(57)【要約】      （修正有）【課題】被工作物の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さい光を工具の直前の被工作物に照射することで加工性能を発揮できるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】レーザ光を発振するレーザ発振器と、被加工物を加工するための加工工具８と、レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバ１とを備えたレーザ加工装置であって、光ファイバ８にレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、被工作物６にレーザ光５を照射することにより被工作物６を高温にした状態で加工工具８により除去する際に、加工工具８による加工点の直前部に、光ファイバ１を少なくとも１つ配置し、かつ、光ファイバ１からのレーザ光５の出射端面から加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構９を備えている。【選択図】図２（Ａ）
2018059747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、被工作物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置であって、
前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも１つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記光ファイバ送り出し引き込み機構は、前記光ファイバを送り出し及び／又は引き出す一対の送り出し及び／又は引き出し用ローラと、前記光ファイバに傷をつける刃と、前記光ファイバを押し込む押込み板とを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、該砥石の両側に２本の前記光ファイバを設定し、それぞれの前記光ファイバは保護パイプで保護され、それぞれに前記光ファイバ送り出し引き込み機構が設置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、前記光ファイバを保護する保護パイプの下端と前記光ファイバ送り出し引き込み機構の上端が接続されると共に、前記光ファイバ送り出し引き込み機構の内部には、前記光ファイバを送り出す一対の送り出し用ローラと、前記光ファイバに傷をつける刃と、前記光ファイバを押し込む押込み板とが組み込まれ、かつ、前記光ファイバ送り出し引き込み機構の上端と下端には、前記光ファイバが通過するための貫通孔が設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記光ファイバは、その周囲がＵＶコートされていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、該砥石を挟んで一方側に前記光ファイバ送り出し引き込み機構を設け、反対側に冷却水噴射ノズルを備えた砥石用冷却機構を設けていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石で水中に設置されており、前記砥石の周囲に水中の雰囲気作成用のカバーを設置すると共に、前記カバーはボックス状を成し、上部には希ガス供給ラインが接続され、下部の四隅には伸縮式のポールが設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、前記光ファイバを前記砥石に押し付ける光ファイバ押し付けアームを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は、ワイヤピーニング装置であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は、切削バイトであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１１】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、被工作物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置を用いて、前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、
前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも１つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構により前記光ファイバを送り出す、或いは引き込み前記レーザ光を出射して前記被工作物を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ加工方法において、
前記光ファイバの先端が欠けた場合には、前記光ファイバ送り出し引き込み機構により前記光ファイバを送り出し、その先端を前記被工作物に押し当てて前記光ファイバの先端の端面を出すようにし、その後、前記光ファイバを前記光ファイバ送り出し引き込み機構により引き戻して所定の距離を確保して、前記光ファイバから前記レーザ光を照射して前記被工作物を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のレーザ加工方法において、
