JP7635104B2 - レーザ照射装置のヘッド - Google Patents

Description

本発明は、構造物の表面に付着した固着物を粉砕するためのレーザ光を射出するレーザ照射装置に備えられたレーザ照射装置のヘッドに関する。

構造物の表面に付着した固着物を除去するための装置が種々提供されている。例えば、特許文献１には、レーザ光を照射対象物の表面に照射することにより、照射対象物の表面に付着した塗膜や異物などを除去するレーザ照射装置が記載されている。

このレーザ照射装置は、光学系と流体供給部とを備えている。光学系は、集光光学系と偏向光学系とを含んでいる。集光光学系は、レーザ発振器が発生するレーザ光を所定の焦点位置において集光させる。偏向光学系は、レーザ光を偏向させ、焦点位置を照射対象物の表面に沿って所定の走査パターンで走査させる。

流体供給部は、カバー部とシールドガス供給筒と集塵機接続筒とを有している。カバー部は、照射箇所を覆うように照射対象物に宛がわれる（特許文献１では「取り付けられる」と記載）容器状の部材で、側面部や天面部などを有している。側面部は、４つの側壁によって枠状に形成されている。向き合った側壁には、シールドガス供給筒と集塵機接続筒とが接続される。天面部には、レーザ光を通過させるための開口が形成されている。

このレーザ照射装置は、不活性ガスを主成分とする流体（以下、「シールドガス」という。）がシールドガス供給筒からカバー部内に供給されて充満することにより、照射位置の照射対象物の表面に酸化物の被膜が形成されないようにする。また、このレーザ照射装置は、照射対象物に対してレーザ光が照射されることにより発生した塵埃を集塵機接続筒から吸引する。したがって、集塵機接続筒を備えたレーザ照射装置は、レーザ光の照射により発生した塵埃が照射対象物に再付着してレーザ加工の品質を損なわないようにすることができる。

特開２０２０－２２９７８号公報

特許文献１に記載されたレーザ照射装置は、シールドガス供給筒からカバー部内にシールドガスを供給しながら、カバー部内で発生した塵埃を集塵機接続筒から吸引する。したがって、このレーザ照射装置は、シールドガス供給筒から供給されるシールドガスが集塵機接続筒から吸引される塵埃よりも少ないと、カバー部内がシールドガスで充満されず、照射対象物の表面に酸化物の被膜が形成される。逆に、シールドガス供給筒からカバー部内に供給されるシールドガスよりも集塵機接続筒から吸引される塵埃が少ないと、照射対象物の表面に塵埃が付着する。

このように、特許文献１に記載されたレーザ照射装置は、照射対象物の表面に酸化物の被膜が形成されないようにしつつ、レーザ光の照射により発生した塵埃が照射対象物の表面に再付着しないようにするため、シールドガスの供給量と発生した塵埃の吸引量とのバランスをとる必要がある。したがって、このレーザ照射装置は、このバランスの可否によって、照射対象物に付着した異物の除去ができたりできなかったりする。

本発明は、レーザ照射によって発生した塵埃がレーザ光通過の邪魔にならずに、照射対象物の表面の固着物を除去できるようにしたレーザ照射装置のヘッドを提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ照射装置のヘッドは、
構造物の表面に付着した固着物を粉砕するためのレーザ光を射出するレーザ照射装置のレーザ光射出部に装着されるレーザ光照射装置のヘッドであって、
基端開口部、先端開口部及び排気部を有する変形筒状のケーシングと、
前記ケーシング内で前記先端開口部から前記排気部への流路を設けるセパレータと、
を備え、
前記基端開口部は、前記レーザ光が通過可能なように開口し、前記レーザ照射装置のレーザ光射出部に取り付け可能とされ、
前記先端開口部は、前記レーザ光が通過可能なように開口し、粉砕された前記固着物の吸引口ともされ、
前記セパレータは、前記レーザ光が前記基端開口部から前記先端開口部へ通過できる位置で前記ケーシング内を区切り、前記先端開口部から前記排気部への流路を設ける。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記ケーシングは、吸気部を有し、
前記セパレータは、前記吸気部から前記先端開口部への流路を上流部の流路とし，前記先端開口部から前記排気部への流路を下流部の流路とする。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記先端開口部は、前記レーザ光が走査する範囲で長方形状に開口している。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記ケーシングを補強するフレームを備えている。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記スペーサは、前記レーザ光の射出のスイッチ機能を有している。

