ワーク分離装置

本発明は、各種工作機械で加工されたワークとその加工時に発生する加工屑とを分離するためのワーク分離装置に関するものである。

微細加工用の旋盤やフライス盤などの各種工作機械で加工されるワーク、例えば、時計部品等の微細なワークは、ミクロン単位の大きさであるため、加工後のワークを切削切粉等の加工屑と分離して工作機械から取り出すことは困難であり、ワークと加工屑の混合物として工作機械から取り出されることが多い。

このようなワークと加工屑の混合物からワークを分離して取り出すには、水洗い、篩分け、振動板による分離等の方法があるが、ワークと加工屑は同一材料で比重も同じであり、また、加工屑は種々の形状のものが混在しているため、正確にかつ効率よく分離するのは困難であった。
そのため、最終的には目視による選別が必要となっていた。

同一材料で比重が同じであっても質量に対する形状および表面積の相違によって分離可能な技術として、特許文献１に開示されているような、バレル式メッキ法によってメッキされたチップ部品と、そのメッキ時に使用されたメディアとを分離する分離装置が公知であり、各種工作機械で加工されるワークと加工屑の混合物を、この公知の分離装置を使用して分離することが考えられる。

この公知の分離装置は、内部に液体を貯留した分離容器の上部から、チップ部品とメディアの混合物を投入して沈降させ、沈降途中の混合物に対して沈降方向と交差する方向の液流を衝突させ、メディアを分離容器の下方に沈降させて下部で回収するとともに、チップ部品を液流とともにメディアから分離して分離容器の側方に設けた分岐流路を通して回収するように構成されている（特許文献１参照）。

混合物に対し液流を衝突させて分離するにあたっては、混合物が液流に安定して投入される必要がある。
特に、比重が同じである各種工作機械で加工されるワークと加工屑の混合物を分離するためには安定して投入されることが極めて重要である。

しかしながら、前述の公知の分離装置は、分離容器内に貯留された液体を横切るように液流を発生させており、混合物は分離容器内の液体内をしばらく沈降した後に、沈降方向を横切る液流に達することとなるため、混合物を液流内に安定して投入することが困難であり、精度良く分離することが困難であるという問題があった。

なお、分離容器の下方から上方に向けて液流を発生させ分離容器の上端から液体を溢れさせることで排出して混合物を上方から直接液流内に投入することも考えられる。
しかしながら、分離容器の上端部付近では溢れて排出される液流が著しく乱れており、混合物がその乱れた層を通過する必要があるため、やはり、混合物を液流内に安定投入することは困難であり、精度良く分離することは困難であった。

本請求項１に係る発明は、液体が収容される分離容器と、ワークと加工屑の混合物を上方から投入する投入筒と、前記分離容器に液体を供給する液体供給手段とを備えたワーク分離装置であって、前記投入筒が、その下端を前記分離容器内に位置するように挿入配置され、前記液体供給手段が、前記投入筒の下端よりも下方から前記分離容器に液体を供給し、前記投入筒の上端が、前記分離容器の上端より上方に突出し、前記分離容器内に発生する下方から上方への液流によって、前記分離容器の上端から液体が溢れて流出するとともに、前記投入筒内の液体が上端から流出しないよう、前記分離容器と投入筒が配置されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記投入筒の中心線が、前記分離容器の中心線と一致するように配置されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記投入筒の前記分離容器の上端より上方に突出した部分に、外形が上方に向かって拡大するロート状部を有していることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項４に係る発明は、請求項３に記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記ロート状部の上方に向かって凸状に形成された分離板が、前記ロート状部の混合物投入口付近に設けられていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記分離容器の下端近傍に、分離容器内に液体を導入する複数の液体流入孔を設けたことにより、前記課題を解決するものである。

本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記分離容器の下端近傍に、分離容器内に液体を導入するリング状のスリットを設けたことにより、前記課題を解決するものである。

本請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記分離容器の底部が、着脱可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記分離容器の底部に、相互に分離されて沈降するワーク又は加工屑と液体とを排出する開口部が設けられていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項９に係る発明は、請求項８に記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記分離容器の底部側の内周面に、相互に分離されて沈降するワーク又は加工屑を、前記開口部に案内するように傾斜する傾斜面が形成されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１０に係る発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記分離容器の上部の周囲に、前記分離容器の上端から流出した液体を受ける上部受け部を配置したことにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載されたワーク分離装置の構成に加えて、前記分離容器の上端から溢れる液体を前記上部受け部に案内する傾斜面を有する液体案内部が、前記分離容器の上端に形成されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明のワーク分離装置によれば、液体供給手段が、投入筒の下端よりも下方から分離容器に液体を供給することによって、分離容器内に下方から上方への液流が生じるとともに、投入筒の上端が分離容器の上端より上方に突出し下端が分離容器内に位置することで、投入筒内の液体は液面が前記液流による動圧によって上昇しても上端から流出するような液流が発生しない。

