JP3117186B2 - 水中レーザ光照射装置 - Google Patents
水中レーザ光照射装置Info
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- JP3117186B2 JP3117186B2 JP07305905A JP30590595A JP3117186B2 JP 3117186 B2 JP3117186 B2 JP 3117186B2 JP 07305905 A JP07305905 A JP 07305905A JP 30590595 A JP30590595 A JP 30590595A JP 3117186 B2 JP3117186 B2 JP 3117186B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水環境中で被加工材
に対してレーザ加工を行うための水中レーザ光照射装置
に関する。
に対してレーザ加工を行うための水中レーザ光照射装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】水環境中でレーザ光を被照射加工材表面
に照射して加熱し、溶融するレーザ熱加工方法は、その
熱エネルギー源とその伝送などで違いはあるがアーク溶
接等で用いられた水排除技術を応用することができる。
しかし、今までの水中アーク溶接では加工部分の水排除
のための流体の噴出量を制限するというような配慮はな
されていない。したがって、現状では、水排除のために
噴出される流体が多量であると、閉ざされた環境下では
水質を変化させてしまうことが十分考えられる。
に照射して加熱し、溶融するレーザ熱加工方法は、その
熱エネルギー源とその伝送などで違いはあるがアーク溶
接等で用いられた水排除技術を応用することができる。
しかし、今までの水中アーク溶接では加工部分の水排除
のための流体の噴出量を制限するというような配慮はな
されていない。したがって、現状では、水排除のために
噴出される流体が多量であると、閉ざされた環境下では
水質を変化させてしまうことが十分考えられる。
【０００３】また、従来の技術では大気中から水環境中
の加工位置へノズルを移動する間のノズル内への水の侵
入を防止する技術についてもほとんど開示されておら
ず、例えば加工時に水を排除したとしても、水排除用の
流体の噴出を停止すると溶接ノズル内に浸水するような
構造になっている。このことはアーク溶接に限らず、レ
ーザ溶接の分野でも同様である。
の加工位置へノズルを移動する間のノズル内への水の侵
入を防止する技術についてもほとんど開示されておら
ず、例えば加工時に水を排除したとしても、水排除用の
流体の噴出を停止すると溶接ノズル内に浸水するような
構造になっている。このことはアーク溶接に限らず、レ
ーザ溶接の分野でも同様である。
【０００４】なお、水環境中での被照射材表面とレーザ
光照射ノズルとの間隙の制御技術については、特開平７
−１００６７３号公報にノズル位置から離れた位置に磁
着した状態で転動するマグネット車輪で前記間隙を制御
することが開示されているが、この例では、被照射材料
は磁性を有するものを対象としており、非磁性材料には
適用することはできない。
光照射ノズルとの間隙の制御技術については、特開平７
−１００６７３号公報にノズル位置から離れた位置に磁
着した状態で転動するマグネット車輪で前記間隙を制御
することが開示されているが、この例では、被照射材料
は磁性を有するものを対象としており、非磁性材料には
適用することはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、ノズル内への
浸水を防止する構造を考えると、大気中から水環境中の
加工部位にレーザ光照射ノズルを設定する過程でノズル
内部への浸水を防止すること、および被照射加工材表面
に凹凸がある場合にノズル先端を、当該加工材の照射材
表面に対して一定の距離を保持して密着させることが重
要であると考えられる。
浸水を防止する構造を考えると、大気中から水環境中の
加工部位にレーザ光照射ノズルを設定する過程でノズル
内部への浸水を防止すること、および被照射加工材表面
に凹凸がある場合にノズル先端を、当該加工材の照射材
表面に対して一定の距離を保持して密着させることが重
要であると考えられる。
【０００６】また、仮りにノズル内への浸水が防止でき
なかった場合においてもレーザ光照射部先端のレンズ保
護ガラスなどに付着した水膜や水滴をノズルに導入する
シールドガスで除去してレーザ光を正常な状態で照射を
可能とすることも考えなければならない。さらに、ノズ
ルを浸漬した時点から水排除用の噴出流体を（特に空気
を）流すと水質を変化させるので、噴出流体として不活
性ガスを使用することが適切で好ましい。しかし、ノズ
ルを浸漬した時点から噴出させると経済的ではないの
で、使用する不活性ガスの使用量がなるべく少なくなる
ようにすることも考えなければならない。
なかった場合においてもレーザ光照射部先端のレンズ保
護ガラスなどに付着した水膜や水滴をノズルに導入する
シールドガスで除去してレーザ光を正常な状態で照射を
可能とすることも考えなければならない。さらに、ノズ
ルを浸漬した時点から水排除用の噴出流体を（特に空気
を）流すと水質を変化させるので、噴出流体として不活
性ガスを使用することが適切で好ましい。しかし、ノズ
ルを浸漬した時点から噴出させると経済的ではないの
