JP2002066777A - レーザ加工ヘッドおよび加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】従来の方法では、レーザ照射対象物の表面に凹
凸がある場合あるいは配管の径に変化がある場合、集光
レンズからレーザ照射対象物の表面までの距離が変化し
てしまい、このためレーザ照射対象物表面のビーム径が
変化し、レーザ加工が不安定であった。 【解決手段】集光レンズ１３を取り付けたレンズホルダ
ー７の先端に取り付けたノズル１５の更に先端に接触子
１７を取り付けると共に、レンズホルダー７を空気シリ
ンダー３を介挿して加工ヘッド胴体２により相対的に往
復動可能に保持し、レーザ照射時、レンズホルダー７お
よび空気シリンダー３を、空気シリンダー３に供給した
空気の圧力により、レーザ照射対象物側へ押し出して前
記接触子１７をレーザ照射対象物１６の表面に接触さ
せ、集光レンズ１３からレーザ照射対象物１６までの距
離を一定に保つようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光を用いてレ
ーザ照射対象物の表面改質、溶接、切断等の加工を行う
レーザ加工ヘッドおよび加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ照射対象物例えば原子炉配
管等に発生する応力腐食割れに対する予防保全および補
修技術において、遠隔操作によるレーザ溶接装置および
表面処理装置を用いる場合、光ファイバーによって伝送
されてきたレーザ光を集光レンズ（凸レンズ）等で集光
し、ミラーで折り返して配管内面にレーザ光を照射する
方法が用いられている。

【０００３】これを図７で説明すると、光ファイバー52
より出射されたレーザ光Ｌをレンズ55で平行光とし、ミ
ラー54で折り返した後レンズ53を介して集光するように
構成したレーザ加工ヘッド51を、レーザ照射位置まで挿
入し、レーザ照射対象物56の表面に所定のビーム径Ｄ１
が形成されるようにしてレーザ光を照射する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、レーザ照射対象物である複数の配管の径がそれ
ぞれ変わっている場合あるいは照射対象物の表面に凹凸
がある場合など、レンズ53からレーザ照射対象物56の表
面までの距離が変化し、レーザ照射対象物56表面のビー
ム径Ｄ１が変化するため、レーザ加工が不安定となる。

【０００５】本発明は、配管径の変化やレーザ照射対象
物表面に凹凸がある場合でも、レンズからレーザ対象物
表面までの距離を一定にして安定したレーザ加工を実現
することの可能なレーザ加工ヘッドおよび加工方法を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載のレーザ加工ヘッドに係る発明
は、伝送されてきたレーザ光を整形する集光レンズを取
り付けたレンズホルダーと、このレンズホルダー先端に
取り付けられレーザ光が通過可能なレーザ出射口を有す
るノズルと、このノズル先端に取り付けられた接触子
と、このレンズホルダーを空気シリンダーを介挿して相
対的に往復動可能に保持する加工ヘッド胴体とから構成
され、前記空気シリンダーに軸線方向にのみ容積を拡張
縮小可能にした空気室を設け、この空気室に空気を供給
して軸線方向に拡張させ、レーザ照射時前記レンズホル
ダーを加工ヘッド胴体内部側からレーザ照射対象物側へ
押し出し、前記接触子をレーザ照射対象物の表面に接触
させることにより、集光レンズからレーザ照射対象物表
面までの距離を一定に保つことができ、安定したレーザ
加工を行うことができる。

【０００７】また、請求項２に記載のレーザ加工ヘッド
に係る発明は、前記レンズホルダーと前記加工ヘッド胴
体間に介挿された前記空気シリンダーは、空気シリンダ
ー自体と前記レンズホルダー間の結合状態若しくは空気
シリンダー自体と加工ヘッド胴体間の結合状態のうち、
いづれか一方の結合状態を相対的に往復動可能な嵌合状
態とし、且つこの往復動自在な嵌合部に前記空気室を形
成するようにしたものである。

