JP2020022978A - Laser irradiation device, fluid supply device, and laser processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、処理対象物にレーザ光を照射してクリーニング等のレーザ加工を行うレーザ照射装置、このようなレーザ加工に用いる流体供給装置、及び、レーザ加工方法に関するものである。 The present invention relates to a laser irradiation apparatus that performs laser processing such as cleaning by irradiating a processing target with laser light, a fluid supply apparatus used for such laser processing, and a laser processing method.
レーザ光を用いた表面処理に関する従来技術として、例えば、特許文献1には、レーザ光を照射対象物に照射する照射ヘッドに、レーザ光を所定の偏角だけ偏向させるウェッジプリズムを設け、このウェッジプリズムを回転させながらレーザ光を照射することによって、照射箇所が照射対象物の表面を旋回しながら走査し、照射対象物の表面に付着した旧塗膜や異物等が除去(クリーニング)されることが記載されている。
As a conventional technique related to surface treatment using laser light, for example,
また、特許文献2には、ウェッジプリズムの回転駆動を、気体の圧力を回転運動に変換するエアモータによって行うとともに、レーザ光が出射されるダクトの内部にエアモータの排気を導入することにより、光学素子やエアモータへの異物の付着を防止することが記載されている。 Patent Document 2 discloses that an optical element is driven by rotating a wedge prism by an air motor that converts gas pressure into a rotational motion and introducing exhaust air of the air motor into a duct from which laser light is emitted. It is described that foreign matter is prevented from adhering to a motor or an air motor.
特許文献1に記載されたようなレーザ光を用いたクリーニングは、例えば鋼などの金属製構造物の表面に付着している旧塗膜の剥離や、表面付近に生成された錆等の異物を除去するのに有効である。
しかし、レーザ光の照射により、照射対象物の表面が局所的に加熱された際に、空気中の酸素が母材と接触して酸化が促進され、例えば母材が鉄系金属である場合には、酸化鉄(Fe2O3、Fe3O4等)の酸化被膜が生成される場合があった。
このような酸化物等が生成されることは、照射対象物の利用目的によっては好ましくない場合もあるため、照射箇所の雰囲気制御を適切として、レーザ加工の品質をより向上することが要望されている。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、照射箇所の雰囲気制御により加工品質を向上したレーザ照射装置、流体供給装置、及び、レーザ加工方法を提供することである。
Cleaning using a laser beam as described in
However, when the surface of the irradiation target is locally heated by laser light irradiation, oxygen in the air contacts the base material to promote oxidation, and for example, when the base material is an iron-based metal, In some cases, an oxide film of iron oxide (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, etc.) was formed.
Since the generation of such an oxide or the like may not be preferable depending on the purpose of use of the irradiation target, it is desired that the quality of the laser processing be further improved by appropriately controlling the atmosphere of the irradiation place. I have.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a laser irradiation device, a fluid supply device, and a laser processing method in which the processing quality is improved by controlling the atmosphere of an irradiation location.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、レーザ発振器が発生するレーザ光を所定の焦点位置において集光させる集光光学系と、前記レーザ光を偏向させて前記焦点位置を照射対象物の表面に沿って所定の走査パターンで走査させる偏向光学系とを含む光学系と、前記焦点位置の前記走査パターンを含む領域に不活性ガスを主成分とする流体を供給して少なくとも前記焦点位置を前記流体が充満した雰囲気とする流体供給部とを備えることを特徴とするレーザ照射装置である。
これによれば、焦点位置を不活性ガスを主成分とする流体で充満させることにより、照射対象物がレーザ光の入射により高温となる際に酸素と接触することを防止し、酸化物の被膜等が形成されることを防止することができる。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、不活性ガスを主成分とする流体とは、不可避的に混入する不純物以外の全部が不活性ガスである流体(一般的に純窒素、純アルゴン等として入手可能なもの)を含むものとする。
また、焦点位置を所定の走査パターンで走査させることにより、CWレーザを利用した場合であっても、照射対象物の表面における同一箇所が長時間照射され続けることを防止することができる。このため、照射対象物の一部が局所的に過度な入熱を受けて熱影響が生じることを防止できる。
また、照射対象物の比較的広い範囲を、迅速にレーザ加工することができる。
ここで、照射対象物の表面における走査のパターンとして、例えば円形、楕円形、多角形、その他任意の形状を用いることができる。
The present invention solves the above-mentioned problems by the following means.
The invention according to
According to this, by filling the focal position with a fluid containing an inert gas as a main component, it is possible to prevent the irradiation target from coming into contact with oxygen when the temperature becomes high due to the incidence of laser light, and to form an oxide coating. Can be prevented from being formed.
In the present specification and claims, a fluid containing an inert gas as a main component refers to a fluid in which all but an unavoidable impurity is an inert gas (generally, pure nitrogen, pure argon, etc.). Available as a).
Further, by scanning the focal position in a predetermined scanning pattern, it is possible to prevent the same spot on the surface of the irradiation target from being continuously irradiated for a long time even when the CW laser is used. For this reason, it is possible to prevent a part of the irradiation target from locally receiving excessive heat input to cause a thermal effect.
In addition, laser processing can be rapidly performed on a relatively wide range of the irradiation target.
Here, as a scanning pattern on the surface of the irradiation target, for example, a circle, an ellipse, a polygon, or any other shape can be used.
請求項2に係る発明は、前記流体供給部は、前記光学系を構成する光学素子のうち最も前記焦点位置側に配置された光学素子の前記焦点位置側の面部と接した空間部に前記流体を供給するとともに前記流体を前記空間部から前記焦点位置側へ流出させることを特徴とする請求項1に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、レーザ光の照射により照射対象物から飛散する塵埃やスパッタ等の異物が光学素子側に流入することを防止し、光学素子の汚染や、光学素子の表面に付着した異物がレーザ光に加熱され高温となることによる光学素子の焼損を防止することができる。
The invention according to claim 2 is characterized in that the fluid supply unit is configured such that the fluid is provided in a space that is in contact with a surface on the focal position side of an optical element that is arranged closest to the focal position among optical elements constituting the optical system. 2. The laser irradiation apparatus according to
According to this, foreign matter such as dust and spatter scattered from the irradiation target due to the irradiation of the laser beam is prevented from flowing into the optical element side, and contamination of the optical element and foreign matter adhering to the surface of the optical element are prevented. It is possible to prevent burning of the optical element due to the high temperature caused by heating by light.
請求項3に係る発明は、前記焦点位置に隣接して配置された吸入口を有し、前記照射対象物に対する前記レーザ光の照射により発生した塵埃を吸引する集塵部を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、レーザ光の照射により発生した塵埃が照射対象物に再付着してレーザ加工の品質を損なうことを防止できる。
また、塵埃が周囲に飛散することを防止して施工現場の環境を向上することができる。
さらに、塵埃を不活性ガスを主成分等する流体とともに吸引することによって、捕集された塵埃の発火を防止することができる。
The invention according to claim 3 is characterized in that it has a suction port disposed adjacent to the focal position, and further includes a dust collection unit that sucks dust generated by irradiating the irradiation target with the laser light. A laser irradiation device according to
According to this, it is possible to prevent dust generated by the irradiation of the laser beam from re-adhering to the irradiation target and impairing the quality of laser processing.
In addition, it is possible to prevent dust from scattering to the surroundings and to improve the environment of the construction site.
Further, by sucking the dust together with a fluid containing an inert gas as a main component, the ignition of the collected dust can be prevented.
請求項4に係る発明は、前記光学系から出射される前記レーザ光が内部を通過する内筒と、前記内筒の外径側に設けられた外筒とを備え、前記流体供給部は、前記内筒の内径側から前記照射対象物側へ前記流体を供給し、前記集塵部は、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との隙間から前記塵埃を吸引することを特徴とする請求項3に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、コンパクトな構成により焦点位置に確実に不活性ガス等からなる流体を供給するとともに、その周囲から塵埃を吸引することができる。
The invention according to claim 4 includes an inner cylinder through which the laser light emitted from the optical system passes, and an outer cylinder provided on an outer diameter side of the inner cylinder, wherein the fluid supply unit includes: The fluid is supplied from the inner diameter side of the inner cylinder to the irradiation object side, and the dust collection unit suctions the dust from a gap between the outer peripheral surface of the inner cylinder and the inner peripheral surface of the outer cylinder. The laser irradiation device according to claim 3, wherein
According to this, a fluid composed of an inert gas or the like can be reliably supplied to the focal position by a compact configuration, and dust can be sucked from the surroundings.
請求項5に係る発明は、レーザ発振器が発生するレーザ光を所定の焦点位置において集光させる集光光学系を含む光学系と、前記光学系を構成する光学素子のうち最も前記焦点位置側に配置された光学素子の前記焦点位置側の面部と接した空間部に第1の流体を供給するとともに前記第1の流体を前記空間部から前記焦点位置側へ流出させる第1の流体供給部と、前記第1の流体供給部よりも前記焦点位置側に設けられ、前記焦点位置を含む領域に前記第1の流体とは組成が異なる第2の流体を供給して少なくとも前記焦点位置を前記第2の流体が充満した雰囲気とする第2の流体供給部とを備えることを特徴とするレーザ照射装置である。
これによれば、照射箇所を第2の流体が充満した雰囲気とすることが可能であり、例えば第2の流体を不活性ガスとし、そのシールド効果により酸素を遮断するなどの所望のレーザ加工条件を得ることができる。
一方、光学系の汚染防止等を行うパージガスとして機能する第1の流体は、例えば空気等の比較的低コストかつ利用が容易な気体を利用することが可能である。
The invention according to claim 5 is directed to an optical system including a condensing optical system for condensing laser light generated by a laser oscillator at a predetermined focal position, and an optical element constituting the optical system closest to the focal position side. A first fluid supply unit configured to supply a first fluid to a space in contact with the surface portion on the focal position side of the disposed optical element and to cause the first fluid to flow out of the space to the focal position side; A second fluid having a composition different from that of the first fluid is provided to a region including the focus position, the second fluid being provided closer to the focus position than the first fluid supply unit, and at least the focus position is set to the second position. A second fluid supply unit configured to provide an atmosphere filled with a second fluid.
According to this, it is possible to set the irradiation location to an atmosphere filled with the second fluid, and to set a desired laser processing condition such as, for example, using an inert gas as the second fluid and blocking oxygen by its shielding effect. Can be obtained.
