JP4930625B2 - 油冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部から供給された油を冷却する油冷却装置に関するものである。

工作機械等の高速回転する主軸の軸受を冷却すべく、軸受で用いられる潤滑油を冷却する油冷却装置が知られている。かかる油冷却装置としては、特許文献１に、冷凍サイクルを行う冷媒回路と、この冷媒回路の蒸発器で冷媒と熱交換して冷却された冷却油を工作機械との間で循環させる冷却油回路とを備えたものが開示されている。このように、冷凍サイクルを利用した油冷却装置は、冷媒回路及び冷却油回路の２つの回路を備えており、比較的構成が複雑である。

特許文献２には、高温の潤滑油が流れる管路の途中に空冷オイルクーラ（以降、単に「オイルクーラ」と称する）が設けられていると共に、オイルクーラに対向する位置にファンが設けられた、油冷却装置が開示されている。かかる油冷却装置においては、オイルクーラ内を流れる潤滑油を、ファンにより吹き付けられた空気により冷却する。このようにファンを利用した油冷却装置は、冷凍サイクルを利用した油冷却装置に比べて構成が簡易である。

特開２００７−１００９６７号公報 特開平１１−３３４２６号公報

上述の特許文献２に開示されているように、対向して配置されたファンとオイルクーラとを備えた油冷却装置においては、装置を小型化すべく、ファンとオイルクーラとの間の距離が短く設定されている。このような場合には、オイルクーラにおいてファンから送られる空気が通過しない部分が生じ、冷却効率が著しく低くなる。

また、ファンとオイルクーラとが水平方向に対向しており、ファン及びオイルクーラが収容された筐体の側壁から、オイルクーラにより熱せられた空気が排出される場合には、油冷却装置の周囲に配置される機械に熱風が当たる。熱風が当たった機械は、熱歪みにより精度が低下する。よって、油冷却装置を設置する際には、筐体から排出される熱風が周囲の機械に当たらないようにするために、広いスペースが必要となる。

そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷却効率を向上させると共に設置スペースを小さくできる油冷却装置を提供することを目的とする。

第１の発明にかかる油冷却装置は、側壁に設けられた第１通気口及び上壁に設けられた第２通気口を有する筐体と、前記第１通気口から空気を吸引すると共に、その空気を前記第２通気口から排出するためのファンと、外部から供給された油を前記ファンで発生する空気流によって冷却する空冷オイルクーラとを備え、前記空冷オイルクーラは、前記第１通気口及び前記第２通気口のいずれか一方に配置されており、前記ファンは、前記第１通気口及び前記第２通気口の他方に配置されている。

この油冷却装置では、ファンとオイルクーラとをほぼ９０°の角度で配置することによって、筐体の設置面積を大きくすることなく、ファンとオイルクーラとの間の距離を長くすることができる。これにより、オイルクーラを空気が均一に通過するようになる。したがって、オイルクーラにおける冷却効率を向上させることができる。また、熱風が筐体の上方に排出されるので、他の機械に熱風が当たるのを防ぐことができる。よって、設置スペースを小さくできる。

第２の発明にかかる油冷却装置は、第１の発明にかかる油冷却装置において、前記空冷オイルクーラは、前記第１通気口に配置されており、前記ファンは、前記第２通気口に配置されている。

この油冷却装置では、オイルクーラの冷却面積を有効に使うことができるので、熱交換能力を向上させることができる。また、ファンが上壁に配置されているので、ファンのメンテナンスが容易である。

第３の発明にかかる油冷却装置は、第１または第２の発明にかかる油冷却装置において、前記空冷オイルクーラから流出した油が貯留されるタンクを備え、前記筐体の内部は、前記空冷オイルクーラ及び前記ファンが配置された第１空間と、前記タンクが配置された第２空間とに仕切板によって仕切られている。

この油冷却装置では、オイルクーラが配置された第１空間内の温度が上昇しても、タンク内に貯留された油の温度が上昇するのを防止できる。

第４の発明にかかる油冷却装置は、第１〜第３のいずれかの発明にかかる油冷却装置において、前記筐体内に配置され、前記第１通気口から吸引された空気の流れを前記第２通気口に向かう方向に変更する空気流変更板を備えている。

