JPH0671474A - レーザ照射用トーチ - Google Patents
レーザ照射用トーチInfo
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- JPH0671474A JPH0671474A JP4188454A JP18845492A JPH0671474A JP H0671474 A JPH0671474 A JP H0671474A JP 4188454 A JP4188454 A JP 4188454A JP 18845492 A JP18845492 A JP 18845492A JP H0671474 A JPH0671474 A JP H0671474A
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- Japan
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- torch
- laser beam
- optical fiber
- torch head
- head
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/10—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
- B23K26/103—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece
- B23K26/106—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece inside the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/28—Seam welding of curved planar seams
- B23K26/282—Seam welding of curved planar seams of tube sections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ照射用トーチに係り、トーチの回転に
よって生ずる捩り力やレーザ本体内に反射して戻るレー
ザビームから光ファイバを保護するとともに、反射ミラ
ーの耐久性を向上したレーザ照射用トーチを提供する。 【構成】 小口径配管に挿入され位置決め手段によって
小口径配管の半径方向に位置決めされるトーチ胴体と、
その先端に周方向に沿って回転可能に支持され駆動手段
によって回転させられるトーチヘッドと、トーチ胴体を
貫通して配されトーチヘッドまでレーザビームを導く光
ファイバと、トーチヘッドの長手方向に沿って移動可能
なレンズ支持筒と、その内部に取り付けられレーザビー
ムを集光するレンズと、レンズを通過させられたレーザ
ビームを反射してトーチヘッドの小孔から半径方向外方
に発射させる反射ミラーとを具備しており、小口径配管
の内部においてトーチヘッドを回転させながらレーザビ
ームを照射する。
よって生ずる捩り力やレーザ本体内に反射して戻るレー
ザビームから光ファイバを保護するとともに、反射ミラ
ーの耐久性を向上したレーザ照射用トーチを提供する。 【構成】 小口径配管に挿入され位置決め手段によって
小口径配管の半径方向に位置決めされるトーチ胴体と、
その先端に周方向に沿って回転可能に支持され駆動手段
によって回転させられるトーチヘッドと、トーチ胴体を
貫通して配されトーチヘッドまでレーザビームを導く光
ファイバと、トーチヘッドの長手方向に沿って移動可能
なレンズ支持筒と、その内部に取り付けられレーザビー
ムを集光するレンズと、レンズを通過させられたレーザ
ビームを反射してトーチヘッドの小孔から半径方向外方
に発射させる反射ミラーとを具備しており、小口径配管
の内部においてトーチヘッドを回転させながらレーザビ
ームを照射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ照射用トーチに
係り、特に、小口径配管に管内面コーティングを施す技
術に関するものである。
係り、特に、小口径配管に管内面コーティングを施す技
術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザは、板材の穴明け、切断等
に適用されており、そのためのレーザ照射装置が各種提
供されている。また、原子力の分野においては、原子炉
設備の配管等の耐食性を向上させるための管内面コーテ
ィングとして、レーザ照射による金属のコーティング方
法が採用されている。該コーティング方法は、被覆材料
となる金属粉末をバインダに混合させてなる塗布材料を
配管内面に塗布し、レーザを照射してバインダを蒸発さ
せながら、同時に金属粉末を溶融させて被覆層を形成す
るものであり、任意の金属を被覆でき、また、配管の内
表面のみが加熱されるので、配管の変形や変質等がない
等の優れた効果を有している。
に適用されており、そのためのレーザ照射装置が各種提
供されている。また、原子力の分野においては、原子炉
設備の配管等の耐食性を向上させるための管内面コーテ
ィングとして、レーザ照射による金属のコーティング方
法が採用されている。該コーティング方法は、被覆材料
となる金属粉末をバインダに混合させてなる塗布材料を
配管内面に塗布し、レーザを照射してバインダを蒸発さ
せながら、同時に金属粉末を溶融させて被覆層を形成す
るものであり、任意の金属を被覆でき、また、配管の内
表面のみが加熱されるので、配管の変形や変質等がない
等の優れた効果を有している。
【０００３】ところで、このような原子炉設備の配管等
は、通常、小口径（直径３０〜４０ｍｍ程度）かつ長さ
寸法の長いもの（５ｍ程度）であって、該配管内に有効
にレーザ照射による金属のコーティングを施すことが困
難であった。そこで、このような小口径配管内面にレー
ザを容易に照射できる装置として、例えば、特開平３−
９９７８７号に示されるレーザ照射用トーチが提案され
ている。
は、通常、小口径（直径３０〜４０ｍｍ程度）かつ長さ
寸法の長いもの（５ｍ程度）であって、該配管内に有効
にレーザ照射による金属のコーティングを施すことが困
難であった。そこで、このような小口径配管内面にレー
ザを容易に照射できる装置として、例えば、特開平３−
９９７８７号に示されるレーザ照射用トーチが提案され
ている。
【０００４】このレーザ照射用トーチは、レーザビーム
を伝送する光ファイバの先端部に取り付けられる筒状の
トーチ本体と、該トーチ本体内に取り付けられて光ファ
イバーからトーチ本体の長手方向に放射されたレーザビ
ームを集光するレンズと、トーチ本体の先端に取り付け
られたトーチヘッドと、該トーチヘッドの内部に取り付
けられ前記レンズを通過したレーザビームを反射してト
ーチヘッドの側壁に形成された小孔から外部に発射させ
る反射ミラーとを具備している。
を伝送する光ファイバの先端部に取り付けられる筒状の
トーチ本体と、該トーチ本体内に取り付けられて光ファ
イバーからトーチ本体の長手方向に放射されたレーザビ
ームを集光するレンズと、トーチ本体の先端に取り付け
られたトーチヘッドと、該トーチヘッドの内部に取り付
けられ前記レンズを通過したレーザビームを反射してト
ーチヘッドの側壁に形成された小孔から外部に発射させ
る反射ミラーとを具備している。
【０００５】そして、このレーザ照射用トーチによる
と、該レーザ照射用トーチ自体を軸芯回りに回転および
軸芯方向に沿って移動させながら、光ファイバを介して
レーザビームを供給するだけで、容易に管内面の各位置
に連続的にレーザビームを照射することができることに
なる。
と、該レーザ照射用トーチ自体を軸芯回りに回転および
軸芯方向に沿って移動させながら、光ファイバを介して
レーザビームを供給するだけで、容易に管内面の各位置
に連続的にレーザビームを照射することができることに
なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、この
ようなレーザ照射用トーチにあっては、次のような解決
されるべき問題点がある。 小口径配管の内壁面に、周方向に沿ってレーザビー
ムを照射する際に、レーザ照射用トーチ全体を長手方向
に移動させながら軸芯回りに回転させなければならず、
この場合に、回転軸芯を小口径配管の軸芯と一致させる
ことが困難となり、レーザビームを小口径配管の長手方
向および周方向に沿って安定して照射することができな
い。 レーザ照射用トーチ全体を回転させることは、外部
に設置されたレーザ光発生源から該レーザ照射用トーチ
に接続される光ファイバに捩り力を付与することにな
り、該光ファイバの破損につながる虞れがある。 小口径配管の奥部に配される反射ミラーが冷却され
ることがないので、該反射ミラーの焼損が早く、保守周
期が短縮されて、交換作業に伴う作業工数が増大する。 小口径配管の内壁面に反射してレーザ本体内に戻る
レーザビームによって光ファイバが劣化することがあ
る。
ようなレーザ照射用トーチにあっては、次のような解決
されるべき問題点がある。 小口径配管の内壁面に、周方向に沿ってレーザビー
ムを照射する際に、レーザ照射用トーチ全体を長手方向
