JP5074689B2

JP5074689B2 - ノズル

Info

Publication number: JP5074689B2
Application number: JP2005346230A
Authority: JP
Inventors: 孝行石原; 康臣明智
Original assignee: Toyota Motor Corp; Spraying Systems Japan Co
Current assignee: Toyota Motor Corp; Spraying Systems Japan Co
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007144377A

Description

本発明は、圧送されてきた液体に気泡を混合して噴出するノズルに関する。

従来、対象物を所定の容器等に貯溜された液体に浸漬して洗浄することが広く行われており、洗浄効果の向上を目的として、対象物が浸漬された液体を撹拌することも広く行われている。

所定の容器等に貯溜された液体を撹拌する方法の一つとして、液体をポンプ等で圧送し、貯溜された所定の容器等に貯溜された液体の内部に液流ノズルの先端から噴出することが知られている。また、洗浄効果を更に向上するために、気泡が混合した（含まれた）液体の流れ、すなわち気泡混合流として噴出することが可能なノズルも提案されている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
特開２００３−３３４４６９号公報

しかし、前記液流ノズルは、気泡混合流を生成するものではなく、単体での液流の噴出角度は１０度程度である。また、特許文献１に記載のノズルは、単体での気泡混合流の噴出角度が約３０度のものが中心であり、広範囲に気泡混合流を噴出することが困難であった。
従って、特許文献１に記載のノズルを用いて所定の容器等に貯溜された液体の広範囲に気泡混合流を行き渡らせようとした場合、当該ノズルを多数設ける必要があった。

本発明は以上の如き状況に鑑み、単体（一個）で広範囲に気泡混合流を噴出することが可能なノズルを提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手
段を説明する。

即ち、請求項１においては、
液体が貯留される貯留部の内部に前記液体に浸漬された状態で配置され、固体不純物が混入した液体であって前記貯留部の外部から圧送配管を通じて圧送されてきたものに気泡を混合して前記貯留部の内部に噴出し、前記固体不純物と前記気泡とが結びついたものを含む液体の上昇流を前記貯留部の内部に貯留された液体中に形成し、前記固体不純物と前記気泡とが結びついたものを前記貯留部から回収部にオーバーフローすることにより前記固体不純物が混入した液体から前記固体不純物を分離するノズルであって、
前記固体不純物が混入した液体を前記ノズルの内部に供給する液体供給経路と、
前記液体供給経路から供給された前記固体不純物が混入した液体を噴射する複数のオリフィス経路と、
気体を前記ノズルの内部に供給する気体供給経路と、
前記オリフィス経路から噴射された前記固体不純物が混入した液体と前記気体供給経路から供給された気体とを混合して前記固体不純物が混入するとともに気泡を含む液体を生成する混合室と、
前記混合室において生成された前記固体不純物が混入するとともに気泡を含む液体を外部に噴出する複数の噴出経路と、が形成され、
前記複数のオリフィス経路の噴射方向は扇状を成し、
前記噴出経路の噴出方向は、対応する前記オリフィス経路の噴射方向と略一致し、
前記固体不純物が混入するとともに気泡を含む液体を前記ノズルが前記貯留部の内壁に向かって噴射することにより前記内壁に沿って前記上昇流が形成され、前記上昇流が前記内壁の上部に形成された傾斜面に沿って進むことにより前記貯留部の内部に貯留された液体の液面には平面視で前記内壁から前記ノズルの上方を経て前記ノズルを挟んで前記内壁の反対側に配置された前記回収部に向かう流れが形成され、前記貯留部と前記回収部とを区画する仕切壁の前記貯留部側の壁面には前記回収部から前記ノズルに向かって下方に傾斜する回収面が形成されるものである。

請求項２においては、
前記ノズルに一本のＶ字型の溝を形成し、前記複数の噴出経路の開口部をいずれも前記Ｖ字型の溝に重なる位置に設けることにより、前記複数の噴出経路の開口部を、前記複数の噴出経路の噴出方向に略直交する方向かつ前記複数の噴出経路の噴出方向を含む面に平行な方向から見て略Ｖ字型に凹んだ形状とするものである。

請求項３においては、
前記噴出経路の断面積を開口部側端部にて狭めるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、固体不純物が混入した液体から固体不純物を分離し、貯留部とは別の空間である回収部に回収することが可能である。
また、貯留部の内部に広範囲に気泡混合流（固体不純物が混入した液体に気泡を混合したものの流れ）を噴出することが可能である。

請求項２においては、貯留部の内部にさらに広範囲に気泡混合流を噴出することが可能である。

請求項３においては、気泡混合流に含まれる気泡を微細化することが可能である。

以下では、図１を用いて本発明に係るノズルの実施の一形態であるノズル３１が適用される分離装置１の構成について説明する。
分離装置１はクーラントから切粉を分離する装置である。
「クーラント」は本発明に係る液体の実施の一形態であり、切粉は固体不純物の一例である。クーラントは加工装置（マシニングセンタや旋盤、研削盤等）の工具（刃物等）と被加工物との接触部位に供給され、当該接触部位の冷却、潤滑および接触部位から発生する切粉の除去を行うものであり、通常は水または油に所定の添加剤を添加したものである。
また、切粉は被加工物と同じ材料からなる固体物であり、被加工物を加工装置により加工（切削、研削等）した結果発生するものである。
本発明に係る「液体」は、水、油、炭化水素、およびこれらの混合物等、一般に知られる液体状の物質を広く指す。
固体不純物は、液体に混入した直径がサブミクロン程度から数ミリ程度の固体物を広く指す。
固体不純物を構成する材料はステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属でも良く、樹脂等の有機物でも良く、石やセラミックス等でも良い。また、固体不純物の形状は限定されず、球状、多面体状、針状あるいはその他の形状でも良い。

