JP6240477B2 - 熱加工機の集塵装置 - 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加工機における集塵装置に関する。

この種の集塵装置として、例えば、特許文献１や特許文献２に、ワークの加工エリアの一方側と他方側に送気口と吸気口を互いに対向させて設け、送気口からプッシュエアを吸気口に向けて流すことで、ワークの加工時に発生したヒューム粉塵類をプッシュエアで吸気口に押し込み（プッシュ）、且つ、吸気口から排気ダクトに接続された集塵手段で吸い込む（プル）ことで、集塵を行うプッシュプル方式の集塵装置が記載されている。

特開２００５−１４４４５４号公報 特開２０００−１４１０７５号公報

ところで、前記特許文献１や特許文献２に記載された従来の集塵装置では、加工時にワークの周辺に発生した汚染空気の排気が充分でないため、ヒュームがワークの周辺に滞留してワークに汚れとして付着したり、ヒューム粉塵類が吹き出しエアにより舞い上がってしまうという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、ヒューム粉塵類の除去効果の高い熱加工機の集塵装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明の熱加工機の集塵装置は、板状のワークを支持した状態で熱加工する加工エリアの下方に、上方が開放した集塵室がフレームに設けられ、前記集塵室の互いに対向する内側壁に送気口と吸気口とが相対向して設けられ、前記送気口から前記集塵室内にエアを吹き出し、前記吸気口から集塵室内のエアを吸い込んで外部に排気することで、ワークの加工時に発生するヒューム粉塵類を除去する熱加工機の集塵装置において、前記送気口として、前記集塵室の互いに対向する内側壁の一方の内側壁に、前記ワークの下側において水平なカーテン状にエアを噴き出すエア噴出孔を設け、前記エア噴出孔から噴き出すエア流量を前記吸気口で吸い込むエア流量よりも小さく制限した状態で、前記エア噴出孔から噴き出したエアを前記互いに対向する内側壁の他方の内側壁に設けられた前記吸気口で吸い込むことで、前記エア噴出孔から前記吸気口に向かって流れる空気流を生成すると共に、前記ワークの下方で前記空気流の上側に負圧領域を形成することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の熱加工機の集塵装置であって、前記吸気口が、前記エア噴出孔の高さよりも低い位置に設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の熱加工機の集塵装置であって、前記エア噴出孔が、前記集塵室の内側壁に水平方向に配列して複数設けられ、これら複数のエア噴出孔の背後に、送気手段から送られてくる昇圧エアを前記複数のエア噴出孔に分配する分配室が設けられていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱加工機の集塵装置であって、前記集塵室が水平方向に並べて複数配列されると共に、各集塵室ごとに前記エア噴出孔と前記吸気口とが設けられ、前記集塵室の上方に、前記ワークに対して熱加工を行う加工ヘッドが、前記集塵室の配列方向に沿って前記集塵室に対し相対移動可能に設けられ、かつ、前記加工ヘッドが加工を行うために移動した前記加工エリアの下方に位置する前記集塵室のみ、前記エア噴出孔と吸気口とを開放し、他の集塵室の前記エア噴出孔と吸気口とを閉鎖するように開閉手段を制御する集塵制御装置が設けられていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載の熱加工機の集塵装置であって、前記エア噴出孔の開閉手段として、前記エア噴出孔に昇圧エアを供給する供給ラインの途中にバルブが設けられ、前記吸気口の開閉手段として、前記吸気口で吸い込んだエアを集塵手段に排気する経路の途中にダンパが設けられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、送気口としてエア噴出孔を設け、エア噴出孔から噴き出すエア流量を吸気口で吸い込むエア流量よりも小さく制限するので、エア噴出孔から噴き出したエアを洩れなく吸気口で吸い込むことができると共に、吸気流量に余裕があることにより、エア噴出孔から噴き出したエアの流れに周囲の空気を合流させながら吸気口で吸い込むことができる。特に、エア噴出孔からワークの下側において水平なカーテン状に噴き出したエアを吸気口で吸い込むことにより、エア噴出孔から吸気口に向かって流れる帯状の空気流を積極的に生成すると共に、ワークの下方で空気流の上側に負圧領域（この負圧領域は、吸気口で集塵室内のエアを吸い込むことと、速い流れの空気流に周囲のエアが巻き込まれることで形成される）を形成するので、ワークの上方からワークの下方の負圧領域に流れ込む空気の流れを作り出すことができる。従って、加工時にワークの周囲に発生するヒューム粉塵類を、ワークの周囲に滞留させることなく、効率よく吸気口で吸い込むことができ、ヒュームによるワークの汚れ付着とヒュームの舞い上がりの両方を防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、エア噴出孔から噴き出されて吸気口に吸い込まれる空気流を、下向きに傾斜した流れにすることができる。従って、ワークの上方から下方に流れる空気の流れをスムーズに吸気口に導くことができる。

