発見

エアフィルターユニットの機能

ユニバーサルのエアフィルターシステムファミリーは、汚染された空気をレーザーシステムから取り除き、レーザー加工で生成された副生成物（粒子および煙霧）をろ過して取り除きます。

UAC 4000空気濾過システムの前側面図

UAC2000およびUAC4000は両方とも、排気ガスからこれらの副生成物を効果的に除去するために、4段階ろ過システム（プレフィルター、HEPAフィルターおよびデュアル炭素フィルター）を使用しています。各種センサーが各ステージを監視し、フィルター媒体の交換が必要なときにユーザーに警告します。ユニークなデュアル炭素フィルターステージで、活性炭を完全消費させ、炭素フィルターの寿命を延ばします。可変速度排気ブロワーは、粒子フィルタが消費されるにつれ一定の空気流量を維持します。UAC 2000およびUAC 4000は、ユニバーサルのレーザーシステムと通信し、レーザー材料加工でのフィルターのオンとオフを切り替え、フィルターの状態を報告します。統合COモニターは、周囲環境のCOレベルが危険なレベルになったときユーザーに警告します。

UACフィルターパスの概要

安全性の強化

豊富なセンサー群により、各ステージでのフィルター処理や、気流および周囲環境を監視します。この監視の目的は、レーザー加工のための安全な稼働環境を維持するためにフィルターシステムを適切に実行していることを確認することです。

粒子フィルターと気流センサー

圧力センサーは、各粒子フィルターの圧力差を監視し、各フィルターの消費に伴う背圧の上昇を測定することによってパフォーマンスを効率的に監視します。気流を安全な最小レベルに維持するために、気流センサーはこれらの背圧センサーと連動して、背圧の上昇に伴い気流を増加させます。エアフィルターの1つのステージが何らかの理由でブロックされた場合、気流センサーは気流が最小限度を下回ったことを検出し、レーザー加工を停止できます。これらのセンサーを一緒に使用して十分な排気を維持することにより、安全な動作環境を実現します。

煙霧フィルターセンサー

カーボンがVOC（煙霧）を捕集する吸着プロセスでは背圧が上昇しないため、カーボンフィルターステージを圧力センサーで監視することはできません。このことが、カーボンフィルターステージの状況の監視を困難にしています。一部のメーカーのフィルターシステムでは、カーボンフィルターステージの監視を行わず、カーボンフィルターが消費されるタイミングをユーザーの判断に委ねています。ユーザーに対しては、環境で悪臭がしたらカーボンフィルターを交換するよう指示しています。この方法は非常に主観的なものであるため、安全な方法とは言えません。

VOCセンサーは利用可能で、他のメーカーはこのセンサーの1つをカーボンフィルターステージの後ろにモニターとして配置しますが、このソリューションには重大な問題があります。このようなセンサーは、広範囲のVOCの存在に反応しますが、さまざまな合成物を区別することができないため、それぞれの合成物に対して異なる反応を示します。このため、センサーを較正して、レーザー加工中に生成されたさまざまなVOCの実際のレベルを測定することができません。

ユニバーサルでは、カーボンフィルターステージを監視し、前述の問題すべてに対応できる優れた方法を新たに開発しました。特許取得済みのデュアルカーボンフィルターステージには、3つのVOCセンサーを備えた2つのカーボンフィルターを使用しています。センサーは、カーボンフィルターの上流に1つ、1番目と2番目のカーボンフィルターの間に1つ、2番目のカーボンフィルターの後ろに1つ配置されています。中央センサーは、最初のカーボンステージの煙霧のブレイクスルーを検出できます。中央センサーは、最初のカーボンステージの効果を測定するために上部センサーと比較できます。上部センサーと中央センサーの煙霧のレベルが同等である場合、最初のステージは完全に消費されています。最後のカーボンセンサーでは、最初のカーボンステージでブレイクスルーが発生した後でも、2番目のステージのカーボンフィルターに引き継がれて煙霧が周囲環境に出るのを防いでいることを確認します。

他のソリューションと異なり、デュアルカーボンステージにこの3つのセンサーを配置していることで、カーボンフィルターの効果をより正確に監視すると同時に、周囲環境を煙霧から保護し、レーザー加工の安全性も高めることができます。

