JP4146676B2 - 液供給方法および液供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転速度が可変制御されるモータによりポンプを駆動する液供給方法および液供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示されるように、高圧クーラントユニット11は、工作機械12のクーラントタンク13よりクーラント液（以下、単に「液」という）Ｌを取り込み、この液Ｌ内の切粉を除去した後に、液Ｌを工作機械12のドリルなどの工具14に穿設された噴射ノズル15に対し高圧で供給する液供給装置である。
【０００３】
これにより、工具14の切削点の冷却、工具接触点の潤滑、切り屑の排出および破断の効果が大きくなるため、高速切削による加工時間の短縮、安定した工具寿命と加工精度を得ることができる。
【０００４】
従来の高圧クーラントユニット11は、次のようなものである。
【０００５】
（１）高圧ポンプの吐出流量
これまでの高圧クーラントユニット11は、タンク16上に、商用電源からの電力により作動するモータ17によって駆動される定量型の高圧ポンプ（以下、単に「ポンプ」という）18を使用しており、このポンプ18は、ほぼ一定の回転速度で回転している。
【０００６】
このような定量型のポンプ18は、モータ17の回転速度によって吐出流量がほとんど決まってしまう。なお、実際には高圧になるほど、漏れ量が徐々に増える。
【０００７】
（２）高圧ポンプの吐出圧力
ポンプ18から吐出通路19に吐出された液の最大吐出圧力（仕様圧力）は、ポンプ18の吐出口に取付けられたリリーフ弁21によって決まる。このリリーフ弁21は、吐出圧力が仕様圧力になるように圧力計22を見ながら調整される。
【０００８】
（３）装置高圧吐出口の吐出流量
ポンプ18より吐出された液は、アキュムレータ23によりポンプ吐出圧力変動を平滑化された後、装置高圧吐出口24より外部に供給されるが、高圧クーラントユニット11の場合は、工作機械12の主軸部に送られ、最終的にはオイルホール付きドリルなどの工具14に穿設された噴射ノズル15の先端から噴射される。
【０００９】
装置高圧吐出口24からの吐出流量は、この時の噴射ノズル15の径と吐出圧力で決まる。装置高圧吐出口24からの吐出流量がポンプ18の吐出流量より少ない場合（吐出圧力が仕様圧力とほぼ等しい場合）は、余剰となったポンプ18の吐出液が、全てリリーフ弁21のバイパス出口25より排出され、パイパス通路26を経てタンク16に戻されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この従来型の高圧クーラントユニット11では、リリーフ弁21のバイパス出口25より排出された余剰液により、以下のような無駄が発生している。
【００１１】
（１）余剰液も大きな圧カエネルギを持つため、その分が電力の無駄になる。
【００１２】
（２）余剰液がタンク16に戻された時に、圧カエネルギが熱エネルギに変わるので液温が上昇する。
【００１３】
（３）工作機械12には、クーラント液冷却用クーラーが設置される場合が多いが、余剰液が発生する熱を液冷却用クーラーが冷却することにより、その分が電力の無駄になる。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、リリーフ弁より無駄な余剰液が排出されないようにポンプ駆動用のモータを制御して、省エネルギ化を図ることができる液供給方法および液供給装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、インバータの出力周波数により回転速度を制御されるモータによりポンプを駆動し、このポンプによりタンクから吐出通路に吐出された液の吐出圧力を圧力センサにより検出してフィードバックし、この検出された吐出圧力が、液をタンクにバイパス可能なリリーフ弁の設定圧力よりも低く設定さた一定の目標圧力と等しくなるように、フィードバックされた吐出圧力と目標圧力との誤差信号によりインバータの出力周波数を制御する液供給方法であって、吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する液供給方法であり、圧力センサで検出された吐出圧力が、リリーフ弁の設定圧力よりも低く設定された一定の目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御するので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液をなくすことができ、省エネルギを図ることができるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【００１６】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の液供給方法において、ポンプから吐出通路に吐出された液が、工作機械の工具に設けられた噴射ノズルに供給されるクーラント液であり、目標圧力は、工作機械から与えられる液供給方法であり、工作機械から指令された目標圧力に対して、ポンプから吐出された吐出圧力を検出してフィードバックし、検出された吐出圧力が目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御して、圧力一定制御されたクーラント液を工具の噴射ノズルに供給するので、工具に合った最適な吐出圧力を使用でき、これまで高圧を使用できなかった工具が使用できるようになるなど、加工の高速化、工具の長寿命化に貢献できる。また加工の自由度が増える。
【００１７】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の液供給方法において、インバータの出力周波数を一定に制御しているときに目標圧力を変更する場合は、圧力センサにより検出されてフィードバックされた吐出圧力と、変更された一定の目標圧力との誤差信号によりインバータの出力周波数を制御して吐出圧力を一定の目標圧力に制御し、吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を新たな一定の目標周波数として記憶し、インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、このインバータの出力周波数を新たな一定の目標周波数に制御する液供給方法であり、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードにおいても、この周波数一定制御モードを、圧力センサにより検出された吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードにいったん切替えることで、目標圧力を途中で変更することができる。
【００１８】
請求項４に記載された発明は、請求項３記載の液供給方法において、吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードと、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードとを自動的に切替える液供給方法であり、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードとの自動切替機能により、工作機械などを用いる側の加工プログラムを単純化することができ、使い易くなる。
【００１９】
請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の液供給方法において、工作機械の工具はドリルであり、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げ、食い付き後に吐出圧力を上昇復帰させる液供給方法であり、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げることで、食い付き前の吐出圧力による誤差発生を防止でき、ドリル加工された穴位置の精度を向上できる。
【００２０】
請求項６に記載された発明は、請求項１乃至５のいずれか記載の液供給方法において、工作機械の工具はドリルであり、このドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させる液供給方法であり、ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させることで、吐出圧力によるセラミックの欠けを防止できる。
【００２１】
