JP6445009B2 - 潤滑剤製品用の噴霧器および噴霧器を含む潤滑システム - Google Patents

Description

本発明は、特に静電経路を介して部品上に潤滑剤を噴霧するために意図された噴霧器（atomizer）に関する。

本発明は、部品、例えばプレス加工、型鍛造さらには切断によって形成されるように意図された金属シートなどの潤滑の分野で応用される。この種の方法においては、あらゆる形の発熱、焼付き、接着または材料除去を防ぐために金属シートには潤滑を施す必要がある。したがって、成形加工用金型および／または金属シートには、空気圧式噴霧器さらにはコーティングローラーを用いて潤滑剤がコーティングされる。部品を潤滑するための設備においては、噴霧器がノズルを含み、このノズルの内部には潤滑剤の流量を調節するニードルが位置づけされており、潤滑剤は噴霧軸に沿ってノズルにより噴霧されていることが最も多い。

静電潤滑方法においては、噴霧器には、ノズルの内部に設置され潤滑剤と接触してこの潤滑剤を静電帯電させる電極が具備されている。アースに接続された潤滑対象部品と噴霧器との間には、静電界が生成される。この静電界は、噴霧器から部品まで同じ極性にしたがって、それ自体静電帯電された潤滑剤粒子を誘導する可能性を提供する。

現在、噴霧工具の精度は近似的である。これらの噴霧工具の効率は低いものであることから、完全に潤滑された部品を得るためには相当量の潤滑剤を噴霧する必要がある。現実には、噴霧された潤滑剤のうち実際に有効であるのは約５％という低い割合である。このため、より高い火災の危険性および床面の滑りやすさを伴う危険な作業環境が導かれる。このことは同様に、潤滑作業場がさほど清浄でないことも意味している。こうして作業員は、オイルミストを吸引して、アレルギーや疾病を発生させる可能性がある。さらに世界保健機構は、潤滑剤の吸入および／または潤滑剤との接触が、世界中の職業ガンの原因の１位または２位にランクされると考えている。さらに、プレス加工、型鍛造または切断方法の最後に得られる部品は、清浄する必要があり、したがって、部品を清浄するための溶剤の過度の消費および部品を乾燥させるためのエネルギーの過度の消費が誘発される。

さらに、噴霧器は現在、毎分およそ８０立方センチメートル（ｃｍ³／ｍｉｎ）の流量を生成することができる。ところが、現在、一部の利用分野について、非常に低い流量すなわち１ｃｍ³／ｍｉｎ未満の流量で部品を潤滑できることが有利であり、現在市販の噴霧器を用いてこのタイプの流量を達成することは不可能である。

一例として、特許文献１は、噴霧軸を中心とするノズルとノズルの内部に同軸的に位置づけされたコアとを含む噴霧器を開示している。噴霧軸を中心とし、管状液体ジェットの噴出を可能にするリング状のボリュームに通じている、液体を通過させるための複数の導管が、コアを横断している。空気などの気体を通過させるための穴がノズルを横断し、液体用の通路のまわりに配置され、こうして、噴霧軸の周りで螺旋方向を有する旋回する空気ジェット、つまり「渦」を形成するようになっている。

この噴霧器は、非常に低い流量を生成するのと同時により高い噴霧精密度を提案するようには設計されていない。

米国特許出願公開第２００７／０１０２８４１号明細書

低い流量で、かつ非常に高い噴霧精密度で潤滑剤を拡散させることができるようにする噴霧器を提案することで本発明がより詳細に改善を意図しているのは、まさにこの欠点である。

この目的で本発明は、噴霧軸に沿った潤滑剤の噴霧器において、噴霧軸を中心とする潤滑剤製品の第１の通路と、噴霧軸を中心とするノズルと、ノズルの内部で同軸的に位置づけされたコアと、第１の空気ジェットを噴出するための第２の通路であって、噴霧軸に対する周囲方向に沿って第１の通路の周りに配置され、かつ動作中に第１の空気ジェットを螺旋方向に導く第２の通路と、を含む噴霧器に関する。本発明によると、第１の通路はコアとノズルの間に画定され、複数の分離した通路区分によって形成されている。

