JP6027598B2 - ミスト生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋盤やフライス盤等の工作機械による切削・研削加工において、工具や被加工物の冷却や潤滑を行うためのミストを生成するミスト生成装置に関する。

マシニングセンタ等の工作機械では、環境負荷の低減や切削液使用量の低減等を目的として、ミスト化した微少量の潤滑油を加工点に供給する所謂ＭＱＬ(Minimal Quantity Lubrication)方式が普及している。このＭＱＬ方式では、圧縮空気を用いて２流体ノズルから噴霧された液体微粒子は、粒径の大きいものがミスト供給ライン（例えば、遠心力が作用するスピンドルの内壁）に付着して加工点まで到達し難くなり、所望の冷却や潤滑を達成できない場合がある。

そこで、２流体ノズルから噴射された大小の液体微粒子が混在したミストから均一な小さい粒子を選別した後、この小さい粒子のみからなるミストを工作機械に向けて供給するミスト生成装置が知られている（特許文献１参照）。

特許第３３２００１８号公報

近年、上記ＭＱＬ方式と比べてより大量の切削液を必要とする大型部品や難削材（例えば、チタンやインコネル）に対して、オイルミストを用いた切削・研削加工を適用する試みがなされている。しかしながら、上記従来のミスト生成装置は、比較的小さな粒径（例えば、平均粒径1〜3μm程度）からなる液体微粒子を生成し、しかも比較的小さな供給量（例えば、最大供給量20〜50ml/hr程度）で噴霧するものであるため、難削材等の加工に必要な冷却や潤滑を達成することができないという問題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、切削液の供給量を増大させることを可能としたミスト生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の第１の側面によれば、切削液と気体とを混合してミストを生成するノズル（３）と、前記ノズルから噴霧されたミストを収容するミスト収容器（４）と、前記ミスト収容器内のミストを工作機械（２）に向けて供給するミスト供給ライン（６）とを備え、前記ミスト供給ラインは、前記ミスト収容器内のミストを外部に排出するミスト取込管（５１）を有し、当該ミスト取込管は、前記ミストをその管内に導入するミスト取込口（５５）が、前記ノズルのスプレーパターンを画成する噴霧領域（Ｘ）内に配置されたことを特徴とする。

また、本発明の第２の側面によれば、上記第１の側面に関し、前記ミスト収容器内において前記ノズルに対峙し、当該ノズルから噴霧されたミストが衝当する衝当板（１４）を更に備え、前記ミスト取込口は、前記ノズルと前記衝当板との間に配置されたことを特徴とする。

また、本発明の第３の側面によれば、上記第１または第２の側面に関し、前記ミスト取込口は、前記ノズルの噴霧方向（Ｃ）に対して交差する方向に開口することを特徴とする。

また、本発明の第４の側面によれば、上記第１から第３のいずれかの側面に関し、前記ノズルは、前記ミストを鉛直方向に噴霧し、前記ミスト取込管は、前記ミスト収容器内において鉛直方向に延びる鉛直部（５１ａ）と、当該鉛直部の下端から水平に延びる水平部（５１ｂ）とを有し、前記ミスト取込口は、前記水平部の一端に形成されたことを特徴とする。

上記本発明の第１の側面によれば、ミスト取込口をノズルの噴霧領域内に配置したため、ミスト収容器内に滞留する比較的小さな液体微粒子に加えて、噴霧直後の比較的大きな液体微粒子を工作機械に向けて供給することができ、切削液の供給量を増大させることが可能となる。
また、上記本発明の第２の側面によれば、ミスト供給ラインにおいて液化し易い粒径の液体微粒子を衝当板によって排除することができる。
また、上記本発明の第３の側面によれば、ミスト供給ラインのミスト取込口周辺における液体微粒子の液化を防止することができる。
また、上記本発明の第４の側面によれば、ミスト供給ラインのミスト取込口周辺において液体微粒子が液化した場合でも、当該液化により生じた切削液が工作機械に向けて供給されることを防止できる。

実施形態に係る工作機械に接続されたミスト生成装置の構成図である。 図１中のミスト収容器の詳細構成を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るミスト生成装置について説明する。

図１に示すように、ミスト生成装置１は、旋盤やフライス盤等の工作機械２に対してミスト化された切削液（以下、単にミストという。）を供給するものであり、水溶性切削油等を含む切削液と気体（ここでは、圧縮空気）とを混合してミストをそれぞれ生成するノズル３と、このノズル３から噴霧されたミストを収容するミスト収容器４と、ノズル３に圧縮空気を供給するための空気供給ライン５と、ミスト収容器４内のミストを工作機械２に向けて供給するためのミスト供給ライン６とを主として備える。