請求項７に記載された発明は、クーラント液を収容するタンクと、このタンク内のクーラント液を吐出通路より工作機械の工具に供給するポンプと、このポンプを駆動するモータと、ポンプから吐出通路に吐出された液の吐出圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出された吐出圧力が工作機械から指令された目標圧力と等しくなるようにモータの回転速度をフィードバック制御する制御盤と、吐出通路からタンクへ戻されるバイパス通路に設けられ制御盤により制御されてポンプから吐出可能な最大吐出圧力よりも高く設定されたリリーフ弁とを具備し、モータは、回転速度を電源周波数により可変制御されるものであり、制御盤は、モータの電源周波数を連続的に制御可能のインバータを備え、吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する機能を備えた液供給装置であり、圧力センサで検出された吐出圧力が一定になるように制御盤によりモータの回転速度が制御され、リリーフ弁は、制御盤により制御されてポンプから吐出可能な最大吐出圧力よりも高く設定されているので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液がなくなるように制御でき、省エネルギを図ることができ、また、インバータを用いるため、周波数を特定なものに限定されないので、ポンプおよびモータの性能をフルに活用でき、装置の性能を向上できるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（１）構成
図１は、圧力可変型高圧クーラントユニット31を示し、従来の高圧クーラントユニット11と同様に、工作機械12のクーラントタンク13よりクーラント液（以下、単に「液」という）Ｌを取り込み、この液Ｌ内の切粉を図示しない切粉除去手段により除去した後に、液Ｌを工作機械12のドリルなどの工具14の噴射ノズル15に対し高圧で供給する液供給装置である。
【００２４】
圧力可変型高圧クーラントユニット31の下部には、液Ｌを収容するタンク32が配置され、このタンク32内の液Ｌを吸込み吐出通路33に吐出して工作機械12の工具14に加圧供給するポンプとしての定量型の高圧ポンプ（以下、単に「ポンプ」という）34が設けられている。
【００２５】
このポンプ34の駆動軸には、このポンプ34を駆動するモータ35が接続されている。このモータ35は、回転速度を電源周波数により可変制御される誘導電動機などである。
【００２６】
吐出通路33には、圧力計36と、ポンプ吐出圧力の変動を平滑化するアキュムレータ37と、ポンプ34から吐出通路33に吐出された液の吐出圧力を検出する圧力センサ38とが、それぞれ接続されている。
【００２７】
この圧力センサ38で検出された吐出圧力に基づきポンプ駆動用のモータ35をフィードバック制御する制御盤41を設置する。すなわち、圧力センサ38は、制御盤41の入力端子の１つに電線を経て接続され、また、この制御盤41の出力端子の１つは、電線を経てモータ35に接続されている。
【００２８】
この制御盤41は、工作機械12の制御装置42とも電線を経て接続され、圧力センサ38で検出されたポンプ34からの吐出圧力が、工作機械12の制御装置42から指令された目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータ35の回転速度をフィードバック制御する。
【００２９】
吐出通路33にはリリーフ弁43が設けられ、このリリーフ弁43のバイパス出口44にはタンク32へ戻されるバイパス通路45が設けられている。このリリーフ弁43が吐出通路33の液圧上昇に反応してバイパス出口44よりタンク32へ液を戻すリリーフ設定圧力は、制御盤41により制御されてポンプ34から吐出可能な最大吐出圧力（仕様圧力）よりも高く設定する。
【００３０】
このようにリリーフ弁43の設定圧力を最大吐出圧力より高く設定し、ポンプ34の保護用として使用する点は、従来の最大吐出圧力を決定するリリーフ弁21と異なる。
【００３１】
制御盤41は、図２に示されるように、ポンプ34を駆動するモータ35の回転速度を可変制御するためにモータ35の電源周波数を連続的に可変制御可能のインバータ47と、このインバータ47の出力周波数を圧力一定制御モードまたは周波数一定制御モードでフィードバック制御する制御基板48とを具備している。
【００３２】
すなわち、この図２に示されるように、制御基板48は、制御回路用の電源回路51、入力信号絶縁回路52および出力信号絶縁回路53などとともに設けられた、圧力一定制御モード系54および周波数一定制御モード系55を備えている。
【００３３】
圧力一定制御モード系54は、目標とする吐出圧力、すなわち目標圧力を目標値として入力する手段として、工作機械12側に設けられた複数の吐出圧力選択スイッチ61，62，63が、入力信号絶縁回路52を経て吐出圧力選択回路64の入力側に接続され、この吐出圧力選択回路64には、この制御盤41側でも吐出圧力の設定を可能とする吐出圧力設定回路65が接続され、さらに、吐出圧力選択回路64の出力側がモード切替用の接点66を経て、比較器67の＋側に接続されている。
【００３４】
一方、圧力センサ38により検出されたポンプ34の吐出圧力、すなわち検出圧力をフィードバックする手段として、電流をインバータ47の周波数制御変数である電圧に変換する信号変換回路68と、この信号変換回路68に接続されたモード切替用の接点69とが設けられ、この接点69は、比較器67の−側に接続されている。
【００３５】
そして、この比較器67の出力側は、比例回路71aおよび積分回路71b、すなわち比例積分回路71を経てインバータ47の周波数指令端子72に接続されている。
【００３６】
次に、周波数一定制御モード系55は、目標とする周波数、すなわち目標周波数を目標値として入力する手段として、工作機械12側に設けられた周波数一定制御モードを指令するための指令スイッチ74が、入力信号絶縁回路52を経て周波数一定指令制御回路75に接続され、この周波数一定指令制御回路75の出力側には電圧記憶回路76が接続されている。
【００３７】
この電圧記憶回路76は、圧力センサ38により検出された検出圧力が目標圧力に到達した時点での、インバータ47の周波数モニタ端子77から取込まれたインバータ出力周波数を電圧値として記憶するものであり、この電圧記憶回路76の出力側が、目標周波数を電圧値で指令するための目標周波数指令ライン78を介しモード切替用の接点79に接続され、さらに前記比較器67の＋側に接続されている。
【００３８】
一方、周波数一定制御モードにおける現在のインバータ出力周波数をフィードバックする手段として、インバータ47の周波数モニタ端子77から周波数フィードバック信号を電圧値で取出す周波数フィードバックライン81が、モード切替用の接点82に接続され、さらに、前記比較器67の−側に接続されている。この比較器67が、比例積分回路71を経てインバータ47の周波数指令端子72に接続されている点は既に説明したとおりである。
【００３９】
また、前記周波数一定指令制御回路75に対して、周波数一定制御モードと圧力一定制御モードとを切替えるためのモード切替手段83が設けられている。
【００４０】
このモード切替手段83は、工作機械側の吐出圧力選択スイッチ61，62，63に入力信号絶縁回路52を経て接続された吐出圧力変更検出回路84と、比較器67の出力側に接続された目標圧力到達検出回路85とが、周波数一定指令制御回路75に対して接続されている。
【００４１】
吐出圧力変更検出回路84は、目標圧力が変更されたことを検出して周波数一定制御モードを圧力一定制御モードへと切替えるためのものであり、また、目標圧力到達検出回路85は、比較器67の出力信号から、圧力センサ38により検出された検出圧力が目標圧力に到達したことを検出して、圧力一定制御モードを周波数一定制御モードへと切替えるためのものである。
【００４２】
さらに、電圧記憶回路76から、圧力一定制御モード用の接点66，69と、周波数一定制御モード用の接点79，82とを切換えるためのモード切替信号ライン86が引出されている。
【００４３】
なお、工作機械側のポンプ運転スイッチ87が、入力信号絶縁回路52、出力信号絶縁回路53を経て、インバータ47の運転／停止端子88に接続され、また、インバータ47の異常出力端子89が、制御基板48上のラインを経て工作機械側に接続されている。
【００４４】
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）に示されたフローチャートを参照して、図２の回路動作を説明する。なお、フローチャートにおける丸数字は、ステップ番号を表わす。
【００４５】
（ステップ１）
