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JP2008036734A - 切削液の循環処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 汚液貯水槽や清浄液貯水槽の容量が大きなものを使用しないで済み、濾過機にも十分な濾過能力を有しないものを使用しても問題なく、汚液貯水槽や清浄液貯水槽を工作機械と同じ床上等に配置しても切削液の循環が円滑に行えるようにする。
【解決手段】 切削液の循環処理システム20は、汚液貯水槽T1と渦流式ポンプP1と汚液の一時貯水槽T2と濾過機M1と切削屑入れW1と清浄液貯水槽T3とポンプP2と、冷却液貯水槽T4と冷却装置C1を床上に配置する。汚液貯水槽T1に流入した汚液は、渦流式ポンプP1にて汲み上げられ、一時貯水槽T2に送られる。一時貯水槽T2は、その底部付近に排液口a2を備え、その上部付近に溢流口b1を備える。清浄液貯水槽T3の溢流口b2は、汚液貯水槽T1の液面c1よりも高い位置に配置されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、旋盤、フライス盤や研削盤等の工作機械において、ワーク(被加工物)を切削するときに生じる切削屑や金属粉等を含む使用済み切削液の循環処理システムに関する。
旋盤、フライス盤や研削盤などの工作機械にて、ワーク(被加工物)を加工する場合は、刃物とワークとの摩擦熱による熱ストレスや刃物とワークの変性(変質)を防止するため、クーラントと呼ばれる切削液を加工場所に供給し、熱冷却を図るとともに、スラッジ、チップなどと呼ばれる切削屑を切削液とともに排出・除去する方法が一般に行われている。切削屑入りの汚れた切削液(以下、汚液と記す)は、濾過されて清浄な切削液(以下、清浄液と記す)となり、再度、工作機械に供給される。工作機械を連続して安定稼動させるためには、上記切削液の循環が円滑であることが重要であり、工作機械の高速化にともない、ますます切削液を切らさず、濾過および循環効率の良い切削液の循環処理システムが求められている。
近年、生産現場においては、自動車などの比較的大型の輸送機器においても、多品種・変量・短納期に対応した効率の良い生産レイアウト変更が頻繁に行われている。また、切削屑入りの汚れた切削液には、六価クロムや鉛などの環境負荷物質を含んでいる場合があり、環境負荷物質が管理区域から流れ出さないよう、十分な管理が必要である。
一方、切削液の循環処理システムには、特許文献1のように、処理前の汚液を接線方向から導入する汚液導入口を上部に有する円筒形の処理槽本体と、この処理槽本体の内部に汚液の旋回する汚液旋回空間を介して同心状に配置された通液性を有する円筒形の通液板と、この通液板の内部に通液間隙を介し同心状に配置された円筒形の遮蔽板と、前記通液板の底部から外部に引出され通液板の内側に流入した処理済液を外部へ取出す処理済液取出管と、前記処理槽本体の底部に設けられ前記汚液旋回空間にて凝集により大粒化した凝集物を沈澱させる沈澱槽と、を具備したことを特徴とする工作機械用切削液の循環処理システムが開示されている。
また、特許文献2のように、工作機械から流出する汚液を受ける流入槽と、流入槽内の汚液を汚液処理用貯水槽へポンプアップするポンプと、前記汚液処理用貯水槽内で水平軸まわりに回転する正多角筒状フィルタと、汚液処理用貯水槽の比較的高い位置に開口して汚液処理用貯水槽内の切削液を流入槽に返送する溢流口とを備えている、切削液の循環処理システムが開示されている。
特開平8−192331号公報 特許第2888774号公報
