JP6592668B1 - 金属切削屑圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな破砕動力を必要とする金属切削屑を、装置の大きさを大きくすることなく破砕するとともに、金属切削屑に異物が混入した場合でも装置の機能を停止させることなく異物を機外に排出出来る金属切削屑圧縮装置を提供する。【解決手段】一対の破砕刃群を駆動する各回転軸の各々の端部に別個の駆動機構を同一方向に向けて設けるとともに、異物が混入した場合に駆動機構を停止させた後、装置の外側寄りの破砕刃群のみ破砕時の回転方向と反対の方向に駆動して異物を機外に排出する。【選択図】 図４

Description

本発明は、主に金属切削加工時に発生する金属切削屑を圧縮して所定形状に固めるための金属切削屑圧縮装置に関する。

金属切削加工工程では、工作機械から金属切削屑（以下、切粉と呼称する）が大量に排出されるが、この切粉は再利用のため回収される。しかし、切削加工で生じる切粉は、リボン状、螺旋・コイル状、渦巻き状、縮れ・カール状、チップ状など様々な形態、寸法をしており、そのままでは取り扱いが煩雑になるため、これらの切粉は下記の特許文献１に示すような圧縮装置を用いて所定形状に固められている。

特開２００３−３１１５７６号公報

しかしながら、この種の切粉圧縮装置では、切粉が様々な形態、寸法をしているため切粉が滑らかに圧縮成形室に入っていかないので、圧縮成形室の内径を大きくして、様々な形態、寸法の切粉を圧縮成形室に無理やり押し込むようにしておかなければならず、圧縮成形室の内径を直径とする大きな圧縮面積に見合う大きな圧縮用の動力が必要となり装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明の目的は、これらの問題を解消して、工作機械から排出された切粉を排出直後に捕捉して破砕し、切粉の大きさを小さくして集積することで、圧縮成形室の内径を大きくする必要がなく、小さな動力で圧縮成形品を得ることが出来るようにするとともに、強いカール状の切粉や高強度材料の切粉などでも、装置を大きくすることなく、また切粉の中にボルト、ナット、工具および被切削加工材料（以下異物と称する）などが混入しても、装置を異物混入でアラーム停止させることなく混入した異物を装置の外に排出することが出来る金属切削屑圧縮装置を提供することにある。

〔解決手段１〕
本発明の金属切削屑圧縮装置は、請求項１に記載のように、投入された切粉を受けるホッパーと、ホッパーから送られてきた切粉を破砕する破砕機構と、破砕された切粉を圧縮シリンダー機構に送り込む移送機構と、移送された切粉を圧縮成形室内で圧縮成形する圧縮シリンダー機構を備えてなり、前記破砕機構は内側に向かって通常は互いに逆方向に回転する一対の回転軸と、前記各回転軸の軸方向に厚みを有する一対の破砕刃群を有し、これらのうちのいずれか一方の回転軸を駆動する第一の電動機の主軸が前記回転軸に直交する第一の駆動機構と、他方の回転軸を駆動する第二の電動機の主軸が前記他方の回転軸に直交し、第一の電動機と同じ向きで第一の電動機がない回転軸端側に配置した第二の電動機からなる第二の駆動機構と、前記破砕刃群は第一の駆動機構に連なる破砕刃群と鋏状に係合する前記第二の駆動機構に連なる破砕刃群とで構成したことである。

〔解決手段２〕
本発明の金属切削屑圧縮装置は、請求項２に記載のように、請求項１に記載の金属切削屑圧縮装置において、一対の破砕刃群は複数の円盤状の破砕刃と前記破砕刃の外周上に複数の突起を有しており、破砕刃群への異物の噛み込みを検出する検知機構を設けるとともに、一対の破砕刃群を駆動する各々の電動機の作動を制御する制御機構を設け、前記検知機構で金属切削屑に異物が混入したと検出された場合に、前記各々の電動機を一旦停止さて混入した異物を前記破砕刃群の突起で受け止めて係止し、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を駆動する電動機のみを、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に破砕刃群を駆動すべく構成したことである。

〔解決手段３〕
本発明の金属切削屑圧縮装置は、請求項３に記載のように、請求項１乃至請求項２に記載の金属切削屑圧縮装置において、一対の破砕刃群のうち、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を駆動する電動機が、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に破砕刃群を駆動する際に、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向の回転速度に対して反対方向に破砕刃群を駆動する際の回転速度が同一でないように構成したことである。

