(57)【要約】【課題】様々な工作機械に結合可能な作動液冷却システムを提供する。【解決手段】工作機械６００の作動液を冷却するシステムであって、メイン冷却装置１００と、温度測定制御装置２００と、を備える。温度測定制御装置２００は、工作機械６００の温度パラメーターを検測し、温度パラメーターに基づき、メイン冷却装置１００の作動モードを開閉あるいは調節する。メイン冷却装置１００は、熱交換器３００及び冷媒循環管路４００を有する。熱交換器３００は、冷媒循環管路４００及び工作機械６００の作動液循環管路５００に接続されている。メイン冷却装置１００は、市販のメイン冷却装置である。工作機械内６００の作動液は、作動液循環管路５００によって熱交換器３００に流入し、メイン冷却装置１００から冷媒循環管路４００を経由して熱交換器３００に流入する冷媒による熱交換によって冷却される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の作動液を冷却するシステムであって、
メイン冷却装置と、
前記工作機械内に設置可能な温度測定制御装置と、を備え、
前記温度測定制御装置は、前記工作機械の温度パラメーターを検測し、前記温度パラメーターに基づき、前記メイン冷却装置の作動モードを開閉あるいは調節し、
前記メイン冷却装置は、熱交換器及び冷媒循環管路を有し、
前記熱交換器は、前記冷媒循環管路及び前記工作機械の作動液循環管路に接続されており、
前記メイン冷却装置は、市販のメイン冷却装置であり、
前記工作機械内の作動液は、前記作動液循環管路によって前記熱交換器に流入し、前記メイン冷却装置から前記冷媒循環管路を経由して前記熱交換器に流入する冷媒による熱交換によって冷却され、
前記メイン冷却装置は、摩損状況に応じて、市販のメイン冷却装置に取り替え可能であることを特徴とする作動液冷却システム。
【請求項２】
前記メイン冷却装置は、エアコンの室外機であることを特徴とする請求項１に記載の作動液冷却システム。
【請求項３】
前記エアコンの室外機は、周波数固定式室外機または周波数可変式室外機であることを特徴とする請求項２に記載の作動液冷却システム。
【請求項４】
前記温度測定制御装置は、
前記作動液循環管路の作動液の温度を測定することで前記温度パラメーターを検測する第一温度センサと、
前記温度パラメーターに基づき、前記メイン冷却装置を制御する制御器と、を有することを特徴とする請求項１に記載の作動液冷却システム。
【請求項５】
前記温度測定制御装置は、
前記作動液循環管路内の作動液の温度を測定する第一温度センサと、
前記工作機械の機体温度および環境温度のうち少なくとも一方を測定する第二温度センサと、
前記第一温度センサが測定した温度と前記第二温度センサが測定した温度との間の差異を比較し、前記温度パラメーターを生成し、前記温度パラメーターに基づき前記メイン冷却装置を制御する制御器と、を有することを特徴とする請求項１に記載の作動液冷却システム。
【請求項６】
前記温度測定制御装置の前記制御器に接続され且つ前記作動液循環管路内の作動液の循環状態を監視する流体を更に備え、
前記流体により前記作動液循環管路内の作動液の循環の停止が検出される時、前記温度測定制御装置は、前記メイン冷却装置および前記工作機械のうち少なくとも一方を制御し作動を停止させることを特徴とする請求項４または５に記載の作動液冷却システム。
【請求項７】
前記工作機械は、所定温度パラメーターを有し、
前記温度測定制御装置は、前記温度パラメーターと前記所定温度パラメーターとを比較し、前記メイン冷却装置の冷却比例を制御することを特徴とする請求項１に記載の作動液冷却システム。
【請求項８】
前記熱交換器は、前記工作機械の作動液貯蔵槽の中に設置されており、
前記作動液貯蔵槽は、前記作動液を貯蔵し、また前記作動液循環管路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の作動液冷却システム。
【請求項９】
前記熱交換器内において、前記作動液循環管路と前記冷媒循環管路とは、互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の作動液冷却システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の作動液冷却システムの作動方法であって、
