JP6397392B2 - 機械加工液性能回復システム - Google Patents

Description

本発明は、機械加工機で循環使用される機械加工液の性能回復を図る機械加工液性能回復システムに関するものである。

切削加工機による金属の切削加工は切削工具の冷却及び摩耗軽減等のため切削油（機械加工液）を供給しながら行うことが一般的である。そして、これら切削油としては不水溶性（油性）切削油剤を用いたものと水溶性切削油剤を用いたものが存在する。ただし近年では、冷却能力が高く且つ廃棄時の環境負荷が少ない水溶性切削油剤を用いた切削油の使用が主流となっている。この水溶性切削油剤を用いた切削油は、基本的に水（切削溶媒水）に水溶性切削油剤を溶かして調製する。

ここで、本願発明者らは使用する切削溶媒水によって水溶性切削油剤の分散性が変化し、この水溶性切削油剤の分散性の違いは切削油の性能に影響を与えることを見出した。そして、水溶性切削油剤の分散性に優れた切削溶媒水を得るための下記［特許文献１］に記載の発明に関与した。この［特許文献１］に記載の発明は、流紋岩の一種である抗火石を用いて切削溶媒水を改質し、水溶性切削油剤の分散性に優れた切削溶媒水を得るものである。

尚、切削油は基本的に切削加工機内で循環して繰り返し使用する。しかしながら、使用が進むうちに切削油中には切削加工時の加工屑や機械加工機、加工物等に付着した不水溶性の油分が混入し、徐々に性能の低下を引き起こす。この問題点に関し、下記［特許文献２］には、切削油を切削加工機側から取水して加工屑を除去し、再度、機械加工機に還流する加工液循環装置に関する発明が開示されている。

特開２０１１−１７４０６４号公報 特開２００４−２３０５２７号公報

上記の［特許文献１］に記載の技術により、油剤の分散性に優れた切削油を得ることが可能となった。しかしながら、この改質水の効果は切削油を繰り返し使用することで徐々に低下するため、この点で更なる改善が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、機械加工液の改質効果を維持回復する機械加工液性能回復システムを提供することを目的とする。

本発明は、
（１）機械加工機（切削加工機１０）から機械加工液を取水する取水部３０と、所定の流路を備え取水した機械加工液を流下させながら貯留するタンク部５０と、前記タンク部５０の流路の終端部５０ａに供給部取水口７２を有し前記タンク部内５０の機械加工液を機械加工機へ供給する供給部７０と、を有する機械加工液性能回復システムにおいて、
前記タンク部５０に改質部取水口８２ａを有し前記タンク部５０内から取水した機械加工液を改質する改質部８０をさらに有し、
前記改質部８０は、所定の径の素焼抗火石ビーズ８６ａと、表面に釉薬層を備えた釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａと、前記釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａが充填した第１改質部８４と、前記素焼抗火石ビーズ８６ａが充填した第２改質部８６と、を備え、取水した機械加工液を第１改質部８４及び第２改質部８６に通水し前記終端部５０ａに還流するとともに、
前記取水部３０で取水した機械加工液を濾過するフィルタ部４０を備え、
前記フィルタ部４０が伸縮性を備えた袋状の濾布４２を有し、前記濾布４２は残渣によって伸長して網が拡大することを特徴とする機械加工液性能回復システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）タンク部５０の流路が槽内を折り返しながら進む折り返し流路であり、
前記タンク部５０に浮上油取水口６２を有し前記機械加工液中の浮上油を分離除去する浮上油回収部６０と、
前記浮上油取水口６２の下流側に位置し下方が開口した油止壁５６と、を備え、
前記油止壁５６の下流に改質部取水口８２ａを有することを特徴とする上記（１）記載の機械加工液性能回復システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）流路に所定の寸法の孔が複数形成された緩速壁５４を有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の機械加工液性能回復システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る機械加工液性能回復システムによれば、使用後の機械加工液を機械加工機から取水して再改質し機械加工機に還流するため機械加工液の改質効果を良好な状態に維持することができる。

本発明に係る機械加工液性能回復システムの概略構成図である。 本発明に係る機械加工液性能回復システムのタンク部内部を上から見た概略構成図である。 切削油中の水溶性切削油剤の平均粒径を示すグラフである。 切削油のゼータ電位を示すグラフである。

