JP7279923B2 - 集塵フィルタ清掃装置及び集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、雰囲気中の粉塵を除去する集塵装置に取付けられた集塵フィルタを清掃する装置、及び当該装置を用いた集塵装置に関する。

この種の装置として、出願人は、特許文献１に記載の技術を提案している。特許文献１に記載の技術によれば、圧縮空気の風圧でフィルタに付着した粉塵を押し出す方式の集塵フィルタ清掃装置よりも優れた清掃効果を得ることができる。

特開２０１６－１３５３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、畜圧部に充填された気体を放出するスロート部を開閉するのにダイヤフラムを用いているため、耐久性の面で改善の余地があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来のものよりも弁部の耐久性を高めた集塵フィルタ清掃装置を提供することにある。

本発明は、以下の適用例として実現することが可能である。なお、本欄における括弧内の参照符号や補足説明等は、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

[適用例]
本発明に係る集塵フィルタ清掃装置（１）は、
集塵装置内に取付けられた集塵フィルタ（２３）を清掃する集塵フィルタ清掃装置であって、
鉛直方向に延び上端は閉塞され下端は開放されているシリンダ（１４）と、
前記シリンダの下端と連結し加圧された気体が充填されるタンク室（１５）と、
前記シリンダの下方に設けられ、内径が前記シリンダの内径よりも小さく、前記タンク室と連結して前記タンク室から放出された気体を前記集塵フィルタに向かって噴出させるノズル（１６）と、
を有するケーシング（１１）と、
前記シリンダ内に摺動自在に内嵌され、前記シリンダの上部に作動気体貯留区画（１８）を形成するとともに、最下位置において、前記シリンダの下端近傍で前記作動気体貯留区画と前記タンク室とを連通させるオリフィス（１９）を有するピストン弁（１２）であって、
最下位置において所定長さ前記ノズルに内嵌されて前記ノズルを閉塞し、最下位置から所定距離上昇したところで前記ノズルから抜去されて前記ノズルを開放する先端部（１２ｃ）を有するピストン弁と、
前記ピストン弁が最下位置にあるときの前記作動気体貯留区画と、前記ケーシングの外部とを連通させるように、前記ケーシングに形成された気体導通路（１７）と、
前記タンク室内の圧力よりも前記作動気体貯留区画内の圧力が小さくなったときの差圧が所定量を超えたときに、前記ノズルの先端部（１２ａ）と該先端部（１２ａ）以外のピストン弁（１２）の境界に形成される段差部（１２１）に加わる差圧により前記ピストン弁を上方に移動させる上昇手段（１４２，１２１，１９，１４）と、
を備えたことを要旨とする。

このような構成とすることにより、従来のものよりも弁部の耐久性を高めることができる。

集塵フィルタ清掃装置を模式的に表す端面図である。 加圧気体が放出される際のピストン弁の状態を表す端面図である。 集塵フィルタ清掃装置の変形例を表す端面図である。 集塵フィルタ清掃装置の変形例を表す端面図である。 集塵装置を模式的に表す断面図である。

（第１の実施形態）
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態としての集塵フィルタ清掃装置１について説明する。
図１～図５を用いて、まず、集塵フィルタ清掃装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態の集塵フィルタ清掃装置１を模式的に表す端面図である（電磁式バルブは端面図ではない）。図２は、加圧気体が放出される際のピストン弁の状態を表す端面図である（電磁式バルブは端面図ではない）。図３は、集塵フィルタ清掃装置１の変形例を表す端面図である（電磁式バルブは省略）。図４は、集塵フィルタ清掃装置１の変形例を表す端面図である（電磁式バルブは省略）。図５は、集塵フィルタ清掃装置１を適用した集塵装置を模式的に表す断面図である（集塵フィルタ、電磁式三方バルブ、吸気ファン等断面図でない部分もある）。

