JP2004321902A - ミスト噴霧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置としての信頼性と寿命を向上させるとともに、ミストの噴射形態を連続的な定常流となし、しかも長時間安定したミスト噴霧が行えて、運転中の液体（オイル）の補給も可能な、安価なミスト噴霧装置を提供する。
【解決手段】ガス供給源２０から噴霧用ガス供給路２３ａ，２３ｂを通して供給されるガスと、容器１の内部に収容し該容器１内に導入されたガスの供給圧で液体供給路３１ａ，３１ｂを通して供給される液体とを２流体ノズル２９ａ，２９ｂに導き、この２流体ノズル２９ａ，２９ｂでミストを生成しつつ外部に噴霧するようにしたミスト噴霧装置において、容器１に、該容器１内に導入されたガスを常時少量ずつ大気に放出する絞り機構５を有するガス放出口６を設けた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスと液体とを２流体ノズルに同時に供給して、この２流体ノズルでミストを生成しつつ目的物に向けて直接噴霧するようにしたミスト噴霧装置に関し、特に工作機械による切削加工中に、工具や被加工物等を冷却および潤滑するためのミストを生成し該工具や被加工物等に向けて噴霧するミスト噴霧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ミスト（ガス中に含まれる液体微粒子）は、例えば医学の分野における吸入器、日常生活の分野における加湿器、洗浄または塗装剤への適用等、種々の技術の分野において広く用いられている。ミストはまた、工作機械の工具や被加工物の冷却や潤滑のためにも用いられている。
例えば、機械加工にあっては、加工の間、工具と被加工物との間に高い摩擦力が作用し、この摩擦力によって多量の熱が発生する。従って、これらの部材間の摩擦を冷却潤滑媒体（剤）を用いて減少させる必要があり、これによって、これらの部材は同時に冷却される。
【０００３】
従来、この種の潤滑及び冷却は、主に比較的多量の冷却潤滑剤を加工点に向けて噴射する方法を用いるのが一般的であった。しかしながら、この場合、一方では、過剰に供給された冷却潤滑剤が周囲に飛散し作業環境を悪化させる上に、冷却潤滑剤が多量に消費されるので、冷却およ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、複雑でコストのかかる環境学上正しい方法で処分する必要があった。
【０００４】
このような問題に対処するため、近年、いわゆる最少量潤滑（ＭＱＬ）加工が実用化されており、工具や被加工物を冷却および潤滑するために、いわゆる２流体ノズルにより微量のミストを生成し加工点に向けて直接噴霧するようにしたミスト噴霧装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この種のミスト噴霧装置は、オイル等の冷却潤滑剤と空気等のガスをそれぞれ個別の流路を介して２流体ノズルに導き、２流体ノズルによってオイル（冷却潤滑剤）と空気（ガス）を混合しミストとして加工点に向けて直接噴射するようになっており、オイル等の液体は、一般にプランジャポンプにより間欠的かつ高頻度に２流体ノズルへ圧送される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１０８９８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなミスト噴霧装置では、プランジャポンプのプランジャを高頻度に往復作動させ続けなければならないので摺動部が摩耗し、このため、頻繁なポンプの分解修理等のメンテナンスが必要となる。また、プランジャを往復作動させるための駆動装置や制御装置が必要であり、コストアップに繋がってしまう。更に、工具や被加工物に塗布される液体（オイル）の均一性の観点から、ミストの噴射形態は、連続的な定常流であることが好ましいが、２流体ノズルへプランジャポンプからオイルが間欠的に供給され、このため、２流体ノズルからのミスト噴霧形態も、必然的に脈動流になってしまうという問題があった。
