JPH03501948A - レーザー処理によるフィルターの製造法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザー処理によるフィルターの製造法及びその装置発明の分野 本発明は、レーザー処理工程及び設備、特にレーザー処理によるフィルターの製 造法及びその装置に関する。さらに詳細には、レーザービームと共に処理点へ向 けられた流れの使用による金属のレーザー切断により、深井戸から水を取り出す ように作られたフィルターの製造に関する。

技術の背景 現在的１００の色々なフィルターの形、たとえばガーゼ、金網、貫通穴のある縁 、他のフィルターが一般に使用される。

従って、多数の製造技術が存在する。

しかしながら多くの場合、公知の製造法は、筒車で確実な構造を提供せず、それ らの能率はかなり低く、すなわちフィルターの水摂取表面が複数の層、さらに詳 細には貫通穴のある筒状フレームと鋼製ガイドとガーゼ又は金網の層を有する。

卒る。しかしながら、押す又は回転する技術で、Ｙ型細長六番１鋼製シートが使 用される場合だけ得ることができ、全ての掘抜き井戸の９０％以上の深井戸にこ のようなフィルターの使用を実質的に制限する欠点がある。

特表千３−５０１９４８　（２） 公知の方法では、現時点では適切な流体力学の特性を存するＹ型細長穴がある水 摂取フィルターの製造に鋼製パイプを使用できない。

レーザー処理によるフィルターの製造法とその装置は、さらに前記装置が管のレ ーザー処理装置を具備する技術（日本国特許第６０−２２３６９２号）として知 られている。この方法は、管のレーザー切断と切断面の熱処理とその管の穴明け のような操作を有する。

この公知の装置は、水平方向に管を取付は又Ｘ座標の方向に加工管と共に移動す る機械を具備し、機械が２つの対向する方向にその軸線回りの回転に管を取付け るように作られ、光を利用する頭部が処理点へレーザー放射源からのビームを向 は又レーザー処理が行なわれる部分の先決された直径の点を得るために焦点を合 わされる。さらに装置は、縦方向に又くい違い軸歯車配置により管の軸線に沿う 両方の光を利用する頭部の動作手段を組み込む。

公知の方法及びその装置の明ら力ぐな欠点は、先決された直径の点の結果を生じ るレーザービームの焦点合せか、細長穴の断面形状及びその壁の品質に影響しな い穴の表面寸法しか作れないために、もたらされた技術が先細の細長穴を得るこ とができないことである。レーザー放射の力及び加工される管の動作速度は、前 述の装置の能力に依存し、その結果として生じる限度は、厳しい切断要求を満足 する必要に関連する。

さらに金属のガスレーザー切断の自動装置（ソ連国特許第９５８０６０号）に相 当するレーザー処理による公知のフィルター製造装置が存在する。この公知の装 置は、連続のレーザー波と、レンズの焦点合せと、切断部分に作用ガスを供給す るノズルと、作動機構のある作業台、とを具備する。この装置は、さらにスイッ チ回路と、切断線の下に配置された２つの圧力ビックアップを有する。第１のピ ックアップは、切断方向と反対の方法に、その軸線から焦点が合ったレーザービ ームの半径と同じ距離で配置され、一方他のピックアップは、切断へこみを生じ る作用ガスの噴流の直径と同じ距離以内に同方向に第１のピックアップに関して 置換えられる。両ピックアップの出力は、スイッチ回路によって作業台の運転速 度を制御し又切断速度の手動及び自動制御を可能とする機構の入力へ接続される 。最適の切断速度で、部材はレーザービームが焦点が合ったビームの直径と同じ 距離をおおう位置で一定時間内に完全に切断される。加工される部材は、切断方 向と反対の方向にその軸線から焦点が合ったレーザービームの半径と同じ距離内 で切断される。切断へこみを生じる作用ガスの慣流は、それらのどちらにも達し ないで圧力ビックアップの間を通過する。切断速度が最適値の上又は下である時 、切断は小さい距離で完全に達成される。その結果として、切断へこみ生じる作 用ガスは、最初の位置から偏向され、第１又は第２の圧力ビックアップに達する 。

前述の自動装置の重大な欠点は、細長穴及び要求された形の切断を得る手段がな いことである。最適切断状態を調べるように作られた手段として圧力ビックアッ プの使用は、前述の装置の使用によって、フィルターの製造に不必要な複雑さを もたらし、前記限度が多数の細長穴の切断の必要性と、管の周囲回りの又全長に わたっての切断、とに関連する。

