JP2004255494A

JP2004255494A - 機械の温度調節システム

Info

Publication number: JP2004255494A
Application number: JP2003047441A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Sawada; 潔沢田; Tomohiko Kawai; 知彦河合
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】機械内部の発熱源付近をも恒温化ができ、簡単でかつ低コストで構築できる温度調整システムを得る。
【解決手段】コンプレッサー２で圧縮された空気を温度調節器３で高精度に温度制御する。温度制御された圧縮空気は配管４を介して機械１の空気軸受けや機械１内に多数配置された吐出口から吐出される。機械のカバー７内の加工エリアは温度制御された圧縮空気により精度の高い恒温室となる。カバー７の隙間等から漏れた圧縮空気はパテーション６内を充満し恒温室となる。さらにパテーションから漏れた空気は、室５内を充満し通常レベルの恒温室となる。圧縮空気によって生じる圧力差を利用して恒温室を順次形成し、かつ、温度制御された圧縮空気が直接加工エリアに吐出されるから、機械及び加工エリアは温度変動幅が小さい高精度に制御された温度となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノオーダの加工や測定を行う工作機械や測定器等の機械に対する温度調整システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナノオーダの加工や測定を行う工作機械や測定器等の超精密な機械においては、周囲温度の影響が加工精度、測定精度に現れ、加工形状や測定形状が変化する。この周囲温度の変化の影響を防止するために、精密な温度制御が必要とされている。
図２は、超精密な機械に対する従来の温度調節システムの概要図である。機械１０は、恒温室１３内に設けられたさらに精度の高い精密恒温室１４内に配置されている。外部の空気が温度調節器１１で、温度調整した空気を恒温室１３内に送り込み、恒温室１３内の温度を例えば±１°Ｃ程度の変動幅に保持する。
【０００３】
さらに、温度調節器１２によって恒温室１３内の空気を取り込み、精密恒温室１４に送り込み、その空気温度を制御して精密恒温室１４の温度の変動幅を例えば±０．１°Ｃ程度に保持するようにしている。
機械を制御する制御装置１５等の熱を発生する機器は、機械を格納する精密恒温室１４の外の恒温室１３内に配置し、又、発熱体の作業者１６も恒温室１３内に配置し、該作業者１６や制御装置１５等から発生する熱が機械１０に影響を与えないようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の温度調整システムでは、恒温室１３と温度調節器１１及び精密恒温室１４と温度調節器１２との組からなる、２系統の空調設備と恒温室を必要とする。特に精密な温度制御する恒温室１４はコストや設置面積がかかるだけではなく、機械周囲の環境温度を恒温に保持することができても、機械内部の各種センサやモータ等のアクチュエータなどの発熱源付近をも恒温化することは困難である。さらに、精密な温度制御（例えば温度変動幅が±０．０１°Ｃ程度）を行うとすれば、さらに温度調節器を設け恒温室をさらに設ける必要があり、ますます温度調節システムの構築が困難となる。
そこで、本発明の目的は、簡単でかつ機械内部の発熱源付近をも恒温化ができ低コストで構築できる温度調整システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械の温度調節システムであって、外気を圧縮して温度調節器に導入する手段と、該温度調節器で温度調節された圧縮空気を前記機械の内部に直接導入する手段とを備え、前記温度調節された圧縮空気を吐出する空気吐出口又は空気吐出孔が前記機械内に設けられるものである。又、前記機械にカバーが装着され、前記圧縮空気が前記カバー内を充満し、該カバーから漏れ出す構成とした。さらに、機械を覆い、前記機械の作業者との間を仕切る子部屋を備え、前記圧縮空気が前記子部屋を経由して外部に漏れるように構成した。又、前記機械は空気軸受けを有し、前記圧縮空気が前記空気軸受けから排出されるようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態の概要図である。
この実施形態では、温度制御対象の機械や測定器として、超精密な加工を行う工作機械１とし、この工作機械１に温度調整システムを適用した例である。工作機械１は室５内に配置され機械カバー７で囲われており、さらに通常作業者９が存在する位置とパテーション６で隔離した子部屋内に配置されている。又、工作機械を制御する数値制御装置等の制御装置８は、パテーション６の外で室５内に配置されている。
【０００７】
この工作機械１には、あらゆる箇所に空気配管４が施され、該空気配管からの空気吐出口又は吐出孔がこの工作機械１のあらゆる箇所に多数設けられている。又、この工作機械１の空気軸受けにもこの空気配管から圧縮空気が供給されるようになっている。
【０００８】
