(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを熱切断する熱切断加工機において、
プラズマアークもしくはレーザを噴出するトーチと、
前記トーチの外周部の少なくとも所要角度範囲を覆うカバー部材とを備え、
前記カバー部材は複数の遮蔽板にて構成され、互いに隣接する遮蔽板間に形成される間隙により開口部が形成され、前記所定角度範囲において、前記トーチのほぼ軸心から放射方向に向う全ての直線が少なくとも１つの遮蔽板と交差するように各遮蔽板が配されていることを特徴とする熱切断加工機。
【請求項２】
前記遮蔽板は、前記トーチのほぼ軸心から放射方向に向う直線に対して直交しないように所定角度傾斜して配されている請求項１に記載の熱切断加工機。
【請求項３】
前記遮蔽板の外側端部が前記トーチのほぼ軸心を中心とする円弧に沿う方向に折曲されている請求項２に記載の熱切断加工機。
【請求項４】
前記複数の遮蔽板のうちの一部の遮蔽板に孔が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の熱切断加工機。
【請求項５】
前記複数の遮蔽板のうちの一部の遮蔽板が金属製の網で構成されるとともに、他の一部の遮蔽板に孔が形成されている請求項１〜３のいずれかに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、プラズマ切断機またはレーザ切断機などの熱切断加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ切断機などの熱切断加工機においては、ワークを熱切断する際に、トーチから噴出されるプラズマガス等のガス圧により切断部位の溶融物がスパッタ（溶融金属の飛沫）となって周囲に飛散し、これが作業環境の悪化を招くだけでなく、建屋の火災を引き起こす要因になってしまう。このスパッタは、ワークの切断開始に際してのピアシング時に特に多く発生して周囲に飛散し、ワークに沿って水平方向に飛散する量が多い。
【０００３】
このような問題に対処するために、熱切断時にトーチの周囲を遮蔽することによりスパッタの飛散を防止するようにした技術がいろいろと提案され、また実用に供されている。この種の従来技術の一例として、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に記載の技術は、トーチの周囲に、アクチュエータにより昇降自在とされたフードを設け、少なくともピアシング時にアクチュエータに指令してフードをトーチの周囲を覆う位置に下降させるように構成されたものである。この従来技術によれば、ピアシング時にフードが下降されてワークとフード下端とが密着されてスパッタを遮蔽することができ、また切断加工時にはフード下端とワーク上面との間に所定の隙間を有する状態にできるので、フードとワークとの干渉が生じるのを防止することができる、という効果を奏するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−７４２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７には、上記特許文献１に記載されたプラズマ切断機の部分平面図（ａ）とその部分拡大図（ｂ）が示されている。この例は、フードの一方側が開放した例を示すものである。図７（ａ）に示されるように、プラズマ切断機５０は、ワークを支持する切断テーブル５１を備え、この切断テーブル５１の下部に、切断時に発生するスパッタ、ヒューム、排煙などを捕集する集塵装置（図示せず）が設けられて構成されている。切断テーブル５１の上部には、この切断テーブル５１面内の直交二軸の一軸であるＸ軸方向に走行自在にＹ軸キャリッジ５２が設けられ、このＹ軸キャリッジ５２の上部には、前記直交二軸の他の軸であるＹ軸方向に走行自在にＺ軸台車５３が設けられ、このＺ軸台車５３には、前記Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸方向（紙面に直交する方向）に移動自在にＺ軸移動台（図示せず）が設けられ、このＺ軸移動台にプラズマアークを噴出するプラズマトーチ５４が装着されている。
【０００６】
