JP4553422B2 - 回転軸の冷却制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械のマシニングセンターの主軸など、高速回転を行う回転軸の冷却制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高速回転軸においては、軸受の発熱によって回転軸及び軸受は熱変形が生じ、機械的精度が悪化し、このような状態が進行した場合には軸受の焼付破損が生ずる場合がある。
【０００３】
上記の如き状態を解決するため、エアを軸受又はこれと回転軸との接合部分に噴射して冷却を行うことは既に知られている。
【０００４】
しかしながら、各軸受及びその回転軸との接合部分は、各位置において摩擦に基づく発熱の度合いが相違している以上、単に各軸受又はこれと回転軸との接合部分に対し、略一様なエアの諸噴射を行っているに過ぎない場合には、一部の高熱になっている軸受及びその回転軸との接合部位に対しては、十分な冷却が行われておらず、この部分の位置において破損が生じ、逆に一部の低熱となっている軸受及びその回転軸との接合部位に対しては、余分な冷却が行われることになり、冷却効率が低下することにならざるを得ない。
【０００５】
このような点を克服するため、出願人は既に、平成４年特許願第２５８７９７号出願を行い、当該出願に係る発明では、回転軸に対する軸受毎に温度センサを設け、当該温度センサからの入力信号によって、冷却用エアの流量又は温度を調整する構成を採用している（以下前記採用に係る発明を、「先願発明」と略称する。）。
【０００６】
しかしながら、前記のように、単に温度センサからの入力信号に基づいて、流量又は温度を調整するだけでは、温度上昇が生じた後の段階でなければ、所望の冷却を行うことはできない。
【０００７】
従って、先願発明の場合には、例えば、主軸において回転開始前に、ベアリングに油が余分に存在している場合には、回転開始時の温度上昇が急激であるにも拘らず、冷却が間に合わないという現象を免れることができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の如き先願発明の欠点を克服し、回転開始直後の急激な温度上昇に対し、適切な冷却を行い得る回転軸の温度調整装置の項製を提供することを発明の課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の構成は、回転軸に対する回転速度計を設けると供に、各軸受毎に温度センサを設置し、各軸受又はこれと回転軸との接合部分に冷却用エアを噴射させるために、冷却用エア供給源からそれぞれ分岐した冷却用エアの供給路に流量調整弁又は温度調整室を介在させ、各流量調整弁又は温度調整室は、前記回転速度計からの入力信号と各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号とを双方の信号の大きさにつき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる信号を受信するか、又は回転速度計からの入力信号及び各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号につき、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の入力信号を選択したうえで受信することによるコントローラと接合していることによる回転軸の温度制御装置からなる。
【００１０】
【発明の作用】
上記課題を解決するための手段による記載からも明らかなように、本願発明においては、冷却用エアを発熱源たる各軸受又はこれと回転軸との接合部位に対し、吹き付ける冷却用エアについて、回転軸の回転速度に基づく信号、及び各軸受の温度センサが検知する温度に基づく信号を受信したコントローラを介して各軸受に対して供給する冷却エアの供給量を調節するか、又は供給する冷却エアの温度自体を調整している。
【００１１】
回転速度にからの入力信号（以下「回転速度信号」と略称する。）と、軸受の温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づくに基づく信号（以下「温度信号」と略称する。）との組み合わせは、双方の信号につき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算することによる信号を使用するか、又は双方の信号の内、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の信号を使用するかの何れかを採用することによって回転開始後回転軸における温度が十分上昇しない段階においても、回転速度に基づく入力信号の影響によって、供給量又は温度を調整した冷却空気を各軸受に供給する点に基本的技術思想が存在する。
【００１２】
前記の双方の信号に組み合わせについて説明するに、回転速度信号が回転開始後、図３（ｂ）に示すように、回転開始段階における温度との温度信号は徐々に上昇するのに対し、図３（ａ）に示すように、回転速度は当初から一定である（但し、回転速度が一定に至るまでの短時間の、所謂過度現象はここでは考察の対象から除外する。）。
【００１３】
そして、双方の信号につき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる信号を採用した場合には、図３（ｃ）に示すように、回転開始後温度が十分上昇しない段階においても、回転速度信号の成分が、コントローラに対しインプットされ、これに基づいて、コントローラは、各軸受に対し、所定の供給量又は所定の温度による冷却用エアを、各軸受に対し供給することができる。