請求項３の発明によれば、複数のエア噴出孔が水平方向に配列されていることにより、各エア噴出孔から噴き出されるエアによって、水平なカーテン状の空気流を容易に生成することができる。また、複数のエア噴出孔から噴出されるエアでカーテン状の空気流を生成するので、各エア噴出孔を小さな円孔として形成することができ、設計製作が容易になると共に、噴出するエア流量を制限しながら流速を速めることが簡単にできるようになる。また、複数のエア噴出孔の背後に各エア噴出孔にエアを分配する分配室を設けているので、分配室までは１本のエア供給ラインで昇圧エアを送り込むことができる。

請求項４の発明によれば、加工している箇所の下方の集塵室だけを稼働するので、エネルギー使用の効率化が図れると共に、送気手段や集塵手段の能力を最小限に抑えることができる。

請求項５の発明によれば、送気側の開閉手段としてバルブを使用し、吸気側の開閉手段としてダンパを使用するので、使用設備の最適化が図れる。

本発明の実施形態の集塵装置の主要素であるフレームの構造を示す斜視図で、（ａ）は吸気口側から送気口側を見た斜視図、（ｂ）はその逆に送気口側から吸気口側を見た斜視図である。 図１（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 図２の部分拡大断面図である。 図３のダンパユニットの外観斜視図である。 図１の送気口周辺の具体的な構成を示す拡大斜視図である。 図５の送気口ユニットの構成図で、（ａ）は表側から見た斜視図、（ｂ）は裏側から見た斜視図である。 実施形態の集塵装置の系統図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は実施形態の集塵装置の主要素であるフレームの構造を示す斜視図で、図１（ａ）は吸気口側から送気口側を見た斜視図、図１（ｂ）はその逆に送気口側から吸気口側を見た斜視図である。なお、図１（ｂ）における右端の集塵室では、集塵室（シュータ）の内側壁を透かしてその裏側のダンパユニットの構成を示している。また、図２は図１（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図２の部分拡大断面図、図４は図３のダンパユニットの外観斜視図である。

図１（ａ），（ｂ）及び図２に示すように、この実施形態の熱加工機は、レーザ加工機（熱切断加工機）であり、集塵装置１の主要素としての箱状のフレーム２を備えている。なお、該フレーム２は熱加工機の本体フレームも兼ねるものである。

このフレーム２の上方には、板状のワークＷ（図２参照）を水平に支持するワークテーブル（図示略）が備えられており、ワークテーブルの位置が、ほぼ加工エリア（図２においてワークＷが支持されている位置）に相当する。また、図２に示すように、ワークテーブルの上面がワークＷのパスラインＰＬである。

フレ−ム２上のＹ軸方向の両側にはＸ軸方向に延びる一対のガイドレール３，３が備えられており、これらの各ガイドレール３には、キャリッジ（図示略）がＸ軸方向に往復移動位置決め自在に支持され、このキャリッジに、ワークＷに熱切断加工を行うレーザ加工ヘッド５（図２参照）がＹ軸方向に往復移動位置決め自在に備えられている。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、箱状のフレーム２の内側には、仕切板１１によってＸ軸方向に分割された複数の集塵室１０が区画形成されている。集塵室１０は、上方が大きく開放すると共に、下方に行くほど窄まった空間形状をなしており、ワーク加工後の落下した製品やスクラップを集塵室１０の下方のバケット（図示略）に排出するシュータを兼ねている。各集塵室１０のＹ軸方向に互いに対向する内側壁１２、１４には、送気口としてのエア噴出孔１３と、吸気口１５とが相対向するように設けられている。