〔解決手段４〕
本発明の金属切削屑圧縮装置は、請求項４に記載のように、請求項２乃至請求項３に記載の金属切削屑圧縮装置において、一対の破砕刃群のうち、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を、装置の内側寄りに配置した破砕刃群よりも低くなるように構成したことである。

請求項１にかかる発明によれば、投入された切粉を受けるホッパーと、ホッパーから送られてきた切粉を破砕する破砕機構と、破砕された切粉を圧縮シリンダー機構に送り込む移送機構と、移送された切粉を圧縮成形室内で圧縮成形する圧縮シリンダー機構を備えてなり、前記破砕機構は内側に向かって通常は互いに逆方向に回転する一対の回転軸と、前記各回転軸の軸方向に厚みを有する一対の破砕刃群を有し、これらのうちのいずれか一方の回転軸を駆動する第一の電動機の主軸が前記回転軸に直交する第一の駆動機構と、他方の回転軸を駆動する第二の電動機の主軸が前記他方の回転軸に直交し、第一の電動機と同じ向きで第一の電動機がない回転軸端側に配置した第二の電動機からなる第二の駆動機構と、前記破砕刃群は第一の駆動機構に連なる破砕刃群と鋏状に係合する前記第二の駆動機構に連なる破砕刃群とで構成している。

これにより、強いカール状の切粉や高強度材料の切粉などを破砕するのに必要な大きな動力を、一方の回転軸の端部に大型の電動機を装着して電動機装着側の反対側の端部において一対の平歯車で反転駆動することで他方の回転軸に動力を伝える方式に比べ、回転軸を駆動する大型でスペースを取り生産性が悪く非常に高価な電動機を使用する必要がなく、小型で生産性が良く低価格の電動機を各々の回転軸端に装着することで、必要な破砕トルクを各々の回転軸に分散させることが出来るため、回転軸径を太くする必要もなくなるので一対の破砕刃群の間隔を拡げて破砕刃を大型化して装置全体を大きくしてしまうこともなく、小型で低価格な装置を得ることが出来るという効果を奏する。

また、いずれか一方の回転軸を駆動する第一の電動機の主軸が前記回転軸に直交する第一の駆動機構と、他方の回転軸を駆動する第二の電動機の主軸が前記他方の回転軸に直交し、第一の電動機と同じ向きで第一の電動機がない回転軸端側に配置した第二の電動機からなる第二の駆動機構を配置したので、破砕機全体の幅寸法や奥行寸法が大きくなるのを抑制出来るばかりではなく、第二の駆動機構の第二の電動機と第一の駆動機構の回転軸端との間隙に破砕機構の作動状況を検知する検知機構を介装することが出来るという効果を奏する。

請求項２にかかる発明によれば、一対の破砕刃群は複数の円盤状の破砕刃と前記破砕刃の外周上に複数の突起を有しており、破砕刃群への異物の噛み込みを検出する検知機構を設けるとともに、一対の破砕刃群を駆動する各々の電動機の作動を制御する制御機構を設け、前記検知機構で金属切削屑に異物が混入したと検出された場合に、前記各々の電動機を一旦停止させ混入した異物を前記破砕刃群の突起で受け止めて係止し、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を駆動する電動機のみを、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に破砕刃群を駆動すべく構成している。

これにより、切粉に異物が混じって投入された際に、異物が混入したことを検知して一対の破砕刃群を駆動する電動機を一旦停止することで破砕トルクの印加がなくなるので、前記破砕刃群は金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に各々わずかに回転運動する。これにより破砕刃群に噛み込んだ異物が一旦解放された状態になり、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を駆動する電動機のみを、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に破砕刃群を回転運動するように駆動することで、混入した異物を前記破砕刃群の突起で受け止めて係止し、異物混入のアラーム停止で装置の機能を停止させること無しに混入した異物を装置の外部に排出することが出来るという効果を奏する。

請求項３にかかる発明によれば、一対の破砕刃群のうち、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を駆動する電動機が、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に破砕刃群を回転運動するように駆動する際に、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向の回転速度に対して反対方向に破砕刃群を駆動する際の回転速度が同一でないように構成したことで、切粉を破砕するに適した回転速度と、混入した異物を排出するのに適した逆方向の回転速度を別個に設定することが出来るようになり、装置の作動効率を向上させることが出来るという効果を奏する。

請求項４にかかる発明によれば、一対の破砕刃群のうち、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を、装置の内側寄りに配置した破砕刃群よりも低くなるように配置するように構成している。これにより、異物が噛み込んだ個所から破砕刃の先で係止して上方に移動する距離を短く出来るので、拘束が難しいような小さくて軽い異物でも容易に装置の外部に排出することが出来るという効果を奏する。

