JP2000170473A - Laser drilling method for ceramic structural body - Google Patents

Laser drilling method for ceramic structural body

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JP2000170473A
JP2000170473A JP10348033A JP34803398A JP2000170473A JP 2000170473 A JP2000170473 A JP 2000170473A JP 10348033 A JP10348033 A JP 10348033A JP 34803398 A JP34803398 A JP 34803398A JP 2000170473 A JP2000170473 A JP 2000170473A
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laser
rock
structural body
dross
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Withdrawn
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JP10348033A
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Japanese (ja)
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Masashi Sato
昌志 佐藤
Hidetoshi Aisaka
秀俊 逢阪
Yasuhiro Sasaki
康博 佐々木
Hiroshi Mitamura
浩 三田村
Kenji Nakai
健司 中井
Hisashi Konno
久志 今野
Kyo Sato
京 佐藤
Susumu Kobayashi
将 小林
Mitsuaki Yoshikawa
光昭 吉川
Takashi Kurosawa
隆 黒沢
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • B23K2103/52Ceramics

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress vibration and noise to the minimum extent and form a large and deep hole in a ceramic structural body by irradiating the ceramic structural body with laser beams obliquely and upward to drill the structural body. SOLUTION: Since laser beams 29 are applied obliquely and upward to a ceramic structural body, for example, a rock bed part 2, a hole 3 formed in the ceramic structural body 2 on the side close to an opening part is positioned at a lower position so that melted dross 35 of a ceramic substance caused due to irradiation of the laser beams 29 flows down toward the opening part 36 by its self-weight. As a result, since an innermost part (the deepest part or hole tip) of a hole 3 to be drilled in succession is exposed to the laser beams 29 over substantially whole diameter of the hole 3, it is possible to progress hole drilling surely. A part of a rock formation substance heated by the laser beam 29 is evaporated and is dissipated as an evaporated substance 39. Consequently, it is possible to drill a deep hole which has a large diameter and makes it difficult to neglect a flow of dross.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームを用
いた穿孔(穴明)方法に関し、より詳しくは、セラミッ
ク構造体のレーザ穿孔方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drilling method using a laser beam, and more particularly, to a laser drilling method for a ceramic structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】道路や公共構造物や民家などに隣接する
地域において、岩や岩石等が落下する危険性がある場
合、これを事前に安全に取り除くためには、従来、削岩
機などによる機械的な工法が用いられている。
2. Description of the Related Art When there is a risk of rocks and rocks falling in an area adjacent to a road, a public structure, a private house, or the like, in order to safely remove the rocks and rocks in advance, a rock drill or the like is conventionally used. A mechanical construction method is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械的
な工法では、衝撃等を伴うので、騒音の発生を避け難い
だけでなく、打撃等の衝撃に伴う振動により岩石内の未
知の亀裂等が増大して意図しない崩壊ないし崩落などを
生起させる虞がある。また、機械的な工法では、切削や
打撃等の荷重の付与・支持のために大掛かりな装置や重
量物が不可欠であるけれども、崖の上などの高所への機
材の搬送が困難である。機械的な工法では、落下の虞の
ある岩や岩石等に接触状態で機械的荷重をかける必要が
あるから、危険箇所に近接した場所に人が近づかざるを
得ない。
However, mechanical methods involve impacts and the like, so that not only is it difficult to avoid noise, but also unknown cracks and the like in rocks increase due to vibrations caused by impacts such as impacts. Unintentional collapse or collapse may occur. Further, in the mechanical construction method, a large-scale device and a heavy object are indispensable for applying and supporting a load such as cutting and hitting, but it is difficult to transport the equipment to a high place such as a cliff. In the mechanical construction method, it is necessary to apply a mechanical load in contact with a rock, a rock, or the like, which is likely to fall, so that a person is forced to approach a place close to a dangerous place.

【0004】なお、機械的な工法に伴う振動や騒音を避
けるべく、大出力のレーザ光を光ファイバで掘削部位に
導いて、レーザ光による熱エネルギで掘削を行うことも
提案されている(特開平9−242453号公報)。
[0004] In order to avoid vibration and noise caused by a mechanical construction method, it has also been proposed to conduct high-power laser light to an excavation site with an optical fiber and perform excavation using thermal energy by the laser light (particularly). JP-A-9-242453).

【0005】しかしながら、この提案は、沃素レーザの
ような大出力レーザ発振器からのレーザ光を用いるとい
うアイデアにとどまる。すなわち、本発明者らが、岩石
に穿孔すべく大出力のレーザビームを岩石表面に照射し
たところ、向きによっては、穿孔部の岩石の溶融の結果
生じた溶融ドロスが堆積・固化してガラスドロスとなっ
て、孔内へのレーザビームの照射を妨げ、大きく深い孔
を効率的に明けることは実際上容易でないことがわかっ
た。
However, this proposal is limited to the idea of using laser light from a high-power laser oscillator such as an iodine laser. That is, when the present inventors irradiate the rock surface with a high-power laser beam to pierce the rock, depending on the direction, the molten dross resulting from the melting of the rock in the pierced portion is deposited and solidified to form a glass dross. Thus, it was found that it is practically not easy to prevent the laser beam from being irradiated into the hole and efficiently drill a large and deep hole.

【0006】本発明は、前記諸点に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、振動や騒音などを最
小限にして、セラミック構造体に大きく深い孔を明け得
るセラミック構造体のレーザ穿孔方法を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a laser of a ceramic structure capable of forming a large and deep hole in the ceramic structure while minimizing vibration and noise. It is to provide a perforation method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によるセラミック
構造体のレーザ穿孔方法は、前記した目的を達成すべ
く、セラミック構造体に対してレーザビームを斜め上向
きに照射して該構造体に穿孔することからなる。
In order to achieve the above object, a laser drilling method for a ceramic structure according to the present invention irradiates a laser beam obliquely upward on a ceramic structure to drill the ceramic structure. Consisting of

【0008】本発明のレーザ穿孔方法では、セラミック
構造体に対してレーザビームを斜め上向きに照射するの
で、セラミック構造体に形成される孔は開口部に近い側
ほど下方に位置するから、レーザビームの照射によって
生じたセラミック物質の溶融ドロスが開口部に向かって
自重で流下し得る。その結果、引き続いて穴明(穿孔)
されるべき孔の最奥部(最深部ないし孔先端)が該孔の
径のほぼ全体にわたってレーザビームに露出され得るか
ら、穿孔を確実に進行させ得る。従って、ドロスの流れ
を無視し難い大径の孔を深く明け得る。
In the laser drilling method according to the present invention, the laser beam is radiated obliquely upward to the ceramic structure, so that the hole formed in the ceramic structure is located closer to the opening, so that the laser beam is located lower. The molten dross of the ceramic substance generated by the irradiation of the material may flow down toward the opening by its own weight. As a result, drilling (perforation) continues
Since the innermost part (the deepest part or the tip of the hole) of the hole to be formed can be exposed to the laser beam over almost the entire diameter of the hole, the drilling can be reliably advanced. Therefore, a large-diameter hole that is difficult to ignore the dross flow can be drilled deeply.

