JP4417815B2

JP4417815B2 - 油膜付水滴生成混合器

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Publication number: JP4417815B2
Application number: JP2004299464A
Authority: JP
Inventors: 秀弓松村; 文人藤原; 忠雄岡崎
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: JP2006110660A

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。

従来から、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オイルやエマルジョン等の加工液を工作物の加工部分に液状のままかけたり、あるいは加工液を霧化することによりミストを生成し、この加工液のミストを噴霧することにより、工作物と加工工具との間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、加工液のミストを噴霧する場合、オイルと水等の種類の異なる加工液を混合した後にミストにして工作物の加工部分に噴霧したり、あるいは、複数のノズルを設けて種類の異なる加工液のミストをそれぞれのノズルから工作物の加工部分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困難であるため、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のミストを噴霧する場合には、オイルは質量が小さいためミストにして噴霧すると空気中に飛散し過ぎてしまい、十分な量のオイルが工作物の加工部分に付着せず、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、ミストにしたオイル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。また、上記のように、水とオイルの混合液のミストを噴霧したり、あるいは別のノズルから加工部分にミストを噴霧する方法においても、オイル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、この水滴の表面に霧化したオイルを用いて油膜を形成した油膜付水滴を加工液として使用する加工方法、及びこのような油膜付水滴を生成する油膜付水滴生成混合器が提案されている（例えば、特許文献１）。

一方、上記のようにオイルや水を霧化する方法として、近年、オイルや水を噴射するノズルと加工工具又は工作物との間に高電圧を印加することにより発生するコロナ放電によってオイルや水を霧化するものが提案されている（例えば、特許文献２）。
特開２００１−１５０２９４号公報特開２００１−１５０２９６号公報

しかしながら、上記した特許文献１に係る油膜付水滴生成混合器の場合、オイルミスト及び水滴を生成する際にエアを用いてオイル及び水を霧化するものであるため、生成されるオイルミスト及び水滴の粒子径を制御することができず、オイルミスト及び水滴の粒子径がバラツキを持ってしまう。このように、生成されるオイルミスト及び水滴の粒子径がバラツキを持つため、粒子径の大きなオイルミスト及び水滴が生成されることがあるが、粒子径の大きなオイルミストは、水滴に付着し難いため、１回の油膜生成工程では１００％の水滴に油膜を生成することができない。このため、１００％の水滴に油膜を生成するには、２回にわたる油膜生成工程が必要になるという問題があった。

ここで、上記した特許文献２に示すような、コロナ放電によってオイルや水を霧化するものを用いることにより、上記したようなオイルミスト及び水滴の粒子径のバラツキをなくすことができるが、特許文献２に係る装置の場合、オイルノズルと加工工具又は工作物との間のコロナ放電によってオイルを霧化してオイルミストを生成するものであるため、工作物の加工部分に外側からオイルミストを供給可能な加工方法では有効であるが、加工部分の外側からオイルミストの供給が困難な加工方法の場合、例えば、ドリルにより穴加工を行なうような場合には、穴の表面にオイルミストを供給するためには、オイルミストを噴射するオイルノズルがドリルの先端となり、ドリルと工作物とが接触して電気的短絡状態となるため、コロナ放電を行なうことができな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、１回の油膜生成工程で１００％の水滴に油膜を生成することができると共に、様々な加工方法に適用できる油膜付水滴生成混合器を提供することにある。

そこで、請求項１に係る発明について、図面を参照して説明すると、図１及び図４に示すように、工作物６２の加工時に使用される加工液であって水滴４０の表面に油膜１０ａが形成された油膜付水滴７０を供給する油膜付水滴生成混合器１において、オイル２３を供給するオイルノズル１１にオイル２３を供給するオイル供給手段３と、水５３を供給する水ノズル４１に水５３を供給する水供給手段５と、前記オイルノズル１１と該オイルノズル１１から間隔を置いて設置された放電電極（電極）１２との間に高電圧発生装置１３によって印加される高電圧により発生した放電による静電力によって、前記オイルノズル１１から供給されたオイル２３を霧化することによりオイルミスト１０を生成すると共に、生成したオイルミスト１０を帯電させるオイルミスト生成帯電手段２と、前記水ノズル４１と該水ノズル４１から間隔を置いて設置された放電電極（電極）４２との間に高電圧発生装置４３によって印加される高電圧により発生した放電よる静電力によって、前記水ノズル４１から供給された水５３を霧化することにより水滴４０を生成すると共に、生成した水滴４０を前記オイルミスト１０とは逆の極性で帯電させる水滴生成帯電手段４と、前記オイルミスト生成帯電手段２によって生成されたオイルミスト１０及び前記水滴生成帯電手段４によって生成された水滴４０に向けてエアを供給するエア供給手段６と、前記オイルミスト生成帯電手段２によって生成されたオイルミスト１０及び前記水滴生成帯電手段４によって生成された水滴４０を前記エア供給手段６によって供給されるエアで混合することにより水滴４０の表面に油膜１０ａが形成された油膜付水滴７０を生成すると共に、生成した油膜付水滴７０をエアの圧力によって工作物６２の加工時の加工部分に供給する油膜付水滴生成供給手段７と、から構成されることを特徴とする油膜付水滴生成混合器１とした。

