JP6473914B1 - 回転気流生成装置およびレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く回転気流を生成する回転気流生成装置および粉塵等がレーザ光の照射の妨げにならないレーザ加工機を提供すること。【解決手段】本発明の一形態は、第１方向に延在する筒型であり、第１外周壁を有する第１筒部と、第１筒部の第１外周壁の外側に設けられ、第２内周壁を有し、第１外周壁と第２内周壁との間に空間を構成する第２筒部と、第１外周壁と第２内周壁との間に設けられ、空間を仕切ることで空間に渦巻き状の流路を構成する中間壁部と、空間の第１方向における一方端および他方端のうち一方端を閉じる第１蓋部と、他方端における前記中間壁部よりも外周側を閉じる第２蓋部とを備え、流路に空気が流れることで空間の他方端側に回転気流が形成される回転気流生成装置である。【選択図】図３

Description

本発明は、回転気流生成装置およびレーザ加工機に関するものである。

従来より、回転気流を利用したサイクロン式の集塵装置（掃除機など）が考えられている。サイクロン式の集塵装置では、回転気流によって塵と空気とを分離することで吸込効率の低下を抑制している。

例えば、特許文献１には、渦室の側壁に配設された吸い込み口より塵を含んだ空気を取り入れ、渦室内で旋回流を発生させ塵を分離し、渦室の中心軸位置に配設されたメインフィルタにて塵を捕集する集塵機が開示されている。

また、特許文献２には、含塵エアーを旋回させて粉塵とエアーとに分離するサイクロン式分離手段と、サイクロン式分離手段に向けて水を噴射するシャワー手段と、廃液を収容する廃液収容手段と、廃液を排出するドレン手段と、サイクロン式分離手段の内筒内に配設されたフィルタ手段と、フィルタ手段によって濾過されたエアーを排気する排気手段と、を備えた粉塵処理装置が開示されている。

また、レーザ加工機のような対象物に加工を行う装置では、加工に伴い対象物から煙や粉塵（以下、「粉塵等」とも言う。）が発生する。このため、加工途中において粉塵等を除去しながら処理を進める必要がある。通常、粉塵等を除去するためには、発生した粉塵等を吸引し、吸引した空気をエアフィルタに通すことで粉塵等を捕捉している。特許文献３には、レーザ光の回りを取り囲む集塵ダクトを配置し、集塵ダクト内に旋回流を生じさせてこの旋回流のまま粉塵等を排気する構成が開示されている。

特開２０１５−１２０１３８号公報 特開２００４−００１１１８号公報 特開２０１５−１７４１０２号公報

粉塵等が発生するレーザ加工部付近から上昇する回転気流を発生させることにより、加工部で発生した粉塵等の加工素材への付着を防止でき、また広域にわたり回転気流を発生させることにより広範囲で粉塵等を撹拌しながら集塵を行うことができる。結果、粉塵等の密度に起因するレーザ光の減衰を最小限に抑えることができる。このため、例えば集塵装置において回転気流を利用する場合、効果的に回転気流を生成する構成が望まれる。また、レーザ加工における集塵のみならず、プラズマ加工、切削加工における集塵および、特定区域の換気や排気を行う場合であっても回転気流を効果的に生成することは重要である。特に、レーザ加工機においては、加工の際に発生する粉塵等の量が多いと、加工素材への付着に起因する品質低下、舞い上がった粉塵等によるレーザ光の減衰による加工品質のばらつきの恐れがある。したがって、加工中に粉塵等を集塵装置で吸い込む場合、レーザ光の照射経路に粉塵等が残らないように処理することが重要である。

本発明は、効率良く回転気流を生成する回転気流生成装置および粉塵等がレーザ光の照射の妨げにならないレーザ加工機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一形態は、第１方向に延在する筒型であり、第１外周壁を有する第１筒部と、第１筒部の第１外周壁の外側に設けられ、第２内周壁を有し、第１外周壁と第２内周壁との間に空間を構成する第２筒部と、第１外周壁と第２内周壁との間に設けられ、空間を仕切ることで空間に渦巻き状の流路を構成する中間壁部と、空間の第１方向における一方端および他方端のうち一方端を閉じる第１蓋部と、他方端における中間壁部よりも外周側を閉じる第２蓋部とを備え、流路に空気が流れることで空間の他方端側に回転気流が形成される回転気流生成装置である。

このような構成によれば、第１筒部における第１外周壁と、第２筒部の第２内周壁との間に設けられる空間に中間壁部を設けて渦巻き状の流路が構成される。また、空間の一方端が第１蓋部によって閉じられ、他方端における中間壁部よりも外周側が第２蓋部によって閉じられているため、空間の他方端における第１筒部と中間壁部との間が開口している。この開口から流路に空気が流れることで、渦巻き状の流路に沿って気流が高速回転し、空間の他方端側（外側の領域）にも効率良く回転気流が形成される。

