JP6242778B2 - レーザ切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中に配置され、かつ、２つ以上の部材が間隔を設けて積層された構造物を切断するレーザ切断方法に関する。

対象の物体を切断する切断方法としては、特許文献１に記載されているように対象の物体にレーザを照射して切断するレーザ切断方法がある。また、切断方法としては、対象の物体に加工工具を接触させて切断する方法や、対象の物体に高圧水を噴射して切断するウォータジェット切断方法もある。

対象の物体としては、気中に配置された部材だけではなく、水中に配置された２枚の板状部材を切断することが求められる場合がある。例えば、特許文献２には、水中に配置された二重管をウォータジェットで切断する方法が記載されている。

特開２０１３−２２６５９０号公報 特許第５１８７９４２号公報

ここで、特許文献１に記載されているようにレーザを用いて、水中にある対象の物体を切断する場合、水によりレーザの出力が低下してしまう。これに対しては、レーザを照射する位置にガスを吹き付け、レーザが照射される位置をガス雰囲気に近づけることで、水によりレーザの出力が低下することを抑制することができる。

しかしながら、特許文献２に記載されているように、２層以上に積層された部材を切断する場合、レーザの照射側にある１枚目の部材と１枚目の部材の奥にある２枚目の部材との間にも水が充満している状態になる。そのため、２枚目の部材にレーザが到達するまでにレーザの出力が減衰してしまう恐れがある。この場合、レーザの出力を高くする必要が生じ、効率よく切断することが困難になる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、水中に配置され、かつ、２層以上に積層された部材を効率よく切断することができるレーザ切断方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明は、第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、前記貫通部は、前記第１部材と前記第２部材との距離をＷとした場合、前記第２部材側の面のカーフ幅がＷ／５以上であることを特徴とする。

ここで、前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が広くなる形状であることが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明は、第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が広くなる形状であることを特徴とする。

また、前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が狭くなった後、屈曲点から広くなる形状であることが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明は、第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が狭くなった後、屈曲点から広くなる形状であることを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明は、第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、レーザを前記第１部材に照射しつつ、前記貫通部を形成し、前記貫通部の前記第２部材側の面に前記貫通部の孔壁面に対する傾斜角が０°以上６０°以下のドロスを形成することを特徴とする。

また、前記ドロスは、前記第１部材と前記第２部材との距離をＷとした場合、０．１×Ｗ以上第２部材に接しない長さ以下の長さであることが好ましい。

また、前記貫通部の形成時に、ガスを前記第１部材に向けて第１の方向と前記第１の方向に対して傾斜した第２の方向に噴射することが好ましい。

また、前記ガスの噴射位置と前記レーザの照射位置と前記対象物とを相対移動方向に相対的に移動させつつ、前記レーザの照射と前記ガスの噴射を行うことが好ましい。

また、前記相対移動方向と前記レーザの進行方向とを含む面において、前記第１部材を通過した前記ガスの噴射方向が前記レーザの進行方向よりも前記相対移動方向の先側に向かう向きに傾斜していることが好ましい。

また、前記第１部材の前記貫通部の作成と前記第２部材の切断を同一パスで実行することが好ましい。

また、前記第１部材の前記貫通部を作成した後、異なるパスで、前記第２部材の切断を実行することが好ましい。

また、前記第１部材の前記貫通部を作成した後、前記第１部材と前記第２部材の間に前記ガスを充填し、その後、前記第２部材の切断を実行することが好ましい。

また、前記ガスの噴射位置と前記レーザの照射位置と前記対象物とを相対的に移動させ、停止させた後、前記レーザの照射と前記ガスの噴射を行うことを繰り返すことが好ましい。

