JP5750944B2

JP5750944B2 - クーラント処理装置

Info

Publication number: JP5750944B2
Application number: JP2011048950A
Authority: JP
Inventors: 桂太郎野村; 享丞脇谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JP2012183613A

Description

本発明は、工作機械から排出される金属等の異物（切粉）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切粉を分離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したり摩擦を低減するために、クーラント（水又は油）が用いられている。工作機械から排出されるダーティクーラントをコンベアケースの投入口から導入し、選別コンベアによりダーティクーラント中から切粉を選別し排出口から送出するクーラント処理装置は既に存在している。このクーラント処理装置においてはクーラントのリサイクル性の向上のため、排出口から取り出される切粉中に出来るだけクーラントが混入しないことを要求される。

特許文献1及び2の技術においては、切粉などの異物をスクレーパーにより処理槽から排出勾配に沿って掻き上げられた先に、処理槽に向けてやや傾斜した脱液用の台を設け、切粉又はスラッジがこの脱液用の台に一次滞留している間に、切粉などのスラッジに含まれる液を処理槽に傾斜角を用いて戻すことにより脱液を行う。特許文献３の技術も、特許文献１及び２と同様に、脱液用の台に一次滞留させるものであるが、スクレーパーの回転方向が異なるため、切粉を脱液用の台から掻き落とすための構成が付加されている。
また、これら特許文献１乃至３の技術では、切粉を集めてこれに含まれる液を傾斜の利用により自然落下させるように液切りを行うものであるが、特許文献4の技術は、圧縮エアを用いて液切りを行うようになっている。すなわち、特許文献4のものは、脱液用の濾過ベルト上にドレン液を落とし、圧縮エアで濾過ベルトを通して液分を分離させる。

さらに、特許文献５の技術は、スクレーパーが特許文献３と同様の回転方向に移動されるが、特許文献３とは相違してコンベア上で切粉を搬送するのではなく、搬送経路に配置されたスクリーン上をスクレーパーで引きずりながら搬送するようになっている。そして、この搬送している最中にスクリーンの傾斜を利用して脱水を行う。

特許２７９５５８１号公報特開２００９−４５５６２号公報特開２００６−２６８３８号公報特開２００８−２８９９９４号公報特開２０１０−１７３０２１号公報

クーラントを含む切粉を集積させて液切り時間を設けてやるとクーラントが集まって脱液しやすい状態になり、特許文献４の技術で使用された圧縮エアという別動力を利用せずに脱液が可能である。従って、特許文献１乃至３の技術に準じて、切粉を一次滞留させることにより脱液を促進させる方がコスト面、設備面で望ましい。

特許文献１及び２の技術を利用するときは、スクレーパーにより脱液用の台の上に運び上げられてきた新たな切粉により、該台上に先行して堆積された古い切粉が押されて新たな切粉よりも先に排出口から排出される。

一方、特許文献３及び５の技術は、特許文献１及び２の技術と比べるとスクレーパーの回転方向が異なっている。特許文献３において、駆動輪側でスクレーパーが反転する際に、落下する切粉を一旦脱水台に溜めてスイング板で排出口からふるい落している。脱水台とスイング板の隙間からクーラントがコンベアケースに戻る仕組みだが、この隙間に切粉が挟み込まれると障害が発生する。さらに、脱水台がコンベアケースと連続している為、一度搬送され脱水台に溜まった切粉がコンベアケースに戻る可能性がある。

特許文献３及び５の技術においては、スクレーパーが駆動輪を超過する為、スクレーパーやサイドチェーンからクーラントが滴下すると、排出口から漏れてクーラントのロスとなる。

