KR100378696B1 - 얇은 오일막이 표면에 부착된 물방울을 생성하는 혼합기 - Google Patents

얇은 오일막이 표면에 부착된 물방울을 생성하는 혼합기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오일막이 부착된 물방울을 효과적으로 생성할 수 있는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기를 제공한다. 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)는 외부로부터 공급되는 오일을 공기흐름에 의해 안개 상태로 생성하는 오일 무화실(8), 상기 오일 무화실(8)에서 안개 상태로 된 오일을 함유하는 공기흐름에 의해 외부로부터 공급되는 물을 수적화하여 물방울의 표면상에 오일막이 형성된 오일막 부착 물방울을 생성하는 수적화실(64), 상기 수적화실(64)에서 생성된 오일막 부착 물방울을 외부로 방출하는 탑 노즐(4)로 구성된다. 상기와 같이 구성함으로써, 오일막 부착 물방울을 효과적으로 생성하는 것이 가능하다.

Description

얇은 오일막이 표면에 부착된 물방울을 생성하는 혼합기{MIXER FOR FORMING A THIN OIL FILM ON A SURFACE OF A DROP OF WATER}
본 발명은 공작물의 가공시 사용되는 가공액으로서 물방울 표면상에 얇은 오일막이 형성된 오일막 부착 물방울을 공급하는, 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기에 관한 것이다.
종래, 공작물에 절삭가공이나 연삭가공 등의 기계가공을 행하는 경우에는 가공 정밀도의 향상 및 가공공구의 수명 증대를 도모하기 위하여, 가공점 근방을 향해 설치된 노즐로부터 오일이나 에멀젼 등의 가공액을 공작물의 피가공면에 액체 상태로 뿌리거나 또는 안개 상태로 분무함으로써, 공작물과 가공공구의 윤활 및 가공에 의해 발생되는 열을 냉각시켰다. 또, 안개 상태로 가공액을 분무하는 경우, 일본국 특개평 6-320384호에 개시된 바와 같이, 오일과 물 등과 같이 서로 종류가 상이한 가공액을 혼합한 후 공작물의 피가공면에 분무하거나 또는 복수의 노즐로부터 종류가 상이한 가공액을 각각 공작물의 피가공면에 분무하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 가공 중에 충분한 윤활 및 냉각 효과를 얻기 위해서는 공작물을 가공하는 내내 가공액이 연속으로 공급되어야 하기 때문에, 가공액을 액체 상태로 뿌리는 경우에는 다량의 가공액이 필요하게 되는 문제가 있다. 특히, 불연성 에멀젼은 열화되면 산업폐기물로서 처리하기가 곤란하기 때문에, 사용된 또는 오래된 다량의 에멀젼을 처리하는데 많은 비용이 든다는 문제가 있다. 한편, 가공액의 사용량을 줄이기 위하여 가공액을 안개 상태로 분무하는 경우에는, 오일은 질량이 작기 때문에 안개 상태로 하여 분무하면 공기중에 너무 비산되어, 충분한 양의 오일이공작물의 피가공면에 부착되지 않아 공작물과 가공공구의 윤활 또는 냉각이 충분하게 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 안개 상태로 오일이 비산되면 화재 발생의 위험성이나 인체 피해에 대한 문제도 있게 된다. 따라서, 공장환경 면에서도 문제가 있었다. 또한, 상기한 바와 같이, 물과 오일의 혼합액을 분무하거나 또는 다른 노즐로부터 피가공면에 분무하는 방법에 있어서도 오일 성분은 공기중에 너무 비산되기 때문에 동일한 문제가 있었다.
최근에는 상술한 문제를 해결하기 위하여, 외부로부터 공급되는 물을 수적화(水滴化)하고 이 물방울의 표면상에 오일막을 형성하는 오일막 부착 물방울을 가공액으로서 사용하는 가공방법이 제안되어 있다.
그러나, 오일막 부착 물방울을 효과적으로 생성하는 장치는 아직 제안되어 있지 않다. 본 발명은 상술한 문제점을 고려한 것으로서, 본 발명의 목적은 오일막 부착 물방울을 효과적으로 생성할 수 있는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 얇은 오일막이 부착된 물방울을 생성하는 혼합기의 내부 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 오일막이 부착된 물방울을 공급하는 장치의 개략도.
도 3은 오일막 부착 물방울 및 오일막 부착 물방울이 부착된 피공작물의 표면에 대한 개략도.
도 4는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기에 의해 가공면에 오일막 부착 물방울을 공급하는 상태의 개략도.
도 5는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기에 의해 가공액을 공급하여 실시한 절삭실험의 실험조건 목록.
