JP2008254075A - 微粉体回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械加工等の工程で発生する微粉体を確実に回収するとともに、微粉体が分離された回収済みの液体を効率よく再利用することが可能な微粉体回収装置を提供する。
【解決手段】微粉体回収装置１は、泡発生部２で発生した泡Ｂを用いて微粉体回収部３において形成された泡状流Ｆによって微粉体Ｋを捕捉・回収するものであり、微粉体回収部３において一緒に回収された泡Ｂと微粉体Ｋを、サイクロン型分離器６と異物分離器７とからなる微粉体分離部４においてそれぞれ分離し、泡Ｂを消泡部５において消滅させ、消泡処理された液体を泡発生部２に還流させる構造となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械加工等の工程において発生する切り粉等の微粉体を回収する装置に係り、特に、微粉体が飛散する空間に泡状の流れ（以下、泡状流という。）を形成し、この泡状流によって微粉体を回収する微粉体回収装置に関する。

金属材料を切削したり、研削したりすると、切り粉と呼ばれる金属屑が発生する。この切り粉は加工装置の刃先に付着して加工効率を低下させるなどの弊害をもたらすため、金属材料の加工においては、通常、油性又はエマルジョンからなる加工液を工具に供給して切り粉を洗い流すことが行われる。しかし、この方法では、刃先から洗い流された切り粉が回収されずに加工装置の周辺に溜まってしまい、作業環境を悪化させるおそれがある。そこで、従来、金属材料の加工工程で発生した切り粉を確実に回収する技術について盛んに研究が行われており、それに関して既に幾つかの発明や考案が開示されている。

例えば、特許文献１には「微粉体回収装置とその方法」という名称で、切り粉などの微粉体を捕捉・運搬・回収することにより加工工具とその周囲の作業環境を改善することが可能な微粉体回収装置とその方法に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、第一の液体と不活性ガスにより泡塊を形成させる泡発生部と、微粉体の混ざった泡塊を捕集して運搬する泡充填部と、この泡充填部に接続され、泡塊を消滅させる第二の液体を貯留する微粉体回収部とを備えるものである。
上記構成の発明によれば、泡塊に捕捉された微粉体は外部の空気、特に酸素から隔離されるため、急激な酸化反応が抑制される。従って、反応性が高い微粉体でも安全に回収することができる。また、泡塊が微粉体の発生箇所の周囲に流動しながら供給されるため、広範囲にわたって微粉体を確実に回収することが可能である。

また、特許文献２には「切削液供給装置」という名称で、気泡を混入させたクーラントをノズルから噴出させるように構成された切削液供給装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、水溶性切削液の貯溜槽と噴出ノズルを接続する配管の途中にポンプとエアー供給手段を介装し、噴出ノズルから金属の加工部に向けて噴出された水溶性切削液が貯溜槽に回収されることを特徴とするものである。
上記構成の発明によれば、クーラント中に混入させた気泡がノズル噴出時に急激に膨張するため、ノズルが詰まり難く、また、ノズルから噴出されるクーラントの水勢が高まる。従って、ノズルの口径を小さくしてクーラントポンプの流量を低減することができる。また、クーラント中の気泡によって嫌気性バクテリアの繁殖が抑制されるため、例えば、硫化水素等の悪臭を放つガスの発生を抑制することが可能である。

特開２００３−２３６７３０号公報 特開２００３−０３９２７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される発明においては、泡塊ごと微粉体を運搬するため、急激な酸化反応を抑えて安全に回収できるものの、工具の加工速度が速く、周囲に勢いよく飛散する微粉体については、捕捉が容易でないという課題があった。また、回収された泡を消すために消泡剤を使用しているため、消泡済みの液体を再利用できないという課題があった。