本発明の一実施例を示す、平面図 本発明の一実施例を示す、パネルを外し配管、配線を省略した正面図 本発明の一実施例を示す、パネルを外し配管、配線を省略した左側面図 本発明の一実施例の破砕機構を示す平面図 本発明の一実施例の破砕機構を示す左側面図 本発明の一実施例の破砕機構の断面図（図４のＡ−Ａ断面図） 本発明の一実施例の破砕機構の断面図（図５のＢ−Ｂ断面図） 本発明の一実施例の破砕機構の制御を示すフローチャート 本発明の一実施例の異物噛み込み時における異物の排出作動を示す概念図 本発明の別の実施例を示す、パネルを外し配管、配線を省略した左側面図 本発明の別の実施例の異物噛み込み時における異物の排出作動を示す概念図

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図１１に基づいて説明する。

〔金属切削屑圧縮装置の全体構成〕
以下に、本発明の実施の形態を図面の記載に基づいて説明する。
本発明の金属切削屑圧縮装置は、図１乃至図３に示すように、工作機械から排出される切粉を受けるホッパー２と、ホッパー２の直下にあり切粉を破砕して小さくする破砕機構３と、破砕されて小さくなった切粉を圧縮シリンダー機構５に移送する移送機構４と、切粉を圧縮し排出する圧縮シリンダー機構５と、圧縮シリンダー機構５の液圧を生成する液圧ポンプ・モーター装置２１と、液圧を制御する液圧制御弁１７と、図示しない制御部６と、構造物を支える外枠と、内部を遮蔽するパネルを備えたものである。

〔ホッパー、外枠およびパネル〕
図１乃至図３に示すように、本発明の金属切削屑圧縮装置１は、略立方体形状で図示しない遮蔽パネルで外側を囲まれており、その上部に圧縮シリンダー機構５の液圧シリンダー部分が突出した外観となっている。各遮蔽パネル同士の合わせ部１２個所には、構造物の重量や負荷を支えるために外枠部材が溶接などで組み立てられている。各遮蔽パネルは、各々対向する外枠部材にビスなどでねじ止めされているが、外枠部材に一部を引っ掛ける構造としてもよい。本装置１の上部の外枠には、さらに圧縮シリンダー機構５の重量を支える補強部材が付加されている。また、本装置１の中段には、破砕機構３を支える補強部材が付加されている。本装置１の上部には、遮蔽パネルとしての天板に、切粉を一時貯留するホッパー２が形成されている。なお、ホッパー２には上方に向かって更に開口部を大きくする延長ホッパー部材を設けてもよい。

〔破砕機構〕
破砕機構３は、図４乃至図７および図９に詳細を示すとおり、二本の回転軸３１と、各々の軸を支える軸受３５と、破砕モーター装置２４の動力で回転軸３１を経てキーなどを介して駆動される複数の破砕刃３２と、隣り合う破砕刃３２同士の間隔を規制する間隙規制部材３３と、回転軸３１の一端に取り付けられ破砕刃３２をキーなどを介して駆動する破砕モーター装置２４と、軸受３５と破砕モーター装置２４を取り付けるボックス３４で構成されている。ボックス３４は、図示しない締め付けボルトにより、外枠の補強部材に破砕機構３全体として取り付けられている。

破砕刃３２は、厚みを有する円盤状をしており円盤外径３８には切粉を捕捉する複数の突起３７が設けられている。破砕刃３２同士は回転軸３１上でキーなどを介して各々内向き回転をすることで、ホッパー２に貯留している切粉を外周の突起３７で確実に捕捉する。捕捉された切粉は、隣り合う対向する破砕刃３２の円盤外径３８同士の角部で剪断されて破砕される。

この破砕刃３２同士は、回転軸３１上でキーなどを介して各々内向き回転をすることで、図２乃至図３に示すように直上のホッパー２から落下する切粉を確実に捕捉することが出来、剪断、破砕し、直下の移送機構４上に落下させる。

隣り合う破砕刃３２同士は、間隙規制部材３３によりお互いの取付け間隔を設定されている。間隙規制部材の外径は、対向する破砕刃３２に設けられた突起３７の外接円径と間隙を確保するように設定されている。なお、破砕刃３２と間隙規制部材３３は一体として形成されていてもよく、また、回転軸３１上にある全ての破砕刃３２と間隙規制部材３３を一体として形成してもよい。

