JP2000257982A - 低温ガス発生装置及びそれを用いた冷風加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの研削或いは切削する際に好適な低温
ガスを生成できる低温ガス発生装置を提供する。 【解決手段】 低温ガス発生装置３は、それぞれコンプ
レッサ、コンデンサ、減圧装置及び冷却器などから冷媒
回路が構成され、各冷却器における冷媒の蒸発温度がそ
れぞれ異なる複数の冷却装置６７、９と、エアーコンプ
レッサ４にて空気が圧送される冷風配管６と、この冷風
配管に設けられ、各冷却器とそれぞれ熱交換することに
より、冷風配管内を流れる空気を冷却する複数の熱交換
器６８、２１とを備え、冷風配管内を流れる空気の上流
側に蒸発温度の高い冷却器と熱交換する熱交換器を配置
し、下流側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換
器を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温ガスを効率よ
く生成でき、特に、ワークを砥石研削若しくは刃具切削
する加工冶具に冷風を供給するに好適な低温ガス発生装
置及びそれを用いた冷風加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般的に実施されている砥石研削
（或いは刃具切削）加工においては、研削オイルを研削
位置（或いは切削位置などの加工点）に供給しながらワ
ークの研削加工を行う湿式研削加工と、大気雰囲気下で
加工を行う乾式研削加工が実施されていた。この場合、
後者の乾式研削加工では、オイルを使用しないために加
工面が研削熱の影響を直接受け、研削焼けや研削割れが
生じやすくなる。

【０００３】一方、前者の湿式研削加工においてはオイ
ルを用いるために潤滑効果、冷却効果、洗浄効果が発揮
されるが、オイルによる環境破壊の問題が生じやすくな
る。

【０００４】そこで、例えば特開平１０−８６０３６号
公報の如く、加工点に−３０℃以下の冷風と植物オイル
を供給し、冷風とオイルミストの周囲にはエアーカーテ
ンを形成しながら切削加工を行う方法が開発されてい
る。係る方法によれば、研削熱によるワークの研削焼け
や割れの発生を抑えられると共に、オイルミストの飛散
も回避できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、前記公報では
図示されていない冷凍サイクル（冷却装置）にて−３０
℃以下の冷風を生成するとしているが、冷却装置の冷凍
能力は、図５に示す如く蒸発温度に比例して小さくなる
ため、単純に−３０℃以下まで冷却する冷却装置では極
めて効率が悪くなる。

【０００６】また、加工点に供給すべき冷風は、ワーク
の材質や研削の度合い、研削時間や精度、或いは、研削
の工程などによってその最適な温度が異なって来るが、
前記公報の如き構成では供給冷風を適温に制御すること
が困難であった。

【０００７】更に、前記公報ではエアーカーテンにて冷
風やオイルの飛散を回避しようとしていたが、この種研
削加工においては加工点からオイルが激しく飛び散るた
め、エアーカーテンでは飛散を抑止する効果は余り期待
できない問題もあった。

【０００８】本発明は、係る従来の技術的課題を解決す
るために成されたものであり、ワークの研削或いは切削
する際に好適な低温ガスを生成できる低温ガス発生装置
及びそれを用いた冷風加工装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の低温ガス発生装
置は、それぞれコンプレッサ、コンデンサ、減圧装置及
び冷却器などから冷媒回路が構成され、各冷却器におけ
る冷媒の蒸発温度がそれぞれ異なる複数の冷却装置と、
ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路
と、この流路に設けられ、各冷却器とそれぞれ熱交換す
ることにより、流路内を流れるガスを冷却する複数の熱
交換器とを備え、流路内を流れるガスの上流側に蒸発温
度の高い冷却器と熱交換する熱交換器を配置し、下流側
に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換器を配置し
たことを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、それぞれコンプレッサ、
コンデンサ、減圧装置及び冷却器などから冷媒回路が構
成され、各冷却器における冷媒の蒸発温度がそれぞれ異
なる複数の冷却装置と、ガス圧縮装置にて冷却媒体とな
るガスが圧送される流路と、この流路に設けられ、各冷
却器とそれぞれ熱交換することにより、流路内を流れる
ガスを冷却する複数の熱交換器とから低温ガス発生装置
を構成すると共に、流路内を流れるガスの上流側に蒸発
温度の高い冷却器と熱交換する熱交換器を配置し、下流
側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換器を配置
したので、流路内を圧送されるガスの温度を複数の冷却
装置によって段階的に低下させることができるようにな
り、極めて効率良く低温ガスを生成することができるよ
うになると共に、ガス温度も安定し、温度制御の精度も
向上させることが可能となる。

【００１１】請求項２の発明の低温ガス発生装置は、上
記において流路の最も上流側に設けられる熱交換器と熱
交換する冷却器における冷媒の蒸発温度を、０℃付近に
設定したことを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明によれば、上記に加えて流
路の最も上流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却
器における冷媒の蒸発温度を、０℃付近に設定したの
で、この最も上流側に位置する熱交換器において、流路
内を圧送されるガス中の水分は凝結し、除去される。こ
れにより、大なる熱負荷となるガス中の水分の影響を解
消して一層効率の良い低温ガスの生成を達成することが
可能となる。

