JP5349065B2 - クーラント処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械から排出される金属等の異物が混入したクーラント（以下、ダーティクーラントと称す）を受け、クーラントから金属等の異物を分離して、クーラントを工作機械に再利用するクーラント処理装置に関する。

工作機械では、切削工具、研削工具及び被加工材料等を冷却するために、クーラントが用いられている。クーラント処理装置は、工作機械から排出されるダーティクーラントから、異物を一次的処理として分離するものであり、例えば特許文献１により知られている。

特許文献1のクーラント処理装置によれば、工作機械より排出されたダーティクーラントは、ダーティー槽に導入され、そのダーティー槽では、エンドレス状のチェーンに取り付けられたスクレーパーにより排出口より異物を取り出し、それ以外の比較的小さな異物を同チェーンにより従動されるドラム型構造物の外周に取り付けられたフィルタ（以下、ドラムフィルタと称す）の外周により捕捉する。ドラムフィルタを通過したクーラントは、クリーン槽に導入され、ポンプにより加圧され、工作機械に送られ、このサイクルを繰り返す。

このような装置では、ドラムフィルタにより捕捉しきれない異物が存在するため、更なるろ過精度を要求される場合には、工作機械へ送られる経路途中に別途ポンプを設け、マグネットセパレータ、バッグフィルタ、遠心分離機等の二次処理を行い、二次クリーン槽に導入する場合もある。二次処理を行ったクーラントは、二次クリーン槽から二次クリーン槽ポンプにより加圧され、工作機械に送られる。

また、特許文献２に記載されたクーラント処理装置は、コンベヤケース内を周回するサイドチェーンにチップ払い落とし手段を取り付けたコンベヤを有しており、コンベヤの水平走行部全体に亘って多数孔を持つフィルタボックスが設けられている。

このクーラント処理装置は、工作機械からコンベヤケース上部の投入部へダーティクーラントが投入されると、フィルタボックスの多数孔上に異物が捕捉され、これをチップ払い落とし手段で掻き取ってコンベヤケースの水平底板上に落下させ、この落下した異物と底板上に堆積した異物とをコンベヤのブラシで掻き取りながら水平底板、上向き傾斜水平底板に沿って搬送し搬出する

特許文献３に記載された発明は、多数孔を設けたスクリーンをボックス状とし、ダーティクーラントの投入部の真下からずれた位置に配置し、異物が直接スクリーンの多数孔に当らないようにしている。

特開２００５−１４１７９号公報 特開２００２−２１０６２９号公報 特許３５１０６１０号公報

特許文献１に示されるクーラント処理装置で使用されるドラムフィルタは、目詰まり防止の処理のため、常時、クーラントをドラムフィルタ内周から噴出させる逆洗浄が行われるため、エネルギーロスが存在する。また、逆洗浄による洗浄が不十分であると、ドラムフィルタが目詰まりを起し、これにより処理能力が低下し、ダーティー槽のオーバーフロー若しくはクリーン槽の減水となることがある。そのため、それらの保護や、クリーン槽が減水をするのを防止するため、余分な装置及び保有水量を確保する必要がある。また、ドラム型構造物の外周に設けられることによる屈曲疲労、さらには異物が直接ドラムフィルタに触れることにより、ドラムフィルタが破損する事があり、ドラムフィルタは定期的に交換する必要がある。

一方特許文献２に示されるクーラント処理装置はドラムフィルタを用いておらずドラムフィルタに起因する諸問題は生じない。しかし、パンチングメタルで捕捉された異物は、内周側ブラシによりパンチングからコンベヤケースの水平底板上に落下し、移送板により最終的に排出される直前まで、クーラント中に没したままである。このため、取り出された異物の重量が多くなり、また異物に付着したクーラントが失われるという問題がある。

また、ブラシは、異物がブラシの毛の間に入って硬化すると機能が発揮できなくなる恐れがある。特許文献３は、ワイパーブレードを使用するものであるが、異物をコンベヤケースの水平底板上に落下させてから搬出するため、特許文献２の技術と同様の問題点がある。

