JP4276000B2

JP4276000B2 - サイクロン形異物分離装置

Info

Publication number: JP4276000B2
Application number: JP2003170725A
Authority: JP
Inventors: 実田代; 誠田代
Original assignee: Bunri Inc
Current assignee: Bunri Inc
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: PL1634650T3; ES2349639T3; US7306730B2; CN1805797A; WO2004110638A1; DE602004028611D1; EP1634650A4; EP1634650A1; ATE477058T1; CN100389884C; EP1634650B1; KR100697926B1; JP2005007212A; KR20060029138A; US20060091071A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械用の切削油剤あるいは研削油剤のようなクーラントに混入した固体状の異物を遠心力によって分離除去するサイクロン形異物分離装置に係り、特に異物が取り除かれたクーラントの泡立ちを防止する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料を切削加工する際には、工具寿命の延長、製品の加工精度の向上および切り屑の排出促進等を目的として、大量の水を主成分とする水溶性のクーラントが用いられている。この種のクーラントは、繰り返し使用することを前提としているため、クーラントに混入した切り屑や切粉のような固体状の異物は、速やかに分離除去する必要がある。
【０００３】
この異物を除去する一つの手段として、従来からサイクロン形異物分離装置が知られている。サイクロン形異物分離装置は、下端に異物排出口を有するサイクロン本体と、このサイクロン本体の内部に固体状の異物を含む汚れたクーラントを導入する導入口と、上記サイクロン本体の上端に設置されたクリーン室と、上記サイクロン本体の内部で浄化されたクーラントをクリーン室に導く連通管とを備えている。
【０００４】
サイクロン本体は、下方に進むに従い逐次縮径する円錐状をなしており、このサイクロン本体の上部に上記導入口が形成されている。汚れたクーラントが導入口からサイクロン本体内に噴射されると、このクーラントは旋回流となってサイクロン本体の内面に沿って降下する。これにより、サイクロン本体の内部に渦流が生じ、この渦流に基づく遠心力によってクーラント中に含まれる異物が分離される。この異物はサイクロン本体の内面に沿って降下し、異物排出口からサイクロン本体の外部に排出される。
【０００５】
一方、サイクロン本体の内面に沿って降下する渦流は、異物排出口の付近で上昇に転じる。これにより、サイクロン本体の軸中心線上に異物排出口からクリーン室に向かう上昇渦流が形成される。この上昇渦流は、異物排出口から連通管を通ってクリーン室に至る柱状の空気層と、この空気層の周面に沿って上昇する浄化されたクーラント層とを含んでいる。このため、浄化されたクーラントは、上昇渦流に乗じてクリーン室に導かれるとともに、このクリーン室から外部のクーラントタンクに戻される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサイクロン形異物分離装置によると、柱状の空気層と浄化後のクリーンなクーラント層は、互いに分離された状態でサイクロン本体の軸中心線に沿って立ち上がり、連通管を通じてクリーン室に導かれる。この際、従来の分離装置では、連通管の出口がクリーン室にそのまま開口しているので、この連通管の出口で空気層とクーラント層とが互いに混じり合う。
【０００７】
この結果、液状のクーラントに空気が取り込まれるので、クリーン室内でクーラントが激しく泡立ち、多量の泡が発生する。この泡は浄化されたクーラントと共にクーラントタンクに戻るので、このクーラントタンク内が泡だらけになるとともに、この泡がクーラントタンクから溢れ出るといった問題が生じてくる。