図3に、特許文献1に示す切削液の循環処理システムの配置図を示す。切削液の循環処理システムを配置する場合における問題点としては、工作機械から排出される汚液は、自重で高い場所から低い場所へと移動する。そして、落差による移動の過程で濾過装置により濾過され、清浄液となり、ポンプアップされて、工作機械に再度供給される。つまり、工作機械からの汚液出口の高さ(位置)に対して、清浄液貯水槽への入り口の高さ(位置)は、切削液が次の処理場所へ移動するために十分な落差を確保しなければならない。この落差を作るため、清浄液貯水槽は、床に穴を掘って埋め込んでいる。このため、最初に工作機械のレイアウトを決定すると、その後のレイアウト変更がきわめて困難であるという問題点を有する。また、切削液貯水槽から床への切削液の染み出し防止などの環境対策に費用がかかる。
また、特許文献2に示す切削液の循環処理システムでは、前記流入槽内の汚液を汚液処理用貯水槽へポンプアップすることが記されており、切削液貯水槽の位置を高くできる可能性を示唆している。しかしながら、上記装置においては、切削液貯水槽の位置を工作機械と同じ位置あるいは工作機械より高い位置にするためには、揚程能力(ポンプの汲み上げ能力)の大きなポンプを配備しなければならない。一方で、マグネットセパレータやペーパーフィルタなどの濾過装置の切削屑の処理能力には制限があり、その結果、濾過できないまま、汚液処理用貯水槽内の切削液の大半が流入槽に返送されてしまうという不具合が生じる。このため、切削液貯水槽の高さを高くすることは実現できていない。さらに、濾過装置(ダーティーチャンバ3と一体型のフィルタ5)は、密閉式(インライン型)ではないため、濾過装置(ダーティーチャンバ3と一体型のフィルタ5)全てが切削液に浸ってしまうと、切屑の除去機能が著しく低下してしまう問題を有する。
ところで、ワーク(被加工物)の加工前のサイズにはばらつきがあり、加工仕様もそれぞれ異なる場合が多い。このことから、工作機械が加工するワーク(被加工物)から発生する切削屑の量(大きさ)は、一定していない。つまり、工作機械から排出される汚液(切削屑入りの汚れた切削液)の量は不均一である。従って、特許文献1や2のポンプの揚程能力(ポンプの排水能力)と汚液貯水槽は、汚液の変動量を見越した余裕のある揚程能力のポンプと余裕のある貯液能力の汚液貯水槽とならざるを得ない。一方で、工作機械には常に清浄液(清浄な切削液)を切らさずに供給しなければならない。このため、特許文献1や2の切削液貯水槽には十分な大きさが求められ(最大処理量を想定した容量が求められ)、また、濾過機にも十分な濾過能力が求められることになる。このように、特許文献1や2等の従来構造では、大型の切削液貯水槽を環境対策に配慮しながら床に穴を掘って埋め込み、処理能力の高い高価な濾過機を配備することになり、その結果、設備投資が大掛かりとなる原因になっていた。
そこで本発明の目的は、密閉式(インライン型)ではない濾過機を使用しつつ、汚液貯水槽と清浄液貯水槽の容量が十分に大きなものを使用しないで済み、濾過機にも十分な濾過能力を有しないものを使用しても問題なく、そして、汚液貯水槽や清浄液貯水槽を工作機械と同じ床上等に配置しても切削液の循環が円滑に行える切削液の循環処理システムを提供することを目的とする。
上述した目的を達成する本発明にかかる切削液の循環処理システムは、工作機械に清浄な切削液(清浄液)を供給し、工作機械から排出される汚れた切削液(汚液)を濾過機により濾過する切削液の循環処理システムであって、工作機械から排出される汚液を貯水する汚液貯水槽と、汚液貯水槽から切削屑や金属粉等を含む切削液をそのまま吸い上げて濾過機に送り出す渦流式ポンプと、渦流式ポンプにより濾過装置に供給される汚液の流量を調整する一時貯水槽と、一時貯水槽を経て濾過機により濾過した清浄な切削液(清浄液)を貯水する清浄液貯水槽とを備え、前記一時貯水槽は、汚液貯水槽と清浄液貯水槽よりも高い位置に配置され、一定量を濾過機に重力式に供給することを特徴とする。
ここで、渦流式ポンプとは、ボルテックスポンプとも呼ばれ、セミオープン形の羽根車が、ケーシングのボリュート部分より後ろに退いており、異物がケーシングの中を何の障害もなく通り抜け、切削屑や金属粉の混じった切削液を円滑に押し上げることができるポンプである。