前記作動液が前記作動液循環管路に流入するよう前記工作機械を起動するステップaと、
前記温度測定制御装置により前記工作機械の前記温度パラメーターを検測し、前記メイン冷却装置の前記冷媒循環管路が作動するよう、前記メイン冷却装置を起動するステップｂと、
前記作動液循環管路内の前記作動液が前記熱交換器内で前記冷媒循環管路と熱交換を行うステップｃと、
ステップｃでの前記作動液の温度に基づき、前記温度測定制御装置により前記メイン冷却装置の作動を制御する、または、ステップｃを繰返すステップｄと、を含むことを特徴とする作動液冷却システムの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動液冷却システム及びその作動方法に関し、詳しくは、市販のエアコンのメイン冷却装置を使い、液体を媒介として熱交換原理に基づく工作機械に設けられている冷却及び流体監視装置に関し、特に加工過程で加工及び冷却に使われ工作機械の加工安定性を効果的に向上させる作動液を大量に使用する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械が加工過程で生成された高温高熱は、工作機械その物あるいは加工部材にわずかの変形をもたらす。そのわずかな変形は、高精度の加工設備の加工精度を低下させる。よって、いかに工作機械の加工作業に与えられる高温の影響を低減させるかは、高精度の工作機械においての重要な課題である。熱伝導構造及び放熱機構の設計を除いて、大多数の工作機械において、熱伝導率及び流動性に優れた作動液は、熱を除去する媒介として用いられている。
【０００３】
作動液は、熱を除去する媒介であるため、放熱及び降温性能が加工安定性を決める重要な参考指標である。図１に示すように、従来の技術では、作動液は、工作機械の作動液貯蔵槽５０１と専用のメイン冷却装置７００との間を管路で連結することによって降温を行い、作動液貯蔵槽５０１の作動液の温度は工作機械６００の制御器によって監視されている。作動液の温度が所定の上限値に達すると、工作機械６００あるいは冷却機７００内に設置されたポンプ装置は、起動され、管路によって作動液をメイン冷却装置７００に送り、降温を行ない、また作動液が作動液貯蔵槽５０１に送られる。
【０００４】
しがしながら、上述の従来の構成では、メイン冷却装置７００は特別に注文したものである。つまり工作機械６００のみに使用されているため、工作機械６００は、冷却の時にメイン冷却装置７００のみによって液体に対する降温を行う。メイン冷却装置７００が故障あるいは損壊すると、メイン冷却装置７００の修理あるいは取り替えが必要である。つまり、同仕様のメイン冷却装置７００の生産が中止される場合あるいは工作機械６００の修理、取り替えが難しい場合、メイン冷却装置７００を停止する必要がある。この時、工作機械６００が作動できず、作業スケジュールに重大な影響を及ぼす。メイン冷却装置７００を再起動するためには、メーカーに申告、修理依頼、検査、取替え等の煩雑な手続きを経る必要がある。工作機械６００を再稼働するため、想像を絶する重大な影響が生じるため、改良の必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−９０７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、様々な工作機械に結合可能な作動液冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明による作動液冷却システムは、メイン冷却装置及び工作機械内に設置可能な温度測定制御装置を備える。温度測定制御装置は、工作機械の温度パラメーターを検測するために用いられている。メイン冷却装置は、熱交換器及び冷媒循環管路を含む。熱交換器は、冷媒循環管路と工作機械の作動液循環管路に接続されている。温度測定制御装置は、温度パラメーターにより、メイン冷却装置の作動モードを開閉あるいは調節する。メイン冷却装置は、市販のメイン冷却装置である。よって、工作機械内の作動液は、作動液循環管路によって熱交換器に流入する。冷媒は、メイン冷却装置に送られ、冷媒循環管路を経由して熱交換器に流入し、熱交換によって作動液を冷却する。メイン冷却装置は、摩損状況に応じて、市販のメイン冷却装置に取り替え可能である。よって、本発明の作動液冷却システムは、各種類の工作機械に適用し、また様々な市販メイン冷却装置を利用し、作動する。
