JP3492032B2 - レーザマーキング方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人の接近が困難な対象
物、例えば放射化された原子炉の構成部材を自動的に識
別するマーキング技術に係り、特に、対象部材の材料表
面に識別劣化が小さなレーザマーキングを施すレーザマ
ーキング方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水型原子炉は加圧水型原子炉と沸騰水
型原子炉に大別される。これらの原子炉には、高温高圧
環境下において十分な耐食性と高温強度を有する材料、
例えばオーステナイトステンレス鋼，ニッケル基合金あ
るいはジルコニウム合金等で構成された多種多様な構成
部材が多数使用されている。

【０００３】原子炉を建設したり、原子炉の構成部材を
製作する際、また、原子力発電プラントの運転開始後に
原子炉の点検・補修あるいは原子炉の構成部材の交換を
行なう際などには、個々の構成部材を正確に識別する必
要性が生じる。

【０００４】原子炉内に類似した構成部材が多数用いら
れていたり、炉内に設置された状態で識別を行なう必要
がある場合などには、対象部材の形状認識だけでは正確
な識別が困難な場合がある。このため、原子炉の構成部
材に直接マーキングを施し、対象部材を識別する方法が
採られている。

【０００５】このマーキング技術として、ＣＷレーザ
（Continuous Wave Laser）を用い、気体中で原子炉の
構成部材にＣＷレーザを照射するレーザマーキング方法
が、加工の精度や効率性の観点から最近検討されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このマーキング技術が
対象部材のマーキングに最も多く用いられる原子炉の構
成部材を例にとって説明する。

【０００７】原子炉の構成部材にＣＷレーザ装置から発
振されたＣＷレーザビームを照射してマーキングを施す
レーザマーキング方法を適用すると、対象部材のマーキ
ング部はＣＷレーザビーム照射による熱影響を受ける。
この熱影響による表面応力分布状態の変化、表面組成や
結晶粒界の変化および含有気体量の変化等を考慮する
と、このマーキング部分の耐食性が劣化することが予想
される。

【０００８】さらに、原子力発電プラントの運転中には
原子炉の構成部材は、高温高圧、中性子照射という極め
て厳しい腐食環境下に晒され、プラント運転中に構成部
材のマーキング部に局所的に著しい腐食が発生して機械
的・物理的強度の低下を招くおそれがある。

【０００９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、対象部材に識別劣化が小さく、耐食性に優れた
レーザマーキングを簡単かつ容易に施すことができるレ
ーザマーキング方法および装置を提供することを目的と
する。

【００１０】本発明の他の目的は、対象部材への熱影響
が小さく、耐食性に優れ、信頼性が高いレーザマーキン
グを施すことができるレーザマーキング方法および装置
を提供するにある。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、対象部材の表
面に酸化層のマーキングを施し、マーキング部を色によ
る識別が可能なレーザマーキング方法および装置を提供
するにある。

【００１２】本発明の別の目的は、対象部材の表面にレ
ーザビーム照射に伴う材料隆起現象あるいは表層除去現
象を利用して凹凸のマーキングを施し、マーキング部の
形状変化により識別が可能なレーザマーキング方法およ
び装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザマー
キング方法は、上述した課題を解決するために、請求項
１に記載したように、レーザビームを透過する透過媒体
に、過酸化水素水（Ｈ _２ Ｏ _２ ）を含む液体を用い、この
液体中に設置された対象部材にレーザ装置から発振され
るレーザビームを照射し、上記対象部材の表面に酸化物
あるいは凹凸のマーキングを施す方法である。

【００１４】

【００１５】

【００１６】上述した課題を解決するために、本発明に
係るレーザマーキング方法は、請求項２に記載したよう
に、レーザビームの透過媒体に窒化ガス含有量が所要
値、例えば１０ｐｐｍ以下の液体が用いられ、対象部材
にジルコニウム合金製の部材が用いられる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】本発明に係るレーザマーキング装置は、上
述した課題を解決するために、請求項３に記載したよう
に、レーザビームの透過媒体である液体を収容した容器
と，この容器の底部に敷設され、多数の小孔を備えたマ
ット等のガス吹出手段と、このガス吹出手段に連絡配管
を介して接続された不活性ガスのガス供給手段と、上記
容器内で液体中に設置された対象部材と，上記容器の外
部に設置されたレーザ装置と，このレーザ装置から発振
されるレーザビームを走査する走査光学系と，走査光学
系で走査されるレーザビームを容器内に案内し、液体中
で対象部材に照射する集束光学系とを備え、前記ガス供
給手段から供給される不活性ガスをガス吹出手段から容
器に貯溜された液体中に吹き出し、脱気を行なう一方、
前記対象部材にレーザビームを照射して酸化層あるいは
凹凸のマーキングを施すように構成したものである。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】本発明に係るレーザマーキング方法は、上
述した課題を解決するために、請求項４に記載したよう
に、レーザビームを透過する透過媒体に、水蒸気（Ｈ _２
Ｏ）および過酸化水素水蒸気（Ｈ _２ Ｏ _２ ）の少なくとも
一成分を含む気体を用い、この気体中に設置された対象
部材にパルスレーザ装置から発振されるパルスレーザビ
ームを照射し、上記対象部材の表面に酸化層あるいは凹
凸のマーキングを施す方法である。

【００２５】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るレーザマーキング方法は、請求項５に記載し
たように、レーザビームを透過する透過媒体に、酸素ガ
スと不活性ガスの混合気の気体を用い、この気体中に設
置された対象部材にパルスレーザ装置から発振されるパ
ルスレーザビームを照射し、上記対象部材の表面に酸化
層あるいは凹凸のマーキングを施す方法である。

【００２６】

【００２７】

【００２８】本発明に係るレーザマーキング装置は、上
述した課題を解決するために、請求項６に記載したよう
に、レーザビームの透過媒体である気体を充填した密閉
容器と，この密閉容器内で気体中に設置された対象部材
と，この密閉容器の外部に設置されたレーザ装置と，こ
のレーザ装置から発振されるレーザビームを走査する走
査光学系と，走査光学系で走査されるレーザビームを密
閉容器内に案内し、対象部材に照射可能な集束光学系
と，前記密閉容器にレーザビーム透過媒体の気体を供給
する給気手段と，密閉容器内の排気を行なう排気手段
と，前記密閉容器内に設置された対象部材の表面にレー
ザビーム透過媒体の気体を吹き付ける吹付給気手段と，
この吹付給気手段により対象部材のレーザビーム照射部
を冷却する冷却手段とを備え、対象部材に気体中でレー
ザビームを照射して酸化層あるいは凹凸のマーキングを
施すように構成したものである。

【００２９】

【００３０】

【００３１】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るレーザマーキング装置は、請求項７に記載し
たように、レーザビームの透過媒体である気体を充填し
た密閉容器と，この密閉容器内で気体中に設置された対
象部材と，この密閉容器の外部に設置されたレーザ装置
と，このレーザ装置から発振されるレーザビームを走査
する走査光学系と，走査光学系で走査されるレーザビー
ムを密閉容器内に案内し、対象部材に照射可能な集束光
学系と，前記密閉容器にレーザビーム透過媒体の気体を
供給する給気手段と，密閉容器内の排気を行なう排気手
段と，前記密閉容器内に設置された対象部材の表面近傍
の気体を吸引する吸引排気手段と，この吸引排気手段に
より対象部材のレーザビーム照射部を冷却する冷却手段
とを備え、対象部材に気体中でレーザビームを照射して
酸化層あるいは凹凸のマーキングを施すように構成した
ものである。

【００３２】本発明に係るレーザマーキング方法は、上
述した課題を解決するために、請求項８に記載したよう
に、レーザビームの透過媒体に窒素ガス（Ｎ_２）含有量
が５０ｗｔ％以下の気体を用い、この気体中に設置され
たジルコニウム合金製の対象部材にレーザ装置からレー
ザビームを照射し、上記対象部材の表面に酸化層あるい
は凹凸のマーキングを施す方法である。

【００３３】上述した課題を解決するために、本発明に
係るレーザマーキング方法は、請求項９に記載したよう
に、レーザビームの透過媒体は、酸素ガス（Ｏ_２）、水
蒸気（Ｈ_２Ｏ）、過酸化水素水蒸気（Ｈ_２Ｏ）および不
活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）の少
なくとも一成分を含む組成の気体である。

【００３４】

【００３５】

【００３６】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るレーザマーキング方法は、請求項１０に記載
したように、レーザビームの透過媒体は気体の組成比が
制御される方法である。

【００３７】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係るレーザマーキング方法は、請求項１１に記
載したように、対象部材に吹付給気手段によりレーザビ
ーム透過媒体である気体を吹き付け、対象部材の表面を
冷却する方法である。

【００３８】さらにまた、上述した課題を解決するため
に、本発明に係るレーザマーキング方法は、請求項１２
記載したように、吸引排気手段により対象部材の表面近
傍の気体を吸引して外部に排出し、対象部材の表面を冷
却する方法である。

【００３９】

【００４０】

【作用】本発明は、レーザビームの透過媒体の液体ある
いは気体中に設置された対象部材に、レーザ装置からＣ
Ｗレーザあるいはパルスレーザなどのレーザビームを照
射させると、対象部材のレーザビーム照射部に、酸化層
が形成されたり、または材料表面の隆起現象や表層除去
現象による凹凸の形状変化が生じ、対象部材表面のレー
ザビーム照射部に生じる酸化層や凹凸の形状変化をレー
ザマーキングとして形成し、対象部材の表面にマーキン
グ（印）を施すものである。

【００４１】本発明に係るレーザマーキング方法および
装置は、レーザビーム透過媒体の液体あるいは気体中で
対象部材の表面にレーザビームを照射すると、対象部材
を構成する物質と対象部材の表面に吸着した媒質（媒
体）が化学反応を起こし、対象部材の表層に新しい化合
物が形成されたり、あるいは対象部材の表面が隆起した
り、表層が除去される等の現象が起こる。また、化学反
応が生じない場合でも、レーザビーム照射面が溶融され
て体積膨脹して隆起する現象、あるいは溶融・蒸発、ア
ブレーションによる表層の除去現象等が起こる。このよ
うな対象部材の表面における化合物の形成、あるいは凹
凸の形状の変化により、構造物の表面に識別可能なマー
キングを施すことができる。

【００４２】特に、Ｏ₂ ，Ｈ₂ Ｏ、あるいはＨ₂ Ｏ₂ 等
の酸素元素を含むレーザビーム透過媒体を用いると、対
象部材表面のレーザビーム照射部に酸化層が形成され、
この酸化層とレーザビーム非照射部との色の違いにより
マーキングとして識別可能となる。

【００４３】また、レーザビーム照射媒体に不活性ガス
（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）を使用する
と、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒ
ｎ）は物質と反応し難いため、酸化層は形成されない
が、レーザビーム照射部の材料は隆起または除去され、
レーザビーム非照射部との間に相対的な表面の凹凸が生
じ、この凹凸の形状変化を識別可能なマーキングとした
ものである。

【００４４】酸素元素を含むレーザビーム透過媒体（媒
質）を用い、かつ、レーザ装置にＣＷレーザを使用する
場合において、レーザビームのパワーあるいはビームの
走査速度を制御することにより、レーザビーム照射面が
受ける単位面積当りのレーザパワーをコントロールする
ことができ、レーザ照射材料の深さ方向の温度分布を制
御することができる。したがって、酸素の拡散層の深さ
を制御でき、結果として、酸化層の厚さを制御すること
ができる。

【００４５】一方、レーザ装置にパルスレーザを使用す
る場合において、パルスエネルギーあるいはパルス時間
幅を制御することにより、レーザビーム照射面が１パル
ス当りに受ける単位面積当りのレーザエネルギーをコン
トロールすることができ、材料表層の隆起厚さまたは材
料除去厚さを制御することができる。レーザ装置に、パ
ルスレーザを使用し、かつ、酸素元素を含む媒質をレー
ザ透過媒体に用いた場合は、パルスレーザ装置の同様の
制御により、酸化層の厚さを制御することができる。

【００４６】また、レーザ透過媒体（媒質）に酸素元素
を含む気体を使用する場合においては、気体の組成比の
制御を行なうことによっても、酸化層の厚さを制御する
ことができる。例えば、レーザ透過媒体に純酸素ガス
（Ｏ₂ ）と不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｒｎ）から成る混合気を使用し、両者の比率（組成
比）を制御することによって、酸化層の厚さを制御する
ことができる。純酸素ガス（Ｏ₂ ）の比率を大きくする
ことにより、酸化層を厚くすることができる。

【００４７】レーザビーム照射部であるマーキング部の
酸化層の厚さ、隆起厚さあるいは材料除去厚さを制御す
ることにより、識別に好適なコントラストや凹凸の形状
変化を均質な品質で得ることができる。

【００４８】また、対象部材の表面を覆う媒質（レーザ
ビーム透過媒体）が液体の場合には、液体への熱放散に
より対象部材の表面が冷却され、熱影響の少ないマーキ
ングができる。熱影響が小さいことは耐食性の向上につ
ながり、耐食性が優れたレーザマーキングとなる。

【００４９】また、液体中で高出力かつ短パルスのパル
スレーザビームを対象部材の表面に照射すると、表層の
原子が瞬間的に蒸発し、プラズマが発生する。発生した
プラズマは液体の慣性力により体積膨張が抑制されるた
め極めて高圧になり、その結果、表面は塑性変形して圧
縮応力が残留する。表面における圧縮応力の残留は耐食
性の向上につながり、耐食性が優れたレーザマーキング
を行なうことができる。

