特許 6014741 加工機用の集塵装置およびレーザ加工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6014741

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】加工機用の集塵装置およびレーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   B01D 45/12 20060101AFI20161011BHJP

   B01D 47/00 20060101ALI20161011BHJP

   B01D 53/38 20060101ALI20161011BHJP

   B04C 5/103 20060101ALI20161011BHJP

   B23Q 11/00 20060101ALI20161011BHJP

   B23K 26/16 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   B01D45/12

   B01D47/00 Z

   B01D53/38 120

   B04C5/103ZAB

   B23Q11/00 K

   B23K26/16

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-220855(P2015-220855)

(22)【出願日】2015年11月11日

【審査請求日】2016年1月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】310011114

【氏名又は名称】株式会社アフレアー

(74)【代理人】

【識別番号】100180976

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 一郎

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 明伸

(72)【発明者】

【氏名】郭 時誠

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２１７２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５７２９７３９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１３−０７１１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９４４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３９０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９７６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４３２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０５２０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０６−５１１２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６３８４３７２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００１−３２１９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９２６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０５２３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２９２８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１７０１４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ４５／１２

Ｂ０１Ｄ ４７／００

Ｂ０１Ｄ ５３／３８

Ｂ０４Ｃ ５／１０３

Ｂ２３Ｋ ２６／１６

Ｂ２３Ｑ １１／００

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工される対象物から発生する煙や粉塵を吸引して引き込むダクトの途中に設けられる加工機用の集塵装置であって、
筒型に設けられ、吸引する空気によって内部に回転気流を発生させる本体と、
前記本体の内壁面に沿って設けられ、前記回転気流によって空気から分離された前記煙や前記粉塵を捕獲する第１捕獲部と、
前記本体の内部の途中から、前記本体の一方端を貫通して外部に延出する排気管と、
を備え、
前記第１捕獲部は、前記回転気流によって前記本体の内壁面に形成される水膜状キャッチャを有することを特徴とする加工機用の集塵装置。

【請求項2】

加工される対象物から発生する煙や粉塵を吸引して引き込むダクトの途中に設けられる加工機用の集塵装置であって、
筒型に設けられ、吸引する空気によって内部に回転気流を発生させる本体と、
前記本体の内壁面に沿って設けられ、前記回転気流によって空気から分離された前記煙や前記粉塵を捕獲する第１捕獲部と、
前記本体の内部の途中から、前記本体の一方端を貫通して外部に延出する排気管と、
を備え、
前記本体は、
前記本体の他方端から少なくとも途中にかけてほぼ一定の内径を有する直胴部と、
前記本体の他方端に着脱自在に設けられた蓋と、
を有することを特徴とする加工機用の集塵装置。

【請求項3】

前記第１捕獲部は、前記本体の内壁面に沿って配置された筒状キャッチャを有する、請求項１または２に記載の加工機用の集塵装置。

【請求項4】

前記本体に吸引する空気に液体を混入させるためのノズルをさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１つに記載の加工機用の集塵装置。

【請求項5】

前記液体は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）消臭液、微酸性電解水、次亜塩素酸ナトリウム水および銀イオン水のうち選択された少なくとも１つを含む、請求項４記載の加工機用の集塵装置。

【請求項6】

前記排気管の内側および外側の少なくとも一方に設けられた第２捕獲部をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１つに記載の加工機用の集塵装置。

【請求項7】

前記排気管の後段に設けられた吸引装置と、
前記排気管と前記吸引装置との間に接続される接続管と、
前記接続管の内部に給水する給水部と、をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の加工機用の集塵装置。

【請求項8】

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、
前記対象物から発生する煙や粉塵を吸引して引き込むダクトと、
前記ダクトの途中に設けられる請求項１〜７のいずれか１つに記載の集塵装置と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光、熱、ブレードなどを用いて対象物に対する加工を行う加工機に用いられる集塵装置およびレーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工機などで対象物に加工を行う場合、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。したがって、加工途中において、この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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−１２０１３８号公報

【特許文献2】特開２００４−００１１１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、粉塵等を濾過するエアフィルタは、発生する粉塵等の量が多い場合や、粘性のある煙が発生した場合にすぐに目詰まりし、吸引力の低下を起こしやすい。このため、フィルタ交換等のメンテナンスの頻度が高くなるという問題が生じる。

