JPH0535335B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、工作機械等の各種機器における作動
油や潤滑油の油循環系統に介設されて、その循環
油を冷却するようにした油冷却装置の改良に関す
る。

（従来技術） 一般に、この種の油冷却装置は、工作機械等の
機器に使用される循環油を終日40℃等の所定温度
になるように冷却したり、あるいは循環油温度と
機器本体温度との温度差を所定値に保持するよう
冷却したりして、工作機械等の機器の製作精度の
向上を図るようになされている（例えば特公昭46
−16216号公報、特公昭46−19327号公報、特公昭
48−3797号公報、実公昭48−27351号公報参照）。

ところで、上記の如き油冷却装置において、循
環油の冷却手段として冷凍機を用いた場合、冷凍
機の圧縮機を回転数可変型のもので構成するとと
もに、この圧縮機をインバータにより周波数制御
すると、冷却能力が負荷に良好に対応して循環油
の温度制御を精度良く行い得るとともに、圧縮機
の発停頻度を可及的に低減することができて、実
用上好ましいものとなる。

しかるに、この装置のものでは、循環油の温度
制御の精度向上および圧縮機の発停頻度の低減の
点で好ましい反面、インバータにより圧縮機を低
運転周波数域で回転駆動した場合には、第８図に
示すように油冷却装置系の固有振動数との関係で
圧縮機の運転周波数が低運転周波数域に属する共
振周波数（_RES）に一致すると、油冷却装置全体
が大きく振動して共振音を発し、ひいては冷媒配
管の破損等を生じるという新たな欠点が生じるこ
とになる。特に、共振周波数（_RES）を含む低運
転周波数域での圧縮機の運転状態は、循環油温度
が目標値に慨ね収束している低冷却負荷状態に相
当する関係上、負荷が微妙に変動している場合に
は、冷却能力をそれに対応させるべく圧縮機の運
転周波数が頻繁に共振周波数（_RES）を横切るこ
とになるため、上記欠点を解消することは重要な
課題である。

（発明の目的） 本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、共振周波数（_RES）を含
む圧縮機の低運転周波数域では冷凍機の冷却能力
を圧縮機の周波数制御によらず、他の手段によつ
て増減変化させるようにすることにより、共振周
波数（_RES）を含む圧縮機の低運転周波数域にお
いて油冷却装置の共振を確実に防止しながら、冷
凍機の冷却能力を常に冷却負荷の変動に良好に対
応させることにある。

（発明の構成） この目的達成のため、本発明の構成は、第１図
に示すように機器Ａに使用される油の油循環系統
１１に介設されて、循環油を冷凍機１２により冷
却するようにした油冷却装置であつて、上記冷凍
機１２に備えられた回転数可変型圧縮機１５と、
該回転数可変型圧縮機１５を周波数設定信号に基
づいて回転駆動するインバータ２１と、油冷却装
置系の共振周波数（_RES）に対応する冷却負荷
（t_RES）を含む低冷却負荷域（D_L）を除く領域で
は冷却負荷に応じた周波数設定信号を、上記低冷
却負荷域（D_L）内では上記共振周波数（_RES）よ
り高い固定周波数設定信号（_O）をそれぞれ上記
インバータ２１に出力するインバータ制御回路３
０と、上記冷凍機１２の冷媒循環系統２０におけ
る高圧側から低圧側へバイパスするバイパス通路
２２と、該バイパス通路２２の通路面積を制御す
る制御弁２３と、上記インバータ制御回路３０に
より固定周波数設定信号（_O）がインバータ２１
に出力されているとき、上記制御弁２３の開度を
冷却負荷に応じて制御する開度制御手段３１とを
備えて、低冷却負荷域（D_L）を除く領域では圧
縮機を冷却負荷に応じた周波数設定信号でもつて
駆動することによつて冷凍機の冷却能力を冷却負
荷に対応させる一方、低冷却負荷域（D_L）内で
は、圧縮機を共振周波数（_RES）よりも高い固定
周波数設定信号（_O）でもつて駆動しながら、制
御弁の開度制御によつて冷凍機の凝縮器をバイパ
スする冷媒量を増減制御して、冷凍機の冷却能力
を冷却負荷に対応させるようにしている。