本発明は、液体中に含まれる不純物を除去し、クーラントを再利用することを目的とした不純物除去装置において、低コスト、低スペース且つ高精度のろ過することの可能なクーラント処理装置を提供する。特に、交換が必要な消耗部品を低減し、クーラントロスの少ないクーラント処理装置を提供することを目的とする。

本発明のクーラント処理装置は、工作機械からの異物を含むクーラントをコンベアケースの投入口からコンベアケース内に導入し、当該コンベヤケース内を循環走行する多数のスクレーパーにより異物を引き上げ、コンベヤケース内のクーラントの液面より高い位置に設けられた排出口から排出するクーラント処理装置において、前記コンベアケースを上下段に分割するように前記投入口から排出口までの間に設けられた多数の孔を有するスクリーンと、前記コンベアケース内に沈降した異物を押し戻しながら前記排出口から離れる方向に前記スクレーパーを前記スクリーンの下側で移動させ、前記スクレーパーが戻る経路においては前記スクリーン上を掻き取りながら前記投入口から排出口へ循環移動させるコンベア駆動機構と、前記投入口よりも排出口に近い位置であって、前記分割されたコンベアケースの下段からクーラントを採取するポンプと、前記ポンプにより採取されたクーラントをろ過して、前記工作機械に再帰させる一次サイクロン分離機とを有することを特徴とする。

スクリーンは、常時、スクレーパーにより掻き取り、目詰まりを防止されており、逆洗浄等の余分なエネルギーロスが生じない。また、各特許文献に示される従来のクーラント処理装置とはスクレーパー走行方向が逆であって、クーラント液面側で異物の搬送が行われる。このため、従来技術のようにクーラント底側から異物を引き上げるもの対して、長時間の間脱水距離を走行することができ、異物から脱水能力が期待できる。

また、スクリーンにより広範囲のろ過面積を有し、常時スクレーパーにより目詰まりを防止しており、目詰まりによる処理能力低下、ダーティー槽として利用するコンテナケースのオーバーフロー、クリーン槽の減水の心配がない。また、スクリーンにより分割されたコンベヤケースの下段部分を荒ろ過されたクーラントの貯蔵に利用できるため、荒ろ過後のクーラントを蓄える一次クリーン槽が不要となり、コンパクト化、それに伴い保有水量の削減が期待できる。そして、ドラムフィルタレスであることで、消耗部品もなく、全体的に部品点数の低減が可能となる。

図１は、クーラント処理装置１の一部断面図である。 クーラント処理装置１の平面図である。 クーラント処理装置１の一部拡大図である。 クーラント処理装置１のシステム図である。

図１に、本実施例によるクーラント処理装置１を示す。クーラント処理装置１は、工作機械１００の後方から、主軸１０１のある全面側にその底面を通って挿入されて設置される。主軸１０１から落下したダーティクーラントを投入口２０で受けて、工作機械１００の後方に異物を搬送し、コンベアケース１０内のクーラント液面より高い位置に設けられた排出口４から排出するため、工作機械１００の奥行き長さに応じた長さのコンベアケース１０を有している。コンベアケース１０は、キャスター３が付いた脚２を有しており、設置の際にキャスター３にて移動し、脚２を伸ばすことにより工作機械１００の底面に設置される。

コンベアケース１０内には、コンベヤケース１０の左右壁に沿って無端状のサイドチェーン１２が設けられている。サイドチェーン１２はコンベヤケース１０の先端側（以下、リターン側と称する）に設けられた従動輪１１とテールエンド側に設けられた駆動輪６の間で循環する。左右サイドチェーン１２の間には等間隔に多数のスクレーパー１３が取り付けられており、これらサイドチェーン１２、従動輪１１、駆動輪６によりコンベヤ駆動機構を構成している。サイドチェーン１２は、図中Ｃに示すように、時計回りに回転しており、コンベアケース１０の底面に対して、スクレーパー１３は排出口４側から離れる方向に移動する。

