JP4134185B2 - Mist supply device and mist supply method - Google Patents

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Description

本発明は、ミスト供給装置及びミスト供給方法に関するものであり、特に、工作機械の加工部に切削液を供給するミスト供給装置及びミスト供給方法に関するものである。   The present invention relates to a mist supply device and a mist supply method, and more particularly to a mist supply device and a mist supply method for supplying a cutting fluid to a machining part of a machine tool.

工作機械によって工作物を切断、切削、研削する等の加工を行う際、工具による工作物の加工を潤滑なものとすると共に、加工に伴う発熱で高温となる加工部を冷却する目的で、工作機械の加工部に切削液を供給することが行われている。この切削液としては、従来より、界面活性剤や乳化剤を用いて水の中に油を分散させたエマルション系の切削液が多用され、これを流し掛けるように加工部に供給するのが一般的である。また、近年では、切削油を霧化したオイルミストを加工部に噴霧する方法(MQL)も知られている。   When machining, such as cutting, cutting, and grinding a workpiece with a machine tool, the machining of the workpiece with a tool should be lubricated, and the workpiece can be cooled with the heat generated by machining. Cutting fluid is supplied to the machined part of the machine. As this cutting fluid, conventionally, an emulsion-based cutting fluid in which oil is dispersed in water using a surfactant or an emulsifier has been widely used, and it is generally supplied to the processing part so as to be poured. It is. In recent years, a method (MQL) in which oil mist obtained by atomizing a cutting oil is sprayed on a processing part is also known.

更に、水滴の表面に油膜を形成させた油膜付き水滴を、加工部に噴霧することも提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは、油膜付き水滴混合器において、まず、外部から供給された油を油霧化室で霧化してオイルミストを生成させ、それより下流側に設けられた水滴化室で水滴化される水滴の表面に、このオイルミストを吹き付けて付着させることにより油膜付き水滴を形成させ、供給通路を経由してトップノズルから油膜付き水滴を放出するものである。   Furthermore, it has also been proposed to spray water droplets with an oil film in which an oil film is formed on the surface of the water droplets onto a processing part (for example, see Patent Document 1). In the water droplet mixer with an oil film, first, the oil supplied from the outside is atomized in the oil atomizing chamber to generate an oil mist, and then the water droplets that are converted into water droplets in the water droplet forming chamber provided downstream thereof The oil mist is sprayed on and attached to the surface to form water droplets with an oil film, and the water droplets with an oil film are discharged from the top nozzle via the supply passage.

特開2004−136419号公報JP 2004-136419 A

しかしながら、エマルション系の切削液を加工部に流し掛ける場合は、大量の切削液を噴射し循環させるために、パワーの大きなポンプが必要であり、そのための消費電力が機械工作のための全消費電力の30〜40%という大きな割合を占めるという問題があった。特に、加工部の潤滑及び冷却のために必要な量に対して、過剰な切削液が流し掛けられるため、いわば無駄なものに大きなエネルギーを消費している点で、大きな問題であった。また、噴射される切削液の飛散による作業環境の悪化、循環して使用される切削液の腐敗による悪臭、劣化した切削液の大量の廃液の処理や廃液タンクの清掃のための手間やコストの問題もあった。加えて、切粉が工場から搬出され一時的に切粉ヤードに堆積されている間に、切粉に付着した切削液が滲出することがあり、切削液に含まれる界面活性剤や乳化剤による環境汚染の恐れも懸念されるものであった。   However, when emulsion-type cutting fluid is poured into the machined part, a large pump is required to inject and circulate a large amount of cutting fluid, and the power consumption for that is the total power consumption for machining. There was a problem of occupying a large proportion of 30 to 40%. In particular, an excessive amount of cutting fluid is poured over the amount necessary for lubrication and cooling of the machined portion, which is a big problem in that a large amount of energy is consumed in a wasteful manner. In addition, the working environment deteriorates due to the scattering of the cutting fluid that is sprayed, the bad odor is caused by the decay of the cutting fluid that is circulated, and the labor and cost for processing a large amount of waste fluid of the deteriorated cutting fluid and cleaning the waste fluid tank. There was also a problem. In addition, while the chips are transported from the factory and temporarily accumulated in the chip yard, the cutting fluid adhering to the chips may ooze out. The fear of contamination was also a concern.

また、オイルミストを噴霧する場合は、使用される油がごく微量で循環させないため、廃棄処理の手間やコストを削減でき、オイルによる潤滑効果が得られる利点があるものの、加工部を冷却するという作用がほとんどないため、工具や工作物に大きな負荷がかかる重加工には適さないという問題があった。更に、オイルミストの直径は数μmと小さく空気中に拡散し易いため、加工部に到達する割合が小さく、使用される油の無駄が大きいという問題があった。加えて、拡散したオイルミストにより作業環境が汚染され、作業者の健康が害される恐れがあると共に、機器類に不具合を生じる恐れや引火の恐れがあった。また、これを防止するためにオイルミストを回収する装置を設ける場合は、その設備投資が必要であり、新たなエネルギー消費も生じるという問題があった。   In addition, when oil mist is sprayed, the amount of oil to be used is not circulated in a very small amount, so that the labor and cost of disposal can be reduced and the lubrication effect by oil can be obtained, but the processing part is cooled. Since there is almost no action, there is a problem that it is not suitable for heavy machining in which a large load is applied to a tool or workpiece. Furthermore, since the diameter of the oil mist is as small as several μm and easily diffuses in the air, there is a problem that the ratio of reaching the processed portion is small and the waste of used oil is large. In addition, the work environment is contaminated by the diffused oil mist, which may harm the health of the worker, and may cause malfunction of the equipment or a fire. Moreover, when providing the apparatus which collects oil mist in order to prevent this, the capital investment was needed and there existed a problem that a new energy consumption also arises.

更に、油膜付き水滴を噴霧する場合は、水滴表面の油が潤滑効果を、内部の水滴が冷却効果を有する利点があるものの、下記の点で改善の余地のあるものであった。すなわち、油膜付き水滴は、まず油滴を形成しておいてから、別途水を噴霧して水滴を形成し、これに油滴を吹き付けることによって、油滴と水滴とを合体させて形成されるため、直径が100〜200μmと大きい。そのため、直進性が高く加工部まで到達させられる反面、加工部が工作物や押え金具などの陰になる場合には、加工部に効果的に作用させることが困難であった。また、大径のために、油膜付き水滴混合器から噴霧口までの供給用の管路を通過させにくく、特に、管路が屈曲・湾曲している場合は慣性力で路壁に衝突し、油膜が壊れてしまうことがあった。そして、いったん油膜が壊れてしまうと、トップノズルからは水だけが噴霧されることが多く、表面に油膜が形成されていない水滴では、充分な潤滑効果が得られなかった。加えて、油膜付き水滴の形成には、特殊な形状のノズル(油膜付き水滴混合器)を必要とし、新たな設備投資も必要であった。   Furthermore, when water droplets with an oil film are sprayed, the oil on the surface of the water droplets has the advantage of having a lubricating effect and the water droplets inside have a cooling effect, but there is room for improvement in the following points. That is, a water droplet with an oil film is formed by first forming an oil droplet, then separately spraying water to form a water droplet, and spraying the oil droplet on this to combine the oil droplet and the water droplet. Therefore, the diameter is as large as 100 to 200 μm. For this reason, the linearity is high and the machined part can be reached, but it is difficult to effectively act on the machined part when the machined part is behind a workpiece or a presser fitting. Also, because of the large diameter, it is difficult to pass through the supply pipeline from the water droplet mixer with an oil film to the spray port, especially when the pipeline is bent or curved, it collides with the road wall with inertial force, The oil film sometimes broke. Once the oil film is broken, only the water is often sprayed from the top nozzle, and water droplets with no oil film formed on the surface cannot provide a sufficient lubricating effect. In addition, the formation of water droplets with an oil film required a specially shaped nozzle (water droplet mixer with an oil film), and new capital investment was also required.