本発明によれば、レーザ照射によって発生した塵埃がレーザ光通過の邪魔にならずに、照射対象物の表面の固着物を除去できるようにしたレーザ照射装置のヘッドを提供することができる。

本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す断面正面図である。 本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す断面斜視図である。 本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す側面図である。 本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態であって、使用状態を示す断面正面図である。

以下、本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態について、図１乃至図５を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す断面正面図である。図２は、本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す斜視図である。図３は、本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す断面斜視図である。図４は、本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態を示す側面図である。図５は、本発明に係るレーザ照射装置のヘッドの一実施形態であって、使用状態を示す断面正面図である。

図５に示すように、このレーザ照射装置のヘッドは、レーザ光を射出するレーザ照射装置のレーザ光射出部Ｓに取り付け可能とされる。レーザ光は、構造物Ａの表面に付着した固着物（図示せず）を粉砕する。構造物Ａは、例えば、橋梁、建屋、船舶、配管などのように、大型構造物から小型構造物まで限定せず、また、固定構造物であるか移動構造物であるかも限定しない。固着物は、構造物Ａの表面に付着したペンキのような塗膜であるか、錆であるか、汚染物質であるか、構造物Ａの表面が酸化したり変色したり構造物自体であるかなど限定しない。レーザ照射装置は、このような固着物にレーザ光を照射ことで、固着物を粉砕し、除去物Ｃとして構造物Ａの表面から除去する。

レーザ照射装置は、エジェクタ（図示せず）と本体ケーシンング（以下、「本体」という。）とを備えている。エジェクタは、レーザ発振器やスキャナ、光ファイバなどを備えている。レーザ発振器は、本体から離れて備えられる。スキャナは、本体に内蔵され、レーザ光を所定の幅で往復させ、焦点位置となる構造物Ａの表面を走査させる。レーザ発振器とスキャナとは、光ファイバによって接続される。

本体は、作業者が手で持てる大きさや重さの変形箱型形状とされている。本体の一端側は、閉鎖部とされ、光ファイバの先端部が接続される。本体の他端側は、スキャナから射出されたレーザ光が通過できるように開口したレーザ光射出部Ｓとされている。レーザ光射出部Ｓは、例えば円筒形に開口した接続部（図示せず）を有している。本体は、閉鎖部とレーザ光射出部Ｓとを結ぶラインが基本的に水平向きで使用される。

この本体のレーザ光射出部Ｓの接続部にレーザ射出装置のヘッドが取り付けられる。図１に示すように、このヘッドは、ヘッド用ケーシング（以下、主として「ケーシンング」という。）１とセパレータ２とを備えている。ヘッドは、さらにフレーム３を備えている。

ケーシング１は、変形筒状で、基端開口部１１、先端開口部１２及び排気部１３を有している。ケーシング１は、さらに吸気部１４を有している。ケーシンングの基端開口部１１は、本体のレーザ光射出部Ｓの接続部に嵌め合わされている。したがって、ここでは、ケーシング１の基端開口部１１と先端開口部１２とを結ぶラインが本体の向きと同じく水平向きで使用される場合について説明する。