また、請求項２に係る発明では、図面を参照して説明すると、図５に示すように、油膜付水滴生成混合器１は、生成された前記油膜付水滴７０を帯電させる再帯電手段８を備えた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１とした。

請求項１に記載の発明においては、油膜付水滴生成混合器１は、オイル２３を供給するオイルノズル１１にオイル２３を供給するオイル供給手段３と、水５３を供給する水ノズル４１に水５３を供給する水供給手段５と、オイルノズル１１とオイルノズル１１から間隔を置いて設置された放電電極１２との間に高電圧発生装置１３によって印加される高電圧により発生した放電による静電力によって、オイルノズル１１から供給されたオイル２３を霧化することによりオイルミスト１０を生成すると共に、生成したオイルミスト１０を帯電させるオイルミスト生成帯電手段２と、水ノズル４１と水ノズル４１から間隔を置いて設置された放電電極４２との間に高電圧発生装置４３によって印加される高電圧により発生した放電による静電力によって、水ノズル４１から供給された水５３を霧化することにより水滴４０を生成すると共に、生成した水滴４０をオイルミスト１０とは逆の極性で帯電させる水滴生成帯電手段４と、オイルミスト生成帯電手段２によって生成されたオイルミスト１０及び水滴生成帯電手段４によって生成された水滴４０に向けてエアを供給するエア供給手段６と、オイルミスト生成帯電手段２によって生成されたオイルミスト１０及び水滴生成帯電手段４によって生成された水滴４０をエア供給手段６によって供給されるエアで混合することにより水滴４０の表面に油膜１０ａが形成された油膜付水滴７０を生成すると共に、生成した油膜付水滴７０をエアの圧力によって工作物６２の加工時の加工部分に供給する油膜付水滴生成供給手段７と、から構成されている。

上記のように放電による静電力によってオイルミスト１０を生成するものであるため、生成されるオイルミスト１０及び水滴４０の粒子径のバラツキを非常に小さくすることができ、これにより、水滴４０に付着し難い粒子径の大きいオイルミスト１０が生成されることがない。このため、特許文献１に係る油膜付水滴生成混合器のように粒子径の大きいオイルミスト１０に水滴４０を付着させるために複数回に亘って油膜１０ａの生成工程を行なう必要がなく、１回の油膜生成工程で１００％の水滴４０に油膜１０ａを生成することができる。

また、オイルノズル１１あるいは水ノズル４１と放電電極１２，４２との間に高電圧発生装置１３あるいは４３によって印加する電圧を変化させることにより、オイルミスト１０及び水滴４０の粒子径を任意に変化させることができ、これにより、生成される油膜付水滴７０の粒子径も任意に変化させることができるため、工作物６２を加工する際の加工条件の違いに合わせて油膜付水滴７０を最適の粒子径とすることができる。

また、生成されたオイルミスト１０と水滴４０とが互いに逆の極性で帯電しているため、水滴４０の粒子表面上に確実にオイルミスト１０を付着させることができ、これにより、油膜付水滴７０を効率よく生成することができる。

また、請求項２に記載の発明においては、油膜付水滴生成混合器１は、生成された前記油膜付水滴７０を帯電させる再帯電手段８を備えたことにより、工作物６２及びドリル６１への油膜付水滴７０の付着性が向上するため、作業環境中に放出される無駄な油膜付水滴７０を低減させることができ、霧害を低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図１０を参照して説明する。まず、図１乃至図３を参照して油膜付水滴生成混合器１の構成について説明する。図１は、油膜付水滴生成混合器１の構成を示す概略図であり、図２は、放電による静電力によりオイルミスト１０あるいは水滴４０が生成される状態を示す概略図であり、図３は、油膜付水滴生成混合器１によって工作物６２の加工時の加工部分に油膜付水滴７０を供給する状態を示す概略図である。

実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１は、図１及び図３に示すように、工作物６２の加工時に使用される加工液であって水滴４０の表面に油膜１０ａが形成された油膜付水滴７０を供給するものである。

