JP2016215251A - レーザ切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの温度上昇を抑制できるレーザ切断装置を提供する。【解決手段】レーザ切断装置は、レーザ光源からのレーザ光が供給される光学系と、光学系を保持する鏡筒と、光学系を通過したレーザ光が射出される射出部を有し、切断対象物と対向した状態でレーザ光を射出するノズルと、鏡筒とノズルとの間に設けられ、液体供給装置から供給される冷却用液体が流通する第１流路を有し、ノズルを冷却する冷却部材と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ切断装置に関する。

一般の建築物や道路、鉄道等の橋梁、高架橋のコンクリート壁の撤去作業において、コンクリート鋸盤が用いられる。コンクリート鋸盤でコンクリート壁を切断する場合、作業者の介在作業が発生する可能性がある。例えばコンクリート壁に存在する配管のような障害物にコンクリート鋸盤の鋸が噛み込む可能性があり、障害物と鋸との噛み込みを解除するために作業者の介在作業が必要となる。また、コンクリート鋸盤においては鋸の折損が発生する可能性がある。作業者の介在作業又は鋸の折損は、コンクリート壁の切断作業の作業性の低下をもたらす。また、原子炉建屋の放射線量が高い場合や深海などの作業者の近接作業が難しい環境下では、コンクリート壁の切断作業において作業者の介在作業を削減したいという要望がある。

コンクリート壁の切断方法としてレーザ切断装置を用いる切断方法が期待されている。レーザ切断装置は、レーザ光及びシールドガスを射出するノズルを有し、ノズルとコンクリート壁とを対向させた状態でノズルから射出されたレーザ光をコンクリートに照射する。ノズルから射出されたレーザ光によりコンクリート壁の一部が溶融し、アシストガス用ノズルから噴射されたアシストガスによりコンクリート壁の溶融物（ドロス）が除去されることにより、コンクリートが切断される。レーザ切断装置を用いるコンクリート壁の切断方法は、コンクリート鋸盤のような折損は発生せず、遠隔操作に適しており、作業者の介在作業を抑制できる。レーザ光によるコンクリートの切断方法に関する技術が特許文献１に開示されている。

特開平０４−３１９０８７号公報

特許文献１では、コンクリートの厚板に有効な手法が述べられているが，厚板コンクリートを連続切断する際の課題として以下がある。厚みがあるコンクリート壁をレーザ光で切断する場合、レーザ切断装置の高出力化が必要となるが、高出力のレーザ光をコンクリート壁に照射すると、高温度の溶融物（ドロス）が生成され、その溶融物（ドロス）の放射熱によりノズルが加熱される。コンクリート壁を切断する場合、長時間に亘って連続的にレーザ光を照射し続ける必要がある。長時間に亘って高出力のレーザ光をコンリート壁に照射し続けると、コンクリート壁と対向するノズルが過度に加熱され赤熱化する可能性があるため、長時間に亘るレーザ光の照射は困難となる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ノズルの温度上昇を抑制できるレーザ切断装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、レーザ光源からのレーザ光が供給される光学系と、前記光学系を保持する鏡筒と、前記光学系を通過したレーザ光が射出される射出部を有し、切断対象物と対向した状態で前記レーザ光を射出するノズルと、前記鏡筒と前記ノズルとの間に設けられ、液体供給装置から供給される冷却用液体が流通する第１流路を有し、前記ノズルを冷却する冷却部材と、を備えるレーザ切断装置を提供する。

前記冷却部材は前記鏡筒に固定され、前記冷却部材に対して前記ノズルを着脱可能に接続する接続部を有することが好ましい。

また、前記接続部は、ねじを含むことが好ましい。

また、前記ノズルは、前記冷却部材と接触する接触面を有することが好ましい。

また、前記鏡筒は、前記鏡筒及び前記光学系を冷却する冷却用液体が流通する第２流路を有することが好ましい。

また、前記切断対象物に入射する前記レーザ光の焦点位置からの広がり角度は１０［°］以下であることが好ましい。

また、前記ノズルと対向する前記切断対象物の表面における前記レーザ光の照射領域の最小寸法は１［ｍｍ］以上であることが好ましい。

また、前記光学系の焦点が前記切断対象物の内部に位置する状態で前記切断対象物に前記レーザ光が照射されることが好ましい。

また、前記鏡筒、前記冷却部材、及び前記ノズルを含むレーザヘッドを移動可能な第１移動装置を備え、前記第１移動装置は、前記射出部から前記レーザ光が射出された状態で、前記ノズルが対向する前記切断対象物の表面と平行な面内において前記レーザヘッドを移動することが好ましい。

また、前記ノズルと前記切断対象物との距離を保持する距離保持機構を備え、前記第１移動装置は、前記ノズルと前記切断対象物とが間隙を介して対向し続けるように、前記距離保持機構によって前記レーザヘッドの位置を調整することが好ましい。前記距離保持機構は距離を検出するセンサと位置制御装置を組み合わせて用いてもよい。

また、前記第１移動装置による前記レーザヘッドの移動範囲よりも下方に配置され、前記レーザ光の照射により発生した前記切断対象物の溶融物（ドロス）を回収する回収部材を備えることが好ましい。

また、前記切断対象物の裏面と対向するように配置され、前記射出部から射出された前記レーザ光の少なくとも一部を受ける受光部材を備えることが好ましい。

また、前記レーザヘッドと同期して前記受光部材を移動する第２移動装置を備えることが好ましい。

また、前記レーザヘッド及び前記受光部材の周囲に配置されるカバー部材を備えることが好ましい。

また、前記冷却部材に対して前記ノズルを交換するノズル交換装置を備えることが好ましい。

また、前記光学系の複数の光学素子のうち前記光学系の焦点に最も近い光学素子の光射出面と対向する透過窓を備えることが好ましい。前記透過窓は、前記光学系の焦点に最も近い光学素子の光射出面と対向する第１面及び前記第１面の逆方向を向く第２面を有し、前記第２面側の空間のガスが前記第１面側の空間に流入することを抑制する。

また、前記ノズルから噴射させるためのアシストガスを前記ノズルに供給するガス供給装置を備え、前記ガス供給装置は、前記射出部と対向する前記切断対象物が貫通していない状態において前記アシストガスが第１噴射量で噴射し、前記レーザ光の照射により前記切断対象物が貫通した状態において前記アシストガスが前記第１噴射量よりも少ない第２噴射量で噴射するように、前記アシストガスの供給量を調整することでアシストガス流量の消費を低減することも可能である。

また、前記光学系はビームスプリッタを含み、前記ビームスプリッタで分岐された前記レーザ光の強度を検出する光センサを備え、レーザ光の出力変動をモニタリングすることが好ましい。