に移動させながら軸芯回りに回転させなければならず、
この場合に、回転軸芯を小口径配管の軸芯と一致させる
ことが困難となり、レーザビームを小口径配管の長手方
向および周方向に沿って安定して照射することができな
い。 レーザ照射用トーチ全体を回転させることは、外部
に設置されたレーザ光発生源から該レーザ照射用トーチ
に接続される光ファイバに捩り力を付与することにな
り、該光ファイバの破損につながる虞れがある。 小口径配管の奥部に配される反射ミラーが冷却され
ることがないので、該反射ミラーの焼損が早く、保守周
期が短縮されて、交換作業に伴う作業工数が増大する。 小口径配管の内壁面に反射してレーザ本体内に戻る
レーザビームによって光ファイバが劣化することがあ
る。
【０００７】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、トーチの回転によって生ずる捩り力やレ
ーザ本体内に反射して戻るレーザビームから光ファイバ
を保護するとともに、反射ミラーの耐久性を向上したレ
ーザ照射用トーチを提供することを目的とするものであ
る。
ものであって、トーチの回転によって生ずる捩り力やレ
ーザ本体内に反射して戻るレーザビームから光ファイバ
を保護するとともに、反射ミラーの耐久性を向上したレ
ーザ照射用トーチを提供することを目的とするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を有効に解決す
る手段として、本発明は、次の８つの手段を提案してい
る。第１の手段は、小口径配管の内部に挿入状態に配さ
れる筒状のトーチ胴体と、該トーチ胴体を小口径配管に
半径方向に位置決めする位置決め手段と、トーチ胴体の
先端に、その軸心回りに回転可能に支持され駆動手段に
よって回転させられる筒状のトーチヘッドと、前記トー
チ胴体の内部を貫通して配されトーチヘッドの内部まで
レーザビームを導く光ファイバと、トーチヘッドの内部
に、その長手方向に移動可能に取り付けられたレンズ支
持筒と、該レンズ支持筒の内部に取り付けられ光ファイ
バからトーチヘッドの長手方向に放射させられるレーザ
ビームを集光するレンズと、前記トーチヘッドの内部
に、その長手方向に沿って位置調整可能に取り付けられ
前記レンズを通過させられたレーザビームを反射してト
ーチヘッドの側壁に形成された小孔から半径方向外方に
発射させる反射ミラーとを具備するレーザ照射用トーチ
を提案している。第２の手段は、位置決め手段が、トー
チ胴体の長手方向に間隔をおいて形成される複数の位置
決め部よりなり、該位置決め部が、トーチ胴体の半径方
向に放射状に形成される３箇所以上の案内孔と、該案内
孔に挿入状態に配される小球と、該小球を半径方向外方
に付勢するスプリングとからなるレーザ照射用トーチを
提案している。第３の手段は、駆動手段が、トーチ胴体
に固定される中空モータよりなり、該中空モータの内部
を貫通して光ファイバが配設されているレーザ照射用ト
ーチを提案している。第４の手段は、トーチヘッドに、
該トーチヘッド内に連通しアシストガスを供給するアシ
ストガス供給路が配設されているレーザ照射用トーチを
提案している。第５の手段は、反射ミラーに放熱部が形
成され、該放熱部に挿通させられる冷却流体を供給する
冷却流体供給路と、放熱部を挿通させられた冷却流体を
排出する冷却流体排出路とが、トーチ胴体およびトーチ
ヘッドの内部を貫通状態に形成されているレーザ照射用
トーチを提案している。第６の手段は、反射ミラーに、
該反射ミラーの温度を計測する温度計測手段が配設さ
れ、該温度計測手段の信号線が、スリップリングによっ
て接続されているレーザ照射用トーチを提案している。
第７の手段は、光ファイバの周囲にトーチヘッドと相対
回転自在に支持されかつトーチ胴体に固定される保護パ
イプが配設され、該保護パイプの先端に、口出しされた
光ファイバの先端部を露出状態として該光ファイバを支
持する光ファイバ保持部が設けられ、該光ファイバ保持
部の表面が、鏡面加工されているレーザ照射用トーチを
提案している。第８の手段は、レーザビームを挿通させ
る小孔近傍のトーチヘッドの外面に、反射ミラーによっ
て反射されたレーザビームを挿通させる最小限の開口面
積の貫通孔を有しかつ小口径配管の内壁面から反射され
るレーザビームを反射する反射板が、反射ミラーの設定
位置の変更に合わせて位置調整可能に取り付けられてい
るレーザ照射用トーチを提案している。
る手段として、本発明は、次の８つの手段を提案してい
る。第１の手段は、小口径配管の内部に挿入状態に配さ
れる筒状のトーチ胴体と、該トーチ胴体を小口径配管に
半径方向に位置決めする位置決め手段と、トーチ胴体の
先端に、その軸心回りに回転可能に支持され駆動手段に
よって回転させられる筒状のトーチヘッドと、前記トー
チ胴体の内部を貫通して配されトーチヘッドの内部まで
レーザビームを導く光ファイバと、トーチヘッドの内部
に、その長手方向に移動可能に取り付けられたレンズ支
持筒と、該レンズ支持筒の内部に取り付けられ光ファイ
バからトーチヘッドの長手方向に放射させられるレーザ
ビームを集光するレンズと、前記トーチヘッドの内部
に、その長手方向に沿って位置調整可能に取り付けられ
前記レンズを通過させられたレーザビームを反射してト
ーチヘッドの側壁に形成された小孔から半径方向外方に
発射させる反射ミラーとを具備するレーザ照射用トーチ
を提案している。第２の手段は、位置決め手段が、トー
チ胴体の長手方向に間隔をおいて形成される複数の位置
決め部よりなり、該位置決め部が、トーチ胴体の半径方
向に放射状に形成される３箇所以上の案内孔と、該案内
孔に挿入状態に配される小球と、該小球を半径方向外方
に付勢するスプリングとからなるレーザ照射用トーチを
提案している。第３の手段は、駆動手段が、トーチ胴体
に固定される中空モータよりなり、該中空モータの内部
を貫通して光ファイバが配設されているレーザ照射用ト
ーチを提案している。第４の手段は、トーチヘッドに、
該トーチヘッド内に連通しアシストガスを供給するアシ
ストガス供給路が配設されているレーザ照射用トーチを
提案している。第５の手段は、反射ミラーに放熱部が形
成され、該放熱部に挿通させられる冷却流体を供給する
冷却流体供給路と、放熱部を挿通させられた冷却流体を
排出する冷却流体排出路とが、トーチ胴体およびトーチ
ヘッドの内部を貫通状態に形成されているレーザ照射用
トーチを提案している。第６の手段は、反射ミラーに、
該反射ミラーの温度を計測する温度計測手段が配設さ
れ、該温度計測手段の信号線が、スリップリングによっ
て接続されているレーザ照射用トーチを提案している。
第７の手段は、光ファイバの周囲にトーチヘッドと相対
回転自在に支持されかつトーチ胴体に固定される保護パ
イプが配設され、該保護パイプの先端に、口出しされた
光ファイバの先端部を露出状態として該光ファイバを支
持する光ファイバ保持部が設けられ、該光ファイバ保持
部の表面が、鏡面加工されているレーザ照射用トーチを
提案している。第８の手段は、レーザビームを挿通させ
る小孔近傍のトーチヘッドの外面に、反射ミラーによっ
て反射されたレーザビームを挿通させる最小限の開口面
積の貫通孔を有しかつ小口径配管の内壁面から反射され
るレーザビームを反射する反射板が、反射ミラーの設定
位置の変更に合わせて位置調整可能に取り付けられてい
るレーザ照射用トーチを提案している。
【０００９】
【作用】第１の手段に係るレーザ照射用トーチによれ
ば、レンズ支持筒および反射ミラーをトーチヘッドの長
手方向に移動させることにより、レーザビームの集光点
が調整される。このようにして調整された後のレーザ照
射用トーチを小口径配管内に挿入すると、トーチ胴体が
位置決め手段によって小口径配管内に半径方向に位置決
めされた状態に配される。その後に、駆動手段を作動さ
せることにより、トーチ胴体の先端に支持されたトーチ
ヘッドが小口径配管に半径方向に位置決めされた状態で
軸芯回りに回転させられる。そして、光ファイバを介し
てレーザビームを供給することにより、小口径配管の内
壁面に集光点を位置させて、管内面の各位置に連続的に
レーザビームをが照射されることになる。第２の手段に
係るレーザ照射用トーチによれば、トーチ胴体を小口径
配管に挿入状態に配すると、案内孔に挿入された小球が
スプリングによって半径方向外方に付勢され小口径配管
の内壁面に押圧される。該小球は、半径方向に放射状に
形成された３箇所以上の案内孔に挿入されているので、
トーチ胴体を小口径配管に対して半径方向に位置決めし
た状態に配置することが可能となるとともに、該位置決
め状態で小口径配管の長手方向に沿うトーチ胴体の移動
を可能とされることになる。第３の手段に係るレーザ照
射用トーチによれば、駆動手段を中空モータとすること
により、該中空モータを貫通して光ファイバをトーチヘ
ッドの回転中心に配置することが可能となり、トーチヘ
ッドに接続される光ファイバが固定状態に保持されるこ
とになる。第４の手段に係るレーザ照射用トーチによれ
ば、トーチヘッドに連通するアシストガス供給路を通し
てアシストガスを供給することにより、レーザビームが
照射されるレンズ支持筒の内壁面、トーチヘッド内壁面
および反射ミラーの近傍にアシストガスが挿通させられ
