WO2016084875A1 - レーザ照射装置及び表面処理方法 - Google Patents

レーザ照射装置及び表面処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016084875A1
WO2016084875A1 PCT/JP2015/083167 JP2015083167W WO2016084875A1 WO 2016084875 A1 WO2016084875 A1 WO 2016084875A1 JP 2015083167 W JP2015083167 W JP 2015083167W WO 2016084875 A1 WO2016084875 A1 WO 2016084875A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
irradiation
liquid
laser
optical element
objective
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/083167
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一晃 豊澤
伸光 前橋
藤田　和久
伸一朗 沖原
博光 稲垣
Original Assignee
株式会社トヨコー
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 株式会社トヨコー filed Critical 株式会社トヨコー
Publication of WO2016084875A1 publication Critical patent/WO2016084875A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/1224—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum
    • 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
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • 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
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/146—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range

Definitions

  • the present invention relates to a laser irradiation apparatus and a surface treatment method, and particularly relates to an apparatus for improving a processing capability when performing surface treatment by irradiating an irradiation target in a liquid with a laser.
  • Patent Document 1 discloses an underwater laser that directly processes a workpiece in water and removes and collects foreign matters such as metal fume and processing waste. A processing device is described. The technique described in the cited document 1 collects foreign matter by introducing water from the inside into a cylindrical nozzle through which a laser beam passes and sucking water in a suction cover that covers the periphery of the processing location. Is to do.
  • the cylindrical member through which the laser beam passes is filled with water, and the laser beam propagates in water over a relatively long distance, resulting in energy loss. It gets bigger.
  • the foreign object floating in the water also prevents the laser beam from reaching the irradiation target, resulting in an energy arrival rate. (Proportion of reaching the irradiation object in the emitted energy) decreases.
  • an object of the present invention is to provide a laser irradiation apparatus and a surface treatment method with improved processing capability when performing surface treatment by irradiating an irradiation target in a liquid with a laser. .
  • the present invention solves the above-described problems by the following means.
  • the invention according to claim 1 is a laser irradiation apparatus including an irradiation optical system for converging a laser beam emitted from a laser oscillator and irradiating an irradiation target disposed in a liquid, wherein the irradiation optical system includes: In the state where the surface portion on the irradiation object side in the most objective optical element arranged adjacent to the irradiation object is arranged in the liquid, the laser light is irradiated, and the most objective optical element The surface portion opposite to the irradiation object side and the other optical elements are housed in a housing in which the liquid is substantially prevented from entering, and are provided in the vicinity of the outer peripheral edge of the most objective optical element.
  • a liquid ejecting means for ejecting a liquid flow substantially along the surface portion on the object side, and an opposite side of the outer peripheral edge of the most objective optical element with the central portion of the most objective optical element sandwiched between the liquid ejecting means Provided on the side
  • a laser irradiation apparatus comprising: a liquid suction means for sucking the liquid stream flowing substantially along the surface of the irradiated object side of the objective side optical element.
  • the irradiation optical system includes: a deflection optical system that deflects an emission side optical axis by a predetermined angle with respect to an incident side optical axis of the laser beam;
  • the invention according to claim 3 is characterized in that the liquid suction means sucks suspended matter formed when the irradiation target is irradiated with the laser light together with the liquid flow. 2.
  • the laser irradiation apparatus according to 2. According to this, it is possible to reliably collect suspended matters and prevent toxic substances from diffusing into the liquid.
  • the invention according to claim 4 is characterized in that the suction amount of the liquid suction means is equal to or larger than the discharge amount of the liquid discharge means. It is a laser irradiation apparatus as described in above. According to this, the collection
  • the invention according to claim 5 is the laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the most objective optical element is detachable from a main body of the housing. is there. According to this, when the foreign object adheres to the most objective optical element or deterioration such as burnout occurs, the performance can be restored at low cost by replacing only the most objective optical element.
  • the invention according to claim 6 is the laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the most objective-side optical element is formed in a substantially flat plate shape. According to this, the running cost can be reduced by configuring the most objective side optical element having a high replacement frequency with respect to other optical elements at a low cost.
  • the invention according to claim 7 is characterized in that the most objective side optical element constitutes a part of a condensing optical system for condensing the laser beam at a predetermined focal point.
  • a laser irradiation apparatus according to claim 1. since the light beam has not yet converged when passing through the most objective side optical element, the energy of the laser beam is concentrated on a part of the most object side optical element and the most object side optical element is burned out. Can be prevented.
  • the irradiation optical system is moved relative to the irradiation object so that an interval between the most objective optical element and the irradiation object is within a predetermined range, and the laser
  • the laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising irradiation optical system driving means for scanning the surface of the irradiation object with light.
  • the processing can be automated to save the labor of the worker.
  • an irradiation optical system driving means for example, a single-axis stage such as an XY stage or a multi-axis stage such as a robot arm can be used.
  • the invention according to claim 9 is characterized in that the irradiation optical system driving means sets the irradiation optical system to the irradiation object so that a distance between the most objective optical element and the irradiation object is 10 mm or less.
  • the invention according to claim 10 is a surface treatment method for converging a laser beam emitted from a laser oscillator to irradiate an irradiation object disposed in a liquid, and for irradiating the irradiation object with the laser beam.
  • the optical system irradiates laser light in a state where the surface portion on the irradiation object side in the most objective optical element disposed adjacent to the irradiation object is disposed in the liquid, and the most object side
  • the surface portion of the optical element opposite to the irradiation object side and the other optical element are accommodated in a housing substantially prevented from entering the liquid, and are provided in the vicinity of the outer peripheral edge portion of the most objective optical element.
  • the liquid discharge means discharges a liquid flow substantially along the surface on the irradiation object side, and near the outer peripheral edge of the most objective side optical element, the liquid discharge means has a position of the most objective side optical element.
  • the liquid suction means provided on the opposite side to the laser light to the irradiation object in a state of sucking the liquid flow flowing substantially along the surface portion of the most object side optical element on the irradiation object side.
  • the surface treatment method is characterized in that the irradiation is performed. According to this, substantially the same effect as that of the laser irradiation apparatus described above can be obtained.
  • the problem of providing a laser irradiation apparatus and a surface treatment method with improved processing capability when performing surface treatment by irradiating a laser on an irradiation object in a liquid is arranged on the irradiation object side most.
  • the optical elements other than the most objective side optical element are accommodated in an airtight housing and a liquid flow is generated along the surface of the irradiation side of the most objective side optical element to prevent adhesion of debris and the like. Resolved by collecting.
  • Embodiments of a laser irradiation apparatus and a surface treatment method to which the present invention is applied will be described below.
