JP6595135B1 - パルスレーザーによる施工方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】パルスレーザー照射による表面処理法により、消耗媒体の使用に伴う廃棄物を発生させない技術を提供する。【解決手段】パルスレーザーを照射することにより、素材の付着物を除去する施工方法であって、レーザー機器は、集塵吸引口およびホーズを有し、（ａ）レーザー機器がパルスレーザーを照射する工程Ｓ１と、（ｂ）レーザー機器により照射されるパルスレーザーにより吸収層を剥離する工程Ｓ２と、（ｃ）レーザー機器により照射されるパルスレーザーにより照射領域周辺にプラズマを発生させる工程Ｓ３と、（ｄ）集塵吸引口が剥離された吸収層を吸引する工程Ｓ４と、を含む施工方法。【選択図】図１

Description

本発明は、パルスレーザーによる施工方法およびシステムに関する。

橋梁、鋼構造物、建築物、機械設備などの動かすことが困難な構造物を長期に渡って安全に使用するためには、腐食を防ぐために母材の表面に施された塗装の塗膜を定期的に剥離、除去し、塗り替える必要がある。従来、塗膜を除去する方法としては、砂を吹き付けて塗膜を除去するサンドブラスト等のブラスト処理による方法がある。また、塗膜剥離剤を使用する方法や、機械工具を使用する方法がある。ブラスト処理による方法では、二次廃棄物が大量に発生する。この二次廃棄物は、鉛、六価クロム、ＰＣＢなどの有害物質を含む塗膜の粉塵と、珪砂、ガーネットなどの研削材とが混ざったものであり、環境へ与える負荷が大きく、処理費用も大きい。

また、研削材を圧縮空気で吹き付けるので、塗膜層の下の母材までも傷めるおそれがある。また、研削材が衝突する際に大きな騒音が生じるなどの問題もある。塗膜剥離剤及び機械工具を使用する方法では、何れも時間当たりの処理面積が低く効率的でないという問題がある。また、各々には、薬剤の廃棄物が発生する、騒音が大きいという問題もある。
特許文献１には、作業効率を上げ、危険性を回避するために、レーザー処理装置により塗膜を除去する方法が開示されている。

特許文献１に記載されたレーザー処理装置は、レーザー光を処理対象物の表面に照射するレンズ、レンズを支持し処理対象物表面からレンズまでの高さを調整可能なレンズ支持機構と、レーザー照射部分にガスを吹き付けるガス噴出手段とを備える。また、箱型容器内に配置されたガス吸引口が、箱型容器内のガスを排気するとともに、レーザー照射部分から飛散した除去物を排出することが記載されている。

特開平１０−３０９８９９号公報

特許文献１に記載された技術によれば、レーザーアブレーションにより、化学薬品を使用することなく、処理対象物の表面の塗装膜を除去できる。また、ガスの吸引手段を用いて処理対象物の表面から飛散した除去物を回収するとともに、排出できる。

しかしながら、特許文献１に記載のレーザー照射ヘッドは、マニュピュレータアームによって支持され、所望の位置に移動されるものである。そのため、十分な作業空間が確保できない環境や、複雑な形状の構造物に対して使用することが難しい。また、作業者が携行しながら取り回すことも難しい。

また、ＣＷ発振型のレーザーによる処理法では対象汚物だけではなく、母体自体をも研磨してしまう場合もあり、母体へのダメージや削られた母体の粉塵、鉄粉の解消も課題となっていた。

本発明の目的は、パルスレーザー照射による表面処理により、消耗媒体の使用に伴う廃棄物を低減する技術を提供することである。なお、消耗媒体とは、先述した塗膜剥離剤や研削材などを言う。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