【0009】なお、本発明の穿孔方法は、レーザビーム
のエネルギを用いた熱によってセラミック物質を溶融・
流動及び蒸発・放散させることにより穿孔を行うもので
あるから、本質的に非接触で、騒音や振動などは実際上
発生せず、機械的な工法の場合とは異なり、機械的加工
荷重を支える重量物なども要しない。
[0009] In the perforation method of the present invention, the ceramic material is melted by heat using the energy of the laser beam.
Perforation is performed by flowing, evaporating and dispersing, so it is essentially non-contact, does not actually generate noise or vibration, and supports the mechanical processing load unlike the mechanical construction method There is no need for heavy objects.

【0010】この明細書において、「セラミック構造
体」とは、山肌の岩(または岩石)や岩壁を形成してい
る岩(又は岩石)のような自然の構造物の一部となって
いるもの(岩)と、ビルの耐震補強工事に使用されるコ
ンクリート製の柱や橋脚のようなコンクリート製の人工
の構造物との両方を含む。ここで、「コンクリート製構
造物」は、いわゆる鉄筋コンクリートのような複合材又
は異種材料の混合物を含む。なお、この明細書におい
て、「岩盤」、「岩」及び「岩石」は、巨大な石を含む
意味でほぼ同義に用いているが、文脈によっては、
「岩」は「岩石」よりも大きいものを指し、「岩盤」は
「岩」よりも大きいものを指す。総称するときは、主と
して、「岩」という。
In this specification, a "ceramic structure" is a part of a natural structure such as a rock on a mountain surface (or a rock) or a rock (or a rock) forming a rock wall. Includes both objects (rocks) and man-made concrete structures, such as concrete columns and piers, used in seismic retrofitting of buildings. Here, the “concrete structure” includes a composite material such as so-called reinforced concrete or a mixture of different materials. In this specification, “rock”, “rock” and “rock” are used almost synonymously in the sense that they include huge stones, but depending on the context,
“Rock” refers to something larger than “rock”, and “rock” refers to something larger than “rock”. When referred to collectively, it is mainly referred to as "rock."

【0011】セラミック構造体が自然の構造物を構成す
る岩からなる場合、その岩の内部の亀裂の存在や分布を
正確には捕え難いことが少なくないけれども、本発明の
方法では、岩に振動等を与えないので該亀裂を拡げる虞
がなく不測の崩落事故を招く虞が少ない。また、岩を構
成するセラミック物質の熱伝導度が低いから、レーザビ
ームによる穿孔部の加熱は局所加熱になり、穿孔部から
離れた周辺部に新たな熱応力を生じさせることなく穿孔
し得る。
In the case where the ceramic structure is made of rock constituting a natural structure, it is often difficult to accurately detect the existence and distribution of cracks inside the rock. Since no cracks are given, there is no risk of spreading the cracks, and there is little risk of accidental collapse. Further, since the thermal conductivity of the ceramic material constituting the rock is low, the heating of the perforated portion by the laser beam becomes local heating, and the perforated portion can be perforated without generating new thermal stress in a peripheral portion away from the perforated portion.

【0012】セラミック構造体が鉄筋コンクリートのよ
うな複合材料製の構造物からなる場合、鉄筋等の部分に
対する穿孔に際しては、所望ならば、ビーム径を絞って
溶融させたり、酸素ガスを吹きかけつつビーム照射を行
なうことにより酸化させて切断又は溶融させればよい。
When the ceramic structure is a structure made of a composite material such as reinforced concrete, when piercing a portion such as a reinforcing bar, if desired, the beam diameter is reduced by melting, or the beam is irradiated while blowing oxygen gas. May be performed to oxidize and cut or melt.

【0013】セラミック構造体に対して照射すべきレー
ザ光の発振器は、大出力、例えば出力(又は平均出力)
がキロワット(kW)オーダー又はそれ以上のレーザ光
を発生し得るものが好ましく、例えば、YAGレーザ装
置や炭酸ガスレーザ装置からなる。なお、沃素レーザ装
置でもよい。(平均)出力がkW級のものであれば、連
続波を発生するタイプでもパルスを発生するタイプでも
よい。セラミック物質の種類にもよるが、ビーム径が1
0〜20mm程度の場合には、出力は、典型的には、2
〜3kW以上、好ましくは4kW以上、より好ましくは
5kW以上である。また、ビームを高所に伝送する際の
容易性の観点では、炭酸ガスレーザのような長波長のも
のよりも、ガラスファイバを用いたビームの伝送が可能
なYAGレーザなどの方が好ましい。
The oscillator of the laser beam to be irradiated on the ceramic structure has a high output, for example, an output (or an average output).
Is preferably capable of generating a laser beam on the order of kilowatts (kW) or more, and includes, for example, a YAG laser device or a carbon dioxide gas laser device. Note that an iodine laser device may be used. As long as the (average) output is of the kW class, a type that generates a continuous wave or a type that generates a pulse may be used. Depending on the type of ceramic material, a beam diameter of 1
In the case of about 0 to 20 mm, the output is typically 2
33 kW or more, preferably 4 kW or more, more preferably 5 kW or more. From the viewpoint of easiness in transmitting a beam to a high place, a YAG laser capable of transmitting a beam using a glass fiber or the like is more preferable than a long-wavelength laser such as a carbon dioxide laser.