  • the laser irradiation apparatus and the surface treatment method of the present embodiment are suitable for decontamination processing that crushes and collects fuel debris and the like attached to the inner wall surface of a nuclear power plant, for example, the application is not limited thereto. .
  • FIG. 1 is an external view of a head in the laser irradiation apparatus of the embodiment.
  • the laser irradiation apparatus includes a laser oscillator (not shown), a fiber F, and a head 10.
  • the laser oscillator is a light source that includes an excitation source, a laser medium, an optical resonator, and the like.
  • the laser oscillator may be either a continuous wave (CW) type or a pulsed type.
  • CW continuous wave
  • an arc lamp, a flash lamp, or the like can be used.
  • the laser medium is preferably a solid laser (ruby laser, YAG laser, etc.) or a semiconductor laser (laser diode). In particular, it is preferable to use a fiber laser as the solid-state laser.
  • the laser medium is not particularly limited, and a gas laser (CO2 laser, excimer laser, etc.), a liquid laser (dye laser), or the like may be used.
  • the fiber F transmits the laser beam generated by the laser oscillator to the laser irradiation unit 100 of the head 10.
  • the fiber F is configured by forming a reinforcing coating and a protective coating around an optical fiber in which a core is coated with a clad.
  • the fiber F has flexibility so as not to prevent the head 10 from scanning the irradiation object.
  • the head 10 is disposed adjacent to the irradiation target, and irradiates the irradiation target with the laser light generated by the laser oscillator and transmitted by the fiber F.
  • the head 10 includes a laser irradiation unit 100 (see FIG. 2), an irradiation unit housing 200, a cylindrical housing 300, a cap 400, and the like.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the laser irradiation unit 100.
  • the laser irradiation unit 100 includes a fiber connection part 110, a condensing optical system 120, a deflection optical system 130, and the like.
  • the fiber connector 110 is connected to the end of the fiber F on the head 10 side, and guides the transmitted laser beam to the condensing optical system 120.
  • the condensing optical system 120 condenses the laser light incident from the fiber F so as to converge at a predetermined focal point FP.
  • the deflection optical system 130 bends the laser light emitted from the condensing optical system 120 by a predetermined deflection angle.
  • the deflection optical system 130 includes a wedge prism.
  • the deflection optical system 130 is rotationally driven at a predetermined rotational speed around a rotational axis disposed substantially parallel to the optical axis of the condensing optical system 120 by a driving power source 131 such as an electric motor or an air motor.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the behavior of the beam in the laser irradiation apparatus of the example.
  • the beam B emitted from the laser irradiation unit 100 has the central portion of the deflection optical system 130 through which the optical axis of the condensing optical system 120 passes, and the deflection angle of the deflection optical system 130 is a half apex angle.
  • the behavior of turning in the circumferential direction along the side surface of the cone is shown.
  • the focal point FP of the beam B is centered on the optical axis of the condensing optical system 120 and turns on a circumference along a plane orthogonal to the optical axis.
  • the focal point FP of the beam B is on the circumference.
  • the processing target surface is scanned while turning.
  • the irradiation unit housing 200 is a housing that houses the laser irradiation unit 100.
  • the irradiation unit housing 200 is formed in a substantially cylindrical shape, and the laser irradiation unit 100 is accommodated on the inner diameter side thereof.
  • the irradiation unit housing 200 is formed by, for example, injection molding of a resin material, and has a two-part configuration with a plane including the central axis as an example.
  • a bracket 210 used for fixing and supporting the irradiation unit housing 200 is formed on the outer diameter side of the irradiation unit housing 200.
  • the cylindrical housing 300 is a member that is formed so as to protrude from the emission-side end of the laser irradiation unit 100 in the irradiation unit housing 200 toward the irradiation object side, and through which the beam B passes.
  • the cylindrical housing 300 is formed in a cylindrical shape substantially concentric with the irradiation unit housing 200 by, for example, injection molding of a resin material.
  • the cap 400 is a member that is provided at the end of the cylindrical housing 300 on the irradiation object side and holds the protective glass 323 and the like.
  • the irradiation unit housing 200 and the cylindrical housing 300 are formed to be substantially watertight, and are sealed so that the liquid does not enter the inside even when processing is performed in the liquid.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional perspective view of the head 10.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional perspective view in the vicinity of the end of the head 10 on the irradiation object side.
  • FIG. 7 is a four-side view of the cylindrical housing.
  • Fig.7 (a) is the external view which looked at the cylindrical housing 300 along the central axis from the irradiation object side.
  • FIG. 7B is a view taken along the line bb in FIG. 7A.
  • FIG.7 (c) is a cc part arrow view of FIG.7 (d).
  • FIG. 7D is a cross-sectional view taken along the line dd in FIG. 7C.
  • the cylindrical housing 300 has a main body part 310 and a tip part 320.
  • the distal end portion 320 is formed in a part near the end on the irradiation object side, and the main body portion 310 is formed closer to the irradiation unit housing 200 than the distal end portion 320 (substantially all other than the distal end portion 320).
  • the main body 310 includes a discharge flow path 311, a suction flow path 312, a discharge side pump connection portion 313, a suction side pump connection portion 314, a housing connection portion 315, a bracket 316, and the like.
  • the discharge channel 311 introduces liquid supplied from a discharge port of a pump (not shown) into a discharge channel 440 of the cap 400 described later.
  • the suction channel 312 introduces liquid introduced from a suction channel 450 of the cap 400 described later to a suction port of a pump (not shown).
  • the discharge flow channel 311 and the suction flow channel 312 are arranged to face each other with the central axis of the cylindrical housing 300 interposed therebetween.
  • the discharge channel 311 and the suction channel 312 form a region between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the main body 310 over a predetermined width in the circumferential direction of the main body 310.
  • the hollow portion is formed integrally with the main body portion 310.
  • the discharge channel 311 and the suction channel 312 have a cross-sectional shape that extends substantially in an arc shape when viewed from the central axis direction of the cylindrical housing 300.
  • the flow passage cross-sectional area of the suction flow passage 312 is set larger than that of the discharge flow passage 311.
  • the suction channel 312 has a range (center angle) around the central axis of the cylindrical housing 300 that is set wider (larger) than the discharge channel 311.
  • the discharge-side pump connection portion 313 is a conduit that is connected to a discharge port of a pump (not shown) via a flexible hose and the like and supplies liquid discharged from the pump to the discharge flow path 311.
  • the discharge-side pump connection portion 313 is formed so as to protrude from the outer peripheral surface in the vicinity of the end portion of the main body portion 310 on the irradiation unit housing 200 side.
