JP3660965B2 - 切削液の浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削液の浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械等においては、加工精度を上げるために、その切削加工の際に、加工部の冷却、潤滑ないしは切粉の除去等の目的で切削液が供給されている。そして、この一旦使用され切粉等を含む切削液は、コスト低減の目的のために、切粉等を除去した後、再利用されるのが通例である。
【０００３】
従来、かかる切削液の浄化ないしは切粉回収装置としては、マグネットセパレータ等により鉄系の切粉を除去した後、微小切粉を含む切削液をクーラントタンク等の沈殿漕に導き、ここで切粉を沈殿させ、さらに、その上澄み液をポンプで汲み上げ、フィルタ等を通して工作機械に戻すようにした、いわゆる、沈殿式切粉回収装置が知られている。
【０００４】
ところが、かかる沈殿式にあっては、沈殿漕の底部に沈殿した切粉の腐敗に起因して、切削液が早期に劣化して多量の廃液を生ずるという問題が存在することから、以下の構成の切粉回収装置が提案されている（実開平６−１７８４５号参照）。
【０００５】
すなわち、これは、工作機械の流出口から切粉と共に流出する切削液から粗切粉を取り除く粗切粉除去手段と、粗切粉除去手段から流出する切削液が、内壁に沿わせて周方向に延在させて設けた配管から円筒形をなす上部に供給され、下部が下方に向けて次第に縮径する円錐形をなすクーラントタンクと、クーラントタンクの底部より流出した切削液から微小切粉を取り除くフィルタと、クーラントタンクの底部から流入口に向けて切削液を送り込むポンプとを備えた、いわゆる、旋回渦流式である。そして、さらに、クーラントタンクの中心部に垂直に挿入され複数の羽根を有する撹拌棒を備える撹拌機が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の旋回渦流式切粉回収装置は、切粉の沈殿を利用するものではないので、切削液の腐敗に起因する問題の解消は図れるものの、切粉を渦流の中心部に集めるに足る速度の渦流を得るのに、クーラントタンクの中心部に垂直に挿入され複数の羽根を有する撹拌棒を備える撹拌機に依存しているので、渦流の中心においてはその撹拌により流れに乱れを生じさせる結果、切粉の回収率が低下するという問題がある。
【０００７】
また、渦流の液面を浮遊する浮上性流動粉については、特に、回収が困難であるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述の従来の問題を解決し、切削液の浄化を効果的に行うことのできる切削液の浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の一形態になる切削液の浄化装置は、工作機械から排出された切削液から切粉を除去する切粉除去装置と、該切粉除去装置から排出され残存切粉を含む切削液が導入通路を介して外周部に導入され、該切削液に渦流を生じさせると共に底部中心に開口する排出口から残存切粉を含む切削液を排出する、少なくとも底部が擂鉢状の渦流発生タンクとを備える切削液の浄化装置において、前記渦流発生タンクの略中心に位置し、その先端部が前記排出口まで延在され前記排出口に向けて調整液を供給する調整液供給通路を設け、この調整液供給通路にスリットを開口させ、前記渦流発生タンクの外周部で前記導入通路に向けて所定流量の流体を噴射し、前記スリットの上端が前記渦流発生タンクの渦流の中心部窪みよりも上側に露出するように、渦流の速度を調整する渦流速度調整手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい形態では、前記切削液の浄化装置は、さらに、前記排出口に接続され前記残存切粉を含む切削液を前記切粉除去装置に循環する循環通路と、前記導入通路および前記渦流速度調整手段の間に開口し前記工作機械に浄化された切削液を環流する環流通路とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい形態では、前記渦流速度調整手段は前記環流通路から分岐されて構成されていることを特徴とする。
また、本発明の好ましい形態では、前記渦流発生タンクは、円筒状の側部を備え、前記環流通路は、前記側部の内周面に一端が固着され、該側部の内周面から半径方向内方に徐々に離間してほぼ周方向に延在する案内板と、前記側部との間に開口されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一形態によれば、工作機械から排出され切粉を含む切削液が切粉除去装置に送り込まれ、大半の切粉が除去される。そして、残存切粉を含む切削液は切粉除去装置から排出され、導入通路を介して、該切削液に渦流を生じさせると共に底部中心に開口する排出口から切削液を排出する、少なくとも底部が擂鉢状の渦流発生タンクに導入される。