で、使用する不活性ガスの使用量がなるべく少なくなる
ようにすることも考えなければならない。
【０００７】さらに、被照射材表面に凹凸がある場合、
レーザ光の焦点位置はその表面形状に合わせて一定に制
御されて移動しなければならない。特に、小入熱で溶接
や表面改質等の熱処理を行う施工時にノズルを一定に保
持することは照射部分の品質保証において重要な課題で
ある。また、塔槽類などの容器内の閉ざされた水環境中
では水排除のための大量の噴出流体は水質を変化させる
問題が生じるので、前述のように噴出流量を最小限に抑
えることも考える必要がある。
レーザ光の焦点位置はその表面形状に合わせて一定に制
御されて移動しなければならない。特に、小入熱で溶接
や表面改質等の熱処理を行う施工時にノズルを一定に保
持することは照射部分の品質保証において重要な課題で
ある。また、塔槽類などの容器内の閉ざされた水環境中
では水排除のための大量の噴出流体は水質を変化させる
問題が生じるので、前述のように噴出流量を最小限に抑
えることも考える必要がある。
【０００８】この発明は、このような従来技術の実情に
鑑みてなされたもので、その目的は、水環境下で少量の
気体を使用するだけで高品質なレーザ加工を行うことが
できる水中レーザ光照射装置を提供することにある。
鑑みてなされたもので、その目的は、水環境下で少量の
気体を使用するだけで高品質なレーザ加工を行うことが
できる水中レーザ光照射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、水環境中でレーザ光を被照射材表面に照
射して被照射材表面を加工する水中レーザ光照射装置に
おいて、レーザ光照射手段を保持し、前面が密閉された
鏡筒と、当該鏡筒の前面を覆うように設けられた第１の
ノズルと、当該第１のノズルの先端に設けられ、当該第
１のノズル内への浸水を防止可能な開閉自在な閉鎖手段
と、前記第１のノズル内に気体を供給可能な第１の気体
供給手段と、前記閉鎖手段を開閉駆動する開閉駆動手段
とを一体に備え、レーザ光照射時には前記気体を前記第
１のノズル内に供給するとともに前記閉鎖手段を開放
し、レーザ光の非照射時には前記閉鎖手段を閉鎖して前
記第１のノズル内への浸水を防止するようにした。その
際、前記閉鎖手段を複数枚の羽根の連動で同心円状に開
閉する機構から構成し、当該機構はレーザ光非照射時は
羽根を閉じてノズル内のガス圧で浸水を防止し、レーザ
光照射時は照射に先立って羽根を開いて前記気体を噴出
させて水の侵入を防止するようにする。
め、本発明は、水環境中でレーザ光を被照射材表面に照
射して被照射材表面を加工する水中レーザ光照射装置に
おいて、レーザ光照射手段を保持し、前面が密閉された
鏡筒と、当該鏡筒の前面を覆うように設けられた第１の
ノズルと、当該第１のノズルの先端に設けられ、当該第
１のノズル内への浸水を防止可能な開閉自在な閉鎖手段
と、前記第１のノズル内に気体を供給可能な第１の気体
供給手段と、前記閉鎖手段を開閉駆動する開閉駆動手段
とを一体に備え、レーザ光照射時には前記気体を前記第
１のノズル内に供給するとともに前記閉鎖手段を開放
し、レーザ光の非照射時には前記閉鎖手段を閉鎖して前
記第１のノズル内への浸水を防止するようにした。その
際、前記閉鎖手段を複数枚の羽根の連動で同心円状に開
閉する機構から構成し、当該機構はレーザ光非照射時は
羽根を閉じてノズル内のガス圧で浸水を防止し、レーザ
光照射時は照射に先立って羽根を開いて前記気体を噴出
させて水の侵入を防止するようにする。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】また、前記閉鎖手段を弾力性を有する材料
で作られたノズルから構成し、前記駆動手段を前記ノズ
ルの先端部を挟持可能な挟持機構から構成し、前記開閉
駆動手段によってレーザ光非照射時は前記挟持機構でノ
ズル先端を挾んで水の侵入を防止し、レーザ光照射時は
供給される気体の加圧により前記挟持機構を作動させて
ノズル先端を開放し、同時に前記気体を噴出させて水の
侵入を防止するようにすることもできる。
で作られたノズルから構成し、前記駆動手段を前記ノズ
ルの先端部を挟持可能な挟持機構から構成し、前記開閉
駆動手段によってレーザ光非照射時は前記挟持機構でノ
ズル先端を挾んで水の侵入を防止し、レーザ光照射時は
供給される気体の加圧により前記挟持機構を作動させて
ノズル先端を開放し、同時に前記気体を噴出させて水の
侵入を防止するようにすることもできる。
【００１７】また、前記閉鎖手段を側面から軸線に直交
するような孔が貫通し、第１のノズル先端部の長手方向
と直交する方向に設けられた丸棒から構成し、前記開閉
駆動手段を前記丸棒を中心の前記軸線に関して回転させ
る回転駆動機構から構成し、前記開閉駆動手段によって
レーザ光非照射時は前記丸棒を回転させて前記孔を閉鎖
して第１のノズル内を隔離し、レーザ光照射時は照射に
先立って前記気体の供給圧力を上げるとともに前記丸棒
を回転させて孔を開放し、第１のノズルから気体を噴出
させて水の侵入を防止するようにすることもできる。
するような孔が貫通し、第１のノズル先端部の長手方向
と直交する方向に設けられた丸棒から構成し、前記開閉
駆動手段を前記丸棒を中心の前記軸線に関して回転させ
る回転駆動機構から構成し、前記開閉駆動手段によって
レーザ光非照射時は前記丸棒を回転させて前記孔を閉鎖
