JP5479046B2 - 研削液に含まれる研削スラッジの分離装置及び分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削液に含まれる研削スラッジを分離する装置及び方法に関し、特に超仕上研磨工程で発生する超微細なスラッジを効率よく分離する装置及び方法に関する。

工作機械である研削盤等の研削機等にクーラント液、研削油等の研削液を供給するクーラント装置では、研削液を循環させる際にスラッジが混入する。スラッジは、研削屑である切り粉や、砥石の砥粒等である。このような研削液に含まれるスラッジの内、大きなスラッジは、濾過して除去できる。ただ、微細なスラッジについては効率よく除去するのが容易でない。

本発明者は、液体に含まれるスラッジを除去するために、磁気で誘導して排出する装置を開発した（特許文献１、２）。この装置を図８に示す。この図に示すスラッジの分離装置は、液体が供給される分離槽４と、分離槽４内に配設されて、スラッジＳを表面に移動させる非磁性プレート５と、非磁性プレート５の表面に磁気的な吸着力でスラッジＳを吸着して排出方向に移動させる磁気コンベア６を備える。非磁性プレート５は、液体に含まれるスラッジＳを吸着する吸着部５Ａと、吸着したスラッジＳを液体の外部に移送する傾斜部５Ｂと、スラッジＳを非磁性プレート５の先端から落下させる落下部５Ｃとを備える。スラッジＳは、磁気コンベア６で非磁性プレート５の吸着部５Ａ上面に吸着され、傾斜部５Ｂから落下部５Ｃに移送され、先端の落下部５Ｃで非磁性プレート５から分離される。これにより、微細なスラッジも能率よく速やかに分離することができる。

特許第２８８０９７２号公報 特許第３３１３３４３号公報

しかしながら、従来の研削スラッジ分離装置では、液面に浮上した切り粉を除去できないという問題があった。切り粉は、金属製であるため通常は研削液中に沈殿するはずであるが、切り粉の形状によっては沈降し難い、あるいは沈降しないものが存在する。例えば、重研削で発生する比較的大きな切り粉、例えば１００〜５００μｍ程度の切り粉は、形状が紐状や円弧状にカールしたり螺旋状に丸まった形状となったり、繊維状に絡み合った綿状になることがある。このような形状の切り粉は、表面積が広くなって研削液中を浮き易くなる。切り粉の大きさは、検索対象の金属や研削の種別（重研削か超仕上げか等）にも依存するが、微細な切り粉は、相当強力な磁石でも付着させることができず、磁力による回収は極めて困難となる。また、このような変形した切り粉を磁化させることも容易でない。

加えて、研削液が水溶性であれば、循環時に泡立ちが生じ易くなる。気泡が付着した切り粉は、気泡と共に上昇して液面に存在することになる。特に形状がいびつな切り粉は、粒状あるいは粉状の切り粉に比べ、表面に気泡が付着し易くなる。このような浮上切り粉は、研削液中に沈殿した切り粉と異なり、そのままでは排出できない。この結果、浮上した切り粉は排出されずに液面に滞在し続け、泡に塗れた膜状あるいは層状（ケーキ層あるいはスポンジ層）となる。液面に残って排出されない膜状の切り粉は、研削が継続されると共に増えて厚くなっていく。これにつれて相対的に研削液の量が減少するため、ついには研削液を循環するポンプの供給口を塞いでしまい、研削液の供給が遮断されて研削加工が中断されることとなる。

これを防止するには、膜状の浮上切り粉を排除する必要があり、従来は人手により膜状切り粉を掻き出すか、あるいは大型の除去装置を使用する必要があった。しかしながら、人手による除去は極めて手間がかかる。特に膜状切り粉は短時間でも発生するため、頻繁にラインを止めて浮上切り粉を除去する必要が生じ、能率が極めて悪化する。一方、大型の除去装置は、フィルタで浮上切り粉を濾過することにより除去しているが、フィルタ自体の目詰まりによる交換作業が頻繁に必要となり、結局手間がかかることには変わりがない。またフィルタの交換や廃棄のコストが嵩む問題もある。さらにこのような装置は大型で、複数の研削機械のクーラント装置を接続して使用する集中クーラント式の構成となっており、極めて複雑で高価であるため、個別の研削機械に付加できるような小型で簡単な浮上切り粉の有効な除去方法が求められていた。

加えて、研削液中のスラッジには、切り粉以外にも、砥石が摩耗した粉状の砥粒や塵等の無機質粒子が含まれている。切り粉は金属製であるため磁石の吸着によって除去が可能であるが、無機質粒子は磁性を有しない非磁性体であるため、磁力の吸着を利用する方法が利用できない。このような非磁性体の沈殿物がスラッジ中に含まれる割合は、研削対象物や使用する砥石の種別等にも依存するが、例えば砥石としてアルミナ製砥石を使用すると、砥粒の占める割合はスラッジの３割程度にも上るため、砥粒の回収も必要となる。しかしながら、従来は砥粒の排出ができず、作業者の手で槽の底を清掃するしかなかった。