【００１３】
渦流発生タンク内の切削液は渦流をなすので、残存切粉はその渦流の中心に集まり、その集められた残存切粉を含む切削液が渦流発生タンクの擂鉢状底部中心に開口する排出口から排出される。またこのとき、導入通路を介して導入される切削液のみでは、適度な速度の渦流が得られない場合、渦流速度調整手段により渦流発生タンクの外周部で前記導入通路に向けて所定流量の流体が噴射されることで、切粉を渦流の中心部に集めるに足る適度な速度の渦流に制御される。
【００１４】
従って、渦流は渦流発生タンクの外周部における外力によって形成され、その中心部において撹拌されることがないので、切粉を渦流の中心部に速やかに集め、沈殿性流動粉または浮上性流動粉にかかわらず、効果的に切粉の回収が可能である。
【００１５】
また、さらに、前記排出口に接続され前記残存切粉を含む切削液を前記切粉除去装置に循環する循環通路と、前記導入通路および前記渦流速度調整手段の間に開口し前記工作機械に浄化された切削液を環流する環流通路とを備えた本発明の好ましい形態の切削液の浄化装置では、排出口から排出された切削液は循環通路を介して切粉除去装置に循環供給され、切削液から再度残存切粉が除去される。一方、渦流発生タンク内の切削液の渦流により残存切粉がその渦流の中心に速やかに集められた結果、渦流発生タンクの外周部の浄化された切削液は、この外周部で前記導入通路および前記渦流速度調整手段の間に開口された環流通路を介して工作機械に環流され再使用される。しかも、渦流速度調整手段からの流体の噴射により環流通路の開口付近は吹き払われて清浄に保たれるので、環流通路に切粉が吸い込まれることが完全に防止される。なお、再使用される切削液の清浄度を高めるためには、この浄化液環流通路にフィルタを配置してもよい。
【００１６】
このように、排出口から排出された切削液を循環通路を介して切粉除去装置に循環供給し、切削液から再度残存切粉を除去するようにしたので、フィルタを用いることなく切粉の除去ができ、その頻繁な交換ないしは清掃が不要であり、メイテナンスのコストを低減することができる。また、仮に上述のようにフィルタを用いる場合には、その交換ないしは清掃の頻度を著しく少なくすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に記載された例に基づき、本発明の好ましい実施の形態につき詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる切削液の浄化装置の全体構成を示す回路図であり、図中において、１００は切削ないしは研磨加工を行う旋盤等の工作機械であり、切削液の流入口１０２および流出口１０４を有している。切削液は流入口１０２から供給され、工具による加工部位の冷却、潤滑ないしは切粉の流し作用等を行った後、切粉と共に流出口１０４から排出される。
【００１９】
２００は切粉除去装置であり、工作機械１００の流出口１０４と通路１０６を介して接続されており、切粉を含む切削液が重力の作用により供給される。切粉除去装置２００は、例えば、マグネットロータの磁力により鉄系の切粉を吸着除去するマグネットセパレータにて構成される。そして、マグネットロータに吸着された切粉は切粉排出口２０２から排出され切粉回収トレイ２１０に落下して集積される。一方、切粉が除去された切削液はある程度の残留切粉と共に導入通路としての切削液排出通路２０４に排出され、後述する渦流発生タンク３００に流入する。
【００２０】
渦流発生タンク３００は、少なくとも底部が擂鉢状、換言すると、円錐状であればよいが、本実施の形態では、上方に円筒状の側部３０２、下方に擂鉢状の底部３０４を備えて構成されている。そして、擂鉢状の底部３０４の中心である頂点には排出口３０６が形成されている。さらに、円筒状の側部３０２の内周面には、図２に最も良く表されるように、一端が固着され、該側部の内周面から半径方向内方に徐々に離間してほぼ周方向に延在する案内板３０８が設けられている。案内板３０８それ自体が充分な強度を有する場合には必ずしも必要ではないが、本実施の形態では、側部３０２の内周面と案内板３０８の上縁とを連結する弧状の支持板３１０が設けられている。なお、案内板３０８は切削液の後述する液面より下になるように位置されるのが好ましいが、その一部が液面より上に存在してもよい。
【００２１】