  • the suction-side pump connection portion 314 is a conduit that is connected to a suction port of a pump (not shown) via a flexible hose and the like and supplies the liquid introduced from the suction flow path 312 to the pump.
  • the suction-side pump connection portion 314 is formed to protrude from the outer peripheral surface in the vicinity of the end portion of the main body portion 310 on the irradiation unit housing 200 side.
  • the suction side pump connection part 314 is arranged and formed so as to be substantially axially aligned with the discharge side pump connection part 313 with respect to the central axis of the cylindrical housing 300.
  • the housing connection part 315 is formed at the end of the main body part 310 on the irradiation unit housing 200 side, and the outer diameter of the main body part 310 is reduced in a step shape.
  • the housing connection portion 315 is fitted into the end opening on the irradiation object O side of the irradiation unit housing 200.
  • the bracket 316 is a portion used for supporting, fixing, and the like of the cylindrical housing 300 and is formed so as to protrude from the outer peripheral surface of the main body 310.
  • the tip portion 320 is a portion on which the cap 400 is put, and has an outer diameter smaller than that of the main body portion 310.
  • a circular opening 321 concentric with the central axis of the cylindrical housing 300 is formed at the protruding end portion of the distal end portion 320.
  • Around the opening 321 is formed a recess 322 formed by denting the end surface of the tip 320 in a stepped manner.
  • a protective glass 323 is detachably inserted into the recess 322.
  • the protective glass 323 is a disk-shaped member formed of a transparent flat glass, and transmits the incident beam B without substantially deflecting it.
  • the protective glass 323 is removable from the cylindrical housing 300 by removing the cap 400 from the cylindrical housing 300.
  • the protective glass 323 is replaced when the use of the apparatus causes deterioration such as adhesion of foreign matter or burning.
  • a groove 324 is formed which is formed by denting the surface facing the object to be irradiated, and extends circumferentially.
  • An O-ring 325 formed of a rubber-based elastic material is fitted in the groove portion 324. The O-ring 325 seals the outer peripheral edge of the protective glass 323 and prevents liquid or the like from entering the inside of the cylindrical housing 300.
  • the cap 400 is a member that covers the distal end portion 320 of the cylindrical housing 300.
  • FIG. 8 is a four-sided view of the cap.
  • FIG. 8A is a perspective view of the cap 400 viewed from the radial direction.
  • FIG. 8B is a view taken along the line bb in FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a view taken along the line cc in FIG. 8B (viewed from the irradiation object side).
  • FIG. 8D is a view taken along the line dd in FIG. 8B (viewed from the irradiation unit side).
  • FIG. 9 is a perspective view of the cap.
  • the cap 400 presses the surface of the protective glass 323 on the irradiation object side, holds the protective glass 323, and applies pressure to the O-ring 325 through the protective glass 323.
  • the cap 400 includes an outer peripheral surface portion 410, an end surface portion 420, a curved surface portion 430, and the like.
  • the outer peripheral surface portion 410 is a substantially cylindrical portion that is fitted on the outer diameter side of the distal end portion 320 of the cylindrical housing 300.
  • the outer diameter of the outer peripheral surface portion 410 is substantially the same as the outer diameter of the main body portion 310 of the cylindrical housing 300.
  • the inner diameter of the outer peripheral surface portion 410 is substantially the same as the outer diameter of the distal end portion 320 of the cylindrical housing 300.
  • the outer peripheral surface portion 410 is fixed to the distal end portion 320 of the cylindrical housing 300 by fastening means such as screws.
  • the end surface portion 420 is a flat plate-like portion provided at the end of the cap 400 on the irradiation object side.
  • the end surface portion 420 is formed in a disk shape, and is formed along a plane that is substantially orthogonal to the central axis of the cylindrical housing 300.
  • An opening 421 is formed at the center of the end surface portion 420.
  • the opening 421 is formed in a circular shape substantially concentric with the central axis of the cylindrical housing 300.
  • the opening 421 has a function of sucking a foreign substance that is separated from the irradiation target by irradiation and floats in the liquid while the beam B emitted from the protective glass 323 passes when the irradiation target is irradiated with the beam.
  • the curved surface portion 430 is a portion that connects between the end portion on the end surface portion 420 side of the outer peripheral surface portion 410 and the outer peripheral edge portion of the single surface portion 420.
  • the curved surface portion 430 is formed so that the cross-sectional shape when the cap 400 is cut in the radial direction is an arc shape in which the outer side of the cap 400 is convex.
  • the cap 400 is further formed with a discharge channel 440 and a suction channel 450.
  • the discharge flow path 440 deflects the liquid flow that flows from the discharge flow path 311 of the cylindrical housing 300 along the longitudinal direction of the cylindrical housing 300 by about 90 degrees along the inner surface of the curved surface portion 430, thereby protecting the protective glass 323.
  • the liquid is discharged as a substantially laminar liquid flow along the surface.
  • the discharge channel 440 is formed by recessing the inner surface of the cap 400 of the outer peripheral surface 410, the curved surface 430, and the end surface 420 into a groove shape.
  • the suction flow channel 450 takes in the liquid flow that flows from the discharge flow channel 440 in the vicinity of the surface portion of the protective glass 323 along the diameter direction of the protective glass 323, and deflects the liquid flow by about 90 degrees along the inner surface of the curved surface portion 430.
  • the liquid flow along the longitudinal direction of the cylindrical housing 300 is introduced into the suction flow path 312 of the cylindrical housing 300.
  • the suction channel 450 is formed by recessing the inner surface portion of the outer peripheral surface portion 410, the curved surface portion 430, and the end surface portion 420 into a groove shape.
  • the suction channel 450 has a channel cross-sectional area larger than that of the discharge channel 450 by making the width of the groove portion wider than that of the discharge channel 440.
  • the irradiation object is, for example, a structural member of a nuclear power plant disposed in cooling water, and the foreign object to be removed is so-called fuel debris in which the molten fuel is cooled and solidified and adhered.
  • the application object of the invention is not limited to this.
  • the head 10 of the laser irradiation apparatus at least the distal end portion of the cylindrical housing 300 and the cap 400 are disposed in water. At this time, the region closer to the laser irradiation unit 100 than the protective glass 323 inside the cylindrical housing 300 is prevented from entering water and is filled with air. At the time of irradiation, the head 10 is held so that the distance between the surface of the protective glass 323 on the irradiation object side and the irradiation symmetry surface is, for example, 10 mm or less. Such a holding of the head 10 can be performed using, for example, a robot that can scan the irradiation target by moving the head 10 along a preset trajectory.
