JPH0215003B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体の微定量供給装置に関する。

液体を微量かつ定量づつ供給することが望まれ
る場合がある。例えば、軸受の潤滑装置におい
て、液体即ち潤滑油を軸受に給油する場合とは、
化学、医療の分野において二種以上の薬品を混合
するような場合である。

このうち、例えば工作機械の主軸スピンドルの
軸受の潤滑装置の場合には、スピンドルの高速化
（軽合金等を高速で切削する時等に必要となる）
に伴ない、種々の潤滑方式が開発されている。即
ち古くは強制潤滑及びグリース潤滑が主に行なわ
れていたが、前者にあつては高速化に伴なつて発
熱が生じたり、トルクが大きくなつて工作精度が
悪化するし、一方後者にあつては、発熱及びトル
ク増大の問題はないものの、グリースの劣化が早
い欠点がある。この他にも、所謂ミスト潤滑が行
なわれているが、油量が多すぎるためにまたトル
ク、発熱が大きく、さらに浮遊ミストにより雰囲
気が汚染される欠点がある。

こうして点を考慮して、近年では所謂オイルエ
ヤー潤滑が行なわれるようになつて来ている。そ
の特徴を簡単に述べると、微量かつ定量ずつ給油
される潤滑油を空気流に乗せて運び、ノズルから
噴射するものであり、常に新しい潤滑油で潤滑さ
れるので軸受の寿命が延び、また所謂ドライフオ
グ（マイクロフオン）の生成がないため浮遊ミス
トが発生しない等の長所がある。

従来知られているオイルエヤー潤滑方式の潤滑
装置の二つの例を第１図及び第２図をもとに説明
する。

第１図に示した従来例においては、油タンク１
０内の潤滑油がタイマ１４によつて間欠運転され
るポンプ１２によつて油主管１５から分配器１６
に間欠的に給油されるとともに、空気源１８の圧
力空気が圧力レギユレータ２０により圧力を制御
されて空気主管２２から分配器１６に給気され
る。分配器１６において潤滑油と空気が混合さ
れ、ポンプの１作動毎にプランジヤが作動して潤
滑油を吐出する、機械的油量調節方式のものであ
る。そして、ポンプ１作動あたりの潤滑油の吐出
量は約0.01〜0.03c.c.程度である。分配器１６から
吐出される潤滑油は、枝管２４を通してノズル２
６に運ばれ、ノズル２６から軸受２８に噴射され
る。

一方、第２図に示した従来例では、上記油タン
ク１０及びポンプ１２等に代えて、空気源３２か
ら分配器１６に至る空気副管３４中には圧力レギ
ユレータ３６及び電磁弁３８が配設され、電磁弁
３８はタイマ４０により５〜10分間隔で作動（開
閉）されるようになつている。潤滑油は油溜り４
２から分配器１６に滴下される。分配器１６は上
記例のものと同様プランジヤを備えており、電磁
弁３８の１作動毎にプランジヤが作動して分配器
１６から潤滑油を吐出するものである。

しかしながら、これらの従来例には以下の如き
欠点が存在する。即ち、分配器１６がプランジヤ
方式による機械的油量調節のため、機械的可動部
を設けることを避け得ず、しかも油量調節（0.01
〜0.03c.c.／１作動）が超微量ではない。このた
め、軸受に必要な量（0.05〜0.2c.c.／ｈ）の潤滑
油を給油するためには、５〜10分間隔で間欠給油
をすることが必要となる。然るに、潤滑油が間欠
給油されると、給油時に軸受２８のトルク及び温
度が急激に高くなつてピークができる。

このピークは、潤滑油を枝管２４を通して空気
で運ぶことによつてある程度平滑化されるが、そ
のためには枝管２４の長さは0.5ｍ以上必要とな
る。枝管２４が長く（0.5ｍ以上）なると、潤滑
油が分配器１６から枝管２４の内壁に沿つて軸受
２８に到達するまでの時間（運転準備時間）も必
然的に長くなる。つまり潤滑装置を作動させてか
らスピンドルを回転させるまでの時間（タイムラ
グ）ｔは ｔ（分）＝枝管24の長さ（cm）／25 で表わされる処、枝管２４の長さが長くなれば上
記タイムラグｔも長くなるのである。また、枝管
２４の屈曲部や結合部には潤滑油が滞溜し易く、
この滞溜した潤滑油が一気に軸受に給油される
と、スピンドルの温度、トルクが急激に立ち上が
ることとなる。

以上は液体微定量供給装置が工作機械への潤滑
装置である場合の話しであるが、化学、医療の分
野においても同様の問題は生ずる。

本発明は、上記従来技術における欠点を一掃す
ること、即ち潤滑油等の液体が微量ずつかつ定量
ずつ供給され、しかもこのことが装置全体を大形
化したり、作動時間を長くすることなく行なわれ
得る液体微定量供給装置を提供することを目的と
してなされたものである。

