JPH0248383B2 - Kosakukikaiyodennetsubaitainoondoseigyosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、工作機械用伝熱媒体の温度制御装置
に関する。 最近、レーザや半導体が進歩し、これに関連す
る部品の加工誤差はミクロンオーダからサブミク
ロンオーダ以内であることが要求され、いわゆる
超精密加工が行なわれるようになつてきた。この
場合、静圧軸受用潤滑油、切削油、シヤワーシス
テムにおける油または水（以下これらを「伝熱媒
体」という。）の設定温度における変動幅（以下、
温度変動幅という）を±0.1〜0.001℃というよう
に極めて小さくして温度精度を向上させることが
必要となる。 このため従来より種類の異なつた複数段の熱交
換器を設け、各熱交換器ごとにオン・オフ制御す
るようにした温度制御装置（従来第１例）が使用
され、温度の波を繰返して減衰し、工作機械へ送
る伝熱媒体の温度変動幅を小さくしている。しか
し、この従来第１例は前述のように構造が複雑で
あるという問題点がある。 また従来より単一の液槽内へ冷凍機の蒸発器を
入れ、冷凍機の冷凍圧縮機をオン・オフ制御する
ようにした温度制御装置（従来第２例）が使用さ
れている。しかしこの従来第２例は次の理由によ
り液槽が極めて大型となる。つまり、冷凍圧縮機
をオン・オフ制御する場合、その周期を例えば20
分以内というように短くすると、冷凍圧縮機の寿
命が短くなつてしまい、このため従来第２例では
オン・オフ周期を長くせざるを得ない。ここにオ
ン・オフ制御の場合、設定温度における温度変動
幅は、オン・オフ周期が短いほど小さくなり、ま
た伝熱媒体が多量になるほど温度波の上昇・下降
が緩やかになつて温度変動幅が小さくなる。よつ
て従来第２例のようにオン・オフ周期の長い場合
に前記温度変動幅を小さくして温度精度を向上さ
せるには伝熱媒体が多量なほどよく、そのため液
槽が極めて大型となる。なお、この場合は液槽を
いかに大きくしても温度変動幅を温度調節器の動
作すき間より小さくはできない。また単一槽の場
合、小型にすると出口付近においても入口からの
高温の伝熱媒体の影響を受けるおそれがある。 本発明はこれらの不都合を解消するとともに温
度精度をより向上させることを目的とするもの
で、すなわち伝熱媒体を収容する第１液槽の隣へ
第２液槽が設けられ、しかも前記第２液槽へ入れ
られた孔あき管を介して前記第１液槽と前記第２
液槽とが連通され、前記第２液槽に伝熱媒体を工
作機械へ送りこむ出口管が設けられ、前記出口管
へポンプが接続され、前記第１液槽へ前記工作機
械から送られる伝熱媒体を入れる入口管が設けら
れ、また冷凍機における蒸発器への冷媒流をオ
ン・オフ制御する電磁弁が設けられ、前記電磁弁
へ温度調節器が接続され、前記蒸発器が前記第１
液槽へ入れられ、前記温度調節器に接続された温
度センサおよび伝熱媒体を撹拌する手段が前記第
１液槽内へ設けられたことを特徴とするものであ
る。 以下、添付図面に示す実施例に基づいて本発明
を詳述する。第１図は本発明の一実施例を示す説
明図であり、第２図は第１図の−線から見た
図である。 第１液槽１０の隣へ第２液槽２０が設けられ、
側面に複数の小孔を有する孔あき管３０が第２液
槽２０へ入れられ、孔あき管３０の一端が第１液
槽１０へ開口されて第１液槽１０と第２液槽２０
とが直列に結合され、工作機械に使用される静圧
軸受用潤滑油、切削油またはシヤワーシステム用
油・水等の伝熱媒体１が入口管１１から入つて第
１液槽１０に送られ、孔あき管３０、第２液槽２
０、出口管２１を経て工作機械に送り返され、伝
熱媒体１は上記経路を循環するようになつてい
る。第１液槽１０には冷凍機４０の蒸発器４３、
撹拌羽根１２及びサーミスタ等の熱容量の小さい
温度センサ１４が内蔵され、この撹拌羽根１２は
モータ１３によつて回転される。また第２液槽２
０内の孔あき管３０の上方に邪魔板３１が設けら
れ、その上に出口管２１が設けられ、出口管２１
