JP2006341353A - ミスト供給用ノズル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル装置において、油剤粒径を微細化してミストエアの搬送性を確保しつつも、加工点への供給前に油剤粒径を大径化して付着性を高める。ミスト供給運転の停止時・起動時の油剤のぼた落ちも阻止する。
【解決手段】 接続要素１２１を組み付けたフレキシブルホース１２内に連通チューブ２を先端ノズル１３位置まで挿通し、先端部材３及びチューブガイド４を結合する。連通チューブの基端側とコネクタ１７との間にシールピース５を挿入し、Ｏリング６１，６２，６３によりシールして、搬送ホース１６からのミストエアの全てを連通チューブ内に流入させる。オリフィス孔３４に流入して増速したミストエアを奥端に衝突させて大径化させた後、放射方向の放出孔３５から出して、ノズル孔１３１から加工点に吐出させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ミストエアを対象物に対し噴霧又は吐出させることにより供給するために用いられるノズル装置に関し、詳しくは、ノズル装置において、搬送性を優先した粒径に設定されて搬送されてきたミストエアを対象物に供給する際に、付着性を優先した粒径に変換した上で供給し得る技術に係る。特に、金属切削加工の際にその加工点に対し微細な粒径にした油剤をエアにより極小量ずつ供給（例えば数cc／Ｈ供給）するというセミドライ加工において好適に用いられるノズル装置に関する。

従来、オイルや、クーラント、あるいは、オイルミストエア（ミスト状のオイルを含むエア）を金属切削加工の加工点に対し供給するために、フレキシブルホースとノズルとが組み合わされたフレキシブルノズルが使用されている（例えばオイルミストを供給する場合の例として特許文献１参照）。例えば、図５に、セミドライ加工による金属切削加工の加工点Ｐに対しオイルミストエアを極小量ずつ吐出させる場合に用いられているフレキシブルノズル１１を例示している。このフレキシブルノズル１１はLOC-LINE（米国LOCKWOOD PRODUCTS,INC.商標名）MODULAR HOSEという製品名のフレキシブルホース（フレキシブルチューブとも言われる）１２の先端に部品の一つである先端ノズル１３を結合させたものであり、日本国内では「ロックラインノズル」との名称で呼ばれているものである。このフレキシブルノズル１１では、そのフレキシブルホース１２が自由に屈曲可能でかつ屈曲させたその屈曲形状を保持し得るようになっており、その基端部に連結されたマグネットスタンド１４により加工点近傍の適宜位置に仮固定したり、あるいは、図示を省略するがマグネットスタンド１４を用いずにコネクタ１７を用いて切削加工機械に対し直接に締結固定したりできるようになっている。そして、オイルミスト生成装置１５からオイルミストエアが搬送ホース１６を通して所定の圧力で搬送され、この搬送されてきたオイルミストエアが上記フレキシブルホース２１内を通して先端ノズル１３から加工点Ｐに向けて吐出されるようになっている。

上記のフレキシブルノズル１１について図６を参照しつつさらに説明を加えると、このフレキシブルノズル１１は、コネクタ１７と、所定数の接続要素１２１，１２１，…を順次組み付けて屈曲自在に構成したフレキシブルホース１２と、先端ノズ１３ルとからなり、上記コネクタ１７からフレキシブルホース１２を経て先端ノズル１３までが密閉状態で連通されている。上記各接続要素１２１は球状部１２２と、外嵌部１２３とから外観形状がだるま状に形成されたものであり、各接続要素１２１の外嵌部１２３が隣接する他の接続要素１２１の球状部１２２に外嵌されてほぼ３６０度の全方向に自由に屈曲し得るようになっている。そして、上記コネクタ１７がマグネットスタンド１４に固定された継手１８の連結孔１８１の一側にねじ込み固定される一方、上記連結孔１８１の他側に上記の搬送ホース１６の下流端がねじ込み固定され、これにより、上記の搬送ホース１６と、フレキシブルノズル１１とが互いに連通状態に接続されるようになっている。