【００１４】
同様に、双方の信号の内、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の信号を採用した場合においても、図３（ｄ）に示すように、回転開始後温度が十分上昇しない段階においても、温度信号よりも大きな値を有している回転速度信号がコントローラにインプットされ、これに基づいて供給量又は温度を調節した冷却空気を、各軸受に供給することができる。
【００１５】
何れも定常状態における回転において、温度及び回転速度が略一定の場合の、回転速度信号と、温度信号との比率が、図３（ｃ）では、約１対１であり、図３（ｄ）では、約１対２の場合を示すが、前記比率は、特に限定されている訳ではない。
【００１６】
【実施例】
以下実施例に即して、本願発明の構成を具体的に説明する。
【００１７】
【実施例１】
図１は、冷却エアの供給量を調整し、かつ回転数信号と温度信号とを双方の信号の大きさにつき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる信号をコントローラ４に入力する場合の実施例である。
【００１８】
即ち、コントローラ４は、各軸受２に噴射するための対応した冷却用エアの経路に設けられている流量調整弁６に接合され、回転速度計８に基づく回転速度信号と、温度センサ３が検出する各軸受２の温度に基づく温度信号とが前記比率の下に加算機１０を介して、夫々コントローラ４にインプットされ、このような信号を受信したコントローラ４の作動によって、各流量調整弁６のエア供給量を制御している。
【００１９】
冷却用エアは、共通の冷却エア供給源５からそれぞれ分岐して、各流量調整弁６を通じて各軸受２又はこれと回転軸１との接合部並びにその近傍に吹き付けられる。
【００２０】
一般に回転軸１の回転速度によって、各軸受２及びその接合部位における温度が支配され、高速になれば一律に発熱が増大する傾向があり、逆に、低速になれば発熱量が減少する傾向がある。
【００２１】
本願発明においては、双方の信号につき、所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる総和の信号を、コントローラ４にインプットし得るので、高速の場合に、冷却エアの供給量を多くし、低速の場合に、冷却エアの供給量を小さくするコントロールを、単に、温度信号に基づいて間接的にコントロールするだけでなく、回転速度信号に基づいて、直接コントロールしていることに帰する。
【００２２】
実施例１では、冷却空気供給源５を温度調整室７に配置し、温度調整室７を回転速度計８からの回転速度信号に基づき、温度調整を行った場合には、温度調整室７内に配置し、単に、冷却エアの供給量をコントロールするだけでなく、その温度をも調整した状態にて、冷却エアを供給することが可能となる。
【００２３】
【実施例２】
図２は、冷却エアの温度を調節し、かつ前記比率を設定したうえで回転数信号及び温度信号につき、大きな値の入力信号を選択して使用する場合の実施例であり、コントローラ４は、各軸受に噴射するための対応した冷却エアの経路に設けられている温度調整室７に接続され、回転速度計８に対応した信号と、温度センサ３が検出する各軸受２の温度に対応した信号とは、最大値信号選択回路１１を介して、夫々大きな値を選択して、コントローラ４にインプットされ、当該信号を受信したコントローラ４の作動によって、各流量調整弁６によるエア供給量を制御している。
【００２４】
実施例２においては、前記比率を設定したうえで回転数信号及び温度信号につき、大きな値の信号を、コントローラ４にインプットし得るので、高速の場合に、冷却の度合いの大きい冷却エアを供給し、低速の場合に、冷却の度合いの小さい冷却エアを供給するようなコントロールを、温度信号の方が大きな値の場合には、これに基づいて間接的なコントロールを行い、回転速度信号の方が大きな場合には、これに基づいて直接的なコントロールを行うことに帰する。
【００２５】
実施例２では、共通の圧縮空気供給源に対し、回転速度計８からの回転速度信号によって制御される流量調整弁６を接続し、これによって回転数の変化に伴い、流量調整を行った場合には、冷却用エアの供給量を回転速度の上昇に伴って多くし、当該速度の低下に伴って、少なくするような調整を行うことによって、温度の調整と流量調整とを同時に行うことが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の如き本願発明においては、平成４年特許願第２５８７９７号に係る発明と同様に、各軸受２及びその接合部分の発熱状態に応じて、適切な冷却の制御を行うことが可能となるだけでなく、回転開始直後において、回転数に対応した冷却を行うため、当該直後の温度上昇の緩和を行うことができ、かつベアリングの軌道面に貯溜している余分な油を吹き飛ばすことが可能となり、回転開始直後における急激な温度上昇を避けることができる。
【００２７】
特に実施例１及び同２では、冷却エアの供給量と温度調整とを同時に行うことができ、回転速度の温度制御を正確かつ速やかに実現することができる。
【００２８】
このように、本願発明は従来の回転軸１の冷却システムに比し、様々な長所を有しており、その効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の構成を示すブロック図
【図２】 実施例２の構成を示すブロック図
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