【０００８】
一方、２流体ノズルへの液体の供給手段として、密閉容器内に貯留された液体（オイル）の液面を加圧空気で加圧して２流体ノズルに圧送する方法が従来から知られている。しかしながら、この方法では、最少量潤滑（ＭＱＬ）加工で定義される一時間当たり数ｍＬから数十ｍＬ程度の如き微少量の液体を長時間安定して輸送することは困難であった。
【０００９】
その理由を以下に説明する。初期状態において、２流体ノズルへ供給されるオイル（液体）の流量が極めて微量であるので、密閉容器から２流体ノズルへ流れるオイルの動水勾配が微小な状態でオイルの２流体ノズルへの輸送が行われる。密閉容器内のオイルは、連続的に２流体ノズルへ送出されているので、時間の経過とともに密閉容器内のオイルが徐々に減少し、その分、加圧空気の封入されている密閉容器内の空間の容積が増加していく。このとき、密閉容器内の内圧を定常的に一定にするように、外部から密閉容器内に加圧空気が連続的に少量づつ供給されなければ、密閉容器内の加圧空気が膨張して密閉容器内の圧力が徐々に低下する。もともと、密閉容器から２流体ノズルへ流れるオイルの動水勾配が微小な状態であったので、密閉容器内の圧力が僅かに低下しただけで密閉容器から２流体ノズルへ流れるオイルの流量は顕著に減少し、やがて、密閉容器から２流体ノズルへ流れるオイルの動水勾配がなくなって、オイルが流れなくなる。
【００１０】
そこで、外部から密閉容器内に一定圧力の加圧空気を供給する手段として減圧弁が一般に用いられる。この減圧弁は、密閉容器内の圧力が設定圧力となると閉止状態になり、密閉容器内の圧力が減圧弁固有の感度以上に低下すると減圧弁が作動し密閉容器内の圧力が設定圧力に復帰するように機能する。
【００１１】
しかしながら、上記のように、密閉容器から２流体ノズルへ流れるオイルの動水勾配が極めて微小な場合には、減圧弁として、極微小な圧力低下に反応して作動するような高感度のものを使用する必要があり、一般に市販されているものでは、精密減圧弁等でも対応が困難であった。
【００１２】
ところで、実際の加工現場では、オートメーションによる無人加工や長時間の連続加工を行う場合がある。このような場合、加工途中にミスト噴霧装置にオイルを補給することが必要となる。しかしながら、上述のような、密閉容器内に貯留されたオイル（液体）の油面を加圧空気で加圧してオイルを２流体ノズルに圧送する方式のミスト噴霧装置では、運転中に密閉容器内にオイルを強制的に補給すると、密閉容器内の空間の加圧空気が圧縮されて密閉容器内の圧力が急激に上昇し、２流体ノズルから多量のミストが噴射されてしまうという問題がある。このため、ミスト噴霧装置の運転中に液体（オイル）を補給することは、一般に行われていなかった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置としての信頼性と寿命を向上させるとともに、ミストの噴射形態を連続的な定常流となし、しかも長時間安定したミスト噴霧が行えて、運転中の液体（オイル）の補給も可能な、安価なミスト噴霧装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のミスト噴霧装置は、ガス供給源から噴霧用ガス供給路を通して供給されるガスと、容器の内部に収容し該容器内に導入された前記ガスの圧力で液体供給路を通して供給される液体とを２流体ノズルに導き、この２流体ノズルでミストを生成しつつ外部に噴霧するようにしたミスト噴霧装置において、液体加圧用減圧弁で減圧した前記ガスを前記容器内に導入するとともに、前記容器に、該容器内に導入された前記ガスを常時少量ずつ大気に放出する絞り機構を有するガス放出口を設けたことを特徴とする。
【００１５】
