JP4641208B2

JP4641208B2 - 油膜付水滴生成混合器

Info

Publication number: JP4641208B2
Application number: JP2005100920A
Authority: JP
Inventors: 秀弓松村; 宏吉村
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: CN100376315C; JP2006281327A; CN1864836A

Description

本発明は、工作物の加工時に使用される加工液であって水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を供給する油膜付水滴生成混合器に関するものである。

工作物に切削加工や研削加工等の機械加工を行なう場合、加工精度の向上と加工工具の寿命増大を図るため、加工点近傍に向かって設けられたノズルから油やエマルジョン等の加工液を工作物の被加工面に液状のままかけたり、または霧状化して噴霧することにより、工作物と加工工具の潤滑及び加工により発生する熱の冷却を行なっている。また、霧状化して加工液を噴霧する場合、油と水等の種類の異なる加工液を混合した後工作物の被加工面に噴霧したり、あるいは、複数のノズルを設けて種類の異なる加工液をそれぞれのノズルから工作物の被加工面に噴霧する方法が提案されている。

しかしながら、加工中の十分な潤滑及び冷却効果を得るために、工作物を加工する間に亘って加工液を供給し続けるため、加工液を液状のままかける場合には多量の加工液が必要となるという問題があった。とくに、不燃性エマルジョンは劣化すると産業廃棄物として処理することが必要となり、使用後のあるいは古くなった多量のエマルジョンの処理にコストがかかるという問題があった。一方、加工液の使用量を削減するために加工液を霧状にして噴霧する場合には、油は質量が小さいため霧状にして噴霧すると空気中に飛散し過ぎてしまい、十分な量の油が工作物の被工作面に付着せず、工作物と加工工具の潤滑や熱の冷却が十分に行われないという問題があるばかりでなく、霧状の油が飛散すると火災発生の危険性や人体への影響等が考えられ、工場環境の点でも問題があった。更に、上記のように、水と油の混合液を噴霧したり、あるいは別のノズルから被加工面に噴霧する方法においても、油分はやはり空気中に飛散し過ぎるため同様の問題があった。

そこで、上記した問題を解決するために、近年、外部から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜を形成した油膜付水滴を加工液として生成し、この加工液を工作物に噴霧しながら加工する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１５０２９４号公報

しかしながら、上記した特許文献１に係る油膜付水滴を生成する油膜付水滴生成混合器の場合、オイルスプレイノズルに流入した油を、コンプレッサーから供給されてオイルスプレイノズル内で圧縮された空気の圧力により霧状化し、また、ウォータスプレイノズルに流入した水を、コンプレッサーから供給されてウォータスプレイノズル内で圧縮された空気の圧力により水滴化するものであるが、コンプレッサーから供給される空気の圧力が高圧になると、オイルスプレイノズルに流入した油がコンプレッサーの空気圧によって押し戻され、逆流してしまうことがあり、この場合には、油をオイルスプレイノズルに供給する油ポンプの圧力を上げなければならなかった。

同様に、コンプレッサーから供給される空気の圧力が高圧になると、ウォータスプレイノズルに流入した水がコンプレッサーの空気圧によって押し戻され、逆流してしまうことがあり、この場合には、水をウォータスプレイノズルに供給する水ポンプの圧力を上げなければならなかった。

