JP5632234B2 - 熱切断加工機における集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工機やプラズマ加工機などの熱切断加工機における集塵装置に係り、さらに詳細には、切断加工時に発生した高温の粉塵が集塵内へ入り込むことを防止することのできる集塵装置に関する。

従来、熱切断加工機の１例としてのレーザ加工機においては、板状のワークを水平に支持するワークテーブルを上面に備えた下部フレームは箱状に構成してある。前記下部フレームに備えたＸ軸方向のガイドレールに沿ってＸ軸方向へ移動自在なＸ軸方向キャリッジに、熱切断加工ヘッドとしてのレーザ加工ヘッドをＹ軸方向へ移動自在に備えている。そして、前記ワークテーブルの下側で前記下部フレームの内側は、Ｘ軸方向に複数の集塵室に区画してあり、この各集塵室と下部フレームに備えた吸引ダクトは、開閉自在なシャッタ装置を介して接続してある（例えば特許文献１、２参照）。

特開２００２−２７３５９４号公報 実開平２−８１７８７号公報

特許文献１、２に記載のごとき従来の構成においては、Ｘ軸方向に区画した各集塵室に対応して備えたシャッタ装置は、レーザ加工ヘッドを備えたＸ軸方向キャリッジがＸ軸方向に移動したとき、上記Ｘ軸キャリッジに対応した位置のシャッタ装置のみが開作動されるものである。したがって、レーザ切断加工に対応しない集塵室のシャッタ装置は閉じられた状態にあり、省エネ化を図ることができる。

しかし、前記特許文献１、２に記載のごとき構成においては、ワークの切断加工位置へ噴出されるアシストガス等によって、加工時に発生した溶融飛散物などの高温の粉塵が吹き飛ばされ、かつ吸引ダクトへ吸引されると、前記切断加工位置から吸引ダクトに至る粉塵の経路が短いために、高温の粉塵が集塵機内へ吸引されて、場合によっては集塵機の火災を発生することがある。

また、レーザ加工ヘッドの位置に対応したシャッタ装置のみが開作動し、対応していないシャッタ装置が閉作動しているとしても、閉作動しているシャッタ装置が完全に閉じているものではなく、シャッタ装置に開閉自在に備えたシャッタプレートの周縁部には僅かな隙間が存在する。したがって、この隙間に吸引ダクトの吸い込みが作用すると、上記隙間に空気の流れが生じ、「ピュー」という風切り音を発生することがある。

本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、板状のワークを支持するワークテーブルを備えた下部フレームを箱状に構成すると共に、当該下部フレームに備えたＸ軸方向のガイドレールに沿ってＸ軸方向へ移動位置決め自在なＸ軸方向キャリッジに、前記ワークに熱切断加工を行うための熱切断加工ヘッドをＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えた熱切断加工における集塵装置であって、前記ワークテーブルの下方で前記下部フレーム内をＸ軸方向に複数に区画した各集塵室のＹ軸方向の両側に、下部側が内方向へ傾斜したシュートプレートを備え、前記各シュートプレートの下部側又は各シュートプレートの下端縁の下側に、前記ワークの加工時に発生した粉塵を吸引排出するための吸引排出口を備えると共に、各吸引排出口を、開閉自在なシャッタ装置を介して、下部フレームに備えた吸引ダクトに連通遮断自在に備え、前記シャッタ装置は、前記シュートプレートの外側であって、前記吸引排出口の上縁よりも高位置に備えられており、前記吸引排出口の下部に、ワークの切断加工部から吹き飛ばされた粉塵を前記シュートプレートの外側へ反射するための反射面を備え、かつ前記シュートプレートの外側で前記吸引排出口に対応した位置に、前記吸引排出口から前記シャッタ装置方向へ流れる流体を、上層流と下層流とに分割する流路分割プレートを備えていることを特徴とするものである。

