JP3225546B2 - 液温制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば工作機械の主
軸を軸支する静圧軸受の軸受油などの液体の温度を超精
密に制御する液温制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の前述のような液温制御装置を図４
に基づいて説明する。図４において、１は冷凍機の冷媒
回路、２は液体循環回路を示す。冷媒回路１は、圧縮機
３の吐出側に送風機４ａを備えた凝縮器４を接続し、凝
縮器４の吐出側に温度式自動膨張弁５を接続し、この膨
張弁５の吐出側に複数の蒸発器６を並列に接続し、これ
ら蒸発器６にそれぞれ攪拌機７を付設すると共に、蒸発
器６の吐出側を合流させてアキュームレータ８を介し前
記圧縮機３の吸入側に接続してある。

【０００３】また、液体循環回路の一部を構成する液槽
９内の一側部に、前記蒸発器６および攪拌機７の攪拌円
板７ａを収納すると共に、加温用電気ヒータ１０と温度
調節器の温度センサ１１とを設置してある。前記液槽９
内の他側部には送液路１２の入口に設けたサクションス
トレーナ１３を設置し、送液路１２には送液ポンプ１４
を設け、このポンプ１４の吐出側を複数の分岐流路１２
ａとリリーフ流路１５とに分岐させてある。分岐流路１
２ａは電磁弁１６を有し、送液口１２ｂを図示省略した
静圧軸受に接続させ、リリーフ流路１５はリリーフ弁１
７を有し、帰液路１８に接続してある。帰液路１８は前
記流体軸受に接続する複数の帰液口部１８ａを合流させ
て液槽９の他側部に接続してある。

【０００４】以上のように構成した従来の液温制御装置
は、冷凍機を作動させ、圧縮機３で圧縮した冷媒ガスを
凝縮器４で凝縮させて冷媒液とし、冷媒液を温変式自動
膨張弁５によって膨張させ、蒸発器６で蒸発させて液槽
９内の軸受油を冷却する。そして、蒸発器６出口の温度
に応じて前記膨張弁５を閉じたり開いたりし、また液槽
９内に設けた温度センサ１１により、液槽９内の油温を
検知し、温度感知器をＯＮ，ＯＦＦさせて凝縮器４の送
風機４ａを回転させたり停止させたりすると共に、圧縮
機３を作動させたり停止させたりし、さらに必要に応
じ、電気ヒータ１０を停止させたり作動させたりし、こ
れらによって液槽９内の温度を所定範囲に保つ。

【０００５】この状態で、液体循環回路２の送液ポンプ
１４を作動させて、液槽９内の軸受油を送液路１２に汲
み上げ、この油を送液口１２ｂから負荷である静圧軸受
に供給し、この静圧軸受で加温された軸受油を帰液口部
１８ａから帰液路１８を経て液槽９内に戻す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の液温制
御装置では、液槽内の軸受油の温度を検出して、冷凍機
の蒸発器，ヒータをＯＮ，ＯＦＦ制御することで、液槽
内の油の温度を所定範囲に保っていたので、蒸発器やヒ
ータのＯＮ，ＯＦＦ時のタイミングによって急峻な波形
の温度パターンの温度誤差が生じ、軸受油の精密な温度
制御ができない。そこで、液槽の容量を大きくすること
によって、油温の高低幅を小さくし、油温を平準化する
ことができる。しかし、液槽を大きくすることは、装置
が大形になり、また油温制御に時間遅れが生じ、目標値
に対する温度変動を0.０１℃の範囲内にすることができ
ないという問題点があった。

【０００７】この発明は、前述した問題点を解決して、
液槽など装置を大形にすることなく、目標値に対する温
度変動を±0.００５℃の範囲とし、軸受油などの液体の
温度を精密に制御できる液温制御装置を提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、回転軸を軸支する静圧軸受に軸受油を供給する送液
路と、前記静圧軸受から液槽に軸受油を戻すための帰液
路とから構成される液体循環回路を備え、この液体循環
回路中を循環する軸受油の温度を目標値に制御する液温
制御装置であって、前記液槽内の油温を目標値よりも僅
かに低い温度の所定値に制御する1段目制御部と、前記
送液路に設けられ前記静圧軸受に供給する送液路中軸受
油の油温を前記所定値から目標値に加温制御する２段目
制御部とを備えたことことを特徴とする。また、請求項
２に記載の発明は、請求項１に記載の液温制御装置にお
いて、前記目標値を前記１段目制御部に指令し、前記目
標値よりも僅かに低い温度の所定値を前記２段目制御部
に指令するコンピュータを備え、このコンピュータは、
前記目標値と所定値を前記静圧軸受の状態に応じて変更
するようにしたことを特徴とする。請求項３に記載の発
明は、前記請求項１又は２のいずれかに記載の液温制御
装置において、前記２段目制御部と前記静圧軸受との間
の送液路に配設され、急峻な油温変化を吸収する減衰槽
を備えたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】この請求項１の発明による液温制御装置は、１
段目制御部において、液槽内の軸受の温度を目標値より
僅かに低い所定値に制御する。例えば、冷凍機に設けた
蒸発圧力調整弁をＰＩＤ温度制御器によって制御し、冷
媒ガスの圧力を調整することにより達成される。この軸
受油を、２段目制御部において、送液路の軸受油を加温
する。例えば、送液路に設けた加温ヒータの出力を精密
温度制御器によって加減することにより、前記ヒータ出
口部の油温を目標値とする。

