JPH0438992B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は油を使用する機器、例えば工作機械
における主軸系統の油の熱交換装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第２図は例えば「機械技術」（昭和56年第29巻
第６号P101、日刊工業新聞社刊）に開示された
従来の一般的な工作機械の主軸系の油の熱交換装
置の概略を示し、図において、１は機器である例
えば工作機械の主軸系（図示せず）にて加熱、加
温されて高温状態となつた油、２は工作機械の主
軸系から高温状態となつて排出される油１を貯留
する油タンク、３は配管４を介して油タンク２内
の油を冷却タンク５内に導くポンプ、５ａ及び５
ｂは冷却タンク５の外槽及び内槽であり、ポンプ
３により導かれる油は外槽５ａと内槽５ｂとの間
に導入し、内槽５ｂ上端からその内槽５ｂ内に導
入する。６は内槽５ｂの外周に巻回された冷却
管、７は冷却管６の一方側と配管８を介して接続
され、冷却管６の他方側と配管９を介して接続さ
れ、冷却タンク５の油を冷却して高温となつた冷
却媒体が配管８を通して導入され、その内部で低
温となつた冷却媒体を配管９を通して冷却管６に
供給する冷凍装置、１０は一方側が冷却タンク５
の内槽５ｂ内の底部近傍に配置され、他方側が工
作機械の主軸系に接続され、冷却管６により冷却
された冷却タンク５の内槽５ｂ内の低温の油１１
をその内槽５ｂ内の底部近傍から導入して工作機
械の主軸系に供給する供給配管、１２は供給配管
１３内の油温を検出するサーモスタツトであり、
このサーモスタツト１２の検出信号に応じて制御
手段（図示せず）により冷凍装置７をON，OFF
させる。

次に動作について説明する。工作機械の主軸系
において加熱、加温されて高温状態となつた油１
は油タンク２内に排出される。油タンク２内に貯
留された油はポンプ３により冷却タンク５の外槽
５ａと内槽５ｂとの間に導入され、内槽５ｂ上端
からその内槽５ｂ内に導入される。そして、内槽
５ｂの外周に巻回された冷却管６により熱交換さ
れて冷却され、低温状態となつた油１１は供給配
管１０を通して工作機械の主軸系に供給される。
一方、油を冷却した後の冷却管６の高温となつた
冷却媒体は冷凍装置７を通つて再び低温の冷却媒
体となつて冷却管６に供給される。又、油温度の
制御については、供給配管１０に配置されたサー
モスタツト１２等により油温を検出し、制御手段
により冷凍装置７をON，OFFさせることにより
制御する。従つて、冷凍装置７をONしていると
きは冷却運転しており、冷凍装置７により一定量
の低温状態の冷却媒体を冷却管６に供給して冷却
タンク５の内槽５ｂ内の油を強制的に冷却してい
る。又、工作機械側の発熱量が少ない場合は冷凍
装置７による冷却量が過大となつて冷やし過ぎと
なり、一時冷凍装置７をOFFさせて運転を停止
させ、油温が上昇すると再び冷凍装置７をONし
て冷却運転させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述した従来の熱交換装置では、
冷凍装置７をON，OFFさせることにより油温度
の制御を行うようにしているので、供給配管１０
を通る油１１の油温度に脈動が生じる問題点があ
る。特に供給配管１０を通る油１１が工作機械の
主軸系に供給される場合は、油１１の油温度の脈
動がそのまま工作・加工精度の脈動につながると
言う致命的欠陥があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたものであり、油温度に脈動の生じない
熱交換装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わる熱交換装置は、油タンクを環
状に形成し、その環状部の一箇所に仕切部材を配
置して少なくとも第１流路部から第３流路部の３
つの流路部を形成し、機器から高温状態となつて
排出される油を第１流路部で収容し、第２流路
部、第３流路部に順次流入させるように構成し、
ヒートパイプの吸熱部を油タンクの第２流路部内
の油中に浸漬させ、ヒートパイプの放熱部を油タ
ンク外に配置させ、ヒートパイプの放熱部に放熱
装置を配設し、ヒートパイプにより冷却されて油
タンクの第２流路部から第３流路部内に流入した
油を機器に供給する供給手段を設けたものであ
る。