도 6은 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기에 의해 가공액을 공급하여 실시한 절삭실험의 실험결과 그래프.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1형태에 따르면, 공작물의 가공시 사용되는 가공액으로서 물방울 표면상에 얇은 오일막이 형성되는 오일막 부착 물방울을 공급하는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기에 있어서,
외부로부터 공급되는 오일을 공기흐름에 의해 안개 상태로 생성하는 오일 무화실(oil mist forming chamber);
상기 오일 무화실에서 안개 상태로 생성된 오일을 함유하는 공기흐름에 의해외부로부터 공급되는 물을 수적화하여 물방울의 표면상에 얇은 오일막이 형성된 오일막 부착 물방울을 생성하는 수적화실(drop of water forming chamber); 및
상기 수적화실에서 생성된 오일막 부착 물방울을 외부로 방출하는 탑 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조에 따르면, 오일막 부착 물방울을 효과적으로 생성하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 제 2형태에 따르면, 상기 수적화실은 공기흐름의 상류쪽에 배치된 제 1수적화실과 하류쪽에 배치된 제 2수적화실로 구성되며, 외부로부터 공급되는 오일을 유입시키는 오일 유입구를 제 2수적화실로 향하게 하는 것을 특징으로 하는, 제 1형태에서 언급된 바와 같은 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기를 제공한다. 이와 같은 구조에 따르면, 오일막이 형성되지 않은 물방울이 수적화실을 거치면서 물방울에 다시 오일을 부착시킬 수가 있어, 오일막 부착 물방울의 생성율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 제 3형태에 따르면, 상기 오일 유입구는 바이패스 통로를 거쳐 상기 오일 무화실과 연통되어 있고, 상기 오일 무화실에서 안개 상태로 되지 않은 오일은 바이패스 통로를 거쳐 오일 유입구로 공급되는 것을 특징으로 하는, 제 2형태에서 언급된 바와 같은 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기를 제공한다. 이와 같은 구조에 따르면, 오일 무화실에서 안개 상태로 되지 않은 액상 오일이 오일 유입구에서 다시 안개 상태로 되기 때문에, 오일막 부착 물방울을 최소의 오일량으로 효과적으로 생성하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 제 4형태에 따르면, 상기 오일 유입구는 공기흐름의 상류쪽에 배치된 상류 오일 유입구와 하류쪽에 배치된 하류 오일 유입구로 구성되며, 하류 오일 유입구보다 상류 오일 유입구쪽에 오일 유입량이 더 많은 것을 특징으로 하는, 제 2형태 또는 제 3형태에서 언급된 바와 같은 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기를 제공한다. 이와 같은 구조에 따르면, 오일막 부착 물방울의 생성율을 현저하게 높일 수 있다.
이하에 본 발명에 따른 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 본 실시예에 따른 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)의 구성에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)의 내부를 나타낸 단면도이다.
도 1에 있어서, 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)는 외부로부터 공급되는 오일을 공기흐름에 의해 안개 상태로 만드는 오일 무화실(8)이 형성되는 포그실 형성 부재(2), 상기 포그실 형성 부재(2)에 연결되고 상기 오일 무화실(8)에서 안개 상태로 된 오일을 함유하는 공기흐름에 의해 외부로부터 공급되는 물을 수적화하여 오일막 부착 물방울을 생성하는 수적화실(36, 61)이 형성되는 제 2 포그실 형성 부재(3), 상기 제 2 포그실 형성 부재(3)에 연결되고 생성된 오일막 부착 물방울을 외부로 방출하는 탑 노즐(4), 및 상기 탑 노즐(4)을 상기 제 2 포그실 형성 부재(3)에 고정시키는 노즐 케이스(5)로 구성되어 있다.
우선, 포그실 형성 부재(2)의 구조에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 포그실 형성 부재(2)는 스테인레스강 또는 플라스틱으로 만들어진 각기둥 또는 원기둥 모양으로 형성되어 있다. 포그실 형성 부재(2)의 후단면(도면의 오른쪽) 중앙부에는 압축공기를 공급하는 공기덕트(82)(도 2참조)가 접속되는 오목형상의 공기 흡입구(6)가 형성되어 있다. 한편, 포그실 형성 부재(2)의 전단면(도면의 왼쪽) 중앙부에는 제 2 포그실 형성 부재(3)를 삽입하는 설치 오목부(7)가 형성되어 있다. 공기 흡입구(6)의 바닥면으로부터 설치 오목부(7)의 바닥면에 걸쳐 포그실 형성 부재(2)를 개재하도록 오일 무화실(8)이 연장되어 있다. 이 경우, 공기 흡입구(6)의 내주면에는 공기덕트(82)를 나사고정하기 위한 나사홈이 있고, 설치 오목부(7)의 내주면에도 제 2 포그실 형성 부재(3)를 나사고정하기 위한 나사홈이 있다.
오일 무화실(8)의 양쪽 끝부분에는 스프레이 노즐(9, 12)이 끼워져 고정되어 있다. 즉, 공기 흡입구(6)쪽에는 외부로부터 공급된 오일을 안개 상태로 형성하는 오일 스프레이 노즐(9)이 끼워져 C 형 고정고리(11)로 고정되어 있다. 설치 오목부(7)쪽에는 외부로부터 공급된 물을 수적화하기 위한 물 스프레이 노즐(12)이 끼워져 C 형 고정고리(14)로 고정되어 있다. 이 경우, 오일 스프레이 노즐(9)내로 오일을 유입시키는 제 1 오일 유입구(10)는 오일 스프레이 노즐(9)로 향하고 있다. 또한, 물 스프레이 노즐(12)내로 물을 유입시키는 물 유입구(13)는 물 스프레이 노즐(12)로 향하고 있다.
포그실 형성 부재(2)의 일측면상의 공기 유입구(6)쪽에는 오일을 공급하는 오일공급덕트(87)(도 2 참조)가 접속되는 오일 흡입구(16)가 형성되고, 상기 오일 흡입구(16)의 바닥면으로부터는 상기 제 1 오일 유입구(10)쪽으로 오일흡입통로(17)가 형성되어 있다. 또, 오일 흡입구(16)가 설치되는 측면과 동일한 측면상의 설치 오목부(7)쪽에는 물을 공급하는 물공급덕트(92)(도 2 참조)가 접속되는 물 흡입구(18)가 형성되고, 상기 물 흡입구(18)의 바닥면으로부터는 상기 물 유입구(13)쪽으로 물흡입통로(19)가 형성되어 있다.