本発明は、従来のこのような問題点を解消するためになされたものである。本発明の主な目的は、簡単な構成で浮上切り粉を自動的に除去でき、かつ非磁性体である砥粒の除去も可能な研削液に含まれる研削スラッジの分離装置及び分離方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の目的を達成するために、本発明の第１の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置によれば、研削スラッジＳを含む水溶性の研削液Ｌが供給される分離槽４と、前記分離槽４内に配設されて、上面に研削スラッジＳを磁気的な吸引力と自重とで沈降させる非磁性プレート５と、前記非磁性プレート５の裏面に配設されて、非磁性プレート５の表面に磁気的な吸引力で研削スラッジＳを吸引して排出方向に移動させる磁気コンベア６と、を備える研削スラッジの分離装置であって、研削スラッジの内、研削液Ｌの液面に浮遊している浮遊研削スラッジＦＳを、前記分離槽４の所定の集積領域ＣＡに集める集積手段２１と、前記集積手段２１で前記集積領域ＣＡに集められた浮遊研削スラッジＦＳに対して、少なくとも一部を該浮遊研削スラッジＦＳに接触させるよう研削液Ｌに浸漬して、該研削液Ｌから引き上げることで、該浮遊研削スラッジＦＳを表面に付着させる回収手段２２と、前記回収手段２２に付着されて一旦研削液Ｌから引き上げられた研削スラッジを凝縮する凝縮手段３０と、を備え、前記回収手段２２が、回転軸を中心に回転する回転板２２Ａであり、前記回転板２２Ａの内部に第二磁石２３が、該回転板２２Ａの平板状の側面側を吸着面とするように配置されており、前記凝縮手段３０が、前記回転板２２Ａの表面に付着した浮遊研削スラッジＦＳを掻き取るスクレーパ３０Ａであり、前記スクレーパ３０Ａにより凝縮された塊状の研削スラッジＫＳを、再び研削液Ｌ中に投入して前記非磁性プレート５上に沈降させ、前記磁気コンベア６により排出させることができる。これにより、一部を研削液に浸漬して、研削液表面に浮遊する泡状の浮遊研削スラッジを回収手段に付着させて引き上げ、さらに付着させた浮遊研削スラッジから気泡を抜いて凝縮し、密度を増した状態で研削液中に投入することで、浮遊研削スラッジを塊状として沈降させることができる。また、凝縮された塊状研削スラッジがスクレーパの役割を果たし、砥粒等の非磁性体沈殿物も塊状研削スラッジと共に外部に排出される。これにより、フィルタを使用することなく効率よく浮遊研削スラッジや砥粒等の微細な研削スラッジを排出できる。また、回転板を回転させて一部を研削液に浸漬することで、浮遊研削スラッジの付着と引き上げを極めて効率よく行える。さらに、第二磁石の力で浮遊研削スラッジを吸着して、研削液から浮遊研削スラッジを分離し引き上げやすくできる。

また第２の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置によれば、前記第二磁石２３が、前記回転板２２Ａの回転軸と交差する面上にＳ極、Ｎ極が円弧に沿って並ぶように配置させることができる。

さらに第３の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置によれば、前記回収手段２２が、研削液Ｌに対して略垂直に浸漬させることができる。これにより、板状の浸漬板の両面にほぼ均等に浮遊研削スラッジを付着できるので、付着量を倍増できる利点が得られる。

さらにまた第４の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置によれば、前記回収手段２２により研削液Ｌから浮遊研削スラッジＦＳが引き上げられる引き上げ位置ＨＰと、前記凝縮手段３０により凝縮された研削スラッジが研削液Ｌ中へ投入される投入位置ＴＰとが、異なる位置とすることができる。これにより、回収手段で引き上げられた浮遊研削スラッジを、引き上げ位置から離れた位置から研削液中に再投入することができ、再投入された浮遊研削スラッジが再度回収手段に接触したり、回収手段による浮遊研削スラッジの引き上げを阻害したりする事態を回避でき、効率よく浮遊研削スラッジの研削液からの引き上げと再投入を行え、研削スラッジを分離をスムーズに行える。

さらにまた第５の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置によれば、前記投入位置ＴＰを、前記引き上げ位置ＨＰに対して、前記磁気コンベア６の運送方向の上流側に配置させることができる。これにより、凝縮された塊状研削スラッジが磁気コンベアで運ばれる距離行程が長くなるため、砥粒等の非磁性体沈殿物の回収効果が高められることが期待できる。

さらにまた第６の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置によれば、前記スクレーパ３０Ａを、前記回転板２２Ａの両面に設けることができる。これにより、スクレーパで回収手段表面に付着した浮遊研削スラッジを効率的に凝縮し、気泡を抜いて密度を高めることができる。

さらにまた第７の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置によれば、さらに、研削スラッジの内、研削液Ｌの液中に沈降している沈降研削スラッジＳＳを、強制的に磁化する磁化手段を備え、前記磁化手段により磁化された沈降研削スラッジＳＳを、前記非磁性プレート５上に沈殿させて、前記磁気コンベア６により排出させるよう構成できる。これにより、研削スラッジの内、研削液の液面に浮遊している浮遊研削スラッジを回収手段で回収する一方、液中に沈降している沈降研削スラッジについては、磁化手段で磁化して、いずれの研削スラッジも効果的に研削液から除去できる。

さらにまた第８の研削液に含まれる研削スラッジの分離方法によれば、回転軸を中心に回転する回転板２２Ａである回収手段２２の少なくとも一部を研削液Ｌに浸漬させて、該研削液Ｌから引き上げることで、該研削液Ｌの液面に浮遊する浮遊研削スラッジＦＳを、前記回転板２２Ａの内部において該回転板２２Ａの平板状の側面側を吸着面とするように配置されている第二磁石２３でもって、前記回収手段２２の表面に付着させる工程と、前記回収手段２２に付着され、一旦研削液Ｌから引き上げられた研削スラッジＦＳを掻き取って凝縮する工程と、凝縮された塊状の研削スラッジＫＳを、再び研削液Ｌ中に投入する工程と、を含み、研削液Ｌ中に投入された塊状研削スラッジＫＳを非磁性プレート５上に沈降させ、前記非磁性プレート５の背面に配設された磁気コンベア６により吸着させて、研削液Ｌに含まれる非磁性体沈殿物ＮＭと一緒に排出させることができる。これにより、一部を研削液に浸漬して、研削液表面に浮遊する泡状の浮遊研削スラッジを回収手段に付着させて引き上げ、さらに付着させた浮遊研削スラッジから気泡を抜いて凝縮し、密度を増した状態で研削液中に投入することで、浮遊研削スラッジを塊状として沈降させることができる。また、凝縮された塊状研削スラッジがスクレーパの役割を果たし、砥粒等の非磁性体沈殿物も塊状研削スラッジと共に外部に排出される。これにより、フィルタを使用することなく効率よく浮遊研削スラッジや砥粒等の微細な研削スラッジを排出できる。

