JP2018015895A5

JP2018015895A5 - 内部構造体

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Publication number: JP2018015895A5
Application number: JP2017209762A
Authority: JP
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2037-05-26

Description

本発明は、収納体に収納されて、流体に対し流動特性を与える内部構造体に関する。例えば、本発明の内部構造体は、研削盤、ドリル、切削装置、等の様々な工作機械の切削液供給装置に適用されることができる。

本発明は、このような事情に鑑みて開発されたものである。本発明の目的は、その内部を流れる流体に所定の流動特性を与えて、流体の潤滑性、浸透性及び冷却効果を向上させることができる内部構造体を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、次のような構成にしてある。即ち、収納体に収納されて、流体に対し流動特性を与える内部構造体である。内部構造体は、断面が円形の共通の軸体部材上に一体化して形成されている拡散部分と、渦巻発生部分と、流動特性付与部分とを有し、拡散部分は、流入される流体を軸体部材の半径方向に拡散させ、渦巻発生部分は、拡散部分によって拡散された流体に渦巻流を発生させるように螺旋状に形成された翼を含み、流動特性付与部分は、渦巻発生部分より下流側に位置し、渦巻発生部からの渦巻流となった流体が流れる外周面に複数の突出部を有し、流体が複数の突出部間に形成された流路を通過する際に流動特性を与える。渦巻発生部分の軸方向における拡散部分の長さが、渦巻発生部分の軸方向における流動特性付与部分の長さより短く、渦巻発生部分の軸方向における渦巻発生部分の長さが、渦巻発生部分の軸方向における流動特性付与部分の長さより短い。本発明の一実施形態によれば、渦巻発生部分の軸方向における拡散部分の長さが、渦巻発生部分の軸方向における渦巻発生部分の長さより短い。また、本発明の一実施形態によれば、流動特性付与部分は、流体が流れる間に、（i）多数のマイクロバブルを発生するか、（ii）複数の流体を混合するか、（iii）流体を拡散するかの、少なくとも一つの流動特性を与える。

本発明の内部構造体を工作機械等の流体供給部に設ければ、流体供給管の内で発生した多数のマイクロバブルが工具と被加工物とにぶつかって消滅する過程において発生する振動及び衝撃によって、従来に比べて洗浄効果が向上する。これは切削刃などの工具の寿命を延長させ、工具の取換えのために消耗する費用を節減することができる。また、本発明の内部構造体によって与えられる流動特性は、流体の浸透性を向上させて冷却効果を増大させ、潤滑性を向上させると共に、加工精度を向上させることができる。

また、本発明の多数の実施形態において、内部構造体は一体化した１つの部品として製造される。従って、収納体に内部構造体を固定して組み立てる工程が単純になる。

本発明の内部構造体は、研削盤、切削機、ドリル、等の様々な工作機械にあっての加工液供給部に適用されることができる。それだけでなく、二つ以上の種類の流体（液体と液体、液体と気体、又は、気体と気体）を混合する装置にも効果的に用いることができる。また、供給される流体を拡散したり攪拌したりできる。そのため、工作機械の加工液の供給のほか、流体を供給する多様なアプリケーションに適用可能である。

そして、流体はバブル発生部２６の軸部分の外周面に規則的に形成された複数の菱形突出部の間を通る。これらの複数の菱形突出部は複数の狭い流路を形成する。流体が複数の菱形突出部によって形成された複数の狭い流路を通過することで、多数の微小な渦を発生させ、その結果、流体の混合及び拡散を誘発する。バブル発生部２６の上記構造は、異なる性質を有する二つ以上の流体を混合する場合にも有用である。

バブル発生部２６を通過した流体は流出側部材３４のテーパー部３７に進入する。テーパー部３７はバブル発生部２６に比べて流路の断面がはるかに大きい。流体はテーパー部３７を過ぎて流出口９を通じて流出され、ノズル７を通じて研削箇所Ｇに向かって吐き出される。流体がノズル７を通じて吐き出される時に、バブル発生部２６で発生した多数のマイクロバブルが大気圧に露出され、研削砥石２や被加工物３にぶつかってバブルがこわれたり爆発したりして消滅する。このようにバブルが消滅する過程で発生する振動及び衝撃は、研削箇所Ｇで発生するスラッジや切りくずを効果的に除去する。換言すれば、マイクロバブルが消滅しながら研削箇所Ｇの周囲の洗浄効果を向上させる。

図６及び図７に示されたように、流体供給管１００は、内部構造体２００を流出側部材３４に収納した後、流出側部材３４の外周面の雄ねじ３５と流入側部材３１の内周面の雌ねじ３２とを結合することによって構成される。このように組み立てられた流体供給管１００の内での流体の流動について説明する。配管６（図１参照）及び流入口８を通じて流入された流体は、流入側部材３１のテーパー部３３の空間を過ぎて流体拡散部２２にぶつかり、流体供給管１００の中心から外側に向かって（即ち、半径方向に）拡散される。拡散された流体は、渦巻発生部２４の螺旋状に形成された３個の翼の間を通過しながら、強烈な渦巻流になってバブル発生部２６に送られる。次に、流体はバブル発生部２６の軸部分の外周面に規則的に形成された複数の菱形突出部によって形成される複数の狭い流路を通過し、キャビテーション現象によって多数の微小な渦やマイクロバブルが発生する。

