JPH042442A - 工作機械の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、旋盤等の工作機械における主軸の軸受部や主
軸に直結するビルトインモータ等の発熱部を冷却する冷
却装置に関する。

（従来の技術） 従来、特開昭５６−１３４１５３号公報に開示され且つ
第７図に示すように、工作機械における旋盤の主軸頭（
Ａ）に、主軸（Ｓ）及びその軸受（Ｂ、Ｂ）を取り囲む
ブツシュ（Ｔ）を介装して、このブツシュ（Ｔ）にら旋
溝で構成する冷却器（Ｅ）を設けて、この冷却器（Ｅ）
を、圧縮機（Ｃ）、凝縮器（Ｄ）及びキャピラリーチュ
ーブを用いた膨張機構（Ｖ）を備える冷凍装置（Ｒ）の
蒸発器として用い、該冷却器（Ｅ）での冷媒の蒸発作用
により軸受（Ｂ、Ｂ）等の発熱部を冷却し、発熱による
部材の熱膨張を低減して加工精度を向上できるようにし
ている。

（発明が解決しようとする課Ｈ） しかし、以上のように、冷媒の蒸発作用を利用して冷却
を行うものでは、通常一般に用いられるフロン２２を冷
媒とし、通常のロータリー圧縮機等をその冷媒の圧縮用
として用いる場合、圧縮機ＣＣ’）に吸入する冷媒ガス
の飽和温度は全運転範囲内において一り０℃〜＋１５℃
程度、圧力は５ｋｇ／ｃ／ＡＢＳ前後となり、冷却器（
Ｅ）での冷却温度もこれに見合う温度となるため、この
冷却温度が、工作機械が置かれる約１５〜３０°Ｃ程度
の外気温度に対して低くなり、これら冷却温度と外気温
度との差により各部に熱膨張の差ができて加工精度に悪
影響を及ぼすと共に、前記冷却器（Ｅ）での冷やし過ぎ
により、工作機械の壁面等に結露が発生する問題が起こ
る。

この問題を回避するため、圧縮機（Ｃ）の吸入圧力を引
き上げて吸入ガス温度を高め、冷却器（Ｅ）での冷却温
度を外気温度に近づけるようにすることが考えられるが
、このようにする場合には、圧縮機（Ｃ）の吸入圧力と
吐出圧力との間の差圧が小さくなり、特殊な低圧縮比を
もつ圧縮機を必要とする等の新たな問題が生じる。

本発明の主たる目的は、特殊な圧縮機を用いずに、冷却
器での蒸発圧力と圧縮機の吸入圧力との間に差を設けて
、圧縮機の吸入圧力を低くしながら冷却器での蒸発圧力
を高め、冷却器での冷却温度を外気温度と同程度にでき
、結露等を未然に防止できる工作機械の冷却装置を提供
することにある。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明では、上記目的を達成するため、工作機
械の発熱部に冷却器（４）を付設し、該冷却器（４）を
、圧縮機（１）、凝縮器（２）及び膨張機構（３）を備
える冷凍装置（５）における前記膨張機構（３）の出口
側と圧縮機（１）の吸入側との間に接続して、該冷却器
（４）を蒸発器とした工作機械の冷却装置において、前
記冷却器（４）の出口側と前記圧縮機（１）の吸入側と
の間に、減圧機構（７）を介装した。

又、上記構成で、前記減圧機構（７）の−次側圧力は冷
却器（４）での外気温度相当の蒸発圧力に、又、二次側
圧力は圧縮機（１）の吸入圧力になり、この減圧機構（
７）の前後に比較的大きな差圧を確保すべきことから、
冷媒通過時の流動音の発生が懸念され、その対策として
、第２に、前記減圧機構（７）が、一次ポート（７１）
を二次ボート（７２）に開く連通穴（７３）と、この連
通穴（７３）に端部を臨ませる規制体（７４）とを備え
、前記−次ボート（７１）と二次ポート（７２）との間
を、前記連通穴（７３）と規制体（７４）との間に形成
される環状開口部（７５）を介して連通させる構造とし
た。

更に、第３に、上記第２の構成において、前記環状開口
部（７５）でのゴミ溜りを回避するため、規制体（７４
）と連通穴（７３）との間の相対位置を変化させて環状
開口部（７５）の開度を変更可能にすると共に、前記環
状開口部（７５）の開度を設定開度に対して一時的に大
きくし、該環状開口部（７５）に溜るゴミを除去するゴ
ミ除去制御手段（８）を設けた。