【0014】ビームは、平行光線又はそれに近い疑似平
行光線であることが好ましい。この明細書では、「平行
光線」又は「疑似平行光線」を総称して、「ほぼ」平行
光線であるという。「疑似平行光線」は、典型的には、
長焦点レンズで集光した収束性のビームからなる。「焦
点距離」が長いとは、穿孔により形成されるべき孔(例
えば15〜20cm)と比較して、焦点距離が十分に長
いことをいい、例えば、焦点距離が孔の深さの2〜3倍
以上、好ましくは5〜10倍以上であることをいう。ビ
ームとしてほぼ平行光線を用いる一つの理由は、照射さ
れるべきセラミック構造体が自然の岩等の場合、その表
面には相当の凹凸があることによる。すなわち、仮に、
ビームを微小なスポット径に集光しようとすると深さ方
向の許容範囲が短くなり、表面に凹凸があるとスポット
状集光部が表面からずれてしまって表面におけるビーム
径の制御を行い難い虞がある。これに対して、長焦点レ
ンズを用いることにより、焦点深度が深くなり、表面の
凹凸の影響を受けにくくなる。従って、ビームは過度に
収束性(集光される)タイプでない方が好ましい。ま
た、穿孔の進行に伴ってレーザ光が照射されるべきセラ
ミック構造体の被照射面(穿孔中の孔の最奥部)が後退
することになるから、レーザトーチのようなレーザ光出
射ハウジングから被照射面までの距離の調整を不要とす
るには、ビームはほぼ平行光線であることが好ましい。
また、レーザビームは指向性が高いから、ビームを平行
光線に近づけることによって、ビーム出射ハウジングと
セラミック構造体との距離を大きく離すことも可能にな
り、穿孔時に岩石などの不測の崩落によっても作業者や
装置類が被害を受ける虞が少ない。
[0014] Preferably, the beam is a parallel ray or a near parallel ray. In this specification, “parallel rays” or “quasi-parallel rays” are collectively referred to as “substantially” parallel rays. "Pseudo-parallel rays" are typically
It consists of a convergent beam focused by a long focus lens. The term “long focal length” means that the focal length is sufficiently long as compared with a hole to be formed by drilling (for example, 15 to 20 cm). For example, the focal length is 2-3 times the depth of the hole. It means that it is at least twice, preferably at least 5 to 10 times. One reason for using substantially parallel rays as the beam is that when the ceramic structure to be irradiated is a natural rock or the like, its surface has considerable irregularities. That is, temporarily
When trying to focus the beam to a very small spot diameter, the allowable range in the depth direction becomes short, and if there is unevenness on the surface, the spot-shaped focusing part may shift from the surface, making it difficult to control the beam diameter on the surface. There is. On the other hand, by using a long focal length lens, the depth of focus is increased, and the lens is less affected by surface irregularities. Therefore, it is preferred that the beam not be of an overly convergent (focused) type. In addition, the surface of the ceramic structure to be irradiated with the laser beam (the innermost portion of the hole being drilled) withdraws as the drilling proceeds, so that the laser structure is covered from a laser light emitting housing such as a laser torch. In order to eliminate the need for adjusting the distance to the irradiation surface, the beam is preferably a substantially parallel light beam.
In addition, since the laser beam has high directivity, the distance between the beam exit housing and the ceramic structure can be greatly increased by bringing the beam closer to a parallel beam, and work can be performed even when an unexpected collapse of rock or the like occurs during drilling. There is little risk that the user or equipment will be damaged.

【0015】ドロスがビームの照射を妨げないような条
件下、即ち、ビーム断面の全体が穿孔中の孔の最奥部に
実際上一様に照射される場合、セラミック構造体に形成
される孔の径は、典型的には、ビーム径とほぼ同程度で
あり、穿孔により形成される孔の深さは、ビームのエネ
ルギ密度(ビーム出力/ビーム断面積)と照射時間とに
依存する。なお、ビーム出力は、単位時間当りのビーム
エネルギである。従って、例えば10〜20mm程度の
孔径で穿孔しようとする場合、ビーム径も被照射面上で
10〜20mm程度になるように設定する。疑似平行ビ
ームの場合、被照射面上におけるビーム径が希望する穿
孔径に一致するように、長焦点レンズを選択する。な
お、ビーム径は、用途(穿孔径やセラミック構造体の材
質)に応じて選択されればよく、例えば10mmより小
さくても、逆に20mmよりも大きくてもよい。
Under conditions where the dross does not impede the irradiation of the beam, that is to say when the entire beam cross-section is substantially evenly illuminated at the deepest part of the hole being drilled, the holes formed in the ceramic structure Is typically about the same as the beam diameter, and the depth of the hole formed by drilling depends on the energy density of the beam (beam output / beam cross-sectional area) and the irradiation time. The beam output is the beam energy per unit time. Therefore, for example, when it is desired to pierce with a hole diameter of about 10 to 20 mm, the beam diameter is also set to be about 10 to 20 mm on the irradiated surface. In the case of a quasi-parallel beam, a long focal length lens is selected so that the beam diameter on the surface to be illuminated matches the desired hole diameter. The beam diameter may be selected according to the application (diameter of the hole or the material of the ceramic structure), and may be, for example, smaller than 10 mm or conversely larger than 20 mm.

【0016】ビームの上方への傾き乃至仰角は、セラミ
ック物質が溶融して生じた溶融ドロスが更なる穿孔を実
際上妨げないように、重力の作用下で自重によって開口
側に流出し得る限り、その大きさは原則としてどの程度
でも(何度でも)よい。溶融ドロスの流出し易さは、溶
融ドロスの粘性や密度(比重)に依存し、セラミック物
質(通常は混合物であるけれども単一物質でもよい)の
種類や温度に依存し得る。仰角を、敢えて数値的にとら
えるとすると、典型的には、2〜3度以上、好ましくは
5度程度若しくはそれ以上である。溶融ドロスの流動の
ためには、仰角が大きいほど好ましいけれども、セラミ
ック構造体の表面から孔の底までを構造体表面に対して
垂直方向に測った距離(深さ)を短時間で十分に深くす
るためには、仰角は余り大きくない方が好ましく、例え
ば45度程度以下であり、より好ましくは、例えば30
度程度以下である。
The upward tilt or elevation of the beam is such that the molten dross resulting from the melting of the ceramic material can flow under gravity to the opening side under its own weight so that the molten dross does not practically impede further drilling. The size can be any size (any number of times) in principle. The ease with which the molten dross flows out depends on the viscosity and density (specific gravity) of the molten dross and may depend on the type and temperature of the ceramic material (usually a mixture but may be a single material). Assuming that the elevation angle is taken numerically, it is typically 2 to 3 degrees or more, preferably about 5 degrees or more. For the flow of molten dross, a larger elevation angle is preferable, but the distance (depth) measured from the surface of the ceramic structure to the bottom of the hole in a direction perpendicular to the surface of the structure is sufficiently deep in a short time. In order to achieve this, it is preferable that the elevation angle is not so large, for example, about 45 degrees or less, and more preferably, for example, about 30 degrees.
It is less than degree.

【0017】なお、穿孔の進行状況をモニタすべく、レ
ーザ光出射ハウジングには、CCDカメラのような撮像
手段をモニタ手段として並設することが好ましい。
In order to monitor the progress of perforation, it is preferable that imaging means such as a CCD camera be provided as a monitoring means in the laser light emitting housing.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】次に、本発明によるレーザ穿孔方
法を崩落の虞のある岩盤、岩又は岩石の除去に適用する
好ましい一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment in which the laser drilling method according to the present invention is applied to the removal of a rock, a rock or a rock which may collapse will be described with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1において、1は山であり、山1には崩
落の虞のある岩盤部2があるとする。岩盤部2を崩落事
故の発生前に除去するためには、岩盤部2に適当な間隔
で孔3(例えば、径が2cm程度で深さが10〜20c
m程度)を明け、化学反応で膨張する膨張剤を該孔3に
充填し、膨張剤の膨張力により孔3の周囲の岩盤部2に
亀裂を入れて適当な大きさの岩ないし岩石4に割って落
下させる。なお、岩盤部2に亀裂を入れるためには、膨
張剤によって化学的に膨張力を発生させる代わりに、矢
のようなものを打込んで、物理的に膨張力を発生させて
もよい。
In FIG. 1, 1 is a mountain, and it is assumed that the mountain 1 has a rock part 2 which may collapse. In order to remove the rock part 2 before the collapse accident occurs, holes 3 (for example, having a diameter of about 2 cm and a depth of 10 to 20 c
m), the pores 3 are filled with a swelling agent that expands due to a chemical reaction, and the swelling force of the swelling agent cracks the rock part 2 around the holes 3 to form a rock or rock 4 of an appropriate size. Split and drop. In addition, in order to crack the rock part 2, instead of generating an expanding force chemically by an expanding agent, an expanding force may be physically generated by driving something like an arrow.