本発明の一実施の形態のパルスレーザーによる施工方法は、パルスレーザーを照射することにより、素材の付着物を除去する施工方法であって、レーザー機器は、集塵吸引口およびホーズを有する。（ａ）レーザー機器がパルスレーザーを照射する工程を有する。（ｂ）レーザー機器により照射されるパルスレーザーにより吸収層を剥離する工程を有する。（ｃ）レーザー機器により照射されるパルスレーザーにより照射領域周辺にプラズマを発生させる工程を有する。（ｄ）集塵吸引口が剥離された吸収層を吸引する工程と、を含む。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明の代表的な実施の形態によれば、消耗媒体の使用に伴う廃棄物を低減できる。

本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の全体のステップの一例を示すフロー図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーを照射している様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーを素材が反射する様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射により吸収層が加熱される様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射により吸収層が剥離される様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射によりプラズマが発生および蒸発する様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射により発生するプラズマを吸引する様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法を実現する車両搭載保冷ハウジングシステムの様子の一例を示す概念図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用される冷却スプレーを噴射している様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射パターンの線形状の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射パターンの円形状の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射パターンの波形状の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射パターンの両端が開いた交差形状の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射パターンの両端が閉じた交差形状の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態のレーザーによる施工方法の適用されるパルスレーザーの照射パターンの四角形状の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
＜パルスレーザーを照射する方法＞
図１は、本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法の全体のステップの一例を示すフロー図である。
図１に示すパルスレーザーによる施工方法においては、まず、パルスレーザーを照射対象に照射する（図１のステップＳ１）。

このステップＳ１におけるパルスレーザーを照射する具体的手法としては、特に限定されないが、例えば、図２で示すように、パルスレーザー２０７を照射対象２０８に直接照射する。

本発明のレーザーシステムは、スキャナーヘッド２０１と、集塵吸引口２０２と、伝送管２０３と、ホーズ２０４と、レーザー機ユニットを含む。スキャナーヘッド２０１はレンズ２０５と、持手部２０６、切り替えスイッチ２１０を有する。照射対象の大きさや、形状等に対応して、集塵吸引口は、管の長さを変更またはスキャナーヘッド２０１に対して脱着できる。

レンズ２０５は、スキャナーヘッド２０１の先端部に備えられている。レンズ２０５は固有の焦点距離を有する。レンズ２０５は、照射対象への距離や、照射対象の形状などに応じて選択される。

レンズ２０５の焦点距離とレンズ２０５から照射対象への距離が一致する時に、レーザー光の照射による加熱の効果が最大となる。また、レンズ２０５の焦点距離とレンズ２０５から照射対象への距離が一致しない時は、レーザー光の照射による加熱の効果は小さくなる。

なお、レンズ２０５の焦点距離は、レンズ２０５の下面から照射対象までの規定の焦点距離からおよそ１５ｍｍ前後となる距離に設定される。例えば、レンズ２０５の下面から照射対象までの規定の焦点距離が３００ｍｍの場合に、レンズ２０５の下面から照射対象までの距離が２８５ｍｍから３１５ｍｍになると、焦点が合うように設定される。また、レンズ２０５ごとに対応する吸引口があり、レンズ２０５の交換に伴い、レンズ２０５に対応する吸引口に交換する。上記特性により、レーザーの焦点が合わない距離では、例えば人間の手などが照射された場合でも、損傷をほとんど与えない。

伝送管２０３はレーザー機ユニットとスキャナーヘッド２０１とに接続される。伝送管２０３はファイバーケーブルと、水冷管と、スイッチ用電線と、コンプレッサーエア管とを包含する。なお、特に限定されないが、伝送管２０３の全長は最大５０ｍまで延長できる。ファイバーケーブルは、レーザー伝送用のファイバーケーブルを採用し、全長は最大５０ｍまで延長できる。

水冷管は、スキャナーヘッド２０１の持手部２０６を冷却するための冷却水を給水する。冷却方式はチラーにより行う。レーザー機ユニットに備えたチラーは、クーラントおよび蒸留水が充填されている。

スイッチ用電線は、発電機からスキャナーヘッド用電源に電力を供給する。発電機は、例えば、２５ＫＶＡ以上３８０Ｖの出力が有る機種が選択される。発電機の出力は、２００Ｖ仕様の場合は昇圧機を使用して３８０Ｖに変換される。

