JP3754348B2

JP3754348B2 - 潤滑冷却装置

Info

Publication number: JP3754348B2
Application number: JP2001338931A
Authority: JP
Inventors: 八郎野村; 修逸斎藤
Original assignee: 野村精機株式会社
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2003136365A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑冷却の技術分野に属し、特に、金属材を切削加工する際に、刃物の潤滑と冷却の効果を向上させるために刃物へ油膜付着水霧を噴射させることとする潤滑冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低公害性が強く求められる中、切削加工時における刃物と被加工物との間の潤滑そして冷却においても同様に、使用油量を少なくかつ効果が大きいことが望まれる。そこで、近来、水粒表面に油膜を形成したものを切削加工部位に噴射して、主として油分で潤滑し、水分で冷却を行うことが提案され、又、広く実施されている。
【０００３】
上記の油膜付着水霧を形成する方法としては、例えば、特開２０００−２１８４６６に開示されているものがある。この方法によると、霧吹きの原理を応用して、圧搾空気によって油霧を発生させ、この油霧を含んだ圧搾空気で水霧を発生させて、油霧が水霧表面に付着して油膜を形成している。
【０００４】
かかる霧吹きの原理の方法で生成される油膜付着水霧は、水霧の粒子径が１００〜７００μｍと比較的大きく重量があるので、潤滑冷却部位が遠く位置していても、その慣性によって集中的に正確に噴射でき、又、付着して膜を形成する油の量が水に対して１００分の１程度であることから、切削等の摩擦熱による油煙の発生は比較的少ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知の方法にあっては圧搾空気を用いた霧吹きの原理により発生する油霧及び水霧の粒子径は、圧搾空気流の圧力・流量等の作動条件により霧化発生状況が異なってしまい、その条件の変動が小さくとも生成された粒子の径に大きな差が出てしまう。
【０００６】
特に、上記公知方法による油霧化は、油の粘性による影響は著しく、それによっても、粒子径の大小差が大きい。導通管を流通する油粒子径の大きいものは導通管内壁に付着したり、垂れ落ちたりし、油を効率良く水霧に付着させることができない欠点がある。
【０００７】
このような欠点を補うべく、他の公知の例、例えば、特開２００１−１５０２９４では、油を効率良く水霧に付着させるために、垂れ落ちた油を回収し、バイパス通路を設け、再度圧搾空気で油霧化し直して微細油霧にした油霧層をつくり、水霧に付着させる方策を取っている。この方策では、二重又は三重に再油霧化された方式も提案されている。しかし、この方法にあっても、全体としての油の回収による効率は向上できても、水霧そして油霧の径のバラツキという問題を基本的に解決することはできない。したがって、水霧の径のバラツキはノズルから油膜付着水霧を噴射したときに、噴霧の拡散そして到達範囲が拡大するといったことにより所定部位に集中的に到達せず、又、油霧の径のバラツキは、過多に付着した油膜が油煙を生ずるといった問題を残してしまう。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑み、きわめて微小径の水霧そして油霧を径のバラツキが殆どないものとして生成し、正確に所定部位へ油膜付着水霧を噴射でき、油そして水の消費量が少なくても潤滑そして冷却効果の優れた装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る潤滑冷却装置は、油霧発生装置及び水霧発生装置と、発生した油霧と水霧とを混合させて油膜を水霧表面に付着形成させる混合装置と、油膜付着水霧を噴出するノズル装置とを備えている。
【００１０】
