JPH0418984B2 - - Google Patents

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JPH0418984B2
JPH0418984B2 JP26458288A JP26458288A JPH0418984B2 JP H0418984 B2 JPH0418984 B2 JP H0418984B2 JP 26458288 A JP26458288 A JP 26458288A JP 26458288 A JP26458288 A JP 26458288A JP H0418984 B2 JPH0418984 B2 JP H0418984B2
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coolant
temperature
cooling liquid
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cooling
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Masami Katayanagi
Hitoshi Komori
Nobuo Ito
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Niigata Engineering Co Ltd
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Niigata Engineering Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/14Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools
    • B23Q11/141Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools using a closed fluid circuit for cooling or heating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/12Arrangements for cooling or lubricating parts of the machine
    • B23Q11/126Arrangements for cooling or lubricating parts of the machine for cooling only
    • B23Q11/127Arrangements for cooling or lubricating parts of the machine for cooling only for cooling motors or spindles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/14Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools
    • B23Q11/146Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools by controlling the temperature of a cutting liquid

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、工作機械等の機器において、機器
の作動状況に応じて冷却を行い、加工精度を向上
させるための工作機械等の機器の調温装置に関す
る。
[従来の技術] 工作機械の主軸頭は、加工における主軸の回転
に伴い軸受部の近傍の温度が上昇し、熱膨張によ
る変形を生じる。そのため、工具の先端の位置が
ずれ、加工精度が低下するという不具合がある。
従つて、加工の負荷の大きさに対応して冷却条件
を制御し、熱変形を抑える試みが種々なされてい
る。
循環して戻つた冷却液を冷却するための方法と
しては、例えばラジエータによつて大気中に放熱
する方法、冷凍機により強制的に冷却する方法な
どがあり、後者の場合には戻り冷却液の温度を測
定し、この値が一定の範囲の値になるように冷却
液貯槽に設けた冷凍機をオン/オフ作動させるこ
とにより制御している。
特開昭61−131849号には、還流した温度の高い
冷却水を貯留する温水槽と、これを強制的に冷却
した冷水構とを設け、冷却液が予め設定した温度
となるように温水槽と冷水槽の貯水を混合して冷
却部に供給するようにした技術が開示されてい
る。
また、特開昭61−178147号には、機械本体の熱
発生源より遠い位置または大気中に基準点用温度
センサを設け、油タンク及び機械の被温度制御位
置にそれぞれ温度センサを設け、これらの温度セ
ンサと上記基準点用温度センサとの温度差を算出
