JP2002039658A

JP2002039658A - 流体による被冷却体の温度制御方法および装置

Info

Publication number: JP2002039658A
Application number: JP2000229085A
Authority: JP
Inventors: Takao Yano; 野貴生矢; Katsuto Endo; 藤克仁遠; Yutaka Asanome; 裕浅野目; Yoshiaki Kai; 斐義章甲
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】直接に温度を計測することが難しく冷却流体
の温度制御により間接的に複数の被冷却体の温度を制御
する場合において、冷却過多もしくは冷却不足が生じな
いような適切に冷却することができるようにする。【解決手段】各々の被冷却体１、２ａ、２ｂの冷却通
路入口側と出口側における冷却用流体の温度並びに各々
の被冷却体を流れる冷却用流体の流量を測定し、測定し
た温度と流量に基づいて各々の被冷却体１、２ａ、２ｂ
について適正目標温度を想定し、適正目標温度に基づい
て各々の被冷却体に分配される冷却用流体の入口温度ま
たは流量の目標値を決定し、各々の被冷却体に分配する
冷却用流体の入口温度または流量が前記目標値になるよ
うに、各々の被冷却体の出口側で流量を制御することに
より、各々の被冷却体１、２ａ、２ｂの温度を適正目標
温度に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体による被冷却
体の温度制御方法および装置に係り、特に、機械におけ
る複数の発熱部を冷却用流体の循環により冷却する場合
に、適正な温度制御を行い温度を目標値に保てるように
した被冷却体の温度制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、冷却用流体を循環させて、複数
の発熱部を冷却する従来の冷却装置を示す。この図２で
は、従来の冷却装置を工作機械に利用した例を示してい
る。工作機械では、主軸１や送り機構のボールねじ２
ａ、２ｂが多量の熱を発生する部分で、熱変形を防止す
るために冷却油を循環して冷却することが行われてい
る。

【０００３】この図２において、３が冷却用流体として
の冷却油のリザーバタンクで、４が冷却ポンプである。
この冷却ポンプ４から吐出された冷却油は、冷却器５で
冷却されてから、冷却配管６を介して主軸１を冷却する
ためのオイルジャケット７に送られるようになってい
る。主軸１のオイルジャケット７から導出された冷却油
は、次いで、冷却配管８を流れてボールねじ２ａ、２ｂ
に送られる。この図２では、機械の複数の送り軸のう
ち、２本のボールねじ２ａ、２ｂを例示している。それ
ぞれボールねじ２ａ、２ｂには、軸方向に貫通する冷却
通路が形成されており、これらの冷却通路は冷却配管９
を介して直列につながっている。そして、ボールねじ２
ａ、２ｂを冷却した冷却水は、冷却配管１０を流れてリ
ザーバタンク３に戻される。

【０００４】以上のような冷却装置で工作機械の発熱部
を冷却する場合、適正に冷却するために発熱部の温度管
理を行なう必要がある。しかしながら、主軸１やボール
ねじ２ａ、２ｂのように、直接に温度を測定することが
難しい発熱部の場合には、冷却水の温度を制御すること
で間接的な温度制御を行なわざるを得ないことがある。

【０００５】そこで、従来から広く採用されているの
は、図２に示すように、冷却ポンプ４の吸込口と、冷却
器５の出口にそれぞれ温度センサ１１、１２を設けるこ
とにより、冷却水の温度を制御装置１３に取り込んで行
う温度制御方法である。制御装置１３は、冷却水の温度
があらかじめ定めた設定温度になるように、冷却ポンプ
４を操作して冷却油の流量を調整したり、あるいは、冷
却器５の冷却能力を調整することにより冷却水の温度制
御を行なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
工作機械のように、冷却油の循環経路に主軸１やボール
ねじ２ａ、２ｂというような複数の発熱部がある場合に
は、最上流の主軸１が最も冷却され、下流になるにした
がって冷却油は熱を吸収して昇温し、最下流に位置する
ボールねじ２ｂに対しては冷却効果がかなり低減してし
まう。その結果、冷却油の温度を管理しているにも関ら
ず、主軸１には冷却過多、ボールねじ２ｂには冷却不足
といった現象が生じるという問題があった。

