JP5302431B2

JP5302431B2 - 不純物濾過装置に用いられるフィルタおよび不純物濾過装置を備えた工作機械

Info

Publication number: JP5302431B2
Application number: JP2012033634A
Authority: JP
Inventors: 光告石原
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: JP2013169492A; CN203030099U

Description

本発明は不純物濾過装置に用いられるフィルタおよび不純物濾過装置を備えた工作機械に関する。

工作機械において、加工中に発生した切削屑（切粉）やスラッジが切削液中に混入して、工作機械の性能及び信頼性に影響を及ぼすことから、これらを除去するためのフィルタが使用される。このフィルタについては性能の維持及び寿命を延長させることを目的として、通常使用する際の切削液の流れ方向と逆方向に切削液を流し、フィルタに付着した切粉やスラッジをフィルタから取り除く逆洗動作を行う場合がある。

例えば、特許文献１や特許文献２には、逆洗を行うフィルタ及びフィルタ容器の流入側及び流出側の管路を閉じて、フィルタ及びフィルタ容器の内に残っている切削液が流入、流出しないようにする。続いて、フィルタ内に通常時の切削液の流れ方向とは逆の方向に圧縮空気を供給すると共に、フィルタ容器に管路されている排出管路を開くことにより、圧縮空気によって加圧された切削液がフィルタを通過した後開かれた排出管路に流れる様にする。この切削液の流れにより、フィルタに付着した切粉やスラッジを除去する逆洗動作の技術が開示されている。

また、逆洗動作における切粉の除去効率を高める方法として、特許文献３には切削液の流れにより発生する圧力がフィルタエレメントに均等にかかるようにした技術が開示されている。また、逆洗動作ではないが、切削液中の切粉を効率良く補足する方法として、特許文献４には、切削液の流れをフィルタエレメントに導く技術が開示されている。これによると、フィルタ容器内の形状又はフィルタ本体の内部の形状によって、切削液の流れをフィルタエレメントに導いて切粉の捕捉効率を上げている。

特許第４３４９３０８号公報特開２００１−２５２８４７号公報実開昭６０−１０４２１２号公報特許第４１１３４１０号公報

しかしながら、上記従来技術において、逆洗時の切削液の流れをフィルタに誘導する、もしくは、切削液の圧力がフィルタに均等に作用するようにしただけでは、フィルタに食い込んだ切粉を除去するには不十分であった。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、フィルタに食い込んだ固形物の不純物を除去する能力を向上させることが可能な、不純物濾過装置に用いられるフィルタ、および、前記フィルタを有する不純物濾過装置を備えた工作機械を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、固形の不純物を濾過するフィルタメッシュを有する側面部と、前記フィルタメッシュを有する側面部を支える底面部と、上面部が開口した有底筒状形状をなし、不純物濾過機能およびフィルタ逆洗浄機能を有する不純物濾過装置に用いられるフィルタにおいて、上方から底面に向かって断面積が単調に増加する形状を有する前記フィルタ内に配設されるブロックを備え、前記ブロックは、前記フィルタ内への流体の流入が無い時には前記フィルタの上面部方向に移動し、不純物濾過時またはフィルタ逆洗浄時における前記フィルタ内への流体の流入が有る時には該流体から受ける力によって前記フィルタの底面部方向に移動することを特徴とする不純物濾過装置に用いられるフィルタである。
請求項２に係る発明は、前記ブロックの前記フィルタの上面部方向への移動は弾性部材の付勢力、あるいは、前記ブロックの浮力によってなされることを特徴とする請求項１に記載の不純物濾過装置に用いられるフィルタである。
請求項３に係る発明は、前記請求項１または２のいずれか１つに記載の不純物濾過装置を備えた工作機械において、逆洗浄時に前記ブロックは流体から受ける力によって前記底面部方向に移動して前記底面部の内側面に該ブロックの下面側が衝突し、該ブロックの衝突によって該フィルタが振動し、前記フィルタメッシュに付着した前記固形の不純物が剥がれやすくすることを特徴とする不純物濾過装置を備えた工作機械である。

