JP5729739B1 - レーザー加工集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工をおこなう際に加工対象から発生する煙や粉塵を集め、十分な集塵をおこなうレーザー加工集塵装置を提供する。【解決手段】レーザー出射ヘッド３から加工対象９に向かって下向きに出射されるレーザー光の回りを取り囲む集塵ダクト１９を、回転対称の形状とする。この集塵ダクト１９の下縁２９と加工対象９との間に設けられた間隙から、周囲の空気を集塵ダクト１９内へ供給する。あるいは集塵ダクト１９の下端に接続された圧縮空気供給口３３から、圧縮空気を集塵ダクト１９内へ供給する。集塵ダクト１９に対して、水平断面において接線方向へ、排気パイプ接続し、負圧により排気をおこなう。これにより、集塵ダクト１９内に旋回流を生じさせ、旋回流のまま排気する。【選択図】図１

Description

この発明は、レーザー加工をおこなう際に加工対象から発生する煙や粉塵を集める集塵ダクトに関する。

レーザー加工をおこなう際には、加工対象から煙や細かな粉塵が発生する。従来、これらの煙や粉塵を集め補足するには、加工対象の加工部位の近傍に位置させる集塵ダクトを用いていた。この集塵ダクトは、負圧により、加工部位の近傍の空気を吸引するもので、レーザー光に対して、ほぼ直角に位置していた。

また、下記特許文献１には、レーザー加工技術に関するものではなく全くの技術分野が異なるものではあるが、居住空間の排気を効率よくおこなうために、居住空間に渦気流を発生させるものが開示される。居住空間の四隅に設ける空気の吹出し口を、渦気流の略接線方向へ向かせる構成である。

特開平１０−３３２１８１

しかしながら、前記従来のように、単に、レーザー加工部位の近傍に集塵ダクトを位置させるだけでは、十分な集塵がおこなわれない。
特に、ガルバノスキャナーを使用して加工を行なった場合、加工速度が早いため発生する煙や粉塵も高速に舞い上がり、かつ、高速移動する。また、スキャナーの走査方向により様々な方向に舞い上がる。このため十分に煙や粉塵を除去することはできない。

また、集塵能力を上げるため、強力な負圧で粉塵を横方向に引き寄せると、発生し舞い上がった煙や粉塵は、加工対象に付着し変色や変質をまねく場合がある。
そして、スキャナーを使用したレーザー加工ではスキャナーの走査エリア内に集塵ノズルを設置する事が出来ないため、スキャナーの走査範囲が広くなる程、効果的に集塵することは困難となる。

このため発明者は、加工部位の近傍全体を四角い筐体で取り囲んで集塵ダクトとする実験を行なった。しかし、四角い筐体の各隅部で局部的な乱気流ができて空気の滞留が生じ、やはり十分な集塵がおこなわれない。
さらに、技術分野が全く異なることを越えて、仮に、上記特許文献１の技術を、レーザー加工の集塵ダクトに適用しようとすると、上記特許文献１では排気口は空間の中央上部からおこなわれるために、レーザー加工の空間の中央上部に設けられているレーザー光を出射するレーザーヘッドと、排気口が干渉してしまい、適用できない。

この発明は、以上の問題点を解決するために、十分な集塵がおこなわれるレーザー加工集塵装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、第一発明は、レーザー加工をおこなう際に加工対象から発生する煙や粉塵を集める集塵ダクトにおいて、前記加工対象に向かって下向きにレーザー光を出射するレーザー出射ヘッドと、前記出射されるレーザー光の回りを取り囲み回転対称の形状を有する集塵ダクトと、この集塵ダクトの下縁と前記加工対象との間に設けられ周囲の空気を前記集塵ダクト内へ供給する隙間、あるいは前記集塵ダクトの下端に接続され圧縮空気を前記集塵ダクト内へ供給する圧縮空気供給口と、前記集塵ダクトの水平断面において接線方向へ接続し負圧により排気をおこない前記集塵ダクト内に旋回流を生じさせる排気パイプと、を有することを特徴とするレーザー加工集塵装置である。