して第１のノズル内を隔離し、レーザ光照射時は照射に
先立って前記気体の供給圧力を上げるとともに前記丸棒
を回転させて孔を開放し、第１のノズルから気体を噴出
させて水の侵入を防止するようにすることもできる。
【００１８】さらに、前記閉鎖手段を第１のノズル先端
部に設けられ、当該ノズルの長手方向に対して直交する
方向にスライドする封止板から構成し、前記開閉駆動手
段をノズルの長手方向に対して直交する方向に前記封止
板をスライドさせる機構から構成し、前記開閉駆動手段
によってレーザ光非照射時は封止板を閉じて浸水を防止
し、レーザ光照射時は照射に先立って前記気体の供給圧
力を上げるとともに前記封止板を移動させて前記第１の
ノズル先端を開放し、前記第１のノズルから気体を噴出
させて水の侵入を防止するようにすることもできる。
部に設けられ、当該ノズルの長手方向に対して直交する
方向にスライドする封止板から構成し、前記開閉駆動手
段をノズルの長手方向に対して直交する方向に前記封止
板をスライドさせる機構から構成し、前記開閉駆動手段
によってレーザ光非照射時は封止板を閉じて浸水を防止
し、レーザ光照射時は照射に先立って前記気体の供給圧
力を上げるとともに前記封止板を移動させて前記第１の
ノズル先端を開放し、前記第１のノズルから気体を噴出
させて水の侵入を防止するようにすることもできる。
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
説明する。
【００２１】〔第１の実施形態〕まず、第１の実施形態
に係る水中レーザ光照射装置と水排除機構のシステム構
成を図１を参照して説明する。
に係る水中レーザ光照射装置と水排除機構のシステム構
成を図１を参照して説明する。
【００２２】水環境中のレーザ光照射ノズル１は昇降装
置のある走行台車２に取付られている。レーザ光照射ノ
ズル１は鏡筒３、第１のノズルとしてのシールドガスノ
ズル４、第２のノズルとしての水排除ノズル５、閉鎖手
段としてのシールドガス開閉用のシャッタ６、およびこ
れらレーザ光照射ノズル１を適当な荷重で被照射材８の
表面に押しつけて走査可能な支持手段としての定荷重支
持機構７から構成されている。シールドガス及び水排除
ガスはガス供給装置１１から圧力制御装置１２を通じて
シールドガス管１３及び水排除ガス管１４により供給さ
れる。
置のある走行台車２に取付られている。レーザ光照射ノ
ズル１は鏡筒３、第１のノズルとしてのシールドガスノ
ズル４、第２のノズルとしての水排除ノズル５、閉鎖手
段としてのシールドガス開閉用のシャッタ６、およびこ
れらレーザ光照射ノズル１を適当な荷重で被照射材８の
表面に押しつけて走査可能な支持手段としての定荷重支
持機構７から構成されている。シールドガス及び水排除
ガスはガス供給装置１１から圧力制御装置１２を通じて
シールドガス管１３及び水排除ガス管１４により供給さ
れる。
【００２３】レーザ光照射ノズル１が大気中から水中に
浸漬される際にはシールドガスノズル４先端に取り付け
られたシャッタ６が閉じて、同時にノズル４内にシール
ドガスが満たされて水の侵入を防止する。そのガス圧は
水深に応じて高くなるように制御される。所定位置にレ
ーザ光照射ノズル１が設定されると、定荷重支持機構７
により適当な荷重で被照射材８の表面にレーザ光照射ノ
ズル１は押し付けられる。そして、水排除ノズル５から
定圧力のガスを噴出させることによってノズル先端部と
被照射材表面との距離が一定に保持され、かつ、局部気
相領域が形成されるのでシールドガス開閉用のシャッタ
６を開けて不活性ガスを流す。同時にレーザ光は発振器
９から光ファイバー１０によって伝送され溶接、若しく
は表面改質処理が行われる。これらは制御盤１５を介し
て遠隔操作される。
浸漬される際にはシールドガスノズル４先端に取り付け
られたシャッタ６が閉じて、同時にノズル４内にシール
ドガスが満たされて水の侵入を防止する。そのガス圧は
水深に応じて高くなるように制御される。所定位置にレ
ーザ光照射ノズル１が設定されると、定荷重支持機構７
により適当な荷重で被照射材８の表面にレーザ光照射ノ
ズル１は押し付けられる。そして、水排除ノズル５から
定圧力のガスを噴出させることによってノズル先端部と
被照射材表面との距離が一定に保持され、かつ、局部気
相領域が形成されるのでシールドガス開閉用のシャッタ
６を開けて不活性ガスを流す。同時にレーザ光は発振器
９から光ファイバー１０によって伝送され溶接、若しく
は表面改質処理が行われる。これらは制御盤１５を介し
て遠隔操作される。
【００２４】図２はノズル部分を説明するための一部を
断面した側面図である。同図から分かるように鏡筒３の
内部には集光レンズ群１８が設けられ、その前面に保護
ガラス１９を設置して保護ガラス１９の内側は密封さ
れ、シールドガスノズル４とガスの出入は遮断されてい
る。
断面した側面図である。同図から分かるように鏡筒３の
内部には集光レンズ群１８が設けられ、その前面に保護
ガラス１９を設置して保護ガラス１９の内側は密封さ
れ、シールドガスノズル４とガスの出入は遮断されてい
る。
【００２５】シールドガスノズル４の基部側面にはシー
ルドガス管１３が接続され、例えば乾燥アルゴンガスを
使用したシールドガスが導入される。導入されたシール
ドガスは保護ガラス１９の表面に吹き付けられ、吹き付
けられた部分の水膜、水滴、あるいは異物などを除去す
る。なお、シールドガスとしてここでは乾燥アルゴンガ
