JP5277998B2 - クーラント冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作物の熱変位や、研削焼け等を防止するために加工部に供給されるクーラントを冷却する冷却器を備えたクーラント冷却装置に関するものである。

研削盤等の工作機械においては、加工部（研削個所）にクーラントが供給されるが、クーラントは、加工部で発生した熱によって温度上昇するため、クーラントを冷却コイルを備えた冷却器内に通して冷却するようにしている。これによって、工作物の熱変位や、研削焼けを防止し、工作物加工径を安定化させるとともに、工作物の性状変化を防止するようにしている。この種のクーラント冷却装置として、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。

特許文献１に記載のクーラント冷却装置は、冷却コイルの内側に浮遊する微細な残留スラッジを少なくするために、円形のクーラントタンク内にクーラントを接線方向に供給することにより、クーラントタンク内に渦流を発生させ、この渦流によってクーラントタンク内に含有する微細な残留スラッジを、クーラントタンクの中央部底部に効率よく集積させるようにしたものである。

特開２００６−１８７８５１号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載されたクーラント冷却装置においては、夜間や休日、あるいは長期連休など、機械を連続して停止した場合、冷却器の内部にクーラントが定常的に滞留したままとなる。このため、クーラントに含まれる研削カスや微細な切屑などからなるスラッジが冷却コイルに付着し、そのまま、放置しておくと冷却コイルによる冷却効率が著しく低下してしまう。従って、定期的に冷却コイル等の清掃を行う必要がある。

一般に冷却コイルの清掃は、冷却器の外筒を上下に分解して冷却コイルを剥き出しにし、その状態で、冷却コイルに圧縮エアを吹き付けたり、冷却コイルを直接ブラシ等でこすってスラッジを取り除くようにしている。しかしながら、圧縮エアを吹き付ける方式は、スラッジを周囲に撒き散らし、環境衛生上好ましくなく、また、ブラシ等でこすり取る方式は、非常に多くの手間と労力が必要となる問題がある。

本発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたもので、機械の停止時に、サイフォン現象を利用して冷却器内のクーラントを自動的に排出できるようにし、冷却コイル等の清掃を実質的に不要にしたクーラント冷却装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、クーラントを貯留するクーラントタンクと、該クーラントタンクの上方位置に配設され冷却コイルを備えた冷却器と、ポンプによってクーラントを前記冷却器に供給し、前記冷却コイルによってクーラントを冷却させるクーラント供給管路と、前記冷却器によって冷却されたクーラントを前記クーラント槽に戻すクーラント戻し管路を備えたクーラント冷却装置において、前記クーラント戻し管路の少なくとも一部に、前記クーラント槽の液面の上方位置に開口するエア吸入口を設け、前記冷却器の底部に一端が開口し、他端が前記クーラント槽に開口し、前記ポンプの停止時にサイフォン現象によって前記冷却器内のクーラントを自動的に排出するクーラント自動排出管路を備えたことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記冷却器は、密閉された円筒状の外筒と、該外筒内に収容され、外周に前記冷却コイルを巻付けた円筒状の内筒とを備え、前記内筒の上部は上部壁によって覆われ、前記内筒の下部は前記外筒の底部に隙間を有して開口され、前記クーラント自動排出管路の一端は、前記内筒の上部壁を貫いて前記外筒の底部近傍に開口されていることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記クーラント戻し管路の他端は、前記クーラント槽に貯留されたクーラント内に開口され、前記クーラント戻し管路の他端側には、前記クーラント槽に貯留されたクーラントの液面レベルの上方位置に、細孔の前記エア吸入口が大気中に開口されていることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記クーラント自動排出管路中には開閉弁が設けられ、該開閉弁の開放時にのみ、前記ポンプの停止時に前記冷却器内のクーラントを自動排出できるようにしたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、クーラント戻し管路の少なくとも一部に、クーラント槽の液面の上方位置に開口するエア吸入口を設け、冷却器の底部に一端が開口し、他端がクーラント槽に開口し、ポンプの停止時にサイフォン現象によって冷却器内のクーラントを自動的に排出するクーラント自動排出管路を備えているので、作業者の手を煩わせることなく、また、自動で行うための機器や制御を必要とすることなく、クーラント中に含有するスラッジが冷却コイルに付着するのを確実に防止することができ、冷却コイルに付着したスラッジを取り除く清掃作業を実質的に不要にすることができる。

