JP4166029B2 - 噴霧装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行える噴霧装置に関し、更に詳しくは、従来必要としていた一次圧・マニホルド圧（二次圧）間の差圧が著しく小さくても１０μｍ以下のフォグ（以下、単にマイクロフォグという）を生成できる有用な噴霧装置に存する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械における加工は、切削液を垂れ流す方法で、加工時の発生熱、切粉の除去を行って来た。近年、切削廃液の処理、切粉のリサイクルのための脱脂等の環境問題が浮上し、工作機械においてもＭＱＬ（最少油量潤滑）化が急速に進んでいる。
【０００３】
従来、斯かる工作機械に使用される噴霧装置としては、例えば、油を霧化させるために圧縮空気の流れを利用した所謂ベンチュリ機構を使用したものが従来例として周知である。この従来の噴霧装置は、上から滴下する油に対して、径方向に形成された空気入口からの圧縮空気を狭いベンチュリ管路を通過させることにより、更に流速を強めて生じる負圧を利用し、油と圧縮空気の混合を促進させてフォグを生成させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の噴霧装置にあっては、圧縮空気の流れが速いほど油を霧化させる能力が大きくなるものの、ベンチュリ管路で良好な噴霧を達成するために必要最低限な圧縮空気量を保持することが必要であり、省圧縮空気量を目的として被給油対象に設置するノズルの小径化ができないといった問題が出てきている。
【０００５】
特に、セミドライ加工に使用される装置では、ＯＵＴ側に小形の工作機械、例えば、小径のドリルや刃具を使用することがあるが、非常に小径であるため、従来の噴霧装置では、例えば５μｍ（少なくとも１０μｍ）以下のマイクロフォグを供給することは極めて困難になっている。
【０００６】
また、刃具が小さい場合、ＭＱＬセミドライ加工のための空気（油霧）通路の穴加工が小さく、刃具で消費される小さな空気量では、差圧の発生があまり期待できず、流量を増やすため、ダミーエア流を作りエアを大気に放出して差圧を確保しなければならないなどの問題を有する。
【０００７】
換言すれば、工作機械の加工点に噴射するためのフォグの生成は、連続的なフォグ発生のための差圧を必要とし、加工点へ噴霧するためのノズル径の合計は、差圧を維持するための大きさが必要とされている。
【０００８】
而して、加工のためのノズル数は基本的に多くはなく、ドリル加工などでは、穴付きドリルの貫通穴が頗る小径であるため、通過空気量が極めて少なく、フォグ発生に必要な差圧を維持することは極めて困難な状況にあり、また、必要以上の通過空気量を消費させてフォグ発生のために必要な差圧を作らざるを得ない状況にあることが、省エネルギーの観点から問題があり、強いては対環境負荷を大きくしている。
【０００９】
また、ＭＱＬセミドライ加工では、空冷効果・切粉飛ばしに、より高圧な空気を要求しているが、フォグ生成のための差圧が必要で、供給圧に対し二次圧（マニホルド圧）を下げざるを得ず、空冷効果・切粉飛ばし効果が低滅してしまうといった問題をも有する。
【００１０】
更に、現状のベンチュリ機構を小形にすることで、圧縮空気を少なくする方法が考えられるが、圧縮空気量を絞ると、▲１▼フォグの霧化量を減少させ、正規のフォグ量が確保できないこと、▲２▼圧縮空気の通路を絞ることになり、圧縮空気内に含まれる不純物によって空気通路が詰まる可能性が大きくなる等の問題を生じてしまう。
【００１１】
これらの問題点は、圧縮空気の流速を強めるほど油の霧化能力を高めるベンチュリ機構を採用していることに起因するものであり、必然的に圧縮空気の流量変化に影響してしまうものである。
【００１２】
本発明者は、これらの問題点に着目して鋭意研究を行った結果、ニードルノズルの軸心を中心とする旋回流で、空気の当たる面積、強さ、方向等をコントロールすることで、換言すれば、圧縮空気の流量変化に影響されることなく、前記旋回流との衝突エネルギーで剪断力のオーダーを一定化（コントロール）することで、流速や粘性が変わっても液体粒径が変わらず、小さな差圧でも５μｍ（少なくとも１０μｍ）以下のマイクロフォグを生成できる噴霧装置を案出することができたのである。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、従来必要としていた一次圧・マニホルド圧（二次圧）間の差圧が著しく小さくても５μｍ（少なくとも１０μｍ）以下のマイクロフォグを生成でき、ＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行えるなど、省圧縮空気量に伴うノズルの小径化等にも対応できる有用な噴霧装置の提供を目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題点を解決し、所期の目的を達成するため本発明の要旨とする構成は、軸心方向に液体流入孔を有するニードルノズルと、該ニードルノズルの下流側に配設されるノズルボディと、ニードルノズルの軸心を中心に旋回流を発生せしめる空気導入孔と、同ニードルノズルの先端と空気室内に形成された混合孔とを備えてなる噴霧装置であって、前記空気導入孔は、ニードルノズルのニードル部と空気室内の底面との間に連通すべく同ニードルノズルの軸心に対して所定角度に傾斜し、同ニードル部の先端と前記混合孔との位置関係で液体の粒径を一定化せしめる微粒化機構を備えた噴霧装置において、
