JP4678751B2

JP4678751B2 - 研削又は研磨屑の固形化方法

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Publication number: JP4678751B2
Application number: JP2004051561A
Authority: JP
Inventors: 茂樹三和; 董岩波; 孝一森
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005238288A

Description

この発明は転がり軸受の内外輪や転動体、切削工具等の水性又は油性クーラントを用いた研削又は研磨屑、さらにはアルミ鋳物等のエンジンのホーニング、クランクシャフト等の研磨で生じる微少な切削又は研磨屑等の固形化方法及び固形化されたブリケット並びに固形化装置に関する。

軸受鋼、高速度工具鋼の研削や研磨においては荒研削で平均粒径１００μｍ程度、中仕上げ研削で平均粒径５０μｍ程度、仕上げ研削で２５μｍ程度、さらに研磨仕上げでは１〜５μｍの粒径の研削屑や研磨屑（以下研削屑等という）が発生する。また、エンジンのシリンダ内径のホーニングやクランクシャフトの超仕上げ（フィルムラップ仕上）等でも数μｍの研磨屑が発生する。これらの研削又は研磨工程の多くは水性又は油性クーラントを供給しながら行われ、研削屑等はクーラントと共にスラッジとして排出される。特許文献１においては、研削油を含有するステンレス鋼板研削屑を静置分離法あるいは遠心分離法等で大半の油分を除去し、油分約３０％のスラッジをシリンダ内に挿入してピストンで圧搾し、シリンダとピストンの隙間等から油分を排出させ、見掛け比重３〜４の鋼塊とし、さらに、仮焼して油分を無くし、固形化している。

しかし、このものでは圧搾力（圧縮力）が５０ＭＰａ程度であり、圧搾した後の固形化物は、必ずしも強度の強いものではなく、落下により破損する等が予想される。本発明者等の研究によれば、水性クーラント等の使用では比較的容易に固形化が可能であるが、油性の場合は水性に比べ粘度が高く、研削屑がクーラントと一緒にシリンダ隙間から排出されてしまい、必ずしも十分な固形化ができていなかったものと考える。

また、特許文献２のものは圧力と圧縮速度とを制御できるようにして、油性クーラント含有の研削スラッジを濾過した濃縮スラッジを予備プレスした後、シリンダ内に投入された研削屑等を圧縮ピストンで所定の圧力で一定時間保持したり、段階的に位置と圧力を変化させた例が開示されている。また、このものでは、φ８０ｍｍ程度の研削屑等の圧縮力を４０〜４００ＭＰａに段階的に上げたり、押圧速度を約４〜７ｃｍ／ｓｅｃの速度で作動させた例が開示されている。また、特許文献３では、一次プレスで予備圧搾し、二次プレスで固形化する例が記載されている。

一方、スラッジのプレス前の濃縮スラッジを得る手段としては、前述した種々の方式の他、ろ剤として珪藻土を用いフィルターの外面に珪藻土のプリコート層を形成させた濾過方法がある。さらに、本出願人の一人が出願した特許文献４のものでは、珪藻土に代えパルプから製造されるセルロース繊維を用いて濾過させている。かかる珪藻土、セルロース繊維を含有する研削屑については固形化されずそのまま産業廃棄物として廃棄されている。また、シリンダの組み合わせで、例えば特許文献５においては、一般にプレス装置等に多用されるキッカーシリンダ方式と呼ばれるものが使用されている。このものはサブ油圧シリンダで高速送りをして、サイクルタイムを早くしている。
特公昭５２−３５００３号公報特開２００１−３１５０００号公報特開２００１−３００７８６号公報特開２００１−０６２２１５号公報特開平９−２５６０７８号公報、図１８

しかしながら、特許文献２のものでは、油性クーラントの粘性のため、固形化にあたって圧縮ピストンを制御するために、圧力を次第に上昇させたり、保持したり、微妙な制御を必要とし、電動モータとボールねじを用いた精度の高い制御が必要であるという問題があった。また、油性クーラントは粘度の低いものでも５ｃＳｔ、高いもので４６ｃＳｔであり、このような粘度のものを常温で圧縮しても固形化が困難であり、固形化の効率を高くするためには、加熱手段を設けて粘性を水性クーラント並に引き下げる必要もあった。また、具体的な研削屑等の粒径についての記載はないが、軸受等の研削・研磨での粒径は平均で数十μｍ〜１００μｍであるが、ホーニング・超仕上げのような粒径が数μｍと小さいものについてまでは記載されていない。

また、特許文献３のものでは、一次プレスと二次プレスが別のシリンダであり、予備圧搾したものを二次プレスに送る時はまだ固形化されておらず、研削屑は二次プレスに送られた時にはバラバラとなる。このため、含有クーラント量は調整できるが、空気が多く介在し、また、研削屑同士の結びつきが弱く容易に移動、変形するので、研削屑の固形化が妨げられるという問題があった。また、特許文献４に記載のような、セルロース繊維含有の研削屑の固形化については具体的な例がない。また、水性クーラントの場合であっても、クランクシャフトの超仕上げ等で発生する１〜５μｍの研削屑等の場合には油性クーラントの場合と同様に固形化ができなかった。また、特許文献５のようなキッカーシリンダ方式ではかかる微妙な制御を必要とする微少研削屑又は研磨屑の固形化は困難であった。