前記加工工具は砥石であり、前記光ファイバを保護する保護パイプの下端と前記光ファイバ送り出し引き込み機構の上端が接続されると共に、前記光ファイバ送り出し引き込み機構の内部には、前記光ファイバを送り出す一対の送り出し用ローラと、前記光ファイバに傷をつける刃と、前記光ファイバを押し込む押込み板とが組み込まれ、
前記一対の送り出し用ローラにより所定の位置まで前記光ファイバを引き戻し、前記刃で押して前記光ファイバに傷をつけ、その後、前記刃が退避し、前記押し込み板を押し込んだ後、送り込みガイドパイプに押し込むようにして前記光ファイバに曲げ方向の力を加え、前記光ファイバの先端の欠けた部分を除去することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載のレーザ加工方法において、
前記加工工具は砥石であり、該砥石を挟んで一方側に前記光ファイバ送り出し引き込み機構を設け、反対側に冷却水噴射ノズルを備えた砥石用冷却機構を設け、
前記砥石用冷却機構の冷却水噴射ノズルから冷却水を噴射することで、前記砥石を冷却することを特徴とするレーザ加工方法
【請求項１５】
請求項１１に記載のレーザ加工方法において、
前記加工工具は砥石で水中に設置されており、前記砥石の周囲に水中の雰囲気作成用のカバーを設置すると共に、前記カバーはボックス状を成し、上部には希ガス供給ラインが接続され、下部の四隅には伸縮式のポールが設けられ、
前記カバーの下部の四隅に取り付けられている前記ポールが前記被工作物の表面に倣うように移動し、かつ、前記カバー内に、前記希ガス供給ラインからガスを供給し、前記被工作物の倣い面に吐き出すようにしていることを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置及びレーザ加工方法に係り、例えば、炉心溶融した原子炉内部のような被加工物の形状、寸法の詳細が水中（真水、気水、海水及び除去する構造物から排出される溶剤の混ざる水、ホウ素など加工前に投入される有機物の混じった水）及びガス（除去する構造物から排出される気体、及び排出された物と反応した新たな気体）が充満するような雰囲気のため把握できない状態で加工を行わなければならない場所での使用に好適なレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光ファイバで導光されたレーザ光を、被加工物に照射して所定の形状に加工することが広く行われている。
【０００３】
この従来から行われている光ファイバで導光されたレーザ光を、少なくとも１つ以上のレンズを介して被加工物の加工点に照射する方法には、大別すると以下の２つの方法がある。
【０００４】
１つ目は、シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦという）から出射された光（ＮＡ０．１のため全角約１２度で広がる）を、コリメートレンズと呼ばれる第１のレンズでレーザ光を平行光にした後、フォーカシングレンズと呼ばれる第２のレンズでレーザ光を集光して被工作物に照射する方法である。この方法は、ＳＭＦを使用しているため、集光されたビーム径をＳＭＦのコア径（通常、１０μｍ前後）近くまで絞ることができる。
【０００５】
通常、収差の影響を少なくするために、第１のレンズの焦点距離ｆ１と第２のレンズの焦点距離ｆ２は同じものが用いられ、第２のレンズの出射面から照射点までのワーキングディスタンス（ＷＤ）は、第２のレンズのバックフォーカスにほぼ等しい。このとき、加工中に被工作物からの飛散物が第２のレンズに付着しないようＷＤはできるだけ長いほうが好ましいため、焦点距離ｆ２は１００ｍｍ以上のものが用いられる。
【０００６】
２つ目は、ＳＭＦから出射された光を１枚のレンズで被加工物に照射する方法である。この方法は、ファイバ端面を焦点距離ｆより離す位置に置き、ＮＡは変わらないことから、レンズでのビーム径が大きくなるガラスと空気の界面が、２つしかない１レンズ系で２レンズ系（ガラスと空気の界面は４つ）と同等な集光径を得るには、界面当たりの曲げる能力が高くなければならない。つまり、曲率が小さく焦点距離が短いレンズを選択せざるを得ない。
【０００７】
従って、照射ヘッドと被工作物との距離が短くなり、加工点からの跳ね返るスラッジなどがレンズに付着し、それが加熱されレンズが壊れる問題と、レンズの排熱を考慮する問題が新たに増える。そのため、高出力用途には使われていない。 
１レンズ系、２レンズ系でコア径１０μｍ前後のＳＭＦの代わりにコア径１００μｍから４００μｍ程度のマルチモード光ファイバ（以下、ＭＭＦという）を用いることもできる。ＭＭＦにすることで大きな出力が得られるメリットはあるが、多モードのためＳＭＦと同じ集光径にすることは理論的に不可能である。
【０００８】
仮にＳＭＦ１０μｍの５００Ｗ出力とＭＭＦ５００μｍの４ｋＷ出力を用いたとして、パワー密度で比較すると、前者が６，４００ｋＷ／ｍｍ２、後者が２０ｋＷ／ｍｍ２となる。ＳＭＦの方が一見良さそうに見えるが、エネルギーの絶対量はＭＭＦの方が高く、厚板の切断や溶接に圧倒的に適している。
【０００９】
一方、ＳＭＦは、光を集光して絞り込めるので微細な領域に適した加工と言える。そのため、ＳＭＦは、微細な部分へのマーキング及びシーム溶接に使われている。
【００１０】
そもそも１ｋＷにも満たない光出力では、ジルコニアなどのセラミックスの組成を破壊することが難しい。そのため、ＳＭＦにより高いエネルギーを伝送しようと考える場合がある。
