(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】2024-06-11
(45)【発行日】2024-06-19
(54)【発明の名称】レーザ照射装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/142 20140101AFI20240612BHJP
【ＦＩ】
B23K26/142
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2023070690
(22)【出願日】2023-04-24
(62)【分割の表示】P 2019058806の分割
【原出願日】2019-03-26
(65)【公開番号】P2023086846
(43)【公開日】2023-06-22
【審査請求日】2023-05-22
(73)【特許権者】
【識別番号】506430026
【氏名又は名称】株式会社トヨコー
(74)【代理人】
【識別番号】100100413
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 温
(72)【発明者】
【氏名】豊澤 一晃
(72)【発明者】
【氏名】前橋 伸光
(72)【発明者】
【氏名】藤田 和久
(72)【発明者】
【氏名】沖原 伸一朗
【審査官】後藤 泰輔
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／００９９７８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－２１０２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公昭５０－００９６８０（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】実開昭５１－１０８２９７（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／１４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を所定の焦点において集光させる集光光学系及び前記焦点が照射ヘッド本体に対して相対移動するよう前記レーザ光の光軸を偏向させる偏向光学系を含む光学系と、前記光学系を構成する複数の光学素子のうち最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子よりも前記照射対象物側に突出して形成され、前記レーザ光が出射される開口を有するノズルと、
前記ノズルの内部に、主流方向が前記開口の中央部を指向する気体流を形成する気体流形成部と
を備え、
前記気体流形成部は、前記集光光学系において集光させたレーザ光の光軸方向と少なくとも一部が直交する方向に気体を噴出し、前記レーザ光の光軸を指向する気体流を形成する流路を備えること
を特徴とするレーザ照射装置。
【請求項2】
レーザ光を所定の焦点において集光させる集光光学系及び前記焦点が照射ヘッド本体に対して相対移動するよう前記レーザ光の光軸を偏向させる偏向光学系を含む光学系と、前記光学系を構成する複数の光学素子のうち最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子よりも前記照射対象物側に突出して形成され、前記レーザ光が出射される開口を有するノズルと、
前記ノズルの内部に、主流方向が前記開口を指向する気体流を形成する気体流形成部とを備え、
前記気体流形成部により形成される前記気体流の流速が、前記開口の中央部において前記開口の内周縁部に対して大きくなり、
前記気体流形成部は、前記集光光学系において集光させたレーザ光の光軸方向と少なくとも一部が直交する方向に気体を噴出し、前記レーザ光の光軸を指向する気体流を形成する流路を備えること
を特徴とするレーザ照射装置。
【請求項3】
前記気体流形成部は、前記開口の中心軸周りに周方向に分布して複数設けられ、複数の前記気体流形成部がそれぞれ発生する複数の前記気体流が前記開口の内部で衝突するように構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射装置。
【請求項4】
複数の前記気体流形成部の少なくとも２つが、前記開口の中心軸に対して対称に配置されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ照射装置。
【請求項5】
前記気体流形成部は、前記ノズルの内径側の空間部内に、外径側から内径側を指向して気体を噴出し、前記開口の中心軸方向に対して傾斜した斜面部として形成される気体偏向部を有すること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項6】
前記最対物側光学素子は、前記気体偏向部の内径側に着脱可能に取り付けられる保護部材であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ照射装置。
【請求項7】
前記気体流は、不活性ガスを主成分とすることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項8】
前記気体流は、前記流路内において膨張することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、処理対象物の表面をレーザ光で照射してレーザ加工を行うレーザ照射装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
レーザ光を用いた表面処理に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、レーザ光を照射対象物に照射する照射ヘッドに、レーザ光を所定の偏角だけ偏向させるウェッジプリズムを設け、このウェッジプリズムを入射光の光軸回りに回転させながらレーザ光を照射することによって、照射箇所（ビームスポット）が照射対象物の表面を円弧状に旋回しながら走査し、照射対象物の表面に付着した旧塗膜や異物等が除去（クリーニング）されることが記載されている。
【0003】