【００１３】請求項３の発明の低温ガス発生装置は、上
記においてガス圧縮装置から吐出されたガスと熱交換す
る放熱器と、最も上流に設けられる熱交換器において凝
結したガス中の水分を放熱器或いはガス圧縮装置に送給
するドレン水路とを設けたことを特徴とする。

【００１４】請求項３の発明によれば、上記に加えてガ
ス圧縮装置から吐出されたガスと熱交換する放熱器と、
最も上流に設けられる熱交換器において凝結したガス中
の水分を放熱器或いはガス圧縮装置に送給するドレン水
路とを設けたので、熱交換器にて収集したガス中の水分
を放熱器やガス圧縮装置に送ってそこを通過するガスや
ガス圧縮装置自体を冷却することが可能となり、更なる
運転効率と性能向上を図ることができるようになるもの
である。

【００１５】請求項４の発明の低温ガス発生装置は、上
記各発明において流路の下流側に設けられる熱交換器と
熱交換する冷却器を備えた冷却装置は、二段圧縮式の冷
却装置であることを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明によれば、上記各発明に加
えて流路の下流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷
却器を備えた冷却装置を、二段圧縮式の冷却装置とした
ので、流路内を圧送されるガスの最終到達温度を極めて
低い値まで低下させることができるようになる。

【００１７】請求項５の発明の低温ガス発生装置は、上
記各発明においてガス圧縮装置から吐出され、流路にて
冷却される以前の高温ガスと、流路にて冷却された後の
低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置
は、高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手
段を備えていることを特徴とする。

【００１８】請求項５の発明によれば、上記各発明に加
えてガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以
前の高温ガスと、流路にて冷却された後の低温ガスとを
混合する混合装置を備え、この混合装置には、高温ガス
と低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を設けたの
で、この温度調節手段によって高温ガスと低温ガスの混
合比を任意に可変し、混合装置から供給される低温ガス
の温度を所望の値に制御することができるようになるも
のである。

【００１９】請求項６の発明の低温ガス発生装置は、ガ
ス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路
と、この流路内を流れるガスを冷却する冷却手段と、ガ
ス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高
温ガスと流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する
混合装置を備え、この混合装置は、高温ガスと低温ガス
の混合比を調整する温度調節手段を備えていることを特
徴とする。

【００２０】請求項６の発明によれば、ガス圧縮装置に
て冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路内
を流れるガスを冷却する冷却手段と、ガス圧縮装置から
吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと流路に
て冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を設
け、この混合装置には、高温ガスと低温ガスの混合比を
調整する温度調節手段を設けたので、この温度調節手段
によって高温ガスと低温ガスの混合比を任意に可変し、
混合装置から供給される低温ガスの温度を所望の値に制
御することができるようになるものである。

【００２１】請求項７の発明の冷風加工装置は、加工冶
具を加工点に接触させてワークの加工を行うものであっ
て、上記混合装置にて混合されたガスを加工点に供給し
ながら加工を行うことを特徴とする。

【００２２】請求項７の発明によれば、加工冶具を加工
点に接触させてワークの加工を行う冷風加工装置におい
て、上記混合装置にて混合されたガスを加工点に供給し
ながら加工を行うようにしたので、加工点における発熱
を抑制して研削（切削）焼けや割れなどの発生を未然に
回避することができるようになる。特に、混合装置によ
り、ワークの材質や加工度合い、加工時間、精度或いは
加工の工程などに応じて供給する低温ガスの温度を所望
の値に制御することができるようになり、より精度と効
率の良い冷風加工を実現することが可能となる。

【００２３】請求項８の発明の冷風加工装置は、上記に
おいてガスを加工点に供給するガス吐出口と、オイルを
加工点に供給するオイル吐出口とを有したノズルを備
え、このノズルには加工点付近におけるガス及びオイル
を回収する回収機を設けたことを特徴とする。

【００２４】請求項８の発明によれば、上記に加えてガ
スを加工点に供給するガス吐出口と、オイルを加工点に
供給するオイル吐出口とを有したノズルを備え、このノ
ズルには加工点付近におけるガス及びオイルを回収する
回収機を設けたので、加工中のオイル及び低温ガスの飛
散を効果的に抑制することが可能となり、環境汚染防止
に寄与できるできるようになるものである。

【００２５】請求項９の発明の冷風加工装置は、上記に
おいて回収機にて回収したガスをガス圧縮装置に吸い込
ませることを特徴とする。

【００２６】請求項９の発明によれば、上記に加えて回
収機にて回収したガスをガス圧縮装置に吸い込ませるよ
うにしたので、ノズルから吐出された低温ガスの熱エネ
ルギーを回収し、ガス圧縮効率の改善を図ることが可能
となるものである。

【００２７】請求項１０の発明の冷風加工装置は、上記
において冷却媒体となるガスとして不活性ガスを用いる
ことを特徴とする。

【００２８】請求項１０の発明によれば、上記に加えて
冷却媒体となるガスとして不活性ガスを用いるようにし
たので、加工点におけるワークや加工冶具の加工面の酸
化を防止できるようになり、加工精度の向上を図ること
が可能となると共に、加工後のワークの後処理も簡素化
することができるようになる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態を詳述する。図１は本発明を適用した冷風加工装置
１の構成図を示し、図２は冷風加工装置１のノズル２の
断面図を示している。この冷風加工装置１は低温ガス発
生装置３を備えている。