図１に示す如く、分離装置１は主として第一クーラントタンク１０、圧送ポンプ２０、噴出部材３０、分離槽４０、濾過部材５０、第二クーラントタンク６０等を具備する。

第一クーラントタンク１０は図示せぬ加工装置から回収された分離前のクーラント、すなわち、切粉が混入したクーラントを一時的に貯溜する容器である。
なお、本実施例の場合、分離前のクーラントは予めドラムフィルターを通すことにより１００μｍ以上の大きさの切粉が分離除去されている。

圧送ポンプ２０は第一クーラントタンク１０に一時的に貯溜された分離前のクーラントを分離槽４０に圧送するものである。
圧送ポンプ２０は水や油等を圧送する市販のポンプで達成することが可能である。

圧送ポンプ２０は圧送配管２１の中途部に設けられる。圧送配管２１の一端は第一クーラントタンク１０に挿入されて第一クーラントタンク１０の底部に配置され、圧送配管２１の他端は分離槽４０に挿入されて分離槽４０の底部に配置される（より厳密には、分離槽４０の貯溜部４２の底部に配置される）。
なお、圧送配管２１の一端を図示せぬ加工装置のクーラントタンクに挿入することにより、図示せぬ加工装置のクーラントタンクから直接分離前のクーラントを圧送する構成とし、第一クーラントタンク１０を省略することも可能である。

噴出部材３０は主としてノズル３１、エア供給管３２、開閉弁３３等を具備する。

ノズル３１は本発明に係るノズルの実施の一形態であり、圧送ポンプ２０により圧送されてきたクーラントに気泡を混合して噴出するためのノズルである。ノズル３１の根元部は圧送配管２１の他端（分離槽４０に挿入されている方の端部）に連通接続され、ノズル３１の先端部は開口している。ノズル３１の詳細構成については後述する。

なお、本発明に係るノズルは、本実施例の分離装置１に適用されるノズル３１の如くクーラントから切粉を分離する用途に限定されず、広範囲に気泡混合流を噴出する用途に広く適用可能である。

エア供給管３２は管状の部材であり、その一端であるノズル側端部３２ａはノズル３１に連通され、他端である開放側端部３２ｂは大気中に開放される。

開閉弁３３はエア供給管３２の中途部に設けられ、エア供給管３２の中途部を開いた状態（連通可能な状態）または閉じた状態（遮断された状態）のいずれかに切り替える弁である。開閉弁３３は通常の分離作業時には開いた状態とし、分離作業の準備段階では閉じた状態とする。

圧送ポンプ２０を駆動すると、第一クーラントタンク１０に貯溜された分離前のクーラントは圧送配管２１を通ってノズル３１に到達し、ノズル３１の内部を通過して先端部から分離槽４０の内部（より厳密には、分離槽４０の貯溜部４２）に噴出される。
このとき、開閉弁３３を開いた状態とすると、ノズル３１の内部を通過する分離前のクーラントによりエア供給管３２の内部に負圧が発生し、エア供給管３２からノズル３１の内部にエアが供給される（引き込まれる）。
その結果、ノズル３１の先端部から噴出される分離前のクーラントには、エア供給管３２からノズル３１の内部に供給されたエアに由来する気泡が多数混合されることとなる。

一方、開閉弁３３を閉じた状態とすると、ノズル３１の内部が真空となり、後述する貯溜部４２からクーラントを吸い込む圧力と圧送配管２１からクーラントを吐出する圧力とのバランスがとれ、ノズル３１からのクーラントの吐出を止めることが可能である。

なお、本実施例の場合はノズル３１の内部を通過する分離前のクーラントにより発生する負圧を利用してノズル３１の先端部から噴出される分離前のクーラントに気泡を混合する構成としたが、他の方法により液体に気泡を混合しても略同様の効果を奏する。
例えば、エアポンプでエアをノズルの内部またはノズルの先端部近傍に圧送することにより、ノズルの先端部から噴出される分離前のクーラントに気泡を混合する構成としても略同様の効果を奏する。
また、本実施例ではエア供給管３２をノズル３１に連通される構成としたが、これに限定されず、エア供給管３２を圧送配管２１の中途部に接続することによりノズル３１の先端部から噴出される分離前のクーラントに気泡を混合する構成としても良い。

分離槽４０は分離前のクーラントを貯溜する容器である。分離槽４０の内部は仕切壁４１により貯溜部４２と回収部４３の二つの空間に区画される。

貯溜部４２は分離槽４０の内部に形成された空間のうち、分離前のクーラントを貯溜する空間である。
貯溜部４２において仕切壁４１に対向する壁面である内壁面４２ａの下部には傾斜面４４ａを形成するための下部傾斜板４４が設けられるとともに、内壁面４２ａの上部には傾斜面４５ａを形成するための上部傾斜板４５が設けられる。
噴出部材３０のノズル３１は貯溜部４２の底部近傍に配置され、ノズル３１の先端部を仕切壁４１に対向する下部傾斜板４４の傾斜面４４ａに向けた状態で固定される。

