(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と油とから油膜付着水霧を形成し、これをノズルから噴出する潤滑冷却装置において、水と油とを所定比率で定量供給する定量液供給装置と、該定量液供給装置から受けた定量の水と油に超音波を印加して油膜付着水霧を発生せしめる超音波装置とを有し、該超音波装置がノズルに接続されてされており、該超音波装置は、水と油を共存含浸保持する保液部材もしくは共存貯留する保液槽と、所定径の微細孔が形成された細孔板とを有し、該細孔板が上記保液部材にもしくは保液槽内の共存液に接触し、上記細孔板に連接する超音波振動体もしくは該細孔板を連接しない超音波振動体が超音波発生装置からの超音波を受けるようになっていることを特徴とする潤滑冷却装置。
【請求項２】
定量液供給装置は、水を定量供給する定量水供給装置と、油を定量供給する定量油供給装置とを有し、両供給装置が超音波装置に接続いることとする請求項１に記載の潤滑冷却装置。
【請求項３】
定量水供給装置と定量油供給装置のそれぞれは、外部から水そして油のそれぞれを補給できる貯槽と、該貯槽へ加圧空気を送り込む給気管と、貯槽から水そして油を送出する送出管と、該送出管に設けられた流量の調整弁とを有し、水そして油のそれぞれを連続的又は断続的に送出管から定量供給できることとする請求項２に記載の潤滑冷却装置。
【請求項４】
ノズル装置は内外ノズルが二重噴出口を形成し、一方のノズルが超音波装置に連通し、他方のノズルには加圧空気送気管が接続されていることとする請求項１に記載の潤滑冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑冷却の技術分野に属し、特に金属材を切削加工する際に刃物の潤滑と冷却の効果を向上させるために、刃物へ油膜付着水霧を噴射させることとする潤滑冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低公害性が強く求められる中、切削加工時における刃物と被加工物との間の潤滑そして冷却においても同様に、使用油量を少なくかつ効果が大きいことが望まれる。そこで近来、水粒表面に油膜を形成したものを切削加工部位に噴射して、主として油分で潤滑し、水分で冷却を行なうことが提案され、また広く実施されている。
【０００３】
上記油膜付着水霧を形成する方法としては、例えば、特開２０００−２１８４６６に開示されているものがある。この方法によると、霧吹きの原理を応用して圧搾空気によって油霧を発生させ、この油霧が水霧表面に付着して油膜を形成している。
【０００４】
かかる霧吹きの原理の方法で生成される油膜付着水霧は、水霧の粒子径が１００〜７００μｍと比較的大きく重量があるので、潤滑冷却部位が遠く位置していても、その慣性によって集中的に正確に噴射でき又付着して油膜を形成する油の量が水に対して１００分の１程度であることから、切削等の摩擦熱による油煙の発生は比較的少ない。
【０００５】
一方、微細粒子は微細空隙への浸透力が強い性質があることから上記油膜付着水霧の粒子径の微小化が進められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとくの油膜付着水霧粒子径の微小化の目的は、低公害性の促進のみならず、潤滑冷却分野における切削加工時の刃物と被加工物との所定部位の微細空隙に的確に該油膜付着水霧を浸透させることにある。
【０００７】
しかしながら、上述した公知の方法にあたっての圧搾空気を用いた霧吹きの原理により発生する油霧及び水霧の粒子径は、圧搾空気流の圧力及び流量等の作動条件により霧化発生状況が異なってしまい、その条件の変動が小さくとも生成された粒子の径に大きな差が出てしまう。
【０００８】
特に、上記公知方法による油霧化は、油の粘性による影響が著しく、それによっても粒子径の大小差は大きい。導通管を流通する油粒子径の大きいものは、導通管壁に付着したり垂れ落ちたりし、油を効率良く水霧に付着させることができない欠点がある。
【０００９】
このような欠点を補うべく、他の公知の例、例えば、特開２００１−１５０２９４では、油を効率良く水霧に付着させるために、垂れ落ちた油を回収し、バイパス通路を設け、再度圧搾空気で油霧化し直して微細油霧にした油霧層をつくり、水霧に付着させる方法を取っている。この方策では、二重又は三重に再油霧化された方式も提案されている。しかしこの方法にあっても全体としての油の回収による油霧化効率は向上できても、水霧そして油霧の径のバラツキという問題を基本的に解決することはできない。