そこで、本発明者等は、特願２００３−３４３９４１号（未公開、特願２００３−１１９５４８号の優先権主張出願）において、水性又は油性クーラント含有率が１０％以上６０％以下の切削又は研磨屑を、シリンダ内に投入し、シリンダ内径と微少隙間をもって摺動可能にされたピストンのシリンダ密閉時及び密閉後の送り速度を１ｍｍ／ｓｅｃ以上５ｍｍ／ｓｅｃ以下として、シリンダ内の空気及び記研削又は研磨屑の含有クーラントを少なくとも前記微少隙間より排出し、研削又は研磨屑を固形化する研削又は研磨屑の固形化方法を提供した。また、水性クーラントでは問題ないが、油性クーラントの場合は、研削又は研磨屑の平均粒径が５μｍ以下では、さらに、セルロース繊維等のバインダを必要とした。そこで、切削又は研磨屑の水性又は油性クーラント含有率が１０％以上３０％以下、かつ、研削又は研磨屑の平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下であって、例えば特許文献４に記載のセルロース繊維を含むようにした研削又は研磨屑の固形化方法を提供した。しかし、セルロース繊維はリサイクルの中では不純物であり、コストもかかるという問題があった。

本発明の課題は上記問題点に鑑みて、微妙な制御が不要で、一般的な油圧駆動でも制御可能な研削又は研磨屑の固形化方法を提供することである。また、セルロース等のバインダを用いないでホーニング・超仕上げのような粒径が数μｍといった水性又は油性クーラント含有研削又は研磨屑の固形化方法を提供することである。

本発明者等は、種々の実験を繰り返した。その結果、含有クーラントを絞り出した状態から固形化を開始するときの圧力変化について考察したところ、固形化寸前の所定のクーラント含有量になるまでは、できる限り低圧で送り、研削屑等がある程度固まり、所定のクーラント含有量に達した後、その後加圧力を固形化に必要な圧力まで上げることにより固形化が可能なことがわかった。そして、その圧力範囲（研削屑等での）は引用文献２のような４０〜４００ＭＰａの約１０倍の範囲を大きく超え、２０〜３０倍程度のレンジが必要であることがわかった。かかる広いレンジの圧力制御には、サーボモータ等で可能であるが、高価であり、また、研削屑等を扱う環境の悪いところでは使用が困難である。一方、このレンジは一本の油圧シリンダを制御するだけでは、制御範囲も小さく、応用性に欠ける。

そこで、本発明においては、水性又は油性クーラント含有の切削又は研磨屑を、シリンダに設けられた投入穴より、前記シリンダ内に投入し、前記投入穴を塞ぐ抑え蓋と、前記シリンダ内径と微少隙間をもって摺動可能にされたピストンとで、前記シリンダを密閉し、さらに、前記ピストンを前記シリンダに押し込むことにより前記シリンダ内の空気及び前記研削又は研磨屑の含有クーラントを少なくとも前記微少隙間より排出し、外径がφ５０〜φ８０、厚みが前記外径の０．７倍以上０．９倍以下の短円筒状の前記研削又は研磨屑を固形化する研削又は研磨屑の固形化方法であって、前記ピストンはメイン油圧シリンダと、前記ピストンを前記シリンダに押し込むための油圧シリンダの断面積が前記メイン油圧シリンダより小くされたサブ油圧シリンダが取り付けられ、前記サブ油圧シリンダのみの押し込み力により前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑のクーラント含有量を減量する第一工程と、少なくとも前記メイン油圧シリンダの押し込み力により前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑を固形化する第二工程と、からなり、前記第一工程は、前記シリンダの密閉時からの前記ピストンの送り速度を１ｍｍ／ｓｅｃ以上５ｍｍ／ｓｅｃ以下とし、かつ、前記ピストンの推力を１４．７〜４９ｋＮ（１．５〜５トン）の低い推力で前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑のクーラント含有量を減量した後、さらに、前記第二工程で前記ピストンの推力を８８２〜１１７６ｋＮ（９０〜１２０トン）とし、前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑を固形化する研削又は研磨屑の固形化方法を提供することにより上記課題を解決した。

