JP2000210837A - 圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズル - Google Patents
圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズルInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ノズルから噴出した気体の圧力及び温度を損
失せず、且つ十分な量を加工点に供給できるようにし
た、圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズルを提
供する。 【解決手段】 ノズル本体の一方の端面に吹き込み口を
設けると共に、他方の端面に吹き出し口を対設し、中間
部は断面を絞ったスロート部を設ける。吹き込み口から
スロート部に至る流入路は、それらの境界層で渦流が生
じないようにし、スロート部は通過する気体に体積膨張
を誘起させ、スロート部から吹き出し口に至る流出路
は、スロート部を通過して体積膨張した気体の膨張の方
向をノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致させ
ると共に境界層で剥離流が生じないようにする。
失せず、且つ十分な量を加工点に供給できるようにし
た、圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズルを提
供する。 【解決手段】 ノズル本体の一方の端面に吹き込み口を
設けると共に、他方の端面に吹き出し口を対設し、中間
部は断面を絞ったスロート部を設ける。吹き込み口から
スロート部に至る流入路は、それらの境界層で渦流が生
じないようにし、スロート部は通過する気体に体積膨張
を誘起させ、スロート部から吹き出し口に至る流出路
は、スロート部を通過して体積膨張した気体の膨張の方
向をノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致させ
ると共に境界層で剥離流が生じないようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮した気体を使
った加工点冷却加工用ノズルに関する。
った加工点冷却加工用ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、機械加工では切削油剤や研削油
剤を加工点に供給しながら工具による加工が行われる
が、潤滑・冷却作用を持たせるための鉱物性油、或は添
加剤としての硫黄、燐、塩素等の成分が加工中にミスト
となって空気中に混入し、作業環境を悪化させている。
又、廃油処理においては、特に塩素を含む廃油の処理は
高温で処理しないと有害なダイオキシンを発生する等の
重大な問題がある。これらの問題を解決するために、種
々の研究と検討がなされておりそのいくつかを列挙する
と次の通りである。 切削・研削油剤等を使用しない代替加工の検討 切削・研削油剤等を使用しない加工（ドライ加工）
の研究 切削・研削油剤等のリサイクル利用の検討 切削・研削油剤等の少量化に対する最適流量の検討 従来の切削・研削油剤等に代わる新しい切削・研削
油剤等の開発 切削・研削油剤等の代わりに気体を利用する方法 これらの中で、切削・研削油剤等の代わりに気体を利用
する方法は、発火や爆発性のない気体を圧縮した後加工
点に向けて噴出し、加工中の加工点を冷却すること等を
目的とした方法で、切削・研削油剤等を使わないので汚
染の防止が図れると共に、切削・研削油剤等の購入費や
廃油処理に関する費用も不要であり、切り屑もそのまま
リサイクルでき、加工性能も向上する等の多くの利点が
ある。圧縮した空気は常温のままで利用することもあれ
ば、氷点下の温度にまで冷却して利用することもあるの
で、圧縮した気体を加工点に供給する時は圧力ばかりで
なく、温度をも損失せずに供給することが重要になる場
合もある。通常はノズルを使って圧縮した気体を加工点
に向け噴出させるが、従来のノズルは円管を利用したも
のが多く、吹き出し口に向けて先細りにしたり、吹き出
し口をスリットにするために、吹き出し口とその近くを
偏平に変形させたりしている。
剤を加工点に供給しながら工具による加工が行われる
が、潤滑・冷却作用を持たせるための鉱物性油、或は添
加剤としての硫黄、燐、塩素等の成分が加工中にミスト
となって空気中に混入し、作業環境を悪化させている。
又、廃油処理においては、特に塩素を含む廃油の処理は
高温で処理しないと有害なダイオキシンを発生する等の
重大な問題がある。これらの問題を解決するために、種
々の研究と検討がなされておりそのいくつかを列挙する
と次の通りである。 切削・研削油剤等を使用しない代替加工の検討 切削・研削油剤等を使用しない加工（ドライ加工）
の研究 切削・研削油剤等のリサイクル利用の検討 切削・研削油剤等の少量化に対する最適流量の検討 従来の切削・研削油剤等に代わる新しい切削・研削
油剤等の開発 切削・研削油剤等の代わりに気体を利用する方法 これらの中で、切削・研削油剤等の代わりに気体を利用
