JP2006255554A - 遠心分離機及びこれを用いた液体分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固形分が回転ボウル内に多量に蓄積しないように適時自動的に排出させるようにした遠心分離機を提供する。
【解決手段】垂直回転軸２と、これに一体回転可能に取り付けられた回転ボウル３と、処理液供給部５とを備え、回転ボウル３内に供給された処理液Ａを軽液a₁と重液a₂と固形分a₃とに分離するようにした分離板型遠心分離機において、回転ボウル３の周側壁にその内周面に付着した固形分a₃を排出させる排出口１０を周方向一定間隔おきに開口し、各排出口１０の外側には排出口１０を開閉する弁体１１をバネ１２を介して取り付け、弁体１１は、常時はバネ１２の力で排出口１０を閉塞し、或る一定以上の遠心力が作用する時にバネ１２抗して排出口１０を開放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として工作機械の切削作業におけるクーラント廃液を水及び水溶性成分と油成分と固形成分とに分離するのに使用される遠心分離機、及びこの遠心分離機を用いた液体分離装置に関するものである。

ＮＣ旋盤やマシニングセンタにおいては、刃物冷却用として水系のクーラントを用いるが、機械の摺動面に潤滑油を使用しているために、その潤滑油が流れ出て、クーラントに混入し、クーラントの性能劣化や腐敗の原因になっている。

潤滑油は水系クーラントよりも軽いため、浮き上がった油分を回転円板に付着させて取り除くなど、色々工夫された装置が従来より多々提供されているが、何れも効率が悪い。最も効率の良い方法は、遠心分離機を用いて水分、油分を分離する方法である。

遠心分離機による問題点は、分離効率が良いため、クーラント中における切削粉などの比重の重い固形成分であるスラッジが回転ボウルの内部に多量に蓄積して、分離機能が停止し、それがために機械を適時分解して、内部の蓄積物を取り除いてやる必要があって、連続無人運転ができないことである。この蓄積物（スラッジ）は粘度に似たヘドロ状で、遠心分離機内部の部品に付着するため、機械の分解及び清掃に大変な手間がかかっている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、遠心分離機において、切削油中の切削粉などの比重の重い物質であるスラッジが、回転ボウル内に多量に蓄積しない内に、つまり未だ少量の内に適時自動的に排出させるようにした型遠心分離機、及びこの遠心分離機を用いた液体分離装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の遠心分離機は、回転駆動手段１によって駆動される垂直回転軸２と、垂直回転軸２にこれと同心状に一体回転可能に取り付けられた回転ボウル３と、回転ボウル３内に処理液を供給する処理液供給部５とを備え、回転ボウル３内に供給された処理液Ａを、回転ボウル３の回転による遠心力の作用によって軽液a₁と重液a₂とスラッジa₃とに分離するようにした分離板型遠心分離機において、回転ボウル３の周側壁にその内周面に付着したスラッジa₃を排出させる排出口１０を周方向一定間隔おきに開口し、各排出口１０には、排出口１０を開閉する弁体１１をバネ１２を介して取り付け、この弁体１１は、処理液Ａの分離を行う回転ボウル３の通常回転時はバネ１２の付勢力で排出口１０を閉塞し、回転ボウル３の回転数を上げて弁体１１に作用する遠心力がバネ１２の付勢力を上回った時に弁体１１の遠心力で排出口１０を開放するようになっていることを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の分離板型遠心分離機において、前記バネ１２は板バネからなるもので、板バネ１２の一端部を各排出口１０の近傍で回転ボウル３外周面に固定し、板バネ１２の他端部に弁体１１を取り付けてなることを特徴とする。