【０００８】
この泡対策として、従来は浄化されたクーラントに消泡剤を添加したり、あるいはサイクロン本体の外部に専用の消泡装置を付設することが行なわれている。
【０００９】
しかしながら、消泡剤は、クーラントの性能劣化を招く一つの要因となるので、消泡剤を添加したクーラントを繰り返し使用すると、加工不良が生じたり工具の寿命に悪影響を及ぼすことがあり得る。
【００１０】
さらに、消泡装置を付設した場合、クーラントを再利用するシステムが大規模なものとなり、設備費用が嵩むとともに、広い設置スペースを要するといった問題が生じてくる。
【００１１】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、専用の消泡剤や消泡装置を用いることなく、浄化されたクーラントの泡立ちを防止できるサイクロン形異物分離装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るサイクロン形異物分離装置は、
下方に進むに従い逐次縮径する円錐状をなすとともに、下端に異物排出口を有するサイクロン本体と、固体状の異物を含む液状のクーラントを上記サイクロン本体内で渦流を生じさせるように上記サイクロン本体内に導入する導入口と、上記サイクロン本体の上端に設けられ、上記サイクロン本体の内部と隔壁を介して仕切られたクリーン室と、上記サイクロン本体内に生じる渦流の軸中心線上に設けられ、上記サイクロン本体の内部と上記クリーン室とを連通させる連通管とを備え、
上記サイクロン本体内で上記クーラントを旋回させることで、このクーラント中に含まれる異物を遠心力によって分離し、この分離した異物を上記サイクロン本体の内面に沿って降下させて上記異物排出口から排出するとともに、上記渦流の軸中心線上に上記異物排出口から上記連通管を通って上記クリーン室に至る柱状の空気層と、この空気層の周面に沿って上昇する上記異物が分離除去されたクリーンなクーラント層を形成し、上記空気層に沿って上記クリーン室に導かれたクーラントを上記クリーン室から外部に排出する構成を前提とするものであって、
上記クリーン室に、上記連通管に接続された多孔性の気液分離管を配置するとともに、上記クリーン室の底部に、上記気液分離管を取り囲むとともにこの気液分離管を通過したクーラントを一時的に貯溜する第１の貯溜部と、この第１の貯溜部から流れ込むクーラントを一時的に貯溜する第２の貯溜部と、上記第２の貯溜部に貯溜されたクーラントの液面下に開口するクーラント出口を設けたことを特徴としている。
【００１３】
この構成によると、サイクロン本体内で浄化されたクーラントは、連通管から多孔性の気液分離管に流れ込む。この際、クーラントは柱状の空気層の周面に沿って上昇するので、このクーラントのみが気液分離管を通過して第１の貯溜部に流入し、この第１の貯溜部に一時的に蓄えられる。言い換えると、気液分離管の周囲にクーラントが満たされた第１の貯溜部が形成されるので、気液分離管に流れ込んだクーラントのみを単独で抜き取ることができる。
【００１４】
第１の貯溜部に一時的に貯溜されたクーラントは、第１の貯溜部から第２の貯溜部に流入し、この第２の貯溜部に一時的に貯溜されるとともに、クーラント出口からクリーン室の外部に排出される。クーラント出口は、第２の貯溜部に貯溜されたクーラントの液面下に位置するので、クーラント出口での空気の巻き込みを回避できる。したがって、クリーン室内でクーラントと空気が混じり合うことはなく、このクーラントの泡立ちを確実に防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図４にもとづいて説明する。
【００１６】
図１は、例えば研摩機のような工作機械１に供給される水溶性のクーラントから異物を除去して再利用する循環システムの概略を示している。工作機械１から排出されるクーラント中に鉄粉や切り屑等の磁性体が含まれている場合、このクーラントは最初にマグネチック分離装置２に導かれ、ここで磁性体が分離除去される。
【００１７】
