JP6215482B2 - 金属切削屑圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば金属切削加工時に生じる切削屑を圧縮して所定形状の塊に固めるための金属切削屑圧縮機に関し、詳しくは、加圧成形後の成形品を排出する部分に関するものである。

工作機による金属切削加工では、金属の切削屑が大量に排出されるため、この有用な金属切削屑は回収されて再利用される。しかし、切削加工で生じる金属屑は、リボン状で螺旋状・コイル状または渦巻き状であったり、縮れ・カール状であったり、あるいはチップ状であるなど、様々な形態、寸法を有するものであり、そのままでは扱いが煩雑になってしまう。そこで、これら金属切削屑は圧縮機を用いて所定形状の塊に固められている。

このような金属切削屑圧縮機は、金属切削屑がホッパーへ投入され、該ホッパーから送出された加圧成形室内の金属切削屑を油圧ポンプ・モータ装置で駆動される加圧シリンダ装置によって圧縮成形し、加圧圧縮後の成形品を排出シリンダ装置の駆動によって成形室外へ排出するという構成を備えたものが一般的である。

ただし、金属切削屑は様々な形態、寸法をしており、嵩密度も均一でないため、例えばカール状のものなどの嵩密度が小さいものの場合は加圧成形前の調整を行う必要がある。そこで、成形室への送出前に切削屑を細かく破砕するために、ホッパー内に寸断装置が組み込まれたものがある（特許文献１参照）。また、その成形室の上方で切削屑がブリッジ状に堆積して作業効率が悪化するのを防ぐための撹拌装置がさらに設けられている場合もある。さらに、加圧シリンダ装置の駆動方向が垂直上下方向となる縦型の方が、水平の左右方向となる横型よりも装置設置のための占有面積が小さくて済むため、主流となっている。

さらに、現在の金属切削屑圧縮機は、自動化が進められている。例えば、シュレッダー機能を備えたスクリューコンベアの駆動によりホッパーから切削屑を細かく破砕しながら加圧成形室へ送出する充填工程と、加圧シリンダ装置の駆動により加圧成形室内に充填された切削屑を圧縮成形する加圧成形工程と、排出シリンダの駆動により加圧圧縮後の成形品を外へ排出する排出工程と、を１サイクルとして、制御部によってスクリューコンベアの駆動と、各シリンダ装置への油圧装置を介した作動油圧駆動を予め定められたシーケンスに沿って制御することで自動運転していた。

このような金属切削屑圧縮機における具体的な自動運転の動作は、図４の部分断面図に例示する通りである。即ち、制御部３０からの指令で自動起動が行われると、まず充填工程が開始され、モータ９によってスクリューコンベア８の回転駆動が開始され、ホッパー６内に投入されていた金属切削屑５０が細かく破砕されながら加圧成形室５内へその一方の側面上方の充填用開口部７から充填される。この時、図４（ａ）に示すように、圧縮成形後の成形品を外へ排出するための排出口１３に連通する加圧成形室５の他方側面下端に設けられている排出ゲート１２は、水平方向に駆動するゲートシリンダ装置１０の排出プランジャ１１の先端で閉塞された状態となっている。

次いで、加圧成形工程が開始される。制御部による油圧装置を介した加圧シリンダ装置２に対する作動油圧駆動制御が行われ、ピストンロッド３の先端のプレスラム４が加圧成形室５内を下降することによって、そこに充填されている金属切削屑５０が加圧成形される。図４（ｂ）に示すようにこの加圧成形は、その先端で排出ゲート１２を閉塞するように加圧成形室底部に伸びるゲートシリンダ装置１０の排出プランジャ１１上で行われる。

金属切削屑の加圧成形後、排出工程が開始される。制御部による油圧装置を介した作動油圧駆動制御によりゲートシリンダ装置１０の開動作が開始され、排出プランジャ１１が後退する。排出プランジャ１１の先端がゲートシリンダ装置１０の開端位置に達してゲートシリンダ装置１０の開状態が得られると、ゲートシリンダ装置１０の駆動は停止されるが、このとき、成形品５１は加圧成形室５の底部に落下する。

そして、再び加圧シリンダ装置２駆動され、図４（ｃ）に示すように、底部に落下した成形品５１に対してピストンロッド３およびプレスラム４の下降による最終加圧が行われる。これによって成形品５１は更に圧縮されて、排出ゲート１２の通過を容易にする厚さに調整される。

