JP5422838B1 - 混合液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切り粉やスラッジなどの固形異物を含む混合液を対象として、低コストで高い液分離効率を実現することができる混合液分離装置を提供する。
【解決手段】クーラント液２の表面にクーラント液２よりも比重が小さく且つ粘
度が高い油脂成分１２が浮遊して表層を形成した状態の混合液から油脂成分１２を分離して取り出す混合液分離装置６において、混合液を貯留する貯留槽３に下部２０ａが挿入された縦姿勢で配置され、油脂成分１２をクーラント液２から分離して上方に移送する液分離移送部２０を、内側端面が軸部２３の外周面に摺接する帯部材２４ａを円柱棒状の軸部２３の外周面２３ａに沿って螺旋状に複数段に周回させて設けられた螺旋体２４と軸部２３とを回転駆動部２０ｃによって相対回転させる構成とし、帯部材２４ａに付着した油脂成分１２を相対回転により軸部２３の外周面に沿って掻き上げる。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械などの工場設備にて洗浄や潤滑などに使用されて異種成分が混合状態となった混合液から、所定の物質を分離する混合液分離装置に関するものである。

機械加工などの製造業では、加工時の潤滑や冷却、加工後の洗浄や脱脂など各種の目的で工業用水を主成分とするクーラントが使用される。これらのクーラントには、使用目的に応じて切削剤や洗浄剤など各種の成分が添加され、使用後には切り粉や潤滑用に供給された油分などの異物が混合した排液の状態で回収される。そして回収された排液は異物を除去した後に循環使用される。このような排液処理のための設備として、従来より各種の装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献に示す先行技術においては、円筒形の外側部材の内部に外側部材に対して相対回転する棒状の内側部材を同軸配置し、内側部材の外周に設けられた螺旋状の案内壁を外側部材の内周面に摺接させる構成のスクリューパイプ方式の液分離機構を採用している。そして作動時には、スクリューパイプの下部を分離対象の混合液内に浸入させた状態で、外側部材と内側部材を相対回転させる。これにより、案内壁が外側部材の内周面に摺接しながら回転し、混合液の液面に浮遊した油分などの分離対象物質が案内壁の螺旋面によって上方に移送されて分離回収される。

再公表ＷＯ２００５／０３８４０８号公報

しかしながら上述の先行技術には、切削機械など切り粉やスラッジなど固形異物を発生する機械装置に使用した場合に、以下のような不都合が発生していた。すなわちこのような機械装置では、処理対象となる混合液中には本来分離されるべき浮遊油分の他に切り粉やスラッジなどの固形異物が含まれていることから、前述構成の液分離機構を作動させると、螺旋状の案内壁には油分とともにこのような固形異物も付着する。このような状態でスクリューパイプを作動させると、案内壁を上方に移動させる過程において固形異物が案内壁と外側部材との摺接部に噛み込んで詰まる不具合が発生する。このような不具合は油分の回収を妨げて装置効率を低下させるのみならず、噛み込んだ異物によってスクリューパイプの動作不良や異常摩耗を招き、部品寿命の短命化や装置のコストアップを余儀なくされていた。このように従来技術においては、切り粉やスラッジなどの固形異物を含む混合液を対象として、低コストで高い液分離効率を実現することが困難であるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、切り粉やスラッジなどの固形異物を含む混合液を対象として、低コストで高い液分離効率を実現することができる混合液分離装置を提供することを目的とする。

本発明の混合液分離装置は、粘度および比重が異なる少なくとも２種類の液状の物質を含み、前記物質のうちの第１の物質の表面に、前記第１の物質よりも比重が小さく且つ粘度が高い第２の物質が浮遊して表層を形成した状態の混合液から、前記第２の物質を分離して取り出す混合液分離装置であって、前記混合液を貯留する貯留槽に下部が挿入された縦姿勢で配置され、前記第２の物質を第１の物質から分離して上方に移送する液分離移送部と、前記移送された第２の物質を受け容器に回収する液回収部とを備え、前記液分離移送部は、円柱棒状の軸部と、内側端面が前記軸部の外周面に摺接する帯部材を前記外周面に沿って螺旋状に複数段に周回させて設けられた螺旋体と、この螺旋体と前記軸部とを相対回転させる回転駆動部とを有し、前記帯部材に付着した第２の物質を前記相対回転により前記軸部の外周面に沿って掻き上げる。