  • a water flow is supplied to the discharge side pump connection portion 313 and a water flow is sucked from the suction side pump connection portion 314.
  • the flow rate of the water flow sucked from the suction side pump connection portion 314 is equal to or larger than the flow rate of the water flow supplied to the discharge side pump connection portion 313.
  • the laser irradiation unit 100 irradiates the irradiation object with the laser beam B.
  • the focal point FP of the beam B is adjusted so as to substantially coincide with the surface of the irradiation object.
  • the fuel debris adhering to the surface of the irradiation object is crushed and separated from the irradiation object, and floats in water.
  • Fuel debris floating in the water is sucked into the inside of the cap 400 from the opening 421 of the cap 400, and further accompanying the water flow flowing along the surface of the protective glass 323 from the discharge channel 440 toward the suction channel 450, The air is sucked from the suction flow channel 450 and collected through the suction flow channel 312 of the cylindrical housing 300, the suction side pump connection portion 314, and the like.
  • a foreign substance collecting means such as a filter in a part of the flow path from the suction side pump connection part 314 to the pump.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
  • the structure, material, shape, quantity, arrangement, and the like of each member constituting the laser irradiation apparatus are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
  • the protective glass 323 that is the most objective side optical element is formed in a flat plate shape, but the most objective side optical element constitutes a part of a condensing optical system that condenses the laser beam at a predetermined focal point. You may make it serve as a lens to do.
  • the distance between the most objective optical element and the irradiation object is set to, for example, 10 mm or less, but this distance is not particularly limited.
  • the object to be treated is not limited to fuel debris of a nuclear power plant, and the liquid is not limited to cooling water.
  • the present invention can be used for surface cleaning (for example, moss removal) in a water and sewage facility.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

　液体中の照射対象物（Ｏ）に対してレーザ光（Ｂ）を照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置（１０）を提供する。　当該レーザ照射装置（１０）は、照射対象物（Ｏ）に隣接して配置された最対物側光学素子（３２３）における照射対象物（Ｏ）側の面部が液体中に配置された状態でレーザ光（Ｂ）の照射を行うとともに、最対物側光学素子（３２３）の照射対象物（Ｏ）側とは反対の面部及び他の光学素子（１２０，１３０）は液体の浸入が実質的に防止されたハウジング（３００）内に収容される照射用光学系と、最対物側光学素子（３２３）の外周縁部近傍に設けられ、照射対象物（Ｏ）側の面部にほぼ沿って液体流を吐出する液体吐出手段（４４０）と、液体吐出手段（４４０）に対して反対側に設けられ、前記液体流を吸入する液体吸入手段（４５０）と、を備える。

Description

レーザ照射装置及び表面処理方法
　本発明はレーザ照射装置及び表面処理方法に関し、特に液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したものに関する。
　例えば原子力プラントの内部においては、冷却水中に溶融した原子炉燃料が冷却されて固まった燃料デブリ等の異物が、圧力容器の壁面等に付着することが知られている。
　このように水中で物体の表面に付着した燃料デブリに対して、高出力レーザの集光照射を行うことによって破砕し、回収することにより、プラント内の除染を行うことが提案されている。
　また、レーザを水中の照射対象物に照射することに関する従来技術として、例えば特許文献１には、水中で直接被加工物を加工し、金属ヒューム、加工屑等の異物を除去、回収する水中レーザ加工装置が記載されている。
　引用文献１に記載された技術は、レーザビームが通過する筒状のノズル内に周囲から水を導入するとともに、加工箇所の周囲を覆った吸引カバー内の水を吸引することによって、異物の回収を行うものである。
特開平６－２６９９７５号公報
　しかし、特許文献１に記載された技術においては、レーザビームが通過する筒状の部材内が水で満たされており、レーザビームが比較的長距離にわたって水中を伝搬することとなり、エネルギの損失が大きくなってしまう。
　また、異物が水中に流出して、集光レンズと照射対象物との間の水中に漂った場合、水中を浮遊する異物によってもレーザビームの照射対象物への到達が妨げられ、エネルギ到達率（出射したエネルギのうち照射対象物に到達する割合）が低下してしまう。
　上述した問題に鑑み、本発明の課題は、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することである。
　本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
　請求項１に係る発明は、レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する照射用光学系を備えるレーザ照射装置であって、前記照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられ前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出する液体吐出手段と、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられ前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入する液体吸入手段とを備えることを特徴とするレーザ照射装置である。