ミスト収容器４は、図２に示すように、円筒状の周壁１１と、この周壁１１の上下の開口を塞ぐ円板状の上壁１２及び下壁１３とを有している。上壁１２の底面にはノズル３が取り付けられており、このノズル３から下向きにミストが噴射される。また、ミスト収容器４の内部空間は、上壁１２から吊り下げられた円板状の衝当板１４により上下に仕切られており、衝当板１４上方におおいてミストが収容されるミスト収容部１５と、衝当板１４下方において切削液Ｌ（液化したミストを含む）が貯留される切削液収容部１６とが画成されている。

ノズル３は、サイホン式の周知の２流体ノズルからなり、空気供給ライン５が接続された上下方向に延びる空気導入路２１と、この空気導入路２１の上下方向の中間部に連通して水平方向に延びる液導入路２２とを有している。液導入路２２を画成する部位には、切削液収容部１６の切削液Ｌ中から上方に延びる切削液供給管２３の上端が接続されている。このような構成により、ノズル３は、空気導入路２１に圧縮空気が導入された際に、液導入路２２の連通部と切削液収容部１６とに生じる圧力差により、切削液収容部１６から切削液供給管２３を通して切削液Ｌを吸い上げてノズル内部で空気と混合する。

空気供給ライン５は、図１に示すように、空気圧源３１からの圧縮空気をノズル３の空気導入路に導く第１圧縮空気管３２と、この第１圧縮空気管３２から分岐した後に上壁１２を貫通してミスト収容器４の内部空間に連通する第２圧縮空気管３４とから主として構成される。

第１圧縮空気管３２には、圧縮空気の流量を調整する可変絞り弁４２が設けられている。また、第１圧縮空気管３２から分岐した第２圧縮空気管３４には、ミスト収容器４内の圧力（すなわち、後述するオイルホールドリル５４から噴射するミストの圧力）を所定の圧力に調整するための減圧弁４７が設けられている。

ミスト供給ライン６は、ミスト収容器４の内部に配置されたミスト取込管５１と、このミスト取込管５１の下流側に連なり、ミストを工作機械２に導入するミスト導入管５２とから主として構成される。ミスト導入管５２は工作機械２内のミスト通路５３に接続されており、これにより、ミスト通路５３の最下流に位置するオイルホールドリル（工具）５４の噴霧孔５４ａからワークＷに対してミストが噴霧される。

ミスト取込管５１は、図２に示すように、ミスト収容器４の上壁１２から下方に延びる鉛直部５１ａと、この鉛直部５１ａの下端に連なる水平部５１ｂとを有するＬ字状の管である。ミスト収容器４内のミストは、水平部５１ｂの一端に開口するミスト取込口５５からミスト供給ライン６に導入される。ミスト取込口５５は、ノズル３と衝当板１４との間に配置され、ノズル３の噴霧の中心軸（噴霧方向）Ｃに対して交差（ここでは、直交）する方向に開口する。また、ミスト取込口５５は、ノズル３のスプレーパターンを画成する円錐状の噴霧領域（図２中の２点鎖線の内側の領域）Ｘ内に配置されている。

次に、上記構成のミスト生成装置１の動作について説明する。

工作機械２においてワークＷの加工を行う際には、空気圧源３１から圧縮空気を空気供給ライン５に導入する。圧縮空気は、第１圧縮空気管３２を介してノズル３の空気導入路２１に導入される。これにより、切削液収容部１６の切削液Ｌが切削液供給管２３を介してノズル３の液導入路２２に導入される。そして、ノズル３内で切削液と空気とが混合され、生成されたミストがノズル３の噴孔６０から噴射される。切削液Ｌは、サイホン作用によりノズル３に連続的に供給される。

ミスト取込管５１のミスト取込口５５は、ノズル３の噴霧領域Ｘ内に配置されているため、ノズル３から噴霧された直後の比較的大きな液体微粒子（例えば、粒径10〜20μｍ程度）を含むミストの一部は、衝当板１４に到達する前に、ミスト収容器４内の圧力によって押し出されてミスト取込管５１内に導かれる。一方、衝当板１４まで到達したミスト中の比較的大きな粒径の粒子は、衝当板１４に衝当することにより液化して切削液収容部１６に戻される。また、衝当板１４によって液化せずにミスト収容部１５内に滞留する比較的小さな液体微粒子（例えば、粒径1〜3μｍ程度）は、ノズル３から噴霧された直後の比較的大きな液体微粒子と共に、ミスト取込口５５からミスト取込管５１内に導入される。ミスト取込管５１内に導入されたミストは、ミスト導入管５２を介して工作機械２に導入され、オイルホールドリル５４の先端からワークＷの加工点に対して噴霧される。