この油冷却装置では、空気流変更板により筐体内の空気滞留が減り、第１通気口から第２通気口にむかう空気の流れをスムーズにすることができる。したがって、オイルクーラにおける冷却効率をさらに向上させることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、筐体を大型化することなく、ファンとオイルクーラとの間の距離を長くできる。ファンとオイルクーラとの間の距離が長くなることにより、オイルクーラ内を空気が均一に通過するようになる。したがって、オイルクーラにおける冷却効率を向上させることができる。また、熱風が筐体の上方に排出されるので、他の機械に熱風が当たるのを防ぐことができる。よって、設置スペースを小さくできる。

第２の発明では、オイルクーラの冷却面積を有効に使うことができるので、熱交換能力を向上させることができる。また、ファンが上壁に配置されているので、ファンのメンテナンスが容易である。

また、第３の発明では、オイルクーラが配置された第１空間内の温度が上昇しても、タンク内に貯留された油の温度が上昇するのを防止できる。

さらに、第４の発明では、空気流変更板により筐体内の空気滞留が減り、第１通気口から第２通気口にむかう空気の流れをスムーズにすることができる。したがって、オイルクーラにおける冷却効率をさらに向上させることができる。

本発明の第１実施形態にかかる油冷却装置の回路図である。 図１に示す油冷却装置の前面図である。 図１に示す油冷却装置の右側面図である。 図１に示す油冷却装置の左側面図である。 図１に示す油冷却装置の上面図である。 図２に示す油冷却装置のV-V線に沿う断面図である。 第１実施形態の第１変形例にかかる油冷却装置の回路図である。 第１実施形態の第２変形例にかかる油冷却装置の回路図である。 本発明の第２実施形態にかかる油冷却装置の回路図である。 本発明の第３実施形態にかかる油冷却装置の回路図である。

[第１実施形態]
以下、本発明にかかる油冷却装置の第１実施形態について、図１〜図６を参照しつつ説明する。

本実施形態の油冷却装置１は、工作機械９０の主軸の軸受で用いられる潤滑油を冷却するものである。そして、油冷却装置１は、流入管６１を介して工作機械９０から送られた潤滑油が流れるオイルクーラ１１と、オイルクーラ１１内を流れる潤滑油を冷却するファン２０ａ、２０ｂと、オイルクーラ１１及びファン２０ａ、２０ｂを収容する筐体３０とを主に備えている。

筐体３０は、略直方体形状を有している。以下の説明においては、図５の上面視において、筐体３０の上下方向を「前後方向」とし、筐体３０の左右方向を「幅方向」とする。筐体３０の内部は、仕切板３５により上方に位置する冷却室３８と下方に位置するポンプモータ室３９とに仕切られている。

図２に示すように、筐体３０の冷却室３８に対応する部分の前方側壁には、矩形形状の第１通気口３１が形成されている。図３に示すように、冷却室３８の前方側壁の内面には、オイルクーラ１１が取り付けられている。オイルクーラ１１は、第１通気口３１の全面とほぼ対向するように配置されている。

図５に示すように、筐体３０の上壁には、円形形状の２つの第２通気口３３ａ、３３ｂが幅方向（図中左右方向）に並んで形成されている。筐体３０の上面には、通気口３３ａ、３３ｂを介して指等がファンに接触しないようにすべく、第２通気口３３ａ、３３ｂを覆うグリル３４ａ、３４ｂが取り付けられている。なお、グリル３４ａ、３４ｂを設ける代わりに、通気口３３ａ、３３ｂをスリット状に形成してもよい。図３に示すように、筐体３０の上壁の内面には、２つの第２通気口３３ａ、３３ｂにそれぞれ対向するように、２つのファン２０ａ、２０ｂが取り付けられている。ファン２０ａ、２０ｂは、電気モータ２１ａ、２１ｂによりそれぞれ駆動され、冷却室３８内の空気を第２通気口３３ａ、３３ｂを介して外部に送り出す。このとき、冷却室３８の内外の圧力差により、第１通気口３１を介して冷却室３８内に空気が引き込まれる。すなわち、ファン２０ａ、２０ｂを駆動することにより、第１通気口３１から空気を吸引すると共に、その空気を第２通気口３３ａ、３３ｂから排出することができる。