【0020】本発明では、孔3を、レーザビームによっ
て明ける。レーザビーム発振設備10は、山1の麓の崩
落事故危険地域5から十分に離れたところ6に配置され
るレーザ関連装置搭載車11と、電源装置搭載車12と
を有する。レーザ関連装置搭載車11には、YAGレー
ザ発振器のようなレーザ発振器13、該発振器13のレ
ーザ発振を制御するレーザ制御盤14、発振器13のま
わりの空調設備15等が搭載され、電源装置搭載車12
には、発電機16、該発電機16から電気エネルギを受
けて発振器13に給電するレーザ用電源17、発振器1
3の発振部などを冷却するレーザ用冷却水機(チラー)
18等が搭載されている。YAGレーザ発振器13は、
例えば、出力が4kW程度の連続波(CW)の発振器か
らなる。発振器13は、該発振器13の本体から出射さ
れるビームの出力をモニタするビーム出力モニタ部(図
示せず)を含む。発振器13などは、複数台並設されて
いてもよい。
In the present invention, the hole 3 is opened by a laser beam. The laser beam oscillation equipment 10 has a vehicle 11 equipped with a laser-related device and a vehicle 12 equipped with a power supply device, which are arranged at a sufficient distance 6 from a collapse risk area 5 at the foot of the mountain 1. The vehicle 11 with a laser-related device is equipped with a laser oscillator 13 such as a YAG laser oscillator, a laser control panel 14 for controlling the laser oscillation of the oscillator 13, an air conditioner 15 around the oscillator 13, and the like. 12
A generator 16, a laser power supply 17 that receives electric energy from the generator 16 and supplies power to the oscillator 13,
Laser cooling water machine (chiller) that cools the oscillation section 3
18 etc. are mounted. The YAG laser oscillator 13
For example, it is composed of a continuous wave (CW) oscillator having an output of about 4 kW. The oscillator 13 includes a beam output monitor (not shown) that monitors the output of a beam emitted from the main body of the oscillator 13. A plurality of oscillators 13 and the like may be arranged in parallel.

【0021】山1の中腹で岩盤部2に近い高所7には、
高所作業台車19が配置されている。作業台車19は、
油圧制御されるクレーン部20を備え、クレーン部20
の先端には、例えば電磁弁などを介した電気・油圧制御
式又は電気制御式の多関節型の小型ロボット21が取付
けられている。小型ロボット21は、高所作業台車19
のところ(高所)7で遠隔制御されるようになっていて
もよいが、好ましくは、ビームの出力制御を同時に又は
並行して行い得るように、レーザ関連装置搭載車11の
ところ(麓の安全地域)6で制御されるようになってい
る。小型ロボット21のアームの先端部には、レーザ発
振器13から光ファイバ22を介して送られたレーザビ
ームを整形して出射するレーザトーチ23が取付けら
れ、レーザトーチ23の先端にはレーザトーチ23から
のレーザビームによる穿孔作業をモニターするCCDカ
メラ24が取付けられている。
At a height 7 near the rock mass 2 on the middle of the mountain 1,
An aerial work platform 19 is provided. The work cart 19 is
The crane unit 20 includes a crane unit 20 that is hydraulically controlled.
An electric / hydraulic control type or an electric control type articulated small robot 21 is attached to the tip of the robot. The small robot 21 is an aerial work platform 19
(Altitude) 7 may be remote-controlled, but preferably, the beam-related control is performed at the laser-related device-equipped vehicle 11 (at the foot of the vehicle) so that the beam output can be controlled simultaneously or in parallel. (Safety area) 6. A laser torch 23 for shaping and emitting a laser beam sent from the laser oscillator 13 via the optical fiber 22 is attached to the tip of the arm of the small robot 21, and the laser beam from the laser torch 23 is attached to the tip of the laser torch 23. A CCD camera 24 for monitoring the drilling operation by the camera is mounted.

【0022】なお、高所作業台車19を高所7に配置す
る代わりに、該高所7又は麓の安全な地域6において作
業用の櫓のような高い台を組んで、該台に沿って自由度
の高い小型ロボット21を上げ、該ロボット21によっ
てレーザトーチ23及び該トーチ23上のCCDカメラ
24を支持し、トーチ23の姿勢制御を行うようにして
もよい。レーザビームとしてほぼ平行なビームを用いる
場合には、トーチ23から穿孔部3までの水平距離が相
当離れていても、レーザトーチ23から出射されるレー
ザビームのビーム径を所定範囲に保ち得る。
Instead of arranging the high work cart 19 at the high place 7, a high place such as a work tower is assembled in the high place 7 or the safe area 6 at the foot of the vehicle, and the work is carried out along the stand. The small robot 21 having a high degree of freedom may be raised, and the robot 21 may support the laser torch 23 and the CCD camera 24 on the torch 23 to control the attitude of the torch 23. When a substantially parallel beam is used as the laser beam, the beam diameter of the laser beam emitted from the laser torch 23 can be kept within a predetermined range even if the horizontal distance from the torch 23 to the perforated portion 3 is considerably large.

【0023】CCDカメラ24により撮像された被穿孔
部即ち孔3及びその周囲の画像がモニタ用のディスプレ
イ(図示せず)に表示され、該表示に基づいて穿孔部
(孔を明けるべきところ)3にビームが所定の仰角で照
射されるように、小型ロボット21の姿勢、より詳しく
は、レーザトーチ23の位置及び傾きを制御すると共
に、発振器13のビーム出力モニタ部でわかるビーム出
力をレーザ制御盤14で調整して、所定径で所定深さの
孔3を開設すべく穿孔作業を行わせる。なお、所望なら
ばCCDカメラ24により撮像した画像データに基づい
て小型ロボット21の姿勢を直接制御させるようにして
もよい。
An image of the perforated portion, that is, the hole 3 and its surroundings captured by the CCD camera 24 are displayed on a monitor display (not shown), and based on the display, the perforated portion (where the hole is to be formed) 3 is displayed. In order to irradiate the beam with a predetermined elevation angle, the attitude of the small robot 21, more specifically, the position and inclination of the laser torch 23 are controlled, and the beam output obtained by the beam output monitor unit of the oscillator 13 is controlled by the laser control panel 14. And a drilling operation is performed to open a hole 3 having a predetermined diameter and a predetermined depth. If desired, the attitude of the small robot 21 may be directly controlled based on image data captured by the CCD camera 24.

