JP7002965B2 - 定圧液供給装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、液を噴出する孔を有する対象物に、一定の圧力の液を供給する定圧液供給装置に関する。

特許文献１には、工作機械のためのクーラント用ポンプ装置が記載されている。このクーラント用ポンプ装置は、容積式の液圧ポンプと、液圧ポンプを駆動する電動機と、電動機への出力周波数を変更することができるインバータ装置と、を備えている。クーラント用ポンプ装置によって供給されるクーラントは、工具に設けた孔を通じて加工箇所へ噴出する。

このクーラント用ポンプ装置は、ポンプ装置の容積効率が低下したときに、加工箇所に所要量のクーラントが供給されるよう、液圧ポンプの吐出流量を増加させる。具体的には、液圧ポンプの吐出管に設置された圧力計や流量計の値に基づいて、インバータ装置の出力周波数を増加させることにより、電動機の回転速度を高める。

特許文献２には、工作機械のクーラント供給装置が記載されている。このクーラント供給装置は、クーラントを吐出するポンプと、ポンプを駆動する電動モータと、ポンプの最大吐出圧力を制限するリリーフ弁と、リリーフ弁から排出されたクーラントのドレン流量を検出する流量センサと、流量センサからの信号に応じて、インバータ回路によりモータに出力する周波数を制御するコントローラとを備えている。コントローラは、ポンプの吐出能力を最適吐出能力となるように制御する。

特開平７－１９１６２号公報 特許第５２６９９５５号公報

ところで、特許文献１や特許文献２に記載されているようなクーラント供給装置は、インバータ装置を用いることによってポンプの吐出流量を調整している。これとは異なり、クーラント供給装置を、ポンプの吐出流量を一定にすると共に、供給ラインに接続されたリリーフラインを所定圧力以上で開けることによって、一定の圧力のクーラントを工具に供給するよう構成することが考えられる。このクーラント供給装置では、ポンプは、所定圧力以上となるように一定回転数で回転し、余剰のクーラントが、リリーフラインを通じてタンクに戻る。こうした構成のクーラント供給装置は、装置構成が簡略化するという利点がある。

ところが、工作機械用のクーラント供給装置においては、工具に供給したクーラントを回収してタンクに戻すように構成されており、クーラントに混入した切粉等によってポンプの内部が摩耗してしまう場合がある。摩耗が進行すると、ポンプの容積効率が低下してしまう。インバータ装置を用いないクーラント供給装置においては、ポンプの容積効率が低下すると、ポンプの吐出流量が低下する。

前述の通り、インバータ装置を用いないクーラント供給装置においては、余剰のクーラントがリリーフラインに流れるよう、ポンプの吐出流量は、工具において要求されるクーラントの要求供給量よりも多い。そのため、ポンプの吐出流量が多少、低下したとしても、要求供給量のクーラントを工具に供給することが可能である。供給ラインに設置した圧力計は、ポンプの吐出流量が多少、低下しても、目標圧力を示すため、ユーザは、ポンプの劣化が進行していることに気づかない。そして、ポンプの吐出流量がさらに低下して、要求供給量を下回るようになって初めて、圧力計が目標圧力未満を示すことで、ユーザは、ポンプが劣化していることに気づく。

この問題に対し、ポンプの劣化を事前に、精度よく推定することが求められる。尚、こうした問題は、工作機械用のクーラント供給装置に限らず、工作機械によって加工された加工品を洗浄するために、所定圧力の洗浄液を供給するよう構成された洗浄装置においても、同様である。

ここに開示する技術は、液を噴出する孔を有する対象物に、一定の圧力の液を供給する定圧液供給装置において、ポンプの劣化を、事前に、精度よく推定する。

具体的にここに開示する技術は、液を噴出する孔を有する対象物に、一定の圧力の液を供給する定圧液供給装置に係る。

定圧液供給装置は、前記対象物に接続された供給ラインと、前記供給ラインに配設され、前記対象物に供給する液を吐出する容積式のポンプと、一定電圧の供給を受けることにより、前記ポンプを一定回転数で回転させる電動モータと、前記供給ラインにおける前記対象物と前記ポンプとの間に接続されたリリーフラインと、前記リリーフラインに配設されかつ、設定圧力以上で開くリリーフ弁と、前記リリーフラインに配設されかつ、前記リリーフラインを流れる液の流量が所定流量以下であることを検知する流量検知部と、を備える。そして、前記流量検知部の検知に基づいて、前記ポンプが劣化したことを推定する。

