JPH11787A - 加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置 - Google Patents

加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置

Info

Publication number
JPH11787A
JPH11787A JP9151807A JP15180797A JPH11787A JP H11787 A JPH11787 A JP H11787A JP 9151807 A JP9151807 A JP 9151807A JP 15180797 A JP15180797 A JP 15180797A JP H11787 A JPH11787 A JP H11787A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
cutting
laser
pressure
head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9151807A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsura Owaki
桂 大脇
Minoru Uehara
実 上原
Hiroto Yamaoka
弘人 山岡
Kazuyuki Tsuchiya
和之 土屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP9151807A priority Critical patent/JPH11787A/ja
Publication of JPH11787A publication Critical patent/JPH11787A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水圧によってレーザ光を集光するレンズに歪
みが生ぜず、水中で高速に厚板まで切断できる切断装置
を提供する。 【解決手段】 水中の切断対象物1にレーザ光を照射し
溶融させる水中に設けられたレーザヘッド2と、このレ
ーザヘッド2の切断進行方向後方の水中に設けられ高圧
水を溶融部に噴射して溶融部を除去するウォータジェッ
トヘッド3と、を備え、レーザヘッド2は、筒状の胴部
を有しこの内部にレーザ光を集光するレンズが設けられ
ており、この胴部に加圧しこの加圧状態でレンズに歪み
が生じないようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中の切断対象物
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
う加圧水中レーザ・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、FR
P(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。なお、レーザ切断は空気などの気体中、真空中およ
び水中で行われている。一方ウォータジェット切断は、
高圧で噴出される水の運動エネルギにより噴射された部
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。ウォータジェット切断は従来水中での切断には用い
られていなかった。
【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。水中切断の場合、水圧が高くな
るとレーザヘッドのレーザ光を集光するレンズにも圧力
が加わりレンズに歪みが生じ、レーザ光を十分に集光で
きず切断能力が低下するという問題があった。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
ける場合がある。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
けここから切断開始する。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。
【0004】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、水圧によってレーザ光を集光するレンズに歪み
が生ぜず、水中で高速に厚板まで切断できる切断装置を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明では、水中の切断対象物にレーザ光
を照射し溶融させる水中に設けられたレーザヘッドと、
このレーザヘッドの切断進行方向後方の水中に設けられ
高圧水を溶融部に噴射して溶融部を除去するウォータジ
ェットヘッドと、を備え、前記レーザヘッドは、筒状の
胴部を有しこの内部にレーザ光を集光するレンズが設け
られており、この胴部に加圧しこの加圧状態でレンズに
歪みが生じないようになっている。
【0006】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。レーザ光は水に吸収されないレーザ光、例えば
YAGレーザなどを用いる。また高圧水は切断位置の水
圧に比べ遙かに大きいので溶融部の除去には問題ない。
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。また切断は従来の空気中のレーザ切断と同様高速切
断できる。レーザヘッドの内部に設けられたレンズには
切断位置の水圧以上に加圧され、この加圧状態で集光レ
ンズに歪みが生じないように設定されているので、水圧
によってレンズに歪みは生ぜす、切断能力の低下は発生
しない。
【0007】請求項2の発明では、前記ウォータジェッ
トヘッドは切断進行方向後方に傾斜して配置されてい
る。
【0008】レーザ光によって生じた溶融部を切断進行
方向後方から斜めに高圧水を噴射することにより効率よ
く溶融部を除去できる。
【0009】請求項3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。
【0010】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
能力が増大し、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。水中であれば研磨材の飛散が少ないので、
これを回収することも容易である。
【0011】
【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8は水中の切断対象物1をセットし一
体に結合されたレーザヘッド2とウォータジェットヘッ
ド3を水中で移動して所望の形状に切断する装置でヘッ
ド駆動部とも言う。図1では加工装置8は空気中に配置
されレーザヘッド2とウォータジェットヘッド3を遠隔
操作しているが、切断対象物1の近傍に水没させる装置
としてもよい。レーザ発生装置4は切断対象物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へ供給する装置である。研磨材供給部6
は研磨材を供給する装置で、ウォータジェットヘッド3
で高圧水に研磨材が混入される。シールガス供給部7a
はレーザヘッド2の前部に乾燥したガスを供給し内部を
乾燥して水滴の発生を押さえレーザ光の歪みを防止す
る。加圧ガス供給部7bはレーザヘッド2に加圧してお
き、水圧が加わってもレーザ光の集光レンズに歪みが発
生しないようにする。操作盤9はレーザ発生装置4、高
圧水供給部5、研磨材供給部6、シールガス供給部7
a、加圧ガス供給部7b及び加工装置8を制御して切断
対象物1の切断を行なう。
【0012】図2はレーザヘッドとウォータジェットヘ
ッドを示す図である。レーザヘッド2は切断対象物1に
垂直に設定される。レーザ発生装置4から光ファイバ1
0を介して送られてくるレーザ光をレンズで切断位置に
集光させ溶融する。切断対象物1をレーザ光で垂直に照
射すると溶融効率が最も大きくなり切断能力が大きくな
る。集光面積は例えば直径1mm程度である。使用する
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。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。
