JPH07266186A - 工作機械の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストダウンを図るとともに、液温冷却装置
の寿命を延ばすことが可能な工作機械の冷却装置を提供
する。 【構成】 工作機械の主軸頭３の最大発熱量より小さい
冷却能力を有する液温冷却装置を複数台接続して主軸頭
３に液体を循環させ、大気温度を検知する基準温度検知
器２３と、戻り液温を検知する液温検知器２１と、液温
冷却装置９ａ〜９ｃの各圧縮機１１ａ〜１１ｃの各稼働
時間と各休止時間とをそれぞれ計測して積算する計時手
段と、液温が大気温度より小のときは、稼働時間の最も
長い圧縮機を識別してオフとし、液温が大気温度と等し
いかまたは大きいときは、休止時間の最も長い圧縮機を
識別してオンとするように、各圧縮機をオンオフ制御す
る温度制御装置１０と、を備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の冷却装置に関
し、特に複数の液温冷却装置を接続して使用すると共
に、それらの液温冷却装置を均等に使用し、発熱部の温
度を一定に調節し制御する工作機械の冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の発熱部である例えば主軸装置
の冷却装置は、基本的には液温冷却装置内に設けた圧縮
機をオンオフ制御して冷却した液体を吐出し、その液体
を主軸装置に循環させて主軸装置の温度を一定温度に保
つ。この代表的な例として、特公昭４６−１９３２７号
公報に記載の油温制御装置がある。この油温制御装置
は、大気温度変化に係わらず循環油温度と大気温度の温
度差を絶えず一定となるよう、循環油温度の検出器と大
気温度の検出器とを設け、それらの検出器の測定した温
度差を一定に保つように、循環油の冷却器と加熱器とを
オンオフ制御する方式である。この冷却装置は１台でな
り、機械の発熱量に応じて発熱量が大なら大形に、発熱
量が小なら小形に多種設計製作される必要があり、標準
品で得られるスケールメリットを受けられないので割高
なものとならざるを得ない。。また熱変動を小とするた
めには短時間の周期で頻繁に圧縮機をオンオフする必要
があり、それゆえ圧縮機の寿命を短くするという問題が
ある。これらの問題を解決する、すなわち機械の発熱量
に対して広範囲の冷却能力をもたせることにより冷却装
置の種類を限定し、発熱量の低いときは冷媒ガスをバイ
パスすることにより同一頻度で圧縮機がオンオフしても
圧縮機の寿命を長くできる方式の冷却装置がある。この
冷却装置を以下に簡単に説明する。

【０００３】図５は従来技術による工作機械の冷却装置
の原理図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は冷却装置の
動作のタイムチャートである。図５の（Ａ）に示すよう
に、従来技術による工作機械の主軸装置の冷却装置は、
主軸１を回転支持する主軸頭３内のベアリング５へ、主
軸頭内の油を循環ポンプ７でくみ揚げて液温冷却装置９
を介して循環供給する。主軸１の回転により熱せられた
ベアリング５を冷却する油は、主軸頭３内に一旦溜まり
回収され、液温冷却装置９で冷却された後、再びベアリ
ング５へ供給される。液温冷却装置９は圧縮機１１を有
し、循環している冷媒ガスを圧縮する。冷媒ガスは第１
バイパス用バルブ１３と第２バイパス用バルブ１５によ
りバイパスされ冷媒ガスの冷却器８内への供給量を調節
する。ベアリング５へ供給される油の温度は、温度制御
装置３０により制御される。大気やベッドなどの基準と
なる温度を検出する基準温度検知器２３と発熱部である
主軸装置の代表温度として主軸頭３からの戻りの油の温
度を検出する油温検知器２１とからそれぞれの温度に比
例した電気信号が温度制御装置３０へ入力される。温度
制御装置３０は基準温度と油温の温度差に応じて、圧縮
機１１をオンオフする。なお第１バイパス用バルブ１３
および第２バイパス用バルブ１５は主軸頭３における発
熱量に応じて開閉される。

