JP2002143631A - 圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、外部の使用側で大量の圧縮気体を使
用しても、装置からの排出を制限して吸着筒内の急激な
圧力低下と、不用意な運転停止を阻止し、吸着性能を保
持して信頼性の向上を得られる吸着装置を提供する。 【解決手段】圧縮機１によって圧縮された気体を圧力調
整器３を介して吸着剤を充填する第１の吸着筒１０もし
くは第２の吸着筒１１内に導き、吸着剤によって圧縮気
体中の成分の一部（たとえば水分、二酸化炭素）を吸着
除去したうえで外部に供給する吸着装置であり、上記第
１，第２の吸着筒の導出側で外部使用側との間に、特定
の成分を吸着した後の圧縮気体の流通量を絞る、必要最
低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用
量において吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上
に設定されたメーンオリフィス１８を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮気体中の成分
の一部である特定成分を吸着したうえで、外部の使用側
へ供給する吸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばレーザ加工機は、圧縮機で圧縮
した空気の供給を受けながら加工するようになってい
て、この圧縮空気は乾燥した純粋空気でなければならな
い。すなわち、供給される圧縮空気中に水分が含まれる
ことは勿論、二酸化炭素の存在も認められない。

【０００３】二酸化炭素が存在したままレーザ加工機に
供給されると、この加工機から発振されるレーザビーム
が拡散されてしまい、ビーム径が太くなって加工精度の
低下をきたす。

【０００４】このような不具合を阻止するため、吸着剤
で圧縮空気中の特定の成分を吸着して供給する、いわゆ
るＰＳＡ方式の吸着装置が用いられる。この吸着装置
は、吸着剤を充填する二基の吸着筒を備え、その一方で
圧縮気体中の特定の成分を吸着したうえで外部使用側で
あるレーザ加工機へ供給し、他方に減圧した圧縮気体を
導き前段階で吸着した特定成分を吸着剤から脱着し、吸
着剤を再生する。

【０００５】なお、上記各吸着筒の上流側に圧力調整器
（レギュレータ）を備えることにより、吸着筒内と、こ
れらに接続する配管内の圧力が常に一定となり、したが
って一定した量の圧縮気体を使用側に供給できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、使用側にお
いて何らかの事情で一時的に大量に圧縮空気を使用する
ことがある。すなわち、圧縮機から吸着筒に供給する空
気量に対して、使用される空気量が多過ぎる場合を言
う。

【０００７】たとえば、吸着装置の出口側を大気開放し
た場合など、空気の供給が追いつかなくなり、圧力調整
器による圧力調整が間に合わずに吸着筒内の圧力が急激
に低下してしまう。

【０００８】それにともない吸着能力が低下して使用側
における悪影響が顕著となるので、所定圧以下に低下す
ると圧力センサが検知して吸着装置を運転停止する。そ
のため、不用意な運転中止につながる圧力低下は避けな
ければならない。

【０００９】また、ＰＳＡ方式の吸着装置では、一方の
吸着筒で吸着剤が吸着している間に他方の吸着筒の吸着
剤を再生し、この作用を所定時間毎に交互に行うが、上
述の不具合により吸着剤の再生が充分に行われずに、さ
らに吸着能力が低下する。

【００１０】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、外部の使用
側で大量に圧縮気体を使用するようなことがあっても、
装置からの圧縮気体の排出を制限して、吸着筒内の急激
な圧力低下と、不用意な運転停止を阻止し、吸着性能を
保持して信頼性の向上を得られる圧縮気体中の成分の一
部を吸着する吸着装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するた
め、圧縮気体中の成分の一部を吸着する吸着装置として
請求項１の発明は、圧縮手段から給出される圧縮気体を
流路切換え手段を介して、吸着剤を充填する二基の吸着
筒のうちの一方に導き、吸着剤によって圧縮気体中の特
定の成分を吸着除去したうえで外部に供給し、他方の吸
着筒に減圧した圧縮気体を導き前段階で吸着した特定成
分を吸着剤から脱着再生する、いわゆるＰＳＡ方式の吸
着装置において、上記吸着筒の下流側で外部使用側との
間に、特定の成分を吸着した後の圧縮気体の流通量を絞
る、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最
大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する
抵抗値以上に設定された流量規制手段を具備したことを
特徴とする。

