JP3282316B2 - レーザー照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー照射装置に係
り、特に、水中に浸されている被加熱表面をレーザービ
ームによって加熱する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステンレス鋼の耐食性を向上させ
る技術として、特開平１−１９９９１９号公報（ステン
レス鋼のクラッド用材料）、特開平１−１９９９２０号
公報（ステンレス鋼の耐食性改善方法）、特開平１−１
９９９２１号公報（耐食性ステンレス鋼）が提案されて
いる。これらの先行技術では、ステンレス鋼の表面にク
ロム系複合材からなるクラッド層をレーザ焼成すること
によって、ステンレス鋼が本来有している耐食性を飛躍
的に向上させるようにしている。

【０００３】また、これらの先行技術にあっては、レー
ザービームによる急速加熱によって、クロム系複合材を
短時間で溶解させ、レーザービームによる加熱範囲が小
さいことに基づいて、比較的限定された所望の範囲にク
ラッド層を形成することができる。

【０００４】図８は、プール水Ｗの中に設置される水中
構造物１の外表面を、プール水Ｗを張った状態でレーザ
ービームの照射によって加熱する状況を示すものであ
る。地上等の環境の優れた場所に設置したレーザー発振
器２によってレーザービームを発生させ、該レーザービ
ームを光ファイバ３を経由してレーザー照射トーチ４に
送り込み、水中構造物１に搭載した制御装置５によって
位置調整を行ないながら、所望位置の被加熱表面Ｘを加
熱処理する計画である。

【０００５】また、レーザー照射トーチ４の部分は、図
９に示すように、被加熱表面Ｘの近傍まで挿入される操
作筒６と、該操作筒６の内部に配されるモータ７と、該
モータ７の回転数を減少させるためのギヤ機構等の減速
手段８と、軸受け９によって操作筒６の内部に回転可能
に支持される照射筒１０と、操作筒６及び照射筒１０の
内部に配され光ファイバ等によって構成されかつ外部の
レーザー発振器２に対して光ファイバ３を経由して接続
されるレーザービーム伝送路１１と、レーザービームを
放出させるための光ファイバコネクタ１２と、レーザー
ビームを集光するための集光レンズ１３と、レーザービ
ームの方向を直角に屈曲させるための反射ミラー１４
と、レーザービームを外側方に照射するため照射筒１０
に配された照射窓１５とを有している。

【０００６】そして、操作筒６の繰り出し量によって上
下方向の位置設定を行ない、モータ７の作動時に照射筒
１０を矢印で示すように回転させることにより反射ミラ
ー１４及び照射窓１５の向きを設定して、レーザービー
ム伝送路１１によって送り込んだレーザービームを照射
窓１５から被加熱表面Ｘに向けて照射することにより、
所望の加熱を実施するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に、レーザービーム照射による被加熱表面Ｘの加熱処理
は、プール水Ｗを除去した状態で行なわれるため、少な
くとも、プール水Ｗをレーザー照射トーチ４及び被加熱
表面Ｘが露出するまで抜いて、大気雰囲気にしてから実
施する必要があり、その労力が多大なものとなる。ま
た、プール水Ｗの中でレーザービームを照射すると、レ
ーザービームが水中において散乱してしまうことや、水
中にあっては被加熱表面Ｘが直ちに急冷されてしまうこ
と等の現象が生じる。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、水中に浸されている等の環境における被加熱表面
を、レーザービームの焦点移動を生じさせることなく、
確実かつ簡単に加熱することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めの複数の手段を提案する。第１の手段に係るレーザー
照射装置は、被加熱表面にレーザービームを照射して加
熱を行なう技術として、被加熱表面の近傍に配される照
射筒と、該照射筒の内部にレーザービーム伝送路と交差
状態に配されレーザービームの方向を外側方に屈曲させ
る反射ミラーと、照射筒に取り付けられる近接ヘッドと
を具備し、近接ヘッドは、その基部が照射筒に液密に取
り付けられ、近接ヘッドの先端に、被加熱表面に近接さ
せられレーザービームを透過する平面部が配されている
構成を採用している。第２の手段に係るレーザー照射装
置は、近接ヘッドの先端に、平面部に代えて被加熱表面
に合わせた凹面または凸面が配されている構成が、第１
の手段に付加される。第３の手段に係るレーザー照射装
置は、近接ヘッドが、照射筒の側部に明けられた貫通穴
に対してシール部を介して液密状態に取り付けられる構
成が第１の手段または第２の手段に付加される。第４の
手段に係るレーザー照射装置は、近接ヘッドに、被加熱
表面の局部加熱点との間に空間を形成し加熱によって発
生した蒸気を貯溜する窪部が形成される構成が、第１の
手段、第２の手段または第３の手段に付加される。第５
の手段に係るレーザー照射装置は、近接ヘッドに、窪部
と外縁部とを接続し加熱によって発生した蒸気を排出す
るスリットが形成される構成が、第４の手段に付加され
る。第６の手段に係るレーザー照射装置は、近接ヘッド
に、照射筒の内部の気体供給路と窪部とを接続する気体
噴出孔が配される構成が、第４の手段または第５の手段
に付加される。