On the other hand, the first fluid that functions as a purge gas for preventing contamination of the optical system or the like can be a relatively low-cost and easy-to-use gas such as air.
請求項6に係る発明は、前記光学系は、前記レーザ光を偏向させて前記焦点位置を照射対象物の表面に沿って所定の走査パターンで走査させる偏向光学系を有することを特徴とする請求項5に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、CWレーザを利用した場合であっても、照射対象物の表面における同一箇所が長時間照射され続けることを防止することができる。このため、照射対象物の一部が局所的に過度な入熱を受けて熱影響が生じることを防止できる。
また、照射対象物の比較的広い範囲を、迅速にレーザ加工することができる。
ここで、照射対象物の表面における走査のパターンとして、例えば円形、楕円形、多角形、その他任意の形状を用いることができる。
The invention according to claim 6 is characterized in that the optical system has a deflection optical system that deflects the laser beam and scans the focal position along a surface of the irradiation target in a predetermined scanning pattern. Item 6. A laser irradiation apparatus according to Item 5.
According to this, even when the CW laser is used, it is possible to prevent the same spot on the surface of the irradiation target from being continuously irradiated for a long time. For this reason, it is possible to prevent a part of the irradiation target from locally receiving excessive heat input to cause a thermal effect.
In addition, laser processing can be rapidly performed on a relatively wide range of the irradiation target.
Here, as a scanning pattern on the surface of the irradiation target, for example, a circle, an ellipse, a polygon, or any other shape can be used.
請求項7に係る発明は、前記偏向光学系は、前記レーザ光を所定の偏角だけ偏向させるとともに、前記集光光学系から出射される前記レーザ光の光軸回りに回転駆動されるウェッジプリズムを有することを特徴とする請求項6に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、簡単かつ小型軽量な装置構成により上述した効果を得ることができる。
8. The wedge prism according to claim 7, wherein the deflection optical system deflects the laser light by a predetermined deflection angle and is driven to rotate around an optical axis of the laser light emitted from the light collection optical system. The laser irradiation apparatus according to claim 6, comprising:
According to this, the above-described effects can be obtained with a simple, small, and lightweight device configuration.
請求項8に係る発明は、前記第1の流体は空気を主成分とし、前記第2の流体は不活性ガスを主成分とすることを特徴とする請求項5から請求項7までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、第2の流体の主成分として不活性ガスを用いることにより、照射箇所において照射対象物の表面が酸化して酸化皮膜等が形成されることを防止できる。
また、第1の流体の主成分として周囲の大気から採取することが可能な空気を用いることにより、比較的高コストである第2の流体の使用量を低減して施工コストを抑制するとともに、気体供給源等の装置構成を簡素化することができる。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、空気を主成分とする流体とは、実質全部が空気である流体を含むものとする。
The invention according to claim 8 is characterized in that the first fluid has air as a main component, and the second fluid has an inert gas as a main component. 2. A laser irradiation apparatus according to
According to this, by using an inert gas as a main component of the second fluid, it is possible to prevent the surface of the irradiation target from being oxidized at the irradiation location and forming an oxide film or the like.
In addition, by using air that can be collected from the surrounding atmosphere as the main component of the first fluid, the amount of the second fluid, which is relatively expensive, is reduced and the construction cost is reduced. The device configuration such as a gas supply source can be simplified.
In the present specification and claims, the fluid containing air as a main component includes a fluid that is substantially entirely air.
請求項9に係る発明は、前記第2の流体供給部は、内側に前記レーザ光が通過する環の周方向に分布して形成された噴出孔を有し照射対象物に前記第2の流体を噴射するノズル部を有することを特徴とする請求項5から請求項8までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、簡単な構成により適切に照射箇所を含む領域を第2の流体が充満した雰囲気とすることができる。
The invention according to claim 9 is characterized in that the second fluid supply unit has an ejection hole formed inside in a circumferential direction of a ring through which the laser light passes, and the second fluid supply unit irradiates an object to be irradiated with the second fluid. The laser irradiation apparatus according to any one of claims 5 to 8, further comprising a nozzle unit for injecting a laser beam.
According to this, the region including the irradiated portion can be appropriately set as the atmosphere filled with the second fluid with a simple configuration.
請求項10に係る発明は、前記環の外径側から内径側に向けて前記第2の流体が噴出されるように、前記ノズル部の前記噴出孔が前記レーザ光の光軸に対して前記環の内径側に向けて傾斜して設けられていることを特徴とする請求項9に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、照射箇所を含む領域をより確実に第2の流体が充満した雰囲気とすることができる。
The invention according to
According to this, the area including the irradiation location can be more reliably set as the atmosphere filled with the second fluid.
請求項11に係る発明は、前記ノズル部は、前記第1の流体供給部又はその近傍から照射対象物側に延出した支柱により支持され、前記支柱は、前記ノズル部に前記第2の流体を供給する流路を有することを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、簡単な構成によりノズル部の支持及びノズル部への第2の流体の供給を行うことができる。
また、第1の流体を支柱の隙間から排出することが可能であり、第1の流体が照射箇所近傍に流入して第2の流体が充満した雰囲気を損なうことを防止できる。
The invention according to claim 11, wherein the nozzle portion is supported by a column extending from the first fluid supply portion or the vicinity thereof to the irradiation object side, and the column is provided with the second fluid by the nozzle portion. The laser irradiation device according to
According to this, it is possible to support the nozzle portion and supply the second fluid to the nozzle portion with a simple configuration.
Further, the first fluid can be discharged from the gap between the columns, and it is possible to prevent the first fluid from flowing into the vicinity of the irradiation location and impairing the atmosphere filled with the second fluid.
請求項12に係る発明は、前記焦点位置に隣接して配置された吸入口を有し、照射対象物に対する前記レーザ光の照射により発生した塵埃を吸引する集塵部を備えることを特徴とする請求項5から請求項11までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、レーザ光の照射により発生した塵埃が照射対象物に再付着してレーザ加工の品質を損なうことを防止できる。
また、塵埃が周囲に飛散することを防止して施工現場の環境を向上することができる。
The invention according to claim 12 is characterized in that it has a suction port arranged adjacent to the focal position, and further includes a dust collection unit that sucks dust generated by irradiating the irradiation target with the laser light. A laser irradiation apparatus according to any one of claims 5 to 11.
According to this, it is possible to prevent dust generated by the irradiation of the laser beam from re-adhering to the irradiation target and impairing the quality of laser processing.
In addition, it is possible to prevent dust from scattering to the surroundings and to improve the environment of the construction site.
請求項13に係る発明は、前記集塵部の前記吸入口は、前記第2の流体供給部が前記照射対象物に向けて前記第2の流体を噴出する箇所の周囲に周方向に延在して設けられることを特徴とする請求項12に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、コンパクトな構成により焦点位置に確実に第2の流体を供給するとともに、その周囲から塵埃を吸引することができる。
The invention according to claim 13 is characterized in that the suction port of the dust collecting section extends in a circumferential direction around a location where the second fluid supply section ejects the second fluid toward the irradiation target. 13. The laser irradiation apparatus according to claim 12, wherein the laser irradiation apparatus is provided as:
According to this, it is possible to reliably supply the second fluid to the focal position with a compact configuration, and to suck dust from around the second fluid.
請求項14に係る発明は、前記第1の流体供給部から供給された前記第1の流体の進行方向を、前記レーザ光の照射方向から偏向させる流体偏向部を有することを特徴とする請求項5から請求項13までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、第1の流体が照射箇所近傍に流入することを防止し、照射箇所を含む領域をより確実に第2の流体が充満した状態とすることができる。
The invention according to claim 14 has a fluid deflecting unit that deflects the traveling direction of the first fluid supplied from the first fluid supply unit from the irradiation direction of the laser light. A laser irradiation apparatus according to any one of claims 5 to 13.
According to this, it is possible to prevent the first fluid from flowing into the vicinity of the irradiation location, and to more reliably fill the area including the irradiation location with the second fluid.
請求項15に係る発明は、前記流体偏向部は、前記第1の流体の進行方向の前記集光光学系の光軸の周縁の周方向における少なくとも一部の領域に設けられ、前記第1の流体の一部と干渉して前記第1の流体の進行方向を偏向させる偏向部材を有することを特徴とする請求項14に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、動力等を必要としない簡単な構成により、上述した効果を得ることができる。
The invention according to claim 15 is characterized in that the fluid deflecting unit is provided in at least a part of a circumferential direction of an optical axis of the light collecting optical system in a traveling direction of the first fluid, and The laser irradiation apparatus according to claim 14, further comprising a deflecting member that deflects a traveling direction of the first fluid by interfering with a part of the fluid.
According to this, the above-described effects can be obtained with a simple configuration that does not require power or the like.
請求項16に係る発明は、前記偏向部材における前記第1の流体と干渉する面部は、前記第1の流体の流出方向に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項15に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、偏向部材の傾斜方向や傾斜角度により、第1の流体の偏向方向を適切に制御することができる。
The invention according to claim 16 is characterized in that a surface portion of the deflecting member that interferes with the first fluid is arranged to be inclined with respect to the outflow direction of the first fluid. Laser irradiation device.
According to this, the deflection direction of the first fluid can be appropriately controlled by the tilt direction and the tilt angle of the deflection member.
請求項17に係る発明は、前記偏向部材は、前記第1の流体の上流側に面して配置され中央部に前記レーザ光が通過する開口が形成された面部を有することを特徴とする請求項15又は請求項16に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、偏向部材において第1の流体と干渉する面部を、レーザ光が通過する開口の全周にわたって配置することにより、照射対象物で反射したレーザ光や照射対象物から飛散するスパッタ等の異物を適切に遮断することができる。
The invention according to claim 17 is characterized in that the deflecting member has a surface portion facing the upstream side of the first fluid and having a central portion formed with an opening through which the laser light passes. A laser irradiation apparatus according to claim 15 or claim 16.
According to this, by arranging the surface portion of the deflecting member that interferes with the first fluid over the entire circumference of the opening through which the laser light passes, the laser light reflected by the irradiation target or the spatters scattered from the irradiation target, etc. Foreign matter can be appropriately blocked.
