(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に冷却油を循環させる循環回路と、冷媒を圧縮するための冷凍機と、この冷凍機で圧縮されたガス状の冷媒の熱を放熱して液化するための凝縮器と、液化された前記冷媒を絞り膨脹させるための膨脹弁と、絞り膨脹された低圧低温の気液混合状態の前記冷媒により前記工作機械から戻った前記冷却油と熱交換するための熱交換器と、前記冷凍機を出た直後の前記冷媒を前記凝縮器をバイパスして前記熱交換器に導入するためのバイパス路と、このバイパス路の途中に設けた電動弁とを備えたオイルクーラーにおいて、
前記工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸頭を冷却した後の前記冷却油の温度である戻り油温を検出するための冷却油温度センサと、
前記冷却油温度センサが検出した前記戻り油温を前記工作機械の前記主軸を回転させるモータの回転数に応じて補正する補正手段と、
この補正手段により補正された後の温度から前記工作機械について設定された基準温度を引き算する計算手段と、
この計算手段が引き算して求めた算出温度が０以上か否かを判断する判断手段と、
この判断手段により０以上であると判断されると前記算出温度に基づいて、ＰＩＤ制御してパルス出力値を算出する算出手段と、
この算出手段が算出した前記パルス出力値に基づいて前記電動弁が所定の開度になるように制御する制御手段とを
設けたことを特徴とするオイルクーラー。
【請求項２】
工作機械に冷却油を循環させる循環回路と、冷媒を圧縮するための冷凍機と、この冷凍機で圧縮されたガス状の冷媒の熱を放熱して液化するための凝縮器と、液化された前記冷媒を絞り膨脹させるための膨脹弁と、絞り膨脹された低圧低温の気液混合状態の前記冷媒により前記工作機械から戻った前記冷却油と熱交換するための熱交換器と、前記冷凍機を出た直後の前記冷媒を前記凝縮器をバイパスして前記熱交換器に導入するためのバイパス路と、このバイパス路の途中に設けた電動弁とを備え、前記電動弁の開度を制御するオイルクーラーにおける電動弁の制御方法であって、
冷却油温度センサが前記工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸頭を冷却した後の前記冷却油の温度である戻り油温を検出し、
前記冷却油温度センサが検出した前記戻り油温を前記主軸を回転させるモータの回転数に応じて補正し、
この補正された後の温度から前記工作機械について設定された基準温度を引き算し、
この引き算して求めた算出温度が０以上か否かを判断し、
０以上であると判断されると前記算出温度に基づいて、ＰＩＤ制御してパルス出力値を算出し、
この算出した前記パルス出力値に基づいて前記電動弁が所定の開度になるように制御する
ことを特徴とするオイルクーラーにおける電動弁の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に循環させる冷却油の温度を制御して、加工精度に影響を及ぼす熱変形を抑制するオイルクーラー及びオイルクーラーにおける電動弁の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の機体は、環境温度、発熱部からの熱などにより変形する。機体の変形は、加工精度に影響を及ぼすので、従来から機体各部の温度を一定温度に制御することが行われている。この温度制御の方法は、種々提案されているが、通常温度制御された一定流量の冷却油を工作機械の発熱部に常時流して発熱部を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３８３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した特許文献１２の温度制御装置は、冷凍機（圧縮機）をインバータ制御によって駆動し回転速度を変更制御しているので、インバータ制御駆動装置が必要となって、温度制御装置のコストが増大すると共に温度制御装置の大型化を招くという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、圧縮機のインバータ制御を行う必要が無く、コストを低下させ、また温度制御の精度を向上させることを目的とする