この構成によると、電動モータが、一定電圧の供給を受けて、ポンプを一定回転数で回転させる。ポンプは容積式であるため、ポンプの吐出流量は一定になる。

供給ラインに接続されたリリーフラインには、リリーフ弁が配設されている。リリーフ弁は、所定の設定圧力以上で開く。ここで、ポンプの吐出流量は、対象物において要求される液の供給量よりも大に設定される。こうすることで、余剰の液は、リリーフラインを流れるようになるから、供給ラインを通じて、一定の圧力の液を対象物に供給することが実現する。

そして、リリーフラインには、流量検知部が配設されている。流量検知部は、リリーフラインを流れる液の流量が所定流量以下であることを検知する。前述したように、ポンプの吐出流量が、対象物において要求される供給量よりも十分多くて、余剰の液がリリーフラインを流れているときは、一定の圧力の液が対象物に供給されている。この状態では、流量検知部は検知しない。

これに対し、ポンプの吐出流量が少なくなると、対象物に対しては要求供給量の液が供給されていたとしても、リリーフラインの流量が少なくなる、又は、リリーフラインを液が流れなくなる。リリーフラインを流れる液の流量が所定流量以下になると、流量検知部は検知をする。この状態は、一定の圧力でかつ、要求供給量の液を対象物に供給しているとしても、ポンプの容積効率が低下している状態である。つまり、ポンプの劣化が進んでいる状態である。

このように、流量検知部の検知に基づいてポンプが劣化したことを推定することにより、一定の圧力の液を対象物に供給しているときに、ポンプの劣化を、事前に、精度よく推定することができる。ポンプの劣化を事前に推定することにより、対象物に対し供給する液が要求供給量を下回ってしまう前に、劣化したポンプを交換することができる。ポンプを交換することによって、対象物に対し供給する液が要求供給量を下回ってしまうことを避けることができる。

前記定圧液供給装置は、前記ポンプの吐出側と吸込側との液温差を検知する温度検知部を備え、前記温度検知部の検知に基づいて前記ポンプの吐出側と吸込側との液温差が所定温度以上でありかつ、前記流量検知部の検知とに基づいて前記リリーフラインを流れる液の流量が所定流量以下であるときに、前記ポンプが劣化したことを推定する、としてもよい。

本願発明者の検討によれば、ポンプの劣化が進行すると、ポンプの内部において液が漏れることに伴い熱が発生し、ポンプから吐出される液の温度が高くなることがわかった。つまり、ポンプの温度は、ポンプの劣化に関係するパラメータの一つであり、例えば、ポンプの吐出側と吸込側との液温差が所定温度以上（尚、吐出側の液温＞吸込側の液温）となれば、ポンプの劣化が進行していると推定することができる。

そこで、温度検知部の検知に基づいてポンプの吐出側と吸込側との液温差が所定温度以上でありかつ、流量検知部の検知に基づいてリリーフラインを流れる液の流量が所定流量以下であるときに、ポンプが劣化したと推定する。温度のパラメータを考慮することにより、この定圧液供給装置は、ポンプの劣化を、より精度よく推定することができる。

以上説明したように、前記の定圧液供給装置によると、ポンプの劣化を、事前に、精度よく推定することができる。

図１は、実施形態１に係るクーラント供給装置の構成を例示する回路図である。 図２は、実施形態２に係るクーラント供給装置の構成を例示する回路図である。

以下、定圧液供給装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、定圧液供給装置の一例である。

（実施形態１）
図１は、ここに開示する定圧液供給装置が、工作機械におけるクーラント供給装置に適用された構成例を示している。

クーラント供給装置１は、工作機械における工具２に、クーラントを供給するように構成されている。工具２は、どのようなものであってもよい。工具２には、図１に例示するように、クーラントが噴出する孔２１が形成されている。クーラントは、この孔２１を通じて加工箇所へ噴出する。工具２は、液を噴出する孔を有する対象物の一例である。

工具２には、クーラントの供給ライン３が接続されている。供給ライン３には、ポンプ４が配設されている。ポンプ４は、クーラントを工具２に向けて吐出する。ポンプ４は、定容量の容積式ポンプである。ポンプ４は、具体的には、歯車ポンプ、ベーンポンプ、ねじポンプなどの回転ポンプとしてもよい。ポンプ４はまた、ピストンポンプや、プランジャーポンプなどの往復動ポンプとしてもよい。

ポンプ４には、電動モータ４１が連結されている。電動モータ４１には、所定電圧の交流電源４２が接続されている。電動モータ４１は、例えば三相モータや単相モータとしてもよい。電動モータ４１は、交流電源４２から一定電圧の供給を受けることにより、一定回転数で回転をする。電動モータ４１は、ポンプ４を一定回転数で回転させる。ポンプ４の吐出流量は、一定量である。