本発明によれば、ノズルの温度上昇を抑制できるレーザ切断装置が提供される。

図１は、第１実施形態に係るレーザ切断装置を模式的に示す斜視図である。 図２は、第１実施形態に係るレーザ切断装置を示す正面図である。 図３は、第１実施形態に係るレーザ切断装置を示す側面図である。 図４は、第１実施形態に係るレーザヘッドの一例を示す側断面図である。 図５は、第１実施形態に係るノズル及び冷却部材を示す側断面図である。 図６は、第１実施形態に係る冷却部材を示す平断面図である。 図７は、第１実施形態に係るレーザ光とコンクリート壁との関係を模式的に示す図である。 図８は、第１実施形態に係る受光部材を模式的に示す図である。 図９は、第１実施形態に係るレーザ切断装置を示す機能ブロック図である。 図１０は、第１実施形態に係るレーザ切断装置を用いてコンクリート壁を切断する方法を示すフローチャートである。 図１１は、第１実施形態に係るレーザ切断装置の動作を模式的に示す図である。 図１２は、第１実施形態に係るレーザ切断装置の動作を模式的に示す図である。 図１３は、第１実施形態に係るレーザ切断装置の動作を模式的に示す図である。 図１４は、第２実施形態に係るレーザ切断装置を模式的に示す図である。 図１５は、第３実施形態に係るレーザ切断装置を模式的に示す図である。 図１６は、受光部材の変形例を示す図である。 図１７は、ノズルの変形例を示す図である。 図１８は、レーザ光とコンクリート壁との関係の変形例を示す図である。 図１９は、ノズルの変形例を示す図である。

本発明を実施するための実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ切断装置１を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るレーザ切断装置１を示す正面図である。図３は、本実施形態に係るレーザ切断装置１を示す側面図である。レーザ切断装置１は、切断対象物Ｓにレーザ光を照射して、切断対象物Ｓを切断する。本実施形態において、切断対象物Ｓは、コンクリート壁Ｓである。コンクリート壁Ｓは、例えば原子炉建屋に使用される鉄筋コンクリート壁である。

レーザ切断装置１は、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａと対向するように配置され、レーザ光を射出する射出部２を有するレーザヘッド３と、コンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂと対向するように配置され、レーザヘッド３の射出部２から射出されたレーザ光の少なくとも一部を受ける受光部材４と、レーザヘッド３を移動可能な第１移動装置５と、レーザヘッド３と同期して受光部材４を移動する第２移動装置６と、第１移動装置５によるレーザヘッド３の移動範囲及び第２移動装置６による受光部材４の移動範囲よりも下方に配置され、レーザ光の照射により発生したコンクリート壁Ｓの溶融物（ドロス）を回収する回収部材７と、レーザヘッド３及び受光部材４の周囲に配置されるカバー部材８とアシストガス及び切断で生じるヒュームやダストを吸引する装置を備える。

また、レーザ切断装置１は、レーザ光源９と、レーザ光源９を冷却するレーザ冷却装置１０と、発電機１１と、レーザ切断装置１を制御する制御装置１２と、レーザ光源９、レーザ冷却装置１０、発電機１１、及び制御装置１２を収容するハウジング１３とを備えている。制御装置１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のようなメモリと、入出力インターフェース回路とを有する。

レーザヘッド３は、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａ側の空間で、第１移動装置５が発生する駆動力によって移動する。第１移動装置５は、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａと平行な面内においてレーザヘッド３を移動可能である。第１移動装置５は、レーザヘッド３を水平面内の一方向にガイドする第１ガイド部材１４と、レーザヘッド３を水平面内の一方向に移動するための駆動力を発生する第１アクチュエータと、第１ガイド部材１４を鉛直方向にガイドする一対の第２ガイド部材１５と、第１ガイド部材１４を鉛直方向に移動するための駆動力を発生する第２アクチュエータとを有する。第１アクチュエータ及び第２アクチュエータの作動により、レーザヘッド３はコンクリート壁Ｓの表面Ｓａと平行な面内で移動可能である。

受光部材４は、コンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂ側の空間で、第２移動装置６が発生する駆動力によって移動する。第２移動装置６は、コンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂと平行な面内において、レーザヘッド３と同期して受光部材４を移動可能である。第２移動装置６は、第１移動装置５と同様の構造である。第２移動装置６は、受光部材４を水平面内の一方向にガイドする第３ガイド部材と、受光部材４を水平面内の一方向に移動するための駆動力を発生する第３アクチュエータと、第３ガイド部材を鉛直方向にガイドする一対の第４ガイド部材と、第４ガイド部材を鉛直方向に移動するための駆動力を発生する第４アクチュエータとを有する。第３アクチュエータ及び第４アクチュエータの作動により、受光部材４はコンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂと平行な面内で移動可能である。また、受光部材４は、レーザ光の照射全面に配置して、移動なしで固定して使用しても良い。

カバー部材８は、レーザヘッド３及び第１移動装置５の周囲に配置される第１カバー部材８Ａと、受光部材４及び第２移動装置６の周囲に配置される第２カバー部材８Ｂとを含む。第１カバー部材８Ａは、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａ側に配置される。第２カバー部材８Ｂは、コンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂ側に配置される。

回収部材７は、レーザ光の照射によりコンクリート壁Ｓから発生し、コンクリート壁Ｓから落下した溶融物（ドロス）を受ける。回収部材７は、レーザヘッド３の下方に配置される第１回収部材７Ａと、受光部材４の下方に配置される第２回収部材７Ｂとを含む。第１回収部材７Ａは、第１カバー部材８Ａの下端部と接続される。第１回収部材７Ａの先端部は可動式（フラップ式）となっており、レーザ切断装置１をコンクリート壁Ｓにセットした後に旋回動作等を行い、コンクリート壁Ｓとの隙間をなくす。第２回収部材７Ｂは、第２カバー部材８Ｂの下端部と接続される。第２回収部材７Ｂの先端部は可動式（フラップ式）となっており、レーザ切断装置１をコンクリート壁Ｓにセットした後に旋回動作等を行い、コンクリート壁Ｓとの隙間をなくす。第１回収部材７Ａは、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａ側の空間において落下した溶融物（ドロス）を受ける。第２回収部材７Ｂは、コンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂ側の空間において落下した溶融物（ドロス）を受ける。

第１移動装置５、第２移動装置６、第１カバー部材８Ａ、及び第２カバー部材８Ｂは、ハウジング１３の底板に接続される。ハウジング１３の底板は、コンクリート壁Ｓの上面よりも上方に配置される。ハウジング１３の天板に設けられている吊部材１６がクレーンのような支持機構に吊り下げられた状態で、ハウジング１３に支持された第１移動装置５及び第１カバー部材８Ａと第２移動装置６及び第２カバー部材８Ｂとは、コンクリート壁Ｓを跨ぐように配置される。

また、レーザ切断装置１は、コンクリート壁Ｓを保持する保持部材１７を有する。コンクリート壁Ｓが保持部材１７に保持された状態で、レーザヘッド３からレーザ光が射出される。

図４は、本実施形態に係るレーザヘッド３の一例を示す側断面図である。図４に示すように、冷却用液体を供給する第１液体供給装置１８及び第２液体供給装置１９と、アシストガスを供給するガス供給装置２０とが、レーザヘッド３に接続される。

レーザヘッド３は、レーザ光源９からのレーザ光が供給される光学系２１と、光学系２１を保持する鏡筒２２と、光学系２１を通過したレーザ光が射出される射出部２を有し、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａと対向した状態でレーザ光を射出するノズル２３と、鏡筒２２とノズル２３との間に設けられ、第１液体供給装置１８から供給される冷却用液体が流通する第１流路２４を有し、ノズル２３を冷却する冷却部材２５とを備える。第１流路２４に供給された冷却用液体により、ノズル２３が冷却される。

