용할 수 있음을 전술한 바 있다.In addition, when the URN300 grade or more composite material having a rigidity of 370 GPa in the fiber direction is applied to the outer portion 160, the inner portion 140 may be applied to an aluminum alloy, magnesium alloy, etc. having a rigidity of 70 GPa or less. I've done it.

또한, 본 발명에 따른 원심분리기용 로터(100)에서는, 허브(120)와 내측부(140)의 결합 시 압력이 발생한 상태가 되도록 설계하였다.In addition, in the centrifuge rotor 100 according to the present invention, the hub 120 and the inner portion 140 is designed to be in a state in which pressure is generated.

즉, 상기 허브(120)와 내측부(140)를 결합 시 전술한 바와 같이, 목표 회전속도에서 내측부(140)의 반경 팽창 예측량만큼 상기 허브(120)의 공차를 +로, 내측부(140)의 공차를 -로 관리하여 온도차이에 의한 체적변화를 이용한 억지끼움으로 결합되도록 구성하였다.That is, as described above when combining the hub 120 and the inner portion 140, the tolerance of the hub 120 to +, the tolerance of the inner portion 140 by the predicted radius expansion of the inner portion 140 at the target rotational speed By managing with-, it was configured to be combined with interference fit using volume change by temperature difference.

이와 같이 상기 내측부(140)가 허브(120)에 의해 가압된 상태로 결합되도록 하여 고속회전 시 늘어날 수 있는 변형량(도 6의 "C")이 보상될 수 있도록 함이 바람직하다.As such, the inner portion 140 is preferably coupled to the pressurized state by the hub 120 so that the deformation amount (“C” of FIG. 6) that may increase during the high speed rotation may be compensated for.

이에 부가하여, 본 발명의 실시예에 따른 원심분리기용 로터(100)에는 슬롯(142)의 내부에 심부(180)를 구비하되, 상기 심부(180)는 내측부(140)를 구성하는 재질의 강성보다 높은 강성을 가지는 재질로 형성되도록 하였다.In addition, the centrifuge rotor 100 according to the embodiment of the present invention is provided with a core portion 180 inside the slot 142, the core portion 180 of the material constituting the inner portion 140 It was to be formed of a material having a higher rigidity.

예컨대, 상기 심부(180)는 RTM(resin transfer molding)에 의해 복합재료로 성형하거나, B-stage 상태의 복합재료를 권취하여 성형되거나, 금속을 가공하여 성형됨이 바람직하다.For example, the core part 180 may be molded into a composite material by RTM (resin transfer molding), or may be molded by winding a composite material in a B-stage state, or may be molded by processing a metal.

이를 종합하면, 상기 로터(100)는 내측부(140)가 외측부(160) 보다 현저히 낮은 1/5 이하의 강성을 가지도록 하고, 상기 허브(120)는 내측부(140)보다 높은 강성을 갖도록 하며, 상기 허브(120)는 내측부(140)에 압력을 가한 상태로 결합된다.Taken together, the rotor 100 has a rigidity of less than 1/5 of the inner portion 140 is significantly lower than the outer portion 160, and the hub 120 has a higher rigidity than the inner portion 140, The hub 120 is coupled in a state where a pressure is applied to the inner portion 140.

상기 허브(120)와 내측부(140)의 결합 구조는 아래 도 8 내지 도 10과 같이 다양하게 실시 가능하다.The coupling structure of the hub 120 and the inner part 140 may be variously implemented as shown in FIGS. 8 to 10 below.

이하 첨부된 도 8 내지 도 10을 참조하여 상기 로터(100)의 다른 실시예의 구성을 설명한다.Hereinafter, a configuration of another embodiment of the rotor 100 will be described with reference to FIGS. 8 to 10.

도 8 내지 도 10 은 본 발명에 의한 원심분리기용 로터(100)의 제3실시예 내지 제5실시예의 구성을 보인 단면도로서, 상기 허브(120)와 내측부(140)가 서로 압력을 발생한 상태로 결합되도록 하는 다양한 실시예이다.8 to 10 are cross-sectional views showing the configuration of the third embodiment to the fifth embodiment of the centrifuge rotor 100 according to the present invention, the hub 120 and the inner portion 140 in a state in which pressure is generated from each other Various embodiments are intended to be combined.