コンプレッサーエア管は、スキャナーヘッド２０１に備えるレンズ２０５に付着した埃や粉塵等を除去するための空気を、伝送管２０３を通じてスキャナーヘッド２０１に供給する。レーザー機ユニットに備える送風ファンから、例えば、２ｋＷ以上のコンプレッサーに接続し、０．７ＭＰＡの空気を送風する。

ホーズ２０４は、集塵機とスキャナーヘッド２０１とに接続される。ホーズ２０４の口径はφ５０ｍｍまたはφ７０ｍｍである。ホーズ２０４の全長は最大５０ｍまで延長できる。

レーザー機ユニットは、レーザー発振器と、パワーコントロールユニットと、チラーと、送風ファンなどを有する。レーザー機ユニットは平均出力により、例えば、５０Ｗから３０００Ｗまでの型のものがある。このうち、例えば５００Ｗと１０００Ｗの２種類の型を比較してみると、両者のパルスレーザーの光化学特性は、以下の事項については大きな差異を有さない。例えば、中心発光波長はいずれも標準１０６４ｎｍである。発光帯域幅はいずれも標準５ｎｍから最大１０ｎｍである。パルス持続時間はいずれも標準１００ｎｓである。パルス周波数はいずれも最小５ｋＨｚから最大４０ｋＨｚである。

一方で、両者のユニットが備えるファイバーケーブルの最大長さおよび、レーザー光のピークパワーは異なる。例えば、平均電力５００Ｗのユニットのファイバーケーブルの最大長さは２０ｍである。平均電力１０００Ｗのユニットのファイバーケーブルの最大長さは５０ｍである。また、平均電力５００Ｗのユニットのレーザー光のピークパワーは６６６ＫＷである。平均電力１０００Ｗのユニットのピークパワーは１．２２ＭＷである。

レーザー発振器は、レーザーをパルス方式により発振する。レーザー発振器は、レーザー出力をパルス状に発振することにより、連続発振ＣＷに比べてレーザー光が照射対象に与える熱的影響を軽減することができる。また、照射対象の形状などに応じて、例えば微細な加工を必要とする場合に、レーザー発振器は、レーザー光が照射対象に与える過大な熱的影響を回避できる。これにより、使用者は、照射作業の効率を高めることができる。

レーザーの種類は、固体レーザーを使用する。固体は液体や気体に比べて密度が高いため、単位体積あたりのレーザー出力を大きくできる。固体レーザーを使用することにより、小型であっても大出力を得ることができる。

レーザー媒質として、ネオジウムＹＡＧレーザーを使用する。ＹＡＧとは、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）の略称である。ＹＡＧは、イットリウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）から構成されるガーネット構造の結晶である。

ネオジウムＹＡＧレーザーは、ＹＡＧの結晶を製造する過程で、イットリウムを数％（例えば１％〜５％など）のネオジウム（Ｎｄ）で添加した結晶を用いることにより得られる。ネオジウムＹＡＧレーザーの中心周波数は１０６４ｎｍである。

レーザーの励起源は半導体レーザーダイオードである。半導体レーザーダイオード励起を使用することにより、ランプ励起と比べて、レーザー発振器はレーザーの発振効率を高めることができる。また、レーザー媒質の熱歪みを軽減できるため、レーザー発振器はレーザーの発振出力を安定させることができる。さらに、半導体レーザーダイオードの光源の寿命はランプ励起と比べて長く、発振器のメンテナンスによるダウンタイムが少ないため、使用者はレーザー発振器のメンテナンスを容易に行うことができる。

図２に示されるレーザーの照射対象は、素材２０９および素材表面に付着した吸収層２０８である。素材には、例えば、銅や、鋳鉄や、アルミ等の非鉄金属や、コンクリート面や、石膏や、木材がある。これらの素材は、レーザー光の反射率が高いため、レーザー光を素地に吸収しにくい。ただし、木材等の有機材については、一定以上の出力のレーザー光を一定時間以上連続して照射すると、レーザー光が素地に吸収される。