請求項18に係る発明は、前記流体偏向部は、前記第1の流体からなる流体流に交わるよう噴き込まれ前記第1の流体からなる流体流を偏向させる他の流体流を発生する流体流発生手段を有することを特徴とする請求項14に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、第1の流体からなる流体流に噴き込まれる他の流体流の流速、流量、方向、衝突箇所などの設定により、第1の流体からなる流体流の偏向の制御自由度を高めることができる。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、交わるよう噴き込まれるとは、第1の流体からなる流体流の主流方向に対して傾斜あるいは直交方向の主流成分を有する流体流を、各流体流が相互に干渉し、第1の流体からなる流体流の主流方向を偏向可能な位置関係で発生させることを指すものとする。
The invention according to claim 18, wherein the fluid deflecting portion is injected so as to intersect with the fluid flow composed of the first fluid and generates another fluid flow that deflects the fluid flow composed of the first fluid. The laser irradiation apparatus according to claim 14, further comprising a generation unit.
According to this, the degree of freedom in controlling the deflection of the fluid flow composed of the first fluid can be increased by setting the flow velocity, flow rate, direction, collision location, and the like of another fluid flow injected into the fluid flow composed of the first fluid. Can be enhanced.
In the present specification and claims, the term “injected so as to intersect” means that a fluid flow having a main flow component that is inclined or orthogonal to the main flow direction of the fluid flow composed of the first fluid is applied to each fluid flow. Interfere with each other and generate the main flow direction of the fluid flow composed of the first fluid in a deflectable positional relationship.
請求項19に係る発明は、前記流体偏向部は、前記第1の流体からなる流体流を吸引する吸引手段を有することを特徴とする請求項14に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、吸引手段の吸引強度、吸引方向、位置などの設定により、第1の流体からなる流体流の偏向の制御自由度を高めることができる。
The invention according to claim 19 is the laser irradiation apparatus according to claim 14, wherein the fluid deflecting unit has suction means for sucking a fluid flow composed of the first fluid.
According to this, the degree of freedom in controlling the deflection of the fluid flow composed of the first fluid can be increased by setting the suction strength, suction direction, position, and the like of the suction unit.
請求項20に係る発明は、レーザ照射装置により照射されるレーザ光が照射対象物に入射する照射箇所の周囲に取り付けられる流体供給装置であって、前記照射箇所の周囲を包囲した状態で前記照射対象物に着脱可能に取り付けられるとともに、前記レーザ光が通過する開口を有するカバー部と、前記カバー部の内部に不活性ガスを主成分とする流体を供給して少なくとも前記照射箇所を前記流体が充満した雰囲気とする流体供給部とを備える流体供給装置である。
これによれば、流体供給装置を照射対象物に取り付けて流体を供給した状態で、カバー部の開口からレーザ光を照射することにより、流体供給機能を持たない汎用の照射ヘッドを用いた場合であっても、不活性ガスが充満した雰囲気においてレーザ加工を行うことができ、酸化物の生成を防止することができる。
The invention according to
According to this, in a state where the fluid supply device is attached to the irradiation target and the fluid is supplied, by irradiating the laser beam from the opening of the cover, a general-purpose irradiation head having no fluid supply function is used. Even if it does, laser processing can be performed in an atmosphere filled with an inert gas, and generation of oxides can be prevented.
請求項21に係る発明は、前記カバー部の内部に配置された吸入口を有し、前記レーザ光の照射により発生した塵埃を吸引する集塵部を備えることを特徴とする請求項20に記載の流体供給装置である。
これによれば、レーザ光の照射により発生した塵埃が照射対象物に再付着してレーザ加工の品質を損なうことを防止できる。
また、塵埃が周囲に飛散することを防止して施工現場の環境を向上することができる。
The invention according to Claim 21 is characterized in that it has a suction port disposed inside the cover portion, and further includes a dust collection portion that sucks dust generated by the irradiation of the laser beam. Fluid supply device.
According to this, it is possible to prevent dust generated by the irradiation of the laser beam from re-adhering to the irradiation target and impairing the quality of laser processing.
In addition, it is possible to prevent dust from scattering to the surroundings and to improve the environment of the construction site.
請求項22に係る発明は、レーザ発振器が発生するレーザ光を所定の焦点位置において集光させる集光光学系と、前記レーザ光を偏向させて前記焦点位置を照射対象物の表面に沿って所定の走査パターンで走査させる偏向光学系とを含む光学系から出射されるレーザ光により照射対象物の表面を走査するレーザ加工方法であって、前記焦点位置の前記走査パターンを含む領域に不活性ガスを主成分とするシールドガスを供給して少なくとも前記焦点位置を前記シールドガスが充満した雰囲気とすることを特徴とするレーザ加工方法である。
請求項23に係る発明は、レーザ発振器が発生するレーザ光を所定の焦点位置において集光させる集光光学系を含む光学系から出射されるレーザ光により照射対象物の表面を走査するレーザ加工方法であって、前記光学系を構成する光学素子のうち最も前記焦点位置側のものが配置される空間部に第1の流体と供給するとともに前記第1の流体を前記空間部から前記焦点位置側へ流出させ、前記焦点位置を含む領域に前記第1の流体とは組成が異なる第2の流体を供給して少なくとも前記焦点位置を前記第2の流体が充満した雰囲気とすることを特徴とするレーザ加工方法である。
これらの各発明によれば、上述したレーザ照射装置に係る発明の効果と同様の効果を得ることができる。
The invention according to
A laser processing method for scanning the surface of an irradiation target with laser light emitted from an optical system including a condensing optical system for condensing laser light generated by a laser oscillator at a predetermined focal position, according to an embodiment of the present invention. And supplying a first fluid to a space in which an optical element constituting the optical system is arranged at a position closest to the focus position, and supplying the first fluid from the space to the focus position. And supplying a second fluid having a composition different from that of the first fluid to a region including the focal position, so that at least the focal position is set to an atmosphere filled with the second fluid. This is a laser processing method.
According to each of these aspects, it is possible to obtain the same effects as those of the above-described aspect of the laser irradiation apparatus.
以上説明したように、本発明によれば、照射箇所の雰囲気制御により加工品質を向上したレーザ照射装置、流体供給装置、及び、レーザ加工方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laser irradiation device, a fluid supply device, and a laser processing method in which the processing quality is improved by controlling the atmosphere of an irradiation position.
<第1実施形態>
以下、本発明を適用したレーザ照射装置及びレーザ加工方法の第1実施形態について説明する。
第1実施形態のレーザ照射装置は、レーザ発振器からファイバを介して供給されるレーザ光を照射対象物Oに照射し、照射箇所(ビームスポットBS)が照射対象物Oの表面を円弧上の走査パターンに沿って走査することによって、旧塗膜の剥離や付着した異物除去等の各種クリーニング処理を行う照射ヘッド1を備えている。
照射対象物Oは、一例として、一般鋼、ステンレス鋼、アルミニウム系合金などの金属製の構造物や、コンクリート等である。
クリーニング処理は、照射対象物Oの表面で照射箇所(ビームスポットBS)を、例えば直径10mm程度あるいはそれ以上の比較的大径の円弧に沿って旋回させて走査し、照射対象物Oの表面に付着した旧塗膜(剥離すべき塗膜)、酸化皮膜等の各種皮膜、ダスト、錆、煤等をクリーニングするレーザ加工(表面処理)である。
図1は、第1実施形態のレーザ照射装置における照射ヘッドの断面図である。
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a laser irradiation apparatus and a laser processing method to which the present invention is applied will be described.
The laser irradiation apparatus of the first embodiment irradiates a laser beam supplied from a laser oscillator via a fiber to an irradiation target O, and the irradiation position (beam spot BS) scans the surface of the irradiation target O on an arc. An
The irradiation target O is, for example, a metal structure such as general steel, stainless steel, or an aluminum alloy, concrete, or the like.
In the cleaning process, the irradiation spot (beam spot BS) on the surface of the irradiation target O is swirled and scanned along a relatively large arc of, for example, about 10 mm in diameter or more, and the surface of the irradiation target O is scanned. Laser processing (surface treatment) for cleaning old films (films to be peeled off), various films such as oxide films, dust, rust, soot, etc.
FIG. 1 is a sectional view of an irradiation head in the laser irradiation apparatus of the first embodiment.
照射ヘッド1は、図示しないファイバを介し、図示しないレーザ発振器から伝達されるCWのレーザ光Rを、照射対象物Oに照射するものである。
レーザ発振器として、例えば、平均出力が1kW程度のCWレーザを用いることができる。
照射ヘッド1は、例えば、作業者が手持ちして作業を行うことが可能なハンディタイプのものであるが、所定のパスに沿って照射ヘッド1を移動可能なロボットに取り付けて用いることも可能である。
The
As the laser oscillator, for example, a CW laser having an average output of about 1 kW can be used.
The
照射ヘッド1は、フォーカスレンズ10、ウェッジプリズム20、保護ガラス30、回転筒40、モータ50、モータホルダ60、保護ガラスホルダ70、ハウジング80、ダクト90等を備えている。
The
フォーカスレンズ10は、レーザ発振器からファイバを経由して照射ヘッド1に伝達されたレーザ光Rが、図示しないコリメートレンズを通過した後に入射される光学素子である。
コリメートレンズは、ファイバの端部から出射されたレーザ光を、実質的に平行にする(コリメートする)光学素子である。
フォーカスレンズ10は、コリメートレンズが出射するレーザ光Rを、所定の焦点位置において集光(合焦)させる光学素子である。
フォーカスレンズ10として、例えば、正のパワーを有する凸レンズを用いることができる。
なお、レーザ光Rによる照射対象物Oの表面における照射箇所であるビームスポットBSは、この焦点位置と一致し(フォーカス状態)、あるいは、焦点位置に近接して(デフォーカス状態)配置される。
The
The collimating lens is an optical element that collimates (collimates) the laser light emitted from the end of the fiber.
The
As the
Note that the beam spot BS, which is an irradiation position on the surface of the irradiation target O by the laser light R, is arranged so as to coincide with the focus position (focus state) or close to the focus position (defocus state).
