JP5850565B2

JP5850565B2 - 油水ミスト用給水安定化装置及び油水ミスト生成システム

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Publication number: JP5850565B2
Application number: JP2011233551A
Authority: JP
Inventors: 好朗小出; 吉村　宏; 宏吉村
Original assignee: Daido Metal Co Ltd; Aisin Kiko Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd; Aisin Kiko Co Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: JP2013091124A

Description

本発明は、油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成可能な油水ミスト生成システム及びその油水ミスト生成システムに含まれる油水ミスト用給水安定化装置に関する。

近年、圧縮ガスと水と加工用の潤滑油とから油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成する油水ミスト生成ノズルが開発され、その油水ミスト生成ノズルを含んだシステムが製品化されている（例えば、特許文献１参照）。そして、従来の油水ミスト生成システムでは、油水ミスト生成ノズルに給水用と給油用の定量ポンプがそれぞれ接続され、定量ポンプによる潤滑油の吐出動作１回当たりの水の吐出動作回数を変更することで、潤滑油の供給量に対する水の供給量を調整して、油水ミストにおける水と潤滑油の構成比を適宜変更していた。

特許第３５７４０２３号（図１，２，３，請求項１）

しかしながら、上記した従来の構成では、定量ポンプの吐出動作の繰り返し頻度が高いと、潤滑油の供給中に水の供給量が脈動するように変動し、油水ミストにおける水と潤滑油の構成比も変動するという問題が生じることもあった。また、渦巻きポンプやギヤポンプ等のように定量ポンプ以外のポンプを使用しても、定量ポンプほどでなくても水の吐出量は変動し得るので、同様の問題が懸念された。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、油水ミストにおける水と潤滑油の構成比がより安定するように油水ミスト生成ノズルに給水可能な油水ミスト用給水安定化装置及び油水ミスト生成システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る油水ミスト用給水安定化装置は、一端が圧縮ガス供給源に給気用開閉弁を介して接続されかつ他端が開放したメイン流路の途中に給水路と給油路とを接続して備え、給水路と給油路とから供給される水と加工用の潤滑油とをメイン流路を流れる圧縮ガスの圧力により霧化して、潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成可能な油水ミスト生成ノズルの給水路と水送給源との間に接続される油水ミスト用給水安定化装置であって、水の流量を下げる減流器と、減流器より下流側で水の流量を下げかつ調整可能な下流側流量調整弁と、流量計と、給気用開閉弁の開閉に連動して開閉される給水用開閉弁とを、給水路と前記水送給源との間に直列接続して備え、給油路を通して潤滑油をメイン流路に供給する給油ポンプを備え、給気用開閉弁が開弁される際に、その給気用開閉弁の開弁後に、給水用開閉弁が開弁されかつ潤滑油の供給が開始されるように給水用開閉弁及び給油ポンプを制御する制御部を備えることを特徴とする油水ミスト用給水安定化装置ところに特徴を有する。
請求項２の発明は、請求項１に記載の油水ミスト用給水安定化装置において、給水用開閉弁は、下流側流量調整弁及び流量計より下流側に配置されたところに特徴を有する。
請求項３の発明に係る油水ミスト用給水安定化装置は、一端が圧縮ガス供給源に接続されかつ他端が開放したメイン流路の途中に給水路と給油路とを接続して備え、給水路と給油路とから供給される水と加工用の潤滑油とをメイン流路を流れる圧縮ガスの圧力により霧化して、潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成可能な油水ミスト生成ノズルの給水路と水送給源との間に接続される油水ミスト用給水安定化装置であって、水の流量を下げる減流器と、減流器より下流側で水の流量を下げかつ調整可能な下流側流量調整弁と、流量計と、圧縮ガスの供給及び供給停止に連動して開閉される給水用開閉弁とを、給水路と水送給源との間に直列接続して備え、給水用開閉弁は、下流側流量調整弁及び流量計より下流側に配置されたことを特徴とする油水ミスト用給水安定化装置。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の油水ミスト用給水安定化装置において、減流器は、水の流量を調整可能な上流側流量調整弁であるところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の油水ミスト用給水安定化装置において、流量計は、フロート式流量計であって、下流側流量調整弁より上流側に配置されたところに特徴を有する。

請求項６の発明に係る油水ミスト生成システムは、請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載の油水ミスト用給水安定化装置を、油水ミスト生成ノズルに接続して備えたところに特徴を有する。

