(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アシストガスを噴出しワークを熱切断する加工ヘッドと、
噴出された前記アシストガスを集塵機に向け送出する集塵構造と、を備え、
前記集塵構造は、
前記加工ヘッドの下方に一の方向に延在して配置され、前記噴出されたアシストガスが流入する集塵室と、
前記集塵室と前記集塵機との間を接続する排出経路と、を有し、
前記集塵室は、前記一の方向の一方側に向かうに従って流路面積が大きくなっている熱切断加工機。
【請求項２】
前記集塵室は、前記一方側の端部においてのみ前記排出経路と連通している請求項１記載の熱切断加工機。
【請求項３】
複数の前記集塵室が、それぞれの集塵室の前記流路面積が大きくなる前記一方側を同じ側として並んで設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱切断加工機。
【請求項４】
前記排出経路は、前記集塵室に連通したダクトと、前記ダクトと前記集塵機との間を複数の経路で並列接続する並列接続経路と、を有することを特徴とする請求項２記載の熱切断加工機。
【請求項５】
前記集塵室は、前記一方側の端部に開口部を有し、前記開口部において前記ダクトと連通していることを特徴とする請求項４記載の熱切断加工機。
【請求項６】
複数の前記集塵室が、それぞれの集塵室の前記流路面積が大きくなる前記一方側を同じ側として並んで設けられており、
前記排出経路は、前記複数の集塵室それぞれに対し、前記一方側の端部においてのみ連通したダクトと、前記ダクトと前記集塵機との間を複数の経路で並列接続する並列接続経路と、を有することを特徴とする請求項１記載の熱切断加工機。
【請求項７】
前記複数の集塵室それぞれは、前記一方側の端部に開口部を有し、前記開口部においてのみ前記ダクトに連通していることを特徴とする請求項６記載の熱切断加工機。
【請求項８】
隣接する二つの前記集塵室の境界が、上方に凸となる稜線とされていることを特徴とする請求項７記載の熱切断加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱切断加工機に係り、特にコストアップを抑えて高効率の集塵ができる集塵構造を備えた熱切断加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工やプラズマ加工などによりワークを熱切断（溶断）する熱切断加工機として、熱切断で生じる粉塵を集めて回収する集塵構造を備えたレーザ加工機の例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載された集塵構造は、熱切断で生じた粉塵を、アシストガスの流れと共に、ワークを支持する支持スキッドの下方のボックス内へ流入させ、その後、ボックスの一方側（特許文献１の図１の右方側）に設けられたエア送出口から外部の集塵機に向けて流出させる。さらに、ブロアを備え、エアをボックスの他方側（特許文献１の図１の左方側）からエア送出口に向けて送出することで集塵を高効率で行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−００１３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたレーザ加工機に備えられた集塵構造は、熱切断加工で生じる粉塵を高効率で集めて回収できる一方で、エアを送出するブロアを備える分だけ装置コスト及び維持コストが増加する、という点で改善の余地がある。これは、集塵構造がレーザ加工機に備えられた場合に限らず、他の熱切断加工機に備えられた場合も、同様に望まれる改善点である。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、熱切断で生じる粉塵を、コストアップを抑えて高効率で集め回収できる熱切断加工機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