本実施形態において、レーザ光源９は、ファイバレーザ光源である。ファイバレーザ光源は、光ファイバを媒質としてレーザ光を出力する。ファイバレーザ出力装置として、例えば、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置又はリング型ファイバレーザ出力装置が用いられてもよい。ファイバレーザ出力装置のファイバとして、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加されたシリカガラスが用いられてもよい。

なお、レーザ光源９は、パルスレーザ光源でもよい。パルスレーザ光源は、例えば高出力のＹＡＧレーザパルス光源も使用可能である。

レーザ光源９から出力されたレーザ光は、光ファイバのような導光部材を介してレーザヘッド３に供給される。レーザ光は、鏡筒２２に保持されている光学系２１に入射する。光学系２１は、複数の光学素子を有する。光学素子は、レーザ光をコリメートするコリメート光学素子、及びレーザ光を集光してコンクリート壁Ｓに導く集光光学素子を含む。

鏡筒２２は、第２液体供給装置１９から供給される冷却用液体が流通する第２流路２６を有する。第２流路２６に供給された冷却用液体により、鏡筒２２及び光学系２１が冷却される。

第２流路２６は、鏡筒２２の内部に形成される内部流路を含む。第２流路２６は、光学系２１の光軸ＡＸの周囲においてスパイラル状に設けられる。なお、第２流路２６は、光軸ＡＸと平行な方向に設けられる複数の環状流路と、それら環状流路を接続する接続流路とを含んでもよい。第２液体供給装置１９は、冷却用液体として、鏡筒２２の第２流路２６に水を供給する。第２流路２６が冷却用液体を流通することにより、鏡筒２２及び鏡筒２２に保持されている光学系２１の光学素子の温度上昇が抑制される。第２流路２６を流れた冷却用液体は、第２液体供給装置１９に戻される。なお、第２流路２６を流れた冷却用液体は廃棄されてもよい。

冷却部材２５は、光軸ＡＸを囲むように設けられる環状部材である。冷却部材２５は、鏡筒２２に固定される。

第１流路２４は、冷却部材２５の内部に形成される内部流路を含む。第１流路２４は、光軸ＡＸを囲む環状流路である。第１液体供給装置１８は、冷却用液体を冷却部材２５の第１流路２４に供給する。第１流路２４に冷却用液体が流通することにより、冷却部材２５に接続されるノズル２３の温度上昇が抑制される。第１流路２４を流れた冷却用液体は、第１液体供給装置１８に戻される。なお、第１流路２４を流れた冷却用液体は廃棄されてもよい。

ノズル２３は、レーザ光の進行方向に向かって径が縮小する中空の円錐形状である。射出部２は、ノズル２３の先端部に設けられた開口部である。

ガス供給装置２０は、ノズル２３から噴射させるためのアシストガスをノズル２３に供給する。ノズル２３は、ガス供給装置２０から供給されたアシストガスをコンクリート壁Ｓに向けて噴射可能である。本実施形態において、アシストガスは、ノズル２３の先端部に設けられた開口から噴射される。アシストガスとして、例えば、空気、窒素ガス、アルゴンガス、キセノンガス、ヘリウムガス、または、これらの混合ガスを用いることができる。

レーザヘッド３は、光学系２１の複数の光学素子のうち光学系２１の焦点に最も近い最終光学素子２１Ｄの光射出面と対向する第１面２７Ａ及び第１面２７Ａの逆方向を向く第２面２７Ｂを有する透過窓２７を有する。透過窓２７は、鏡筒２２に保持される。透過窓２７は、平行平板であり、レーザ光は、透過窓２７を通過可能である。透過窓２７の厚みは、使用するレンズ径、アシストガス圧の上限値により破損又は変形による光学特性を損なわない厚みを選定する。

透過窓２７は、第１面２７Ａ側の空間ＳＰ１と第２面２７Ｂ側の空間ＳＰ２とのガスの流通を抑制するシール部材として機能する。透過窓２７により、第２面２７Ｂ側の空間ＳＰ２のガスが第１面２７Ａ側の空間ＳＰ１に流入することが抑制される。

ノズル２３は、冷却部材２５に対して着脱可能に接続される。ノズル２３は交換可能である。図２及び図３に示すように、レーザ切断装置１は、冷却部材２５に対してノズル２３を交換するノズル交換装置２８を備えている。ノズル交換装置２８は、第１移動装置５によるレーザヘッド３の移動範囲の外側に設けられ、交換用のノズル２３を収容するノズルストック部と、ノズル２３を保持して移動可能なノズル搬送装置とを有する。ノズル搬送装置は、第１移動装置５によるレーザヘッド３の移動範囲とその移動範囲の外側との間を移動可能である。ノズル搬送装置は、ロボットアームを含み、ノズルストック部のノズル２３とレーザヘッド３に装着されているノズル２３とを交換可能である。

また、本実施形態においては、受光部材４も交換可能である。レーザ切断装置１は、受光部材４を交換する受光部材交換装置２９を備えている。受光部材交換装置２９は、第２移動装置６による受光部材４の移動範囲の外側に設けられ、交換用の受光部材４を収容する受光部材ストック部と、受光部材４を保持して移動可能な受光部材搬送装置とを有する。受光部材搬送装置は、第２移動装置６による受光部材４の移動範囲とその移動範囲の外側との間を移動可能である。受光部材搬送装置は、ロボットアームを含み、受光部材ストック部の受光部材４と第２移動装置６に装着されている受光部材４とを交換可能である。

図５は、ノズル２３及び冷却部材２５を示す側断面図である。図６は、冷却部材２５の平断面図である。図５及び図６に示すように、冷却部材２５は、円筒状の部材であり、光軸ＡＸに面する内面２５Ａと、光軸ＡＸと直交し、ノズル２３と接続される端面２５Ｂとを有する。

ノズル２３は、冷却部材２５の内面２５Ａと接続される筒部２３Ａと、冷却部材２５の端面２５Ｂと接続される接触面２３Ｂと、先端部に射出部２が設けられるテーパ部２３Ｃとを有する。接触面２３Ｂは、ノズル２３のフランジ部に設けられる。

冷却部材２５及びノズル２３は、金属製である。本実施形態において、冷却部材２５及びノズル２３は、熱伝導性が高い銅又はベリリウム銅で製造されている。

冷却部材２５及びノズル２３は、レーザ光が通過可能な通路を有する。光軸ＡＸに面するノズル２３の通路の内面は、ノズル２３の先端部に向かって径が縮小するテーパ部２３Ｄと、テーパ部２３Ｄよりもノズル２３の先端部側に設けられ、径が一定であるストレート部２３Ｅとを有する。ストレート部２３Ｅの内径Ｄ２は、５［ｍｍ］以上が好ましい。アシストガスの消費量を抑える観点では１０［ｍｍ］以下が好ましい。

また、光軸ＡＸに面するノズル２３の通路の内面とその内面の逆方向を向くノズル２３の外面との距離を示すノズル２３の肉厚の寸法Ｄ３は、１［ｍｍ］以上である。本実施形態において、ノズル２３の肉厚の寸法Ｄ３は、５［ｍｍ］である。なお、ノズル２３の肉厚の寸法Ｄ３は、１０［ｍｍ］でもよい。