スを使用しているが、その他の不活性ガスであれば同等
に機能する。シールドガスノズル４には水深を計測する
圧力センサ２１が取り付けてあり、ノズル先端にはシャ
ッタ６と金属カップ１６で支持された金属ワイヤ刷毛に
よる防水カーテン１７を備えたシールドガスノズル４が
設けられている。シャッタ６は開閉手段としてのレリー
ズ２０によって離れたところから開閉できるようになっ
ている。
ルドガス管１３が接続され、例えば乾燥アルゴンガスを
使用したシールドガスが導入される。導入されたシール
ドガスは保護ガラス１９の表面に吹き付けられ、吹き付
けられた部分の水膜、水滴、あるいは異物などを除去す
る。なお、シールドガスとしてここでは乾燥アルゴンガ
スを使用しているが、その他の不活性ガスであれば同等
に機能する。シールドガスノズル４には水深を計測する
圧力センサ２１が取り付けてあり、ノズル先端にはシャ
ッタ６と金属カップ１６で支持された金属ワイヤ刷毛に
よる防水カーテン１７を備えたシールドガスノズル４が
設けられている。シャッタ６は開閉手段としてのレリー
ズ２０によって離れたところから開閉できるようになっ
ている。
【００２６】このように各部を構成すると、レーザ光照
射ノズル１を加工位置（レーザ照射位置）に移動する間
はシャッタ６は閉じておくとともに、シールドガスノズ
ル４内にシールドガス管１３からシールドガスを供給
し、ガス圧を作用させて浸水を防止する。加工位置に達
したら防水カーテン１７を被照射面に密着させ、シャッ
タ６をレリーズ２０により開ける。同時に適切なシール
ドガス流量を流す。この適切なシールドガス量は、前記
圧力センサ２１によって検出した水圧に応じて前記圧力
制御装置１２によって設定される。このようにしてシー
ルドガスを供給すると、数秒間でカーテン１７内の水排
除が効果的に達成された。なお、流量はカーテンの出来
具合の良否（刷毛の密度分布の良否など）と被照射面へ
の密着性にも依存する。
射ノズル１を加工位置（レーザ照射位置）に移動する間
はシャッタ６は閉じておくとともに、シールドガスノズ
ル４内にシールドガス管１３からシールドガスを供給
し、ガス圧を作用させて浸水を防止する。加工位置に達
したら防水カーテン１７を被照射面に密着させ、シャッ
タ６をレリーズ２０により開ける。同時に適切なシール
ドガス流量を流す。この適切なシールドガス量は、前記
圧力センサ２１によって検出した水圧に応じて前記圧力
制御装置１２によって設定される。このようにしてシー
ルドガスを供給すると、数秒間でカーテン１７内の水排
除が効果的に達成された。なお、流量はカーテンの出来
具合の良否（刷毛の密度分布の良否など）と被照射面へ
の密着性にも依存する。
【００２７】このような状況下でのレーザ溶接部の加工
品質は大気中と同等であった。また、水深を２０センチ
メートルから３０メートルまで変化させても例えば２０
ｌ／ｍｉｎ程度のシールドガスの消費で良好な結果が得
られた。なお、防水カーテン１７の材質は不燃性のフェ
ルト、織物、化学繊維布などでも同等の良好な結果が得
られた。
品質は大気中と同等であった。また、水深を２０センチ
メートルから３０メートルまで変化させても例えば２０
ｌ／ｍｉｎ程度のシールドガスの消費で良好な結果が得
られた。なお、防水カーテン１７の材質は不燃性のフェ
ルト、織物、化学繊維布などでも同等の良好な結果が得
られた。
【００２８】〔第２の実施形態〕図３は第２の実施形態
に係るレーザ光照射ノズル１の構造を示す一部を断面し
た側面図であり、この実施形態と第１の実施形態とは閉
鎖機構およびノズル先端の水排除機構が異なるのみであ
る。
に係るレーザ光照射ノズル１の構造を示す一部を断面し
た側面図であり、この実施形態と第１の実施形態とは閉
鎖機構およびノズル先端の水排除機構が異なるのみであ
る。
【００２９】すなわち、シールドガスノズル４の先端に
は開閉駆動手段としての電磁開閉器２２によって作動す
る一枚板の閉鎖手段としての封止板２３と水排除ノズル
５が取り付けられている。この水排除ノズル５にはさら
に羽根車２４がベアリング２５と支持リング２６によっ
て回転自在に支持されている。また、水排除ノズル５に
は水排除用の気体を供給するための第２の気体供給手段
としての水排除ガス管１４が接続され、水排除ガス管１
４からのガスの流入で高速回転するようになっている。
なお、シールドガスノズル４内に供給されるガスの流量
と水排除ノズルに供給されるガスの流量は独立して適宜
設定される。
は開閉駆動手段としての電磁開閉器２２によって作動す
る一枚板の閉鎖手段としての封止板２３と水排除ノズル
５が取り付けられている。この水排除ノズル５にはさら
に羽根車２４がベアリング２５と支持リング２６によっ
て回転自在に支持されている。また、水排除ノズル５に
は水排除用の気体を供給するための第２の気体供給手段
としての水排除ガス管１４が接続され、水排除ガス管１
４からのガスの流入で高速回転するようになっている。
なお、シールドガスノズル４内に供給されるガスの流量
と水排除ノズルに供給されるガスの流量は独立して適宜
設定される。
【００３０】この実施形態では、前記第１の実施形態と
同様にレーザ光照射ノズル１を加工位置に移動する間は
封止板２３は閉じておき、シールドガスノズル４内部に
は適当なガス圧を作用させておく、加工位置にレーザ光
照射ノズル１が達したら、水排除ノズル５を被照射材８
の表面に接触しない程度の間隙をあけて設置する。この
