JP4553115B2 - ミスト発生装置 - Google Patents

Description

この発明は、セミドライ加工などに用いられるオイルミストなどのミストを発生させるミスト発生装置に関する。

セミドライ加工は、加工点に微粒子化したオイルミストを圧縮エアと共に噴射して加工点の潤滑ならびに冷却を行う加工方法である。ミストの生成方法として、潤滑油装置内で霧吹き構造によりミストを生成させてエアの流れと共に配管内部を搬送しノズルから噴射する方法（特許文献１参照）や、潤滑油装置からエアと潤滑油を別回路でノズルまで供給して、ノズル近傍のミキシング装置で両者を混合しミストを生成する方法（特許文献２参照）が知られている。

両者の内では、後者の方が簡便な方法である。その構造を図７（ａ）に基づいて簡易に説明すると、ノズル１００の近傍で特殊マニホールド１０１を用いて２重管を形成し、内周管１０１ａに少量ずつ潤滑油を流し外周管１０１ｂにエアを流す。これにより潤滑油配管端面に吐出した油滴が外周を流れるエアにより内周管１０１ａから分離して、エアにより粉砕されてミスト状になってノズル１００から吐出され加工点に運ばれる。
特開２００１−８２６８５号公報 特開２０００−１２６９８２号公報

しかし、上記した背景技術の内、潤滑油装置内部であらかじめミストを生成させる方法は、搬送する配管が長くなるとミストが配管内面に付着してしまい加工点までミストを搬送できない問題点がある。
また、２重管によるノズル近傍でミストを生成させる方法においては、図７（ｂ）に示すように管から吐出される油滴１１０が大きく、小径で直径の揃ったミストを安定して供給する事が難しい。特に油滴をミスト化した直後に加工点がある場合が多いので噴射ムラが多くなりやすく、大きな油滴が噴霧された部分と小径の油滴が噴霧された部分で加工状態が異なって、場合によっては加工品質に差が出てしまうという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、微小な油滴が含まれるミストを安定して供給することができるミスト発生装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のミスト発生装置のうち、請求項１記載の発明は、気体流に液滴が微細に混入したミストを発生させるミスト発生装置において、内部に気体流路を備えるノズルと、該ノズルの内周面に設けられた筒状の多孔質液流出部と、該ノズル外周を覆うように該ノズルの外周に設けられた液滴用流体供給ジャケットとを有し、前記液滴用流体供給ジャケットには、外部から供給される液滴用流体を前記多孔質液流出部に供給する液滴用流体供給路を有し、前記多孔質液流出部には、前記液滴用流体供給ジャケットから供給される液滴用流体が流出する液流出表面を有しており、前記多孔質液流出部の液流出表面に対し、前記気体流路を通して前記気体流を吹き付けて流出液を液滴化し、該液滴を前記気体流に混入させる気体吹き付け手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載のミスト発生装置の発明は、請求項１記載の発明において、前記液滴用流体供給路は、前記液滴用流体供給ジャケットの外周面に開口して設けられて外部から液滴用流体が供給される液滴用流体供給穴と、前記液滴用流体供給ジャケットの内周面に設けられて前記液滴用流体供給穴と連通し、かつ前記多孔質液流出部の外周面に露出する環状の液滴用流体供給溝とから構成されることを特徴とする。

請求項３記載のミスト発生装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記多孔質液流出部と、前記気体流路とが軸方向に沿って同軸状に配置され、前記多孔質液流出部の液流出表面が軸方向に沿って前記気体流路に露出していることを特徴とする。

請求項４記載のミスト発生装置の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記気体流路には、前記液流出表面の上流側または該液流出表面側もしくは前記上流側から液流出表面側に掛けて前記気体流の流速を高める絞り部を有することを特徴とする。