즉, 전술한 바와 같이 도 4와 도 7의 실시예에서는 중공형 원통 허브(120)를 적용하고, 상기 허브(120)와 내측부(140)의 온도차에 의한 부피 변화를 이용하여 결합되도록 하였으나, 도 8에서의 허브(120)는 중앙부를 천공하고 외면을 경사지게 하여 중공형 원뿔대 형상을 갖도록 구성하여 상기 내측부(140) 중앙에 허브(120)가 억지 끼워지도록 하였다.That is, as described above, in the embodiment of FIGS. 4 and 7, the hollow cylindrical hub 120 is applied and coupled to each other using a volume change caused by the temperature difference between the hub 120 and the inner part 140. The hub 120 at 8 is constructed to have a hollow truncated conical shape by puncturing the center portion and inclining the outer surface such that the hub 120 is forcibly fitted in the center of the inner portion 140.

따라서, 상기 허브(120)는 내측부(140)에 대하여 외측 방향으로 압력을 가한 상태로 결합 가능하게 되며, 상기 내측부(140)가 고속회전에 의해 외측 방향으로 움직임이 발생되더라도, 상기 내측부(140)는 허브(120)에 의해 가압된 상태로 결합되어 있으므로 이러한 변형량이 보상될 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the hub 120 is coupled to the inner portion 140 in a state in which pressure is applied to the outer side, and the inner portion 140 is moved even if the inner portion 140 is moved outward by high speed rotation. Since is coupled in the pressurized state by the hub 120 will be able to compensate for such a deformation amount.

또한, 도시되진 않았지만 필요에 따라서 상기 허브(120)는 중공형 원뿔대 형상을 기반으로 하여 플랜지, 리브 등을 추가적으로 구비할 수도 있다.In addition, although not shown, if necessary, the hub 120 may further include a flange, a rib, and the like based on the hollow truncated cone shape.

한편, 도 9 및 도 10에는 별도의 결합부재(190)를 더 구비하여 상기 허브(120)가 내측부(140)에 압력을 가한 상태로 결합될 수 있도록 하였다.Meanwhile, FIGS. 9 and 10 further include a separate coupling member 190 to allow the hub 120 to be coupled in a state where a pressure is applied to the inner portion 140.

즉, 도 9에서는 상기 허브(120)의 상측에 결합부재(190)를 구비하고, 상기 허브(120)의 상부와 결합부재(190)의 하부가 나사 결합되도록 구성하여 체결함으로써 상기 결합부재(190)와 허브(120)가 결합 시 허브(120)로부터 내측부(140)에 대하여 압력이 가하는 상태로 결합될 수 있도록 하였다.That is, in FIG. 9, the coupling member 190 is provided on the upper side of the hub 120, and the upper portion of the hub 120 and the lower portion of the coupling member 190 are coupled to each other to be screwed to the coupling member 190. ) And the hub 120 to be coupled in a state in which pressure is applied to the inner portion 140 from the hub 120 when coupled.

도 10에서는 결합부재(190)를 관통하는 별도의 체결부재(192)를 구비하고, 상기 체결부재(192)는 허브(120)의 상부에 나사 결합되도록 함으로써 상기 허브(120)를 상방향으로 끌어올림과 동시에 상기 내측부(140)에 압력이 가해지도록 구성하였다.In FIG. 10, a separate fastening member 192 penetrates the coupling member 190, and the fastening member 192 pulls the hub 120 upward by screwing the upper portion of the hub 120. Simultaneously with the raising, pressure was applied to the inner portion 140.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many other modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the scope of the present invention.

100. 로터 120. 허브
140. 내측부 142. 슬롯
160. 외측부 180. 심부
190. 결합부재 192. 체결부재
100. Rotor 120. Hub
140. Inner side 142. Slot
160. Outside 180. Deep
190. Coupling member 192. Fastening member

Claims (14)