【0007】

近年では、フィルタ交換の頻度を下げるため、布または不織布製の袋状のフィルタ（バグフィルタ）を利用し、粉塵や煙を含む気流を通してろ過する方法が用いられている。この方法では、フィルタ自体による捕集より、堆積した粒子による捕集効果が大きい。このため、一定の時間間隔または圧力損失が設定値に達した場合、堆積した粒子を払い落す処理が必要になる。しかし、粘性の高い煙やヤニが付着していると、払い落す処理では十分に除去することはできない。

【0008】

本発明は、対象物の加工により発生した粉塵等を、フィルタを用いることなく分離して除去することができる加工機用の集塵装置およびレーザ加工機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明は、加工される対象物から発生する煙や粉塵を吸引して引き込むダクトの途中に設けられる加工機用の集塵装置であって、筒型に設けられ、吸引する空気によって内部に回転気流を発生させる本体と、本体の内壁面に沿って設けられ、回転気流によって空気から分離された煙や粉塵を捕獲する第１捕獲部と、本体の内部の途中から、本体の一方端を貫通して外部に延出する排気管と、を備えたことを特徴とする。

【0010】

このような構成によれば、本体に空気を吸引することで本体の内部で回転気流が発生し、空気に含まれる煙や粉塵が遠心分離される。遠心分離された煙や粉塵は本体の内壁面に沿って設けられた第１捕獲部で捕獲される。そして、煙や粉塵が除去された空気は、本体の内部の途中か外部に延出する排気管を通って排出される。すなわち、本発明では、煙や粉塵を回転気流によって遠心力で分離し、本体の内壁面側に押し付けられる力を利用して第１捕獲部で捕獲する。したがって、空気を通過させるフィルタを用いることなく煙や粉塵を分離することができ、浄化された空気をフィルタによる圧力損失なく排出することができる。

【0011】

本発明の集塵装置において、第１捕獲部は、本体の内壁面に沿って配置された筒状キャッチャや、回転気流によって本体の内壁面に形成される水膜状キャッチャを有していてもよい。これにより、回転気流によって遠心分離した煙や粉塵を筒状キャッチャや水膜状キャッチャで捕獲することができる。

【0012】

本発明の集塵装置において、本体に吸引する空気に液体を混入させるためのノズルをさらに備えていてもよい。これにより、吸引する空気の温度を下げ、気化したガスを凝固させることができる。また、粉塵に液体を混ぜて質量を大きくすることができるため、小さな粉塵であってもより効果的に遠心分離を行うことができるようになる。

【0013】

本発明の集塵装置において、液体は、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）消臭液、微酸性電解水、次亜塩素酸ナトリウム水および銀イオン水のうち選択された少なくとも１つを含んでいてもよい。これにより、加工により発生した臭気を除去することができる。

【0014】

本発明の集塵装置において、本体は、本体の他方端から少なくとも途中にかけてほぼ一定の内径を有する直胴部と、本体の他方端に着脱自在に設けられた蓋と、を有していてもよい。これにより、蓋を開けることで本体の直胴部に挿入された集塵部を簡単に引き出したり、本体へ簡単に装着したりすることができる。

【0015】

本発明の集塵装置において、排気管の内側および外側の少なくとも一方に設けられた第２捕獲部をさらに備えていてもよい。これにより、第１捕獲部で捕獲しきれなかった煙や粉塵を第２捕獲部で捕獲することができ、排気管から排出される空気の浄化性能が高まる。

【0016】

本発明の集塵装置において、排気管の後段に設けられた吸引装置と、排気管と吸引装置との間に接続される接続管と、接続管の内部に給水する給水部と、をさらに備えていてもよい。これにより、排気管から排出された空気の湿度が高められ、空気に含まれる僅かな塵を吸引装置の手前の接続管に付着させることができる。

【0017】

本発明のレーザ加工機は、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、対象物から発生する煙や粉塵を吸引して引き込むダクトと、ダクトの途中に設けられる上記の集塵装置と、を備えたことを特徴とする。

【0018】

このようなレーザ加工機によれば、レーザ加工の際に発生した煙や粉塵を、空気を通過させるフィルタを用いることなく分離することができ、浄化された空気をフィルタによる圧力損失なく排出することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、対象物の加工により発生した粉塵等を、フィルタを用いることなく分離して除去することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】レーザ加工機の構成例を示す斜視図である。