【００５０】特に、レーザビーム透過媒体（媒質）の液
体として水（ＨＯ₂ ）を用いることは、酸化層を良好に
形成でき、この酸化層によるマーキングができる。水
（Ｈ₂ Ｏ）は豊富に入手できかつ取扱いが容易という点
で優れている。この場合レーザ波長には水中透過が可能
な０．２〜１．４μｍのレーザビームを用いることが有
効である。

【００５１】一方、対象部材の表面を覆う媒質が気体の
場合でも、パルスレーザビームを使用することにより、
対象部材の表層への入熱を低減し、熱影響が少なく、耐
食性が優れたレーザマーキングを行なうことができる。

【００５２】また、対象部材の表面のレーザビーム照射
部に媒質を強制的に吹き付けることにより、冷却の効果
を高めることができる。

【００５３】さらに、対象部材の表面のレーザビーム照
射部近傍を強制的に吸引すると、媒質の流動が発生して
冷却の効果が高められるとともに、マーキングによって
除去された飛散物も吸引されて構造物表面への飛散物の
付着を防ぐことができる。

【００５４】また、対象部材である被加工材料がジルコ
ニウム合金製の部材の場合は、媒質中のＮ₂ 含有量を低
減することにより、マーキング部の耐食性低下を食い止
めることができる。すなわち、被加工材料表層に窒素化
物が形成されると、被加工材料の腐食量が増加するとと
もに、腐食部のブレークアウェイが発生し易くなるが、
この効果を低減し、被加工材料の耐食性低下を防ぐこと
ができる。

【００５５】さらに、対象部材である被加工材料がステ
ンレス鋼製の部材の場合は、媒質中のＨ₂ Ｏ含有量を低
減することにより、マーキング部の耐食性低下を食い止
めることができる。すなわち、媒質中のＨ₂ Ｏ含有量の
低減により、レーザ照射時に被加工材料表層に形成され
る水素化物量が減少し、被加工材料の水素脆化を防止す
ることができる。

【００５６】また、レーザ装置にパルスレーザを使用す
る場合、照射スポットにおけるパワー密度分布は一般
に、スポット周辺部が中心部よりも低くなる。このた
め、パルスレーザビームを用いてライン状のマーキング
を施す際、照射スポットの周辺部が重なりを持つように
レーザビームを走査してライン状にマーキングを施せ
ば、走査方向に連続的なレーザ照射効果を与えることが
でき、均質なマーキングを施すことができる。

【００５７】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照して説明する。

【００５８】［Ａ］本発明の第１実施例 図１は本発明に係るレーザマーキング装置の第１実施例
を概略的に示す図である。このレーザマーキング装置１
０は、レーザビームを透過する透過媒体（媒質）に液体
を用い、この液体中で対象部材にレーザビームを照射
し、対象部材の表面にマーキング（印）を施したもので
ある。

【００５９】レーザマーキング装置１０は、ＣＷ（Cont
inuous Wave）レーザ光あるいはパルスレーザ光を発振
させるレーザ装置１１と、このレーザ装置１１から発振
されるレーザビームＬＢを走査する走査光学系１２と、
走査光学系１２により走査されるレーザビームＬＢを集
束させる集束光学系１３と、レーザビームＬＢを透過さ
せる液体１４を透過媒体（媒質）として収容した容器１
５とを備え、容器１５内に原子炉の構成部材，構造物等
が対象部材１６として設置される。容器１５は上方が開
放あるいは開放可能な構成となっている。

【００６０】走査光学系１２には、反射ミラー１７を備
えたミラー光学系，光ファイバを用いたファイバ光学系
あるいはこれらを組み合せた光学系が用いられる。この
走査光学系１２は、集束光学系１３とともにレーザビー
ムＬＢを移動走査可能に構成している。走査光学系１２
および集束光学系１３を移動走査させる代りに、対象部
材１６を容器１５内で移動自在に、例えば移動テーブル
等の移動台上に設置してもよい。集束光学系１３には、
例えば集光レンズ１８あるいは図示しない凹面鏡が用い
られる。集光レンズ１８はレンズホルダを兼ねる加工ヘ
ッド１９に支持されており、この加工ヘッド１９は図示
しないロボットアーム等の操作アームにより移動操作可
能に設けられる。

【００６１】次に、レーザマーキング装置１０の作用を
説明する。

【００６２】図１に示すように、容器１５内にはレーザ
ビームＬＢを透過する透過媒体として液体１４が満たさ
れており、この液体１４内に原子炉の構成部材，構造物
などの対象部材１６が設置される。容器１５の外部にレ
ーザ装置１１が設置され、このレーザ装置１１からＣＷ
レーザ光あるいはパルスレーザ光のレーザビームＬＢが
発振される。発振されたレーザビームＬＢは走査光学系
１２で走査され、集束光学系１３にて集束されて対象部
材１６の表面に照射される。

【００６３】レーザビームＬＢを液体１４中で対象部材
１６の表面に照射すると、対象部材１６を構成する物質
と液体が化学反応を起こし、対象部材１６の表面あるい
は表層に新しい化合物を形成したり、あるいは対象部材
１６の材料の体積膨脹に伴う隆起や表層の除去が行なわ
れる等の現象が起こる。

【００６４】また、化学反応が生じない場合でも、レー
ザビームＬＢの照射面が溶融され体積膨張して隆起する
現象、あるいは溶融・蒸発、またはアブレーションによ
る対象部材１６の表層除去現象等が起こる。対象部材１
６の表層における新しい化合物の形成あるいは形状の変
化により、対象部材１６の表面に識別可能なマーキング
を施すことができる。

【００６５】対象部材１６の表層に新しい化合物を形成
し、この化合物の形成をマーキングとして利用する方法
の一例としては、対象部材１６表面のレーザビーム照射
部に酸化層を形成し、形成された酸化層と対象部材１６
の被照射部との色の違いにより識別可能なマーキングと
して認識する方法がある。

【００６６】対象部材１６の材料隆起現象または表層除
去現象に着目し、この材料隆起現象または表層除去現象
に伴う形状の変化をマーキングとして利用する方法の一
例としては、レーザビーム照射部の対象部材１６の構成
材料の隆起または表層除去現象を利用して、レーザビー
ム照射部とその周辺の被照射部との相対的な凹凸により
識別可能なマーキングとして認識する方法がある。

【００６７】また、液体１４中で対象部材１６の表面に
レーザビームＬＢを照射すると、レーザビームＬＢが照
射される対象部材１６は加熱作用を受けて温度上昇しよ
うとするが、周囲への熱放散と液体１４による冷却作用
を受けて対象部材１６の表面が冷却され、対象部材１６
に熱影響の小さなマーキングが施される。熱影響が小さ
いことは耐食性の向上につながり、耐食性に優れ、信頼
性の高いレーザマーキングを施すことができる。

【００６８】ところで、レーザ装置１１にはＣＷレーザ
装置あるいはパルスレーザ装置が用いられる。このう
ち、レーザ装置１１に銅蒸気レーザ、第２高調波発生用
のＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等のパルスレーザ装置
を使用し、このパルスレーザ装置から高出力でかつ短パ
ルスのパルスレーザビームＬＢp を対象部材１６の表面
に照射すれば、残留応力を改善し、かつ表層改善を行な
いながら、対象部材１６の表面にマーキングを施すこと
ができる。

【００６９】液体１４が満たされた容器１５内に対象部
材１６を設置し、液体１４中で対象部材１６の表面に高
出力で短パルスのレーザビームＬＢp を照射すると、対
象部材１６の表層の原子が瞬間的に蒸発してプラズマが
発生する。発生したプラズマは液体１４の慣性力により
体積膨張が抑制されるため極めて高圧になり、その結
果、対象部材１６の表面は塑性変形して圧縮応力が残留
する。表面における圧縮応力の残留は耐食性の向上につ
ながり、したがって耐食性に優れ、信頼性の高いレーザ
マーキングを行なうことができる。

【００７０】（１）レーザマーキング装置の第１変形例 このレーザマーキング装置の第１変形例の全体的構成は
図１に示すものと同様のものが用いられるが、容器１５
に満たされる液体１４としては水（Ｈ₂ Ｏ）および過酸
化水素水（Ｈ₂ Ｏ₂ ）の少なくとも１成分を含む液体が
用いられる。

【００７１】水（Ｈ₂ Ｏ）および過酸化水素水（Ｈ₂ Ｏ
₂ ）の少なくとも１成分を含む液体１４中で、対象部材
１６の表面にレーザビームＬＢを照射すると、対象部材
１６表面のレーザビーム照射部に酸化層が形成される。
形成された酸化層と非照射部との色の違いにより識別可
能なマーキングを施すことができる。

【００７２】（２）レーザマーキング装置の第２変形例 このレーザマーキング装置の第２変形例として、液体１
４として純水等の水（Ｈ₂ Ｏ）を使用し、かつ波長領域
が０．２〜１．４μｍのレーザビームＬＢが使用され
る。波長領域が０．２〜１．４μｍの可視光域のレーザ
ビームＬＢを用いると、図２に示すように、レーザビー
ムの水中透過が可能となる。この図２は、水中における
光の透過特性を示すグラフである。

【００７３】０．２〜１．４μｍの波長領域に発振波長
を有するレーザ装置１１として、ＫｒＣｌエキシマレー
ザ（発振波長０．２２２μｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ
（発振波長０．２４８μｍおよび０．４８６μｍ）、Ｘ
ｅＢｒエキシマレーザ（発振波長０．２８２μｍ）、Ｘ
ｅＣｌエキシマレーザ（発振波長０．３０８μｍ）、Ｎ
₂ レーザ（発振波長０．３３７μｍ）、Ａｕ蒸気レーザ
（発振波長０．３１２２μｍおよび０．６２７８μ
ｍ）、Ｐｂ蒸気レーザ（発振波長０．４０５７μｍおよ
び０．７２２９μｍ）、Ｂｉ蒸気レーザ（発振波長０．
４７２２μｍ）、Ｃｕ蒸気レーザ（発振波長０．５１０
５μｍおよび０．５７８２μｍ）、Ｔｌ蒸気レーザ（発
振波長０．５３５０μｍ）、Ｃａ蒸気レーザ（発振波長
０．８６６２μｍ）、Ｂａ蒸気レーザ（発振波長１．１
３μｍ）、Ｍｎ蒸気レーザ（発振波長１．３０μｍ）、
ルビーレーザ（発振波長０．６９４３μｍおよび０．６
９２９μｍ）、およびＹＡＧレーザ（発振波長０．９４
６μｍ、１．０５２０５μｍ、１．０６１５２μｍ、
１．０６４１４μｍ、１．０６４６μｍ、１．０７３８
μｍ、１．０７８０μｍ、１．１１２１μｍ、１．１１
５９μｍ、１．１２２６７μｍ、１．３１８８μｍ、
１．３３８２μｍおよび１．３５６４μｍ）等がある。

【００７４】図２に示すように、可視光領域では光の水
中透過性が著しく良好となるために、この可視光の波長
域にあるＣｕ蒸気レーザ（発振波長０．５１０５μｍお
よび０．５７８２μｍ）、あるいはＹＡＧレーザの第２
高調波（波長０．５３２μｍ）を使用すると効率的であ
る。

【００７５】しかし、容器１５に満たされた液体１４と
しては容易に入手でき、取扱いが容易な水を使用し、こ
の水中に設置された対象部材１６の表面にレーザ装置１
１から発振される０．２〜１．４μｍの波長領域のレー
ザビームＬＢを照射すると、レーザビーム照射部に化学
反応が生じて酸化層が形成され、酸化層のマーキングを
対象部材１６の表面に容易に施すことができる。対象部
材１６には、炉内構造物を含めた原子炉の構成部材や原
子炉機器、その他がある。

【００７６】（３）レーザマーキング装置の第３変形例 この変形例は、対象部材１６がジルコニウム合金で構成
されている場合、容器１５に満たされる液体１６の窒素
ガス含有量を所要値、例えば１０ｐｐｍ以下に制限した
レーザマーキング装置である。

【００７７】このレーザマーキング装置１０Ａは窒素ガ
ス含有量を１０ｐｐｍ以下にコントロールした液体１４
中でジルコニウム合金製の対象部材１６にレーザ装置１
１から発振されたレーザビームＬＢを照射し、対象部材
１６表面のレーザビーム照射部にマーキングを施すもの
である。

【００７８】液体１４を脱気する方法は、図３に示すよ
うに、容器１５の底部に多数の小孔２０を穿設した袋状
あるいはボックス状シートあるいはマット２１をガス吹
出手段として敷設し、このマット２１に容器１５の外部
に設置されたガス供給源２２がホース等のガス供給管２
３を介して接続される。ガス供給源２２は例えばガスボ
ンベで構成され、内部に加圧された不活性ガス（Ｈｅ，
Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）が充填されている。

【００７９】容器１５内にレーザビームＬＢを透過させ
る液体１４を供給し、容器１５をこの液体１４で満たし
た状態でバルブ２４を開放し、不活性ガスを容器１５底
部に敷設されたマット２１に供給する。マット２１に供
給された不活性ガスはマット２１の小孔２０から液体１
４中に吹き出され、不活性ガスの泡が液体１４中を上昇
する。その間に、液体１４中で溶解されたガス（Ｎ₂ ，
Ｏ₂ ）が脱気され、泡と共に外部に放出される。