前記プラズマトーチ５４の先端部に設けられたノズルの外周部にはフード（カバー部材）５５が配され、このフード５５がプラズマトーチ５４に対して昇降駆動機構によって昇降できるようにされている。前記フード５５は、Ｙ軸キャリッジ５２に面する側が開放するように断面略コ字状に形成され、この開放側に積極的にスパッタを飛散させ、その飛散したスパッタは、Ｙ軸キャリッジ５２にＺ軸台車５３の走行範囲にわたって設置されたカーテン状の耐熱布５６にて受け止められて、周囲への飛散を防ぐようにされている。
【０００７】
しかしながら、この従来装置では、次のような問題点がある。
１）フード５５がノズルの外周部を狭い範囲で遮蔽しているために、特にワークの板厚が厚くなると、フード５５内側の特にコーナー部５５ａ，５５ｂ（図７（ｂ）参照）にスパッタ５７が付着、堆積し、それがワーク表面に落下してプラズマトーチ５４のひっかかりによる切断不良が発生する。このため、フード５５の内側を頻繁に清掃する必要があって、作業効率の悪化を招いてしまう。これを回避するためには、フード５５を大きくしてスパッタの飛散時間を長くし、フード表面に付着する前にスパッタを冷却することが考えられるが、このようにした場合には、フードが大きくなった分だけＹ軸キャリッジ５２やＺ軸台車５３のストロークが制約されるとともに、フードの重量が増えることによりワークに余分な荷重がかかりワークが振動するという問題点が発生する。
２）スパッタがプラズマトーチ５４の方向へ反射するため、このスパッタによりプラズマトーチ５４の先端部のノズルやキャップが損傷する恐れがある。
【０００８】
本発明は、前述のような問題点を解消するためになされたもので、トーチの外周部を覆うカバー部材へのスパッタの付着、堆積を最小限に抑えるとともに、スパッタの飛散を狭い範囲に抑えることのできる熱切断加工機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明による熱切断加工機は、
ワークを熱切断する熱切断加工機において、
プラズマアークもしくはレーザを噴出するトーチと、
前記トーチの外周部の少なくとも所要角度範囲を覆うカバー部材とを備え、
前記カバー部材は複数の遮蔽板にて構成され、互いに隣接する遮蔽板間に形成される間隙により開口部が形成され、前記所定角度範囲において、前記トーチのほぼ軸心から放射方向に向う全ての直線が少なくとも１つの遮蔽板と交差するように各遮蔽板が配されていることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１０】
本発明において、前記遮蔽板は、前記トーチのほぼ軸心から放射方向に向う直線に対して直交しないように所定角度傾斜して配されているのが良い（第２発明）。
【００１１】
また、第２発明において、前記遮蔽板の外側端部が前記トーチのほぼ軸心を中心とする円弧に沿う方向に折曲されているのが良い（第３発明）。
【００１２】
さらに、前記第１発明〜第３発明において、前記複数の遮蔽板のうちの一部の遮蔽板に孔が形成されているのが良い（第４発明）。
【００１３】
また、前記第１発明〜第３発明において、前記複数の遮蔽板のうちの一部の遮蔽板が金属製の網で構成されるとともに、他の一部の遮蔽板に孔が形成されているのが良い（第５発明）。
【発明の効果】
【００１４】
前記第１発明によれば、トーチの外周部の少なくとも所要角度範囲を覆うカバー部材によってスパッタの飛散を狭い範囲に抑えることができる。また、このカバー部材に開口部が形成されているので、トーチのノズルからその開口部に向う方向への空気の流れが形成されることになり、スパッタをカバー部材に衝突させてその勢いを弱めた後、その一部を前記開口部からカバー部材の外側へ逃がすことができ、カバー部材の特定箇所にスパッタが堆積するのを最小限に抑えることができる。この結果、スパッタがワーク表面に落下することによる切断不良の発生を回避することができるとともに、トーチの先端部の損傷を極めて少なくすることができる。また、カバー部材の内側を頻繁に清掃する必要もなくなる。また、トーチから放射方向に飛散するスパッタを確実に遮蔽板に衝突させてその進路を変えることができ、これによってスパッタを確実に冷却することができる。
【００１５】
また、前記第２発明の構成を採用すれば、遮蔽板に衝突したスパッタがその遮蔽板の内方へ反射することがなく、進路変更させることができ、遮蔽板にスパッタが堆積するのをより確実に防ぐことができる。
【００１６】