特開２００３−１１７７６８号公報

ところが、上記の従来用いられているフレキシブルノズル１１では特に加工点Ｐに吐出させるオイルミストエア中の油剤粒径の最適化を十分に図り得ない上に、オイルミストエアの供給停止時又は供給開始の起動時に先端ノズル１３から油剤のぼた落ちが生じてしまうおそれもある。

すなわち、セミドライ加工においては、オイルミスト生成装置１５から搬送ホース１６を介して先端ノズル１３まで搬送する段階ではオイルミストの搬送性の向上が目標とされる一方、先端ノズル１３から加工点Ｐに吐出される段階ではオイルミストの付着性を高くすることが目標とされている。かかる目標を実現すべく、上記の搬送段階ではオイルミストの粒径を極めて微細なもの（例えば４μｍ以下の粒径）にして搬送し、先端ノズル１３のノズル孔１３１をそれまでの通路径よりも絞ってノズル孔からの吐出流速を増速することで上記のオイルミストの粒径を大径化させ、大径化させることにより加工点Ｐに対する油剤の付着性を高めるように企図されている。つまり、オイルミストの加工点に対する付着性確保のための対策として、上記の大径化により粒径の最適化を図ろうとされている。

しかしながら、上記の従来用いられているフレキシブルノズル１１においては、粒径の最適化が十分には行われてはなく、４μｍ以下の粒径でオイルミスト生成装置１５から搬送したとしても先端ノズル１３から供給されるオイルミストにおいてさほどの大径化は得られてはいない（例えば８μｍまでの大径化にとどまる）。これは、オイルミストの搬送量が毎時数ccと極小量であってその流速がさほど高くはない上に、フレキシブルホース１２内の通路断面が拡大・縮小を繰り返す形状となっていることから、通過するオイルミストエアがフレキシブルホース１２内の特に球状部１２２内において霧が渦巻くように靄って乱流が生じる結果、上記の大径化が進行しないためと考えられる。大径化が進行せずに微細粒径のオイルミストが先端ノズル１３から供給されることになると、金属切削加工現場（工場）内に放散されて工場環境の劣化をも引き起こすおそれが生じてしまうことになる。その上に、上記の乱流の発生によって各接続要素１２１の内壁面等に大径化した油剤が付着して溜まると考えられ、この溜まった油剤が特にオイルミストエアの供給運転の停止時や、再度の開始時（起動時）に先端ノズル１３からぼた落ちするという不都合の発生も考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ミストエアの搬送性を確保しつつも、対象物への供給時点では付着性を高めるためにミストの粒径を十分に最適化し得るミスト供給用ノズル装置を提供することにあり、併せて、ミスト供給運転の停止時・起動時におけるミスト形成液体のぼた落ち発生を阻止することも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、搬送通路を通して上流側から搬送されてくるミストエアを先端ノズルのノズル孔から吐出させることにより対象物に供給するように構成されたミスト供給用ノズル装置を対象として、次の特定事項を備えるようにした。すなわち、上記搬送通路とノズル孔との間の位置であって上記ノズル孔の上流側近傍位置に形成され、上記搬送通路よりも通路断面積が小さく設定されたオリフィスを備えることとし、上記オリフィスとして、搬送通路からミストエアが流入する上流側部分と、この上流側部分が延びる方向に対し正対してミストエアが衝突する衝突壁部と、この衝突部から上記上流側部分に対し交差する方向に延びて上記衝突壁部に衝突した後のミストエアを上記ノズル孔に導く下流側部分とを備えるようにした（請求項１）。

