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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024066755
(43)【公開日】2024-05-16
(54)【発明の名称】金属ヒューム回収装置
(51)【国際特許分類】
   B23K 9/32 20060101AFI20240509BHJP
   B23K 9/29 20060101ALI20240509BHJP
   B03C 3/38 20060101ALI20240509BHJP
   B03C 3/40 20060101ALI20240509BHJP
   B03C 3/45 20060101ALI20240509BHJP
【FI】
B23K9/32 J
B23K9/29 J
B03C3/38
B03C3/40 C
B03C3/45 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022176413
(22)【出願日】2022-11-02
(71)【出願人】
【識別番号】309007818
【氏名又は名称】友信工機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098936
【弁理士】
【氏名又は名称】吉川 晃司
(74)【代理人】
【識別番号】100098888
【弁理士】
【氏名又は名称】吉川 明子
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 博幸
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 瑞高
【テーマコード(参考)】
4D054
4E001
【Fターム(参考)】
4D054AA09
4D054BA01
4D054BA17
4D054BA19
4D054BC01
4D054BC21
4E001LD07
(57)【要約】
【課題】既存の装置では、金属ヒュームの回収率、メンテナンスや後処理の負担と言った面から、不満の残るものであった。
【解決手段】溶接作業の際、金属ヒューム回収装置1を作動させると、放電が起こり、空気がイオン化してプラズマ気流(P)が発生する。このプラズマ気流(P)は回収フード15の受入れ口(IN)から内部に入り込み、旋回流になる。自由電子(e)は浮遊している溶接ヒューム(F)に効率良く付着して帯電させて、粗粒子への凝集が促進される。また、旋回流に乗ることで凝集して粗大化した溶接ヒューム(F)は静電的に吸い寄せられると共に遠心力の作用を受けて回収フード15の内面に付着して回収される。単純な構成ながら、このようなイメージのメカニズムにより、溶接ヒューム(F)の実効的な回収率を高めることができる。また、メンテナンスや後処理の負担も軽減できる。
【選択図】 図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ気流発生部と、トーチに取り付けられ、前記トーチの先端とワークとの間を囲うと共に、前記プラズマ気流発生部の発生方向に対しては開口した導電性の回収フードを備え、
前記回収フード内では前記プラズマ気流発生部で発生したプラズマ気流が旋回しながら、前記トーチの先端と前記ワークとの間で発生し滞留している金属ヒュームを帯電させ、前記回収フードの内面に静電付着させて回収することを特徴とする金属ヒューム回収装置。
【請求項2】
請求項1に記載した金属ヒューム回収装置において、
回収フードは、プラズマ気流の入り込み方向に向かって隅部が形成されていることを特徴とする金属ヒューム回収装置。
【請求項3】
請求項2に記載した金属ヒューム回収装置において、
回収フードは、天面部と前面部と底面部と左右の側面部で角箱状に構成されて後側が開口していることを特徴とする金属ヒューム回収装置。
【請求項4】
請求項3に記載した金属ヒューム回収装置において、
底面部は天面部よりも前後方向の長さ寸法が短くなって、その後縁に低く立ち上がった返し部が連なっており、それに伴って左右の側面部は角状に切り欠かれていることを特徴とする金属ヒューム回収装置。
【請求項5】
請求項1から4のいずれかに記載した金属ヒューム回収装置において、
回収フードの内面は接地されたアルミで構成されていることを特徴とする金属ヒューム回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アーク溶接等の際に生じる金属ヒュームを回収するのに適した金属ヒューム回収装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
アーク溶接等の際には、母材等の金属が沸点を超えて加熱され、その蒸気が凝縮して非常に細かい粒子(固体粒子)になって、金属ヒュームが形成される。この金属ヒュームは周囲に飛散する。この金属ヒュームは中毒性のある有害物質であり、作業者が吸引すると体内で蓄積されて健康被害を引き起こす恐れがある。
