JP2000170474A - Laser boring method and device of ceramic structure - Google Patents

Laser boring method and device of ceramic structure

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JP2000170474A
JP2000170474A JP10348034A JP34803498A JP2000170474A JP 2000170474 A JP2000170474 A JP 2000170474A JP 10348034 A JP10348034 A JP 10348034A JP 34803498 A JP34803498 A JP 34803498A JP 2000170474 A JP2000170474 A JP 2000170474A
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laser
hole
laser beam
melting
drilling
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JP10348034A
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Japanese (ja)
Inventor
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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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser boring method and a device of a ceramic structure capable of minimizing vibration and noise and capable of efficiently boring a large and deep horizontal hole in the ceramic structure. SOLUTION: In a laser boring method and a device of a ceramic structure 2, a laser beam 29 is irradiated to a horizontal hole boring part 3a of the ceramic structure 2 to melt a ceramic substance of the boring part 3a to form molten dross 35, and a resolidified material 38 solidified by cooling the molten dross 35 is heated and remelted on the lower edge side of an opening part 36 of a hole 3a formed in the boring part 3a by spraying the beam 29 and a heating heat source fluid 53 oscillated in the B1 direction.

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)方法及び装置に関し、より詳しくは、
セラミック構造体のレーザ穿孔方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for drilling (perforating) using a laser beam.
The present invention relates to a method and an apparatus for laser drilling 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
に横孔を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、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 a high-power laser beam to the rock surface to drill a horizontal hole in the rock, the molten dross resulting from the melting of the rock in the drilled portion is deposited and solidified to form a glass dross. As a result, it has been found that it is not easy to efficiently irradiate a large and deep hole by hindering the irradiation of the laser beam into the 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横孔を効率
的に明け得るセラミック構造体のレーザ穿孔方法及び装
置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 ceramic structure capable of efficiently forming a large and deep horizontal hole in a ceramic structure while minimizing vibration and noise. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for laser drilling a structure.

【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、セラミック構造体の横孔穿孔部にレーザビームを照
射して該穿孔部のセラミック物質を溶融させ溶融ドロス
を形成する溶融ドロス形成段階と、穿孔部に形成中の孔
の開口部の下縁側において溶融ドロスが冷却されて固化
した再固化物を加熱して再溶融させる再溶融段階とを有
する。
In order to achieve the above object, a laser drilling method for a ceramic structure according to the present invention irradiates a laser beam to a laterally drilled portion of a ceramic structure to thereby form a ceramic material in the drilled portion. A molten dross forming step of melting the molten dross to form a molten dross, and a re-melting step of heating and re-melting the re-solidified material that has been cooled and solidified at the lower edge side of the opening of the hole being formed in the perforated portion Having.

【0008】本発明によるセラミック構造体のレーザ穿
孔方法は、穿孔により形成中の横孔の開口部の下縁側に
おいて溶融ドロスが冷却されて固化した再固化物を加熱
して再溶融させる再溶融段階を備えるので、通常の穿孔
中はレーザビームの照射領域外に位置する開口部の下縁
側において再固化により生成される再固化物を、再溶融
段階において再溶融させて流下させ得るから、形成中の
孔の奥へのレーザビームの照射が、再固化物によって妨
げられるのを最小限に抑制して、レーザビームを効果的
に孔の最奥部に照射し得るから、孔の形成を効果的に行
い得る。
In the laser drilling method for a ceramic structure according to the present invention, there is provided a re-melting step in which a molten dross is cooled at a lower edge side of an opening of a horizontal hole being formed by drilling and the re-solidified material is heated and re-melted. Because during normal drilling, the re-solidified material generated by re-solidification at the lower edge side of the opening located outside the laser beam irradiation area can be re-melted and flow down in the re-melting stage, The laser beam can be effectively applied to the innermost part of the hole by minimizing the irradiation of the laser beam to the inner part of the hole by the re-solidified material. Can be done.

【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】再固化物を再溶融させるためには、再固化
物を溶融温度以上に加熱し得る限り、どのような手段を
用いてもよい。加熱熱源すなわち加熱用の熱源として
は、再固化物の出来る限り多くの部分を再溶融させ得る
ような高温のもの又は単位時間・単位面積当たりの入熱
量が大きいものが好ましいけれども、最低限、その一部
を局所的に加熱・再溶融させ得るものであればよい。加
熱熱源としては、穿孔用レーザビーム自体を用いても、
該レーザビームとは別の熱源を用いても、両方を併用す
るようにしてもよい。
In order to re-melt the re-solidified product, any means may be used as long as the re-solidified product can be heated to the melting temperature or higher. As a heating heat source, that is, a heat source for heating, a high-temperature source capable of re-melting as much of the re-solidified material as possible or a source having a large amount of heat input per unit time / unit area is preferable. What is necessary is just to be able to locally heat and re-melt a part. As a heating heat source, even when using the laser beam for perforation itself,
A heat source different from the laser beam may be used, or both may be used in combination.

