JP2019081193A - 遮蔽装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザの散乱を抑制しつつ、レーザの遮蔽効率を向上できる遮蔽装置を提供する。【解決手段】レーザを遮蔽する遮蔽装置１０において、レーザの周囲には、レーザの照射方向に沿ってアシストガスが流通しており、レーザ及びアシストガスを内部に導入する開口２５が形成された筐体１５と、筐体１５内部において、導入されたレーザに交差する水膜３５を形成する水カーテン１６と、照射方向において、水カーテン１６の上流側の筐体１５内部に設けられ、導入されたアシストガスに交差するガス膜３６を形成するガスカーテン１７と、を備え、水カーテン１６により形成される水膜３５は、レーザを遮蔽し、ガスカーテン１７により形成されるガス膜３６は、アシストガスの水膜３５への流通を遮蔽する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザを遮蔽する遮蔽装置に関するものである。

従来、遮蔽装置として、レーザビームと、レーザビームを包囲するガス流とにより形成される切断ビームを遮蔽するビーム捕捉装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このビーム捕捉装置は、切断ビームに交差させて流体ジェットを衝突させることで、レーザビームのエネルギーと、ガス流の運動エネルギーとが、流体ジェットにより吸収されている。

特表２０１０−５０２４４２号公報

しかしながら、特許文献１のビーム捕捉装置では、流体ジェットを用いており、流体ジェットは、水と気泡を含んでいることから、流体ジェットにおける水の割合は、少ないものとなっている。流体ジェットにおける水の割合が少ないと、レーザビームのエネルギーを吸収する効率、すなわちレーザビームの遮蔽効率（吸収効率）が低いことから、特に、高出力レーザを用いる場合には、高出力レーザを好適に遮断することができない可能性がある。また、レーザビームは、流体ジェットの水滴によって散乱することから、散乱するレーザビームの照射方向を制御することができず、装置の筐体内部に照射される可能性がある。

そこで、本発明は、レーザの散乱を抑制しつつ、レーザの遮蔽効率を向上させることができる遮蔽装置を提供することを課題とする。

本発明の遮蔽装置は、レーザを遮蔽する遮蔽装置において、前記レーザの周囲には、前記レーザの照射方向に沿ってアシストガスが流通しており、前記レーザ及び前記アシストガスを内部に導入する開口が形成された筐体と、前記筐体内部において、導入された前記レーザに交差する液膜を形成する液体カーテンと、前記照射方向において、前記液体カーテンの上流側の前記筐体内部に設けられ、導入された前記アシストガスに交差するガス膜を形成するガスカーテンと、を備え、前記液体カーテンにより形成される液膜は、前記レーザを遮蔽し、前記ガスカーテンにより形成されるガス膜は、前記アシストガスの前記液膜への流通を遮蔽することを特徴とする。

この構成によれば、液体カーテンにより形成される液膜には、レーザが照射される。このとき、液膜は、気泡をほぼ含まないことから、液体の割合が多いものとなるため、レーザの照射エネルギーを効率よく吸収することができる。また、液膜は、水滴形状ではないことから、レーザの散乱を抑制することができる。さらに、ガスカーテンは、アシストガスの液体カーテンへの流通を遮蔽することから、アシストガスにより液膜が揺れることを抑制できるため、液膜によるレーザのエネルギーの吸収を安定的に行うことができる。なお、液体としては、例えば、水が用いられ、また、アシストガスとしては、例えば、空気、または不活性ガスが用いられるが、アシストガスにより液膜が揺れることを抑制できるものであれば、アシストガスの種類は限定されない。

また、前記ガスカーテンは、前記ガス膜の流通方向が、前記液膜へ向かう前記アシストガスの流通方向に対して相殺する方向となるように、前記ガス膜を形成することが、好ましい。