レーザー処理に゛よる井戸フィルターの製造の従来技術（米国特許第４３１７０ ２３号）において、横の細長穴を有するフィルターの製造は、プラスチック管の 外側表面よりいくらか高く位置する点にレーザービームの焦点を合わせることを 伴い、その結果として前記管が、長手軸線回りに回転する。管の外側表面を貫通 する円錐形のレーザービームは、その材料を昇華させ、このようにその壁が管の 中心軸の方向に広がる下にある内部の細長穴を形成する。

絶縁材料のレーザー切断によるフィルターの製造の前述手段は、液体状態を形成 することなしに材料の表面の昇華に基ずいている。熱伝導がないため、全ての熱 エネルギーは、前記材料の昇華に使用され、その結果として、細長穴が形成され た側面は、焦点が合ったビームの側面の結果として生じる。

切断される材料の厚さは、放射される熱エネルギーの一次従属である。金属のレ ーザー切断は、絶縁材料のレーザー切断と物理的性質に関して非常に異なる。金 属が切断される時、発生工程が溶けた金属を伴う発熱反応及び作用ガスを特徴と するので、作用ガスたとえば酸素又は適当な不活性ガスの存在が必要である。こ の場合、切断側面は、作用ガス及びレーザービームの技術的な要因による熱発生 量を決定し、これにより側面が要求された形にならない。

発明の詳細 その結果、レーザー処理によるフィルターの製造法及びその装置を提案すること が、本発明の目的であり、これはフィルターの操作特任を改善し、物質へのレー ザー放射の噴射の最適状態とレーザー放射の要因の制御を作り出すことにより、 フィルター内部へ広がる水透過性のＹ型細長穴を形成し、フィルター製造量の増 加と同時に高品質の切断面と、簡単なフィルター構造とを、非鉄金属を除いて得 るこ、とができ、技術的な操作を減少し、フィルター製造コストを減少し、幅と 配置とその細長穴の側面の大きな限度内で変えることが可能なため製造されたフ ィルターの利用分野の範囲を広げる。

この目的は、本発明によるレーザー処理によるフィルターの製造方法が、レーザ ービーム及び切断へこみを形成するために加工される部分の表面上に作用するガ スの噴流を方向付け、その部分の厚さｈとその表面からの深さり、が０．０２５ ＜ｈ＋／ｈ＜０．２２で前記部分内に焦点が得られる前記レーザービームの焦点 合わせの方法を有することにより得られる。

加工部分は、レーザービームに関して適当に置換され、前記ガス噴流が時々パル ス状の周期的な方法で分子の剥離をもたらし、切断へこみの溶けた金属の倚積の 変化する幅は、最大値に達する。

本発明の目的を達成する方法は、あらい砂及び微細な土を有さない、すなわちそ の壁がフィルターの内部の方向に広がる円錐形の細長穴を存するフィルターの活 発な水の取入口を可能とするように構成されたフィルター端部の製造をもたらす 。円錐形の細長穴の壁は、滑らかで微細であり、穴の半径が１０〜１５ミクロン である。従来技術を越える提案された方法の利点は、切断速度をより速くし、ゆ えに３７８減少量を増大する。

レーザー処理の前に、加工される部分の表面に放射の焦点の直径と等しい幅と５ 〜２０ミクロンの厚さを有する吸収反覆が与えられることは有利である。°変化 する厚さの別々の細い筋の形の前記吸収反覆の使用は、加工点に正確にレーザー エネルギーを集中することを可能とし、切断効率が実質的に増加する特徴を有す る。

吸収反覆の使用を伴う提案されたフィルター製造法は、好ましくは、レーザーと 、光レーザーの焦点合せ機構を有するノズルと、加工部材の直線方向及び半径方 向の動作を可能とする装置と、作用ガス及び研摩粒子を加工部分に供給する光焦 点合せ機構を具備する前記ノズルにきわめて接近して配置されたノズルと、吸収 面の製造を制御する機械、とを具備する装置の使用によって達成され、前記制御 機械が切断工程の間前記ノズル及びその装置の軸線回りにそれが回転できるよう に光焦点合せ機構を具備する前記ノズルに固定され、それで前記制御機械のひじ ょうに細い出口の中心が前記レーザー焦点合せ機構の光の軸線と同一平面に設け られている。