［請求項１，３，４及び６の発明］
請求項１，３及び６の発明によれば、水送給源側で発生した水圧変動が、減流器と下流側流量調整弁とで２段階で緩和されるので、油水ミスト生成ノズルへの水の流量を安定させることができる。即ち、油水ミストにおける水と潤滑油の構成比が安定するように油水ミスト生成ノズルに給水することが可能になる。また、水の流量を、減流器と下流側流量調整弁とで２段階で下げるので細かい流量調整が可能になり、油水ミスト生成ノズルへの水の流量を所望の値に正確に合わせることが可能になる。しかも、給気用開閉弁の開閉に連動して開閉される給水用開閉弁を備えているので、ポンプの起動及び停止によって給水開始及び停止を行っていた従来のものに比べて給水開始及び停止のレスポンスが向上する。さらには、給水用開閉弁によって油水ミスト生成ノズルのメイン流路から給水路に圧縮ガスが逆流する事態も防がれるので、この点においても給水開始のレスポンスが向上する。

なお、減流器は、水の流量を調整することができないレデューサーであってもよいし、請求項４の発明のように、水の流量を調整可能な上流側流量調整弁であってもよい。また、上流側及び下流側の流量調整弁は手動式であってもよいし、電動式又はエア駆動式であってもよい。電動式等の場合には、流量計の計測結果に基づいてコンピュータにて流量調整弁の弁開度を調整し、水の流量をフィードバック制御する構成としてもよい。また、手動式の場合には、作業者が流量計の計測結果を目視確認して手作業で下流側流量調整弁の弁開度を調整すればよい。さらに、水送給源は、ポンプであってもよいし、公営の水道管であってもよいし、工場に備えた給水管設備であってもよい。

［請求項５の発明］
請求項５の油水ミスト用給水安定化装置では、流量計がフロート式流量計であるのでコスト削減が図られる。そのフロート式流量計では、流量が０になってフロートが降下すると、そのフロートの降下によって流体が押されてノイズとなる流量変化が発生し得るが、本発明では、流量計を下流側流量調整弁より上流側に配置したので、上記したノイズとなる流量変化の油水ミスト生成ノズルへの影響を抑えることができる。

［請求項２及び３の発明］
請求項２及び３の油水ミスト用給水安定化装置では、減流器及び下流側流量調整弁により流量が下げられた下流側に給水用開閉弁を配置したので給水用開閉弁の小型化が図られる。

油水ミスト生成ノズルの断面図油水ミスト生成システムの概念図他の実施形態に係る油水ミスト生成システムの概念図

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１に示された油水ミスト生成ノズル１０は、特許第３５７４０２３号公報に開示された油水ミスト生成ノズル（同公報における「油膜付水滴生成混合器」に相当する）と同様の原理で油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成することが可能な構成になっている。

具体的には、油水ミスト生成ノズル１０は、先端に向かって徐々に細くなった先細り形状をなし、その軸心部には、メイン流路１２が貫通形成されている。油水ミスト生成ノズル１０の後端面の中央には、メイン流路１２の始端開口がガス供給ポート１３として備えられ、油水ミスト生成ノズル１０の先端には、メイン流路１２の終端開口がミスト吐出口１４として備えられている。そして、ガス供給ポート１３に供給された圧縮ガス（例えば、圧縮空気）がメイン流路１２を流れて、ミスト吐出口１４から吐出される。

また、メイン流路１２には、ガス供給ポート１３側からミスト吐出口１４側に向かって順番に第１絞り部１５、第１霧化室１６、第２絞り部１７、第２霧化室１８、余剰油結合室１９及び吐出ガイド部２０が備えられている。

油水ミスト生成ノズル１０のうちメイン流路１２における第１絞り部１５より後側の側方には、給油路２１が備えられている。給油路２１は、一端部がメイン流路１２における第１絞り部１５の内側部分に直交するように連絡されると共に途中部分が直角曲げされて、他端部が油水ミスト生成ノズル１０の後端面に開口し、その開口が給油ポート２２になっている。

油水ミスト生成ノズル１０のうちメイン流路１２における第２絞り部１７より後側の側方には、給水路２３が備えられている。給水路２３は、一端部がメイン流路１２における第２絞り部１７の内側部分に直交するように連絡されると共に途中部分が直角曲げされて、他端部が油水ミスト生成ノズル１０の後端面に開口し、その開口が給水ポート２４になっている。