上記した油膜付水滴生成混合器１は、オイル２３を供給するオイルノズル１１にオイル２３を供給するオイル供給手段３と、水５３を供給する水ノズル４１に水５３を供給する水供給手段５と、前記オイルノズル１１と該オイルノズル１１から間隔を置いて設置された放電電極１２との間に高電圧発生装置１３によって印加される高電圧により発生した放電による静電力によって、前記オイルノズル１１から供給されたオイル２３を霧化することによりオイルミスト１０を生成すると共に、生成したオイルミスト１０を帯電させるオイルミスト生成帯電手段２と、前記水ノズル４１と該水ノズル４１から間隔を置いて設置された放電電極４２との間に高電圧発生装置４３によって印加される高電圧により発生した放電による静電力によって、前記水ノズル４１から供給された水５３を霧化することにより水滴４０を生成すると共に、生成した水滴４０を前記オイルミスト１０とは逆の極性で帯電させる水滴生成帯電手段４と、前記オイルミスト生成帯電手段２によって生成されたオイルミスト１０及び前記水滴生成帯電手段４によって生成された水滴４０に向けてエアを供給するエア供給手段６と、前記オイルミスト生成帯電手段２によって生成されたオイルミスト１０及び前記水滴生成帯電手段４によって生成された水滴４０を前記エア供給手段６によって供給されるエアで混合することにより水滴４０の表面に油膜１０ａが形成された油膜付水滴７０を生成すると共に、生成した油膜付水滴７０をエアの圧力によって工作物６２の加工時の加工部分に供給する油膜付水滴生成供給手段７と、から構成されるものである。

そこで、上記した油膜付水滴生成混合器１を構成する構成部品について説明すると、まず、油膜付水滴生成供給手段７は、例えば、図１に示すように、円筒形状に形成されるものであり、一端側（図中、左側）はエア供給手段６が接続されるエア側端部３４として形成されると共に、他端側（図中、右側）は、その径が徐々に小さくなるように形成されており、その先端が生成された油膜付水滴７０を噴出する油膜付水滴噴出し口３５として形成されている。この油膜付水滴生成供給手段７の内部には、エア側端部３４から油膜付水滴噴出し口３５に向かって順番に、それぞれ後述するオイルノズル１１，放電電極（電極）１２，水ノズル４１，放電極（電極）４２が設置されている。

次に、オイルミスト生成帯電手段２について説明すると、オイルミスト生成帯電手段２は、中空針状に形成されるオイルノズル１１と、網状に形成される放電電極１２と、オイルノズル１１と放電電極１２との間に接続される高電圧発生装置１３と、から構成されている。

オイルノズル１１は、前述のように中空針状に形成されると共に、オイル２３が供給されるオイル噴出し口１４が放電電極１２側に向くように設置されている。また、オイル噴出し口１４と反対側の端部である接続端部１５には、オイル供給手段３のオイル供給パイプ２２が接続されている。

放電電極１２は、前述のように網状に形成されると共に、油膜付水滴生成供給手段７の内側形状に合わせた円形状に形成されて、油膜付水滴生成供給手段７内に設置されている。また、この放電電極１２は、オイルノズル１１のオイル噴出し口１４から約３０〜５０ｍｍの間隔を置いて設置されている。なお、本実施形態においては、放電電極１２は、網状で円板状に形成されるものであるが、これに限らず、例えば、リング形状に形成されてその内径が油膜付水滴生成供給手段７の内径と合うように、油膜付水滴生成供給手段７の内壁に埋め込まれるものであってもよい。この場合には、生成されたオイルミスト１０は、放電電極１２の中心に形成されている円板状の穴を通過することとなる。

上記したオイルノズル１１と放電電極１２との間には、高電圧発生装置１３が接続されており、この高電圧発生装置１３によって、オイルノズル１１と放電電極１２との間に高電圧が印加されるようになっている。そして、このオイルノズル１１と放電電極１２との間に印加される高電圧によって放電し、静電力が発生するようになっている。なお、放電とは、針状の金属製の電極にかかる電圧がある大きさを超えたとき、空気の絶縁が破壊されることをいう。

ここで、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１において、放電によってオイル２３を霧化することによりオイルミスト１０が生成される状態について、図２を参照して説明する。本実施形態における油膜付水滴生成混合器１では、図２の概略図に示すように、オイルノズル１１とオイルノズル１１から間隔を置いて放電電極１２が設置されると共に、オイルノズル１１からはオイル供給手段３から供給されたオイル２３が供給される。オイルノズル１１から噴出されるオイル２３は液状であるが、オイルノズル１１と放電電極１２との間に高電圧発生装置１３によって高電圧を印加することにより、オイル２３が霧化されてオイルミスト１０が生成されると同時に、生成されるオイルミスト１０が帯電される。このとき、図２に示すように、オイルノズル１１側にマイナス極が接続されているため、生成されるオイルミスト１０はマイナスの電荷で帯電される。

このように、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１においては、マイナスの電荷により帯電したオイルミスト１０が生成されることとなる。なお、生成されるオイルミスト１０の粒子径は、オイルノズル１１と放電電極１２との間に印加する電圧値によって変化するものであり、電圧値を高くするほど粒子径が小さくなるが、オイルミスト１０としての適正な粒子径は、１μｍ以下である。これは、粒子径を１μｍ以下とすれば、オイルミスト１０同士の付着性を低下させることができるためである。そして、オイルミスト１０の粒子径をこの１μｍ以下とするために必要な電界値（印加電圧／ノズルと電極間の放電距離）は、後述するように、約３００〜４００ｋＶ／ｍである。なお、オイルノズル１１にプラス極、放電電極１２にマイナス極を接続することにより、オイルミスト１０をプラスの電荷で帯電させることもできる。