又、第４に、以上の各構成において、前記減圧機構（７
）を介装した場合にも適正な過熱度制御を行うため、膨
張機構（３）に感温膨張弁を用い、その感温筒（３１）
及び均圧管（３２）を、前記減圧機構（７）の出口側と
前記圧縮機（１）の吸入側との間に設置した。

（作用） 冷却器（４）で蒸発した冷媒は、更に減圧機構（７）で
減圧されて圧縮機（１）に吸入されることになる。この
ため、前記減圧機構（７）による圧力ドロップ分だけ、
前記冷却器（４）での蒸発圧力を圧縮機（１）の吸入圧
力に対し高めることができ、冷却器（４）での蒸発温度
つまりは冷却温度を高くできながら圧縮機（１）の吸入
圧力を低くできるのである。

又、第２の構成によれば、減圧機構（７）の−次ポート
（７１）と二次ポート（７２）との間は環状開口部（７
５）を介して連通されるため、この環状開口部（７５）
への冷媒通過時、その流れを均一化できると共に流速を
低減でき、冷媒通過時の流動音を抑制することができる
。

更に、第３の構成によれば、ゴミ除去制御手段（８）に
より環状開口部（７５）の開度を一時的に大きくするこ
とにより、この開口部（７５）に溜るゴミを下流側に流
出させることができ、該開口部（７５）の詰まりを防止
でき、減圧値の変化を防止することができる。

又、第４の構成によれば、膨張機構（３）に感温膨張弁
を用い、その感温筒（３１）及び均圧管（３２）を減圧
機構（７）の出口側と前記圧縮機（１）の吸入側との間
に設置することにより、冷却器（４）の出口側に対して
低圧低温とされる減圧機構（７）の出口側に基づいて過
熱度制御を行うことができ、その制御を適正ならしめる
ことができる。

（実施例） 第１図に示す冷却装置は、工作機械である旋盤の主軸頭
（１０）に冷却器（４）を設け、該冷却器（４）を、ロ
ータリー式等の圧縮機（１）、ファン（２工）を付設す
る凝縮器（２）、感温膨張弁で構成する膨張機構（３）
を備える冷凍装置（５）における前記膨張機構（３）の
出口側の液配管（３４）と前記圧縮機（１）の吸入側の
ガス配管（４１）との間に接続して、蒸発器として用い
たものである。尚、冷凍装置（５）の循環冷媒には、フ
ロン２２を用いている。

前記冷却器（４）は、第２図に示すように、主軸（１１
）の両端部軸受（１２）（１３）と、ステータ（１４）
及びロータ（１５）をもつ直結形のビルトインモータ（
１６）とを冷却するものであって、これら軸受（１２）
（１３）及びモータ（１６）を配設する内胴（１７）と
、これを取り囲む外胴（１８）及び端板（１９）（２０
）とで、内部を円筒形状に画成している。

以上の構成で、第１図に示すように、前記冷却器（４）
の出口管（４７）と前記圧縮機（１）の吸入側に接続さ
れる前記ガス配管（４１）との間に、オリフィス等で構
成する減圧機構（７）を介装する。

これによれば、第６図のモリエル線図で示すように、圧
縮機（１）から吐出された状態■で示す高圧ガスは、凝
縮器（２）で凝縮されて状態■で示す高圧液となり、膨
張機構（３）で状態■に示す中間的な圧力（ＰＭ）にま
で減圧されて、冷却器（４）に流入する。そして、該冷
却器（４）で状態■まで蒸発した後、減圧機構（７）で
更に減圧されて状態■に示す低圧ガスとなり、再び圧縮
機（１）に吸入されることになる。こうして、前記冷却
器（４）での蒸発圧力は、状態■で示す圧縮機（１）の
吸入圧力（ＰＬ）よりも高い中間的な圧力（ＰＭ）とな
り、該冷却器（４）での蒸発温度つまりは冷却温度を高
くできながら圧縮機（１）の吸入圧力（Ｐ　Ｌ）を低く
することができるのである。従って、低圧縮比の特殊な
圧縮機を用いなくとも、冷却温度を外気温度と同等に高
くでき、熱膨張の差による加工精度への悪影響をなくし
得ると共に、主軸頭（１０）での結露を未然に防止する
ことができるのである。

ところで、上記構成で、前記減圧機構（７）には、第３
図に示すように、冷媒の通過部分を丸穴（７００）とし
た一般的なオリフィスを用いてもよいが、この減圧機構
（７）の−次側圧力は、前記冷却器（４）での蒸発圧力
つまり外気温度相当の圧力であって二次側の圧縮機（１
）の吸入圧力（ＰＬ）に対して比較的高い前記中間的な
圧力（ＰＭ）とされ、該減圧機構（７）の前後には比較
的大きな差圧を確保すべきことから、冷媒の通過時に流
動音の発生が懸念される。