このように、コンプレッサーから高い圧力の空気が供給された場合、この圧力に対抗するために、油ポンプ及び水ポンプの圧力も上げなければ油及び水の供給の速度が遅くなり、油膜付水滴が生成されるまでの時間が長くなってしまうという問題があった。即ち、コンプレッサーから供給される空気の圧力が高圧になった場合には、油膜付水滴が加工物に供給される際の応答性（油膜付水滴が規定供給量確保できるまでの時間）が悪いという問題があった。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、油膜付水滴を生成する際の応答性が高い油膜付水滴生成混合器を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、工作物の加工時に使用される加工液であって水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を供給する油膜付水滴生成混合器において、該油膜付水滴生成混合器は、圧縮空気の供給口に設けられるオイルスプレイノズルに臨む油流出口から供給される油を霧状化する油霧化室と、該油霧化室の下流側に連結され且つ前記油霧化室で霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流が通過するウォータスプレイノズルに臨む水流出口から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成する水滴化室と、該水滴化室の下流側に連結され且つ前記水滴化室で生成された油膜付水滴を前記工作物に向けて放出するトップノズルと、からなり、前記オイルスプレイノズルは、角柱又は円筒形状に形成され且つその外周面部には前記油流出口から供給される油が流入する油流入口が、前記油霧化室側の平面部中央には前記油流入口から流入した油が吐出される油吐出口がそれぞれ形成されると共に、該油吐出口の周囲に前記圧縮空気が前記供給口から前記油霧化室に向って通過する複数の空気通過穴が形成され、前記ウォータスプレイノズルは、角柱又は円筒形状に形成され且つその外周面部には前記水流出口から供給される水が流入する水流入口が、前記水滴化室側の平面部中央には前記水流入口から流入した水が吐出される水吐出口がそれぞれ形成されると共に、該水吐出口の周囲に前記含油圧縮空気が前記油霧化室から前記水滴化室に向って通過する複数の含油空気通過穴が形成され、前記オイルスプレイノズルの油吐出口から吐出された油は、前記空気通過穴を通過する圧縮空気の空気流によって前記油霧化室で霧状化され、前記ウォータスプレイノズルの水吐出口から吐出された水は、前記含油空気通過穴を通過する含油圧縮空気の空気流によって前記水滴化室で水滴化されることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明においては、請求項１に記載の油膜付水滴生成混合器は、前記オイルスプレイノズルには、前記油流出口から供給される油が滞留される油滞留溝が前記外周面部の全周に亘って形成されると共に、前記油滞留溝の底面に前記油流入口が形成され、前記ウォータスプレイノズルには、前記水流出口から供給される水が滞留される水滞留溝が前記外周面部の全周に亘って形成されると共に、前記水滞留溝の底面に前記水流入口が形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、油膜付水滴生成混合器は、圧縮空気の供給口に設けられるオイルスプレイノズルに臨む油流出口から供給される油を霧状化する油霧化室と、油霧化室の下流側に連結され且つ油霧化室で霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流が通過するウォータスプレイノズルに臨む水流出口から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成する水滴化室と、水滴化室の下流側に連結され且つ水滴化室で生成された油膜付水滴を工作物に向けて放出するトップノズルと、からなり、オイルスプレイノズルは、角柱又は円筒形状に形成され且つその外周面部には油流出口から供給される油が流入する油流入口が、油霧化室側の平面部中央には油流入口から流入した油が吐出される油吐出口がそれぞれ形成されると共に、油吐出口の周囲に圧縮空気が供給口から油霧化室に向って通過する複数の空気通過穴が形成され、ウォータスプレイノズルは、角柱又は円筒形状に形成され且つその外周面部には水流出口から供給される水が流入する水流入口が、水滴化室側の平面部中央には前記水流入口から流入した水が吐出される水吐出口がそれぞれ形成されると共に、水吐出口の周囲に含油圧縮空気が油霧化室から水滴化室に向って通過する複数の含油空気通過穴が形成され、オイルスプレイノズルの油吐出口から吐出された油は、空気通過穴を通過する圧縮空気の空気流によって油霧化室で霧状化され、ウォータスプレイノズルの水吐出口から吐出された水は、含油空気通過穴を通過する含油圧縮空気の空気流によって前記水滴化室で水滴化される。

このように、オイルスプレイノズルに供給されて油吐出口から吐出された油は、コンプレッサーから供給される圧縮空気がオイルスプレイノズルの空気通過穴を通過する際、この圧縮空気の空気流によって霧状化される。このため、コンプレッサーの圧力を高くした場合であっても、オイルスプレイノズルに供給される油がコンプレッサーの圧力で押し戻されるということがなく、油ポンプの圧力を高くする必要がない。

また、ウォータスプレイノズルに供給されて水吐出口から吐出された水は、コンプレッサーから供給された圧縮空気に霧状化した油を含有した含油圧縮空気がウォータスプレイノズルの含油空気通過穴を通過する際、この含油圧縮空気の空気流によって水滴化される。このため、コンプレッサーの圧力を高くした場合であっても、ウォータスプレイノズルに供給される水がコンプレッサーの圧力で押し戻されるということがなく、水ポンプの圧力を高くする必要がない。

このように、コンプレッサーから供給される空気の圧力が高圧になった場合であっても、油ポンプ及び水ポンプの圧力を上げる必要がなく、これにより、油膜付水滴が工作物に供給される際の応答性を高くすることができる。即ち、例えば、コンプレッサーから供給される空気の圧力によって油を霧状化する、あるいは、水を水滴化するものの場合、コンプレッサーから供給される空気の圧力が高くなった場合には、高くなった圧力に対抗するように油ポンプ及び水ポンプの圧力を上げなければならないが、本発明に係る油膜付水滴生成混合器１においては、コンプレッサーから供給される空気の圧力が高くなった場合であっても、油ポンプ及び水ポンプの圧力を上げることなく油及び水を安定して供給できるため、油及び水の供給の速度が遅くなって油膜付水滴が生成されるまでの時間が長くなってしまうということがない。

また、請求項２に係る発明においては、オイルスプレイノズルには、油流出口から供給される油が滞留される油滞留溝が外周面部の全周に亘って形成されると共に、油滞留溝の底面に油流入口が形成され、ウォータスプレイノズルには、水流出口から供給される水が滞留される水滞留溝が外周面部の全周に亘って形成されると共に、水滞留溝の底面に水流入口が形成されている。このため、油流出口及び水流出口から供給される油及び水を、それぞれ油滞留溝及び水滞留溝を介して油流入口及び水流入口に流入させることができる。これにより、油膜付水滴生成混合器の組み立て時、オイルスプレイノズル及びウォータスプレイノズルを組み込む際に、油流入口及び水流入口をそれぞれ油流出口及び水流出口の位置に合わせて組み込む必要がないため、組み立て作業の簡略化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１の構成について図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１の内部を示す断面図である。