【００１０】

【作用】第１の手段にあっては、照射筒を被加熱表面の
近傍に挿入して、レーザービームを照射筒の内部にレー
ザービーム伝送路を経由して送り込み、反射ミラーを経
由したレーザービームを近接ヘッドの平面部から被加熱
表面に照射して加熱を行なう。この際に、平面部が被加
熱表面に近接させられた状態であるために、被加熱表面
が水中雰囲気である場合にもその隔離がなされる。第２
の手段にあっては、被加熱表面が曲面状態である場合
に、その表面状態に倣って近接ヘッドが配され、第１の
手段と同様の作用をする。第３の手段にあっては、第１
の手段または第２の手段に基づく作用に加えて、照射筒
の貫通部分が、近接ヘッドの取り付けとレーザービーム
の伝送路とを兼用する。第４の手段にあっては、第１の
手段、第２の手段または第３の手段に基づく作用に加え
て、加熱によって接触面付近に蒸気が発生した場合に
は、蒸気が窪部に貯留されることにより、局部加熱点の
近傍を気体雰囲気とする。第５の手段にあっては、第４
の手段に基づく作用に加えて、発生した蒸気が窪部から
スリットを経由して外に排出されることにより、蒸気の
入れ替えがなされて加熱範囲と冷却範囲との変動が抑制
される。第６の手段にあっては、第４の手段または第５
の手段に基づく作用に加えて、照射筒の内部から気体供
給路及び気体噴出孔を経由して窪部等に気体が供給され
ることにより、気体雰囲気の形成等が行なわれる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係るレーザー照射装置の一実
施例について、図１ないし図６に基づいて説明する。図
中、符号２０はレーザー照射トーチ、２１は近接ヘッ
ド、２２は貫通穴、２３はシール部、２４は気体供給
路、２５は隔離シート、２６は間隔保持手段、３０は制
御装置、３１はクレーン、３２は不活性ガス供給ユニッ
ト、３３は接続ケーブル、Ｌはレーザービーム、Ｐは局
部加熱点である。

【００１２】前記レーザー照射トーチ２０は、図９例に
準じて、照射筒１０、レーザービーム伝送路１１、反射
ミラー１４等を具備して、水中雰囲気となっている被加
熱表面Ｘの近傍まで挿入されるものであるが、これらに
加えて、図１に示すように、照射筒１０の先端には、近
接ヘッド２１が一体に配され、そして、反射ミラー１４
を固定した状態にキャップ２７が取り付けられる。

【００１３】前記近接ヘッド２１は、石英ガラス等によ
って図２ないし図４に示すように、円錐台形状等に形成
され、その基部が照射筒１０に明けた貫通穴２２にシー
ル部２３を介在させた状態で液密に取り付けられる。こ
の貫通穴２２によって、レーザービームＬの伝送路と近
接ヘッド２１の取り付けスペースとの確保がなされる。
そして、近接ヘッド２１における先端と基部とには、相
互に平行な平面部２１ａ，２１ｂが配される。

