(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１槽内の流体を温度制御するための温度制御手段と、該温度制御手段により温度制御された前記流体を第２槽へ移動させる流体移動手段と、前記第２槽の流体温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって検出された検出温度に応じて、前記第２槽の流体温度を目標温度若しくは目標温度範囲に保つように前記第１槽から前記第２槽への流体移動量を制御する移動量制御手段と、前記第１槽の流体温度に応じて前記流体移動量を増減させる手段と、前記第２槽から供給対象に前記流体を供給する流体供給手段と、供給対象から前記流体を前記第２槽に回収する流体回収手段と、を具備することを特徴とする流体供給装置。
【請求項２】
前記第２槽から前記第１槽へ前記流体を還流させる還流路をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の流体供給装置。
【請求項３】
前記還流路は、前記第２槽の流体量が所定量を超えると、オーバーフローにより前記第２槽の流体が前記第１槽に還流するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の流体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体温度制御方法及び流体温度制御装置並びに流体供給装置に係り、特に、工作機械等の各種装置にクーラントを供給する場合に好適な流体供給装置に用いることのできる流体温度の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械に冷却水やオイル等のクーラントを供給する場合には、クーラントを収容する液槽と、この液槽内のクーラントを温度制御するための温度調節機と、液槽内のクーラントを工作機械の主軸部等に供給するための送液ポンプとを有するクーラント供給装置が用いられる。このクーラント供給装置においては、送液ポンプによって工作機械に供給されたクーラントは、工作機械を通って所定部分の冷却作用をなす代わりに加熱され、その後、回収されて再び液槽へと戻ってくる。したがって、液槽内のクーラントを常に所定温度近傍に保つために上記の温度調節機が液槽内のクーラントを冷却するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記温度調節機は、通常、設定温度に対してプラスマイナス数℃の範囲内にクーラント温度を保つ程度の温度調節能力しか備えていないものが多く、このような温度調節機を用いると、きわめて加工精度の高い工作機械においては、クーラントの温度変動によって各部の冷却状態が変化することにより加工寸法も変動するので、工作機械において本来的な加工能力に対応する高い加工精度を得ることができないという問題点がある。
【０００４】
一方、温度調節機の中には特殊な用途に用いる比較的高精度のものがあり、例えば設定温度に対してプラスマイナス０．５℃程度の範囲内にクーラント温度を保つことができるものがある。しかし、このような温度調節機は高価であるために、設備コストが増大するとともに、構造が複雑でデリケートであるために維持管理も難しいという問題点がある。特に近年においては、上記の比較的高い温度調節精度よりもさらに高精度にクーラント温度を調節することが要求されるケースも出てきており、このような場合には現在入手可能な温度調節機では対応できない。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複数種類の制御態様を組合わせることにより、極めて高精度に流体温度を制御することのできる方法及び装置を提供することにある。また、同様にして、高精度の温度制御を安価かつ簡易な構造で実現できる方法及び装置を提供することにある。