第二発明は、さらに、前記レーザー出射ヘッドは、大きな前記加工対象に対し任意の位置に移動できる移動装置に搭載され、出射するレーザー光の角度を変えて走査をおこなうガルバノスキャナーであり、前記回転対称の形状を有する集塵ダクトは、前記加工対象に近接する円錐台状のスカート部と、このスカート部の上方に同軸に着脱可能に設けられ、前記集塵ダクトの上下方向の全長を調整できる円筒状の昇降部と、を有し、前記排気パイプは、この昇降部に接続し、前記圧縮空気供給口は、前記集塵ダクトの水平断面において接線方向へ接続する供給路を有し、前記排気パイプは複数が設けられることを特徴とするレーザー加工集塵装置である。

第一、又は第二発明によれば、集塵ダクトの下縁と前記加工対象との間に設けられた間隙から集塵ダクト内へ供給された空気、あるいは集塵ダクトの下端の圧縮空気供給口から集塵ダクト内へ供給された空気は、レーザー加工部位の近傍の空気をほぼ巻き込んで、集塵ダクトの回転対称の形状に沿って旋回流となり、回転対称の形状の接線方向へ、排気パイプを通って排気される。

このようにして、レーザー光の回りを取り囲む集塵ダクトが、レーザー加工部位の近傍の煙や粉塵を含んだ空気をほぼ逃がさないので、十分な集塵がおこなわれる。
また、回転対称の形状を有する集塵ダクトを用いるので、四角い筐体で取り囲んだ形状の集塵ダクトに比べ、各隅部で空気の滞留が生じるということがなく、十分な集塵がおこなわれる。

さらに、集塵ダクトの回転対称の形状に沿って旋回流となった空気は、その旋回流のまま、回転対称の形状の接線方向へ、排気パイプを通って排気されるので、仮に上記特許文献１の技術を適用しようとした場合に比べ、集塵ダクトの中央上部に設けられるレーザー出射ヘッドと、排気パイプの干渉がない。また、そのようにして、旋回流によって集まった煙や粉塵を含んだ空気は、レーザー出射ヘッドに触れることが抑止され、レーザー出射ヘッドの汚染をよりよく防止できる。

第二発明によれば、さらに、円錐台状のスカート部によって、レーザー光が角度を変えておこなう走査に必要な円錐状の空間に、無駄なく、対応できる。
また、円筒状の昇降部を昇降させて、集塵ダクトの上下方向の全長を調整できるので、集塵ダクトの下縁と加工対象との間の隙間の大きさを容易に調製できる。
さらに、排気パイプは昇降部に接続しているので、この昇降部に対してスカート部を着脱することができ、保守点検が容易である。
また、圧縮空気供給口は、集塵ダクトの水平断面において接線方向へ接続する供給路を有するので、空気は供給の直後から正圧により旋回流になり、旋回流が効率よく形成される。
また、排気パイプは複数が設けられるので、負圧による旋回流が効率よく形成される。

この発明の一実施形態を示し、レーザー出射ヘッドを含んで示すレーザー加工集塵装置であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。 （Ａ）は図１（Ａ）のレーザー加工集塵装置の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図である。 図１のレーザー加工集塵装置を備えたレーザー加工装置全体の斜視図である。 この発明の他の実施形態を示し、レーザー出射ヘッドを含んで示すレーザー加工集塵装置であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。

この発明の実施形態を、図１から図３に示す。
図３に示すように、この実施形態にかかるレーザー加工集塵装置１を備えたレーザー出射ヘッド３は、移動装置５に搭載されてレーザー加工装置７を構成する。

