JP6382926B2 - 工作機械の温調システム - Google Patents

Description

本発明は、室内に設けられた工作機械の周囲温度を調整する、工作機械の温調システムに関する。

従来から、室内に設けられた工作機械の周囲温度を調整する温調システムが知られている。例えば、工作機械を取り囲むカバーの外側に温調装置を取り付け、この温調装置を用いて適温の気体をカバーの内部空間に向けて供給する技術が提案されている（特許文献１を参照）。

特開２００７−１８５７７０号公報

しかしながら、特許文献１では、稼働中の温調装置に異常が発生し、適温の気体が供給できなくなった場合の対処方法について何ら言及されていない。仮に異常のまま放置すると、工作機械の周囲温度が上昇して工作機械又はワークに熱変位が生じることで、ワークの工作精度を悪化させるおそれがある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、温調装置の作動状態が異常になった場合であっても、熱変位に起因する工作精度の低下を抑制可能な工作機械の温調システムを提供することを目的とする。

本発明の態様は、室内に設けられた工作機械の周囲温度を調整する、工作機械の温調システムであって、前記工作機械を取り囲むカバーと、前記工作機械が有する気体軸受に供給する気体の温度を調整する第１温調装置と、前記室内の温度を調整すると共に、自身の作動状態を外部に報知する状態報知機能を有する第２温調装置と、前記第１温調装置により温度が調整された気体を、前記気体軸受及び前記カバーの内部空間に供給可能な給気手段と、前記作動状態が異常である旨の報知を受け付けた場合には前記気体軸受及び前記内部空間の両方に分配して給気するように、前記給気手段の給気制御を行う給気制御部と、を備える。

本発明によれば、温調装置の作動状態が異常になった場合であっても、熱変位に起因する工作精度の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態における工作機械の温調システムの全体構成図である。 第２温調装置が異常の場合における給気状態を示す図である。 変形例における工作機械の温調システムの全体構成図である。

以下、本発明に係る工作機械の温調システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［温調システム１０の全体構成］
図１は、本発明の一実施形態における工作機械の温調システム１０の全体構成図である。恒温室１１の室内１２には、数値制御装置１４と、当該数値制御装置１４と通信可能に接続された精密加工機１６（工作機械）と、が設けられている。この数値制御装置１４は、工作プログラムを実行することで、精密加工機１６に対して所望のシーケンス制御を行うコンピュータである。

精密加工機１６は、ワーク（不図示）に対してナノメートルオーダーの加工処理を施す加工機である。精密加工機１６は、高い工作精度を確保するための機構部、具体的には、ワークの加工動作に関与する可動部１８と、可動部１８の軸を支持する気体軸受２０と、を含んで構成される。

温調システム１０は、室内１２に設けられた精密加工機１６の周囲温度を調整するシステムである。具体的には、温調システム１０は、カバー２２と、第１温調装置２４を含む給気系統２６と、制御ユニット２８と、第２温調装置３０と、を備える。

カバー２２は、精密加工機１６及び制御ユニット２８を取り囲んで設けられている。これにより、カバー２２の内側には、概略直方体状の内部空間３２が形成されている。カバー２２は、室内１２に対して密閉された構造を有してもよいし、室内１２に対して部分的に開放された構造を有してもよい。

給気系統２６は、上流側（恒温室１１の外側）から順に、コンプレッサ３４と、配管３５と、第１温調装置２４と、分岐配管３６と、バルブ３８とから構成される。第１温調装置２４は、フィルタ、冷却コイル及び加熱コイルを含んで構成され、精密加工機１６が有する気体軸受２０に供給する気体（ここでは、空気）の温度を調整する装置である。

分岐配管３６は、第１温調装置２４に通じる１つの入口と、気体軸受２０及び内部空間３２にそれぞれ通じる２つの出口を有する。開閉可能なバルブ３８は、分岐配管３６の分岐位置３９から内部空間３２側の出口までの区間に設けられている。すなわち、分岐配管３６及びバルブ３８は、第１温調装置２４により温度が調整された気体を、気体軸受２０及び内部空間３２に供給可能な給気手段４０に相当する。

