本発明の実施の形態について図面を参照� ��て説明する。図1は、本発明の温度制御装置 1を工作機械30と接続した状態を示す図である 。工作機械30は、実際に機械加工を行う工作� ��械本体31と、工作機械本体31を制御するため のNC(数値制御)装置32とからなる。工作機械の 典型的な発熱源として主軸頭がある。主軸頭 には回転可能に主軸が支持されており、主軸 には工具または工作物が取り付けられて回転 駆動される。

 この主軸の回転速度は、停止状態から毎� ��数千回転以上にまで変動するので、主軸を� ��持する主軸頭を冷却して温度制御を行い、� ��軸頭の温度が基準温度に対して常に一定の� ��度差を保つようにされる。すなわち、主軸� ��の温度を基準温度に対して常に一定の温度� ��に保つことが制御目標である。ただし、こ� ��場合の一定の温度差とは温度が等しい(温度 差0)場合も含むものである。

 基準温度は、一般的に室温または工作機� ��の構成要素中の時定数が大きい(熱容量が大 きい)部材(例えば、ベッドやコラム等)の温度 に設定される。基準温度センサ33によって測� ��された基準部位の温度が、基準温度として� ��定される。なお、基準温度としては、複数� ��置の温度を測定してその中から選択したり� ��複数の測定値の平均値を基準温度としても� ��い。また、測定値に適宜の演算を施して基� ��温度としてもよい。

 図1において、冷却回路2は工作機械30の主 軸頭などを冷却するように循環して設けられ ている。すなわち、温度制御装置1から出た� �却回路2は工作機械の主軸頭などを循環し、� ��び温度制御装置1に戻るように配設されてい る。この冷却回路2の中には熱媒体液として� �却油が循環している。冷却油は温度制御装� �1の温度調整部10により冷却され、一定温度� �なるように調整制御されて、工作機械30に送 られている。

 温度制御装置1は、冷却油を冷却するため の温度調整部10と、その温度調整部10を制御� �るための温度制御部11とを有する。なお、本 発明における温度制御手段は、温度調整部10� ��温度制御部11の両方を包括したものに相当� �る。温度調整部10の構成については、後に詳 しく説明する。また、温度制御装置1には、� �作機械30と双方向に情報のやりとりを行うた めの双方向通信インターフェース15が設けら� ��ている。

 工作機械30のNC装置32側にもまた双方向の� ��信インターフェースが設けられており、工� ��機械30と温度制御装置1とはこれらのインタ� ��フェースを介して双方向に情報の送受信を� ��うことが可能である。すなわち、工作機械3 0から温度制御装置1に対する指令データは双� ��向通信インターフェース15を介して受信さ� �、その指令データに対する応答データや送� �データも双方向通信インターフェース15を介 して送信される。

 通信データ処理部14は、双方向通信イン� �ーフェース15を介して送受信されるデータの 処理を行うものである。通信データ処理部14� ��、工作機械30からの指令データの内容を解� �し、必要ならば、温度制御部11の内部メモリ に記憶されたデータを指令データに従って書 き換える。また、指令データに従って温度制 御部11の内部メモリに記憶されたデータの内� ��を読み出し、指令データに対する応答デー� ��を作成して双方向通信インターフェース15� �介して工作機械30に送信する。この通信デー タ処理部14は双方向通信インターフェース15� �温度制御部11との間に配置されている。

 図2は、温度制御装置1の全体構成を示す� �である。なお、図1における温度調整部10は� �図2の冷凍機5、凝縮器6、膨張弁7、熱交換器8 などを包括的に示したものである。冷却回路 2に設けられた冷却ポンプ22は駆動モータ23に� ��って駆動され、冷却回路2中の冷却油を一定 流量で循環させる。冷却油は熱交換器8によ� �て冷却された後、主軸頭に流入して主軸頭� �冷却する。主軸頭を冷却した後の冷却油は� �却回路2を循環して冷却ポンプ22に戻ってく� �。