また、特許文献２には、上述したウェッジプリズムの回転駆動を、気体の圧力を回転運動に変換するエアモータによって行うとともに、レーザ光が出射されるダクトの内部にエアモータの排気を導入することにより、光学素子やエアモータへの異物の付着を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５５７４３５４号
【文献】国際公開ＷＯ２０１６／００９９７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載されたようなレーザ光を用いたクリーニングは、例えば鋼などの金属製構造物の表面に付着している旧塗膜の剥離や、表面付近に生成された錆等の異物を除去するのに有効である。
しかし、レーザ光の照射により照射対象物から剥離し、飛散した旧塗膜、錆、埃、スパッタなどの異物（煙状のものを含む）が照射ヘッドの内部に侵入し、保護ガラス等の光学素子に付着すると、光学的性能の低下や、光学素子の焼損などの原因となる。
これに対し、特許文献２に記載されたように、レーザ光が出射されるダクト（ノズル）の内部に気体を導入し、先端の開口から吐出させることにより、ノズルの内部を掃気（パージ）して異物の侵入を防止することも提案されている。
しかし、例えば回転式ウェッジプリズム等の偏向光学系を用いて、レーザ光を偏向させながら照射対象物の表面を走査するレーザクリーニング用の照射ヘッドの場合には、レーザ光が大きく偏向、シフトすることがない例えば溶接用や切断用の照射ヘッドに対して、レーザ光との干渉を防止するためノズル先端の開口の内径を大きくする必要がある。
このため、従来技術によって異物の侵入を防止することが困難であり、保護ガラス等の光学素子への異物付着や、これに起因する焼損が発生する場合があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、光学素子への異物の付着を抑制したレーザ照射装置を提供することである。
しかし、レーザ光の照射により照射対象物から剥離し、飛散した旧塗膜、錆、埃、スパッタなどの異物（煙状のものを含む）が照射ヘッドの内部に侵入し、保護ガラス等の光学素子に付着すると、光学的性能の低下や、光学素子の焼損などの原因となる。
これに対し、特許文献２に記載されたように、レーザ光が出射されるダクト（ノズル）の内部に気体を導入し、先端の開口から吐出させることにより、ノズルの内部を掃気（パージ）して異物の侵入を防止することも提案されている。
しかし、例えば回転式ウェッジプリズム等の偏向光学系を用いて、レーザ光を偏向させながら照射対象物の表面を走査するレーザクリーニング用の照射ヘッドの場合には、レーザ光が大きく偏向、シフトすることがない例えば溶接用や切断用の照射ヘッドに対して、レーザ光との干渉を防止するためノズル先端の開口の内径を大きくする必要がある。
このため、従来技術によって異物の侵入を防止することが困難であり、保護ガラス等の光学素子への異物付着や、これに起因する焼損が発生する場合があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、光学素子への異物の付着を抑制したレーザ照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
本発明の第一のレーザ照射装置は、レーザ光を所定の焦点において集光させる集光光学系及び前記焦点が照射ヘッド本体に対して相対移動するよう前記レーザ光の光軸を偏向させる偏向光学系を含む光学系と、前記光学系を構成する複数の光学素子のうち最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子よりも前記照射対象物側に突出して形成され、前記レーザ光が出射される開口を有するノズルと、前記ノズルの内部に、主流方向が前記開口の中央部を指向する気体流を形成する気体流形成部とを備え、前記気体流形成部は、前記集光光学系において集光させたレーザ光の光軸方向と少なくとも一部が直交する方向に気体を噴出し、前記レーザ光の光軸を指向する気体流を形成する流路を備えることを特徴とする。
これによれば、レーザ光が出射される開口の中央部を指向する気体流を形成することにより、開口の内径側の圧力を周囲の圧力に対して高くすることが可能であり、さらに、ノズルの内周面に沿って気体流を形成する場合のように、開口の中央部の圧力が開口の内周縁部に対して相対的に低くなって異物の侵入経路となることを防止できる。
これにより、照射対象物から飛散する異物がノズルの内部に侵入し、最対物側光学素子に付着することを防止できる。
本発明の第一のレーザ照射装置は、レーザ光を所定の焦点において集光させる集光光学系及び前記焦点が照射ヘッド本体に対して相対移動するよう前記レーザ光の光軸を偏向させる偏向光学系を含む光学系と、前記光学系を構成する複数の光学素子のうち最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子よりも前記照射対象物側に突出して形成され、前記レーザ光が出射される開口を有するノズルと、前記ノズルの内部に、主流方向が前記開口の中央部を指向する気体流を形成する気体流形成部とを備え、前記気体流形成部は、前記集光光学系において集光させたレーザ光の光軸方向と少なくとも一部が直交する方向に気体を噴出し、前記レーザ光の光軸を指向する気体流を形成する流路を備えることを特徴とする。
これによれば、レーザ光が出射される開口の中央部を指向する気体流を形成することにより、開口の内径側の圧力を周囲の圧力に対して高くすることが可能であり、さらに、ノズルの内周面に沿って気体流を形成する場合のように、開口の中央部の圧力が開口の内周縁部に対して相対的に低くなって異物の侵入経路となることを防止できる。
これにより、照射対象物から飛散する異物がノズルの内部に侵入し、最対物側光学素子に付着することを防止できる。
【0007】
本発明の第二のレーザ照射装置は、レーザ光を所定の焦点において集光させる集光光学系及び前記焦点が照射ヘッド本体に対して相対移動するよう前記レーザ光の光軸を偏向させる偏向光学系を含む光学系と、前記光学系を構成する複数の光学素子のうち最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子よりも前記照射対象物側に突出して形成され、前記レーザ光が出射される開口を有するノズルと、前記ノズルの内部に、主流方向が前記開口を指向する気体流を形成する気体流形成部とを備え、前記気体流形成部により形成される前記気体流の流速が、前記開口の中央部において前記開口の内周縁部に対して大きくなり、前記気体流形成部は、前記集光光学系において集光させたレーザ光の光軸方向と少なくとも一部が直交する方向に気体を噴出し、前記レーザ光の光軸を指向する気体流を形成する流路を備えることを特徴とする。