請求項５記載のミスト発生装置の発明は、請求項４記載の発明において、前記多孔質液流出部は、前記絞り部を支持する支持部材を兼ねていることを特徴とする。

すなわち本発明によれば、液滴用流体供給路を通して供給される液滴用流体が多孔質液流出部の多孔を通して液流出表面に流出して微小液滴や液膜を形成する。また前記多孔が十分な密度で形成されていると、液流出表面に流出した微小液滴は隣接する穴から流出した微小液滴と結合し、これが液流出表面の広い範囲で起こることにより、液流出表面に薄い液膜が形成される。

上記流出液は、気体流に巻き込まれて、微小液滴のまま、またはさらに液滴が分割されて微小化されてエアに混入される。これにより粒径の大きな液滴が発生することなく安定したミストが得られる。また気体流への液滴への巻き込みを確実にするためには気体流の速度を大きくするのが望ましい。また液滴をより微小化するために、気体流の速度を大きくして液滴に対する剪断力を高めることも可能である。気体流の速度の増大は、前記するように気体流路に設けられる絞り部によって達成される。また、気体流路を絞ることで気体流が多孔質液流出部に接触しやすくなる作用もある。

なお、多孔質液流出部と気体流が移動する気体流路とは同軸状に配置して、周面状の液流出表面に沿って気体流を移動させることでより安定したミスト発生が可能になる。多孔質液流出部と気体流路とはそれぞれ内周側、外周側のいずれに位置しても良く、外周側に位置するものを筒状に配置することができる。

前記ミストで液滴化する流体としては代表的には潤滑油が挙げられるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく塗料、接着剤などをミスト化することができる。また、ミストにおける気体としては通常は空気が設けられるが、必要に応じて、窒素、酸素、二酸化炭素などの気体を用いることができ、本発明としては特定の気体に限定されない。

なお、本発明で用いられる多孔質液流出部には、発泡金属、発泡セラミックス、焼結フィルタ、樹脂フィルタあるいは金属繊維によるフィルタなどの多孔質体を用いる。但し、本発明としては、上記した多孔質体材料に限定されるものではなく、その他材質の多孔質体であっても良い。ただし、多孔質液流出部は、液滴用流体供給路から供給される流体が該流出部の液流出表面に移動できることが必要であり、多孔に連続性を有することで液の移動が達成される。

また、上記多孔質液流出部に形成される孔の大きさや密度は特定のものに限定されないが、液流出表面に均等に液滴用の液が流出して十分に微小な液滴や液膜を形成するように定めればよい。例えば孔の大きさとしては円相当径で０．０５〜０．１ｍｍを例示することができる。このような大きさの多孔から液滴用の液として油が流出して油膜を形成すると、０．０１〜０．０５ｍｍ程度の厚さになることが期待される。この厚さは、気体流の吹きつけによって維持されることが期待される厚さである。

気体流の流速は本発明としては特に限定されるものではない。８００〜１２００ｍ／ｓｅｃ程度の流速で問題はない。絞りは、これをさらに増速するものであり、例えば１倍超〜１０倍に達するほどに速度を増大させることも可能である。

上記多孔質液流出部から吹き飛ばされて気体流中に混入する液滴は、上記の大きさ程度の多孔からは剥離時で０．０５〜０．１ｍｍ径程度と考えられる。また、気体流中で剪断力を受けてさらに１／５程度の０．０１〜０．０２ｍｍ径程度になることが期待される。
但し、上記した数値は例示であって、本発明を特定の範囲に限定するものではないことは勿論である。