そして、この集塵装置１は、送気口としてのエア噴出孔１３から集塵室１０内にエアを吹き出し、吸気口１５から集塵室１０内のエアを吸い込んで外部に排気することにより、ワークＷの加工時に発生するヒューム粉塵類を除去するようになっている。

図２及び図３に示すように、吸気口１５の背後には、図４に示すダンパユニット２０が組み込まれている。ダンパユニット２０のケーシング２３は、内部が下部空間２７と上部空間２８に分かれた箱型のもので、上部空間２８の背面に排気口２９が設けられ、下部空間２７の前面に、集塵室１０に臨む吸気口１５と連通する開口部２６が設けられている。

上部空間２８には、回動軸２２に支持されたダンパ羽根２１（このダンパ羽根で代表される部分をダンパ２０Ａと称し、開閉手段に相当する）が設けられており、回動軸２２をレバー２５を介してエアシリンダ２４により回動操作することにより、ダンパ羽根２１を、通気路（開口部２６と排気口２９を連通する通路）を開放する位置と閉鎖する位置との間で開閉操作することができるようになっている。

また、図２に示すように、送気口として設けられたエア噴出孔１３は、ワークＷの下側の該ワークＷから所定の距離Ｈだけ離れた高さ位置において水平なカーテン状にエアを噴き出すものであり、集塵室１０の内側壁１２に水平方向に配列して複数設けられている。

エア噴出孔１３は、水平方向に沿って矢印ＦＬで示すようにエアを噴き出すようになっている。また、吸気口１５は、エア噴出孔１３の高さよりも低い位置に設けられており、エア噴出孔１３から噴き出されたエアは、噴き出された直後は水平に進むが、徐々に斜めに下降して吸気口１５に吸い込まれる。

図５は、図１の送気口周辺の具体的な構成を示す拡大斜視図、図６は、図５の送気口ユニットの構成図で、図６（ａ）は表側から見た斜視図、図６（ｂ）は裏側から見た斜視図である。

図５及び図６に示すように、複数のエア噴出孔１３は、フレーム２に取り付けられる送気口ユニット３０の正面板３１に一列に配列されており、複数のエア噴出孔１３の背後には、送気手段から送られてくる昇圧エアを複数のエア噴出孔１３に分配する分配室３２が設けられている。分配室３２には接続口３３が設けられており、送気手段につながる配管がこの接続口３３に接続される。

この集塵装置１では、エア噴出孔１３から噴き出すエア流量を吸気口１５で吸い込むエア流量よりも小さく制限（例えば、数百分の一程度の僅かな流量に制限）した状態で、エア噴出孔１３から噴き出したエアを吸気口１５で吸い込むことにより、エア噴出孔１３から吸気口１５に向かって流れる空気流（図２中の矢印Ｆで示す流れ）を生成することができると同時に、ワークＷの下方で空気流Ｆの上側に負圧領域Ｓを形成することができるようになっている。

図７は実施形態の集塵装置の系統図である。

送気口ユニット３０の分配室３２の接続口３３〔図６（ｂ）参照〕には、送気手段（ブロアやコンプレッサ）４０の吐出側に接続されたメインの送気ライン４１から分岐した分岐管４３がバルブ（開閉手段）４２を介して接続されている。また、吸気口１５にダンパ２０Ａを介して連通した排気口２９には、吸引集塵手段５０の吸引側につながるメインダクト５２から分岐した分岐ダクト５１が接続されている。