設置室５の外部には、外気を取り込み圧縮空気を作るコンプレッサー２が設けられ、この圧縮された空気は室５内でパテーション６の外に配置された圧縮空気温度調節器３に送り込まれ、該圧縮空気温度調節器３によって圧縮空気の温度を精密に調整する。設定温度から例えば±０．０１°Ｃ程度の温度変動範囲に温度調節する。精密に温度調整された圧縮空気は配管４を通り、工作機械１の空気軸受けや該工作機械１のあらゆる箇所に配置された空気吐出口又は吐出孔から吐出される。特に、工作機械１の内部に配設されたモータや各種センサの電子回路等の発熱源に対しては、空気吐出口又は吐出孔から吐出される圧縮空気がこの発熱源を通り機械の外に排出されるように空気吐出口又は吐出孔が設けられている。
【０００９】
温度調節された圧縮空気は配管４を通って工作機械１内に排出され、カバー７で囲まれた加工エリア内は圧縮空気で充満されることになる。このカバー７内の加工エリアが圧縮空気で充満されることによって、このカバー７内の加工エリアを吐出される圧縮空気の温度の変動幅と同程度の温度変動幅（±０．０１°Ｃ）に温度制御され恒温化される。そして、加工エリア内はパテーション６で囲まれた子部屋内よりも圧力が高くなることから、圧縮空気はカバー７の隙間等からパテーション６で囲まれた子部屋内の空間に漏れる。パテーション６で囲まれた小部屋の空間は、この漏れた圧縮空気で充満されることになる。その結果、パテーション６で囲まれた空間も恒温化（例えば、温度変動幅が±０．１°Ｃ程度）されることになる。
【００１０】
パテーション６で囲まれた小部屋の空間も圧縮空気の流入で気圧が高くなることから、パテーション６の隙間等を通って空気は室５内に流れ出す。この流れ出した空気によって、室５内も恒温化されることになる。
すなわち、コンプレッサー２で圧縮され温度調節器３で温度調節された空気は、配管４から工作機械１の内部に吐出され、カバー７内の加工エリアを充満し、該加工エリアからパテーション６で囲まれた小部屋の空間に流れ込み、さらにパテーション６で囲まれた小部屋の空間から室５内に流れ込み、室５から外部に流れ出す。このような空気の流れを圧縮空気によって発生する圧力差によって形成するものである。
【００１１】
カバー７の内部の加工エリアは温度調節器３で温度調節された圧縮空気が配管から直接吐出される領域であるから、温度調節器３での温度調節の変動誤差範囲程度（±０．０１°Ｃ）となり、高精度の恒温室を形成することができる。又、パテーション６で囲まれた小部屋の空間は、加工エリアから流れ出した空気で充満されるものであるから、周囲温度の影響を受けて温度変動幅が、例えば±０．１°Ｃ程度の恒温室を形成する。さらに、室５は作業者９や制御装置８等の発熱源の影響や外部温度の影響を受けて通常レベルの恒温室（温度変動範囲±１°Ｃ程度）を形成する。なお、この室５内の温度はさらに温度調節器を設けて所定の温度でその温度変動範囲が例えば±１°Ｃ程度になるように調整するようにしてもよい。
【００１２】
すなわち、前述したように圧縮空気は、カバー７内の加工エリア→パテーション６内の小部屋→室５内→外部へと流れるもので、下流に行くほど外部からの影響を受けて温度の変動範囲が増大するが、温度変動幅が大きい恒温室内に順次温度変動幅が小さい恒温室を形成していることから、最内部の加工エリアでは、該加工エリア外部からの影響が少なく、かつ、該加工エリア内に温度調整された圧縮空気が直接吐出されるものであるから、精度高い恒温室を形成できるものである。
【００１３】
上述した実施形態では、ナノオーダの加工精度が要求される超精密な加工を行う工作機械に適用した例を述べたが、このような機械以外にも超精密な測定精度を必要とする測定器等にも適用できるものである。
【００１４】
又、上述した実施形態では、空気軸受けを有する機械の例を説明した。空気軸受けを有する場合、圧縮空気はこの空気軸受けのために必ず必要なものであり、コンプレッサーは必ず備えるものである。このコンプレッサーを利用することによって、空気軸受け用と温度調整用とに利用できるものであり、その設備を簡素化できコストを低下させることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、圧縮空気の温度調節器を設けるだけで、２〜３重の恒温室を設けた場合と同レベルの温度環境を得ることができ、しかも温度調整対象物内部の発熱源付近をも恒温化することができる。又、コストを低減させることができると共に、設置面積が少なくてすみ、かつ、温度性能も向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概要図である。
【図２】従来の温度調節システムの概要図である。
【符号の説明】
１，１０機械
４配管
５，１３室
６パテーション
７カバー
８，１５制御装置
９，１６作業者

Claims

機械の温度調節システムであって、
外気を圧縮して温度調節器に導入する手段と、
該温度調節器で温度調節された圧縮空気を、前記機械の内部に直接導入する手段とを備え、
前記温度調節された圧縮空気を吐出する空気吐出口又は空気吐出孔が前記機械内に設けられていることを特徴とする機械の温度調節システム。
前記機械にカバーが装着され、前記圧縮空気が前記カバー内に充満し、該カバーから漏れ出す構成とした請求項１に記載の機械の温度調節システム。
前記機械を覆い、前記機械の作業者との間を仕切る子部屋を備え、前記圧縮空気が前記子部屋を経由して外部に漏れるように構成した請求項１又は請求項２に記載の機械の温度調節システム。
前記機械は空気軸受けを有し、前記圧縮空気が前記空気軸受けから排出されるようにした請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の機械の温度調節システム。