(57)【要約】【課題】被洗浄部品の汚れが激しい場合に、洗浄能力の増大を図り、かつ洗浄液を繰り返し利用できるようにような遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置及び遠心分離法に関するものである。【解決手段】タンク体2に、下端部にノズル9を設けた洗浄廃液導入管4と、上部外周に細孔11を設けた有底円形内筒5と、底面部に細孔12を設けた有底円形外筒6と、分離槽7とを収容し、有底円形内筒5、有底円形外筒6、分離槽7を高速回転させる間において、洗浄廃液導入管4のノズル9から噴出された洗浄廃液を、遠心力によって有底円形内筒５から有底円形外筒6を経て、分離槽７の内壁13に形成された数段階の環状堰14を次々に乗り越える間に、洗浄廃液に含まれる固形成分を分離槽7の内壁13に沈降固着させ、一定の段階に達したときに、高速回転を急停止し又は逆転して、固形成分を再拡散し排出する。【選択図】        図3
2007160220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク体内の底部に向かって垂設し下端部分に外方にノズルを設けた洗浄廃液導入管と、この洗浄廃液導入管を距離を保って包囲しかつ上部外周に複数の細孔を設けた有底円形内筒と、この有底円形内筒に対して距離を保って包囲し下方に向かって末広がり状に拡開しかつ底面部に複数の細孔を設けた有底円形外筒と、さらにこの有底円形外筒を距離を保って包囲する分離槽から主としてなり、内周壁に複数段にわたって形成した
それぞれ全周をカバーする環状堰を設けた前記分離槽及び前記有底円形内筒並びに前記有底円形外筒を、軸受手段を介して駆動装置で高速回転させるようにしたことを特徴とする遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置。
【請求項２】
前記分離槽の内壁を、それぞれに環状堰を形成した部材間に封隙材を差し挟んだ状態で緊締手段を介して構成するようにした、請求項1に記載の遠心力を用いたメカニカルフィルター装置。
【請求項３】
前記タンク体の底面に再生液を導出する出口を形成してなる、請求項1に
記載の遠心力を用いたメカニカルフィルター装置。
【請求項４】
前記分離槽の底面に前記軸受手段の中心に設けた廃液出口を形成してなる、請求項1に記載の遠心力を用いたメカニカルフィルター装置。
【請求項５】
分離槽の内部に垂設した洗浄廃液導入管の下端部のノズルから洗浄廃液を外方へ噴出させることにより、前記洗浄廃液導入管を包囲して形成されかつ高速回転している有底円形内筒に付着した高速回転している有底円形内筒に遠心力により押し付けられた洗浄廃液は、上部外周に形成した複数の細孔から外方へ放出され、この洗浄廃液を有底円形内筒の上部外周に形成した細孔から外方へ放出させて有底円形外筒に付着させ、同じく高速回転しているこの有底円形外筒の下方に向かって末広がり状に拡開している面に沿って下向きに進行させ、この有底円形外筒の複数の細孔から外方へ突出させて、高速回転している分離槽の内壁に形成した環状堰を次々に乗り越えて上方へ移行する間に洗浄廃液に含まれている固形成分を分離槽の内壁に層状に沈降固着させてゆき、この間に固形成分を分離した再生液を最上段の環状堰から外方へ噴出させタンク体の底部から排出し、分離沈降した固形成分が一定の段階に到達したときに、駆動手段による高速回転を急停止し又は逆転することにより、分離層の内部に残留している液体に、固形成分を分離させたときよりもはるかに大きな流速を分離槽の内面の回転方向の流れとして生じさせて壁面に固着した固形成分を再拡散させて廃液として分離槽の底部から排出させることを特徴とする、メカニカルフィルターのための遠心分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用状態で汚れた部品の洗浄や、部品の加工時に発生する研削粉などをスプレーノズルにより吹き付ける方法で洗浄する工程で、ノズルの詰まりの原因となる洗浄液に分散浮遊している固形成分を除去し、洗浄液を繰り返し利用できるようにするために供するフィルターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