また、冷却部材２５に対してノズル２３を着脱可能に接続する接続部３０が設けられる。接続部３０は、ねじを含む。本実施形態において、接続部３０は、ノズル２３の筒部２３Ａの外面に設けられたねじ山と、冷却部材２５の内面２５Ａに設けられたねじ溝とを含む。ねじ山とねじ溝とが結合されることにより、冷却部材２５に対してノズル２３が固定される。ねじ山とねじ溝との結合が解除されることにより、冷却部材２５からノズル２３が外される。

図６に示すように、冷却部材２５は、第１液体供給装置１８からの冷却用液体が流入する流入口２４Ａと、第１流路２４を流れた冷却用液体が流出する流出口２４Ｂと、流入口２４Ａと流出口２４Ｂとを接続する流路とを有する。流入口２４Ａと流出口２４Ｂとを接続する流路は、一筆書きで流入口２４Ａから流出口２４Ｂへ繋がるように設けられる。流入口２４Ａから流路に流入した冷却用液体は、一方向に流れた後、流出口２４Ｂから流出する。なお、流入口２４Ａと流出口２４Ｂとの間に仕切板２４Ｃが設けられている。これにより、両側に流す場合と比較して、流れにムラが生じ難く、一部だけ冷やされず、加熱されることを抑制することができる。

図７は、コンクリート壁Ｓに照射されるレーザ光を模式的に示す図である。ノズル２３から射出されたレーザ光は、コンクリートＳの表面Ｓａに照射される。射出部２から射出されるレーザ光の進行方向は、光軸ＡＸと平行な方向と一致する。光軸ＡＸとコンクリート壁Ｓの表面Ｓａとは実質的に直交する。また、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａと裏面Ｓｂとは実質的に平行である。

図７に示すように、コンクリート壁Ｓに入射するレーザ光の集光位置からの広がり角度θは１０［°］以下である。広がり角度θは、光軸ＡＸに対して一方側のレーザ光の最も外側の光線と他方側のレーザ光の最も外側の光線とがなす角度である。広がり角度θは、光学系２１の光学特性を調整することにより、調整することができる。光学系２１の光学特性の調整は、複数の光学素子のうち少なくとも１つの光学素子の光入射面及び光射出面の一方又は両方の曲率の調整（光学素子の変更又は交換を含む）、及び光学素子間の距離の調整を含む。

レーザ光の広がり角度θは、切断対象のコンクリート壁Ｓの厚みに基づいて調整される。厚みが１００［ｍｍ］以上のコンクリート壁Ｓを切断する場合、拡がり角度θは、１０［°］以下である。厚みが２００［ｍｍ］以上のコンクリート壁Ｓを切断する場合、拡がり角度θは、６［°］以下であることが好ましい。なお、コンクリート壁Ｓの厚みとは、表面Ｓａと裏面Ｓｂとの距離をいう。

また、ノズル２３と対向するコンクリート壁Ｓの表面Ｓａにおけるレーザ光の照射領域の最小寸法は１［ｍｍ］以上に定められる。本実施形態において、表面Ｓａにおけるレーザ光の照射領域は円形である。照射領域の直径が１［ｍｍ］以上になるように、光学系２１の光学特性及びノズル２３とコンクリート壁Ｓとの距離の少なくとも一方が調整される。

また、本実施形態においては、光学系２１の焦点がコンクリート壁Ｓの内部に位置する状態で、コンクリート壁Ｓにレーザ光が照射される。すなわち、光学系２１の焦点がコンクリート壁Ｓの表面Ｓａと裏面Ｓｂとの間に位置するように、光学系２１の光学特性及びノズル２３とコンクリート壁Ｓとの距離の少なくとも一方が調整される。

図８は、本実施形態に係る受光部材４の一例を示す図である。受光部材４は、レーザ光を受光する受光面３１を有する。受光面３１は、射出部２から射出されるレーザ光の進行方向と直交する平面である。受光部材４は、受光面３１を有する耐酸化層３２と、受光面３１の逆方向を向く耐酸化層３２の裏面側において耐酸化層３２と接続される高融点金属層３３と、高融点金属層３３を支持する支持板３４とを有する。

高融点金属層３３は、融点が２０００［℃］以上の高融点金属で形成される。高融点金属として、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、及びこれらを含有する合金又は超合金の少なくとも一つを用いることができる。

支持板３４は、例えば銅板であり、内部に形成された第３流路３５を有する。受光部材４を冷却するための冷却用液体が第３液体供給装置３６から第３流路３５に供給される。第３流路３５に供給される冷却用液体により、受光部材４の温度上昇が抑制される。第３流路３５を流通した冷却用液体は、第３液体供給装置３６に戻される。なお、第３流路３５を流通した冷却用液体は廃棄されてもよい。

耐酸化層３２は、高融点金属層３３の表面にコーティングされている。耐酸化層３２は、耐酸化材料で形成される。耐酸化材料として、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることができる。ＹＳＺを耐酸化層３２として用いることで、大気中での加工が可能となる。なお、耐酸化材料として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化シリコン(ＳｉＯ_２)、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、窒化タングステン、及び窒化タンタルの少なくとも一つが用いられてもよい。また、耐酸化層３２のコーティング無しでもビーム受けとしての機能を有する。

また、受光部材４には、受光面３１にレーザ光が照射された場合に温度の変化が現れる部分に温度センサ３７が設けられる。温度センサ３７は、受光部材４の温度を検出する。受光部材４にレーザ光が照射されない場合、受光部材４の温度は一定である。受光部材４にレーザ光が照射された場合、受光部材４の温度が上昇する。そのため、温度センサ３７の検出結果に基づいて、受光部材４にレーザ光が照射されたか否かを判定することができる。

図９は、本実施形態に係るレーザ切断装置１を示す機能ブロック図である。制御装置１２は、レーザ光源９、第１移動装置５、第２移動装置６、ノズル交換装置２８、受光部材交換装置２９、第１液体供給装置１８、第２液体供給装置１９、第３液体供給装置３６、ガス供給装置２０、及び温度センサ３７と接続される。また、制御装置１２は、遠隔操作装置３８から無線送信された操作信号に基づいて、レーザ切断装置１を制御可能である。また、制御装置１２は、第１移動装置５によって移動されるレーザヘッド３の位置を検出するレーザヘッド位置センサ３９、及び第２移動装置６によって移動される受光部材４の位置を検出する受光部材位置センサ４０と接続される。

制御装置１２は、遠隔操作装置３８から無線送信された操作信号を受信する無線通信部４１と、温度センサ３７から出力される検出データ、レーザヘッド位置センサ３９から出力される検出データ、及び受光部材位置センサ４０から出力される検出データを取得するデータ取得部４２と、レーザ光源９を制御するための制御信号を出力するレーザ制御部４３と、第１移動装置５、第２移動装置６、ノズル交換装置２８、及び受光部材交換装置２９を制御するための制御信号を出力する駆動制御部４４と、第１液体供給装置１８、第２液体供給装置１９、及び第３液体供給装置３６を制御するための制御信号を出力する液体制御部４５と、ガス供給装置２０を制御するための制御信号を出力するガス制御部４６と、記憶部４７とを有する。