マグネチック分離装置２を通過したクーラントは、クーラントタンク３のサブクリーン槽３ａに流入する。サブクリーン槽３ａに蓄えられたクーラントは、第１のポンプ４によって吸い上げられた後、導入管５を介して本発明に係るサイクロン形異物分離装置６に移送される。サイクロン形異物分離装置６は、マグネチック分離装置２によって除去しきれなかった微細な異物を遠心力によって分離除去するためのものであり、上記クーラントタンク３の上方に設置されている。サイクロン形異物分離装置６で分離された異物は、スラッジとなって回収タンク７に排出される。
【００１８】
サイクロン形異物分離装置６で浄化されたクリーンなクーラントは、排出管８を介してクーラントタンク３のクリーン槽３ｂに戻される。クリーン槽３ｂに蓄えられたクリーンなクーラントは、第２のポンプ９によって汲み上げられた後、供給管１０を介して再び工作機械１に供給される。
【００１９】
なお、クーラント中に含まれる異物がアルミニウムや銅等の非磁性体の場合、このクーラントは工作機械１から直接クーラントタンク３のダーティ槽（図示せず）に導かれ、ここからサイクロン形異物分離装置６に供給される。
【００２０】
次に、この種の循環システムに用いるサイクロン形異物分離装置６の詳細について説明する。図２に示すように、サイクロン形異物分離装置６は、サイクロン本体２０を備えている。サイクロン本体２０は、円筒部２１と、この円筒部２１と同軸状に配置された円錐部２２を有している。円筒部２１は、サイクロン本体２０の上端部に位置している。円錐部２２は、円筒部２１の下方に進むに従い逐次縮径するような形状を有し、この円錐部２２および円筒部２１の内部は、先細り状の浄化室２３となっている。円錐部２２の下端に異物排出口２４が形成されている。異物排出口２４は、浄化室２３に開口するとともに、上記回収タンク７の真上に位置している。
【００２１】
円筒部２１は、上記導入管５が接続される導入口２５を有している。導入口２５は、浄化室２４の上端部に開口するとともに、円筒部２１の接線方向に沿って突出している。導入管５から導入口２５に導かれたクーラントは、円筒部２１の接線方向に沿うように浄化室２４に噴射される。
【００２２】
サイクロン本体２０の上端にクリーンケース２６が取り付けられている。クリーンケース２６は、円筒状のケース本体２７を有している。ケース本体２７の下端は、底板２８によって塞がれている。ケース本体２７の上端は、取り外し可能な天板２９によって塞がれている。ケース本体２７、底板２８および天板２９で囲まれた空間部分は、サイクロン本体２０の内部で浄化されたクーラントが導かれるクリーン室３０となっている。底板２８は、円筒部２１とケース本体２７との間に介在され、クリーン室３０と浄化室２３とを仕切る隔壁としての機能を兼ねている。
【００２３】
底板２８の中央部に下向きに突出する連通管３１が固定されている。連通管３１は、サイクロン本体２０の中心を通る軸中心線O1上に位置するとともに、底板２８を貫通している。この連通管３１は、浄化室２３の上部とクリーン室３０との間を接続している。
【００２４】
図２および図３に示すように、クリーン室３０に気液分離管３３が収容されている。気液分離管３３は、連通管３１の上端と天板２９との間に跨るとともに、軸中心線O1上に位置している。気液分離管３３は、例えばパンチングメタルを円筒状に形成したものであり、多数の微小な通孔３３ａを有している。通孔３３ａは、浄化後のクリーンなクーラントの通過を許容するためのものであり、その孔径が例えば１．０mmに規定されている。
【００２５】
クリーン室３０の底となる底板２８の上面に、円筒状の仕切り壁３５が形成されている。仕切り壁３５は、気液分離管３３の下半分を同軸状に取り囲んでおり、この仕切り壁３５と気液分離管３３との間に第１の貯溜部３６が形成されている。第１の貯溜部３６は、気液分離管３３の通孔３３ａを通過したクリーンなクーラントを一時的に蓄えるためのものであり、クリーン室３０の底部に位置している。このため、気液分離管３３の下半分は、第１の貯溜部３６に蓄えられたクーラントに浸漬されることになる。
【００２６】
さらに、仕切り壁３５はケース本体２７の内面との間に第２の貯溜部３７を構成している。第２の貯溜部３７は、仕切り壁３５をオーバフローするクリーンなクーラントを一時的に蓄えるためのものであり、第１の貯溜部３６を外側から取り囲んでいる。
【００２７】