【００１１】
１ｋＷ以上の出力で１０μｍのコア径に導光するということは、石英の破壊閾値に近づくことになる。さらに、ゴミなどが付着しやすい界面において、自らの光パワーで破壊される確率が高くなる。そのため、現実的には、この選択はあり得ない。
【００１２】
また、２レンズ系の場合は、次に示す問題がある。即ち、ＳＭＦから出た光は開口角ＮＡ＝０．１で広がる。第１のレンズを出た直後の平行光の直径ｄとＳＭＦの開口角ＮＡ及び焦点距離ｆの関係は、ｄ＝２*ＮＡ*ｆで表される。よって、仮にｆ＝１００ｍｍ、ＮＡ＝０．１とするとｄ＝２０ｍｍとなる。
【００１３】
ＮＡは光パワーの９５％で表されるため、１００％近く得るには、経験的にレンズ直径Ｄは計算値ｄの１．５倍が妥当である（３０ｍｍ）。
【００１４】
更に、レンズを収納する筐筒の直径Ｄ´は、レンズ直径Ｄより当然大きくしなければならない（４０ｍｍ程度）。加えて、レンズを収納する筐筒とＳＭＦを固定するための構造の長さの合計は、少なく見積もっても２００ｍｍ（ＳＭＦの固定長８０ｍｍ＋レンズ１とレンズ２の距離２０ｍｍ＋ＳＭＦとレンズ１の距離１００ｍｍ）は必要となる。よって、被工作物の形状及び寸法の詳細が把握できない状況下も用いることを目的とする出射ヘッドを工具の先端に近づけようとすると被工作物と干渉することが容易に想像できる。
【００１５】
また、ＭＭＦ出力のレーザは、少なくとも２本以上のＳＭＦ出力レーザを溶融型光カプラで合波する。合波する本数を多くすると、最適化したとしてものコア径が大きくなる方向になる。１レンズ系、２レンズ系に関わらずコア径が大きくなると被工作物への集光は難しくなり、かつ、ＷＤが長くできない。
【００１６】
レーザ光を被工作物へ照射して加工する先行技術文献としては、特許文献１を挙げることができる。
【００１７】
この特許文献１には、脆性材料から成る工作物を加工した後の加工面にレーザ光を照射し、結晶粒界の添加物を溶解させクラックを埋めるようにして加工面に発生したクラックを消滅させ、脆性工作物の強度を低下させないために、工作物に含まれている添加物を溶融する程度の熱容量を持つレーザ光を、工具によって加工された工作物の加工箇所へ照射することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平５−２０８４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上述した従来のレンズを使う照射方法によれば、例えば、原子炉内部のような高い放射線が放出される環境では、レンズの両面に施す反射防止膜が放射線の影響で劣化し光を吸収し初める。また、反射防止膜を施さないとするなら、前記２レンズ系の場合、ガラスと空気との界面が４つあり、それぞれのフレネル損失が約４％生じているため、合計で１６％もの光が照射ヘッド内部で拡散される。同時に湿度が１００％近い環境下では浮遊している不純物がレンズの表面に付着して、これも光の吸収の原因となる。
【００２０】
結果として、吸収及び拡散された光が熱に変換され、急激に温度上昇をして、レンズが溶融する可能性がある。また、光が十分に照射されない場合、必要な加工性能を得ることができなくなることから、このような問題は早急に解決することが望ましい。
【００２１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、被工作物の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さい光を工具の直前の被工作物に照射することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明のレーザ加工装置は、上記目的を達成するために、レーザ光を発振するレーザ発振器と、被加工物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置であって、前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも１つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構を備えていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記目的を達成するためにレーザ光を発振するレーザ発振器と、被工作物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置を用いて、前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも１つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構により前記光ファイバを送り出す、或いは引き込み前記レーザ光を出射して前記被工作物を加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、被工作物の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さい光を工具の直前の被工作物に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１（Ａ）】一般的なレーザ加工装置を示す側面図である。
【図１（Ｂ）】図１（Ａ）の正面図である。
【図２（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１を示す側面図である。