次に、オイル供給手段３について説明すると、オイル供給手段３は、オイル２３を貯留しておくオイルタンク２０と、オイルタンク２０のオイル２３をオイルミスト生成帯電手段２に供給するための動力源であるオイル供給装置２１と、両端がそれぞれオイルタンク２０及びオイルノズル１１の接続端部１５に接続されると共にオイル２３が通るオイル供給パイプ２２と、から構成されている。

上記したオイル供給装置２１は、オイルタンク２０から吸引したオイル２３をオイル供給パイプ２２を介してオイルノズル１１に送り出すものであり、具体的には、定まった量のオイルを安定して供給することができる定量ポンプである静電ポンプ，ピストンポンプ，ギアポンプ，静圧ポンプ等が用いられ、必要とされるオイルミスト１０の量や油膜付水滴生成混合器１の製造コスト等を勘案して選択されるものである。なお、本実施形態においては、上記した定量ポンプのうち、微少量のオイル２３を供給することができるという点から、微少容量ポンプである静電ポンプを用いている。このように静電ポンプを用いて微少量のオイル２３を供給することで、オイルミスト１０の生成量も細かく調整することができるため、様々な種類の工作方法又は被潤滑部品に対して適用できる油膜付水滴生成混合器１を構成することができる。

次に、水滴生成帯電手段４について説明すると、水滴生成帯電手段４は、針状に形成される水ノズル４１と、網状に形成される放電電極４２と、水ノズル４１と放電電極４２との間に接続される高電圧発生装置４３と、から構成されている。

このように、水滴生成帯電手段４の基本的な構成は、オイルミスト生成帯電手段２の構成と全く同様であり、また、上記した水滴生成帯電手段４の構成要素の構造もオイルミスト生成帯電手段２の構成要素の構造と全く同様であるため、詳細な説明は省略する。また、水滴生成帯電手段４によって水を霧化することにより水滴４０が生成される状態は、図２で説明したオイル２３を霧化することによりオイルミスト１０が生成される状態と同様であるため、これも詳細な説明は省略する。なお、オイルノズル１１のオイル噴出し口１４及び接続端部１５は、それぞれ水ノズル４１の水噴出し口４４及び接続端部４５に相当するものである。

但し、オイルミスト生成帯電手段２における高電圧発生装置１３は、オイルノズル１１側にマイナス極が、放電電極１２側にプラス極が接続されているのに対し、水滴生成帯電手段４における高電圧発生装置４３では、水ノズル４１側にプラス極が、放電電極４２側にマイナス極が接続されている。このため、オイルミスト１０がマイナスの電荷で帯電されるのに対し、水滴４０は、プラスの電荷で帯電されることとなる。

また、オイルミスト生成帯電手段２によって生成されるオイルミスト１０の適正な粒子径、及び適正な粒子径のオイルミスト１０を生成するためにオイルノズル１１と放電電極１２との間に印加する電圧は、前述したように、それぞれ、１μｍ以下及び約３００〜４００ｋＶ／ｍであるのに対し、水滴生成帯電手段４によって生成される水滴４０の適正な粒子径は、約５０〜１００μｍであり、水滴４０の粒子径をこの約５０〜１００μｍとするために高電圧発生装置４３によって水ノズル４１と放電電極４２との間に印加する電圧は、約３５０〜６００ｋＶ／ｍである。なお、水ノズル４１にマイナス極、放電電極４２にプラス極を接続することにより、水滴４０をマイナスの電荷で帯電させることもできる。

次に、水供給手段５について説明すると、水供給手段５は、水５３を貯留しておく水タンク５０と、水タンク５０の水５３を水適生成帯電手段４に供給するための動力源である水供給装置５１と、両端がそれぞれ水タンク５０及び水ノズル４１の接続端部４５に接続されると共に、水５３が通る水供給パイプ５２と、から構成されている。

このように、水供給手段５の基本的な構成は、オイル供給手段３の構成と全く同様であり、また、上記した水供給手段５の構成要素の構造もオイル供給手段３の構成要素の構造と全く同様であるため、詳細な説明は省略する。

次に、エア供給手段６について説明すると、エア供給手段６は、エアを送り出す圧力空気源３０と、圧力空気源３０から送りだされるエアを清浄化するエアフィルター３１と、圧力空気源３０から送りだされるエアの圧力を調整するエアレギュレータ３２と、油膜付水滴生成供給手段７のエア側端部３４に接続されると共に、圧力空気源３０から送りだされるエアが通るエア供給パイプ３３と、から構成されている。上記した圧力空気源３０は、内部圧力を高めることによりエア供給パイプ３３を介してエアを油膜付水滴生成供給手段７に送り出す送風機等である。もしくは、減圧して油膜付水滴を搬送してもよい。

