JP5394913B2

JP5394913B2 - 工作機械の冷却装置及び冷却方法

Info

Publication number: JP5394913B2
Application number: JP2009295810A
Authority: JP
Inventors: 敏宮本; 直紀古川; 将宏大熊; 勇介池田; 洋一岡本
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: JP2011136373A; DE102010062920A1; US20110154835A1; US9102028B2; CN201895237U

Description

本発明は、工作機械の主軸装置等の発熱部を目標温度に冷却する冷却装置及び冷却方法に関する。

工作機械の発熱部を冷却液により目標温度に冷却する冷却装置及び冷却方法として、従来例えば、特許文献１に開示されたものがある。この冷却装置及び冷却方法は、前記目標温度より低い温度に冷却された冷却液（以下、冷油と記す）を貯留する冷油タンクと、前記発熱部を冷却した後回収された冷却液（以下、温油と記す）を貯留する温油タンクとを備え、前記発熱部に、前記冷油タンクの冷油と温油タンクの温油とを交互に供給するように構成されている。

特許２９２６５４１号公報

ところで、前記従来装置では、冷油と温油とを交互に供給する構造であるため、冷油供給通路を開閉する冷油制御バルブと、温油供給通路を開閉する温油制御バルブとの両方が必要であるため、それだけコスト高となる問題がある。また、冷油制御バルブの開閉と温油制御バルブの開閉を交互に行うことにより発熱部を目標温度に制御するようにしているため、発熱部が複数ある場合は特に開閉制御が複雑になるといった問題もある。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、制御バルブの数量を削減してコストを低減できるとともに、発熱部が複数ある場合にも開閉制御が複雑になることのない工作機械の冷却装置及び冷却方法を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、第１発熱部及び第２発熱部を目標温度に冷却する工作機械の冷却装置であって、前記第１，第２発熱部を冷却した高温冷却液を貯留する高温タンクと、前記目標温度より低い温度に冷却された低温冷却液を貯留する低温タンクと、前記高温タンクの高温冷却液を前記第１，第２発熱部に供給する第１，第２高温冷却液供給通路と、前記低温タンクの低温冷却液を前記第１，第２発熱部に供給する第１，第２低温冷却液供給通路と、前記第１，第２発熱部を冷却した冷却液を前記高温タンクに戻す高温冷却液戻し通路と、前記第１，第２低温冷却液供給通路に介設された第１，第２供給制御バルブと、前記低温冷却液が前記第１，第２発熱部に間欠的に、かつ異なるタイミングで供給されるように前記第１，第２供給制御バルブを開閉制御するバルブコントローラとを備えたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械の冷却装置において、前記低温タンクからの低温冷却液を低温タンクに戻す低温冷却液戻し通路と、該低温冷却液戻し通路に介設された戻し制御バルブとを備え、前記バルブコントローラは、前記第１発熱部及び第２発熱部の何れにも低温冷却液を供給しない期間には、前記戻し制御バルブを開いて低温冷却液を前記低温タンクに戻すことを特徴としている。

請求項３の発明は、第１発熱部及び第２発熱部を目標温度に冷却する工作機械の冷却方法であって、前記第１，第２発熱部を冷却した後回収された高温冷却液を貯留する高温タンクと、前記目標温度より低い温度に冷却された低温冷却液を貯留する低温タンクとを備え、前記高温タンクの高温冷却液を、前記第１，第２発熱部に常時供給するとともに、前記低温タンクの低温冷却液を、前記第１，第２発熱部に間欠的に、かつ異なるタイミングで供給することをと特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３に記載の工作機械の冷却方法において、前記低温タンクからの低温冷却液を、前記第１発熱部及び第２発熱部の何れにも供給しない期間には、前記低温冷却液を前記低温タンクに戻すことを特徴としている。

請求項１，３の発明によれば、前記高温冷却液を発熱部に常時供給するとともに、前記低温冷却液を前記発熱部に間欠的にかつ異なるタイミングで供給するようにしたので、高温冷却液については供給制御バルブを不要にでき、それだけコスト低減を図ることができる。

また、高温冷却液については常に定量供給し、低温冷却液の供給量のみを制御するようにしたので、発熱部が複数ある場合にも制御が複雑になるといった問題を抑制でき、かつ発熱部の温度を必要十分な精度でもって目標温度に制御できる。

さらにまた、第１発熱部及び第２発熱部を冷却する場合に、低温冷却液を、前記第１発熱部及び第２発熱部に間欠的に、かつ異なるタイミングで供給するようにしたので、各発熱部に対応するバルブ開の重複期間を極力短くすることができ、供給ポンプの高負荷運転時間を低減でき、ひいては供給ポンプの耐久性を向上できる。