他方、鏡面や、カーボン地や、布地や、プラスチックや、ゴム等は素材に適さない。これらの素材のうち鏡面は、レーザー光の反射率が極めて高いため、光の反射先に損傷を与える可能性が高く危険である。また、その他の素材は、レーザー光の反射率が低いため、レーザー光を素地に吸収しやすい。

素材表面に付着した吸収層には、不純物や、旧塗装面や、酸化層等がある。これらは、レーザー光の吸収率が高いため、レーザー光を吸収しやすく、加熱され、素材表面から蒸発または、剥離する。
＜吸収層を剥離する方法＞

次に、パルスレーザーの照射により吸収層を剥離する方法について説明する。図１に示すパルスレーザーによる施工方法においては、パルスレーザーの照射により吸収層を剥離できる（図１のステップＳ２）。
このステップＳ２におけるパルスレーザーを照射する具体的手法としては、まず、照射対象に直接パルスレーザーを照射する。

図３で示すように、照射対象のうちの素材３０１はレーザー光を反射する。素材は、上述したように、例えば、非鉄金属や、コンクリート等がある。これらの素材は、レーザー光の反射率が高いため、レーザー光を素地に吸収しにくい。

次に、図４で示すように、照射対象のうちの吸収層４０１はレーザー光を吸収する。吸収層は、上述したように、例えば、不純物等がある。吸収層は、レーザー光の吸収率が高いため、レーザー光を吸収しやすく、加熱される。他方、上述したように素材面はレーザーを反射するため加熱されない。さらに、素材面によって反射されたレーザー３０３の一部４０３は、加熱された吸収層４０２を照射する。これにより、吸収層に対するレーザー光の吸収が促進され、レーザー光の吸収効率が高まる。

その後、図５で示すように、レーザー照射を連続することにより、照射対象のうちの吸収層５０１は剥離する。剥離された吸収層５０２は、レーザー照射を連続することによって加熱され続ける。その後、吸収層と素材面との熱拡張の違いにより、両者の接着面が皺を形成して、吸収層５０２が素材面から剥離する。
＜補修領域周辺にプラズマを発生させる方法＞

次に、補修領域周辺にプラズマを発生させる方法について説明する。図１に示すパルスレーザーによる施工方法においては、上述したパルスレーザーを照射することにより、補修領域周辺にプラズマを発生させることができる（図１のステップＳ３）。
このステップＳ３における補修領域周辺にプラズマを発生させる具体的手法としては、まず、照射対象に直接パルスレーザーを照射する。

上述したように、照射対象のうちの素材３０１はレーザー光を反射する。照射対象のうち吸収層４０１はレーザー光を吸収し、加熱され剥離される。このとき、加熱され剥離された吸収層５０２のうちの一部の吸収層は、素材からの反射光３０３をさらに吸収する。これにより、固定であった吸収層に熱エネルギーが連続的に加えられ、初めに溶解が起り、次いで気化する。その後に気体の中性原子から電子がはぎ取られ、正電荷を帯びたイオンと負電荷の電子から成る電気的に中性の混合物が生成される。この電離された気体が、プラズマである。図６で示すように、発生したプラズマ６０２は照射領域の周辺に瞬間的に発散し、その後蒸発する。

また、剥離された吸収層５０２のうち、プラズマ６０２として蒸発することがなかった残りの吸収層は、後述の方法（図１のステップＳ４）により、集塵吸引口に吸引される。

なお、プラズマが蒸発するとともに、素材の金属イオンが酸素または酸化物と反応して、安定酸化被膜６０３が、プラズマが蒸発した部分の素材表面に形成される。これにより、照射処理を施した素材表面は防錆効果を有する。
＜剥離された吸収層を吸引する方法＞