本発明は、上記のような事情を考慮して創案したものであって、即ち、クーラントのリサイクルを効率的に行い、かつ切粉詰まりによる障害を抑制して排出することのできるクーラント処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、工作機械からの切粉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、リターン側とテールエンド側との間で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切粉を引き上げ、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リターン側の排出口から排出するクーラント処理装置において、前記リターン側に配置され、下り勾配を持った底面に前記スクレーパーから落下する切粉及びこれに含まれるクーラントを受け止めて堆積させ、当該下り勾配の底面の下流に前記クーラントを通過させる透孔を有する堆積皿と、下辺に小さな溝が多数設けられ、前記下り勾配の底面に当該下辺が当接するように前記堆積皿に固定され、切粉及びこれに含まれるクーラントを受け止めて堆積する領域と前記溝から前記透孔に到るまでの領域とに前記下り勾配の底面を分割する堰と、前記下り勾配を横切る方向に堆積皿を揺動可能に支える支点軸と、前記堆積皿の底面の勾配を前記透孔に向けた下り勾配の姿勢になるように、前記堆積皿の一方向回りの揺動を制限する制限部材とを有し、前記堆積皿に受け止められて堆積する切粉及びクーラントの重量が計画された重量を超えたとき、前記制限部材が制限している揺動方向の反対回りに回転して切粉を落下させ、堆積物を失ったことにより重心位置が変化し前記制限部材で制限された姿勢に復帰すること特徴とする。

本発明によれば、堆積皿が基本姿勢を維持している期間中には、堆積皿に堆積した切粉に含まれるクーラントは、透孔を通過させて回収することができる。一方、堆積皿が揺動を開始した後、再び復帰するまでの揺動期間中においては、堆積皿３１の角度が急峻に変わるため滞留された切粉を一度に落とす。このため、透孔を詰まらせていた切粉も急峻な角度変更により他の切粉に引きずられ、或いは遠心力で振り落とされ取り除くことができる。また堆積皿の揺動は専ら重力心移動によるものであるため、特別な駆動機構を設けないで済む。

本発明に係るクーラント処理装置を示しＡは側面視一部断面図でＢは平面視一部断面図ある。上記クーラント処理装置のリターン側を示す側面視拡大断面図である。上記クーラント処理装置のリターン側を示す平面視拡大説明図である。上記クーラント処理装置の一部を示しＡは脱液体の拡大斜視図でＢは堰の拡大斜視図である。上記クーラント処理装置の要部を示す側面視作動説明図である。

図１に、本実施例に係るクーラント処理装置１００を示す。図中Ａは側面図、Ｂは平面図である。クーラント処理装置１００は、ダーティクーラントを投入口２０で受けて、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、切粉及びこれに含まれる比較的少量のクーラントを排出するものである。

コンベアケース１０の内方にはダーティクーラント中から切粉を選別し排出口４近傍の搬送終点ａ１まで搬送する選別コンベア１０ａが形成されている。この選別コンベア１０ａはスクレーパー１３を動力により一定経路に沿って移動させる機構と、切粉をダーティクーラント中から荒取りするためのスクリーン１４からなっている。

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が夫々設けられている。左右のサイドチェーン１２はコンベヤケース１０のテールエンドＴ側に設けられた従動輪１１とリターンＲ側に設けられた駆動輪６の間で循環する。リターンＲ側からテールエンドＴ側のサイドチェーン１２の経路は、テールエンドＴ側からリターンＲ側に至る経路の下側に位置されている。サイドチェーン１２は、図１中の矢印Ｃで示すように、時計回りに回転している。左右のサイドチェーン１２の間には等間隔を空けて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。この構成により、駆動輪６側では、スクレーパー１３は上から下へ下降し、従動輪側１１では下から上へ上昇する。

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、リターンＲ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）からなるスクリーン１４が、サイドチェーン１２から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程度である。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望ましく、投入口２０から排出口４までの全域に設けてある。なお投入口２０に対向する箇所のみに設けても良い。