図１において、油膜付水滴生成混合器１は、外部から供給される油を空気流によって霧状化する油霧化室８が形成されるフォグ室形成部材２と、該フォグ室形成部材２に連結され且つ前記油霧化室８で霧状化した油を含有する空気流で外部から供給される水を水滴化して水滴１０５（図５参照）の表面に油膜１０４（図５参照）が形成された油膜付水滴１００（図５参照）を生成する第１水滴化室３６と、第２水滴化室６１が形成されるセカンダリフォグ室形成部材３と、該セカンダリフォグ室形成部材３に連結され且つ生成された油膜付水滴１００を外部へ放出するトップノズル４と、から構成されている。

まず、フォグ室形成部材２の構造について図１を参照して説明する。フォグ室形成部材２は、ステンレス鋼又はプラスチックスで形成される角柱又は円筒形状のものである。フォグ室形成部材２の後端面（図の右側）中央部には、圧縮空気を供給するための空気供給ダクト８２（図３参照）が接続される凹状の供給口６が形成されている。一方、フォグ室形成部材２の前端面（図の左側）中央部には、セカンダリフォグ室形成部材３を挿入して取り付けるための取付凹部７が形成されている。供給口６の底面から取付凹部７の底面にかけては、フォグ室形成部材２を貫通するように上記した油霧化室８が貫通形成されている。なお、供給口６の内周面には、空気供給ダクト８２をネジ止めするためのネジ溝が切られており、取付凹部７の内周面にも、セカンダリフォグ室形成部材３をネジ止めするためのネジ溝が切られている。

油霧化室８の両端部分には、スプレイノズル９，１２が嵌入固定されている。即ち、供給口６側には、外部から供給された油を霧状化させるためのオイルスプレイノズル９が嵌入されてＣ形止め輪１１で固定され、取付凹部７側には、外部から供給された水を水滴化するためのウォータスプレイノズル１２が嵌入されてＣ形止め輪１４で固定されている。なお、このオイルスプレイノズル９及びウォータスプレイノズル１２については後に詳述する。

そして、フォグ室形成部材２の一側方で供給口６寄りには、油を供給するための油供給ダクト８７（図３参照）が接続される油吸入口１６が形成され、この油吸入口１６の先端部は、油をオイルスプレイノズル９内に流出するための第１油流出口１０として形成され、オイルスプレイノズル９に臨んでいる。また、油吸入口１６が設けられる側面と同じ側面で取付凹部７寄りには、水を供給するための水供給ダクト９２（図３参照）が接続される水吸入口１８が形成され、この水吸入口１８の先端部は、水をウォータスプレイノズル１２内に流出するための水流出口１３として形成され、ウォータスプレイノズル１２に臨んでいる。

更に、フォグ室形成部材２の取付凹部７側の端面からは、油霧化室８に貫通するＬ字状の第１バイパス通路２０が対称となる位置に２箇所形成されている。また、第１バイパス通路２０の折曲がり部分からフォグ室形成部材２の側面にかけて閉塞部材２１が挿入されている。これは、フォグ室形成部材２の側面から油霧化室８にかけて貫通する穴の外側の約半分を閉塞しているものであり、第１バイパス通路２０をＬ字状に形成するために必要なものである。即ち、Ｌ字状に通路を形成することは不可能なため、まずフォグ形成部材室２の端面から通路を形成し、この通路と直交する通路をフォグ室形成部材２の側面から油霧化室８にかけて形成してＴ字状の通路とし、この後、２つの通路の交差部分からフォグ室形成部材２の側面にかけての通路の部分を、前述のように閉塞部材２１で閉塞することによってＬ字状としているものである。

次に、セカンダリフォグ室形成部材３の構造について図１を参照して説明すると、セカンダリフォグ室形成部材３は、ステンレス鋼又はプラスチックスで円筒形状に形成されるものである。そして、セカンダリフォグ室形成部材３の後端面（図示の右側）中央部には、フォグ室形成部材２の取付凹部７に挿入される取付凸部３０が形成されている。また、後端面の外縁部寄りには、Ｏリング３２を嵌入するためのＯリング取付溝３１が円状に周設され、このＯリング取付溝３１と取付凸部３０との間には、前記第１バイパス通路２０と連接するバイパス通路連結溝３８が円状に周設されている。このバイパス通路連結溝３８は、その溝中心の径寸法が前記２つの第１バイパス通路２０の中心間距離寸法とほぼ同じに設定されており、その溝幅は第１バイパス通路２０の直径とほぼ同じ寸法で形成されている。なお、取付凸部３０の外周には、取付凹部７の内周に切られているネジ溝と螺合するネジが切られている。