【0017】穿孔用レーザビーム自体を熱源として用い
る場合、該レーザビームを、通常の穿孔位置と開口部の
下縁側の再固化物にビームの下縁を当てる再溶融加熱位
置との間で、オシレートさせる(振る)。レーザビーム
を再溶融加熱位置までオシレートさせた場合、通常は
(即ち通常の穿孔中は)ビームの照射されない再固化物
部分にビームの下縁が照射されることによって再固化物
の前縁部分(即ちビームの上流側に向いた部分)、より
詳しくは前縁の上側部分が加熱され再溶融される。従っ
て、結果該前縁部分によって部分的に堰きとめられてい
た横孔内の溶融ドロスも速やかに孔の外へ流出するよう
になる。その結果、レーザビームが、横孔の開口部の下
縁側の再固化部や横孔の底部の溶融ドロス層によって遮
られたり吸収されるのを最小限にして、ビームを孔の最
奥部の穿孔すべき部分に効率的に照射し得るようになる
から、孔の形成速度が高められ得る。但し、レーザビー
ムの下縁を通常穿孔時には該ビームの照射されない再固
化物部分に照射している間は、通常の穿孔時と異なり、
孔の上縁側にレーザビームの照射されない領域ができる
から、該領域における溶融ドロスの再固化を最低限にす
るように、ビームを逆方向にオシレートさせてビームを
通常の穿孔位置に戻す。オシレートのさせ方の詳細は、
ビームの出力、エネルギ密度、孔径、孔の深さ、セラミ
ック物質の材質(通常は混合物を構成する夫々の物質の
組成)、環境条件(外気温度など)等に応じて、適宜選
択・制御する。また、オシレートパターンに従って周期
的且つ自動的にオシレートさせても、穿孔部の状態を観
察しながら手動でオシレートさせてもよい。照射ビーム
を振るためには、レーザ出射ハウジング自体を上下方向
に移動(オシレート)させても、ハウジングから出射さ
れたレーザビームの光路を振るべく光路中に斜めにミラ
ーなどを配置し該ミラー位置をオシレートさせてもよ
い。また、レーザビームの出射ハウジングの出射部が穿
孔部から比較的大きく離れている場合、出射ハウジング
を上下方向に回動させるように、出射ハウジングの上下
方向の角度(仰角)を僅かにオシレートさせてもよい。
When the drilling laser beam itself is used as a heat source, the laser beam is oscillated between a normal drilling position and a re-melting heating position where the lower edge of the beam hits the re-solidified material on the lower edge side of the opening. (Shaking). When the laser beam is oscillated to the remelting heating position, normally (i.e., during normal drilling), the lower edge of the beam is irradiated to the non-irradiated portion of the re-solidified material, whereby the leading edge portion of the re-solidified material is irradiated. That is, the portion facing the upstream side of the beam), more specifically, the upper portion of the leading edge is heated and re-melted. Therefore, the molten dross in the lateral hole partially blocked by the leading edge portion also quickly flows out of the hole. As a result, the laser beam is minimized from being obstructed or absorbed by the resolidified portion on the lower edge side of the opening of the horizontal hole or the molten dross layer at the bottom of the horizontal hole, and the beam is formed at the innermost portion of the hole. Since the portion to be perforated can be efficiently irradiated, the speed of forming holes can be increased. However, while irradiating the lower edge of the laser beam to the re-solidified portion not irradiated with the beam during normal drilling, unlike normal drilling,
Since there is a region on the upper edge of the hole that is not irradiated with the laser beam, the beam is oscillated in the opposite direction to return the beam to the normal drilling position so as to minimize resolidification of the molten dross in the region. For details on how to oscillate,
It is appropriately selected and controlled according to the beam output, energy density, hole diameter, hole depth, material of the ceramic material (usually the composition of each material constituting the mixture), environmental conditions (such as the outside air temperature), and the like. Further, the oscillation may be periodically and automatically performed according to the oscillation pattern, or may be manually performed while observing the state of the perforated portion. In order to oscillate the irradiation beam, even if the laser emission housing itself is moved up and down (oscillating), a mirror or the like is arranged obliquely in the optical path to shake the optical path of the laser beam emitted from the housing, and the mirror position is changed. It may be oscillated. Further, when the emission portion of the laser beam emission housing is relatively far away from the perforated portion, the vertical angle (elevation angle) of the emission housing is slightly oscillated so as to rotate the emission housing vertically. Is also good.

【0018】一方、開口部の下縁側の再固化物の再溶融
加熱を穿孔用のレーザビームとは別の熱源で行う場合、
加熱熱源としては、ガスバーナ等からの燃焼ガスや高温
のプラズマ照射手段などを用いてもよい。これらのよう
な別の加熱熱源を用いる場合には、該加熱熱源からの熱
を再固化部の所望領域に局所的に加えることも可能であ
る。なお、所望ならば、穿孔用レーザビームのオシレー
ションと上記の別の加熱熱源による加熱とを併用しても
よい。
On the other hand, when re-melting and heating the re-solidified material on the lower edge side of the opening with a heat source different from the laser beam for drilling,
As a heating heat source, a combustion gas from a gas burner or a high-temperature plasma irradiation unit may be used. When another heating heat source such as these is used, it is also possible to locally apply heat from the heating heat source to a desired region of the resolidification unit. If desired, the oscillation of the laser beam for perforation and the heating by another heating heat source may be used in combination.