１） アシストガスを噴出しワークを熱切断する加工ヘッドと、
噴出された前記アシストガスを集塵機に向け送出する集塵構造と、を備え、
前記集塵構造は、
前記加工ヘッドの下方に一の方向に延在して配置され、前記噴出されたアシストガスが流入する集塵室と、
前記集塵室と前記集塵機との間を接続する排出経路と、を有し、
前記集塵室は、前記一の方向の一方側に向かうに従って流路面積が大きくなっている熱切断加工機である。
２）  前記集塵室は、前記一方側の端部においてのみ前記排出経路と連通している１）に記載の熱切断加工機である。
３）  複数の前記集塵室が、それぞれの集塵室の前記流路面積が大きくなる前記一方側を同じ側として並んで設けられていることを特徴とする１）又は２）に記載の熱切断加工機である。
４）前記排出経路は、前記集塵室に連通したダクトと、前記ダクトと前記集塵機との間を複数の経路で並列接続する並列接続経路と、を有することを特徴とする２）に記載の熱切断加工機である。
５）前記集塵室は、前記一方側の端部に開口部を有し、前記開口部において前記ダクトと連通していることを特徴とする４）に記載の熱切断加工機である。
６）複数の前記集塵室が、それぞれの集塵室の前記流路面積が大きくなる前記一方側を同じ側として並んで設けられており、
前記排出経路は、前記複数の集塵室それぞれに対し、前記一方側の端部においてのみ連通したダクトと、前記ダクトと前記集塵機との間を複数の経路で並列接続する並列接続経路と、を有することを特徴とする１）に記載の熱切断加工機である。
７）前記複数の集塵室それぞれは、前記一方側の端部に開口部を有し、前記開口部においてのみ前記ダクトに連通していることを特徴とする６）に記載の熱切断加工機である。
８）隣接する二つの前記集塵室の境界が、上方に凸となる稜線とされていることを特徴とする７）に記載の熱切断加工機である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱切断加工で生じる粉塵を、コストアップを抑えて高効率で集め回収できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る熱切断加工機の実施例であるレーザ加工機１を説明するための斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるＳ２−Ｓ２位置での断面図である。
【図３】図３は、レーザ加工機１の集塵室７ａ〜７ｄを説明するための部分上面図である。
【図４】図４は、図３におけるＳ４−Ｓ４位置での断面図である。
【図５】図５は、図３におけるＳ５−Ｓ５位置での断面図である。
【図６】図６は、集塵室７ｃを説明するための横断面図である。
【図７】図７は、レーザ加工機１における排出経路ＧＲを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る熱切断加工機の実施例として、レーザ加工機１を図１〜図７を参照して説明する。説明の便宜のため、Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸の各方向を、図１の矢印のように（＋）（−）を含めて規定する。Ｚ軸は上下軸であって、Ｚ軸（＋）を上方、Ｚ軸（−）を下方とも称する。
【００１１】
まず、レーザ加工機１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１はレーザ加工機１の斜視図である。図２は、図１におけるＳ２−Ｓ２位置での断面図である。
