| 【発明の名称】 |
低温ガス発生装置及びそれを用いた冷風加工装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】光永 敏彦
【氏名】小松原 健夫
【氏名】甲元 伸央
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| 【要約】 |
【課題】ワークの研削或いは切削する際に好適な低温ガスを生成できる低温ガス発生装置を提供する。
【解決手段】低温ガス発生装置３は、それぞれコンプレッサ、コンデンサ、減圧装置及び冷却器などから冷媒回路が構成され、各冷却器における冷媒の蒸発温度がそれぞれ異なる複数の冷却装置６７、９と、エアーコンプレッサ４にて空気が圧送される冷風配管６と、この冷風配管に設けられ、各冷却器とそれぞれ熱交換することにより、冷風配管内を流れる空気を冷却する複数の熱交換器６８、２１とを備え、冷風配管内を流れる空気の上流側に蒸発温度の高い冷却器と熱交換する熱交換器を配置し、下流側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換器を配置する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 それぞれコンプレッサ、コンデンサ、減圧装置及び冷却器などから冷媒回路が構成され、前記各冷却器における冷媒の蒸発温度がそれぞれ異なる複数の冷却装置と、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路に設けられ、前記各冷却器とそれぞれ熱交換することにより、流路内を流れるガスを冷却する複数の熱交換器とを備え、前記流路内を流れるガスの上流側に蒸発温度の高い前記冷却器と熱交換する前記熱交換器を配置し、下流側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換器を配置したことを特徴とする低温ガス発生装置。
【請求項２】 流路の最も上流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器における冷媒の蒸発温度を、０℃付近に設定したことを特徴とする請求項１の低温ガス発生装置。
【請求項３】 ガス圧縮装置から吐出されたガスと熱交換する放熱器と、最も上流に設けられる熱交換器において凝結したガス中の水分を前記放熱器或いはガス圧縮装置に送給するドレン水路とを設けたことを特徴とする請求項２の低温ガス発生装置。
【請求項４】 流路の下流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器を備えた冷却装置は、二段圧縮式の冷却装置であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の低温ガス発生装置。
【請求項５】 ガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと、前記流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置は、前記高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を備えていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の低温ガス発生装置。
【請求項６】 ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路内を流れるガスを冷却する冷却手段と、前記ガス圧縮装置から吐出され、前記流路にて冷却される以前の高温ガスと前記流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置は、前記高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を備えていることを特徴とする低温ガス発生装置。
【請求項７】 加工冶具を加工点に接触させてワークの加工を行う加工装置において、請求項５又は請求項６の混合装置にて混合されたガスを前記加工点に供給しながら加工を行うことを特徴とする冷風加工装置。
【請求項８】 ガスを加工点に供給するガス吐出口と、オイルを前記加工点に供給するオイル吐出口とを有したノズルを備え、このノズルには前記加工点付近におけるガス及びオイルを回収する回収機を設けたことを特徴とする請求項７の冷風加工装置。
【請求項９】 回収機にて回収したガスをガス圧縮装置に吸い込ませることを特徴とする請求項８の冷風加工装置。
【請求項１０】 冷却媒体となるガスとして不活性ガスを用いることを特徴とする請求項７、請求項８又は請求項９の冷風加工装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温ガスを効率よく生成でき、特に、ワークを砥石研削若しくは刃具切削する加工冶具に冷風を供給するに好適な低温ガス発生装置及びそれを用いた冷風加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来一般的に実施されている砥石研削（或いは刃具切削）加工においては、研削オイルを研削位置（或いは切削位置などの加工点）に供給しながらワークの研削加工を行う湿式研削加工と、大気雰囲気下で加工を行う乾式研削加工が実施されていた。この場合、後者の乾式研削加工では、オイルを使用しないために加工面が研削熱の影響を直接受け、研削焼けや研削割れが生じやすくなる。