そのため、飛散防止対策が採られている。典型的なものの一つは、特許文献1に記載のようなブロア吸引式のものであり、金属ヒュームをブロアで吸引してフィルタで回収する。しかしながら、このタイプでは、金属ヒュームの回収率が低い。また、フィルタは使い捨てで交換するので、ランニングコストも負担になる。
もう一つは、特許文献2に記載のようなミスト接触式のものであり、金属ヒュームをミストと接触させて回収する。しかしながら、このタイプでは汚泥が発生するので、この汚泥処理にコストが掛かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平10-263826号公報
【特許文献2】特許第6214734号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記したように、既存の装置では、いずれにしても、金属ヒュームの回収率、メンテナンスや後処理の負担と言った面から、不満の残るものであった。
【0005】
本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、プラズマの自由電子が金属ヒュームに付着して帯電させるアイデアを利用して構造的に工夫を凝らすことで、単純な構成ながら、金属ヒュームの回収率を高めつつ、メンテナンスや後処理の負担も軽減できる、新規且つ有用な金属ヒューム回収装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を達成するために、本発明は、プラズマ気流発生部と、トーチに取り付けられ、前記トーチの先端とワークとの間を囲うと共に、前記プラズマ気流発生部の発生方向に対しては開口した導電性の回収フードを備え、前記回収フード内では前記プラズマ気流発生部で発生したプラズマ気流が旋回しながら、前記トーチの先端と前記ワークとの間で発生し滞留している金属ヒュームを帯電させ、前記回収フードの内面に静電付着させて回収することを特徴とする金属ヒューム回収装置である。
好ましくは、回収フードの内面は接地されたアルミで構成されている。
【0007】
好ましくは、回収フードは、プラズマ気流の入り込み方向に向かって隅部が形成されている。
より好ましくは、回収フードは、天面部と前面部と底面部と左右の側面部で角箱状に構成されて後側が開口している。
更に好ましくは、底面部は天面部よりも前後方向の長さ寸法が短くなって、その後縁に低く立ち上がった返し部が連なっており、それに伴って左右の側面部は角状に切り欠かれている。
【発明の効果】
【0008】
本発明の金属ヒューム回収装置によれば、単純な構成ながら、金属ヒュームの実効的な回収率を高めつつ、メンテナンスや後処理の負担も軽減できる。
また、本発明の金属ヒューム回収装置は、アークを発生させるトーチを移動させてもその移動に追従して金属ヒュームを常時狭い領域に閉じこめながら回収できるので、移動ストロークの長い処理装置、例えばアーク溶接装置にも上手く対応できる。
更に、既存の処理装置、例えばアーク溶接装置に後付けで簡単に設置できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の実施の形態に係る金属ヒューム回収装置の斜視図である。
図2図1の金属ヒューム回収装置の縦断面図である。
図3図1の回収フードの斜視図である。
図4図1の回収メカニズムのイメージ図である。
図5図4の回収フード部分の拡大イメージ図である。
【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金属ヒューム回収装置1を、図面に従って説明する。
図1図2に示すように、この金属ヒューム回収装置1は、既存のアーク溶接装置21にアダプターとして後付けで設置したものである。
アーク溶接装置21は、典型的なものであり、溶接トーチ23の基端に取付けられたトーチ側ケーブル25とワーク(母材)側ケーブル27を本体(図示省略)に接続したもので構成されており、溶接トーチ23を溶接したいワーク(W)(=母材)に軽く接触させて通電させ、その後離してアークを発生させて、これを熱源としてワーク(W)を溶融させ一体的に接合するようになっている。
【0011】
このアーク溶接装置21では、フレーム状の基台29に横架された梁状部31がワーク(W)の支持部になっており、ワーク(W)が載せられて持ち上げ支持されている。このワーク(W)の溶接したい部位は横架方向上側で長く延びており、溶接トーチ23を横架方向に沿って移動しながら溶接することになる。溶接トーチ23はロボットのマニピュレータに取付けられており、ロボットの動きによって上記した移動しながらの溶接が実現されている。
【0012】
上記した構成のアーク溶接装置21に対して後付けで、金属ヒューム回収装置1が設置されている。
