JPH0441150A - 工作機械の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は旋盤等の工作機械における主軸の軸受部や主軸
に直結するビルトインモータ等の発熱部を冷却する冷却
装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種工作機械の冷却装置は、例えば特開昭５８
−１３４１５３号公報に開示され、また第６図に示すよ
うに、工作機械等の旋盤の主軸頭におけるハウジング（
Ａ）に、主軸（Ｓ）及びその軸受け（８１Ｂ）を取り囲
むブツシュ（Ｔ）を介装して、このブツシュ（Ｔ）にら
旋溝で構成する冷却器（Ｅ）を設けて、この冷却器（Ｅ
）を、圧縮機（Ｃ）、凝縮器（Ｄ）、及びキャピラリー
チューブを用いた膨張機構（Ｖ）を備える冷凍装置（Ｒ
）の蒸発器として用い、冷却器（Ｅ）での冷媒の蒸発に
より軸受（Ｂ、Ｂ）等の発熱部を冷却し、発熱による発
熱部の熱膨張を低減して加工精度を向上できるようにし
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、以上のように、冷媒の蒸発作用を利用して冷
却を行うものでは、通常一般に用いられるフロン２２を
冷媒とし、通常のロータリー圧縮機等を其の冷媒の圧縮
機として用いる場合、圧縮機（Ｃ）に吸入する冷媒ガス
の飽和温度は全運転範囲ないにおいて一り０℃〜＋１５
℃程度、圧力は５　ｋｇ　／　ｅＪ　Ａ　Ｂ　Ｓ前後と
なり、冷却器（Ｅ）での冷却温度もこれに見合う温度と
なるため、この冷却温度が、工作機械が置かれる約１５
〜３５℃程度の外気温度に対して低くなり、これら冷却
温度と外気温度との差により各部に熱膨張の差ができて
加工精度に悪影響を及ぼすと共に、前記冷却器（Ｅ）で
の冷やし過ぎにより、工作機械の壁面等に結露が発生す
る問題が起る。

この問題を回避するため、冷却能力を調節するべく前記
圧縮機（Ｃ）を停止しているが、斯くした場合には、前
記圧縮機（Ｃ）の発停を繰り返すことになるし、しかも
冷却器（Ｅ）での冷却温度がハンチングする問題があっ
た。

また、一般に前記膨張機構（Ｖ）のキャピラリーチュー
ブは、圧縮機（Ｃ）での液圧縮を防ぐため前記冷却器（
Ｅ）から出る冷媒が過熱ガス域まで過熱された状態、例
えば過熱度５℃となるように選択している。この結果、
特に冷却器（Ｅ）の冷媒出口付近は他の部分より高温と
なって、冷却器（Ｅ）全体の温度分布が不均一になるの
であって、前記冷却器（Ｅ）により冷却される前記軸受
（ＢｌＢ）等の発熱部に温度むらを生じ、部分的な熱膨
張の差により加工精度へ悪影響を及ぼす問題もあった。

本発明は以上の問題を解決するために発明したもので、
その目的は、冷却器での蒸発圧力と圧縮機の吸入圧力と
の間に差を設けて、圧縮機の吸入圧力を低（し冷却器で
の蒸発圧力を高め、冷却器での冷却温度を外気温度と同
程度にできながら、冷却器から出る冷媒を湿り状態にし
て発熱部を均一に冷却できるようにする点である。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明では、工作機械の発
熱部に付設する冷却器（４）を備え、該冷却器、（４）
を、圧縮機（１）、凝縮器（２）及び膨張機構（３）を
備えた冷凍装置における前記膨張機構（３）の出口側と
圧縮機（１）の吸入側との間に介装した工作機械の冷却
装置において、前記冷却器（４）の出口側と圧縮機（１
）の吸入側との間に減圧圧力を調整可能とした減圧機構
（７）を介装すると共に、前記減圧機構（７）による減
圧を、前記冷却器（４）内の蒸発圧力に対応する飽和ガ
スの等エンタルピー線と、前記圧縮機（１）に吸入され
る吸入ガスの所定過熱度の等過熱度線とが交わる点にお
ける圧力より低い圧力に調整する調整手段をもつ制御器
（８０）を備えたのである。