請求項３に係る発明の液体分離装置は、請求項１又は２に記載の遠心分離機Ｔとは別に、処理液タンク４０及びスラッジタンク４１を備え、処理液タンク４０及びスラッジタンク４１には上澄み液をオーバーフローさせる堰板ａ，ｂ、ｄを夫々設け、処理液タンク４０に工作機械側からの処理液Ａを導入すると共に、この処理液タンク４０内の上澄み液を遠心分離機Ｔに供給し、この遠心分離機Ｔで分離された重液a₂を処理液タンク４０に帰還させ且つ回転ボウル３の排出口１０から排出されるスラッジa₃を含む液をスラッジタンク４１に導入し、このスラッジタンク４１内の上澄み液を処理液タンク４０に帰還させ、こうして処理液Ａを処理液タンク４０、遠心分離機Ｔ及びスラッジタンク４１を繰り返し還流させて処理した処理液タンク４０内の上澄み液を工作機械側へ供給するように構成してなることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の遠心分離機によれば、分離板型遠心分離機で処理液Ａを軽液a₁と重液a₂とスラッジa₃とに分離するにあたり、回転ボウル３の回転数が例えば５０００ｒｐｍ程度で分離を行う場合に、この５０００ｒｐｍ程度ではバネ１２の力が遠心力を上回って弁体１１が排出口１０を閉塞するが、その回転数が例えば７０００ｒｐｍ程度になると、遠心力がバネ１２の力を上回って弁体１１が排出口１０を開放するように、設定しておくことによって、分離運転中の例えば１時間おきに数分間だけ回転ボウル３の回転数を上記７０００ｒｐｍ程度に上げれば、弁体１１が自動開放して、ボウル本体７の周側壁内周面に付着したスラッジa₃を他の軽液a₁や重液a₂によって洗い流しながら有効に除去して排出させることができる。従って、従来では行えなかった遠心分離機の連続無人運転が可能となる。

請求項２に係る発明によれば、バネ１２が板バネからなるもので、この板バネ１２の一端部を各排出口１０の近傍で回転ボウル３外周面に固定し、板バネ１２の他端部に、この板バネ１２の付勢力によって排出口１０を閉塞すように弁体１１を取り付けるようにしたことにより、排出口開閉機構の構造がきわめて簡単で部品点数も少なく、製作及び取付が容易となる。

請求項３に係る発明の液体分離装置によれば、工作機械側から送給される、軽液a₁と重液a₂とスラッジa₃とを使用済みクーラント（処理液）Ａを有効に分離して浄化することができると共に、この浄化したクーラントを工作機械側に供給してやることができ、従って工作機械には常に清浄なクーラントを使用することができる。

以下に本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１は本発明に係る分離板型遠心分離機の垂直断面図、図２は同遠心分離機の一部断面正面図、図３は回転ボウルの周側壁部分の水平断面図であり、図４は図１の一部拡大図である。この分離板型遠心分離機は、モーター１（回転駆動手段）によって回転駆動される垂直回転軸２と、この垂直回転軸２にこれと同心状に一体回転可能に取り付けられた回転ボウル３と、この回転ボウル３内に上下方向一定間隔で多数配設された傘形のディスク４と、回転ボウル３内に処理液を供給する処理液供給部５と、回転ボウル３を被うケーシング６とを備えている。

回転ボウル３は、図１に示すように、ボウル本体７と底板部８と上筒部９とからなり、底板部８は、断面が略々台形を成す上げ底状に形成されていて、垂直回転軸２に同心状に固定されている。

回転ボウル３のボウル本体７には周側壁の下部側に、この周側壁内周面に付着した
スラッジを排出させるための排出口１０が、図３に示すように、周方向一定間隔おきに、例えば４５°の間隔をおいて８つ開口形成され、各排出口１０の外側には、排出口１０を開閉する弁体１１がバネ１２を介して取り付けられ、この弁体１１は、常時はバネ１２の付勢力によって排出口１０を閉塞し、回転ボウル３の回転によって或る一定以上の遠心力が作用すると、バネ１２の付勢力に抗して排出口１０を開放するようになっている。

上記弁体１１は、回転ボウル３が例えば５０００ｒｐｍ程度の回転数で回転している時に作用する遠心力によっては排出口１０を開放しないが、回転ボウル３の回転数が例えば７０００ｒｐｍ程度まで上がると、バネ１２の付勢力に抗して排出口１０を開放することになる。回転ボウル３の回転数の変更は、マイコン制御によって任意の時間に設定することができる。