して、この値に応じて油タンク内の油温制御手段
及び油(冷却液)の流量調整手段を作動させ、油
温及び被温度制御位置を基準点温度にならうよう
に制御するようにした技術が開示されている。油
温制御手段は、冷凍機をオン/オフ作動させるも
のが例示されており、流量調整手段としては絞り
弁を備えたバイパス回路が設けられている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記のような従来の技術におい
ては、それぞれ次のような解決すべき課題があつ
た。
大気を低熱源とするものにおいては、冷却液の
温度を大気温度以下に下げることはできず、一般
に冷却能力が不足であるとともに、加工負荷の変
化に対応して冷却能力を変えることも困難であ
る。冷凍機をオン/オフ制御するものにおいて
は、通常、冷凍機の冷却能力を実際に加工におい
て必要とされる冷却能力より高く設定しているか
ら冷凍機はある周期でオン/オフ作動する。冷却
液の貯量は有限であるから冷却液の温度は冷凍機
の作動の周期に応じて変動することになり、機械
の温度や熱変形を防止するこことができない。ま
た、負荷の増減に応じて冷却能力を変化させるこ
とも困難である。
特開昭61−131849号に開示された技術において
は、冷却水を一定の設定温度になるように温水と
冷水を混合するものであるので、実際の機器の発
熱部から大気にさらされる外部にかけて機器がど
のような温度勾配を持つているかという点は制御
できず、熱変形の防止が困難であり、また、機器
の負荷に応じた冷却を行うことができない。
特開昭61−178147号に開示された技術において
は、油温制御手段により油温を基準点温度になら
うように制御した油を、流量調整手段により油量
を制御して冷却液流路に流通させるようにしてい
るが、流量調整手段が連続的な調整手段ではない
ので、単一の冷却液源では充分細かい制御が困難
である。この場合、被温度制御位置の基準点との
温度差を加工条件によつて個々に設定する必要が
ある。すなわち、温度差を小さく設定した場合に
は、比較的低速回転の加工においてもすぐその温
度を超えてしまい、流量が大流量に切替わり、す
ぐ温度が低下する。従つて、被温度制御位置の温
度が設定温度の近辺で激しく上下し、切換弁がそ
の都度作動するので切換弁のシート部の摩耗が激
しくなる。一方、温度差を大きく設定した場合に
は、その範囲の温度差は許容されることになり、
熱変形を防止できない。特に、終夜の無人運転中
などにおいて、負荷量の異なる種々の加工を行う
場合、上記の最適な設定温度が加工ごとに異なる
にもかかわらず、個別の調整は困難であり、上述
した課題の解決が一層強く望まれていた。
[課題を解決するための手段] 上記のような課題を解決するために、この発明
は、機器の発熱部を囲繞する冷却液流路と、この
冷却液流路から排出された冷却液を少なくとも2
つ以上の熱交換器により冷却してそれぞれ異なる
温度で貯留する少なくとも2つ以上の冷却液槽
と、これらの冷却液槽の冷却液を供給配管を介し
て上記冷却液流路に圧送する手段と、上記供給配
管に設けられて上記各冷却液槽の冷却液を混合す
る手段と、上記供給配管に設けられて冷却液の流
量を調整する手段と、上記冷却液流路からの戻り
冷却液の温度及び機器または大気中の基準温度を
それぞれ測定する温度センサと、上記測定温度の
差を算出してこの温度差を予め設定した複数の温
度設定値と比較し、この比較の結果によつて上記
混合手段と流量調整手段とを作動させて冷却液の
混合比又は/及び冷却液の流量を制御する制御手
段とを設けた構成としたものである。混合手段と
は、分岐配管と開閉弁を適宜に組み合わせること
により構成することができる。流量調整手段と
は、通常、供給配管に設けた開閉弁を備えたバイ
アス回路であり、この開閉弁を作動することによ
り流量を二段階に調整可能とするものであり、流
量調整弁を配置しておくことによりバイパス量を
調整する。二種以上の温度を設定するための熱交
換器としては、一方を大気との間で熱交換を行う
ヒートパイプとして基準温度に近い設定温度とし
た冷却液槽を構成し、他方を上記基準温度に近い
冷却液槽の冷却液をさらに冷凍機により強制的に
冷却して比較的低温の設定温度の冷却液槽を構成
するのが良い。この場合、冷凍機の作動は戻り冷
却液の温度が適当な温度範囲にあるようにオン/
オフ制御することによつて行う。
[作用] このような工作機械等の機器の調温装置におい
ては、戻り冷却液の温度と大気または機器におけ
る基準温度との差を算出し、この算出値を複数の
設定値と比較し、この温度がどの範囲にあるかに
よつて、基準温度に近い温度の冷却液槽、及び比
較的低温の冷却液槽からの冷却液の混合比率と冷
却液量を調整する。混合比率及び冷却液量の調整
は、通常、開閉弁を切り換え作動させて行う。こ
のような方式においては、例えば、混合比率と冷
却液量のそれぞれを二段階に変化させる場合、両
者の組み合わせによつて最大四段階の冷却強度の
