JPH10286774A

JPH10286774A - 被膜処理方法とその装置

Info

Publication number: JPH10286774A
Application number: JP11343897A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Inoue; 繁夫井上; Yukio Manabe; 幸男真鍋; Katsuhito Henmi; 雄人逸見; Ichiro Masuda; 伊知郎増田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】硬度の低いドライアイスを用いてブラスト処
理を行なう場合でも円滑に塗膜や表面酸化物の剥離／洗
浄等の処理を行なう事の出来る。【解決手段】処理対象面にレーザ光をパルス照射して
表面の塗装膜など各種被膜層のみに多数の微小穿孔を形
成した後若しくは微小穿孔形成と同時に、その穿孔形成
部にドライアイス粒子を高速噴射することを特徴とし、
これにより高速噴射されたドライアイス粒子が穿孔内に
おいて対象面表面と塗膜との境界面に沿って進展する際
のクサビ効果及びガス化する際の体積膨張効果によって
塗膜層や表面酸化層等の被膜を剥離若しくは洗浄出来
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼構造物などに施
された塗膜や表面酸化物等の各種被膜剥離若しくは洗浄
に適用される被膜処理方法とその装置に係り、特にドラ
イアイス粒子を高速噴射して塗膜や表面酸化物等の被膜
の剥離若しくは洗浄を行なう被膜処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋼構造物表面の塗膜や被膜を
剥離、洗浄する方法としては、サンド（砂）によるショ
ットブラストが一般的であるが、この方法は作業環境の
悪化を招くのみならず跳ね返ったメディア（砂）で作業
者がケガをする恐れがあり、更にはメディアの回収に多
くの時間とコストが必要となる等の問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これに代る方法とし
て、最近、ドライアイスの粒子を圧縮エアーを介して対
象面に高速噴射し、被膜の洗浄や塗膜の剥離を行う処理
方法が提案されている。かかるドライアイス粒子を用い
るアイスブラスト処理は、噴射材としてのドライアイス
粒子が使用後に昇華してしまうので、前記サンドブラス
ト処理に比較して、周辺に飛散して環境を悪化させるこ
とがなく、後処理が不要となるなどのメリットがある反
面、ドライアイス粒子の硬度が低いためにサンドブラス
ト処理法に比較して格段にその処理能力が低いという欠
点があった。

【０００４】本発明は、かかる技術的課題に鑑み、硬度
の低いドライアイスを用いてブラスト処理を行なう場合
でも円滑に塗膜や表面酸化物の剥離／洗浄等の処理を行
なう事の出来る被膜処理方法とその装置を提供する事に
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
処理対象面にレーザ光をパルス照射して表面の塗装膜な
ど各種被膜層のみに多数の微小穿孔を形成した後若しく
は微小穿孔形成と同時に、その穿孔形成部にドライアイ
ス粒子を高速噴射することを特徴とし、これにより高速
噴射されたドライアイス粒子が穿孔内において対象面表
面と塗膜との境界面に沿って進展する際のクサビ効果及
びガス化する際の体積膨張効果によって塗膜層や表面酸
化層等の被膜を剥離若しくは洗浄するようにしたもので
ある。そしてかかる発明に用いるレーザ光にはパルス発
振が可能なＹＡＧレーザ光の他に、それ自体がパルスレ
ーザであるエキシマレーザ光若しくは高調波レーザ光等
を用いる事が出来る。

【０００６】また、請求項２の発明は、かかる方法を円
滑に達成するための装置に関する発明で、パルス発信さ
れたレーザ光を所定照射角光走査させるビーム走査手段
をドライアイス粒子を高速噴射させる噴射ガンと一体的
に連結し、該噴射ガンとともに移動可能に構成したこと
を特徴とする。尚、前記ドライアイス粒子の高速噴射は
一般的に圧縮空気を介して高速噴射させるのがよいがこ
れのみに限定されない。

【０００７】又本発明は被膜面上でパルス状レーザ光を
結像させる事により、被膜層のみに多数の微小穿孔を形
成し得るものである為に、請求項３に記載のように、前
記ビーム走査されるレーザ光の焦点距離を前記噴射ガン
によるドライアイス粒子の有効投射距離に対応させて調
整可能に構成した焦点距離調整手段を設けるのがよく、
更に該レーザ光の光走査がポリゴンミラーを介して行な
うことによりその照射走査角度を精度よく且つ幅広に設
定出来る。