【０００３】一方、前者の湿式研削加工においてはオイルを用いるために潤滑効果、冷却効果、洗浄効果が発揮されるが、オイルによる環境破壊の問題が生じやすくなる。
【０００４】そこで、例えば特開平１０−８６０３６号公報の如く、加工点に−３０℃以下の冷風と植物オイルを供給し、冷風とオイルミストの周囲にはエアーカーテンを形成しながら切削加工を行う方法が開発されている。係る方法によれば、研削熱によるワークの研削焼けや割れの発生を抑えられると共に、オイルミストの飛散も回避できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ここで、前記公報では図示されていない冷凍サイクル（冷却装置）にて−３０℃以下の冷風を生成するとしているが、冷却装置の冷凍能力は、図５に示す如く蒸発温度に比例して小さくなるため、単純に−３０℃以下まで冷却する冷却装置では極めて効率が悪くなる。
【０００６】また、加工点に供給すべき冷風は、ワークの材質や研削の度合い、研削時間や精度、或いは、研削の工程などによってその最適な温度が異なって来るが、前記公報の如き構成では供給冷風を適温に制御することが困難であった。
【０００７】更に、前記公報ではエアーカーテンにて冷風やオイルの飛散を回避しようとしていたが、この種研削加工においては加工点からオイルが激しく飛び散るため、エアーカーテンでは飛散を抑止する効果は余り期待できない問題もあった。
【０００８】本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、ワークの研削或いは切削する際に好適な低温ガスを生成できる低温ガス発生装置及びそれを用いた冷風加工装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の低温ガス発生装置は、それぞれコンプレッサ、コンデンサ、減圧装置及び冷却器などから冷媒回路が構成され、各冷却器における冷媒の蒸発温度がそれぞれ異なる複数の冷却装置と、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路に設けられ、各冷却器とそれぞれ熱交換することにより、流路内を流れるガスを冷却する複数の熱交換器とを備え、流路内を流れるガスの上流側に蒸発温度の高い冷却器と熱交換する熱交換器を配置し、下流側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換器を配置したことを特徴とする。
【００１０】本発明によれば、それぞれコンプレッサ、コンデンサ、減圧装置及び冷却器などから冷媒回路が構成され、各冷却器における冷媒の蒸発温度がそれぞれ異なる複数の冷却装置と、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路に設けられ、各冷却器とそれぞれ熱交換することにより、流路内を流れるガスを冷却する複数の熱交換器とから低温ガス発生装置を構成すると共に、流路内を流れるガスの上流側に蒸発温度の高い冷却器と熱交換する熱交換器を配置し、下流側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換器を配置したので、流路内を圧送されるガスの温度を複数の冷却装置によって段階的に低下させることができるようになり、極めて効率良く低温ガスを生成することができるようになると共に、ガス温度も安定し、温度制御の精度も向上させることが可能となる。
【００１１】請求項２の発明の低温ガス発生装置は、上記において流路の最も上流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器における冷媒の蒸発温度を、０℃付近に設定したことを特徴とする。
【００１２】請求項２の発明によれば、上記に加えて流路の最も上流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器における冷媒の蒸発温度を、０℃付近に設定したので、この最も上流側に位置する熱交換器において、流路内を圧送されるガス中の水分は凝結し、除去される。これにより、大なる熱負荷となるガス中の水分の影響を解消して一層効率の良い低温ガスの生成を達成することが可能となる。
【００１３】請求項３の発明の低温ガス発生装置は、上記においてガス圧縮装置から吐出されたガスと熱交換する放熱器と、最も上流に設けられる熱交換器において凝結したガス中の水分を放熱器或いはガス圧縮装置に送給するドレン水路とを設けたことを特徴とする。
【００１４】請求項３の発明によれば、上記に加えてガス圧縮装置から吐出されたガスと熱交換する放熱器と、最も上流に設けられる熱交換器において凝結したガス中の水分を放熱器或いはガス圧縮装置に送給するドレン水路とを設けたので、熱交換器にて収集したガス中の水分を放熱器やガス圧縮装置に送ってそこを通過するガスやガス圧縮装置自体を冷却することが可能となり、更なる運転効率と性能向上を図ることができるようになるものである。
【００１５】請求項４の発明の低温ガス発生装置は、上記各発明において流路の下流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器を備えた冷却装置は、二段圧縮式の冷却装置であることを特徴とする。
【００１６】請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて流路の下流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器を備えた冷却装置を、二段圧縮式の冷却装置としたので、流路内を圧送されるガスの最終到達温度を極めて低い値まで低下させることができるようになる。
