JPH10113789A

JPH10113789A - 酸素ガスをアシストガスとして用いる熱切断加工機、及びそのアシストガス使用方法

Info

Publication number: JPH10113789A
Application number: JP8289289A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Hayashi; 清一林
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】酸素ガスをアシストガスとして用いる熱切断
加工機において、厚板切断時に切断品質が良好で、か
つ、能率的な切断作業を安いランニングコストで可能と
する。【解決手段】市販の酸素ボンベの酸素ガスをアシスト
ガスとして使用する熱切断加工機において、アシストガ
ス用の前記酸素ボンベの酸素ガスを所定値以上の高純
度、かつ、一定純度の酸素濃度に精製する圧力変動吸着
方式の酸素ガス精製装置２３を備える。また、前記精製
された酸素ガスを一時保管するリザーバタンク２４や、
ノズル７に供給するアシストガスの圧力調整用のレギュ
レータを設けてもよい。また、前記酸素ボンベの出力ガ
スの酸素濃度が所定値以上のときは、直接この酸素ガス
を使用し、上記酸素濃度が所定値未満のときは、この酸
素ガスを酸素ガス精製装置２３によって精製してアシス
トガスとして使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素ガスをアシス
トガスとして用いる熱切断加工機に関し、特には、市販
の酸素ボンベを使用してアシストガスの純度を高純度、
かつ、一定純度に保つことが可能な熱切断加工機及びそ
のアシストガス使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる熱切断加工機としては、従来か
らレーザ加工機やプラズマ切断加工機等が広い分野で使
用されている。この中で、レーザ加工機による切断法
は、近年、レーザ発振器の大出力、安定化が進むと共
に、レーザ光により切断可能な板厚が拡大しつつあるの
で、ガス切断やプラズマ切断と同様に厚板領域において
も非常に有効な切断法として期待され始めている。

【０００３】レーザ加工機は周知のように、金属板等を
切断するときには、その加工対象の金属板に予め設定さ
れた所定の図形の軌跡に沿って加工ヘッド先端のノズル
からレーザ光を照射し、加工対象金属を溶融する。それ
と同時に、酸素ガス等のいわゆるアシストガスを同じく
ノズルから噴射し、上記の溶融した金属を吹き飛ばして
切断加工している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、厚板の
レーザ切断の場合には、様々な要因によって加工中に急
に不安定現象が発生することが多い。このために、薄板
切断の場合に比べると、切断面が荒れたり、あるいは、
切断部裏面へドロスが付着するなどの切断品質の低下が
大きな問題となっている。

【０００５】また、例えば第３０回レーザ熱加工研究会
論文集（１９９３年７月）に記載された論文；「厚板の
レーザ切断における不安定現象」等によれば、これら切
断品質の低下は供給酸素ガスの純度の影響が大きいこと
が報告されている。本発明者は実際に厚板のレーザ切断
を行い、板の厚さや切断速度にもよるが、酸素ガスボン
ベの酸素ガス濃度としてＪＩＳ規格で規定されている９
９．５％程度のガス濃度では、厚板の安定した切断は困
難であることを確認している。さらに、安定して良好な
切断品質を得るには、酸素ガス濃度は９９．９％以上が
望ましいことを確認している。特に、酸素ガス濃度が高
い場合には切断速度を速くしても品質上の問題が発生し
ないので、能率的な切断加工を行うためにも、アシスト
ガスとして高純度の酸素ガスが必要となる。このため
に、切断開始時に酸素ガスボンベのガス濃度を測定し、
この濃度に合わせてレーザ加工機の切断速度を設定して
いる。

【０００６】ところが、市販されている通常の酸素ガス
ボンベの濃度はＪＩＳ規格によって９９．５％以上に規
定されているが、現実には９９．５％〜９９．９％程度
までばらついている。そして、レーザ加工機において
は、通常、使用中の酸素ボンベ内の酸素ガス量（ガス圧
により検出している）が所定量以下になったときは、切
断加工中であっても、酸素ガスの供給元をこの酸素ボン
ベから別の新しい酸素ボンベに自動的に切り換えるよう
にしている。したがって、最初に高純度の酸素ガスに合
わせて高速度で切断していて、この後低純度の酸素ボン
ベに自動的に切り換えられた場合には、切断速度が酸素
ガス濃度に適合しなくなって切断不良が発生するという
問題が生じている。この問題を解決するために、やむを
えず低純度の酸素ガス濃度に合うように切断速度を遅く
しているので、切断加工の作業能率の低下を招いてい
る。