本発明によれば、第１の物質の表面に第１の物質よりも比重が小さく且つ粘度が高い第２の物質が浮遊して表層を形成した状態の混合液から第２の物質を分離して取り出す混合液分離装置において、混合液を貯留する貯留槽に下部が挿入された縦姿勢で配置され、第２の物質を第１の物質から分離して上方に移送する液分離移送部を、内側端面が軸部の外周面に摺接する帯部材を円柱棒状の軸部の外周面に沿って螺旋状に複数段に周回させて設けられた螺旋体と軸部とを相対回転させる構成とし、帯部材に付着した第２の物質を相対回転により軸部の外周面に沿って掻き上げることにより、切り粉やスラッジなどの固形異物を含む混合液を対象として、低コストで高い液分離効率を実現することができる。

本発明の一実施の形態の混合液分離装置が使用される液処理系の構成説明図 本発明の一実施の形態の混合液分離装置の全体構成図 本発明の一実施の形態の混合液分離装置の部分断面図（第１実施例） 本発明の一実施の形態の混合液分離装置における液分離移送部の機能説明図 本発明の一実施の形態の混合液分離装置における液回収部の機能説明図 本発明の一実施の形態の混合液分離装置における異物排出部の構成および機能説明図 本発明の一実施の形態の混合液分離装置の部分断面図（第２実施例）

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、本発明の混合液分離装置が使用される液処理系の構成例を説明する。図１において、液処理装置１は処理対象のクーラント液２を貯留する貯留槽３を備えており、液送ポンプ５によって吸引管４を介して吸引されたクーラント液２は、液送配管７を介して液供給対象の工作機械８に送給される（矢印ａ）。工作機械８はワーク１０を対象として切削加工を行う加工機構９を備えており、工作機械８に送給されたクーラント液２は加工機構９を介してワーク１０の切削加工部位に冷却・潤滑を目的として供給され、液滴２ａとして落下して（矢印ｂ）クーラント受け１１内に回収される。

回収されたクーラント液２には、加工機構９の機構部に使用された潤滑油などの油脂成分１２や、切削加工で発生した切削屑などの固形異物１３が混入している。そしてこのような混入成分を含む混合液は、戻り配管１４を介して貯留槽３に回収される（矢印ｃ、ｄ）。貯留槽３内では、クーラント液２よりも比重が小さく且つ粘度が高い油脂成分１２が浮遊して表層を形成した状態となっている。油脂成分１２は有機物であり時間の経過とともに腐敗してクーラント液２を劣化させることから、液処理装置１には混入成分を含む混合液から油脂成分１２を分離する機能を有する混合液分離装置６が配設されており、貯留槽３内に油脂成分１２が滞留することを防止している。

すなわち混合液分離装置６は、粘度および比重が異なる少なくとも２種類の液状の物質を含み、これらの物質のうちの第１の物質であるクーラント液２の表面に、第１の物質よりも比重が小さく且つ粘度が高い第２の物質である油脂成分１２が浮遊して表層を形成した状態の混合液から、油脂成分１２を分離して取り出す機能を有している。

次に図２，図３を参照して、混合液分離装置６の構成を説明する。図２に示すように、混合液分離装置６は、縦長形状の液分離移送部２０を貯留槽３に縦姿勢で配置した構成となっており、液分離移送部２０は、下部２０ａ、中間部２０ｂおよび回転駆動部２０ｃを備えている。下部２０ａは、貯留槽３の上面の上部カバー３ａに設けられた開口部を挿通して、貯留槽３に貯溜されたクーラント液２に浸入しており、下部２０ａの上部に設けられた取付け部材２７を上部カバー３ａの上面に固定することにより、混合液分離装置６全体が貯留槽３に装着される。貯留槽３内のクーラント液２には、油脂成分１２、固形異物１３の混入成分が含まれており、油脂成分１２はクーラント液２の液面に浮遊した状態となっている。