クリーン室３０における第１および第２の貯溜部３６，３７よりも上方の領域は、空気溜り３８となっている。空気溜り３８は、第１の貯溜部３６に貯溜されたクーラントの液面L1および第２の貯溜部３７に貯溜されたクーラントの液面L2に面している。このため、気液分離管３３の上半分は、空気溜り３８に露出しており、この気液分離管３３の上端部に空気溜り３８に開口する逃し孔３９が形成されている。逃し孔３９は、気液分離管３３の通孔３３ａが目詰まりした時に、気液分離管３３に流れ込むクーラントを排出するためのものであり、通孔３３ａよりも遥かに大きな開口面積を有している。
【００２８】
図２に示すように、ケース本体２７にクーラント出口４１が形成されている。クーラント出口４１は、第２の貯溜部３７に開口するとともに、この第２の貯溜部３７に蓄えられるクーラントの液面L2よりも下方に位置している。
【００２９】
クーラント出口４１に上記排出管８が接続されている。排出管８は、クーラント出口４１から下方のクーラントタンク３のクリーン槽３ｂに向けて延びている。このため、第２の貯溜部３７に蓄えられたクリーンなクーラントは、排出管８を介してクーラントタンク３のクリーン槽３ｂに落下するようになっている。
【００３０】
排出管８の上端部に口径を縮径させた絞り部４２が形成されている。絞り部４２は、クーラントの流れを絞ることでクーラント出口４１から流出するクーラントの流量を調整するためのものである。この絞り部４２の存在により、第２の貯溜部３７に蓄えられるクーラントの液面L2が予め決められた位置に保たれ、常にクーラント出口４１が液面L2の下に位置するようになっている。
【００３１】
このような構成のサイクロン形異物分離装置６において、マグネチック分離装置２で除去しきれない微細な異物を含むクーラントは、導入口２５からサイクロン本体２０の内部の浄化室２３に導入される。この際、クーラントは円筒部２１の接線方向に所定の流速で噴出するため、図２に太い螺旋で示すように、クーラントは旋回流となって円筒部２１の内面および円錐部２２の内面に沿って降下する。
【００３２】
これにより、浄化室２３の内部に軸中心線O1を中心とする渦流Mが発生し、この渦流Mに基づく遠心力によりクーラント中に含まれる切粉のような微細な異物が分離される。この異物は円錐部２２の内面に集積するとともに、この円錐部２２の内面に沿って旋回しながら降下する。やがて異物は、スラッジとなって異物排出口２４から少量のクーラントと共に排出され、回収タンク７によって回収される。
【００３３】
一方、円錐部２２の内面に沿って降下する渦流Mは、異物排出口２４の付近で上向きの力を受けて上昇に転じる。これにより、図２に細い螺旋で示すように、浄化室２３の軸中心線O1上に異物排出口２４からクリーン室３０に向かう上昇渦流mが形成される。
【００３４】
図４は、上昇渦流mの断面形状を模式的に示している。この図４から明らかなように、上昇渦流mは、中心に真空の空洞部４６を有する中空の柱状の空気層４４と、この空気層４４を取り囲むクリーンなクーラント層４５とを含んでいる。空気層４４は、異物排出口２４から連通管３１を通って気液分離管３３に達している。クーラント層４５は、上昇渦流mの表層部分を構成している。このクーラント層４５は、上記空気層４４の周面に沿って異物排出口２４から気液分離管３３に向けて上昇するようになっている。
【００３５】
上昇渦流mが気液分離管３３に流入すると、その表層部分に位置するクーラントが気液分離管３３の通孔３３ａを通過して第１の貯溜部３６に流れ込み、ここに一時的に蓄えられる。このため、気液分離管３３の下半分は、第１の貯溜部３６に蓄えられたクーラント中に浸漬されることになり、気液分離管３３に流入した上昇渦流mからクーラントのみが単独で抜き取られる。
【００３６】
したがって、クリーン室３０内で空気とクーラントが混じり合う以前に、気液分離管３３によって空気とクーラントを分けることができ、クリーン室３０の内部でのクーラントの泡立ちを防止できる。
【００３７】