前記微粒化機構は、前記ニードルノズルの先端側を許容すべく凹設された第一次空気室に前記混合孔を介して連通された空気溜め用の第二次空気室と、該第二次空気室の下流側に設けられた背圧の影響を防ぐための縮径部と、前記ニードルノズルの先端縁Ａを中心点として、その延長上のＣ点から外側に４５度のＢ点までの範囲内に開口縁 ( 以下、単に混合孔縁Ｂという ) を位置せしめた前記混合孔と、前記旋回流に対して空気噴射口を直交に臨ませるべく第一次空気室３ａ内を曲面状に成形してなる底部Ｒ面とを備えてなる噴霧装置に存する。
【００１５】
また、前記混合孔縁Ｂは、ニードルノズルの開口中心Ｏから内角３６度の斜線Ｓ １ と前記ニードルノズルの先端縁Ａの延長上との交点をＭとし、同先端縁Ａを中心にＭ点の長さと等しくすべく同先端縁Ａから内角３０度に延びた斜線Ｓ ２ との交点をＮとし、これらＡ点、Ｍ点、Ｎ点で構成される扇形エリアの範囲内に位置せしめても良い。
【００２３】
また、前記ニードルノズルは、少なくとも出口側が内径１．２ｍｍに開放された液体流入孔と、先端径が１．６（±０．０３）ｍｍで５３．９４〜５４．７１度に傾斜したニードル部とを備え、かつ、同ニードル部の先端とノズルボディの混合孔とを０．３１３〜０．４４３（±０．００５）ｍｍ離間させるのが良い。
【００２４】
更に、前記ノズルボディは、内径８．６ｍｍ、底部Ｒ３．１９〜３．５の曲面状に凹設された第一次空気室と、該第一次空気室の接線四方向に延びて噴射軸線がノズルボディの外周面に対して５８．１１若しくは５８．３６度の角度で下方に傾斜する内径２ｍｍの空気導入孔と、最大直径１１．６３ｍｍ、Ｒ４．５の扁平球形を呈する第二次空気室と、両空気室を連通せしめる直径２．２２６（±０．０００１）ｍｍ、深さ０．３ｍｍの混合孔と、直径６ｍｍの縮径孔と該縮径孔から４５度に拡径する直径１１．６３〜１１．８９ｍｍのテーパ孔とからなる縮径部とを備えるのが良い。
【００２５】
このように構成される本発明の噴霧装置は、軸心方向に液体流入孔を有するニードルノズルと、該ニードルノズルの下流側に配設されるノズルボディと、ニードルノズルの軸心を中心に旋回流を発生せしめる空気導入孔と、同ニードルノズルの先端と空気室内に形成された混合孔とを備えてなる噴霧装置であって、前記空気導入孔は、ニードルノズルのニードル部と空気室内の底面との間に連通すべく同ニードルノズルの軸心に対して所定角度に傾斜し、同ニードル部の先端と前記混合孔との位置関係で液体の粒径を一定化せしめる微粒化機構を備えた噴霧装置において、前記微粒化機構は、前記ニードルノズルの先端側を許容すべく凹設された第一次空気室に前記混合孔を介して連通された空気溜め用の第二次空気室と、該第二次空気室の下流側に設けられた背圧の影響を防ぐための縮径部と、前記ニードルノズルの先端縁Ａを中心点として、その延長上のＣ点から外側に４５度のＢ点までの範囲内に開口縁 ( 以下、単に混合孔縁Ｂという ) を位置せしめた前記混合孔と、前記旋回流に対して空気噴射口を直交に臨ませるべく第一次空気室３ａ内を曲面状に成形してなる底部Ｒ面とを備えてなることによって、前記液体流入孔から滴下される液体には、剪断力の影響が加わりにくく、換言すれば、剪断した液体が旋回方向に（遠心力で）分散されない、所謂、液体を旋回流の中に閉じ込めた（集束）状態で衝突エネルギーを全て微量化に注げる他（省エネルギー効果の増大）、測定結果に示すように、剪断力のオーダーを一定化 ( コントロール ) し得ると共に、液体の表面張力をブレイクダウンすることが可能となり、流速、粘性が変わっても液体粒径が変わらないように、粒径を一定にコントロールし得ることとなる（粒径の一定化）。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る噴霧装置の第１実施例を図１を参照しながら説明する。図中１は、本発明に係る噴霧装置であり、この噴霧装置１は、ニードルノズル２と、該ニードルノズル２の下流側に配設されるノズルボディ３及び微粒化機構４とを備えている。
【００３１】
ニードルノズル２は、軸心方向に貫通された液体流入孔２ａと、先端側に行くに連れて次第に細くなるニードル部２ｂとを備えている。
【００３２】
液体流入孔２ａは、例えば、図２に示すように、上端側が１２０度に拡径（直径７ｍｍ）した大径部２ａ１ と、内径２ｍｍの中径部２ａ２ と、出口側に連通する内径１．２ｍｍの小径部２ａ３ とを備えている。
【００３３】
また、ニードル部２ｂは、前記液体流入孔２ａの小径部２ａ３ （内径１．２ｍｍ）を望ませるため、先端２ｃの径を１．６（±０．０３）ｍｍに形成してあり、先端角度θ１ を５３．９４度に表面処理している。
【００３４】
一方、ノズルボディ３は、図３に示すように、曲面状に凹設された第一次空気室３ａと、該第一次空気室３ａに混合孔３ｂを介して連通する空気溜め用の第二次空気室３ｃとを備えている。
【００３５】
第一次空気室３ａは、ニードルノズル２の先端２ｃ側を許容すべく凹設されており、底部中心に混合孔３ｂが開口されている。
【００３６】
混合孔３ｂは、両空気室を連通せしめるものであり、例えば、直径２．２２６±０．０００１ｍｍ、深さ０．３ｍｍに開口されており、前述したニードルノズル２の先端縁２ｃと協動して後述する微粒化機構を構成するものである。
【００３７】
第二次空気室３ｃ内には、背圧の影響を防ぐための縮径部３ｆが形成されている。この縮径部３ｆは、第二次空気室３ｃの直径の略１／２に相当する大きさの縮径孔３ｆ１ と、該縮径孔３ｆ１ から下方に向けて４５度に拡径するテーパ孔３ｆ２ とで形成されている。
【００３８】