【０００４】図５の（Ｂ）に示すタイムチャートにより
温度制御装置３０の作用について簡単に説明する。本図
は横軸を時間、縦軸を、実線３１で液温冷却装置９の圧
縮機１１のオンオフ状態を示し、点線３３で油温の温度
変化を示す。時刻ｔ１からｔ２までは発熱量小、時刻ｔ
２からｔ３までは発熱量中、時刻ｔ３からｔ４までは発
熱量大のときのそれぞれのタイムチャートを示す。主軸
装置の発熱量が大のとき、第１バイパス用バルブ１３を
閉かつ第２バイパス用バルブ１５を閉に、発熱量が中の
とき第１バイパス用バルブ１３を開で第２バイパス用バ
ルブ１５を閉に、発熱量が小のとき第１バイパス用バル
ブ１３を開かつ第２バイパス用バルブ１５を開に、それ
ぞれ設定する。制御装置３０は、油温が基準温度より大
のとき圧縮機１１をオンにし、油温が基準温度以下のと
き圧縮機１１をオフにして油温を一定に制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
る工作機械の冷却装置は、冷媒ガスをバイパスするため
の経路の流量調整が微妙な上、再現性に乏しく、かつ冷
媒ガスのバイパス用バルブを開閉制御するため約０．５
°Ｃ程度の温度オフセットを設ける必要があり、バイパ
スが複数になり制御対象に対するバイパス用バルブの数
が増えると、制御対象の温度と基準温度との誤差が大き
くなるという問題がある。具体的に説明すると、図５の
（Ｂ）から発熱量大では基準温度より１°Ｃだけ高い温
度で制御対象の温度は制御される。

【０００６】それゆえ、本発明は上記問題のない、すな
わち冷媒ガスのバイパスを不要とすることにより、バイ
パス経路の流量調整を不要とし、かつ制御対象の温度と
基準温度との温度誤差のない工作機械の冷却装置を提供
することを目的とする。標準の小容量用液温冷却装置を
複数台使用して小容量から大容量まで冷却できる冷却装
置とし、標準品を使用することによりスケールメリット
を生かしコストダウンを図ることを他の目的とする。ま
た、各液温冷却装置のオンオフ回数を均等化し、その寿
命を延ばすことを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明による工作機械の冷却装置は、工作機械の発熱部に液
体を循環させて冷却する工作機械の冷却装置において、
前記発熱部の最大発熱量より小さい冷却能力を有し、複
数個接続して前記液体を冷却する液温冷却装置９ａ、９
ｂ、９ｃと、基準温度を検知しその温度に相当する電気
信号を出力する基準温度検知器２３と、前記発熱部の温
度に相当する電気信号を出力する発熱部温度検知器２１
と、前記複数の液温冷却装置の各稼働時間と各休止時間
とをそれぞれ計測して積算する計時手段と、前記発熱部
の温度と前記基準温度との差温が所定値以上になると前
記複数の液温冷却装置を順次オンし、所定値を下回ると
前記複数の液温冷却装置を順次オフし、前記液温冷却装
置のオン動作は前記計時手段による休止時間の最も長い
ものから行われ、前記液温冷却装置のオフ動作は前記計
時手段による稼働時間の最も長いものから行われるよう
に前記各液温冷却装置をオンオフ制御する温度制御装置
と、から構成する。本発明の工作機械の冷却装置は前記
複数の液温冷却装置が直列接続であっても良いし、並列
接続であっても良い。

【０００８】

【作用】本発明の工作機械の冷却装置は、１台でなく複
数の液温冷却装置を使用し、冷媒ガスバイパスを不要と
する構成としたので、制御対象の温度と基準温度との温
度誤差が減少し、かつバイパス経路の流量調整が不要と
なる。また本発明の冷却装置は、温度制御装置により、
液温冷却装置の各稼働時間と各休止時間とをそれぞれ計
測して積算する計時手段からのデータに基づき、各液温
冷却装置をオンオフ制御するので、複数の液温冷却装置
を時間的に均等に使用でき、１台の大形の液温冷却装置
のみで冷却する場合と比較して液温冷却装置のオンオフ
の回数が使用する複数の液温冷却装置に分散され個々の
液温冷却装置の寿命が延びる。