本発明の場合、ミストエアが搬送通路からオリフィスの上流側部分に流入すると、通路断面積が急減するため、その流速が増速され、増速された状態のミストエアが衝突壁部に衝突することになる。この増速及び衝突の際のエネルギーによって、ミストエアを構成するミストの粒径が大径化される。そして、大径化されたミストエアがオリフィスの下流側部分を通してノズル孔に導かれ、ノズル孔から対象物に吐出されることになる。このため、搬送通路による搬送の搬送性を高めるためにミストの粒径として微細径のミストを生成した上で搬送したとしても、対象物に対しては大径化して付着性を高めた状態で吐出・供給することが可能になる。すなわち、対象物に対し吐出・供給するミストエアの粒径を最適化させ得ることになる。

上記発明においては、以下の種々の特定事項を追加したり、あるいはその種々の特定事項を２以上組み合わせて追加適用したりしてもよい。第１として、上記搬送通路の先端に対し先端部材を結合することとし、この先端部材に上記オリフィスを形成するようにする（請求項２）。このように先端部材にオリフィスを形成し、その先端部材を搬送通路に結合させるようにすることにより、上記のオリフィスによる効果を容易に得ることが可能になる。

第２として、互いに屈曲摺動可能な２以上の接続要素を組み付けて屈曲自在に構成されたフレキシブルホースと、このフレキシブルホースの先端に結合された先端ノズルと、上記フレキシブルホース内に基端側から上記先端ノズルのノズル孔の近傍位置まで挿入された連通チューブとを備えることとし、上記連通チューブの基端を上記搬送通路に連通させる一方、連通チューブの先端に上記オリフィスを配設するようにする（請求項３）。このようにすることにより、フレキシブルホースに基づく屈曲自在な配置の容易性をも併せて得ることが可能になる。この場合において、上記連通チューブとフレキシブルホースとの間の隙間をシールするシール部材をさらに備え、上記フレキシブルホースと連通チューブとの間の隙間を上記シール部材により閉止した状態で、上記フレキシブルホースの基端を上記搬送通路の下流端に接続する構成としてもよい（請求項４）。このようにすることにより、搬送通路により搬送されてくるミストエアの全てを連通チューブ及びオリフィスを通して対象物に吐出・供給させることが可能になる一方、フレキシブルホース内にミストエアが入り込むことを上記シール部材により確実に阻止して、ノズル孔からのぼた落ちや、垂れ落ち発生を防止することが可能になる。

以上、説明したように、本発明のミスト供給用ノズル装置によれば、搬送性を高めるためにミストの粒径として微細径のミストを生成して搬送通路を通して搬送したとしても、搬送通路からオリフィスへの流入によるミストエア流速の増速と、上流側部分を通って衝突壁部へ衝突する際のエネルギーとによってミストの粒径を確実かつ効果的に大径化させることができ、ノズル孔から対象物に対し大径化して付着性を高めた状態のミストエアを吐出・供給することができる。すなわち、ミストエアの粒径を最適化した上で対象物に吐出・供給させることができるようになる。

特に、請求項２によれば、先端部材にオリフィスを形成して、その先端部材を搬送通路に結合させるようにすることにより、オリフィスに基づく本発明の効果を容易に得ることができるようになる。

請求項３によれば、フレキシブルホースに基づく屈曲自在な配置の容易性をも併せて得ることができ、対象物へのミストエアの吐出・供給を行うにあたり機器を配置する上で便宜となる。さらに、この場合、請求項４によれば、搬送通路により搬送されてくるミストエアの全てを連通チューブ及びオリフィスを通して対象物に吐出・供給させることができ、フレキシブルホース内にミストエアが入り込むことに起因するノズル孔からのぼた落ち発生を確実に防止することができるようになる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るノズル装置を示す。このノズル装置は、従来使用されているフレキシブルノズルの構成部材を活用して屈曲自在性を保持しつつも、オイルミストの粒径の最適化を十分に図り、併せて先端のノズル孔からの油剤のぼた落ち発生を確実に回避し得るようにしたものである。かかるノズル装置は、オイルミスト生成装置（図５参照）で生成したオイルミストをオイルミストエアとして金属切削加工の加工点まで搬送した後に、先端のノズル孔から加工点に対し吐出させるという、セミドライ加工システムの一部を構成するミスト供給装置に適用される。