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため第１の発明は、工作機械に冷却油を循環させる循環回路と、冷媒を圧縮するための冷凍機と、この冷凍機で圧縮されたガス状の冷媒の熱を放熱して液化するための凝縮器と、液化された前記冷媒を絞り膨脹させるための膨脹弁と、絞り膨脹された低圧低温の気液混合状態の前記冷媒により前記工作機械から戻った前記冷却油と熱交換するための熱交換器と、前記冷凍機を出た直後の前記冷媒を前記凝縮器をバイパスして前記熱交換器に導入するためのバイパス路と、このバイパス路の途中に設けた電動弁とを備えたオイルクーラーにおいて、
前記工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸頭を冷却した後の前記冷却油の温度である戻り油温を検出するための冷却油温度センサと、
前記冷却油温度センサが検出した前記戻り油温を前記工作機械の前記主軸を回転させるモータの回転数に応じて補正する補正手段と、
この補正手段により補正された後の温度から前記工作機械について設定された基準温度を引き算する計算手段と、
この計算手段が引き算して求めた算出温度が０以上か否かを判断する判断手段と、
この判断手段により０以上であると判断されると前記算出温度に基づいて、ＰＩＤ制御してパルス出力値を算出する算出手段と、
この算出手段が算出した前記パルス出力値に基づいて前記電動弁が所定の開度になるように制御する制御手段とを
設けたことを特徴とする。
【０００７】
また第２の発明は、工作機械に冷却油を循環させる循環回路と、冷媒を圧縮するための冷凍機と、この冷凍機で圧縮されたガス状の冷媒の熱を放熱して液化するための凝縮器と、液化された前記冷媒を絞り膨脹させるための膨脹弁と、絞り膨脹された低圧低温の気液混合状態の前記冷媒により前記工作機械から戻った前記冷却油と熱交換するための熱交換器と、前記冷凍機を出た直後の前記冷媒を前記凝縮器をバイパスして前記熱交換器に導入するためのバイパス路と、このバイパス路の途中に設けた電動弁とを備え、前記電動弁の開度を制御するオイルクーラーにおける電動弁の制御方法であって、
冷却油温度センサが前記工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸頭を冷却した後の前記冷却油の温度である戻り油温を検出し、
前記冷却油温度センサが検出した前記戻り油温を前記主軸を回転させるモータの回転数に応じて補正し、
この補正された後の温度から前記工作機械について設定された基準温度を引き算し、
この引き算して求めた算出温度が０以上か否かを判断し、
０以上であると判断されると前記算出温度に基づいて、ＰＩＤ制御してパルス出力値を算出し、
この算出した前記パルス出力値に基づいて前記電動弁が所定の開度になるように制御する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧縮機のインバータ制御を行う必要が無く、コストを低下させ、また温度制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】工作機械及びオイルクーラーにおける冷媒の循環及び冷却油の循環を示すための図である。
【図２】制御ブロック図である。
【図３】フローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図１乃至図３に基づき、本発明の実施の形態について説明する。図１は、工作機械１及びオイルクーラー５における冷媒の循環及び冷却用媒体としての冷却油（冷却オイル）の循環を示すための図であって、この工作機械１における工具又は被加工物が取り付けられて主軸を回転可能に支持して備えている主軸頭を冷却して温度制御を行う。
【００１１】
オイルクーラー５は、図１の右部分の冷媒循環回路３と、左部分のオイル循環回路４とから構成され、前記工作機械１の主軸頭、延いては前記主軸を冷却するように設けられており、前記冷媒循環回路３は冷媒が循環する回路で、前記オイル循環回路４は前記工作機械１との間で前記冷却油が循環する回路である。
【００１２】
先ず、前記冷媒循環回路３について説明すると、ガス状態の冷媒が圧縮機７によって圧縮されて熱交換器としての凝縮器８に送られる。前記圧縮機７のモータ７Ａの駆動にインバータ制御駆動装置を使用せず、一定の回転速度で駆動するようにしている。前記凝縮器８では、前記圧縮機７によって圧縮されて温度上昇したガス状の冷媒の熱が放熱されて液化される。なお、前記凝縮器８はファンモータ９Ａを備えた凝縮器用の送風機９によって空冷により冷却されている。
