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発明の名称 レーザによる非金属材料の溶断方法
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2001−170925(P2001−170925A)
公開日 平成13年6月26日(2001.6.26)
出願番号 特願平11−360310
出願日 平成11年12月20日(1999.12.20)
代理人 【識別番号】100071272
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 (外1名)
【テーマコード(参考)】
3C069
4E068
【Fターム(参考)】
3C069 AA01 AA04 BA08 BB03 BB04 CA01 CA07 EA01 
4E068 AE01 AF01 CA08 CG01 DB00
発明者 丹野 康雄 / 吉川 光昭 / 黒沢 隆
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 コンクリート、岩石のような非金属材料による被溶断部にレーザ光を照射して切断、穿孔のような溶断を行う溶断方法において、前記被溶断部に対するレーザ光の照射が水平方向を含む上向きの角度になるようにし、前記被溶断部には、0.25〜1.0(kg/cm2 )の圧力範囲でアシストガスを供給することを特徴とする非金属材料の溶断方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート、岩石のような非金属材料による被溶断部にレーザ光を照射して切断、穿孔のような溶断を行う溶断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ光を使用して金属板を切断する方法は良く知られている。一方、レーザ光による切断をコンクリートのような非金属材料の切断、穿孔に利用する試みがなされている。例えば、穿孔の場合、図3に示されるように、レーザ発振器31からのレーザ光を光ファイバ32でレーザトーチ33に導き、レーザトーチ33からのレーザ光の照射をコンクリート34に対して水平方向から行うことで行われる。レーザ光の照射を水平方向にするのは、コンクリート34の溶融部に発生する溶融スラグをコンクリート34の表面側に流れ出やすくするためである。
【0003】しかしながら、コンクリートのような材料の場合には、スラグ膜がコンクリート内部へのレーザ光の侵入を妨害するように作用する結果、穿孔深さに制約が生じている。これは、以下の理由による。一般に、コンクリートのような材料における溶融スラグは各種酸化物から構成されており、粘性及び融点が高く、レーザ光を照射して切断や穿孔を行う際、溶融スラグが溶融状態のスラグ膜を形成し、レーザ光が加工部位にまで到達するのを妨害する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、コンクリートの溶融部にアシストガスを供給する試みもなされている。例えば、コンクリートの切断に際し、アシストガスとして圧力2(kg/cm2 )と5(kg/cm2 )の酸素あるいは空気を供給して切断を行う試みがなされたが、効果はないという報告がなされている。
【0005】本発明は、アシストガスの圧力に再度着目し、コンクリート、岩石のような非金属材料であっても効率良く切断、穿孔を行うことのできる溶断方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、コンクリート、岩石のような非金属材料による被溶断部にレーザ光を照射して切断、穿孔のような溶断を行う溶断方法において、前記被溶断部に対するレーザ光の照射が水平方向を含む上向きの角度になるようにし、前記被溶断部には、0.25〜1.0(kg/cm2 )の圧力範囲でアシストガスを供給することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明による溶断方法は、これまで効果が無いと言われていたアシストガスを2(kg/cm2 )未満の圧力で供給してレーザ光の侵入を妨害する溶融スラグ膜を破壊し、レーザ光が加工部位に到達できるようにして加工能力を上げるものである。
【0008】図1に本溶断方法を用いる際の加工装置の概要を示す。加工装置は、図示しないレーザ発振器からのレーザ光を照射するレーザトーチ11とスラグ膜破壊用のアシストガス供給装置12及びガスノズル13から構成される。ここでは、レーザトーチ11、ガスノズル13のいずれも、レーザ光、アシストガスを、コンクリート14に対して上向きに照射、供給するようにしている。特に、ガスノズル13の設置位置はガス流が直進性を保つ(ガスが広がらない)ことのできる距離範囲に設定する。
【0009】本溶断方法で重要な要素は、供給するアシストガスの圧力である。これまでの実験では、アシストガスをおおよそガス圧2(kg/cm2 )〜8(kg/cm2 )で供給している。しかし、レーザ加工においてはこのような吹き付け条件は前述のスラグ膜破壊の他に、アシストガスがレーザ照射部位に供給された熱を奪い去る冷却の効果が勝るようになり、切断あるいは穿孔の能率が上がらなくなっていると考えられる。
【0010】このような観点から、アシストガスの圧力を2(kg/cm2 )未満に下げ、冷却効果を無くしてやれば、レーザ光の侵入を妨げるスラグ膜を効果的に除去でき、加工能力を上げることができる。
【0011】供給するアシストガス圧の適正値は、実用上アシストガスの効果としてアシストガス無しの場合の穿孔深さに対して1.5倍の穿孔深さが得られる条件と設定すると、図2に示されるように、0.25(kg/cm2 )以上、1.0(kg/cm2 )以下とするのが良い。この範囲の中でレーザの出力に合わせてアシストガス供給圧力を選定することで加工効率を向上させることができる。
【0012】なお、図2は本溶断方法を確立するためにアシストガス圧を従来方法より下げて加工時間を一定にしたレーザでの穿孔試験を繰り返して得られたデータである。従来方法のガス圧供給条件が入るアシストガス供給圧1.5(kg/cm2 )以上の範囲では効果は無い。
【0013】なお、被溶断部に対するレーザ光の照射角度、アシストガスの供給角度は、被溶断部にどのような加工を行うかによって異なる。例えば、図1は、コンクリート14に、その面に垂直な穿孔を行う場合を示している。この場合、レーザトーチ11、ガスノズル13の位置は固定である。これに対し、図1において、図面に対して垂直な切断を行う場合、レーザトーチ11及びガスノズル13を図示の位置関係のままで図面に対して垂直な方向に移動させる。あるいはまた、レーザトーチ11及びガスノズル13を固定とし、コンクリート14を図面に対して垂直な方向に移動させる。一方、コンクリート14に斜めの穿孔を行う場合には、これに合わせてレーザ光の照射角度、アシストガスの供給角度のうち少なくともレーザ光の照射角度も斜めにする。いずれにしても、レーザ光の照射角度、アシストガスの供給角度のうち少なくともレーザ光の照射角度は、溶融スラグを流れ出易くするという観点からコンクリート14に対して上向きかあるいは図3に示されるように少なくとも水平方向にする必要がある。
【0014】
【実施例】使用したレーザ発振器は出力500(W)のYAGレーザであり、アシストガスには酸素ガスを用い、コンクリートに直径10mmの孔を穿孔した。このときのアシストガス供給圧は0.5(kg/cm2 )で穿孔深さはアシストガス無しの場合の2倍以上が得られた。
【0015】なお、本発明は、コンクリートの溶断のみならず、岩石やセラミックスのような非金属材料にも有効である。また、レーザ発振器はYAGレーザに限定されるものではない。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶断方法によれば、アシストガスを適切な圧力で使用することによりコンクリートのような非金属材料に対する穿孔、切断加工の効率を向上させることができる。




 

 


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