20 m mAZBXdY Cr Cr 図4 防塵のためのエアー噴射方向および構造 図5 SEMによる分析結果 mm 52 図2 レーザ援用研削の実験系 図3 レーザ照射部の構造 3. レーザ照射条件決定 3.1 レーザヘッド構造 被削材（SUS304）レーザ照射ヘッド石英ガラス管MMF（バンドル）出射端面 出射端面 端面損傷クリーブカット砥石（直径250 mm）次に，加工中の切り屑の戻りによる端面損傷を防止するため圧縮空気を噴射する方法として2種類設計した．エアー噴射構造の各モデルを図 4（a）,（b）に示す．レーザ照射方向の横方向から噴射する横方向噴射型と，レーザ照射方向と同じ方向に噴射する同軸方向噴射型である．レーザ援用研削の後，EDX付電子顕微鏡HITACHI製TM3000（以降，SEMと呼ぶ）により元素分析を行い，MMF端面への切り屑の付着量を評価した．まず，光出力 1kWにおいて図2にdで示す切り込み深さを1 mm，Y軸送り速度50 mm/s（照射時間1 sec）の設定で5回行い，合計で5 mm研削した．各エアー出射構造でレーザ援用研削を行った後，SEMでSUS304の主成分であるCrのMMF端面への付着量を分析した．分析結果を図 5に示す．図 5（b）の方が図 5（a）よりも黒い点で示したCrの付着量が少ないことが分かる．よって，図 4（b）に示す同軸出射構造を採用した． 3.2 レーザ照射出力と照射時間 レーザ援用研削実験に向けて，被削材（SUS304）が融点温度（約1400 ℃）に達する照射条件を求めた．条件は光出力を1 kW，レーザ照射範囲を被削材上面（50×5 mm）ガラス管Bガラス管AMMF（バンドル）エアー管ガラス管Bガラス管Aレーザ照射方向エアーエアー管エアーレーザ照射方向ガラス管Cを制御して加工を行った．Y軸方向の最高速度は400 mm/sである．レーザの照射時間，研削時間はY軸送り速度で設定した．また，被削材にかかる法線・接線方向の研削抵抗は，電動スライダに取り付けた動力計（Kistler：9257A）で測定した．チャージアンプにより電圧増幅し，デジタルオシロスコープで計測した．被削材は，主に原子炉内の構造物に使用されているSUS304（長さ50 mm，高さ25 mm，幅5 mm）とした． レーザ援用研削の実験系を図2に示す．レーザ照射ヘッドを照射面からZ軸方向へ 45 deg，ヘッド先端から照射点までの距離20 mmに設置し，初期位置から研削点までの距離を60 mmとした． 一般に，レーザ加工機に用いられるヘッドは，レンズで集光することで高いパワー密度を得る．しかし，劣悪環境下では必ずレンズが汚染され，光透過率が低下する．また，レンズ交換が遠隔操作では困難なため，レンズを使用しないヘッドを設計した．図 3にレーザ出射部の構造を示す．MMF端面から直接光を出射する．20個のLDを使用し，出射部を石英ガラス管でバンドルすることで1 kWの高出力照射を可能にした．この構造にするとMMF端面が損傷した際に先端をクリーブカットしてリフレッシュすることが可能になるからである． Φ16 mm45 deg50 mm60 mm(a) 横方向噴射型 (b) 同軸方向噴射型 (a) 横方向噴射型 (b) 同軸方向噴射型 Cr Cr − 92 −
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