上記渦流式ポンプにより切削屑等の入り混じった汚液を汚液貯水槽から吸い上げて、清浄液貯水槽に配備した濾過装置に送り出しても、汚液の流量を調整する一時貯水槽が配置されているので、濾過装置に供給される汚液の流量が調整され、濾過装置全体が汚液で浸かってしまうようなことがない。また、工作機械から排出され汚液貯水槽に貯水された瞬間から、上記渦流式ポンプにより切削屑等の入り混じった汚液を吸い上げても問題がないので、汚液貯水槽の容量を大きくしなくてもよくなる。そして、一時貯水槽を汚液貯水槽と清浄液貯水槽よりも高い位置に配置することで、渦流式ポンプにより汲み上げた汚液は、その後は重力により落下する経路を形成することができる。
本発明としては、前記一時貯水槽は、その排液口を濾過装置の入り口よりも高い位置に配置し、その溢流口を汚液貯水槽の汚液の液面よりも高い位置に配置するとともに、その許容量を超える汚液を汚液貯水槽に戻す溢流路が設けられていることが好ましい。
渦流式ポンプにて切削屑入りの汚液を汚液貯水槽から吸い上げて、一時貯水槽に送り出し、一時貯水槽の溢流口を汚液貯水槽の汚液の液面よりも高い位置に配置することで、一時貯水槽の貯水容量を超えた汚液は、汚液貯水槽に重力式により返送できる。このため、濾過装置は工作機械からの平均的な排水量を処理できる処理能力の濾過装置で良く、処理能力の高い高価な濾過装置を配備しなくて済む。また、一時貯水槽は、その許容量を超える汚液を汚液貯水槽に戻す溢流路が設けられていることにより、渦流式ポンプからの平均的な排水量を一時貯水できるサイズの一時貯水槽で足りる。
本発明としては、前記清浄液貯水槽と汚液貯水槽とを隣接して設け、清浄液貯水槽からの溢れた切削液(洗浄液)が汚液貯水槽に流れる構成になっていることが好ましい。
清浄液貯水槽からの切削液(洗浄液)が汚液貯水槽に流れる構成になっていることで、清浄液貯水槽から切削液が溢れるようなことがあっても、その切削液は渦流式ポンプにて吸い上げられて、一時貯水槽に直ちに送り出される。そして、従来のように、逆に汚液が清浄貯水槽に入り込むようなことがない。
本発明としては、前記汚液貯水槽と、渦流式ポンプと、一時貯水槽と、濾過機と、清浄液貯水槽を一つの筐体に収納することが好ましい。さらに、本発明としては、前記筐体に移動手段としての車輪を備えることが好ましい。
本発明によれば、汚液貯水槽、渦流式ポンプ、一時貯水槽、濾過機等を一つの筐体に収納することで、レイアウト変更に容易に対応できるコンパクトな切削液の循環処理システムが実現できる。さらに、筐体に移動手段としての車輪を備えることで、レイアウト変更の際、前記筐体を一時的に床から持ち上げて別の場所に移動させなくても、前記車輪により容易に前記筐体を移動させることができる。
本発明によれば、工作機械から排出され汚液貯水槽に貯水された瞬間から、上記渦流式ポンプにより切削屑等の入り混じった汚液を吸い上げても問題がないので、汚液貯水槽の容量を大きくしなくともよくなる。そして、前記一時貯水槽は、汚液貯水槽と清浄液貯水槽よりも高い位置に配置され、一定量を濾過機に重力式に供給するとともに、濾過機から清浄液貯水槽にも重力式に供給することで、簡単な構造で一定量の汚液を濾過機に供給して、清浄液貯水槽へと送り出すことができる。したがって、工作機械が工場内の床上に配置される場合において、汚液貯水槽と清浄液貯水槽とを工作機械と同じ床上に配置することも可能になり、床や地面に切削液が浸み込む環境への問題もなくなる。また、一時貯水槽の貯水容量を超えた汚液は、汚液貯水槽に返送できるため、濾過機は工作機械からの平均的な排水量を処理できる処理能力の濾過機で済む。すなわち、密閉式ではない濾過機を有効に活用することができる。さらに、清浄液貯水槽と汚液貯水槽は、工作機械からの平均的な排水量を貯水できるサイズの貯水槽で対応でき、コンパクトな貯水槽が実現できる。