一方、セカンダリフォグ室形成部材３の前端面（図示の左側）中央部には、トップノズル４を取り付けるためにその内周にネジ溝が切られているトップノズル挿入凹部３３が形成されている。また、前端面の外縁部寄りには、Ｏリング３５を嵌入するためのＯリング取付溝３４が円状に周設されている。また、前記取付凹部７の底面から取付凸部３０の端面に向かって、外部から供給された水を水滴化するための水滴化室６４が貫通形成されている。水滴化室６４は、上流側の第１水滴化室３６と下流側の第２水滴化室６１から構成されているが、下流側の第２水滴化室６１は、前記トップノズル挿入凹部３３寄りに形成されるセカンダリオイルノズル取付部３７に嵌入されるセカンダリオイルノズル６０によって構成されるものである。

また、前記バイパス通路連結溝３８の底面からは、セカンダリフォグ室形成部材３の先端面側に向かって、前記セカンダリオイルノズル取付部３７の位置まで第２バイパス通路３９が形成されている。この第２バイパス通路３９は、互いに１８０度の方向に位置するように２箇所設けられている。また、第２バイパス通路３９の図示左右２ヵ所には、該第２バイパス通路３９とセカンダリオイルノズル取付部３７とが連通するように第１油流出溝４０と第２油流出溝４１とが形成されている。

ところで、セカンダリオイルノズル取付部３７には、前述したように、セカンダリオイルノズル６０が嵌入されるが、このセカンダリオイルノズル６０は、ステンレス鋼又は銅合金により円筒形状に形成されるものであり、その中心には、第２水滴化室６１が形成されている。また、セカンダリオイルノズル６０の後端面（図の右側）寄りには、第２油流出口６２がセカンダリオイルノズル６０の外面から第２水滴化室６１にかけて貫通形成されている。この第２油流出口６２は、等間隔で放射状に複数箇所（４〜１２箇所）形成されているものである。また、セカンダリオイルノズル６０の前端面（図の左側）寄りには、第３油流出口６３が第２油流出口６２と同様、セカンダリオイルノズル６０の外面から第２水滴化室６１にかけて貫通形成されている。この第３油流出口６３は、等間隔で放射状に複数箇所（第２油流出口６２の約半数、即ち、２〜６箇所）形成されているものである。なお、本実施形態の場合、第２油流出口６２の径寸法は、第３油流出口６３の径寸法の２倍以上に設定されている。

上記のように構成されるセカンダリオイルノズル６０をセカンダリオイルノズル取付部３７に挿入したときには、第２油流出口６２と第１油流出溝４０とが一致すると共に、第３油流出口６３と第２油流出溝４１とが一致する。

次に、トップノズル４の構造について図１を参照して説明すると、トップノズル４は、セカンダリフォグ室形成部材３に取り付けられるものであり、ステンレス鋼又は銅合金で円筒状に形成されるものである。トップノズル４の後端面（図の右側）の中央部には、セカンダリフォグ室形成部材３のトップノズル挿入凹部３３に螺着されるネジ部がその外周に形成される取付凸部５０が形成されると共に、その中心には、生成された油膜付水滴１００が通過する油膜付水滴通過路５１が形成されている。また、トップノズル４の前端面（図の左側）の中央部には、油膜付水滴生成混合器１の先端部を形成する油膜付水滴放出部５２が形成されると共に、その中心には、油膜付水滴１００を放出するための油膜付水滴放出口５３が形成されている。この油膜付水滴放出口５３の内周面には、油膜付水滴放出口５３を延長するための延長ノズル（図示しない）を適宜取り付けるためのネジ溝が切られている。

次に、本実施形態の要部を構成するオイルスプレイノズル９及びウォータスプレイノズル１２について、図２を参照して説明する。図２は、オイルスプレイノズル９及びウォータスプレイノズル１２の外観を示す斜視図である。なお、オイルスプレイノズル９とウォータスプレイノズル１２とは、同様の形状であるため、代表してオイルスプレイノズル９について説明する。また、図２においては、１つの図に対して、オイルスプレイノズル９及びウォータスプレイノズル１２の両方についての符号が付してある。このとき、末尾に「ａ」の付してある符号がオイルスプレイノズル７４に関する符号であり、末尾に「ｂ」の付してある符号がウォータスプレイノズル８４に関する符号である。

