JP5459943B2 - 濾過装置 - Google Patents

Description

本発明は、微粒子を含むダーティ液を濾過するための濾過装置に関する。

たとえば精密な加工を行う工作機械では、加工部の潤滑あるいは冷却のためにクーラント等の液が使用されている。この種の液はワークの加工に伴って切り粉等が混入するばかりでなく、ダスト、カーボンなどの微粒子も混入することもあって次第に汚れてゆき、ダーティ液となることが避けられない。

ダーティ液を濾過するために、工作機械から生じる切り屑を濾材として利用し、この濾材を電磁コイルによって磁化させることにより、ダーティ液中の磁性体不純物を捕捉するフィルタ装置が提案されている。（下記特許文献１参照）
特許文献１のフィルタ装置は、濾材として切り屑を用いるため、濾過精度のばらつきが大きい。しかも濾材に用いる切り屑の表面状態がきわめて荒いため、濾過能力が低下したときに、濾過能力を回復させるために濾材を洗浄することが困難である。このため濾材の切り屑を頻繁に交換する必要があるという問題がある。

本発明者達は、洗浄の容易なスチールボールなどからなる球形の磁性金属球を濾材に用い、磁石によって磁性金属球を吸着し固定する濾過装置を開発した。この濾過装置は濾過精度が高く、しかも濾材の洗浄が容易である。（下記特許文献２参照）
特開平１１−７７４７９号公報 特開２００７−１０５７０６号公報

磁性金属球を用いる濾過装置の濾材ユニットは、濾材収容ケースと、濾材収容ケースの内部に収容された多数の磁性金属球とを有している。濾材収容ケースは鉄製のパンチングメタル（磁性体）からなる上下一対のメッシュ部材と、メッシュ部材を囲むステンレス鋼製の枠部材などによって構成されている。しかし本発明者達が鋭意研究したところ、従来の濾材ユニットにおいて改善すべき余地が見出された。

すなわち磁性金属球を用いる従来の濾材ユニットにおいて、磁力が弱い磁石が使用された場合、磁石の近くでは磁性金属球を十分吸着できても、磁石から離れた位置では磁性金属球の吸着が不十分になりやすく、その結果、磁石から離れた位置では除去対象物を捕捉する能力が低いことが判った。例えば従来の濾過装置では、磁石から最も離れた位置の磁力が磁石近傍の磁力の４分の１程度になることがあり、所望の濾過精度を発揮できない懸念がある。このため、より大形で強力な磁石を使用する必要があったが、大形で強力な磁石は濾材ユニットに出し入れする際に大きな駆動エネルギーが必要であり、駆動機構が大形し、消費エネルギーも大きいという問題があった。

従って本発明の目的は、磁性粒濾材と磁石を用い、より高精度の濾過性能を発揮することができる濾過装置を提供することにある。

本発明の濾過装置は、磁性材料からなり、除去すべき微粒子を含むダーティ液が導入される濾過槽と、前記濾過槽の内部に水平方向に間隔をあけて配置され、それぞれ第１の位置と第２の位置とに移動可能な第１および第２の磁石と、前記第１の位置に移動した前記第１および第２の磁石間に互いに水平方向に隣り合って配置された第１および第２の濾材ユニットと、前記第１の位置に移動した前記第１の磁石と前記濾過槽の一方の側壁との間に配置された第３の濾材ユニットと、前記第１の位置に移動した前記第２の磁石と前記濾過槽の他方の側壁との間に配置された第４の濾材ユニットとを有している。これら濾材ユニットは、それぞれ、磁性材料からなる多数の磁性粒濾材と、該磁性粒濾材を支持しかつ前記ダーティ液を通すことのできる多数の流通孔を有する非磁性材料からなる非磁性メッシュ部材とを備えている。また本発明の濾過装置は、前記第１の濾材ユニットの非磁性メッシュ部材と前記第２の濾材ユニットの非磁性メッシュ部材との間に設けられた磁性材料からなる磁力増強プレートと、前記第３の濾材ユニットの非磁性メッシュ部材と前記濾過槽の一方の側壁との間に設けられた磁性材料からなる磁力増強プレートと、前記第４の濾材ユニットの非磁性メッシュ部材と前記濾過槽の他方の側壁との間に設けられた磁性材料からなる磁力増強プレートとを具備している。