また、上述の特許文献２に記載の発明は、金属の加工部に付着した切粉を払い流すことはできるものの、飛散する切粉を回収することはできないという課題があった。また、回収された切削液を循環させる構成となっているが、消泡手段を備えていないため、切削液を効率よく再利用できないという課題があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、機械加工等の工程で発生する微粉体を確実に回収するとともに、微粉体が分離された回収済みの液体を効率よく再利用することが可能な微粉体回収装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である微粉体回収装置は、液体に気体を注入して泡を発生させる泡発生部と、この泡発生部から供給される泡を吐出ノズルから吐出するとともに吸引ノズルで吸引して微粉体が飛散する空間に泡状流を形成する微粉体回収部とを備え、微粉体は泡状流によって捕捉され、泡状流を形成した泡とともに吸引ノズルで吸引されることを特徴とするものである。
このような構造の微粉体回収装置においては、泡状流を他の部材に接触させない構成となっているため、飛散するおそれがなく、従って、回収が容易である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の微粉体回収装置において、排出口が設けられた下端に向かって逐次縮径する略円錐状をなすとともに、上面に排気口が設けられ、上部側面に吸気口が設けられたサイクロン型分離器を備え、このサイクロン型分離器は吸引ノズルに吸引された泡を吸気口から吸い込んで内部で旋回させることによって泡を吸引する際に混入した空気を分離して排気口から排出するとともに、残った泡を排出口から排出することを特徴とするものである。
このような構造の微粉体回収装置においては、微粉体回収部で泡を吸引する際に混入した空気がサイクロン型分離器によって予め分離され、微粉体を内包する泡のみが次工程に送られるという作用を有する。これにより、次工程の処理にかかる負担が軽減される。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の微粉体回収装置において、吸引ノズルに吸引された泡から微粉体を分離するフィルタを有する異物分離器を備えたことを特徴とするものである。
このような構造の微粉体回収装置においては、簡単な構造により確実に微粉体が分離される。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の微粉体回収装置において、吸引ノズルに吸引され、かつ、微粉体を含まない泡を減圧しつつ、泡発生部に還流させる消泡部を備えたことを特徴とするものである。
このような構造の微粉体回収装置においては、消泡剤を用いることなく、泡が消滅するという作用を有する。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の微粉体回収装置において、減圧されて消泡部から排出された泡を再度消泡部に還流させる配管を備えたことを特徴とするものである。
このような構造の微粉体回収装置においては、消泡部が泡を繰り返し減圧しながら消滅させるという作用を有する。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の微粉体回収装置において、吐出ノズルは略Ｉ字状断面の吐出口を備えることを特徴とするものである。
このような構造の微粉体回収装置においては、泡状流が略Ｉ字状断面をなすように形成されるという作用を有する。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の微粉体回収装置において、吐出ノズルは略Ｉ字状断面の吐出口に代えて略Ｌ字状断面の吐出口を備えることを特徴とするものである。
このような構造の微粉体回収装置においては、泡状流が略Ｌ字状断面をなすように形成されるという作用を有する。

以上説明したように、本発明の請求項１に記載の微粉体回収装置においては、泡状流を任意の方向に形成することが可能である。従って、微粉体がいろいろな方向に飛散する場合でも、泡状流によって微粉体を確実に捕捉することができる。

本発明の請求項２に記載の微粉体回収装置においては、次工程に送られる泡の嵩が少なくなり、処理にかかる負担が軽減されるため、処理効率が向上する。

本発明の請求項３に記載の微粉体回収装置においては、異物分離器の構造が簡単なため、製造コストを安くするとともに、装置の小型化を図ることができる。

本発明の請求項４に記載の微粉体回収装置においては、消泡処理された液体の再利用が可能であるため、この液体に予め起泡剤が添加されていた場合には、起泡剤を節約することができる。これにより、装置の稼動コストの削減が可能となる。

本発明の請求項５に記載の微粉体回収装置においては、泡を効率的に消滅させることが可能である。

本発明の請求項６に記載の微粉体回収装置においては、一方向に放出される微粉体に対し、泡状流によってその飛散を遮って確実に捕捉することができる。

本発明の請求項７に記載の微粉体回収装置においては、例えば、前方及び下方のように二方向に対して放出される微粉体に対し、泡状流によってその飛散を遮って確実に捕捉することができる。