下部２０ａ、中間部２０ｂは、円柱棒状の軸部２３と、内側端面が軸部２３の外周面２３ａ（図４参照）に摺接する帯部材２４ａを、外周面２３ａに沿って螺旋状に複数段に周回させて設けられた螺旋体２４を主体としている。下部２０ａでは、軸部２３は取付け部材２７から下方に延出した複数の支持ロッド２６によって連結プレート２５を介して下端部を固定支持されており、螺旋体２４は回転駆動部２０ｃによって固定された軸部２３に対して相対回転する。下部２０ａにおいては、螺旋体２４は帯部材相互間の空間が外周側方向に開放された露出範囲となっており、中間部２０ｂにおいては、螺旋体２４は管状のカバー部材２８によって外周側方向が閉囲されている。

回転駆動部２０ｃは頂部プレート２９の上面にモータ３０を縦姿勢で配置し、螺旋体２４に回転駆動を伝達する構成となっている。下部２０ａをクーラント液２内に浸入させた状態で回転駆動部２０ｃを駆動して螺旋体２４を軸部２３に対して相対回転させることにより、クーラント液２の表層を形成して浮遊する油脂成分１２は、混合液状態のクーラント液２から分離されて上方に移送される。

中間部２０ｂの上端部には上面に分離移送された油脂成分１２を受ける凹部を有する円板形状の受け容器２１が装着されている。受け容器２１に上面には、軸部２３、螺旋体２４が上下方向に挿通する形状の液回収部２２が配設されている。液分離移送部２０によってクーラント液２から分離されて上方に移送された油脂成分１２は、液回収部２２によって受け容器２１に回収される。

ここで図３（第１実施例）を参照して、回転駆動部２０ｃおよび液回収部２２の詳細構造を説明する。モータ３０の出力軸３０ａは頂部プレート２９から下方に延出しており、軸受け部材３４によって軸支された垂直な伝導軸３６にカップリング部３５を介して連結されている。軸受け部材３４は頂部プレート２９の下方に配設された水平な中間プレート３３に保持されており、中間プレート３３および頂部プレート２９は、受け容器２１の周縁部に固定締結された複数の連結ボルト３２（図６（ａ）参照）によって支持されている。さらに頂部プレート２９と受け容器２１との間には、内部を閉囲するカバー部材３１が装着されている。

中間プレート３３の下方には、伝導軸３６から水平方向に延出して伝導軸３６とともに回転する連結プレート３７が設けられている。螺旋体２４の上端部は連結プレート３７にボルト３８によって固着されており、モータ３０を駆動して伝導軸３６を回転させることにより、螺旋体２４は伝導軸３６を介して回転駆動される。このとき、軸部２３は下端部を連結プレート２５によって固定支持されていることから、螺旋体２４は軸部２３に対して相対回転する。そしてこの相対回転により、帯部材２４ａに付着した油脂成分１２を軸部２３の外周面２３ａに沿って掻き上げて上方向に移送する。

軸部２３の上端部に配設された液回収部２２は、螺旋体２４の上部において、所定段数（ここでは３段）の帯部材２４ａを外側から閉囲する閉囲部材４０を設けて構成されており、閉囲部材４０は連結プレート３７と連結ロッド３９によって結合されて伝導軸３６とともに回転するようになっている。閉囲部材４０は内周面が帯部材２４ａの外側端面に摺接する略円筒状部材であり、閉囲部材４０の範囲では帯部材２４ａ相互の空間４１は外側から閉囲される。また閉囲部材４０の内周面の下部はテーパカットされて外周面の端部が鋭角断面の下端部４０ａとなっており、下端部４０ａと受け容器２１の下部２０ａとの間には、油脂成分１２が流出するための隙間が確保されている。液分離移送部２０によって上方に移動し液回収部２２に到達した油脂成分１２は閉囲部材４０内に進入し、帯部材２４ａの掻き寄せ作用によって閉囲部材４０の上面側および下端部４０ａと底面２１ａとの間の隙間から吐出されて受け容器２１に回収される。