提供された装置は、本発明によるフィルターの製造法を達成可能にする。装置の 構造は、実質的にフィルター製造量を増大し、改善された操作特性を得ることを 可能とする。

提供された装置は、有利に多相の発振器を具備する。吸収反覆の製造を制御する のに使用され、又実質的に不連続で同形の方法で要求された幅及び厚さの反覆を 供給するように作られた機械が、強固に連結された圧電セラミックのワッシャの 層と共に筒状檜として作られ、このワッシャのそれぞれが前記多相の発振器の出 力と直列に配置されている。

図面の簡単な説明 これらは、他の目的及び本発明の特徴と共に、次の添付図面と共に以下の詳細な 記述から容易に明らかとなる。

第１図は、本発明によるレーザー処理によるフィルターの製造法を達成するため の装置の図面を示す。

第２図は、本発明による第１図の線Ａ−Ａに沿って切られた同図の断面図である 。

発明を実行する最良の態様 レーザー処理によるフィルターの製造法は、以下のように達成される。加工部材 は、色々な大きさく管直径ニア８〜３８０■、壁厚さ：３〜９■）の鋼製の金属 管である。管１（第一１図）が速度１．１ｍ／分でその幾何的な軸線に沿って動 く時に、吸収表面の製造を制御する機械２は作動し、前記機械が本発明に従って レーザー処理によりフィルターを製造する装置に具備される０表面上のレーザー の焦点が合った点と一致する反覆の幅は、機械２によって与えられる要求された 幅の０．２〜０．５　ｗａの範囲である。反覆３は、ｌ０ＣＩの間をあけること に相当する１０〜１５ｍｍの長さに作られる。１ｋＷの平均放射力を有する連続 の二酸化炭素レーザー波が、好ましくは処理操作に使用される。レーザービーム は、０．０２５　＜ｈ　ｌ　／ｈ　＜　０．２２の範囲から選ばれる値に相当す る深さり、で管１の壁４の厚さｈ（第２図）内に焦点が合う。レーザー放射゛５ の作用と同時に、作用ガスの噴流は０．２〜０．５　ＭＰａの圧力の基で、周期 的なパルス状手段で入口６（第１図）を通して切断部に供給される。

前記作用ガスの噴流は、不規則な鋭い角のある研摩剤の炭化ケイ素粒子７を含み 、その粒子は３．２の比重で平均直径８０〜１００ミクロンである。研摩粒子７ の流量は、０．２ｋｇ／分である。研摩粒子７を含み又レーザービームに関して 同軸に放射状に供給された圧縮されたガスの噴流が、焦点平面の付近、すなわち レーザー放射５の最大強さが顕著である部分に金属の溶解、酸化及び除去のよう な工程を活発に生じるので、処理に基ずく表面上のその位置から距離ｈ１の焦点 平面の位置は、六８（第２図）を貫通する反対の円錐形を結果として生じる。焦 点平面のこのような配置で、細長穴８（第２図）は、加工部材の壁４に形成され 、前記細長穴が反対の円錐形及び最小限のうねりが顕著であり、高い切断品質を 与え又次のこすり取る操作を省略するため生産量が増加する特徴を有する。

研摩粒子７は、連続のレーザー放射波の使用による金属のガスレーザー切断が、 切断される部分の強い限定された加熱と、材料内の変化過程と、作用ガスの前記 噴流により不要の生成物の除去、とを伴う事実を考慮して作用ガスの噴流の中に 取り入れられる。切断へこみに形成される金属の溶けた量及びその酸化物の移動 及び除去は、引力のためにより小さい範囲へのガス流の圧力勾配及び接続摩擦応 力の作用の基で主に行なわれる０次の部分はレーザー放射及び酸素の作用の基に 形成され、液体状態が溶けた金属の酸化物と、それ自身の溶けた金属と、基部金 属を具備する。

酸素切断と言われる連続切断工程を保証するのに必要な状態の１つは、切断表面 上に形成され又それから除去される溶解物の同量の供給である。物理化学的な機 械的なガス工程が、切断へこみにレーザー放射及びガス噴流及び切断状態の特性 を生じるので、溶けた量は特徴的に周期的に形成され又除去される。時間ｔ、を 越える切断の進行において、溶けた層は切断面上に形成され、最大値に上げられ 、その結果として時間ｔ、の間、溶けた量がガス噴流の作用の基で除去され、液 体層の厚さが最小値に減少する。溶けた層の形成及び除去を有する完全な周期は 、連続的に繰り返され、周期Ｔ＝　ｔ　＋＋ｔｚである。時間ｔ１の長さを特徴 とする主な要因は、レーザー放射による金属加熱の強さ及び酸化金属の熱放出で あり、一方時間ｔ２の長さは、本質的に前記ガス噴流の圧力勾配及び運動エネル ギーによって顕著となる。溶けた層が除去される時間１１がそれが形成される時 間ｔ１を越える時、不規則体層が形成される時間ｔ、がそれが除去される時間ｔ ！を越えるならば、切断工程は連続とはならない。酸素噴流の使用による切断に おいて、管理する要因は、最適な例において形成された酸化物の層を通して反作 用の前面の方向に要素の飛散によりて限定される金属の酸化量である。溶けた層 の体積が最大となると同時に、研摩粒子は周期Ｔでパルス的な方法で前記酸素噴 流に挿入される。

