特許 7465122 レーザによる表面突出物剃去装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】レーザによる表面突出物剃去装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/38 20140101AFI20240403BHJP

【ＦＩ】

B23K26/38 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020041744

(22)【出願日】2020-03-11

(65)【公開番号】P2021142534

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-02-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000208204

【氏名又は名称】大林道路株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】501492535

【氏名又は名称】カンタム・ウシカタ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504194878

【氏名又は名称】国立研究開発法人海洋研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100197848

【弁理士】

【氏名又は名称】石塚 良一

(72)【発明者】

【氏名】福本 勝司

(72)【発明者】

【氏名】光谷 修平

(72)【発明者】

【氏名】藤井 秀夫

(72)【発明者】

【氏名】吉留 正司

(72)【発明者】

【氏名】川人 洋介

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２１５０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８５１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１６７３８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－０２１２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６８０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００３４６２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪が取り付けられた台車と、前記台車に搭載されるとともに切除対象面の切除対象物を切除可能なレーザ装置と、を少なくとも備え、
前記台車は、前記切除対象面又はその近傍を走行しつつ、前記レーザ装置は、前記切除対象面から所定の高さ位置に配置される最終段ミラー装置を備えて該最終段ミラー装置から前記切除対象面にレーザを照射して前記切除対象物を切除する
ことを特徴とするレーザによる表面突出物剃去装置。

【請求項2】

前記台車は、前記切除対象面又はその近傍に設置されたガイドレールを挟持するガイドレール挟持装置を備えている
請求項１に記載のレーザによる表面突出物剃去装置。

【請求項3】

前記最終段ミラー装置は、コイルばねの付勢力によって前記切除対象面に押圧される
請求項１又は請求項２に記載のレーザによる表面突出物剃去装置。

【請求項4】

前記レーザ装置は、前記切除対象面の切断有効照射距離を２６０ｍｍとし、
前記切除対象物は、鋼繊維である
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザによる表面突出物剃去装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザを利用して切除対象物を切除することが可能なレーザによる表面突出物剃去装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、鋼繊維等を配合した軽量で高強度、且つ、高耐久のコンクリート材料である超高強度繊維補強コンクリート（以下単に「ＵＦＣ」と称することがある。）が、様々な構造物で使用されている。例えば、特許文献１には、対向して設置されるプレキャストコンクリート床版の接続部の間詰め硬化材として、上記したＵＦＣを使用した例が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－００２２５１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されたＵＦＣによる間詰め硬化材を含め、ＵＦＣの上面にシート防水などを施す場合、ＵＦＣの表面から突出した鋼繊維がシートに穴を開けてしまい、必要な防水性能を確保することができないという問題がある。

【0005】

ＵＦＣの表面から突出した鋼繊維を切除する方法として、ガスバーナによって鋼繊維を焼き切る方法が考えられるが、直接ガスバーナをあてると健全なコンクリートが高熱によって劣化してしまうため、このような方法は採用することが出来ない。また、手作業で一つ一つ鋼繊維を切除できなくはないが、手間やコストの面から現実的な方法とは言えない。

【0006】

そこで、本願発明は、レーザを利用して切除対象物を切除することが可能なレーザ除去走行装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に係る発明は、車輪が取り付けられた台車と、前記台車に搭載されるとともに切除対象面の切除対象物を切除可能なレーザ装置と、を少なくとも備え、前記台車は、前記切除対象面又はその近傍を走行しつつ、前記レーザ装置は、前記切除対象面から所定の高さ位置に配置される最終段ミラー装置を備えて該最終段ミラー装置から前記切除対象面にレーザを照射して前記切除対象物を切除することを特徴とするレーザによる表面突出物剃去装置である。

【0008】

上記請求項１の構成によれば、車輪が取り付けられて走行することが可能な台車１１にレーザ装置（レーザコントローラ３０及び光学ヘッド４１を含むレーザ照射ユニット４０）を搭載することにより、切除対象面（例えば、ＵＦＣ）又はその近傍を走行しながらレーザを照射して切除対象物（例えば、鋼繊維）を切除することが可能となる。これにより、手作業で切除対象物を切除するような手間が、大幅に削減できるとともに、確実に切除対象物を切除することが可能となる。