図２において、オイルスプレイノズル９は、ステンレス鋼等によりほぼ円筒形状に形成されるものである。このオイルスプレイノズル９の油霧化室８側（ウォータスプレイノズル１２の場合、水滴化室６４側）に位置する平面部７０ａの中央には、ほぼ円筒形状の突起部７１ａが突設されると共に、側面を構成する外周面部７２ａのほぼ中央には、フォグ室形成部材２の油吸入口１６から供給される油が滞留する油滞留溝７３ａが外周面部７２ａの全周に亘って形成されている。この油滞留溝７３ａの底面には、油滞留溝７３ａに滞留した油が流入する油流入口７４ａが直径方向に貫通して形成されている。このように、油滞留溝７３ａが形成されているため、油吸入口１６から供給される油を油滞留溝７３ａを介して油流入口７４ａに流入させることができる。これにより、油膜付水滴生成混合器１の組み立て時、オイルスプレイノズル９を組み込む際に、油流入口７４ａを油吸入口１６の位置に合わせて組み込む必要がないため、組み立て作業の簡略化を図ることができる。なお、オイルスプレイノズル９は、円筒形状に限らず、例えば、角柱形状等に形成されるものであってもよい。この場合、フォグ室形成部材２のオイルスプレイノズル９が嵌入される部分は、オイルスプレイノズル９の外形に合わせた形状となる。

また、上記した突起部７１ａの中央には、油流入口７４ａに流入した油が吐出される油吐出口７５ａが油流入口７４ａに挿通して形成されている。従って、油流入口７４ａと油吐出口７５ａとが、図４に示すように、オイルスプレイノズル９内でＴ字状に形成されている。また、油吐出口７５ａの周囲には、圧縮空気が供給口６から油霧化室８に向って（ウォータスプレイノズル１２の場合、含油圧縮空気が油霧化室８から水滴化室６４に向って）通過する空気通過穴７６ａが貫通して形成されている。

なお、上記のように、油流入口７４ａは直径方向に貫通して形成されるものであるため、油はその両端の２箇所から流入するようになっているが、このようなものに限らず、油流入口７４ａの一端がオイルスプレイノズル９の中心部で油吐出口７５ａと連通し、油流入口７４ａと油吐出口７５ａとがオイルスプレイノズル９内でＬ字状に形成されているものであってもよい。この場合、油は１箇所から流入することになる。また、油流入口７４ａが油吐出口７５ａから油滞留溝７３ａに向けて放射状に複数設けられるものであってもよい。

オイルスプレイノズル９は、以上のように構成されるものであり、油膜付水滴生成混合器１に組み付けた場合、上記したように、油吸入口１６から供給される油が油流入口７４ａに流入した後、油吐出口７５ａから吐出されると共に、供給口６から供給される圧縮空気が油霧化室８に向けて空気通過穴７６ａを通過して通過することとなる。

なお、上述したように、ウォータスプレイノズル１２は、オイルスプレイノズル９と同様の形状であり、同様の機能を有するものであるため、詳細な説明は省略するが、オイルスプレイノズル９における平面部７０ａ，突起部７１ａ，外周面部７２ａ，油滞留溝７３ａ，油流入口７４ａ，油吐出口７５ａ及び空気通過穴７６ａは、ウォータスプレイノズル１２においては平面部７０ｂ，突起部７１ｂ，外周面部７２ｂ，水滞留溝７３ｂ，水流入口７４ｂ，水吐出口７５ｂ及び含油空気通過穴７６ｂとなる。

上記のように複数の部品から構成される油膜付水滴生成混合器１の組み立てについて説明する。まず、ウォータスプレイノズル１２の底面が油霧化室８側に位置するように、ウォータスプレイノズル１２を取付凹部７からフォグ室形成部材２の内部に挿入した後、Ｃ形止め輪１４によってウォータスプレイノズル１２を固定する。また、オイルスプレイノズル９の突起部７１ａが油霧化室８側に位置するように、オイルスプレイノズル９を供給口６からフォグ室形成部材２の内部に挿入した後、Ｃ形止め輪１１によってオイルスプレイノズル９を固定する。

次に、セカンダリフォグ室形成部材３の後端面に設けられるＯリング取付溝３１にＯリング３２を装着した後、セカンダリフォグ室形成部材３の取付凸部３０をフォグ室形成部材２の取付凹部７に螺着することにより、セカンダリフォグ室形成部材３をフォグ室形成部材２に固定する。ここで、Ｏリング取付溝３１は、その溝深さ寸法がＯリング３２の直径寸法より小さいため、Ｏリング取付溝３１にＯリング３２を装着した際、Ｏリング３２の上端部分がセカンダリフォグ室形成部材３の後端面から突出している。このため、セカンダリフォグ室形成部材３をフォグ室形成部材２に固定した際、Ｏリング３２がＯリング取付溝３１の底面とフォグ室形成部材２の前端面との間に挟み込まれ、これによりフォグ室形成部材２とセカンダリフォグ室形成部材３との間の気密状態が保たれることとなる。また、Ｃ形止め輪１４と取付凸部３０の端面との間には、Ｏリング１５が介装されるので、油霧化室８と第１水滴化室３６とは、気密が保たれた状態で連通する。