【００１０】そして、この請求項１の発明では、油温を
２段制御しているので、１段目制御部における液槽内の
軸受油は、油温を平準化する必要がないことにより、液
槽を大形にする必要がなく、また、２段目制御部におけ
る加温ヒータの出力調整は、応答性よく行うことがで
き、加温ヒータを静圧軸受に比較的近い位置に配設して
ヒータと静圧軸受との間で油温が変化することを防止で
きるということもあって、油温を目標値に対し±0.００
５℃の範囲の高精密に保って軸受油を静圧軸受に供給で
きる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の第１実施例につき、図１，
図２を参照して説明する。図１において、１は冷凍機の
冷媒回路、２は液体循環回路を示す。冷媒回路１は、圧
縮機３の吐出側に水冷式の凝縮器４を接続し、凝縮器４
の吐出側にキャピラリチューブ２１を介して蒸発器６を
接続し、蒸発器６の吐出側に蒸発圧力調整弁２２を接続
し、この調整弁２２の吐出側を前記圧縮機３の吸入側に
接続してある。

【００１２】また、液体循環回路２の一部を構成する液
槽９内の一側部には、前記蒸発器６および攪拌機７の攪
拌円板７ａを設置すると共に、ＰＩＤ温度制御器２３の
１段目温度センサ２４を設けてある。前記液槽９内の他
側部には、送液路１２の入口に設けたサクションストレ
ーナ（図示省略）を設置し、送液路１２の入口近くに
は、弁２５を介して送液ポンプ１４を設け、送液路１２
の前記ポンプ１４吐出側には、ラインフィルタ２６とチ
ェック弁２７とを介して加温用電気ヒータ２８を設置し
てあり、前記送液路１２の前記ヒータ２８出口部には、
超精密ＰＩＤ温度制御器２９の２段目温度センサ３０が
設けてある。

【００１３】また、送液路１２の前記ヒータ２８および
２段目温度センサ３０の設置部出口側には減衰槽３１を
接続し、減衰槽３１の出口側には分岐マニホールド３２
を介して複数の分岐流路１２ａを設けてある。これらの
分岐流路１２ａはそれぞれ弁１６を有し、負荷である静
圧軸受３３の軸受油入口および静圧案内の入口に接続し
てある。

【００１４】送液路１２のラインフィルタ２６とチェッ
ク弁２７との間にはリリーフ流路３４の入口を接続し、
リリーフ流路３４にはリリーフ弁３５を設けてあり、送
液路１２のチェック弁２７とヒータ２８との間にはアキ
ュームレータ３６が接続してある。前記静圧軸受３３に
設けた複数の軸受油出口にはそれぞれ帰液口部１８ａを
接続し、帰液口部１８ａを合流させた帰液路１８は前記
液槽９の一側部に接続し、帰液路１８に前記リリーフ流
路３４の出口が接続してある。

【００１５】前記ＰＩＤ温度制御器２３は、入力側に差
温設定器３７を接続し、出力側には出力反転アンプ３８
を介して前記蒸発圧力調整弁２２の操作部に接続してあ
る。前記超精密ＰＩＤ温度制御器２９は、一方の出力側
をサイリスタ定電力位相制御器３９に接続し、この制御
器３９を介して商用電源４０と前記ヒータ２８とを接続
し、他方の出力側を差温設定器３７の入力側に接続して
ある。

