JP2001502970A - エアゾル生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に、ツール又はワークを冷却又は潤滑するために用いるエアゾルを生成する装置であって、キャリアガスや流体が供給される噴射装置を有する。噴射装置の出口２３において、流体の液滴を含むガスジェット２５が、所定構造を有する表面を有する偏向体１３に向けて放出され、それに沿って流れる。偏向体は、例えば、段差を有するシェル（被覆表面）を有する円錐又は円錐台として形成される。液滴粒子径を変化させるために、偏向体と噴射装置の出口の間の距離を可変とする。

Description

【発明の詳細な説明】 エアゾル生成装置 技術分野 この発明は、工具や被加工物（ワークピース）を冷却又は潤滑する装置に用い られるエアゾル生成装置に関し、特にキャリアガスと流体を供給し、出口側から 流体の液滴を含むようなガスのジェットを噴射するような噴射装置を備えた冷却 潤滑装置に用いられるエアゾル生成装置に関する。 背景技術 エアゾルは、例えば医学の分野における吸入器、日常生活の技術の分野におけ る加湿器、洗浄又は塗装剤への適用等、種々の技術の分野において用いられてい る。これは又、工具や被加工物の冷却や潤滑のためにも用いられており、これが 以下の説明に実施例的なベースを与えるものである。 工具と被加工物との間には、機械加工の間、高い摩擦力が作用し、これによっ て多量の熱が発生する。従って、これらの部材の間の摩擦を冷却潤滑媒体（剤） を用いて減少させることが必要であり、これによって、これらの部材は同時に冷 却される。従来は、冷却潤滑剤が比較的多量に冷却されるべき表面にフルジェッ トとして所定の時間供給されるフルジェット冷却を用いるのが一般的であった。 しかしながら、この場合は、一方では、冷却潤滑剤が多量に消費されるので冷却 及び潤滑装置の稼動のコストが非常に高価なものとなり、他方では、環境上の理 由から、使用済みの冷却潤滑剤を、複雑でコストの掛かる環境学上正しい方法で 処分しなければならなかった。 近年、いわゆる最小限の潤滑技術が発達しており、ここでは冷却潤滑用の流体 はノズルによって空気の流れの中で霧化される。このため、流体状の冷却潤滑剤 及び空気はノズルに向けて異なる導管、例えばパイプや配管から供給され、ノズ ルから比較的高速度で放出された空気の流れは、ノズルを出た冷却潤滑剤と混合 される。混合したミストの生成がノズルの中において行われるようなシステムも また知られている。冷却潤滑剤と空気の混合した噴霧ミストは、処理されるべき 表面に直接に供給され、それによって工具や被加工物の良好な冷却と潤滑が行わ れる。このような方法はさらに、冷却潤滑剤の消費量が非常に少なく、これによ って廃棄物の問題が減少するという利点を有している。しかしながら、上述した ような方法で作られた冷却潤滑剤のミストは、液滴の寸法に関しては比較的不均 一である。これは、冷却すべき部分に外から冷却潤滑剤が供給されるようないわ ゆる外部冷却の場合には比較的問題とならないが、冷却潤滑剤のミストが工具の 内部に形成された流路を通して、工具と被加工物の間の接触面に直接に輸送され るようないわゆる内部冷却方式においては問題となる。工具が回転させられると 、冷却潤滑剤のミストの中のより大きな液滴もまた回転させられ、そして径方向 外側に加速されて流路の壁の上に集まってしまう。これにより、冷却潤滑剤の輸 送が均一に行われず、特にスプラッシュが生成される。同じような問題は冷却潤 滑剤のミストが比較的長い導管を輸送されるときにも生じる。 請求項１の前書き部分が記載してあるＤＥ３０３４９４１Ａ１には、従来型の オイル潤滑に加えて回転部分の冷却と潤滑のために気流中に浮遊する微少のオイ ルの粒子を含むようなエアゾルを用いることが開示されている。このような目的 を達成するために、オイルは噴射ノズルを通して流れる気流によって供給源から 吸引され、エアゾルチャンバの中で空気と一緒に霧化され、エアゾルチャンバの 中の床や壁に付着した重いオイルの粒子は供給源の中に逆流する。しかしながら 、重たいオイルの粒子の付着にも拘わらず、エアゾルの中には種々の大きさの粒 子が依然として残っており、そのため、ＤＥ３０３４９４１Ａ１では粒子の組成 や寸法を変えることができない。したがって、材料やプロセスのタイプに応じて 異なる特定の要求に沿って、冷却及び潤滑の挙動を調整することはできなかった 。 発明の開示 この発明は、小さい粒子の寸法を有するエアゾルを安定的に生成することがで きるようなエアゾル生成装置を提供することを目的とする。 この発明によればこの目的はガスジェットが特定の構造を有する表面を持つよ うな偏向体に向けて、噴射され、それに沿って流れるようになっているエアゾル 生成装置によって達成される。 