〔作用〕

この発明における熱交換装置は、油タンクの第
２流路部内の油がヒートパイプの吸熱部側の温度
とヒートパイプの放熱部側との温度差により自然
的に制御されて連続的に冷却され、又、油タンク
の第１流路部に流入した高温状態の油が第２流路
部内に流入してヒートパイプの吸熱部を流通して
第３流路部内に流入し、冷却効果の高い脈動のな
い安定した油が機器に供給される。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図乃至第３図
に基づいて説明する。第１図は側断面図を示し、
第２図は正面図を示し、第３図は油タンクの平面
図を示す。これら各図において、１は機器である
例えば工作機械の主軸系（図示せず）にて加熱、
加温されて高温状態となつた油、２０は例えば角
形状の環状に形成され、その環状部の一箇所に仕
切部材２１を配置して第１流路部２２、第２流路
部２３、第３流路部２４の３つの流路部に形成さ
れ、又第２流路部２３は３つの流路２３ａ，２３
ｂ，２３ｃに構成され、工作機械の主軸系から高
温状態となつて排出される油１を第１流路部２２
で収容し、第２流路部２３、第３流路部２４に順
次流入させるよう構成された油タンクである。２
５は工作機械の主軸系から高温状態となつて排出
される油１を第１流路部２２に導く返油管、２６
は油タンク２０の第２流路部２３の流路２３ａと
流路２３ｃ内のそれぞれの油中に吸熱部２６ａ，
２６ａが浸漬され、油タンク２０外に、即ち周囲
空気中にそれぞれ放熱部２６ｂ，２６ｂが配置さ
れたヒートパイプであり、内部を真空減圧後、例
えばフロン、アンモニア等の作動液体２７が所定
量封入され、油の熱分を吸熱部２６ａ，２６ａで
吸収し放熱部２６ｂ，２６ｂに熱輸送して放熱さ
せる。２８は例えばヒートパイプ２６，２６の放
熱部２６ｂ，２６ｂを共通して冷却するように配
設された放熱装置であり、図は一例として放熱フ
アンからなる場合を示している。２９はエアフイ
ルター、３０はヒートパイプ２６，２６により冷
却されて第２流路部２３から第３流路部２４に流
入した低温状態となつた油３１を工作機械の主軸
系に供給する供給手段であり、例えば油タンク２
０の第３流路部２４内に配置されたサクシヨンフ
イルター３０ａと、このサクシヨンフイルター３
０ａと工作機械の主軸系とを接続する配管３０ｂ
と、この配管３０ｂに配設され、低温状態となつ
た油３１をサクシヨンフイルター３０ａを通して
取り入れて工作機械の主軸系に導くためのポンプ
３０ｃとにより構成されている。