また、前記第１部材の前記貫通部を作成する第１レーザと、前記第２部材を切断する第２レーザと、を前記対象物に向けて照射することが好ましい。

本発明によれば、水中に配置され、かつ、２層以上に積層された部材を効率よく切断することができる。

図１は、本実施形態のレーザ切断方法を実行するレーザ切断装置を表す概略構成図である。 図２は、図１に示すレーザ切断装置を他の方向から見た概略構成図である。 図３は、本実施形態のレーザ切断方法を実行するレーザ切断装置の他の例を表す概略構成図である。 図４は、図３に示すレーザ切断装置を他の方向から見た概略構成図である。 図５は、把持装置を表す平面図である。 図６は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。 図７は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図８は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図９は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図１０は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図１１は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図１２は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図１３は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図１４は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図１５は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。 図１６は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。 図１７は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。 図１８は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本実施形態のレーザ切断方法を実行するレーザ切断装置を表す概略構成図である。図２は、図１に示すレーザ切断装置を他の方向から見た概略構成図である。図１及び図２に示すようにレーザ切断装置２０は、対象物１０の切断に用いられる。対象物１０は、水中に配置されており、第１部材１２と第２部材１４とが積層している。また、第１部材１２と第２部材１４との間には隙間があり、隙間にも水が充満している。

図１及び図２に示すように、レーザ切断装置２０は、レーザ照射装置２２と、ガス供給装置２４と、移動装置２６と、制御装置２７と、を有する。レーザ照射装置２２は、第１部材１２と対面する位置に配置され、第１部材１２に向けて、レーザＬを照射する。

ガス供給装置２４は、第１部材１２と対面する位置に配置され、第１部材１２に向けて、ガスＧを噴射する。ガス供給装置２４は、第１部材１２のレーザＬが照射される位置とレーザ照射装置２２から対象物１０までのレーザＬの経路となる位置に向けてガスＧを噴射する。ここで、ガスＧは、レーザＬの出力を水よりも減衰しない物質である。ガスＧとしては、大気を用いることができる。

移動装置２６は、レーザ照射装置２２と、ガス供給装置２４と、を支持し、対象物１０に対して始動させる。本実施形態の移動装置２６は、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４と一体で移動させるが、別々に移動させてもよい。移動装置２６は、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４と対象物１０に対して移動方向２９に移動させる。制御装置２７は、レーザ照射装置２２と、ガス供給装置２４と、移動装置２６との動作を制御する。

レーザ切断装置２０は、ガス供給装置２４から対象物１０に向けてガスＧを噴射し、レーザ照射装置２２から対象物１０に向けてレーザＬを照射する。これにより、レーザＬの経路にガスＧが供給され、ガスＧを供給しない状態よりもレーザＬの減衰が抑制される。これにより、対象物１０により強い出力でレーザＬを照射することができる。また、レーザ切断装置２０は、ガス供給装置２４から対象物１０に向けてガスを噴射し、レーザ照射装置２２から対象物１０に向けてレーザを照射している状態で、移動装置２６で移動方向２９に移動させることで、図２に示すように、第１部材１２に移動方向２９に沿った貫通部１００を形成し、第２部材１４に移動方向２９に沿った切断部１０２を形成することができる。貫通部１００、切断部１０２は、レーザによって切断された部分である。なお、レーザＬの照射とガスＧの供給との関係については後ほど説明する。

図１及び図２では、対象物１０を板状の部材としたがこれに限定されない。以下、図３から図５を用いて、対象物１０を二重管とした場合について説明する。図３は、本実施形態のレーザ切断方法を実行するレーザ切断装置の他の例を表す概略構成図である。図４は、図３に示すレーザ切断装置を他の方向から見た概略構成図である。図５は、把持装置を表す平面図である。

図３から図５に示すレーザ切断装置２０ａは、対象物１０ａを切断する。対象物１０ａは、水中に配置されており、第１部材（内周管）１２ａと第２部材（外周管）１４ａとが積層されている。第１部材１２ａは、円筒形状の部材である。第２部材１４ａは、第１部材１２ａの外周面をおおうように配置された円筒形状の部材である。

レーザ切断装置２０ａは、レーザ照射装置２２ａと、ガス供給装置２４ａと、移動装置２６ａと、制御装置２７ａと、支持装置２８と、を有する。レーザ照射装置２２ａと、ガス供給装置２４ａとは、対象物１０ａの第１部材１２ａの内側に配置されている。

図４に示すように、レーザ照射装置２２ａは、加工ヘッド３１とノズル部３２を有している。加工ヘッド３１は、移動装置２６ａにより鉛直方向に沿って昇降可能となっている。ノズル部３２は、加工ヘッド３１の下部に図示しない旋回装置を用いて鉛直軸を中心として水平方向に旋回可能となっている。また、ノズル部３２は、反射板３３が設けられている。そのため、ノズル部３２は、加工ヘッド３１の集光系（図示略）で集光されたレーザＬを反射板３３により反射し、外側に向けて照射することができる。