本発明により、フィルタに食い込んだ固形物の不純物を除去する能力を向上させることが可能な、不純物濾過装置に用いられるフィルタ、および、前記フィルタを有する不純物濾過装置を備えた工作機械を提供できる。

不純物濾過装置を備えた工作機械を説明する図である。逆洗フィルタ容器に収容されている逆洗フィルタを説明する図である。本発明の実施形態のフィルタのフィルタ通常使用時におけるフィルタ内部の状態を説明する図である。フィルタ内部で加工液の流れが無い時のフィルタ内部の状態を説明する図である。本発明の実施形態の逆洗時のフィルタ内部の状態を説明する図である。本発明の実施形態に用いられるブロックを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は不純物濾過装置を備えた工作機械を説明する図である。工作機械本体１には、符号２〜１５を含んで構成される不純物濾過装置が備えられている。工作機械本体１は、ワークを載置するためのテーブル、主軸を回転駆動するための主軸モータを備えている。不純物濾過装置は、工作機械本体から排出される使用済みの加工液（クーラント）を回収し、前記加工液に含まれる切粉や切削屑などの不純物を除去した後、工作機械本体１に戻す装置である。不純物濾過装置は、加工液中の切粉などの固形の不純物をフィルタに捕捉させて取り除く不純物濾過機能と、前記フィルタに捕捉された前記固形の不純物をフィルタから除去し、フィルタ機能の回復を図るフィルタ逆洗浄機能を備えている。

まず、通常の加工液の洗浄について説明する。
逆洗浄を行わない通常状態では、逆洗排出バルブ８とエア供給バルブ１３は閉じており、清水槽バルブ１１は開いている。工作機械本体１から排出される使用済みの加工液は、管路４０を経由して汚水槽２に回収され貯留される。汚水槽２から汚水用ポンプ４によって切粉などの固形の不純物を含んだ加工液が管路４１を通して汲み上げられ、固形の不純物を含んだ加工液が逆止弁５、管路４２を通して逆洗フィルタ容器６に供給される。汚水用ポンプ４と逆洗フィルタ容器６の間の管路に配置される逆止弁５は、汚水用ポンプ４側から逆洗フィルタ容器６側方向への加工液の流れを許容し、逆洗フィルタ容器６側から汚水用ポンプ４側方向への気体や液体の流れを止める機能を有する装置である。

逆洗フィルタ容器６には管路４２の一端が接続される接続口６ａが設けられている。汚水槽２から汲み上げられて固形の不純物を含んだ加工液は、接続口６ａから逆洗フィルタ容器６内に流入する。逆洗フィルタ容器６内には逆洗フィルタ７が収納されている。固形の不純物を含んだ加工液は逆洗フィルタ７の外側から内側に流れる。このとき、逆洗フィルタ７の目より大きい固形の不純物は捕捉され、それ以外の不純物は加工液と一緒にラインフィルタ容器９に供給される。逆洗フィルタ７については図２を用いて詳述する。逆洗フィルタ容器６には更に、逆洗排出バルブ８が管路４３の経路に配設されている。加工液中の不純物を濾過するフィルタ通常使用時には、逆洗排出バルブ８は閉じている。

逆洗フィルタ容器６内で不純物を濾過された加工液は接続口６ｂに接続される管路４４を経由してラインフィルタ容器９内に流入する。ラインフィルタ容器９に流入した加工液はラインフィルタ１０の外側から内側に流れる。このとき、ラインフィルタ１０の目より大きい不純物は捕捉され、それ以外の不純物は切削液と一緒にラインフィルタ容器９から排出され、管路４５、清水槽バルブ１１、管路４６を経由して清水槽３に貯留される。