即ち、ここで、本発明においては、研削屑等を圧縮するピストンをメイン油圧シリンダとメイン油圧シリンダより小さなサブ油圧シリンダとを組み合わせて駆動することにより、加圧レンジ（範囲）を大きくとるようにした。さらに、低圧制御が可能なサブ油圧シリンダのみの押し込み力によりシリンダ内の研削又は研磨屑のクーラント含有量を減量させ、これを第一工程とした。所定の圧力に達した時点で、固形化が可能なクーラント含有量、さらには構造が安定したある程度の固まりになるので、メイン油圧シリンダの押し込み力によりシリンダ内の前記研削又は研磨屑を固形化することができる。これを第二工程とした。固形化にあたって、メイン油圧シリンダで押し込むが、サブ油圧シリンダの押し込み力を加えてもよい。これにより、研削屑等の加圧制御範囲を大きくでき、研削屑等のクーラント含有量の減量と、固形化を効率良く行うことができる。その結果、微妙な制御が不要で、一般的な油圧駆動でも制御可能な研削又は研磨屑の固形化方法となった。また、固形化された研削屑等（以下ブリケットという）はブリケットの外径が５０ｍｍ未満ではピストンとシリンダ間の外径隙間が少なくなるので油性クーラントの排出効率が悪く、８０ｍｍ超では、面圧が不足し固形化できない。なお、従来６０ｍｍ程度までだったが本発明により充分な面圧が確保でき８０ｍｍの固形化が可能である。また、長さが外径の０．７倍未満では、ブリケットとして取扱いにくい。また、０．９倍超では圧縮が困難となる一方、壊れ易くなるのでブリケットの長さは外径の０．７倍以上０．９倍以下のものが好ましい。そこで、前記研削又は研削屑の固形化後の外径がφ５０〜φ８０、厚みが前記外径の０．７倍以上０．９倍以下の短円筒状とした。また、前記サブ油圧シリンダの前記ピストンを前記シリンダの押し込むための推力を１４．７〜４９ｋＮ（１．５〜５トン）、前記メインシリンダの前記ピストンを前記シリンダに押し込むための推力を８８２〜１１７６ｋＮ（９０〜１２０トン）とした。これによれば、取扱が容易で、搬送や輸送中に破壊することが少ないブリケットを提供できるものとなった。また、特許文献２ではブリケットの外径φ８０ｍｍ程度で面圧で３６０〜４００ＭＰａであり、推力換算によれば、約１７６４〜１９６０ｋＮ（１８０〜２００トン）の出力となる。これに対して、本発明によれば、押し力は１１７６ｋＮ（１２０トン）と、より少ない推力で所望のブリケットが得られる。水性又は油性クーラント含有の研削屑の固形化が容易となる。一方、平均粒度が数μｍの場合においては、本発明者等の実験では単にピストン速度を遅くしてもバインダとしてのセルロースを必要とした。しかし、本発明者等は本発明のクーラント含有量を減量する第一工程において、１４．７〜４９ｋＮ（１．５〜５トン）の低い推力条件に加え、さらに、ピストンの速度を１ｍｍ／ｓｅｃ以上５ｍｍ／ｓｅｃ以下の低速とすることにより、バインダーなしでも固形化が可能であることを知得した。圧縮速度が速いと、研削屑等が固まる前に、クーラントは研削屑と分離せずに一緒になって排出されてしまう。また、シリンダ内には空気も含まれており、その量、位置も不均一であり、また、空気は圧縮され研削屑等の隙間やシリンダとピストンとの隙間から漏れ出る際に急激に膨張し、クーラントさらには研削屑を噴出させたり、又は一緒に噴出してしまうと考えられる。このピストン速度は、特許文献２に記載された数ｃｍ／ｓｅｃのほぼ１／１０と非常に低速にされており、研削屑等のクーラントや空気との噴出が小さくなる。この場合、１ｍｍ／ｓｅｃ未満では時間がかかりすぎ、５ｍｍ／ｓｅｃ以上では研削屑等がクーラントや空気と一緒に噴出して固形化が困難となる。より好ましくは２ｍｍ／ｓｅｃ以上３ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲がクーラント含有率や空気の量等の条件が変化しても安定する。なお、シリンダ内をピストンが密閉する瞬間の速度が大きくても空気の噴出が激しくなるので、ピストンのシリンダ密閉時から速度を制限することが重要である。また、ピストンの密閉前速度、戻り速度は特に制限はない。早送りで送り、密閉前に減速してシリンダ密閉時に所定の速度にすればよい。これにより、セルロース等のバインダを用いないで平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下の水性又は油性クーラント含有研削又は研磨屑の固形化できる。

特許文献３においては、前述したように、一次プレス後であっても、空気が多く介在し、また、研削屑同士の結びつきが弱く容易に移動、変形するので、二次プレスでの研削屑の固形化が妨げられる。これに対して、本発明の場合は特許文献３の一次プレスと二次プレスに相当する第一工程と第二工程を一のシリンダ内で連続して行うので、空気の介在が少なく、また、ある程度研削屑同士がくっついているので容易に固形化できると考える。

なお、圧縮する前の水性又は油性クーラントの含有率が１０％以下では研削屑等が互いに固着できず固形化できないばかりかピストンのバウンドやかじりを生じる。また、６０％超では研削屑がクーラント内に分散してしまい固形化できないので、クーラント含有率を１０％以上６０％以下、より好ましくは５０％前後がよい。なお、第一工程でのピストン速度は水性クーラント含有の平均粒径１００μｍ程度の研削屑等で５〜１５ｍｍ／ｓｅｃ程度で固形化ができる。

さらに、請求項２に記載の発明においては、前記第一工程の前記サブ油圧シリンダの送り速度を１ｍｍ／ｓｅｃ以上５ｍｍ／ｓｅｃ以下とすることにより、前記研削屑又は研磨屑の平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下において、平均粒度が数μｍのクーラント含有研削屑等の固形化を可能とした。

また、固形化前の含有クーラントは、クーラント含有率が１０％以上３０％以下とするとよい。そこで、請求項３に記載の発明においては、前記第一工程後、前記第二工程前の切削又は研磨屑の水性又は油性クーラント含有率が１０％以上３０％以下とした研削又は研磨屑の固形化方法とした。油性クーラントの含有率が１０％以下では研削屑等が互いに固着できず固形化できないばかりかピストンのバウンドやかじりを生じる。３０％超では微少研削屑がクーラント内に分散してしまい固形化できないので、クーラント含有率を１０％以上３０％以下とした。より好ましくは１０％以上２５％以下とするのが安定して固形化できる。