図１では、内部構造の把握容易のため、ワークテーブル２ａ（詳細後述）を不図示としている。
【００１２】
レーザ加工機１は、Ｘ軸方向を長手として矩形に枠組みされた基台２と、基台２のＹ軸方向両縁に設けられてＸ軸方向に延在するガイドレール３ａ，３ｂと、上方に凸となってＹ軸方向に延在し、その両端部がそれぞれガイドレール３ａ，３ｂに対しＸ軸方向に移動可能に支持された門型のフレーム４と、を備えている。
【００１３】
フレーム４の下部には、Ｙ軸方向に移動可能に、ワークを熱切断するためのレーザ加工ヘッド５が取り付けられている。
レーザ加工ヘッド５に備えられたノズル５ａからは、加工時に、下方に向けレーザ光（図示せず）及びアシストガスＧがそれぞれ照射及び噴出される。レーザ光は、外部のレーザ発振器（図示せず）から供給される。
【００１４】
フレーム４は、Ｘ軸駆動部（図示せず）によりＸ軸方向に移動する。レーザ加工ヘッド５は、Ｙ軸駆動部（図示せず）によりＹ軸方向に移動する。
レーザ加工ヘッド５，レーザ発振器，Ｘ軸駆動部，及びＹ軸駆動部の動作は、内部又は外部に配置された制御部(図示せず)により制御される。
【００１５】
基台２の上部における一対のガイドレール３ａ，３ｂの間には、ワークテーブル２ａが設けられている（図２に二点鎖線で記載）。ワークテーブル２ａには、被加工物であるワークＷが載置される。
ワークテーブル２ａには、起立姿勢の板状支持部材（スキッド）が、Ｘ軸方向に所定間隔で複数枚配設されている。各板状支持部材の間は、空隙とされ、加工で生じたスクラップ等が下方へ落下するようになっている。
レーザ加工機１は、ワークテーブル２ａ上のワークＷに対し、フレーム４及びレーザ加工ヘッド５をそれぞれＸ軸方向（図１の矢印Ｄａ参照）及びＹ軸方向（図１の矢印Ｄｂ参照）に移動させながら、ノズル５ａから、アシストガスＧ及びレーザ光をそれぞれ噴出及び照射することで、ワークＷに対し２次元的な切断加工を行うようになっている。
【００１６】
基台２における一対のガイドレール３ａ，３ｂの間の下方部位には、上下方向共に開口してＹ軸方向に延在する集塵室７が、Ｘ軸方向に並んで複数室設けられている。この例では、四つの集塵室７ａ〜７ｄが設けられている。図２は、集塵室７ｃにおける断面図となる。
【００１７】
集塵室７ａ〜７ｄに対する下方側には、レーザ加工で生じ、集塵室７ａ〜７ｄを通して落下したスクラップなどを排出する排出部８が備えられている。排出部８は、ベルトコンベアでの自動排出、或いは出し入れ可能な排出トレイによる手作業排出が行えるようになっている。
実施例では、排出部８はベルトコンベアを備え、集塵室７ａ〜７ｄに近接して、ベルトコンベアのベルト８ａが配設されているものとする。
【００１８】
基台２におけるＹ軸（−）側の外側には、Ｘ軸方向に延在する上流ダクト９が設けられている。
集塵室７ａ〜７ｄにおけるＹ軸（−）側の壁となっている基台壁部２ｂには、それぞれ開口部２ｂｃ１が設けられている。
各開口部２ｂｃ１と、上流ダクト９と、の間には、集塵室７ａ〜７ｄそれぞれの内部空間と上流ダクト９の内部空間とを連通する連通路１０ａ〜１０ｄが設けられている（図７も参照）。
【００１９】
基台２のＸ軸方向（−）側には、一方端側が上流ダクト９のＸ軸（−）端部に連通してＹ軸方向に延在する中間ダクト１１が設けられている。
基台２のＸ軸方向（＋）側には、一方端側が上流ダクト９のＸ軸（＋）端部に連通してＹ軸方向に延在する中間ダクト１２が設けられている。
【００２０】
基台２のＹ軸（＋）側の外側には、Ｘ軸方向に延在する下流ダクト１３が設けられている。
下流ダクト１３のＸ（−）側端部は、中間ダクト１１に連通し、Ｙ（＋）側端部は、中間ダクト１２に連通している。