さらに、上記の方法及び装置を用いることによって、高精度に温度制御された流体を供給可能な流体供給装置を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の流体温度制御方法は、流体を収容する第１槽及び第２槽を設け、前記第１槽内の流体を温度制御し、前記第２槽内の前記流体の検出温度に応じて、前記第１槽から前記第２槽への流体移動量を制御することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、第１槽内の流体を温度制御するとともに、第２槽内の流体の検出温度に応じた流体移動量で第１槽から第２槽へ流体を移動させることにより、第１槽の温度制御された流体をさらに制御された流体移動量で第２槽に移動させるため、第２槽の流体温度をより高精度に制御することができる。例えば、第１槽において制御された流体温度の制御精度が比較的悪く流体温度が変動しても、その流体の第２槽への移動量を制御することによって第２槽内の流体温度の変動を抑制することが可能になるので、第２槽の流体温度をより高精度に制御することができる。
【０００８】
本発明において、前記第２槽の流体温度を所定の目標温度若しくは目標温度範囲に保つように前記流体移動量を制御することが好ましい。この手段によれば、第２槽の流体温度を所定の目標温度若しくは目標温度範囲に対してより高精度に制御することが可能になる。
【０００９】
本発明において、第２槽の流体温度が所定方向にのみ変化（昇温又は降温）するように外部からの影響を受けている場合において、第１槽の流体温度が、第２槽の流体温度を第２槽の流体温度の変化方向とは逆方向に変化させたときの温度になるように設定されていることが好ましい。すなわち、前記第２槽内の流体が受熱環境下（すなわち、外部から熱を受けている状態）にある場合には、前記第１槽内の前記流体に対する温度制御の設定温度若しくは設定温度範囲の中央値を前記第２槽内の前記流体の目標温度若しくは目標温度範囲の中央値よりも低くすることが好ましい。これによって第２槽の流体温度が制御可能になる。この場合に、前記設定温度範囲の上限を前記目標温度若しくは前記目標温度範囲の下限以下とすることが望ましい。これによって第２槽の流体温度を確実に或いはより迅速に目標温度若しくは目標温度範囲内に保持することができる。また、前記第２槽内の流体が放熱環境下（すなわち、外部へ熱を放出している状態）にある場合には、前記第１槽内の前記流体に対する温度制御の設定温度若しくは設定温度範囲の中央値を前記第２槽内の前記流体の目標温度若しくは目標温度範囲の中央値よりも高くすることが好ましい。これによって第２槽の流体温度が制御可能になる。この場合に、前記設定温度範囲の下限を前記目標温度若しくは前記目標温度範囲の上限以上とすることが望ましい。これによって第２槽の流体温度を確実に或いはより迅速に目標温度若しくは目標温度範囲内に保持することができる。
【００１０】
また、本発明において、前記第２槽内の流体が受熱環境下にある場合には、前記第１槽の流体温度の変動範囲の平均値を前記第２槽の流体温度の目標温度若しくは目標温度範囲の中央値よりも低くすることが好ましい。この場合に、前記第１槽の流体温度の変動範囲の上限を前記第２槽の流体温度の目標温度若しくは目標温度範囲の下限以下とすることが望ましい。また、前記第２槽内の流体が放熱環境下にある場合には、前記第１槽の流体温度の変動範囲の平均値を前記第２槽の流体温度の目標温度若しくは目標温度範囲の中央値よりも高くすることが好ましい。この場合には、前記第１槽の流体温度の変動範囲の下限を前記第２槽の流体温度の目標温度若しくは目標温度範囲の上限以上とすることが望ましい。
【００１１】
本発明において、前記第２槽から前記第１槽へ前記流体を還流させながら前記流体移動量を制御することが好ましい。この手段によれば、第１槽から第２槽へ流体を移動させて第２槽の流体温度を制御する際に、第２槽から第１槽へと流体を還流させることにより、第１槽と第２槽との間の熱交換を促進することができるので、より容易に、或いは、より迅速に、第２槽の流体温度を制御することが可能になる。
【００１２】