　これによれば、ハウジング内への液体の侵入を防止することによって、レーザ光は最対物側光学素子を通過するまでは液体中を通ることがないため、液体中のレーザ光の伝搬距離を最低限としてエネルギの損失を抑制し、エネルギ到達率を高めて照射対象物に高いエネルギを与えることが可能となり、処理能力を向上することができる。
　また、最対物側光学素子の照射対象物側（液体と接する側）の面部に液体流を形成することによって、照射対象物から剥離して液体中に浮遊する異物等が最対物側光学素子の表面に付着することを防止して光学的性能の低下を抑制するとともに、最対物側光学素子と照射対象物間の異物を除去してエネルギ到達率を改善することによって、処理能力をさらに向上することができる。
　さらに、この液体流を吸入し回収することによって、異物が液体中に拡散することを防止し、異物を適切に回収処理することができる。
　請求項２に係る発明は、前記照射用光学系は、前記レーザ光の入射側光軸に対して出射側光軸を所定の角度偏向させる偏向光学系と、前記偏向光学系を前記入射側光軸回りに回転駆動する回転駆動手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、連続発振（ＣＷ）型のレーザ発振器を用いた場合であっても、照射対象物の一点に高いエネルギが連続して照射されることを防止し、適切に照射対象物を走査することができる。
　請求項３に係る発明は、前記液体吸入手段は、前記レーザ光を前記照射対象物に照射した際に形成される浮遊物を前記液体流とともに吸入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、浮遊物を確実に回収し、有害物質等が液体中に拡散することを防止できる。
　請求項４に係る発明は、前記液体吸入手段の吸入量を、前記液体吐出手段の吐出量に対して同量以上としたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、浮遊物の回収能力をより高めることができる。
　請求項５に係る発明は、前記最対物側光学素子が前記ハウジングの本体部から着脱可能であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、最対物側光学素子に異物の付着や焼損等の劣化が生じた場合に、最対物側光学素子のみを交換することによって、安価に性能を回復することができる。
　請求項６に係る発明は、前記最対物側光学素子は実質的に平板状に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、他の光学素子に対して交換頻度が高い最対物側光学素子を安価に構成することによって、ランニングコストを低下させることができる。
　請求項７に係る発明は、前記最対物側光学素子は、レーザ光を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、最対物側光学素子を通過する時点では未だ光線が収束していないため、最対物側光学素子の一部にレーザ光線のエネルギが集中して最対物側光学素子が焼損することを防止できる。
　請求項８に係る発明は、前記最対物側光学素子と前記照射対象物との間隔が所定の範囲内となるように前記照射用光学系を前記照射対象物に対して相対移動させ、前記レーザ光によって前記照射対象物の表面を走査させる照射用光学系駆動手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、処理を自動化して作業者の省力化を図ることができる。
　このような照射用光学系駆動手段として、例えば、ＸＹステージ等の単軸ステージや、ロボットアーム等の多軸ステージを用いることができる。
　請求項９に係る発明は、前記照射用光学系駆動手段は、前記最対物側光学素子と前記照射対象物との間隔が１０ｍｍ以下となるように前記照射用光学系を前記照射対象物に対して相対移動させることを特徴とする請求項８に記載のレーザ照射装置である。
　これによれば、レーザ光線が液体中を伝播する距離を小さくしてエネルギのロスを抑制することができる。
　請求項１０に係る発明は、レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する表面処理方法であって、前記レーザ光を前記照射対象物に照射する照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられた液体吐出手段から前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出するとともに、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられた液体吸入手段から前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入している状態で前記照射対象物への前記レーザ光への照射を行うことを特徴とする表面処理方法である。
　これによれば、上述したレーザ照射装置の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
　以上説明したように、本発明によれば、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することができる。
本発明を適用したレーザ照射装置の実施例におけるヘッドの外観図である。 実施例のレーザ照射装置におけるヘッドの断面図である。 実施例のレーザ照射装置におけるレーザ照射ユニットの構成を模式的に示す図である。 実施例のレーザ照射装置におけるビームの挙動を示す模式図である。 実施例のレーザ照射装置のヘッドの部分断面斜視図である。 実施例のレーザ照射装置のヘッドの照射対象物側の端部近傍における部分断面斜視図である。 実施例のレーザ照射装置のヘッドにおける筒状ハウジングの四面図である。 実施例のレーザ照射装置のヘッドにおけるキャップの四面図である。 実施例のレーザ照射装置のヘッドにおけるキャップの透視斜視図である。 実施例のレーザ照射装置における使用時の液体流の挙動を模式的に示す図である。
　本発明は、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供する課題を、最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子以外の光学素子を気密構造のハウジング内に収容するとともに、最対物側光学素子の照射対象物側の面部に沿って液体流を発生させ、デブリ等の付着を防止しつつ回収することによって解決した。
　以下、本発明を適用したレーザ照射装置及び表面処理方法の実施例について説明する。
　本実施例のレーザ照射装置及び表面処理方法は、例えば、原子力プラント内部の壁面等に付着した燃料デブリ等を破砕して回収する除染処理に好適なものであるが、用途はこれに限定されない。
　図１は、実施例のレーザ照射装置におけるヘッドの外観図である。
　レーザ照射装置は、図示しないレーザ発振器、ファイバＦ、及び、ヘッド１０を有して構成されている。
　レーザ発振器は、励起源、レーザ媒質、光共振器等を有して構成された光源である。
　レーザ発振器は、連続発振（ＣＷ）型及びパルス発振型の何れでもよく、例えばアークランプ、フラッシュランプなどを使用することができる。
　また、使用する光源に応じて励起電流などを加えて駆動するための駆動手段を備えてもよい。
　レーザ媒質は、固体レーザ（ルビーレーザ、ＹＡＧレーザ等）や半導体レーザ（レーザダイオード）を採用することが好ましい。
　特に固体レーザとして、ファイバーレーザを使用することが好ましい。
　なお、レーザ媒質は特に限定されるものではなく、そのほか、気体レーザ（ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ等）、液体レーザ（色素レーザ）などを利用してもよい。
　ファイバＦは、レーザ発振器が発生したレーザ光を、ヘッド１０のレーザ照射ユニット１００に伝送するものである。
　ファイバＦは、コアの周囲をクラッドで被覆した光ファイバの周囲に、補強用、保護用の被覆を形成して構成されている。
　ファイバＦは、ヘッド１０による照射対象物の走査を妨げないよう可撓性を有している。
　ヘッド１０は、照射対象物と隣接して配置され、レーザ発振器が発生しファイバＦによって伝達されたレーザ光を照射対象物に対して照射するものである。
　ヘッド１０は、レーザ照射ユニット１００（図２参照）、照射ユニットハウジング２００、筒状ハウジング３００、キャップ４００等を有して構成されている。
　図３は、レーザ照射ユニット１００の構成を模式的に示す図である。
　図３に示すように、レーザ照射ユニット１００は、ファイバ接続部１１０、集光光学系１２０、偏向光学系１３０等を有して構成されている。
　ファイバ接続部１１０は、ファイバＦのヘッド１０側の端部が接続され、伝達されてきたレーザ光を集光光学系１２０に案内するものである。