る。そして、このようにして挿通させられたアシストガ
スは、トーチヘッドの側壁に設けられた小孔から、トー
チヘッドの外部に噴出させられることになる。第５の手
段に係るレーザ照射用トーチによれば、トーチ胴体およ
びトーチヘッドを貫通して設けられた冷却流体供給路を
通して、冷却流体が反射ミラーの放熱部に挿通させら
れ、該反射ミラーを冷却する。そして、冷却後の暖めら
れた冷却流体は、冷却流体排出路を通して排出されるこ
とになる。第６の手段に係るレーザ照射用トーチによれ
ば、反射ミラーに設けられた温度計測手段によって、レ
ーザビームによって加熱された反射ミラーの温度が計測
される。該温度計測手段の信号線は、スリップリングに
よって接続されているので、可動ケーブルを設けること
なく、計測された温度情報をトーチ胴体側に伝送するこ
とが可能となる。第７の手段に係るレーザ照射用トーチ
によれば、光ファイバの周囲に保護パイプが配設されて
いるので、小口径配管の内壁面に反射してトーチヘッド
内に入光する反射光に対して光ファイバが遮蔽される。
また、トーチヘッドに入光する反射光に最も晒されやす
い光ファイバの先端部に配置された光ファイバ保持部
が、レーザビームの発射される光ファイバの先端部のみ
を露出状態としているので、光ファイバの被覆材に反射
光が照射されることが回避される。しかも、該光ファイ
バ保持部の表面は鏡面加工されているので、反射光のエ
ネルギの該光ファイバ保持部への吸収が抑制され、温度
上昇が低減されることになる。また、該保護パイプは、
トーチヘッダに対して相対回転可能に支持されているの
で、回転するトーチヘッダ等によって光ファイバに捩り
力を与えられることがなく、回転部と光ファイバとが摩
擦を生じないように保持されることになる。第８の手段
に係るレーザ照射用トーチによれば、トーチヘッド内に
配される反射ミラーの位置を調整することにより、レー
ザビームの集光点を調整するとき、レーザビームの経路
が変化させられることになるが、この変化に合わせて反
射板を移動して小孔の近傍を被覆するように固定するこ
とにより、レーザビームを発射する貫通孔の開口面積を
最小限として、反射光のトーチヘッド内への入光を最小
限に抑えることが可能となるとともに、トーチヘッドの
外面に照射される反射光が反射されることになる。
ば、レンズ支持筒および反射ミラーをトーチヘッドの長
手方向に移動させることにより、レーザビームの集光点
が調整される。このようにして調整された後のレーザ照
射用トーチを小口径配管内に挿入すると、トーチ胴体が
位置決め手段によって小口径配管内に半径方向に位置決
めされた状態に配される。その後に、駆動手段を作動さ
せることにより、トーチ胴体の先端に支持されたトーチ
ヘッドが小口径配管に半径方向に位置決めされた状態で
軸芯回りに回転させられる。そして、光ファイバを介し
てレーザビームを供給することにより、小口径配管の内
壁面に集光点を位置させて、管内面の各位置に連続的に
レーザビームをが照射されることになる。第２の手段に
係るレーザ照射用トーチによれば、トーチ胴体を小口径
配管に挿入状態に配すると、案内孔に挿入された小球が
スプリングによって半径方向外方に付勢され小口径配管
の内壁面に押圧される。該小球は、半径方向に放射状に
形成された３箇所以上の案内孔に挿入されているので、
トーチ胴体を小口径配管に対して半径方向に位置決めし
た状態に配置することが可能となるとともに、該位置決
め状態で小口径配管の長手方向に沿うトーチ胴体の移動
を可能とされることになる。第３の手段に係るレーザ照
射用トーチによれば、駆動手段を中空モータとすること
により、該中空モータを貫通して光ファイバをトーチヘ
ッドの回転中心に配置することが可能となり、トーチヘ
ッドに接続される光ファイバが固定状態に保持されるこ
とになる。第４の手段に係るレーザ照射用トーチによれ
ば、トーチヘッドに連通するアシストガス供給路を通し
てアシストガスを供給することにより、レーザビームが
照射されるレンズ支持筒の内壁面、トーチヘッド内壁面
および反射ミラーの近傍にアシストガスが挿通させられ
る。そして、このようにして挿通させられたアシストガ
スは、トーチヘッドの側壁に設けられた小孔から、トー
チヘッドの外部に噴出させられることになる。第５の手
段に係るレーザ照射用トーチによれば、トーチ胴体およ
びトーチヘッドを貫通して設けられた冷却流体供給路を
通して、冷却流体が反射ミラーの放熱部に挿通させら
れ、該反射ミラーを冷却する。そして、冷却後の暖めら
れた冷却流体は、冷却流体排出路を通して排出されるこ
とになる。第６の手段に係るレーザ照射用トーチによれ
ば、反射ミラーに設けられた温度計測手段によって、レ
ーザビームによって加熱された反射ミラーの温度が計測
される。該温度計測手段の信号線は、スリップリングに
よって接続されているので、可動ケーブルを設けること
なく、計測された温度情報をトーチ胴体側に伝送するこ
とが可能となる。第７の手段に係るレーザ照射用トーチ
によれば、光ファイバの周囲に保護パイプが配設されて
いるので、小口径配管の内壁面に反射してトーチヘッド
内に入光する反射光に対して光ファイバが遮蔽される。
また、トーチヘッドに入光する反射光に最も晒されやす
い光ファイバの先端部に配置された光ファイバ保持部
が、レーザビームの発射される光ファイバの先端部のみ
を露出状態としているので、光ファイバの被覆材に反射
光が照射されることが回避される。しかも、該光ファイ
バ保持部の表面は鏡面加工されているので、反射光のエ
ネルギの該光ファイバ保持部への吸収が抑制され、温度
上昇が低減されることになる。また、該保護パイプは、
トーチヘッダに対して相対回転可能に支持されているの
で、回転するトーチヘッダ等によって光ファイバに捩り
力を与えられることがなく、回転部と光ファイバとが摩
擦を生じないように保持されることになる。第８の手段
に係るレーザ照射用トーチによれば、トーチヘッド内に
配される反射ミラーの位置を調整することにより、レー
ザビームの集光点を調整するとき、レーザビームの経路
が変化させられることになるが、この変化に合わせて反
射板を移動して小孔の近傍を被覆するように固定するこ
とにより、レーザビームを発射する貫通孔の開口面積を
最小限として、反射光のトーチヘッド内への入光を最小
限に抑えることが可能となるとともに、トーチヘッドの
外面に照射される反射光が反射されることになる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明に係るレーザ照射用トーチの一
実施例について、図１ないし図９を参照して説明する。
これら各図において、符号Ｘは配管（小口径配管）、符
号１はトーチ（レーザ照射用トーチ）、２はトーチ胴
体、３は位置決め手段、４は駆動手段、５はトーチヘッ
ド、６は光ファイバ、７はレンズ、８は小孔、９は反射
ミラーである。
実施例について、図１ないし図９を参照して説明する。
これら各図において、符号Ｘは配管（小口径配管）、符
号１はトーチ（レーザ照射用トーチ）、２はトーチ胴
体、３は位置決め手段、４は駆動手段、５はトーチヘッ
ド、６は光ファイバ、７はレンズ、８は小孔、９は反射
ミラーである。
【００１１】本実施例のトーチ１は、図１に示すよう
に、小口径配管Ｘの内部に挿入状態に配されるトーチ胴
体２と、該トーチ胴体２を小口径配管Ｘ内において半径
方向に位置決めする位置決め手段３と、トーチ胴体２の
先端に、トーチ胴体２の軸芯回りに回転可能に支持され
駆動手段４によって回転させられるトーチヘッド５と、
トーチ胴体２を貫通しトーチヘッド５内にレーザビーム
を導く光ファイバ６と、該光ファイバ６の前方に間隔を
空けて配設されレーザビームを集光するレンズ７と、該
レンズ７を透過したレーザビームを反射しトーチヘッド
５の側面に設けられた小孔８からレーザビームを半径方
向外方に放射させる反射ミラー９とを具備している。該
トーチ１には、該トーチ１自体を長手方向に移動させる
移動手段（図示略）が接続されており、該移動手段を作
動させることにより小口径配管Ｘ内の任意の位置に移動
させられるようになっている。
に、小口径配管Ｘの内部に挿入状態に配されるトーチ胴
体２と、該トーチ胴体２を小口径配管Ｘ内において半径
方向に位置決めする位置決め手段３と、トーチ胴体２の
先端に、トーチ胴体２の軸芯回りに回転可能に支持され
駆動手段４によって回転させられるトーチヘッド５と、
トーチ胴体２を貫通しトーチヘッド５内にレーザビーム
を導く光ファイバ６と、該光ファイバ６の前方に間隔を
空けて配設されレーザビームを集光するレンズ７と、該
レンズ７を透過したレーザビームを反射しトーチヘッド
５の側面に設けられた小孔８からレーザビームを半径方
向外方に放射させる反射ミラー９とを具備している。該
トーチ１には、該トーチ１自体を長手方向に移動させる
移動手段（図示略）が接続されており、該移動手段を作
動させることにより小口径配管Ｘ内の任意の位置に移動
させられるようになっている。
【００１２】前記トーチ胴体２は、図２に示すように、
円筒状に形成されており、その先端に、トーチヘッド５
を回転自在に支持するヘッド支持部１０が配設されてい
る。該ヘッド支持部１０は、内筒１１および外筒１２に
より二重管状に形成されており、内筒１１の外面および