この構成によれば、アシストガスの液膜への流入をより遮蔽することができる。

また、前記レーザは、加工機械で用いられるｋＷオーダーの出力となる高出力レーザであることが、好ましい。

この構成によれば、液膜により高出力レーザのエネルギーを効率よく吸収できることから、レーザが高出力レーザであっても適用することが可能となる。

また、前記液体カーテンにより形成される前記液膜の流速は、２ｍ／ｓ以上２８ｍ／ｓ以下の範囲となっていることが、好ましい。

この構成によれば、液膜の流速を２８ｍ／ｓ以下とすることで、液膜の流速がジェット流とはならないことから、気泡の発生を抑制すると共に、遮蔽効率の高い液膜を形成することができる。また、液膜の流速を２ｍ／ｓ以上とすることで、ｋｗ級高出力レーザ使用時のエネルギーにより液膜から気体が発生することを抑制することができる。なお、より低いレーザ出力においては、２ｍ／ｓ以下でも使用することができる。

また、前記ガスカーテンにより形成される前記ガス膜と、前記液体カーテンにより形成される前記液膜との間に設けられ、前記アシストガスの前記液膜への流通を阻害する遮蔽板を、さらに備え、前記遮蔽板は、前記レーザを通過させるレーザ通過穴を有することが、好ましい。

この構成によれば、遮蔽板は、レーザの通過を許容しつつ、アシストガスの液膜への流通を抑制することができる。このため、アシストガスにより液膜が揺れることをより抑制することができる。

また、前記レーザ通過穴は、前記レーザの前記照射方向において、上流側から下流側に向かって広がる形状となっていることが、好ましい。

この構成によれば、アシストガスがレーザ通過穴を通過する場合であっても、レーザ通過穴は、上流側から下流側に向かって広がる形状となっていることから、レーザ通過穴においてアシストガスが分散し、アシストガスの流速が低下するため、アシストガスによる液膜への影響を低減できる。

また、前記レーザは、照射方向に交差する面内において移動可能となっており、前記遮蔽板に設けられる前記レーザ通過穴を、前記レーザの移動に追従させて移動させる穴移動機構を、さらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、レーザの移動に追従して、レーザ通過穴を移動させることができるため、レーザが遮蔽板に照射されることなく、レーザによる遮蔽板への損傷を抑制することができる。

また、前記筐体内部のガスを排出するガス排出流路をさらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、筐体内部に、アシストガスおよびガス膜が導入されても、ガス排出流路を介して、ガスを好適に排出することができるため、筐体内部に滞留するガスによる液膜への影響を低減できる。

また、前記液膜を形成する液体の供給流量を調整する流量調整部と、前記流量調整部を制御する制御部と、をさらに備え、前記制御部は、所定の周期で、前記供給流量を増減することで、前記液体カーテンは、前記液膜の表面形状を、鉛直方向に亘って凹凸状に形成することが、好ましい。

この構成によれば、液膜によりレーザを鉛直方向に散乱させることができる。このため、レーザのエネルギー密度を低下させることができ、レーザを効率よく減衰させることができる。

また、前記液体カーテンは、前記液膜を複数形成する場合、表面形状が鉛直方向に亘って凹凸状に形成された前記液膜である鉛直凹凸液膜を、前記レーザの前記照射方向において、最上流側に形成することが、好ましい。

この構成によれば、最上流側において、鉛直凹凸液膜によりレーザを散乱させて、レーザのエネルギー密度を低下させ、エネルギー密度が低下したレーザを、下流側の水膜に入射させることができる。このため、レーザを効率よく減衰させることができる。

また、前記液体カーテンは、前記液膜を形成する液体を流出させる流出口を有し、前記流出口は、前記液膜の表面形状を、水平方向に亘って凹凸状に形成する形状となっていることが、好ましい。

この構成によれば、液膜によりレーザを水平方向に散乱させることができる。このため、レーザのエネルギー密度を低下させることができ、レーザを効率よく減衰させることができる。