このことで、投入筒の上端から投入されたワークと加工屑の混合物は、分離容器内の液流の影響が小さく、液流の極めて少ない安定した液体状態の投入筒内を下端まで沈降して、分離容器内の比較的安定した液流が生じている部分に到達でき、混合物を分離のための液流内に安定供給することができるので、ワークと加工屑の混合物は、比重が同じであっても、ワークと加工屑とを分離容器の上下に正確にかつ効率よく分離することができる。

本請求項２に係る発明のワーク分離装置によれば、分離容器内の液流の通路形状を中心線に対する回転対称形状とすることができ、下方から上方に向かう液流が分離容器内の投入筒の周囲に流入する際に、その液流が均等に分散されるため、流量や流速の乱れが少なくワークを正確にかつ効率よく分離することができる。
本請求項３に係る発明のワーク分離装置によれば、投入筒の上端の面積が広くなり、ワークと加工屑の混合物を上方から容易に投入することができる。
本請求項４に係る発明のワーク分離装置によれば、ワーク及び加工屑の混合物の分離性を向上させることができる。

本請求項５または６に係る発明のワーク分離装置によれば、分離容器の下端近傍に設けられた複数の液体流入孔を介して複数箇所から分離容器内に液体が導入される、またはリング状のスリットを介して分離容器内に均等に液体が導入されるため、分離容器内に乱流や渦を生じることなく、安定して下方から上方への液流を発生されることができる。
本請求項７に係る発明のワーク分離装置によれば、分離容器の底部のみを外して分離されて沈降堆積したワークまたは加工屑を簡単に回収することができ、分離容器全体を外す必要がなく、ワークの回収作業が容易となる。

本請求項８に係る発明のワーク分離装置によれば、加工屑から分離されたワークまたは加工屑を液体と一緒に開口部から排出することができるため、かご等の適当なワーク液体分離手段を用いて液体とワークまたは加工屑とを容易に分離し、ワークまたは加工屑を簡単に回収することができる。
本請求項９に係る発明のワーク分離装置によれば、分離容器内で沈降するワークまたは加工屑の滞留を回避して下方の開口部に円滑に案内することができる。

本請求項１０に係る発明のワーク分離装置によれば、分離容器の上端から分離された加工屑またはワークとともに溢れる液体を上部受け部で収集して適宜の排出部に誘導することができるため、加工屑やワークの回収作業が容易となる。

本請求項１１に係る発明のワーク分離装置によれば、液体が分離容器の上端から上部受け部に円滑に流れるため、液体とともに加工屑を上部受け部に円滑に案内することが容易となる。

本発明の一実施例であるワーク分離装置の側面断面図。

図１のＤ−Ｄ断面図。

本発明のワーク分離装置の液流の説明図。

本発明のワーク分離装置のワークと加工屑の分離動作の説明図。

本発明のワーク分離装置の他の実施例の一部断面図。

本発明のワーク分離装置の他の実施例の一部断面図。

本発明のワーク分離装置の他の実施例の一部断面図。

本発明の一実施例であるワーク分離装置１００は、図１に示すように、分離容器１１０と、分離容器１１０の内周より小径の円筒部１２１とその上方に拡大するロート部１２２を有する投入筒１２０と、分離容器１１０の下方から液体を供給する液体供給手段１３０と、分離容器１１０の上端から流出した液体を受ける上部受け部１４０を有している。

分離容器１１０は、円筒状の筒状部１１１と、その下端部に（本実施例では、後述する液体供給手段１３０を介して）着脱可能に構成された底部１１２を有している。
前記筒状部１１１の下方には、複数の液体流入孔１１３が上下方向および円周方向に分散して設けられている。 なお本実施形態において液体流入孔１１３は、筒状部１１１の外周全周にわたって概ね均等に配置されている。