金属切削屑の最終加圧が完了すると、加圧シリンダ装置２のピストンロッド３はプレスラム４と共に上昇され、次いで、ゲートシリンダ装置１０が駆動されて排出プランジャが前進する。排出プランジャ１１が前進し、その先端が排出ゲート１２の閉塞位置に達した時点で、図４（ｄ）に示すように、成形品５１は排出ゲート１２から加圧成形室５外（排出口１３側）へ排出される。そしてゲートシリンダ装置１０の駆動が停止され、排出工程が完了する。このように、成形品５１の排出および加圧シリンダ装置２の戻りが完了すると、次の充填工程へ進むことができ、以降、充填工程から加圧成形工程、排出工程のサイクルが繰り返される。この繰り返されるサイクルによって、成形品５１が連続的に排出口１３側へ排出されてくるため、先の成形品５１が後の成形品５１によって押し出され、順次圧縮機外へ排出される。

特許第２９５５９８１号公報

しかし、上記のような従来の金属切削屑圧縮機では、ゲートシリンダ装置１０の排出プランジャ１１は、図４（ｄ）Ａ−Ａ断面矢視図である図５の正面側から見た部分縦断面図に示すように、基台１６上のベース部材１４に形成された加圧成形室の底部を含む溝１５の中を往復移動している。この往復移動において、排出プランジャ１１は、ベース部材１４の溝面と直接接触しながら摺動している。

しかも、排出工程の開始直後に、図４（ｂ）に示す加圧成形後の状態から図４（ｃ）の開状態へと排出プランジャが後退するが、この際、成形品５１のスプリングバックによる上方からの押圧力が生じている状態で摺動することになる。また、切削油を含んでいない切削屑の場合は無潤滑で摺動している。通常、ベース部材１４の材質は、排出プランジャより軟質部材であり、排出プランジャ１１と直接接触するベース部材１４の面上の摺接部分では、上記のような摺動が繰り返され、経年使用により摩耗が発生する。

現行の金属切削屑圧縮機の製品に組み込まれている排出プランジャは、例えば、炭素含有量の代表値が０．４５％の炭素鋼であるＳ４５Ｃ材の表面を高周波焼入れで硬度を上げた調質材から製造したもので、これに対してベース部材はＳ４５Ｃの焼きいれ・焼き戻しした調質材製であり、６８ｋｇもするような大きな部材である。また、排出プランジャは、図５の断面図に示されているように、断面形状が下向きの略コの字状でベース溝１５の底面に摺接するのは排出プランジャ１１の底面の長手方向二辺に沿って延在する突条部１１Ｔであった。従って、この突条部１１Ｔの下面が摺接するベース部材の面上領域が摩耗部Ｘとなる。この摩耗が進んでベース部材自体の交換が必要となった際には、装置の全分解を行うことになり、天井クレーンやフォークリフト等を必要とする非常に大変な作業となっていた。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、加圧成形後の成形品を排出するために排出プランジャがその面上で往復駆動されるベース部材自体を交換することなく、排出プランジャの摺動に起因する摩耗部分に簡便に対処することができる構成を備えた金属切削屑圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る金属切削屑圧縮機は、基台上に、金属切削屑が投入されるホッパーと、ホッパーから送られてくる金属切削屑を収容する加圧成形室と、加圧成形室内に充填された金属切削屑を加圧成形する加圧シリンダ装置と、加圧成形後の成形品を加圧成形室外へ押し出して排出するゲートシリンダ装置と、加圧シリンダ装置とゲートシリンダ装置に対する作動流体圧駆動を制御する制御部とを、を備えた金属切削屑圧縮機において、
前記ゲートシリンダ装置は、前記成形品を排出するために前記基台上に設置されたベース部材の面上を往復移動する排出プランジャを備え、
前記加圧シリンダ装置は、ピストンロッドによって垂直上下方向に駆動されるプレスラムと該プレスラムの先端で前記加圧成形室内の金属切削屑を押圧する金型とを備え、
前記ベース部材は、前記ゲートシリンダ装置の排出プランジャがその内部で往復移動する溝が形成されており、前記排出プランジャの底面の摺動領域となる前記溝の底面上の前記排出プランジャとの間に、該排出プランジャと異なる材質からなるボトムプレートを交換可能に備えており、
前記ボトムプレートの高さ位置を変更して成形品排出時の前記プレスラムの先端の金型と前記排出プランジャとの間のクリアランスを調整するクリアランス調整機構を、前記ボトムプレートと前記ベース部材の底面上との間に備えているものである。

