JP4780681B2 - 切り粉圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、旋盤、フライス盤、ボール盤等の工作機械等から出た切り粉を圧縮して固める切り粉圧縮機に関する。
旋盤、フライス盤、ボール盤等の工作機械等により金属材料等を切削するときには、切削屑としての切り粉が生成される。このような切り粉を再利用する際に、切り粉を一定量固める装置として切り粉圧縮機が知られている。そのような切り粉圧縮機としては、切り粉を蓄えた後に切り粉を順次排出するホッパと、切り粉を固めるための圧縮装置とを備えたものが知られている。また、この切り粉圧縮機においては、ホッパから排出されてきた切り粉を圧縮装置に送るための装置としてスパイラルスクリュー(切り粉搬送部)が1ないし複数本設けられているものがある。
上記のような切り粉圧縮機は、例えば、切り粉の形状によって、切り粉がスパイラルスクリューの上方に滞留してブリッジを作り、切り粉を圧縮装置に排出できなくなることがある。そのため、本出願人は切り粉を排出方向に押して排出を補助する排出助成部を設けてブリッジを崩壊する技術を開発し、特許出願している。
しかしながら、上記排出助成部を有する切り粉圧縮機においても、以下のような更に解決すべき点があることが判明した。例えば、カール状の切り粉をホッパに一杯まで入れて処理をする場合、処理が進む過程において、ホッパ内のスパイラルスクリュー付近で切り粉が固まり、排出助成部で切り粉を押しても、切り粉がスパイラルスクリューのスクリュー条部(羽根)の間に入らず、切り粉の圧縮装置への搬送量が処理初期の1/5〜1/4程度に少なくなることがある。
また、長いカール状の切り粉の場合、切り粉がスパイラルスクリューに絡みつき、スパイラルスクリューと一緒に回転するために、切り粉の圧縮装置への搬送量が少なくなることもある。さらに、スパイラルスクリューのスクリュー条部の外周によって、切り粉の自重及び排出助成部からの押付力が支えられ、スクリュー条部間に切り粉が入り込まなくなり、切り粉の圧縮装置への搬送量が少なくなることもある。
本発明の課題は、上記の問題を改善し、ホッパ内に蓄えられた切り粉を効率良く全て圧縮装置に送ることができる切り粉圧縮機を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明は、切り粉を一時的に蓄えるとともに、底側から該切り粉が排出されるホッパと、
そのホッパに設置され、そのホッパに蓄えられた前記切り粉が前記底側から排出される際に、該切り粉の底側からの排出を補助する排出助成部と、
前記ホッパの底側に形成され、前記ホッパから排出された前記切り粉を搬送する切り粉搬送部と、
前記切り粉搬送部によって搬送されてきた前記切り粉を圧縮して固める圧縮部とを有する切り粉圧縮機であって
前記排出助成部には、前記ホッパ内に蓄えられた前記切り粉を撹拌するための攪拌部が設けられ
前記排出助成部は往復移動する押し込み部材で構成され、
前記撹拌部は、前記押し込み部材の前記切り粉搬送部側の端部に設けられ、該押し込み部材の端部から前記排出助成部の往復移動方向と交差する方向に突出した突起状部分が、前記ホッパの底側とは反対に反り返った爪状又は羽根状の突起状の形態をなし、又はホッパの底側に近い側の面とそれとは反対側の面とのうちの双方又は一方の面が前記排出助成部の往復移動方向に対し直角を基準として、それより前記ホッパの底側から遠ざかる向きに傾斜した又は湾曲した形態をなしていることを特徴とする。
上記のように、排出助成部並びに撹拌部を設けたことにより、排出助成部の切り粉を押し込む作動により切り粉のブリッジが生じにくく、また、撹拌部が切り粉を撹拌するため、切り粉が切り粉搬送部付近で固まることを防ぎ、切り粉の圧縮部への搬送量が減少することを回避できる。
上記撹拌部を、軸状の押し込み部材としての排出助成部の切り粉搬送部側の端部に設け、該排出助成部の端部から排出助成部の往復移動方向と交差する方向に突出した突起状部分とし、