【００１０】
従って、水霧の径のバラツキはノズルから油膜付着水霧を噴射したときに噴霧の拡散そして到達範囲が拡大するといったことにより所定部位に集中的に到達せず、また油霧径のバラツキは、過多に付着した油膜が油煙を生ずるといった問題を残してしまう。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑み、きわめて微小径の水霧そして油霧を径のバラツキが殆どないものとして生成し、正確に所定部位へ油膜付着水霧を噴射でき、油消費量が少なくても潤滑そして冷却効果の優れた装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の潤滑冷却装置は、水と油とから油膜付着水霧を形成し、これをノズルから噴出するために、水と油とを所定比率で定量供給する定量液供給装置と、該定量液供給装置から受けた定量の水と油に超音波を印加して油膜付着水霧を発生せしめる超音波装置とを有し、該超音波装置がノズルに接続されており、該超音波装置は、水と油を共存含浸保持する保液部材もしくは共存貯留する保液槽と、所定径の微細孔が形成された細孔板とを有し、該細孔板が上記保液部材にもしくは保液槽内の共存液に接触し、上記細孔板に連接する超音波振動体もしくは該細孔板を連接しない超音波振動体が超音波発生装置からの超音波を受けるようになっていることを特徴としている。かくして、水と油が所定比率で超音波を受けて形成された油膜付着水霧はノズルから噴出され所定部位を潤滑そして冷却する。上記超音波装置では、細孔板に多数形成された微細孔の径は、所望の霧化粒径を決定するためにその粒子径に対応して定められる。
【００１３】
本発明において、定量液供給装置は、水を定量供給する定量水供給装置と油を定量供給する定量油供給装置とを有し、両供給装置が超音波装置に接続されているようにすることができる。
【００１５】
油膜付着水霧は、最少量で最適の潤滑冷却効果をもたらすことが望まれ、そのためには噴射量を最適値に調整設定でき、かつそれを一定に保つことが必要であり、定量水供給装置と定量油供給装置のそれぞれは、外部から水そして油のそれぞれを補給できる貯槽と、該貯槽へ加圧空気を送り込む給気管と、貯槽から水そして油を送出する送出管と、該送出管に設けられた流量の調整弁とを有し、水そして油のそれぞれを連続的又は断続的に送出管から定量供給できることが望ましい。
【００１６】
本発明において、潤滑冷却部位が遠い位置にあっても、油膜付着水霧を更に正確に集中して噴射するには、ノズル装置は内外ノズルが二重噴出口を形成し、一方のノズル、例えば内側のノズルが超音波装置からの配管に連通し、他方の外側のノズルには加圧空気送気管が接続されていることが望ましい。また内外ノズルの内部での流れが直線流又は旋回流をなしていることが望ましく、特に、旋回流は所定部位に油膜付着水霧の流速が衝突した際の反流作用を防止する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１に示す第一実施形態の潤滑冷却装置は、定量液供給装置１と超音波装置３０とノズル装置４０とを有する。更に、定量供給装置１は、定量水供給装置１１と定量油供給装置２１とで構成されている。
【００１９】
上記定量水供給装置１１と定量油供給装置２１は、圧力供給源（図示せず）に接続された空気供給管２から分岐されて接続されるそれぞれの空圧制御器１２，２２と、給気管１３，２３と、貯槽１４，２４と、流量調整弁１５，２５とが接続され構成されている。上記空圧制御器１２，２２は、それぞれ貯槽１４，２４内の水そして油に対し、常に適切とされる一定の圧力で制御された空圧を用いて与えるものである。貯槽１４，２４は、それぞれ所定量だけ水そして油を貯えておく容量をもち、上記給気管１３，２３と連通している以外は外部に対して密閉されているが、定期的に水そして油をそれぞれ補給可能となっている。そして流量調整弁１５，２５は、それぞれ水そして油の流量を調整できるが、遮断も可能となっている。
【００２０】
上記定量水供給装置１１と定量油供給装置２１の流量調整弁１５，２５のそれぞれは、液送出管３１，３２に連通し、それぞれの下流端出口が上記超音波装置３０の保液部材３４又は及び保液槽３５に臨んでおり、定流量の水そして油を保液部材３４又は及び保液槽に供給している。
【００２１】