【００１２】請求項２として、請求項１記載の圧縮気体
中の成分の一部を吸着する吸着装置において上記流量規
制手段は、抵抗値を固定とした固定絞り機構、および抵
抗値を可変とした可変絞り機構のいずれかであることを
特徴とする。

【００１３】請求項３として、請求項２記載の圧縮気体
中の成分の一部を吸着する吸着装置において上記固定絞
り機構はオリフィスであることを特徴とする請求項４と
して、請求項１記載の圧縮気体中の成分の一部を吸着す
る吸着装置として上記各吸着筒内には、水分を吸着する
特性を備えた吸着剤が吸着筒内の上流側に充填され、か
つ二酸化炭素を吸着する特性を備えた吸着剤が吸着筒内
の下流側に充填されることを特徴とする。

【００１４】請求項５として、請求項４記載の圧縮気体
中の成分の一部を吸着する吸着装置において上記水分吸
着用吸着剤と二酸化炭素吸着用吸着剤は、それぞれの吸
着筒内に１：２の割合で充填されることを特徴とする。

【００１５】このような課題を解決する手段を採用する
ことにより、請求項１ないし請求項５の発明によれば、
たとえ外部の使用側において大量の気体を使用するよう
なことがあっても、装置内からの圧縮気体の排出を確実
に制限して、吸着筒内の急激な圧力低下および、不用意
な運転停止を阻止する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１は、圧縮気体中の成分の一
部を吸着する吸着装置の空気回路図を示し、図２は、運
転時の概略のフローチャート図を示す。

【００１７】図中１のＣＯＰと記したのは、エアーコン
プレッサ（以下、単に圧縮機と呼ぶ：圧縮手段）であ
り、この吸込み部は外部に開放され、吐出部には配管Ｐ
が接続される。この配管Ｐには、以下に説明する各部品
が順次備えられ、配管の最終端に設けられる外部接続具
２に至る。

【００１８】上記圧縮機１の吐出部直後にＰＲＶと記し
たレギュレータである圧力調整器３が設けられていて、
圧縮機から吐出される圧縮空気の圧力を常に所定圧に調
整して下流側に供給するようになっている。

【００１９】上記圧力調整器３の下流側に、圧縮空気中
のドレン（水滴）および比較的大きな異物を捕集するＤ
ＳＦと記したドレンフィルタ４が設けられる。このドレ
ンフィルタ４の下流側に、圧縮空気中のオイルミストと
比較的細かい異物を捕集するＭＳＦと記したミストフィ
ルタ５が設けられる。これらドレンフィルタ４とミスト
フィルタ５との間に、ＢＰ１と記した第１の圧力センサ
６が設けられる。

【００２０】上記ミストフィルタ５の下流側には、ＹＶ
２と記した第１の電磁開閉弁７が設けられ、さらにミス
トフィルタ５と第１の電磁開閉弁７との間に、配管Ｐに
流通する圧縮気体の温度を検知するＳＴと記した温度セ
ンサ２０が設けられる。

【００２１】上記第１の電磁開閉弁７の下流側に、サイ
レンサ８を付属するＹＶ１と記した電磁流路切換え弁９
（流路切換え手段）が設けられ、この電磁流路切換え弁
９の下流側に、第１の吸着筒１０と、第２の吸着筒１１
とが並列に接続される。

【００２２】すなわち、上記電磁流路切換え弁９は、こ
こに導かれる圧縮空気を第１の吸着筒１０もしくは第２
の吸着筒１１のいずれか一方に導くよう切換える。いず
れの切換え方向であっても、他方の吸着筒を戻り側とし
て上記サイレンサ８に連通するようなっている。

【００２３】各吸着筒１０，１１内には吸着剤が充填さ
れていて、これら吸着剤は吸着筒内を流通する圧縮空気
から特定する成分を吸着する。ここでは、外部使用側と
してレーザ加工機を用いるので、圧縮空気に含まれる水
分を吸着除去する特性を有する吸着剤と、二酸化炭素を
吸着除去する特性を有する吸着剤が用いられる。