上記回転気流生成装置において、中間壁部は、第２内周壁と接続される付け根部と、付け根部から第２内周壁および第１外周壁に沿って延在する仕切り壁部と、第２内周壁および第１外周壁に接続されない先端部と、を有していてもよい。これにより、第１外周壁および第２内周壁に沿って渦巻き状の流路が構成される。

上記回転気流生成装置において、中間壁部は、第１方向に互いに重なる第１中間壁部と第２中間壁部とを有し、第１中間壁部の先端部と、第２中間壁部の先端部とが周方向に互いにずれて配置されていてもよい。これにより、第１方向および周方向のそれぞれにおいて互いにずれた位置に２つの渦巻き状の流路が構成され、より効果的に回転気流を生成することができる。

上記回転気流生成装置において、中間壁部は、第１外周壁の周方向に互いにずれて配置された第１中間壁部と第２中間壁部とを有していてもよい。これにより、周方向に互いにずれた位置に２つの渦巻き状の流路が構成され、より効果的に回転気流を生成することができる。

上記回転気流生成装置において、前記空間の他方端側の一定領域を覆うスカート部をさらに備えていてもよい。これにより、スカート部で囲まれた一定領域で効率的に回転気流を生成することができる。

上記回転気流生成装置において、前記空間と連通するポートから吸引する吸引部をさらに備えていてもよい。これにより、吸引部で吸引することで、流路の空気がポートを介して外部に吸引され、この吸引による流路の空気の流れによって空間の他方端側に回転気流が生成され、この回転気流によって効率のよい吸引が行われる。

本発明の一態様は、対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射ヘッドと、対象物の上方に配置された上記回転気流生成装置と、を備え、レーザ光を第１筒部の筒内を通して対象物に照射し、対象物から発生する煙や粉塵を回転気流によって旋回させながら吸引するレーザ加工機である。

このような構成によれば、回転気流生成装置によって生成された回転気流が対象物の上方に形成される。この回転気流によって粉塵等が回転しながら吸引される。この際、粉塵等は対象物と回転気流生成装置との間の領域で旋回しながら吸引されるため、第１筒部の筒内に粉塵等が残らないドーナツ状の領域が発生し、この領域を通してレーザ光を対象物に照射することができる。

本発明によれば、効率良く回転気流を生成する回転気流生成装置および粉塵等がレーザ光の照射の妨げにならないレーザ加工機を提供することが可能になる。

レーザ加工機の構成例を示す斜視図である。 本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルを例示する斜視図である。 集塵ノズルを例示する分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルを例示する平面図である。 本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルを例示する断面図である。 本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルでの回転気流の様子を例示する断面図である。 本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルでの回転気流の様子を例示する平面図である。 他のスカート部を例示する斜視図である。 回転気流生成装置の他の例（その１）を示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、回転気流生成装置の他の例（その２）を示す平面図である。 回転気流生成装置の他の例（その２）を示す分解斜視図である。 中間壁部の他の例（その１）を例示する平面図である。 中間壁部の他の例（その２）を例示する平面図である。 回転気流生成装置の他の例（その３）を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（レーザ加工機の構成）
図１は、レーザ加工機の構成例を示す斜視図である。
図１に示すレーザ加工機１００は、レーザ光Ｌのエネルギーを利用して対象物Ｗの切断等の加工を行う装置である。

レーザ加工機１００は、加工機本体１１０と、ステージ１２０と、レーザ出射ヘッド１３０と、集塵ノズル１４０と、移動ユニット１５０とを備える。本実施形態に係る回転気流生成装置１は集塵ノズル１４０に適用されている。加工機本体１１０には、正面にスイッチ類１１１が配置され、内部には図示しない電源ユニット、制御回路、負圧ポンプなどが組み込まれている。加工機本体１１０の近傍には、ディスプレイ１１５、キーボード１１６およびマウス１１７などの入出力機器が配置され、加工プログラムによる各種の加工条件の設定、読み込み、保存、加工制御を行えるようになっている。

ステージ１２０は加工機本体１１０の上に配置され、一方向（例えば、Ｙ軸方向）に移動可能になっている。ステージ１２０の上には対象物Ｗが載置される。対象物Ｗは、ステージ１２０上に、例えば負圧によって吸着固定される。

移動ユニット１５０は、例えば門型に構成され、ステージ１２０の例えば上方に配置される。移動ユニット１５０には、レーザ出射ヘッド１３０が取り付けられる。レーザ出射ヘッド１３０は、移動ユニット１５０によって一方向（例えば、Ｘ軸方向）に移動可能になっている。なお、本実施形態では、移動ユニット１５０によってレーザ出射ヘッド１３０をＸ軸方向、ステージ１２０をＹ軸方向に移動させて、レーザ光Ｌと対象物ＷとのＸＹ軸に沿った相対的な位置関係を設定しているが、移動ユニット１５０およびステージ１２０のいずれか一方をＸＹ軸に沿って移動可能に構成してもよい。