設定が可能となり、加工負荷に応じたより細かい
制御ができるから、開閉弁の切り換えを頻繁に行
うことなしに機器の熱変形を防止することが可能
となる。
[実施例] 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明
する。
第1図は、この発明の調温装置の全体の構成を
示すもので、図中、1は主軸頭2を備えたマシニ
ングセンタで、基台3上に設置されており、主軸
頭2には主軸の軸受の周囲を冷却すべく冷却液流
路4が形成されている。また、5は冷却液流路4
に冷却液を循環せしめる冷却液供給装置であり、
供給配管6を通して冷却液を上記冷却液流路4に
供給し、また戻り配管7を通して冷却液を冷却液
槽8へ回収している。
以下、冷却液供給装置5の構成を説明する。
冷却液槽8は中央の仕切壁9により2つに分断
されており、戻り冷却液は高温側の第1冷却液槽
10に流入し、低温側の第2冷却液槽11へと上
記仕切壁9をオーバーフローして流れるようにな
つている。第1冷却液槽10には第1熱交換器1
2が、第2冷却液槽11には第2熱交換器13が
それぞれ配置されて冷却液をそれぞれ冷却するよ
うにしている。第1熱交換器12はヒートパイプ
14を縦横に伝熱部材15を構成し、この伝熱部
材15の一端を第1冷却液槽10に浸漬させ、他
方を大気中に突出させるとともに、この突出部分
にフアン16を用いて送風することにより、冷却
液と大気との間で熱交換を行うものである。一
方、第2熱交換器13は周知の冷凍機で、冷媒を
コンプレツサ17で圧縮した後断熱膨張させて温
度を下げ、この冷媒と冷却液との間で熱交換を行
うものである。第2冷却液槽11には2つの堰1
8a,18bが設けられて3つの槽に分けられ、
第2熱交換器13は中央の第2槽11bから冷却
液を吸引して仕切壁9側の第1槽11aに戻すよ
うになつている。
第1冷却液槽10には、2つの採液配管19,
20が設けられ、一方の採液配管19は主ポンプ
21に接続され、主ポンプ21の排出側は逆止弁
22を介して混合器23に接続されている。ま
た、他方の採液配管は2連に構成されたポンプの
一方である第1副ポンプ24に接続され、この第
1副ポンプ24の排出側は4ポート2位置電磁切
換弁である混合弁25の入側Tポートに接続され
ている。
第2冷却液槽11の第3槽11cには採液配管
26が設けられ、この採液配管26は上記2連の
ポンプの他方である第2副ポンプ27に接続さ
れ、この第2副ポンプ27の排出側は上記混合弁
25の入側Pポートに接続されている。この混合
弁25の出側のポートの一方(電磁作動していな
いときにPポートに連通する側)は逆止弁28を
介して上述した主ポンプ21の排出側配管に合流
し、混合器23に通じている。
上記主ポンプ21と第1副ポンプ24、第2副
ポンプ27の出側配管と戻り配管7の間にはそれ
ぞれ所定の圧力で作動するリリーフ弁29,3
0,31が設けられており、配管内の圧力の不要
な上昇を抑えている。また、上記逆止弁22,2
8の入側にはそれぞれ流量調整弁32,33が戻
り配管7との間に設けられており、所定量をバイ
パスして混合器23へ流入する冷却液量を調整し
ている。
混合器23の排出側は前述した主軸頭2の冷却
液流路4に連通する供給配管6に接続されてお
り、この供給配管6と戻り配管7の間は2ポート
2位置電磁切換弁であるバイパス弁34及び流量
調整弁35を有するバイパス配管36で連絡され
ている。
戻り配管7のバイアス配管36との合流点より
冷却液流路4側の位置及びマシニングセンタ1の
基台3には、それぞれ戻り冷却液及び基台3の温
度を測定する温度センサ37,38が設置されて
おり、これらのセンサ37,38は制御装置39
の入力側に接続されている。また、制御装置39
の出力側には上記混合弁25、バイパス弁34の
ソレノイド25a,34aと、上記第1熱交換器
12の駆動装置(フアン用モータ)12a及び第
2熱交換器13の駆動装置13aに接続されてお
り、上記温度センサ37,38の測温結果に基づ
いてこれらの弁の開閉制御と駆動装置のオン/オ
フ制御を行うようにしている。第2図のブロツク
図を参照して制御装置39の構成を説明すると、
温度センサ37,38につながる入力ラインはそ
れぞれ電圧変換器40,41に接続され、電圧変
換器40,41の出力ラインはそれぞれA/D変
換器42,43に接続され、さらにA/D変換器
42,43の出力ラインは演算器44に接続され
ている。そして、演算器44の出力ラインと外部
からデジタル値が設定可能な設定器45の出力ラ
インとが比較・判定器46の入力ラインに接続さ
れている。比較・判定器46の出力ラインは上記
混合弁25及びバイパス弁34のソレノイドと第
1熱交換器12及び第2熱交換器13の駆動装置
12a,13aに接続されている。
以下、主に第3図a,bのシーケンス図を参照
してこの実施例の調温装置の作用を説明する。
戻り冷却液測温用温度センサ37の測温値を
T1、基台3に取り付けた温度センサ38の測温
