JP2016036874A - マグネット式チップコンベア - Google Patents

Abstract

【課題】
クーラント液中で浮遊する切屑、あるいはクーラントタンク底部で沈積している切屑を効率的に回収できる磁力を利用したチップコンベアおよびその使用方法を提供する。

【解決手段】
磁力を利用したチップコンベアにおいて、切屑を回収するための吸着面積を最大限活用し（チップコンベヤ底部も吸着部として活用し）、さらに吸着効率を上げるためチップコンベア底部の流路に仕切り板を設置し、該仕切り板の設置枚数、設置位置によって回収率を向上させる。

【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械より発生した切粉を回収して搬送する装置に関し、特に磁石の磁力を利用して磁性材料の切屑を吸着しながら確実に搬送する装置に関する。

マシニング金属加工の際に生じる切粉（チップ）はクーラント液に混在した状態でクーラントタンクへ排出される。クーラント液を再利用するため、液中の切粉を効率的に除去する技術や装置が様々に開発されてきた。主には切粉の自重を利用した沈殿処理装置や、粒径を利用したろ過装置、あるいは磁性を持つ切粉を吸着するためにマグネットを利用したものなどである。

なかでも最も一般的な手段としてマグネットを具備したローラーやコンベアによって効率的に切粉を磁性で吸着して、搬送、除去するマグネットコンベアが開発され、普及している。たとえば実開昭47-026080はマグネットを具備したコンベアであり、単純な形状であるが、現在普及している基本的な形態である、コンベアの循環駆動と、磁性切粉を吸着するマグネット、および吸着した切粉を除去する掻き落とし片などを有している。

さらに改良が施され、特開2011011309では、コンベアの吸着部位をできるだけ液中に鎮めるため、コンベア全体がＬ字の形状を取り、さらに吸着した切粉の脱着を非接触で行うためにマグネットとベルトを離隔する工夫を脱着位置に設けた。

また磁性切粉以外のスラッジも吸着対象にすべく、実登3173535では、コンベアに突起状の搬送用ガイドを設け、磁性切粉と共に、非磁性スラッジもすくい取る工夫を施した。

特開2013039655では、さらに切粉の吸着効率を上げるため、クーラントタンクと一体型とし、タンク内に仕切り板を設け、磁性切粉、スカム、さらに潤滑油が集積する流路にマグネットが通過するようにして、吸着性能を最大限発揮できるような工夫を行った。

チップコンベアとクーラントタンクを一体型の切粉搬出装置とみなした開発はさらに進み、特開2013086254では沈降してしまった微細な切粉をスクレーパで掻きだして浮遊させ、狭い流路に誘導させて吸着させようとしている。特開2011056453、特開2013123782、特開2014028409はさらに工夫をかさね、それぞれ被処理液をマグネットローラーの表面近くに案内する液流ガイドを設置したり、ダーティー液一次貯留タンクを設けたり、かくはん装置を設けたりしている。

チップコンベアの中で登録特許となっている技術としては実登3173535に類似するマグネットローラーを利用した特許5283243号があるが、これは磁性切粉の吸着部と、掻き取られた切粉を搬送するスクリューコンベアが別々になっており、これまでの開発履歴からは逸脱する特殊な装置である。

実開昭47-026080 特開2011011309 実登3173535 特開2013039655 特開2013086254 特開2011056453 特開2013123782 特開2014028409 特許5283243号

クーラント液中で浮遊する切屑、あるいはクーラントタンク底部で沈積している切屑を効率的に回収できる磁力を利用したチップコンベアおよびその使用方法を提供する。背景技術において述べた先行技術は、実開昭47-026080に端を発した搬送ベルトとマグネットを利用したものであり、時代を経て磁性切粉およびスカムや潤滑油に対する吸着性能を高めようと工夫を重ねてきたものである。基本的な構造として磁性切粉を吸着するためのマグネット吸着部と、吸着した切粉を掻き取り部まで搬送する搬送部が一体化され、さらに搬送部をＬ字形状として、液中に沈む吸着部をできるため長くとる形状は公知のものである。