【図２（Ｂ）】図２（Ａ）の正面図である。
【図３】光ファイバと工作物との距離関係を示す図である。
【図４】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用されるＭＭＦの配置例を示す図である。
【図５】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用されるＭＭＦの配置例の他の例を示す図である。
【図６】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用される光ファイバ１の先端形状を示す図である。
【図７（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用される光ファイバの先端の加工を示し、光ファイバの先端が不規則な形で欠けた状態を示す図である。
【図７（Ｂ）】図７（Ａ）の状態から光ファイバを送り出し、先端を工作物に押し当てて光ファイバの先端の端面を出すようにした状態を示す図である。
【図７（Ｃ）】図７（Ａ）の状態から光ファイバを引き戻して所定の距離を確保した状態を示す図である。
【図７（Ｄ）】通常の光ファイバの端面に近い拡散角でレーザ光を照射している状態を示す図である。
【図８（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用される光ファイバを工作物に押し当てるのではなく、その手前で欠けた部分を除去する構想の一例であり、送り出し用ローラにて所定の位置まで光ファイバを引き戻し、ダイヤモンドクリーバー刃にて押して光ファイバに傷をつける状態を示す図である。
【図８（Ｂ）】図８（Ａ）に示した送り出し用ローラの替わりに引き出し用ローラを設けて光ファイバを引き出したり戻したりする構造を示す図である。
【図８（Ｃ）】送り出し用ローラと引き出し用ローラの両方を取付けて、光ファイバの送給を行う構造を示す図である。
【図９（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用されるダイヤモンド砥石の冷却装置を備えた構造を示す側面図である。
【図９（Ｂ）】図９（Ａ）の正面図である。
【図１０（Ａ）】本発明のレーザ加工装置を水中で施工する場合の一例を示す側面図である。
【図１０（Ｂ）】図１０（Ａ）の正面図である。
【図１１（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の例であり、光ファイバ押し付け機構の非押し付け時の側面図である。
【図１１（Ｂ）】図１１（Ａ）の正面図である。
【図１１（Ｃ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の例であり、光ファイバ押し付け機構の押し付け時の側面図である。
【図１２（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の他の例であり、光ファイバ押し付け機構の非押し付け時の側面図である。
【図１２（Ｂ）】図１２（Ａ）の正面図である。
【図１２（Ｃ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の他の例であり、光ファイバ押し付け機構の押し付け時の側面図である。
【図１３（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用されるダイヤモンド砥石に替えてワイヤピーニング装置を用いた例を示す側面図である。
【図１３（Ｂ）】図１３（Ａ）の正面図である。
【図１４（Ａ）】本発明のレーザ加工装置の実施例１に使用されるダイヤモンド砥石に替えて切削バイトを用いた例を示す側面図である。
【図１４（Ｂ）】図１４（Ａ）の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図示した実施例に基づいて本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法を説明する。なお、各図において同一構成部品には同符号を使用する。また、以下に説明する実施例では、水平面内における任意の方向をＸ方向、水平面内においてＸ方向に直交する方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向（鉛直方向）をＺ方向と定義する。
【００２７】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、一般的なファイバレーザを用いたレーザ加工装置を示すものである。
【００２８】
該図に示すように、ファイバレーザを用いたレーザ加工装置は、光ファイバ１で導いたレーザをレーザヘッド２内で第１レンズ３、第２レンズ４の二枚のレンズ、又は図示していないが１枚のレンズにより集光することでレーザ光５を工作物（例えば、燃料デブリ）６を加熱し、加熱部分７を加工工具であるダイヤモンド砥石８で削り取り加工する方法である。なお、８ａは、ダイヤモンド砥石８を回転させる軸である。
【実施例１】
【００２９】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明のレーザ加工装置の実施例１を示すものである。
【００３０】