【００８０】不活性ガスを用いた脱気方法によって、液
体１４中の脱気を行ない、液体１４中の窒素（Ｎ₂ ）ガ
スの含有量を所要値、例えば１０ｐｐｍ以下に制限す
る。窒素ガスが１０ｐｐｍ以下に調整された液体１４を
用いて、図１に示すレーザマーキング装置１０により、
ジルコニウム合金製の対象部材１６にレーザビームＬＢ
を照射してレーザマーキングを施す。

【００８１】窒素ガスが脱気された液体１４を用いてレ
ーザマーキング装置１０により対象部材１６にレーザマ
ーキングを施すと、レーザビーム照射部すなわちレーザ
マーキング部の耐食性の低下を防止することができる。

【００８２】このレーザマーキング装置１０によりジル
コニウム合金製の対象部材１６にレーザビームＬＢを照
射すると、対象部材１６の表層にＮ₂ ガスとの化学反応
が生じ、窒素化物が形成されるが、ジルコニウム合金製
対象部材の表層に窒素化物が形成されると、耐食性が著
しく低下する特性がある。したがって、容器１５に収容
される液体中の窒素含有量を制限し、レーザビーム照射
部に生成される窒素化物の量を低減することにより、レ
ーザマーキング部の耐食性の劣化を防止することができ
る。

【００８３】（４）レーザマーキング装置の第４変形例 図４はレーザマーキング装置１０の第４変形例を示すも
のである。この変形例に示されたレーザマーキング装置
１０は加工ヘッド１９に噴出ノズル２５を取付け、その
ノズル口を対象部材１６のレーザビーム照射部側に指向
させたものである。噴出ノズル２５は容器１５の外部に
設置されたポンプ２６とホース２７を介して連結されて
液体噴出手段２９が構成され、この液体噴出手段２９が
レーザビーム照射部の冷却手段を構成している。ポンプ
２６の吸込側はホース２８により容器１５内の液体１４
側と連絡され、容器１５内に満たされた液体１４を強制
的に循環させるようになっている。ホース２７，２８の
途中にはフィルタ（図示せず）が取り付けられ、ゴミ等
の異物を除去するようになっている。

【００８４】このレーザマーキング装置１０で対象部材
１６の表面にレーザマーキングを施す場合には、液体１
４中に設置された対象部材にレーザ装置１１から発振さ
れたレーザビームＬＢを走査光学系１２および集束光学
系１３を介して絞って照射し、対象部材１６の表面にマ
ーキングを施す。

【００８５】対象部材１６の表面にマーキングを施して
いる間に、液体噴出手段２９のポンプ２６を作動させ、
容器１５内部の液体１４をポンプ２６に吸い込んだ後、
ホース２７，噴出ノズル２５を通じて対象部材表面のレ
ーザビーム照射部に吹き付ける。

【００８６】ポンプ２６作動により、液体１４をレーザ
ビーム照射部に吹き付けることにより、レーザビーム照
射部の冷却の効果をさらに高めることができ、熱影響の
少ない、耐食性の良いマーキングを施すことができる。

【００８７】（５）レーザマーキング装置の第５変形例 図５はレーザマーキング装置１０の第５変形例を示すも
のである。この変形例に示されたレーザマーキング装置
１０は、加工ヘッド１９に吸引ノズル３０を取り付け、
この吸引ノズル３０のノズル口を対象部材１６のレーザ
ビーム照射部側に指向させている。

【００８８】吸引ノズル３０はホース３１を介して容器
１５の外部に設置されたポンプ３２の吸込側に接続さ
れ、ポンプ３２の吐出側はホース３３を介して容器１５
内の液体１４中に連絡されて液体吸引排出手段３７を構
成し、レーザビーム照射部近傍の液体を吸引してフィル
タ３４で異物を除去した後、再び容器１５内に放出して
いる。液体吸引排出手段３７はレーザビーム照射部の冷
却手段を兼ねている。ホース３３の途中にフィルタ３４
が設けられる。他の構成は図１に示すレーザマーキング
装置と異ならない。

【００８９】このレーザマーキング装置１０で対象部材
１６の表面にレーザマーキングを施す場合、液体１４中
に設置された対象部材１６にレーザ装置１１からレーザ
ビームＬＢを絞って照射し、対象部材１６の表面にマー
キングを施す。

【００９０】対象部材１６の表面にマーキングを施して
いる間に、液体吸引排出手段３７のポンプ３２を作動さ
せる。このポンプ作動によりレーザビーム照射面の近傍
にあるマーキング加工により発生した飛散物は吸引ノズ
ル３０を通じて容器１５内部からホース３１内に吸い込
まれ、フィルタ３４で飛散物が除去された後、液体１４
はポンプ３２からホース３３を経由して容器１５内に再
び戻される。

【００９１】このレーザマーキング装置１０によれば、
図１に示したレーザマーキング装置の作用効果に加え
て、対象部材１６の表面のレーザビーム照射部に液体１
４の流れが発生することで、次々に新しい液体１４が対
象部材１６の表面に接触して冷却の効果がさらに高めら
れるとともに、マーキング加工により発生した飛散物が
除去され、対象部材１６の表面への付着を防止してい
る。したがって、対象部材１６の表面に悪影響を及ぼす
ことがなく、かつ、熱影響が少なく耐食性の良好なマー
キングを施すことができる。

【００９２】（６）レーザマーキング装置の第６変形例 この第６変形例に示されたレーザマーキング装置１０
は、図１に示す構成を有する。ただ、レーザ装置１１と
してＣＷレーザ装置ではなく、パルスレーザ装置が用い
られる。このパルスレーザ装置にはＱスイッチレーザ，
モードロックレーザ等があり、パルスレーザ装置から発
振されるレーザビームにはパルス時間幅が１μｓ以下の
パルスレーザビームＬＢp が用いられる。

【００９３】このレーザマーキング装置においては、図
１に示した作用効果に加え。パルスレーザ装置１１にパ
ルスレーザ装置を使用し、このパルスレーザ装置から発
振されるレーザビームＬＢp のパルス時間幅を１μｓ以
下とすることにより、熱影響が少ない、耐食性が優れた
マーキングを施すことができる。

【００９４】（７）レーザマーキング装置の第７変形例 図６はレーザマーキング装置１０の第７変形例を示すも
ので、パルスレーザビームＬＢp の走査方法を示したも
のである。このレーザマーキング装置１０は全体的な構
成は図１に示すものと同様であり、レーザ装置１１とし
てパルスレーザ装置が使用される。このパルスレーザ装
置を用いて対象部材１６の表面にマーキングを施す際、
パルスレーザの集光スポット３５が重なり合うようにパ
ルスレーザビームＬＢp を走査してライン状のマーキン
グを施すものである。

【００９５】このレーザマーキング装置１０は図１に示
すレーザマーキング装置の作用効果に加え、次の作用効
果を奏する。

【００９６】レーザ装置１１としてパルスレーザ装置か
ら発振されるパルスレーザビームＬＢp の対象部材１６
へ照射され、この照射スポット３５のレーザパワー密度
は一般にスポット周辺部が中心部より低くなる。対象部
材１６に図６に示すようにライン状のマーキングを施す
際、照射スポット３５の周辺部が重なりを持つようにレ
ーザビームＬＢp を走査してライン状にマーキングを施
せば、走査方向に連続的なレーザ照射効果を与えること
かてき、均質なライン状マーキングを施すことができ
る。

【００９７】（８）レーザマーキング装置の第８変形例 このレーザマーキング装置の全体的構成は図１に示すも
のと同様であるが、レーザ装置１１としてＣＷレーザ装
置を用いたものであり、このＣＷレーザ装置からのＣＷ
レーザビームＬＢc を対象部材１６の表面に図１に示す
走査光学系１２、集束光学系１３を介して照射し、対象
部材１６の表面に酸化層のマーキングを形成する。

【００９８】この酸化層のマーキングをＣＷレーザ装置
を用いて形成する際、ＣＷレーザ装置からのＣＷレーザ
ビームＬＢcのパワー調整を行なったり、あるいは走査
光学系１２の走査速度の制御を行なって、所望する酸化
層のマーキングを施すようにしたものである。

【００９９】容器１５に貯溜される液体１４に酸素元素
を含有するレーザビーム透過媒体（媒質）を使用し、か
つＣＷレーザ装置を用いて、ＣＷレーザビームＬＢc の
パワーあるいはレーザビーム走査速度を制御することに
よりレーザビーム照射面が受ける単位面積当りのレーザ
パワーをコントロールすると、レーザ照射材料の深さ方
向の温度分布を制御することができる。したがって、酸
素の拡散層の深さを制御でき、結果として、酸化層の厚
さを制御することができる。レーザマーキング部の酸化
層の厚さを制御することにより、マーキングは周囲との
間に識別に好適なコントラストを有する、均質なマーキ
ングを得ることができる。

【０１００】（９）レーザマーキング装置の第９変形例 このレーザマーキング装置１０の全体的構成は図１に示
すものと同様であるが、レーザ装置１１としとてパルス
レーザ装置が用いられる。このパルスレーザ装置から発
振されるパルスレーザビームＬＢp を対象部材１６に照
射し、対象部材１６の表面にマーキング（印）として酸
化層あるいは凹凸を形成する。対象部材１６の表面に酸
化層または凹凸を形成する場合、パルスレーザビームＬ
Ｂp のエネルギーまたはパルス時間幅の制御を行なうよ
うにしたものである。

【０１０１】このレーザマーキング装置１０によれば、
レーザ装置１１としてパルスレーザ装置を使用し、パル
スレーザ装置から発振されるパルスレーザエネルギーあ
るいはパルス時間幅を制御することにより、レーザビー
ム照射面が１パルス当りに受ける単位面積当りのレーザ
エネルギーをコントロールすることができ、材料表層の
隆起厚さまたは材料表層の除去厚さを制御することがで
きる。

【０１０２】このレーザマーキング装置１０にパルスレ
ーザ装置を使用し、容器１５に貯溜される液体１４に酸
素元素を含む透過媒体を用いた場合には、パルスレーザ
装置のパルスレーザエネルギーあるいはパルス時間幅を
制御することにより、酸化層の厚さを制御することがで
きる。レーザマーキング部の酸化層の厚さ、隆起厚さ、
あるいは材料表層除去厚さを制御することにより、識別
に好適なコントラストあるいは凹凸を有する、均質なマ
ーキングを得ることができる。

【０１０３】［Ｂ］本発明の第２実施例 図７は本発明に係るレーザマーキング装置の第２実施例
を示すものである。

【０１０４】このレーザマーキング装置４０はレーザ装
置としてパルスレーザ装置４１を用い、このレーザ装置
４１から発振されるパルスレーザビームＬＢp を気体４
２中で対象部材４３に照射し、対象部材４３の表面にマ
ーキング（印）を施すものである。

【０１０５】このレーザマーキング装置４０はパルスレ
ーザビームＬＢpの透過媒体である気体４２を封入した
開閉自在なセル容器のような密閉容器４４と、この密閉
容器４４の外部に設置されたレーザ装置としてのパルス
レーザ装置４１と、このパルスレーザ装置４１から発振
されるパルスレーザビームＬＢpを走査させる走査光学
系４５と、走査光学系４５で走査されるパルスレーザビ
ームＬＢpを絞り込んで照射する集束光学系４６と、前
記密閉容器４４内に設置された原子炉の構成部材，炉内
構造物，原子炉機器等の対象部材４３と、密閉容器４４
内にレーザビーム透過媒体（媒質）である気体４２を供
給する給気手段４７と、密閉容器４４内の気体４２を排
気する排気手段４８とを有する。

【０１０６】走査光学系４５には反射ミラー４９を備え
たミラー光学系，光ファイバを用いたファイバ光学系あ
るいはこれらを組み合せた光学系が用いられる。また、
集束光学系４６には透過窓５０および集光レンズ５１あ
るいは凹面鏡を組み合せた光学系が用いられ、透過窓５
０および集光レンズ５１は加工ヘッド等のスリーブ状の
ホルダ５２に保持される。ホルダ５２は密閉容器４４の
頂壁あるいはカバー４４ａに固定しても、また、カバー
４４ａを透明体で構成してこのカバー上方に設置し、走
査光学系４５とともにホルダ５２を移動自在に支持して
もよい。ホルダ５２を移動走査自在に保持する代りに、
密閉容器４４内に収容される対象部材４３を移動テーブ
ル等の移動台（図示せず）上に移動自在に支持してもよ
い。

【０１０７】また、給気手段４７は気体ボンベ等の気体
供給源５３を有し、この気体供給源５３から給気配管５
４が延びて密閉容器４４に接続される。給気配管５４に
はバルブ５５が設けられる一方、バルブ５５の下流側は
分岐され、複数の分岐管５４ａ，５４ｂが密閉容器４４
の側壁に高さを異にして接続され、レーザビーム透過媒
体である気体を密閉容器４４内に効率よく供給するよう
になっている。分岐管５４ａ，５４ｂにもバルブ５６が
設けられている。

【０１０８】さらに、密閉容器４４の側壁に排気手段４
８が設けられている。排気手段４８は密閉容器４４の側
壁に高さを異にして設けられた複数の排気管５８ａ，５
８ｂを備え、この排気管５８ａ，５８ｂは途中に合流さ
れ、排気ポンプ６０を介して外部に開放されている。排
気管５８ａ，５８ｂの途中にもバルブ６１が開閉自在に
設けられている。

【０１０９】一方、密閉容器４４内に形成される密閉空
間は、給気手段４７およ排気手段４８を適宜作動させる
ことにより、パルスレーザビームＬＢp を透過する透過
媒体である気体４２で満たされる。

