JP2000354789A - 液中不純物静電凝集吸着分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用済み加工油や加工液等の、被処理液に含
まれる１ミクロン以下の微粒子に効果があり、連続処理
が可能な被処理液用の液中不純物静電凝集吸着分離装置
を提供しようとするものである。 【構成】 容器と、その容器内に満たされた被処理液に
浸した微速回転するドラムとの間に電圧を印可して、被
処理液に含まれる微粒子を凝集させながらドラムに吸着
させ、被処理液外で微粒子を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削、研磨、研
削、切断などの加工の際に、大量に排出される金属また
は非金属の微粒子を含んだ加工油、加工液等から、これ
らの金属または非金属の微粒子を効率よく分離できる、
液中不純物静電凝集吸着分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】切削、研磨、研削、切断等の加工の際
に、金属または非金属の微粒子を含んだ使用済みの加工
油、加工液が廃油や廃液として排出されるが、地球環境
汚染の防止の観点から、これらの廃油や廃液を自然界に
放出することが厳しく規制されつつあり、廃液量や廃油
量の総量削減が求められている。このため、これらの使
用済みの加工油、加工液をそのまま廃油や廃液として廃
棄することは許されず、その中に含まれている金属また
は非金属の微粒子を分離して、加工油、加工液をリサイ
クルすることにより、廃棄量を極力少なくする必要があ
る。そこで従来からこれらの使用済み加工油、加工液の
濾過方法が、検討されていた。例えば遠心分離を用いた
方法や、本出願人が特許第１６２５４１９号として提案
している、電極間に配置されたフイルターを用いた「流
体中の微小不純物除去方法」がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの使用
済み加工油、加工液等（以下被処理液と称する）は、金
属または非金属の１ミクロン以下の微粒子を大量に含ん
でおり、遠心分離を用いた方法では１ミクロン以下の微
粒子には効果がなく、またフイルターを用いる場合は１
ミクロン以下の精密フイルターを必要とするが、微粒子
の量が多いためフイルターの目詰まりが生じ、フイルタ
ーを頻繁に交換しなければならず、コスト面で問題があ
った。このコスト面の問題に対しては、上記の特許第１
６２５４１９号に記載があるように、濾過処理を一旦中
断して、電極印加電圧の極性を通常とは逆にすると共
に、洗浄液を被処理液の流通方向とは逆向きに流通さ
せ、目詰まりを生じたフイルターを洗浄して、フイルタ
ーの再使用を可能にすることにより、解決を図る方法も
あるが、そのようにすると被処理液を連続して処理でき
ないという問題があった。そこでこの発明は、このよう
な問題を解決するためになされたものであって、被処理
液に含まれる１ミクロン以下の微粒子にも効果があり、
連続処理が可能な被処理液用の液中不純物静電凝集吸着
分離装置を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、次の着想を得
た。即ち、容器と、その容器内に満たされた被処理液に
浸した微速回転するドラムとの間に電圧を印加して、被
処理液に含まれる微粒子を凝集させながらドラムに吸着
させ、被処理液外で微粒子を除去する方法である。

【０００５】具体的には、回転軸が水平支持された回転
ドラム電極と、被処理液を満たした容器を兼ねる容器ア
ース電極と、前記被処理液中に一部が没入している前記
回転ドラム電極の外周面のうちの、没入している没入外
周面と、この没入外周面と一定距離を保持して対面する
前記容器アース電極の内周壁との間に形成された、前記
被処理液の流通路と、前記流通路の入口付近に設けられ
た前記被処理液を注入する注入口と、前記流通路の出口
付近に設けられた前記被処理液を排出する排出口と、前
記回転ドラム電極と前記容器アース電極との間に、前記
被処理液の液中不純物粒子が凝集するようにその粒子の
有するゼーター電位を低下若しくは消失し得、かつ前記
液中不純物粒子が前記回転ドラム電極の表面に吸着し得
る、前記液中不純物粒子の特性に応じた大きさの電圧を
印加する、電圧印加手段と、前記回転ドラム電極の回転
により、その表面に吸着して前記被処理液の液外に移動
した前記液中不純物を、前記回転ドラム電極の表面から
除去する不純物除去手段とで、液中不純物静電凝集吸着
分離装置を構成する。