回転数信号、温度信号、これらの加算に基づく信号、これらの内の最大値を選択した信号、これらの内の最大値を選択した信号をそれぞれ示すグラフ
【符号の説明】
１ 回転軸
２ 軸受
３ 温度センサ
４ コントローラ
５ 冷却エア供給源
６ 流量調整弁
７ 温度調整室
８ 回転速度計
９ エア供給パイプ
１０ 加算機
１１ 最大値信号選択回路
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械のマシニングセンターの主軸など、高速回転を行う回転軸の冷却制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高速回転軸においては、軸受の発熱によって回転軸及び軸受は熱変形が生じ、機械的精度が悪化し、このような状態が進行した場合には軸受の焼付破損が生ずる場合がある。
【０００３】
上記の如き状態を解決するため、エアを軸受又はこれと回転軸との接合部分に噴射して冷却を行うことは既に知られている。
【０００４】
しかしながら、各軸受及びその回転軸との接合部分は、各位置において摩擦に基づく発熱の度合いが相違している以上、単に各軸受又はこれと回転軸との接合部分に対し、略一様なエアの諸噴射を行っているに過ぎない場合には、一部の高熱になっている軸受及びその回転軸との接合部位に対しては、十分な冷却が行われておらず、この部分の位置において破損が生じ、逆に一部の低熱となっている軸受及びその回転軸との接合部位に対しては、余分な冷却が行われることになり、冷却効率が低下することにならざるを得ない。
【０００５】
このような点を克服するため、出願人は既に、平成４年特許願第２５８７９７号出願を行い、当該出願に係る発明では、回転軸に対する軸受毎に温度センサを設け、当該温度センサからの入力信号によって、冷却用エアの流量又は温度を調整する構成を採用している（以下前記採用に係る発明を、「先願発明」と略称する。）。
【０００６】
しかしながら、前記のように、単に温度センサからの入力信号に基づいて、流量又は温度を調整するだけでは、温度上昇が生じた後の段階でなければ、所望の冷却を行うことはできない。
【０００７】
従って、先願発明の場合には、例えば、主軸において回転開始前に、ベアリングに油が余分に存在している場合には、回転開始時の温度上昇が急激であるにも拘らず、冷却が間に合わないという現象を免れることができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の如き先願発明の欠点を克服し、回転開始直後の急激な温度上昇に対し、適切な冷却を行い得る回転軸の温度調整装置の項製を提供することを発明の課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の構成は、回転軸に対する回転速度計を設けると供に、各軸受毎に温度センサを設置し、各軸受又はこれと回転軸との接合部分に冷却用エアを噴射させるために、冷却用エア供給源からそれぞれ分岐した冷却用エアの供給路に流量調整弁又は温度調整室を介在させ、各流量調整弁又は温度調整室は、前記回転速度計からの入力信号と各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号とを双方の信号の大きさにつき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる信号を受信するか、又は回転速度計からの入力信号及び各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号につき、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の入力信号を選択したうえで受信することによるコントローラと接合していることによる回転軸の温度制御装置からなる。
【００１０】
【発明の作用】
上記課題を解決するための手段による記載からも明らかなように、本願発明においては、冷却用エアを発熱源たる各軸受又はこれと回転軸との接合部位に対し、吹き付ける冷却用エアについて、回転軸の回転速度に基づく信号、及び各軸受の温度センサが検知する温度に基づく信号を受信したコントローラを介して各軸受に対して供給する冷却エアの供給量を調節するか、又は供給する冷却エアの温度自体を調整している。
【００１１】
回転速度にからの入力信号（以下「回転速度信号」と略称する。）と、軸受の温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づくに基づく信号（以下「温度信号」と略称する。）との組み合わせは、双方の信号につき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算することによる信号を使用するか、又は双方の信号の内、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の信号を使用するかの何れかを採用することによって回転開始後回転軸における温度が十分上昇しない段階においても、回転速度に基づく入力信号の影響によって、供給量又は温度を調整した冷却空気を各軸受に供給する点に基本的技術思想が存在する。
【００１２】
前記の双方の信号に組み合わせについて説明するに、回転速度信号が回転開始後、図３（ｂ）に示すように、回転開始段階における温度との温度信号は徐々に上昇するのに対し、図３（ａ）に示すように、回転速度は当初から一定である（但し、回転速度が一定に至るまでの短時間の、所謂過度現象はここでは考察の対象から除外する。）。