【０００７】また、主軸１、ボールねじ２ａ、ボールね
じ２ｂの各々で、実際に冷却された結果の温度にばらつ
きが生じるのが避けられず、全体として一定の目標温度
に保つことが非常に困難であった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、直接に温度を計測することが難
しく冷却流体の温度制御により間接的に複数の被冷却体
の温度を制御する場合において、冷却過多もしくは冷却
不足が生じないような均等に冷却することができるよう
にした流体による被冷却体の温度制御方法および装置を
提供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、各々の被冷却
体の温度を目標値に適切に保てるようにした流体による
被冷却体の温度制御方法および装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の記載した発明は、冷却用流体の流れる
冷却通路を有する複数の被冷却体を可変流量の冷却ポン
プで循環する冷却流体で冷却しながら所定の目標温度に
保つ温度制御方法であって、前記各々の被冷却体の冷却
通路入口側と出口側における冷却用流体の温度並びに各
々の被冷却体を流れる冷却用流体の流量を測定し、測定
した温度と流量に基づいて各々の被冷却体について適正
目標温度を想定し、前記適正目標温度に基づいて各々の
被冷却体に分配される冷却用流体の入口温度または流量
の目標値を決定し、前記各々の被冷却体に分配する冷却
用流体の入口温度または流量が前記目標値になるよう
に、各々の被冷却体の出口側で流量を制御することによ
り、各々の被冷却体の温度を前記適正目標温度に保つこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項４に記載した発明は、冷却用
流体の流れる冷却通路を有する複数の被冷却体を可変流
量式の冷却ポンプで循環する冷却水で冷却しながら所定
の目標温度に保つ温度制御装置であって、前記各々の被
冷却体の冷却通路出口側にそれぞれ配置される第１の温
度検出器と、前記各々の被冷却体の冷却通路出口側にそ
れぞれ配置される流量制御弁と、前記各々の被冷却体の
冷却通路出口側にそれぞれ配置される流量計と、前記冷
却ポンプから吐出される冷却用流体を冷却する冷却器
と、前記冷却器の出口側に配置される第２の温度検出器
と、前記冷却ポンプの吸込口に配置される第３の温度検
出器と、前記第１温度検出器と第２温度検出器で測定し
た温度と前記流量計で測定した流量に基づいて各々の被
冷却体について適正目標温度を想定し、前記適正目標温
度に基づいて各々の被冷却体に分配される冷却用流体の
入口温度または流量の目標値を決定する演算手段と、前
記各々の被冷却体に分配する冷却用流体の入口温度また
は流量が前記目標値になるように、各々の被冷却体の流
量制御弁の流量を制御する流量制御手段と、を備えるこ
とを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による流体による被
冷却体の温度制御方法および装置の一実施形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明に
よる温度制御方法を実施するための装置を示す図であ
り、図２と同様に工作機械の主軸１、送り軸のボールね
じ２ａ、２ｂを被冷却体として、冷却油を可変容量形の
冷却ポンプ４で循環することで冷却するようになってい
る。

【００１３】冷却ポンプ４は、リザーバタンク３から吸
込んだ冷却油を冷却器５に送り、ここで、冷却油を冷却
してから、主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂに分配する。
この場合、冷却器５の下流の配管は、冷却配管２０ａ、
２０ｂに分岐し、さらに冷却配管は、ボールねじ２ａ、
２ｂに冷却油を送る冷却配管２１ａ、２１ｂに分岐する
ようになっている。

【００１４】冷却配管２０ａから主軸１に導入された冷
却油は、オイルジャケット７を流れて主軸１を冷却して
から冷却配管２２に導出される。一方、冷却配管２１
ａ、２１ｂからそれぞれボールねじ２ａ、２ｂに導入さ
れた冷却油は、軸方向に延びる冷却通路を流れて冷却配
管２３ａ、２３ｂに導出される。冷却配管２２と、冷却
配管２３ａ、２３ｂは、合流して戻り配管２４となり、
冷却油はリザーバタンク３に戻されるようになってい
る。

【００１５】本実施の形態では、主軸１、ボールねじ２
ａ、２ｂの冷却通路出口側の配管２２、２３ａ、２３ｂ
には、第１の温度センサ２５ａ乃至２５ｃ、流量計２６
ａ乃至２６ｃおよび流量制御弁２７ａ乃至２７ｃが設け
られている。

