JP2004001190A

JP2004001190A - 工作機械用冷却液を循環させると共にそこから鉄屑を除去するための装置及び方法

Info

Publication number: JP2004001190A
Application number: JP2003080412A
Authority: JP
Inventors: Jack R Bratten; ジャック・アール・ブラテン
Original assignee: Filtra-Systems Co
Current assignee: Filtra-Systems Co
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-01-08
Also published as: DE60303402D1; EP1348516B1; EP1348516A3; DE60303402T2; CA2423035A1; EP1348516A2

Abstract

【課題】冷却液を効果的かつ確実に循環させ、交換することなく長時間作動できる設備を提供する。
【解決手段】工作機械用冷却液を循環させるための装置及び方法であって、浅い流路溝内を流れる冷却液及び混入片は、流体を受け取るように配置されたハウジング内の歯付きホイールの回転によって上方に上げられる。冷却液及び破片はその後、磁化本体５４に向かって下方に方向を変えて勢いよく排出され、鉄金属片が磁化本体５４の上面５２に接触する。冷却液及び非金属片はタンク４８に回収され、切断ポンプ６２によってフィルター装置７８に送り戻される。切断ポンプ６２は切断刃７２を有する硬質のインペラを備え、残留する破片はインペラによって掻き上げられるときに切断される。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルター装置への工作機械用冷却液の還元に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械装置において、切削工具から排水される冷却液及びその中に混入した切り屑（チップ）を工作機械の下部を延びる排水溝（ｔｒｅｎｃｈｓ）又は樋内に回収することは一般的である。排水された冷却液は溝を下流に流れて水だめ（ｓｕｍｐ）内に回収され、そこから汲み取られてフィルター装置に還元される。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、産業界の傾向としては、冷却液及び切り屑を回収するために、非常に浅い傾斜溝が用いられる。
【０００４】
特許文献１に記載、及び特許文献１で特許請求されているリフト装置は、本願の発明者によって考案されたものであり、浅い流れ（ストリーム）内の冷却液を上方に上げてタンク内に回収し、それによって、従来の（既存の）ポンプにより冷却水をフィルター装置へと送り込むことができるようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
欧州特許第１１２２０２４号明細書
【特許文献２】
米国特許第６４０６６３５号明細書
【特許文献３】
米国特許第３９７３８６６号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような装置が遭遇する他の問題は、比較的大きな鋼又は他のフェラスメタルなどの異物（オブジェクト）がときに溝に落ちてしまうことである。鋼又は他のフェラスメタルの異物とは、例えば、切削工具の破片、大型のボルト、又は他の機械部品などである。これらのオブジェクトは、ポンプの破損、配管の閉塞などを引き起こす。特に、アルミニウムの切り屑が生じるような場所（場合）では、装置はアルミニウムの切り屑及びチップのみを処理するように設計されている。
【０００７】
特許文献１に記載のリフト装置は、大きなオブジェクトをチップ及び冷却液と共に溝から取り除き、それらを回収タンク内に堆積させるのに有効である。
【０００８】
これまでに本発明者は、リフト装置と回収タンクとの間でチップシュレッダーコンベヤを使用することを提案している。これにより、冷却液及び切り屑を回収タンクからフィルター装置へと送り戻す前に切り屑のサイズを小さくできる。これらコンベヤは、切り屑を切断してより小さなサイズに形成し、切り屑が障害となることを防ぎ、フィルター装置の性能を向上させる機能を有している。しかしながら、このようなコンベヤは作動できない場合がある。特に、切り屑の大きな塊が存在する場合などに作動しないことがある。
【０００９】