【０１１０】次に、図７に示されたレーザマーキング装
置４０の作用を説明する。

【０１１１】このレーザマーキング装置４０を用いて対
象部材４３の表面にレーザマーキングを施す場合、セル
容器である密閉容器４４内を排気手段４８や給気手段４
７を作動させて、パルスレーザビームＬＢp を透過する
気体４２で満たし、この気体４２で満たされた密閉容器
４４の雰囲気内に対象部材４３を設置する。

【０１１２】しかして、密閉容器４４の外部に設置され
たパルスレーザ装置４１を作動させ、このパルスレーザ
装置４１から発振されるパルスレーザビームＬＢp を走
査光学系４５に案内して走査された後、集束光学系４６
で密閉容器４４の内部に導かれて集束され、対象部材４
３の表面上に集光されて照明される。このとき、気体４
２の雰囲気中で対象部材４３の材料表面に照射されるパ
ルスレーザビームＬＢp により、マーキングが施され
る。

【０１１３】密閉容器４４内の雰囲気は給気手段４７お
よび排気手段４８と連絡され、密閉容器４４内は気体供
給源５３および外気にそれぞれ連通可能に構成される。
給気手段４７および排気手段４８により密閉容器４４の
内部雰囲気の気体を交換し、好適な気体４２を密閉容器
４４内部に充填させることができる。

【０１１４】図７に示されたレーザマーキング装置４０
を用いて対象部材４３の表面にマーキングを施すと、次
の作用効果が得られる。

【０１１５】密閉容器４４の内部雰囲気（空間）に気体
４２を充填させ、内部に設置された対象部材４３の表面
に、パルスレーザ装置４１から発振されたパルスレーザ
ビームＬＢp を絞って照射すると、対象部材４３の材料
構成物質と材料表面に吸着した気体が化学反応を起こ
し、対象部材４３の表層に新しい化合物を形成したり、
また、対象部材４３はレーザビームの照射に伴う材料の
体積膨張で隆起したり、あるいは材料表層が除去される
等の現象が起こる。また、化学反応が生じない場合で
も、パルスレーザビーム照射面が溶融され体積膨張して
隆起する現象、あるいは溶融・蒸発，アブレーションに
よる表層の除去現象等が起こる。このような対象部材４
３の表層における化合物の形成、あるいは形状の変化に
より、対象部材４３の表面に識別可能なマーキングを施
すことができる。

【０１１６】対象部材４３の表層に新しい化合物を形成
し、この化合物の形成をマーキングに利用する方法の一
例としては、対象部材４３の表面のレーザビーム照射部
に酸化層を形成し、形成された酸化層と非照射部との色
の違いにより識別可能なマーキングとして認識する方法
がある。

【０１１７】対象部材４３の材料隆起現象あるいは表層
除去現象に着目し、これらの現象に伴う形状の変化をマ
ーキングに利用する方法の一例としては、レーザビーム
照射部の対象部材４３の材料隆起、または表層除去現象
を利用して、パルスレーザビーム照射部とその周辺の非
照射部との相対的な凹凸により識別可能なマーキングを
施す方法がある。

【０１１８】このレーザマーキング装置４０において
は、レーザ装置にパルスレーザ装置４１を使用するの
で、パルスレーザビームＬＢp によって対象部材４３の
表層への入熱を低減させることができ、対象部材４３に
及ぼす熱影響が少なく、耐食性が優れたレーザマーキン
グを行なうことができる。

【０１１９】（１）レーザマーキング装置（第２実施
例）の第１変形例 この変形におけるレーザマーキング装置４０の全体的な
構成は、図７に示すものと同様であり、異ならないが、
密閉容器４４内に充填される気体４２の組成を、酸素ガ
ス（Ｏ₂ ）、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）、過酸化水素水蒸気（Ｈ
₂ Ｏ₂ ）、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｒｎ）の少なくとも１成分を含む組成としたもので
ある。

【０１２０】レーザマーキング装置４０の密閉容器４４
内雰囲気に充填される気体４２を選択し、酸素ガス（Ｏ
₂ ）、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）、過酸化水素水蒸気（Ｈ
₂ Ｏ₂ ）、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｒｎ）の少なくとも１成分を含む組成を有する気体
を使用すると、第２実施例の作用効果に加えて、次の作
用効果を奏する。

【０１２１】酸素ガス（Ｏ₂ ）、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）、過
酸化水素水蒸気（Ｈ₂ Ｏ₂ ）、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎ
ｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）の少なくとも１成分を含
む気体中で、パルスレーザビームＬＢp を、対象部材の
表面に照射すると、対象部材表面のレーザビーム照射部
に酸化層が形成され、この酸化層がその周辺のレーザビ
ーム非照射部との色の違いにより識別可能となり、酸化
層からなるマーキングを施すことができる。

【０１２２】また、密閉容器４４の給気手段４７に気体
供給源５３として不活性ガスを充填したガスボンベを使
用し、この給気手段４７により密閉容器４４内に不活性
ガスを充填させる。この不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａ
ｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）のみから構成される気体４２中
で、パルスレーザビームＬＢp を、対象部材４３の表面
に照射すると、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ，Ｒｎ）は物質と反応し難いため、化合物は形成さ
れないが、パルスレーザビーム照射部の材料は隆起、ま
たは除去され、その周辺の非照射部との間に相対的な表
面の凹凸が生じ、この凹凸により識別可能なマーキング
を施すことができる。

【０１２３】さらに、酸素ガス（Ｏ₂ ）と不活性ガス
（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）から構成され
る混合気体中で、パルスレーザビームを対象部材の表面
に照射すると、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ，Ｒｎ）は物質と反応し難いため、対象部材表面に
酸化層のみを形成し、この酸化層によるレーザマーキン
グを施すことができる。このマーキング技術によれば、
耐食性に悪影響を及ぼす酸素以外の元素が、対象部材の
表層に化合物として入り込むことを防止することがで
き、耐食性を改善することができる。

【０１２４】（２）レーザマーキング装置（第２実施
例）の第２変形例 図８は第２実施例に示されたレーザマーキング装置４０
の第２変形例を示すものである。この変形例に示された
レーザマーキング装置４０は給気手段４７を改良する一
方、集束光学系４６を保持するホルダ５１に給気ノズル
６３を設け、この給気ノズル６３をホース等の供給配管
６４を介して給気手段４７の気体供給源５３に連通さ
せ、気体４２を対象部材４３のレーザビーム照射部に吹
き付けるようにし、吹付給気手段６７を構成したもので
ある。この吹付給気手段６７はレーザビーム照射部を冷
却する冷却手段を構成している。

【０１２５】気体供給源５３から供給される気体４２は
供給ポンプ６５により加圧された後、供給配管６４を経
て密閉容器４４内に入り、吹付給気手段６７の給気ノズ
ル６３から対象部材４３表面のレーザビーム照射部に吹
き付けられるようになっている。符号６６はバルブであ
る。

【０１２６】図８に示されたレーザマーキング装置４０
においては、気体供給源５３からの気体（流体）４２を
パルスレーザビーム照射部に吹き付けることにより、冷
却の効果をさらに高めることができ、熱影響が少なく、
耐食性の良いマーキングを施すことができる。

【０１２７】（３）レーザマーキング装置（第２実施
例）の第３変形例 この変形例に示されたレーザマーキング装置４０は図９
に示すものである。このレーザマーキング装置４０は集
束光学系４６を保持するホルダ５１に排気ノズル６８を
設けたものである。排気ノズル６８のノズル口は対象部
材４３のパルスレーザビーム照射部に向けて指向される
一方、排気ノズル６８には排気配管６９が接続されてい
る。排気配管６９は密閉容器４４の頂壁あるいはカバー
４４ａを貫いて外部に延びており、密閉容器４４の外部
に設置された排気ポンプ７０にフィルタ７１を介して接
続している。排気ポンプ７０の吐出側は外気に開放さ
れ、対象部材４３の表面近傍の気体を吸引して排気する
吸引排気手段７４を構成している。符号７２は開閉バル
ブである。

【０１２８】このレーザマーキング装置４０は対象部材
４３に照射されるパルスレーザビームＬＢp のレーザビ
ーム照射部近傍の気体を積極的に吸引する吸引排気手段
７４を設け、この吸引排気手段７４でレーザビーム照射
部を冷却する冷却手段を構成したものである。

【０１２９】図９に示されたレーザマーキング装置４０
の他の構成は、図７に示すものと異ならないので、同一
符号を付して説明を省略する。

【０１３０】このレーザマーキング装置４０によれば、
パルスレーザ装置４１から発振されるパルスレーザビー
ムＬＢp を走査光学系４５で走査し、集束光学系４６で
密閉容器４４内に案内して集束させ、密閉容器４４内の
気体雰囲気に設置された対象部材４３に照射され、この
対象部材４３の表面にパルスレーザビームＬＢp による
マーキングが施される。

【０１３１】対象部材４３の表面にパルスレーザビーム
ＬＢp を照射してマーキングを施している間に排気ポン
プ７０を作動させて、吸引排気手段７４を駆動させる。
この駆動により、パルスレーザビーム照射面の近傍にあ
る気体を吸引し、外気中に排出される。その際、マーキ
ング加工により発生した飛散物はノズルを通じて容器内
部からホース内に吸い込まれ、フィルタで飛散物が除去
される。

【０１３２】すなわち、吸引排気手段７４を駆動させる
ことにより、対象部材４３のパルスレーザビーム照射部
に気体の流れが発生し、レーザビーム照射部が次々の新
しい気体と接触し、積極的に冷却されるので、冷却の効
果がさらに高められるとともに、マーキング加工により
発生した飛散物が除去され、構造物表面への付着を防止
できる。したがって、対象部材の表面に悪影響を及ぼす
ことがなく、かつ、熱影響が少なく耐食性の良好なマー
キングを施すことができる。

【０１３３】（４）レーザマーキング装置（第２実施
例）の第４変形例 この変形例ではレーザマーキング装置４０に用いられる
レーザ装置としてパルスレーザ装置４１が用いられる
が、このパルスレーザ装置４１から発振されるパルスレ
ーザビームＬＢp はパルス時間幅が１μｓ以下にコント
ロールされる。このパルスレーザ装置４１としてＱスイ
ッチレーザ、モードロックレーザ等が使用され、そのパ
ルスレーザビームＬＢp のパルス時間幅を１μｓ以下と
するものである。

【０１３４】この第４変形例のレーザマーキング装置４
０によれば、図７のレーザマーキング装置４０で得られ
る作用効果に加えて、パルスレーザビームＬＢp のパル
ス時間幅を１μｓ以下とすることにより、さらに対象部
材４３に及ぼされる熱影響が少なく、耐食性がより一層
良好なマーキングを施すことができる。

【０１３５】（５）レーザマーキング装置（第２実施
例）の第５変形例 この変形例のレーザマーキング装置４０は、対象部材４
３の表面にマーキングを施す際、図６に示すように、パ
ルスレーザビームＬＢp の集光スポット３５が重なり合
うようにレーザビームを走査してライン状のマーキング
を施すものである。

【０１３６】図６はパルスレーザビームの操作方法を示
す図である。

【０１３７】このレーザマーキング装置４０において
は、図７に示されたレーザマーキング装置で得られる作
用効果に加えて、次の作用効果が得られる。

【０１３８】レーザマーキング装置４０のパルスレーザ
装置４１から発振されるパルスレーザビームＬＢp が対
象部材４３に照射される際、対象部材４３の表面に照射
されるパルスレーザビームＬＢp の照射スポット３５に
おけるレーザビームのパワー密度は一般に、スポット周
辺部が中心部よりも低くなる。対象部材４３にライン状
のマーキングを施す際、図６に示すように、照射スポッ
ト３５の周辺部が重なりを持つようにパルスレーザビー
ムＬＢp を走査してライン状にマーキングを施せば、走
査方向に連続的なレーザ照射効果を与えることができ、
均質なマーキングを施すことができる。

【０１３９】（６）レーザマーキング装置（第２実施
例）の第６変形例 この変形例のレーザマーキング装置４０は、対象部材４
３の表面にパルスレーザビームＬＢp を用いてマーキン
グ（印）として酸化層または凹凸を形成した例である。
この場合には、レーザ装置としてのパルスレーザ装置４
１の運転制御を行なって、発振されるパルスレーザビー
ムＬＢp のエネルギーまたはパルス時間幅制御を行なう
ようにしたものである。

【０１４０】このレーザマーキング装置４０において
は、対象部材４３の表面にパルスレーザ装置４１からパ
ルスレーザビームＬＢp が照射されるが、パルスレーザ
照射部における材料表層の隆起厚さ、または材料除去厚
さはレーザビーム照射面が１パルス当りに受ける単位面
積当りのエネルギーに強く依存している。したがって、
パルスレーザビームＬＢp のエネルギーあるいはパルス
時間幅を制御することにより、パルスレーザビーム照射
面が１パルス当りに受ける単位面積当りのエネルギーを
コントロールすれば、材料表層の隆起厚さまたは材料除
去厚さを制御することが可能になる。

【０１４１】密閉容器４４内の雰囲気に酸素元素を含む
気体を用いる場合においては、パルスレーザビームＬＢ
p のエネルギーやパルス時間幅の制御によりレーザ照射
材料の深さ方向の温度分布のコントロールを行なうと、
深さ方向の温度分布と酸素の拡散層の深さ、すなわち酸
化層の厚さは相関があるため、結果として、酸化層の厚
さを制御することが可能になる。