本発明の実施の形態１に係る研削液に含まれる研削スラッジの分離装置を工作機械に接続した状態を示す平面図である。 図１の研削スラッジの分離装置をクリーン層側から見た縦断面図である。 図２の回収手段の拡大斜視図である。 図３の回収手段の側面図である。 図３の回収手段の縦断面図である。 変形例に係る回収手段の縦断面図である。 別の変形例に係る回収手段の側面図である。 本発明者が先に開発した液体に含まれるスラッジを除去する装置の断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、研削液に含まれる研削スラッジの分離装置及び分離方法を例示するものであって、本発明は、研削液に含まれる研削スラッジの分離装置及び分離方法を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）

図１〜図７に、本発明の実施の形態１に係る研削液に含まれる研削スラッジの分離装置１００を示す。これらの図において、図１は工作機械に研削スラッジの分離装置を接続した状態を示す平面図、図２は図１の研削スラッジの分離装置をクリーン層側から見た縦断面図、図３は回収手段の拡大斜視図、図４は回収手段の側面図、図５は回収手段の縦断面図、図６は変形例に係る回収手段の縦断面図、図７は別の変形例に係る回収手段の側面図を、それぞれ示している。

これらの図に示す研削スラッジの分離装置１００は、研削液Ｌに含まれる研削スラッジ、特に微細なスラッジであって研削液Ｌの液面に浮遊する浮遊研削スラッジＦＳを分離し、さらに砥粒等の非磁性体沈殿物ＮＭを排出するのに利用される。この分離装置１００は、研削スラッジを含む切削油である研削液Ｌが供給される分離槽４と、この分離槽４の研削液Ｌに含まれる研削スラッジを表面に吸着して排出する非磁性プレート５と、この非磁性プレート５に磁気的な吸着力で吸着させる磁気コンベア６とを備える。

分離装置１００は、図１の平面図に示すように工作機械ＫＫに接続され、工作機械ＫＫに使用される研削液Ｌが供給されて、研削液Ｌに含まれる研削スラッジを分離して、工作機械ＫＫ側に循環させる。工作機械ＫＫは、研削盤等の研削機であり、重研削や超仕上げ用の研削機が利用できる。研削機の砥石には、アルミナ製砥石等の一般砥石やダイヤモンド製砥石が使用される。特にドレスアップが容易なことから、アルミナ製砥石が広く利用されている。ただしアルミナ製砥石を使用すると、砥石が摩耗して砥粒も多く発生する。研削液Ｌに混入するスラッジは、研削対象の金属（例えば鉄）と砥粒とを比較すると、重研削では７：３程度となる。ダイヤモンド製砥石を使えば、砥粒は数％程度に削減できるが、この場合はドレスアップが困難となる。

また工作機械ＫＫに使用される研削液Ｌは、クーラント液、研削油等であり、特に泡立ちやすい水溶性の研削液に対して、分離装置は好適に利用可能である。使用する研削液の量は、研削の目的等に応じて調整される。例えば超仕上げの微細スラッジでは、液量は比較的少ないが、重研削では微細スラッジの１０倍以上の液量を用いる。研削液には、研削の際のスラッジが混入する。
（集積手段２１）

分離槽４は、研削液Ｌを循環させて研削スラッジを分離させるクーラントタンクである。図１に示す分離槽４は、研削液Ｌの供給管７を一方の端部に連結し、微細スラッジを除去した清澄な研削液Ｌを排出する排出ポンプ１１を他端に配設している。この分離槽４は、タンク内部を長手方向に沿って仕切り板２１Ａで二分しつつ、分離槽４の端部は仕切り板２１Ａを切り欠いた開口を設けている。これにより、分離槽４の一端から供給された研削液Ｌは、切り欠きＫＡを設けた他端（図１において左側）で折り返して逆方向に流れる。この結果、切り欠きＫＡ部分に研削スラッジを集めることができる。このように仕切り板２１Ａは、研削スラッジの内、研削液Ｌの液面に浮遊している浮遊研削スラッジＦＳを、分離槽４の所定の領域に集める集積手段２１として機能する。この仕切り板２１Ａによって研削液Ｌの流路が規定されることで、研削液Ｌは図１において白抜きの矢印で示すように分離槽４を循環して工作機械ＫＫ側に環流される。図１の例では、仕切り板２１Ａの上側を、分離前の研削液Ｌが流れるダーティ槽ＤＳとし、また仕切り板２１Ａの下側を、研削液Ｌを分離後するクリーン槽ＣＳとし、特に仕切り板２１Ａの切り欠きＫＡを設けた下流側（図において左下）を、浮遊研削スラッジＦＳを分離する集積領域ＣＡとする。
（濾過手段）

また必要に応じて研削液Ｌの供給路あるいは流路中に、フィルタ等の濾過手段を配置してもよい。これによって、研削スラッジ中の微細スラッジ以外の、比較的大きなスラッジを容易に分離、排除できる。濾過手段は、例えば多孔板８を使用し、研削液Ｌを多孔板に透過させて分離槽４に供給あるいは循環させる。多孔板８には、金属板に多数の小さい貫通孔を設けたパンチングメタル、または、網目の小さい金網が使用できる。多孔板８は、水平な姿勢で分離槽４の液面から上方に離して、脱着できるように装着される。脱着できる多孔板８は、汚れたときに簡単に洗浄できる。また、脱着できる多孔板８は、供給される研削液Ｌの粘度によって、貫通孔や網目の異なる最適なものに簡単に交換できる。多孔板８の貫通孔または網目は、上面に供給される研削液Ｌを均一に分散して透過できるように、上面に所定の深さで研削液Ｌを蓄える状態で、全面ないしほぼ全面に研削液Ｌを透過させるように設計される。多孔板８の上面に所定の深さで研削液Ｌを蓄えることができるように、多孔板８の周囲には、上方に突出して周壁１９を設けて溜箱２０としている。溜箱２０に供給される研削液Ｌは、ここに一時的に蓄えられて、多孔板８を通過して均一に分散して落下する。沈降研削スラッジＳＳを非磁性プレート５に沈降させて、沈降研削スラッジＳＳの除去された研削液Ｌは、排出ポンプ１１で排出される。