該図に示す本実施例のレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器（図示せず）と、被加工物である工作物（例えば、燃料デブリ）を加工するための加工工具であるダイヤモンド砥石８と、レーザ発振器からレーザ光５を導光する光ファイバ１と、光ファイバ１からのレーザ光５の出射端面から加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構９とをから概略構成されている。
【００３１】
即ち、本実施例のレーザ加工装置は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示した一般的なファイバレーザを用いたレーザ加工装置のような光ファイバ１の先端にレーザヘッド２を設けずに（第１レンズ３、第２レンズ４を設けずに）、光ファイバ１の送り出し及び引き込みを行う光ファイバ送り出し引き込み機構（光ファイバ１からのレーザ光５の出射端面からダイヤモンド砥石８による研削点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構）９とファイバガイド１０を設け、光ファイバ送り出し引き込み機構９により光ファイバを送り出す、或いは引き込みレーザ光５を出射して工作物６を加工するものである。他の構成は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）と同様である。
【００３２】
本実施例における光ファイバ送り出し引き込み機構９は、後述する例えば図５のように、機器内部に設けた一対のローラが光ファイバを挟み回転することで、送り出し或いは引き込みを行うものである。
【００３３】
本実施例における光ファイバ１には、照射ポイントの案内を目的とする光出力０．１ｍＷ以上の波長４００ｎｍから７００ｎｍの可視光波長と加工を目的とするレーザ発振する光出力１００Ｗ以上の波長８００ｎｍから３，０００ｎｍのレーザ光を入射させる。
【００３４】
このような本実施例の構成とすることにより、工作物６の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さいレーザ光５をダイヤモンド砥石（工具）８の直前の工作物６に照射することができることは勿論、施工時の周囲との干渉を避けることが可能となる。また、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示したレーザ加工装置のような第１及び第２レンズ３及び４を用いないことから、後述するように光ファイバ１の先端が欠ける、或いは汚れた場合のリフレッシュも部品の交換なしで実施することが可能である。
【００３５】
なお、ダイヤモンド砥石８の光ファイバ送り出し引き込み機構９側にスペースがあれば、光ファイバ１および光ファイバ送り出し引き込み機構９を複数取り付け、複数のレーザ光５を工作物６に照射する構成としてもよい。また、複数のレーザ光５の出力をそれぞれ任意の値に設定することで、それぞれに予熱、本加熱、後熱の役割を持たせてもよい。
【００３６】
図３には、光ファイバ１と工作物６の関係について示す。レーザ光５で工作物６に照射するレーザ光５の幅をｄ、光ファイバ１と工作物６の距離をｌとすると、以下の関係がある。
【００３７】
ｄ＝２×ｌ×ＮＡ
図４及び図５には、本実施例のレーザ加工装置に使用されるＭＭＦの代表的な配置例を示す。
【００３８】
図４に示す例は、ダイヤモンド砥石８の両側に２本の光ファイバ１ａ、１ｂを設定し、それぞれの光ファイバ１ａ、１ｂは保護パイプ１１ａ、１１ｂで保護され、それぞれに光ファイバ送り出し引き込み機構９ａ、９ｂが設置されている。
【００３９】
また、図５に示す例は、保護パイプ１１の下端と光ファイバ送り出し引き込み機構９の上端が接続され、光ファイバ送り出し引き込み機構９の内部には、光ファイバ１ａ、１ｂを送り出す一対の送り出し用ローラ１３ａ、１３ｂと、光ファイバ１ａ、１ｂに傷をつけるダイヤモンドクリーバー刃１４と、光ファイバ１ａ、１を押し込む押込み板１５が組み込まれている。また、光ファイバ送り出し引き込み機構９の上端と下端には、光ファイバ１ａ、１ｂが通過（送り出し、引き込み）するための貫通孔が設けられている。
【００４０】
図６は、本実施例のレーザ加工装置に使用される光ファイバ１の先端形状を示すものである。
【００４１】
該図に示すように、光ファイバ１は自身の保護のため、パターン１のように周囲が被覆（ＵＶコート１２）されている。後述する光ファイバ１の端面の加工の際に、ＵＶコート１２が不要となる場合には、光ファイバ送り出し引き込み機構９内に設けたリムーバでＵＶコート１２を除去しても良いし、初期状態で被覆の無い光ファイバ１を用いても良い（パターン２に示す）。
【００４２】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、本実施例のレーザ加工装置に使用される光ファイバ１の先端の加工について示すものである。
【００４３】
図７（Ａ）に示すように、何らかの原因でフ光ファイバ１の先端が不規則な形に欠けた場合、レーザ光５は拡散する。レーザ光５が拡散することで出力が減少するため、図７（Ｂ）に示すように、光ファイバ１を送り出し、先端を工作物６に押し当てて光ファイバ１の先端の端面を出すようにする。その後、図７（Ｃ）に示すように、光ファイバ１を引き戻して所定の距離を確保することで、図７（Ｄ）に示すように、通常の光ファイバ１の端面に近い拡散角でレーザ光５を照射し、工作物６を施工することができるようになる。
【００４４】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、本実施例の光ファイバ送り出し引き込み機構９で光ファイバ１を工作物６に押し当てるのではなく、その手前で欠けた部分を除去する構想の一例である。