値をT0とし、θ=T1−T0とする。設定器45に
は、予め混合弁25及びバイパス弁34の制御の
ための比較値としてθ1とθ2(θ1<θ2)が設定され、
第1熱交換器12の制御のための比較値としてθ3
(=0deg)が、第2熱交換器13の制御のための
比較値としてθ4が設定されて入力されている。工
作機械等の機器が作動すると主ポンプ21及び副
ポンプ24,27が作動して冷却液が循環させら
れる。同シーケンス図に示すように、θ≦θ3(=
0deg)であるときには第1熱交換器12のフア
ン16は作動しない。このようなときにフアン1
6を作動すると液温が却つて上昇してしまうから
である。また、第2熱交換器13はθ=θ4におい
てオン/オフの切換がなされ、通常の加工工程で
は一定のサイクルでオン/オフ作動する。従つ
て、第1熱交換器12の後における冷却液の温度
は第4図aの曲線Aのようになり、第2熱交換器
13の後における冷却液の温度は同図Bのように
なる。
加工負荷が小さくてθ≦θ1であるときには、制
御装置39より第1副ポンプ24が混合器23に
連絡されるように混合弁25のソレノイド25a
を励磁する信号が出力されており、第2副ポンプ
27は戻り配管7に連絡されている。また、バイ
パス弁34には励磁信号が出されず開状態となつ
ている。従つて、第1冷却液槽10の別々の採液
配管19,20から取り入れられた冷却液は主ポ
ンプ21と第1副ポンプ24によりそれぞれ吸入
されて逆止弁22,28を通つて混合器23に流
入し、供給配管6において一部は主軸頭2の冷却
液流路4を通つて戻り配管7へ、残りはバイパス
配管36を通つて戻り配管7へ流れる。負荷が低
位である間はこの状態で安定しているが、負荷が
増して温度が上昇し、θ1<θ<θ2となると制御装
置39よりバイパス弁34のソレノイド34aを
励磁する信号が出力され、これによりバイパス弁
34が閉となり、混合器23を排出された冷却液
は全量冷却液流路4に流され、冷却能力が増す。
この冷却能力が負荷で見合つていればこの状態で
安定するが、さらに負荷が増すと戻り冷却液が昇
温してθ2≦θとなり、制御装置39より混合弁2
5のソレノイド25aの励磁を解く信号が出力さ
れる。これにより、第2副ポンプ27が混合器2
3に連絡されて、第2冷却液槽11からのより低
温の冷却液が第1冷却液槽10からの冷却液と混
合され、供給配管6より冷却液流路4に供給され
る。このときの冷却強度は工作機械により加工能
力の高いときを基準に設定しているので、θは再
度下降する傾向を示す。
以上の結果、θは、ある条件においてはθ1また
はθ2において上下することになり、混合弁25ま
たはバイパス弁34が切り換えられることにな
る。しかし、この発明の調温装置においては冷却
強度の切換が3段階に分けられているので従来の
2段階の強度切換の場合よりも細かい温度制御が
可能であり、従つて、温度が比較的変動せず、ま
た弁の切換頻度も少なくなる。ここで、第1冷却
液槽10の冷却液と第2冷却液槽11の冷却液の
混合比率は流量調整弁32,33の開度を調整す
ることにより適宜調整でき、また、θ4の設定を変
えることにより第2冷却液槽11の冷却液温度を
調整できるから、事前に加工の負荷がわかつてい
るときはその負荷に適合する冷却強度を安定して
得られるように設定しておくこともできる。
この調温装置においては、2つの冷却液槽1
0,11がそれぞれ異なる形式の熱交換器を備え
ている。すなわち、第1熱交換器12はヒートパ
イプ14を用いて大気との間で熱交換を行うもの
であり、また、第2熱交換器13は冷凍機方式に
より強制的に冷却を行うものである。θ2≦θのと
きは両熱交換器により冷却された冷却液を混合し
て冷却液流路4に供給するが、このときに両熱交
換器の欠点を補いあつて安定した熱交換を行わせ
る。すなわち、第4図aの曲線Aに示すように、
第1熱交換器12では温度変動が少ないが、冷却
液を大気温度以下に下げることはできず、一方、
第2熱交換器13では曲線Bに示すように温度を
下げることはできるが、一定の脈動を抑えること
ができない。しかし、これらを適当な比率で混合
することにより、第4図bに示すように温度が低
くかつ脈動の少ない冷却液を供給することができ
る。
上記のような調温装置による戻り冷却液の温度
変化は、例えば第5図に示すようになる。低い負
荷でθがθ1以下であつたものが、負荷が増大して
θ1以上になる。ここでバイパス弁34が閉となつ
て冷却液の流量が増える。負荷の上昇が比較的小
さいときにはθは曲線Cで示すように低下し、以
下バイパス弁34の開閉を繰り返してθ1を上下す
る。このとき、θ1の上下において冷却強度の変化
が小さいので、バイパス弁34の切換頻度が比較
的少ないことは既述したとおりである。一方、負
荷の増加が比較的大きいときは、第1冷却液槽1
0の冷却液の増量では間に合わず、第5図に曲線
Dで示すようにθはさらに増加してθ2を超える。
そして、制御装置39より混合弁25のソレノイ