しかして、上記のように構成される油膜付水滴生成混合器１の作用について説明すると、まず、オイル供給装置２１を稼動させることにより、オイルタンク２０内のオイル２３がオイル供給パイプ２２を介してオイルノズル１１内へ供給される。オイルノズル１１内へ供給されたオイル２３は、オイル噴出し口１４から放電電極１２に向けて噴出される。このとき、オイルノズル１１と放電電極１２との間には、前述したように、高電圧発生装置１３により高電圧が印加されており、この高電圧によって静電力が発生している。そして、オイル噴出し口１４から噴出されるオイル２３は、図２で説明した原理により、オイルノズル１１と放電電極１２との間の放電による静電力で霧化されることにより、マイナスの極性で帯電されたオイルミスト１０が生成される。

また、水供給装置５１を稼動させることにより、水タンク５０内の水５３が水供給パイプ５２を介して水ノズル４１内へ供給される。水ノズル４１内へ供給された水５３は、水噴出し口４４から放電電極４２に向けて噴出される。このとき、水ノズル４１と放電電極４２との間には、前述したように、高電圧発生装置４３により高電圧が印加されており、この高電圧によって静電力が発生している。そして、水噴出し口４４から噴出される水５３が図２で説明した原理と同様の原理により、水ノズル４１と放電電極４２との間の放電による静電力で霧化されることにより、プラスの極性で帯電された水滴４０が生成される。

また、油膜付水滴生成供給手段７のエア側端部３４には、前述したように、エア供給パイプ３３が接続されており、圧力空気源３０から送り出されるエアがエア供給パイプ３３を介して油膜付水滴生成供給手段７内に供給されるため、この供給されたエアによって、生成されたオイルミスト１０が水滴生成帯電手段４側に向けて送り出される。水滴生成帯電手段４側に送り出されたオイルミスト１０は、水滴生成帯電手段４で生成された水滴４０と混合されると共に、水滴４０の表面に油膜１０ａとなって付着する。このように、油膜付水滴生成供給手段７内では、生成されたオイルミスト１０及び水滴４０がエアによって混合されることにより、水滴４０の表面に油膜１０ａが形成された油膜付水滴７０が生成される。そして、生成された油膜付水滴７０は、油膜付水滴生成供給手段７の油膜付水滴噴出し口３５から外部に噴出される。

油膜付水滴生成混合器１は、図３に示すように、工作物６２と工作機械主軸６０によって回転するドリル６１とが接する箇所、即ち、工作物６２の加工時の加工部分にその油膜付水滴噴出し口３５を向けて設置されている。そして、油膜付水滴噴出し口３５から噴出された油膜付水滴７０が工作物６２の加工時の加工部分に付着することにより、工作物６２とドリル６１との間の潤滑や加工時の発熱に対する冷却が行なわれる。

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７０を工作物６２の加工時の加工部分に供給しながら加工を行なうものであるが、油膜付水滴７０を工作物６２の加工時の加工部分に供給した場合、図４に示すように、工作物６２の表面に油膜１０ａが生成され、その油膜１０ａ上に油膜付水滴７０が付着することとなる。なお、図４は、油膜付水滴７０と油膜付水滴７０が付着した工作物６２の表面の概念図である。

なお、上記した実施形態（第１実施形態）は、生成された油膜付水滴７０を帯電させるものではないが、オイルミスト１０及び水滴４０が生成されるときと同様に、生成された油膜付水滴７０をあらためて再帯電させるものであってもよい。このような実施形態（第２実施形態）について図５を参照して説明する。図５は、第２実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１の構成を示す概略図である。なお、第２実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１は、再帯電手段８が備えられている以外は、第１実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１と同様であるため、再帯電手段８以外の構成については説明を省略する。

第２実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１は、図５に示すように、再帯電手段８が備えられている。この再帯電手段８は、油膜付水滴生成混合器１と工作物６２との間に接続されて、油膜付水滴生成混合器１と工作物６２との間に電圧を印加する帯電用電圧発生装置６５によって構成されるものである。

ここで、前述したように、生成されたオイルミスト１０と水滴４０とが互いに逆の極性で帯電しているため、水滴４０の粒子表面上に確実にオイルミスト１０を付着させることができ、これにより、油膜付水滴７０を効率よく生成することができるが、生成された油膜付水滴７０は、オイルミスト１０の電荷と水滴４０の電荷が打ち消しあって帯電されていないか、あるいは、いずれかの極性の弱い電荷で帯電されている。