　集光光学系１２０は、ファイバＦから入射されたレーザ光を、所定の焦点ＦＰにおいて収束させるよう集光するものである。
　偏向光学系１３０は、集光光学系１２０から出たレーザ光を、所定の偏角だけ屈曲させるものである。
　偏向光学系１３０は、例えば、ウェッジプリズムを有して構成されている。
　偏向光学系１３０は、例えば電動モータやエアモータ等の駆動用動力源１３１によって、集光光学系１２０の光軸と実質的に平行に配置された回転軸回りに、所定の回転速度で回転駆動される。
　図４は、実施例のレーザ照射装置におけるビームの挙動を示す模式図である。
　上述した構成によって、レーザ照射ユニット１００から射出されるビームＢは、集光光学系１２０の光軸が通過する偏向光学系１３０の中央部を頂点とし、偏向光学系１３０の偏角を半頂角とする円錐の側面に沿って、周方向に旋回する挙動を示す。
　このとき、ビームＢの焦点ＦＰは、集光光学系１２０の光軸を中心とし、この光軸と直交する平面に沿った円周上を旋回することになる。
　ヘッド１０を処理対象面に対して、集光光学系１２０の光軸が処理対称面と直交しかつ焦点ＦＰが処理対象面上となるように保持すると、ビームＢの焦点ＦＰは、円周上を旋回しながら処理対象面を走査する。
　このような構成とすることによって、ＣＷレーザを用いた場合であっても、同一箇所に連続的にレーザ光が照射されることを防止できる。
　照射ユニットハウジング２００は、レーザ照射ユニット１００を収容する筐体である。
　照射ユニットハウジング２００は、実質的に円筒状に形成され、レーザ照射ユニット１００はその内径側に収容されている。
　照射ユニットハウジング２００は、例えば、樹脂系材料をインジェクション成型することによって形成され、一例として中心軸を含む平面を境に二分割構成となっている。
　照射ユニットハウジング２００の外径側には、照射ユニットハウジング２００の固定、支持に用いられるブラケット２１０が形成されている。
　筒状ハウジング３００は、照射ユニットハウジング２００におけるレーザ照射ユニット１００の出射側の端部から照射対象物側へ突出して形成され、ビームＢが内部を通過する部材である。
　筒状ハウジング３００は、例えば樹脂系材料をインジェクション成型することによって、照射ユニットハウジング２００と実質的に同心となる円筒状に形成されている。
　キャップ４００は、筒状ハウジング３００の照射対象物側の端部に設けられ、保護ガラス３２３等を保持する部材である。
　照射ユニットハウジング２００及び筒状ハウジング３００は、実質的に水密に形成され、液体中で処理を行う際にも液体が内部に侵入しないようシールされている。
　以下、筒状ハウジング３００、キャップ４００等の構成についてより詳細に説明する。
　図５は、ヘッド１０の部分断面斜視図である。
　図６は、ヘッド１０の照射対象物側の端部近傍における部分断面斜視図である。
　図７は、筒状ハウジングの四面図である。
　図７（ａ）は、筒状ハウジング３００を照射対象物側から中心軸に沿って見た外観図である。
　図７（ｂ）は、図７（ａ）のｂ－ｂ部矢視図である。
　図７（ｃ）は、図７（ｄ）のｃ－ｃ部矢視図である。
　図７（ｄ）は、図７（ｃ）のｄ－ｄ部矢視断面図である。
　筒状ハウジング３００は、本体部３１０及び先端部３２０を有する。
　先端部３２０は、照射対象物側の端部近傍の一部に形成され、本体部３１０は先端部３２０よりも照射ユニットハウジング２００側（先端部３２０以外の実質全部）に形成されている。
　本体部３１０には、吐出流路３１１、吸入流路３１２、吐出側ポンプ接続部３１３、吸入側ポンプ接続部３１４、ハウジング接続部３１５、ブラケット３１６等を有して構成されている。
　吐出流路３１１は、図示しないポンプの吐出口から供給される液体を、後述するキャップ４００の吐出流路４４０に導入するものである。
　吸入流路３１２は、後述するキャップ４００の吸入流路４５０から導入される液体を、図示しないポンプの吸入口へ導入するものである。
　吐出流路３１１、吸入流路３１２は、筒状ハウジング３００の中心軸を挟んで対向して配置されている。
　図７（ａ）に示すように、吐出流路３１１、吸入流路３１２は、本体部３１０における外周面と内周面との間の領域を、本体部３１０の周方向に所定の幅にわたって形成された空洞部とすることによって、本体部３１０と一体的に形成されている。
　吐出流路３１１、吸入流路３１２は、筒状ハウジング３００の中心軸方向から見たときに、実質的に円弧状に延在する断面形状を有する。
　吸入流路３１２の流路断面積は、吐出流路３１１に対して大きく設定されている。
　具体的には、吸入流路３１２は、筒状ハウジング３００の中心軸回りにおける範囲（中心角）が、吐出流路３１１に対して広く（大きく）設定されている。
　吐出側ポンプ接続部３１３は、可撓性を有するホース等を介して図示しないポンプの吐出口と接続され、ポンプが吐出する液体を吐出流路３１１に供給する管路である。
　吐出側ポンプ接続部３１３は、本体部３１０の照射ユニットハウジング２００側の端部近傍における外周面から突出して形成されている。
　吸入側ポンプ接続部３１４は、可撓性を有するホース等を介して図示しないポンプの吸入口と接続され、吸入流路３１２から導入される液体をポンプへ供給する管路である。
　吸入側ポンプ接続部３１４は、本体部３１０の照射ユニットハウジング２００側の端部近傍における外周面から突出して形成されている。
　吸入側ポンプ接続部３１４は、筒状ハウジング３００の中心軸に対して吐出側ポンプ接続部３１３と実質的に軸対象となるように配置、形成されている。
　ハウジング接続部３１５は、本体部３１０の照射ユニットハウジング２００側の端部に形成され、本体部３１０に対して外径が段状に縮小して形成されている。
　ハウジング接続部３１５は、照射ユニットハウジング２００の照射対象物Ｏ側の端部開口に嵌合する。
　ブラケット３１６は、筒状ハウジング３００の支持、固定等に用いられる部分であって、本体部３１０の外周面から突き出して形成されている。
　先端部３２０は、キャップ４００が被せられる部分であって、本体部３１０に対して外径が段状に小さく形成されている。
　先端部３２０の突端部には、筒状ハウジング３００の中心軸と同心の円形の開口３２１が形成されている。
　開口３２１の周囲には、先端部３２０の端面を段状に凹ませて形成された凹部３２２が形成されている。
　凹部３２２には、保護ガラス３２３が着脱可能に挿入される。
　保護ガラス３２３は、透明の平板ガラスによって形成された円盤状の部材であって、入射されるビームＢを実質的に偏向させることなく透過させるものである。
　保護ガラス３２３は、筒状ハウジング３００からキャップ４００を取り外すことによって、筒状ハウジング３００から着脱可能となっている。
　保護ガラス３２３は、装置の使用によって、異物の付着や焼損等の劣化が生じた場合に交換される。
　凹部３２２の外周縁部には、照射対象物と対向する面部を凹ませて形成され、円周状に延在する溝部３２４が形成されている。
　溝部３２４には、ゴム系の弾性材料によって形成されたＯリング３２５が嵌め込まれている。
　Ｏリング３２５は、保護ガラス３２３の外周縁部をシールし、筒状ハウジング３００の内部へ液体等が浸入することを防止するものである。
　キャップ４００は、筒状ハウジング３００の先端部３２０に被せられる部材である。
　図８は、キャップの四面図である。
　図８（ａ）は、キャップ４００を径方向から見た透視図である。
　図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ－ｂ部矢視図である。
　図８（ｃ）は、図８（ｂ）のｃ－ｃ部矢視図（照射対象物側から見た図）である。
　図８（ｄ）は、図８（ｂ）のｄ－ｄ部矢視図（照射ユニット側から見た図）である。
　図９は、キャップの透視斜視図である。
　キャップ４００は、保護ガラス３２３の照射対象物側の面部を押圧し、保護ガラス３２３を保持するとともに、保護ガラス３２３を介してＯリング３２５に与圧を与えるものである。
　キャップ４００は、外周面部４１０、端面部４２０、曲面部４３０等を有して構成されている。
　外周面部４１０は、筒状ハウジング３００の先端部３２０の外径側に嵌め込まれる実質的に円筒状の部分である。
　外周面部４１０の外径は、筒状ハウジング３００の本体部３１０の外径と実質的に同径とされている。
　外周面部４１０の内径は、筒状ハウジング３００の先端部３２０の外径と実質的に同径とされている。
　外周面部４１０は、例えばビス等の締結手段によって、筒状ハウジング３００の先端部３２０に固定される。
　端面部４２０は、キャップ４００における照射対象物側の端部に設けられた平板状の部分である。
　端面部４２０は、円盤状に形成され、筒状ハウジング３００の中心軸と実質的に直交する平面に沿って形成されている。
　端面部４２０の中央部には、開口４２１が形成されている。
　開口４２１は、筒状ハウジング３００の中心軸と実質的に同心の円形に形成されている。
　開口４２１は、照射対象物へのビーム照射時に、保護ガラス３２３から出射されたビームＢが通過するとともに、照射によって照射対象物から分離し、液体中を浮遊する異物を吸引する機能を有する。