スクレーパー１３は、サイドチェーン１２を挟んで上下にワイパブレード１３ａ、１３ｂを有している。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が当該底面を掃き、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がスクリーン１４の切粉を掻き取る。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、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は全体として側面視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Ｔ、Ｗ、Ｄ、Ｒの４つの領域に分離できる。領域Ｔは従動輪１１が設けられているテールエンドであり、この範囲ではサイドチェーン１２は折り返され、スクレーパー１３は上昇する。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ｂ１が設けられている。外周側のワイパブレード１３ｂは返し板ｂ１に接しながら、コンベヤケース１０の底部の切粉を掬い上げる。
図１中のＷで示される領域は、工作機械から切粉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、切粉を水平搬送する領域であり、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Ｔ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Ｔにおいてワイパブレード１３ｂに保持された切粉は、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１中Ｄで示される領域は、サイドチェーン１２を水平に対して角度θ１の勾配で上昇させる部分である。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上の切粉は、クーラント中から引き上げられる。そして、この領域を移動する間に、スクリーン１４の孔を通して切粉に付着したクーラントは、スクリーン１４の勾配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切粉をクーラント中から引き上げることができる。そのため、切粉を排出口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、切粉からのクーラント分離に利用できる。

領域Ｒは、駆動輪６が設けられたリターンの領域であり、スクリーン１４上の切粉を排出口４から落下させ排出する領域である。駆動輪６によりスクレーパー１３は下降する軌跡をとる。３２は、駆動輪６の軸ケースであり、調整用螺子３２ａにより図１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。領域Ｒには、さらに脱液装置１０１が駆動輪６の下側に設けられている。

図２に、リターン側の内部を説明するために断面拡大図を示す。スクリーン１４は、勾配の角度θ１よりも小さい角度θ２の勾配を持つスクリーン１４ａに連続している。このスクリーン１４ａは無孔状の平板（多数孔のある平板でも差し支えない。）で形成されていて特許文献１における脱液用の台２１（特許２７９５５８１号公報図１参照）と実質的に同様に機能するものである。このスクリーン１４ａは駆動輪６の軸７を超えて、駆動輪６で送られるスクレーパー１３の移動と干渉しない位置まで伸びている。スクリーン１４ａ上の切粉はスクレーパー１３の移動により選別コンベア１０ａの搬送終点ａ１であるスクリーン１４ａの先端まで押し移動され、その後は自然に落下する。

スクレーパー１３でスクリーン１４ａの先端から落とされた切粉は、駆動輪６の下に開口した排出口４を通じて落下し、コンベアケースの外方に取り出される。なお、図中２1及び２２は、サイドチェーン１２を案内するガイドである。ガイド２２は、スクリーン１４ａ上においても、角度θ１のままサイドチェーン１２を案内する。

次に脱液装置１０１について説明する。図２に示すように脱液装置１０１は、選別コンベア１０ａの搬送終点ａ１から落下した切粉及びこれに含まれるクーラントを受け止める堆積皿３１と、この堆積皿３１を姿勢変更可能に支持する支点軸３２と、堆積皿３１から落下したクーラントを受け入れる樋３３と、この樋３３内に流下したクーラントをコンベアケース１０内に流下させる液路３４とを備えている。

図３は堆積皿３１の平面図、図４は斜視図である。堆積皿３１は下り勾配の面を有する底面部３５を、下り勾配下流から立設された端面部３６ｂ及び側面の側面部３６ａとで囲み、凹み箇所を備えている。本実施例では底面部３５の上面はテールエンドＴ側へ向かう方向に沿って下り傾斜されている。そして、底面部３５の途中からは堰３７が立ち上げられている。尚、ここにおいて、堆積皿３１の上下勾配の「上」「下」の方向は、後で述べる堆積皿３１が基本姿勢にあるときにおける方向である。

図４Ｂにおいて、堰３７は平板からなり、下辺３７ａを底面部３５の上面に当接され、上縁３７ｃが端面部３６ｂに倒れ掛かった状態に固定されている。堰３７の下辺３７ａには一面から他面に達する小さな溝３７ｂが多数形成されており、各溝３７ｂは堰３７の下辺３７ａと底面部３５との間でクーラントの通過する透孔ｅ１となる。各透孔ｅ１の幅および高さは切粉が通り抜けない大きさである。