この発明の装置においては潤滑流体は周知のように負圧によって吸引され、好 ましくは空気であるようなキャリアガスのジェットの中で霧化させられる。キャ リアガスは加圧状態で噴射装置のチャンバの中に供給され、これにより、断面積 の拡大によって負圧を生じ、これは潤滑流体をチャンバの中に開口を有する導管 から移送するとともに、高速のキャリアガスの流れを形成する。潤滑流体はキャ リアガスの流れに沿って、分断され、細かく分散して、偏向体の所定の形状を有 する表面の上に付着する。キャリアガスの流れは所定の構造を有する偏向体の表 面の上を高速で流れるので、構造表面の上に形成された潤滑流体のフィルムを霧 化して微少な粒子径のエアゾルとする。特に、段差構造を有するような構造表面 の対応する構成により、粒子径分布が小さい径に非常に高い密度で集中している ようなエアゾルが形成される。 この発明のエアゾル生成装置において、粒子の径はエアゾルの量と同様に潤滑 流体の供給量及びキャリアガスの供給量をバルブによって個別に制御することに よって変更することができる。さらに、エアゾルの粘性はこの方法によって連続 的に（無段階で）変化させることができる。 偏向体は噴射装置の出口の表面に配置され、好ましくは構造が形成されたシェ ル（被覆表面）を有するような回転対称体として形成される。偏向体は、その端 部がガスジェットに向かうような円錐体であるようなテーパー形状を有するとき が特に実用的であるということが分かっている。円錐体と同様に円錐台もまた偏 向体として用いることができる。 円錐体の先端または円錐台の狭い方の端部が、噴射装置の出口側に向かうよう に配置されていることが好ましく、それによってガスジェットが円錐体又は円錐 台にこの位置で衝突する。 この発明の他の実施の形態においては、噴射装置の出口はガスジェットの流れ の方向に円錐状に拡大している。これによって、円錐形または円錐台形に形成さ れた偏向体は、出口側に部分的に突出することができ、それによって流路が出口 の内壁と偏向体の外壁との間に形成される。 偏向体とガスジェットの噴射装置の出口との間の距離を可変にしておくことが 好ましい。これによって前述した流路の寸法を変えることができる。留意すべき 点としてはこの距離を変えることによってガスジェットの速度が変わるので、粒 子の寸法も変わることである。ガスジェットの速度が速くなるほど生成されるエ アゾルの径は細かくなる。 ガスジェットの中のエアゾルの濃度は、偏向体の構造表面つまり段差構造の形 状に依存している。特にそれぞれの段差が鋭角を有する乱流エッジを有するとき に特に有利であり、これによって、潤滑流体の液体がガスジェットに沿って非常 に細かい寸法に分断させられる。この観点から、発明のさらなる実施の形態にお いては、段差は乱流エッジの下側に切り込み（カットバック）を形成し、それに よって特にシャープな乱流エッジを形成する。 この発明の更なる実施の形態においては、段差が乱流エッジに沿って尖った突 起を有しており、これは好ましくはガスジェットの流れに向かっている。 ほぼ均一な粒子径を有するようなエアゾルを形成するために、エアゾルを含む ようなガス流れは偏向体に沿って流れたのちに１又は数回濾過（フィルタ）され ることが望ましい。この観点から、ガス流れの鋭い偏向が、その結果として重い 即ち大きい粒子を分離するフィルタとして作用する。このような質量つまり重力 分離に加え、この発明の更なる実施の形態では、特に空気であるような被覆ガス ジェットにより、構造表面に沿って流れたガス流れを取り囲むようにする。この ような被覆ガスジェットは、リング状のノズルによって周知の方法で形成され、 エアゾルを加速し、より大きな粒子を分離する一方、微細な粒子が被覆ガスジェ ットを通り抜けるようにする。 これに替えて、ふるい状のフィルタ及び／又はサイクロンを濾過装置として用 いることができる。後者はまた、下流の消費装置側における変化を補償するため のエアゾルの中間貯留部として形成しても良い。 この発明においてはエアゾルの生成のために可動部分を必要としないので、プ ロセスの高い信頼性が保証される。生成されたエアゾルの量は消費側によって引 き出された（消費）量に依存する。もし、多量のエアゾルが消費された（引き出 された）時には、それに対応する量の空気がエアゾルチャンバの中に流入し、そ れによってチャンバの中の内部圧力は一定に維持され、チャンバの上流側の減圧 弁に設定された作動圧力に対応する。このように、生成可能なエアゾルの量はシ ステムの中に供給される空気の量に依存する。 図面の簡単な説明 図１は、いくつかの付属部品を有する冷却潤滑装置の容器の一部を破断して示 す斜視図である。 図２は、エアゾル生成装置の断面図である。 図３は、図２のIIIの部分の拡大図である。 図４は、図３の段差部分の第１の変形実施例である。 図５は、図３の段差部の第２の変形実施例である。 