JP4038741B2 - レーザ・ウォータジェット複合切断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切断対象物をレーザで溶融し高圧水で溶融部を除去して切断を行なうレーザ・ウォータジェット複合切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料、石材などのセラミック、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）材などの幅広い材料の切断に対して、レーザ切断やウォータジェット切断が用いられている。レーザ切断は、レーザ光によって照射部を加熱溶融させ、その溶融部をガスジェット（例えば、酸素、窒素、空気など）で吹き飛ばし、分離切断を行なう。一方ウォータジェット切断は、高圧で噴出する水の運動エネルギにより噴射した部分を吹き飛ばし切断するもので、水だけを噴射する場合と、水に研磨材を混入する場合とがあり、後者の場合、運動エネルギに研磨作用が付加され切断能力が増大する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ切断は、切断速度は速いが、最大切断板厚はレーザ発生装置のレーザ出力によって制限される。また使用頻度の大きい炭素鋼などの場合、ガスジェットとして酸素を用い酸化反応を利用して切断能力を増大しているが、酸素を使用するためこの酸素に引火する恐れがあり使用環境が制限される。またＦＲＰ材の切断では燃焼する恐れがある。
【０００４】
ウォータジェット切断は水だけの場合、切断板厚は薄いものに限られる。研磨材を混入すると厚板まで切断可能であるが、研磨材が散乱し環境を汚染するので使用に制限を受ける。また切断開始位置の制約があり、例えば平板の場合、周囲から中心側に切断してゆくことはできるが、中心部のように端部のないところからは切断開始できない。この場合、切断開始位置に予め穴などを開けてそこから切断開始をしなければならない。さらにウォータジェットを噴出するノズルの価格は極めて高価（例えば数百万円）であり、研磨材を使用すると消耗が激しく経済的に使用できない場合がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、レーザ出力を増大させ、高速に厚板まで切断でき火災や燃焼の恐れがない切断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、高圧水を切断対象物にほぼ垂直に噴射するウォータジェットヘッドと、このウォータジェットヘッドの周囲に設けられレーザ光を高圧水の噴射されている切断対象部分に集光して溶融する複数のレーザヘッドと、を備え、各レーザヘッドは、レーザ光源からのレーザ光を反射して切断対象物の切断位置に集光させる凹面鏡を有し、該凹面鏡は、ウォータジェットヘッドに近接して配置され、前記凹面鏡の中心軸は、前記ウォータジェットヘッドが高圧水を噴射する方向から傾斜している。
【０００７】
レーザ光で切断部を照射して溶融させ、この溶融部をウォータジェットで吹き飛ばすことにより切断する。ガスで溶融部を吹き飛ばす従来の方法より高圧水の運動エネルギが大きくかつ高圧水自身が切断能力を持っているため切断能力が増大し、より厚板の切断が可能になる。しかし１台のレーザ発生装置によるレーザ光の出力には限界があるので、複数のレーザ発生装置にそれぞれ接続されたレーザヘッドからのレーザ光で切断部を照射することにより、切断部に多量のレーザ光を投入できる。これにより切断可能な板厚を大きくすることができる。また酸素ガスを使用しないので火災の恐れもない。さらにレーザ光で溶融してもすぐに高圧水が噴射されるのでＦＲＰの切断に使用しても燃える恐れはない。また切断速度は従来のレーザ切断と同様高速切断できる。
【０００８】
請求項２の発明では、前記高圧水には切断対象物を摩耗する研磨材が含まれている。
【０００９】
研磨材を用いることにより高圧水による切断能力が増大するので、レーザ光の溶融部を吹き飛ばす能力が増大する。その結果レーザ光とウォータジェットを用いる切断方法の切断能力が増大し、より厚板まで切断可能になる。研磨材が飛散しても問題のない環境で使用する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態のレーザ・ウォータジェット複合切断装置の構成を示すブロック図である。加工装置１０は切断対象物１をセットし、ウォータジェットヘッド３とこれを中心にして切断進行方向前後に配置されたレーザヘッド２とを移動して所望の形状に切断を行なう装置でヘッド駆動部とも言う。レーザ発生装置４は各レーザヘッド２毎に設けられ、切断対象物１の厚みに応じた出力でレーザ光を発生しレーザヘッド２に送出する装置である。高圧水供給部５は高圧水をウォータジェットヘッド３へ送出する装置である。研磨材供給部６は研磨材を供給する装置で、高圧水との混合はウォータジェットヘッド３で行われる。操作盤１１ではレーザ発生装置４、高圧水供給部５、研磨材供給部６及び加工装置１０を制御して切断対象物１の切断を行なう。