にはポンプ２２が設けられている。冷凍機４０
は、基本的には、冷凍圧縮機４１、凝縮器４７、
受液器４６、蒸発器４３、アキユームレーター４
２で形成され、また受液器４６と蒸発器４３との
間は、オン・オフ制御する電磁弁４５及び毛細管
４４を介して冷媒が流れるようになつている。な
お、毛細管４４は冷媒の流れを絞つて出口側を低
圧にし、液冷媒を低温で蒸発せしめる働きをす
る。さらに電磁弁４５へ温度調節器５０が接続さ
れ、温度調節器５０へ温度センサ１４が接続さ
れ、温度センサ１４の出力に基づき温度調節器５
０が作動し、温度調節器５０に応じて電磁弁４５
が制御される。また凝縮器４７とアキユームレー
ター４２との間に容量調整弁４８が設けられ、蒸
発圧力が所定の圧力より低くなると、冷媒戻り回
路をバイパスするように構成されている。 次に上記実施例の作用について説明する。運転
開始前にあつては第１液槽１０および第２液槽２
０内の伝熱媒体１はオン・オフ制御をされておら
ず、温度の波はなく、温度変動幅は零になつてい
る。運転を開始すると、ポンプ２２によつて第２
液槽２０内の伝熱媒体１が出口管２１より工作機
械に送られ、工作機械からの高温の伝熱媒体１が
入口管１１から第１液槽１０に送られ、孔あき管
３０、第２液槽２０へ送り返され、上記経路を循
環する。一方モータ１３によつて撹拌羽根１２が
回転し、また冷凍圧縮機４１は運転を開始し、冷
媒は凝縮器４７で液化して受液器４６に貯えられ
る。そして伝熱媒体１の温度が温度センサ１４に
よつて検出され、この温度が温度調節器５０で調
整した温度以上になると、電磁弁４５が開かれ、
受液器４６内の液冷媒は毛細管４４を通つて蒸発
器４３に入り蒸発して潜熱を奪う。したがつて第
１液槽１０内の伝熱媒体１が冷却される。伝熱媒
体１の温度が温度調節器５０の設定温度より動作
隙間に相当する温度だけ下がると、温度センサ１
４がそれを検知して電磁弁４５を閉じるので冷却
作用は停止される。この場合、冷凍圧縮機４１は
オフすることなく連続運転されているので、蒸発
器４３内の圧力と温度は次第に低下する。この圧
力が容量調整弁４８の設定圧力以下になると容量
調整弁４８は開いて冷凍圧縮機４１の出口配管と
入口戻り配管との間がバイパスされる。このこと
によつて蒸発器４３内の圧力は容量調整弁４８の
設定圧力より下がることはなく、それに対応する
蒸発温度以下の温度になることはない。このこと
によつて戻り配管の結露を防止する。この動作を
繰り返して伝熱媒体１の温度が制御される。 ここで本実施例では第１液槽１０内に蒸発器４
３を入れ、撹拌羽根１２で伝熱媒体１を撹拌する
ので、温度分布を均一化でき、また冷凍機４０に
おける蒸発器４３への冷媒流をオン・オフ制御す
る電磁弁４５を設けるので冷凍圧縮機４１の寿命
を縮めることなく、オン・オフ周期を短くでき、
さらにオン・オフ制御する電磁弁４５を用いるの
で動作すき間の小さい温度調整器５０を使用で
き、しかも撹拌羽根１２により伝熱媒体１の流速
を大きくして温度センサ１４に対するむだ時間を
零に近づけることができるのでオン・オフ周期を
例えば２分〜３分というように、冷却効果が充分
発揮できる最小周期にすることができ、かつ第１
液槽１０を大きくせず、小型化しても第１液槽１
０内の伝熱媒体１の温度変動幅を極めて小さくす
ることができる。なお第１液槽１０内の伝熱媒体
１の温度変動幅をこのようにして極めて小さくで
きるといつても、温度調節器５０の動作すき間よ
り小さくはできない。よつてオン・オフ制御をさ
れず、温度変動幅が零である第２液槽２０内の伝
熱媒体１の温度変動幅よりは大きい。また本実施
例では第２液槽２０を有するので、第１液槽１０
を小型にしても第２液槽２０内の伝熱媒体１は入
口管１１からの高温の伝熱媒体１により影響を受
けることがない。 さらに本実施例では運転を開始すると温度変動
幅が零である第２液槽２０の伝熱媒体１に第１液
槽１０からの伝熱媒体１が孔あき管３０を介して
混入していき、第２液槽２０へ入つた伝熱媒体１