本発明に係る機械加工液性能回復システム１００の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る機械加工液性能回復システム１００の全体の概略構成図である。また、図２は機械加工液性能回復システム１００のタンク部５０内部を上から見た概略構成図である。尚、図１においては、便宜上、タンク部５０の流路を直線的に示すが、タンク部５０の流路は図２に示すように槽内を折り返しながら進む折り返し流路で構成することが好ましい。

図１に示す本発明に係る機械加工液性能回復システム１００は、機械加工機（切削加工機１０）から機械加工液を取水する取水部３０と、取水した機械加工液を流下させながら貯留するタンク部５０と、このタンク部５０内の機械加工液を機械加工機（切削加工機１０）へ供給する供給部７０と、タンク部５０内から取水した機械加工液を改質する改質部８０と、を有している。また、この機械加工液性能回復システム１００は、取水部３０で取水した切削油（機械加工液）を濾過するフィルタ部４０と、タンク部５０に接続し切削油中の浮上油を分離除去する浮上油回収部６０と、をさらに有している。尚、以後は機械加工機として切削加工機１０を用い、機械加工液として水溶性の切削油を用いた例で説明を行うが、本願は切削加工機の用途に限定されるものではなく、研削液を機械加工液とする研削機及び研磨機や、洗浄液を機械加工液とする洗浄装置など、これらの機械加工液を循環して使用する機械加工機に適用が可能である。

そして、本発明に係る機械加工液性能回復システム１００の取水部３０は、取水ポンプ３２と、この取水ポンプ３２と接続した取水ホース３４と、を有しており、取水ホース３４の取水側は切削加工機１０の切削油タンク１２と接続している。また、取水ホース３４の吐出側はフィルタ部４０と接続している。尚、本例では取水ホース３４の吐出側を２つに分岐して２つのフィルタ部４０に切削油を吐出する例を示しているが、フィルタ部４０の数に特に限定はなく、１つでも３つ以上でも良い。

フィルタ部４０は取水部３０が取水した切削油中に含まれる切削屑等の夾雑物を物理的に濾過するものであり、濾材としては合成樹脂繊維で編成された伸縮性を有する縦長で袋状の濾布４２を用いる。そして、この濾布４２の口を円筒状の支持具で保持し、円筒内に垂下して構成する。この場合、濾布４２内に切削油が吐出するようにフィルタ部４０の上方に取水ホース３４の吐出口を接続するとともに、フィルタ部４０をタンク部５０の上方に設置して濾布４２を通過した切削油をタンク部５０内に落水させることが好ましい。尚、濾過の進行に伴い濾布４２内には切削油内の夾雑物が残渣として残留し、徐々に濾布４２の網（網目）を閉塞する。しかしながら、縦長で袋状の濾布４２を支持具に垂下して設置することで、網の閉塞に伴って濾過領域が上昇し長時間継続して濾過を行うことができる。また、濾布４２に伸縮性を有する布材を用いることで、残渣の量及び網の閉塞状態によって袋内の重量が重くなり濾布４２が伸長する。これにより濾布４２の網が拡大し、濾布４２による濾過を更に長時間継続して行うことができる。

また、タンク部５０は、図２に示すように、所定の隔壁５２によって槽内に折り返し流路が形成され、この流路の上流部にフィルタ部４０が設置される。尚、隔壁５２は切削油が停留して澱みが生じないよう適宜屈曲もしくは湾曲させて構成することが好ましい。そして、濾布４２を通過した切削油は、この折り返し流路の上流部に落水する。また、タンク部５０の流路の終端部５０ａには、前述した供給部７０の供給部取水口７２が設けられている。そして、供給部７０が動作して供給部取水口７２から切削油が吸引されることでタンク部５０に貯留した切削油は流路に沿って上流部から終端部５０ａに向かって流下する。尚、流路の途中には適宜、緩速壁５４を設け、切削油の流速を調整することが好ましい。この緩速壁５４としては所定の寸法の孔が複数形成されたパンチングメタル板やメッシュ板を用いることが特に好ましい。また、緩速壁５４の設置枚数を調整することで流速の微調整を行うことが好ましい。