また、板状のワークを支持するワークテーブルを備えた下部フレームを箱状に構成すると共に、当該下部フレームに備えたＸ軸方向のガイドレールに沿ってＸ軸方向へ移動位置決め自在なＸ軸方向キャリッジに、前記ワークに熱切断加工を行うための熱切断加工ヘッドをＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えた熱切断加工における集塵装置であって、前記ワークテーブルの下方で前記下部フレーム内をＸ軸方向に複数に区画した各集塵室のＹ軸方向の両側に、下部側が内方向へ傾斜したシュートプレートを備え、前記各シュートプレートの下部側又は各シュートプレートの下端縁の下側に、前記ワークの加工時に発生した粉塵を吸引排出するための吸引排出口を備えると共に、各吸引排出口を、開閉自在なシャッタ装置を介して、下部フレームに備えた吸引ダクトに連通遮断自在に備え、前記シャッタ装置は、前記シュートプレートの外側であって、前記吸引排出口の上縁よりも高位置に備えられており、前記シャッタ装置に開閉自在に備えたシャッタープレートの周縁の一部に、当該シャッタープレートの周縁部又は周縁部に近接した位置に、当該シャッタープレートを通過して下流側に発生する傾向にある渦流の発生を抑制するために、細い流れを形成するための細流形成部を備えていることを特徴とするものである。

また、前記熱切断機における集塵装置において、前記シャッタ装置における入口に、立上りフランジ部材を備えていることを特徴とするものである。

また、前記熱切断機における集塵装置において、前記シャッタ装置に開閉自在に備えたシャッタープレートの周縁の一部に、当該シャッタープレートの周縁部又は周縁部に近接した位置に、当該シャッタープレートを通過して下流側に発生する傾向にある渦流の発生を抑制するために、細い流れを形成するための細流形成部を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ワークの熱切断加工位置からシャッタ装置に至る粉塵の経路が長くなる。また、粉塵の大小によって粉塵の経路長が異なることとなり、高温の粉塵を充分に冷却してから集塵機へ集塵できることとなる。

また、シャッタープレートの下流側に発生する傾向にある渦流の発生を防止でき、風切り音の発生を防止することができる。

本発明の実施形態に係る集塵装置を備えた熱切断機としてのレーザ加工機の構成を示した斜視説明図である。 本発明の実施形態に係る集塵装置の主要な部分の構成を示す断面説明図である。 シャッタ装置の構成、作用を示す斜視説明図である。 シャッタープレートの構成を示す斜視説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る集塵装置について説明するに、先ず、理解を容易にするために、熱切断機（熱切断加工機）の１例としてのレーザ加工機の全体的構成について説明する。

図１を参照するに、熱切断加工機の１例としてのレーザ加工機１は、一般的なレーザ加工機と同様に箱状に構成した下部フレーム３を備えている。この下部フレーム３の上面には、板状のワーク（図示省略）を水平に支持するワークテーブル（図示省略）が備えられている。そして、前記下部フレーム３におけるＹ軸方向の両側面にはＸ軸方向に長いガイドレール５が備えられており、このガイドレール５には、Ｘ軸方向キャリッジ７がＸ軸方向へ移動位置決め自在に支持されている。上記Ｘ軸方向キャリッジ７には、熱切断加工ヘッドの１例としてのレーザ加工ヘッド９がＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えられている。

なお、この種のレーザ加工機１において、前記Ｘ軸方向キャリッジ７をガイドレール５に沿ってＸ軸方向に移動し位置決めする構成や、前記レーザ加工ヘッド９を、Ｘ軸方向キャリッジ７に対してＹ軸方向へ移動し位置決めする構成は、周知のように、ボールネジ機構やリニアモータなどによって行われるものであり、すでによく知られた構成であるから、Ｘ軸方向キャリッジ７及びレーザ加工ヘッド９をそれぞれ移動する構成についての詳細な説明は省略する。また、レーザ発振置（図示省略）において発振されたレーザ光を、前記レーザ加工ヘッド９へ導く構成も周知であるから、詳細な説明は省略する。

箱状の前記下部クレーム３の内側であって前記ワークテーブルの下方の空間（大きな凹部）は、複数の区画部材１１によってＸ軸方向に複数の集塵室１３に区画してある。換言すれば、前記各集塵室１３の上側にワークを支持するワークテーブルが備えられているものである。前記各集塵室１３のＹ軸方向の両側に、下部側が内方向へ傾斜したシュートプレート１５がそれぞれ備えられている。換言すれば、各集塵室１３のＹ軸方向の両側に備えた前記シュートプレート１５は、下部側が互に接近する方向に傾斜してあるものである。

