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発明の名称 レーザ・ウォータジェット複合切断装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−841
公開日 平成11年(1999)1月6日
出願番号 特願平9−156338
出願日 平成9年(1997)6月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 実 (外1名)
発明者 大脇 桂 / 上原 実 / 土屋 和之 / 長澤 裕二
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 高圧水を切断対象物にほぼ垂直に噴射するウォータジェットヘッドと、このウォータジェットヘッドの周囲に設けられレーザ光を高圧水の噴射されている切断対象部分に集光して溶融する複数のレーザヘッドと、を備えたことを特徴とするレーザ・ウォータジェット複合切断装置。
【請求項2】 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記載のレーザ・ウォータジェット複合切断装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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、FRP(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。一方ウォータジェット切断は、高圧で噴出する水の運動エネルギにより噴射し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。
【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。また使用頻度の大きい炭素鋼などの場合、ガスジェットとして酸素を用い酸化反応を利用して切断能力を増大しているが、酸素を使用するためこの酸素に引火する恐れがあり使用環境が制限される。またFRP材の切断では燃焼する恐れがある。
【0004】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。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てそこから切断開始をしなければならない。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。
【0005】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、レーザ出力を増大させ、高速に厚板まで切断でき火災や燃焼の恐れがない切断装置を提供することを目的とする。
【0006】
【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、高圧水を切断対象物にほぼ垂直に噴射するウォータジェットヘッドと、このウォータジェットヘッドの周囲に設けられレーザ光を高圧水の噴射されている切断対象部分に集光して溶融する複数のレーザヘッドと、を備える。
【0007】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。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。しかし1台のレーザ発生装置によるレーザ光の出力には限界があるので、複数のレーザ発生装置にそれぞれ接続されたレーザヘッドからのレーザ光で切断部を照射することにより、切断部に多量のレーザ光を投入できる。これにより切断可能な板厚を大きくすることができる。また酸素ガスを使用しないので火災の恐れもない。さらにレーザ光で溶融してもすぐに高圧水が噴射されるのでFRPの切断に使用しても燃える恐れはない。また切断速度は従来のレーザ切断と同様高速切断できる。
【0008】請求項2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。
【0009】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する。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。研磨材が飛散しても問題のない環境で使用する。
【0010】
【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10は切断対象物1をセットし、ウォータジェットヘッド3とこれを中心にして切断進行方向前後に配置されたレーザヘッド2とを移動して所望の形状に切断を行なう装置でヘッド駆動部とも言う。レーザ発生装置4は各レーザヘッド2毎に設けられ、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へ送出する装置である。研磨材供給部6は研磨材を供給する装置で、高圧水との混合はウォータジェットヘッド3で行われる。操作盤11ではレーザ発生装置4、高圧水供給部5、研磨材供給部6及び加工装置10を制御して切断対象物1の切断を行なう。
【0011】図2はレーザヘッドとウォータジェットヘッドの関係を示す図である。ウォータジェットヘッド3は切断対象物1に対して垂直になるよう配置され先端に設けられたノズル3aより高圧水を噴射する。ウォータジェットヘッド3を挟んで切断進行方向前後にレーザヘッド2を配置し、それぞれレーザ光を高圧水が噴射される位置に集光させるよう傾斜させる。レーザ発生装置4から光ファイバ7を介して送られてくるレーザ光をレーザヘッド2で切断位置に集光させ溶融する。レーザヘッド2の光学系はファイバコネクタ7aからのレーザ光を集光する集光レンズ2aと、この集光レンズ2aからの平行光を反射する反射鏡2bと、この反射鏡2bの反射光を切断位置に集光する凹面鏡2cとからなる。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。レーザヘッド2およびレーザ発生装置4を2組使用することにより2倍のエネルギを照射することができ、厚い板の切断が可能になる。
【0012】ウォータジェットヘッド3は切断対象物1に対して垂直に、かつレーザ光の照射部(溶融部)に高圧水を噴射するように配置されている。レーザ光によって溶融した溶融物は高圧水によりその噴射方向に吹き飛ばされる。垂直に噴射することにより最も効率よく溶融物を吹き飛ばすことができる。高圧水は先端のノズル3aから噴射され、その噴射面積の直径は、例えば0.3mm程度である。ウォータジェットヘッド3には高圧水供給部5より高圧水が配管8を介して供給され、さらに研磨材供給部6から配管9を介して研磨材が供給され高圧水に混合される。高圧水は従来のガスで吹き飛ばす方法に比して運動エネルギが大きいので溶融部を吹き飛ばすだけではなく、高圧水自身も切断する能力を有しているので、レーザ光の溶融力と高圧水の切断能力が相乗されて高効率で切断される。さらに、高圧水に研磨材を混入すると切断能力が増大する。一例としてレーザの出力を一定とし高圧水のみの場合、従来のレーザ光で溶融しガスで吹き飛ばす方法に比べ2割程度厚い鋼板までほぼ同じ速度で切断できる。研磨材を高圧水に混入するとさらに厚い鋼板まで切断できる。しかし研磨材が飛散するのでこの回収装置を設けるとか、飛散しても支障のない環境で使用する。
【0013】切断面は従来のレーザとガスによる場合よりも精度のよい面が得られる。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。
【0014】上述の実施形態では、ウォータジェットヘッド3の前後にそれぞれ1個のレーザヘッド2を設けた場合を示したが、さらに左右に設けてもよく、またウォータジェットヘッド3を中心とした円周上に複数個設けてもよい。これらのレーザヘッド2はいずれもウォータジェットヘッド3の噴射する位置とほぼ同じ位置にレーザ光を照射するように設定する。このように複数のレーザヘッド2とレーザ発生装置4を設けることにより厚い材料でも高速に精度よく切断することができる。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、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り、高品質の切断面が得られる。
■ レーザヘッドをウォータジェットヘッドのまわりに複数個設けレーザ光を高圧水の噴射位置に集光させることにより切断能力を増大させることができる。
■ 高圧水を用いることにより酸素を使用するときのような火災や爆発の恐れがない。また燃焼を抑えることができるのでFRPの切断もできる。
■ 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。




 

 


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