JP5201459B2

JP5201459B2 - 研削液浄化装置

Info

Publication number: JP5201459B2
Application number: JP2008174200A
Authority: JP
Inventors: 孝雄矢本
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: JP2010012546A

Description

本発明は、研削加工で発生した切り粉を含む研削液を、フィルターを使用せずに清浄化する研削液浄化装置及びそれを用いた研削液浄化方法に関する。

各種金属製部材を湿式で研削加工する場合、クーラントタンクに収容された研削液（例えば水溶性研削油剤）はポンプで汲み上げられてワークに掛けられた後、再度クーラントタンクに戻される循環システムを採用することが行われている。研削加工後の研削液には、切り粉や砥石粉（砥粒）を含むヘドロ状のスラッジが含まれており、そのままでは、ワークの被加工面に傷（スクラッチ）が発生するので、循環経路の途中に研削液浄化装置を設けて切り粉を除去することが行われている。

研削加工（又は切削加工）においては、ワークが鉄鋼材料（強磁性体）であれば、例えば永久磁石式クーラントセパレータにより、比較的容易にクーラントから切り粉を分離することができるが、例えばオーステナイト系ステンレス鋼やアルミニウム合金などの非磁性金属材料からなるワークを加工する場合は、ろ材（例えばペーパーフィルター）を使用して研削液をろ過することが一般的である。

特許文献１には、対流槽内に供給された廃液（切削加工後のクーラント）を下部噴出部から気泡とともに噴出することにより泡状廃液を作り出し、この対流槽から泡状廃液をオーバーフローさせた後、オーバーフローした泡状廃液を濾過部材（アルミ微粉末フィルター）によって濾過することにより、微細切粉を効果的に除去できることが記載されている。しかるに濾過部材（フィルター）を使用する場合には、所定期間使用したフィルターは目詰まりを生じるので、フィルターの定期的な交換や切り粉が付着したフィルター（産業廃棄物）を処理するための費用が発生するという問題がある。

そこでフィルターを使用せずに加工後の切削液から切粉などの異物を分離することが提案されている。例えば、特許文献２には、油性物質および切粉よりなる異物を含む切削液を回収する回収タンクを、仕切板にて区画された２つのタンク槽にて構成し、連続して切削液が流入する第１タンク槽の底面全体にて曝気部により曝気を行い、底面から発生する泡とともに異物を切削液の液面に浮上させて泡に付着させ、異物が付着した泡を仕切板を越えて第２タンク槽へ移動させ、仕切板近傍に位置する回転ドラムの円周面に付着させ、スクレーパで掻き取って集めることにより、異物分離を行うことが記載されている。

また特許文献３には、使用後の水溶性切削油から、混入したごみ及び泡を切削油の表面付近にフロート吸い込み器により集めて、吸引、回収することが記載されている。このフロート吸い込み器は、軸管部が蓋を貫通し多段階に伸縮自在、旋回自在とし、軸管部が固定されたブリッジの両端部のフロートの浮力により、液面の変化に対応して吸込口が自在に上下し、吸込周壁の小切り欠きを有する２対の切り欠きと吸込部内の２対の吸込誘導リブにより、常に表面部の液体のみを効率よく吸引し、ブリッジ端部の１対の翼により、ブリッジ全体が緩やかに回転するよう液体の表面部に水流が生じ、フロート周囲に油が付着しないように構成したものである。

特開２００７−１２５５０４号公報（第６頁、図１）特開２００７−１５２４４７号公報（第９頁、図２）特開平１０−３０９５７０号公報（第３−４頁、図１）

特許文献２に記載された切削液再生装置は、回収タンクに可動部（回転ドラム）を備えており、複雑で大掛かりな装置となる。またこの切削液再生装置で回収した水溶性切削液を再使用するためには、切削油からごみや泡を除去することが必要である。

特許文献３に記載されたフロート吸い込み器により集めた水溶性切削油を再使用するためには、切削油からごみ及び泡を除去することが必要である。

従って本発明の目的は、簡素化された構造でかつ、フィルターを使用せずに加工後の研削液から研削粉を効率よく除去することができる研削液浄化装置を提供することである。

本発明の他の目的は、フィルターを使用せずに、加工後の研削油から切り粉を分離して、研削液を再使用することができる研削液浄化方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の研削液浄化装置は、切り粉を含む研削液が所定方向に流動する複数の沈殿室と清浄化された研削液を貯留する貯留室を有する第１沈殿槽と、下流側の前記沈殿室の液面付近に存在する研削液を底面側に向って流動させる案内パイプと、前記案内パイプを通って吸引された研削液が収容される第２沈殿槽と、前記第２沈殿槽から前記貯留室に清浄化された研削液を返送する返送手段を有することを特徴とするものである。