次に、剥離された吸収層を吸引する方法について説明する。図１に示すパルスレーザーによる施工方法においては、集塵吸引口が吸引することにより、剥離された吸収層を吸引できる（図１のステップＳ４）。
このステップＳ４における剥離された吸収層を吸引する具体的手法としては、まず、照射対象に直接パルスレーザーを照射する。

上述したように、剥離された吸収層５０２および、その一部が変化したプラズマ６０２が照射領域の周辺に発生する。図７で示すように、スキャナーヘッドに装着された集塵吸引口７０３が、剥離された吸収層５０２のうち、プラズマ６０２に変化しなかった吸収層７０２を吸引する。その後、集塵吸引口に吸引された吸収層７０２は、ホーズ７０４を伝い集塵機８０４に送られる。なお、集塵吸引口は、吸収層７０２以外の、粉塵などの物質も吸引する。

また、集塵機８０４のモーター出力は例えば、４．０ＫＷであり、最大風量は１０ｍ^３／ｍｉｎである。また、集塵タンク容量は５０Ｌであり、定格電源は３相２００Ｖ―１５．０Ａとすることができる。集塵タンクは、サイクロン式で、２段階方式のカートリッジフィルター型式でＨＥＰＡフィルター仕様とできる。ＨＥＰＡフィルター仕様とは、定格風量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子補修率を持ち、かつ初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能を持つエアフィルターのことである。これにより、有害物質が飛散することを抑制できる。
＜車両搭載保冷ハウジングシステム＞

図８で示すように、本発明の実施の形態のパルスレーザーによる施工方法を実現する車両搭載保冷ハウジングシステムの一例は、スキャナーヘッド８０１と、集塵吸引口８０２と、ホーズ８０３と、集塵機８０４と、レーザー機ユニット８０５と、伝送管８０６と、電源ケーブル８０７と、発電機８０８と、冷却用エアコン８０９と、車両８１０とにより構成される。

また、伝送管８０６は、スキャナーヘッド８０１と、レーザー機ユニット８０５とを連結する。ホーズ８０３は、集塵吸引口８０２と、集塵機８０４とを連結する。電源ケーブル８０７は、発電機８０８と、レーザー機ユニット８０５および集塵機８０４とを連結する。

冷却用エアコン８０９は、本発明に係るハウジングシステム内の気温を常温に近い状態で一定に保つために、システム空間内を冷却する。また、冷却用エアコンは、室内の湿度を除去し、一定の乾燥状態に維持する。これにより、レーザー機の電子機器を、腐食や酸化による悪影響から防ぐことができる。また、季節や外部の温度に制限されることなく、使用者はレーザー作業を行うことができる。
車両８１０は、特に限定されないが、上記システムが収容できるだけの大きさの荷台を有するトラックとすることができる。

これにより、ファイバーケーブル伝送式で手動携帯式のレーザー照射を行うことが可能となる。そして、一般的に運搬不可能、または運搬が困難な大重量素材や、屋外に固定されている対象素材、あるいは複雑な形状素材などの、固定式大型レーザーでは不向きな対象物を、自由自在に表面処理できる。また、車両搭載可能の大出力レーザーや、人力で持ち運び可能な小型レーザーを使用し、場所を選ばずに作業できる。
＜素材に冷却スプレーを噴射する方法＞
次に、素材に冷却スプレーを同時に噴射して、レーザーによる母体の熱の上昇を制御する施工方法について以下説明する。

図９で示すように、まず、スキャナーヘッド９０３が素材９０６および吸収層９０５にパルスレーザー９０４を照射する。この際に、冷却スプレー噴射器９０１は、冷却スプレー９０２を素材等に直接噴射する。冷却スプレーに含まれる冷却媒体としては、二酸化炭素ガスや、ＬＰガスや、窒素ガスや、ヘリウムガスを使用することができる。このうち、例えば二酸化炭素ガスは、照射対象の周辺をおよそマイナス８０℃まで冷却することができる。これにより、レーザー機は照射対象の素材の加熱を抑制することができ、素材への損傷を低減できる。
＜パルスレーザーの照射パターン＞
次に、図１０から図１４に示すパルスレーザーの照射パターンについて以下説明する。