レーザ出射ヘッド１３０は、レーザ光Ｌを図示しない光学系によって集光して対象物Ｗに照射する。本実施形態において、レーザ出射ヘッド１３０はスキャンミラーによってレーザ光Ｌの照射角度を変化させて、レーザ光Ｌの照射範囲を走査できるようになっている。レーザ出射ヘッド１３０は、例えばガルバノスキャナヘッドである。加工の対象物Ｗとしては、例えば金属、樹脂、紙、木材など、各種の材料のものである。

集塵ノズル１４０は、レーザ加工を行う際に対象物Ｗから発生する粉塵等を吸引して集める。本実施形態では、対象物Ｗの上方に集塵ノズル１４０が配置される。集塵ノズル１４０には、レーザ出射ヘッド１３０から出射されるレーザ光Ｌの照射範囲を取り囲むような円筒型のスカート部５０が設けられる。また、集塵ノズル１４０には吸引ダクト１４５が設けられ、集塵ノズル１４０で集めた粉塵等を、吸引ダクト１４５を介して吸い上げている。

レーザ加工機１００には集塵分離部１７０が設けられていてもよい。集塵分離部１７０は、吸引ダクト１４５と排気ダクト３５との間に設けられる。集塵分離部１７０は、集塵ノズル１４０から吸い込んだ粉塵等を空気と分離するフィルタの役目を果たす。

このようなレーザ加工機１００で対象物Ｗの加工を行うには、先ず、ステージ１２０上に対象物Ｗを載置して、吸引等によって固定する。次に、所定のプログラムによって加工手順を設定し、実行すると、レーザ出射ヘッド１３０から対象物Ｗにレーザ光Ｌが照射され、レーザ光Ｌのエネルギーによって対象物Ｗの加工（切断、溝加工、マーキングなど）が施される。レーザ光Ｌの照射位置は、プログラムの処理によって、レーザ光Ｌのスキャンと、ステージ１２０および移動ユニット１５０の動作によって制御される。

集塵分離部１７０の後段には図示しない吸引装置（吸引部）が接続されており、レーザ加工機１００による加工処理を行う間、吸引装置で発生した負圧によって粉塵等の吸引を行う。すなわち、加工によって対象物Ｗから発生した粉塵等は、吸引装置の負圧による吸引力によって集塵ノズル１４０で集められ、吸引ダクト１４５を介して排気ダクト３５に送られる。

集塵分離部１７０が設けられている場合には、集塵分離部１７０の内部で発生した回転気流によって吸引された粉塵等が遠心分離される。そして、粉塵等の除去された空気が排気ダクト３５を介して吸引装置から排出される。

（集塵ノズルの詳細）
図２は、本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルを例示する斜視図である。
図３は、集塵ノズルを例示する分解斜視図である。
集塵ノズル１４０に適用される回転気流生成装置１は、集塵ノズル１４０内で発生させた回転気流に伴い集塵ノズル１４０の外部（例えば、下方空間）の空気を回転させて回転気流を生成する機能を備える。
図２に示す集塵ノズル１４０では、本体部１５の下方にスカート部５０が設けられている。なお、説明の便宜上、図３に示す集塵ノズル１４０ではスカート部５０は省略されている。

図３に示すように、集塵ノズル１４０に適用される回転気流生成装置１は、第１筒部１０、第２筒部２０と、中間壁部３０と、第１蓋部４１と、第２蓋部４２とを備える。第１筒部１０は筒型に設けられ、本体部１５の内側中央部に配置されている。本実施形態では第１筒部１０は円筒型を有している。ここで、第１筒部１０の筒の延在する方向を第１方向Ｄ１と言うことにする。また、第１筒部１０の筒の周回りの方向を周方向と言うことにする。筒型の第１筒部１０は、筒の外壁である第１外周壁１１と、筒の内壁である第１内周壁１２とを有する。レーザ加工機１００では、この第１筒部１０の筒内をレーザ光Ｌが通過するようになっている。

第２筒部２０は、第１筒部１０の第１外周壁１１の外側に設けられる。すなわち、第２筒部２０は、第１筒部１０の外側を周方向に囲むように設けられる。第２筒部２０は、第２内周壁２２を有する。第２内周壁２２は第１外周壁１１の外側に配置され、第１外周壁１１と第２内周壁２２との間には空間Ｓが構成される。第２筒部２０は本体部１５の外周を構成し、ポートＰを備えている。ポートＰは空間Ｓと連通する。図示する例では２つのポートＰが設けられている。

中間壁部３０は、第１外周壁１１と第２内周壁２２との間に設けられ、空間Ｓを仕切ることで空間Ｓに渦巻き状の流路Ｒを構成する部材である。ここで、渦巻き状とは、旋回するにつれ中心から遠ざかる（あるいは逆向きにたどれば近づく）ような曲線（螺旋型）であり、１周以上旋回してもよいし、１周未満の旋回（対数曲線的な形状）であってもよい。図示する例では２つの中間壁部３０が設けられる。それぞれの中間壁部３０は、第２内周壁２２に接続される付け根部３１と、付け根部３１から第２内周壁２２および第１外周壁１１に沿って延在する仕切り壁部３２と、第２内周壁２２および第１外周壁１１に接続されない先端部３３とを有する。