次に動作について説明する。工作機械の主軸系
において加熱、加温されて高温状態となつた油１
は油タンク２０の第１流路部２２内に排出され
る。油タンク２０の第１流路部２２内に流入した
高温の油は第２流路部２３の流路２３ａに流入
し、ヒートパイプ２６の吸熱部２６ａを通り、こ
のときヒートパイプ２６の吸熱部２６ａを加熱
し、この加熱によりその内部に封入された作動液
体２７も加熱され、油の熱分を蒸発潜熱として奪
い蒸気化し、ヒートパイプ２６の放熱部２６ｂ側
へその内部で移動する。ヒートパイプ２６の放熱
部２６ｂ側へ移動したフロン等の作動液体２７の
蒸気は放熱フアン２８によつて周囲空気により冷
やされる。このときフロン等の作動液体２７の蒸
気は凝縮して液化するが、凝縮潜熱を周囲空気に
放出し、油の熱分を周囲空気に放熱する。凝縮し
て液化した作動液体２７はヒートパイプ２６の吸
熱部２６ａ側へその内部で移動して戻る。このよ
うにして、ヒートパイプ２６内の作動液体２７の
蒸気化、液化の繰り返しにより、ヒートパイプ２
６の吸熱部２６ａを通過する高温の油１の熱分を
ヒートパイプ２６の吸熱部２６ａからヒートパイ
プ２６の放熱部２６ｂへ熱輸送して周囲空気に放
熱する。従つて油タンク２０の第２流路部２３の
流路２３ａ内に流入した高温の油１の熱分はヒー
トパイプ２６の吸熱部２６ａで奪われ温度が下が
り冷却される。この冷却された油は第２流路部２
３の流路２３ｂ内に流入し、さらに第２流路部２
３の流路２３ｃ内に流入し、ヒートパイプ２６の
吸熱部２６ａを通り、このときヒートパイプ２６
の吸熱部２６ａを加熱し、この加熱によりその内
部に封入された作動液体２７も加熱され、油の熱
分を蒸発潜熱として奪い蒸気化し、ヒートパイプ
２６の放熱部２６ｂ側へその内部で移動する。ヒ
ートパイプ２６の放熱部２６ｂ側へ移動したフロ
ン等の作動液体２７の蒸気は放熱フアン２８によ
つて周囲空気により冷やされる。このときフロン
等の作動液体２７の蒸気は凝縮して液化するが、
凝縮潜熱を周囲空気に放出し、油の熱分を周囲空
気に放熱する。凝縮して液化した作動液体２７は
ヒートパイプ２６の吸熱部２６ａ側へその内部で
移動して戻る。このようにしてヒートパイプ２６
内の作動液体２７の蒸気化、液化の繰り返しによ
り、ヒートパイプ２６の吸熱部２６ａを通過する
油の熱分をヒートパイプ２６の吸熱部２６ａから
ヒートパイプ２６の放熱部２６ｂへ熱輸送して周
囲空気に放熱する。従つて、油タンク２０の第２
流路部２３の流路２３ｃ内に流入した油の熱分は
ヒートパイプ２６の吸熱部２６ａで奪われ温度が
下がり冷却される。このように油タンク２０の第
２流路部２３で２つのヒートパイプ２６，２６の
冷却作用によつて低温状態となつた油３１は第２
流路部２３から第３流路部２４に流入し、第３流
路部２４内に流入した低温状態となつた油３１は
ポンプ３０ｃによりサクシヨンフイルター３０ａ
を通して取り入れられ、配管３０ｂを通して工作
機械の主軸系に導かれる。

以上のようにヒートパイプ２６の吸熱部２６ａ
側の温度、即ち、油タンク２０の第２流路部２３
内の油温とヒートパイプ２６の放熱部２６ｂ側の
温度、即ち、周囲空気側の温度との温度差により
ヒートパイプ２６内部での潜熱交換による冷却が
自然的に制御されて連続的に行われ、第２流路部
２３内の油温の上昇を抑制して周囲空気側の温度
へ近づけようとする。油タンク２０の第２流路部
２３内の油温の上昇が抑制され周囲空気側の温度
と同様となるとヒートパイプ２６内部での潜熱交
換が生じなくなりそれに伴い冷却作用も生じなく
なる。即ち、ヒートパイプ２６による熱交換量
は、油タンク２０の第２流路部２３内の油温と周
囲空気側の温度との温度差の大小に比例してお
り、工作機械側の発熱量が少ない場合は油タンク
２０の第２流路部２３内の油温の上昇も少ない。
従つて油タンク２０の第２流路部２３内の油温と
周囲空気側の温度との温度差も小さいためヒート
パイプ２６による熱交換量も小さくなり、冷やし
過ぎによる弊害も無く発熱量に見合つた冷却量で
自然的に制御されて連続的に冷却できる。その結
果、従来のような冷凍圧縮機７のON，OFF制御
に伴う油温度の脈動を生じることがなく、従つて
工作・加工精度の脈動も生じることがなく、高信
頼性の工作精度が得られる。又、油タンク２０は
角形状の環状に形成し、断面の小さい返油管２５
より断面の大きいヒートパイプ２６の吸熱部２６
ａに高温の油１が均一に急激に流れ込むように第
１流路部２２を設けてその油１を収容するように
しており、第２流路部２３に２箇所ヒートパイプ
２６を配置して２段構成で高温の油１を冷却する
ようにしており、第３流路部２４は冷却されて低
温状態となつた油を断面の小さいサクシヨンフイ
ルター３０ａに急激に絞り込まれるように構成さ
れ、ヒートパイプ２６の吸熱部２６ａを流通する
油の流速が不均一となるのを防止している。その
結果、ヒートパイプ２６の吸熱部２６ａを油が均
一に流通するので、冷却効果が高いものとなる。