下流ダクト１３のＸ（−）側端部には、外部の集塵機ＳＳに連通する外部連通ダクト１４が接続されている。
【００２１】
上述の上流ダクト９，中間ダクト１１，１２，下流ダクト１３，及び外部連通ダクト１４を纏めて、排出ダクト群ＤＧとも称する。
集塵室７ａ〜７ｄ内の空間は、排出ダクト群ＤＧを介して集塵機ＳＳの吸入口の内部空間と連通している。
集塵機ＳＳは、ファンモータＳＳｍを備え、その駆動により外部連通ダクト１４が接続された吸引口から気体を吸引し、その気体に含まれている粉塵等をフィルタにより分離回収する。
【００２２】
四つの集塵室７ａ〜７ｄは、互いに構造は同じである。そこで、集塵室７ａ〜７ｄの詳細構造を、集塵室７ｃを代表として図３〜図６も参照して説明する。
図３は、図１に示されるレーザ加工機のＸ軸（＋）側となる集塵室７ａ〜７ｄの部分を示した上面図である。
図４は、図３におけるＳ４−Ｓ４位置での断面図であり、図５は、図３におけるＳ５−Ｓ５位置での断面図である。
【００２３】
集塵室７ｃは、基台２におけるＹ軸（−）側においてＸ軸上下方向に延在する基台壁部２ｂ（図２参照）と、Ｙ軸（＋）側においてＸ軸上下方向に延在する基台壁部２ｃと、基台壁部２ｂと基台壁部２ｃとをＹ軸方向に連結し、概ねＹＺ軸方向に延在する一対の連結壁部７ｃ１，７ｃ２と、を有して形成されている。
基台壁部２ｂには、上述の連通路１０ｃに繋がる開口部２ｂｃ１が形成されている。
図３の上面視で連結壁部７ｃ１と連結壁部７ｃ２との間は、Ｙ軸方向を上下とする台形形状に開口した開口部７ｃ３とされている。
開口部７ｃ３からは、直下に配置された排出部８のベルト８ａが臨まれる。
【００２４】
連結壁部７ｃ１は、下方側の下壁部１５と上方側の上壁部１６との上下二つの壁部で構成されている。
下壁部１５及び上壁部１６は平板状に形成されている。
連結壁部７ｃ２は、下方側の下壁部１７と上方側の上壁部１８との上下二つの壁部で構成されている。
下壁部１７及び上壁部１８は平板状に形成されている。
下壁部１５，１７の下端部１５ａ，１７ａは、共通の水平面内に延在している。
上壁部１６の上端部は、集塵室７ｃに対しＸ軸（−）側に隣接する集塵室７ｂにおける連結壁部７ｂ２の上壁部２０と接続し、水平面内に延びる稜線Ｒｂｃを形成している。
上壁部１８の上端部は、集塵室７ｃに対しＸ軸（＋）側に隣接する集塵室７ｄにおける連結側壁部７ｄ１の上壁部２２と接続し、稜線Ｒｂｃと共通の水平面内に延びる稜線Ｒｃｄを形成している。
【００２５】
連結壁部７ｃ１における下壁部１５と上壁部１６とが接続して形成される稜線Ｒａは、Ｙ軸（＋）側に対しＹ軸（−）側が高くなる直状を呈する。
すなわち、上壁部１６は、稜線Ｒｂｃから下方へ向け、水平面に対し劣角として角度θａ（図４参照）で傾斜し、Ｙ軸（＋）側から（−）側に向かうに従って幅狭となる台形形状又は三角形形状の平面として形成されている（この実施例では三角形形状）。
また、下壁部１５は、稜線Ｒａから下方へ向け、水平面に対し劣角として角度θｂ（図４参照）で傾斜し、Ｙ軸（−）側を下底とする台形形状の平面として形成されている。
ここで、角度θａ＜角度θｂとされる。例えば角度θａ＝４０°，角度θｂ＝７５°である。
連結壁部７ｃ１と連結壁部７ｃ２とは、集塵室７ｃのＸ軸方向の中央位置における鉛直平面（ＹＺ平面）ＳＦに対して面対称形状で形成される。
【００２６】
次に集塵室７ａ〜７ｄをＸＺ平面で切断した横断面形状について、集塵室７ｃを代表とし、主に図６を参照して説明する。
図６は、集塵室７ｃのＳ４−Ｓ４位置での横断面形状とＳ５−Ｓ５位置での横断面形状とを重ね合わせて示した図である。
