KR102218659B1 - 오일 미스트 분사장치 및 이를 포함하는 mql 시스템 - Google Patents

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Abstract

균일한 사이즈의 오일 미스트를 분사하며, 분사 속도를 조절할 수 있는 오일 미스트 분사장치 및 이를 포함하는 MQL 시스템이 개시된다. 이러한 오일 미스트 분사장치는 하우징, 오일 노즐 및 분사 노즐을 포함한다. 상기 하우징은 일측에 에어가 주입되는 제1 개구부 및 타측에 오일 미스트를 배출시키기 위해 오픈된 제2 개구부를 포함한다. 상기 오일 노즐은 상기 하우징 내부에서 오일 미스트를 분사한다. 상기 분사노즐은 상기 하우징의 상기 제2 개구부에 부착된다.

Description

오일 미스트 분사장치 및 이를 포함하는 MQL 시스템{OIL MIST SPRAYING APPARATUS AND MQL SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 오일 미스트 분사장치 및 이를 포함하는 MQL(Minimum Quantity Lubrication) 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히, 절삭 가공 분야에서 활용하는 MQL 시스템에 사용되는 오일 미스트 분사장치 및 이를 포함하는 MQL 시스템에 관한 것이다.
절삭유는 기계 가공에 있어서 냉각, 윤활 및 칩 배출의 용이를 이유로 매우 중요한 기능으로써 작용한다. 특히 기계가공에 있어서는, 공구와 피가공물 사이에 높은 마찰력이 작용하고, 이 마찰력에 의해 다량의 열이 발생한다. 따라서 이들 부재 사이의 마찰을 절삭유를 사용하여 감소시킴과 동시에 냉각되며 윤활 작용의 역할도 한다.
종래 윤활 및 냉각은, 주로 비교적 다량의 절삭유를 가공점에 분사하는 방법을 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나, 절삭유에는 방부제, 윤활제, 방청제, 부식방지제 등 수많은 화학물질이 첨가되어 있어, 과잉으로 공급된 절삭유가 대기 중에 비산되며 많은 기계 가공작업자들이 유해환경에 노출되었다. 또한 절삭유의 폐기처리비용, 폐기처리 과정에서 발생되는 유해물질 등의 추가적인 문제로 산업현장에서는 절삭유의 사용에 큰 어려움을 겪고 있었다.
이에 최근에는 절삭유로써 순식물성 에스테르계 오일을 초미립화하고 미스트화 하여 공급하는 MQL(Minimum Quantity Lubrication)이라는 최소량 윤활가공기술을 통해 보다 쾌적한 근로환경을 제공하고 있다. 특히, MQL은 가공 보조수단인 절삭유를 최소 소모량으로 사용하여 기존 절삭 가공시 피삭재에 대한 전체냉각방식에서 가공점에 국한된 윤활가공의 극대화 개념으로 가공속도를 향상시키고 공구수명을 증가하게 한다.
이러한 MQL 시스템에서는 오일을 미스트화 공급하는 오일 미스트 분사노즐이 사용된다.
도 1은 종래 오일 미스트 분사노즐의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에서 도시된 챔버를 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 오일 미스트 분사노즐(100)에서는 챔버(110)에 오일 및 에어가 유입되어 섞인 상태로 미스트화된다. 즉, 고압의 에어및 오일이 노즐(111)을 통과하며 미스트화 되어 챔버의 개구(112a)를 통과하고 혼합 유로(120)를 거쳐 분사 노즐(130) 외부로 분사된다.
따라서, 이러한 종래의 오일 미스트 분사노즐(100)의 경우, 입자크기를 조절할 수 없어, 입자 크기가 너무 크게 토출될 경우 가공 면에 오일 방울 형태로 맺혀, 가공면을 냉각시킬 수 없다. 또한, 입자 크기가 크게 토출되어 하우징(112)의 하부로 침하되는 오일양이 증가되어 하부에 액화되는 오일(O)의 양이 증가되는 문제점이 발생된다. 실험결과 0.2미크론 이상의 오일 미스트가 공급될 경우 챔버내에 가라앉는 현상이 발생된다.
또한, 종래의 오일 미스트 분사노즐(100)의 경우, 오일을 분사량을 제어하는 것이 용이하지 않다. 오일 미스트의 양을 줄이기 위해서 분사되는 에어의 속도를 늦추는 경우, 오일 미스트의 입자 사이즈가 더욱 증가되기 때문이다.