また、図示しないが、この集塵装置１には、レーザ加工ヘッド５が加工を行うために移動した加工エリアの下方に位置する集塵室１０のみ、エア噴出孔１３と吸気口１５（排気口２９が相当）とを開放し、他の集塵室１０のエア噴出孔１３と吸気口１５とを閉鎖するように、開閉手段であるバルブ４２とダンパ２０Ａを制御する集塵制御装置が備わっている。

次に実施形態の集塵装置の作用を述べる。

レーザ加工ヘッド５からレーザビームを照射してワークＷを加工（切断や溶接）すると、該当箇所の加工エリアの下方の集塵室１０において、エア噴出孔１３と吸気口１５が開放され（バルブ４２が開、ダンパ２０Ａが開とされ）、エア噴出孔１３から昇圧エアが集塵室１０内に噴き出され、集塵室１０内の空気が吸気口１５から吸引される。それにより、加工に伴って発生するヒューム粉塵類が排気される。

その際、エア噴出孔１３から噴き出すエア流量を、吸気口１５で吸い込むエア流量よりも小さく制限しているので、エア噴出孔１３から噴き出したエアを洩れなく吸気口１５で吸い込むことができると共に、吸気流量に余裕があることにより、エア噴出孔１３から噴き出したエアの流れに周囲の空気を合流させながら吸気口１５で吸い込むことができる。

特に、ワークＷの下方のワークＷから所定距離Ｈだけ離れた高さにおいてエア噴出孔１３から水平なカーテン状に噴き出したエアを吸気口１５で吸い込むことにより、エア噴出孔１３から吸気口１５に向かって流れる帯状の空気流Ｆを積極的に生成することができると共に、ワークＷの下方で空気流の上側に負圧領域Ｓ（この負圧領域Ｓは、吸気口１５で集塵室１０内のエアを吸い込むことと、速い流れの空気流Ｆに周囲のエアが巻き込まれることで形成される）を形成することができる。

なお、この所定距離Ｈの値は、１００ｍｍ〜４００ｍｍ程度に設定されている。所定距離Ｈが小さくワークＷに接近するとワークＷの下方でこの負圧が発生せずヒュームの舞い上がりが発生してしまう。逆に所定距離Ｈが大きすぎるとワークＷの下方の負圧発生効果が小さくなってしまい同様にヒュームの舞い上がりを防ぐことはできない。よって、該所定距離Ｈはエア噴出流量や吸気流量などの条件を考慮の上設定するようにする。

従って、ワークＷの上方からワークＷの下方の負圧領域Ｓに流れ込む空気の流れＫ（図２）を作り出すことができる。その結果、加工時にワークＷの周囲に発生するヒューム粉塵類を、ワークＷの周囲に滞留させることなく、効率よく吸気口１５で吸い込むことができ、ヒュームによるワークＷの汚れ付着とヒュームの舞い上がりの両方を確実に防ぐことができる。

即ち、吸気口１５で吸引するだけでは、生成される空気の流れが不安定であるが、エア噴出孔１３から噴き出される僅かな流量のエアにより、吸い込み環境に弱い流れを加えることで、積極的な空気流Ｆを作り出すことができ、その空気流Ｆによる周辺空気の引き連れ作用によって負圧領域Ｓを作り出すことができ、その結果、ワークの上方から下方へ向かう空気の流れＫを作り出して、ヒューム粉塵類を吸気口１５に速やかに導くことができる。

また、エア噴出孔１３より吸気口１５を低い位置に設けているので、エア噴出孔１３から噴き出されて吸気口１５に吸い込まれる空気流Ｆを、下向きに傾斜した流れにすることができ、これにより、ワークＷの上方から下方に流れる空気の流れＫをスムーズに吸気口１５に導くことができる。

また、複数のエア噴出孔１３が水平方向に配列されていることにより、各エア噴出孔１３から噴き出されるエアによって、水平なカーテン状の空気流を容易に生成することができる。また、複数のエア噴出孔１３から噴出されるエアでカーテン状の空気流を生成するので、各エア噴出孔１３を小さな円孔（例えば、直径１ｍｍ〜２ｍｍの円孔）として形成することができ、設計製作が容易になると共に、噴出するエア流量を制限しながら流速を速めることが簡単にできるようになる。また、複数のエア噴出孔１３の背後に各エア噴出孔１３にエアを分配する分配室３２を設けているので、分配室３２までは１本のエア供給ラインで昇圧エアを送り込むことができる。