以上説明したように本発明によれば、気体流に液滴が微細に混入したミストを発生させるミスト発生装置において、内部に気体流路を備えるノズルと、該ノズルの内周面に設けられた筒状の多孔質液流出部と、該ノズル外周を覆うように該ノズルの外周に設けられた液滴用流体供給ジャケットとを有し、前記液滴用流体供給ジャケットには、外部から供給される液滴用流体を前記多孔質液流出部に供給する液滴用流体供給路を有し、前記多孔質液流出部には、前記液滴用流体供給ジャケットから供給される液滴用流体が流出する液流出表面を有しており、前記多孔質液流出部の液流出表面に対し、前記気体流路を通して前記気体流を吹き付けて流出液を液滴化し、該液滴を前記気体流に混入させる気体吹き付け手段とを備えるので、多孔質材の表面に液が均一に流出することができ、好適には薄い液膜となった液滴用の液が気体流に巻き込まれて粒径の大きなミストはほとんど発生しない。すなわち多孔質液流出部を通して供給される液滴用の液から微粒子状の均一なミストを安定して発生させることが可能となる。

特に加工用のオイルミストを発生させる場合には、微粒子状の均一なオイルミストを安定して供給することが可能となるため、加工部位への噴射むらがなく、加工品質が向上すると同時に細部にミストが入り込むために加工部位へのミスト付着性が向上し加工性も向上する効果がある。

（参考例１）
以下に、本発明の参考例を図１、２に基づいて説明する。
ミスト発生装置は、図１に示すように、内部に気体吹き付け手段を構成する気体流路１を備えるノズル２を有しており、該ノズル２の略軸心に沿って、液滴用流体供給路である潤滑油供給管３が配置されている。該潤滑油供給管３の先端には、発泡金属などからなる多孔質体によって筒状の多孔質液流出部４が連結されており、該多孔質液流出部４は、ノズル２で形成される気体流路１と略同軸に配置されている。多孔質液流出部４は、微小径の多孔が内部および表面に分散して形成されている。前記気体流路１は、ノズル２を介して図示しないエア供給部に接続されている。エア供給部は、コンプレッサ、送風機などにより構成される。また、潤滑油供給管３は、図示しない潤滑油供給部に接続されている。潤滑油供給部は、貯油タンクやポンプなどにより構成される。

図２は、潤滑油供給管３と多孔質液流出部４との連結部分を拡大して示すものである。
多孔質液流出部４は、先端側が封止され、内周面を覆うようにしてメッシュシート５が被覆されている。潤滑油供給管３の先端は開口して多孔質液流出部４の基端側において、筒穴に密着挿入されている。潤滑油供給管３と多孔質液流出部４とは、ろう付、溶接、接着などにより固定することができる。また潤滑油供給管３の前方にある筒穴空間は、潤滑油供給空間３ａを構成している。なお多孔質液流出部４は、エアを吹き付ける際に姿勢を安定できるように、径方向の支持材によって支持することもできる。

次に、上記ミスト発生装置の動作について説明する。
図示しない潤滑油供給部より潤滑油供給管３に潤滑油を供給する。すると潤滑油は、該供給管３を通って潤滑油供給空間３ａに充填させる。潤滑油供給空間３ａに至った潤滑油は、メッシュシート５を通して多孔質液流出部４の多孔に含浸する。なお、潤滑油供給空間３ａがメッシュシート５によって覆われていることによって、潤滑油はメッシュシート５を通して多孔質液流出部４の内周面全体に均等に浸透する。多孔質液流出部４に含浸した潤滑油は、さらに多孔質液流出部４の外周表面の液流出表面４ａに至り、表面の多孔から流出した潤滑油が微小油滴となる。この微小油滴は、隣接する微小油滴と結合して液流出表面４ａに薄い油膜を形成する。一方、図示しないエア供給部からは気体流路１に対しエアが供給され、上記液流出表面４ａの外周側から該液流出表面に沿ってエアが移動し、表面に吹き付けられる。その結果、液流出表面４ａの油膜から微小油滴６が次々と剥離し、気体流路１を移動するエア中に巻き込まれて微小油滴６ａとして混入し、ミスト化される。このミストは、ノズル２を通して移動し、図示しないノズル口から加工部などに噴射される。該ミスト発生装置では、微小油滴が安定して生成され、粗大な油滴が発生することなく安定してミストを発生させることができる。
なお上記参考例では、多孔質液流出部４の液流出表面４ａでは、潤滑油の供給によって油膜が形成されるものとして説明したが、液流出表面４ａには油膜は形成されず、微小液滴が形成されるのみのものであってもよい。