さらに、突起状部分をホッパの底側とは反対の方向に反り返った爪状又は羽根状の突起状の形状にするなど、突起状部分のホッパの底に近い側の面とそれとは反対側の面のうちの双方または一方の面が、排出助成部の往復移動方向に対し直角を基準としてそれよりホッパの底側から遠ざかる向きに傾斜又は湾曲した形態を成しているから、押込み部材の往動(前進)時において撹拌部が切り粉内へ入り易くなり、他方、押込み部材の復動(後退)時には切り粉を連れ移動させて撹拌効果を高めることができる。
また、本発明に関連する形態として、排出助成部をホッパの内壁面に沿って往復移動自在に組み付け、ホッパの底に向けて例えば斜め上方からスライドすることで、切り粉を押しながら切り粉の排出を補助する排出状態と、排出の補助を行わずホッパに切り粉が導入される待機状態とを周期的に繰り返すものとし、かつ、上記撹拌部を、排出助成部の排出状態から待機状態への移行に伴って切り粉の撹拌を行う構成を備えたときには、排出助成部を周期的にスライドさせると、切り粉のブリッジ解消の効果が高くなる。
また、本発明に関連する切り粉搬送部の形態として、軸状の本体部の外周面に螺旋状の搬送条部が形成され、その搬送条部間に形成された凹部内に切り粉を保持しつつ、自身の軸線周りに回転することにより、その切り粉を軸線方向に搬送するスパイラル搬送部を採用し、排出助成部には、排出助成部が切り粉をホッパの底側へ押し付けて排出を補助するときに、スパイラル搬送部(切り粉搬送部)の軸線周りの回転に伴って切り粉が回転することを防止する切り粉回転抑制部を設けることができる。
そして、上記の形態によれば、切り粉回転抑制部により、例えば長いカール状の切り粉の場合、切り粉がスパイラル搬送部に絡みつき、スパイラル搬送部と一緒に回転することを抑制でき、切り粉の圧縮部への搬送をスムーズに行うことができる。切り粉回転抑制部としては、切り粉搬送部の軸線方向にほぼ平行なレール状の凸部を排出助成部の切り粉搬送部側の端部に形成すれば、切り粉の回転を効果的に抑制できる。
一方、上記の構成を備えたスパイラル搬送部(切り粉搬送部)にあっては、搬送条部の螺旋ピッチを、当該スパイラル搬送部の搬送条部の外径よりも大きくすることができる。
この場合、スパイラル搬送部の搬送条部の外周で、切り粉が支持されにくくなり、搬送条部間に形成された凹部内に切り粉が入り込みやすくなり、切り粉の圧縮部への搬送を効率よく行うことができるようになる。なお、搬送条部の螺旋ピッチは、スパイラル搬送部の搬送条部の外径に対して約1.1〜2.0倍程度、望ましくは約1.2〜1.5倍程度にするのがよい。
また、排出助成部に対し上述の撹拌部と切り粉回転抑制部とを併せ設けることで、切り粉を押し込み、撹拌し、さらに連れ回りを抑制するという3重の相乗効果により、切り粉の圧縮部への搬送を円滑に行うことができる。
発明を実施するため最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
(実施例1)
図1は本発明の一実施例たる切り粉圧縮機100の側面図であり、図2はその平面図である。切り粉を蓄えるホッパ1は、切り粉を内部に導入するための切り粉導入口1aを有し、その切り粉導入口1a側から、切り粉が順次排出される底1b側に向けてその内周面が縮径したテーパ状の形態を有している。ホッパ1の底1b側には、切り粉搬送部としてのスパイラルスクリュー4が設けられている。ホッパ1には押し込み部材(排出助成部)2が往復移動(スライド)自在に取り付けられており、押し込み部材2の押し込み方向の端面2aには、切り粉撹拌用の突起状部分としての爪部3(撹拌部)が、ホッパ1の切り粉導入口1a側に反り返った爪状に設けられている。ホッパ1にはカバー50が取り付けられ、カバー50は、図のように斜め上方に上がった状態(待機状態)の押し込み部材2を覆う構成となっており、カバー50の上を切り粉が滑り落ち、ホッパ1の底1b側に蓄積されていく。そして、蓄えられた切り粉は順次底1b側からスパイラルスクリュー4へと排出されていく。