前記筒状部１１１の上方の内周側には、前記円筒部１２１が中心線を一致させて挿入されるように配置されるとともに、外周側には、前記上部受け部１４０が配置されている。
これにより投入筒１２０の円筒部１２１の外周面と分離容器１１０の内周面との間の隙間が略均一となる。
なお、分離容器１１０の筒状部１１１および投入筒１２０の円筒部１２１の断面形状は、多角形や楕円形等いかなる形状であっても良い。

上部受け部１４０は、中央に設けられた容器取付部材１４３が分離容器１１０の筒状部１１１に嵌合することで固定され、液体の排出口１４２が設けられる。
容器取付部材１４３には、投入筒１２０を固定的に支持する固定部材１４１が設けられる。

投入筒１２０は、円筒部１２１の下端が前述した液体流入孔１１３よりも上方に位置するとともに、ロート部１２２の上端が分離容器１１０の筒状部１１１の上端部より上方に位置するように支持される。
なお、上部受け部１４０の筒状部１１１への固定、および、投入筒１２０の上部受け部１４０への固定のための構造は、上記の実施例に限定されるものではなく、いかなる構造であっても良い。

液体供給手段１３０は、図１、図２に示すように、筒状部１１１の下方に、液体流入孔１１３に相対して嵌合固定される供給筒１３１と、該供給筒１３１と前記筒状部１１１の間に形成される液体溜まり１３２と、該液体溜まり１３２に液体を供給する供給口１３３で構成されている。

前記液体溜まり１３２は、前記供給筒１３１内に形成された大径孔からなり、供給筒１３１と筒状部１１１の嵌合部はシール１３４により液密に保たれており、供給口１３１から液体溜まり１３２に供給された液体は、前記液体流入孔１１３から筒状部１１１内部に均等に流入する。

本実施例では、供給筒１３１が筒状部１１１の下端外周部まで覆うように構成され、前記底部１１２が、前記供給筒１３１の下端部に着脱可能に嵌合固定されている。
また、供給筒１３１の下端部と底部１１２の嵌合部はシール１３５により液密に保たれている。

なお、液体供給手段の構造は、上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、分離容器の底部が筒状部に直接着脱可能となるような供給筒としても良く、供給筒や液体溜まりを設けず、供給口を筒状部の液体流入孔として筒状部内部に液体を供給しても良い。
また、分離容器の底部に液体流入孔を設けても良い。

さらに、供給される液体は、分離される対象や設置される環境等に応じて、水、油、他の成分を溶解あるいは混合した水溶液や油脂類等、いかなるものであっても良く、その粘度、比重、化学的・電気的特性等もいかなるものであっても良く、適宜選択可能である。

次に、本発明の一実施例であるワーク分離装置１００の液体の流れ、および、ワークと加工屑の分離動作について説明する。
簡略化した図３に矢印で示すように、液体供給手段１３０から液体流入孔１１３を介して外周方向から略均等に供給された液体は、筒状部１１１を下方から上方に略均等に液流を形成し、筒状部１１１の上端部から溢れて流出し、上部受け部１４０の排出口１４２から排出される。

筒状部１１１の、液体流入孔１１３の上方から投入筒１２０の円筒部１２１の下端までの区間ＬＡの液体Ａは、筒状部１１１内を下方から上方への均一な液流となる。
筒状部１１１の、円筒部１２１の下端から筒状部１１１上端までのまでの区間ＬＢの液体Ｂも、筒状部１１１内を下方から上方への均一な液流となる。

この区間ＬＢの液体Ｂの流速は、流路断面積が区間ＬＡより小さいため、区間ＬＡよりも速くなるが、区間ＬＡの液体Ａの流速、および、区間ＬＢの液体Ｂの流速ともにワークのみが沈降し加工屑のみが上方に流されるように、液体供給手段１３０から供給する流量を調整することで設定される。
なお、分離容器１１０の筒状部１１１の区間ＬＡ部分の内径を小さく、区間ＬＢ部分の内径を大きくし、区間ＬＡの液体Ａと区間ＬＢの液体Ｂの流路断面積を等しくして流速を等しくしても良い。

一方、投入筒１２０内の液体Ｃは、区間ＬＡの液体Ａの液流による動圧によって、ワークＷと加工屑Ｋの混合物が投入されない状態で、前記動圧に相当する高さｈだけ筒状部１１１の上端より液面が高い状態で静止して維持され、上方から溢れて流出するような流れは生じない。
上記のように投入筒１２０内の液体Ｃが静止維持された状態から、ワークＷと加工屑Ｋの混合物のみが投入される場合、投入筒１２０内の液体Ｃはほぼ静止状態で安定し、ワークＷと加工屑Ｋの混合物は、ほぼ静止状態の液体Ｃとの抵抗でゆっくりと姿勢が変更され、分散しながら沈降していく。

