(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具またはワークを一端に保持し回転駆動する主軸と、該主軸を回転軸として回転駆動するビルトイン・モータと、該主軸を回転自在に軸支し該ビルトイン・モータを保持するハウジングとを有する工作機械において、
前記主軸の温度を検出する温度検出手段と、前記ビルトイン・モータの周囲に配設され冷却液が満たされたウォーター・ジャケットと、該冷却液を該ウォーター・ジャケットに供給する冷却液供給装置と、該温度検出手段からの信号に基づき該ビルトイン・モータの消費電力及び該冷却液供給装置を制御する制御手段と、を有し、
前記ビルトイン・モータの発熱により前記主軸の昇温を促進することを特徴とする急速暖機工作機械。
【請求項２】
工具またはワークを一端に保持し回転駆動する主軸と、該主軸を回転軸として回転駆動するビルトイン・モータと、該主軸を回転自在に軸支し該ビルトイン・モータを保持するハウジングとを有する工作機械において、
前記主軸の温度を検出する温度検出手段と、前記回転する工具またはワークに作用して該工具またはワークの回転を抑制する回転抑制手段と、該温度検出手段からの信号に基づき該回転抑制手段を制御する制御手段と、を有し、
前記回転抑制手段で前記ビルトイン・モータにかかる負荷トルクを増大させて該モータを発熱させ、該発熱により前記主軸の昇温を促進することを特徴とする急速暖機工作機械。
【請求項３】
前記工作機械は、研削盤であり、
前記主軸は、砥石を回転駆動する砥石軸であって、
前記回転抑制手段は、該砥石に研削液を吹き付ける回転負荷ノズルを有する請求項２記載の急速暖機工作機械。
【請求項４】
前記温度検出手段からの信号に基づいて前記暖機運転の完了を報知する報知手段を有する請求項１或いは請求項２記載の急速暖機工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸に組み込まれたビルトイン・モータを有する工作機械の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の一例として、研削盤を例に取って説明する。砥石軸にビルトイン・モータを備えた研削盤において、ワークを精密に研削するためには、暖機運転を行って砥石軸が通常運転中の温度とほぼ同等に昇温し、熱膨張による砥石軸の軸線方向の寸法を安定させることが必要である。従来から行われている研削盤の暖機運転では、作動油、潤滑油、冷却液および研削液などのポンプを回しつつ、ワークを研削することなく砥石軸を回転させて一定時間を暖機運転に費やしている。暖機運転に費やす時間は経験的に定めてられており、特に暖機運転に費やす時間を短縮する工夫はなされておらず、また、暖機運転の完了を知る手段も用意されてはいない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の研削盤の暖機運転では、経験的に定められた一定時間以上を暖機運転すれば、ビビリが発生したり研削精度が落ちるなどの運転初期の不具合が回避されるという経験則にのみ基づいて暖機運転が行われている。それゆえ、研削を始める当初の一個目のワークから正常な研削を行うためには、余裕を持って暖機運転をすることが必要になり、暖機運転に要する時間が長くなってしまうという不都合が生じる。また、一旦停止した後に運転を再開した場合には、どの程度の時間を暖機運転に要するかが判定しがたいので、始業時と同程度の時間をかけて暖機運転している場合が多く、不要に長い時間が暖機運転に費やされるという不都合も生じる。
【０００４】
これらの不都合は、上記例示の研削盤に限定されるものではなく、主軸に組み込まれたビルトイン・モータを有する工作機械一般について生じる。
そこで本発明は、従来技術の工作機械よりも暖機運転に費やす時間が短くて済む急速暖機工作機械を提供することを解決すべき課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載の急速暖機工作機械である。