押し込み部材2の構造をより詳しく説明する。ホッパ1に軸支持部材5,6を介して軸7が固定され、この軸7にボールブッシュ(移動ガイド部)8が軸方向に移動可能に嵌合され、さらにそのボールブッシュ8に固定部材24を介して押し込み部材2が連結されている。したがって、押し込み部材2はボールブッシュ8を介して軸7によりホッパ1の内壁面に沿って斜めに移動可能である。そして、軸支持部材6を介してホッパ1に固定されたシリンダ9のピストンロッド9aが、ボールブッシュ8又は固定部材24に連結されていて、このシリンダ9の作動により押し込み部材2が斜め方向において上下動する仕組みとなっている。以上のような押し込み部材2のスライドに伴って、押込み部材2がホッパ1内に蓄えられた切り粉を排出側へ押し込んでブリッジの発生を防止するとともに、爪部3が切り粉を撹拌し、切り粉が底1b側付近で固まることを防止している。
一方、ホッパ1の底1b側に水平に配置されたスパイラルスクリュー4は、ギヤードモータ13により自身の軸線周りに回転可能であり、軸状の本体部4aの外周面に螺旋状の羽根(搬送条部)4bが形成され、羽根4bの間に切り粉を保持しつつ軸線周りに回転することにより、切り粉を軸線方向に搬送する。スパイラルスクリュー4を駆動するギヤードモータ13はホッパ1の一側面に位置しており、ホッパ1の他の側面には、ギヤードモータ13と対向する位置に圧縮シリンダブロック10が取り付けられている。圧縮シリンダブロック10には、ホッパ1から切り粉が充填される横穴10aと、圧縮ロッド15がスライドする縦穴10bとが設けられている。
圧縮シリンダブロック10にはスペーサー18,19を介して油圧シリンダ22が取り付けられている。油圧シリンダ22は油圧ポンプ23により駆動され、そのピストンロッド21には、圧縮ロッド15がジョイント14により連結されている。この圧縮ロッド15が上述の圧縮シリンダブロック10の横穴10b内に嵌まり込んで切り粉を圧縮する。圧縮シリンダブロック10の背後には、貫通孔である横穴10bの後側の開口を塞ぐように開閉ブロック27(キャビティ開閉部材)が、ガイド部材としての一対のガイドブロック16に案内されて昇降可能に設けられ、その開閉ブロック27により切り粉が充填されるキャビティ(横穴10b)が開閉可能とされている。開閉ブロック27は図13に示す油圧シリンダ26により昇降させられ、シリンダ26は図14に示すフランジ部材25を介してガイドブロック16に固定され、そのピストンロッド26aが開閉ブロック27に連結されている。圧縮された圧縮切り粉ブロック28(図15)を排出する際には、開閉ブロック27が上昇し、シューター17から排出されていく。
以上のような切り粉圧縮機100のホッパ1、押し込み部材2、切り粉を圧縮シリンダブロック10に搬送するスパイラルスクリュー4、切り粉12を圧縮ロッド15により圧縮して固める圧縮部等が、架台20の上に取り付けられている。また、上述のように油圧ポンプ23を主体とする油圧ユニットが設けられており、その油圧ポンプ23は、3つのシリンダに共通の油圧源、すなわち押し込み部材2を斜め方向に駆動するブリッジ解消用の油圧シリンダ9、切り粉12を押し固める圧縮用の油圧シリンダ22、及び押し固めた切り粉の排出口を開放する油圧シリンダ26に兼用の油圧源となっており、図示しない管路及び弁手段を経て、これらの油圧シリンダがシーケンス装置により所定のタイミングで作動する。