【０００８】
一つあるいは二つの温度センサは、上述の温度測定制御装置に設置されてもよい。温度センサが一つ温度測定制御装置に設置されている場合、温度センサは、作動液の温度を測定し、定温制御を行うことができる。作動液の温度が所定範囲値を超えると、メイン冷却装置は、起動する。作動液と冷媒が熱交換器内に熱交換を行うため、作動液に対する降温目的が達成される。作動液の温度が所定範囲値を超えないと、メイン冷却装置は、停止する。温度センサが二つ温度測定制御装置に設置されている場合、作動液貯蔵槽に設置された温度センサが液体の温度を測定する一方、工作機械内に設置された他方の温度センサが参考温度としての機体温度あるいは室内温度を測定する。温度測定制御装置は、液体温度と参考温度との間の差異を比較し、温度差制御を行う。両方の間の温度差が所定値に達すると、メイン冷却装置は、起動する。作動液と冷媒は、熱交換器内で熱交換を行うため、作動液に対する降温が行われ、メイン冷却装置が停止する。
【０００９】
上述のメイン冷却装置が起動あるいは停止するのは、周波数固定式室外主機の応用例である。周波数可変式メイン冷却装置を使用する時、作動液冷却システムは、温度差によりメイン冷却装置の作動を制御する。作動液の温度が高い時、周波数可変式メイン冷却装置は、運転周波数を増やす。作動液の温度が所定温度あるいは参考温度に接近する時、周波数可変式メイン冷却装置は、運転周波数を減らす。
【００１０】
本発明の作動液冷却システムは、制御器に接続され且つ作動液循環管路内の作動液の循環状態を監視する流体監視装置を更に備える。現在、流体監視装置は、従来の工作機械に設置されていない。流体監視装置は、作動液循環管路における異常作動を検出する時、信号を制御器にフィドバックし、指示を与え、メイン冷却装置の作動を停止するまたは工作機械の加工を中止する。本発明の作動液冷却システムは、流体監視装置によって、工作機械あるいはメイン冷却装置の異常を起こしても持続的な作動による異常な損壊を回避することができる。
【００１１】
作動液循環管路に設置された管路は、熱交換器に接続されている。高温作動液は、作動液循環管路によって熱交換器に送られ、冷媒と熱交換を行い、冷却される。冷却された作動液は、加工あるいは降温に、使われている。熱交換器により高温作動液からの熱を吸収した冷媒は、高温冷媒になり、冷媒循環管路を経由し、メイン冷却装置に流入し、冷却され、繰り返し循環作動液の温度を下げる。
【００１２】
作動液冷却システムは、メイン冷却装置及び熱交換器を備える。メイン冷却装置は、市販のメイン冷却装置であり、単独で交換可能なユニットであり、単純な組立て及び修理等の功能を実現することができる。作動液冷却システムは、作動液を有する工作機械に使用され、制御器との結合によって、温度を制御することができる。この冷却システムは、市販冷却機を外接する従来の方式と区別する。
【００１３】
本発明は、作動液循環管路に対する監視功能有し、機械の作動安全性を確保し、また予期せぬ損壊を回避することができる。従来の技術と違い、本発明は、作動液循環管路の中に流体監視装置を設置することによって持続的に作動する流体の状態を監視する。作動液循環管路の中の作動流体の異状状態（例えば、流速が遅過ぎる、流動停止、正常な循環を維持できない低水位等）を検出する時、は、工作機械あるいはメイン冷却装置を停止するよう信号をフィドバックし、工作機械あるいはメイン冷却装置の異常状態時の連続的な作動を回避する。
【００１４】
本発明は、熱交換器との接続によって、高温作動液と低温冷媒との間の温度差を利用し、熱交換原理に基づき、液体に対する冷却降温を行い、気体のみに対する冷却降温を行い蒸発器に系統的に接続する従来の応用方式と異なる。
【００１５】