上記液送出管３１，３２を経由し、定流量水そして定流量油が順次保液部材３４又は及び保液槽３５に供給されると、保液部材３４に共存して含浸又は保液槽３５に共存して貯留されている水と油（以下、「保液」という）は、水と油の比重及び表面張力の違いにより水の表面に付着するように同一空間で共存する。
【００２２】
本発明に適用可能な超音波装置の形態には、超音波振動体から連接する細孔板方式、ランジバン方式、ネブライザ方式の三方式があるが、本実施形態では超音波振動体から連接する細孔板方式の形態を用いて説明する。
【００２３】
上記超音波装置３０は、図２のごとく、超音波発振器３７と、超音波振動子３６と、超音波振動子に連接している超音波振動体３３と、超音波振動体３３から連接する細孔板３３ａと、保液部材３４又は及び保液槽３５とを有している。
【００２４】
超音波発振器３７は、例えば、７０ｋ〜２０００ｋＨｚの範囲の周波数で発振が可能であるが、前記周波数の内の超音波振動子３６とこれに連接している超音波振動体３３及び細孔板３３ａとの共振周波数により該細孔板３３ａが励振される。上記細孔板３３ａは、保液部材３４又は保液槽３５の保液に対して軽く接面しており、本実施形態では、上記細孔板３３ａに孔径１００μｍ程度の細孔が多数貫通形成されている。
【００２５】
上記超音波装置３０の超音波振動子３６と該超音波振動子３６に連接している超音波振動体３３及び細孔板３３ａと保液部材３４又は及び保液槽３５は、それぞれ加圧空気が流れる霧化送気管３８内に配置されており、該霧化送気管３８は、配管３９にてノズル装置４０に接続されている。
【００２６】
ノズル装置４０は、内ノズル４１と外ノズル４２とを有する二重噴出口を形成し、両ノズル４１，４２は同心に配置され、両ノズル４１，４２からの噴出流が出口にて同心をなして合流するように位置づけられている。内ノズル４１には上記霧化送気管３８からの配管３９が接続され、外ノズル４２には圧力空気供給源(図示せず)に接続された送気管４３が接続されている。上記両ノズル４１，４２は内部での流れが直線流又は旋回流をなすように、上記配管３９そして送気管４３がノズルに対して接線方向成分をもって接続されていたり、あるいは内面に螺旋形状面を設けておくことが好ましい。
【００２７】
かかる本実施形態装置において潤滑冷却のための油膜付着水霧は、次のようにして生成される。
【００２８】
▲１▼  貯槽１４，２４には、例えば一日の使用量に十分なだけの水そして油がそれぞれ保有されるべく補給がなされている。空圧制御器１２，２２そして流量調整弁１５，２５は、単位時間当たりの水そして油の流量がそれぞれ所定潤滑冷却条件に見合ったものとなるように、開度が調整される。
【００２９】
▲２▼  圧力空気供給源からの空気は、給気管１３，２３を流れ、貯槽１４，２４内の水そして油を加圧する。
【００３０】
▲３▼  貯槽内の加圧により貯槽１４，２４から送り出された水そして油は、液送出管３１から定流量水を、液送出管３２から定流量油を超音波装置３０の保液部材３４又は及び保液槽３５にもたらし、保液部材３４に含浸又は保液槽３５に貯留された水に対し供給された油を順次添加することで保水（含浸された又は貯留された水）表面に油膜を形成させ油膜保水を生成する。
【００３１】
▲４▼  超音波振動体３３は、超音波振動子３６からの超音波振動により振動する。一方、超音波振動体３３に連接する細孔板３３ａは、保液部材３４に含浸された油膜保水又は保液槽３５内の油膜保水に接面している。上記細板孔３３ａには無数の微細孔が形成されており、該細孔板３３ａが振動すると上記保液部材３４に含浸された油膜保水又は保液槽３５内の油膜保水が該細孔板３３ａの無数の微細孔を通して霧化される。霧化された水霧は油膜が付着された状態で放出される。放出された該油膜付着水霧は、上記細孔の細径にほぼ等しく、その粒子径にバラツキは殆どない。即ち、粒径は約１００μｍである。
【００３２】
▲５▼  油膜付着水霧は、配管３９を通りノズル装置４０の内ノズル４１から噴出される。この噴出流はコアンダ効果（Ｃｏａｎｄａ  ｅｆｆｅｃｔ）のもとで、内ノズル４１の内面に沿った鋭く細いビームを形成し、それをそのまま維持して遠方の所定部位にまで達する。本実施形態では、油膜自体はきわめて薄いが、水霧はその質量が比較的大きいので、その効果は大きい。その際、外ノズル４２からの噴出空気流は、上記内ノズル４１からの噴出流を空気抵抗からエスコートし上記効果を助長する。特に、両ノズル４１，４２からの噴出流が旋回流であれば、油膜付着水霧の流速が所定部位に衝突した際に生ずる該流速の反流作用を防止することができ、効果的に上記油膜付着水霧を所定部位に作用せしめる。