請求項２に係る発明によれば、冷却器は、密閉された円筒状の外筒と、外筒内に収容され、外周に冷却コイルを巻付けた円筒状の内筒とを備え、内筒の上部は上部壁によって覆われ、内筒の下部は外筒の底部に隙間を有して開口され、クーラント自動排出管路の一端は、内筒の上部壁を貫いて外筒の底部近傍に開口されているので、ポンプの停止時に、冷却器内のクーラントを冷却器の底部近傍のレベルまで排出することができる。

請求項３に係る発明によれば、クーラント戻し管路の他端は、クーラント槽に貯留されたクーラント内に開口され、クーラント戻し管路の他端側には、クーラント槽に貯留されたクーラントの液面レベルの上方位置に、細孔のエア吸入口が大気中に開口されているので、クーラント戻し管路にエア吸入口を設ける場合にも、クーラント戻し管路を流れる大部分のクーラントは、クーラント槽に貯留されたクーラント内に戻され、クリーン槽に戻されるクーラントによってクリーン槽内のクーラントを泡立たせないようにすることができる。

請求項４に係る発明によれば、クーラント自動排出管路中には開閉弁が設けられ、開閉弁の開放時にのみ、ポンプの停止時に冷却器内のクーラントを自動排出できるようにしたので、例えば、長期連休など長期間機械を停止する場合には、開閉弁を開放させて冷却器内のクーラントを自動排出させ、昼休みや夜間などの短時間の機械の停止の場合には、開閉弁を閉止させて冷却器内のクーラントの自動排出を阻止することができる。

本発明の実施の形態に係るクーラント冷却装置を示す概要図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係るクーラント冷却装置１０の概要図を示すもので、クーラント冷却装置１０は、クーラント槽１１を備え、クーラント槽１１は、仕切り板１２で仕切られたクリーン槽１３とダーティ槽１４からなっている。ダーティ槽１４には、研削盤等の工作機械で使用されたクーラントが回収管路１５を介して回収され、また、クリーン槽１３に貯留されたクーラントは、送出ポンプ１６により汲み上げられ、送出管路１７を介して工作機械の加工部に送出されるようになっている。

ダーティ槽１４に回収されたクーラントは、マグネットセパレータ等のクーラント処理装置１８により切屑等が分離されて濾過された後、クリーン槽１３に供給され、貯留される。クリーン槽１３に貯留されるクーラントは、仕切り板１２をオーバフローしてダーティ槽１４に流れることにより、常に一定のレベルに保持されるようになっている。

クーラント槽１１の上方位置には、冷却器２１が配設されている。冷却器２１は、密閉された円筒状の外筒２２と、外筒２２内に収容された円筒状の内筒２３と、内筒２３の外周に螺旋状に巻付けられた冷却コイル２４からなっている。外筒２２は、有底円筒状の外筒本体２５と、外筒本体２５の上端開口部を閉塞する蓋体２６からなっており、蓋体２６は外筒本体２５の上端にパッキン２７を介してボルト２８により分離可能に結合されている。内筒２３は、有底円筒状をなし、底部（上部壁）２３ａが上方に位置する姿勢、すなわち、バケツをひっくり返したような姿勢で、外筒２２の内周に所定の隙間を有して配設されている。内筒２３の下部は、外筒２２の底部２２ａに所定の隙間を有して開口されている。