実施形態では、前記間隙は１ｍｍ未満に設定されてい
る。このようにしてレーザ光照射ノズル１を設置した
後、水排除ガスを水排除ガス管１４から適当量流す。こ
れによって羽根車２４は高速回転し、当該部位において
水排除が行われる。その後、電磁開閉器２２によって封
止板２３を開放し、シールドガス管１３よりシールドガ
スを流してレーザ光照射を行う。
同様にレーザ光照射ノズル１を加工位置に移動する間は
封止板２３は閉じておき、シールドガスノズル４内部に
は適当なガス圧を作用させておく、加工位置にレーザ光
照射ノズル１が達したら、水排除ノズル５を被照射材８
の表面に接触しない程度の間隙をあけて設置する。この
実施形態では、前記間隙は１ｍｍ未満に設定されてい
る。このようにしてレーザ光照射ノズル１を設置した
後、水排除ガスを水排除ガス管１４から適当量流す。こ
れによって羽根車２４は高速回転し、当該部位において
水排除が行われる。その後、電磁開閉器２２によって封
止板２３を開放し、シールドガス管１３よりシールドガ
スを流してレーザ光照射を行う。
【００３１】この羽根車２４を備えた水排除ノズル５で
は消費ガス量が多くなるが、水排除は容易であり、ノズ
ルと被照射材が接触しないので走行が滑らかであり、溶
接部の品質も良好であった。
は消費ガス量が多くなるが、水排除は容易であり、ノズ
ルと被照射材が接触しないので走行が滑らかであり、溶
接部の品質も良好であった。
【００３２】なお、この実施形態では水排除ノズルの外
周部に羽根車が設けられているが、内周部に設けてもよ
い。また、前記第１の実施形態におけるカーテンの内側
あるいは外側に設けても同等の効果を奏することができ
る。
周部に羽根車が設けられているが、内周部に設けてもよ
い。また、前記第１の実施形態におけるカーテンの内側
あるいは外側に設けても同等の効果を奏することができ
る。
【００３３】〔第３の実施形態〕図４は第３の実施形態
に係るシールドガスノズル４の側面図で、前記第１また
は第２の実施形態に係るレーザ光照射ノズル１のシール
ドガスノズル４に代えて設置されるものであり、その他
の構成は前述の実施形態と同様に構成されている。
に係るシールドガスノズル４の側面図で、前記第１また
は第２の実施形態に係るレーザ光照射ノズル１のシール
ドガスノズル４に代えて設置されるものであり、その他
の構成は前述の実施形態と同様に構成されている。
【００３４】この実施形態では、シールドガスノズル４
のノズル先端部がゴム弾性体３０からなり、シールドガ
ス管１３と開閉機構の作動ガス管２７がそれぞれシール
ドガスノズル４とベロー型シリンダ２８にそれぞれ接続
されている。シールドガスが流れると同時に作動ガス管
２７にもガスが流れるように構成されているので、シー
ルドガスが流れると同時にベロー型シリンダー２８がガ
ス圧により伸長してリンク機構のレバー２９が作動し、
２個の拘束板３１はノズル先端ゴム弾性体３０から離れ
る。逆にシールドガスが停止するとベロー型シリンダー
２８が収縮して２個の拘束板３１はノズル先端ゴム弾性
体３０を挾み水の侵入を防止する。これらの作動はレー
ザ光の出射、停止と良好なタイミングで同期させる。こ
れらの制御は、前記制御盤１５の操作によって実行され
る。
のノズル先端部がゴム弾性体３０からなり、シールドガ
ス管１３と開閉機構の作動ガス管２７がそれぞれシール
ドガスノズル４とベロー型シリンダ２８にそれぞれ接続
されている。シールドガスが流れると同時に作動ガス管
２７にもガスが流れるように構成されているので、シー
ルドガスが流れると同時にベロー型シリンダー２８がガ
ス圧により伸長してリンク機構のレバー２９が作動し、
２個の拘束板３１はノズル先端ゴム弾性体３０から離れ
る。逆にシールドガスが停止するとベロー型シリンダー
２８が収縮して２個の拘束板３１はノズル先端ゴム弾性
体３０を挾み水の侵入を防止する。これらの作動はレー
ザ光の出射、停止と良好なタイミングで同期させる。こ
れらの制御は、前記制御盤１５の操作によって実行され
る。
【００３５】なお、この実施形態では、閉鎖手段はゴム
弾性体３０からなるノズルによって構成され、開閉駆動
手段はベロー型シリンダー２８、レバー２９、拘束板３
１および作動ガス管２７によって構成されている。
弾性体３０からなるノズルによって構成され、開閉駆動
手段はベロー型シリンダー２８、レバー２９、拘束板３
１および作動ガス管２７によって構成されている。
【００３６】〔第４の実施形態〕図５は第４の実施形態
に係るシールドガスノズル４およびその支持機構を示す
側面図で、第２の実施形態における水排除ノズルに代え
て丸棒を回転させて開閉する開閉機構、バネによってレ
ーザ光照射ノズルを支持する機構、および水排除ノズル
先端部に水排除ガス管の噴出口を設けたものである。そ
の他の構成は前述の第２の実施形態を同等に構成されて
いる。
に係るシールドガスノズル４およびその支持機構を示す
側面図で、第２の実施形態における水排除ノズルに代え
て丸棒を回転させて開閉する開閉機構、バネによってレ
ーザ光照射ノズルを支持する機構、および水排除ノズル
先端部に水排除ガス管の噴出口を設けたものである。そ
の他の構成は前述の第２の実施形態を同等に構成されて
いる。
【００３７】この実施形態では、丸棒３２の側面から軸
線を貫通するように図示しない孔を開設し、電磁開閉器
によって前記丸棒３２を９０度回転させることによって
孔の連通状態と閉鎖状態が選択できるようになってい