噴出部材３０のノズル３１が分離前のクーラントを傾斜面４４ａに向かって略水平方向に噴出すると、噴出部材３０から噴射されたクーラントは、貯溜部４２に貯溜されたクーラントの内部に傾斜面４４ａおよび内壁面４２ａに沿って進む上昇流を形成する。
そして、分離前のクーラントはさらに傾斜面４５ａに沿って進み、貯溜部４２に貯溜されている分離前のクーラントの液面に沿って仕切壁４１に向かう流れを形成し、その一部（液面近傍の部分）は仕切壁４１の上を越えて回収部４３にオーバーフローする。
このとき、噴出部材３０のノズル３１が噴出する分離前のクーラントには気泡が多数混合されているため、傾斜面４４ａおよび内壁面４２ａに沿って進む上昇流、および傾斜面４５ａから貯溜部４２に貯溜されている分離前のクーラントの液面に沿って仕切壁４１に向かう流れには、多数の気泡が含まれている。そして、当該多数の気泡は表面張力によりクーラントに混入している切粉と結びついた状態となっている。
従って、噴出部材３０のノズル３１から噴出された分離前のクーラントに混入している切粉の大部分は、貯溜部４２の底部に沈殿することなく気泡とともに貯溜部４２から回収部４３にオーバーフローすることとなる。
なお、仕切壁４１の回収部４３側の壁面に沿って網カゴ４３ａを設けることも可能である。第一クーラントタンク１０に貯溜される分離前のクーラントから１００μｍ以上の大きさの切粉を除去するためのドラムフィルターが破損した場合、１００μｍ以上の大きさの切粉が網カゴ４３ａにトラップされるので、網カゴ４３ａに１００μｍ以上の大きさの切粉がトラップされるか否かを監視することにより当該ドラムフィルターの破損の有無を容易に確認することが可能である。
さらに、分離槽４０の側壁面において網カゴ４３ａに対向する位置にフランジを形成し、透明なガラスを設けて覗き窓４３ｂとすることにより、網カゴ４３ａに切粉がトラップされているか否かを容易に視認することが可能である。

なお、本実施例では、分離槽４０の貯溜部４２の内壁面４２ａの下部に下部傾斜板４４を設けて傾斜面４４ａを形成し、噴出部材３０のノズル３１から傾斜面４４ａに向かって略水平方向にクーラントを噴出する構成としたが、分離装置はこれに限定されず、噴出部材から分離槽の内壁面に向かって斜め上方にクーラントを噴出する構成としても分離槽の内部に気泡を含む上昇流を形成することが可能である。また、傾斜面の形状は本実施例の傾斜面４４ａの如く平面に限定されず、曲面でも良い。例えば、傾斜面４４ａの形状を分離槽４０の底面から内壁面４２ａにかけて滑らかに接続するＲ形状としても良い。同様に、傾斜面４５ａの形状を分離槽４０の内壁面４２ａから分離槽４０の貯溜部４２に貯溜されたクーラントの液面にかけて接続するＲ形状としても良い。

また、噴出部材３０（ノズル３１）から噴出されるクーラントに混合される気泡の大きさは、クーラントに混入している切粉の大きさやその分布（粒度分布）に応じて適宜選択することが望ましい。
本実施例の場合、十μｍ以上の大きさの切粉を回収部４３にオーバーフローすることを想定しており、気泡の大きさは回収部４３にオーバーフローする切粉の大きさの下限値（十μｍ）よりやや大きい数十μｍ程度としている。

圧送ポンプ２０により圧送され、噴出部材３０により噴出されて分離槽４０の貯溜部４２に貯溜されたクーラントのうち、回収部４３にオーバーフローしない残りのクーラントは、仕切壁４１の内部に形成された沈殿経路４６を通過した後、分離槽４０の下部（本実施例の場合、より厳密には分離槽４０の底面）に設けられた排出口４７から排出される。
排出口４７から排出されるクーラントに混入している切粉の量は、切粉の大部分が回収部４３にオーバーフローしたクーラントに集中するため、分離前のクーラントに比べて大きく減少している。
沈殿経路４６の導入口４６ａは貯溜部４２の底部に設けられ、沈殿経路４６の中途部は最も高いところで貯溜部４２の液面近傍まで到達し、排出口４７は分離槽４０の底面に設けられる。そのため、貯溜部４２に貯溜されたクーラントに混入している切粉の一部は沈殿経路４６を通過する過程で沈殿し、クーラントから更に分離される。
沈殿経路４６の中途部にはエア抜き配管４８の一端が連通接続され、エア抜き配管４８の他端は大気中に開放することにより、排出口４７からクーラントが排出され続け、貯溜部４２の液面が低下すること（サイフォン現象）を防止している。
なお、仕切壁４１の上面と沈殿経路４６とを連通する孔を設けることにより貯溜部４２の液面が低下すること（サイフォン現象）を防止し、エア抜き配管４８を省略しても良い。