本手段では、急速暖機工作機械の暖機運転を始めると、制御手段でビルトイン・モータの消費電力と冷却液供給装置が制御され、ビルトイン・モータが発熱する。制御手段が暖機運転中には冷却液供給装置の運転を行わなわないように制御することで、少なくともビルトイン・モータの温度が所定温度以下である間は、冷却液をウォーター・ジャケットに供給しないようにするので、ビルトイン・モータが冷却液により冷却されないで、ビルトイン・モータが組み込まれた主軸の昇温が促進されるので、短時間のうちに主軸温度が上昇する。そして、主軸の温度が定常運転中の温度に近い所定の温度にまで上昇すると、温度検出手段が主軸の温度を直接的または間接的に検出して、主軸温度が所定温度にまで達したことを示す信号を発する。すると、制御手段が、温度検出手段からの信号に基づいてビルトイン・モータの消費電力及び冷却液供給装置するので、主軸温度は、定常運転時の主軸温度を超えることなく定常運転時の主軸温度付近で安定する。
【０００６】
したがって本手段によれば、短時間のうちに主軸温度が定常運転時の温度近くにまで昇温させられるので、従来技術の工作機械よりも暖機運転に費やす時間が短くて済む急速暖機工作機械を提供することができるという効果がある。
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載の急速暖機工作機械である。
【０００７】
本手段では、急速暖機工作機械の暖機運転を始めると回転抑制手段でビルトイン・モータに定常運転時以上の回転負荷がかかり、ビルトイン・モータが定常運転時以上に発熱する。その結果、ビルトイン・モータの回転軸を兼ねている主軸が加熱されて、主軸温度は通常の暖機運転よりも急速に上昇する。それゆえ、本手段では回転抑制手段を備えるだけでよく、主軸を昇温するための加熱手段をビルトイン・モータ自体以外に別途必要としないので、比較的簡素な装置構成で急速暖機工作機械を実施することができる。
【０００８】
（第３手段）
本発明の第３手段は、請求項３記載の急速暖機工作機械、すなわち急速暖機研削盤である。
【０００９】
本手段では、工作機械は研削盤であり、主軸は砥石を回転駆動する砥石軸であって、回転抑制手段は、砥石に研削液を吹き付ける回転負荷ノズルを有する。すなわち、本手段の急速暖機研削盤では、回転抑制手段がブレーキ装置などを必要とせず、単に砥石に研削液を吹き付ける回転負荷ノズルと、同ノズルへの研削液の供給を制御する装置とを備えるだけで済む。それゆえ、装置構成が簡素であるばかりではなく、ブレーキ装置などと異なってブレーキシューなどの消耗部品がないので、保守も容易である。
【００１２】
（第４手段）
本発明の第４手段は、請求項４記載の急速暖機工作機械である。
本手段では、温度検出手段からの信号に基づいて暖機運転の完了を報知する報知手段を有するので、暖機運転の完了後、すぐに通常運転に移行することができ、時間の無駄がない。
【００１３】
したがって本手段によれば、前述の第１手段の効果に加えて、暖機運転の完了後、速やかに通常運転に移行することができるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明の急速暖機工作機械の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１の構成）
本発明の実施例１としての急速暖機工作機械は、図１に示すように、砥石１を一端に保持する主軸としての砥石軸２と、砥石軸２を回転軸とし砥石軸２を回転駆動するビルトイン・モータ３と、砥石軸２を軸受け２１，２２で回転自在に軸支しビルトイン・モータ３を保持するハウジング４とを有する研削盤である。
【００１５】
ビルトイン・モータ３の周囲には、冷却液が満たされたウォーター・ジャケット５が配設されており、ハウジング４の付近には、吸入ポート５１および排出ポート５２を介してウォーター・ジャケット５に冷却液を循環させて供給する冷却液供給装置が装置されている。冷却液供給装置は、冷却液を圧送するポンプ５４、冷却液ポンプ５４を駆動するモータ５３、冷却液タンク５５および冷却装置５６からなる。
【００１６】
本実施例の研削盤はさらに、暖機運転中に主軸としての砥石軸２の昇温を促進する主軸昇温手段と、砥石軸２の温度を間接的に検出する温度検出手段と、温度検出手段からの信号に基づき主軸昇温手段を制御する制御手段とを備えた、急速暖機研削盤である。
上記主軸昇温手段としては、砥石軸２に回転負荷を付与する回転負荷付与手段としての回転負荷ノズル６と、回転負荷ノズル６に研削液を供給する電磁弁６１、研削液ポンプ６４、モータ６３および研削液タンク６５とが装置されている。回転負荷ノズル６は、砥石１に研削液を吹き付けて砥石１の回転負荷を増大させる作用を有する。砥石１に吹き付けられた研削液は、砥石１の下に形成された研削液溜まり６６から、研削液タンク６５へ回収される。