【図2】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る集塵装置の詳細を示す図である。

【図3】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る集塵装置の詳細を示す図である。

【図4】回転気流による粉塵等の捕獲について例示する模式図である。

【図5】水膜状キャッチャを例示する透視図である。

【図6】（ａ）および（ｂ）は、液体を投入するノズルを例示する模式図である。

【図7】（ａ）および（ｂ）は、第２捕獲部を例示する模式図である。

【図8】（ａ）および（ｂ）は、第２捕獲部を例示する模式図である。

【図9】（ａ）〜（ｃ）は、第２捕獲部を例示する模式図である。

【図10】給水部を例示する模式図である。

【図11】集塵ダクトの例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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。

【0022】

（加工機の構成）
図１は、加工機の構成例を示す斜視図である。
本実施形態に係る集塵装置１は、加工機１００によって加工される対象物Ｗから発生する粉塵等を捕獲するものである。図１に示す加工機１００は、レーザ加工機である。レーザ加工機は、レーザ光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。

【0023】

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、本実施形態に係る集塵装置１と、を備える。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。

【0024】

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。

【0025】

移動ユニット１５０は、例えば門型に構成され、ステージ１２０の上方に配置される。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。

【0026】

レーザ出射ヘッド１３０は、レーザ光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の照射角度を変化させて、レーザ光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。

【0027】

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、集塵ノズル１４０は、対象物Ｗの上方に配置され、レーザ出射ヘッド１３０から出射されるレーザ光の照射範囲を取り囲むような円錐台状のフードを備える。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。

【0028】

本実施形態に係る集塵装置１は、粉塵等を吸引して引き込むダクト（粉塵等を吸引してから排出装置へ送るまでの通路）の途中に設けられる。集塵装置１は、筒型に設けられた本体１０と、本体１０の内壁面に沿って設けられた第１捕獲部２０と、本体１０の内部から外側に延出する排気管３０とを備える。なお、図１に示す集塵装置１においては、説明の便宜上、本体１０の蓋を外した状態が示される。

【0029】

この加工機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にレーザ光が照射され、レーザ光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。レーザ光の照射位置は、プログラムの処理によって、レーザ光のスキャンと、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。

【0030】

集塵装置１の後段には図示しない吸引装置が接続される。加工機１００による加工処理を行う間、吸引装置で発生され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、この吸引力によって集塵ノズル１４０で集められ、吸引ダクト１４５を介して本実施形態の集塵装置１に送られる。集塵装置１では、吸引された粉塵等を第１捕獲部２０で捕獲し、粉塵等の除去された空気を排気管３０から排気ダクト３５を介して吸引装置に排出する。

【0031】

（集塵装置の詳細）
図２（ａ）〜図３（ｂ）は、本実施形態に係る集塵装置の詳細を示す図である。
図２（ａ）には集塵装置１を斜め上方からみた斜視図が表され、図２（ｂ）には集塵装置１を側方からみた透視図が表される。図３（ａ）には集塵装置１を斜め後方からみた斜視図が表され、図３（ｂ）には集塵装置１の蓋を外した状態の斜視図が表される。

【0032】

集塵装置１の本体１０は、例えば円筒型に構成される。なお、本体１０は、多角形型であってもよい。本体１０は、ほぼ一定の内径を有する直胴部１１を有する。直胴部１１の開口端１１ｂ（本体１０の他方端）には蓋１２が着脱自在に設けられる。直胴部１１の開口端１１ｂとは反対側の後端１１ａには導入部１３が設けられる。導入部１３の導入パイプ１３１には吸引ダクト１４５が接続される。本実施形態では、集塵ノズル１４０から延びる２本の吸引ダクト１４５が導入部１３の導入パイプ１３１に接続される。

【0033】

導入パイプ１３１は、筒状の本体１０における内壁面の接線方向に延びる。２本の導入パイプ１３１のそれぞれは、内壁面の周において互いに１８０°ずれた位置で反対方向に延びるよう設けられる。

【0034】

吸引ダクト１４５から吸引された空気は、導入パイプ１３１から導入部１３に送られ、ここで回転しながら本体１０の内部に引き込まれることになる。導入部１３で回転した空気は、本体１０の内壁面に沿って旋回しながら進む回転気流となる。

【0035】

本体１０の内部には、内壁面に沿って第１捕獲部２０が設けられる。図３（ｂ）に示す例では、第１捕獲部２０として筒状キャッチャ２０１が用いられる。筒状キャッチャ２０１は、筒状に構成されたスポンジや不織布である。筒状キャッチャ２０１は、スポンジや不織布を筒状に保持するための芯材２０１ａを有する。芯材２０１ａは、例えば本体１０の内壁面に合わせた円形の針金であり、所定のピッチで複数本設けられている。