また、仕切壁４１の貯溜部４２側の壁面４１ａには、噴出部材３０のノズル３１に向かって下方に傾斜する回収面４９ａを形成するための回収板４９が設けられる。
クーラントに混入している切粉のうち、気泡とともに回収部４３にオーバーフローされずに貯溜部４２の底に向かって沈殿しようとする切粉は回収面４９ａに沿って滑落し、ノズル３１の先端部の近傍に移動するので、ノズル３１の先端部から噴出されるクーラントの流れ（上昇流）に再び乗り、いずれは気泡とともに確実に回収部４３にオーバーフローされることとなる。
なお、回収面の傾斜角度は切粉の性状等に応じて適宜調整することが望ましく、回収面の形状は本実施例の回収面４９ａの如く平面に限定されず、曲面でも良い。

なお、本実施例では、分離槽４０の上面は大きく開口し、大気中に開放されているが、分離槽４０の上面に蓋を設けても略同様の効果を奏する。ただし、分離槽４０の上面に蓋を設ける場合には、当該蓋に外部と連通する通気口を設ける等することにより、分離槽４０に貯溜されたクーラントの液面に臨む空間が外部と連通された（分離槽４０の上面が開口している場合と同様に、圧送ポンプ２０により分離槽４０に貯溜されたクーラントが加圧されることがない）状態とすることが、圧送ポンプ２０の負荷を小さくする観点から望ましい。
また、本実施例では、分離槽４０の貯溜部４２の内部に下部傾斜板４４、上部傾斜板４５および回収板４９を設けることにより、それぞれ傾斜面４４ａ、傾斜面４５ａおよび回収面４９ａを形成する構成としたが、これに限定されず、分離槽の壁面自体を傾斜した形状とすることにより傾斜面および回収面を形成する構成としても略同様の効果を奏する。

本実施例では、図１に示す如く分離槽４０の貯溜部４２の噴出方向の長さを７５０ｍｍ、ノズル３１の先端部から貯溜部４２の内壁面４２ａまでの噴出方向の長さを３００ｍｍ、貯溜部４２に貯溜されるクーラントの深さを３５０ｍｍ、分離槽４０の奥行き（図１の紙面に垂直な方向における分離槽４０の幅）を３５０ｍｍとしたが、これに限定されず、ノズル３１からのクーラントの噴出圧や噴出量等に応じて適宜変更可能である。
なお、分離槽４０の奥行きを大きくした場合は、分離槽４０の広範囲にクーラントの気泡混合流が行き渡るように、ノズル３１を複数設けることが望ましい。
また、圧送配管２１の中途部を分離槽４０に固定する部材にノズル３１の噴出方向に延びた長孔を設けておき、当該長孔にボルトを貫装して分離槽４０に締結する等して、圧送配管２１の中途部を分離槽４０に固定する部材をノズル３１の噴出方向に摺動可能とすることにより、ノズル３１の先端部から貯溜部４２の内壁面４２ａまでの噴出方向の長さを容易に変更することができる。

濾過部材５０は分離槽４０からオーバーフローした気泡を含むクーラント（より厳密には、分離槽４０の貯溜部４２から回収部４３にオーバーフローした気泡を含むクーラント）から切粉を濾過するものである。濾過部材５０は本体５１、フィルター５２等を具備する。

本体５１は濾過部材５０の主たる構造体を成す容器であり、その内部にフィルター５２を収容する。本実施例の本体５１は略円筒形状の部材であり、その上端面および下端面にそれぞれ導入口５１ａおよび排出口５１ｂが設けられる。

フィルター５２は本体５１の内部に充填される繊維状物または網目状物であり、クーラントがこれを通過することにより所定の大きさ以上の切粉がトラップされ、クーラントから分離される。本実施例のフィルター５２は樹脂からなる網目状物であり、そのメッシュは１０μｍ程度である。

なお、本体５１の一部または全部を透明な材料（樹脂やガラス等）で構成することにより、濾過部材５０を分解することなく本体５１の内部に充填されたフィルター５２の目詰まりや破損の状況を確認することが可能であり、ひいてはフィルター５２の交換時期を的確に把握することが可能である。

配管５３はその一端が分離槽４０の回収部４３に連通接続され、他端が本体５１の導入口５１ａに連通接続される配管である。
配管５４はその一端が本体５１の排出口５１ｂに連通接続され、他端が第二クーラントタンク６０に挿入された配管である。
配管５５はその一端が分離槽４０の排出口４７に連通接続され、他端が第二クーラントタンク６０に挿入された配管である。

第二クーラントタンク６０は分離装置１により切粉が分離されたクーラントを回収するための容器である。

分離槽４０からオーバーフローした気泡を含むクーラント（より厳密には、分離槽４０の貯溜部４２から回収部４３にオーバーフローした気泡を含むクーラント）は、配管５３を経て濾過部材５０の本体５１の内部に供給され、フィルター５２を通過する過程で切粉が濾過された後、配管５４を経て第二クーラントタンク６０に回収される。
また、分離槽４０からオーバーフローされずに排出口４７から排出されたクーラントは、配管５５を経て第二クーラントタンク６０に回収される。

なお、本実施例の濾過部材５０の如くフィルター方式に限定されず、いわゆるサイクロン方式およびマグネット方式およびこれらを組み合わせた方式の濾過部材を用いることも可能である。
また、配管５４の他端および配管５４の他端を図示せぬ加工装置のクーラントタンクに挿入することにより、切粉を分離した後のクーラントを図示せぬ加工装置のクーラントタンクに直接戻す構成とし、第二クーラントタンク６０を省略することも可能である。