前記シュートプレート１５は、前記区画部材１１間のＹ軸方向の両側に配置したシュートボックス１７（図２参照）に備えられているものである。より詳細には、前記下部フレーム３のＹ軸方向の両側には、集塵機（図示省略）に連通したＸ軸方向に長い吸引ダクト（図示省略）が備えられており、この吸引ダクトと前記各集塵室１３のＹ軸方向の両側を連通する連通部に前記シュートボックス１７が配置してある。

前記シュートボックス１７は、図２に示すように、Ｘ軸方向から見たときに、前記集塵室１３内側が下方に傾斜した傾斜面を呈するほぼ直角三角形状の箱状のボックス本体１６を備えており、このボックス本体１６の外側部（図２において左側部）には、垂直な外壁部材１８を一体的に備えている。そして、傾斜した前記シュートプレート１５は、前記ボックス本体１６の内側の傾斜面の上部側に備えられており、このシュートプレート１５の下端縁１５Ｌの下側には、前記ワーク切断加工時に発生した集塵室１３内の粉塵を吸引排出するための吸引排出口１９が備えられている。

より詳細には、前記ボックス本体１６の底部には、前記シュートプレート１５の前記下端縁１５Ｌの垂直下方位置から前記集塵室１３内へ突出した傾斜底部２１を備えている。そして、前記傾斜底部２１を集塵室１３の内方へ突出して備えていることにより、前記吸引排出口１９は、前記集塵室１３の上方でＹ軸方向の中央部側を指向して開口した状態に開口してある。前記傾斜底部２１の上面２１Ｕは、ワークの切断加工部において発生しアシストガス等によって吹き飛ばされた比較的大きな粉塵を、前記シュートプレート１５の外側方向（図２において左方向）へ反射するための反射面を構成しているものである。

前記シュートボックス１７内で前記シュートプレート１５の外側の位置（集塵室１３がＹ軸方向の内側なので、シュートプレート１５を間にしての集塵室１３の反対側はＹ軸方向の外側となる）には、前記吸引排出口１９と前記吸引ダクトとの連通を連通遮断自在な、すなわち開閉自在なシャッタ装置２３が備えられている。

より詳細には、図３に示すように、前記外壁部材１８の内側面には、当該外壁部材１８に形成した開口部２５のＸ軸方向の両側に位置するサイドブラケット２７が備えられており、このサイドブラケット２７の上部及び下部は、Ｘ軸方向に長い上部ブラケット２９Ｕ及び下部ブラケット２９Ｌによって一体的に接続してある。すなわち、前記開口部２５は、両側のサイドブラケット２７及び上下のブラケット２９Ｕ，２９Ｌによって囲繞されている。

そして、前記上下のブラケット２９Ｕ，２９Ｌには、垂直な回動軸３１Ａ，３１Ｂの上下両端側が水平に回動自在に支持されており、この回動軸３１Ａ，３１Ｂには、前記開口部２５を開閉自在なシャッタープレート３３Ａ，３３Ｂが一体的に取付けてある。前記回動軸３１Ａ，３１Ｂを回動して前記シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂの開閉動作を行うために、シャッタ開閉作動装置３５が備えられている。

より詳細には、前記回動軸３１Ａ，３１Ｂの上端部にはそれぞれ同一長さの回動レバー３７Ａ，３７Ｂが一体的に取付けてあり、この回動レバー３７Ａ，３７Ｂの先端部には、Ｘ軸方向に長いリンク部材３９の両端部がそれぞれ枢支連結してある。そして、前記回動軸３１Ａ，３１Ｂを回動するために、前記外壁部材１８には、流体圧シリンダのごとき往復動アクチュエータ４１が装着してあり、この往復動アクチュエータ４１に往復動自在に備えたピストンロッドなどのごとき往復作動子４１Ｐの先端部は、一方の回動レバー３７Ａの他端部に枢支連結してある。