図１は、実施形態１に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。 図２は、実施形態１に係る遮蔽装置を正面から見たときの模式図である。 図３は、実施形態１に係る水カーテンの流出口に係る模式図である。 図４は、実施形態２に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。 図５は、実施形態３に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。 図６は、実施形態３に係る遮蔽装置の遮蔽板を示す斜視図である。 図７は、遮蔽板のレーザ通過穴を鉛直方向に切ったときの断面図である。 図８は、レーザ通過穴の移動に関する説明図である。 図９は、レーザ通過穴の大きさの変化に関する説明図である。 図１０は、実施形態４に係る遮蔽装置の水カーテンを正面から見たときの模式図である。 図１１は、実施形態４に係る遮蔽装置の水カーテンを側面から見たときの模式図である。 図１２は、水カーテンに供給される水の供給流量の変化を示すグラフである。 図１３は、実施形態５に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。 図１４は、実施形態６に係る遮蔽装置の水カーテンを正面から見たときの模式図である。 図１５は、実施形態６に係る遮蔽装置の他の水カーテンを正面から見たときの模式図である。 図１６は、実施形態６に係る遮蔽装置の他の水カーテンを正面から見たときの模式図である。 図１７は、実施形態６に係る水カーテンの流出口に係る模式図である。 図１８は、実施形態６に係る他の水カーテンの流出口に係る模式図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは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要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。図２は、実施形態１に係る遮蔽装置を正面から見たときの模式図である。図３は、実施形態１に係る水カーテンの流出口に係る模式図である。

実施形態１に係る遮蔽装置１０は、加工機械に設けられるものであり、加工機械において使用される加工用の高出力レーザを遮蔽する装置となっている。ここで、遮蔽装置１０によって遮蔽される高出力レーザは、ｋＷオーダーの出力となっており、レーザの照射エネルギーが大きいことから、遮蔽装置１０は、高出力レーザの照射エネルギーを効率よく吸収可能なものとなっている。また、レーザの周囲には、レーザの照射方向に沿ってアシストガスが流通している。このため、遮蔽装置１０には、レーザと共にアシストガスが導入される。

図１に示すように、遮蔽装置１０は、筐体１５と、水カーテン（液体カーテン）１６と、ガスカーテン１７と、レーザ受け板１８と、水循環機構１９と、制御部２０と、を備えている。

筐体１５は、方形の箱状に形成されており、その内部に、水カーテン１６、ガスカーテン１７及びレーザ受け板１８を収容している。筐体１５は、その内部にレーザ及びアシストガスを導入する開口２５が貫通形成され、開口２５は、筐体１５の側面に貫通形成されている。このため、開口２５を介して筐体１５内部に導入されるレーザは、その照射方向が水平方向となる。また、筐体１５は、内部の下部側が、水カーテン１６で用いられる水（液体）を溜める水槽２６となっている。この水槽２６には、後述する水循環機構１９が接続されている。さらに、筐体１５には、内部に導入されるアシストガス及びガスカーテン１７で用いられるガスを排出するためのガス排出口（ガス排出流路）２７が形成される。ガス排出口２７は、ガスカーテン１７から噴射されるガスが吹き当たる筐体１５の側面の部位、または、ガスカーテン１７から噴射されるガスの流れ方向の下流側近傍の筐体１５の側面の部位に貫通形成される。

水カーテン１６は、筐体１５内部において、水膜（液膜）３５を形成している。水カーテン１６は、スリット開口（流出口）３２が形成されたチャンバ３１を含んで構成されている。チャンバ３１は、筐体１５内部の天井に取り付けられ、レーザの照射方向に対して直交する方向を長手方向とし、長手方向に延在して設けられている。チャンバ３１の内部に供給される水は、チャンバ３１の長手方向に亘って行き渡る。スリット開口３２は、チャンバ３１内に供給された水を流出させる流出口となっており、チャンバ３１の下面側に設けられている。また、スリット開口３２は、チャンバ３１の長手方向に延在して形成されている。なお、水カーテン１６では、水を用いたが、レーザの照射エネルギーを吸収可能な液体であればいずれであってもよい。この水カーテン１６に、水が供給されると、水は、チャンバ３１の長手方向に亘って行き渡り、スリット開口３２から流出する。スリット開口３２から流出した水は、レーザの照射方向に直交する面を有する、カーテン状の水膜３５となる。