【0009】

請求項２に係る発明は、前記台車は、前記切除対象面又はその近傍に設置されたガイドレールを挟持するガイドレール挟持装置を備えている請求項１に記載のレーザによる表面突出物剃去装置である。

【0010】

上記請求項２の構成によれば、台車１１に、切除対象面又はその近傍に設置されたガイドレール５０を挟持するガイドレール挟持装置（側面すべりガイド部材１２及びガイドローラ部材１３）を備えることにより、切除対象面（例えば、ＵＦＣ）の切除対象物（例えば、鋼繊維）を正確に切除することが可能となり、効率的な除去作業が可能となる。

【0011】

請求項３に係る発明は、前記最終段ミラー装置は、コイルばねの付勢力によって切除対象面に押圧される、請求項１又は請求項２に記載のレーザによる表面突出物剃去装置である。

【0012】

上記請求項３の構成によれば、切除対象面（例えば、ＵＦＣ）に略並行な光軸のレーザを照射可能な最終段ミラー装置４６が、コイルばね４５１の付勢力によって切除対象面に押圧されるように構成されている。これにより、切除対象面のうねりや、台車１１の走行面のうねりに影響を受けることなく、最終段ミラー装置４６が常に切除対象面に対して適切な高さ位置となり、切除対象物を確実に切除することが可能となる。

【0013】

請求項４に係る発明は、前記レーザ装置は、前記切除対象面の切断有効照射距離を２６０ｍｍとし、前記切除対象物は、鋼繊維である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザによる表面突出物剃去装置である。

【0014】

上記請求項４の構成によれば、切除対象面（例えば、ＵＦＣ）の切断有効照射距離を２６０ｍｍとし、切除対象物である鋼繊維を切除することが可能となるので、切除対象面の幅が広い場合でも、少ない走行回数で効率的に鋼繊維を切除することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例における、レーザ除去走行装置の全体前方斜視図である。

【図2】本発明の実施例における、レーザ除去走行装置の全体後方斜視図である。

【図3】本発明の実施例における、レーザ照射ユニットの拡大斜視図である。

【図4】本発明の実施例における、最終段ミラー部の拡大斜視図である。

【図5】本発明の実施例における、サイドガイドの斜視図である。

【図6】本発明の実施例における、レーザの説明図である。

【図7】本発明における確認試験態様を示す説明図である。

【図8】本発明における確認試験の結果を示す結果表である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しつつ、本発明のレーザによる表面突出物剃去装置について、実施例に基づいて説明する。

【0017】

図１には、本発明の一例として、レーザ除去走行装置１が全体前方斜視図で示され、図２には、全体後方斜視図が示されている。本実施例のレーザ除去走行装置１は、前述した技術課題のもと、超高強度繊維補強コンクリート（以下単に「ＵＦＣ」と称することがある。）の表面から突出した鋼繊維をＵＦＣの表面でレーザによって切除するものである。

【0018】

図１及び図２に示されるように、レーザ除去走行装置１は、７５ｍｍ径の車輪を進行方向の前部に二つ、後部に一つ設けた３点支持の台車１１を有しており、切除対象表面又はその近傍を走行可能に構成されている。なお、本実施例の台車１１にはフックが掛けられ、図示しないウィンチによって牽引されるように構成されている。そして台車１１には、レーザ電源２０、レーザコントローラ３０及び光学ヘッド４１を含むレーザ照射ユニット４０が少なくとも搭載されている。

【0019】

続いて、図３にはレーザ照射ユニット４０の拡大斜視図が示されている。台車１１の上部側には、光学ヘッド４１が図示されるように平板上に設置され、当該光学ヘッド４１から出力したレーザの先には、後述する最終段ミラー４６１より下流側のレーザの光軸の仰角を調整可能な仰角調整機構４３と、光軸の高さ方向の調整が可能な光軸高さ調整機構４２とが、図示されるように設けられている。