洗浄作業において洗浄に用いる洗浄液は、洗浄によって種々の汚染物質を含むことになるが、一般的に洗浄効果が落ちるまで繰り返し使用される。しかし、ノズルを用いて噴射する方法で洗浄する装置では、洗浄液に分散浮遊している固形成分がノズルを詰まらせる原因となり、洗浄液の化学的機能又は分散能力等の物理化学的機能が劣化する前に繰り返し利用ができなくなる。
【０００３】
そこで、従来は濾紙フィルター等により固形成分を濾し取る機能を付加して洗浄液の繰り返し利用を行っていたが、被洗浄部品の汚れの状況によっては、固形成分が多く、フィルターの消耗が激しく、洗浄に多くの経費がかかっている。特に、1μｍ以下の粒径の汚れ物質は、ノズルの詰まりによる洗浄装置機能障害だけでなく、洗浄液の分散能力の低下も生じるため、フィルターのメッシュを小さくする必要が生じ、フィルターが短時間で目詰まりを起して交換頻度が増すことになった。
【特許文献１】特開2002−45729
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、微細な汚れ物質による被洗浄部品の汚れが激しい場合においても、洗浄能力の増大を図り、且つ洗浄液を繰り返し利用できるような遠心分離法を用いたメカニカルフィルター及びメカニカルフィルターに適した遠心分離方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に記載の遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置によれば、タンク体内の底部に向かって垂設し下端部分に外方にノズルを設けた洗浄廃液導入管と、この洗浄廃液導入管を距離を保って包囲しかつ上部外周に複数の細孔を設けた有底円形内筒と、この有底円形内筒に対して距離を保って包囲し下方に向かって末広がり状に拡開しかつ底面部に複数の細孔を設けた有底円形外筒と、さらにこの有形円形外筒を距離を保って包囲する分離槽から主としてなり、内周壁に複数段にわたって形成したそれぞれ全周をカバーする環状堰を設けた前記分離槽及び前記有底円形内筒並びに前記有底円形外筒を、軸受手段を介して駆動装置で高速回転させるようにしたものである。
【０００６】
本発明の請求項2に記載の遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置は、請求項1に記載の装置において、前記分離槽の内壁を、それぞれに環状堰を形成した部材間に封隙材を差し挟んだ状態で緊締手段を介して構成するようにしたものである。
【０００７】
本発明の請求項３に記載の遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置は、請求項1に記載の装置において、前記タンク体の底面に再生液を導出する出口を形成してなるものである。
【０００８】
本発明の請求項4に記載の遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置は、請求項1に記載の装置において、前記分離機の底面に前記軸受手段の中心に設けた廃液出口を形成してなるものである。
【０００９】
本発明の請求項5に記載のメカニカルフィルターのための遠心分離方法によれば、分離槽の内部に垂設した洗浄廃液導入管の下端部のノズルから洗浄廃液を外方へ噴出させることにより、前記洗浄廃液導入管を包囲して形成され且つ高速回転している有底円形内筒に遠心力により押し付けられた洗浄廃液は、上部外周に形成した複数の細孔から外方へ放出され、この洗浄廃液を有底円形内筒の上部外周に形成した複数の細孔から外方へ放出させて有底円形外筒に付着させ、同じく高速回転しているこの有底円形外筒の下方に向かって末広がり状に拡開している面に沿って下向きに進行させ、この有底円形外筒の複数の細孔から外方へ突出させて、高速回転している分離槽の内壁に形成した環状堰を次々に乗り越えて上方へ移行する間に洗浄廃液に含まれている固形成分を分離槽の内壁に層状に沈降固着させてゆき、この間に固形成分を分離した再生液を最上段の堰からタンク体内に噴出