（発明の効果） したがつて、本発明の油冷却装置によれば、冷
凍機の冷却能力が、低冷却負荷域外ではインバー
タによる圧縮機の周波数制御によつて増減させる
一方、低冷却負荷域内では圧縮機の共振周波数よ
りも高い固定周波数での駆動と共に冷凍機の凝縮
器をバイパスする冷媒量の制御弁による流量制御
によつて増減制御されるので、低冷却負荷域にお
ける油冷却装置の共振を確実に防止しながら、冷
却能力を冷却負荷に良好に対応させることがで
き、よつて油冷却装置の静粛性能を良好に確保し
ながら油冷却性能の向上を図ることができるもの
である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基
づいて詳細に説明する。

第２図は本発明を工作機械Ａの主軸ヘツド部の
冷却装置に対して適用した実施例を示す。同図の
工作機械Ａにおいて、１はベツト、２は該ベツト
１上に摺動且つ回転自在に設けられたテーブル、
３は該テーブル２上に載置された被切削物Ｗの上
方に上下移動および回転自在に配置された主軸で
あつて、該主軸３はコラム４側部に設けた主軸ヘ
ツド部５内部の変速機構６を介して電動機７によ
り回転駆動される。

また、８は上記工作機械Ａの主軸ヘツド部５を
冷却するための油を貯溜するタンク、９は該タン
ク８内の油を工作機械Ａの主軸ヘツド部５に送給
するための油圧ポンプであつて、該各機器８，９
と工作機械Ａの主軸ヘツド部５とはそれぞれ複数
の油配管１０により連結されて油循環系統１１が
形成されている。

さらに、１２は上記工作機械Ａの油循環系統１
１に介設され、工作機械Ａの主軸ヘツド部５から
の循環油（戻り油）を冷却するための冷凍機、１
３は工作機械Ａの主軸ヘツド部５からの戻り油を
タンク８をバイパスして油圧ポンプ９に流通せし
めるバイパス管、１４は上記油圧ポンプ９の上流
側に配置されタンク８側と工作機械Ａの主軸ヘツ
ド部５側とを選択的に油圧ポンプ９に連通させる
三方切換弁であつて、該三方切換弁１４は、工作
機械Ａの起動時には工作機械Ａの主軸ヘツド部５
側を閉じると共にタンク８側を油圧ポンプ９側に
連通する一方、工作機械Ａからの戻り油を受けた
ときには逆にタンク８側を閉じると共に工作機械
Ａの主軸ヘツド部５側を油圧ポンプ９に連通する
ものであつて、油圧ポンプ９の駆動および三方切
換弁１４の作動により先ずタンク８内の油を冷凍
機１２に供給して冷却したのち、この油を工作機
械Ａの主軸ヘツド部５からバイパス管１３を経て
再び冷凍機１２に戻すことを繰返して工作機械Ａ
の主軸ヘツド部５を冷却するように構成されてい
る。

上記冷凍機１２は、第３図に示すように、その
内部に回転数可変型の圧縮機１５と、送風フアン
１６ａを有する凝縮器１６と、膨張弁１７と、上
記油圧ポンプ９からの循環油を熱交換媒体とする
蒸発器１８とを備え、該各機器１５〜１８はそれ
ぞれ複数の冷媒配管１９により連結されて冷媒循
環系統２０が形成されており、冷媒を圧縮機１５
により順次凝縮器１６、膨張弁１７および蒸発器
１８を経て再び圧縮機１５に流通循環させること
により、冷媒の有する熱量を凝縮器１６で外部に
放出するとともに、蒸発器１８で循環油の有する
熱量を冷媒に吸収させてこれを冷却するようにな
されている。