さらに、前記第３発明の構成によれば、スパッタを一度遮蔽板に衝突させた後、拡散しない方向に進路変更させることができ、スパッタの飛散抑制効果と堆積抑制効果をより確実にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明による熱切断加工機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１には、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断機の全体斜視図が示されている。また、図２には、プラズマトーチ近傍の拡大正面図が、図３には、同プラズマトーチ近傍の部分平面図がそれぞれ示されている。さらに、図４には、カバー部材における下部部材の斜視図（ａ）および平面図（ｂ）が示されている。
【００１９】
本実施形態のプラズマ切断機１は、ワーク２を支持する切断テーブル３を備えている。この切断テーブル３の下部には、その切断テーブル３の対向側面部に配される複数のプッシュプル式送風機４よりなる集塵装置５が設けられ、この集塵装置５によって、切断時に発生するスパッタ、ヒューム、高圧ガス（排煙）などを捕集するように構成されている。また、切断テーブル３の上部には、この切断テーブル３面内の直交二軸の一軸であるＸ軸方向に走行自在なＹ軸キャリッジ６が設けられ、このＹ軸キャリッジ６の上部には、前記直交二軸の他軸であるＹ軸方向に走行自在なＺ軸台車７が設けられている。さらに、このＺ軸台車７には、Ｚ軸移動台８が前記Ｘ軸、Ｙ軸に直交するＺ軸方向に移動自在に設けられており、このＺ軸移動台８にプラズマアークを噴射するプラズマトーチ９が装着されている。前記Ｙ軸キャリッジ６のＸ軸方向への駆動はＸ軸サーボモータ（図示せず）により行われ、Ｚ軸台車７のＹ軸方向への駆動はＹ軸サーボモータ１０により行われ、Ｚ軸移動台８のＺ軸方向への駆動はＺ軸サーボモータ１１により行われる。
【００２０】
また、所定のワーク加工ＮＣプログラムに従って前記Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ１０およびＺ軸サーボモータ１１にそれぞれＮＣ制御指令を出力する制御装置１２が設けられ、この制御装置１２によってプラズマトーチ９の各軸における位置および速度が制御されることで、ワーク２が予め決められた切断形状に切断される。
【００２１】
図２、図３に示されるように、前記プラズマトーチ９には、スパッタを遮蔽するためにその外周部を覆うカバー部材（フード）２０が付設されている。ここで、このカバー部材２０は、プラズマトーチ９の先端部に設けられるノズルの外周部を覆う下部部材２１と、この下部部材２１の上部に取り付けられるとともにその下部部材２１を支持する本体部材２２とを有している。また、前記本体部材２２は、エアシリンダ２３，２４にて構成される昇降駆動機構によって前記Ｚ軸移動台８に対して上下方向に昇降できるようにされている。
【００２２】
前記エアシリンダ２３，２４は、基端部がＺ軸移動台８に取り付けられた支持ブラケット２５，２６にそれぞれ揺動自在にピン支持されている。また、前記カバー部材２０の本体部材２２にはブラケット２７，２８が取り付けられ、これらブラケット２７，２８にそれぞれ、前記エアシリンダ２３，２４のロッド先端部がナックル２９およびナックル受け３０を介して揺動自在に連結されている。こうして、エアシリンダ２３，２４を伸縮操作すると、左右のブラケット２７，２８を介してカバー部材２０の本体部材２２および下部部材２１が昇降される。
【００２３】
なお、左右のエアシリンダ２３，２４の間には、図示されないプラズマ電極への送電用電線、ガス供給のためのホース、冷却水給排用ホースなどを通すための空間が設けられている。これらの電線、ホース類は、Ｚ軸移動台８にその一端が取り付けられ、他端がＺ軸台車７に取り付けられた可撓性ケーブルガイド３１に沿うように配される。
【００２４】
一方、図３に示されるように、前記Ｙ軸キャリッジ６には、Ｚ軸台車７の走行範囲にわたってカーテン状の耐熱布３２が設置され、この耐熱布３２によってカバー部材２０の下部部材２１の開放側（後述する）から飛散されるスパッタを受け止めるようにされている。
【００２５】
次に、図４を参照しつつカバー部材２０の下部部材２１の詳細構造について説明する。
【００２６】
前記下部部材２１は、プラズマトーチ９が挿通される孔３３ａを有し、円板の一部を直線状にカットした形状の鋼板製の天板（上部遮蔽板）３３と、この天板３３の下面にその上部遮蔽板３３に直交するように接合される鋼板製の複数枚（本実施形態では５枚）の側部遮蔽板（以下、単に「遮蔽板」という。）３４とにより構成されている。