また、本実施形態の集塵装置では、加工している箇所の下方の集塵室だけを稼働するので、エネルギー使用の効率化が図れると共に、送気手段４０や吸引集塵手段５０の能力を最小限に抑えることができる。

また、送気側の開閉手段としてバルブ４２を使用し、吸気側の開閉手段としてダンパ２０Ａを使用するので、使用設備の最適化が図れる。

Ｗ ワーク
Ｈ 所定の距離
Ｆ 空気流
Ｓ 負圧領域
１ 集塵装置
２ フレーム
５ レーザ加工ヘッド
１０ 集塵室
１２，１４ 互いに対向する内側壁
１２ 互いに対向する内側壁の一方の内側壁
１４ 互いに対向する内側壁の他方の内側壁
１３ エア噴出孔（送気口）
１５ 吸気口
２０Ａ ダンパ（開閉手段）
３２ 分配室
４０ 送気手段
４２ バルブ（開閉手段）
５０ 吸引集塵手段

Claims (5)

1. 板状のワークを支持した状態で熱加工する加工エリアの下方に、上方が開放した集塵室がフレームに設けられ、前記集塵室の互いに対向する内側壁に送気口と吸気口とが相対向して設けられ、前記送気口から前記集塵室内にエアを吹き出し、前記吸気口から集塵室内のエアを吸い込んで外部に排気することで、ワークの加工時に発生するヒューム粉塵類を除去する熱加工機の集塵装置において、
   前記送気口として、前記集塵室の互いに対向する内側壁の一方の内側壁に、前記ワークの下側において水平なカーテン状にエアを噴き出すエア噴出孔を設け、
   前記エア噴出孔から噴き出すエア流量を前記吸気口で吸い込むエア流量よりも小さく制限した状態で、前記エア噴出孔から噴き出したエアを前記互いに対向する内側壁の他方の内側壁に設けられた前記吸気口で吸い込むことで、前記エア噴出孔から前記吸気口に向かって流れる空気流を生成すると共に、前記ワークの下方で前記空気流の上側に負圧領域を形成することを特徴とする熱加工機の集塵装置。
2. 請求項１に記載の熱加工機の集塵装置であって、
   前記吸気口が、前記エア噴出孔の高さよりも低い位置に設けられていることを特徴とする熱加工機の集塵装置。
3. 請求項１または２に記載の熱加工機の集塵装置であって、
   前記エア噴出孔が、前記集塵室の内側壁に水平方向に配列して複数設けられ、これら複数のエア噴出孔の背後に、送気手段から送られてくる昇圧エアを前記複数のエア噴出孔に分配する分配室が設けられていることを特徴とする熱加工機の集塵装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱加工機の集塵装置であって、
   前記集塵室が水平方向に並べて複数配列されると共に、各集塵室ごとに前記エア噴出孔と前記吸気口とが設けられ、
   前記集塵室の上方に、前記ワークに対して熱加工を行う加工ヘッドが、前記集塵室の配列方向に沿って前記集塵室に対し相対移動可能に設けられ、
   かつ、前記加工ヘッドが加工を行うために移動した前記加工エリアの下方に位置する前記集塵室のみ、前記エア噴出孔と吸気口とを開放し、他の集塵室の前記エア噴出孔と吸気口とを閉鎖するように開閉手段を制御する集塵制御装置が設けられていることを特徴とする熱加工機の集塵装置。
5. 請求項４に記載の熱加工機の集塵装置であって、
   前記エア噴出孔の開閉手段として、前記エア噴出孔に昇圧エアを供給する供給ラインの途中にバルブが設けられ、前記吸気口の開閉手段として、前記吸気口で吸い込んだエアを集塵手段に排気する経路の途中にダンパが設けられていることを特徴とする熱加工機の集塵装置。

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