Ｓ４−Ｓ４位置での下壁部１５及び稜線Ｒａの符号を１５（Ｓ４）及びＲａ（Ｓ４）とし、Ｓ５−Ｓ５位置での下壁部１５及び稜線Ｒａの符号を１５（Ｓ５）及びＲａ（Ｓ４）として区別している。また、二つの断面形状の面積差分範囲Ｓｄ１，Ｓｄ２にハッチングを付してある。
【００２７】
上述の構成及び図６から明らかなように、Ｓ５−Ｓ５位置での横断面積は、Ｓ４−Ｓ４位置での横断面積よりも面積差分範囲Ｓｄ１，Ｓｄ２の分だけ大きい。
すなわち、集塵室７ｃは、その横断面積が、Ｙ軸（−）側に向かうに従って大きくなるように形成されている。
【００２８】
他の集塵室７ａ，７ｂ，７ｄの各構成は、集塵室７ｃの構成と同様である。
レーザ加工機１において、集塵室７ａ〜７ｄと排出ダクト群ＤＧとを含んで集塵構造Ｓが構成されている。
【００２９】
次に、レーザ加工ヘッド５のノズル５ａから噴出されたアシストガスＧの流れとその流路について、図７も参照して説明する。
図７は、噴出したアシストガスＧを集塵機ＳＳに排出する排出経路ＧＲを説明するための模式的平面図であり、図１に示されるレーザ加工機１の上方視に概ね対応する。
例えば、ワークＷの加工位置が、集塵室７ｃの上方の場合、ノズル５ａから下方に噴出されたアシストガスＧは、図２に示されるように、ワークＷの加工に伴い生じた粉塵と共に集塵室７ｃに流入する。
一方、集塵室７ｃ内の気体は、排出ダクト群ＤＧが連結された集塵機ＳＳのファンモータＳＳｍの動作により、集塵機ＳＳ側に吸引される。
従って、集塵室７ｃには、噴出されたアシストガスＧと共に外部から空気Ａも吸引されて流入する。具体的には、集塵室７ｃの上方から及び下方のベルト８ａとの隙間からである（図２では上方からの空気Ａのみ矢印で記載）。
【００３０】
集塵室７ｃの直下には、排出部８のベルト８ａが配置されているので、集塵室７ｃに流入したアシストガスＧ及び空気Ａは、粉塵と共にコンベアベルト８ａに当たってＹ軸（−）方向の気流ＧａとＹ軸（＋）方向の気流Ｇｂとに分流する。
この分流後の気流Ｇａ及び気流Ｇｂの流量は、集塵室７ｃのＹ軸（＋）側が、基台壁部２ｃによって塞がれていることから、気流Ｇａの流量の方が大きくなる。
さらに、気流Ｇａの流れは、集塵室７ｃの横断面積がＹ軸（−）方向に向かうほど拡大しているためよりスムースとなり、気流Ｇａの流量増が促進される。その結果、気流Ｇｂはわずかに生じるのみでよどみも少なくなる（発生がわずかであることを視覚的に示すため、図２及び図７において気流Ｇｂは破線矢印で示されている）。
この流れの態様により、集塵室７ｃ内の気体の流れに生じる圧力損失は、集塵室７ｃをその横断面積が一定となるように形成した場合よりも、顕著に低減する。
【００３１】
集塵室７ｃにアシストガスＧと共に進入した粉塵のうち比較的重い粉塵は、集塵室７ｃ内でコンベアベルト８ａ上に落下し、排出部８により排出される。
一方、比較的軽い粉塵は気流Ｇａに含まれて、開口部２ｂｃ１を通過し連通路１０ｃを経て上流ダクト９内に流入する。
【００３２】
上流ダクト９は、Ｘ軸（−）側が中間ダクト１１を経由して外部連通ダクト１４に連通している。また、Ｘ軸（＋）側が中間ダクト１２と下流ダクト１３とを直列に経由して外部連通ダクト１４に連通している。
すなわち、排出経路ＧＲは、上流ダクト９から外部連通ダクト１４までの間において、Ｘ軸（−）側を経由して外部連通ダクト１４に接続する経路ＧＲ１と、Ｘ軸（＋）側を経由して外部連通ダクト１４に接続する経路ＧＲ２と、の二つの経路を並列で有する。これにより、集塵室７ｃ内に流入したアシストガスＧは、二つの並列経路と外部連通ダクト１４を経て集塵機ＳＳに送出される。
【００３３】
経路ＧＲ１と経路ＧＲ２とによる並列接続経路を有する排出経路ＧＲは、流路断面積がほぼ同じの一つの経路しか備えていない場合と比べて流速が低下する。