本発明によれば、磁性粒濾材を収容する濾材収容ケースが、非磁性材料からなる非磁性メッシュ部材と、磁性材料からなる磁力増強プレートとを備えていることにより、磁石から遠い位置にある磁性粒濾材も磁石の磁力によって十分吸着させることができる。このため濾材ユニットの端部付近の濾過精度が低下することを防止でき、濾過精度が向上する。しかも磁石の磁力を濾材ユニットの全体にわたって有効に活用できるため、必要以上に大形で強力な磁石を用いることがなくなり、例えば磁石を動かすための駆動機構等の省エネルギー化に寄与することができる。

以下に本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示された濾過装置１０は、濾過槽１１と、濾材ユニット１２と、磁石ユニット１３とを備えている。濾過槽１１の材料は鉄系などの磁性材料である。濾過槽１１の上部にカバー筐体１４が設けられている。濾過槽１１の内部に、ダーティ室１５と、クリーン室１６とが形成されている。

ダーティ室１５は、濾材ユニット１２の下側に位置している。クリーン室１６は濾材ユニット１２の上側に位置している。クリーン室１６の上部は隔壁１７によって気密に閉塞されている。隔壁１７の下方に磁石収納室１８が形成されている。磁石収納室１８は上下方向に延びている。磁石収納室１８に磁石１９が収容されている。

濾過槽１１の下部に、ダーティ室１５に開口するダーティ液入口２０が形成されている。濾過すべき微粒子を含むダーティ液は、このダーティ液入口２０からダーティ室１５に導入される。濾過槽１１の上部に、クリーン室１６に開口するクリーン液出口２１が形成されている。

図２に示すように、クリーン液出口２１にクリーン液管２２が接続されている。このクリーン液管２２に、大気圧開放手段であるエアバルブ２３を備えたエア供給管２４が接続されている。エアバルブ２３を開放することにより、クリーン室１６を大気に開放することができる。なお、エア供給管２４に圧搾空気の供給源が接続されていてもよい。その場合には、クリーン室１６内に圧搾空気を供給することができる。濾過槽１１の底部すなわちダーティ室１５の底部に、ドレンバルブ２５を備えたドレンポート２６が設けられている。

濾材ユニット１２は、以下に説明するように構成されている。
図３は、濾材ユニット１２を拡大して示す断面図である。この濾材ユニット１２は、以下に説明する濾材収容ケース３０と、濾材収容ケース３０の内部に収容された多数の磁性粒濾材３１とを有している。

磁性粒濾材３１の一例は、鉄等の磁性材料からなる球形の金属球であり、磁界を与えたときに図４に示すように互いに吸着し合うようになっている。また磁界を与えない自由状態のもとでは、磁力による吸着が解かれ、各磁性粒濾材３１が互いにある程度動くことが可能である。磁性粒濾材３１の表面は滑らかであり、洗浄しやすい形態である。

濾材収容ケース３０に収容される全ての磁性粒濾材３１の直径は互いに同等でよいが、直径が異なる複数種類の磁性粒濾材３１を混ぜてもよい。また、球以外の形状の磁性粒濾材が用いられてもよい。要するに磁性粒濾材３１は、磁石ユニット１３によって磁界を与えたときに磁性粒濾材３１どうしが動かないように吸着し合い、磁界を除いたときに磁性粒濾材３１どうしの吸着が解除されるように、磁性材料によって構成されていればよいから、形状は問わない。

濾材収容ケース３０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の非磁性材料からなる上下一対の非磁性メッシュ部材３５，３６と、非磁性メッシュ部材３５，３６の周囲に設けられた枠部材３７と、非磁性メッシュ部材３５，３６の端部に設けられた磁力増強プレート４０によって構成されている。枠部材３７は非磁性メッシュ部材３５，３６と同様にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の非磁性材料からなる。非磁性メッシュ部材３５，３６間に、磁性粒濾材３１が例えば上下方向に複数列（例えば３列）並んだ状態で収納されている。

非磁性メッシュ部材３５，３６に、それぞれ多数の流通孔３５ａ，３６ａが形成されている。流通孔３５ａ，３６ａの開口幅は、磁性粒濾材３１の直径よりも小さい。一例として、磁性粒濾材３１の直径が４ｍｍ前後の場合、流通孔３５ａ，３６ａの開口幅は２〜３ｍｍである。これにより、磁性粒濾材３１が流通孔３５ａ，３６ａを通り抜けることを回避できる。下側の非磁性メッシュ部材３６の上に磁性粒濾材３１が乗り、磁性粒濾材３１が支持される。