上記弁体１１による排出口１０の開閉機構について詳しく説明すれば、上記バネ１２は板バネからなるもので、図５から分かるように、この板バネ１２の一端部が排出口１０の近傍においてボウル本体７の外周面に固定用ネジ具１３によって固定され、板バネ１２の他端部には、この板バネ１２の付勢力によって排出口１０を閉塞すように略々半球状の弁体１１が取り付けられている。

また図１に示すように、垂直回転軸２の上端部には、中空軸部１４ａと拡径ヘッド部１４ｂとからなる断面略Ｔ字状の回転支持体１４の中空軸部１４ａが同軸一体に連結され、この回転支持体１４の拡径ヘッド部１４ｂは、回転ボウル３のボウル本体７及び上筒部９に内嵌合した状態となっている。そして、この回転支持体１４には、傘部１５ａと筒状軸部１５ｂとからなるディスク保持枠１５が同心状に一体的に連結され、このディスク保持枠１５の傘部１５ａと、回転ボウル３の上げ底状底板部８との間に、多数の傘形ディスク４が図４に示すように上下方向一定間隔で配設固定されている。

また、ケーシング６は、図１に示すように回転ボウル３を被った状態で基台１６上に固定されている。このケーシング６の頂部には、処理液供給部５を形成する水平管路１８と垂直管路１９とが十字状に組み立てられた状態で取り付けられ、垂直管路１９は、垂直回転軸２の上方で同軸上に位置する。この垂直管路１９と前記回転支持体１４との間には、液体流通部材２０，２１が介装されている。２２は垂直管路１９の上端部側を被うキャップである。尚、液体流通部材２０は、水平管路１８と垂直管路１９とに取り付けられた固定部材であり、液体流通部材２１は、回転ボウル３の上筒部９と回転支持体１４の拡径ヘッド部１４ｂに取り付けられて、回転ボウル３と一緒に回転する回転部材であり、そしてこの液体流通部材２１はベーンポンプの作用をするようになっている。

垂直管路１９を挟んで水平管路１８の一方側の端部１８ａは、処理液の供給口となり、他方側の端部１８ｂは、軽液と重液とスラッジとに分離される処理液のうちの重液が排出される排出口となっている。

次に、上記のように構成される遠心分離機Ｔの作用を、工作機械の切削作業に使用される水系クーラントの使用済み廃液（処理液）を軽液と重液とスラッジとに分離する場合について図１〜図５により説明する。

クーラントの使用済み廃液は、図６に示すように工作機械側から延出された廃液送給管５１を経て処理液タンク４０に貯められ、この処理液タンク４０内の廃液は、処理液供給管４２によって、遠心分離機Ｔの処理液供給部５を形成する水平管路１８の一端部１８ａに供給されるようになっている。尚、図６に示す液体分離装置については後述する。

この遠心分離機Ｔの使用にあたり、回転ボウル３を、例えば５０００ｒｐｍ程度の回転数で回転させながら、処理液タンク４０からの廃液を、処理液供給部５を形成する水平管路１８の一端部１８ａに供給すると、この廃液は、図１中に矢印Ａで示すように、水平管路１８の連通路２３からキャップ２２内に入り、垂直管路１９の連通路２４からその内部を通り、液体流通部材２０の垂下路２５から回転支持体１４の連通路２６及びディスク保持枠１５の上側を通って、回転ボウル３のボウル本体７内部に流入する。

こうして廃液Ａが高速回転する回転ボウル３のボウル本体７内部に流入すると、廃液の粒子に遠心力が働いて、廃液Ａのうち、比重の軽い油成分a₁（軽液）は、多数配設されたディスク４間を通過して、その中心部側に集まり、上げ底状底板部８の通路８ａを通り抜けて、その下面側から、基台１６のドレン口２７に接続されたドレン管４４（図６参照）により、遠心分離機Ｔの外部に設けられた油分タンク４５（図６参照）へ排出される。