【００３０】図１において、低温ガス発生装置３は、冷
却媒体のガスとして空気を冷却して冷風を生成ものであ
り、ガス圧縮装置としてのスクロール式のエアーコンプ
レッサ４と、流路としての冷風配管６と、実施例では二
台設けられた冷却装置６７、９と、温風配管１１と、混
合装置１２などから構成されている。

【００３１】エアーコンプレッサ４は電動機１３により
駆動され、吸込フィルタ１４と除湿用熱交換器６９を介
して空気（ガス）を吸引し、圧縮して放熱器１６に吐出
する。吐出された空気は放熱器１６にて放熱した後、空
気タンク１７に一旦入り、その後、冷風配管６と温風配
管１１とに分流され、それぞれ圧送される。尚、８２は
空気タンク１７に設けられたタンク水抜きバルブであ
る。

【００３２】この冷風配管６には先ずタンクドレンバル
ブ８３を備えた除湿機８１が設けられると共に、次ぎに
空気の上流側から熱交換器６８及び熱交換器２１が交熱
的に取り付けられ、冷風配管６は各熱交換器６８及び２
１内を順次通過した後、冷風量調整バルブ２２を経て最
終的に温風配管１１と合流する。また、この温風配管１
１にも温風量調整バルブ２３が接続された後、最後に冷
風配管６に合流する。これら配管６、１１及びバルブ２
２、２３によって前記混合装置１２が構成される。

【００３３】前記冷却装置６７は、ロータリコンプレッ
サ７１、コンデンサ７２（これらでコンデンシングユニ
ットが構成される）、キャピラリチューブ７３、７４
（減圧装置）、電磁弁７６、冷却器７７、７８などから
成る。前記コンデンサ７３はロータリコンプレッサ７１
の吐出側に接続され、キャピラリチューブ７３はコンデ
ンサ７２の出口に接続されると共に、キャピラリチュー
ブ７３の出口は分岐して、一方はキャピラリチューブ７
４に、他方は電磁弁７６に接続されている。

【００３４】そして、電磁弁７６は冷却器７８の入口に
接続され、冷却器７８の出口はキャピラリチューブ７４
の出口に接続されている。前記冷却器７８は除湿用熱交
換器６９内に交熱的に設けられると共に、除湿用熱交換
器６９にはドレンバルブ７９が設けられている。

【００３５】キャピラリチューブ７４と冷却器７８との
接続点は次ぎに冷却器７７の入口に接続され、冷却器７
７の出口がロータリコンプレッサ７１の吸込側に接続さ
れている。そして、前記冷却器７７は熱交換器６８内に
交熱的に設けられている。尚、８４は熱交換器６８の下
流側の冷風配管６に設けられたドレンバルブである。

【００３６】前記ロータリコンプレッサ７１が運転され
ると、吐出された冷媒はコンデンサ７２にて凝縮され、
キャピラリチューブ７３にて減圧された後、キャピラリ
チューブ７４と電磁弁７６方向に分流される。電磁弁７
６を経た冷媒は冷却器７８に流入して蒸発する。このと
きに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮する。

【００３７】また、キャピラリチューブ７４に分流され
た冷媒はそこで更に減圧された後、冷却器７８からの冷
媒と合流して冷却器７７に流入し、そこで蒸発する。こ
のときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮するもので
ある。

【００３８】前記冷却器７８における冷媒の蒸発温度は
０℃付近に設定されている。また、冷却器７７は前述の
如く最も上流の熱交換器６８内に交熱的に設けられると
共に、この冷却器７７における冷媒の蒸発温度は−５℃
付近に設定されている。

【００３９】前記冷却装置９は、ロータリコンプレッサ
３７、コンデンサ３８（これらでコンデンシングユニッ
トが構成される）、キャピラリチューブ３９（減圧装
置）及び冷却器４１などから成り、これらは順次環状に
配管接続されて周知の冷媒回路が構成されている。この
ロータリコンプレッサ３７が運転されると、吐出された
冷媒はコンデンサ３８にて凝縮され、キャピラリチュー
ブ３９にて減圧された後、冷却器４１に流入して蒸発す
る。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮する
ものである。

【００４０】そして、冷却器４１は前記最も下流の熱交
換器２１内に交熱的に設けられると共に、この冷却器４
１における冷媒の蒸発温度は−３５℃付近に設定されて
いる。尚、８６は熱交換器２１の下流側の冷風配管６に
接続されたドレンバルブ８６である。

【００４１】また、前記混合装置１２は温度調節手段を
構成する図示しない制御装置によって前記冷風量調整バ
ルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度がそれぞれ制御
され、それによって、冷風配管６からの冷風と、温風配
管１１からの温風（常温より数℃高い）の混合比が調整
される。係る混合比の調整により、混合装置１２から吹
き出される冷風（混合空気）の温度は所望の温度に調節
される。

【００４２】そして、係る混合装置１２にはノズル２が
接続され、このノズル２によって冷風加工部４３に供給
される。尚、４２は冷風加工部４３に設けられた研削
（旋削）冶具（加工冶具）であり、加工点においてワー
ク４４を研削するものである。