また、セカンダリフォグ室形成部材３の後端面のバイパス通路連結溝３８は、円状に周設されているため、セカンダリフォグ室形成部材３をフォグ室形成部材２に固定した際に、第１バイパス通路２０は必ずバイパス通路連結溝３８と連通することとなる。このため、第１バイパス通路２０は、バイパス通路連結溝３８を介して第２バイパス通路３９と連通することとなる。

次いで、セカンダリフォグ室形成部材３のセカンダリオイルノズル取付部３７にセカンダリオイルノズル６０をトップノズル挿入凹部３３側から挿入する。このとき、セカンダリオイルノズル６０の第３油流出口６３がトップノズル挿入凹部３３側となるように挿入する。そして、セカンダリオイルノズル取付部３７にセカンダリオイルノズル６０を挿入した際には、前述したように、第１油流出溝４０に対応する位置に第２油流出口６２が位置し、第２油流出溝４１に対応する位置に第３油流出口６３が位置することとなる。このため、第２バイパス通路３９は、第１油流出溝４０と第２油流出口６２及び第２油流出溝４１と第３油流出口６３を介して第２水滴化室６１と連通することとなる。

次に、セカンダリフォグ室形成部材３の前端面に設けられるＯリング取付溝３４にＯリング３５を装着した後、トップノズル４の取付凸部５０をセカンダリフォグ室形成部材３のトップノズル挿入凹部３３に螺着することにより、トップノズル４がセカンダリフォグ室形成部材３に固定されることとなる。ここで、Ｏリング取付溝３４は、その溝深さがＯリング３５の直径寸法より小さいため、Ｏリング取付溝３４にＯリング３５を装着した際、Ｏリング３５の上端部分がセカンダリフォグ室形成部材３の前端面から突出している。このため、トップノズル４をセカンダリフォグ室形成部材３に固定した際、Ｏリング３５がＯリング取付溝３４の底面とトップノズル４のフランジ後端面との間に挟み込まれ、これによりセカンダリフォグ室形成部材３とトップノズル４との間の気密状態が保たれることとなる。

油膜付水滴生成混合器１は、以上のように組み立てられるが、次に、この油膜付水滴生成混合器１に空気、油及び水を供給する油膜付水滴供給装置９４について図３を参照して説明する。図３は、実施形態に係る油膜付水滴供給装置９４の概略図である。

図３において、油膜付水滴生成混合器１の供給口６には、空気供給ダクト８２を接続するための空気供給用継手８３が螺着されており、空気供給用継手８３に接続された空気供給ダクト８２は、空気の流量を調整する流量調整弁８１に接続されている。流量調整弁８１は、空気供給ダクト８２を介して空気を供給するためのコンプレッサー８０に接続されている。

また、油膜付水滴生成混合器１の油吸入口１６には、油供給ダクト８７を接続するための油供給用継手８８が螺着されており、油供給用継手８８に接続された油供給ダクト８７は、油量を計量する油計量バルブ８６に接続されている。油計量バルブ８６は、油供給ダクト８７を介して油を供給するための油ポンプ８５に接続され、油ポンプ８５からは油の貯留してある油タンク８４に油供給ダクト８７が接続されている。

更に、油膜付水滴生成混合器１の水吸入口１８には、水供給ダクト９２を接続するための水供給用継手９３が螺着されており、水供給用継手９３に接続された水供給ダクト９２は、水量を計量する水計量バルブ９１に接続されている。水計量バルブ９１は、水供給ダクト９２を介して水を供給するための水ポンプ９０に接続され、水ポンプ９０からは水の貯留してある水タンク８９に水供給ダクト９２が接続されている。

次に、油膜付水滴生成混合器１に供給された空気，油及び水により、油膜付水滴生成混合器１内で油膜付水滴１００が生成される過程を図１乃至図４を参照して説明する。図４は、オイルスプレイノズル９及びウォータスプレイノズル１２の縦断面図である。

まず、コンプレッサー８０から供給される圧縮空気が、供給口６からオイルスプレイノズル９へ向けて送り込まれる。また、油タンク８４から供給される油が油吸入口１６を通り、第１油流出口１０を介してオイルスプレイノズル９の油流入口７４ａからオイルスプレイノズル９内へ流入する。オイルスプレイノズル９内へ流入した油は、油吐出口７５ａから吐出されるが、油吐出口７５ａから吐出された油は、圧縮空気が図４の矢印Ａで示すように空気通過穴７６ａを通過する際、圧縮空気の圧力差によって引き付けられると共に霧状化され、油霧化室８内へ噴出された後、圧縮空気と共にウォータスプレイノズル１２側へ送られる。このとき、霧状化されなかった油の一部は、油霧化室８の内周面に沿って液状のまま第１バイパス通路２０内へ流入し、その後、バイパス通路連結溝３８及び第２バイパス通路３９を介して第１油流出溝４０及び第２油流出溝４１に流入する。