【0024】レーザトーチ23は、例えば、図2に示し
たように、光ファイバ22の出射端25からの光を希望
穿孔径に相当するビーム径の平行光線に変える焦点距離
の短いコリメートレンズ26と、焦点距離が例えば1m
〜10m程度またはそれ以上のフォーカスレンズ(集光
レンズ)27とを備えた出射ハウジング28からなり、
レーザビーム出射ハウジング28からは疑似平行光の形
態のレーザビーム29が出射される。ビームを平行光線
にするには、単一の凸レンズの代わりに複合レンズ等他
の光学部品でもよく、また、所望ならば、ビームをレン
ズ26で一旦平行光線にした後該ビームをレンズ27で
僅かに絞る代わりに、単一のレンズ又は複合レンズでビ
ームを疑似平行光線に変換してもよい。更に、ビームを
疑似平行光線にする代わりに、平行光線のままで、岩盤
2の穿孔部に照射してもよい。ビーム径を調整するため
には、例えば、レンズ26の焦点距離を変えても絞り手
段のような他の手段を用いてもよい。
As shown in FIG. 2, for example, the laser torch 23 includes a collimating lens 26 having a short focal length for converting light from the emission end 25 of the optical fiber 22 into a parallel beam having a beam diameter corresponding to a desired hole diameter. Focal length is 1m, for example
An emission housing 28 having a focusing lens (condensing lens) 27 of about 10 m or more,
A laser beam 29 in the form of quasi-parallel light is emitted from the laser beam emission housing 28. In order to make the beam parallel, other optical components such as a compound lens may be used instead of a single convex lens. If desired, the beam is once made parallel by the lens 26 and then slightly turned by the lens 27. Instead of focusing, the beam may be converted to a quasi-parallel ray by a single lens or a compound lens. Further, instead of turning the beam into a quasi-parallel beam, the beam may be irradiated to the perforated portion of the bedrock 2 as it is. In order to adjust the beam diameter, for example, the focal length of the lens 26 may be changed, or another means such as an aperture means may be used.

【0025】なお、以上では、一つのレーザ発振器13
からのレーザビームを用いる例について説明したけれど
も、レーザ発振器13を複数台設け、該複数の発振器1
3からのビームを夫々光ファイバ22でレーザトーチ2
3に送り、該レーザトーチ23の入射部30即ちレーザ
出射ハウジング28の入射部30で図2に想像線で示し
たように複数の光ファイバ22,22,…からのレーザ
ビームを合成して全体としてより大出力のレーザビーム
29を射出・照射するようにしてもよい(ファイバ22
が一つの場合、入射部30はファイバ22の出射端25
に一致する)。この場合、ハウジング28はレーザ光合
成ハウジングとして機能する。なお、ビームの合成を光
ファイバ22の出射部(レーザトーチ23の入射部3
0)で行う代わりに、光ファイバ22の入射部で行うよ
うにしてもよい。また、レーザ発振器13を複数個設け
る場合、レーザ発振器13は、所望ならば、特性の異な
る又は別種のレーザの発振器でもよい。
In the above, one laser oscillator 13
Although the example using the laser beam from the above has been described, a plurality of laser oscillators 13 are provided.
The laser beams from the laser beams 3 are transmitted to the laser torch
The laser beam from the plurality of optical fibers 22, 22,... Is synthesized as shown by the imaginary line in FIG. 2 at the incidence part 30 of the laser torch 23, that is, the incidence part 30 of the laser emission housing 28, as a whole. A higher output laser beam 29 may be emitted and irradiated (the fiber 22
Is one, the input part 30 is the output end 25 of the fiber 22.
Matches). In this case, the housing 28 functions as a laser light combining housing. It should be noted that the beams are combined at the output portion of the optical fiber 22 (the input portion 3 of the laser torch 23)
Instead of performing the process at 0), the process may be performed at the entrance of the optical fiber 22. When a plurality of laser oscillators 13 are provided, the laser oscillators 13 may be oscillators having different characteristics or different types of lasers, if desired.

【0026】次に、照射ビーム29を仰角αだけ傾斜さ
せることの意義を、レーザ穿孔を模式的に示した図5の
(a)及び(b)に基づいて、説明する。
Next, the significance of inclining the irradiation beam 29 by the elevation angle α will be described with reference to FIG.
A description will be given based on (a) and (b).

【0027】照射ビーム29を岩盤部2に照射するとす
ると、照射により穿孔部3の岩石材料が溶融する。穿孔
部の孔3の深さが浅い場合、溶融した岩石材料、即ち溶
融ドロス35は、自重により孔3の開口部36から流出
すると共に、開口部36近傍で冷やされて固まる。しか
しながら、図5の(a)に示したように、照射ビームが
ほぼ水平なビーム29aからなり照射ビーム29aによ
り形成される孔3aが水平に延びる場合、孔3aが深く
なってくると、溶融ドロス35が開口部36まで流れる
のに時間がかかる。したがって、溶融ドロス35が孔3
5内に比較的多量に滞留し易く、レーザビーム29のエ
ネルギが滞留した溶融ドロスの加熱に消費される割合が
高くなり、ビームエネルギが穿孔に効率的に利用され難
く、穿孔速度が低くなり易い(なお、ビーム29の一部
が開口部36の下縁などのドロスの表面(図示せず)で
反射され孔3内に入らないこともビームエネルギのロス
につながる)。また、孔3の奥の溶融ドロス35のうち
開口部36から速やかに流出し得るものは開口部に近接
する側の底壁よりも高い位置にあるものに限られるか
ら、図5の(a)に模式的に示したように、孔3aは、
奥程細くなってしまう。その結果、深い孔の形成が行い
にくい面もある。
When the irradiation beam 29 irradiates the rock part 2, the irradiation melts the rock material in the perforated part 3. When the depth of the hole 3 of the perforated portion is shallow, the molten rock material, that is, the molten dross 35 flows out of the opening 36 of the hole 3 by its own weight, and is cooled and hardened near the opening 36. However, as shown in FIG. 5A, when the irradiation beam is composed of a substantially horizontal beam 29a and the hole 3a formed by the irradiation beam 29a extends horizontally, if the hole 3a becomes deep, the molten dross It takes time for the 35 to flow to the opening 36. Therefore, the molten dross 35
5, the energy of the laser beam 29 is easily consumed for heating the retained molten dross, the beam energy is difficult to be efficiently used for drilling, and the drilling speed is apt to decrease. (Note that the fact that a part of the beam 29 is reflected on the surface of the dross (not shown) such as the lower edge of the opening 36 and does not enter the hole 3 also leads to a loss of beam energy). Further, among the molten dross 35 at the back of the hole 3, those that can quickly flow out of the opening 36 are limited to those located at a position higher than the bottom wall on the side close to the opening, and therefore, FIG. As schematically shown in FIG.
It gets thinner. As a result, there are surfaces on which it is difficult to form deep holes.