図に示す分離装置は、非磁性プレート５を分離槽４の底板としている。なお分離槽の底板とは別に、分離槽の内部に非磁性プレートを配設することもできるのは言うまでもない。ただ、非磁性プレート５を分離槽４の底板に兼用する装置は、最も簡単な構造にできる。

非磁性プレート５は、ステンレス、アルミニウム、銅等の非磁性金属で製作される。この非磁性プレート５は、供給管７から供給される研削液Ｌに含まれる沈降研削スラッジＳＳを沈降させる吸着部５Ａと、この吸着部５Ａの沈降研削スラッジＳＳを研削液Ｌの外部に上昇させる傾斜部５Ｂと、傾斜部５Ｂで研削液Ｌの外部に送り出された沈降研削スラッジＳＳを非磁性プレート５から分離する落下部５Ｃとを備える。

非磁性プレート５は、上面を平滑面とすることに加えて、さらに、表面を金属メッキし、あるいは、表面にホーロー層を形成し、あるいはまた、表面を鏡面に研磨して鏡面処理面としている。

金属メッキは、クロームメッキや金メッキである。クロームメッキは、低コストで表面が硬く、しかも凹凸の少ない鏡面にできる特長がある。金属メッキされた鏡面処理面は、メッキ層によって、表面の凹凸が極めて少ない鏡面となる。メッキ層の膜厚は、好ましくは３〜１００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍとする。クロームメッキは、磁気シールドして磁石が沈降研削スラッジＳＳを磁気的に吸引する力を弱める。このため、クロームメッキは、できる限り薄い薄膜として、非磁性プレート５の表面を鏡面とするのがよい。ただ、クロームメッキが薄すぎると、非磁性プレート５の表面を理想的な鏡面にできない。このため、クロームメッキ層の膜厚は、５〜５０μｍとするのがよい。金属メッキして表面を鏡面処理面とする非磁性プレート５は、銅板が適している。金属メッキを付着しやすいからである。ただ、ステンレス板やアルミニウム板も、表面に金属メッキをして鏡面処理面とすることができる。

ホーロー層は、非磁性プレート５の表面に低融点のゆう薬を均一に塗布し、これを溶融状態に流動させる温度まで加熱して、表面を鏡面状態として焼結する。ホーロー層は、クロームメッキのように磁気シールドする作用がない。このため、厚くして非磁性プレートの表面を鏡面にできる特長がある。ホーロー層の膜厚は、例えば０．１〜２ｍｍとする。ホーロー層は極めて硬いので耐久性があって、長寿命にできる特長がある。

表面を鏡面に研磨して鏡面処理面とした非磁性プレート５は、表面粗さを▽▽▽（表面粗さ記号）以上とする鏡面に研磨して鏡面処理面とする。この非磁性プレート５は、微細な研磨材を使用して、非磁性プレート５の表面を鏡面に研磨する。この非磁性プレート５は、ステンレス板が適している。それは、鏡面処理面の腐食を防止できるからである。この構造の非磁性プレート５は、最も安価に表面を鏡面処理面にできる特長がある。

吸着部５Ａは、分離槽４の底板の水平部で構成される。図において、底板の左部は微細スラッジの移送方向に向かって上り勾配の傾斜面となっており、この傾斜面で傾斜部５Ｂを構成している。傾斜部５Ｂは、上端を液面よりも上方まで延長している。傾斜部５Ｂは、上端で所定の曲率半径で湾曲されて垂直に降下する落下部５Ｃに連結されている。落下部５Ｃは非磁性プレート５の先端に設けられており、落下部５Ｃの下方には微細スラッジの溜槽１２を設けている。

磁気コンベア６は、非磁性プレート５の下方に配設される。沈降研削スラッジＳＳを帯磁させて凝集、沈降させると共に、磁気的な吸着力で吸着して、非磁性プレート５に沿って移送させるためである。磁気コンベア６は、非磁性プレート５の下面に接近して移動する複数の永久磁石６Ａを備えている。永久磁石６Ａは一定の間隔で平行に連結される。複数の永久磁石６Ａは、その両端を、磁気コンベア６の無端のチェーン６Ｂに連結して、所定の間隔で連結している。無端チェーン６Ｂは、一定の間隔で、細長い永久磁石６Ａを連結している。

チェーン６Ｂで連結される永久磁石６Ａは、非磁性プレート５の裏面に接近して移動する対向面の全面をＮ極とＳ極のいずれかとし、その反対側の反対面の全面を対向面と異なる磁極としている。すなわち、対向面をＮ極とする永久磁石６Ａは、反対面をＳ極とし、対向面をＳ極とする永久磁石６Ａは、反対面をＮ極としている。
（強制磁化機能）

さらに、研削スラッジの内、研削液Ｌの液中に沈降している沈降研削スラッジＳＳを、強制的に磁化する磁化手段を備えることもできる。磁化手段は、非磁性プレート５の上方を強制磁化領域１８とし、供給される研削液Ｌに含まれる沈降研削スラッジＳＳを帯磁させ、磁気的な吸引力で凝集させて、速やかに沈澱させることができる。沈殿された沈降研削スラッジは、磁気コンベア６により排出される。

磁化手段の一例を、図２に示す。この例では、磁気コンベア６に所定の間隔で固定している永久磁石６Ａを、対向面の磁極が隣接するもので異なる磁極となるように配列して、非磁性プレート５の上方を強制磁化領域１８としている。この場合、所定の間隔で移送方向に並べている永久磁石６Ａは、対向面の磁極が、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・と交互に異なる磁極となるように配設する。この状態で配設している永久磁石６Ａは、非磁性プレート５の上方に設けられる強制磁化領域１８の磁束密度を均一にできる。それは、隣接して配設しているＮ極とＳ極との間に磁束を通過できるからである。強制磁化領域１８は、永久磁石６Ａの対向面の近傍で磁束密度が最も強くなる。永久磁石６Ａの磁極に最も接近するからである。隣接する永久磁石６Ａの中間で最も磁束密度が低くなる。