図４を参照して、液分離移送部２０における軸部２３、螺旋体２４の組み合わせによる油脂成分１２の移送動作について説明する。図４（ａ）は、下部２０ａの下部がクーラント液２内に浸入した状態を示している。クーラント液２の表層には油脂成分１２が浮遊状態で存在しており、さらに固形異物１３がクーラント液２内で浮遊している。そしてこれらの油脂成分１２は粘度が高くて付着しやすいことから、クーラント液２の表面近傍に位置する帯部材２４ａの上表面２４ｂや軸部２３の外周面２３ａに、周囲の固形異物１３を伴って付着する。

この状態で、回転駆動部２０ｃによって螺旋体２４を所定回転方向（矢印ｅ）に回転させることにより、上表面２４ｂおよび外周面２３ａに付着した油脂成分１２には、外周面２３ａに沿って上方に移動する掻き上げ作用が働く。すなわち図４（ｂ）に示すように、帯部材２４ａが外周面２３ａの周囲で水平円周方向（矢印ｆ）に周回移動することにより、油脂成分１２には上表面２４ｂによって上方へ移動させる力が作用し、これにより油脂成分１２は外周面２３ａに沿って上方へ掻き上げられる。

このとき下部２０ａにおいて、螺旋体２４は帯部材２４ａ相互間の空間４１（図３参照）が外周側方向に開放された露出範囲となっていることから、上述の掻き上げ動作において上表面２４ｂに付着して空間４１内に存在する固形異物１３は、帯部材２４ａとともに上方に移動する過程において、外周側が開放された空間４１から離脱して落下する（矢印ｇ）。換言すればこの露出範囲では、油脂成分１２とともに上方に移送された固形異物１３の空間４１から外側への排出が妨げられないようになっている。これにより、固形異物１３が従来技術において生じていた不具合、すなわち案内壁との摺接部に固形異物１３が噛み込んで詰まる不具合を抑制することができる。

また本実施の形態においては、固定された軸部２３の外周側の螺旋体２４を回転駆動する構成を採用していることから、螺旋体２４の回転に伴って近傍のクーラント液２には連れ廻りによる環状の流動が誘起される。そしてこの環状の流動により、クーラント液２の表層に浮遊する油脂成分１２は帯部材２４ａや外周面２３ａに接近して付着捕捉される確率が増大し、油脂成分１２の分離効率を向上させることが可能となっている。

次に図５を参照して、液回収部２２の機能の詳細を説明する。下部２０ａにおいて帯部材２４ａによって捕捉されさらに中間部２０ｂによって上方に移動した油脂成分１２は、液回収部２２に到達すると閉囲部材４０の内部を上方に移動する。このとき、帯部材２４ａ間の空間４１は閉囲部材４０によって閉囲されていることから、外部への自由な流動が妨げられる。

このため、上方へ移動する油脂成分１２は、閉囲部材４０の下端部４０ａと受け容器２１の底面２１ａとの間の隙間を介して底面２１ａに吐出される下方吐出経路（矢印ｈ）または閉囲部材４０の上面まで帯部材２４ａによって持ち上げられて溢出するオーバーフロー経路（矢印ｉ）の２つの経路によって受け容器２１に回収される。受け容器２１の外周近傍には下方に延出するガイドパイプ２１ｃと連通した排出口２１ｂが設けられている。受け容器２１に回収された油脂成分１２は、排出口２１ｂを介してガイドパイプ２１ｃに導かれ、下方に配置された回収ボックス４３内に落下して回収される。