堅い粒子の研摩作用は、溶けた層が除去される速度を増加する。さらに、研摩粒 子は、基本的に崩壊と、溶けた層の表面上に形成された酸化皮覆の切断へこみか らの除去、とを容易にし、これにより溶けた基部金属へ直接酸素の供給が与えら れ、金属の酸化量と従って２次の（化学の）熱源の力を増大する利点を有する。

状態ｔｌ〜ｔ２は、前記粒子を酸素噴流へ挿入する工程の適切な期間を選ぶこと により満足される。このように溶けた層はより少なくなり、切断面の品質は実質 的に改善され、最大切断速度はかなり増大する。

形成された酸化物の溶けている点が、基部金属の溶けている点の下にある時、前 記酸素噴流で、切断工程は正常であり、もう１つの必要な状態が正しく溶けた液 体の酸化物の存在での非鉄金属の切断において、酸化物反覆は溶けた層の表面に 形成され、前記反覆の溶けた点が基部金属の溶けた点の上にある。酸化物反覆の 液体（溶けた）状態への変化は、力の消費操作である。その結果、このような金 属は一般に適当な不活性又は中性のガスの使用により切断される。

前述の金属が酸素噴流によって切断される時、高温の溶けた酸化物反覆は、堅い 研摩粒子及びガス流によって崩壊される。金属の酸化の発熱反応の熱放出のため 、この場合の切断速度は、本質的に不゛変であるレーザー放射の特有の力と共に 中性ガスの使用による切断で得らる速度を越える。

本発明に従うレーザー切断によるフィルター製造装置は、レーザー（図面に示さ れていない）と、レーザー放射５の焦点を合わせる光機構１０を有するノズル９ （第１図）と、加工部材を直線方向及び半径方向に動かすことのできる装置１１ と、作用ガス及び研摩粒子７を供給するノズル１２、とを具備し、このノズルが 回転自在にベアリング１３によってノズル９の本体に固定されている。吸収反覆 ３の製造を制御する機械２は、強固に連結された圧電セラミックのワッシャ１４ の層を有する筒状槽に相当し、ワッシャのそれぞれが：多相の発振器のそれぞれ の出力に直列に配置されている。作用ガスと研摩粒子７を供給するノズル１２は 同じ方法で構成されており、作用ガスの供給に使用する入口６が、筒状槽１６に 設けられている。

多相の発振器１５が操作される時、４０〜５０Ｖの電圧が圧電セラミックワッシ ャ１４に同位相で供給される。層の各セラミックワッシャ１４は、各隣接ワッシ ャ１４と”＋”側の陽極及び“−”側の陰極に連結される。また、各セラミック ワッシャ１４はミ多相の発振器１５の出力と直列に配置されている。ＡＣ電圧の 使用で、進行波がワッシャ１４０層に生じる。ワッシャ１４と槽の筒状部分の内 面の間に設けられた０、０５〜０．２鵬の小さなすき間で、生じた進行波は、吸 収反覆３が前記槽の穴を通ってで、供給管１７の圧力が増大し、反覆３が薄い噴 流（０，２〜０．５ｍの幅）で、加工される管１の表面へひじように細い出口１ ８を通して供給される。管、１が動くので、吸収反覆３の層は、管の幾何軸線に 沿ってその表面に供給される。

たとえば二酸化炭素レーザーから連続放射波を吸収する反覆３は、液体グワ°ツ シュ、黒炭、リン酸カルシウム等である。

出口１８はひじょうに小さい開口として作られており、それで収反覆３の利用は 、細長穴８（第２図）の切断がたとえば１０１の間をあけて作られなければなら ないので、圧電セラミックワッシャ１４（第１図）に電圧を止めることにより止 められる。