図２に示すように、この向きにおいて、ケーシング１は、基端側筒状部１０１と、上側の天面部１０２と、下側の底面部１０３と、左右（基端開口部１１から先端開口部１２を見たときの左右）両側の側面部１０４と、を備えている。天面部１０２と底面部１０３は、左右に分割され、複数の係合爪１０５を備えている。係合爪１０５が噛み合うことによって左右の天面部１０２と底面部１０３とが分離可能に一体化される。天面部１０２及び底面部１０３は、下側に若干、膨らむように撓んだアーチ形状に成形されている。天面部１０２と底面部１０３との間隔は、基端開口部１１側が広くされ、先端開口部１２側が狭くされている。

ケーシング１の基端開口部１１は、レーザ光射出装置から照射されたレーザ光が通過可能なように円筒形に形成されている。レーザ射出装置のレーザ光射出部Ｓが円筒形に形成されているため、ケーシング１の基端開口部１１がレーザ光射出装置のレーザ光射出部Ｓに着脱可能とされている。

ケーシング１の先端開口部１２は、レーザ光が通過可能なように開口し、粉砕された固着物を除去した除去物Ｃの吸い込み口ともされる。レーザ光は、所定の幅で往復するように走査するため、この先端開口部１２は、レーザ光が走査可能な長方形状とされる。この開口部は、天面部１０２及び底面部１０３のエッジに設けられる長辺と、両側の側面部１０４のエッジに設けられる短辺とによって長方形状に形成される。天面部１０２の中心部には、吸気部１４が設けられている。吸気部１４は、長円形の貫通穴によって形成されている。ただし、吸気部１４の形状は、限定されない。

底面部１０３の中心部には、排気部１３が設けられている。排気部１３は、底面部１０３から突出するような円筒状に形成されている。

フレーム３は、基本的にケーシング１の内側に配置される。フレーム３の基端側３１は、厚肉で、円筒形とされている。フレーム３の中間部３２から先端側３３は、薄肉で、ケーシング１の各側面部１０４に沿うように先細り形状とされる。フレーム３は、底面部１０３の上面とセパレータ２の下面に沿わず、各側面部１０４の内面に密着する。フレーム３の基端側３１と先端側３３との境界部には、肉抜き部３４が形成されている。図４に示すように、フレーム３の先端側３３の最先端部は、二股形状とされている。

このヘッドは、先端開口部１２の端面から突出した一対のスペーサ４を備えている。各スペーサ４は、回転軸４１とローラ４２とを備えている。回転軸４１は、ローラ４２の中心を貫通し、フレーム３の二股形状の最先端部に掛け渡される。ローラ４２は、この回転軸４１に支持され、フレーム３の二股形状の最先端部に隙間をもって挟まれる。ローラ４２の外周部の一部は、ケーシング１の先端開口部１２の端面から突出する。

スペーサ４は、レーザ光の射出のスイッチ機能を有している。スイッチ機能は、図示しないが、ローラ４２が構造物Ａの表面に押し当てられるとＯＮし、ローラ４２が構造物Ａの表面から離れるとＯＦＦするマイクロスイッチや、ローラ４２が構造物Ａの表面に当たったか当たっていないかを検知するタッチセンサーなどの電子部品を備えている。この電子部品とレーザ照射装置のレーザ発振器やスキャナなどとはケーブル（図示せず）によって接続される。

図１に示すように、セパレータ２は、ケーシング１内で先端開口部１２から排気部１３への下流部の流路２２を設ける。このセパレータ２と天面部１０２との間は、レーザ光が基端開口部１１から先端開口部１２へ通過できる空間とされる。セパレータ２は、上側へ若干、膨らむように撓んだアーチ形状に形成されている。セパレータ２は、天面部１０２と底面部１０３と同じ幅で、両側縁が各側面部１０４の内面に密着している。セパレータ２と天面部１０２との間には、気流の流路である上流部の流路２１が設けられる。上流部の流路２１は、セパレータ２によって基端開口部１１から先端開口部１２へ次第に狭くなるように形成される。下流部の流路２２では、セパレータ２によって先端開口部１２から排気部１３へのスムーズな気流が生じる。