本発明によると、分離された通路区分は、非常に低い流量で潤滑剤を拡散させ、こうして噴霧効率は改善され、部品を潤滑するために必要とされる油の量は削減される。

本発明の必須ではないが有利な態様によると、静電噴霧器は、技術的に許容可能な任意の組合せで取上げた以下の特徴のうちの１つまたは複数のものを包含していてよい。
通路区分は０．５ｍｍ未満、そして好ましくはおよそ０．２ｍｍの半径方向寸法を有する。
潤滑剤製品の通路区分は、噴霧軸の周りに規則的に分布させられている。
通路区分は三角形である。
噴霧器は、コアを少なくとも部分的に締付けるリングをさらに含み、潤滑剤製品の通路区分は、コアの周囲全体にわたり軸方向に延在する溝によって形成されている。
噴霧器は、リングとノズルの間に位置づけされている、第２の空気ジェットを噴出するための第３の通路を含む。
第３の通路は管状であり、こうして動作中に第３の通路が第２の空気ジェットを軸方向に導くようになっている。
第２の空気用通路は、軸の周りに規則的に分布させられ、かつ動作中に噴霧軸に対する軸方向成分と半径方向直交成分とを含む方向に第１の空気ジェットを導く穴によって形成されている。
噴霧器は、潤滑剤製品と接触した状態で位置づけされ、かつ噴霧器の動作中に電圧が印加される導電性要素をさらに含む。

本発明は同様に、封じ込めチャンバと、潤滑剤製品を供給するためのブロックと、電空制御ボックスと、少なくとも１つの噴霧器と、を含み、噴霧器が前述のものであることを特徴とする、部品を潤滑するための設備にも関する。

有利には、潤滑剤製品を供給するためのブロックには、１０〜２００Ｈｚという噴霧器の電源の周波数で噴霧器に向う潤滑剤製品の流れを中断させるためのバルブが備わっている。

本発明は、単なる一例として提供され添付図面を参照してなされている、本発明の原理に係る噴霧器の一実施形態についての以下の説明に照らして、より良く理解され、本発明の他の利点がより確実になるものである。

本発明に係る静電経路を介した潤滑設備の全体図である。 親ブロックに結びつけられた図１の設備に属する本発明に係るモジュール式噴霧器の斜視図である。 図２の矢印ＩＩＩに沿った図である。 図３のラインＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図３のラインＶ−Ｖに沿った断面図である。 図５のボックスＶＩの拡大図である。 図２のボックスＶＩＩの拡大図である。 図３のラインＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。 図２の噴霧モジュールの本体の立面図である。 図９のラインＸ−Ｘに沿った断面図である。

図１は、静電経路を介した部品の潤滑用設備２を示す。この例においては、潤滑剤として油が使用されている。設備２は、作業室内の環境を浄化し、処理対象部品に到達しなかった潤滑剤を回収し、全て再循環させることのできる封じ込めチャンバ２０を含む。この目的で、設備２は、封じ込めチャンバの内部に残った潤滑剤を外部に向かってドレンする可能性を提供するパイプ（図示せず）を含んでいる。このチャンバ２０はさらに、外部汚染をことごとく防止し、液滴の輸送を容易にする。

封じ込めチャンバ２０の内部には、潤滑を意図された複数の部品２６が配置されている。実際には、部品２６は、図１の平面に対し垂直な方向に沿った行程を網羅し、この行程に沿って複数のタイプの噴霧器が設置されている。例えば、水噴霧器は、整形用工具を冷却するために使用され得、次に部品に塗料またはワニス層をコーティングするために、液体塗料またはワニス噴霧器を使用してよい。図示していない変形形態として、単一の幅広部品が設備２を横断する。

部品２６の上方および下方には、２つのモジュール式噴霧器２２および２４が位置づけされている。１つのモジュール式噴霧器は、全て同じ供給ラインを通して供給されている複数のモジュールを含む噴霧器である。本明細書の以下の部分では、噴霧器２２および２４が同一のものであるかぎりにおいて、噴霧器２２のみについて詳述する。