中間壁部３０が設けられることで、空間Ｓが第１外周壁１１側の領域と、第２内周壁２２側の領域とに分けられる。中間壁部３０の先端部３３は第２内周壁２２および第１外周壁１１に接続されていないため、周方向に渦巻き状となる流路Ｒが空間Ｓに構成されることになる。図示する例では、２つの中間壁部３０が設けられているため、空間Ｓに互いに同軸となる２つの渦巻き状の流路Ｒが構成される。

第１蓋部４１は、空間Ｓの第１方向Ｄ１における一方端および他方端のうち一方端を閉じるように設けられる。すなわち、第１蓋部４１は、第１筒部１０、第２筒部２０および中間壁部３０のそれぞれの第１方向Ｄ１における一方端と接するように設けられる。

第１蓋部４１の中央部には孔４１ｈが設けられる。この孔４１ｈの径は、第１内周壁１２の径よりも大きく、第１外周壁１１の径よりも小さい。第１蓋部４１は、一方端側において第１筒部１０と孔４１ｈとが同軸上に重なるように取り付けられる。

第２蓋部４２は、空間Ｓの他方端における中間壁部３０よりも外周側を閉じるように設けられる。すなわち、第２蓋部４２は、第２筒部２０および中間壁部３０のそれぞれの第１方向Ｄ１における他方端と接するように設けられ、第１筒部１０の第１方向Ｄ１における他方端とは接していない。第２蓋部４２が第１筒部１０の他方端と接していないことにより、第１筒部１０の他方端と中間壁部３０との間に開放口Ｃ（図５参照）が構成される。なお、第２蓋部４２は一部において第１筒部１０の他方端と接していてもよいが、開放口Ｃが構成されていればよい。

第２蓋部４２の中央部には孔４２ｈが設けられる。この孔４２ｈの径は、第１外周壁１１の径よりも大きく、中間壁部３０の径（第１方向Ｄ１にみて中間壁部３０を円相当にした場合の径）よりも小さい。第２蓋部４２は、他方端側において中間壁部３０の内周側に孔４２ｈが配置されるように取り付けられる。ここで、回転気流生成装置１および集塵ノズル１４０において、第１蓋部４１が設けられた側を一方端側、第２蓋部４２が設けられた側を他方端側とも言うことにする。

図４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルを例示する平面図である。図４（ａ）には第１蓋部４１が取り付けられた状態が示され、図４（ｂ）には第１蓋部４１を外した状態が示される。また、説明の便宜上、図４（ｂ）では第２蓋部４２の範囲をハッチングで示している。
図５は、本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルを例示する断面図である。図５には、図４（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図が示される。

図４（ａ）に示すように、第１蓋部４１が取り付けられた状態では、空間Ｓにおける一方端側が全て閉じられる。一方、図４（ｂ）に示すように、第２蓋部４２が取り付けられた状態では、空間Ｓにおける他方端側の中間壁部３０よりも外周側が閉じられ、中間壁部３０と第１筒部１０との間は開放している状態となる。

なお、第１蓋部４１および第２蓋部４２の両方を取り付けた状態では、第１筒部１０の一方端側に孔４１ｈが位置し、他方端側に孔４２ｈが位置するため、第１筒部１０の筒内は孔４１ｈおよび４２ｈを介して第１方向Ｄ１に貫通した状態となる。

図５に示すように、空間Ｓにおける中間壁部３０よりも外周側は第１蓋部４１および第２蓋部４２の両方によって閉じられている。この閉じられた空間ＳとポートＰとが連通した状態となっている。

一方、空間Ｓにおける中間壁部３０よりも内周側は一方端側の第１蓋部４１のみによって閉じられ、他方端側は開放している。したがって、この他方端側の開放している口（開放口Ｃ）は、第１筒部１０の第１外周壁１１に沿ってリング状に設けられる。また、渦巻き状に構成された流路Ｒの途中には、中間壁部３０の先端部３３が位置するため、中間壁部３０は、流路Ｒの途中において第１筒部１０側と第２筒部２０側とを分岐する役目を果たしている。

（回転気流）
次に、回転気流について説明する。
図６は、本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルでの回転気流の様子を例示する断面図である。
図７は、本実施形態に係る回転気流生成装置が適用される集塵ノズルでの回転気流の様子を例示する平面図である。なお、説明の便宜上、図７には第１蓋部４１および第２蓋部４２は示されていない。

集塵ノズル１４０においては、ポートＰに吸引ダクト１４５が接続されており、空間Ｓ内の空気をポートＰから吸引している。この吸引によって流路Ｒが負圧となり、開放口Ｃから空気が流路Ｒ内に吸い込まれる。流路Ｒ内に吸い込まれた空気は、第１筒部１０の第１外周壁１１に沿って流れ、渦巻き状の流路Ｒに沿って回転していく。第１外周壁１１に沿って回転する空気のうち、一部は中間壁部３０で分岐され、第２内周壁２２に沿ってポートＰへ進む。残りの空気は第１外周壁１１に沿って回転を続ける。