する方法は、発火や爆発性のない気体を圧縮した後加工
点に向けて噴出し、加工中の加工点を冷却すること等を
目的とした方法で、切削・研削油剤等を使わないので汚
染の防止が図れると共に、切削・研削油剤等の購入費や
廃油処理に関する費用も不要であり、切り屑もそのまま
リサイクルでき、加工性能も向上する等の多くの利点が
ある。圧縮した空気は常温のままで利用することもあれ
ば、氷点下の温度にまで冷却して利用することもあるの
で、圧縮した気体を加工点に供給する時は圧力ばかりで
なく、温度をも損失せずに供給することが重要になる場
合もある。通常はノズルを使って圧縮した気体を加工点
に向け噴出させるが、従来のノズルは円管を利用したも
のが多く、吹き出し口に向けて先細りにしたり、吹き出
し口をスリットにするために、吹き出し口とその近くを
偏平に変形させたりしている。
【０００３】この種のノズルの一例としては、吹き出し
口に向けて先細りになっている単調な断面変化のものが
あり、このノズル吹き出し口から噴出された気体の噴流
について説明する。図８にその噴流の様子を示す。この
場合、圧力Ｐ0 、温度Ｔ0 の静止している大気中へ、圧
力Ｐ1 （Ｐ0 ＜Ｐ1 ）、温度Ｔ1 （Ｔ0 ＞Ｔ1 ）の気体
がノズルＮから噴出されると、噴流方向に広がりを持っ
て圧力Ｐ0 まで体積膨張し、噴流の周辺は圧力Ｐ0 、温
度Ｔ0 に変位する。即ち、圧力と温度とを損失する遷移
層Ｓが生成される。この遷移層Ｓの流れは渦流で、噴流
方向に向かって次第に増えていくが、それに反して必要
とする圧力、温度及び速度を有する渦の無い中心部分の
流れ（ポテンシャルコアＲ）は次第に消滅していく。
又、噴出された気体の流速には臨界速度が存在し、音速
以上にすることはできない。
口に向けて先細りになっている単調な断面変化のものが
あり、このノズル吹き出し口から噴出された気体の噴流
について説明する。図８にその噴流の様子を示す。この
場合、圧力Ｐ0 、温度Ｔ0 の静止している大気中へ、圧
力Ｐ1 （Ｐ0 ＜Ｐ1 ）、温度Ｔ1 （Ｔ0 ＞Ｔ1 ）の気体
がノズルＮから噴出されると、噴流方向に広がりを持っ
て圧力Ｐ0 まで体積膨張し、噴流の周辺は圧力Ｐ0 、温
度Ｔ0 に変位する。即ち、圧力と温度とを損失する遷移
層Ｓが生成される。この遷移層Ｓの流れは渦流で、噴流
方向に向かって次第に増えていくが、それに反して必要
とする圧力、温度及び速度を有する渦の無い中心部分の
流れ（ポテンシャルコアＲ）は次第に消滅していく。
又、噴出された気体の流速には臨界速度が存在し、音速
以上にすることはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のノ
ズルでは、圧縮した気体はノズルの吹き出し口から噴出
された直後に急速に体積が膨張して急速な圧力低下を来
したり、或は気体の温度がノズル吹き出し口周辺の温度
よりも低い時には温度上昇をも来して、加工点を十分に
冷却する条件を備えた気体を加工点に供給できないとい
う問題があった。これに加えて、ノズルは加工点付近で
工具や被加工物に干渉しないように離れた位置に配設す
ることが要求され、加工点を十分に冷却する条件を備え
た十分な量の気体を供給できないという問題も発生し
た。ノズルの流体力学的な考慮と検証よりも、如何にし
てノズルを加工点近傍まで近付けるかの方に焦点が絞ら
れ、ノズルの吹き出し口から噴出される気体の挙動には
殆ど重点が置かれていないのが現状である。そこで、本
発明は、上記従来の問題を解消するためになされ、ノズ
ルから噴出される気体の挙動に着目し、ノズルから噴出
した気体の圧力及び温度を損失せずに、且つ十分な量を
加工点に供給できるようにした、圧縮した気体を使った
加工点冷却加工用ノズルを提供することを目的とする。
ズルでは、圧縮した気体はノズルの吹き出し口から噴出
された直後に急速に体積が膨張して急速な圧力低下を来
したり、或は気体の温度がノズル吹き出し口周辺の温度
よりも低い時には温度上昇をも来して、加工点を十分に
冷却する条件を備えた気体を加工点に供給できないとい
う問題があった。これに加えて、ノズルは加工点付近で
工具や被加工物に干渉しないように離れた位置に配設す
ることが要求され、加工点を十分に冷却する条件を備え
た十分な量の気体を供給できないという問題も発生し
た。ノズルの流体力学的な考慮と検証よりも、如何にし
てノズルを加工点近傍まで近付けるかの方に焦点が絞ら
れ、ノズルの吹き出し口から噴出される気体の挙動には
殆ど重点が置かれていないのが現状である。そこで、本
発明は、上記従来の問題を解消するためになされ、ノズ
ルから噴出される気体の挙動に着目し、ノズルから噴出
した気体の圧力及び温度を損失せずに、且つ十分な量を
加工点に供給できるようにした、圧縮した気体を使った
加工点冷却加工用ノズルを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、ノズル本体の吹き込み
口及び吹き出し口が対設され、中間部は断面を絞ったス
ロート部が形成され、前記吹き込み口からスロート部に
至る流入路は、境界層で渦流が生じないように上下及び
左右を波形状に絞り込んで形成し、前記スロート部は通