環境モニタリング

UACエアフィルターソリューションには、周囲環境の監視を行うための一酸化炭素センサーが組み込まれています。このセンサーは、周囲環境の一酸化炭素レベルが安全なレベルを超えた場合に、警報音を発してユーザーに警告し、レーザーシステムとの通信リンクを介してレーザー加工を停止します。これにより、一酸化炭素レベルが危険限界を下回るまで一酸化炭素がさらに生成されることを防ぎ、オペレーターの安全性を確保します。

投資利益率の改善

ユニバーサルエアフィルターシステムは、大容量のフィルターステージを備えており、大量のレーザー加工向けに設計されています。大容量のろ材は交換にかかる費用が高額になることが多いため、ろ材を可能な限り効果的かつ効率的に使用できる設計を考えることが重要です。ユニバーサルエアフィルターシステムは、長期的に投資利益率を高めることができる2つの方法でこの問題に対応しています。

粒子フィルター

粒子フィルターとは、粒子を通さないサイズの細孔を備えたバリアメディアに汚染された空気を流すことによって粒子を捕集する機械的なバリアプロセスを指します。粒子フィルターは、大部分の細孔に粒子がつまり、汚染された空気がメディアを通過できなくなったときに完全に消費された状態と言えます。

HEPAフィルターメディアは通常、2番目の粒子フィルタープロセスステージで使用され、0.3µmまでの非常に細かい粒子を捕集します。このタイプのメディアは非常に細かい構造になっているため、細孔のサイズより大きな粒子で汚染されやすくなっています。大抵の場合、前処理フィルターは大きめの粒子を捕集して、可能な限りHEPAフィルターの寿命を延ばすために使用されます。UACフィルターシステムで使用される大容量の前処理フィルターは比較的安価です。プリーツバッグ構造を使用しているため表面積が大きく、大きい粒子を効率的に捕集します。前処理フィルターを使用するとHEPAフィルターの寿命が延びるため、粒子フィルターサブシステムのコスト効率が改善されます。

煙霧フィルター

煙霧フィルターステージで使用されるカーボンろ材は、この市場区分の典型的なフィルターソリューションの中で最も高価なろ材です。カーボンろ材は、バリアプロセスを使用して煙霧を捕集しません。代わりに、カーボンに吸着している間にVOCをカーボンろ材に曝す必要がある、吸着と呼ばれるボリュームフィルタープロセスを使用します。通常、大きな表面積と定義済みの厚さを持つカーボン層は、汚染された空気の速度を低下させ、吸着が効果的に行われるようにVOCをカーボンろ材の中で一定時間滞留させるために使用されます。吸着はカーボン層の前縁で始まり、前縁のカーボンろ材がVOCを捕集していくにつれて、カーボンが浸透し、それ以上VOCを捕集できなくなります。プロセスを続行すると、さらに深い層のカーボンがVOCを吸着し始めます。カーボンの消費は、層の前縁から後縁へと進行します。残念ながら、カーボン層を通過する気流やカーボンろ材自体の有効性にはバラツキがあるため、カーボンは、層の上から下まで均等に消費されません。大抵の場合、カーボンろ材が完全に消費される前に、層の一部で煙霧のブレイクスルーが発生します。ユニバーサルの科学者が実施したテストでは、下の図に示すようなブレイクスルーが発生したとき、典型的なカーボンフィルター層のカーボンの1/3は完全に消費されていませんでした。

上部炭素層での煙霧ブレークスルー地点で消費されていない炭素を示す図

通常、他のメーカーの製品に見られるシングルステージの炭素フィルター溶液内でブレークスルーが発生すると、煙霧が周囲環境に流入し始めます。結果、かなりの量の炭素が依然として完全消費されていなくても、通常この時点で、ユーザーは炭素フィルター交換を指示されます。ユニバーサルのエアーフィルターシステムの特許取得済みのデュアル炭素フィルターステージでは、この問題を考慮し、第一層の後に第二の炭素層を設置しているため、第一層の炭素フィルター媒体が完全に消費しても、周囲環境に煙霧が入らないように第二層で防ぎます。さらに、前章で説明した独自のセンサー方式で、システムが完全消費した時を確実に判断するための、第1ステージの消費量を測定することができます。

このデュアル炭素ステージ設計のもう1つの利点は、両方の炭素フィルターステージに対して同じフォームファクターを使用することによって実現します。これにより、部分的に消費された第2フィルタステージを第1のステージ位置に移動させ、第2のステージに以前存在した炭素を完全消費させるために第2のステージ位置に新しいフィルタを配置します。この独占技術を使うことで、ユーザーはユニバーサルの空気濾過ユニットの炭素フィルター交換時期に確証を持つことができ、媒体は常に完全消費され、時間とともの炭素媒体に対する最大の投資回収効果も生まれます。