【００４３】前記ノズル２は図２に示される如く冷風吐
出口４６と、オイル（潤滑油）吐出口４７と、回収機４
８とから構成されている。そして、この冷風吐出口４６
が前記混合装置１２に連通接続され、オイル吐出口４７
は図示しない潤滑油供給源に接続される。また、回収機
４８にはフィルタ及びオイル分離機を前段に備えた吸引
ポンプ４９が接続されており、吸引ポンプ４９の吹き出
し側は前記吸込フィルタ１４に連通されている。

【００４４】以上の構成で次に動作を説明する。冷風加
工装置１の低温ガス発生装置３に電源が投入されると、
電動機１３が起動され、エアーコンプレッサ４が駆動開
始する。これによって、冷風配管６には空気が圧送され
始めるが、この駆動開始時にドレンバルブ８４及び８６
を開放する。それによって、冷風配管６内の水分を排出
する。その後、ドレンバルブ８４、８６は閉じられる。

【００４５】これらドレンバルブ８４、８６を閉じた
後、前記制御装置は各冷却装置６７及び９のロータリコ
ンプレッサ７１及び３７を起動し、冷却器７８により除
湿用熱交換器６９を０℃付近に冷却すると共に、上流側
の熱交換器６８は−５℃付近、下流側の熱交換器２１は
−３５℃付近に冷却する。

【００４６】吸込フィルタ１４を介して吸引された空気
中の水分は、除湿用熱交換器６９を通過する際に凝結
し、タンクドレンバルブ７９を介して排出除去される。
従って、以後の冷却の際に最も大なる熱負荷となる空気
中の水分の影響を解消することが可能となる。

【００４７】このように除湿された空気はエアーコンプ
レッサ４にて圧縮されて放熱器１６に吐出される。そし
て、この放熱器１６内を経て空気タンク１７に至り、冷
風配管６と温風配管１１とに分流される。冷風配管６に
圧送された空気は、除湿機８１を経て最初に熱交換器６
８内に入り、そこを通過する過程で−５℃付近まで冷却
される。

【００４８】更に、この熱交換器６８を出た−５℃付近
の冷気は、次に最下流の熱交換器２１に入り、そこを通
過する過程で−３５℃付近まで冷却されて混合装置１２
の冷風量調整バルブ２２に至る。尚、制御装置は電磁弁
７６を２０分程度開き、５分程度閉じる動作を繰り返
す。これにより、冷却器７８への霜付きを防止する。

【００４９】このように、本発明ではそれぞれロータリ
コンプレッサ７１、３７、コンデンサ７２、３８、キャ
ピラリチューブ７３、７４、３９及び冷却器７７、７
８、４１から冷媒回路が構成された冷却装置６７、９に
より、エアーコンプレッサ４に入る空気の温度を０℃付
近に冷却した後、更に、冷風配管６内を圧送される空気
の温度を−５℃付近、−３５℃付近と段階的に低下させ
て行って最終的に−３５℃付近の冷気を生成するように
したので、極めて効率良く冷気を生成することができる
ようになると共に、冷気の温度も安定し、後述する温度
制御の精度も向上させることが可能となる。

【００５０】一方、温風配管１１に分流されて圧送され
る空気は温風量調整バルブ２３に至る。混合装置１２の
制御装置は冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２
３の開度をそれぞれ制御し、これら冷風量調整バルブ２
２及び温風量調整バルブ２３に到達した冷気（−３５℃
付近）及び空気（常温より数℃高い）の混合比を調整す
る。そして、係る混合比の調整により、２〜３気圧で例
えば−１０℃〜−３０℃の所望温度の冷気を生成し、混
合装置１２からノズル２に吹き出す。

【００５１】混合装置１２から吐出された冷気はノズル
２に供給され、冷風吐出口４６から冷風として加工点に
吹き出される。また、ノズル２のオイル吐出口４７から
はオイルが加工点に供給されるので、これら冷風とオイ
ルによって加工点における発熱を抑制し、研削（切削）
焼けや割れなどの発生を抑制する。

【００５２】尚、混合装置１２の制御装置は冷風量調整
バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度を調整するこ
とにより、このときのワーク４４の材質や加工度合い、
加工時間、精度に適した温度の冷風を供給する（制御装
置に予め設定する）。また、加工の工程によっても予め
設定されたタイマ制御で冷風の温度を調整する。これに
より、より精度と効率の良い冷風加工を実現する。

【００５３】また、冷風吐出口４６及びオイル吐出口４
７から吐出された冷気とオイルは、加工点付近から回収
機４８の吸引ポンプ４９にて吸引・回収される。回収さ
れた冷気中のオイルはフィルタ及びオイル分離機にて塵
埃とオイルが分離され、冷気のみとなって吸込フィルタ
１４に送られる。

【００５４】係る回収動作によって、加工中のオイル及
び冷気の飛散を効果的に抑制することが可能となり、環
境汚染防止に寄与できるできるようになる。また、回収
機４８にて回収された空気は吸込フィルタ１４、除湿用
熱交換器６９を経てエアーコンプレッサ４に吸い込まれ
るので、ノズル２から吐出された冷気の熱エネルギーを
回収し、低温ガス発生装置３の運転効率の改善が図られ
る。