これに工夫を加えたものとしてタンク一体型の特開2013039655や特開2013086254があるが、いずれもタンクへの仕切り板の設置や、沈降スラッジをスクレーパで浮遊させるなど対症療法的な工夫に留まり、チップコンベア自体の基本的な構造の改良には踏み込んでいない。その結果、吸着性能の向上も限定的にならざるを得ず、大量の切粉がクーラントタンクへ流出する課題は根本的に解決されていない。

特開2011056453、特開2013123782、特開2014028409といったタンク一体型に工夫を加えた技術も、対症療法的である上、工夫に必要な部品類が複雑であり、装置の大型化、コスト増につながる。

実登3173535や特許5283243号のマグネットローラーを基本構造としたものも、ローラーに搬送機能を持たせようとした実登3173535の場合は、搬送される切粉と搬送面の間に摩擦が生じてしまう課題がある。一方、ローラー自体に吸着性能をもたせようとした特許5283243号の場合は、搬送部と吸着部を一体化することが不可能となった。

発明者らは、タンク一体型チップコンベアの切粉回収性能を向上させるべく、クーラント液中の微細切粉の挙動に着目した実験を繰り返した。特に回収されにくい微細切粉がクーラントタンクへ流出する課題について、タンク一体型チップコンベアでの流路設計や流速が微細切粉の挙動へ与える影響について分析し、流路や流速、タンクとチップコンベアの形状を変え、鋭意実験を行った。その結果、発明者らは、従来のチップコンベアが、主要な粒径の切粉に対する吸着メカニズムに捉われすぎている点に気が付いた。すなわち、そもそも切粉の粒度分布は加工点において無数の条件下で自然発生的に生じているため、結果として正規分布を取っていると考えられる。つまり大粒子と微細粒子が少量と、中型粒子が大部分を占めていると考えられる。その結果、経験的に設計された（あるいは課題を克服するために対症療法的に改良がなされた）チップコンベアの吸着対象は大部分を占める中型粒子を吸着するためのメカニズムに偏るため、大型粒子、微細粒子の吸着がおろそかになっているため、回収率が向上しにくかった事実に気が付いたのである。おろそかにされた大型粒子は、タンク底部の沈殿物の原因となり、微細粒子は液中を浮遊し続けてクーラントタンクへの流出につながるのである。

発明者らは早速、中型粒子の吸着性能を保持したまま、大型粒子、微細粒子への吸着性能を向上させる技術開発に取り組んだ。開発の結果、それまで従来の型式に捉われていた場合に得られなかった多くの着想を得ることができ、実際に試験をした結果、回収率は実際に改善された。具体的には、大型粒子については落下時に吸着させるため、搬送面上部だけではなく、その下流に待っている搬送面底部も吸着面として生かすことで、吸着性能を向上させることができた。さらに大型粒子に関しては、搬送面底部とタンク底部が形成する流路（以下、底部流路）の寸法と、そこに設置する突起によって搬送面底部に近づく機会が増え、吸着性能が改善することが分かった。この手法によれば中型切粉の吸着性能を犠牲にすることがない。

さらに微細切粉については、常に浮遊している微細切粉を速い流速でクーラントタンクに流出させることを防ぐため、底部流路における流速を漸次的に減速させる手法を試みた。すなわち、排出部に至る底部流路の断面積を漸次的に大きくすることで、底部流路におけるクーラント液流速が減速し、その結果、滞留する微細切粉は、流速によるせん断力を受けにくくなり、搬送面に吸着される機会が増える。実際に試験を試みたところ、本手法によって驚くべき改善が得られることが分かり、本発明に至った。

しかも底部流路の断面積を漸次的に大きくする効果は、副次的な回収率の向上につながることも分かった。すなわち、底部流路で流速が減速した結果生じる、せん断力の減少により、それまでよりも微細切粉が磁性中型切粉の表面に凝集し、中型切粉と同等の挙動を示すと考えられ、その結果として回収率の大幅な向上につながった。これは、吸着対象切粉の粒径の違いに着目した開発でなければ到達できない発見である。

本発明を採用することにより、より効率的にかつシステム全体の大型化を防ぎながら、クーラント液中の切粉を回収することができる。

側面図 正面図 平面図

クーラント液が投入部１２から流入し、搬送面上部３を通りながら折り返し部４を経て、搬送面底部５を通りつつ、クーラント液中の磁性切粉はマグネット８の磁力によって搬送面１に吸着され、クーラント液は浄化される。浄化されたクーラント液がクーラント液排出部１３より排出される。