ウェッジプリズム20は、フォーカスレンズ10が出射するレーザ光Rを、所定の偏角θ(図1参照)だけ偏向させ、入射側と出射側の光軸角度を異ならせる光学素子である。
ウェッジプリズム20は、入射側の光軸方向と直交する方向における一方の厚さが他方の厚さに対して大きくなるように、連続的に厚さが変化する板状に形成されている。
保護ガラス30は、ウェッジプリズム20に対して光軸方向に沿って焦点位置側(照射対象物O側・ビームスポットBS側)に隣接して配置された平板ガラス等からなる光学素子である。
保護ガラス30は、照射対象物O側から飛散するスパッタや粉塵等の異物が、ウェッジプリズム20等の他の光学素子に付着することを防止する保護部材である。
保護ガラス30は、照射ヘッド1が有する光学系のうち、光軸方向に沿って最も焦点位置側に配置された光学素子であり、後述する空間部Sやダクト90の内部を介して、照射対象物O側に露出することになる。
フォーカスレンズ10、ウェッジプリズム20、保護ガラス30は、例えば光学ガラス等の透明な材料からなる部材の表面に、反射防止や表面保護等を目的としたコーティングを施して構成されている。
The
The
The
The
The
The
回転筒40は、内径側にフォーカスレンズ10及びウェッジプリズム20を保持する円筒状の部材である。
回転筒40は、フォーカスレンズ10の光軸、及び、フォーカスレンズ10に入射するレーザ光Rの光軸(コリメートレンズの光軸)と同心に形成されている。
回転筒40は、図示しないベアリングにより、ハウジング80に対して、フォーカスレンズ10の光軸と一致する回転中心軸回りに回転可能に指示されている。
回転筒40は、例えばアルミニウム系合金等の金属や、エンジニアリングプラスチック等により形成されている。
The rotating
The
The
The
モータ50は、回転筒40をハウジング80に対して回転中心軸回りに回転駆動する電動アクチュエータである。
モータ50は、例えば、回転筒40と同心に構成され、回転筒40の外径側に設けられた円環型モータとして構成される。
モータ50の図示しないステータは、モータホルダ60を介してハウジング80に固定されている。
モータ50の図示しないロータは、回転筒40に固定されている。
モータ50は、図示しない制御装置によって、回転筒40の回転速度が所望の目標回転速度と実質的に一致するように制御される。
回転筒40の目標回転速度は、例えば15000乃至20000rpm程度である。
The
The
The stator (not shown) of the
The rotor (not shown) of the
The
The target rotation speed of the
回転筒40の回転中心軸が照射対象物Oの照射箇所付近の表面と直交するよう照射ヘッド1の姿勢を維持し、モータ50が回転筒40とともにウェッジプリズム20を回転させることにより、ビームスポットBSは、照射対象物Oの表面に沿って、回転筒40の回転中心軸回りに円弧状に旋回走査することになる。
この状態で照射ヘッド1を照射対象物Oの表面に沿って並進移動させると、ビームスポットBSは、円弧状に旋回しつつ照射対象物Oの表面を走査することになる。
これにより、照射対象物O上の任意の点に着目した場合には、例えば数msec程度の短時間のみレーザ光Rがパルス状に入射し、短時間のうちに急速加熱、急速冷却が順次行われる。
このとき、照射対象物Oの表面に形成された旧塗膜、錆、被膜等や、付着した異物などのクリーニング対象物は、破砕されて飛散する。
The
When the
Thus, when focusing on an arbitrary point on the irradiation target O, the laser light R is pulsed only for a short time of, for example, about several msec, and rapid heating and rapid cooling are sequentially performed in a short time. Will be
At this time, an object to be cleaned such as an old coating film, rust, a film, or the like formed on the surface of the object O to be irradiated, or an attached foreign substance is crushed and scattered.
モータホルダ60は、ハウジング80の内部において、モータ50のステータを所定の位置に保持する支持部材である。
モータホルダ60の本体部は、円筒状に形成され、ハウジング80の内径側に挿入された状態でハウジング80に固定されている。
モータホルダ60の内周面は、モータ50の外周面と対向して配置され、モータ50のステータに固定されている。
The
The main body of the
The inner peripheral surface of the
モータホルダ60の外周面と内周面との間隔の一部には、パージガスPGが通流されるパージガス流路61が形成されている。
パージガスPGは、照射ヘッド1の使用時(照射時)に、後述するダクト90の内筒91の内部における保護ガラス30の照射対象物O側の面部が接する空間部Sから、照射対象物O側へ噴出される気体である。保護ガラス30の照射対象物O側の面部は、この空間部Sの内部に露出して配置されている。
パージガスPGは、照射対象物O側から飛散する旧塗膜、錆、皮膜の破片などの塵埃や、スパッタ等の異物が、ハウジング80の内部に飛来して保護ガラス30に付着することを防止する機能を有する。
パージガス流路61は、モータホルダ60の一部を、モータ50の軸方向に貫通して形成された開口である。
パージガス流路61から出たパージガスPGは、ハウジング80内に設けられた流路を経由して、ダクト90の内筒91の内径側に導入される。
例えばボンベや気体発生装置などの流体供給源、及び、照射ヘッド1内の各流路は、協働して本発明にいう流体供給部として機能する。
A
When the
The purge gas PG prevents dust such as old paint film, rust, and film fragments scattered from the irradiation object O side, and foreign matter such as spatter from coming into the
The
The purge gas PG that has flowed out of the purge
For example, a fluid supply source such as a cylinder or a gas generator and each flow path in the
保護ガラスホルダ70は、保護ガラス30を保持した状態でハウジング80の内径側に固定される部材である。
保護ガラスホルダ70は、例えば、中央部に円形の開口が形成された円盤状に形成されている。
レーザ光Rは、開口を介してウェッジプリズム20側から照射対象物O側へ通過する。
保護ガラスホルダ70の照射対象物O側の面部には、保護ガラス30がはめ込まれる凹部が形成されている。
保護ガラス30は、この凹部にはめ込まれた状態で、ハウジング80の内部において保持されている。
保護ガラス30は、汚染や焼損が発生した場合には交換が可能なよう、保護ガラスホルダ70に着脱可能に取り付けられている。
保護ガラスホルダ70の照射対象物O側とは反対側の面部は、モータホルダ60の照射対象物O側の端面と間隔を隔てて対向して配置されている。
この間隔は、モータホルダ60のパージガス流路61から導入されるパージガスPGを保護ガラス30の照射対象物O側の空間部Sに導入する流路の一部(流体供給部の一部)を構成する。
The
The
The laser beam R passes from the
A concave portion into which the
The
The
The surface of the
This interval constitutes a part of the flow path (part of the fluid supply part) for introducing the purge gas PG introduced from the purge
ハウジング80は、照射ヘッド1の本体部の筐体を構成する円筒状の部材である。
ハウジング80の内部には、上述したフォーカスレンズ10、ウェッジプリズム20、保護ガラス30、回転筒40、モータ50、モータホルダ60、保護ガラスホルダ70等のほか、図示しないファイバの照射ヘッド1側の端部や、コリメートレンズ等が収容されている。
The
Inside the
ダクト90は、ハウジング80の照射対象物O側の端部から突出して設けられた二重筒状の部材である。
ダクト90は、内筒91、外筒92、集塵機接続筒93等を有する。
上述したモータホルダ60、保護ガラスホルダ70、ハウジング80は、例えばアルミニウム系合金等の金属や、エンジニアリングプラスチック等により形成されている。
The
The
The
内筒91は、円筒状に形成されている。
レーザ光Rは、内筒91の内径側を通過して照射対象物O側に出射される。
内筒91のハウジング80側の端部には、他部に対して段状に小径に形成された小径部91aが形成されている。
小径部91aの内部の空間部Sには、ハウジング80の内部から、パージガスPGが導入される。
The
The laser light R passes through the inner diameter side of the
At the end of the
A purge gas PG is introduced into the space S inside the
内筒91の照射対象物O側の端部には、照射対象物O側が小径となるように先窄みとなったテーパ部91bが形成されている。
テーパ部91bは、レーザ光Rの通過を許容しつつ、パージガスPGの気流を絞って流速を増加させる機能を有する。
At the end of the
The tapered
外筒92は、内筒91と同心に配置された円筒状の部材であって、内筒91の外径側に設けられている。
外筒92の内周面と外筒91の外周面との間には、全周にわたって連続した隙間が形成されている。
外筒92のハウジング80側の端部には、他部に対して段状に小径に形成された小径部92aが形成されている。
小径部92aは、ハウジング80の照射対象物O側の端部に嵌め込まれた状態で固定される。
外筒92の照射対象物O側の端部92bの縁は、回転筒40の回転中心軸を水平として照射する際の通常使用時における上方が下方に対してハウジング80側となるように、回転筒40の回転中心軸に対して傾斜して形成されている。
外筒92の端部92bと、内筒91との間隔は、本発明にいう吸塵部の吸入口として機能する。
The
A continuous gap is formed between the inner peripheral surface of the
At the end of the
The small-
The edge of the
The space between the
集塵機接続筒93は、外筒92から外径側に突出し、外筒92の内径側と連通した状態で接続された円筒状の筒体である。
集塵機接続筒93は、上述した通常使用時における外筒92の下方に設けられている。
集塵機接続筒93は、照射対象物O側からハウジング80側に近づくとともに、外筒92から離間するように、外筒92に対して傾斜して配置されている。
集塵機接続筒93の一方の端部は、外筒92の照射対象物O側の端部近傍において、外筒92の内部と連通するように外筒92に接続されている。
集塵機接続筒93の他方の端部は、図示しない集塵機に接続され、内部が負圧となるように真空吸引されるようになっている。
The dust
The dust
The dust
One end of the dust
The other end of the dust
第1実施形態においては、レーザ光Rを出射しながら、回転筒40及びウェッジプリズム20を回転させることにより、ビームスポットBSが照射対象物Oの表面に沿って所定の半径の円弧上に旋回する。
この状態で、照射ヘッド1を照射対象物Oの表面に沿って並進移動させることにより、照射対象物Oの表面をビームスポットBSが走査するクリーニング処理を行うことが可能である。
In the first embodiment, by rotating the
In this state, by performing translational movement of the
また、第1実施形態においては、パージガスPGとして、シールドガスとしても機能する例えば窒素ガス等の不活性ガスを用いる。
この不活性ガスは、ビームスポットBS及びその旋回半径内(走査パターン内)を含む領域を、窒素が充満した雰囲気とし、酸素から遮断した状態とする。
In the first embodiment, an inert gas such as a nitrogen gas, which also functions as a shielding gas, is used as the purge gas PG.