【００１７】
回転負荷ノズル６は、図２に示すように、砥石１の外周面に近接して二つが装置されており、砥石１の外周面に略垂直に大量の研削液を吹きかけるようになっている。高速で回転している砥石１は、外周面に大量の研削液による流体抵抗を受け、その結果、回転を妨げる方向に負荷トルクを受ける。
ここで、本実施例の急速暖機研削盤は、回転負荷ノズル６とは別に、ワークＷの被研削面に研削液を吹き付ける通常の研削盤と同様の研削液ノズル９をも有する。研削液ノズル９には、図面の簡素化のために前述の図１には記載されていないが、図示しない電磁弁を介して研削液ポンプ６４（図１参照）から研削液が供給される。研削液ノズル９から砥石１およびワークＷに吹き付けられた研削液も、砥石１の下に形成された研削液溜まり６６から、研削液タンク６５へ回収される。なお、暖機運転中には、ワークＷと砥石１とは互いに離れており、研削液ノズル９に研削液は供給されない。
【００１８】
上記温度検出手段としては、再び図１に示すように、ビルトイン・モータ３のステータに組み込まれたサーミスタである温度センサ７と、温度センサ７の出力信号をＡ／Ｄ変換して制御装置８に伝達するＡ／Ｄアダプタ７１とが装置されている。温度センサ７は、砥石軸２の温度を直接計測するものではないが、ビルトイン・モータ３のステータの温度を計測することによって、砥石軸２の温度を間接的に計測する。
【００１９】
上記制御手段としては、プログラマブル・シーケンスコントローラである制御装置８が装備されている。制御装置８は、温度検出手段としての温度センサ７からの信号に基づいて、上記主軸昇温手段を制御するとともに、上記冷却液供給装置をも制御する。また、制御装置８には、温度センサ７からの信号に基づいて暖機運転の完了を操作員に報知する報知手段として、暖機完了ランプ（図３参照）が装置されている。
【００２０】
なお、制御装置８は、暖機運転が完了したら暖機完了ランプでその旨を操作員に報知するとともに、自動的にワークＷの研削作業を開始するように構成されていても良い。
（実施例１の作用効果）
本実施例の急速暖機研削盤は、以上のように構成されているので、以下のような作用効果を発揮する。
【００２１】
制御装置８は、図３のラダー回路図に示すようなロジックで、研削盤の暖機運転制御を行う。
すなわち、操作員が起動スイッチを押して暖機運転の始動を命じると、通電されてソレノイドコイルＳＯＬ１のリレーが閉じ、砥石軸モータであるビルトイン・モータ３に通電されて砥石軸２が回転駆動される。それとともに、砥石軸モータのリレーが閉じた状態で、温度センサ７からの所定温度に達したことを示すセンサ信号がまだ届いていないので、研削液ポンプ６４を駆動するモータ６３と電磁弁６１と（図１参照）に通電され、研削液（クーラント）が回転負荷ノズル６に圧送される。また、砥石軸モータのリレーが閉じてはいても、温度センサ７からの所定温度に達したことを示すセンサ信号がまだ届いていないので、冷却液をウォーター・ジャケット５に循環させる冷却液ポンプ５４を駆動するモータ５３はまだ駆動されない。その結果、ビルトイン・モータ３の負荷トルクが増大するうえに、冷却液によるビルトイン・モータ３の冷却が行われないので、ビルトイン・モータ３の温度は急速に上昇する。すると、昇温したビルトイン・モータ３から砥石軸２への熱伝達が盛んになって、暖機運転の間、砥石軸２が急速に昇温する。
【００２２】
暖機運転が十分に行われ、温度センサ７から所定温度に達したことを示すセンサ信号が制御装置８に送られると、暖機完了ランプに通電されて暖機完了ランプが点灯し、操作員に暖機運転が完了したことが報知される。それとともに、冷却液をウォーター・ジャケット５に循環させる冷却液ポンプ５４を駆動するモータ５３に通電されて、冷却液によるビルトイン・モータ３の冷却が開始される。また、研削液ポンプ６４を駆動するモータ６３と電磁弁６１とへの通電が断たれ、回転負荷ノズル６への冷却液の供給は停止する。そして、論理の簡素化のために図３には明示されていないが、研削液は研削液ノズル９に供給されるようになる。これをもってビルトイン・モータ３は通常の運転状態に入り、砥石軸２もすでに十分に昇温されているので、精密なワークＷの研削が可能になる。
【００２３】
なお、暖機運転中でも通常運転中でも、停止スイッチが押されれば速やかに全てのモータ２，５３，６３が停止し、本実施例の急速暖機研削盤の運転は停止する。