非磁性メッシュ部材３５，３６の一例は、平坦な形状のステンレス鋼からなるプレートに前記流通孔３５ａ，３６ａを形成したいわゆるパンチングメタルであるが、パンチングメタル以外に、平坦な網状部材、すのこ、格子状の部材、その他の形態であってもよい。要するに非磁性メッシュ部材３５，３６は、収容された磁性粒濾材３１を支持することができ、かつ、液が上下方向に通り抜けることができるものであればよい。

本実施形態では水平方向に平坦な形状の非磁性メッシュ部材３５，３６を用いているため、各磁性粒濾材３１どうしの位置決めが容易である。このため、非磁性メッシュ部材３６の上に複数列の磁性粒濾材３１を整然と並ばせることができる。

濾材ユニット１２の端部、すなわち磁石１９から遠い側の端部に、磁力増強プレート４０が設けられている。この磁力増強プレート４０は、例えば厚さが３ｍｍ前後の鉄等の磁性材料からなり、濾材ユニット１２の幅方向の全長Ｗ（図２に示す）にわたって設けられている。磁力増強プレート４０は、磁石１９が図１に示す第１の位置にあるときに、磁石１９に対し、非磁性メッシュ部材３５，３６と磁性粒濾材３１を間に挟んで水平方向に磁石１９と対向する位置に設けられている。言い換えると、磁石１９と磁力増強プレート４０との間に、磁性粒濾材３１と非磁性メッシュ部材３５，３６が設けられている。

磁石１９は磁石収納室１８に収容され、上下方向に移動することができる。磁石１９の一例は、強力な永久磁石である。この磁石１９は、濾材ユニット１２に対し、図１に示す第１の位置と、図５に示す第２の位置にわたって移動する。磁石１９が第１の位置にあるとき、磁性粒濾材３１に磁界が与えられることにより、磁性粒濾材３１どうしが磁気的に吸着して固定される。磁石１９が第２の位置に上昇すると、磁性粒濾材３１どうしの磁気的な吸着が解かれ、磁性粒濾材３１がある程度動きうるようになる。

磁石１９を前記第１の位置（図１）と第２の位置（図５）とに移動させるための保持手段として、それぞれの磁石１９に連結された昇降ロッド５０と、各昇降ロッド５０の上端部どうしをつなぐ水平方向の連結部材５１と、連結部材５１に固定されて上方に延びる操作部材５２などが設けられている。昇降ロッド５０は磁石収納室１８に挿入され、磁石１９と共に上下方向に移動することができる。操作部材５２は手動あるいは図示しないアクチュエータによって上下方向に駆動され、磁石１９を前記第１の位置と第２の位置とに移動させることができるように構成されている。

本実施形態の場合、図１に示されるように、濾過槽１１の内部に一対の磁石（第１の磁石１９ａと第２の磁石１９ｂ）が水平方向に間隔をあけて並んで配置されている。そして第１の磁石１９ａと第２の磁石１９ｂとの間に、第１の濾材ユニット１２ａと第２の濾材ユニット１２ｂが配置されている。これら濾材ユニット１２ａ，１２ｂの構造は図３に示す濾材ユニット１２と同じであり、各濾材ユニット１２ａ，１２ｂは、それぞれ、磁性粒濾材３１と、上下一対の非磁性メッシュ部材３５，３６と、磁力増強プレート４０とを有している。

第１の濾材ユニット１２ａの磁力増強プレート４０と、第２の濾材ユニット１２ｂの磁力増強プレート４０とが互いに当接している。つまり第１の濾材ユニット１２ａと第２の濾材ユニット１２ｂは、各磁力増強プレート４０が磁気的に接続した状態で、水平方向に隣り合って配置されている。

第１の磁石１９ａと、濾過槽１１の一方の側壁１１ａとの間に、第３の濾材ユニット１２ｃが配置されている。第３の濾材ユニット１２ｃの構造は図３に示す濾材ユニット１２と同じである。第３の濾材ユニット１２ｃの磁力増強プレート４０は、一方の側壁１１ａに当接している。つまり第３の濾材ユニット１２ｃは、磁力増強プレート４０が濾過槽１１の側壁１１ａに磁気的に接続した状態で、第１の磁石１９ａと側壁１１ａとの間に配置されている。

第２の磁石１９ｂと、濾過槽１１の他方の側壁１１ｂとの間に、第４の濾材ユニット１２ｄが配置されている。第４の濾材ユニット１２ｄの構造は、図３に示す濾材ユニット１２と同じである。第４の濾材ユニット１２ｄの磁力増強プレート４０は、他方の側壁１１ｂに当接している。つまり第４の濾材ユニット１２ｄは、磁力増強プレート４０が濾過槽１１の側壁１１ｂに磁気的に接続した状態で、第２の磁石１９ｂと側壁１１ｂとの間に配置されている。このようにして４つの濾材ユニット１２ａ〜１２ｄが水平方向に並んでいる。