さらに、対向面をＮ極とＳ極として反対面をチェーン６Ｂ等の磁性金属で連結している磁気コンベア６は、反対面の磁束をチェーン６Ｂ等の磁束金属に通過させて、この間の磁気抵抗を小さくできる。このため、隣接するふたつの永久磁石６Ａを、対向面と反対面とで連結する磁気回路の磁気抵抗を小さくして、対向面の磁束密度を高く、すなわち、強制磁化領域１８の磁束を強くできる。

永久磁石６Ａによって設けられる強制磁化領域１８は、ここに沈降研削スラッジＳＳを通過させて帯磁させる。帯磁された沈降研削スラッジＳＳは、磁気的な吸引作用で互いに吸着して大きく凝集する。凝集した沈降研削スラッジＳＳは、研削液Ｌの内部を速やかに沈降して非磁性プレート５の吸着部５Ａに沈澱される。

磁気コンベア６は、永久磁石６Ａを、非磁性プレート５の下面に接近して移動させるために、チェーン６Ｂの移送路にチェーンガイド６Ｆを設けている。チェーン６Ｂをチェーンガイド６Ｆで決められた位置に移動させて、永久磁石６Ａを非磁性プレート５の下面に接近して移動させる。チェーン６Ｂを移動させるために、２条のチェーン６Ｂを、スプロケット６Ｃに掛けている。スプロケット６Ｃは、回転軸６Ｄの両端に固定され、回転軸６Ｄをモータ６Ｅで駆動して、チェーン６Ｂを移動させる。

チェーン６Ｂで移動される永久磁石６Ａの速度は、例えば、約１ｃｍ／秒に設定される。ただ、永久磁石６Ａの移動速度は、例えば０．３〜５ｃｍとすることもできる。永久磁石６Ａの移動速度が遅すぎると、吸着した沈降研削スラッジＳＳを能率よく排出できない。反対に、永久磁石６Ａの移動速度が早すぎると、吸着した沈降研削スラッジＳＳを移送できなくなる。永久磁石６Ａの移動速度は、沈降研削スラッジＳＳを能率よく移動できるように決定される。

図２に示すように、磁気コンベア６による沈降研削スラッジＳＳの移動方向は、研削液Ｌの流れ方向と逆方向としている。これにより、分離槽４の底面に沈殿した沈降研削スラッジＳＳが、下流側に集中して溜まる事態を回避し、沈殿した沈降研削スラッジＳＳを流れと逆方向に移動させることで沈殿物を分散させ均一にするようにでき、沈殿した沈降研削スラッジＳＳが排出ポンプ１１に吸引されたり、吸引を阻害したりする事態を解消できる。

以上のようにして、図２に示すように分離槽４のクリーン槽ＣＳにおいて、研削スラッジＳを非磁性プレート５の上面に、磁気的な吸引力と自重とで沈降させ、非磁性プレート５の裏面に配設された磁気コンベア６で、磁気的な吸引力により沈降研削スラッジＳＳを吸引して排出方向に移動させる。研削スラッジは、研削液Ｌや研削対象の種類にもよるが、１、２割は沈降するので、このようにして沈降した沈降研削スラッジＳＳを、磁気コンベア６を用いて排出できる。
（回収手段２２）

一方で、研削スラッジには沈降しないもの、すなわち研削液Ｌの液面に浮かぶ浮遊研削スラッジＦＳも存在する。このような浮遊研削スラッジＦＳは、回収手段２２によって研削液Ｌから引き上げて分離する。この様子を、図３に基づいて説明する。

回収手段２２は、集積手段２１で集積領域ＣＡに集められた浮遊研削スラッジＦＳに対して、少なくとも一部を該浮遊研削スラッジＦＳに接触させるよう研削液Ｌに浸漬して、研削液Ｌから引き上げることで、該浮遊研削スラッジＦＳを表面に付着させる。図３の例では、回収手段２２は円盤状の回転板２２Ａで構成される。回転板２２Ａは、回転軸を中心に、モータ等の回転手段により一定方向に回転される。回転板２２Ａは、研削液Ｌに浸漬される部分と浸漬されない部分を有する。好ましくは、回転軸が研削液Ｌに浸漬されないよう、半分以下の領域、より好ましくは回転板２２Ａの直径の３／１０〜４／１０、最も好ましくは約１／３が、研削液Ｌに浸漬される位置に、回転板２２Ａは固定される。そして回転板２２Ａを回転させることで、研削液Ｌに浸漬された部分は液面に浮遊する浮遊研削スラッジＦＳに接触し、回転につれて付着した浮遊研削スラッジＦＳが研削液Ｌから引き上げられて分離される。分離された浮遊研削スラッジＦＳは、気泡を含んでおり、ある程度は研削液Ｌからの引き上げによって破裂、消失する。気泡を抜くことで研削スラッジの密度が若干高くなる。そして残った浮遊研削スラッジＦＳは、図４に示すように、凝縮手段３０によって凝縮され、回転板２２Ａ表面から掻き取られて、再度研削液Ｌ中に投入される。凝縮され塊状になった研削スラッジは、密度がより高くなるため、今度は研削液Ｌに浮くことなく沈降する。沈降した塊状研削スラッジＫＳは、非磁性プレート５上に堆積して、磁気コンベア６により排出される。

浮遊研削スラッジＦＳは、研削液Ｌの濡れによって回転板２２Ａの表面に付着する。さらに回収手段２２の内部に、第二磁石２３を設けることで、磁力による吸着力を付加でき、付着量を高め、より多くの量の浮遊研削スラッジＦＳを一度に研削液Ｌから分離することができる。第二磁石２３は、図５の断面図に示すように、回転板２２Ａの内部に空間を設け、この内部に配置することで回転板２２Ａを通じて磁力を作用できる。回転板２２Ａは、磁力を透過しやすい樹脂等の非磁性体の素材で構成される。第二磁石２３は、回転板２２Ａの円周で、研削液Ｌを浸漬する領域に設ける。第二磁石２３は、円周に沿って連続的に配置することもできるが、図３の斜視図及び図４の側面図において破線で示すように、部分的に設けてもよい。