그에 따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 오일 미스트의 입자크기 및 분사속도를 정밀 제어할 수 있는 오일 미스트 분사장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 오일 미스트 분사장치를 포함하는 MQL 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 오일 미스트 분사장치는 하우징, 오일 노즐 및 분사 노즐을 포함한다. 상기 하우징은 일측에 에어가 주입되는 제1 개구부 및 타측에 오일 미스트를 배출시키기 위해 오픈된 제2 개구부를 포함한다. 상기 오일 노즐은 상기 하우징 내부에서 오일 미스트를 분사한다. 상기 분사노즐은 상기 하우징의 상기 제2 개구부에 부착된다.
예컨대, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부는 상기 하우징의 측부에 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 오일 노즐은, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 가상의 선분을 따라, 왕복운동 할 수 있도록 구비될 수 있다.
이를 위해서, 상기 오일 미스트 분사장치는 상기 하우징에 부착된 캐리어 레일을 더 포함하고, 상기 오일 노즐은 상기 캐리어 레일을 따라서, 왕복운동할 수 있다.
한편, 상기 오일 노즐은, 압전소자로 구성된 액추에이터를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 오일 노즐은, 상기 액추에이터로 오일을 공급하는 오일 유입 유로 및 상기 액추에이터에서 남은 오일을 배출하는 오일 배출 유로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 오일 노즐에는 전위가 인가되어, 상기 오일 노즐로부터 분사되는 미스트를 대전시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 오일 미스트 분사장치는, 에어 유로, 오일 유로 및 오일 노즐을 포함한다. 상기 에어 유로는 챔버에 공급되는 에어가 이송되는 파이프 형상으로 형성된다. 상기 오일 유로는 내측에 상이 에어 유로가 배치되고, 상기 챔버에 공급되는 오일이 이송되는 파이프 형상으로 형성된다. 상기 오일 노즐은 상기 오일 유로 단부에 부착되어 오일 미스트를 분사한다.
한편, 상기 오일 노즐은 복수로 형성될 수 있다.
이때, 상기 복수의 오일 노즐은 서로 마주하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 MQL 시스템은 오일 미스트 분사장치, 오일 탱크, 에어 컴프레서, 오일 이송 파이프 및 에어 이송 파이프를 포함한다. 상기 오일 미스트 분사장치는 위에서 언급된 오일 미스트 분사장치가 사용될 수 있다. 상기 챔버는 상기 오일 미스트 분사장치와 연결된다. 상기 오일 탱크는 오일을 저장한다. 상기 에어 컴프레서는 압축 공기를 저장한다. 상기 오일 이송 파이프는 상기 오일 탱크에 저장된 오일을 상기 오일 미스트 분사장치로 이송한다. 상기 에어 이송 파이프는 상기 에어 컴프레서에 저장된 에어를 상기 오일 미스트 분사장치로 이송한다.
이때, 상기 MQL 시스템은 상기 오일 이송 파이프에 부착되어 오일을 상기 오일 탱크로부터 상기 오일 미스트 분사장치로 이송시키는 오일 펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 이러한 MQL 시스템은 상기 오일 이송 파이프에 부착된 오일 게이지 및 상기 에어 이송 파이프에 부착된 에어 게이지를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 오일 미스트 분사장치 및 이를 포함하는 MQL 시스템에 의하면, 에어의 주입과 오일 미스트를 형성하기 위해서 피에조 액추에이터로 구성되는 오일 노즐을 분리하여 형성함으로써, 균일한 액적 사이즈를 분사하여 더욱 효율적인 냉각작용을 기대할 수 있고 분사속도를 조절하여 불필요하게 많은 양이 분사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 오일 노즐이 상기 캐리어 레일을 따라서, 왕복운동할 수 있도록 구성됨으로써, 동일 위치에서 반복적으로 분사되는 경우, 발생되는 오일 미스트의 응집을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 오일 노즐에는 전위가 인가되어, 상기 오일 노즐로부터 분사되는 미스트를 대전시키도록 구성하는 경우, 하우징 내부의 오일 미스트들 간에 척력이 작용하여 응집을 최소화시킬 수 있다.
도 1은 종래 오일 미스트 분사노즐의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 챔버를 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 오일 미스트 분사노즐의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에서 도시된 오일 노즐의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 오일 미스트 분사노즐의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 MQL 시스템의 개략적인 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 방법 발명에 대한 특허청구범위에서, 각 단계가 명확하게 순서에 구속되지 않는 한, 각 단계들은 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 오일 미스트 분사노즐의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 오일 미스트 분사장치(300)는 하우징(312), 오일 노즐(310) 및 분사 노즐(320)을 포함한다.