内筒２３の外周に巻付けられた冷却コイル２４内には、冷媒が循環されるようになっており、外筒２２の内周と内筒２３の外周との間を流れるクーラントを冷却するようになっている。外筒２２の上部には、クーラント供給管路３１の一端３１ａが接続され、このクーラント供給管路３１の他端３１ｂはクリーン層１３に貯留されたクーラントの内部に開口されている。クーラント供給管路３１中には供給ポンプ３２が設けられ、この供給ポンプ３２によってクリーン槽１３に貯留されたクーラントが、外筒２２内の上部に供給されるようになっている。

内筒２３の上部壁２３ａには、冷却されたクーラントをクリーン槽１３に戻すクーラント戻し管路３３の一端３３ａが開口されている。クーラント戻し管路３３は、外筒２２の蓋体２６を貫通して、冷却器２１の外部に導出され、他端３３ｂは、クリーン槽１３に貯留されたクーラントの内部に開口されている。クーラント戻し管路３３の他端３３ｂ側には、クリーン槽１３に貯留されたクーラントの液面レベルの上方位置に、細孔のエア吸入口３４が大気中に開口され、供給ポンプ３２の停止時に、クーラント戻し管路３３内にエアを吸入できるようにしている。

これにより、クーラント供給管路３１を介して外筒２２の上部に供給されたクーラントは、外筒２２の内周と内筒２３の外周との間を冷却コイル２４に沿って下方に流れるに従って徐々に冷却され、内筒２３の下部と外筒２２の底部２２ａとの間を通って内筒２３内に導入され、内筒２３の上部よりクーラント戻し管路３３を介してクリーン槽１３内に戻される。この際、クーラント戻し管路３３を流れるクーラントの一部は、エア吸入口３４より流出されて落下し、クリーン槽１３内に戻される。

また、外筒２２の蓋体２６および内筒２３の上部壁２３ａを貫いて、クーラント自動排出管路３５が内筒２３内に延在され、その一端３５ａは外筒２２の底部２２ａ近傍に開口されている。クーラント自動排出管路３５の他端３５ｂは、クリーン槽１３に貯留されたクーラントの内部に開口されている。この際、冷却器２１がクーラント槽１１の上方位置に配設されていることにより、外筒２２の底部２２ａ近傍に開口するクーラント自動排出管路３５の一端３５ａは、クリーン槽１３内に開口する他端３５ｂより高い位置となる。これにより、供給ポンプ３２の停止時に、後述するようにクーラント自動排出管路３５がサイフォンとして機能し、冷却器２１内からクリーン槽１３へのクーラントの流れを発生させて、冷却器２１内のクーラントをクリーン槽１３に自動排出するようになっている。

なお、クーラント自動排出管路３５中には、手動の開閉弁３６が設けられている。開閉弁３６は通常開放状態に保持されているが、供給ポンプ３２の停止時に、サイフォン現象を作用させたくない場合、すなわち、冷却器２１内のクーラントをクリーン槽１３に自動排出させたくない場合には、閉止することができるようになっている。

従って、供給ポンプ３２の停止時に、常に冷却器２１内のクーラントをクリーン槽１３に自動排出させるのではなく、例えば、長期連休など長期間機械を停止する場合には、開閉弁３６を開放させて冷却器２１内のクーラントを自動排出させ、昼休みや夜間などの短時間の機械の停止の場合には、開閉弁３６を閉止状態に保持して冷却器２１内のクーラントの自動排出を阻止することもできる。

次に、上記した実施の形態にかかるクーラント冷却装置の動作について説明する。工作機械が起動されると、ポンプ１６、３２が駆動される。送出ポンプ１６の駆動により、クリーン槽１３に貯留されたクーラントが送出管路１７を介して工作機械に圧送され、加工部に供給される。これによって、工作物の熱変位や、研削焼けが防止され、工作物加工径が安定化されるとともに、工作物の性状変化が防止される。

工作機械の加工部で発生した熱によって温度上昇したクーラントは、回収管路１５を介してダーティ槽１４に回収される。ダーティ槽１４に回収されたクーラントは、クーラント処理装置１８により切屑が濾過され、クリーン槽１３に供給されて貯留される。ただし、クリーン槽１３に供給されたクーラント中には、研削カスや微細な切屑などからなるスラッジが含有されている。