外筒１２の内面には、同心に配される２個のベアリング
１３・１４が、それぞれ接触状態に配設されている。
円筒状に形成されており、その先端に、トーチヘッド５
を回転自在に支持するヘッド支持部１０が配設されてい
る。該ヘッド支持部１０は、内筒１１および外筒１２に
より二重管状に形成されており、内筒１１の外面および
外筒１２の内面には、同心に配される２個のベアリング
１３・１４が、それぞれ接触状態に配設されている。
【００１３】前記位置決め手段３は、トーチ胴体２の長
手方向に間隔をおいて複数配設された位置決め部１５よ
り構成されている。該位置決め部１５は、図３に示すよ
うに、トーチ胴体２の外面に開口しかつ周方向に等間隔
をおいて放射状に形成された３個の案内孔１５ａと、該
案内孔１５ａに挿入状態に配される小球１５ｂと、該小
球１５ｂを案内孔１５ａから外れないように支持する小
球保持具１５ｃと、案内孔１５ａの内部に配され小球１
５ｂを半径方向外方に付勢するスプリング１５ｄとを具
備している。そして、配管Ｘの内壁面に全ての小球１５
ｂを接触状態として、トーチ胴体２の中心軸と配管Ｘの
中心軸とが一致した状態に位置決めするようになってい
る。
手方向に間隔をおいて複数配設された位置決め部１５よ
り構成されている。該位置決め部１５は、図３に示すよ
うに、トーチ胴体２の外面に開口しかつ周方向に等間隔
をおいて放射状に形成された３個の案内孔１５ａと、該
案内孔１５ａに挿入状態に配される小球１５ｂと、該小
球１５ｂを案内孔１５ａから外れないように支持する小
球保持具１５ｃと、案内孔１５ａの内部に配され小球１
５ｂを半径方向外方に付勢するスプリング１５ｄとを具
備している。そして、配管Ｘの内壁面に全ての小球１５
ｂを接触状態として、トーチ胴体２の中心軸と配管Ｘの
中心軸とが一致した状態に位置決めするようになってい
る。
【００１４】前記トーチヘッド５は、図４に示すよう
に、円筒状に形成されており、その後端に、前記トーチ
胴体２のヘッド支持部１０に配設された２個のベアリン
グ１３・１４によって半径方向に挟まれる支持筒１６が
形成されている。そして、該支持筒１６を前記ベアリン
グ１３・１４によって半径方向に挟まれるように配置こ
とにより、トーチヘッド５の倒れが防止されるととも
に、トーチ胴体２と同じ軸心回りに回転自在に支持され
るようになっている。
に、円筒状に形成されており、その後端に、前記トーチ
胴体２のヘッド支持部１０に配設された２個のベアリン
グ１３・１４によって半径方向に挟まれる支持筒１６が
形成されている。そして、該支持筒１６を前記ベアリン
グ１３・１４によって半径方向に挟まれるように配置こ
とにより、トーチヘッド５の倒れが防止されるととも
に、トーチ胴体２と同じ軸心回りに回転自在に支持され
るようになっている。
【００１５】トーチヘッド５の後端には、図４に示すよ
うに、前記支持筒１６の内側に同心に配される筒状のド
ライブシャフト１７が取り付けられている。該ドライブ
シャフト１７は、前記トーチ胴体２に形成された内筒１
１の内側に半径方向に間隔を空けて挿入され、その後端
が、図５に示すように、トーチ胴体２の内部に配される
駆動手段４に継手１７ａを介して接続されるようになっ
ている。そして、このドライブシャフト１７において
も、トーチ胴体２との間にベアリング１８が配され、前
記トーチヘッド５の倒れ防止効果を補助するようになっ
ている。
うに、前記支持筒１６の内側に同心に配される筒状のド
ライブシャフト１７が取り付けられている。該ドライブ
シャフト１７は、前記トーチ胴体２に形成された内筒１
１の内側に半径方向に間隔を空けて挿入され、その後端
が、図５に示すように、トーチ胴体２の内部に配される
駆動手段４に継手１７ａを介して接続されるようになっ
ている。そして、このドライブシャフト１７において
も、トーチ胴体２との間にベアリング１８が配され、前
記トーチヘッド５の倒れ防止効果を補助するようになっ
ている。
【００１６】前記ドライブシャフト１７の内側には、銅
等の金属材料からなる保護パイプ１９が半径方向に間隔
を空けて同心に配されている。該保護パイプ１９は、そ
の内部に挿通させられる光ファイバ６を被覆状態に保持
するものであり、トーチ胴体２の全長にわたって配設さ
れるとともに、その前端がトーチヘッド５の内部に配さ
れ、かつ、後端がトーチ胴体２に固定されている。ま
た、保護パイプ１９とトーチヘッド５との間には、図４
に示すように、ベアリング２０が配設され、トーチヘッ
ド５の回転力が保護パイプ１９に伝達されることなく、
かつ、該保護パイプ１９がトーチヘッド５の軸心位置に
固定された状態に保持されるようになっている。
等の金属材料からなる保護パイプ１９が半径方向に間隔
を空けて同心に配されている。該保護パイプ１９は、そ
の内部に挿通させられる光ファイバ６を被覆状態に保持
するものであり、トーチ胴体２の全長にわたって配設さ
れるとともに、その前端がトーチヘッド５の内部に配さ
れ、かつ、後端がトーチ胴体２に固定されている。ま
た、保護パイプ１９とトーチヘッド５との間には、図４
に示すように、ベアリング２０が配設され、トーチヘッ
ド５の回転力が保護パイプ１９に伝達されることなく、
かつ、該保護パイプ１９がトーチヘッド５の軸心位置に
固定された状態に保持されるようになっている。
【００１７】保護パイプ１９の前端には、光ファイバ６
を支持する光ファイバ保持部２１が配設されている。該
光ファイバ保持部２１は、銅等の金属材料よりなり、シ
ース（例えばナイロン被覆）を剥いて口出しされた光フ
ァイバ６の先端部のみをトーチヘッド５内に露出状態と
して該光ファイバ６を支持するようになっている。ま
た、該光ファイバ保持部２１は、その外表面を鏡面加工
されており、レーザビームを反射するようになってい
る。
を支持する光ファイバ保持部２１が配設されている。該
光ファイバ保持部２１は、銅等の金属材料よりなり、シ
ース（例えばナイロン被覆）を剥いて口出しされた光フ
ァイバ６の先端部のみをトーチヘッド５内に露出状態と
して該光ファイバ６を支持するようになっている。ま
た、該光ファイバ保持部２１は、その外表面を鏡面加工
されており、レーザビームを反射するようになってい
る。
【００１８】前記トーチヘッド５内には、図４に示すよ
うに、光ファイバ６から放射されたレーザビームを集光
するレンズ７が配設されている。該レンズ７は、例え
ば、２枚の半球面レンズの球面を向い合せた状態に組合
わせたもので、その外周を円筒状のレンズ支持筒２２に
固定され、該レンズ支持筒２２を介してトーチヘッド５
内に取り付けられている。該レンズ支持筒２２の外面に
は雄ネジ２２ａが形成され、また、トーチヘッドの内面
には雌ネジ５ａが形成されている。そして、該雌ネジ５
ａと雄ネジ２２ａとを螺合させることにより、レンズ支
持筒２２をトーチヘッド５に取り付けるとともに、レン
ズ支持筒２２をトーチヘッド５に対して回転させること
によって、レンズ７の位置をトーチヘッド５の長手方向
に移動させ、レーザビームの集光点Ｐを調整するように
なっている。
うに、光ファイバ６から放射されたレーザビームを集光
するレンズ７が配設されている。該レンズ７は、例え
ば、２枚の半球面レンズの球面を向い合せた状態に組合
わせたもので、その外周を円筒状のレンズ支持筒２２に
固定され、該レンズ支持筒２２を介してトーチヘッド５
内に取り付けられている。該レンズ支持筒２２の外面に
は雄ネジ２２ａが形成され、また、トーチヘッドの内面
には雌ネジ５ａが形成されている。そして、該雌ネジ５
ａと雄ネジ２２ａとを螺合させることにより、レンズ支
持筒２２をトーチヘッド５に取り付けるとともに、レン
ズ支持筒２２をトーチヘッド５に対して回転させること
によって、レンズ７の位置をトーチヘッド５の長手方向
に移動させ、レーザビームの集光点Ｐを調整するように
なっている。
【００１９】また、トーチヘッド５内の前記レンズ７の
前方には、光ファイバ６から放射されレンズ７を透過し
たレーザビームを反射する反射ミラー９が配設されてい
る。該反射ミラー９は、銅等の金属材料よりなり、円柱
状に形成された端面を軸心に対して４５°〜５５°の傾
斜面となるように加工したもので、該傾斜面を鏡面加工
することにより反射面９ａとしている。そして、レンズ
７を透過したレーザビームを該反射面９ａにおいて反射
させることにより屈折させて配管Ｘ内面に向かわせるよ
うになっている。この反射ミラー９は、トーチヘッド５
の内面に嵌合する外径寸法を有しており、トーチヘッド
５の壁面を貫通して形成されたミラー取付孔２３ａに挿
入されたボルト２３ｂによって固定されている。該ミラ
ー取付孔２３ａは、トーチヘッド５の長手方向に沿う長
孔状に形成されており、反射ミラー９の軸方向位置の調
整ができるようになっている。
前方には、光ファイバ６から放射されレンズ７を透過し
たレーザビームを反射する反射ミラー９が配設されてい
る。該反射ミラー９は、銅等の金属材料よりなり、円柱
状に形成された端面を軸心に対して４５°〜５５°の傾
斜面となるように加工したもので、該傾斜面を鏡面加工
することにより反射面９ａとしている。そして、レンズ
７を透過したレーザビームを該反射面９ａにおいて反射
させることにより屈折させて配管Ｘ内面に向かわせるよ
うになっている。この反射ミラー９は、トーチヘッド５