図６と図７は、前記濾過装置１０を有する濾過設備６０の概要を示している。この濾過設備６０は、ダーティタンク６１と、クリーンタンク６２と、前記濾過装置１０と、スラッジ処理装置６３などを備えている。図６に示すように、濾過すべき微粒子を含むダーティ液Ｑ１は、ポンプ６５と配管６６およびバルブ６７を経て、濾過装置１０のダーティ液入口２０に供給される。濾過装置１０のクリーン室１６内のクリーン液Ｑ２は、バルブ７０と配管７１を経てクリーンタンク６２に回収される。

ダーティ液Ｑ１を濾過するための濾過工程では、図６に示すようにバルブ６７，７０を開弁させ、ドレンバルブ２５を閉じる。そしてダーティタンク６１内のダーティ液Ｑ１をポンプ６５によって濾過装置１０のダーティ室１５に供給する。また、磁石ユニット１３の磁石１９を第１の位置（図１）に移動させることにより、磁性粒濾材３１に磁界を与える。

この磁界によって、図４に示すように磁性粒濾材３１どうしが互いに接した状態で固定され、磁性粒濾材３１の接触点Ｃに向かって、奥が狭い「くさび状」の狭小な隙間Ｇが形成される。ダーティ液Ｑ１が磁性粒濾材３１の接触点Ｃ付近を流れる際に、この隙間Ｇの奥などに微粒子Ｓが入り込み、微粒子Ｓが捕捉される。微粒子Ｓが磁性体の場合には、磁化した磁性粒濾材３１によって、微粒子Ｓが磁性粒濾材３１に吸着する。こうして、ダーティ室１５に供給されたダーティ液Ｑ１が、濾材ユニット１２（１２ａ〜１２ｄ）を下から上に向かって通ることにより濾過され、クリーン室１６に流入する。

磁性粒濾材３１に捕捉された微粒子Ｓの量が増すと、濾過性能が低下する。濾過性能を回復させるために洗浄工程を実施する。洗浄工程では、図７に示すようにバルブ６７，７０を閉じ、エアバルブ２３（図２に示す）を開弁させることにより、クリーン室１６の内部を大気に開放する。またポンプ６５を停止させ、ドレンバルブ２５を開弁させる。そして磁石１９を第２の位置（図５）に移動させることにより、磁性粒濾材３１に与えていた磁界を解除し、磁性粒濾材３１の吸着を解く。

こうすることにより、クリーン室１６内のクリーン液Ｑ２が、自重によって濾材ユニット１２（１２ａ〜１２ｄ）を通りながらダーティ室１５に向かって落下する。このとき、エア供給管２４（図２に示す）から圧搾エアをクリーン室１６に供給することにより、クリーン室１６内のクリーン液Ｑ２をエアの圧力によって速やかにダーティ室１５に向けて押し出してもよい。

クリーン室１６からダーティ室１５に向かってクリーン液Ｑ２が流れることにより、磁性粒濾材３１の表面がクリーン液Ｑ２によって洗い流される。ドレンポート２６からスラッジ処理装置６３に排出された微粒子等を大量に含むスラッジは、スラッジ処理装置６３によって液から分離されて回収される。

以上説明したように本実施形態の濾過装置１０は、濾過能力が低下したときに、必要に応じて濾過槽１１内のクリーン液Ｑ２を利用して磁性粒濾材３１の洗浄を容易にかつ迅速に行うことができ、短時間に濾過能力を回復することができる。しかも濾過装置１０自体をそのまま利用して洗浄を行うことができるため、ランニングコストが安くつく。なお前記濾過工程と洗浄工程とを、タイマによって自動的に切り替えて濾過装置１０を運転するようにしてもよい。

本実施形態の濾過装置１０は、磁性粒濾材３１を収容する濾材収容ケース３０が、非磁性材料からなる非磁性メッシュ部材３５，３６と、磁性材料からなる磁力増強プレート４０とを備えていることにより、磁石１９から遠い位置にある磁性粒濾材３１どうしも磁石１９の磁力によって十分吸着させることができる。このため濾材ユニット１２の各部の濾過精度のばらつきを小さくすることができ、濾過精度が向上する。しかも磁石１９の磁力を濾材ユニット１２の全体にわたって有効に活用できるため、必要以上に大形で強力な磁石を用いることがなくなり、磁石１９を動かすための駆動機構等の省エネルギー化に寄与することができる。