本発明の工作機械の作動液冷却システムの作動方法は、以下のステップを含む。ステップaでは、作動液が作動液循環管路に流入するよう工作機械を起動する。ステップｂでは、温度測定制御装置により工作機械の温度パラメーターを検測し、メイン冷却装置の冷媒循環管路が作動するようメイン冷却装置を起動する。ステップｃでは、作動液循環管路内の作動液が熱交換器に冷媒循環管路と熱交換を行う。ステップｄでは、ステップｃの作動液温度に基づき、温度測定制御装置によりメイン冷却装置の作動を制御するあるいはステップｃを続ける。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】メイン冷却装置が工作機械の外部に接続されている従来の冷却システムを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による工作機械の作動液冷却システムを示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による作動液冷却システムの部分拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態による作動液冷却システムの部分拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態による浸漬式の熱交換器を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（一実施形態）
図２に示すように、本発明の一実施形態による作動液冷却システムは、市販のエアコンのメイン冷却装置と熱交換器の結合を利用し、液体冷媒で冷却を行う工作機械における開放式冷却システムである。本発明は、作動液を有する工作機械６００に用いられている。通常、工作機械６００は、加工領域５０３、作動液貯蔵槽５０１及び制御器２０３あるいは類似した功能を有する装置を備える。
【００１８】
本発明の一実施形態による作動液冷却システムは、メイン冷却装置１００及び温度測定制御装置２００を備える。温度測定制御装置２００は、工作機械６００内に設置されてもよい。温度測定制御装置２００は、工作機械６００の温度パラメーターを検測するために使われている。メイン冷却装置１００は、熱交換器３００及び冷媒循環管路４００を備える。熱交換器３００は、工作機械６００に接続可能な作動液循環管路５００に接続される。メイン冷却装置１００は、温度測定制御装置が測定した温度パラメーターに基づき、作動モードを開閉あるいは調節する。メイン冷却装置１００は、市販のメイン冷却装置である。よって、工作機械６００内の作動液は、作動液循環管路５００によって熱交換器３００に流入する。冷媒は、メイン冷却装置１００に送られ、冷媒循環管路４００を経由して熱交換器３００に流入し、熱交換によって作動液を冷却する。メイン冷却装置１００は、摩損状況に応じて、市販のメイン冷却装置に取り替え可能である。メイン冷却装置１００は、エアコンの室外主機である。エアコンの室外主機は、周波数固定式室外主機あるいは周波数可変式メイン冷却装置のいずれかである。つまり、メイン冷却装置１００は、各種の市販メイン冷却装置であってもよい、また周波数固定式あるいは周波数可変式エアコン主機に限らない。
【００１９】
図２に示すように、温度測定制御装置２００は、第一温度センサ２０１、第二温度センサ２０２及び制御器２０３を備える。工作機械６００が作動を開始した後、温度測定制御装置は、起動し、作動液に対する測定を行う。温度測定制御装置２００の第一温度センサ２０１は、作動液貯蔵槽５０１内の作動液の温度を測定し、定温制御を行う。温度測定制御装置２００の第二温度センサ２０２は、参考温度としての機体温度及び環境気温のうちの少なくとも一方を測定する。温度測定制御装置は、制御器２０３により液体温度（第一温度センサ２０１が測定した温度）と参考温度（第二温度センサ２０２が測定した温度）との間の差異を比較し、温度パラメーターを算出する。制御器２０３は、温度パラメーターに基づきメイン冷却装置１００に対する温差制御を行う。制御器は、温度差異に基づき、温度が所定目標温度の誤差範囲内に変化するよう作動液に対して開閉制御あるいは比例制御等の温度制御を行う。作動液貯蔵槽５０１が作動液循環管路５００に接続するため、作動液は、作動液貯蔵槽５０１及び作動液循環管路５００内に流れる。第一温度センサ２０１は、作動液貯蔵槽５０１内の作動液の温度だけではなく、作動液循環管路５００内の作動液の温度を測定する。よって、第一温度センサ２０１は、必ずしも作動液貯蔵槽５０１内の作動液の温度の測定のみに限らない。