【００１３】
そして、双方の信号につき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる信号を採用した場合には、図３（ｃ）に示すように、回転開始後温度が十分上昇しない段階においても、回転速度信号の成分が、コントローラに対しインプットされ、これに基づいて、コントローラは、各軸受に対し、所定の供給量又は所定の温度による冷却用エアを、各軸受に対し供給することができる。
【００１４】
同様に、双方の信号の内、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の信号を採用した場合においても、図３（ｄ）に示すように、回転開始後温度が十分上昇しない段階においても、温度信号よりも大きな値を有している回転速度信号がコントローラにインプットされ、これに基づいて供給量又は温度を調節した冷却空気を、各軸受に供給することができる。
【００１５】
何れも定常状態における回転において、温度及び回転速度が略一定の場合の、回転速度信号と、温度信号との比率が、図３（ｃ）では、約１対１であり、図３（ｄ）では、約１対２の場合を示すが、前記比率は、特に限定されている訳ではない。
【００１６】
【実施例】
以下実施例に即して、本願発明の構成を具体的に説明する。
【００１７】
【実施例１】
図１は、冷却エアの供給量を調整し、かつ回転数信号と温度信号とを双方の信号の大きさにつき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる信号をコントローラ４に入力する場合の実施例である。
【００１８】
即ち、コントローラ４は、各軸受２に噴射するための対応した冷却用エアの経路に設けられている流量調整弁６に接合され、回転速度計８に基づく回転速度信号と、温度センサ３が検出する各軸受２の温度に基づく温度信号とが前記比率の下に加算機１０を介して、夫々コントローラ４にインプットされ、このような信号を受信したコントローラ４の作動によって、各流量調整弁６のエア供給量を制御している。
【００１９】
冷却用エアは、共通の冷却エア供給源５からそれぞれ分岐して、各流量調整弁６を通じて各軸受２又はこれと回転軸１との接合部並びにその近傍に吹き付けられる。
【００２０】
一般に回転軸１の回転速度によって、各軸受２及びその接合部位における温度が支配され、高速になれば一律に発熱が増大する傾向があり、逆に、低速になれば発熱量が減少する傾向がある。
【００２１】
本願発明においては、双方の信号につき、所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる総和の信号を、コントローラ４にインプットし得るので、高速の場合に、冷却エアの供給量を多くし、低速の場合に、冷却エアの供給量を小さくするコントロールを、単に、温度信号に基づいて間接的にコントロールするだけでなく、回転速度信号に基づいて、直接コントロールしていることに帰する。
【００２２】
実施例１では、冷却空気供給源５を温度調整室７に配置し、温度調整室７を回転速度計８からの回転速度信号に基づき、温度調整を行った場合には、温度調整室７内に配置し、単に、冷却エアの供給量をコントロールするだけでなく、その温度をも調整した状態にて、冷却エアを供給することが可能となる。
【００２３】
【実施例２】
図２は、冷却エアの温度を調節し、かつ前記比率を設定したうえで回転数信号及び温度信号につき、大きな値の入力信号を選択して使用する場合の実施例であり、コントローラ４は、各軸受に噴射するための対応した冷却エアの経路に設けられている温度調整室７に接続され、回転速度計８に対応した信号と、温度センサ３が検出する各軸受２の温度に対応した信号とは、最大値信号選択回路１１を介して、夫々大きな値を選択して、コントローラ４にインプットされ、当該信号を受信したコントローラ４の作動によって、各流量調整弁６によるエア供給量を制御している。
【００２４】
実施例２においては、前記比率を設定したうえで回転数信号及び温度信号につき、大きな値の信号を、コントローラ４にインプットし得るので、高速の場合に、冷却の度合いの大きい冷却エアを供給し、低速の場合に、冷却の度合いの小さい冷却エアを供給するようなコントロールを、温度信号の方が大きな値の場合には、これに基づいて間接的なコントロールを行い、回転速度信号の方が大きな場合には、これに基づいて直接的なコントロールを行うことに帰する。
【００２５】
実施例２では、共通の圧縮空気供給源に対し、回転速度計８からの回転速度信号によって制御される流量調整弁６を接続し、これによって回転数の変化に伴い、流量調整を行った場合には、冷却用エアの供給量を回転速度の上昇に伴って多くし、当該速度の低下に伴って、少なくするような調整を行うことによって、温度の調整と流量調整とを同時に行うことが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の如き本願発明においては、平成４年特許願第２５８７９７号に係る発明と同様に、各軸受２及びその接合部分の発熱状態に応じて、適切な冷却の制御を行うことが可能となるだけでなく、回転開始直後において、回転数に対応した冷却を行うため、当該直後の温度上昇の緩和を行うことができ、かつベアリングの軌道面に貯溜している余分な油を吹き飛ばすことが可能となり、回転開始直後における急激な温度上昇を避けることができる。
【００２７】
特に実施例１及び同２では、冷却エアの供給量と温度調整とを同時に行うことができ、回転速度の温度制御を正確かつ速やかに実現することができる。