させ、タンク体の底部から分離沈降した固形成分が一定の段階に到達したときに、駆動手段により高速回転を急停止又は逆転することにより、分離槽の内部に残留している洗浄廃液に、固形成分を分離させたときよりもはるかに大きな流速を分離槽の内面の回転方向の流れとして生じさせて壁面に固着した固形成分を再拡散させて廃液として分離槽の底部から排出させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のメカニカルフィルターによる遠心分離方法及びメカニカルフィルターによる遠心分離機によれば、特に汚れの激しい部品に付着した固形成分の洗浄や、部品の加工時に発生する研削粉などの洗浄物を、遠心力を利用して極めて有効に除去することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図1は、本発明を実施するための遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置の全体構成を示す立面図、図2はその主要部分の拡大縦断面図で、図3は本発明の方法による洗浄液を再生する過程を示す説明図である。
【００１２】
まず、図1及び図2において、1は装置全体を支える架台であって、その上にタンク体2が搭載されている。蓋体3を備えるこのタンク体2には洗浄廃液導入管4と、有底円形内筒5と、有底円形外筒6と、分離槽７とが収容されている。この洗浄廃液導入管4は本発明の装置の高速回転部分である有底円形内筒５、有底円形外筒6及び分離槽７の回転中心に設けられている。
【００１３】
洗浄廃液を供給するための洗浄廃液導入管４は、装置の中心部において、タンク体2の蓋体３から分離槽7の蓋体8を通過して分離槽７内に深く垂設され、この洗浄廃液導入管4の下端部分には外方へ開口するノズル9が設けられている。
【００１４】
前記洗浄廃液導入管４に対して、距離を保った有底円形内筒5と、この有底円形内筒5に対して距離を保った有底円形外筒6が、前記分離槽7の蓋体８に取り付けられるものとし、この際、有底円形内筒5は真っ直ぐな円筒形状を呈するのに対して、有底円形外筒6は下方に向かって末廣がり状に拡開した断面形状を有する。また、有底円形内筒5と有底円形外筒6とはそれぞれの底面において連結材10で連結されている。
【００１５】
前記有底円形内筒5の上部外周には周面上に複数箇所に細孔11を設け、また有底円形外筒6の底面部には周面上に複数箇所に細孔12を設けるものとする。
【００１６】
分離槽7の内壁13は、それぞれ環状堰14を突設した複数の部材15からなる。これら環状堰14の高さ（幅）は、最上位のものaが、下位のものbよりほぼ2倍として構成している。前記部材15にはそれぞれ上面に凹所16を形成し、この凹所16に部分的に収容した封隙材（パッキング）17を差し込むと共に、分離槽7の外壁18に設けた緊締手段19によって、各部材15を締結するものとする。すなわち、外壁18に形成した突起部分20に枢止されダブルナット21を有して先端部に鉤手22を形成した係止部分23と、外壁18に突設したフック24とにより、前記ダブルナット21による締結作用によって、分離槽７の内壁13を平滑に保つとともに、洗浄廃液及び洗浄廃液に含まれる固形成分の外部への漏出を防止している。
【００１７】
前記分離槽7の底壁25には、前記架台1の上面部26に軸受手段27により支承される中空回転支軸28を突設するものとし、前記洗浄廃液導入管4が形成されている中心軸線の延長上にあるこの中空回転支軸28は、前記分離槽7に連通する廃液出口29を形成し、この廃液出口29を介して前記中空回転支軸28から、前記架台1の内側に収容した廃液槽30に廃液を流下させるのである。
【００１８】
前記架台1には、駆動装置（例えばサーボモータ）31を取り付けてあり、この駆動装置31の駆動軸に取り付けたプ−リ32、ベルト33及び前記中空回転支軸28に取り付けたプーリ34により駆動装置31の高速回転を分離槽7、有底円形外筒6及び有底円形内筒5に伝達するのである。
【００１９】
前記タンク体1の底面には再生液を導出するための出口35が形成されており、この出口35から再生液が配管36を介して所望の施設に送られるものである。