第１油流出溝４０に流入した油は、セカンダリオイルノズル取付部３７に設けられた第２油流出口６２から第２水滴化室６１内へ噴出される。また、第２油流出溝４１に流入した油は、セカンダリオイルノズル取付部３７に設けられた第３油流出口６３から第２水滴化室６１内へ噴出される。

このとき、第２油流出口６２の直径は第３油流出口６３の直径の２倍である上に、第２油流出口６２が複数箇所（図示の実施形態の場合８箇所）設けられているのに対して、第３油流出口６３はその半数しか設けられていないため、第３油流出口６３には第２油流出口６２にかかる圧力に比べて高い圧力がかかり、第２油流出口６２に比べ第３油流出口６３には油が流入し難い。即ち、第２油流出口６２の方が第３油流出口６３よりも油流入量が多くなるように形成されている。このため、第２バイパス通路３９内の油は、まず第２油流出口６２から第２水滴化室６１内へ噴出され、次いで第３油流出口６３から第２水滴化室６１内ヘ噴出されることとなる。

一方、水タンク８９から供給される水が水吸入口１８を通り、水流出口１３を介してウォータスプレイノズル１２の水流入口７４ｂからウォータスプレイノズル１２内へ流入する。ウォータスプレイノズル１２内へ流入した水は、水吐出口７５ｂから吐出されるが、水吐出口７５ｂから吐出された水は、含油圧縮空気が図４の矢印Ａで示すように含油空気通過穴７６ｂを通過する際、含油圧縮空気の圧力差によって引き付けられると共に水滴化される。そして、この水滴１０５の表面全体に霧状化された油が油膜１０４として付着し、第１水滴化室３６で油膜付水滴１００が生成される（図５参照）。このとき、水滴１０５のすべてに油膜１０４が付着するものではなく、油膜１０４が付着していない水滴１０５も存在している。

油膜１０４の付着していない水滴１０５に対しては、第１水滴化室３６から第２水滴化室６１に噴出された際、第２油流出口６２から流入した油が油膜１０４として水滴１０５の表面全体に付着し、油膜付水滴１００となる。この時点でほとんどの水滴１０５は油膜１０４が付着して油膜付水滴１００となるが、この時点で油膜１０４が付着していない水滴１０５が僅かに残っていた場合でも、その水滴１０５に対しては、第３油流出口６３から流入した油が油膜１０４として付着し、油膜付水滴１００となるため、ウォータスプレイノズル１２で生成された水滴１０５は、１００％油膜付水滴１００となる。こうして生成されたすべての油膜付水滴１００は、油膜付水滴放出口５３を通り、油膜付水滴生成混合器１外へ放出されることとなる。なお、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１で生成される油膜付水滴１００の大きさは、１００μｍ〜２００μｍである。

本実施形態においては、上記のように油膜付水滴生成混合器１により生成された油膜付水滴１００を工作物の被加工面に供給しながら工作加工を行うものであるが、油膜付水滴１００を工作物の被加工面に供給した場合、図５に示すように、工作物１０３の表面に油膜１０４が生成され、その油膜１０４上に油膜付水滴１００が付着することとなる。なお、図５は、油膜付水滴１００と油膜付水滴１００が付着した工作物１０３の表面の概念図である。

以上、実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１の構成と油膜付水滴１００が生成される過程について説明したが、次に、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１と従来の油膜付水滴生成混合器について行なった、油膜付水滴１００が生成される際の応答時間の計測試験について説明する。

この試験は、コンプレッサー８０から供給される圧縮空気の空気圧を０．２ＭＰａ，０．４ＭＰａ，０．６ＭＰａ及び０．８ＭＰａとしたとき、それぞれの空気圧について、油ポンプ８５及び水ポンプ９０を稼動させてから油膜付水滴１００が生成されるまでの時間（応答時間）を、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１と従来の油膜付水滴生成混合器について計測したものである。その結果を表１に示す。

表１で示すように、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１では、空気圧がいずれの場合においても、応答時間はすべて２秒であった。これに対し、従来の油膜付水滴生成混合器では、それぞれの空気圧のときの応答時間は、２秒，５秒，７秒及び７秒であった。

このように、従来の油膜付水滴生成混合器では、コンプレッサー８０から供給される圧縮空気の空気圧が高くなるに従って、応答時間が長くなっている。これは、圧縮空気の空気圧が低い範囲では、油ポンプ８５及び水ポンプ９０の圧力が通常の値であっても油及び水を十分に供給することができるが、圧縮空気の空気圧が高くなるに従って、圧縮空気の空気圧によって油及び水が押し戻されるようになってしまい、油及び水がそれぞれオイルスプレイノズル９及びウォータスプレイノズル１２へ至るまでの時間がかかるためである。このため、応答時間を短くするためには、コンプレッサー８０から供給される圧縮空気の空気圧に対抗するように、油ポンプ８５及び水ポンプ９０の圧力も通常よりも高くしなければならない。