【００２４】二酸化炭素よりも水分の方が吸着され易い
ので、先に水分を吸着し、そのあと二酸化炭素を吸着す
る構成をなす。したがって、各吸着筒１０，１１内に特
性の異なる吸着剤を充填し、その割合を異ならせてい
る。

【００２５】具体的には、各吸着筒１０，１１内におけ
る圧縮空気導入側である上流側に水分を吸着する特性を
備えた吸着剤が充填され、導出側である下流側に二酸化
炭素を吸着する特性を備えた吸着剤が充填される。この
水分吸着用吸着剤と、二酸化炭素吸着用吸着剤との充填
量の割合は、 １：２ に設定している。

【００２６】水分吸着用吸着剤として活性アルミナが用
いられ、二酸化炭素吸着用吸着剤として合成ゼオライト
（モレキュラシーブ４Ａ：商品名 以下同）が用いられ
る。あるいは、水分吸着用吸着剤として合成ゼオライト
（モレキュラシーブ１３Ｘ）を用いてもよく、二酸化炭
素吸着用吸着剤として合成ゼオライト（モレキュラシー
ブ４Ａ）を用いてもよい。

【００２７】上記電磁流路切換え弁９と第１，第２の吸
着筒１０，１１のそれぞれの間には、ＢＰ２と記した第
２の圧力センサ１２と、ＢＰ３と記した第３の圧力セン
サ１３が設けられている。

【００２８】第１の吸着筒１０と第２の吸着筒１１の圧
縮空気導出側は、中途部に補助オリフィス１４を備えた
再生用回路１５を介して連通している。この再生用回路
１５は、いずれか一方の吸着筒で特定の成分を吸着した
あとの圧縮空気の一部を上記補助オリフィス１４を介し
て他方の吸着筒に導びき、先の吸着作用で吸着能力が低
下した吸着剤から特定成分を脱着して、吸着剤として再
生させるためのものである。

【００２９】さらに、各吸着筒１０，１１の下流側に逆
止弁１２ａ，１２ｂが設けられ、配管Ｐはこれらの下流
位置Ｐａで合流している。上記逆止弁１２ａ，１２ｂ
は、互いに同じ方向の流通を阻止するように向けられて
いる。

【００３０】具体的には、第１の吸着筒１０から導出さ
れる圧縮空気は逆止弁１２ａを流通するが、第２の吸着
筒１１に導入されることを逆止弁１２ｂが阻止し、第２
の吸着筒１１から導出される圧縮空気は逆止弁１２ｂを
流通するが、第１の吸着筒１０に導入されることを逆止
弁１２ａが阻止する。

【００３１】配管合流部Ｐａの下流側には、ＭＳＦと記
したミストフィルタ１６と、ＹＶ３と記した第２の電磁
開閉弁１７および後述する固定絞り機構としてのメーン
オリフィス１８（流量規制手段）が順次設けられる。ま
た、第２の電磁開閉弁１７とメーンオリフィス１８との
間には、ＢＰ４と記した第４の圧力センサ１９が接続さ
れる。

【００３２】上記メーンオリフィス１８は、たとえば内
径１２．７ｍｍの配管Ｐに接続された場合で、オリフィ
ス径は２〜３ｍｍに設定される。これは、必要最低限の
使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量にお
いて吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上とする
条件から導かれる。

【００３３】上記メーンオリフィス１８の下流側は、先
に説明したように装置内配管Ｐの端部となっていて、こ
こに外部の使用側機器に接続するための上記接続機器２
が設けられてなる。

【００３４】なお、流量規制手段として、固定絞り機構
であるオリフィスに代わって、たとえば接続機器２から
外部の使用側機器との間をつなぐ、細径の長尺チューブ
を用いてもよい。

【００３５】あるいは、固定絞り機構に代わって、可変
絞り機構を用いてもよい。この場合は、ニードル弁など
の流量調整弁や、一次側の圧力を調節する弁として背圧
弁などを用いることになる。

【００３６】いずれにしても、第２の電磁開閉弁１７か
ら外部の使用側機器に流通する圧縮気体の流通量を絞
る、必要最低限の使用流量を確保する抵抗値以下で、最
大限の使用量において吸着筒内を所定の圧力に維持する
抵抗値以上に設定された流量規制手段であればよい。