（実施形態１）
次に、本発明の一実施形態を図３に基づいて説明する。
この実施形態では、気体流路が内周側に位置し、多孔質液流出部が外周側に位置するようにして両者が略同軸に配置されているものである。
ミスト発生装置は、ノズル２の内周面に筒状の多孔質液流出部１４が設けられており、該多孔質液流出部１４の筒穴が気体流路１１に割り当てられている。ノズル２の外周には、外周を覆うように潤滑油供給ジャケット１３が設けられており、該潤滑油供給ジャケット１３に外部の潤滑油供給部（図示しない）に連結された潤滑油供給穴１３ａが設けられている。潤滑油供給穴１３ａは、前記潤滑油供給ジャケット１３の略半分の深さに至り、その内周側に設けた環状の潤滑油供給溝１３ｂに連通している。潤滑油供給溝１３ｂは、ノズル２の内面に開口して、前記多孔質液流出部１４の外周面に露出している。

この実施形態におけるミスト発生装置の動作について説明すると、図示しない潤滑油供給部から供給された潤滑油は、潤滑油供給ジャケット１３の潤滑油供給穴１３ａに至り、さらに潤滑油供給溝１３ｂを通して多孔質液流出部１４の外周面から多孔質液流出部１４の内部へと潤滑油が含浸する。この潤滑油は、多孔質液流出部１４の内周面である液流出表面１４ａから外部へと流出する。一方、図示しないエア供給部からは気体流路１１に対しエアが供給され、上記液流出表面１４ａに沿ってエアが移動する。その結果、液流出表面１４ａの油から微小油滴が剥離し、気体流路１１を移動するエア中に混入し、ミスト化される。
このミスト発生装置においても、上記参考例と同様に、微小油滴を含むミストを安定して発生させることができる。

（参考例２）
さらに、他の参考例を図４に基づいて説明する。
この参考例は、図１の変更例であり、同様の構成については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
この参考例では、多孔質液流出部４の外周側に、ノズル２の内周面に固定するようにして筒状の絞り部８が配置されている。該絞り部８は、多孔質液流出部４との間に筒状の隙間を有しており、該隙間によって気体流路が絞られている。多孔質液流出部４は、絞り部８に一端が固定されて径方向に配置した支持部９によって支持されている。なお、絞り部８は、絞り気体流路へのエアの流入および排出が円滑にされるように、上流側では端部から次第に径が小さくなるテーパ形状とされ、下流側では、端部に掛けて次第に径が大きくなるテーパ形状とされている。

この参考例では、多孔質液流出部４では、前記した参考例と同様に液流出表面４ａに潤滑油が流出し、その一方で、気体流路１を通してエアが移動する。このエアは、絞り部８の上流側端部に至ると、気体流路の断面積が次第に減少して絞り気体流路に至るため、エアの流速が増大して、多孔質液流出部４の外周面側を液流出表面に沿って軸方向に移動する。この際に、エアの流速が増速されているため、液流出表面から油滴が確実に剥離するとともに剪断力も加わって油滴の微小化が一層確実になり、ミストがより安定して得られる。

（実施形態２）
さらに、他の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、前記実施形態または参考例と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態は、図３の変更例であり、多孔質液流出部１４の内周側の気体流路に、前記多孔質液流出部の内周面と距離を隔てて棒状の絞り部１５を配置したものである。絞り部１５は、多孔質液流出部１４の上流側および下流側に突出しており、多孔質液流出部１４に一端が固定されて径方向に配置した支持部１６によって支持されている。これにより、多孔質液流出部１４の内周側に絞り気体流路が構成されている。
また、絞られた気体流路へのエアの流入および排出が円滑にされるように、多孔質液流出部１４は、上流側では端部から次第に径が小さくなるテーパ形状とされ、下流側では、端部に掛けて次第に径が大きくなるテーパ形状とされている。
なお、絞り部１５は、多孔質液流出部の液流出表面の上流側または該液流出表面側もしくは前記上流側から液流出表面側に掛けて設けてもよい。