尚、上記実施例ではヒートパイプが油タンクの
第２流路部内に２箇所設けた場合について述べた
が、ヒートパイプを油タンクの第２流路部内に１
箇所あるいは３箇所以上に設けてもよいことは勿
論のことである。

又、上記実施例では放熱装置が２つのヒートパ
イプの放熱部を共通して冷却する場合について述
べたが、各ヒートパイプの放熱部にそれぞれ放熱
装置を配設して別個に冷却するようにしてもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。

又、上記実施例では油タンクが角形状の環状に
形成した場合について述べたが、円形状の環状に
形成した油タンクとしてもよく、上記実施例と同
様の効果を奏する。

又、上記実施例では機器が工作機械で主軸系に
油が供給される場合について述べたが、機器とし
ては油が供給されるものであればよく、上記実施
例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、油タンクを環
状に形成し、その環状部の一箇所に仕切部材を配
置して少なくとも第１流路部から第３流路部の３
つの流路部を形成し、機器から高温状態となつて
排出される油を第１流路部で収容し、第２流路
部、第３流路部に順次流入させるように構成し、
ヒートパイプの吸熱部を油タンクの第２流路部内
の油中に浸漬させ、ヒートパイプの放熱部を油タ
ンク外に配置させ、ヒートパイプの放熱部に放熱
装置を配設し、ヒートパイプにより冷却されて油
タンクの第２流路部から第３流路部内に流入した
油を機器に供給する供給手段を設けたことによ
り、ヒートパイプの吸熱部側の温度とヒートパイ
プの放熱部側の温度との温度差により自然的に制
御されて連続的に冷却され、又、ヒートパイプの
吸熱部を油が均一に流通し、冷却効果の高い脈動
のない安定した油を機器に供給できる熱交換装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例による
熱交換装置を示す側断面図及び正面図、第３図は
この発明に係わる油タンクを示す平面図、第４図
は従来の熱交換装置を示す系統図である。 図において、１は高温状態の油、２０は油タン
ク、２１は仕切部材、２２は第１流路部、２３は
第２流路部、２４は第３流路部、２６はヒートパ
イプ、２６ａは吸熱部、２６ｂは放熱部、２８は
放熱装置、３０は供給手段、３１は低温状態の油
である。尚、図中同一符号は同一又は相当部分を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 油を使用する機器と、環状に形成され、その
   環状部の一箇所に仕切部材を配置して少なくとも
   第１流路部から第３流路部の３つの流路部を形成
   し、上記機器から高温状態となつて排出される上
   記油を上記第１流路部で収容し、上記第２流路
   部、第３流路部に順次流入させるように構成され
   た油タンクと、この油タンクの第２流路部内の油
   中に吸熱部が浸漬され且つ上記油と上記吸熱部と
   が確実に熱接触させるよう上記第２流路部の内壁
   部と上記吸熱部との間に僅かな空隙が設けられて
   配置され、上記油タンク外に放熱部が配置され、
   上記油の熱分を上記吸熱部で吸収し上記放熱部に
   熱輸送して放熱するヒートパイプと、このヒート
   パイプの放熱部に配置された放熱装置と、上記ヒ
   ートパイプにより熱分が吸収されて上記油タンク
   の第２流路部から上記油タンクの第３流路部内に
   流入した油を上記機器に供給する供給手段とを備
   えたことを特徴とする熱交換装置。 ２ ヒートパイプは油タンクの第２流路部に２箇
   所設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の熱交換装置。 ３ 放熱装置は複数のヒートパイプの放熱部を共
   通して冷却することを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の熱交換装置。 ４ 機器は工作機械であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の熱
   交換装置。