これに対し、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１では、図４で示すように、オイルスプレイノズル９に供給されて油吐出口７５ａから吐出された油は、コンプレッサー８０から供給される圧縮空気がオイルスプレイノズル９の空気通過穴７６ａを通過する際、圧縮空気の空気流によって霧状化される。このため、コンプレッサー８０の圧力を高くした場合であっても、オイルスプレイノズル９に供給される油がコンプレッサー８０の圧力で押し戻されるということがなく、油ポンプ８５の圧力を高くする必要がない。

同様に、ウォータスプレイノズル１２に供給されて水吐出口７５ｂから吐出された水は、コンプレッサー８０から供給されて霧状化した油を含有した含油圧縮空気がウォータスプレイノズル１２の含油空気通過穴７６ｂを通過する際、含油圧縮空気の空気流によって水滴化される。このため、コンプレッサー８０の圧力を高くした場合であっても、ウォータスプレイノズル１２に供給される水がコンプレッサー８０の圧力で押し戻されるということがなく、水ポンプ９０の圧力を高くする必要がない。

このように、コンプレッサー８０から供給される空気の圧力が高圧になった場合であっても、油ポンプ８５及び水ポンプ９０の圧力を上げる必要がなく、これにより、油膜付水滴１００が加工物に供給される際の応答性を高くすることができる。即ち、コンプレッサー８０から供給される空気の圧力が高くなった場合であっても、油ポンプ８５及び水ポンプ９０の圧力を上げることなく油及び水を安定して供給できるため、油及び水の供給の速度が遅くなって油膜付水滴１００が生成されるまでの時間が長くなってしまうということがない。

実施形態に係る油膜付水滴生成混合器の内部を示す断面図である。オイルスプレイノズル及びウォータスプレイノズルの外観を示す斜視図である。実施形態に係る油膜付水滴供給装置の概略図である。オイルスプレイノズル及びウォータスプレイノズルの縦断面図である。油膜付水滴と油膜付水滴が付着した工作物の表面の概念図である。

符号の説明

１油膜付水滴生成混合器
４トップノズル
６供給口
８油霧化室
９オイルスプレイノズル
１０第１油流出口（油流出口）
１２ウォータスプレイノズル
１３水流出口
１６油吸入口
１８水吸入口
６４水滴化室
７２ａ外周面部
７２ｂ外周面部
７３ａ油滞留溝
７３ｂ水滞留溝
７４ａ油流入口
７４ｂ水流入口
７５ａ油吐出口
７５ｂ水吐出口
７６ａ空気通過穴
７６ｂ含油空気通過穴
１００油膜付水滴
１０４油膜
１０５水滴

Claims

工作物の加工時に使用される加工液であって水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を供給する油膜付水滴生成混合器において、
該油膜付水滴生成混合器は、
圧縮空気の供給口に設けられるオイルスプレイノズルに臨む油流出口から供給される油を霧状化する油霧化室と、
該油霧化室の下流側に連結され且つ前記油霧化室で霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流が通過するウォータスプレイノズルに臨む水流出口から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成する水滴化室と、
該水滴化室の下流側に連結され且つ前記水滴化室で生成された油膜付水滴を前記工作物に向けて放出するトップノズルと、からなり、
前記オイルスプレイノズルは、角柱又は円筒形状に形成され且つその外周面部には前記油流出口から供給される油が流入する油流入口が、前記油霧化室側の平面部中央には前記油流入口から流入した油が吐出される油吐出口がそれぞれ形成されると共に、該油吐出口の周囲に前記圧縮空気が前記供給口から前記油霧化室に向って通過する複数の空気通過穴が形成され、
前記ウォータスプレイノズルは、角柱又は円筒形状に形成され且つその外周面部には前記水流出口から供給される水が流入する水流入口が、前記水滴化室側の平面部中央には前記水流入口から流入した水が吐出される水吐出口がそれぞれ形成されると共に、該水吐出口の周囲に前記含油圧縮空気が前記油霧化室から前記水滴化室に向って通過する複数の含油空気通過穴が形成され、
前記オイルスプレイノズルの油吐出口から吐出された油は、前記空気通過穴を通過する圧縮空気の空気流によって前記油霧化室で霧状化され、
前記ウォータスプレイノズルの水吐出口から吐出された水は、前記含油空気通過穴を通過する含油圧縮空気の空気流によって前記水滴化室で水滴化されることを特徴とする油膜付水滴生成混合器。
前記オイルスプレイノズルには、前記油流出口から供給される油が滞留される油滞留溝が前記外周面部の全周に亘って形成されると共に、前記油滞留溝の底面に前記油流入口が形成され、
前記ウォータスプレイノズルには、前記水流出口から供給される水が滞留される水滞留溝が前記外周面部の全周に亘って形成されると共に、前記水滞留溝の底面に前記水流入口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の油膜付水滴生成混合器。