油水ミスト生成ノズル１０のうちメイン流路１２における第１霧化室１６の前端部から余剰油結合室１９の前端部に亘る部分の側方には、サイド連通路２５が備えられている。サイド連通路２５の一端部は、第１霧化室１６における前端部の内側面に開口し、サイド連通路２５の他端部は、余剰油結合室１９における軸方向における２カ所に開口している。なお、メイン流路１２における流体の通過面積は、第１霧化室１６，第２霧化室１８、余剰油結合室１９及び吐出ガイド部２０の順番で徐々に小さくなっている。また、第１と第２の絞り部１５，１７における流体の通過面積は、吐出ガイド部２０より小さくなっている。

油水ミスト生成ノズル１０の構造に関する説明は以上である。次に、この油水ミスト生成ノズル１０を含んだ油水ミスト生成システム３０について説明する。図２に示すように油水ミスト生成システム３０は、油水ミスト生成ノズル１０と、その油水ミスト生成ノズル１０のガス供給ポート１３に接続された給気部３１と、油水ミスト生成ノズル１０の給油ポート２２に接続された給油部３６と、油水ミスト生成ノズル１０の給水ポート２４に接続された本発明に係る油水ミスト用給水安定化装置４０（以下、「給水安定化装置４０」という）とを備えてなる。また、給水安定化装置４０には、開閉弁３３，４３等を制御する制御部５０を有している。

給気部３１は、例えば工場の給気管設備３５と油水ミスト生成ノズル１０のガス供給ポート１３との間に直列接続された流量制御弁３２と開閉弁３３とからなる。なお、給気管設備３５には、工場に備えた給気ポンプ３４から本発明の圧縮ガスとしての圧縮エアー（所謂、工場エアー）が供給されている。

給油部３６は、加工用の潤滑油を貯留した貯留タンク３９と、貯留タンク３９の潤滑油を吸い上げて吐出する給油ポンプ３８と、給油ポンプ３８と油水ミスト生成ノズル１０の給油ポート２２との間に接続された流量計３７とからなる。また、給油ポンプ３８から吸い上げられた潤滑油は、非常に微量であるため、給気ポンプ３４からの圧縮エアーにより給油ポート２２まで搬送される構成になっている。なお、給油ポンプ３８は、例えば、定量ポンプであって潤滑油を間欠的に送給する。

給水安定化装置４０は、例えば、工場の給水管設備４８と油水ミスト生成ノズル１０の給水ポート２４との間を連絡し、上流側から下流側に向かって順番に、ストレーナー４６、フィルター４５、上流側流量調整弁４４、開閉弁４３、流量計４２及び下流側流量調整弁４１を直列に接続して備えている。工場の給水管設備４８は、油水ミスト生成ノズル１０に途切れることなく好適に水を供給するために配管内の水の流速を緩やかに増加させるために、上流から下流にかけて徐々に縮径するように構成されている。なお、給水管設備４８には、工場に備えた給水ポンプ４７から水が供給されている。

ストレーナー４６は、例えば、比較的、目が荒いメッシュであって、水に金属片等の異物が含まれていた場合にそれを除去するために備えられている。

フィルター４５は、例えば、不織布又は紙で構成され、給水管設備４８内に存在する藻を除去するために備えられている。

流量計４２は、例えば、フロート式流量計であって、作業者の目視によって流量を計測することができる。

上流側流量調整弁４４と下流側流量調整弁４１は、共に例えば、手動で弁開度を調整して流量を絞ることが可能な構成になっている。

制御部５０は、給油部３６の給油ポンプ３８と給気部３１及び給水安定化装置４０の開閉弁３３，４３とにオンオフ信号を付与するようになっている。

開閉弁３３，４３は、通常は、例えば、弾性部材の弾発力によって閉弁状態になっていて、制御部５０からオン信号を受けると、例えば電磁駆動によって開弁状態に切り替わるようになっている。

本実施形態の油水ミスト生成システム３０の構成に関する説明は以上である。次に、この油水ミスト生成システム３０の動作と併せて、本発明に係る給水安定化装置４０の作用効果について説明する。