【0019】装置の観点でみると、本発明によるセラミ
ック構造体のレーザ穿孔装置は、前記した目的を達成す
べく、(1)セラミック構造体の横孔穿孔部のセラミッ
ク物質を溶融させる大出力レーザビームを出射するビー
ム出射ハウジングと、(2) i)セラミック構造体に穿孔するための通常の穿孔位置
と穿孔により形成される孔の開口部の下縁部にビーム下
縁部を照射する再溶融加熱位置との間で、レーザビーム
をオシレートさせるためのビームオシレート手段、及び
ii)穿孔により形成される孔の開口部の下縁部に再固
化される再固化物を加熱すべく設けられた穿孔用のレー
ザビームとは別の加熱熱源のうちの少なくとも一方とを
有する。
In view of the apparatus, the laser drilling apparatus for a ceramic structure according to the present invention has the following objects. To achieve the above object, (1) a high-power laser for melting a ceramic material in a lateral hole drilling portion of a ceramic structure; A beam exit housing for emitting a beam, and (2) i) a re-melting for irradiating the lower edge of the beam to the lower edge of the opening of the hole formed by the normal drilling position and the drilling for the ceramic structure. Beam oscillating means for oscillating the laser beam with the heating position, and ii) perforations provided at the lower edge of the openings of the holes formed by the perforations to heat the resolidified material which is resolidified. And at least one of the other heating heat sources.

【0020】なお、溶融ドロスが容易に流出し得るよう
にするためには、横孔を形成する溶融ドロス形成段階に
おいて、セラミック構造体に対してレーザビームを斜め
上向きに照射して斜め上向きの横孔を形成するのが好ま
しい。その場合、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ことによりセラミック構造体
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。従
って、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易いから、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 order to allow the molten dross to easily flow out, a laser beam is applied obliquely upward to the ceramic structure in the molten dross forming step of forming the horizontal hole. Preferably, a hole is formed. In this case, the hole formed in the ceramic structure by irradiating the ceramic structure with the laser beam obliquely upward is located closer to the opening, so that the ceramic material generated by the laser beam irradiation is positioned lower. The molten dross may flow under its own weight towards the opening. Therefore, the innermost portion (the deepest portion or the tip of the hole) of the hole to be subsequently drilled (drilled) is easily exposed to the laser beam over almost the entire diameter of the hole, so that the drilling can be reliably advanced. Therefore, a large-diameter hole that is difficult to ignore the dross flow can be drilled deeply.

【0021】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 as long as the molten dross resulting from the melting of the ceramic material does not practically impede the further perforation, it can flow under gravity under its own weight to the opening side. 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.

【0022】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 the drilling, it is preferable that imaging means such as a CCD camera be provided as a monitoring means in the laser light emitting housing.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】次に、本発明によるレーザ穿孔方
法及び装置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示した好ま
しい一実施例に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a preferred embodiment in which the laser drilling method and apparatus according to the present invention is applied to the removal of rocks, rocks or rocks that may collapse will be described with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings. It will be described based on the following.

【0024】[0024]

【実施例】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10〜20cm
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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In FIG. 1, it is assumed that reference numeral 1 denotes a mountain, and the mountain 1 has a rock mass 2 which may collapse. In order to remove the rock mass 2 before the collapse accident occurs, holes 3 (for example, having a diameter of about 2 cm and a depth of 10 to 20 cm) are formed in the rock mass 2 at an appropriate interval.
The hole 3 is filled with a swelling agent which expands due to a chemical reaction, and the swelling force of the swelling agent cracks the rock part 2 around the hole 3 to break it into rocks or rocks 4 of an appropriate size. And drop it. 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.

【0025】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.

【0026】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の先端のアーム21a(図2)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。なお、図2に
関して後述するように、小型ロボット21の先端のアー
ム21aの分岐アーム21d(図2)には、更に、加熱
用熱源となる燃焼性ガスやプラズマなどを吹付けるため
のノズル51が取付けられている。
At a high place 7 near the rock mass 2 at 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 provided on an arm 21 a (FIG. 2) at the tip of the small robot 21.
The CCD torch 23 is attached to the tip of the laser torch 23 to monitor the drilling operation by the laser beam from the laser torch 23. As will be described later with reference to FIG. 2, the branch arm 21d (FIG. 2) of the arm 21a at the distal end of the small robot 21 is further provided with a nozzle 51 for spraying a combustible gas or plasma serving as a heat source for heating. Installed.

【0027】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等を支持し、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。但し、そ
の場合には、長い分岐アーム21dを延設する。
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 posture 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. However, in that case, the long branch arm 21d is extended.

【0028】CCDカメラ24により撮像された穿孔部
(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 (perforated portion), that is, the hole 3 and its surroundings captured by the CCD camera 24 is displayed on a monitor display (not shown), and based on the display, the perforated portion (drills the hole). The position of the small robot 21, more specifically, the position and inclination of the laser torch 23 are controlled so that the beam is irradiated onto the beam 3 at a predetermined elevation angle. Adjustment is performed by the laser control panel 14 to perform a drilling operation to open the 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.

【0029】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。
The laser torch 23 includes, for example, as shown in FIG. 2, a collimator 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.

【0030】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.

