JP4626749B2

JP4626749B2 - ミスト発生装置

Info

Publication number: JP4626749B2
Application number: JP2004267469A
Authority: JP
Inventors: 浩大関
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: JP2006082151A

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。

従来、微小潤滑油加工には、オイルミスト加工法や、セミドライ加工法が採用されている。これらの方法では、霧状にされたミストが圧縮エアで加工点近傍まで搬送され、配管先端のノズルから噴射される。そして、ノズルから噴射されるエアの量は、潤滑油装置の作動条件から求められるエア流量と、配管の長さや曲がり部による流量損失とから決められる。また、金型加工など切り屑の堆積を嫌う加工や加工点の位置が常時変化するボールエンドミル加工などでは、潤滑油が均一に噴射されるように複数のノズルが設けられたり、切り屑が吹き飛ばされるように圧縮エアのみが噴射されるエア専用のノズルが設けられている。また、切り屑の吹き飛ばしや加工点の冷却を目的として、圧縮エアが供給されるだけで周囲のエアが巻き込まれて噴射エア量が増量される空気増量ノズルも提案されている（例えば特許文献１）。
また、水と油を保液部材に含浸させ、超音波振動子により共振される細孔板に、保液部材に含浸させた水と油を吸い上げてミストを生成するミスト発生装置も提案されている（特許文献２参照）。
特開平７−２４６８５号公報特開２００３−１７０３３２号公報

しかし、従来の潤滑油方式の問題として、ノズル１本に使用される供給エアの量に限界があり、ミスト粒径が大きくなりやすく、微細で均一な粒径のミストを発生させることが難しいという問題がある。また、空気増量ノズルでは、ミスト化したエアに空気を増量するためミストの微細化作用が得られにくく、却って油滴の結合などを招き、ミスト粒径が増大してしまうという問題がある。
また、特許文献２による方法では、保液部材から細孔板へ吸い上げられる水と油の量に限りがあり、また、水と油を均等に吸い上げることが難しいため、微細で均一なミストを効果的に発生、供給させることが難しいという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、均一に微粒化されたミストを効果的に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、液滴用液体供給路と、該液滴用液体供給路に連結され、該供給路から液滴用液体が供給される多孔質液流出部と、該多孔質液流出部の液流出表面に立設され、気体流に液滴を供給する立毛状の液滴供給部と、該液滴供給部に接触していて超音波振動を与える超音波振動子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、前記超音波振動子は、前記液滴供給部の先端から超音波振動を伝えるように配置されてい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、前記液滴供給部は、先端にむけて先細となる形状を有す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であって、気体流路となるノズル内で、前記ミストを発生させるミスト発生装置であって、該ノズルの内周面に、円周方向に沿ったスリットが気体流の下流方向に向けて形成されているとともに、該スリットに圧縮気体を供給する圧縮気体供給部が連結されて構成される流量増量機構を備えることを特徴とする。

すなわち本発明によれば、液滴用液体供給路を通して多孔質液流出部に液滴用の液体が供給され、多孔質液流出部の多孔を通して液流出面に流出する。さらに、液滴用液体は、多孔質液流出部の液流出表面に立設された液滴供給部表面を移動し、微細に液滴化される。そして液滴供給部表面には、超音波振動子によって超音波振動が伝達されており、液滴供給部表面上の液滴が円滑に流れるとともにさらに微細化される。この微細な液滴は、気体流に取り込まれてミストが生成される。そのとき例えば粒径が１０μｍ以下である均一な液滴が生成されミスト化される。

なお、超音波振動を液滴供給部の先端側に伝達すれば、拘束されていない側に超音波振動が伝達されるので、液滴供給部の振動レベルが増大し、液滴の微細化作用がより大きくなる。また、液滴供給部を先端に向けて先細となる形状とすれば、先端側の振動レベルを一層増大させて液滴の微細化作用を一層大きくすることができる。