実験によれば、第一工程のピストンの推力は１９．６〜４９ｋＮ（２〜５トン）、固形化時の第二工程での推力は９８０ｋＮ（１００トン）程度であった。推力で２０〜５０倍程度を必要とする。一本の油圧シリンダで圧力制御すると、例えば第一工程の圧力を７ＭＰａとすると、第二工程では、１４０〜３５０ＭＰａとなり、とうてい実現できない。一方、油圧装置では、１４ＭＰａ〜３５ＭＰａ程度の圧力が用いられ、二圧制御では、高圧と、低圧では２〜３倍程度の設定がされる。また、油圧力を高くすると装置全体の寿命、強度等に影響を与えるので１４ＭＰａ〜２１ＭＰａが好ましい。また、シリンダ径は小さい方がよい。そこで、請求項４に記載の発明においては、前記メイン油圧シリンダが前記ピストンを前記シリンダの押し込むための断面積が前記サブ油圧シリンダが前記ピストンを前記シリンダの押し込むための断面積の１０〜１５倍が好ましい。例えば、第二工程の設定油圧力が第一工程の設定油圧力の２倍の場合は、２０倍〜３０倍の推力となる。また、設定圧力を低くでき、推力比を大きくすることもできる。

メイン油圧シリンダとサブ油圧シリンダは１本ずつでも良いが、バランスからみて、１本のメイン油圧シリンダを中心にして２本のサブ油圧シリンダを均等に配置するのが好ましい。そこで、請求項５の発明においては、前記メイン油圧シリンダは１本であり、前記サブ油圧シリンダは２本で一組とするようにした。この構造は前述した特許文献５に示すようなキッカーシリンダ方式に類似するが、特許文献５のものはサブ油圧シリンダで高速送りをして、サイクルタイムを早くするものである。これに対して、本発明では、戻し時には同様な働きをするが、サブ油圧シリンダでの押し時には低速・低圧で速度及び圧力制御され、低圧で研削屑等に含有されたクーラントを絞り出し、クーラント含有量を固形化に適した含有量に減量するように作用させる点で大きく異なる。これによりクーラント減量と固形化を安定してできるものとなった。

かかる、固形化方法は、前述した油圧プレス装置に類似した構成により、得られる。具体的には、水性又は油性クーラント含有の切削又は研磨屑を、シリンダ内に投入し、シリンダ内径と微少隙間をもって摺動可能にされたピストンをシリンダに押し込むことによりシリンダ内の空気及び研削又は研磨屑の含有クーラントを少なくとも微少隙間より排出し、研削又は研磨屑を固形化する研削又は研磨屑の固形化装置であって、ピストンはメイン油圧シリンダと、ピストンをシリンダに押し込むための油圧シリンダの断面積がメイン油圧シリンダより小くされたサブ油圧シリンダが取り付けられ、サブ油圧シリンダがピストンをシリンダに押し込み、シリンダ内の研削又は研磨屑のクーラント含有量を減量するための供給圧力を制御する圧力制御弁と、シリンダ内の研削又は研磨屑のクーラント含有量を減量するためにサブ油圧シリンダの速度を制御する速度制御弁と、サブ油圧シリンダの供給圧力があらかじめ定められた所定の圧力に達したときに、メイン油圧シリンダがシリンダ内の研削又は研磨屑を固形化するためにピストンをシリンダの押し込めるようにメイン油圧シリンダに油圧を供給するようにされた切換弁と、を含み、メイン油圧シリンダ及びサブ油圧シリンダを介してピストンをシリンダに出入り可能に駆動するようにされた油圧装置と、を有する固形化装置とした。

サブ油圧シリンダに圧油を供給し、サブ油圧シリンダにより低推力、低速度でクーラントの絞り出しを行い固形化に適したクーラント含有量となる。さらに、所定圧力である程度固め構造を安定させる。所定圧力に達したことを確認して、切替弁によりメイン油圧シリンダに油圧を供給し、ピストンに高い推力を与え一気に固形化する。

また、速度制御弁はサブ油圧シリンダ速度を１ｍｍ／ｓｅｃ以上５ｍｍ／ｓｅｃ以下に制御可能な速度制御弁とするのがよい。また、メイン油圧シリンダがピストンをシリンダに押し込むための断面積をサブ油圧シリンダがピストンをシリンダに押し込むための断面積の１０〜１５倍とした。さらに、メイン油圧シリンダは１本であり、サブ油圧シリンダは２本で一組とした。また、研削又は研削屑の固形化後の外径がφ５０〜φ８０、厚みが外径の０．７倍以上０．９倍以下の短円筒状であり、サブ油圧シリンダのピストンをシリンダに押し込むための最大推力が１４７〜４９０ｋＮ（１．５〜５トン）、メインシリンダのピストンを前記シリンダに押し込むための最大推力が８８２〜１１７６ｋＮ（９０〜１２０トン）とした研削又は研磨屑の固形化装置とした。

以上述べたように、本発明によれば、サブ油圧シリンダでクーラント含有量を減量する第一工程と、メイン油圧シリンダで固形化するという第二工程とを一のシリンダ内で連続して行い研削屑等の加圧制御範囲を大きくし、減量と、固形化を効率良く行うので、微妙な制御が不要で、一般的な油圧駆動でも制御可能な研削又は研磨屑の固形化方法及び装置を提供するものとなった。また、研削屑又は研磨屑の固形化後の外径をφ５０〜φ８０、厚みが外径の０．７倍以上０．９倍以下とし、クーラント含有量の減量（第一工程）での最大推力を１４．７〜４９ｋＮ（１．５〜５トン）、固形化時（第二工程）での最大推力を８８２〜１１７６ｋＮ（９０〜１２０トン）とし、ブリケットを破損しにくく、また搬送を容易としたので、溶解炉等に投入が容易でリサイクルに適したブリケットを提供できるものとなった。さらに、従来より少ない推力で所望のブリケットが得られるので、装置、機械強度も小さくてよく、また、機械寿命も長くできるものとなった。