ここで、開放口Ｃはリング状に設けられているため、第１筒部１０の他方端側の空気も開放口Ｃに沿ってリング状に吸い込まれることになる。そして、開放口Ｃより狭くなった流路Ｒに空気が吸い込まれることで、第１外周壁１１に沿って回転する空気の流速は一気に高められ、流路Ｒに沿って高速旋回することになる。流路Ｒで生成される回転気流を流路内回転気流Ｔ１と言うことにする。

そして、この流路内回転気流Ｔ１の高速旋回に伴い、開放口Ｃの他方端側で孔４２ｈまでの間の空間の空気も回転する。この空間で生成される回転気流を筒内回転気流Ｔ２と言うことにする。さらに、この筒内回転気流Ｔ２に伴って集塵ノズル１４０の他方端側の外部の空間（集塵ノズル１４０と対象物Ｗとの間の空間）の空気も高速回転することになる。この外部の空間の回転気流を他方端側回転気流Ｔ３と言うことにする。加えて、第１筒部１０内などのノズル本体が負圧になることで、第１蓋部４１の孔４１ｈの近傍の空気が第１筒部１０内に引き込まれながら回転する気流も発生する。この回転気流を一方端側回転気流Ｔ４と言うことにする。

本実施形態に係る集塵ノズル１４０において、流路内回転気流Ｔ１の流速が最も速く、次に筒内回転気流Ｔ２、その次に他方端側回転気流Ｔ３、さらにその次に一方端側回転気流Ｔ４の順となる。各回転気流は第１筒部１０の筒の軸を中心として旋回することになり、これに伴って集塵ノズル１４０の他方端側の外側の空間に発生する他方端側回転気流Ｔ３も効率的に旋回することになる。また、孔４１ｈの開口径および第１筒部１０の高さの最適化によって一方端側および他方端側の気流のバランスを変えることができる。

レーザ加工機においては、集塵ノズル１４０の他方端側に加工の対象物Ｗを配置する。そして、対象物Ｗにレーザ光Ｌが照射され加工が始まると、対象物Ｗから粉塵等が巻き上がる。この際、舞い上がった粉塵等は集塵ノズル１４０によって生成された回転気流によって回転しながら開放口Ｃから流路Ｒに吸い込まれる。本実施形態では、先ず粉塵等は他方端側回転気流Ｔ３に乗って旋回し、続いて筒内回転気流Ｔ２に乗って集塵ノズル１４０内に引き込まれ、さらに旋回を続けながら開放口Ｃから流路Ｒに吸い込まれ、流路内回転気流Ｔ１に乗ってポートＰから排出される。

回転気流によって回転する粉塵等はその重量による遠心力で中心から離れた位置で旋回しやすい。このため、回転気流の中心付近は周辺よりも粉塵等が少なくなる。すなわち、回転気流に沿って渦巻き状に旋回する粉塵等は、第１方向Ｄ１にみて第１筒部１０の外側で多くなり、第１筒部１０の筒内では少なくなる（旋回する粉塵等のドーナツ化）。

レーザ加工機において、レーザ光Ｌは第１筒部１０の筒内を通過して対象物Ｗに照射される。集塵ノズル１４０によって吸い込まれる粉塵等はドーナツ化することから、レーザ光Ｌはこの粉塵等のドーナツ化した中央の領域（粉塵等がほとんど無い領域）を通過する。したがって、レーザ光Ｌは粉塵等に大きな影響を受けることなく対象物Ｗに到達することができる。

ここで、レーザ光Ｌをスキャンさせる場合、第１筒部１０の筒内をスキャン範囲とすることで、レーザ光Ｌの照射領域が集塵ノズル１４０と干渉することはない。集塵ノズル１４０によって生成する回転気流の大きさをレーザ光Ｌの照射領域（スキャン範囲）に合わせて設定することで、スキャンするレーザ光Ｌであっても粉塵等による妨げを抑制することができる。

また、本実施形態に係る回転気流生成装置１では、第１蓋部４１によって空間Ｓの一方端側が塞がれており、開放口Ｃが設けられた他方端側から粉塵等を吸引する。すなわち、集塵ノズル１４０の一方端側（第１蓋部４１側）の圧力よりも他方端側（第２蓋部４２側）の圧力のほうが低くなる。したがって、舞い上がった粉塵等が集塵ノズル１４０の一方端側から旋回することなく直接的に吸い込まれることを効果的に抑制することができる。すなわち、集塵ノズル１４０の他方端側の開放口Ｃからの吸い込みが優位であり、粉塵等の舞い上がりを抑制できる。