第１通気口３１の幅方向の長さ（図２中左右方向に沿う長さ）Ｌ１と、２つの第２通気口３３ａ、３３ｂを合わせた幅方向の長さ（図５中左右方向に沿う長さ）Ｌ２とはほぼ同じである。また、第１通気口３１と第２通気口３３ａ、３３ｂとは、幅方向に関してほぼ同じ位置に設けられている。つまり、図５において右方に位置する第２通気口３３ａの右側端部の幅方向に関する位置は、第１通気口３１の右側端部の位置とほぼ一致している。また、図５において左方に位置する第２通気口３３ｂの左側端部の幅方向に関する位置は、第１通気口３１の左側端部の端部の位置とほぼ一致している。さらに、第１通気口３１の高さ方向の長さ（図２中上下方向に沿う長さ）Ｌ３と、第２通気口３３ａ、３３ｂの前後方向の長さ（図５中上下方向に沿う長さ）Ｌ４とはほぼ同じである。したがって、第１通気口３１から筐体３０の冷却室３８内に流れ込む空気流は、その幅がほとんど変更されることなく第２通気口３３ａ、３３ｂから排出される。

ポンプモータ室３９には、オイルクーラ１１により冷却された潤滑油を貯留するタンク１３と、電気モータ１６の駆動によりタンク１３内の潤滑油を工作機械９０へと送る油圧ポンプ１５とが配置されている。タンク１３は、第１接続管６２によりオイルクーラ１１と接続されており、油圧ポンプ１５は、第２接続管６３によりタンク１３と接続されている。油圧ポンプ１５により送り出された潤滑油は、流出管６５により工作機械９０へと送られる。すなわち、図１に示すように、流入管６１、第１接続管６２、第２接続管６３、及び流出管６５により、オイルクーラ１１により冷却された潤滑油が工作機械９０との間で循環する回路が構築されている。

したがって、工作機械９０で熱せられた潤滑油は、流入管６１を介してオイルクーラ１１に送られ、オイルクーラ１１内を流れる間に冷却される。そして、オイルクーラ１１で冷却された潤滑油は、第１接続管６２を介してタンク１３に送られる。タンク１３に貯留された冷却済みの潤滑油は、油圧ポンプ１５により、第２接続管６３を介して吸引されると共に流出管６５を介して工作機械９０へと送られる。

なお、図４に示すように、筐体３０の左方側壁には、流入管６１が挿通される挿通口３６が形成されている。また、筐体３０の左方側壁には、油圧ポンプ１５及び電気モータ１６の一部を筐体３０外に露出させる開口３７が形成されている。流出管６５は、開口３７を介して露出している油圧ポンプ１５の流出口１５ａに接続される。

以上のように、第１実施形態の油冷却装置１は、前方側壁に設けられた第１通気口３１及び上壁に設けられた第２通気口３３ａ、３３ｂを有する筐体３０と、工作機械９０から供給された潤滑油が流れるオイルクーラ１１と、第１通気口３１から空気を吸引すると共に、その空気を第２通気口３３ａ、３３ｂから排出するためのファン２０ａ、２０ｂとを備えている。そして、オイルクーラ１１は、第１通気口３１に配置されており、ファン２０ａ、２０ｂは、第２通気口３３ａ、３３ｂに配置されている。したがって、ファン２０ａ、２０ｂとオイルクーラ１１とが対向するように配置されている場合に比べて、筐体３０の前後方向の長さを長くすることなく、ファン２０ａ、２０ｂとオイルクーラ１１との間の距離を長くできる。ファン２０ａ、２０ｂとオイルクーラ１１との間の距離が長くなることにより、オイルクーラ１１内を空気が均一に通過するようになる。よって、オイルクーラ１１における冷却効率を向上させることができる。また、オイルクーラ１１通過後の熱風が筐体３０の上方に排出されるので、周囲に配置された他の機械に熱風が当たるのを防ぐことができる。よって、設置スペースを小さくできる。

また、第１実施形態の油冷却装置１では、オイルクーラ１１が第１通気口３１、すなわちファン２０ａ、２０ｂの吸引側に配置されている。したがって、オイルクーラ１１の冷却面積を有効に使うことができるので、オイルクーラ１１における熱交換能力を向上させることができる。また、ファン２０ａ、２０ｂが上壁に形成された第２通気口３３ａ、３３ｂに配置されているので、ファン２０ａ、２０ｂのメンテナンスが容易である。

さらに、第１実施形態の油冷却装置１では、筐体３０の内部は、オイルクーラ１１及びファン２０ａ、２０ｂが配置された冷却室３８と、オイルクーラ１１から流出した潤滑油が貯留されるタンク１３及び電気モータ１６により駆動される油圧ポンプ１５が配置されたポンプモータ室３９とに、仕切板３５によって仕切られている。したがって、オイルクーラ１１が配置された冷却室３８内の温度が上昇しても、タンク１３内に貯留された冷却済みの潤滑油の温度が上昇するのを防止できる。