【００１１】
図２はレーザヘッドとウォータジェットヘッドの関係を示す図である。ウォータジェットヘッド３は切断対象物１に対して垂直になるよう配置され先端に設けられたノズル３ａより高圧水を噴射する。ウォータジェットヘッド３を挟んで切断進行方向前後にレーザヘッド２を配置し、それぞれレーザ光を高圧水が噴射される位置に集光させるよう傾斜させる。レーザ発生装置４から光ファイバ７を介して送られてくるレーザ光をレーザヘッド２で切断位置に集光させ溶融する。レーザヘッド２の光学系はファイバコネクタ７ａからのレーザ光を集光する集光レンズ２ａと、この集光レンズ２ａからの平行光を反射する反射鏡２ｂと、この反射鏡２ｂの反射光を切断位置に集光する凹面鏡２ｃとからなる。レーザ光は水に吸収されない性質のものを用い、例えばＹＡＧレーザ光を用いる。レーザヘッド２およびレーザ発生装置４を２組使用することにより２倍のエネルギを照射することができ、厚い板の切断が可能になる。
【００１２】
ウォータジェットヘッド３は切断対象物１に対して垂直に、かつレーザ光の照射部（溶融部）に高圧水を噴射するように配置されている。レーザ光によって溶融した溶融物は高圧水によりその噴射方向に吹き飛ばされる。垂直に噴射することにより最も効率よく溶融物を吹き飛ばすことができる。高圧水は先端のノズル３ａから噴射され、その噴射面積の直径は、例えば０．３ｍｍ程度である。ウォータジェットヘッド３には高圧水供給部５より高圧水が配管８を介して供給され、さらに研磨材供給部６から配管９を介して研磨材が供給され高圧水に混合される。高圧水は従来のガスで吹き飛ばす方法に比して運動エネルギが大きいので溶融部を吹き飛ばすだけではなく、高圧水自身も切断する能力を有しているので、レーザ光の溶融力と高圧水の切断能力が相乗されて高効率で切断される。さらに、高圧水に研磨材を混入すると切断能力が増大する。一例としてレーザの出力を一定とし高圧水のみの場合、従来のレーザ光で溶融しガスで吹き飛ばす方法に比べ２割程度厚い鋼板までほぼ同じ速度で切断できる。研磨材を高圧水に混入するとさらに厚い鋼板まで切断できる。しかし研磨材が飛散するのでこの回収装置を設けるとか、飛散しても支障のない環境で使用する。
【００１３】
切断面は従来のレーザとガスによる場合よりも精度のよい面が得られる。切断対象物１としては金属材、石などのセラミック材、ＦＲＰ材などや、これらの合成物、例えば鉄筋コンクリートなどである。
【００１４】
上述の実施形態では、ウォータジェットヘッド３の前後にそれぞれ１個のレーザヘッド２を設けた場合を示したが、さらに左右に設けてもよく、またウォータジェットヘッド３を中心とした円周上に複数個設けてもよい。これらのレーザヘッド２はいずれもウォータジェットヘッド３の噴射する位置とほぼ同じ位置にレーザ光を照射するように設定する。このように複数のレーザヘッド２とレーザ発生装置４を設けることにより厚い材料でも高速に精度よく切断することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、レーザ光で溶融した溶融部を高圧水で吹き飛ばして切断することにより次の効果を奏する。
▲１▼ レーザ光とガスを組み合わせた従来の装置に比べ切断能力が増大する。切断速度は従来のレーザ切断と同様高速であり、高品質の切断面が得られる。
▲２▼ レーザヘッドをウォータジェットヘッドのまわりに複数個設けレーザ光を高圧水の噴射位置に集光させることにより切断能力を増大させることができる。
▲３▼ 高圧水を用いることにより酸素を使用するときのような火災や爆発の恐れがない。また燃焼を抑えることができるのでＦＲＰの切断もできる。
▲４▼ ウォータジェット切断で高圧水のみによる切断では薄い鋼板しか切断できないが、本発明では厚い鋼板まで切断できる。
▲５▼ ウォータジェット切断では切断開始位置は端部やスタート穴の開いた位置から切断を開始する必要があるが、本発明ではこのような制約はなくどこからでも切断開始できる。
▲６▼ 高圧水に研磨材を混入することにより切断能力がさらに増大する。
▲７▼ 研磨材を使用しない場合、ウォータジェットヘッドの先端ノズルを長時間使用することができ、経済的な切断を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態のレーザヘッドとウォータジェットヘッドの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 切断対象物
２ レーザヘッド
２ａ 集光レンズ
２ｂ 反射鏡
２ｃ 凹面鏡
３ ウォータジェットヘッド
３ａ ノズル
４ レーザ発生装置
５ 高圧水供給部
６ 研磨材供給部
