JP6961326B2 - レーザ光遮蔽材 - Google Patents
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Description
この実施形態に係るレーザ光遮蔽材は、レーザ機器の管理・作業区域外にレーザ光が漏洩するのを防止する部材である。レーザ光遮蔽材を用いた製品形態として、例えば、フィルム、カーテン、ケース、パネル、パーティション、キャビン、セルの他、後述する遮蔽カバー6(図1)が挙げられる。また、このレーザ光遮蔽材は、単なる遮蔽機能からなる受動的システムに組み込まれてもよいし、レーザ照射への対処動作(例えば、検知、停止、報知)を実行する能動的システムに組み込まれてもよい。
・レーザ出力:5kW
・レーザ波長:1μm前後
・スポット径:30mmφ
・照射時間 :50s以上(より好ましくは、100s以上)
図1は、この実施形態に係るレーザ光遮蔽材を組み込んだレーザ加工システム1の全体構成図である。レーザ加工システム1は、作業台Sの上にある金属(例えば、銅、アルミニウム)等のワークWを加工するシステムである。レーザ加工システム1は、基本的には、レーザ光Lを生成するファイバレーザ装置2、レーザ光Lを出力するレーザ加工ヘッド3、及び、ファイバレーザ装置2とレーザ加工ヘッド3を光学的に接続する光ファイバケーブル4を備える。
この実施形態に係るレーザ光遮蔽材は、上記した構造的特徴又は物理的特徴を有する。続いて、この実施形態に係るレーザ光遮蔽材の製造方法について説明する。
ピッチ系炭素繊維の原料としては、例えば、ナフタレン又はフェナントレンを含む縮合多環炭化水素化合物、石油系ピッチ又は石炭系ピッチを含む縮合複素環化合物が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。特に異方性ピッチ系に関し、炭素繊維の密度は1.7〜2.2g/cm3であり、繊維形状は等方性ピッチ系と比べて長くなっている。
プリプレグは、ピッチ系炭素繊維にマトリクス樹脂を含浸させ、シート状にした成形用中間材料である。プリプレグの種類は、一方向プリプレグ、クロスプリプレグ、又は織物プリプレグのいずれでもよい。「一方向プリプレグ」とは、ピッチ系炭素繊維が一方向に配向されるプリプレグである。「クロスプリプレグ」とは、ピッチ系炭素繊維が複数の方向に配向されるプリプレグである。「織物プリプレグ」とは、ピッチ系炭素繊維が平織り、綾織り、或いは朱子織りされたプリプレグである。
得られたプリプレグを積層した後、種々の成形加工を施すことでピッチ系CFRPが完成する。成形方法としては、[1]内圧成形法、オートクレーブ成形法、オーブン成形法、シートラッピング成形法等の間接成形法、[2]フィラメント・ワインディング法、引抜き成形法、RTM(Resin Transfer Molding)法等の直接成形法、が挙げられる。
先ず、レーザ光の遮蔽性評価に供される合計9種類の試料片を準備した。以下に示す実施例1、2、比較例1〜7の試料片はいずれも、平面視にて正方形状のパネル材である。
三菱レイヨン社製のピッチ系炭素繊維基材「ダイアリード」にエポキシ樹脂(三菱レイヨン社製)を含浸させた四方向(0度/45度/90度/135度)クロスプリプレグを作製した。そして、この四方向クロスプリプレグを積層した後、オートクレーブ法を用いて平板状に成形することで、厚さが4mm(18層;実施例1)、6mm(26層;実施例2)のピッチ系CFRPをそれぞれ作製した。このCFRPの一部を切断し、一辺の長さが300mmの試料片を得た。
米国KENTEK社製の「Ever−Guard」(登録商標)の一部を切断し、一辺の長さが75mmの試料片を得た。この試料片はアルミニウムを主材とし、厚さは1mmである。
独国laservision社製の「BM2.M5P06.5003(Extendable Laser Safety panel 3-panel system)」の一部を切断し、一辺の長さが150mmの試料片を得た。この試料片はアルミニウムを主材とし、厚さは3mmである。
広く市販されている配向性ストランドボード(Oriented Strand Board;OSB)の一部を切断し、一辺の長さが300mmの試料片を得た。この試料片は木片(ストランド)を主材とし、厚さは11mmである。
三菱樹脂社製の「マフテック」(登録商標)の一部を切断し、一辺の長さが300mmの試料片を得た。比較例4(1600ボード)の試料片は、ムライトを主な鉱物組成とし、厚さは50mmである。比較例5(1700ボード)の試料片は、αアルミナを主な鉱物組成とし、厚さは50mmである。
三菱化学社製のピッチ系CFRP「ME15」(比較例6)及び「ME30」(比較例7)の一部を切断し、一辺の長さが300mmの試料片を得た。このピッチ系CFRPはいずれも、ポリカーボネートに短繊維ペレット(比較例6では含有率15%、比較例7では含有率30%)を分散させた後、射出成型法を用いて作製された複合材料である。これらの試料片の厚さはいずれも3mmである。
国際規格であるIEC(International Electrotechnical Commission)にて定義される試験方法を参考にして、9種類の試料片に対する評価実験を行った。この方法は、IEC 60825−4(レーザ製品の安全性−第4部:レーザガード)の「Annex D」に示される。
各々の試料片に対して、レーザ光の照射を開始した時点から試料片を貫通するまでの所要時間である「貫通時間」(単位:s)を測定した。この貫通時間が短いほどレーザ光の遮蔽性が低いと共に、長いほどレーザ光の遮蔽性が高いと言える。実用上の観点から、照射時間の上限値を150sとした。この上限値は、上記の要求仕様100sを十分に上回る。
レーザ光の出力を5kW、スポット径を20mmφとした場合における実験結果を表1に示す。本表から理解されるように、比較例1〜7での貫通時間はいずれも10s未満であり、十分な遮蔽性が得られなかった。一方、実施例1での貫通時間は33s、実施例2での貫通時間は78sであり、いずれも十分な遮蔽性を有することが確認された。同様に、B/Aの値に関しても、実施例1、2の方が、比較例1〜7と比べて有意に優れていることが確認された。
(30/20)^2・(33/4)=50/A
つまり、A≧3mmであれば十分な遮光性が得られるため更に好ましい。なお、乗数(30/20)^2は、エネルギー密度の変化を考慮した補正乗数である。
なお、この発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
3‥レーザ加工ヘッド 4‥光ファイバケーブル
5‥先端部 6‥遮蔽カバー(レーザ光遮蔽材)
7(a/b/c/d)‥遮蔽面 L‥レーザ光
Claims (3)
- レーザ光を遮蔽するレーザ光遮蔽材であって、
前記レーザ光は、ファイバレーザによるレーザ光であり、
ピッチ系炭素繊維が長繊維の形態で少なくとも一方向に配向された、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂又はポリイミド樹脂をマトリクス樹脂とする炭素繊維強化プラスチックを含んで構成され、
前記ピッチ系炭素繊維は、等角度間隔にて四方向に配向され、
厚さが3mm以上10mm以下であり、
出力5kW、スポット径40mmφのファイバレーザによるレーザ光を照射した際の貫通時間が150秒を超えることを特徴とするレーザ光遮蔽材。 - レーザ光を遮蔽する遮蔽面は、1次元的又は2次元的に周期性のある凹凸が形成された表面形状を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ光遮蔽材。
- 前記凹凸の高低差は、前記凹凸の幅よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載のレーザ光遮蔽材。
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