또한, 포그실 형성 부재(2)의 설치 오목부(7)쪽의 끝면으로부터는 오일 무화실(8)을 개재하여 L 자형 제 1 바이패스통로(20)가 대칭이 되는 두 위치에 형성되어 있다. 또, 폐쇄 부재(21)는 제 1 바이패스통로(20)의 절곡부분으로부터 포그실 형성 부재(2)의 측면쪽으로 삽입되어 있다. 이 폐쇄 부재(21)는 포그실 형성 부재(2)의 측면으로부터 오일 무화실(8)쪽으로 연장하는 구멍의 바깥쪽의 대략 절반을 폐색하고 있고, 제 1 바이패스통로(20)를 L 자형으로 형성하기 위해 필요한 것이다. 즉, L 자형으로 통로를 형성하는 것은 불가능하기 때문에, 포그실 형성 부재(2)의 끝면으로부터 통로를 형성하고, 이 통로와 직교하는 통로를 포그실 형성 부재(2)의 측면으로부터 오일 무화실(8)쪽으로 형성하여, T 자형으로 만들고, 그 후 2개 통로의 교차부분으로부터 포그실 형성 부재(2)의 측면쪽으로의 통로 부분을 상술한 바와 같이 폐색 부재(21)로 폐색함으로써 L 자형 구조를 얻게 되는 것이다.
다음으로, 제 2 포그실 형성 부재(3)의 구조에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 제 2 포그실 형성 부재(3)는 스테인레스강 또는 플라스틱으로 만들어진 원통형으로 형성되어 있다. 제 2 포그실 형성 부재(3)의 후단면(도면의 오른쪽) 중앙부에는 포그실 형성 부재(2)의 설치 오목부(7)에 삽입되는 설치 볼록부(30)가 형성되어 있다. 또한, 후단면의 바깥쪽 에지부분쪽에는 O-링(32)을 끼워넣기 위한 O-링 설치홈(31)이 원형으로 둘레에 설치되고, 이 O-링 설치홈(31)과 설치 볼록부(30) 사이에는 상기 제 1 바이패스통로(20)에 접하는 바이패스통로 연결홈(38)이 원형으로둘레에 설치되어 있다. 이 바이패스통로 연결홈(38)은 그 홈의 중심의 직경이 상기 2개의 제 1 바이패스통로(20)의 중심간의 거리와 대략 동일하게 설정되어 있고, 그 홈 폭은 제 1 바이패스통로(20)의 직경과 대략 동일하게 형성되어 있다. 이 경우, 설치 볼록부(30)의 외주에는 설치 오목부(7)의 내주에 형성된 나사홈과 맞물리는 나사가 형성되어 있다.
한편, 제 2 포그실 형성 부재(3)의 전단면(도면의 왼쪽) 중앙부에는 노즐 케이스(5)를 설치하기 위해 그 내주에 나사홈이 형성되어 있는 노즐 케이스 삽입 오목부(33)가 형성되어 있다. 또, 전단면의 바깥쪽 에지부분쪽에는 O-링(35)을 끼워넣기 위한 O-링 설치홈(34)이 원형으로 둘레에 설치되어 있다. 또, 상기 포그실 설치 오목부(7)의 바닥면으로부터 설치 볼록부(30)의 끝면쪽으로, 외부로부터 공급된 물을 수적화하기 위한 수적화실(64)이 연장되어 있다. 이 수적화실(64)은 상류쪽의 제 1 수적화실(36)과 하류쪽의 제 2 수적화실(61)로 구성되어 있고, 하류쪽의 제 2 수적화실(61)은 상기 노즐 케이스 삽입 오목부(33)쪽에 형성되는 제 2 오일 노즐 설치부(37)에 끼워넣어지는 제 2 오일 노즐(60)로 구성되어 있다.
또, 상기 바이패스통로 연결홈(38)의 바닥면으로부터는 제 2 포그실 형성 부재(3)의 전단면쪽으로, 상기 제 2 오일 노즐 설치부(37)의 위치까지 제 2 바이패스통로(39)가 형성되어 있다. 이 제 2 바이패스통로(39)는 서로 180도의 방향에 위치하도록 2개소에 설치되어 있다. 또, 제 2 바이패스통로(39)의 도면에 있어서 좌우 2 개소에는 상기 제 2 바이패스통로(39)와 제 2 오일 노즐 설치부(37)가 서로 연통하도록 제 1 오일 유입홈(40)과 제 2 오일 유입홈(41)이 형성되어 있다.
이 경우, 제 2 오일 노즐 설치부(37)에는 상술한 바와 같이 제 2 오일 노즐(60)이 끼워넣어지나, 이 제 2 오일 노즐(60)은 스테인레스강 또는 구리합금으로 만들고 원통형으로 형성되며, 그 중심에는 제 2 수적화실(61)이 상기 제 1 수적화실(36)의 직경과 동일한 직경으로 형성되어 있다. 또, 제 2 오일 노즐(60)의 후단면(도면의 오른쪽)쪽에는 상류 오일 유입구에 대응하는 제 2 오일 유입구(62)가 제 2 오일 노즐(60)의 외면으로부터 제 2 수적화실(61)로 연장되어 형성되어 있다. 이 제 2 오일 유입구(62)는 등간격으로 복수의 개소(4 ~ 12 개소)에 방사상으로 형성되어 있다. 또, 제 2 오일 노즐(60)의 전단면(도면의 왼쪽)쪽에는 하류 오일 유입구에 대응하는 제 3 오일 유입구(63)가 제 2 오일 유입구(62)의 그것과 동일하게 제 2 오일 노즐(60)의 외면으로부터 제 2 수적화실(61)로 연장되어 형성되어 있다. 이 제 3 오일 유입구(63)는 등간격으로 복수의 개소(제 2 오일 유입구(62)의 대략 절반, 즉 2 ~ 6 개소)에 방사상으로 형성되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 제 2 오일 유입구(62)의 직경은 제 3 오일 유입구(63)의 직경에 2배 이상으로 설정되어 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 제 2 오일 노즐(60)을 제 2 오일 노즐 설치부(37)에 삽입하는 경우에는 제 2 오일 유입구(62)와 제 1 오일 유입홈(40)이 서로 일치하고, 제 3 오일 유입구(63)와 제 2 오일 유입홈(41)이 서로 일치한다.