図２に示すように、排気部１３には、排気管Ｅの上流端が接続されている。排気管Ｅの下流端には、吸引装置（図示せず）が接続されている。レーザ照射装置がＯＮされることにより、吸引装置がＯＮされる。ただし、レーザ照射装置がＯＦＦされた後も、吸引装置はしばらくＯＮされ続けてからＯＦＦされる。

ここで、このようなヘッドの基端開口部１１がレーザ照射装置の本体のレーザ光射出部Ｓの接続部に取り付けられ、構造物Ａの表面の固着物を除去する方法について説明する。

ヘッドは、水平向きとされ、スペーサ４のローラ４２が構造物Ａの表面に当てられる。こうすることで、ケーシング１の基端開口部１１の端面が構造物のＡの表面から一定の間隔、すなわち、ローラ４２が基端開口部１１の端面から突出している量だけ、基端開口部１１の端面が構造物Ａの表面から浮いた状態になる。そして、本体内のスキャナと構造物Ａの表面との距離が所定の間隔に維持される。したがって、スキャナから照射されるレーザ光の焦点距離が構造物Ａの表面に一致する。

また、スペーサ４が構造物Ａの表面に当てられることで、レーザ照射装置のレーザ発振器やスキャナがＯＮされ、吸引装置もＯＮされる。レーザ発振器から射出されるレーザ光は、スキャナによって所定の幅で構造物Ａの表面上を走査する。スペーサ４が構造物Ａの表面に当てられることにより、スキャナと構造物Ａの表面との距離の処置の間隔に維持される。レーザ光は、構造物Ａの表面に焦点が合って走査される。このレーザ光は、構造物Ａの表面の固着物を走査する幅で粉砕し、除去物Ｃとして除去する。

そして、スペーサ４のスイッチ機能によってＯＮされた吸引装置によって排気管Ｅ内が吸気される。そうすると、吸気部１４から上流部の流路２１内に外気が流入する。この外気は、ヘッド内の上流部の流路２１から先端開口部１２を回って下流部の流路２２へ流動する気流となる。すなわち、上流部の流路２１内から流入した外気は、セパレータ２によって直接、排気部１３へ流動せず、先端開口部１２の方へ流動する。先端開口部１２内では、レーザ光によって構造物Ａの表面から除去された除去物Ｃがこの気流に流され、下流部の流路２２から排気管Ｅへ排出される。

したがって、除去物Ｃは、先端開口部１２内で浮遊することがなく、構造物Ａの表面に再度、付着したり、基端開口部１１から本体の方へ流動したりすることがない。このように、このヘッドを備えたレーザ照射装置は、セパレータ２によって上流部の流路２１と下流部の流路２２とが設けられ、外気がこの上流部の流路２１と下流部の流路２２とを流動することで、構造物Ａの表面に付着した固着物を確実に除去しつつ、除去物Ｃは、上流部の流路２１内を通過するレーザ光通過の邪魔にならないようにして、レーザ光が構造物Ａの表面に付着した固着物を除去することができる。