本実施形態の濾材ユニット１２の磁性粒濾材３１に作用する磁力を測定したところ、図２において磁石１９の近傍の測定点Ｐ１の磁力が５２００ガウス、中間の測定点Ｐ２が２７５０ガウス、磁石１９から最も離れた測定点Ｐ３が２２００ガウスであった。この場合、磁石１９から最も遠い位置でも、磁石１９の近くの３５〜４０％前後の磁力を得ることができ、高精度の濾過に適した吸着力を得ることができた。

これに対し磁力増強プレート４０を備えていない比較例では、磁石１９の近傍の測定点Ｐ１の磁力が５０００ガウス、中間の測定点Ｐ２が２１００ガウス、磁石から最も離れた測定点Ｐ３では１１００ガウスであった。この比較例の場合、磁石１９から最も遠い位置では、磁石１９の近くの２０％前後の磁力しか得ることができず、磁力のばらつきが大きかった。

メッシュ部材３５，３６が非磁性材料ではなく鉄等の磁性材料からなる場合には、磁石１９から遠い位置の磁力がさらに低下し、濾過精度が劣るものとなった。所望の濾過性能を得るには、濾材ユニット１２の端部に前記磁力増強プレート４０を設けるとともに、少なくとも下側のメッシュ部材３６に非磁性材料を用いる必要がある。

なお本発明を実施するに当たって、濾過槽や磁性粒濾材、磁石、非磁性メッシュ部材、磁気増強プレート等をはじめとする濾過装置の構成要素を、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る濾過装置の縦断面図。 図１中のＦ２−Ｆ２線に沿う濾過装置の縦断面図。 図１に示された濾過装置の濾材ユニットを拡大して示す断面図。 図１に示された濾過装置の磁性粒濾材の濾過時の作用を示す側面図。 図１に示された濾過装置の磁石が上昇した状態の縦断面図。 図１に示された濾過装置を備えた濾過設備の濾過時の状態を模式的に示す断面図。 図１に示された濾過装置を備えた濾過設備の洗浄時の状態を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０…濾過装置
１１…濾過槽
１２…濾材ユニット
１５…ダーティ室
１６…クリーン室
１９…磁石
３０…濾材収容ケース
３１…磁性粒濾材
３５，３６…非磁性メッシュ部材
３５ａ，３６ａ…流通孔
４０…磁力増強プレート

Claims (2)

1. 磁性材料からなり、除去すべき微粒子を含むダーティ液が導入される濾過槽と、
   前記濾過槽の内部に水平方向に間隔をあけて配置され、それぞれ第１の位置と第２の位置とに移動可能な第１および第２の磁石と、
   前記第１の位置に移動した前記第１および第２の磁石間に互いに水平方向に隣り合って配置され、それぞれ、磁性材料からなる多数の磁性粒濾材と、該磁性粒濾材を支持しかつ前記ダーティ液を通すことのできる多数の流通孔を有する非磁性材料からなる非磁性メッシュ部材とを備えた第１および第２の濾材ユニットと、
   前記第１の位置に移動した前記第１の磁石と前記濾過槽の一方の側壁との間に配置され、磁性材料からなる多数の磁性粒濾材と、該磁性粒濾材を支持しかつ前記ダーティ液を通すことのできる多数の流通孔を有する非磁性材料からなる非磁性メッシュ部材とを備えた第３の濾材ユニットと、
   前記第１の位置に移動した前記第２の磁石と前記濾過槽の他方の側壁との間に配置され、磁性材料からなる多数の磁性粒濾材と、該磁性粒濾材を支持しかつ前記ダーティ液を通すことのできる多数の流通孔を有する非磁性材料からなる非磁性メッシュ部材とを備えた第４の濾材ユニットと、
   前記第１の濾材ユニットの前記非磁性メッシュ部材と前記第２の濾材ユニットの前記非磁性メッシュ部材との間に設けられた磁性材料からなる磁力増強プレートと、
   前記第３の濾材ユニットの前記非磁性メッシュ部材と前記濾過槽の一方の側壁との間に設けられた磁性材料からなる磁力増強プレートと、
   前記第４の濾材ユニットの前記非磁性メッシュ部材と前記濾過槽の他方の側壁との間に設けられた磁性材料からなる磁力増強プレートと、
   を具備したことを特徴とする濾過装置。
2. 前記各非磁性メッシュ部材は、それぞれ、平坦な形状のステンレス鋼からなるプレートに前記磁性粒濾材の直径よりも開口幅が小さい多数の流通孔を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の濾過装置。

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