モジュール式噴霧器２２は、２つのモジュール２２２および２２３と、親ブロック２２０とを含む。親ブロック２２０は、噴霧器２２のモジュール２２２および２２３に潤滑剤および空気を供給するブロックである。実際には、噴霧アセンブリは、最大５個のモジュールを収納していてよく、したがって２つの噴霧アセンブリは、１０個のモジュールを含み、これらが、約１メートルに等しい長さを有する部品２６上に潤滑剤を噴霧する可能性を提供する。したがって親ブロック２２０は、パイプ２８を通して潤滑剤供給ブロック２５に接続される。その上、親ブロック２２０は同様に電気ケーブル２１を通して、高電圧２３を生成するためのユニットにも接続されている。こうして、潤滑剤に対し高電圧を印加する可能性が得られる。高電圧生成用ユニット２３および製品および空気供給ブロック２５は各々、電空制御ボックス２７に接続されている。

ボックス２７は、噴霧器２２および２４に対し、図示していない空気パイプを用いて連結されている。

図１の略図において、親ブロック２２０は、パイプ２８用の入力ソケットとケーブル２１用の入力ソケットしか含んでいないが、現実にはさらに吸気口を含んでいる。実際、このタイプの噴霧器は、噴霧器の出口において、例えば１ｃｍ³／ｍｉｎという非常に低い油流量を有するように設計されている。したがって、出力端における油速度は、部品に到達するのに充分な長さを有するジェットを形成するには低すぎる。このような理由から、噴霧器の出口に達した油滴を引き離し加速させる目的で油出口の頂部を覆う通路に、この出口において通じている第１の空気噴射回路が使用される。液滴として油を噴霧することによって、より精確な衝撃と改善された効率とを得ることができる。

設備２はさらに、図１には示されていないものの製品および給気ブロック２５の上流側に位置する、製品と空気流量を調節するためのシステムを含んでいる。流量調節システムは、油消費量を削減し、潤滑方法が実施される温度に応じて補正を行なう可能性を提供する。

その上、噴霧器２２と、アースされた処理対象部品２６との間には、電界が確立される。実際、噴霧空気圧が低いことから、ジェットを処理対象部品２６に向かって適切に投射するには、空圧力は充分でなく、それらの方向は必ずしもうまく配向されているとはいえない。このような理由から、潤滑対象部品２６まで液滴を誘導するため、封じ込めチャンバ２０によって保護される静電界が使用される。この誘導は、これらの液滴が同じ極性にしたがって帯電されているために発生する。

図２および３を見ればわかるように、親ブロック２２０は、入口において、給油口２２０８、２つの給気口２２１０および２２１２、および高電圧入力端子２２０２を含む。各給気口２２１０および２２１２は、異なる空気回路に供給を行なう。モジュール式噴霧器２２の出口には、高電圧出力端子２２０４、油連結ソケット２２１４および２つの空気連結ソケット２２０５および２２０６が位置づけされている。この場合、これらのソケット２２０４、２２０６および２２１４は、噴霧器２２の第２のモジュール２２３に連結されている。単一のモジュールを有する噴霧器については、これらのソケットは各々プラグで被覆されている。

図４を見ればわかるように、油は、ソケット２２０８から、次に噴霧器２２の異なるモジュールの供給ライン２２２２を通って循環する。モジュール２２２において、供給ライン２２２２上には、１つの穴２２２４の存在が指摘され、このことは、ライン内を循環する油がこの穴２２２４を介して偏向させられて、図４の平面とは異なる平面内に位置する導管を通って噴霧モジュール２２２に到達することを示している。供給ライン２２２２は、その出口において、図面を明確にするために図２以降では図示されていない噴霧器２２の第２のモジュール２２３に通じている。