このため、切削液の循環処理システムのレイアウト変更に柔軟に対応することが可能になる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態の切削液の循環処理システムを示す。このシステム20は、工作機械10と、汚液貯水槽T1と、予備の汚液貯水槽T5と、渦流式ポンプP1と、汚液の一時貯水槽T2と、濾過機M1と、切削屑入れW1と、清浄液貯水槽T3と、ポンプP2と、冷却液貯水槽T4と、冷却装置C1とから構成される。ここで前記工作機械10と汚液貯水槽T1と予備の汚液貯水槽T5と清浄液貯水槽T3と冷却液貯水槽T4は床1の上に配置されている。また、汚液貯水槽T1と予備の汚液貯水槽T5と清浄液貯水槽T3とは、隣接して配置され、全体的にコンパクトな設計になるよう工夫されている。
工作機械10は、切削液の供給を受けながら切削や研磨等の加工を行う。この工作機械10の加工の際に生じる切削屑(金属チップや金属粉)を含む使用済みの切削液(汚液)を排出する排液口a1が設けられ、この排液口a1から排出された汚液は、汚液貯水槽T1に送り出される。
汚液貯水槽T1は、工作機械から排出される汚れた切削液(汚液)を一時的に貯水するものであり、この汚液貯水槽T1に隣接して予備の汚液貯水槽T5と清浄液貯水槽T3が床1の上に配置されている。予備の汚液貯水槽T5は、万が一、汚液貯水槽T1が汚液で溢れるようなことがあった場合に念のために備えるものである。汚液貯水槽の溢流口b3を予備の汚液貯水槽の液面c5よりも高い位置に配置している。そして、清浄液貯水槽T3と連続するように冷却液貯水槽T4が床上に隣接して配置されている。冷却液貯水槽T4での切削液は、冷却装置C1により冷却されて冷却された切削液(クーラント液)になる。
汚液貯水槽T1には、渦流式ポンプP1が配置され、一時的に貯水された汚液を直ちに汲み上げる。この渦流式ポンプP1は、ボルテックスポンプとも呼ばれ、数枚の羽を持つ羽根車により発生させる渦流によって、液体にエネルギーを与え揚程するポンプであり、羽根車が直接、液体の通路(流路)に介在しないため、切削屑や金属粉の混じった切削液を円滑に押し上げることができる。すなわち、渦流式ポンプP1は、工事現場などで土砂混じりの水を汲み上げるタイプのものを切削液汲み上げ用途に応用している。このため、渦流式ポンプP1により切削屑、金属チップや金属粉等の入り混じった汚液を汚液貯水槽T1からそのまま吸い上げて、配管R1を介して一時貯水槽T2に送り出すことができる。
一時貯水槽T2は、汚液貯水槽T1からポンプアップされた使用済み切削液が濾過装置M1に供給される直前で一旦貯留し、その流量を調整して濾過装置M1へと供給するものであり、バッフルタンクが使用されている。一時貯水槽T2は、その底部付近に排液口a2を備え、その上部付近に溢流口b1を備え、溢流路R2を介して溢れた汚液を汚液貯水槽T1に重力式に返送する。また、排液口a2にオリフィスを使用することで、渦流式ポンプP1から濾過装置M1の許容流量を超える使用済み切削液が供給されてきた場合でも、一旦汚液貯水槽T1内に使用済み切削液を貯留し、このうち、濾過装置M1の許容流量範囲内で、濾過装置M1に使用済み切削液を供給できる。これにより、使用済み切削液が供給過多にならず、濾過装置M1の切屑処理能力を低下させることなく、効率的な使用済み切削液の濾過が可能となる。一時貯水槽T2の上部は、一部開放されることにより、大気圧により排液口a2からは常に一定量の汚液が濾過装置M1に重力式により送り出される。したがって、濾過装置M1は工作機械からの平均的な排水量を処理できる処理能力の濾過装置で良く、処理能力の高い高価な濾過装置を配備しなくて済む。また、一時貯水槽T2は、渦流式ポンプP1からの平均的な排水量を一時貯水できるサイズの一時貯水槽T2で足り、密閉式(インライン)にする必要もない。