第１の貯溜部３６に蓄えられたクーラントは、仕切り壁３５をオーバフローすることで第２の貯溜部３７に流入し、ここに一時的に蓄えられる。第２の貯溜部３７に蓄えられたクーラントは、クーラント出口４１から排出管８を介してクーラントタンク３のクリーン槽３ｂに落下する。この際、排出管８は絞り部４２を有するので、クーラント出口４１から流出するクーラントの流量が制御される。これにより、クーラント出口４１は、常に第２の貯溜部３７に蓄えられたクーラントの液面L2によりも下方に位置している。
【００３８】
この結果、クーラント出口４１がクリーン室３０の空気溜り３８に開口することはなく、クーラント出口４１での空気の巻き込みを防止することができる。それとともに、クリーン室３０の内部の空気溜り３８が密閉空間となるので、空気溜り３８の空気がクーラント出口４１から抜け出ることはない。このため、サイクロン本体２０の異物排出口２４から空気が吸い込まれることはなく、浄化室２３の軸中心線O1上には、空気層４４が残った状態に保たれる。
【００３９】
このような本発明の第１の実施の形態によれば、サイクロン本体２０の内部で浄化されたクーラントがクーラントタンク３に戻される過程において、このクーラントに空気が取り込まれることはない。よって、格別な泡消剤や泡消装置を用いることなく、泡の発生を防止することができる。
【００４０】
上記構成の場合、気液分離管３３でクーラントを効率良く取り込むには、この気液分離管３３の通孔３３ａの孔径を大きくすることが考えられる。しかしながら、通孔３３ａの孔径が大き過ぎると、気液分離管３３の内部で空気層４４が破れて空気が通孔３３ａに流れ込んでしまい、この通孔３３ａの部分で空気とクーラントが混じり合って泡が発生する。
【００４１】
本発明者の実験によれば、クーラントに含まれる異物の種類や気液分離管３３に流入する上昇渦流mの圧力にもよるが、通孔３３ａの孔径が３．０mmを上回ると、通孔３３ａに空気が流れ込み、泡が発生することが確認されている。このため、通孔３３ａの孔径は、０．５mmから２．５mm、特に１．０mmとすることが望ましいとの結論を得た。さらに、この通孔３３ａの孔径は、気液分離管３３の全長や口径が変化した場合でも、影響を受けないことが確かめられている。
【００４２】
さらに、上記構成によると、排出管８に絞り部４２を形成することで、第２の貯溜部３７のクーラントの液面L2を予め決められた位置に保持している。このため、排出管８にクーラントの流量を制御する専用の流量調節弁を設ける場合との比較において、クーラントをクーラントタンク３に戻す経路の構成を簡略化することができる。したがって、構造簡単で部品点数も少なくなり、コストの低減が可能となる。
【００４３】
本発明は上記第１の実施の形態に特定されるものではなく、図５に本発明の第２の実施の形態を示す。
【００４４】
この第２の実施の形態は、第２の貯溜部３７に蓄えられるクーラントの液面L2を維持するための構成が上記第１の形態と相違しており、それ以外のサイクロン形異物分離装置６の基本的な構成は、第１の実施の形態と同様である。そのため、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００４５】
図５に示すように、クーラント出口４１に接続された排出管８は、口径が一定となっており、この排出管８のうちクーラント出口４１に隣接する上流端に流量制御弁５１が設置されている。流量制御弁５１は、通路５２を有する弁箱５３と、この弁箱５３に支持され、通路５２を開閉する弁体５４と、この弁体５４の開度を調整するためのハンドル５５を備えている。弁箱５３の通路５２は、排出管８に接続されており、この通路５２をクーラントが流れるようになっている。
【００４６】
流量制御弁５１は、クーラント出口４１から流出するクーラントの流量を調整するためのものであり、この流量の調整作業はハンドル５５を操作して弁体５４の開度を制御することでなされる。
【００４７】
このような第２の実施の形態によると、排出管８に流量制御弁５１を設けたことにより、クーラント出口４１から流出するクーラントの流量を自由に調整することができる。このため、第２の貯溜部３７に蓄えられるクーラントの液面L2の位置を精度良く定めることが可能となり、クーラント出口４１を液面L2の下方に確実に位置させることができる。したがって、クーラント出口４１への空気の巻き込みがなく、クーラントの泡立ちをより確実に防止できる。
【００４８】
