JP5035498B2

JP5035498B2 - ミスト噴射ノズル

Info

Publication number: JP5035498B2
Application number: JP2005114385A
Authority: JP
Inventors: 浩大関
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2025-04-12
Also published as: JP2006289274A

Description

この発明は、セミドライ加工に用いられるオイルミストなどのミストを噴射するためのミスト噴射ノズルに関する。

セミドライ加工では、極少量の加工油剤とエアを混合し霧状にして加工点に噴射する。霧状にする方法は３種類有り、一つ目は潤滑油タンク自体に霧吹きの原理を用いた霧化装置を有して、加工油剤を霧状にしてエアと共に加工点に搬送するものである（特許文献１参照）。二つ目は機械主軸近傍に混合ブロックを装備して、そこまでは加工油剤とエアを別々に搬送し、混合ブロックで加工油剤を霧化すると同時にエアで加工点に搬送する方法である。三つ目はノズル先端まで加工油剤とエアを別々に搬送して、加工点に噴射する直前で混合霧化する方法である（特許文献２参照）。

加工油剤の供給に関しては、一つ目の方法は霧吹きの原理であるので、エアの負圧で加工油剤を吸い上げて霧化するものであり、残りの二つの方法は定量ポンプで規定量を圧送するものである。またセミドライ加工の場合、加工点に供給するエアの量がポイントであり、エアの量が多いほど切り屑の排出が容易となり、セミドライの性能を発揮しやすくなる。

上記のうち、加工点に噴射する直前で混合霧化する方法を用いたノズルについて図６に基づいて説明する。
ノズル２０は、後部側の内管２１と、内管２１の先端側に連結された外管２２とを有している。内管２１は後端から加工油剤が供給されるように構成されている。また、外管２２の基端部側であって、内管２１の外周側にはエア取り入れ口２３が設けられており、さらに外管２２の先端がミスト噴射口２４となっている。したがって上記外管２２のエア取り入れ口２３から導入されるエアは、内管２１の先端部付近から上記ミスト噴射口２４に向けて流れるように構成されている。
上記ノズル２０では、内管２１から加工油剤を供給するとともに、エア取り入れ口２３から外管２２内にエアを取り入れる。すると、エアが内管２１の先端付近からミスト噴射口２４に向けて流れるに連れて内管２１から供給される加工油剤と混合され、加工油剤が液滴化される。該液滴は、エアとともにミスト噴射口２４から前方に向けて噴射され、ミストの噴射流２５が生じる。
特開２００１−８２６８５号公報特開２０００−１２６９８２号公報

ところで、上記ノズル２０から噴射されるミストの噴射流は、噴射口２４から噴射されると直ちに外方に拡散する傾向があり、噴射口２４から距離を隔てる程、噴射領域が拡がってしまう。したがって、ミストを噴射したい加工面に対し、噴射領域が拡がってしまうと、オイル密度が低下してオイルを十分に加工面に供給することができない。このため、ミストにおけるオイル量を増加させることが考えられるが、加工面以外に照射されるオイル量も増大し、無駄なオイル消費量が大幅に増えてしまうという問題がある。

また、前記したミストの各生成方法では、上記一つ目の方法においては、霧状にしてから搬送する距離が非常に長く、加工点に到達するまでにオイルが配管の壁面へ付着したり継手部で滞留するなどして、潤滑油搬送機能として効率が悪いという問題がある。また、負圧による加工油剤の霧化であるので、加工油の供給量を数値管理できない。二つ目の方法においては、性能上問題はないがエアの供給量を増やそうとすると工場エアの消費増大かエア増量ノズルが必要となり、工場エアの消費削減を考えると混合ブロックに加えてエア増量ノズルが別途必要となり、コストアップや配管作業の手間の増加につながるという問題がある。さらに、三つ目の方法は、ノズル先端でエアとオイルとを混合することからミストの大きさがバラバラとなり、液ダレが発生して加工面の品位が変化してしまう等、微少オイル潤滑として好ましくな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、ミストを効果的に加工面に噴射してミストに用いるオイルなどの液体の消費効率を向上させることができるミスト噴射ノズルを提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、微小な液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噴射ノズルを提供することを目的とする。

すなわち、本発明のミスト噴射ノズルのうち、請求項１記載の発明は、先端部にミストを噴射するミスト噴射口を有し、該ミスト噴射口の外周側後方位置であってノズルの外周部に、前方に向けた気体噴射口が複数設けられ、前記ノズル外周部に前後方向に沿い、かつ内外周空間及びノズル先端に開口する気体噴射溝が前記ノズル外周部の外周に沿って間隔を置いて複数形成され、該気体噴射溝はその底部が前記ミスト噴射口の先端に達し、かつ該気体噴射溝間のノズル外周部の隔壁は、前記ミスト噴射口の先端を越えて前方に伸長しており、該気体噴射溝内に前記気体噴射口が設けられており、該気体噴射口は、前記気体噴射溝の長手方向に沿って気体を前方に噴射するものであることを特徴とする。