ユーザーエクペリエンスの向上

レーザー加工に合ったソリューションをユニバーサルで提供可能にしているモジュラーコンポーネントのエコシステムの一部として、ユニバーサルエアフィルターユニットは、ユニバーサルのレーザーシステムと通信できるように設計されています。これにより、レーザーシステムはレーザー加工のフィルター機能をオンまたはオフに切り替えることができ、フィルターユニットの負荷と消耗を長期的に軽減できます。さらに、この通信リンクにより、フィルターシステムのあらゆる点の状況についてレーザーシステムとやり取りできるため、ユーザーエクスペリエンスを向上できます。この情報は、レーザーシステムを運転しているソフトウェアユーザーインターフェイスに直接表示できます。フィルターの寿命が近づくと警告メッセージが表示され、ユーザーに交換フィルターを注文する時期であることを知らせます。フィルターシステムがつまることによる気流不足、フィルター寿命の到来、周囲環境の一酸化炭素レベルの上昇など、何らかの理由で安全な動作環境が維持できない場合にも警告が表示され、レーザー加工が停止します。

業界トップクラスの防音技術により、ユーザーエクスペリエンスはさらに向上しています。レーザー加工による副生成物を効率的に除去およびろ過するのに十分な気流を提供するには、高性能の送風機が必要です。市場の他のフィルターシステムでは、騒音レベルの高さが共通の課題とされています。ユニバーサルのエンジニアは、ユニバーサルエアフィルター製品の設計にあたって騒音の制御に注力しており、周囲の騒音レベルにほとんど影響を及ぼさず、レーザーシステムに隣接して設置できるほどの非常に静かなソリューションを開発しています。

施設の必要性を緩和

ユーザーがレーザー加工技術の導入を検討する場合は、通常、設置場所を調査し、レーザー加工を行う機器をその施設に設置できることを確認します。コストのかかる影響の1つは、適切に構成された排気の設置です。適切なサイズの排気送風機を施設の外に設置してレーザーシステム内部への適切な配管を行うために、請負業者に依頼する必要があります。ユニバーサルエアフィルターシステムは、適切な換気が行われる作業エリアの外部排気のニーズに代わるものであるため、施設への影響を抑え、総所有コストを削減できます。

高い信頼性と有用性

ユニバーサルフィルターシステムには、高い有用性と信頼性を実現するための設計上の利点がいくつかあります。

フィルター交換

フィルター交換は、ユニバーサルエアフィルターシステムの前面にある便利なドアから実施できます。手で開けられる仕組みが利用され、密閉されていてもすべてのフィルターステージを開けることができるため、ツールは必要ありません。各フィルターステージは、最も重いろ材のカーボンフィルターでも11kgほどで、オペレーターが1人でも交換できるように設計されています。一方、他社製品のフィルターステージは27kg以上です。これが、カーボンを2つの層に分割するデュアルカーボンステージ設計のもう1つの利点であり、各フィルターの重量を抑えながら、組み合わされた2つのステージの両方で効果的なフィルター性能を発揮します。

クリーニング

大きな粒子は、多くのレーザー加工用途において大量の副生成物を生み出す元となっており、副生成物流路の構成要素となっています。フィルターシステムのケアや保守のために定期的なクリーニングが必要となるのは、主にこのことが原因です。この大きな粒子のほとんどは、前処理フィルターステージで捕集できます。このため、ユニバーサルエアフィルターシステムの前処理フィルターステージの設計では、ユーザーにとってクリーニングが可能な限り簡単になるように多くの注意が払われています。前処理フィルターは、交換用前処理ろ材が取り付けられているときのクリーニングをサポートするために、システムから簡単に取り外すことができるボックスに接続されています。すべての重粒子はこの取り外し可能ボックスに捕集されるため、エアフィルターシステムの他の部分は比較的クリーンな状態を保つことができます。このため、システム全体の保守に必要な作業が減ります。

送風機

市場の一部のフィルターソリューションにおけるコストを削減する一般的な方法は、長時間使用した後で電気整流ブラシの交換を必要とするようなブラシ式送風機の使用です。多くの場合、このタイプの送風機では大がかりな分解が必要です。それに対して、ユニバーサルエアフィルターシステムでは、信頼性の高いブラシ不要の送風機を使用しているため、長期間メンテナンスを行わなくても稼動させることができます。