ここで、図3に示すように爪部3は、押し込み部材2の押し込み方向とは逆の方向に反り返って形成され、押し込み部材2の押し込み方向の端面2aにおいてギヤードモータ13側に形成されている(図7参照)。また、爪部3の、押し込み部材2の端面2aに対する角度θ(押込み部材2の往復移動方向に直角な面に対する角度θ)は、例えば0〜80゜位の範囲に設定するのがよい。0゜未満の角度の場合、切り粉を爪部3でとらえた後にそれが爪部3から逃げやすくなり、切り粉の撹拌を十分に行えなくなることがある。また、例えば80゜を超えると、爪部3の切り粉を撹拌する面積が少なくなり、撹拌の効率が低下することがある。なお、上記角度範囲は望ましくは、30〜60゜の範囲にするのがよい。また、爪部3等の撹拌部は、図4のように圧縮シリンダブロック10側(図7参照)に設けてもよく、さらには、図5のように押込み部材2の幅方向に所定の間隔で複数設けることも可能である。また、爪部3の反り返った爪の長さL2は、押し込み部材2を底1b側に向けて押し込んだときにホッパ1の内周面に当たらない程度の大きさとされている。
ここで、爪部3を設ける位置は、例えば図7を参照すれば、A位置とする場合は図3(a)に対応する。爪部3は押込み部材2の幅方向(切り粉搬送部の送り方向)において、圧縮部(圧縮シリンダブロック10)から遠い側(逆に言えば切り粉搬送部のモータ13に近い側)の押込み部材2の端部又はその近傍に設けられる。この場合は、切り粉搬送部(4)の搬送経路において、この搬送の初期段階(言い換えれば、搬送距離が最も長くなる部分)で切り粉を撹拌する作用をなす。切り粉が圧縮部(10)から遠いところで固まると、その搬送が困難になる恐れがあるが、これを爪部3で撹拌すると、その搬送状態を復活させやすい。一方、爪部3等の撹拌部の位置を図7のB位置とする場合は、上記押込み部材2の幅方向において圧縮部(10)に近い側の押込み部材2の端部又は近傍に爪部3等の撹拌部が設けられる。この場合は、切り粉搬送部(4)の搬送位置において、その搬送の終端近傍(言い換えれば搬送距離が最も短くなる部分)で切り粉を撹拌する作用をなす。切り粉が圧縮部(10)に近いところで固まると、後続の切り粉の搬送を阻害するおそれがあり、これを爪部3等の撹拌部で撹拌して圧縮部(10)へ送り込むことで、後続の切り粉の搬送をスムーズに行い得る。なお、図7のA位置とB位置の双方に、言い換えれば押込み部材の幅方向(切り粉搬送の送り方向)における両端部近傍に、爪部3等を撹拌部として設けることもできる。ホッパ1との関係では、その内壁に近い側は切り粉の流動性がホッパの中央部に比べて劣る場合もあるので、切り粉の滞留やブリッジ現象がより生じやすい部分に爪部3等の撹拌部を設けることは意味がある。もっとも、爪部3等の撹拌部を押込み部材2の中間部に上記幅方向の両端部に代えて、又はこれに併せて設けることもできる。
以下、実施例1の切り粉圧縮機の作用について図6〜図9を用いて説明する。図6は押し込み部材2が上がった状態で切り粉の排出補助を行わない待機状態を示した側面図で、図7はその正面図である。また、図8は押し込み部材2が下がった状態で切り粉の排出を補助する排出状態を示した側面図で、図9はその正面図である。図6の状態で、ホッパ1の切り粉導入口1aから切り粉12が投入されると、切り粉12はカバー50の上を滑り落ち、ホッパ1内部に蓄えられる。スパイラルスクリュー4の回転の向きは、ギヤードモータ13側から見て反時計回りの時、圧縮シリンダブロック10に切り粉を送る向きで、これを正転とする。このように押し込み部材2が上がった状態(待機状態)で、スパイラルスクリュー4を正転させると、導入された切り粉12は押し込み部材2の下に寄せられる。このとき、切り粉12は滞留してブリッジを形成することがある。
次に、図8のように、押し込み部材2が油圧シリンダ9により下降し、押し込み部材2は切り粉12を押しながらスパイラルスクリュー4に排出する(排出状態)。この場合、例えば切り粉12がホッパ1に滞留してブリッジを形成しても、押し込み部材2が上方から押すことでブリッジは崩され、切り粉12は順次スパイラルスクリュー4に排出される。切り粉12はスパイラルスクリュー4の羽根4bの間に入り込み、スパイラルスクリュー4が回転することで、圧縮シリンダブロック10に搬送される。一方、押し込み部材2が図8の排出状態から図6の待機状態に戻るときには、爪部3が切り粉12の一部に引っ掛かり、その切り粉12及びそれに連れられてくる切り粉12を伴って移動するため、切り粉12が撹拌される。これによって切り粉12がスパイラルスクリュー4付近に滞留あるいはその付近で押し固められることを防止できる。つまり、ブリッジを解消するために押込み部材2が切り粉12をスパイラルスクリュー4側へ押し込んだ際、ブリッジがたまたま解消されない場合は、切り粉が押込み部材2で押し固められることとなるが、その状態でも爪部3がその復動行程で切り粉を撹拌してほぐすため、次の押込み部材2の往動行程でブリッジを解消しやすくなる。