温度センサ３７は、受光部材４の温度を示す検出データをデータ取得部４２に出力する。レーザヘッド位置センサ３９は、第１移動装置５によって移動されるレーザヘッド３の位置を示す検出データをデータ取得部４２に出力する。受光部材位置センサ４０は、第２移動装置６によって移動される受光部材４の位置を示す検出データをデータ取得部４２に出力する。

次に、本実施形態に係るレーザ切断装置１を用いてコンクリート壁Ｓを切断する方法について、図１０のフローチャートを参照して説明する。本実施形態においては、厚みが１００［ｍｍ］以上のコンクリート壁Ｓを切断することとする。

レーザ切断装置１をコンクリート壁Ｓに設置する前に、コンクリート壁Ｓの非破壊検査が実施される（ステップＳＴ１）。非破壊検査により、コンクリート壁Ｓの内部の鉄筋の位置が検出される。

非破壊検査により鉄筋の位置が検出された後、クレーンのような支持機構によってレーザ切断装置１がコンクリート壁Ｓに設置される（ステップＳＴ２）。図１から図３を参照して説明したように、レーザ切断装置１は、コンクリート壁Ｓを跨ぐように設置される。本実施形態においては、ステップＳＴ１で検出された鉄筋の位置に基づいて、鉄筋の切断が最小となるようレーザヘッド３の移動範囲（移動経路）になるよう、レーザ切断装置１が設置される。

第１液体供給装置１８は第１流路２４に対する冷却用液体の供給を開始する。また、第２液体供給装置１９は第２流路２６に対する冷却用液体の供給を開始する。また、第３液体供給装置３６は第３流路３５に対する冷却用液体の供給を開始する（ステップＳＴ３）。第１液体供給装置１８は、第１流路２４を流れる冷却用液体の流速が、０．５［ｍ／ｓ］以上になるように、冷却用液体を供給する。

ノズル２３は、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａと間隙を介して対向するように配置される。受光部材４は、コンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂと間隙を介して対向するように配置される。ノズル２３の射出部２（先端部）とコンクリート壁Ｓの表面Ｓａとの間隙の寸法は、１０［ｍｍ］以下である。受光部材４の受光面３１とコンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂとの間隙の寸法は、１０［ｍｍ］以上である。

ノズル２３とコンクリート壁Ｓの表面Ｓａとが対向している状態で、レーザ光源９が作動する。レーザ光源９は、１０［ｋＷ］以上の高出力で、レーザ光を出力する。また、ガス供給装置２０は、ノズル２３にアシストガスを供給する。ノズル２３からコンクリート壁Ｓにアシストガスが供給されながら、レーザ光が照射される。

ノズル２３から射出されたレーザ光によりコンクリート壁Ｓの一部が溶融し、ノズル２３から噴射されたアシストガスによりコンクリート壁Ｓの溶融物（ドロス）が除去される。

図１１は、コンクリート壁Ｓに対してレーザ光の照射が開始された直後のコンクリート壁Ｓの状態を模式的に示す図である。図１１に示すように、コンクリート壁Ｓに対するレーザ光の照射が開始されてから所定期間においては、レーザ光による溶融は十分に進行してなく、射出部２と対向するコンクリート壁Ｓは、未だ貫通しない。

本実施形態においては、ガス供給装置２０は、射出部２と対向するコンクリート壁が貫通していない状態において、アシストガスがノズル２３から第１噴射量で噴射するように、ノズル２３に対するアシストガスの供給量を調整する。なお、ノズル２３からの噴射量とは、ノズル２３の射出部２から噴射される単位時間当たりのアシストガスの流量をいう。なお、ノズル２３からの噴射量が、アシストガスの圧力を含む概念でもよい。

すなわち、本実施形態においては、コンクリート壁Ｓに対するレーザ光の照射が開始されてから所定期間のコンクリート壁が貫通していない状態において、制御装置１２は、アシストガスをノズル２３から第１噴射量で噴射させながら、コンクリート壁Ｓに対してレーザ光を照射する（ステップＳＴ４）。

レーザ切断装置１は、コンクリート壁Ｓが貫通するまで、ノズル２３とコンクリート壁Ｓとの相対位置を一定にしたまま、レーザ光の照射を継続する。

制御装置１２は、温度センサ３７の検出結果に基づいて、コンクリート壁Ｓが貫通したか否かを判定する（ステップＳＴ５）。

図１２は、レーザ光の照射により、コンクリート壁Ｓが貫通した状態を示す模式図である。ノズル２３の射出部２と対向する位置に受光部材４が配置されている。コンクリート壁Ｓが貫通すると、ノズル２３から射出されたレーザ光は、受光部材４に照射される。レーザ光が受光部材４に照射されると、受光部材４の温度が上昇する。受光部材４に温度センサ３７が設けられている。制御装置１２は、温度センサ３７の検出結果に基づいて、コンクリート壁Ｓが貫通したか否かを判定することができる。

ステップＳＴ５において、コンクリート壁は貫通していないと判定されたとき（ステップＳＰ５：Ｎｏ）、制御装置１２は、アシストガスを第１噴射量で噴射しながらレーザ光を照射する処理を継続する。

ステップＳＴ５において、コンクリート壁Ｓは貫通したと判定されたとき（ステップＳＰ５：Ｙｅｓ）、制御装置１２は、アシストガスが第１噴射量よりも少ない第２噴射量で噴射されるように、ガス供給装置２０を制御する。ガス供給装置２０は、レーザ光の照射によりコンクリート壁Ｓが貫通した状態においてアシストガスが第１噴射量よりも少ない第２噴射量で噴射するように、アシストガスの供給量を調整する。

制御装置１２は、ノズル２３からアシストガスを第２噴射量で噴射しながらレーザ光を射出しつつ、第１移動装置５を制御して、レーザヘッド３を移動する（ステップＳＴ６）。第１移動装置５は、射出部２からレーザ光が射出された状態で、ノズル２３が対向するコンクリート壁Ｓの表面Ｓａと平行な面内においてレーザヘッド３を移動する。これにより、コンクリート壁Ｓが切断される。

駆動制御部４４は、レーザヘッド位置センサ３９及び受光部材位置センサ４０から出力される検出データに基づいて、レーザヘッド３と同期して受光部材４が移動するように、第１移動装置５及び第２移動装置６に制御信号を出力する。すなわち、射出部２からレーザ光が射出された状態でレーザヘッド３が移動する期間において、射出部２と受光部材４とが対向し続けるように、レーザヘッド３及び受光部材４の位置が制御される。

図１３は、レーザヘッド３の移動経路の一例を示す図である。射出部２からレーザ光が射出された状態で、図１３に示す移動経路でレーザヘッド３が移動することにより、コンクリート壁Ｓの一部が切断され、撤去される。以上により、レーザ切断装置１を用いるコンクリート壁Ｓの切断作業が終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、鏡筒とノズルとの間に、ノズルを冷却するための冷却部材を設けたので、レーザ光を用いる切断作業においてノズル２３の温度上昇が抑制される。ノズル２３の射出部２とコンクリート壁Ｓの表面Ｓａとの間隙の寸法は１０［ｍｍ］以下であり、高温度の溶融物（ドロス）の放射熱によりノズル２３は加熱される。また、ノズル２３とコンクリート壁Ｓとが接触してしまう可能性がある。すなわち、ノズル２３は、劣化又は破損する可能性が高い環境に置かれる。そのようなノズル２３に冷却用液体が流れる内部流路を形成した場合、ノズル２３の破損により冷却用液体が漏れ出す可能性がある。また、ノズル２３は消耗品であり交換されるので、そのようなノズル２３に冷却用液体が流れる内部流路を形成した場合、交換作業が困難となる。