【0031】照射ビーム29は、仰角αだけ傾斜してい
る。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4の(a)に模式的に示したように、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
35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4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。これに対して、図4の(b)に模式的
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。また、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
動に限っており、孔3の開口部36の近傍における溶融
ドロスの冷却・再固化やこれに伴う孔3内の溶融ドロス
の挙動については、以下に説明する。
The irradiation beam 29 is inclined by the elevation angle α. When the irradiation beam 29 irradiates the rock part 2, the irradiation melts the rock material in the perforated part 3. Hole 3 of perforated part
Is small, 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 schematically shown in FIG. 4A, when the irradiation beam is composed of a substantially horizontal beam 29a and the hole 3a formed by the irradiation beam 29a extends horizontally, the hole 3a becomes deeper. It takes time for the molten dross 35 to flow to the opening 36. Therefore, the molten dross 35 tends to stay in the hole 35 in a relatively large amount, and the ratio of energy of the laser beam 29 consumed for heating the staying molten dross increases, making it difficult for the beam energy to be efficiently used for drilling. The perforation speed tends to be low (a part of the beam 29 may be a dross surface such as a lower edge of the opening 36 (not shown)).
Is not reflected in the hole 3 and leads to 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. As schematically shown in FIG.
It gets thinner. As a result, there are surfaces on which it is difficult to form deep holes. On the other hand, as shown schematically in FIG. 4B, when the irradiation beam 29 irradiates the rock part 2 upward at the elevation angle α, the molten dross 35 generated by the irradiation The hole 3 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 to be higher at the back (lower toward the opening 36), so that the hole 3 has a beam diameter D. It is easy to be formed deep with a large diameter corresponding to the diameter. 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 having a certain degree of convergence, the lower edge of the beam defining the bottom of the hole 3 may be inclined with an elevation angle α. You can do it on the edge. In addition, the description here is mainly limited to the behavior of dross inside the hole 3 formed by drilling, and the cooling and re-solidification of the molten dross near the opening 36 of the hole 3 and the hole 3 The behavior of the molten dross will be described below.

【0032】孔3を斜め上向きに明けることによって、
レーザビーム29の照射で生じた溶融ドロスが開口部側
に流下し易くなるけれども、溶融ドロスの流動性は必ず
しも高くないので、溶融ドロス35が開口部36に達し
て該開口部36から流下しようとする際ビーム29の照
射領域から外れると、外気により急速に冷却されて粘性
が高くなり固化が始まる。その結果、ビーム29が一定
の光路及びビーム径で照射されている場合、図3の符号
38で示したような再固化堆積物が開口36の下縁に、
即ち岩2のうち開口部36の下に位置する部分の表面2
a上に、生成される。この再固化堆積部38は、該堆積
部38に隣接する溶融ドロスを冷やし、レーザ光の29
の光軸29dにほぼ平行な方向に沿って(即ちレーザビ
ーム29の照射領域から外れる領域に沿って)孔3の内
部に向かう方向に成長する。このようにして成長した固
化堆積物38は、レーザビーム29のエネルギで加熱さ
れたり部分的に再溶融されるから、本来穿孔に用いられ
るべきビームエネルギの一部を奪うことになり、孔3の
奥の穿孔部分3dに投入されるべきエネルギが低下す
る。また、レーザビーム29のうち孔3内の溶融ドロス
表面(内周面)で反射されつつ孔3の奥に入るレーザビ
ーム部分のエネルギの一部は、溶融ドロス表面で吸収さ
れるので、孔3が深くなるに従って、孔3の奥の穿孔部
分3dに投入されるべきエネルギが低下する(なお、ビ
ーム29の一部が開口部36の縁部等のドロスの表面で
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)。その結果、孔3が深くなるに伴って、穿
孔の進行速度が低下し易い。従って、孔3の穿孔速度を
高める(孔3の穿孔を効率的に行う)ためには、開口部
36の下縁側における再固化部38の生成・成長を抑制
し、これにより、溶融ドロス層35の孔3内での滞留を
最小限に抑えて孔3の外へ連続的に流出させることが好
ましい。再固化部38の生成・成長を抑制するために
は、生成・成長プロセス自体を断ち切る代わりに、生成
・成長しつつある再固化部38を再溶融させるように冷
却と加熱とのバランスをとればよい。そこで、レーザ穿
孔装置60は、再固化部38を再溶融させるべく、レー
ザ関連装置搭載車11及び電源装置搭載車12に搭載さ
れた機器13,14,15,16,17,18等、小型
ロボット21、光ファイバ22及びレーザトーチ23等
に加えて、更に、次のような手段を備える。
By drilling the hole 3 obliquely upward,
Although the molten dross generated by the irradiation of the laser beam 29 easily flows down to the opening side, the flowability of the molten dross is not always high, so that the molten dross 35 reaches the opening 36 and attempts to flow down from the opening 36. When it comes out of the irradiation area of the beam 29, it is rapidly cooled by the outside air, becomes viscous, and starts to solidify. As a result, when the beam 29 is irradiated with a constant optical path and beam diameter, the resolidified deposit as shown by reference numeral 38 in FIG.
That is, the surface 2 of the portion of the rock 2 located below the opening 36
a. The re-solidification deposition section 38 cools the molten dross adjacent to the deposition section 38, and
Along the direction substantially parallel to the optical axis 29d (that is, along the area outside the irradiation area of the laser beam 29). The solidified deposit 38 grown in this manner is heated or partially re-melted by the energy of the laser beam 29, so that part of the beam energy that should be originally used for drilling is taken away, and The energy to be input to the inner perforated portion 3d decreases. Further, part of the energy of the laser beam 29 which is reflected by the molten dross surface (inner peripheral surface) in the hole 3 and enters the depth of the hole 3 is absorbed by the molten dross surface. As the depth increases, the energy to be injected into the perforated portion 3d at the back of the hole 3 decreases (a part of the beam 29 is reflected by the surface of the dross such as the edge of the opening 36 and enters the hole 3). Not doing so also leads to a loss of beam energy). As a result, as the hole 3 becomes deeper, the progress speed of perforation tends to decrease. Therefore, in order to increase the drilling speed of the holes 3 (perform drilling of the holes 3 efficiently), the generation and growth of the re-solidified portion 38 on the lower edge side of the opening 36 is suppressed, and thereby the molten dross layer 35 is formed. It is preferable to continuously flow out of the holes 3 while minimizing stagnation in the holes 3. In order to suppress the generation / growth of the resolidification unit 38, instead of cutting off the generation / growth process itself, it is necessary to balance cooling and heating so that the resolidification unit 38 being generated / grown is remelted. Good. In order to re-melt the re-solidification unit 38, the laser drilling device 60 is a small robot such as the devices 13, 14, 15, 16, 17, 18 and the like mounted on the vehicle 11 with the laser-related device and the vehicle 12 with the power supply device. 21, the optical fiber 22, the laser torch 23, and the like, and further include the following means.