【0036】

このような筒状キャッチャ２０１が本体１０の内壁面に沿って設けられていることで、回転気流によって遠心力で外側に分離した粉塵等を筒状キャッチャ２０１のスポンジや不織布で捕獲することができる。

【0037】

排気管３０は、本体１０の内部の途中から本体１０の一方端を貫通して外部に延出している。筒状キャッチャ２０１によって粉塵等が捕獲され、浄化された空気は排気管３０を通って外部に排出されることになる。

【0038】

図４は、回転気流による粉塵等の捕獲について例示する模式図である。
導入部１３の導入パイプ１３１から本体１０の内部に空気が引き込まれると、本体１０の内部では矢印Ａに示すような回転気流が発生する。この回転気流によって空気に含まれる粉塵等は遠心分離される。遠心分離された粉塵等は本体１０の内壁面に沿って設けられた筒状キャッチャ２０１で捕獲される。

【0039】

すなわち、集塵装置１では、本体１０の内部で回転気流を発生させて、その回転気流による遠心力で外側に分離する粉塵等を、本体１０の内壁面側に押し付けられる力を利用して筒状キャッチャ２０１で捕獲する。そして、粉塵等が除去された空気は、矢印Ｂに示すように、本体１０の内部の途中、中心部分から外部に延出する排気管３０を通って外部に排出される。

【0040】

このように、本実施形態に係る集塵装置１では、空気を通過させるフィルタを用いることなく粉塵等を分離することができ、浄化された空気をフィルタによる圧力損失なく排出することができる。

【0041】

ここで、一般的に、サイクロン型の集塵機では、遠心分離した粉塵等を内壁面に沿って下方に落下させている。しかし、本実施形態に係る集塵装置１では、粉塵等を遠心分離させつつ、その遠心力を利用して第１捕獲部２０で捕獲している。このため、本体１０を下方に向けて（排気管３０の吸い込み口を下に向けて）配置する必要はなく、本体１０を水平または僅かに上方に（排気管３０の口を上に向けて）配置しても集塵可能である。また、このように本体１０を水平または上方にして配置することで、本体１０を下方に向けて配置する場合に比べ、回転気流を第１捕獲部２０に長時間接触させることができ、粉塵等の捕獲効率が高まる。

【0042】

また、集塵装置１では、本体１０の内壁面に沿って第１捕獲部２０が設けられていることで回転気流の空気抵抗は生じるものの、排気管３０と第１捕獲部２０との間における空気の流れによって回転気流を発生させることは可能である。通常のサイクロン型の集塵機とは異なり、遠心分離させた粉塵等を落下させることなく内壁面に設けられた第１捕獲部２０で捕獲するため、内壁面を滑らかにしておく必要はない。なお、筒状キャッチャ２０１の芯材２０１ａの形状を内壁面に合わせた円形にしておくことで、この芯材２０１ａに沿って空気が回転しやすくなり、回転気流の発生を促すことができる。

【0043】

また、集塵装置１の本体１０をほぼ水平に配置することで、蓋１２を外して直胴部１１から筒状キャッチャ２０１を水平方向に引き出すことで容易に取り出すことができ、メンテナンス性を向上させることができる。

【0044】

また、蓋１２は、透光性を有する材料によって構成されていてもよい。これにより、蓋１２を閉めた状態であっても本体１０の内部の状況を把握しやすくなる。さらに、本体１０の内部に照明（ＬＥＤ等）を設けてもよい。照明によって本体１０の内部に設けられた第１捕獲部２０の様子を把握しやすくなる。この際、本体１０の一部（例えば、直胴部１１の一部）に透光性を有する部分を設けてもよい。これにより、本体１０の内部の照明から光を照らし、第１捕獲部２０を介して本体１０の外部にどの程度漏れるかによって、第１捕獲部２０の汚れ具合を把握することができる。

【0045】

本実施形態に係る集塵装置１のように、本体１０の内部における回転気流の外側にあたる内壁面に沿って第１捕獲部２０を配置することで、粉塵等を捕獲しつつ、浄化された空気はフィルタによる圧力損失を受けることなく排出される。つまり、第１捕獲部２０に粉塵等が捕獲されても、浄化された空気の流路には影響を与えないため、集塵効率の低下を抑制することができる。