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、環境汚染の恐れを低減できる共に、消費エネルギーを削減して、潤滑効果及び冷却効果に優れる切削液のミストを工作機械の加工部に供給することができ、且つ、構成が簡易なミスト供給装置、及びミスト供給方法の提供を課題とするものである。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention can reduce the risk of environmental pollution, reduce energy consumption, and supply a cutting fluid mist excellent in a lubricating effect and a cooling effect to a processing portion of a machine tool. An object of the present invention is to provide a mist supply apparatus and a mist supply method that can be configured and have a simple configuration.

上記の課題を解決するため、本発明にかかるミスト供給装置は、「界面活性剤または乳化剤を用いることなく、物理的に水に油を分散させて切削液とする物理的分散手段と、前記切削液を霧化し、水に油が分散したエマルション滴の表面に油膜が形成されたミストを生成させる霧化手段と、該霧化手段に前記切削液を導入する切削液導入手段と、前記ミストを工作機械の加工部に供給する供給手段とを」具備して構成されている。   In order to solve the above-mentioned problems, the mist supply device according to the present invention includes: a physical dispersion unit that physically disperses oil in water without using a surfactant or an emulsifier and forms a cutting fluid; An atomizing means for generating a mist having an oil film formed on the surface of an emulsion droplet in which oil is dispersed in water, a cutting fluid introducing means for introducing the cutting fluid into the atomizing means, and the mist And a supply means for supplying to the machining section of the machine tool ”.

「物理的分散手段」、「水と油を混合した液体に超音波振動を作用させる」構成である。なお、「水に油が分散した」状態において、油の粒子径は均一なものであっても、不均一なものであっても良い。また、物理的分散手段によって水に油が分散させられて得られる切削液は、そのまますぐに後述の霧化手段に導入され"Physical dispersion means" "exerts ultrasonic vibrations to a liquid obtained by mixing water and oil" is configured. In the “oil dispersed in water” state, the oil particle size may be uniform or non-uniform. Further, the cutting fluid oil in water by physical dispersing means is obtained are dispersed, the Ru is introduced into the atomizing means below it immediately.

「水」は、通常の水道水、井戸水、蒸留水などを使用することができる。また、「油」としては、植物性油、鉱物油、合成油脂を用いることができるが、生分解性に優れる植物性油や合成エステル系油脂が望ましい。   As the “water”, normal tap water, well water, distilled water and the like can be used. As the “oil”, vegetable oils, mineral oils, and synthetic oils and fats can be used, but vegetable oils and synthetic ester oils and fats that are excellent in biodegradability are desirable.

「霧化手段」の構成は特に限定されず、「切削液をノズルに導入し圧縮気体で噴霧する」構成、「切削液に超音波を作用させて霧化する」構成を例示することができる。   The configuration of the “atomizing means” is not particularly limited, and examples thereof include a configuration of “introducing cutting fluid into the nozzle and spraying with compressed gas” and a configuration of “atomizing by applying ultrasonic waves to the cutting fluid”. .

「供給手段」の構成は特に限定されず、例えば、「生成されたミストを加圧気体で送出・搬送する」構成とすることができる。また、「ノズルから切削液を噴霧し、ミスト化しつつ加工部に供給する」構成とする場合のように、供給手段が霧化手段を兼ねるものであっても良い。   The configuration of the “supplying unit” is not particularly limited. For example, a configuration in which “the generated mist is sent and conveyed with a pressurized gas” can be employed. Further, the supply means may also serve as the atomizing means, as in the case of the configuration of “spraying the cutting fluid from the nozzle and supplying it to the processing portion while being misted”.

「切削液導入手段」は、「水に油を分散させる槽を容量が一定の閉鎖系とし、その槽に水や油が導入される分だけ切削液が押し出されて送られる」構成である。また、「霧化手段または供給手段で高圧の気体を送入・送出する際に発生する負圧を利用して、切削液を吸引する」構成のように、霧化手段または供給手段、或いはその両方が切削液導入手段を兼ねるものであっても良い。 "Cutting fluid introducing means", "capacitively the bath to disperse the oil in water with constant closed system, the tank amount corresponding cutting fluid water or oil is introduced is been in fed extruded into" the configuration. In addition, as in the configuration of “suctioning cutting fluid using negative pressure generated when high-pressure gas is sent and delivered by the atomizing means or the supply means”, the atomizing means or the supply means, or its Both may serve as cutting fluid introducing means.

生成される「ミスト」は、径が小さければ空気中に拡散し易く、加工部に到達する割合が小さくなり、使用される切削液の無駄が大きくなることに加え、作業環境の汚染により、作業者の健康が害されたり、機器類に不具合を生じたりする恐れがある。一方、ミストの径が大きい場合は、直進性が高く加工部まで到達させられる反面、加工部が工作物や押え金具などの陰になる場合には、加工部に効果的に作用させることが困難となる。更に、工具の回転数によっても、ミストの大きさを考慮する必要もある。すなわち、ミストの径が小さければ、工具の回転によって生じる風に流され易く、逆に、ミストの径が大きければ重量も増すため、回転する工具に付着した瞬間に大きな遠心力が働いて飛ばされてしまい、工具への付着効率が低下する。以上を考量すると、小さ過ぎず大き過ぎないミストの径として、直径10〜20μm程度が望ましい。   The generated “mist” is easy to diffuse into the air if the diameter is small, the rate of reaching the machined part is small, the waste of the cutting fluid used is increased, and the work environment is contaminated. The health of the person may be harmed, or the equipment may be damaged. On the other hand, when the diameter of the mist is large, the straightness is high and the machined part can be reached. On the other hand, when the machined part is behind a work piece or a clamp, it is difficult to effectively act on the machined part. It becomes. Furthermore, it is necessary to consider the size of the mist depending on the number of rotations of the tool. In other words, if the diameter of the mist is small, it is easy to be blown by the wind generated by the rotation of the tool, and conversely, if the diameter of the mist is large, the weight increases, so that a large centrifugal force acts on the rotating tool and is blown off. As a result, the adhesion efficiency to the tool is reduced. Considering the above, the diameter of the mist that is not too small and not too large is preferably about 10 to 20 μm.

ここで、本発明において、「水に油が分散したエマルション滴の表面に油膜が形成されたミスト」が生成される原理を説明する。例えば、界面活性剤を用いて水に油を分散させた従来のエマルション系の切削液を、仮に霧化した場合は、図2(b)に模式的に示すような過程でミストが形成されると考えられる。すなわち、(ホ)に示すように水Wに油Oが分散した切削液では、それぞれの油Oの粒Yは、(チ)に拡大して示すように、油Oが界面活性剤Sに取り囲まれた状態で水Wに分散している。そのため、霧化されて小さな液滴となる際、(ヘ)に示すように、表面張力の小さい油Oの粒Yが液滴の表面の存在し、液滴の表面に拡がろうとしても、界面活性剤Sに取り囲まれているために拡がることができない。その結果、形成されるミストは、(ト)に示すように、液滴の表面には油膜がないものとなる。   Here, in the present invention, the principle of generating “a mist in which an oil film is formed on the surface of an emulsion droplet in which oil is dispersed in water” will be described. For example, when a conventional emulsion-based cutting fluid in which oil is dispersed in water using a surfactant is atomized, mist is formed in the process schematically shown in FIG. it is conceivable that. That is, in the cutting fluid in which the oil O is dispersed in the water W as shown in (e), each oil Y particle Y is surrounded by the surfactant S as shown in (h). Dispersed in water W. Therefore, when atomized into small droplets, as shown in (f), even if the oil Y particles Y having a low surface tension exist on the surface of the droplets and try to spread on the surface of the droplets, Since it is surrounded by the surfactant S, it cannot spread. As a result, the mist formed has no oil film on the surface of the droplet, as shown in FIG.