本発明において、前記案内パイプは、研削液が流入する側の端縁部に複数の切り込みを有することが好ましい。

本発明において、前記案内パイプは、前記沈殿室の底面との距離を調整可能な支持部材を介して前記第１沈殿槽に設けることができる。

本発明において、前記案内パイプは、前記沈殿室の液面に追従して浮遊するフロート部材を介して前記第１沈殿槽に設置することができる。

上記他の目的を達成するために、本発明の研削液浄化方法は、切り粉を含む研削液を複数の沈殿室を有する第１沈殿槽内で所定方向に流動させながら切り粉を沈殿させる沈殿工程と、下流側の前記沈殿室の液面付近に存在する上澄み液を底面側に流動させてから吸引して第２沈殿槽に給送する給送工程と、第２沈殿槽で切り粉を沈殿させた後の上澄み液を回収して前記第１沈殿槽の前記沈殿室から分離された領域に返送する返送工程を含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、研削加工で発生した切り粉を含む研削油を複数の沈殿室内を流動させて、切り粉の大部分を沈殿させてから、下流側の沈殿室の液面付近に存在する研削液（上澄み液）を案内パイプにより底面側に向って流動させてから、別の沈殿槽に吸引し、そこで再度沈殿させるようにしたので、フィルターを使用せずに、しかも簡素化された構造で、研削液を清浄化することができる。したがってフィルターの交換やその廃棄処分が不要となり、加工コストの削減と環境負荷の低減が可能となる。さらに清浄化された研削液を再使用するので、スクラッチが減少し、加工不良を大幅に低減することができる。

以下、本発明の詳細を添付図面（図１〜図７）を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る研削液浄化装置の平面図、図２は図１の装置を研削液の流動方向に沿って展開した状態を模式的に示す図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は案内パイプの要部を示す展開図、図５は吸引ユニットの一部を破断した側面図、図６は吸引ユニットの他の例を示す平面図、図７は図６をＢ方向から見た矢視図である。

［研削液浄化装置の全体構造］
図１に示す研削液浄化装置１は、研削加工後の研削液が流入する第１沈殿槽２と、第１沈殿槽２で切り粉が沈殿した後の研削液（１次処理された研削液）を吸引する吸引ユニット５と、この研削液を貯留して、再度の沈殿を行う第２沈殿槽６と、清浄化された研削液（２次処理された研削液）を第１沈殿槽２に戻す配管７ｂ及び吸引ポンプ８ｂを備えている。

研削液浄化装置１を構成する各部の構造を図２〜７も参照して説明する。

（第１沈殿槽）
第１沈殿槽２は、上面が大気に開放した箱型の容器２０と、その内部を複数の領域に仕切る仕切板３ａ、３ｂ、３ｃ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを含み、これらの仕切板により、平面からみて格子状に区画された複数個の沈殿室２１、２２、…２５と貯留室２６が形成されている。この第１沈殿槽２においては、矢印Ｓ１で示す方向から流入した研削液は、沈殿室２１から図１に矢印Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に示す方向に（平面から見て右回りに）流動できるように構成される。そのために、図２に示すように、仕切板３ａ（図１のａ１―ａ２間を仕切る）、仕切板４ａ（ｂ１―ａ２間）、４ｂ（ｂ２―ａ３間）、３ｃ（ｂ３−ａ３間）は、いずれも下端面と容器２０の底面との間に隙間ｇ１が形成されるような高さを有する。図２ではこれらの隙間ｇ１は同一であるが、仕切板ごとに異なっていてもよい。他の仕切板３ｂ（ａ２−ａ３間）、４ｃ（ａ３−ｂ４間）及び４ｄ（ａ２−ｂ５間）は、各沈殿室から分離された貯留室２６を形成するために、下端面が容器２０の底面２００に密着するように固定される。

下流側の沈殿室２５には、上澄み液（液面付近の研削液）及び切り粉が付着した泡状物質を吸引して、第２沈殿槽６に給送するために、案内パイプ５０を含む吸引ユニット５が設置されている。この吸引ユニット５は、沈殿室２５と第２沈殿槽６を接続する配管７ａと吸引ポンプ８ａを含む。この浄化装置では、配管７ａ、７ｂを含めて研削液を搬送するための各配管を可撓管、例えば樹脂製のフレキシブルチューブを使用することにより、配管作業が容易となる。