本実施形態によれば、ノズル２３に冷却用液体が流れる内部流路を形成せずに、ノズル２３よりもコンクリート壁Ｓから遠い冷却部材２５に第１流路２４を設けたので、劣化又は破損が抑制された冷却部材２５でノズル２３を冷却することができる。また、ノズル２３の交換作業は円滑に実施される。

また、本実施形態によれば、冷却部材２５は鏡筒２２に固定され、冷却部材２５に対してノズル２３を着脱可能に接続する接続部３０が設けられる。接続部３０が設けられるので、接続部３０による冷却部材４とノズル２３との接続を解除することにより、ノズル２３を円滑に交換することができる。

また、本実施形態によれば、ノズル２３は、冷却部材２５と接続される接触面２３Ｂを有する。接触面２３Ｂにより、ノズル２３と冷却部材２５との接触面積が拡大する。そのため、冷却部材４によるノズル２３の冷却効率を高めることができる。

また、本実施形態によれば、鏡筒２２は、鏡筒２２及び光学系２１を冷却する冷却用液体が流通する第２流路２６を有する。レーザ光の通過により、光学系２１の光学素子が加熱される可能性がある。また、レーザ光の散乱又は蹴られ等に起因して、鏡筒２２の内部を通過するレーザ光の一部が鏡筒２２に照射され、その結果、鏡筒２２が加熱される可能性がある。鏡筒２２に第２流路２６が設けられ、その第２流路２６に冷却用流体が供給されることにより、鏡筒２２及び光学系２１の温度上昇が抑制される。

また、本実施形態によれば、ノズル２３は、銅又はベリリウム銅のような熱伝導性が高い材料で形成され、ノズル２３の肉厚の寸法Ｄ３は２［ｍｍ］以上である。これにより、ノズル２３が受けた熱の除熱効率が向上する。

また、本実施形態においては、第１液体供給装置１８は、第１流路２４において冷却用液体が０．５［ｍ／ｓ］以上の流速で流れ続けるように、第１流路２４に冷却用液体を供給する。これにより、ノズル２３は効率良く冷却される。

以上のように、冷却部材２５を設けたことにより、ノズル２３が高温環境にさらされても、ノズル２３の形成材料（銅又はベリリウム銅）の融点より十分低い温度に維持することができ、長時間安定して使用することができる。

また、厚みがあるコンクリート壁Ｓをレーザ光で切断する場合、レーザ光のパワー密度を向上させることが望ましい。レーザ光のパワー密度を向上させるためには、レーザ光の断面寸法を小さくすることが有効である。しかし、レーザ光の断面寸法を小さくすると、コンクリート壁Ｓの除去幅（カーフ幅）が小さくなるため、コンクリート壁Ｓの表面でアシストガスが反射して、コンクリート壁Ｓの除去部に十分な流量のアシストガスが供給されず、コンクリート壁Ｓの溶融物（ドロス）をアシストガスで除去することが困難となる可能性がある。

本実施形態によれば、厚みが１００［ｍｍ］以上のコンクリート壁Ｓを切断する場合において、コンクリート壁Ｓに入射するレーザ光の焦点位置からの広がり角度θは１０［°］以下に定められる。レーザ光の広がり角度θを１０［°］以下と小さくすることで、レーザ光の断面寸法の変化を小さくし、光学系２１の焦点の位置におけるレーザ光の断面寸法を大きくすることができる。換言すれば、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａにおけるレーザ光の断面寸法と、光学系２１の焦点におけるレーザ光の断面寸法との差を小さくすることができる。これにより、除去幅が小さくなることが抑制される。

また、本実施形態によれば、ノズル２３と対向するコンクリート壁Ｓの表面Ｓａにおけるレーザ光の照射領域の寸法であるスポット径は少なくとも１［ｍｍ］に定められる。スポット径が１［ｍｍ］以上に定められることにより、除去幅を大きくすることができ、アシストガスによる溶融物（ドロス）の除去効率が向上する。一方、除去幅が大き過ぎると、発生する溶融物（ドロス）及び煙（ヒューム）が増大する。そのため、除去幅の上限（スポット径の上限）は、ドロス又はヒュームの許容値により制限される。

また、本実施形態によれば、光学系２１の焦点がコンクリート壁Ｓの内部に位置する状態で、コンクリート壁Ｓにレーザ光が照射される。これにより、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａにおける除去幅が拡大され、アシストガスが除去部に流入し易くなる。

また、本実施形態によれば、レーザヘッド３を移動する第１移動装置５が設けられ、第１移動装置５は、射出部２からレーザ光が射出された状態で、ノズル２３が対向するコンクリート壁Ｓの表面Ｓａと平行な面内においてレーザヘッド３を移動する。これにより、コンクリート壁Ｓを任意の形状に切断することができる。

また、本実施形態によれば、レーザヘッド３及び受光部材４の移動範囲よりも下方に、コンクリート壁Ｓの溶融物（ドロス）を回収する回収部材７が設けられる。これにより、溶融物（ドロス）の飛散及び拡散が抑制される。

また、本実施形態においては、コンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂと対向するように受光部材４が設けられる。受光部材４によって射出部２から射出されたレーザ光が受け止められることにより、レーザ光の拡散が抑制される。

また、本実施形態においては、受光部材４は、第２移動装置６により、レーザヘッド３と同期して移動する。これにより、レーザ光を用いるコンクリート壁Ｓの切断作業において、受光部材４は、レーザヘッド３の射出部２と対向し続けることができ、レーザ光を受け続けることができる。また、小型の受光部材４を用いて、レーザ光の拡散を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、レーザヘッド３及び受光部材４の周囲にカバー部材８が設けられる。これにより、溶融物（ドロス）及び煙（ヒューム）の飛散及び拡散が抑制される。

また、本実施形態によれば、冷却部材２５に対してノズル２３を交換するノズル交換装置２８を備える。これにより、消耗したノズル２３と新規なノズル２３とを自動で交換し人の介在する作業を回避することができる。

また、本実施形態によれば、鏡筒２２の内部において、第２面２７Ｂ側の空間ＳＰ２のガスが第１面２７Ａ側の空間ＳＰ１に流入することを抑制する透過窓２７が設けられる。空間ＳＰ２には、ガス供給装置２０からアシストガスが供給される。透過窓２７により、ガス供給装置２０から空間ＳＰ２に供給されたアシストガスが、光学系２１が配置されている空間ＳＰ１に流入することが抑制される。また、空間ＳＰ２には、射出部２（開口）を介して、コンクリート壁Ｓに対するレーザ光の照射により発生した溶融物（ドロス）又は煙（ヒューム）を含む、鏡筒２２の外部に存在する外部ガスが流入する可能性がある。射出部２を介して空間ＳＰ２に外部ガスが流入しても、透過窓２７により、空間ＳＰ１に流入することが抑制される。外部ガスは光学系２１を汚染させる可能性が高いため、透過窓２７により空間ＳＰ１に対する流入が抑制されることにより、光学系２１の汚染が抑制される。