【００４５】
図８（Ａ）は、一対の送り出し用ローラ１３ａ、１３ｂにて矢印（イ）のように所定の位置まで光ファイバ１を引き戻し、ダイヤモンドクリーバー刃１４にて矢印（ロ）のように押して光ファイバ１に傷をつける。その後、ダイヤモンドクリーバー刃１４が矢印（ハ）のように退避し、押し込み板１５を矢印（ニ）の方向に押し込んだ後、矢印（ホ）のように送り込みガイドパイプ１６に押し込むようにして光ファイバ１に曲げ方向の力を加え、光ファイバ１の先端の欠けた部分を除去する構造である。
【００４６】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示した送り出し用ローラ１３ａ、１３ｂの替わりに引き出し用ローラ１７ａ、１７ｂを設けて光ファイバ１を引き出したり戻したりする構造である。
【００４７】
図８（Ｃ）は、送り出し用ローラ１３ａ、１３ｂと引き出し用ローラ１７ａ、１７ｂの両方を取付けて、光ファイバ１の送給を確実に行うことを目的とした構造である。
【００４８】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、本実施例のレーザ加工装置に使用されるダイヤモンド砥石８の冷却装置について示したものである。
【００４９】
該図に示すように、本実施例では、ダイヤモンド砥石８を挟んで一方側に光ファイバ送り出し引き込み機構９を設け、反対側に冷却水噴射ノズル１８ａを備えた砥石用冷却機構１８を設けているもので、砥石用冷却機構１８の冷却水噴射ノズル１８ａから冷却水を噴射することで、ダイヤモンド砥石８を冷却するものである。
【００５０】
つまり、工作物６はレーザ光５で加熱されており、工作物６に冷却水をかけてしまうと施工効率が低下してしまうため、ダイヤモンド砥石８へ冷却水を噴射することにより、工作物６へ冷却水がかからないように施工している。また、ダイヤモンド砥石８の光ファイバ送り出し引き込み機構９側にスペースがあれば、砥石用冷却機構１８を光ファイバ１と同じ側に取り付けることも可能である。
【００５１】
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、本発明のレーザ加工装置を水中で施工する場合の一例を示すものである。
【００５２】
該図に示すように、本実施例は、ダイヤモンド砥石８の周囲に水中１９の雰囲気作成用のカバー２０を設置したものである。
【００５３】
この水中１９の雰囲気作成用のカバー２０はボックス状を成し、上部には希ガス供給ライン２３が接続され、下部の四隅には伸縮式のポール２１が設けられている。工作物６側の状態が不明であるため、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）では、カバー２０の下部の四隅に伸縮式のポール２１を取付けて工作物６の表面に倣うようにし、また、気中雰囲気をつくるためにカバー２０内に、希ガス供給ライン２３から窒素やアルゴン等のガス２２を供給し、工作物６の倣い面に吐き出すようにしている。
【００５４】
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）及び図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）は、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）に示すように、光ファイバ１の先端が欠けてしまった場合の光ファイバ１のリフレッシュ法の別の例を示すものである。
【００５５】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）では、光ファイバ１を工作物６に押し当てて先端をリフレッシュする方法としたが、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）及び図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）では、光ファイバ１をダイヤモンド砥石８に当てることでリフレッシュする方法を示す。
【００５６】
そのために、本実施例では、光ファイバ送り出し引き込み機構９と、この光ファイバ送り出し引き込み機構９を軸にして回転、或いは水平方向に押出すことで、光ファイバ１をダイヤモンド砥石８に押し付ける光ファイバ押し付けアーム２４を設けている。
【００５７】
そして、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）では、光ファイバ押し付けアーム２４を、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）の側面方向の非押し付け時の状態から光ファイバ送り出し引き込み機構９を軸にして回転させ、図１１（Ｃ）の側面方向の押し付け時の状態のように、ダイヤモンド砥石８の曲面部へ側面方向から押し付けてダイヤモンド砥石８の円周の端部に接触させて切断し、新たな面を出すようにしてリフレッシュしている。
【００５８】
また、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）では、光ファイバ押し付けアーム２４を、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）の側面方向の非押し付け時の状態から光ファイバ送り出し引き込み機構９を軸にして回転させ、図１２（Ｃ）の側面方向の押し付け時の状態のように、ダイヤモンド砥石８の平面部へ側面方向から押し付けてダイヤモンド砥石８の側面に接触させて切断し、新たな面を出すようにしてリフレッシュしている。