サイドチェーン１２が、従動輪１１から駆動輪６へ戻る経路の直下には、テールエンド側に亘って多数の孔が開けられた多孔板（パンチング鋼板等）の荒取り手段１４（以下、スクリーンと称する）が、サイドチェーン１２に一定間隔を保った状態で設けられている。スクリーン１４の各孔の口径は、３〜５ｍｍが好ましい。スクリーン１４は、コンベアケース１０を上下段に分割するように投入口２０から排出口４までの間に設けられており、スクレーパー１３の走行と干渉しない限りにおいては、コンベアケース１０の全域に亘って設けても良い。また、スクリーン１４の孔は、コンベアケース１０内のクーラント液面の直上全域に設けるのが少なくとも望ましく、投入口２０から排出口４までの全域に設けても良い。

スクレーパー１３は、サイドチェーン１２を挟んで両側にワイパブレード１３ａ、１３ｂを有しており、コンベアケース１０の底面側を走行する際には外周側のワイパブレード１３ｂは当該底面を掃き、またスクリーン側を走行する際には内周側のワイパブレード１３ａはスクリーン１４の異物を掻き取る。外周側のワイパブレード１３ｂはコンベアケース１０底面には接した状態でなく、隙間が開いており、文字通りクーラントを介して掃く状態である。両ワイパブレード１３ａ、ｂは、サイドチェーン１２の走行方向に対して夫々のワイプ面を垂直に配している。また、両ワイパブレード１３ａ、ｂの間にサイドチェーン１２の走行方向とは逆方向に向けこれに平行な保持板１３ｃを有しており、スクレーパー１３は全体として断面Ｔ字状をしている。

クーラントを貯留するコンベヤケース１０は、長さ方向に５つの領域に分離できる。図中Ｒにて示した領域は従動輪１１が設けられているリターン部であり、この範囲においてサイドチェーン１２は折り返され、これに追従するようにコンベヤケース１０の底面から弧を描いた返し板１０ａが設けられている。外周側のワイパブレード１３ｂは返し板１０ａに接しながら、コンベヤケース１０の底部の異物を掬い上げる。さらに折り返されたサイドチェーン１２は、斜め上方に向けて走行する。これは、斜めに走行することにより、返し板１０ａにおいてワイパブレード１３ａが掬い取った異物を保持するためである。

図中Ｗで示される領域は、工作機械１００から異物を含んだクーラントを受ける領域である。この領域Ｗでは、サイドチェーン１２はコンベアケース１０内クーラントの液面に対して水平に走行する。領域Ｗは、工作機械１００の底面に配置される領域であり、他の領域と比較して長い領域である。この領域Ｗのほぼ全域にスクリーン１４の多数孔が設けられているため、工作機械１００から受けたダーティクーラントは、ある箇所の孔が詰まっていても、他の箇所からコンベアケース１０下段に導入される。また、この詰まりも常時稼動するスクレーパー１３により、目詰まりが解消される。

領域Ｒと領域Ｗの境界付近の位置Ｐがスクリーン１４の始点となる。領域Ｒにおいてワイパブレード１３ｂに保持された異物は、位置Ｐにおいてワイパブレード１３ｂが直立するため、以降の走行工程においてスクリーン１４上に落下する。

図中Ｄで示される領域は、工作機械１００の後側に配置され、サイドチェーン１２をスロープ状に上昇させる部分である。この位置に、荒ろ過されたクーラントを採取するポンプ２１の採取口２１ａが設けられている。スロープの角度は、以降に続く領域Ｓへ至る傾斜角よりも浅いものである。コンベヤケース１０のクーラント液位は、満水時でもスクリーン１４が浸かる程度の液位（クーラントが自然消失により減少した場合は、スクリーン１４以下の液位）であり、領域Ｄにおいてワイパブレード１３ａによりスクリーン１４上の異物は、クーラント内から浮上する。そして、この領域を移動する間に、スクリーン１４の孔を通して異物に付着したクーラントは、スクリーン１４のスロープを伝わって或いは多数孔を通してコンベヤケース１０の下段に落下する。このように、従動輪１１から駆動輪６に戻る経路をクーラントの液面側としているため、クーラントの液面から直ちに異物をクーラントから引き上げることができる。そのため、異物を排出口4から排出するまでの距離を、クーラントの底から引き上げるよりもサイドチェーン１２の上下の間隔に対応する距離だけ短くすることができる。また、クーラント量自体が自然消失等により減少した場合は、領域Ｗのスクリーン１４がクーラント液面から出現するため、領域Ｗの範囲もあわせて、異物からのクーラント分離に利用できる。コンベアケース１０の底面側もスロープ状となっており、底面側を走行する外周側のワイパブレード１３ｂもこれを掃くようになっている。