請求項２に記載の発明に係る金属切削屑圧縮機は、請求項１に記載の金属切削屑圧縮機において、前記ボトムプレートは、前記溝の底面上に嵌め込まれる一枚板であり、前記クリアランス調整機構は、前記ボトムプレートを昇降させるジャッキ機構を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明に係る金属切削屑圧縮機は、請求項１に記載の金属切削屑圧縮機において、前記クリアランス調整機構は、前記ベース部材の面上と前記ボトムプレートの間に変更可能に設置されるシムプレートを含むものである。

本発明による金属切削屑圧縮機では、基台上の、ゲートシリンダ装置の排出プランジャが往復移動するベース部材の面上の少なくとも排出プランジャの底面の摺動領域で、排出プランジャとの間にボトムプレートを交換可能に備えたことにより、排出プランジャの繰り返し摺動によってベース部材に摩耗が生じるのを防止できるため、経年使用による交換が必要とされるのは、ボトムプレートや比較的交換が容易な排出プランジャで済むという効果がある。また、ボトムプレートの高さ位置を変更するクリアランス調整機構をさらに備えた場合、プレスラム先端の金型の摩耗あるいは交換等により金型と排出プランジャとの間で生じる隙間に応じてクリアランスを調整することによって、集塵屑の微粉末の圧縮においても常に良好に成形することが可能となる。

本発明の一実施例による金属切削屑圧縮機のゲートシリンダ装置部分の概略構成図であり、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は側面からみた縦断面図である。 図１の金属切削屑圧縮機において、ボトムプレートの下にクリアランス調整機構としてシムプレートが載置された場合を示す概略構成図であり、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は側面からみた縦断面図である。 図２とは異なる実施例として、クリアランス調整機構としてボトムプレートを昇降する普通形ねじジャッキを備えた場合を示す正面から見た部分拡大縦断面図である。 従来の金属切削屑圧縮機の動作を説明する部分断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は各過程を順に示した状態図である。 従来の金属切削屑圧縮機のゲートシリンダ装置部分の概略構成を示す正面から見た縦断面図である。

本発明の金属切削屑圧縮機においては、加圧成形後の成形品を加圧成形室外へ押し出して排出するゲートシリンダ装置の排出プランジャが往復移動するベース部材の面上の、少なくとも排出プランジャの底面の摺動領域で、排出プランジャとの間に前記排出プランジャとは異なる材質からなるボトムプレートを、交換可能に備えているため、経年使用によって、排出プランジャの摺動によってベース部材に摩耗が生じるのを防ぐことができる。

これによって、本発明によれば、排出プランジャの摺動に起因する摩耗部分の対処は、ボトムプレートか比較的取り外しが簡便な排出プランジャの交換のみで良く、従来の天井クレーンやフォークリフト等を必要とするような装置全分解を伴うベース部材の交換という大変な作業に比べて大幅に作業負担が軽減される。従って、ベース部材を交換していた場合より交換頻度が高くても、交換作業が簡便で負担が小さいため、むしろこまめなメンテナンスが可能となり、高い作業品質が維持できる。

なお、ボトムプレート自体は、カジリ防止のため、排出プランジャとは異なる材質からなるものとする。基本的には、比較的耐摩耗性が高く排出プランジャと同程度の硬度の部材とすることが望ましい。例えば、従来同様に排出プランジャの材質がＳ４５Ｃ調質材である場合、ボトムプレートには炭素工具鋼鋼材のＳＫ材が挙げられる。

また、設置されるボトムプレートは、少なくとも所定経年に発生が想定される摩耗分の厚さを備えていれば良いため、ベース部材自体の太さに比べ非常に薄いもので済む。よって、装置全体としては、非常に薄い部材が設置されるだけの相違であるため、ベース部材側の厚み等を若干調整するだけで、その他、当該圧縮機の構成としては既存のままで済む。

例えば、排出プランジャが、従来同様にベース部材に形成された溝内を往復移動する構成である場合、該溝の底面が排出プランジャが摺動する領域となるため、この溝の底面上にボトムプレートを配置すればよい。従って、このボトムプレートの厚み分だけ、予め溝の深さを調整しておくだけで良い。