【００１７】請求項５の発明の低温ガス発生装置は、上記各発明においてガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと、流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置は、高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を備えていることを特徴とする。
【００１８】請求項５の発明によれば、上記各発明に加えてガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと、流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置には、高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を設けたので、この温度調節手段によって高温ガスと低温ガスの混合比を任意に可変し、混合装置から供給される低温ガスの温度を所望の値に制御することができるようになるものである。
【００１９】請求項６の発明の低温ガス発生装置は、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路内を流れるガスを冷却する冷却手段と、ガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置は、高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を備えていることを特徴とする。
【００２０】請求項６の発明によれば、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路内を流れるガスを冷却する冷却手段と、ガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を設け、この混合装置には、高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を設けたので、この温度調節手段によって高温ガスと低温ガスの混合比を任意に可変し、混合装置から供給される低温ガスの温度を所望の値に制御することができるようになるものである。
【００２１】請求項７の発明の冷風加工装置は、加工冶具を加工点に接触させてワークの加工を行うものであって、上記混合装置にて混合されたガスを加工点に供給しながら加工を行うことを特徴とする。
【００２２】請求項７の発明によれば、加工冶具を加工点に接触させてワークの加工を行う冷風加工装置において、上記混合装置にて混合されたガスを加工点に供給しながら加工を行うようにしたので、加工点における発熱を抑制して研削（切削）焼けや割れなどの発生を未然に回避することができるようになる。特に、混合装置により、ワークの材質や加工度合い、加工時間、精度或いは加工の工程などに応じて供給する低温ガスの温度を所望の値に制御することができるようになり、より精度と効率の良い冷風加工を実現することが可能となる。
【００２３】請求項８の発明の冷風加工装置は、上記においてガスを加工点に供給するガス吐出口と、オイルを加工点に供給するオイル吐出口とを有したノズルを備え、このノズルには加工点付近におけるガス及びオイルを回収する回収機を設けたことを特徴とする。
【００２４】請求項８の発明によれば、上記に加えてガスを加工点に供給するガス吐出口と、オイルを加工点に供給するオイル吐出口とを有したノズルを備え、このノズルには加工点付近におけるガス及びオイルを回収する回収機を設けたので、加工中のオイル及び低温ガスの飛散を効果的に抑制することが可能となり、環境汚染防止に寄与できるできるようになるものである。
【００２５】請求項９の発明の冷風加工装置は、上記において回収機にて回収したガスをガス圧縮装置に吸い込ませることを特徴とする。
【００２６】請求項９の発明によれば、上記に加えて回収機にて回収したガスをガス圧縮装置に吸い込ませるようにしたので、ノズルから吐出された低温ガスの熱エネルギーを回収し、ガス圧縮効率の改善を図ることが可能となるものである。
【００２７】請求項１０の発明の冷風加工装置は、上記において冷却媒体となるガスとして不活性ガスを用いることを特徴とする。
【００２８】請求項１０の発明によれば、上記に加えて冷却媒体となるガスとして不活性ガスを用いるようにしたので、加工点におけるワークや加工冶具の加工面の酸化を防止できるようになり、加工精度の向上を図ることが可能となると共に、加工後のワークの後処理も簡素化することができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した冷風加工装置１の構成図を示し、図２は冷風加工装置１のノズル２の断面図を示している。この冷風加工装置１は低温ガス発生装置３を備えている。
【００３０】図１において、低温ガス発生装置３は、冷却媒体のガスとして空気を冷却して冷風を生成ものであり、ガス圧縮装置としてのスクロール式のエアーコンプレッサ４と、流路としての冷風配管６と、実施例では二台設けられた冷却装置６７、９と、温風配管１１と、混合装置１２などから構成されている。