【0033】即ち、図2に示したように、小型ロボット
21の先端のアーム21aは、トーチ把持部21bでレ
ーザトーチ23のハウジング28を把持すると共に、関
節21cを介してアーム21aに対してA方向に回動可
能な分岐アーム21dの先端のノズル把持部21eで燃
焼ガスやプラズマのような広義の流体からなる加熱熱源
の吹付用のノズル51を把持している。トーチ把持部2
1bは、アーム21aと一体的な外側把持部21fと、
外側把持部21fに対してB1,B2方向にオシレート
(振動)可能でレーザ出射ハウジング28と一体的な内
側把持部21gとからなる。外側把持部21fに対する
内側把持部21gのB1、B2方向のオシレートは、例
えば、アーム21aのところの駆動手段(図示せず)及
び該駆動手段の駆動を制御すべくレーザ関連装置搭載車
11のところに設けた制御手段(図示せず)によって、
制御される。
That is, as shown in FIG. 2, the arm 21a at the tip of the small robot 21 holds the housing 28 of the laser torch 23 with the torch holding portion 21b, and the arm 21a is moved in the direction A via the joint 21c. The nozzle gripping portion 21e at the tip of the branch arm 21d, which is rotatable, holds a nozzle 51 for spraying a heating heat source made of a broadly defined fluid such as combustion gas or plasma. Torch gripper 2
1b is an outer grip 21f integral with the arm 21a,
It comprises an inner grip portion 21g that can be oscillated (vibrated) in the B1 and B2 directions with respect to the outer grip portion 21f and is integrated with the laser emission housing 28. The oscillation in the B1 and B2 directions of the inner gripping portion 21g with respect to the outer gripping portion 21f is performed by, for example, a driving means (not shown) at the arm 21a and a laser-equipped vehicle 11 to control the driving of the driving means. Control means (not shown) provided in the
Controlled.

【0034】なお、トーチ把持部21bにオシレート機
構を設ける代わりに、小型ロボット21のアーム21a
を該ロボットの本体ないし基台に対してオシレートさせ
るようにしても、ハウジング28のビーム出射部に一対
のミラーを相互に対面する状態で設けると共に下流側の
ミラーを上流側ミラーに対して近接・離間させるように
オシレートさせるようにしてよい。オシレートは、好ま
しくは、直線的な往復並進移動の形態であるけれども、
場合によっては(例えば、回動半径が大きい場合)、並
進の代わりに小さい角度範囲内での往復回動でもよい。
The arm 21a of the small robot 21 is replaced with an oscillating mechanism in the torch grip 21b.
May be oscillated with respect to the main body or the base of the robot, a pair of mirrors are provided on the beam emitting portion of the housing 28 so as to face each other, and the downstream mirror is positioned close to the upstream mirror. You may make it oscillate so that it may separate. Although the oscillate is preferably in the form of a linear reciprocating translation,
In some cases (for example, when the turning radius is large), reciprocating turning within a small angle range may be used instead of translation.