【０００８】更に、請求項３に記載のレーザ加工ヘッド
に係る発明は、前記レンズホルダー、前記空気シリンダ
ーおよび前記加工ヘッド胴体間の全ての結合状態を相対
的に移動可能な嵌合状態にし、且つ前記レンズホルダー
と前記空気シリンダー間の嵌合部、前記空気シリンダー
と加工ヘッド胴体間の嵌合部にそれぞれ前記空気室を形
成するようにしたものである。

【０００９】更に、請求項４に記載のレーザ加工ヘッド
に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のレーザ加工ヘッドにおいて、前記レンズホルダー、空
気シリンダーおよび加工ヘッド胴体の間で相対的に往復
動が可能なもの同士の間に復元用バネを設け、前記空気
室内の空気圧力を低減したとき、このバネの復元力によ
り前記レンズホルダー若しくは空気シリンダーをレーザ
加工ヘッド胴体に収納するようにしたものである。この
発明によれば、空気シリンダー内の空気圧力を低減する
とレンズホルダーおよび空気シリンダーをレーザ加工ヘ
ッド胴体に収納することが可能であり、レンズホルダー
および空気シリンダーを保護することができる。

【００１０】更に、請求項５に記載のレーザ加工ヘッド
に係る発明は、伝送されてきたレーザ光を整形する集光
レンズを取り付けたレンズホルダーと、このレンズホル
ダー先端に取り付けられレーザ光が通過可能なレーザ出
射口を有するノズルと、このノズル先端に取り付けられ
た接触子と、このレンズホルダーを空気シリンダーを介
挿して相対的に往復動可能に保持する加工ヘッド胴体と
から構成され、前記レンズホルダーと前記加工ヘッド胴
体間に介挿された前記空気シリンダーは、空気シリンダ
ー自体と前記レンズホルダー間の結合状態若しくは空気
シリンダー自体と加工ヘッド胴体間の結合状態のうち、
いづれか一方の結合状態を相対的に往復動可能な嵌合状
態とし、且つこの往復動自在な嵌合部に軸線方向にのみ
拡張縮小可能な空気室を形成すると共に、復元用バネを
設け、このバネの復元力により、レーザ照射時前記レン
ズホルダーを加工ヘッド胴体内部側からレーザ照射対象
物側へ押し出し、前記接触子をレーザ照射対象物の表面
に接触させるようにしたものである。

【００１１】更に、請求項６に記載のレーザ加工ヘッド
に係る発明は、請求項５に記載のレーザ加工ヘッドにお
いて、前記拡張縮小可能な空気室は、圧力空気が供給さ
れると膨張し、前記復元用バネの復元力に抗してて前記
レンズホルダーを加工ヘッド胴体側に収納時するように
構成したものである。

【００１２】更に、請求項７に記載のレーザ加工方法に
係る発明は、請求項１乃至請求項６のいづれかに記載の
加工ヘッドにおいて、前記ノズルの先端にはレーザ照射
対象物の表面に対して平行となる遮蔽板を備えるように
したものである。この発明によれば、水中で原子力プラ
ント機器等のレーザ照射対象物にレーザ加工を行う際、
炉内の水を抜かない状態での施工が可能となる。

【００１３】更に、請求項８に記載のレーザ加工ヘッド
に係る発明は、請求項１〜７に記載のレーザ加工ヘッド
を用いて、溶接時の熱サイクルによって鋭敏化し、耐食
性が劣化したオーステナイト系ステンレス鋼に対して、
その鋭敏化部の材料表面にレーザを照射したレーザ加工
方法において、レーザ加工時に材料表面のレーザ照射部
に吹き付けるシールドガスに使用される窒素ガスまたは
不活性ガスに酸素ガスを混合するようにした方法であ
り、材料の応力腐食割れ等の発生を防止することができ
ると共に、シールドガスに使用される窒素ガスまたは不
活性ガスに、酸素ガスを混合することによって、レーザ
照射部のレーザ吸収率を安定させ、レーザ加工を安定さ
せることができる。