かかる潤滑冷却装置において、本発明は、油霧発生装置は定量油供給装置と該定量油供給装置から油を受けてこれに超音波を印加して霧化させる油超音波装置とを有し、水霧発生装置は定量水供給装置と該定量水供給装置からの水を受けてこれに超音波を印加して霧化させる水超音波装置とを有している。上記混合装置は油霧発生装置からの油霧を空気流で搬送する油霧送気管と水霧発生装置から水霧を空気流で搬送する水霧送気管とが接続されている混合室を有している。上記両送気管からの混合室への噴入により該混合室内では、油霧と水霧とが混合されて水霧表面に油霧が付着して油膜を形成し、上記混合室がノズル装置に接続されていて該ノズルから油膜付着水霧を噴出する。油超音波装置と水超音波装置のそれぞれは、液体を含浸保持することのできる保液部材と、該保液部材を支持する支持体とを有し、支持体の一部が上記保液部材に接面する板部をなし、該板部に所定径の微小孔が多数形成され、上記支持体が超音波発生装置からの超音波を受けるようになっているようにすることができる。その際、上記板部が超音波振動するようになっていてもよい。上記微小孔の孔径は、所望の油霧そして水霧の粒径を決定するので、その粒径に対応して定められる。
【００１２】
油膜付着水霧は、最少量で最適の潤滑冷却効果をもたらすことが望まれ、そのためには、噴射量を最適値に調整設定できかつそれを一定に保つことが必要であり、定量油供給装置と定量水供給装置のそれぞれは、外部から水そして油のそれぞれを補給できる貯槽と、該貯槽へ加圧空気を送り込む給気管と、貯槽から水そして油を送出する送出管と、該送出管に設けられた流量の調整弁とを有し、水そして油のそれぞれを連続的又は断続的に送出管から定量供給できることが好ましい。
【００１３】
本発明において、潤滑冷却部位が遠い位置にあっても、油膜付着水霧をさらに正確に集中して噴射するには、ノズル装置は内外ノズルが二重噴出口を形成し、一方のノズルが混合室に連通し、他方のノズルには加圧空気送入管が接続されていることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に示す第一実施形態の潤滑冷却装置は、油霧発生装置１０と水霧発生装置２０とを有している。油霧発生装置１０は定量油供給装置１１と油霧超音波装置１２とを有し、同様に水霧発生装置２０は定着水供給装置２１と水超音波装置２２とを有している。
【００１６】
上記定量油供給装置１１と定量水供給装置２１は、圧力供給源（図示せず）に接続された空気供給管９から分岐されて接続されるそれぞれの空圧制御器１４，２４と、給気管１３，２３と、貯槽１５，２５と、流量調整弁１６，２６とが接続されて構成されている。上記空圧制御器１４，２４は、それぞれ貯槽１５，２５内の油そして水に対し、常に適切とされる一定の圧力を制御された空圧を用いて与えるものである。貯槽１５，２５は、それぞれ所定量だけ油そして水を貯えておく容量をもち上記給気管１３，２３と連通している以外は外部に対して密閉されているが、定期的に油そして水をそれぞれ補給可能となっている。そして、流量調整弁１６，２６は、それぞれ油そして水の流量を調整できるが、遮断も可能となっている。
【００１７】
油超音波装置１２と水超音波装置２２は、それぞれ超音波発振器１７，２７と、支持体１８，２８と、保液部材１９，２９とを有している。超音波発振器１７，２７は、例えば７０ｋ〜２０００ｋＨｚの範囲の周波数で発振でき、支持体１８，２８の一部をなす振動子１８Ａ，２８Ａを励振する。支持体１８，２８は、例えば綿状体、布状体、発泡スチロール等の保液能力を有する保液部材１９，２９を収容する空間を形成していると共に、この保液部材１９，２９に対して上方から軽く接している板部１８Ｂ，２８Ｂを有している。本実施形態では、油超音波装置１２の板部１８Ｂには、孔径が１〜５μｍの細孔が多数貫通形成されており、又、水超音波装置２２の板部２８Ｂには、孔径が１００μｍ程度の細孔が多数貫通形成されている。
【００１８】
上記定量油供給装置１１と定量水供給装置２１の流量の調整弁１６，２６のそれぞれは下流端出口が、上記油超音波装置１２の保液部材１９そして水超音波装置２２の保液部材２９に臨んでおり、定流量の油そして水を保液部材１９，２９にそれぞれ含浸せしめている。
【００１９】
上記油超音波装置１２の支持体１８及び保液部材１９そして水超音波装置２２の支持体２８及び保液部材２９は、それぞれ加圧空気が流れる油霧送気管３１そして水霧送気管３２内に配されている。
【００２０】