【００１３】
そして、前記凝縮器８により液化された冷媒は、ストレーナ１０により異物が除去され、次いで膨張弁としてのキャピラリチューブ１１を通過する際に絞り膨張されて低温低圧の気液混合状態となる。この低温低圧の気液混合状態の冷媒が熱交換器（冷却器）１２に流入して、この熱交換器１２内に貯留された冷却油（冷却用媒体である冷却用オイル）を冷却するのである。気液混合状態の冷媒は前記熱交換器１２内で冷却油の熱を奪って気化し、この気化熱により効率よく前記熱交換器１２内前記冷却油を冷却することができる。そして、前記熱交換器１２から流出した冷媒は、気液分離器であるアキュムレータ１４を介して前記圧縮機５に戻り、このようにして前述した冷媒は前記冷媒循環回路３内を循環することとなる。
【００１４】
なお、前記冷媒循環回路３には、前記圧縮機７により圧縮されて温度上昇したガス状の冷媒一部を冷却せずに前記熱交換器に流入させて冷却油を冷却する冷却能力を低減調整するバイパス路１５を付加し、このバイパス路１５中に流量調整弁であるバイパス弁であるモータ１６Ａにより開閉される電動弁１６を設ける。即ち、前記電動弁１６が開状態ではその開き度合に応じて低温の冷媒にガス状の高温冷媒が混合して前記熱交換器に流入するため、冷却能力は徐々に低下することとなり、また前記電動弁１６が全閉状態では、高温冷媒が混合せず、冷却能力が最大となり、この電動弁１６の開度を変更制御することにより、冷却能力を変更制御することができる。
【００１５】
なお、図１の点線で示すように、前記圧縮機７により圧縮されて温度上昇したガス状の冷媒一部を前記熱交換器と前記アキュムレータ１４との間に戻すようなバイパス路１５Ａを形成し、このバイパス路１５Ａ内にモータ１６Ａにより開閉される電動弁１６を設けてもよい。
【００１６】
１８は高圧スイッチで、前記凝縮器８の吐出側の冷媒の圧力が所定圧を超える高圧に達した場合に動作する圧縮機保護用のスイッチで、動作すると前記圧縮機７の運転は停止する構成である。
【００１７】
次に、前記オイル循環回路４について説明すると、このオイル循環回路４中に設けられた送油ポンプ２０は駆動モータ２０Ａによって駆動され、このオイル循環回路４中の冷却油（冷却用媒体である冷却用オイル）を一定流量で循環させる。
【００１８】
そして、オイル循環用の管内２３を流れる前記冷却油は前記熱交換器によって冷却された後、前記送油ポンプ２０により前記工作機械１に送られ、前記工作機械１の前記主軸頭を冷却することにより前記主軸を冷却する。
【００１９】
前記主軸頭を冷却した後は、前記オイル循環回路４に戻る前記冷却油は冷却油温度検出センサ２２により検出され、再度前記工作機械１に送られた後、前記熱交換器に戻って冷却される。
【００２０】
次に、制御ブロック図である図２において、温度制御手段であるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という。）２５は、前記電動弁１６の開度を制御して、前記工作機械１の前記主軸を支持する前記主軸頭の温度制御を行う。
【００２１】
このマイコン２５は、前記オイルクーラー５を統括制御するための制御手段であるＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）２６と、バスラインを介して前記ＣＰＵ２６に接続されると共に前記制御に係るプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）２７及び各種データを格納するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２８等を備えている。
【００２２】
また、温度制御手段である前記マイコン２５の前記ＣＰＵ２６にはインターフェース２９を介して表示装置３０及び入力装置３１等が接続されている。前記ＲＯＭ２７には、前記電動弁１６の開度を制御するためのＰＩＤ制御に係るプログラムが格納されている。
【００２３】
なお、前記ＣＰＵ２６は、計算（算出）手段、補正手段、判断手段、比較手段、指令手段及び制御手段等としての役割を果たすものである。
【００２４】