この回転板２２Ａの回転速度は、研削液Ｌの量や発生する浮遊研削スラッジＦＳの量を考慮し、浮遊研削スラッジＦＳを十分に付着できる程度のゆっくりな速度で、かつ浮遊研削スラッジＦＳの排出効率を高める速い速度に設定される。例えば、５〜２０回／秒、好ましくは１０〜１５回／秒、より好ましくは１２回／秒程度に設定される。

また図２の例では、研削液Ｌの流れに対して交差するように回転板２２Ａを配置している。すなわち、図１の平面図において、ダーティ槽ＤＳからクリーン槽ＣＳに流入する研削液Ｌの縦方向の移動に抗するよう、盤面が水平になるよう配置される。流れに抗するように回転板２２Ａを配置することで、液面を移動する浮遊研削スラッジＦＳを確実に回転板２２Ａで堰止めて補足できる。ただ、この配置は一例であり、例えばクリーン槽ＣＳ側で、図１において盤面が垂直となる姿勢に回転板を配置してもよい。また図２の例では、回収手段２２を一のみ設けているが、回収手段を複数設けてもよいことはいうまでもない。例えばクリーン槽ＣＳの流れ方向に直交するように、回転板を複数連平行に設けたり、あるいは回転板を横並びにして、クリーン槽ＣＳの流路の断面の広い面積でカバーするように回転板を配置することができる。

さらに回転板２２Ａの配置姿勢は、図５の例では、研削液Ｌの液面に対してほぼ垂直に液中に挿入されている。この結果、回転板２２Ａの両面で浮遊研削スラッジＦＳを補足、付着できる。ただ、回転板を液面に対して傾斜姿勢で配置することもできる。例えば図６に示す変形例では、研削液Ｌの流れに対して、液面をすくい上げるように斜めに回転板２２Ｃを配置している。これによって堰き止められた浮遊研削スラッジＦＳが、すくい上げられるように回転板２２Ｃに付着されるので、この面における付着効果を高めることができる。
（凝縮手段３０）

凝縮手段３０は、回収手段２２に付着されて一旦研削液Ｌから引き上げられた研削スラッジを凝縮する。図４の例では、回転板２２Ａの表面に付着した浮遊研削スラッジＦＳを掻き取るスクレーパ３０Ａで構成される。スクレーパ３０Ａは、好ましくはゴム等の弾性部材で構成され、回転板２２Ａ表面に弾性押し当てた姿勢に保持される。これにより、回転板２２Ａの回転につれて搬送される浮遊研削スラッジＦＳがスクレーバで堰き止められて凝縮され、塊状の研削スラッジＫＳとなる。また、ある程度の大きさになった塊状研削スラッジＫＳは、掻き取られ、落下して再度研削液Ｌ中に投入される。この際、塊状研削スラッジＫＳの投入位置ＴＰを規定するために、掻き取られた塊状研削スラッジＫＳを所定の投入位置ＴＰに案内する案内手段を設けている。図４の例では、凝縮手段３０であるスクレーパ３０Ａが、塊状研削スラッジＫＳを再度研削液Ｌ中に投入されるように案内する投入手段を兼ねている。すなわち、板状のスクレーパ３０Ａを、一方の端縁を回転板２２Ａの円周方向に交差する姿勢で表面に押し当てると共に、他方の端縁は回転板２２Ａから突出させて、回転板２２Ａから離間させた位置まで延長している。さらにスクレーパ３０Ａは、掻き取り側から突出側（落下側）に向かって下り勾配に傾斜するように、掻き取り側よりも突出側が低くなる姿勢に固定している。これによって、回転板２２Ａ表面から削ぎ落とされた塊状研削スラッジＫＳは、図４においてスクレーパ３０Ａの左側に落下することなく、右側すなわち突出側の他端に向かってスクレーパ３０Ａの上面を転がるように移動し、他端から下方に落下する。また、好ましくは図４に示すように、スクレーパ３０Ａ他端の落下側には、塊状研削スラッジＫＳを所定の投入位置ＴＰから落下するように案内する筒状のガイドを設けておくことで、落下位置をさらに確実に所望の位置に規定できる。

このように、回収手段２２により研削液Ｌから浮遊研削スラッジＦＳが引き上げられる引き上げ位置ＨＰと、凝縮手段３０により凝縮された研削スラッジが研削液Ｌ中へ投入される投入位置ＴＰとを異なる位置とし、案内手段により引き上げ位置ＨＰから離れた位置に案内した上で研削液Ｌ中に再投入することで、再投入された浮遊研削スラッジＦＳが再度回収手段２２に接触したり、回収手段２２による浮遊研削スラッジＦＳの引き上げを阻害したりする事態を回避でき、効率よく浮遊研削スラッジＦＳの研削液Ｌからの引き上げと再投入を行え、研削スラッジを分離をスムーズに行える。

特に投入位置ＴＰは、図４に示すように、引き上げ位置ＨＰに対して、磁気コンベア６の運送方向の上流側に配置することで、凝縮された塊状研削スラッジＫＳが磁気コンベア６で運ばれる距離行程が長くなるため、砥粒等の非磁性体沈殿物ＮＭの回収効果が高められる。

スクレーパ３０Ａは、図５に示すように回転板２２Ａの両面に設けられる。これにより、両面で付着した研削スラッジを凝縮して、より多くの塊状研削スラッジＫＳを生成して再投入できる。