図中Ｔで示される領域は、駆動輪６が設けられたテールエンド側の領域であり、スクリーン１４上の異物を排出口４から落下させ排出する領域である。スクリーン１４は、排出口４の直上位置にまで延びている。ここにおいて、異物がサイドチェーン１２の内側から落下するため、スクレーパー１３の間隔は、スクレーパー１３から異物が落下する時に前方のスクレーパー１３がその直下に存在しないように決定されている。本実施例では、領域Ｓにおいては、前領域Ｄよりも深い角度で異物を上昇させ、その後領域Ｔで再びゆるい角度で上昇させている。このため、浅い角度→深い角度→浅い角度と上昇角度が変化し、異物に対して上昇角度による揺れが与えられクーラントの振れ落とし効果が期待できる。但し、設置場所に高さ制限がある場合は、領域Ｓを設けずに浅い角度のまま排出口４に至る構成も可能である。

コンベヤケース１０における動作について説明する。コンベヤケース１０の上方に形成された投入部２０からダーティクーラントが投入されると、スクリーン１４上に異物が捕捉される。これをワイパブレード１３ａで掻き取りテールエンド側に搬送して、排出口４から落下させる。スクリーン１４上に落下したクーラント中の異物のうち、孔の目開き以下の異物は、スクリーン１４を抜けて下段に落ちる。

スクリーン１４は、常時、スクレーパー１３により掻き取りにより目詰まりが防止されており、たとえ一時的に詰まっても、他の位置の孔からクーラントを流すことができる。また、スクリーン１４がクーラント液面側に位置するため、スクリーン１４で補足された異物を乾燥状態で移動させる脱水距離が長い。このため、長い脱水距離を走行する間に、スクリーン１４上で荒取りされた異物に対する脱水能力が期待できる。

また、コンベヤケース１０下段の底面付近のクーラントは、スクレーパー１３により常時リターン側に流れるように付勢されており、コンベアケース１０底面に沈降するような比較的大きい異物は、この流れによりリターン側に押し戻される。ポンプ２１の採水口２１ａは、工作機械１００からのダーティクーラントが落下する位置から離れた領域Ｄにおいて、クーラントを直接くみ出すため、異物を荒取りした後のクーラントを蓄えるクリーン槽をコンベヤケース１０の下段が兼ねることになる。この結果、コンパクト化、それに伴い保有水量の削減が期待できる。

図２に、クーラント処理装置１の平面図を示す。工作機械１００の後方には、コンベアケース１０からクーラントを吸い上げるポンプ２１と、ポンプ２１からのクーラントを受け細かい異物を分離する一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂと、さらに細かい異物を分離する二次サイクロン分離機２３と、二次サイクロン分離機２３により処理されたクーラントを一時的に貯蔵するクリーン槽２４とを有している。尚、一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂで処理されたクーラントは、二次サイクロン分離機２３へ向かうものと、工作機械１００に直接供給されるものとに分離されている。クリーン槽２４は異物を静止沈殿させるものであり、クーラント液面に浮遊しているスラッヂを掬い取るオイルスキマー２５と、ろ過されたクーラントを吸い上げて工作機械１００に圧送するポンプ２６が設けられている。これらは、工作機械１００の前面からの投影面の中に納まるように配置される。クリーン槽２４には、さらに内部のクーラントの液位を測定するフロート２８が設けられている。尚、図中、２７はクーラントを外部から受ける配管、３０は一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂにより浄化されたクーラントを工作機械１００に再帰させる配管、３１はクリーン槽２４からさらに浄化されたクーラントを工作機械１００に再帰させる配管、２８は駆動輪６に動力を与えるモータである。サイクロン分離機の個数は、クーラントの流量により決めれば良い。また、場合によっては、一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂによりクーラント水圧の減圧に対応するため、工作機械１００と一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂの間に加圧ポンプを入れても良い。