又、膨張機構（３）は感温膨張弁から成り、その感温筒
（３１）及び均圧管（３２）を減圧機構（７）の出口側
と圧縮機（１）の吸入側との間に設置すると共に、制御
器（８０）は、外気温度検出器（９２）と発熱部温度検
出器（９１）とを備え、冷却器（４）内の蒸発圧力を、
外気温度相当圧力とし、前記減圧機構（７）の出口側に
おける吸入圧力を、発熱部温度と外気温度との温度差に
見合う圧力に制御する制御手段を備えるのが好都合であ
る。

（作用） 調節手段をもつ前記制御器（８０）により前記減圧機構
（７）による減圧圧力を以上の如く調節しているから、
前記冷却器（４）の出口側における冷媒の状態を常に湿
り状態に制御でき、従って冷却器（４）の温度をすべて
蒸発温度にして、その温度分布を均一にできるのであり
、この結果、冷却器（４）により冷却される工作機械の
発Ｍ部の温度むらをなくすことができ、発熱部における
部分的な熱膨張の差により加工精度へ悪影響を防ぐこと
ができるのである。

又、膨張機構（７）として感温膨張弁を用い１、その感
温筒（３１）及び均圧管（３２）を減圧機構（７）の出
口側と圧縮機（１）の吸入側との間に設置すると共に、
制御器（８０）に、外気温度検出器（９２）と発熱部温
度検出器（９１）とを備え、冷却器（４）内の蒸発圧力
を、外気温度相当圧力とし、前記減圧機構（７）の出口
側における吸入圧力を、発熱部温度と外気温度との温度
差に見合う圧力に制御する制御手段を備えることにより
、発熱部の温度を外気温度以下にならないように制御で
きるし、また、減圧圧力を調節して吸入圧力を変更し冷
媒の循環量を変えることにより、前記圧縮機（１）を発
停することなく冷却器（４）での冷却能力を調整するこ
とができるから、冷却器（４）での冷却温度が／１ンチ
ングすることなく前記冷却器（４）の冷却能力を制御で
きる。

（実施例） しかして、第１図に示した実施例では、工作機械の旋盤
の発熱部である主軸頭のハウジング（１０）内に冷却器
（４）を設け、該冷却器（４）を、ロータリー式等の圧
縮機（１）、ファン（２１）を付設する凝縮器（２）及
び感湿膨張弁で構成する膨張機構（３）から構成する冷
凍装置（５）における前記膨張機構（３）の出口側の液
配管（３４）と前記圧縮機（１）の吸入側のガス配管（
４１）との間に接続して、蒸発器として用いているので
ある。

前記冷却器（４）は、第２図に示すように、ハウジング
（１０）の両端部に設けた主軸（１１）の軸受（１２）
（１３）と、ステータ（工４）及びロータ（１５）から
成る直結形のビルトインモータ（１６）とを冷却するも
のであって、これら軸受（１２）（１３）及びモータ（
１６）を内装する内胴（１７）と、この内胴（１７）を
間接する外胴（１８）及び端板（１９）（２０）とによ
り外胴（１８）の内部で、かつ内胴（１７）の外部を環
状円筒形に区画している。

しかして、本発明では、前記冷却器（４）の出口側と圧
縮機（１）の吸入側との間に減圧圧力を調整可能とした
減圧機構（７）を介装すると共に、前記減圧機構（７）
による減圧を、前記冷却器（４）内の蒸発圧力に対応す
る飽和ガスの等エンタルピー線と、前記圧縮機（１）に
吸入される吸入ガスの所定過熱度の等過熱度線とが交わ
る点における圧力より低い圧力に調整する調整手段をも
つ制御器（９）を設けたのである。