【０００８】又本発明は、前記レーザ光により形成され
た穿孔形成部にドライアイス粒子を噴射させものである
ために、請求項４に記載のように前記噴射ガンノズルよ
りの粒子噴射パターン形状を、前記レーザ光の照射角に
対応させて扇状かつ偏平状に形成するのがよい。更に本
発明は、請求項５に記載のように、前記噴射ガンにドラ
イアイス粒子若しくは圧縮空気を供給する供給ホース内
に、前記パルス状レーザ光を伝送する光ファイバーケー
ブルを収納することによりケーブルやホースを無用に引
回す事がない。

【０００９】更に請求項６記載の発明は、前記噴射ガン
とビーム走査手段とを一体的に連結し、移動可能に構成
された処理装置本体に、レーザ光の出射とドライアイス
粒子の噴射を行なう作動スイッチと、該噴射ガンのノズ
ル先端と対象面との間の距離を検出する距離センサーと
を設け、該センサーの検出値が作業許容値を示した時の
み前記スイッチが作動可能に構成したことを特徴とす
る。請求項７記載の発明は、前記処理装置本体に、レー
ザ光の出射とドライアイス粒子の噴射を行なう作動スイ
ッチと、前記噴射ガンのノズル先端と対象面との間の距
離を一定に保つためのガイド部と、前記ガイド部が対象
面に接触したことを検知する接触センサとを設け、該接
触センサよりの接触検知信号を得た場合のみ前記スイッ
チが作動可能に構成したことを特徴とする。この場合前
記構成にあわせてＹＡＧレーザ光の発信を表示するラン
プとを設けるのが好ましい。

【００１０】かかる発明によれば、ビーム走査手段と噴
射ガンとが一体に構成されている処理装置本体を対象面
に近づけると、対象面と噴射ガンのノズル間距離が距離
センサによって刻々検出され、その検出値が作業可能な
許容値に達した時に、若しくは前記噴射ガンノズル先端
と対象面との間の距離を一定に保つためのガイド部に設
けた接触センサが検知信号を出力した際に、前記スイッ
チが自動的に“ＯＮ”となるか若しくは前記スイッチが
作動可能になって手動操作によりＯＮとなり、対象面に
対してビーム走査手段からレーザ光がパルス状に照射さ
れて、対象面表面の塗膜層に多数の微小穿孔が加工され
る。これと少しタイミングを遅らせて、或いは、同時に
この穿孔加工部に対して噴射ガンから圧縮空気を介して
ドライアイス粒子が高速噴射されるが、このドライアイ
ス粒子は塗膜の微小穿孔内で対象面表面と塗膜との境界
面に沿って進展し、またガス化して急速に拡大し、この
とき生ずるクサビ効果及び体積膨張効果によって塗膜層
が順次対象面表面から剥離される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施
例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この
発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明
例にすぎない。図１は本発明の実施形態に係る塗膜（被
膜）剥離原理とその装置の基本構成を示す全体概略図
で、ドライアイス粒子を用いたショットブラスト装置と
して適用させている。１は塗膜剥離ガンで、ドライアイ
ス粒子を圧縮空気を介して高速噴射させる噴射ガン２
と、パルス発信されたＹＡＧレーザ光ｌを照射角範囲で
スキャン（光走査）させるビームスキャナ（光走査手
段）３とを一体に構成した塗膜剥離ガンで、前記噴射ガ
ン２とビーム走査手段３とを同時移動操作可能に構成し
ている。

【００１２】そして前記ビームスキャナ３には光ファイ
バー９を介してＹＡＧレーザ発振器６が接続され、図６
に示すように該発振器６より光ファイバー９を介して伝
送されたＹＡＧレーザ光ｌを所定照射（走査）角度で光
走査させながら、処理対象面３０の塗膜３１にパルス状
に照射する。噴射ガン２には、高圧エアホース７を介し
て圧縮空気を供給するコンプレッサ４、及び供給ホ−ス
８を介してドライアイス粒子ｉを精製且つ供給するドラ
イアイス粒子供給装置５が接続され、該供給装置５には
更にドライアイス粒子を供給するため必要な乾燥空気を
つくる空気乾燥器５’が接続され、ドライアイス粒子ｉ
を高圧エアホース７’より供給される圧縮空気を介して
塗膜３１に噴射可能に構成されている。

【００１３】かかる構成によれば、ＹＡＧレーザ光ｌを
所定の照射角度で光走査しながら処理対象面３０にパル
ス状に照射して塗膜３１に多数の微小穿孔３１ａを形成
したのち、この穿孔形成部に対して、噴射ガン２でドラ
イアイス粒子ｉを圧縮空気を介して噴射し、このドライ
アイス粒子ｉが穿孔３１ａ内で対象面３０と塗膜３１と
の境界面に沿って進展し、またガス化して急速に拡大す
るときに生ずるクサビ効果及び体積膨張効果によって塗
膜３１を対象面３０表面から剥離させる事が出来る。