【０００６】前記回転ドラム電極の前記外周面の表面に
は、誘電率の高い物質でコーティングを施こしてもよ
い。また、前記液中不純物が、金属と非金属のいずれで
あるかに基づいて、前記回転ドラム電極と前記容器アー
ス電極との間に印加する電圧の極性を選択することによ
り、最適な液中不純物静電凝集吸着分離装置が構成でき
る。また、前記被処理液が水溶性である場合には、前記
回転ドラム電極と前記容器アース電極との間隔１０ｍｍ
あたり、１Ｖから５０Ｖの交流と直流の重畳電圧を印加
し、前記被処理液が油性である場合には、前記回転ドラ
ム電極と前記容器アース電極との間隔１０ｍｍあたり、
１０Ｖから５００Ｖの直流電圧を印加することにより、
前記被処理液により適合した液中不純物静電凝集吸着分
離装置が構成できる。

【０００７】このような構成の液中不純物静電凝集吸着
分離装置の作動態様は次の如くである。被処理液は注入
口から流通路に注入され、容器アース電極と回転ドラム
電極とが対面している流通路を排出口に向かって流れ
る。この両電極間に被処理液中の液中不純物粒子の有す
るゼータ電位を低下若しくは消失し得、かつ液中不純物
粒子が回転ドラム電極の表面に吸着し得る、液中不純物
粒子の特性に応じた大きさの電圧が印加されている。

【０００８】この電圧の印加により２つの作用が同時に
進行する。一つは、液中不純物粒子の有するゼータ電位
の低下若しくは消失による凝集粗粒化現象、即ち液中不
純物粒子が持つゼータ電位（界面電位）が電界によって
中和される結果、液中不純物粒子同士が分子間力によっ
て結合して凝集粗粒化する作用である。もう一つは、液
中不純物粒子が、回転ドラム電極の電位と逆の電位に帯
電し、この帯電によるクーロン力で、回転ドラム電極の
没入外周面に吸着される作用である。このクーロン力は
粒子の質量に比例し、電極間の距離の二乗に反比例する
ことから、小さい粒子よりも大きい粒子の方がクーロン
力が大きくなる。即ち、１ミクロン以下の微粒子も凝集
粗粒化により粒子が大きくなると、回転ドラム電極に付
着しやすくなる。また、回転ドラム電極の外周面の表面
に、誘電率の高い物質でコーティングが施こしてある場
合は、粒子はさらに付着しやすくなり、粒子の付着、堆
積の効率を高めることができる。上記の作用により、被
処理液中の液中不純物粒子が凝集粗粒化すると共に、回
転ドラム外周面に付着、堆積する。

【０００９】この回転ドラムは、回転しながらその回転
ドラム外周面の一部である没入外周面が被処理液中に没
入しているので、被処理液中で没入外周面に付着、堆積
した液中不純物は、被処理液の液外に移動し、不純物除
去手段で回転ドラム外周面から除去されると共に、当該
外周面は、回転ドラム電極の回転により再び被処理液中
に没入し、上記の作用を繰り返す。一方、流通路を流れ
る被処理液は、上記の作用により液中不純物が除去さ
れ、排出口から排出される。従って被処理液を注入口か
ら注入して流通路内を流通させ、排出口から排出する処
理を継続することによって、被処理液の液中不純物の静
電凝集吸着分離を連続して行うことができる。

【００１０】上記の液中不純物静電凝集吸着分離装置に
よれば、上述のように、被処理液内の１ミクロン以下の
液中不純物にも効果があり、連続処理が可能な被処理液
用の液中不純物静電凝集吸着分離装置が実現できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例につき、図面
に基づき詳しく説明する。図１は本実施例の液中不純物
静電凝集吸着分離装置の縦断面説明図、図２は、本実施
例の液中不純物静電凝集吸着分離装置の上方から見た説
明図である。

【００１２】図１および図２において、半円筒状の容器
である容器アース電極２の容器内に、この容器の内径
（直径）よりも小さい直径の円筒状の回転ドラム電極１
を、その中心軸を容器アース電極２の中心軸と一致させ
て配置する。つまり回転ドラム電極回転軸１１は、容器
アース電極２の両側壁の上端中央に設けられた絶縁軸受
２１に挿着する。この回転ドラム電極１の外周面１２の
表面は、図示されていないが誘電率の高い物質、例えば
ガラス等でコーティングが施こされている。また、容器
アース電極２の内周面２２は回転ドラム外周面１２と、
一定間隔で対面して被処理液８の流通路３を形成する。
ここで回転ドラム外周面１２のうち容器アース電極２の
内周面２２と対面する面が、没入外周面１３となる。そ
して回転ドラム電極１を挟んで容器アース電極２の容器
の上面両側に形成される、流通路３の２つの開口部の一
方を注入口４、他方を排出口５とする。この流通路３は
被処理液８を注入口４から排出口５に向かって、即ち図
１及び図２の矢印Ｂの方向に流すためのものである。注
入口４のそばには、容器アース電極内周面２２の注入口
４側の上端縁に沿って、被処理液分配筒３１を設ける。
この被処理液分配筒３１は、ポンプ３２により注ぎ込ま
れる被処理液８を均等に分配して、注入口４に注入する
ために使用される。また排出口５のそばには、被処理液
８がスムースに排出されるように、容器アース電極内周
面２２の上端縁から斜め下に向かって被処理液排出板３
３を設ける。