また、各バルブの開期間を完全にずらすこともでき、このようにした場合は、さらなる供給ポンプの負荷低減を行うことができる。

請求項２，４の発明によれば低温冷却液を、前記第１発熱部及び第２発熱部の何れにも供給しない期間には、前記低温冷却液を前記低温タンクに戻すようにしたので、複数の発熱部がありながら、供給ポンプの必要吐出量を一定に抑えることができ、運転の安定性を高めることができる。

本発明の実施例１による工作機械の冷却装置及び冷却方法を説明するためのブロック構成図である。前記実施例１の制御バルブの開閉タンミングチャートである。前記開閉タイミングの変形例を示すタイミングチャートである。前記開閉タイミングの他の変形例を示すタイミングチャートである。本発明の実施例２を説明するためのブロック構成図である。前記実施例２の制御バルブの開閉タイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本発明の実施例１による工作機械の冷却装置及び冷却方法を説明するための図である。

図において、符号１，２，３は本実施例冷却装置，冷却方法で冷却される工作機械の第１，第２，第３発熱部である。具体的には、第１発熱部１は主軸装置、第２発熱部２はボールねじ送り機構、第３発熱部３はテーブルであり、それぞれ例えば軸受部やモータから発熱する。本実施例装置により、前記第１，第２，第３発熱部１，２，３は、潤滑油兼用の冷却液により潤滑され、かつ所定の目標温度となるように冷却される。

また、符号４は、前記第１〜第３発熱部１〜３を冷却して昇温した高温の冷却液（以下、温油と記す）を貯留する温油タンク（高温タンク）、符号５は、前記温油を前記目標温度より低い所定温度に冷却した低温の冷却液（以下、冷油と記す）を貯留する冷油タンク（低温タンク）である。

前記温油タンク４に戻された温油は、所定量以上になるとオーバーフローにより冷油タンク５に移動する。この冷油タンク５内の温油は、油冷却装置６により前記目標温度より低い所定温度に冷却され、この所定温度に維持される。

前記油冷却装置６は、冷媒を循環させるコンプレッサ６ａと、コンデンサ６ｂと、該コンデンサ６ｂに冷却風を送風する冷却ファン６ｃと、冷油中に浸漬された熱交換部６ｄとを有する。冷油タンク５内の冷油の温度は、温度センサ７ａで検出され、この検出温度がコントローラ８に供給される。該コントローラ８は前記検出温度が前記所定温度となるように前記コンプレッサ６ａ，冷却ファン６ｃの運転を制御する。

符号９は、前記温油タンク４内の温油を前記第１，第２，第３発熱部１，２，３に供給する温油供給通路（高温冷却液供給通路）である。また符号１０は、前記冷油タンク５内の冷油を前記第１，第２，第３発熱部１，２，３に供給する冷油供給通路（低温冷却液供給通路）である。さらにまた符号１１は、前記第１，第２，第３発熱部に供給され、該各発熱部１〜３を潤滑するとともに冷却して昇温した温油を前記温油タンク４に戻す温油戻し通路（高温冷却液戻し通路）である。

前記温油供給通路９及び冷油供給通路１０の途中には、共通のモータ１５ｃで駆動される温油ポンプ１５ａ，冷油ポンプ１５ｂを有する流量可変制御型の供給ポンプ１５が介設さている。

また前記温油供給通路９は、前記第１，第２，第３発熱部１，２，３に対応して分岐された第１，第２，第３温油通路９ａ，９ｂ，９ｃを有する。

同様に、前記冷油供給通路１０は、前記第１，第２，第３発熱部１，２，３に対応して分岐された第１，第２，第３冷油通路１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有する。そしてこの第１，第２，第３冷油通路１０ａ，１０ｂ，１０ｃには、それぞれ通電時開となる第１，第２，第３制御バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが介設されている。

前記第１，第２，第３温油通路９ａ，９ｂ，９ｃと、前記第１，第２，第３冷油通路１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、前記第１，第２，第３制御バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの下流側で合流して、前記第１，第２，第３発熱部１，２，３の供給口に接続されている。またこの各接続部には第１，第２，第３供給側温度センサ１２ａ，１３ａ，１４ａが配設されている。

前記温油戻し通路１１は、前記第１，第２，第３発熱部１，２，３の戻し口に接続された第１，第２，第３温油戻し通路１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、これらを合流させ、前記温油タンク４に接続する合流通路１１ｄとを有する。前記第１，第２，第３発熱部１，２，３の戻し口には第１，第２，第３戻し側温度センサ１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが配設されている。