圧力損失は流速の２乗に比例するので、経路を複数（この例では二つ）有する排出経路ＧＲＳでは、圧力損失が顕著に低くなる。
そのため、集塵構造Ｓを用いることで、集塵機ＳＳに備えられたファンモータＳＳｍの負担が小さく、集塵を高効率で行える。
また、複数のファンモータ（集塵機）を用いることなく一つのファンモータＳＳｍで高効率の集塵ができるので、コストアップを抑制しつつ、レーザ加工で生じた粉塵を高効率で集め回収できる。
逆に、排出の経路が一つの場合と同じ効率で十分な場合、ファンモータとしてより低出力のものを採用できるので、コストダウンや集塵機ＳＳの小型化が可能となる。
【００３４】
集塵構造Ｓにおける複数の集塵室７ａ〜７ｄにおいて、隣接する集塵室、例えば集塵室７ｃと集塵室７ｄとの境界部位は、上方に凸となる稜線Ｒｃｄとして形成されている。
これにより、加工位置によらず、熱切断加工で生じたスクラップや粉塵は、必ずいずれかの集塵室７に落下する。例えば集塵室７ｃに対応する位置で加工が行われた場合、必ず、連結壁部７ｃ１，開口部７ｃ３，及び連結壁部７ｃ２のいずれかに落下する。
【００３５】
本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。
【００３６】
排出経路ＧＲが有する経路数は、実施例で説明した二つに限定されない。三つ以上の経路としてもよい。
集塵室７の数は、実施例で説明した四室に限定されない。三室以下、或いは五室以上であってもよい。
集塵室７は、レーザ加工ヘッド５の移動範囲に対応して設けられる。実施例の集塵構造Ｓは、レーザ加工ヘッド５が移動せず固定されていても適用可能である。
【００３７】
集塵室７ａ〜７ｄから外部連通ダクト１４までの流路面積は、圧力損失の減少を招かないようにできるだけ一定にすることが好ましい。また、流路面積が大きいほど流速が低下して圧力損失が低下するので好ましい。
従って、経路ＧＲ１の流れと経路ＧＲ２の流れとが合流して流れる外部連通ダクト１４は、排出ダクト群ＤＧの他のダクトよりも流路面積を大きく設定するとよい（図７参照）。
【００３８】
上述の集塵構造Ｓは、レーザ光以外の加工源を用いた熱切断加工機に適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  レーザ加工機
２  基台
２ａ  ワークテーブル、    ２ｂ，２ｃ  基台壁部、    ２ｂｃ１  開口部
３ａ，３ｂ  ガイドレール
４  フレーム
５  レーザ加工ヘッド、    ５ａ  ノズル
７，７ａ〜７ｄ  集塵室
７ｃ１，７ｃ２，７ｂ２，７ｄ１  連結壁部、    ７ｃ３  開口部
８  排出部、    ８ａ  ベルト
９  上流ダクト
１０ａ〜１０ｄ  連通路
１１  中間ダクト
１２  中間ダクト
１３  下流ダクト
１４  外部連通ダクト
１５  下壁部、    １５ａ  下端部
１６  上壁部
１７  下壁部、    １７ａ  下端部
１８  上壁部
２０  上壁部
２２  上壁部
Ａ  空気
ＤＧ  排出ダクト群
Ｇ  アシストガス、    Ｇａ，Ｇｂ  気流
ＧＲ  排出経路、    ＧＲ１，ＧＲ２  経路
Ｒｂｃ，Ｒｃｄ，Ｒａ  稜線
Ｓ  集塵構造
Ｓｄ１，Ｓｄ２  面積差分範囲
ＳＦ  鉛直平面
ＳＳ  集塵機、    ＳＳｍ  ファンモータ
Ｗ  ワーク
θａ，θｂ  角度
【図１】
0006475973.tif 000002
【図２】
0006475973.tif 000003
【図３】
0006475973.tif 000004
【図４】
0006475973.tif 000005
【図５】
0006475973.tif 000006
【図６】
0006475973.tif 000007
【図７】
0006475973.tif 000008