の温度変動幅は出口管２１へいくまでの間に減衰
し、零に近い温度変動幅で工作機械へ送られる。
その後は第２液槽２０内でこの減衰作用を繰り返
すため、工作機械へは第１液槽１０での温度変動
幅よりさらに小さい温度変動幅の伝熱媒体１が送
られる。しかも第１液槽１０からの伝熱媒体１は
孔あき管３０の小孔を介して第２液槽２０内へ瞬
時に拡散して混入するので減衰効率が良く、かつ
拡散が充分に行なわれるため温度分布も均一化す
る。邪魔板３１は、孔あき管３０から出た伝熱媒
体１が出口管２１に直接入らないようにしたもの
である。 次に具体的な数値を用いて説明する。 まず第２液槽の時定数T₂は T₂＝VρCp／wρCp＋Ｋである。 ここでＶ（）は第２液槽２０の容積、ｗ（／
min）はポンプ２２によつて循環する伝熱媒体１
の流量、Ｋ（Kcal／min℃）はそれの放熱係数、
ρCp（Kcal／℃）は伝熱媒体１の単位体積当りの
熱容量である。 もし第２液槽２０の外壁を充分に断熱すると、
Ｋ≒０となるので T₂≒Ｖ／ｗとなる。 第１液槽１０の構造を前述の如くすることによ
り、むだ時間をぼぼ零にすることができるので、
第１液槽１０内の温度変動の波形の振幅a₁は、ほ
ぼ温度調節器の動作すき間Δ（℃）の1/2となる。
そしてポンプ２２によつて送り出される伝熱媒体
１の振幅をa₂とすると、

【式】となり、 ω＝2π／pe（rad／min）となる。 ここではωは角周波数、peはオン・オフ周期
とする。 今、Δ＝0.2（℃）、Ｖ＝72（）、ｗ＝15（／
min）、pe＝２（min）とすると、 a₁＝0.2／２＝0.1（℃）、T₂＝72／15＝4.8
（min）、ω＝2π／２＝3.14（rad／min）となる。 すなわち、上記の場合、工作機械に送られる伝
熱媒体１の温度精度（変動幅）は±0.0066（℃）
である。 上記のように本発明によれば、工作機械に使用
する伝熱媒体の温度精度を極めて向上させること
ができ、しかも装置の構造が簡単になるとともに
小型化できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は
第１図の−線から見た図である。 １……伝熱媒体、１０……第１液槽、１１……
入口管、１２……撹拌羽根、１４……温度セン
サ、２０……第２液槽、２１……出口管、２２…
…ポンプ、３０……孔あき管、４０……冷凍機、
４１……冷凍圧縮機、４２……アキユームレータ
ー、４３……蒸発器、４４……毛細管、４５……
電磁弁、４６……受液器、４７……凝縮器、４８
……容量調整弁、５０……温度調節器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伝熱媒体を収容する第１液槽の隣へ第２液槽
   が設けられ、しかも前記第２液槽へ入れられた孔
   あき管を介して前記第１液槽と前記第２液槽とが
   連通され、前記第２液槽に伝熱媒体を工作機械へ
   送りこむ出口管が設けられ、前記出口管へポンプ
   が接続され、前記第１液槽へ前記工作機械から送
   られる伝熱媒体を入れる入口管が設けられ、また
   冷凍機における蒸発器への冷媒流をオン・オフ制
   御する電磁弁が設けられ、前記電磁弁へ温度調節
   器が接続され、前記蒸発器が前記第１液槽へ入れ
   られ、前記温度調節器に接続された温度センサお
   よび伝熱媒体を撹拌する手段が前記第１液槽内へ
   設けられたことを特徴とする工作機械用伝熱媒体
   の温度制御装置。 ２ 冷凍圧縮機の下流へ凝縮器が接続され、前記
   凝縮器の下流へ受液器が接続され、前記受液器の
   下流へ蒸発器が接続され、前記蒸発器の下流へア
   キユームレーターが接続され、前記アキユームレ
   ーターの下流へ前記冷凍圧縮機が接続されて冷凍
   機が形成され、また前記受液器と前記蒸発器との
   間へ電磁弁および毛細管が順に接続され、さらに
   前記凝縮器の入口側と前記アキユームレーターと
   が容量調整弁を介して接続されたことを特徴とす
   る上記特許請求の範囲第１項の装置。