また、機械加工液性能回復システム１００が切削加工機の切削油に対するものの場合、タンク部５０の流路の途中に下方が開口した油止壁５６が設けられる。この油止壁５６は下方の開口が切削油を通過させるとともに、油止壁５６本体が液面近傍を閉塞して切削油中の浮上油を堰き止める機能を有する。尚、ここでの浮上油とは、切削加工機１０の作動油や潤滑油、加工物１に付着している錆止め油、熱処理油、洗浄油等の不水溶性の油分を指す。そして、この油止壁５６の上流側に浮上油回収部６０の浮上油取水口６２を設置する。

機械加工液性能回復システム１００の浮上油回収部６０は、タンク部５０内を流下する浮上油を切削油ごと取水する上記の浮上油取水口６２と、この浮上油取水口６２で取水した切削油を分離槽６６に圧送するポンプ６４と、浮上油と切削油とを両者の比重差を利用して分離する分離槽６６と、この分離槽６６の液面側に設置され液面に存在する浮上油を排出する排出管６７ａと、浮上油を分離した切削油を切削加工機１０の切削油タンク１２に還流する液送管６７ｂと、を有している。尚、分離した浮上油は浮上油タンク６９に一旦貯留され、しかるべき方法で処分される。また、浮上油取水口６２は上部にフロートを備えた伸縮可能なものを用いることが好ましい。この構成によれば、浮上油取水口６２内への切削油の流入状態に応じて浮上油取水口６２の上端が上下動し、液面近傍の浮上油濃度の高い切削油を適度な量、取水することができる。

また、油止壁５６の下流側には本発明の特徴的な構成である改質部８０の取水口（改質部取水口８２ａ）が設置される。また、改質部８０は、所定の径の抗火石ビーズを所定の温度で素焼きした素焼抗火石ビーズ８６ａと、抗火石ビーズの表面に釉薬層を備え所定の温度で焼成した釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａと、この釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａを充填した第１改質部８４と、前記の素焼抗火石ビーズ８６ａを充填した第２改質部８６と、改質部取水口８２ａで取水した切削油を第１改質部８４、第２改質部８６に圧送する液送ポンプ８８と、を有している。そして、改質部取水口８２ａで取水された切削油は、第１改質部８４、第２改質部８６を通過する際に好ましい改質が行われた後、タンク部５０の流路の終端部５０ａに接続した改質部吐水口８２ｂから吐出する。

尚、抗火石とは伊豆半島等で産出する流紋岩の一種であり、その組成は火山性ガラスを主とし、石英、長石、雲母およびその他成分を含有し、主成分であるケイ酸（シリカ）が縦横に交走し、ガラス繊維化した多孔質性の海綿状火成岩である。また、素焼抗火石ビーズ８６ａは、粒径５０μｍ〜５５０μｍ程度の比較的粗い抗火石粉末を３０ｗｔ％以上含有し、粘土をバインダとして略球形状に成形した後、１０００℃〜１５００℃の温度で素焼きしたものである。また、釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａは、素焼抗火石ビーズ８６ａと同様にして作製した素焼きの抗火石ビーズの表面に釉薬を塗布して１０００℃〜１５００℃の温度で再焼成したものである。尚、このとき用いる釉薬としては、上記の抗火石粉末９７ｗｔ％と合成糊３ｗｔ％とを適量の水で混合したものを用いることが好ましい。

そして、タンク部５０の終端部５０ａには供給部７０の供給部取水口７２が接続して、終端部５０ａに流下した切削油を供給部液送ポンプ７４によって切削加工機１０へ供給する。このとき、供給部７０は切削加工機１０の噴射部１６に切削油を供給することが好ましい。また、タンク部５０にはオーバーフロー配管５８が設けられ、タンク部５０が規定の水量以上となった場合に、過剰な切削油を切削油タンク１２に還流する。