【０１４２】マーキング部の酸化層の厚さ、隆起厚さ、
あるいは材料除去厚さを制御することにより、識別に好
適なコントラストあるいは凹凸を有する均質なマーキン
グを得ることができる。

【０１４３】（７）レーザマーキング装置（第２実施
例）の第７変形例 この変形例におけるレーザマーキング装置４０は給気手
段４７に、例えば酸素ガス給気手段と不活性ガス給気手
段を独立して複数系統設け、複数系統の給気手段４７の
作動を調節制御して密閉容器４４内に充填される雰囲気
気体の組成比を制御したものである。このレーザマーキ
ング装置４０は図７に示されたレーザマーキング装置と
給気手段４７の系統数が異なるだけであり、全体的な構
成は異ならない。

【０１４４】密閉容器４４内に充填される雰囲気気体４
２の組成比の制御を行なうことにより、このレーザマー
キング装置４０は図７に示すものに加えて次の作用効果
を奏する。

【０１４５】密閉容器４４内に、例えば、酸素ガス（Ｏ
₂ ）と不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒ
ｎ）から成る混合ガスを雰囲気として使用すると、酸素
ガス（Ｏ₂ ）の比率の増加に伴う酸化層の厚さが増加す
るため、両者の組成比率を制御することによって酸化層
の厚さを制御することができる。このように、雰囲気気
体の組成比の制御を行なうことにより酸化層の厚さを制
御することができ、マーキング部の酸化層の厚さを制御
することにより、識別に好適なコントラストを均質な品
質で得ることができる。

【０１４６】［Ｃ］本発明の第３実施例 図１０は本発明に係るレーザマーキング装置の第３実施
例を示すものである。

【０１４７】この実施例に示されたレーザマーキング装
置８０は、対象部材８１にジルコニウム合金製部材を用
い、このジルコニウム合金製対象部材８１の表面にレー
ザ装置８２からのレーザビームＬＢの照射によりマーキ
ングを施すものである。このレーザマーキング装置８０
は密閉容器８３内に窒素ガス（Ｎ₂ ）含有量が重量比で
５０ｗｔ％以下のレーザビームＬＢを透過する気体８４
が封入される。対象部材８１としては原子炉の構成部
材，炉内構造物，制御関連部材等がある。

【０１４８】このレーザマーキング装置８０は、レーザ
ビーム透過媒体（媒質）として気体８４を封入した真空
セル容器である密閉容器８３と、この密閉容器８３の外
部に設置されたレーザ装置８２と、このレーザ装置８２
から発振されるレーザビームＬＢを走査する走査光学系
８５と、走査光学系８５で走査させるレーザビームＬＢ
を絞り込んで密閉容器８３内に照射する集束光学系８６
と、密閉容器８３内に設置される原子炉の構成部材等で
あるジルコニウム合金製の対象部材８１と、密閉容器８
３内にレーザビーム透過媒体である気体８４を供給する
給気手段８７と、密閉容器８３内を吸引して排気する排
気手段８８とを有する。

【０１４９】走査光学系８５には反射ミラー８９を備え
たミラー光学系，光ファイバを用いたファイバ光学系あ
るいはこれらを組み合せた光学系が用いられる一方、集
束光学系８６には透過窓９０および集光レンズ９１ある
いは凹面鏡を組み合せた光学系が用いられる。透過窓９
０および集光レンズ９１は加工ヘッド等のスリーブ状ホ
ルダ９２に保持される。ホルダ９２は密閉容器８３の頂
壁あるいはカバー８３ａに固定しても、またカバー８３
ａを透明体で構成してカバー上方に設置し、走査光学系
８５と一体にホルダ９２を移動自在に支持してもよい。
走査光学系８５および集束光学系８６を移動走査自在に
保持する代りに、密閉容器８３内に収納される対象部材
８１を移動テーブル等の移動台（図示せず）上に設置
し、移動自在としてもよい。

【０１５０】また、給気手段８７は気体ボンベ等の気体
供給源９３を有し、この気体供給源９３から延びる給気
配管９４が密閉容器８３に接続される。給気配管９４に
はバルブ９５が設けられる。

【０１５１】また、密閉容器８３の側壁に排気手段８８
が設けられる。排気手段８８は密閉容器８３の側壁に設
けられた排気配管９８を備え、この排気配管９８は途中
にバルブ９９，真空ポンプ１００を備えて外気に開放し
ている。

【０１５２】次に、レーザマーキング装置８０の作用を
説明する。

【０１５３】図１０に示すように真空セル容器としての
密閉容器８３の内部にジルコニウム合金製の対象部材８
１が設置されており、密閉容器８３内は初めに排気手段
８８の真空ポンプ１００がポンプ作動して真空化され、
密閉容器８３の内壁に吸着した窒素ガス（Ｎ₂ ）を取り
除く。続いて、密閉容器８３内の空間（雰囲気）に給気
手段８７により気体供給源９３からレーザビーム透過媒
体の気体８４を供給し、この気体８４で密閉容器８３内
を満たす。気体供給源９３には、例えば気体ボンベによ
り窒素ガス（Ｎ₂ ）含有量が５０ｗｔ％以下の気体が貯
溜されている。

【０１５４】密閉容器８３内に窒素ガス（Ｎ₂ ）含有量
が５０ｗｔ％以下の気体を充填させた後、密閉容器８３
の外部に設置されたレーザ装置８２からレーザビームＬ
Ｂを発振させ、発振されたレーザビームＬＢを走査光学
系８５で走査し、集束光学系８６により密閉容器８３内
に案内して集束させ、密閉容器８３内に設置されたジル
コニウム合金製の対象部材８１に照射する。

【０１５５】レーザビームＬＢをレーザビーム透過媒体
の気体８４中でジルコニウム合金製対象部材８１に照射
すると、レーザビームＬＢが照射された対象部材８１の
材料表面では材料構成物質と材料表面に吸着した気体が
化学反応を起こし、材料の表層に新しい化合物が形成さ
れたり、あるいは材料の表面が体積膨張して隆起した
り、材料の表層が除去される等の現象が起こる。また、
化学反応が生じない場合でも、パルスレーザビーム照射
面が溶融され体積膨張して隆起する現象、あるいは溶融
・蒸発、またはアブレーションによる表層の除去現象等
が起こる。このような表層における化合物の形成あるい
は形状の変化により、ジルコニウム合金製対象部材の表
面に識別可能なマーキングを施すことができる。

【０１５６】化合物の形成をマーキングに利用する方法
の一例としては、ジルコニウム合金製対象部材８１の表
面のレーザビーム照射部に酸化層をマーキングとして形
成し、この酸化層とその周辺の非照射部との色の違いに
よりマーキングを識別可能としたものである。

【０１５７】形状の変化をマーキングに利用する方法の
一例としては、レーザビーム照射部の材料の隆起または
表層除去現象で形成される凹凸をマーキングとして利用
し、周辺のレーザビーム非照射部との相対的な凹凸によ
りマーキングを識別可能としたものである。ジルコニウ
ム合金製対象部材８１の表層に窒素化物が形成されると
耐食性が低減することが知られている。したがって、こ
の窒化物の形成を防止するため、雰囲気気体中のＮ₂ 含
有量をできるだけ低減させ、これによりマーキング部の
耐食性低下を有効に防止している。

【０１５８】（１）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第１変形例 このレーザマーキング装置８０の全体構成は、図１０に
示すものと異ならないが、このレーザマーキング装置８
０は給気手段８７から密閉容器８３の雰囲気に供給され
る気体８４の組成を、酸素ガス（Ｏ₂ ）、水蒸気（Ｈ₂
Ｏ）、過酸化水素水蒸気（Ｈ₂ Ｏ₂ ）、不活性ガス（Ｈ
ｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）の少なくとも１成
分を含む組成としたものである。

【０１５９】密閉容器８３の雰囲気気体に、酸素ガス
（Ｏ₂ ）、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）、過酸化水素水蒸気（Ｈ₂
Ｏ₂ ）、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，
Ｒｎ）の少なくとも１成分を含む組成を有する気体を使
用したレーザマーキング装置８０を用いると、図１０に
示したレーザマーキング装置の作用効果に加えて次の作
用効果を奏する。

【０１６０】このレーザマーキング装置８０は、酸素ガ
ス（Ｏ₂ ）、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）、過酸化水素水蒸気（Ｈ
₂ Ｏ₂ ）、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｒｎ）の少なくとも１成分を含む気体中で、レーザ
ビームを、ジルコニウム合金製対象部材８１の表面に照
射すると、ジルコニウム合金製対象部材８１表面のレー
ザビーム照射部に酸化層がマーキングとして形成され、
この酸化層とレーザビーム非照射部との色の違いにより
マーキングとして識別可能となる。

【０１６１】また、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）のみから構成される気体中で、レーザ
ビームＬＢを、ジルコニウム合金製対象部材８１の表面
に照射すると、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ，Ｒｎ）は物質と反応し難いため、化合物は形成さ
れないが、レーザビーム照射部の材料は隆起または表層
が除去され、レーザビーム非照射部との間に相対的な表
面の凹凸によりマーキングとして識別可能となる。

【０１６２】また、酸素ガス（Ｏ₂ ）と不活性ガス（Ｈ
ｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）から構成される混
合気体中で、レーザビームをジルコニウム合金製対象部
材８１の表面に照射すると、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，
Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）は物質と反応し難いため、対
象部材８１の表面に酸化層のみを形成し、この酸化層を
マーキングとすることができる。このマーキング技術に
よれば、耐食性に悪影響を及ぼす酸素以外の元素が、ジ
ルコニウム合金製対象部材８１の表層に化合物として入
り込むのを有効的に防止することができる。

【０１６３】（２）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第２変形例 この変形例のマーキング装置８０は図１１に示すよう
に、対象部材８１のレーザビーム照射部に気体８４を吹
き付ける吹付給気手段１０２を備えたものである。他の
構成は、図１０に示すレーザマーキング装置と異ならな
いので同一符号を付して説明を省略する。

【０１６４】吹付給気手段１０２は集束光学系８６を保
持するホルダ９２に取り付けられた給気ノズル１０３を
備え、この給気ノズル１０３は給気配管１０４を介して
給気供給源９３に連結される一方、給気配管１０４には
密閉容器８３の外側に給気ポンプ１０５が備えられ、こ
の給気ポンプ１０５で給気供給源９３からの気体８４を
加圧し、給気ノズル１０３から吹き出すようになってい
る。給気ノズル１０３のノズル口は対象部材８１のレー
ザビーム照射部を向くように指向される。なお、符号１
０６はバルブである。

【０１６５】このレーザマーキング装置８０において
は、マーキング時に、給気供給源９３からレーザビーム
透過媒体の気体が給気配管１０４を介して給気ポンプ１
０５に送られ、この給気ポンプ１０５で加圧された後、
給気配管１０４を通して給気ノズル１０３によりジルコ
ニウム合金製の対象部材８１表面に、レーザビーム照射
中に吹き付けられる。

【０１６６】図１１に示すレーザマーキング装置８０は
レーザ装置８３からジルコニウム合金製対象部材８１に
レーザビームＬＢを絞り込んで照射し、マーキングを形
成している間に、吹付給気手段１０２の給気ノズル１０
３から気体（流体）８４をレーザビーム照射部に吹き付
けることにより、冷却の効果をさらに高めることがで
き、熱影響の少ない、耐食性の良いマーキングを施すこ
とができる。

【０１６７】（３）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第３変形例 この変形例のマーキング装置８０は図１２に示すよう
に、図１０に示すレーザマーキング装置８０に吸引排気
手段１０８を備え、ジルコニウム合金製対象部材８１の
レーザビーム照射面近傍の気体を吸引し、外部に放出す
るようにしたものである。他の構成は図１０のレーザマ
ーキング装置８０と異ならないので説明を省略する。

【０１６８】吸引排気手段１０８は集束光学系８６を保
持したホルダ９２に取り付けられた排気ノズル１０９を
有し、この吸引ノズル１０９からの排気配管１１０は密
閉容器８３の頂壁あるいはカバー８３ａを通して外部に
延設される。排気配管１１０には密閉容器８３の外部で
バルブ１１１，フィルタ１１２および排気ポンプ１１３
が設置され、排気ポンプ１１３の吐出側は大気に開放さ
れている。

【０１６９】このレーザマーキング装置８０は吸引排気
手段１０８を備え、吸引排気手段１０８の吸引ノズル１
０９はそのノズル口がジルコニウム合金製の対象部材８
１に指向されている。そして、吸引排気手段１０８の排
気ポンプ１の作動により、レーザビーム照射面の近傍に
ある気体とマーキング加工により発生した飛散物は吸引
ノズル１０９を通じて密閉容器８３内部から排気配管１
１０内に吸い込まれ、フィルタ１１２で飛散物が除去さ
れた後、気体は外気に排出される。

【０１７０】このレーザマーキング装置８０によれば、
第３実施例の作用効果に加えて、次の作用効果を奏す
る。

【０１７１】このレーザマーキング装置８０においては
ジルコニウム合金製対象部材８１の表面のレーザビーム
照射部付近の気体が吸引排気手段１０８により吸引され
て外気に放出される。このため、レーザビーム照射部付
近に気体の流れが生じ、次々と新しい気体が対象部材８
１の表面に接触し、レーザビーム照射部を冷却するの
で、冷却の効果がさらに高められるとともに、マーキン
グ加工により発生した飛散物が除去され、構造物表面へ
の付着を防止できる。したがって、ジルコニウム合金製
対象部材８１の表面に悪影響を及ぼすことがなく、か
つ、熱影響が少なく耐食性の良好なマーキングを施すこ
とができる。