レーザ加工機１００では、集塵ノズル１４０の一方端側から照射されたレーザ光Ｌが孔４１ｈおよび４２ｈを通して対象物Ｗに到達する。加工中に粉塵等が舞い上がり、集塵ノズル１４０の一方端側へ回り込むと、回り込んだ粉塵等によってレーザ光Ｌの照射の妨げとなる可能性が生じる。本実施形態では、この一方端側への粉塵等の回り込みが抑制されるため、レーザ光Ｌの照射の妨げを効果的に防止することができる。また、たとえ粉塵等が舞い上がって一方端側に回り込んだとしても、集塵ノズル１４０の一方端側で発生した一方端側回転気流Ｔ４によってドーナツ状に引き込まれていく。また、孔４１ｈから外へ出ようとする粉塵等は一方端側回転気流Ｔ４によって押し戻されることになる。したがって、舞い上がった粉塵等がレーザ光Ｌの照射の妨げになることを効果的に抑制でき、集塵ノズル１４０の一方端側に設置される光学機器に粉塵等が接触することを防止することができる。なお、一方端側回転気流Ｔ４は、孔４１ｈの開口径および第１筒部１０の高さを最適化することで、流路内回転気流Ｔ１の気流の減衰を最小限に留め、一方端側の光学機器を保護することが可能となる。

ここで、一般的なサイクロン式の集塵装置（掃除機等）は、回転気流によって粉塵等の遠心分離を行うものである。しかし、本実施形態では回転気流生成装置１の内部で回転気流を発生させるのみならず、回転気流生成装置１の外側の空間においても回転気流（他方端側回転気流Ｔ３）を効果的に発生させている。これにより、旋回する粉塵等のドーナツ化を促進し、粉塵等がレーザ光Ｌの照射の妨げとならないようにする点で、一般的なサイクロン式の集塵装置とは全く技術思想が異なるものである。

より具体的には、一般的なサイクロン式の集塵装置では、旋回流を発生させて粉塵等を遠心分離し、分離後の空気を旋回流の中央から排出する。しかし、本実施形態に係る回転気流生成装置１を適用した集塵ノズル１４０は、ノズル内部のみならず外部にも回転気流を発生させて粉塵等を引き込み、そのまま流路ＲからポートＰを介して（中央の孔４１ｈから排出することなく）排出する。これにより、回転気流に乗せて粉塵等を効率良く吸引排出することができる。

図８は、他のスカート部を例示する斜視図である。
集塵ノズル１４０に適用される本実施形態に係る回転気流生成装置１において、スカート部５０の形状は円筒型以外であってもよい。図８には、円錐台型のスカート部５０が例示されている。円錐台型のスカート部５０は、集塵ノズル１４０の本体部１５から離れるほど径が大きくなっている。反対に、本体部１５に近づくほど径が小さくなっている。このような形状のスカート部５０により、スカート部５０内の回転気流は本体部１５に近づくほど旋回速度が高まり、効率よく回転気流を発生させることができる。

なお、スカート部５０の形状はこれら以外であってもよい。すなわち、スカート部５０の形状は、円筒型、円錐台型のほど、ラッパ型や逆円錐台型などであってもよい。

（回転気流生成装置の他の例）
図９は、回転気流生成装置の他の例（その１）を示す平面図である。説明の便宜上、図９には第１蓋部４１および第２蓋部４２は示されていない。
図９に示す回転気流生成装置１は、第１筒部１０の第１外周壁１１と、第２筒部２０の第２内周壁２２との間に１つの中間壁部３０を備えている。この中間壁部３０においては、付け根部３１から先端部３３まで延在する仕切り壁部３２が第１筒部１０の外周における約半周分（約１８０度）にわたり設けられている。この回転気流生成装置１では、空間Ｓと連通するポートＰが１つである。

このように、比較的長い中間壁部３０が設けられることで、中間壁部３０によって構成される流路Ｒの渦巻き型の形状を明確に構成することができる。図９に示す例では、第１筒部１０の外周に約１周半にわたる渦巻き状の流路Ｒが構成される。これにより、開放口Ｃから吸い込まれた空気が渦巻き状の流路Ｒを介してポートＰまで流れる間に効率良く回転気流を生成することができる。

図１０（ａ）および（ｂ）は、回転気流生成装置の他の例（その２）を示す平面図である。
図１１は、回転気流生成装置の他の例（その２）を示す分解斜視図である。説明の便宜上、図１０および図１１には第１蓋部４１および第２蓋部４２は示されていない。

図１０および図１１に示す回転気流生成装置１では、中間壁部３０が第１中間壁部３０１と第２中間壁部３０２とを有している。図１０（ａ）には第１中間壁部３０１が示され、図１０（ｂ）には第２中間壁部３０２が示される。図１１に示すように、第１中間壁部３０１と第２中間壁部３０２とは、互いに第１方向Ｄ１に重なるよう配置される。

第１中間壁部３０１の先端部３３と、第２中間壁部３０２の先端部３３とは、周方向に互いにずれて配置されている。例えば、第１中間壁部３０１の付け根部３１と、第２中間壁部３０２の付け根部３１とはほぼ同じ位置であるが、それぞれ延在する仕切り壁部３２の長さが異なっている。第１中間壁部３０１の仕切り壁部３２の長さは、第２中間壁部３０２の仕切り壁部３２の長さよりも短い。例えば、第１中間壁部３０１の仕切り壁部３２の延在する周方向の角度は約１０度〜９０度、好ましくは約２０度〜３０度であり、第２中間壁部３０２の仕切り壁部３２の延在する周方向の角度は約９０度〜２７０度、好ましくは約１７０度〜１８０度である。これらの角度差は１８０度前後であることが好ましい。