【００１４】更に、請求項10に記載のレーザ加工方法に
係る発明は、請求項９に記載のレーザ加工方法におい
て、シールドガス中の酸素濃度を0.5〜２wt％とするよ
うにした方法であり、シールドガス中の酸素濃度を0.5
〜２wt％とすることによってレーザ照射部のレーザ吸収
率を安定させ、レーザ加工を安定させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態に係わる
レーザ加工ヘッドおよび加工方法について図面を参照し
て説明する。 （第１の実施形態）第１の実施形態について、図１およ
び図２を用いて説明する。図１は、レーザ加工ヘッドの
概略を断面で示す模式図である。本レーザ加工ヘッド１
は、円筒状に形成された加工ヘッド胴体２の内部に、円
筒状の空気シリンダー３を軸線方向に往復動可能に且つ
滑らかに嵌合しており、この空気シリンダー３を後述す
るように、バネの復元力あるいは空気圧力によって内部
に収納したりあるいは内部から外部に繰り出すことがで
きるように構成している。

【００１６】そして、前記加工ヘッド胴体２の内周部と
前記空気シリンダー３の外周部との間に寸法差を利用し
て環状の空気室と、バネ収容室とを形成している。この
空気室およびバネ収容室を形成するために、空気シリン
ダー３の外周面に対してその軸線方向のほぼ中央部に鍔
状のシール部3-1を突設する。そして、加工ヘッド胴体
２の内周部に対して、その開口部側に環状留め金具2-2
を嵌合固定すると共に、胴体内部側にシール部2-1を設
ける。

【００１７】このシール部2-1、3-1間で第１空気室４を
形成し、またシール部3-1と環状留め金具2-2との間にバ
ネ収容室５を形成する。この第１空気室４を拡張または
縮小させることにより、空気シリンダー３を加工ヘッド
胴体２に対して軸線方向に往復動可能に構成する。６は
このバネ収容室５に収容したコイルバネであり、シール
部3-1と環状留め金具2-2とによって常時圧縮されてい
る。

【００１８】一方、前記空気シリンダー３の内周部に円
筒状のレンズホルダー７を軸線方向にのみ往復動可能に
且つ滑らかに嵌合させ、このレンズホルダー７を後述す
るように、バネの復元力あるいは空気圧によって、空気
シリンダー３の内部に収納したりあるいは内部から外部
に繰り出すことができるように構成する。そして、前記
空気シリンダー３の内周部と前記レンズホルダー７の外
周部との間に双方の寸法差を利用して環状の第２空気室
８を形成する。

【００１９】ところで、このレンズホルダー７は、後述
する集光レンズを光軸上に設置した軸長の長い小円筒体
7-1と、その外側にこの小円筒体7-1よりも軸長が短い大
円筒体7-2とを同心的に配置し且つこれら小円筒体7-1、
大円筒体7-2の一端を一体的に結合した形状を有してい
る。この大円筒体7-2の外周部が前記空気シリンダー３
の内周部と滑らかに嵌合するように構成する。

【００２０】そして、空気シリンダー３の内周部とレン
ズホルダー７の大円筒体7-2との嵌合部に環状の第２空
気室８を形成するように、前記空気シリンダー３の内周
部の軸線方向ほぼ中央部から開口端までの内径をレンズ
ホルダー７の大円筒体7-2の外径よりも意図的に大きく
するとともに、前記大円筒体7-2の開口部側外周部にシ
ール部7-3を空気シリンダー３の内周部の中間部にシー
ル部3-5をそれぞれ設ける。

【００２１】これら第１および第２の空気室４、８間は
１個または複数個の空気連通路3-2によって連通してお
り、前記加工ヘッド胴体２に設けた空気供給口９から所
定圧力の空気を供給すれば、第１空気室４、空気連通路
3-2を通って第２空気室８にも所定圧力の空気が供給さ
れる。