したがって、前記往復動用アクチュエータ４１の往復作動子４１Ｐを往復動すると、回動レバー３７Ａ、リンク部材３９を介して回動軸３１Ａ，３１Ｂが同時に往復回動される。よって、上記回動軸３１Ａ，３１Ｂに一体的に備えられたシャッタープレート３３Ａ，３３Ｂは、前記開口部２５の開閉動作を行うものである。

ところで、前記シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂを閉じた場合であっても、シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂの周縁部と前記開口部２５との間に僅かな隙間が生じることがある。上述のように、隙間が生じると、吸引ダクトの吸引作用によって、前記隙間から空気が外部へ流出して、「ピュー」という風切り音を生じることがある。そこで、上記風切り音が発生する原因について調べたところ、空気が前記隙間を通過した後に、シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂの下流側（外側面側）に規則的な渦流が発生することに起因するものと考えられた。

したがって、前記渦流の発生を防止するために、前記シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂの周縁の一部、本実施形態においては、図４に示すように、シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂの上下の周縁に、所定間隔に所定大きさの構成の凹部４４を形成し、この凹部４３を通過する細い空気の流れを形成した。その結果、風切り音の発生は抑制された。

すなわち、上記構成によれば、シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂにおける上端縁と下端縁との下流側に、規則的な渦流が発生し、この渦流が下流側へ流れることと再び発生することを繰り返すことにより、シャッタープレート３３Ａ，３３Ｂの上下両端縁に振動が生じ、前記風切り音が発生するものである。しかし、前記凹部４４を所定間隔に備えたことにより、規則的な前記渦流の発生が乱されることとなり、風切り音の発生が抑制されるものである。

なお、前記複数の凹部４３は、細い空気の流れを形成するものであるから、細流形成部と称することができる。この細流形成部は、前記凹部４３に限ることなく、適宜の形状に形成することが可能である。また、上下の端縁に近接した位置に小孔を形成し、この小孔を通過した細い空気の流れによって渦流の発生を乱す構成とすることも可能である。

再び図２を参照するに、前記シャッタ装置２３は、図２より明らかなように、前記シュートプレート１５の下端縁１５Ｌよりも高い位置に備えられている。そして、前記吸引排出口１９を経て前記シャッタ装置２３に吸引される空気の流路（経路）をより長くするために、前記シャッタ装置２３の入口側、すなわち前記下部ブラケット２９Ｕのシュートプレート１５側の端縁には、立上りフランジ部材４３が備えられている。

したがって、吸引排出口１９からの空気は、前記シュートプレート１５の外側方向へ流れ、前記立上りフランジ部材４３を乗り越えてシャッタ装置２３に流入することとなり、空気の流路がより長くなるものである。よって、空気中に含まれる高温の粉塵の冷却がより確実に行われてから、シャッタ装置２３に流入することとなるものである。

また、前記シュートボックス１７内であって前記吸引排出口１９から前記シャッタ装置２３に流れる空気の流路４５内の前記吸引排出口１９に対応した位置には、前記吸引排出口１９から前記シャッタ装置２３方向へ流れる空気の流れを、上層流（点線の流れ）と下層流（実線の流れ）とに分割（分離）する流路分割プレート４７が備えられている。

より詳細には、前記流路分割プレート４７は、図２に示すように、前記シュートプレート１５における下端縁１５Ｌより低位置に配置してある。当該流路分割プレート４７の内端縁部４７Ａ（前記吸引排出口１９側の端縁部）は、前記シュートプレート１５の下端縁１５Ｌよりも低い位置であって、かつ前記下端縁１５Ｌと前記傾斜底部２１の上部に連続した水平面部２１Ａの内端縁部（傾斜底部２１との接続縁部）２１Ｂとを結ぶ面（線）よりも外側（図２において左側）に位置してある。そして、前記流路分割プレート４７の外端縁部４７Ｂは、前記内端縁部４７Ａよりは高く、かつ前記下端縁１５Ｌよりは低く、又はほぼ同一高さに設けてある。すなわち、流路分割プレート４７は、外側（図２において左側）が高くなるように傾斜してある。そして、前記外端縁部４７ＢのＹ軸方向の外側の位置は、前記シャッタ装置２３における前記立上りフランジ部４３のＹ軸方向の位置をほぼ等しい位置に設けてある。