る。孔が閉鎖されたときには、丸棒３２自体によってシ
ールドガスノズル４の開口は閉鎖され、９０度回転して
孔が開放されたときには、レーザ光が通過するとともに
シールドガス管１３から供給されたシールドガスが水排
除ノズル５から噴出する。したがって、シールドガス管
１３と水排除ガス管１４からガスを噴出させると、照射
面の局部水排除が可能になる。なお、丸棒３２に設けら
れた孔は少なくともレーザ光を通過させるに足る径だけ
開口していればよいが、好適にはノズルの内径より大径
の方がよい。したがって、丸棒３２の径もノズルの内径
よりも充分に大径に設定しておくことが望まれる。
線を貫通するように図示しない孔を開設し、電磁開閉器
によって前記丸棒３２を９０度回転させることによって
孔の連通状態と閉鎖状態が選択できるようになってい
る。孔が閉鎖されたときには、丸棒３２自体によってシ
ールドガスノズル４の開口は閉鎖され、９０度回転して
孔が開放されたときには、レーザ光が通過するとともに
シールドガス管１３から供給されたシールドガスが水排
除ノズル５から噴出する。したがって、シールドガス管
１３と水排除ガス管１４からガスを噴出させると、照射
面の局部水排除が可能になる。なお、丸棒３２に設けら
れた孔は少なくともレーザ光を通過させるに足る径だけ
開口していればよいが、好適にはノズルの内径より大径
の方がよい。したがって、丸棒３２の径もノズルの内径
よりも充分に大径に設定しておくことが望まれる。
【００３８】また、レーザ光照射ノズル１は幾つかの要
素部品から構成されており、かなりの重量があるが、シ
ールドガス管１３と水排除ガス管１４から高速でガスを
噴出させるとレーザ光照射ノズル１は被照射材８の表面
から浮上しょうとする。そこで、レーザ光照射ノズル１
を支柱３５、バネ調整ネジ３３、荷重調整バネ３４を用
いて支持板３６に弾性的に支持させて定荷重支持機構７
を構成し、荷重調整バネ３４のバネ荷重を調整して重量
に伴う水排除ガス圧の負担を軽減することで水排除ガス
量を少なくすることができる。
素部品から構成されており、かなりの重量があるが、シ
ールドガス管１３と水排除ガス管１４から高速でガスを
噴出させるとレーザ光照射ノズル１は被照射材８の表面
から浮上しょうとする。そこで、レーザ光照射ノズル１
を支柱３５、バネ調整ネジ３３、荷重調整バネ３４を用
いて支持板３６に弾性的に支持させて定荷重支持機構７
を構成し、荷重調整バネ３４のバネ荷重を調整して重量
に伴う水排除ガス圧の負担を軽減することで水排除ガス
量を少なくすることができる。
【００３９】
【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、本発
明によれば、レーザ光照射ノズル内部に水の侵入を防止
する閉鎖手段を備え、レーザ光非照射時には閉鎖手段を
閉じて気体の噴出を停止しておくことができるので、局
部気相状態を現出するための気体の消費量を少なくする
ことが可能となり、経済的であるばかりでなく、水質の
変化も最小限に抑えることができる。
明によれば、レーザ光照射ノズル内部に水の侵入を防止
する閉鎖手段を備え、レーザ光非照射時には閉鎖手段を
閉じて気体の噴出を停止しておくことができるので、局
部気相状態を現出するための気体の消費量を少なくする
ことが可能となり、経済的であるばかりでなく、水質の
変化も最小限に抑えることができる。
【００４０】また、レーザ加工時のレーザ光の照射環境
は大気中と同等に保持されるので、加工品質も大気中の
加工と同等の良好な品質が保証できる。
は大気中と同等に保持されるので、加工品質も大気中の
加工と同等の良好な品質が保証できる。
【００４１】さらに、被加工部位の水圧やノズル先端部
の水封構造を勘案して供給圧を設定することができるの
で、最少限の気体消費量で加工することが可能となる。
の水封構造を勘案して供給圧を設定することができるの
で、最少限の気体消費量で加工することが可能となる。
【００４２】加えて、ノズル先端と照射面との間隙を一
定に制御する手段を設ければ、溶接条件が一定となり、
溶接部の品質を健全で安定したものとすることができる
ばかりでなく、ノズル先端が照射面に当接することがな
くなるので、照射面が傷付くおそれもない。
定に制御する手段を設ければ、溶接条件が一定となり、
溶接部の品質を健全で安定したものとすることができる
ばかりでなく、ノズル先端が照射面に当接することがな
くなるので、照射面が傷付くおそれもない。
【図１】本発明の実施形態に係る水環境中で使用するレ
ーザ光照射ノズルとシールドガスの水排除機構のシステ
ム構成を示す説明図である。
ーザ光照射ノズルとシールドガスの水排除機構のシステ
ム構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザ光照射ノ
ズルの構造を示す一部を断面した側面図である。
ズルの構造を示す一部を断面した側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るレーザ光照射ノ
ズルの構造を示す一部を断面した側面図である。
ズルの構造を示す一部を断面した側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るレーザ光照射ノ
ズルの構造を示す側面図である。
ズルの構造を示す側面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るレーザ光照射ノ