次に、本発明の流体温度制御装置は、第１槽内の流体を温度制御するための温度制御手段と、該温度制御手段により温度制御された前記流体を第２槽へ移動させる流体移動手段と、前記第２槽の流体温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって検出された検出温度に応じて前記流体移動手段による流体移動量を制御する移動量制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記移動量制御手段は、前記第２槽の流体温度が所定の目標温度若しくは目標温度範囲に保持されるように前記流体移動量を制御することが好ましい。
【００１４】
本発明において、前記第２槽から前記第１槽へ前記流体を還流させる還流路を有することが好ましい。
【００１５】
次に、本発明の流体供給装置は、温度制御された流体を供給するように構成された流体供給装置において、前記流体を収容する第１槽及び第２槽と、前記第１槽の流体温度を制御する温度制御手段と、前記第１槽から前記第２槽へ前記流体を移動させる流体移動手段と、前記第２槽の流体温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出温度に応じて前記第１槽から前記第２槽への流体移動量を制御する移動量制御手段と、前記第２槽から前記流体を供給する流体供給手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明において、前記移動量制御手段は、前記第２槽の流体温度が所定の目標温度若しくは目標温度範囲に保持されるように前記流体移動量を制御することが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記第２槽から前記第１槽へ前記流体を還流させる還流路を有することが好ましい。
【００１８】
なお、上記の各発明においては、第１槽の流体温度に応じて流体移動量を増減させること、或いは、第１槽の流体温度に応じて流体移動量を増減させる手段（移動量制御機能）を設けることが好ましい。より具体的には、第１槽の流体を移動させることにより第２槽の流体温度が低下するように構成されている場合には、第１槽の流体温度が所定値より低いときに流体移動量を通常よりも低下させ、第１層の流体温度が所定値より高いときに流体移動量を通常よりも増大させる。逆に、第１槽の流体を移動させることにより第２槽の流体温度が上昇するように構成されている場合には、第１槽の流体温度が所定値より低いときに流体移動量を通常よりも増大させ、第１層の流体温度が所定値より高いときに流体移動量を通常よりも低下させる。
【００１９】
また、上記の各発明においては、第２槽の目標温度若しくは目標温度範囲又は温度変動範囲に対して第１槽の設定温度若しくは設定温度範囲又は温度変動範囲を接近させたり離反させたりすること、或いは、第２槽の目標温度若しくは目標温度範囲又は温度変動範囲に対して第１槽の設定温度若しくは設定温度範囲又は温度変動範囲を接近させたり離反させたりする手段（第１槽温度設定制御機能）を設けることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る流体温度制御方法及び流体温度制御装置並びに流体供給装置の実施形態について詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、工作機械の冷却水、オイル（潤滑オイルを含む。）、その等のクーラントを供給するクーラント供給装置に関するものであるが、本発明は上述のようにクーラントに限らず種々の液体、気体、その他の流動体をも含む流体の温度制御方法及び温度制御装置並びに供給装置に広く適用することができるものである。
【００２１】
図１は、本実施形態のクーラント供給装置１００の全体構成を模式的に示す概略構成図である。このクーラント供給装置１００は、クーラントＣ１を収容した第１槽１０１と、クーラントＣ２を収容した第２槽１０２と、第１槽１０１内のクーラントＣ１の温度制御を行う温度調節機１０３と、第１槽１０１内のクーラントＣ１を第２槽１０２へ送る送液ポンプ１０４と、第２槽１０２内のクーラントＣ２の温度を検出する温度センサ１０５と、温度センサ１０５の検出温度に基づいて送液ポンプ１０４の稼動状態を制御するポンプ制御部１０６と、第２槽１０２内のクーラントＣ２を外部、例えば図示例の場合には工作機械２００、へと送る送液ポンプ１０７とを備えている。