ワークＷと加工屑Ｋの混合物が、工作機械に組み込まれた排出機構等により切削液とともに間欠的に投入筒１２０内に投入される場合は、投入時に前記切削液によって、液体Ｃの液面が上昇するとともに、切削液の投入量に応じて、投入後の所定時間、投入筒１２０内の液体Ｃは上方から下方への流れが発生するとともに、前記区間ＬＢの液体Ｂの流速が上昇し、その後投入筒１２０内の液体Ｃが静止状態で安定する。
また、連続投入される場合は、切削液の投入量に応じて、常に液体Ｃの液面が前記静止状態の液面より上昇し、上方から下方への流れが発生するとともに、前記区間ＬＢの液体Ｂの流速が上昇する。

この場合、投入筒１２０内の液体Ｃの上端面から投入筒１２０の下端位置までの区間ＬＣを一定長さ確保し、投入筒１２０内の容量をある程度大きくすることで、ワークＷと加工屑Ｋの混合物は、液体Ｃとの抵抗でゆっくりと姿勢が変更され、分散しながら沈降していく。 また、前記区間ＬＢの液体Ｂの流速上昇も、分離性能に影響のない範囲とすることができる。

つまり前記混合物が、切削油とともに連続投入された場合でも、区間ＬＣの液体Ｃ内を、前記混合物内のワークＷの姿勢が変更され、ワークＷと加工屑Ｋとが分散しながら沈降するように、円筒部１２１の長さが設定される。 また投入筒１２０の上端位置は、上記いずれの混合物の投入状態であっても、投入筒１２０の上方から液体が溢れて流出することがないように設定される。

このように設定されたワーク分離装置１００の投入筒１２０内にワークＷと加工屑Ｋの混合物を投入すると、簡略化した図４に示すように、まず、投入筒１２０内の液体Ｃ内をワークＷの姿勢がゆっくりと変更されながら、ワークＷと加工屑Ｋが、ともに分散しながら沈降し、投入筒１２０の下端から区間ＬＡの液体Ａに達する。

区間ＬＡの液体Ａの流速はワークのみが沈降し加工屑のみが上方に流されるよう設定されているため、ワークＷは筒状部１１１の区間ＬＡの液体Ａ内に達してもそのまま液流に逆らって沈降し底部１１２に堆積する。
加工屑Ｋは、筒状部１１１の区間ＬＡの液体Ａおよび区間ＬＢの液体Ｂの液流によって上方に流され、液体とともに筒状部１１１上端から溢れて上部受け部１４０の排出口１４２方向に流出する。

分離後のワークＷは、ワークＷと加工屑Ｋの混合物の投入と液体供給手段１３０からの液体の供給を停止して底部１１２を取り外すことにより回収される。
分離後の加工屑Ｋは、上部受け部１４０内、排出口１４２、あるいは排出口１４２より下流の適宜の位置に加工屑Ｋより細かい目の網を設置するなど、適宜の方法で回収することができる。

なお、投入筒１２０の下端付近の区間ＬＡの液体Ａは、多少の乱流を生じており、ワークＷが区間ＬＢ方向に流されたり、加工屑Ｋが区間ＬＡの下方に流されたり場合がある。
また、液流の中でしばらくの間、ワークＷと加工屑Ｋが接触したままともに流されたり、ともに沈降する場合がある。
さらに前記のように液体Ｃに下方への流れが発生している場合、前記混合物は比較的速い下方への液流に乗って区間ＬＡに投入されることがある。

しかし、区間ＬＡおよび区間ＬＢの均一な液流区間を一定の長さ確保することにより、乱流の影響を受けない区間を確保し、また、接触したワークＷと加工屑Ｋが液流により分離する距離を確保して、ワークＷが筒状部１１１上端に達したり、加工屑Ｋが底部１１２に達したりすることなく、確実に分離することができる。 特に前記区間ＬＡの長さは、前記混合物が区間ＬＡの沈降中にワークＷと加工屑Ｋとが分離されるのに十分な長さに設定される。

上記実施例は、ワークＷを分離容器１１０の下方に沈降させ、加工屑Ｋを分離容器１１０の上方に浮上させることによって、ワークＷと加工屑Ｋとを分離するものについて説明したが、ワークＷの形状や材質等によっては、ワークＷを分離容器１１０の上方に浮上させ、加工屑Ｋを分離容器１１０の下方に沈降させることもできる。