このため、その対策として、第４図に示すように、前記
減圧機構（７）の構造として、ハウジング（７０）の内
部に、−次ポート（７１）を二次ボー）　（７２）に開
き、端部にテーバ形開口部（７３ａ）をもつ連通穴（７
３）と、この連通穴（７３）のテーパ形開口部（７３ａ
）にそのテーパ形先端部（７４ａ）を臨ませる円筒形の
規制体（７４）とを設け、前記−次ポート（７１）と二
次ポート　（７２）との間を、前記連通穴（７３）と規
制体（７４）との間に形成される環状開口部（７５）を
介して連通させることにした。

この構成によれば、冷媒通過部分が前記環状開口部（７
５）となるから、この開口部（７５）への冷媒通過時、
その冷媒の流れを均一化できると共に通過時の流速を低
減でき、冷媒通過に伴う流動音を抑制することができる
。ちなみに、−次側の圧力が１４．６Ｋｇ／ｃ１１二次
側の圧力が５．９Ｋｇ／ｃＩＩの条件を満たす減圧特性
を実現したところ、第３図に示す穴径（ｒ）の丸穴構造
のものに対して、第４図の構造のものは、その通過流速
を約３分の１〜４分の１程度にすることができ、同じ減
圧特性を得るにしても、第４図の構造の方が、流速の低
減化並びに流れの均一化が図れ、通過時の流動音を低減
できるのが確かめられた。尚、前記数値は一例であり、
前記連通穴（７３）の穴径（ｄ）及び環状開口部（７５
）の隙間（δ）の値を種々変更することにより任意の減
圧特性を得ることができる。又、第４図の構造において
、前記した一次ボート（７１）と二次ポート（７２）と
の関係を逆にして、逆方向に冷媒を流通させる構造とし
てもよく、環状開口部（７５）により上記同様の効果が
得られる。

更に、第５図に示すように、規制体（７４）を操作ロッ
ド（７４ｂ）を介してソレノイドやモータ等で構成する
駆動源（８１）に連動し、前記規制体（７４）のテーパ
形先端部（７４ａ）と、連通穴（７３）のテーバ形開口
部（７３ａ）との間の相対位置の変化により、環状開口
部（７５）の開度を変更可能に構成すると共に、前記駆
動源（８１）を制御して、前記環状開口部（７５）の開
度を設定開度に対して数秒間程度−時的に大きくシ、該
環状開口部（７５）に溜るゴミを除去するゴミ除去制御
手段（８）を設ける。このゴミ除去制御手段（８）によ
るゴミ除去運転は、起動時並びに、定常運転時であって
前記制御手段（８）に入力するタイマ手段（８２）の計
時による一定時間毎に行わせる。

この構成によれば、前記環状開口部（７５）はその隙間
（δ）が小さく、ゴミ詰まり等が起こり易いが、前記ゴ
ミ除去制御手段（８）により環状開口部（７５）の開度
を一時的に大きくすることにより、その溜ったゴミを下
流の圧縮機（１）側に流出させることができ、ゴミ溜り
による前記開口部（７５）の通過面積の変化を解消でき
、減圧値の変動を防止することができる。又、このゴミ
除去運転は、−時的に環状開口部（７５）の開度を大き
くするだけで、減圧機構（７）による圧力ドロップが無
くなることによる冷却器（４）の蒸発圧力の低下も一時
的なものであり、該冷却器（４）の温度変化による加工
精度への影響及び温度低下による結露も殆ど問題とはな
らない。

又、以上の構成で、第１図に示したように、前記膨張機
構（３）を構成する感温膨張弁の感温筒（３１）及び均
圧管（３２）を、前記減圧機構（７）の出口側と前記圧
縮機（１）の吸入側との間の前記ガス配管（４１）に設
置する。

これによれば、第６図のモリエル線図において、感温膨
張弁は、減圧機構（７）の出口側の状態■に基づいて制
御されるから、換言すると、蒸発作用を行う冷却器（４
）の出口側の状態■に対して低圧低温の状態に基づいて
制御されるから、適正な過熱度（α）に制御することが
できるのであり、又、感温筒（３１）に、例えばガス封
入式等のように最大作動圧力に制限があるタイプのもの
を用いる場合にも、冷却器（４）の出口側に対し低圧低
温とされる減圧機構（７）の出口側で制御するから、制
御不能に陥る事態を回避でき、このように最大作動圧力
に制限のある膨張弁もそのまま使用可能となるのである
。