【００２２】
温度調節機１０３は冷凍機を内蔵し、この冷凍機によって冷却された冷媒を熱交換部１０３ａ内に通過させ、熱交換部１０３ａで第１槽１０１内のクーラントＣを冷却するようになっている。送液ポンプ１０４は移動管１０８を通して第１槽１０１内のクーラントＣ１を第２槽１０２へ送り出す。第１槽１０１と第２槽１０２との間には還流路１１２が設けられ、第２槽１０２内のクーラントＣ２の液位が上昇すると、オーバーフローによって還流路１１２を通してクーラントが第１槽１０１へ還流するように構成されている。
【００２３】
ポンプ制御部１０６は、温度センサ１０５の検出温度が上昇すると第１槽１０１から第２槽１０２へとクーラントを移動させるか或いはそのクーラントの移動量を増大させ、逆に、温度センサ１０５の検出温度が下降すると第１槽１０１から第２槽１０２へのクーラントの移動を停止させるか或いはそのクーラントの移動量を減少させるようになっている。
【００２４】
第２槽１０２には内部のクーラントＣ２を攪拌する攪拌羽根等の攪拌手段１０９ａを備えた攪拌機１０９が設けられている。また、送液ポンプ１０７は、供給管１１０を通して第２槽１０２内のクーラントＣ２を外部（工作機械２００）へと送り出す。また、外部（工作機械２００）からは回収管１１１を通してクーラントが第２槽１０２内に戻るように構成されている。ここで、工作機械２００から第２槽１０２へと戻るクーラントの温度は、工作機械２００内部で加熱されることによって第２槽１０２内のクーラントＣ２の温度ｔよりも高くなる。この第２槽１０２へと戻るクーラントの温度は工作機械２００の稼動状態によって変動する。このとき、工作機械２００の切削加工部へ供給されるクーラントである場合には、例えば通常であれば３０℃程度であるのが重切削を行っている際には３８〜３９℃まで上昇する。このように、外部状況の変動によって第２槽１０２内のクーラントＣ２が受ける熱量も変動するので、後述するようにして第２槽１０２の温度制御を行う必要が出てくる。
【００２５】
本実施形態では、上記構成のみであっても、上記温度調節機１０３、ポンプ制御部１０６、送液ポンプ１０７及び攪拌機１０９をそれぞれ個々に稼動させて、後述する所望の動作態様及び目的を達成することができる。本発明者が行った実験では、温度調節機１０３の温度制御能力で第１槽のクーラント温度Ｔを設定温度のプラスマイナス３℃程度の範囲内に保つのが限度である場合に、第２槽のクーラント温度ｔを目標温度のプラスマイナス０．１〜０．２℃の範囲内に保持することができた。これは、現在の最高レベルの加工精度を有する工作機械に対して用いても十分に効果を上げることができる精度である。
【００２６】
本実施形態では、さらに図示のように制御装置１１３を設けて、上記温度調節機１０３、ポンプ制御部１０６、送液ポンプ１０７及び攪拌機１０９をそれぞれ（或いはこれらのうちの少なくとも一つを）制御するように構成してもよい。制御装置１１３は、上記各部を駆動するためにそれぞれに対する駆動信号、制御信号、駆動電力等を所定の制御態様にて供給する。制御装置１１３としては、上記機能を有するものであれば如何なるものであっても構わないが、例えば、プログラマブルコントローラやＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）などで構成することができる。
【００２７】
本実施形態においては、第１槽１０１内のクーラントＣ１は温度調節機１０３によって適宜の温度範囲内に保たれるように温度制御される。この場合、後述する説明の都合上、温度調節機１０３の設定温度をＴ０、クーラントＣ１の温度Ｔの変動範囲をＴ０＋ΔＴ１〜Ｔ０−ΔＴ２とする。一般に温度調節機１０３の制御温度の精度は高くなく、クーラントＣ１の温度変動はプラスマイナス数℃程度となる。温度調節機１０３の温度制御方法としては、設定温度Ｔ０若しくは当該温度から所定温度離れた温度にてオンオフ動作するオンオフ制御方式、設定温度Ｔ０を含む所定温度帯において比例出力を与える比例制御、その他積分要素や微分要素等を加味した各種制御方法などの任意の公知の温度制御方法を用いることができる。