【００３１】エアーコンプレッサ４は電動機１３により駆動され、吸込フィルタ１４と除湿用熱交換器６９を介して空気（ガス）を吸引し、圧縮して放熱器１６に吐出する。吐出された空気は放熱器１６にて放熱した後、空気タンク１７に一旦入り、その後、冷風配管６と温風配管１１とに分流され、それぞれ圧送される。尚、８２は空気タンク１７に設けられたタンク水抜きバルブである。
【００３２】この冷風配管６には先ずタンクドレンバルブ８３を備えた除湿機８１が設けられると共に、次ぎに空気の上流側から熱交換器６８及び熱交換器２１が交熱的に取り付けられ、冷風配管６は各熱交換器６８及び２１内を順次通過した後、冷風量調整バルブ２２を経て最終的に温風配管１１と合流する。また、この温風配管１１にも温風量調整バルブ２３が接続された後、最後に冷風配管６に合流する。これら配管６、１１及びバルブ２２、２３によって前記混合装置１２が構成される。
【００３３】前記冷却装置６７は、ロータリコンプレッサ７１、コンデンサ７２（これらでコンデンシングユニットが構成される）、キャピラリチューブ７３、７４（減圧装置）、電磁弁７６、冷却器７７、７８などから成る。前記コンデンサ７３はロータリコンプレッサ７１の吐出側に接続され、キャピラリチューブ７３はコンデンサ７２の出口に接続されると共に、キャピラリチューブ７３の出口は分岐して、一方はキャピラリチューブ７４に、他方は電磁弁７６に接続されている。
【００３４】そして、電磁弁７６は冷却器７８の入口に接続され、冷却器７８の出口はキャピラリチューブ７４の出口に接続されている。前記冷却器７８は除湿用熱交換器６９内に交熱的に設けられると共に、除湿用熱交換器６９にはドレンバルブ７９が設けられている。
【００３５】キャピラリチューブ７４と冷却器７８との接続点は次ぎに冷却器７７の入口に接続され、冷却器７７の出口がロータリコンプレッサ７１の吸込側に接続されている。そして、前記冷却器７７は熱交換器６８内に交熱的に設けられている。尚、８４は熱交換器６８の下流側の冷風配管６に設けられたドレンバルブである。
【００３６】前記ロータリコンプレッサ７１が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ７２にて凝縮され、キャピラリチューブ７３にて減圧された後、キャピラリチューブ７４と電磁弁７６方向に分流される。電磁弁７６を経た冷媒は冷却器７８に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮する。
【００３７】また、キャピラリチューブ７４に分流された冷媒はそこで更に減圧された後、冷却器７８からの冷媒と合流して冷却器７７に流入し、そこで蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮するものである。
【００３８】前記冷却器７８における冷媒の蒸発温度は０℃付近に設定されている。また、冷却器７７は前述の如く最も上流の熱交換器６８内に交熱的に設けられると共に、この冷却器７７における冷媒の蒸発温度は−５℃付近に設定されている。
【００３９】前記冷却装置９は、ロータリコンプレッサ３７、コンデンサ３８（これらでコンデンシングユニットが構成される）、キャピラリチューブ３９（減圧装置）及び冷却器４１などから成り、これらは順次環状に配管接続されて周知の冷媒回路が構成されている。このロータリコンプレッサ３７が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ３８にて凝縮され、キャピラリチューブ３９にて減圧された後、冷却器４１に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮するものである。
【００４０】そして、冷却器４１は前記最も下流の熱交換器２１内に交熱的に設けられると共に、この冷却器４１における冷媒の蒸発温度は−３５℃付近に設定されている。尚、８６は熱交換器２１の下流側の冷風配管６に接続されたドレンバルブ８６である。
【００４１】また、前記混合装置１２は温度調節手段を構成する図示しない制御装置によって前記冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度がそれぞれ制御され、それによって、冷風配管６からの冷風と、温風配管１１からの温風（常温より数℃高い）の混合比が調整される。係る混合比の調整により、混合装置１２から吹き出される冷風（混合空気）の温度は所望の温度に調節される。
【００４２】そして、係る混合装置１２にはノズル２が接続され、このノズル２によって冷風加工部４３に供給される。尚、４２は冷風加工部４３に設けられた研削（旋削）冶具（加工冶具）であり、加工点においてワーク４４を研削するものである。
【００４３】前記ノズル２は図２に示される如く冷風吐出口４６と、オイル（潤滑油）吐出口４７と、回収機４８とから構成されている。そして、この冷風吐出口４６が前記混合装置１２に連通接続され、オイル吐出口４７は図示しない潤滑油供給源に接続される。また、回収機４８にはフィルタ及びオイル分離機を前段に備えた吸引ポンプ４９が接続されており、吸引ポンプ４９の吹き出し側は前記吸込フィルタ１４に連通されている。
【００４４】以上の構成で次に動作を説明する。冷風加工装置１の低温ガス発生装置３に電源が投入されると、電動機１３が起動され、エアーコンプレッサ４が駆動開始する。これによって、冷風配管６には空気が圧送され始めるが、この駆動開始時にドレンバルブ８４及び８６を開放する。それによって、冷風配管６内の水分を排出する。その後、ドレンバルブ８４、８６は閉じられる。