【0035】ノズル51は、穿孔部3へのレーザビーム
29の照射を妨げず且つ穿孔部3に燃焼性ガスやプラズ
マのような加熱熱源となる流体を吹付け得る位置に、位
置決めされている。ノズル51には、燃焼性ガスやプラ
ズマ源などの流体がその供給源(図示せず)から電磁弁
52を介して供給される。加熱源流動体が燃焼ガスから
なる場合、ノズル51からは、大気中の酸素と結合して
燃焼するような可燃性ガスのみを噴出するようにして
も、酸素と可燃性ガスとの両方を噴出するようにしても
よい。後者の場合ある種のバーナーのように、ノズル5
1の先端からの可燃性ガスの噴出に伴い大気中の酸素を
ノズル51の基部51aで吸込んで可燃性ガスと混ぜて
噴出するようにしても、弁52と同様な弁を介してノズ
ル51に酸素供給源からの酸素ガスを同時に供給するよ
うにしてもよい。可燃性ガスと酸素とからなる燃焼性ガ
スは穿孔部3の高温にさらされると直ちに燃焼・発熱す
る。加熱源がプラズマ流からなる場合、例えば、ノズル
51の基部51aにプラズマ発生装置が設けられる。な
お、図示の例では分岐アーム21dのアーム21aに対
する自由度が1であるけれども、自由度は0でも2以上
でもよい。
The nozzle 51 is positioned so as not to hinder the irradiation of the laser beam 29 to the perforated portion 3 and to blow a fluid serving as a heating heat source such as a combustible gas or plasma onto the perforated portion 3. A fluid such as a combustible gas or a plasma source is supplied to the nozzle 51 from a supply source (not shown) via an electromagnetic valve 52. When the heating source fluid is made of a combustion gas, even if only the flammable gas that burns in combination with oxygen in the atmosphere is jetted from the nozzle 51, both the oxygen and the flammable gas are jetted. You may do so. In the latter case, like some burners, the nozzle 5
Even if oxygen in the atmosphere is sucked in at the base 51a of the nozzle 51 with the ejection of the combustible gas from the tip of the nozzle 1 and mixed with the combustible gas to be ejected, the oxygen is supplied to the nozzle 51 through a valve similar to the valve 52. Oxygen gas from an oxygen supply source may be supplied simultaneously. The combustible gas comprising the combustible gas and oxygen immediately burns and generates heat when exposed to the high temperature of the perforated portion 3. When the heating source is a plasma flow, for example, a plasma generator is provided at the base 51 a of the nozzle 51. Although the degree of freedom of the branch arm 21d with respect to the arm 21a is 1 in the illustrated example, the degree of freedom may be 0 or 2 or more.

【0036】このレーザ穿孔装置60では、レーザビー
ム出射ハウジング28が光軸29dに垂直な面内で上下
にB1,B2方向に小型ロボット21のアーム21aに
対してオシレートされ得るから、穿孔用レーザビーム2
9は、その下縁部29bが図3において実線で示した通
常の穿孔位置Cと想像線で示した再溶融加熱位置Dとの
間でB1,B2方向に上下に移動され得る。したがっ
て、通常の穿孔位置Cで穿孔作業を行っているとき、C
CDカメラ24で撮像されディスプレイ(図示せず)上
に表示される穿孔部3のまわりの映像により再固化堆積
部38がある程度以上の成長していることを確認した
ら、制御手段(図示せず)を操作して遠隔制御により外
側把持部21fに対して内側把持部21gをB1方向に
移動させ、ビーム29をその下縁部21bが再加熱溶融
位置Dに位置するように位置決めする。ビーム29が位
置Dまでオシレートされると、再固化堆積部38のうち
ビーム29の照射を直接受ける前縁部分38aから再固
化堆積部38が再溶融され、前縁部分が例えば、図3に
おいて点線38bで示した位置まで後退する。従って、
再固化堆積部38による溶融層35の溶融ドロスの冷却
や堰きとめがなくなるので、溶融ドロス35は速やかに
孔3から流出し得(溶融層35が孔3内から円滑に離脱
し得)、溶融ドロス35の孔3内での滞留も最小限に抑
え得る。その結果、再固化堆積部38や孔3内の溶融ド
ロス35によるビームの遮蔽やビームエネルギの吸収な
どが最小限に抑えられ得るから、ビーム29のエネルギ
が孔3の最奥部3dの穿孔に効果的に利用され、穿孔が
効率的に進められる。なお、再固化部38の後退をディ
スプレイで確認したら、再度遠隔制御により、内側把持
部21gをB2方向に戻して、ビーム29を通常の穿孔
位置部Cに戻す。
In the laser drilling device 60, the laser beam emitting housing 28 can be oscillated up and down in the plane perpendicular to the optical axis 29d with respect to the arm 21a of the small robot 21 in directions B1 and B2. 2
9, the lower edge 29b can be moved up and down in the B1 and B2 directions between a normal perforation position C shown by a solid line in FIG. 3 and a remelting heating position D shown by an imaginary line. Therefore, when the drilling operation is performed at the normal drilling position C, C
After confirming that the re-solidification and deposition portion 38 has grown to a certain degree or more from an image around the perforated portion 3 captured by the CD camera 24 and displayed on a display (not shown), control means (not shown) To move the inner grip 21g in the direction B1 with respect to the outer grip 21f by remote control, and position the beam 29 so that the lower edge 21b thereof is located at the reheating melting position D. When the beam 29 is oscillated to the position D, the re-solidified deposition portion 38 is re-melted from the leading edge portion 38a of the re-solidified deposition portion 38 which directly receives the irradiation of the beam 29, and the leading edge portion is, for example, a dotted line in FIG. It retracts to the position indicated by 38b. Therefore,
Since the cooling and damming of the molten dross of the molten layer 35 by the re-solidification and deposition section 38 are eliminated, the molten dross 35 can quickly flow out of the hole 3 (the molten layer 35 can be smoothly separated from the inside of the hole 3). Stagnation of the dross 35 in the hole 3 can be minimized. As a result, it is possible to minimize the shielding of the beam and the absorption of the beam energy by the re-solidification deposition portion 38 and the molten dross 35 in the hole 3, so that the energy of the beam 29 is applied to the perforation of the innermost portion 3 d of the hole 3. It is used effectively and the perforation proceeds efficiently. After confirming the retreat of the re-solidification unit 38 on the display, the inner grip 21g is returned to the direction B2 again by remote control, and the beam 29 is returned to the normal perforation position C.