ここで、生成された油膜付水滴７０が弱い電荷で帯電されている場合において、油膜付水滴７０を生成する際のオイルミスト１０がプラスの極性で帯電されているとき、生成された油膜付水滴７０もプラスの極性の弱い電荷で帯電され、反対に油膜付水滴７０を生成する際のオイルミスト１０がマイナスの極性で帯電されているとき、生成された油膜付水滴７０もマイナスの極性の弱い電荷で帯電される。これは、水滴４０の粒子径よりも小さい粒子径のオイルミスト１０の粒子の全表面積が水滴４０の粒子の全表面積よりも大きく、油膜付水滴７０の極性は、この全表面積の大きいオイルミスト１０の極性に依存すると考えられるためである。

従って、油膜付水滴７０がマイナスの極性で帯電している場合には、図５に示すように、油膜付水滴生成混合器１側に帯電用電圧発生装置６５のマイナス極を接続することにより、油膜付水滴７０を効率よくマイナスの極性で帯電させることができ、工作物６２への油膜付水滴７０の付着性が向上する。反対に油膜付水滴７０がプラスの極性で帯電している場合には、油膜付水滴生成混合器１側に帯電用電圧発生装置６５のプラス極を接続することにより、油膜付水滴７０を効率よくプラスの極性で帯電させることができ、工作物６２への油膜付水滴７０の付着性が向上する。また、油膜付水滴７０が帯電されていない場合には、油膜付水滴生成混合器１側に帯電用電圧発生装置６５のプラス極又はマイナス極のいずれを接続しても、接続した極性の電荷で帯電させることができ、工作物６２への油膜付水滴７０の付着性が向上する。

このように、油膜付水滴７０を帯電させる再帯電手段８を備えたことにより、工作物６２への油膜付水滴７０の付着性が向上するため、作業環境中に放出される無駄な油膜付水滴７０を低減させることができ、霧害を低減することができる。

なお、帯電用電圧発生装置６５を油膜付水滴生成混合器１とドリル６１との間に接続し、油膜付水滴生成混合器１とドリル６１との間に帯電用電圧発生装置６５によって電圧を印加するものであってもよい。この場合、ドリル６１への油膜付水滴７０の付着性を向上させることができ、帯電用電圧発生装置６５を油膜付水滴生成混合器１と加工物との間に接続した場合と同様の効果を奏することができる。

以上、第１実施形態及び第２実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１の構成について説明したが、次に、油膜付水滴生成混合器１を用いて行なった試験について、図６乃至図１０を参照して説明する。試験の内容は、電界値を一定にしたときに生成されるオイルミスト１０及び水滴４０の粒子径の個数分布の測定試験、及び電界値を変化させたときに生成されるオイルミスト１０及び水滴４０の電界値毎の平均粒子径の測定試験である。図６は、試験に用いたオイルミスト生成装置１の構造を示す断面図であり、図７は、電界値を一定にしたときに生成されるオイルミスト１０の粒子径の個数分布を表す表とグラフであり、図８は、電界値を変化させたときに生成されるオイルミスト１０の電界値毎の平均粒子径を表す表とグラフであり、図９は、電界値を一定にしたときに生成される水滴４０の粒子径の個数分布を表す表とグラフであり、図１０は、電界値を変化させたときに生成される水滴４０の電界値毎の平均粒子径を表す表とグラフである。なお、いずれの試験も大気圧下、温度２３℃、中空針状ノズル径０．３ｍｍ、使用したのは、オイルＶＧ３２及び蒸留水である。

なお、試験に用いるオイルミスト生成装置１としては、オイルミスト生成帯電手段２及び水滴生成帯電手段４が、図６（Ａ）に示すような直列に配置されている直列回路式のものと、図６（Ｂ）に示すような並列に配置されている並列回路式のものとがあるが、本試験は、オイルミスト生成帯電手段２及び水滴生成帯電手段４が直列に配置されている直列回路式のものを用いて行なった。従って、オイルミスト生成装置１の構造については、図６（Ａ）の直列回路式のものについて説明する。

図６（Ａ）に示す、試験に用いたオイルミスト生成装置１は、図１の概略図で説明したオイルミスト生成装置１とほぼ同様の構造であるが、図１の概略図とは異なり、放電電極１２，４２がリング形状に形成されるものである。このため、オイルミスト生成帯電手段２及び水滴生成帯電手段４によってそれぞれ生成されたオイルミスト１０及び水滴４０は、放電電極１２，４２の中心に形成されている円形状の穴を通過することとなる。

また、図１の概略図とは異なり、オイルミスト生成帯電手段２と水滴生成帯電手段４とが互いに対面する位置に設置されている。なお、図示されていないが、オイルミスト生成帯電手段２のオイルノズル１１には、オイル供給パイプ２２が接続されると共に、オイルノズル１１と放電電極１２との間に高電圧発生装置１３が接続され、水滴生成帯電手段４の水ノズル４１には、水供給パイプ５２が接続されると共に、水ノズル４１と放電電極４２との間に高電圧発生装置４３が接続されている。