因に、このノズルボディのサイズとしては、例えば第一次空気室３ａ：内径８．６ｍｍ、底部Ｒ３．１９若しくは３．５、混合孔３ｂ：直径２．２２６（±０．０００１）ｍｍ、深さ０．３ｍｍ、第二次空気室３ｃ：最大直径１１．６３ｍｍ、Ｒ４．５（扁平球形）、空気導入孔３ｄ：内径２ｍｍ、縮径孔３ｆ１ ：直径６ｍｍ、テーパ孔３ｆ１ ：直径１１．６３若しくは１１．８９ｍｍが好ましい。
【００３９】
また、ニードル部２ｂの先端２ｃとノズルボディ３の混合孔３ｂとの隙間Ｌ１
は、０〜０．３１３若しくは０．４４３（±０．００５）ｍｍが良い。
【００４０】
他方、第一次空気室３ａの接線方向には、４本の空気導入孔３ｄ、３ｄ…が形成されている。この空気導入孔３ｄ、３ｄ…は、図３(ａ)に示すように、第一次空気室３ａ内に連通すべく同室の接線方向に延びており、かつ、ニードルノズル２の軸心Ｘ１ −Ｘ１ に対して３０〜７０度（好ましくは４５度）の角度で下方に傾斜している。
【００４１】
換言すれば、この空気導入孔３ｄ、３ｄ…は、噴射軸線Ｘ２ −Ｘ２ がノズルボディの外周面３ｅに対して角度θ２ だけ傾斜せしめることにより、液体圧損のロスを少なくしている。この角度θ２ としては、例えば、５７〜５９度、好ましくは５８．１１度若しくは５８．３６度が良い。
【００４２】
また、空気導入孔３ｄ、３ｄ…は、外端の空気導入口３ｄ１ 側が第一次空気室３ａ内の底部Ｒ面３ａ１ に整合すべく開放され、内端の空気噴出口３ｄ２ 側がニードルノズル２ｄの軸心Ｘ１ −Ｘ１ を中心とする旋回流に対して直交に臨むべく開放させている。
【００４３】
更に、微粒化機構４は、ニードルノズル２ｂの先端２ｃの周縁と第二次空気室３ｃとの境に形成された混合孔３ｂの周縁との位置関係で、ニードルノズル２ｂの軸心Ｘ１ −Ｘ１ を中心とする旋回流に対して（側面より）空気噴出口３ｄ２ を直交状態すべく臨ませることにより、液体粒径を一定になすものである。
【００４４】
すなわち、この微粒化機構４は、例えば、図４に示すように、ニードルノズル２ｂの先端縁Ａを中心点として、その延長上のＣ点（図５参照）から外側に４５度のＢ点までの範囲内に混合孔３ｂの周縁を位置せしめると共に、前記旋回流に対して空気噴出口３ｄ２ を直交に臨ませるべく第一次空気室３ａ内の底部を曲面（底部Ｒ面３ａ１ ）に成形している。
【００４５】
また、混合孔３ｂの周縁位置としては、斯かるＢ及びＣ点に限定されるものではなく、図８に示すように、ニードルノズル２ｂの中心Ｏから内角３６度の斜線Ｓ１ と先端縁Ａの延長上との交点をＭとし（以下、単にＭ点という）、ニードルノズル２ｂの先端縁Ａを中心にＭ点の長さで円弧を描き同先端縁Ａから内角３０度の斜線Ｓ２ との交点をＮとし（以下、単にＮ点という）、このＡ点、Ｍ点、Ｎ点で構成される扇形エリアの範囲内にすれば、Ｂ及びＣ点と同様、液体粒径の一定化が期待でき、後述する測定結果の如く小さな差圧でも５ミクロン（少なくとも１０ミクロン以下）のマイクロフォグを生成することができる。
【００４６】
因に、このＮ点は、ノズル中心から１２．５度の斜線Ｓ３ 上に位置するものであり、ノズル先端径面積の１．９倍、Ｃ点面積の１．７３倍、Ｂ点面積の１．４４５倍になるものである。
【００４７】
このように構成される本実施例の噴霧装置は、液体流入孔２ａから滴下される液体には剪断力の影響が加わりにくく、換言すれば、剪断した液体が旋回方向に（遠心力で）分散されない、所謂、液体を旋回流の中に閉じ込めた（集束）状態で衝突エネルギーを全て微量化に注ぐべく絞り出されるため（省エネルギー効果が大）、液体粒径を一定になすことができ、その結果、小さな差圧でも油霧の生成（微粒化）が可能になり、流速を変えても粒径が変わらず、粘性を変えても粒径が変わらないなど、表面張力をブレイクダウンすることができる微粒化機構を提供できるものであり、最少の油霧を無駄なく被給油対象に噴霧できるなど、省エネ化が図られ、ＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行えるなど、省圧縮空気量に伴うノズルの小径化に対応できるのである。
【００４８】
次に、本発明に係る噴霧装置の第２実施例を図６〜図７を参照しながら説明する。尚、理解を容易にするため、前述した第１実施例と同一部分は同一符号で示し、構成の異なる処のみを新たな番号を付して以下に説明する。
【００４９】
ニードルノズル２は、第１実施例と同じく先端側に行くに連れて次第に細くなるニードル部２ｂを備えており（角度θ３ ：５４．７１度）、その先端２ｃに放射状に液体を噴出する４孔の噴射孔２ｄ、２ｄ…が形成されている（以下、単に４孔ノズル弁と云う）。
【００５０】
噴射孔２ｄ、２ｄ…は、例えば、内径０．３ｍｍで、噴射軸線Ｘ３ −Ｘ３ がニードルノズル２ｂの軸心Ｘ１ −Ｘ１ に対して角度θ４ だけ傾斜させている。この角度θ４ としては、例えば、３０度が好ましい。
【００５１】
尚、本発明の噴霧装置は、本実施例に限定されることなく、本発明の目的の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、本発明はそれらの全てを包摂するものである。例えば、本実施例では、工作機械におけるＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの噴霧装置について言及しているが、これに限定されることなく、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、液体燃焼装置、塗布装置、その他、差圧を利用して流体を噴霧させる全ての装置、機関に応用できるものであり、本発明はこれらの全てを包摂するものである。
【００５２】