【００５９】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）で説明したファイバレーザを用いた際に、ダイヤモンド砥石８に替えて加工工具としてワイヤピーニング装置２５を用いた場合を示すものである。
【００６０】
ファイバレーザにより工作物６を加熱溶融した後、溶融物を排出するのにワイヤピーニング装置２５を用いることでも対応できる。
【００６１】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）で説明したファイバレーザを用いた際に、ダイヤモンド砥石８に替えて加工工具として形削り盤（シェーパー）に用いる切削バイト２６を用いた場合を示すものである。
【００６２】
ファイバレーザにより工作物を加熱溶融した後、溶融物を排出するのに切削バイト２６を用いることでも対応できる。
【００６３】
以上説明したように，光ファイバ１の端面のパワー密度は非常に高く、端面に寄ってくる水蒸気及び浮遊物は光ファイバ１の端面にたどり着く前に蒸散されるため、環境雰囲気で光ファイバ１の端面が破壊されることはなく、加工に必要な光エネルギーを工具前の被加工物面に効率よく照射することができる。
【００６４】
よって、被工作物の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さい光を工具の直前の被工作物に照射することができる。
【００６５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１ａ、１ｂ…光ファイバ、２…レーザヘッド、３…第１レンズ、４…第２レンズ、５…レーザ光、６…工作物、７…加熱部分、８…ダイヤモンド砥石、８ａ…ダイヤモンド砥石の軸、９、９ａ、９ｂ…光ファイバ送り出し引き込み機構、１０…ファイバガイド、１１、１１ａ、１１ｂ…保護パイプ、１２…ＵＶコート、１３ａ、１３ｂ…送り出し用ローラ、１４…ダイヤモンドクリーバー刃、１５…押込み板、１６…ガイドパイプ、１７ａ、１７ｂ…引き出し用ローラ、１８…砥石冷却機構、１８ａ…冷却水噴射ノズル、１９…水中、２０…カバー、２１…伸縮式のポール、２２…ガス、２３…希ガス供給ライン、２４…光ファイバ押し付けアーム、２５…ワイヤピーニング装置、２６…切削用バイト、２７…切削用バイトの軸。
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７（Ａ）】
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【図７（Ｂ）】
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【図７（Ｃ）】
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【図７（Ｄ）】
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【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図８（Ｃ）】
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【図９（Ａ）】
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【図９（Ｂ）】
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【図１０（Ａ）】
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【図１０（Ｂ）】
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【図１１（Ａ）】
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【図１１（Ｂ）】
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【図１１（Ｃ）】
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【図１２（Ａ）】
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【図１２（Ｂ）】
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【図１２（Ｃ）】
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【図１３（Ａ）】
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【図１３（Ｂ）】
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【図１４（Ａ）】
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【図１４（Ｂ）】
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