【００１４】また、近接ヘッド２１には、必要に応じて
図２ないし図４に示すような加工が施される。つまり、
図２の第１例にあっては、平坦な平面部２１ａとされ、
図３の第２例にあっては、レーザービームＬの挿通路上
の中心位置に丸皿状の窪部２１ｃが形成され、図４の第
３例にあっては、窪部２１ｃと外縁部２１ｄとを接続す
る十字状をなすスリット２１ｅと、各スリット２１ｅと
基部の平面部２１ａとを貫通した状態の気体噴出孔２１
ｆとが形成される。

【００１５】前記隔離シート２５は、ゴムシート等によ
って、図１に示すように円筒状、ベル状等に形成され、
近接ヘッド２１の先端外周部に貼付する等により、外縁
部２１ｄを囲むように配される。

【００１６】前記間隔保持手段２６は、図５に示すよう
に、近接ヘッド２１から離間した位置に近接ヘッド２１
と同じ向きに複数配されて、近接ヘッド２１と被加熱表
面Ｘとの近接距離を設定するものであり、被加熱表面Ｘ
に磁着するマグネット車輪等を有している。

【００１７】また、プール水Ｗの外の適宜位置には、図
５に示すように、レーザー照射トーチ２０の位置制御及
びレーザービーム制御を行なうための制御装置３０が配
される。該制御装置３０には、レーザー照射トーチ２０
を吊持して昇降させるためのクレーン３１と、加圧状態
の不活性ガスを発生させるための不活性ガス供給ユニッ
ト３２と、レーザー照射トーチ２０に接続されレーザー
ビームや不活性ガスの供給を行なうための接続ケーブル
３３とが配される。

【００１８】そして、これらのレーザー照射トーチ２
０、近接ヘッド２１、間隔保持手段２６、制御装置３０
及びクレーン３１等によって、レーザー照射装置全体が
構成される。

【００１９】以下、このように構成されているレーザー
照射装置によって、被加熱表面Ｘの所望の箇所（局部加
熱点Ｐ）、前述したようにクラッド層を焼成するために
塗布接着された被焼成塗膜の部分等を加熱する場合に
は、図５に示すように、クレーン３１によってレーザー
照射トーチ２０をプール水Ｗの中に吊り降ろして、被加
熱表面Ｘの所望の位置近傍に配し、間隔保持手段２６を
被加熱表面Ｘに接触させることによって、近接ヘッド２
１と被加熱表面Ｘとの近接位置を設定する。

【００２０】この場合にあって、複数の間隔保持手段２
６を磁着等によって接触させると、レーザー照射トーチ
２０の姿勢が設定されるため、近接ヘッド２１が被加熱
表面Ｘに近接した状態となる。

【００２１】この状態、つまり、図５に示す近接状態で
制御装置３０を作動させて、不活性ガスを接続ケーブル
３３、気体供給路２４を経由して供給することにより、
光ファイバコネクタ１２、集光レンズ１３及び反射ミラ
ー１４の冷却を行なう。この際に、近接ヘッド２１とし
て、図４の第３例のものが採用されている場合には、不
活性ガスが、気体供給路２４から気体噴出孔２１ｆを経
由して平面部２１ａに噴出し、窪部２１ｃ、スリット２
１ｅ等を不活性ガス雰囲気にするとともに、平面部２１
ａと被加熱表面Ｘとの間隙に介在している少量の水を押
し出して排除する。

【００２２】そして、レーザービーム伝送路１１を経由
して、送り込まれたレーザービームＬは、反射ミラー１
４で反射屈折して、近接ヘッド２１における平面部２１
ａの近傍で焦点を結んで、図１に示すように局部加熱点
Ｐを形成し、被加熱表面Ｘ等を局部的に加熱することに
なる。