また、本発明の噴霧装置における▲１▼差圧と霧化率との関係及び▲２▼粒度分布の測定結果を図９乃至図１０に示す。尚、本測定においてＢタイプとは混合孔３ｂの周縁がＢ点となるノズル弁（本発明品１：第１実施例）、Ｃタイプとは混合孔３ｂの周縁がＣ点となるノズル弁（本発明品２：第２実施例）、Ｊタイプとは従来のノズル弁（従来品）を示すものであり、測定条件及び測定結果は下述のとおりである。
【００５３】
［測定条件］
マニホールド圧力：０．１ＭＰａ
オリフィス径：φ３．８
消費空気流量（計算値）：２５８Ｌ／ｍｉｎ
滴下頻度：１０ｓｈｏｔ／ｍｉｎ
使用油：ダフニースーパーマルチＶＧ３２潤滑油（DN.ミストマルチMU32)
（屈折率:１．４７６６、比重：０．８６４１［g/cm３ ］）
【００５４】
［測定結果］
従来品（Ｊタイプ）では、表１及び図９〜図１０に示すように、差圧０．１（ＭＰａ）では１０％の霧化率であったのが、同差圧で４０％以上の霧化率、すなわち４倍の効果を上げることができ、また、空気量も１／１０で従来品と同じ性能を示すなど優れた結果を上げることができた。また、本発明品の粒度分布測定の結果を図１０に示す。いずれも粒径分布が変わらず、粒径を一定にコントロールしている。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成され、液体流入孔から滴下される液体には剪断力の影響が加わりにくく、換言すれば、剪断した液体が旋回方向に遠心力で分散されない、所謂、液体を旋回流の中に閉じ込めた（集束）状態で衝突エネルギーを全て微量化に注ぐべく絞り出される結果（省エネルギー効果が大）、液体粒径を一定になすことができ、小さな差圧でも５ミクロン（少なくとも１０ミクロン以下）のマイクロフォグを生成することができるといった効果を奏する。
【００５８】
特に、従来品では、差圧０．１（ＭＰａ）では１０％の霧化率であったのが、同差圧で４０％以上の霧化率すなわち４倍の効果を上げることができ、また、偏心の歩留率（バラツキ）６０％（従来）だったものが、本発明では３．２％に減少し、空気量も１／１０で従来品と同じ性能を示すなどの優れた効果を奏するものである。
【００５９】
また、本発明では、非常に小さな差圧でも油の霧化が可能になるため、従来、用いていたダミーエア流が不要になる等、省エネルギー効果が大きく期待でき、更には、ダミーエア流が不要になることで、環境にも配慮した潤滑機器の提供が可能になるといった効果をも奏するものである。
【００６０】
しかも、噴霧潤滑として、軸受の潤滑ではスピンドルの高速化に対応し、マニホールド圧力の高圧化が進んでおり、従来では差圧が必要なために、より高い一次圧が必要とされていたが、本発明ではマニホルド圧に近い一次圧で良く、ここでも省エネ・環境を配慮した油霧発生器を提供でき、延いては、差圧が小さくても霧化できることから、一次圧自体を低圧供給しての油霧発生も可能になる。
【００６１】
このように本発明は、流速や粘性を変えても粒径が変わらないなど、表面張力をブレイクダウンすることができる微粒化機構を提供でき、最少の油霧を無駄なく被給油対象に噴霧できるなど、省エネ化が図られ、ＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行えるなど、省圧縮空気量に伴うノズルの小径化に対応できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る噴霧装置の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】図２(ａ)は本実施例で使用するニードルノズルの平面図、図２(ｂ)は同縦断面図である。
【図３】図３(ａ)は本実施例で使用するノズルボディの平面図、図３(ｂ)は同縦断面図である。
【図４】本発明に係る噴霧装置の微粒化機構を示す説明図である。
【図５】本発明に係る噴霧装置の微粒化機構をを示す説明図である。
【図６】本発明に係る噴霧装置の第２実施例を示す縦断面図である。
【図７】図７(ａ)は本実施例で使用するニードルノズルの平面図、図７(ｂ)は同縦断面図、図７(ｃ)はニードル部の拡大図である。
【図８】本発明に係る微粒化機構の許容領域を示す説明図である。
【図９】本発明に係る噴霧装置と従来品の差圧と霧化率との関係を示す折れ線グラフで
ある。
【図１０】本発明に係る噴霧装置の粒度分布測定の結果を示す表及び折れ線グラフである
。
１ 噴霧装置
２ ニードルノズル
２ａ 液体流入孔
２ａ１ 大径部
２ａ２ 中径部
２ａ３ 小径部
２ｂ ニードル部
２ｃ 先端
２ｄ 噴射孔
３ ノズルボディ
３ａ 第一次空気室
３ａ１ 底部Ｒ面
３ｂ 混合孔
３ｃ 第二次空気室
３ｄ 空気導入孔
３ｄ１ 空気導入口
３ｄ２ 空気噴射口
３ｅ 外周面
３ｆ 縮径部
３ｆ１ 縮径孔
３ｆ２ テーパ孔
４ 微粒化機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行える噴霧装置に関し、更に詳しくは、従来必要としていた一次圧・マニホルド圧（二次圧）間の差圧が著しく小さくても１０μｍ以下のフォグ（以下、単にマイクロフォグという）を生成できる有用な噴霧装置に存する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械における加工は、切削液を垂れ流す方法で、加工時の発生熱、切粉の除去を行って来た。近年、切削廃液の処理、切粉のリサイクルのための脱脂等の環境問題が浮上し、工作機械においてもＭＱＬ（最少油量潤滑）化が急速に進んでいる。
【０００３】