【００２０】
温度差を制御する必要がない場合、第二温度センサ２０２を設置しなくてもよい。よって、温度測定制御装置２００の制御器２０３は、第一温度センサ２０１が作動液温度を測定し生成した温度パラメーターに基づき、メイン冷却装置１００の作動を制御する。工作機械６００に所定温度パラメーター（例えば、摂氏２５度）が設定されると、温度測定制御装置２００は、温度パラメーターと所定温度パラメーターを比較し、メイン冷却装置の冷却比例を制御する。例えば、加工過程で温度パラメーターが所定温度パラメーター（２５度）を超える時、温度測定制御装置２００の制御器２０３は、温度パラメーターが所定温度パラメーターに接近するようメイン冷却装置を制御し運転させる。
【００２１】
図２〜図５に示すように、上述の温度が所定値に達する時、温度測定制御装置２００は、制御器２０３によりメイン冷却装置１００を起動し作動させる。前述のメイン冷却装置１００が起動あるいは停止するのは、周波数固定式室外主機の応用例である。周波数可変式室外主機を使用する場合、温度測定制御装置２００は、温度差異により、周波数可変式メイン冷却装置の作動を制御する。液体の温度が高い時、周波数可変式室外主機は、運転周波数を増やす。液体の温度が所定温度あるいは参考温度に接近する時、周波数可変式メイン冷却装置は、運転周波数を減らす。作動液循環管路５００は、複数の管路から構成され、また作動液貯蔵槽５０１と熱交換器３００に接続されている。ポンプ装置５０２は、相対的に高温作動液を作動液貯蔵槽５０１から吸出し、また作動液循環管路によって熱交換器３００に送る。熱交換器３００は、単独で固設あるいは工作機械６００に結合されてもよい。工作機械６００との結合方式は以下の通りである。高温作動液は、熱交換器３００の中で相対的に低温である冷媒と熱交換が行われる。作動液の温度が冷媒より高いため、作動液の熱は、冷媒に吸収する。両者の熱交換が行われた後、相対的に低温である作動液は、熱交換器により流出され、また作動液循環管路５００により作動液貯蔵槽５０１に回流し、あるいは加工応用のために加工領域５０３に送られる。
【００２２】
前述の熱交換器３００は、単独で取り付けられ、工作機械に取り付けられていない。しかしながら、熱交換器３００は、工作機械６００に結合されてもよい。例えば、熱交換器３００は、工作機械６００の作動液貯蔵槽５０１内に設置されている。
【００２３】
図２及び図３に示すように、本発明の作動液冷却システムは、制御器２０３に接続され且つ作動液循環管路５００内の作動液の循環状態を監視する流体５０４を更に備える。流体５０４は、流体に接触できる作動液循環管路５００の中の任意場所に設置されてもよい。流体５０４が、作動液循環管路における作動液循環停止を検出する時、制御器２０３に信号をフィドバックる。制御器２０３は、指令を出し、メイン冷却装置１００を制御し作動を停止させ、工作機械６００に加工を中止させ、あるいは同時にメイン冷却装置１００と工作機械６００に作動を停止させる。
【００２４】
ポンプ装置５０２の故障あるいは作動液不足等の情況は、作動液循環停止をもたらす。本発明の作動液冷却システムは、流体５０４により、メイン冷却装置１００あるいは工作機械６００が異常状態の時に連続的作動による異常な損壊を回避し、また熱交換器３００が熱交換を正常に行えなくなることを回避することができる。流体５０４は、圧差式、重力式、磁気浮上ピストン式、パルス回転子式及び赤外線式等、任意の流体作動状況に基づき信号を発信してもよい。
【００２５】
図４に示すように、熱交換器３００は、作動液循環管路５００と冷媒循環管路４００に接続されている。二つの循環管路内の媒介は、構造設計により熱交換を行う。本発明の一実施形態による作動液循環管路５００と冷媒循環管路４００は、熱交換器３００内に重なり合う。熱交換器３００は、金属管路を主な構造にする巻板式、板式、管殻式等異なった形式の熱交換器、あるいは冷媒循環管路４００を作動液貯蔵槽５０１内に埋め込む浸漬式の構成を有する熱交換器であってもよい。冷媒が気化する際に低温液体から高温低圧の気体になり周りから熱を吸収するため、作動液循環管路５００内の高温作動液の熱は、構造設計により冷媒循環管路４００内の冷媒に伝達する。従って、作動液を速く冷却する目的を達成する。