そして、ヘッド及び本体は、上方向又は下方向へ１ピッチ移動する。スペーサ４がローラ４２を備えているため、ヘッドは構造物Ａの表面上をスムーズに移動する。このようにして構造物Ａの表面の固着物は、レーザ光が照射されることで、粉砕され、除去物Ｃとして構造物Ａの表面から除去される。スペーサ４が構造物Ａの表面から離れると、スイッチ機能がＯＦＦとなり、レーザ照射装置と吸引装置が切られる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。また本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や上記実施の形態の組み合わせを施してもよい。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、ケーシング１の基端開口部１１と先端開口部１２とを結ぶラインが水平方向とされることで、上側を天面部１０２、下側を底面部１０３という名称にした（名付けた）。しかし、ヘッドの使用状況によっては、名付けた天面部１０２や底面部１０３が側面側に位置することがある。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、ケーシング１の天面部１０２の中心部に吸気部１４が設けられているとした。しかし、レーザ光照射装置のヘッドは、ケーシング１の側面部１０４で上流部の流路２１内に通気するような位置に吸気部１４を設けてもよい。さらには、レーザ光照射装置のヘッドは、吸気部１４を設けないようにしてもよい。吸気部１４を設けないレーザ光照射装置のヘッドは、先端開口部１２が吸気部ともなる。また、吸気部１４を設けないレーザ光照射装置のヘッドは、上流部の流路２１が設けられず、先端開口部１２から排気部１３へ設けられた流路２２によって除去物Ｃが排気部１３へ排出される。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、先端開口部１２が長方形状に開口しているとした。しかし、レーザ光が円形に走査するときは、先端開口部１２は円形や楕円形に開口する。さらに先端開口部１２は、正方形や菱形、三角形などの多角形に開口してもよい。また、レーザ照射装置がスキャナを備えず、レーザ光が所定の幅で往復しないときは、先端開口部１２は小孔に形成されてもよい。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、ケーシング１をフレーム３によって補強するとした。しかし、ケーシング１が破損しにくい素材で成形されている場合は、ヘッドはフレーム３を備えなくてもよい。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、スペーサ４を回転軸４１やローラ４２によって備えるとした。しかし、スペーサ４は、ケーシング１の先端開口部１２から突出する刷毛や２本以上の突起などによって形成してもよい。さらに、ヘッドは、スペーサ４を備えず、先端開口部１２の先端面が構造物Ａの表面に当てられるようにしてもよい。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、スイッチ機能を有するスペーサ４を備えているとした。しかし、ヘッドは、スイッチ機能を有さず、レーザ照射装置や吸引装置がそれぞれスイッチを備えてもよい。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、本体のレーザ光射出部Ｓとケーシンングの基端開口部１１が円筒形に形成されているとした。しかし、レーザ光射出部Ｓと基端開口部１１は、角筒形などに形成されてもよい。

前記実施の形態のレーザ光照射装置のヘッドでは、排気部１３が底面部１０３から突出するように形成された。しかし、排気部１３は、底面部１０３に形成した貫通穴とし、この貫通穴に排気管Ｅの上流端が接続されるようにしてもよい。

以上まとめると、本発明が適用されるレーザ照射装置のヘッドは、次のような構成を取れば足り、各種各様な実施形態をとることができる。

本発明に係るレーザ照射装置のヘッドは、
構造物の表面に付着した固着物を粉砕するためのレーザ光を射出するレーザ照射装置のレーザ光射出部Ｓに装着されるレーザ光照射装置のヘッドであって、
基端開口部１１、先端開口部１２及び排気部１３を有する変形筒状のケーシング１と、
前記ケーシング１内で前記先端開口部１２から前記排気部１３への流路２２を設けるセパレータ２と、
を備え、
前記基端開口部１１は、前記レーザ光が通過可能なように開口し、前記レーザ照射装置のレーザ光射出部Ｓに取り付け可能とされ、
前記先端開口部１２は、前記レーザ光が通過可能なように開口し、粉砕された前記固着物の吸引口ともされ、
前記セパレータ２は、前記レーザ光が前記基端開口部１１から前記先端開口部１２へ通過できる位置で前記ケーシング１内を区切り、前記先端開口部１２から前記排気部１３への流路を設ける。

このレーザ照射装置のヘッドは、レーザ照射装置から照射されたレーザ光をケーシング１の基端開口部１１から先端開口部１２へ通過させる。このレーザ光は、構造物Ａの表面に付着した固着物を粉砕し、除去物Ｃとして先端開口部１２内に吸引される。除去物Ｃは、先端開口部１２内から下流部の流路２２を通過して排気部１３へ排出される。下流部の流路２２は、セパレータ２によってケーシング１内が仕切られて設けられる。したがって、除去物Ｃが先端開口部１２内で浮遊したり、基端開口部１１の方へ流動したりすることがなく、レーザ光通過の邪魔にならない。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記ケーシング１は、吸気部１４を有し、
前記セパレータ２は、前記吸気部１４から前記先端開口部１２への流路を上流部の流路２１とし、前記先端開口部から前記排気部への流路を下流部の流路２２とする。