【００１４】次に前記夫々の要素について各図に沿って
詳細に説明する。先ず前記ビームスキャナ３は一般的に
ポリゴンミラーで構成され、例えば図６に示すように、
ビームスキャナ３は、ケース２３内に設置され、伝送さ
れて来たＹＡＧレーザｌの焦点距離を任意に調整できる
１組のレンズ群２４、軸２５ａを中心として回転する多
角形体（図では八角形）の外周に反射面が形成されたポ
リゴンミラー２５等より成り、ＹＡＧレーザ発振器６か
ら光ファイバー９を介してパルス状に（間欠的に）伝送
されたＹＡＧレーザ光ｌの焦点距離をレンズ群２４を光
軸方向に移動操作することにより、噴射ガン２のドライ
アイス粒子有効投射距離に応じて適切に調整してポリゴ
ンミラー２５へ入射させる事が出来、そして所定速度で
回転するポリゴンミラー２５の複数の反射面で順次偏向
反射されながら光走査され、照射口２３ａより対象面３
０へ所定の照射角度でビーム照射され、この結果光走査
幅Ｗ内の塗膜３１に多数の微小穿孔３１ａが形成され
る。

【００１５】図５は噴射ガン２及びドライアイス粒子供
給装置５の構成を示す。図５に示すように、ドライアイ
ス粒子供給装置５は、枠体１４内に、固定軸１６ａと該
固定軸１６ａに摺動自在に支持された円形テーブル１６
ｂからなる支持材１６上に支持されたドライアイス塊Ｉ
を、前記円形テーブル１６ｂの背面側に介装されたバネ
１７の付勢力により受台１４ａに沿って押出して、対向
位置に設けたモ−タ１８の軸１８ａ先端に取付けた切削
刃１９に押し付けた構成からなり、前記モ−タ１８を駆
動して切削刃１９でドライアイス塊Ｉを削ってドライア
イス粒子ｉを精製し、受台１４ａ下方に設けた底部に縮
径した開口部１４２を有するホッパ１４１に集積させ
る。また、又前記ホッパ１４１の上方側部には乾燥空気
取入れ口１４ｂが設けられ、ドライアイス粒子ｉの落下
中に、空気乾燥器５’より供給された乾燥空気を吹き付
け、ドライアイス粒子ｉを乾燥させた後、ホッパ１４１
に集積させる。そして前記ホッパ１４１に集積されたド
ライアイス粒子ｉを前記乾燥空気の搬送力を利用して、
ホッパ底部開口１４２に連設した取出し口１５より供給
ホ−ス８へ供給するように構成されている。

【００１６】一方、噴射ガン２は枠体１１の前壁にドラ
イアイス粒子噴射用ノズル１０を、後壁に高圧エアホー
ス７と連結された圧縮空気取入れ用ノズル１２を、また
側壁に供給ホ−ス８と連結した供給口１３を備えてお
り、ドライアイス粒子供給装置５側から供給口１３を介
して枠体１１内に供給されたドライアイス粒子ｉを、高
圧エアホ−ス７よりノズル１２を介して枠体１１内に吹
き込まれた圧縮空気の吸引作用によって圧縮空気と共に
ノズル１０より対象面３０に対して噴射するよう構成さ
れている。

【００１７】ここでドライアイス粒子噴射用ノズル１０
は図５（Ａ）に示すように偏平扇状に形成されて、前記
ビームスキャナ３によるＹＡＧレーザ光ｌの光走査幅Ｗ
に対応した吹出し幅Ｗを有する吹出し口１０ａを備え、
また、図５（Ｂ）に示すように噴射効率を高めるように
偏平状に形成されている。

【００１８】図２乃至図３は塗膜剥離ガン１の構成を示
し、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は高圧エアホ−ス
７の断面図（Ａ−Ａ線断面図）、図３は平面図を示した
もので、噴射ガン２とビームスキャナ３とが、その噴射
ノズル１０の位置と、ビーム照射口２３ａの位置を略一
致するように隣接配置し且つ両者を一体的に固定化され
ており、両者は取手２０を介して同時移動操作できるよ
うになっている。高圧エアホ−ス７の断面は、図２
（Ｂ）に示すように該ホ−ス７内に光ファイバー９が収
納された構成で、ＹＡＧレーザ光ｌと圧縮空気とが一本
のホ−スでそれぞれ伝送及び供給できるようになってい
る。