 主軸頭を冷却後の冷却油の温度(戻り油温 )を温度センサ21によって検出し、その戻り油 温が設定温度となるようにフィードバック制 御を行う。設定温度は基準温度と一定の温度 差を有する値に設定される。温度差は0でも� �く、その場合、設定温度は基準温度と等し� �なる。なお、温度センサ21は、図示の位置に 限定されず、戻り油温を検出できる位置であ ればどの位置に配置してもよい。例えば、冷 却ポンプ22の流入側に配置してもよい。

 一方、熱交換器8に流入する冷媒に関して は、まず、冷媒ガスが冷凍機5によって圧縮� �れて凝縮器6に送られる。凝縮器6では、圧縮 されて温度上昇した冷媒ガスの熱が放熱され て液化される。凝縮器6は冷却ファン61によっ て空冷により冷却されている。液化された冷 媒ガスは、さらに膨張弁7を通る際に絞り膨� �されて低温低圧の気液混合状態となる。こ� �低温低圧の気液混合の冷媒ガスが熱交換器8� ��流入して、冷却油を冷却するのである。冷� ��ガスは熱交換器8中で冷却油の熱を奪って気 化し、気化熱により効率よく冷却油を冷却す る。熱交換器8から流出した冷媒ガスは冷凍� �5に戻り、循環回路3を循環する。

 冷凍機5は、例えばインバータ制御駆動装 置によって駆動される。その場合、冷凍機5� �回転速度を連続的に変更制御することがで� �、冷凍機5の冷却能力を連続的に変更制御す� ��ことができる。また、冷凍機5は、通常の交 流電源によって一定の回転速度で駆動するよ うにしてもよい。冷凍機5を一定の回転速度� �駆動する場合は、インバータ制御駆動装置� �不要となり、温度制御装置1のコストを低減� ��せるとともに温度制御装置1の小型化が可能 となる。この場合、冷凍機5の冷却能力は、� �張弁7の開度およびバイパス弁9の開度によっ て調整する。

 冷凍機5からの冷媒ガスが循環する循環回 路3には、圧縮されて温度上昇した冷媒ガス� �一部を冷却せずに熱交換器8に流入させるバ� ��パス路4が付加されている。バイパス路4に� �流量調整弁であるバイパス弁9が設けられて� ��る。バイパス路4は、冷却油を冷却する冷却 能力を低減調整するために設けられている。 バイパス弁9が開状態では低温の冷媒ガスに� �温ガスが混合して熱交換器8に流入するため� ��冷却能力は低下する。バイパス弁9の開度を 変更制御することにより、冷却能力を変更制 御することができる。バイパス弁9が全閉状� �では、高温ガスが混合せず、冷凍機5の冷却� ��力が最大となる。

 温度制御部11は、冷凍機5の回転速度、膨� ��弁7の開度およびバイパス弁9の開度を制御� �て、冷却油の温度制御を行う。また、温度� �御部11には表示部12および入力部13が接続さ� �ている。表示部12によって温度制御に関する 種々のパラメータ等を確認することができ、 入力部13によってこれらのパラメータ等を入� ��することができる。また、表示部12および� �力部13によって、双方向通信インターフェー ス15の通信パラメータの確認や設定変更を行� ��ことができる。

 冷却油の温度制御は、温度センサ21によ� �て検出した戻り油温が設定温度となるよう� �フィードバック制御を行う。フィードバッ� �制御はPID制御により、高精度、高速応答か� �高安定な制御を行うようにする。すなわち� �PID制御により冷凍機5の回転速度、膨張弁7の 開度、バイパス弁9の開度を変更制御してフ� �ードバック制御を行う。なお、冷凍機5の回� ��速度と膨張弁7の開度を一対一に対応する関 係となるように連動して同時に制御すること ができる。また、膨張弁7の開度とバイパス� �9の開度も、一対一に対応する関係となるよ� ��に連動して同時に制御することができる。