（吸引ユニット）
吸引ユニット５は、図４に示すように、案内パイプ５０及び、案内パイプ５０と容器２０の底面の間隔ｇ２（図２参照）を調整可能とする調整機構を有するように構成される。この調整機構は、案内パイプ５０の外周面に一端側が固定されたアーム５１ａ、５１ｂと、アームの他端側に固定された調整ナット５２ａ、５２ｂと、両ナットにねじ込まれた調整ボルト５３を含む。この吸引ユニット５は、調整ボルト５３を回転させて調整ボルト５３の長さ（ナット５２ｂから下側に延出する長さ）を所定の寸法に設定した後、容器２０の内面に固定されるＬ字型保持部材５４の支持孔５５に、調整ボルト５３の先端を挿入することにより、沈殿室２５に設置することができる。

（案内パイプ）
案内パイプ５０が単純な円筒体で形成される場合、ポンプの運転を開始すると、吸引動作と吐出動作が間歇的に繰り返されるので、沈殿室２５の液面が間歇的に変動（上下動）する（吸引運転時には水位が下がり、吐出運転時には、水位が上昇する）。これにより、泡状物質を含む研削液の吸引が円滑に行われない場合がある。そこで、図５（ａ）に示すように上端縁に複数の略三角形状の切り込み５００ａを有する案内パイプ５０を使用した場合は、切り込みから研削液が流入するので、液面の変動が抑制されて、研削液とともに流動性の小さい泡状物質を吸引し易くなる。切り込みの形状は、図５（ａ）に限らず、図５（ｂ）に示す半円弧と長方形のスリットの組合わせ、あるいは図５（ｃ）に示す半楕円と楔状スリットの組み合わせなど研削液の種類や流量などに応じて変更することができる。

（フロート式吸引ユニット）
吸引ユニット５は、上記の構造に限らず、図６及び７に示すような液面に応じて案内パイプが上下する構造（フロート式）でもよい。この吸引ユニット５は、案内パイプ５０の外周面に複数個（図６では３個）のアーム５６ａ、５６ｂ、５６ｃの一端を固定し、各アームの他端に球形状のフロート５７ａ、５７ｂ、５７ｃを固定して形成することができる。

（第２沈殿槽）
図１と３に示すように、第２沈殿槽６は、第１沈殿槽２から吸引された研削液を貯留する、上面が大気に開放した箱型の容器６０を含むとともに、その内部に清浄化された研削液が溜められる領域を形成するために、一辺側に固定された、平面からみてコ字形で底面から所定距離をおいて設けられた仕切り６１を有する。仕切り６１の内側には、途中に吸引ポンプ８ｂが設けられた配管７ｂの一端側が浸漬されている。

［浄化プロセス］
研削加工では、砥石の目詰まり、砥石とワークとの溶着、切り粉の付着などを防止するために、研削液（例えば水溶性研削油剤を水で３０〜１００倍程度に希釈した溶液）が使用され、加工後の研削液には切り粉（平均粒径が例えば１０〜５０μｍ程度の異形金属粒子）や砥粒などの異物が混入しているが、上記の研削液浄化装置１に研削液を流入させ、吸引ポンプの運転を開始すると、次の各工程を実行することにより清浄化された研削液が得られるので、この研削液をクーラントタンクに戻して再使用することができる。この浄化プロセスを図２及び３により説明する。

（沈殿工程）
沈殿室２１に流入した研削液（矢印Ｓ１）は、沈殿室２２から沈殿室２３、２４、２５と流動する間に、切り粉が沈殿して各沈殿室の底面に堆積する（図２に破線で示すスラッジが形成される）ので、沈殿室２５の液面には切り粉が付着した泡状物質が浮遊するとともに、切り粉が沈殿した上澄み液が生成される。

上記の第１沈殿槽２において、切り粉の沈降速度（ストークス・アレンの法則で示す式で定まる）を上げるために、研削液の流動速度を下げて、緩やかに（例えば容積が０．８〜１ｍ^３の場合で１５〜２５分の時間を掛けて）流動させることにより、比重の小さい切り粉（例えばアルミニウム合金の切り粉）を確実に重力により沈殿させることができる。そのためには、この沈殿槽は複数の沈殿室に区画されていることが必要であり、具体的には３槽以上に区画されていることが好ましい。