過する気体に体積膨張を誘起させ、スロート部から前記
吹き出し口に至る流出路は、スロート部を通過して体積
膨張した気体の膨張の方向をノズルの吹き出し口の方向
とその大きさに一致させると共に境界層で剥離流が生じ
ないようにして、ノズルの吹き出し口を出た噴流が等エ
ントロピの流れになるように上下及び左右を波形状に拡
げて形成した、圧縮した気体を使った加工点冷却加工用
ノズルを要旨とする。又、この圧縮した気体を使った加
工点冷却加工用ノズルにおいて、ノズル本体に吹き込む
圧縮した気体は、常温から氷点下の広範囲な温度域であ
ること、ノズル本体の吹き出し口から噴出される圧縮し
た気体は、亜音速から超音速の流速域であること、ノズ
ル本体の吹き出し口から噴出される圧縮した空気は、柱
状の等エントロピ流であること、ノズル本体が中間部に
おいて着脱可能に形成されたこと、ノズル本体が中間部
において着脱可能に形成され、その吹き込み口からスロ
ート部に至る流路が圧縮した気体を送り込む管側に設け
られたこと、を要旨とするものである。
の技術的手段として、本発明は、ノズル本体の吹き込み
口及び吹き出し口が対設され、中間部は断面を絞ったス
ロート部が形成され、前記吹き込み口からスロート部に
至る流入路は、境界層で渦流が生じないように上下及び
左右を波形状に絞り込んで形成し、前記スロート部は通
過する気体に体積膨張を誘起させ、スロート部から前記
吹き出し口に至る流出路は、スロート部を通過して体積
膨張した気体の膨張の方向をノズルの吹き出し口の方向
とその大きさに一致させると共に境界層で剥離流が生じ
ないようにして、ノズルの吹き出し口を出た噴流が等エ
ントロピの流れになるように上下及び左右を波形状に拡
げて形成した、圧縮した気体を使った加工点冷却加工用
ノズルを要旨とする。又、この圧縮した気体を使った加
工点冷却加工用ノズルにおいて、ノズル本体に吹き込む
圧縮した気体は、常温から氷点下の広範囲な温度域であ
ること、ノズル本体の吹き出し口から噴出される圧縮し
た気体は、亜音速から超音速の流速域であること、ノズ
ル本体の吹き出し口から噴出される圧縮した空気は、柱
状の等エントロピ流であること、ノズル本体が中間部に
おいて着脱可能に形成されたこと、ノズル本体が中間部
において着脱可能に形成され、その吹き込み口からスロ
ート部に至る流路が圧縮した気体を送り込む管側に設け
られたこと、を要旨とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳説する。本発明に係る圧縮した気体を
使った加工点冷却加工用ノズルの概略を図１及び図２に
示す。図１は気体の流れの方向に直角な流路断面の形状
が方形のノズルを示し、図２は気体の流れの方向に直角
な流路断面の形状が円形のノズルを示している。図１
(イ) において、１はノズル本体であり、その一方の端面
には方形の吹き込み口２が設けられ、他方の端面には方
形の吹き出し口３が対設されている。
図面に基づいて詳説する。本発明に係る圧縮した気体を
使った加工点冷却加工用ノズルの概略を図１及び図２に
示す。図１は気体の流れの方向に直角な流路断面の形状
が方形のノズルを示し、図２は気体の流れの方向に直角
な流路断面の形状が円形のノズルを示している。図１
(イ) において、１はノズル本体であり、その一方の端面
には方形の吹き込み口２が設けられ、他方の端面には方
形の吹き出し口３が対設されている。
【０００７】前記ノズル本体１は、図１(ロ) 、(ハ) 、
(ニ) に示すようにスロート（喉）と呼ばれる通過する気
体に体積膨張を誘起させる最狭部のスロート部１Ｂの中
程を境に、境界層に渦を生じないように配慮した形状
の、スロート部１Ｂに至る収縮する流入路１Ａと、スロ
ート部を通過して体積膨張した気体の、その膨張の方向
をノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致させる
と共に境界層で剥離流が生じないようにして、ノズルの
吹き出し口を出た噴流を等エントロピの流れにするよう
に配慮した形状の、スロート部１Ｂからの広がる流出路
１Ｃにより構成されている。即ち、前記吹き込み口２か
らスロート部１Ｂに至る流入路１Ａは、境界面４、５で
渦流が生じないように上下面及び左右面を波形状に絞り
込んで形成し、前記スロート部１Ｂから吹き出し口３に
至る流出路１Ｃは、スロート部１Ｂで体積膨張を誘起さ
れた気体の膨張の方向をノズルの吹き出し口の方向とそ
の大きさに一致させると共に、境界面６、７で剥離流が
生じないようにして、ノズルの吹き出し口を出た噴流が
等エントロピの流れになるように上下面及び左右面を波
形状に広げて形成してある。
(ニ) に示すようにスロート（喉）と呼ばれる通過する気
体に体積膨張を誘起させる最狭部のスロート部１Ｂの中
程を境に、境界層に渦を生じないように配慮した形状
の、スロート部１Ｂに至る収縮する流入路１Ａと、スロ
ート部を通過して体積膨張した気体の、その膨張の方向
をノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致させる
と共に境界層で剥離流が生じないようにして、ノズルの
