(57)【要約】【課題】良好なミストを安定的に供給する。【解決手段】間欠作動ポンプから供給される切削液Ｌに圧縮空気Ａを混合してミスト状の切削液ＬＡを噴射する軸心給油方式のミスト発生装置１において、切削液Ｌの供給口２をミスト状の切削液ＬＡの噴射口３に接続する主流路４の途中に、主流路４に流れる切削液を衝突させて粒状に分散し、攪拌する液体分散部７を設けるとともに、液体分散部７により分散された粒状の切削液を絞る絞り部４ｓとを設けた。液体分散部７により液体Ｌの微粒化を促進でき、絞り部４ｓにより間欠作動ポンプの作動により生じる脈動の影響を抑制または防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間欠作動を行うポンプから供給される液体に圧縮気体を混合してミストを噴射するミスト発生装置において、
前記液体の供給口を前記ミストの噴射口に接続する主流路と、
前記主流路に圧縮気体を供給する副流路と、
前記主流路の途中において前記主流路に流れる液体を衝突させて粒状に分散し、攪拌する液体分散部と、
前記主流路の途中に設けられ、前記液体分散部により分散された粒状の液体を絞る絞り部とを有するミスト発生装置。
【請求項２】
前記主流路は、屈曲部を有しており、前記液体分散部は、前記主流路の壁において、前記主流路に流れる液体が衝突するように設けられた壁部分により形成されている請求項１に記載のミスト発生装置。
【請求項３】
前記副流路は、前記主流路に対して交差するように配置されており、前記供給口に相対的に近い位置において前記主流路に接続された第１副流路と、前記絞り部と前記噴射口との間の前記主流路に接続された第２副流路とを有する請求項１または２に記載のミスト発生装置。
【請求項４】
前記第２副流路は、
前記圧縮気体を前記主流路に供給する気体供給路と、
前記気体供給路に接続される環状空間と、
前記環状空間を前記主流路に接続する接続路とを有しており、
前記環状空間は、前記主流路の外周に沿って形成されており
前記接続路は、接続される主流路の延在方向に対して傾斜している請求項３記載のミスト発生装置。
【請求項５】
前記気体供給路は、前記環状空間の接線方向で前記環状空間に接続されている請求項４記載のミスト発生装置。
【請求項６】
前記絞り部は、前記主流路の内壁と、前記主流路の内側部分を形成する内部部材の外壁とで形成される壁の一部が、前記主流路の内部の液体が流れる方向に向かって次第に狭くなることで形成されている請求項１，２，３，４または５に記載のミスト発生装置。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５または６に記載のミスト発生装置により前記ミストが供給される加工手段を有する加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト発生装置およびこれを用いた加工装置に関し、更に詳しくは、良好なミストを安定的に供給することが可能なミスト発生装置およびこれを用いた加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削加工で用いられる最少量潤滑（Minimal Quantity Lubrication：ＭＱＬ）加工法は、極少量の切削液をミスト状にして加工点に供給しながら加工を行う方法である。
【０００３】
切削液をミスト化するミスト発生装置には、霧吹きの原理を応用した方式、圧縮空気と切削液とをノズル内で混合して噴射するノズル混合方式、混合した流体を障害物に衝突させて切削液の粒子を細かくして吐出させる方式および軸心給油方式等がある。
【０００４】
霧吹きの原理を応用した方式のミスト発生装置には、ミスト化した切削液をそのまま吐出させる第１方式と、粒径の大きな切削液を落下させて細かい切削液のみを取り出す第２方式との２つがある。
【０００５】
