(57)【要約】【課題】厚さ50cm程度のコンクリート構造物を、５kW以下のレーザー光で切断する。【解決手段】レーザービームを、コンクリート構造物５上で掃引する。レーザービーム照射によって、コンクリート構造物５の照射部付近を溶融する。その後、再固化するまで放置する。レーザービーム照射に追従する除去装置７により、再固化ドロスを粉砕して取り除く。レーザービーム照射から再固化ドロス除去までを一組とする動作を、多数回繰り返す。すなわち、再固化ドロスが除去された溝を繰り返したどって、レーザー照射を繰り返す。このようにして、厚さ50cm程度のコンクリート構造物５を、再固化ドロスに阻害されることなく、５kW以下のレーザー光で容易に切断することができる。【選択図】図１
2007230230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光発生装置と、前記レーザー光発生装置から出力されるレーザー光を導く光ファイバーと、前記光ファイバーからのレーザー光を平行なレーザービームにするコリメートレンズと、平行なレーザービームをコンクリートに照射して溶融する照射手段と、溶融したコンクリートが再び固まった再固化ドロスを除去する除去装置とを具備するコンクリート切断装置において、前記照射手段は、平行なレーザービームの照射スポットが一次元的に移動するようにレーザービームを掃引する機構と、再固化ドロスが除去された溝を繰り返したどってレーザー照射を繰り返す駆動手段とを備え、前記除去装置は、レーザー照射位置を追尾して再固化ドロスの位置に移動する手段と、再固化ドロスを粉砕する手段と、粉砕された再固化ドロスを除去する手段とを備えたことを特徴とするコンクリート切断装置。
【請求項２】
レーザー光発生装置と、前記レーザー光発生装置から出力されるレーザー光を導く光ファイバーと、前記光ファイバーからのレーザー光を平行なレーザービームにするコリメートレンズと、平行なレーザービームを岩石に照射して溶融する照射手段と、溶融した岩石が再び固まった再固化ドロスを除去する除去装置とを具備する岩石切断装置において、前記照射手段は、平行なレーザービームの照射スポットが一次元的に移動するようにレーザービームを掃引する機構と、再固化ドロスが除去された溝を繰り返したどってレーザー照射を繰り返す駆動手段とを備え、前記除去装置は、レーザー照射位置を追尾して再固化ドロスの位置に移動する手段と、再固化ドロスを粉砕する手段と、粉砕された再固化ドロスを除去する手段とを備えたことを特徴とする岩石切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート切断装置に関し、特に、レーザー光によりコンクリート構造物を解体するためのコンクリート切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーを利用してコンクリートを切断する方法がある。レーザービームをレンズで集光して、熱エネルギー密度を高める。切断対象に、高強度レーザービームを単一掃引照射して、溶融して除去する。溶融物質は、溶融した状態のまま、照射部から流れ落ちる。あるいは、アシストガスを吹き付け、溶融ドロスを吹き飛ばして除去する。しかし、コンクリートのように厚くて溶融温度が高い切断対象の場合、溶融ドロスの抜けが悪くなり、レーザービームがドロスに遮られて、一定以上の厚さのものを切断することはできない。ガスで吹き飛ばされたドロスが、切断溝の中で温度低下につれて再固化し、後のドロスの進路を塞ぐことを避けるため、アシストガスを高温にして、ドロスの冷却を防止する方法がある。以下に、これに関連する従来技術の例を、いくつかあげる。
【０００３】
特許文献１に開示された「レ−ザ−照射による固形材の切断方法」は、低出力のレーザーによって同一切断位置を繰返し溶断することにより、大出力レーザーで切断した場合と同等の結果が得られるようにしたレーザー照射による固形材の切断方法である。図３（ａ）に示すように、レーザーを照射して固形材を切断するに際し、同一切断位置を繰り返し溶断するために、毎回の溶断深さに応じて、レーザービームの焦点位置を溶断深さ方向に移動するとともに、毎回の溶断後に固形材が溶融して生じる溶滓を除去清掃しつつ切断する。レーザービームの焦点位置を、固形材の切断位置に沿う方向及び溶断深さ方向に移動可能にする。レーザービームの焦点位置へ向けてアシストガスを吹付ける。回転カッタが、レーザービームの焦点位置より後側に配置されており、レーザー照射装置と一体に移動して、溶断された固形材の溶滓を除去清掃する。
【０００４】