［移動装置５］
図３に示すように、移動装置５は、レーザー出射ヘッド３を搭載し、大きな加工対象９に対しレーザー出射ヘッド３を任意の位置に移動する装置である。レーザー出射ヘッド３をＹ軸方向へ移動させるＹ軸ユニット１１が、装置本体１３が有するＸ軸ユニット１５により、Ｘ軸方向へ移動される。Ｙ軸ユニット１１およびＸ軸ユニット１５には、移動を行なうための図示しないアクチュエーターが内蔵される。Ｘ軸ユニット１５は装置ベース１７に固定される。これにより、レーザー出射ヘッド３は、Ｙ軸ユニット１１やＸ軸ユニット１５の長さから規制される所定範囲のＸＹ平面内で、任意の位置に移動できる。
装置本体１３には図示しないレーザー発振器、レーザー発振器からのレーザー光の光路に設けられる光学機器が内蔵される。

［レーザー出射ヘッド３］
レーザー出射ヘッド３は、レーザー光を図示しない集光レンズを通して、加工対象９に向かって下向きに出射する。この実施形態では、出射するレーザー光の角度を、図示しないスキャンミラーにより、変えて走査をおこなうもので、ガルバノスキャナーヘッドとも呼ばれる。レーザー加工集塵装置１を備えている。
加工対象９は、例えば広い金属板であり、この金属板の表面にレーザー光により例えば模様を加工する。

［レーザー加工集塵装置１］
図２，図２に示すように、レーザー加工集塵装置１は、レーザー加工をおこなう際に加工対象９から発生する煙や粉塵を、集塵ダクト１９内で集める。
集塵ダクト１９は、出射されるレーザー光の回りを取り囲むことができる回転対称の形状（図１（Ｂ）、図２（Ｂ））を有する。すなわち、レーザー光が角度を変えて放射状に射出されることでおこなう走査の走査エリア２１を形成するに必要な錐状の空間２３を取り囲む。この集塵ダクト１９は、加工対象９に近接する円錐台状のスカート部２５の上方に、同軸に、円筒状の昇降部２７が設けられる。

図２に示すように、この昇降部２７の昇降は、スカート部２５に一体的に形成される円筒状の受け部２５ａに形成された上下に長いスリット２５ｂから、受け部２５ａの内部に配置される昇降部２７のハンドル２７ａが露出し、このハンドル２７ａを操作員が手で上下に動かして、行なう。この昇降により、集塵ダクト１９の上下方向の全長を調整できる。また、スカート部２５と昇降部２７とは、着脱可能に設けられる。

この集塵ダクト１９の下縁２９と加工対象９との間には隙間３１が設けられ、周囲の空気を集塵ダクト１９内へ供給する。加えて、集塵ダクト１９の下端には、圧縮空気供給口３３が接続され、圧縮空気を集塵ダクト１９内へ供給し、これによっても集塵ダクト１９内に旋回流を生じさせる。

集塵ダクト１９のスカート部２５には排気パイプ３５が接続される。この排気パイプ３５は、スカート部２５の水平断面において接線方向へ接続し、図示しない蛇腹管などにより連通する排気ポンプの負圧により、排気をおこなう。これにより集塵ダクト１９内に旋回流３６を生じさせる。なお、排気パイプ３５は２本が設けられる。この２本は、回転対称の回転軸から見て１８０度反対側に、設けられる。また、これら２本の排気パイプ３５は、集塵ダクト１９を、レーザー出射ヘッド３に対して保持する保持アームの働きを有する。
図２（Ｂ）、図１（Ｂ）に示すように、排気パイプ３５は、スカート部２５に一体的に形成された接線方向管３５ａに、エルボウ管３５ｂが接続され、このエルボウ管３５ｂへ留具３５ｃによって着脱可能に、上方へ延びる直管３５ｄが接続されて、構成される。