制御ユニット２８は、給気手段４０の給気動作に関する制御（以下、給気制御）を行う装置である。具体的には、制御ユニット２８は、外部の装置に対して無線通信可能に構成される第１通信部４２と、バルブ３８の開閉制御を行う給気制御部４４と、を備える。この制御ユニット２８は、カバー２２内の温度センサ４６から検出信号を取得することで、当該検出信号が示す内部空間３２の温度を取得可能である。

第２温調装置３０は、室内１２の温度を調整すると共に、自身の作動状態を外部に報知する状態報知機能を有する装置である。具体的には、第２温調装置３０は、空気調和部５０と、状態検知部５２と、第２通信部５４と、パイロットランプ５６と、吹出口５８と、を備える。

空気調和部５０は、フィルタ、冷却コイル、加熱コイル及び加湿器を含んで構成されており、導入された空気の温度及び湿度を調整する温調・湿調機能を有する。つまり、空気調和部５０は、導入された空気の温度・湿度を調整した後、吹出口５８を介して当該空気を室内１２に向けて放出する。

状態検知部５２は、空気調和部５０が正常に作動しているか否かを検知する。状態検知部５２は、例えば、放出しようとする空気の温度・湿度が管理範囲から逸脱した場合、或いは、空気調和部５０が故障している場合、第２温調装置３０の作動状態が異常であると検知する。

第２通信部５４は、外部の装置に対して無線通信可能に構成されており、状態検知部５２による検知結果を示す信号（以下、状態信号という）を、外部に向けて定期的又は不定期的に送出する。パイロットランプ５６は、第２温調装置３０の作動状態に応じて、表示形態（例えば、オン／オフ、点滅周期、色、輝度）を異ならせて発光するランプである。

［温調システム１０の動作］
＜Ａ．第２温調装置３０の正常作動時＞
続いて、第２温調装置３０の作動状態が「正常」な場合における温調システム１０の動作について、図１を参照しながら説明する。第２温調装置３０は、状態検知部５２により自身の作動状態が正常であると検知した後、第２通信部５４及びパイロットランプ５６を用いて「正常」である旨を室内１２に向けて報知する。例えば、第２通信部５４は、正常である旨の状態信号を室内１２に送出すると共に、パイロットランプ５６は、正常を示す表示形態での発光動作（図１の例では、発光オフ）を行う。

制御ユニット２８は、第２温調装置３０からの「正常」である旨の状態信号を、第１通信部４２を介して受信する。そして、給気制御部４４は、給気手段４０のバルブ３８を「閉」状態に保つことで、気体軸受２０のみに給気するように給気制御を行う。この場合、外部の空気は、コンプレッサ３４により圧縮され、配管３５を通じて第１温調装置２４に供給され、第１温調装置２４により温度が調整され、分岐配管３６を通じて気体軸受２０のみに供給される。

一方、第２温調装置３０は正常に作動しているので、吹出口５８を通じて放出された空気は、温度又は湿度が調整されたまま室内１２を循環する。これにより、第２温調装置３０は、カバー２２を介して間接的に（或いは、直接的に）精密加工機１６の周囲温度を調整する。

なお、上記した例では、第２温調装置３０は、自身の作動状態が「正常」である旨を室内１２に向けて報知しているが、正常の場合には室内１２に向けて状態信号を送信しないように設定してもよい。この場合、制御ユニット２８は、後述する「異常」の状態信号を受信しないことを根拠に、第２温調装置３０の作動状態が「正常」であると判定することができる。

＜Ｂ．第２温調装置３０の異常作動時＞
続いて、第２温調装置３０の作動状態が「異常」な場合における温調システム１０の動作について、図２を参照しながら説明する。

図２に示すように、第２温調装置３０は、状態検知部５２により自身の作動状態が異常であると検知した後、第２通信部５４及びパイロットランプ５６を用いて「異常」である旨を室内１２に向けて報知する。例えば、第２通信部５４は、異常である旨の状態信号を室内１２に送出すると共に、パイロットランプ５６は、異常を示す表示形態での発光動作（図２の例では、発光オン）を行う。