前記第１，第２，第３供給側温度センサ１２ａ，１３ａ，１４ａの検出信号１ａ，２ａ，３ａ及び前記第１，第２，第３戻し側温度センサ１２ｂ，１３ｂ，１４ｂの検出信号１ｂ，２ｂ，３ｂは、前記コントローラ８に入力される。このコントローラ８は、前記第１，第２，第３発熱部１，２，３の温度が予め設定された第１，第２，第３目標温度となるように、前記第１，第２，第３制御バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを開閉制御する。

本実施例１の冷却装置を作動させると、図２に示すように、温油タンク４の温油が、前記供給ポンプ１５の温油ポンプ１５ａにより前記温油供給通路９の第１，第２，第３温油通路９ａ，９ｂ，９ｃを介して前記第１，第２，第３発熱部１，２，３に常時供給される。

一方、冷油タンク５の冷油は、前記供給ポンプ１５の冷油ポンプ１５ｂにより前記冷油供給通路１０の第１，第２，第３冷油通路１０ａ，１０ｂ，１０ｃを介して前記第１，第２，第３発熱部１，２，３に、第１，第２，第３制御バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃがオンの期間のみ供給される。

詳細には、前記温油供給通路９の第１，第２，第３温油通路９ａ，９ｂ，９ｃに供給された温油と、前記冷油供給通路１０の第１，第２，第３冷油通路１０ａ，１０ｂ，１０ｃに供給された冷油とが、第１，第２，第３制御バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの下流側で合流して前記第１，第２，第３発熱部１，２，３に供給される。

そして、前記第１〜第３発熱部１〜３の供給側温度センサ１２ａ〜１４ａ及び戻し側温度センサ１２ｂ〜１４ｂからの検出温度により求められた第１〜第３発熱部１〜３の温度が前記目標温度となるように、前記第１〜第３制御バルブ１６ａ〜１６ｃが開閉制御される。この場合、第１，第２，第３制御バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、冷油が間欠的に、かつ異なるタイミングで供給されるように制御される。本実施例１の場合は、各制御バルブの冷油の供給期間は一部重複しているものの、供給開始タイミングは異なるように制御されており、前記重複期間は極力短くなっている。

このように本実施例１によれば、温油については第１〜第３発熱部１〜３に常時供給するとともに、冷油については、前記第１〜第３発熱部に間欠的に、かつ異なるタイミングで供給するようにしたので、冷油の供給量のみを制御することにより、第１〜第３発熱部１〜３をそれぞれの目標温度に維持することが可能であり、かつ冷油と温油の両方を制御する場合に比較して制御が簡単である。

そして第１〜第３発熱部１〜３を目標温度に維持しつつ、高温冷却液については供給制御バルブを不要にでき、それだけコスト低減を図ることができる。

なお、前記供給ポンプ１５は流量を可変制御するタイプのポンプであり、第１〜第３制御バルブ１６ａ〜１６ｃをオンにして冷油を供給する期間においても、温油の流量が減少しないように制御される。この場合、冷油を間欠的にかつ冷油供給開始タイミングが異なるように供給するので、各バルブ開の重複期間を極力短くすることができ、供給ポンプ１５の高負荷運転時間を低減でき、ひいては供給ポンプ１５の耐久性を向上できる。

一方、前記供給ポンプ１５が、例えば吐出量一定の定量ポンプである場合には、前記各制御バルブをオンさせて冷油を供給する期間においては、図２に破線で示すように、冷油の流量により温油の流量が減少する場合が考えられるが、本発明における、「温油を常時供給する」は、このような場合も含む。

また本発明における冷油の供給については、図２に示すような、第１〜第３制御バルブ１〜３が異なるタイミングで開くパターンに限られるものではなく、例えば図３，又は図４に示すパターンも勿論採用可能である。

図３のパターンでは、第１〜第３発熱部１〜３に冷油を供給するタイミング、即ち第１〜第３制御バルブのオンするタイミング及びオフするタイミングが異なるように設定されている。

図３のパターンでは、第１〜第３発熱部１〜３を冷却する場合に、冷油を、第１発熱部〜第３発熱部１〜３に間欠的に、かつ異なるタイミングで重複することなく供給するようにしたので、複数の発熱部に冷油を供給しながら、冷油の必要流量を発熱部が単数である場合と同レベルに抑えることができ、ひいては供給ポンプ１５の大型化を抑制でき、コスト増加を回避できる。

図４のパターンでは、第１〜第３発熱部１〜３を冷却する場合に、冷油を、第１発熱部〜第３発熱部１〜３に間欠的に、かつ異なるタイミングで、さらに連続して供給するようにしている。

