事例紹介冷却潤滑システムの精度向上
Dosimetrix® ハイブリッド冷却潤滑システムはKNF 社製の ジェントルフロー ダイアフラムポンプを採用しており金属加工機械において潤滑剤の確実かつ精密な混合と供給を実現します。
最新の金属加工機械はスマート製造を牽引しインダストリー4.0において中心的な役割を果たしています。これらの機械は最大の効率と高精度かつ高性能な加工プロセスを実現するために、インテリジェントな冷却潤滑システムに依存しています。冷却潤滑剤の最適な混合と定量供給を実現するため、BRISCO Systems社の「Dosimetrix® hybrid」はKNF製のダイアフラム式液体ポンプを採用しており、必要な性能を発揮しつつ脈動を最小限に抑え正確かつ穏やかな流体流量を提供します。
冷却潤滑剤は高性能な金属加工において重要な役割を果たしています。
金属加工機械は航空宇宙、医療、自動車などさまざまな産業において極めて重要な役割を果たしています。現代の工作機械はコンピュータ制御された自動化された装置を採用しており、フライス加工、旋盤加工、穴あけ加工、スキビング加工といった複雑な金属加工作業を行います。これらの工作機械の多くは異なる加工工程間を迅速に切り替え、複雑な形状と高い寸法精度を備えた部品を製造することができます。
これらの機械は加工工程において摩擦を低減し、熱を放散し、摩耗を抑える冷却潤滑剤に依存しています。これにより加工品質、プロセスの信頼性および効率が確保され工具の耐用年数が延長されます。金属加工機械用の冷却潤滑剤は通常、水、鉱物油や合成油などの基油、そして乳化剤、腐食防止剤、高圧添加剤や防ミスト添加剤といった、冷却潤滑剤の所望の特性を高める添加剤の3つの成分で構成されています。冷却潤滑剤の組成は特定の用途に合わせて調整されます。冷却潤滑剤システムにより最適な潤滑剤の組成と濃度を監視、混合、および定量供給することが可能になります。
高精度・高正確性を実現する冷却潤滑システム
中～大容量の冷却潤滑剤を必要とする用途向けにBRISCO Systems社は、IoT接続型の自動冷却潤滑システム「Dosimetrix® hybrid」を開発しました。これは流体および冷却の精密な管理を目的として設計されており一定かつ正確な混合液を供給することで加工品質、効率、およびコスト管理を保証します。本システムは必要な補充濃度を独自に算出し一定の水位を維持するとともに最大100個の個別タンクに対して正確に計量された補充量を自動的に供給することができます。
Dosimetrix® ハイブリッド冷却潤滑システムは、以下の 6 の構成要素から成っています：
- 水および冷却潤滑剤原液の入口接続部。両方の流量は個別に調整可能
- 高精度なバルブと流量計により濃度0.1～15％の範囲で正確な添加が可能（精度±0.1％）
- 制御された条件下で水と濃縮液を混合するミキシングチャンバー
- 流量、圧力、温度、濃度、充填レベルおよびリークを監視するセンサー
- ディスプレイ、制御インターフェースを備えた制御・操作モジュール、またはオプションのWebポータル経由での制御
- 自動オーバーフィル防止、漏れ検知、緊急停止などの安全機能
冷却潤滑システムにおける重要な課題の一つは油水エマルジョンの確実な混合です。エマルジョンの安定性は液滴の大きさに大きく左右されます。液滴が小さくかつ均一であればあるほど安定した混合物が得られ、長期間にわたり冷却・潤滑特性を維持することができます。一方、形成が不十分なエマルジョンは相分離を起こしやすく、その結果異臭の発生、加工性能の低下、さらには冷却媒体の早期交換が必要となり稼働停止時間の増加や運用コストの上昇につながります。
従ってエマルジョンの品質を一定に保つには所定の流量条件下で潤滑剤濃縮液を制御された再現性のある量で注入する必要があります。完全自動かつ高精度な混合・注入を実現するためには、Dosimetrix® ハイブリッドが供給ラインの水圧変動に影響されることなく冷却潤滑剤を供給できなければなりません。潤滑剤はノズルを介して加圧された水道管に注入されるため、水圧の変化は必要なポンプ性能や混合精度に直接影響を及ぼします。従って一貫した混合を実現するには、変動する圧力条件下でも安定した流量を維持できる高精度なポンプが必要です。さらにポンプは高い性能対サイズ比、優れた吸込能力、低脈動性、そして高い耐薬品性を備えている必要があります。