【００２７】
各遮蔽板３４は、矩形状の平板の両端部を同方向に所定角度（鈍角）折り曲げて形成され、その外側折曲端部３４ａが天板３３の円弧に沿うように、互いに隣接する折曲端部３４ａ，３４ａ間が等間隔になるように、かつ隣接する遮蔽板３４，３４間に開口部（間隙）３５が形成されるように配置される。また、図４（ｂ）から明らかなように、前記各遮蔽板３４は、そのいずれの部分もプラズマトーチ９の中心９ａから放射方向に向う直線ｐ，ｑ，・・・に対して直交しないように所定角度傾斜して配され、かつそれら各直線ｐ，ｑ，・・・のいずれかと交差するように配置されている。このようにすることで、プラズマトーチ９のノズルから噴出されたスパッタがいずれの遮蔽板３４に衝突した場合でも、そのスパッタが遮蔽板３４の内側に反射することがなく、そのスパッタを外方へ向けて進路変更させることができる。ここで、遮蔽板３４の内側折曲端部３４ｂは、この遮蔽板３４の天板３３への取付剛性を確保する役目も果たしている。
【００２８】
このように下部部材２１の上部は天板３３にて遮蔽され、下部部材２１のＺ軸台車７側を除く側部は５枚の遮蔽板３４にて遮蔽されているのに対し、下部部材２１のＺ軸台車７に面する側は開放されていて、この開放側に積極的にスパッタを飛散させ、この飛散したスパッタをＹ軸キャリッジ６に付設された耐熱布３２によって受け止めるようにされている。
【００２９】
次に、前述の構成よりなるカバー部材２０の動作について説明する。
【００３０】
本実施形態のプラズマ切断機１によりプラズマ切断を行うに際しては、まずプラズマトーチ９を切断開始ポイントに移動させ、この切断開始ポイントでプラズマアークを発生させた後、プラズマトーチ９を下降させてピアシングを行い、プラズマアークがワーク２を貫通すると、プラズマトーチ９を所定の軌跡で水平移動させて任意形状の切断加工を行う。
【００３１】
このプラズマ切断加工におけるピアシング工程においては、ワーク２に形成される孔が未貫通であり、プラズマガスの噴出力により発生する溶融飛沫（スパッタ）の逃げ場がワーク上方にしかないため、そのスパッタの全てがプラズマトーチ９の周囲に、特に水平方向に吹き飛ばされる。このピアシング工程で発生するスパッタの量は全切断工程で発生する量のうちのほとんどを占めていると言える。
【００３２】
このピアシングに際しては、カバー部材２０をエアシリンダ２３，２４にて上端の待機位置に引上げた状態で、プラズマトーチ９をピアシング開始ポイントへ水平移動させ、このピアシング開始ポイントでプラズマトーチ９をピアシング開始高さまで下降させる。次いで、エアシリンダ２３，２４を伸長させてカバー部材２０を下降させ、下部部材２１の下端をワーク２の上面に密着させる。続いて、この状態のままプラズマトーチ９のノズルからプラズマガスを噴出させるとともに、プラズマ電極とワーク２との間にプラズマアークを生成させ、プラズマトーチ９を下降させてピアシングを開始する。その後、ピアシングが進行し、ピアシング孔が貫通したら、エアシリンダ２３，２４を収縮させてカバー部材２０を所定の高さまで引き上げ、次の切断工程に入る。
【００３３】
このピアシング時にスパッタはプラズマトーチ９の周囲に、主として水平方向に吹き飛ばされる。このとき、上方に飛散したスパッタは天板３３にて捕捉され、またＺ軸台車７に面する側の側方へ飛散したスパッタはＹ軸キャリッジ６に付設された耐熱布３２によって受け止められる。一方、Ｚ軸台車７側を除く側方へ飛散したスパッタは遮蔽板３４に衝突し、その勢いを弱めるとともに、その衝突後に拡散しない方向に進行方向を変えて飛散する。
【００３４】
本実施形態の遮蔽板３４の形状および配置によれば、プラズマトーチ９のノズルから側方へ向けて噴出されたスパッタが、Ｚ軸台車７に面する側を除き、いずれかの遮蔽板３４に衝突し、かつ複数箇所で反射して外方へ向けて進路変更して冷却せしめられるので、スパッタの飛散を狭い範囲に抑えることができるとともに、カバー部材２０（遮蔽板３４）の表面へのスパッタの堆積を最小限に抑えることができる。また、カバー部材２０の下部部材２１は全方向に開口しているため、スパッタが均一に飛散し、特定の方向に降り積もることがない。こうして、スパッタがワーク表面に落下、堆積することによる切断不良の発生を回避することができるとともに、プラズマトーチ９の先端部の損傷を極めて少なくすることができる。また、カバー部材２０の内面を頻繁に清掃することが不要となり、カバー部材２０の熱的損傷による交換頻度を少なくすることができる。