以上の作用を、図４に示すように、フローチャートをもって説明することもできる。
【００２４】
すなわち、起動スイッチが投入されると、ステップＳ１で砥石軸モータであるビルトイン・モータ３が起動され、暖機運転が開始される。次にステップＳ２で、制御装置８に温度センサ７からの温度信号の取り込みが行われ、続いて判定ステップＳ３で、同温度信号が暖機運転の完了を判定する基準となる所定の温度以上であるか否かがが判定される。上記温度信号が所定値以上でないと判定されると、ステップＳ４に進み、ソレノイドコイルＳＯＬ１が投入され、回転負荷ノズル６に冷却液を圧送する研削液ポンプ６４が駆動される。
【００２５】
この時点では、冷却液をウォーター・ジャケット５に循環させる冷却液ポンプ５４は始動されていないので、ウォーター・ジャケット５によるビルトイン・モータ３の強制冷却は行われていない。それゆえ、回転負荷ノズル６によりビルトイン・モータ３の負荷トルクが増大するうえに、冷却液によるビルトイン・モータ３の強制冷却が行われないので、ビルトイン・モータ３の温度は急速に上昇し、砥石軸２が急速に昇温する。温度センサ７からの温度信号が所定値以上でない限りは、ステップＳ２〜Ｓ４のルーチンが繰り返され、暖機運転が続けられる。（ただし、論理の説明の簡素化のために図４には明示されていないが、暖機運転中でも停止スイッチが押されれば、ビルトイン・モータ３および研削液ポンプ６４を停止させるステップが用意されており、当然のことながら暖機運転中でも停止が可能である。）
しかし、温度センサ７からの温度信号が所定値以上に達し、ステップＳ３で暖機運転が完了したものと判断されれば、制御装置８の制御はステップＳ５〜Ｓ８へと進む。すなわち、ステップＳ５で暖機運転の完了を操作員に報知する暖機完了ランプが点灯し、ステップＳ６でウォーター・ジャケット５に冷却液を圧送する冷却液ポンプ５４を駆動するモータ５３が起動される。さらにステップＳ７でソレノイドコイルＳＯＬ１のリレーが開き、回転負荷ノズル６への研削液の供給が停止され、研削液は研削液ノズル９に供給されるようになる。さらにステップＳ８では、停止スイッチが押されているか否かが判定され、停止スイッチが押されない限りはステップＳ２〜Ｓ３，Ｓ５〜Ｓ８のルーチンが繰り返されて、通常運転が続けられる。
【００２６】
ここで、停止スイッチが押され、ステップＳ８でその旨の判定がなされると、制御装置８の制御はステップＳ９，Ｓ１０に進み、本実施例の急速暖機研削盤はその運転を停止する。すなわち、砥石軸モータであるビルトイン・モータ３と、冷却液ポンプ５４を駆動するモータ５３と、研削液ノズル９に研削液を圧送しているポンプとが停止されて、運転が停止される。
【００２７】
本実施例の急速暖機研削盤の効果を確認する目的で、発明者らは比較評価試験を実施し、その結果、図５に示すように、本実施例には暖機運転時間の短縮に極めて高い効果があることが確認された。
すなわち、本実施例のように回転負荷ノズル６とウォーター・ジャケット５の冷却液制御とがある場合（▲）には、わずか８分間で暖機運転が完了したと判定される６５℃の温度に達した。その後、回転負荷ノズル６への研削液の供給が停止されるとともに、ウォーター・ジャケット５に冷却液が供給されて通常運転に入っているので、１０分間以降では６５℃付近で温度は安定している。
【００２８】
一方、別の実施例として回転負荷ノズル６の運転だけを行い、ウォーター・ジャケット５への冷却液の循環が暖機運転中にも行われていた場合（■）には、判定温度である６５℃に達するには１３分間がかかっている。なお、６５℃に達しても回転負荷ノズル６の運転を続けていると、暖機運転を２０分間近く行った時点において、７０℃をやや超えた温度で温度センサ７の温度信号は安定した。
【００２９】
最後に、暖機運転中もウォーター・ジャケット５への冷却液の循環を行い、そのうえ回転負荷ノズル６を運転しない従来と同じ暖機運転を行った場合（◆）、６５℃に達して安定するまでに３０分間を要した。
発明者らはまた、本実施例の急速暖機研削盤を一時停止した後に再始動した場合に、暖機運転を完了するまでにどれだけの時間がかかるか調べることを目的に、一時停止時間を３分間、５分間、１０分間、３０分間、１時間、１２時間と変えて試験を実施した。その結果、回転負荷ノズル６とウォーター・ジャケット５の冷却液制御とがある本実施例の場合には、５〜８分間で暖機運転が完了した。一方、別の実施例として回転負荷ノズル６の運転だけを行い、ウォーター・ジャケット５への冷却液の循環が暖機運転中にも行われていた場合には、７〜１３分間で暖機運転が完了した。いずれの場合も、暖機運転に３０分間をかけていた従来の研削盤に比べ、暖機運転時間の大幅に短縮されるという効果があることが確認された。