発明を実施するための最良の形態 この発明のさらなる細部と特徴を、図面に示す実施例によってさらに説明する 。 図１を参照すると、冷却潤滑装置３０は例えばオイルのような流体冷却潤滑剤 の供給源３２をその下部に収容する容器３１を有している。この容器３１はカバ ー３３によって覆われた圧力容器として構成されている。オイル源３２の上方に 形成された容器３１の中の空間には、制御弁１８を有する導管３５、さらに制御 弁１８を有する噴射装置１６の案内導管１７を経由して供給された加圧空気の流 れによって形成されたエアゾルが滞留している。噴射装置１６を通る空気の流れ によって負圧が生成し、それによってオイルが供給源３２から吸引され、真空導 管３４、制御弁３７ｂ及び迅速に遮断するための遮断装置３７ａを有するような 調整装置３７、さらには案内導管３６を経由して噴射装置３６の中に流入する。 調整装置３７によって真空導管３４の中に流入するオイルの体積流れ（マスフロ ー）は、無段階的に可変制御することができる。 接続導管３８が容器３１のカバー３３に設けられており、これを通してエアゾ ルが容器３１から排出され、例えば内部冷却のために用いられる。接続導管３８ を通してのエアゾルの移送は容器３１の中の内圧を介して行われる。図１を参照 すると吸引ジェット３９が追加的に設けられており、これは図示しない導管に加 圧空気を供給する。この空気は吸引ジェット３９の中に移送方向に向けて供給さ れ、それによって空気がエアゾルを吸引し、オイルの粒子がさらに攪拌されて加 速される。 エアゾルの流れＡは、図１に示すようにいくつかの枝導管２７に分配され、こ れらを通して対応する工具２９を有する種々の加工機械２８に供給される。図１ では、エアゾルが工具２９の中に形成された流路を通して供給され、工具の先端 から放出されるような内部冷却方式を示しているが、これに替えてあるいはこれ と併用して外部冷却方式を用いても良い。 エアゾル生成装置１０は図２に詳細に説明されている。これは内部の空間に噴 射室２２が形成されているような噴射ブロック１１を有する噴射装置１６を有し ている。加圧された空気Ｇは導管３５、制御弁１８及びさらなる案内導管１７を 経由して、噴射室２２に供給される。噴射室２２の中に流入したとき、断面積が 拡大する結果として負圧が生成し、この結果オイルＦが噴射室２２の中に吸引導 管３４、調整装置３７及びさらなる案内導管３６を経由して吸引される。 噴射室２２はその出口２３において円錐状に拡大し、ここにおいて加圧された ガスはその中に流体の液滴を含むガスジェットとして外部に放出される。 出口２３の下側に円錐形状の偏向体１３が配置され、そのシェル（被覆表面） １３ａは、複数の連続する段差１３ｃを有する段差構造を有している。この円錐 はその先端１３ｂが噴射装置１６の出口２３に向かって延びており、円錐状に拡 大する出口２３の中に突出している。 円錐形状の偏向体１３は固定ロッド１２を介して容器３１のカバー３３に保持 されている。噴射ブロック１１はその上部に容器３１のカバー３３を貫通する調 整装置１５を備えており、これによって噴射ブロック１１の偏向体１３に対する 距離を（双方向矢印Ｖによって示されているように）変更できるようになってい る。調整動作の間、噴射ブロック１１は、偏向体１３の上に配置され、噴射ブロ ック１１のそれぞれの切欠２４と変位可能に係合するいくつかの案内片１４に沿 って案内される。 リング状のジェット２１が噴射ブロック１１の周囲に、ガスジェット２５を取 り囲むように配置され、このリングジェット２１は、被覆空気ジェット２６を下 向きに放出する。このガスジェット２５は噴射室２２の中に形成され、その中に 含まれる流体の液滴は偏向体の段差を有する表面１３ａの上に衝突し、その結果 、流体の液滴はまず段差表面に付着する。それに続く空気の流れによって段差１ ３ｃの乱流エッジ１３ｄからオイルの微細な液滴が引きちぎられ、それによって 全体として非常に微細なオイルの粒子を有するようなエアゾルが生成される。 偏向体１３の下端部において、エアゾルの流れは横方向外側に偏向され、そし て重たい粒子が追随できずにオイル供給源３２の中に落下していくような強い偏 向を受ける。この作用また、より大きな粒子をちぎり取り、オイル供給源３２の 中に戻す外側の被覆空気ジェット２６によって補助される。微細な粒子は被覆空 気ジェット２６を貫通し、オイル供給源３２の上方の空間に集まる。 オイルの粒子の寸法を変更するには、噴射ブロック１１を偏向体１３に対して 変位させればよい。偏向体１３の先端１３ｂと円錐状の出口２３の間に形成され る流路の断面積が、噴射ブロック１１と偏向体１３の互いの方向に向かう移動に よって小さくなると、ガスジェット２５の流れ速度が増加し、それによってより 小さい粒子を有するエアゾルが形成される。 