レーザ照射装置２２ａは、加工装置と切断装置を兼用するものであり、対象物としての第２部材１４ａ及び第１部材１２ａの上端部に係止孔（把持部）３４、３５を形成すると共に、第２部材１４ａ及び第１部材１２ａの所定位置を切断する。

レーザ照射装置２２ａは、移動装置２６ａで移動させ、ノズル部３２を所定の下降位置で停止し、レーザＬを照射するか、または、レーザＬを照射しながらノズル部３２を所定角度だけ回動することで、第２部材１４ａ及び第１部材１２ａの上端部に円形状、または、周方向に長円形状をなす係止孔３４、３５を形成する。レーザ照射装置２２ａは、第１部材１２ａ及び第２部材１４ａの周方向に等間隔で複数（好ましくは、３個以上）の係止孔３４、３５を形成する。また、レーザ照射装置２２ａは、ノズル部３２を係止孔３４，３５よりも下降位置で停止し、レーザＬを照射しながらノズル部３２を１回転（または、複数回転）することで、第１部材１２ａ及び第２部材１４ａを切断する。

ガス供給装置２４ａは、レーザ照射装置２２ａと同様にガスＧを噴射する噴射口を回転させることで、レーザＬとともにガスＧを噴射する方向を回転させる。

移動機構２６ａは、レーザ照射装置２２ａとガス供給装置２４ａを鉛直方向、水平方向に移動させ、また、移動方向２９ａに回転させる。

支持装置２８は、第２部材１４ａに対する第１把持装置４１と、第１部材１２ａに対する第２把持装置４２を有している。第１把持装置４１は、第２部材１４ａの外側に配置され、第２把持装置４２は、第１部材１２ａの内側に配置されている。そのため、第１把持装置４１は、第２部材１４ａの外側からアクセスし、第２把持装置４２は、第１部材１２ａの内側からアクセスする。支持装置２８は、第１把持装置４１の内側に第２把持装置４２が配置され、第１把持装置４１と第２把持装置４２は、径方向に対向して配置されており、ほぼ同様の構成となっている。

第１把持装置４１は、図５に示すように、第２部材１４ａの周方向に等間隔に配置される複数（好ましくは、３個以上で、係止孔３４と同位置）の把持ヘッド５１を有している。この各把持ヘッド５１は、第２部材１４ａの上端部における外周側に移動することができる。また、第１把持装置４１は、各把持ヘッド５１から第２部材１４ａの係止孔３４に向けて移動可能な係止部材５２を有している。

第２把持装置４２は、第１部材１２ａの周方向に等間隔に配置される複数（好ましくは、３個以上で、係止孔３５と同位置）の把持ヘッド６１を有している。また、第２把持装置４２は、各把持ヘッド６１から第１部材１２ａの係止孔３５に向けて移動可能な係止部材６２を有している。

レーザ切断装置２０ａは、移動方向２９ａにレーザ照射装置２２ａとガス供給装置２４ａを回転させながらガスＧを噴射しつつレーザＬを照射することで、対象物１０ａを切断する。つまり、レーザ切断装置２０ａは、相対的に回転させる点と平行移動させる点が異なるがレーザ切断装置２０と同様に第１部材１２ａ及び第２部材１４ａを切断する。

図６は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。次に、図６を用いてレーザ切断方法の一例について説明する。図６では、レーザ切断装置２０が、対象物１０を切断する場合として説明する。

レーザ切断装置２０は、対象物に対面する位置に、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置する（ステップＳ１２）。つまり、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を水中の第１部材１２と対面する位置に設置する。レーザ照射装置２２とガス供給装置２４の設置は、レーザ切断装置２０全体を設置してもよいし、配置されているレーザ照射装置２２とガス供給装置２４を移動装置２６によって移動させてもよい。

レーザ切断装置２０は、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置したら、加工条件を決定する（ステップＳ１４）。加工条件は、レーザ照射装置２２から照射するレーザの出力、角度、ガス供給装置２４から噴射するガスの流速、流量、角度、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動速度、レーザの移動速度、ガスの噴射位置の移動速度等がある。