This inert gas is used to make the region including the beam spot BS and its turning radius (in the scanning pattern) into an atmosphere filled with nitrogen and to be shielded from oxygen.
以上説明した第1実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)ビームスポットBSを、窒素ガス等のパージガスPGで充満させることにより、照射対象物Oがレーザ光Rの入射により高温となる際に酸素と接触することを防止し、酸化物からなる被膜等が形成されることを防止することができる。
また、ビームスポットBSを円弧状の走査パターンで旋回させることにより、CWレーザを利用した場合であっても照射対象物Oの表面における同一箇所が長時間照射され続けることを防止することができる。
このため、照射対象物Oの一部が局所的に過度な入熱を受けて好ましくない熱影響が生じることを防止できる。また、照射対象物Oの比較的広い範囲を、迅速にレーザ加工することができる。
(2)パージガスPGを保護ガラス30が配置される空間部S内を経由して照射対象物O側へ供給されるようにしたことにより、レーザ光Rの照射により照射対象物Oから飛散する塵埃やスパッタ等の異物が保護ガラス30側に流入することを防止し、保護ガラス30の汚染や、保護ガラス30の表面に付着した異物がレーザ光Rに加熱されることによる保護ガラス30の焼損を防止することができる。
(3)ビームスポットBSに隣接して配置された吸入口から塵埃を吸引することにより、レーザ光Rの照射により発生した塵埃が照射対象物Oに再付着してレーザ加工の品質を損なうことを防止できる。
また、塵埃が周囲に飛散することを防止して施工現場の環境を向上することができる。
(4)窒素ガスからなるパージガスPGを照射対象物Oに供給する内筒91と、その外径側に配置された外筒92との隙間を吸入口とすることにより、コンパクトな構成により焦点位置に確実に窒素ガスを供給するとともに、その周囲から塵埃を吸引することができる。
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) By filling the beam spot BS with a purge gas PG such as nitrogen gas, the irradiation target O is prevented from coming into contact with oxygen when the temperature becomes high due to the incidence of the laser beam R, and the oxide film is formed. Can be prevented from being formed.
Further, by turning the beam spot BS in an arc-shaped scanning pattern, it is possible to prevent the same spot on the surface of the irradiation target O from being continuously irradiated for a long time even when the CW laser is used.
For this reason, it is possible to prevent a part of the irradiation target O from locally receiving excessive heat input to cause an undesirable heat influence. Further, a relatively wide range of the irradiation target O can be rapidly laser-processed.
(2) Since the purge gas PG is supplied to the irradiation target O through the space S in which the
(3) By sucking the dust from the suction port arranged adjacent to the beam spot BS, the dust generated by the irradiation of the laser beam R is reattached to the irradiation target O, thereby impairing the quality of laser processing. Can be prevented.
In addition, it is possible to prevent dust from scattering to the surroundings and to improve the environment of the construction site.
(4) The gap between the
<第2実施形態>
次に、本発明を適用したレーザ照射装置及びレーザ加工方法の第2実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と同様の箇所は同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
<Second embodiment>
Next, a laser irradiation apparatus and a laser processing method according to a second embodiment of the present invention will be described.
In each of the embodiments described below, the same portions as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted, and different points will be mainly described.
図2は、第2実施形態のレーザ照射ヘッドの断面図である。
図3は、第2実施形態のレーザ照射ヘッドの出射側端部の外観斜視図である。
第2実施形態の照射ヘッド1は、第1実施形態におけるダクト90に代えて、照射対象物の表面におけるレーザ光Rによる照射箇所(ビームスポットBS)及びその近傍の領域を、外気から遮断してシールドガスSGが充満された状態(シールドガス雰囲気)とするために、ノズル100、ノズルキャップ110、支柱120、支柱基部130、シールドガス導入筒140等を有する。
シールドガスSGは、本発明にいう第2の流体である。
また、第2実施形態においては、パージガスPGとして、例えば、空気を用いる。
パージガスPGは、本発明にいう第1の流体である。
FIG. 2 is a sectional view of the laser irradiation head according to the second embodiment.
FIG. 3 is an external perspective view of an emission-side end of the laser irradiation head according to the second embodiment.
The
The shielding gas SG is the second fluid according to the present invention.
Further, in the second embodiment, for example, air is used as the purge gas PG.
The purge gas PG is the first fluid according to the present invention.
図4は、第1実施形態のレーザ照射ヘッドにおけるノズル周辺の拡大断面図であって、シールドガスの噴出状態を示す図である。
シールドガスSGとして、例えば窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the nozzle in the laser irradiation head according to the first embodiment, showing a state in which the shielding gas is ejected.
As the shielding gas SG, for example, an inert gas such as a nitrogen gas or an argon gas can be used.
ノズル100は、ノズルキャップ110と協働して、支柱120の内部から供給されるシールドガスSGを、照射対象物O側へ噴出するものである。
ノズル100は、ノズルキャップ110、支柱120等と協働して、本発明にいう第2の流体供給部として機能する。
ノズル100は、ハウジング80に対して、照射対象物O側へ突出して配置されている。
ノズル100は、例えばアルミニウム合金等の金属材料により、円筒部101、フランジ部102、テーパ部103等を一体に形成して構成されている。
円筒部101は、円筒状に形成され、回転筒40の回転中心軸と同心に配置されている。
レーザ光Rは、円筒部101の内径側を通過して照射対象物O側へ出射される。
The
The
The
The
The
The laser light R passes through the inner diameter side of the
フランジ部102は、円筒部101のハウジング80側の端部から外径側につば状に張り出して形成された面部である。
フランジ部102は、中央部にレーザ光Rが通過する円形の開口を有する円盤状に形成されている。
フランジ部102には、支柱120の照射対象物O側の端部が固定されている。
The
The
The end of the
テーパ部103は、円筒部101の照射対象物O側(フランジ部102側と反対側)の端部近傍における外周面を、照射対象物O側の外径が縮径される先窄みのテーパ状に形成したものである。
The tapered
ノズルキャップ110は、ノズル100のテーパ部103の外径側に設けられる筒状の部材である。
ノズルキャップ110は、テーパ部103と同等のテーパ角を有するテーパ筒状に形成されている。
図4に示すように、ノズルキャップ110の内周面と、テーパ部103の表面(ノズル100の外周面)との間には、シールドガスSGの噴出孔として機能する隙間Gが、ノズル100の全周にわたって設けられている。
The
The
As shown in FIG. 4, a gap G that functions as a discharge hole for the shield gas SG is provided between the inner peripheral surface of the
支柱120からノズル100に供給される例えば窒素ガス等のシールドガスSGは、この隙間Gの内部に供給される。
隙間Gに供給されたシールドガスSGは、ノズル100の全周から、照射対象物O側に噴出される。
このとき、シールドガスSGは、ビームス1ポットBSが含まれる領域を包囲する筒状のカーテン状に噴出される。
照射対象物Oに衝突したシールドガスSGの一部は、進行方向を反転させてノズル100の外径側から内径側に向けて、さらにはハウジング80側へ進行する気流Aを形成する。
このような反転した気流Aは、照射箇所近傍に例えば空気等のパージガスPGが流入することを防止する機能を有する。
また、照射対象物Oに衝突したシールドガスSGの別の一部は、照射対象物Oとの衝突箇所からノズル100の外径側に向かって、照射対象物Oの表面に沿って進行する気流Bを形成する。
The shield gas SG such as nitrogen gas supplied from the
The shield gas SG supplied to the gap G is ejected from the entire circumference of the
At this time, the shielding gas SG is jetted in a cylindrical curtain shape surrounding the area including the
A part of the shield gas SG that has collided with the irradiation target O reverses the traveling direction, and forms an airflow A traveling from the outer diameter side to the inner diameter side of the
Such an inverted air flow A has a function of preventing a purge gas PG such as air from flowing into the vicinity of the irradiation location.