吐出圧力選択スイッチ61，62，63または吐出圧力設定回路65により目標圧力を設定する。
【００４６】
（ステップ２）
ポンプ運転スイッチ87をオン操作して、ポンプを起動する。
【００４７】
（ステップ３）
このとき、自動的に圧力一定制御モード系54が機能して、圧力一定制御モードで立上がる。
【００４８】
（ステップ４）
圧力センサ38により、ポンプ34からの吐出圧力を検出する。
【００４９】
（ステップ５）
検出圧力が目標圧力に到達したか否かを常に監視し、到達するまで、圧力一定制御モードを継続する。
【００５０】
（ステップ６）
検出圧力が目標圧力に到達した時点で、目標圧力到達検出回路85、周波数一定指令制御回路75、電圧記憶回路76およびモード切替信号ライン86により、圧力一定制御モードが周波数一定制御モードに自動的に切替わり、周波数一定制御モード系55が機能する。
【００５１】
（ステップ７）
工作機械12の工具14による加工を行なう。
【００５２】
（ステップ８）
加工中は、吐出圧力変更検出回路84により、目標圧力が変更されたか否かを常に監視している。
【００５３】
目標圧力が変更された場合は、ステップ３に戻り、吐出圧力変更検出回路84、周波数一定指令制御回路75、電圧記憶回路76およびモード切替信号ライン86により、周波数一定制御モードが圧力一定制御モードに自動的に切替わる。
【００５４】
（ステップ6-1）
周波数一定制御モードでは、検出圧力が目標圧力に到達した時点を目標圧力到達検出回路85により検出できるが、この時点におけるインバータ出力周波数を電圧記憶回路76により記憶する。
【００５５】
（ステップ6-2）
電圧記憶回路76により記憶されたインバータ出力周波数を一定の目標周波数として、現在のインバータ出力周波数をフィードバック制御する。
【００５６】
（２）吐出圧力
このように、工作機械12からの電気信号により吐出圧力の変更ができる。なお、図２に示された実施の形態は、３ビットデジタル信号で圧力を８段階に可変できるものであるが、シリアル通信や、アナログ信号を使用すれば、圧力を連続的に変化させることも可能である。
【００５７】
この吐出圧力を固定する場合は、工作機械12から指令された一定の目標圧力に対して、圧カセンサ38で検出された吐出圧力すなわち検出圧力が等しくなるように、モータ35の回転速度を制御するためのインバータ47の出力周波数を可変制御するフィードバック制御を行なっている（圧力一定制御モード）。
【００５８】
（３）吐出流量
吐出流量は、吐出圧力と噴射ノズル15の径で決まる。この圧力可変型高圧クーラントユニット31の場合は、圧力センサ38で検出された検出圧力が目標圧力と等しくなるようにインバータ47の周波数が変化する。
【００５９】
この目標圧力は、リリーフ弁43の設定圧力よりも低く設定されている。言い換えると、リリーフ弁43の設定圧力は、制御盤41により制御されるポンプ34から吐出可能な最大吐出圧力（仕様圧力）より高く設定されているので、バイパス出口44より無駄な液が流出せず、結局、噴射ノズル15より吐出される流量と、高圧ポンプ34より吐出される流量とが常に等しくなる。
【００６０】
なお、インバータ47からの出力周波数を一定の目標周波数にフィードバック制御する場合は、モータ回転速度が一定に制御される（周波数一定制御モード）。
【００６１】
（４）周波数固定機能
本装置は、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードの切替えが可能になっている。
【００６２】
周波数一定制御モードは、以下の場合に使用する。
【００６３】
ａ．高速穴加工を連続して行なう場合、工具14が被削材の穴の中にあるときは、工具14の先端が被削材に塞がれているため噴射圧力が上昇する傾向にあり、穴の外に出た時は噴射圧力が元に戻る。
【００６４】
このときに、最近の工作機械はあまりにも高速であるため、圧力一定制御回路が応答しきれない場合があり、圧力一定制御のための周波数可変制御において不安定なハンチングが生じるおそれがある。
【００６５】
このような場合は、一時的に圧力一定制御モードで吐出を開始した後、周波数一定制御モードに変更すると、加工中の噴射圧力は多少変動するが、制御回路は非常に安定した動作となる。
【００６６】
ｂ．工具14の先端が被削材によって塞がれているときに、噴射圧力が上昇することが加工にとって都合が良い場合は、周波数一定制御モード系55は、まず圧力一定制御モードで高圧ポンプ34を起動し、圧力が目標値に到達したときのインバータ47の出力周波数（電圧モニタ０〜10Ｖ）を記憶する。
【００６７】
記憶完了後、比例積分回路（ＰＩ回路）71の入力を切替えることにより、周波数一定制御モードにする。
【００６８】
この周波数一定制御モードでは、記憶したインバータ出力周波数を目標値とし、現在のインバータ出力周波数をフィードバック値としてフィードバック制御がなされる。
【００６９】
（５）周波数一定制御モードと圧力一定制御モードのモード自動切替機能
周波数一定制御モードで使用する場合、単純に周波数一定指令信号の状態で切替えることが制御的にも単純で簡単であるが、使用するユーザーが、周波数一定制御モードで加工し、途中で目標圧力を変更し、再度、周波数一定制御モードで加工し、加工を終了する場合は、以下のようなプログラム操作が必要になる。
【００７０】
1.圧力一定制御モードでポンプ34を起動する。
【００７１】
2.吐出圧力が目標圧力に到達するまで、１秒程度待つ。
【００７２】
3.周波数一定制御モードに切替える。
【００７３】
4.加工を行なう。
【００７４】
5.途中で目標圧力を変更したい場合は、圧力一定制御モードに切替える。
【００７５】
6.吐出圧力を変更する。
【００７６】
7.吐出圧力が安定するまで、１秒程度待つ。
【００７７】
8.周波数一定制御モードに切替える。
【００７８】
9.加工を行なう。
【００７９】
10.加工が終了したら、圧力一定制御モードに戻す。
【００８０】
このような複雑な処理を単純化して使い易くしたものが、吐出圧力変更検出回路84、目標圧力到達検出回路85および周波数一定指令制御回路75などによるモード自動切替機能である。このモード自動切替機能を使用して、上記と同じ操作を行なうと、以下のようになる。
【００８１】
1.目標圧力を設定して、周波数一定制御モードで高圧ポンプ34を起動する。
【００８２】
2.吐出圧力が目標圧力に到達するまで、１秒程度待つ。このとき、自動的に圧力一定制御モードで立ち上がり、目標圧力に到達すると周波数一定制御モードになる。
【００８３】
3.加工を行なう。
【００８４】
4.目標圧力を変更する。
【００８５】
5.吐出圧力が安定するまで、１秒程度待つ。このとき、自動的に圧力一定制御モードに切替わり、吐出圧力が目標圧力に到達すると周波数一定制御モードになる。
【００８６】
6.加工を行なう。
【００８７】
このモード自動切替機能により、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードとの手動切替が不要となり、工作機械12を用いるユーザー側の加工プログラムが単純化され、使い易くなる。
【００８８】
（６）省エネルギ効果
この圧力可変型高圧クーラントユニット31は、リリーフ弁43のバイバス出口44より無駄な液が流出しないようになるので、大幅な省エネルギ効果が期待できる。
【００８９】
実際は、工作機械12の主軸に取付けられた工具14の噴射ノズル15の径によって吐出流量が変化するので、省エネルギ効果も変化する。
【００９０】
以下の表１は、実験値であるが、従来の高圧クーラントユニット11（吐出圧力７ＭＰa、周波数６０Ｈｚ）と、本発明に係る圧力可変型高圧クーラントユニット31（吐出圧力７ＭＰa）とを比較したものである。
【００９１】
【表１】
【００９２】
また、従来型高圧クーラントユニット11を用いたときのクーラント液の液温上昇を冷却用クーラーで冷却する場合は、クーラーの電力分も省エネルギとなる。
【００９３】
（７）加工上の効果
以下のような、加工上の効果がある。
【００９４】
ａ．インバータ47を使用するため、周波数を特定なものに限定されないので、ポンプ34、モータ35の性能をフルに活用でき、装置の性能を向上できる。
【００９５】
ｂ．ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げ、食い付き後に吐出圧力を上げれば、食い付き前の吐出圧力による誤差発生を防止でき、ドリル加工された穴位置の精度を向上できる。
【００９６】
ｃ．ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させることで、吐出圧力によるセラミックの欠けを防止できる。