請求項２記載のミスト噴射ノズルの発明は、請求項１記載の発明において、複数の前記気体噴射口は、前記ノズル外周部の外周に沿って間隔を置いて設けられていることを特徴とする。

請求項３記載のミスト噴射ノズルの発明は、請求項１または２に記載の発明において、ノズルの内部にミスト用液体供給路と気体供給路とが設けられ、前記ミスト用液体供給路に連結されて該ミスト用液体供給路からミスト用液体が供給される多孔質体を有し、前記気体供給路の一部は、該気体供給路を流れる気体が前記多孔質体の表面に接触して前記ミスト噴射口に達するように配置され、前記気体供給路の他部は、前記気体噴射口に連通するように配置されていることを特徴とする。

すなわち、本発明によれば、ミスト噴射口から噴射されるミスト噴射流に対し、外周側後方の気体噴射口から気体噴射流が噴射され、前記ミスト噴射流の拡散が抑制されて直進しやすくなり、効率よく目的点にミストを供給することができる。特に気体がミスト噴射口の後方のノズル外周部から噴射されるので、直進性が高まり、上記拡散を効果的に抑制するとともにミスト噴射流と気体噴射流との混合を極力小さいものにする。

また、気体噴射口をノズル外周部の外周に沿った円弧状の形状としたり、外周に沿って間隔を置いて複数の気体噴射口を設けるようにすれば、ミスト噴射口から噴射されるミスト噴射流を周囲から気体噴射流で囲むことができ、ミスト噴射流の拡散がより確実に抑制される。

さらに、前記ノズル外周部に前後方向に沿い、かつノズル先端に開口する気体噴射溝を形成して該気体噴射溝内に前記気体噴射口を設けているので、気体噴射流が、気体噴射溝に沿って前方に噴射され、気体噴射流の直進性がさらに増大する。また、気体噴射溝内で気体を噴射することでバキューム作用が生じ、ノズル外周部周辺のエアが巻き込まれ、大幅に増量された気体が前方へと噴射される。これによりミスト噴射流の直進性が一層増すとともに、増量された気体噴射流によって加工面での切り屑の排出などに高い効果を発揮する。

また気体噴射溝の底部がミスト噴射口の先端に達し、気体噴射溝間のノズル外周部の隔壁が、前記ミスト噴射口の先端を越えて前方に伸長しているので、気体噴射流の直進性が増すとともに、ミスト噴射流によるバキューム作用が気体噴射流に作用して、ミスト噴射流の拡散を抑制する作用が一層効果的になる。

また、多孔質体にミスト用液体を供給して、該多孔質体に気体が接触するようにノズル内部にミスト用液体供給路と気体供給路とを設けることにより、ミスト用液体が多孔質体の多孔を通して表面に流出して微小液滴や液膜を形成する。上記多孔質体には、気体供給路を通る気体が接触することで多孔質体表面の流出液が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気体流に混入される。これにより粒径の大きな液滴が発生することなく微粒のミストが安定して得られ、ノズルのミスト噴射口から噴出される。また、気体供給路の一部は、気体噴射口に連通することで、上記ミスト噴射流の他に気体噴射流が得られる。

前記ミスト化される液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もできる。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体には、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を用いることができる。但し、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、その他材質の多孔質体であっても良い。ただし、多孔質体は、ミスト用液体供給路から供給される液体が多孔質体の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、上記多孔質体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、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ミスト用の液体が流出して液膜を形成すると、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。

上記多孔質体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、本発明のミスト噴射ノズルによれば、先端部にミストを噴射するミスト噴射口を有し、該ミスト噴射口の外周側後方位置であってノズルの外周部に、前方に向けた気体噴射口が複数設けられているので、ミスト噴出口から噴射されたミストは、気体噴射口から噴射された気体噴射流により拡散を妨げられて直進しやすくなることから、より効率よく加工点などにミストを供給することができる。また、効率的なミスト噴射が可能になることから、より少ないミストを有効利用することができる。特にミスト噴射流を気体噴射流によって囲むようにすることで上記効果はより顕著となる。

また、ノズル外周部に、前後方向に沿い、かつノズル先端に開口するように気体噴射溝を設け、この気体噴射溝内に気体噴射口を設けるので、周囲の空気を巻き込んだ増量効果が得られる。これにより、セミドライ加工に際しては確実な切り屑排出が可能となり、加工精度、工具寿命の向上に寄与する。