【0046】

特に、対象物Ｗの材料によっては、加工によって対象物Ｗから発生する粉塵等に粘性の高い煙やヤニが含まれていることもある。このような粉塵等であっても第１捕獲部２０でしっかり捕獲できるとともに、第１捕獲部２０での目詰まりとは関係なく浄化された空気を排気管３０へ導くことができる。したがって、排気管３０および排気ダクト３５の後段に吸引装置のフィルタが設けられていても、このフィルタの目詰まりによる負荷を軽減できるとともに、交換頻度を長くすることが可能になる。

【0047】

（水膜状キャッチャ）
図５は、水膜状キャッチャを例示する透視図である。
本実施形態に係る集塵装置１の第１捕獲部２０として、筒状キャッチャ２０１の代わりに水膜状キャッチャ２０２を用いてもよい。水膜状キャッチャ２０２は、本体１０の内部の回転気流によって内壁面に形成される液体の膜である。

【0048】

水膜状キャッチャ２０２を構成するには、本体１０の内部に水等の液体を一定量貯めておき、この状態で吸引を行って回転気流を発生させる。これにより、貯めておいた液体が回転気流によって筒状の本体１０の内壁面に回転しながら拡がり、液体の膜を構成する。液体の膜（水膜状キャッチャ２０２）は、気流に合わせて本体１０の内部を回転移動していく。

【0049】

このように、円筒状の本体１０の内部に液体の膜を張った様な状態となり、比重の重い粉塵や煙は液体の膜に押し当られ、液体に捕捉される。筒状の本体１０の内部に張られた液体の膜は、吸引を停止すると本体１０の下方に集まるため、粉塵等を吸収して汚れた液体は、本体１０の下方に設けたドレン４２より任意に排出することができる。また、排出ポンプ４２ａを使用することにより、運転中でも液体を排出することが可能になる。

【0050】

また、液体の排出にあわせ図示しないスプレーノズルや液体投入口より、新たな液体を投入することにより、液体の汚れを連続的に制御することが可能となる。また、水膜状キャッチャ２０２を用いる集塵装置１では、集塵作用によって浄化された空気を排出する際、空気に湿気を含ませることができる。したがって、この集塵装置１では、集塵効果とともに加湿効果を得ることができる。

【0051】

（液体投入ノズル）
図６（ａ）および（ｂ）は、液体を投入するノズルを例示する模式図である。
図６（ａ）には集塵装置１を後ろ側からみた斜視図が表され、図６（ｂ）には集塵装置１の透視図が表される。
ノズル４０は、例えば本体１０の導入部１３に取り付けられる。ノズル４０は、液体を例えば霧状にして噴出させる。ノズル４０から液体を投入すると、本体１０へ吸引する空気にこの液体が混入することになる。ノズル４０は、本体１０に空気を吸入する前に液体を混入できる位置に設けられていることが望ましい。例えば、導入部１３における導入パイプ１３１の直後、または集塵ノズル１４０の吸引ダクト１４５の接続部など、本体１０の内部において回転気流が発生する前の段階で液体を混入できる位置にノズル４０が配置される。

【0052】

このように、吸引した空気に液体を混入した状態で本体１０に取り入れ、回転気流を発生させることにより、空気の温度を下げると同時に湿気が高まり、液体の混ざった粉塵等の質量を大きくすることができる。これにより、たとえ小さな粉塵等であってもより効果的に遠心分離を行うことができるようになる。本体１０の内部に液体が溜まった場合には、ドレン４２から排出すればよい。

【0053】

ここで、ノズル４０から投入する液体としては、水のほか、ＶＯＣ消臭液、微酸性電解水、次亜塩素酸ナトリウム水および銀イオン水のうち選択された少なくとも１つを含んでいてもよい。これにより、加工により発生した臭気を除去することができる。

【0054】

なお、ノズル４０から液体を投入する際、第１捕獲部２０として筒状キャッチャ２０１を用いても、水膜状キャッチャ２０２を用いてもよい。筒状キャッチャ２０１を用いた場合には、湿気によって質量の増した粉塵等を効率良く捕獲できる。また、水膜状キャッチャ２０２を用いる場合には、ノズル４０から投入する液体を水膜状キャッチャ２０２として利用してもよい。

【0055】

（第２捕獲部）
図７（ａ）〜図９（ｃ）は、第２捕獲部を例示する模式図である。
図７（ａ）〜図８（ａ）では、蓋１２を開けた状態で本体１０の正面からみた模式図が表される。図８（ｂ）では、第２捕獲部６０の斜視図が表される。図９（ａ）〜図９（ｃ）では、排気管３０および第２捕獲部６０の正面図が表される。
本実施形態に係る集塵装置１において、排気管３０に第２捕獲部６０が設けられていてもよい。