この実施形態においても絞り部１５による絞り効果によってエアの流速が増し、多孔質液流出部１４の液流出面１４ａから微小油滴が確実に剥離されて、ミストが安定して得られる。

（実施形態３）
さらに他の実施形態を図６に基づいて説明する。この実施形態は、実施形態２の一部を変更したものである。
すなわち、この実施形態では、多孔質液流出部１４の軸中心に沿って軸方向に移動可能な棒状の絞り部２５を配置したものである。この絞り部は、多孔質液流出部１４の穴内への挿入量を変更することができ、さらには、多孔質液流出部１４の上流側に待避させることもできる。この実施形態では、上記のように絞り部を移動させることで絞り効果の有無さらに絞り効果の大小を調整することができる。多孔質液流出部１４の内周側を流れるエアの流速を調整することができる。これによりエア中への油滴の混入具合などを調整したミストを生成することができる。

参考例の要部断面図である。 同じく、一部拡大図である。 本発明の一実施形態の要部断面図である。 他の参考例の要部断面図と側断面図である。 本発明の他の実施形態の要部断面図と側断面図である。 さらに他の実施形態の要部断面図である。 従来のミスト発生ノズルの概略構造および油滴吐出状態を示す図である。

符号の説明

１ 気体流路
２ ノズル
３ 潤滑油供給路
４ 多孔質液流出部
４ａ 液流出表面
１１ 気体流路
１３ａ 潤滑油供給穴
１３ｂ 潤滑油供給溝
１４ 多孔質液流出部
１４ａ 液流出表面
１５ 絞り部
１６ 支持部
２５ 絞り部

Claims (5)

1. 気体流に液滴が微細に混入したミストを発生させるミスト発生装置において、
   内部に気体流路を備えるノズルと、該ノズルの内周面に設けられた筒状の多孔質液流出部と、該ノズル外周を覆うように該ノズルの外周に設けられた液滴用流体供給ジャケットとを有し、
   前記液滴用流体供給ジャケットには、外部から供給される液滴用流体を前記多孔質液流出部に供給する液滴用流体供給路を有し、
   前記多孔質液流出部には、前記液滴用流体供給ジャケットから供給される液滴用流体が流出する液流出表面を有しており、
   前記多孔質液流出部の液流出表面に対し、前記気体流路を通して前記気体流を吹き付けて流出液を液滴化し、該液滴を前記気体流に混入させる気体吹き付け手段とを備えることを特徴とするミスト発生装置。
2. 前記液滴用流体供給路は、前記液滴用流体供給ジャケットの外周面に開口して設けられて外部から液滴用流体が供給される液滴用流体供給穴と、前記液滴用流体供給ジャケットの内周面に設けられて前記液滴用流体供給穴と連通し、かつ前記多孔質液流出部の外周面に露出する環状の液滴用流体供給溝とから構成されることを特徴とする請求項１記載のミスト発生装置。
3. 前記多孔質液流出部と、前記気体流路とが軸方向に沿って同軸状に配置され、前記多孔質液流出部の液流出表面が軸方向に沿って前記気体流路に露出していることを特徴とする請求項１または２に記載のミスト発生装置。
4. 前記気体流路には、前記液流出表面の上流側または該液流出表面側もしくは前記上流側から液流出表面側に掛けて前記気体流の流速を高める絞り部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミスト発生装置。
5. 前記多孔質液流出部は、前記絞り部を支持する支持部材を兼ねていることを特徴とする請求項４記載のミスト発生装置。

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