 図3は、温度制御装置1と工作機械30との間 で行う双方向通信プロトコルの例を示す図で ある。双方向通信インターフェース15は、シ� ��アルデータ(時系列上で1ビットずつ送受信� �るデータ)によって通信を行うものでもよく� ��パラレルデータ(時系列上で複数ビットを同 時に送受信するデータ)によって通信を行う� �のでもよい。ここでは、シリアルデータに� �る双方向通信の場合について説明する。実� �のインターフェース回路としては、いわゆ� �RS-232Cなどのシリアルインターフェース回路� ��、LAN用のイーサネット(登録商標)などのネ� �トワーク・インターフェース回路が使用で� �る。

 例えば、RS-232Cを使用する場合、通信速度 、通信データ構成(データ長、パリティ有無� �ストップビット長など)などの通信パラメー� ��の確認や設定変更を、表示部12および入力� �13によって行うことができる。図3(a)は、工� �機械30から特定の温度制御装置1に対してポ� �リングを行う場合である。ポーリングは工� �機械30に接続された温度制御装置1に対して� �定したデータの送信を要求する動作である� �これは温度制御装置1から指定したデータを� ��み出す場合に行われる。

 図3(a)に示すように、工作機械30側から、� ��ず2バイトのデバイス・アドレスA1,A2を送信� ��、続いて2バイトの識別子S1,S2を送信する。� ��して、最後に1バイトの「ENQ」キャラクタを 送信する。デバイス・アドレスA1,A2は温度制� ��装置を特定するための装置ごとに一意的に� ��与されたアドレスである。このように、工� ��機械30に温度制御装置や他の補助装置が複� �接続されていても、それらを区別して指定� �ることができる。識別子S1,S2は、要求するデ ータの種類を示すものである。「ENQ」キャラ クタは、ポーリング手順の終了を表す伝送制 御キャラクタである。

 温度制御装置1がポーリング手順を示す図 3(a)のようなデータ列を受信した場合、デバ� �ス・アドレスA1,A2が自己のアドレスと一致す れば、図3(b)に示すような応答データを送信� �る。図3(b)の最初の「STX」キャラクタは、送� ��データの開始を表す伝送制御キャラクタで� ��る。次の識別子S1,S2は、送信するデータの� �類を示すものであり、工作機械30側はこれに より応答データの種類が要求したものと一致 しているか否かを確認することができる。次 の6バイトのデータD1~D6が識別子で示される応 答データの内容である。

 次の「ETX」キャラクタは送信データの終� ��を表す伝送制御キャラクタである。次の誤� ��検出符号B1,B2は、送信データブロックの誤� �検出のためのデータであり、識別子S1から「 ETX」キャラクタまでの水平パリティ(偶数)を� ��すデータである。誤り検出符号B1,B2により� �工作機械30側が応答データの正当性を判定す ることができる。応答データに伝送誤り等が ある場合、工作機械30側からデータの再送信� ��要求することができる。

 また、工作機械30側は、図3(b)のような応� ��データを正常に受信できた場合、「ACK」キ� ��ラクタを送信する。「ACK」キャラクタは肯� ��応答を意味する伝送制御キャラクタである� ��応答データを正常に受信できなかった場合� ��、工作機械30側は「NAK」キャラクタを送信� �る。「NAK」キャラクタは否定応答を意味す� �伝送制御キャラクタであり、この場合は応� �データ再送信の要求となる。

 工作機械30側から「NAK」キャラクタが送� �された場合、温度制御装置1は応答データを� ��送信する。工作機械30側が応答データを正� �に受信できない場合とは、例えば、誤り検� �符号により応答データに誤りが検出された� �合、識別子が要求したものと異なる場合、� �答データの構成(長さや伝送制御キャラクタ� ��位置など)が異常な場合等である。

 図3(c),(d)は、工作機械30側から特定の温度 制御装置1に対してセレクティングを行う場� �である。セレクティングは工作機械30側から 通信相手とする装置を選択する動作である。 本発明においては、温度制御装置1に指定し� �データを書き込む(設定する)場合にセレクテ ィングを使用する。図3(c)に示すように、最� �に工作機械30側から温度制御装置1を指定す� �ためのデバイス・アドレスA1,A2を送信する。 それに続いて工作機械30側から、図3(d)に示す ような温度制御装置1に対する設定データが� �られる。