また、第一工程でのサブ油圧シリンダの速度を１ｍｍ／ｓｅｃ以上５ｍｍ／ｓｅｃ以下とし、セルロース等のバインダを用いないで平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下の固形化を可能としたので、ホーニング・超仕上げのような粒径が数μｍといった水性又は油性クーラント含有研削又は研磨屑の固形化が可能となった（請求項２）。さらに、第一工程でのクーラント含有率を１０％以上３０％以下とし、安定した固形化を可能としたので、管理がし易く、連続運転も可能になった（請求項３）。さらに、メイン油圧シリンダの断面積をサブ油圧シリンダの断面積の１０〜１５倍とし、油圧の設定圧力を低くし、メイン油圧シリンダとサブ油圧シリンダの推力比を大きくしたので、一般的な比較的小型の油圧装置の使用圧力（１４〜２１ＭＰａ）・使用流量（数十Ｌｉｔ／ｍｉｎ）の範囲でよく、コストが少なく、メンテナンスの容易なものとなった（請求項４）。また、メイン油圧シリンダを１本、サブ油圧シリンダを２本としたので、バランスもよく、製作も容易であり、また一般的なキッカーシリンダタイプのものを使用でき、設計・製作も容易である（請求項５）。

このように、本発明の研削又は研磨屑の固形化方法により、前述した水性又は油性クーラント含有研削又は研磨屑の固形化方法を実施することができ、数μｍ〜数百μ ｍの水性又は油性クーラント含有研削又は研磨屑の固形化を可能とし、リサイクルを達成し、環境を保全するものとなった。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１乃至図６は本発明の実施の形態を示すシリンダ及びピストンの模式図及び動作説明図、図７は本発明に用いる油圧装置の油圧回路図である。図１に示すように、内径２がφ７０ｍｍの両端が開放されたシリンダ１が設けられている。シリンダ１の一方側にはその先端部１３の外径１２がシリンダの内径２と片側０．１ｍｍ（径で０．２ｍｍ）の隙間を持って嵌合できるようにされた蓋１１が図示しない本体に固定されている。蓋１１の先端部１３の縁部１５にはシリンダ内径と形成される隙間１４と連通する排出孔が設けられている（図１、２）。シリンダ１は蓋方向に２本のスライド油圧シリンダ５３により、一定距離前後移動可能にされ、先端部１３とシリンダ１とが一定距離をもって離隔できるようにされている。シリンダ１の他方側４の上部には外部より研削又は研磨屑（以下、研削屑等という）３０が投入される投入穴５が設けられている。シリンダ１の投入穴５の上部には、予備投入穴６が設けられ、予備投入穴には図示しないホッパー等から所定量の予備圧縮又は予備脱液され油性クーラント含有率が１０〜６０％の研削又は研磨屑３０が送り込まれる（矢印３４）。予備投入穴６の上部には充填油圧シリンダ５４が設けられ予備投入穴の研削又は研磨屑３０を投入穴からシリンダ１の内部へ送るようにされている。充填油圧シリンダ５４の先端には研削屑等の押し込み機能及び投入穴５の蓋の役割を果たす抑え蓋８が取り付けられている。シリンダ１の他方の開口部４ａからピストン２１がシリンダ１内で移動可能にされ、ピストン外径２２とシリンダ内径２との隙間２４が０．１ｍｍ（片側）にされている。かかる装置は一般的な例の一つであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態が可能であることはいうまでもない。

本発明においては、特にピストン２１は台座７に取り付けられ台座には１本のメイン油圧シリンダ５１のロッド５１ａと、２本のサブ油圧シリンダ５２のロッド５２ａが取り付けられている。図７に示す油圧装置５０により、メイン及びサブ油圧シリンダを作動させて、ピストン２１を駆動するようにされている。メイン油圧シリンダ５１は内径φ２５０ｍｍ、ロッド径φ２００ｍｍ、ピストン２１を押し込むための断面積（キャップ側断面積）４９０．８ｃｍ²である。また、サブ油圧シリンダ５２は内径φ５０ｍｍ、ロッド径φ２５ｍｍであり、ピストン２１を押し込むための断面積（キャップ側断面積）１９．６ｃｍ²×２本あり、メイン油圧シリンダのキャップ側断面積がサブ油圧シリンダのキャップ側断面積の約１２．５倍とされている。

本発明の実施の形態においては、図７の油圧回路図に示すような油圧装置５０を用いる。図７に示すように、油圧タンク５５の油圧作動油を吸入し高圧を吐出可能にされ、最大吐出圧力７ＭＰａ、流量２０Ｌｉｔ／ｍｉｎの可変ポンプ５６と、最大吐出圧力２１ＭＰａ、流量１４Ｌｉｔ／ｍｉｎのピストンポンプ５７とが設けられている。可変ポンプ５６の吐出ライン５６ａは電磁切換弁５８、流量調整弁５９を介してスライド油圧シリンダ５３に、電磁切換弁６０、パイロットチェックバルブ６１、流量調整弁６１を介して充填油圧シリンダ５４にそれぞれ接続されている。