同図において、２は連通チューブ、３は先端部材、４はチューブガイド、５はシールピース、６１，６２，６３はそれぞれＯリングである。なお、図５又は図６を用いて背景の技術欄において既に説明した構成要素等については、以下の説明では図５又は図６に記載してものと同一の符号を用いることとし重複した説明を省略する。

まず、先に補足説明をすると、先端ノズル１３は先端の細径のノズル孔１３１まで徐々に内径が小さくなるようなロート状あるいは三角錐形の筒状に形成され、基端側の内周面に接続要素１２１の外嵌部１２３と同様の外嵌部１３２が形成されている。そして、この外嵌部１３２によりフレキシブルホース１２の先端に位置する接続要素１２１の球状部１２２に対し屈曲自在に外嵌されている。又、フレキシブルホース１２の基端に位置する接続要素１２１の外嵌部１２３がコネクタ１７の先端側部位に対し上記と同様に屈曲自在に外嵌されている。以上により、コネクタ１７，フレキシブルホース１２及び先端ノズル１３はコネクタ１７側からノズル孔１３１までの間が密閉された状態で屈曲自在とされているのである。

上記連通チューブ２は柔軟性・可撓性を有するように樹脂チューブにより構成され、コネクタ１７及びフレキシブルホース１２内に挿通されている。そして、上記連通チューブ２の先端開口２１（図２又は図３参照）に対し上記先端部材３が結合され、さらにこの先端部材３に対しチューブガイド４が結合されており、これら先端部材３及びチューブガイド４が先端ノズル１３の内部空間に臨むように、つまりノズル孔１３１の上流側近傍位置に位置するように配設されている。一方、上記連通チューブ２の基端開口２２（図１参照）は継手１８内の連結孔１８１に臨んで配設され、この連結孔１８１を介して搬送ホース１６の下流開口端と連通されている。

上記先端部材３は図２（ａ）及び図３に詳細を示すように棒状の本体３１の基端側及び先端側にそれぞれ結合部３２，３３が形成され、上記本体３１の内部にオリフィス孔３４及び放出孔３５，３５が貫通形成されている。上記基端側結合部３２は上記連通チューブ２１の先端開口２１に対し圧入気味に内嵌することにより先端部材３を連通チューブ２に結合させる役割を果たし、先端側結合部３３は上記チューブガイド４の連結孔４１に対し圧入気味に内嵌することにより先端部材３にチューブガイド４を結合させる役割を果たすようになっている。なお、上記の内嵌による摩擦力によって抜け止め機能を実現させてもよいし、各結合部３２，３３の外周面に突出させた係止爪３２１，３３１（図３にのみ例示）を内嵌対象の内壁に食い込ませることにより抜け止め機能を確保するようにしてもよい。

又、上記オリフィス孔３４は入口が本体３１の基端面に開口し、本体３１内を連通チューブ２と同軸の軸Ｘ方向に所定の奥方位置まで延ばされた後に、その奥端３４１に連通して上記放出孔３５，３５が上記軸Ｘに交差する軸Ｙ方向（図例では軸Ｘに直交する放射方向）に屈曲して延ばされ、その出口が上記本体３１の外周面位置にそれぞれ開口されている。上記のオリフィス孔３４及び放出孔３５，３５の内径は、連通チューブ２の内径よりも所定量小径に設定され、通路断面積を急激に減じるようにされている。上記のオリフィス孔３４や放出孔３５，３５が本願発明のオリフィスを構成し、その内、オリフィス孔３４が上流側部分を、各放出孔３５が下流側部分をそれぞれ構成し、又、上記奥端３４１が本願発明の衝突壁部を構成する。

上記チューブガイド４は上記の連結孔４１が形成された中心部４２から放射方向に複数枚（図例では３枚）の羽根部４３，４３，４３が突出されたものである。そして、各羽根部４３の先端が先端ノズル１３の内周面に対し緩く当接することにより、連通チューブ２を含み特に先端部材３を先端ノズル１３の中心軸上に位置付けた状態に保持するようになっている。これにより、先端部材３及び連通チューブ２をフレキシブルホース１２内で軸方向に相対移動可能に保ちつつ、上記の各放出孔３５を確実に開口した状態に維持するようになっている。