この油成分a₁よりも比重の重い水及び水溶性成分a₂（重液）は、図１の矢印で示すように、ディスク保持枠１５の傘部１５ａ内部を通って液体流通部材２１内に入ると、ベーンポンプとして機能する液体流通部材２０の液体排出路２８に吸引されて、水平管路１８の他方側端部である排出口１８ｂから外部へ排出され、そして図６に示すように重液送給管４３によって処理液タンク４０に帰還される。そして、廃液Ａ中の切削粉など更に比重の重い固形成分であるスラッジa₃は、ヘドロ状を成して、図１に示すようにボウル本体７の周側壁内周面に付着する。

上記のようにボウル本体７の周側壁内周面に付着した切削粉などのヘドロ状スラッジa₃は、その付着量（蓄積量）が少量のうちに、排出口１０より排出させる必要があるから、適当な時期に、それまで５０００ｒｐｍ程度で回転させていた回転ボウル３の回転数を、例えば７０００ｒｐｍ程度まで上げることにより、排出口１０を夫々閉塞している弁体１１が自動的に開放して、ボウル本体７の周側壁内周面に付着しているヘドロ状のスラッジa₃を排出させることができる。例えば５０００ｒｐｍ程度で遠心分離を行っている場合、１時間経った時点で、その回転数を７０００ｒｐｍ程度まで上げて、その状態を例えば２〜３分間継続させる。

図５は弁体１１を自動開放させてボウル本体７の周側壁内周面に付着しているヘドロ状スラッジa₃を排出させる状態を示したものである。即ち、図５の(a) は、回転ボウル３の回転数が５０００ｒｐｍ程度で遠心分離を行っている時に、板バネ１２の付勢力によって弁体１１が排出口１０を閉塞している状態を示す。そして同図の(b) は、回転ボウル３の回転数を７０００ｒｐｍ程度まで上げた時、弁体１１に働く遠心力が板バネ１１の付勢力を上回って、弁体１１が自動開放し、ボウル本体７の周側壁内周面に付着しているヘドロ状スラッジa₃を排出口１０より排出させている状態を示す。

図５の(b) に示すように弁体１１を自動開放させて、排出口１０からヘドロ状スラッジa₃を排出させる時には、水及び水溶性成分a₂や油成分a₁もスラッジa₃と一緒に排出口１０から排出することになるため、これら水及び水溶性成分a₂や油成分a₁によって、ボウル本体７の周側壁内周面に付着しているヘドロ状スラッジa₃を洗い流すことができ、それによってヘドロ状スラッジa₃を有効に除去排出させることができる。こうして排出口１０から水及び水溶性成分a₂や油成分a₁と共に排出されたスラッジa₃は、基台１６のドレン口２９に接続されたドレン管４６（図６参照）によって、遠心分離機Ｔの外部に設けられたスラッジタンク４１（図６参照）に排出される。

この遠心分離機Ｔでは、上記のように遠心力を利用して排出口１０を開閉する弁体１１を設けたことによって、回転ボウル３の回転数が例えば５０００ｒｐｍ程度で遠心分離を行っている場合に、例えば１時間経った時点で回転数を例えば７０００ｒｐｍ程度まで上げると、弁体１１に働く遠心力が板バネ１１の付勢力を上回って、弁体１１を自動開放するから、ボウル本体７の周側壁内周面に付着した切削粉などのヘドロ状スラッジa₃を、内部の水及び水溶性成分a₂や油成分a₁を使って洗い流し、適時に自動的に且つ有効に除去排出させることができる。従って、従来では行えなかった遠心分離機の連続無人運転が可能となる。

この実施形態では、排出口１０の開閉機構におけるバネ１２が板バネからなるもので、この板バネ１２の一端部を各排出口１０の近傍で回転ボウル３外周面に固定し、板バネ１２の他端部に、この板バネ１２の付勢力によって排出口１０を閉塞すように弁体１１を取り付けるようにしたことにより、開閉機構の構造が簡単で部品点数も少なく、製作及び取付が容易となる。この実施形態の開閉機構に限るものではなく、板バネに代えて、コイルバネを用いた開閉機構でもよい。