【００５５】次ぎに、図３は本発明の他の実施例の低温
ガス発生装置３を備えた冷風加工装置１の構成図を示し
ている。尚、この図において図１、図２と同符号で示す
ものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。図
３における低温ガス発生装置３も冷却媒体のガスとして
の空気を冷却して冷風を生成ものであり、ガス圧縮装置
としてのスクロール式のエアーコンプレッサ４と、流路
として冷風配管６と、実施例では三台設けられた冷却装
置７、８、９と、温風配管１１と、混合装置１２などか
ら構成されている。

【００５６】エアーコンプレッサ４は電動機１３により
駆動され、吸込フィルタ１４を介して空気（ガス）を吸
引し、圧縮して放熱器１６に吐出する。吐出された空気
は放熱器１６にて後述する如くドレン水により冷却され
た後、空気タンク１７に一旦入り、その後、冷風配管６
と温風配管１１とに分流され、それぞれ圧送される。

【００５７】この冷風配管６には空気の上流側から熱交
換器１８、熱交換器１９及び熱交換器２１が交熱的に取
り付けられており、冷風配管６は各熱交換器１８、１９
及び２１内を順次通過した後、冷風量調整バルブ２２を
経て最終的に温風配管１１と合流する。また、この温風
配管１１にも温風量調整バルブ２３が接続された後、最
後に冷風配管６に合流する。これら配管６、１１及びバ
ルブ２２、２３によって前記混合装置１２が構成され
る。

【００５８】前記冷却装置７は、ロータリコンプレッサ
２４、コンデンサ２６（これらでコンデンシングユニッ
トが構成される）、自動膨張弁２７（減圧装置）及び冷
却器２８などから成り、これらは順次環状に配管接続さ
れて周知の冷媒回路が構成されている。このロータリコ
ンプレッサ２４が運転されると、吐出された冷媒はコン
デンサ２６にて凝縮され、膨張弁２７にて減圧された
後、冷却器２８に流入して蒸発する。このときに周囲か
ら熱を奪って冷却作用を発揮するものである。

【００５９】そして、冷却器２８は前記最も上流の熱交
換器１８内に交熱的に設けられると共に、この冷却器２
８における冷媒の蒸発温度は０℃付近に設定されてい
る。また、熱交換器１８には冷風配管６中を圧送される
空気から滴下したドレン水を受けて放熱器１６に送給す
るドレン水路２９が設けられており、このドレン水路２
９には自動ドレンバルブ３１が介設されている。

【００６０】前記冷却装置８は、ロータリコンプレッサ
３２、コンデンサ３３（これらでコンデンシングユニッ
トが構成される）、キャピラリチューブ３４（減圧装
置）及び冷却器３６などから成り、これらは順次環状に
配管接続されて周知の冷媒回路が構成されている。この
ロータリコンプレッサ３２が運転されると、吐出された
冷媒はコンデンサ３３にて凝縮され、キャピラリチュー
ブ３４にて減圧された後、冷却器３６に流入して蒸発す
る。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮する
ものである。

【００６１】そして、冷却器３６は前記最も上流の熱交
換器１８の次の下流側の熱交換器１９内に交熱的に設け
られると共に、この冷却器３６における冷媒の蒸発温度
は−２０℃付近に設定されている。

【００６２】前記冷却装置９は、ロータリコンプレッサ
３７、コンデンサ３８（これらでコンデンシングユニッ
トが構成される）、キャピラリチューブ３９（減圧装
置）及び冷却器４１などから成り、これらは順次環状に
配管接続されて周知の冷媒回路が構成されている。この
ロータリコンプレッサ３７が運転されると、吐出された
冷媒はコンデンサ３８にて凝縮され、キャピラリチュー
ブ３９にて減圧された後、冷却器４１に流入して蒸発す
る。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮する
ものである。

【００６３】そして、冷却器４１は前記最も下流の熱交
換器２１内に交熱的に設けられると共に、この冷却器４
１における冷媒の蒸発温度は−３５℃付近に設定されて
いる。

【００６４】また、前記混合装置１２は温度調節手段を
構成する制御装置によって前記冷風量調整バルブ２２と
温風量調整バルブ２３の開度がそれぞれ制御され、それ
によって、冷風配管６からの冷風と、温風配管１１から
の温風（常温より数℃高い）の混合比が調整される。係
る混合比の調整により、混合装置１２から吹き出される
冷風（混合空気）の温度は所望の温度に調節される。

【００６５】そして、係る混合装置１２には同様にノズ
ル２が接続され、このノズル２によって冷風加工部４３
に供給されることになる。尚、ノズル２の構造は前述同
様であり、回収機４８にはフィルタ及びオイル分離機を
前段に備えた吸引ポンプ４９が接続され、吸引ポンプ４
９の吹き出し側は前記エアーコンプレッサ４の吸込フィ
ルタ１４に連通されている。

【００６６】以上の構成で次にこの場合の冷風加工装置
１の動作を説明する。冷風加工装置１の低温ガス発生装
置３に電源が投入されると、電動機１３が起動され、エ
アーコンプレッサ４が駆動開始する。また、各冷却装置
７、８及び９のロータリコンプレッサ２４、３２及び３
７も起動し、冷却器２８により最上流の熱交換器１８を
０℃付近に冷却すると共に、次段の熱交換器１９は−２
０℃付近、最下流の熱交換器２１は−３５℃付近に冷却
する。