水カーテン１６により形成される水膜３５には、レーザが照射される。水膜３５は、レーザの照射エネルギーを吸収しており、鉛直方向の上方側から下方側に向かって流れる。つまり、水膜３５は、筐体１５内部の上部の天井側から、筐体１５内部の下部の水槽２６に向かって流れる。水膜３５は、レーザの照射方向における厚さである膜厚が、１０ｍｍ程度となっている。また、水膜３５は、その流速が、２ｍ／ｓ以上２８ｍ／ｓ以下の範囲となっている。ここで、下限となる水膜３５の流速は、水膜３５にレーザが照射されることにより水が蒸発しないような流速である。また、上限となる水膜３５の流速は、ジェット流のような気泡が発生し易い流速とはなっておらず、気泡が発生し難い流速となっている。

ガスカーテン１７は、筐体１５内部において、ガス膜３６を形成している。ガスカーテン１７は、ガスを噴射する１以上の噴射ノズル３７を有している。噴射ノズル３７は、図１において、筐体１５内部の天井に取り付けられる例を示しており、また、図２において、筐体１５内部の側面に取り付けられる例を示している。噴射ノズル３７は、噴射するガスの流れ方向が一方向となるように設けられる。このため、噴射ノズル３７を複数設ける場合には、噴射されるガス同士が対向する方向とならないように、複数の噴射ノズル３７が配置される。ガスカーテン１７で用いられるガスは、例えば、空気または不活性ガスである。このガスカーテン１７に、ガスが供給されると、ガスは、噴射ノズル３７から噴射される。噴射されたガスは、レーザの照射方向に直交する面を有するガス膜３６となる。

ガスカーテン１７により形成されるガス膜３６には、レーザの周囲にあるアシストガスが噴き当たる。ガス膜３６は、噴き当たるアシストガスの水膜３５への流入を抑制している。このガス膜３６は、図１において、鉛直方向の上方側から下方側に向かって流れ、図２において、水平方向の一方側から他方側に向かって流れる。つまり、ガス膜３６は、図１において、筐体１５内部の上部の天井側から、筐体１５内部の下部の水槽２６に向かって流れ、図２において、筐体１５内部の一方の側面から、筐体１５内部の他方の側面に向かって流れる。

また、水カーテン１６とガスカーテン１７とは、レーザの照射方向に並んで配置されており、水カーテン１６が、ガスカーテン１７に対して照射方向の下流側に配置され、換言すれば、ガスカーテン１７が、水カーテン１６に対して照射方向の上流側に配置されている。

レーザ受け板１８は、水カーテン１６により減衰したレーザを受ける部材であり、例えば、金属を用いた金属板となっている。レーザ受け板１８は、レーザを受けることで、筐体１５内部においてレーザを遮蔽する。

水循環機構１９は、筐体１５の水槽２６に溜まった水を、水カーテン１６に循環させる機構となっている。水循環機構１９は、循環流路４１と、循環流路４１に設けられるポンプ４２と、を有している。循環流路４１は、その一方が筐体１５の水槽２６に接続され、その他方が水カーテン１６のチャンバ３１に接続されている。ポンプ４２は、水槽２６に溜まった水を、水カーテン１６へ向けて圧送する。

制御部２０は、遮蔽装置１０の作動を制御するものであり、各部の動作を制御する。具体的に、制御部２０は、ポンプ４２に接続されており、ポンプ４２を作動させることで、水カーテン１６に向けて水を供給したり、ポンプ４２の作動を停止させることで、水カーテン１６への水の供給を停止したりする。

上記の遮蔽装置１０において、加工機械で使用される高出力レーザ等のレーザが照射されると、照射されたレーザは、レーザの周囲のアシストガスと共に、筐体１５の開口２５を介して、筐体１５内部に導入される。筐体１５内部に導入されたレーザ及びアシストガスは、先ず、ガスカーテン１７により形成されるガス膜３６と交差する。アシストガスは、ガス膜３６と交差することで、水膜３５への流通が阻まれる。一方で、レーザは、ガス膜３６を通過する。ガス膜３６を通過したレーザは、水カーテン１６により形成される水膜３５と交差する。レーザは、水膜３５と交差することで、照射エネルギーが吸収されることで減衰する。減衰したレーザは、レーザ受け板１８に入射し、レーザ受け板１８により遮蔽される。