従来、斯かる工作機械に使用される噴霧装置としては、例えば、油を霧化させるために圧縮空気の流れを利用した所謂ベンチュリ機構を使用したものが従来例として周知である。この従来の噴霧装置は、上から滴下する油に対して、径方向に形成された空気入口からの圧縮空気を狭いベンチュリ管路を通過させることにより、更に流速を強めて生じる負圧を利用し、油と圧縮空気の混合を促進させてフォグを生成させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の噴霧装置にあっては、圧縮空気の流れが速いほど油を霧化させる能力が大きくなるものの、ベンチュリ管路で良好な噴霧を達成するために必要最低限な圧縮空気量を保持することが必要であり、省圧縮空気量を目的として被給油対象に設置するノズルの小径化ができないといった問題が出てきている。
【０００５】
特に、セミドライ加工に使用される装置では、ＯＵＴ側に小形の工作機械、例えば、小径のドリルや刃具を使用することがあるが、非常に小径であるため、従来の噴霧装置では、例えば５μｍ（少なくとも１０μｍ）以下のマイクロフォグを供給することは極めて困難になっている。
【０００６】
また、刃具が小さい場合、ＭＱＬセミドライ加工のための空気（油霧）通路の穴加工が小さく、刃具で消費される小さな空気量では、差圧の発生があまり期待できず、流量を増やすため、ダミーエア流を作りエアを大気に放出して差圧を確保しなければならないなどの問題を有する。
【０００７】
換言すれば、工作機械の加工点に噴射するためのフォグの生成は、連続的なフォグ発生のための差圧を必要とし、加工点へ噴霧するためのノズル径の合計は、差圧を維持するための大きさが必要とされている。
【０００８】
而して、加工のためのノズル数は基本的に多くはなく、ドリル加工などでは、穴付きドリルの貫通穴が頗る小径であるため、通過空気量が極めて少なく、フォグ発生に必要な差圧を維持することは極めて困難な状況にあり、また、必要以上の通過空気量を消費させてフォグ発生のために必要な差圧を作らざるを得ない状況にあることが、省エネルギーの観点から問題があり、強いては対環境負荷を大きくしている。
【０００９】
また、ＭＱＬセミドライ加工では、空冷効果・切粉飛ばしに、より高圧な空気を要求しているが、フォグ生成のための差圧が必要で、供給圧に対し二次圧（マニホルド圧）を下げざるを得ず、空冷効果・切粉飛ばし効果が低滅してしまうといった問題をも有する。
【００１０】
更に、現状のベンチュリ機構を小形にすることで、圧縮空気を少なくする方法が考えられるが、圧縮空気量を絞ると、▲１▼フォグの霧化量を減少させ、正規のフォグ量が確保できないこと、▲２▼圧縮空気の通路を絞ることになり、圧縮空気内に含まれる不純物によって空気通路が詰まる可能性が大きくなる等の問題を生じてしまう。
【００１１】
これらの問題点は、圧縮空気の流速を強めるほど油の霧化能力を高めるベンチュリ機構を採用していることに起因するものであり、必然的に圧縮空気の流量変化に影響してしまうものである。
【００１２】
本発明者は、これらの問題点に着目して鋭意研究を行った結果、ニードルノズルの軸心を中心とする旋回流で、空気の当たる面積、強さ、方向等をコントロールすることで、換言すれば、圧縮空気の流量変化に影響されることなく、前記旋回流との衝突エネルギーで剪断力のオーダーを一定化（コントロール）することで、流速や粘性が変わっても液体粒径が変わらず、小さな差圧でも５μｍ（少なくとも１０μｍ）以下のマイクロフォグを生成できる噴霧装置を案出することができたのである。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、従来必要としていた一次圧・マニホルド圧（二次圧）間の差圧が著しく小さくても５μｍ（少なくとも１０μｍ）以下のマイクロフォグを生成でき、ＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行えるなど、省圧縮空気量に伴うノズルの小径化等にも対応できる有用な噴霧装置の提供を目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題点を解決し、所期の目的を達成するため本発明の要旨とする構成は、軸心方向に液体流入孔を有するニードルノズルと、該ニードルノズルの下流側に配設されるノズルボディと、ニードルノズルの軸心を中心に旋回流を発生せしめる空気導入孔と、同ニードルノズルの先端と空気室内に形成された混合孔とを備えてなる噴霧装置であって、前記空気導入孔は、ニードルノズルのニードル部と空気室内の底面との間に連通すべく同ニードルノズルの軸心に対して所定角度に傾斜し、同ニードル部の先端と前記混合孔との位置関係で液体の粒径を一定化せしめる微粒化機構を備えた噴霧装置において、
前記微粒化機構は、前記ニードルノズルの先端側を許容すべく凹設された第一次空気室に前記混合孔を介して連通された空気溜め用の第二次空気室と、該第二次空気室の下流側に設けられた背圧の影響を防ぐための縮径部と、前記ニードルノズルの先端縁Ａを中心点として、その延長上のＣ点から外側に４５度のＢ点までの範囲内に開口縁 ( 以下、単に混合孔縁Ｂという ) を位置せしめた前記混合孔と、前記旋回流に対して空気噴射口を直交に臨ませるべく第一次空気室３ａ内を曲面状に成形してなる底部Ｒ面とを備えてなる噴霧装置に存する。
【００１５】
また、前記混合孔縁Ｂは、ニードルノズルの開口中心Ｏから内角３６度の斜線Ｓ １ と前記ニードルノズルの先端縁Ａの延長上との交点をＭとし、同先端縁Ａを中心にＭ点の長さと等しくすべく同先端縁Ａから内角３０度に延びた斜線Ｓ ２ との交点をＮとし、これらＡ点、Ｍ点、Ｎ点で構成される扇形エリアの範囲内に位置せしめても良い。
