JP2008119808A - シール装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主軸装置21内部の温度を検出するための温度検出センサ4a、4bと、主軸装置21外部の温度を検出するための温度検出センサ4cと、主軸22の回転速度を検出するための回転速度検出センサ5と、主軸装置21内へ圧縮エアを供給するためのエア供給装置2と、各センサ4a、4b、4c、5と電気的に接続され、各センサにおいて検出される主軸装置21内部の温度、主軸装置21外部の温度、及び主軸22の回転速度にもとづいて、エア供給装置2による主軸装置21内への圧縮エアの供給の要否を制御する制御装置3とを備えた。
【選択図】図1
Description
また、圧力検出センサを用いることにより、主軸回転中におけるラビリンス部等の圧力を検出して、常に正圧となるようにラビリンス部へエアを供給することにより、主軸内部への異物の侵入を防止しようとするものもある(たとえば、特許文献2)。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、制御手段が、第一温度検出手段、及び第二温度検出手段による温度検出を周期的に行い、前回の検出値と今回の検出値との差にもとづいて、流体供給手段による回転体装置内への圧縮性流体の供給の要否を制御することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、流体供給手段において、回転体装置内へ供給する圧縮性流体の流量を制御可能としたことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、制御手段が、第一温度検出手段及び第二温度検出手段による検出値をもとに流体供給手段による圧縮性流体の供給時間を決定し、前記圧縮性流体の供給を開始してから前記供給時間の経過をもって前記圧縮性流体の供給を停止することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、流体供給手段に、圧縮性流体を貯留可能な圧縮性流体貯留手段と、該圧縮性流体貯留手段内における圧縮性流体の圧力を測定可能な圧力計とを備え、前記圧縮性流体貯留手段にて圧縮性流体の圧力を調整可能としたことを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明によれば、制御手段が、第一温度検出手段、及び第二温度検出手段による温度検出を周期的に行い、前回の検出値と今回の検出値との差にもとづいて、流体供給手段による回転体装置内への圧縮性流体の供給の要否を制御するため、より適正な圧縮性流体の供給動作を行うことができ、ひいては消費する圧縮性流体の低減等といった省エネ化を実現することができる。
さらに、請求項3に記載の発明によれば、流体供給手段において、回転体装置内へ供給する圧縮性流体の流量を制御可能としているため、回転体装置の状態に応じてより適正な対応をとることができる。
さらにまた、請求項4に記載の発明によれば、制御手段が、第一温度検出手段及び第二温度検出手段による検出値をもとに流体供給手段による圧縮性流体の供給時間を決定し、圧縮性流体の供給を開始してから供給時間の経過をもって圧縮性流体の供給を停止するようにしている。したがって、圧縮性流体の供給に係る制御が容易なものとなり、圧縮性流体の供給開始直前の温度を検出した後には、第一温度検出手段、第二温度検出手段等への電力供給を停止して、無駄な電力消費を抑えることができる。また、圧縮性流体の供給を確実に停止させることができ、圧縮性流体を必要以上に供給するといった事態も生じず、更なる省エネ化を実現することができる。
加えて、請求項5に記載の発明によれば、流体供給手段に、圧縮性流体を貯留可能な圧縮性流体貯留手段と、該圧縮性流体貯留手段内における圧縮性流体の圧力を測定可能な圧力計とを備え、圧縮性流体貯留手段にて圧縮性流体の圧力を調整可能としている。したがって、制御手段が補助電源を備えていれば、たとえ停電等によりコンプレッサーが停止した場合であっても、圧縮性流体の供給を行うことができ、回転体装置内への異物の侵入を防止することができる。
シール装置1は、主軸(回転体)22を回転可能に軸支してなる主軸装置(回転体装置)21に対し、主軸装置21内部への異物を含んだ外気の侵入を防止するためのものであって、主軸装置21内へ圧縮エア(圧縮性流体)を供給するためのエア供給装置(流体供給手段)2と、エア供給装置2によるエア供給動作及び主軸装置21における主軸22の回転動作を制御する制御装置(制御手段)3とを備えてなる。
まず、制御装置3の電源がONされる(S1)と、制御装置3は、各種設定(たとえば、温度検出センサ4a等により各種パラメータを検出する周期となるサンプリング周期、主軸最高回転速度、主軸装置21へ圧縮エアを供給するタイミングを決定する回転速度減速比、温度に係るパラメータ等)を読み込む。次に、各種検出センサ4a、4b、4c、5によるデータの計測を開始し(S2)、主軸22の前側を支持する軸受24近傍の温度、主軸22の後側を支持する軸受24近傍の温度、主軸装置21外部の温度、及び主軸22の回転速度が制御装置3に入力される。そして、S3において、上記データの計測回数が予め設定されている計測回数に到達したか否かが判断され、到達していない場合には、再びS2へ戻り、各種データの計測を行う。尚、S2におけるデータ計測は、予め設定されたサンプリング周期毎に行われる。