다음으로, 탑 노즐(4)의 구조에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 탑 노즐(4)은 스테인레스강 또는 플라스틱으로 만들어지고 원통형으로 형성되며, 그 중심에는 오일막 부착 물방울을 방출하기 위한 오일막 부착 물방울 방출구(70)가 상기 제 2수적화실(61)의 직경에 대략 동일한 직경으로 형성되어 있다. 또, 탑 노즐(4)의 후단면(도면의 오른쪽)에는 플랜지가 형성되어 있고, 이 플랜지의 직경은 상기 제 2 오일 노즐(60)의 외경과 대략 동일하게 설정되어 있다. 상술한 탑 노즐(4)은 노즐 케이스(5)에 의해 제 2 포그실 형성 부재(3)에 설치되나, 이 노즐 케이스(5)는 스테인레스강 또는 구리합금으로 만들어지고 원통형으로 형성되어 있다. 또, 후단면(도면의 오른쪽)의 중앙부에는 제 2 포그실 형성 부재(3)의 노즐 케이스 삽입 오목부(33)와 맞물리는 나사부가 그 외주에 형성되는 설치 볼록부(50)가 형성되어 있다. 또, 노즐 케이스(5)의 중심에는 탑 노즐(4)이 삽입되는 탑 노즐 삽입 구멍(51)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같이 복수의 부품으로 구성되는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)의 조립에 대해 설명한다. 우선, 제 2 포그실 형성 부재(3)의 후단면에 설치되는 O-링 설치홈(31)에 O-링(32)을 장착한 후, 제 2 포그실 형성 부재(3)의 설치 볼록부(30)를 포그실 형성 부재(2)의 설치 오목부(7)와 맞물림으로써, 제 2 포그실 형성 부재(3)를 포그실 형성 부재(2)에 고정한다. 이 경우, O-링 설치홈(31)은 그 홈 깊이가 O-링(32)의 직경보다 작기 때문에, O-링 설치홈(31)에 O-링(32)을 장착하였을 때는 O-링(32)의 상단부분이 제 2 포그실 형성 부재(3)의 후단면으로부터 돌출되어 있다. 따라서, 제 2 포그실 형성 부재(3)를 포그실 형성 부재(2)에 고정시켰을 때, O-링(32)은 O-링 설치홈(31)의 바닥면과 포그실 형성 부재(2)의 전단면 사이에 끼워넣어지고, 이에 따라 포그실 형성 부재(2)와 제 2 포그실 형성 부재(3) 사이의 기밀상태(airtight state)가 유지될 수 있다. 또, C 형 고정고리(14)와 설치 볼록부(30)의 끝면 사이에는 O-링(15)이 장착되므로, 오일 무화실(8)과 제 1 수적화실(36)은 기밀이 유지되는 상태로 서로 연통된다.
또, 제 2 포그실 형성 부재(3)의 후단면상의 바이패스통로 연결홈(38)은 원형으로 둘레에 설치되어 있기 때문에, 제 2 포그실 형성 부재(3)를 포그실 형성 부재(2)에 고정시켰을 때, 제 1 바이패스통로(20)는 항상 바이패스통로 연결홈(38)과 연통된다. 따라서, 제 1 바이패스통로(20)는 바이패스통로 연결홈(38)을 거쳐 제 2 바이패스통로(39)에 연통된다.
다음으로, 제 2 오일 노즐(60)을 제 2 포그실 형성 부재(3)의 제 2 오일 노즐 설치부(37)에 노즐 케이스 삽입 오목부(33)쪽으로부터 삽입한다. 이 때, 제 2 오일 노즐(60)의 제 3 오일 유입구(63)가 먼저 삽입되도록 삽입한다. 그리고, 제 2 오일 노즐 설치부(37)에 제 2 오일 노즐(60)을 삽입하였을 때에는 상술한 바와 같이 제 1 오일 유입홈(40)에 대응하는 위치에 제 2 오일 유입구(62)가 위치하고, 제 2 오일 유입홈(41)에 대응하는 위치에 제 3 오일 유입구(63)가 위치하게 된다. 따라서, 제 2 바이패스통로(39)는 제 1 오일 유입홈(40)과 제 2 오일 유입구(62) 및 제 2 오일 유입홈(41)과 제 3 오일 유입구(63)를 거쳐 제 2 수적화실(61)에 연통된다.
다음으로, 제 2 포그실 형성 부재(3)의 전단면에 설치되는 O-링 설치홈(34)에 O-링(35)을 장착한 후, 탑 노즐(4)을 플랜지부쪽으로부터 제 2 포그실 형성 부재(3)의 노즐 케이스 삽입 오목부(33)에 삽입한다. 그리고, 탑 노즐(4)에 노즐 케이스(5)를 삽입하고, 노즐 케이스(5)의 설치 볼록부(50)를 제 2 포그실 형성부재(3)의 노즐 케이스 삽입 오목부(33)와 맞물리게 함으로써, 탑 노즐(4) 및 노즐 케이스(5)가 제 2 포그실 형성 부재(3)에 고정된다. 이 경우, O-링 설치홈(34)은 그 홈 깊이가 O-링(35)의 직경보다 작기 때문에, O-링(35)의 상단부분이 제 2 포그실 형성 부재(3)의 전단면으로부터 돌출되어 있다. 따라서, 노즐 케이스(5)를 제 2 포그실 형성 부재(3)에 고정하였을 때, O-링(35)이 O-링 설치홈(34)의 바닥면과 노즐 케이스(5)의 후단면 사이에 끼워지고, 이에 따라 제 2 포그실 형성 부재(3)와 노즐 케이스(5) 사이의 기밀상태가 유지될 수 있다.
얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)는 상술한 바와 같이 조립된다. 다음으로, 이 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 공기, 오일 및 물을 공급하는 오일막 부착 물방울 공급장치(94)에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오일막 부착 물방울 공급장치(94)의 개략도이다.
도 2에 있어서, 공기공급덕트(82)를 접속하기 위한 공기공급용 이음매(83)는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)의 공기 흡입구(6)에 맞물려 있고, 공기공급용 이음매(83)에 접속된 공기공급덕트(82)는 공기의 유량을 조정하는 유량조정밸브(81)에 접속되어 있다. 이 유량조정밸브(81)는 공기공급덕트(82)를 거쳐 공기를 공급하기 위한 컴프레서(80)에 접속되어 있다.
또, 오일공급덕트(87)를 접속하기 위한 오일공급용 이음매(88)는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)의 오일 흡입구(16)에 맞물려 있고, 오일공급용 이음매(88)에 접속된 오일공급덕트(87)는 오일량을 측정하는 오일계량밸브(86)에 접속되어 있다. 오일계량밸브(86)는 오일공급덕트(87)를 거쳐 오일을 공급하는 오일펌프(85)에 접속되고, 오일펌프(85)로부터는 오일이 저장되어 있는 오일탱크(84)에 오일공급덕트(87)가 접속되어 있다.
또한, 물공급덕트(92)를 접속하기 위한 물공급용 이음매(93)는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)의 물 흡입구(18)에 맞물려 있고, 물공급용 이음매(93)에 접속된 물공급덕트(92)는 물의 양을 측정하는 물계량밸브(91)에 접속되어 있다. 물계량밸브(91)는 물공급덕트(92)를 거쳐 물을 공급하는 물펌프(90)에 접속되고, 물펌프(90)로부터는 물이 저장되어 있는 물탱크(89)에 물공급덕트(92)가 접속되어 있다.
다음으로, 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 공급된 공기, 오일 및 물에 의해 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1) 내에서 오일막 부착 물방울(100)이 생성되는 과정을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
우선, 컴프레서(80)로부터 공급되는 압축공기가 공기 흡입구(6)로부터 오일 스프레이 노즐(9)내로 보내진다. 또, 오일탱크(84)로부터 공급되는 오일이 오일 흡입구(16)로부터 오일흡입통로(17)를 거쳐 제 1 오일 유입구(10)로부터 오일 스프레이 노즐(9)내로 유입된다. 이 오일 스프레이 노즐(9)내로 유입된 오일은 상기 오일 스프레이 노즐(9)내에서 압축공기의 압력에 의해 안개 상태로 오일 무화실(8)내로 분출되고, 그 후, 압축공기와 함께 물 스프레이 노즐(12)내로 보내진다. 이 때, 안개 상태로 되지 않은 오일의 일부는 오일 무화실(8)의 내주면을 따라 액체 상태 그대로 제 1 바이패스통로(20)내로 유입되고, 그 후 바이패스통로 연결홈(38) 및 제 2 바이패스통로(39)를 거쳐 제 1 오일 유입홈(40) 및 제 2 오일 유입홈(41)에 유입된다.
제 1 오일 유입홈(40)내에 유입된 오일은 제 2 오일 노즐 설치부(37)에 설치된 제 2 오일 유입구(62)로부터 제 2 수적화실(61)내로 분출된다. 또, 제 2 오일 유입홈(41)에 유입된 오일은 제 2 오일 노즐 설치부(37)에 설치된 제 3 오일 유입구(63)로부터 제 2 수적화실(61)내로 분출된다.
이 때, 제 2 오일 유입구(62)의 직경은 제 3 오일 유입구(63)의 직경의 2배이고, 제 2 오일 유입구(62)는 복수의 개소(도시된 실시예의 경우 8개소)에 설치되어 있는데 반해, 제 3 오일 유입구(63)는 그 절반만 설치되어 있기 때문에, 제 3 오일 유입구(63)에는 제 2 오일 유입구(62)에 인가된 압력에 비해 높은 압력이 가해져, 제 2 오일 유입구(62)에 비해 제 3 오일 유입구(63)내로 오일이 유입되기가 어렵다. 즉, 제 2 오일 유입구(62)쪽이 제 3 오일 유입구(63)보다 오일 유입량이 더 많아지도록 구성되어 있다. 따라서, 제 2 바이패스통로(39)내의 오일은 먼저 제 2 오일 유입구(62)로부터 제 2 수적화실(61)내로 분출되고, 이어서 제 3 오일 유입구(63)로부터 제 2 수적화실(61)내로 분출되게 된다.
한편, 물탱크(89)로부터 공급되는 물이 물 흡입구(18)로부터 물흡입통로(19)를 거쳐 제 1 물 유입구(13)로부터 물 스프레이 노즐(12)내로 유입된다. 이 물 스프레이 노즐(12)내로 유입된 물은 오일 무화실(8)로부터 물 스프레이 노즐(12)내로 보내진 압축공기에 의해 물방울로 되고, 이 물방울의 표면 전체에 안개 상태로 된 오일이 오일막으로서 부착되어, 제 1 수적화실(36)에서 오일막 부착 물방울이 생성된다. 이 때에는 물방울 전부에 오일막이 부착되는 것이 아니라 오일막이 부착되지않은 물방울도 존재하고 있다.