エンジニアリング・トラスト：KNF、信頼性の高いシステム性能を実現する新しいポンプソリューションを発表
2019年、BRISCO Systems社は、6 bar（相対圧）の圧力下で3 l/minの流量を供給できる試験用ポンプの提供をKNFに依頼しました。KNFは評価用にダイアフラム式液体ポンプ「FP 400」および「NF 1.300」を提供しました。当初BRISCO Systems社はEPDM製ダイアフラムを採用した競合他社の標準的なダブルダイアフラムポンプを選択しましたがこのソリューションは冷却潤滑システムにおいて問題が生じました。当初は採用されなかったもののKNFは他のプロジェクトを通じてBRISCO Systems社との協力関係を維持し続けました。
2022年11月までにKNFのエンジニアたちは現場でDosimetrix®ハイブリッドの課題を再検討しました。競合他社のポンプは性能が不十分でありキャビテーションによるダイアフラム損傷も生じていました。KNFはプロセスパラメータを更新した上で状況を分析し2019年の初期評価時点ではまだ提供されていなかった「Smooth Flow」ダイアフラムポンプを代替品として提案しました。2022年12月に試験用に納入されたこの液体ポンプはすべての試験に合格し、Dosimetrix®ハイブリッドに組み込まれました。現在同ポンプは信頼性高く効率的に稼働しています。
KNF ジェントルフローポンプはキャビテーションを防止し性能を向上させます
Dosimetrix® ハイブリッド冷却潤滑システムの中心となるダイアフラム式液体ポンプはポンプから1～1.5 m下にある容器から潤滑剤を吸い上げ、ノズルを介して加圧水管に送り込みます。供給ラインの水圧変動や新たな冷却剤の需要変化に対応するためシステムはポンプが冷却潤滑剤を供給すべき吐出量を算出します。
KNF独自の「ジェントルフロー」技術を採用し位相をずらして動作する5枚のダイアフラムを並列に接続することで優れた直線性と最小限の脈動を伴う高流量かつ滑らかな流量を実現し、キャビテーションを防止してポンプとシステムを保護します。最大流量4.4 l/min、最大圧力6 bar（相対圧）に加え自吸能力と空運転能力を備えたこの液体ポンプは穏やかで信頼性の高いクーラント移送とシステムの完全性を確保し繊細な部品を保護します。そのダイアフラム技術によりリークのない運転を実現し添加剤による交差コンタミネーションを防止することで工作機械アプリケーションに求められる精度と信頼性の要件を満たしています。
冷却・潤滑システム向けカスタマイズ型ダイアフラムポンプが化学的適合性を実現
KNFのすべてのダイアフラムポンプと同様に「ジェントルフロー」ポンプもモジュラーシステムを採用しておりポンプヘッド、材質、および機械的・電気的・流体接続部をカスタマイズすることが可能です。Dosimetrix®ハイブリッドシステムにおいては腐食性または中性の液体に対する耐薬品性が極めて重要です。本システムで使用されるカスタマイズされた液体ポンプはPTFEコーティングを施したEPDM製ダイアフラム、FFKM製のバルブ、FKM製のシール、PP製のポンプヘッドで構成されており、これらすべてが移送される様々な液体、特に油分を含む流体との化学的適合性を確保しています。システムへの完璧な適合とスペースの節約を図るためKNFはポンプヘッドを180°回転させました。またブラシレスDCモータを採用しており、ポンプの性能を調整可能にした冷却潤滑システムにおける精密な混合および定量供給の要件に対応しています。
「KNF社のポンプはサイズに対する性能比が高く当社のDosimetrix®ハイブリッドの専用制御システムに組み込むことができます。メンテナンスの手間が少なく長寿命であることはお客様のダウンタイムとコストを削減できるため当社にとって非常に重要なポイントでした」とユルゲン・ゴッシュ氏は締めくくりました。このダイアフラム式液体ポンプは幅広い動作範囲にわたって正確かつ信頼性の高い流量で潤滑油を供給し冷却潤滑システムにおける正確な定量供給をサポートします。KNFはオーダーメイドのポンプソリューションの設計において豊富な経験を有しています。エンジニアは各顧客と緊密に連携しポンプがシステムに完全に適合するよう確保するとともに統合プロセス全体を通じて技術サポートを提供します。BRISCO Systemsのような顧客はKNFの現地サポートやさまざまな業界や市場にわたる専門知識の恩恵を受けています。