また、図示しないが、油膜付水滴生成供給手段７の一端（図中、左側端部）には、油膜付水滴生成供給手段７に対して圧力空気源３０から送り出されるエアが通るエア供給パイプ３３が接続され、他端（図中、右側端部）には、油膜付水滴生成供給手段７で生成された油膜付水滴７０を噴出するための噴出ノズル（図示しない）が接続されている。

しかして、オイル供給装置２１によってオイルノズル１１に送り出されたオイル２３は、オイルノズル１１から供給される。オイルノズル１１から供給されたオイル２３は、高電圧発生装置１３によってオイルノズル１１と放電電極１２との間に印加される高電圧によって発生した放電による静電力により霧化されると共に帯電される。これにより、帯電したオイルミスト１０が生成されることとなる。

また、水供給装置５１によって水ノズル４１に送り出された水５３は、水ノズル４１から供給される。水ノズル４１から供給された水５３は、高電圧発生装置４３によって水ノズル４１と放電電極４２との間に印加される高電圧によって発生した放電による静電力により霧化されると共に帯電される。これにより、帯電した水滴４０が生成されることとなる。

上記のようにして生成されたオイルミスト１０は、圧力空気源３０から送られる矢印Ａで示す方向のエアによって水滴生成帯電手段４側に送り出されると共に、水滴生成帯電手段４で生成された水滴４０と混合され、この混合された水滴４０とオイルミスト１０とによって、水滴４０の表面に油膜１０ａが形成された油膜付水滴７０が生成される。そして、生成された油膜付水滴７０は、圧力空気源３０から送られるエアの圧力によって油膜付水滴生成供給手段７から噴出されることとなる。

上記のようにして、油膜付水滴生成混合器１でオイルミスト１０が生成されるが、電界値を３２０ｋＶ／ｍとした場合、生成されるオイルミスト１０の粒子径は、図７に示す値となった。図７（Ａ）に示すように、生成されたオイルミスト１０のうち、７１０個のオイルミスト１０の粒子径を計測したところ、０〜０．６μｍ未満及び０．９〜２．１μｍ未満の粒子径の度数（個数）は０、０．６〜０.７μｍ未満及び０．８〜０．９μｍ未満の粒子径の度数は２３０、０．７〜０．８μｍ未満の粒子径の度数は２５０であり、その個数分布は、それぞれ０％、３２．３９％、３５．２１％であった。そして、図７（Ｂ）がその個数分布をグラフにしたものである。このように、電界値を３２０ｋＶ／ｍとした場合に生成されるすべてのオイルミスト１０は、その粒子径が０．６〜０．９μｍ未満で形成されるものであった。なお、上記の粒度分布及び平均粒子径の測定は、ＡＮＤＥＲＳＥＮ社製ＭＯＤＥＬ３３５１で行った。

次に、電界値を変化させた場合、生成されるオイルミスト１０の平均粒子径は、図８に示す値となった。図８（Ａ）に示すように、電界値を０ｋＶ／ｍから２００ｋＶ／ｍの間は５０ｋＶ／ｍ間隔で、２００ｋＶ／ｍから３６０ｋＶ／ｍの間は２０ｋＶ／ｍ間隔で段階的に高めた場合の１３段階の平均粒子径は、それぞれ、２４８１．４０μｍ，２４２８．５９μｍ，・・・，０．３８μｍであった。そして、図８（Ｂ）が電界値の違いによる生成されるオイルミスト１０の平均粒子径の違いをグラフにしたものである。なお、平均粒子径を算出するためのオイルミスト１０のサンプル数はいずれも１００個である。

ここで、前述したように、生成されるオイルミスト１０としての適正な粒子径は、１μｍ以下であるが、オイルミスト１０の粒子径をこの１μｍ以下とするために必要な電界は、上記した試験結果から約３００〜４００ｋＶ／ｍである。

また、上記のようにして、油膜付水滴生成混合器１で水滴４０が生成されるが、電界値を４８０ｋＶ／ｍとした場合、生成される水滴４０の粒子径は、図９に示す値となった。図９（Ａ）に示すように、生成された水滴４０の個数分布は、５０〜６５μｍ未満の粒子径は０％、６５〜７０μｍ未満の粒子径は３．００％、７０〜７５μｍ未満の粒子径は１０．００％、７５〜８０μｍ未満の粒子径は１７．００％、８０〜８５μｍ未満の粒子径は３０．００％、８５〜９０μｍ未満の粒子径は２８．００％、９０〜９５μｍ未満の粒子径は５．００％、９５〜１００μｍ未満の粒子径は２．００％であった。そして、図９（Ｂ）がその個数分布をグラフにしたものである。このように、電界値を４８０ｋＶ／ｍとした場合に生成されるすべての水滴４０は、その粒子径が６５〜１００μｍ未満で形成されるものであった。なお、上記の粒度分布及び平均粒子径の測定は、オイルミスト１０の平均粒子径の測定と同様、ＡＮＤＥＲＳＥＮ社製ＭＯＤＥＬ３３５１で行った。