これに対し、本発明では、図2(a)に模式的に示すような過程でミストが形成される。すなわち、本発明では、界面活性剤や乳化剤を用いずに物理的に水に油を分散させてエマルション系の切削液とするため、(イ)に示すように、油Oの粒はいわば裸の状態で水Wに分散している。そのため、霧化されて小さな液滴となる際、(ロ)に示すように、液滴の表面に存在する油Oが、水より表面張力が小さいために液滴の表面に拡がり、(ハ)に示すように、エマルションの液滴の表面に油膜が形成したミストMが形成される。なお、(ニ)は、(ハ)におけるミストMの一滴Xを拡大した模式図である。なお、切削液のエマルションにおいては、油Oの粒子が細かいほど長期間にわたって分散性が維持されるが、ある程度の割合で径の大きな油Oが混在していると、分散性を良好なものに維持しつつ、大きな径の油Oによって厚い油膜が形成されることとなり、より望ましい。   On the other hand, in the present invention, mist is formed in the process as schematically shown in FIG. In other words, in the present invention, oil is physically dispersed in water without using a surfactant or an emulsifier to form an emulsion-based cutting fluid. Therefore, as shown in FIG. It is dispersed in water W in the state. Therefore, when atomized into small droplets, as shown in (b), the oil O present on the surface of the droplet spreads to the surface of the droplet because the surface tension is smaller than that of water, and (c) As shown in FIG. 2, a mist M in which an oil film is formed on the surface of the emulsion droplets is formed. (D) is an enlarged schematic view of a drop X of the mist M in (C). In addition, in the emulsion of the cutting fluid, the finer the particles of the oil O, the longer the dispersibility is maintained. However, when oil O having a large diameter is mixed at a certain ratio, the dispersibility is improved. While maintaining, a thick oil film is formed by the large-diameter oil O, which is more desirable.

従って、本発明によれば、切削液を霧化するのみで、表面に油膜が形成されたミストが生成され、このミストを工作機械の加工部に供給することにより、ミスト表面の油によって、工具による工作物の加工を潤滑なものとすることができると共に、ミスト内部のエマルション滴に含まれる水分によって、加工に伴う発熱で高温となる加工部を冷却することができる。   Therefore, according to the present invention, a mist having an oil film formed on the surface is generated only by atomizing the cutting fluid, and the mist is supplied to the machined portion of the machine tool so that the tool on the mist surface can be The machining of the workpiece can be made lubricous, and the processing part that becomes high temperature due to heat generated by the machining can be cooled by the moisture contained in the emulsion droplets inside the mist.

また、切削液を霧化するのみで、表面に油膜が形成されたミストを生成することができるため、特殊な装置を用いることなく、汎用的な装置を使用して構成することができる、簡易な供給装置となる。   In addition, it is possible to generate a mist with an oil film formed on the surface only by atomizing the cutting fluid, so that it can be configured using a general-purpose device without using a special device. Supply device.

また、工作機械の加工部に切削液を流し掛けるのではなくミストとして供給することから、作業環境内に切削液が飛散する問題を解消できる。加えて、切削液を噴射し循環させるための大パワーのポンプも不要であることから、エネルギー消費を大幅に削減することができる。更に、微量の水と油で形成されたミストを供給するため、加工部に水や油が過剰に供給されることがない。加えて、循環して使用しないため、切削液の腐敗による悪臭の問題や、廃液処理の問題を回避することができる。また、切粉に付着する切削液量も微量であり、仮に切粉から切削液が滲出しても、有害性の高い界面活性剤や乳化剤を使用していないため、環境汚染の恐れの小さいものとなる。   Further, since the cutting fluid is supplied as a mist rather than being poured onto the machined portion of the machine tool, the problem of the cutting fluid scattering in the working environment can be solved. In addition, since a high-power pump for injecting and circulating the cutting fluid is unnecessary, energy consumption can be greatly reduced. Furthermore, since the mist formed with a small amount of water and oil is supplied, water or oil is not excessively supplied to the processed portion. In addition, since it is not used in a circulating manner, it is possible to avoid the problem of bad odor due to the decay of cutting fluid and the problem of waste liquid treatment. In addition, the amount of cutting fluid adhering to the chip is very small, and even if the cutting fluid exudes from the chip, no highly harmful surfactant or emulsifier is used, so there is little risk of environmental pollution. It becomes.

また、図2(a)を用いて上述したように、予め水に油を分散させてエマルションとなった切削液を一回霧化するのみで、油膜が形成されたミストとなるため、別々に生成された油滴と水滴とを合体させて生成される油膜付き水滴(特許文献1)に比べ、ミストの径を小さくすることができる。これにより、工作物や押さえ金具の陰になった加工部にも、ミストが到達し易いものとなると共に、管路を経由させてミストを工作機械の加工部へ供給する場合でも、管路を通過させ易いものとなる。   Also, as described above with reference to FIG. 2 (a), the oil is dispersed in water in advance and the cutting fluid that has become an emulsion is atomized only once, resulting in a mist with an oil film formed. The diameter of the mist can be reduced as compared with a water droplet with an oil film (Patent Document 1) generated by combining the generated oil droplets and water droplets. This makes it easy for the mist to reach the machined part and the machined part behind the presser fitting, and even when supplying the mist to the machined part of the machine tool via the pipe line, It will be easy to pass.

加えて、仮にミストが管路壁に衝突し、いったんは表面の油膜が壊れたとしても、切削液自体は界面活性剤等を用いることなく水と油が分散しているエマルションであるため、管の先端から押し出されて液滴となる際に、図2(a)に示す(ロ)から(ハ)の過程を経て、表面に存在する油が液滴の表面に拡がり、再び油膜が形成されたミストとなる。   In addition, even if the mist collides with the pipe wall and the oil film on the surface breaks once, the cutting fluid itself is an emulsion in which water and oil are dispersed without using a surfactant. When the liquid is pushed out from the tip of the liquid to form a liquid droplet, the oil existing on the surface spreads over the surface of the liquid droplet through the processes (b) to (c) shown in FIG. Become a mist.

更に、本発明のミスト供給装置は、「前記物理的分散手段は、超音波振動子を具備する」ものである。超音波振動子としては、磁歪振動子や電歪振動子を使用することができ、超音波振動子の振動により発生する超音波を増幅させる超音波ホーンが接続される構成とすることもできる。 Further, mist supply device of the present invention, "the physical dispersion means comprises an ultrasonic transducer" is intended. As the ultrasonic vibrator, a magnetostrictive vibrator or an electrostrictive vibrator can be used, and an ultrasonic horn for amplifying ultrasonic waves generated by the vibration of the ultrasonic vibrator can be connected.

従って、本発明によれば、超音波による微細振動を用いて水に油を分散させることにより、回転子やスタティックミキサなどを用いた場合に比べ、効率良く水に油を分散させることができる。また、油の粒子が小さく、水と油とが分離しにくい分散状態の安定した切削液となるため、超音波の照射を間歇的なものとして、油の分散のためのコストを抑えることができる。また、水と油を混合した液体に高圧をかけて、強制的に細孔を通過させて分散させる場合のように、微細な孔を多数穿設した板材等を加工する必要や、液に高圧をかけるためのポンプなどを備える必要がなく、経費や消費エネルギーを抑えて、水に油を分散させることができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to disperse oil in water more efficiently than in the case of using a rotor, a static mixer, or the like, by dispersing oil in water using fine vibration caused by ultrasonic waves. In addition, since the oil particles are small and water and oil are difficult to separate, it becomes a stable cutting fluid in a dispersed state, so ultrasonic irradiation is intermittent and the cost for oil dispersion can be reduced. . In addition, it is necessary to process a plate material with a lot of fine holes, such as when applying a high pressure to a liquid in which water and oil are mixed and forcibly passing through the pores to disperse, It is not necessary to provide a pump or the like for applying oil, and it is possible to disperse oil in water with reduced cost and energy consumption.