さらに、ノズル内周面に円周方向に沿ったスリットを気体流の下流方向に向けて形成し、該スリットに圧縮気体を供給する流量増量機構を設ければ、前記ノズルから噴射された圧縮気体がスリットの上流側から周囲の気体を巻き込んで、気体流が効果的に増量される。この流量増量機構を液滴供給部の上流側に設ければ、増量された気体流に液滴がそのまま取り込まれるので、液滴の結合が生じにくく、さらには増速された気体流の剪断力により液滴をさらに微細化させる作用も得られる。

上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、液滴用液体供給路から供給される液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、本発明で用いられる立毛状の液滴供給部には、化学繊維、動物繊維、植物繊維などの繊維体を用いることができる。ただし、本発明としては、上記した材料に限定されるものではなく、その他材質のものであっても良い。また、該液滴供給部の形状は、上記で説明したように、先端に向けて先細であるのが望ましい。液滴供給部の太さや長さは特に限定されるものではなく、多孔質液流出部の面積や、供給する液滴の大きさや量によって適宜定めることができる。例えば径が５０〜１００μｍ、長さが０．１〜１ｍｍのものを挙げることができる。

さらに本発明に用いる超音波振動子は、上記液滴供給部に超音波振動を与えるように配置されるものであり、その構造や超音波の周波数は特に限定されない。ただし、上記したように液滴供給部の先端に超音波を与えるように配置するのが望ましく、液滴供給部から気体流に効率よく液滴が取り込まれるように、液滴供給部の外周部ではなく、液滴供給部の先端方向側に配置するのが望ましい。

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、液滴用液体供給路と、該液滴用液体供給路に連結され、該供給路から液滴用液体が供給される多孔質液流出部と、該多孔質液流出部の液流出表面に立設され、気体流に液滴を供給する立毛状の液滴供給部と、該液滴供給部に接触していて超音波振動を与える超音波振動子とを備えるので微細で均一な粒径の液滴を生成してミスト化することができ、液滴用液体も液滴用液体供給路、多孔質液流出部、液滴供給部を通して円滑に供給される。すなわち、微細で均一な粒径のミストを安定して発生させ、供給することが可能になる。

なお、気体流路となるノズル内の内周面に、円周方向に沿ったスリットを気体流の下流方向に向けて形成し、該スリットに圧縮気体を供給する圧縮気体供給部を連結して流量増量機構を構成すれば、微細な液滴が含まれ、かつ増量された流体のミストを発生されることができる。

特に、加工用のオイルミストを発生させる場合には、ミストを発生させる場所をノズル内とすれば、吐出側の近くで、微細で均一なミストを安定的に供給することができる。
また、本発明では、微細粒径の油滴が生成される効果があるが、油滴が小さいとその重量も軽くなる。このため工具の回転によって発生するエア層を突き破って加工点にミストを進入させる必要がある場合には、侵入力が十分でない場合がある。しかし、上記のように流量増量機構を設ければ上記侵入力が大きくなり、微細粒径の油滴を上記加工点に届かせることが可能になる。すなわち、流量増量機構を備える本発明では、お互いの要素の特長を利用することで潤滑機能を向上させているという特徴も有している。
すなわち、本発明は、例えばノズル一本のみの単純な構造で、加工点の効果的な潤滑並びに冷却ができることから、加工効率の向上、加工品質の向上、工具寿命の延長が期待できる。

（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図１〜図５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流路２を備えるノズル１を有している。
前記気体流路２は、上流側端部（図１示右方）に大きく開口されている気体流路上流口２ａを有し、下流側端部に気体流路吐出口２ｃを有している。また、気体流路２は、前記気体流路上流口２ａから下流側に向けてテーパ状に絞られ、該ノズル１の長さ方向の上流側約１／３の位置に気体流路絞り部２ｂを有している。さらに、気体流路２は、該絞り部２ｂから気体流路吐出口２ｃに向けて大径となるテーパ形状に形成されている。