これによれば、上述した効果を確実に得ることができる。
これによれば、上述した効果を確実に得ることができる。
【0008】
請求項３に係る発明は、前記気体流形成部は、前記開口の中心軸周りに周方向に分布して複数設けられ、複数の前記気体流形成部がそれぞれ発生する複数の前記気体流が前記開口の内部で衝突するように構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ照射装置である。
請求項４に係る発明は、複数の前記気体流形成部の少なくとも２つが、前記開口の中心軸に対して対称に配置されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ照射装置である。
これらの各発明によれば、複数の気体流が開口の内部で衝突することにより、開口の中央部の圧力をより向上させることができ、上述した効果を促進することができる。
請求項４に係る発明は、複数の前記気体流形成部の少なくとも２つが、前記開口の中心軸に対して対称に配置されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ照射装置である。
これらの各発明によれば、複数の気体流が開口の内部で衝突することにより、開口の中央部の圧力をより向上させることができ、上述した効果を促進することができる。
【0009】
請求項５に係る発明は、前記気体流形成部は、前記ノズルの内径側の空間部内に、外径側から内径側を指向して気体を噴出し、前記開口の中心軸方向に対して傾斜した斜面部として形成される気体偏向部を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
【0010】
請求項６に係る発明は、前記最対物側光学素子は、前記気体偏向部の内径側に着脱可能に取り付けられる保護部材であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、仮にノズルの内側に異物が侵入して最対物側光学素子（保護部材）に付着した場合でも、これを取り外して清掃あるいは交換することにより、容易にレーザ照射装置の光学性能を回復することができる。
これによれば、仮にノズルの内側に異物が侵入して最対物側光学素子（保護部材）に付着した場合でも、これを取り外して清掃あるいは交換することにより、容易にレーザ照射装置の光学性能を回復することができる。
【0011】
請求項７に係る発明は、前記気体流は、不活性ガスを主成分とすることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、ノズル内部への異物の侵入を防止するパージガスと、照射対象物のビームスポット周辺の領域を不活性雰囲気として照射対象物の酸化を防止するシールドガスとの供給源を共用化し、レーザ照射装置の構成を簡素化することができる。
請求項８に係る発明は、前記気体流は、前記流路内において膨張することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、ノズル内の流路内に気体が噴出され、膨張、減圧することにより、気体の供給配管の端部から直接開口中央を指向させて気体を噴出させる場合に対して、気体の噴出に起因する騒音を抑制することができる。
これによれば、ノズル内部への異物の侵入を防止するパージガスと、照射対象物のビームスポット周辺の領域を不活性雰囲気として照射対象物の酸化を防止するシールドガスとの供給源を共用化し、レーザ照射装置の構成を簡素化することができる。
請求項８に係る発明は、前記気体流は、前記流路内において膨張することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、ノズル内の流路内に気体が噴出され、膨張、減圧することにより、気体の供給配管の端部から直接開口中央を指向させて気体を噴出させる場合に対して、気体の噴出に起因する騒音を抑制することができる。
【発明の効果】
【0012】
以上説明したように、本発明によれば、光学素子への異物の付着を抑制したレーザ照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明を適用したレーザ照射装置の実施形態における照射ヘッドの断面図である。
【図3】実施形態の照射ヘッドにおけるノズルの三面図である。
【図4】実施形態の照射ヘッドにおけるパーティションの三面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明を適用したレーザ照射装置の実施形態について説明する。
実施形態のレーザ照射装置は、レーザ発振器からファイバを介して供給されるレーザ光を照射対象物に照射し、照射箇所（ビームスポットＢＳ）が照射対象物の表面を円弧上の走査パターンに沿って走査することによって、旧塗膜の剥離や付着した異物除去等の各種クリーニング処理を行う照射ヘッド１を備えている。
照射対象物は、一例として、一般鋼、ステンレス鋼、アルミニウム系合金などの金属製の構造物や、コンクリート等である。
クリーニング処理は、照射対象物の表面で照射箇所（ビームスポットＢＳ）を、例えば直径１０ｍｍ程度あるいはそれ以上の比較的大径の円弧に沿って旋回させて走査し、照射対象物の表面に付着した旧塗膜（剥離すべき塗膜）、酸化皮膜等の各種皮膜、ダスト、錆、煤等を除去するレーザ加工（表面処理）である。
実施形態のレーザ照射装置は、レーザ発振器からファイバを介して供給されるレーザ光を照射対象物に照射し、照射箇所（ビームスポットＢＳ）が照射対象物の表面を円弧上の走査パターンに沿って走査することによって、旧塗膜の剥離や付着した異物除去等の各種クリーニング処理を行う照射ヘッド１を備えている。
照射対象物は、一例として、一般鋼、ステンレス鋼、アルミニウム系合金などの金属製の構造物や、コンクリート等である。