【０００７】また、一方、高純度酸素ガスボンベを使用
して切断速度を速くすることも可能であるが、この高純
度酸素ガスボンベはコスト的に高価であり、またアシス
トガスとして大量に使用するので、ランニングコストが
非常に高くなるいう問題もある。

【０００８】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、厚板切断時に切断品質が良好で、かつ、
能率的な切断作業を安いランニングコストで可能とす
る、酸素ガスをアシストガスとして用いる熱切断加工
機、及びそのアシストガス使用方法を提供することを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、市販の
酸素ボンベの酸素ガスをアシストガスとして使用する熱
切断加工機において、アシストガス用の前記酸素ボンベ
の酸素ガスを所定値以上の高純度、かつ、一定純度の酸
素濃度に精製する圧力変動吸着方式の酸素ガス精製装置
２３を備えた構成としている。

【００１０】また、請求項４に記載の発明は、市販の酸
素ボンベの酸素ガスをアシストガスとして使用する熱切
断加工機のアシストガス使用方法において、前記酸素ボ
ンベの酸素ガスを圧力変動吸着方式の酸素ガス精製装置
２３によって所定値以上の酸素濃度に精製し、この精製
された酸素ガスをアシストガスとして使用することによ
り、アシストガスを高純度、かつ、一定純度に保つ方法
としている。

【００１１】請求項１又は４に記載の発明によると、市
販の酸素ボンベの酸素ガスの濃度が、切断加工時の切断
品質を満たし、かつ、切断速度を所定速度以上にできる
ような所定の酸素濃度より低い場合でも、この酸素ガス
を圧力変動吸着方式の酸素ガス精製装置２３によって上
記の所定酸素濃度以上に精製することにより、高純度
で、かつ、一定純度の酸素ガスを安定して得ることがで
きる。この精製された酸素ガスをアシストガスとして使
用するので、常に切断品質が良く、切断速度を所定速度
以上に高速にできる。したがって、市販の酸素ボンベの
酸素濃度に左右されること無く、ランニングコストを安
くして高純度の酸素ガスをアシストガスとして供給可能
となるので、切断品質及び作業能率が向上する。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱切断加工機において、前記酸素ガス精製装置２３に
より精製された酸素ガスを一時保管するリザーバタンク
２４を備えた構成としている。

【００１３】請求項２に記載の発明によると、精製され
た高純度の酸素ガスをリザーバタンクに一時保管してお
く。よって、切断加工時に常時この高純度の酸素ガスを
アシストガスとして使用できるので、常に切断品質が良
く、切断速度を高速にできる。この結果、切断品質及び
作業能率が向上する。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の熱切断加工機において、前記酸素ガス精製装
置２３と、アシストガスを噴射するノズル７との間に、
アシストガスの圧力を調整するレギュレータを設けた構
成としている。

【００１５】請求項３に記載の発明によると、精製され
た高純度の酸素ガスを所定圧力以上に調整してノズルに
供給している。したがって、安定して切断品質が良好な
切断加工を行うことができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、市販の酸素ボン
ベの酸素ガスをアシストガスとして使用する熱切断加工
機のアシストガス使用方法において、前記酸素ボンベか
らの出力ガスの酸素濃度が所定値以上のときは、直接こ
の酸素ボンベの酸素ガスをアシストガスとして使用し、
上記酸素濃度が所定値未満のときには、上記酸素ボンベ
の酸素ガスを圧力変動吸着方式の酸素ガス精製装置２３
によって所定値以上の濃度に精製した後、この精製され
た酸素ガスをアシストガスとして使用する方法としてい
る。