以下に、本発明の最良の実施の形態に係る微粉体回収装置の実施例について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る微粉体回収装置の構成図である。また、図２は設定圧力に対する泡の発生量と界面活性剤使用量との関係を示した図である。
図１に示すように、本実施の形態における微粉体回収装置１は、泡発生部２で発生した泡Ｂを用いて微粉体回収部３において形成された泡状流Ｆによって微粉体Ｋを捕捉・回収するものである。そして、微粉体回収部３において泡Ｂと微粉体Ｋを一緒に回収し、サイクロン型分離器６と異物分離器７とからなる微粉体分離部４において微粉体Ｋを泡Ｂから分離するとともに、消泡部５において泡Ｂを消し、消泡処理された液体を泡発生部２に還流させる構造となっている。
泡発生部２は、調圧器８ａ〜８ｃ、ガス混合器９及び泡発生器１０とから構成される。調圧器８ａ，８ｂにそれぞれ導入された空気と窒素は圧力を調整された後、矢印２１ａで示されるようにガス混合器９に送られる。ガス混合器９は酸素濃度センサ９ａを備えており、微粉体回収部３において泡状流Ｆにより捕捉される微粉体Ｋの燃焼を抑制するために、泡状流Ｆに含まれる酸素濃度を予め調整するという機能を有している。従って、ガス混合器９に送られた空気と窒素は酸素濃度が所定の値になるように混合され、矢印２１ｂで示されるように調圧器８ｃを経て泡発生器１０へと送られる。
なお、調圧器８ｃは、泡発生器１０における内圧が０．１ＭＰａ以下になるように、空気と窒素の混合気体の圧力を予め調整するためのものである。泡発生器１０内に導入され、多孔質体１１から放出される混合気体は、起泡剤として界面活性剤が添加された液体１２ａ中で泡Ｂを発生させる。液体１２ａの上部には気相が形成されており、この気相に溜まった泡Ｂは図に示されるように配管２１ｃを通じて微粉体回収部３へ供給される。なお、泡発生器１０にはフローティングスイッチ１５ａが設置されており、このフローティングスイッチ１５ａによって検知される液体１２ａの液位が所定の高さより下回った場合、ポンプ制御部１６ａはポンプ１７ａに対して吸引開始信号２２ａを送り、ポンプ１７ａは吸引開始信号２２ａに従って作動し、配管２１ｄを介して異物分離器７から後述する消泡処理された液体を吸引して泡発生器１０に供給する。
なお、図２に示すように、泡Ｂの発生量は設定圧力と界面活性剤によって決定される。従って、微粉体回収装置１においては泡発生器１０の内圧と界面活性剤の使用量を適宜選択することによって泡Ｂの発生量を制御することが可能となっている。

加工装置の工具近傍に設置される微粉体回収部３は、泡発生部２から供給された泡Ｂを吐出ノズル１３から吐出させて微粉体Ｋの飛散を遮る箇所に泡状流Ｆを形成する。そして、微粉体Ｋを捕捉した泡状流Ｆは吸引ノズル１４によって吸引され、泡状流Ｆを形成していた泡Ｂは微粉体Ｋとともに配管２１ｅを介して微粉体分離部４に送られる。
微粉体分離部４では、後述するサイクロン型分離器６と異物分離器７によって泡Ｂと微粉体Ｋが分離される。異物分離器７にはフローティングスイッチ１５ｂが設置されており、フローティングスイッチ１５ｂによって検知される泡Ｂの嵩が所定の位置に達すると、ポンプ制御部１６ｂはポンプ１７ｂに対して吸引開始信号２２ｂを送り、ポンプ１７ｂは吸引開始信号２２ｂに従って作動し、配管２１ｆを介して異物分離器７から泡Ｂを吸引して消泡部５に供給する。なお、異物分離器７においてフローティングスイッチ１５ｂによって検知される泡Ｂの嵩が所定の位置を下回った場合には、ポンプ制御部１６ｂはポンプ１７ｂに対して吸引停止信号２２ｃを送り、ポンプ１７ｂは吸引停止信号２２ｃに従って作動し、泡Ｂの吸引を停止する。すなわち、異物分離器７において泡Ｂが所定の嵩以上になった場合にのみ消泡部５に対して泡Ｂが供給されるのである。
消泡部５は、異物分離器７から送られた泡Ｂを減圧により消滅させつつ、配管２１ｇを介してサイクロン型分離器６へと還流させる。
すなわち、消泡部５は泡Ｂを微粉体分離部４と消泡部５の間で、配管２１ｆ、配管２１ｇ及び配管２１ｈを介して循環させながら、繰り返し減圧するという作用を有する。これにより、泡Ｂを効率的に消滅させることができる。
なお、本実施の形態においては、サイクロン型分離器６と異物分離器７を配管２１ｈで接続する構成としているが、一体に構成される場合には配管２１ｈが不要であることは言うまでもない。