吹き出し口を出た噴流を等エントロピの流れにするよう
に配慮した形状の、スロート部１Ｂからの広がる流出路
１Ｃにより構成されている。即ち、前記吹き込み口２か
らスロート部１Ｂに至る流入路１Ａは、境界面４、５で
渦流が生じないように上下面及び左右面を波形状に絞り
込んで形成し、前記スロート部１Ｂから吹き出し口３に
至る流出路１Ｃは、スロート部１Ｂで体積膨張を誘起さ
れた気体の膨張の方向をノズルの吹き出し口の方向とそ
の大きさに一致させると共に、境界面６、７で剥離流が
生じないようにして、ノズルの吹き出し口を出た噴流が
等エントロピの流れになるように上下面及び左右面を波
形状に広げて形成してある。
【０００８】図２(イ) において、１１はノズル本体であ
り、一方の端面には円形の吹き込み口１２が設けられ、
他方の端面には円形の吹き出し口１３が対設されてい
る。このノズル本体１１は、図２(ロ) 、(ハ) のように境
界層に渦流を生じないように配慮した形状の吹き込み口
１２からスロート部１１Ｂに至る流入路１１Ａと、通過
する気体に体積膨張を誘起させるスロート部１１Ｂと、
スロート部を通過して体積膨張した気体の、その膨張の
方向をノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致さ
せると共に境界層で剥離流が生じないようにして、ノズ
ルの吹き出し口を出た噴流が等エントロピの流れになる
ように配慮した形状の、スロート部１１Ｂからの広がる
流出路１１Ｃにより形成してある。尚、流路の形状は図
１、図２共にノズルの内部に構成される場合だけでな
く、ノズルに至る配管経路中に構成する場合もある。
又、相互に関連する各部分の寸法は必要とするノズルの
仕様により変化する。
り、一方の端面には円形の吹き込み口１２が設けられ、
他方の端面には円形の吹き出し口１３が対設されてい
る。このノズル本体１１は、図２(ロ) 、(ハ) のように境
界層に渦流を生じないように配慮した形状の吹き込み口
１２からスロート部１１Ｂに至る流入路１１Ａと、通過
する気体に体積膨張を誘起させるスロート部１１Ｂと、
スロート部を通過して体積膨張した気体の、その膨張の
方向をノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致さ
せると共に境界層で剥離流が生じないようにして、ノズ
ルの吹き出し口を出た噴流が等エントロピの流れになる
ように配慮した形状の、スロート部１１Ｂからの広がる
流出路１１Ｃにより形成してある。尚、流路の形状は図
１、図２共にノズルの内部に構成される場合だけでな
く、ノズルに至る配管経路中に構成する場合もある。
又、相互に関連する各部分の寸法は必要とするノズルの
仕様により変化する。
【０００９】前記ノズル本体１の流入路１Ａ、スロート
部１Ｂ、流出路１Ｃの各部分を適切な寸法及び形状に製
作すると、流入路１Ａに供給された圧縮した気体は境界
層に渦流を生じないでスロート部１Ｂに至り、スロート
部１Ｂは通過する気体に体積膨張を誘起し、スロート部
１Ｂとスロート部１Ｂからの広がる流出路１Ｃはスロー
ト部を通過して体積膨張した気体の、その膨張の方向を
ノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致させると
共に境界層で剥離流が生じないようにして、ノズルの吹
き出し口を出た噴流を等エントロピの流れにする。その
結果、前記吹き出し口３を出た後の噴流はエントロピの
変化がない柱状のポテンシャル流れとなる。しかし、噴
出方向のノズル外部の静止した気体とのせん断抵抗があ
るので、現実には有限距離において圧力と温度を損失し
ない「等エントロピの流れ」が形成される。又、スロー
ト部１Ｂより下流では気体の流速は増大され、亜音速か
ら超音速の流速にすることもできる。この結果、図３の
ように気体の噴流８は圧力と温度を殆ど損失しないま
ま、ノズル吹き出し口３から遠くまで柱状に到達する。
部１Ｂ、流出路１Ｃの各部分を適切な寸法及び形状に製
作すると、流入路１Ａに供給された圧縮した気体は境界
層に渦流を生じないでスロート部１Ｂに至り、スロート
部１Ｂは通過する気体に体積膨張を誘起し、スロート部
１Ｂとスロート部１Ｂからの広がる流出路１Ｃはスロー
ト部を通過して体積膨張した気体の、その膨張の方向を
ノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一致させると
共に境界層で剥離流が生じないようにして、ノズルの吹
き出し口を出た噴流を等エントロピの流れにする。その
結果、前記吹き出し口３を出た後の噴流はエントロピの
変化がない柱状のポテンシャル流れとなる。しかし、噴
出方向のノズル外部の静止した気体とのせん断抵抗があ
るので、現実には有限距離において圧力と温度を損失し
ない「等エントロピの流れ」が形成される。又、スロー
ト部１Ｂより下流では気体の流速は増大され、亜音速か
ら超音速の流速にすることもできる。この結果、図３の
ように気体の噴流８は圧力と温度を殆ど損失しないま
ま、ノズル吹き出し口３から遠くまで柱状に到達する。
【００１０】このように構成されたノズルは、図示は省