【００９７】
ｄ．工具14に合った最適な吐出圧力を使用でき、これまで高圧を使用できなかった工具が使用できるようになるなど、加工の高速化、工具の長寿命化に貢献できる。また加工の自由度が増える。
【００９８】
ｅ．工作機械12に取付ける工具にもよるが、従来型高圧クーラントユニット11に比べて、高圧ポンプ34の累積回転数が大幅に少なくなり、高圧ポンプの寿命延長につながる。
【００９９】
以上のように、インバータ47の出力周波数により回転速度を制御されるモータ35によりポンプ34を駆動し、このポンプ34によりタンク32から吐出通路33に吐出された液の吐出圧力を圧力センサ38により検出してフィードバックし、この検出された吐出圧力が、液をタンク32にバイパス可能なリリーフ弁43の設定圧力よりも低く設定された一定の目標圧力と等しくなるように、フィードバックされた吐出圧力と目標圧力との誤差信号によりインバータ47の出力周波数を制御する。
【０１００】
ポンプ34から吐出通路33に吐出された液は、工作機械12の工具14に設けられた噴射ノズル15に供給されるクーラント液であり、目標圧力は、工作機械12から与えられる。
【０１０１】
吐出圧力が安定した時点のインバータ47の出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、インバータ47にてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータ47の出力周波数を一定の目標周波数に制御する。
【０１０２】
インバータ47の出力周波数を一定に制御しているときに目標圧力を変更する場合は、圧力センサ38により検出されてフィードバックされた吐出圧力と、変更された一定の目標圧力との誤差信号によりインバータ47の出力周波数を制御して吐出圧力を一定の目標圧力に制御し、吐出圧力が安定した時点のインバータ47の出力周波数を新たな一定の目標周波数として記憶し、インバータ47にてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、このインバータ47の出力周波数を新たな一定の目標周波数に制御する。
【０１０３】
吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードと、インバータ47の出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードとを自動的に切替える。
【０１０４】
工作機械12の工具14がドリルである場合は、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げ、食い付き後に吐出圧力を上昇復帰させる。また、ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させる。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、圧力センサで検出された吐出圧力が、リリーフ弁の設定圧力よりも低く設定された一定の目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御するので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液をなくすことができ、省エネルギを図ることができるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【０１０６】
請求項２記載の発明によれば、工作機械から指令された目標圧力に対して、ポンプから吐出された吐出圧力を検出してフィードバックし、検出された吐出圧力が目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御して、圧力一定制御されたクーラント液を工具の噴射ノズルに供給するので、工具に合った最適な吐出圧力を使用でき、これまで高圧を使用できなかった工具が使用できるようになるなど、加工の高速化、工具の長寿命化に貢献できる。また加工の自由度が増える。
【０１０７】
請求項３記載の発明によれば、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードにおいても、この周波数一定制御モードを、圧力センサにより検出された吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードにいったん切替えることで、目標圧力を途中で変更することができる。
【０１０８】
請求項４記載の発明によれば、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードとの自動切替機能により、工作機械などを用いる側の加工プログラムを単純化することができ、使い易くなる。
【０１０９】
請求項５記載の発明によれば、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げることで、食い付き前の吐出圧力による誤差発生を防止でき、ドリル加工された穴位置の精度を向上できる。
【０１１０】
請求項６記載の発明によれば、ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させることで、吐出圧力によるセラミックの欠けを防止できる。
【０１１１】
請求項７記載の発明によれば、圧力センサで検出された吐出圧力が一定になるように制御盤によりモータの回転速度が制御され、リリーフ弁は、制御盤により制御されてポンプから吐出可能な最大吐出圧力よりも高く設定されているので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液がなくなるように制御でき、省エネルギを図ることができ、また、インバータを用いるため、周波数を特定なものに限定されないので、ポンプおよびモータの性能をフルに活用でき、装置の性能を向上できるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液供給装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】 同上液供給装置に用いられる制御盤の内部回路を示すブロック図である。
【図３】 （Ａ）は同上制御盤によるモード自動切替機能を説明するフローチャート、（Ｂ）は周波数一定制御モードを示すフローチャートである。
【図４】 従来の液供給装置を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｌ 液
12 工作機械
14 ドリルなどの工具
15 噴射ノズル
32 タンク
33 吐出通路
34 ポンプ
35 モータ
38 圧力センサ
41 制御盤
43 リリーフ弁
45 バイパス通路
47 インバータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転速度が可変制御されるモータによりポンプを駆動する液供給方法および液供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示されるように、高圧クーラントユニット11は、工作機械12のクーラントタンク13よりクーラント液（以下、単に「液」という）Ｌを取り込み、この液Ｌ内の切粉を除去した後に、液Ｌを工作機械12のドリルなどの工具14に穿設された噴射ノズル15に対し高圧で供給する液供給装置である。
【０００３】
これにより、工具14の切削点の冷却、工具接触点の潤滑、切り屑の排出および破断の効果が大きくなるため、高速切削による加工時間の短縮、安定した工具寿命と加工精度を得ることができる。
【０００４】
従来の高圧クーラントユニット11は、次のようなものである。
【０００５】
（１）高圧ポンプの吐出流量
これまでの高圧クーラントユニット11は、タンク16上に、商用電源からの電力により作動するモータ17によって駆動される定量型の高圧ポンプ（以下、単に「ポンプ」という）18を使用しており、このポンプ18は、ほぼ一定の回転速度で回転している。
【０００６】
このような定量型のポンプ18は、モータ17の回転速度によって吐出流量がほとんど決まってしまう。なお、実際には高圧になるほど、漏れ量が徐々に増える。
【０００７】
（２）高圧ポンプの吐出圧力
ポンプ18から吐出通路19に吐出された液の最大吐出圧力（仕様圧力）は、ポンプ18の吐出口に取付けられたリリーフ弁21によって決まる。このリリーフ弁21は、吐出圧力が仕様圧力になるように圧力計22を見ながら調整される。
【０００８】
（３）装置高圧吐出口の吐出流量