【００２２】なお、前記小円筒体7-1、大円筒体7-2間に
形成した環状の溝部はコイルバネ11を収納するためのバ
ネ収納室10であり、コイルバネ11は溝の底部と前記空気
シリンダー３の開口端の内周部に嵌合した環状の留め金
具12とにより常時圧縮されている。

【００２３】また、前記空気シリンダー３の内部側端部
（図示上部）の外周部と内周部とに設けた段部3-3、3-4
は、それぞれ空気シリンダー３の繰り出し時およびレン
ズホルダー７の収納時に作用するストッパーを構成する
ものである。

【００２４】そして、前記レンズホルダー７は、内端部
にレーザ光Ｌを整形する集光レンズ13およびこのレンズ
保護用のガラス（以下保護ガラスという）14を取り付
け、先端部（外端部）に前記レーザ光Ｌの通過が可能な
ノズル15を固定する。更に、このノズル15の先端に、レ
ーザ照射対象物16の表面になめらかに接触するローラ状
の接触子17を固定する。

【００２５】このように構成したレーザ加工ヘッドにお
いて、加工ヘッド胴体２内に伝送されてきたレーザ光Ｌ
は、集光レンズ13により整形され、保護ガラス14を通過
した後、ノズル15の出射口からレーザ照射対象物16の表
面に照射される。

【００２６】なお、図１は、前記２個の空気室４、８に
所定圧力の空気を供給し、コイルバネ６、11の復元力に
抗して空気シリンダー３を加工ヘッド胴体２の内部か
ら、またレンズホルダー７を空気シリンダー３の内部か
ら外部へそれぞれ繰り出した状態を示す。

【００２７】図２は、空気室４、８に供給されている空
気の供給を止めて空気の圧力を抜き、コイルバネ６、11
の復元力によって空気シリンダー３およびレンズホルダ
ー７を内部に収納した状態を示している。

【００２８】ところで、レーザ照射によりレーザ照射対
象物16の表面に形成される溶融部の形状は、集光レンズ
13とレーザ照射対象物16の表面までの距離により決定さ
れるので、レーザ光Ｌを照射することにより形成される
表面改質層の形状を一定に保つためには、集光レンズ13
とレーザ照射対象物16までの距離を常に一定に保つ必要
がある。

【００２９】本実施形態によれば、レーザ加工ヘッド１
は、空気シリンダー３の圧力によって常にレンズホルダ
ー７をレーザ照射対象物16側へ繰り出し、ノズル15の先
端に固定した接触子17をレーザ照射対象物16の表面に接
触して倣ういわゆる倣い機構を備えるようにしたので、
レーザ照射対象物16の表面に凹凸がある場合でも、集光
レンズ13とレーザ照射対象物16までの距離を常に一定に
保つことができ、安定したレーザ加工を行うことができ
る。

【００３０】また、本実施形態によれば、第１空気室
４、第２空気室８およびこれらを連通する空気連通路3-
2を加工ヘッド胴体２、空気シリンダー３およびレンズ
ホルダー７相互の嵌合部に形成したので、加工ヘッド１
の小型化を図ることができる。

【００３１】なお、以上述べた実施形態では、レンズホ
ルダー７および空気シリンダー３の双方を繰り出すよう
にするため、加工ヘッド２と空気シリンダー３との嵌合
部の一部およびレンズホルダー７と空気シリンダー３と
の嵌合部の一部にそれぞれ第１、第２空気室を設け、こ
れら双方の空気室を空気圧により軸線方向に拡張するよ
うに構成したが、レンズホルダー７あるいは空気シリン
ダー３のいずれか一方のみを繰り出すようにしても良
い。