【００４５】これらドレンバルブ８４、８６を閉じた後、前記制御装置は各冷却装置６７及び９のロータリコンプレッサ７１及び３７を起動し、冷却器７８により除湿用熱交換器６９を０℃付近に冷却すると共に、上流側の熱交換器６８は−５℃付近、下流側の熱交換器２１は−３５℃付近に冷却する。
【００４６】吸込フィルタ１４を介して吸引された空気中の水分は、除湿用熱交換器６９を通過する際に凝結し、タンクドレンバルブ７９を介して排出除去される。従って、以後の冷却の際に最も大なる熱負荷となる空気中の水分の影響を解消することが可能となる。
【００４７】このように除湿された空気はエアーコンプレッサ４にて圧縮されて放熱器１６に吐出される。そして、この放熱器１６内を経て空気タンク１７に至り、冷風配管６と温風配管１１とに分流される。冷風配管６に圧送された空気は、除湿機８１を経て最初に熱交換器６８内に入り、そこを通過する過程で−５℃付近まで冷却される。
【００４８】更に、この熱交換器６８を出た−５℃付近の冷気は、次に最下流の熱交換器２１に入り、そこを通過する過程で−３５℃付近まで冷却されて混合装置１２の冷風量調整バルブ２２に至る。尚、制御装置は電磁弁７６を２０分程度開き、５分程度閉じる動作を繰り返す。これにより、冷却器７８への霜付きを防止する。
【００４９】このように、本発明ではそれぞれロータリコンプレッサ７１、３７、コンデンサ７２、３８、キャピラリチューブ７３、７４、３９及び冷却器７７、７８、４１から冷媒回路が構成された冷却装置６７、９により、エアーコンプレッサ４に入る空気の温度を０℃付近に冷却した後、更に、冷風配管６内を圧送される空気の温度を−５℃付近、−３５℃付近と段階的に低下させて行って最終的に−３５℃付近の冷気を生成するようにしたので、極めて効率良く冷気を生成することができるようになると共に、冷気の温度も安定し、後述する温度制御の精度も向上させることが可能となる。
【００５０】一方、温風配管１１に分流されて圧送される空気は温風量調整バルブ２３に至る。混合装置１２の制御装置は冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度をそれぞれ制御し、これら冷風量調整バルブ２２及び温風量調整バルブ２３に到達した冷気（−３５℃付近）及び空気（常温より数℃高い）の混合比を調整する。そして、係る混合比の調整により、２〜３気圧で例えば−１０℃〜−３０℃の所望温度の冷気を生成し、混合装置１２からノズル２に吹き出す。
【００５１】混合装置１２から吐出された冷気はノズル２に供給され、冷風吐出口４６から冷風として加工点に吹き出される。また、ノズル２のオイル吐出口４７からはオイルが加工点に供給されるので、これら冷風とオイルによって加工点における発熱を抑制し、研削（切削）焼けや割れなどの発生を抑制する。
【００５２】尚、混合装置１２の制御装置は冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度を調整することにより、このときのワーク４４の材質や加工度合い、加工時間、精度に適した温度の冷風を供給する（制御装置に予め設定する）。また、加工の工程によっても予め設定されたタイマ制御で冷風の温度を調整する。これにより、より精度と効率の良い冷風加工を実現する。
【００５３】また、冷風吐出口４６及びオイル吐出口４７から吐出された冷気とオイルは、加工点付近から回収機４８の吸引ポンプ４９にて吸引・回収される。回収された冷気中のオイルはフィルタ及びオイル分離機にて塵埃とオイルが分離され、冷気のみとなって吸込フィルタ１４に送られる。
【００５４】係る回収動作によって、加工中のオイル及び冷気の飛散を効果的に抑制することが可能となり、環境汚染防止に寄与できるできるようになる。また、回収機４８にて回収された空気は吸込フィルタ１４、除湿用熱交換器６９を経てエアーコンプレッサ４に吸い込まれるので、ノズル２から吐出された冷気の熱エネルギーを回収し、低温ガス発生装置３の運転効率の改善が図られる。
【００５５】次ぎに、図３は本発明の他の実施例の低温ガス発生装置３を備えた冷風加工装置１の構成図を示している。尚、この図において図１、図２と同符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。図３における低温ガス発生装置３も冷却媒体のガスとしての空気を冷却して冷風を生成ものであり、ガス圧縮装置としてのスクロール式のエアーコンプレッサ４と、流路として冷風配管６と、実施例では三台設けられた冷却装置７、８、９と、温風配管１１と、混合装置１２などから構成されている。
【００５６】エアーコンプレッサ４は電動機１３により駆動され、吸込フィルタ１４を介して空気（ガス）を吸引し、圧縮して放熱器１６に吐出する。吐出された空気は放熱器１６にて後述する如くドレン水により冷却された後、空気タンク１７に一旦入り、その後、冷風配管６と温風配管１１とに分流され、それぞれ圧送される。
【００５７】この冷風配管６には空気の上流側から熱交換器１８、熱交換器１９及び熱交換器２１が交熱的に取り付けられており、冷風配管６は各熱交換器１８、１９及び２１内を順次通過した後、冷風量調整バルブ２２を経て最終的に温風配管１１と合流する。また、この温風配管１１にも温風量調整バルブ２３が接続された後、最後に冷風配管６に合流する。これら配管６、１１及びバルブ２２、２３によって前記混合装置１２が構成される。