図６は、上記第１方式の霧吹き型のミスト発生装置５０の一例を示している。容器５０ａの下部タンク５０ｂ内の切削液５１はプランジャポンプ５０ｃにより配管５０ｄを通じてノズル５０ｅに供給される。一方、圧縮空気は配管５０ｆからノズル５０ｅに供給される。このノズル５０ｅに供給された圧縮空気と切削液５１とが混合して切削液のミストが生成される。この切削液のミストは、ノズル５０ｅを通じて一次ミスト室５０ｆに供給され、さらに二次ミスト室５０ｇおよび配管５０ｈを順に経て容器５０ａ外に供給される。この第１方式の場合、切削液の粒子径が大きく、また、分布も幅広いので、切削液の安定供給という観点で好ましくない。
【０００６】
図７は、上記第２方式の霧吹き型のミスト発生装置６０の一例を示している。容器６０ａ内底部の切削液５１はフィルタ６０ｂを介して貯留室６０ｃに供給され、さらにノズル６０ｄに供給される。一方、圧縮空気は、供給口６０ｅからノズル６０ｄに供給される。ノズル６０ｄに供給された圧縮空気と切削液５１とが混合して切削液のミストが生成される。ノズル６０ｄの先端側内部にはリクラッシュファイヤ６０ｆが配置されており、切削液のミストがさらに微流化される。また、このミスト発生装置６０では粒径の大きな切削液５１ａを容器６０ａの下部に落下させる一方、微細な切削液のミスト（例えば２μｍ以下）のみを出口６０ｇから容器６０ａ外に供給する。この第２方式の場合、切削液の供給量を制御できない問題がある。
【０００７】
図８は、上記ノズル混合方式のミスト発生装置７０の一例を示している。ミスト発生装置７０のノズル７０ａには、配管７０ｂを通じて供給される切削液Ｌと、配管７０ｃを通じて供給される圧縮空気Ａとを混合する混合部が設けられており、そこで切削液Ｌと圧縮空気Ａとを混合してミストを生成し、ノズル７０ａの先端から被加工物に吹き付ける。この方式の場合、上記霧吹き方式の場合よりもさらに粒子径が大きく分布も幅広い。また、この方式は、切削液ノズルと合体させた構造で良く用いられるが、吐出量の制御が容易である反面、切削液供給ポンプの間欠作動に起因する脈動がミストの発生に大きく影響する問題がある。
【０００８】
また、上記の切削液を障害物に衝突させる方式の場合、切削液は衝撃により非常に細かくなり良好なミストが得られるが、大きな粒子は落下するという面ではその他の方式と同じであり、ミストの吐出量の制御が困難である。
【０００９】
また、上記の軸心給油方式は、被加工物の比較的深い箇所を加工する際に工具先端部を効率的に潤滑できる優れた方法であるが、微粒で良好なミストを安定的に供給するのが難しいという課題がある。
【００１０】
図９は、上記軸心給油方式のミスト発生装置８０の一例を示している。ミスト発生装置８０は、主軸８０ａ内に、切削液Ｌを流す主流路８０ｂと、圧縮空気Ａを流す副流路８０ｃとが設けられており、その主軸８０ａ内部で切削液Ｌと圧縮空気Ａとを混合してミストを生成し、工具先端から吐出させる。しかし、この方式の場合、粒径が大きいと遠心力によりミストが配管内壁に付着するため、レスポンス良く安定的にミストを供給できない場合が生じる。また、切削液供給ポンプの間欠作動に起因する脈動がミストの発生に影響する問題もある。
【００１１】
また、上記軸心給油方式のミスト発生装置において主流路に切削液の絞り部を設けることで、切削液供給ポンプの間欠作動に起因する脈動の影響を低減する構造が開示されている（例えば特許文献１参照）。しかし、この構造では、ミストの微粒化について充分な配慮がなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−７４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、良好なミストを安定的に供給することが可能なミスト発生装置およびこれを用いた加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明のミスト発生装置は、間欠作動を行うポンプから供給される液体に圧縮気体を混合してミストを噴射するミスト発生装置において、前記液体の供給口を前記ミストの噴射口に接続する主流路と、前記主流路に圧縮気体を供給する副流路と、前記主流路の途中において前記主流路に流れる液体を衝突させて粒状に分散し、攪拌する液体分散部と、前記主流路の途中に設けられ、前記液体分散部により分散された粒状の液体を絞る絞り部とを有するものである。