また、本実施例では配管５５の直径（内径）および配管５３の直径（内径）を適宜選択することにより、（Ａ）分離槽４０からオーバーフローしたクーラントの量、および（Ｂ）分離槽４０からオーバーフローされずに排出口４７から排出されたクーラントの量の比率を、（Ａ）：（Ｂ）＝１：９となるように調整する構成としているが、配管５５および配管５３の中途部にそれぞれ流量調整弁を設け、これらの流量調整弁の開度を適宜変更することにより調整する構成としても良い。
なお、沈殿経路４６の中途部において最も高くなる位置である端部４６ｂの高さを調整可能な構成とし、端部４６ｂの高さを調整することにより（Ａ）分離槽４０からオーバーフローしたクーラントの量、および（Ｂ）分離槽４０からオーバーフローされずに排出口４７から排出されたクーラントの量の比率を調整する構成としても良い。
（Ａ）分離槽４０からオーバーフローしたクーラントの量および（Ｂ）分離槽４０からオーバーフローされずに排出口４７から排出されたクーラントの量の比率は、本実施例の如く（Ａ）：（Ｂ）＝１：９に限定されず、クーラントおよび切粉の性状、あるいは分離装置１による単位時間あたりのクーラントの処理量等に応じて適宜選択される。

また、本実施例では、分離槽４０からオーバーフローしたクーラントが自重により配管５３、濾過部材５０、配管５４を経て第二クーラントタンク６０に回収される構成としているが、濾過部材５０の圧力損失との関係によっては分離槽４０からオーバーフローしたクーラントの処理量を十分に確保することが困難な場合も起こり得る。
このような場合には、配管５３の中途部にポンプを追加的に設け、該ポンプを駆動して分離槽４０からオーバーフローしたクーラントを濾過部材５０に圧送する構成とすることも可能である。
なお、該ポンプの破損（クーラントが無い状態での空運転）を防止するために、回収部４３に回収されたクーラントの液面の位置（水位）を検出するための検出手段（センサ等）を設け、回収部４３に回収されたクーラントの液面が所定の上限位置から下限位置までの範囲にあるときに当該圧送ポンプを駆動する構成とすることがより好ましい。

また、本実施例ではまず分離前のクーラントを第一クーラントタンク１０に貯溜し、第一クーラントタンク１０に貯溜された分離前のクーラントを圧送ポンプ２０で分離槽４０に圧送する構成としたが、これに限定されず、圧送配管２１の吸入側の端部を分離槽４０の貯溜部４２に挿入し、貯溜部４２の内部に貯溜された分離前のクーラントを圧送ポンプ２０で圧送して噴出部材３０のノズル３１の先端部から貯溜部４２の内部に噴出し、分離槽４０への分離前のクーラントの供給は別のポンプ等を用いて行う構成も本発明に含まれる。

以上の如く、切粉が混入したクーラントに気泡を混合して、クーラントが貯溜された分離槽４０の内部に噴出することにより、分離槽４０に貯溜されたクーラントに気泡を含む上昇流を形成し、分離槽４０から気泡を含むクーラントをオーバーフローして濾過することにより、クーラントから切粉を分離することにより、気泡を利用してクーラントに混入する切粉の大部分を分離槽４０からオーバーフローする一部のクーラントに集中させることが可能であり、従来のフィルター方式の分離方法の如く処理対象となるクーラントが全てフィルターを通過する場合に比べて、濾過に供するクーラントの量を少なくすることが可能である。
従って、クーラントから小さい（本実施例の場合、１０μｍ程度の）切粉を確実に（効率良く）分離しつつ、全体としての処理能力（単位時間あたりのクーラントの処理量）を大きくすることが可能である。
また、本実施例の場合、圧送ポンプ２０は、従来のフィルター方式の分離方法の如く圧力損失の大きいフィルターに直接クーラントを圧送するのではなく、大気に開放された分離槽４０にクーラントを圧送するため、圧送時の圧力が大きい高価なポンプを圧送ポンプ２０として使用する必要が無く、設備コストの削減に寄与する。また、圧送ポンプ２０の圧送時の圧力を小さくすることにより、クーラントから切粉を分離する作業の省エネルギー化に寄与する。

また、分離装置１を、切粉が混入したクーラントを圧送する圧送ポンプ２０と、圧送ポンプ２０により圧送されたクーラントに気泡を混合して噴出する噴出部材３０と、クーラントを貯溜する分離槽４０と、クーラントから切粉を濾過する濾過部材５０と、を具備し、噴出部材３０を分離槽４０の内部（より厳密には、貯溜部４２の内部）に配置し、噴出部材３０が噴出するクーラントにより分離槽４０に貯溜されたクーラントに気泡を含む上昇流を形成するとともに、分離槽４０に貯溜されたクーラントのうち、分離槽４０から気泡を含むクーラントをオーバーフローして濾過部材５０に供給し、分離槽４０からオーバーフローしない残りのクーラントを分離槽４０に設けた排出口４７より排出する構成とすることにより、気泡を利用してクーラントに混入する切粉の大部分を分離槽４０からオーバーフローする一部のクーラントに集中させることが可能であり、従来のフィルター方式の分離装置の如く処理対象となるクーラントが全てフィルターを通過する場合に比べて、濾過に供するクーラントの量を少なくすることが可能である。
従って、クーラントから小さい（本実施例の場合、１０μｍ程度の）切粉を確実に（効率良く）分離しつつ、全体としての処理能力（単位時間あたりのクーラントの処理量）を大きくすることが可能である。
また、本実施例の場合、圧送ポンプ２０は、従来のフィルター方式の分離装置の如く圧力損失の大きいフィルターに直接クーラントを圧送するのではなく、大気に開放された分離槽４０にクーラントを圧送するため、圧送時の圧力が大きい高価なポンプを圧送ポンプ２０として使用する必要が無く、設備コストの削減に寄与する。また、圧送ポンプ２０の圧送時の圧力を小さくすることにより、クーラントから切粉を分離する作業の省エネルギー化に寄与する。