【0028】これに対して、図5の(b)に示したよう
に、照射ビーム29が仰角αで上向きに岩盤部2に照射
されると、照射により生成された溶融ドロス35は、該
溶融ドロスの生成に応じて形成され奥ほど高位に位置す
る(開口部36側ほど低位に位置する)ように傾斜した
底部37に沿って開口部36から流出し得るので、孔3
は、ビーム径Dに応じた大径のまま奥深く形成され易
い。なお、この例では、ビーム29が実質的に平行光線
である場合について説明しているので、仰角αとしてビ
ーム中心軸の傾斜角度を評価しているけれども、ビーム
29が疑似平行光線とみなし得る範囲で且つある程度収
束性のビームである場合には、ビームのうち孔3の底を
規定する下縁部が仰角αをもって傾斜していればよく、
仰角αの評価はビーム中心軸ではなくビームの下縁で行
えばよい。なお、ここにおける説明は、主として、穿孔
により形成される孔3の内部でのドロスの挙動に限って
いる。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the irradiation beam 29 irradiates the rock part 2 upward at the elevation angle α, the molten dross 35 generated by the irradiation Since it can flow out of the opening 36 along the bottom 37 which is formed in accordance with the generation of the dross and is inclined higher in the depth (lower in the opening 36), the hole 3
Is easily formed deep with a large diameter corresponding to the beam diameter D. Note that, in this example, the case where the beam 29 is substantially a parallel ray is described. Therefore, although the inclination angle of the beam center axis is evaluated as the elevation angle α, the range in which the beam 29 can be regarded as a quasi-parallel ray is described. In the case of a beam that is convergent to some extent, the lower edge of the beam that defines the bottom of the hole 3 may be inclined with an elevation angle α.
The elevation angle α may be evaluated not at the beam center axis but at the lower edge of the beam. The description here is limited mainly to the behavior of the dross inside the hole 3 formed by the perforation.

【0029】より詳しくは、図3に示したように、レー
ザビーム29の岩石ないし岩盤部2の穿孔箇所への照射
によって、孔3が形成されると共に、孔3の底部37に
沿って流動した溶融層すなわち溶融ドロスの層35は徐
々に堆積しつつ固まって最終的には固形のガラスドロス
層35になり、開口部36から流出した溶融ドロスない
し流出溶融層38は、堆積しつつ固まって最終的には流
出ガラスドロス38になる。なお、レーザビーム29で
加熱された岩石形成物質の一部は、蒸発して蒸発物39
として放散される。一方、孔3の上側の内壁部にも、厚
さは薄いものの、底部側のガラスドロス層35と同様な
ガラスドロス層35が形成され、孔3の実質的に全ての
内壁にガラスドロス層35が残る。即ち、ガラスドロス
層35,38で内壁が覆われた孔3が、レーザビーム2
9による穿孔によって形成される。従って、この孔3内
に膨張剤を充填して、岩盤2のうちこの孔3の隣接部分
を破壊して除去すればよい。図1において、31は、運
搬可能なサイズに壊されて落下せしめられた岩石4の除
去作業を行う車である。
More specifically, as shown in FIG. 3, the hole 3 is formed by the irradiation of the laser beam 29 to the rock or the drilled portion of the bedrock portion 2 and flows along the bottom 37 of the hole 3. The molten layer, that is, the molten dross layer 35 is gradually deposited and solidified to finally become a solid glass dross layer 35, and the molten dross or the outflowed molten layer 38 flowing out from the opening 36 is solidified while being deposited and finally solidified. It becomes the outflow glass dross 38. A part of the rock forming substance heated by the laser beam 29 evaporates and evaporates 39
Dissipated as On the other hand, a glass dross layer 35 similar to the bottom glass dross layer 35 is formed on the inner wall on the upper side of the hole 3 although the thickness is small. Remains. That is, the hole 3 whose inner wall is covered with the glass dross layers 35 and 38 is
9 formed by perforation. Therefore, it is sufficient to fill the hole 3 with an expanding agent and break and remove the portion of the bedrock 2 adjacent to the hole 3. In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a vehicle for removing rocks 4 that have been broken down to a transportable size and dropped.

【0030】[0030]

【実施例】次に、本発明の実施例について、説明する。
以下の例では、レーザビームとしては、大出力YAGレ
ーザ装置による連続波YAGレーザ光を用い、セラミッ
ク構造体としては、北海道の水冷破砕岩のブロックを用
いた。
Next, embodiments of the present invention will be described.
In the following example, a continuous wave YAG laser beam from a high-power YAG laser device was used as a laser beam, and a water-cooled crushed rock block in Hokkaido was used as a ceramic structure.

【0031】[0031]

【実施例1】出力4kWの連続波YAGレーザ装置から
のレーザ光を、図2に示したようなレーザ光出射ハウジ
ングによってビーム径が20mmで、ほぼ平行光線の形
態のビームにし、水冷破砕岩のブロックの表面に約5度
の仰角で照射した。その結果を、図4において、菱形及
び曲線41で示した。同様にして、ビーム径を10mm
にして約1.5分間照射した場合の穿孔例を図4におい
て、三角形で示した。また、出力4kWの連続波YAG
レーザ装置からのレーザ光と出力2kWの連続波YAG
レーザ装置からのレーザ光とを図2の入射端30で合成
してレーザ光合成ハウジング23に入射させ全体として
出力6kWのビーム29とした点を除いて4kWのビー
ム29の場合と同様にして穿孔を行ったときの結果を正
方形及び曲線42で示した。
Embodiment 1 A laser beam from a continuous wave YAG laser device having an output of 4 kW is converted into a beam having a beam diameter of 20 mm and a substantially parallel light beam by a laser light emitting housing as shown in FIG. The surface of the block was irradiated at an elevation angle of about 5 degrees. The result is shown by a diamond and a curve 41 in FIG. Similarly, set the beam diameter to 10 mm
In FIG. 4, an example of perforation when the irradiation was performed for about 1.5 minutes is indicated by a triangle. In addition, a continuous wave YAG with an output of 4 kW
Laser light from laser device and continuous wave YAG with 2kW output
The laser beam from the laser device is combined at the incident end 30 in FIG. 2 and made incident on the laser light combining housing 23 to form a beam 29 having an output of 6 kW as a whole. The results obtained are shown by a square and a curve 42.