ズルの構造を示す一部を断面した側面図である。
ズルの構造を示す一部を断面した側面図である。
１ レーザ光照射ノズル ３ 鏡筒 ４ シールドガスノズル ５ 水排除ノズル ６ シャッタ ７ 定荷重支持機構 ８ 被照射材 １１ ガス供給装置 １２ 圧力制御装置 １３ シールドガス管 １４ 水排除ガス管 １６ 金属カップ １７ 防水カーテン ２０ レリーズ ２１ 圧力センサ ２２ 電磁開閉器 ２３ 封止板 ２４ 羽根車 ２７ 開閉機構作動ガス管 ２８ ベロー型シリンダー ２９ レバー ３０ ゴム弾性体ノズル ３１ 拘束板 ３２ 丸棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 満夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 浅野 長一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 玉井 康方 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 小出 宏夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 栗原 正之 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平７−132373（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257399（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−232291（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−256479（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−1171（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299574（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/12 B23K 26/00 B23K 26/14
Claims (4)
- 【請求項１】 水環境中でレーザ光を被照射材表面に照
射して被照射材表面を加工する水中レーザ光照射装置で
あって、レーザ光照射手段を保持し、前面が密閉された
鏡筒と、当該鏡筒の前面を覆うように設けられた第１の
ノズルと、当該第１のノズルの先端に設けられ、当該ノ
ズル内への浸水を防止する閉鎖手段と、前記第１のノズ
ル内に気体を供給する第１の気体供給手段と、前記閉鎖
手段を開閉する開閉駆動手段とを一体に備え、レーザ光
照射時には前記気体を前記第１のノズル内に供給すると
ともに前記閉鎖手段を開放し、レーザ光の非照射時には
前記閉鎖手段を閉鎖して前記第１のノズル内への浸水を
防止するようにした水中レーザ光照射装置において、 前記閉鎖手段は複数枚の羽根の連動で同心円状に開閉す
る機構からなり、レーザ光非照射時は前記羽根を閉じて
前記第１のノズル内の気体圧で浸水を防止し、レーザ光
照射時は照射に先立って前記羽根を開放して第１のノズ
ル内の気体を噴出させて水の侵入を防止することを特徴
とする 水中レーザ光照射装置。 - 【請求項２】 水環境中でレーザ光を被照射材表面に照
射して被照射材表面を加工する水中レーザ光照射装置で
あって、レーザ光照射手段を保持し、前面が密閉された
鏡筒と、当該鏡筒の前面を覆うように設けられた第１の
ノズルと、当該第１のノズルの先端に設けられ、当該ノ
ズル内への浸水を防止する閉鎖手段と、前記第１のノズ
ル内に気体を供給する第１の気体供給手段と、前記閉鎖
手段を開閉する開閉駆動手段とを一体に備え、レーザ光
照射時には前記気体を前記第１のノズル内に供給すると
ともに前記閉鎖手段を開放し、レーザ光の非照射時には
前記閉鎖手段を閉鎖して前記第１のノズル内への浸水を
防止するようにした水中レーザ光照射装置において、 前記閉鎖手段は弾力性を有する材料で作られた第３のノ
ズルからなり、 前記開閉駆動手段は前記第３のノズルの先端部を挟持し
て前記第３のノズルを閉鎖する挟持機構からなり、 前記開閉駆動手段は、レーザ光非照射時は前記挟持機構
によってノズル先端を挾んで水の侵入を防止し、レーザ
光照射時は気体の加圧により前記挟持機構を作動させて
ノズル先端を開放し、同時に気体を噴出させて水の侵入
を防止すること を特徴とする 水中レーザ光照射装置。 - 【請求項３】 水環境中でレーザ光を被照射材表面に照
射して被照射材表面を加工する水中レーザ光照射装置で
あって、レーザ光照射手段を保持し、前面が密閉された
鏡筒と、当該鏡筒の前面を覆うように設けられた第１の
ノズルと、当該第１のノズルの先端に設けられ、当該ノ
ズル内への浸水を防止する閉鎖手段と、前記第１のノズ
ル内に気体を供給する第１の気体供給手段と、前記閉鎖
手段を開閉する開閉駆動手段とを一体に備え、レーザ光
照射時には前記気体を前記第１のノズル内に供給すると
ともに前記閉鎖手段を開放し、レーザ光の非照射時には
前記閉鎖手段を閉鎖して前記第１のノズル内への浸水を
防止するようにした水中レーザ光照射装置において、 前記閉鎖手段は側面から軸線に直交するように貫通した
孔を開設され、第１のノズル先端部の長手方向と直交す