さらに、２１は冷凍機１２の回転数可変型圧縮
機１５を後述する周波数設定信号に基づいて回転
駆動するインバータ、２２は本発明の特徴として
の冷媒循環系統２０における凝縮器１６をバイパ
スする複数本（図では２本）の同一通路面積のバ
イパス通路、２３，２３′は該各バイパス通路２
２に介設された第１および第２の開閉弁であつ
て、第１の開閉弁２３は開作動時における弁開度
がバイパス通路２２の通路面積の25％に相当する
もので構成され、また第２の開閉弁２３′は同様
に弁開度がバイパス通路２２の通路面積の50％に
相当するもので構成されており、よつて該開閉弁
２３，２３′によりバイパス通路２２の通路面積
を段階的に可変制御するようにした制御弁を構成
している。

加えて、２４は冷凍機１２の蒸発器１８から工
作機械Ａの主軸ヘツド部５への油配管１１に取付
けられて工作機械Ａの循環油の温度（t₀）を検出
するサーミスタ等で構成された循環油温度検出手
段、２５は第３図にも示すように工作機械Ａのベ
ツト１やコラム４の所定部位に取付けられて工作
機械Ａの機体温度（t_M）を検出するサーミスタ等
で構成された複数個の機体温度検出手段であつ
て、該各温度検出手段２４，２５はそれぞれイン
バータ２１を制御するコントローラ２６に信号の
授受可能に接続されている。該コントローラ２６
は、その内部にCPU２７と、RAM２８と、
ROM２９とを備えて、上記圧縮機１５の容量を
循環油温度（t₀）と機体温度（t_M）との温度差
（t₀−t_M）に応じて６段階に制御するよう０，30，
40，50，60，70Hzの６種の信号のうち何れかをイ
ンバータ２１に出力するものである。

次に、コントローラ２６の作動を第４図のフロ
ーチヤートおよび第６図の模式図に基づいて説明
する（尚、第４図中（S₀）〜（S₁₅）はステツプ
番号を示す）。先ず（S₀）においてスタートした
のち、（S₁）において循環油温度検出手段２４か
らの信号と機体温度検出手段２５からの信号とに
基づいて循環油温度t_Oと平均化された機体温度t_M
との温度差（t_O−t_M）を演算する。そして、（S₂）
においてこの温度差（t_O−t_M）を所定値（t_S）よ
り大きいYESの場合にはさらに（S₃）において
温度差（t_O−t_M）を所定値（t_S）よりも0.5℃高い
値（t_S＋0.5）と大小比較し、該値（t_S＋0.5）以下
のNOの場合には温度差（t_O−t_M）が所定値（t_S）
よりもやや大きいと判断して（S₄）において30Hz
の周波数設定信号を選択してインバータ２１に出
力したのちリターンする一方、この値（t_S＋0.5）
より大きいYESの場合には30Hz以上の周波数設
定信号を要すると判断して（S₅）に進む。そし
て、（S₅）において温度差（t_O−t_M）を今度は所
定値（t_S）よりも1.0℃高い値（t_S＋1.0）と大小比
較し、該値（t_S＋1.0）以下のNOの場合には
（S₆）において40Hzの周波数設定信号を選択して
インバータ２１に出力してリターンする一方、上
記値（t_S＋1.0）より大きいときにはさらに（S₇）
において温度差（t_O−t_M）を所定値（t_S）より1.5
℃高い値（t_S＋1.5℃）と大小比較し、該値（t_S＋
1.5℃）以下のNOの場合には（S₈）において50Hz
の周波数設定信号を選択してインバータ２１に出
力したのちリターンする一方、上記値（t_S＋1.5）
より大きいYESの場合には50Hzより高い周波数
設定信号を要すると判断して（S₉）に進む。そし
て、（S₉）において温度差（t_O−t_M）を所定値
（t_S）より２℃高い値（t_S＋2.0℃）と大小比較し、
該値（t_S＋2.0℃）以下のNOの場合には（S₁₀）に
おいて60Hzの周波数設定信号をインバータ２１に
出力したのちリターンする一方、該値（t_S＋2.0
℃）より大きいYESの場合には圧縮機１５の全
容量運転を要すると判断して（S₁₁）において70
Hz信号を選択してインバータ２１に出力したのち
リターンする。