図３は、クーラント処理装置1の領域Ｔで示されるテールエンド側と、領域Ｒで示されるリターン側とを拡大した図である。これらの図は、駆動輪６と従動輪１１とに対するスクリーン１４との関係を示している。図３Ａにおいて、スクリーン１４のテールエンド側端部は、部位１４ａにおいて途切れて、その下面を摺動する鋼板１４ｂに連続している。鋼板１４ｂは、駆動輪６の軸６ａに倣うような形状に図中右側が湾曲しており、掻き上げられた異物は、この右側湾曲に沿って排出口４に落下する。３２は、駆動輪６の減速機であり、調整用螺子３２ａにより図中イ方向に左右動する。これにより、サイドチェーン１２のテンションが調整される。部位１４ｂは、減速機３２と一体的に左右動することにより、部位１４ａ下面を摺動する。

また、減速機３２にはスクレーパー３４に付着した異物を掻き落とす掻き落とし板３３が設けられている。掻き落とし板３３は、減速機３２に設けられた枢軸３５を中心に図中矢印ハで示すように揺動する。スクレーパー３４が駆動輪６上の実線で描く位置に到達すると、掻き落とし板３３の先端３４は、これに当接してスクレーパー３４の移動に伴いながらスクレーパー３４の表面を上から下へ掻き落とすように下降して、破線３３’に描く位置に到達する。そして、スクレーパー３４との当接状態が解消すると、図示していない錘により、実線位置に復帰する。掻き落とし板３３により、スクレーパー３４に付着した異物が、再度クーラント液に戻ることを防止することができる。

図３Ｂにおいて、スクリーン１４のリターン側端部は、部位１４ｃにおいて従動輪１１の軸１１ａに倣うような形状に図中左側が湾曲している。また、投入口２０のリターン側よりには、案内板１０ｂが取り付けられ、枢軸１０ｄを介してドア１０ｃに連続している。サイドチェーン１２が稼動すると、スクレーパー１３により、ドア１０ｃが枢軸１０ｄを中心としてロ方向に跳ね上げられる。

図４に、クーラント処理装置1のシステム図を示す。ポンプ２１から送られたクーラントは、一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂに導入される。一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂは、ろ過精度が30μｍ程度の中精度サイクロンセパレータである。サイクロン分離機は、円錐状の渦流室中にクーラントを接線方向に供給して旋回流を生じさせ、この旋回流によって遠心力を受けた異物が渦流室の周壁に集まりながら沈降する原理を利用するものである。旋回流の中央にあるろ過されたクーラントを外部に取り出す一方、沈降した異物を渦流室の底部にある貯留室に貯留する。

一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂで一次ろ過されたクーラントは、配管３０を経由して工作機械１００へ供給される。配管３０を通るクーラントは、本実施例のクーラント処理装置１においては、流量２５０Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）、圧力０．１５ＭＰａ（メガパスカル）とした。これは、装置仕様によって決められるものである。一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂのクーラントの一部は、二次サイクロン分離機２３へ分離する。二次サイクロン分離機２３は、ろ過精度が30μより小さい高精度サイクロンセパレータである。二次サイクロン分離機２３によりろ過されたクーラントはクリーン槽２４へ供給される。クリーン槽２４には、オイルスキマー２５が設けられており、液外、液中に設置された転輪２５ａ、ｂを周回するベルト２５ｃにより、クーラント液面に浮遊しているスラッヂを掬い上げている。２５ｄは転輪２５ａを駆動するモータである。フロート２８は、液位を監視している。クーラントはクリーン槽２４内において、異物を静止沈殿させる。ろ過されたクーラントは、ポンプ２６により吸い上げられ配管３１を介して工作機械１００に送られる。配管３１を通るクーラントは、本実施例のクーラント処理装置１においては、流量２０Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）、圧力１．２５ＭＰａ（メガパスカル）である。