[第１実施形態の第１変形例]
ここで、図７を参照しつつ、第１実施形態の第１変形例にかかる油冷却装置について説明する。

本変形例にかかる油冷却装置１ａでは、図７に示すように、冷却室３８内に空気流変更板４０ａが配置されている。空気流変更板４０ａは、オイルクーラ１１と対向する位置に配置されており、前方上方（図７中左斜め上方）に向いた面を有する平板状部材である。本変形例においては、空気流変更板４０ａと筐体３０の床面とのなす角度（図７においてθで示す角度）は４５度であるが、空気流変更板４０ａの角度は適宜調整可能である。空気流変更板４０ａは、図７に示すように、水平方向に沿って第１通気口３１から冷却室３８内に吸い込まれた空気の流れを、上方の第２通気口３３ａ、３３ｂに向かう方向に変更する。

本変形例にかかる油冷却装置１ａでは、空気流変更板４０ａにより冷却室３８内の空気滞留が減り、第１通気口３１から吸い込まれた空気がスムーズに第２通気口３３ａ、３３ｂへと流れる。これにより、オイルクーラ１１における冷却効率をさらに向上させることができる。

[第１実施形態の第２変形例]
また、図８を参照しつつ、第１実施形態の第２変形例にかかる油冷却装置について説明する。

本変形例にかかる油冷却装置１ｂでは、図８に示すように、冷却室３８内に空気流変更板４０ｂが配置されている。空気流変更板４０ｂは、オイルクーラ１１と対向する位置に配置されている。空気流変更板４０ｂは、前方上方（図８中左斜め上方）に向いていると共に、後方下方（図８中右斜め下方）に凸状に湾曲した面を有する湾曲板状部材である。空気流変更板４０ｂの曲がり度合いは適宜調整可能である。空気流変更板４０ｂは、図８に示すように、水平方向に沿って第１通気口３１から冷却室３８内に吸い込まれた空気の流れを、上方の第２通気口３３ａ、３３ｂに向かう方向に変更する。

本変形例にかかる油冷却装置１ｂでは、空気流変更板４０ｂにより冷却室３８内の空気滞留が減り、第１通気口３１から吸い込まれた空気がスムーズに第２通気口３３ａ、３３ｂへと流れる。これにより、オイルクーラ１１における冷却効率をさらに向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、図９を参照しつつ、第２実施形態にかかる油冷却装置について説明する。

本実施形態にかかる油冷却装置１０１が、第１実施形態にかかる油冷却装置１と主に異なる点は、第１実施形態では、ファン２０ａ、２０ｂが電気モータ２１ａ、２１ｂによって駆動されるのに対し、本実施形態では、ファン２０ａ、２０ｂが油圧モータ１２１ａ、１２１ｂによって駆動される点である。その他の点については、第１実施形態の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図９に示すように、油圧モータ１２１ａ、１２１ｂは、油圧ポンプ１５から送り出された潤滑油が第３接続管１６４を介して供給されることで駆動する。油圧モータ１２１ａ、１２１ｂから送り出された潤滑油は、流出管１６５を介して工作機械９０へと送られる。

本実施形態にかかる油冷却装置１０１では、第１実施形態と同様に、オイルクーラ１１における冷却効率を向上させることができる。また、ファン２０ａ、２０ｂの動力源として、工作機械９０との間で循環する潤滑油の供給により駆動する油圧モータ１２１ａ、１２１ｂを用いることにより、動力の有効利用を図ることができる。さらに、ファン２０ａ、２０ｂを電気モータで駆動する場合に必要な配線が不要となるので、装置を簡素化することができる。さらに、冷却室３８内を通過する空気に含まれている異物やオイルミストなどによりモータが停止し冷却不可となることがない。

［第３実施形態］
次に、図１０を参照しつつ、第３実施形態にかかる油冷却装置について説明する。

本実施形態にかかる油冷却装置２０１が、第１実施形態にかかる油冷却装置１と主に異なる点は、第１実施形態では、オイルクーラ１１内を流れる潤滑油を冷却するファン２０ａ、２０ｂが電気モータ２１ａ、２１ｂによって駆動されると共に、タンク１３内の潤滑油を工作機械９０へと送る油圧ポンプ１５が電気モータ１６によって駆動されるのに対し、本実施形態では、ファン２０ａと油圧ポンプ２１５とが同一の電気モータ２２１によって駆動される点である。その他の点については、第１実施形態の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態の油圧ポンプ２１５は、冷却室３８内に配置されたファン２０ａを駆動する電気モータ２２１に接続されている。そして、第２接続管２６３は、ポンプモータ室３９内に配置されたタンク１３と冷却室３８内に配置された油圧ポンプ２１５とを接続する。また、流出管２６５は、冷却室３８内に配置された油圧ポンプ２１５と工作機械９０とを接続する。