集塵フィルタ清掃装置１は、主にケーシング１１、ピストン弁１２、電磁式三方バルブ１３で構成される。

ケーシング１１は、略直方体形状で三つの部品１１１、１１２、１１３から構成されている。三つの部品１１１、１１２、１１３は、図示しないボルトによってボルト結合されている。ケーシング１１の内部には、シリンダ１４、タンク室１５、ノズル１６、気体導通路１７が形成されている。

シリンダ１４は、鉛直方向に延び、上端は閉塞され下端は開放されている。また、上側が直径の大きい大径部１４ａとなっており、下側は直径の小さい小径部１４ｂとなっている。大径部１４ａと小径部１４ｂの境界は、軸方向に垂直な面であるシリンダ段差部１４１となっている。なお、本実施形態では、このように異径部を有する円柱状であるが、図４に示す変形例のように単一径の円柱状とすることもできる。

シリンダ１４には、シリンダ段差部１４１に複数の開口部が設けられ、それぞれの開口部と後述のタンク室１５とを連通する連通孔１４２がシリンダ１４に付随して設けられている。本実施形態では、同心円状に角度６０度間隔で６個の連通孔１４２が設けられている。この連通孔１４２の役割については、使用法のところで説明する。

タンク室１５は、シリンダ１４の下端と連結し、加圧された気体が充填される空間である。タンク室１５は、シリンダ１４を囲むように平面視環状に形成されている。

従来の集塵フィルタ清掃装置（特許文献１）では、弁室の側方所定方向でやや下方に略直方体形状のタンク室が設けられていた。これではタンク室とノズルとの距離に近いところと遠いところができてしまう。ノズルは、タンク室内の気体の最終的な出口であるため、出口までの距離が異なることで、タンク室内の気体が放出され始めてから放出が完了するまでに時間がかかってしまっていた。発明者は、本装置の清掃効果を高めるためには、タンク室内の気体が放出され始めてから放出が完了するまでの時間をできるだけ短くなるようにし、一気にノズル内に流入させることが重要と考え、鋭意実験を重ねた結果、本形状を発明したのである。

タンク室１５がシリンダ１４を囲むようにすることで、タンク室１５と後述のノズル１６とをできるだけ近づけることができる。また、タンク室１５内の気体が平面上の全方向からノズル１６に向けて放出されるため、タンク室１５内の気体を一気にノズル１６内に流入させることができる。

タンク室１５の形状をこのようにした本実施形態にかかる集塵フィルタ清掃装置１が従来のものよりも清掃効果が高いことは実験にて確認済みであるが、その原理の詳細は、未だ不明な点も多い。この点、発明者は、圧力波をより強力に発生することができるためだと考えている。

ノズル１６は、シリンダ１４の下方に流入開口部を有し、筒部が下方に延びている直管のノズルである。筒部の下端は開放端となっている。ノズル１６は、タンク室１５から放出された気体を受入れ、集塵フィルタ２３に向けて噴出させる。ノズル１６は、シリンダ１４と同軸の円柱形状となっている。ノズル１６の直径は、シリンダ１４の小径部１４ｂの直径よりもやや小さくなっている。

また、ノズル１６の流入開口部の上端は、図１に示すように、タンク室１５の高さ方向の中間に配置されている。タンク室１５とノズル１６との距離のうち近いところと遠いところの差をできるだけ少なくするためである。

また、図３に示す変形例のように、タンク室１５の角を減らし、タンク室１５から放出された気体がノズル１６に流入する時の抵抗を減らすようにしてもよい。

また、タンク室１５とノズル１６との距離のうち近いところと遠いところの差をできるだけ少なくするという方向性とは異なるが、図４に示す変形例のように、タンク室１５の底面とノズル１６の流入開口部の上端を同一面としてもよい。これによれば、タンク室１５から放出された気体がノズル１６に流入する時の抵抗をより減らすことができる。