외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부와,
상기 외측부의 내측부에 위치하고, 상기 외측부 강성의 1/5 이하의 강성을 가지며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와,
상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 복합형 고정각 로터.
An outer portion formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction,
An inner part located in the inner part of the outer part and having stiffness of 1/5 or less of the outer part stiffness and provided with a plurality of slots;
Light weight composite fixed angle rotor for a centrifuge having a higher rigidity than the inner portion, having an outer diameter larger than the inner diameter of the inner portion, and comprising a hub coupled to a state where pressure is applied to the inner portion of the inner portion. .
외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부와,
상기 외측부의 내측부에 위치하고, 상기 외측부 강성의 1/5 이하의 강성을 가지며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와,
상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브와,
상기 내측부보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되어 상기 슬롯 내부에 구비되는 심부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.
An outer portion formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction,
An inner part located in the inner part of the outer part and having stiffness of 1/5 or less of the outer part stiffness and provided with a plurality of slots;
A hub having a higher rigidity than the inner part, having an outer diameter larger than the inner diameter of the inner part, and coupled to a pressure applied to the inner part of the inner part,
Lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge, characterized in that formed with a material having a higher rigidity than the inner portion comprises a core provided in the slot.
외측에 적어도 원주 방향으로 섬유 보강된 복합재료로 형성된 외측부와,
상기 외측부의 내측부에 위치하고, 상기 외측부 강성의 1/5 이하의 강성을 가지며, 다수 슬롯이 구비되는 내측부와,
상기 내측부보다 높은 강성을 가지고, 상기 내측부의 내경 보다 큰 외경을 가지며, 상기 내측부의 내측에서 내측부에 압력을 가한 상태로 결합된 허브와,
상기 내측부보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되어 상기 슬롯 내부에 구비되는 심부와,
상기 허브의 일측과 결합하여 상기 허브가 내측부에 압력을 가하도록 강제하는 결합부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.
An outer portion formed of a composite material reinforced with fibers at least in the circumferential direction,
An inner part located in the inner part of the outer part and having stiffness of 1/5 or less of the outer part stiffness and provided with a plurality of slots;
A hub having a higher rigidity than the inner part, having an outer diameter larger than the inner diameter of the inner part, and coupled to a pressure applied to the inner part of the inner part,
A core part formed of a material having a higher rigidity than the inner part and provided in the slot;
Lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge, characterized in that it comprises a coupling member coupled to one side of the hub to force the hub to apply pressure to the inner portion.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허브는 중공형 원통 형상을 기반으로 형성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.4. The lightweight hybrid fixed-angle rotor of claim 1, wherein the hub is formed on the basis of a hollow cylindrical shape. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허브는 중공형 원뿔대 형상을 기반으로 형성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.4. The lightweight hybrid fixed-angle rotor of claim 1, wherein the hub is formed based on a hollow truncated cone shape. 5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측부는 내측부에 접착된 것을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.The light weight hybrid fixed angle rotor for a centrifuge according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer side portion is attached to the inner side portion. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측부는 상기 내측부의 외경보다 작은 내경을 가지며, 억지 끼워진 것을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.The light weight hybrid fixed angle rotor for a centrifuge according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer portion has an inner diameter smaller than the outer diameter of the inner portion. 제 6 항에 있어서, 상기 외측부는 내측부의 외면에 필라멘트(filament) 또는 섬유를 다수회 권취한 후 고분자 수지를 주입하고 경화함으로써 형성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.The light weight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge of claim 6, wherein the outer portion is formed by winding a filament or a fiber a plurality of times on the outer surface of the inner portion and then injecting and curing a polymer resin. 제 6 항에 있어서, 상기 외측부는 내측부의 외면에 고분자 수지가 함침된 필라멘트(filament) 또는 섬유를 다수 회 권취한 후 경화함으로써 형성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.The light weight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge according to claim 6, wherein the outer part is formed by winding a plurality of filaments or fibers impregnated with a polymer resin on the outer surface of the inner part and curing the fiber. 제 6 항에 있어서, 상기 외측부는 B-stage 상태의 복합재료를 내측부의 외면에 권취한 후 경화함으로써 형성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.The lightweight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge as claimed in claim 6, wherein the outer portion is formed by winding a composite material in a B-stage state on the outer surface of the inner portion and curing the wound. 제 6 항에 있어서, 상기 외측부는 접착부재에 의해 내측부와 결합됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.The light weight hybrid fixed-angle rotor for a centrifuge as claimed in claim 6, wherein the outer portion is coupled to the inner portion by an adhesive member. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 심부는 RTM(resin transfer molding)에 의해 복합재로로 성형됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.4. The lightweight hybrid fixed-angle rotor of claim 2 or 3, wherein the core is molded into a composite by resin transfer molding (RTM). 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 심부는 슬롯 내부에 억지 끼움 결합, 나사 결합, 접착부재를 이용한 결합 중 어느 하나의 방법으로 결합됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.[4] The lightweight hybrid fixed-angle rotor as claimed in claim 2 or 3, wherein the core portion is coupled to the inside of the slot by any one of an interference fit coupling, a screw coupling, and a coupling using an adhesive member. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측부는 사출 성형 또는 기계 가공에 의해 형성됨을 특징으로 하는 원심분리기용 경량 하이브리드 고정각 로터.4. The lightweight hybrid fixed-angle rotor as claimed in any one of claims 1 to 3, wherein the inner portion is formed by injection molding or machining.
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