また、実際の排出プランジャは、前述の通り、断面形状が略コの字状（下向き）であるため、ベース溝の底面に摺接するのは排出プランジャの底面の長手方向二辺に沿って伸びる突条部のみであった。従って、本発明の金属切削屑圧縮機において、同形状の排出プランジャが組み込まれている場合には、ベース溝の底面上に設置されるボトムプレートは、この突条部に対応する形態、例えば２枚の帯状板でもよいが、一枚板のものを溝の底面上に嵌め込む形態とするのが好ましい。この場合、部材数が少なくて設置、交換作業が簡便であると共に、どのような底面形状の排出プランジャに対しても適応できる。

また、例えばプレスラム先端に設けられた金型によって切削屑の圧縮成形を行う場合、微細な切削屑では、金型と排出プランジャとの間に金型の摩耗や金型自体の交換によって僅かな隙間が発生すると、そこから切削屑が流出してしまい、成形が困難な場合がある。そこで、隙間に応じてボトムプレートの高さを変更して微妙なクリアランス調整を行うことによって金型と排出プランジャとの間の僅かな隙間を無くして、集塵屑の微粉末でも良好に成形することが可能となる。

従って、ボトムプレートの高さを変更することのできるクリアランス調整機構をさらに備えることが好ましい。クリアランス調整機構としては、ボトムプレートによって摩耗の影響はその下のベース面側には何ら発生しないため、このボトムプレートとベース部材の面上との間を利用できる。例えば、スペーサーとしての非常に薄いシムプレートをボトムプレートの下に変更可能に設置することによって、加圧成形工程における排出プランジャと加圧シリンダ装置のプレスラム端面との間の微妙なクリアランス調整をおこなうことができる。実際、既存のシムプレートとしては０．１ｍｍ未満のものから数ｍｍ程度のものまで様々な薄さのものがあり、対象となるクリアランスに応じて所望の厚みのものを任意に設置することができ、また異なる厚みのものに交換することもできる。

また、ボトムプレートを昇降させるジャッキ機構を設置する構成とすることによってもクリアランス調整を行うことができる。ジャッキ機構によりボトムプレートを任意の高さに調整して金型と排出プランジャとの間の隙間を調整することができる。

本発明の一実施例による金属切削屑圧縮機におけるゲートシリンダ装置の排出プランジャの摺動部分の構成を図１に示す。図１（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は側面からみた縦断面図である。

本実施例の金属切削屑圧縮機は、主な構成については従来と同様であり、図中共通部分は図４、５と同じ符号を付す。金属切削屑が投入されるホッパー６と、ホッパー６から送られてくる金属切削屑を収容する加圧成形室５と、加圧成形室内に充填された金属切削屑を加圧成形する加圧シリンダ装置２と、加圧成形後の成形品５１を加圧成形室５外へ押し出して排出するゲートシリンダ装置１０と、加圧シリンダ装置２とゲートシリンダ装置１０に対する作動流体圧駆動を制御する制御部３０とを備えている。

そして、ゲートシリンダ装置１０は、排出プランジャ１１が、基台１６上のベース部材２０に成形品排出方向、即ち水平方向に沿って形成されている、加圧成形室５の底部を含む溝２１内を往復移動するものである。

この排出プランジャ１１は、断面形状が下向きの略コの字状であり、底面側には、長手方向二辺に沿って延在する２本の突条部１１Ｔを有している。従って、ベース溝２１の底面に対して摺接するのは、この突条部１１Ｔの下面のみである。

本実施例では、溝２１の底面上に一枚板のボトムプレート２２が嵌め込まれている。これによって２本の突条部１１Ｔによる摺接領域を共に覆うことができる。このボトムプレート２２は、Ｓ４５Ｃ調質材製の排出プランジャ１１に対して、ＳＫ１０５製で、厚さ１０ｍｍのものとした。

以上の構成を備えた金属切削屑圧縮機による動作においては、ゲートシリンダ装置１０の閉状態、即ち、排出プランジャ１１が成形品排出口１３に連通する加圧成形室５の排出ゲート１２をその先端で閉塞するように加圧室底部に伸びた状態において、該排出プランジャ１１上で加圧成形室５内へ金属切削屑が充填され、この加圧成形室５内の金属切削屑が加圧シリンダ装置２の下降駆動によって圧縮して加圧成形される。

次いで成形品５１の排出工程が行われるが、まず、排出プランジャ１１上での加圧成形直後の状態のままでゲートシリンダ装置１０が駆動され、排出プランジャ１１は成形品５１のスプリングバックによる押圧力を受けながら後退させられる。そして、排出プランジャ１１の後退の後、加圧成形室５の底部に落下し、加圧シリンダ装置２のさらなる下降駆動によって最終圧縮された成形品５１に対して、排出プランジャ１１が前進駆動されることによって、該成形品５１が排出ゲート１２から押し出されて加圧成形室５外へ排出される。