【００３５】
本実施形態においては、カバー部材２０の下部部材２１として、Ｚ軸台車７に面する側を開放したものについて説明したが、この部分を開放せずに、同様形状の遮蔽板３４を全周にわたって配置するようにしても良い。
【００３６】
また、本実施形態において、下部部材２１の遮蔽板３４として、図４に示されるような形状および配置のものを採用したが、この遮蔽板の形状としては他に種々の形状のものを採用することができる。図５、図６には遮蔽板の他の実施形態が示されている。なお、これらの実施形態では、遮蔽板を全周にわたって設けた例を示しているが、前記実施形態と同様、Ｚ軸台車７に面する側を開放しても良いのは言うまでもない。
【００３７】
図５に示されるのは、図４に示される実施形態と同様、プラズマトーチの周囲に多数の平面板、曲面板、折曲板を配置して、板面に衝突させたスパッタを外方へ向けて進路変更させるようにした例である。図５（ａ）に示される遮蔽板３４Ｈは、平面板をプラズマトーチの周囲に並べるとともに、隣接する板間に形成される開口部を覆う位置に別の平面板を配置して、それぞれ開口部３５Ｈを形成したものである。また、図５（ｂ）に示される遮蔽板３４Ｊは、Ｌ字形に折曲した平面板を組み合わせて、隣接する板間に開口部３５Ｊを形成したものである。さらに、図５（ｃ）に示される遮蔽板３４Ｍは、Ｌ字形に折曲した多数の平面板をその角部が内方に位置するように配置したものである。これらの例に示されたものでは、図４に示される側面遮蔽板と同様、スパッタはいずれかの遮蔽板に衝突して外方へ向けて進路変更させることができるので、スパッタの飛散を狭い範囲に抑えることができるとともに、遮蔽板表面へのスパッタの堆積を最小限に抑えることができる。
【００３８】
次に、図６（ａ）に示されるのは、図４に示されるのと同様の配置よりなる複数個の遮蔽板３４１，３４２，３４３，３４４，３４５のうちの一部の遮蔽板（本実施形態では遮蔽板３４２）のみに開口部としての孔３５Ｑを形成したものである。また、図６（ｂ）に示されるのは、複数個の遮蔽板のうち、一部の遮蔽板（本実施形態では遮蔽板３４１'，３４５'）をスチール製の網で構成して多数の開口部３５Ｂを設けるとともに、他の一部の遮蔽板（本実施形態では遮蔽板３４２）に開口部としての孔３５Ｑを形成したものである。すなわち、図６（ｂ）は、遮蔽板間の間隙により形成される開口部３５と、遮蔽板自身に形成される開口部３５Ｑ、３５Ｒとを組み合わせた例である。
【００３９】
前記実施形態においては、遮蔽板を鋼板により構成するものとしたが、この遮蔽板は耐熱布により構成しても良い。
【００４０】
前記実施形態では、プラズマ切断機を例にして説明したが、本発明は、レーザ切断機等の他の熱切断加工機に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ切断機の斜視図
【図２】本実施形態のプラズマ切断機におけるプラズマトーチ近傍の拡大正面図
【図３】本実施形態のプラズマ切断機におけるプラズマトーチ近傍の部分平面図
【図４】カバー部材における下部部材の斜視図（ａ）および平面図（ｂ）
【図５】遮蔽板の他の実施形態を示す図（１）
【図６】遮蔽板の他の実施形態を示す図（２）
【図７】従来のプラズマ切断機の部分平面図（ａ）とその部分拡大図（ｂ）
【符号の説明】
【００４２】
１          プラズマ切断機
２          ワーク
３          切断テーブル
６          Ｙ軸キャリッジ
７          Ｚ軸台車
８          Ｚ軸移動台
９          プラズマトーチ
２０        カバー部材
２１        下部部材
２２        本体部材
２３，２４  エアシリンダ
３３        天板
３４，３４Ｈ，３４Ｊ，３４Ｍ，３４１〜３４５  遮蔽板
３５，３５Ｈ，３５Ｊ，３５Ｑ  開口部
【図１】
0004822813.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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