以上のように、実施形態１によれば、ほぼ気泡を含まない水膜３５により、レーザの照射エネルギーを効率よく吸収することができる。また、水膜３５は、水滴形状ではないことから、レーザの散乱を抑制することができる。さらに、ガスカーテン１７は、アシストガスの水カーテン１６への流通を遮蔽することから、アシストガスにより水膜３５が揺れることを抑制できるため、水膜３５によるレーザのエネルギーの吸収を安定的に行うことができる。

また、実施形態１によれば、水膜３５によるレーザの遮蔽効率が高いことから、高出力レーザを適用することが可能である。

また、実施形態１によれば、水膜３５の流速を２ｍ／ｓ以上２８ｍ／ｓ以下の範囲とすることで、水膜３５における気泡の発生を抑制し、また、レーザの照射による水蒸気の発生を抑制できる。

また、実施形態１によれば、筐体１５内部に、アシストガスおよびガス膜３６が導入されても、ガス排出口２７を介して、ガスを好適に排出することができるため、筐体内部に滞留するガスによる水膜３５への影響を低減できる。

［実施形態２］
次に、図４を参照して、実施形態２に係る遮蔽装置５０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図４は、実施形態２に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。

実施形態２の遮蔽装置５０は、ガスカーテン１７により形成されるガス膜３６が、実施形態１のガス膜３６と異なっている。具体的に、遮蔽装置５０に設けられる噴射ノズル３７は、噴射ノズル３７から噴射されるガスの流れ方向が、つまり、ガス膜３６の形成される方向が、アシストガスの流れ方向に対して、相殺する方向に傾いた方向となっている。具体的に、ガス膜３６の流れ方向は、アシストガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうベクトルと、鉛直方向のベクトルとを合成した方向となっている。

以上のように、実施形態２によれば、ガス膜３６によりアシストガスの流れをより好適に阻害できるため、アシストガスの水膜３５への流入をより遮蔽することができる。

［実施形態３］
次に、図５から図９を参照して、実施形態３に係る遮蔽装置６０について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図５は、実施形態３に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。図６は、実施形態３に係る遮蔽装置の遮蔽板を示す斜視図である。図７は、遮蔽板のレーザ通過穴を鉛直方向に切ったときの断面図である。図８は、レーザ通過穴の移動に関する説明図である。図９は、レーザ通過穴の大きさの変化に関する説明図である。

実施形態３の遮蔽装置６０は、実施形態１の遮蔽装置１０に加えて、遮蔽板６１と、穴移動機構６２と、をさらに備えた装置となっている。

遮蔽板６１は、アシストガスの水膜３５への流通を阻害する板となっており、その板面が、レーザの照射方向に直交するように配置されている。遮蔽板６１は、ガスカーテン１７により形成されるガス膜３６と、水カーテン１６により形成される水膜３５との間に設けられている。遮蔽板６１は、レーザを通過させるレーザ通過穴６５が貫通して設けられている。

穴移動機構６２は、遮蔽板６１に設けられるレーザ通過穴６５を移動させる機構となっている。ここで、加工機械において用いられるレーザは、照射方向を変えずに、水平方向に平行移動可能となっている。このため、穴移動機構６２は、レーザの移動に追従させてレーザ通過穴６５を水平方向に移動させている。

レーザ通過穴６５は、断面円形状となっており、図７に示すように、レーザの照射方向において、上流側から下流側に向かって拡径するテーパ形状となっている。

また、穴移動機構６２は、水平方向の一方側に設けられる一方側プレート６８ａと、水平方向の他方側に設けられる他方側プレート６８ｂと、からなる一対のプレート６８を含んで構成されている。一対のプレート６８が突き合わされる部位には、それぞれ切り欠きが形成されており、また、遮蔽板６１には、水平方向に延在するスリット６９が形成されている。一対のプレート６８は、遮蔽板６１のスリット６９を覆うように配置され、一対のプレート６８の切り欠きによって、スリット６９が覆われない部位がレーザ通過穴６５となっている。