略したが加工機械において圧縮した気体の供給管の先端
部に装着して使用される。前記のように流入路１Ａに供
給された圧縮した気体は、スロート部１Ｂ及び流出路１
Ｃを経て吹き出し口３から噴出され、この噴流８は渦の
無いポテンシャルコアとなり、圧力と温度とを損失せず
に加工点まで十分到達する。
略したが加工機械において圧縮した気体の供給管の先端
部に装着して使用される。前記のように流入路１Ａに供
給された圧縮した気体は、スロート部１Ｂ及び流出路１
Ｃを経て吹き出し口３から噴出され、この噴流８は渦の
無いポテンシャルコアとなり、圧力と温度とを損失せず
に加工点まで十分到達する。
【００１１】ノズル本体１に供給する圧縮した気体は、
常温から氷点下の広範囲な温度域のものを用いる。氷点
下の気体を用いる場合は、適宜の霜取り装置で氷結分を
除去した後吹き込み口２に吹き込む。前記のように圧縮
し、冷却された気体は、冷却温度を保持したまま加工点
まで到達し冷却作用をなす。
常温から氷点下の広範囲な温度域のものを用いる。氷点
下の気体を用いる場合は、適宜の霜取り装置で氷結分を
除去した後吹き込み口２に吹き込む。前記のように圧縮
し、冷却された気体は、冷却温度を保持したまま加工点
まで到達し冷却作用をなす。
【００１２】圧縮した気体を使った加工点冷却加工で
は、ノズル吹き出し口を出た気体の噴流の状態を知るこ
とが大切である。本発明におけるノズルの性能の検証で
は、噴流の温度と圧力の分布を測定して噴流の状態を確
認した。図４は、噴流の温度の測定方法の概略である。
温度測定用の熱電対９を左右方向（Ｘ方向）と前後方向
（Ｙ方向）に独立して移動できる、いわゆるＸＹテーブ
ル１０の上面に取り付ける。ノズル１１はＸＹテーブル
１０の上面に対して垂直方向（Ｚ方向）に上下移動でき
るようになっている。１２はデジタルボルトメータであ
る。
は、ノズル吹き出し口を出た気体の噴流の状態を知るこ
とが大切である。本発明におけるノズルの性能の検証で
は、噴流の温度と圧力の分布を測定して噴流の状態を確
認した。図４は、噴流の温度の測定方法の概略である。
温度測定用の熱電対９を左右方向（Ｘ方向）と前後方向
（Ｙ方向）に独立して移動できる、いわゆるＸＹテーブ
ル１０の上面に取り付ける。ノズル１１はＸＹテーブル
１０の上面に対して垂直方向（Ｚ方向）に上下移動でき
るようになっている。１２はデジタルボルトメータであ
る。
【００１３】ＸＹテーブル１０を移動させて噴流と熱電
対９との相対位置を変化させれば、噴流の流れの方向に
直角な平面の噴流の温度分布を知ることができる。又、
ノズル１１をＺ方向に移動させて熱電対９との相対位置
を変化させれば、噴流の流れの方向の温度分布を知るこ
とができる。そして、それぞれの測定方法で得た測定値
を整理すれば、噴流の流れの立体的な温度分布を知るこ
とができる。
対９との相対位置を変化させれば、噴流の流れの方向に
直角な平面の噴流の温度分布を知ることができる。又、
ノズル１１をＺ方向に移動させて熱電対９との相対位置
を変化させれば、噴流の流れの方向の温度分布を知るこ
とができる。そして、それぞれの測定方法で得た測定値
を整理すれば、噴流の流れの立体的な温度分布を知るこ
とができる。
【００１４】図５は、噴流の圧力の測定方法の概略であ
る。熱電対９に替えてピトー管１３を取り付けた圧力計
１４を用いる。測定方法は噴流の温度の測定と同様であ
り、噴流の流れの立体的な圧力分布を知ることができ
る。
る。熱電対９に替えてピトー管１３を取り付けた圧力計
１４を用いる。測定方法は噴流の温度の測定と同様であ
り、噴流の流れの立体的な圧力分布を知ることができ
る。
【００１５】圧縮した気体を使った加工点冷却加工で
は、ノズル吹き出し口から噴出される噴流を、圧力や温
度の損失を抑えつつ加工点まで到達させることも必要で
ある。その手段として、ノズル吹き出し口から噴出され
る噴流の流速の減少を抑えたり、時には速めたりするこ
とが求められる。本発明におけるノズルの性能の検証で
は、噴流の流速は圧力測定もしくは理論計算から求めて
確認した。
は、ノズル吹き出し口から噴出される噴流を、圧力や温
度の損失を抑えつつ加工点まで到達させることも必要で
ある。その手段として、ノズル吹き出し口から噴出され
る噴流の流速の減少を抑えたり、時には速めたりするこ
とが求められる。本発明におけるノズルの性能の検証で
は、噴流の流速は圧力測定もしくは理論計算から求めて
確認した。
【００１６】本発明に係るノズルと従来型のノズルとの
性能比較の一例として、吹き出し口から噴出された後の
圧縮空気の圧力変化を測定した。図６は、ノズル吹き出
し口からの距離と圧縮空気の圧力変化を示すグラフであ
る。これによると、圧縮空気の圧力がノズル吹き出し口
で０．２４ＭＰａの時、黒色□印で示す従来型ノズルで
は、吹き出し口より噴出された直後から急速に圧力が低
下し、吹き出し口から１０ｍｍのところで０．１１ＭＰ
ａ、更に２０ｍｍのところでは０．０６ＭＰａになるの
に対し、◆印で示す本発明のノズルでは、吹き出し口か
ら４０ｍｍのところでも０．２ＭＰａの圧力があり、圧
力低下は僅かでその変化も緩慢なことが判明した。本発
明に係るノズルは、従来型のノズルに比してより遠い距