即ち、第１図に示すように前記冷却器（４）の出口管（
４７）に、入力する電気信号に応じて減圧圧力を可変と
した電動弁から成る減圧機構（７）を介装する一方、こ
の減圧機構（７）の上流側には前記出口管（４７）の圧
力を検出する蒸発圧力検出器（８１）を、また下流側に
は前記圧縮機（１）の吸入圧力を検出する吸入圧力検出
器（８２）をそれぞれ設けると共に、これら各検出器（
８１）（８２）の出力を入力とする調整手段（８）をも
った制御器（８０）を設けて、前記調整手段（８）の出
力を前記制御器（８）の出力として前記減圧機構（７）
の電動弁を作動させ、その減圧圧力を、前記した圧力よ
り低い圧力、つまり、湿り状態で減圧するように成すの
である。

また、第１図に示した実施例では、前記圧縮機（１）と
前記減圧機構（７）との間の前記ガス配管（４１）に、
前記膨張機構（３）を構成する前記感温膨張弁の感温筒
（３１）を添設して、該感温筒（３１）と前記圧縮機（
１）との間に前記感温膨張弁の均圧管（３２）を接続す
る一方、前記ハウジング（１０）の前記外胴（１８）の
外壁には、該外胴（１８）の外壁温度を検出することに
より前記冷却器（４）の蒸発温度を検出する発熱部温度
検出器（９１）を設けると共に、外気温を検出する外気
温度検出器（９２）とを設け、更に、前記制御器（８０
）には、これら各検出器（９１）（９２）の出力と、前
記調整手段（８）の出力とを入力とする制御手段（９）
を設けており、該制御手段（８）の出力を前記制御器（
８０）の出力とし、この出力により前記減圧機構（７）
の電動弁を作動させ、前記調節手段（８）による制御範
囲において前記冷却器（４）での冷却能力を制御するよ
うにしている。

以上のように構成した冷却装置の作用を、第３図に示し
たモリエル線図に基づいて説明する。

前記圧縮機（１）から吐出した状態■で示した高圧ガス
は、凝縮器（２）で凝縮されて状態■で示す高圧液とな
り、前記膨張機構（３）で状態■に示す圧力即ち、蒸発
圧力（Ｐ　Ｅ）にまで減圧されて冷却器（４）に入り、
前記ビルトインモータ（１６）等の発熱部を冷却して状
態■になり、前記冷却器（４）の出口管（４７）から湿
り状態で出る。そして、前記制御器（８０）にて制御さ
れる前記減圧機構（７）の電動弁により湿り状態のま＼
減圧されて、等エンタルピー変化を起こして前記感温膨
張弁から成る膨張機構（７）で設定する適正な過熱度、
α℃の等過熱度線（Ｎ）と交差する状態■に示す吸入圧
力（ＰＳ）にまで減圧されて低圧ガスとなり、過熱度α
℃の過熱ガス状態で前記圧縮機（１）に吸入されるので
ある。

以上のような冷媒の循環において、前記冷却器（４）内
の冷媒は、発熱部を冷却することにより状態■から状態
■に移行するのであるが、前記減圧機構（７）による減
圧圧力を前記制御器（８０）によって調整し、前記冷却
器（４）内の蒸発圧力（ＰＥ）に対応した冷媒の飽和ガ
ス線（Ｌ）との交点ａより過熱側には移行しないように
制御するのであるから、前記冷却器（４）の出口管（４
７）における冷媒の状態は、常に前記交点ａより状態■
側に位置することにより、前記冷却器（４）の出口管（
４７）の冷媒は常に瀞り状態にできるのである。従って
、前記冷却器（４）での温度はすべて蒸発温度にでき、
前記出口管（４７）付近における冷却器（４）の温度が
他に比較して高くなることなく、冷却器（４）の温度分
布は均一になるのである。このため、冷却器（４）によ
り冷却される前記ビルトインモータ（工６）等の発熱部
には温度むらが生じないのであり、従って、前記ビルト
インモータ（１６）等の発熱部における部分的な熱膨張
の差により加工精度へ悪影響を及ぼすことを防ぐことが
できるのである。