【００６７】吸込フィルタ１４を介して吸引された空気
は、エアーコンプレッサ４にて圧縮されて放熱器１６に
吐出される。そして、この放熱器１６内を経て空気タン
ク１７に至り、冷風配管６と温風配管１１とに分流され
る。冷風配管６に圧送された空気は、最初に熱交換器１
８内に入り、そこを通過する過程で０℃付近まで冷却さ
れる。

【００６８】係る冷却によって冷風配管６内を圧送され
る空気中の水分は凝結し、除去される。従って、以後の
冷却の際に最も大なる熱負荷となる空気中の水分の影響
を解消することが可能となる。

【００６９】そして、このときに冷風配管６中を圧送さ
れる空気から滴下したドレン水はドレン水路２９に受容
され、自動ドレンバルブ３１の開放によって放熱器１６
に送給される。これにより、放熱器１６を通過する空気
を冷却することができるようになり、運転効率と性能向
上が図られる。

【００７０】尚、この実施例ではドレン水路２９にて放
熱器１６にドレン水を送給したが、それに限らず、エア
ーコンプレッサ４の周囲に送給してエアーコンプレッサ
４自体を直接冷却しても良い。

【００７１】そして、最上流の熱交換器１８を出た０℃
付近の冷気は次に熱交換器１９に入り、そこを通過する
過程で−２０℃付近まで冷却される。更に、この熱交換
器１９を出た−２０℃付近の冷気は、次に最下流の熱交
換器２１に入り、そこを通過する過程で−３５℃付近ま
で冷却されて混合装置１２の冷風量調整バルブ２２に至
る。

【００７２】このように、この場合の実施例ではそれぞ
れロータリコンプレッサ２４、３２、３７、コンデンサ
２６、３３、３８、自動膨張弁２７、キャピラリチュー
ブ３４、３９及び冷却器２８、３６、４１から冷媒回路
が構成された冷却装置７、８、９により、冷風配管６内
を圧送される空気の温度を０℃付近、−２５℃付近、−
３５℃付近と段階的に低下させて行って最終的に−３５
℃付近の冷気を生成するようにしたので、極めて効率良
く冷気を生成することができるようになると共に、冷気
の温度も安定し、後述する温度制御の精度も向上させる
ことが可能となる。

【００７３】そして、温風配管１１に分流されて圧送さ
れる空気は温風量調整バルブ２３に至る。混合装置１２
の制御装置は冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ
２３の開度をそれぞれ制御し、これら冷風量調整バルブ
２２及び温風量調整バルブ２３に到達した冷気（−３５
℃付近）及び空気（常温より数℃高い）の混合比を調整
する。そして、同様に係る混合比の調整により、２〜３
気圧で例えば−１０℃〜−３０℃の所望温度の冷気を生
成し、混合装置１２からノズル２に吹き出す。

【００７４】混合装置１２から吐出された冷気はノズル
２に供給され、冷風吐出口４６から冷風として加工点に
吹き出される。また、ノズル２のオイル吐出口４７から
はオイルが加工点に供給されるので、これら冷風とオイ
ルによって加工点における発熱を抑制し、研削（切削）
焼けや割れなどの発生を抑制する。

【００７５】尚、この場合も混合装置１２の制御装置は
冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度を
調整することにより、このときのワーク４４の材質や加
工度合い、加工時間、精度に適した温度の冷風を供給す
る（制御装置に予め設定する）。また、加工の工程によ
っても予め設定されたタイマ制御で冷風の温度を調整す
る。これにより、より精度と効率の良い冷風加工を実現
する。

【００７６】また、冷風吐出口４６及びオイル吐出口４
７から吐出された冷気とオイルは、加工点付近から回収
機４８の吸引ポンプ４９にて吸引・回収される。回収さ
れた冷気中のオイルはフィルタ及びオイル分離機にて塵
埃とオイルが分離され、冷気のみとなってエアーコンプ
レッサ４の吸込フィルタ１４に送られる。

【００７７】係る回収動作によって、加工中のオイル及
び冷気の飛散を効果的に抑制することが可能となり、環
境汚染防止に寄与できるできるようになる。また、回収
機４８にて回収された空気は吸込フィルタ１４を経てエ
アーコンプレッサ４に吸い込まれるので、ノズル２から
吐出された冷気の熱エネルギーを回収し、低温ガス発生
装置３の運転効率の改善が図られる。

【００７８】次に、図４は本発明のもう一つの他の実施
例の低温ガス発生装置３を備えた冷風加工装置１の構成
図を示している。尚、この図において図１、図２と同一
符号は同一若しくは同様の機能を奏するものとする。こ
の場合、前記図３の実施例における冷却装置８と冷却装
置９及び熱交換器１９と熱交換器２１は二段圧縮機ユニ
ットを構成する一台の冷却装置５１と熱交換器６６に置
き換えられている。そして、この熱交換器６６は熱交換
器１８の下流側の冷風配管６に設けられている。

【００７９】前記冷却装置５１は、ロータリコンプレッ
サ６１、コンデンサ６２（これらで高圧側コンデンシン
グユニットを構成する）、キャピラリチューブ６３及び
冷却器６４から冷媒回路が構成された高圧側ユニット５
３と、ロータリコンプレッサ５４、コンデンサ５６（こ
れらで低圧側コンデンシングユニットを構成する）、キ
ャピラリチューブ５７及び冷却器５８から冷媒回路が構
成された低圧側ユニット５２とから構成されており、高
圧側ユニット５３の冷却器６４と低圧側ユニット５２の
コンデンサ５６とが中間熱交換器５９にて交熱的に添設
された構成とされている。