【００２３】この場合にあって、近接ヘッド２１の平面
部２１ａと被加熱表面Ｘとの間隙には、僅かな水が介在
しているが、加熱によって局部加熱点Ｐの回りの水が蒸
気化して膨張する現象が生じるために、間隙の間の水が
強制的に外に押し出されることになる。図１に示すよう
に、近接ヘッド２１の外縁部２１ｄに隔離シート２５が
配されていると、周囲のプール水Ｗから平面部２１ａが
隔離されて、水の入り込み現象が防止される。図３の第
２例の近接ヘッド２１の場合には、窪部２１ｃにその容
積分の蒸気が満たされると、被加熱表面Ｘの局部加熱点
Ｐの回りに水が介在しなくなり、図４の第３例の近接ヘ
ッド２１の場合には、不活性ガスの送り込みにより水の
除去が行なわれることになる。

【００２４】したがって、反射ミラー１４から被加熱表
面Ｘの間には、気体や近接ヘッド２１のガラス体が介在
するが、加熱開始とともに水が介在しなくなるために、
被加熱表面Ｘの加熱範囲と冷却範囲との大きさが変化せ
ず、水の介在によるレーザービームの分散現象や、焦点
位置の変動等が生じることがない。

【００２５】加熱位置を変える場合には、レーザー照射
トーチ２０を被加熱表面Ｘの面方向に沿って移動するこ
とにより行なわれ、この際に、図５に示すように、間隔
保持手段２６により近接位置が一定に保持されるととも
に、隔離シート２５によって、近接ヘッド２１の平面部
２１ａを気体雰囲気に維持する作用が付加される。

【００２６】一方、図７は、本発明に係るレーザー照射
装置の他の実施例を示すものである。該図７例にあって
は、図１等に示す反射ミラー１４と近接ヘッド２１と
を、共通のガラス材料によって一体化状態に形成したも
のである。加えて、図７例では、図９例に準じて照射筒
１０が操作筒６に回転可能に支持されており、近接ヘッ
ド２１の平面部２１ａを被加熱表面Ｘに近接させた状態
のまま回転させたい場合や、被加熱表面Ｘが配管の内面
である場合等への適用性が考慮されている。

【００２７】〔他の実施態様〕本発明にあっては、実施
例に代えて、次の技術を採用することができる。 ａ）レーザー照射トーチ２０の使用雰囲気が、水以外の
液体あるいは気体であること。 ｂ）近接ヘッド２１における平面部２１ａ，２１ｂに、
被加熱表面Ｘに合わせた凹面や球面が形成されること。 ｃ）レーザー照射トーチ２０へのレーザービームや気体
の送り込みが、上方からなされること。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係るレーザー照射装置によれば
以下の効果を奏する。 （１） 照射筒に、その内部と液密状態に配され反射ミ
ラーを経由したレーザービームを伝送しかつ被加熱表面
に近接させられる平面部を有する近接ヘッドを具備する
ものとすることにより、被加熱表面が水中に浸されてい
る等の環境にあっても、レーザービームの伝送路に水が
介在することによるレーザービームの分散現象の発生を
抑制し、レーザービーム照射を安定状態で実施すること
ができる。 （２） 近接ヘッドが、被加熱表面に合わせた凹面また
は凸面になっていることにより、被加熱表面の表面状態
に倣って近接ヘッドを配することができる。 （３） レーザービームの伝送路に近接ヘッドを介在さ
せることにより、水中環境でのレーザービーム照射であ
っても、反射ミラーから被加熱表面までのレーザービー
ム伝送路を気体やガラス体として、レーザービームの焦
点移動を生じさせることなく、被加熱表面を確実に加熱
することができる。 （４） 近接ヘッドが、照射筒の側部に対して液密状態
に取り付けられる構成の採用により、照射筒に対する取
り付け性を向上させ、既存のレーザー照射トーチに対し
ても適用範囲を拡大することができる。 （５） 近接ヘッドに、被加熱表面の局部加熱点との間
に空間を形成する窪部が形成される構成の採用により、
被加熱表面が水中に浸されている場合にあっても、気体
空間を確保してレーザービーム照射による加熱を確実か
つ簡単に実施することができる。 （６） 近接ヘッドに、窪部と外縁部とを接続するスリ
ットが形成される構成の採用により、水中加熱時に蒸気
の排出通路を形成して平面部と被加熱表面との間の水等
の移動を安定化し、加熱作業性を向上させることができ
る。 （７） 近接ヘッドに、照射筒の内部の気体供給路と窪
部とを接続する気体噴出孔が配される構成の採用によ
り、平面部と被加熱表面との間への所望気体の送り込み
を容易にして、レーザービーム照射による加熱作業を環
境に影響されることなく効率的に実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザー照射装置の一実施例を示
す要部の正断面図である。