【0020】

さらに、前述の仰角調整機構４３を経たレーザは、上下方向に伸びる光路ガイドパイプ４４を介して最終段ミラー装置４６へ入射するように構成されている。当該最終段ミラー装置４６は、図４に示されるように最終段ミラー４６１と、当該最終段ミラー４６１の高さ調整が可能な最終段ミラー高さ調整機構４６２が設けられている。

【0021】

加えて、最終段ミラー４６１を保護するため、四方をミラー保護部材４６４で囲うとともに、レーザの光路にあたる箇所を一部開口している。さらに、図３に示すようにミラー保護部材４６４の上面はカバー部材４６３によって塞がれている。

【0022】

また、レーザの出射時、当該レーザの光路上に粉塵等が存在すると各光学機器に悪影響を及ぼし、ミラー等の焼付や破損を発生させる要因となる。そこで、本実施形態では、レーザ光路に粉塵等が入り込まないように、レーザ光路を覆う光路カバーを設置し、さらに、図示しないエアパージを設けて光路カバーの内部に微圧の清浄なエアーを供給している。光路カバーは前述した光路ガイドパイプ４４のほか、光学ヘッド４１の出射部及び第１段ミラー、最終段ミラー４６１の周囲を覆い、その内部に清浄なエアーが供給されている。なお、上記した清浄なエアーは、レーザ除去走行装置１の外部から供給された圧縮空気が、台車１１に装備されたエアーフィルター、レギュレータに供給され、清浄で適正圧力に調整されて光路カバーの内部に供給される。

【0023】

切除対象物を確実にレーザによって切除するため、図３及び図４に示されるように切除面押圧部材４５が台車１１と最終段ミラー装置４６との間に設けられている。より詳細に説明すると、鋼繊維などの切除対象物が存在する切除対象面や、台車１１の車輪が走行する走行面は必ずしも平坦ではない。これにより、最終段ミラー装置４６が切除面から上方に離れてしまうと、切除対象物である鋼繊維を根元からレーザで切除することができなくなってしまう。

【0024】

そこで、本実施例では、切除面押圧部材４５が備えるコイルばね４５１の付勢力によって、常にミラー保護部材４６４の底面が切除面に押し当てられるようにし、切除対象面のうねりや、台車１１の走行面のうねりに影響を受けることなく、最終段ミラー装置４６が常に適切な高さ位置となるようにしている。

【0025】

また、本実施例のレーザ除去走行装置１の側方には、図５に示されるように、台車１１の側面に二つの側面すべりガイド部材１２（フランジ外側に位置する。）と、二つのガイドローラ部材１３が設けられており、レーザ除去走行装置１の進行方向に沿って配置されたガイドレール５０（図示、Ｈ型鋼のフランジ部）を、上記側面すべりガイド部材１２とガイドローラ部材１３との間に挟み込みながらレーザ除去走行装置１が走行できるように構成している。

【0026】

このような構成により、切除対象面の切除対象物を正確に切除することが可能となり、効率的な除去作業が可能となる。なお、本実施例ではガイドレール５０としてＨ型鋼のフランジ部を利用したが、必ずしもこのような実施例に限られるものではなく、他の部材を代用することも可能である。

【0027】

続いて、本実施例におけるレーザの詳細が図６に示されている。本実施例のレーザは、ファイバレーザを使用しており、Ｑスイッチを装備したレーザコントローラ３０及び光学ヘッド４１からは、出力１００Ｗのレーザが出力されている。また、レンズの焦点距離ｆは１０００ｍｍとし、レンズ入光時ビーム径は７ｍｍとしている。

【0028】

そして、最終段ミラー４６１へ入射するビーム径は２．８ｍｍとしており、切除対象物を切除可能とするレーザ（ビーム径０．９ｍｍ）の切断有効照射距離は２６０ｍｍとなっている。このような構成により、本実施例における切除対象面幅２００ｍｍにおける切除対象物を、レーザにより切除可能に構成している。