また、上述した図１〜図５の実施形態では、回転ボウル３内に多数の傘形ディスク４を上下方向一定間隔に配設した分離板型遠心分離機について説明したが、本発明の遠心分離機は、そのようなディスク４を装備していないタイプのものにも適用可能である。

図６は上述した遠心分離機Ｔを用いて構成された液体分離装置を示すもので、この液体分離装置は、ＮＣ旋盤やマシニングセンタなどの工作機械に接続されて、使用済みクーラント廃液を連続的に浄化するようになっている。

この液体分離装置は、上述した遠心分離機Ｔとは別に、処理液タンク４０及びスラッジタンク４１を備えている。図６から分かるように、処理液タンク４０内には、上澄み液をオーバーフローさせる堰板ａ，ｂを夫々設けて、タンク４０を第１タンク部４０ａ，第２タンク部４０ｂ及び第３タンク部４０ｃに仕切り、第１タンク部４０ａには、工作機械側から延びた廃液送給管５１によってクーラント廃液Ａ（油成分a₁と水及び水溶性成分a₂とスラッジa₃との混合液）を導入するようにし、また第２タンク部４０ｂにはストレーナー４８付きのポンプ４７を設置して、第２タンク部４０ｂ内の上澄み液（主として油成分a₁と水及び水溶性成分a₂との混合液）を、処理液供給管４２によって遠心分離機Ｔの処理液供給部５に供給するようにしている。第３タンク部４０ｃにはストレーナー５０付きのポンプ４９を設置して、第３タンク部４０ｃ内の上澄み液（主として水及び水溶性成分a₂）を、清浄液供給管５２によって工作機械側に供給するようにし、また第３タンク部４０ｃには、遠心分離機Ｔで分離された水及び水溶性成分a₂を重液送給管４３によって帰還させるようにしている。

またスラッジタンク４１にも、上澄み液をオーバーフローさせる堰板ｃ，ｄを設けて、タンク４１を第１タンク部４１ａと第２タンク部４１ｂとに仕切り、第１タンク部４１ａには、遠心分離機Ｔの回転ボウル３の排出口１０から排出されるスラッジa₃（このスラッジa₃には油成分a₁と水及び水溶性成分a₂が含まれる）をスラッジタンク４１に導入し、堰板ｃからオーバーフローした上澄み液を第２タンク部４１ｂに溜め、更に堰板ｄからオーバーフローした第２タンク部４１ｂ内の上澄み液を、水平な上澄み液送給管５３によって処理液タンク４０の第３タンク部４０ｃに送給するようにしている。

尚、処理液タンク４０内には２つの堰板ａ，ｂ設けているが、これは１つでもよいし、３つ以上設けてもよい。またスラッジタンク４１にも２つの堰板ｃ，ｄを設けているが、外側の堰板ｄのみでもよい。また、第２タンク部４１ｂ内の上澄み液を、上澄み液送給管５３によって処理液タンク４０の第３タンク部４０ｃに送給するようにしているが、第２タンク部４１ｂ内の上澄み液は、第３タンク部４０ｃに送給しないで、第２タンク部４０ｂあるいは第１タンク部４０ａに送給するようにしてもよい。

上記液体分離装置の作用について説明すると、処理液タンク４０では、工作機械側からのクーラント廃液Ａが先ず第１タンク部４０ａに溜まり、ここではスラッジa₃が沈降し、油成分a₁と水及び水溶性成分a₂が堰板ａからオーバーフローして第２タンク部４０ｂに流入する。この第２タンク部４０ｂ内の油成分a₁と水及び水溶性成分a₂にスラッジa₃が含まれていれば、そのスラッジa₃は沈降し、油成分a₁と水及び水溶性成分a₂が堰板ｂからオーバーフローして第３タンク部４０ｃに流れ込む。