Another part of the shielding gas SG that has collided with the irradiation object O is an air current that travels along the surface of the irradiation object O from the collision point with the irradiation object O toward the outer diameter side of the
支柱120は、ハウジング80側から照射対象物O側へ延出して設けられ、ノズル100等を支持する部材である。
支柱120は、例えば、回転筒40の回転中心軸と並行な方向に沿って伸びた円筒状に形成されている。
支柱120の照射対象物O側の端部は、ノズル100のフランジ部102に固定されている。
支柱120のハウジング80側の端部は、支柱基部130のノズル100側の面部に固定されている。
シールドガス導入筒140から導入されるシールドガスSGは、支柱120の内部を通過してノズル100に供給され、テーパ部103とノズルキャップ110との間の隙間から噴出されるようになっている。
支柱120は、ノズル100の周方向に等間隔に分散して複数(一例として第1実施形態の場合には4本が設けられている。
The
The
The end of the
An end of the
The shielding gas SG introduced from the shielding
A plurality of
支柱基部130は、シールドガス導入筒140を介してハウジング80に取り付けられる環状の部材である。
支柱基部130は、支柱120のハウジング80側の端部が固定される基部となる。
支柱基部130には、シールドガス導入筒140から導入されたシールドガスSGを支柱120の内径側に導入する流路が形成されている。
The
The
The
シールドガス導入筒140は、ハウジング80の照射対象物O側の端部から突出して形成された円筒状の部材である。
シールドガス導入筒140の突端部(ノズル100側の端部)には、支柱基部130が取り付けられる。
シールドガス導入筒140の外周面には、図示しないシールドガス供給源からシールドガスSGが供給される管路が接続される接続部141が形成されている。
接続部141から導入されたシールドガスSGは、支柱基部130の流路に導入されるようになっている。
The shield
A
A
The shield gas SG introduced from the
保護ガラス30の照射対象物O側の面部は、シールドガス導入筒140の内径側の空間部S内に露出した状態(空間部Sに接した状態)で配置されている。
モータホルダ60のパージガス流路61を経由してハウジング80の内部に導入されたパージガスPGは、シールドガス導入筒140の内径側の空間部S内に導入され、支柱基部130の内径側から照射対象物O側へ流出するようになっている。
The surface portion of the
The purge gas PG introduced into the
パージガスPGの流量、流速等は、照射対象物Oから飛散するダスト(塵埃)やスパッタ等が保護ガラス30に到達し、付着することを防止することを考慮して設定されている。
シールドガス導入筒140は、支柱基部130、ハウジング80、モータホルダ60のパージガス流路61等と協働して、本発明にいう第1の流体供給部として機能する。
The flow rate, flow rate, and the like of the purge gas PG are set in consideration of preventing dust (dust), spatter, and the like scattered from the irradiation target O from reaching the
The shield
照射ヘッド1は、さらに、パージガス偏向ノズル150を有する。
パージガス偏向ノズル150は、支柱基部130から照射対象物O側へ流出するパージガスPGの気流に対して支柱基部130の径方向外側から交わるように噴き込まれ、衝突する気流を発生するものである。
パージガス偏向ノズル150は、例えば、通常使用時における照射ヘッド1の上方側に設けられる。
これにより、パージガスPGはパージガス偏向ノズル150が設けられた側とは反対側(この場合には下方)に偏向し、照射箇所へ流入することが防止される。
パージガス偏向ノズル150は、本発明にいう流体偏向部、流体流発生手段である。
The
The purge
The purge
As a result, the purge gas PG is deflected to the opposite side (in this case, downward) to the side where the purge
The purge
以上説明した第2実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)ビームスポットBS及びその周辺部を、不活性ガスである窒素ガスからなるシールドガスSGが充満した雰囲気とすることが可能であり、そのシールド効果により酸素を遮断し、ビームスポットBSにおいて照射対象物Oの表面が酸化して酸化皮膜等が形成されることを防止できる。
一方、光学系の汚染防止等を行うパージガスPGとして比較的低コストかつ利用が容易な空気を利用することにより、シールドガスSGの使用量を抑制し、装置のランニングコスト(施工コスト)を低減するとともに、気体供給源(例えば不活性ガスのボンベあるいは発生装置)等の装置構成を簡素化することができる。
(2)ウェッジプリズム20を集光光学系10の光軸回りに回転させて、ビームスポットBSが照射対象物Oの表面を円弧に沿って旋回しながら走査することにより、CWレーザを利用した場合であっても照射対象物Oの表面における同一箇所が長時間照射され続けることを防止することができる。このため、照射対象物Oの一部が局所的に過度な入熱を受けて熱影響が生じることを防止できる。
また、照射対象物Oの比較的広い範囲を、迅速にレーザ加工することができる。
(3)ノズル100を、内径側をレーザ光Rが通過する環状としたことによって、簡単な構成により適切に照射対象物Oの表面付近におけるビームスポットBSを含む領域を、シールドガスSGが充満した雰囲気とすることができる。
(4)ノズル100の噴出孔であるテーパ部103とノズルキャップ110との隙間Gが、環状のノズル100の内径側を指向するようレーザ光Rの光軸に対して傾斜していることにより、ビームスポットBSを含む領域をより確実にシールドガスSGが充満した雰囲気とすることができる。
(5)ノズル100がハウジング80の先端部に設けられた支柱基部130から支柱120で支持されるとともに、支柱120がその内部にシールドガスSGの流路を有することによって、簡単な構成によりノズル100の支持、及び、照射ヘッド1の本体部側(ハウジング80側)からノズル100側へのシールドガスSGの供給を行うことができる。
また、空間部Sから流出したパージガスPGを、複数の支柱120の間に設けられる隙間から排出することが可能であり、パージガスPGがビームスポットBS近傍に流入してシールドガスSGが充満した雰囲気を損なうことを防止できる。
(6)パージガス偏向ノズル150から噴出される気流を、パージガスPGの気流内にこの気流と交わるように噴出させることによって、パージガスPGの主流方向を偏向させてパージガスPGがビームスポットBS近傍に流入することを防止し、ビームスポットBSを含む領域をより確実にシールドガスSGが充満した状態とすることができる。
また、パージガス偏向ノズル150から噴出される気流の流速、流量、方向、衝突箇所などの設定により、パージガスPGからなる気流の偏向の制御自由度を高めることができる。
According to the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The beam spot BS and its peripheral portion can be set to an atmosphere filled with a shielding gas SG made of an inert gas, nitrogen gas. Oxygen is blocked by the shielding effect, and irradiation is performed at the beam spot BS. It is possible to prevent the surface of the object O from being oxidized to form an oxide film or the like.
On the other hand, by using relatively low-cost and easy-to-use air as the purge gas PG for preventing contamination of the optical system and the like, the use amount of the shield gas SG is suppressed, and the running cost (construction cost) of the apparatus is reduced. At the same time, it is possible to simplify the device configuration such as a gas supply source (for example, an inert gas cylinder or a generator).
(2) When the CW laser is used by rotating the
Further, a relatively wide range of the irradiation target O can be rapidly laser-processed.
(3) By forming the
(4) The gap G between the
(5) The
Further, the purge gas PG flowing out of the space S can be discharged from a gap provided between the plurality of
(6) The air flow jetted from the purge
Further, by setting the flow velocity, flow rate, direction, collision location, and the like of the air flow ejected from the purge
<第3実施形態>
次に、本発明を適用したレーザ照射装置及びレーザ加工方法の第3実施形態について説明する。
上述した第2実施形態と同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図5は、第3実施形態のレーザ照射装置における照射ヘッドの断面図である。
図6は、図5のVI−VI部矢視図である。
第3実施形態の照射ヘッド1は、第2実施形態のパージガス偏向ノズル150に代えて、デフレクタとして機能する以下説明するパージガス偏向板160を備えている。
パージガス偏向板160は、本発明にいう流体偏向部、偏向部材である。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of a laser irradiation apparatus and a laser processing method to which the present invention is applied will be described.
The same parts as those in the above-described second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted, and different points will be mainly described.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an irradiation head in the laser irradiation apparatus according to the third embodiment.
FIG. 6 is a view taken along the line VI-VI in FIG.
The
The purge
パージガス偏向板160は、支柱120の長手方向における中間部に設けられ、パージガスPGが通過する領域の一部を閉塞してパージガスPGの気流の一部と干渉し、その通過を阻止することにより、パージガスPGの進行方向における主流方向を、パージガス偏向板160から遠ざかる方向(第3実施形態の場合には通常使用時における下方)に偏向させる機能を有する。
第3実施形態においては、図6等に示すように、パージガス偏向板160は、回転筒40の回転中心軸方向から見た平面形状が、レーザ光Rの通過領域側が凹まされた三日月状に形成されている。
パージガス偏向板160は、照射ヘッド1の通常使用時における上方側の領域に設けられ、パージガス偏向板160にパージガスPGの一部が衝突する領域とその他の領域との圧力差により、パージガスPGの主流を図5に示すように下方に偏向させるデフレクタである。
パージガス偏向板160は、本発明にいう偏向部材として機能する。
The purge
In the third embodiment, as shown in FIG. 6 and the like, the purge
The purge
The purge
以上説明した第3実施形態によれば、上述した第2実施形態の効果と同様の効果に加えて、動力等を必要としない簡単な構成により空気等のパージガスPGが照射箇所近傍に流入することを防止し、ビームスポットBS周辺の領域をより確実に窒素等のシールドガスが充満した状態とすることができる。 According to the third embodiment described above, in addition to the effect similar to the effect of the second embodiment described above, the purge gas PG such as air flows into the vicinity of the irradiation location by a simple configuration that does not require power or the like. And the area around the beam spot BS can be more reliably filled with a shielding gas such as nitrogen.
<第4実施形態>
以下、本発明を適用したレーザ照射装置及びレーザ加工方法の第4実施形態について説明する。
図7は、第4実施形態の照射ヘッドの照射側端部の断面図である。
図8は、第4実施形態の照射ヘッドの照射側端部の外観斜視図である。
第4実施形態の照射ヘッドは、第3実施形態のパージガス偏向板160に代えて、以下説明するパージガス偏向板170を設けるとともに、ノズル100の周囲に、以下説明する吸塵ダクト180を設けたものである。
パージガス偏向板170は、図7,8に示されるように、レーザ光Rが通過する領域の全周にわたって設けられた偏向部材(デフレクタ)である。
パージガス偏向板170は、平板の円盤状に形成されるとともに、中央部にレーザ光Rが通過する円形の開口が設けられている。
パージガス偏向板170は、外周縁部を内径側に凹ませて形成した凹部において、支柱120の外周面に固定されている。
図7に示すように、パージガス偏向板170は、直径方向における一方の端部(通常使用時における上端部)が他方の端部(通常使用時における下端部)に対してノズル100側となるように、回転筒40の回転中心軸に対して傾斜して配置されている。
パージガス偏向板170の法線方向は、集光光学系10の光軸(パージガスPGの主流の進行方向とほぼ平行)に対して、図7に示すθpだけ傾斜している。
<Fourth embodiment>
Hereinafter, a laser irradiation apparatus and a laser processing method according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the irradiation side end of the irradiation head according to the fourth embodiment.
FIG. 8 is an external perspective view of the irradiation side end of the irradiation head according to the fourth embodiment.
The irradiation head of the fourth embodiment has a purge
The purge
The purge
The purge
As shown in FIG. 7, the purge
The normal direction of the purge
吸塵ダクト180は、ノズル100周辺部の周囲を囲って設けられた筒状の部材である。
吸塵ダクト180は、回転筒40の回転中心軸と同心の円筒状に形成されている。
吸塵タクト180の内周面は、ノズルキャップ110の外周面及び内筒183と、間隔を隔てて対向して配置されている。
The
The
The inner peripheral surface of the
吸塵ダクト180の照射対象物O側の端部181は、吸塵ダクト180の中心軸と直交する平面に沿って形成されている。
ノズル100及びノズルキャップ110の照射対象物O側の端部は、吸塵ダクト180の端部から照射対象物O側へ突き出して配置されている。
吸塵ダクト180の支柱基部130側の端部には、内径側に張り出したフランジ182が形成されている。
フランジ182の内周縁部は、支柱120の表面と当接し、又は微小な隙間を隔てて配置されている。
The
The ends of the
A
The inner peripheral edge of the
内筒183は、ノズル100よりも支柱基部130側の領域において、吸塵ダクト180の内径側に同心に配置される円筒状の部材である。
内筒183の内周面は、支柱120の表面と当接しあるいは微小な隙間を隔てて対向している。
内筒183の外周面と吸塵ダクト180の内周面との間には、吸引された塵埃等が通過可能な隙間が形成されている。
The
The inner peripheral surface of the
A gap is formed between the outer peripheral surface of the
吸塵ダクト180には、集塵機接続筒190が接続されている。
集塵機接続筒190は、吸塵ダクト180から外径側に突出し、吸塵ダクト180の内径側と連通した状態で接続された円筒状の筒体である。
集塵機接続筒190は、通常使用時における吸塵ダクト180の下方に設けられている。
集塵機接続筒190は、照射対象物O側から支柱基部130側に近づくとともに吸塵ダクト180から離間するように、吸塵ダクト180に対して傾斜して配置されている。
集塵機接続筒190の一方の端部は、吸塵ダクト180の周面部において、吸塵ダクト180の内部と連通するように吸塵ダクト180に接続されている。
集塵機接続筒190の他方の端部は、図示しない集塵機に接続され、内部が負圧となるように真空吸引されるようになっている。
A dust
The dust
The dust
The dust
One end of the dust
The other end of the dust
以上説明した第4実施形態によれば、第2、第3実施形態と同様にシールドガスSGの使用量を低減するとともに、第1実施形態と同様の集塵機能を付加して照射対象物Oの表面が汚染されることを防止するとともに、施工環境の改善も図ることができる。 According to the fourth embodiment described above, the amount of use of the shielding gas SG is reduced as in the second and third embodiments, and the dust collection function similar to that in the first embodiment is added to reduce the amount of the irradiation object O. The surface can be prevented from being contaminated, and the construction environment can be improved.