７ 光ファイバ
７ａ ファイバコネクタ
８，９ 配管
１０ 加工装置
１１ 操作盤
【発明の属する技術分野】
本発明は、切断対象物をレーザで溶融し高圧水で溶融部を除去して切断を行なうレーザ・ウォータジェット複合切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料、石材などのセラミック、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）材などの幅広い材料の切断に対して、レーザ切断やウォータジェット切断が用いられている。レーザ切断は、レーザ光によって照射部を加熱溶融させ、その溶融部をガスジェット（例えば、酸素、窒素、空気など）で吹き飛ばし、分離切断を行なう。一方ウォータジェット切断は、高圧で噴出する水の運動エネルギにより噴射した部分を吹き飛ばし切断するもので、水だけを噴射する場合と、水に研磨材を混入する場合とがあり、後者の場合、運動エネルギに研磨作用が付加され切断能力が増大する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ切断は、切断速度は速いが、最大切断板厚はレーザ発生装置のレーザ出力によって制限される。また使用頻度の大きい炭素鋼などの場合、ガスジェットとして酸素を用い酸化反応を利用して切断能力を増大しているが、酸素を使用するためこの酸素に引火する恐れがあり使用環境が制限される。またＦＲＰ材の切断では燃焼する恐れがある。
【０００４】
ウォータジェット切断は水だけの場合、切断板厚は薄いものに限られる。研磨材を混入すると厚板まで切断可能であるが、研磨材が散乱し環境を汚染するので使用に制限を受ける。また切断開始位置の制約があり、例えば平板の場合、周囲から中心側に切断してゆくことはできるが、中心部のように端部のないところからは切断開始できない。この場合、切断開始位置に予め穴などを開けてそこから切断開始をしなければならない。さらにウォータジェットを噴出するノズルの価格は極めて高価（例えば数百万円）であり、研磨材を使用すると消耗が激しく経済的に使用できない場合がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、レーザ出力を増大させ、高速に厚板まで切断でき火災や燃焼の恐れがない切断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、高圧水を切断対象物にほぼ垂直に噴射するウォータジェットヘッドと、このウォータジェットヘッドの周囲に設けられレーザ光を高圧水の噴射されている切断対象部分に集光して溶融する複数のレーザヘッドと、を備え、各レーザヘッドは、レーザ光源からのレーザ光を反射して切断対象物の切断位置に集光させる凹面鏡を有し、該凹面鏡は、ウォータジェットヘッドに近接して配置され、前記凹面鏡の中心軸は、前記ウォータジェットヘッドが高圧水を噴射する方向から傾斜している。
【０００７】
レーザ光で切断部を照射して溶融させ、この溶融部をウォータジェットで吹き飛ばすことにより切断する。ガスで溶融部を吹き飛ばす従来の方法より高圧水の運動エネルギが大きくかつ高圧水自身が切断能力を持っているため切断能力が増大し、より厚板の切断が可能になる。しかし１台のレーザ発生装置によるレーザ光の出力には限界があるので、複数のレーザ発生装置にそれぞれ接続されたレーザヘッドからのレーザ光で切断部を照射することにより、切断部に多量のレーザ光を投入できる。これにより切断可能な板厚を大きくすることができる。また酸素ガスを使用しないので火災の恐れもない。さらにレーザ光で溶融してもすぐに高圧水が噴射されるのでＦＲＰの切断に使用しても燃える恐れはない。また切断速度は従来のレーザ切断と同様高速切断できる。
【０００８】
請求項２の発明では、前記高圧水には切断対象物を摩耗する研磨材が含まれている。
【０００９】
研磨材を用いることにより高圧水による切断能力が増大するので、レーザ光の溶融部を吹き飛ばす能力が増大する。その結果レーザ光とウォータジェットを用いる切断方法の切断能力が増大し、より厚板まで切断可能になる。研磨材が飛散しても問題のない環境で使用する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態のレーザ・ウォータジェット複合切断装置の構成を示すブロック図である。加工装置１０は切断対象物１をセットし、ウォータジェットヘッド３とこれを中心にして切断進行方向前後に配置されたレーザヘッド２とを移動して所望の形状に切断を行なう装置でヘッド駆動部とも言う。レーザ発生装置４は各レーザヘッド２毎に設けられ、切断対象物１の厚みに応じた出力でレーザ光を発生しレーザヘッド２に送出する装置である。高圧水供給部５は高圧水をウォータジェットヘッド３へ送出する装置である。研磨材供給部６は研磨材を供給する装置で、高圧水との混合はウォータジェットヘッド３で行われる。操作盤１１ではレーザ発生装置４、高圧水供給部５、研磨材供給部６及び加工装置１０を制御して切断対象物１の切断を行なう。