【０００９】

【実施例】図１は実施例の直列形冷却装置の構成図であ
る。主軸１を回転支持する主軸頭３内のベアリング５
へ、主軸頭内の油を循環ポンプ７でくみ揚げて液温冷却
装置９ａ、９ｂ、９ｃを介して循環供給する。主軸１の
回転により熱せられたベアリング５へ供給された油は、
主軸頭３内に一旦溜められ、回収されて３台の直列の液
温冷却装置９ａ、９ｂ、９ｃで冷却された後、再びベア
リング５へ供給される。液温冷却装置９ａ、９ｂ、９ｃ
は各々の圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有し、各圧縮
機１１ａ、１１ｂ、１１ｃは各冷却器８ａ、８ｂ、８ｃ
へ冷媒ガスを送り各冷却器内を流れる油を冷却する。ベ
アリング５へ供給される油の温度は、温度制御装置１０
により制御される。大気やベッドなどの基準となる温度
を検出する基準温度検知器２３と発熱部である主軸装置
の代表温度として主軸頭３からの戻りの油の温度を検出
する油温検知器２１とからそれぞれの温度に比例した電
気信号が温度制御装置１０へ入力され、温度制御装置１
０は基準温度と油温の温度差に応じて、各圧縮機１１
ａ、１１ｂ、１１ｃをオンオフする。

【００１０】図２は実施例の並列形冷却装置の構成図で
ある。主軸１を回転支持する主軸頭３内のベアリング５
へ、主軸頭内の油を循環ポンプ７でくみ揚げて液温冷却
装置９ａ、９ｂ、９ｃを介して循環供給する。主軸１の
回転により熱せられたベアリング５の油は、主軸頭３内
に一旦溜められ、回収されて、３台の並列の液温冷却装
置９ａ、９ｂ、９ｃで冷却された後、再びベアリング５
へ供給される。液温冷却装置９ａ、９ｂ、９ｃは各々の
圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有し、各圧縮機１１
ａ、１１ｂ、１１ｃは各冷却器８ａ、８ｂ、８ｃへ冷媒
ガスを送り各冷却器内を流れる油を冷却する。ベアリン
グ５へ供給される油の温度は、温度制御装置２０により
制御される。大気やベッドなどの基準となる温度を検出
する基準温度検知器２３と発熱部である主軸装置の代表
温度として主軸頭３からの戻りの油の温度を検出する油
温検知器２１とからそれぞれの温度に比例した電気信号
が温度制御装置２０へ入力され、温度制御装置２０は基
準温度と油温の温度差に応じて、各圧縮機１１ａ、１１
ｂ、１１ｃをオンオフする。

【００１１】図３は図１および図２で示した実施例によ
る冷却装置の動作のフローチャートである。本図におい
て、Ｓに続く数はステップ番号を示す。最初に工作機械
を使用する際、循環ポンプ７が運転開始され、主軸１を
回転する（ステップＳ１）。次に温度制御装置は主軸回
転数に応じて工作機械のＮＣ装置からのＳコードによ
り、低速モード、中速モード、高速モードを決定する
（ステップＳ２）。ここで低速モードとは発熱量が小の
ときのモードであり、３台の圧縮機を順次に１台づつ運
転するモードをいう。中速モードとは発熱量が中のとき
のモードであり、３台の圧縮機を順次に２台同時に運転
してはその内の１台を休止するモードをいう。高速モー
ドとは発熱量が大のときのモードであり、３台の圧縮機
を３台同時に運転しては順次に１台づつ休止するモード
をいう。次に温度制御装置は３台の圧縮機を決定された
モードに応じて順次起動する（ステップＳ３）。

【００１２】次に温度制御装置は大気の温度として検出
される基準温度Ｔｂと主軸頭から戻された油の温度Ｔｓ
とを比較し、戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂより小さいと
きステップＳ５へ進み、等しいかまたは大きいときステ
ップＳ１１へ進む（ステップＳ４）。３台の圧縮機の中
で稼働時間の最も長い圧縮機を識別し（ステップＳ
５）、その圧縮機をオフとし（ステップＳ６）、所定時
間（１〜３分）そのままオフとしステップＳ４へ戻る
（ステップＳ７）。