また、透過窓２７の厚みＤ１は、使用するレンズ径、アシストガス圧の上限値により破損または変形による光学特性を損なわない厚みであり、空間ＳＰ１と空間ＳＰ２との間に圧力差が発生しても、透過窓２７の変形は抑制される。例えば外部ガスの流入により空間ＳＰ２の圧力が上昇し、その結果、空間ＳＰ１と空間ＳＰ２との間に圧力差が発生する可能性がある。透過窓２７が変形すると、透過窓２７を通過するレーザ光が屈折し、目標照射位置とは異なる位置に照射されてしまう可能性がある。厚みＤ１を大きくして透過窓２７の変形を抑制するため、レーザ光は目標照射位置に照射される。

また、本実施形態によれば、ガス供給装置２０は、射出部２と対向するコンクリート壁Ｓが貫通していない状態においてアシストガスが第１噴射量でノズル２３から噴射し、レーザ光の照射によりコンクリート壁Ｓが貫通した状態においてアシストガスが第１噴射量よりも少ない第２噴射量でノズル２３から噴射するように、アシストガスの供給量を調整する。コンクリート壁Ｓが貫通していない状態においては、ノズル３とコンクリート壁Ｓとの間に実質的に閉じられた空間が形成されることとなる。また、射出部２とコンクリート壁Ｓとの距離は短い。その結果、射出部２の周囲の外部空間の圧力と空間ＳＰ２の圧力との差が小さくなり、溶融物（ドロス）又は煙（ヒューム）を含む外部ガスが空間ＳＰ２に流入する可能性が高くなる。外部ガスが空間ＳＰ２に流入する可能性が高い状況においては、アシストガスを高出力で噴射することにより、外部ガスが空間ＳＰ２に流入することが抑制される。一方、コンクリート壁Ｓが貫通した状態においては、空間ＳＰ２の圧力は、射出部２の周囲の外部空間の圧力よりも高くなる。その結果、溶融物（ドロス）又は煙（ヒューム）を含む外部ガスが空間ＳＰ２に流入する可能性は低くなる。外部ガスが空間ＳＰ２に流入する可能性が高い状況においては、アシストガスを低出力で噴射することにより、アシストガスの消費量を抑制することができる。

また、本実施形態においては、非破壊検査の検出結果に基づいて、鉄筋にレーザ光が極力照射されないように、レーザ切断装置１とコンクリート壁Ｓとの位置関係が調整される。レーザ光による鉄筋の切断には時間を要する可能性がある。鉄筋を避けてレーザ光を照射することにより、コンクリート壁Ｓは短時間で効率良く切断される。

なお、非破壊検査は省略されてもよい。射出部２から射出されたレーザ光が鉄筋に照射されたことを検知した後、その検知結果に基づいて、鉄筋を避けてレーザ光が照射されるように、レーザヘッド３とコンクリート壁Ｓとの位置関係が調整されてもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１４は、本実施形態に係るレーザ切断装置１の一例を示す模式図である。図１４に示すように、レーザ切断装置１は、ノズル２３とコンクリート壁Ｓとの距離Ｄ４を検出する距離センサ４８を備える。本実施形態において、距離センサ４８は、光学的に距離を検出可能なレーザ変位計を含み、レーザヘッド３の鏡筒２２に固定される。距離センサ４８は、計測光を射出する光源部と、光源部から射出され、コンクリート壁Ｓの表面Ｓａで反射した計測光を受光する受光部とを有する。距離センサ４８は、距離センサ４８とコンクリート壁Ｓの表面Ｓａとの距離を示す検出データを制御装置１２に出力する。

距離センサ４８とノズル２３の射出部２との距離は既知である。制御装置１２は、距離センサ４８で検出された距離センサ４８とコンクリート壁Ｓとの距離と、既知データである距離センサ４８とノズル２３との距離とに基づいて、ノズル２３の射出部２とコンクリート壁Ｓの表面Ｓａとの距離Ｄ４を導出することができる。

制御装置１２は、距離センサ４８の検出結果に基づいて、第１移動装置５を制御する。第１移動装置５は、ノズル２３とコンクリート壁Ｓとが一定の間隙を介して対向し続けるように、距離センサ４８の検出結果に基づいて、レーザヘッド３の位置を調整する。これにより、ノズル２３とコンクリート壁Ｓとの接触が抑制され、ノズル２３の劣化又は破損が抑制される。

なお、距離センサが、ノズル２３の通路の圧力を検出可能な圧力センサを含んでもよい。ノズル２３からアシストガスが噴射された状態におけるノズル２３の通路圧力は、ノズル２３とコンクリート壁との距離Ｄ４に基づいて変化するため、制御装置１２は、圧力センサの検出結果に基づいて、ノズル２３とコンクリート壁Ｓとが一定の間隙を介して対向し続けるように、第１移動装置５を制御して、レーザヘッド３の位置を調整することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。図１５は、本実施形態に係るレーザ切断装置１の一例を模式的に示す図である。図１５に示すように、光学系２１は、ビームスプリッタ４９を有する。ビームスプリッタ４９で分岐されたレーザ光の強度を検出する光センサ５０が設けられる。レーザ光源９から光学系２１に供給されたレーザ光の一部（例えば９９［％］のレーザ光）は、ビームスプリッタ４９を通過し、射出部２から射出される。レーザ光源９から光学系２１に供給されたレーザ光の一部（例えば１［％］のレーザ光）は、ビームスプリッタ４９で反射し、光センサ５０に受光される。

光センサ５０は、受光したレーザ光の強度を示す検出データを制御装置１２に出力する。制御装置１２は、光センサ５０の検出データに基づいて、レーザ光源９からレーザヘッド３にレーザ光が供給されたか否かを判定することができる。光センサ５０がレーザ光を検出していないと判定された場合、制御装置１２は、レーザ光源９からレーザヘッド３にレーザ光が供給されていないと判定する。光センサ５０がレーザ光を検出したと判定された場合、制御装置１２は、レーザ光源９からレーザヘッド３にレーザ光が供給されていると判定する。制御装置１２の判定結果は、表示装置又は印刷装置のような出力装置５１に出力される。作業者は、出力装置５１の出力結果に基づいて、レーザ切断装置１の異常の有無を判断することができる。レーザヘッド３にレーザ光が供給されていないと判定されたとき、作業者は、レーザ切断装置のメンテナンスなどの措置を講ずることができる。

＜その他の変形例＞
なお、上述の各実施形態においては、受光部材４の受光面３１は平面であることとした。図１６に示すように、受光部材４Ａの受光面３１が凹部５２を有してもよい。図１６に示す受光部材４Ａは、高融点金属層３３Ａと、支持板３４Ａとを有する。凹部５２は、２つ形成される。凹部５２により、レーザ光が照射される面積が大きくなり、レーザ光を受光する面の単位面積当たりのレーザ光のエネルギーが小さくなる。