前述のごとき構成において、下部フレーム３に備えたワークテーブル上に板状のワークを載置した後、Ｘ軸方向キャリッジ７をＸ軸方向に移動すると共に、レーザ加工ヘッド９をＹ軸方向に移動しつつ、レーザ加工ヘッド９からワークにレーザ光を照射することにより、ワークにレーザ切断加工を行うことができるものである。そして、従来の構成と同様に、Ｘ軸方向キャリッジ７をＸ軸方向に移動したとき、Ｘ軸方向キャリッジ７のＸ軸方向の位置に対応した集塵室１３のシャッタ装置２３のみが開作動され、その他の集塵室１３のシャッタ装置２３は閉作動された状態にある。

そして、前述のごとくワークにレーザ光を照射してレーザ切断加工を行うとき、アシストガスによって加工位置から下方向へ吹き飛ばされる溶融飛散物としての高温の粉塵は、吸引排出口１９に吸引され、シャッタ装置２３を経て吸引ダクトに吸引排出されることになる。この際、軽く小さな粉塵は、空気の流れに対する抵抗が小さく流路分割プレート４７の上側を流れる上層流に沿って流れてシャッタ装置２３の開口部２５へ吸引されることになる。すなわち、小さく軽い粉塵は熱容量が小さく冷却し易いものであり、かつ前記シャッタ装置２３の入口側に備えた立上りフランジ部材４３を乗り越える比較的長い流路（経路）を流れているうちに冷却されるものである。

そして、大きく重い粉塵は、レーザ切断加工位置からアシストガスによって下方向へ吹き飛ばされることとなる。前記レーザ切断加工位置が前記吸引排出口１９に近接した上方位置である場合には、下方向へ吹き飛ばされた粉塵は、吸引排出口１９に作用する吸引作用によって吸引排出口１９側に流れる傾向にあるものの、大きく重い粉塵は、空気の流れに対する抵抗が大きいので、空気の流れから逸れて、下方の傾斜底部２１方向へ直線的に吹き飛ばされることになる。

前述のように下方向へ吹き飛ばされて、前記傾斜底部２１の上面２１Ｕへ当接された粉塵は、図２に矢印で示すように、前記上面２１Ｕにおいて前記シャッタ装置２３方向へ反射されるものの、流路分割プレート４７の存在により、前記シャッタ装置２３方向へ直線的に流れることが阻害される。したがって、前記傾斜底部２１によって反射された粉塵は、前記流路分割プレート４７の下側の下層流に沿って流れることとなり、上記流路分割プレート４７の外端縁部４７Ｂとシャッタ装置２３における下部ブラケット２９Ｌの間を経てシャッタ装置２３の開口部２５へ吸引排出されることになる。

よって、大きく重い粉塵は、流路分割プレート４７の下側を通過することとなり、上側を通過する場合に比較して流路長が大きくなる。そのため、大きく重い粉塵の熱容量が大きい場合であっても、流路長が大きい部分を流れているうちに充分に冷却することとなるものである。

したがって、レーザ切断加工時に発生した高温の粉塵が充分に冷却されないうちに吸引ダクト内へ吸引排出されることを防止でき、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

ところで、閉じられたシャッタ装置２３も吸引ダクトに接続されているので、シャッタ装置２３において閉じた状態のシャッタプレート２３Ａ，２３Ｂの周縁の隙間から空気が吸引ダクト内へ吸引排出されるとき、上記隙間を流れる空気流によって風切り音を発生する傾向にある。しかし、シャッタプレート２３Ａ，２３Ｂの周縁の一部に、シャッタプレート２３Ａ，２３Ｂの下流側に規則的に発生する傾向にある渦流の発生を乱すための細流形成部（凹部）４４が形成してあるので、前記渦流の発生に起因する風切り音の発生を防止でき、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