また、前記発熱器温度検出器（９１）と外気温度検出器
（９２）からの出力と、前記調整手段（８）からの出力
とを入力とする前記制御手段（９）を前記制御器（８０
）に設けて、該制御器（８０）の出力により前記減圧機
構（７）を構成する電動弁を制御することにより、前記
冷却器（４）内の蒸発圧力を、外気温度相当圧力とし、
かつ、前記減圧機構（７）の出口側における吸入圧力を
発熱部温度と外気温度との温度差に見合う圧力に制御で
きるのである。

即ち、前記冷却器（４）の冷却とビルトインモータ（１
６）等の発熱部の発熱とのバランスが崩れて、例えば発
熱量が多くなると、前記発熱器温度検出器（９１）が検
出する温度が外気温度検出器（９２）が検出する温度よ
り上昇するのであって、このように発熱部温度が外気温
度より上昇した場合には、この温度差に見合う熱量を前
記冷却器（４）を通過する冷媒により発熱部から奪えば
よいのである。ところで、一般に第４図に示すように冷
凍装置（５）の冷凍能力は該冷凍装置１ｆ（５）の圧縮
機（１）の吸入圧相当飽和温度が上がるにつれて大きく
なるのであるから、前記減圧機構（７）の前後の圧力、
即ち蒸発圧力（ＰＥ）と吸入圧力（ＰＳ）との差圧を検
出しながら、前記各検出器（９１）（９２）の出力に応
じて出力する前記制御器（８０）の制御手段（９）から
の出力により前記減圧機構（７）を構成する電動弁が作
動して、吸入圧力（ＰＳ）と蒸発圧力（ＰＥ）との差圧
を小さく制御することにより、吸入圧力（Ｐ　Ｓ）を、
前記差圧の制御前における圧力（ＰＳ）より高くするの
である。このように高くすることにより圧縮機能力が増
大して冷媒流量が増え、この流量増加により前記冷却器
（４）における冷却能力を大きくできるのであって、前
記外胴（１８）の外壁温度を外気温度に低下させること
ができるのである。

一方、外壁温度が外気温度より低くなり過ぎると、外壁
に結露を生じて錆等を招いたり、前記主軸（１１）に熱
膨張差を発生させることになるが、この場合には、前記
制御器（８０）の制御手段（９）からの出力により前記
減圧機構（７）の電動弁を制御することにより、吸入圧
力（ＰＳ）と蒸発圧力（ＰＥ）との差圧を大きくするの
である。このときは、吸入圧力（ＰＳ）が低くなって、
圧縮機能力が低下し、冷媒注量が減少するから、前記冷
却器（４）の冷却能力が小さくなり、外壁温度も上昇さ
せることができるのである。このように制御手段（９）
を備えた前記制御器（８０）の出力により前記冷却器（
４）での冷却温度（蒸発温度）を上昇及び低下させるこ
とができ、従って、圧縮機（１）を発停させることなく
前記冷却温度を外気温度に維持できるのである。

以上のように、前記減圧機構（７）による減圧圧力を調
節することにより、前記圧縮機（１）を発停することな
（、吸入圧力を変更して冷媒の循環量を変えて、前記冷
却器（４）での冷却温度を制御することができるから、
ハンチングなしで前記冷却器（４）の冷却能力の制御が
できるのである。

尚、前記減圧機構（７）に電動弁を用いて減圧圧力を調
整可能としたが、電子膨張弁を用いてもよいし、例えば
第５図に示したように開閉弁（６１）とキャピラリー（
６２）又は図示していないがオリフィスを直列に介装し
た複数の定減圧配管（６３）を並列に配置して、各開閉
弁（θ１）を前記制御器（８０）の出力により個別に開
閉できるように構成してもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明では、工作機械の発熱部に
付設する冷却器（４）を備え、該冷却器（４）を、圧縮
機（１）、凝縮器（２）及び膨張機構（３）を備えた冷
凍装置における前記膨張機構（３）の出口側と圧縮機（
１）の吸入側との間に介装した工作機械の冷却装置にお
いて、前記冷却器（４）の出口側と圧縮機（１）の吸入
側との間に減圧圧力を調整可能とした減圧機構（７）を
介装すると共に、前記減圧機構（７）による減圧を、前
記冷却器（４）内の蒸発圧力に対応する飽和ガスの等エ
ンタルピー線と、前記圧縮機（１）に吸入される吸入ガ
スの所定過熱度の等過熱度線とが交わる点における圧力
より低い圧力に調整する調整手段をもつ制御器（８０）
を備えたから、前記冷却器（４）の出口側における冷媒
の状態を常に湿り状態に制御でき、冷却器（４）の温度
をすべて蒸発温度にして、その温度分布を均一にできる
のであり、従って、冷却器（４）により冷却される工作
機械の発熱部の温度むらをなくすことができるのであり
、発熱部における部分的な熱膨張の差により加工精度へ
悪影響を及ぼすことを防ぐことができるのである。