スパイラルスクリュー4により圧縮シリンダブロック10の内部に切り粉12が充填されると、図1に示す油圧ポンプ23を動力源として油圧シリンダ22が作動し、圧縮ロッド15を介して切り粉12を圧縮し、図15のような圧縮切り粉ブロック28を形成する。次に開閉ブロック27が油圧シリンダ26によりスライド上昇し、圧縮シリンダブロック10の横穴10bの後方(排出口)を開放する。その後、圧縮シリンダ22により圧縮ロッド15が更に一定量伸長して、圧縮切り粉ブロック28を排出する。排出された圧縮切り粉ブロック28はシューター17を滑り落ち、装置外に排出される。以上を繰り返し、ホッパ1内の切り粉12を全て圧縮し排出する。
(実施例2)
図10は、実施例2としての切り粉圧縮機の要部を示す側面図である。なお、実施例1と同じ構成のものについては同じ符号を付与し、その説明は省略する。図10,11及び図16に示すように、押し込み部材2の爪部3が形成されていない端面2aに、切り粉回転抑制部60が設けられている。切り粉回転抑制部60は、スパイラルスクリュー4の軸に平行で、押し込み部材2の端面2aから突出した単一又は複数(例えば2本)のレール状に形成されている。なお、切り粉回転抑制部60は、図16のように爪部3等の撹拌部に近接して押込み部材2の幅方向に沿って長手状に延びるように、かつ押込み部材の先端からさらにその押し込み方向に突出するように設けることもできるが、例えば回転抑制部60が押し込み部材2の幅方向の全部又は一部に沿って形成され、その回転抑制部と交差する形態で、その回転抑制部の一部(例えば長手方向の端部又は中間部)から側方へ突出するように爪部3等の撹拌部を設けることもできる。
図10のように、押し込み部材2が下がり、排出状態となると、切り粉12は切り粉回転抑制部60に押さえられる状態となる。このとき、切り粉回転抑制部60はスパイラルスクリュー4の軸に平行なレール状の凸部であるために、スパイラルスクリュー4の回転に伴って切り粉12がスパイラルスクリュー4の軸周りに回転することを防止している。
(実施例3)
図12(a)は、実施例3としての切り粉圧縮機の要部を示す側面図で、図12(b)は、その要部拡大図である。なお、スパイラルスクリュー40以外は、実施例1と同じ構成であるため、同じ符号を付与し、その説明は省略する。この実施例3のスパイラルスクリュー40は、軸状の本体部41の外周面に螺旋状の羽根42(搬送条部)が形成され、羽根42の間にできた凹部43内に切り粉12を保持しつつ搬送する。このスパイラルスクリューの構成は実施例1及び2についても同様であるが、本実施例3のスパイラルスクリュー40は、その羽根42の螺旋ピッチL1が、羽根42の外径R1よりも大きく構成されている。これにより、羽根42間に形成された凹部43内に切り粉12が入り込みやすくなり、切り粉12の圧縮シリンダブロック10への搬送を効率よく行うことができるようになる。具体的には、本実施例3ではL1/R1=1.4とされており、その値の範囲は約1.1〜2.0程度とするのがよく、望ましくは約1.2〜1.5倍程度にするのがよい。1.1(あるいは1.2)より小さいと切り粉が入りやすいという効果が不充分であり、2.0より大きいと切り粉に及ぼす螺旋の推進力が不足しがちになることがある。