【0056】

図７（ａ）に示す例では、排気管３０の内側（内壁面）に沿って第２捕獲部６０が設けられている。この第２捕獲部６０は、内筒型キャッチャ６０１である。内筒型キャッチャ６０１は、排気管３０の内壁面に沿って配置された円筒型のスポンジや不織布である。排気管３０の内側に内筒型キャッチャ６０１が設けられていることで、第１捕獲部２０で捕獲しきれず粉塵等が僅かに含まれた空気が排気管３０に吸い込まれる際に、内筒型キャッチャ６０１で空気に含まれる粉塵等を捕獲することができる。

【0057】

図７（ｂ）に示す例では、排気管３０の外側（外壁面）に沿って第２捕獲部６０が設けられている。この第２捕獲部６０は、外筒型キャッチャ６０２である。外筒型キャッチャ６０２は、排気管３０の外壁面に沿って配置された円筒型のスポンジや不織布である。本体１０の内部で発生する回転気流によって、比較的重い粉塵等は回転気流の外側の第１捕獲部２０で捕獲される。一方、第１捕獲部２０で捕獲されなかった比較的軽い粉塵等は回転気流の内側の第２捕獲部６０で捕獲される。

【0058】

なお、第２捕獲部６０として、内筒型キャッチャ６０１および外筒型キャッチャ６０２の両方を備えていてもよい。

【0059】

図８（ａ）に示す例では、排気管３０の内側に設けられる第２捕獲部６０として、放射型キャッチャ６０３が設けられている。放射型キャッチャ６０３は、排気管３０の中心部から放射状に延びる複数のキャッチャ部６０３ａを備える。図８（ａ）に示す例では、一例として、４５度間隔で８本のキャッチャ部６０３ａが設けられている。排気管３０に吸い込まれた空気は、隣り合うキャッチャ部６０３ａの隙間を通って排出される。この際、キャッチャ部６０３ａに空気が接触することで、空気に含まれる粉塵等を捕獲することができる。

【0060】

図８（ｂ）に示すように、第２捕獲部６０は、複数の放射型キャッチャ６０３を重ねた構成であってもよい。この際、複数の放射型キャッチャ６０３を、中心軸回りに少しずつ回転させながら重ね合わせるようにしてもよい。例えば、本体１０の回転気流の回転方向が正面からみて右回転になる場合、排気管３０の吸い込み口側から奥に向けて放射型キャッチャ６０３を僅かに右回転させながら重ねていく。回転角度は、キャッチャ部６０３ａの厚さに相当する角度以下にする。

【0061】

これにより、重ね合わせの方向において複数のキャッチャ部６０３ａによって捻られた壁が構成され、複数の放射型キャッチャ６０３を通過する空気に、本体１０の回転気流と同じ方向の回転が加えられる。排気管３０内での空気の回転によって、本体１０の回転気流も安定することになる。したがって、空気は本体１０から排気管３０内へ効率良く吸い込まれ、空気に含まれる粉塵等は、キャッチャ部６０３ａに接触する際に捕獲される。

【0062】

図９（ａ）に示す例では、排気管３０の内側に設けられる第２捕獲部６０として、ハニカム型キャッチャ６０４が設けられている。ハニカム型キャッチャ６０４のハニカムの大きさや個数は、排気管３０に吸い込まれる空気の圧力損失が粉塵等の捕獲量によって実質的に増加しないよう設定される。

【0063】

図９（ｂ）に示す例では、排気管３０の内側に設けられる第２捕獲部６０として、同心円型キャッチャ６０５が設けられている。同心円型キャッチャ６０５では、中心部の空気の流れを妨げにくくすることができる。

【0064】

図９（ｃ）に示す例では、排気管３０の内側に設けられる第２捕獲部６０として、スパイラル型キャッチャ６０６が設けられている。スパイラル型キャッチャ６０６では、放射方向の支柱が不要になり、空気の流れを妨げにくくすることができる。また、スパイラル型キャッチャ６０６は、外側から内側にかけて軸方向に延ばした形状になっていてもよい。

【0065】

内筒型キャッチャ６０１、放射型キャッチャ６０３、ハニカム型キャッチャ６０４、同心円型キャッチャ６０５およびスパイラル型キャッチャ６０６のような排気管３０の内側に設けられる第２捕獲部６０においては、排気管３０における空気の流路を覆うような網目の詰まったフィルタ状のものではなく、大きな流路が設けられたものである。