又、膨張機構（７）として感温膨張弁を用い、その感温
筒（３１）及び均圧管（３２）を減圧機構（７）の出口
側と圧縮機（１）の吸入側との間に設置すると共に、制
御器（８０）に、外気温度検出器（９２）と発熱部製度
検出器（９１）とを備え、冷却器（４）内の蒸発圧力を
、外気温度相当圧力とし、前記減圧機構（７）の出口側
における吸入圧力を、発熱部温度と外気温度との温度差
に見合う圧力に制御する制御手段を備えることにより、
発熱部の温度を外気温度以下にならないように制御でき
るし、また、前記圧縮機（１）を発停することなく減圧
圧力を調節して吸入圧力を変更し冷媒の循環量を変える
ことにより、圧縮機（１）を発停することなく前記冷却
器（４）での冷却能力を調整することができるから、冷
却器（４）での冷却温度がハンチングすることなく前記
冷却器（４）の冷却能力を制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明冷却装置の配管系統図、第２図は同冷却
器の横断面図、第３図は同作用を説明するモリエル線図
、第４図は冷凍能力図、第５図は減圧機構を示す他の実
施例、第６図は従来例の断面図である。 （１）・・・・・・・・・圧縮機 （２）・・・・・・・・・凝縮器 （３）・・・・・・・・・膨張機構 （３１）・・・・・・・感温筒 （３２）・・・・・・・均圧管 （４）・・・・・・・・・ （７）・・・・・・・・・ （８０）・・・・・・・ （９１）・・・・・・・ （θ２）・・・・・・・ 冷却器 減圧機構 制御器 発熱部屋度検出器 外気温検出器 第１図 第４図 圧μシ月ｉ喰入圧力相当脅乞ｔｏλ６度ｆ（ｐｓ）第５
図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）工作機械の発熱部に付設する冷却器（４）を備え、
   該冷却器（４）を、圧縮機（１）、凝縮器（２）及び膨
   張機構（３）を備えた冷凍装置における前記膨張機構（
   ３）の出口側と圧縮機（１）の吸入側との間に介装した
   工作機械の冷却装置において、前記冷却器（４）の出口
   側と圧縮機（１）の吸入側との間に減圧圧力を調整可能
   とした減圧機構（７）を介装すると共に、前記減圧機構
   （７）による減圧を、前記冷却器（４）内の蒸発圧力に
   対応する飽和ガスの等エンタルピー線と、前記圧縮機（
   １）に吸入される吸入ガスの所定過熱度の等過熱度線と
   が交わる点における圧力より低い圧力に調整する調整手
   段をもつ制御器（８０）を備えていることを特徴とする
   工作機械の冷却装置。 ２）膨張機構（３）は感温膨張弁から成り、その感温筒
   （３１）及び均圧管（３２）を減圧機構（７）の出口側
   と圧縮機（１）の吸入側との間に設置すると共に、制御
   器（８０）は、外気温度検出器（９２）と発熱部温度検
   出器（９１）とを備え、冷却器（４）内の蒸発圧力を、
   外気温度相当圧力とし、前記減圧機構（７）の出口側に
   おける吸入圧力を、発熱部温度と外気温度との温度差に
   見合う圧力に制御する制御手段を備えている請求項１記
   載の工作機械の冷却装置。