１ レーザ加工機（熱切断機）
３ 下部フレーム
５ ガイドレール
７ Ｘ軸方向キャリッジ
９ レーザ加工ヘッド（熱切断加工ヘッド）
１３ 集塵室
１５ シュートプレート
１５Ｌ 下端縁
１７ シュートボックス
１９ 吸引排出口
２１ 傾斜底部
２１Ｕ 上面（反射面）
２３ シャッタ装置
２５ 開口部
２９Ｕ 上部ブラケット
２９Ｌ 下部ブラケット
３１Ａ，３１Ｂ 回動軸
３３Ａ，３３Ｂ シャッタープレート
４３ 立上りフランジ部材
４４ 凹部（細流形成部）
４５ 流路
４７ 流路分割プレート
４７Ａ 内端縁部
４７Ｂ 外端縁部

Claims (4)

1. 板状のワークを支持するワークテーブルを備えた下部フレームを箱状に構成すると共に、当該下部フレームに備えたＸ軸方向のガイドレールに沿ってＸ軸方向へ移動位置決め自在なＸ軸方向キャリッジに、前記ワークに熱切断加工を行うための熱切断加工ヘッドをＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えた熱切断加工における集塵装置であって、前記ワークテーブルの下方で前記下部フレーム内をＸ軸方向に複数に区画した各集塵室のＹ軸方向の両側に、下部側が内方向へ傾斜したシュートプレートを備え、前記各シュートプレートの下部側又は各シュートプレートの下端縁の下側に、前記ワークの加工時に発生した粉塵を吸引排出するための吸引排出口を備えると共に、各吸引排出口を、開閉自在なシャッタ装置を介して、下部フレームに備えた吸引ダクトに連通遮断自在に備え、前記シャッタ装置は、前記シュートプレートの外側であって、前記吸引排出口の上縁よりも高位置に備えられており、前記吸引排出口の下部に、ワークの切断加工部から吹き飛ばされた粉塵を前記シュートプレートの外側へ反射するための反射面を備え、かつ前記シュートプレートの外側で前記吸引排出口に対応した位置に、前記吸引排出口から前記シャッタ装置方向へ流れる流体を、上層流と下層流とに分割する流路分割プレートを備えていることを特徴とする熱切断機における集塵装置。
2. 板状のワークを支持するワークテーブルを備えた下部フレームを箱状に構成すると共に、当該下部フレームに備えたＸ軸方向のガイドレールに沿ってＸ軸方向へ移動位置決め自在なＸ軸方向キャリッジに、前記ワークに熱切断加工を行うための熱切断加工ヘッドをＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えた熱切断加工における集塵装置であって、前記ワークテーブルの下方で前記下部フレーム内をＸ軸方向に複数に区画した各集塵室のＹ軸方向の両側に、下部側が内方向へ傾斜したシュートプレートを備え、前記各シュートプレートの下部側又は各シュートプレートの下端縁の下側に、前記ワークの加工時に発生した粉塵を吸引排出するための吸引排出口を備えると共に、各吸引排出口を、開閉自在なシャッタ装置を介して、下部フレームに備えた吸引ダクトに連通遮断自在に備え、前記シャッタ装置は、前記シュートプレートの外側であって、前記吸引排出口の上縁よりも高位置に備えられており、前記シャッタ装置に開閉自在に備えたシャッタープレートの周縁の一部に、当該シャッタープレートの周縁部又は周縁部に近接した位置に、当該シャッタープレートを通過して下流側に発生する傾向にある渦流の発生を抑制するために、細い流れを形成するための細流形成部を備えていることを特徴とする熱切断機における集塵装置。
3. 請求項１に記載の熱切断機における集塵装置において、前記シャッタ装置における入口に、立上りフランジ部材を備えていることを特徴とする熱切断機における集塵装置。
4. 請求項１に記載の熱切断機における集塵装置において、前記シャッタ装置に開閉自在に備えたシャッタープレートの周縁の一部に、当該シャッタープレートの周縁部又は周縁部に近接した位置に、当該シャッタープレートを通過して下流側に発生する傾向にある渦流の発生を抑制するために、細い流れを形成するための細流形成部を備えていることを特徴とする熱切断機における集塵装置。

Images