ノズル１６の径及び長さは、ノズル１６の開放端から噴出される圧力波の最大圧力を計測し、計測された最大圧力が所定の値以上であるものを採用している。

従来の集塵フィルタ清掃装置（特許文献１）にも、膨張部という名称で管状のノズルが設けられていたが、その役割は必ずしも明確ではなかった。

発明者は、本実施形態のような直管ノズルの場合、気体を膨張させて流速を上げるという作用以外にも、ノズルに流入した気体が、ノズル内の拡散できない空気の抵抗によって圧縮強調されて衝撃波のようになり、それがノズル出口で開放されるという作用があるのではないかと考えた。そして、鋭意実験を重ねた結果、集塵フィルタ清掃装置の性能を上げるためには、ノズルの径、長さが重要であることを発見し、本発明を完成するに至ったものである。

ノズルの径、長さを決定するための要因として、タンクの容量、圧力、ノズルまでの経路等、何が影響しているのか未だ不明である。したがって、ノズルの径、長さを計算で求めることはできない。
また、仮に原理が詳細に判明したとしても、理論的に求められる寸法は、気体が完全流体である場合のものであるため、最終的には、実機による実験で調整すべきものである。
このため、ノズル１６の開放端から噴出される圧力波の最大圧力を計測し、計測された最大圧力が所定の値以上であるものを採用している。

ただし、ノズル１６の径、及び長さを決定するにあたり、上記のような方法を採用することは本発明においては必須ではない。

また、気体がタンク室１５からノズル１６に流入する速度が亜音速であれば、ノズル１６の形状を先細ノズルにして気体の流れを加速させてもよい。しかし、先細ノズルでは、その出口で超音速流を生成することはできず、亜音速流から超音速流を生成するには、先細末広ノズルを用いる必要がある。そこで、図示しないが、ノズル１６の形状を先細末広ノズル（ラバルノズル、臨界ノズル、音速ノズルなどとも呼ばれる）としてもよい。

ピストン弁１２は、上側が直径の大きい大径部１２ａ、下側が直系の小さい先端部１２ｃとなっており、上側と下側の中間が中間の直径である中径部１２ｂとなっている。大径部１２ａと中径部１２ｂの境界は、軸方向に垂直な面であるピストン段差部１２１となっている。このピストン段差部１２１の役割については、使用方法のところで説明する。

ピストン弁１２は、シリンダ１４内に摺動自在に内嵌され、シリンダ１４の上部に作動気体貯留区画１８を形成する。この作動気体貯留区画１８の役割については、使用方法のところで説明する。

ピストン弁１２には、上端から下側に向けて貫通しない穴が設けられており、穴からタンク室１５方向に向けてオリフィス１９が設けられている。オリフィス１９は、ピストン弁１２が最下位置にあるときに、作動気体貯留区画１８とタンク室１５とを連通させる位置に設けられている。このオリフィスの役割については、使用方法のところで説明する。

ピストン弁１２の先端部１２ｃは、最下位置において所定長さノズル１６に内嵌されてノズル１６を閉塞し、最下位置から所定距離上昇したところでノズル１６から抜去されてノズル１６を開放する。所定長さノズル１６に内嵌されるのは、ノズル１６を確実に閉塞するためであるのと同時に、ピストン弁１２の上昇速度が上がったところで、ノズル１６を開放し始めるため一気にノズル１６を開放することができるからである。

気体導通路１７は、シリンダ１４の上部側面に設けられた給排気開口部１７ａから水平方向に開けられた貫通孔であり、ピストン弁１２が最下位置にあるときの作動気体貯留区画１８と、ケーシング１１の外部とを連通させるように、ケーシング１１に形成された空間である。

給排気開口部１７ａは、シリンダ１４の上端から少し下がった位置に設けられている。この理由については、使用方法のところで説明する。
また、図３及び図４に示す変形例のように、気体導通路１７はシリンダ１４の最上部に連通する気体導通路１７よりも流路の狭い迂回路１７ｂを設けてもよい。この理由についても、使用方法のところで説明する。

電磁式三方バルブ１３は、気体の導入孔（図示せず）をケーシング１１の外側に設けられた気体導通路１７の開口部（図示せず）に合わせて、ケーシング１１に直付けされている。