【００５８】前記冷却装置７は、ロータリコンプレッサ２４、コンデンサ２６（これらでコンデンシングユニットが構成される）、自動膨張弁２７（減圧装置）及び冷却器２８などから成り、これらは順次環状に配管接続されて周知の冷媒回路が構成されている。このロータリコンプレッサ２４が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ２６にて凝縮され、膨張弁２７にて減圧された後、冷却器２８に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮するものである。
【００５９】そして、冷却器２８は前記最も上流の熱交換器１８内に交熱的に設けられると共に、この冷却器２８における冷媒の蒸発温度は０℃付近に設定されている。また、熱交換器１８には冷風配管６中を圧送される空気から滴下したドレン水を受けて放熱器１６に送給するドレン水路２９が設けられており、このドレン水路２９には自動ドレンバルブ３１が介設されている。
【００６０】前記冷却装置８は、ロータリコンプレッサ３２、コンデンサ３３（これらでコンデンシングユニットが構成される）、キャピラリチューブ３４（減圧装置）及び冷却器３６などから成り、これらは順次環状に配管接続されて周知の冷媒回路が構成されている。このロータリコンプレッサ３２が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ３３にて凝縮され、キャピラリチューブ３４にて減圧された後、冷却器３６に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮するものである。
【００６１】そして、冷却器３６は前記最も上流の熱交換器１８の次の下流側の熱交換器１９内に交熱的に設けられると共に、この冷却器３６における冷媒の蒸発温度は−２０℃付近に設定されている。
【００６２】前記冷却装置９は、ロータリコンプレッサ３７、コンデンサ３８（これらでコンデンシングユニットが構成される）、キャピラリチューブ３９（減圧装置）及び冷却器４１などから成り、これらは順次環状に配管接続されて周知の冷媒回路が構成されている。このロータリコンプレッサ３７が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ３８にて凝縮され、キャピラリチューブ３９にて減圧された後、冷却器４１に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮するものである。
【００６３】そして、冷却器４１は前記最も下流の熱交換器２１内に交熱的に設けられると共に、この冷却器４１における冷媒の蒸発温度は−３５℃付近に設定されている。
【００６４】また、前記混合装置１２は温度調節手段を構成する制御装置によって前記冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度がそれぞれ制御され、それによって、冷風配管６からの冷風と、温風配管１１からの温風（常温より数℃高い）の混合比が調整される。係る混合比の調整により、混合装置１２から吹き出される冷風（混合空気）の温度は所望の温度に調節される。
【００６５】そして、係る混合装置１２には同様にノズル２が接続され、このノズル２によって冷風加工部４３に供給されることになる。尚、ノズル２の構造は前述同様であり、回収機４８にはフィルタ及びオイル分離機を前段に備えた吸引ポンプ４９が接続され、吸引ポンプ４９の吹き出し側は前記エアーコンプレッサ４の吸込フィルタ１４に連通されている。
【００６６】以上の構成で次にこの場合の冷風加工装置１の動作を説明する。冷風加工装置１の低温ガス発生装置３に電源が投入されると、電動機１３が起動され、エアーコンプレッサ４が駆動開始する。また、各冷却装置７、８及び９のロータリコンプレッサ２４、３２及び３７も起動し、冷却器２８により最上流の熱交換器１８を０℃付近に冷却すると共に、次段の熱交換器１９は−２０℃付近、最下流の熱交換器２１は−３５℃付近に冷却する。
【００６７】吸込フィルタ１４を介して吸引された空気は、エアーコンプレッサ４にて圧縮されて放熱器１６に吐出される。そして、この放熱器１６内を経て空気タンク１７に至り、冷風配管６と温風配管１１とに分流される。冷風配管６に圧送された空気は、最初に熱交換器１８内に入り、そこを通過する過程で０℃付近まで冷却される。
【００６８】係る冷却によって冷風配管６内を圧送される空気中の水分は凝結し、除去される。従って、以後の冷却の際に最も大なる熱負荷となる空気中の水分の影響を解消することが可能となる。
【００６９】そして、このときに冷風配管６中を圧送される空気から滴下したドレン水はドレン水路２９に受容され、自動ドレンバルブ３１の開放によって放熱器１６に送給される。これにより、放熱器１６を通過する空気を冷却することができるようになり、運転効率と性能向上が図られる。
【００７０】尚、この実施例ではドレン水路２９にて放熱器１６にドレン水を送給したが、それに限らず、エアーコンプレッサ４の周囲に送給してエアーコンプレッサ４自体を直接冷却しても良い。
【００７１】そして、最上流の熱交換器１８を出た０℃付近の冷気は次に熱交換器１９に入り、そこを通過する過程で−２０℃付近まで冷却される。更に、この熱交換器１９を出た−２０℃付近の冷気は、次に最下流の熱交換器２１に入り、そこを通過する過程で−３５℃付近まで冷却されて混合装置１２の冷風量調整バルブ２２に至る。