搬送面１に磁力によって吸着した切粉は、駆動部１１によってマグネット8を移動させることで搬送面上を搬送され、切粉排出口１０において排出される。粒径や浮遊位置、流速などの条件によって吸着されにくい切粉も、カバー９によって形成されたクーラント液投入部１２から排出部１３に至る従来技術の２倍の長さである流路の途中で搬送面１に近づき、搬送面底部５において吸着される。特にカバー９の底面に設置された突起７は、クーラント液の流れを撹乱することで切粉の沈殿機会を減少させると同時に、搬送面１への接近機会を増加させ、より効率的に吸着させる。

またカバー９と搬送面１によって形成される流路断面積は、徐々にクーラント液排出部１３に近づくにしたがって広がり、排出部１３において広角型に広がる流路をオーバーフローするクーラント液は流速が落ち、クーラント液中の切粉は自重によって排出部１３手前で滞留し、搬送面底部５に吸着される。

マグネット式コンベアの搬送面をカバーで覆い、クーラント液投入部から排出部までに至る流路を形成した。カバーと搬送面底部で形成された断面積は排出部手間までが約１２６ｃｍ^２であり、排出部末端部において２５９ｃｍ^２であり、その増加率は２倍である。流路をカバーで覆わない場合のマグネット式コンベア（以下、従来型）と、流路をカバーで覆った場合のマグネット式コンベア（新型）について切粉の回収率を比較した。

運転条件は、搬送速度が２．３ｍ／秒であり、切粉をクーラント液投入部へ１００ｇを２０秒間隔で１０分間連続投入（合計３，０００ｇ）し、コンベアは１０分間運転後、２分間稼働させ切粉を排出した。

その結果、従来型は３，０００ｇの切粉のうち、２，４００ｇが回収され、６００ｇがクーラントタンク底部に堆積した。その後２０日間継続して同条件で運転したところ、最終的にクーラントタンク底部に１２，０００ｇの切粉が堆積し、クーラントタンクの液面上昇を招き、クーラント液はオーバーフローした。回収率は８０％であった。

一方新型は、３，０００ｇの切粉のうち、２，８５０ｇが回収され、１５０ｇがクーラントタンク底部に堆積した。その後２０日間継続して同条件で運転したところ、最終的にクーラントタンク底部に６００ｇの切粉が堆積し、クーラントタンクの液面上昇が抑制され、クーラント液のオーバーフローは発生しなかった。回収率は９５％であった。

日本は前述の通り、より高度な精密加工機械を重点的に開発、輸出することが技術立国として重要な方向性であるが、そうした工作機械に欠かせない廃液処理装置として合わせてＰＲしてくことで工作機械の性能も正しく発揮され、ユーザーからの高い信頼を得られる。世界から、安定的に働く精密加工機械の提供元として認知を得るためにも、本発明のマグネット式チップコンベアは波及的に大きな市場を獲得できる。

１，搬送面
２，搬送面開始部
３，搬送面上部
４，搬送面折り返し部
５，搬送面底部
６，流路上部
７，突起
８，マグネット
９，カバー
１０，切粉排出口
１１，駆動部
１２，クーラント液投入部
１３，クーラント液排出部
１４，底部流路

Claims (3)

1. クーラント液中の切粉を磁力によって吸着後、コンベアによって液中から分離し、回収するマグネット式チップコンベアにおいて、クーラント液投入部からクーラント液を投入後、搬送面上部、搬送面折り返し部を経て、深さ５０ｍｍ以下と規定された搬送面底部とケース底面間で形成された底部流路を通過させた後、クーラント液排出部でオーバーフローさせてクーラントタンクへ戻すマグネット式チップコンベア。
   
2. 請求項１のマグネット式チップコンベアにおいて、底部流路からクーラント液排出部にかけて流路の断面積が増加し、その増加率が１．１〜２倍であることを特徴とするマグネット式チップコンベア。
   
3. クーラント液が底面水平部を通過する際に切粉が底部流路に沈殿するのを防ぎ、搬送面底部に近づけさせるための突起を有するマグネット式チップコンベア。
   
   

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