오일막이 부착되지 않은 물방울에 대해서는, 제 1 수적화실(36)로부터 제 2 수적화실(61)로 분출되었을 때, 제 2 오일 유입구(62)로부터 유입된 오일이 오일막으로서 그 표면 전체에 부착되어 오일막 부착 물방울이 된다. 이 때, 대부분의 물방울은 오일막이 부착되어 오일막 부착 물방울이 되지만, 이 시점에서 오일막이 부착되지 않은 물방울이 약간 남아 있는 경우라도, 그 물방울에 대해서는 제 3 오일 유입구(63)으로부터 유입된 오일이 오일막으로서 부착되어 오일막 부착 물방울이 되기 때문에, 물 스프레이 노즐(12)에서 생성된 물방울은 100% 오일막 부착 물방울이 된다. 이러한 방식으로 생성된 모든 오일막 부착 물방울은, 오일막 부착 물방울 방출구(70)를 거쳐 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1) 밖으로 방출된다. 이 경우, 본 실시예에 따른 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 의해 생성되는 오일막 부착 물방울의 크기는 100㎛ ~ 200㎛ 이다.
본 실시예에 따르면, 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 의해 생성된 오일막 부착 물방울을 공작물의 피가공면에 공급하면서 가공공정을 수행하거나, 오일막 부착 물방울을 공작물의 피가공면에 공급하였을 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 공작물(103)의 표면에 오일막(104)이 생성되어 그 오일막(104)상에 오일막 부착 물방울(100)이 부착된다. 이 경우, 도 3은 오일막 부착 물방울(100) 및 오일막 부착 물방울(100)이 부착된 공작물(103) 표면에 대한 개략도이다.
다음으로, 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 의해 오일막 부착 물방울(100)을 공급하여 실시한 가공실험에 대하여 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하여설명한다. 도 4는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 의해 가공면에 오일막 부착 물방울(100)을 공급하는 상태의 개략도이고, 도 5는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 의해 가공액을 공급하여 실시한 절삭실험의 실험조건을 나타내는 목록이며, 도 6은 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 의해 가공액을 공급하여 실시한 절삭실험의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
우선, 실험방법에 있어서, 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)로부터 공작물(103)의 피가공면에 오일막 부착 물방울(100)을 공급하면서 세로형 머시닝 센터(vertical type machining center)에 의한 엔드밀 절삭가공을 수행하여 가공응력(working stress)을 측정하였다. 이 절삭가공은 엔드밀(102)에 의한 피크 피드 코너 가공(pick feed corner work)으로 수행되고, 가공응력의 측정은 공구(엔드밀(102)) 이송방향의 수평분력(PH), 피크 피드 방향의 수직분력(PV) 및 공구 축방향의 축방향분력(PZ)을 압전형 동력계(KISTER Piezo3-component dynamometer 9257B-5019A)로 측정함으로써 행하였다.
또, 실험조건으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 가공액은 오일 솔루션으로서 생분해성이므로 환경부하가 적고, 수면상에 막을 형성하기 쉬운(확장계수가 큰) 유채유(rapeseed oil)를 사용하며, 물은 수도물을 사용하였다. 가공액의 공급량으로서, 오일 솔루션은 10 mL/h, 물은 100 mL/h의 상당히 적은 양이며, 공기의 공급량에 있어서도 비교적 적은 100 NL/min 이다. 또, 피절삭재료로서는 A6063S의 듀랄루민을 사용하고, 공구로서는 공구재료가 초경 솔리드(예를 들면, 텅스텐 카바이드)인 공구지름 Φ12의 2날 엔드밀(102)을 사용하였다.
또, 가공조건으로서, 가공방향은 업커팅 및 다운커팅이다. 업커팅이란 공구의 공작물 접촉면쪽의 절삭방향과 공구의 이송방향이 동일해지는 경우, 즉 공구의 날이 공작물을 퍼올리도록 절삭하는 경우이며, 다운커팅이란 공구의 공작물 접촉면쪽의 절삭방향과 공구의 이송방향이 반대가 되는 경우, 즉 공구의 날이 공작물에 씌워지도록 절삭하는 경우이다. 가공방법은, 상기한 바와 같이, 피크 피드 가공이며, 공작물에 대한 반경방향 절삭치수는 6 mm 이고, 축방향 절삭치수는 9 mm 이다. 또, 머시닝 센터의 주축 회전수는 3000 ~ 6000 rpm 이고, 절삭속도는 113 ~ 226 m/min 이며, 이송속도는 0.052 ~ 0.106 mm/rev 이다. 이 경우, 피크 피드 가공이란, 간헐적인 방식으로 공구의 이송방향에 직각으로, 순차적으로 절삭작업을 행하는 가공방법이다.
또, 본 실험에서는 가공액을 공급하는 3가지 경우, 즉 오일의 공급을 중단하고 물만 공급하는 경우, 물의 공급을 중단하고 오일만 공급하는 경우 및 시판되는 에멀젼(KT-100 : 5%)을 플로드 공급(flood supplying)하는 경우의 가공실험을 행하여 가공액의 성능을 비교하였다.