そして、渦流発生タンク３００の排出口３０６は循環通路３２０により切粉除去装置２００に接続され、循環通路３２０に設けられたポンプ３２２でもって、渦流発生タンク３００から切粉除去装置２００への切削液の循環が可能とされている。なお、３２４は循環通路３２０を流れる切削液の流量、すなわち、循環量を調節するための流量制御弁であり、自動または手動のいずれであってもよい。
【００２２】
さらに、上述した切削液排出通路２０４は、その先端部２０５が渦流発生タンク３００の円筒状側部３０２の内周面にほぼ沿うように周方向に延在して設けられており、重力の作用による切削液の切粉除去装置２００からの流入により、渦流発生タンク３００内で渦流を発生させる。渦流の旋回方向は、前述の案内板３０８が半径方向内方に徐々に離間して延在する方向であり、先端部２０５は案内板３０８に対し渦流の下流側に位置されている。
【００２３】
また、案内板３０８と円筒状の側部３０２との間には、浄化液環流通路３３０の一端が開口３３６され、該浄化液環流通路３３０の他端は工作機械１００の流入口１０２に接続されている。そして、浄化液環流通路３３０の開口方向は、渦流を阻害しないように下向きであるのが好ましい。浄化液環流通路３３０には、渦流発生タンク３００内の浄化された切削液を吸込み工作機械１００に供給するためのポンプ３３２、および、ポンプ３３２の下流に浄化液環流通路３３０を流れる切削液の流量、すなわち、浄化液環流量を調節するための流量制御弁３３４が設けられている。これは、自動または手動のいずれであってもよい。
【００２４】
一方、浄化液環流通路３３０はそのポンプ３３２の下流において分岐され、渦流速度調整通路３４０および調整液供給通路３５０がそれぞれ構成されている。
【００２５】
渦流速度調整通路３４０は、その開口端３４２が案内板３０８と円筒状の側部３０２との間であって、前述の浄化液環流通路３３０の開口端３３６および切削液排出通路２０４の先端部２０５の渦流旋回方向上流側に配置されている。そして、開口端３４２の開口方向は切削液排出通路２０４の先端部２０５の開口方向と同じく、渦流旋回方向である。渦流速度調整通路３４０には、該通路を流れる浄化切削液の流量、すなわち、渦流速度調整流量を調整するための自動または手動の流量制御弁３４４が設けられている。しかして、切削液排出通路２０４を介して、重力の作用により切粉除去装置２００から流入される切削液により発生される渦流発生タンク３００内での渦流の速度が適当でない場合等に、その速度を調整することができる。
【００２６】
調整液供給通路３５０は、後述するように、渦流中心に形成される窪みの大きさを制御することで、排出口３０６への空気の吸込を防止しようとするためのものである。従って、調整液供給通路３５０は渦流中心、すなわち、渦流発生タンク３００の中心に位置され、その途中に通路を流れる調整液供給量を調整するための自動または手動の流量制御弁３５２が設けられている。そして、調整液供給通路３５０は先端部が渦流発生タンク３００の排出口３０６にまで延在され、その下端部において、管壁に軸線方向に真っ直ぐな複数のスリット３５４が形成されている。スリット３５４は上端が渦流の窪んだ液面よりも若干上側に露出する程度であり、下端が渦流発生タンク３００の排出口３０６にまで至っている。スリットのこのような条件をみたす限り、調整液供給通路３５０と循環通路３２０とは、図４に示すように、一体に形成してもよい。また、スリットは軸線方向に真っ直ぐに形成するのに限られず、スパイラル状に形成されてもよい。
【００２７】
次に、上記構成になる本発明の実施の形態の作用につき説明する。
【００２８】
工作機械１００において、切削液を供給しつつ加工が行われると、切粉が発生し、これが切削液と共に流出口１０４から排出される。切粉を含む切削液は通路１０６を介して重力の作用により切粉除去装置としてのマグネットセパレータ２００に流下する。鉄系を主として多少の砥粒を含む切粉の大半は、切削液流内に部分的に浸漬されて回転しているマグネットロータの磁力により吸着除去される。但し、その除去割合は切削液の流量ないしは流速に対応して異なり、流量が多いときの除去率は約８０％、少ないときは約９０％であった。マグネットロータに吸着された切粉は切粉排出口２０２から排出され切粉回収トレイ２１０に落下して集積される。
【００２９】
一方、切粉が除去された切削液はある程度の残留切粉と共に切削液排出通路２０４に排出され、自然落下により渦流発生タンク３００に流入する。前述のように、切削液排出通路２０４の先端部２０５は渦流発生タンク３００の円筒状側部３０２の内周面にほぼ沿うように周方向に延在して設けられているので、重力の作用による切粉除去装置２００からの流入により、渦流発生タンク３００内で渦流を発生させる。なお、切削液排出通路２０４から流入される切削液により発生される渦流発生タンク３００内での渦流の速度が適当でないときには、後述するが、渦流速度調整通路３４０から適度に調整された速度の切削液を供給することにより渦流速度を調整する。