の内面に嵌合する外径寸法を有しており、トーチヘッド
５の壁面を貫通して形成されたミラー取付孔２３ａに挿
入されたボルト２３ｂによって固定されている。該ミラ
ー取付孔２３ａは、トーチヘッド５の長手方向に沿う長
孔状に形成されており、反射ミラー９の軸方向位置の調
整ができるようになっている。
【００２０】前記反射ミラー９には、その外面にフィン
９ｂ（放熱部）が形成されている。該フィン９ｂは、後
述するミラー冷却流路内に配され、レーザビームによっ
て加熱された反射ミラー９を冷却するようになってい
る。また、反射ミラー９には、該反射ミラー９の温度を
計測する熱電対２４（温度計測手段）が配設されてい
る。該熱電対２４は、トーチヘッド５の外面を伝ってレ
ーザビームの照射される前記小孔８の背面側に配され、
その先端に位置する計測部２４ａが、反射ミラー９の半
径方向に配設された測定孔９ｃに挿入状態に配されてい
る。そして該計測部２４ａを押付ボルト２５によって測
定孔９ｃの内面に押圧状態とすることにより、反射ミラ
ー９の温度を正確に計測することができるようになって
いる。
９ｂ（放熱部）が形成されている。該フィン９ｂは、後
述するミラー冷却流路内に配され、レーザビームによっ
て加熱された反射ミラー９を冷却するようになってい
る。また、反射ミラー９には、該反射ミラー９の温度を
計測する熱電対２４（温度計測手段）が配設されてい
る。該熱電対２４は、トーチヘッド５の外面を伝ってレ
ーザビームの照射される前記小孔８の背面側に配され、
その先端に位置する計測部２４ａが、反射ミラー９の半
径方向に配設された測定孔９ｃに挿入状態に配されてい
る。そして該計測部２４ａを押付ボルト２５によって測
定孔９ｃの内面に押圧状態とすることにより、反射ミラ
ー９の温度を正確に計測することができるようになって
いる。
【００２１】ここで、前記熱電対２４によって計測され
た温度信号は、回転するトーチヘッド５側から、固定さ
れたトーチ胴体２側に受け渡されることになるので、ト
ーチ胴体２内にスリップリング２６を設け、信号線２７
を接続するようにしている。そして、測定された温度信
号は、トーチ胴体２を貫通して配管Ｘの外部に配される
温度計測装置２９に伝送されるようになっている。
た温度信号は、回転するトーチヘッド５側から、固定さ
れたトーチ胴体２側に受け渡されることになるので、ト
ーチ胴体２内にスリップリング２６を設け、信号線２７
を接続するようにしている。そして、測定された温度信
号は、トーチ胴体２を貫通して配管Ｘの外部に配される
温度計測装置２９に伝送されるようになっている。
【００２２】トーチヘッド５の側壁には、レーザビーム
を外部に放射する小孔８が形成されている。該小孔８
は、前記反射ミラー９の位置調整によって変化するレー
ザビームの経路に対応して長孔状に形成されている。ま
た、該小孔８の周囲に位置するレーザヘッド５の外表面
には、配管Ｘの内面において反射されたレーザビームの
反射光からレーザヘッド５の外表面を保護する反射板２
８が配設されている。該反射板２８は、タンタル等の高
融点金属材料で形成されており、鏡面加工を施すことに
より反射光を効果的に反射するようになっている。反射
板２８には、図９に示すように、トーチヘッド５の内部
から放射されるレーザビームを挿通することができる最
小限の開口面積を有する貫通孔２８ａが形成されてお
り、前記反射ミラー９の調整によって変化したレーザビ
ームの経路に合わせて、該貫通孔２８ａを最適な位置に
移動することができるように長孔状の取付孔２８ｂが形
成されている。
を外部に放射する小孔８が形成されている。該小孔８
は、前記反射ミラー９の位置調整によって変化するレー
ザビームの経路に対応して長孔状に形成されている。ま
た、該小孔８の周囲に位置するレーザヘッド５の外表面
には、配管Ｘの内面において反射されたレーザビームの
反射光からレーザヘッド５の外表面を保護する反射板２
８が配設されている。該反射板２８は、タンタル等の高
融点金属材料で形成されており、鏡面加工を施すことに
より反射光を効果的に反射するようになっている。反射
板２８には、図９に示すように、トーチヘッド５の内部
から放射されるレーザビームを挿通することができる最
小限の開口面積を有する貫通孔２８ａが形成されてお
り、前記反射ミラー９の調整によって変化したレーザビ
ームの経路に合わせて、該貫通孔２８ａを最適な位置に
移動することができるように長孔状の取付孔２８ｂが形
成されている。
【００２３】また、トーチヘッド５およびトーチ胴体２
には、両者５・２を貫通して、反射ミラー９に形成され
たフィン９ｂの近傍に、例えば空気等の冷却流体を挿通
させるミラー冷却流路３０およびアシストガス供給路３
１が形成されている。
には、両者５・２を貫通して、反射ミラー９に形成され
たフィン９ｂの近傍に、例えば空気等の冷却流体を挿通
させるミラー冷却流路３０およびアシストガス供給路３
１が形成されている。
【００２４】該ミラー冷却流路３０は、冷却流体供給源
３２に接続されフィン９ｂの周囲に冷却流体を供給する
冷却流体供給路３３と、該フィン９ｂを冷却した後の冷
却流体をトーチ１の外部に排出する冷却流体排出路３４
とを具備している。
３２に接続されフィン９ｂの周囲に冷却流体を供給する
冷却流体供給路３３と、該フィン９ｂを冷却した後の冷
却流体をトーチ１の外部に排出する冷却流体排出路３４
とを具備している。
【００２５】前記冷却流体供給路３３および冷却流体排
出路３４は、図５に示すように、トーチ１の後端から冷
却流体を前記ヘッド支持部１０まで導く供給管３３ａお
よび排出管３４ａと、図６ないし図８に示すように、ト
ーチヘッド５の壁面内に形成された壁内供給路３３ｂお
よび壁内排出路３４ｂと、該壁内供給路３３ｂと供給管
３３ａ、壁内排出路３４ｂと排出管３４ａとを接続する
接続流路３３ｃ・３４ｃとを具備している。
出路３４は、図５に示すように、トーチ１の後端から冷
却流体を前記ヘッド支持部１０まで導く供給管３３ａお
よび排出管３４ａと、図６ないし図８に示すように、ト
ーチヘッド５の壁面内に形成された壁内供給路３３ｂお
よび壁内排出路３４ｂと、該壁内供給路３３ｂと供給管
３３ａ、壁内排出路３４ｂと排出管３４ａとを接続する
接続流路３３ｃ・３４ｃとを具備している。
【００２６】該接続流路３３ｃ・３４ｃは、図２に示す
ように、前記ヘッド支持部１０の内筒１１、外筒１２お
よび支持筒１６によって形成された環状の隙間をパッキ
ン３５・３６によって閉塞状態とすることにより、２つ
の隔離された空間として形成されたものであり、それぞ
れに壁内供給路３３ｂおよび供給管３３ａ、壁内排出路
３４ｂおよび排出管３４ａを接続することにより、相対
回転させられるトーチヘッド５およびトーチ胴体２の境
界において冷却流体供給路３３および冷却流体排出路３
４をそれぞれ接続状態に保持するようになっている。
ように、前記ヘッド支持部１０の内筒１１、外筒１２お
よび支持筒１６によって形成された環状の隙間をパッキ
ン３５・３６によって閉塞状態とすることにより、２つ
の隔離された空間として形成されたものであり、それぞ
れに壁内供給路３３ｂおよび供給管３３ａ、壁内排出路
３４ｂおよび排出管３４ａを接続することにより、相対
回転させられるトーチヘッド５およびトーチ胴体２の境
界において冷却流体供給路３３および冷却流体排出路３
４をそれぞれ接続状態に保持するようになっている。
【００２７】前記アシストガス供給路３１は、例えば、
図４および図５に示すように、トーチ１の後端から減速
機４ｂの前方まで貫通するガス供給管３１ａと、前記保
護パイプ１９とドライブシャフト１７との相互間隙に形
成される筒状流路３１ｂと、該筒状流路３１ｂとガス供
給管３１ａとを接続する接続流路３１ｃと、筒状流路３
１ｂとトーチヘッド５内部とを連通する連通部３１ｄ
と、前記レンズ７によって仕切られたレンズ支持筒２２
内部の空間を連通するレンズ部流路３１ｅとを具備して
おり、外部に配されたアシストガス供給源３８からアシ
ストガスをトーチヘッド５内に供給し、トーチヘッド５
の壁面に設けられた小孔８からトーチ１の外部に排出す
るようになっている。
図４および図５に示すように、トーチ１の後端から減速
機４ｂの前方まで貫通するガス供給管３１ａと、前記保
護パイプ１９とドライブシャフト１７との相互間隙に形
成される筒状流路３１ｂと、該筒状流路３１ｂとガス供
給管３１ａとを接続する接続流路３１ｃと、筒状流路３
１ｂとトーチヘッド５内部とを連通する連通部３１ｄ
と、前記レンズ７によって仕切られたレンズ支持筒２２
内部の空間を連通するレンズ部流路３１ｅとを具備して
おり、外部に配されたアシストガス供給源３８からアシ
ストガスをトーチヘッド５内に供給し、トーチヘッド５
の壁面に設けられた小孔８からトーチ１の外部に排出す
るようになっている。
【００２８】アシストガスは、例えば、ヘリウムガス等
の不活性ガスであって、レーザビームの照射されるレン
ズ支持筒２２およびトーチヘッド５の内壁面表面を流通
させることにより、該内壁面の冷却および酸化防止を図
るものである。
の不活性ガスであって、レーザビームの照射されるレン
ズ支持筒２２およびトーチヘッド５の内壁面表面を流通
させることにより、該内壁面の冷却および酸化防止を図
るものである。
【００２９】このように構成されたトーチヘッド５は、