【００１１】
図２はレーザヘッドとウォータジェットヘッドの関係を示す図である。ウォータジェットヘッド３は切断対象物１に対して垂直になるよう配置され先端に設けられたノズル３ａより高圧水を噴射する。ウォータジェットヘッド３を挟んで切断進行方向前後にレーザヘッド２を配置し、それぞれレーザ光を高圧水が噴射される位置に集光させるよう傾斜させる。レーザ発生装置４から光ファイバ７を介して送られてくるレーザ光をレーザヘッド２で切断位置に集光させ溶融する。レーザヘッド２の光学系はファイバコネクタ７ａからのレーザ光を集光する集光レンズ２ａと、この集光レンズ２ａからの平行光を反射する反射鏡２ｂと、この反射鏡２ｂの反射光を切断位置に集光する凹面鏡２ｃとからなる。レーザ光は水に吸収されない性質のものを用い、例えばＹＡＧレーザ光を用いる。レーザヘッド２およびレーザ発生装置４を２組使用することにより２倍のエネルギを照射することができ、厚い板の切断が可能になる。
【００１２】
ウォータジェットヘッド３は切断対象物１に対して垂直に、かつレーザ光の照射部（溶融部）に高圧水を噴射するように配置されている。レーザ光によって溶融した溶融物は高圧水によりその噴射方向に吹き飛ばされる。垂直に噴射することにより最も効率よく溶融物を吹き飛ばすことができる。高圧水は先端のノズル３ａから噴射され、その噴射面積の直径は、例えば０．３ｍｍ程度である。ウォータジェットヘッド３には高圧水供給部５より高圧水が配管８を介して供給され、さらに研磨材供給部６から配管９を介して研磨材が供給され高圧水に混合される。高圧水は従来のガスで吹き飛ばす方法に比して運動エネルギが大きいので溶融部を吹き飛ばすだけではなく、高圧水自身も切断する能力を有しているので、レーザ光の溶融力と高圧水の切断能力が相乗されて高効率で切断される。さらに、高圧水に研磨材を混入すると切断能力が増大する。一例としてレーザの出力を一定とし高圧水のみの場合、従来のレーザ光で溶融しガスで吹き飛ばす方法に比べ２割程度厚い鋼板までほぼ同じ速度で切断できる。研磨材を高圧水に混入するとさらに厚い鋼板まで切断できる。しかし研磨材が飛散するのでこの回収装置を設けるとか、飛散しても支障のない環境で使用する。
【００１３】
切断面は従来のレーザとガスによる場合よりも精度のよい面が得られる。切断対象物１としては金属材、石などのセラミック材、ＦＲＰ材などや、これらの合成物、例えば鉄筋コンクリートなどである。
【００１４】
上述の実施形態では、ウォータジェットヘッド３の前後にそれぞれ１個のレーザヘッド２を設けた場合を示したが、さらに左右に設けてもよく、またウォータジェットヘッド３を中心とした円周上に複数個設けてもよい。これらのレーザヘッド２はいずれもウォータジェットヘッド３の噴射する位置とほぼ同じ位置にレーザ光を照射するように設定する。このように複数のレーザヘッド２とレーザ発生装置４を設けることにより厚い材料でも高速に精度よく切断することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、レーザ光で溶融した溶融部を高圧水で吹き飛ばして切断することにより次の効果を奏する。
▲１▼ レーザ光とガスを組み合わせた従来の装置に比べ切断能力が増大する。切断速度は従来のレーザ切断と同様高速であり、高品質の切断面が得られる。
▲２▼ レーザヘッドをウォータジェットヘッドのまわりに複数個設けレーザ光を高圧水の噴射位置に集光させることにより切断能力を増大させることができる。
▲３▼ 高圧水を用いることにより酸素を使用するときのような火災や爆発の恐れがない。また燃焼を抑えることができるのでＦＲＰの切断もできる。
▲４▼ ウォータジェット切断で高圧水のみによる切断では薄い鋼板しか切断できないが、本発明では厚い鋼板まで切断できる。
▲５▼ ウォータジェット切断では切断開始位置は端部やスタート穴の開いた位置から切断を開始する必要があるが、本発明ではこのような制約はなくどこからでも切断開始できる。
▲６▼ 高圧水に研磨材を混入することにより切断能力がさらに増大する。
▲７▼ 研磨材を使用しない場合、ウォータジェットヘッドの先端ノズルを長時間使用することができ、経済的な切断を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態のレーザヘッドとウォータジェットヘッドの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 切断対象物
２ レーザヘッド
２ａ 集光レンズ
２ｂ 反射鏡
２ｃ 凹面鏡
３ ウォータジェットヘッド
３ａ ノズル
４ レーザ発生装置
５ 高圧水供給部
６ 研磨材供給部
７ 光ファイバ
７ａ ファイバコネクタ