電圧を止めた状態において、槽の筒状部分の圧力は上がらず、液体の吸収反覆３ （第１図）は、出口１８の毛細管現象の力の作用のため、管１の表面に供給され ない。細長穴８（第２図）は、管１の幾何軸線に沿って１つの切断線に配置され 、一方管の周囲回りに配置された切断線が、言わゆる１０〜１５゜で配置される 。その結果、吸収反覆３は、いわゆる反覆がレーザー放射５を受ける位置にだけ 与えられなければならない不連続の方法で管１の表面に供給されなければならな い。

特別の機構は、管１をその幾何軸線に沿って又円周画りに動かすのに使用される 。圧電セラミックワッシャ１４に進行波を生じるために、発振器１５は前記発振 器に設けられた相変換器を具備する。圧電セラミックワッシャ１４の機械的な発 振の振幅は、電圧値を変えることにより変化する。このように、吸収反覆３の製 造は、要求されたように供給された反覆の厚さ及び幅を変えるこにより、連続的 に制御される。

作用ガスと共に研摩粒子７のパルス的な周期的な供給は、多相発振器１９により 制御される。

産業上の適用性 本文で述べた方法及びこの方法を実現する装置は、レーザービームと共に処理点 に向けられた流れを使用する金属切断レーザー法により、深井戸から水を生産す る製品フィルターに使用することかで゛きる。

本発明により製造されたフィルターは、浸透により又は井戸からくみ上げられる 水において、観察穴の使用により地下水の分析におけるのと同様に有利に使用さ れる。提案された方法により作られた水取入れフィルターは、異なった深さてあ らい又は細い水を含む層の両方で使用される。

さらに、本発明は、排水と、散布と、火力発電係統と、油及びガスの井戸と、水 の化学的に又機械的に洗浄する他の利用と、地上の水まき、とのフィルターの製 造で有利に使用される。

手続補正置（方式） ％式％ １、事件の表示 ＰＣＴ／ＳＵ８　Ｂ１００１７６ Ｚ　発明の名称 レーザー処理によるフィルターの製造法及びその装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　インスティテユト　フィジキ　アカデミイナウク　リトフスコイ　ニスニ スエル ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号６、補正の対象 明細書及び請求の範囲の翻訳文 ７、補正の内容 明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書（内容に変更なし） ８、添附書類の目録 明細書及び請求の範囲の翻訳文　各　１　通

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザー処理によるフィルターの製造法において、レーザービーム（５）と 作用ガスの噴流が、切断へこみを形成する部材（１）の加工面に向けられ、前記 レーザービームが加工される部材の厚さｈと０．０２５≦ｈ１／ｈ＜０．２２の 関係でこの表面からの深さｈ１で前記部材（１）内に焦点を形成するように焦点 が合わされており、前記部材が前記レーザービームと研摩粒子（７）に関して動 かされ、前記粒子が、溶けた金属の体積の変化の幅が切断へこみで最大値に達す るのと同時に作用ガスの前記噴流にパルス状の周期的な方法で挿入されるフィル ター製造方法。
2. ２．吸収皮覆（３）が、前記レーザービームの使用前に、前記部材（１）の加工 面に供給され、前記皮覆（３）の幅が放射焦点の直径と等しく、一方皮覆の厚さ が５〜２０ミクロンであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．レーザー処理によるフィルターの製造法を達成する装置であって、レーザー と光レーザー焦点合せ機構（１０）を有するノズル（９）と、加工部材の直線方 向及び半径方向の動作を可能とする装置（１１）と、加工部分に作用ガス及び研 摩粒子を供給するように作られ又光焦点合せ機構を有する前記ノズル（９）に接 近して配置されたノズル（１２）と、前記吸収皮覆の製造を制御するのに使用さ れ又前記ノズル（９）の軸線回りに回転自在に光焦点合せ機構（１０）を有する 前記ノズル（９）に固定される機械（２）と、切断の間前記機械（２）のひじょ うに細い出口（１８）が前記レーザー焦点合せ機構の光軸と同一平面にあるよう にする機械の装置、とを具備する請求項２記載の装置
4. ４．多相の発振器（１５）を具備し、一方前記吸収皮覆（３）の製造を制御する 前記機械（２）が、圧電セラミックワッシャ（１４）を強固に連結した層を有す る筒状槽に相当し、ワッシャのそれぞれが、前記多相の発振器（１５）の出力と 直列に配置されていることを特徴とする請求項３記載の装置。