【００３７】上記圧縮機１と、第１ないし第４の圧力セ
ンサ６，１２，１３，１９と、温度センサ２０と、第
１，第２の電磁開閉弁７，１７および電磁流路切換え弁
９は、ここでは図示しない制御装置と電気的に接続され
信号の送受信が行われる。

【００３８】この吸着装置における運転サイクルを、図
２のフローチャートから説明すると、ステップＳ１で吸
着装置へ運転開始信号が入った直後は外部への圧縮空気
の供給が不可の状態なので、第１の圧力センサ６の設定
圧力以上の場合に、準備運転である再生運転１を所定時
間（１０分）行う。

【００３９】この再生運転１は、第１の電磁開閉弁７を
ＯＮ（開放）とする一方で、第２の電磁開閉弁１７をＯ
ＦＦ（閉成）し、電磁流路切換え弁９は所定時間毎に流
路切換えをなす。

【００４０】そして、この運転中にも第１の圧力センサ
６は圧力を検知し、検知圧力が設定圧力以下になったと
きに圧縮機１の運転を停止したものと判断して、再生運
転１を停止する。

【００４１】ステップＳ３で所定時間の経過を計測し再
生運転１が終了したことを確認したら、ステップ４で待
機運転である再生運転２をなす。すなわち、外部の圧縮
空気使用側である、たとえばレーザ加工機の加工運転開
始を待機して、この加工機からＯＮ信号が入れば直ちに
本運転に移行できる体制を整える。

【００４２】この再生運転２では、各弁に対する制御が
再生運転１のときと全く同様であり、かつ第１の圧力セ
ンサ６の検知圧力が設定値以下になったときに圧縮機１
の運転を停止したものと判断して、再生運転２を停止す
る。

【００４３】ステップＳ５で加工機側からエアー供給の
ＯＮ信号が入ると、直ちにステップＳ６の本運転である
再生運転３に移行する。このとき、第１の電磁開閉弁７
と第２の電磁開閉弁１７が開放され、かつ電磁流路切換
え弁９は継続して所定時間毎に流路切換え動作をなす。

【００４４】したがって、第１，第２の吸着筒１０，１
１において圧縮空気中の水分と二酸化炭素を吸着除去
し、ミストフィルタ１６と、第２の電磁開閉弁１７およ
びメーンオリフィス１８を介して外部のレーザ加工機に
供給する。

【００４５】また、一方の吸着筒、たとえば吸着筒１０
において吸着剤が吸着作用をなしている間、他方の吸着
筒１０Ｂにおいて吸着剤を再生していることは同様であ
り、加工機が加工作業を停止してＯＦＦ信号が入るまで
本運転が継続される。

【００４６】制御装置は各吸着筒１０，１１内の吸着剤
の使用時間を積算して寿命を管理する手段を備えてい
て、上記積算時間が所定値を超えた場合、および温度セ
ンサ２０の検知温度が所定値を超えたら注意報を出す。
この他、条件に応じて各種の注意報の出力があるが、い
ずれの場合も本運転は継続される。

【００４７】さらに、上記積算時間が所定値を超えた場
合、および温度センサ２０の検知温度が所定値を超えた
ら警報を出す。いずれの場合も本運転は停止されるが、
問題を解決した後、リセットスイッチをＯＮすることに
よってリセットされる。

【００４８】ステップＳ７において、加工機の運転が停
止してエアー供給のＯＦＦ信号が入ったら、ステップ４
の再生運転２に戻り、上述したような待機状態となる。
そして、ステップＳ５で加工機からＯＮ信号が入れば、
直ちにステップＳ６の本運転に移行する。

【００４９】この通常運転をなす間に、何らかの事情で
外部使用側であるレーザ加工機で一時的に大量の圧縮空
気を使用する場合がある。すなわち、大量の圧縮空気を
放出するので、レーザ加工機と第１，第２の吸着筒１
０，１１が直接連通していれば、第１，第２の吸着筒１
０，１１内が大気圧化して気圧が急激に低下する。