ここで、前述したＰＩＤ制御について、簡単に説明すると、このＰＩＤ制御は、現在値と設定値の偏差に比例した出力を出す比例動作（Ｐ動作）と、その偏差の積分に比例する出力を出す（Ｉ動作）と、偏差の微分に比例した出力を出す微分動作（Ｄ動作）の和を出力し、目標値に向かって制御することをいう。そして、前記比例動作（Ｐ動作）とは、比例帯内で、現在値と設定値の偏差に比例した操作量を働かす動作をいい、前記積分動作（Ｉ動作）は、オフセットが現れた場合に操作量を変えて、マニュアルリセットと同様にオフセットをなくすように働く動作であり、前記微分動作は（Ｄ動作）は、外乱などにより、検出温度が変化し始めると、その変化の度合いに応じ、偏差の少ないうちに大きな修正動作を加え、制御結果が大きく変動するのを防ぐ動作である。このＰＩＤ制御により、高精度、高速応答かつ高安定な制御を行うことができる。
【００２５】
そして、前記ＣＰＵ２６には、前記工作機械１の前記主軸頭を冷却して戻ってきた前記冷却油の温度（戻り油温）を検出する前記冷却油温度検出センサ２２が接続されると共に、前記オイルクーラー５の各駆動源である前記電動弁１６の前記モータ１６Ａ、前記圧縮機１６の前記モータ７Ａ、前記送風機９の前記ファンモータ９Ａ、前記送油ポンプ２０の前記駆動モータ２０Ａ等が接続されている。
【００２６】
一方、前記工作機械１にも、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えたマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という。）３５が設けられている。そして、このマイコン３５には基準温度検出センサ３７が接続され、また前記主軸を回転させるモータ３６とこのモータ３６の回転角度を把握するためのエンコーダ３８等が接続されている。
【００２７】
なお、基準温度は、一般的に室温又は前記工作機械１の構成要素中の熱容量が大きい部材の温度に設定され、前記基準温度センサ３７によって測定された温度が、基準温度として設定される。本実施形態では、前記基準温度検出センサ３７が基準部位となる前記工作機械１の構成要素のうち熱容量が大きい部材（部位）に設けられ、この基準温度検出センサ３７により検出された温度が基準温度として設定される。即ち、前記工作機械１において、前記基準温度検出センサ３７により検出された基準温度は前記マイコン３５により前記オイルクーラー５に送られて、前記ＣＰＵ２６により前記ＲＡＭ２８に基準温度として設定され格納記憶される。なお、前記基準温度検出センサ３７により検出された温度を前記基準温度として前記ＲＡＭ２８に設定して格納する方法に限らず、例えば前記表示装置３０と前記入力装置３１とを使用して、管理者（使用者）が前記基準温度を設定して、前記ＣＰＵ２６の指令により前記ＲＡＭ２８に格納させるようにしてもよい。
【００２８】
以上の構成により、前記電動弁１６の開度を制御調整する図３のフローチャートに基づいて、以下説明する。先ず、前記基準温度検出センサ３７が前記工作機械１の所定部位における前記基準温度を検出すると共に、前記冷却油温度検出センサ２２が前記工作機械１の前記主軸頭を冷却してから前記オイル循環回路４に戻った前記冷却油の温度を検出する（ステップＳ０１）。
【００２９】
この場合、前記基準温度検出センサ３７が検出した前記基準温度は、前記工作機械１のマイコン３５から前記オイルクーラー５の前記ＣＰＵ２６に送られ、前記ＲＡＭ２８に設定され格納記憶されると共に、前記冷却油温度検出センサ２２が検出した前記冷却油の温度も前記ＣＰＵ２６の指令により前記ＲＡＭ２８に格納記憶される。
【００３０】
次に、前記ＣＰＵ２６は前記オイル循環回路４に戻った前記冷却油の検出温度を、前記工作機械１の前記主軸を回転させるモータ３６の回転数に基づいて補正するように制御する（ステップＳ０２）。即ち、所定時間、例えば１分間に前記回転数が変化した場合に、その変化に応じて前記冷却油の前記検出温度を補正することが考えられる。具体的には、増加した場合の前記回転数の変化が大きい場合、中ぐらいの場合、小さい場合には、例えばそれぞれ前記冷却油の前記検出温度にある乗数（順に小さい数、例えば「１．０９」、「１．０６」、「１．０３」）を掛け算し、また減少した場合の前記回転数の変化が小さい場合、中ぐらいの場合、大きい場合には、例えばそれぞれ前記冷却油の前記検出温度にある乗数（順に小さい数、例えば「０．９７」、「０．９４」、「０．９１」）を掛け算して、前記ＣＰＵ２６が算出する。
【００３１】
なお、前記補正の方法は、上述した方法に限らず、前記工作機械１の前記主軸を回転させる前記モータ３６の回転数に対応して補正すればよく、他の方法としては、例えば前記モータ３６の回転数をある範囲毎に区分して、これらの区分に応じて定められた各乗数を掛け算するようにして求めるようにしてもよく、種々の方法が考えられる。