　曲面部４３０は、外周面部４１０の端面部４２０側の端部と、単面部４２０の外周縁部との間を接続する部分である。
　曲面部４３０は、キャップ４００を径方向に切って見た場合の断面形状が、キャップ４００の外側が凸となる円弧状となるように形成されている。
　キャップ４００には、さらに、吐出流路４４０、吸入流路４５０が形成されている。
　吐出流路４４０は、筒状ハウジング３００の吐出流路３１１から筒状ハウジング３００の長手方向に沿って流れてきた液体流を、曲面部４３０の内面に沿って約９０度偏向させ、保護ガラス３２３の表面に沿った実質的に層流の液体流として吐出するものである。
　吐出流路４４０は、外周面部４１０、曲面部４３０、端面部４２０のキャップ４００内側の面部を溝状に凹ませて形成されている。
　吸入流路４５０は、吐出流路４４０から保護ガラス３２３の表面部近傍を保護ガラス３２３の直径方向にほぼ沿って流れた液体流を取り込み、曲面部４３０の内面に沿って約９０度偏向させ、筒状ハウジング３００の長手方向に沿った液体流として、筒状ハウジング３００の吸入流路３１２に導入するものである。
　吸入流路４５０は、外周面部４１０、曲面部４３０、端面部４２０のキャップ４００内側の面部を溝状に凹ませて形成されている。
　吸入流路４５０は、溝状部の幅を吐出流路４４０よりも幅広とすることによって、流路断面積を吐出流路４５０よりも大きくしている。
　以下、上述したレーザ照射装置を用いて、水中などの液体中に配置された照射対象物の表面に付着した異物を除去する表面処理方法について説明する。
　本実施例において、照射対象物は例えば冷却水中に配置された原子力プラントの構造部材であって、除去対象となる異物は、溶融燃料が冷やされて凝固し付着したいわゆる燃料デブリであるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。
　レーザ照射装置のヘッド１０は、少なくとも筒状ハウジング３００の先端部及びキャップ４００が水中に配置される。
　このとき、筒状ハウジング３００の内部における保護ガラス３２３よりもレーザ照射ユニット１００側の領域は、水の浸入が防止され、空気が充填された状態となっている。
　ヘッド１０は、照射時においては、保護ガラス３２３の照射対象物側の面部と、照射対称面との間隔が、例えば１０ｍｍ以下となるように保持される。
　このようなヘッド１０の保持は、例えば、予め設定された軌跡に沿ってヘッド１０を移動させ、照射対象物を走査可能なロボットを用いることができる。
　次に、図示しないポンプを用いて、吐出側ポンプ接続部３１３に水流を供給するとともに、吸入側ポンプ接続部３１４から水流を吸引する。
　このとき、吸入側ポンプ接続部３１４から吸引される水流の流量は、吐出側ポンプ接続部３１３に供給される水流の流量と同等か、これよりも多くすることが好ましい。
　そして、レーザ照射ユニット１００から、レーザ光のビームＢを照射対象物に対して照射する。
　ビームＢの焦点ＦＰは、実質的に照射対象物の表面と一致するように調節される。
　これによって、照射対象物の表面に付着した燃料デブリは破砕されて照射対象物から剥離し、水中に浮遊する。
　水中に浮遊する燃料デブリは、キャップ４００の開口４２１からキャップ４００の内側へ吸い込まれ、さらに、吐出流路４４０から吸入流路４５０へ向けて保護ガラス３２３の表面に沿って流れる水流に同伴し、吸入流路４５０から吸入され、筒状ハウジング３００の吸入流路３１２、吸入側ポンプ接続部３１４等を介して回収される。
　この場合、吸入側ポンプ接続部３１４からポンプへ至る流路の一部に、フィルタ等の異物回収手段を設けることが好ましい。
　以上説明したように、本実施例によれば、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することができる。
（変形例）
　本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
　例えば、レーザ照射装置を構成する各部材の構造、材質、形状、数量、配置等は、上述した実施例に限らず、適宜変更することが可能である。
　例えば、実施例においては、最対物側光学素子である保護ガラス３２３を平板状に形成したが、最対物側光学素子がレーザ光線を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成するレンズを兼ねるようにしてもよい。これによれば、レーザ光線がこのレンズを通過する段階では光線は未だ集光していないため、レンズの一点に高エネルギが集中して焼損が生じることを防止できる。
　また、実施例では最対物側光学素子と照射対象物との間隔を例えば１０ｍｍ以下に設定しているが、この間隔も特に限定されない。例えば、液体中でも減衰しにくい波長を有するグリーンレーザを利用する場合には、最対物側光学素子と照射対象物との距離をこれより大きく設定した場合であっても性能の低下を抑制できる。
　また、処理対象物は、原子力プラントの燃料デブリに限らず、液体も冷却水に限定されない。
　例えば、本発明は、上下水道設備における表面クリーニング（一例として苔落とし等）などに用いることが可能である。
　　　Ｏ　　照射対象物（処理対象物）　　　１０　　ヘッド
　　　Ｆ　　ファイバ
　１００　　レーザ照射ユニット　　　　　１１０　　ファイバ接続部
　１２０　　集光光学系　　　　　　　　　１３０　　偏向光学系
　１３１　　駆動用動力源
　　　Ｂ　　ビーム　　　　　　　　　　　　ＦＰ　　焦点
　２００　　照射ユニットハウジング　　　２１０　　ブラケット
　３００　　筒状ハウジング　　　　　　　３１０　　本体部
　３１１　　吐出流路　　　　　　　　　　３１２　　吸入流路
　３１３　　吐出側ポンプ接続部　　　　　３１４　　吸入側ポンプ接続部
　３１５　　ハウジング接続部　　　　　　３１６　　ブラケット
　３２０　　先端部　　　　　　　　　　　３２１　　開口
　３２２　　凹部　　　　　　　　　　　　３２３　　保護ガラス
　３２４　　溝部　　　　　　　　　　　　３２５　　Ｏリング
　４００　　キャップ　　　　　　　　　　４１０　　外周面部
　４２０　　端面部　　　　　　　　　　　４３０　　曲面部
　４４０　　吐出流路　　　　　　　　　　４５０　　吸入流路

Claims (10)

  1. 　レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する照射用光学系を備えるレーザ照射装置であって、
    　前記照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、
    　前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられ前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出する液体吐出手段と、
    　前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられ前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入する液体吸入手段と
    　を備えることを特徴とするレーザ照射装置。
  2. 　前記照射用光学系は、前記レーザ光の入射側光軸に対して出射側光軸を所定の角度偏向させる偏向光学系と、前記偏向光学系を前記入射側光軸回りに回転駆動する回転駆動手段とを有すること
    　を特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
  3. 　前記液体吸入手段は、前記レーザ光を前記照射対象物に照射した際に形成される浮遊物を前記液体流とともに吸入すること
    　を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射装置。
  4. 　前記液体吸入手段の吸入量を、前記液体吐出手段の吐出量に対して同量以上としたこと
    　を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  5. 　前記最対物側光学素子が前記ハウジングの本体部から着脱可能であること
    　を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  6. 　前記最対物側光学素子は実質的に平板状に形成されること
    　を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  7. 　前記最対物側光学素子は、レーザ光を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成すること