パルスレーザーを照射するとき、照射パターンを選択することができる。レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、照射パターンのプログラムを変更することにより、レーザー光の形状を以下の６種類のいずれかに変更できる。この照射パターンは、線形状（図１０）、円形状（図１１）、波形状（図１２）、両端が開いた交差形状（図１３）、両端が閉じた交差形状（図１４）、四角形状（図１５）の６種類がある。また、照射パターンは、円形状または四角形状の図形内部を塗りつぶす形状も含まれる。照射対象の大きさや形状等に対応して照射パターンを変更することにより、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

なお、スキャナーヘッド２０１に備える切り替えスイッチ２１０を操作することにより、使用者は、６種類の照射パターンを選択または切り替えることができる。これにより、使用者は手元で容易に照射パターンを選択または切り替えることができ、効率的にレーザーを照射できる。

また、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、レーザー光の出力パワーを１０％から１００％の間で変化させることができる。これにより、照射対象の汚染程度や形状等に対応して、レーザーの照射強度を変更でき、使用者は効率的にレーザーを照射できる。
レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、選択した照射パターンや、レーザー光の出力パワーをコンピューターによりプリセットできる。
以下、５種類の各照射パターンについて説明する。

図１０は、線形状１００１の照射パターンの一例を示している。レーザーは、例えば、線形状の方向と垂直方向に、線形状の照射部分を直線的に移動させることで、線形状の線幅を一辺とする長方形の領域を照射できる。なお、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、レーザー光の形状の方向を横線のものとするか、縦線のものとするかを、プログラムの設定により変更できる。これにより、レーザーは、照射対象の大きさや形状等に対応して、線形状の方向を縦とするか横とするかを選択でき、効率的に照射できる。

また、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、線形状の線幅を自由に設定し変更できる。符号１００２は細い幅を示す。符号１００３は標準的な幅を示す。符号１００４は太い幅を示す。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、照射領域を変更でき、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

図１１は、円形状１１０１の照射パターンの一例を示している。レーザーは、例えば、円形状の照射部分を直線的に移動させることで、円形状の直径を一辺とする長方形および両端に半円を加えた領域を照射できる。また、円形状１１０５で示すように、レーザー光は円形状内部を塗りつぶすように照射できる。

また、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、円形状の直径を自由に設定し変更できる。符号１１０２は細い直径を示す。符号１１０３は標準的な直径を示す。符号１１０４は太い直径を示す。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、使用者は照射領域を変更できる。また、円形状のレーザー光で照射するのが適する場合、例えば照射対象が曲線状のとき等に、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

図１２は、波形状１２０１の照射パターンの一例を示している。レーザーは、例えば、波形状の照射部分を直線的に移動させることで、波形状の幅を一辺とする長方形の領域を照射できる。なお、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、レーザー光の形状の方向を横線のものとするか、縦線のものとするかを、プログラムの設定により変更できる。これにより、レーザーは、照射対象の大きさや形状等に対応して、波形状の方向を縦とするか横とするかを選択でき、効率的に照射できる。

また、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、波形状の幅を自由に設定し変更できる。符号１００２は細い幅を示す。符号１００３は標準的な幅を示す。符号１００４は太い幅を示す。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、照射領域を変更でき、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

図１３は、両端が開いた交差形状１３０１の照射パターンの一例を示している。レーザーは、例えば、交差形状の中心軸の方向と垂直方向に照射部分を直線的に移動させることで、交差形状の中心軸幅を一辺とする長方形および両端から交差形状に対応した三角形を減じた領域（図１３参照）を照射できる。なお、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、レーザー光の交差形状の中心軸の方向を横とするか、縦とするかを、プログラムの設定により変更できる。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、両端が開いた交差形状の方向を縦とするか横とするかを選択でき、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