図５に示されている通り、噴霧モジュール２２２は、潤滑剤の噴霧軸である軸Ｚ−Ｚに沿って延在している。このモジュール２２２は、ナット２２２０によって噴霧器２２の支持体２２２６上に取付けられたノズル２２４２を含む。この支持体２２２６は、噴霧器２２のモジュール２２２を収容するためのハウジングＶ２２２を含む。

本明細書の以下の部分では、「上部」方向は、噴射の向きに配向された方向として定義され、「下部」方向は噴射と反対の向きに配向された方向として定義される。したがって、噴射は、下部から上部に向かって行われる。

モジュール２２２は、支持体２２６の内側に嵌め込まれている。モジュール２２２を収容するためのハウジングＶ２２２の内部には、油吸入チャンバＶ２２２６が位置している。図示されていない導管が、分配ライン２２１０の穴２２２４からこのチャンバＶ２２２６まで油を搬送することを可能にしている。中空体２２２８がこのチャンバＶ２２２６の内部に位置づけされている。中空体２２２８の内部ボリュームは軸Ｚ−Ｚに沿って延在している。チャネル２２６２（そのうちの１つだけが図６に破線で示されている）は、噴霧軸Ｚ−Ｚに対して半径方向でこの中空体２２２８を横断している。したがって、チャンバＶ２２２６内に収納された油は、チャネル２２６２を経由して中空体２２２８を横断し、第２のチャンバＶ２２２８内に到達する。

この第２のチャンバＶ２２２８は、モジュール２２２の上部に位置づけされたコア２２５０内に形成されたキャビティ２２５２と連通する。コア２２５０は同様に、各々噴霧軸Ｚ−Ｚに対する半径方向にしたがってキャビティ２２５２を横断する４つの穿孔２２５４も含んでいる。油の圧力は、油がキャビティ２２５２を通って上昇し、穴２２５４を通って漏出するようなものである。

コア２２５０の周りには、噴射リング２２５８が位置している。したがって油は、噴射リング２２５８とコア２２５０との間に位置するボリュームＶ２２５８の中に穿孔２２５４を通って到達し、その後噴射リング２２５８とコア２２５０との間を通過する。コア２２５０と噴射リング２２５８は、軸Ｚ−Ｚの周りの軸対称部品である。

図７を見るとわかるように、コア２２５０は、噴霧軸Ｚ−Ｚに対して平行に延在する三角形の断面を有する４つの溝２２６０を含んでいる。リング２２５８は、コア２２５０の上部部分を取り囲み、こうして、溝２２６０（そのうち３つが図７に見える）は、油用の分離した通路区分を形成し、軸Ｚ−Ｚの周りに規則的に分布させられることになる。溝２２６０の半径方向寸法は小さく、実際には、０．５ｍｍ未満、好ましくはおよそ０．２ｍｍであり、これらは図７のみに見られる。こうして約１ｃｍ³／ｍｉｎ未満の油流量が得られる。

通路区分２２６０は全体として、噴霧軸Ｚ−Ｚを中心とするコア２２５０の周りの油用の通路表面を形成する。

完全なリング状の表面を通る油の通路とは対照的に、分離した通路表面を用いることによって、噴霧モジュール２２２の出口における流量を削減することが可能である。

図６および７から明らかであるように、噴霧器２２のモジュール２２２は、噴射リング２２５８の周りに、入口端子２２１０からの空気を搬送するため穴２２４６と連通している空気噴出管状空間Ｖ２２４２を含む。ボリューム（空気噴出管状空間）Ｖ２２４２から噴出された空気は、潤滑剤の通路区分２２６０の頂部を覆う直線空気ジェットを形成する。換言すると、空間（空気噴出管状空間）Ｖ２２４２は、噴霧軸Ｚ−Ｚに対し平行な軸方向Ｆ１に沿った噴出通路である。管状通路（空気噴出管状空間）Ｖ２２４２は、潤滑剤の通路区分２２６０にできるかぎり近いところに位置して、コア２２４２の溝２２６０から出る油滴を引き離す。