また、分離装置１の噴出部材３０を、圧送ポンプ２０が圧送したクーラントを噴出するノズル３１と、一端がノズル３１の中途部に連通し、他端が大気中に開放されたエア供給管３２と、を具備する構成とすることにより、ノズル３１を通過するクーラントにより発生する負圧を利用して、モータやポンプ等の専用の駆動源を用いることなくクーラントに気泡を混合することが可能であり、分離装置１の簡素化、省エネルギー化、設備コストの削減に寄与する。

また、分離装置１の分離槽４０は内壁面４２ａの下部に傾斜面４４ａを有し、分離装置１の噴出部材３０は、傾斜面４４ａに向かって略水平方向にクーラントを噴出する構成とすることにより、簡単な構成で容易に分離槽４０（より厳密には、分離槽４０の貯溜部４２）に貯溜されたクーラントに上昇流を形成することが可能である。

また、分離装置１の分離槽４０が、貯溜部４２に貯溜されたクーラントがオーバーフローする位置である仕切壁４１の貯溜部４２側の壁面４１ａから噴出部材３０のノズル３１、すなわち気泡が混合されたクーラントが噴出される位置、に向かって傾斜する回収面４９ａを有する構成とすることにより、切粉をより確実に分離槽４０から（より厳密には、貯溜部４２から回収部４３に）オーバーフローすることが可能である。

以下では、図２、図３および図４を用いて本発明に係るノズルの実施の一形態であるノズル３１の詳細について説明する。なお、以下の説明では図２および図３中の矢印Ａの方向を「前方」と定義する。
ノズル３１は本体部材７１、オリフィス部材７２、アダプタ部材７３等を具備する。

本体部材７１はノズル３１を構成する部材の一つであり、ノズル３１の主たる構造体である。本体部材７１には気体供給経路８３、混合室８４および噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃが形成される。

オリフィス部材７２はノズル３１を構成する部材の一つであり、オリフィス部材７２にはオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃが形成される。

アダプタ部材７３はノズル３１を構成する部材の一つであり、オリフィス部材７２には液体供給経路８１が形成される。アダプタ部材７３の側面にはネジ７３ａが形成されており、本体部材７１の後端部に螺合する。その結果、アダプタ部材７３は、オリフィス部材７２を混合室８４に臨む位置に押し当てつつ本体部材７１に固定される。

液体供給経路８１は本発明に係る液体供給経路の実施の一形態であり、圧送配管２１により圧送されてきたクーラントをノズル３１の内部に供給するための経路である。
液体供給経路８１の一端はアダプタ部材７３の後端面に開口しており、圧送配管２１の他端（分離槽４０に挿入されている方の端部）に連通接続される。
液体供給経路８１の他端はアダプタ部材７３の前端面に開口している。

オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃは本発明に係る複数のオリフィス経路の実施の一形態であり、液体供給経路８１から供給されたクーラントを混合室８４に噴射するための経路である。
オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃの一端は合流してオリフィス部材７２の後端面、すなわちアダプタ部材７３の前端面に臨む面に開口し、オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃは液体供給経路８１に連通接続される。
オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃの他端はオリフィス部材７２の前端面、すなわち混合室８４に臨む面に開口する。
オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃの断面積は、合計しても液体供給経路８１の断面積よりも小さい。従って、液体供給経路８１から供給されたクーラントはオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃを通過するときに絞られ、流速が増した状態で混合室８４に噴射される。
本実施例の場合、オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃの長手方向、すなわちオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃからそれぞれクーラントが噴射される方向（噴射方向）は扇状となっている。言い換えれば、複数のオリフィス経路が所定の平面（本実施例の場合、水平面）上または所定の平面に近い位置に配置され、かつ、当該所定の平面から略直交する方向から見て、複数のオリフィス経路が上流側から下流側（噴射側）に向かって拡がるように配置されている。

気体供給経路８３は本発明に係る気体供給経路の実施の一形態であり、ノズル３１の内部に気体（本実施例の場合、エア）を供給するための経路である。
気体供給経路８３の一端は本体部材７１の上部にて開口し、他端は混合室８４と連通している。気体供給経路８３の一端はエア供給管３２のノズル側端部３２ａに連通接続される。

混合室８４は本発明に係る混合室の実施の一形態であり、オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃから噴射されたクーラントと気体供給経路８３から供給されたエアとを混合して気泡を含むクーラントを生成するための空間である。
オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃからクーラントが混合室８４に噴射されると、エア供給管３２の内部に負圧が発生し、エア供給管３２から気体供給経路８３を経て混合室８４にエアが供給される（引き込まれる）。
その結果、混合室８４に噴射されるクーラントの勢いで混合室８４に供給されたエアは気泡と化し、気泡を含むクーラントが生成される。

噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃは本発明に係る複数の噴出経路の実施の一形態であり、混合室８４において生成された気泡を含むクーラントを外部に噴出するための経路である。
噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃの一端は混合室８４に連通接続され、他端は本体部材７１の前端部に開口する。噴出経路８５ａの開口部８６ａ、噴出経路８５ｂの開口部８６ｂおよび噴出経路８５ｃの開口部８６ｃは、それぞれ本体部材７１の前端部に所定の間隔を空けて配置される。
混合室８４において生成された気泡を含むクーラントは、噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃを通過して、気泡混合流として開口部８６ａ、開口部８６ｂおよび開口部８６ｃからそれぞれ噴出される。

噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃは、その断面積が開口部側端部８７ａ・８７ｂ・８７ｃにて狭まっている。従って、気泡混合流に含まれる気泡は、開口部８６ａ、開口部８６ｂおよび開口部８６ｃから外部に噴出される前に開口部８６ａ、開口部８６ｂおよび開口部８６ｃの中心側に一度集まり、その後噴出されることととなる。

図３に示す如く、噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃの長手方向、すなわち噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃが気泡を含むクーラントを噴出する方向（噴出方向）は、それぞれ対応するオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃが混合室８４にクーラントを噴射する方向（噴射方向）と略一致する。言い換えれば、オリフィス経路８２ａと噴出経路８５ａ、オリフィス経路８２ｂと噴出経路８５ｂ、オリフィス経路８２ｃと噴出経路８５ｃは、それぞれ略同一直線上に配置される。
このように構成することにより、ノズル３１の開口部８６ａ、開口部８６ｂおよび開口部８６ｃからそれぞれ噴出される三つの気泡混合流も扇状となり、ノズル３１単体で広範囲に気泡混合流を噴出することが可能である。
本実施例の場合、図３に示す如く、平面視で最も右側に配置されるオリフィス経路８２ｂと最も左側に配置されるオリフィス経路８２ｃとの成す角度θは３０度であるため、ノズル３１は従来のノズル（単体での気泡混合流の噴出角度は約１０度）に比べて広範囲に気泡混合流を噴出することが可能である。
なお、オリフィス経路が他のオリフィス経路と成す角度については特に限定されず、用途に応じて適宜選択することが可能である。
また、オリフィス経路８２ａと噴出経路８５ａ、オリフィス経路８２ｂと噴出経路８５ｂ、オリフィス経路８２ｃと噴出経路８５ｃは、それぞれ略同一直線上に配置されることにより、気泡混合流の勢いが混合室８４から開口部８６ａ、開口部８６ｂおよび開口部８６ｃまでの間で弱められることが無く、ノズル３１から気泡混合流を勢いよく噴出することが可能である。

なお、本実施例ではノズル３１に三つのオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃおよびこれらにそれぞれ対応する三つの噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃを形成したが、本発明に係るノズルはこれに限定されず、本発明に係るノズルに二つまたは四つ以上のオリフィス経路およびこれらにそれぞれ対応する二つまたは四つ以上の噴出経路を形成しても良い。
オリフィス経路およびこれらにそれぞれ対応する噴出経路の数については、どの程度の範囲に気泡混合流を噴出するかに応じて適宜選択することが可能である。

また、本実施例ではノズル３１に形成された噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃは互いに独立している（途中で合流したりすることがない）が、本発明に係るノズルはこれに限定されず、複数の噴出経路が、対応するオリフィス経路の噴射方向と略一致する状態を保持しつつ、中途部で他のオリフィス経路と合流しても良い。
複数の噴出経路を互いに独立とするか中途部で他の噴出経路と合流させるかは、ノズルの用途、噴出される液体の性質、噴出圧力、求められる気泡の大きさ等に応じて適宜選択することが可能である。

本体部材７１の前端部には側面視略Ｖ字型の溝７１ａが形成され、開口部８６ａ、開口部８６ｂおよび開口部８６ｃはいずれも溝７１ａに重なる位置に設けられている。
従って、噴出経路８５ａの開口部８６ａ、噴出経路８５ｂの開口部８６ｂおよび噴出経路８５ｃの開口部８６ｃの形状は側面視、より厳密には、気泡混合流の噴出方向に略垂直な方向から見て略Ｖ字型に凹んだ形状である。
このように構成することにより、噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃからそれぞれ噴出される気泡混合流の有する噴出角度φ（図３参照）も大きくなる。本実施例の場合、噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃの噴出角度φは約２５度であり、従来のノズル（単体での気泡混合流の噴出角度は約１０度）に比べてさらに広範囲に気泡混合流を噴出することが可能である。
また、各噴出経路の有する噴出角度φが大きくなることにより、オリフィス経路および噴出経路の数を減らしても広範囲に気泡混合流を噴出することが可能となり、ノズルの製造工数（加工工数）の削減に寄与する。
なお、気泡混合流の噴出圧力やＶ字型の溝を成す二つの面の成す角度ψ（図２参照）を変更することにより、一個の噴出経路から噴出される気泡混合流の有する噴出角度φを調整することが可能である。