クリーニング処理は、照射対象物の表面で照射箇所（ビームスポットＢＳ）を、例えば直径１０ｍｍ程度あるいはそれ以上の比較的大径の円弧に沿って旋回させて走査し、照射対象物の表面に付着した旧塗膜（剥離すべき塗膜）、酸化皮膜等の各種皮膜、ダスト、錆、煤等を除去するレーザ加工（表面処理）である。
【0015】
図１は、実施形態のレーザ照射装置における照射ヘッドの断面図である。
照射ヘッド１は、ファイバＦを介し、図示しないレーザ発振器から伝達される連続発振波（ＣＷ）のレーザ光Ｒを、図示しない照射対象物に照射するものである。
レーザ発振器として、例えば、平均出力が１～５ｋＷ程度のＣＷレーザを用いることができる。
照射ヘッド１は、例えば、作業者が手持ちして作業を行うことが可能なハンディタイプ（可搬式）のものであるが、予めティーチングされた所定のパスに沿って照射ヘッド１を移動しながらレーザ照射を行うことが可能なロボットに取り付けて用いることも可能である。
照射ヘッド１は、ファイバＦを介し、図示しないレーザ発振器から伝達される連続発振波（ＣＷ）のレーザ光Ｒを、図示しない照射対象物に照射するものである。
レーザ発振器として、例えば、平均出力が１～５ｋＷ程度のＣＷレーザを用いることができる。
照射ヘッド１は、例えば、作業者が手持ちして作業を行うことが可能なハンディタイプ（可搬式）のものであるが、予めティーチングされた所定のパスに沿って照射ヘッド１を移動しながらレーザ照射を行うことが可能なロボットに取り付けて用いることも可能である。
【0016】
照射ヘッド１は、フォーカスレンズ１０、ウェッジプリズム２０、保護ガラス３０、回転筒４０、モータ５０、ハウジング６０、ノズル７０、パーティション８０等を備えている。
図１は、フォーカスレンズ１０の光軸及び回転筒４０等の回転中心軸を含む平面で切って見た断面を示している。
図１は、フォーカスレンズ１０の光軸及び回転筒４０等の回転中心軸を含む平面で切って見た断面を示している。
【0017】
フォーカスレンズ１０は、レーザ発振器から、ファイバＦを経由して照射ヘッド１に伝達されたレーザ光Ｒが、図示しないコリメートレンズを通過した後に入射される光学素子である。
コリメートレンズは、ファイバの端部から出射されたレーザ光を、実質的に平行にする（コリメートする）光学素子である。
コリメートレンズは、ファイバの端部から出射されたレーザ光を、実質的に平行にする（コリメートする）光学素子である。
【0018】
フォーカスレンズ１０は、コリメートレンズが出射するレーザ光Ｒを、所定の焦点位置において集光（合焦）させる光学素子である。
フォーカスレンズ１０として、例えば、正のパワーを有する凸レンズを用いることができる。
なお、レーザ光Ｒによる照射対象物の表面における照射箇所であるビームスポットＢＳは、この焦点位置と一致し（フォーカス状態）、あるいは、焦点位置に近接して（デフォーカス状態）配置される。
フォーカスレンズ１０は、ハウジング６０の内部に固定される。
フォーカスレンズ１０として、例えば、正のパワーを有する凸レンズを用いることができる。
なお、レーザ光Ｒによる照射対象物の表面における照射箇所であるビームスポットＢＳは、この焦点位置と一致し（フォーカス状態）、あるいは、焦点位置に近接して（デフォーカス状態）配置される。
フォーカスレンズ１０は、ハウジング６０の内部に固定される。
【0019】
ウェッジプリズム２０は、フォーカスレンズ１０が出射するレーザ光Ｒを、所定の偏角θ（図１参照）だけ偏向させ、入射側と出射側の光軸角度を異ならせる光学素子である。
ウェッジプリズム２０は、入射側の光軸方向と直交する方向における一方の厚さが他方の厚さに対して大きくなるように、連続的に厚さが変化する板状に形成されている。
ウェッジプリズム２０は、回転筒４０に取り付けられている。
ウェッジプリズム２０は、入射側の光軸方向と直交する方向における一方の厚さが他方の厚さに対して大きくなるように、連続的に厚さが変化する板状に形成されている。
ウェッジプリズム２０は、回転筒４０に取り付けられている。
【0020】
保護ガラス３０は、ウェッジプリズム２０に対して光軸方向に沿って焦点位置側（照射対象物側・ビームスポットＢＳ側）に隣接して配置された平板ガラス等からなる光学素子である。
保護ガラス３０は、照射対象物側から飛散するスパッタや粉塵等の異物が、ウェッジプリズム２０等の他の光学素子に付着することを防止する保護部材である。
保護ガラス３０は、照射ヘッド１が有する光学系のうち、光軸方向に沿って最も焦点位置側に配置された光学素子（最対物側光学素子）であり、ノズル１００の内部を介して、照射対象物側に露出することになる。
保護ガラス３０は、ホルダ３１を介して、パーティション８０の内径側（フォーカスレンズ１０の光軸に近い側）に着脱可能に取り付けられている。
保護ガラス３０は、照射対象物側から飛散するスパッタや粉塵等の異物が、ウェッジプリズム２０等の他の光学素子に付着することを防止する保護部材である。
保護ガラス３０は、照射ヘッド１が有する光学系のうち、光軸方向に沿って最も焦点位置側に配置された光学素子（最対物側光学素子）であり、ノズル１００の内部を介して、照射対象物側に露出することになる。
保護ガラス３０は、ホルダ３１を介して、パーティション８０の内径側（フォーカスレンズ１０の光軸に近い側）に着脱可能に取り付けられている。
【0021】
フォーカスレンズ１０、ウェッジプリズム２０、保護ガラス３０は、例えば光学ガラス等の透明な材料からなる部材の表面に、反射防止や表面保護等を目的としたコーティングを施して構成されている。
【0022】
回転筒４０は、内径側にウェッジプリズム２０を保持する円筒状の部材である。
回転筒４０は、フォーカスレンズ１０の光軸、及び、フォーカスレンズ１０に入射するレーザ光Ｒの光軸（コリメートレンズの光軸）と同心に形成されている。
回転筒４０は、ハウジング６０に対して、フォーカスレンズ１０の光軸と一致する回転中心軸回りに回転可能に支持されている。
回転筒４０は、フォーカスレンズ１０の光軸、及び、フォーカスレンズ１０に入射するレーザ光Ｒの光軸（コリメートレンズの光軸）と同心に形成されている。
回転筒４０は、ハウジング６０に対して、フォーカスレンズ１０の光軸と一致する回転中心軸回りに回転可能に支持されている。
【0023】
モータ５０は、回転筒４０をハウジング６０に対して回転中心軸回りに回転駆動する電動アクチュエータである。