ミスト噴霧装置を上記のように構成することにより、前記ガス放出口を介して前記容器内に導入された液体加圧用ガスを該容器から常時少量ずつ大気に放出して、前記液体加圧用減圧弁を常時作動状態となすことで、前記容器内の圧力を精度良く一定圧力に維持して長時間安定してミストを噴霧することができる。しかも、ポンプを使用しないようにすることで、信頼性と寿命を向上させるとともに、ミストの噴射形態を連続的な定常流となることができる。
【００１６】
前記液体供給路内に、前記噴霧用ガス供給路内の圧力をパイロット操作圧とするパイロット開閉弁を設置することが好ましい。このように、２流体ノズルへの液体供給路に、前記噴霧用ガス供給路内の圧力をパイロット操作圧とするパイロット開閉弁を設けることで、噴霧用ガス供給路を通してのガス供給の停止に連動して前記液体供給路を遮断して、前記２流体ノズルへの前記液体の供給も停止することができる。また、これによって、前記２流体ノズルの先端からの液だれや、前記液体供給路中の液体の前記容器内への逆流を防止することができる。
【００１７】
前記液体供給路内に、流量計及び流量制御機構を更に設置してもよい。これにより、ミスト噴霧量の調整を容易に行うことができる。
前記流量制御機構は、前記パイロット開閉弁に一体に組み込まれていることが好ましい。これにより、構成部品を削減して、装置を安価かつコンパクトに製作することができる。
【００１８】
前記２流体ノズルを複数個備え、この各２流体ノズルに前記ガスおよび液体を個別に供給するように構成するとともに、前記各２流体ノズルに個別にガスを供給する噴霧用ガス供給路に噴霧用減圧弁をそれぞれ設置し、この噴霧用減圧弁の一次側圧力をパイロット操作圧として前記パイロット開閉弁に導くようにすることが好ましい。このように構成したミスト噴霧装置によれば、一台のミスト噴霧装置で複数の加工点に対応してミストを噴霧することができ、かつ、それぞれ独立に制御することができる。
【００１９】
前記容器内に収容される前記液体の上限液面および下限液面を検知するレベルスイッチと、前記容器内に前記液体を外部から補給する液体補給部とを備え、前記容器内の前記液体の液面が下限まで低下した時に前記液体補給部からの前記容器内への前記液体の補給を開始し、前記容器内の前記液体の液面が上限に達した時にこの補給を停止することが好ましい。
【００２０】
このように構成したミスト噴霧装置によれば、ミスト噴霧装置の運転中に外部から強制的に液体を補給しても、前記ガス放出口を介して前記容器の前記空間から常時少量の前記液体加圧用ガスが大気に放出されているので、前記容器内の圧力は一定に保たれる。従って、オートメーションによる無人加工や長時間の連続加工を行っている場合でも、加工途中にミスト噴霧装置に自動的に前記液体を補給することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるミスト噴霧装置の概略構成を示す図である。この実施の形態におけるミスト噴霧装置は、例えばオイルのような液体冷却潤滑剤を供給する液体供給源（オイル供給源）２をその下部に収容する容器１を有するミスト噴霧部Ａを備えている。この容器１は、カバー３によって覆われた圧力容器として構成されており、容器１内の液体供給源２の上方には空間４が形成されている。カバー３の上側には、容器１内の空間４内に、下記のガス供給源２０から液体加圧用ガス供給路２７を通して導入された液体加圧用ガス（空気）を該空間４から常時少量ずつ大気に放出する絞り機構５とサイレンサ７を備えたガス放出口６が設けられ、更に、安全弁８、圧力計９及びミスト噴霧部Ａの停止時にオイルを補給するオイル補給用の止め弁１０が設けられている。なお、絞り機構５は、可変絞り弁としてもよい。
【００２２】
容器１の外側側面には、液面計として透明管１１が設けられており、この透明管１１には、上限液面用レベルスイッチ１２と下限液面用レベルスイッチ１３が取り付けられている。この場合のレベルスイッチ１２，１３としては、例えば、光学式のものが使用されるが、このような構成に限らず、容器１の内部にフロート式のレベルスイッチを設けるようにしてもよい。容器１の側面下部には、外部から強制的に液体（オイル）を補給することができるようにチェック弁１４を有する液体補給口１５が用意されている。