【0066】

ここで、排気管３０内の風量は最大２５ｍ^３／分、風速は計算値で最大５０ｍ／秒になり、稼働中の本体１０内部と大気圧との差圧は５００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度になる。したがって、排気管３０の内側に設けられる第２捕獲部６０の圧力損失は５０Ｐａ以内に設定されることが望ましい。

【0067】

一般に、排気管３０の覆うようなフィルタの圧力損失は、風量が増すのと比例して大きくなる。一方、本実施形態における第２捕獲部６０は、フィルタとは異なり、風量が変わっても圧力損失の変化は非常に小さい。また、フィルタの圧力損失は、粉塵保持容量が増えるに従い大きくなるが、本実施形態における第２捕獲部６０の圧力損失は、粉塵捕獲量が増加しても実質的に変化しない。

【0068】

本実施形態に係る集塵装置１では、本体１０の内部で発生する回転気流での遠心力を利用して粉塵等を第１捕獲部２０で捕獲する。第２捕獲部６０は、第１捕獲部２０で捕獲しきれなかった粉塵等を排気管３０の吸い込み口近傍で捕獲することができる。したがって、第２捕獲部６０は、排気管３０の吸い込み口近傍から少なくとも排気管３０の途中まで設けられていれることが望ましい。

【0069】

また、第２捕獲部６０におけるスポンジや不織布の目の粗さを、第１捕獲部２０（筒状キャッチャ２０１）におけるスポンジや不織布の目の粗さと変えるようにしてもよい。すなわち、第１捕獲部２０では比較的重い粉塵等を捕獲しやすく、第２捕獲部６０では比較的軽い粉塵等を捕獲しやすい。したがって、第２捕獲部６０の目の粗さを、第１捕獲部２０の目の粗さよりも細かくしておくとよい。同様に、第２捕獲部６０の材料を、第１捕獲部２０（筒状キャッチャ２０１）の材料と変えるようにしてもよい。

【0070】

（給水部）
図１０は、給水部を例示する模式図である。
本実施形態に係る集塵装置１において、排気管３０と吸引装置２００との間に給水部５０が設けられていてもよい。排気管３０には排気ダクト３５が接続され、その先に吸引装置２００が設けられる。吸引装置２００は、吸引装置本体２１０と、フィルタ部２２０と、吸引ポンプ２３０とが設けられる。排気ダクト３５は、排気管３０と、吸引装置２００のフィルタ部２２０に設けられた接続口２１５との間に接続される。

【0071】

給水部５０は、例えば排気ダクト３５の途中に設けられる。給水部５０は、排気ダクト３５の内部に給水する機能を有する。ここで、給水には、水のほか、ＶＯＣ消臭液、微酸性電解水、次亜塩素酸ナトリウム水および銀イオン水のうち選択された少なくとも１つを含む液体を供給することを含む。また、供給には、噴霧および放水が含まれる。給水部５０から排気ダクト３５の内部に給水することで、排気ダクト３５を通る空気の湿度が高められ、空気に含まれる僅かな塵を吸引装置２００の手前の排気ダクト３５の内壁に付着させることができる。これにより、排気ダクト３５自体がフィルタの役目を果たし、吸引装置２００に設けられたフィルタ部２２０の目詰まりによる負荷を軽減できるとともに、フィルタ部２２０の清掃や交換の頻度を長くすることが可能になる。

【0072】

排気ダクト３５の途中には、排出用ドレン（図示せず）が設けられていてもよい。給水部５０から供給した水や液体を排気ダクト３５の内部に貯めておき、溜まった水や液体を定期的に排出用ドレンから排出すればよい。

【0073】

（集塵ノズル）
図１１は、集塵ノズルの例を示す断面図である。
本願発明者は、図８に示す集塵ノズル１４０を創出し、特許に至った（特許第５７２９７３９号）。

【0074】

すなわち、この集塵ノズル１４０は、レーザ出射ヘッド１３０から出射されるレーザ光の回りを取り囲むことができる回転対称の形状を有する。集塵ノズル１４０は、レーザ光の走査エリア２１を形成するために必要な錐状の空間２３を取り囲む。