その後端に取り付けられたドライブシャフト１７を介し
て、該トーチヘッド５を軸心回りに回転させる駆動手段
４に接続されている。該駆動手段４は、図５に示すよう
に、中空モータ４ａと、該中空モータ４ａに接続される
減速機４ｂとを具備している。前記中空モータ４ａは、
中心部に配されるロータの中心に貫通孔４ｃが形成され
ており、該貫通孔４ｃの内部に前記光ファイバ６および
保護パイプ１９を貫通状態に配することができるように
なっている。また、駆動手段４には、エンコーダ（図示
略）が接続あるいは内蔵されており、該駆動手段４によ
って回転させられるトーチヘッド５の回転速度制御およ
び位置制御等が可能となっている。
その後端に取り付けられたドライブシャフト１７を介し
て、該トーチヘッド５を軸心回りに回転させる駆動手段
４に接続されている。該駆動手段４は、図５に示すよう
に、中空モータ４ａと、該中空モータ４ａに接続される
減速機４ｂとを具備している。前記中空モータ４ａは、
中心部に配されるロータの中心に貫通孔４ｃが形成され
ており、該貫通孔４ｃの内部に前記光ファイバ６および
保護パイプ１９を貫通状態に配することができるように
なっている。また、駆動手段４には、エンコーダ（図示
略）が接続あるいは内蔵されており、該駆動手段４によ
って回転させられるトーチヘッド５の回転速度制御およ
び位置制御等が可能となっている。
【００３０】このように構成されたトーチ１を使用し
て、配管Ｘの内壁面にレーザビームを照射するには、レ
ンズ支持筒２２、反射ミラー７、反射板２８の位置を調
整して配管Ｘの内径に適合するように集光点Ｐの位置を
調整する。そして、該トーチ１を配管Ｘ内に挿入し、該
トーチ１に接続された移動手段を作動させて長手方向の
レーザビーム照射位置を決定する。この状態で、トーチ
胴体２は、位置決め手段３によって配管Ｘの中心位置に
位置決めされ、トーチヘッド５が配管Ｘの中心軸の回り
に回転するように設定される。
て、配管Ｘの内壁面にレーザビームを照射するには、レ
ンズ支持筒２２、反射ミラー７、反射板２８の位置を調
整して配管Ｘの内径に適合するように集光点Ｐの位置を
調整する。そして、該トーチ１を配管Ｘ内に挿入し、該
トーチ１に接続された移動手段を作動させて長手方向の
レーザビーム照射位置を決定する。この状態で、トーチ
胴体２は、位置決め手段３によって配管Ｘの中心位置に
位置決めされ、トーチヘッド５が配管Ｘの中心軸の回り
に回転するように設定される。
【００３１】次に、冷却流体供給源３２およびアシスト
ガス供給源３８から冷却流体およびアシストガスをトー
チ１内に供給する。この状態で、レーザ発振器３９から
光ファイバ６を介して、レーザビームを照射するととも
に、駆動手段４を作動してトーチヘッド５を一定速度で
回転させる。
ガス供給源３８から冷却流体およびアシストガスをトー
チ１内に供給する。この状態で、レーザ発振器３９から
光ファイバ６を介して、レーザビームを照射するととも
に、駆動手段４を作動してトーチヘッド５を一定速度で
回転させる。
【００３２】これにより、照射されたレーザビームは、
レンズ７によって集光された後に、反射ミラー９によっ
て半径方向外方に屈折させられてトーチヘッド５の小孔
８から配管Ｘ内壁面に向けて発射され、該配管Ｘ内壁の
表面付近で集光点Ｐを形成する。そして、トーチヘッド
５の回転によって、配管Ｘの周方向に沿うレーザビーム
の連続的な照射が可能となる。
レンズ７によって集光された後に、反射ミラー９によっ
て半径方向外方に屈折させられてトーチヘッド５の小孔
８から配管Ｘ内壁面に向けて発射され、該配管Ｘ内壁の
表面付近で集光点Ｐを形成する。そして、トーチヘッド
５の回転によって、配管Ｘの周方向に沿うレーザビーム
の連続的な照射が可能となる。
【００３３】このとき、レーザビームの照射されるレン
ズ支持筒２２およびトーチヘッド５の内部は、アシスト
ガスが流通させられているので、その内壁面の冷却およ
び酸化防止が図られることになる。また、該アシストガ
スは、その一部がトーチヘッド５の小孔８から吹出すの
で、レーザビームの照射によって飛散した被覆材料等の
小孔８からトーチヘッド５内への侵入が回避されること
になる。
ズ支持筒２２およびトーチヘッド５の内部は、アシスト
ガスが流通させられているので、その内壁面の冷却およ
び酸化防止が図られることになる。また、該アシストガ
スは、その一部がトーチヘッド５の小孔８から吹出すの
で、レーザビームの照射によって飛散した被覆材料等の
小孔８からトーチヘッド５内への侵入が回避されること
になる。
【００３４】また、小孔８の周囲に配された反射板２８
によってトーチヘッド５の外表面が、配管Ｘからの反射
光から保護され、また反射板２８の貫通孔２８ａが、ト
ーチヘッド５内から発射されるレーザビームを挿通させ
る最小限の開口面積となっているので、該貫通孔２８ａ
を通してトーチヘッド５内に侵入する反射光を最小量に
抑えることができる。しかも、トーチヘッド５内にあっ
ても、光ファイバ保持部２１および保護パイプ１９によ
って、光ファイバ６が反射光に晒されることが回避され
るので、該光ファイバ６の焼損等を回避することができ
る。
によってトーチヘッド５の外表面が、配管Ｘからの反射
光から保護され、また反射板２８の貫通孔２８ａが、ト
ーチヘッド５内から発射されるレーザビームを挿通させ
る最小限の開口面積となっているので、該貫通孔２８ａ
を通してトーチヘッド５内に侵入する反射光を最小量に
抑えることができる。しかも、トーチヘッド５内にあっ
ても、光ファイバ保持部２１および保護パイプ１９によ
って、光ファイバ６が反射光に晒されることが回避され
るので、該光ファイバ６の焼損等を回避することができ
る。
【００３５】さらに、反射ミラー９に設けられたフィン
９ｂに冷却流体を挿通させるミラー冷却流路３２が設け
られているので、反射ミラー９の過熱を防止して、該反
射ミラー９の耐久性を向上することができるとともに、
反射ミラー９の劣化を防止して、安定したレーザビーム
を配管Ｘに照射することができることになる。また、該
反射ミラー９に取り付けた熱電対２４によって、該反射
ミラー９の温度を監視することにより、反射ミラー９の
過熱を防止するとともに、測定温度に基づいて冷却流体
の流量調整あるいは温度調整等を図ることが可能とな
る。
９ｂに冷却流体を挿通させるミラー冷却流路３２が設け
られているので、反射ミラー９の過熱を防止して、該反
射ミラー９の耐久性を向上することができるとともに、
反射ミラー９の劣化を防止して、安定したレーザビーム
を配管Ｘに照射することができることになる。また、該
反射ミラー９に取り付けた熱電対２４によって、該反射
ミラー９の温度を監視することにより、反射ミラー９の
過熱を防止するとともに、測定温度に基づいて冷却流体
の流量調整あるいは温度調整等を図ることが可能とな
る。
【００３６】しかも、このようなミラー冷却流路３２、
アシストガス供給路３３および熱電対２４の信号線２７
が可動チューブあるいは可動ケーブルを使用していない
ので、該ケーブル等の保守が不要となるとともに、トー
チヘッド５を同一方向に回転し続けることができるの
で、回転方向の変化によるレーザビームの不均一な照射
を回避して、均質なコーティング処理を行うことができ
るという効果がある。
アシストガス供給路３３および熱電対２４の信号線２７
が可動チューブあるいは可動ケーブルを使用していない
ので、該ケーブル等の保守が不要となるとともに、トー
チヘッド５を同一方向に回転し続けることができるの
で、回転方向の変化によるレーザビームの不均一な照射
を回避して、均質なコーティング処理を行うことができ
るという効果がある。
【００３７】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の第１の
手段に係るレーザ照射用トーチによれば、小口径配管に
挿入され位置決め手段によって小口径配管の半径方向に
位置決めされるトーチ胴体と、その先端に周方向に沿っ
て回転可能に支持され駆動手段によって回転させられる
トーチヘッドと、トーチ胴体を貫通して配されトーチヘ
ッドまでレーザビームを導く光ファイバと、トーチヘッ
ドの長手方向に沿って移動可能なレンズ支持筒と、その
内部に取り付けられレーザビームを集光するレンズと、
レンズを通過させられたレーザビームを反射してトーチ
ヘッドの小孔から半径方向外方に発射させる反射ミラー
とを具備しているので、トーチヘッドの回転軸を小口径
配管の中心軸に一致させ、トーチヘッドのみを回転させ
ることにより、回転動作を安定させて、配管の内壁面に
均等なレーザビーム照射を実施することができるという
効果がある。第２の手段に係るレーザ照射用トーチによ
れば、位置決め手段が、トーチ胴体の長手方向に間隔を
おいて形成される複数の位置決め部よりなり、位置決め
部が、トーチ胴体の半径方向に放射状に形成される３箇
所以上の案内孔と、その内部に挿入されスプリングによ
って半径方向外方に付勢される小球とを具備しているの
で、第１の手段による効果に加えて、以下の効果を奏す
る。 （１） 位置決め部が小口径配管の内面を３箇所以上の
位置で押圧するので、トーチ胴体を小口径配管の中心位
置に安定して位置決めされ、かつ、長手方向に間隔をお