【００１３】また回転ドラム電極回転軸１１は、図示さ
れていないがモータに連動しており、流通路３における
被処理液８の流通方向と反対向きに、即ち図１及び図２
の矢印Ａの方向にゆっくりと回転する。この回転は、例
えば１２時間で１回転する回転速度とする。またこの回
転ドラム電極１の回転ドラム外周面１２の頂部より、回
転角度にして３０度ほど回転方向寄りに、この回転ドラ
ム外周面１２に端縁を接し、かつこのこの接触位置から
接線方向で回転方向側に伸びる、スクレーパ６を設け、
このスクレーパ６の他端縁には液中不純物回収路３４を
備えさせている。このスクレーパ６は回転ドラム外周面
１２に付着した液中不純物９を掻き取るためのものであ
り、液中不純物回収路３４はこの掻き取られた液中不純
物９を回収するためのものである。

【００１４】そして回転ドラム電極１と容器アース電極
２との間には、電圧を印加するが、この電圧の極性は、
被処理液８の液中不純物９が、金属と非金属のいずれで
あるかに基づいて、選択する。また、被処理液８が水溶
性のものである場合には、回転ドラム電極１と容器アー
ス電極２との間隔１０ｍｍあたり、１Ｖから５０Ｖの交
流と直流の重畳電圧を印加し、被処理液８が油性のもの
である場合には、回転ドラム電極１と容器アース電極２
との間隔１０ｍｍあたり、１０Ｖから５００Ｖの直流電
圧を印加する。被処理液８が水溶性の場合に、直流電圧
を単独で印加しないのは、電蝕の発生と酸素ガスと水素
ガスの発生を防止するためである。

【００１５】上記のような構成の本実施例の液中不純物
静電凝集吸着分離装置の作動態様は次の如くである。被
処理液８を注入口４から流通路３に注入し、この注入さ
れた被処理液８は、流通路３を排出口５に向かって流れ
る。この流通路３は上述の通り容器アース電極２と回転
ドラム電極１とが対面して形成されており、この両電極
間に被処理液中の液中不純物粒子の有するゼータ電位を
低下若しくは消失し得、かつ液中不純物粒子が回転ドラ
ム電極１の表面に吸着し得る、液中不純物粒子の特性に
応じた大きさの電圧が印加されている。

【００１６】即ち上記の電圧の印加により２つの作用が
同時に進行する。一つは、この電圧の印加により、上述
の液中不純物粒子の有するゼータ電位の低下若しくは消
失による凝集粗粒化現象である。これは、液中不純物粒
子が持つゼータ電位（界面電位）が電界によって中和さ
れた結果生ずる現象であり、液中不純物粒子同士が分子
間力によって結合して凝集粗粒化する作用である。もう
一つは、電圧の印加により、液中不純物粒子が、回転ド
ラム電極１の電位と逆の電位に帯電し、この帯電した液
中不純物９が静電気によるクーロン力で、回転ドラム電
極１の没入外周面１３に吸着される作用である。このク
ーロン力は粒子の質量に比例し、電極間の距離の二乗に
反比例する。従って小さい粒子よりも大きい粒子の方が
帯電によるクーロン力が大きくなり、１ミクロン以下の
微粒子も凝集粗粒化により粒子が大きくなると、回転ド
ラム電極１の没入外周面１３に付着しやすくなる。上記
の両電極間の極性および印加電圧は、これらの作用によ
る効果が十分得られるように設定する。また、回転ドラ
ム電極１の外周面１２の表面は、誘電率の高い物質でコ
ーティングが施こしてあるので、粒子はさらに付着しや
すくなる。上記の作用により、被処理液中の液中不純物
粒子が凝縮して粒子が大きくなると共に、この粒子が回
転ドラム電極１の没入外周面１３に付着、堆積する。