上記油霧送気管３１そして水霧送気管３２は、混合装置３０を成す混合室３３に接続されており、下流端が該混合室３３内で開口している。上記混合室３３は、配管３４にてノズル装置４０に接続されている。
【００２１】
ノズル装置４０は、内ノズル４１と外ノズル４２とを有する二重噴出口を形成し、両ノズル４１，４２は同心に配置され、両ノズル４１，４２からの噴出流が出口にて同心をなして合流するように位置づけられている。内ノズル４１には上記混合室３３からの配管３４が接続され、外ノズル４２には圧力空気供給源に接続された送気管４３が接続されている。上記内ノズル４１そして外ノズル４２は内部での流れが直線流又は旋回流をなすように、上記配管３４そして送気管４３がノズルに対して接線方向成分をもって接続されていたり、あるいは内面に螺旋形状面を設けておくことが好ましい。
【００２２】
かかる本実施形態装置では、潤滑冷却のための油膜付着水霧は、次のようにして生成される。
【００２３】
▲１▼ 貯槽１５，２５には、例えば一日の使用量に十分なだけの油そして水がそれぞれ保有されるべく補給がなされている。空圧制御器１４，２４そして流量調整弁１６，２６は、単位時間当たりの油そして水の流量がそれぞれ所定潤滑冷却条件に見合ったものとなるように、開度が調整される。
【００２４】
▲２▼ 圧力空気供給源からの空気は、給気管１３，２３を流れ、貯槽１５，２５内の油そして水を加圧する。
【００２５】
▲３▼ 貯槽内の加圧により貯槽１５，２５から送出された油そして水は、油超音波装置１２そして水超音波装置２２の保液部材１９，２９にもたらされ、ここで含浸保有される。
【００２６】
▲４▼ 板部１８Ｂ，２８Ｂは、これを支持する支持体１８，２８の振動子１８Ａ，２８Ａからの超音波振動により振動する。一方上記板部１８Ｂ，２８Ｂは、保液部材１９，２９に接面している。上記板部１８Ｂ，２８Ｂには、無数の細孔が施されており、該板部１８Ｂ，２８Ｂが振動すると上記保液部材１９，２９上の液が該板部１８Ｂ，２８Ｂの細孔を通して霧化される。上記板部１８Ｂ，２８Ｂで発生した油霧そして水霧の粒径は、上記細孔の孔径にほぼ等しく、その粒径にバラツキは殆どない。即ち、油霧の粒径は１〜５μｍの範囲内で設定された値の径、水霧の粒径は約１００μｍである。
【００２７】
▲５▼ これらの油霧そして水霧はそれぞれ油霧送気管３１そして水霧送気管３２によって混合室３３に運ばれ、ここで混合される。油霧は水霧との混合により水霧表面に付着して油膜を形成する。１〜５μｍの粒径の油霧は油膜形成時には約１００μｍの径の水霧の表面に約０．１μｍの膜厚を形成するようになる。かくして、油膜付着水霧を得る。
【００２８】
▲６▼ 油膜付着水霧はノズル装置４０の内ノズル４１から噴出される。この噴出流はコアンダ効果（Ｃｏａｎｄａｅｆｆｅｃｔ）のもとで、内ノズル４１の内壁面に沿った鋭く細いビームを形成しそれをそのまま維持して遠方の所定部位にまで達する。本実施形態では、油膜自体はきわめて薄いが、水霧はその質量が比較的大きいので、その効果は大きい。その際、外ノズル４２からの噴出空気流は、上記内ノズル４１からの噴出流を空気抵抗からエスコートし上記効果を助長する。両ノズル４１，４２からの噴出流が旋回流であれば、その効果はさらに向上する。
【００２９】
本実施形態装置では、空気流を圧力０．２〜０．５ＭＰａ、流量５０〜１５０ＮＬ／ｍｉｎのもとで供給すると、生成された油膜付着水霧は、上記コアンダ効果による内ノズル４１の先端より１００ｍｍ以上の距離を噴射する。又、噴射される油膜付着水霧の流束の直径は、ノズルを最適流出形とすれば５ｍｍ以内に収束される。
【００３０】
なお、従来の圧搾空気を用いた霧吹きの原理による霧化方式では、油霧粒子径は３０〜６００μｍの範囲、水霧粒子系は１００〜７００μｍの範囲で、それぞればらついているが、本発明の超音波による霧化方式では、霧化粒子径はほぼ均一で殆どばらつかない。
【００３１】
本実施形態では、使用する水霧粒子径を１００μｍに設定した場合、油霧粒子径は切削物の加工条件により１〜５μｍの範囲で任意に設定した径となる。同一旋削条件で液使用量を両方式で比較すると、圧搾空気による従来の霧化方式のもは水１０リットル、油０．１リットルの使用量のとき、超音波による本発明の霧化方式のものは水８リットル、油０．０８リットルとなり、粒子径のバラツキが少ないだけ効率が良くなる。