    　を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  8. 　前記最対物側光学素子と前記照射対象物との間隔が所定の範囲内となるように前記照射用光学系を前記照射対象物に対して相対移動させ、前記レーザ光によって前記照射対象物の表面を走査させる照射用光学系駆動手段を備えること
    　を特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  9. 　前記照射用光学系駆動手段は、前記最対物側光学素子と前記照射対象物との間隔が１０ｍｍ以下となるように前記照射用光学系を前記照射対象物に対して相対移動させること
    　を特徴とする請求項８に記載のレーザ照射装置。
  10. 　レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する表面処理方法であって、
    　前記レーザ光を前記照射対象物に照射する照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、
    　前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられた液体吐出手段から前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出するとともに、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられた液体吸入手段から前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入している状態で前記照射対象物への前記レーザ光への照射を行うこと
    　を特徴とする表面処理方法。
PCT/JP2015/083167 2014-11-28 2015-11-26 レーザ照射装置及び表面処理方法 WO2016084875A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-240855 2014-11-28
JP2014240855A JP6602007B2 (ja) 2014-11-28 2014-11-28 レーザ照射装置及び表面処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016084875A1 true WO2016084875A1 (ja) 2016-06-02

Family

ID=56074427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/083167 WO2016084875A1 (ja) 2014-11-28 2015-11-26 レーザ照射装置及び表面処理方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6602007B2 (ja)
WO (1) WO2016084875A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3706140A1 (de) * 2019-03-06 2020-09-09 Evekinger Rohr- und Profilwerke GmbH Vorrichtung und verfahren zur dekontamination einer wandfläche eines insbesondere rohrförmigen hohlkörpers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07100673A (ja) * 1993-10-01 1995-04-18 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 水中レーザー照射装置
JPH10216983A (ja) * 1996-09-27 1998-08-18 Toshiba Corp レーザ保全・補修装置
JP2006272384A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Aisin Seiki Co Ltd レーザ加工装置及び方法
JP2007029973A (ja) * 2005-07-25 2007-02-08 Sony Corp レーザ加工装置とその加工方法及びデブリ回収装置とその回収方法
JP2010051999A (ja) * 2008-08-27 2010-03-11 Toshiba Corp レーザ照射装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07100673A (ja) * 1993-10-01 1995-04-18 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 水中レーザー照射装置
JPH10216983A (ja) * 1996-09-27 1998-08-18 Toshiba Corp レーザ保全・補修装置
JP2006272384A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Aisin Seiki Co Ltd レーザ加工装置及び方法
JP2007029973A (ja) * 2005-07-25 2007-02-08 Sony Corp レーザ加工装置とその加工方法及びデブリ回収装置とその回収方法
JP2010051999A (ja) * 2008-08-27 2010-03-11 Toshiba Corp レーザ照射装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3706140A1 (de) * 2019-03-06 2020-09-09 Evekinger Rohr- und Profilwerke GmbH Vorrichtung und verfahren zur dekontamination einer wandfläche eines insbesondere rohrförmigen hohlkörpers

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016101596A (ja) 2016-06-02
JP6602007B2 (ja) 2019-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5610356B2 (ja) レーザー除染装置
KR100890295B1 (ko) 애블레이션을 위한 방법 및 장치
TWI593498B (zh) 雷射加工裝置
KR102314806B1 (ko) 금속관 내부 레이저 클리닝 장치
KR20110038627A (ko) 레이저 마이크로 가공을 위한 파편 캡쳐 및 제거
JP3871240B2 (ja) ハイブリッド加工装置
KR101319359B1 (ko) 응력 처리 장치, 시공 시스템 및 터빈 제조 방법
WO2016084875A1 (ja) レーザ照射装置及び表面処理方法
JP7332149B2 (ja) レーザ照射装置
JP4123390B2 (ja) ハイブリッド加工装置およびハイブリッド加工方法
EP1985403A1 (en) Laser ablation
KR102442414B1 (ko) 레이저 절단 장치 및 흡입 유닛
JP2011125871A (ja) レーザ加工装置
ES2399322T3 (es) Sumidero de aspiración de partículas finas y dispositivo de ablación láser de una capa superfcial de una pared que comprende dicho sumidero
KR102458861B1 (ko) 수중 레이저 클리닝장치
JP2002361467A (ja) レーザ加工装置
JP2005288470A (ja) レーザ加工装置用集塵装置
CN112773413A (zh) 一种体液采集设备
JP2020022978A (ja) レーザ照射装置、流体供給装置、及び、レーザ加工方法
JP2012148300A (ja) レーザ加工装置
JP2000202676A (ja) レ―ザ加工ヘッド
JP6955664B2 (ja) 表面処理装置
JPH10225788A (ja) レーザ切断方法及びレーザ切断トーチ
JP2016013558A (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP7276822B2 (ja) レーザ照射装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15862415

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15862415

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1