【００１７】この回転ドラム電極１は、回転しながらそ
の回転ドラム外周面１２の一部である没入外周面１３が
被処理液８中に没入しているので、没入外周面１３に付
着、堆積した液中不純物９は、回転ドラム電極１の回転
により被処理液８の液外に移動する。そこでこの液外に
移動した液中不純物９を、スクレーパ６で回転ドラム外
周面１２から除去する。この除去した液中不純物９は、
スクレーパ６から液中不純物回収路３４に、即ち図１及
び図２の矢印Ｃの方向に移動して回収される。また、液
中不純物９が除去された回転ドラム電極１の当該外周面
は、回転ドラム電極１の回転により再び被処理液８中に
没入し、上記の作用を繰り返す。一方、流通路３を流れ
る被処理液８は、排出口５に到着するまでにその液中に
含まれる液中不純物９が除去され、排出口５から排出さ
れる。従って被処理液８を注入口４から注入して流通路
３内を流通させ、排出口５から排出する処理を継続する
ことによって、被処理液８の液中不純物９の静電凝集吸
着分離を連続して行うことができる。

【００１８】表１から表４は、本実施例の液中不純物静
電凝集吸着分離装置を用いて、加工油の被処理液の処理
を行った実験結果である。この実験では、本実施例の液
中不純物静電凝集吸着分離装置により、一定量の加工油
の被処理液について、液中不純物の静電凝集吸着分離を
３回転繰り返して行っている。但しスクレーパ６は使用
せず、本実施例の液中不純物静電凝集吸着分離装置から
取り外している。従ってこの実験は、本実施例の液中不
純物静電凝集吸着分離装置における、静電凝集吸着作用
の効果を測定したものである。各表は、液中不純物粒子
の全粒子量に対する、異なるサイズの各粒子の量の占め
る割合を表したものである。表１は処理前の、表２は第
１回目処理後の、表３は第２回目処理後の、そして表４
は第３回目処理後のデータである。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】上記の実験データによれば、例えばレベル
０１（０．００１μｍ 〜 ０．１００μｍ）の粒子の
占める割合は、処理前は２８．５１％、第１回目処理後
は、２３．６０％、第２回目処理後は、２３．３１％、
そして第３回目処理後は、１７．８５％であり、回を重
ねるごとに減少している。逆に、レベル１７（１．２８
９μｍ 〜 １．５２７μｍ）からレベル２４（４．２
４４μｍ 〜 ５．０３２μｍ）までの粒子は、処理前
から第２回目処理後までのデータには全く存在していな
かったのが、第３回目処理後のデータには存在してい
る。即ち、小さい粒子は減少し、大きい粒子は増加して
おり、このことから処理時間が経過するにつれて静電凝
集作用が進行していることがわかる。

【００２４】前述の通り、小さい粒子よりも大きい粒子
の方が帯電によるクーロン力が大きく、回転ドラム電極
に付着しやすくなる。そうすると、上記の実験データに
よれば処理の進行につれて大きい粒子が増加しており、
従って回転ドラム電極への液中不純物粒子の付着も増加
するといえる。

【００２５】従って、本実施例の液中不純物静電凝集吸
着分離装置によれば、上述のように、被処理液内の１ミ
クロン以下の液中不純物にも効果があり、連続処理が可
能な被処理液用の液中不純物静電凝集吸着分離装置が実
現できる。

【００２６】上記の本実施例では回転ドラム電極１の回
転方向は、流通路３における被処理液８の流通方向と逆
向きとしていたが、同方向としてもよい。ただしこの場
合はスクレーパー６の向きが逆向きとなる。また本実施
例では、回転ドラム外周面１２に付着した液中不純物９
をスクレーパ６により掻き取って除去したが、これに限
られず、例えばバキュームを使用した吸引除去による方
法も考えられる。また本実施例では容器アース電極を半
円筒状の容器とし、他方の電極として回転ドラム電極を
用いているが、これには限られない。例えば、容器アー
ス電極を半球状の容器とし、他方の電極として球状電極
を用いてもよく、また、容器アース電極は本実施例と同
じく半円筒状の容器とし、他方の電極をベルト状とする
等の方法も考えられる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の液中不純物静電凝集吸着
分離装置によれば、回転ドラム電極と容器アース電極と
の間に、被処理液中の液中不純物粒子の有するゼータ電
位を低下若しくは消失し得、かつ液中不純物粒子が回転
ドラム電極の表面に吸着し得る、液中不純物粒子の特性
に応じた大きさの電圧を印加すると共に、回転ドラム電
極を回転させ、被処理液外に移動した回転ドラム外周面
に付着した液中不純物を除去するので、被処理液内の１
ミクロン以下の液中不純物にも効果があり、連続処理が
可能な被処理液用の液中不純物静電凝集吸着分離装置が
提供できる。