クリーン槽１３内に貯留されたクーラントを冷却するために、供給ポンプ３２の駆動によって、クリーン槽１３に貯留されたクーラントがクーラント供給管路３１を介して冷却器２１内に供給される。冷却器２１内に供給されたクーラントは、外筒２２の内周と内筒２３の外周との間を冷却コイル２４に沿って下方に流れるに従って徐々に冷却される。冷却されたクーラントは、内筒２３の下部と外筒２２の底部２２ａとの間を通って内筒２３内に導入され、内筒２３の上部よりクーラント戻し管路３３を介してクリーン槽１３内に戻される。この際、クーラント戻し管路３３を流れるクーラントの一部は、エア吸入口３４より流出されて落下し、クリーン槽１３内に収容される。

このようにして、加工部で発生した熱によって温度上昇したクーラントは、冷却器２１を循環されることによって冷却され、所定の温度以下に冷却される。

工作機械の運転が停止され、供給ポンプ３２が停止されると、クーラント戻し管路３３にエア吸入口３４が開口されて、クーラント戻し管路３３にエアが吸入できる状態になっているため、クーラント自動排出管路３５の一端３５ａと他端３５ｂの高低差によるサイフォン現象によって、冷却器２１内に充満されているクーラントがクリーン槽１３内に流れ出る。そして、クーラント自動排出管路３５を介して流れ出たクーラントの体積分だけ、エアがエア吸入口３４よりクーラント戻し管路３３内に吸い込まれる。

このような作用によって、冷却器２１内のクーラントがクーラント自動排出管路３５を介してクリーン槽１３に徐々に排出され、最終的には、冷却器２１内に残留するクーラントは、クーラント自動排出管路３５の一端３５ａが開口したレベルとなる。なお、クリーン槽１３にクーラントが排出されると、クリーン槽１３とダーティ槽１４との仕切り板１２よりクーラントがオーバフローするので、クリーン槽１３内のクーラントは一定の液面以上には上昇しない。

このように、工作機械の運転が停止されると、すなわち、供給ポンプ３２が停止されると、冷却器２１内のクーラントがクーラント自動排出管路３５を介してクリーン槽１３に自動的に排出されるため、工作機械の運転が長時間停止されても、クーラントが冷却器２１内に滞留し続けることによる冷却コイル２４へのスラッジの付着を確実に防止することができる。

長時間の運転停止の後、工作機械の運転が開始され、供給ポンプ３２が駆動されると、クリーン槽１３内のクーラントが吸い上げられ、クーラント供給管路３１を介して冷却器２１内にクーラントが供給される。そして、クーラントは、上記したように、クリーン槽１３と冷却器２１との間を循環されることにより冷却される。

なお、図中３７は、クーラント供給管路３１に接続され、クーラント供給管路３１を流れるクーラントの温度を検出する温度センサを示す。この温度センサ３７で検出されたクーラントの温度に応じて、インバータ制御等によって、冷却コイル２４を循環する冷媒による冷却能力がコントロールされ、クリーン槽１３内のクーラントを所定の温度以下になるように制御する。この場合、温度センサ３７は、クーラント戻し管路３３に接続してもよい。

また、図中３８は、冷却器２１の外筒２２の上部に冷却コイル２４に向けて下向きに開口されたエア噴出口を示す。このエア噴出口３８より定期的（一定期間毎）に圧縮エアを冷却コイル２４に向けて噴出することにより、冷却コイル２４に付着したスラッジを吹き飛ばすことができるようにしている。これにより、仮に長期の間に冷却コイル２４にスラッジが付着しても、外筒２２を分解することなく、冷却コイル２４の清掃を行えるようになり、スラッジを周囲に撒き散らすことなく、安全かつ簡単に冷却コイル２４の清掃が行える。なお、エア噴出口３８は通常時は閉止されている。