以上のように回転板２２Ａを用いた回収手段２２は、回転軸を定位置に保持でき、可動部分を必要最小限としつつ、研削液Ｌへの浸漬と引き上げを連続的に行うことができるので、好ましい。ただ、回収手段は、この構成に限られず、研削液Ｌに浸漬して引き上げ可能な構成であれば適宜利用できる。例えば、変形例として図７（ａ）に示す回収手段２２Ｂは、クランク機構によって上下動し、研削液Ｌの浸漬、引き上げを繰り返している。この回収手段２２Ｂは、板状あるいは角柱状、円柱状等に構成できる。クランク機構を用いる利点は、回収手段２２Ｂの広い面積、例えば全体を研削液Ｌ中に浸漬できるので、一度に付着できる浮遊研削スラッジＦＳの量を多くできる。反面、可動部分が多くなるため機械的なメンテナンスの量が回転板よりも多くなる。また、図７（ｂ）に示すように、凝集手段として、回収手段２２Ｂの表面に付着した浮遊研削スラッジＦＳをワイパー式に回転あるいは揺動して掻き取るスクレーパ３０Ｂを利用できる。

このようにして、研削液Ｌ表面に浮遊する泡状の浮遊研削スラッジＦＳを回収手段２２に付着させて引き上げることにより、従来処理が困難であった泡沫状の浮遊研削スラッジＦＳを効果的に除去、処理することが可能となる。加えて、この方法では一旦引き上げた浮遊研削スラッジＦＳをそのまま排出するのでなく、気泡を抜いて凝縮し、密度を増した状態で研削液Ｌ中に再度投入する。この塊状研削スラッジＫＳは、密度が高められるため、再度浮き上がることなく、研削液Ｌ中を沈降させることができる。特に凝縮によって自重が増すことに加え、磁気コンベア６の磁気的な吸引力の影響も受けやすくなるため、確実に沈降させることができる。

そして、この塊状研削スラッジＫＳを利用して、従来磁気による排出ができなかった非磁性体沈殿物ＮＭの排出も可能となる。すなわち、再投入された塊状研削スラッジＫＳは、図２の断面図に示すように、自重と磁気的な吸引力とで沈降して、非磁性プレート５の上面に堆積する。すると、非磁性プレート５の裏面に配設された磁気コンベア６によって、磁気的な吸引力により塊状研削スラッジＫＳが吸引され、排出方向（図２において左側）に移動される。この際、塊状の研削スラッジＫＳが非磁性プレート５上を移動することから、これによって、本来は磁気の影響を受けない非磁性体沈殿物ＮＭである砥粒や塵等の無機質粒子も、塊状研削スラッジＫＳに押し出される格好となり、図２に示すように一緒に移動される。この結果、これら塊状研削スラッジＫＳがスクレーパのように作用して、非磁性体沈殿物ＮＭも同時に傾斜部５Ｂを登って、落下部５Ｃを通過して分離槽４から排出され、微細スラッジの溜槽１２に送られる。このようにして本実施の形態に係る研削液Ｌに含まれる微細スラッジの分離装置は、従来分離が極めて困難であった泡状の浮遊研削スラッジＦＳと、非磁性体沈殿物ＮＭの両方を、効果的に研削液Ｌから排出することを可能とした。特にこの方法は、フィルタ等を使用しないためフィルタの清掃や交換といったメンテナンス作業を省略でき、また回転板のような極めて簡素な構成で実現できるため、安価であり、特に既存のクーラント装置にも付加できるという優れた特長を備える。
（研削液に含まれる微細スラッジの分離方法）

最後に、この分離装置を用いた研削液に含まれる研削スラッジの分離方法を、以下に説明する。まず、工作液から分離槽４に送られる研削液Ｌに対し、回収手段２２の少なくとも一部を浸漬させる。そして研削液Ｌから引き上げることで、研削液Ｌの液面に浮遊する浮遊研削スラッジＦＳを回収手段２２の表面に付着させる。ここでは回転板２２Ａの下約１／３を研削液Ｌに浸すことで、泡状の浮遊研削スラッジＦＳを効果的に付着できる。

次に、このようにして回収手段２２に付着され一旦研削液Ｌから引き上げられた研削スラッジを、凝縮手段３０であるスクレーパ３０Ａで凝縮する。そして凝縮された塊状の研削スラッジＫＳを回転板２２Ａから掻き取って、再び研削液Ｌ中に投入する。投入された塊状研削スラッジＫＳは、自重と磁力の作用により非磁性プレート５上に沈降される。そして非磁性プレート５の背面に配設された磁気コンベア６に吸着された塊状研削スラッジＫＳは、非磁性プレート５上を排出方向に移動される。この際、同じく非磁性プレート５上に沈降される砥粒等の非磁性体沈殿物ＮＭを塊状研削スラッジＫＳが押し出すため、これらは一緒に傾斜部５Ｂを登坂して分離槽４から排出され、溜槽１２に落下して分離される。この結果、研削液Ｌ中からこのような不純物が分離されて、浄化された状態で工作機械ＫＫ側に環流される。

以上のように、本実施の形態によれば、研削スラッジの内、磁力による吸着や磁化が困難な、研削液の液面に浮遊している浮遊研削スラッジは、回収手段で回収することができる。また研削液の液中に沈降している沈降研削スラッジについては、強制磁化手段で強制的に磁化して排出できる。さらに粒径のより大きなスラッジについては、多孔板８を使用した濾過手段等のフィルタによって排除できる。このように、研削スラッジを形状や大きさによらず、効果的にクリーン槽ＣＳにて分離、排出することが可能となる。

なお沈降研削スラッジは、微細な研削スラッジの内、研削液の液面に浮いている浮遊研削スラッジを除く成分を指す。すなわち、研削液中で沈降しつつある研削スラッジや、浮遊して漂っている研削スラッジを含む意味で使用する。研削スラッジの形状や大きさは、研削対象の金属や研削機（例えば砥石の種類）、研削目的（例えば重研削か超仕上げか）等にも依存するが、一般的には重研削で発生する１００〜５００μｍ程度の比較的大きな切り粉は、特に外形がカールしていたり螺旋状になっているものは研削液面に浮遊しやすくなり、浮遊研削スラッジとなる。一方で１００μｍ以下の微細な切り粉は、粉状あるいは粒状となり、泡が付着し難く、沈降しやすい沈降研削スラッジとなる。そしてこれら沈降研削スラッジと浮遊研削スラッジのいずれも、本実施の形態によって最終的には非磁性プレート５上に沈降させることができ、磁気コンベア６により研削液から除去できる。