ポンプ18より吐出された液は、アキュムレータ23によりポンプ吐出圧力変動を平滑化された後、装置高圧吐出口24より外部に供給されるが、高圧クーラントユニット11の場合は、工作機械12の主軸部に送られ、最終的にはオイルホール付きドリルなどの工具14に穿設された噴射ノズル15の先端から噴射される。
【０００９】
装置高圧吐出口24からの吐出流量は、この時の噴射ノズル15の径と吐出圧力で決まる。装置高圧吐出口24からの吐出流量がポンプ18の吐出流量より少ない場合（吐出圧力が仕様圧力とほぼ等しい場合）は、余剰となったポンプ18の吐出液が、全てリリーフ弁21のバイパス出口25より排出され、パイパス通路26を経てタンク16に戻されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この従来型の高圧クーラントユニット11では、リリーフ弁21のバイパス出口25より排出された余剰液により、以下のような無駄が発生している。
【００１１】
（１）余剰液も大きな圧カエネルギを持つため、その分が電力の無駄になる。
【００１２】
（２）余剰液がタンク16に戻された時に、圧カエネルギが熱エネルギに変わるので液温が上昇する。
【００１３】
（３）工作機械12には、クーラント液冷却用クーラーが設置される場合が多いが、余剰液が発生する熱を液冷却用クーラーが冷却することにより、その分が電力の無駄になる。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、リリーフ弁より無駄な余剰液が排出されないようにポンプ駆動用のモータを制御して、省エネルギ化を図ることができる液供給方法および液供給装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、インバータの出力周波数により回転速度を制御されるモータによりポンプを駆動し、このポンプによりタンクから吐出通路に吐出された液の吐出圧力を圧力センサにより検出してフィードバックし、この検出された吐出圧力が、液をタンクにバイパス可能なリリーフ弁の設定圧力よりも低く設定さた一定の目標圧力と等しくなるように、フィードバックされた吐出圧力と目標圧力との誤差信号によりインバータの出力周波数を制御する液供給方法であって、吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する液供給方法であり、圧力センサで検出された吐出圧力が、リリーフ弁の設定圧力よりも低く設定された一定の目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御するので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液をなくすことができ、省エネルギを図ることができるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【００１６】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の液供給方法において、ポンプから吐出通路に吐出された液が、工作機械の工具に設けられた噴射ノズルに供給されるクーラント液であり、目標圧力は、工作機械から与えられる液供給方法であり、工作機械から指令された目標圧力に対して、ポンプから吐出された吐出圧力を検出してフィードバックし、検出された吐出圧力が目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御して、圧力一定制御されたクーラント液を工具の噴射ノズルに供給するので、工具に合った最適な吐出圧力を使用でき、これまで高圧を使用できなかった工具が使用できるようになるなど、加工の高速化、工具の長寿命化に貢献できる。また加工の自由度が増える。
【００１７】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の液供給方法において、インバータの出力周波数を一定に制御しているときに目標圧力を変更する場合は、圧力センサにより検出されてフィードバックされた吐出圧力と、変更された一定の目標圧力との誤差信号によりインバータの出力周波数を制御して吐出圧力を一定の目標圧力に制御し、吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を新たな一定の目標周波数として記憶し、インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、このインバータの出力周波数を新たな一定の目標周波数に制御する液供給方法であり、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードにおいても、この周波数一定制御モードを、圧力センサにより検出された吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードにいったん切替えることで、目標圧力を途中で変更することができる。
【００１８】
請求項４に記載された発明は、請求項３記載の液供給方法において、吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードと、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードとを自動的に切替える液供給方法であり、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードとの自動切替機能により、工作機械などを用いる側の加工プログラムを単純化することができ、使い易くなる。
【００１９】
請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の液供給方法において、工作機械の工具はドリルであり、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げ、食い付き後に吐出圧力を上昇復帰させる液供給方法であり、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げることで、食い付き前の吐出圧力による誤差発生を防止でき、ドリル加工された穴位置の精度を向上できる。
【００２０】
請求項６に記載された発明は、請求項１乃至５のいずれか記載の液供給方法において、工作機械の工具はドリルであり、このドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させる液供給方法であり、ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させることで、吐出圧力によるセラミックの欠けを防止できる。
【００２１】
請求項７に記載された発明は、クーラント液を収容するタンクと、このタンク内のクーラント液を吐出通路より工作機械の工具に供給するポンプと、このポンプを駆動するモータと、ポンプから吐出通路に吐出された液の吐出圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出された吐出圧力が工作機械から指令された目標圧力と等しくなるようにモータの回転速度をフィードバック制御する制御盤と、吐出通路からタンクへ戻されるバイパス通路に設けられ制御盤により制御されてポンプから吐出可能な最大吐出圧力よりも高く設定されたリリーフ弁とを具備し、モータは、回転速度を電源周波数により可変制御されるものであり、制御盤は、モータの電源周波数を連続的に制御可能のインバータを備え、吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する機能を備えた液供給装置であり、圧力センサで検出された吐出圧力が一定になるように制御盤によりモータの回転速度が制御され、リリーフ弁は、制御盤により制御されてポンプから吐出可能な最大吐出圧力よりも高く設定されているので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液がなくなるように制御でき、省エネルギを図ることができ、また、インバータを用いるため、周波数を特定なものに限定されないので、ポンプおよびモータの性能をフルに活用でき、装置の性能を向上できるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（１）構成
図１は、圧力可変型高圧クーラントユニット31を示し、従来の高圧クーラントユニット11と同様に、工作機械12のクーラントタンク13よりクーラント液（以下、単に「液」という）Ｌを取り込み、この液Ｌ内の切粉を図示しない切粉除去手段により除去した後に、液Ｌを工作機械12のドリルなどの工具14の噴射ノズル15に対し高圧で供給する液供給装置である。