また、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、両端が開いた交差形状の中心軸幅を自由に設定し変更できる。符号１３０２は細い幅を示す。符号１３０３は標準的な幅を示す。符号１３０４は太い幅を示す。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、使用者は照射領域を変更できる。また、両端が開いた交差形状のレーザー光で照射するのが適する場合、例えば照射対象が両端が開いた交差形状のとき等に、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

図１４は、両端が閉じた交差形状１４０１の照射パターンの一例を示している。レーザーは、例えば、交差形状の中心軸の方向と垂直方向に照射部分を直線的に移動させることで、交差形状の中心軸幅を一辺とする長方形および両端から交差形状に対応した三角形を減じた領域（図１４参照）を照射できる。なお、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、レーザー光の交差形状の中心軸の方向を横とするか、縦とするかを、プログラムの設定により変更できる。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、両端が閉じた交差形状の方向を縦とするか横とするかを選択することができ、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

また、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、両端が閉じた交差形状の中心軸幅を自由に設定し変更できる。符号１４０２は細い幅を示す。符号１４０３は標準的な幅を示す。符号１４０４は太い幅を示す。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、照射領域を変更できる。また、両端が閉じた交差形状のレーザー光で照射するのが適する場合、例えば照射対象が両端が閉じた交差形状のとき等に、使用者は効率的にレーザーを照射できる。

図１５は、四角形状１５０１の照射パターンの一例を示している。レーザーは、例えば、四角形状の照射部分を直線的に移動させることで、四角形状の一辺を一辺とする長方形の領域を照射できる。また、四角形状１５０５で示すように、レーザー光は四角形状内部を塗りつぶすように照射できる。

また、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットは、四角形状の一辺を自由に設定し変更できる。符号１５０２は細い幅を示す。符号１５０３は標準的な幅を示す。符号１５０４は太い幅を示す。これにより、照射対象の大きさや形状等に対応して、使用者は照射領域を変更できる。

以上説明した６種類の照射パターンおよび、照射幅および、出力パワーなどの設定は、レーザー機ユニットに備えたパワーコントロールユニットのコンピューターのメモリーにプリセットできる。これにより、レーザー照射の際、照射対象の大きさや形状等に対応して、使用者は容易にレーザーの照射パターン等を選択でき、照射作業の効率を高めることができる。

また、出力パワーやエネルギーを調節でき、照射パターンや方向性を変換できるパルスレーザーでの作業により、母体への影響を限ることにより、使用者は対象汚物だけを除去できる。さらに、各対象汚物や素材に対して柔軟に対応できるので、使用者は幅広い対象素材に対して作業できる。
＜本実施の形態の効果＞

以上説明した本発明の実施の形態によれば、消耗媒体の使用に伴う廃棄物を低減することができる。また、パルスレーザー照射による表面処理により、剥離された対象汚物の回収を効率的にし、施工者及び周囲への人体・環境への負担を減らすことができる。消耗媒体とは、先述した塗膜剥離剤や研削材、付着物除去法、それに伴う消耗媒体など、また高圧洗浄による水、洗浄剤などを言う。また、対象汚物除去後の粉塵はスキャナーヘッドに装着してある集塵吸引口から集塵機に転送包含され、環境および人体に悪影響を与える物質の発生を低減できる。

また、施工例として、溶接のための前処理や、部品を接着するための前処理や、接触のための酸化物の除去や、細菌の排除や、金属またはセラミック材料の付着物に対する下地処理堆積のための前処理や、金型のケレンや、石材の保全ケレンや、食品産業のライン生産機械等の清掃や、錆あるいは塗装の剥離や、輪転ローラーの洗浄、素材に付着した放射性物質のレーザーによる剥離と集塵などの施工を行うことができる。

また、パルスレーザーを照射し表面処理を行った後に、塗装やコーティングの密着性を高めるためのブラスト工法によるアンカーパターンを形成させる施工を行うことができる。
これにより、従来のブラスト工法だけの施工よりも消耗研磨材や有害物質の産出や暴露を軽減できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