離まで必要な圧力を保持して圧縮した気体を供給できる
ことが明らかである。
性能比較の一例として、吹き出し口から噴出された後の
圧縮空気の圧力変化を測定した。図６は、ノズル吹き出
し口からの距離と圧縮空気の圧力変化を示すグラフであ
る。これによると、圧縮空気の圧力がノズル吹き出し口
で０．２４ＭＰａの時、黒色□印で示す従来型ノズルで
は、吹き出し口より噴出された直後から急速に圧力が低
下し、吹き出し口から１０ｍｍのところで０．１１ＭＰ
ａ、更に２０ｍｍのところでは０．０６ＭＰａになるの
に対し、◆印で示す本発明のノズルでは、吹き出し口か
ら４０ｍｍのところでも０．２ＭＰａの圧力があり、圧
力低下は僅かでその変化も緩慢なことが判明した。本発
明に係るノズルは、従来型のノズルに比してより遠い距
離まで必要な圧力を保持して圧縮した気体を供給できる
ことが明らかである。
【００１７】図７は、研削油剤を使用した一般的な研削
加工と、本発明のノズルにより圧縮空気を使用した加工
点冷却研削加工との性能比較を実験した測定グラフであ
る。砥石は在来砥石（ＳＮ８０Ｊ７Ｖ７５Ｓ）、被加工
物はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４３５Ｈ）を用いて、
単位時間当り研削代断面積１２０ｍｍ2 ／ｍｉｎで研削
した時の結果である。研削油剤はソリューブルタイプ、
圧縮空気は冷却温度−４０°Ｃで供給流量０．６Ｎｍ3
／ｍｉｎである。研削条件は、砥石周速度：１８００ｍ
／ｍｉｎ、被加工物周速度：２２．５ｍ／ｍｉｎ、スパ
ークアウト：２０ｒｅｖであり、ドレッシング条件は、
ドレッサ：□０．２ｍｍ角柱ダイヤモンド単石ドレッ
サ、リード：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み：φ２０μ
ｍ×３，φ１０μｍ×２である。ここで、仕上げ面粗さ
が３μｍＲｚになるまでの性能を比較すると、砥石単位
円周長さ当り研削代断面積で表される研削量は、研削油
剤を使用した一般的な研削加工の時が０．８５ｍｍ2 ／
ｍｍであるのに対し、圧縮空気を使った加工点冷却研削
加工はその約１３倍の１１．２ｍｍ2 ／ｍｍであり、研
削比は研削油剤を使用した時がほぼ２１０であるのに対
し、圧縮空気を使った加工点冷却研削加工はその約４倍
の８１０であった。同じ条件で研削を行った場合、本発
明に係るノズルにより圧縮空気を使った加工点冷却研削
加工では、砥石寿命や研削比が著しく向上することが判
明した。
加工と、本発明のノズルにより圧縮空気を使用した加工
点冷却研削加工との性能比較を実験した測定グラフであ
る。砥石は在来砥石（ＳＮ８０Ｊ７Ｖ７５Ｓ）、被加工
物はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４３５Ｈ）を用いて、
単位時間当り研削代断面積１２０ｍｍ2 ／ｍｉｎで研削
した時の結果である。研削油剤はソリューブルタイプ、
圧縮空気は冷却温度−４０°Ｃで供給流量０．６Ｎｍ3
／ｍｉｎである。研削条件は、砥石周速度：１８００ｍ
／ｍｉｎ、被加工物周速度：２２．５ｍ／ｍｉｎ、スパ
ークアウト：２０ｒｅｖであり、ドレッシング条件は、
ドレッサ：□０．２ｍｍ角柱ダイヤモンド単石ドレッ
サ、リード：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み：φ２０μ
ｍ×３，φ１０μｍ×２である。ここで、仕上げ面粗さ
が３μｍＲｚになるまでの性能を比較すると、砥石単位
円周長さ当り研削代断面積で表される研削量は、研削油
剤を使用した一般的な研削加工の時が０．８５ｍｍ2 ／
ｍｍであるのに対し、圧縮空気を使った加工点冷却研削
加工はその約１３倍の１１．２ｍｍ2 ／ｍｍであり、研
削比は研削油剤を使用した時がほぼ２１０であるのに対
し、圧縮空気を使った加工点冷却研削加工はその約４倍
の８１０であった。同じ条件で研削を行った場合、本発
明に係るノズルにより圧縮空気を使った加工点冷却研削
加工では、砥石寿命や研削比が著しく向上することが判
明した。
【００１８】切削・研削油剤等の代わりに圧縮した気体
を加工点に供給して冷却する加工方法は、クリーンな加
工であり、公害防止と環境に優しい機械加工を実現する
ことから、圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズ
ルの果たす役割はきわめて重要である。
を加工点に供給して冷却する加工方法は、クリーンな加
工であり、公害防止と環境に優しい機械加工を実現する
ことから、圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズ
ルの果たす役割はきわめて重要である。
【００１９】上記の実施形態では、ノズル本体は一体物
であったが、例えばノズル本体が中間部において着脱可
能に形成された別体物であっても良く、又ノズル本体が
中間部において着脱可能に形成され、且つ吹き込み口か
らスロート部に至る流入路が圧縮した気体を送り込むた
めの送気管側に設けられた構成であっても良い。
であったが、例えばノズル本体が中間部において着脱可