<第5実施形態>
次に、本発明を適用したレーザ照射装置及びレーザ加工方法の第5実施形態について説明する。
図9は、第5実施形態のレーザ照射装置における照射ヘッドの断面図である。
第5実施形態の照射ヘッド1は、第2実施形態のパージガス偏向ノズル150に代えて、一部の支柱120(例えば4本支柱120が存在する場合には1,2本)の内部に、シールドガスSGに代えてパージガスPGを導入するとともに、支柱120に形成した噴孔121から、空間部Sから流出するパージガスPGの主流方向に向けて、パージガスPG(例えば空気)を噴出させるものである。
パージガスPGが導入される支柱120は、パージガスPGがノズル100に流入してシールドガスSGと混合することがないよう、ノズル100の手前で閉塞されている。
以上説明した第5実施形態によれば、部品点数を低減した簡単な構成により上述した第2実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
<Fifth embodiment>
Next, a fifth embodiment of a laser irradiation apparatus and a laser processing method to which the present invention is applied will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an irradiation head in the laser irradiation apparatus according to the fifth embodiment.
The
The
According to the fifth embodiment described above, the same effect as that of the second embodiment can be obtained with a simple configuration in which the number of components is reduced.
<第6実施形態>
次に、本発明を適用した流体供給装置の実施形態であって、本発明を適用したレーザ加工方法の第6実施形態について説明する。
第6実施形態においては、照射対象物Oに以下説明する流体供給装置500を取り付けて照射箇所周辺をシールドガスSGが充満した雰囲気とし、流体供給装置500の内部に別体の照射ヘッドからレーザ光Rを照射して走査する。
<Sixth embodiment>
Next, a sixth embodiment of a laser processing method according to the present invention, which is an embodiment of a fluid supply device to which the present invention is applied, will be described.
In the sixth embodiment, a
図10は、実施形態の流体供給装置の外観二面図である。
図10(a)は、流体供給装置を照射ヘッド側(照射対象物表面の法線方向)から見た図である。
図10(b)は、図10(a)のb−b部矢視図である。
図11は、実施形態の流体供給装置の使用時における状態を示す断面図である。
FIG. 10 is an external view of the fluid supply device according to the embodiment.
FIG. 10A is a diagram of the fluid supply device as viewed from the irradiation head side (the normal direction of the irradiation target surface).
FIG. 10B is a view taken along a line bb in FIG. 10A.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a state when the fluid supply device of the embodiment is used.
流体供給装置500は、カバー部510、シールドガス供給筒520、集塵機接続筒530等を有する。
カバー部510は、照射箇所を覆うよう照射対象物Oに取り付けられる容器状の部材である。
カバー部510は、側面部511、天面部512、開口513、フランジ514等を有する。
The
The
The
側面部511は、照射対象物Oの表面から垂直に立ち上がるよう形成された壁面部である。
側面部511は、例えば、照射ヘッド側(照射対象物Oの表面の法線方向)から見た形状が、矩形となるように形成されている。
天面部512は、カバー部510における照射ヘッド側(照射対象物O側とは反対側)の端部に設けられる面部である。
天面部512は、矩形の平板状に形成されている。
天面部512の周縁部は、側面部511の照射対象物O側とは反対側の端部に全周にわたって接続されている。
開口513は、天面部512の中央部に形成された貫通穴である。
開口513は、照射ヘッドからレーザ光Rを照射し、照射対象物Oの表面をビームスポットBSが走査する際に、レーザ光Rを遮らない程度の大きさ、形状に形成されている。
フランジ514は、開口513の周縁部において、天面部512から照射ヘッド側に立ち上げて形成されている。
The
The
The
The
The peripheral portion of the
The
The
The
シールドガス供給筒520は、図示しないシールドガス供給装置から、不活性ガスを主成分とするシールドガスSGが供給される流体供給部である。
シールドガス供給筒520は、一方の側壁511における照射対象物Oに近接する領域 からカバー部510の外側に突出し、カバー部510の内部と連通して形成されている。
The shield
The shield
集塵機接続筒530は、図示しない集塵機が接続され、カバー部510の内部で発生した塵埃を吸引する集塵部である。
集塵機接続筒530は、シールドガス供給筒520とは反対側の側壁511における中央部からカバー部510の外側に突出し、カバー部510の内部と連通して形成されている。
The dust
The dust
以上説明した流体供給装置の実施形態、及び、第6実施形態のレーザ加工方法によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)流体供給装置500を照射対象物Oに取り付けてシールドガスSGを供給した状態で、カバー部510の開口513からレーザ光Rを照射することにより、流体供給機能を持たない汎用の照射ヘッドを用いた場合であっても、不活性ガスが充満した雰囲気においてレーザ加工を行うことができ、酸化物の生成を防止することができる。
(2)流体供給装置500に、吸塵機に接続される吸塵機接続筒530を設けたことにより、レーザ光Rの照射により発生した塵埃が照射対象物Oに再付着してレーザ加工の品質を損なうことを防止できる。
また、塵埃が周囲に飛散することを防止して施工現場の環境を向上することができる。
According to the embodiment of the fluid supply device described above and the laser processing method of the sixth embodiment, the following effects can be obtained.
(1) A general-purpose irradiation head having no fluid supply function by irradiating the laser beam R from the
(2) Since the
In addition, it is possible to prevent dust from scattering to the surroundings and to improve the environment of the construction site.
(変形例)
本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)レーザ照射装置、照射ヘッド、流体供給装置、レーザ加工方法の構成は、上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することが可能である。
(2)各実施形態において、偏向光学系は、一例として回転する単一のウェッジプリズムであるが、このようなウェッジプリズムを複数組み合わせて用いてもよい。このような複数のウェッジプリズムは、一体的に回転する構成としてもよく、また、独立して回転する構成としてもよい。
また、ウェッジプリズムに代えて、あるいは、ウェッジプリズムとともに、例えばガルバノミラー等の他種の偏向光学系を用いてもよい。
(3)第2乃至第5実施形態において、第1の流体は、一例として空気であったが、他種の気体、液体、気液混合体などを用いてもよい。
また、第2の流体も窒素ガスに限らず、他の不活性ガスや、その他の気体、液体、気液混合体などを利用することができる。
また、照射対象物の表面に所定の成分の被膜を形成したい場合には、その原材料を含む気体を用いてもよい。
例えば、照射対象物の表面に酸化皮膜を意図的に形成したい場合には、酸素を含んだ気体を利用することが可能である。
(4)第2実施形態においては、パージガスPGの気流に他の気流を衝突させることにより、気流の偏向を図っているが、これに代えて、あるいは、これとともに、パージガスPGの気流を吸引する吸引手段を設けてもよい。
(5)各実施形態のレーザ加工は、一例としてクリーニング処理であったが、本発明はこれに限定されず、他の目的にも利用することができる。
例えば、塗装前の下地調整や、防錆用等の被膜の形成等にも利用することができる。
例えば、第2の流体として不活性ガスからなるシールドガスに代えて、高濃度の酸素を含有する気体を用いることにより、金属の表面に耐蝕性のある酸化被膜を形成することも可能である。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The configurations of the laser irradiation device, the irradiation head, the fluid supply device, and the laser processing method are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed.
(2) In each embodiment, the deflection optical system is, for example, a single rotating wedge prism, but a plurality of such wedge prisms may be used in combination. Such a plurality of wedge prisms may be configured to rotate integrally, or may be configured to rotate independently.
Further, instead of the wedge prism or together with the wedge prism, another kind of deflection optical system such as a galvanometer mirror may be used.
(3) In the second to fifth embodiments, the first fluid is air as an example, but another kind of gas, liquid, gas-liquid mixture, or the like may be used.
In addition, the second fluid is not limited to nitrogen gas, and other inert gases, other gases, liquids, gas-liquid mixtures, and the like can be used.
When it is desired to form a coating of a predetermined component on the surface of the irradiation target, a gas containing the raw material may be used.
For example, when an oxide film is intentionally formed on the surface of the irradiation object, a gas containing oxygen can be used.
(4) In the second embodiment, the airflow is deflected by colliding another airflow with the airflow of the purge gas PG, but instead or together with this, the airflow of the purge gas PG is sucked. A suction means may be provided.
(5) The laser processing in each embodiment is a cleaning process as an example, but the present invention is not limited to this and can be used for other purposes.
For example, it can be used for adjustment of a base before painting, formation of a coating for rust prevention and the like.
For example, by using a gas containing a high concentration of oxygen instead of the shield gas made of an inert gas as the second fluid, it is possible to form a corrosion-resistant oxide film on the metal surface.