基台29の左右両側でそれぞれ上方に向かって突出したフレームには、一対の平板状のブラケット3が板面どうしを左右方向で対向させた状態で取付けられている。ブラケット3は後方に向かって張り出しており、そこに絶縁性の保護パイプ5が横架支持されている。この保護パイプ5には、軸方向に沿って一定の間隔をあけて貫通穴5a、5a、5aが直列に配置した状態で形成されている。この貫通穴5a、5a、5aは、前方を向いている。梁状部31の斜め上方に保護パイプ5が並列した状態になっている。
【0013】
保護パイプ5は軸方向一端側が閉じ、他端側が開口しており、その開口側から、棒状電極(図示省略)が挿入されている。この棒状電極には電極側ケーブル7が連結されている。ブラケット3のうち保護パイプ5の軸方向他端側が突き当たるブラケット3には連通穴が形成されており、この電極側ケーブル7はブラケット3の連通穴を抜けて外方に引き出されている。電極側ケーブル7は高電圧電源(図示省略)に接続されており、棒状電極に放電用に高電圧が供給されるようになっている。
棒状電極には、一定の間隔をあけて針状の放電極9、9、9が取付けられている。この放電極9、9、9はそれぞれ貫通穴5a、5a、5aを貫通して外に突き出ており、各放電極9は斜め下方に向かって延びている。
プラズマ気流発生部11は上記のように構成されている。
【0014】
ブラケット3の後縁には、保護カバー13が固定されている。この保護カバー13は平板を折り曲げた形状になっており、横長長方形の背面部13aが主部になっている。この背面部13aは下方に向かうほど前方に近づくように傾斜している。この背面部13aの上下の縁側は前方に向かって折り返されており、上側では二段階で折り曲げられて上方に向かって凸になった三角形状の天面部13bになっている。また、下側では一段折り曲げられて前方に向かって傾斜した底面部13cになっている。
背面部13aの上部にブラケット3が固定されており、背面部13aと天面部13bで保護パイプ5を後側から回り込んで囲んでいる。
また、背面部13aと底面部13cで梁状部31を後側から囲っている。
【0015】
符号15は回収フードを示す。図3で詳細に示すように、この回収フード15は天面部15aと前面部15bと底面部15cと左右の側面部15e、15eで角箱状に構成されて後側が全面的に開口している。但し、底面部15cは天面部15aよりも前後方向の長さ寸法が短くなっており、その後縁に垂直に低く立ち上がった返し部15dが連なっている。この底面部15c側の形状に伴って、左右の側面部15e、15eは後方下側が四角状に切り欠かれて凹角縁15f、15fになっている。
回収フード15は耐熱樹脂製の本体の外面がアルミ箔で覆われている。このアルミ箔にはアース側ケーブルが接続されて接地されており、回収フード15の内面はアースされている。
【0016】
回収フード15の天面部15aの中心に形成された貫通穴から回収フード15内に溶接トーチ23が貫入されて固定されている。溶接トーチ23は垂下された姿勢になっており、その先端23aは返し部15dの上端より上方の位置にくるように調整されている。
溶接の際には、溶接トーチ23を横架方向に沿って移動するが、回収フード15は溶接トーチ23に固定されているので、溶接トーチ23に対して常に上記した位置関係になっている。
【0017】
ワーク(W)は、梁状部31に持ち上げ支持されており、回収フード15の左右の側面部15e、15eに形成された凹角縁15f、15fに梁状部31を後側から入り込ませた状態で、溶接トーチ23をワーク(W)に対向させることができる。従って、溶接トーチ23の移動中も、溶接トーチ23の先端23a側とワーク(W)との間の空間は左右両側でも実質的に閉じた状態が確保されている。
回収フード15の後側の開口はプラズマ気流の受入れ口(IN)になっている。また、回収フード15が移動し易いように、返し部15dとワーク(W)との間には、隙間(C)が作られている。
【0018】
図4図5に示すように、溶接作業の際に、溶接トーチ23の先端23aとワーク(W)との間に溶接スパッタ(S)が発生すると共に、白煙のように見える溶接ヒューム(F)も黒太矢印に示すように発生する。この溶接ヒューム(F)は多量の微小の金属粒子(M)が空気中に浮遊したものである。
この溶接作業の際、金属ヒューム回収装置1を作動させると、放電極9と回収フード15との間で放電が起こり、空気がイオン化してプラズマ気流(P)が発生する。このプラズマ気流(P)はアース側である回収フード15に引き寄せられてそこに向かう流れが形成される。この流れは非常に軽い自由電子(e)により主に形成されている。
【0019】
プラズマ気流(P)は、回収フード15の受入れ口(IN)から内部に入り込む。回収フード15の内部では内面に当たって気流の進路が規制されて、プラズマ気流(P)は矢印に示すように旋回流になる。