能に形成された別体物であっても良く、又ノズル本体が
中間部において着脱可能に形成され、且つ吹き込み口か
らスロート部に至る流入路が圧縮した気体を送り込むた
めの送気管側に設けられた構成であっても良い。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機械加工において圧縮したある温度の気体を、その圧力
と温度とを損失させることなく、且つ十分な量をノズル
の吹き出し口から帯状に噴出させて加工点まで供給する
ことができ、加工性能を著しく向上させる効果を奏す
る。又、従来のノズルのように先細りに形成して加工点
の近傍に配置する必要がないから、加工作業の邪魔にな
ることはなく、ある程度離れた位置に配設しても加工点
まで確実に圧縮した気体を供給できるという効果も奏す
る。
機械加工において圧縮したある温度の気体を、その圧力
と温度とを損失させることなく、且つ十分な量をノズル
の吹き出し口から帯状に噴出させて加工点まで供給する
ことができ、加工性能を著しく向上させる効果を奏す
る。又、従来のノズルのように先細りに形成して加工点
の近傍に配置する必要がないから、加工作業の邪魔にな
ることはなく、ある程度離れた位置に配設しても加工点
まで確実に圧縮した気体を供給できるという効果も奏す
る。
【図１】本発明に係るノズルの一実施形態を示すもの
で、(イ) は概略透視図、(ロ) は横断平面図、(ハ) は縦断
側面図、(ニ) は端面図
で、(イ) は概略透視図、(ロ) は横断平面図、(ハ) は縦断
側面図、(ニ) は端面図
【図２】本発明に係るノズルの他の実施形態を示すもの
で、(イ) は概略透視図、(ロ) は横断平面図又は縦断側面
図、(ハ) は端面図
で、(イ) は概略透視図、(ロ) は横断平面図又は縦断側面
図、(ハ) は端面図
【図３】ノズルから噴出された噴流の状態を示す説明図
【図４】ノズルから噴出される噴流の温度測定方法を示
す概略図
す概略図
【図５】ノズルから噴出される噴流の圧力測定方法を示
す概略図
す概略図
【図６】ノズル吹き出し口からの距離と圧力変化との関
係を示すグラフ図
係を示すグラフ図
【図７】研削油剤を使用した一般的な研削加工と、本発
明に係るノズルを使用した圧縮した気体を使った加工点
冷却研削加工との性能比較を示すグラフ図
明に係るノズルを使用した圧縮した気体を使った加工点
冷却研削加工との性能比較を示すグラフ図
【図８】従来型のノズルの噴流状態を示す説明図
１、１１…ノズル本体 １Ａ、１１Ａ…流入路 １Ｂ、１１Ｂ…スロート部 １Ｃ、１１Ｃ…流出路 ２、１２…吹き込み口 ３、１３…吹き出し口 ４、５…流入路の境界面 ６、７…流出路の境界面 ８…噴流 ９…熱電対 １０…ＸＹテーブル １１…ノズル １２…デジタルボルトメータ １３…ピトー管 １４…圧力計
Claims (6)
- 【請求項１】ノズル本体の吹き込み口及び吹き出し口が
対設され、中間部は断面を絞ったスロート部が形成さ
れ、前記吹き込み口からスロート部に至る流入路は、境
界層で渦流が生じないように上下及び左右を波形状に絞
り込んで形成し、前記スロート部は通過する気体に体積
膨張を誘起させ、スロート部から前記吹き出し口に至る
流出路は、スロート部を通過して体積膨張した気体の膨
張の方向をノズルの吹き出し口の方向とその大きさに一
致させると共に境界層で剥離流が生じないようにして、
ノズルの吹き出し口を出た噴流が等エントロピの流れに
なるように上下及び左右を波形状に拡げて形成した、圧
縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズル。 - 【請求項２】ノズル本体に吹き込む圧縮した気体は、常
温から氷点下の広範囲な温度域である請求項１記載の圧
縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズル。 - 【請求項３】ノズル本体の吹き出し口から噴出される圧
縮した気体は、亜音速から超音速の流速域である請求項
１又は２記載の圧縮した気体を使った加工点冷却加工用
ノズル。 - 【請求項４】ノズル本体の吹き出し口から噴出される圧
縮した気体は、柱状の等エントロピ流である請求項１、
２又は３記載の圧縮した気体を使った加工点冷却加工用
ノズル。 - 【請求項５】ノズル本体が中間部において着脱可能に形
成された請求項１、２、３又は４記載の圧縮した気体を
使った加工点冷却加工用ノズル。 - 【請求項６】ノズル本体が中間部において着脱可能に形
成され、その吹き込み口からスロート部に至る流入路が
圧縮した気体を送り込む管側に設けられた請求項１、
２、３、４又は５記載の圧縮した気体を使った加工点冷
却加工用ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11015922A JP2000210837A (ja) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | 圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11015922A JP2000210837A (ja) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | 圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000210837A true JP2000210837A (ja) | 2000-08-02 |