なお、気液分離管はパンチングメタルで構成するものに限らず、このパンチングメタルの代わりに金網を使用しても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、サイクロン本体の内部で浄化されたクーラントに空気が取り込まれることはなく、格別な泡消剤や泡消装置を用いることなしにクーラントの泡立ちを抑えて、泡の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態において、液状のクーラントから異物を除去して再利用する循環システムの概略を示す側面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るサイクロン形異物分離装置の断面図。
【図３】図２のF3−F3線に沿う断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態において、サイクロン本体の内部に形成される上昇渦流の断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るサイクロン形異物分離装置の断面図。
【符号の説明】
２０…サイクロン本体、２４…異物排出口、２５…導入口、２８…隔壁（底板）、３０…クリーン室、３１…連通管、３３…気液分離管、３６…第１の貯溜部、３７…第２の貯溜部、３９…連通管、４１…クーラント出口、４４…空気層、４５…クーラント層。

Claims

下方に進むに従い逐次縮径する円錐状をなすとともに、下端に異物排出口を有するサイクロン本体と、
固体状の異物を含む液状のクーラントを上記サイクロン本体内で渦流を生じさせるように上記サイクロン本体内に導入する導入口と、
上記サイクロン本体の上端に設けられ、上記サイクロン本体の内部と隔壁を介して仕切られたクリーン室と、
上記サイクロン本体内に生じる渦流の軸中心線上に設けられ、上記サイクロン本体の内部と上記クリーン室とを連通させる連通管と、を具備し、
上記サイクロン本体内で上記クーラントを旋回させることで、このクーラント中に含まれる異物を遠心力によって分離し、この分離した異物を上記サイクロン本体の内面に沿って降下させて上記異物排出口から排出するとともに、上記渦流の軸中心線上に上記異物排出口から上記連通管を通って上記クリーン室に至る柱状の空気層と、この空気層の周面に沿って上昇する上記異物が分離除去されたクリーンなクーラント層を形成し、上記空気層に沿って上記クリーン室に導かれたクーラントを上記クリーン室から外部に排出するようにしたサイクロン形異物分離装置において、
上記クリーン室に、上記連通管に接続された多孔性の気液分離管を配置するとともに、上記クリーン室の底部に、上記気液分離管を取り囲むとともにこの気液分離管を通過したクーラントを一時的に貯溜する第１の貯溜部と、この第１の貯溜部から流れ込むクーラントを一時的に貯溜する第２の貯溜部と、上記第２の貯溜部に貯溜されたクーラントの液面下に開口するクーラント出口を設けたことを特徴とするサイクロン形異物分離装置。
請求項１の記載において、上記クーラント出口は、排出管に接続されているとともに、この排出管は上記第２の貯溜部に貯溜されるクーラントの液面を予め決められた位置に保つ絞り部を有することを特徴とするサイクロン形異物分離装置。
請求項１又は請求項２の記載において、上記隔壁は、上記第１および第２の貯溜部の底を構成するとともに、上記第１および第２の貯溜部は、上記隔壁から上向きに突出する筒状の仕切り壁によって互いに区画され、上記第１の貯溜部に貯溜されたクーラントは、上記仕切り壁をオーバフローすることで上記第２の貯溜部に流れ込むことを特徴とするサイクロン形異物分離装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかの記載において、上記クリーン室は、上記第１および第２の貯溜部の上方に位置する天板を有し、この天板と上記第１および第２の貯溜部に貯溜されたクーラントの液面との間に空気溜りが形成され、上記気液分離管は、上記連通管と上記天板との間に跨るように配置されているとともに、この気液分離管の上記空気溜りに臨む部分に逃し孔が形成されていることを特徴とするサイクロン形異物分離装置。