【００１３】３台の圧縮機の中で休止時間の最も長い圧
縮機を識別し（ステップＳ１１）、その圧縮機をオンと
し（ステップＳ１２）、所定時間（１〜３分）そのまま
オンとしステップＳ１４へ進み（ステップＳ１３）、主
軸がオフとなり、循環ポンプがオフとなったか否かを判
別し、その判別結果がＮＯのときはステップＳ４へ戻
り、その判別結果がＹＥＳのときはステップＳ１５へ進
み（ステップＳ１４）、全ての圧縮機をオフとし（ステ
ップＳ１５）、工作機械の使用を終了する。

【００１４】なお、上述の稼働時間および休止時間は、
例えば温度制御装置内に各々の圧縮機に対する稼働時間
および休止時間を計測する積算タイマを設け、これらを
モニタして、全ての圧縮機の内、何れの圧縮機の稼働時
間が最も長いか、または休止時間が最も長いかを識別可
能なことは言うまでもない。またステップＳ７やステッ
プＳ１３での待機は圧縮機がオンして冷えた油が主軸装
置へ循環する遅れ時間を考慮した時間である。

【００１５】図４は図１および図２で示した実施例によ
る圧縮機の動作のタイムチャートであり、（Ａ）は発熱
量が小、すなわち低速モード（例えば主軸回転数が３０
００ｒｐｍ未満）のとき、（Ｂ）は発熱量が中、すなわ
ち中速モード（例えば３０００〜８０００ｒｐｍ）のと
き、（Ｃ）は発熱量が大、すなわち高速モード（例えば
８０００ｒｐｍ以上）のときの各タイムチャートであ
る。本図は横軸を時間、縦軸を、点線３３で油温の温度
変化を示し、実線３１ａ、３１ｂ、３１ｃで液温冷却装
置の圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃのオンオフ状態を示
す。先ず、図４の（Ａ）のタイムチャートについて説明
する。温度制御装置は大気の温度として検出される基準
温度Ｔｂと主軸頭から戻された油の温度Ｔｓとを比較
し、戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂに等しいかまたは大き
いとき、圧縮機の中から休止時間の最も長い圧縮機１１
ａを識別してオンにし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔ
ｂより小さくなったとき、圧縮機の中から稼働時間の最
も長い圧縮機１１ａを識別してオフにし、次に戻り油温
Ｔｓが基準温度Ｔｂに等しいかまたは大きくなったと
き、圧縮機の中から休止時間の最も長い圧縮機１１ｂを
識別してオンにし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂよ
り小さくなったとき、圧縮機の中から稼働時間の最も長
い圧縮機１１ｂを識別してオフにし、これを繰り返す。
本図の場合、圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃは順次１台
づつオンオフして運転する。

【００１６】次に、図４の（Ｂ）のタイムチャートにつ
いて説明する。温度制御装置は大気の温度として検出さ
れる基準温度Ｔｂと主軸頭から戻された油の温度Ｔｓと
を比較し、戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂに等しいかまた
は大きいとき、圧縮機の中から休止時間の最も長い圧縮
機１１ａと１１ｂを識別して同時にオンにし、次に戻り
油温Ｔｓが基準温度Ｔｂより小さくなったとき、圧縮機
の中から稼働時間の最も長い圧縮機１１ａを識別してオ
フにし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂに等しいかま
たは大きくなったとき、圧縮機１１ｂをオンのまま圧縮
機の中から休止時間の最も長い圧縮機１１ｃを識別して
オンにし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂより小さく
なったとき、圧縮機の中から稼働時間の最も長い圧縮機
１１ｂを識別してオフにし、次に油温が基準温度に等し
いかまたは大きくなったとき、圧縮機１１ｃをオンのま
ま圧縮機の中から休止時間の最も長い圧縮機１１ａを識
別してオンにし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂより
小さくなったとき、圧縮機の中から稼働時間の最も長い
圧縮機１１ｃを識別してオフにし、これを繰り返す。本
図の場合、３台の圧縮機を順次に２台同時に使用しては
その内の１台を休止させて運転する。