一方、（S₂）において温度差（t_O−t_M）が所定
値（t_S）以下のNOの場合には、（S₁₂）において
温度差（t_O−t_M）を所定値（t_S）よりも1.5℃低い
値（t_S−1.5）と大小比較し、該値（t_S−1.5）より
大きいYESの場合には冷却負荷としての循環油
温度（t_O）が油冷却装置全体の共振する共振周波
数（_RES），例えば20Hz）に対応する共振循環油
温度（t_RES）を含む低循環油温度域（D_L）（つま
り循環油温度（t_O）が機体温度（t_M）と所定値
（t_S）との合計値（t_M＋t_S）未満にある温度領域）
にあると判断して、（S₁₃）において30Hzの周波数
設定信号を選択してインバータ２１に出力したの
ち上記開閉弁２３，２３′を開閉制御する開閉弁
制御フロー（S₁₄）に進んでリターンする。一方、
上記値（t_S−1.5）以下のNOの場合には循環油の
冷却を要しないと判断して（S₁₅）において０Hz
の周波数設定信号を選択してインバータ２１に出
力したのちリターンする。よつて、上記ステツプ
（S₁）〜（S₁₃）により共振循環油温度（t_RES）を
含む低循環油温度域（D_L）を除く領域では循環
油温度（t_O）に応じた周波数設定信号をインバー
タ２１に出力する一方、低循環油温度域（D_L）
内では共振周波数（_RES）以上の固定周波数設定
信号（₀）（つまり30Hz信号）をインバータ２１
に出力するようにしたインバータ制御回路３０を
構成している。

次に、第５図の開閉弁制御フローおよび第７図
の模式図について説明するに、先ず（S_A）にお
いて温度差（t_O−t_M）を所定値（t_S）よりも0.5℃
低い値（t_S−0.5℃）と大小比較し、該値（t_S−0.5
℃）より大きいYESの場合には（S_B）において
第１の開閉弁２３を開制御してバイパス通路２２
の通路面積の25％に設定制限したのちリターンす
る一方、上記値（t_S−0.5℃）以下のNOの場合に
は、さらに（S_C）において温度差（t_O−t_M）を所
定値（t_S）よりも1.0℃低い値（t_S−1.0℃）と大小
比較し、該値（t_S−1.0℃）よりも大きいYESUの
場合には、第２の開閉弁２３′を開制御してバイ
パス通路２２の通路面積を50％に拡大設定してリ
ターンし、一方、上記値（t_S−1.0℃）以下のNO
の場合には、第１および第２の開閉弁２３，２
３′を開制御してバイパス通路２２の通路面積を
更に75％拡大設定してリターンする。よつて、第
４図のフローチヤートの（S13）において固定周
波数設定信号（_O）（つまり30Hz信号）がインバ
ータ２１に出力されているときには、該開閉弁制
御フローにより、開閉弁２３，２３′（制御弁）
の開度を冷却負荷としての循環油温度（t_O）に応
じてバイパス通路２２の通路面積の25，50，75％
に相当する３段階に大小制御するようにした開度
制御手段３１を構成している。尚、第２図中３２
は工作機械Ａの停止時に工作機械Ａからの戻り油
をタンク８に戻す油戻し用の油圧ポンプ、第３図
中、３３は膨張機構、３４はアキユムレータであ
る。

したがつて、上記実施例においては、循環油温
度（t_O）と機体温度（t_M）との温度差（t_O−t_M）
が所定値（t_S）より大きいとき（t_O−t_M＞t_S）、つ
まり共振循環油温度（t_RES）を含む低循環油温度
域（D_L）を除く領域では、インバータ２１によ
る圧縮機１５の周波数制御によつてその容量が循
環油温度（t_O）に応じて５段階に変化するので、
冷凍機１２の冷却能力は循環油温度（t_O）に良好
に対応することになる。