【0013】ウォータジェットヘッド3はレーザヘッド
2の切断進行方向後ろ側で切断対象物1に対して切断進
行方向後方へ傾斜して設定されている。これにより溶融
部を効率よく吹き飛ばし切断することができる。高圧水
は先端のノズル3aから噴射され、その噴射面積は、例
えば直径0.3mm程度である。ウォータェットヘッド
3には高圧水供給部5より高圧水が配管11を介して供
給される。通常は高圧水のみで切断を行なうが、厚板の
場合、さらに研磨材供給部6から配管12を介して研磨
材を供給し高圧水に混合して切断を行なう。なお、研磨
材はそれが切断作業場所に飛散しても問題のない場合に
使用される。水中切断の場合、研磨材の飛散は少なく回
収も容易なので、使用できる環境は多くなる。シールガ
ス供給部7aからは乾燥ガスが配管13aを介してレー
ザヘッド2の前部に供給され内部の水滴発生を押さえレ
ーザ光の歪みを防止する。また加圧ガス供給部7bから
は加圧ガスが配管13bを介してレーザヘッド2の胴部
に供給され予め集光レンズに歪みが生じないようにして
加圧しておき、水圧が加わっても歪みが生じないように
しておく。
【0014】図3はレーザヘッドの構成の一例を示す図
である。レーザヘッド2は胴部15と、前部16、後部
17より構成され、胴部15と後部17は水密構造とな
っている。胴部15の内側は円筒となっており集光レン
ズ19が設けられ、前面にはレーザ光を透過する仕切り
板20が設けられている。また胴部15の肉厚内には胴
加圧空間24が2枚の集光レンズ19の範囲にわたり全
周に設けられ、加圧ガス供給口23より加圧ガス(例え
ば加圧空気)が加えられる。この胴加圧空間24に切断
作業が行われる位置の水圧以上を加えておき、この水圧
で集光レンズに歪みを生じないように設定しておく。こ
のためレーザヘッド2に水圧が加わっても集光レンズ1
9には歪は生じない。集光レンズ19が歪むとレーザ光
を切断位置に十分集光できず切断能力が低下するのでこ
れを防止する。胴部15と後部17とは水密に結合され
ている。後部17の後端にはファイバコネクタ18が嵌
合されており、このファイバコネクタ18によって光フ
ァイバ10と水密に結合される。
【0015】前部16は、先端に先端開口21があり、
後端側にガス供給口22が設けられ、内部は円筒状で先
端で絞られた形状となっている。ガス供給口22からは
乾燥したガス(例えば、空気、窒素ガスなど)が供給さ
れ仕切り板20の面に沿って流れ、仕切り板20に水分
が付着してレーザ光に歪みが生ずるのを防止する。この
ガスは前部16の内部に充満し先端開口21から流出し
て、内部への水の進入を防止している。コネクタ出口1
8aより出射したレーザ光は最初のレンズ19で平行光
となり、次のレンズ19で集光されて先端開口21より
切断対象物1へ照射される。
【0016】次に水圧によるレーザ光の封じ込め効果に
ついて説明する。図4は水圧と切断能力の増大の関係を
示す図である。水圧が大きくなるとレーザ光が封じ込め
られるため切断部に集中し切断能力が増大する。図4は
レーザの出力を一定とし切断対象物1の水圧を大きくし
ていったときの切断能力の増大を板厚で表したものであ
る。縦軸は水圧をMPaで示し、横軸は切断能力増大を
板厚で示す。例えば、レーザ出力を一定にして鋼板を切
断する場合、0.2MPaの水圧で切断した場合、大気
中の場合に比べ15mm程度厚い鋼板まで切断できるこ
とを表している。なお図4に示した数値は一例を示した
もので、切断対象物の材質、レーザ出力などの条件によ
り異なるものである。このような効果は本発明の装置を
実施して見出したものである。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、水
中において、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。 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
高速である。 切断位置における水圧が増大するとレーザ光の封じ
込め効果により切断能力が増大する。 ウォータジェットヘッドを切断進行方向後方に傾斜
して高圧水を噴射することにより溶融部を効率的に除去
できる。 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。 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。 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。 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。
【図3】レーザヘッドの構成の一例を示す図である。
【図4】水圧による切断能力増大の一例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 切断対象物 2 レーザヘッド 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 7a シールガス供給部 7b 加圧ガス供給部 8 加工装置 9 操作盤 10 光ファイバ 11,12,13a,13b 配管 15 胴部 16 前部 17 後部 18 ファイバコネクタ 18a コネクタ出口 19 レンズ 20 仕切り板 21 先端開口 22 ガス供給口 23 加圧ガス供給口 24 胴加圧空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B26F 3/00 B26F 3/00 R (72)発明者 山岡 弘人 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技術研究所内 (72)発明者 土屋 和之 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技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水中の切断対象物にレーザ光を照射し溶
    融させる水中に設けられたレーザヘッドと、このレーザ
    ヘッドの切断進行方向後方の水中に設けられ高圧水を溶
    融部に噴射して溶融部を除去するウォータジェットヘッ
    ドと、を備え、前記レーザヘッドは、筒状の胴部を有し
    この内部にレーザ光を集光するレンズが設けられてお
    り、この胴部に加圧しこの加圧状態でレンズに歪みが生
    じないようになっていることを特徴とする加圧水中レー
    ザ・ウォータジェット複合切断装置。
  2. 【請求項2】 前記ウォータジェットヘッドは切断進行
    方向後方に傾斜して配置されていることを特徴とする請
    求項1記載の加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切
    断装置。
  3. 【請求項3】 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または2
    記載の加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切断装
    置。
JP9151807A 1997-06-10 1997-06-10 加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置 Pending JPH11787A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9151807A JPH11787A (ja) 1997-06-10 1997-06-10 加圧水中レーザ・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
JP9151807A JPH11787A (ja) 1997-06-10 1997-06-10 加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11787A true JPH11787A (ja) 1999-01-06