上記の穴移動機構６２は、一対のプレート６８をそれぞれ水平方向に移動させることで、図８に示すように、レーザ通過穴６５を水平方向に移動させたり、図９に示すように、レーザ通過穴６５の水平方向における径を変更したりすることが可能となっている。図８に示すように、レーザ通過穴６５を水平方向に移動させる場合には、一対のプレート６８同士の間を維持した状態で、一対のプレート６８を水平方向に移動させる。また、図９に示すように、レーザ通過穴６５の水平方向における径を変更する場合には、一対のプレート６８同士の間を変更する。

そして、制御部２０は、穴移動機構６２に接続されており、レーザ通過穴６５がレーザの移動に追従するように、穴移動機構６２を制御する。

以上のように、実施形態３によれば、遮蔽板６１は、レーザの通過を許容しつつ、アシストガスの水膜３５への流通を抑制することができる。このため、アシストガスにより水膜３５が揺れることをより抑制することができる。

また、実施形態３によれば、アシストガスがレーザ通過穴６５を通過する場合であっても、レーザ通過穴６５は、拡径するテーパ形状となっていることから、レーザ通過穴６５においてアシストガスが分散し、アシストガスの流速が低下するため、アシストガスによる水膜３５への影響を低減できる。

また、実施形態３によれば、レーザの移動に追従して、レーザ通過穴６５を移動させることができるため、レーザが遮蔽板６１に照射されることなく、レーザによる遮蔽板６１への損傷を抑制することができる。

また、実施形態３によれば、レーザのスポット径に応じて、レーザ通過穴６５の径を適切に変更できるため、レーザの通過を許容しつつ、アシストガスの水膜３５への流通をより抑制することが可能となる。

［実施形態４］
次に、図１０から図１２を参照して、実施形態４に係る遮蔽装置７０について説明する。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１０は、実施形態４に係る遮蔽装置の水カーテンを正面から見たときの模式図である。図１１は、実施形態４に係る遮蔽装置の水カーテンを側面から見たときの模式図である。図１２は、水カーテンに供給される水の供給流量の変化を示すグラフである。

実施形態４の遮蔽装置７０は、実施形態１の遮蔽装置１０に加えて、水膜３５を形成する水の供給流量を調整する流量調整部７１をさらに備えた装置となっている。

図１０に示すように、遮蔽装置７０は、流量調整部７１により水カーテン１６へ供給する水の供給流量を調整することで、表面形状が鉛直方向において波状の凹凸形状となる水膜（鉛直凹凸液膜）３５を形成している。流量調整部７１は、水循環機構１９の循環流路４１に設けられる流量調整弁７５を含んで構成されており、流量調整弁７５は、制御部２０によって制御されている。

制御部２０は、図１２に示すように、所定の周期Ｔで、流量調整弁７５の開度を大きくしたり小さくしたりすることで、水の供給流量が時間に応じて波状に増減するように制御している。ここで、制御部２０は、水カーテン１６によって形成される水膜３５の流速が、実施形態１と同様に、２ｍ／ｓ以上２８ｍ／ｓ以下の範囲となるように制御している。つまり、図１２に示す下限の供給流量Ｑｍｉｎは、水膜３５の流速が２ｍ／ｓ以上となる供給流量であり、上限の供給流量Ｑｍａｘは、水膜３５の流速が２８ｍ／ｓ以下となる供給流量となっている。

また、制御部２０は、水膜３５の表面形状を、下記の形状となるように、流量調整弁７５を制御している。波状の凹凸形状となる水膜３５は、その厚み方向が最大となる頂部３５ａと、厚み方向が最小となる底部３５ｂと、有している。頂部３５ａにおける水膜３５の膜厚Ｃは、実施形態１と同様に、１０ｍｍ程度となっている。また、底部３５ｂから頂部３５ａに突出する突出高さＢは、最大で１ｍｍ程度とすることがよい。突出高さＢは、レーザを散乱させるにあたって、効果の高いミー散乱を生じさせることが可能な高さとなっている。そして、頂部３５ａ同士の間の間隔をピッチＡとすると、「突出高さＢ：ピッチＡ＝１：２」の関係となっている。