清水槽３に貯留された切削液は、切削液供給ポンプ１５によって汲み上げられ、管路４７、切削液供給ポンプ１５、管路４８を経由して工作機械本体１に供給され、加工の目的に使用される。管路４４の途中に、エア供給バルブ１３、逆止弁１４を介してエア源１２が接続されている。逆止弁１４はエア源１２から管路４４内へのエアの流れを許容し、管路４４に接続された逆洗フィルタ容器６およびラインフィルタ容器９側からエア源１２側方向への流れを止める。

なお、清水槽３と切削液供給ポンプ１５が無く、汚水用ポンプ４によって切削液をフィルタで濾過して直接工作機械本体１に供給する方法や、ラインフィルタ容器９及びラインフィルタ１０が無い不純物濾過装置の形態も採用し得る。

図２は逆洗フィルタ容器に収容されている逆洗フィルタを説明する図である。逆洗フィルタ容器６内には逆洗フィルタ７が収容されている。逆洗フィルタ７は、固形の不純物を濾過するフィルタメッシュを有する側面部７０と、側面部７０を支える底面部７１とを有する。逆洗フィルタ７は上面部が開口した側面部７０と底面部７１とで有底筒形状をなしている。有底筒状形状をなした逆洗フィルタ７の開口した上面部を逆洗フィルタ容器６の上面部内側面に取り付ける。なお、側面部７０と逆洗フィルタ容器６の上面部内側面との隙間から、フィルタメッシュで濾過されていない加工液がフィルタ内部７２に流入しないようにＯリング１８が装着されている。

フィルタ内部７２には、ブロック１６が収容されている。ブロック１６の下面部と逆洗フィルタ７の底面部７１との間にばねなどの弾性部材１７が配設されている。ブロック１６は、その側面部がブロックの上方から下方に向かって断面積が単調に増加する形状を有する。ブロック１６はばねなどの弾性部材１７の弾性力を受けて逆洗フィルタ７の上面部方向に付勢され、逆洗フィルタ７の上面部方向に移動し、ブロック１６の底面が逆洗フィルタ７の底面部７１の内側面から一定距離離れた位置で、ブロックは静止する。なお、不純物濾過装置の稼働時には、逆洗フィルタ容器６内には加工液が溜まっているので、弾性部材１７に替えてブロック１６を樹脂で制作したり、ブロック１６の内部に気体を封入することで得られる浮力により逆洗フィルタ７の内部を上方に移動するようにしてもよい。

次に、図３，図４，図５を用いて、逆洗フィルタ容器６内に配設された逆洗フィルタ７について説明する。
＜フィルタ通常使用時＞
図３を参照しながら説明する。図３は本発明の実施形態のフィルタのフィルタ通常使用時におけるフィルタ内部の状態を説明する図である。
不純物濾過装置を、図１を用いて説明したように不純物を加工液から除去する状態で使用する場合、つまり、フィルタ通常使用時には、逆洗フィルタ容器６内は切削液で満たされた状態となる。加工液は符号１００の矢印に示されるように、逆洗フィルタ７のフィルタメッシュを備えた側面部７０の外側から内側へフィルタ内部７２に流入する。フィルタ内部７２に流入する過程において、加工液に混じっている切粉などの固形の不純物のうち、所定の大きさ以上のものがフィルタメッシュで捕捉され、側面部７０の外側面に付着する。符号２０ａは、切粉などの捕捉された固形の不純物を示している。

側面部７０を通って内部に流入した加工液の一部は、符号１０２の矢印に示されるように、ブロック１６の側面に沿うように流れの方向が変化し、逆洗フィルタ７の上面部方向に向かう。そして、フィルタ内部７２に流入した加工液は、矢印１０４に示されるように逆洗フィルタ容器６に設けられた貫通孔６０を通り逆洗フィルタ容器６から流出する。なお、逆洗フィルタ容器６の貫通孔から流出する加工液には逆洗フィルタ７で捕捉できなかった切粉などの不純物が残存している。この残存した不純物は図１で用いて説明したラインフィルタ容器９に収容されたラインフィルタ１０により捕捉される。