一方の破砕モーター装置２４は、主軸が一方の回転軸３１に直交するように直接ボックス３４に取り付けられ、他方の破砕モーター装置２４の主軸は他方の回転軸３１に直交し、一方の破砕モーター装置２４と同じ向きで一方の破砕モーター装置２４がない回転軸端側に配置され、アダプター５１を介してボックス３４に取り付けられている。アダプター５１は内部に回転軸３１を支える軸受３５が介装されている。回転軸３１の軸受３５の近傍には外周が歯車のような凹凸を設けたパルサーリング５２およびパルサーリングの回転を検出する回転検知センサー５３が設けられている。装置の外枠またはボックス３４には、混入した異物を外部に排出する異物排出トレー７３が取付けられている。

異物が混入した場合の装置の制御は図８のとおりである。通常は第一の電動機、第二の電動機とも（Ａ）のように正転、即ち破砕刃群が互いに内向き回転するように図示しない制御機構６により駆動されている。異物が混入した場合には破砕モーター装置２４における負荷トルク、駆動電流、回転速度等に変動が生じる。実施例では（Ｂ）のように回転検知センサー５３のパルスが無くなる。これにより、（Ｃ）に示すように第一の電動機、第二の電動機とも停止させる。

この後、（Ｄ）に示すように第二の電動機のみを逆転、即ちこの電動機で駆動されている破砕刃群を外向き回転させる。この時には混入した異物は破砕刃の刃先で係止されて装置の外向き方向に移動する。（Ｅ）により一定時間、即ち係止された異物が装置の外側に移動し、異物排出トレー７２に異物を排出するに足る時間を経過したことを確認出来る段階で、（Ｆ）のように第二の電動機を停止させる。この後は（Ａ）に戻り第一の電動機、第二の電動機とも正転させる。なお、（Ｅ）は時間で制御せず、回転角で制御してもよいことは言うまでもない。

なお、この一連の作動に際して、（Ｃ）の工程と（Ｄ）の工程の間に、第一の電動機、第二の電動機ともに僅かな時間逆方向に回転させた後、第一の電動機、第二の電動機ともに停止させてから（Ｄ）の工程に移行するように構成してもよい。

また、第二の電動機において、（Ａ）の工程での回転速度に対して、（Ｄ）の工程での回転速度を上げることで、より短時間に異物を排出出来るようにすることが出来る。なお、（Ａ）の工程での回転速度を上げておいて（Ｄ）の工程での回転速度を下げて捕捉した異物を確実に外部に排出するように構成することも出来ることは言うまでもない。

〔移送機構〕
図２乃至図３に示すように、破砕刃３２から落下する全ての切粉を受けとめるように幅広で、圧縮成形室１２の上部に設けた開口部に向かって幅狭になる平面視で三角形乃至五角形状の移送板７１と、移送板７１をボックス３４に取り付ける移送板７１に溶接結合されているプレート７２と、プレート７２とボックス３４を結合するボルト類で構成されている。なお、プレート７２は移送板７１と溶接構造としているが、ボルト結合でもよいし一体構造としてもよい。また、プレート７２とボックス３４はボルト結合に代えて溶接構造としてもよい。移送板７１は圧縮成形室１２上部に設けた開口部に向かって傾斜して取り付けられている。移送板７１の縁には移送板７１からの切粉の飛び出しを防ぐ縦壁が略垂直方向に所定の高さで設けられている。

ホッパー２に貯留され、破砕機構３を経て破砕された切粉は、移送板７１上に落下する。移送板７１はＶ字断面をしており、破砕されて落下した切粉は移送板７１のＶ字溝に集まりながら、圧縮成形室１２の上部に設けられた開口部に向かう傾斜により、順次開口部から圧縮成形室１２内部に集積される。

〔圧縮シリンダー機構〕
図２乃至図３示すように、圧縮シリンダー機構５は本装置１の上部に位置する液圧シリンダーと、液圧シリンダー内の図示しない液圧ピストンと一体的に動作する圧縮プランジャー１１と、上部に切粉が投入される開口部を有する圧縮成形室１２と、底穴１４の有無を切り換えできる底板１３と、底板１３の直下にあり片方に切り換えシリンダー１５が取り付けられ液圧シリンダーの液圧によって発生する圧縮力を受け止める反力部材１８と、前記液圧シリンダーと反力部材１８を結合する４本の支柱と、液圧ポンプ・モーター装置の一部に取付られている液圧制御弁１７で構成されている。圧縮プランジャー１１と圧縮成形室１２は、組み付け時に各々の芯ずれが発生しないように初期位置では上部で僅かな隙間をもって勘合している。