【００２４】
圧力可変型高圧クーラントユニット31の下部には、液Ｌを収容するタンク32が配置され、このタンク32内の液Ｌを吸込み吐出通路33に吐出して工作機械12の工具14に加圧供給するポンプとしての定量型の高圧ポンプ（以下、単に「ポンプ」という）34が設けられている。
【００２５】
このポンプ34の駆動軸には、このポンプ34を駆動するモータ35が接続されている。このモータ35は、回転速度を電源周波数により可変制御される誘導電動機などである。
【００２６】
吐出通路33には、圧力計36と、ポンプ吐出圧力の変動を平滑化するアキュムレータ37と、ポンプ34から吐出通路33に吐出された液の吐出圧力を検出する圧力センサ38とが、それぞれ接続されている。
【００２７】
この圧力センサ38で検出された吐出圧力に基づきポンプ駆動用のモータ35をフィードバック制御する制御盤41を設置する。すなわち、圧力センサ38は、制御盤41の入力端子の１つに電線を経て接続され、また、この制御盤41の出力端子の１つは、電線を経てモータ35に接続されている。
【００２８】
この制御盤41は、工作機械12の制御装置42とも電線を経て接続され、圧力センサ38で検出されたポンプ34からの吐出圧力が、工作機械12の制御装置42から指令された目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータ35の回転速度をフィードバック制御する。
【００２９】
吐出通路33にはリリーフ弁43が設けられ、このリリーフ弁43のバイパス出口44にはタンク32へ戻されるバイパス通路45が設けられている。このリリーフ弁43が吐出通路33の液圧上昇に反応してバイパス出口44よりタンク32へ液を戻すリリーフ設定圧力は、制御盤41により制御されてポンプ34から吐出可能な最大吐出圧力（仕様圧力）よりも高く設定する。
【００３０】
このようにリリーフ弁43の設定圧力を最大吐出圧力より高く設定し、ポンプ34の保護用として使用する点は、従来の最大吐出圧力を決定するリリーフ弁21と異なる。
【００３１】
制御盤41は、図２に示されるように、ポンプ34を駆動するモータ35の回転速度を可変制御するためにモータ35の電源周波数を連続的に可変制御可能のインバータ47と、このインバータ47の出力周波数を圧力一定制御モードまたは周波数一定制御モードでフィードバック制御する制御基板48とを具備している。
【００３２】
すなわち、この図２に示されるように、制御基板48は、制御回路用の電源回路51、入力信号絶縁回路52および出力信号絶縁回路53などとともに設けられた、圧力一定制御モード系54および周波数一定制御モード系55を備えている。
【００３３】
圧力一定制御モード系54は、目標とする吐出圧力、すなわち目標圧力を目標値として入力する手段として、工作機械12側に設けられた複数の吐出圧力選択スイッチ61，62，63が、入力信号絶縁回路52を経て吐出圧力選択回路64の入力側に接続され、この吐出圧力選択回路64には、この制御盤41側でも吐出圧力の設定を可能とする吐出圧力設定回路65が接続され、さらに、吐出圧力選択回路64の出力側がモード切替用の接点66を経て、比較器67の＋側に接続されている。
【００３４】
一方、圧力センサ38により検出されたポンプ34の吐出圧力、すなわち検出圧力をフィードバックする手段として、電流をインバータ47の周波数制御変数である電圧に変換する信号変換回路68と、この信号変換回路68に接続されたモード切替用の接点69とが設けられ、この接点69は、比較器67の−側に接続されている。
【００３５】
そして、この比較器67の出力側は、比例回路71aおよび積分回路71b、すなわち比例積分回路71を経てインバータ47の周波数指令端子72に接続されている。
【００３６】
次に、周波数一定制御モード系55は、目標とする周波数、すなわち目標周波数を目標値として入力する手段として、工作機械12側に設けられた周波数一定制御モードを指令するための指令スイッチ74が、入力信号絶縁回路52を経て周波数一定指令制御回路75に接続され、この周波数一定指令制御回路75の出力側には電圧記憶回路76が接続されている。
【００３７】
この電圧記憶回路76は、圧力センサ38により検出された検出圧力が目標圧力に到達した時点での、インバータ47の周波数モニタ端子77から取込まれたインバータ出力周波数を電圧値として記憶するものであり、この電圧記憶回路76の出力側が、目標周波数を電圧値で指令するための目標周波数指令ライン78を介しモード切替用の接点79に接続され、さらに前記比較器67の＋側に接続されている。
【００３８】
一方、周波数一定制御モードにおける現在のインバータ出力周波数をフィードバックする手段として、インバータ47の周波数モニタ端子77から周波数フィードバック信号を電圧値で取出す周波数フィードバックライン81が、モード切替用の接点82に接続され、さらに、前記比較器67の−側に接続されている。この比較器67が、比例積分回路71を経てインバータ47の周波数指令端子72に接続されている点は既に説明したとおりである。
【００３９】
また、前記周波数一定指令制御回路75に対して、周波数一定制御モードと圧力一定制御モードとを切替えるためのモード切替手段83が設けられている。
【００４０】
このモード切替手段83は、工作機械側の吐出圧力選択スイッチ61，62，63に入力信号絶縁回路52を経て接続された吐出圧力変更検出回路84と、比較器67の出力側に接続された目標圧力到達検出回路85とが、周波数一定指令制御回路75に対して接続されている。
【００４１】
吐出圧力変更検出回路84は、目標圧力が変更されたことを検出して周波数一定制御モードを圧力一定制御モードへと切替えるためのものであり、また、目標圧力到達検出回路85は、比較器67の出力信号から、圧力センサ38により検出された検出圧力が目標圧力に到達したことを検出して、圧力一定制御モードを周波数一定制御モードへと切替えるためのものである。
【００４２】
さらに、電圧記憶回路76から、圧力一定制御モード用の接点66，69と、周波数一定制御モード用の接点79，82とを切換えるためのモード切替信号ライン86が引出されている。
【００４３】
なお、工作機械側のポンプ運転スイッチ87が、入力信号絶縁回路52、出力信号絶縁回路53を経て、インバータ47の運転／停止端子88に接続され、また、インバータ47の異常出力端子89が、制御基板48上のラインを経て工作機械側に接続されている。
【００４４】
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）に示されたフローチャートを参照して、図２の回路動作を説明する。なお、フローチャートにおける丸数字は、ステップ番号を表わす。
【００４５】
（ステップ１）
吐出圧力選択スイッチ61，62，63または吐出圧力設定回路65により目標圧力を設定する。
【００４６】
（ステップ２）
ポンプ運転スイッチ87をオン操作して、ポンプを起動する。
【００４７】
（ステップ３）
このとき、自動的に圧力一定制御モード系54が機能して、圧力一定制御モードで立上がる。
【００４８】
（ステップ４）
圧力センサ38により、ポンプ34からの吐出圧力を検出する。
【００４９】
（ステップ５）
検出圧力が目標圧力に到達したか否かを常に監視し、到達するまで、圧力一定制御モードを継続する。
【００５０】
（ステップ６）
検出圧力が目標圧力に到達した時点で、目標圧力到達検出回路85、周波数一定指令制御回路75、電圧記憶回路76およびモード切替信号ライン86により、圧力一定制御モードが周波数一定制御モードに自動的に切替わり、周波数一定制御モード系55が機能する。
【００５１】
（ステップ７）
工作機械12の工具14による加工を行なう。
【００５２】
（ステップ８）
加工中は、吐出圧力変更検出回路84により、目標圧力が変更されたか否かを常に監視している。
【００５３】
目標圧力が変更された場合は、ステップ３に戻り、吐出圧力変更検出回路84、周波数一定指令制御回路75、電圧記憶回路76およびモード切替信号ライン86により、周波数一定制御モードが圧力一定制御モードに自動的に切替わる。
【００５４】
（ステップ6-1）
周波数一定制御モードでは、検出圧力が目標圧力に到達した時点を目標圧力到達検出回路85により検出できるが、この時点におけるインバータ出力周波数を電圧記憶回路76により記憶する。
【００５５】
（ステップ6-2）
電圧記憶回路76により記憶されたインバータ出力周波数を一定の目標周波数として、現在のインバータ出力周波数をフィードバック制御する。
【００５６】
（２）吐出圧力
