JP2009240898A - 霧状液体流量測定装置及び霧状液体流量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 霧状液体の流量を簡単かつ正確に測定することができる霧状液体流量測定装置を提供する。
【解決手段】 霧状液体流量測定装置１０は、外部から導入された気体中に霧状液体を混合し、霧状液体を気体とともに吐出する霧状液体吐出装置５０において、その霧状液体吐出装置５０が吐出する霧状液体の流量を測定する。霧状液体流量測定装置１０は、霧状液体吐出装置５０に導入される気体の流量を検出する気体流量検出手段１２と、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の気体中における濃度を検出する霧状液体濃度検出手段１４と、気体流量検出手段１２が検出する流量と、霧状液体濃度検出手段１４が検出する濃度から、霧状液体吐出装置５０が吐出する霧状液体の流量を特定する霧状液体流量特定手段１６を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部から導入された気体中に霧状液体を混合し、霧状液体を気体とともに吐出する霧状液体吐出装置において、その霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を測定する霧状液体流量測定装置に関する。

外部から導入された気体中に霧状液体を混合し、霧状液体を気体とともに吐出する霧状液体吐出装置が知られている。このような霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を測定する霧状液体流量測定装置が、特許文献１に開示されている。この霧状液体流量測定装置は、発光素子とＣＣＤ等を用いて、霧状液体吐出装置が吐出する気体中における霧状液体の濃度と、その霧状液体の流速を検出する。すなわち、発光素子によって霧状液体に向けて光を照射する。そして、霧状液体によって散乱された散乱光の強度をＣＣＤで検出することで、霧状液体の濃度を検出する。また、ＣＣＤの検出値から、霧状液体の流速を検出する。そして、検出した霧状液体の濃度と流速を乗算することによって、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を特定する。

特開２００７−０２１６０８号公報

特許文献１の霧状液体流量測定装置では、ＣＣＤを利用して光学的に霧状液体の流速を検出する。そして、検出した霧状液体の流速に基づいて、霧状液体の流量を特定する。この手法によれば、霧状液体の流量を測定することができる。しかしながら、ＣＣＤを利用して霧状液体の流速を検出するには、比較的複雑な演算が必要となり、装置の構成も複雑となる。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、霧状液体の流量を簡単な構成で正確に測定することができる技術を提供することを目的とする。

本発明の霧状液体流量測定装置は、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を測定する。霧状液体吐出装置は、外部から導入された気体中に霧状液体を混合し、霧状液体を気体とともに吐出する。
この霧状液体流量測定装置は、気体流量検出手段と、霧状液体濃度検出手段と、霧状液体流量特定手段を備えている。気体流量検出手段は、霧状液体吐出装置に導入される気体の流量を検出する。霧状液体濃度検出手段は、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の気体中における濃度を検出する。霧状液体流量特定手段は、気体流量検出手段が検出する流量と、霧状液体濃度検出手段が検出する濃度から、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を特定する。
なお、「気体の流量」を検出することには、「気体の流速」を検出することが含まれる。空気は所定の流路を通って霧状液体吐出装置に導入されるため、その流路の断面積と「気体の流速」を乗算したものが「気体の流量」となる。したがって、「気体の流速」を検出することは、「気体の流量」を検出することに等しい。
この霧状液体流量測定装置では、気体流量検出手段が霧状液体吐出装置に導入される気体の流量を検出する。気体の流量は、簡単かつ正確に測定することができる。また、導入される気体の流量は、霧状液体吐出装置から吐出される混合流体（霧状の液体と気体との混合流体）の流量と相関関係にある。したがって、霧状液体吐出装置に導入される気体の流量は、霧状液体吐出装置から吐出される混合流体の流量を示す指標となる。霧状液体流量特定手段は、霧状液体の濃度と、気体の流量（すなわち、混合流体の流量）から、霧状液体の流量を特定する。
このように、この霧状液体流量測定装置は、霧状液体吐出装置に導入される気体の流量を検出するという簡単な構成で、混合流体の流量を正確に検出する。したがって、複雑な検出装置や複雑な演算を用いることなく、霧状液体の流量を正確に測定することができる。

上述した霧状液体流量測定手段においては、霧状液体濃度検出手段が、霧状液体に向けて光を照射する照射手段と、霧状液体で散乱された光を受光する受光手段を備えていることが好ましい。
このような構成によれば、霧状液体の気体中における濃度を正確に検出することができる。