【００１７】請求項５に記載の発明によると、酸素濃度
が所定値以上の高純度で、かつ、一定純度の酸素ガスを
安定して得ることができる。この高純度の酸素ガスをア
シストガスとして使用するので、常に切断品質が良く、
切断速度を所定速度以上に高速にできる。したがって、
市販の酸素ボンベの酸素濃度に左右されること無く、ラ
ンニングコストを安くして高純度の酸素ガスをアシスト
ガスとして供給可能となるので、切断品質及び作業能率
が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて実施形態
を詳細に説明する。なお、ここでは、熱切断加工機とし
てレーザ加工機の例を説明する。図１は、本発明に係わ
るレーザ加工機の酸素ガス供給回路図を示している。酸
素ボンベ１には出力ガスの圧力調整用のレギュレータ２
および圧力計３が接続されており、この酸素ボンベ１の
出力回路４には第１の酸素濃度測定器５が接続されてい
る。また、出力回路４は第１回路１０と第２回路２０に
並列に接続されており、両回路を経由して、レーザ光を
照射する加工ヘッド６のノズル７に至っている。

【００１９】第１回路１０には、第１のソレノイドバル
ブ１１と第１の逆止弁１２が設けられており、前記出力
回路４は第１のソレノイドバルブ１１の入力ポートに接
続され、第１のソレノイドバルブ１１の出力ポートは第
１の逆止弁１２に接続されている。一方、第２回路２０
には、順次、第２の逆止弁２２、圧力変動吸着方式の酸
素ガス精製装置２３、およびリザーバタンク２４が設け
られており、前記出力回路４は第２の逆止弁２２を介し
て酸素ガス精製装置２３に接続されている。

【００２０】そして、第１のソレノイドバルブ１１は、
操作ソレノイド部ｃへの指令信号により開位置ａと閉位
置ｂ間で切り換えられる。また、第１の逆止弁１２およ
び第２の逆止弁２２は、それぞれ出力回路４からの酸素
ガスが逆流するのを防止している。なお、第１のソレノ
イドバルブ１１は、その操作ソレノイド部ｃに指令信号
が入力されていないときは、バネ力によって閉位置ｂに
あるように付勢されている。

【００２１】ここで、圧力変動吸着方式の酸素ガス精製
装置２３は、特開平１−２７４８２２号公報で提案され
ているように、分子篩炭に酸素を吸着させ、吸着された
酸素を取り出すことによって、不純物を除去して純度の
高い酸素ガスを得るものである。すなわち、分子篩炭を
充填した２基の吸着槽を設け、分子篩炭の分離性能が許
容限界に到達して吸着操作を完了した一方の吸着槽は製
品酸素取り出しのための分離操作に、また、分離操作を
終えた他の吸着槽は吸着操作に同時に移行することによ
って、連続的に高純度の酸素ガスを得るものである。

【００２２】前記第２の逆止弁２２はこの酸素ガス精製
装置２３内の２基の吸着槽の各入口に接続され、この２
基の吸着槽の各出口には、この吸着槽によって酸素ガス
が吸着された残りの不純ガスを排気するための排気回路
３０が接続されている。この排気回路３０には、順次排
気ソレノイドバルブ３１、減圧弁３２およびサイレンサ
３３が設けられている。そして、排気ソレノイドバルブ
３１によって酸素ガス精製装置２３から排出された上記
不純ガスは、減圧弁３２で減圧され、そしてサイレンサ
３３により消音されて大気中に排気されるようになって
いる。このようにして、上記酸素ガス精製装置２３を経
由させることにより、市販の酸素ボンベの例えば濃度９
９．５％程度の酸素ガスを、濃度９９．９９％以上にま
で精製することが可能となる。そして、この精製された
高純度の酸素ガスは、リザーバタンク２４内に一時的に
保管されている。

【００２３】前記リザーバタンク２４の出力側回路２５
は回路４０に接続されている。また、この出力側回路２
５には、第２の酸素濃度測定器２６が設けられている。
また、他方の回路４０には順次出力ソレノイドバルブ４
１および第３の逆止弁４２が設けられている。そして、
この回路４０は前記第１回路１０と合流点１３で、すな
わち、第１の逆止弁１２の出力側と第３の逆止弁４２の
出力側との接続点で合流している。

【００２４】さらに、この合流点１３は空電レギュレー
タ１４および回路１５を経由してノズル７に接続されて
いる。この空電レギュレータ１４はノズル７へ供給され
る酸素ガスの圧力を所定値に調整するレギュレータの一
例であり、その操作ソレノイド部ｃに入力される指令信
号により、この所定圧力値が設定される。