レーザ切断装置２０は、加工条件を決定したら、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動を開始する（ステップＳ１６）。つまり、移動装置２６によりレーザ照射装置２２及びガス供給装置２４を移動させ、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動を開始する。

レーザ切断装置２０は、相対移動を開始したら、対象物１０の第１部材１２に向けてガスを噴射しつつ、レーザを照射することで、第１部材１２に貫通部１００を形成しつつ、第２部材１４を切断する（ステップＳ１８）。レーザ切断装置２０は、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動を行いつつ、レーザの照射とガスの噴射を行い、線上の第１部材１２の貫通部１００と第２部材１４の切断部１０２を形成することで、第１部材１２及び第２部材１４を貫通部１００と切断部１０２で切断することができる。

次に、図７から図１５を用いて、レーザ切断方法の好適な方法について説明する。なお、図７から図１５に示す切断方法は、適宜組み合わせることができる。

次に、図７を用いて、レーザ切断方法の貫通部の形成時の処理についてより詳細に説明する。図７は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。本実施形態のレーザ切断方法は、第１部材１２の貫通部１００の相対移動方向に直交する面での形状、つまり切断カーフ断面の形状を、図７に示すように、レーザＬが照射され、ガスＧが供給される側、つまり、第２部材１４と対面しない側の面の入口開口１１０よりも第２部材１４と対面する側の面の出口開口１１２の幅が大きくなる形状とする。つまり貫通部１００の形状を出口開口１１２側が広がる末広がり形状とする。また、本実施形態のレーザ切断方法は、第１部材１２と第２部材１４との距離をＷとした場合、貫通部１００の第２部材１４側の面のカーフ幅ＷＡをＷ／５≦ＷＡとする。

レーザ切断方法は、貫通部１００を出口開口１１２側が広がる末広がり形状とすることで、貫通部１００を通過したガスＧをより多く第２部材１４に向けて噴射させることができ、第２部材１４のレーザＬが到達する位置に向けてより多くのガスを供給することができる。これにより、第１部材１２と第２部材１４との間のレーザＬが通る経路をよりガスＧが多い状態とすることができ、第２部材１４に到達するレーザＬの強度が水により減衰することを抑制することができ、第２部材１４により強度の高いレーザＬを照射することができる。

また、断面における貫通部１００の端面同士のなす角である開き角θは、０°以上６０°以下とすることが好ましい。開き角を０°以上６０°以下とすることで、ガスＧが貫通部１００を通過しやすくすることができ、第２部材１４のレーザＬが到達する位置に向けてより多くのガスＧを供給することができる。

また、貫通部１００の第２部材１４側の面のカーフ幅ＷＡをＷ／５≦ＷＡとすることで、貫通部１００を通過したガスＧを第２部材１４に適切に到達させることができる。これにより、第１部材１２と第２部材１４との間のレーザＬが通る経路をよりガスＧが多い状態とすることができ、第２部材１４に到達するレーザＬの強度が水により減衰することを抑制することができ、第２部材１４により強度の高いレーザＬを照射することができる。

また、レーザ切断方法は、貫通部１００を出口開口１１２側が広がる末広がり形状であり、かつ、貫通部１００の第２部材１４側の面のカーフ幅ＷＡをＷ／５≦ＷＡとすることが好ましいが、貫通部１００を上記のいずれか一方のみを満たすような形状としてもよい。

次に、図８を用いて、レーザ切断方法の貫通部の形成時の処理についてより詳細に説明する。図８は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。本実施形態のレーザ切断方法は、図８に示すように、貫通部１００ａを、レーザが照射される側の入口開口１１０ａから第２部材１４に向けて幅が狭くなった後、屈曲点１１４ａから出口開口１１２ａに向けて広くなる形状とする。つまり、屈曲点１１４ａの幅ＷＢが貫通部で最も幅が短い部分となる。

レーザ切断方法は、図８に示すように貫通部１００ａをラバールノズルのようにくびれを有する形状とすることで、貫通部１００ａを通過した、ガスＧの流速を増加させることができ、第２部材１４にガスを到達しやすくすることができる。また、貫通部１００ａの中心と、出口開口１１２ａから屈曲点１１４ａまでの壁面とのなす角は、６０°以下とすることが好ましい。