【0032】図4の符号41で示した曲線からもわかる
通り、この場合、照射時間2〜10分で、深さ100〜
180mm程度まで穿孔できた。従って、本発明の方法
によれば、出力が4kWあれば、膨張剤を充填するため
に通常必要なサイズの孔を明け得ることを確認し得た。
なお、出力が4kWでビーム径が10mm及び20mm
の場合において100mmの深さdの孔を明けるに要す
る時間から、ビーム29の径を絞ってビーム29のエネ
ルギ密度(単位面積当りの出力)を上げれば穿孔速度を
高め得ることがわかる。更に、曲線41,42からも、
同様なことが確認でき、ビーム29のエネルギ密度を制
御して所望時間で穿孔する孔の深さdを制御し得ること
がわかる。また、図4の曲線41,42から、照射時間
tの経過と共に孔3の深さ(穴深さ)dが増大している
こと、従って、照射時間tの制御によっても孔の深さd
を制御し得ることがわかる。なお、曲線41の傾きが照
射時間tの増大と共に低下している原因の一つは、孔が
深くなると、レーザビームによる入熱のうち穿孔に直接
使用される部分の割合が低下するためであると考えられ
る。
As can be seen from the curve indicated by reference numeral 41 in FIG. 4, in this case, the irradiation time is 2 to 10 minutes, and the depth is 100 to 100.
Perforations could be made up to about 180 mm. Therefore, it was confirmed that according to the method of the present invention, if the power was 4 kW, a hole having a size normally necessary for filling the expanding agent could be formed.
The output was 4 kW and the beam diameter was 10 mm and 20 mm.
It can be seen from the time required to drill a hole having a depth d of 100 mm in the case of (1) that the drilling speed can be increased by narrowing the diameter of the beam 29 and increasing the energy density (output per unit area) of the beam 29. Furthermore, from the curves 41 and 42,
The same can be confirmed, and it can be seen that the energy density of the beam 29 can be controlled to control the depth d of the hole to be drilled at a desired time. Further, from the curves 41 and 42 in FIG. 4, the depth (hole depth) d of the hole 3 increases with the elapse of the irradiation time t. Therefore, the depth d of the hole can be controlled by controlling the irradiation time t.
Can be controlled. One of the reasons why the slope of the curve 41 decreases as the irradiation time t increases is that the deeper the hole, the lower the ratio of the portion of the heat input by the laser beam directly used for perforation. it is conceivable that.

【0033】[0033]

【比較例1】焦点距離200mmのビーム出射ハウジン
グを用いて、ビーム軸を水平にし、収束後の発散性ビー
ム(被照射部でビーム径は20mm又は10mm)を照
射した点を除いて実施例1と同様な実験を行ったとこ
ろ、ビーム29の平均出力が500Wでは、水冷破砕岩
の被照射部は溶融するものの溶融ドロスが流出せず、実
際上、深く穿孔できなかった。従って、水冷破砕岩又は
二酸化珪素を主成分とする他の多くの同様な組成の岩石
の場合、10mmのオーダーの径の穿孔を行うために
は、レーザ光の出力は、500Wよりも十分に大きくす
る必要があることがわかる。
Comparative Example 1 Example 1 was repeated except that the beam axis was horizontal using a beam exit housing having a focal length of 200 mm, and a convergent divergent beam (the beam diameter was 20 mm or 10 mm at the irradiated portion) was irradiated. When the average output of the beam 29 was 500 W, the irradiated part of the water-cooled crushed rock melted, but the molten dross did not flow out and, in practice, the hole could not be deeply drilled. Thus, in the case of water-cooled crushed rock or many other similarly-composed rocks based on silicon dioxide, the power of the laser light is sufficiently greater than 500 W to perforate holes of the order of 10 mm. You need to do that.

【0034】[0034]

【実施例2】出力4kWのビームをビーム主軸の仰角を
5度にして照射した点、及び初めの5分間はビームの焦
点を(従ってレーザ出射ハウジングを)20mm/分で
穿孔部に向かって前進させ、後の5分間はそのまま静止
・維持した点を除いて、比較例1と同様にして、穿孔を
行ったところ、140mm程度の深さdの孔が形成され
た。なお、穴深さdが実施例1の場合と比較して低かっ
たのは、ビームの絞られた部分が孔の開口付近に位置す
ることになるので、開口付近に流出した溶融ドロスには
レーザ光が照射されないので急激に冷されて堆積し、溶
融ドロスの排出が妨げられたことによると考えられる。
これに対して、疑似平行ビーム又は平行光線では、開口
付近でもビーム径が細くないので、開口付近における溶
融ドロスの冷却・固化(堆積)を最小限に抑え得ると考
えられる。
Embodiment 2 A beam of 4 kW output was irradiated at an elevation angle of 5 ° of the main axis of the beam, and the focal point of the beam (therefore, the laser emission housing) was advanced toward the perforation at 20 mm / min for the first 5 minutes. Drilling was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the hole was kept still and maintained for the next 5 minutes, and a hole having a depth d of about 140 mm was formed. The reason why the hole depth d was lower than in the case of Example 1 is that the narrowed part of the beam was located near the opening of the hole, so that the molten dross flowing out near the opening had a laser dross. It is considered that because the light was not irradiated, it was rapidly cooled and deposited, and the discharge of the molten dross was hindered.
On the other hand, since the beam diameter of the quasi-parallel beam or the parallel light beam is not small even near the opening, it is considered that cooling and solidification (deposition) of the molten dross near the opening can be minimized.

【0035】以上においては、本発明を、岩盤の崩落の
事前防止のための穿孔に適用する例について説明したけ
れども、本発明は、鉄筋コンクリート製の橋脚等の解体
やビルの耐震補強工事に用いられた鉄筋コンクリート製
の柱の除去などセラミック材料を主体とする複合材料の
穿孔にも同様に用いられ得る。なお、コンクリート中の
鉄材部分に対しては、必要に応じて、ビーム径を絞って
エネルギ密度を高めたビームを照射したり、更に必要に
応じて、酸素を吹きかけて酸化を促進することによっ
て、溶融又は切断すればよい。
In the above, an example in which the present invention is applied to perforation for preventing rock collapse beforehand has been described. It can also be used for perforating composite materials based on ceramic materials, such as the removal of reinforced concrete columns. The iron part in the concrete is irradiated with a beam whose energy density is increased by narrowing the beam diameter as necessary, or as necessary, by blowing oxygen to promote oxidation. It may be melted or cut.

【0036】なお、所望ならば、大出力レーザビーム
を、花崗岩のような比較的緻密な岩石に照射して、加熱
溶融させて穿孔すると共に加熱溶融部の近傍に生じる熱
応力で穿孔部を中心に亀裂を発生させるようにしてもよ
い。この場合、効率よく、緻密な岩石の破砕を制御し得
る。同様に、加熱に伴う溶融・蒸発で穿孔するだけでな
く、局所加熱によって比較的奥まで(孔の深さ領域ま
で)セラミック構造体に局所的な熱変質を生じさること
も可能である。
If desired, a high-power laser beam is irradiated on a relatively dense rock such as granite to heat and melt the material to form a hole. Cracks may be generated in the holes. In this case, the crushing of the dense rock can be controlled efficiently. Similarly, it is possible not only to perforate by melting / evaporation accompanying heating, but also to cause local thermal deterioration in the ceramic structure relatively deep (to the depth region of the hole) by local heating.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるセラミック構造体の穿孔方法の好
ましい一実施の形態として、本発明の方法を岩石の崩落
防止に適用する例を示した概念図。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example in which a method of the present invention is applied to rock fall prevention as a preferred embodiment of a method for perforating a ceramic structure according to the present invention.