S3にて判断する計測回数とは、サンプリング周期毎に計測した各種データを平均化する周期である。サンプリング周期毎に計測されるデータは、図3(a)に示す如く、1℃程度の幅で変動している場合があるため、圧縮エア供給の要否を判別する精度を向上させるためには、データの平均化等の処理が必要となる。図3(a)の波形は、主軸22を最高回転速度で回転させている状態から停止させた際の温度変化を示しており、最高回転速度で回転している状態にあっては、主軸装置21の内部温度は飽和状態にある。そして、主軸22の停止とともに温度が下がり始め、温度の減少量Δtemp1が飽和状態における温度の数%になるまでの時間をΔt1とする。この減少量Δtemp1は、主軸装置21へ圧縮エアの供給を開始する設定値であり、任意に決定可能であるが、1〜5%以内とするのが好ましい。ここで、各種データを計測するサンプリング周期がΔt1以上になると圧縮エアを供給するタイミングが遅れてしまうため、サンプリング周期はΔt1以下とする必要がある。つまり、サンプリング周期は「Δt1/計測回数(S3にて判断する予め設定された計測回数)」となるため、計測回数は「Δt1/サンプリング周期」で決定されることになる。また、判別精度の向上のため、S4において主軸装置21内部の計測温度に対する移動平均フィルタ、1次遅れフィルタなどの処理を行い、その結果にもとづいて下記S5及びS6における判断を行う。
図3(b)において、主軸装置21の内部温度が飽和状態にある場合には、主軸22が最高回転速度で回転し続けているため、S5の条件が満たされない。ここで、主軸22の回転を停止させると温度が急に下がり始めるため、S5の条件が満たされ、S6へすすむことになる。そして、前回の主軸内部温度上昇値と現在(今回S4にて算出した)の主軸内部温度上昇値との差量Δtemp2が、圧縮エアの供給を開始するとして予め定められた設定値(たとえば、「前回の主軸内部温度上昇値」×0.05)を満たしているか否かを判断し、満たしている場合には、S7へすすむ。一方、差量Δtemp2が設定値に満たない場合、S9へとすすみ、制御装置3の電源がOFFでなければ、S2へ戻る。このように制御装置3では、主軸装置21内部の温度にもとづき、圧縮エアの供給の要否を決定している。
主軸装置21内部の温度が主軸装置21外部の温度と比較して15℃上昇している状態で制御装置3の電源がOFFされた場合を考える。主軸装置21内部の温度低下は、1次遅れ系の次式(1)で推定することができるため、図5に示したような曲線に沿って減少すると考えられる。
Temp1 = Temp0 × exp(−t/T) ・・・ (1)
(Temp0:現在の主軸内部温度状況値、t:時間、T:時定数)
したがって、上記式(1)にもとづいて、図5に示すΔtemp5が、圧縮エアの供給を停止するとして予め定められた設定値(たとえば、Temp0×0.9)となる時間を推定することができる。そこで、制御装置3は、上記式(1)をもとに算出した時間を圧縮エアの供給時間として算出する(S23)とともに、算出した供給時間を方向制御弁7に取り付けられているタイマー9へ出力する。
さらに、補助バッテリーにより制御を行う場合には、主軸装置21内部の温度低下を上記式(1)にもとづいて推定し、該推定結果にもとづいて圧縮エアの供給時間を算出して、圧縮エアの供給を行うようにしている。したがって、圧縮エアの供給に係る制御が容易なものとなり、各種温度センサ4a、4b、4c等への電力供給を停止して、無駄な電力消費を抑えることができるとともに、圧縮エアを必要以上に供給する(すなわち、圧縮エアの供給が停止されない)といった事態も生じず、省エネ化を実現することができる。
エア供給装置2’は、コンプレッサー6、方向制御弁7、流量制御弁8、及びタイマー9に加え、圧縮エアタンク(圧縮性流体貯留手段)11と圧力計12とを備えてなる。そして、コンプレッサー6の電源がONである場合には、上記実施形態に記載した態様にて圧縮エアの供給を行う一方、コンプレッサー6の電源がOFFとなった場合には、圧縮エアタンク11内にて圧縮エアの圧力を調整してから供給するようになっている。このような圧縮エアタンク11及び圧力計12を備えることにより、停電等によってコンプレッサー6の電源がOFFした場合であっても、圧縮エアの供給を行うことができ、主軸装置21内部への異物の侵入を防止することができる。
尚、圧縮エアの供給を、常に圧縮エアタンク11及び圧力計12により行う(すなわち、コンプレッサー6を設置しない)ように構成することも可能である。
Claims (5)
- 回転体を回転可能に軸支してなる回転体装置への外気の侵入を防止するためのシール装置であって、
前記回転体装置内部の温度を検出するための第一温度検出手段と、前記回転体装置が設置されている雰囲気の温度を検出するための第二温度検出手段と、前記回転体装置における前記回転体の回転速度を検出するための回転速度検出手段と、前記回転体装置内へ圧縮性流体を供給するための流体供給手段と、前記第一温度検出手段、前記第二温度検出手段、及び前記回転速度検出手段と電気的に接続され、各検出手段において検出される前記回転体装置内部の温度、前記回転体装置が設置されている雰囲気の温度、及び前記回転体の回転速度にもとづいて、前記流体供給手段による前記回転体装置内への圧縮性流体の供給の要否を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするシール装置。 - 制御手段が、第一温度検出手段、及び第二温度検出手段による温度検出を周期的に行い、前回の検出値と今回の検出値との差にもとづいて、流体供給手段による回転体装置内への圧縮性流体の供給の要否を制御することを特徴とする請求項1に記載のシール装置。
- 流体供給手段において、回転体装置内へ供給する圧縮性流体の流量を制御可能としたことを特徴とする請求項1又は2に記載のシール装置。
- 制御手段が、第一温度検出手段及び第二温度検出手段による検出値をもとに流体供給手段による圧縮性流体の供給時間を決定し、前記圧縮性流体の供給を開始してから前記供給時間の経過をもって前記圧縮性流体の供給を停止することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシール装置。
- 流体供給手段に、圧縮性流体を貯留可能な圧縮性流体貯留手段と、該圧縮性流体貯留手段内における圧縮性流体の圧力を測定可能な圧力計とを備え、前記圧縮性流体貯留手段にて圧縮性流体の圧力を調整可能としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシール装置。
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