なお、実施例2,3の切り粉圧縮機における切り粉回転抑制部60は、図16及び図17に示すように、2本のレール状の凸部として設けられているが、その個数については1ないし複数本のものを設けることが可能であり、その形状については、スパイラルスクリュー4の軸線方向に略平行な突起を形成して、切り粉の回転を抑制するものであれば制限はない。また、その大きさにについては、押し込み方向への長さL4を、押し込み部材2の端面2aからスパイラルスクリュー4までの距離L3の約10〜70%程度とすることが、切り粉の回転を抑制する上で好ましい。
また、爪部3等の撹拌部は図18(a)に示すように、搬送部から遠ざかる方向(ホッパの上側)に湾曲状(例えば円弧状)に傾斜して形成してもよい。また、同図(b)のように押し込み部材2と爪部3b等の撹拌部とを一体に形成することもできる。この場合、上側の面3mは切り粉を連れ動かす役割を果たし、反対側の面3nは切り粉に入り込む機能があり、この面3nのように傾斜していることで切り粉内への進入が容易となる。さらに、同図(c)、d)のように上側の面3pが押し込み部材2の移動方向にほぼ直角であってもよい。また、同図(d)〜(f)のように押し込み部材2の先端が先細りの突起状に形成されて、ここが切り粉回転抑制部3r,3s,3tとされていてもよい。3rは押し込み部材2の爪部3dの先端とは反対側に位置し、3s,3tは押し込み部材2の厚さ方向中間部に形成されたものである。また、下側の斜面3q,3v,3w等が、切り粉への進入時の抵抗を軽減する。
本発明の実施例1の切り粉圧縮機の側面図。 図1の平面図。 図1の押し込み部材に設けられた爪部を拡大して示す斜視図及びその側面図。 爪部の変形例を示す斜視図。 同じく、爪部の変形例を示す斜視図。 実施例1の押し込み部材が上がった状態を示す部分拡大側面図。 図6の正面図。 実施例1の押し込み部材が下がった状態を示す部分拡大側面図。 図8の正面図。 本発明の実施例2の切り粉圧縮機の要部を示す側面図。 図10の正面図。 本発明の実施例3の切り粉圧縮機の要部を示す正面図。 切り粉圧縮機の圧縮部を示す部分拡大側面図。 同じく、切り粉圧縮機の圧縮部を示す部分拡大正面図。 圧縮切り粉ブロックの一例を示す外観図。 押し込み部材に設けられた切り粉回転抑制部を拡大して示す斜視図。 切り粉回転抑制部の形状を示す説明図。 撹拌部及び切り粉回転抑制部のさらに幾つかの変形例を示す図。
符号の説明
1 ホッパ
1b ホッパの底側
2 押し込み部材(排出助成部)
3 爪部(撹拌部)
4,40 スパイラルスクリュー(切り粉搬送部)
10 圧縮シリンダブロック(圧縮部)
12 切り粉
41 切り粉搬送部の本体部
42 搬送条部
43 凹部
L1 搬送条部の螺旋ピッチ
R1 切り粉搬送部の外径

Claims (1)

  1. 切り粉を一時的に蓄えるとともに、底側から該切り粉が排出されるホッパと、
    そのホッパに設置され、そのホッパに蓄えられた前記切り粉が前記底側から排出される際に、該切り粉の底側からの排出を補助する排出助成部と、
    前記ホッパの底側に形成され、前記ホッパから排出された前記切り粉を搬送する切り粉搬送部と、
    前記切り粉搬送部によって搬送されてきた前記切り粉を圧縮して固める圧縮部とを有する切り粉圧縮機であって
    前記排出助成部には、前記ホッパ内に蓄えられた前記切り粉を撹拌するための撹拌部が設けられ
    前記排出助成部は往復移動する押し込み部材で構成され、
    前記撹拌部は、前記押し込み部材の前記切り粉搬送部側の端部に設けられ、該押し込み部材の端部から前記排出助成部の往復移動方向と交差する方向に突出した突起状部分が、前記ホッパの底側とは反対に反り返った爪状又は羽根状の突起状の形態をなし、又はホッパの底側に近い側の面とそれとは反対側の面とのうちの双方又は一方の面が前記排出助成部の往復移動方向に対し直角を基準として、それより前記ホッパの底側から遠ざかる向きに傾斜した又は湾曲した形態をなしていることを特徴とする切り粉圧縮機。
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