いて配されるのでトーチ胴体の倒れを防止してトーチヘ
ッドの軸心を小口径配管の中心軸に正確に位置決めする
ことができる。 （２） レーザ照射用トーチが長手方向に移動させられ
たばあいであっても、小球が小口径配管の内面を転動す
ることにより、トーチ胴体が位置決め状態に保持され、
小口径配管内壁面の広範囲にわたるレーザビームの連続
照射が可能となる。 （３） 小球が案内孔に沿って半径方向に移動する構成
であるので、内径寸法の異なる小口径配管に対しても、
容易に対応することができる。 第３の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、駆動手
段が、中空モータよりなり、該中空モータの内部を貫通
して光ファイバが配設されているので、第１および第２
の手段による効果に加えて、光ファイバに捩り力を付与
せずにトーチヘッドを回転させることを可能とし、光フ
ァイバの健全性を向上することができるという効果があ
る。第４の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、ト
ーチ胴体およびトーチヘッドに、アシストガスを供給す
るアシストガス供給路が配設されているので、第１ない
し第３の手段による効果に加えて、トーチ胴体およびト
ーチヘッドが冷却され、かつ、レーザビームの照射され
るトーチヘッドの内面がアシストガスによって保護され
ることにより、レーザ照射用トーチの耐久性を向上する
ことができるという効果がある。第５の手段に係るレー
ザ照射用トーチによれば、反射ミラーに放熱部が形成さ
れ、冷却流体供給路と冷却流体排出路とにより冷却流体
を放熱部の周囲に挿通させるので、第１ないし第４の手
段による効果に加えて、以下の効果を奏する。 （１） 反射ミラーの温度上昇を防止して耐久性を向上
することができる。 （２） 冷却流体排出路から過熱された冷却流体を排出
するので小口径配管内に熱がこもることが回避され、反
射ミラーの冷却効率を向上することができる。 第６の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、反射ミ
ラーに、温度計測手段が配設され、その信号線がスリッ
プリングによって接続されているので、第１ないし第５
の手段による効果に加えて、以下の効果を奏する。 （１） 反射ミラーの温度を監視して、過熱を防止する
ことができる。 （２） スリップリングによって可動ケーブルを排除し
たので、トーチヘッドを同一方向に連続して回転させる
ことを可能とし、小口径配管の内壁面へのレーザの照射
を均等に実施することができる。その結果、小口径配管
の内壁面に施されるコーティング処理等を均質なものと
することができる。 第７の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、光ファ
イバの周囲に保護パイプが配設され、その先端に、表面
を鏡面加工され口出しされた光ファイバを支持する光フ
ァイバ保持部が設けられているので、第１ないし第６の
手段による効果に加えて、以下の効果を奏する。 （１） 保護パイプによって、光ファイバが回転部から
隔離され、光ファイバに捩り力や摩擦等が付与されるこ
とを防止することができる。 （２） 保護パイプおよび光ファイバ保持部によって光
ファイバが被覆されるので、反射光等のレーザビームが
光ファイバに照射されることが回避され、光ファイバを
健全な状態に維持することができる。 （３） 反射光に晒される光ファイバ保持部が鏡面加工
されていることにより、該光ファイバ保持部における反
射光のエネルギが低減されるので、光ファイバへの伝達
熱を低減することができる。 第８の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、小孔近
傍のトーチヘッド外面に、トーチヘッド内部から発射さ
れるレーザビームを挿通させる貫通孔を有しかつ反射光
を反射する反射板が、反射ミラーの設定位置に合わせて
移動可能に取り付けられているので、上記効果に加え
て、以下の効果を奏する。 （１） 反射板によって反射光に晒されるトーチヘッド
の小孔近傍が保護される。 （２） トーチヘッド内に入光する反射光を最小限に抑
えることができる。
手段に係るレーザ照射用トーチによれば、小口径配管に
挿入され位置決め手段によって小口径配管の半径方向に
位置決めされるトーチ胴体と、その先端に周方向に沿っ
て回転可能に支持され駆動手段によって回転させられる
トーチヘッドと、トーチ胴体を貫通して配されトーチヘ
ッドまでレーザビームを導く光ファイバと、トーチヘッ
ドの長手方向に沿って移動可能なレンズ支持筒と、その
内部に取り付けられレーザビームを集光するレンズと、
レンズを通過させられたレーザビームを反射してトーチ
ヘッドの小孔から半径方向外方に発射させる反射ミラー
とを具備しているので、トーチヘッドの回転軸を小口径
配管の中心軸に一致させ、トーチヘッドのみを回転させ
ることにより、回転動作を安定させて、配管の内壁面に
均等なレーザビーム照射を実施することができるという
効果がある。第２の手段に係るレーザ照射用トーチによ
れば、位置決め手段が、トーチ胴体の長手方向に間隔を
おいて形成される複数の位置決め部よりなり、位置決め
部が、トーチ胴体の半径方向に放射状に形成される３箇
所以上の案内孔と、その内部に挿入されスプリングによ
って半径方向外方に付勢される小球とを具備しているの
で、第１の手段による効果に加えて、以下の効果を奏す
る。 （１） 位置決め部が小口径配管の内面を３箇所以上の
位置で押圧するので、トーチ胴体を小口径配管の中心位
置に安定して位置決めされ、かつ、長手方向に間隔をお
いて配されるのでトーチ胴体の倒れを防止してトーチヘ
ッドの軸心を小口径配管の中心軸に正確に位置決めする
ことができる。 （２） レーザ照射用トーチが長手方向に移動させられ
たばあいであっても、小球が小口径配管の内面を転動す
ることにより、トーチ胴体が位置決め状態に保持され、
小口径配管内壁面の広範囲にわたるレーザビームの連続
照射が可能となる。 （３） 小球が案内孔に沿って半径方向に移動する構成
であるので、内径寸法の異なる小口径配管に対しても、
容易に対応することができる。 第３の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、駆動手
段が、中空モータよりなり、該中空モータの内部を貫通
して光ファイバが配設されているので、第１および第２
の手段による効果に加えて、光ファイバに捩り力を付与
せずにトーチヘッドを回転させることを可能とし、光フ
ァイバの健全性を向上することができるという効果があ
る。第４の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、ト
ーチ胴体およびトーチヘッドに、アシストガスを供給す
るアシストガス供給路が配設されているので、第１ない
し第３の手段による効果に加えて、トーチ胴体およびト
ーチヘッドが冷却され、かつ、レーザビームの照射され
るトーチヘッドの内面がアシストガスによって保護され
ることにより、レーザ照射用トーチの耐久性を向上する
ことができるという効果がある。第５の手段に係るレー
ザ照射用トーチによれば、反射ミラーに放熱部が形成さ
れ、冷却流体供給路と冷却流体排出路とにより冷却流体
を放熱部の周囲に挿通させるので、第１ないし第４の手
段による効果に加えて、以下の効果を奏する。 （１） 反射ミラーの温度上昇を防止して耐久性を向上
することができる。 （２） 冷却流体排出路から過熱された冷却流体を排出
するので小口径配管内に熱がこもることが回避され、反
射ミラーの冷却効率を向上することができる。 第６の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、反射ミ
ラーに、温度計測手段が配設され、その信号線がスリッ
プリングによって接続されているので、第１ないし第５
の手段による効果に加えて、以下の効果を奏する。 （１） 反射ミラーの温度を監視して、過熱を防止する
ことができる。 （２） スリップリングによって可動ケーブルを排除し
たので、トーチヘッドを同一方向に連続して回転させる
ことを可能とし、小口径配管の内壁面へのレーザの照射
を均等に実施することができる。その結果、小口径配管
の内壁面に施されるコーティング処理等を均質なものと
することができる。 第７の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、光ファ
イバの周囲に保護パイプが配設され、その先端に、表面
を鏡面加工され口出しされた光ファイバを支持する光フ
ァイバ保持部が設けられているので、第１ないし第６の
手段による効果に加えて、以下の効果を奏する。 （１） 保護パイプによって、光ファイバが回転部から
隔離され、光ファイバに捩り力や摩擦等が付与されるこ
とを防止することができる。 （２） 保護パイプおよび光ファイバ保持部によって光
ファイバが被覆されるので、反射光等のレーザビームが
光ファイバに照射されることが回避され、光ファイバを
健全な状態に維持することができる。 （３） 反射光に晒される光ファイバ保持部が鏡面加工
されていることにより、該光ファイバ保持部における反