【００３０】
適度な速度を有する渦流においては、切粉の内、比較的重い沈殿性流動粉は、図５に示すように、渦流発生タンク３００の内周面に付着することなく流速の小さい渦流の中心底部に集められ、ポンプ３２２の駆動により、スリット３５４および排出口３０６から循環通路３２０を経て、再度、切粉除去装置２００に送られる。
【００３１】
一方、切粉の内、比較的軽く液面に浮遊する浮上性流動粉も渦流により、図５に示すように、その中心上部に集まる。該中心上部に集まった浮上性流動粉は、調整液供給通路３５０に形成されたスリット３５４を介して、調整液供給通路３５０内を流動している切削液中にに取り込まれ、沈殿性流動粉の場合と同様に、排出口３０６から循環通路３２０を経て、再度、切粉除去装置２００に送られる。このようにして、切削液中の残留切粉は渦流発生タンク３００内から取り除かれる。
【００３２】
そして、再度、切粉除去装置２００に送られた切削液中の切粉は、上述した割合で除去されるので、例えば、工作機械１００から新規の切削液の流入がないと仮定した場合、渦流発生タンク３００と切粉除去装置２００との閉鎖ループ内で切削液を数回循環することになり、切削液中の切粉を殆ど取り除くことができる。これは、例えば、工作機械１００の作動を停止する、交代勤務制の場合の交代時、または、休日等において、工作機械１００を停止した状態で、ポンプ３２２のみを駆動させておけば、人力を必要とすること無く、切削液を浄化することができるということを意味する。
【００３３】
また、渦流発生タンク３００内で渦流旋回している切削液は、その旋回中に、上述のように沈殿性流動粉および浮上性流動粉が共に渦流の中心方向に移動されるので、渦流発生タンク３００の外周部、特に、切削液排出通路２０４の先端部２０５から周方向に最遠の外周部においては、切粉の含有率は低下している。しかも、渦流発生タンク３００の側部３０２の内周面には、半径方向内方に徐々に離間してほぼ周方向に延在する案内板３０８が設けられており、この案内板３０８と円筒状の側部３０２との間においては、切粉の含有率はさらに低下する。しかして、ポンプ３３２が駆動されることにより、この最も切粉の含有率の小さな部位に開口端３３６を有する浄化液環流通路３３０を介して、浄化された切削液が汲み上げられ、工作機械１００の流入口１０２に供給され再使用される。
【００３４】
なお、工作機械１００に供給される浄化された切削液が、工作機械１００における加工に要求される清浄度に満たない場合には、必要に応じて、浄化液環流通路３３０にフィルタを設けるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、本実施の形態では、浄化液環流通路３３０にポンプ３３２により汲み上げられた切削液は、そのポンプ３３２の下流において浄化液環流通路３３０から分岐された渦流速度調整通路３４０および調整液供給通路３５０に供給されるよう構成されている。
【００３６】
これは渦流発生タンク３００に発生される渦流は、その中心部において適度な液面の窪みを有しない限り、換言すると、適度な渦流の速度を有しない限り、浮上性流動粉および沈殿性流動粉の両者を渦流の中心部に集めることができないという発明者等の実験による知見に基づくものである。かかる観点から、前述のように、切削液排出通路２０４から流入される切削液により発生される渦流発生タンク３００内での渦流の速度が適当であるときには、渦流速度調整通路３４０は必ずしも必要ではないが、適当な速度を切粉除去装置２００からの落差のみで得ることは容易でない。そこで、渦流速度調整通路３４０を設け、その吐出流量を流量制御弁３４４により制御することにより容易に適度な渦流の速度を得るようにしているのである。なお、本実施の形態では、渦流速度調整通路を浄化液環流通路３３０から分岐し、切削液を噴射するようにしたが、これに限らず、空気等の流体を別系統から噴射するようにしてもよい。
【００３７】
また、上述のように、浮上性流動粉および沈殿性流動粉の両者を渦流の中心部に集めるに足る速度の渦流を得て、これをポンプ３２２にて吸引すると、渦流の中心に空気管が形成されて、空気が循環通路３２０内に吸い込まれ、その結果、渦流の液面に多量の泡が発生するという事実も判明した。このような泡が発生すると、渦流が消滅し、上述の浮上性流動粉および沈殿性流動粉の両者を渦流の中心部に集めることができず切粉の回収率が低下する。そこで、調整液供給通路３５０を設け、その通過流量を流量制御弁３５２により制御することにより渦流の大きさを調整可能にすると共に空気の吸込を防止するようにしているのである。そして、沈殿性流動粉はスリット３５４の下部から、浮上性流動粉はスリット３５４の上部から調整液供給通路３５０または循環通路３２０に吸い込まれる。