【００２３】
また、前記ニードルノズルは、少なくとも出口側が内径１．２ｍｍに開放された液体流入孔と、先端径が１．６（±０．０３）ｍｍで５３．９４〜５４．７１度に傾斜したニードル部とを備え、かつ、同ニードル部の先端とノズルボディの混合孔とを０．３１３〜０．４４３（±０．００５）ｍｍ離間させるのが良い。
【００２４】
更に、前記ノズルボディは、内径８．６ｍｍ、底部Ｒ３．１９〜３．５の曲面状に凹設された第一次空気室と、該第一次空気室の接線四方向に延びて噴射軸線がノズルボディの外周面に対して５８．１１若しくは５８．３６度の角度で下方に傾斜する内径２ｍｍの空気導入孔と、最大直径１１．６３ｍｍ、Ｒ４．５の扁平球形を呈する第二次空気室と、両空気室を連通せしめる直径２．２２６（±０．０００１）ｍｍ、深さ０．３ｍｍの混合孔と、直径６ｍｍの縮径孔と該縮径孔から４５度に拡径する直径１１．６３〜１１．８９ｍｍのテーパ孔とからなる縮径部とを備えるのが良い。
【００２５】
このように構成される本発明の噴霧装置は、軸心方向に液体流入孔を有するニードルノズルと、該ニードルノズルの下流側に配設されるノズルボディと、ニードルノズルの軸心を中心に旋回流を発生せしめる空気導入孔と、同ニードルノズルの先端と空気室内に形成された混合孔とを備えてなる噴霧装置であって、前記空気導入孔は、ニードルノズルのニードル部と空気室内の底面との間に連通すべく同ニードルノズルの軸心に対して所定角度に傾斜し、同ニードル部の先端と前記混合孔との位置関係で液体の粒径を一定化せしめる微粒化機構を備えた噴霧装置において、前記微粒化機構は、前記ニードルノズルの先端側を許容すべく凹設された第一次空気室に前記混合孔を介して連通された空気溜め用の第二次空気室と、該第二次空気室の下流側に設けられた背圧の影響を防ぐための縮径部と、前記ニードルノズルの先端縁Ａを中心点として、その延長上のＣ点から外側に４５度のＢ点までの範囲内に開口縁 ( 以下、単に混合孔縁Ｂという ) を位置せしめた前記混合孔と、前記旋回流に対して空気噴射口を直交に臨ませるべく第一次空気室３ａ内を曲面状に成形してなる底部Ｒ面とを備えてなることによって、前記液体流入孔から滴下される液体には、剪断力の影響が加わりにくく、換言すれば、剪断した液体が旋回方向に（遠心力で）分散されない、所謂、液体を旋回流の中に閉じ込めた（集束）状態で衝突エネルギーを全て微量化に注げる他（省エネルギー効果の増大）、測定結果に示すように、剪断力のオーダーを一定化 ( コントロール ) し得ると共に、液体の表面張力をブレイクダウンすることが可能となり、流速、粘性が変わっても液体粒径が変わらないように、粒径を一定にコントロールし得ることとなる（粒径の一定化）。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る噴霧装置の第１実施例を図１を参照しながら説明する。図中１は、本発明に係る噴霧装置であり、この噴霧装置１は、ニードルノズル２と、該ニードルノズル２の下流側に配設されるノズルボディ３及び微粒化機構４とを備えている。
【００３１】
ニードルノズル２は、軸心方向に貫通された液体流入孔２ａと、先端側に行くに連れて次第に細くなるニードル部２ｂとを備えている。
【００３２】
液体流入孔２ａは、例えば、図２に示すように、上端側が１２０度に拡径（直径７ｍｍ）した大径部２ａ１ と、内径２ｍｍの中径部２ａ２ と、出口側に連通する内径１．２ｍｍの小径部２ａ３ とを備えている。
【００３３】
また、ニードル部２ｂは、前記液体流入孔２ａの小径部２ａ３ （内径１．２ｍｍ）を望ませるため、先端２ｃの径を１．６（±０．０３）ｍｍに形成してあり、先端角度θ１ を５３．９４度に表面処理している。
【００３４】
一方、ノズルボディ３は、図３に示すように、曲面状に凹設された第一次空気室３ａと、該第一次空気室３ａに混合孔３ｂを介して連通する空気溜め用の第二次空気室３ｃとを備えている。
【００３５】
第一次空気室３ａは、ニードルノズル２の先端２ｃ側を許容すべく凹設されており、底部中心に混合孔３ｂが開口されている。
【００３６】
混合孔３ｂは、両空気室を連通せしめるものであり、例えば、直径２．２２６±０．０００１ｍｍ、深さ０．３ｍｍに開口されており、前述したニードルノズル２の先端縁２ｃと協動して後述する微粒化機構を構成するものである。
【００３７】
第二次空気室３ｃ内には、背圧の影響を防ぐための縮径部３ｆが形成されている。この縮径部３ｆは、第二次空気室３ｃの直径の略１／２に相当する大きさの縮径孔３ｆ１ と、該縮径孔３ｆ１ から下方に向けて４５度に拡径するテーパ孔３ｆ２ とで形成されている。
【００３８】
因に、このノズルボディのサイズとしては、例えば第一次空気室３ａ：内径８．６ｍｍ、底部Ｒ３．１９若しくは３．５、混合孔３ｂ：直径２．２２６（±０．０００１）ｍｍ、深さ０．３ｍｍ、第二次空気室３ｃ：最大直径１１．６３ｍｍ、Ｒ４．５（扁平球形）、空気導入孔３ｄ：内径２ｍｍ、縮径孔３ｆ１ ：直径６ｍｍ、テーパ孔３ｆ１ ：直径１１．６３若しくは１１．８９ｍｍが好ましい。
【００３９】
また、ニードル部２ｂの先端２ｃとノズルボディ３の混合孔３ｂとの隙間Ｌ１
は、０〜０．３１３若しくは０．４４３（±０．００５）ｍｍが良い。
【００４０】
他方、第一次空気室３ａの接線方向には、４本の空気導入孔３ｄ、３ｄ…が形成されている。この空気導入孔３ｄ、３ｄ…は、図３(ａ)に示すように、第一次空気室３ａ内に連通すべく同室の接線方向に延びており、かつ、ニードルノズル２の軸心Ｘ１ −Ｘ１ に対して３０〜７０度（好ましくは４５度）の角度で下方に傾斜している。