【0029】

上記したような本発明のレーザ除去走行装置１のレーザ構成によって、切除可能面幅を２６０ｍｍという非常に広い範囲とすることが可能となり、鋼繊維などの切除対象物の除去作業を効率的に行うことが可能となっている。さらに、本実施例では、レーザの出力を１００Ｗとすることにより、冷却装置等を設けることなく、比較的簡便且つ安全に取り扱うことが可能となっている。

【0030】

（確認試験の実施態様）
図７には、本発明のレーザ除去走行装置１を製作する上で、より広い切除対象面幅を確保し、切除対象物を確実に切除することを目的とした試験装置の概略図が示されている。当該試験装置は、Ｑスイッチを装備した出力１００Ｗのファイバレーザ装置と、ＤＣ２４Ｖ電源、簡易コントローラ、Ｘ－Ｙステージコントローラ等から構成されている。そして、Ｘ－Ｙステージ上にＵＦＣによって作製された試験体を載置し、当該試験体を毎秒２ｍｍの速度で移動させながら、当該ＵＦＣの側面（図示、「試験体側面」）から突出している鋼繊維をレーザによって切除するものである。

【0031】

本確認試験では、４５度反射鏡から焦点位置までの距離Ｂを２６０ｍｍに固定し、Ａ＋Ｂの距離を約９５０ｍｍと約１４５０ｍｍの２水準で試験している。さらに、レーザの傾きについては、図示、「傾１」及び「傾２」において距離Ｄ及び距離Ｅを可変させて試験を実施している。

【0032】

図８には上記した試験条件のもと、試験を行った結果が示されている。確認試験では、ビニル系のシートを鋼繊維が除去された試験体側面に押し当て、残存する鋼繊維によって生じたシートの穴を確認するためにピンホール試験を実施している。図８の結果から判るように、試験体ナンバ「Ｎｏ，６」、「Ｎｏ，７」、「Ｎｏ，８」は、いずれもピンホール試験においてシート上にピンホールが発生しておらず、試験体側面の外観も良好な状態であった。

【0033】

（変形例）
以上、本発明のレーザ除去走行装置も一実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記したような構成に限定されるものではなく、以下のような種々の変更が可能となっている。

【0034】

例えば、前述の実施例では、レーザ除去走行装置１をウィンチで牽引するように構成したが、台車１１に車輪を駆動する電動モータを搭載することも可能であり、所定速度でレーザ除去走行装置１を自走させるようにすることで、どのような場所でも簡単に運搬して切除対象物を切除することが可能となる。

【0035】

また、前述した実施例では、ＵＦＣの表面に突出する鋼繊維を切除するために本発明のレーザ除去走行装置１を使用したが、必ずしも本発明のレーザ除去走行装置１はこのような切除対象物に限られるものではなく、切除対象面における他の突出物や、付着物などを除去することが可能である。さらに、本発明のレーザ除去走行装置１は騒音や粉塵の発生もほとんどないため、特に屋内の床面においても好適に使用することが可能である。

【0036】

以上、本発明の実施例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。また、上記実施例に記載された具体的な材質、寸法形状等は本発明の課題を解決する範囲において、変更が可能である。

【符号の説明】

【0037】

１ レーザ除去走行装置
１１ 台車
１２ 側面すべりガイド部材
１３ ガイドローラ部材
２０ レーザ電源
３０ レーザコントローラ
４０ レーザ照射ユニット
４１ 光学ヘッド
４２ 光軸高さ調整機構
４３ 仰角調整機構
４４ 光路ガイドパイプ
４５ 切除面押圧部材
４５１ コイルばね
４６ 最終段ミラー装置
４６１ 最終段ミラー
４６２ 最終段ミラー高さ調整機構
４６３ カバー部材
４６４ ミラー保護部材
５０ ガイドレール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】