（発明の効果） 以上本発明では、蒸発器となる冷却器（４）の出口側と
圧縮機（１）の吸入側との間に、減圧機構（７）を介装
したから、低圧縮比の特殊な圧縮機を用いることなく、
前記冷却器（４）での冷却温度を外気温度近くに高める
ことができ、工作機械における各部の温度差を少なくで
きて熱膨張の差による加工精度への悪影響を低減できる
と共に、工作機械の壁面等で結露が発生するのを未然に
防止できるのである。

又、第２に上記構成で、減圧機構（７）として、−次ボ
ート（７１）を二次ポート（７２）に開く連通穴（７３
）と、この連通穴（７３）に端部を臨ませる規制体（７
４）とを備え、前記−次ポート（７１）と二次ポート（
７２）との間を、前記連通穴（７３）と規制体（７４）
との間に形成される環状開口部（７５）を介して連通さ
せたから、減圧機構（７）の冷媒通過時に生じる流動音
を抑制でき、騒音を防止できるのである。

更に、第３に、上記第２の構成で、前記規制体（７４）
と連通穴（７３）との間の相対位置を変化させて環状開
口部（７５）の開度を変更可能にすると共に、前記環状
開口部（７５）の開度を設定開度に対して一時的に大き
くし、該環状開口部（７５）に溜るゴミを除去するゴミ
除去制御手段（８）を設けたから、ゴミ溜りによる減圧
値の変動を防止でき、安定した良好な運転が行えるので
ある。

又、第４に、上記各構成において、膨張機構（３）に感
温膨張弁を用い、その感温筒（３１）及び均圧管（３２
）を減圧機＋Ｒ（７）の出口側と圧縮機（１）の吸入側
との間に設置したから、低圧低温のガス状態に基づいて
適正な過熱度制御が行え、最大作動圧力に制限がある膨
張弁の使用も可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明冷却装置の配管系統図、第２図は同冷却
器の横断面図、第３図は減圧機構の一例を示す断面図、
第４図は減圧機構の第１改良例を示す断面図、第５図は
同減圧機構の第２改良例を示す断面図、第６図は全体の
作用を説明するモリエル線図、第７図は従来例の断面図
である。 （１）・・・・圧縮機 （２）・・・・凝縮器 （３）・・・・膨張機構 （４）・・・・冷却器 （５）・・・・冷凍装置 （７）・・・・減圧機構 （８）・・・・ゴミ除去制御手段 （３１）・・・・感温筒 （３２）・・・・均圧管 （７１）・・・・−次ポート （７２）・・・・二次ポート （７３）・・・・連通穴 （７４）・・・・規制体 （７５）・・・・環状開口部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の発熱部に冷却器（４）を付設し、該冷
   却器（４）を、圧縮機（１）、凝縮器（２）及び膨張機
   構（３）を備える冷凍装置（５）における前記膨張機構
   （３）の出口側と圧縮機（１）の吸入側との間に接続し
   て、該冷却器（４）を蒸発器とした工作機械の冷却装置
   において、前記冷却器（４）の出口側と前記圧縮機（１
   ）の吸入側との間に、減圧機構（７）を介装したことを
   特徴とする工作機械の冷却装置。
2. （２）減圧機構（７）が、一次ポート（７１）を二次ポ
   ート（７２）に開く連通穴（７３）と、この連通穴（７
   ３）に端部を臨ませる規制体（７４）とを備え、前記一
   次ポート（７１）と二次ポート（７２）との間を、前記
   連通穴（７３）と規制体（７４）との間に形成される環
   状開口部（７５）を介して連通させている請求項１記載
   の工作機械の冷却装置。
3. （３）規制体（７４）と連通穴（７３）との間の相対位
   置を変化させて環状開口部（７５）の開度を変更可能に
   すると共に、前記環状開口部（７５）の開度を設定開度
   に対して一時的に大きくし、該環状開口部（７５）に溜
   るゴミを除去するゴミ除去制御手段（８）を設けた請求
   項２記載の工作機械の冷却装置。
4. （４）膨張機構（３）に感温膨張弁を用い、その感温筒
   （３１）及び均圧管（３２）を、前記減圧機構（７）の
   出口側と前記圧縮機（１）の吸入側との間に設置した請
   求項１又は請求項２若しくは請求項３記載の工作機械の
   冷却装置。