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明のミスト発生装置は、前記主流路が、屈曲部を有しており、前記液体分散部は、前記主流路の壁において、前記主流路に流れる液体が衝突するように設けられた壁部分により形成されている。これにより、装置の大型化を招くことなく、充分に液体を微流化することができる。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明のミスト発生装置は、前記副流路が、前記主流路に対して交差するように配置されており、前記供給口に相対的に近い位置において前記主流路に接続された第１副流路と、前記絞り部と前記噴射口との間の前記主流路に接続された第２副流路とを有するものである。これにより、圧縮気体を液体に良好に混合できる。また、第２副流路を設けたことにより、液体分散部や絞り部等により損失した圧縮空気を補充することができる。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明のミスト発生装置は、前記第２副流路が、前記圧縮気体を前記主流路に供給する気体供給路と、前記気体供給路に接続される環状空間と、前記環状空間を前記主流路に接続する接続路とを有しており、前記環状空間は、前記主流路の外周に沿って形成されており、前記接続路は、接続される主流路の延在方向に対して傾斜しているものである。これにより、上流側の混合流体を引き込むことができるので、噴射口からミスト状の切削液を効率良く吐出できる。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明のミスト発生装置は、前記気体供給路が、前記環状空間の接線方向で前記環状空間に接続されているものである。これにより、サイクロン効果を発生させることができるので、ミスト状の切削液の搬送効率を向上させることができる。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明のミスト発生装置は、前記絞り部が、前記主流路の内壁と、前記主流路の内側部分を形成する内部部材の外壁とで形成される壁の一部が、前記主流路の内部の液体が流れる方向に向かって次第に狭くなることで形成されている。これにより、他部材を設けるわけではないので装置の大型化やコストの増加を招くことなく、絞り部を形成することができる。
【００２０】
上記目的を達成するための本発明の加工装置は、ミスト発生装置により前記ミストが供給される加工手段を有するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ミスト発生装置の主流路の途中に、主流路に流れる液体を衝突させて粒状に分散し、攪拌する液体分散部と、液体分散部により分散された粒状の液体を絞る絞り部とを設けたことにより、液体を微粒化することができ、また、間欠作動ポンプの作動により生じる脈動の影響を抑制または防止することができるので、良好なミストを安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態のミスト発生装置の要部断面図である。
【図２】図１のミスト発生装置のＩ−Ｉ線の要部断面図である。
【図３】図１のミスト発生装置の一部破断斜視図である。
【図４】図１のミスト発生装置を用いた加工装置の構成図である。
【図５】図４の加工装置の部分拡大断面図である。
【図６】霧吹き型のミスト発生装置の構成図である。
【図７】霧吹き型のミスト発生装置の部分断面図である。
【図８】ノズル混合方式のミスト発生装置の断面図である。