電磁式三方バルブ１３は、気体導通路１７とポンプ（図示せず）の吐出側とを連通させる場合、気体導通路１７とケーシング１１の外部とを閉塞する場合、気体導通路１７を大気開放とする場合、のうちいずれかの場合を選択するための切替バルブである。

つぎに、集塵フィルタ清掃装置１の使用方法について説明する。まず、電磁式三方バルブ１３の加圧気体導入側にポンプ（図示せず）を接続する。気体は空気を利用する。なお、本実施形態では使用気体を空気としたが、ヘリウム等としてもよい。図５に示すように、清掃対象である集塵フィルタ２３は、開口側を上側にして、集塵フィルタ清掃装置１の下方に離間して配置する。

＜タンク室に空気を充填する場合＞
電磁式三方バルブ１３が大気開放になっている状態では、ピストン弁１２は自重により、最下位置に存在する。
この状態で、気体導通路１７とポンプ（図示せず）とを連通させるように電磁式三方バルブ１３を作動させると、ポンプ（図示せず）Ｐから供給された空気は、気体導通路１７、作動気体貯留区画１８、オリフィス１９を通ってタンク室１５に流入する。なお、この時ノズル１６はピストン弁１２の先端部１２ｃにより閉塞されている。
集塵フィルタ清掃装置１では、オリフィス１９が作動気体貯留区画１８とタンク室１５を連通しているため、タンク室１５に貯留しノズル１６から放出する気体とピストン弁１２を作動させる作動気体とを分ける必要がない。

＜畜圧状態＞
タンク室１５の圧力がポンプ（図示せず）の吐出圧と同一圧力になったときに、気体導通路１７とケーシング１１の外部とを閉塞するように電磁式三方バルブ１３を作動させる。これによって、作動気体貯留区画１８とタンク室１５には同じ圧力の加圧された空気が充填された状態になるとともに、当該充填状態が保持される。この時もノズル１６は閉塞されている。

本実施形態では、タンク室１５の圧力がポンプ（図示せず）の吐出圧と同一になったか否かを検出する圧力センサ等は設けていない。タンク室１５に空気を充填させるように電磁式三方バルブ１３を作動させてから所定時間が経過したときにタンク室１５の圧力がポンプ（図示せず）の吐出圧と同一になったと推定し、気体導通路１７とケーシング１１の外部とを閉塞するように電磁式三方バルブ１３を作動させるようになっている。なお、本実施形態では、ポンプ（図示せず）の吐出圧は、０．６ＭＰａである。

＜ノズルから空気を噴出する場合＞
気体導通路１７を大気開放とするように電磁式三方バルブ１３を作動させる。これにより、気体導通路１７に常時連通している作動気体貯留区画１８の圧力がタンク室１５の圧力よりも低くなる。そうすると、タンク室１５内の空気が連通孔１４２を通ってピストン段差部１２１に作用し、ピストン弁１２を上昇させる。

タンク室１５内の圧力と作動気体貯留区画１８内の圧力との差圧が僅かであるときは、ピストン弁１２の重量およびピストン弁１２とシリンダ１４との摩擦力によって、ピストン弁１２は上昇しないが、差圧が所定量を越えたときピストン弁１２は上昇する。上記の場合は、タンク室１５内の圧力がポンプ（図示せず）の吐出圧と同一であり、作動気体貯留区画１８内の圧力が大気圧になるため、差圧が所定量を大幅に超えており、ピストン弁は勢いよく上昇する。

ピストン弁１２が上昇し始めると、オリフィス１９のタンク室１５側開口部は、シリンダ１４の側面に当接して閉塞される。これによって、タンク室１５内の空気がオリフィス１９を通って作動気体貯留区画１８に流入するのを防いでいる。
この連通孔１４２、ピストン段差部１２１、オリフィス１９のタンク室１５側開口部の位置、シリンダ１４が本発明の、ピストン弁１２を上方に移動させる上昇手段に相当するものである。
なお、図３及び図４に示す変形例においては、ピストン段差部１２１、オリフィス１９のタンク室１５側開口部の位置、シリンダ１４が本発明の上昇手段に相当するものである。