【００１９】また、塗膜剥離ガン１にはＹＡＧレーザ光
ｌの照射を表示するランプ２６が設けられているととも
に、噴射ガン２のノズルの噴射口１０ａと対象面間の距
離を検出する距離センサ２２が設置されている。又噴射
ノズル１０と、ビーム照射口２３ａ、及び距離センサ２
２夫々の対象面までの距離がほぼ横一線になるように配
置している。そしてこの距離センサ２２の検出信号は制
御回路２９に取込み、取手２０に設けたスイッチ２１の
作動許容制御を行なう。即ち距離センサ２２の検出信号
に基づいて制御回路２９で演算された距離検出値が作業
可能な距離（作業許容値）より大きいときには、スイッ
チ２１を入れても塗膜剥離ガン１は作動しないが、検出
値が作業許容値に達するとスイッチ２１は、自動的に
“ＯＮ”となるか若しくは前記スイッチ２１が作動可能
になって手動操作により、ビームスキャナ３からＹＡＧ
レーザ光ｌの照射が、また噴射ガン２からドライアイス
粒子ｉの噴射がそれぞれ行われるようになっている。

【００２０】次に、本ブラスト装置の作用を説明する。
まず、図６に示すビームスキャナ３のレンズ群２４の位
置を適正に設定してＹＡＧレーザ光ｌの焦点距離を噴射
ガン２のドライアイス粒子有効投射距離（前以て計測）
に略一致させておく。作業が開始され、図２に示す取手
２０を介して取り上げた塗膜剥離ガン１を対象面３０に
沿って近づけると、噴射ガン２と対象面３０間の距離が
距離センサ２２によって刻々検出され、ガン１の制御回
路２９へ送られる。そして、検出値が作業許容値に達し
た時点で、スイッチ２１を入れるとガン１が作動し、対
象面３０に対してまずビームスキャナ３よりＹＡＧレー
ザ光ｌがパルス状に、かつ、ポリゴンミラー２５の作用
で幅Ｗの範囲を光走査しながら照射され、これによって
対象面３０に施された塗膜（または被膜）３１に多数の
微小穿孔３１ａが加工される。（なお、上記距離センサ
検出値によるレーザ光のパルス発信制御は作業の安全性
を高めるための工程であり、必要に応じ省略することは
可能である。）これと同時に、または少しタイミングを
遅らせて、穿孔加工面に対して噴射ガン２よりドライア
イス粒子ｉが圧縮空気と共に噴射される。

【００２１】この結果、塗膜３１の微小穿孔３１ａ内に
吹き込まれたドライアイス粒子ｉは穿孔３１ａ内で対象
面３０表面と塗膜３１との境界面に沿って進展し、また
ガス化して急速に拡大し、このとき生ずるクサビ効果及
び体積膨張効果によって塗膜層３１が対象面３０表面か
ら順次剥離される。かくして、取手２０を介して塗膜剥
離ガン１を所定速度で横移動（手動または自動操作）さ
せることにより、塗膜（被膜）３１の剥離作業を光走査
幅Ｗ単位で効率良く実行することができる。

【００２２】また、図４に示すようにガイド輪３３とガ
イド輪３３に内蔵した接触センサ３４によっても同様な
噴射制御が可能である。即ち本実施形態は、前記塗膜剥
離ガン１に、前記噴射ガン２のノズル１０先端と対象面
３０との間の距離を一定に保つために、塗膜剥離ガン１
より対象面側に向けガイド棒３２を所定長さ延伸し、そ
の先端に、ガイド輪３３と、前記ガイド輪３３が対象面
３０に接触したことを検知する接触センサ３４とを設
け、該接触センサ３４よりの接触検知信号を得た場合の
み前記スイッチ２１が作動可能に構成している。かかる
実施形態においても前記実施形態と同様な作用を得る事
が出来る

【００２３】

【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、処理
対象面に対してレーザ光をパルス状に照射して表面の塗
膜に多数の微小穿孔を加工し、この穿孔加工面に対して
ドライアイス粒子を圧縮空気を介して照射し、穿孔内に
吹き込まれたドライアイス粒子が進展、拡大するときに
生ずるクサビ効果及び体積膨張効果によって塗膜を対象
面から剥離させることができる。この際、レーザ光の焦
点距離をドライアイス粒子の投射距離に応じて調整でき
るようにし、又前記レーザ光の照射内を所定幅に光走査
できるようにし、更に、噴射ガンのノズル形状をこの光
走査幅に応じて扇状かつ偏平状に形成しているので光走
査幅範囲の塗膜には多数の微小穿孔が適正に加工され、
また、一度に光走査幅の剥離処理を実行できる為に、作
業効率が大幅に向上する。