る方向に設けられた丸棒からなり、 前記開閉駆動手段は前記丸棒を中心の前記軸線に関して
回転させる回転駆動機構からなり、 前記開閉駆動手段は、レーザ光非照射時は前記丸棒を回
転させて前記孔を閉鎖して第１のノズル内を隔離し、レ
ーザ光照射時は照射に先立って前記気体の供給圧力を上
げるとともに前記丸棒を回転させて孔を開放し、第１の
ノズルから気体を噴出させて水の侵入を防止することを
特徴とする 水中レーザ光照射装置。 - 【請求項４】 水環境中でレーザ光を被照射材表面に照
射して被照射材表面を加工する水中レーザ光照射装置で
あって、レーザ光照射手段を保持し、前面が密閉された
鏡筒と、当該鏡筒の前面を覆うように設けられた第１の
ノズルと、当該第１のノズルの先端に設けられ、当該ノ
ズル内への浸水を防止する閉鎖手段と、前記第１のノズ
ル内に気体を供給する第１の気体供給手段と、前記閉鎖
手段を開閉する開閉駆動手段とを一体に備え、レーザ光
照射時には前記気体を前記第１のノズル内に供給すると
ともに前記閉鎖手段を開放し、レーザ光の非照射時には
前記閉鎖手段を閉鎖して前記第１のノズル内への浸水を
防止するようにした水中レーザ光照射装置において、 前記閉鎖手段は、第１のノズル先端部に設けられ、当該
ノズルの長手方向に対して直交する方向にスライドする
封止板からなり、 前記開閉駆動手段は前記封止板をノズルの長手方向に対
して直交する方向にスライドさせる機構からなり、 前記開閉駆動手段は、レーザ光非照射時は封止板を閉じ
て浸水を防止し、レーザ光照射時は照射に先立ち前記気
体の供給圧力を上げるとともに前記封止板を移動させて
前記第１のノズル先端を開放し、前記第１のノズルから
気体を噴出させて水の侵入を防止することを特徴とする
水中レーザ光照射装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07305905A JP3117186B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 水中レーザ光照射装置 |
| TW085113496A TW320586B (ja) | 1995-11-24 | 1996-11-05 | |
| DE69628122T DE69628122T2 (de) | 1995-11-24 | 1996-11-12 | Unter Wasser getauchte Laser-Bestrahlungsanlage |
| US08/747,677 US5938954A (en) | 1995-11-24 | 1996-11-12 | Submerged laser beam irradiation equipment |
| EP96308173A EP0775549B1 (en) | 1995-11-24 | 1996-11-12 | Submerged laser beam irradiation equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07305905A JP3117186B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 水中レーザ光照射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09150289A JPH09150289A (ja) | 1997-06-10 |
| JP3117186B2 true JP3117186B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=17950718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07305905A Expired - Fee Related JP3117186B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 水中レーザ光照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3117186B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6280720B2 (ja) * | 2013-10-01 | 2018-02-14 | 三菱重工業株式会社 | レーザ切断装置 |
| CN109226103A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-01-18 | 华南理工大学 | 一种适用于水下环境的激光清洗设备及方法 |
| KR102581791B1 (ko) * | 2022-11-16 | 2023-09-25 | 주식회사 에이치케이 | 레이저 가공용 노즐 |
| KR102581785B1 (ko) * | 2022-11-16 | 2023-09-25 | 주식회사 에이치케이 | 레이저 가공용 노즐 |
-
1995
- 1995-11-24 JP JP07305905A patent/JP3117186B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09150289A (ja) | 1997-06-10 |
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