【００２８】
上記のように温度制御されたクーラントＣ１は、ポンプ制御部１０６によって制御された駆動態様にて動作する送液ポンプ１０４によって移動管１０８を通して第２槽１０２へ移動される。第２槽１０２においては、通常、攪拌機１０９が常時作動して槽内のクーラントＣ２を攪拌し、クーラントＣ２全体がほぼ均一な温度になるようにしている。第２槽１０２からは送液ポンプ１０７によって供給管１１０を経てクーラントＣ２が外部（工作機械２００）へ供給される。通常、外部からは供給量とほぼ等しいクーラントが回収管１１１を経て第２槽１０２へと戻る。ここで、回収管１１１を含む回収経路内にクーラントを浄化するための浄化手段（ろ過フィルタなど）を設けることが好ましい。
【００２９】
第２槽１０２のクーラントＣ２の温度は温度センサ１０５からポンプ制御部１０６へと送られ、ポンプ制御部１０６は、温度センサ１０５によるクーラントＣ２の検出温度ｔに応じて送液ポンプ１０４の動作態様を制御する。ここで、後述する説明の都合上、第２槽１０２内のクーラントＣ２の目標温度（すなわち供給するクーラントの目標温度）をｔ０、クーラントＣ２の温度変動幅の目標値である目標温度範囲をｔ０＋Δｔ１〜ｔ０−Δｔ２とする。
【００３０】
上記のように、送液ポンプ１０７が供給管１１０を通して第２槽１０２内のクーラントＣ２を外部（工作機械２００）に送り続け、回収管１１１を通してクーラントが第２槽１０２に回収される状態では、循環するクーラントが吸熱して第２槽１０２内のクーラントＣ２の温度が上昇する。そこで、本実施形態では、温度センサ１０５の検出温度に応じて送液ポンプ１０４を稼動させ、第１槽１０１から第２槽１０２へのクーラントＣ１の移動量を制御し、第２槽１０２のクーラント温度を上記のように目標温度ｔ０に保持するように、或いは、目標温度範囲ｔ０＋Δｔ１〜ｔ０−Δｔ２内に保持するようにしている。
【００３１】
このとき、温度調節機１０３によって温度制御された第１槽１０１のクーラントＣ１の温度Ｔは、温度調節機１０３の温度制御態様及び温度制御能力に応じた温度変動を示す。このクーラントＣ１の温度変動は図２（ａ）に示されている。図２（ａ）に示すように、通常、温度調節機１０３の設定温度Ｔ０を中心に、Ｔ０＋ΔＴ１〜Ｔ０−ΔＴ２の範囲内においてクーラント温度Ｔが上下に繰り返し変動している。
【００３２】
一方、図２（ｂ）に示す第２槽１０２のクーラント温度ｔ（温度センサ１０５によって検出される。）は、上記クーラント温度Ｔの変動範囲の上限Ｔ０＋ΔＴ１よりも高く設定された目標温度ｔ０の近傍に保たれる。より具体的には、本実施形態の場合、目標温度ｔ０を中心としたクーラント温度ｔの変動範囲の下限ｔ０−Δｔ２が、クーラント温度Ｔの変動範囲の上限Ｔ０＋ΔＴ１よりも高くなっている。
【００３３】
第２槽１０２のクーラント温度ｔの温度が上昇すると、或いは、目標温度ｔ０よりも高くなると、上記ポンプ制御部１０６は送液ポンプ１０４を稼動させて、クーラントＣ１を第２槽１０２内に移動させるか、或いは、既にクーラントＣ１が第２槽１０２へ移動中である場合には送液ポンプ１０４によるクーラントＣ１の移動量を増大させる。これによって、低いクーラント温度Ｔによって第２槽１０２のクーラント温度ｔが低下する。図２（ｃ）には、送液ポンプ１０４によるクーラントＣ１の移動量Ｌの経時変化例を示す。図示実線Ａで示す例は、クーラント温度ｔが目標温度ｔ０以上になったときにのみ第１槽１０１のクーラントＣ１を第２槽１０２へ一定速度で移動させるようにした場合（オンオフ制御方式）のクーラント移動量を示している。すなわち、第２槽のクーラント温度ｔが上昇すると、それよりも低い温度ＴのクーラントＣ１を第２槽へ導入し、クーラント温度ｔを低下させ、クーラント温度ｔが低下するとクーラントＣ１の移動を停止させることによって、クーラント温度ｔを上記変動範囲ｔ０＋Δｔ１〜ｔ０−Δｔ２内に制御することができる。
【００３４】