特許文献２に開示された「レーザービームによる厚板の溶断方法」は、集光レンズに悪影響を与えることなく、溶融ドロスの冷却を防止しつつ排出することにより、板厚の厚い物体であっても、効率よく切断できるようにする方法である。図３（ｂ）に示すように、レーザービーム用ノズルには、レーザービームを、集光レンズを通じてノズル口の先端におけるコンクリートの表面に対して直交し、かつ表面よりやや奥で集光させ、この焦点位置における熱的現象を利用してコンクリートを溶断する。ノズルの切断方向の後部側には、アシストガス用ノズルが、そのノズル口を焦点位置に向けて配置され、ノズルとともに矢印に示す切断方向に移動している。ノズルの後部にはヒータが配置され、所定の圧力でノズル口に向けて送られるアシストガスを加熱している。
【０００５】
特許文献３に開示された「可搬型レーザー加工装置」は、災害発生現場などにおいて、振動や衝撃を伴うことなく、安全かつ正確に加工作業を実施できる可搬型レーザー加工装置である。図３（ｃ）に示すように、化学レーザー装置よりなるレーザー光線発生装置を、自動車などの移動体に載せる。レーザー光線発生装置より出力されるレーザー光線を、光ファイバーで導く。レーザー光線の光路と同じ光路に、可視光線を照射させる。光ファイバーの先端に取り付けられたレーザー光線指向装置で、レーザー光線を被加工物に向ける。
【０００６】
特許文献４に開示された「コンクリート切断方法」は、レーザービームによる溶融と、水噴流による急冷破砕及びドロスの除去とによる相乗効果により、切断能率を大幅に向上させる方法である。図３（ｄ）に示すように、レーザービームをコンクリートに照射して、これを溶融すると共に、高圧水を噴射して、溶融されたコンクリートを急冷、破砕して除去する。
【０００７】
特許文献５に開示された「無機物質表層剥離装置」は、コンクリートの表面を剥離する際の粉塵を簡易な構造で効率良く回収するものである。図３（ｅ）に示すように、コンクリート表層に対し、レーザヘッドからの高出力のレーザー光を照射することにより、コンクリート表層を溶融させる。次にコンクリート表層を凝固させ、凝固層に対し振動装置に内蔵され超音波で振動する剥離部を当て、低速で移動させて凝固層を除去し、空隙より空気を吸引することにより、粉塵を回収する。
【０００８】
特許文献６に開示された「コンクリート表層部の解体方法」は、微粉の飛散少なく、低振動、低騒音および低反力で、ロボットなどによる遠隔操作が可能な、コンクリート表層部の解体方法である。図３（ｆ）に示すように、コンクリート面に、集光させたレーザー光を照射し走査させることで、コンクリート表層部に、格子状のスリットを形成する。その後、そのコンクリートの表層部に、振動等を発生可能な工具により、せん断力を与える。コンクリートの表層部をスリットの根元から破壊し剥離させて解体する。
【特許文献１】特公平07-98274号公報
【特許文献２】特開平05-131286号公報
【特許文献３】特開平09-225657号公報
【特許文献４】特開平10-018612号公報
【特許文献５】特開平11-142591号公報
【特許文献６】特開平11-270153号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の方法では、厚いコンクリート構造物を切断する際、再固化ドロスの除去が困難であるため、切断可能な厚さには限界がある。また、切断しようとするコンクリート構造物の厚さが増すにつれ、必要とされるレーザー出力も増大するため、実用的ではなくなる。さらに、レーザー光を集光し、コンクリート構造物に照射した場合、切断溝幅が狭くなるため、ドロスの除去が困難になるだけでなく、溶融したドロスの再加熱にエネルギーが消費されるため非効率である。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、５kW以下のレーザー光で50cm程度の厚さのコンクリート構造物を、再固化ドロスに邪魔されることなく切断することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明では、レーザー光発生装置と、レーザー光発生装置から出力されるレーザー光を導く光ファイバーと、光ファイバーからのレーザー光を平行なレーザービームにするコリメートレンズと、平行なレーザービームをコンクリートに照射して溶融する照射手段と、溶融したコンクリートが再び固まった再固化ドロスを除去する除去装置とを具備するコンクリート切断装置の照射手段に、平行なレーザービームの照射スポットが一次元的に移動するようにレーザービームを掃引する機構と、再固化ドロスが除去された溝を繰り返したどってレーザー照射を繰り返す駆動手段とを備え、除去装置に、レーザー照射位置を追尾して再固化ドロスの位置に移動する手段と、再固化ドロスを粉砕する手段と、粉砕された再固化ドロスを除去する手段とを備えた構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成したことにより、50cm程度の厚さのコンクリート構造物を、５kW以下のレーザー光で切断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１と図２を参照しながら詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例は、５kW以下のレーザービームを、コンクリート構造物に照射して表面を溶融し、再固化ドロスを粉砕して除去し、再固化ドロスが除去された溝を繰り返したどってレーザー照射を繰り返すコンクリート切断装置である。