【００２８】請求項２記載の液中不純物静電凝集吸着分
離装置によれば、回転ドラム電極の外周面の表面は、誘
電率の高い物質でコーティングが施こしてあるので、粒
子の付着、堆積の効率の高い液中不純物静電凝集吸着分
離装置が提供できる。

【００２９】請求項３記載の液中不純物静電凝集吸着分
離装置によれば、前記液中不純物が、金属と非金属のい
ずれであるかに基づいて、前記回転ドラム電極と前記容
器アース電極との間に印加する電圧の極性を選択できる
ので、被処理液の特性に応じた液中不純物静電凝集吸着
分離装置が提供できる。

【００３０】請求項４記載の液中不純物静電凝集吸着分
離装置によれば、被処理液が水溶性である場合に、回転
ドラム電極と容器アース電極との間隔１０ｍｍあたり、
１Ｖから５０Ｖの交流と直流の重畳電圧を印加すること
により、被処理液の特性に応じた液中不純物静電凝集吸
着分離装置が提供できる。

【００３１】請求項５記載の液中不純物静電凝集吸着分
離装置によれば、被処理液が油性である場合に、前記回
転ドラム電極と前記容器アース電極との間隔１０ｍｍあ
たり、１０Ｖから５００Ｖの直流電圧を印加することに
より、被処理液の特性に応じた液中不純物静電凝集吸着
分離装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の液中不純物静電凝集吸着分離
装置の縦断面説明図

【図２】本発明の実施例の液中不純物静電凝集吸着分離
装置の上方から見た説明図

【符号の説明】

１ 回転ドラム電極 ２ 容器アース電
極 ３ 流通路 ４ 注入口 ５ 排出口 ６ スクレーパー ８ 被処理液 ９ 液中不純物 １１ 回転ドラム電極回転軸 １２ 回転ドラム
外周面 １３ 没入外周面 ２１ 絶縁軸受 ２２ 容器アース
電極内周面 ３１ 被処理液分配筒 ３２ ポンプ ３３ 被処理液排出板 ３４ 液中不純物
回収路 ３５ 電源 Ａ 回転ドラム電極回転方向 Ｂ 被処理液流通方向 Ｃ 液中不純物排出方向

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸が水平支持された回転ドラム電極
   と、 被処理液を満たした容器を兼ねる容器アース電極と、 前記被処理液中に一部が没入している前記回転ドラム電
   極の外周面のうちの、没入している没入外周面と、この
   没入外周面と一定距離を保持して対面する前記容器アー
   ス電極の内周壁との間に形成された、前記被処理液の流
   通路と、 前記流通路の入口付近に設けられた前記被処理液を注入
   する注入口と、 前記流通路の出口付近に設けられた前記被処理液を排出
   する排出口と、 前記回転ドラム電極と前記容器アース電極との間に、前
   記被処理液の液中不純物粒子が凝集するようにその粒子
   の有するゼーター電位を低下若しくは消失し得、かつ前
   記液中不純物粒子が前記回転ドラム電極の表面に吸着し
   得る、前記液中不純物粒子の特性に応じた大きさの電圧
   を印加する、電圧印加手段と、 前記回転ドラム電極の回転により、その表面に吸着して
   前記被処理液の液外に移動した前記液中不純物を、前記
   回転ドラム電極の表面から除去する不純物除去手段と、 でなる液中不純物静電凝集吸着分離装置。
2. 【請求項２】 前記回転ドラム電極の前記外周面の表面
   に、誘電率の高い物質によるコーティングを施した、請
   求項１記載の液中不純物静電凝集吸着分離装置。
3. 【請求項３】 前記液中不純物が、金属と非金属のいず
   れであるかに基づいて、前記回転ドラム電極と前記容器
   アース電極との間に印加する電圧の極性を選択してな
   る、請求項１または請求項２記載の液中不純物静電凝集
   吸着分離装置。
4. 【請求項４】 前記回転ドラム電極と前記容器アース電
   極との間隔１０ｍｍあたり、１Ｖから５０Ｖの交流と直
   流の重畳電圧を印加してなる、前記被処理液が水溶性で
   ある、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液
   中不純物静電凝集吸着分離装置。
5. 【請求項５】 前記回転ドラム電極と前記容器アース電
   極との間隔１０ｍｍあたり、１０Ｖから５００Ｖの直流
   電圧を印加してなる、前記被処理液が油性である、請求
   項１から請求項３のいずれか１項に記載の液中不純物静
   電凝集吸着分離装置。