通路空間（空気噴出管状空間）Ｖ２２４２の周りには、別の空気噴出通路が作られ、これは、ノズル２２４２内で軸Ｚ−Ｚの周りに規則的に分布した複数の穴２２４８によって形成されている。換言すると、穴２２４８は、噴霧軸Ｚ−Ｚに対する周囲方向に沿って通路空間Ｖ２２４２の周りおよび区分２２６０の周りに配置された空気噴出通路を形成する。これらの穴２２４８は、ノズル２２４２のみが図中に示されているという点において、図９および１０の中により良く見える。

より特定的には、ノズル２２４２は、下部アパーチャから上部アパーチャまで延在する６つの穴２２４８を含む。動作中に、空気は螺旋方向Ｆ４に沿って穴２２４８から噴出される。実際、この方向Ｆ４は、軸Ｚ−Ｚに対し平行である軸方向成分Ｆ２と噴霧軸Ｚ−Ｚに対して半径方向で直交する成分Ｆ３とを有している。成分Ｆ２およびＦ３は、非ゼロである。軸Ｚ−Ｚに対し垂直な軸と方向Ｆ４により形成される角度は、α２２４８と記され、この角度は、実際には１０°〜６０°の間に含まれるか、または１７°に等しい。角度α２２４８の値は、液滴が回転駆動される強さを決定する。

図１０を参照すると、穴２２４８は、軸Ａ２２４８に沿って端部２２４８Ａまで延在している。したがって、穴２２４８内に噴射される空気は、端部２２４８Ａの中心となっている軸に対応する軸Ａ２２４８Ａに沿って出口において推進される。軸Ａ２２４８Ａは方向Ｆ４と一致する。

図９および１０を見ればわかるように、穴２２４８から外に流出する全ての空気ジェットは、その半径方向直交成分Ｆ３が、同じ方向（ここでは図９の平面内で時計回り方向）に配向されている。

油滴は、穴２２４８から外に流出する空気ジェットにより軸Ｚ−Ｚの周りで回転駆動される。したがって、油滴は、軸Ｚ−Ｚの周りで実質的に螺旋の方向に沿って噴霧される。これは、渦巻きタイプのジェットと呼ばれる。渦巻きジェットとして油を噴霧することにより、油ジェットを安定化し、均質化し、かつその連続性を保証することが可能である。こうしてさらに、ジェットにおける「リバウンド」または「オーバースプレー」現象を制限することが可能となる。

図８を見ればわかるように、高電圧の入力端子２２０２は、金属棒である導電性要素２２１６に通じている。図中では見ることができないものの、この棒２２１６は、潤滑剤のための帯電電極の役目を果たしている。

代替的には、４以外の数の溝２２６０を使用することも可能である。

図示されていない別の変形形態によると、噴霧器は、ジェットを導くためにいかなる電界も使用しない。

図示されていない別の変形形態によると、溝２２６０は、三角形の断面以外の断面、とりわけ半円形断面で機械加工される。

図示されていない別の変形形態によると、潤滑剤を回転駆動するように意図された空気噴出通路は、分離した穴２２４８によってではなく、軸方向に沿った空気と半径方向に直交する方向に沿った空気の両方が内部に噴射されるチャンバによって形成されている。これら２つの空気流の混合の結果として、渦巻く管状空気ジェットが形成される。さらに、噴霧器２２に、「半径方向直交」空気流量との関係において「軸方向」空気流量を調節できるようにする流量調節器を備えつけることも可能である。こうして「軸方向」空気の流量が大きくなればなるほど、潤滑剤ジェットの加速がより優れたものとなり、一方「半径方向」空気流量が大きくなれば、潤滑剤ジェットの安定性が良くなる。

図示されていない別の変形形態によると、コア２２５０は、いかなる溝２２６０も有しておらず、油のための通路区分を画定する溝を内側に含むのは、噴射リング２２５８である。

本発明の有利な態様によると、噴霧器２２および２４をさらに修正することなく潤滑剤の流量を削減する目的で、供給ブロック２５は、１０〜２００Ｈｚの間で変動し得る周波数で噴霧器に向かう潤滑剤の流れを選択的に中断する圧電バルブ２５２を包含する。こうして、潜在的に周波数および持続時間が変動し得る一連の潤滑剤が、噴霧器２２および２４に供給される。

