JP2647542B2 - 均熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、温度変化が生じた場合でも機器の寸法精度
を高く維持し得る均熱装置に関し、工作機械、光学機
器、電子部品製造装置等に適用可能なものである。

＜従来の技術＞ 精密機械装置等は、通常金属製であることから、外部
熱源や内発熱による熱により温度むらを生じ、装置の一
部が熱膨張を引き起こして、装置における部材間の相対
位置関係に変位をきたすことがある。この場合、これら
装置によって行われる加工等における精度が低下するこ
とが考えられる。

第３図は従来の精密機械装置の一例である旋盤10を示
すものである。

この例に示すように、ヘッドストック１の内部のベア
リングの発熱でヘッドストック１が約５℃温度上昇した
場合、ベッド３が点線のように変形し、ヘッドストック
１の主軸に取付けられるワークと加工具２との相対位置
δ（主軸の変位量）が数十μｍ変位してしまい、仕上が
る精密部品の加工精度として問題になる。また、約５℃
の温度上昇は通常値であるので、これに対する対策とし
ては、以下に述べる〜等の方法で熱変形の抑制やそ
の原因となる温度むらの低減を行なっている。

発熱部が温度上昇しても加工寸法は変わらない構造
とする。即ち、変位させたくない個所において、その変
位方向に直交する面の両側の構造を互いに対称とする熱
対称設計にする。

温度による変化の生じないように部材を重厚長大化
し剛性を上げる。

装置以外の外部から液体を供給し、その発熱による
気化熱の放出により発熱部を冷却する。

温度補償用のヒーターを設置すると共にペルチェ冷
却装置を設置する。

冷却用の送風を行い冷却する。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし上記からまでの例にはそれぞれ以下に示す
ような問題点がある。

の場合、一方向だけからの変位を想定して執られた
対策であるため、熱源が複数か所ある場合に対策が困難
となる。の場合、機械装置の軽量化、コンパクト化及
びコスト低減化に逆行するものであると共に、変形の低
減効果が小さい。の場合、動力が別途必要なため、全
体のランニングコストが高くなると共に、冷媒の供給・
排出装置及び冷媒のシール装置等が必要となってきて機
械的に複雑化及びコスト高となる。の場合、総合的に
温度分布の制御をする温度分の制御装置が必要となり、
装置が複雑化及びコスト高となると共にペルチェ冷却装
置の使用によりランニングコストが高くなる。の場
合、送風機が振動原因となったり、埃の飛散を誘発する
と共に、送風に使うエネルギーに比して均熱効果が小さ
い。

また、〜の共通の問題として発熱部と他の所の温
度差を数度以下まで低減することが難しい。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明による均熱装置は、外部からの熱あるいは内部
の発熱により変形を生ずる部材内に形成された流体流路
と、この流体流路内に設置され且つこの流体流路内に注
入されて熱を伝達し得る流体をこの流体流路の流路方向
に振動させる振動発生部材と、この振動発生部材に連結
されてこの振動発生部材を前記流体流路内で動作させる
駆動源とを有することを特徴とするものである。

＜作用＞ 駆動源により駆動されて動作する振動発生部材によ
り、流体流路に注入された流体が流体流路内で振動され
る。

この振動に伴い、流体が部材内で熱を伝達して、部材
の温度を均一化する。

＜実 施 例＞ 本発明の均熱装置に係る一実施例を旋盤のベッドに適
用したものを第１図に示し、この図に基づき本実施例を
説明する。

尚、従来の技術にて説明した部材と同一の部材には同
一の符号を付し、重複した説明を省略する。

第１図に示すように、旋盤10のベッド３内には、環状
の流体流路である流路４が形成されており、熱により変
形を生じる部材であるベッド３は、その上部に設置され
たヘッドストック１で発熱した熱が伝達され得るように
構成されている。また、ヘッドストック１の図示しない
主軸には、ワークが取付けられている。

一方、流路４内には、水等の熱を伝達し得る流体５が
注入されて封止されると共に、ベッド３外の図示しない
駆動源からピストンロッド6aが伸びている。このピスト
ンロッド6aの先端には、振動発生部材であるピストン６
が設置されており、駆動源によりピストン６が流路４内
を図上、左右方向の繰返し摺動し得るように成ってい
る。

そして、ピストン６が流路４内で繰返し摺動すると、
これに伴い環状の流路４内で、流体５の時計回り方向へ
の流れ及び反時計回り方向への流れが繰返し発生する。

すなわち、ピストン６が繰返し摺動すると、流路方向
に沿って流体５が振動し、流路方向の伝熱促進効果によ
り、ベッド３の温度分布が、第２図の点線Ａで表す従来
の技術に比較して実線Ｂで表す本実施例のように、均一
となる。

この結果、従来の技術の第３図で示した相対位置δが
大幅に小さくなり、旋盤10の加工精度が向上する。

尚、第２図に示すグラフの横軸はベッド３の左端部を
基準としてベッド３の各部分に対応した位置を表し、縦
軸は温度Ｔ（℃）を表している。

また、以上のように温度の分布が均一となるのは、以
下の理由からである。

つまり、流路方向に温度差を有する場合に、流体５を
流路方向に振動させると、高温側の熱が流体５と流路４
の内壁と間を伝達しながら流路方向の低温側に移動する
からである。

発明者の実験によれば、この熱の移動量は、流路４断
面の流体５が接触する長さであるむれぶち長さ、振動数
の3/2乗、振幅の２乗、流体の熱伝導率及び流体の動粘
度の−1/2乗に比例する。例えば、内径10mmの鋼性流路
内で、流体である水を10Hz、振幅20mmで加振すると、同
径の中実銅棒10倍の熱輸送量を実現することができる。

この結果、流路方向のベッドの温度むらは無くなり、
ベッドは熱対称設計された場合と同じ熱変位低減効果を
発揮する。

尚、本実施例においては、旋盤に均熱装置を適用した
ものについて説明したが、他の工作機械にも本装置を適
用できることはいうまでもなく、さらに、工作機械以外
の光学機器、電子部品製造装置等の広範囲な分野の機器
にも適用可能である。

また、流体としては、水以外の低価格な液体を本発明
の装置に適用することも可能であり、流路も本実施例以
外の形状とすることとしてもよい。

＜発明の効果＞ 本発明に依れば、部材内に流体流路を形成すると共に
流体流路内の流体を振動させるような構造とした結果、
従来数度の温度差が問題となるような精密機械装置にお
いて、その差を殆ど無くすことができ、よって温度差が
原因となる変形を防止でき、高い位置決め精度で、装置
を作動させることが可能となる。

また、上記のことが、コンパクトな設計で可能とな
り、コストを低く抑え、ランニングコストも低いものと
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の均熱装置に係る一実施例が適用され
る旋盤の正面断面図、第２図は本発明の一実施例及び従
来の技術のベッドの温度分布のグラフを表す図、第３図
は従来の技術に係る旋盤の正面図である。 図面中、 １はヘッドストック、２はタレット、３はベッド、４は
流路、５は流体、６はピストン、10は旋盤、A,Bは温度
分布を表す曲線である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部からの熱あるいは内部の発熱により変
   形を生ずる部材内に形成された流体流路と、この流体流
   路内に設置され且つこの流体流路内に注入されて熱を伝
   達し得る流体をこの流体流路の流路方向に振動させる振
   動発生部材と、この振動発生部材に連結されてこの振動
   発生部材を前記流体流路内で動作させる駆動源とを有す
   ることを特徴とする均熱装置。