また、共振循環油温度（t_RES）を含む低循環湯
温度域（D_L）内では、圧縮機１５の容量が共振
周波数（_RES）より高い固定周波数設定信号（_O）
（30Hz信号）に対応した容量に固定保持された状
態で、第１若しくは第２開閉弁２３，２３′又は
その双方が循環油温度（t_O）に応じて開閉作動す
るので、冷凍機１２の冷却能力は３段階でもつて
循環油温度（t_O）に良好に対応することになる。
その際、圧縮機１５は共振周波数（_RES）より高
い固定周波数設定信号（30Hz信号）に基づいて回
転駆動しているので、油冷却装置全体が共振する
ことはない。よつて、低循環油温度域（D_L）に
おける油冷却装置の共振を確実に防止しながら、
常に冷却能力を循環油温度に良好に対応させて、
循環油温度（t_O）と機体温度（t_M）との温度差
（t_O−t_M）を所定値（t_S）に応答性良く収束制御す
ることができる。

尚、上記実施例では、第１および第２の開閉弁
２３，２３′により制御弁を構成したが、開閉弁
の数は冷却能力の実情に応じて単数又は３個以上
の複数個としてもよいのは勿論のこと、開閉弁２
３，２３′に変えて、弁開度が入力信号に応じて
連続的に変化するもので制御弁を構成してもよ
い。

また、上記実施例では、凝縮器１６をバイパス
するバイパス通路２２を設けたが、本発明はこれ
に限定されず、要は冷凍機１２の冷媒循環系統２
０における高圧側から低圧側へバイパスするバイ
パス通路を設ければよい。また、上記実施例では
冷却負荷として循環油温度（t_O）を用いたが、そ
の他、例えば循環油温度（t_O）と循環油の油量と
を用いてもよい。さらに、本発明は、循環油温度
（t_O）を所定値（例えば40℃）に保持制御する場
合にも同様に適用することができるのは勿論のこ
と、工作機械の主軸ヘツド部の冷却装置の他に、
例えば油駆動装置の作動油や循環油等の油冷却装
置に対しても同様に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図、第２
図ないし第７図は本発明の実施例を示し、第２図
は工作機械の主軸ヘツド部の冷却装置に適用した
場合の全体構成図、第３図は冷凍機の内部構成を
示す図、第４図はコントローラの作動を示すフロ
ーチヤート図、第５図は開閉弁制御フローの詳細
を示す図、第６図および第７図はそれぞれ圧縮機
および制御弁による冷却能力制御の様子を示す
図、第８図は圧縮機の運転周波数に対する振動特
性を示す図である。 Ａ……機器、１１……油循環系統、１２……冷
凍機、１５……回転数可変型圧縮機、１６……凝
縮器、２０……冷媒循環系統、２１……インバー
タ、２２……バイパス通路、２３……制御弁、３
０……インバータ制御回路、３１……開度制御手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機器Ａに使用される油の油循環系統１１に介
   設されて、循環油を冷凍機１２により冷却するよ
   うにした油冷却装置であつて、上記冷凍機１２に
   備えられた回転数可変型圧縮機１５と、該回転数
   可変型圧縮機１５を周波数設定信号に基づいて回
   転駆動するインバータ２１と、油冷却装置系の共
   振周波数（_RES）に対応する冷却負荷（t_RES）を
   含む低冷却負荷域（D_L）を除く領域では冷却負
   荷に応じた周波数設定信号を、上記低冷却負荷域
   （D_L）内では上記共振周波数（_RES）より高い固
   定周波数設定信号（_O）をそれぞれ上記インバー
   タ２１に出力するインバータ制御回路３０と、上
   記冷凍機１２の冷媒循環系統２０における高圧側
   から低圧側へバイパスするバイパス通路２２と、
   該バイパス通路２２の通路面積を制御する制御弁
   ２３と、上記インバータ制御回路３０により固定
   周波数設定信号（_O）がインバータ２１に出力さ
   れているとき、上記制御弁２３の開度を冷却負荷
   に応じて制御する開度制御手段３１とを備えたこ
   とを特徴とする油冷却装置。