ブロック１６は図２を用いて説明したようにばねなどの弾性部材１７によって逆洗フィルタ７の上面部方向に付勢されているが、逆洗フィルタ７内に流入した加工液が符号１０２に示されるように流れ方向を変化させることによって生じる逆洗フィルタ７内の加工液の流れの速さと加工液の単位面積当たりの重量に比例した反力を受ける。この反力によって、ブロック１６は矢印１２０に示される方向に移動する。

＜加工液の流れが無い時＞
図４はフィルタ内部で加工液の流れが無い時のフィルタ内部の状態を説明する図である。不純物濾過装置によって不純物を濾過する作業を続けているうちに、逆洗フィルタ７の側面部７０に備わったフィルタメッシュが切粉などの固形の不純物で覆われてしまい、不純物濾過装置による不純物濾過の能率が低下する。そこで、不純物濾過装置では、逆洗フィルタ７の逆洗浄が定期的に実行される。

逆洗フィルタ７の通常使用時からフィルタ逆洗浄を行う前に、汚水用ポンプ４を停止することから、逆洗フィルタ７のフィルタ内部７２における加工液の流れが止まる時間がある。加工液の流れが止まった時間には、ブロック１６は加工液からの反力を受けなくなり、ばねなどの弾性部材１７からの力を受けて、符号１３０に示されるようにフィルタ内部７２内を上方に移動し、ブロック１６の底面が逆洗フィルタ７の底面部７１の上面側から一定距離離れた位置へ移動して静止する。
また、弾性部材１７が無い場合でもブロック１６が浮力によって浮き上がることにより、ブロック１６の底面が逆洗フィルタ７の底面部７１の上面側から一定距離離れた位置へ移動する形態をとることができる。

＜逆洗フィルタの逆洗時＞
図５は本発明の実施形態の逆洗時のフィルタ内部の状態を説明する図である。図１を参照しながら説明する。不純物濾過装置において逆洗動作を行う際には、汚水用ポンプ４を停止し、清水槽バルブ１１を閉じる。その後、エア供給バルブ１３を開いてエア源１２からエアを管路４４側に供給し、管路４４を介して逆洗フィルタ７内に圧力をかける。この時、まだ逆洗排出バルブ８は閉じたままである。なお、ラインフィルタ容器９もエア供給バルブ１３と管路４４を介して連通しているので、ラインフィルタ容器９内にもエア源１２からの圧力がかかる。

逆洗フィルタ７内の圧力が高まった時点でエア供給バルブ１３が閉じ、続いて逆洗排出バルブ８を開けると、エアによって加圧された逆洗フィルタ７内の切削液が逆洗フィルタ７のフィルタメッシュを備えた側面部７０の内側から外側に一気に流れる。この一気に流れる加工液はブロック１６の側面部によって逆洗フィルタ７の側面部７０方向に流れが誘導され、逆洗フィルタ７の側面部７０に備わったフィルタメッシュに捕捉された切粉などの固形に不純物を洗い落とす効果を高められる。

また、この一気に流れる加工液からブロック１６は符号１２０に示される方向の力を受け、逆洗フィルタ７の底面部７１方向に勢い良く移動し、ブロック１６の底面側が逆洗フィルタ７の底面部７１の上面側に衝突し逆洗フィルタ７に衝撃を与える。この結果、逆洗フィルタ７の側面部７０および底面部７１を含めの全体が振動する。この振動によって側面部７０に備わったフィルタメッシュに捕捉された切粉などの固形の不純物が剥がれたり、剥がれ易くなる。符号２０ｂは、フィルタメッシュから除去された切粉などの固形の不純物を表している。