なお、ミスト取込管５１の構造は種々の変更が可能であり、例えば、図２中の２点鎖線で示すように、鉛直部５１ａの下端にミスト取込口５５'を設けることもできる。たたし、この場合にもミスト取込口５５'は、ノズル３の噴霧領域内に配置される必要がある。

このように、ミスト生成装置１は、ミスト供給ライン６の末端のミスト取込口５５をノズル３の噴霧領域Ｘ内に配置したため、従来のＭＱＬ方式に用いる装置と同様の簡易な構成でありながら、ミスト収容器４内に滞留する比較的小さな液体微粒子に加えて、噴霧直後の比較的大きな液体微粒子を工作機械２に向けて供給することができ、その結果、切削液の供給量を増大させることが可能となる。

また、ミスト生成装置１では、ミスト供給ライン６のミスト取込口５５がノズル３と衝当板１４との間に配置されているため、ミスト供給ライン６において液化し易い粒径の液体微粒子を衝当板１４によって排除することができる。特に、ミスト供給ライン６のミスト取込口５５が、ノズル３の噴霧方向に対して直交する方向に開口するため、ミスト供給ライン６のミスト取込口５５周辺における液体微粒子の液化を防止することができる。さらに、ミスト取込管５１が、鉛直部５１ａと、この鉛直部５１ａの下端に連なる水平部５１ｂとを有する構成としたため、ミスト供給ライン６のミスト取込口５５周辺において液体微粒子が液化した場合でも、当該液化により生じた切削液が工作機械２に向けて供給されることを防止できる。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、ミスト取込管は、その全体がミスト収容器に配置される必要はなく、少なくともミスト吸出口を有するミスト取込管の一部がミスト収容器内に配置されていればよい。また、ミストを生成するノズルの数および配置は、適宜変更することが可能である。ミスト取込口はノズルの数に拘わらず全てのノズル噴霧領域内に配置されるようにするとよい。さらに、工作機械に供給されたミストは、上述のオイルホールドリルの噴霧孔に限らず任意の排出孔から加工点に向けて噴霧することが可能である。上記実施形態に示した本発明に係るミスト生成装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて選択的に用いることが可能である。

１ ミスト生成装置
２ 工作機械
３ ノズル
４ ミスト収容器
５ 空気供給ライン
６ ミスト供給ライン
１４ 衝当板
５１ ミスト取込管
５２ ミスト導入管
５３ ミスト通路
５４ オイルホールドリル
５５ ミスト取込口
Ｃ 噴霧中心軸（噴霧方向）
Ｘ 噴霧領域

Claims (4)

1. 切削液と気体とを混合してミストを生成するノズルと、
   前記ノズルから噴霧されたミストを収容するミスト収容器と、
   前記ミスト収容器内のミストを工作機械に向けて供給するミスト供給ラインと
   を備え、
   前記ミスト収容器の内部空間の下部には、液化した前記ミストが貯留され、
   前記ミスト供給ラインは、前記ミスト収容器内のミストを外部に排出するミスト取込管を有し、当該ミスト取込管は、前記内部空間を画定する前記ミスト収容器の上壁を貫通して下方に延び、かつ当該ミスト取込管では、前記ミストをその管内に導入するミスト取込口が、前記ノズルの噴霧領域内に配置されたことを特徴とするミスト生成装置。
2. 前記ミスト収容器内において前記ノズルに対峙し、当該ノズルから噴霧されたミストが衝当する衝当板を更に備え、
   前記ミスト取込口は、前記ノズルと前記衝当板との間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のミスト生成装置。
3. 前記ミスト取込口は、前記ノズルの噴霧方向に対して交差する方向に開口することを特徴とする請求項１から請求項２に記載のミスト生成装置。
4. 前記ノズルは、前記ミストを鉛直方向に噴霧し、
   前記ミスト取込管は、前記ミスト収容器内において鉛直方向に延びる鉛直部と、当該鉛直部の下端から水平に延びる水平部とを有し、
   前記ミスト取込口は、前記水平部の一端に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のミスト生成装置。

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