【００３２】例えば、レンズホルダー７と空気シリンダ
ー３間にのみ空気室を設ける場合は、レンズホルダー７
のみが繰り出し可能となり、空気シリンダー３と加工ヘ
ッド胴体２間にのみ空気室を設ける場合は、レンズホル
ダー７は繰り出さず、空気シリンダー３のみ繰り出すこ
とが可能になる。

【００３３】また、以上述べた実施形態では、空気シリ
ンダー３および加工ヘッド胴体２は円筒体として説明し
たが、これらを円筒体とすることは発明の必須要件では
ない。例えば、空気シリンダー３はレンズホルダー７の
全周を囲繞しない形状例えば断面半円形とかＣ字形に形
成しても良い。この場合、空気室も当然環状ではなく、
半月状とかＣ字状となる。

【００３４】更に、空気室に供給する媒体は必ずしも空
気である必要はなく、バネに抗する圧力が発生でき、且
つ、加工に影響を及ぼさなければどのような気体，液体
でも種類は問わない。

【００３５】（第２の実施形態）図３および図４を参照
して第２の実施例について説明する。なお、図１および
図２と対応する要素には関連符号を付けて説明する。な
お、本実施形態と第１の実施形態との大きな相違点は、
第１実施形態が空気シリンダー３およびレンズホルダー
７を空気の圧力により加工ヘッド胴体側から繰り出し、
コイルバネの復元力により収納するのに対し、本実施形
態の場合は、空気シリンダーおよびレンズホルダーをコ
イルバネの復元力により繰り出し、空気の圧力により収
納するようにした点にある。

【００３６】図３はレーザ加工ヘッドの概略を断面で示
す模式図である。このレーザ加工ヘッド21は、筒状に形
成された加工ヘッド胴体22の内部に、円筒状の空気シリ
ンダー23を滑らかに往復動即ち収納および繰り出し可能
に嵌合する。しかも、前記加工ヘッド胴体22の内周部に
は開口端部から軸線方向に適宜の奥行きをもった環状溝
22-1を設けており、この環状溝22-1と空気シリンダー23
の外周面とで第１バネ収容室25を形成する。26はこの第
１バネ収容室25に収容したコイルバネである。

【００３７】なお、前記空気シリンダー外周部の軸線方
向のほぼ中央部に鍔状突起23-1を設け、この鍔状突起23
-1の一方の段部（図示上側段部）を前記コイルバネ26の
抑え金具とすると共に、他方の段部を前記加工ヘッド22
の開口端部に固定して設けたストッパー32に当たるよう
にしている。また、前記環状溝22-1、前記鍔状突起23-1
の外周部およびストッパー32で軸線方向にのみ拡張縮小
可能な第１空気室を形成する。空気シリンダー23の内周
部には前記鍔状突起23-1の反対側に鍔状のストッパー兼
抑え金具23-2を固定して設ける。

【００３８】一方、前記空気シリンダー23の内部にも円
筒状のレンズホルダー27を滑らかに往復動（収納および
繰り出し）可能に設置する。しかも、このレンズホルダ
ー27の外周部に、深さの異なる二つの環状溝27-1および
27-2を隣接して設ける。環状溝27-1の方の溝を深く且つ
幅広くしている。

【００３９】そして、鍔状突起23-1の外周部と加工ヘッ
ド胴体22下部内周部と空気シリンダー保持具32とで形成
される空間を第１空気室24とし、環状溝27-2と空気シリ
ンダー23の内周部と前記鍔状突起23-2とで第２空気室28
を形成する。

【００４０】これら、第１空気室24と、第２空気室28と
を、空気シリンダー23自体に設けた空気連通口23-3を通
して連通させる。なお、29は第１空気室24に圧力空気を
供給するため、前記加工ヘッド胴体22に設けた空気供給
口である。

【００４１】前記レンズホルダー27は、内端部にレーザ
光Ｌを整形する集光レンズ33およびレンズ保護用ガラス
（以下保護ガラスという）34を取り付け、外端部に前記
レーザ光Ｌの通過が可能なノズル35を固定している。更
に、このノズル35はその先端にレーザ照射対象物36の表
面になめらかに接触するローラ状の接触子37を固定して
いる。