【図９】軸心給油方式のミスト発生装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態のミスト発生装置およびこれを用いた加工装置について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図１は本実施の形態のミスト発生装置１の要部断面図、図２は図１のミスト発生装置１の長手方向（流体が流れる方向）に対して交差するＩ−Ｉ線の要部断面図、図３は図１のミスト発生装置１の一部破断斜視図を示している。
【００２５】
ミスト発生装置１は、最少量潤滑（Minimal Quantity Lubrication：ＭＱＬ）加工において、間欠作動を行うポンプから供給される切削液（液体）Ｌに圧縮空気（圧縮気体、搬送媒体）Ａを混合し極少量のミスト状の切削液（ミスト、混合流体）ＬＡにして加工点に噴射（供給）する装置である。
【００２６】
ミスト発生装置１は、切削液Ｌの供給口２と、ミスト状の切削液ＬＡの噴射口３と、これらを接続する主流路４と、主流路４に圧縮空気Ａを供給する第１副流路（副流路）５および第２副流路（副流路）６と、液体分散部７と、絞り部４ｓとを有している。
【００２７】
供給口２は、切削液ノズル（主流路４）４ａを通じて第１流路（主流路４）４ｂに接続されている。切削液ノズル４ａの先端には多孔質フィルタ９が取り付けられている。これにより、切削液Ｌは、多孔質フィルタ９の各気孔から少量ずつ全面均一になるように第１流路４ｂに吐出される。
【００２８】
この供給口２の近傍には、第１副流路５が設置されている。第１副流路５は、第２副流路６の配置位置に対して供給口２に相対的に近い位置に配置されている。第１副流路５は、気体供給路５ａと、それに接続された吐出口５ｂとを有している。この気体供給路５ａおよび吐出口５ｂは、第１流路４ｂの延在方向（切削液Ｌと圧縮空気Ａとの混合流体ＬＡ１が流れる方向）に対して交差（直交）するように配置されている。これにより、吐出口５ｂから吐出された圧縮空気Ａは、切削液ノズル４ａの外周を通過し、切削液ノズル４ａ（多孔質フィルタ９）から吐出される切削液Ｌの流れに対して交差する状態で第１流路４ｂに供給される。このため、圧縮空気を切削液に混合し易くすることができる。
【００２９】
上記第１流路４ｂは、噴射穴（主流路４）４ｃに接続されている。噴射穴４ｃにおいて、混合流体ＬＡ１が流れる方向の前方（終端）には、その流れを阻止するように壁（液体分散部７）７ａが形成されている。第１流路４ｂから噴射穴４ｃに流れてきた混合流体ＬＡ１は、その壁７ａに衝突する。これにより、混合流体ＬＡ１中の切削液は、粒状に分散し、乱流となり攪拌するようになっている。これにより、切削液と圧縮空気との混合および切削液の微粒化を促進することができる。
【００３０】
噴射穴４ｃは、第２流路（主流路４）４ｄに接続されている。第２流路４ｄは、噴射穴４ｃの側面の一部からほぼ後方（第１流路４ｂの混合流体ＬＡ１の流れに対してほぼ反対の方向）に折り返すように形成されている。
【００３１】
第２流路４ｄは、第１空間（主流路４）４ｅに接続されている。この第１空間４ｅは、第１流路４ｂからその半径方向に離れた位置に第１流路４ｂの外周を取り囲むように円環状に形成されている。第２流路４ｄ内に流れてきた混合流体ＬＡ２の流れる先には、その混合流体ＬＡ２の流れを阻止するように第１空間４ｅの壁（液体分散部７）７ｂが形成されている。第２流路４ｄから第１空間４ｅに流れてきた混合流体ＬＡ２は、第１空間４ｅの壁７ｂに衝突する。これにより、混合流体ＬＡ２中の切削液は、粒状に分散し、攪拌するようになっている。これにより、切削液と圧縮空気との混合と、粒径の大きな切削液の微粒化とを促進することができる。
【００３２】
第１空間４ｅの壁（内壁面と、第１空間４ｅの内側部分を形成する内部部材の外壁面とで形成される壁）は、壁７ｂに衝突した混合流体ＬＡ２が、流れの向きをほぼ反対に変えて絞り部（主流路４）４ｓに向かうように形成されている。
【００３３】