なお、上述の各実施形態において、ノズルが、図１７に示すようなラバルノズル２３０でもよい。ラバルノズル２３０の通路の内面は、ラバルノズル２３０の先端部に向かって縮径する第１テーパ部２３０Ａと、第１テーパ部２３０Ａよりもラバルノズル２３０の先端部側に設けられ、第１テーパ部２３０よりもテーパ角度が小さい第２テーパ部２３０Ｂと、第２テーパ部２３０Ｂよりもラバルノズル２３０の先端部側に設けられ、径が一定であるストレート部２３０Ｃとを有する。

なお、上述の各実施形態においては、光学系２１の焦点がコンクリート壁Ｓの内部に位置する状態でレーザ光が照射されることとした。図１８に示すように、光学系２１の焦点がコンクリート壁Ｓの裏面Ｓｂに位置する状態でコンクリート壁Ｓにレーザ光が照射されてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、第１流路２４の断面が円形であることとした。図１９に示すように、第１流路２４の断面が長方形状でもよい。図１９に示す例において、光軸ＡＸに対する放射方向の第１流路２４の寸法Ｌ１は、光軸ＡＸと平行な方向の第１流路２４の寸法Ｌ２よりも大きい。寸法Ｌ１が寸法Ｌ２よりも大きいので、接触面２３Ｂと第１流路２４との接続面積を大きくすることができる。これにより、第１流路２４を流通する冷却用液体でノズル２３は効率良く冷却される。

なお、上述の各実施形態においては、小型の受光部材４をレーザヘッド３と同期して移動することとした。レーザヘッド３の移動範囲と等しい大きさの受光部材４が設けられてもよい。その受光部材４の位置が固定されてもよい。

１ レーザ切断装置
２ 射出部
３ レーザヘッド
４ 受光部材
５ 第１移動装置
６ 第２移動装置
７ 回収部材
７Ａ 第１回収部材
７Ｂ 第２回収部材
８ カバー部材
８Ａ 第１カバー部材
８Ｂ 第２カバー部材
９ レーザ光源
１０ レーザ冷却装置
１１ 発電機
１２ 制御装置
１３ ハウジング
１４ 第１ガイド部材
１５ 第２ガイド部材
１６ 吊部材
１７ 保持部材
１８ 第１液体供給装置
１９ 第２液体供給装置
２０ ガス供給装置
２１ 光学系
２１Ｄ 最終光学素子
２２ 鏡筒
２３ ノズル
２３Ａ 筒部
２３Ｂ 接触面
２３Ｃ テーパ部
２３Ｄ テーパ部
２３Ｅ ストレート部
２４ 第１流路
２４Ａ 流入口
２４Ｂ 流出口
２４Ｃ 仕切板
２５ 冷却部材
２５Ａ 内面
２５Ｂ 端面
２６ 第２流路
２７ 透過窓
２７Ａ 第１面
２７Ｂ 第２面
２８ ノズル交換装置
２９ 受光部材交換装置
３０ 接続部
３１ 受光面
３２ 耐酸化層
３３ 高融点金属層
３４ 支持板
３５ 第３流路
３６ 第３液体供給装置
３７ 温度センサ
３８ 遠隔操作装置
３９ レーザヘッド位置センサ
４０ 受光部材位置センサ
４１ 無線通信部
４２ データ取得部
４３ レーザ制御部
４４ 駆動制御部
４５ 液体制御部
４６ ガス制御部
４７ 記憶部
４８ 距離センサ
４９ ビームスプリッタ
５０ 光センサ
５１ 出力装置
５２ 凹部
２３０ ラバルノズル
２３０Ａ 第１テーパ部
２３０Ｂ 第２テーパ部
２３０Ｃ ストレート部
Ｄ１ 厚み
Ｄ２ 内径
Ｄ３ 寸法
Ｄ４ 距離

Claims (19)

1. レーザ光源からのレーザ光が供給される光学系と、
   前記光学系を保持する鏡筒と、
   前記光学系を通過したレーザ光が射出される射出部を有し、切断対象物と対向した状態で前記レーザ光を射出するノズルと、
   前記鏡筒と前記ノズルとの間に設けられ、液体供給装置から供給される冷却用液体が流通する第１流路を有し、前記ノズルを冷却する冷却部材と、
   を備えるレーザ切断装置。
2. 前記冷却部材は前記鏡筒に固定され、
   前記冷却部材に対して前記ノズルを着脱可能に接続する接続部を有する、
   請求項１に記載のレーザ切断装置。
3. 前記接続部は、ねじを含む、
   請求項２に記載のレーザ切断装置。
4. 前記ノズルは、前記冷却部材と接触する接触面を有する、
   請求項２又は請求項３に記載のレーザ切断装置。
5. 前記鏡筒は、前記鏡筒及び前記光学系を冷却する冷却用液体が流通する第２流路を有する、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
6. 前記切断対象物に入射する前記レーザ光の焦点位置からの広がり角度は１０［°］以下である、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
7. 前記ノズルと対向する前記切断対象物の表面における前記レーザ光の照射領域の最小寸法は１［ｍｍ］以上である、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
8. 前記光学系の焦点が前記切断対象物の内部に位置する状態で前記切断対象物に前記レーザ光が照射される、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
9. 前記鏡筒、前記冷却部材、及び前記ノズルを含むレーザヘッドを移動可能な第１移動装置を備え、
   前記第１移動装置は、前記射出部から前記レーザ光が射出された状態で、前記ノズルが対向する前記切断対象物の表面と平行な面内において前記レーザヘッドを移動する、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
10. 前記ノズルと前記切断対象物との距離を一定に保つ距離保持機構を備え、
    前記第１移動装置は、前記ノズルと前記切断対象物とが一定間隔の保持を可能にする、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
11. 前記第１移動装置による前記レーザヘッドの移動範囲よりも下方に配置され、前記レーザ光の照射により発生した前記切断対象物の溶融物（ドロス）を回収する回収部材を備える、
    請求項９又は請求項１０に記載のレーザ切断装置。
12. 前記切断対象物の裏面と対向するように配置され、前記射出部から射出された前記レーザ光の少なくとも一部を受ける受光部材を備える、
    請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
13. 前記レーザヘッドと同期して前記受光部材を移動する第２移動装置を備える、
    請求項１２に記載のレーザ切断装置。
14. 前記レーザヘッド及び前記受光部材の周囲に配置されるカバー部材を備える、
    請求項１２又は請求項１３に記載のレーザ切断装置。
15. 前記冷却部材に対して前記ノズルを交換するノズル交換装置を備える、
    請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
16. 前記光学系の複数の光学素子のうち前記光学系の焦点に最も近い光学素子の光射出面と対向する第１面及び前記第１面の逆方向を向く第２面を有し、前記第２面側の空間のガスが前記第１面側の空間に流入することを抑制する透過窓を備える、
    請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
17. 前記ノズルから噴射させるためのアシストガスを前記ノズルに供給するガス供給装置を備える、
    請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。
18. 前記ガス供給装置は、前記射出部と対向する前記切断対象物が貫通していない状態において前記アシストガスが第１噴射量で噴射し、前記レーザ光の照射により前記切断対象物が貫通した状態において前記アシストガスが前記第１噴射量とは異なる第２噴射量で噴射するように、前記アシストガスの供給量を調整する、
    請求項１７に記載のレーザ切断装置。
19. 前記光学系はビームスプリッタを含み、
    前記ビームスプリッタで分岐された前記レーザ光の強度を検出する光センサを備える、
    請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。

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