【００２３】
加圧ガス（加圧空気）を供給するガス供給源（加圧空気供給源）２０が備えられ、このガス供給源２０から供給される加圧空気は、フィルタ２１を介して、２ポート電磁弁から構成される主開閉弁２２に導かれる。この主開閉弁２２は、ミスト噴霧部Ａへの加圧ガスの供給を制御して、ミスト噴霧部Ａを運転及び停止させるためのものであり、用途に応じて２ポート手動弁としてもよい。
【００２４】
主開閉弁２２の二次側は、２つの噴霧用ガス供給路２３ａ，２３ｂと液体加圧用ガス供給路２７の３つに分岐されている。噴霧用ガス供給路２３ａ，２３ｂは、それぞれ２ポート電磁弁からなる流路開閉弁２４ａ，２４ｂ、噴霧用減圧弁２５ａ，２５ｂ、圧力計２６ａ，２６ｂを介して、２流体ノズル２９ａ，２９ｂにそれぞれ接続されている。なお、流路開閉弁２４ａ，２４ｂは、２流体ノズル２９ａ，２９ｂからのミストの噴射を独立にＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、用途に応じて２ポート手動弁としてもよい。液体加圧用ガス供給路２７は、液体加圧用減圧弁２８を介して容器１の空間４に連通している。
【００２５】
２流体ノズル２９ａ，２９ｂへのオイル（液体）の供給は、噴霧用ガス供給路２３ａ，２３ｂに対応して設けられた２つの液体供給路３１ａ，３１ｂを介してそれぞれ行われる。つまり、液体供給路３１ａ，３１ｂの一端は、容器１内の液体供給源２内に浸漬され、他端は、２流体ノズル２９ａ，２９ｂにそれぞれ接続されている。これによって、容器１内の空間４内に導入された液体加圧用ガスによって加圧されたオイル（液体）が、液体供給路３１ａ，３１ｂを通って２流体ノズル２９ａ，２９ｂに達し、この先端から噴出するようになっている。この液体供給路３１ａ，３１ｂは、チェック弁３２ａ，３２ｂ、流量計３３ａ，３３ｂ、流量制御機構を有するパイロット開閉弁３４ａ，３４ｂをそれぞれ備えている。そして、パイロット開閉弁３４ａ，３４ｂのパイロット操作圧は、噴霧用ガス供給路２３ａ，２３ｂの流路開閉弁２４ａ，２４ｂと噴霧用減圧弁２５ａ，２５ｂの間から分岐してパイロット開閉弁３４ａ，３４ｂに接続されたパイロット操作管路３５ａ，３５ｂによって導かれるように構成されている。
【００２６】
２流体ノズル２９ａ，２９ｂは、例えばドリル４１ａおよびフライスカッター４１ｂ等の工具の加工点に向けてそれぞれ設置されている。ドリル４１ａは、工作機械の主軸４２ａによって、また、フライスカッター４１ｂは、工作機械の主軸４２ｂによって図示しない被加工物の加工を行うようになっている。
【００２７】
この例には、ミスト噴霧部Ａの運転中に、このミスト噴霧部Ａの内部に外部から強制的にオイル（液体）を補給する液体補給部Ｂが備えられている。この液体補給部Ｂは、内部にオイル（液体）を収容するタンク５１、エアーベント５３、フロート式レベルスイッチ５４及び液面計５５を備えている。液体（オイル）５２の送出は、フィルタ６２、定量ポンプ６３、流量計６４、２ポート電磁弁６５、吐出し口６６を有する吐出し配管６１を介して行われる。また、液体補給部Ｂには、２つのバイパス配管７１，７３が設けられており、一方のバイパス配管７１には安全弁７２が、他方のバイパス配管７３には脈動低減用のエアーチャンバー７４とメンテナンス用の止め弁７５が備えられている。そして、液体補給部Ｂの吐出し口６６とミスト噴霧部Ａの液体補給口１５が接続配管６７で接続されている。なお、液体補給部Ｂは、本例のような定量ポンプで液体を圧送する方式のものに限らず、例えば、加圧ガスで液体を加圧して圧送する方式のものでもよい。
【００２８】
次に、この例のミスト噴霧装置の使用例を説明する。この例では、先ず、一方の２流体ノズル２９ａからミストをドリル４１ａに向けて噴霧し、次に他方の２流体ノズル２９ｂからミストをフライスカッター４１ｂに向けて噴霧するようにした場合について説明する。