モータ５０は、例えば、回転筒４０と同心に構成され、回転筒４０の外径側に設けられた円環型モータ（中空モータ）として構成される。
モータ５０のステータは、ハウジング６０に固定されている。
モータ５０のロータは、回転筒４０に固定されている。
モータ５０は、図示しない制御装置によって、回転筒４０の回転速度が所望の目標回転速度と実質的に一致するように制御される。
回転筒４０の目標回転速度は、例えば１５０００乃至２００００ｒｐｍ程度である。
モータ５０は、例えば、回転筒４０と同心に構成され、回転筒４０の外径側に設けられた円環型モータ（中空モータ）として構成される。
モータ５０のステータは、ハウジング６０に固定されている。
モータ５０のロータは、回転筒４０に固定されている。
モータ５０は、図示しない制御装置によって、回転筒４０の回転速度が所望の目標回転速度と実質的に一致するように制御される。
回転筒４０の目標回転速度は、例えば１５０００乃至２００００ｒｐｍ程度である。
【0024】
回転筒４０の回転中心軸が照射対象物の照射箇所付近の表面と直交するよう照射ヘッド１の姿勢を維持し、モータ５０が回転筒４０とともにウェッジプリズム２０を回転させることにより、ビームスポットＢＳは、照射対象物の表面に沿って、回転筒４０の回転中心軸回りに円弧状に旋回することになる。
この状態で照射ヘッド１を照射対象物の表面に沿って並進移動させると、ビームスポットＢＳは、円弧状に旋回しつつ照射対象物の表面を走査することになる。
これにより、照射対象物上の任意の点に着目した場合には、例えば数ｍｓｅｃ程度の短時間のみレーザ光Ｒがパルス状に入射し、短時間のうちに急速加熱、急速冷却が順次行われる。
このとき、照射対象物の表面に形成された旧塗膜、錆、被膜等や、付着した異物などのクリーニング対象物は、破砕されて飛散する。
この状態で照射ヘッド１を照射対象物の表面に沿って並進移動させると、ビームスポットＢＳは、円弧状に旋回しつつ照射対象物の表面を走査することになる。
これにより、照射対象物上の任意の点に着目した場合には、例えば数ｍｓｅｃ程度の短時間のみレーザ光Ｒがパルス状に入射し、短時間のうちに急速加熱、急速冷却が順次行われる。
このとき、照射対象物の表面に形成された旧塗膜、錆、被膜等や、付着した異物などのクリーニング対象物は、破砕されて飛散する。
【0025】
ハウジング６０は、照射ヘッド１の本体部の筐体を構成する円筒状の部材である。
ハウジング６０の内部には、上述したフォーカスレンズ１０、ウェッジプリズム２０、保護ガラス３０、回転筒４０、モータ５０等のほか、ファイバＦの照射ヘッド１側の端部や、コリメートレンズ等が収容されている。
ハウジング６０の照射対象物側の端部には、ハウジング６０の本体部から内径側に張り出した端面６１が形成されている。
端面６１の中央部には、ノズル７０のテーパ部７２等が突き出される開口が形成されている。
ハウジング６０の内部には、上述したフォーカスレンズ１０、ウェッジプリズム２０、保護ガラス３０、回転筒４０、モータ５０等のほか、ファイバＦの照射ヘッド１側の端部や、コリメートレンズ等が収容されている。
ハウジング６０の照射対象物側の端部には、ハウジング６０の本体部から内径側に張り出した端面６１が形成されている。
端面６１の中央部には、ノズル７０のテーパ部７２等が突き出される開口が形成されている。
【0026】
ノズル７０は、ハウジング６０の照射対象物側（端面６１側）の端部に設けられた円筒状の部材である。
図３は、実施形態のノズルの三面図である。
図３（ａ）は、フォーカスレンズ１０の光軸と直交する方向（図１と同じ方向）から見た図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ－ｂ部矢視図である。
図３（ｃ）は、図３（ｂ）のｃ－ｃ部矢視図である。
図３は、実施形態のノズルの三面図である。
図３（ａ）は、フォーカスレンズ１０の光軸と直交する方向（図１と同じ方向）から見た図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ－ｂ部矢視図である。
図３（ｃ）は、図３（ｂ）のｃ－ｃ部矢視図である。
【0027】
ノズル７０は、基部７１、テーパ部７２、先端部７３、パージガス供給管７４等を有して構成されている。
基部７１、テーパ部７２、先端部７３の中心軸は、フォーカスレンズ１０の光軸及び回転筒４０の回転中心軸と一致して配置されている。
基部７１は、ハウジング６０内における照射対象物側の端部近傍に挿入される円筒状の部材である。
基部７１の外周面は、ハウジング６０の内周面と間隔を隔てて対向して配置されている。
基部７１における照射対象物側の端面は、ハウジング６０の端面６１と当接している。
基部７１の外周面における一部には、ハウジング６０に対する周方向の位置決め等のための凹部７１ａが形成されている。
基部７１、テーパ部７２、先端部７３の中心軸は、フォーカスレンズ１０の光軸及び回転筒４０の回転中心軸と一致して配置されている。
基部７１は、ハウジング６０内における照射対象物側の端部近傍に挿入される円筒状の部材である。
基部７１の外周面は、ハウジング６０の内周面と間隔を隔てて対向して配置されている。
基部７１における照射対象物側の端面は、ハウジング６０の端面６１と当接している。
基部７１の外周面における一部には、ハウジング６０に対する周方向の位置決め等のための凹部７１ａが形成されている。
【0028】
テーパ部７２は、基部７１から照射対象物側に突出した筒状の部分である。
テーパ部７２は、基部７１側に対して照射対象物側が小径となるように、テーパ状（円錐台状）に窄まって形成されている。
テーパ部７２は、ハウジング６０の端面６１の開口から、照射対象物側に突出して配置されている。
テーパ部７２は、基部７１側に対して照射対象物側が小径となるように、テーパ状（円錐台状）に窄まって形成されている。
テーパ部７２は、ハウジング６０の端面６１の開口から、照射対象物側に突出して配置されている。
【0029】
先端部７３は、テーパ部７２の照射対象物側の端部に設けられた円筒状の部分である。
先端部７３の内径側には、レーザ光Ｒが照射ヘッド１の内部から照射対象物側へ出射されるとともに、ノズル７０の内部からパージガスＰＧが照射対象物側へ噴出される開口Ｏ（図２参照）が設けられている。