制御ユニット２８は、第２温調装置３０からの「異常」である旨の状態信号を、第１通信部４２を介して受信する。そして、給気制御部４４は、給気手段４０のバルブ３８を「開」状態（全開又は中間状態）に保つことで、気体軸受２０及び内部空間３２の両方に分配して給気するように給気制御を行う。この場合、第１温調装置２４からの一部の空気は、分岐配管３６の分岐位置３９を通過して気体軸受２０に供給される。一方、残りの空気は、分岐位置３９から分岐してバルブ３８を通過した後、内部空間３２に供給される。

ここで、第１温調装置２４及び第２温調装置３０は、許容範囲内（例えば、差分値が１℃以下）で等しい目標値に設定して温度を調整している。このため、作動状態の変化に伴って、第１温調装置２４又は第２温調装置３０のどちらから給気された場合であっても、精密加工機１６の周囲温度を略一定に保つことができる。

また、給気制御部４４は、温度センサ４６により検出された温度に応じて、気体の分配量又は分配率が異なる給気制御を行う。具体的には、給気制御部４４は、［１］目標値との乖離（温度差）が大きいほど内部空間３２への分配量を増やし、又は、［２］温度差が大きいほど内部空間３２への分配率（例えば、バルブ３８の開度）を大きくする給気制御を行う。このため、精密加工機１６又は内部空間３２にて実際に検出された温度に適する給気を行うことができる。

＜Ｃ．第２温調装置３０の復旧時＞
続いて、第２温調装置３０の作動状態が「異常」から「正常」に戻った場合における温調システム１０の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。第２温調装置３０は、状態検知部５２により自身の作動状態が正常に戻ったと検知した後、第２通信部５４及びパイロットランプ５６を用いて、第２温調装置３０が復旧した旨を室内１２に向けて報知する。例えば、第２通信部５４は、正常である旨の状態信号を室内１２に再度送出すると共に、パイロットランプ５６は、正常を示す表示形態での発光動作（図１の例では、発光オフ）を再度行う。

制御ユニット２８は、第２温調装置３０からの「正常」である旨の状態信号を、第１通信部４２を介して受信する。そして、給気制御部４４は、バルブ３８を「開」状態から「閉」状態に移行することで、内部空間３２への給気を停止し、気体軸受２０のみに給気するように給気制御を行う。これにより、精密加工機１６への給気をそのまま継続しながら、温度調整の主体が第１温調装置２４から第２温調装置３０に自動的に切り替わる。

ここで、給気制御部４４は、「正常」に戻った旨の状態信号を受け付けた時点から所定時間（例えば、５〜３０分間）が経過するまでの間、内部空間３２への給気を継続するように給気制御を行う。このため、室内１２の温度が内部空間３２の温度に近づいた後に、温度調整の主体を円滑に移行させることができる。

なお、上記した例では、第２温調装置３０は、自身の作動状態が「正常」に戻った旨を室内１２に向けて報知しているが、正常に戻った場合には室内１２に向けて状態信号を送信しないように設定してもよい。この場合、制御ユニット２８は、「異常」の状態信号を受信しなくなったことを根拠に、第２温調装置３０の作動状態が「正常」に戻ったと判定することができる。

［変形例］
続いて、上記した実施形態の変形例（第１〜第４例）について説明する。なお、温調システム１０と同様の構成要素には同一の参照符号を付すると共に、その構成に関する説明を省略する場合がある。

＜第１例＞
図３は、変形例における工作機械の温調システム７０の全体構成図である。この温調システム７０は、主に、［１］制御ユニット２８が設けられていない点、［２］数値制御装置７２の構成・機能において、温調システム１０（図１参照）と異なっている。

数値制御装置７２は、数値制御装置１４（図１）が備える各種機能の他、第１通信部４２と、給気制御部４４と、をさらに備える。数値制御装置７２は、給気手段４０のバルブ３８に接続されると共に、精密加工機１６に取り付けられた温度センサ４６から検出信号を取得することで、当該検出信号が示す精密加工機１６の温度を取得可能である。

この場合、数値制御装置７２は、図１の制御ユニット２８に代わって、第２温調装置３０からの状態信号を受信し、第２温調装置３０の作動状態又は精密加工機１６の温度に応じてバルブ３８の開閉制御を行う。このように構成しても、温調システム１０（図１）と同等の作用効果が得られる。

