JP2005254334A - 環境温度の影響を抑制する工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は工作機械の環境温度の変化による影響を抑制する遮蔽技術を提供することを課題とする。
【解決手段】 工作機械本体１を多孔性熱遮蔽体２により囲繞することにより、外部との空気の出入りを制御し、環境温度の変化による影響を受けにくくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械に対する環境温度の影響を抑制する環境温度遮蔽技術に関する。

工作機械に対する環境温度の変化による影響を抑制することは、重要課題であり、従来から種々の対応が考えられ、以下のような提案がされている。

例えば、工作機械の近傍に配設されたパレット載置台およびパレット載置台上のワークの加工精度を測定する三次元測定機を囲繞するようにカバーを設け、カバー内の温度を調整する温度調節手段を設け、雰囲気温度や各熱源の発熱の影響を小さくした構成（特許文献1）や、工作機械のベッドの周囲に遮蔽板を設けてベッドに当たる局所的な空気流を遮断した工作機械（特許文献２）や、工作機械のフレームの開口を断熱シートで閉鎖し、フレーム内を断熱することにより、フレームの不均一な熱変形を防止する工作機械（特許文献３）などが提案されている。
特開２００３−８０４２６号公報 特開２００３−８０４３９号公報 特開２００２−８１７８２３４号公報

しかし、特許文献１の提案では装置全体をカバーにより囲繞し、内部に温度調節手段を設けなければ所定の効果を得ることができない。また、特許文献２の提案は工作機械の一部であるベッドの周囲に遮蔽板を設け局所的な周囲空間の空気流を遮断するもので、工作機械全体の熱変形には対応できず、しかも内部発熱のある部分には利用できない。さらに、特許文献３の提案についても、特許文献2の提案と同様の問題がある。

そこで、本発明は新規な発想に基づく工作機械の環境温度の変化による影響を抑制する遮蔽技術を提供するとともに、上記に述べた問題を解決することを課題とする。ここで、工作機械の環境温度の変化による影響には熱変形のほか、工作機械に使用している油脂類の特性変化等が考えられる。

工作機械本体の周囲を囲繞する多孔性熱遮蔽体を設けたことを特徴とする工作機械であって、外部との空気の出入りが制御されるため環境温度の変化による影響を受けにくくする。

工作機械本体の主要構成部分の周囲を多孔性熱遮蔽体により囲繞したことを特徴とする工作機械であって、特に環境温度の変化による影響が大きい構成部分だけを多孔性熱遮蔽体により囲繞する。

多孔性熱遮蔽体を用いて工作機械本体を囲繞することにより、外部との空気の出入りが制御され、環境温度の変化の影響を受けにくい工作機械を構成することができる。

また、工作機械本体の主要構成部分の周囲にのみ多孔性熱遮蔽体を囲繞させることにより、さらに少ない費用で環境温度対策が実現できる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例で説明する。

本発明の実施例１について、図１および図２に基づき説明する。図1は本発明の実施例１に係る工作機械の概略構成を示した平面図であり、図２は、図１に示した工作機械の正面図である。図１および図2において１は工作機械本体、２は工作機械本体１を囲繞するようにその周囲に沿って設けられた多孔性熱遮蔽体である。多孔性熱遮蔽体２により囲繞された工作機械本体１と、多孔性熱遮蔽体２の外部との空気の出入りは多孔性熱遮蔽体２の孔を通して行われる。本実施例では、多孔性熱遮蔽体２の素材として入手が容易な開口率が３３％のパンチングメタルを使用している。

ここで、開口率とは素材の片面の表面積に対する空気の出入りが可能な空間面積の比率をいい、例えば、パンチングメタルの場合、片面の表面積に対する孔の総面積の比率をいう。

次に主軸ユニット、コラム、およびベッド等の工作機械本体の主要構成部分の環境温度の変化による影響の抑制について説明する。図3、図４および図５は以下に説明する本発明の実施例２、実施例３および実施例４の共通の説明図で、図３は本発明の実施例2、３および４に係る工作機械の概略構成を示した平面図、図４は図３に示した工作機械の正面図、図５は図３に示した工作機械の右側面図である。

本発明の実施例２は、図３、図４および図５に示すように、テーブル３に載置されたワーク（図示せず）を加工する刃具（図示せず）を把持する主軸４を回転自在に支持する主軸ヘッド本体５からなる主軸ユニット６と、主軸ヘッド本体６に固着され主軸４を回転駆動する電動モータ７、主軸ユニット６および電動モータ７を囲繞するようにその周囲に沿って設けられた多孔性熱遮蔽体８とから構成され、主軸ユニット６の環境温度の変化による影響を抑制している。

本発明の実施例３は、図３、図４および図５に示すように、コラム９とコラム９を囲繞するようにその周囲に沿って設けられた多孔性熱遮蔽体１０から構成され、コラム９の環境温度の変化による影響を抑制している。