 図3(d)の設定データの構成は、図3(b)の応� �データの構成と同じである。最初の「STX」� �ャラクタ、設定データの種類を表す識別子S1 ,S2、設定データの内容D1~D6、「ETX」キャラク� ��、誤り検出符号B1,B2が連続して送られる。� �レクティングで選択された(デバイス・アド� ��スA1,A2が一致した)温度制御装置1は、この設 定データに基づいて、識別子S1,S2で示された� ��部データを書き換えて設定変更を行う。

 また、温度制御装置1は、図3(d)のような� �定データを正常に受信できた場合、肯定応� �の「ACK」キャラクタを送信する。設定デー� �を正常に受信できなかった場合は、温度制� �装置1は否定応答の「NAK」キャラクタを送信� ��る。温度制御装置1が設定データを正常に受 信できない場合とは、例えば、誤り検出符号 により設定データに誤りが検出された場合、 識別子がテーブルに存在しない場合、設定デ ータの構成(長さや伝送制御キャラクタの位� �など)が異常な場合、設定データの内容が設� ��範囲外である場合等である。温度制御装置1 から「NAK」キャラクタが送信された場合、工 作機械30側は再度セレクティングを行う等の� ��復処理を行うことができる。

 以上のような双方向通信により、工作機� ��30側から温度制御装置1の状態や内部データ� ��任意に指定して読み出すことができ、また� ��工作機械30側から温度制御装置1に設定デー� ��を書き込んで状態を変更したり内部データ� ��変更することもできる。温度制御装置1に対 して読み書きできるデータには、それぞれの 種類を識別できる識別子が付与されている。 温度制御装置1に対して読み書きできるデー� �は、例えば、次のようなデータとすること� �できる。

 温度制御装置1から読み出し専用のデータ として、制御モード、各種の温度測定値(マ� �ター、スレーブ、室温、機体温度など)、各� ��アラーム情報などを読み出すことができる� ��温度制御装置1に対して読み書き可能なデー タとしては、温度制御の設定温度、操作量(� �却量:0~100%)、PID設定パラメータ(0~10)、運転/� �止状態などである。前述のように、温度制� �装置1からのデータ読み出しはポーリングに� ��って行い、温度制御装置1へのデータ書き込 みはセレクティングによって行う。

 このように双方向通信により、工作機械3 0側から温度制御装置1の種々の状態を読み出� ��たり、温度制御装置1の状態変更や種々のパ ラメータの設定変更を行うことができるので 、温度制御の制御形態や制御パラメータを工 作機械30側から自動的に変更したりすること� ��可能となり、温度制御の制御形態の自由度� ��飛躍的に向上する。例えば、工作機械の運� ��状態に応じて一時的にフィードフォーワー� ��制御を取り入れたり、温度制御装置の各部� ��温度や運転状態をモニタしたりすることを� ��易に実行することができる。

 具体的には、工作機械の起動時に温度制� ��装置1の制御パラメータを通常時とは異なる 値に設定して短時間で定常温度に近付けるよ うにし、工作機械の暖機運転時間を短縮して 稼働率を向上させることができる。また、金 型加工のように長時間の加工が必要な場合に 、温度制御装置の各部の温度や運転状態をモ ニタして、温度制御装置に問題が発生した場 合には即座に工作機械を問題回避動作に移す ようにし、高価な金型の加工精度を維持して 不良品となるのを回避することができる。

 なお、以上の説明においては、双方向通� ��インターフェースがシリアルデータによっ� ��通信を行うものとしていたが、それに限ら� ��パラレルデータによって通信を行うもので� ��ってもよい。また、温度制御装置に対して� ��み書きするデータとしては、例示したデー� ��だけに限らずその他の任意のデータを読み� ��きできるようにしてもよい。