【００４２】レーザ加工中は、この空気供給口29から圧
縮空気を供給しないようにして、空気シリンダー23およ
びレンズホルダー27はコイルバネ26、31の復元力によ
り、図３の状態即ち加工ヘッド胴体22から空気シリンダ
ー23、空気シリンダー23からレンズホルダー27がそれぞ
れ繰り出している状態を維持している。

【００４３】この状態で、加工ヘッド胴体22内に伝送さ
れたレーザ光Ｌは、集光レンズ33により整形され、保護
ガラス34を通過した後ノズル35の出射口からレーザ照射
対象物36表面に照射されるように構成されている。

【００４４】ところで、レーザ照射によりレーザ対象物
表面に形成される溶融部の形状は、集光レンズ33とレー
ザ照射対象物36表面までの距離により決定されるので、
レーザ光Ｌを照射することにより形成される表面改質層
の形状を一定に保つためには、集光レンズ33とレーザ照
射対象物36までの距離を常に一定に保つ必要がある。

【００４５】本実施形態によれば、レーザ加工ヘッド21
は、コイルバネ26、31の復元力によってレーザ加工中は
常にレンズホルダー27をレーザ照射対象物36側へ繰り出
し、ノズル35の先端に固定した接触子37をレーザ照射対
象物36表面に接触して倣うという倣い機構を備えている
ので、レーザ照射対象物36の表面に凹凸がある場合で
も、集光レンズ33とレーザ照射対象物36までの距離を一
定に保つことができる。

【００４６】また、レーザ加工作業終了後などは、図４
に示すように、空気供給口29から空気を供給することに
より、圧縮空気を空気供給口23-3を通して、第１空気室
および第２空気室に圧縮空気を入れ、空気シリンダー23
およびレンズホルダー27をコイルバネの復元力に抗して
押し上げて、加工ヘッド胴体22内に収納する。図４はこ
の状態を表している。

【００４７】（第３の実施形態）本発明の第３の実施形
態について、図５を参照して説明する。なお、図５は水
中でレーザ加工を施す場合に適するレーザ加工ヘッドを
示す模式図である。

【００４８】水中でレーザ加工を施す場合、レーザ光照
射範囲に水が浸入しないように局部的に水のない空間を
形成してその内部でレーザ加工を行うのが一般的な方法
である。本実施形態のレーザ加工ヘッド41は、図５で示
すように、レンズホルダー７の先端に水中施工ノズル45
を用いる。この水中施工ノズル45は前記ノズル８あるい
は28と実質的に同じであるが、その先端に、レーザ照射
対象物と平行になるような遮蔽板48を取り付けており、
更にその先端部に接触子17を取り付けている。

【００４９】ノズル先端のレーザ光Ｌ出射口と同じとこ
ろからシールドガス46が噴出することにより、レーザ照
射対象物16と遮蔽板48の間に空隙47が形成される。水中
施工ノズル45とレーザ照射対象物16との距離は、接触子
17により常に一定に保たれるため、レーザ光照射範囲は
常にシールドガス雰囲気となり、安定したレーザ加工が
行える。

【００５０】例えば、水中施工ノズル45先端の出射口の
口径をφ７ｍｍ、シールドガス流量を100l/min、水中施
工ノズル45とレーザ照射対象物16との距離を２ｍｍとし
た場合、レーザ照射対象物16表面にはφ25ｍｍの空隙が
形成され、水中においても安定したレーザ加工を行うこ
とができる。

【００５１】この実施形態においても、レンズホルダー
７を繰り出す場合は、圧縮空気を空気シリンダーに供給
し、逆に加工ヘッド胴体内に収納する場合は、空気の圧
力を低下させれば良い。