先端部７３の内径（開口Ｏの径）は、ウェッジプリズム２０を回転させながらレーザ光Ｒを出射する際に、レーザ光Ｒと干渉しない程度の大きさに設定されている。
レーザ光Ｒは、先端部７３の内周縁部に沿って旋回しながら出射される。
基部７１、テーパ部７２、先端部７３は、例えば、アルミニウム系合金等の切削加工等により一体に形成される。
先端部７３の内径側には、レーザ光Ｒが照射ヘッド１の内部から照射対象物側へ出射されるとともに、ノズル７０の内部からパージガスＰＧが照射対象物側へ噴出される開口Ｏ（図２参照）が設けられている。
先端部７３の内径（開口Ｏの径）は、ウェッジプリズム２０を回転させながらレーザ光Ｒを出射する際に、レーザ光Ｒと干渉しない程度の大きさに設定されている。
レーザ光Ｒは、先端部７３の内周縁部に沿って旋回しながら出射される。
基部７１、テーパ部７２、先端部７３は、例えば、アルミニウム系合金等の切削加工等により一体に形成される。
【0030】
パージガス供給管７４は、ノズル７０の内部に照射対象物側から飛散する異物等が侵入することを防止するパージガスＰＧを吹き込む気体流路である。
パージガス供給管７４は、例えば、円形断面を有するパイプ材を曲げ加工することにより、本体部７４ａ、先端部７４ｂ、湾曲部７４ｃを一体に形成して構成されている。
本体部７４ａは、ハウジング６０の内面にほぼ沿って配置され、後端部（照射対象物側とは反対側の端部）には、図示しない気体供給装置からパージガスＰＧが導入される。
先端部７４ｂは、基部７１を径方向に貫通する開口に沿って挿入され、突端部においてノズル７０の内径側の空間部と連通する気体噴出部である。
先端部７４ｂは、例えばロウ付けなどにより、基部７１に固定されている。
湾曲部７４ｃは、本体部７４ａと先端部７４ｂとを接続する領域に設けられ、中心軸が円弧状となるように湾曲して形成されている。
パージガス供給管７４は、ノズル７０の中心軸対称に例えば２本が設けられている。
パージガス供給管７４は、例えば、円形断面を有するパイプ材を曲げ加工することにより、本体部７４ａ、先端部７４ｂ、湾曲部７４ｃを一体に形成して構成されている。
本体部７４ａは、ハウジング６０の内面にほぼ沿って配置され、後端部（照射対象物側とは反対側の端部）には、図示しない気体供給装置からパージガスＰＧが導入される。
先端部７４ｂは、基部７１を径方向に貫通する開口に沿って挿入され、突端部においてノズル７０の内径側の空間部と連通する気体噴出部である。
先端部７４ｂは、例えばロウ付けなどにより、基部７１に固定されている。
湾曲部７４ｃは、本体部７４ａと先端部７４ｂとを接続する領域に設けられ、中心軸が円弧状となるように湾曲して形成されている。
パージガス供給管７４は、ノズル７０の中心軸対称に例えば２本が設けられている。
【0031】
パーティション８０は、ノズル７０の内部に配置される部材である。
図４は、実施形態のパーティションの三面図である。
図４（ａ）は、フォーカスレンズ１０の光軸と直交する方向（図１と同じ方向）から見た図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ－ｂ部矢視図である。
図４（ｃ）は、図４（ｂ）のｃ－ｃ部矢視図である。
パーティション８０は、例えば、アルミニウム系合金等の切削加工等により、円筒部８１、突出部８２、斜面部８３等を一体に形成して構成されている。
図４は、実施形態のパーティションの三面図である。
図４（ａ）は、フォーカスレンズ１０の光軸と直交する方向（図１と同じ方向）から見た図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ－ｂ部矢視図である。
図４（ｃ）は、図４（ｂ）のｃ－ｃ部矢視図である。
パーティション８０は、例えば、アルミニウム系合金等の切削加工等により、円筒部８１、突出部８２、斜面部８３等を一体に形成して構成されている。
【0032】
円筒部８１は、円筒状に形成され、ノズル７０の基部７１の内径側に挿入される部分である。
円筒部８１の中心軸は、フォーカスレンズ１０の光軸と一致して配置されている。
円筒部８１は、その外周面がノズル７０の基部７１の内周面と当接した状態で基部７１に固定されている。
円筒部８１の内径側には、ウェッジプリズム２０及びウェッジプリズム保持筒２１が、回転筒４０とともに回転可能でありかつ円筒部８１の内周面と間隔を隔てた状態で挿入されている。
円筒部８１の中心軸は、フォーカスレンズ１０の光軸と一致して配置されている。
円筒部８１は、その外周面がノズル７０の基部７１の内周面と当接した状態で基部７１に固定されている。
円筒部８１の内径側には、ウェッジプリズム２０及びウェッジプリズム保持筒２１が、回転筒４０とともに回転可能でありかつ円筒部８１の内周面と間隔を隔てた状態で挿入されている。
【0033】
突出部８２は、円筒部８１の照射対象物側の端部から、照射対象物側へ突出して形成された部分である。
突出部８２は、円筒部８１の周方向における一部の領域に、周方向に分布して設けられる。
突出部８２は、円筒部８１の周上における例えば２箇所に、円筒部８１の中心軸に対称に配置されている。
突出部８２の照射対象物側の端部は、回転筒４０の回転中心軸方向における位置が、ノズル７０における基部７１とテーパ部７２との境界付近に配置されている。
一対の突出部８２の間隔には、保護ガラス３０及びホルダ３１が着脱可能に取り付けられている。
突出部８２は、円筒部８１の周方向における一部の領域に、周方向に分布して設けられる。
突出部８２は、円筒部８１の周上における例えば２箇所に、円筒部８１の中心軸に対称に配置されている。
突出部８２の照射対象物側の端部は、回転筒４０の回転中心軸方向における位置が、ノズル７０における基部７１とテーパ部７２との境界付近に配置されている。
一対の突出部８２の間隔には、保護ガラス３０及びホルダ３１が着脱可能に取り付けられている。
【0034】
斜面部８３は、突出部８２の表面部におけるノズル７０の内周面と対向する領域を、突端部側（照射対象物側）が回転筒４０の回転中心軸に対して近づくよう、この回転中心軸に対して傾斜した平面状に形成した面部である。
上述したパージガス供給管７４の先端部７４ｂは、円筒部８１の周方向における斜面部８３の中央部を指向してパージガスＰＧを噴出するよう配置されている。