また、図５に示すように、２つの筒部材１３７ａ、１３７ｂを、上下方向に離間させて供給筒１３1に一体的に固定して筒状部１３８を形成し、両筒部材１３７ａ、１３７ｂの間の隙間によって、全周方向にリング状のスリット１３６を形成し、該スリット１３６を介して分離容器１１０内に液体を導入することもできる。 この場合も液体が、前記スリット１３６から筒状部１３８内部に均等に流入し、筒状部１１１を下方から上方に略均等に液流を形成し、ワークＷと加工屑Ｋとを安定して分離することができる。 また、前記スリット１３６の幅を調節することによって、分離容器１１０内に導入する液体の流量を調節し、液体の流速を調節することができる。

次に、図６を参照しながら、液体供給手段１３０付近における変形例を説明する。
図６に示すように、本変形例では、円筒状の筒状部１３８Ａの下端部分に、円筒状の供給筒１３１Ａが一体的に固定されて分離容器１１０を構成している。 液体供給手段１３０が、供給筒１３１Ａと、供給筒１３１Ａの筒内空間である液体溜まり１３２とを有し、筒状部１３８Ａの下端が、液体溜まり１３２に配置されている。 液体溜まり１３２から液体Ｅを排出する開口部１３１Ｈが、供給筒１３１Ａの下方（底部）に形成されている。
これにより、供給筒１３１Ａに設けられた供給口１３３から液体溜まり１３２に供給された液体が筒状部１３８Ａの下端から筒状部１３８Ａに供給され、筒状部１３８Ａ内に下方から上方への液流を形成するとともに、加工屑Ｋから分離されたワークＷと液体Ｅとが一緒に開口部１３１Ｈから排出される。 開口部１３１Ｈは、筒状部１３８Ａ内に液流を形成する流量より少ない流量で液体Ｅが排出されるように設定されている。 これにより網状のかご等の適当なワーク液体分離手段ＢＫに液体Ｅを流入させることによって、液体Ｅ及びワークＷを容易に分離することができる。 このため、ワークＷの分離回収が容易となる。

また供給筒１３１Ａには、下方に向かって供給筒１３１Ａの内径を小さくするように形成された傾斜面１３１Ｓが、供給筒１３１Ａの内壁面のうち、筒状部１３８Ａの下端より下方を占める部分に形成されている。
前記傾斜面１３１Ｓにより、分離容器１１０内で沈降するワークＷを、開口部１３１Ｈに向けて案内し、分離容器１１０の底部側でのワークＷの滞留を回避することができる。

次に、図７を参照しながら、上部受け部１４０付近における構成の変形例を説明する。
図７に示すように、ロート状部１２２の上方に向かって凸状に形成された分離板１５０が、ロート状部１２２の混合物投入口付近に設けられていることにより、ワークＷ及び加工屑Ｋの混合物を分離板１５０に当てて投入できるため、ロート状部１２２の中央にワークＷ及び加工屑Ｋの混合物がまとまって投入されることを防止するため、ワークＷ及び加工屑Ｋの混合物をロート状部１２２の外周側に分散させてワークＷ及び加工屑Ｋの混合物の分離性を向上させることができる。
また、分離容器１１０の上端すなわち筒状部１１１の上端から溢れる液体Ｆを上部受け部１４０に案内する傾斜面１６１Ｓを有する液体案内部１６０が、分離容器１１０の上端に形成されていることにより、液体Ｆが分離容器１１０の上端から上部受け部１４０に円滑に流れるため、液体Ｆとともに加工屑Ｋを上部受け部１４０に円滑に案内することが容易となる。

１００ ・・・ワーク分離装置１１０ ・・・分離容器１１１ ・・・筒状部１１２ ・・・底部１１３ ・・・液体流入孔１２０ ・・・投入筒１２１ ・・・円筒部１２２ ・・・ロート部１３０ ・・・液体供給手段１３１ ・・・供給筒１３２ ・・・液体溜まり１３３ ・・・供給口１３４ ・・・シール１３５ ・・・シール１３６ ・・・スリット１３７ ・・・筒部材１４０ ・・・上部受け部１４１ ・・・固定部材１４２ ・・・排出口１４３ ・・・容器取付部材１５０ ・・・ 分離板１６０ ・・・ 液体案内部