＜第２例＞
本実施形態では、制御ユニット２８及び第２温調装置３０は、無線通信を用いて状態信号の送受信を行っているが、第２温調装置３０からの報知を受け付ける方法はこの形態に限られない。例えば、有線通信を用いてもよいし、別の通信装置（例えば、第２温調装置３０の制御盤）を中継して通信を行ってもよい。また、第２温調装置３０の状態報知機能は、通信用電波のみならず、例えば、音、光を出力してもよい。この場合、制御ユニット２８は、スピーカからの音を検出可能なマイクロフォン、或いは、パイロットランプ５６からの光を検出可能なカメラを用いて、第２温調装置３０からの報知を受け付ける。

＜第３例＞
本実施形態では、作動状態が異常である場合に分配給気しているが、実行条件はこれに限られない。例えば、給気制御部４４は、温度センサ４６により検出された温度が管理範囲（例えば、目標値に対して±０．５℃以下）から逸脱した場合に、報知の結果によらず、分配して給気する給気制御を行ってもよい。これにより、精密加工機１６又は内部空間３２にて実際に検出された温度に基づいて、熱変位の発生を確実に抑制することができる。

＜第４例＞
本実施形態では、精密加工機１６を例に挙げて説明したが、気体軸受を有する工作機械であればその種類は問わない。例えば、精密加工機１６に代わって、マシニングセンタ又は旋盤を設けてもよい。

［作用効果の説明］
以上のように、この温調システム１０（７０）は、室内１２に設けられた精密加工機１６（工作機械）の周囲温度を調整するシステムであって、［１］精密加工機１６を取り囲むカバー２２と、［２］精密加工機１６が有する気体軸受２０に供給する気体の温度を調整する第１温調装置２４と、［３］室内１２の温度を調整すると共に、自身の作動状態を外部に報知する状態報知機能を有する第２温調装置３０と、［４］第１温調装置２４により温度が調整された気体を、気体軸受２０及びカバー２２の内部空間３２に供給可能な給気手段４０と、［５］第２温調装置３０の作動状態が異常である旨の報知を受け付けた場合には気体軸受２０及び内部空間３２の両方に分配して給気するように給気手段４０の給気制御を行う給気制御部４４と、を備える。

このように、第２温調装置３０の作動状態が異常である旨の報知を受け付けた場合、気体軸受２０及び内部空間３２の両方に分配して給気するようにしたので、精密加工機１６への給気（つまり、精密加工機１６の作動）をそのまま継続しながら、温度調整の主体が第２温調装置３０から第１温調装置２４に自動的に切り替わる。これにより、第２温調装置３０の作動状態が異常になった場合であっても、熱変位に起因する工作精度の低下を抑制することができる。

また、給気制御部４４は、作動状態が異常である旨の報知を受け付けなくなった場合、内部空間３２への給気を停止し、気体軸受２０のみに給気するように給気制御を行ってもよい。これにより、精密加工機１６への給気をそのまま継続しながら、温度調整の主体が第１温調装置２４から第２温調装置３０に自動的に切り替わる。

また、給気制御部４４は、作動状態が異常である旨の報知を受け付けなくなった時点から所定時間が経過するまでの間、内部空間３２への給気を継続するように給気制御を行ってもよい。これにより、室内１２の温度が内部空間３２の温度に十分近づいた後に、温度調整の主体を円滑に移行させることができる。

また、温調システム１０（７０）は、精密加工機１６又は内部空間３２の温度を検出する温度センサ４６をさらに備え、給気制御部４４は、温度センサ４６により検出された温度が管理範囲から逸脱した場合に、作動状態が異常である旨の報知を受け付けるか否かにかかわらず、分配して給気する給気制御を行ってもよい。これにより、精密加工機１６又は内部空間３２にて実際に検出された温度に基づいて、熱変位の発生を確実に抑制することができる。

また、給気制御部４４は、温度センサ４６により検出された温度に応じて、気体の分配量又は分配率が異なる給気制御を行ってもよい。これにより、精密加工機１６又は内部空間３２にて実際に検出された温度に適する給気を行うことができる。