第１中間壁部３０１によって周方向に渦巻き状の流路Ｒ１が構成され、第２中間壁部３０２によって周方向の渦巻き状の流路Ｒ２が構成される。流路Ｒ１およびＲ２は、互いに第１方向Ｄ１および周方向のそれぞれにおいてずれた位置に構成される。したがって、これらの２つの渦巻き状の流路Ｒ１およびＲ２によって第１方向Ｄ１に２段の回転気流が生成され、これにより回転気流生成装置１の他方端側の空間に効果的に回転気流が生成される。

なお、図１０および図１１に示す例では第１中間壁部３０１および第２中間壁部３０２によって２段の流路Ｒ１およびＲ２を構成しているが、３つ以上の中間壁部によって３段以上の流路を構成してもよい。また、第１中間壁部３０１および第２中間壁部３０２は別部品として形成して重ね合わせてもよいし、一体成形されてもよい。

（中間壁部の他の例）
図１２は、中間壁部の他の例（その１）を例示する平面図である。説明の便宜上、図１２には第１蓋部４１および第２蓋部４２は示されていない。また、図１２には、回転気流生成装置１をレーザ加工機１００の集塵ノズル１４０に適用した例が示される。

図１２に示す集塵ノズル１４０では、２つの中間壁部３０のそれぞれにおける先端部３３が第１筒部１０の第１外周壁１１と接している。２つの中間壁部３０におけるそれぞれの先端部３３が第１外周壁１１と接することで、第１筒部１０の外側に形成される流路内回転気流Ｔ１のスタート位置が２つに分けられる。すなわち、１つのスタート位置から形成される流路内回転気流Ｔ１は１つのポートＰへ達する経路を構成する。したがって、いずれかのスタート位置から吸い込まれた粉塵等は、他のスタート位置から吸い込まれた粉塵等と交錯することなくポートＰへ送られる。

図１３は、中間壁部の他の例（その２）を例示する平面図である。説明の便宜上、図１３には第１蓋部４１および第２蓋部４２は示されていない。また、図１３も図１２と同様に、回転気流生成装置１をレーザ加工機１００の集塵ノズル１４０に適用した例が示される。

図１３に示す集塵ノズル１４０では、１つの中間壁部３０における先端部３３が第１筒部１０の第１外周壁１１と接している。これにより、流路内回転気流Ｔ１のスタート位置が１箇所となり、強力な流路内回転気流Ｔ１が形成される。粉塵等はこの１箇所のスタート位置から強力な流路内回転気流Ｔ１によって吸い込まれ、ポートＰへ送られる。

集塵ノズル１４０を小型化することを考慮した場合、吸気の流路内圧力損失を最小限にするため、流路面積を大きくすることが望ましい。また、ポートＰを１箇所にする場合は２箇所の場合と比較して気流の乱れも小さくなると考えられる。図１３に示すように、１つの中間壁部３０における先端部３３を第１外周壁１１と接するように構成することで、１つの強力な流路内回転気流Ｔ１を、気流の乱れが少ない状態で発生させることができ、集塵ノズル１４０を小型化した場合の流路内圧力損失を抑制して効果的な集塵を行うことが可能となる。

図１４は、回転気流生成装置の他の例（その３）を示す斜視図である。
図１４に示す回転気流生成装置１は、部屋１０００の空調機器として適用されている。部屋１０００の天井部分１１００に本実施形態に係る回転気流生成装置１を配置することで、部屋１０００の空気に回転気流を生成して、室内空気を掻き混ぜるように動かすことができる。

回転気流生成装置１は、部屋１０００の空気を吸引してもよいし、部屋１０００に空気を送り出すようにしてもよい。空気を吸引する場合には集塵ノズル１４０と同様にポートＰから流路Ｒ内の空気を吸い込むようにし、空気を送り出す場合には反対にポートＰから流路Ｒ内に空気を送出するようにする。

部屋１０００に回転気流生成装置１を設ける場合、部屋１０００の隅１００１に湾曲板１２００を設けておくことが好ましい。例えば部屋の四つの隅１００１に湾曲板１２００を配置する。それぞれの湾曲板１２００は、第１方向Ｄ１にみて隅１００１を覆うＲ型（円弧型）を成しており、例えば天井高さから第１方向Ｄ１に所定の長さで延在している。これにより、部屋１０００の隅１００１が丸くなり、４つの湾曲板１２００と部屋１０００の壁とによって部屋１０００を囲む大きなスカート部５０が設けられていることと等価となる。