堆積皿３１の凹み箇所のうち堰３７よりも上り側となる領域３１ａは、搬送終点ａ１から落下した切粉及びこれに含まれるクーラントを受け止める箇所である。堆積皿３１が図２中に実線で示すような基本姿勢にあるとき、領域３１ａ内に存在する切粉に付着したクーラントは底面部３５及堰３７を流下した後、透孔ｅ１内を通り領域３１ｂ内に移動する。領域３１ｂはクーラントを集める領域である。底面部３５の勾配に続いて透孔ｆ１が形成され、領域３１ｂ内のクーラントがこの透孔ｆ１を通じて流出されるようになっている。

支点軸３２はコンベアケース１０に水平状に固定されており、この支点軸３２に筒部材３８が周方向の揺動のみ自在に外嵌されている。筒部材３８は堆積皿３１の底面部３５の下面に、底面部３５の勾配を横切る方向に固着されている。底面部３５に対する支点軸３２及び筒部材３８の位置は、堆積皿３１に受け止められて堆積した切粉の重量が計画大きさを超えたとき、重心が支点軸３２を超えて支点軸回りの図中右回り方向へ回転し、切粉を容器ｇ内に落下させ、再度元の基本姿勢に復帰されるように決定されている。筒部材３８は堆積皿３１の真上から見たとき、底面部３５で覆われて見えないように位置させて、搬送終点ａ１から落下する切粉が支点軸３２と筒部材３８との隙間に直接に降り落ちないようにしている。

支点軸３２回りの堆積皿３１の揺動範囲は２つの制限部材３９ａ、３９ｂにより制限されている。一方の制限部材３９ａは堆積皿３１の基本姿勢を維持させるもので、コンベアケース１０に固定されていて支点軸３２よりもテールエンドＴ側で底面部３５の下面を受け止めて、矢印方向ｈ２（図中反時計周り）を制限するようになっている。他方の制限部材３９ｂは堆積皿３１が矢印方向ｈ１（図中時計回り）に回転しすぎて、堆積物を失った状態での重心位置が支点軸３２の図面左側に戻らなくなる前に止めるものである。樋３３は断面形状が半円形であり、透孔ｆ１を通じて落下したクーラントを上方から受け、ジョイント４０を介して液路３４が結合されるようになっている。液路３４は、樋３３内のクーラントをコンベアケース１０内へ自然流下するような流れ勾配を有している。

次に主要部の作動について説明する。
図１において投入口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上に切粉が捕捉される。これをワイパブレード１３ａで掻き取りリターンＲ側の搬送終点ａ１まで引き上げ、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切粉のうち、スクリーン１４の孔の目開き以下の切粉は、スクリーン１４を抜けて下段に落ちる。スクレーパー１３のワイパーブレード１３ａは、スクリーン１４上の切粉を掻き取りながらリターンＲ側に移動させる。

図５は、リターンＲ側の作動を説明する図である。スクレーパー１３が切粉とともにスクリーン１４上を上昇し領域Ｒに達すると、ガイド２２がスクリーン１４ａ上においても角度θ１のままチェーン１２を案内するため、小さい角度θ２の勾配１４ａとされたスクリーン１４ａ上方においてスクレーパー１３から切粉が脱落してスクリーン１４ａ上に堆積される。こうしてスクリーン１４ａ上に先に堆積された切粉は、新たにスクレーパー１３でスクリーン１４ａ上に搬送される切粉に押される搬送終点ａ１に向けて移動する。この間に、切粉に含まれるクーラントはスクリーン１４、１４ａを伝って矢印ハで示すように流下しコンベアケース１０内のクーラント溜まりに戻る（図５Ａ）。