【００５０】しかしながら、本装置においては各吸着筒
１０，１１の下流側でレーザ加工機との間に備えたメー
ンオリフィス１８が、吸着装置内からの圧縮空気の排出
を制限する。そのため、各吸着筒１０，１１内の気圧が
急激に低下するようなことがない。

【００５１】すなわち、外部の使用側において大量の圧
縮空気を使用（放出）しても、メーンオリフィス１８を
備えたことで吸着剤の吸着性能まで急激に低下すること
がなく、必要な特定成分の吸着をなし、かつ必要最小限
の量の圧縮空気を継続して供給できる。

【００５２】さらに、第１ないし第４の圧力センサ６，
１２，１３，１９を備えて、安全装置を作用するが、安
全装置が作動して不用意に運転が停止することもなく、
したがって再起動に要する手間や圧縮空気を浪費する虞
れもない。

【００５３】また、固定絞り機構であるメーンオリフィ
ス１８や細径の長尺チューブに代わって、可変絞り機構
である、たとえば背圧弁を備えることで、上流側に設け
られた圧力調整器が設定圧力の上限値を管理し、下流側
の上記背圧弁が設定圧力の下限値を管理できる。

【００５４】なお、上述の実施の形態では外部供給先で
ある使用側としてレーザ加工機を適用し、吸着除去する
特定する成分として水分と二酸化炭素を吸着除去するよ
うにしたが、これに限定されるものではなく、外部の使
用側での仕様にもとづく圧縮気体の特定成分を除去する
装置の全てに適用できる。たとえば、圧縮した空気から
酸素以外の成分を全て吸着除去する装置であってもよ
い。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
部の使用側で大量の圧縮気体を使用するようなことがあ
っても、装置からの排出を制限して吸着筒内の急激な圧
力低下と、不用意な運転停止を阻止し、吸着性能を保持
して信頼性の向上を得られるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す、吸着装置の空気回
路図。

【図２】同実施の形態の、吸着装置の運転サイクルのフ
ローチャート図。

【符号の説明】

１…圧縮機（圧縮手段）、 １０…第１の吸着筒、 １１…第２の吸着筒、 １８…メーンオリフィス（流量規制手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D012 CA01 CA03 CB16 CD07 CE03 CF10 CG01 CJ02 CK10 4D052 AA01 CD00 DA02 DA05 DB01 GA04 GB12 HA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮手段から給出される圧縮気体を流路切
   換え手段を介して、吸着剤を充填する二基の吸着筒のう
   ちの一方に導き、吸着剤によって圧縮気体中の特定の成
   分を吸着除去したうえで外部に供給し、他方の吸着筒に
   減圧した圧縮気体を導き前段階で吸着した特定成分を吸
   着剤から脱着再生する、いわゆるＰＳＡ方式の吸着装置
   において、 上記吸着筒の下流側で外部使用側との間に、特定の成分
   を吸着した後の圧縮気体の流通量を絞る、必要最低限の
   使用流量を確保する抵抗値以下で、最大限の使用量にお
   いて吸着筒内を所定の圧力に維持する抵抗値以上に設定
   された流量規制手段を具備したことを特徴とする圧縮気
   体中の成分の一部を吸着する吸着装置。
2. 【請求項２】上記流量規制手段は、抵抗値を固定とした
   固定絞り機構、および抵抗値を可変とした可変絞り機構
   のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の圧縮
   気体中の成分の一部を吸着する吸着装置。
3. 【請求項３】上記固定絞り機構はオリフィスであること
   を特徴とする請求項２記載の圧縮気体中の成分の一部を
   吸着する吸着装置
4. 【請求項４】上記各吸着筒内には、水分を吸着する特性
   を備えた吸着剤が吸着筒内の上流側に充填され、かつ二
   酸化炭素を吸着する特性を備えた吸着剤が吸着筒内の下
   流側に充填されることを特徴とする請求項１記載の圧縮
   気体中の成分の一部を吸着する吸着装置。
5. 【請求項５】上記水分吸着用吸着剤と二酸化炭素吸着用
   吸着剤は、それぞれの吸着筒内に１：２の割合で充填さ
   れることを特徴とする請求項４記載の圧縮気体中の成分
   の一部を吸着する吸着装置。