다음으로, 상술된 조건에 의하여 실시한 가공실험의 실험결과에 대하여 설명한다. 이 가공실험에 있어서, 절삭속도(둘레속도)는 113 m/min 으로부터 226 m/min 까지, 이송속도는 0.052 mm/rev 으로부터 0.106 mm/rev 까지 변화시켰을 때의 가공응력의 측정결과를 도 6(1) 및 도 6(2)에 도시하였다. 도 6(1)은 절삭방향을 업커팅으로 설정하였을 경우의 수평분력(PH)의 측정결과를 가공액별로 비교하고 있다. 수직분력(PV)과 축방향분력(PZ)의 값은 수평분력(PH)의 값보다 작고, 가공액의 차이에 따른 변화량도 적기 때문에, 여기서는 수평분력(PH)의 측정결과를 비교하고 있다. 수평분력(PH)의 값은 가공액이 오일막 부착 물방울(100)인 경우에 가장 작고, 에멀젼인 경우, 오일만인 경우의 순서대로 값이 커지며, 물만인 경우가 가장 큰 수평분력(PH)을 나타냈다.
이 결과는 절삭속도 및 이송속도에 관계없이 동일한 결과를 나타냈다. 오일만 사용한 경우의 수평분력(PH)이 오일막 부착 물방울(100)을 사용한 경우의 수평분력(PH)보다 큰 값을 나타내는 것은 공급량이 매우 적기 때문이다. 또, 오일만을 공급한 경우에 있어서, 안개 상태로 된 오일은 미세(직경 약 10 ~ 30㎛)해져서 공작물의 피가공면에 부착되는 비율이 적으나, 오일막 부착 물방울(100)의 경우에는 그 직경이 100 ~ 200㎛ 이기 때문에, 매우 적은 공급량이더라도 물방울이 공기중에 과도하게 비산되지 않고 충분히 공작물의 피가공면에 부착되는 것으로 생각된다.
다음으로, 도 6(2)는 절삭방향을 다운커팅으로 설정하였을 경우의 수직분력(PV)의 측정결과를 가공액별로 비교하고 있다. 이 경우, 오일만을 사용하였을 경우의 수직분력(PV)은 물만 사용한 경우와 에멀젼만을 사용한 경우의 수직분력(PV)과 비교하여 작은 값을 나타내며, 업커팅의 경우와 동일한 방식으로 오일막 부착 물방울(100)을 사용하였을 경우의 수직분력(PV)이 가장 작은 값을 나타내었다. 이 경우, 가공액에 오일막 부착 물방울(100)을 사용하였을 때, 오일의 공급량을 10mL/h 보다 많게 한 경우에도 수직분력(PV)에는 큰 변화가 보이지 않았다.
상술한 바와 같이 공작물을 엔드밀에 의해 절삭가공할 때, 본 발명에 따른 오일막 부착 물방울(100)을 공작물의 피가공면에 공급하면서 절삭가공을 행하는 경우에는, 업커팅 및 다운커팅의 어느 쪽의 경우에도 가공액을 물로만, 오일로만 또는 에멀젼을 사용한 경우와 비교하여 가공응력은 낮은 값을 나타낸다는 것이 확인되었다.
또한, 피절삭재로서 연강(soft steel)을 사용한 절삭실험에 있어서, 가공액을 오일로만 하였을 경우에는 가공점부터 그을음이 발생하였으나, 가공액을 오일막 부착 물방울(100)로 하였을 경우에는 그을음이 발생하는 일이 없었다. 이것은 오일 공급량의 100배의 물이 방염작용 및 가공열의 냉각작용을 하기 때문이다.
이상과 같이 본 실시예에 대하여 상세하게 설명하였다. 본 실시예에 따른 공작물(103)의 가공시에 사용되는 가공액으로서 물방울(105)의 표면에 오일막(104)이 형성된 오일막 부착 물방울(100)을 공급하는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 있어서, 상기 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)는, 외부로부터 공급되는 오일을 공기흐름에 의하여 안개 상태로 생성하는 오일 무화실(8), 상기 오일 무화실(8)에서 안개 상태로 된 오일을 함유하는 공기흐름에 의해 외부로부터 공급되는 물을 수적화하여 물방울(105)의 표면에 오일막(104)이 형성된 오일막 부착 물방울(100)을 생성하는 수적화실(64), 상기 수적화실(64)에서 생성된 오일막 부착 물방울(100)을 외부로 방출하는 탑 노즐(4)로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 오일막 부착 물방울(100)을 효과적으로 생성하는 것이 가능하다.
또, 본 실시예에 따른 상기 수적화실(64)은 공기흐름의 상류쪽에 배치된 제 1 수적화실(36)과 하류쪽에 배치된 제 2 수적화실(61)로 구성되고, 외부로부터 공급되는 오일을 유입시키는 오일 유입구(62, 63)는 상기 제 2 수적화실(61)로 향하게 한 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 수적화실(64)을 흐르는 오일막 미형성 물방울(105)에 대해서도 다시 오일을 부착시킬 수 있어, 오일막 부착 물방울(100)의 생성율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시예에 따른 상기 오일 유입구(62, 63)는 바이패스통로(20, 39)를 거쳐 상기 오일 무화실(8)과 연통되고, 상기 오일 무화실(8)에서 안개 상태로 되지 않은 오일을 바이패스통로(20, 39)를 거쳐 오일 유입구(62, 63)에 공급하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 오일 무화실(8)에서 안개 상태로 되지 않은 액상 오일을 다시 오일 유입구(62, 63)에서 안개 상태로 만들어 사용하기 때문에, 오일막 부착 물방울(100)을 최소의 오일량으로 효과적으로 생성하는 것이 가능하다.