ド25aの励磁を解くための信号が出力され、混
合弁25が混合器23と第2冷却液槽11を連絡
するように切り換えられ、θは再度低下してθ2
下になる。以後、負荷が同様であればθはθ2を上
下して変動し、負荷が減少するとθ1以下になり、
第1の冷却状態になる。
なお、上記においては、第2段階においてバイ
パス弁34を作動させて冷却液を増量するように
しているが、バイパス弁34を開とした流量の少
ない状態で混合弁25を切り換えて冷却液温度を
低下させるようにしてもよい。また、上記実施例
のθ1,θ2の他に、θ1<θ2′<θ2となるようなθ2
の温
度を設定し、θ1<θ<θ2′においては第1冷却液
槽10の冷却液のみを流量大として供給し、
θ2′<θ<θ2であるときには第1冷却液槽と第2
冷却液槽の冷却液を混合しかつ流量を小として供
給するような4段階の制御を行つてもよい。
[発明の効果] 以上詳述したように、この発明は、機器の発熱
部を囲繞する冷却液流路と、この冷却液流路から
排出された冷却液を少なくとも2つ以上の熱交換
器により冷却してそれぞれ異なる温度で貯留する
少なくとも2つ以上の冷却液槽と、これらの冷却
液槽の冷却液を供給配管を介して上記冷却液流路
に圧送する手段と、上記供給配管に設けられて上
記各冷却液槽の冷却液を混合する手段と、供給配
管に設けられて冷却液の流量を調整する手段と、
上記冷却液流路からの戻り冷却液の温度及び機器
又は大気中の基準温度をそれぞれ測定する温度セ
ンサと、上記測定温度の差を算出してこの温度差
を予め設定した複数の温度設定値と比較し、この
結果に基づいて上記混合手段と流量調整手段とを
作動させて冷却液の混合比又は/及び冷却液の流
量を制御する制御手段とを備えた構成であるの
で、工作機械等の機器の加工による発熱の状態に
応じた複数段階の冷却状況を選択できるから、加
工負荷の変動や長時間の無人運転の継続などの厳
しい条件のもとでも発熱部の近傍の温度が基準温
度に対して常に一定の差にあるように制御するこ
とができ、熱による歪み変形を防いで加工の精度
を保持することができる。また、複数の形式の異
なる冷却源からの冷却液を混合することにより、
それぞれの欠点を補つて冷却能力が高くかつ時間
変動の少ない冷却源とすることができ、上記のよ
うな効果を一層強めるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の調温装置の全体
の構成を示す図、第2図は制御装置の構成を示す
ブロツク図、第3図a,bは制御装置の制御の過
程を示すシーケンス図、第4図a,bは熱交換器
の冷却状況を示すグラフ、第5図はこの調温装置
の作動の状況を示すグラフである。 4……冷却液流路、5……冷却液供給装置、6
……供給配管、10……第1冷却液槽、11……
第2冷却液槽、12……第1熱交換器、13……
第2熱交換器、25……混合弁、34……バイパ
ス弁、37,38……温度センサ、39……制御
装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 機器の発熱部を囲繞する冷却液流路と、この
    冷却液流路から排出された冷却液を少なくとも2
    つ以上の熱交換器により冷却してそれぞれ異なる
    温度で貯留する少なくとも2つ以上の冷却液槽
    と、これらの冷却液槽の冷却液を供給配管を介し
    て上記冷却液流路に圧送する手段と、上記供給配
    管に設けられて上記各冷却液槽の冷却液を混合す
    る手段と、供給配管に設けられて冷却液の流量を
    調整する手段と、上記冷却液流路からの戻り冷却
    液の温度及び機器又は大気中の基準温度をそれぞ
    れ測定する温度センサと、上記測定温度の差を算
    出してこの温度差を予め設定した複数の温度設定
    値と比較し、この結果に基づいて上記混合手段と
    流量調整手段とを作動させて冷却液の混合比又
    は/及び冷却液の流量を制御する制御手段とを備
    えていることを特徴とする工作機械等の機器の調
    温装置。
JP26458288A 1988-10-20 1988-10-20 工作機械等の機器の調温装置 Granted JPH02109655A (ja)

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JP26458288A JPH02109655A (ja) 1988-10-20 1988-10-20 工作機械等の機器の調温装置

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JPH02109655A JPH02109655A (ja) 1990-04-23
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ID=17405294

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