油水ミスト生成システム３０を起動する前に、油水ミストにおける潤滑油と水との構成比を予め決定しておく。そして、その構成比と給油ポンプ３８による潤滑油の単位時間当たりの吐出量とから、給水安定化装置４０における水の単位時間当たりの目標供給量、即ち、目標流量を求め、その目標流量の水が実際に流量計４２にて計測されるように、上流側流量調整弁４４及び下流側流量調整弁４１の弁開度を調整する。

ところで、工場の給水管設備４８を流れる水は、頻繁に圧力が変動するため、水の供給量が脈動するように変動することが考えられる。このため、本実施形態では、上流側流量調整弁４４によって脈動が発生しないまたは無視できる圧力まで減圧している。具体的には、まず、上流側流量調整弁４４の弁開度を調整して、配水管設備４８の上流側流量調整弁４４よりも上流側の圧力変動を無視できる水圧まで減圧した後に、配水管設備４８における上流側流量調整弁４４の下流側へ水を供給する。これにより、上流側流量調整弁４４の上流側の配管を流れる水が整流され、上流側流量調整弁４４の下流側の配管を流れる水の脈動が発生しないようにすることができる。そして、流量計４２にて計測される流量が、目標流量と一致するように下流側流量調整弁４１の弁開度を調整する。以上により油水ミスト生成システム３０の調整が完了する。

油水ミスト生成システム３０を起動すると、制御部５０は、給気部３１の開閉弁３３を開弁した後に、給水安定化装置４０の開閉弁４３を開弁しかつ給油ポンプ３８を駆動させる。すると、メイン流路１２内を圧縮ガスが流れている状態で給油ポート２２から給油路２１を通して第１絞り部１５内に潤滑油が供給されると共に、給水ポート２４から給水路２３を通して第２絞り部１７内に水が供給される。これにより、圧縮ガスと共に潤滑油が第１霧化室１６に送給されて、第１霧化室１６内で潤滑油の霧が生成される。そして、潤滑油の霧を含んだ圧縮ガスが第２絞り部１７に送給される。これにより、潤滑油を含んだ圧縮ガスと共に水が第２霧化室１８に送給され、第２霧化室１８内で、潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストが生成される。

また、霧にならずに第１霧化室１６に溜まった潤滑油は、サイド連通路２５を通して余剰油結合室１９に送られる。そして、余剰油結合室１９を通過する油水ミストの水粒群に吸収される。このようにして生成された油水ミストは、吐出ガイド部２０で流速を上げられ、油水ミスト生成ノズル１０のミスト吐出口１４から吐出される。なお、この油水ミストは、加工機（例えば、ホブ盤、旋盤、エンドミル加工機等）の工具及びワークに降りかけて用いられる。そして、上記した特許第３５７４０２３号公報に開示の油水ミスト生成ノズルと同様に、潤滑油による環境への悪影響を抑える等の効果を奏する。

以上により、本実施形態の給水安定化装置４０では、給水管設備４８で発生した水圧変動が、上流側流量調整弁４４と下流側流量調整弁４１とで２段階で緩和されるので、油水ミスト生成ノズル１０への水の流量を安定させることができる。即ち、油水ミストにおける水と潤滑油の構成比が安定するように油水ミスト生成ノズル１０に給水することが可能になる。また、水の流量を、上流側流量調整弁４４と下流側流量調整弁４１とで２段階で下げるので細かい流量調整が可能になり、油水ミスト生成ノズル１０への水の流量を所望の値に正確に合わせることが可能になる。しかも、圧縮ガスの供給及び供給停止に連動して開閉される開閉弁４３を備えているので、ポンプの起動及び停止によって給水開始及び停止を行っていた従来のものに比べて給水開始及び停止のレスポンスが向上する。さらには、開閉弁４３によって油水ミスト生成ノズル１０のメイン流路１２から給水路２３に圧縮ガスが逆流する事態も防がれるので、この点においても給水開始のレスポンスが向上する。