さらに、ノズルの内部にミスト用液体供給路と気体供給路とが設けられ、前記ミスト用液体供給路に連結されて該ミスト用液体供給路からミスト用液体が供給される多孔質体を有し、前記気体供給路の一部は、該気体供給路を流れる気体が前記多孔質体の表面に接触して前記ミスト噴射口に達するように配置され、前記気体供給路の他部は、前記気体噴射口に連通するように配置されているものとすれば、多孔質体を通して供給される液滴用の液体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になる。

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。
ノズル１００は、後部側のノズル混合部１と、前部側の円錐台形状のノズル噴射部１０とによって構成されており、ノズル混合部１の先端に設けた雌ねじ部２にノズル噴射部１０の後端に設けた雄ねじ部１１を螺合させて両者を連結している。なお、本発明としては、一体構造のものであってもよい。

前記ノズル混合部１は、六角柱形状の混合本体部１ａと円柱状の混合先端部１ｂとからなり、混合本体部１ａの後部には、後端に開口するエア供給管取り付け穴３が形成されている。該取り付け穴３の先端側には、エア供給路４、４の後端が連通しており、該エア供給路４、４は前方に伸長して混合本体部１ａを通過して、混合先端部１ｂの先端に形成したエア供給室５に連通するように形成されている。エア供給室５は、混合先端部１ｂの先端面に形成されたリング形状の溝と、後述するノズル噴射部１０の後端面とによって構成されている。

また、ノズル混合部１の軸中心部には、混合本体部１ａの前後方向中程を後端として前方に伸長して混合先端部１ｂの先端に開口するオイル供給路８がミスト用液体供給路として形成されている。オイル供給路８の後端部は、径方向に屈曲して混合本体部１ａの外周壁に形成されたオイル供給管取り付け穴７に連通している。さらに、オイル供給路８の先端には、ノズル混合部１から突出するようにして円柱形状の多孔質体９が取り付けられており、オイル供給路８と多孔質体９の多孔とが連通している。

一方、ノズル噴射部１０には、軸中央部に、前記多孔質体９が収まるとともに、多孔質体９の外周面および先端面と小隙間を有するように多孔質体収容凹部１２が形成されている。また、ノズル噴射部１０の軸中央部には、前記多孔質体収容凹部１２の先端面中央に連通して、ノズル噴射部１０の先端のミスト噴射口１５に連通するミスト流路１４が形成されている。なお、多孔質体収容凹部１２の先端面中央は、ザグリ穴が形成され、ミストがミスト流路１４に円滑に流入するようにされている。
なお、多孔質収容凹部１２と多孔質体９との隙間は、ノズル混合部１とノズル噴射部１０とを連結した際に、前記エア供給室５と連通するように構成されている。したがって、上記隙間は、エア供給路１２ａとして機能する。
また、ノズル噴射部１０には、上記多孔質体収容凹部１２を取り囲むようにして、円柱穴形状の４つのエア連通室１６…１６が等角度間隔で形成されている。該エア連通室１６…１６は、それぞれノズル噴射部１０の後端に開口して、前記したエア供給室５と連通するように構成されている。

前記エア連通室１６…１６の前端には、それぞれエア供給路１７…１７が連通しており、該エア供給路１７は、ノズル噴射部１０の中程に達している。
ノズル噴射部１０の外周部には、前記エア供給路１７の先端が開口するように、前後に沿った断面矩形状の４つのエア噴射溝１９が等角度間隔で形成されている。これによりエア供給路１７の先端がエア噴射口１８となっている。なお、該エア噴射口１８は、本発明の気体噴射口に相当し、前記エア噴射溝１９が本発明の気体噴射溝に相当している。
前記エア噴射溝１９の溝底部１９ａは、ミスト噴射口１５の先端位置に達しており、一方、エア噴射溝１９、１９間を隔てるノズル外周部の隔壁１９ｂは、ミスト噴射口１５の先端位置を越えた位置にまで伸長している。

次に、上記ノズル１００における動作について以下に説明する。
図示しないエア供給管をエア供給管取り付け穴３に取り付け、さらに図示しないオイル供給管をオイル供給管取り付け穴７に取り付け、それぞれエアとオイルとを供給する。
オイルは、前記オイル供給路８を通って多孔質体９へと供給され、多孔質体９の多孔に含浸される。多孔質体９に含浸したオイルは、さらに多孔質体９の外表面に至り、表面の多孔から流出したオイルが微小油滴または油膜状となる。