【００４１】
換言すれば、この空気導入孔３ｄ、３ｄ…は、噴射軸線Ｘ２ −Ｘ２ がノズルボディの外周面３ｅに対して角度θ２ だけ傾斜せしめることにより、液体圧損のロスを少なくしている。この角度θ２ としては、例えば、５７〜５９度、好ましくは５８．１１度若しくは５８．３６度が良い。
【００４２】
また、空気導入孔３ｄ、３ｄ…は、外端の空気導入口３ｄ１ 側が第一次空気室３ａ内の底部Ｒ面３ａ１ に整合すべく開放され、内端の空気噴出口３ｄ２ 側がニードルノズル２ｄの軸心Ｘ１ −Ｘ１ を中心とする旋回流に対して直交に臨むべく開放させている。
【００４３】
更に、微粒化機構４は、ニードルノズル２ｂの先端２ｃの周縁と第二次空気室３ｃとの境に形成された混合孔３ｂの周縁との位置関係で、ニードルノズル２ｂの軸心Ｘ１ −Ｘ１ を中心とする旋回流に対して（側面より）空気噴出口３ｄ２ を直交状態すべく臨ませることにより、液体粒径を一定になすものである。
【００４４】
すなわち、この微粒化機構４は、例えば、図４に示すように、ニードルノズル２ｂの先端縁Ａを中心点として、その延長上のＣ点（図５参照）から外側に４５度のＢ点までの範囲内に混合孔３ｂの周縁を位置せしめると共に、前記旋回流に対して空気噴出口３ｄ２ を直交に臨ませるべく第一次空気室３ａ内の底部を曲面（底部Ｒ面３ａ１ ）に成形している。
【００４５】
また、混合孔３ｂの周縁位置としては、斯かるＢ及びＣ点に限定されるものではなく、図８に示すように、ニードルノズル２ｂの中心Ｏから内角３６度の斜線Ｓ１ と先端縁Ａの延長上との交点をＭとし（以下、単にＭ点という）、ニードルノズル２ｂの先端縁Ａを中心にＭ点の長さで円弧を描き同先端縁Ａから内角３０度の斜線Ｓ２ との交点をＮとし（以下、単にＮ点という）、このＡ点、Ｍ点、Ｎ点で構成される扇形エリアの範囲内にすれば、Ｂ及びＣ点と同様、液体粒径の一定化が期待でき、後述する測定結果の如く小さな差圧でも５ミクロン（少なくとも１０ミクロン以下）のマイクロフォグを生成することができる。
【００４６】
因に、このＮ点は、ノズル中心から１２．５度の斜線Ｓ３ 上に位置するものであり、ノズル先端径面積の１．９倍、Ｃ点面積の１．７３倍、Ｂ点面積の１．４４５倍になるものである。
【００４７】
このように構成される本実施例の噴霧装置は、液体流入孔２ａから滴下される液体には剪断力の影響が加わりにくく、換言すれば、剪断した液体が旋回方向に（遠心力で）分散されない、所謂、液体を旋回流の中に閉じ込めた（集束）状態で衝突エネルギーを全て微量化に注ぐべく絞り出されるため（省エネルギー効果が大）、液体粒径を一定になすことができ、その結果、小さな差圧でも油霧の生成（微粒化）が可能になり、流速を変えても粒径が変わらず、粘性を変えても粒径が変わらないなど、表面張力をブレイクダウンすることができる微粒化機構を提供できるものであり、最少の油霧を無駄なく被給油対象に噴霧できるなど、省エネ化が図られ、ＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行えるなど、省圧縮空気量に伴うノズルの小径化に対応できるのである。
【００４８】
次に、本発明に係る噴霧装置の第２実施例を図６〜図７を参照しながら説明する。尚、理解を容易にするため、前述した第１実施例と同一部分は同一符号で示し、構成の異なる処のみを新たな番号を付して以下に説明する。
【００４９】
ニードルノズル２は、第１実施例と同じく先端側に行くに連れて次第に細くなるニードル部２ｂを備えており（角度θ３ ：５４．７１度）、その先端２ｃに放射状に液体を噴出する４孔の噴射孔２ｄ、２ｄ…が形成されている（以下、単に４孔ノズル弁と云う）。
【００５０】
噴射孔２ｄ、２ｄ…は、例えば、内径０．３ｍｍで、噴射軸線Ｘ３ −Ｘ３ がニードルノズル２ｂの軸心Ｘ１ −Ｘ１ に対して角度θ４ だけ傾斜させている。この角度θ４ としては、例えば、３０度が好ましい。
【００５１】
尚、本発明の噴霧装置は、本実施例に限定されることなく、本発明の目的の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、本発明はそれらの全てを包摂するものである。例えば、本実施例では、工作機械におけるＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの噴霧装置について言及しているが、これに限定されることなく、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、液体燃焼装置、塗布装置、その他、差圧を利用して流体を噴霧させる全ての装置、機関に応用できるものであり、本発明はこれらの全てを包摂するものである。
【００５２】
また、本発明の噴霧装置における▲１▼差圧と霧化率との関係及び▲２▼粒度分布の測定結果を図９乃至図１０に示す。尚、本測定においてＢタイプとは混合孔３ｂの周縁がＢ点となるノズル弁（本発明品１：第１実施例）、Ｃタイプとは混合孔３ｂの周縁がＣ点となるノズル弁（本発明品２：第２実施例）、Ｊタイプとは従来のノズル弁（従来品）を示すものであり、測定条件及び測定結果は下述のとおりである。
【００５３】
［測定条件］
マニホールド圧力：０．１ＭＰａ
オリフィス径：φ３．８
消費空気流量（計算値）：２５８Ｌ／ｍｉｎ
滴下頻度：１０ｓｈｏｔ／ｍｉｎ
使用油：ダフニースーパーマルチＶＧ３２潤滑油（DN.ミストマルチMU32)
（屈折率:１．４７６６、比重：０．８６４１［g/cm３ ］）
【００５４】
［測定結果］