【0037】以上においては、再固化部38の成長をモ
ニタしつつレーザハウジング28のオシレートを手動制
御する例について説明したけれども、通常はディスプレ
イでモニタすることなく、内側把持部29gを外側把持
部29fに対してB1,B2方向に所定の移動パターン
で周期的にオシレートさせるようにしておいてもよい。
この場合、内側把持部29gの外側把持部29fに対す
るB1,B2方向の位置と移動速度との関係は、ビーム
のエネルギやエネルギ密度、穿孔部の孔径や孔の深さ、
岩石の材質、気候条件などを考慮して、実験的に求めて
おいて所定のパターンを選択ないし設定するようにして
おき、ディスプレイによるモニタ情報は、必要な場合に
のみ手動調整用に用いればよい。
In the above description, an example has been described in which the oscillation of the laser housing 28 is manually controlled while monitoring the growth of the re-solidified portion 38. However, the inner grip portion 29g is usually replaced with the outer grip portion 29f without monitoring on a display. May be periodically oscillated in a predetermined movement pattern in the B1 and B2 directions.
In this case, the relationship between the position in the B1 and B2 directions and the moving speed of the inner gripping portion 29g with respect to the outer gripping portion 29f depends on the energy and energy density of the beam, the hole diameter and the hole depth of the hole,
Considering rock material, climatic conditions, etc., it is determined experimentally and a predetermined pattern is selected or set, and monitor information on the display may be used for manual adjustment only when necessary .

【0038】上記のようなビーム29のオシレーション
と共に、又はオシレーションの代わりに、ノズル51か
ら加熱源流体53を図3に示したように再固化堆積部3
8に吹付けることによっても、ビーム29のB1方向の
オシレーションの場合と同様に、再固化堆積層38の再
溶融及び溶融ドロス35の孔3からの流出を促進させ得
る。レーザ光29が炭酸ガスレーザなどと比較して波長
の短いYAGレーザ等である場合には、ビーム29のオ
シレーションと加熱源流体53の吹付とを併用しても、
加熱源流体である燃焼ガスやプラズマによる吸収の問題
もない。なお、加熱源流体53の吹付は、溶融ドロス3
5を直接加熱することになり、且つその吹付位置の調整
の自由度が高いので、投入されるエネルギの絶対値や該
エネルギの利用効率がレーザビーム29の場合より小さ
くても有効であると考えられる。
Along with or instead of the oscillation of the beam 29 as described above, the heating source fluid 53 is supplied from the nozzle 51 to the re-solidification deposition section 3 as shown in FIG.
By spraying on the beam 8, as in the case of the oscillation of the beam 29 in the B1 direction, the re-melting of the re-solidified deposition layer 38 and the outflow of the molten dross 35 from the holes 3 can be promoted. When the laser light 29 is a YAG laser or the like having a shorter wavelength than a carbon dioxide gas laser or the like, even if the oscillation of the beam 29 and the spraying of the heating source fluid 53 are used together,
There is no problem of absorption by the combustion gas or the plasma as the heating source fluid. The heating source fluid 53 is sprayed on the molten dross 3
5 is directly heated, and the degree of freedom in adjusting the spray position is high. Therefore, it is considered effective even if the absolute value of the input energy or the utilization efficiency of the energy is smaller than that in the case of the laser beam 29. Can be

【0039】レーザビーム29の照射をやめると、孔3
の底部37に沿って流動してい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38cになる。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35,38cで内壁が覆
われた孔3が、レーザビーム29による穿孔によって形
成されることになる。
When the irradiation of the laser beam 29 is stopped, the holes 3
The molten layer, that is, the molten dross layer 35 that has flowed along the bottom 37 is gradually deposited and solidified to finally become a solid glass dross layer 35, and the molten dross or the outflowing molten liquid flowing out from the opening 36. Layer 38 solidifies as it deposits, ultimately becoming outflow glass dross 38c. on the other hand,
A glass dross layer 35 similar to the glass dross layer 35 on the bottom side is formed on the inner wall portion 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 38c is formed by the perforation by the laser beam 29.

【0040】最後に、このようにして形成された孔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
を制御下で破壊して除去する。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。
Finally, the hole 3 formed in this way is filled with an expanding agent, and a portion of the bedrock 2 adjacent to the hole 3 is broken down and removed under control. In FIG. 1, 31 is
This is a vehicle for removing rocks 4 that have been broken down to a transportable size and dropped.

【0041】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。
Although the present invention has been described above with respect to an example in which the present invention is applied to drilling for preventing rock collapse beforehand, the present invention is used for demolition of reinforced concrete piers and seismic reinforcement work of buildings. 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.

【0042】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 relatively high-density rock such as granite is irradiated with a high-power laser beam to be heated and melted 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】本発明の好ましい一実施例のレーザ穿孔方法及
び装置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 laser drilling method and apparatus according to a preferred embodiment of the present invention are applied to rock fall prevention.