次に、切削加工機１０に適用した機械加工液性能回復システム１００の動作を説明する。先ず、切削油を調製するための切削溶媒水を作製する。この切削溶媒水に用いる原水にはミネラル分の少ない軟水を用いることが好ましい。次に、適度な大きさに破砕した抗火石に、この原水を通水、循環する。これにより、原水に対する好ましい改質が施された切削溶媒水が生成される。尚、この切削溶媒水に、破砕抗火石、素焼抗火石ビーズ、釉薬被覆抗火石ビーズ、銀被覆抗火石ビーズで高度に改質した改質水を適量添加しても良い。

次に、この切削溶媒水に所定量の水溶性切削油剤を混合し、所定の濃度の切削油を作製する。次に、作製された切削油を切削加工機１０の切削油タンク１２及び機械加工液性能回復システム１００のタンク部５０に規定量入れる。次に、加工物１を切削加工機１０のチャック１ａにセットする。次に、切削加工機１０、機械加工液性能回復システム１００を動作させる。これにより、切削加工機１０の加工部１４はチャック１ａにセットされた加工物１に対し所定の切削加工を行う。この際、切削加工機１０の噴射部１６は加工物１の加工箇所に切削油を噴射する。このとき、切削加工による加工屑は切削油とともに切削油タンク１２に流下する。また、切削加工機１０及び加工物１に付着した不水溶性の油分も切削油とともに切削油タンク１２に流下する。

これと並行して機械加工液性能回復システム１００の取水ポンプ３２が切削油タンク１２内の切削油を取水してフィルタ部４０の濾布４２内に吐出する。これにより、切削油は濾過されて、切削油中の加工屑または夾雑物は濾布４２内に残渣として残留する。そして、濾布４２を通過した切削油はタンク部５０内に落水し、隔壁５２によって形成された流路に沿って流下する。この間に切削油中の不水溶性の油分は液面に浮上して浮上油となる。

この浮上油は油止壁５６にて堰き止められるとともに、浮上油取水口６２によって切削油ごと取水される。そして、分離槽６６にて上層に浮上した浮上油は排出管６７ａを通して浮上油タンク６９に排出され廃棄される。また、下層から分離壁を越えた切削油は液送管６７ｂによって、切削加工機１０の切削油タンク１２に還流される。

また、油止壁５６の下方の開口を通過した切削油の一部は改質部取水口８２ａによって取水され、第１改質部８４に圧送される。そして、第１改質部８４内に充填した釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａの間隙を通過する際に、この釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａの抗火石成分が作用して切削油に対する好ましい改質が行われる。第１改質部８４にて改質が施された切削油は、次に第２改質部８６に圧送される。そして、第２改質部８６内に充填した素焼抗火石ビーズ８６ａの間隙を通過する際に、この素焼抗火石ビーズ８６ａの抗火石成分が作用して切削油に対する更なる改質が行われる。そして、第１改質部８４、第２改質部８６にて改質が施された切削油は改質部吐水口８２ｂから流路の終端部５０ａに吐出される。そして、流路を流下した切削油と合流した後、供給部取水口７２から取水されて切削加工機１０の噴射部１６に圧送される。そして、切削加工機１０の噴射部１６は、供給された切削油を加工物１の加工箇所に噴射する。

ここで、図３に改質部８０を動作させて連続使用した時の切削油中の水溶性切削油剤の平均粒径と、改質部８０を使用していない未使用時の切削油中の水溶性切削油剤の平均粒径を示す。ここで、図３中の白丸印、黒丸印が改質部８０を動作させて連続使用した場合の水溶性切削油剤の平均粒径であり、三角印が改質部８０を動作させずに使用した場合の水溶性切削油剤の平均粒径である。尚、平均粒径の測定は動的光散乱法によって行った。図３から、改質部８０を動作させて連続使用した場合の水溶性切削油剤の平均粒径は概ね２００ｎｍ〜２５０ｎｍで推移したのに対し、改質部８０を使用していない水溶性切削油剤の平均粒径は３４０ｎｍで、改質部８０を動作させた場合よりも大きな値を示した。これは、改質部８０を使用しないことで切削油（切削溶媒水）の初期の改質効果が徐々に低下し水溶性切削油剤の分散性が悪化したことによるものと考えられる。また、反対に改質部８０を動作させることで切削油の改質効果を良好な状態で維持できることが判る