射光のエネルギが低減されるので、光ファイバへの伝達
熱を低減することができる。 第８の手段に係るレーザ照射用トーチによれば、小孔近
傍のトーチヘッド外面に、トーチヘッド内部から発射さ
れるレーザビームを挿通させる貫通孔を有しかつ反射光
を反射する反射板が、反射ミラーの設定位置に合わせて
移動可能に取り付けられているので、上記効果に加え
て、以下の効果を奏する。 （１） 反射板によって反射光に晒されるトーチヘッド
の小孔近傍が保護される。 （２） トーチヘッド内に入光する反射光を最小限に抑
えることができる。
【図１】本発明に係るレーザ照射用トーチの一実施例を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図２】図１のレーザ照射用トーチのヘッド支持部を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図３】図１のレーザ照射用トーチの位置決め部を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】図１のレーザ照射用トーチのトーチヘッドを示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図５】図１のレーザ照射用トーチの駆動手段を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図６】図４のレーザ照射用トーチにおけるＡ−Ａ断面
である。
である。
【図７】図４のレーザ照射用トーチにおけるＢ−Ｂ断面
である。
である。
【図８】図４のレーザ照射用トーチにおけるＣ−Ｃ断面
である。
である。
【図９】図１のレーザ照射用トーチの反射板を示す正面
図である。
図である。
Ｘ 配管（小口径配管） １ トーチ（レーザ照射用トーチ） ２ トーチ胴体 ３ 位置決め手段 ４ 駆動手段 ４ａ 中空モータ ４ｂ 減速機 ４ｃ 貫通孔 ５ トーチヘッド ５ａ 雌ネジ ６ 光ファイバ ７ レンズ ８ 小孔 ９ 反射ミラー ９ａ 反射面 ９ｂ フィン ９ｃ 測定孔 １０ ヘッド支持部 １１ 内筒 １２ 外筒 １３・１４ ベアリング １５ 位置決め部 １５ａ 案内孔 １５ｂ 小球 １５ｃ 小球保持具 １５ｄ スプリング １６ 支持筒 １７ ドライブシャフト １７ａ 継手 １８ ベアリング １９ 保護パイプ ２０ ベアリング ２１ 光ファイバ保持部 ２２ レンズ支持筒 ２２ａ 雄ネジ ２３ａ ミラー取付孔 ２３ｂ ボルト ２４ 熱電対（温度計測手段） ２５ 押付ボルト ２６ スリップリング ２７ 信号線 ２８ 反射板 ２８ａ 貫通孔 ２８ｂ 取付孔 ２９ 温度計測装置 ３０ ミラー冷却流路 ３１ アシストガス供給路 ３１ａ ガス供給管 ３１ｂ 筒状流路 ３１ｃ 接続流路 ３１ｄ 連通部 ３１ｅ レンズ部流路 ３２ 冷却流体供給源 ３３ 冷却流体供給路 ３３ａ 供給管 ３３ｂ 壁内供給路 ３３ｃ 接続流路 ３４ 冷却流体排出路 ３４ａ 排出管 ３４ｂ 壁内排出路 ３４ｃ 接続流路 ３５・３６・３７ パッキン ３８ アシストガス供給源 ３９ レーザ発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古屋 修治 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜第一工場内
Claims (8)
- 【請求項１】 小口径配管の内部に挿入状態に配される
筒状のトーチ胴体と、該トーチ胴体を小口径配管に半径
方向に位置決めする位置決め手段と、トーチ胴体の先端
に、その軸心回りに回転可能に支持され駆動手段によっ
て回転させられる筒状のトーチヘッドと、前記トーチ胴
体の内部を貫通して配されトーチヘッドの内部までレー
ザビームを導く光ファイバと、トーチヘッドの内部に、
その長手方向に移動可能に取り付けられたレンズ支持筒
と、該レンズ支持筒の内部に取り付けられ光ファイバか
らトーチヘッドの長手方向に放射させられるレーザビー
ムを集光するレンズと、前記トーチヘッドの内部に、そ
の長手方向に沿って位置調整可能に取り付けられ前記レ
ンズを通過させられたレーザビームを反射してトーチヘ
ッドの側壁に形成された小孔から半径方向外方に発射さ
せる反射ミラーとを具備することを特徴とするレーザ照
射用トーチ。 - 【請求項２】 位置決め手段が、トーチ胴体の長手方向
に間隔をおいて形成される複数の位置決め部よりなり、
該位置決め部が、トーチ胴体の半径方向に放射状に形成
される３箇所以上の案内孔と、該案内孔に挿入状態に配
される小球と、該小球を半径方向外方に付勢するスプリ
ングとからなることを特徴とする請求項１記載のレーザ
照射用トーチ。 - 【請求項３】 駆動手段が、トーチ胴体に固定される中
空モータよりなり、該中空モータの内部を貫通して光フ
ァイバが配設されていることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載のレーザ照射用トーチ。 - 【請求項４】 トーチヘッドに、該トーチヘッド内に連
通しアシストガスを供給するアシストガス供給路が配設
されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
いずれかに記載のレーザ照射用トーチ。 - 【請求項５】 反射ミラーに放熱部が形成され、該放熱
部に挿通させられる冷却流体を供給する冷却流体供給路
と、放熱部を挿通させられた冷却流体を排出する冷却流
体排出路とが、トーチ胴体およびトーチヘッドの内部を
貫通状態に形成されていることを特徴とする請求項１な
いし請求項４のいずれかに記載のレーザ照射用トーチ。 - 【請求項６】 反射ミラーに、該反射ミラーの温度を計
測する温度計測手段が配設され、該温度計測手段の信号
線が、スリップリングによって接続されていることを特
徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレ
ーザ照射用トーチ。 - 【請求項７】 光ファイバの周囲にトーチヘッドと相対
回転自在に支持されかつトーチ胴体に固定される保護パ
イプが配設され、該保護パイプの先端に、口出しされた
光ファイバの先端部を露出状態として該光ファイバを支
持する光ファイバ保持部が設けられ、該光ファイバ保持
部の表面が、鏡面加工されていることを特徴とする請求
項１ないし請求項６のいずれかに記載のレーザ照射用ト
ーチ。 - 【請求項８】 レーザビームを挿通させる小孔近傍のト
ーチヘッドの外面に、反射ミラーによって反射されたレ
ーザビームを挿通させる最小限の開口面積の貫通孔を有
しかつ小口径配管の内壁面から反射されるレーザビーム
を反射する反射板が、反射ミラーの設定位置の変更に合
わせて位置調整可能に取り付けられていることを特徴と
する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のレーザ
照射用トーチ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18845492A JP3214074B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | レーザ照射用トーチ |
| US08/089,193 US5426278A (en) | 1992-07-15 | 1993-07-12 | Laser irradiating torch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18845492A JP3214074B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | レーザ照射用トーチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0671474A true JPH0671474A (ja) | 1994-03-15 |
| JP3214074B2 JP3214074B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=16223989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18845492A Expired - Lifetime JP3214074B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | レーザ照射用トーチ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5426278A (ja) |
| JP (1) | JP3214074B2 (ja) |
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| CN108816972A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-11-16 | 西南石油大学 | 一种油管内壁激光-温水联合清洗装置 |
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