回収フード15内では溶接ヒューム(F)が、プラズマ気流(P)の勢いに抗して大きな受入れ口(IN)から外に逃げることができず滞留しており、自由電子(e)はこの狭い空間で大量に浮遊している溶接ヒューム(F)に効率良く付着して帯電させる。溶接ヒューム(F)は帯電することで、粗粒子への凝集が促進される。凝集して粗大化した溶接ヒューム(F)は回収フード15の内面に静電的に吸い寄せられると共に、旋回流に乗ることで遠心力の作用を受けて回収フード15の内面に向かう方向に付勢されており、内面に効率良く付着して回収される。
【0020】
回収フード15の内部には、天面部15aと前面部15bの間に隅部16Aが形成され、前面部15bと底面部15cの間にも隅部16Bが形成されている。 この隅部16A、16Bは、プラズマ気流(P)が回収フード15内へ入りこんでいくときの先方に位置している。
受入れ口(IN)から入ってきたプラズマ気流(P)で回収フード15内には大きな主旋回流が形成されるため、隅部16A、16Bでは負圧になり、矢印に示すように主旋回流と同回りの小さな副旋回流が形成される。この副旋回流の領域では、粗粒子への凝集がより促進される。そのため、より効率良く凝集して粗大化した溶接ヒューム(F)が回収フード15の内面に付着して回収される。特に、隅部16B側には返し部15dが対向しているので、大きな負圧が形成される。そのため、この凹条部位が最も効率良く溶接ヒューム(F)を回収できる部位になっている。
【0021】
上記したように、天面部15aや前面部15bの中間部分では主旋回流が主に作用して、比較的細かい段階の溶接ヒューム(F)がヤニ等を随伴して付着するので黒い点が点在した金属色になるが、隅部16A、16Bではかなり粗大化した段階の溶接ヒューム(F)が付着するので、混じりの少ない金属色になっている。
溶接中はプラズマ気流(P)が勢い良く常時回収フード15内に入り込んでいるが、旋回流になるので、隙間(C)には、矢印に示すように、回収フード15の内部に空気が吸い込まれる方向に空気流が発生する。従って、この隙間(C)からの溶接ヒューム(F)の通り抜けは阻止される。
なお、プラズム気流(P)において自由電子(e)を乗せていた空気は、受入れ口(IN)の口縁側から抜けていくので、プラズム気流(P)は常時回収フード15内に供給され続けることが可能になっている。
【0022】
この金属ヒューム回収装置1を実機化する際には、被処理物に応じて、プラズマ気流発生部1と回収フード15との距離や、回収フード15のサイズ、プラズム気流(P)の強さなどが最適設定されることになる。
金属ヒューム回収装置1では、単純な構成ながら、上記したようなイメージのメカニズムにより、溶接ヒューム(F)の実効的な回収率を高めることができる。また、メンテナンスや後処理の負担も軽減できる。
本発明の金属ヒューム回収装置1は、アークを発生させるトーチを移動させてもその移動に追従して溶接ヒューム(F)を常時狭い領域に閉じこめながら回収できるので、移動ストロークの長い処理装置、例えばアーク溶接装置にも上手く対応できる。
更に、既存の処理装置、例えばアーク溶接装置に後付けで簡単に設置できる。
回収フード15の内面には溶接ヒューム(F)が付着されて蓄積されていくが、アルミ箔を張り替えたり、有機溶剤で拭き取ったりすることで繰り返しの使用が可能になっている。
【0023】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。
例えば、回収フード15は、全体をアルミ材等の導電材で形成しても、また耐熱性を考慮して本体をセラミックで形成して導電材を被覆させてもよい。
また、回収フード15は、上記したように隅部16A、16Bを備えたものが好ましいが、全体の形状やサイズは、溶接や溶断等の処理対象となるワーク(W)の全体形状や処理部位に応じて適宜最適化すべきであり、このような最適化は本発明の範囲に含まれる。
更に、アーク溶接の場合には、消耗電極式と非消耗電極式があり、更に、ガスシールド方式があるなど、種々の種類があるが、本発明の金属ヒューム回収装置はこのようなワーク(W)の処理方式が何であれ、後付けで設置できる。
【符号の説明】
【0024】
1…金属ヒューム回収装置
3…ブラケット 5…保護パイプ 5a…貫通穴
7…電極側ケーブル 9…放電極 11…プラズマ気流発生部
13…保護カバー 13a…背面部 13b…天面部
13c…底面部 15…回収フード 15a…天面部
15b…前面部 15c…底面部 15d…返し部
15e…側面部 15f…凹角縁 16A、16B…隅部
21…アーク溶接装置 23…溶接トーチ 23a…先端
25…トーチ側ケーブル 27…ワーク(母材)側ケーブル
29…基台 31…梁状部
W…ワーク IN…受入れ口 C…隙間
S…溶接スパッタ F…溶接ヒューム M…金属粒子
P…プラズマ気流 e…自由電子
図1
図2
図3
図4
図5