また、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換を行ってもよい。

２０１ スキャナーヘッド
２０２ 集塵吸引口
２０３ 伝送管
２０４ ホーズ
２０５ レンズ
２０６ スキャナーヘッド持手部
２０７ レーザー光
２０８ 吸収層
２０９ 素材
２１０ 切り替えスイッチ
３０３ 反射光
４０２ 吸収層が加熱される様子
５０２ 吸収層が剥離される様子
６０２ プラズマが蒸発する様子
７０２ 吸収層を吸引する様子
８０１ スキャナーヘッド
９０１ 冷却スプレー噴射器
１００１ レーザー光の線形状。

Claims (7)

1. パルスレーザーを照射することにより、素材の付着物を除去する施工方法であって、
   レーザー機器は、先端部にレンズが設けられるスキャナーヘッドと、前記スキャナーヘッドに脱着される集塵吸引口と、を有し、
   （ａ）レーザー機器がパルスレーザーを照射する工程と、
   （ｂ）レーザー機器により照射されるパルスレーザーにより吸収層を剥離する工程と、
   （ｃ）レーザー機器により照射されるパルスレーザーにより照射領域周辺にプラズマを発生させる工程と、
   （ｄ）集塵吸引口が剥離された吸収層を吸引する工程と、
   を含み、
   前記レンズは、固有の焦点距離である第一の距離を有し、照射対象への距離や、照射対象の形状などに応じて選択され、
   前記レンズから照射対象までの第二の距離は、前記レンズの下面から前記集塵吸引口の下面までの距離が、前記第一の距離からおよそ１５ｍｍ前後となる距離の範囲内になると、焦点が合うように設定され、
   前記レンズの交換に伴い、前記レンズの下面から前記集塵吸引口の下面までの第二の距離が、前記第一の距離の１５ｍｍ前後の範囲内となる、前記集塵吸引口が選択される、
   施工方法。
2. 請求項１に記載の施工方法において、
   前記レーザー機器は、ファイバーケーブル伝送式で持ち運びできる小型レーザー、および車両に搭載して移動できる大型レーザーである、施工方法。
3. 請求項１に記載の施工方法において、
   前記レーザー機器は、レーザーの出力パワーおよび照射パターンおよび照射幅を調整される、施工方法。
4. 請求項１に記載の施工方法において、
   前記パルスレーザーの照射とともに、素材に冷却スプレーを噴射することで、レーザーによる素材の熱の上昇を制御する、施工方法。
5. 請求項１に記載の施工方法において、
   レーザー機器と、前記集塵吸引口を有する集塵機と、前記レーザー機器および前記集塵機に電力を供給する発電機の各機器連動した一式を一つのシステムとする、施工方法。
6. パルスレーザーを照射することにより、素材の付着物を除去する車両搭載保冷ハウジングシステムであって、
   パルスレーザーを照射することで素材の吸着層を剥離し、照射領域周辺にプラズマを発生させるレーザー機器と、剥離された前記吸収層を吸引する集塵吸引口を有する集塵機と、前記レーザー機器および前記集塵機に電力を供給する発電機と、を有し、
   レーザー機器は、先端部にレンズが設けられるスキャナーヘッドと、前記スキャナーヘッドに脱着される集塵吸引口とを有し、
   前記レンズは、固有の焦点距離である第一の距離を有し、照射対象への距離や、照射対象の形状などに応じて選択され、
   前記レンズから照射対象までの第二の距離は、前記レンズの下面から前記集塵吸引口の下面までの距離が、前記第一の距離からおよそ１５ｍｍ前後となる距離の範囲内になると、焦点が合うように設定され、
   前記レンズの交換に伴い、前記レンズの下面から前記集塵吸引口の下面までの第二の距離が、前記第一の距離の１５ｍｍ前後の範囲内となる、前記集塵吸引口が選択される、
   車両搭載保冷ハウジングシステム。
7. 請求項１に記載の施工方法において、
   パルスレーザーを照射し表面処理を行った後に、塗装やコーティングの密着性を高めるためのブラスト工法によるアンカーパターンを形成させる施工方法。