【００１６】他方、冷却器５の出口側には、第２の温度
センサ２８が設けられており、この第２温度センサ２８
により、主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂの入口側での冷
却油の温度を測定する。また、冷却ポンプの吸込口に
は、第３の温度センサ２９が設けられ、吸込口での冷却
油の温度を測定することができるようになっている。

【００１７】なお、図１において、参照符号３０は制御
装置で、この制御装置３０は、第１温度センサ２５ａ乃
至２５ｃ、第２温度センサ２８、第３温度センサ２９に
よって測定した冷却油の温度データや、流量計２６ａ乃
至２６ｃによって測定した流量データを取り込み、所定
の演算を行い、後述するように、流量制御弁２７ａ乃至
２７ｃや冷却器５を制御する。また、制御装置３０は、
インバータ部３１を介して冷却ポンプ４の回転数を制御
するようになっている。なお、冷却ポンプの回転数の制
御には、インバータ部３１の替りにサーボ部を用いるよ
うにしてもよい。

【００１８】以下、詳細に温度制御の内容について説明
する。冷却ポンプ４から吐出された冷却油は、冷却器５
で冷却されてから主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂに分配
される。そして、主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂを冷却
油が通過することで、主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂは
冷却されることになる。

【００１９】そこで、まず冷却油の温度は、第２温度セ
ンサ２８によって、入口側の温度が測定され、第１温度
センサ２５ａ乃至２５ｃによって出口側の温度が測定さ
れる。また、流量計２６ａ乃至２６ｃによって、それぞ
れ主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂを通過する冷却油の流
量が計測される。制御装置３０は、通過する冷却油の流
量と、入口側の温度、出口側の温度並びに主軸１、ボー
ルねじ２ａ、２ｂの熱容量から演算して、主軸１、ボー
ルねじ２ａ、２ｂの各々について現在の温度を推定し、
その推定温度に基づいて適正目標温度を想定する。この
適正目標温度は、現在の主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂ
の推定温度並びに冷却油の温度、流量から見て、それぞ
れ主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂについて、温度を保つ
ために適正とされる目標温度である。

【００２０】次いで、制御装置３０は、主軸１、ボール
ねじ２ａ、２ｂの各々について求めた適正目標温度か
ら、通過する冷却油の流量の目標値と、冷却油の入口側
の温度の目標値を決定する。

【００２１】以後、制御装置３０は、流量計２６ａ乃至
２６ａから取り込んだ流量の検出値または第２温度セン
サ２８から取り込んだ温度の検出値と、目標値とを比較
し、検出値が目標値に一致するように流量制御弁２７ａ
乃至２７ｃの開度を調整することにより流量制御を実行
する。これにより、主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂの各
々に導入される冷却油の温度または流量が目標値に制御
することにより、それぞれが個別に適正目標温度に保た
れ、過冷却や冷却不足になるのを防止することができ
る。

【００２２】以上のような温度制御とともに、次のよう
に冷却ポンプ４、冷却器５の運転制御を以下のように並
行して行うことにより、より適切な温度制御を行うよう
にしてもよい。

【００２３】すなわち、制御装置３０は、第３温度セン
サ２９によって検出した吸込側での冷却油の温度から、
冷却ポンプ４の適正回転数を決定し、インバータ部３１
を介して冷却ポンプ４の回転数を適正回転数に制御す
る。これにより、機械に負荷等が大きくなって、主軸
１、ボールねじ２ａ、２ｂを通過した冷却油の温度が急
に上昇したような場合には、油温の上昇に対応するよう
に冷却ポンプ４の回転数が修正されて、冷却油の全体流
量が調整されるので、主軸１、ボールねじ２ａ、２ｂを
より正確に適正目標温度内に保つことができる。