そして、逆洗浄時における加工液の勢い良い流れによって、逆洗フィルタ７の側面部７０に備わったフィルタメッシュに捕捉された切粉などの固形の不純物をフィルタから除去し、逆洗排出バルブ８、管路４３を介して汚水槽２へ押し流す。
この後、汚水用ポンプ４を運転し、除去された切粉を汚水槽２へ押し流すのを補助する。この後、汚水用ポンプ４を停止し、逆洗排出バルブ８を閉じ、清水槽バルブ１１を開けて通常の状態に戻る。

上述したように、本発明の実施形態では、逆洗浄時の一気に流れる加工液と、ブロック１６が逆洗フィルタ７に衝突することによって生じる逆洗フィルタ７の全体に振動とによって、逆洗浄の効果を高めることができる。
なお、本明細書では、液体の加工液、逆洗浄時にエア源１２から供給される圧縮空気を総称して流体として記載している。

次に、本発明の実施形態に用いられるブロックの例を、図６を用いて説明する。図６（ａ）は側面から見た形状が台形（斜面は直線）であるブロックを説明する図である。図６（ｂ）は側面から見た形状が三角形（斜面は直線）であるブロックを説明する図である。
図６（ｃ）は側面から見た時、斜面が直線ではなく曲線であることを説明する図である。
（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ブロック１６は、上方から底面に向かって断面積が単調に増加する形状を有する。

１工作機械本体
２汚水槽
３清水槽
４汚水用ポンプ
５逆止弁

６逆洗フィルタ容器
６０貫通孔

７逆洗フィルタ
７０側面部
７１底面部
７２フィルタ内部

８逆洗排出バルブ
９ラインフィルタ容器
１０ラインフィルタ
１１清水槽バルブ
１２エア源
１３エア供給バルブ
１４逆止弁
１５切削液供給ポンプ
１６ブロック
１７弾性部材
１８Ｏリング

２０固形の不純物
２０ａ捕捉された固形の不純物
２０ｂ除去された固形の不純物

４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８管路

１００固形の不純物を含んだ流体の流れ
１０２ブロックの側面によって流れの方向が変えられフィルタの上面部方向に向かう流体の流れ
１０４貫通孔から流出する流体の流れ

１１０貫通孔から流入する流体の流れ
１１２ブロックの側面によって流れの方向が変えられフィルタ内部からフィルタ側面部を経由してフィルタ外部に向かう流体の流れ

１２０ブロックのフィルタ底面部方向への移動
１３０ブロックのフィルタ上面部方向への移動

Claims

固形の不純物を濾過するフィルタメッシュを有する側面部と、前記フィルタメッシュを有する側面部を支える底面部と、上面部が開口した有底筒状形状をなし、不純物濾過機能およびフィルタ逆洗浄機能を有する不純物濾過装置に用いられるフィルタにおいて、
上方から底面に向かって断面積が単調に増加する形状を有する前記フィルタ内に配設されるブロックを備え、
前記ブロックは、前記フィルタ内への流体の流入が無い時には前記フィルタの上面部方向に移動し、不純物濾過時またはフィルタ逆洗浄時における前記フィルタ内への流体の流入が有る時には該流体から受ける力によって前記フィルタの底面部方向に移動することを特徴とする不純物濾過装置に用いられるフィルタ。
前記ブロックの前記フィルタの上面部方向への移動は弾性部材の付勢力、あるいは、前記ブロックの浮力によってなされることを特徴とする請求項１に記載の不純物濾過装置に用いられるフィルタ。
前記請求項１または２のいずれか１つに記載の不純物濾過装置を備えた工作機械において、
逆洗浄時に前記ブロックは流体から受ける力によって前記底面部方向に移動して前記底面部の内側面に該ブロックの下面側が衝突し、該ブロックの衝突によって該フィルタが振動し、前記フィルタメッシュに付着した前記固形の不純物が剥がれやすくすることを特徴とする不純物濾過装置を備えた工作機械。