特許文献２には、ポンプの入口に誘導切断具（ｉｎｄｕｃｅｒ　ｃｈｏｐｐｅｒ）を設け、切り屑を送り出す前に切断して小さくすることが記載されている。しかし、この配置（装置）では、処理できるオブジェクトのサイズに限度がある。また、インペラの表面が切り屑との接触により摩耗することを防止するために、ポンプが凹型のインペラを有しているため、汲み出し効率が低い。なぜなら、汲み出し効率は、インペラによる直接のポンピング作用よりも、ポンピング作用を発生する誘導渦に依存するからである。
【００１０】
特許文献３に記載された切断ポンプは、インペラブレードの切断刃によって、汲み出された液体中の小片を切断するものである。また、大きな固体片をポンプに入る前に切断するために、インペラの前部に回転式の工具が設けられている。
【００１１】
大きな鋼のオブジェクトは、このようなコンベヤ、ポンプ、及びそれらに接続される配管に障害をもたらす。
【００１２】
本発明は、冷却液を効果的かつ確実に循環させるための装置及び方法であって、切り屑及びときどき混入する鉄金属片を工作機械用冷却液の浅い流れからフィルター装置へと循環させ、交換することなく長期間作動できる設備を備えた装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、工作機械用冷却液の浅い流れに含まれる鉄金属片を確実に除去するための方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的、および以下の明細書及び請求の範囲を読むことで理解される他の目的は、混入片を有する機械工具冷却液を冷却液の高さよりも高い傾斜タンク（ｇｒａｄｅ　ｔａｎｋ）に回収することで達成される。
【００１５】
流れとほぼ同じ方向に動く接線ブレードを有するホイール（車輪）の回転によって冷却液及び混入片を堰エッジ上に吹き上げるために、浅い流れ（フローストリーム）内の冷却液及び混入片を掻き上げることが望ましい。上方かつ逆方向に延びる壁がホイールを越えて延出し、冷却液及び混入片の堰エッジ上への移動を案内する。
【００１６】
排出シュートが堰エッジ上に吹き上げられた冷却液を受け取り、その冷却液の方向を変えて、堰エッジよりも下側に配置された磁化本体の上面に対する冷却液の強い流れを引き起こす。磁化本体の上面は勢いよく流れる冷却液によって衝撃を受ける。磁化本体の上面に対する冷却液流の衝突によって、全ての鉄金属片がその表面に吸着すると共に、冷却液が、下部窪みスペースへと延びる傾斜した底面を有する回収タンクの方向に向けられる。磁化本体に衝突した鉄くずはすべて、吸着、保持するための磁気引力によって拘束される。
【００１７】
冷却液及び他の非金属から成る混入片は、磁化本体によって方向を変えられ、窪みスペースに通じる傾斜壁を有する回収タンク内に流れ落ちる。切断エッジを備えたインペラを有する切断ポンプが底壁上に設けられ、冷却液及び破片をジスインテグレータへと導くと共に、ポンプインペラの切断刃によって非金属の破片を連続的に切断してそのサイズを小さくする。ジスインテグレータは、切り屑の塊のような大きな破片のサイズを小さくする。切断ポンプインペラは、硬質材であり、冷却液及びサイズの小さくされた破片をフィルター装置に効果的に送り込むことができるように、冷却液及び破片と直接接触して送るようになっている。フィルター装置で冷却液はろ過され、再利用のために工作機械装置に戻される。
【００１８】
【発明の実施の説明】
以下の詳細な説明では、明瞭化のために特別な用語が用いられ、ＵＳＣ１１２の第３５条の要請に従って特定の実施形態が説明される。しかしながら、本発明を同じものに限定する意図はなく、又そのように解釈されるべきではないということが理解されるべきである。本発明は特許請求の範囲の思想内で多くの形態や変形例をとり得る。
【００１９】
図面を参照すると、本発明に係る装置はリフト装置１０を備える。
【００２０】
冷却液リフト装置１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２に回転自在に設けられた歯付きホイール１４とを備える。歯付きホイール１４は、モータ１６（図３参照）及び右側アングルドライブ（図示せず）により駆動される。
【００２１】
重力溝１８の下流側端部は、工作機械装置１９から回収された排出冷却液の浅い流れ（ストリーム）を含む。重力溝１８は、下方に傾斜した底部２０を有し、ハウジング１２の右側で入口フランジ２２に連結される。
【００２２】
ハウジング１２は、浅いストリーム（通常、数インチ程度の深さ）内を流れる冷却液、混入片、及び他の破片を受け取るための入口開口部２４を有している。
【００２３】
ハウジング１２の底壁２６もまた下方に傾斜しており、冷却液の流れをハウジング１２内で継続させるようになっている。ハウジング１２内では、ハブ（本実施形態では回転駆動軸３２に固定されたドラム３０）に一連の（複数の）ブレード２８が設けられている。