本実施例のノズル３１は本体部材７１、オリフィス部材７２およびアダプタ部材７３の三つの部材を具備する構成としたが、本発明に係るノズルはこれに限定されず、一体的に形成されたものであっても良く、複数の部材を具備するものであっても良い。

以上の如く、ノズル３１は、
圧送されてきたクーラントに気泡を混合して噴出するノズルであって、
圧送されてきたクーラントをノズル３１の内部に供給する液体供給経路８１と、
液体供給経路８１から供給されたクーラントを噴射するオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃと、
エアをノズル３１に供給する気体供給経路８３と、
オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃから噴射されたクーラントと気体供給経路８３から供給されたエアとを混合して気泡を含むクーラントを生成する混合室８４と、
混合室８４において生成された気泡を含むクーラントを外部に噴出する噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃと、
が形成され、
オリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃの噴射方向は扇状を成し、
噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃの噴出方向は、対応するオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃの噴射方向と略一致するものである。
このように構成することにより、広範囲に気泡混合流を噴出することが可能である。

また、ノズル３１は、
噴出経路８５ａの開口部８６ａを、噴出経路８５ａの噴出方向に略直交する方向から見て（本実施例の場合略側面視）略Ｖ字型に凹んだ形状とし、噴出経路８５ｂの開口部８６ｂを、噴出経路８５ｂの噴出方向に略直交する方向から見て（本実施例の場合略側面視）略Ｖ字型に凹んだ形状とし、噴出経路８５ｃの開口部８６ｃを、噴出経路８５ｃの噴出方向に略直交する方向から見て（本実施例の場合略側面視）略Ｖ字型に凹んだ形状とするものである。
このように構成することにより、噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃのそれぞれから噴出される気泡混合流の噴出角度φを大きくすることが可能であり、さらに広範囲に気泡混合流を噴出することが可能である。

また、ノズル３１は、
噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃの断面積を開口部側端部８７ａ・８７ｂ・８７ｃにて狭めるものである。
このように構成することにより、混合室８４に供給されたエアが噴出経路８５ａ・８５ｂ・８５ｃの開口部８６ａ・８６ｂ・８６ｃの中心側に集められるためオリフィス経路８２ａ・８２ｂ・８２ｃから噴射されたクーラントとの衝突が頻繁となり、微細な気泡を形成することが容易となる。結果として、気泡混合流に含まれる気泡を微細化することが可能である。

本発明に係るノズルの実施の一形態が適用される分離装置を示す模式図。本発明に係るノズルの実施の一形態の側面断面図。本発明に係るノズルの実施の一形態の平面断面図。本発明に係るノズルの実施の一形態の正面図。

１分離装置
３１ノズル
８１液体供給経路
８２ａ・８２ｂ・８２ｃオリフィス経路
８３気体供給経路
８４混合室
８５ａ・８５ｂ・８５ｃ噴出経路

Claims

液体が貯留される貯留部の内部に前記液体に浸漬された状態で配置され、固体不純物が混入した液体であって前記貯留部の外部から圧送配管を通じて圧送されてきたものに気泡を混合して前記貯留部の内部に噴出し、前記固体不純物と前記気泡とが結びついたものを含む液体の上昇流を前記貯留部の内部に貯留された液体中に形成し、前記固体不純物と前記気泡とが結びついたものを前記貯留部から回収部にオーバーフローすることにより前記固体不純物が混入した液体から前記固体不純物を分離するノズルであって、
前記固体不純物が混入した液体を前記ノズルの内部に供給する液体供給経路と、
前記液体供給経路から供給された前記固体不純物が混入した液体を噴射する複数のオリフィス経路と、
気体を前記ノズルの内部に供給する気体供給経路と、
前記オリフィス経路から噴射された前記固体不純物が混入した液体と前記気体供給経路から供給された気体とを混合して前記固体不純物が混入するとともに気泡を含む液体を生成する混合室と、
前記混合室において生成された前記固体不純物が混入するとともに気泡を含む液体を外部に噴出する複数の噴出経路と、が形成され、
前記複数のオリフィス経路の噴射方向は扇状を成し、
前記噴出経路の噴出方向は、対応する前記オリフィス経路の噴射方向と略一致し、
前記固体不純物が混入するとともに気泡を含む液体を前記ノズルが前記貯留部の内壁に向かって噴射することにより前記内壁に沿って前記上昇流が形成され、前記上昇流が前記内壁の上部に形成された傾斜面に沿って進むことにより前記貯留部の内部に貯留された液体の液面には平面視で前記内壁から前記ノズルの上方を経て前記ノズルを挟んで前記内壁の反対側に配置された前記回収部に向かう流れが形成され、前記貯留部と前記回収部とを区画する仕切壁の前記貯留部側の壁面には前記回収部から前記ノズルに向かって下方に傾斜する回収面が形成される、
ことを特徴とするノズル。
前記ノズルに一本のＶ字型の溝を形成し、前記複数の噴出経路の開口部をいずれも前記Ｖ字型の溝に重なる位置に設けることにより、前記複数の噴出経路の開口部を、前記複数の噴出経路の噴出方向に略直交する方向かつ前記複数の噴出経路の噴出方向を含む面に平行な方向から見て略Ｖ字型に凹んだ形状とすることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
前記噴出経路の断面積を開口部側端部にて狭めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズル。