JP4250999B2 - クーラントポンプ装置およびドリル装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クーラントポンプ装置およびドリル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばドリル用のクーラントポンプ装置としては、略先端にクーラント吐出孔を有するドリルにクーラントを供給するポンプと、このポンプからの上記クーラントの吐出流量を検出する流量センサと、上記ポンプを駆動するモータと、上記モータへの供給電力の周波数を変更するインバータ装置と、このインバータ装置を制御する制御装置とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来のクーラントポンプ装置は、上記ポンプ内部の摩耗が進行してその容積効率が低下し、上記ポンプからのクーラントの吐出流量が減少した場合、この吐出流量の減少を検出した上記流量センサからの信号に基いて、上記制御装置によって、上記インバータ装置の出力周波数を増加して、上記モータの回転速度増加させる。これによって、上記ポンプのクーラントの吐出量を増加させて、上記ドリルに供給するクーラントの流量を所定量に保つようにしている。
【０００４】
この種の従来のクーラントポンプ装置は、上記ドリルを交換してドリルの吐出孔の径が変わっても、上記ドリルに供給するクーラントの流量が殆ど変わらないようにしている。
【０００５】
図４は、上記クーラント装置がクーラントを供給するドリルの径と、このドリルに供給すべきクーラントの圧力との関係を示した図である。曲線Ａは、ドリル径に対するクーラントの圧力の上限値を示す曲線であり、この曲線が示す値以上に圧力を増大させても、切粉の除去等の効果が殆ど増大しない。曲線Ｂは、クーラントの効果を十分に奏すると共にクーラントポンプが過大にならない程度の推奨値を示す曲線である。曲線Ｃは、上記クーラントの圧力の下限値を示す曲線であり、この曲線が示す値以下に圧力を低下させると、切粉の除去等の効果が不十分となる。
【０００６】
図４に示すように、上記ドリルの径が１０ｍｍ程度以下の小径の場合、上記ドリルに供給すべきクーラントの推奨圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ２以上の比較的高い圧力である。上記ドリルが小径の場合、このドリルでワークに加工を行なう際の上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的小さいので、この比較的小さい隙間から切粉を排出するために、クーラントの圧力を比較的高圧にする必要があるからである。このとき、上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的小さいので、上記クーラントの流量は比較的小さくてよい。
【０００７】
一方、上記ドリルの径が１８ｍｍ程度以上の大径の場合、図４に示すように、上記ドリルに供給すべきクーラントの推奨圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ２以下の比較的低い圧力である。上記ドリルが大径の場合、このドリルでワークに加工を行なう際の上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的大きいので、この比較的大きい隙間から切粉を排出するには、比較的低圧のクーラントで十分だからである。このとき、上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的大きいので、上記クーラントの流量は比較的大きくする必要がある。
【０００８】
図５（ａ）は、上記従来のクーラントポンプ装置において、上記ドリルに供給されるクーラントの圧力−流量特性を示した図である。図５（ａ）に示すように、上記クーラントの圧力−流量特性は、圧力がＰ１未満であって比較的低圧の場合に比較的大流量Ｑ１を保持する低圧直線▲１▼と、圧力がＰ１よりも大きい比較的高圧の場合に比較的小流量Ｑ２を保持する高圧直線▲３▼と、一定の圧力Ｐ１の下で流量を大流量Ｑ１と小流量Ｑ２との間で変える定圧直線▲２▼とを有する。すなわち、ドリルが大径の場合には、低圧直線▲１▼に従って略一定の流量Ｑ１の下で上記ドリル径に応じた圧力を設定し、ドリルが小径の場合には、高圧直線▲３▼に従って略一定の流量Ｑ２の下で上記ドリル径に応じた圧力を設定している。
【０００９】
図５（ｂ）は、上記従来のクーラントポンプ装置において、図５（ａ）の圧力−流量特性をなしてクーラントが供給される場合、上記モータにおける消費電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。図５（ｂ）に示すように、上記圧力−電力特性は、図５（ａ）の圧力−流量特性の低圧直線▲１▼，定圧直線▲２▼および高圧直線▲３▼に各々対応する低圧時直線▲１▼、定圧時直線▲２▼および高圧時直線▲３▼を有する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−１９１６２号公報（第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のクーラントポンプ装置は、図５（ａ）の圧力−流量特性の低圧直線▲１▼に示すように、ドリル径が異なってクーラントの圧力が異なる場合であっても、同一の流量Ｑ１のクーラントを供給する。したがって、図５（ｂ）の圧力−電力特性の低圧時直線▲１▼に示すように、ドリル径が小さくなってクーラントの圧力が増大した場合、モータへの供給電力が増大する。ここで、上記ドリル径が小さくなった場合、このドリルとワークとの間の隙間が小さくなるので、この隙間を通してクーラントで切粉を排出するのに必要な流量も減少する。それにも拘らず、上記低圧直線▲１▼に示すように略一定の流量Ｑ１を供給するので、上記クーラントの圧力がＰ１に近い程、必要以上の流量のクーラントが供給されることになる。したがって、上記圧力−電力特性の低圧時直線▲１▼において、圧力Ｐ１に近い程、エネルギーの無駄な消費が大きいという問題がある。また、クーラントの無駄な消費が多いという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、省エネルギーができ、また、クーラントの無駄な消費が少ないクーラントポンプ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のクーラントポンプ装置は、工具にクーラントを供給するポンプと、
上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、
上記圧力センサからの信号に基いて、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行なうように、上記ポンプの動作を制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項１のクーラントポンプ装置によれば、上記制御手段によって、上記圧力センサが検出した上記クーラントの圧力に基いて、上記ポンプの動作が制御される。これによって、上記ポンプは、このポンプが吐出するクーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行う。したがって、上記工具としての例えばドリルについて、ドリル径が小さくなってクーラントの圧力が増大した場合、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になるように上記ポンプの動作が制御されて、上記クーラントの流量が減少する。ここで、上記ドリル径が小さくなった場合、上記ドリルとワークとの間の隙間が小さくなるので、この隙間を通して切粉を排出するために必要な流量も減少する。すなわち、上記ポンプは、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になるように制御されることによって、上記工具に供給する圧力に応じた必要かつ十分な流量のクーラントを供給することができる。その結果、上記クーラントの無駄な消費を削減できる。
【００１５】
また、上記ポンプは、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行なうように制御されるので、上記クーラントの圧力が上昇した場合であっても、上記ポンプを駆動する例えばモータの消費電力は殆ど増加しない。したがって、本発明のクーラントポンプ装置は、無駄なエネルギー消費を回避して、省エネルギーを効果的に行なうことができる。
【００１６】
なお、本発明において、工具とは、ドリルに限られず、圧力に応じた流量のクーラントの供給が必要な工具であればよく、例えばフライス、エンドミルあるいはバイト等、どのような工具でもよい。
【００１７】
請求項２の発明のクーラントポンプ装置は、請求項１に記載のクーラントポンプ装置において、
上記ポンプの吐出流量を検出する流量検出手段を備え、
上記制御手段は、上記流量検出手段からの信号に基いて、上記ポンプの動作を制御することを特徴としている。
【００１８】
請求項２のクーラントポンプ装置によれば、上記ポンプの吐出流量を検出する流量検出手段を備え、この流量検出手段からの信号に基いて、上記ポンプの動作が制御される。これによって、上記ポンプから吐出されるクーラントの流量は、高精度に、圧力に応じた適切な流量となる。したがって、このクーラントポンプ装置は、きめ細かい定馬力運転が実行できる。その結果、圧力に応じた必要かつ十分な流量のクーラントを工具に供給して、クーラントの無駄な消費を削減でき、また、無駄なエネルギー消費を回避して、省エネルギーを効果的に行なうことができる。
【００１９】
なお、上記流量検出手段は、上記ポンプから吐出されるクーラントの流量を直接検出してもよく、あるいは、回転エンコーダ、電流センサなどによって、上記ポンプを駆動するモータから上記クーラントの吐出流量を間接的に検出してもよい。
【００２０】
請求項３の発明のクーラントポンプ装置は、請求項１または２に記載のクーラントポンプ装置において、
上記制御手段は、上記圧力センサからの信号に基いて、上記ポンプから吐出されるべきクーラントの流量を算出する演算部を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項３のクーラントポンプ装置によれば、上記制御手段は、上記演算部によって、上記圧力センサからの信号に基いて、上記ポンプから吐出すべきクーラントの流量が算出される。この算出された流量になるように、上記制御手段によって、上記ポンプの動作が制御される。その結果、上記ポンプを効果的に定馬力運転でき、また、上記工具に適切な圧力および流量のクーラントが供給できる。
【００２２】
請求項４の発明のクーラントポンプ装置は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のクーラントポンプ装置において、
上記制御手段は、上記ポンプから吐出されるクーラントの目標とする圧力と流量との値であって、積が略一定である上記圧力と流量との値が格納されたテーブルを有することを特徴としている。
【００２３】
請求項４のクーラントポンプ装置によれば、上記制御手段は、上記テーブルを参照して、例えば上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力に対応する流量の値を調べる。このテーブルから調べた流量になるように、上記制御手段によって、上記ポンプの動作が制御される。その結果、上記ポンプを効果的に定馬力運転でき、また、上記工具に適切な圧力および流量のクーラントが供給できる。
【００２４】
ここで、上記制御手段は、上記工具の寸法などに応じて上記テーブルを参照し、上記工具に供給するクーラントの目標とする圧力および流量を調べて、この調べた圧力および流量になるように、上記ポンプの動作を制御してもよい。
【００２５】
請求項５の発明のドリル装置は、ドリル本体と、
上記ドリル本体の先端に設けられたクーラント吐出孔と、
上記ドリル本体にクーラントを供給するポンプと、
上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、
上記ポンプを駆動するモータと、
上記モータの回転数を検出する回転センサと、
上記圧力センサからの信号と、上記回転センサからの信号とに基いて、上記ポンプが吐出するクーラントの圧力と流量との積が一定になるように、上記モータを制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００２６】
請求項５のドリル装置によれば、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力が上記圧力センサで検出され、上記ポンプを駆動するモータの回転数が上記回転センサで検出される。上記圧力センサからの信号と、上記回転センサからの信号とに基いて、上記制御手段によって、上記ポンプが吐出するクーラントの圧力と流量との積が一定になるように、上記モータが制御される。
【００２７】
ここで、上記ドリルが、例えば径が小さいドリルに交換されることによって、上記ドリルの先端に設けられたクーラント吐出孔の径が小さくなった場合、この吐出孔から吐出されるクーラントの圧力が増大する。そうすると、上記制御手段によって、上記クーラントの圧力と流量との積が一定になるように、つまり、上記増大した圧力に応じて流量が減少するように、上記モータが制御される。
【００２８】
ここにおいて、上記径が小さくなったドリルは、このドリルと、このドリルで加工するワークとの間の隙間が小さくなるので、切粉を排出するために上記クーラントの圧力を増大する必要がある一方、上記クーラントの流量を減少させても上記切粉は十分に排出できる。したがって、上記制御手段によってモータが制御されて、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力および流量は、上記径が小さくなったドリルに対して、必要かつ十分な圧力および流量となる。また、上記制御手段によって、上記クーラントの圧力と流量との積が一定になるようにモータが制御されるので、このモータが駆動するポンプは定馬力運転を行なう。したがって、上記モータの消費電力は、殆ど変わらない。その結果、このドリル装置は、上記ドリルに十分な圧力および流量のクーラントを供給してクーラントの無駄な消費を削減でき、また、省エネルギーを行なうことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態のクーラントポンプ装置を示すブロック図である。
【００３１】
このクーラントポンプ装置は、工具としてのドリル１にクーラントを供給するものであり、上記ドリル１は、先端にクーラントの吐出孔２を有する。
【００３２】
上記クーラントポンプ装置は、タンク８内に保持されたクーラントを吸引、吐出する固定容量型ポンプ４と、このポンプ４を駆動する可変速型のモータ５とを備え、このモータ５への供給電力を、制御装置１４で制御している。上記ポンプ４の吐出ライン６に、クーラントの圧力を検出する圧力センサ９と、クーラントの流量を検出する流量センサ１０とを設けている。また、上記吐出ライン６には、異常高圧時にクーラントをタンク８内にバイパスするためのリリーフ弁１２と、上記制御装置１４からの信号に基いてクーラントをタンク８内に戻すアンロード弁７とを接続している。
【００３３】
上記制御装置１４は、マイクロコンピュータからなる図示しないコントロール部と、インバータ部を有する。上記コントロール部は、上記圧力センサ９および流量センサ１０からの検出値に基いて、所定の演算を行なって制御信号を生成する。この制御信号を受けた上記インバータによって、上記モータ５の回転数を制御して、上記ポンプ４の流量を制御するようにしている。また、上記制御装置１４は、交流電源１５から受けた交流電力を、図示しないコンバータで平滑な直流電力に変換し、この直流電力を、上記インバータに供給すると共に、低圧にして上記コントロール部に供給している。
【００３４】
上記制御装置１４は、上記クーラントの目標とする最大流量が入力される最大流量入力部と、上記クーラントの目標とする最大圧力が入力される最大圧力入力部と、上記ポンプ４が最大馬力に対して目標とする馬力の率（割合）が入力される馬力率入力部を有する。上記制御装置１４のコントロール部は、上記最大流量入力部、最大圧力入力部および馬力率入力部に入力された値に基いて、上記クーラントが図２に示すような目標圧力−流量特性をなすように、上記インバータ部を制御してモータを制御する。上記目標圧力−流量特性は、図２に示すように、上記最大流量に対応する最大流量直線▲１▼と、上記馬力率に対応する馬力を示す双曲線の一部からなる定馬力曲線▲２▼と、上記最大圧力に対応する最大圧力直線▲３▼とからなる。図２には、上記最大流量入力部への入力値が、上記モータの回転数が１８００ｒｐｍ相当流量であり、上記最大圧力入力部への入力値が７ＭＰａであり、上記馬力率入力部への入力値が５０％である場合の目標圧力−流量特性を示している。
【００３５】
上記制御装置１４のコントロール部は、図２の目標圧力−流量特性に従うように、上記モータの回転数を制御する。すなわち、上記圧力センサ９から受けた信号から現在のクーラントの圧力を検知し、上記目標圧力−流量特性において、このクーラントの圧力に対応する目標流量を求める。そして、上記流量センサ１０から受けた信号から現在のクーラントの流量を検知し、このクーラントの現在流量と、上記目標流量との偏差を算出する。この偏差から制御信号を生成し、この制御信号を上記インバータに出力する。上記制御信号を受けたインバータは、上記モータ５の回転数を制御して上記ポンプ４の流量を変更して、このポンプ４の吐出流量を上記目標流量にするようにしている。
【００３６】
上記構成のクーラントポンプ装置およびドリル１において、このドリル１のクーラント吐出孔２の径によって、このドリル１に供給されるクーラントの圧力が定まる。例えば、上記圧力センサ９に検出された上記クーラントの圧力が４ＭＰａであるとき、上記コントロール部は、上記目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼に従って目標流量を求める。すなわち、上記定馬力曲線▲２▼において、最大流量×最大圧力×馬力率／現在圧力＝目標流量とする。図２において、最大流量＝１８００ｒｐｍ相当流量，最大圧力＝７ＭＰａ，馬力率＝５０％であるので、目標流量は、１５７５ｒｐｍ相当流量になる。このように、上記制御装置１４のコントロール部は、本発明の演算部として機能する。上記目標流量と、上記流量センサ１０が検出するクーラントの現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力して、上記モータ５を制御して、現在流量が目標流量に一致するようにする。したがって、上記ポンプ４から吐出されるクーラントの圧力および流量を表す点（現在圧力、現在流量）が、図２の目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼の上に載る。
【００３７】
上記ドリル１の径が変更されて、このドリルのクーラント吐出孔２の径が変わった場合、吐出ラインを介して上記ポンプ４から供給されるクーラントの圧力が、上記吐出孔２の径に応じて変化する。例えば、上記ドリル１および吐出孔の径が小さくなって、上記圧力センサ９に検出される上記クーラントの圧力が６ＭＰａに増大した場合、上記コントロール部は、上記目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼に従って目標流量を求める。目標流量＝最大流量×最大圧力×馬力率／現在圧力より、目標流量は、１０５０ｒｐｍ相当流量になる。この目標流量と、上記流量センサ１０が検出する現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力して、上記モータ５を制御して、現在流量を１０５０ｒｐｍ相当流量にする。これによって、上記ポンプ４から吐出されるクーラントの圧力および流量を表す点（現在圧力、現在流量）が、ドリル１の径の変更前と同様に、図２の目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼の上に載る。
【００３８】
ここで、上記ドリル１の径が小さくなった場合、上記ドリル１とワークとの間の隙間が小さくなるので、この隙間を通して切粉を排出するために必要な流量も減少する。したがって、上記制御装置１４によって制御された現在流量の１０５０ｒｐｍ相当流量は、上記径が小さくなったドリル１において、必要かつ十分なクーラント流量である。その結果、上記ドリル１に過剰な流量のクーラントが供給されることが防止できて、クーラントの無駄な消費が削減できる。
【００３９】
また、上記ドリル１に供給されるクーラントの圧力が、上記定馬力曲線▲２▼に対応する範囲（３．５ＭＰａ〜７ＭＰａ）に含まれる場合、この定馬力曲線▲２▼に一致するように、上記モータが制御される。すなわち、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が一定になる定馬力運転を行なうように、上記ポンプ４が制御される。したがって、上記クーラントの圧力が上昇した場合であっても、上記モータの消費電力が殆ど増加しない。その結果、このクーラントポンプ装置は、無駄なエネルギー消費が回避できて、省エネルギーを効果的に行なうことができる。
【００４０】
一方、上記ドリル１の径およびクーラント吐出孔２の径が変化して、この吐出孔２の径に応じたクーラントの圧力が、図２の目標圧力−流量特性の最大流量直線▲１▼に対応する値（例えば３ＭＰａ）になった場合、上記コントロール部は、目標流量を、最大流量の１８００ｒｐｍ相当流量とする。この目標流量と、上記流量センサ１０が検出する現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力し、上記モータ５を制御して、現在流量を１８００ｒｐｍ相当流量にする。この最大流量は、上記クーラントの現在の圧力が最大流量直線▲１▼に対応する圧力である場合、常に同一である。これによって、上記ポンプ４は、最大流量以上の流量のクーラントを供給することが防止されて、クーラントの無駄な消費が防止される。
【００４１】
また、上記ドリル１の径およびクーラント吐出孔２の径が変化して、この吐出孔２の径に応じたクーラントの圧力が、図２の目標圧力−流量特性の最大圧力直線▲３▼に対応する７ＭＰａになった場合、上記コントロール部は、目標流量を９００ｒｐｍ相当流量とする。この目標流量と、上記流量センサ１０が検出する現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力して、上記モータ５を制御して、現在流量を９００ｒｐｍ相当流量にする。これによって、上記ポンプ４からのクーラントの吐出流量が少ない状態で、圧力を最大圧力（７ＭＰａ）に保持する。したがって、上記ポンプを駆動するモータ５の消費電力が低減されて、省エネルギーを図ることができる。なお、ドリルの吐出孔２の径がさらに小さくなり、クーラントの圧力が最大圧力の７ＭＰａよりも大きくなった場合、上記コントロール部は、上記モータ５の回転数を９００ｒｐｍに保持する。これは、上記ポンプについて制限を受けている最低回転数を維持するためであり、ポンプの最低回転数が９００ｒｐｍ以下であれば、クーラント圧力の増大に応じて回転数を更に低下させてもよい。
【００４２】
図３（ａ）は、本実施形態のクーラントポンプ装置によってポンプ４の動作が制御された際のクーラントの圧力−流量特性を示す図である。図３（ａ）において、▲１▼は、図２の最大流量直線▲１▼に従ってポンプが制御された場合を示す最大流量時直線であり、▲２▼は、図２の定馬力曲線▲２▼に従って制御された場合を示す定馬力時直線であり、▲３▼は、図２の最大圧力直線▲３▼に従って制御された場合を示す最大圧力直線である。
【００４３】
図３（ｂ）は、上記クーラントポンプ装置において、図３（ａ）のクーラントの圧力−流量特性をなす場合、上記モータ４に供給された電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。図３（ｂ）に示すように、上記圧力−電力特性は、図３（ａ）の圧力−流量特性の最大流量時直線▲１▼に対応する直線▲１▼について、クーラント圧力の増加に伴って消費電力が増大する。しかし、圧力−電力特性において、図３（ａ）の定馬力時直線▲２▼に対応する直線▲２▼については、クーラント圧力が増加しても消費電力は殆ど変化しない。一方、図３（ａ）の最大圧力直線▲３▼に対応する直線▲３▼については、消費電力は減少する。
【００４４】
図３（ｂ）の圧力−電力特性から分かるように、本実施形態のクーラントポンプ装置によれば、図５（ｂ）の従来の圧力−電力特性と比べて、特に、定馬力運転を行なった際の消費電力を、効果的に削減できる。
【００４５】
上記実施形態において、上記流量センサ２０によってクーラントの流量を直接検出したが、上記ポンプ４を駆動するモータ５の回転数を検出する回転センサを設け、上記モータ５の回転数からクーラントの流量を間接的に検出してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態において、上記圧力センサ９が検出したクーラントの圧力に基いて目標流量を算出し、この目標流量と、上記流量センサ１０が検出した現在流量とを比較してモータへの供給電力を制御したが、上記目標流量に対応してモータ５に供給すべき電力値を直接算出し、上記現在流量を検出することなく、上記算出した電力をモータ５に供給してもよい。これによって、クーラントの流量センサ１０やモータの回転センサが削除できて、構造を簡易にしてコストダウンを図ることができる。
【００４７】
また、上記クーラントの目標圧力−流量特性については、上記制御装置１４は、各入力部から入力される最大流量、最大圧力および馬力率に関して予め複数の条件における値が格納されたテーブルを、例えばメモリなどに記憶しておいて、このテーブルを参照することによって、クーラントの目標流量を決定してもよい。表１は、上記目標圧力−流量特性を示すテーブルの一例を示したものである。すなわち、クーラントの最大流量がモータの回転数が１８００ｒｐｍ相当の流量であり、最大圧力が７ＭＰａである場合について、馬力率が１０％，５０％，９０％である場合の目標圧力−流量特性を示している。表１において、１乃至７の値は圧力（ＭＰａ）であり、９００乃至１８００の値は流量に相当する回転数（ｒｐｍ）である。
【００４８】
【表１】
【００４９】
ドリル１の径およびクーラント吐出孔の径がかわってクーラント圧力が変化したとき、上記制御装置１４は、メモリに記憶された表１のようなテーブルを参照して、上記変化したクーラント圧力と、所定の馬力率とに対応する回転数の値を探し出す。この探し出した値の回転数になるように、上記インバータによってモータ５への供給電力を制御することによって、上記クーラントの圧力および流量が、例えば図２に示すような流量−圧力特性線に従う特性をなすようにできる。
【００５０】
また、上記実施形態では、工具の一例としてドリル１を用いた場合を説明したが、工具としては、ドリル以外の例えばフライス、エンドミルあるいはバイト等、圧力に応じた流量のクーラントの供給が必要な工具であれば、どのような工具でもよい。
【００５１】
さらに、上記実施形態では、目標圧力−流量特性は、最大流量直線▲１▼と、定馬力曲線▲２▼と、最大圧力直線▲３▼とからなるが、最大馬力曲線に代えて斜線あるいは折れ線からなる擬似定馬力曲線を用いてもよい。また、上記目標圧力−流量特性は、動作上最も好ましい任意の曲線あるいは折れ線であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、最大流量入力部と、最大圧力入力部と、馬力率入力部とを介して、最大流量、最大圧力、馬力率を入力して設定するようにしたが、ＥＥＰＲＯＭあるいはフラッシュメモリを用いて、これらに最大流量、最大圧力、馬力率を出荷後あるいは出荷前に書き込むようにしてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、固定容量型ポンプを用いたが、流量の上限値が変更できる可変容量型ポンプを用いてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のクーラントポンプ装置によれば、工具にクーラントを供給するポンプと、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、上記圧力センサからの信号に基いて、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行なうように、上記ポンプの動作を制御する制御手段とを備えるので、上記工具に供給する圧力に応じた必要かつ十分な流量のクーラントを供給することができて、上記クーラントの無駄な消費を削減できると共に、無駄なエネルギー消費を回避できて、省エネルギーを行なうことができる。
【００５５】
請求項２の発明のクーラントポンプ装置によれば、請求項１に記載のクーラントポンプ装置において、上記ポンプの吐出流量を検出する流量検出手段を備え、上記制御手段は、上記流量検出手段からの信号に基いて、上記ポンプの動作を制御するので、きめ細かい定馬力運転が実行できる。
【００５６】
請求項３の発明のクーラントポンプ装置によれば、請求項１または２に記載のクーラントポンプ装置において、上記制御手段は、上記圧力センサからの信号に基いて、上記ポンプから吐出されるべきクーラントの流量を算出する演算部を有するので、上記ポンプを効果的に定馬力運転でき、また、上記工具に適切な圧力および流量のクーラントが供給できる。
【００５７】
請求項４の発明のクーラントポンプ装置によれば、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のクーラントポンプ装置において、上記制御手段は、上記ポンプから吐出されるクーラントの目標とする圧力と流量との値であって、積が略一定である上記圧力と流量との値が格納されたテーブルを有するので、上記ポンプを容易に制御して定馬力運転ができる。
【００５８】
請求項５の発明のドリル装置によれば、ドリル本体と、上記ドリル本体の先端に設けられたクーラント吐出孔と、上記ドリル本体にクーラントを供給するポンプと、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、上記ポンプを駆動するモータと、上記モータの回転数を検出する回転センサと、上記圧力センサからの信号と、上記回転センサからの信号とに基いて、上記ポンプが吐出するクーラントの圧力と流量との積が一定になるように、上記モータを制御する制御手段とを備えるので、上記ドリルの径に応じて必要かつ十分な圧力および流量のクーラントを供給できて、クーラントの無駄な消費を削減できると共に、省エネルギーを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のクーラントポンプ装置を示すブロック図である。
【図２】 クーラントの圧力および流量の目標圧力−流量特性を示す図である。
【図３】 図３（ａ）は、本実施形態のクーラントポンプ装置によってポンプの動作が制御された際のクーラントの圧力−流量特性を示す図であり、図３（ｂ）は、モータに供給された電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。
【図４】 図４は、ドリルの径と、このドリルに供給すべきクーラントの圧力との関係を示した図である。
【図５】 図５（ａ）は、従来のクーラントポンプ装置において、ドリルに供給されるクーラントの圧力−流量特性を示した図であり、図５（ｂ）は、モータにおける消費電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。
【符号の説明】
１ ドリル
２ クーラント吐出孔
４ ポンプ
５ モータ
６ 吐出ライン
７ アンロード弁
８ タンク
９ 圧力センサ
１０ 流量センサ
１２ リリーフ弁
１４ 制御装置
１５ 交流電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、クーラントポンプ装置およびドリル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばドリル用のクーラントポンプ装置としては、略先端にクーラント吐出孔を有するドリルにクーラントを供給するポンプと、このポンプからの上記クーラントの吐出流量を検出する流量センサと、上記ポンプを駆動するモータと、上記モータへの供給電力の周波数を変更するインバータ装置と、このインバータ装置を制御する制御装置とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来のクーラントポンプ装置は、上記ポンプ内部の摩耗が進行してその容積効率が低下し、上記ポンプからのクーラントの吐出流量が減少した場合、この吐出流量の減少を検出した上記流量センサからの信号に基いて、上記制御装置によって、上記インバータ装置の出力周波数を増加して、上記モータの回転速度増加させる。これによって、上記ポンプのクーラントの吐出量を増加させて、上記ドリルに供給するクーラントの流量を所定量に保つようにしている。
【０００４】
この種の従来のクーラントポンプ装置は、上記ドリルを交換してドリルの吐出孔の径が変わっても、上記ドリルに供給するクーラントの流量が殆ど変わらないようにしている。
【０００５】
図４は、上記クーラント装置がクーラントを供給するドリルの径と、このドリルに供給すべきクーラントの圧力との関係を示した図である。曲線Ａは、ドリル径に対するクーラントの圧力の上限値を示す曲線であり、この曲線が示す値以上に圧力を増大させても、切粉の除去等の効果が殆ど増大しない。曲線Ｂは、クーラントの効果を十分に奏すると共にクーラントポンプが過大にならない程度の推奨値を示す曲線である。曲線Ｃは、上記クーラントの圧力の下限値を示す曲線であり、この曲線が示す値以下に圧力を低下させると、切粉の除去等の効果が不十分となる。
【０００６】
図４に示すように、上記ドリルの径が１０ｍｍ程度以下の小径の場合、上記ドリルに供給すべきクーラントの推奨圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ２以上の比較的高い圧力である。上記ドリルが小径の場合、このドリルでワークに加工を行なう際の上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的小さいので、この比較的小さい隙間から切粉を排出するために、クーラントの圧力を比較的高圧にする必要があるからである。このとき、上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的小さいので、上記クーラントの流量は比較的小さくてよい。
【０００７】
一方、上記ドリルの径が１８ｍｍ程度以上の大径の場合、図４に示すように、上記ドリルに供給すべきクーラントの推奨圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ２以下の比較的低い圧力である。上記ドリルが大径の場合、このドリルでワークに加工を行なう際の上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的大きいので、この比較的大きい隙間から切粉を排出するには、比較的低圧のクーラントで十分だからである。このとき、上記ワークとドリルとの間の隙間が比較的大きいので、上記クーラントの流量は比較的大きくする必要がある。
【０００８】
図５（ａ）は、上記従来のクーラントポンプ装置において、上記ドリルに供給されるクーラントの圧力−流量特性を示した図である。図５（ａ）に示すように、上記クーラントの圧力−流量特性は、圧力がＰ１未満であって比較的低圧の場合に比較的大流量Ｑ１を保持する低圧直線▲１▼と、圧力がＰ１よりも大きい比較的高圧の場合に比較的小流量Ｑ２を保持する高圧直線▲３▼と、一定の圧力Ｐ１の下で流量を大流量Ｑ１と小流量Ｑ２との間で変える定圧直線▲２▼とを有する。すなわち、ドリルが大径の場合には、低圧直線▲１▼に従って略一定の流量Ｑ１の下で上記ドリル径に応じた圧力を設定し、ドリルが小径の場合には、高圧直線▲３▼に従って略一定の流量Ｑ２の下で上記ドリル径に応じた圧力を設定している。
【０００９】
図５（ｂ）は、上記従来のクーラントポンプ装置において、図５（ａ）の圧力−流量特性をなしてクーラントが供給される場合、上記モータにおける消費電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。図５（ｂ）に示すように、上記圧力−電力特性は、図５（ａ）の圧力−流量特性の低圧直線▲１▼，定圧直線▲２▼および高圧直線▲３▼に各々対応する低圧時直線▲１▼、定圧時直線▲２▼および高圧時直線▲３▼を有する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−１９１６２号公報（第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のクーラントポンプ装置は、図５（ａ）の圧力−流量特性の低圧直線▲１▼に示すように、ドリル径が異なってクーラントの圧力が異なる場合であっても、同一の流量Ｑ１のクーラントを供給する。したがって、図５（ｂ）の圧力−電力特性の低圧時直線▲１▼に示すように、ドリル径が小さくなってクーラントの圧力が増大した場合、モータへの供給電力が増大する。ここで、上記ドリル径が小さくなった場合、このドリルとワークとの間の隙間が小さくなるので、この隙間を通してクーラントで切粉を排出するのに必要な流量も減少する。それにも拘らず、上記低圧直線▲１▼に示すように略一定の流量Ｑ１を供給するので、上記クーラントの圧力がＰ１に近い程、必要以上の流量のクーラントが供給されることになる。したがって、上記圧力−電力特性の低圧時直線▲１▼において、圧力Ｐ１に近い程、エネルギーの無駄な消費が大きいという問題がある。また、クーラントの無駄な消費が多いという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、省エネルギーができ、また、クーラントの無駄な消費が少ないクーラントポンプ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のクーラントポンプ装置は、工具にクーラントを供給するポンプと、
上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、
上記圧力センサからの信号に基いて、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行なうように、上記ポンプの動作を制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項１のクーラントポンプ装置によれば、上記制御手段によって、上記圧力センサが検出した上記クーラントの圧力に基いて、上記ポンプの動作が制御される。これによって、上記ポンプは、このポンプが吐出するクーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行う。したがって、上記工具としての例えばドリルについて、ドリル径が小さくなってクーラントの圧力が増大した場合、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になるように上記ポンプの動作が制御されて、上記クーラントの流量が減少する。ここで、上記ドリル径が小さくなった場合、上記ドリルとワークとの間の隙間が小さくなるので、この隙間を通して切粉を排出するために必要な流量も減少する。すなわち、上記ポンプは、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になるように制御されることによって、上記工具に供給する圧力に応じた必要かつ十分な流量のクーラントを供給することができる。その結果、上記クーラントの無駄な消費を削減できる。
【００１５】
また、上記ポンプは、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行なうように制御されるので、上記クーラントの圧力が上昇した場合であっても、上記ポンプを駆動する例えばモータの消費電力は殆ど増加しない。したがって、本発明のクーラントポンプ装置は、無駄なエネルギー消費を回避して、省エネルギーを効果的に行なうことができる。
【００１６】
なお、本発明において、工具とは、ドリルに限られず、圧力に応じた流量のクーラントの供給が必要な工具であればよく、例えばフライス、エンドミルあるいはバイト等、どのような工具でもよい。
【００１７】
請求項２の発明のクーラントポンプ装置は、請求項１に記載のクーラントポンプ装置において、
上記ポンプの吐出流量を検出する流量検出手段を備え、
上記制御手段は、上記流量検出手段からの信号に基いて、上記ポンプの動作を制御することを特徴としている。
【００１８】
請求項２のクーラントポンプ装置によれば、上記ポンプの吐出流量を検出する流量検出手段を備え、この流量検出手段からの信号に基いて、上記ポンプの動作が制御される。これによって、上記ポンプから吐出されるクーラントの流量は、高精度に、圧力に応じた適切な流量となる。したがって、このクーラントポンプ装置は、きめ細かい定馬力運転が実行できる。その結果、圧力に応じた必要かつ十分な流量のクーラントを工具に供給して、クーラントの無駄な消費を削減でき、また、無駄なエネルギー消費を回避して、省エネルギーを効果的に行なうことができる。
【００１９】
なお、上記流量検出手段は、上記ポンプから吐出されるクーラントの流量を直接検出してもよく、あるいは、回転エンコーダ、電流センサなどによって、上記ポンプを駆動するモータから上記クーラントの吐出流量を間接的に検出してもよい。
【００２０】
請求項３の発明のクーラントポンプ装置は、請求項１または２に記載のクーラントポンプ装置において、
上記制御手段は、上記圧力センサからの信号に基いて、上記ポンプから吐出されるべきクーラントの流量を算出する演算部を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項３のクーラントポンプ装置によれば、上記制御手段は、上記演算部によって、上記圧力センサからの信号に基いて、上記ポンプから吐出すべきクーラントの流量が算出される。この算出された流量になるように、上記制御手段によって、上記ポンプの動作が制御される。その結果、上記ポンプを効果的に定馬力運転でき、また、上記工具に適切な圧力および流量のクーラントが供給できる。
【００２２】
請求項４の発明のクーラントポンプ装置は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のクーラントポンプ装置において、
上記制御手段は、上記ポンプから吐出されるクーラントの目標とする圧力と流量との値であって、積が略一定である上記圧力と流量との値が格納されたテーブルを有することを特徴としている。
【００２３】
請求項４のクーラントポンプ装置によれば、上記制御手段は、上記テーブルを参照して、例えば上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力に対応する流量の値を調べる。このテーブルから調べた流量になるように、上記制御手段によって、上記ポンプの動作が制御される。その結果、上記ポンプを効果的に定馬力運転でき、また、上記工具に適切な圧力および流量のクーラントが供給できる。
【００２４】
ここで、上記制御手段は、上記工具の寸法などに応じて上記テーブルを参照し、上記工具に供給するクーラントの目標とする圧力および流量を調べて、この調べた圧力および流量になるように、上記ポンプの動作を制御してもよい。
【００２５】
請求項５の発明のドリル装置は、ドリル本体と、
上記ドリル本体の先端に設けられたクーラント吐出孔と、
上記ドリル本体にクーラントを供給するポンプと、
上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、
上記ポンプを駆動するモータと、
上記モータの回転数を検出する回転センサと、
上記圧力センサからの信号と、上記回転センサからの信号とに基いて、上記ポンプが吐出するクーラントの圧力と流量との積が一定になるように、上記モータを制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００２６】
請求項５のドリル装置によれば、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力が上記圧力センサで検出され、上記ポンプを駆動するモータの回転数が上記回転センサで検出される。上記圧力センサからの信号と、上記回転センサからの信号とに基いて、上記制御手段によって、上記ポンプが吐出するクーラントの圧力と流量との積が一定になるように、上記モータが制御される。
【００２７】
ここで、上記ドリルが、例えば径が小さいドリルに交換されることによって、上記ドリルの先端に設けられたクーラント吐出孔の径が小さくなった場合、この吐出孔から吐出されるクーラントの圧力が増大する。そうすると、上記制御手段によって、上記クーラントの圧力と流量との積が一定になるように、つまり、上記増大した圧力に応じて流量が減少するように、上記モータが制御される。
【００２８】
ここにおいて、上記径が小さくなったドリルは、このドリルと、このドリルで加工するワークとの間の隙間が小さくなるので、切粉を排出するために上記クーラントの圧力を増大する必要がある一方、上記クーラントの流量を減少させても上記切粉は十分に排出できる。したがって、上記制御手段によってモータが制御されて、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力および流量は、上記径が小さくなったドリルに対して、必要かつ十分な圧力および流量となる。また、上記制御手段によって、上記クーラントの圧力と流量との積が一定になるようにモータが制御されるので、このモータが駆動するポンプは定馬力運転を行なう。したがって、上記モータの消費電力は、殆ど変わらない。その結果、このドリル装置は、上記ドリルに十分な圧力および流量のクーラントを供給してクーラントの無駄な消費を削減でき、また、省エネルギーを行なうことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態のクーラントポンプ装置を示すブロック図である。
【００３１】
このクーラントポンプ装置は、工具としてのドリル１にクーラントを供給するものであり、上記ドリル１は、先端にクーラントの吐出孔２を有する。
【００３２】
上記クーラントポンプ装置は、タンク８内に保持されたクーラントを吸引、吐出する固定容量型ポンプ４と、このポンプ４を駆動する可変速型のモータ５とを備え、このモータ５への供給電力を、制御装置１４で制御している。上記ポンプ４の吐出ライン６に、クーラントの圧力を検出する圧力センサ９と、クーラントの流量を検出する流量センサ１０とを設けている。また、上記吐出ライン６には、異常高圧時にクーラントをタンク８内にバイパスするためのリリーフ弁１２と、上記制御装置１４からの信号に基いてクーラントをタンク８内に戻すアンロード弁７とを接続している。
【００３３】
上記制御装置１４は、マイクロコンピュータからなる図示しないコントロール部と、インバータ部を有する。上記コントロール部は、上記圧力センサ９および流量センサ１０からの検出値に基いて、所定の演算を行なって制御信号を生成する。この制御信号を受けた上記インバータによって、上記モータ５の回転数を制御して、上記ポンプ４の流量を制御するようにしている。また、上記制御装置１４は、交流電源１５から受けた交流電力を、図示しないコンバータで平滑な直流電力に変換し、この直流電力を、上記インバータに供給すると共に、低圧にして上記コントロール部に供給している。
【００３４】
上記制御装置１４は、上記クーラントの目標とする最大流量が入力される最大流量入力部と、上記クーラントの目標とする最大圧力が入力される最大圧力入力部と、上記ポンプ４が最大馬力に対して目標とする馬力の率（割合）が入力される馬力率入力部を有する。上記制御装置１４のコントロール部は、上記最大流量入力部、最大圧力入力部および馬力率入力部に入力された値に基いて、上記クーラントが図２に示すような目標圧力−流量特性をなすように、上記インバータ部を制御してモータを制御する。上記目標圧力−流量特性は、図２に示すように、上記最大流量に対応する最大流量直線▲１▼と、上記馬力率に対応する馬力を示す双曲線の一部からなる定馬力曲線▲２▼と、上記最大圧力に対応する最大圧力直線▲３▼とからなる。図２には、上記最大流量入力部への入力値が、上記モータの回転数が１８００ｒｐｍ相当流量であり、上記最大圧力入力部への入力値が７ＭＰａであり、上記馬力率入力部への入力値が５０％である場合の目標圧力−流量特性を示している。
【００３５】
上記制御装置１４のコントロール部は、図２の目標圧力−流量特性に従うように、上記モータの回転数を制御する。すなわち、上記圧力センサ９から受けた信号から現在のクーラントの圧力を検知し、上記目標圧力−流量特性において、このクーラントの圧力に対応する目標流量を求める。そして、上記流量センサ１０から受けた信号から現在のクーラントの流量を検知し、このクーラントの現在流量と、上記目標流量との偏差を算出する。この偏差から制御信号を生成し、この制御信号を上記インバータに出力する。上記制御信号を受けたインバータは、上記モータ５の回転数を制御して上記ポンプ４の流量を変更して、このポンプ４の吐出流量を上記目標流量にするようにしている。
【００３６】
上記構成のクーラントポンプ装置およびドリル１において、このドリル１のクーラント吐出孔２の径によって、このドリル１に供給されるクーラントの圧力が定まる。例えば、上記圧力センサ９に検出された上記クーラントの圧力が４ＭＰａであるとき、上記コントロール部は、上記目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼に従って目標流量を求める。すなわち、上記定馬力曲線▲２▼において、最大流量×最大圧力×馬力率／現在圧力＝目標流量とする。図２において、最大流量＝１８００ｒｐｍ相当流量，最大圧力＝７ＭＰａ，馬力率＝５０％であるので、目標流量は、１５７５ｒｐｍ相当流量になる。このように、上記制御装置１４のコントロール部は、本発明の演算部として機能する。上記目標流量と、上記流量センサ１０が検出するクーラントの現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力して、上記モータ５を制御して、現在流量が目標流量に一致するようにする。したがって、上記ポンプ４から吐出されるクーラントの圧力および流量を表す点（現在圧力、現在流量）が、図２の目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼の上に載る。
【００３７】
上記ドリル１の径が変更されて、このドリルのクーラント吐出孔２の径が変わった場合、吐出ラインを介して上記ポンプ４から供給されるクーラントの圧力が、上記吐出孔２の径に応じて変化する。例えば、上記ドリル１および吐出孔の径が小さくなって、上記圧力センサ９に検出される上記クーラントの圧力が６ＭＰａに増大した場合、上記コントロール部は、上記目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼に従って目標流量を求める。目標流量＝最大流量×最大圧力×馬力率／現在圧力より、目標流量は、１０５０ｒｐｍ相当流量になる。この目標流量と、上記流量センサ１０が検出する現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力して、上記モータ５を制御して、現在流量を１０５０ｒｐｍ相当流量にする。これによって、上記ポンプ４から吐出されるクーラントの圧力および流量を表す点（現在圧力、現在流量）が、ドリル１の径の変更前と同様に、図２の目標圧力−流量特性の定馬力曲線▲２▼の上に載る。
【００３８】
ここで、上記ドリル１の径が小さくなった場合、上記ドリル１とワークとの間の隙間が小さくなるので、この隙間を通して切粉を排出するために必要な流量も減少する。したがって、上記制御装置１４によって制御された現在流量の１０５０ｒｐｍ相当流量は、上記径が小さくなったドリル１において、必要かつ十分なクーラント流量である。その結果、上記ドリル１に過剰な流量のクーラントが供給されることが防止できて、クーラントの無駄な消費が削減できる。
【００３９】
また、上記ドリル１に供給されるクーラントの圧力が、上記定馬力曲線▲２▼に対応する範囲（３．５ＭＰａ〜７ＭＰａ）に含まれる場合、この定馬力曲線▲２▼に一致するように、上記モータが制御される。すなわち、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が一定になる定馬力運転を行なうように、上記ポンプ４が制御される。したがって、上記クーラントの圧力が上昇した場合であっても、上記モータの消費電力が殆ど増加しない。その結果、このクーラントポンプ装置は、無駄なエネルギー消費が回避できて、省エネルギーを効果的に行なうことができる。
【００４０】
一方、上記ドリル１の径およびクーラント吐出孔２の径が変化して、この吐出孔２の径に応じたクーラントの圧力が、図２の目標圧力−流量特性の最大流量直線▲１▼に対応する値（例えば３ＭＰａ）になった場合、上記コントロール部は、目標流量を、最大流量の１８００ｒｐｍ相当流量とする。この目標流量と、上記流量センサ１０が検出する現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力し、上記モータ５を制御して、現在流量を１８００ｒｐｍ相当流量にする。この最大流量は、上記クーラントの現在の圧力が最大流量直線▲１▼に対応する圧力である場合、常に同一である。これによって、上記ポンプ４は、最大流量以上の流量のクーラントを供給することが防止されて、クーラントの無駄な消費が防止される。
【００４１】
また、上記ドリル１の径およびクーラント吐出孔２の径が変化して、この吐出孔２の径に応じたクーラントの圧力が、図２の目標圧力−流量特性の最大圧力直線▲３▼に対応する７ＭＰａになった場合、上記コントロール部は、目標流量を９００ｒｐｍ相当流量とする。この目標流量と、上記流量センサ１０が検出する現在流量との偏差から制御信号を生成し、この制御信号をインバータに入力して、上記モータ５を制御して、現在流量を９００ｒｐｍ相当流量にする。これによって、上記ポンプ４からのクーラントの吐出流量が少ない状態で、圧力を最大圧力（７ＭＰａ）に保持する。したがって、上記ポンプを駆動するモータ５の消費電力が低減されて、省エネルギーを図ることができる。なお、ドリルの吐出孔２の径がさらに小さくなり、クーラントの圧力が最大圧力の７ＭＰａよりも大きくなった場合、上記コントロール部は、上記モータ５の回転数を９００ｒｐｍに保持する。これは、上記ポンプについて制限を受けている最低回転数を維持するためであり、ポンプの最低回転数が９００ｒｐｍ以下であれば、クーラント圧力の増大に応じて回転数を更に低下させてもよい。
【００４２】
図３（ａ）は、本実施形態のクーラントポンプ装置によってポンプ４の動作が制御された際のクーラントの圧力−流量特性を示す図である。図３（ａ）において、▲１▼は、図２の最大流量直線▲１▼に従ってポンプが制御された場合を示す最大流量時直線であり、▲２▼は、図２の定馬力曲線▲２▼に従って制御された場合を示す定馬力時直線であり、▲３▼は、図２の最大圧力直線▲３▼に従って制御された場合を示す最大圧力直線である。
【００４３】
図３（ｂ）は、上記クーラントポンプ装置において、図３（ａ）のクーラントの圧力−流量特性をなす場合、上記モータ４に供給された電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。図３（ｂ）に示すように、上記圧力−電力特性は、図３（ａ）の圧力−流量特性の最大流量時直線▲１▼に対応する直線▲１▼について、クーラント圧力の増加に伴って消費電力が増大する。しかし、圧力−電力特性において、図３（ａ）の定馬力時直線▲２▼に対応する直線▲２▼については、クーラント圧力が増加しても消費電力は殆ど変化しない。一方、図３（ａ）の最大圧力直線▲３▼に対応する直線▲３▼については、消費電力は減少する。
【００４４】
図３（ｂ）の圧力−電力特性から分かるように、本実施形態のクーラントポンプ装置によれば、図５（ｂ）の従来の圧力−電力特性と比べて、特に、定馬力運転を行なった際の消費電力を、効果的に削減できる。
【００４５】
上記実施形態において、上記流量センサ２０によってクーラントの流量を直接検出したが、上記ポンプ４を駆動するモータ５の回転数を検出する回転センサを設け、上記モータ５の回転数からクーラントの流量を間接的に検出してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態において、上記圧力センサ９が検出したクーラントの圧力に基いて目標流量を算出し、この目標流量と、上記流量センサ１０が検出した現在流量とを比較してモータへの供給電力を制御したが、上記目標流量に対応してモータ５に供給すべき電力値を直接算出し、上記現在流量を検出することなく、上記算出した電力をモータ５に供給してもよい。これによって、クーラントの流量センサ１０やモータの回転センサが削除できて、構造を簡易にしてコストダウンを図ることができる。
【００４７】
また、上記クーラントの目標圧力−流量特性については、上記制御装置１４は、各入力部から入力される最大流量、最大圧力および馬力率に関して予め複数の条件における値が格納されたテーブルを、例えばメモリなどに記憶しておいて、このテーブルを参照することによって、クーラントの目標流量を決定してもよい。表１は、上記目標圧力−流量特性を示すテーブルの一例を示したものである。すなわち、クーラントの最大流量がモータの回転数が１８００ｒｐｍ相当の流量であり、最大圧力が７ＭＰａである場合について、馬力率が１０％，５０％，９０％である場合の目標圧力−流量特性を示している。表１において、１乃至７の値は圧力（ＭＰａ）であり、９００乃至１８００の値は流量に相当する回転数（ｒｐｍ）である。
【００４８】
【表１】
ドリル１の径およびクーラント吐出孔の径がかわってクーラント圧力が変化したとき、上記制御装置１４は、メモリに記憶された表１のようなテーブルを参照して、上記変化したクーラント圧力と、所定の馬力率とに対応する回転数の値を探し出す。この探し出した値の回転数になるように、上記インバータによってモータ５への供給電力を制御することによって、上記クーラントの圧力および流量が、例えば図２に示すような流量−圧力特性線に従う特性をなすようにできる。
【００５０】
また、上記実施形態では、工具の一例としてドリル１を用いた場合を説明したが、工具としては、ドリル以外の例えばフライス、エンドミルあるいはバイト等、圧力に応じた流量のクーラントの供給が必要な工具であれば、どのような工具でもよい。
【００５１】
さらに、上記実施形態では、目標圧力−流量特性は、最大流量直線▲１▼と、定馬力曲線▲２▼と、最大圧力直線▲３▼とからなるが、最大馬力曲線に代えて斜線あるいは折れ線からなる擬似定馬力曲線を用いてもよい。また、上記目標圧力−流量特性は、動作上最も好ましい任意の曲線あるいは折れ線であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、最大流量入力部と、最大圧力入力部と、馬力率入力部とを介して、最大流量、最大圧力、馬力率を入力して設定するようにしたが、ＥＥＰＲＯＭあるいはフラッシュメモリを用いて、これらに最大流量、最大圧力、馬力率を出荷後あるいは出荷前に書き込むようにしてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、固定容量型ポンプを用いたが、流量の上限値が変更できる可変容量型ポンプを用いてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のクーラントポンプ装置によれば、工具にクーラントを供給するポンプと、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、上記圧力センサからの信号に基いて、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行なうように、上記ポンプの動作を制御する制御手段とを備えるので、上記工具に供給する圧力に応じた必要かつ十分な流量のクーラントを供給することができて、上記クーラントの無駄な消費を削減できると共に、無駄なエネルギー消費を回避できて、省エネルギーを行なうことができる。
【００５５】
請求項２の発明のクーラントポンプ装置によれば、請求項１に記載のクーラントポンプ装置において、上記ポンプの吐出流量を検出する流量検出手段を備え、上記制御手段は、上記流量検出手段からの信号に基いて、上記ポンプの動作を制御するので、きめ細かい定馬力運転が実行できる。
【００５６】
請求項３の発明のクーラントポンプ装置によれば、請求項１または２に記載のクーラントポンプ装置において、上記制御手段は、上記圧力センサからの信号に基いて、上記ポンプから吐出されるべきクーラントの流量を算出する演算部を有するので、上記ポンプを効果的に定馬力運転でき、また、上記工具に適切な圧力および流量のクーラントが供給できる。
【００５７】
請求項４の発明のクーラントポンプ装置によれば、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のクーラントポンプ装置において、上記制御手段は、上記ポンプから吐出されるクーラントの目標とする圧力と流量との値であって、積が略一定である上記圧力と流量との値が格納されたテーブルを有するので、上記ポンプを容易に制御して定馬力運転ができる。
【００５８】
請求項５の発明のドリル装置によれば、ドリル本体と、上記ドリル本体の先端に設けられたクーラント吐出孔と、上記ドリル本体にクーラントを供給するポンプと、上記ポンプから吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサと、上記ポンプを駆動するモータと、上記モータの回転数を検出する回転センサと、上記圧力センサからの信号と、上記回転センサからの信号とに基いて、上記ポンプが吐出するクーラントの圧力と流量との積が一定になるように、上記モータを制御する制御手段とを備えるので、上記ドリルの径に応じて必要かつ十分な圧力および流量のクーラントを供給できて、クーラントの無駄な消費を削減できると共に、省エネルギーを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のクーラントポンプ装置を示すブロック図である。
【図２】 クーラントの圧力および流量の目標圧力−流量特性を示す図である。
【図３】 図３（ａ）は、本実施形態のクーラントポンプ装置によってポンプの動作が制御された際のクーラントの圧力−流量特性を示す図であり、図３（ｂ）は、モータに供給された電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。
【図４】 図４は、ドリルの径と、このドリルに供給すべきクーラントの圧力との関係を示した図である。
【図５】 図５（ａ）は、従来のクーラントポンプ装置において、ドリルに供給されるクーラントの圧力−流量特性を示した図であり、図５（ｂ）は、モータにおける消費電力の変化を表す圧力−電力特性を示す図である。
【符号の説明】
１ ドリル
２ クーラント吐出孔
４ ポンプ
５ モータ
６ 吐出ライン
７ アンロード弁
８ タンク
９ 圧力センサ
１０ 流量センサ
１２ リリーフ弁
１４ 制御装置
１５ 交流電源
Claims (5)
- 工具（１）にクーラントを供給するポンプ（４）と、
上記ポンプ（４）から吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサ（９）と、
上記圧力センサ（９）からの信号に基いて、上記クーラントの圧力−流量特性において圧力と流量の積が略一定になる定馬力運転を行なうように、上記ポンプ（４）の動作を制御する制御手段（１４）と
を備えることを特徴とするクーラントポンプ装置。 - 請求項１に記載のクーラントポンプ装置において、
上記ポンプ（４）の吐出流量を検出する流量検出手段（１０）を備え、
上記制御手段（１４）は、上記流量検出手段（１０）からの信号に基いて、上記ポンプ（４）の動作を制御することを特徴とするクーラントポンプ装置。 - 請求項１または２に記載のクーラントポンプ装置において、上記制御手段（１４）は、上記圧力センサ（９）からの信号に基いて、上記ポンプ（４）から吐出されるべきクーラントの流量を算出する演算部を有することを特徴とするクーラントポンプ装置。
- 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のクーラントポンプ装置において、
上記制御手段（１４）は、上記ポンプ（４）から吐出されるクーラントの目標とする圧力と流量との値であって、積が略一定である上記圧力と流量との値が格納されたテーブルを有することを特徴とするクーラントポンプ装置。 - ドリル本体（１）と、
上記ドリル本体（１）の先端に設けられたクーラント吐出孔（２）と、
上記ドリル本体（１）にクーラントを供給するポンプ（４）と、
上記ポンプ（４）から吐出されるクーラントの圧力を検出する圧力センサ（９）と、
上記ポンプ（４）を駆動するモータ（５）と、
上記モータ（５）の回転数を検出する回転センサと、
上記圧力センサからの信号と、上記回転センサからの信号とに基いて、上記ポンプ（４）が吐出するクーラントの圧力と流量との積が一定になるように、上記モータ（５）を制御する制御手段と
を備えることを特徴とするドリル装置。
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