【００８０】高圧側ユニット５３のロータリコンプレッ
サ６１が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ６
２にて凝縮され、キャピラリチューブ６３にて減圧され
た後、冷却器６４に流入して蒸発する。このときに周囲
から熱を奪って冷却作用を発揮し、中間熱交換器５９を
冷却する。一方、低圧側ユニット５２のロータリコンプ
レッサ５４が運転されると、吐出された冷媒はコンデン
サ５６に中間冷却器５９を介し、冷却器６４から冷却さ
れて凝縮され、キャピラリチューブ５７にて減圧された
後、冷却器５８に流入して蒸発する。このときに周囲か
ら熱を奪って冷却作用を発揮し、熱交換器６６を冷却す
る。

【００８１】このように、低圧側ユニット５２のコンデ
ンサ５６は中間熱交換器５９にて低温に冷却されるの
で、低圧側ユニット５２内に例えばＲ４０４Ａ冷媒など
の比熱比が高く、沸点の低い冷媒を封入し、熱交換器６
６における蒸発温度を−４５℃付近まで低下させること
ができるようになるものである。これによって、より温
度の低い冷風を生成することが可能となる。

【００８２】尚、上記各実施例では空気を冷却媒体とし
てのガスとして使用したが、例えば窒素やヘリウムなど
の不活性ガスを用いることもできる。係る不活性ガスを
用い低温に冷却して冷風として吹き付ければ、加工点に
おけるワーク４４や研削冶具４２の加工面の酸化を防止
できるようになり、加工精度を向上させ、加工後のワー
ク４４の後処理も簡素化することができるようになる。

【００８３】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、それ
ぞれコンプレッサ、コンデンサ、減圧装置及び冷却器な
どから冷媒回路が構成され、各冷却器における冷媒の蒸
発温度がそれぞれ異なる複数の冷却装置と、ガス圧縮装
置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流
路に設けられ、各冷却器とそれぞれ熱交換することによ
り、流路内を流れるガスを冷却する複数の熱交換器とか
ら低温ガス発生装置を構成すると共に、流路内を流れる
ガスの上流側に蒸発温度の高い冷却器と熱交換する熱交
換器を配置し、下流側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換
する熱交換器を配置したので、流路内を圧送されるガス
の温度を複数の冷却装置によって段階的に低下させるこ
とができるようになり、極めて効率良く低温ガスを生成
することができるようになると共に、ガス温度も安定
し、温度制御の精度も向上させることが可能となる。

【００８４】請求項２の発明によれば、上記に加えて流
路の最も上流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却
器における冷媒の蒸発温度を、０℃付近に設定したの
で、この最も上流側に位置する熱交換器において、流路
内を圧送されるガス中の水分は凝結し、除去される。こ
れにより、大なる熱負荷となるガス中の水分の影響を解
消して一層効率の良い低温ガスの生成を達成することが
可能となる。

【００８５】請求項３の発明によれば、上記に加えてガ
ス圧縮装置から吐出されたガスと熱交換する放熱器と、
最も上流に設けられる熱交換器において凝結したガス中
の水分を放熱器或いはガス圧縮装置に送給するドレン水
路とを設けたので、熱交換器にて収集したガス中の水分
を放熱器やガス圧縮装置に送ってそこを通過するガスや
ガス圧縮装置自体を冷却することが可能となり、更なる
運転効率と性能向上を図ることができるようになるもの
である。

【００８６】請求項４の発明によれば、上記各発明に加
えて流路の下流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷
却器を備えた冷却装置を、二段圧縮式の冷却装置とした
ので、流路内を圧送されるガスの最終到達温度を極めて
低い値まで低下させることができるようになる。

【００８７】請求項５の発明によれば、上記各発明に加
えてガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以
前の高温ガスと、流路にて冷却された後の低温ガスとを
混合する混合装置を備え、この混合装置には、高温ガス
と低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を設けたの
で、この温度調節手段によって高温ガスと低温ガスの混
合比を任意に可変し、混合装置から供給されるガスの温
度を所望の値に制御することができるようになるもので
ある。

【００８８】請求項６の発明によれば、ガス圧縮装置に
て冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路内
を流れるガスを冷却する冷却手段と、ガス圧縮装置から
吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと流路に
て冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を設
け、この混合装置には、高温ガスと低温ガスの混合比を
調整する温度調節手段を設けたので、この温度調節手段
によって高温ガスと低温ガスの混合比を任意に可変し、
混合装置から供給される低温ガスの温度を所望の値に制
御することができるようになるものである。

【００８９】請求項７の発明によれば、加工冶具を加工
点に接触させてワークの加工を行う冷風加工装置におい
て、上記混合装置にて混合されたガスを加工点に供給し
ながら加工を行うようにしたので、加工点における発熱
を抑制して研削（切削）焼けや割れなどの発生を未然に
回避することができるようになる。特に、混合装置によ
り、ワークの材質や加工度合い、加工時間、精度或いは
加工の工程などに応じて供給する低温ガスの温度を所望
の値に制御することができるようになり、より精度と効
率の良い冷風加工を実現することが可能となる。