また、レーザ切断方法は、相対移動方向とレーザの進行方向とを含む面において、第１部材１２を通過したガスＧの噴射方向がレーザＬの進行方向よりも相対移動方向の先側に向かう向きに傾斜させるようにしてもよい。レーザ切断方法は、レーザに対するガスの向きを調整することで、第２部材に到達するガスＧの位置とレーザの位置とのずれの発生を抑制することができる。以下、図９から図１１を用いて、相対位置の調整方法の例を説明する。

次に、図９を用いて、レーザ切断方法の貫通部の形成時の処理についてより詳細に説明する。図９は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。図９示すレーザ切断方法は、ガス供給装置２４が２つのガス供給口１５０、１５２を有し、ガス供給口１５０からガスＧａを噴射させ、ガス供給口１５２からガスＧｂを噴射させる。また、ガス供給口１５０は、移動方向２９において、レーザ照射装置２２よりも先側（レーザ照射装置２２が通る前の位置）に配置されている。ガス供給口１５２は、移動方向２９において、レーザ照射装置２２よりも後側（レーザ照射装置２２が通った後の位置）に配置されている。また、ガス供給口１５２は、ガスＧｂをレーザＬの進行方向よりも相対移動方向の先側に向かう向きに傾斜させる向きに噴射する。

レーザ切断方法は、ガスＧｂをレーザＬの進行方向よりも相対移動方向の先側に向かう向きに傾斜させる向きに噴射することで、第２部材１４に到達するガスＧｂの位置をレーザＬが照射される位置に合わせることができる。また、ガスＧａを供給することで、第１部材１２のレーザが照射される位置も好適にガス雰囲気とすることができる。

図１０は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。図１０に示すレーザ切断方法は、レーザＬの照射方向を移動方向に直交する方向に対して角度θａ傾斜させ、第２部材１４に照射されるレーザＬの位置を移動方向の後側に設定している。これにより、ガスＧが流れる位置とレーザＬの経路とのずれを抑制することができる。

なお、レーザ切断方法は、レーザＬが照射する方向を傾ける向きを図１０と逆にしてもよい。この場合、移動方向の先側の貫通部１００の端面の第２部材１４側の一部が移動方向後ろ側に傾斜することを抑制することができ、貫通部１００を通るガスＧに移動方向後側に向いた流れを形成する部分が生じることを抑制することができる。これにより、ガスＧの流れとビームの経路とのずれを抑制することができる。

図１１は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。図１１に示すレーザ切断方法は、レーザＬの照射方向を照射時の向きで傾けている。具体的には、レーザを出射するファイバ１３０の端面をレーザ照射装置の中心軸１４０に対して、傾斜した向きに配置することで、光学系１３２を通過したレーザＬを焦点位置において、中心軸１４０に対して距離Ｄ１ずらし、所定角度傾斜させることができる。このように、光学系の配置を調整することでも、ガスＧが流れる位置とレーザＬの経路とのずれを抑制することができる。

図１２は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。図１２に示すレーザ切断方法は、第１部材１２の貫通部１００の作成を作成する第１レーザＬ１と第２部材１４を切断する第２レーザＬ２の２つのレーザを対象物１０に向けて照射している。２つのレーザは、スプリッター、ＤＯＥ等で分岐しても、２つの光源を設けそれぞれから出力させてもよい。このように２つのレーザを照射することで、それぞれの加工位置に焦点位置が設定されたレーザを照射することができる。これにより、第１部材、第２部材のそれぞれを好適に切断することができる。

図１３は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。図１３に示すレーザ切断方法は、二重管を切断する場合の例である。図１３に示すレーザ切断装置２０ｃは、第１部材１２の貫通部１００の作成を作成する第１レーザＬ３と第２部材１４を切断する第２レーザＬ４の２つのレーザを反射機構１６０で、対象物１０に向けて照射している。第１レーザＬ３は、第１部材１２の近傍が焦点位置Ｐ１となる。第２レーザＬ４は、第２部材１４の近傍が焦点位置Ｐ２となる。２つのレーザは、スプリッター、ＤＯＥ等で分岐しても、２つの光源を設けそれぞれから出力させてもよい。また、第１レーザＬ３と第２レーザＬ４は、周方向の照射方向が異なり、第１レーザＬ３が第２レーザＬ４よりも回転方向先側に照射される。このように２つのレーザを照射することで、それぞれの加工位置に焦点位置が設定されたレーザを照射することができる。これにより、第１部材、第２部材のそれぞれを好適に切断することができる。