上記目的を達成するために、本発明において
は、液室を画定する第１部材内に、電気的信号に
基づきインパルス的圧力変化を与えるための体積
変化手段を設け、そのオリフイスから噴射される
滴液を、第１部材の外側に配設された第２部材の
空気室（混合室）で空気と混合させて、ノズル穴
から吐出するのである。このようにすれば、滴液
の大きさを従来に比べて遥かに小さくできるた
め、一定時間内に一定量の液体を供給する場合に
は噴射回数が多くなり、液体の供給が平滑化され
ることゝなる。

以下、本発明が潤滑装置に適用された実施例を
示す図面に基づき更に詳述する。

第３図に示すように、空気源５０からノズルヘ
ツド６０に至る空気主管５２中には圧力レギユレ
ータ５４及び５６、フイルタ５８が配設されてお
り、その途中から分岐した空気副管６２は潤滑油
の油槽６４の中空部に導かれている。空気副管６
２の途中には圧力レギユレータ６６が配設されて
いる。また油槽６４の潤滑油からノズルヘツド６
０に至る油管６８中にはフイルタ７０が配設され
ている。ノズルヘツド６０にはパルス発生装置７
２が接続され、台形状のパルス電圧を一定周期で
発生するようになつている。

次にノズルヘツド６０の詳細について、第４図
をもとに説明すると、一端が絞られてノズル穴８
２とされた外筒８０の他端には底カバー８４が取
り付けられ、当該底カバー８４には有底筒状の内
筒８６が外筒８６と軸心を一致させて固定されて
いる。内筒８６の開口には円板状の電歪素子８８
及び金属板９０が取り付けられており、前記パル
ス発生器７２からの電圧パルスが電歪素子８８に
入力されるようになつている。また内筒８６の底
部にはオリフイス９２が形成されている。外筒８
０には給気管５２が、また内筒８６には給油管６
８が各々接続されている。

次に、本実施例の作動について説明する。

油槽６４内の潤滑油は、空気源５０の圧力空気
を空気副管６２から油槽６４の中空部に送つて加
圧することによりノズルヘツド６０へ供給され
る。油槽６４内は例えば0.2atg程度に加圧され、
これによつて潤滑油が給油管６８から内筒８６に
給油され、油室１００内には常に新しい潤滑油が
充満されることゝなる。一方、空気源５０の圧力
空気は給気管５２から外筒８０の中空部１０２に
給気される。なお、油槽６４をノズル６０よりも
上方に設けて、水頭差で潤滑油をノズルに給油し
ても良い。

パルス発生装置７２において発生された電圧パ
ルスを電歪素子８８に印加すると、電歪素子８８
及び金属板９０がその板厚方向（第４図左右方
向）に変形し、その結果油室１００内の潤滑油の
体積が変化（減少）するので、油室１００内にパ
ルス状の圧力変化が発生し、潤滑油が油滴１０４
となつてオリフイス９２から噴射される。油滴１
０４の大きさはオリフイス９２の穴径、電圧パル
スの形状及び周期（噴射間隔）等によつて決定さ
れるが、通常数10μｍから数100μｍ程度である。
従つて、下記の式より仮に油滴径を100μｍとす
れば、給油量（軸受１０６の内径と幅で決まり、
一般的には0.05〜0.2c.c.／ｈである）が0.05c.c.／ｈ
の場合には噴射間隔は38ｍｓ（毎秒26回噴射）と
なり、給油量が0.2c.c.／ｈの場合には噴射間隔は
9.5ｍｓ（毎秒105回噴射）となる。

オリフイス９２から噴射された油滴１０４は中
空部１０２において空気と混合され、空気流によ
り運ばれて穴８２から軸受１０６に給油される。

Ｑ＝1.885×10^-6（d³／Ｔ） 但し Ｑ：給油量（c.c.／ｈ） ｄ：油滴径（μｍ） Ｔ：噴射間隔〔ｍｓ〕 本実施例においては、潤滑油の噴射方式が従来
の機械的方式に代わつて電子方式が採用されてい
るため、従来の分配器１６、枝管２４及びノズル
２６（第１図、第２図参照）で果たしていた機能
が、ノズルヘツド６０のみにて果たすことが可能
となるため、潤滑装置全体の構造が簡単になると
ともに、機械的可動部、枝管２４が不要となり、
コストの低減が達成される。また、１作動あたり
の噴射量を従来に比べて桁ちがいに小さくするこ
とができる（10^-2c.c.／１作動→10^-7c.c.／１パル
ス）ことから、所定時間内に所定量の潤滑油を給
油するのに、従来のように間欠給油（５〜10分
毎）になることはなく、連続給油（数回〜数100
回／秒）することができる。それ故、給油量にピ
ークが生ずることがなく（給油が平滑化される）、
トルク、発熱の変動の心配がない。