【００３２】
本発明では、板部の細孔の径を、すなわち、油霧の径を１〜５μｍとしたが、これは好ましい例であり、０．８〜１０μｍでも使用可能である。又、水に対しては、細孔の径、すなわち水霧の径を約１００μｍとしたが、これも好ましい例であり、８０〜１２０μｍ、さらには３０〜６００μｍで使用可能である。
【００３３】
又、本実施形態では、超音波振動子は７ｋ〜２０００ｋＨｚの周波数で振動することとしたが、これは水、油の粘度状況により変えることが好ましく、高粘度では低い周波数の側、低粘度では高い周波数の側に設定される。したがって、油と水とでは、油の方が粘度が高いので、低い周波数の域で設定される。
【００３４】
本発明は、図１の形態に限定されず、変形可能である。例えば、図２のごとく、混合装置３０をノズル装置４０と一体化できる。図２では、内ノズル４１の上流側が大径のまま延長されていて、ここが混合室３３として機能し、この混合室３３内に、油超音波装置の支持体１８及び保液部材１９水超音波装置の支持体２８及び保液部材２９が位置し、内ノズル４１内を流れる加圧空気流にさらされている。なお、図２において、図１と共通部分には同一符号を付してある。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上のごとく、定量供給される油そして水をそれぞれ超音波で霧化し、油霧と水霧を混合装置で混合することにより、水霧表面に油霧を付着させて油膜を形成したので、油霧そして水霧を微細化できると共にその粒径のバラツキをきわめて小さくできる。その結果、噴射対象の潤滑冷却部位へ正確に集中的に噴射され、又、油膜が薄くなる分だけ油量の消費量も少なくなる。かくして、潤滑冷却効果を向上させるだけでなく、経済的に優れ、油で周囲を汚すことが少なく環境面でも改善が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態装置の構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態装置の構成図である。
【符号の説明】
９空気供給管
１０油霧発生装置
１１定量油供給装置
１２油超音波装置
１４空気制御器
１５貯槽
１６調整弁
１８支持体
１８Ｂ板部
１９保液部材
２０水霧発生装置
２１定量水供給装置
２２水超音波装置
２４空気制御器
２５貯槽
２６調整弁
２８支持体
２８Ｂ板部
２９保液部材
３０混合装置
３１油霧送気管
３２水霧送気管
３３混合室
４０ノズル装置
４１内ノズル
４２外ノズル

Claims

油霧発生装置及び水霧発生装置と、発生した油霧と水霧とを混合させて油膜を水霧表面に付着形成させる混合装置と、油膜付着水霧を噴出するノズル装置とを備える潤滑冷却装置において、油霧発生装置は定量油供給装置と該定量油供給装置から油を受けてこれに超音波を印加して霧化させる油超音波装置とを有し、水霧発生装置は定量水供給装置と該定量水供給装置からの水を受けてこれに超音波を印加して霧化させる水超音波装置とを有し、混合装置は油霧発生装置からの油霧を空気流で搬送する油霧送気管と水霧発生装置から水霧を空気流で搬送する水霧送気管とが接続されている混合室を有し、上記両送気管からの混合室への噴入により該混合室内で油霧と水霧とが混合されて水霧表面に油霧が付着して油膜を形成し、上記混合室がノズル装置に接続されていて該ノズルから油膜付着水霧を噴出するようになっており、油超音波装置と水超音波装置のそれぞれは、液体を含浸保持することのできる保液部材と、該保液部材を支持する支持体とを有し、支持体の一部が上記保液部材に接面する板部をなし、該板部に所定径の微小孔が多数形成され、上記支持体が超音波発生装置からの超音波を受けるようになっていることを特徴とする潤滑冷却装置。
定量油供給装置と定量水供給装置のそれぞれは、外部から水そして油のそれぞれを補給できる貯槽と、該貯槽へ加圧空気を送り込む給気管と、貯槽から水そして油を送出する送出管と、該送出管に設けられた流量の調整弁とを有し、水そして油のそれぞれを連続的又は断続的に送出管から定量供給できることとする請求項１に記載の潤滑冷却装置。
ノズル装置は内外ノズルが二重噴出口を形成し、一方のノズルが混合室に連通し、他方のノズルには加圧空気送入管が接続されていることとする請求項１に記載の潤滑冷却装置。