次に、電界値を変化させた場合、生成される水滴４０の平均粒子径は、図１０に示す値となった。図１０（Ａ）に示すように、電界値を１２０ｋＶ／ｍ間隔で段階的に高めた場合の６段階の平均粒子径は、それぞれ、１９８５μｍ，１８１０μｍ，７０６μｍ，１１２μｍ，８６μｍ，１０７μｍであった。そして、図１０（Ｂ）が電界値の違いによる生成される水滴４０の平均粒子径の違いをグラフにしたものである。なお、平均粒子径を算出するための水滴４０のサンプル数はいずれも１００個である。

ここで、前述したように、生成される水滴４０としての適正な粒子径は、約５０〜１００μｍであるが、水滴４０の粒子径をこの約５０〜１００μｍとするために必要な電界値は、上記した試験結果から約３５０〜６００ｋＶ／ｍである。

以上、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１は、コロナ放電によってオイルミスト１０を生成するものであるため、生成されるオイルミスト１０及び水滴４０の粒子径のバラツキを非常に小さくすることができ、これにより、水滴４０に付着し難い粒子径の大きいオイルミスト１０が生成されることがない。このため、粒子径の大きいオイルミスト１０に水滴４０を付着させるために複数回に亘って油膜１０ａの生成工程を行なう必要がなく、１回の油膜生成工程で１００％の水滴４０に油膜１０ａを生成することができる。

また、オイルノズル１１あるいは水ノズル４１と放電電極１２，４２との間に印加する電圧を変化させることにより、オイルミスト１０及び水滴４０の粒子径を任意に変化させることができ、これにより、生成される油膜付水滴７０の粒子径も任意に変化させることができるため、工作物６２を加工する際の加工条件の違いに合わせて油膜付水滴７０を最適の粒子径とすることができる。

また、生成されたオイルミスト１０と水滴４０とが互いに逆の極性で帯電しているため、水滴４０の粒子表面上に確実にオイルミスト１０を付着させることができ、これにより、油膜付水滴７０を効率よく生成することができる。
なお、本実施例では、油膜付水滴７０を工作物６２の機械加工に用いる例をとして挙げたが、油膜付水滴７０は、摺動用潤滑液としても利用可能である。

油膜付水滴生成混合器の構成を示す概略図である。放電による静電力によりオイルミストあるいは水滴が生成される状態を示す概略図である。油膜付水滴生成混合器によって工作物の加工時の加工部分に油膜付水滴を供給する状態を示す概略図である。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。第２実施形態に係る油膜付水滴生成混合器の構成を示す概略図である。試験に用いたオイルミスト生成装置の構造を示す断面図である。電界値を一定にしたときに生成されるオイルミストの粒子径の個数分布を表す表とグラフである。電界値を変化させたときに生成されるオイルミストの電界値毎の平均粒子径を表す表とグラフである。電界値を一定にしたときに生成される水滴の粒子径の個数分布を表す表とグラフである。電界値を変化させたときに生成される水滴の電界値毎の平均粒子径を表す表とグラフである。

符号の説明

１油膜付水滴生成混合器
２オイルミスト生成帯電手段
３オイル供給手段
５水供給手段
６エア供給手段
７油膜付水滴生成供給手段
８再帯電手段
１０オイルミスト
１０ａ油膜
１１オイルノズル
１２放電電極（電極）
２３オイル
４０水滴
４１水ノズル
４２放電電極（電極）
５３水
６１ドリル（加工工具）
６２工作物
７０油膜付水滴

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、
オイルを供給するオイルノズルにオイルを供給するオイル供給手段と、
水を供給する水ノズルに水を供給する水供給手段と、
前記オイルノズルと該オイルノズルから間隔を置いて設置された電極との間に印加される高電圧により発生した放電による静電力によって、前記オイルノズルから供給されたオイルを霧化することによりオイルミストを生成すると共に、生成したオイルミストを帯電させるオイルミスト生成帯電手段と、
前記水ノズルと該水ノズルから間隔を置いて設置された電極との間に印加される高電圧により発生した放電による静電力によって、前記水ノズルから供給された水を霧化することにより水滴を生成すると共に、生成した水滴を前記オイルミストとは逆の極性で帯電させる水滴生成帯電手段と、
前記オイルミスト生成帯電手段によって生成されたオイルミスト及び前記水滴生成帯電手段によって生成された水滴に向けてエアを供給するエア供給手段と、
前記オイルミスト生成帯電手段によって生成されたオイルミスト及び前記水滴生成帯電手段によって生成された水滴を前記エア供給手段によって供給されるエアで混合することにより水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成すると共に、生成した油膜付水滴をエアの圧力によって工作物の加工時の加工部分に供給する油膜付水滴生成供給手段と、から構成されることを特徴とする油膜付水滴生成混合器。
前記油膜付水滴生成混合器は、生成された前記油膜付水滴を帯電させる再帯電手段を備えた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。