「実施形態の効果」
図１に示すように、この実施形態によれば、集塵ダクト１９の下縁２９と加工対象９との間に設けられた間隙３１から集塵ダクト１９内へ供給された空気４１、および、集塵ダクト１９の下端の圧縮空気供給口３３から集塵ダクト１９内へ供給された空気は、レーザー加工部位の近傍の空気をほぼ巻き込んで、上昇流となり、集塵ダクト１９の回転対称の形状に沿って旋回流３６となり、回転対称の形状の接線方向へ、排気パイプ３５を通って排気４３される。さらに昇降部２７の上縁とレーザー出射ヘッド３との間隙３２から供給される空気４５は、下降流となって旋回流３６に合流し、排気パイプ３５を通って排気４３される。

（１）このようにして、レーザー光の回りをほぼ取り囲む集塵ダクト１９が、レーザー加工部位の近傍の煙や粉塵を含んだ空気をほとんど逃がさないので、十分な集塵がおこなわれる。
（２）また、円錐台状や円筒状の回転対称の形状を有する集塵ダクト１９を用いるので、四角い筐体で取り囲んだ形状の集塵ダクトに比べ、四角の各隅部で空気の滞留が生じるということがなく、十分な集塵がおこなわれる。

（３）さらに、集塵ダクト１９の回転対称の形状に沿って旋回流となった空気は、その旋回流のまま、回転対称の形状の接線方向へ、排気パイプ３５を通って排気４３される。このため、仮に上記特許文献１の技術を適用しようとした場合に比べ、気流は中央上部の一点に合流する必要が無く、集塵ダクト１９の中央上部３７に設けられるレーザー出射ヘッド３の部分に排気パイプ３５を設ける必要がない。すなわち、レーザー出射ヘッド３と排気パイプ３５の干渉がない。

また、そのようにして、旋回流３６によって集まった煙や粉塵を含んだ空気は、旋回流３６のまま、回転対称の形状の接線方向へ排気され、中央上部３７に集められることはないので、中央上部３７のレーザー出射ヘッド３に触れることが抑止され、レーザー出射ヘッド３の、例えば集光レンズの汚染をよりよく防止できる。

（４）さらに、図１（Ａ）、図２（Ａ）に示すように、円錐台状のスカート部２５によって、レーザー光が角度を変えておこなう走査に必要な錐状の空間２３に、無駄なく、対応できる。すなわち、走査に必要な円錐状の空間２３を十分に囲んで、しかも、無駄な空間がなく、少ない空間体積にでき、排気量を抑制できる。

（５）また、スカート部２５に対して相対的に、円筒状の昇降部２７を昇降させて、集塵ダクト１９の上下方向の全長を調整できるので、集塵ダクト１９の下縁２９と加工対象９との間の隙間３１の大きさを容易に調製できる。

（６）さらに、排気パイプ３５はスカート部２５に接続しているので、このスカート部２５に対して上部の昇降部２７を昇降させることで、昇降部２７の上縁とレーザー出射ヘッド３との間の隙間３２を調整できる。よって、この隙間３２から集塵ダクト１９内へ下方に向かって空気４５を供給する空気量を容易に調整できる。この下方に向かう空気４５は、集塵ダクト１９内の旋回流３６に合流する。下方に向かう空気４５の働きにより、レーザー出射ヘッド３に旋回流３６が触れることが、より抑止され、レーザー出射ヘッド３の汚染をさらによく防止できる。

（７）また、図２（Ｂ）に示すように、圧縮空気供給口３３は、集塵ダクト１９の水平断面において接線方向へ接続する供給路を有するので、正圧による空気は供給の直後から旋回流３６になり、旋回流３６が効率よく形成される。
（８）また、排気パイプ３５は複数が設けられるので、負圧による旋回流３６が効率よく形成される。

「他の実施形態」
以上の実施形態では、移動装置５は、Ｙ軸ユニット１１とＸ軸ユニット１５を備え、レーザー出射ヘッド３をＸＹ平面内で任意の位置に移動するものであったが、他の実施形態では、移動装置５は、多関節ロボットアーム装置であり、レーザー出射ヘッド３をＸＹＺ空間内で任意の位置に移動するもので良い。