【００２９】
主開閉弁２２を開いてミスト噴霧部Ａを運転すると、液体加圧用減圧弁２８で設定した圧力の液体加圧用ガス（空気）が液体加圧用ガス供給路２７を通って容器１の空間４に流入し、容器１内の液体供給源２の液面を加圧する。このとき、空間４から常時少量の液体加圧用空気が絞り機構５を有するガス放出口６およびサイレンサ７を通って大気に放出されているので、液体加圧用減圧弁２８は、常時作動状態となり容器１内の圧力は精度良く一定圧力に維持される。
【００３０】
ここで、噴射用ガス供給路２３ａの流路開閉弁２４ａを開くと、噴霧用減圧弁２５ａで設定した圧力（例えば、０．４ＭＰａ）の噴霧用ガス（加圧空気）が２流体ノズル２９ａの内部に流入する。同時に、パイロット操作管路３５ａからパイロット開閉弁３４ａに導入されるガス（空気）によって該パイロット開閉弁３４ａが開き、パイロット開閉弁３４ａの流量制御機構で設定した流量（例えば、１０ｍＬ／Ｈｒ）のオイル（液体）が２流体ノズル２９ａの内部に流れ込む。これによって、２流体ノズル２９ａの内部でオイルが噴霧用ガスによって細かく分断されてミストとなり、このミストが２流体ノズル２９ａの先端からドリル４１ａの加工点に向けて噴射される。
【００３１】
次に、流路開閉弁２４ｂを開くと、前述と同様に、噴霧用減圧弁２５ｂで設定した圧力（例えば、０．２ＭＰａ）の噴霧用ガスが２流体ノズル２９ｂの内部に流入する。同時に、パイロット開閉弁３４ｂが開き、パイロット開閉弁３４ｂの流量制御機構で設定した流量（例えば、５ｍＬ／Ｈｒ）のオイル（液体）が２流体ノズル２９ｂ内に流れ込み、噴霧用ガスによって細かく分断されたミストとして２流体ノズル２９ｂからフライスカッター４１ｂの加工点に向けて噴射される。
このように、流路開閉弁２４ａ，２４ｂを開閉操作することによって、２流体ノズル２９ａからのミスト噴霧と２流体ノズル２９ｂからのミスト噴霧を、各々個別の噴霧条件で、かつ、各々個別のタイミングで行うことができる。
【００３２】
オートメーションによる無人加工や長時間の連続加工を行っている場合には、時間の経過に伴って、容器１の液体供給源２の液面が徐々に低下して空間４の容積が増加していく。このとき、空間４内に導入された液体加圧用ガスは、絞り機構５を有するガス放出口６およびサイレンサ７を通って、常時少量ずつ大気に放出されており、このため、液体加圧用減圧弁２８は常時作動状態となる。この結果、容器１内の圧力は精度良く一定圧力に維持され、長時間連続で安定してミストを噴霧することができる。
【００３３】
さらに時間が経過して、容器１内の液体供給源２の液面が下限液面用レベルスイッチ１３まで低下すると、下限液面用レベルスイッチ１３は、制御盤（図示せず）に信号を出力する。その信号を受けて、制御盤は信号を送って、液体補給部Ｂの２ポート電磁弁６５を開くとともに、定量ポンプ６３を起動する。すると、定量ポンプ６３から吐出されたオイル（液体）は、吐出し配管６１、２ポート電磁弁６５、吐出し口６６、接続配管６７およびミスト噴霧部Ａの液体補給口１５、チェック弁１４を経由して、容器１内に押し込まれる。これによって、容器１内の液体供給源２の液面が上昇を始める。このように、容器１内の液体供給源２の液面が上昇を始めと、空間４の容積は減少していく。この時、空間４内に導入された液体加圧用ガスは、絞り機構５を有するガス放出口６およびサイレンサ７を通って、常時少量ずつ大気に放出されているので、容器１内の圧力は、一定圧力に維持され、これによって、ミスト噴霧量が増加することなく安定してミストを噴霧することができる。
【００３４】