一方、上記エアは、図５に示すようにエア供給路４を移動し、エア供給室５へと至る。エア供給室５に移動したエアは、さらに、エア供給路１２ａとエア連通室１６へと移動する。
エア供給路１２ａへと移動したエアは、小隙間で構成されていることから増速され、多孔質体９の外周面から先端面に沿って多孔質体９と接触しつつ移動する。その結果、多孔質体９の表面から微小油滴が次々と効果的に剥離し、エア中に巻き込まれてミスト化される。このミストは、ミスト流路１４を通して移動し、図４に示すようにミスト噴射口１５からミスト噴射流１１０として前方に向けて噴射される。

一方、エア連通室１６に供給されたエアは、エア供給路１７を通って先端のエア噴射口１８からエア噴射流１２０として前方に向けて噴射される。エア噴射口１８からのエアは、エア噴射溝１９内で噴射されることから、ノズル外周部の周囲にある空気に対しバキューム作用が生じ、周囲の空気１３０が巻き込まれて増量されたエアがエア噴射流１２０として噴射される。また、エア噴射流１２０は、エア噴射溝１９内で底部１９ａと隔壁１９ｂで囲まれつつ移動するので、拡散が抑制されて高い直進性を有して前方に移動する。また、底部１９ａの先端に達すると、軸中央側でミスト噴射流１１０が噴射されているので、該噴射流によるバキューム作用が発生し、エア噴射流１２０を内側に引き寄せる作用が働く。このようにして噴射されるエア噴射流１２０は、ミスト噴射流１１０の周囲を囲むようにして前方に移動することで、ミスト噴射流１１０が外周側に拡散するのを抑制して直進するように強制する。また、エア噴射流１２０は高い直進性を有していることからミスト噴射流１１０との混合が避けられ、ミスト噴射流の密度が保たれる。

上記のようにして噴射されたミストは、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おり、所望の加工点に的確に噴射される。不必要な領域への拡散が抑えられているので、少量のミストにおいてもミスト噴射による効果を確実に得ることができる。

なお、上記実施形態では、エアをノズルの後方から供給し、オイルをノズルの側方から供給するものとしたが、それぞれの供給方法は特に限定されるものではなく、供給位置を逆にするものであってもよい。
上記実施形態では、エアの噴射をエア噴射溝内で行い、かつエア噴射溝間の隔壁をミスト噴射口の先端を越えて伸長させるものとした。本発明としては、上記の構成を有することにより、より有利な作用が得られることも明かである。
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。

本発明の一実施形態におけるノズルの外観を示す斜視図である。同じく、一部を断面した斜視図である。同じく、分解正面断面図である。同じく、正面断面図である。同じく、一部を拡大した正面断面図である。従来のミスト噴射ノズルの概略を示す断面図である。

符号の説明

１ノズル混合部
３エア供給管取り付け穴
４エア供給路
５エア供給室
７オイル供給管取り付け穴
８オイル供給路
９多孔質体
１０ノズル噴射部
１２多孔質体収容凹部
１２ａエア供給路
１４ミスト流路
１５ミスト噴射口
１６エア連通室
１７エア供給路
１８エア噴射口
１９エア噴射溝
１９ａ溝底部
１９ｂ隔壁
１００ノズル
１１０ミスト噴射流
１２０エア噴射流
１３０周囲の空気

Claims

先端部にミストを噴射するミスト噴射口を有し、該ミスト噴射口の外周側後方位置であってノズルの外周部に、前方に向けた気体噴射口が複数設けられ、前記ノズル外周部に前後方向に沿い、かつ内外周空間及びノズル先端に開口する気体噴射溝が前記ノズル外周部の外周に沿って間隔を置いて複数形成され、該気体噴射溝はその底部が前記ミスト噴射口の先端に達し、かつ該気体噴射溝間のノズル外周部の隔壁は、前記ミスト噴射口の先端を越えて前方に伸長しており、該気体噴射溝内に前記気体噴射口が設けられており、該気体噴射口は、前記気体噴射溝の長手方向に沿って気体を前方に噴射するものであることを特徴とするミスト噴射ノズル。
複数の前記気体噴射口は、前記ノズル外周部の外周に沿って間隔を置いて設けられていることを特徴とする請求項１記載のミスト噴射ノズル。
ノズルの内部にミスト用液体供給路と気体供給路とが設けられ、前記ミスト用液体供給路に連結されて該ミスト用液体供給路からミスト用液体が供給される多孔質体を有し、前記気体供給路の一部は、該気体供給路を流れる気体が前記多孔質体の表面に接触して前記ミスト噴射口に達するように配置され、前記気体供給路の他部は、前記気体噴射口に連通するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のミスト噴射ノズル。