また、ノズル１の内周面には、前記気体流路絞り部２ｂの上流側に、全周に亘り、かつ下流側に向けたスリット３が形成されている。該スリット３には、ノズル１内に環状に形成された緩衝室４が全周に亘って連通しており、該緩衝室４に、ノズル外周面に開口する圧縮気体供給路５が接続されている。該圧縮気体供給路５は、図示しない圧縮気体供給部に接続されている。該圧縮気体供給部としてはコンプレッサ、送風機などが例示される。上記したスリット、圧縮気体供給路、圧縮気体供給部によって本発明の流量増量機構が構成されている。
なお、上記ノズル１は、図２に示すように、上記スリット３の形状に沿って軸方向に分割された上流側ノズル部材１ａと下流側ノズル部材１ｂとによって構成することができる。スリット３は、上流側ノズル部材１ａの斜面３ａと下流側ノズル部材１ｂの斜面３ｂとの間に隙間を設けることで形成することができる。

また、上記気体流路絞り部２ｂの下流側では、図１および図３に示すように、本発明の液滴用液体供給路に相当する潤滑油供給管６が配設されている。該潤滑油供給管６は、一端が前記ノズル１の外周面に開口し、該開口部分から径方向に沿ってノズル１の中心部にまで伸長し、該中心部で軸方向上流側に偏向している。該潤滑油供給管６の上記一端は、ノズル外周面の開口を通して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。

また、ノズル１内側における上記潤滑油供給管６の先端開口には、上記気体流路絞り部２ｂの下流側で多孔質液流出部８が連結・固定されている。潤滑油供給管６と多孔質液流出部８との固定は、ろう付、溶接、接着などにより行うことができる。
該多孔質液流出部８は、発泡金属などの多孔質体によって円柱状に構成され、ノズル１の軸方向に中心軸が沿うように配置されている。そしてその外周面および下流側端面は、前記潤滑油供給管６との連結部分を除いて樹脂８ａで被覆されている。多孔質液流出部８は、微小径の多孔が内部および表面に分散して、該多孔が互いに連続するように形成されている。したがって潤滑油が供給される多孔質液流出部８は、その上流側先端面が液流出面となる。

上記多孔質液流出部８の上流側先端面（液流出面）には、複数の液滴供給部９が立毛状態でブラシ状に植毛・立設されている。該液滴供給部９は、先端に向けて細径となる形状を有しており、例えば繊維体により構成することができる。
上記液滴供給部９の先端側には、超音波振動子１０が配置されており、その振動面が液滴供給部９の先端に接触して超音波振動子１０の超音波振動が液滴供給部に伝達されるように構成されている。
上記液滴供給部９および超音波振動子１０は、円筒形の保持ケース１１内に位置して該ケース１１で保持（保持機構は省略する）されており、保持ケース１１は、保持部材１１ａによってノズル１の内周面に取り付けられている。

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６に潤滑油を供給する。すると潤滑油は、該潤滑油供給管６を通って多孔質液流出部８に供給され、該多孔質液流出部８の多孔を通して液流出面に流出する。液流出面に流出した潤滑油は、図３、４に示すように、液滴供給部９の表面を円滑に流れつつ液滴化する。液滴供給部９は、ノズルの姿勢に関わらず油滴生成過程において油滴が滴下しにくく、効率よく気体中に液滴を供給することができる。
また、液滴供給部９には、超音波振動子１０によって超音波振動が与えられており、多孔質液流出部８に拘束されている基端側よりも拘束されていない先端側がより大きな振動レベルとなるように振動する。また、液滴供給部９は、先端ほど先細となる形状を有しているので、その形状に基づいて先端ほど振動しやすく、上記振動レベルの差異がより顕著となっている。図５は、液滴供給部９の長さ方向位置による液滴（潤滑油）の粒径の変化を示しており、基端側に比べて先端側ほど振動レベルが大きく、液滴粒径が顕著に小さくなっていることが分かる。液滴供給部９の液滴２０は、先端側に移動するに連れて微細化され、遂には気体中にミスト２１として取り込まれる。
なお、立毛状の液滴供給部９は、振動し易いとともに、一体物ではなく各々独立しているので振動面積が広くなり油滴が流れやすいために効率よくミストを生成することができる。