一次サイクロン分離機２２ａ、２２ｂ及び二次サイクロン分離機２３の底部に沈降堆積した異物を排出するには、ポンプ２１を稼動させたまま或いは止めて、図３のＡに示した経路を開き、クーラントと共に洗い流す。異物を洗い流したクーラントは、異物とともに経路Ａを経てコンベアケース１０内に戻る。貯留層２４からオーバーフローしたクーラントは経路Ｂを経てコンベアケース１０に戻される。このように、クーラントは失われることなく、再利用される。サイクロン分離機からはヘドロ状のスラッジが排出されることになるが、これをコンベアケース１０に戻すことにより、大きな異物に付着して排出口４から排出されることが期待される。このような構成を採らず、サイクロン分離機から排出されたスラッジを別の容器に集積することも可能である。

本実施例によるクーラント処理装置１では、パンチング鋼板等を利用したスクリーン１４が広範囲のろ過面積を提供し、スクレーパー１３により常時目詰まりが防止されており、目詰まりによる処理能力低下、コンベアケース１０のオーバーフロー、クリーン槽２４の減水の心配がない。また、コンベアケース１０の下段が一次クリーン槽を兼ねるため、従来必要であった一次クリーン槽自体が不要となり、コンパクト化、それに伴い保有水量の削減が期待できる。その他、ドラムフィルタレスであることで、消耗部品もなく、全体的に部品点数の低減が可能となる。

上記実施例においては、スクレーパー１３は外周側のワイパブレード１３ｂを備えてコンベアケース１０の底面を掃き取るものとしたが、これを削除して内周側のワイパブレード１３ａでスクリーン１４を掻き取るものでも良い。この場合であっても、内周側のワイパブレード１３ａによりコンベアケース１０下段のクーラントに対してリターン側への流れを作ることができる。この際においては、返し板１０ａは不要である。

１ クーラント処理装置
４ 排出口
５ 駆動輪
１０ コンベアケース
１１ 従動輪
１２ サイドチェーン
１３ スクレーパー
１３ａ 、ｂ ワイパブレード
１４ スクリーン
２０ 投入口
２１、２６ ポンプ
２２ａ、２２ｂ 一次サイクロン分離機
２３ 二次サイクロン分離機
２４ クリーン槽
２５ オイルスキマ
１００ 工作機械

Claims (4)

1. 工作機械からの異物を含むクーラントをコンベアケースの投入口からコンベアケース内に導入し、当該コンベヤケース内を循環走行する多数のスクレーパーにより異物を引き上げ、コンベヤケース内のクーラントの液面より高い位置に設けられた排出口から排出するクーラント処理装置において、
   前記コンベアケースを上下段に分割するように前記投入口から排出口までの間に設けられた多数の孔を有するスクリーンと、
   前記コンベアケース内に沈降した異物を押し戻しながら前記排出口から離れる方向に前記スクレーパーを前記スクリーンの下側で移動させ、前記スクレーパーが戻る経路においては前記スクリーン上を掻き取りながら前記投入口から排出口へ循環移動させるコンベア駆動機構と、
   前記投入口よりも排出口に近い位置であって、前記分割されたコンベアケースの下段からクーラントを採取するポンプと、
   前記ポンプにより採取されたクーラントをろ過して、前記工作機械に再帰させる一次サイクロン分離機とを有することを特徴とするクーラント処理装置。
   
2. 請求項１のクーラント処理装置において、前記一次サイクロン分離機が処理したクーラントの一部を、一次サイクロン分離機よりも高精度でろ過して前記工作機械に再帰させる二次サイクロン分離機を有することを特徴とするクーラント処理装置。
3. 請求項１のクーラント処理装置において、前記一次サイクロン分離機内に沈降した異物を洗い流すことにより排出されるクーラントを、前記コンベアケースに帰還させる配管を有することを特徴とするクーラント処理装置。
4. 請求項１のクーラント処理装置において、前記一次サイクロン分離機が処理したクーラントを加圧して前記工作機械に送出する加圧ポンプを有することを特徴とするクーラント処理装置。