【００１５】
図１は、本発明の実施例におけるコンクリート切断装置の概念図である。図２は、コンクリート表面の拡大図である。図１と図２において、レーザー光発生装置１は、５kW以下のレーザー光を発生する装置である。プロセスファイバー２は、レーザー光を導く手段である。コリメートレンズ３は、レーザー光を平行光線のビームにするレンズである。可動ミラー４は、レーザービームの照射スポットが、コンクリート構造物の表面を一次元的に走査するように、レーザービームを偏向する手段である。レーザービームを掃引する機構は、他の同機能の手段でもよい。コンクリート構造物５は、切断対象のコンクリート（モルタルや鉄筋コンクリート）である。耐熱材６は、レーザービームを吸収する保護材である。除去装置７は、ガラス状の再固化ドロスを粉砕して除去する装置である。フィルター８は、粉砕した再固化ドロスを捕捉する手段である。ポンプ９は、空気を吸引するポンプである。パイプ10は、再固化ドロスを粉砕して吸引する手段である。
【００１６】
上記のように構成された本発明の実施例におけるコンクリート切断装置の動作を説明する。レーザー光発生装置１によって発生したレーザービームは、プロセスファイバー２によって、切断される構造物付近まで伝送される。プロセスファイバー２から出たレーザービームは、ファイバーの開口数に相当する開き角で広がるため、コリメートレンズ３により平行光束に変換される。平行光束となったレーザービームは、可動ミラー４によって反射偏向され、コンクリート構造物５の表面へと導かれる。コンクリート構造物５の背面には、レーザービームの漏洩を防ぐ目的で、耐熱材６が設けられている。レーザービームの照射スポットが、コンクリート構造物５の表面を一次元的に移動するように、可動ミラー４でレーザービームを掃引する。可動ミラー４は、移動または回転することにより掃引動作を行う。
【００１７】
図２に、コンクリート表面の拡大図を示す。レーザービーム照射によって、コンクリート構造物５の表面の照射部付近を溶融する。その後、再固化するまで放置する。レーザー照射で溶融したコンクリートが再び固まった再固化ドロスは、ほとんどガラス化しているため、小さな衝撃により簡単に粉砕することができる。除去装置７は、レーザービームの照射スポットに追従して再固化ドロスの位置に移動し、ガラス化した再固化ドロスを機械的に粉砕する。図２に示すように、上下に動くパイプ10で、ガラス状に固化した再固化ドロスを粉砕して、粉砕片にする。粉砕片は、ポンプ９によって吸引され、フィルター８によって捕捉される。
【００１８】
一回の掃引で溶融できる深さは、レーザー出力と掃引速度に依存する。５kW以下のレーザービームを低速で掃引しても、一回の掃引で溶融できる深さは、せいぜい数cm程度である。しかし、レーザービーム照射から再固化ドロス除去までを一組とする動作を多数回繰り返す。すなわち、再固化ドロスが除去された溝を繰り返したどって、レーザー照射を繰り返す。こうすることによって、50cm程度までの肉厚のコンクリート構造物を、再固化ドロスに阻害されることなく切断することができる。また、岩石についても同様に切断することができるので、岩石切断装置としても利用できる。
【００１９】
上記のように、本発明の実施例では、コンクリート切断装置を、５kW以下のレーザービームを、コンクリート構造物に照射して表面を溶融し、再固化ドロスを粉砕して除去し、再固化ドロスが除去された溝を繰り返したどってレーザー照射を繰り返す構成としたので、コンクリート構造物を、５kW以下のレーザー光で容易に切断できる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のコンクリート切断装置は、レーザー光によりコンクリート構造物を解体するためのコンクリート切断装置として最適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例におけるコンクリート切断装置の概念図である。
【図２】本発明の実施例におけるコンクリート切断装置で、コンクリート表面を切断する様子の拡大図である。
【図３】レーザー光によりコンクリート構造物などを切断する従来の装置の概念図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  レーザー光発生装置
２  プロセスファイバー
３  コリメートレンズ
４  可動ミラー
５  コンクリート構造物
６  耐熱材
７  除去装置
８  フィルター
９  ポンプ
10  パイプ
【図１】
2007230230.tif 000003
【図２】
2007230230.tif 000004
【図３】
2007230230.tif 000005