代替的には、バルブ２５２は、圧電タイプ以外のタイプ、例えば空気圧または電磁タイプのものである。

上述の実施形態および変形形態を組み合わせて本発明の新たな実施形態を生じさせることも可能である。

Claims (10)

1. 噴霧軸（Ｚ−Ｚ）に沿った潤滑剤の噴霧器（２２）において、
   前記噴霧軸（Ｚ−Ｚ）を中心とする潤滑剤製品の第１の通路と、
   前記噴霧軸（Ｚ−Ｚ）を中心とするノズル（２２４２）と、
   前記ノズルの内部で同軸的に位置づけされたコア（２２５０）と、
   第１の空気ジェットを噴出するための第２の通路（２２４８）であって、前記噴霧軸（Ｚ−Ｚ）に対する周囲方向に沿って前記第１の通路の周りに配置され、かつ動作中に前記第１の空気ジェットを螺旋方向（Ｆ４）に導く第２の通路（２２４８）と、
   を含む噴霧器であって、
   前記第１の通路が、前記コア（２２５０）と前記ノズル（２２４２）との間に画定され、複数の分離した通路区分（２２６０）で形成され、
   前記噴霧器（２２）は、前記コア（２２５０）を少なくとも部分的に締付けるリング（２２５８）をさらに含み、前記潤滑剤製品の前記通路区分（２２６０）が、前記コアの周囲又は前記リング（２２５８）の内側に軸方向に延在する溝で形成されていることを特徴とする噴霧器（２２）。
2. 前記通路区分（２２６０）が、０．５ｍｍ未満の半径方向寸法を有することを特徴とする請求項１の噴霧器（２２）。
3. 前記潤滑剤製品の前記通路区分（２２６０）が、前記噴霧軸（Ｚ−Ｚ）の周りに規則的に分布していることを特徴とする請求項１又は２に記載の噴霧器（２２）。
4. 前記通路区分（２２６０）が、前記噴霧軸（Ｚ−Ｚ）に垂直な断面において三角形状の形態を成すことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の噴霧器（２２）。
5. 前記リング（２２５８）と前記ノズル（２２４２）との間に位置づけされている、第２の空気ジェットを噴出するための第３の通路（Ｖ２２４２）を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の噴霧器（２２）。
6. 前記第３の通路（Ｖ２２４２）が管状であり、動作中に前記第３の通路が前記第２の空気ジェットを軸方向（Ｆ１）に導くことを特徴とする請求項５に記載の噴霧器（２２）。
7. 前記第２の空気通路が、前記噴霧軸（Ｚ−Ｚ）の周りに規則的に分布する穴（２２４８）によって形成され、該穴（２２４８）が、動作中に前記噴霧軸（Ｚ−Ｚ）に対する軸方向成分（Ｆ２）と半径方向直交成分（Ｆ３）とを含む方向（Ｆ４）に前記第１の空気ジェットを導くことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の噴霧器（２２）。
8. 前記潤滑剤製品と接触した状態で位置づけされ、かつ前記噴霧器の動作中に電圧が印加される導電性要素（２２１６）をさらに含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の噴霧器（２２）。
9. 部品（２６）を潤滑するための設備（２）であって、
   封じ込めチャンバー（２０）と、
   潤滑剤製品（２５）を供給するためのブロックと、
   電空制御ボックス（２７）と、
   少なくとも１つの噴霧器（２２、２４）と、
   を含む設備（２）において、
   前記噴霧器が請求項１〜８の何れか一項に記載されたものであることを特徴とする設備（２）。
10. 潤滑剤製品（２５）を供給するためのブロックには、噴霧器（２２、２４）の電源を１０〜２００Ｈｚの周波数で、前記噴霧器（２２、２４）に向かう前記潤滑剤製品の流れを中断するバルブ（２５２）が備わっていることを特徴とする請求項９に記載の設備。

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