【００２０】
次に、図3によって本発明の遠心分離機の作用を説明する。駆動装置31により中空回転支軸28を介して分離槽7、有底円形外筒6及び有底円形内筒5が高速回転をしている状態において、固形成分を含む洗浄廃液液が洗浄廃液導入管4に導入され、廃液は洗浄廃液導入管４の下端部に形成されたノズル９から外方へ噴出されて、有底円形内筒5に付着する。有底円形内筒5は高速回転しているので、洗浄廃液はこの有底円形内筒5の面に沿って遠心力により上方へ匍匐進行し、上部外周に形成した複数の細孔11から外方へ放出されて、有底円形外筒6に付着され、今度は末広がり状に形成されているこの有底円形外筒6の面に沿って遠心力により下方へ匍匐進行し、この面の下方に形成されている複数の細孔12から、分離槽7に向かって放出される。この間の廃液の流れは図3に破線をもって示している。
【００２１】
高速で回転している分離槽7の壁面では、廃液が分離槽7の回転と等しい速度で回転して、分離槽7から見て静止しているような状態で垂直方向に乱れのない流れを形成することによって廃液中の固形成分を分離槽7の壁の方向へ遠心力を継続的に受けることによって、微細な粒径の固形成分までも沈降させることができる。
しかし、洗浄廃液導入管4から噴射された廃液は回転方向には速度を持たないため、分離槽7の内壁面に押し付けられて分離槽7と等しい回転の速度を持っている廃液に触れると大きな速度差で液面を乱し、微細な粒子を沈降させることができなくなる。
そこで、洗浄廃液導入管4から噴射された液はまず径が小さい有底円形内筒5の内側に噴射することによって速度差を小さくすると同時に、有底円形内筒5の内面に押し付けられて上昇する間に有底円形円筒5と同じ速度に至らしめ、さらに、外形の大きな有底円形外筒6に噴射して回転方向に速度をあげ、末広がりの有底円形外筒6を流れ下る間に分離槽7の速度に近づける。末広がりの有底円形内筒5では、半径に比例して遠心力が増加するため、壁面との摩擦による速度の伝達の度合いも半径の増加に比例し、さらに、半径が増すことによって、末広がりに拡がる壁面の円周が増加することから、壁面に付着している廃液の厚みは薄くなり、壁面の回転方向への速度になじみ易くなる。この結果、末広がりの有底円形外筒6の下端付近にあけられた複数の細孔12から噴出する廃液と分離槽7の壁面に押し付けられている固液分離過程の液面との速度差がほとんどなくなり、発生する乱れは一段目の堰の内側で治まるため、2段目の堰以降の流れは垂直な流れだけとなり、微少な固形成分を沈降させることができる。
【００２２】
ここにおいて、固形成分を含む洗浄廃液は、矢印をもって示すような状況で環状堰14を次々に乗り越えて上方へ移行する間に、比重差によって固形成分は分離槽7の内壁13に層状に沈降固着してゆき堆積層37を形成する。この堆積層37は下方では厚く上方に行くにしたがって薄くなる。図3において38は分離槽7の回転によって外方へ押し付けられている洗浄廃液の上清液を示し、39は洗浄廃液に遠心力がかかって回転している分離層7の内壁13に押し付けられて垂直な水面ができた場合の水面を示すものである。
【００２３】
固形成分を分離した再生液はタンク体2の底部の出口35から配管3６を介して流出されるものとし、作業が一定の段階に到達したときに、駆動装置31による高速回転を急停止し又は逆転することにより、分離槽7の内部に残留している液体ともども、固形成分を分離させたときよりもはるかに大きな流速を分離槽7の内面の回転方向の流れとして生じさせて、分離槽7の内壁13に堆積層37として形成されていた固形成分を再拡散させて廃液として分離槽7底部に連通する廃液出口29から廃液槽30に流下させるのである。
【００２４】
分離槽７で分離する場合の流速は、5リットル毎分の処理速度の場合、垂直方向の流れの速度は、分離槽7に保持されている液体の水平断面を通過する水量から計算できる。すなわち、壁面から水の表面までの距離を20ｍｍとすると、直径280ｍｍの分離槽7に対して断面積は、
（280／2）２хπ−（24０／２）２  х  π＝          
61544−45216＝16328平方ｍｍ