次に、図１４及び図１５を用いて、レーザ切断方法の貫通部の形成時の処理についてより詳細に説明する。図１４及び図１５は、レーザ切断方法の一例を説明するための説明図である。本実施形態のレーザ切断方法は、第１部材１２の貫通部１００の第２部材１４側の面に形成されるドロス２００の、貫通部１００の第２部材１４側の面に貫通部の孔壁面に対する傾斜角θｂを０°以上とする。好ましくは、傾斜角θｂを０°以上６０°以下とする。また、レーザ切断方法は、ドロス２００の、レーザＬの照射方向に対する傾斜角θｃを０°以上としてもよい。好ましくは、傾斜角θｃを０°以上６０°以下としてもよい。ここで、傾斜角θｂ、θｃは、第１部材１２から第２部材１４に向かうにしたがって、ドロス２００が、孔壁面と平行な面、レーザＬから離れる方向が正の角度となる。ドロス２００の角度は、レーザの照射条件とガスＧの流速、流量、向きを調整することで、調整することができる。例えば、図１５に示すように、ドロス２００をガスＧの流れ側に傾かないように、ガスＧの流れに交差する方向のガスＧｃを供給することで、上記範囲にドロス２００を好適に作成することができる。

上記範囲のドロス２００を設けることで、第１部材１２と第２部材１４との間に入ったガスＧをレーザＬの経路近傍に保持することができる。これにより、レーザＬの経路をより確実にガス雰囲気にすることができる。

また、本実施形態のレーザ切断方法は、第１部材１２と第２部材１４との距離をＷとした場合、ドロス２００の長さを０．１×Ｗ以上第２部材に接しない長さ以下とすることが好ましい。つまり、第２部材に接する長さ未満トする。ドロス２００の長さは、レーザの照射条件とガスＧの流速、流量、向きを調整することで、調整することができる。ドロス２００を上記範囲とすることで、レーザＬの経路をより確実にガス雰囲気にすることができる。また、ドロス２００を第２部材に接しない長さ以下とすることで、ドロス２００がわれて、ガス溜まりができなくなることを抑制し、かつ、ドロスを除去しやすい状態とする。

上記実施形態では、第１部材の貫通部と第２部材の切断部を同じ囲うタイミングで、つまり同一パスで実行したが、これに限定されない。図１６は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。次に、図１６を用いてレーザ切断方法の他の例について説明する。

レーザ切断装置２０は、対象物１０に対面する位置に、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置する（ステップＳ３０）。レーザ切断装置２０は、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置したら、加工条件を決定する（ステップＳ３２）。図１６に示す処理の場合、加工条件として、第１部材１２に貫通部１００を形成する加工条件と、第２部材１４に切断部１０２を形成する加工条件の少なくとも２つの条件を設定する。

レーザ切断装置２０は、加工条件を決定したら、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動を開始する（ステップＳ３４）。レーザ切断装置２０は、相対移動を開始したら、対象物１０の第１部材１２に向けてガスを噴射しつつ、レーザを照射することで、第１部材１２に貫通部１００を形成する（ステップＳ３６）。

次に、レーザ切断装置２０は、第１部材１２に貫通部１００を形成したら、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動を開始する（ステップＳ３８）。ここで、レーザ切断装置２０は、対象物１０の貫通部１００が形成された位置に対してレーザＬとガスＧを噴射できる位置にレーザ照射装置２２及びガス供給装置２４を移動させる。レーザ切断装置２０は、相対移動を開始したら、対象物１０の第１部材１２の貫通部１００を通過した後、第２部材１４に向かうようにガスＧを噴射しつつ、レーザＬを照射することで、第２部材１４に切断部１０２を形成し、第２部材１４を切断する（ステップＳ４０）。

レーザ切断方法は、図１６に示すように、第１部材１２に貫通部１００を形成する加工と、第２部材１４に切断部１０２を形成する加工を別のステップ、異なるパスで行うようにしてもよい。このように、別々の処理で行うことで、レーザを第１部材１２に照射する場合と第２部材１４に照射する場合の焦点位置を換えることができ、レーザを高い出力密度で第１部材１２、第２部材１４に照射することができる。