（上澄み液吸引工程）
ポンプ８ａの運転により、液面付近に存在する上澄み液は泡状物質とともに案内パイプ５０を底面に向って流動し、パイプの出口から吸引されて第２沈殿槽６に送られる（矢印Ｓ５）。第２沈殿槽６では研削液に含まれる切り粉が更に沈殿するので、清浄化された（切り粉をほとんど含まない）研削液が得られる。この清浄化された研削液は第１沈殿室の貯留室２６に戻され（矢印Ｓ６）、次いでクーラントタンク（不図示）に送られて（矢印Ｓ７）再使用される。

上記の浄化装置において、切り粉の材質や研削条件（例えば粗研削あるいは仕上げ研削）などに応じて案内パイプ５０と容器２０の底面との距離ｇ２を調整して、沈殿室２５の研削液の上面に浮遊した泡状物質が吸引されるのを少なくし、第２沈殿槽に供給される切り粉を少なくすることが好ましい。例えばｇ２が小さすぎると、切り粉が沈降しにくいので、泡状物質が吸引される確率が増大する。

（研削液返送工程）
この清浄化された研削液は、ポンプ８ｂの運転により、第１沈殿室２の貯留室２６に戻されて更に切り粉が沈殿された後、矢印Ｓ７で示すように研削液供給経路（不図示）に供給されて、再度研削加工に供される。したがって研削液には切り粉が殆ど含まれないので、スクラッチの発生を大幅に低減することができる。

本実施の形態によれば、複数の沈殿室と吸引手段を組合わせた浄化システムを形成し、フィルターなどの交換部材を全く使用しないので、低コストで、環境負荷が極めて少なく、しかも加工不良（スクラッチ）が大幅に低減された研削加工を実現できるものであり、極めて高い実用性を有する。

本発明は上記の実施の形態で説明した構成に限らず、種々の変更が可能であり、例えば、沈殿室の形状、その区画数などはワークの材質や研削条件等に応じて設定すればよい。

本発明の実施の形態に係る研削液浄化装置の平面図である。図１の装置を研削液の流動方向に沿って展開した状態を模式的に示す図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。案内パイプの一部を破断した側面図である。吸引ユニットの要部を示す展開図である。吸引ユニットの他の例を示す平面図である。図６をＢ方向から見た矢視図である。

符号の説明

１：研削液浄化装置、２：第１沈殿槽、２０：容器、２１、２２、２３、２４、２５：沈殿室、２６：貯留室、３ａ、３ｂ、３ｃ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：仕切板、５：吸引ユニット、５０：案内パイプ、５００ａ、５００ｂ、５００ｃ：切り込み、５１ａ、５１ｂ：アーム、５２ａ、５２ｂ：ナット、５３：調整ボルト、５４：支持部材、５５：保持孔、６：第２沈殿槽、６０：容器、６１：仕切り、７ａ、７ｂ：フレキシブル管、８ａ、８ｂ：吸引ポンプ、

Claims

切り粉を含む研削液が所定方向に流動する複数の沈殿室と清浄化された研削液を貯留する貯留室を有する第１沈殿槽と、下流側の前記沈殿室の液面付近に存在する研削液を底面側に向って流動させる案内パイプと、前記案内パイプを通って吸引された研削液が収容される第２沈殿槽と、前記第２沈殿槽から前記貯留室に清浄化された研削液を返送する返送手段を有し、前記案内パイプは、研削液が流入する側の端縁部に複数の切り込みを有するとともに前記沈殿室の底面との距離を調節可能な支持部材を介して前記第１沈殿槽に設けられていることを特徴とする研削液浄化装置。
切り粉を含む研削液が所定方向に流動する複数の沈殿室と清浄化された研削液を貯留する貯留室を有する第１沈殿槽と、下流側の前記沈殿室の液面付近に存在する研削液を底面側に向って流動させる案内パイプと、前記案内パイプを通って吸引された研削液が収容される第２沈殿槽と、前記第２沈殿槽から前記貯留室に清浄化された研削液を返送する返送手段を有し、前記案内パイプは、研削液が流入する側の端縁部に複数の切り込みを有するとともに前記沈殿室の液面に追従して浮遊するフロート部材を介して前記第１沈殿槽に設置されていることを特徴とする研削液浄化装置。