一方、上記連通チューブ２の基端側は、図４に示すようにコネクタ１７に挿通された状態で、連通チューブ２の外周面とコネクタ１７の内周面との間に筒状のシールピース５が嵌め込まれることにより、コネクタ１７に対する位置固定が行われている。そして、シールピース５とコネクタ１７との間にＯリング６１が介装され、シールピース５と連通チューブ２との間にＯリング６２が介装され、連通チューブ２とコネクタ１７との間にＯリング６３が介装され、以上により搬送ホース１６（図１又は図５参照）から搬送されるオイルミストエアの全てが連結孔１８１を介して基端開口２２から連通チューブ２内に流れ込み、先端側のオリフィス孔３４に流れ込むようになっている。

以上の本実施形態の場合、オイルミスト生成装置１５（図５参照）から搬送ホース１６を通して継手１８の連結孔まで搬送されたオイルミストエアは、コネクタ１７と連通チューブ２との間がシールピース５及びＯリング６１，６２，６３によって完全にシールされているため、上記の如く基端開口２２から連通チューブ２内に流入する。つまり、搬送されてきたオイルミストエアの全てを連通チューブ２内に流入させることができ、オイルミストエアの流れがフレキシブルホース１２の各接続要素１２１の内面形状に影響を受けることを一切排除することができる。これにより、オイルミストエア供給運転の停止時や再起動時等において、上記のフレキシブルホース１２内に溜まった油剤がノズル孔１３１からぼた落ちしたり垂れ落ちしたりするような事態の発生を、確実に防止することができるようになる。

連通チューブ２の先端側まで搬送されてきたオイルミストエアは、オリフィス孔３４において急激に通路断面積が狭められるためその流速が増速される上に、その流速が高められた状態で奥端３４１に衝突することにより、オイルミストエア中でミスト状態になっている油剤の粒径を大径化させることができる。油剤が大径化した状態でオイルミストエアが各放出孔３５を介して先端ノズル１３の内部空間に放出され、ノズル孔１３１から加工点Ｐ（図５参照）に向けて吐出されることになる。吐出されるオイルミストエア中の油剤の粒径は上記の流速の増速及び衝突エネルギーによって大径化するため、従来の乱流の影響を受けつつノズル孔１３１での増速だけの場合と比べ、より大径化（例えば粒径４μｍで搬送されてきた油剤を粒径１０〜１５μｍに大径化）を図ることができる。これにより、オイルミストエアのオイルミスト生成装置１５からの搬送性を高めるために油剤の粒径を微細粒径（例えば４μｍ以下）になるようにオイルミストを形成したとしても、先端ノズル１３の直前位置においてその油剤の粒径を大径化することができ、加工点Ｐに対する付着性をより高め得る粒径の最適化を図ることができることになる。

しかも、連通チューブ２の基端側はコネクタ１７で位置固定されているものの、先端側はフレキシブルホース１２内で軸方向に相対移動可能であるため、フレキシブルホース１２を自在に屈曲して先端ノズル１３の向きを加工点Ｐに的確に向くように位置調整するなどの機能をも従来と同様に得ることができる。

なお、各放出孔３５から出たオイルミストエアは先端ノズル１３内を通過してノズル孔１３１から吐出されるものの、その各放出孔３５から出た際にオイルミストエアの一部が背後のフレキシブルホース１２と連通チューブ２との間の隙間にも流れ込む可能性もあるが、その隙間はシールピース５によって密閉状態に保たれるため、隙間内の背圧を受けて以後は各放出孔３５から出たオイルミストエアの全てがノズル孔１３１から吐出されることになる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、供給対象がオイルミストである場合について説明したが、これに限らず、他のミスト、例えばクーラントなどの冷却液又はオイル以外の合成潤滑剤等をミスト状にしてそのミストエアを対象物に供給する場合に本発明を適用してもよく、このようなミストエア等をも含むものである。