【００２４】
ブレード２８は、ドラム３０に溶接されたアングルピース２７に溶接又はボルト付けされており、随意的に（付加的に）介設される弾力シート２９を有している。これによって、大きなオブジェクトがハウジング１２内に入り込んだ際に、ブレード２８が偏向できる。ブレード２８は、十分な硬さ（剛性）を得るために１／４インチ（約６．３５ｍｍ）の厚さの鋼板から形成されても良い。あるいは、より薄いゲージバネ鋼又は青色焼き鈍し鋼（ｂｌｕｅ　ｓｔｅｅｌ）を使用してもよい。これらは、弾力シートがなくても偏向できるので上記と同様の効果を達成することができる。
【００２５】
ブレード２８はドラム３０から外側に延び、駆動軸３２によって定義される回転軸の接線方向、かつ反回転方向に延びる。つまり、ブレード２８は、トレール方向（ｔｒａｉｌｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に沿うように後方に傾斜されている。ブレード２８の後方への傾斜によって、ブレード２８が遠心力によって冷却液を堰エッジ４０に届くのに十分な速度まで加速するので、冷却液及び混入片のブレード２８から上方への掻き上げが向上する。
【００２６】
各ブレード２８によって移動される冷却液の分配（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）が不均一であるので、図示するように８個のブレードにより、合理的かつ円滑な回転が達成されることが確認されている。ブレードの数は８よりも若干少なくても良い。あるいは、８よりも若干多くても良い。
【００２７】
ブレード２８は、ハウジング１２のサイズ及び断面形状にほぼ合わせた形状になっている。例えば、本実施形態では、ブレードは約２４インチ（約０．６１ｍ）幅の長方形であり、側部及び端部と、近接する溝の壁との間に、最小のエッジクリアランスを有する。エッジクリアランスは、約１／８インチ（約３．１８ｍｍ）である。ハウジング１２の断面形状は、溝１８の断面形状とほぼ適合（ｍａｔｃｈ）する。
【００２８】
回収溝１８は、クリアランスを無くして流路（流れ部）を最大にするために、ほぼ正方形又は四角形の断面形状である。
【００２９】
ハウジング１２は、底壁２６から湾曲した後壁３４にかけて上方にカーブしており、軸３２よりも上に延び、上方及び後方に延出する部分（排出壁）３６内に延びる。図示するように、部分３６には取り外し可能なアクセスパネルを組み込むこともできる。壁３４の内面３５は、ホイール１４が回転する際の、ブレード２８の外縁の経路に沿っている。
【００３０】
パネル部分３６及びそれと対向する部分（排出壁）３８は、排出シュート４２を形成する。排出シュート４２は、ブレード２８の回転によって冷却液及び破片がその上に掻き上げられる堰エッジ４０へと延出する。堰エッジ４０は、溝底部２０及びハウジング底壁２６よりかなり高い位置にある。
【００３１】
ハウジング１２の前部から後方に延びる出口シュート４２の後方への傾斜は、歯付きホイール１４の回転によってブレード２８から飛ばされる冷却液の方向とほぼ一致させる必要がある。これに対し、前方へ傾斜していると、回転速度をたとえ上げたとしても、冷却液の上方への流れを阻害してしまう。つまり、冷却液はブレード２８から離れるとき、後方へと飛ばされる。
【００３２】
ブレード２８の最低速度は、冷却液の流速よりも大きくする必要があり、必要とされるリフト高さ（冷却水の掻き上げ高さ）によって変わる。本実施形態では、外縁スピードにして１２〜１５フィート／秒（約３．６６〜４．５７ｍ／ｓ）であれば充分であることが確認されている。
【００３３】
回転するトレーリングブレード２８は、溝１８から傾斜されたハウジング底壁２６へと流れる冷却液を捕らえて前方へ掻き上げる。これは、溝１８内の冷却液流の瞬間的な中断（停止）もなく実行される。冷却液流が一時的に中断されると、破片の沈殿及び集積を引き起こし、流れが再開しても取り除かれないほど急速に（破片が）堆積してしまう。
【００３４】
最初に、冷却液の慣性力によって、冷却液はブレード前面に沿って、つまり、径方向内側に移動する。この径方向内側への流れを制限するために、小径の軸よりも大径のドラム３０であることが好ましい。ブレード２８によって捕らえられた冷却液が加速されると、遠心力によって、冷却液が外側への充分なエネルギを有するまで加速されて径方向外側へと移動する。冷却液はブレード２８からシュート４２が延出する方向とほぼ等しい方向、つまり、ハウジング１２内の冷却液の流れと反対方向へ掻き上げられて、堰エッジ４０の上を通過する。ブレード２８のトレール方向（背向方向）によって、冷却液及び切り屑のブレード２８からシュート４２の延出方向とほぼ等しい方向、つまり、ハウジング１２内の冷却液の流れと反対方向への掻き上げ、及び堰エッジ４０上の通過を補助する。また、ブレード２８のトレール方向（背向方向）によって、ブレード２８から掻き上げられる冷却液及び切り屑の上方への掻き上げを補助する。