【００７２】このように、この場合の実施例ではそれぞれロータリコンプレッサ２４、３２、３７、コンデンサ２６、３３、３８、自動膨張弁２７、キャピラリチューブ３４、３９及び冷却器２８、３６、４１から冷媒回路が構成された冷却装置７、８、９により、冷風配管６内を圧送される空気の温度を０℃付近、−２５℃付近、−３５℃付近と段階的に低下させて行って最終的に−３５℃付近の冷気を生成するようにしたので、極めて効率良く冷気を生成することができるようになると共に、冷気の温度も安定し、後述する温度制御の精度も向上させることが可能となる。
【００７３】そして、温風配管１１に分流されて圧送される空気は温風量調整バルブ２３に至る。混合装置１２の制御装置は冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度をそれぞれ制御し、これら冷風量調整バルブ２２及び温風量調整バルブ２３に到達した冷気（−３５℃付近）及び空気（常温より数℃高い）の混合比を調整する。そして、同様に係る混合比の調整により、２〜３気圧で例えば−１０℃〜−３０℃の所望温度の冷気を生成し、混合装置１２からノズル２に吹き出す。
【００７４】混合装置１２から吐出された冷気はノズル２に供給され、冷風吐出口４６から冷風として加工点に吹き出される。また、ノズル２のオイル吐出口４７からはオイルが加工点に供給されるので、これら冷風とオイルによって加工点における発熱を抑制し、研削（切削）焼けや割れなどの発生を抑制する。
【００７５】尚、この場合も混合装置１２の制御装置は冷風量調整バルブ２２と温風量調整バルブ２３の開度を調整することにより、このときのワーク４４の材質や加工度合い、加工時間、精度に適した温度の冷風を供給する（制御装置に予め設定する）。また、加工の工程によっても予め設定されたタイマ制御で冷風の温度を調整する。これにより、より精度と効率の良い冷風加工を実現する。
【００７６】また、冷風吐出口４６及びオイル吐出口４７から吐出された冷気とオイルは、加工点付近から回収機４８の吸引ポンプ４９にて吸引・回収される。回収された冷気中のオイルはフィルタ及びオイル分離機にて塵埃とオイルが分離され、冷気のみとなってエアーコンプレッサ４の吸込フィルタ１４に送られる。
【００７７】係る回収動作によって、加工中のオイル及び冷気の飛散を効果的に抑制することが可能となり、環境汚染防止に寄与できるできるようになる。また、回収機４８にて回収された空気は吸込フィルタ１４を経てエアーコンプレッサ４に吸い込まれるので、ノズル２から吐出された冷気の熱エネルギーを回収し、低温ガス発生装置３の運転効率の改善が図られる。
【００７８】次に、図４は本発明のもう一つの他の実施例の低温ガス発生装置３を備えた冷風加工装置１の構成図を示している。尚、この図において図１、図２と同一符号は同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場合、前記図３の実施例における冷却装置８と冷却装置９及び熱交換器１９と熱交換器２１は二段圧縮機ユニットを構成する一台の冷却装置５１と熱交換器６６に置き換えられている。そして、この熱交換器６６は熱交換器１８の下流側の冷風配管６に設けられている。
【００７９】前記冷却装置５１は、ロータリコンプレッサ６１、コンデンサ６２（これらで高圧側コンデンシングユニットを構成する）、キャピラリチューブ６３及び冷却器６４から冷媒回路が構成された高圧側ユニット５３と、ロータリコンプレッサ５４、コンデンサ５６（これらで低圧側コンデンシングユニットを構成する）、キャピラリチューブ５７及び冷却器５８から冷媒回路が構成された低圧側ユニット５２とから構成されており、高圧側ユニット５３の冷却器６４と低圧側ユニット５２のコンデンサ５６とが中間熱交換器５９にて交熱的に添設された構成とされている。
【００８０】高圧側ユニット５３のロータリコンプレッサ６１が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ６２にて凝縮され、キャピラリチューブ６３にて減圧された後、冷却器６４に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮し、中間熱交換器５９を冷却する。一方、低圧側ユニット５２のロータリコンプレッサ５４が運転されると、吐出された冷媒はコンデンサ５６に中間冷却器５９を介し、冷却器６４から冷却されて凝縮され、キャピラリチューブ５７にて減圧された後、冷却器５８に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪って冷却作用を発揮し、熱交換器６６を冷却する。
【００８１】このように、低圧側ユニット５２のコンデンサ５６は中間熱交換器５９にて低温に冷却されるので、低圧側ユニット５２内に例えばＲ４０４Ａ冷媒などの比熱比が高く、沸点の低い冷媒を封入し、熱交換器６６における蒸発温度を−４５℃付近まで低下させることができるようになるものである。これによって、より温度の低い冷風を生成することが可能となる。
【００８２】尚、上記各実施例では空気を冷却媒体としてのガスとして使用したが、例えば窒素やヘリウムなどの不活性ガスを用いることもできる。係る不活性ガスを用い低温に冷却して冷風として吹き付ければ、加工点におけるワーク４４や研削冶具４２の加工面の酸化を防止できるようになり、加工精度を向上させ、加工後のワーク４４の後処理も簡素化することができるようになる。