【０１７２】（４）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第４変形例 この変形例においては、レーザ装置８２としてパルスレ
ーザ装置を用い、このパルスレーザ装置の作動を制御
し、発振されるパルスレーザビームのパルス時間幅を１
μｓ以下としたものである。他の構成は図１０に示した
レーザマーキング装置８０と異ならない。

【０１７３】レーザ装置８２としてＱスイッチレーザ、
モードロックレーザ等のパルスレーザ装置を使用し、こ
のパルスレーザビームのパルス時間幅を１μｓ以下とす
ることにより、さらに熱影響が少なく、耐食性の良いマ
ーキングを施すことができる。

【０１７４】（５）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第５変形例 この変形例においては、レーザ装置８２としてパルスレ
ーザ装置を使用し、ジルコニウム合金製対象部材８１の
表面にマーキングを施す際、図６に示すように、パルス
レーザの集光スポット３５が重なり合うようにパルスレ
ーザビームＬＢp を走査してライン状のマーキングを施
したものである。他の構成は図１０に示すレーザマーキ
ング装置と異ならない。

【０１７５】このレーザマーキング装置８０において
は、ジルコニウム合金製対象部材８１の表面に、図６に
示すように、パルスレーザの集光スポット３５が重なり
合うようにレーザビームを走査してライン状のマーキン
グを施す。

【０１７６】第５変形例によれば、図１０に示すレーザ
マーキング装置８０の作用効果に加えて、次の作用効果
を奏する。

【０１７７】パルスレーザ装置から対象部材８１にパル
スレーザビームを照射する際、集光スポット３５におけ
るレーザのパワー密度は一般に、スポット周辺部が中心
部よりも低くなる。対象部材８１にライン状のマーキン
グを施す際、図６に示すように、集光スポット３５の周
辺部が重なりを持つようにパルスレーザビームを走査し
てライン状にマーキングを施せば、走査方向に連続的な
レーザ照射効果を与えることができ、均質なマーキング
を行なうことができる。

【０１７８】（６）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第６変形例 この変形例では、レーザ装置８２としてＣＷレーザ装置
を用い、このＣＷレーザ装置から発振されるＣＷレーザ
ビームＬＢc をジルコニウム合金製の対象部材８１の表
面に照射して、マーキングを施すもので、全体的な構成
は図１０に示すレーザマーキング装置と異ならない。密
閉容器８３内には酸素元素を含むレーザビーム透過媒体
である気体８４が充填される。

【０１７９】ＣＷレーザ装置を作動制御し、発振される
ＣＷレーザビームＬＢc のパワーまたは、ＣＷレーザビ
ームＬＢc の走査速度をコントロールすることにより、
ジルコニウム合金製対象部材８１の表面に酸化層を形成
し、この酸化層をマーキングとして利用することができ
る。

【０１８０】第６変形例のレーザマーキング装置８０に
よれば、図１０に示すレーザマーキング装置の作用効果
に加え、次の作用効果を奏する。

【０１８１】このレーザマーキング装置８０で酸素元素
を含む気体を密閉容器８３に充填させ、酸素元素を含む
気体の雰囲気中にジルコニウム合金製対象部材８１を設
置し、この対象部材８１にＣＷレーザ装置から発振され
たＣＷレーザビームＬＢc を照射すると、このＣＷレー
ザビームの照射により形成される酸化層の厚さとレーザ
ビーム照射面が受ける単位面積当りのレーザパワーの間
には強い相関がある。

【０１８２】すなわち、対象部材８１であるレーザ照射
材料の深さ方向の温度分布はレーザビーム照射面が受け
る単位面積当りのレーザパワーによって決められ、一
方、酸素の拡散層の深さ、すなわち、酸化層の厚さは深
さ方向の温度分布に依存する。したがって、レーザビー
ムのパワーあるいはビームの走査速度を制御することに
より、レーザビーム照射面が受ける単位面積当りのレー
ザパワーをコントロールすれば、レーザ照射材料の深さ
方向の温度分布を制御することができる。したがって、
酸素の拡散層の深さを制御でき、結果として、酸化層の
厚さを制御することができる。マーキング部の酸化層の
厚さを制御することにより、識別に好適なコントラスト
を有する均質なマーキングを得ることができる。

【０１８３】（７）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第７変形例 この変形例はレーザ装置８２としてパルスレーザ装置を
用いて、ジルコニウム合金製対象部材８１の表面にマー
キング（印）として酸化層または凹凸を形成したもので
ある。他の構成は図１０に示すレーザマーキング装置８
０と異ならない。

【０１８４】レーザ装置８２にパルスレーザ装置を用
い、このパルスレーザ装置の作動制御を行なって、発振
されるパルスレーザビームＬＢp のエネルギーまたはパ
ルス時間幅の制御を行なうことにより、図１０に示した
レーザマーキング装置の作用効果に加え、次の作用効果
を奏する。

【０１８５】このレーザマーキング装置８０において、
パルスレーザ装置から発振されるパルスレーザビームＬ
Ｂp のエネルギーまたはパルス時間幅の制御を行なうこ
とにより、ジルコニウム合金製対象部材８１のレーザ照
射部における材料表層の隆起厚さ、または材料表層の除
去厚さはレーザビーム照射面が１パルス当りに受ける単
位面積当りのエネルギーに強く依存している。したがっ
て、パルスエネルギーあるいはパルス時間幅を制御する
ことにより、レーザビーム照射面が１パルス当りに受け
る単位面積当りのエネルギーをコントロールすれば、材
料表層の隆起厚さまたは材料表層の除去厚さを制御する
ことが可能になる。

【０１８６】ジルコニウム合金製対象部材８１を密閉容
器８３内に収容し、この密閉容器８３の雰囲気に酸素を
含む気体８４を用いる場合においては、パルスレーザ装
置の同様の作動制御によりレーザ照射材料の深さ方向の
温度分布のコントロールを行なうことができ、深さ方向
の温度分布と酸素の拡散層の深さ、すなわち酸化層の厚
さは相関があるため、結果として、酸化層の厚さを制御
することが可能になる。

【０１８７】マーキング部の酸化層の厚さ、隆起厚さあ
るいは材料除去厚さを制御することにより、識別に好適
なコントラストあるいは凹凸を有する均質なマーキング
を得ることができる。

【０１８８】（８）レーザマーキング装置（第３実施
例）の第８変形例 この変形例においては、給気手段８７を複数系統設け、
各系統の給気手段８７から密閉容器８３内に供給される
種類を異にする種々の気体８４を個別にコントロールす
ることにより、密閉容器８３内雰囲気気体８４の組成比
制御を行なってレーザマーキングを施すものである。全
体的な構成は、種々の気体用給気手段８７を複数系統設
ける以外、図１０に示すレーザマーキング装置８０と異
ならないので、同一符号を付して説明を省略する。

【０１８９】第８変形例のレーザマーキング装置８０に
おいては、密閉容器８３に充填されるレーザビーム透過
媒体の気体８４の組成比を制御し、例えば、酸素ガス
（Ｏ₂）と不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｒｎ）から成る混合気を雰囲気として使用すると、
酸素ガス（Ｏ₂ ）の比率の増加に伴い酸化層の厚さが増
加するため、両者比率を制御することによって酸化層の
厚さを制御することができる。このように、すなわち、
雰囲気気体の組成比の制御を行なうことにより酸化層の
厚さをコントロールすることができる。マーキング部の
酸化層の厚さを制御することにより、識別に好適なコン
トラストを均一な品質で得ることができる。

【０１９０】［Ｄ］本発明の第４実施例 図１３は本発明に係るレーザマーキング装置の第４実施
例を示すものである。

【０１９１】この実施例に示されたレーザマーキング装
置１２０は、対象部材１２１にステンレス鋼製部材を用
い、レーザビーム透過媒体として水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）含有
量が所要量、例えば１×１０^-6ｇ／cm³ 以下の気体１２
２中でステンレス鋼製対象部材１２１にレーザビームＬ
Ｂを照射し、対象部材１２１の表面にマーキング（印）
を施すものである。対象部材として原子炉の構成部材，
炉内構造物，制御棒等関連部材がある。

【０１９２】このレーザマーキング装置１２０は、レー
ザビーム透過媒体として気体１２２を封入した真空セル
容器である密閉容器１２３と、この密閉容器１２３の外
部に設置されたレーザ装置１２４と、このレーザ装置１
２４から発振されるレーザビームＬＢを走査する走査光
学系１２５と、走査光学系１２５で走査させるレーザビ
ームＬＢを絞り込んで密閉容器１２３内に照射する集束
光学系１２６と、密閉容器１２３内に設置される原子炉
の構成部材であるステンレス鋼製の対象部材１２１と、
密閉容器１２３内にレーザビーム透過媒体である気体１
２２を供給する給気手段１２７と、密閉容器１２３内を
吸引して排気する排気手段１２８とを有する。

【０１９３】走査光学系１２５には反射ミラー１２９を
備えたミラー光学系，光ファイバを用いたファイバ光学
系あるいはこれらを組み合せた光学系が用いられる一
方、集束光学系１２６には透過窓１３０および集光レン
ズ１３１あるいは凹面鏡を組み合せた光学系が用いられ
る。透過窓１３０および集光レンズ１３１は加工ヘッド
等のスリーブ状ホルダ１３２に保持される。ホルダ１３
２は密閉容器１２３の頂壁あるいはカバー１２３ａに固
定しても、またカバー１２３ａを透明体で構成してカバ
ー上方に設置し、走査光学系１２５と一体にホルダ１３
２を移動自在に支持してもよい。走査光学系１２５およ
び集束光学系１２６を移動走査自在に保持する代りに、
密閉容器１２３内に収納される対象部材１２１を移動テ
ーブル等の移動台（図示せず）上に設置し、移動自在と
してもよい。

【０１９４】また、給気手段１２７は気体ボンベ等の気
体供給源１３３を有し、この気体供給源１３３から延び
る給気配管１３４が除湿装置１３５を介して密閉容器１
２３に接続される。給気配管１３４にはバルブ１３６が
設けられる。除湿装置１３５は気体供給源１３３から供
給されるレーザ透過媒体としての気体を除湿し、水蒸気
含有量が所要量、例えば１×１０^-6ｇ／cm³ 以下となる
ように低減させている。

【０１９５】また、密閉容器１２３の側壁に排気手段１
２８が設けられる。排気手段１２８は密閉容器１２３の
側壁に設けられた排気配管１３８を備え、この排気配管
１３８は途中にバルブ１３９，真空ポンプ１４０を備え
て外気に開放している。

【０１９６】次に、レーザマーキング装置１２０の作用
を説明する。

【０１９７】図１３に示すように真空セル容器としての
密閉容器１２３の内部にステンレス鋼製の対象部材１２
１が設置されており、密閉容器１２３内は初めに排気手
段１２８の真空ポンプ１４０がポンプ作動して真空化さ
れ、密閉容器１２３の内壁に付着したＨ₂ Ｏを取り除
く。続いて、密閉容器１２３内の空間（雰囲気）に給気
手段１２７により気体供給源１３３からレーザビーム透
過媒体の気体１２２を供給する。供給される気体は途中
で除湿装置１３５により除湿され、水蒸気含有量が所要
量、例えば１×１０^-6ｇ／cm³ 以下に低減され、この水
蒸気を含有する気体が密閉容器１２３内に充填される。

【０１９８】一方、密閉容器１２３の外部にレーザ装置
１２４が設置され、このレーザ装置１２４から発振され
たレーザビームＬＢは走査光学系１２５を走査されて集
束光学系１２６により密閉容器１２３内に案内されて絞
られ、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）の含有量が例えば１×１０^-6ｇ
／cm³ 以下の気体の雰囲気で、ステンレス鋼製対象部材
１２１の材料表面に照射され、マーキングが施される。

【０１９９】このレーザマーキング装置１２０において
は、レーザ装置１２４から発振されるレーザービームＬ
Ｂを水蒸気含有量が例えば１×１０^-6ｇ／cm³ 以下の気
体１２２中でステンレス鋼製対象部材１２１に照射す
る。この対象部材１２１の表面に気体中でレーザビーム
ＬＢを照射すると、材料構成物質と材料表面に吸着した
気体が化学反応を起こし、材料の表層に新しい化合物が
形成されたり、あるいは材料表面の加熱溶融による体積
膨張や材料の表層が除去される等の現象が起こる。

【０２００】また、化学反応が生じない場合でも、パル
スレーザビーム照射面が溶融され体積膨張して隆起する
現象、あるいは溶融・蒸発、またはアブレーションによ
る表層の除去現象等が起こる。このような表層における
化合物の形成あるいは凹凸による形状の変化により、ス
テンレス鋼製対象部材１２１の表面に識別可能なマーキ
ングを施すことができる。

【０２０１】化合物の形成をマーキングに利用する方法
の一例としては、ステンレス鋼製対象部材１２１の表面
のレーザビーム照射部に酸化層をマーキングとして形成
し、この酸化層と非照射部との色の違いによりマーキン
グを識別可能となっている。

【０２０２】形状の変化を利用する方法の一例として
は、レーザビーム照射部の材料の隆起または表層の除去
現象による凹凸をマーキングとして利用して、周辺の非
照射部との間の相対的な凹凸により識別可能としたもの
である。