以上の実施形態では、レーザー出射ヘッド３は、出射するレーザー光の角度を変えて走査をおこなうガルバノスキャナーであったが、他の実施形態では、角度を変えずに、移動だけを行ないレーザー切断加工や溶接加工を行なうものでもよい。
以上の実施形態では、集塵ダクト１９のスカート部２５に排気パイプ３５が接続されるものであったが、他の実施形態では、図４に示す用に、集塵ダクト１９の円筒状の昇降部２７に排気パイプ３５が接続されるものとしても良い。これにより、この昇降部２７に対してスカート部２５を着脱することができ、例えばスカート部２５を外した状態で上方のレーザー出射ヘッド３へ近づくことができるので、保守点検が容易である。

また、この図４（Ａ）のように、円筒状の昇降部２７の上部を縮径して絞り４７を形成することで、この昇降部２７の上縁とレーザー出射ヘッド３との間隙３２から供給される空気４５を、減少させ、反対に、集塵ダクト１９の下縁２９と加工対象９との間に設けられた間隙３１から供給される空気４１を増加できる。

以上の実施形態では、圧縮空気供給口３３は、集塵ダクト１９の水平断面において接線方向へ接続する供給路を有するものであったが、他の実施形態では、必ずしも接線方向とする必要はない。排気パイプ３５を接線方向へ接続することで、旋回流は十分に得られる。また、圧縮空気供給口３３そのものを設けずに、集塵ダクト１９の下縁２９の隙間３１により空気を集塵ダクト１９内へ供給することでも、接線方向へ接続する排気パイプ３５によって旋回流は十分に得られる。

以上の実施形態では、排気パイプ３５は２本が設けられるものであったが、他の実施形態では、１本、あるいは３本以上とすることができる。

１…レーザー加工集塵装置、３…レーザー出射ヘッド、５…移動装置、７…レーザー加工装置、９…加工対象、１１…Ｙ軸ユニット、１３…装置本体、１５…Ｘ軸ユニット、１７…装置ベース、１９…集塵ダクト、２１…走査エリア、２３…錐状の空間、２５…スカート部、２７…昇降部、２９…下縁、３１…隙間、３３…圧縮空気供給口、３５…排気パイプ、３７…中央上部。

Claims (2)

1. レーザー加工をおこなう際に加工対象から発生する煙や粉塵を集める集塵ダクトにおいて、前記加工対象に向かって下向きにレーザー光を出射し、出射するレーザー光の角度を変えて走査をおこなうレーザー出射ヘッドと、前記出射されるレーザー光の回りを取り囲み、上部は開放されて、上縁と前記レーザー出射ヘッドとの間に隙間があり、回転対称の下に拡がった円錐台状を有する集塵ダクトと、この集塵ダクトの下縁と前記加工対象との間に設けられ周囲の空気を前記集塵ダクト内へ供給する隙間、あるいは前記集塵ダクトの下端に接続され圧縮空気を前記集塵ダクト内へ供給する圧縮空気供給口と、前記集塵ダクトの水平断面において接線方向へ接続し負圧により排気をおこない前記集塵ダクト内に旋回流を生じさせる排気パイプと、を有することを特徴とするレーザー加工集塵装置。
2. 前記レーザー出射ヘッドは、大きな前記加工対象に対し任意の位置に移動できる移動装置に搭載され、出射するレーザー光の角度を変えて走査をおこなうガルバノスキャナーであり、前記回転対称の形状を有する集塵ダクトは、前記加工対象に近接する円錐台状のスカート部と、このスカート部の上方に同軸に着脱可能に設けられ、前記集塵ダクトの上下方向の全長を調整できる円筒状の昇降部と、を有し、前記排気パイプは、この昇降部に接続し、前記圧縮空気供給口は、前記集塵ダクトの水平断面において接線方向へ接続する供給路を有し、前記排気パイプは複数が設けられることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工集塵装置。