【００３０】
以上詳述したように、本実施例の急速暖機工作機械としての急速暖機研削盤には、次の（１）〜（３）の三つの効果がある。
（１）暖機運転中に、回転負荷ノズル６によってビルトイン・モータ３にかかる負荷トルクが増大するので、ビルトイン・モータ３の発熱が増大して急速に昇温し、砥石軸２の昇温も促進され、暖機運転に要する時間が短縮される。
（２）暖機運転中には、ウォーター・ジャケット５による強制冷却が行われないので、ビルトイン・モータ３の昇温がさらに急速になり、砥石軸２の昇温も促進されて、暖機運転に要する時間がよりいっそう短縮される。
（３）暖機運転の完了が暖機完了ランプにより作業員に報知され、自動的に暖機運転から通常運転に切り替わるので、暖機運転に必要以上の余分な時間をかけることなく、速やかに研削作業を開始することが可能になる。
【００３１】
（実施例１の各種変形態様）
本実施例の変形態様として、回転負荷ノズル６の代わりに、砥石軸２に適正な回転負荷を与えるディスクブレーキまたはパウダブレーキなどのブレーキ装置を装備しても良い。
あるいは、砥石軸２の加速減速を繰り返したり、砥石軸２を安全限度内で通常運転での回転速度よりも速い回転速度で回すなどして、ビルトイン・モータ３の消費電力を増大させ、ビルトイン・モータ３の昇温を促進しても良い。また、ビルトイン・モータ３の駆動回路のスイッチング周波数を変えるなど、ビルトイン・モータ３の動力変換率を落として消費電力を増大させ、ビルトイン・モータ３の昇温を促進しても良い。このようにビルトイン・モータ３の運転状態を変えてビルトイン・モータ３の発熱を促す主軸昇温手段を用いれば、回転負荷ノズル６のように比較的大がかりな装置を必要とせず、ビルトイン・モータ３のコントローラを改造するだけで済む。それゆえ、コスト上昇が低減されるという付帯効果がある。
【００３２】
別の変形態様として、冷却液を加熱昇温するヒータを備えてウォーター・ジャケット５に送り込む冷却液を加熱し、通常とは逆に冷却液でもってビルトイン・モータ３を加熱昇温する構成を取ることもできる。本変形態様によれば、暖機運転に要する時間をよりいっそう短縮することが可能になる。
なお、温度センサ７をより簡素で安価なバイメタルに置換する変形態様も実施可能で、本変形態様によれば、前述の実施例１よりもいくらかコストダウンが可能になる。
【００３３】
逆に、砥石軸２自体に温度センサ７を付設し、砥石軸２の温度を直接的に検出するようにすれば、暖機運転の完了の判定がより正確に行われるようになる。また、冷却液、研削液、潤滑油などの温度を検出する温度センサを装備し、急速暖機研削盤のより詳細な温度情報を制御装置８に与えて、ファジー制御などのより高度な制御則により急速暖機研削盤の温度制御をするようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１としての急速暖機研削盤の構成を示す模式図
【図２】  実施例１の砥石および回転負荷ノズル等を示す模式図
【図３】  実施例１の制御装置の制御ロジックを示すラダー回路図
【図４】  実施例１の制御装置の制御ロジックを示すフローチャート
【図５】  実施例１の比較評価試験の結果を示すグラフ
【符号の説明】
１：砥石    ２：砥石軸（主軸として）    ２１，２２：軸受け
３：ビルトイン・モータ    ４：ハウジング
５：ウォーター・ジャケット
５１：吸入ポート    ５２：排出ポート
５３：モータ    ５４：冷却液ポンプ
５５：冷却液タンク    ５６：冷却装置
６：回転負荷ノズル
６１：電磁弁    ６３：モータ    ６４：研削液ポンプ
６５：研削液タンク    ６６：研削液溜まり
７：温度センサ（サーミスタ）    ７１：Ａ／Ｄアダプタ
８：制御装置（プログラマブル・シーケンスコントローラ）
９：研削液ノズル    Ｗ：ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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