また、本発明は、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を測定する方法を提供する。この霧状液体流量測定方法は、霧状液体吐出装置に導入される気体の流量を検出する気体流量検出ステップと、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の気体中における濃度を検出する霧状液体濃度検出ステップと、気体流量検出ステップで検出した流量と、霧状液体濃度検出ステップで検出した濃度から、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を特定する霧状液体流量特定ステップを有している。
この方法によれば、霧状液体の流量を簡単かつ正確に測定することができる。

本発明によれば、霧状液体吐出装置から吐出される霧状液体の流量を簡単かつ正確に測定することができる。

（実施例）
本発明を適用した実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例のミスト流量測定装置１０の概略構成を示している。図１に示すように、ミスト流量測定装置１０は、ミスト発生装置５０に接続されている。また、ミスト発生装置５０は、加工装置７０に接続されている。ミスト発生装置５０は、外部から空気の供給を受け、供給された空気中に霧状の切削油を混合する。そして、霧状の切削油を空気とともに加工装置７０に供給（吐出）する。加工装置７０は、供給された霧状の切削油を被加工物に向けて噴射しながら被加工物を切削する。ミスト流量測定装置１０は、ミスト発生装置５０が加工装置７０へ吐出する霧状の切削油の流量を測定する。

ミスト発生装置５０は、エア導入流路５２と、ミストチャンバー５４と、ポンプ５６と、ミスト吐出流路５８と、切削油流路６２を備えている。

エア導入流路５２の上流端は、図示しない外部装置に接続されている。エア導入流路５２の上流端には外部装置から加圧した空気が供給される。エア導入流路５２は、後述するミスト流量測定装置１０のエア流量センサ１２を経由している。エア導入流路５２の下流部は、メイン流路５２ａと混合流路５２ｂに分岐している。メイン流路５２ａの下流端は、ミストチャンバー５４の側面に接続されている。混合流路５２ｂの下流端は、ミストチャンバー５４の上面に接続されている。

ミストチャンバー５４は、密閉された容器である。ミストチャンバー５４内には、切削油６０が貯められている。上述したように、ミストチャンバー５４には、エア導入流路５２のメイン流路５２ａと混合流路５２ｂが接続されている。また、ミストチャンバー５４の上面には、ミスト吐出流路５８の上流端が接続されている。
ミストチャンバー５４の底面近傍には、切削油流路６２の上流端が接続されている。切削油流路６２の下流端は、混合流路５２ｂの下流端近傍に接続されている（以下では、混合流路５２ｂと切削油流路６２との接続部を混合部５２ｃという）。切削油流路６２には、ポンプ５６が介装されている。ポンプ５６は、切削油流路６２内の切削油を下流側へ送り出す。ポンプ５６が作動すると、ミストチャンバー５４内の切削油６０が、切削油流路６２を通って混合部５２ｃへ送り出される。そして、混合部５２ｃで、切削油が混合流路５２ｂ内に噴射される。

ミスト吐出流路５８の上流端は、上述したように、ミストチャンバー５４に接続されている。ミスト吐出流路５８は、後述するミスト流量測定装置１０のミスト濃度センサ１４を経由している。ミスト吐出流路５８の下流端は、加工装置７０に接続されている。後に詳述するが、ミストチャンバー５４内では、空気中に霧状の切削油が混合される。ミスト吐出流路５８は、霧状の切削油と空気との混合流体（以下では、単に混合流体という場合がある）を加工装置７０に供給する。

加工装置７０は、筐体７２と、スピンドル７４と、ホルダ７６と、ドリル７８を備えている。

スピンドル７４は、筐体７２に固定されている。スピンドル７４は、内部にモータを備えている。スピンドル７４は、モータを作動させることによってホルダ７６を回転させる。スピンドル７４の軸部には、ミスト流路７４ａが形成されている。ミスト流路７４ａの上流端には、ミスト発生装置５０のミスト吐出流路５８の下流端が接続されている。

ホルダ７６は、スピンドル７４に回転可能に取り付けられている。ホルダ７６は、ドリル７８を保持している。ホルダ７６は、スピンドル７４によって回転される。ホルダ７６の軸部には、ミスト流路７６ａが形成されている。ミスト流路７６ａの上流端は、スピンドル７４のミスト流路７４ａの下流端に接続されている。