以上のような工程が繰り返されることによって、金属切削屑が連続的に加圧成形されて成形品として排出されるという駆動において、上方からの押圧力を受けながらの排出プランジャ１１の摺動も繰り返される。そしてこのような金属切削屑圧縮機の経年使用によって、排出プランジャ１１の摺動に起因する部材の摩耗も発生するが、本実施例において摩耗するのはボトムプレート２２と排出プランジャ１１である。従って、交換するのはボトムプレート２２あるいは排出プランジャ１１で済むため、交換作業は簡便である。

また、上記の金属切削屑圧縮機においては、ボトムプレート２２の配置によって、その下では排出プランジャ１１の摺動による摩耗の影響を受けない。そこで、図２に示すように、ボトムプレート２２の下に、非常に薄いシムプレート２３をさらに配置することで排出プランジャ１１と例えば金型との間のクリアランス調整を行うことができる。

このシムプレート２３も、ボトムプレート２２のように溝２１の底面に嵌る一枚部材で良い。例えば、集塵屑の微粉末に対応する際に現状の金属切削屑圧縮機に配置されるものとして、厚みが０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度のものを適宜選択して用いることで良好なクリアランス調整が行える。

また、別のクリアランス調整機構によりボトムプレート２２を昇降させることによって、金型と排出プランジャ１１との間のクリアランス調整を行うことができる。例えば、図３に示すように、普通形ねじジャッキ２４等のジャッキ機構を溝２１の底部に設置し、ボトムプレート２２をその下方から上下移動させて微妙なクリアランス調整を行うことができる。実際に採用されるジャッキ機構の数や種類は、金属切削屑圧縮機１の規模に応じて、適宜選択すれば良い。

１：金属切削屑圧縮機
２：加圧シリンダ装置
３：ピストンロッド
４：プレスラム
５：加圧成形室
６：ホッパー
７：充填用開口部
８：スクリューコンベア
９：モータ
１０：ゲートシリンダ装置
１１：排出プランジャ
１１Ｔ：突条部
１２：排出ゲート
１３：排出口
１４：ベース部材
１５：溝
１６：基台
Ｘ：摩耗部
２０：ベース部材
２１：溝
２２：ボトムプレート
２３：シムプレート
２４：普通形ねじジャッキ
３０：制御部

Claims (3)

1. 基台上に、金属切削屑が投入されるホッパーと、ホッパーから送られてくる金属切削屑を収容する加圧成形室と、加圧成形室内に充填された金属切削屑を加圧成形する加圧シリンダ装置と、加圧成形後の成形品を加圧成形室外へ押し出して排出するゲートシリンダ装置と、加圧シリンダ装置とゲートシリンダ装置に対する作動流体圧駆動を制御する制御部とを、を備えた金属切削屑圧縮機において、
   前記ゲートシリンダ装置は、前記成形品を排出するために前記基台上に設置されたベース部材の面上を往復移動する排出プランジャを備え、
   前記加圧シリンダ装置は、ピストンロッドによって垂直上下方向に駆動されるプレスラムと該プレスラムの先端で前記加圧成形室内の金属切削屑を押圧する金型とを備え、
   前記ベース部材は、前記ゲートシリンダ装置の排出プランジャがその内部で往復移動する溝が形成されており、前記排出プランジャの底面の摺動領域となる前記溝の底面上の前記排出プランジャとの間に、該排出プランジャと異なる材質からなるボトムプレートを交換可能に備えており、
   前記ボトムプレートの高さ位置を変更して成形品排出時の前記プレスラムの先端の金型と前記排出プランジャとの間のクリアランスを調整するクリアランス調整機構を、前記ボトムプレートと前記ベース部材の底面上との間に備えていることを特徴とする金属切削屑圧縮機。
2. 前記ボトムプレートは、前記溝の底面上に嵌め込まれる一枚板であり、前記クリアランス調整機構は、前記ボトムプレートを昇降させるジャッキ機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属切削屑圧縮機。
3. 前記クリアランス調整機構は、前記ベース部材の底面上と前記ボトムプレートの間に変更可能に設置されるシムプレートを含むことを特徴とする請求項１に記載の金属切削屑圧縮機。

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