従来品（Ｊタイプ）では、表１及び図９〜図１０に示すように、差圧０．１（ＭＰａ）では１０％の霧化率であったのが、同差圧で４０％以上の霧化率、すなわち４倍の効果を上げることができ、また、空気量も１／１０で従来品と同じ性能を示すなど優れた結果を上げることができた。また、本発明品の粒度分布測定の結果を図１０に示す。いずれも粒径分布が変わらず、粒径を一定にコントロールしている。
【００５５】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成され、液体流入孔から滴下される液体には剪断力の影響が加わりにくく、換言すれば、剪断した液体が旋回方向に遠心力で分散されない、所謂、液体を旋回流の中に閉じ込めた（集束）状態で衝突エネルギーを全て微量化に注ぐべく絞り出される結果（省エネルギー効果が大）、液体粒径を一定になすことができ、小さな差圧でも５ミクロン（少なくとも１０ミクロン以下）のマイクロフォグを生成することができるといった効果を奏する。
【００５８】
特に、従来品では、差圧０．１（ＭＰａ）では１０％の霧化率であったのが、同差圧で４０％以上の霧化率すなわち４倍の効果を上げることができ、また、偏心の歩留率（バラツキ）６０％（従来）だったものが、本発明では３．２％に減少し、空気量も１／１０で従来品と同じ性能を示すなどの優れた効果を奏するものである。
【００５９】
また、本発明では、非常に小さな差圧でも油の霧化が可能になるため、従来、用いていたダミーエア流が不要になる等、省エネルギー効果が大きく期待でき、更には、ダミーエア流が不要になることで、環境にも配慮した潤滑機器の提供が可能になるといった効果をも奏するものである。
【００６０】
しかも、噴霧潤滑として、軸受の潤滑ではスピンドルの高速化に対応し、マニホールド圧力の高圧化が進んでおり、従来では差圧が必要なために、より高い一次圧が必要とされていたが、本発明ではマニホルド圧に近い一次圧で良く、ここでも省エネ・環境を配慮した油霧発生器を提供でき、延いては、差圧が小さくても霧化できることから、一次圧自体を低圧供給しての油霧発生も可能になる。
【００６１】
このように本発明は、流速や粘性を変えても粒径が変わらないなど、表面張力をブレイクダウンすることができる微粒化機構を提供でき、最少の油霧を無駄なく被給油対象に噴霧できるなど、省エネ化が図られ、ＭＱＬ（最少油量潤滑）セミドライ加工に最適な微量オイルの潤滑が行えるなど、省圧縮空気量に伴うノズルの小径化に対応できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る噴霧装置の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】図２(ａ)は本実施例で使用するニードルノズルの平面図、図２(ｂ)は同縦断面図である。
【図３】図３(ａ)は本実施例で使用するノズルボディの平面図、図３(ｂ)は同縦断面図である。
【図４】本発明に係る噴霧装置の微粒化機構を示す説明図である。
【図５】本発明に係る噴霧装置の微粒化機構をを示す説明図である。
【図６】本発明に係る噴霧装置の第２実施例を示す縦断面図である。
【図７】図７(ａ)は本実施例で使用するニードルノズルの平面図、図７(ｂ)は同縦断面図、図７(ｃ)はニードル部の拡大図である。
【図８】本発明に係る微粒化機構の許容領域を示す説明図である。
【図９】本発明に係る噴霧装置と従来品の差圧と霧化率との関係を示す折れ線グラフで
ある。
【図１０】本発明に係る噴霧装置の粒度分布測定の結果を示す表及び折れ線グラフである
。
１ 噴霧装置
２ ニードルノズル
２ａ 液体流入孔
２ａ１ 大径部
２ａ２ 中径部
２ａ３ 小径部
２ｂ ニードル部
２ｃ 先端
２ｄ 噴射孔
３ ノズルボディ
３ａ 第一次空気室
３ａ１ 底部Ｒ面
３ｂ 混合孔
３ｃ 第二次空気室
３ｄ 空気導入孔
３ｄ１ 空気導入口
３ｄ２ 空気噴射口
３ｅ 外周面
３ｆ 縮径部
３ｆ１ 縮径孔
３ｆ２ テーパ孔
４ 微粒化機構
Claims (2)
- 軸心方向に液体流入孔を有するニードルノズルと、該ニードルノズルの下流側に配設されるノズルボディと、ニードルノズルの軸心を中心に旋回流を発生せしめる空気導入孔と、同ニードルノズルの先端と空気室内に形成された混合孔とを備えてなる噴霧装置であって、前記空気導入孔は、ニードルノズルのニードル部と空気室内の底面との間に連通すべく同ニードルノズルの軸心に対して所定角度に傾斜し、同ニードル部の先端と前記混合孔との位置関係で液体の粒径を一定化せしめる微粒化機構を備えた噴霧装置において、
前記微粒化機構は、前記ニードルノズルの先端側を許容すべく凹設された第一次空気室に前記混合孔を介して連通された空気溜め用の第二次空気室と、該第二次空気室の下流側に設けられた背圧の影響を防ぐための縮径部と、前記ニードルノズルの先端縁Ａを中心点として、その延長上のＣ点から外側に４５度のＢ点までの範囲内に開口縁 ( 以下、単に混合孔縁Ｂという ) を位置せしめた前記混合孔と、前記旋回流に対して空気噴射口を直交に臨ませるべく第一次空気室３ａ内を曲面状に成形してなる底部Ｒ面とを備えてなることを特徴とする噴霧装置。 - 前記混合孔縁Ｂは、ニードルノズルの開口中心Ｏから内角３６度の斜線Ｓ １ と前記ニードルノズルの先端縁Ａの延長上との交点をＭとし、同先端縁Ａを中心にＭ点の長さと等しくすべく同先端縁Ａから内角３０度に延びた斜線Ｓ ２ との交点をＮとし、これらＡ点、Ｍ点、Ｎ点で構成される扇形エリアの範囲内に位置することを特徴とする請求項１に記載の噴霧装置。
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