【００９０】請求項８の発明によれば、上記に加えてガ
スを加工点に供給するガス吐出口と、オイルを加工点に
供給するオイル吐出口とを有したノズルを備え、このノ
ズルには加工点付近におけるガス及びオイルを回収する
回収機を設けたので、加工中のオイル及び低温ガスの飛
散を効果的に抑制することが可能となり、環境汚染防止
に寄与できるできるようになるものである。

【００９１】請求項９の発明によれば、上記に加えて回
収機にて回収したガスをガス圧縮装置に吸い込ませるよ
うにしたので、ノズルから吐出された低温ガスの熱エネ
ルギーを回収し、ガス圧縮効率の改善を図ることが可能
となるものである。

【００９２】請求項１０の発明によれば、上記に加えて
冷却媒体となるガスとして不活性ガスを用いるようにし
たので、加工点におけるワークや加工冶具の加工面の酸
化を防止できるようになり、加工精度の向上を図ること
が可能となると共に、加工後のワークの後処理も簡素化
することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低温ガス発生装置を適用した冷風加工
装置の構成図である。

【図２】図１の冷風加工装置のノズルの断面図である。

【図３】本発明の他の実施例の低温ガス発生装置を適用
した冷風加工装置の構成図である。

【図４】本発明のもう一つの他の実施例の低温ガス発生
装置を適用した冷風加工装置の構成図である。

【図５】冷却装置の冷凍能力と蒸発温度の関係を示す図
である。

【符号の説明】

１ 冷風加工装置 ２ ノズル ３ 低温ガス発生装置 ４ エアーコンプレッサ ６ 冷風配管 ７、８、９、５１、６７ 冷却装置 １１ 温風配管 １２ 混合装置 １６ 放熱器 １８、１９、２１、６６、６８ 熱交換器 ２２ 冷風量調整バルブ ２３ 温風量調整バルブ ２４、３２、３７、５４、６１、７１ ロータリコンプ
レッサ ２６、３３、３８、５６、６２、７２ コンデンサ ２７ 自動膨張弁 ３４、３９、５７、６３、７３、７４ キャピラリチュ
ーブ ２８、３６、４１、５８、６４、７７、７８ 冷却器 ４２ 研削冶具 ４３ 冷風加工部 ４４ ワーク ５２ 低圧側ユニット ５３ 高圧側ユニット ５９ 中間熱交換器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれコンプレッサ、コンデンサ、減
   圧装置及び冷却器などから冷媒回路が構成され、前記各
   冷却器における冷媒の蒸発温度がそれぞれ異なる複数の
   冷却装置と、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧
   送される流路と、この流路に設けられ、前記各冷却器と
   それぞれ熱交換することにより、流路内を流れるガスを
   冷却する複数の熱交換器とを備え、前記流路内を流れる
   ガスの上流側に蒸発温度の高い前記冷却器と熱交換する
   前記熱交換器を配置し、下流側に蒸発温度の低い冷却器
   と熱交換する熱交換器を配置したことを特徴とする低温
   ガス発生装置。
2. 【請求項２】 流路の最も上流側に設けられる熱交換器
   と熱交換する冷却器における冷媒の蒸発温度を、０℃付
   近に設定したことを特徴とする請求項１の低温ガス発生
   装置。
3. 【請求項３】 ガス圧縮装置から吐出されたガスと熱交
   換する放熱器と、最も上流に設けられる熱交換器におい
   て凝結したガス中の水分を前記放熱器或いはガス圧縮装
   置に送給するドレン水路とを設けたことを特徴とする請
   求項２の低温ガス発生装置。
4. 【請求項４】 流路の下流側に設けられる熱交換器と熱
   交換する冷却器を備えた冷却装置は、二段圧縮式の冷却
   装置であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請
   求項３の低温ガス発生装置。
5. 【請求項５】 ガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷
   却される以前の高温ガスと、前記流路にて冷却された後
   の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置
   は、前記高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調
   節手段を備えていることを特徴とする請求項１、請求項
   ２、請求項３又は請求項４の低温ガス発生装置。
6. 【請求項６】 ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが
   圧送される流路と、この流路内を流れるガスを冷却する
   冷却手段と、前記ガス圧縮装置から吐出され、前記流路
   にて冷却される以前の高温ガスと前記流路にて冷却され
   た後の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合
   装置は、前記高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温
   度調節手段を備えていることを特徴とする低温ガス発生
   装置。
7. 【請求項７】 加工冶具を加工点に接触させてワークの
   加工を行う加工装置において、請求項５又は請求項６の
   混合装置にて混合されたガスを前記加工点に供給しなが
   ら加工を行うことを特徴とする冷風加工装置。
8. 【請求項８】 ガスを加工点に供給するガス吐出口と、
   オイルを前記加工点に供給するオイル吐出口とを有した
   ノズルを備え、このノズルには前記加工点付近における
   ガス及びオイルを回収する回収機を設けたことを特徴と
   する請求項７の冷風加工装置。
9. 【請求項９】 回収機にて回収したガスをガス圧縮装置
   に吸い込ませることを特徴とする請求項８の冷風加工装
   置。
10. 【請求項１０】 冷却媒体となるガスとして不活性ガス
    を用いることを特徴とする請求項７、請求項８又は請求
    項９の冷風加工装置。