【0075】

この集塵ノズル１４０の下縁２９と対象物Ｗとの間には隙間３１が設けられ、周囲の空気を集塵ノズル１４０内へ供給する。加えて、集塵ノズル１４０の下端には、圧縮空気供給口３３が接続され、圧縮空気を集塵ノズル１４０内へ供給し、これによっても集塵ノズル１４０内に旋回流を生じさせる。

【0076】

集塵ノズル１４０のスカート部２５には吸引ダクト１４５が接続される。この吸引ダクト１４５は、スカート部２５の水平断面において接線方向へ接続し、図示しない蛇腹管などにより連通する吸引ポンプの負圧により、排気をおこなう。これにより集塵ノズル１４０内に旋回流３６を生じさせる。

【0077】

この集塵ノズル１４０によれば、集塵ノズル１４０の下縁２９と対象物Ｗとの間に設けられた隙間３１から集塵ノズル１４０内へ供給された空気４１、および、集塵ノズル１４０の下端の圧縮空気供給口３３から集塵ノズル１４０内へ供給された空気は、レーザ加工部位の近傍の空気をほぼ巻き込んで、上昇流となり、集塵ノズル１４０の回転対称の形状に沿って旋回流３６となり、回転対称の形状の接線方向へ、吸引ダクト１４５を通って排気される。さらに昇降部２７の上縁とレーザ出射ヘッド１３０との隙間３２から供給される空気４５は、下降流となって旋回流３６に合流し、吸引ダクト１４５を通って排気される。

【0078】

このような集塵ノズル１４０を用いることで、加工機１００における加工の際の粉塵等を効率良く吸引することができる。このような吸引効率の高い集塵ノズル１４０を用いた場合、通常のフィルタを用いた集塵機では、短時間でフィルタの目詰まりを起こしてしまう。そこで、本実施形態に係る集塵装置１を適用することで、粉塵等の効率のよい吸引から、目詰まりを発生させずに効果的な集塵を実現することができる。

【0079】

以上説明したように、実施形態に係る集塵装置１によれば、対象物Ｗの加工により発生した粉塵等を、フィルタを用いることなく分離して除去することが可能になる。

【0080】

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、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。

【産業上の利用可能性】

【0081】

以上のように、本発明の集塵装置１は、レーザ加工機以外の加工機１００、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、加工処理の際に煙や粉塵が発生する加工機１００に好適に利用可能である。また、図６（ａ）および（ｂ）に示す水膜状キャッチャ２０２を用いた集塵装置１の構成は、家庭用の集塵（空気清浄）および加湿装置としても利用可能である。この際、本体１０を透光性材料で構成し、回転する水膜状キャッチャ２０２にＬＥＤ等の照明で光を照らすことで、光る空気清浄加湿器としても利用することが可能である。

【符号の説明】

【0082】

１…集塵装置
１０…本体
１１…直胴部
１１ａ…後端
１１ｂ…開口端
１２…蓋
１３…導入部
２０…第１捕獲部
２１…走査エリア
２３…空間
２５…スカート部
２７…昇降部
２９…下縁
３０…排気管
３１…隙間
３２…隙間
３３…圧縮空気供給口
３５…排気ダクト
３６…旋回流
４０…ノズル
４１…空気
４２…ドレン
４５…空気
５０…給水部
６０…第２捕獲部
１００…加工機
１１０…加工機本体
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
１３１…導入パイプ
１４０…集塵ノズル
１４５…吸引ダクト
１５０…移動ユニット
２００…吸引装置
２０１…筒状キャッチャ
２０２…水膜状キャッチャ
２１０…吸引装置本体
２１５…接続口
２２０…フィルタ部
２３０…吸引ポンプ
６０１…内筒型キャッチャ
６０２…外筒型キャッチャ
６０３…放射型キャッチャ
６０３ａ…キャッチャ部
６０４…ハニカム型キャッチャ
６０５…同心円型キャッチャ
６０６…スパイラル型キャッチャ
Ｗ…対象物

【要約】

【課題】対象物の加工により発生した粉塵等を、フィルタを用いることなく分離して除去することができる加工機用の集塵装置およびレーザ加工機を提供すること。
【解決手段】本発明は、加工される対象物から発生する煙や粉塵を吸引して引き込むダクトの途中に設けられる加工機用の集塵装置であって、筒型に設けられ、吸引する空気によって内部に回転気流を発生させる本体と、本体の内壁面に沿って設けられ、回転気流によって空気から分離された煙や粉塵を捕獲する第１捕獲部と、本体の内部の途中から、本体の一方端を貫通して外部に延出する排気管と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】