スクリーン１４ａを上昇し駆動軸７を超えた位置に達した切粉は、スクレーパー１３で後から新たに搬送された切粉に押し出され或いは、駆動輪６で反転している最中のスクレーパー１３のワイパーブレード１３ａに接触して搬送終点ａ１から落下される（図５Ｂ）。
このように搬送終点ａ１から落下する切粉は、堆積皿３１に順次に堆積していく。堆積皿３１上に堆積した切粉量が増大するに伴って、堆積皿３１及びこれに堆積した切粉の合計重量の重心は、次第に支点軸３２を越える方向へ移動していく。そして、重心が支点軸３２を超えたとき、堆積皿３１は基本姿勢から支点軸３２回りの矢印方向ｈ１へ揺動を開始する。この揺動が開始されると、堆積皿３１の重心は支点軸３２をさらに越えることになり、一挙に堆積皿３１の揺動速度が増大する。このため、堆積皿３１上に堆積した切粉は急激に滑り落ちて容器ｇ内に落下する（図５Ｃ）。この落下の後には堆積皿３１に作用する全ての重量の重心は支点軸３２よりも図中左側に移動し、堆積皿３１は基本姿勢に復帰される。このような堆積皿３１の一連の作動は切粉が搬送終点ａ１から落下される期間中、繰り返される。

堆積皿３１が基本姿勢を維持している期間中には、堆積皿３１に堆積した切粉に含まれるクーラントは、透孔ｅ１を通過した後、領域３１ｂに達し、さらに透孔ｆ１を通過して樋３３に落下する。こうして樋３３内に達したクーラントは液路３４を経てコンベアケース１０に自然流下する。これによりコンベアケース１０内のクーラントの消費は効果的に抑制されると共に脱液装置１０１で回収されたクーラントは直ちに有効に使用される。

一方、堆積皿３１が揺動を開始した後、再び復帰するまでの揺動期間中においては、堆積皿３１の角度が急峻に変わるため滞留された切粉を一度に落とすことができる。従って、透孔ｅ１を詰まらせるような切粉も急峻な角度変更により他の切粉に引きずられ、或いは遠心力で振り落とされ取り除くことができる。また、堆積皿３１が規制部材３９ｂに衝突したときの衝撃により残留しようとする切粉をより効率よく脱落させることができる。

尚、揺動期間においては、この揺動期間を次のスクレーパーが切粉を搬送する周期よりも短く設定すれば、この期間のクーラントのロスを低減し得る。

上記実施例においては、樋３３を堆積皿３１から離間して配置したが、樋３３の代わりにフレキシブルなパイプを用いて堆積皿３１と流路３４を連通しても良い。

４排出口
１０コンベアケース
１０ａ選別コンベア
２０投入口
３１堆積皿
３２支点軸
３３樋
３４液路
３５底面部
３６ａ側面部
３６ｂ端面部
３７堰
１００クーラント処理装置

Claims

工作機械からの切粉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、リターン側とテールエンド側との間で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切粉を引き上げ、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リターン側の排出口から排出するクーラント処理装置において、
前記リターン側に配置され、下り勾配を持った底面に前記スクレーパーから落下する切粉及びこれに含まれるクーラントを受け止めて堆積させ、当該下り勾配の底面の下流に前記クーラントを通過させる透孔を有する堆積皿と、
下辺に小さな溝が多数設けられ、前記下り勾配の底面に当該下辺が当接するように前記堆積皿に固定され、切粉及びこれに含まれるクーラントを受け止めて堆積する領域と前記溝から前記透孔に到るまでの領域とに前記下り勾配の底面を分割する堰と、
前記下り勾配を横切る方向に堆積皿を揺動可能に支える支点軸と、
前記堆積皿の底面の勾配を前記透孔に向けた下り勾配の姿勢になるように、前記堆積皿の一方向回りの揺動を制限する制限部材とを有し、
前記堆積皿に受け止められて堆積する切粉及びクーラントの重量が計画された重量を超えたとき、前記制限部材が制限している揺動方向の反対回りに回転して切粉を落下させ、堆積物を失ったことにより重心位置が変化し前記制限部材で制限された姿勢に復帰することを特徴とするクーラント処理装置。
請求項１のクーラント処理装置において、前記堆積皿から前記透孔を介して流出したクーラントを受け入れる樋が前記堆積皿の下側に離間して設けられていることを特徴とするクーラント処理装置。
請求項１のクーラント処理装置において、前記堆積皿に受け止められて堆積する切粉及びクーラントの重量が計画された重量を超えて前記堆積皿が揺動した際に、揺動して来る前記堆積皿に衝突する制限部材をさらに有することを特徴とするクーラント処理装置。