このように、工作機械12からの電気信号により吐出圧力の変更ができる。なお、図２に示された実施の形態は、３ビットデジタル信号で圧力を８段階に可変できるものであるが、シリアル通信や、アナログ信号を使用すれば、圧力を連続的に変化させることも可能である。
【００５７】
この吐出圧力を固定する場合は、工作機械12から指令された一定の目標圧力に対して、圧カセンサ38で検出された吐出圧力すなわち検出圧力が等しくなるように、モータ35の回転速度を制御するためのインバータ47の出力周波数を可変制御するフィードバック制御を行なっている（圧力一定制御モード）。
【００５８】
（３）吐出流量
吐出流量は、吐出圧力と噴射ノズル15の径で決まる。この圧力可変型高圧クーラントユニット31の場合は、圧力センサ38で検出された検出圧力が目標圧力と等しくなるようにインバータ47の周波数が変化する。
【００５９】
この目標圧力は、リリーフ弁43の設定圧力よりも低く設定されている。言い換えると、リリーフ弁43の設定圧力は、制御盤41により制御されるポンプ34から吐出可能な最大吐出圧力（仕様圧力）より高く設定されているので、バイパス出口44より無駄な液が流出せず、結局、噴射ノズル15より吐出される流量と、高圧ポンプ34より吐出される流量とが常に等しくなる。
【００６０】
なお、インバータ47からの出力周波数を一定の目標周波数にフィードバック制御する場合は、モータ回転速度が一定に制御される（周波数一定制御モード）。
【００６１】
（４）周波数固定機能
本装置は、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードの切替えが可能になっている。
【００６２】
周波数一定制御モードは、以下の場合に使用する。
【００６３】
ａ．高速穴加工を連続して行なう場合、工具14が被削材の穴の中にあるときは、工具14の先端が被削材に塞がれているため噴射圧力が上昇する傾向にあり、穴の外に出た時は噴射圧力が元に戻る。
【００６４】
このときに、最近の工作機械はあまりにも高速であるため、圧力一定制御回路が応答しきれない場合があり、圧力一定制御のための周波数可変制御において不安定なハンチングが生じるおそれがある。
【００６５】
このような場合は、一時的に圧力一定制御モードで吐出を開始した後、周波数一定制御モードに変更すると、加工中の噴射圧力は多少変動するが、制御回路は非常に安定した動作となる。
【００６６】
ｂ．工具14の先端が被削材によって塞がれているときに、噴射圧力が上昇することが加工にとって都合が良い場合は、周波数一定制御モード系55は、まず圧力一定制御モードで高圧ポンプ34を起動し、圧力が目標値に到達したときのインバータ47の出力周波数（電圧モニタ０〜10Ｖ）を記憶する。
【００６７】
記憶完了後、比例積分回路（ＰＩ回路）71の入力を切替えることにより、周波数一定制御モードにする。
【００６８】
この周波数一定制御モードでは、記憶したインバータ出力周波数を目標値とし、現在のインバータ出力周波数をフィードバック値としてフィードバック制御がなされる。
【００６９】
（５）周波数一定制御モードと圧力一定制御モードのモード自動切替機能
周波数一定制御モードで使用する場合、単純に周波数一定指令信号の状態で切替えることが制御的にも単純で簡単であるが、使用するユーザーが、周波数一定制御モードで加工し、途中で目標圧力を変更し、再度、周波数一定制御モードで加工し、加工を終了する場合は、以下のようなプログラム操作が必要になる。
【００７０】
1.圧力一定制御モードでポンプ34を起動する。
【００７１】
2.吐出圧力が目標圧力に到達するまで、１秒程度待つ。
【００７２】
3.周波数一定制御モードに切替える。
【００７３】
4.加工を行なう。
【００７４】
5.途中で目標圧力を変更したい場合は、圧力一定制御モードに切替える。
【００７５】
6.吐出圧力を変更する。
【００７６】
7.吐出圧力が安定するまで、１秒程度待つ。
【００７７】
8.周波数一定制御モードに切替える。
【００７８】
9.加工を行なう。
【００７９】
10.加工が終了したら、圧力一定制御モードに戻す。
【００８０】
このような複雑な処理を単純化して使い易くしたものが、吐出圧力変更検出回路84、目標圧力到達検出回路85および周波数一定指令制御回路75などによるモード自動切替機能である。このモード自動切替機能を使用して、上記と同じ操作を行なうと、以下のようになる。
【００８１】
1.目標圧力を設定して、周波数一定制御モードで高圧ポンプ34を起動する。
【００８２】
2.吐出圧力が目標圧力に到達するまで、１秒程度待つ。このとき、自動的に圧力一定制御モードで立ち上がり、目標圧力に到達すると周波数一定制御モードになる。
【００８３】
3.加工を行なう。
【００８４】
4.目標圧力を変更する。
【００８５】
5.吐出圧力が安定するまで、１秒程度待つ。このとき、自動的に圧力一定制御モードに切替わり、吐出圧力が目標圧力に到達すると周波数一定制御モードになる。
【００８６】
6.加工を行なう。
【００８７】
このモード自動切替機能により、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードとの手動切替が不要となり、工作機械12を用いるユーザー側の加工プログラムが単純化され、使い易くなる。
【００８８】
（６）省エネルギ効果
この圧力可変型高圧クーラントユニット31は、リリーフ弁43のバイバス出口44より無駄な液が流出しないようになるので、大幅な省エネルギ効果が期待できる。
【００８９】
実際は、工作機械12の主軸に取付けられた工具14の噴射ノズル15の径によって吐出流量が変化するので、省エネルギ効果も変化する。
【００９０】
以下の表１は、実験値であるが、従来の高圧クーラントユニット11（吐出圧力７ＭＰa、周波数６０Ｈｚ）と、本発明に係る圧力可変型高圧クーラントユニット31（吐出圧力７ＭＰa）とを比較したものである。
【００９１】
【表１】
また、従来型高圧クーラントユニット11を用いたときのクーラント液の液温上昇を冷却用クーラーで冷却する場合は、クーラーの電力分も省エネルギとなる。
【００９３】
（７）加工上の効果
以下のような、加工上の効果がある。
【００９４】
ａ．インバータ47を使用するため、周波数を特定なものに限定されないので、ポンプ34、モータ35の性能をフルに活用でき、装置の性能を向上できる。
【００９５】
ｂ．ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げ、食い付き後に吐出圧力を上げれば、食い付き前の吐出圧力による誤差発生を防止でき、ドリル加工された穴位置の精度を向上できる。
【００９６】
ｃ．ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させることで、吐出圧力によるセラミックの欠けを防止できる。
【００９７】
ｄ．工具14に合った最適な吐出圧力を使用でき、これまで高圧を使用できなかった工具が使用できるようになるなど、加工の高速化、工具の長寿命化に貢献できる。また加工の自由度が増える。
【００９８】
ｅ．工作機械12に取付ける工具にもよるが、従来型高圧クーラントユニット11に比べて、高圧ポンプ34の累積回転数が大幅に少なくなり、高圧ポンプの寿命延長につながる。
【００９９】
以上のように、インバータ47の出力周波数により回転速度を制御されるモータ35によりポンプ34を駆動し、このポンプ34によりタンク32から吐出通路33に吐出された液の吐出圧力を圧力センサ38により検出してフィードバックし、この検出された吐出圧力が、液をタンク32にバイパス可能なリリーフ弁43の設定圧力よりも低く設定された一定の目標圧力と等しくなるように、フィードバックされた吐出圧力と目標圧力との誤差信号によりインバータ47の出力周波数を制御する。
【０１００】
ポンプ34から吐出通路33に吐出された液は、工作機械12の工具14に設けられた噴射ノズル15に供給されるクーラント液であり、目標圧力は、工作機械12から与えられる。
【０１０１】
吐出圧力が安定した時点のインバータ47の出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、インバータ47にてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータ47の出力周波数を一定の目標周波数に制御する。
【０１０２】
インバータ47の出力周波数を一定に制御しているときに目標圧力を変更する場合は、圧力センサ38により検出されてフィードバックされた吐出圧力と、変更された一定の目標圧力との誤差信号によりインバータ47の出力周波数を制御して吐出圧力を一定の目標圧力に制御し、吐出圧力が安定した時点のインバータ47の出力周波数を新たな一定の目標周波数として記憶し、インバータ47にてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、このインバータ47の出力周波数を新たな一定の目標周波数に制御する。