濾過機M1は、高価な密閉式のものではない、マグネットセパレータと呼ばれるものが配置されている。マグネットセパレータは、磁性体の切削屑や金属粉等を除去して、汚液を清浄する装置であり、自動車部品等の鉄系部品の加工の際、発生する切削屑の除去に有効である。また、密閉式でないものとしては、例えば、ワークの種類や加工内容に応じて、磁性体の切削屑を除去するマグネットセパレータの他に、非磁性体の切削屑を除去する遠心分離機、磁性・非磁性体のスラッジを除去するペーパーフィルタ、液体サイクロンなどの濾過機を単一又は組み合わせて使用することができる。なお、このような密閉式ではない濾過機M1を使用する場合でも、上記排液口a2による調整により、濾過機M1が全てが切削液に浸ってしまうことはない。濾過機M1は、その底部側に設けられた排液口a3から清浄な切削液を重力式に排出するとともに、汚液から取り除いた切削屑や金属粉等をして、切削屑入れW1に廃棄する。切削屑入れW1は、図示しないが、その底部に設けられたキャスターにより運搬が可能になっている。
清浄液貯水槽T3は、濾過した清浄な切削液(清浄液)を貯水するものであり、濾過装置M1の下方に配置されている。すなわち、清浄液貯水槽T3の上に濾過機M1が積み上げられるように配置され、濾過機M1の上に一時貯水槽T2が積み上げられるように配置され、重力式に汚液を清浄化して送り出す。清浄液貯水槽T3の切削液(清浄液)は、配管R3を介して工作機械10に供給される。清浄液貯水槽T3は、汚液貯水槽T1と隣接されており、清浄液貯水槽T3からの切削液(清浄液)が溢流口b2を介して汚液貯水槽T1に流れる構成になっている。
したがって、本実施の形態によれば、上記構成から、工作機械10の排液口a1から排出された汚液(切削屑Xの入った切削液L)は、汚液貯水槽T1に流入するが、汚液貯水槽T1に流入した汚液は、渦流式ポンプP1にて直ちに汲み上げられ、一時貯水槽T2に送り出される。
一時貯水槽T2では、その排液口a2を通過させることにより、所定量を濾過機M1に重力式に供給する。ここで、工作機械10でのワーク加工量の変動等により、一時的に汚液の量が急増して、一時貯水槽T2の貯水量を超える汚液が一時貯水槽T2に流入する場合には、前記溢流口b1から汚液が汚液貯水槽T1に返送されることとなるので、一時貯水槽T2に汚液が溢れる心配はない。そして、この返送された汚液も渦流式ポンプP1により直ちに一時貯水槽T2に送られる。なお、予備の汚液貯水槽T5が配置されているので、汚液が溢れたとしても、その溢流口b3から予備の汚液貯水槽T5に送られる。このため、一時貯水槽T2は、工作機械からの平均的な排水量を処理できる処理能力のもので足りる。
渦流式ポンプP1により濾過機M1に供給された汚液は、切削屑Xと切削液Lに分離され、切削屑Xは、切削屑入れW1に回収される。切削屑Xのない清浄な状態となった切削液Lは、濾過機M1に備わった排液口a3から清浄液貯水槽T3に重力式により流入する。
清浄液貯水槽T3に流入した切削液Lは、工作機械10の刃物とワークとの摩擦熱により高温となっているため、清浄液貯水槽T3に隣接した冷却液貯水槽T4に備えられた冷却機C1にて冷却される。そして、清浄液貯水槽T3に流入後、冷却された切削液Lは、渦流式ポンプP2にて汲み上げられ、工作機械10のワーク加工場所に配管R3を介して供給される。
ここで、清浄液貯水槽T3の溢流口b2は、汚液貯水槽T1の液面c1よりも高い位置に配置され、汚液貯水槽T1の溢流口b3は、予備の汚液貯水槽T5の液面c5よりも高い位置に配置される。つまり、清浄液貯水槽T3の貯水能力を超えた切削液Lは、汚液貯水槽T1に返送され、さらに、汚液貯水槽T1の貯水能力を超えた切削液Lは、予備の汚液貯水槽T5に返送される。このため、清浄液貯水槽T3と汚液貯水槽T1は、工作機械10からの平均的な排水量を貯水できるサイズの貯水槽で対応できるため、コンパクトな貯水槽が実現できる。また、濾過機M1と一時貯水槽T2は、工作機械からの平均的な排水量を処理できる処理能力のもので足りる。