【００３５】
前方ハウジング壁４３は下方に延び、その端部へり４４で前方にカーブしている。
【００３６】
堰エッジ４０まで到達しなかった冷却液及び通過しなかった冷却液は、前壁４３を下方に流れて、冷却液の流入方向に再び方向付けされる。これによって、ブレード２８の回転方向前方へエネルギ（運動量）が加えられる。従って、ブレード２８から再度掻き上げられる際に十分な上方への運動量を得られ、堰エッジ４０に到達することができる。
【００３７】
堰エッジ４０を通過した冷却液及び混入片は、並設された回収タンク４８内に向かうように右側に傾斜して延びる方向転換排出シュート４６に入る。回収タンク４８は、図４に示すように、一連の傾斜シェッドプレート５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを有しており、排出された冷却液、切り屑及び破片をプランジング流として集めて、シェッドプレート５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの下部に配置された磁化本体５４の上面５２上に流れ落とす。つまり、シェッドプレート５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは磁化本体５４の周囲に設けられる。
【００３８】
磁化本体５４は、勢い良く流れ込む冷却液に混入しており、面５２と接触する全ての鉄金属片に対して強力な磁力を発揮するように希土類材料で構成されることが好ましい。面５２は、図３に示すように、緩やかな角度で（例えば約１０°）で傾斜しており、全ての鉄金属片が磁化本体と接触できるようになっている。冷却液及び他の破片は右側に方向付けされ、回収タンクプロパ４８内を流れ落ち、傾斜した底壁を流れて図３の右側に示す窪みスペース５６に流れ込む。
【００３９】
面５２と衝突した全ての鉄金属片は、磁気本体５４の強力な磁気によって瞬間的に拘束され、面５２に確実に拘束される。これらの鉄金属片を定期的に回収するために、トラップドア６４を設けてもよい。
【００４０】
洗浄液ジェットマニホールド５８が、回収タンク底壁６０の上部に取り付けられ、加圧された洗浄冷却液を底壁６０に吹き付けて、切り屑又は破片の蓄積を防ぐようにしても良い。
【００４１】
窪みスペース５６上に切断ポンプ（チョッパポンプ）６２が設けられる。切断ポンプ６２は、タンク４８上に設けられ、オイルが充填された管状ハウジング６８によってポンプに連結された電気モータ６６によって駆動される。切断ポンプ６２は、米国、ワシントン、モンテザノのボーガン・コーポレーション・インクで特別に設計されたものである。このデザインの特徴は、硬質な（６０ロックウェルＣ）合金鋼（Ａ５ＴＭＡ１４８）のインペラ７０（図５）であり、このインペラ７０はポンプケーシング内に設けられ、切断バー７４を越えて回転する切断刃７２を有する。また、ジスインテグレータ（アジテータ）７６が、インペラ７０と共に回転するよう取り付けられ、切り屑及び／又は破片をポンプに入る前に攪拌及び粉砕する。ボーガンのポンプモデルＶＳＭ−０８０は、この目的のために首尾よく採用されている。
【００４２】
アルミニウムの切り屑はこのようなポンプにより容易に切断でき、また、冷却液を効果的に汲み上げて、排出口８０からフィルター装置７８へ戻すことができる。
【００４３】
切り屑の塊及びもつれはアジテータによって容易に処理され、インペラの切断刃によって切断されるようにポンプチャンバに強制的に送りこまれる。
【００４４】
インペラは、ポンプ６２内に大きなオブジェクトが吸引されるのを回避するために吸引力を減少させるように、くぼみスペース５６の底部上に間隔をあけて配置することが望ましい。
【００４５】
なお、緊急用のオーバーフローコネクタ８２が、冷却液を溝１８に戻すために設けられても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る装置の背面図である。
【図２】図２は、本発明の一部を形成するリフト装置の側面断面図である。
【図３】図３は、本発明の一部を形成するリフト装置の側面図である。
【図４】図４は、図３の磁化本体及びシェッドプレートの詳細平面図である。
【図５】図５は、図３の切断ポンプの部分破断透視図である。
【符号の説明】
１２　　ハウジング
１４　　歯付きホイール
１６　　モータ
１８　　溝
２６　　底壁
２８　　ブレード
３０　　ドラム