【００３３】
本実施形態装置では、空気流を圧力０．１〜０．３ＭＰａ、流量３０〜１００ＮＬ／ｍｉｎのもとで供給すると、油膜付着水霧は上記コアンダ効果による内ノズル４１の先端より１００ｍｍ以上の距離にまで噴射する。また、噴射される油膜付着水霧の流束の直径は、ノズルを最適流出形とすれば５ｍｍ以内に収束される。
【００３４】
なお、従来の圧搾空気を用いた霧吹きの原理による霧化方式では、油膜付着水霧粒子径は１００〜７００μｍの範囲でバラツキを発生するが、本発明の超音波による霧化方式では、霧化粒子径はほぼ均一で殆どバラツキがない。
【００３５】
本実施形態では、使用する油膜付着水霧を１００μｍに設定した場合、同一切削条件で液使用量を両方式で比較すると、従来の霧吹き原理による霧化方式のものは、水１０リットル、油０．１リットルの使用量のとき、超音波による本発明の霧化方式のものは水７．５リットル、油０．０７５リットルとなり、粒子径のバラツキが少ないだけ、また水霧と油霧の混合過程がないだけ効率が良くなる。
【００３６】
本発明では、細孔板３３ａの細孔径１００μｍとしたが、これは好ましい例であり、５０〜１００μｍ、更には３０〜６００μｍでも使用可能である。
【００３７】
また、本実施形態では、超音波振動子は７０ｋ〜２０００ｋＨｚの周波数で振動することとしたが、これは油の粘度状況、超音波振動体及び細孔板、更には超音波装置の形態により７ｋ〜５０００ｋＨｚに変えることが好ましい。
【００３８】
本発明は、図１及び図２の超音波振動体から連接する細孔板により超音波装置に限定されず、他二方式に置き換えることが可能である。例えば、図３によるランジバン方式、図４によるネブライザ方式の霧化超音波装置を用いることもできる。
【００３９】
ランジバン方式は、超音波振動体５２に細孔板はなく、細孔板５０として別に固定されて超音波振動体５２と分離しており、分離している間隙に油膜保水５６が注入される。超音波振動子５３と超音波振動体５２は一体となっており共振構造体を有している。超音波振動体５２が振動すると油膜保水５６が振動し固定細孔板５０の細孔より油膜保水５６が流出して油膜付着水霧５９を発生する。
【００４０】
ネブライザ方式は、保液槽６１の底面に超音波振動体６２があり、超音波振動体６２に細孔板はなく、油膜保水６３の面に細孔板６０として固定されている。底面に位置する超音波振動体６２が振動すると、油膜保水面が共振により振動し、油膜保水６３が噴き出し、細孔板６０の細孔を通って霧化６６される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、以上のごとく、定量供給される水そして油の供給を受け、保液部材上の保水面又は保液槽内の保水面に油膜を形成させて油膜保水を生成し、超音波装置により粒子径バラツキのきわめて少ない油膜付着水霧を生成させ、更に二重噴出口を有するノズルを用いることにより噴射対象であるきわめて狭い空隙を有する潤滑冷却部位へ正確に集中的に噴射でき、また、油膜が薄くなる分だけ油量も少なくできる。
【００４２】
かくして、潤滑冷却効果を向上させるだけでなく、経済的に優れ、油で周囲を汚すことが少なく環境面でも改善が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態装置の構成図である。
【図２】図１装置の霧化超音波装置の詳細図である。
【図３】図１装置の霧化超音波装置に適用可能な他の方式として、ランジバン方式を用いた例である。
【図４】図１装置の霧化超音波装置に適用可能なさらに他の方式として、ネブライザ方式を用いた例である。
【符号の説明】
１  定量液供給装置
１１  定量水供給装置
１４  貯槽
１５  流量調整弁
２１  定量油供給装置
２４  貯槽
２５  流量調整弁
３０  超音波装置
３１  水送出管
３２  油送出管
３３ａ  細孔板
３４  保液部材
３５  保液槽
４０  ノズル装置
４１  内ノズル
４２  外ノズル
４３  送気管
５０  固定細孔板
５４  保液槽
６０  固定細孔板
６１  保液槽
【図１】
0003754359.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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