本実施形態にかかる油冷却装置２０１では、第１実施形態と同様に、オイルクーラ１１における冷却効率を向上させることができる。また、油圧ポンプ２１５の駆動源をファン２０ａの駆動源と兼ねることで、部品点数を減らすことができる。なお、油圧ポンプ２１５の駆動源をもう一方のファン２０ｂの駆動源と兼ねるようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上述の第１〜第３実施形態では、オイルクーラ１１が筐体３０の前方側壁に設けられた第１通気口３１に配置されており、ファン２０ａ、２０ｂが筐体３０の上壁に設けられた第２通気口３３ａ、３３ｂに配置されている場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、ファン２０ａ、２０ｂが側壁に設けられた第１通気口に配置されており、オイルクーラが上壁に設けられた第２通気口に配置されていてもよい。この場合、ファン２０ａ、２０ｂの駆動により、第１通気口を介して冷却室３８内へと空気が吸い込まれ、冷却室３８の内外の圧力差により、第２通気口から冷却室３８の外へと空気が流れ出る。

また、上述の第１〜第３実施形態では、仕切板３５によって、筐体３０の内部が冷却室３８とポンプモータ室３９とに仕切られている場合について説明したが、仕切板３５はなくてもよい。

さらに、上述の第１〜第３実施形態では、２つのファン２０ａ、２０ｂを備えている場合について説明したが、ファンの設置個数はこれには限定されない。

さらに、上述の第１〜第３の実施形態では、第１通気口３１の幅方向長さＬ１と、２つの第２通気口３３ａ、３３ｂを合わせた幅方向の長さＬ２とがほぼ同じ長さであり、これら第１通気口３１と２つの第２通気口３３ａ、３３ｂとが幅方向に関してほぼ同じ位置に設けられている場合について説明した。また、第１通気口３１の高さ方向の長さＬ３と、第２通気口３３ａ、３３ｂの前後方向の長さＬ４とがほぼ同じである場合について説明した。しかしながら、第１通気口３１と第２通気口３３ａ、３３ｂとのサイズ及びそれらの位置関係は、上述のものに限定されない。

また、上述の第２実施形態の油冷却装置１０１や第３実施形態の油冷却装置２０１に、第１実施形態の第１変形例で説明した空気流変更板４０ａや第１実施形態の第２変形例で説明した空気流変更板４０ｂを設けてもよい。

加えて、本発明の適用は、工作機械の主軸の軸受を冷却するための油冷却装置に限られるものではなく、高速回転する軸を備えた機械全般において軸受を冷却する装置として適用可能である。

本発明を利用すれば、冷却効率を向上させると共に設置スペースを小さくできる。

１、１ａ、１ｂ、１０１、２０１ 油冷却装置
１１ オイルクーラ
１３ タンク
２０ａ、２０ｂ ファン
３０ 筐体
３１ 第１通気口
３３ 第２通気口
３５ 仕切板
３８ 冷却室（第１空間）
３９ ポンプモータ室（第２空間）
４０ａ、４０ｂ 空気流変更板

Claims (4)

1. 側壁に設けられた第１通気口及び上壁に設けられた第２通気口を有する筐体と、
   前記第１通気口から空気を吸引すると共に、その空気を前記第２通気口から排出するためのファンと、
   外部から供給された油を前記ファンで発生する空気流によって冷却する空冷オイルクーラとを備え、
   前記空冷オイルクーラは、前記第１通気口及び前記第２通気口のいずれか一方に配置されており、
   前記ファンは、前記第１通気口及び前記第２通気口の他方に配置されていることを特徴とする油冷却装置。
2. 前記空冷オイルクーラは、前記第１通気口に配置されており、
   前記ファンは、前記第２通気口に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の油冷却装置。
3. 前記空冷オイルクーラから流出した油が貯留されるタンクを備え、
   前記筐体の内部は、前記空冷オイルクーラ及び前記ファンが配置された第１空間と、前記タンクが配置された第２空間とに仕切板によって仕切られていることを特徴とする請求項１または２に記載の油冷却装置。
4. 前記筐体内に配置され、前記第１通気口から吸引された空気の流れを前記第２通気口に向かう方向に変更する空気流変更板を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の油冷却装置。