電磁切換弁５８のＳＯＬ２をＯＮすれば、スライド油圧シリンダ５３のロッドが縮みシリンダ１を蓋１１方向に移動（前進）し、ＳＯＬ３をＯＮすれば、スライド油圧シリンダのロッドが延びシリンダ１を蓋１１から遠ざける（後退）させる。電磁切換弁６０のＳＯＬ４をＯＮすれば、充填油圧シリンダ５４のロッドが縮み充填油圧シリンダが上昇し、ＳＯＬ５をＯＮすれば、ロッドが延び研削又は研磨屑を送り込み、さらに投入穴５を抑え蓋８により塞ぎ、ピストン２１のシリンダへの挿入時に研削屑等が戻らないようにされている。

ピストンポンプ５７の吐出ライン５７ａには、吐出圧力を０．７〜２１ＭＰａまで電気信号で調整可能にされた電磁比例リリーフ弁６３が取り付けられ、また、電気信号で通過流量を調整可能にされた電磁比例流量調整弁６４が取り付けられ、ピストンポンプからの吐出圧力及び流量を調整できるようにされている。電磁比例流量調整弁６４の吐出側ライン６４ａは、減圧弁６５、電磁切換弁６６を介してサブ油圧シリンダ５２に接続されている。キャップ側５２ｃに圧力スイッチ６８、パイロットチェックバルブ６７が設けられている。さらに、電磁比例流量調整弁６４の吐出側ライン６４ａは、電磁切換弁６９を介してメイン油圧シリンダ５１のキャップ側５１ｃに接続されている。メイン油圧シリンダ５１のキャップ側には、圧力スイッチ７０、圧抜き用圧力制御弁７１、プレフィル弁７２が接続されている。プレフィル弁７２は油圧作動油をサージタンク５５ａからメイン油圧シリンダ５１へ吸入できるようにされている。プレフィル弁７２を開放するためのパイロットライン７２ａはサブ油圧シリンダ５２のロッド側ライン５２ｒに接続されている。

また、可変ポンプ吐出ライン５６ａとピストンポンプ吐出ライン５７ａを電磁切換弁７３を介して接続されている。サブ油圧シリンダ５２のキャップ側の圧力スイッチ６８の設定圧は少なくとも７〜１４ＭＰａに調整可能にされており、所定圧力になると電磁切換弁６９のＳＯＬ８がＯＮとなり、メイン油圧シリンダ５２のヘッド側に油圧が供給できるようにされている。また、メイン油圧シリンダ５２のキャップ側の圧力スイッチ７０の設定圧は少なくとも１４〜２１ＭＰａに調整可能にされており、所定圧力になると固形化が完了した旨の完了信号が出力できるようにされている。電磁切換弁６６のＳＯＬ６をＯＮとするとサブ油圧シリンダ５２のロッドが伸び、ピストン２１を前進させる。このときプレフィル弁７２を通って、サージタンク５５ａから作動油がメイン油圧シリンダ５１に自吸される。電磁切換弁６６のＳＯＬ７をＯＮでサブ油圧シリンダ５２のロッドが縮み、ピストン２１を後退させる。このときプレフィル弁７２がパイロットライン７２ａの圧力により開き、サージタンク５５ａへメイン油圧シリンダの作動油を排出する。電磁切換弁６９のＳＯＬ８をＯＮとするとメイン油圧シリンダ５１に高圧油が供給される。

なお、減圧弁６５は１４ＭＰａに設定され、サブ油圧シリンダに１４ＭＰａを超える過大な圧力をかけないようにしたものである。また、低圧側を２１ＭＰａ仕様の可変ポンプとし、最大使用圧力を７ＭＰａに抑え、高圧側を３５ＭＰａ仕様の固定ピストンポンプとし、最大使用圧力を２１ＭＰａに抑えることによりポンプ寿命を確保したりしている。また、サブ油圧シリンダ５２の飛び出しを防止するため、電磁比例流量調整弁６４をメータインとする等している。しかし、このような減圧弁、ポンプの選定や図示したチェックバルブ、絞り、その他については、一般的な油圧回路で使用される技術や、本発明そのものとは直接には関係ない技術であるので説明を省略する。また、図７に示す油圧回路は一例を示すもので、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の油圧回路が適用できることはいうまでもない。

かかる本発明の作動は次のようなものである。図７の油圧回路を併用して図１乃至図６を参照して説明する。図１に示すように、シリンダ１は原位置では蓋１１とは反対側端に位置し、ピストン２１は投入穴５の一部を塞ぐ位置にされている。充填油圧シリンダ５４のロッド先端８は上端にあり、予備投入穴６には所定量の研削又は研磨屑３０が投入され一部がシリンダ１内に落下している。なお、投入穴５をピストン２１で塞ぐ等の種々の形態があるのはいうまでもない。図１に示す状態でピストン２１は原位置のまま、電磁切換弁５８のＳＯＬ２をＯＮとして、スライド油圧シリンダ５３を前進（ロッドを引き込む）させ、図２に示すように、シリンダ１を蓋１１方向に移動し、蓋１１側に当接固定する（矢印３５）。このとき、投入穴５からさらに予備投入穴６から研削屑等３０がシリンダ１内に落下する。さらに、電磁切換弁６０のＳＯＬ５をＯＮし、図３に示すように、充填油圧シリンダ５４を下降させ、抑え蓋８により研削屑等３０をシリンダ１内に押し込む（矢印３６）。所定位置で電磁切換弁６０を中立にし、パイロットチェックバルブ６１により位置保持させる。