【００８３】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、それぞれコンプレッサ、コンデンサ、減圧装置及び冷却器などから冷媒回路が構成され、各冷却器における冷媒の蒸発温度がそれぞれ異なる複数の冷却装置と、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路に設けられ、各冷却器とそれぞれ熱交換することにより、流路内を流れるガスを冷却する複数の熱交換器とから低温ガス発生装置を構成すると共に、流路内を流れるガスの上流側に蒸発温度の高い冷却器と熱交換する熱交換器を配置し、下流側に蒸発温度の低い冷却器と熱交換する熱交換器を配置したので、流路内を圧送されるガスの温度を複数の冷却装置によって段階的に低下させることができるようになり、極めて効率良く低温ガスを生成することができるようになると共に、ガス温度も安定し、温度制御の精度も向上させることが可能となる。
【００８４】請求項２の発明によれば、上記に加えて流路の最も上流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器における冷媒の蒸発温度を、０℃付近に設定したので、この最も上流側に位置する熱交換器において、流路内を圧送されるガス中の水分は凝結し、除去される。これにより、大なる熱負荷となるガス中の水分の影響を解消して一層効率の良い低温ガスの生成を達成することが可能となる。
【００８５】請求項３の発明によれば、上記に加えてガス圧縮装置から吐出されたガスと熱交換する放熱器と、最も上流に設けられる熱交換器において凝結したガス中の水分を放熱器或いはガス圧縮装置に送給するドレン水路とを設けたので、熱交換器にて収集したガス中の水分を放熱器やガス圧縮装置に送ってそこを通過するガスやガス圧縮装置自体を冷却することが可能となり、更なる運転効率と性能向上を図ることができるようになるものである。
【００８６】請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて流路の下流側に設けられる熱交換器と熱交換する冷却器を備えた冷却装置を、二段圧縮式の冷却装置としたので、流路内を圧送されるガスの最終到達温度を極めて低い値まで低下させることができるようになる。
【００８７】請求項５の発明によれば、上記各発明に加えてガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと、流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を備え、この混合装置には、高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を設けたので、この温度調節手段によって高温ガスと低温ガスの混合比を任意に可変し、混合装置から供給されるガスの温度を所望の値に制御することができるようになるものである。
【００８８】請求項６の発明によれば、ガス圧縮装置にて冷却媒体となるガスが圧送される流路と、この流路内を流れるガスを冷却する冷却手段と、ガス圧縮装置から吐出され、流路にて冷却される以前の高温ガスと流路にて冷却された後の低温ガスとを混合する混合装置を設け、この混合装置には、高温ガスと低温ガスの混合比を調整する温度調節手段を設けたので、この温度調節手段によって高温ガスと低温ガスの混合比を任意に可変し、混合装置から供給される低温ガスの温度を所望の値に制御することができるようになるものである。
【００８９】請求項７の発明によれば、加工冶具を加工点に接触させてワークの加工を行う冷風加工装置において、上記混合装置にて混合されたガスを加工点に供給しながら加工を行うようにしたので、加工点における発熱を抑制して研削（切削）焼けや割れなどの発生を未然に回避することができるようになる。特に、混合装置により、ワークの材質や加工度合い、加工時間、精度或いは加工の工程などに応じて供給する低温ガスの温度を所望の値に制御することができるようになり、より精度と効率の良い冷風加工を実現することが可能となる。
【００９０】請求項８の発明によれば、上記に加えてガスを加工点に供給するガス吐出口と、オイルを加工点に供給するオイル吐出口とを有したノズルを備え、このノズルには加工点付近におけるガス及びオイルを回収する回収機を設けたので、加工中のオイル及び低温ガスの飛散を効果的に抑制することが可能となり、環境汚染防止に寄与できるできるようになるものである。
【００９１】請求項９の発明によれば、上記に加えて回収機にて回収したガスをガス圧縮装置に吸い込ませるようにしたので、ノズルから吐出された低温ガスの熱エネルギーを回収し、ガス圧縮効率の改善を図ることが可能となるものである。
【００９２】請求項１０の発明によれば、上記に加えて冷却媒体となるガスとして不活性ガスを用いるようにしたので、加工点におけるワークや加工冶具の加工面の酸化を防止できるようになり、加工精度の向上を図ることが可能となると共に、加工後のワークの後処理も簡素化することができるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１１日（１９９９．３．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８３６１
【弁理士】
【氏名又は名称】雨笠 敬
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９８２（Ｐ２０００−２５７９８２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６４８７０ |
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