次に図６を参照して、受け容器２１に回収された油脂成分１２に含まれる固形異物１３を排出する異物排出部の構成および機能について説明する。受け容器２１の底面２１ａに設けられた排出口２１ｂは、油脂成分１２とともに液回収部２２から吐出された固形異物１３を下方に排出するための排出口を兼ねている。すなわち、図６（ａ）（ｂ）に示すように、閉囲部材４０の側面を部分的にカットして形成された取付け面４０ｂには、端部に摺接部４２ａが設けられた板状の掻き寄せ部材４２がボルト４４によって固着されている。掻き寄せ部材４２は受け容器２１内において摺接部４２ａを平らな底面２１ａ上に摺接させて配設されている。回転駆動部２０ｃの相対回転駆動によって、連結プレート３７（図３参照）に連結ロッド３９を介して連結された閉囲部材４０が回転することにより、掻き寄せ部材４２は摺接部４２ａを底面２１ａに摺接させて回転方向に摺動する。

これにより、図６（ｃ）に示すように、底面２１ａ上に吐出された油脂成分１２に含まれる固形異物１３は、閉囲部材４０の回転（矢印ｋ）により底面２１ａ上を摺動する掻き寄せ部材４２によって、油脂成分１２とともに排出口２１ｂに掻き寄せられ、排出口２１ｂを介して下方に排出される。すなわち、回転駆動部２０ｃによって回転駆動される閉囲部材４０および閉囲部材４０に装着された掻き寄せ部材４２は、受け容器２１において固形異物１３を排出口２１ｂに移送して排出させる異物排出部を構成する。そしてこの異物排出部は、受け容器２１の平らな底面２１ａに摺接し回転駆動部２０ｃの相対回転によって底面２１ａ上を摺動する掻き寄せ部材４２を有し、この掻き寄せ部材４２によって底面２１ａ上の固形異物１３を排出口２１ｂに掻き寄せるようになっている。

なお上述の実施の形態における第１実施例では、螺旋体２４と軸部２３とを相対回転させる回転駆動部２０ｃとして、固定された軸部２３に対して螺旋体２４を回転させる構成を採用しているが、固定された螺旋体２４に対して軸部２３を回転させるようにしてもよい。例えば図７に示すように、モータ３０の出力軸３０ａにカップリング部３５を介して軸部１２３を直接連結し、螺旋体２４をボルト１３８および固定プレート１３７を介して中間プレート３３に固定結合する。この構成によっても、螺旋体２４と軸部１２３とを相対回転させることができ、第１実施例と同様に、螺旋体２４によって軸部１２３の外周面に沿って油脂成分１２を掻き上げることができる。

上記説明したように、本実施の形態に示す混合液分離装置６は、第１の物質であるクーラント液２の表面に第１の物質よりも比重が小さく且つ粘度が高い第２の物質である油脂成分１２が浮遊して表層を形成した状態の混合液から油脂成分１２を分離して取り出すに際し、混合液を貯留する貯留槽３に下部２０ａが挿入された縦姿勢で配置され、油脂成分１２をクーラント液２から分離して上方に移送する液分離移送部２０を、内側端面が軸部２３の外周面２３ａに摺接する帯部材２４ａを円柱棒状の軸部２３の外周面２３ａに沿って螺旋状に複数段に周回させて設けられた螺旋体２４と軸部２３とを相対回転させる構成とし、帯部材２４ａに付着した油脂成分１２を相対回転により軸部２３の外周面２３ａに沿って掻き上げるようにしている。

これにより、固形異物１３が機構部に噛み込んで詰まる不具合を抑制することができ、混合液分離装置６による装置効率を向上させるとともに、異物噛み込みによる動作不良や異常摩耗を防止することが可能となる。したがって切り粉やスラッジなどの固形異物１３を含む混合液を対象として、低コストで高い液分離効率を実現することができる。