【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のレーザビーム照射の際における仰角の役
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。
4A and 4B are schematic explanatory diagrams for explaining the role of the elevation angle during the laser beam irradiation in FIG. 3; FIG. 4A 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) 3d 孔の最奥部 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 21a,21d アーム 21b レーザトーチ把持部 21c 関節 21f 外側把持部 21g 内側把持部 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 29b ビームの下縁 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 再固化堆積層 38b 後退された再固化堆積層の前縁 38c ガラスドロス 51 加熱熱源流体吹付ノズル 52 弁 53 加熱熱源流体 60 レーザ穿孔装置 A 回動方向 B1,B2 オシレート方向 C ビームの下縁の通常の穿孔位置 D ビームの下縁の再溶融加熱位置 α レーザビームの仰角
1 Mountain 2 Rock part 3 Hole (hole), Perforated part 3a Hole (hole) 3d Deepest part of hole 4 Rock (rock) 5 Collapse accident risk area at foot 6 Safe place away from collapse accident area (laser oscillation Equipment installation location) 7 Altitude 10 Laser beam oscillation equipment 11 Car with laser related equipment 12 Car with power supply unit 13 Laser oscillator 14 Laser control panel 15 Air conditioning equipment 16 Generator 17 Laser power supply 18 Laser water cooler (chiller) 19 High Work cart 20 Crane 21 Small robots 21a, 21d Arm 21b Laser torch grip 21c Joint 21f Outer grip 21g Inner grip 22 Optical fiber 23 Laser torch 24 CCD camera 25 Outgoing end (outgoing end) 26 Collimating lens 27 Focus lens (collection) Optical lens 28 Laser light emission housing (Laser light synthesis housing) 29 High-power laser beam 29b Lower edge of beam 30 Injection part 35 Dross molten (solid glass dross layer) 35a Solid glass dross 36 Opening 37 Bottom part 38 Re-solidified deposition layer 38b Retracted re-solidified deposition layer 38b Front edge 38c Glass dross 51 Heating heat source fluid spray nozzle 52 Valve 53 Heating heat source fluid 60 Laser drilling device A Rotating direction B1, B2 Oscillating direction C Normal drilling position of lower edge of beam D Re-melting heating position of lower edge of beam α Laser beam elevation angle

───────────────────────────────────────────────────── 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 CD06 CG00 CG01 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 Yuyugaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Sumitomo Heavy Industries Machinery Co., Ltd. Hiratsuka Works F-term (reference) 4E068 AF01 CD06 CG00 CG01 DB12

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミック構造体の横孔穿孔部にレーザビ
ームを照射して該穿孔部のセラミック物質を溶融させ溶
融ドロスを形成する溶融ドロス形成段階と、 穿孔部に形成中の孔の開口部の下縁側において溶融ドロ
スが冷却されて固化した再固化物を加熱して再溶融させ
る再溶融段階とを有してなるセラミック構造体のレーザ
穿孔方法。
1. A step of forming a molten dross by irradiating a laser beam to a lateral hole perforated portion of a ceramic structure to melt a ceramic material in the perforated portion to form a molten dross, and an opening of a hole being formed in the perforated portion. A re-melting step of heating and re-melting the re-solidified material that has cooled and solidified the molten dross on the lower edge side of the ceramic dross.
【請求項2】再溶融段階が、通常の穿孔位置と開口部の
下縁側の再固化物にビームの下縁を当てる再溶融加熱位
置との間で、レーザビームをオシレートさせることを含
む請求項1に記載のレーザ穿孔方法。
2. The re-melting step comprises oscillating the laser beam between a normal drilling position and a re-melting heating position where the lower edge of the beam strikes the re-solidified material on the lower edge of the opening. 2. The laser perforation method according to 1.
【請求項3】再溶融段階が、開口部の下縁側の再固化物
を穿孔用のレーザビームとは別の熱源で加熱することを
含む請求項1又は2に記載のレーザ穿孔方法。
3. The laser drilling method according to claim 1, wherein the re-melting step includes heating the re-solidified material on the lower edge side of the opening with a heat source different from the laser beam for drilling.
【請求項4】セラミック構造体の横孔穿孔部のセラミッ
ク物質を溶融させる大出力レーザビームを出射するビー
ム出射ハウジングと、 セラミック構造体に穿孔するための通常の穿孔位置と穿
孔により形成される孔の開口部の下縁部にビーム下縁部
を照射する再溶融加熱位置との間で、レーザビームをオ
シレートさせるためのビームオシレート手段とを有して
なるセラミック構造体のレーザ穿孔装置。
4. A beam emitting housing for emitting a high-power laser beam for melting a ceramic material in a lateral hole perforated portion of a ceramic structure, a normal perforation position for perforating the ceramic structure, and a hole formed by perforation. And a beam oscillating means for oscillating the laser beam between the lower melting portion and the re-melting heating position for irradiating the lower edge portion of the opening with the lower edge portion of the beam.
【請求項5】セラミック構造体の横孔穿孔部のセラミッ
ク物質を溶融させる大出力レーザビームを出射するビー
ム出射ハウジングと、 穿孔により形成される孔の開口部の下縁部に再固化され
る再固化物を加熱すべく設けられた穿孔用のレーザビー
ムとは別の加熱熱源とからなるセラミック構造体のレー
ザ穿孔装置。
5. A beam emitting housing for emitting a high-power laser beam for melting a ceramic material in a lateral hole perforated portion of a ceramic structure; and a re-solidified resin at a lower edge of an opening of the hole formed by the perforated hole. A laser drilling device for a ceramic structure comprising a heating heat source different from a drilling laser beam provided to heat a solidified material.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015513626A (en) * 2012-03-15 2015-05-14 ヨーゼフ グローテンドアストJosef Grotendorst Method and apparatus for forming or excavating a cavity in the ground
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