【００２４】また、投射材がドライアイス粒子なので、
作業環境が悪化することがなく、後処理も不要となる。
更に距離センサによって許容作業距離をモニターしてス
イッチ回路を制御し、更にはＹＡＧレーザ光の照射をラ
ンプ表示することもできるので安全作業が確保されるな
どの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施形態に係る塗膜（被膜）剥
離原理とその装置の基本構成を示す全体概略図で、ドラ
イアイス粒子を用いたショットブラスト装置として適用
させている。

【図２】図１に適用される塗膜剥離ガンを示し、（Ａ）
は正面図、、（Ｂ）は高圧エアホ−ス７の断面図（Ａ−
Ａ線断面図）である。

【図３】図２の塗膜剥離ガンの平面図である。

【図４】図１に適用される他の実施形態に係る塗膜剥離
ガンを示し、図３の対応図である。

【図５】（Ａ）は噴射ガン２及びドライアイス粒子供給
装置５の全体構成を示す全体図であり、（Ｂ）は粒子噴
射用ノズルの開口を示すＢ−Ｂ矢視図である。

【図６】図１に適用されるビームスキャナの概略構成図
である。

【符号の説明】

１塗膜剥離ガン２噴射ガン３ビーム走査手段４コンプレッサ５ドライアイス粒子供給装置５’ 空気乾燥器６ＹＡＧレーザ発振器７、７’ 高圧エアホ−ス８供給ホ−ス９光ファイバー１０ノズル２０取手２１スイッチ２２距離センサ２４レンズ群２５ポリゴンミラー２６ランプ３０対象面３１塗膜（被膜）３１ａ微小穿孔３３ガイド輪３４接触検知センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増田伊知郎広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドライアイス粒子を高速噴射して塗膜や
表面酸化物等の被膜の剥離若しくは洗浄を行なう被膜処
理方法において、処理対象面にレーザ光をパルス照射して表面の塗装膜な
どの被膜層のみに多数の微小穿孔を形成した後若しくは
該微小穿孔形成と同時に、その穿孔形成部にドライアイ
ス粒子を高速噴射することを特徴とする被膜処理方法。
【請求項２】ドライアイスを高速噴射させる噴射ガン
を具えてなる、塗膜や表面酸化物等の被膜の剥離若しく
は洗浄を行なう被膜処理装置において、パルス発信されたレーザ光を所定照射角光走査させるビ
ーム走査手段を前記噴射ガンと一体的に連結し、該噴射
ガンとともに移動可能に構成したことを特徴とする被膜
処理装置。
【請求項３】前記ビーム走査されるレーザ光の焦点距
離を前記噴射ガンによるドライアイス粒子の有効投射距
離に対応させて調整可能に構成した焦点距離調整手段を
設けるとともに、該レーザ光の光走査がポリゴンミラー
を介して行なわれることを特徴とする請求項２記載の被
膜処理装置。
【請求項４】前記噴射ガンのノズルよりの粒子噴射パ
ターン形状を、前記ビーム走査手段によるレーザ光の照
射角に対応させて扇状かつ偏平状に形成したことを特徴
とする請求項２記載の被膜処理装置。
【請求項５】前記噴射ガンにドライアイス粒子若しく
は圧縮空気を供給する供給ホース内に、前記パルス状レ
ーザ光を伝送する光ファイバーケーブルを収納したこと
を特徴とする請求項２記載の被膜処理装置。
【請求項６】前記噴射ガンとビーム走査手段とを一体
的に連結し、移動可能に構成された処理装置本体よりな
り、該本体に、レーザ光の出射とドライアイス粒子の噴射を
行なう作動スイッチと、該噴射ガンのノズル先端と対象
面との間の距離を検出する距離センサとを設け、該セン
サの検出値が作業許容値を示した時のみ前記スイッチが
作動可能に構成したことを特徴とする請求項２記載の被
膜処理装置。
【請求項７】前記噴射ガンとビーム走査手段とを一体
的に連結し、移動可能に構成された処理装置本体よりな
り、該本体に、レーザ光の出射とドライアイス粒子の噴射を
行なう作動スイッチと、前記噴射ガンのノズル先端と対
象面との間の距離を一定に保つためのガイド部と、前記
ガイド部が対象面に接触したことを検知する接触センサ
とを設け、該接触センサより接触検知信号を得た場合のみ前記スイ
ッチが作動可能に構成したことを特徴とする請求項２記
載の被膜処理装置。