なお上記実施の形態においては、第１の物質がクーラント液２であり、第２の物質はクーラント液２の液面に浮遊する油脂成分１２である例を示したが、本発明はこれには限定されず、第１の物質の表面に第１の物質よりも比重が小さく且つ粘度が高い第２の物質が浮遊して表層を形成した状態の混合液から第２の物質を分離して取り出す構成であれば、これ以外の物質種の組み合わせについても本発明を適用することができる。例えば、第１の物質が洗浄液であり、第２の物質が洗浄液の液面に浮遊する被洗浄物である組み合わせについても本発明を適用することができる。

本発明の混合液分離装置は、切り粉やスラッジなどの固形異物を含む混合液を対象として、低コストで高い液分離効率を実現することができるという効果を有し、工作機械用に用いられるクーラント液や洗浄装置に用いられる洗浄液を回収再使用する液処理分野において有用である。

１ 液処理装置
２ クーラント液
３ 貯留槽
６ 混合液分離装置
１２ 油脂成分
１３ 固形異物
２０ 液分離移送部
２０ａ 下部
２０ｃ 回転駆動部
２１ 受け容器
２１ａ 底面
２１ｂ 排出口
２２ 液回収部
２３ 軸部
２３ａ 外周面
２４ 螺旋体
２４ａ 帯部材
４０ 閉囲部材
４１ 空間
４２ 掻き寄せ部材

Claims (10)

1. 粘度および比重が異なる少なくとも２種類の液状の物質を含み、前記物質のうちの第１の物質の表面に、前記第１の物質よりも比重が小さく且つ粘度が高い第２の物質が浮遊して表層を形成した状態の混合液から、前記第２の物質を分離して取り出す混合液分離装置であって、
   前記混合液を貯留する貯留槽に下部が挿入された縦姿勢で配置され、前記第２の物質を第１の物質から分離して上方に移送する液分離移送部と、
   前記移送された第２の物質を受け容器に回収する液回収部とを備え、
   前記液分離移送部は、円柱棒状の軸部と、内側端面が前記軸部の外周面に摺接する帯部材を前記外周面に沿って螺旋状に複数段に周回させて設けられた螺旋体と、この螺旋体と前記軸部とを相対回転させる回転駆動部とを有し、前記帯部材に付着した第２の物質を前記相対回転により前記軸部の外周面に沿って掻き上げることを特徴とする混合液分離装置。
2. 前記液回収部は、前記螺旋体の上部において所定段数の帯部材の外側端面に摺接して前記帯部材相互間の空間を外側から閉囲する閉囲部材と、前記空間から前記受け容器へ第２の物質を吐出させる吐出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の混合液分離装置。
3. 前記螺旋体において前記液回収部より下方には、前記帯部材相互間の空間が外周側方向に開放された露出範囲が設けられており、この露出範囲では前記第２の物質とともに上方に移送された固形異物の前記空間から外側への排出が妨げられないことを特徴とする請求項２に記載の混合液分離装置。
4. 前記回転駆動部は、固定された前記軸部に対して前記螺旋体を回転させることを特徴とする請求項１または３に記載の混合液分離装置。
5. 前記回転駆動部は、固定された前記螺旋体に対して前記軸部を回転させることを特徴とする請求項１または３に記載の混合液分離装置。
6. 前記受け容器には、前記第２の物質とともに吐出された固形異物を下方に排出するための排出口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の混合液分離装置。
7. 前記受け容器において、前記固形異物を前記排出口に移送して排出させる異物排出部を備えたことを特徴とする請求項６に記載の混合液分離装置。
8. 前記異物排出部は、前記受け容器の平らな底面に摺接し前記回転駆動部の相対回転によって前記底面上を摺動する掻き寄せ部材を有し、この掻き寄せ部材によって前記底面上の固形異物を前記排出口に掻き寄せることを特徴とする請求項６に記載の混合液分離装置。
9. 前記第１の物質はクーラント液であり、前記第２の物質は前記クーラント液の液面に浮遊する油脂成分であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の混合液分離装置。
10. 前記第１の物質は洗浄液であり、前記第２の物質は前記洗浄液の液面に浮遊する被洗浄物であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の混合液分離装置。

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