【００２６】
図２及び図４に示すように、冷媒循環管路４００は、他方の一端が管路によりメイン冷却装置１００に接続されている。メイン冷却装置１００は、少なくとも一つの圧縮機１０１及び凝縮器１０２を備え、周波数固定式あるいは周波数可変式メイン冷却装置であってもよい。また、効能に応じて、キャピラリーチューブ（膨張弁）１０３及び降温装置１０４、あるいは等効の構造を増設してもよい。熱交換器３００の中に作動液の熱を吸収し気体になった高温冷媒は、冷媒循環管路４００を経由し、メイン冷却装置１００の圧縮機１０１に流入し、圧縮機１０１を通して低圧気体を高圧気体に変化させ、加圧過程による一次冷却効果を達成する。その後、高圧気体冷媒は、凝縮器１０２により降温装置１０４の支援を受け、液体冷媒になり、大部分の熱を放出し、また降温装置１０４によりメイン冷却装置１００から熱を取る。上述の降温装置１０４は、扇風機構造、水流あるいは類似する功能を有する媒介であってもよい。高温気体冷媒は、圧縮機１０１及び凝縮器１０２により完全に低温液体冷媒に戻り、また液体冷媒が気化する際の吸熱効果を向上させるようキャピラリーチューブ（膨張弁）１０３により高圧が適切な低圧に調整されている。最後に冷媒は、管路により熱交換器３００に回流し、繰り返し循環作動液の温度を下げる効果を達成する。
【００２７】
上述のメイン冷却装置１００の組成からメイン冷却装置１００が普通の市販エアコン室外主機であることがわかる。従って、メイン冷却装置１００が故障するあるいは損壊した場合、市販のメイン冷却装置１００あるいは部品を購入し、直接に取り替えあるいは修理をするだけで良い。従来の工作機械で必ず専用メイン冷却装置が使用されている欠点を克服し、工作機械６００の、メイン冷却装置１００の修理、取替え等の原因による停止を回避できる。
【００２８】
工作機械の作動液冷却システムの作動方法は、以下のステップを含む。ステップaは、作動液が作動液循環管路に流入するよう工作機械を起動する。ステップｂは、温度測定制御装置により工作機械の温度パラメーターを検測し、冷媒がメイン冷却装置の冷媒循環管路内に作動するようメイン冷却装置を起動する。ステップｃは、作動液循環管路内の作動液が熱交換器内に冷媒循環管路と熱交換を行う。ステップｄは、ステップｃの作動液温度に基づき、温度測定制御装置によりメイン冷却装置の作動を制御するあるいはステップｃを続ける。
【００２９】
本発明の冷却及び流体は、流体５０４、工作機械６００、メイン冷却装置１００及び熱交換器３００に対する保護設計を備えるため、予期せぬ機械構造の損壊の回避が可能である。市販のメイン冷却装置１００及び熱交換器３００は、単独で取り付け及び作動のユニットであるため、予期あるいは予期せぬ故障及び損壊が発生する時、修理及び再組立て等が簡単であるといった特徴を有する。工作機械の作動液冷却システムが短時間で正常な作動状態を回復することができる。
【００３０】
以上に述べたのは、本発明の実施形態を説明するためであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の等効能の変化及び修飾は、本発明の特許請求の範囲に含まれている。
【符号の説明】
【００３１】
１００  メイン冷却装置、
１０１  圧縮機、
１０２  凝縮器、
１０３  キャピラリーチューブ（膨張弁）、
１０４  降温装置、
２００  温度測定制御装置、
２０１  第一温度センサ、
２０２  第二温度センサ、
２０３  制御器、
３００  熱交換器、
４００  冷媒循環管路、
５００  作動液循環管路、
５０１  作動液貯蔵槽、
５０２  ポンプ装置、
５０３  加工領域（加工溝）、
５０４  流体監視装置、
６００  工作機械、
７００  冷却機。
【図１】
2015202562.tif 000003
【図２】
2015202562.tif 000004
【図３】
2015202562.tif 000005
【図４】
2015202562.tif 000006
【図５】
2015202562.tif 000007