湾曲板１２００が設けられることで、回転気流生成装置１によって生成される回転気流は部屋１０００の中で効果的に旋回することになる。空調機器として本実施形態に係る回転気流生成装置１を適用すれば、部屋１０００の空調効率を高めることができる。

また、回転気流生成装置１は、部屋１０００の空気清浄機として利用することも可能である。さらに、回転気流生成装置１は、工場等の室内や屋外の空気を吸引して集塵する装置として利用してもよいし、加湿した空気を送り出すことで加湿装置としても利用してもよい。

以上説明したように、実施形態によれば、効率良く回転気流を生成する回転気流生成装置１および粉塵等がレーザ光Ｌの照射の妨げにならないレーザ加工機１００を提供することが可能になる。

なお、上記に本実施形態およびその具体例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、レーザ出射ヘッド１３０は一軸方向に移動する移動ユニット１５０に設けられる場合のほか、多関節アームに設けられていてもよい。また、集塵ノズル１４０は下方から粉塵等を吸引するよう配置された例を示したが、横から吸引するように横向きに配置してもよいし、吸引口を上や斜めに向けて配置するようにしてもよい。また、前述の各実施形態またはその具体例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

本実施形態に係る回転気流生成装置１は、レーザ加工機１００以外の加工機、例えば、レーザ溶接機、レーザやレーザ以外のエネルギーを用いた加熱装置、ブレードによる切断装置、３次元造形装置（３Ｄプリンタ）など、加工処理の際に粉塵等が発生する加工機に好適に利用可能である。また、回転気流生成装置１は、レーザ加工機１００や室内空調機器以外にも、屋外の空気を吸引して集塵する集塵装置に利用したり、空気を送出する送風装置に利用したりすることも可能である。

１…回転気流生成装置
１０…第１筒部
１１…第１外周壁
１２…第１内周壁
１５…本体部
２０…第２筒部
２２…第２内周壁
３０…中間壁部
３１…付け根部
３２…仕切り壁部
３３…先端部
３５…排気ダクト
４１…第１蓋部
４１ｈ…孔
４２…第２蓋部
４２ｈ…孔
５０…スカート部
１００…レーザ加工機
１１０…加工機本体
１１１…スイッチ類
１１５…ディスプレイ
１１６…キーボード
１１７…マウス
１２０…ステージ
１３０…レーザ出射ヘッド
１４０…集塵ノズル
１４５…吸引ダクト
１５０…移動ユニット
１７０…集塵分離部
３０１…第１中間壁部
３０２…第２中間壁部
１０００…部屋
１００１…隅
１１００…天井部分
１２００…湾曲板
Ｃ…開放口
Ｄ１…第１方向
Ｌ…レーザ光
Ｐ…ポート
Ｒ…流路
Ｒ１…流路
Ｒ２…流路
Ｓ…空間
Ｔ１…流路内回転気流
Ｔ２…筒内回転気流
Ｔ３…他方端側回転気流
Ｔ４…一方端側回転気流
Ｗ…対象物

Claims (7)

1. 第１方向に延在する筒型であり、第１外周壁を有する第１筒部と、
   前記第１筒部の前記第１外周壁の外側に設けられ、第２内周壁を有し、前記第１外周壁と前記第２内周壁との間に空間を構成する第２筒部と、
   前記第１外周壁と、前記第２内周壁との間に設けられ、前記空間を仕切ることで前記空間に渦巻き状の流路を構成する中間壁部と、
   前記空間の前記第１方向における一方端および他方端のうち前記一方端を閉じる第１蓋部と、
   前記他方端における前記中間壁部よりも外周側を閉じる第２蓋部と、
   を備え、
   前記流路に空気が流れることで前記空間の前記他方端側に回転気流が形成される回転気流生成装置。
2. 前記中間壁部は、
   前記第２内周壁と接続される付け根部と、
   前記付け根部から前記第２内周壁および前記第１外周壁に沿って延在する仕切り壁部と、
   前記第２内周壁および前記第１外周壁に接続されない先端部と、を有する、請求項１記載の回転気流生成装置。
3. 前記中間壁部は、前記第１方向に互いに重なる第１中間壁部と第２中間壁部とを有し、
   前記第１中間壁部の先端部と、前記第２中間壁部の先端部とが周方向に互いにずれて配置された、請求項１または２に記載の回転気流生成装置。
4. 前記中間壁部は、前記第１外周壁の周方向に互いにずれて配置された第１中間壁部と第２中間壁部とを有する、請求項１または２に記載の回転気流生成装置。
5. 前記空間の前記他方端側の一定領域を覆うスカート部をさらに備えた、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転気流生成装置。
6. 前記空間と連通するポートから吸引する吸引部をさらに備えた、請求項１から５のいずれか１項に記載の回転気流生成装置。
7. 対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射ヘッドと、
   前記対象物の上方に配置された請求項６記載の回転気流生成装置と、
   を備え、
   前記レーザ光を前記第１筒部の筒内を通して前記対象物に照射し、
   前記対象物から発生する煙や粉塵を前記回転気流によって旋回させながら吸引する、レーザ加工機。
   

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