その後、液体供給源２の液面が上限液面用レベルスイッチ１２に到達すると、上限液面用レベルスイッチ１２は、制御盤（図示せず）に信号を出力する。その信号を受けて、制御盤は信号を送って、液体補給部Ｂの２ポート電磁弁６５を閉じるとともに、定量ポンプ６３を停止し、これによって、液体補給部Ｂからミスト噴霧部Ａへのオイルの移送を止める。このように、この例のミスト噴霧装置は、ミスト噴霧中であっても、ミスト噴霧部Ａに自動的にオイルを補給することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のミスト生成装置によれば、ガス放出口を介して容器内に導入された液体加圧用のガスを該容器から常時少量ずつ大気に放出して、液体加圧用減圧弁を常時作動状態となすことで、容器内の圧力を精度良く一定圧力に維持して長時間安定してミストを噴霧することができる。
【００３６】
また、容器内に収容される液体の上限液面および下限液面を検知するレベルスイッチと、容器内に液体を外部から補給する液体補給部とを備え、容器内の液体の液面が下限まで低下した時に液体補給部からの容器内への液体の補給を開始し、容器内の液体の液面が上限に達した時にこの補給を停止するようにすることで、オートメーションによる無人加工や長時間の連続加工を行っている場合でも、加工途中にミスト噴霧装置に自動的に液体を補給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるミスト発生装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ 液体供給源（オイル供給源）
４ 空間
５ 絞り機構
６ ガス放出口
７ サイレンサ
１２，１３ レベルスイッチ
１５ 液体補給口
２０ ガス供給源（加圧空気供給源）
２２ 主開閉弁
２３ａ，２３ｂ 噴霧用ガス供給路
２４ａ，２４ｂ 流路開閉弁
２５ａ，２５ｂ 噴霧用減圧弁
２６ａ，２６ｂ 圧力計
２７ 液体加圧用ガス供給路
２８ 液体加圧用減圧弁
２９ａ，２９ｂ ２流体ノズル
３１ａ，３１ｂ 液体供給路
３３ａ，３３ｂ 流量計
３４ａ，３４ｂ パイロット開閉弁
３５ａ，３５ｂ パイロット操作管路
４１ａ ドリル
４１ｂ フライスカッター
６３ 定量ポンプ
６５ ポート電磁弁
Ａ ミスト噴霧部
Ｂ 液体補給部

Claims (6)

1. ガス供給源から噴霧用ガス供給路を通して供給されるガスと、容器の内部に収容し該容器内に導入された前記ガスの圧力で液体供給路を通して供給される液体とを２流体ノズルに導き、この２流体ノズルでミストを生成しつつ外部に噴霧するようにしたミスト噴霧装置において、
   液体加圧用減圧弁で減圧した前記ガスを前記容器内に導入するとともに、前記容器に、該容器内に導入された前記ガスを常時少量ずつ大気に放出する絞り機構を有するガス放出口を設けたことを特徴とするミスト噴霧装置。
2. 前記液体供給路内に、前記噴霧用ガス供給路内の圧力をパイロット操作圧とするパイロット開閉弁を設置したことを特徴とする請求項１記載のミスト噴霧装置。
3. 前記液体供給路内に、流量計及び流量制御機構を更に設置したことを特徴とする請求項２記載のミスト噴霧装置。
4. 前記流量制御機構は、前記パイロット開閉弁に一体に組み込まれていることを特徴とする請求項３記載のミスト噴霧装置。
5. 前記２流体ノズルを複数個備え、この各２流体ノズルに前記ガスおよび液体を個別に供給するように構成するとともに、前記各２流体ノズルに個別にガスを供給する噴霧用ガス供給路に噴霧用減圧弁をそれぞれ設置し、この噴霧用減圧弁の一次側圧力をパイロット操作圧として前記パイロット開閉弁に導くようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のミスト噴霧装置。
6. 前記容器内に収容される前記液体の上限液面および下限液面を検知するレベルスイッチと、前記容器内に前記液体を外部から補給する液体補給部とを備え、
   前記容器内の前記液体の液面が下限まで低下した時に前記液体補給部からの前記容器内への前記液体の補給を開始し、前記容器内の前記液体の液面が上限に達した時にこの補給を停止するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のミスト噴霧装置。

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