供給ライン３において、工具２とポンプ４との間には、リリーフライン５が接続されている。リリーフライン５には、リリーフ弁５１が配設されている。リリーフ弁５１は、所定の圧力で開弁するよう構成されている。リリーフ弁５１が開弁する圧力は、工具２に供給するクーラントの圧力（つまり、設定圧力）に対応する。設定圧力でリリーフ弁５１が開弁することにより、工具２に供給されるクーラントの圧力が一定の圧力に維持される。

リリーフライン５は、クーラントのタンク６に接続されている。リリーフライン５を流れる余剰のクーラントは、タンク６に戻る。また、図示は省略するが、工具２に供給されたクーラントは回収されてタンク６に戻される。また、ポンプ４の吸入側とタンク６とが接続されている。ポンプ４は、タンク６のクーラントを吸い込む。

リリーフライン５には、流量検知部５２が配設されている。図例では、流量検知部５２は、リリーフ弁５１よりも下流に配設されている。流量検知部５２は、リリーフライン５を流れるクーラントの流量が、所定流量以下であることを検知する。流量検知部５２は、例えばフロースイッチによって構成してもよい（つまり、所定流量以下のときにはオフになり、所定流量を超えるときにはオン信号を出力する）。流量検知部５２は、リリーフライン５を流れるクーラントの流量を検知する流量計によって構成してもよい。

ここで、流量検知部５２は、クーラントの流量がゼロ又は実質的にゼロであることを検知してもよい。流量検知部５２はまた、クーラントの流量がゼロを超える所定流量以下（つまり、流量が少ない）ことを検知してもよい。

流量検知部５２は、制御部７に接続されている。流量検知部５２は、信号を制御部７に出力する。制御部７にはまた、警告ランプ７１が接続されている。制御部７は、後述するように、流量検知部５２からの信号に基づいて警告ランプ７１を点灯する。警告ランプ７１は、ポンプ４が劣化しているときに点灯する。これにより、ユーザは、ポンプ４の交換時期がわかる。

尚、供給ライン３には圧力計３１が接続されている。

次に、クーラント供給装置１の運転について説明する。工具２にクーラントを供給するときは、前述したように、交流電源４２からの一定電圧の供給を受けることにより、電動モータ４１が一定回転数で回転する。電動モータ４１によって、ポンプ４が一定回転数で回転する。ポンプ４は、タンク６から吸い込んだクーラントを、一定の吐出流量で、工具２に向けて吐出する。

供給ライン３の圧力が、設定圧力以上になると、リリーフ弁５１が開弁する。一部のクーラントは、工具２に供給されて孔２１から噴出する。クーラントによって、工具２及び加工箇所が冷却されると共に、切粉が除去される。

ポンプ４の吐出流量は、工具２において要求されるクーラントの供給量よりも大に設定されている。余剰のクーラントは、リリーフライン５を流れる。リリーフライン５におけるクーラントの流量は、流量検知部５２が検知をする所定流量よりも多い。このクーラント供給装置１は、インバータを用いない簡易な構成において、工具２に、設定圧力のクーラントを、安定的に供給することができる。

クーラント供給装置１の運転が継続すると、クーラント内に切粉等が混入し、ポンプ４の内部において摩耗が進む。その結果、ポンプ４の容積効率が低下してしまう。

ポンプ４の容積効率が低下すると、ポンプ４の吐出流量が低下する。前述したようにこのクーラント供給装置１は、ポンプ４を一定回転数で回転させるため、ポンプ４の吐出流量の低下と、ポンプ４の容積効率の低下（つまり、ポンプ４の劣化度合い）とは比例、又は、ほぼ比例する。

ポンプ４の吐出流量は、工具２において要求されるクーラントの供給量よりも大であるため、ポンプ４の吐出流量が多少、低下しても、工具２に対するクーラントの要求供給量を満たすことができる。ポンプ４の吐出流量が低下することに従い、リリーフライン５を流れるクーラントの流量が低下する。

ポンプ４の劣化がさらに進むことにより、リリーフライン５を流れるクーラントの流量が所定流量以下（ゼロ又はゼロに近い低流量）になると、工具２に対するクーラントの要求供給量を、ギリギリ満足することができる程度になり、これ以上にポンプ４が劣化すると、工具２に対するクーラントの要求供給量を満足させることができなくなる。