３２　　軸
４０　　堰エッジ
４６　　排出シュート
５２　　面
５４　　磁化本体

Claims

流路溝内の浅いストリーム中を流れる工作機械用冷却液及びその中に混入された破片をフィルター装置へと循環させるための装置であって、
上記流路溝に連結された入口開口部を備え、上記冷却液の流れを底壁上に受け取るためのハウジングと、
上記ハウジング内に回転可能に設けられた歯付きホイールと、上記歯付きホイールを回転させるための駆動モータとを備え、
上記歯付きホイールが、ハブに取り付けられた複数の外側に延びるブレードを有し、そのブレードが、上記冷却液の流れを受け取る上記ハウジングの内側の断面形状にほぼ沿って形成されると共に、上記流れと同方向に回転し、上記ブレード各々が上記底壁上を通過する外縁を有し、上記底壁に沿った上記溝内の上記冷却液を掻き上げ、
上記ハウジングの内部空間が、上記各ブレードの外縁の移動経路に沿って上方にカーブする壁面によって定義され、それによって、冷却液が上記歯付きホイールの回転によって上方に掻き上げられ、
上記上方にカーブする面は、後方及び上方に延出する排出壁まで延出し、その排出壁はその上部に定義される堰エッジを有し、冷却液は上記堰エッジ上に掻き上げられて排出シュートに入り、上記駆動モータによって回転される上記歯付きホイールは、上記冷却液を上記排出壁へと掻き上げて、上記堰エッジを越えて上記排出シュートへと流すのに十分なブレード速度で回転され、
上記排出シュートより低い位置に磁化本体が配置され、その磁化本体は、落下する冷却液及び破片を受け取ると共に、上記磁化本体と接触した鉄金属片をその磁力によって拘束するものであり、
上記磁化本体から流れ落ちる冷却液を受け取るための回収タンクと、その回収タンクに連結され、上記回収タンクに回収された冷却液及び残留片を上記フィルター装置に循環させるポンプとを備えたことを特徴とする装置。
上記ポンプが、ポンプケーシング内に排出された混入片を切断する切断刃が形成されたインペラを有する切断ポンプを備えた請求項１記載の装置。
上記ポンプが更に、上記インペラと共に回転するようにインペラに対して取り付けられ、上記ポンプケーシングに入る前に破片を砕くように配置されたアジテータを有する請求項２記載の装置。
上記磁化本体が、全ての鉄金属片を磁化本体と接触させるべく、上記冷却液及び混入片の流れに対して傾斜した面を有するように設けられた請求項１記載の装置。
上記磁化本体が希土類材料からなる請求項１記載の装置。
上記磁化本体の周囲に設けられ、冷却液及び混入片を上記排出シュートから上記磁化本体の上面へと向ける一連のシェッドプレートを更に備えた請求項１記載の装置。
工作機械用冷却液から鉄金属片を除去するための装置であって、
上記工作機械用冷却液及びそこに混入された鉄金属片を受け取るように配置された排出シュートと、
上記排出シュートの下側に配置され、冷却液及びそこに混入された全ての鉄金属片を受け取るための磁化本体と、
上記磁化本体に衝突した後、上記磁化本体から流れ出る冷却液を回収するように配置された部分を備える回収タンクとを備えたことを特徴とする装置。
上記磁化本体の上面を部分的に囲み、冷却液及び全ての鉄金属片を上記磁化本体の上面へと向ける一連の傾斜シェッドプレートを更に備えた請求項７記載の装置。
上記磁化本体が希土類材料からなる請求項８記載の装置。
機械工作用冷却液とアルミニウム切屑を回収すべく、工作機械装置の下側に延びる回収溝を流れ落ちる工作機械用冷却液の流れに混入された鉄金属片を除去するステップを備えた工作機械用冷却液をフィルター装置へ循環させる方法であって、
上記冷却液の流れを、上記冷却液の流れを受け取るように形成された底壁を有するハウジング内に導くステップと、
上記冷却液の流れ内で複数のブレード各々を連続的に掻き上げて、冷却液及び破片を上記ハウジング底壁に沿って、かつカーブした壁面を上昇するように掻き上げて、上記冷却液及び破片をブレードから上方かつ後方へ延びる排出シュートへと掻き上げて排出シュート内に配置された堰エッジ上を通過させるステップと、
上記堰エッジを経た上記冷却液及び混入片を磁化本体の上面に向かって下方に導き、全ての鉄金属片を上記磁化本体と直接接触させて、磁気引力によって確実に拘束するステップと、
上記磁化本体から流れる冷却液を、上記磁化本体が配置された回収タンク内に回収するステップとを備えたことを特徴とする方法。
上記回収タンク内に設置された切断ポンプによって上記回収された工作機械用冷却液を上記フィルター装置に送り込むステップをさらに備え、上記切断ポンプが、上記冷却液及び残留する破片が上記回収タンクから汲み出されるときに、上記冷却液中に残留する破片を切断する切断刃を備えたインペラを有する請求項１０記載の方法。