このレーザ照射装置は、ケーシング１の吸気部１４から先端開口部１２への上流部の流路２１が設けられることにより、外気がこの上流部の流路２１から上流部の流路２１内に流入する。この外気は、セパレータ２によって直ちに排気部１３へ流動せず、先端開口部１２の方へ流動する。この外気は、先端開口部１２において除去物Ｃを含んだ気流として排気部１３へ流動する。したがって、先端開口部１２内に流入した除去物Ｃがこの気流に乗って排気部１３へ排出される。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記先端開口部１２は、前記レーザ光が走査する範囲で長方形状に開口している。

このレーザ照射装置のヘッドは、レーザ光が往復動するようにレーザ照射装置から照射されても、先端開口部１２を首振りや往復動するように動かさなくても、レーザ光を構造物Ａの表面に走査するができる。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記ケーシング１を補強するフレーム３を備えている。

このレーザ照射装置のヘッドは、ケーシング１がフレーム３によって補強されることにより、ケーシング１を薄肉として軽量化を図ることができる。

前記本発明に係るレーザ照射装置のヘッドにおいて、
前記スペーサ４は、前記レーザ光の射出のスイッチ機能を有している。

このレーザ照射装置のヘッドは、スイッチ機能を備えたスペーサ４が構造物Ａの表面に当てられることで、レーザ光の照射のＯＮ・ＯＦＦが切り替えられ、操作性を向上させることができる。

１・・・・・ケーシング
１１・・・・基端開口部
１２・・・・先端開口部
１３・・・・排気部
１４・・・・吸気部
２・・・・・セパレータ
２１・・・・上流部の流路
２２・・・・下流部の流路
３・・・・・フレーム
４・・・・・スペーサ
Ｃ・・・・・除去物
Ｓ・・・・・レーザ光射出部

Claims (5)

1. 構造物の表面に付着した固着物を粉砕するためのレーザ光を射出するレーザ照射装置のレーザ光射出部に装着されるレーザ光照射装置のヘッドであって、
   基端開口部、先端開口部及び排気部を有する変形筒状のケーシングと、
   前記ケーシング内で前記先端開口部から前記排気部への流路を設けるセパレータと、
   を備え、
   前記基端開口部は、前記レーザ光が通過可能なように開口し、前記レーザ照射装置のレーザ光射出部に取り付け可能とされ、
   前記先端開口部は、前記レーザ光が通過可能なように開口し、粉砕された前記固着物の吸引口ともされ、
   前記セパレータは、前記レーザ光が前記基端開口部から前記先端開口部へ通過できる位置で前記ケーシング内を区切り、前記先端開口部から前記排気部への流路を設け、
   前記ケーシングは、吸気部を有し、
   前記セパレータは、前記吸気部から前記先端開口部への流路を上流部の流路とし，前記先端開口部から前記排気部への流路を下流部の流路とする、
   レーザ照射装置のヘッド。
2. 前記先端開口部は、前記レーザ光が走査する範囲で長方形状に開口している、
   請求項１に記載のレーザ照射装置のヘッド。
3. 前記ケーシングを補強するフレームを備えている、
   請求項１又は２のうちいずれか１項に記載のレーザ照射装置のヘッド。
4. 前記先端開口部の端面よりも突出したスペーサを備えている、
   請求項１～３のうちいずれか１項に記載のレーザ照射装置のヘッド。
5. 前記スペーサは、前記レーザ光の射出のスイッチ機能を有している、
   請求項４に記載のレーザ照射装置のヘッド。

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