【図2】図1のレーザトーチによるレーザビームの照射
の仕方を模式的に示した説明図。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing how a laser beam is irradiated by the laser torch of FIG. 1;

【図3】図1のレーザビーム照射による穿孔の状態を具
体的に示した説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram specifically showing a state of perforation by laser beam irradiation in FIG. 1;

【図4】図3に示した方法による実施例1の実験結果を
まとめたグラフで、横軸は照射時間t、縦軸はレーザ穿
孔により形成される孔(穴)の深さdを示す。
4 is a graph summarizing the experimental results of Example 1 by the method shown in FIG. 3, in which the horizontal axis represents the irradiation time t, and the vertical axis represents the depth d of a hole (hole) formed by laser drilling.

【図5】図3のレーザビーム照射のさいにおける仰角の
役割を説明するための模式的な説明図で、(a)は比較
のための水平な(仰角ゼロの)照射の例、(b)は仰角
をつけた照射の例。
5A and 5B are schematic explanatory views for explaining the role of the elevation angle in laser beam irradiation in FIG. 3; FIG. 5A is an example of horizontal (zero elevation angle) irradiation for comparison; Is an example of irradiation with an elevation angle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 山 2 岩盤部 3 孔(穴)、穿孔部 3a 孔(穴) 4 岩(岩石) 5 麓の崩落事故危険地域 6 崩落事故危険地域から離れた安全なところ(レーザ
発振設備設置場所) 7 高所 10 レーザビーム発振設備 11 レーザ関連装置搭載車 12 電源装置搭載車 13 レーザ発振器 14 レーザ制御盤 15 空調設備 16 発電機 17 レーザ用電源 18 レーザ用冷水機(チラー) 19 高所作業台車 20 クレーン部 21 小型ロボット 22 光ファイバ 23 レーザトーチ 24 CCDカメラ 25 出射端(射出端) 26 コリメートレンズ 27 フォーカスレンズ(集光レンズ) 28 レーザ光出射ハウジング(レーザ光合成ハウジン
グ) 29 大出力のレーザビーム 30 入射部 35 溶融ドロス(固形のガラスドロス層) 35a 固形のガラスドロス 36 開口部 37 底部 38 流出溶融層 39 蒸発物 41 照射時間対穴深さの関係曲線(出力4kW) 42 照射時間対穴深さの関係曲線(出力6kW) d 穴深さ(孔の深さ) t 照射時間 α レーザビームの仰角
1 Mountain 2 Rock mass 3 Hole (hole), perforated portion 3a Hole (hole) 4 Rock (rock) 5 Collapse accident danger area at foot 6 Safe place away from collapse accident danger area (Laser oscillation equipment installation location) 7 High Place 10 Laser beam oscillation equipment 11 Car equipped with laser related equipment 12 Car equipped with power supply device 13 Laser oscillator 14 Laser control panel 15 Air conditioning equipment 16 Generator 17 Laser power supply 18 Laser water chiller (chiller) 19 High work platform 20 Crane unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Small robot 22 Optical fiber 23 Laser torch 24 CCD camera 25 Emission end (Emission end) 26 Collimating lens 27 Focus lens (Condensing lens) 28 Laser light emission housing (Laser light synthesis housing) 29 High output laser beam 30 Incident part 35 Melting Dross (solid glass dross layer) 35a solid glass dross 36 Opening 37 Bottom 38 Outflowing molten layer 39 Evaporate 41 Irradiation time vs. hole depth relation curve (output 4 kW) 42 Irradiation time vs. hole depth relation curve (output 6 kW) d Hole depth (hole depth) t Irradiation time α Elevation angle of laser beam

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三田村 浩 北海道札幌市西区八軒9条東3丁目1番18 号 (72)発明者 中井 健司 北海道札幌市中央区南20条西12丁目2番23 号 (72)発明者 今野 久志 北海道札幌市豊平区中の島2条6丁目4番 1号 (72)発明者 佐藤 京 北海道札幌市南区澄川2条3丁目6番7号 (72)発明者 小林 将 北海道札幌市中央区南20条西12丁目2番16 号 試友荘 (72)発明者 吉川 光昭 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 (72)発明者 黒沢 隆 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Fターム(参考) 4E068 AF01 CA09 DB12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Mitamura 3-1-1-18, Hachiken 9-Johigashi, Nishi-ku, Sapporo, Hokkaido No. (72) Inventor Hisashi Konno 2-6-1, Nakanoshima, Toyohira-ku, Sapporo, Hokkaido, Japan (72) Inventor Kyo Sato, 2-3-6-7, Sumikawa, Minami-ku, Sapporo, Hokkaido, Japan Saiyu-so (72) Inventor, Mitsuru Yoshikawa 63-30 Yuyogaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture, Sumitomo Heavy Industries Machinery Co., Ltd. Hiratsuka Works (72) Inventor Takashi Kurosawa 63-30 Yuyogaoka, Hiratsuka, Kanagawa Prefecture Sumitomo Heavy Industries Machinery Co., Ltd. Hiratsuka Plant F-term (reference) 4E068 AF01 CA09 DB12

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミック構造体に対してレーザビームを
斜め上向きに照射して該構造体に穿孔することからなる
セラミック構造体のレーザ穿孔方法。
1. A laser drilling method for a ceramic structure, comprising irradiating a laser beam obliquely upward to the ceramic structure to bore the structure.
【請求項2】セラミック構造体に照射されるレーザビー
ムがほぼ平行なビームである請求項1に記載の穿孔方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the laser beam applied to the ceramic structure is a substantially parallel beam.
【請求項3】レーザビームの照射の仰角が約5度以上で
ある請求項1又は2に記載の穿孔方法。
3. The perforation method according to claim 1, wherein the elevation angle of the laser beam irradiation is about 5 degrees or more.
【請求項4】セラミック構造体が、岩又はコンクリート
構造物である請求項1から3までのいずれか一つの項に
記載の穿孔方法。
4. The perforation method according to claim 1, wherein the ceramic structure is a rock or a concrete structure.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004027613A (en) * 2002-06-25 2004-01-29 Taisei Corp Reinforcing construction method for preventing separation
JP2007021518A (en) * 2005-07-14 2007-02-01 Nippon Steel Corp Laser beam working method, laser beam working apparatus and structural member manufactured with laser beam working method
JP2007230230A (en) * 2006-02-01 2007-09-13 Oyo Kogaku Kenkyusho Laser using concrete cutting device
WO2022131206A1 (en) * 2020-12-18 2022-06-23 国立研究開発法人海洋研究開発機構 Method for cutting concrete member

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