【００１７】最後に、図４の（Ｃ）のタイムチャートに
ついて説明する。温度制御装置は大気の温度として検出
される基準温度と主軸頭から戻された油の温度とを比較
し、戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂに等しいかまたは大き
いとき、圧縮機１１ａと１１ｂと１１ｃとを同時にオン
にし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂより小さくなっ
たとき、圧縮機の中から稼働時間の最も長い圧縮機１１
ａを識別してオフにし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔ
ｂに等しいかまたは大きくなったとき、圧縮機１１ｂと
１１ｃをオンのまま１１ａをオンに復帰し、次に戻り油
温Ｔｓが基準温度Ｔｂより小さくなったとき、圧縮機の
中から稼働時間の最も長い圧縮機１１ｂを識別してオフ
にし、次に戻り油温Ｔｓが基準温度Ｔｂに等しいかまた
は大きくなったとき、圧縮機１１ｃと１１ａをオンのま
ま１１ｂをオンに復帰し、次に戻り油温Ｔｓが基準温度
Ｔｂより小さくなったとき、圧縮機の中から稼働時間の
最も長い圧縮機１１ｃを識別してオフにし、次に戻り油
温Ｔｓが基準温度Ｔｂに等しいかまたは大きくなったと
き、圧縮機１１ａと１１ｂをオンのまま１１ｃをオンに
復帰し、これを繰り返す。本図の場合、３台の圧縮機を
同時に運転しては順次に１台づつ休止させて運転する。
本実施例では基準温度Ｔｂと戻り温度Ｔｓとが等しくな
るように温度制御したが、ＴｂとＴｓとの差温が所定の
値に維持されるように温度制御しても良い。また、温度
制御する工作機械の発熱部は、主軸装置に限らず、工作
機械の各所に用いているモータ、加工液、コラム、ボー
ルネジ等種々のものがあるが、これらの発熱部の温度を
所定値に維持するのに本発明を適用できる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の工作機械
の冷却装置によれば、冷媒ガスのバイパスを不要とする
構成としたことにより、バイパス経路の流量調整を不要
とし、かつ複数の液温冷却装置を使用するので制御対象
の温度と基準温度との温度誤差のない工作機械の冷却装
置が提供できる。また、標準の小容量用液温冷却装置を
複数台使用して、小容量から大容量までの発熱量を冷却
できる冷却装置としたので、標準品を使用することによ
りスケールメリットが得られ、コストダウンした工作機
械の冷却装置が提供できる。更に、各液温冷却装置のオ
ンオフ回数を均等化し、その寿命を延ばすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の直列形冷却装置の構成図であ
る。

【図２】本発明の実施例の並列形冷却装置の構成図であ
る。

【図３】本発明の実施例による冷却装置の動作のフロー
チャートである。

【図４】本発明の実施例による圧縮機の動作のタイムチ
ャートであり、発熱量が（Ａ）は小のとき、（Ｂ）は中
のとき、（Ｃ）は大のときの各タイムチャートである。

【図５】従来技術による工作機械の冷却装置の原理図で
あり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は冷却装置の動作のタイ
ムチャートである。

【符号の説明】

１…主軸 ３…主軸頭 ５…ベアリング ７…循環ポンプ ８，８ａ，８ｂ，８ｃ…冷却器 ９，９ａ，９ｂ，９ｃ…液温冷却装置 １１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…圧縮機 １３，１５…バイパス用バルブ １０，２０，３０…温度制御装置 ２１…油温検知器（発熱部温度検知器） ２３…基準温度検知器 ３１…圧縮機のオンオフ状態 ３３…油温温度変化

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の発熱部に液体を循環させて冷
   却する工作機械の冷却装置において、 前記発熱部の最大発熱量より小さい冷却能力を有し、複
   数個接続して前記液体を冷却する液温冷却装置と、 基準温度を検知しその温度に相当する電気信号を出力す
   る基準温度検知器と、 前記発熱部の温度に相当する電気信号を出力する発熱部
   温度検知器と、 前記複数の液温冷却装置の各稼働時間と各休止時間とを
   それぞれ計測して積算する計時手段と、 前記発熱部の温度と前記基準温度との差温が所定値以上
   になると前記複数の液温冷却装置を順次オンし、所定値
   を下回ると前記複数の液温冷却装置を順次オフし、前記
   液温冷却装置のオン動作は前記計時手段による休止時間
   の最も長いものから行われ、前記液温冷却装置のオフ動
   作は前記計時手段による稼働時間の最も長いものから行
   われるように前記各液温冷却装置をオンオフ制御する温
   度制御装置と、を備えたことを特徴とする工作機械の冷
   却装置。