JP2004068825A - 空気静圧軸受の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気静圧軸受に供給する圧縮空気の温度制御装置をコンパクトで低コストで構成できる空気静圧軸受の温度制御方法。
【解決手段】工作機械が設置された室温の空気を空気取り入れ口２０より取り入れる。この空気は、フィルタ２１、フィルタ２２、ファインドライヤ２３を介し、かつレギュレータ２４で圧力調整され圧縮空気となり、温度制御装置１０に入力される。温度制御装置１０のコントローラ１５は、温度センサ１４の検出温度に基づいて、ヒータ１２をオン／オフ制御し設定目標温度に制御する。圧縮空気は空気静圧軸受で断熱膨張し、温度低下する。この低下した空気温度が室温と同じになるように温度制御装置１０の上記設定目標温度としておく。温度変化はないから、熱変形が生ぜず超精度の加工ができる。温度制御装置１０は、圧縮空気を温める手段しか必要がないので、低コスト、コンパクトに構成できる。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超精密加工を行う工作機械や超高精度な測定をする測定器に用いられる空気静圧軸受部の温度制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナノメータ・オーダの超精密加工を行う工作機械等の加工機や測定器においては、加工機や測定器の設置されている周囲温度の変化が加工精度、測定精度に影響を与える。そのため、この超精密加工機等は恒温室内に配置されて使用される。又、この超精密加工機や測定器においては、その軸受部に空気静圧軸受が用いられている。これは、空気静圧軸受が摩擦等による発熱がなく、供給空気自体が熱を吸収し排出することから熱による機械の変形は少ないことによる。しかし、ナノメータ・オーダの超精密加工、測定を行うことから、熱の影響を極力排除する必要があり、空気静圧軸受に供給する圧縮空気の温度制御を行っている（例えば特開２００２−１３９０３８号公報）。
【０００３】
この圧縮空気の温度制御の場合、ペルチェ素子などを用いて発熱・冷却の両方の温度制御を行うのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ペルチェ素子などの発熱・冷却を伴う媒体は高価であり製造コストを高くするという欠点がある。又、冷却構造に必要となるヒートシンクやファンなどの放熱部品、手段を必要とし、これによりさらに製造コストを高くする。又、このような放熱部品、手段を必要とすることから、超精密加工や測定を行う工作機械等の加工機や測定器のダウンサイズ化にとっても不利である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気静圧軸受の温度制御方法であって、前記空気静圧軸受に供給する圧縮空気の温度を上昇させる側のみの制御、例えばヒータのオン・オフ制御等を行う温度調整手段を設け、該温度調整手段により前記圧縮空気を所定温度に上昇させて空気静圧軸受部に供給し、該空気静圧軸受部における断熱冷却現象による圧縮空気の冷却とにより空気静圧軸受部の圧縮空気温度を一定に制御する。この温度調整手段で制御する圧縮空気の目標温度は、周囲温度に前記断熱冷却現象による圧縮空気温度低下分を加算した温度とし、空気静圧軸受で断熱冷却したときの空気温度を空気静圧軸受が用いられている機械の設置周囲温度と一致するようにする。特にこの温度制御方法は、空気静圧軸受を適用した工作機械又は測定器に適用する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の原理説明図である。本発明で用いられる発熱体２の冷却機構１は、空気５が流れる流路３と、該流路３上の断面積が小さくなった絞り部４で形成され、圧縮空気５を高圧側（図１において右側）から供給すると、絞り部４を通過したこの圧縮空気５は断熱膨張することによって、その温度が低下し、発熱体を冷却することになる。
【０００７】
本発明は、上述した断熱膨張による空気の温度低下を利用して空気静圧軸受部の温度を制御するものである。
空気静圧軸受は、断面積が小さい絞り部の空気通路より軸受部の空間に圧縮空気を供給する。そのため、軸受部に供給された圧縮空気は断熱膨張することによって温度が低下し、空気静圧軸受部を冷却することになる。そこで、該空気静圧軸受の周囲温度、すなわち、この空気静圧軸受を用いている工作機械等の加工機や測定器の設置周囲温度に、この断熱膨張によって低下する温度変化分に相当する温度を加算した温度に制御して、圧縮空気を空気静圧軸受部に供給すれば、空気静圧軸受部で供給圧縮空気は断熱膨張して温度低下し、加工機等の設置周囲温度と同一となる。その結果、加工機回りの温度は一定に保持され、温度変化による熱変形を抑え超精密加工を可能とする。
【０００８】