また、本実施形態の給水安定化装置４０では、流量計４２がフロート式流量計であるので、例えば、電磁式流量計やタービン式流量計等に比べてコスト削減が図られる。そのフロート式流量計である流量計４２では、流量が０になってフロートが降下すると、そのフロートの降下によって流体が押されてノイズとなる流量変化が発生し得るが、本実施形態では、流量計４２を、下流側流量調整弁４１より上流側に配置したので、上記したノイズとなる流量変化の油水ミスト生成ノズル１０への影響を抑えることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態の給水安定化装置４０において、図３に示すように、開閉弁４３を下流側流量調整弁４１より下流側に配置して給水安定化装置４０Ｖとしてもよい。そのような構成にすれば、開閉弁４３の小型化が図られると共に、油水ミスト生成システム３０の不使用時に上流側流量調整弁４４、下流側流量調整弁４１及び流量計４２が水圧を受けた状態に維持され、上流側流量調整弁４４等に藻が繁殖することを抑えることができる。

（２）前記実施形態の給水安定化装置４０では、上流側流量調整弁４４と下流側流量調整弁４１の両方で流量を調整可能であったが、その上流側流量調整弁４４を流量の調整機構を有しないレデューサーに替えたものも、本発明の技術的範囲に含まれる。

（３）また、前記実施形態の給水安定化装置４０における上流側流量調整弁４４及び下流側流量調整弁４１は手動式であったが、電動式又はエア駆動式としてもよい。具体的には、下流側流量調整弁４１のみを電動式とし、制御部５０が流量計４２の計測結果を取り込んで、その計測結果に基づいて下流側流量調整弁４１の弁開度を調整し、水の流量をフィードバック制御する構成にしてもよい。また、制御部５０が流量計３７にて計測した潤滑油の流量に基づいて、予め設定された構成比から水の目標流量を決定し、その目標流量と実際の流量とが一致するように下流側流量調整弁４１の弁開度を調整する構成としてもよい。

１０油水ミスト生成ノズル
１２メイン流路
２１給油路
２３給水路
３０油水ミスト生成システム
３１給気部
３４給気ポンプ
４０，４０Ｖ給水安定化装置
４１下流側流量調整弁
４２流量計
４３開閉弁
４４上流側流量調整弁
４８給水管設備

Claims

一端が圧縮ガス供給源に給気用開閉弁を介して接続されかつ他端が開放したメイン流路の途中に給水路と給油路とを接続して備え、前記給水路と前記給油路とから供給される水と加工用の潤滑油とを前記メイン流路を流れる圧縮ガスの圧力により霧化して、前記潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成可能な油水ミスト生成ノズルの前記給水路と水送給源との間に接続される油水ミスト用給水安定化装置であって、
水の流量を下げる減流器と、前記減流器より下流側で水の流量を下げかつ調整可能な下流側流量調整弁と、流量計と、前記給気用開閉弁の開閉に連動して開閉される給水用開閉弁とを、前記給水路と前記水送給源との間に直列接続して備え、
前記給油路を通して前記潤滑油を前記メイン流路に供給する給油ポンプを備え、
前記給気用開閉弁が開弁される際に、その給気用開閉弁の開弁後に、前記給水用開閉弁が開弁されかつ前記潤滑油の供給が開始されるように前記給水用開閉弁及び前記給油ポンプを制御する制御部を備えることを特徴とする油水ミスト用給水安定化装置。
前記給水用開閉弁は、前記下流側流量調整弁及び前記流量計より下流側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の油水ミスト用給水安定化装置。
一端が圧縮ガス供給源に接続されかつ他端が開放したメイン流路の途中に給水路と給油路とを接続して備え、前記給水路と前記給油路とから供給される水と加工用の潤滑油とを前記メイン流路を流れる圧縮ガスの圧力により霧化して、前記潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成可能な油水ミスト生成ノズルの前記給水路と水送給源との間に接続される油水ミスト用給水安定化装置であって、
水の流量を下げる減流器と、前記減流器より下流側で水の流量を下げかつ調整可能な下流側流量調整弁と、流量計と、前記圧縮ガスの供給及び供給停止に連動して開閉される給水用開閉弁とを、前記給水路と前記水送給源との間に直列接続して備え、
前記給水用開閉弁は、前記下流側流量調整弁及び前記流量計より下流側に配置されたことを特徴とする油水ミスト用給水安定化装置。
前記減流器は、水の流量を調整可能な上流側流量調整弁であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の油水ミスト用給水安定化装置。
前記流量計は、フロート式流量計であって、前記下流側流量調整弁より上流側に配置されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の油水ミスト用給水安定化装置。
請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載の油水ミスト用給水安定化装置を、前記油水ミスト生成ノズルに接続して備えたことを特徴とする油水ミスト生成システム。