更に、油の粒子を小さくできることにより、界面活性剤等を用いて分散させる従来のエマルション系切削液に比べ、より多くの油を水に分散させることができる。これにより、例えば、重加工の場合には切削液における油の割合を増やすなど、工作条件に応じて切削液の特性を変化させることが可能となる。   Furthermore, since oil particles can be made smaller, more oil can be dispersed in water than conventional emulsion-based cutting fluids that are dispersed using a surfactant or the like. Thereby, for example, in the case of heavy machining, it is possible to change the characteristics of the cutting fluid according to the machining conditions, such as increasing the ratio of oil in the cutting fluid.

次に、本発明にかかるミスト供給方法は、「界面活性剤または乳化剤を用いることなく水に油を物理的に分散させた切削液を、霧化することにより水に油が分散したエマルション滴の表面に油膜が形成されたミストを生成させ、該ミストを工作機械の加工部に供給する」ものである。   Next, the mist supply method according to the present invention is as follows: “Emulsion droplets in which oil is dispersed in water by atomizing a cutting fluid in which oil is physically dispersed in water without using a surfactant or an emulsifier. A mist having an oil film formed on the surface thereof is generated, and the mist is supplied to the machined portion of the machine tool.

従って、本発明によれば、予め水に油を物理的に分散させた切削液を、霧化するのみの極めて簡易な方法で、エマルションの液滴の表面に油膜が形成されたミストが生成され、これを工作機械の加工部に供給することにより、上記の種々の優れた作用効果を得ることができる Therefore, according to the present invention, a mist in which an oil film is formed on the surface of emulsion droplets is generated by an extremely simple method of atomizing a cutting fluid in which oil is physically dispersed in water in advance. By supplying this to the machining part of the machine tool, the above-described various excellent effects can be obtained .

以上のように、本発明の効果として、環境汚染の恐れを低減できる共に、消費エネルギーを削減して、潤滑効果及び冷却効果に優れる切削液のミストを工作機械の加工部に供給することができ、且つ、構成が簡易なミスト供給装置、及びミスト供給方法を提供することができる。   As described above, as an effect of the present invention, it is possible to reduce the risk of environmental pollution, reduce energy consumption, and supply a cutting fluid mist excellent in lubrication effect and cooling effect to the processing part of the machine tool. And the mist supply apparatus and mist supply method with a simple structure can be provided.

以下、本発明の最良の一実施形態であるミスト供給装置及びミスト供給方法について、図1(a),図2乃至図5に基づいて説明する。ここで、図1(a)は本実施形態のミスト供給装置の構成を示す説明図であり、図2は上述のように本発明におけるミストの生成過程を模式的に示す説明図であり、図3は図1のミスト供給装置によりミストを供給した場合の切削抵抗及び総消費電力を示すグラフであり、図4は本実施形態のミスト供給方法の工程を示すフローチャートであり、図5は本実施形態で生成されるミストの大きさを従来法によるミストと比較した模式図である。 Hereinafter, a mist supply device and a mist supply method according to the best embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 (a) and FIGS . Here, FIG. 1 (a) is an explanatory view showing the configuration of the mist supply device of the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the mist generation process in the present invention as described above. 3 is a graph showing the cutting resistance and the total power consumption when the mist is supplied by the mist supply device of FIG. 1, FIG. 4 is a flowchart showing the steps of the mist supply method of the present embodiment, and FIG. It is the schematic diagram which compared the magnitude | size of the mist produced | generated with a form with the mist by a conventional method.

まず、本実施形態のミスト供給装置1(以下、単に「供給装置1」という)の構成について説明する。供給装置1は、図1(a)に示すように、物理的に水に油を分散させて切削液とする物理的分散手段10と、切削液を霧化手段30に導入する切削液導入手段20と、切削液を霧化し、水に油が分散したエマルション滴の表面に油膜が形成されたミストを生成させると共に工作機械の加工部にミストを供給する、供給手段40を兼ねた構成としての霧化手段30とを具備して構成されている。   First, the configuration of the mist supply device 1 (hereinafter simply referred to as “supply device 1”) of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1A, the supply device 1 includes a physical dispersion unit 10 that physically disperses oil in water to obtain a cutting fluid, and a cutting fluid introduction unit that introduces the cutting fluid into the atomizing unit 30. 20 and a supply means 40 for atomizing the cutting fluid and generating a mist in which an oil film is formed on the surface of an emulsion droplet in which oil is dispersed in water and supplying the mist to a machined portion of a machine tool An atomizing means 30 is provided.

更に詳細に説明すると、物理的分散手段10は、超音波を発生させる超音波振動子18と、超音波振動子18に接続され、発生した超音波を増幅する超音波ホーン19とを具備して構成されている。この超音波ホーン19は、第二槽12に挿し込まれるように設けられ、この第二槽12は、小型の第一槽11の内側に設けられて、内部空間が第一槽11と連通孔13で連通している。また、第一槽11には、第一定量ポンプ16を介して水移送管61が接続され、第二槽12には、第二定量ポンプ17を介して油移送管62が接続されている。なお、超音波ホーン19の先端は、連通孔13付近に位置させられている。   More specifically, the physical dispersion means 10 includes an ultrasonic transducer 18 that generates ultrasonic waves, and an ultrasonic horn 19 that is connected to the ultrasonic transducer 18 and amplifies the generated ultrasonic waves. It is configured. The ultrasonic horn 19 is provided so as to be inserted into the second tank 12. The second tank 12 is provided inside the small first tank 11, and the internal space communicates with the first tank 11. 13 communicates. In addition, a water transfer pipe 61 is connected to the first tank 11 via a first metering pump 16, and an oil transfer pipe 62 is connected to the second tank 12 via a second metering pump 17. . Note that the tip of the ultrasonic horn 19 is positioned in the vicinity of the communication hole 13.

霧化手段30は、ノズル32と、圧縮空気移送管64によってノズル32と接続され、ノズル32に圧縮空気を送入する圧縮空気送入部31とを具備して構成されている。また、ノズル32は、切削液移送管63によって第一槽11と接続されている。   The atomizing means 30 is configured to include a nozzle 32 and a compressed air feeding portion 31 that is connected to the nozzle 32 by a compressed air transfer pipe 64 and feeds compressed air to the nozzle 32. The nozzle 32 is connected to the first tank 11 by a cutting fluid transfer pipe 63.

第一槽11及び第二槽12は閉鎖系となっており、第一定量ポンプ16及び第二定量ポンプ17を介して導入される水及び油の量に相当する切削液が、第一槽11から押し出され、切削液移送管63を介してノズル32に送られる。すなわち、本実施形態では、第一定量ポンプ16及び第二定量ポンプ17が、本発明の切削液導入手段20に相当する。   The first tank 11 and the second tank 12 are closed systems, and the cutting fluid corresponding to the amount of water and oil introduced through the first metering pump 16 and the second metering pump 17 is the first tank. 11 and is sent to the nozzle 32 through the cutting fluid transfer pipe 63. That is, in the present embodiment, the first metering pump 16 and the second metering pump 17 correspond to the cutting fluid introducing means 20 of the present invention.

次に、供給装置1を用いたミスト供給方法(以下、単に「供給方法」という)について、図1(a)及び図4を用いて説明する。まず、第一定量ポンプ16で水を第一槽11に導入し、第二定量ポンプ17で油を第二槽12に導入する。このとき、水と油の流量が一定の比率となるように、両定量ポンプ16,17により送られる液量が調整される。本実施形態では、水に対する油の割合を5〜10vol%に制御している。なお、本実施形態では、第二槽12に導入される油として、生分解性のある植物性油またはエステル系合成油脂を使用している。   Next, a mist supply method (hereinafter simply referred to as “supply method”) using the supply device 1 will be described with reference to FIGS. First, water is introduced into the first tank 11 by the first metering pump 16, and oil is introduced into the second tank 12 by the second metering pump 17. At this time, the amount of liquid sent by both metering pumps 16 and 17 is adjusted so that the flow rate of water and oil becomes a constant ratio. In this embodiment, the ratio of the oil with respect to water is controlled to 5-10 vol%. In the present embodiment, as the oil introduced into the second tank 12, biodegradable vegetable oil or ester synthetic fat is used.

第一槽11及び第二槽12にそれぞれ導入された水と油は、連通孔13付近で接し、超音波振動子18によって発生させられ、連通孔13の近傍に先端を向けた超音波ホーン19によって増幅された超音波の照射を受け、超音波の微細動によりそれぞれの粒子が振動させられて、水に油が分散したエマルションとなる(工程S1)。本実施形態では、超音波振動子を20〜150kHzの周波数の組合せで振動させ、直径1〜2μmの油滴が水に分散したエマルションとしている。   The water and oil introduced into the first tank 11 and the second tank 12 are in contact with each other in the vicinity of the communication hole 13, are generated by the ultrasonic vibrator 18, and have an ultrasonic horn 19 with the tip directed in the vicinity of the communication hole 13. In response to the irradiation of the ultrasonic wave amplified by the above, each particle is vibrated by the fine movement of the ultrasonic wave to obtain an emulsion in which oil is dispersed in water (step S1). In the present embodiment, an ultrasonic vibrator is vibrated with a combination of frequencies of 20 to 150 kHz, and an oil droplet having a diameter of 1 to 2 μm is dispersed in water.

エマルション液(切削液)は、第一定量ポンプ16及び第二定量ポンプ17が第一槽11及び第二槽12へ、それぞれ水及び油を導入するのに伴い、第一槽11から押し出されて、切削液移送管63を介してノズル32に導入される(工程S2)。ノズル32に導入された切削液は、圧縮空気送入部31から圧縮空気移送管64を介して送入される圧縮空気により、ノズル32のノズル孔33から押し出されて霧化され、ミストMとなる(工程S3)。これと同時に、ミストMがノズル孔33から噴霧され、工作機械の工具T近傍の加工部に供給される(工程S4)。   The emulsion liquid (cutting fluid) is pushed out of the first tank 11 as the first metering pump 16 and the second metering pump 17 introduce water and oil into the first tank 11 and the second tank 12, respectively. Then, it is introduced into the nozzle 32 through the cutting fluid transfer pipe 63 (step S2). The cutting fluid introduced into the nozzle 32 is extruded from the nozzle hole 33 of the nozzle 32 by the compressed air fed from the compressed air feeding section 31 through the compressed air transfer pipe 64, and is atomized. (Step S3). At the same time, the mist M is sprayed from the nozzle hole 33 and supplied to the machining portion near the tool T of the machine tool (step S4).

ここで、仮に、界面活性剤を用いて油を水に分散させた従来の切削液を、上記と同様の霧化手段30で霧化したとすると、図2(b)を用いて上述したように、形成されるミストは、表面に油膜が形成されないエマルション滴となる。このようなミストが工作機械の加工部に供給される場合、工具に最初に接触するのは水であり、冷却性は有するものの、油の有する潤滑性を工具に対して充分に作用させることはできない。これに対し、本実施形態にかかるミストMでは、図2(a)を用いて上述したように、水に油が分散したエマルションの液滴の表面に油膜が形成されている。これにより、工作機械の加工部にミストMが供給されると、工具にまずミストMの表面の油が接して潤滑効果が得られ、その後、エマルション液滴の中の水の気化熱によって工具及び工作物が冷却される効果が得られる。   Here, assuming that the conventional cutting fluid in which oil is dispersed in water using a surfactant is atomized by the same atomizing means 30 as described above, as described above with reference to FIG. In addition, the mist formed is an emulsion droplet in which no oil film is formed on the surface. When such a mist is supplied to the machined part of a machine tool, the first contact with the tool is water, and although it has a cooling property, the lubricity of the oil can be sufficiently applied to the tool. Can not. In contrast, in the mist M according to the present embodiment, as described above with reference to FIG. 2A, an oil film is formed on the surface of the emulsion droplets in which oil is dispersed in water. As a result, when the mist M is supplied to the processing part of the machine tool, the tool is first contacted with oil on the surface of the mist M to obtain a lubricating effect, and then the tool and The effect that the workpiece is cooled is obtained.

なお、本実施形態では、直径10〜20μm程度のミストMが噴霧されるノズル32を使用している。ここで、本実施形態で生成されるミストMと、一般的なオイルミスト及び油膜付き水滴(特許文献1)とを、実際の直径にほぼ即した比率で図示すると、図5のように表すことができる。ここで、(a)は油膜付き水滴であり、(b)はオイルミストであり、(c)は本実施形態のミストMである。   In the present embodiment, a nozzle 32 that sprays a mist M having a diameter of about 10 to 20 μm is used. Here, when the mist M generated in the present embodiment and a general oil mist and water droplets with an oil film (Patent Document 1) are illustrated at a ratio substantially corresponding to the actual diameter, they are expressed as shown in FIG. Can do. Here, (a) is a water droplet with an oil film, (b) is an oil mist, and (c) is a mist M of this embodiment.

また、本実施形態で生成されるミストMは、直径10〜20μm程度と、空気中に拡散しない程度に小さく形成されているため、管路を通過させ易く、切削液を霧化した後に管路を経由して加工部にミストMが供給される構成とすることもできる。この際、屈曲・湾曲した管路の路壁に、仮にミストMが衝突し、いったんは表面の油膜が壊れたとしても、管の先端から押し出される際には、上述のように、図2(a)における(ロ)から(ハ)の過程を経て、再び油膜が形成されたミストMとなる。   Moreover, since the mist M produced | generated by this embodiment is formed so small that it is about 10-20 micrometers in diameter and is not spread | diffused in the air, it is easy to let a pipe pass, and it is a pipe line after atomizing cutting fluid It can also be set as the structure by which mist M is supplied to a process part via this. At this time, even if the mist M collides with the curved / curved pipe wall, and the oil film on the surface is broken once, when pushed out from the tip of the pipe, as shown in FIG. Through the steps (b) to (c) in a), the mist M is formed with an oil film again.

次に、本実施形態の供給方法でミストMを加工部に供給した場合の、工具の切削抵抗を、従来の供給方法による場合と比較して図3(a)に示す。このグラフでは、界面活性剤を用いて油を水に分散させた切削液を、加工部に流し掛けるという従来の供給方法(A)、及び、近年行われているオイルミストを噴霧する供給方法(B)による場合を、本実施形態の供給方法(C)と対比している。このときの工作条件は、以下のようである。
<工作条件>
主軸回転数 5400rpm
切削工具 12mmφ,二枚刃超硬エンドミル
半径方向切込み 6mm
深さ方向切込み 9mm
一刃当たりの送り 0.1mm
ミスト(C)の組成 水:油=95:5(vol)
ミスト供給量(B)(C):50ml/min
Next, the cutting resistance of the tool when the mist M is supplied to the machining part by the supply method of the present embodiment is shown in FIG. 3A compared with the case of the conventional supply method. In this graph, a conventional supply method (A) in which a cutting fluid in which oil is dispersed in water using a surfactant is poured onto a processing portion, and a supply method (in which oil mist is sprayed in recent years) The case of B) is compared with the supply method (C) of the present embodiment. The working conditions at this time are as follows.
<Working conditions>
Spindle speed 5400rpm
Cutting tool 12mmφ, 2-flute carbide end mill, radial cutting 6mm
Depth cut 9mm
Feed per tooth 0.1mm
Composition of mist (C) Water: oil = 95: 5 (vol)
Mist supply amount (B) (C): 50 ml / min

グラフから明らかなように、オイルミストの場合は、界面活性剤を用いたエマルション系の切削液を流し掛ける従来法(A)より、工具の切削抵抗が増大した。これに対し、本実施形態では、工具の切削抵抗が従来法(A)より小さく、供給される切削液の量がオイルミストの場合(B)と同様にごく微量でありながら、潤滑性及び冷却性に優れると考えられた。なお、切削抵抗は、界面活性剤を用いたエマルションの切削液を流し掛ける場合(A)に対して約16%、オイルミストを供給する場合(B)に比べて約35%低下した。   As is apparent from the graph, in the case of oil mist, the cutting resistance of the tool increased compared to the conventional method (A) in which an emulsion type cutting fluid using a surfactant was poured. On the other hand, in this embodiment, the cutting resistance of the tool is smaller than that in the conventional method (A), and the amount of the cutting fluid supplied is very small as in the case of oil mist (B), but lubricity and cooling are reduced. It was thought that it was excellent in property. The cutting resistance was reduced by about 16% compared to the case where the emulsion cutting fluid using the surfactant was poured (A), and about 35% lower than when the oil mist was supplied (B).

更に、工作機械を所定時間稼働させた場合の総消費電力を、界面活性剤を用いたエマルションの切削液を流し掛ける従来法(A)と本実施形態の供給方法(C)について比較したグラフを図3(b)に示す。ここで、総消費電力は、工作機械及びポンプを稼働させるための電力の和であり、工作条件は、以下のようである。
<工作条件>
主軸回転数 20000rpm
切削工具 20mmφ,二枚刃超硬エンドミル
半径方向切込み 15mm
深さ方向切込み 2mm
一刃当たりの送り 0.15mm
ミスト(C)の組成 水:油=95:5(vol)
ミスト供給量(C) 12.5ml/min
Furthermore, a graph comparing the total power consumption when the machine tool is operated for a predetermined time with respect to the conventional method (A) in which the cutting fluid of the emulsion using the surfactant is poured and the supply method (C) of the present embodiment. As shown in FIG. Here, the total power consumption is the sum of the electric power for operating the machine tool and the pump, and the machine conditions are as follows.
<Working conditions>
Spindle speed 20,000rpm
Cutting tool 20mmφ, 2 flute carbide end mill Radial cut 15mm
Depth of cut 2mm
Feed per tooth 0.15mm
Composition of mist (C) Water: oil = 95: 5 (vol)
Mist supply amount (C) 12.5ml / min

本実施形態の供給方法(C)によれば、従来法(A)のように切削液を大量に噴射させ循環させるための、パワーの大きなポンプが必要なく、分散のためのエネルギー効率の高い超音波振動子や、少量の水や油を送るための小型のポンプ等で供給装置1が構成されるため、グラフから明らかなように、消費エネルギーを従来法の3/4〜4/5に削減することができる。   According to the supply method (C) of the present embodiment, unlike the conventional method (A), there is no need for a high-power pump for injecting and circulating a large amount of cutting fluid, and the energy efficiency for dispersion is high. As the supply device 1 is composed of a sonic vibrator, a small pump for sending a small amount of water and oil, and the like, it is clear from the graph that energy consumption is reduced to 3/4 to 4/5 of the conventional method. can do.

なお、上記では、霧化手段30が供給手段40を兼ねる構成とした供給装置1を例示したが、例えば、図1(b)に示すように、それぞれ別の構成とすることができる。ここで、図1(b)の供給装置5は、物理的に水に油を分散させて切削液とする物理的分散手段50と、切削液を霧化し、水に油が分散したエマルション滴の表面に油膜が形成されたミストを生成させる霧化手段30と、霧化手段30に切削液を供給する切削液導入手段20と、ミストを噴霧する供給手段40とを具備して構成されているが、切削液を霧化手段30に導入するまでの構成は本発明とは異なる構成である。すなわち、供給装置5の物理的分散手段50及び切削液導入手段20たるポンプ21の構成は、本発明の範囲には含まれない。 In the above, the atomizing means 30 is illustrated a feed device 1 has a structure which also serves as a supply unit 40, for example, as shown in FIG. 1 (b), may be each and another configuration. Here, the supply device 5 in FIG. 1B includes a physical dispersion unit 50 that physically disperses oil in water to obtain a cutting fluid, and an emulsion droplet in which the cutting fluid is atomized and the oil is dispersed in water. An atomizing means 30 for generating a mist having an oil film formed on its surface, a cutting fluid introducing means 20 for supplying a cutting fluid to the atomizing means 30, and a supplying means 40 for spraying the mist are provided. However, the configuration until the cutting fluid is introduced into the atomizing means 30 is different from the present invention. That is, the configuration of the physical dispersion unit 50 of the supply device 5 and the pump 21 as the cutting fluid introduction unit 20 is not included in the scope of the present invention.

更に詳細に説明すると、物理的分散手段50は、超音波を発生させる超音波振動子58と、超音波振動子58に接続され、発生した超音波を増幅する超音波ホーン59とを具備して構成されている。この超音波ホーン59の先端は分散槽53において、液面より僅かに下方に位置するように液中に浸漬されている。分散槽53は大容量であり、その両側には、水を収容した水槽51と、油を収容した油槽52がそれぞれ設けられている。ここで、分散槽53と水槽51とは、第一定量ポンプ56を介して水移送管61で接続され、分散槽53と油槽52とは、第二定量ポンプ57を介して油移送管62で接続されている。   More specifically, the physical dispersion means 50 includes an ultrasonic transducer 58 that generates ultrasonic waves, and an ultrasonic horn 59 that is connected to the ultrasonic transducer 58 and amplifies the generated ultrasonic waves. It is configured. The tip of the ultrasonic horn 59 is immersed in the liquid in the dispersion tank 53 so as to be positioned slightly below the liquid surface. The dispersion tank 53 has a large capacity, and a water tank 51 containing water and an oil tank 52 containing oil are provided on both sides thereof. Here, the dispersion tank 53 and the water tank 51 are connected by a water transfer pipe 61 via a first metering pump 56, and the dispersion tank 53 and the oil tank 52 are connected by an oil transfer pipe 62 via a second metering pump 57. Connected with.

また、霧化手段30は超音波霧化器36で構成され、切削液導入手段20は分散槽53から切削液を汲み上げ、切削液移送管63を介して超音波霧化器36に切削液を送るポンプ21により構成されている。更に、供給手段40は、低圧空気移送管66を介して、低圧の空気を超音波霧化器36に送る低圧空気送入部41を有して構成されている。   The atomizing means 30 is constituted by an ultrasonic atomizer 36, and the cutting fluid introducing means 20 pumps the cutting fluid from the dispersion tank 53 and supplies the cutting fluid to the ultrasonic atomizer 36 through the cutting fluid transfer pipe 63. It is comprised by the pump 21 to send. Furthermore, the supply means 40 includes a low-pressure air inlet 41 that sends low-pressure air to the ultrasonic atomizer 36 via a low-pressure air transfer pipe 66.

次に、供給装置5を用いた供給方法について、図1(b)及び図4を用いて説明する。まず、第一定量ポンプ56で水を水槽51から分散槽53へ導入し、第二定量ポンプ57で油を油槽52から分散槽53へ導入する。このとき、水と油の流量が一定の比率となるように、両定量ポンプ56,57が汲み上げる液量が調整される。また、分散槽53にはレベルスイッチ54が取付けられ、液量が一定に保たれるように、第一定量ポンプ56及び第二定量ポンプ57が制御される。なお、水に対する油の割合を5〜10vol%に制御し、油として生分解性のある植物性油またはエステル系合成油脂を使用している点は、上記と同様である。   Next, the supply method using the supply apparatus 5 is demonstrated using FIG.1 (b) and FIG. First, water is introduced from the water tank 51 to the dispersion tank 53 by the first metering pump 56, and oil is introduced from the oil tank 52 to the dispersion tank 53 by the second metering pump 57. At this time, the amount of liquid pumped up by both metering pumps 56 and 57 is adjusted so that the flow rate of water and oil becomes a constant ratio. In addition, a level switch 54 is attached to the dispersion tank 53, and the first metering pump 56 and the second metering pump 57 are controlled so that the liquid amount is kept constant. In addition, the point which controls the ratio of the oil with respect to water to 5-10 vol%, and uses the biodegradable vegetable oil or ester synthetic fat as oil is the same as the above.

分散槽53に導入された水と油は、超音波振動子58により発生させられ、超音波ホーン59で増幅された超音波の照射を受け、超音波の微細動によりそれぞれの粒子が振動させられて、水に油が分散したエマルションとなる(工程S1)。ここで、超音波ホーン59の先端は、分散槽53の液面より僅かに下方に位置するように浸漬されているため、液面に向かって浮上する油は超音波振動子の振動を受け易く、小さな粒子となって水中に分散する。なお、上記の供給装置1と同様に、超音波振動子を20〜150kHzの周波数で振動させ、直径1〜2μmの油滴が水に分散したエマルションとしている。また、このエマルションの分散状態は、安定であるため、超音波振動子58による超音波照射を間歇的なものとすることができる。   The water and oil introduced into the dispersion tank 53 are generated by the ultrasonic vibrator 58, irradiated with the ultrasonic wave amplified by the ultrasonic horn 59, and each particle is vibrated by the fine movement of the ultrasonic wave. Thus, an emulsion is obtained in which oil is dispersed in water (step S1). Here, since the tip of the ultrasonic horn 59 is immersed so as to be positioned slightly below the liquid level of the dispersion tank 53, the oil that floats toward the liquid level is easily subjected to vibration of the ultrasonic vibrator. Disperse in water as small particles. Note that, similarly to the supply device 1 described above, an ultrasonic vibrator is vibrated at a frequency of 20 to 150 kHz, and an oil droplet having a diameter of 1 to 2 μm is dispersed in water. Further, since the dispersion state of the emulsion is stable, ultrasonic irradiation by the ultrasonic vibrator 58 can be intermittent.

エマルション液(切削液)は、ポンプ21によって分散槽53から汲み上げられ、切削液移送管63を介して超音波霧化器36に導入される(工程S2)。超音波霧化器36に導入された切削液は、ここで超音波の照射を受けて霧化され、ミストMとなる(工程3)。なお、本実施形態の超音波霧化器36では、75〜150kHzの周波数の超音波によって切削液が霧化され、直径10〜20μm程度のミストMが生成される。このミストMは、低圧空気移送管66を介して低圧空気送入部41から送られる低圧の空気に搬送されて、工作機械の加工部に供給される(工程S4)。   The emulsion liquid (cutting liquid) is pumped up from the dispersion tank 53 by the pump 21, and is introduced into the ultrasonic atomizer 36 through the cutting liquid transfer pipe 63 (step S2). The cutting fluid introduced into the ultrasonic atomizer 36 is atomized by being irradiated with ultrasonic waves to become mist M (step 3). In the ultrasonic atomizer 36 of the present embodiment, the cutting fluid is atomized by ultrasonic waves having a frequency of 75 to 150 kHz, and mist M having a diameter of about 10 to 20 μm is generated. The mist M is transported to the low-pressure air sent from the low-pressure air inlet 41 via the low-pressure air transfer pipe 66 and supplied to the machining part of the machine tool (step S4).

上記のように、本実施形態の供給装置及び供給方法によれば、界面活性剤や乳化剤を用いずに物理的に水に油を分散させているため、霧化されて小さな液滴となる際に、エマルションの表面に存在し水より表面張力の小さい油が液滴の表面に拡がり、表面に油膜が形成されたミストを生成させることができる。そして、ミストの表面の油によって工作機械の加工部における加工を潤滑なものとし、ミスト内部の水によって、加工に伴う発熱のために高温となる工具及び工作物を冷却することができる。   As described above, according to the supply device and the supply method of the present embodiment, since oil is physically dispersed in water without using a surfactant or an emulsifier, when atomized into small droplets, In addition, oil that is present on the surface of the emulsion and has a surface tension smaller than that of water spreads on the surface of the droplets, and a mist having an oil film formed on the surface can be generated. And the process in the process part of a machine tool can be lubricated with the oil of the surface of a mist, and the tool and workpiece | work which become high temperature for the heat_generation | fever accompanying a process can be cooled with the water inside a mist.

加えてミストの内部のエマルション滴は、界面活性剤等を用いずに水に油が分散している状態であるため、仮にミストが管路壁に衝突するなどして、いったんミスト表面の油膜が壊れたとしても、管の先端から放出される際に、液滴の表面に存在する油が液滴の表面に拡がり、再び油膜が形成される。   In addition, since the emulsion droplets inside the mist are in a state where oil is dispersed in water without using a surfactant or the like, the oil film on the surface of the mist once forms a mist collision with the pipe wall. Even if it breaks, when it is discharged from the tip of the tube, the oil present on the surface of the droplet spreads over the surface of the droplet and an oil film is formed again.

また、切削液を霧化するのみで、表面に油膜が形成されたミストを生成できるため、特殊な装置を要することなく、ノズル32や超音波霧化器36等の汎用的な構成を採用して、供給装置1を構成することができる。特に、供給装置1は、霧化手段30が供給手段40を兼ね、水に油を分散させる段階で使用される第一定量ポンプ16及び第二定量ポンプ17が切削液導入手段20として作用するという、極めて簡易な構成となっている。 Moreover, since the mist with the oil film formed on the surface can be generated only by atomizing the cutting fluid, a general-purpose configuration such as the nozzle 32 and the ultrasonic atomizer 36 is adopted without requiring a special device. Thus, the supply device 1 can be configured. In particular, in the supply device 1, the first metering pump 16 and the second metering pump 17 that are used in the stage of dispersing the oil in water act as the cutting fluid introducing unit 20, in which the atomizing unit 30 also serves as the supplying unit 40. This is an extremely simple configuration.

また、工作機械の加工部に切削液を流し掛けるのではなくミストとして供給することから、作業環境内に切削液が飛散する問題を解消できる。加えて、切削液を噴射し循環させるための大パワーのポンプも不要であることから、エネルギー消費を大幅に削減することができる。更に、微量の水と油で形成されたミストを供給するため、加工部に水や油が過剰に供給されることがない。特に、本実施形態のミストは、従来のオイルミストと同程度の量を供給したとしても、従来のオイルミストのように液滴全部が油ではなく、液滴に占める油の割合は小さいため、油の使用量を抑えることができ、例えば、一機の工作機械に対し毎時5〜10ml程度とすることができる。これにより、切削油を無駄に消費することが防止される。また、従来のように切削液が工作機械の下方に流下することがないため、切削液を回収するためのサンプタンクが不要となると共に、作業環境を清潔に保つことができる。   Further, since the cutting fluid is supplied as a mist rather than being poured onto the machined portion of the machine tool, the problem of the cutting fluid scattering in the working environment can be solved. In addition, since a high-power pump for injecting and circulating the cutting fluid is unnecessary, energy consumption can be greatly reduced. Furthermore, since the mist formed with a small amount of water and oil is supplied, water or oil is not excessively supplied to the processed portion. In particular, even if the mist of the present embodiment is supplied in the same amount as the conventional oil mist, all the droplets are not oil like the conventional oil mist, and the ratio of the oil to the droplets is small. The amount of oil used can be reduced, for example, about 5 to 10 ml per hour for one machine tool. This prevents wasteful consumption of the cutting oil. Further, since the cutting fluid does not flow down below the machine tool as in the prior art, a sump tank for collecting the cutting fluid becomes unnecessary, and the working environment can be kept clean.

加えて、切削液を従来のように循環して使用しないため、切削液の腐敗による悪臭の問題や、廃液処理の問題を回避することができる。また、切粉に付着する切削液量も微量であり、仮に切粉から切削液が滲出しても、有害性の高い界面活性剤や乳化剤を使用しておらず、油についても生分解性を有するものを使用しているため、環境汚染の恐れの小さいものとなる。   In addition, since the cutting fluid is not circulated and used as in the prior art, the problem of bad odor due to the decay of the cutting fluid and the problem of waste liquid treatment can be avoided. In addition, the amount of cutting fluid adhering to the chips is very small, and even if the cutting fluid exudes from the chips, no highly harmful surfactants or emulsifiers are used, and oil is also biodegradable. Since what is possessed is used, there is little risk of environmental pollution.