【０２０３】また、マーキングが施される対象部材１２
１をステンレス鋼で形成すると、ステンレス鋼の場合、
表層に水素化物が形成されると耐食性が低減することが
知られている。したがって、雰囲気気体中のＨ₂ Ｏ含有
量を低減することにより、レーザビーム照射時に被加工
材料表層に形成される水素化物量を低下させ、被加工材
料の水素脆化を防止し、マーキング部の耐食性低下を食
い止めることができる。

【０２０４】（１）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第１変形例 この変形例においては、レーザマーキング装置１２０の
全体的な構成は、図１３に示されるものと異ならない
が、密閉容器１２３内の雰囲気に充填される気体に酸素
ガス（Ｏ₂ ）および不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）の少なくとも１成分を含む組成の気体
１２２を用いたものである。

【０２０５】密閉容器１２３内の雰囲気気体１２２に、
酸素ガス（Ｏ₂ ）および不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａ
ｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）の少なくとも１成分を含む組成
を有する気体を使用することにより、図１３のレーザマ
ーキング装置１２０の作用効果に加えて、次の作用効果
を奏する。

【０２０６】密閉容器１２３に充填される気体１２２に
酸素ガス（Ｏ₂ ）を成分として含む場合、この気体１２
２中に設置されたステンレス鋼製の対象部材１２１にレ
ーザ装置１２４からレーザビームＬＢを照射すると、ス
テンレス鋼製対象部材１２１の表面のレーザビーム照射
部に酸化層が形成され、黒化する。この酸化層形成部と
非照射部との間の色の違いにより、酸化層を識別可能な
マーキングとして認識でき、対象部材１２１の表面に識
別可能なマーキングを施すことができる。

【０２０７】密閉容器１２３に充填される気体１２２を
不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）の
気体中で、レーザビームを、ステンレス鋼製対象部材１
２１の表面に照射すると、不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａ
ｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）は物質と反応し難いため、化合
物は形成されないが、レーザ照射部の材料は加熱による
体積膨張で隆起したり、または表層が除去され、非照射
部との間に相対的な表面の凹凸が生じ、この凹凸をマー
キングとして認識でき、対象部材１２１の表面に識別可
能なマーキングを施すことができる。

【０２０８】また、密閉容器１２３に充填される気体１
２２が、酸素ガス（Ｏ₂ ）と不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，
Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）との混合気で構成される場
合、この混合気中で、レーザビームをステンレス鋼製対
象部材１２１の表面に照射すると、不活性ガス（Ｈｅ，
Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）は物質と反応し難いた
め、対象部材１２１の表面に酸化層のみを形成しマーキ
ングを施すことができる。このマーキング技術によれ
ば、耐食性に悪影響を及ぼす酸素以外の元素が、ステン
レス鋼製対象部材１２１の表層に化合物として入り込む
ことを防止することができる。

【０２０９】（２）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第２変形例 図１４はレーザマーキング装置１２０の第２変形例を示
すものである。このレーザマーキング装置１２０は、ス
テンレス鋼製対象部材１２１のレーザビーム照射部に気
体１２２の吹付給気手段１４４を備えたものである。他
の構成は、図１３に示すレーザマーキング装置と異なら
ないので同一符号を付して説明を省略する。

【０２１０】吹付給気手段１４４は集束光学系１２６を
保持するホルダ１３２に取り付けられた給気ノズル１４
５を備え、この給気ノズル１４５は給気配管１４６を介
して給気供給源１３３に除湿装置１３５を介して連結さ
れる一方、給気配管１４６には密閉容器１２３の外側に
給気ポンプ１４７が備えられ、この給気ポンプ１４７で
給気供給源１３３からの気体１２２を加圧し、給気ノズ
ル１４５から吹き出すようになっている。給気ノズル１
４５のノズル口は対象部材１２１のレーザビーム照射部
を向くように指向される。なお、符号１４８はバルブで
ある。

【０２１１】このレーザマーキング装置１２０において
は、マーキング時に、給気供給源１３３からレーザビー
ム透過媒体の気体が除湿装置１３５で水蒸気が除湿さ
れ、給気配管１４６を介して給気ポンプ１４７に送られ
る。この給気ポンプ１４７で加圧された気体は、続いて
給気配管１４６を通して給気ノズル１４５によりステン
レス鋼製の対象部材１２１表面に、レーザビーム照射中
に吹き付けられる。

【０２１２】図１４に示すレーザマーキング装置１２０
はレーザ装置１２４からステンレス鋼製対象部材１２１
にレーザビームＬＢを絞り込んで照射し、マーキングを
形成している間に、吹付給気手段１４４の給気ノズル１
４５から気体（流体）をレーザビーム照射部に吹き付け
ることにより、冷却の効果をさらに高めることができ、
熱影響の少ない、耐食性の良いマーキングを施すことが
できる。

【０２１３】（３）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第３変形例 このマーキング装置１２０は図１５に示すように、図１
３に示すレーザマーキング装置１２０に吸引排気手段１
５０を備え、ステンレス鋼製対象部材１２１のレーザビ
ーム照射面近傍の気体を吸引し、外部に放出するように
したものである。他の構成は図１３のレーザマーキング
装置１２０と異ならないので説明を省略する。

【０２１４】吸引排気手段１５０は集束光学系１２６を
保持したホルダ１３２に取り付けられた吸引ノズル１５
１を有し、この吸引ノズル１５１からの排気配管１５２
は密閉容器１２３の頂壁あるいはカバー１２３ａを通し
て外部に延設される。排気配管１５２には密閉容器１２
３の外部でバルブ１５３，フィルタ１５４および排気ポ
ンプ１５５が設置され、排気ポンプ１５５の吐出側は大
気に開放されている。

【０２１５】このレーザマーキング装置１２０は吸引排
気手段１５０を備え、吸引排気手段１５０の吸引ノズル
１５１はそのノズル口がステンレス鋼製の対象部材１２
１に指向されている。そして、吸引排気手段１５０の吸
引ポンプ１５５の作動により、レーザビーム照射面の近
傍にある気体とマーキング加工により発生した飛散物は
吸引ノズル１５１を通じて密閉容器１２３内部から排気
配管１５２内に吸い込まれ、フィルタ１５４で飛散物が
除去された後、気体は外気に排出される。

【０２１６】このレーザマーキング装置１２０によれ
ば、第４実施例の作用効果に加えて、次の作用効果を奏
する。

【０２１７】このレーザマーキング装置１２０において
はステンレス鋼製対象部材１２１の表面のレーザビーム
照射部付近の気体が吸引排気手段１５０により吸引され
て外気に放出される。このため、レーザビーム照射部付
近に気体の流れが生じ、次々と新しい気体が対象部材１
２１の表面に接触し、レーザビーム照射部を冷却するの
で、冷却の効果がさらに高められるとともに、マーキン
グ加工により発生した飛散物が除去され、構造物表面へ
の付着を防止できる。したがって、ステンレス鋼製対象
部材１２１の表面に悪影響を及ぼすことがなく、かつ、
熱影響が少なく耐食性の良好なマーキングを施すことが
できる。

【０２１８】（４）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第４変形例 この変形例においては、レーザ装置１２４としてパルス
レーザ装置を用い、このパルスレーザ装置の作動を制御
し、発振されるパルスレーザビームのパルス時間幅を１
μｓ以下としたものである。他の構成は図１３に示した
レーザマーキング装置１２０と異ならない。

【０２１９】レーザ装置１２４としてＱスイッチレー
ザ、モードロックレーザ等のパルスレーザ装置を使用
し、このパルスレーザビームのパルス時間幅を１μｓ以
下とすることにより、さらに熱影響が少なく、耐食性の
良いマーキングを施すことができる。

【０２２０】（５）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第５変形例 この変形例においては、レーザ装置１２４としてパルス
レーザ装置を使用し、ステンレス鋼製対象部材１２１の
表面にマーキングを施す際、図６に示すように、パルス
レーザの集光スポット３５が重なり合うようにパルスレ
ーザビームＬＢpを走査してライン状のマーキングを施
したものである。他の構成は図１３に示すレーザマーキ
ング装置と異ならない。

【０２２１】このレーザマーキング装置１２０において
は、ステンレス鋼製対象部材１２１の表面において、図
６に示すように、パルスレーザの集光スポット３５が重
なり合うようにレーザビームを走査してライン状のマー
キングを施す。

【０２２２】第５変形例によれば、図１３に示すレーザ
マーキング装置１２０の作用効果に加えて、次の作用効
果を奏する。

【０２２３】パルスレーザ装置から対象部材８１にパル
スレーザビームを照射する際、集光スポットにおけるレ
ーザのパワー密度は一般に、スポット周辺部が中心部よ
りも低くなる。対象部材１２１にライン状のマーキング
を施す際、図６に示すように、集光スポット３５の周辺
部が重なりを持つようにパルスレーザビームを走査して
ライン状にマーキングを施せば、走査方向に連続的なレ
ーザ照射効果を与えることができ、均質なマーキングを
施すことができる。

【０２２４】（６）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第６変形例 この変形例では、レーザ装置８２としてＣＷレーザ装置
を用い、このＣＷレーザ装置から発振されるＣＷレーザ
ビームＬＢc をステンレス鋼製の対象部材１２１の表面
に照射して、マーキングを施すもので、全体的な構成は
図１３に示すレーザマーキング装置と異ならない。密閉
容器１３３内には酸素元素を含むレーザビーム透過媒体
である気体１２２が充填される。

【０２２５】ＣＷレーザ装置を作動制御し、発振される
ＣＷレーザビームＬＢc のパワーまたは、ＣＷレーザビ
ームＬＢc の走査速度をコントロールすることにより、
ステンレス鋼製対象部材１２１の表面に酸化層を形成
し、この酸化層をマーキングとして利用することができ
る。

【０２２６】第６変形例のレーザマーキング装置１２０
によれば、図１３に示すレーザマーキング装置の作用効
果に加え、次の作用効果を奏する。

【０２２７】このレーザマーキング装置１２０で酸素元
素を含む気体を密閉容器１２３に充填させ、酸素元素を
含む気体の雰囲気中にステンレス鋼製対象部材１２１を
設置し、この対象部材１２１にＣＷレーザ装置から発振
されたＣＷレーザビームＬＢc を照射することができ
る。このＣＷレーザビームの照射により形成される酸化
層の厚さとレーザビーム照射面が受ける単位面積当りの
レーザパワーの間には強い相関関係がある。

【０２２８】すなわち、対象部材１２１であるレーザ照
射材料の深さ方向の温度分布はレーザビーム照射面が受
ける単位面積当りのレーザパワーによって決められ、酸
素の拡散層の深さ、すなわち、酸化層の厚さは深さ方向
の温度分布に依存する。したがって、レーザビームのパ
ワーあるいはビームの走査速度を制御することにより、
レーザビーム照射面が受ける単位面積当りのレーザパワ
ーをコントロールすれば、レーザ照射材料の深さ方向の
温度分布を制御することができる。したがって、酸素の
拡散層の深さを制御でき、結果として、酸化層の厚さを
制御することができる。マーキング部の酸化層の厚さを
制御することにより、識別に好適なコントラストを有す
る均質なマーキングを得ることができる。

【０２２９】（７）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第７変形例 この変形例はレーザ装置１２４としてパルスレーザ装置
を用いて、ステンレス鋼製対象部材１２１の表面にマー
キング（印）として酸化層または凹凸を形成したもので
ある。他の構成は図１３に示すレーザマーキング装置１
２０と異ならない。

【０２３０】レーザ装置１２４にパルスレーザ装置を用
い、このパルスレーザ装置の作動制御を行なって、発振
されるパルスレーザビームＬＢp のエネルギーまたはパ
ルス時間幅の制御を行なうことにより、図１３に示した
レーザマーキング装置の作用効果に加え、次の作用効果
を奏する。

【０２３１】このレーザマーキング装置１２０におい
て、パルスレーザ装置から発振されるパルスレーザビー
ムＬＢp のエネルギーまたはパルス時間幅の制御を行な
うことにより、ステンレス鋼製対象部材１２１のレーザ
照射部における材料表層の隆起厚さ、または材料除去厚
さはレーザビーム照射面が１パルス当りに受ける単位面
積当りのエネルギーに強く依存している。したがって、
パルスエネルギーあるいはパルス時間幅を制御すること
により、レーザビーム照射面が１パルス当りに受ける単
位面積当りのエネルギーをコントロールすれば、材料表
層の隆起厚さまたは材料除去厚さを制御することが可能
になる。

【０２３２】ステンレス鋼製対象部材１２１を密閉容器
１２３内に収容し、この密閉容器１２３の雰囲気に酸素
を含む気体１２２を用いる場合においては、パルスレー
ザ装置の同様の作動制御によりレーザ照射材料の深さ方
向の温度分布のコントロールを行なうと、深さ方向の温
度分布と酸素の拡散層の深さ、すなわち酸化層の厚さは
相関があるため、結果として、酸化層の厚さを制御する
ことが可能になる。

【０２３３】マーキング部の酸化層の厚さ、隆起厚さあ
るいは材料除去厚さを制御することにより、識別に好適
なコントラストあるいは凹凸を有する均質なマーキング
を得ることができる。

【０２３４】（８）レーザマーキング装置（第４実施
例）の第８変形例 この変形例においては、給気手段１２７を複数系統設
け、各系統の給気手段１２７から密閉容器１２３内に供
給される種類の異なる種々の気体１２２を個別にコント
ロールすることにより、密閉容器１２３内雰囲気気体１
２２の組成比制御を行なってレーザマーキングを施すも
のである。全体的な構成は、給気手段１２７を複数系統
設ける以外、図１３に示すレーザマーキング装置１２０
と異ならないので、同一符号を付して説明を省略する。