図３（ａ）は本実施例の吐出ノズル１３及び吸引ノズル１４の外観を示す斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）はその変形例の外観を示す斜視図である。なお、図１で説明した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
カバー１８ａにより上部が覆われた回転工具１８ｂによって加工対象物１９を研磨する場合、例えば、図３（ａ）に示すように、加工対象物１９が回転工具１８ｂに接触する箇所の近傍に微粉体回収部３を構成する吐出ノズル１３及び吸引ノズル１４が設置される。なお、吐出ノズル１３の吐出口１３ａは円形状の多孔質体で形成されている。従って、吐出ノズル１３から吐出され、吸引ノズル１４によって吸引される泡Ｂは微粉体Ｋの飛散を遮るように円筒状の泡状流Ｆを形成する。この泡状流Ｆにより、回転工具１８ｂに研磨される加工対象物１９から発生する微粉体Ｋは確実に捕捉され、吸引ノズル１４へと吸引される。この場合、泡状流Ｆは回転工具１８ｂや加工対象物１９に接触しないため、飛散することがなく、回収が容易である。また、泡状流Ｆは水平方向や垂直方法あるいはそれ以外の任意の方向に形成することができるため、微粉体Ｋがあらゆる方向に飛散する場合でも確実に捕捉することが可能である。
なお、吐出ノズル１３は、図３（ａ）に示される形状に限定されるものではない。例えば、図３（ｂ）に示すように、吐出口１３ａの断面をＩ字状とすることもできる。この場合、泡状流ＦはＩ字状断面をなすように形成される。従って、この泡状流Ｆによれば一方向に放出される微粉体Ｋを確実に捕捉することができる。また、図３（ｃ）に示すように、吐出ノズル１３がＬ字状断面の吐出口１３ａを備えたものであっても良い。この場合、泡状流ＦがＬ字状断面をなすように形成されるため、例えば、微粉体Ｋが前方及び下方のように二方向に対して放出された場合でも、泡状流Ｆによって微粉体Ｋを確実に捕捉することが可能である。なお、泡状流Ｆの吸引を確実なものとするため、吸引ノズル１４の吸引口（図示せず）は吐出口１３ａと外形が略同一であって、かつ、その大きさが吐出口１３ａよりも小さくならないように形成することが望ましい。また、吐出ノズル１３の吐出口１３ａの断面は、円形、Ｉ字状及びＬ字状に限らず、略Ｃ字状であっても良い。そして、吐出ノズル１３は泡状流Ｆが「く」の字状断面をなすようにＬ字状断面の吐出口１３ａを４５度傾けて設置させることもできる。この場合、例えば、前方と上方と下方のように三方向に対して放出された微粉体Ｋについても確実に捕捉することが可能となる。さらに、吐出ノズル１３及び吸引ノズル１４の個数は、本実施例に示す場合に限らず、適宜変更可能である。すなわち、微粉体Ｋが飛散する空間を略完全に覆うように複数個の吐出ノズル１３と吸引ノズル１４を設置しても良い。