更に、ミストは小さ過ぎず大き過ぎない直径10〜20μm程度に形成されているため、空気中に拡散しにくいと共に、管路を通過させ易いものとなる。これにより、生成されたミストを無駄なく工作機械の加工部に供給できると共に、空気中への拡散に起因する、作業者の健康に及ぼす悪影響、機器類に与える不具合等の恐れを減じることができる。   Furthermore, since the mist is formed to have a diameter of about 10 to 20 μm which is not too small and not too large, it is difficult to diffuse in the air and easily passes through the pipeline. As a result, the generated mist can be supplied to the machining part of the machine tool without waste, and the risk of adverse effects on the operator's health and malfunctions caused by diffusion into the air can be reduced. .

また、生成されるミストの直径が10〜20μm程度であることから、ある程度直進性が高く加工部に到達させられると共に、工作物や押さえ金具の陰になった加工部にも、ミストが到達し易いものとなる。   Moreover, since the generated mist has a diameter of about 10 to 20 μm, it has a high degree of straightness and can reach the processing part, and the mist also reaches the processing part that is behind the workpiece and the holding bracket. It will be easy.

更に、超音波を用いて水に油を分散させていることにより、効率良く油を水に分散させることができると共に、油の粒子が小さく、水と油とが分離しにくい分散状態の安定な切削液となる。これにより、超音波の照射を間歇的なものとし、油の分散のためのコストを抑えることができる。また、超音波の照射条件により、エマルション中の油滴の大きさや量を変化させることができ、ミストの特性を機械加工に応じたものとすることができる。   Furthermore, by dispersing oil in water using ultrasonic waves, it is possible to efficiently disperse oil in water, and in a stable dispersion state where oil particles are small and water and oil are difficult to separate. It becomes cutting fluid. This makes it possible to intermittently irradiate ultrasonic waves and to suppress the cost for oil dispersion. Further, the size and amount of oil droplets in the emulsion can be changed depending on the ultrasonic irradiation conditions, and the characteristics of the mist can be made suitable for machining.

なお、上記の実施形態の供給装置1では、超音波によって水に油が分散させられつつ、小型の第一槽11から切削液が押し出されていくため、エマルション中の油滴の大きさはやや不揃いとなる。これにより、分散性をある程度良好なものに維持しつつ、大きな径の油滴によって、ミストの表面に厚い油膜が形成されることとなる In addition, in the supply apparatus 1 of said embodiment, since the cutting fluid is extruded from the small 1st tank 11 while oil is disperse | distributing to water with an ultrasonic wave, the magnitude | size of the oil droplet in emulsion is a little. It becomes uneven. As a result, a thick oil film is formed on the surface of the mist by the large-diameter oil droplets while maintaining the dispersibility at a certain level .

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。   The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements can be made without departing from the scope of the present invention as described below. And design changes are possible.

例えば、本実施形態では、切削液導入手段としてポンプを採用した場合を例示したが、これに限定されず、霧化手段や供給手段における高圧気体の送入または送出に伴う負圧を利用して、切削液を吸引する構成とすることができる。   For example, in the present embodiment, the case where a pump is employed as the cutting fluid introducing means is exemplified, but the present invention is not limited to this, and the negative pressure accompanying the feeding or sending of the high-pressure gas in the atomizing means or the supplying means is used. The cutting fluid can be sucked.

(a)本実施形態のミスト供給装置の構成を示す説明図である。(b)霧化手段及び供給手段に関してのみ他の構成を例示するための説明図である。 (A) It is explanatory drawing which shows the structure of the mist supply apparatus of this embodiment. (B) It is explanatory drawing for illustrating another structure only regarding an atomization means and a supply means. 本発明におけるミストの生成過程を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the production | generation process of the mist in this invention. 図1のミスト供給装置によりミストを供給した場合の切削抵抗及び総消費電力を示すグラフである。It is a graph which shows the cutting resistance at the time of supplying mist with the mist supply apparatus of FIG. 1, and total power consumption. 本実施形態のミスト供給方法の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the mist supply method of this embodiment. 本実施形態で生成されるミストの大きさを従来法によるミストと比較した模式図である。It is the schematic diagram which compared the magnitude | size of the mist produced | generated by this embodiment with the mist by a conventional method.

符号の説明Explanation of symbols

1,5 供給装置(ミスト供給装置)
10,50 物理的分散手段
18,58 超音波振動子(物理的分散手段)
19,59 超音波ホーン(物理的分散手段)
16 第一定量ポンプ(切削液導入手段)
17 第二定量ポンプ(切削液導入手段)
20 切削液導入手段
21 ポンプ(切削液導入手段)
30 霧化手段
31 圧縮空気送入部(霧化手段、供給手段)
32 ノズル(霧化手段、供給手段)
36 超音波霧化器(霧化手段)
40 供給手段
41 低圧空気送入部(供給手段)
1,5 supply device (mist supply device)
10, 50 Physical dispersion means 18, 58 Ultrasonic transducer (physical dispersion means)
19,59 Ultrasonic horn (physical dispersion means)
16 First metering pump (Cutting fluid introduction means)
17 Second metering pump (cutting fluid introduction means)
20 Cutting fluid introduction means 21 Pump (Cutting fluid introduction means)
30 Atomization means 31 Compressed air feed section (atomization means, supply means)
32 nozzles (atomization means, supply means)
36 Ultrasonic atomizer (Atomization means)
40 Supply means 41 Low-pressure air inlet (supply means)

Claims (3)

容量が一定の閉鎖系とされた槽と、
前記槽内に収容された水及び油に超音波を作用させる超音波振動子を備え、界面活性剤または乳化剤を用いることなく、物理的に水に油を分散させて切削液とする物理的分散手段と、
前記切削液を霧化し、水に油が分散したエマルション滴の表面に油膜が形成されたミストを生成させる霧化手段と、
前記槽内に水及び油をそれぞれ導入すると共に、前記槽内に導入された水及び油の容量に相当する容量の前記切削液を前記槽から押し出させて前記霧化手段に導入する切削液導入手段と、
前記ミストを工作機械の加工部に供給する供給手段と
を具備することを特徴とするミスト供給装置。
A closed tank with a constant capacity;
It is equipped with an ultrasonic vibrator that causes ultrasonic waves to act on water and oil contained in the tank, and physically disperses oil in water and uses it as a cutting fluid without using a surfactant or an emulsifier. Means,
Atomizing means for atomizing the cutting fluid and generating mist in which an oil film is formed on the surface of the emulsion droplets in which oil is dispersed in water;
It is introduced, respectively water and oil in said tank, cutting liquid introduced into the atomizing means of the cutting fluid capacity corresponding to the capacity of the water and oil introduced into the vessel by forced from the tank Introduction means;
A mist supply device comprising: supply means for supplying the mist to a machining part of a machine tool.
前記霧化手段は、直径10μm〜20μmの前記ミストを生成することを特徴とする請求項1に記載のミスト供給装置。 The mist supply device according to claim 1, wherein the atomizing means generates the mist having a diameter of 10 μm to 20 μm . 容量が一定の閉鎖系とされた槽内に水及び油をそれぞれ導入し、界面活性剤または乳化剤を用いることなく超音波振動により水に油を物理的に分散させ切削液としつつ前記槽内に導入された水及び油の容量に相当する容量の前記切削液を前記槽から押し出させ、霧化することにより水に油が分散したエマルション滴の表面に油膜が形成されたミストを生成させ、
該ミストを工作機械の加工部に供給する
ことを特徴とするミスト供給方法。
Water and oil were introduced respectively into the tank capacity is a constant closed system, by ultrasonic vibrations without using a surfactant or emulsifier to oil in water physically dispersed with the cutting fluid, said tank The cutting fluid having a volume corresponding to the volume of water and oil introduced into the tank is extruded from the tank and atomized to generate a mist in which an oil film is formed on the surface of the emulsion droplets in which the oil is dispersed in water. ,
A mist supply method comprising supplying the mist to a machining portion of a machine tool.
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