又、本実施形態ではオリフィス孔３４の奥端３４１に衝突した後のオイルミストエアをノズル孔１３１まで導く放出孔３５を２つ形成しているが、これに限らず、１つ又は３つ以上形成してもよく、さらに、衝突した後にノズル孔１３１まで導く方向も本実施形態の如く放射方向に限らず、ノズル孔１３１まで斜めに導くようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、シール部材としてシールピース５と、Ｏリング６１，６２，６３との組み合わせを示したが、これに限らず、例えばＯリングを省略して単一のシール部材を圧入させることによりシールしてもよく、あるいは、シールピースを省略してＯリング等だけでシール部材を構成してもよい。

本発明の実施形態を示す断面説明図である。 連通ホース、先端部及びチューブガイドを示す拡大図であり、図２（ａ）は図１の部分拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線から見た矢視図である。 先端ノズルを外した状態のフレキシブルホースの先端側から連通チューブを飛び出させた状態での先端部材及びチューブガイドの分解斜視図である。 連通チューブの基端側及びコネクタの部分における図１の部分拡大図である。 実施形態及び従来のノズル装置の適用例を示す説明図である。 従来のノズル装置の例を示す図１対応図である。

符号の説明

２ 連通チューブ（搬送通路）
３ 先端部材
４ チューブガイド
５ シールピース（シール部材）
１２ フレキシブルホース
１３ 先端ノズル
１６ 搬送ホース（搬送通路）
１７ コネクタ（フレキシブルホースの基端部）
３４ オリフィス孔（オリフィスの上流側部分）
３５ 放出孔（オリフィスの下流側部分）
６１，６２，６３ Ｏリング（シール部材）
１２１ 接続要素
１３１ ノズル孔
３４１ オリフィス孔の奥端（衝突壁部）
Ｐ 加工点（対象物）

Claims (4)

1. 搬送通路を通して上流側から搬送されてくるミストエアを先端ノズルのノズル孔から吐出させることにより対象物に供給するように構成されたミスト供給用ノズル装置であって、
   上記搬送通路とノズル孔との間の位置であって上記ノズル孔の上流側近傍位置に形成され、上記搬送通路よりも通路断面積が小さく設定されたオリフィスを備え、
   上記オリフィスは、上記搬送通路からミストエアが流入する上流側部分と、この上流側部分が延びる方向に対し正対してミストエアが衝突する衝突壁部と、この衝突部から上記上流側部分に対し交差する方向に延びて上記衝突壁部に衝突した後のミストエアを上記ノズル孔に導く下流側部分とを備えている
   ことを特徴とするミスト供給用ノズル装置。
2. 請求項１に記載のミスト供給用ノズル装置であって、
   上記搬送通路の先端に対し先端部材が結合され、この先端部材に上記オリフィスが形成されている、ミスト供給用ノズル装置。
3. 請求項１に記載のミスト供給用ノズル装置であって、
   互いに屈曲摺動可能な２以上の接続要素を組み付けて屈曲自在に構成されたフレキシブルホースと、このフレキシブルホースの先端に結合された先端ノズルと、上記フレキシブルホース内に基端側から上記先端ノズルのノズル孔の近傍位置まで挿入された連通チューブとを備え、
   上記連通チューブは、その基端が上記搬送通路に連通される一方、先端には上記オリフィスが配設されている、ミスト供給用ノズル装置。
4. 請求項３に記載のミスト供給用ノズル装置であって、
   上記連通チューブとフレキシブルホースとの間の隙間をシールするシール部材をさらに備え、
   上記フレキシブルホースと連通チューブとの間の隙間が上記シール部材により閉止された状態で、上記フレキシブルホースの基端が上記搬送通路の下流端に接続されるように構成されている、ミスト供給用ノズル装置。

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