【図２】図１の近接ヘッドの部分の第１例を示す斜視図
である。

【図３】図１の近接ヘッドの部分の第２例を示す斜視図
である。

【図４】図１の近接ヘッドの部分の第３例を示す斜視図
である。

【図５】本発明に係るレーザー照射装置による加熱作業
の実施状況を示す正面図である。

【図６】図５におけるレーザー照射トーチの部分の平面
図である。

【図７】本発明に係るレーザー照射装置の他の実施例を
示す要部の正断面図である。

【図８】水中構造物の表面をレーザービームの照射によ
って加熱するレーザー照射装置の計画例を示す正面図で
ある。

【図９】図８に示すレーザー照射トーチの部分の拡大正
断面図である。

【符号の説明】

Ｗ プール水 Ｘ 被加熱表面 Ｌ レーザービーム Ｐ 局部加熱点 ３ 光ファイバ ６ 操作筒 １０ 照射筒 １１ レーザービーム伝送路 １２ 光ファイバコネクタ １３ 集光レンズ １４ 反射ミラー ２０ レーザー照射トーチ ２１ 近接ヘッド ２１ａ，２１ｂ 平面部 ２１ｃ 窪部 ２１ｄ 外縁部 ２１ｅ スリット ２１ｆ 気体噴出孔 ２２ 貫通穴 ２３ シール部 ２４ 気体供給路 ２５ 隔離シート ２６ 間隔保持手段 ２７ キャップ ３０ 制御装置 ３１ クレーン ３２ 不活性ガス供給ユニット ３３ 接続ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−253680（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−142096（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−123884（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−99790（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−153089（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−130615（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/06 B23K 26/00 B23K 26/12

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液中の被加熱表面にレーザービームを照
   射して加熱を行なう装置であって、被加熱表面の近傍に
   配される照射筒と、該照射筒の内部にレーザービーム伝
   送路と交差状態に配されレーザービームの方向を外側方
   に屈曲させる反射ミラーと、照射筒に取り付けられる近
   接ヘッドとを具備し、近接ヘッドは、その基部が照射筒
   に液密に取り付けられ、近接ヘッドの先端に、被加熱表
   面に近接させられレーザービームを透過する平面部が配
   されていることを特徴とするレーザー照射装置。
2. 【請求項２】 近接ヘッドの先端に、平面部に代えて被
   加熱表面に合わせた凹面または凸面が配されていること
   を特徴とする請求項１記載のレーザー照射装置。
3. 【請求項３】 近接ヘッドが、照射筒の側部に明けられ
   た貫通穴に対してシール部を介して液密状態に取り付け
   られていることを特徴とする請求項１または２記載のレ
   ーザー照射装置。
4. 【請求項４】 近接ヘッドに、被加熱表面の局部加熱点
   との間に空間を形成し加熱によって発生した蒸気を貯溜
   する窪部が形成されることを特徴とする請求項１、２ま
   たは３記載のレーザ照射装置。
5. 【請求項５】 近接ヘッドに、窪部と外縁部とを接続し
   加熱によって発生した蒸気を排出するスリットが形成さ
   れることを特徴とする請求項４記載のレーザー照射装
   置。
6. 【請求項６】 近接ヘッドに、照射筒の内部の気体供給
   路と窪部とを接続する気体噴出孔が配されることを特徴
   とする請求項４または請求項５記載のレーザー照射装
   置。