ドリル７８は、ホルダ７６に取り付けられている。したがって、ドリル７８は、ホルダ７６と共に回転する。ドリル７８は、被加工物を切削する。ドリル７８の軸部には、ミスト流路７８ａが形成されている。ミスト流路７８ａの上流端は、ホルダ７６のミスト流路７４ａの下流端に接続されている。ミスト流路７８ａの下流端は、ドリル７８の先端部に開口している。

スピンドル７４のミスト流路７４ａと、ホルダ７６のミスト流路７６ａと、ドリル７８のミスト流路７８ａによって、ミスト吐出流路５８の下流端からドリル７８の先端部へ繋がるミスト流路８０が形成されている。

ミスト流量測定装置１０は、エア流量センサ１２と、ミスト濃度センサ１４と、演算装置１６と、表示装置１８を備えている。

エア流量センサ１２は、エア導入流路５２内を流れる空気の流量（より詳細には、単位時間当たりに流れる空気の流量（ｍｌ／ｈ））を検出する。エア流量センサ１２には、従来公知の種々の流量センサを採用できる。

ミスト濃度センサ１４は、ミスト吐出流路５８内を流れる霧状の切削油の濃度（すなわち、霧状の切削油と空気との混合流体の単位体積中における切削油の体積比率（％））を検出する。

図２は、ミスト濃度センサ１４の構成を示している。ミスト濃度センサ１４内においては、ミスト吐出流路５８はガラス管５８ａとなっている。ガラス管５８ａの周囲には、ＬＥＤ基板３０、レンズ３１、受光素子３２、レンズ３３、ＣＣＤ３４、及びＣＰＵ３５が設置されている。

ＬＥＤ基板３０は、ガラス管５８ａと平行に配列されている複数のＬＥＤを備えている。各ＬＥＤから放出される光は、レンズ３１に導入される。

レンズ３１は、ＬＥＤ基板３０から放出された光の一部を受光素子３２へ集光するとともに、残りの光をガラス管５８ａへと導く。ガラス管５８ａに導かれた光の大部分は、ガラス管５８ａを透過する。

受光素子３２は、フォトダイオードまたはフォトトランジスタであり、レンズ３１からの光の強度を検出する。受光素子３２の検出値（電流値）は、ＣＰＵ３５に読み取られる。

レンズ３３は、レンズ３１からガラス管５８ａに導入され、ガラス管５８ａを透過した光が照射されない位置に配置されている。後述するが、レンズ３３は、ガラス管５８ａ内を流れる霧状の切削油によって散乱された光をＣＣＤ３４へ導く。

ＣＣＤ３４は、多数の受光素子により構成されている。ＣＣＤ３４は、レンズ３３からの光の強度を検出する。ＣＣＤ３４の検出値（電流値）は、ＣＰＵ３５に読み取られる。

ＣＰＵ３５は、受光素子３２の検出値に応じて、ＬＥＤ基板３０に供給する電流値を制御する。また、ＣＰＵ３５は、ＣＣＤ３４の検出値に基づいて、ガラス管５８ａ内の霧状の切削油の濃度を算出する。

ミスト濃度センサ１４でガラス管５８ａ内（すなわち、ミスト吐出流路５８内）の霧状の切削油の濃度を検出するときの動作について説明する。
ＬＥＤ基板３０から放出された光は、レンズ３１によって受光素子３２とガラス管５８ａ内へと導かれる。
レンズ３１は、ＬＥＤ基板３０から放出された光のうちの一定の割合の光を受光素子３２へ導くので、受光素子３２の検出値はＬＥＤ基板３０が放出する光の強度を示す値となる。ＬＥＤ基板３０が発する光の強度は、使用時の環境（温度等）やＬＥＤの特性の経時的な変化により変動する。したがって、ＣＰＵ３５は、受光素子３２の検出値（すなわち、ＬＥＤ基板３０が発する光の強度）が一定となるように、ＬＥＤ基板３０に供給する電流値を制御する。
また、レンズ３１からガラス管５８ａ内に導入された光は、その大部分がガラス管５８ａを透過するが、一部の光はガラス管５８ａ内を流れる霧状の切削油によって散乱される。レンズ３３は、ガラス管５８ａ内で散乱された光をＣＣＤ３４へ導く。したがって、ＣＣＤ３４で散乱光の強度が検出される。上述したように、散乱光はガラス管５８ａ内を流れる霧状の切削油によって散乱された光であるので、散乱光の強度はガラス管５８ａ内を流れる霧状の切削油の濃度に応じた値となる。ＣＰＵ３５は、ＣＣＤ３４の検出値から、ガラス管５８ａ内の霧状の切削油の濃度を算出する。