また、図４に切削油のゼータ電位を測定した結果を示す。図４から、改質部８０を動作させて連続使用した場合の切削油のゼータ電位は−２０ｍＶ〜−３０ｍＶで推移したのに対し、改質部８０を使用していない切削油のゼータ電位は−１４ｍＶであり、改質部８０を動作させたものと比較して絶対値で低い値を示した。この結果から、改質部８０を使用することで切削油の分散性は高い状態で保持され、抗火石による改質効果が良好な状態で維持されることが判る。

尚、切削油の循環に伴い、タンク部５０の底にはフィルタ部４０を通過した微細な加工屑が堆積する。この堆積物は遠心分離装置により適宜、吸引し、遠心分離により堆積物と切削油とを分離した後、堆積物は廃棄し切削油はタンク部５０へ還流することが好ましい。

以上のように、本発明に係る機械加工液性能回復システム１００は、抗火石によって改質効果の施された機械加工液を循環使用する機械加工機に設置され、使用後の機械加工液を取水してタンク部５０を流下させるとともに、このタンク部５０を流下する機械加工液を取水して、釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａが充填した第１改質部８４と素焼抗火石ビーズ８６ａが充填した第２改質部８６とを備えた改質部８０に通水した後、タンク部５０の終端部５０ａに還流する。これにより、改質部８０に通水した機械加工液には釉薬被覆抗火石ビーズ８４ａ、素焼抗火石ビーズ８６ａによる好ましい改質が施される。そして、機械加工液全体として抗火石による改質効果が良好な状態に維持される。そして特に機械加工機が切削加工機１０であり機械加工液が切削油の場合には、水溶性切削油剤の分散性が高い状態で維持されて切削工具の長寿命化と加工精度の維持を図ることができる。また、切削油中のバクテリアの増殖を抑制し悪臭発生の防止を図ることができる。さらに、浮上油回収部６０が機械加工液中の浮上油を分離回収し、フィルタ部４０が加工屑等のスラグを濾過分離回収するため、使用後の機械加工液の廃液処理が簡便になる。

１０ 切削加工機（機械加工機）
３０ 取水部
４０ フィルタ部
４２ 濾布
５０ タンク部
５０ａ タンク部の終端部
５４ 緩速壁
５６ 油止壁
６０ 浮上油回収部
６２ 浮上油取水口
７０ 供給部
７２ 供給部取水口
８０ 改質部
８２ａ 改質部取水口
８４ 第１改質部
８４ａ 釉薬被覆抗火石ビーズ
８６ 第２改質部
８６ａ 素焼抗火石ビーズ
１００ 機械加工液性能回復システム

Claims (3)

1. 機械加工機から機械加工液を取水する取水部と、所定の流路を備え取水した機械加工液を流下させながら貯留するタンク部と、前記タンク部の流路の終端部に供給部取水口を有し前記タンク部内の機械加工液を機械加工機へ供給する供給部と、を有する機械加工液性能回復システムにおいて、
   前記タンク部に改質部取水口を有し前記タンク部内から取水した機械加工液を改質する改質部をさらに有し、
   前記改質部は、所定の径の素焼抗火石ビーズと、表面に釉薬層を備えた釉薬被覆抗火石ビーズと、前記釉薬被覆抗火石ビーズが充填した第１改質部と、前記素焼抗火石ビーズが充填した第２改質部と、を備え、取水した機械加工液を第１改質部及び第２改質部に通水し前記終端部に還流するとともに、
   前記取水部で取水した機械加工液を濾過するフィルタ部を備え、
   前記フィルタ部が伸縮性を備えた袋状の濾布を有し、前記濾布は残渣によって伸長して網が拡大することを特徴とする機械加工液性能回復システム。
2. タンク部の流路が槽内を折り返しながら進む折り返し流路であり、
   前記タンク部に浮上油取水口を有し前記機械加工液中の浮上油を分離除去する浮上油回収部と、
   前記浮上油取水口の下流側に位置し下方が開口した油止壁と、を備え、
   前記油止壁の下流に改質部取水口を有することを特徴とする請求項１記載の機械加工液性能回復システム。
3. 流路に所定の寸法の孔が複数形成された緩速壁を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機械加工液性能回復システム。