壁７ｂ側から絞り部４ｓに流れてきた混合流体ＬＡ３は、絞り部４ｓで抵抗が付与される。この絞り部４ｓは、第１空間４ｅの壁（内壁と、第１空間４ｅの内側部分を形成する内部部材の外壁とで形成される壁）の一部分が、壁７ｂから絞り部４ｓに向かって次第に狭くなることで形成されている。これにより、他部材を設けるわけではないので装置の大型化やコストの増加を招くことなく、絞り部４ｓを形成することができる。この絞り部４ｓが無い場合、混合流体は、切削液供給用のポンプの間欠作動に合わせて濃度差が生じるが、絞り部４ｓを設けることにより、混合流体の濃度差を緩和することができる。
【００３４】
この絞り部４ｓは、第２空間（主流路４）４ｆおよび第３流路（主流路４）４ｇを通じて集合穴（主流路４、液体分散部７）４ｈに接続されている。第２空間４ｆは、集合穴４ｈからその半径方向に離れた位置に集合穴４ｈの外周を取り囲む用に円環状に形成されている。絞り部４ｓから第２空間４ｆに流れてきた混合流体ＬＡ３の流れる先には、その流れを阻止するように第２空間４ｆの壁（液体分散部７）７ｃが形成されている。絞り部４ｓから第２空間４ｆに流れてきた混合流体ＬＡ３は、第２空間４ｆの壁７ｃに衝突する。これにより、混合流体ＬＡ３の切削液は、粒状に分散し、攪拌するようになっている。これにより、切削液と圧縮空気との混合と、切削液の微粒化とを促進することができる。
【００３５】
また、この第２空間４ｆの壁（内壁と、第２空間４ｆの内側部分を形成する内部部材の外壁とで形成される壁）は、壁７ｃに衝突した混合流体ＬＡ３が、流れの向きを変えて第３流路４ｇに流れ、集合穴４ｈに向かうように形成されている。すなわち、絞り部４ｓから第２空間４ｆに流れてきた混合流体ＬＡ３は、第２空間４ｆの壁７ｃに衝突する（切削液は粒状に分散し、攪拌する）とともに、第３流路４ｇおよび集合穴４ｈに誘導されるようになっている。
【００３６】
集合穴で４ｈは、その外周に対向するように配置された第２空間４ｆから混合流体ＬＡ４が流れてくるので、その混合流体ＬＡ４同士が衝突する。これにより、混合流体ＬＡ４の切削液が、分散し、攪拌する。すなわち、集合穴４ｈは、液体分散部７としての機能も有している。これにより、切削液と圧縮空気との混合と、切削液の微粒化とをさらに促進することができる。
【００３７】
この集合穴４ｈは、第４流路（主流路４）４ｉを通じて噴射口３に接続されている。この噴射口３の近傍には、第２副流路６が設置されている。第２副流路６は、上記噴射穴４ｃ、壁７ｂ、絞り部４ｓ、壁７ｃ、集合穴７ｈ等での抵抗により損失した圧縮空気を補充する部分である。すなわち、集合穴４ｈでまとめられた混合流体ＬＡ５は、粒子径の小さいミストであるが、上記抵抗により損失が大きくなっている。そこで、第２副流路６（特に後述の増圧部）を設けることにより、混合流体ＬＡ５に圧縮空気Ａを補充することができる。
【００３８】
第２副流路６は、第１副流路５の配置位置に対して噴射口３に相対的に近い位置に配置され、絞り部６と噴射口３との間の第４流路４ｉに接続されている。第２副流路６は、気体供給路６ａと、増圧部（環状空間）６ｂと、接続路６ｃとを有しており、これらは第４流路４ｉの延在方向（混合流体ＬＡ５が流れる方向）に対して交差するように配置されている。
【００３９】
気体供給路６ａは、圧縮空気Ａを増圧部６ｂおよび接続路６ｃを通じて第４流路４ｉに供給する部分であり、図２に示すように、増圧部６ｂの円環中心からずれた位置において増圧部６ｂに接続されている。すなわち、気体供給路６ａは、増圧部６ｂの接線方向で増圧部６ｂに接続されている。これにより、サイクロン効果を発生させることができるので、ミスト状の切削液ＬＡの搬送効率を向上させることができる。
【００４０】
増圧部６ｂは、圧縮空気Ａの圧力を増加させる部分であり、第４流路４ｉからその半径方向に離れた位置において第４流路４ｉの外周を取り囲むように円環状に形成されている。気体供給路６ａから増圧部６ｂに流れてきた圧縮空気Ａは、この増圧部６ｂに沿って第４流路４ｉの周りを回転するように流れる。
【００４１】