【００２８】
このように、本願発明は従来の回転軸１の冷却システムに比し、様々な長所を有しており、その効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の構成を示すブロック図
【図２】 実施例２の構成を示すブロック図
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
回転数信号、温度信号、これらの加算に基づく信号、これらの内の最大値を選択した信号、これらの内の最大値を選択した信号をそれぞれ示すグラフ
【符号の説明】
１ 回転軸
２ 軸受
３ 温度センサ
４ コントローラ
５ 冷却エア供給源
６ 流量調整弁
７ 温度調整室
８ 回転速度計
９ エア供給パイプ
１０ 加算機
１１ 最大値信号選択回路
Claims (5)
- 回転軸に対する回転速度計を設けると供に、各軸受毎に温度センサを設置し、各軸受又はこれと回転軸との接合部分に冷却用エアを噴射させるために、冷却用エア供給源からそれぞれ分岐した冷却用エアの供給路に流量調整弁又は温度調整室を介在させ、各流量調整弁又は温度調整室は、前記回転速度計からの入力信号と各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号とを双方の信号の大きさにつき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算したことによる信号を受信するか、又は回転速度計からの入力信号及び各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号につき、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の入力信号を選択したうえで受信することによるコントローラと接合していることによる回転軸の温度制御装置
- 冷却用エア供給源を、回転速度計からの入力信号に基づき、温度を調整している温度調整室内に配置したことを特徴とする請求項１記載の回転軸の温度制御装置
- 各温度調整室に対する冷却用エアの供給源において、供給路が分岐する前に、回転速度計からの入力信号に基づき、供給するエアの量を調整する流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転軸の温度制御装置
- コントローラが、回転数速度計からの入力信号と、各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号とを双方の信号の大きさにつき所定の正の数値による比率を設定したうえで加算することによる信号を受信する場合において、定常状態の運転時において、前者の信号の大きさと後者の信号の大きさの比率が、約１対１であるように、前記比率を設定していることを特徴とする請求項１記載の回転軸の温度制御装置
- コントローラが、回転数速度計からの入力信号及び各温度センサにおける回転開始時の温度と回転開始後の温度との温度差に基づく入力信号につき、所定の正の数値による比率を設定したうえで大きな値の入力信号を選択した上で受信する場合において、定常状態の運転時において、前者の信号の大きさと後者の信号の大きさの比率が、約１対２であるように、前記比率を設定していることを特徴とする請求項１記載の回転軸の温度制御装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25110699A JP4553422B2 (ja) | 1999-09-06 | 1999-09-06 | 回転軸の冷却制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP25110699A JP4553422B2 (ja) | 1999-09-06 | 1999-09-06 | 回転軸の冷却制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001074055A JP2001074055A (ja) | 2001-03-23 |
| JP4553422B2 true JP4553422B2 (ja) | 2010-09-29 |
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| JP25110699A Expired - Fee Related JP4553422B2 (ja) | 1999-09-06 | 1999-09-06 | 回転軸の冷却制御装置 |
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| JP (1) | JP4553422B2 (ja) |
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| JP2007190617A (ja) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Micron Seimitsu Kk | 液冷式インプロセス・センタレス研削方法、および、同センタレス研削装置 |
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1999
- 1999-09-06 JP JP25110699A patent/JP4553422B2/ja not_active Expired - Fee Related
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