本実施形態における第１槽１０１から第２槽１０２へのクーラントの移動量の制御或いは第２槽の温度制御は、上記のようなオンオフ制御の他に、所定温度帯において比例した移動量を与える比例制御、その他積分要素や微分要素等を加味した各種制御方法などの任意の公知の制御方法を用いることができる。例えば、図２（ｃ）に破線Ｂで示す例では、クーラント温度ｔの上下変動に応じて（例えば正の相関を持つように）、しきい値Ｌ０を中心として移動量Ｌを増減させている。
【００３５】
本実施形態では、第１槽１０１のクーラント温度Ｔが図２（ａ）に示すように、変動範囲Ｔ０＋ΔＴ１〜Ｔ０−ΔＴ２内で変動しているので、このクーラント温度Ｔを検出し、制御装置１１３の移動量制御機能に基づき、制御装置１１３からクーラント温度Ｔに応じた制御信号をポンプ制御部１０６へ送ることによって、例えば図２（ｃ）に破線Ｂで示す通常の移動量に対して図２（ｃ）に点線Ｃで示すようにクーラント移動量を増減させることができる。すなわち、クーラント温度Ｔが上記変動範囲内で高くなっている場合には、クーラント移動量を通常よりも増やして第２槽１０２のクーラント温度ｔの引き下げ効果を高め、クーラント温度Ｔが上記変動範囲内で低くなっている場合には、クーラント移動量を通常よりも低減して第２送１０２のクーラント温度ｔの引き下げ効果を弱めることにより、より高精度なクーラント温度ｔの温度制御を行うことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、制御装置１１３の第１槽温度設定制御機能によって、第２槽１０２のクーラント温度ｔをより高精度に制御するために、第１槽１０１のクーラント温度Ｔの設定温度Ｔ０若しくは温度変動範囲Ｔ０＋ΔＴ１〜Ｔ０−ΔＴ２を上下に調節することができるようになっている。例えば、第１槽１０１のクーラント温度Ｔの設定温度若しくは温度変動範囲を第２槽１０２のクーラント温度ｔの目標温度若しくは温度変動範囲に近づけることによって、ポンプ制御部１０６及び送液ポンプ１０４によるクーラントの移動量の制御精度を高めることなく、第２槽１０２のクーラント温度ｔをより高精度にすること、すなわち、その温度変動範囲を決定する変動幅Δｔ１，Δｔ２を小さくすることができる。
【００３７】
なお、この第１槽温度設定制御機能を用いて第１槽のクーラント温度を第２槽のクーラント温度に近づけると、第１層のクーラント温度の変動による第２槽のクーラント温度に対する影響が相対的に大きくなるので、この第１槽温度設定制御機能は上述の移動量制御機能と併用されることが好ましい。
【００３８】
また、本実施形態では、上記のように送液ポンプ１０４によるクーラントの移動によって、第２槽１０２内の液位が上昇すると、オーバーフローにより第２槽から還流路１１２を通して第１槽１０１へとクーラントが還流するので、第１槽１０１と第２槽１０２との間の熱交換性が増大し、迅速かつ高精度に第２槽の温度制御を行うことができるようになる。
【００３９】
本発明の流体温度制御方法及び流体温度制御装置並びに流体供給装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、第１槽に対する温度制御の精度にあまり影響されることなく第２槽を高精度に温度制御することができる。また、複雑で高価な温度制御手段を必要とせず、簡易かつ安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のクーラント供給装置の全体構成を模式的に示す概略構成図である。
【図２】同実施形態における第１槽のクーラント温度Ｔの経時変化を示すグラフ（ａ）、第２槽のクーラント温度ｔの経時変化を示すグラフ（ｂ）、第１槽から第２槽へのクーラント移動量Ｌの経時変化を示すグラフ（ｃ）である。
【符号の説明】
１００  クーラント供給装置（流体供給装置）
１０１  第１槽
１０２  第２槽
１０３  温度調節機（温度制御手段）
１０４  送液ポンプ（流体移動手段）
１０５  温度センサ（温度検出手段）
１０６  ポンプ制御部（移動量制御手段）
１０７  送液ポンプ（流体供給手段）
１０８  移動管
１０９  攪拌機
１１０  供給管
１１１  回収管
１１２  還流路
１１３  制御装置
２００  工作機械
【図１】
0003701868.tif 000002
【図２】
0003701868.tif 000003