【０２３５】第８変形例のレーザマーキング装置１２０
においては、密閉容器１２３に充填されるレーザビーム
透過媒体の基体１２２の組成比を制御し、例えば、酸素
ガス（Ｏ₂ ）と不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ，Ｒｎ）から成る混合ガスを雰囲気として使用する
と、酸素ガス（Ｏ₂ ）の比率の増加に伴い酸化層の厚さ
が増加するため、両者比率を制御することによって酸化
層の厚さを制御することができる。このように、すなわ
ち、雰囲気気体の組成比の制御を行なうことにより酸化
層の厚さをコントロールすることができる。マーキング
部の酸化層の厚さを制御することにより、識別に好適な
コントラストを均一な品質で得ることができる。

【０２３６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係るレーザ
マーキング方法および装置によれば、レーザビーム透過
媒体（媒質）の液体あるいは気体中に対象部材を設置
し、この対象部材にレーザ装置から発振されるＣＷレー
ザあるいはパルスレーザのレーザビームを照射し、対象
部材の表面にマーキングを施すようにしたので、対象部
材の表面にレーザマーキングを簡単かつ容易に形成で
き、対象部材の表面に識別劣化が小さく、耐食性に優れ
たレーザマーキングを施すことができる。

【０２３７】対象部材の表面にレーザマーキングを施す
際、対象部材の表面にレーザビーム透過媒体である液体
や気体を吹き付けたり、また、対象部材付近の液体や気
体を吸引すると、対象部材表面のレーザビーム照射部を
積極的に冷却でき、対象部材への熱影響が小さく、耐食
性に優れ、信頼性の高いレーザマーキングを対象部材の
表面に形成できる。

【０２３８】また、対象部材の表面にレーザマーキング
を施す際、レーザビーム透過媒体の液体の窒素ガス含有
量を所要値以下に脱気したり、レーザビーム透過媒体の
気体を不活性ガスで構成すると、耐食性に優れ、信頼性
の高いレーザマーキングを対象部材の表面に形成でき
る。

【０２３９】レーザビーム透過媒体として酸素ガス（Ｏ
₂ ）、水または水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）、過酸化水素水または
その蒸気（Ｈ₂ Ｏ₂ ）を用い、この透過媒体中に設置さ
れた対象部材にレーザビームを照射すると、対象部材に
化学反応が生じて酸化層が形成され、この酸化層をマー
キングとして形成でき、マーキング分を色による識別が
可能となる。

【０２４０】また、対象部材表面に化学反応が生じない
場合にも、レーザビーム透過媒体の液体あるいは気体中
で対象部材にレーザビームを照射すると、レーザビーム
照射部に加熱による体積膨脹で隆起現象が生じたり、あ
るいは表層の溶融・蒸発、アブレーションによる除去現
象が生じて凹凸に形状変化し、この形状変化に伴う凹凸
をマーキングとして利用することで、マーキング部の形
状変化による識別を良好に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザマーキング装置の第１実施
例を概略的に示す図。

【図２】光の水中透過特性を示す図。

【図３】液体に溶解した窒素ガスを排除する脱気方法を
示す図。

【図４】液体を吹き付けながらレーザマーキングを施す
本発明に係るレーザマーキング装置（第１実施例）の第
４変形例を示す図。

【図５】レーザビーム照射部近傍を吸引しながらレーザ
マーキングを施す本発明に係るレーザマーキング装置
（第１実施例）の第５変形例を示す図。

【図６】対象部材表面へのパルスレーザビームの走査方
法を示す図。

【図７】本発明に係るレーザマーキング装置の第２実施
例を概略的に示す図。

【図８】気体を吹き付けながらレーザマーキングを施す
本発明に係るレーザマーキング装置（第２実施例）の第
２変形例を示す図。

【図９】レーザビーム照射部近傍の気体を吸引しながら
レーザマーキングを施す本発明に係るレーザマーキング
装置（第２実施例）の第３変形例を示す図。

【図１０】本発明に係るレーザマーキング装置の第３実
施例を概略的に示す図。

【図１１】気体を吹き付けながらジルコニウム合金製対
象部材にレーザマーキングを施す本発明に係るレーザマ
ーキング装置（第３実施例）の第２変形例を示す図。

【図１２】レーザビーム照射部近傍の気体を吸引しなが
らジルコニウム合金製対象部材にレーザマーキングを施
す本発明に係るレーザマーキング装置（第３実施例）の
第３変形例を示す図。

【図１３】本発明に係るレーザマーキング装置の第４実
施例を概略的に示す図。

【図１４】気体を吹き付けながらステンレス鋼製対象部
材にレーザマーキングを施す本発明に係るレーザマーキ
ング装置（第４実施例）の第２変形例を示す図。

【図１５】レーザビーム照射部付近の気体を吸引しなが
らステンレス鋼製対象部材にレーザマーキングを施す本
発明に係るレーザマーキング装置（第４実施例）の第３
変形例を示す図。

【符号の説明】

１０ レーザマーキング装置 １１ レーザ装置 １２ 走査光学系 １３ 集束光学系 １４ 液体 １５ 容器 １６ 対象部材 １７ 反射ミラー １８ 集光レンズ １９ 加工ヘッド ２０ 小孔 ２１ マット（シート）（ガス吹出手段） ２２ ガス供給源（ガスボンベ） ２３ ガス供給管 ２５ 吹出ノズル ２６ ポンプ ２７ ホース ２８ ホース ２９ 液体噴出手段 ３０ 吸引ノズル ３２ ポンプ ３３ ホース ３４ フィルタ ３５ 集光スポット ３７ 液体吸引手段 ４０ レーザマーキング装置 ４１ パルスレーザ装置 ４２ 気体 ４３ 対象部材 ４４ 密閉容器 ４５ 走査光学系 ４６ 集束光学系 ４７ 給気手段 ４８ 排気手段 ４９ 反射ミラー ５０ 透過窓 ５１ 集光レンズ ５２ ホルダ ５３ 気体供給源（気体ボンベ） ５４ 給気配管 ５５，５６ バルブ ５８ 排気配管 ６０ 排気ポンプ ６１ バルブ ６３ 給気ノズル ６４ 供給配管 ６５ 供給ポンプ ６６ バルブ ６７ 吹付給気手段 ６８ 排気ノズル ６９ 排気配管 ７０ 排気ポンプ ７１ フィルタ ７２ 吸引排気手段 ８０ レーザマーキング装置 ８１ 対象部材（ジルコニウム合金製） ８２ レーザ装置 ８３ 密閉容器 ８４ 気体（レーザビーム透過媒体，媒質） ８５ 走査光学系 ８６ 集束光学系 ８７ 給気手段 ８８ 排気手段 ８９ 反射ミラー ９１ 集光レンズ ９２ ホルダ ９３ 気体供給源（気体ボンベ） ９４ 給気配管 ９８ 排気配管 １００ 真空ポンプ １０２ 吹付給気手段 １０３ 給気ノズル １０４ 給気配管 １０５ 給気ポンプ １０８ 吸引排気手段 １０９ 吸引ノズル １１０ 排気配管 １１１ バルブ １１２ フィルタ １１３ 排気ポンプ １２０ レーザマーキング装置 １２１ 対象部材（ステンレス鋼製） １２２ 気体（レーザビーム透過媒体，媒質） １２３ 密閉容器 １２４ レーザ装置 １２５ 走査光学系 １２６ 集束光学系 １２７ 給気手段 １２８ 排気手段 １２９ 反射ミラー １３１ 集光レンズ １３２ ホルダ １３３ 気体供給源 １３４ 給気配管 １３５ 除湿装置 １３８ 排気配管 １４０ 真空ポンプ １４４ 吹付給気手段 １４５ 給気ノズル（吹付ノズル） １４６ 給気配管 １４７ 給気ポンプ １５０ 吸引排気手段 １５１ 吸引ノズル

フロントページの続き (72)発明者 佐野 雄二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 山本 誠二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (56)参考文献 特開 平４−228284（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−269975（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−32168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−273294（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−258183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−55327（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−215866（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−172191（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/12

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを透過する透過媒体に、過
   酸化水素水（Ｈ _２ Ｏ _２ ）を含む液体を用い、この液体中
   に設置された対象部材にレーザ装置から発振されるレー
   ザビームを照射し、上記対象部材の表面に酸化物あるい
   は凹凸のマーキングを施すことを特徴とするレーザマー
   キング方法。
2. 【請求項２】 レーザビームの透過媒体に窒化ガス含有
   量が所要値以下の液体が用いられ、対象部材にジルコニ
   ウム合金製の部材が用いられることを特徴とする請求項
   １に記載のレーザマーキング方法。
3. 【請求項３】 レーザビームの透過媒体である液体を収
   容した容器と，この容器の底部に敷設され、多数の小孔
   を備えたマット等のガス吹出手段と，このガス吹出手段
   に連絡配管を介して接続された不活性ガスのガス供給手
   段と，上記容器内で液体中に設置された対象部材と，上
   記容器の外部に設置されたレーザ装置と，このレーザ装
   置から発振されるレーザビームを走査する走査光学系
   と，走査光学系で走査されるレーザビームを容器内に案
   内し、液体中で対象部材に照射する集束光学系とを備
   え、前記ガス供給手段から供給される不活性ガスをガス
   吹出手段から容器に貯溜された液体中に吹き出し、脱気
   を行なう一方、前記対象部材にレーザビームを照射して
   酸化層あるいは凹凸のマーキングを施すように構成した
   ことを特徴とするレーザマーキング装置。
4. 【請求項４】 レーザビームを透過する透過媒体に、水
   蒸気（Ｈ _２ Ｏ）および過酸化水素水蒸気（Ｈ _２ Ｏ _２ ）の
   少なくとも一成分を含む気体を用い、この気体中に設置
   された対象部材にパルスレーザ装置から発振されるパル
   スレーザビームを照射し、上記対象部材の表面に酸化層
   あるいは凹凸のマーキングを施すことを特徴とするレー
   ザマーキング方法。
5. 【請求項５】 レーザビームを透過する透過媒体に、酸
   素ガスと不活性ガスの混合気の気体を用い、この気体中
   に設置された対象部材にパルスレーザ装置から発振され
   るパルスレーザビームを照射し、上記対象部材の表面に
   酸化層あるいは凹凸のマーキングを施すことを特徴とす
   るレーザマーキング方法。
6. 【請求項６】 レーザビームの透過媒体である気体を充
   填した密閉容器と，この密閉容器内で気体中に設置され
   た対象部材と，この密閉容器の外部に設置されたレーザ
   装置と，このレーザ装置から発振されるレーザビームを
   走査する走査光学系と，走査光学系で走査されるレーザ
   ビームを密閉容器内に案内し、対象部材に照射可能な集
   束光学系と，前記密閉容器にレーザビーム透過媒体の気
   体を供給する給気手段と，密閉容器内の排気を行なう排
   気手段と，前記密閉容器内に設置された対象部材の表面
   にレーザビーム透過媒体の気体を吹き付ける吹付給気手
   段と，この吹付給気手段により対象部材のレーザビーム
   照射部を冷却する冷却手段とを備え、対象部材に気体中
   でレーザビームを照射して酸化層あるいは凹凸のマーキ
   ングを施すように構成したことを特徴とするレーザマー
   キング装置。
7. 【請求項７】 レーザビームの透過媒体である気体を充
   填した密閉容器と，この密閉容器内で気体中に設置され
   た対象部材と，この密閉容器の外部に設置されたレーザ
   装置と，このレーザ装置から発振されるレーザビームを
   走査する走査光学系と，走査光学系で走査されるレーザ
   ビームを密閉容器内に案内し、対象部材に照射可能な集
   束光学系と，前記密閉容器にレーザビーム透過媒体の気
   体を供給する給気手段と，密閉容器内の排気を行なう排
   気手段と、前記密閉容器内に設置された対象部材の表面
   近傍の気体を吸引する吸引排気手段と、この吸引排気手
   段により対象部材のレーザビーム照射部を冷却する冷却
   手段とを備え、対象部材に気体中でレーザビームを照射
   して酸化層あるいは凹凸のマーキングを施すように構成
   したことを特徴とするレーザマーキング装置。
8. 【請求項８】 レーザビームの透過媒体に窒素ガス（Ｎ
   _２）含有量が５０ｗｔ％以下の気体を用い、この気体中
   に設置されたジルコニウム合金製の対象部材にレーザ装
   置からレーザビームを照射し、上記対象部材の表面に酸
   化層あるいは凹凸のマーキングを施すことを特徴とする
   レーザマーキング方法。
9. 【請求項９】 レーザビームの透過媒体は、酸素ガス
   （Ｏ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、過酸化水素水蒸気（Ｈ_２
   Ｏ_２）および不活性ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
   ｅ，Ｒｎ）の少なくとも一成分を含む組成の気体である
   ことを特徴とする請求項８に記載のレーザマーキング方
   法。
10. 【請求項１０】 レーザビームの透過媒体は気体の組成
    比が制御されることを特徴とする請求項５または８に記
    載のレーザマーキング方法。
11. 【請求項１１】 対象部材に吹付給気手段によりレーザ
    ビーム透過媒体である気体を吹き付け、対象部材の表面
    を冷却することを特徴とする請求項５または８に記載の
    レーザマーキング方法。
12. 【請求項１２】 吸引排気手段により対象部材の表面近
    傍の気体を吸引して外部に排出し、対象部材の表面を冷
    却することを特徴とする請求項５または８に記載のレー
    ザマーキング方法。