ピストン弁１２は、加速して上昇する。そして、所定距離上昇したところで、先端部１２ｃがノズル１６から抜去されてノズル１６を開放する。先端部１２ｃは、所定長さノズル１６に挿嵌されていたため、ノズル１６から抜去される時には、上昇し始めの時よりもずいぶん速度が増している。これにより、タンク室１５内に畜圧された空気の開放を瞬間的に行うことができる。

タンク室１５から放出された気体は、ノズル１６を通って、集塵フィルタ２３の内部に向けて噴出される。そして、この際に圧力波を発生させる。
集塵フィルタ２３から粉塵を除去できる原理の詳細は判明していないが、圧力波によって極めて短時間の周期で集塵フィルタ２３を振動させて粉塵を振るい落とすということがわかっている。

ピストン弁１２は、タンク室１５内の空気を開放した後も上昇を続ける。そして、そのままではケーシング１１を構成する部品１１１に勢いよく衝突してしまう。この点、気体導通路１７の給排気開口部１７ａは、シリンダ１４の上端から少し下がった位置に設けられており、ピストン弁１２の上端が給排気開口部１７ａを越えると作動気体貯留区画１８内に残った空気がピストン弁１２の上昇の抵抗になるようになっている。これにより、ピストン弁１２がケーシング１１を構成する部品１１１に勢いよく衝突するのを防いでいる。

しかし、作動気体貯留区画１８内に残った空気の逃げ場がないと、圧縮された空気が膨張に転じ、今度はピストン弁１２が急下降してノズル１６に勢いよく衝突してしまう。この点、図２に示すように、作動気体貯留区画１８内に残った空気は、オリフィス１９、連通孔１４２を通って、徐々にタンク室１５に抜けていくため、これがショックアブソーバの役割を果たし、ピストン弁１２が上昇から急下降に転じるのを防いでいる。
図３及び図４の変形例においては、作動気体貯留区画１８内に残った空気は、迂回路１７ｂを通って、徐々に気体導通路１７に抜けていくため、これがショックアブソーバの役割を果たし、ピストン弁１２が上昇から急下降に転じるのを防いでいる。

（第２の実施形態）
図５を用いて、まず、集塵装置２の構成について説明する。図５は、本実施形態の集塵装置２を模式的に表す断面図である（集塵フィルタ、電磁式三方バルブ、吸気ファン等断面図でない部分もある）。

集塵装置２は、主に集塵ケーシング２１、集塵フィルタ２３、集塵フィルタ清掃装置１、吸気ファン２５で構成される。なお、集塵装置２は、レーザ加工や溶接作業時に発生する金属蒸気が凝集した微細な粒子（以下、粉塵という。）を補足する装置である。集塵装置２自体は周知の技術であるため、詳細な説明は省略する。

集塵ケーシング２１には、第１の仕切壁２１ａと第２の仕切壁２１ｂが設けられ、一番下にフィルタ室２２ａ、真中に集塵フィルタ清掃装置室２２ｂ、一番上に吸気ファン室２２ｃが形成されている。

フィルタ室２２ａには、集塵フィルタ２３が取付けられ、集塵フィルタ清掃装置室２２ｂには、集塵フィルタ清掃装置１が配置され、吸気ファン室２２ｃには吸気ファン２５が配置されている。そして、集塵フィルタ清掃装置室２２ｂは、下方で集塵フィルタ２３の内側と連通し、上方で吸気ファン２５の吸気口と連通している。

フィルタ室２２ａには、フィルタ室２２ａの外から粉塵を含む空気をフィルタ室２２ａ内に取り込む吸入口２２ｄが設けられ、吸気ファン室２２ｃには、吸気ファン室２２ｃの外に空気を排出する排出口２２ｅが設けられている。