1 照射ヘッド 10 フォーカスレンズ
20 ウェッジプリズム 30 保護ガラス
40 回転筒 50 モータ
60 モータホルダ 61 パージガス流路
70 保護ガラスホルダ 80 ハウジング
90 ダクト 91 内筒
91a 小径部 91b テーパ部
92 外筒 92a 小径部
92b 端部 93 集塵機接続筒
100 ノズル 101 円筒部
102 フランジ部 103 テーパ部
110 ノズルキャップ 120 支柱
121 噴孔 130 支柱基部
140 シールドガス導入筒 141 接続部
150 パージガス偏向ノズル 160 パージガス偏向板
170 パージガス偏向板 180 吸塵ダクト
181 端部 182 フランジ
183 内筒 190 吸塵機接続筒
500 流体供給装置 510 カバー部
511 側面部 512 天面部
513 開口 514 フランジ
520 シールドガス供給筒 530 集塵機接続筒
O 照射対象物 R レーザ光
BS ビームスポット PG パージガス
SG シールドガス S 空間部
DESCRIPTION OF
Claims (23)
前記レーザ光を偏向させて前記焦点位置を照射対象物の表面に沿って所定の走査パターンで走査させる偏向光学系とを含む光学系と、
前記焦点位置の前記走査パターンを含む領域に不活性ガスを主成分とする流体を供給して少なくとも前記焦点位置を前記流体が充満した雰囲気とする流体供給部と
を備えることを特徴とするレーザ照射装置。 A focusing optical system that focuses laser light generated by a laser oscillator at a predetermined focal position,
An optical system including a deflection optical system that deflects the laser light and scans the focal position along a surface of the irradiation target in a predetermined scanning pattern;
A laser supply unit for supplying a fluid containing an inert gas as a main component to a region including the scanning pattern at the focal position to make at least the focal position an atmosphere filled with the fluid. apparatus.
を特徴とする請求項1に記載のレーザ照射装置。 The fluid supply unit supplies the fluid to a space in contact with a surface portion on the focal position side of an optical element arranged closest to the focal position side of the optical elements constituting the optical system, and supplies the fluid to the space unit. The laser irradiation device according to claim 1, wherein the laser light is caused to flow out of a space to the focal position side.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ照射装置。 3. A dust collecting unit having a suction port arranged adjacent to the focal position and sucking dust generated by irradiating the irradiation target with the laser light. 4. A laser irradiation apparatus according to claim 1.
前記内筒の外径側に設けられた外筒とを備え、
前記流体供給部は、前記内筒の内径側から前記照射対象物側へ前記流体を供給し、
前記集塵部は、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との隙間から前記塵埃を吸引すること
を特徴とする請求項3に記載のレーザ照射装置。 An inner cylinder through which the laser light emitted from the optical system passes,
An outer cylinder provided on the outer diameter side of the inner cylinder,
The fluid supply unit supplies the fluid from the inner diameter side of the inner cylinder to the irradiation object side,
The laser irradiation device according to claim 3, wherein the dust collection unit sucks the dust from a gap between an outer peripheral surface of the inner cylinder and an inner peripheral surface of the outer cylinder.
前記光学系を構成する光学素子のうち最も前記焦点位置側に配置された光学素子の前記焦点位置側の面部と接した空間部に第1の流体を供給するとともに前記第1の流体を前記空間部から前記焦点位置側へ流出させる第1の流体供給部と、
前記第1の流体供給部よりも前記焦点位置側に設けられ、前記焦点位置を含む領域に前記第1の流体とは組成が異なる第2の流体を供給して少なくとも前記焦点位置を前記第2の流体が充満した雰囲気とする第2の流体供給部と
を備えることを特徴とするレーザ照射装置。 An optical system including a focusing optical system that focuses laser light generated by a laser oscillator at a predetermined focal position,
The first fluid is supplied to a space in contact with the surface on the focal position side of the optical element arranged closest to the focal position among the optical elements constituting the optical system, and the first fluid is supplied to the space. A first fluid supply unit that flows from the unit to the focal position side;
A second fluid having a composition different from that of the first fluid is supplied to a region including the focus position, the second fluid being provided closer to the focus position than the first fluid supply unit, and at least the focus position is set to the second position. And a second fluid supply unit configured to provide an atmosphere filled with the fluid.
を特徴とする請求項5に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus according to claim 5, wherein the optical system includes a deflection optical system that deflects the laser light to scan the focal position along a surface of the irradiation target in a predetermined scanning pattern. .
を特徴とする請求項6に記載のレーザ照射装置。 The deflection optical system includes a wedge prism that deflects the laser light by a predetermined deflection angle and that is driven to rotate around the optical axis of the laser light emitted from the focusing optical system. Item 7. A laser irradiation device according to Item 6.
を特徴とする請求項5から請求項7までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus according to any one of claims 5 to 7, wherein the first fluid has air as a main component, and the second fluid has an inert gas as a main component. .
を特徴とする請求項5から請求項8までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 The second fluid supply unit includes a nozzle portion that has an ejection hole formed inside in a circumferential direction of a ring through which the laser light passes and that ejects the second fluid to an irradiation target. The laser irradiation apparatus according to any one of claims 5 to 8, wherein:
を特徴とする請求項9に記載のレーザ照射装置。 The ejection hole of the nozzle portion is inclined toward the inside diameter of the ring with respect to the optical axis of the laser beam so that the second fluid is ejected from the outside diameter side to the inside diameter side of the ring. The laser irradiation apparatus according to claim 9, wherein the laser irradiation apparatus is provided.
前記支柱は、前記ノズル部に前記第2の流体を供給する流路を有すること
を特徴とする請求項9又は請求項10に記載のレーザ照射装置。 The nozzle unit is supported by a support extending from the first fluid supply unit or the vicinity thereof to the irradiation target side,
The said support | pillar has a flow path which supplies the said 2nd fluid to the said nozzle part. The laser irradiation apparatus of Claim 9 or Claim 10 characterized by the above-mentioned.
を特徴とする請求項5から請求項11までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 The apparatus according to claim 5, further comprising: a dust collecting unit having a suction port arranged adjacent to the focal position and sucking dust generated by irradiating the irradiation target with the laser light. 13. The laser irradiation apparatus according to any one of the above items.
を特徴とする請求項12に記載のレーザ照射装置。 The suction port of the dust collection unit is provided so as to extend in a circumferential direction around a location where the second fluid supply unit ejects the second fluid toward the irradiation target. The laser irradiation device according to claim 12, wherein
を特徴とする請求項5から請求項13までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 14. A fluid deflecting unit for deflecting a traveling direction of the first fluid supplied from the first fluid supply unit from an irradiation direction of the laser beam. The laser irradiation apparatus according to claim 1.
を特徴とする請求項14に記載のレーザ照射装置。 The fluid deflecting unit is provided in at least a part of a peripheral direction of an optical axis of the light collecting optical system in a traveling direction of the first fluid, and interferes with a part of the first fluid. The laser irradiation device according to claim 14, further comprising: a deflecting member that deflects a traveling direction of the first fluid.
を特徴とする請求項15に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation device according to claim 15, wherein a surface portion of the deflection member that interferes with the first fluid is arranged to be inclined with respect to an outflow direction of the first fluid.
を特徴とする請求項15又は請求項16に記載のレーザ照射装置。 The said deflecting member has the surface part which was arrange | positioned facing the upstream of the said 1st fluid and which formed the opening through which the said laser beam passes in the center part. The Claim 15 or Claim 16 characterized by the above-mentioned. Laser irradiation equipment.
を特徴とする請求項14に記載のレーザ照射装置。 The fluid deflecting unit includes a fluid flow generating unit that is injected so as to intersect with the fluid flow of the first fluid and generates another fluid flow that deflects the fluid flow of the first fluid. The laser irradiation apparatus according to claim 14, wherein
を特徴とする請求項14に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation device according to claim 14, wherein the fluid deflecting unit includes a suction unit that sucks a fluid flow composed of the first fluid.
前記照射箇所の周囲を包囲した状態で前記照射対象物に着脱可能に取り付けられるとともに、前記レーザ光が通過する開口を有するカバー部と、
前記カバー部の内部に不活性ガスを主成分とする流体を供給して少なくとも前記照射箇所を前記流体が充満した雰囲気とする流体供給部と
を備える流体供給装置。 A fluid supply device attached around an irradiation point where laser light irradiated by a laser irradiation device is incident on an irradiation target,
A cover portion having an opening through which the laser light passes, while being detachably attached to the irradiation target in a state surrounding the irradiation location,
A fluid supply unit that supplies a fluid containing an inert gas as a main component to the inside of the cover unit and makes at least the irradiation location an atmosphere filled with the fluid.
を特徴とする請求項20に記載の流体供給装置。 21. The fluid supply device according to claim 20, further comprising: a dust collection unit that has a suction port disposed inside the cover unit and suctions dust generated by the irradiation of the laser beam.
前記レーザ光を偏向させて前記焦点位置を照射対象物の表面に沿って所定の走査パターンで走査させる偏向光学系と
を含む光学系から出射されるレーザ光により照射対象物の表面を走査するレーザ加工方法であって、
前記焦点位置の前記走査パターンを含む領域に不活性ガスを主成分とするシールドガスを供給して少なくとも前記焦点位置を前記シールドガスが充満した雰囲気とすること
を特徴とするレーザ加工方法。 A focusing optical system that focuses the laser light generated by the laser oscillator at a predetermined focal position,
A deflection optical system that deflects the laser light and scans the focal position along the surface of the irradiation object in a predetermined scanning pattern; and a laser that scans the surface of the irradiation object with laser light emitted from an optical system. Processing method,
A laser processing method, characterized in that a shielding gas containing an inert gas as a main component is supplied to a region including the scanning pattern at the focal position to set at least the focal position to an atmosphere filled with the shielding gas.
前記光学系を構成する光学素子のうち最も前記焦点位置側のものが配置される空間部に第1の流体と供給するとともに前記第1の流体を前記空間部から前記焦点位置側へ流出させ、
前記焦点位置を含む領域に前記第1の流体とは組成が異なる第2の流体を供給して少なくとも前記焦点位置を前記第2の流体が充満した雰囲気とすること
を特徴とするレーザ加工方法。
A laser processing method for scanning the surface of an irradiation target with laser light emitted from an optical system including a focusing optical system that focuses laser light generated by a laser oscillator at a predetermined focal position,
The first fluid is supplied to the space where the one at the focal position side among the optical elements constituting the optical system is arranged, and the first fluid flows out of the space to the focal position side,
A laser processing method, characterized in that a second fluid having a composition different from that of the first fluid is supplied to a region including the focal position so that at least the focal position is set to an atmosphere filled with the second fluid.
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