また、第１温調装置２４及び第２温調装置３０は、許容範囲内で等しい目標値に設定して温度を調整してもよい。これにより、作動状態の変化に伴って、第１温調装置２４又は第２温調装置３０のどちらから給気された場合であっても、精密加工機１６の周囲温度を略一定に保つことができる。

また、給気手段４０は、入口が第１温調装置２４に通じると共に、出口が気体軸受２０及び内部空間３２にそれぞれ通じる分岐配管３６と、分岐配管３６の分岐位置３９から内部空間３２側の出口までの区間に設けられたバルブ３８を含んで構成され、給気制御部４４は、給気制御としてバルブ３８の開度制御を行ってもよい。

［備考］
なお、この発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。或いは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。

１０、７０…温調システム １１‥恒温室
１２‥室内 １４、７２…数値制御装置
１６…精密加工機（工作機械） １８…可動部
２０…気体軸受 ２２…カバー
２４…第１温調装置 ２６…給気系統
２８…制御ユニット ３０…第２温調装置
３２…内部空間 ３４…コンプレッサ
３５…配管 ３６…分岐配管
３８…バルブ ３９…分岐位置
４０…給気手段 ４２…第１通信部
４４…給気制御部 ４６…温度センサ
５０…空気調和部 ５２…状態検知部
５４…第２通信部 ５６…パイロットランプ
５８…吹出口

Claims (7)

1. 室内に設けられた工作機械の周囲温度を調整する、工作機械の温調システムであって、
   前記工作機械を取り囲むカバーと、
   前記工作機械が有する気体軸受に供給する気体の温度を調整する第１温調装置と、
   前記室内の温度を調整することで前記カバーを介して前記カバーの内部空間の気体の温度も調整すると共に、温調機能が故障した場合に異常である旨を報知する状態報知機能を有する第２温調装置と、
   前記第１温調装置により温度が調整された気体を、前記気体軸受及び前記内部空間に供給可能な給気手段と、
   前記第２温調装置が正常な場合は、前記第１温調装置により温度が調整された気体が前記気体軸受及び前記内部空間のうち前記気体軸受のみに供給されるように前記給気手段を制御し、前記第２温調装置が異常な場合は、前記第１温調装置により温度が調整された気体が前記気体軸受及び前記内部空間の両方に供給されるように前記給気手段を制御する給気制御部と、
   を備える、工作機械の温調システム。
2. 請求項１に記載の温調システムにおいて、
   前記給気制御部は、前記第２温調装置が異常から正常に戻った場合は、前記給気手段を制御して、前記内部空間への給気を停止させる、工作機械の温調システム。
3. 請求項２に記載の温調システムにおいて、
   前記給気制御部は、前記第２温調装置が異常から正常に戻った時点から所定時間が経過するまでの間、前記内部空間への給気を継続するように前記給気手段を制御する、工作機械の温調システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の温調システムにおいて、
   前記工作機械又は前記内部空間の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記給気制御部は、前記温度センサにより検出された温度が管理範囲から逸脱した場合は、前記第２温調装置が異常か否かにかかわらず、前記第１温調装置により温度が調整された気体が前記気体軸受及び前記内部空間の両方に供給されるように前記給気手段を制御する、工作機械の温調システム。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の温調システムにおいて、
   前記工作機械又は前記内部空間の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記給気制御部は、前記温度センサにより検出された温度に応じて、前記気体軸受及び前記内部空間に供給される前記第１温調装置により温度が調整された気体の分配量又は分配率が異なるように前記給気手段を制御する、工作機械の温調システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の温調システムにおいて、
   前記第１温調装置及び前記第２温調装置は、許容範囲内で等しい目標値に設定して温度を調整する、工作機械の温調システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の温調システムにおいて、
   前記給気手段は、
   入口が前記第１温調装置に通じると共に、出口が前記気体軸受及び前記内部空間にそれぞれ通じる分岐配管と、
   前記分岐配管の分岐位置から前記内部空間側の出口までの区間に設けられたバルブと、
   を含んで構成され、
   前記給気制御部は、前記給気手段の制御として前記バルブの開度制御を行う、工作機械の温調システム。

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