【００１６】そして、冷凍機の蒸発器６を設置した液槽
９，蒸発圧力調整弁２２およびＰＩＤ温度制御器２３を
主要部材として１段目制御部４１を構成し、送液路１２
に設けた加温用電気ヒータ２８，および超精密ＰＩＤ温
度制御器２９を主要部材として２段目制御部４２を構成
している。次に、以上のように構成した第１実施例の液
温制御装置の作動を図１，図２について説明する。１段
目制御部４１では冷凍機を作動させて、圧縮機３で圧縮
した冷媒ガスを凝縮器４で冷媒液とし、冷媒液をキャピ
ラリチューブ２１に通して蒸発器６で蒸発させ、液槽９
内の軸受油を冷却する。

【００１７】そして、蒸発器６を出た冷媒ガスの圧力を
蒸発圧力調整弁２２で調整して圧縮機３に戻す。この
際、図２にも示すように、１段目温度センサ２４によっ
て液槽９内の軸受油の油温を検知した信号および差温設
定器３７からの目標温度に対し２℃など所要値だけ低い
温度を指令する信号をＰＩＤ温度制御器２３に入力させ
る。

【００１８】そして、前記両信号に基づいて、液槽９内
の油温を前記目標温度に対し低い値にするための指令
を、ＰＩＤ温度制御器２３から出力反転アンプ３８を介
して前記圧力調整弁２２に与え、この圧力調整弁２２を
作動させることにより、冷媒ガスの圧力を調整し、液槽
９内の油温を目標温度に対し所定値低い温度に１段目油
温制御をする。なお、前記圧力調整弁２２の作動によっ
て、蒸発器６内の冷媒ガスの圧力降下を大きくすると、
冷却能力が多くなり、逆に冷却ガスの圧力降下を小さく
すると、冷却能力が低くなる。

【００１９】液槽９内で、１段目油温制御した軸受油
を、送液ポンプ１４の作動によって送液路１２に設けた
２段目制御部４２の加温用電気ヒータ２８に導き、この
ヒータ２８の作動によって軸受油を目標値まで加温する
２段目の油温制御をする。この際に、送液路１２の前記
ヒータ２８出口部の油温を２段目温度センサ３０によっ
て検知して超精密ＰＩＤ温度制御器２９からの指令によ
って、前記定電力位相制御器３９を介し、ヒータ２８の
出力を加減することにより、目標値に対し±0.００５℃
の範囲の超精密に油温を制御する。

【００２０】なお、超精密ＰＩＤ温度制御器２９から差
温設定器３７にヒータ２８出口部の実測油温信号を送
り、差温設定器３７からＰＩＤ温度制御器２３に送る信
号を修正する。送液路１２のヒータ２８設置部で、２段
目油温制御をした軸受油は、減衰槽３１に導き、この減
衰槽３１で急峻な温度変化を吸収し、平準化して分岐マ
ニホールド３２，分岐流路１２ａを経て、静圧軸受３３
に供給する。

【００２１】この静圧軸受３３で、工作機械の主軸（図
示省略）などを軸支して加温された軸受油は、帰液口部
１８ａから帰液路１８を自然流下して液槽９内に戻る。
なお、図２中の５１および５２は、負荷変動および送液
ポンプ１４の発熱による外乱を示す。

【００２２】図３はこの発明の第２実施例を示し、図３
中、図１と同符号は対応する部分を示す。図３におい
て、４３は凝縮器４の冷却コイルであり、このコイル４
３の両端には冷却水の入口管４４および出口管４５を接
続してある。また、４６は帰液タンクであり、この帰液
タンク４６は、静圧軸受（図３では図示省略）の軸受油
出口に接続した帰液口部１８ａと連通し、帰液タンク４
６と連通する帰液路１８には帰液ポンプ４７を接続して
ある。そして、前記静圧軸受から出た軸受油は、帰液口
部１８ａから帰液路タンク４６に自然流下し、帰液タン
ク４６から液槽９に、帰液ポンプ４７の作動によって戻
す。

【００２３】さらに、第２実施例では、第１実施例の差
温設定器に代えて、パーソナルコンピュータ４８とイン
タフェイス４９，５０とを具備させてある。そして、前
記コンピュータ４８からの信号を、インタフェイス４９
を経てＰＩＤ温度制御器２３に、インタフェイス４９，
５０を超精密ＰＩＤ温度制御器２９にそれぞれ入力させ
ることで、目標値よりも低い油温，目標値の油温を、こ
れらを制御しようとする対象の状態に応じて自由に変え
ることを可能にしたものである。

【００２４】これにより、時間的な油温変化のパターン
や環境の変化による対象の状態の変化を検出し、必要な
アルゴリズムによって指令値を変更できる。すなわち、
静圧軸受に軸支した主軸び回転数が高い時には、目標値
を低くし、目標値と１段目制御の油温差を大きくし、工
作機械の立上がり時には、目標値を高くし、これと１段
目制御の油温差を小さくするなどの変更ができる。