Family
ID=11902285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11015922A Pending JP2000210837A (ja) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | 圧縮した気体を使った加工点冷却加工用ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000210837A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003026843A1 (de) * | 2001-08-27 | 2003-04-03 | Ford-Werke Ag | Verfahren und werkzeug zur bearbeitung von werkstücken mit kühlung |
| WO2003022517A3 (en) * | 2001-09-13 | 2003-08-28 | Air Prod & Chem | An apparatus and method of cryogenic cooling for high-energy cutting operations |
| WO2008027900A3 (en) * | 2006-08-28 | 2008-08-28 | Air Prod & Chem | Spray device for spraying cryogenic liquid and spraying method associated to this device |
| JP2008536671A (ja) * | 2005-04-19 | 2008-09-11 | スペシャル コーティング ラボラトリ インターナショナル | 眼科用レンズ又はその他の物質を洗浄するための洗浄器に用いる高圧液体噴射ノズル |
| CN102989607A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-03-27 | 宁波富斯乐机械制造有限公司 | 一种清洗机用高压出水管头部 |
| JP2014188639A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Ofuna Kigyo Nihon Kk | ワーク押さえ機構及びワーク押さえ機構を有するルーター加工装置並びに当該ルーター加工装置による加工方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03504824A (ja) * | 1989-02-08 | 1991-10-24 | コールド、ジェット、インク． | ノイズ減衰性超音速ノズル |
| JPH06500959A (ja) * | 1990-08-31 | 1994-01-27 | プロダクティビティ エクスパーツ，インコーポレイテッド | 改良されたチップの制御による機械加工方法および装置 |
| JPH06285398A (ja) * | 1993-04-02 | 1994-10-11 | Masatomi Nishio | 塗装装置の塗料噴射機 |
-
1999
- 1999-01-25 JP JP11015922A patent/JP2000210837A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| CN101511490B (zh) * | 2006-08-28 | 2015-09-09 | 气体产品与化学公司 | 喷射低温液体的喷射装置和与该装置相关的喷射方法 |
| US9200356B2 (en) | 2006-08-28 | 2015-12-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Apparatus and method for regulating cryogenic spraying |
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| JP2014188639A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Ofuna Kigyo Nihon Kk | ワーク押さえ機構及びワーク押さえ機構を有するルーター加工装置並びに当該ルーター加工装置による加工方法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080624 |
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