本発明の実施例４は、図３、図４および図５に示すように、ベッド１１とベッド１１を囲繞するようにその周囲に沿って設けられた多孔性熱遮蔽体１２から構成され、ベッド１１の環境温度の変化による影響を抑制している。

実施例１、２、３および４において、多孔性熱遮蔽体２、８、１０および１２の素材として開口率が３３％のパンチングメタルを使用しているが、素材としてはこれに限定されず、開口率の異なったパンチングメタルや網等を使用してもよい。また、本実施例では１層の多孔性熱遮蔽体について述べているが、２層以上の多層の多孔性熱遮蔽体にしてもよい。

次に、上記の実施例１、２、３および４の作用について、発明者等が２００３年度精密工学会秋季大会学術講演会で発表した基礎的実験等に基づき説明する。なお、当該学術講演会では遮蔽体１３により囲繞された試料自身の発熱がない場合について発表したが、その後、試料自身が発熱する場合についても実験を行い、通常、内部発熱要素を有する工作機械に応用可能な環境温度の変化による影響を明らかにした。

図６は環境温度の影響を調べるための実験装置を示す概略図で、材質・形状が同一の２本の丸鋼棒の一方１４を雰囲気下、他方１５をビニールなどの遮蔽体１３で覆った状態で恒温室内に設置し、恒温室内の温度を変化させた場合の２本の丸鋼棒１４および１５の軸方向温度分布を測定した。それぞれの丸鋼棒端にバンドヒータ１６および１７を取付け、バンドヒータ１６および１７の印加電圧を変化させ内部発熱量を調整した。

遮蔽体１３で覆った場合のみかけの熱伝達率α₂には下記の数式１を用いた。

ここで、ｋは室温影響係数で、環境温度変化に対する遮蔽体１３の効果をみる指標として導入したもので、この値が小さいほど環境温度変化の影響を受けにくいことを意味する。α₁は雰囲気下の熱伝達率である。

次に、開口率の異なる遮蔽体１３の素材や層数を変化させて、室温影響係数を求めた結果を図７に示す。ビニール、開口率６８％の網、および開口率３３％のパンチングメタルの遮蔽体１３の中で最も室温影響係数が小さく、環境温度の影響を受けにくいのはビニール２層の場合であるが、網、パンチングメタル等の空気の出入りが可能な素材においても室温影響係数kは１よりも小さくなることを確認した。

次に内部発熱のある場合について実験を行った。遮蔽体１３として開口率３３％のパンチングメタルを用い、バンドヒータ１６、１７を加熱し、丸鋼棒１４、１５の温度分布が定常状態に達した時点で、室温を２５℃→３０℃→２０℃→２５℃と変化させた。

図８は室温を２５℃→３０℃→２０℃→２５℃と変化させた場合の丸鋼棒１４、１５のそれぞれほぼ中央位置の温度について、室温２５℃での定常温度からの変化量を拡大して表示したもので、図中、黒丸は遮蔽体１３内の丸鋼棒１５の中央温度、白丸は雰囲気下の丸鋼棒１４の中央温度を示す。図8から遮蔽体１３内の丸鋼棒１５の中央温度の温度変動幅は、雰囲気下の丸鋼棒１４の中央温度の温度変動幅に比べ小さくなっているのがわかる。

以上の実験結果から、内部発熱の有無に関わらず、遮蔽体１３で囲われた丸鋼棒１５の方が遮蔽体１３で囲われていない丸鋼棒１４に比べ、室温の変化の影響を受けにくいことがわかった。

本発明の実施例１に係る工作機械の概略構成を示した平面図である。 図１に示した工作機械の正面図である。 本発明の実施例2、３および４に係る工作機械の概略構成を示した平面図である。 図３に示した工作機械の正面図である。 図３に示した工作機械の右側面図である。 環境温度の影響を調べるための実験装置を示す概略図 室温影響係数の導出結果を示す棒グラフである。 室温を変化させた場合の丸鋼棒の温度について、室温２５℃での定常温度からの変化量を表示したものである。

符号の説明

１ 工作機械本体
２ 多孔性熱遮蔽体
３ テーブル
６ 主軸ユニット
８ 多孔性熱遮蔽体
９ コラム
１０ 多孔性熱遮蔽体
１１ ベッド
１２ 多孔性熱遮蔽体
１３ 遮蔽体
１４ 丸鋼棒
１６ バンドヒータ

Claims (2)

1. 工作機械本体の周囲を多孔性熱遮蔽体により囲繞したことを特徴とする工作機械。
2. 工作機械本体の主要構成部分の周囲を多孔性熱遮蔽体により囲繞したことを特徴とする工作機械。
   

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