【００２５】なお、第２実施例の前述した以外の構成お
よび作動は第１実施例とほぼ同様である。この発明にお
いて、冷凍機の凝縮器は水式のものに限られることな
く、送風機を備えた空冷式の凝縮器でもよく、キャピラ
リチューブに代えて膨張弁を用いてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したとおり、請求項１に記載の
液温制御装置は、液槽内の油温を目標値よりも僅かに低
い温度の所定値に制御する１段目制御部と、液槽から回
転軸を軸支する静圧軸受に軸受油を供給する送液路に設
けられた油温を前記所定値から目標温度に加温制御する
２段目制御部とを備えることにより、油温を２段制御し
ているので、１段目制御部における液槽内の軸受油は、
油温を平準化する必要がないことにより液槽を大形にす
る必要がなく、また、２段目制御部における出力の調整
を応答性よく行うことができ、２段目制御部を静圧軸受
に近い位置に配設して２段目制御部と静圧軸受との間で
油温が変化することを防止でき、油温を目標値に対し±
０.００５℃の範囲の超高精密に保って軸受油を静圧軸
受に供給できる。

【００２７】請求項２に記載の液温制御装置は、前記目
標値を前記１段目制御部に指令し、前記目標値よりも僅
かに低い温度の所定値を前記２段目制御部に指令するコ
ンピュータを備え、 このコンピュータは、前記目標値と
所定値を前記静圧軸受の状態に応じて変更するようにし
たので、例えば、回転軸の立ち上がりでは目標温度を高
くして回転軸の熱変位が短時間内にサチレートするよう
にし、高速状態と低速状態が頻繁に変化する場合でも静
圧軸受に供給する軸受油の温度を応答性よく目標値に変
更して回転軸の熱変位が一定になるようにすることがで
き、軸の回転精度を安定できる利点がある。

【００２８】さらに、請求項３に記載の液温制御装置
は、前記請求項１又は２のいずれかに記載の液温制御装
置において、前記２段目制御部と前記静圧軸受との間の
送液路に配設され、急峻な油温変化を吸収する減衰槽を
備えた構成としたので、２段目制御部で少量の軸受油の
温度が急激に変化する場合でも急峻な油温変化を吸収し
て目標値の温度に徐々に移行させて静圧軸受に軸受油を
供給でき、この結果として温度差の大きな軸受油が静圧
軸受に供給されて熱衝撃を受けることを防止できる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による液温制御装置を示
した構成説明図である。

【図２】図１に示した液温制御装置の制御ブロック線図
である。

【図３】この発明の第２実施例による液温制御装置の要
部を示した構成説明図である。

【図４】従来冷凍機の液温制御装置を示した構成説明図
である。

【符号の説明】

１ 冷凍機の冷媒回路 ２ 液体循環回路 ３ 圧縮機 ４ 凝縮器 ６ 蒸発器 ９ 液槽 １２ 送液路 １４ 送液ポンプ ２１ キャピラリチューブ ２２ 蒸発圧力調整弁 ２３ ＰＩＤ温度制御器 ２４ １段目温度センサ ２８ 加温用ヒータ ２９ 超精密ＰＩＤ温度制御器 ３０ ２段目温度センサ ３１ 減衰槽 ３３ 静圧軸受 ４１ １段目制御部 ４２ ２段目制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 32/06 B23Q 11/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液槽と、この液槽から回転軸を軸支する
   静圧軸受に軸受油を供給する送液路と、前記静圧軸受か
   ら液槽に軸受油を戻すための帰液路とから構成される液
   体循環回路を備え、この液体循環回路中を循環する軸受
   油の温度を目標値に制御する液温制御装置であって、前
   記液槽内の油温を目標値よりも僅かに低い温度の所定値
   に制御する1段目制御部と、前記送液路に設けられ前記
   静圧軸受に供給する送液路中軸受油の油温を前記所定値
   から目標温度に加温制御する２段目制御部とを備えたこ
   とを特徴とする液温制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液温制御装置におい
   て、前記目標値を前記１段目制御部に指令し、前記目標
   値よりも僅かに低い温度の所定値を前記２段目制御部に
   指令するコンピュータを備え、 このコンピュータは、前記目標値と所定値を前記静圧軸
   受の状態に応じて変更するようにした ことを特徴とする
   液温制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のいずれかに記載の液温
   制御装置において、前記２段目制御部と前記静圧軸受と
   の間の送液路に配設され、急峻な油温変化を吸収する減
   衰槽を備えたことを特徴とする液温制御装置。