この増圧部６ｂは、接続路６ｃを通じて第４流路４ｉに接続されている。接続路６ｃは、円環状の増圧部６ｂの内側角部から第４流路４ｉに向かって、第４流路４ｉの延在方向に対し傾斜した状態で延びるスリット状円環ノズルとされている。このように接続路６ｃを第４流路４ｉに対して交差するように形成したことにより、圧縮空気Ａを、混合流体ＬＡ５の流れに対して交差するように供給することができ、混合流体ＬＡ５に混合し易くすることができる。また、接続路６ｃを上記スリット状円環ノズル構成としたことにより、上流側の混合流体ＬＡ５を引き込むことができるので、噴射口３からミスト状の切削液ＬＡを効率良く吐出させることができる。
【００４２】
また、本実施の形態のミスト発生装置１では、主流路４が、上記のように複数の屈曲部を有するジグザグ状の折り返し構成とされている。これにより、主流路４に流れる切削液の分散（微粒化）、乱流および攪拌を促進できる。また、主流路４に流れる切削液を充分に分散（微粒化）し攪拌するための流路長を、ミスト発生装置１の大型化を招くことなく確保できる。
【００４３】
このような本実施の形態のミスト発生装置１によれば、主流路４の途中に、主流路４に流れる切削液を衝突させてその切削液を粒状に分散し、攪拌する液体分散部７と、液体分散部７により分散された粒状の切削液を絞る絞り部４ｓとを設けたことにより、切削液を微粒化することができ、また、間欠作動ポンプの作動により生じる脈動の影響を抑制または防止することができるので、良好なミスト状の切削液を安定的に噴射することができる。
【００４４】
次に、図４は上記ミスト発生装置１を用いたＭＱＬ加工装置１０の構成図であり、図５は図４のＭＱＬ加工装置１０の部分拡大断面図である。
【００４５】
ＭＱＬ加工装置１０は、ミスト発生装置１と、ドリル（加工手段）１１と、切削液供給用のポンプ１２と、圧縮空気供給用のポンプ１３とを有している。なお、符号の１４は被加工物を示している。
【００４６】
切削液供給用のポンプ１２は間欠作動を行う。加工工程では、種類の異なる複数のドリル１１を交換しながら加工を行うので、ミスト発生装置１に単位時間当たりに供給される切削液の量や圧縮空気の量を、ドリル１１の種類ごとに変えられるようにポンプ１２，１３の各々を制御することが可能となっている。また、第１、第２副流路５，６への圧縮空気Ａの供給量や速度は、それぞれ別々に制御できる。
【００４７】
ドリル１１は、ミスト発生装置１の噴射口３先端の工具ホルダ１５に脱自在の状態で取り付けられている。
【００４８】
本実施の形態のＭＱＬ加工装置１０によれば、微細で良好なミスト状の切削液をドリル１１の外周全面に安定的に供給することができる。したがって、ＭＱＬ加工装置１０の加工効果を向上させることができる。また、ドリル１１の寿命を延長できる。さらに、加工能率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ミスト発生装置
２  供給口
３  噴射口
４  主流路
４ａ  切削液ノズル
４ｂ  第１流路
４ｃ  噴射穴
４ｄ  第２流路
４ｅ  第１空間
４ｆ  第２空間
４ｇ  第３流路
４ｈ  集合穴
４ｉ  第４流路
４ｓ  絞り部
５  第１副流路（副流路）
５ａ  気体供給路
５ｂ  吐出口
６  第２副流路（副流路）
６ａ  気体供給路
６ｂ  増圧部（環状空間）
６ｃ  接続路
７  液体分散部
７ａ〜７ｃ  壁
９  多孔質フィルタ
１０  ＭＱＬ加工装置
１１  ドリル（加工手段）
１２  ポンプ
１３  ポンプ
１４  被加工物
１５  工具ホルダ
Ａ  圧縮空気（圧縮気体）
Ｌ  切削液
ＬＡ  ミスト状の切削液
ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４，ＬＡ５  混合流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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