JPH11786A - 水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置 - Google Patents
水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置Info
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- JPH11786A JPH11786A JP9151806A JP15180697A JPH11786A JP H11786 A JPH11786 A JP H11786A JP 9151806 A JP9151806 A JP 9151806A JP 15180697 A JP15180697 A JP 15180697A JP H11786 A JPH11786 A JP H11786A
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Landscapes
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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、を備える。
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、を備える。
Description
【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
う水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置に関す
る。
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。
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。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。
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。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。
もので、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、を備える。
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。
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。
【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。
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。
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。
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。
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は本実施形態の水中レー
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
７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。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。
図面を参照して説明する。図１は本実施形態の水中レー
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
７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。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。
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
材が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７からは乾燥ガスが配管１３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。
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
材が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７からは乾燥ガスが配管１３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。
【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の内部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。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が嵌合しており、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。
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の内部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。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が嵌合しており、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。
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】
【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。 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。
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。 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１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。
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。
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。
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 ７ シールガス供給部 ８ 加工装置 ９ 操作盤 １０ 光ファイバ １１，１２，１３ 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)
- 【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、を備えたことを特徴とする水中レーザ・ウォータ
ジェット複合切断装置。 - 【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記載の水中レーザ・ウォータジェット複合切断装
置。 - 【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
記載の水中レーザ・ウォータジェット複合切断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9151806A JPH11786A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP9151806A JPH11786A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 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 |
|---|---|
| JPH11786A true JPH11786A (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=15526722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9151806A Pending JPH11786A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 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) | JPH11786A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104439717A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-03-25 | 合肥京东方光电科技有限公司 | 一种水流激光切割装置及切割方法 |
| CN107009278A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-04 | 安徽理工大学 | 一种自动化盘式热熔磨料水射流熔切割设备 |
| CN107695514A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-02-16 | 华中科技大学 | 一种激光‑气水同轴射流的耦合头及水下激光加工装置 |
| CN108115134A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-05 | 东南大学 | 用于制造局部干区以进行水下扫描式激光增材制造的装置 |
| JP2018183871A (ja) * | 2013-10-28 | 2018-11-22 | フロー インターナショナル コーポレイション | 改善された作業環境を促進する流体ジェット切断システム、構成要素及び方法 |
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