次に、流体はバブル発生部２６を過ぎて内部構造体２００の端部に向かって流れるが、流体がバブル発生部２６の表面に形成された複数の狭い流路から流出側部材３４のテーパー部３７に流れると、流路が急激に広くなり、コアンダ（Ｃｏａｎｄａ）効果が発生する。コアンダ効果は、流体を曲面の周囲で流せば流体と曲面との間の圧力低下によって流体が曲面に吸い寄せられることによって流体が曲面に沿って流れる現象を称する。このようなコアンダ効果によって、流体は誘導部２０２の表面に沿って流れるように誘導される。ドーム形態の誘導部２０２によって中心に向かって誘導された流体はテーパー部３７を過ぎて流出口９を通じて流出される。流体供給管１００から吐き出される流体は、コアンダ効果によって刃物や被加工物の表面によく張り付くようになる。これは流体による冷却効果を増加させる。

図１０に示されたように、流体供給管１１０は、内部構造体２１０を流出側部材３４に収納した後、流出側部材３４の外周面の雄ねじ３５と流入側部材３１の内周面の雌ねじ３２とを結合することによって構成される。このように組み立てられた流体供給管１１０の内での流体の流動について説明する。配管６（図１参照）及び流入口８を通じて流入された流体は、流入側部材３１のテーパー部３３の空間を過ぎて流体拡散部２２にぶつかり、流体供給管１１０の中心から外側に向かって拡散される。拡散された流体は、渦巻発生部２４の螺旋状に形成された３個の翼の間を通過しながら、強烈な渦巻流になってバブル発生部２６に送られる。次に、流体はバブル発生部２６の軸部分の外周面に規則的に形成された複数の菱形突出部によって形成される複数の狭い流路を通過し、キャビテーション現象によって多数の微小な渦やマイクロバブルが発生する。

次に、流体はバブル発生部２６を過ぎて内部構造体２１０の端部に向かって流れるが、コアンダ効果によって、流体は誘導部２１２の表面に沿って流れるようになる。誘導部２１２によって中心に向かって誘導された流体はテーパー部３７を過ぎて流出口９を通じて流出される。第２の実施形態に関連して説明したように、流体供給管１１０から吐き出される流体は、コアンダ効果によって刃物や被加工物の表面によく張り付くようになることによって、冷却効果を増加させる。

Claims

収納体に収納されて、流体に対し流動特性を与える内部構造体であって、
内部構造体は、断面が円形の共通の軸体部材上に一体化して形成されている拡散部分と、渦巻発生部分と、流動特性付与部分とを有し、
拡散部分は、流入される流体を軸体部材の半径方向に拡散させ、
渦巻発生部分は、拡散部分によって拡散された流体に渦巻流を発生させるように螺旋状に形成された翼を含み、
流動特性付与部分は、渦巻発生部分より下流側に位置し、渦巻発生部からの渦巻流となった流体が流れる外周面に複数の突出部を有し、流体が複数の突出部間に形成された流路を通過する際に流動特性を与え、
渦巻発生部分の軸方向における拡散部分の長さが、渦巻発生部分の軸方向における流動特性付与部分の長さより短く、渦巻発生部分の軸方向における渦巻発生部分の長さが、渦巻発生部分の軸方向における流動特性付与部分の長さより短いことを特徴とする、
内部構造体。
渦巻発生部分の軸方向における拡散部分の長さが、渦巻発生部分の軸方向における渦巻発生部分の長さより短いことを特徴とする、
請求項１に記載の内部構造体。
拡散部分は、円錐形に形成されている内部構造体の一端部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内部構造体。
拡散部分は、ドーム形に形成されている内部構造体の一端部であることを特徴とする請求項1又は２に記載の内部構造体。
渦巻発生部分は、三つの翼を含み、翼の各々は、その先端が軸部分の円周方向に互いに１２０°ずつずらしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内部構造体。
流動特性付与部分は、円形の断面を有する軸部分と、その外周面に多数の菱形の突出部とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の内部構造体。
多数の菱形の突出部は網状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の内部構造体。
内部構造体は、流動特性付与部分より下流側に、流体を流れの中心に向かって誘導する誘導部分を更に含み、拡散部分、渦巻発生部分、流動特性付与部分とともに、誘導部分は、共通の軸体部材上に一体的化して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内部構造体。
誘導部分は、ドーム形に形成されている内部構造体の一端部であることを特徴とする請求項８に記載の内部構造体。
誘導部分は、円錐形に形成されている内部構造体の一端部であることを特徴とする請求項８に記載の内部構造体。
流動特性付与部分は、流体が流れる間に、（i）多数のマイクロバブルを発生するか、（ii）複数の流体を混合するか、（iii）流体を拡散するかの、少なくとも一つの流動特性を与えることを特徴とする請求項1又は２に記載の内部構造体。
請求項１から１１のいずれかの内部構造体が収納された収納体に、冷却液を流入し、所定の流動特性を与えてから工具や被加工物に吐出させて、冷却するようにした工作機械。
請求項１から１１のいずれかの内部構造体が収納された収納体に、水や湯を流入し、所定の流動特性を与えてから吐出させるようにして洗浄効果を高めるようにしたシャワーノズル。
請求項１から１１のいずれかの内部構造体が収納された収納体に、複数の異なる特性の流体を流入し、所定の流動特性を与えて、この複数の流体を混合したのち吐出させるようにした流体混合装置。