リリーフライン５の流量検知部５２は、リリーフライン５を流れるクーラントの流量が所定流量以下になると、制御部７に信号を出力する。制御部７は、流量検知部５２からの信号を受けて、警告ランプ７１を点灯する。こうして、ポンプ４の劣化が進んでいることが報知され、ポンプ４の交換が促される。尚、制御部７が、流量計からなる流量検知部５２からの信号に基づいて、リリーフライン５を流れるクーラントの流量が所定流量以下になったことを判断してもよい。この構成では、制御部７は、リリーフライン５を流れるクーラントの流量が所定流量以下になったと判断したときに、警告ランプ７１に点灯信号を出力する。

供給ライン３の圧力計３１が示す圧力に基づいて、ポンプ４の劣化を推定しようとしても、圧力計３１が示す圧力が低下したときには、工具２に対するクーラントの供給量が、すでに足りなくなっている。つまり、ポンプ４の劣化を推定することができるタイミングが遅い。

これに対し、リリーフライン５を流れるクーラントの流量に基づいてポンプ４の劣化を推定することにより、工具２に対するクーラントの供給量が足りなくなる前に、ポンプ４の劣化を、精度よく推定することができる。

（実施形態２）
図２は、実施形態２に係るクーラント供給装置１０の構成例を示している。このクーラント供給装置１０は、図１に示すクーラント供給装置１と比較して、ポンプ４の吐出側と吸込側との液温差を検知する温度検知部８を追加している。温度検知部８は、例えば熱電対、サーミスタや、測温抵抗体によって構成してもよい。温度検知部８は、制御部７に対して液温差に関する信号を出力する。

ここで、ポンプ４の劣化が進行すると、ポンプ４の内部においてクーラントの漏れが生じる。本願発明者の検討によると、ポンプ４の内部においてクーラントの漏れが多くなることに伴い熱が発生し、ポンプ４から吐出される液の温度が高くなることがわかった。すなわち、ポンプ４の吐出側と吸込側との液温差が所定温度以上となれば、ポンプの劣化が進行していると推定することができる。

クーラント供給装置１０では、制御部７が、流量検知部５２からの信号と、温度検知部８からの信号とに基づいて、ポンプ４の吐出側と吸込側との液温差が所定温度以上でありかつ、リリーフライン５を流れるクーラントの流量が所定流量以下であるときに、ポンプ４が劣化したとして、警告ランプ７１を点灯する。このように、リリーフライン５を流れるクーラントの流量だけでなく、ポンプ４の温度に関するパラメータを用いて、ポンプ４の劣化を推定することにより、劣化推定の精度を、さらに高くすることができる。

尚、流量検知部５２からの信号と、温度検知部８からの信号とに基づいて、ポンプ４の劣化を推定するのではなく、温度検知部８からの信号に基づいて、ポンプ４の劣化を推定するようにしてもよい。

また、ここに開示する定圧液供給装置は、クーラント供給装置への適用に限らない。例えば、図示は省略するが、工作機械によって加工された加工品を洗浄するために、洗浄液を加工品に向かって噴出するよう構成された洗浄装置に、定圧液供給装置の構成を適用してもよい。

また、ポンプ４の劣化をユーザに報知する態様としては、警告ランプ７１に限らず、様々な報知態様を採用することができる。例えば警告ブザーを採用してもよいし、表示部に表示を行うことによって、ユーザに報知を行ってもよい。

１ クーラント供給装置
１０ クーラント供給装置
２ 工具（対象物）
２１ 孔
３ 供給ライン
４ ポンプ
４１ 電動モータ
５ リリーフライン
５１ リリーフ弁
５２ 流量検知部
８ 温度検知部

Claims (2)

1. 液を噴出する孔を有する対象物に、一定の圧力の液を供給する定圧液供給装置であって、
   前記対象物に接続された供給ラインと、
   前記供給ラインに配設され、前記対象物に供給する液を吐出する容積式のポンプと、
   一定電圧の供給を受けることにより、前記ポンプを一定回転数で回転させる電動モータと、
   前記供給ラインにおける前記対象物と前記ポンプとの間に接続されたリリーフラインと、
   前記リリーフラインに配設されかつ、設定圧力以上で開くリリーフ弁と、
   前記リリーフラインに配設されかつ、前記リリーフラインを流れる液の流量が所定流量以下であることを検知する流量検知部と、を備え、
   前記流量検知部の検知に基づいて、前記ポンプが劣化したことを推定する定圧液供給装置。
2. 請求項１に記載の定圧液供給装置において、
   前記ポンプの吐出側と吸込側との液温差を検知する温度検知部を備え、
   前記温度検知部の検知に基づいて前記ポンプの吐出側と吸込側との液温差が所定温度以上でありかつ、前記流量検知部の検知とに基づいて前記リリーフラインを流れる液の流量が所定流量以下であるときに、前記ポンプが劣化したことを推定する定圧液供給装置。

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