図１７は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。次に、図１７を用いてレーザ切断方法の他の例について説明する。

レーザ切断装置２０は、対象物１０に対面する位置に、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置する（ステップＳ５０）。レーザ切断装置２０は、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置したら、加工条件を決定する（ステップＳ５２）。図１７に示す処理の場合、加工条件として、第１部材１２に貫通部１００を形成する加工条件と、第２部材１４に切断部１０２を形成する加工条件、第１部材１２と第２部材１４との間にガスを充填する条件の少なくとも３つの条件を設定する。

レーザ切断装置２０は、加工条件を決定したら、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動を開始する（ステップＳ５４）。レーザ切断装置２０は、相対移動を開始したら、対象物１０の第１部材１２に向けてガスを噴射しつつ、レーザを照射することで、第１部材１２に貫通部１００を形成する（ステップＳ５６）。

次に、レーザ切断装置２０は、第１部材１２に貫通部１００を形成したら、第１部材１２と第２部材１４との間にガスを充填する（ステップＳ５８）。具体的には、第１部材１２の貫通部１００よりも鉛直方向上側の第１部材１２と第２部材１４との間を閉塞し、閉塞した空間にガスを注入する。これにより、第１部材１２の貫通部１００より上側の第１部材１２と第２部材１４との間に水がない状態となり、ガス雰囲気となる。なお、ガスの注入は、ガス供給装置２４から行っても別のガスを供給する装置から供給してもよい。

次に、レーザ切断装置２０は、ガスを充填したら、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０との相対移動を開始する（ステップＳ６０）。ここで、レーザ切断装置２０は、対象物１０の貫通部１００が形成された位置に対してレーザＬとガスＧを噴射できる位置にレーザ照射装置２２及びガス供給装置２４を移動させる。レーザ切断装置２０は、相対移動を開始したら、対象物１０の第１部材１２の貫通部１００を通過した後、第２部材１４に向かうようにガスＧを噴射しつつ、レーザＬを照射することで、第２部材１４に切断部１０２を形成し、第２部材１４を切断する（ステップＳ６２）。

レーザ切断方法は、図１７に示すように、第１部材１２と第２部材１４との間にガスを充填することで、第２部材１４の切断時に第１部材１２を通過したレーザＬが通過する領域をより確実にガス雰囲気にすることができる。これにより、第２部材１４に到達するレーザＬの出力をより強くすることができる。

図１８は、レーザ切断方法の一例を説明するためのフローチャートである。次に、図１８を用いてレーザ切断方法の他の例について説明する。レーザ切断装置２０は、対象物に対面する位置に、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置する（ステップＳ７０）。レーザ切断装置２０は、レーザ照射装置２２とガス供給装置２４を設置したら、加工条件を決定する（ステップＳ７２）。加工条件は、レーザ照射装置２２から照射するレーザの出力、角度、ガス供給装置２４から噴射するガスの流速、流量、角度等がある。また、図１８に示す例では、ステップで移動させる相対移動量も含まれる。

レーザ切断装置２０は、加工条件を決定したら、レーザ照射装置２２及びガス供給装置２４と、対象物１０とを相対移動させ、加工位置まで移動させた後、停止させる（ステップＳ７４）。

レーザ切断装置２０は、加工位置に移動させたら、対象物１０の第１部材１２に向けてガスを噴射しつつ、レーザを照射することで、第１部材１２に貫通部１００を形成しつつ、第２部材１４を切断する（ステップＳ７６）。レーザ切断装置２０は、加工位置の第１部材１２及び第２部材１４を切断（穴を開けたら）切断終了かを判定する（ステップＳ７８）。レーザ切断装置２０は、切断終了ではない（ステップＳ７８でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ７４に戻り、次の加工位置の切断を行う。レーザ切断装置２０は、切断終了である（ステップＳ７８でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。

レーザ切断装置２０は、図１８に示すように、相対位置を固定した状態で加工を行い、その後、加工位置を移動させて次の位置の加工を行うことで、つまり、ステップ移動で加工を行うことで、レーザＬの照射方向とガスＧの噴射方向とのずれを発生しにくくすることができる。これにより、ガスＧを効率よく使用することができ、加工に必要なガス量を低減することができる。