【００５２】（実施例１）以下、第１の実施形態で用い
た図１に示すレーザ加工ヘッドを用い、鋭敏化したステ
ンレス鋼表面にシールドガスを流しつつレーザ光を照射
することにより、ステンレス鋼表面が局部的に加熱・溶
融され、加熱・溶融された部分の鋭敏化領域は表面改質
されるために脱鋭敏化を行った場合の実験結果を図６に
示す。

【００５３】レーザ照射によりレーザ対象物16の表面に
形成される溶融層の大きさは、レーザ光の吸収率と入熱
によって決まる。ステンレス鋼への入熱が大きくなるほ
ど形成される加熱・溶融層は大きくなり、逆に入熱が小
さくなるほど溶融層は小さくなる。レーザ光の吸収率は
材質や表面性状により変化するが、同じ材質の場合には
材料表面の表面粗さの影響を大きく受ける。

【００５４】そこで、ステンレス鋼の表面仕上げ方法お
よびシールドガスの種類を変化させて図１に示すレーザ
加工ヘッドを用いてレーザ加工を行い、ステンレス鋼表
面に形成される溶融層の深さについて試験を実施した。

【００５５】レーザ加工条件は、レーザ照射出力900W、
施工速度0.8m/min、シールドガス流量40l/minとし、デ
フォーカスビームを照射した。この試験結果は図６に示
す通りである。シールドガスには不活性ガスが良く用い
られるが、本試験結果から不活性ガスであるアルゴン(A
r)を用いた場合には、表面仕上げ方法の違いにより溶融
層の深さに変化が生じている。

【００５６】これに対し、Arに0.5〜２%の酸素(Ｏ₂)を
混合したガスをシールドガスとして用いたところ、いず
れの表面仕上げ方法を用いても溶融層深さに変化は認め
られず、安定した溶融層が得られた。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明はレーザ照射
対象物に対して、レンズホルダーに取り付けた接触子を
レーザ照射中常時接触するように構成したので、集光レ
ンズとレーザ照射対象物との距離を常に一定に保ちつつ
レーザ加工を行うことができる。この結果、レーザ照射
対象物の形状が配管内面等の曲率を有するものや凹凸が
あるものについても安定してレーザ加工を行うことので
きるレーザ加工ヘッドおよび加工方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工ヘッ
ドを断面で示す模式図。