第２タンク部４０ｂ内の主として油成分a₁と水及び水溶性成分a₂が、ポンプ４７により処理液供給管４２を介して遠心分離機Ｔの処理液供給部５に供給され、しかしてこの遠心分離機Ｔによって分離された水及び水溶性成分a₂は、重液送給管４３によって処理液タンク４０の第３タンク部４０ｃに帰還される。また、遠心分離機Ｔの回転ボウル３の排出口１０から排出されるスラッジa₃（このスラッジa₃には油成分a₁と水及び水溶性成分a₂が含まれる）は、スラッジタンク４１の第１タンク部４１ａに導入され、堰板ｃからオーバーフローした上澄み液（殆どが水及び水溶性成分a₂）が第２タンク部４１ｂに流入し、更に堰板ｄからオーバーフローした第２タンク部４１ｂ内の上澄み液（水及び水溶性成分a₂）は、上澄み液送給管５３により処理液タンク４０の第３タンク部４０ｃに送給される。

上記のように処理液Ａが、処理液タンク４０、遠心分離機Ｔ及びスラッジタンク４１を還流しながら、繰り返し分離処理されることによって、処理液タンク４０の第３タンク部４０ｃ内の液全体が十分に浄化された水及び水溶性成分a₂となり、しかしてこの浄化された水及び水溶性成分a₂（浄化されたクーラント）が、清浄液供給管５２によって工作機械側に供給されることになる。

以上のような液体分離装置によれば、工作機械側から送給されるクーラント廃液Ａを有効に分離して浄化することができると共に、この浄化したクーラントを工作機械側に供給してやることができ、従って工作機械には常に清浄なクーラントを使用することができるようになる。

本発明に係る遠心分離機の垂直断面図である。 同遠心分離機の一部断面正面図である。 回転ボウルの周側壁部分の水平断面図である。 図１の一部拡大図である。 (a) 及び(b) は排出口を開閉する開閉機構の動作を説明する断面説明図である。 本発明に係る液体分離装置を示す一部断面側面図である。

符号の説明

Ｔ 遠心分離機
１ 回転駆動手段
２ 垂直回転軸
３ 回転ボウル
４ ディスク
５ 処理液供給部
１０ 排出口
１１ 弁体
１２ バネ（板バネ）
Ａ 廃液（処理液）
a₁ 油成分（軽液）
a₂ 水及び水溶性成分（重液）
a₃ 固形成分（スラッジ）
４０ 処理液タンク
４１ スラッジタンク
ａ 堰板
ｂ 堰板
ｃ 堰板
ｄ 堰板

Claims (3)

1. 回転駆動手段によって駆動される垂直回転軸と、垂直回転軸にこれと同心状に一体回転可能に取り付けられた回転ボウルと、回転ボウル内に処理液を供給する処理液供給部とを備え、回転ボウル内に供給された処理液を、回転ボウルの回転による遠心力の作用によって軽液と重液とスラッジとに分離するようにした遠心分離機であって、
   回転ボウルの周側壁にその内周面に付着したスラッジを排出させる排出口を周方向所要間隔おきに設け、各排出口には、排出口を開閉する弁体をバネを介して取り付け、この弁体は、処理液の分離を行う回転ボウルの通常回転時はバネの付勢力で排出口を閉塞し、回転ボウルの回転数を上げて弁体に作用する遠心力がバネの付勢力を上回った時に弁体の遠心力で排出口を開放するようになっている遠心分離機。
2. 前記バネは板バネからなるもので、板バネの一端部を各排出口の近傍で回転ボウル外周面に固定し、板バネの他端部に弁体を取り付けてなる請求項１に記載の遠心分離機。
3. 請求項１又は２に記載の遠心分離機とは別に、処理液タンク及びスラッジタンクを備え、処理液タンク及びスラッジタンクには上澄み液をオーバーフローさせる堰板を夫々設け、処理液タンクに工作機械側からの処理液を導入すると共に、この処理液タンク内の上澄み液を遠心分離機に供給し、この遠心分離機で分離された重液を処理液タンクに帰還させ且つ回転ボウルの排出口から排出されるスラッジを含む液をスラッジタンクに導入し、このスラッジタンク内の上澄み液を処理液タンクに帰還させ、こうして処理液を処理液タンク、遠心分離機機及びスラッジタンクを繰り返し還流させて処理した処理液タンク内の上澄み液を工作機械側へ供給するように構成してなる液体分離装置。
   

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