図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本実施例のサイクロン型分離器６の正面図及び上面図であり、（ｃ）は本実施例の異物分離器７の構成を示す模式図である。なお、図１で説明した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、サイクロン型分離器６は上面及び上部側面にそれぞれ排気口６ａ及び吸気口６ｂが設けられ、略円錐状の先端部となる箇所に排出口６ｃが設けられた構造となっている。このような構造によれば、吸引ノズル１４で吸引された微粉体Ｋを内包する泡Ｂとその吸引の際に混入した空気とが、矢印２２ｃで示されるように吸気口６ｂからサイクロン型分離器６の内部に供給される。サイクロン型分離器６の内部に供給された泡Ｂ及び上記空気は、矢印２２ｄで示されるように旋回する。このとき、密度差により気体と液体・固体に分離される。すなわち、矢印２２ｅで示されるように上記空気は排気口６ａからサイクロン型分離器６の上方へ排出され、矢印２２ｆで示されるように微粉体Ｋを内包する泡Ｂは排出口６ｃからサイクロン型分離器６の下方へと排出され、異物分離器７に送られる。
図４（ｃ）に示すように、サイクロン型分離器６から送出され、配管２１ｈを介して異物分離器７の上部から供給される微粉体Ｋを内包する泡Ｂは、異物分離器７の中間部に傾斜して配置されるフィルタ７ａの表面を伝って流下する。このとき、フィルタ７ａの穴を通過できない微粉体Ｋと、フィルタ７ａの穴を通過する泡Ｂとは分離される。フィルタ７ａを通って滴下した泡Ｂは異物分離器７の下部に貯留する。既に述べたように、フローティングスイッチ１５ｂにより泡Ｂの嵩が所定の位置を越えたことが検知されると、ポンプ１７ｂが作動する。これにより、泡Ｂは配管２１ｆを介してフローティングノズル７ｂから吸引されて消泡部５に供給される。また、異物分離器７の下部に貯留した消泡処理済みの液体１２ｂは、ポンプ１７ａが作動した場合に、配管２１ｄを介して吸引されて泡発生器１０へと供給される。
このように、微粉体分離部４では、微粉体回収部３が泡Ｂを吸引する際に混入した空気を予めサイクロン型分離器６において泡Ｂから分離することにより、異物分離器７に供給される泡Ｂの嵩を少なくするという作用を有する。これにより、異物分離器７への負担が低減されるため、異物分離器７の処理効率が高まる。また、異物分離器７は簡単な構造でありながら、確実に微粉体Ｋを分離するという作用を有する。なお、異物分離器７は構造が簡単であるため、小型化が可能であり、また、安価に製造される。

図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本実施例の消泡部５を構成するサクションノズル２０の上面図及び縦断面図である。なお、図１で説明した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、サクションノズル２０は両端にそれぞれ吸気口２０ａ及び排気口２０ｂを備えるとともに途中部分に給気口２０ｃが設けられた略円筒状の配管であり、ベルヌーイの方程式で説明されるように矢印２１ｊで示される向きに給気口２０ｃから供給されてノズル環２０ｄに形成された複数のノズル２０ｅから高速度で噴出する圧縮空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換することによって、矢印２１ｋで示されるように吸気口２０ａから泡Ｂを吸引し、矢印２１ｉで示されるように排気口２０ｂから排出するものである。そして、吸気口２０ａからは泡Ｂのみが吸引されるのに対し、排気口２０ｂからは泡Ｂ及び圧縮空気が排出されることから、排気口２０ｂから排出される泡Ｂの静圧は、吸気口２０ａから吸引される泡Ｂの静圧に比べて低くなる。すなわち、サクションノズル２０は、内部を通過する泡Ｂを減圧することによって消滅させるという作用を有する。このような構造のサクションノズル２０によれば、消泡剤を添加することなく、泡Ｂを消滅させることができる。従って、消泡処理された界面活性剤入りの液体を再利用することが可能となる。これにより、界面活性剤を節約して装置の稼動コストを削減することができる。