以上のように、実施形態４によれば、鉛直方向において表面が凹凸形状となる水膜３５によりレーザを鉛直方向に散乱させることができる。このため、レーザのエネルギー密度を低下させることができ、レーザを効率よく減衰させることができる。

［実施形態５］
次に、図１３を参照して、実施形態５に係る遮蔽装置８０について説明する。なお、実施形態５でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から４と異なる部分について説明し、実施形態１から４と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１３は、実施形態５に係る遮蔽装置を側面から見たときの模式図である。

実施形態５の遮蔽装置８０は、水カーテン１６により形成される水膜３５が複数並べて設けられている。複数の水膜３５は、レーザの照射方向に並べて設けられている。なお、複数の水膜３５を設ける場合、実施形態４の表面が凹凸形状となる水膜３５を、レーザの照射方向において、最上流側に配置している。また、表面が凹凸形状となる水膜３５に対して、下流側に配置される水膜３５は、実施形態１の水膜であってもよいし、後述する実施形態６の水膜３５であってもよい。

以上のように、実施形態５によれば、最上流側において、表面が凹凸形状となる水膜３５によりレーザを散乱させて、レーザのエネルギー密度を低下させ、エネルギー密度が低下したレーザを、下流側の水膜３５に入射させることができる。このため、レーザを効率よく減衰させることができる。

［実施形態６］
次に、図１４から図１８を参照して、実施形態６に係る遮蔽装置９０について説明する。なお、実施形態６でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から５と異なる部分について説明し、実施形態１から５と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１４は、実施形態６に係る遮蔽装置の水カーテンを正面から見たときの模式図である。図１５は、実施形態６に係る遮蔽装置の他の水カーテンを正面から見たときの模式図である。図１６は、実施形態６に係る遮蔽装置の他の水カーテンを正面から見たときの模式図である。図１７は、実施形態６に係る水カーテンの流出口に係る模式図である。図１８は、実施形態６に係る他の水カーテンの流出口に係る模式図である。

実施形態６の遮蔽装置９０は、実施形態１の水カーテン１６に、複数の流出口９１をさらに加えた構成となっている。水カーテン１６は、複数の流出口９１を設けることで、表面が水平方向において波状の凹凸形状となる水膜（水平凹凸液膜）３５を形成している。水カーテン１６は、スリット開口３２が形成されたチャンバ３１に、複数の流出口９１を形成している。なお、チャンバ３１は、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。複数の流出口９１は、図１７に示すように、チャンバの長手方向に並べて設けられ、流出口９１同士の間の間隔は、所定の間隔となっている。なお、循環流路４１は、下流側が複数に分岐して、チャンバ３１及び流出口９１のそれぞれに接続される。

この水カーテン１６により形成される水膜３５は、スリット開口３２から流出する水によって形成される少量部位３５Ｌ、１つの流出口９１から流出する水によって形成される中量部位３５Ｍ、複数の流出口９１から流出する水が重なり合うことで形成される多量部位３５Ｈを有する。そして、水膜３５は、水の供給流量の少ない方から順に、少量部位３５Ｌ、中量部位３５Ｍ、多量部位３５Ｈとなっている。

表面が水平方向において波状の凹凸形状となる水膜３５は、図１５においては、流出口９１の数、及び流出口９１同士の間隔を調整することで、少量部位３５Ｌ、中量部位３５Ｍ及び多量部位３５Ｈを含む凹凸形状を調整している。また、表面が水平方向において波状の凹凸形状となる水膜３５は、図１６においては、流出口９１の開口面積、及び水の供給流量を調整することで、少量部位３５Ｌ、中量部位３５Ｍ及び多量部位３５Ｈを含む凹凸形状を調整している。

なお、実施形態６の遮蔽装置９０では、表面が水平方向において波状の凹凸形状となる水膜３５を形成すればよいことから、例えば、図１８に示す構成としてもよい。図１８に示す水カーテン１６は、チャンバ３１の形成されるスリット開口３２が、長手方向において波状に形成されている。そして、このスリット開口３２から流出する水により形成される水膜３５は、長手方向に波打つ水膜３５となっている。