斜面部８３は、パージガス供給管７４の先端部７４ｂから噴出されたパージガスＰＧを、開口Ｏの中央部を指向するよう偏向させる気体偏向部である。
また、斜面部８３は、パージガス供給管７４と協働して、本発明にいう気体流形成部として機能する。
上述したパージガス供給管７４の先端部７４ｂは、円筒部８１の周方向における斜面部８３の中央部を指向してパージガスＰＧを噴出するよう配置されている。
斜面部８３は、パージガス供給管７４の先端部７４ｂから噴出されたパージガスＰＧを、開口Ｏの中央部を指向するよう偏向させる気体偏向部である。
また、斜面部８３は、パージガス供給管７４と協働して、本発明にいう気体流形成部として機能する。
【0035】
実施形態において、クリーニング処理を行う際には、パージガス供給管７４に、大気圧に対して高圧に加圧されたパージガスＰＧが供給される。
パージガスＰＧとして、シールドガスとしても機能する例えば窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。
この不活性ガスは、ビームスポットＢＳ及びその旋回半径内（走査パターン内）を含む領域を、窒素が充満した雰囲気とし、酸素から遮断した状態とする。
パージガスＰＧとして、シールドガスとしても機能する例えば窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。
この不活性ガスは、ビームスポットＢＳ及びその旋回半径内（走査パターン内）を含む領域を、窒素が充満した雰囲気とし、酸素から遮断した状態とする。
【0036】
図２に示すように、パージガスＰＧは、パージガス供給管７４の先端部７４ｂから、ノズル７０の内径側に、ノズル７０の径方向（フォーカスレンズ１０の光軸方向、回転筒４０の回転軸方向と直交する方向）に沿って噴出される。
先端部７４ｂから噴出したパージガスＰＧの気体流は、パーティション８０の斜面部８３と衝突し、その主流方向（速度成分が最大となる方向）がノズル７０の先端部７３の開口Ｏの中央部Ｃを指向するように偏向する。
先端部７４ｂから噴出したパージガスＰＧの気体流は、パーティション８０の斜面部８３と衝突し、その主流方向（速度成分が最大となる方向）がノズル７０の先端部７３の開口Ｏの中央部Ｃを指向するように偏向する。
【0037】
このとき、開口Ｏに到達するパージガスＰＧの流速が、開口の中央部Ｃにおいて開口Ｏの内周縁部よりも大きくなるように、斜面部８３の角度や配置等は設定されている。
一対の斜面部８３においてそれぞれ偏向したパージガスＰＧの気体流は、開口Ｏの中央部Ｃにおいて衝突する。
一対の斜面部８３においてそれぞれ偏向したパージガスＰＧの気体流は、開口Ｏの中央部Ｃにおいて衝突する。
【0038】
その結果、開口Ｏの内部において、中央部Ｃの圧力はその周囲の領域（先端部７３の内周面に沿った領域）に対して高圧となる。
衝突後のパージガスＰＧは、ノズル７０の先端部７３から照射対象物側へ噴出し、ビームスポットＢＳ周辺の領域を不活性雰囲気に維持し、照射対象物の酸化等を抑制するとともに、照射時に照射対象物から飛散するホコリ、錆、旧塗膜その他の異物（煙状のものを含む）を、照射箇所から離間する方向へ吹き飛ばすとともに、これらがノズル７０の内部に侵入することを防止する。
衝突後のパージガスＰＧは、ノズル７０の先端部７３から照射対象物側へ噴出し、ビームスポットＢＳ周辺の領域を不活性雰囲気に維持し、照射対象物の酸化等を抑制するとともに、照射時に照射対象物から飛散するホコリ、錆、旧塗膜その他の異物（煙状のものを含む）を、照射箇所から離間する方向へ吹き飛ばすとともに、これらがノズル７０の内部に侵入することを防止する。
【0039】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）レーザ光Ｒが出射される開口Ｏの中央部Ｃを指向するパージガスＰＧの気体流を形成することにより、開口Ｏの内径側の圧力を周囲の圧力に対して高くすることが可能であり、さらに、ノズルの内周面に沿って気体流を形成する場合のように、開口の中央部の圧力が開口の内周縁部に対して相対的に低くなって異物の侵入経路となることを防止できる。
これにより、照射対象物から飛散する異物がノズル７０の内部に侵入し、保護ガラス３０に付着することを防止できる。
（２）斜面部８３で偏向して開口Ｏに到達するパージガスＰＧの流速が、開口Ｏの中央部Ｃにおいて周辺部よりも高速となることにより、上述した効果を確実に得ることができる。
（３）軸対称に設けられた一対の斜面部８３において偏向するパージガスＰＧの気体流が開口Ｏの内部で衝突することにより、開口Ｏの中央部の圧力をより向上させることができ、上述した効果を促進することができる。
（４）パージガス供給管７４の先端部７４ｂから噴出したパージガスＰＧがノズル７０の内径側の空間部内で膨張し減圧した後に斜面部８３に衝突して偏向されることにより、供給配管の端部から直接開口Ｏの中央部Ｃを指向させてパージガスＰＧを噴出させる場合に対して、パージガスＰＧの噴出に起因する騒音を抑制することができる。
（５）保護ガラス３０がパーティション８０の一対の斜面部８３の内側に着脱可能に取り付けられることにより、仮にノズル７０の内側に異物が侵入して保護ガラス３０に付着した場合でも、これを取り外して清掃あるいは交換することにより、容易にレーザ照射装置の光学性能を回復することができる。
（６）パージガスＰＧとして不活性ガスである窒素ガスを用いることにより、ノズル７０の内部への異物の侵入を防止するパージガスと、照射対象物のビームスポットＢＳ周辺の領域を不活性雰囲気として照射対象物の酸化を防止するシールドガスとを共用化し、レーザ照射装置の構成を簡素化することができる。
（１）レーザ光Ｒが出射される開口Ｏの中央部Ｃを指向するパージガスＰＧの気体流を形成することにより、開口Ｏの内径側の圧力を周囲の圧力に対して高くすることが可能であり、さらに、ノズルの内周面に沿って気体流を形成する場合のように、開口の中央部の圧力が開口の内周縁部に対して相対的に低くなって異物の侵入経路となることを防止できる。
これにより、照射対象物から飛散する異物がノズル７０の内部に侵入し、保護ガラス３０に付着することを防止できる。
（２）斜面部８３で偏向して開口Ｏに到達するパージガスＰＧの流速が、開口Ｏの中央部Ｃにおいて周辺部よりも高速となることにより、上述した効果を確実に得ることができる。