となる。  すなわち、163．3平方ｃｍである。
【００２５】
この断面を1分に5リットル（5000ｃｃ）が通過するので、流速は秒で表すと、1秒の液通過量5000÷60＝83．3 cc／secを用いて、
83．3÷163．3＝0．511ｃｍ／sec
となる。
（参考までに、堰14の上を越える時の流速は、断面積が約半分となり1ｃｍ／secの流速であるが、堰14と堰14の距離を堰の上部と水面までの距離の4倍以上としていることから、沈降する堰14の中間部分の速度にはあまり影響しない。）
この速度で、１００Ｇの遠心力でほとんどすべての固形成分を沈降させることが実験で立証されている。
【００２６】
次に、遠心力が10Ｇになる時の回転数は、200rpm程度であるから、分離槽7を停止させる過程で、200rpmで分離槽7を急停止させると、液体が慣性で分離槽7に沿って回転を維持することになり、そのとき流速は、直径240ｍｍの円を1分に200回転する速度であるから、
円周    240×3．14＝753．6mm・・・75．4  [ｃｍ／回転]
回転数  200÷60＝３．３ 回転／sec
を用いて
75．4×3．3＝248．9 cm／sec
となるので分離槽7で分離を行っているときの流速0．5cm／secに対して
248．9÷0．5≒497
すなわち、497倍の流速となり、沈降させた固形成分を再び液中に分散させるに十分な速度となる。さらに、長時間かけて固化しているような場合を想定して分離槽7を逆転させ、相対的な速度差をつけて、1000倍程度にすることで、沈降している固形成分のほとんどを液体に分散させて流し出すことができる。
【００２７】
別の計算としては、堰14で保持されている水の量は液体の水平断面積×垂直の長さであるから、分離槽7の深さを300ｍｍとしたとき
163．３×30＝4899ｃｃ  である。
液が分離槽7の内部で対流させている時間を1分としたい場合は、４．９リットルを流せることになる。
また、流速を小さくすれば、滞留時間は長くなり、同一の加速度で小粒径のものまで取り除くことでできる。
必要な滞留時間の長さについて
微粒子の液体中での沈降速度は、
１．重力によって加速沈降する  
２．液体から受ける抵抗が速度の自乗に比例するため、次第に加速度は鈍って沈降しようとする力と、抵抗力が釣り合って限りなく一定の速度（終末速度）に近づく。
【００２８】
また、速度に比例する抵抗の価は流体の粘性係数に影響される。さらに、流体に分散している物質の沈降時間は、粒径により終末速度が異なる。このような複雑な条件で、単純に加速度と時間の関係を計算することはできないため、沈降に要する時間は実験によるしかないので、本発明では、2硫化モリブデン入りグリスが使われた部品を洗浄した廃液を実験した結果、良好な結果が得られている。
【００２９】
実験の結果では、地球重力下（1G）で静置した場合、すなわち終末速度で沈降させた場合、実験した液体ではほとんどの固形成分を沈降させるために3日程度の（72時間以上）を必要とした。しかし、試作した装置では100Gで10分の滞留時間で完全に固形成分を取り除くことができた。さらに、1000G程度に加速度を上げたところ、1分の滞留時間で固形成分をほぼ回収できた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を実施するための遠心分離法を用いたメカニカルフィルター装置の全体構成を示す立面図である
【図２】図1の主要部分の拡大縦断面図である
【図３】本発明による洗浄液再生の過程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
４  洗浄廃液導入管
５  有底円形内筒
６  有底円形外筒
７  分離槽
９  ノズル
11  細孔（有底円形内筒5の）
12  細孔（有底円形外筒6の）
13  内壁（分離槽7の）
14  環状堰（堰）
15  部材
25  底壁（分離槽7の）
26  中空回転支軸
31  駆動装置（サーボモーター）
【図１】
2007160220.tif 000003
【図２】
2007160220.tif 000004
【図３】
2007160220.tif 000005