以上説明したように、本実施例の微粉体回収装置１によれば、機械加工等の工程で発生する微粉体Ｋを泡状流Ｆによって確実に捕捉するとともに、分離・回収することができる。また、微粉体Ｋを分離した泡Ｂを効率よく、消滅させることができる。さらに、消泡処理の際に消泡剤を使用しないため、界面活性剤入りの液体を再利用することが可能である。

以上説明したように、請求項１乃至請求項７に記載された発明は、金属材料の加工に限らず、一般の機械加工の工程において発生する微粉体の回収に対して適用可能である。

本発明の実施の形態に係る微粉体回収装置の構成図である。 は設定圧力に対する泡の発生量と界面活性剤使用量との関係を示した図である。 （ａ）は本実施例の吐出ノズル及び吸引ノズルの外観を示す斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）はその変形例の外観を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本実施例のサイクロン型分離器の正面図及び上面図であり、（ｃ）は本実施例の異物分離器の構成を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本実施例の消泡部を構成するサクションノズルの上面図及び縦断面図である。

符号の説明

１…微粉体回収装置 ２…泡発生部 ３…微粉体回収部 ４…微粉体分離部 ５…消泡部 ６…サイクロン型分離器 ６ａ…排気口 ６ｂ…吸気口 ６ｃ…排出口 ７…異物分離器 ７ａ…フィルタ ７ｂ…フローティングノズル ８ａ〜８ｃ…調圧器 ９…ガス混合器 ９ａ…酸素濃度センサ １０…泡発生器 １１…多孔質体 １２ａ，１２ｂ…液体 １３…吐出ノズル １３ａ…吐出口 １４…吸引ノズル １４ａ…吸引口 １５ａ，１５ｂ…フローティングスイッチ １６ａ，１６ｂ…ポンプ制御部 １７ａ，１７ｂ…ポンプ １８ａ…カバー １８ｂ…回転工具 １９…加工対象物 ２０…サクションノズル ２０ａ…吸気口 ２０ｂ…排気口 ２０ｃ…給気口 ２０ｄ…ノズル環 ２０ｅ…ノズル ２１ａ，２１ｂ…矢印 ２１ｃ〜２１ｈ…配管 ２１ｉ〜２１ｋ…矢印 ２２ａ，２２ｂ…吸引開始信号 ２２ｃ…吸引停止信号 Ｂ…泡 Ｆ…泡状流 Ｋ…微粉体

Claims (7)

1. 液体に気体を注入して泡を発生させる泡発生部と、この泡発生部から供給される前記泡を吐出ノズルから吐出するとともに吸引ノズルで吸引して微粉体が飛散する空間に泡状流を形成する微粉体回収部とを備え、前記微粉体は前記泡状流によって捕捉され、前記泡状流を形成した前記泡とともに前記吸引ノズルで吸引されることを特徴とする微粉体回収装置。
2. 排出口が設けられた下端に向かって逐次縮径する略円錐状をなすとともに、上面に排気口が設けられ、上部側面に吸気口が設けられたサイクロン型分離器を備え、このサイクロン型分離器は前記吸引ノズルに吸引された前記泡を前記吸気口から吸い込んで内部で旋回させることによって前記泡を吸引する際に混入した空気を分離して前記排気口から排出するとともに、残った前記泡を前記排出口から排出することを特徴とする請求項１記載の微粉体回収装置。
3. 前記吸引ノズルに吸引された前記泡から前記微粉体を分離するフィルタを有する異物分離器を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微粉体回収装置。
4. 前記吸引ノズルに吸引され、かつ、前記微粉体を含まない前記泡を減圧しつつ、前記泡発生部に還流させる消泡部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の微粉体回収装置。
5. 減圧されて前記消泡部から排出された前記泡を再度前記消泡部に還流させる配管を備えたことを特徴とする請求項４記載の微粉体回収装置。
6. 前記吐出ノズルは略Ｉ字状断面の吐出口を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の微粉体回収装置。
7. 前記吐出ノズルは略Ｉ字状断面の吐出口に代えて略Ｌ字状断面の吐出口を備えることを特徴とする請求項６記載の微粉体回収装置。