一方、図示しないコンプレッサや、送風機からは、圧縮気体供給路５に圧縮気体として圧縮エアが供給される。該圧縮エアは緩衝室４に収容された後、スリット３を通してノズル１内に向け、かつ下流側に向くように噴射される。すると噴射された圧縮エアによって上流側のエアが引込エアとして引き込まれ、エア流が増量されて下流側に噴射される。増量されたエア流は、気体流路２を下流側に移動するに連れて気体流路絞り部２ｂで絞られて流速が増し、前記保持ケース１１の内外を下流側へと移動する。保持ケース１１内を移動するエア流は、前記で生成されたミスト２１を取り込んで下流側へと移動し、保持ケース１１の外周側を移動するエア流と合流する。なお、ミストを取り込んだエア流は、次第に大径となる気体流路２内を移動しており、ミストの結合がより生じにくくなっており、微細なミストを含んだままの吐出エアが気体流路吐出口２ｃから外部に吐出される。また、十分に増速されたエア流によってミストに剪断力が働き、液滴をさらに微細化する作用も得られる。
すなわち、このミスト発生装置では、微小油滴を安定させて生成でき、粗大な油滴を発生させることなく安定してミストを発生させることができる。
また、この実施形態では、ミストの粗大化を招くことなく気体の増量を行うことができるので、加工工具周辺のエア層を突き破って加工点にミストを進入させる必要がある場合にも、微細粒径の油滴を上記加工点に容易に届かせることができる。

次に、上記保持ケースの形状を変更した例について図６に基づいて説明する。なお、上記実施形態で説明した構造と同様の構造については同一の符号を付してその説明を省略する。
図６では、前記説明と同様に、多孔質液流出部８、液滴供給部９、超音波振動子１０の外周側に筒状の保持ケース１２が配置されている。該保持ケース１２は、上流側が大径な内径を有し、下流側が小径な内径を有するテーパ形状を有している。このようなテーパ形状を有することにより、保持ケース１２内に流入する気体に絞り作用が与えられ、気体の流速を下流側ほど高める効果がある。これによりミストの微細化が一層高められる作用がある。

本発明の一実施形態のミスト発生装置を示す要部断面図である。同じく、ノズルを示す一部を断面した分解斜視図である。同じく、ミスト発生装置の一部を示す拡大図である。同じく、ミスト生成過程を示す図である。同じく、ミスト粒径と振動レベルの相関図である。本発明の他の実施形態の一部を示す拡大図である。

符号の説明

１ノズル
２気体流路
３スリット
５圧縮気体供給路
６潤滑油供給管
８多孔質液流出部
９液滴供給部
１０超音波振動子
１１保持ケース
１２保持ケース
２０液滴
２１ミスト

Claims

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、
液滴用液体供給路と、該液滴用液体供給路に連結され、該供給路から液滴用液体が供給される多孔質液流出部と、該多孔質液流出部の液流出表面に立設され、気体流に液滴を供給する立毛状の液滴供給部と、該液滴供給部に接触していて超音波振動を与える超音波振動子とを備えることを特徴とするミスト発生装置。
前記超音波振動子は、前記液滴供給部の先端から超音波振動を伝えるように配置されていることを特徴とする請求項１記載のミスト発生装置。
前記液滴供給部は、先端にむけて先細となる形状を有す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。
気体流路となるノズル内で、前記ミストを発生させるミスト発生装置であって、該ノズルの内周面に、円周方向に沿ったスリットが気体流の下流方向に向けて形成されているとともに、該スリットに圧縮気体を供給する圧縮気体供給部が連結されて構成される流量増量機構を備え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。