８，９ 配管
１０ 加工装置
１１ 操作盤
Claims (2)
- 高圧水を切断対象物にほぼ垂直に噴射するウォータジェットヘッドと、このウォータジェットヘッドの周囲に設けられレーザ光を高圧水の噴射されている切断対象部分に集光して溶融する複数のレーザヘッドと、を備え、
各レーザヘッドは、レーザ光源からのレーザ光を反射して切断対象物の切断位置に集光させる凹面鏡を有し、
該凹面鏡は、ウォータジェットヘッドに近接して配置され、
前記凹面鏡の中心軸は、前記ウォータジェットヘッドが高圧水を噴射する方向から傾斜している、ことを特徴とするレーザ・ウォータジェット複合切断装置。 - 前記高圧水には切断対象物を摩耗する研磨材が含まれていることを特徴とする請求項１記載のレーザ・ウォータジェット複合切断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15633897A JP4038741B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | レーザ・ウォータジェット複合切断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15633897A JP4038741B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | レーザ・ウォータジェット複合切断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11841A JPH11841A (ja) | 1999-01-06 |
| JP4038741B2 true JP4038741B2 (ja) | 2008-01-30 |
Family
ID=15625595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15633897A Expired - Fee Related JP4038741B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | レーザ・ウォータジェット複合切断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4038741B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104289811A (zh) * | 2013-07-18 | 2015-01-21 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种多光束中心送丝激光加工头及其加工方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5923948A (ja) * | 1982-07-30 | 1984-02-07 | Toshiba Corp | 電話自動応対装置 |
| DE59905945D1 (de) * | 1999-12-23 | 2003-07-17 | Leister Process Technologies S | Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von mindestens zwei Elementen mittels Laserstrahlen mit hoher Energiedichte |
| CN107009278A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-04 | 安徽理工大学 | 一种自动化盘式热熔磨料水射流熔切割设备 |
| CN109454560A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-03-12 | 史振荣 | 一种工程机械用节水型高压水钢板切割机 |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP15633897A patent/JP4038741B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104289811A (zh) * | 2013-07-18 | 2015-01-21 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种多光束中心送丝激光加工头及其加工方法 |
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|---|---|
| JPH11841A (ja) | 1999-01-06 |
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