表示装置１８は、演算装置１６に接続されており、演算装置１６から入力される指令値にしたがって表示を行う。

演算装置１６は、エア流量センサ１２とミスト濃度センサ１４と表示装置１８に接続されている。演算装置１６は、エア流量センサ１２が検出する空気の流量と、ミスト濃度センサ１４が検出する霧状の切削油の濃度を読み取る。そして、読み取った流量と濃度から、ミスト発生装置５０から加工装置７０へ吐出される霧状の切削油の流量（より詳細には、単位時間あたりに吐出される霧状の切削油の流量（ｍｌ／ｈ））を算出する。演算装置１６は、算出した切削油の流量を、表示装置１８に表示させる。

次に、加工装置７０に霧状の切削油を供給するときのミスト流量測定装置１０とミスト発生装置５０の動作について説明する。

加工装置７０に霧状の切削油を供給するときには、エア導入流路５２に加圧空気を供給するとともに、ポンプ５６を作動させる。エア導入流路５２に供給された空気は、メイン流路５２ａと混合流路５２ｂの何れかを通ってミストチャンバー５４内に流入する。また、ポンプ５６によって、ミストチャンバー５４内の切削油６０が、混合部５２ｃから混合流路５２ｂ内に噴射される。すると、混合流路５２ｂ内に噴射された切削油が空気とともにミストチャンバー５４内に噴出する。これによって、空気中に霧状に切削油が混合される。ミストチャンバー５４内で混合された霧状の切削油と空気との混合流体は、ミストチャンバー５４からミスト吐出流路５８内に流入する。そして、ミスト吐出流路５８とミスト流路８０を経由して、ドリル７８の先端部から噴射される。したがって、加工装置７０は、被加工物にむけて霧状の切削油（すなわち、混合流体）を噴射しながら、被加工物を切削することができる。これによって、被加工物を好適に切削することが可能となる。

また、ミスト流量測定装置１０は、エア導入流路５２内を流れる空気の流量を検出するとともに、ミスト吐出流路５８内を流れる混合流体中における切削油の濃度を検出する。そして、検出した空気の流量と切削油の濃度から、ミスト発生装置５０から加工装置７０へ吐出される霧状の切削油の流量を算出する。
すなわち、演算装置１６は、エア流量センサ１２が検出する検出値（すなわち、エア導入流路５２内を流れる空気の流量）から、ミスト吐出流路５８内を流れる混合流体の流量を算出する。本実施例では、混合流体中における霧状の切削油の濃度が非常に低いので、エア導入流路５２内を流れる空気の流量は、ミスト吐出流路５８内を流れる混合流体の流量と略等しくなる。したがって、演算装置１６は、エア流量センサ１２の検出値を、ミスト吐出流路５８内を流れる混合流体の流量として演算を行う。なお、霧状の切削油の濃度が高い場合等には、エア導入流路５２内を流れる空気の流量よりもミスト吐出流路５８内を流れる混合流体の流量の方が多くなる。このような場合には、エア流量センサ１２が検出する検出値を補正してミスト吐出流路５８内を流れる混合流体の流量を算出してもよい。
次に、演算装置１６は、ミスト濃度センサ１４が検出する検出値（すなわち、ミスト吐出流路５８内を流れる混合流体中における切削油の濃度）を、ミスト吐出流路５８内を流れる混合流体の流量（すなわち、エア流量センサ１２が検出した検出値）に乗算する。これによって、ミスト発生装置５０から加工装置７０へ吐出される霧状の切削油の流量を算出する。演算装置１６は、算出した切削油の流量を、表示装置１８に表示させる。