【図２】図１で示すレーザ加工ヘッド収納時の模式図。

【図３】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工ヘッ
ドを断面で示す模式図。

【図４】図２で示すレーザ加工ヘッド収納時の模式図。

【図５】本発明の第３の実施形態の一部を示す模式図。

【図６】材料の表面粗さと、レーザ照射により形成され
る溶融層深さの関係を表す図。

【図７】従来装置によるレーザ加工の模式図。

【符号の説明】

１，21…レーザ加工ヘッド、２，22…加工ヘッド胴体、
３，23…空気シリンダー、４，24…第１空気室、５，1
0，25…バネ収容室、６，11，26…コイルバネ、７，27
…レンズホルダー、８，28…第２空気室、９，29…空気
供給口、17，37…接触子、13，33…集光レンズ、14，34
…保護ガラス、15，35…ノズル、16，36…レーザ照射対
象物、45…水中施工ノズル、46…シールドガス噴出方
向、47…空隙、48…遮蔽板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 盛一郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 南 秀幸 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高橋 英則 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4E068 CA12 CB05 CD15 CJ01 CJ04 CJ05 CJ06 DB01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送されてきたレーザ光を整形する集光
   レンズを取り付けたレンズホルダーと、このレンズホル
   ダー先端に取り付けられレーザ光が通過可能なレーザ出
   射口を有するノズルと、このノズル先端に取り付けられ
   た接触子と、このレンズホルダーを空気シリンダーを介
   挿して相対的に往復動可能に保持する加工ヘッド胴体と
   から構成され、 前記空気シリンダーに軸線方向にのみ容積を拡張縮小可
   能にした空気室を設け、この空気室に空気を供給して軸
   線方向に拡張させ、レーザ照射時前記レンズホルダーを
   加工ヘッド胴体内部側からレーザ照射対象物側へ押し出
   し、前記接触子をレーザ照射対象物の表面に接触させた
   ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにお
   いて、前記レンズホルダーと前記加工ヘッド胴体間に介
   挿された前記空気シリンダーは、空気シリンダー自体と
   前記レンズホルダー間の結合状態若しくは空気シリンダ
   ー自体と加工ヘッド胴体間の結合状態のうち、いづれか
   一方の結合状態を相対的に往復動可能な嵌合状態とし、
   且つこの往復動自在な嵌合部に前記空気室を形成したこ
   とを特徴とするレーザ加工ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにお
   いて、前記レンズホルダー、前記空気シリンダーおよび
   前記加工ヘッド胴体間の全ての結合状態を相対的に移動
   可能な嵌合状態にし、且つ前記レンズホルダーと前記空
   気シリンダー間の嵌合部、前記空気シリンダーと加工ヘ
   ッド胴体間の嵌合部にそれぞれ前記空気室を形成したこ
   とを特徴とするレーザ加工ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   のレーザ加工ヘッドにおいて、前記レンズホルダー、空
   気シリンダーおよび加工ヘッド胴体の間で相対的に往復
   動が可能なもの同士の間に復元用バネを設け、前記空気
   室内の空気圧力を低減したとき、このバネの復元力によ
   り前記レンズホルダー若しくは空気シリンダーをレーザ
   加工ヘッド胴体に収納するようにしたことを特徴とする
   レーザ加工ヘッド。
5. 【請求項５】 伝送されてきたレーザ光を整形する集光
   レンズを取り付けたレンズホルダーと、このレンズホル
   ダー先端に取り付けられレーザ光が通過可能なレーザ出
   射口を有するノズルと、このノズル先端に取り付けられ
   た接触子と、このレンズホルダーを空気シリンダーを介
   挿して相対的に往復動可能に保持する加工ヘッド胴体と
   から構成され、前記レンズホルダーと前記加工ヘッド胴
   体間に介挿された前記空気シリンダーは、空気シリンダ
   ー自体と前記レンズホルダー間の結合状態若しくは空気
   シリンダー自体と加工ヘッド胴体間の結合状態のうち、
   いづれか一方の結合状態を相対的に往復動可能な嵌合状
   態とし、且つこの往復動自在な嵌合部に軸線方向に拡張
   縮小可能な空気室を形成すると共に、復元用バネを設
   け、このバネの復元力により、レーザ照射時前記レンズ
   ホルダーを加工ヘッド胴体内部側からレーザ照射対象物
   側へ押し出し、前記接触子をレーザ照射対象物の表面に
   接触させたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のレーザ加工ヘッドにお
   いて、前記拡張縮小可能な空気室は、圧力空気が供給さ
   れると膨張し、前記復元用バネの復元力に抗してて前記
   レンズホルダーを加工ヘッド胴体側に収納時するように
   構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいづれかに記載
   の加工ヘッドにおいて、前記ノズルの先端にはレーザ照
   射対象物の表面に対して平行となる遮蔽板を備えたこと
   を特徴とするレーザ加工ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１〜７に記載のレーザ加工ヘッド
   を用いて、溶接時の熱サイクルによって鋭敏化し、耐食
   性が劣化したオーステナイト系ステンレス鋼に対して、
   その鋭敏化部の材料表面にレーザを照射したレーザ加工
   方法において、レーザ加工時に材料表面のレーザ照射部
   に吹き付けるシールドガスに使用される窒素ガスまたは
   不活性ガスに酸素ガスを混合することを特徴とするレー
   ザ加工方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のレーザ加工方法におい
   て、シールドガス中の酸素濃度を0.5〜２wt％とするこ
   とを特徴とするレーザ加工方法。