以上のように、実施形態６によれば、水平方向において表面が凹凸形状となる水膜３５によりレーザを鉛直方向に散乱させることができる。このため、レーザのエネルギー密度を低下させることができ、レーザを効率よく減衰させることができる。

１０ 遮蔽装置
１５ 筐体
１６ 水カーテン
１７ ガスカーテン
１８ レーザ受け板
１９ 水循環機構
２０ 制御部
２５ 開口
２６ 水槽
２７ ガス排出口
３１ チャンバ
３２ スリット開口
３５ 水膜
３６ ガス膜
３７ 噴射ノズル
４１ 循環流路
４２ ポンプ
５０ 遮蔽装置（実施形態２）
６０ 遮蔽装置（実施形態３）
６１ 遮蔽板
６２ 穴移動機構
６５ レーザ通過穴
６８ プレート
６９ スリット
７０ 遮蔽装置（実施形態４）
７１ 流量調整部
７５ 流量調整弁
８０ 遮蔽装置（実施形態５）
９０ 遮蔽装置（実施形態６）

Claims (11)

1. レーザを遮蔽する遮蔽装置において、
   前記レーザの周囲には、前記レーザの照射方向に沿ってアシストガスが流通しており、
   前記レーザ及び前記アシストガスを内部に導入する開口が形成された筐体と、
   前記筐体内部において、導入された前記レーザに交差する液膜を形成する液体カーテンと、
   前記照射方向において、前記液体カーテンの上流側の前記筐体内部に設けられ、導入された前記アシストガスに交差するガス膜を形成するガスカーテンと、を備え、
   前記液体カーテンにより形成される液膜は、前記レーザを遮蔽し、
   前記ガスカーテンにより形成されるガス膜は、前記アシストガスの前記液膜への流通を遮蔽することを特徴とする遮蔽装置。
2. 前記ガスカーテンは、前記ガス膜の流通方向が、前記液膜へ向かう前記アシストガスの流通方向に対して相殺する方向となるように、前記ガス膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の遮蔽装置。
3. 前記レーザは、加工機械で用いられるｋＷオーダーの出力となる高出力レーザであることを特徴とする請求項１または２に記載の遮蔽装置。
4. 前記液体カーテンにより形成される前記液膜の流速は、２ｍ／ｓ以上２８ｍ／ｓ以下の範囲となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の遮蔽装置。
5. 前記ガスカーテンにより形成される前記ガス膜と、前記液体カーテンにより形成される前記液膜との間に設けられ、前記アシストガスの前記液膜への流通を阻害する遮蔽板を、さらに備え、
   前記遮蔽板は、前記レーザを通過させるレーザ通過穴を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の遮蔽装置。
6. 前記レーザ通過穴は、前記レーザの前記照射方向において、上流側から下流側に向かって広がる形状となっていることを特徴とする請求項５に記載の遮蔽装置。
7. 前記レーザは、照射方向に交差する面内において移動可能となっており、
   前記遮蔽板に設けられる前記レーザ通過穴を、前記レーザの移動に追従させて移動させる穴移動機構を、さらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の遮蔽装置。
8. 前記筐体内部のガスを排出するガス排出流路をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の遮蔽装置。
9. 前記液膜を形成する液体の供給流量を調整する流量調整部と、
   前記流量調整部を制御する制御部と、をさらに備え、
   前記制御部は、所定の周期で、前記供給流量を増減することで、
   前記液体カーテンは、前記液膜の表面形状を、鉛直方向に亘って凹凸状に形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の遮蔽装置。
10. 前記液体カーテンは、前記液膜を複数形成する場合、表面形状が鉛直方向に亘って凹凸状に形成された前記液膜である鉛直凹凸液膜を、前記レーザの前記照射方向において、最上流側に形成することを特徴とする請求項９に記載の遮蔽装置。
11. 前記液体カーテンは、前記液膜を形成する液体を流出させる流出口を有し、
    前記流出口は、前記液膜の表面形状を、水平方向に亘って凹凸状に形成する形状となっていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の遮蔽装置。

Images