以上に説明したように、本実施例のミスト流量測定装置１０は、エア導入流路５２内を流れる空気の流量を検出するとともに、ミスト吐出流路５８内を流れる混合流体中における切削油の濃度を検出する。そして、検出した空気の流量と切削油の濃度に基づいて、ミスト発生装置５０から加工装置７０へ吐出される霧状の切削油の流量を算出する。エア導入流路５２内の空気の流量は正確に検出することが可能であり、また、エア導入流路５２内の空気の流量とミスト吐出流路５８内の混合流体の流量との間には高い相関関係がある。したがって、ミスト発生装置５０から吐出される霧状の切削油の流量を正確に測定することができる。
図３は、本実施例のミスト流量測定装置１０で測定した霧状の切削油の流量（縦軸）と、実際にドリル７８から噴射される切削油を容器に取って測定した切削油の吐出量（横軸）とをプロットしたグラフである。図３に示すように、ミスト流量測定装置１０による測定値とドリル７８からの吐出量とが比例関係となっている。この結果から、ミスト流量測定装置１０の検出精度が高いことが分かる。

また、エア流量センサ１２は単に空気の流量を検出するだけであるので、エア流量センサ１２には種々のセンサを適用することができる。従来技術のように、霧状の切削油の流速をＣＣＤで検出する必要が無いので、複雑な演算も不要となる。したがって、ミスト流量測定装置１０をより簡単な構成とすることができる。

また、上述したミスト流量測定装置１０では、混合流体の流量ではなく、エア導入流路５２内の空気の流量（すなわち、霧状の切削油が混合されていない状態における空気の流量）を検出する。したがって、エア流量センサ１２が、切削油の影響を受けることなく、空気の流量を正確に検出することができる。また、エア流量センサ１２に切削油が付着することがないので、空気の流量の測定によって切削油の濃度が低下してしまうこともない。また、切削油の付着によってエア流量センサ１２が劣化してしまうこともない。

なお、上述したミスト流量測定装置１０はエア導入流路５２内の空気の流量を検出したが、エア導入流路５２内の空気の流量の代わりにエア導入流路５２内の空気の流速を検出してもよい。空気の流量は空気の流速にエア導入流路５２の断面積を乗算したものである。また、エア導入流路５２の断面積は変化しない。したがって、エア導入流路５２内の空気の流速を検出することは、エア導入流路５２内の空気の流量を検出することに等しい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

ミスト流量測定装置１０と、ミスト発生装置５０と、加工装置７０の概略構成を示す図。 ミスト濃度センサ１４の構成を示す図。 ミスト流量測定装置１０で測定した切削油の流量と、実際に吐出された切削油の量との相関図。

符号の説明

１０：ミスト流量測定装置
１２：エア流量センサ
１４：ミスト濃度センサ
１６：演算装置
１８：表示装置
３０：ＬＥＤ基板
３１：レンズ
３２：受光素子
３３：レンズ
３４：ＣＣＤ
３５：ＣＰＵ
５０：ミスト発生装置
５２：エア導入流路
５４：ミストチャンバー
５６：ポンプ
５８：ミスト吐出流路
６２：切削油流路
７０：加工装置

Claims (3)

1. 外部から導入された気体中に霧状液体を混合し、霧状液体を気体とともに吐出する霧状液体吐出装置において、その霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を測定する霧状液体流量測定装置であって、
   霧状液体吐出装置に導入される気体の流量を検出する気体流量検出手段と、
   霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の気体中における濃度を検出する霧状液体濃度検出手段と、
   気体流量検出手段が検出する流量と、霧状液体濃度検出手段が検出する濃度から、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を特定する霧状液体流量特定手段、
   を有することを特徴とする霧状液体流量測定装置。
2. 霧状液体濃度検出手段が、
   霧状液体に向けて光を照射する照射手段と、
   霧状液体で散乱された光を受光する受光手段、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴霧量測定装置。
3. 外部から導入された気体中に霧状液体を混合し、霧状液体を気体とともに吐出する霧状液体吐出装置において、その霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を測定する方法であって、
   霧状液体吐出装置に導入される気体の流量を検出する気体流量検出ステップと、
   霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の気体中における濃度を検出する霧状液体濃度検出ステップと、
   気体流量検出ステップで検出した流量と、霧状液体濃度検出ステップで検出した濃度から、霧状液体吐出装置が吐出する霧状液体の流量を特定する霧状液体流量特定ステップ、
   を有することを特徴とする霧状液体流量測定方法。

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