次に、本発明の他の実施の形態の切削液の循環処理システムを図2に示す。図2に示す切削液の循環処理システムは、予備の汚液貯水槽T5と汚液貯水槽T1と渦流式ポンプP1と一時貯水槽T2と濾過機M1と清浄液貯水槽T3と冷却液貯水槽T4と冷却機C1とを一つの筐体21に収納した構成となっている。また、前記筐体21には、移動手段としての4つの車輪yを備えている。なお、上述したように、切削屑入れW1は、その底部に設けられたキャスターにより運搬が可能になっているので、上記一つの筐体21には含められていない。
上記構成により、生産品目変更などに伴う工作機械10のレイアウト変更に容易に対応できるコンパクトな切削液の循環処理システムが実現できる。さらに、前記筐体21に移動手段としての4つの車輪yを備えることで、レイアウト変更の際、容易に前記筐体21を移動させることができる。
このように、この切削液の循環処理システムは、汚液貯水槽T1と予備の汚液貯水槽T5と渦流式ポンプP1と汚液の一時貯水槽T2と濾過機M1と清浄液貯水槽T3とポンプP2と、冷却液貯水槽T4と冷却装置C1を床上に配置し、一つの筐体21に収納することにより、レイアウト変更を容易にでき、かつ、切削液の循環を円滑にすることができる。
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、定期的なメンテナンスを容易にするため、予備の貯水槽T5、汚液貯水槽T1、渦流式ポンプP1、濾過機M1、ポンプP2などを着脱可能にしても良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。
本発明の一実施の形態として示す切削液の循環処理システムの配置図である。 本発明の一実施の形態として示す切削液の循環処理システムの配置図である。 従来の切削液の循環処理システムの配置図を示す。
符号の説明
1 床
10 工作機械
20 切削液の循環処理システム
21 筐体
M1 濾過機
P1 渦流式ポンプ
P2 ポンプ
R1 溢流路
T1 汚液貯水槽
T2 一時貯水槽
T3 清浄液貯水槽
T4 冷却液貯水槽
T5 予備の汚液貯水槽
W1 切削屑入れ
X 切削屑
L 切削液
a1,a2,a3 排液口
b1,b2,b3 溢流口
c1,c5 液面

Claims (5)

  1. 工作機械に清浄な切削液(清浄液)を供給し、工作機械から排出される汚れた切削液(汚液)を濾過機により濾過する切削液の循環処理システムであって、
    工作機械から排出される汚液を貯水する汚液貯水槽と、汚液貯水槽から切削屑や金属粉等を含む切削液をそのまま吸い上げて濾過機に送り出す渦流式ポンプと、渦流式ポンプにより濾過装置に供給される汚液の流量を調整する一時貯水槽と、一時貯水槽を経て濾過機により濾過した清浄な切削液(清浄液)を貯水する清浄液貯水槽とを備え、前記一時貯水槽は、汚液貯水槽と清浄液貯水槽よりも高い位置に配置され、一定量を濾過機に重力式に供給することを特徴とする切削液の循環処理システム。
  2. 前記一時貯水槽は、その排液口を濾過装置の入り口よりも高い位置に配置し、その溢流口を汚液貯水槽の汚液の液面よりも高い位置に配置するとともに、その許容量を超える汚液を汚液貯水槽に戻す溢流路が設けられていることを特徴とする請求項1記載の切削液の循環処理システム。
  3. 前記清浄液貯水槽と前記汚液貯水槽とを隣接して設け、前記清浄液貯水槽からの溢れた切削液(洗浄液)が前記汚液貯水槽に流れる構成になっていることを特徴とする請求項1又は2記載の切削液の循環処理システム。
  4. 前記汚液貯水槽と、渦流式ポンプと、一時貯水槽と、濾過機と、清浄液貯水槽とを一つの筐体に収納したことを特徴とする請求項3記載の切削液の循環処理システム。
  5. 前記筐体に移動手段としての車輪を備えたことを特徴とする請求項4記載の切削液の循環処理システム。
























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