圧縮成形室１２の上部に設けられた開口部から、移送機構４から送られてきた切粉が投入される。この時は底穴１４の有無を切り換え可能な底板１３は、底穴無しの状態に切り換わっている。金属切削屑２２（切粉と呼称している）の集積状態を検出する図示しない検出器によって圧縮成形室１２が切粉で満杯であることが感知された時に切粉の投入をやめ、圧縮工程に移行する。圧縮は液圧シリンダーの液圧による圧縮力によって行われる。圧縮成形の完了は、液圧シリンダーの図示しない液圧検出器がリリーフ圧力に相当する規定液圧に達したことを感知した時に圧縮作動を停止することで行われる。

〔別の実施例〕
図１０乃至図１１に示すように、外枠に対して破砕機構３を傾斜させて配置することも有効である。この場合の破砕機構３の作動および異物の排出作動は同じであるが、装置の外側寄りにある破砕刃が内側にある破砕刃よりも低く配置されるので、破砕刃３２同士の交差位置から異物がほとんど持ち上げられることなく機外に排出されるので、突起３７で拘束が難しい小さくて軽い異物でも容易に排出することが出来る。

上述の実施例は、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、説明のため例示したもので、特許請求の範囲の記載から当業者が認識できる本発明の技術思想に反しない限り変更および付加が可能である。

１ 金属切削屑圧縮機
２ ホッパー
３ 破砕機構
４ 移送機構
５ 圧縮シリンダー機構
６ 制御部
１１ 圧縮プランジャー
１２ 圧縮成形室
１３ 底板
１４ 底穴
１５ 切り換えシリンダー
１７ 液圧制御弁
１８ 反力部材
２１ 液圧ポンプ・モーター装置
２２ 金属切削屑（切粉）
２３ 圧縮成形品
２４ 破砕モーター装置
３１ 回転軸
３２ 破砕刃
３３ 間隙規制部材
３４ ボックス
３５ 軸受
３７ 突起
３８ 円盤外径（突起の歯底円径）
５１ アダプター
５２ パルサーリング
５３ 回転検知センサー
７１ 移送板
７２ プレート
７３ 異物排出トレー

Claims (4)

1. 投入された金属切削屑を受けるホッパーと、ホッパーから送られてきた金属切削屑を破砕する破砕機構と、破砕された金属切削屑を圧縮シリンダー機構に送り込む移送機構と、移送された金属切削屑を圧縮成形室内で圧縮成形する圧縮シリンダー機構を備えた金属切削屑圧縮装置において、前記破砕機構は内側に向かって通常は互いに逆方向に回転する一対の回転軸と、前記各回転軸の軸方向に厚みを有する一対の破砕刃群を有し、これらのうちのいずれか一方の回転軸を駆動する第一の電動機の主軸が前記回転軸に直交する第一の駆動機構と、他方の回転軸を駆動する第二の電動機の主軸が前記他方の回転軸に直交し、第一の電動機と同じ向きで第一の電動機がない回転軸端側に配置した第二の電動機からなる第二の駆動機構と、前記破砕刃群は第一の駆動機構に連なる破砕刃群と鋏状に係合する前記第二の駆動機構に連なる破砕刃群とで構成されたことを特徴とする金属切削屑圧縮装置。
2. 一対の破砕刃群は複数の円盤状の破砕刃と前記破砕刃の外周上に複数の突起を有しており、破砕刃群への異物の噛み込みを検出する検知機構を設けるとともに、一対の破砕刃群を駆動する各々の電動機の作動を制御する制御機構を設け、前記検知機構で金属切削屑に異物が混入したと検出された場合に、前記各々の電動機を一旦停止させ混入した異物を前記破砕刃群の突起で受け止めて係止し、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を駆動する電動機のみを、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に破砕刃群を駆動することで装置外に排出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の金属切削屑圧縮装置
3. 一対の破砕刃群のうち、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を駆動する電動機が、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向とは反対方向に破砕刃群を駆動する際に、金属切削屑を破砕する際の破砕刃群の回転方向の回転速度に対して反対方向に破砕刃群を駆動する際の回転速度が同一でないように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の金属切削屑圧縮装置
4. 一対の破砕刃群のうち、装置の外側寄りに配置した破砕刃群を、装置の内側寄りに配置した破砕刃群よりも低くなるように配置したことを特徴とする請求項２乃至請求項３に記載の金属切削屑圧縮装置。

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