すなわち、本発明では、空気静圧軸受に供給する圧縮空気の温度制御手段としては温度を上昇させるだけの温度調整手段だけでよく、空気静圧軸受自体が有する断熱膨張による、圧縮空気の断熱冷却を利用して、空気静圧軸受部及び該空気静圧軸受を有する加工機等全体の温度を周囲温度と一致するように制御するものである。
【０００９】
図２は、本発明の空気温度制御方法を適用する供給圧縮空気温度制御の一実施形態の要部ブロック図である。
温度制御装置１０は、直流電源１１、一対のヒータ１２，熱交換機１３，温度センサ１４、コントローラ１５、圧力計１６で構成されている。該温度制御装置１０の熱交換機１３にはレギュレータ２４で圧力調整された圧縮空気が入力され、該熱交換機１３で温度制御された圧縮空気５が空気出口２５から工作機械や測定器等の機械の空気静圧軸受に出力されている。又、ラインフィルタ２１、ミクロミストフィルタ２２、ファインドライヤ２３が順に接続され、該ファインドライヤ２３の出力がレギュレータ２４に入力されている。
【００１０】
空気取り入れ口２０から、取り入れられた機械周囲の空気は、ラインフィルタ２１で塵芥が除去され、又、ミクロミストフィルタ２２で切削液等のミスト状物質が除去され、ファインドライヤ２３で乾燥された後、レギュレータ２４により圧力調整がなされ、安定した所定圧力の圧縮空気を温度制御装置１０の熱交換機１３に送り込まれる。
【００１１】
温度制御装置１０では、熱交換機１３に取り付けた温度センサ１４によって検出された空気温度に基づいて、コントローラ１５が、直流電源を制御してヒータ１２のオン／オフ制御を行い、熱交換機１３を通過する圧縮空気の温度を設定目標温度に制御し、該温度制御された圧縮空気を空気出口２５より機械の空気静圧軸受に供給する。なお、空気出口２５近傍の圧縮空気の圧力は圧力計１６で検出される。
【００１２】
コントローラ１５によるオン／オフ制御は、ヒータ１２のオン、オフのデューティ又は波高値を制御することにより、もしくは、オン、オフのデューティと波高値の双方を制御することによって設定目標温度に制御する。
目標温度としては、この圧縮空気の供給を受ける空気静圧軸受を備えた工作機械や測定器等の機械が設置された箇所の周囲温度に、空気静圧軸受部での断熱膨張により低下する分に相当する温度を加算した温度とする。すなわち、圧縮空気５が空気静圧軸受に供給され、断熱膨張し断熱膨張により温度低下した空気温度がこの設置場所の周囲温度と一致するように、実験等によって目標温度を求め設定する。
【００１３】
以上のように、温度制御装置１０には、圧縮空気を周囲温度より上昇させる方向にのみ制御する手段しか有さず、圧縮空気温度を低下させるように制御する手段は備えていない。このため、構成が簡単で、低コスト、コンパクトで設置スペースも小さくてすむものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の空気静圧軸受に供給する空気の温度制御方法は、空気温度を温めるのみの手段しか備えず、空気温度を下げるための手段を必要としないので、その分、製造コストが低下し、かつコンパクトで、設置スペースも小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の空気温度制御方法を適用する供給圧縮空気の温度制御の一実施形態の要部ブロック図である。
【符号の説明】
１　冷却機構
２　発熱体
３　流路
４　絞り部
１０　温度制御装置
１２　ヒータ
１４　温度センサ
１６　圧力計
２０　空気取り入れ口
２１　ラインフィルタ
２２　ミクロミストフィルタ
２３　ファインドライヤ
２４　レギュレータ
２５　空気出口

Claims (5)

1. 空気静圧軸受の温度制御方法であって、前記空気静圧軸受に供給する圧縮空気の温度を上昇させる側のみの制御を行う温度調整手段により、前記圧縮空気を所定温度に上昇させて空気静圧軸受部に供給し、該空気静圧軸受部における断熱冷却現象による圧縮空気の冷却とにより空気静圧軸受部の圧縮空気温度を一定に制御することを特徴とする空気静圧軸受の温度制御方法。
2. 前記温度調整手段は空気を加熱するヒータをオン・オフ制御する手段で構成されている請求項１記載の空気静圧軸受の温度制御方法。
3. 前記温度調整手段で制御する圧縮空気の目標温度は、周囲温度に前記断熱冷却現象による圧縮空気温度低下分を加算した温度とした請求項１又は請求項２に記載の空気静圧軸受の温度制御方法。
4. 請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の空気静圧軸受の温度制御方法を空気静圧軸受部に適用した工作機械。
5. 請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の空気静圧軸受の温度制御方法を空気静圧軸受部に適用した測定器。

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