또, 본 실시예에 따른 상기 오일 유입구(62, 63)는 공기흐름의 상류쪽에 배치된 상류 오일 유입구(62)와 하류쪽에 배치된 하류 오일 유입구(63)로 구성되며, 상류 오일 유입구(62)쪽이 하류 오일 유입구(63)쪽보다 오일 유입량이 더 많게 하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 오일막 부착 물방울(100)의 생성율을 현저하게 높이는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에 따른 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 의해 생성되는 오일막 부착 물방울(100)은 오일이 질량이 큰 물방울(105)의 표면에 오일막(104)으로서 생성되기 때문에, 공기중에 과도하게 비산되는 일이 없다. 따라서, 공작물의 피가공면에 다량의 오일이 부착되어 공작물(103)과 가공공구의 윤활이 행하여지기 때문에, 가공정밀도의 향상 및 가공공구의 수명증대를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 화재발생의 위험성이나 인체에 대한 영향이 적고 공장환경에 악영향을 미치는 일이 없다. 또한, 오일막(104)과 함께 공작물(103)의 피가공면에 부착된 물방울(105)은 가공에 의해 발생하는 열의 냉각작용 및 화재발생 방지의 방염작용을 증대시킨다.
상술한 내용에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 제 1형태에 따르면, 공작물의 가공시에 사용되는 가공액으로서 물방울의 표면에 오일막이 형성된 오일막 부착 물방울을 공급하는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기에 있어서, 상기 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기는, 외부로부터 공급되는 오일을 공기흐름에 의하여 안개 상태로 생성하는 오일 무화실, 상기 오일 무화실에서 안개 상태로 된 오일을 함유하는 공기흐름에 의해 외부로부터 공급되는 물을 수적화하여 물방울의 표면에 오일막이 형성된 오일막 부착 물방울을 생성하는 수적화실, 상기 수적화실에서 생성된 오일막 부착 물방울을 외부로 방출하는 탑 노즐로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 오일막 부착 물방울을 효과적으로 생성하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 제 2형태에 따르면, 상기 수적화실은 공기흐름의 상류쪽에 배치된 제 1 수적화실과 하류쪽에 배치된 제 2 수적화실로 구성되고, 외부로부터 공급되는 오일을 유입시키는 오일 유입구는 상기 제 2 수적화실로 향하게 한 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 수적화실을 흐르는 오일막 미형성 물방울에 대해서도 다시 오일을 부착시킬 수 있어, 오일막 부착 물방울의 생성율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 제 3형태에 따르면, 상기 오일 유입구는 바이패스통로를 거쳐 상기 오일 무화실과 연통되고, 상기 오일 무화실에서 안개 상태로 되지 않은 오일을 바이패스통로를 거쳐 오일 유입구에 공급하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 오일 무화실에서 안개 상태로 되지 않은 액상 오일을 다시 오일 유입구에서 안개 상태로 만들어 사용하기 때문에, 오일막 부착 물방울을 최소의 오일량으로 효과적으로 생성하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 제 4형태에 따르면, 상기 오일 유입구는 공기흐름의 상류쪽에 배치된 상류 오일 유입구와 하류쪽에 배치된 하류 오일 유입구로 구성되며, 상류 오일 유입구쪽이 하류 오일 유입구쪽보다 오일 유입량이 더 많게 하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 구성함으로써, 오일막 부착 물방울의 생성율을 현저하게 높이는 것이 가능하다.
이 경우, 상술한 각 발명에 의해 생성되는 오일막 부착 물방울은 오일이 질량이 큰 물방울의 표면에 오일막으로서 생성되기 때문에, 공기중에 과도하게 비산되는 일이 없다. 따라서, 공작물의 피가공면에 다량의 오일이 부착되어 공작물과 가공공구의 윤활이 행하여지기 때문에, 가공정밀도의 향상 및 가공공구의 수명증대를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 화재발생의 위험성이나 인체에 대한 영향이 적고 공장환경에 악영향을 미치는 일이 없다. 또한, 오일막과 함께 공작물의 피가공면에 부착된 물방울은 가공에 의해 발생하는 열의 냉각작용 및 화재발생 방지의 방염작용을 증대시킨다.

Claims (4)

  1. 공작물 가공시에 사용되는 가공액으로서 물방울의 표면상에 얇은 오일막이 형성된 오일막 부착 물방울을 공급하는, 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기(1)에 있어서,
    상기 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기는 외부로부터 공급되는 오일을 공기흐름에 의해 안개 상태로 생성하는 오일 무화실(8);
    상기 오일 무화실(8)에서 안개 상태로 된 오일을 함유하는 공기흐름에 의해 외부로부터 공급되는 물을 수적화하여 물방울의 표면상에 오일막이 형성된 오일막 부착 물방울을 생성하는 수적화실(64); 및
    상기 수적화실(64)에서 생성된 오일막 부착 물방울을 외부로 방출시키는 탑 노즐(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수적화실(64)은 공기흐름의 상류쪽에 배치된 제 1 수적화실(36)과 하류쪽에 배치된 제 2 수적화실(61)로 구성되며,
    외부로부터 공급되는 오일을 유입시키는 오일 유입구(62, 63)는 상기 제 2 수적화실(61)에 향하고 있는 것을 특징으로 하는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 오일 유입구(62, 63)는 바이패스통로(20, 39)를 거쳐 상기 오일 무화실(8)과 연통되고, 상기 오일 무화실에서 안개 상태로 되지 않은 오일을 바이패스통로(20, 39)를 거쳐 오일 유입구(62, 63)에 공급하는 것을 특징으로 하는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 오일 유입구(62, 63)는 공기흐름의 상류쪽에 배치된 상류 오일 유입구(62)와 하류쪽에 배치된 하류 오일 유입구(63)로 구성되며, 상류 오일 유입구(62)쪽이 하류 오일 유입구(63)쪽보다 오일 유입량이 더 많게 하는 것을 특징으로 하는 얇은 오일막 부착 물방울 생성 혼합기.
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