また、上述した実施形態では、２枚に重ねた平板と、二重管を対象物として切断する場合で説明したが、これに限定されない。レーザ切断方法は、第１部材と第２部材が重なった形状で水中に配置された各種形状の構造物を切断することができる。対象物は、例えば、Ｕ字断面やコ字断面の湾曲板などであってもよい。

１０、１０ａ 対象物
１２、１２ａ 第１部材
１４、１４ａ 第２部材
２０、２０ａ レーザ切断装置
２２、２２ａ レーザ照射装置
２４、２４ａ ガス供給装置
２６、２６ａ 移動装置
２７、２７ａ 制御装置
２８ 支持装置
２９ 移動方向
３１ 加工ヘッド
３２ ノズル部
３３ 反射板
３４、３５ 係止孔（把持部）
４１ 第１把持装置
４２ 第２把持装置
５１、６１ 把持ヘッド
５２、６２ 係止部材
１００ 貫通部
１０２ 切断部
１１０ 入口開口
１１２ 出口開口
２００ ドロス
Ｇ ガス
Ｌ レーザ

Claims (15)

1. 第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、
   前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、
   前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、
   前記貫通部は、前記第１部材と前記第２部材との距離をＷとした場合、前記第２部材側の面のカーフ幅がＷ／５以上であることを特徴とするレーザ切断方法。
2. 前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が広くなる形状であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ切断方法。
3. 第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、
   前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、
   前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、
   前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が広くなる形状であることを特徴とするレーザ切断方法。
4. 前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が狭くなった後、屈曲点から広くなる形状であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ切断方法。
5. 第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、
   前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、
   前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、
   前記貫通部は、前記レーザが照射される側から前記第２部材に向けて幅が狭くなった後、屈曲点から広くなる形状であることを特徴とするレーザ切断方法。
6. 第１部材と第２部材が積層され、水中に配置された対象物をレーザで切断するレーザ切断方法であって、
   前記第１部材に向けてガスを噴射した状態でレーザを照射して、前記第１部材に貫通部を形成し、
   前記貫通部を通過したガスを前記第２部材に向けて噴射させた状態で前記貫通部を通過したレーザを前記第２部材に照射して、前記第２部材を切断することを含み、
   レーザを前記第１部材に照射しつつ、前記貫通部を形成し、前記貫通部の前記第２部材側の面に前記貫通部の面に対する傾斜角が０°以上６０°以下のドロスを形成することを特徴とするレーザ切断方法。
7. 前記ドロスは、前記第１部材と前記第２部材との距離をＷとした場合、０．１×Ｗ以上前記第２部材に接しない長さ以下の長さであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ切断方法。
8. 前記貫通部の形成時に、ガスを前記第１部材に向けて第１の方向と前記第１の方向に対して傾斜した第２の方向に噴射することを特徴とする請求項６または７に記載のレーザ切断方法。
9. 前記ガスの噴射位置と前記レーザの照射位置と前記対象物とを相対移動方向に相対的に移動させつつ、前記レーザの照射と前記ガスの噴射を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザ切断方法。
10. 前記相対移動方向と前記レーザの進行方向とを含む面において、前記第１部材を通過した前記ガスの噴射方向が前記レーザの進行方向よりも前記相対移動方向の先側に向かう向きに傾斜していることを特徴とする請求項９に記載のレーザ切断方法。
11. 前記第１部材の前記貫通部の作成と前記第２部材の切断を同一パスで実行することを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザ切断方法。
12. 前記第１部材の前記貫通部を作成した後、
    異なるパスで、前記第２部材の切断を実行することを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザ切断方法。
13. 前記第１部材の前記貫通部を作成した後、前記第１部材と前記第２部材の間に前記ガスを充填し、
    その後、前記第２部材の切断を実行することを特徴とする請求項１２に記載のレーザ切断方法。
14. 前記ガスの噴射位置と前記レーザの照射位置と前記対象物とを相対的に移動させ、停止させた後、前記レーザの照射と前記ガスの噴射を行うことを繰り返すことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザ切断方法。
15. 前記第１部材の前記貫通部を作成する第１レーザと、前記第２部材を切断する第２レーザと、を前記対象物に向けて照射することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のレーザ切断方法。

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