上記した実施の形態によれば、供給ポンプ３２の停止時に、サイフォン現象を利用して、冷却器２１内のクーラントをクーラント自動排出管路３５を介して自動的に排出することができる。従って、長期連休など機械が長期に亘って停止された場合でも、クーラント中に含有するスラッジが、冷却コイル２４に付着したり、冷却器２１の底部に堆積するのを確実に防止することができ、冷却コイル２４にスラッジを取り除く清掃作業を実質的に不要にすることができる。しかも、これが、作業者の手を一切煩わせることなく、また、自動で行うためのバルブ等の機器や制御を必要とすることなく行い得、クーラント自動排出管路（サイフォン）３５を設けるだけの簡単な構成によって達成することができる。

上記した実施の形態においては、クーラント戻し管路３３にエアを吸入するエア吸入口３４をクリーン槽１３の液面より上方の位置に開口させたが、クーラント戻し管路３３の他端３３ｂを、クリーン槽１３の液面より上方位置に開口させることにより、わざわざエア吸入口３４を設けなくても、供給ポンプ３２の停止時に、クーラント戻し管路３３内にエアを吸入させることができる。ただし、エア吸入口３４をクリーン槽１３の液面より上方に開口させた場合には、クーラント戻し管路３３の他端３３ｂを、クリーン槽１３に貯留されたクーラント内に開口させることができるため、クーラント戻し管路３３よりクリーン槽１３に戻されるクーラントによって、クリーン槽１３内のクーラントを泡立たせないようにできる利点がある。

なお、本発明のクーラント冷却装置１０は、研削盤等の工作機械に限らず、加工部に供給されて温度上昇したクーラントを冷却する機能を有する他の機械にも適用可能である。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。

本発明に係るクーラント冷却装置は、機械の加工部に供給して工作物の熱変位や、研削焼けを防止するために加工部に供給されるクーラントを冷却する機械に用いるのに適している。

１０…クーラント冷却装置、１１…クーラント槽、１３…クリーン槽、１４…ダーティ槽、２１…冷却器、２２…外筒、２３…内筒、２４…冷却コイル、３１…クーラント供給管路、３２…ポンプ、３３…クーラント戻し管路、３４…エア吸入口、３５…クーラント自動排出管路、３６…開閉弁。

Claims (4)

1. クーラントを貯留するクーラントタンクと、該クーラントタンクの上方位置に配設され冷却コイルを備えた冷却器と、ポンプによってクーラントを前記冷却器に供給し、前記冷却コイルによってクーラントを冷却させるクーラント供給管路と、前記冷却器によって冷却されたクーラントを前記クーラント槽に戻すクーラント戻し管路を備えたクーラント冷却装置において、
   前記クーラント戻し管路の少なくとも一部に、前記クーラント槽の液面の上方位置に開口するエア吸入口を設け、前記冷却器の底部に一端が開口し、他端が前記クーラント槽に開口し、前記ポンプの停止時にサイフォン現象によって前記冷却器内のクーラントを自動的に排出するクーラント自動排出管路を備えたことを特徴とするクーラント冷却装置。
2. 請求項１において、前記冷却器は、密閉された円筒状の外筒と、該外筒内に収容され、外周に前記冷却コイルを巻付けた円筒状の内筒とを備え、前記内筒の上部は上部壁によって覆われ、前記内筒の下部は前記外筒の底部に隙間を有して開口され、前記クーラント自動排出管路の一端は、前記内筒の上部壁を貫いて前記外筒の底部近傍に開口されていることを特徴とするクーラント冷却装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記クーラント戻し管路の他端は、前記クーラント槽に貯留されたクーラント内に開口され、前記クーラント戻し管路の他端側には、前記クーラント槽に貯留されたクーラントの液面レベルの上方位置に、細孔の前記エア吸入口が大気中に開口されていることを特徴とするクーラント冷却装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記クーラント自動排出管路中には開閉弁が設けられ、該開閉弁の開放時にのみ、前記ポンプの停止時に前記冷却器内のクーラントを自動排出できるようにしたことを特徴とするクーラント冷却装置。

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