以下、本発明のその他の実施例について順次説
明してゆくが、簡略化のため、上記実施例と対応
する部分には同一の番号を付して説明を省略す
る。

第５図に示した実施例では、内筒８６に円筒状
の電歪素子８８ａを介して金属又はプラスチツク
ス製の給油管６８が挿入されており、この給油管
６８によつて油室１００が画定されている。パル
ス発生装置７２から電圧パルスが印加されると、
給油管８６は半径方向に変形し、その際油滴１０
４をオリフイス９２から噴射する。

第６図に示す実施例においては、内筒８６の中
空部１０２がダイヤフラム１０６によつて圧力室
１０８と油室１００とに仕切られており、また圧
力室１０８内には電極１１０が配置されている。
電極１１０に電圧パルスを印加すると圧力室１０
８内に内圧が発生し、これがダイヤフラム１０６
を介して油室１００に伝えられる。その結果油室
１００の体積が減少し、油滴１０４がオリフイス
９２から噴射される。

また、第７図及び第８図に示す実施例において
は、内筒８６の内部に、金属又はプラスチツクス
製の角筒１１２が配設され、その四つの表面には
板状の電歪素子８８ｂが張り付けられている。角
筒１１２の中空部が油室１００となつており、ま
た角筒１１２の内部には給油管６８が挿入されて
いる。パルス発生装置７２から各電歪素子８８ｂ
に電圧パルスが印加されると、各電歪素子８８ｂ
は角筒１１２の径方向に変形して油室１００の体
積を減少させる。その結果、オリフイス９２から
油滴１０４が噴射される。電歪素子８８ｂは積み
重ねても良い。

最後に、第９図及び第１０図に示した実施例で
は、給油管６８の外側にリング状の電歪素子８８
ｃが複数個軸方向に接着剤１１６で接着されて配
設されており、パルス発生装置７２から電圧パル
スが印加されると、各電歪素子８８ｃが軸心方向
に変形し、電歪素子８８ｃ全体としての変形
（位）量は各電歪素子８８ｃの合計分となる。そ
の結果油室１００の体積がその分だけ減少し、オ
リフイス９２から油滴１０４が噴射される。な
お、電歪素子８８ｃの個数は必要に応じて適宜変
更可能である。

また、以上は何れも本発明が主軸スピンドル用
の潤滑装置に適用された実施例であつたが、潤滑
の対象物はこの他にもフライホイール、超遠心
機、圧延機、熱ロールミル及び熱風送風機等の高
温にさらされる軸、精密旋盤等のスライド面、チ
エーン及びプレス金型等のスプレ潤滑に本発明を
適用することもできる。さらに、潤滑装置とは全
く関係なく、医療、化学の分野において二種以上
の液体（薬品）を混合する場合等にも、本発明が
適用され得る。

以上詳述した本発明によれば、全体の構造がシ
ンプルかつ廉価で液体を微量かつ定量ずつ連続的
に供給可能な液体微定量供給装置が得られる効果
が奏される。

また本発明の装置は、上述した如く極めてコン
パクトな構成となつているので、例えば潤滑装置
として所用する場合は、必要とする場所に直接給
油することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々別々の従来例を示す系
統図、第３図は本発明の一実施例を示す系統図、
第４図、第５図、第６図、第７図及び第９図は
各々ノズル６０の別々の実施例を示す断面図、第
８図は第７図におけるＡ−Ａ断面図、第１０図は
第９図におけるＢ部拡大図である。 〔主要部分の符号の説明〕、７２……パルス発
生装置、８０……第２部材（外筒）、８２……ノ
ズル穴、８６……第１部材（内筒）、｛８８，８８
ａ，８８ｂ……電歪素子、１１０……電極｝体積
変化手段、９２……オリフイス、１０４……液
滴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体流入口及びオリフイスを備え液室を形成
   する第１部材と、ノズル穴及び空気流入口を備え
   前記第１部材を包囲して空気室を画定する第２部
   材と、電気的信号に基づき変化して液体の体積を
   変化させる体積変化手段とを含み 前記液体流入口を通して液室内に供給された液
   体を、前記体積変化手段によるインパルス的圧力
   変化により前記オリフイスから微量かつ定量ずつ
   液滴として噴射させ、該液滴を前記空気流入口か
   ら前記空気室に供給された空気で運んで前記ノズ
   ル穴から吐出させることを特徴とする液体の微定
   量供給装置。 ２ 前記体積変化手段とは電歪素子である特許請
   求の範囲第１項に記載の液体の微定量供給装置。 ３ 前記第１部材及び第２部材は何れも筒形状を
   呈し、互いに同心的に配置されている特許請求の
   範囲第１項に記載の液体の微定量供給装置。 ４ 前記液体は潤滑油であり、潤滑装置として利
   用されている特許請求の範囲第１項に記載の液体
   の微定量供給装置。