상기 하우징(312)은 일측에 에어가 주입되는 제1 개구부(312a) 및 타측에 오일 미스트를 배출시키기 위해 오픈된 제2 개구부(312b)를 포함한다. 상기 하우징(312)의 형상 및 재질은 특별히 제한되지 않는다.
상기 오일 노즐(310)은 상기 하우징(312) 내부에서 오일 미스트(OM)를 분사한다.
상기 분사 노즐(320)은 상기 하우징(312)의 상기 제2 개구부(312b)에 부착된다. 도시되진 않았으나, 상기 분사 노즐(320)의 각도가 상기 하우징(312)을 기준으로 변경가능하도록 상기 분사 노즐(320)은 상기 하우징(312)에 체결될 수 있다.
한편, 상기 하우징(312)의 상기 제1 개구부(312a) 및 상기 제2 개구부(312b)는 상기 하우징(312)의 측부에 서로 마주보도록 배치된다. 상기 제1 개구부(312a)와 상기 제2 개구부(312b)가 서로 마주보지 않는 경우, 하우징(312) 내부에서의 에어의 흐름이 원할하지 않을 뿐만 아니라, 그로 인해서 오일 미스트가 하우징(312) 내부 측벽에 더욱 많이 응집된다. 따라서, 상기 제1 개구부(312a) 및 상기 제2 개구부(312b)는 상기 하우징(312)의 측부에 서로 마주보도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오일 노즐(310)은 상기 하우징(312)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 그러나, 상기 오일 노즐(310)의 위치는 특별히 한정되지는 않는다. 예컨대, 상기 오일 노즐(310)은 항기 하우징(312)의 측부에 부착될 수 있다.
이때, 상기 오일 노즐(310)은, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 가상의 선분을 따라, 왕복운동 할 수 있도록 구비될 수 있다.
이를 위해서, 예컨대, 상기 오일 미스트 분사장치(300)는 상기 하우징(312)에 부착된 캐리어 레일(313)을 더 포함하고, 상기 오일 노즐(310)은 상기 캐리어 레일(313)을 따라서, 왕복운동할 수 있다. 이와 같이, 오일 노즐(310)이 상기 캐리어 레일(313)을 따라서, 왕복운동할 수 있도록 구성됨으로써, 동일 위치에서 반복적으로 분사되는 경우, 발생되는 오일 미스트의 응집을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 오일 노즐(310)에는 전위가 인가되어, 상기 오일 노즐로부터 분사되는 미스트를 대전시키도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 상기 오일 노즐(310)에 전위가 인가되어, 상기 오일 노즐(310)로부터 분사되는 미스트를 대전시키도록 구성하는 경우, 하우징(112) 내부의 오일 미스트들 간에 척력이 작용하여 응집을 최소화시킬 수 있다.
도 4는 도 3에서 도시된 오일 노즐의 개략도이다.
도 4를 참조하면, 한편, 상기 오일 노즐(310)은, 압전소자로 구성된 액추에이터(310a)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 오일 노즐(310)은, 상기 액추에이터(310a)로 오일을 공급하는 오일 유입 유로(310b) 및 상기 액추에이터(310a)에서 남은 오일을 배출하는 오일 배출 유로(310c)를 더 포함할 수 있다. 도시되진 않았으나, 오일 배출 유로(310c)는 흡입장치가 연결되어 상기 흡입장치(도시안됨)를 통해서 주기적으로 액추에이터(310a)에 쌓여진 오일을 배출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 오일 미스트 분사노즐의 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 오일 미스트 분사장치(500)는, 에어 유로(530), 오일 유로(540) 및 오일 노즐(520)을 포함한다.
상기 에어 유로(530)는 챔버(510)에 공급되는 에어가 이송되는 파이프 형상으로 형성된다. 예컨대, 상기 에어 유로(530)는 원통형상의 파이프 형태로 구현될 수 있다.
상기 오일 유로(540)는 내측에 상이 에어 유로가 배치되고, 상기 챔버(510)에 공급되는 오일이 이송되는 파이프 형상으로 형성된다. 예컨대, 상기 오일 유로(540)는 원통형상의 파이프 형태로 구현될 수 있으며, 단면이 상기 에어 유로(530)와 동심원이 되도록 배치될 수 있다.