これにより、吸気ファン２５を作動させると、粉塵を含む空気は、フィルタ室
２２ａの外からフィルタ室２２ａに入り、集塵フィルタ２３の外側から内側に通り抜ける。そして、このとき、集塵フィルタ２３は、空気（雰囲気）中の粉塵を濾過して当該空気中の粉塵を除去する。このため、集塵フィルタ２３には、補足された粉塵が外周面側に蓄積されていく。

集塵フィルタ２３は、パンチメタルで構成された円筒状の芯材（図示せず）、及び蛇腹状に折り畳まれた濾紙材（図示せず）等を有し、略円筒状に構成されている。なお、集塵フィルタ２３の軸線方向一端側（本実施形態では下端側）は、閉塞体（図示せず）により閉塞されている。

その後、粉塵が除去された空気は、集塵フィルタ清掃装置室２２ｂを通り、吸気ファン２５に吸い込まれる。そして、吸気ファン２５から吸気ファン室２２ｃに排出され、最終的には、排出口２２ｅから集塵ケーシング２１の外側に排出される。

吸気ファン２５は、図示しない遠心ファン、スクロールケーシング、電動モータ等で構成される周知の技術であるため、説明を省略する。

集塵フィルタ清掃装置１は、第１の仕切壁２１ａ上に第１の仕切壁２１ａから少し離間して配置される。横から見ると宙に浮いているような状態である。集塵フィルタ清掃装置１のノズル１６は、集塵フィルタ２３の同軸上になるように配置されるが、集塵フィルタ２３の内部に入り込んではおらず、ノズル１６の開放端と集塵フィルタとは離間している。

なお、集塵フィルタ清掃装置１によって、除去された粉塵は、フィルタ室２２ａの下部に設けられた集塵部２２ｆに集められる。

以上、実施形態に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。

すなわち、本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

１…集塵フィルタ清掃装置（第１の実施形態）
２…集塵装置（第２の実施形態）
１１…ケーシング
１２…ピストン弁
１３…電磁式三方バルブ
１４…シリンダ
１５…タンク室
１６…ノズル
１７…気体導通路
１８…作動気体貯留区画
１９…オリフィス
２１…集塵ケーシング
２３…集塵フィルタ
２５…吸気ファン

Claims (2)

1. 集塵装置内に取付けられた集塵フィルタを清掃する集塵フィルタ清掃装置であって、
   鉛直方向に延び上端は閉塞され下端は開放されているシリンダと、
   前記シリンダの下端と連結し加圧された気体が充填されるタンク室と、
   前記シリンダの下方に設けられ、内径が前記シリンダの内径よりも小さく、前記タンク室と連結して前記タンク室から放出された気体を前記集塵フィルタに向かって噴出させるノズルと、
   を有するケーシングと、
   前記シリンダ内に摺動自在に内嵌され、前記シリンダの上部に作動気体貯留区画を形成するとともに、最下位置において、前記シリンダの下端近傍で前記作動気体貯留区画と前記タンク室とを連通させるオリフィスを有するピストン弁であって、
   最下位置において所定長さ前記ノズルに内嵌されて前記ノズルを閉塞し、最下位置から所定距離上昇したところで前記ノズルから抜去されて前記ノズルを開放する先端部を有するピストン弁と、
   前記ピストン弁が最下位置にあるときの前記作動気体貯留区画と、前記ケーシングの外部とを連通させるように、前記ケーシングに形成された気体導通路と、
   前記タンク室内の圧力よりも前記作動気体貯留区画内の圧力が小さくなったときの差圧が所定量を超えたときに、前記ノズルの先端部と該先端部以外の前記ピストン弁との境界に形成される段差部に加わる差圧により前記ピストン弁を上方に移動させる上昇手段と、
   を備えたことを特徴とする集塵フィルタ清掃装置。
2. 雰囲気中の粉塵を除去する集塵装置であって、
   取り込んだ雰囲気中から粉塵を除去する集塵フィルタと、
   前記集塵フィルタを清掃する請求項１に記載の集塵フィルタ清掃装置と、
   を備えた集塵装置。

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