【０１０３】
吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードと、インバータ47の出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードとを自動的に切替える。
【０１０４】
工作機械12の工具14がドリルである場合は、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げ、食い付き後に吐出圧力を上昇復帰させる。また、ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させる。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、圧力センサで検出された吐出圧力が、リリーフ弁の設定圧力よりも低く設定された一定の目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御するので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液をなくすことができ、省エネルギを図ることができるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【０１０６】
請求項２記載の発明によれば、工作機械から指令された目標圧力に対して、ポンプから吐出された吐出圧力を検出してフィードバックし、検出された吐出圧力が目標圧力と等しくなるように、ポンプ駆動用のモータの回転速度を制御するインバータの出力周波数を制御して、圧力一定制御されたクーラント液を工具の噴射ノズルに供給するので、工具に合った最適な吐出圧力を使用でき、これまで高圧を使用できなかった工具が使用できるようになるなど、加工の高速化、工具の長寿命化に貢献できる。また加工の自由度が増える。
【０１０７】
請求項３記載の発明によれば、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードにおいても、この周波数一定制御モードを、圧力センサにより検出された吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードにいったん切替えることで、目標圧力を途中で変更することができる。
【０１０８】
請求項４記載の発明によれば、圧力一定制御モードと周波数一定制御モードとの自動切替機能により、工作機械などを用いる側の加工プログラムを単純化することができ、使い易くなる。
【０１０９】
請求項５記載の発明によれば、ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げることで、食い付き前の吐出圧力による誤差発生を防止でき、ドリル加工された穴位置の精度を向上できる。
【０１１０】
請求項６記載の発明によれば、ドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させることで、吐出圧力によるセラミックの欠けを防止できる。
【０１１１】
請求項７記載の発明によれば、圧力センサで検出された吐出圧力が一定になるように制御盤によりモータの回転速度が制御され、リリーフ弁は、制御盤により制御されてポンプから吐出可能な最大吐出圧力よりも高く設定されているので、リリーフ弁を経てタンクに戻される無駄な液がなくなるように制御でき、省エネルギを図ることができ、また、インバータを用いるため、周波数を特定なものに限定されないので、ポンプおよびモータの性能をフルに活用でき、装置の性能を向上できるとともに、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御することで、圧力を一定に制御する場合の周波数可変制御において生じる不安定なハンチングを防止でき、安定した制御動作を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液供給装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】 同上液供給装置に用いられる制御盤の内部回路を示すブロック図である。
【図３】 （Ａ）は同上制御盤によるモード自動切替機能を説明するフローチャート、（Ｂ）は周波数一定制御モードを示すフローチャートである。
【図４】 従来の液供給装置を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｌ 液
12 工作機械
14 ドリルなどの工具
15 噴射ノズル
32 タンク
33 吐出通路
34 ポンプ
35 モータ
38 圧力センサ
41 制御盤
43 リリーフ弁
45 バイパス通路
47 インバータ
Claims (7)
- インバータの出力周波数により回転速度を制御されるモータによりポンプを駆動し、
このポンプによりタンクから吐出通路に吐出された液の吐出圧力を圧力センサにより検出してフィードバックし、
この検出された吐出圧力が、液をタンクにバイパス可能なリリーフ弁の設定圧力よりも低く設定された一定の目標圧力と等しくなるように、フィードバックされた吐出圧力と目標圧力との誤差信号によりインバータの出力周波数を制御する液供給方法であって、
吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、
インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する
ことを特徴とする液供給方法。 - ポンプから吐出通路に吐出された液は、工作機械の工具に設けられた噴射ノズルに供給されるクーラント液であり、
目標圧力は、工作機械から与えられる
ことを特徴とする請求項１記載の液供給方法。 - インバータの出力周波数を一定に制御しているときに目標圧力を変更する場合は、
圧力センサにより検出されてフィードバックされた吐出圧力と、変更された一定の目標圧力との誤差信号によりインバータの出力周波数を制御して吐出圧力を一定の目標圧力に制御し、
吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を新たな一定の目標周波数として記憶し、
インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、このインバータの出力周波数を新たな一定の目標周波数に制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載の液供給方法。 - 吐出圧力を一定の目標圧力に制御する圧力一定制御モードと、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する周波数一定制御モードとを自動的に切替える
ことを特徴とする請求項３載の液供給方法。 - 工作機械の工具はドリルであり、
ドリル加工の食い付き時に吐出圧力を下げ、
食い付き後に吐出圧力を上昇復帰させる
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の液供給方法。 - 工作機械の工具はドリルであり、
このドリルによるセラミックの穴加工時にて、ドリル突抜け際に吐出圧力を低下させる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の液供給方法。 - クーラント液を収容するタンクと、
このタンク内のクーラント液を吐出通路より工作機械の工具に供給するポンプと、
このポンプを駆動するモータと、
ポンプから吐出通路に吐出された液の吐出圧力を検出する圧力センサと、
この圧力センサで検出された吐出圧力が工作機械から指令された目標圧力と等しくなるようにモータの回転速度をフィードバック制御する制御盤と、
吐出通路からタンクへ戻されるバイパス通路に設けられ制御盤により制御されてポンプから吐出可能な最大吐出圧力よりも高く設定されたリリーフ弁とを具備し、
モータは、回転速度を電源周波数により可変制御されるものであり、
制御盤は、
モータの電源周波数を連続的に制御可能のインバータを備え、
吐出圧力が安定した時点のインバータの出力周波数を一定の目標周波数として記憶し、インバータにてモニタリングされた現在の出力周波数をフィードバックして、インバータの出力周波数を一定の目標周波数に制御する機能を備えた
ことを特徴とする液供給装置。
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