【００３８】
さらに、図６に過流速度調整手段の他の例を示す。本例は案内板３０８、過流発生タンク３００の側部３０２、側部３０２の内周面と案内板３０８の上下縁とをそれぞれ連結する弧状の上部支持板３１０および下部支持板３１２および湾曲板３１４でもってほぼ密閉された空間を形成し、該空間内に過流速度調整通路３４０を連通させている。そして、図示のように、湾曲板３１４と上部および下部の支持板３１０，３１２の一部と側部３０２の内周面とでもって側部３０２に沿って細長矩形断面の吐出ダクトを形成し、該吐出ダクトの開口部３１６から過流速度調整用の流体が吐出されるように構成されている。なお、浄化液還流通路３３０は延長された案内板３０８の背面と吐出ダクトとの間に開口されている。
【００３９】
このように構成すると、過流速度調整通路３４０を介して空間内に供給された切削液または空気等の流体が、開口部３１６から側部３０２により忠実に沿って噴射されるので、より少ない流量で効果的に過流の発生ないしは調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる切削液の浄化装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】本発明にかかる切削液の浄化装置の渦流発生タンクの一実施の形態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す渦流発生タンクの平面図であり、切粉成分の内の浮上性流動粉の移動の様子を説明するためのものである。
【図４】図２に示す渦流発生タンクの中心部の拡大断面図である。
【図５】図２に示す渦流発生タンクの断面図であり、切粉成分の沈殿性流動粉および浮上性流動粉の移動の様子を説明するためのものである。
【図６】本発明にかかる切削液の浄化装置の過流速度調整手段の他の例を部分的に示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１００ 工作機械
１０２ 流入口
１０４ 流出口
２００ 切粉除去装置（マグネットセパレータ）
２０４ 切削液排出通路（導入通路）
３００ 渦流発生タンク
３０２ 側部
３０４ 底部
３０６ 排出口
３０８ 案内板
３２０ 循環通路
３２２ ポンプ
３３０ 環流通路
３３２ ポンプ
３４０ 渦流速度調整通路
３５０ 調整液供給通路
３５４ スリット

Claims (4)

1. 工作機械から排出された切削液から切粉を除去する切粉除去装置と、
   該切粉除去装置から排出され残存切粉を含む切削液が導入通路を介して外周部に導入され、該切削液に渦流を生じさせると共に底部中心に開口する排出口から残存切粉を含む切削液を排出する、少なくとも底部が擂鉢状の渦流発生タンクとを備える切削液の浄化装置において、
   前記渦流発生タンクの略中心に位置し、その先端部が前記排出口まで延在され前記排出口に向けて調整液を供給する調整液供給通路を設け、この調整液供給通路にスリットを開口させ、
   前記渦流発生タンクの外周部で前記導入通路に向けて所定流量の流体を噴射し、前記スリットの上端が前記渦流発生タンクの渦流の中心部窪みよりも上側に露出するように、渦流の速度を調整する渦流速度調整手段を設けたことを特徴とする切削液の浄化装置。
2. 前記切削液の浄化装置は、さらに、前記排出口に接続され前記残存切粉を含む切削液を前記切粉除去装置に循環する循環通路と、前記導入通路および前記渦流速度調整手段の間に開口し前記工作機械に浄化された切削液を環流する環流通路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の切削液の浄化装置。
3. 前記渦流速度調整手段は前記環流通路から分岐されて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の切削液の浄化装置。
4. 前記渦流発生タンクは、円筒状の側部を備え、
   前記環流通路は、前記側部の内周面に一端が固着され、該側部の内周面から半径方向内方に徐々に離間してほぼ周方向に延在する案内板と、前記側部との間に開口されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の切削液の浄化装置。

Images