상기 오일 노즐(520)은 상기 오일 유로 단부에 부착되어 오일 미스트를 분사한다. 상기 오일 노즐(520)은 복수로 형성될 수 있다.
이때, 상기 복수의 오일 노즐(520)은 서로 마주하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 오일 노즐(520)이 서로 마주하여 오일 미스트를 분사하는 경우, 오일 미스트들이 서로 응집되어 액적으로 하강하지만, 본 발명에서는 이를 피하기 위해서 복수의 오일 노즐(520)들이 서로 마주하지 않도록 배치된다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 MQL 시스템의 개략적인 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 MQL 시스템(600)은 오일 미스트 분사장치(300 및 320 또는 500), 챔버(300), 오일 탱크(620), 에어 컴프레서(610), 오일 이송 파이프(650) 및 에어 이송 파이프(640)를 포함한다.
상기 오일 미스트 분사장치(300 및 320 또는 도 5의 500)는 위에서 언급된 오일 미스트 분사장치가 사용될 수 있다.
상기 오일 탱크(620)는 오일을 저장한다.
상기 에어 컴프레서(610)는 압축 공기를 저장한다.
상기 오일 이송 파이프(650)는 상기 오일 탱크(620)에 저장된 오일을 상기 미스트 분사장치(300 및 320 또는 500)로 이송한다.
상기 에어 이송 파이프(640)는 상기 에어 컴프레서(610)에 저장된 에어를 상기 미스트 분사장치(300 및 320 또는 도 5의 500)로 이송한다.
이때, 상기 MQL 시스템(600)은 상기 오일 이송 파이프(650)에 부착되어 오일을 상기 오일 탱크(620)로부터 상기 미스트 분사장치(300 및 320 또는 도 5의 500)로 이송시키는 오일 펌프(630)를 더 포함할 수 있다.
또한, 이러한 MQL 시스템은 상기 오일 이송 파이프(650)에 부착된 오일 게이지(670) 및 상기 에어 이송 파이프(640)에 부착된 에어 게이지(660)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 오일 미스트 분사장치 및 이를 포함하는 MQL 시스템에 의하면, 에어의 주입과 오일 미스트를 형성하기 위해서 피에조 액추에이터로 구성되는 오일 노즐을 분리하여 형성함으로써, 균일한 액적 사이즈를 분사하여 더욱 효율적인 냉각작용을 기대할 수 있고 분사속도를 조절하여 불필요하게 많은 양이 분사되는 것을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 종래 오일 미스트 분사노즐
110: 챔버 111: 노즐
112a 개구부 120: 혼합 유로
130: 분사 노즐
300: 본 발명의 일 실시예에 의한 오일 미스트 분사장치
310: 오일 노즐 310a: 액추에이터
310b: 오일유입 유로 310c: 오일배출 유로
312: 하우징
312a: 제1 개구부 312b: 제 개구부
313: 캐리지 레일 320: 분사 노즐
500: 본 발명의 다른 실시예에 의한 오일 미스트 분사장치
510: 챔버 520: 오일 노즐
530: 에어 유로 540: 오일 유로
600: 본 발명의 일 실시예에 의한 MQL 시스템
610: 에어 컴프레서 620: 오일 탱크
630: 오일 펌프 640: 에어 이송 파이프
650: 오일 이송 파이프 ` 660: 에어 게이지
670: 오일 게이지
O: 오일 OM: 오일 미스트

Claims (5)

  1. 일측에 에어가 주입되는 제1 개구부 및 타측에 오일 미스트를 배출시키기 위해 오픈된 제2 개구부를 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내부에서 오일 미스트를 분사하는 오일 노즐; 및
    상기 하우징의 상기 제2 개구부에 부착된 분사 노즐;
    을 포함하고,
    상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부는 상기 하우징의 측부에 서로 마주보도록 배치되며,
    상기 오일 노즐은,
    상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 가상의 선분을 따라, 왕복운동 할 수 있도록 구비된 것을 특징으로 하는 오일 미스트 분사장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 오일 노즐은,
    압전소자로 구성된 액추에이터;
    상기 액추에이터로 오일을 공급하는 오일 유입 유로; 및
    상기 액추에이터에서 남은 오일을 배출하는 오일 배출 유로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 미스트 분사장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 오일 노즐에는 전위가 인가되어, 상기 오일 노즐로부터 분사되는 미스트를 대전시키는 것을 특징으로 하는 오일 미스트 분사장치.
  4. 삭제
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