【００２４】また、制御装置３０は、第３温度センサ２
９によって検出した吸込側での冷却油の温度から、冷却
器５の適正な仕事量を決定し、この仕事量で冷却器５を
運転するようにしてもよい。これにより、急激な冷却油
の昇温に対して、冷却器５の仕事量に修正を加え、冷却
油の入口側の温度を全体として調整することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、直接に温度を計測することが難しく冷却流体
の温度制御により間接的に複数の被冷却体の温度を制御
する場合において、冷却過多もしくは冷却不足が生じな
いような均等に冷却することができ、また、各々の被冷
却体の温度を目標値に適切に保つことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による被冷却体の温度制御方法を実施す
るための制御装置の一実施形態例を示す説明図。

【図２】従来の温度制御装置の説明図。

【符号の説明】

１主軸２ａ、２ｂボールねじ３リザーバタンク４冷却ポンプ５冷却器２５ａ乃至２５ｃ第１温度センサ２６ａ乃至２６ｃ流量計２７ａ乃至２７ｃ流量制御弁２８第２温度センサ２９第３温度センサ３０制御装置３１インバータ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野目裕静岡県沼津市大岡2068の３東芝機械株式会社内 (72)発明者甲斐義章静岡県沼津市大岡2068の３東芝機械株式会社内Ｆターム(参考） 3L044 AA01 CA03 CA12 DB02 DD07 FA02 HA01 JA01 KA02 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却用流体の流れる冷却通路を有する複数
の被冷却体を可変流量の冷却ポンプで循環する冷却流体
で冷却しながら所定の目標温度に保つ温度制御方法であ
って、前記各々の被冷却体の冷却通路入口側と出口側における
冷却用流体の温度並びに各々の被冷却体を流れる冷却用
流体の流量を測定し、測定した温度と流量に基づいて各々の被冷却体について
適正目標温度を想定し、前記適正目標温度に基づいて各々の被冷却体に分配され
る冷却用流体の入口温度または流量の目標値を決定し、前記各々の被冷却体に分配する冷却用流体の入口温度ま
たは流量が前記目標値になるように、各々の被冷却体の
出口側で流量を制御することにより、各々の被冷却体の
温度を前記適正目標温度に保つことを特徴とする流体に
よる被冷却体の温度制御方法。
【請求項２】前記冷却ポンプの吸込側での冷却用流体の
温度を測定し、この冷却用流体の吸込側の温度から冷却
ポンプの適正回転数を決定し、ポンプ回転数が前記適正
回転数になるように、前記冷却ポンプの回転数を制御す
ることを特徴とする請求項１に記載の流体による被冷却
体の温度制御方法。
【請求項３】前記冷却ポンプの吸込側での冷却流体の温
度を測定し、この測定値から冷却用冷媒を冷却する冷却
器の適正仕事量を決定し、前記適正仕事量になるよう
に、前記冷却器を制御することを特徴とする請求項１に
記載の流体による被冷却体の温度制御方法。
【請求項４】冷却用流体の流れる冷却通路を有する複数
の被冷却体を可変流量式の冷却ポンプで循環する冷却水
で冷却しながら所定の目標温度に保つ温度制御装置であ
って、前記各々の被冷却体の冷却通路出口側にそれぞれ配置さ
れる第１の温度検出器と、前記各々の被冷却体の冷却通路出口側にそれぞれ配置さ
れる流量制御弁と、前記各々の被冷却体の冷却通路出口側にそれぞれ配置さ
れる流量計と、前記冷却ポンプから吐出される冷却用流体を冷却する冷
却器と、前記冷却器の出口側に配置される第２の温度検出器と、前記冷却ポンプの吸込口に配置される第３の温度検出器
と、前記第１温度検出器と第２温度検出器で測定した温度と
前記流量計で測定した流量に基づいて各々の被冷却体に
ついて適正目標温度を想定し、前記適正目標温度に基づ
いて各々の被冷却体に分配される冷却用流体の入口温度
または流量の目標値を決定する演算手段と、前記各々の被冷却体に分配する冷却用流体の入口温度ま
たは流量が前記目標値になるように、各々の被冷却体の
流量制御弁の流量を制御する流量制御手段と、を備える
ことを特徴とする流体による被冷却体の温度制御装置。
【請求項５】前記流量制御手段は、冷却用流体の吸込口
側の温度から決定した適正回転数になるように、冷却用
媒体を吐出する冷却ポンプの回転数を制御する回転数制
御手段を有することを特徴とする請求項４に記載の流体
による被冷却体の温度制御装置。