（３）軸対称に設けられた一対の斜面部８３において偏向するパージガスＰＧの気体流が開口Ｏの内部で衝突することにより、開口Ｏの中央部の圧力をより向上させることができ、上述した効果を促進することができる。
（４）パージガス供給管７４の先端部７４ｂから噴出したパージガスＰＧがノズル７０の内径側の空間部内で膨張し減圧した後に斜面部８３に衝突して偏向されることにより、供給配管の端部から直接開口Ｏの中央部Ｃを指向させてパージガスＰＧを噴出させる場合に対して、パージガスＰＧの噴出に起因する騒音を抑制することができる。
（５）保護ガラス３０がパーティション８０の一対の斜面部８３の内側に着脱可能に取り付けられることにより、仮にノズル７０の内側に異物が侵入して保護ガラス３０に付着した場合でも、これを取り外して清掃あるいは交換することにより、容易にレーザ照射装置の光学性能を回復することができる。
（６）パージガスＰＧとして不活性ガスである窒素ガスを用いることにより、ノズル７０の内部への異物の侵入を防止するパージガスと、照射対象物のビームスポットＢＳ周辺の領域を不活性雰囲気として照射対象物の酸化を防止するシールドガスとを共用化し、レーザ照射装置の構成を簡素化することができる。
【0040】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）レーザ照射装置の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することが可能である。
（２）実施形態において、偏向光学系は、一例として、フォーカスレンズの光軸回りに回転する単一のウェッジプリズムであるが、このようなウェッジプリズムを複数組み合わせて用いてもよい。このような複数のウェッジプリズムは、一体的に回転する構成としてもよく、また、独立して回転する構成としてもよい。
また、ウェッジプリズムに代えて、あるいは、ウェッジプリズムとともに、例えば偏角可能なミラーを用いてレーザ光を偏向させるガルバノスキャナ等の他種の偏向光学系を用いてもよい。
また、走査パターンも実施形態のような円弧状のものに限らず、例えば多角形やその他の図形等、適宜変更することができる。
（３）実施形態においては、気体流を形成するパージガスとして例えば窒素ガス等の不活性ガスを用いたが、酸化等の変性が問題となりにくい照射対象物の場合には、例えば空気等の他種の気体を用いることも可能である。
（４）実施形態においては、ノズルの径方向に沿って内径側に噴出された気体を、斜面部によって偏向させて開口の中央部を指向する気体流としているが、気体流形成部の構成はこれに限らず適宜変更することができる。
（５）実施形態においては、気体流形成部（パージガス供給管７４、斜面部８３）は、ノズルの中心軸対称に一例として一対設けているが、気体流形成部の数はこれに限らず、適宜増減させることが可能である。
（６）実施形態において、レーザ照射装置は例えばクリーニング処理を行うものであったが、本発明はこれに限らず、例えばレーザ光をウィービングさせながらレーザ溶接を行うものや、照射対象物表面の酸化処理、照射対象物表面の粗面化など、他の用途を有するレーザ照射装置にも適用することが可能である。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）レーザ照射装置の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することが可能である。
（２）実施形態において、偏向光学系は、一例として、フォーカスレンズの光軸回りに回転する単一のウェッジプリズムであるが、このようなウェッジプリズムを複数組み合わせて用いてもよい。このような複数のウェッジプリズムは、一体的に回転する構成としてもよく、また、独立して回転する構成としてもよい。
また、ウェッジプリズムに代えて、あるいは、ウェッジプリズムとともに、例えば偏角可能なミラーを用いてレーザ光を偏向させるガルバノスキャナ等の他種の偏向光学系を用いてもよい。
また、走査パターンも実施形態のような円弧状のものに限らず、例えば多角形やその他の図形等、適宜変更することができる。
（３）実施形態においては、気体流を形成するパージガスとして例えば窒素ガス等の不活性ガスを用いたが、酸化等の変性が問題となりにくい照射対象物の場合には、例えば空気等の他種の気体を用いることも可能である。
（４）実施形態においては、ノズルの径方向に沿って内径側に噴出された気体を、斜面部によって偏向させて開口の中央部を指向する気体流としているが、気体流形成部の構成はこれに限らず適宜変更することができる。
（５）実施形態においては、気体流形成部（パージガス供給管７４、斜面部８３）は、ノズルの中心軸対称に一例として一対設けているが、気体流形成部の数はこれに限らず、適宜増減させることが可能である。
（６）実施形態において、レーザ照射装置は例えばクリーニング処理を行うものであったが、本発明はこれに限らず、例えばレーザ光をウィービングさせながらレーザ溶接を行うものや、照射対象物表面の酸化処理、照射対象物表面の粗面化など、他の用途を有するレーザ照射装置にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【0041】
１ 照射ヘッド １０ フォーカスレンズ
２０ ウェッジプリズム
３０ 保護ガラス ３１ ホルダ
４０ 回転筒 ５０ モータ
６０ ハウジング ６１ 端面
７０ ノズル ７１ 基部
７１ａ 凹部 ７２ テーパ部
７３ 先端部 ７４ パージガス供給管
７４ａ 本体部 ７４ｂ 先端部
７４ｃ 湾曲部 ８０ パーティション
８１ 円筒部 ８２ 突出部
８３ 斜面部 ＰＧ パージガス
Ｃ 開口の中央部 ＢＳ ビームスポット
２０ ウェッジプリズム
３０ 保護ガラス ３１ ホルダ
４０ 回転筒 ５０ モータ
６０ ハウジング ６１ 端面
７０ ノズル ７１ 基部
７１ａ 凹部 ７２ テーパ部
７３ 先端部 ７４ パージガス供給管
７４ａ 本体部 ７４ｂ 先端部
７４ｃ 湾曲部 ８０ パーティション
８１ 円筒部 ８２ 突出部
８３ 斜面部 ＰＧ パージガス
Ｃ 開口の中央部 ＢＳ ビームスポット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】