次に、電磁切換弁６６のＳＯＬ６をＯＮしサブ油圧シリンダ５２に圧油を供給し、ロッドを伸ばし、図４に示すように、ピストン２１を蓋１１側に移動させ（矢印３７）、研削屑等３０をシリンダ１の蓋１１側へ押し込みながら、研削屑等３０を圧縮し、クーラントと空気をシリンダ１と蓋１１の先端部１３の隙間１５、シリンダ１とピストン２１との隙間２４から排出（矢印３１）する。このとき、メイン油圧シリンダ５１にはサージタンク５５ａからプレフィル弁を通して作動油が供給されるが、推力は生じない。また、電磁比例流量調整弁６４により、サブ油圧シリンダ、即ちピストン２１の移動速度が１〜１５ｍｍ／ｓｅｃとなるように設定されている。また、電磁比例リリーフ弁６３の設定圧力を１４ＭＰａであり、圧力スイッチ６８の設定圧力を電磁比例リリーフ弁６３の設定圧力より低い１３ＭＰａである。この場合のピストン２１の出力は約４９．９ｋＮ（≒５．１トン）である。なお、実際にはメイン油圧シリンダの抵抗等が減算される。また、サブ油圧シリンダ移動中のキャップ側５２ｃ圧力は６ＭＰａ程度、出力にして約２２．５ｋＮ（≒２．３トン）から徐々に圧力スイッチ６８の設定圧力に上がる。これにより、低速度、低出力で研削屑等のクーラントを絞り出し、研削屑等のクーラント含有量を好ましくは１０〜３０％より好ましくは１５〜２０％と減量するとともに、研削屑等どうしを密着させある程度固めるようにする。

サブ油圧シリンダ５２への供給圧力が圧力スイッチ６８の設定圧力を超えると、第二工程である固形化が開始される。電磁切換弁６６は中立に戻るとともに、圧抜き用圧力制御弁７１のＳＯＬ９、電磁切換弁６９のＳＯＬ８をＯＮし、また、電磁比例流量調整弁６４を最大にし、電磁比例リリーフ弁６３の設定圧力を２１ＭＰａとして、ピストンポンプ５７の全ての高圧油をメイン油圧シリンダ５１のキャップ側に供給し、図５に示すように、一気に研削屑を固形化する。ピストン２１の最大出力は約１０１０ｋＮ（≒１０３トン）である。これにより、第一工程により、固形化に好ましい研削屑等のクーラント含有量とある程度の密着された研削屑等が短円筒状に確実に固形化される。このとき、電磁切換弁７３のＳＯＬ１をＯＮし、可変ピストン５６の圧油を合流させて固形化時間を短縮することもできる。

固形化を完了すると、電磁比例リリーフ弁６３の設定圧力より低い２０ＭＰａに設定された圧力スイッチ７０が働き、電磁切換弁６９はスプリングリターンし、圧抜き弁のＳＯＬ２９がＯＦＦとなり、圧抜きが行われる。圧抜き後に、図６に示すように、固形化を完了したピストン２１の位置をそのままとして、電磁切換弁５８のＳＯＬ３をＯＮし、スライド油圧シリンダ５３を後退させ、シリンダ１を蓋１１から離隔し原位置に復帰させる（矢印３９）と固形化したブリケット３２はピストン２１の先端２３に押され蓋とシリンダとの間から下方に落下する（矢印４０）。次に、電磁切換弁６６のＳＯＬ７をＯＮし、サブ油圧シリンダ５２のロッド側に圧油を供給し後退させ、ピストン２１を蓋１１と反対方向に移動させ（矢印４１）る。このとき、パイロットライン７２ａからの圧油により、プレフィル弁が開きメイン油圧シリンダ５１の作動油がサージタンク５５ａに戻される。続いて、電磁切換弁６０のＳＯＬ４をＯＮし、充填油圧シリンダ５４上昇させ、抑え蓋８を原位置に戻す（矢印４２）。この動作を繰り返すことにより研削又は研磨屑３０を固形化し、ブリケット３２として形成する。

かかる本発明装置にて、圧力設定等は同一条件で、第一工程の送り速度を変化させて種々のクーラント含有研削又は研磨屑の固形化を実験した。まず、平均粒子径が１００μｍの水性クーラント含有研磨粉の固形化を行った。その結果、第一工程の送り速度が最大１４．４ｍｍ／ｍｉｎまでの範囲で固形化が可能であった。

また、粘度４６ｃＳｔ（４０℃）の油性クーラントを含有する平均粒径２５〜１００μｍの研削又は研磨屑について１０℃〜２０℃程度の環境で実験を行った。その結果、第一次工程での圧縮速度２〜３ｍｍ／ｓｅｃのものが最も固形化状況がよかった。また、圧縮速度を１０ｍｍ／ｓｅｃのものでは、流出が激しく固形化できなかった。水性クーラントに比べ油性クーラントの場合に第一工程での送り速度を小さくすることが好ましい。