Family

ID=15526746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9151807A Pending JPH11787A (ja) 1997-06-10 1997-06-10 加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11787A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6925712B2 (en) * 2001-08-28 2005-08-09 Seiko Epson Corporation Method of fabricating a liquid-jet head
US7291059B2 (en) * 2003-05-20 2007-11-06 Kabushiki Kaisha Honda Lock Process and apparatus for cutting sheet glass
CN103341828A (zh) * 2013-07-05 2013-10-09 大连理工大学 一种深水切割检测装置
CN107671416A (zh) * 2017-09-20 2018-02-09 华中科技大学 一种水下携载的气水同轴射流辅助激光加工系统
KR20200040099A (ko) * 2018-10-08 2020-04-17 한국원자력연구원 수중 레이저 절단장치

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6925712B2 (en) * 2001-08-28 2005-08-09 Seiko Epson Corporation Method of fabricating a liquid-jet head
US7291059B2 (en) * 2003-05-20 2007-11-06 Kabushiki Kaisha Honda Lock Process and apparatus for cutting sheet glass
CN103341828A (zh) * 2013-07-05 2013-10-09 大连理工大学 一种深水切割检测装置
CN107671416A (zh) * 2017-09-20 2018-02-09 华中科技大学 一种水下携载的气水同轴射流辅助激光加工系统
CN107671416B (zh) * 2017-09-20 2019-05-03 华中科技大学 一种水下携载的气水同轴射流辅助激光加工系统
KR20200040099A (ko) * 2018-10-08 2020-04-17 한국원자력연구원 수중 레이저 절단장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH11780A (ja) レーザ・ウォータジェット複合切断装置
CA2332820C (en) Use of ultrafast intense laser for processing lignocellulosic material
JP3484396B2 (ja) ウェハーの切断方法
EP0886556B1 (en) Laser machining
US5728993A (en) Laser cutting of materials with plural beams
CN104043904A (zh) 一种背面侧吹气体辅助激光切割的方法及装置
KR20000022244A (ko) 레이저빔에 의한 공동 글래스 물품 절단 방법 및 장치
JPH11786A (ja) 水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置
JPH08141764A (ja) レーザ切断方法
EP1199127A3 (en) Underwater laser processing apparatus and underwater laser processing method
JPH11787A (ja) 加圧水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置
JP2005088068A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工工法
JPH11774A (ja) レーザ・ウォータジェット複合切断方法及び装置
JP4478251B2 (ja) レーザとウォータジェットの複合加工装置
JPH11841A (ja) レーザ・ウォータジェット複合切断装置
JPH0237985A (ja) レーザ加工方法及び装置
JP2000024923A (ja) 微細穴・溝加工方法
JP2000317661A (ja) レーザビームによる切断方法および装置並びに原子炉廃炉を解体するときの黒鉛ブロックの切断方法
JPS59104289A (ja) レ−ザビ−ムによる鋼板の切断方法および装置
JPH10286774A (ja) 被膜処理方法とその装置
JP2013147817A (ja) スラブ式軌道の補修方法及びレーザー照射装置
JP2000317659A (ja) レーザビームによる切断方法および装置並びに原子炉廃炉を解体するときの黒鉛ブロックの切断方法
JP2846297B2 (ja) レーザ切断方法
JPH09510412A (ja) 木材表面の製造方法及び装置
JP4380810B2 (ja) 工作物加工装置および方法