この発明のいくつかの実施の形態を詳細に示して説明したが、添付する請求項 の範囲を離れることなく、この発明の中において種々の変更と改変が可能である 。 産業上の利用の可能性 この発明は、工具や被加工物を冷却潤滑する装置であって、キャリアガスと流 体が供給され、出口から流体の液滴を含むようなガスジェットを放出する噴射装 置を有するような装置に用いて好適である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１０月２９日（１９９８．１０．２９） 【補正内容】 請求の範囲 １． 特に、工具又は被加工物を冷却又は潤滑するための装置において、キャ リアガスや流体が供給可能で内部に流体の液滴を含むガスジェットを出口で放出 する噴射装置のためにエアゾルを生成するための装置において、 ガスジェット２５が所定構造を有する表面１３ａを有する偏向体１３に向けら れ、それに沿って流れることを特徴とするエアゾル生成装置。 ２． 前記偏向体が段差構造１３ｃを有することを特徴とする請求項１に記載 のエアゾル生成装置。 ３． 前記偏向体が所定構造のシェル（被覆表面）を有する回転対称体である ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエアゾル生成装置。 ４． 前記偏向体がガスジェット２５に向かう方向に先細になる形状を有する ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 ５． 前記偏向体が円錐又は円錐台形状であることを特徴とする請求項４に記 載のエアゾル生成装置。 ６． 前記ガスジェットが円錐の頂点又は円錐台の狭い端部に衝突することを 特徴とする請求項５に記載のエアゾル生成装置。 ７． 前記偏向体と噴射装置１６の出口２３の間の距離が可変であることを特 徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 ８． 出口２３が前記ガスジェット２５の流れの方向に円錐状に広がることを 特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 ９． 段差１３ｃが鋭角の乱流エッジ１３ｄを有することを特徴とする請求項 １ないし８のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 １０． 前記段差１３ｃがその乱流エッジ１３ｄの下方にアンダーカット１３ｅ を有することを特徴とする請求項９に記載のエアゾル生成装置。 １１． 前記段差１３ｃがその乱流エッジ１３ｄに沿って尖鋭形状の突起１３ｆ を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のエアゾル生成装置。 １２． 前記突起１３ｆがガスジェット１３の流れに逆らうように向いているこ とを特徴とする請求項１に記載のエアゾル生成装置。 １３． 前記構造表面１３ａに沿って流れるガスジェット２５が被覆ガスジェッ ト２６により取り囲まれていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか に記載のエアゾル生成装置。 １４． 前記ガスジェット２５が偏向体１３の上を流れた後に急激に偏向される ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 １５． 前記構造表面１３ａに沿って流れるガスジェット２５が被覆ガスジェッ ト２６により取り囲まれており、ガスジェットに含まれる液滴のうちの細かい液 滴のみが被覆ガスジェット26を通過してガスジェット２５に乗って更に下向きに 流れるようになっていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載 のエアゾル生成装置。 １６． 前記ガスジェット２５が偏向体１３の上を流れた後に急激に偏向され、 ガスジェットに含まれる液滴のうちの重い液滴がガスジェットに乗って更に下向 きに流れることを防止するようになっていることを特徴とする請求項１ないし１ ３のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 １７． 前記ガスジェット２５が偏向体１３に向かって下方に流れた後に急激に 上方に偏向されることを特徴とする請求項１６に記載のエアゾル生成装置。 【手続補正書】 【提出日】平成１１年６月２２日（１９９９．６．２２） 【補正内容】 請求の範囲１． 内部に空間を形成する容器３１と、 ガスと流体の供給を受けて流体の液滴を含むガスジェット２５を出口から前記 空間に放出する噴射器１６と、 所定構造を有する表面１３ａを有し、前記ガスジェットが前記所定構造を有す る表面に向かいかつそれに沿って流れるように前記空間に配置された偏向体と、 前記容器に設けられ、前記噴射器からのガスジェットをその噴射方向とは異な る向きで前記空間から導出する導管３８とを有することを特徴とするエアゾル生 成装置。 ２． 前記導管は、前記ガスジェットを重力に逆らう向きに導出することを特 徴とする請求項１に記載のエアゾル生成装置。 ３． 前記噴射器はガスジェットを重力方向に沿って噴射することを特徴とす る請求項２に記載のエアゾル生成装置。 ４． 前記容器には、前記流体を貯留する流体溜まり部が設けられていること を特徴とする請求項１に記載のエアゾル生成装置。 ５． ガスと流体の供給を受けて流体の液滴を含むガスジェットを出口から放 出する噴射器と、 所定構造を有する表面を有し、前記ガスジェットが前記所定構造を有する表面 に向かいかつそれに沿って流れるように設けられた偏向体と、 前記噴射器からのガスジェットと交差して流れるようなフィルタガス流れを形 成し、ガスジェット中のより小さい液滴粒子が前記フィルタガス流れを通過でき るようにするフィルタガス流れ形成ノズルとを有することを特徴とするエアゾル 生成装置。 ６． 前記ガス流れ形成ノズルは、前記ガスジェットを取り囲むような被覆ジ ェット流れを形成することを特徴とする請求項５に記載のエアゾル生成装置。 ７． 前記噴射器の下側には、前記流体を貯留する流体溜まり部が設けられて いることを特徴とする請求項５に記載のエアゾル生成装置。 ８． 前記偏向体と前記噴射器の出口との距離が可変であることを特徴とする 請求項５に記載のエアゾル生成装置。 ９． 前記ガスジェットが前記偏向体を通過後に急激に上向きに流れることを 特徴とする請求項５に記載のエアゾル生成装置。 【手続補正書】 【補正内容】平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） 【提出日】 （１）明細書第５頁第１７〜１８行に「さらに制御弁１８を有する噴射装置１６ の」とあるのを「さらに噴射装置１６の」と補正する。 （２）図２を別紙の通り補正する。 【図２】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 特に、工具又は被加工物を冷却又は潤滑するための装置において、キャ リアガスや流体が供給可能で内部に流体の液滴を含むガスジェットを出口で放出 する噴射装置のためにエアゾルを生成するための装置において、 ガスジェット２５が所定構造を有する表面１３ａを有する偏向体１３に向けら れ、それに沿って流れることを特徴とするエアゾル生成装置。 ２． 前記偏向体が段差構造１３ｃを有することを特徴とする請求項１に記載 のエアゾル生成装置。 ３． 前記偏向体が所定構造のシェル（被覆表面）を有する回転対称体である ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエアゾル生成装置。 ４． 前記偏向体がガスジェット２５に向かう方向に先細になる形状を有する ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 ５． 前記偏向体が円錐又は円錐台形状であることを特徴とする請求項４に記 載のエアゾル生成装置。 ６． 前記ガスジェットが円錐の頂点又は円錐台の狭い端部に衝突することを 特徴とする請求項５に記載のエアゾル生成装置。 ７． 前記偏向体と噴射装置１６の出口２３の間の距離が可変であることを特 徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 ８． 出口２３が前記ガスジェット２５の流れの方向に円錐状に広がることを 特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 ９． 段差１３ｃが鋭角の乱流エッジ１３ｄを有することを特徴とする請求項 １ないし８のいずれかに記載のエアゾル生成装置。 １０． 前記段差１３ｃがその乱流エッジ１３ｄの下方にアンダーカット１３ｅ を有することを特徴とする請求項９に記載のエアゾル生成装置。 １１． 前記段差１３ｃがその乱流エッジ１３ｄに沿って尖鋭形状の突起１３ｆ を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のエアゾル生成装置。 １２． 前記突起１３ｆがガスジェット１３の流れに逆らうように向いているこ とを特徴とする請求項１に記載のエアゾル生成装置。 １３． 前記構造表面１３ａに沿って流れるガスジェット２５が被覆ガスジェッ ト２６により取り囲まれていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか に記載のエアゾル生成装置。 １４． 前記ガスジェット２５が偏向体１３の上を流れた後に急激に偏向される ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のエアゾル生成装置。