【００２５】排気ソレノイドバルブ３１および出力ソレ
ノイドバルブ４１は、それぞれの操作ソレノイド部ｃへ
の指令信号により開位置ａと閉位置ｂ間で切り換えられ
る。また、第３の逆止弁４２は出力ソレノイドバルブ４
１からの酸素ガスが逆流するのを防止している。なお、
排気ソレノイドバルブ３１および出力ソレノイドバルブ
４１は、その操作ソレノイド部ｃに指令信号が入力され
ていないときは、バネ力によって閉位置ｂにあるように
付勢されている。

【００２６】制御器４３は、例えばマイクロコンピュー
タ等を主体にして構成されている。この制御器４３は、
上記の圧力計３の圧力信号、及び第１の酸素濃度測定器
５と第２の酸素濃度測定器２６の濃度信号を入力すると
ともに、第１のソレノイドバルブ１１、排気ソレノイド
バルブ３１、出力ソレノイドバルブ４１および空電レギ
ュレータ１４の各操作ソレノイド部ｃに指令信号を出力
している。

【００２７】つぎに、以上の構成における作用を説明す
る。通常、レーザ加工機により厚板切断する場合、能率
的な切断速度でも良好な品質が得られるためには、アシ
ストガスとしての酸素ガスの濃度を９９．８％以上にす
ることが望ましい。したがって、本発明においては、制
御器４３は第１の酸素濃度測定器５および第２の酸素濃
度測定器２６からの濃度信号を入力し、所定の処理を行
った後、この結果に基づいて第１のソレノイドバルブ１
１、排気ソレノイドバルブ３１および出力ソレノイドバ
ルブ４１に指令信号を出力し、ノズル７に供給する酸素
ガスの濃度が９９．８％以上になるように制御してい
る。また、制御器４３は板厚、材質等に合わせたアシス
トガスの圧力値を選択し、空電レギュレータ１４に指令
信号を出力して供給する酸素ガスの圧力を調整する。

【００２８】以下に、図２に示す制御フローチャートに
基づいて、本発明に係わる熱切断加工機における高純度
酸素ガスの供給制御方法の一例を説明する。（ステップ５１）まず、制御器４３は、第１の酸素濃度
測定器５から酸素ボンベ１の出力ガスの酸素濃度信号を
入力し、その酸素濃度が９９．８％以上か否かを判定す
る。酸素濃度が９９．８％以上のときはステップ５２に
移行し、９９．８％未満のときはステップ５５に移行す
る。（ステップ５２）制御器４３は空電レギュレータ１４に
指令信号を出力し、ノズル７に供給するガス圧を所定の
圧力に設定する。（ステップ５３）つぎに、制御器４３は第１のソレノイ
ドバルブ１１に指令信号を出力し、開位置ａに切り換え
て第１回路１０を開き、酸素ボンベ１の出力ガスをノズ
ル７に供給する。（ステップ５４）つぎに、加工ヘッド６は予め定められ
た軌跡に沿って材料の切断を開始し、終了点で切断を終
了する。そして、制御処理を終了する。

【００２９】（ステップ５５）制御器４３は空電レギュ
レータ１４に指令信号を出力し、ノズル７に供給するガ
ス圧を所定の圧力に設定する。（ステップ５６）つぎに、制御器４３は排気ソレノイド
バルブ３１に指令信号を出力し、開位置ａに切り換えて
排気回路３０を開く。そして、酸素ガス精製装置２３を
起動して酸素ボンベ１の出力ガスの酸素濃度を上げる。
このとき、酸素ガス精製装置２３で精製された高純度の
酸素ガスはリザーバタンク２４に保管されると同時に、
不純ガスが排気回路３０から排気される。なお、制御器
４３は圧力計３の圧力信号を入力し、この圧力値が所定
圧以下になったときは、排気ソレノイドバルブ３１を閉
位置ｂに切り換えて排気回路３０を閉じる。次に、ステ
ップ５７に移行する。（ステップ５７）制御器４３は、第２の酸素濃度測定器
２６からリザーバタンク２４が出力する酸素ガスの酸素
濃度信号を入力し、その酸素濃度が９９．８％以上か否
かを判定する。酸素濃度が９９．８％未満のときはステ
ップ５８に移行し、９９．８％以上のときはステップ５
９に移行する。（ステップ５８）制御器４３はガス濃度不良としてアラ
ームを発生させ、加工機を停止させる。そして、エンド
処理に移行し本制御フローを終了する。（ステップ５９）制御器４３は、出力ソレノイドバルブ
４１に指令信号を出力し、開位置ａに切り換えて回路４
０を開き、リザーバタンク２４内の高純度の酸素ガスを
ノズル７に供給する。（ステップ６０）つぎに、加工ヘッド６は予め定められ
た軌跡に沿って材料の切断を開始し、終了点で切断を終
了する。そして、制御処理を終了する。