本発明の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置及び分離方法は、重研削機のクーラント装置に好適に利用できる。

１００…研削スラッジの分離装置
４…分離槽
５…非磁性プレート；５Ａ…吸着部；５Ｂ…傾斜部；５Ｃ…落下部
６…磁気コンベア；６Ａ…永久磁石；６Ｂ…チェーン；６Ｃ…スプロケット
６Ｄ…回転軸；６Ｅ…モータ；６Ｆ…チェーンガイド
７…供給管
８…多孔板
１１…排出ポンプ
１２…溜槽
１８…強制磁化領域
１９…周壁
２０…溜箱
２１…集積手段
２１Ａ…仕切り板
２２、２２Ｂ…回収手段
２２Ａ、２２Ｃ…回転板
２３…第二磁石
３０…凝縮手段
３０Ａ、３０Ｂ…スクレーパ
Ｓ…研削スラッジ
ＦＳ…浮遊研削スラッジ
ＫＳ…塊状研削スラッジ
ＳＳ…沈降研削スラッジ
Ｌ…研削液
ＣＡ…集積領域
ＨＰ…引き上げ位置
ＴＰ…投入位置
ＮＭ…非磁性体沈殿物
ＫＫ…工作機械
ＤＳ…ダーティ槽
ＣＳ…クリーン槽
ＫＡ…切り欠き

Claims (8)

1. 研削スラッジ(S)を含む水溶性の研削液(L)が供給される分離槽(4)と、
   前記分離槽(4)内に配設されて、上面に研削スラッジ(S)を磁気的な吸引力と自重とで沈降させる非磁性プレート(5)と、
   前記非磁性プレート(5)の裏面に配設されて、非磁性プレート(5)の表面に磁気的な吸引力で研削スラッジ(S)を吸引して排出方向に移動させる磁気コンベア(6)と、
   を備える研削スラッジの分離装置であって、
   研削スラッジ(S)の内、研削液(L)の液面に浮遊している浮遊研削スラッジ(FS)を、前記分離槽(4)の所定の集積領域(CA)に集める集積手段(21)と、
   前記集積手段(21)で前記集積領域(CA)に集められた浮遊研削スラッジ(FS)に対して、少なくとも一部を該浮遊研削スラッジ(FS)に接触させるよう研削液(L)に浸漬して、該研削液(L)から引き上げることで、該浮遊研削スラッジ(FS)を表面に付着させる回収手段(22)と、
   前記回収手段(22)に付着されて一旦研削液(L)から引き上げられた研削スラッジを凝縮する凝縮手段(30)と、
   を備え、
   前記回収手段(22)が、回転軸を中心に回転する回転板(22A)であり、
   前記回転板(22A)の内部に第二磁石(23)が、該回転板(22A)の平板状の側面側を吸着面とするように配置されており、
   前記凝縮手段(30)が、前記回転板(22A)の表面に付着した浮遊研削スラッジ(FS)を掻き取るスクレーパ(30A)であり、
   前記スクレーパ(30A)により凝縮された塊状の研削スラッジ(KS)を、再び研削液(L)中に投入して前記非磁性プレート(5)上に沈降させ、前記磁気コンベア(6)により排出させることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離装置。
2. 請求項１に記載の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置であって、
   前記第二磁石(23)が、前記回転板(22A)の回転軸と交差する面上にＳ極、Ｎ極が円弧に沿って並ぶように配置されてなることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離装置。
3. 請求項１又は２に記載の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置であって、
   前記回収手段(22)が、研削液(L)に対して略垂直に浸漬されてなることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置であって、
   前記回収手段(22)により研削液(L)から浮遊研削スラッジ(FS)が引き上げられる引き上げ位置(HP)と、前記凝縮手段(30)により凝縮された研削スラッジが研削液(L)中へ投入される投入位置(TP)とが、異なることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離装置。
5. 請求項４に記載の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置であって、
   前記投入位置(TP)が、前記引き上げ位置(HP)に対して、前記磁気コンベア(6)の運送方向の上流側に配置されてなることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離装置。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置であって、
   前記スクレーパ(30A)が、前記回転板(22A)の両面に設けられてなることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離装置。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の研削液に含まれる研削スラッジの分離装置であって、さらに、
   研削スラッジの内、研削液(L)の液中に沈降している沈降研削スラッジ(SS)を、強制的に磁化する磁化手段を備え、
   前記磁化手段により磁化された沈降研削スラッジ(SS)を、前記非磁性プレート(5)上に沈殿させて、前記磁気コンベア(6)により排出させるよう構成してなることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離装置。
8. 研削液に含まれる研削スラッジの分離方法であって、
   回転軸を中心に回転する回転板(22A)である回収手段(22)の少なくとも一部を研削液(L)に浸漬させて、該研削液(L)から引き上げることで、該研削液(L)の液面に浮遊する浮遊研削スラッジ(FS)を、前記回転板(22A)の内部において該回転板(22A)の平板状の側面側を吸着面とするように配置されている第二磁石(23)でもって、前記回収手段(22)の表面に付着させる工程と、
   前記回収手段(22)に付着され、一旦研削液(L)から引き上げられた研削スラッジ(FS)を掻き取って凝縮する工程と、
   凝縮された塊状の研削スラッジ(KS)を、再び研削液(L)中に投入する工程と、
   を含み、
   研削液(L)中に投入された塊状研削スラッジ(KS)を非磁性プレート(5)上に沈降させ、前記非磁性プレート(5)の背面に配設された磁気コンベア(6)により吸着させて、研削液(L)に含まれる非磁性体沈殿物(NM)と一緒に排出させることを特徴とする研削液に含まれる研削スラッジの分離方法。

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