さらに、高速度工具鋼のホーニング研磨で発生した粘度４６ｃＳｔ（４０℃）の油性クーラントを含有する平均粒径１〜５μｍの研削又は研磨屑を同条件で実験した。その結果、セルロース等のバインダーを使用しない状態で、第一次工程での圧縮速度１〜５ｍｍ／ｓｅｃの範囲で固形化が可能であった。特に、２〜３ｍｍ／ｓｅｃのものが最も固形化状況がよかった。また、水性クーラントを含有する粒径１〜５μｍの研削又は研磨屑の場合も同様に固形化が可能であった。なお、水性クーラントの場合も油性クーラントの場合も研削屑等の平均粒径が１〜５μｍの場合は、第一次工程での圧縮速度はほぼ同様の２〜３ｍｍ／ｓｅｃの場合が最も最も固形化状況がよかった。なお、シリンダ内へ投入する前の研削又は研磨屑の粒子の大きさやクーラント含有率により固形化条件が大きく影響を受ける。一方、供給される研削屑等の粒度、含有率等は、研削加工の種類や大きさ、研削開始時、終了時、あるいは、固形化開始時、終了時等種々の条件で変化する。そこで、投入前に撹拌機で撹拌し、できる限り均一化するのがよい。

以上のように本発明の研削又は研磨屑の固形化方法及び装置によれば、平均粒径１〜１５０μｍの水性又は油性クーラント含有の研削屑等の固形化をセルロース等のバインダーを使用せず、また、確実に固形化することができる。従って、サーボモータ等の高価な機器を使用せず、制御も簡単なものでよく、容易に水性又は油性クーラント含有研削又は研磨屑の固形化が可能となった。また、常温でも容易に固形化できるので、加熱装置等の付帯設備も不要であり、エネルギーロスも少ないものとなった。また、固形化した略短円筒状の研削屑又は研磨屑は溶鉱炉にいれても珪藻土のようなノロの発生がなく、溶鉱炉での熔解管理が容易となり、リサイクルに適したものとなった。特に、今までは、産業廃棄物として廃棄されていたホーニングやクランクシャフトの研磨屑等の平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下の非常に細かい屑を研削屑又は研磨屑ブリケットとして提供するので、新たなリサイクル資源を提供するものとなった。さらに、セルロース等の必要なく資源の無駄もない。

本発明の実施の形態を示す模式図であり、原位置の状態を示す模式図である。本発明の実施の形態を示す模式図であり、シリンダセット工程を示す模式図である。本発明の実施の形態を示す模式図であり、研削又は研磨屑投入工程を示す模式図である。本発明の実施の形態を示す模式図であり、サブ油圧シリンダのみの押し込み力で研削又は研磨屑の含有水性又は油性クーラントの含有量を減量する第一工程を示す模式図である。本発明の実施の形態を示す模式図であり、研削又は研磨屑を固形化する第二工程を示す模式図である。本発明の実施の形態を示す模式図であり、ブリケット排出工程を示す模式図である。本発明の実施の形態を示す油圧装置の油圧回路図である。

符号の説明

１シリンダ
２シリンダ内径
５投入穴
８抑え蓋
１４、２４微少隙間
２１ピストン
３０水性又は油性クーラント含有の切削又は研磨屑
３２研削又は研磨屑ブリケット
５０油圧装置
５１メイン油圧シリンダ
５２サブ油圧シリンダ

Claims

水性又は油性クーラント含有の切削又は研磨屑を、シリンダに設けられた投入穴より、前記シリンダ内に投入し、前記投入穴を塞ぐ抑え蓋と、前記シリンダ内径と微少隙間をもって摺動可能にされたピストンと、で前記シリンダを密閉し、さらに、前記ピストンを前記シリンダに押し込むことにより前記シリンダ内の空気及び前記研削又は研磨屑の含有クーラントを少なくとも前記微少隙間より排出し、外径がφ５０〜φ８０、厚みが前記外径の０．７倍以上０．９倍以下の短円筒状の前記研削又は研磨屑を固形化する研削又は研磨屑の固形化方法であって、前記ピストンはメイン油圧シリンダと、前記ピストンを前記シリンダに押し込むための油圧シリンダの断面積が前記メイン油圧シリンダより小くされたサブ油圧シリンダが取り付けられ、前記サブ油圧シリンダのみの押し込み力により前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑のクーラント含有量を減量する第一工程と、少なくとも前記メイン油圧シリンダの押し込み力により前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑を固形化する第二工程と、からなり、前記第一工程は、前記シリンダの密閉時からの前記ピストンの送り速度を１ｍｍ／ｓｅｃ以上５ｍｍ／ｓｅｃ以下とし、かつ、前記ピストンの推力を１４．７〜４９ｋＮ（１．５〜５トン）の低い推力で前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑のクーラント含有量を減量した後、さらに、前記第二工程で前記ピストンの推力を８８２〜１１７６ｋＮ（９０〜１２０トン）とし、前記シリンダ内の前記研削又は研磨屑を固形化することを特徴とする研削又は研磨屑の固形化方法。
前記研削屑又は研磨屑の平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の研削又は研磨屑の固形化方法。
前記第一工程後、前記第二工程前の切削又は研磨屑の水性又は油性クーラント含有率が１０％以上３０％以下とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の研削又は研磨屑の固形化方法。
前記メイン油圧シリンダが前記ピストンを前記シリンダの押し込むための断面積が前記サブ油圧シリンダが前記ピストンを前記シリンダの押し込むための断面積の１０〜１５倍とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の研削又は研磨屑の固形化方法。
前記メイン油圧シリンダは１本であり、前記サブ油圧シリンダは２本で一組とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の研削又は研磨屑の固形化方法。