【００３０】以上の制御を行うことにより、本レーザ加
工機は、市販の通常の酸素ボンベ（ＪＩＳ規格で濃度９
９．５％以上）を使用し、常時、濃度９９．８％以上の
酸素ガスを加工ヘッド６のノズル７に供給することがで
きる。そして、これらの制御方法の適用はレーザ加工機
の場合のみに限定されず、アシストガスとして酸素ガス
を使用するような、例えばプラズマ切断加工機などの他
の熱切断加工機にも適用できる。これによって、厚板切
断時の切断速度を常時高速にすることが可能となる。し
たがって、熱切断加工機の切断速度を向上することがで
き、加工時の能率を改善できるとともに、切断品質を向
上することができる。

【００３１】なお、これまでの説明では、酸素ボンベの
酸素濃度が所定値未満のときは、直接この酸素ガスをア
シストガスとして使用し、所定値以上のときは、酸素ガ
ス精製装置を使って精製しているが、この方法に限らな
い。例えば、常に、酸素ボンベの出力ガスを上記の酸素
ガス精製装置を使って精製した酸素ガスをアシストガス
として使用することができる。この場合も同様に、酸素
ボンベの出力ガスの酸素濃度に左右されること無く、安
定して高純度で、かつ、一定濃度の酸素ガスをアシスト
ガスと使用できるので、切断時の品質向上及び作業能率
改善が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる酸素ガス供給回路図を示す。

【図２】本発明に係わる高純度酸素ガスの供給制御方法
の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１酸素ボンベ５第１の酸素濃度測定器６加工ヘッド７ノズル１０第１回路１１第１のソレノイドバルブ１２第１の逆止弁１３合流点１４空電レギュレータ２０第２回路２２第２の逆止弁２３酸素ガス精製装置２４リザーバタンク２６第２の酸素濃度測定器３０排気回路３１排気ソレノイドバルブ４１出力ソレノイドバルブ４３制御器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】市販の酸素ボンベの酸素ガスをアシスト
ガスとして使用する熱切断加工機において、アシストガス用の前記酸素ボンベの酸素ガスを所定値以
上の高純度、かつ、一定純度の酸素濃度に精製する圧力
変動吸着方式の酸素ガス精製装置(23)を備えたことを特
徴とする熱切断加工機。
【請求項２】請求項１に記載の熱切断加工機におい
て、前記酸素ガス精製装置(23)により精製された酸素ガスを
一時保管するリザーバタンク(24)を備えたことを特徴と
する熱切断加工機。
【請求項３】請求項１または２に記載の熱切断加工機
において、前記酸素ガス精製装置(23)と、アシストガスを噴射する
ノズル(7) との間に、アシストガスの圧力を調整するレ
ギュレータを設けたことを特徴とする熱切断加工機。
【請求項４】市販の酸素ボンベの酸素ガスをアシスト
ガスとして使用する熱切断加工機のアシストガス使用方
法において、前記酸素ボンベの酸素ガスを圧力変動吸着方式の酸素ガ
ス精製装置(23)によって所定値以上の酸素濃度に精製
し、この精製された酸素ガスをアシストガスとして使用
することにより、アシストガスを高純度、かつ、一定純
度に保つことを特徴とする熱切断加工機のアシストガス
使用方法。
【請求項５】市販の酸素ボンベの酸素ガスをアシスト
ガスとして使用する熱切断加工機のアシストガス使用方
法において、前記酸素ボンベからの出力ガスの酸素濃度が所定値以上
のときは、直接この酸素ボンベの酸素ガスをアシストガ
スとして使用し、上記酸素濃度が所定値未満のときに
は、上記酸素ボンベの酸素ガスを圧力変動吸着方式の酸
素ガス精製装置(23)によって所定値以上の濃度に精製し
た後、この精製された酸素ガスをアシストガスとして使
用することを特徴とする熱切断加工機のアシストガス使
用方法。