図４のパターンの場合には、第１〜第３制御バルブ１６ａ〜１６ｃが重複することなく、かつ連続してオンするので、この期間においては冷油の流量変動がなく、冷却液の供給量が安定し、装置の耐久性を確保できる。

図５，図６は、図４のパターンをさらに改善した本発明の実施例２を説明するための図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。なお、図５では、図１における冷却装置６は、記載が省略されている。

本実施例２では、前記実施例１に加えて、さらに冷油供給通路１０から冷油を前記冷油タンク５に戻す冷油戻し通路１０ｄが分岐形成され、該冷油戻し通路１０ｄに冷油戻し制御バルブ１６ｄが介設されている。

本実施例２では、前記バルブコントローラ８は、図６に示すように、第１〜第３制御バルブ１６ａ〜１６ｃを異なるタイミングで、重複することなくかつ連続するようにオンさせるとともに、前記第１〜第３制御バルブ１〜３の何れもオフで冷油を供給しない期間には、前記冷油戻し制御バルブ１６ｄを開いて冷油を前記冷油タンク５に戻すように制御する。

このように本実施例２では、第１〜第３発熱部１〜３を冷却する場合に、冷油を前記第１〜第３発熱部１〜３の何れにも供給しない期間には、冷油戻し制御バルブ１６ｄをオンさせることにより、前記供給ポンプ１５から吐出された冷油を前記冷油タンク５に戻すようにしたので、供給ポンプ１５の必要吐出量を一定に保つことができ、運転の安定性を高めることができるとともに、装置の耐久性を向上できる。また、吐出量一定の定量ポンプを採用でき、コストを削減できる。

なお、前記実施例１，２では、発熱部が３個所の場合を説明したが、本発明は、発熱部が２個所の場合及び４個所以上の場合にも勿論適用できる。

１〜３第１〜第３発熱部
４温油タンク（高温タンク）
５冷油タンク（低温タンク）
８コントローラ（バルブコントローラ）
９ａ〜９ｃ第１〜第３温油通路（第１〜第３高温冷却液供給通路）
１０ａ〜１０ｃ第１〜第３冷油通路（第１〜第３低温冷却液供給通路）
１０ｄ冷油戻し通路（低温冷却液戻し通路）
１１温油戻し通路（高温冷却液戻し通路）
１６ａ〜１６ｂ第１〜第３制御バルブ
１６ｄ戻し制御バルブ

Claims

第１発熱部及び第２発熱部を目標温度に冷却する工作機械の冷却装置であって、
前記第１，第２発熱部を冷却した高温冷却液を貯留する高温タンクと、
前記目標温度より低い温度に冷却された低温冷却液を貯留する低温タンクと、
前記高温タンクの高温冷却液を前記第１，第２発熱部に供給する第１，第２高温冷却液供給通路と、
前記低温タンクの低温冷却液を前記第１，第２発熱部に供給する第１，第２低温冷却液供給通路と、
前記第１，第２発熱部を冷却した冷却液を前記高温タンクに戻す高温冷却液戻し通路と、
前記第１，第２低温冷却液供給通路に介設された第１，第２供給制御バルブと、
前記低温冷却液が前記第１，第２発熱部に間欠的にかつ異なるタイミングで供給されるように前記第１，第２供給制御バルブを開閉制御するバルブコントローラと
を備えたことを特徴とする工作機械の冷却装置。
請求項１に記載の工作機械の冷却装置において、
前記低温タンクからの低温冷却液を低温タンクに戻す低温冷却液戻し通路と、
該低温冷却液戻し通路に介設された戻し制御バルブとを備え、
前記バルブコントローラは、前記第１発熱部及び第２発熱部の何れにも低温冷却液を供給しない期間には、前記戻し制御バルブを開いて低温冷却液を前記低温タンクに戻す
ことを特徴とする工作機械の冷却装置。
第１発熱部及び第２発熱部を目標温度に冷却する工作機械の冷却方法であって、
前記第１，第２発熱部を冷却した後回収された高温冷却液を貯留する高温タンクと、前記目標温度より低い温度に冷却された低温冷却液を貯留する低温タンクとを備え、
前記高温タンクの高温冷却液を、前記第１，第２発熱部に常時供給するとともに、前記低温タンクの低温冷却液を、前記第１，第２発熱部に間欠的にかつ異なるタイミングで供給する
ことをと特徴とする工作機械の冷却方法。
請求項３に記載の工作機械の冷却方法において、
前記低温タンクからの低温冷却液を、前記第１発熱部及び第２発熱部の何れにも供給しない期間には、前記低温冷却液を前記低温タンクに戻す
ことを特徴とする工作機械の冷却方法。