【００３２】
このように、前記ＣＰＵ２５が前記工作機械１からの前記主軸を回転させる前記モータ３６の回転数情報を得て、即ち前記ＣＰＵ２５が前記エンコーダ３８からの回転角度情報を受けたマイコン３５からの前記モータ３６の回転数情報を得て、前記モータ３６の回転数の変化に応じて、迅速に、前記モータ１６を制御して前記電動弁１６の開度を制御調整することができる。即ち、通常は工作機械１の前記主軸を回転させる前記モータ３６の回転数が上昇しても、工作機械１から戻る冷却油の温度に反映されるまでの時間（タイムラグ）が発生し、負荷変動時の戻り冷却油の温度のハンチング幅が大きくなるが、以上のように本発明によれば、先行して前記モータ３６の回転数情報を得ることにより、少しでも前記ハンチング幅を小さくできる。
【００３３】
次に、前記ＣＰＵ２６は前記冷却油の前記検出温度に前述した乗数を掛け算して求めた補正後の温度からステップＳ０１で検出した前記基準温度を引く計算する（ステップＳ０３）。
【００３４】
そして、このステップ０３で計算されて得られた算出温度が、前記ＣＰＵ２６により０（ゼロ）以上か否かが判断される（ステップＳ０４）。この場合、０以上でない、即ちマイナスの値であれば、前記ＣＰＵ２６は前記圧縮機１６の前記モータ１６Ａの運転を停止させるように制御すると共に（ステップＳ０６）、ステップＳ０１へと戻るように制御する。
【００３５】
また、前記ステップＳ０４において、前記ＣＰＵ２６により０以上であると判断されると、次に前記ＣＰＵ２６が前記圧縮機７が運転中か否かを判断すると共に（ステップＳ０６）、ステップＳ０３において算出された算出温度に基づいて、前記ＣＰＵ２６はＰＩＤ制御してパルス出力値を算出する（ステップＳ０７）。
【００３６】
そして、ステップＳ０６において、前記圧縮機７が運転中でないと判断されると運転を開始するように制御し（ステップＳ０８）、運転中であると判断されると運転を継続するように制御する（ステップＳ０９）。
【００３７】
そして、ステップＳ０７の後で、前記ＣＰＵ２６は算出したパルス出力値に基づいて前記電動弁１６が所定の開度になるように前記モータ１６Ａを制御し（ステップＳ１０）、次いでステップＳ０１に戻る。
【００３８】
この場合、前記電動弁１６の開度は全開状態で、弁体と弁座との隙間が０．７ｍｍであって、これを前記パルス出力値に応じて、例えば１４４０分割して制御するため、極めて高精度に制御することができる。そして、ステップＳ０３で求めた前記補正後の温度から前記基準温度を引いて計算した前記算出温度が所定温度以上となると、前記電動弁１６の弁座と弁体との隙間が閉じられるが、前記算出温度が小さくなると前記隙間を徐々に開いていくという動作が、前述したＰＩＤ制御により迅速に行われることとなる。従って、前記算出温度が小さくなると前記隙間を徐々に開くこととなり、前記圧縮機１６を介する暖かい前記冷媒の一部が前記バイパス路１５を介して前記熱交換器１２に流れるようになり、前記補正後の温度と前記算出温度との差が目標の数値となるように制御され、結果として、前記主軸頭の温度が前記基準温度に対して常に一定の温度差を保つようにされることとなる。
【００３９】
以上のように、ＰＩＤ制御により前記電動弁１６の開度を変更制御してフィードバック制御を行うものであり、前記モータ３６による前記主軸の回転速度は、停止状態から毎分数千回転以上にまで変動するので、前記主軸を支持する前記主軸頭を冷却して温度制御を行い、この主軸頭の温度が基準温度に対して常に一定の温度差を保つようにされる。
【００４０】
以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【００４１】
１              工作機械
４              オイル循環回路
７              圧縮機
１６            電動弁
１６Ａ          モータ
２２            冷却油温度検出センサ
２６            ＣＰＵ
３６            モータ
３７            基準温度検出センサ
【図１】
0006375175.tif 000002
【図２】
0006375175.tif 000003
【図３】
0006375175.tif 000004