技術紹介

非接触洗浄装置「レーザクリア」の紹介
松坂

文夫 *1

Matsuzaka Fumio

非接触洗浄装置「レーザクリア」の技術、製品、適用事例について紹介する。レーザによる非接触洗浄技
術の概要、洗浄の原理および特長について解説し、環境負荷が低く、取り扱いが簡便で、自動化にも適した洗浄技術を紹介する。
キーワード：レーザ洗浄、ドライプロセス、環境改善、低ダメージ法である。レーザ光という高密度エネルギーを非1. はじめに接触な「工具」として活用する従来方式にない特長

洗浄は生活のなかで日常的な行為であり、なじを備えており、SDGs の目標として近年重視されるみ深いものである。産業のなかでも生産工程の一環境問題・労働問題の改善にも対応する。図 1 に環として、古くからなくてはならない技術としてレーザクリアが貢献する SDGs 目標を掲げる。当存在する。例えば機械加工の後処理としての脱脂社の事業分野においても、例えばインフラ事業領洗浄などは直ちに思い浮かべることができる。そ域における廃棄物の削減や労働環境の改善など関せいの他にも、メッキや塗装の前処理としての除錆、連性の高い分野を有しているため、技術開発、製不純物除去、脱脂は昔から実施されているもので品化に取り組んできた。本稿では当社の非接触洗ある。現在では、精密加工や半導体製造などの先浄装置「レーザクリア」の紹介をする
（図 2）
。以下、

端加工技術の発展に伴い、材料清浄度確保は従来の生産技術におけるよりも重要となってきており、それに伴って新しい洗浄技術が開発されている。
レーザ洗浄もそのような新しいニーズに合わせて開発が進められている。
洗浄の方式は物理的洗浄方法と化学的洗浄方法に大別されるが、レーザ洗浄は物理的洗浄方法のひとつである。溶剤や酸、アルカリにより化学反応、溶解などを利用する化学的洗浄方法に対して、工具や研磨、加熱、圧力等を利用する物理的洗浄方法にあって、レーザ洗浄は「レーザアブ
図1

レーション」現象による、加熱・圧力を利用した方*1：機器装置事業部

メカトロシステム部

レーザクリアが貢献する SDGs 目標部長

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に強いレーザ光を照射して、エネルギーを表面層に吸収させると、瞬時に表面層の物質が蒸発や分解する「アブレーション」が発生する。固体から急激に分解 / 気化すると同時にレーザ光の強い電磁界によりプラズマ化するために、爆発的な圧力上昇を引き起こす。その結果、表面層の物質は一気に周囲に飛散して取り去られる。
洗浄の工程は一般に、
浸透 → 分離 → 拡散 → 排除の段階を経て成り立つと説明されるが、レーザ洗浄においては① 浸透：レーザ光照射（エネルギー吸収）② 分離：アブレーション（蒸発・分解）③ 拡散：アブレーション（プラズマ化）
図2

が以上の原理で説明され、レーザクリア「LF-100」外観④ 排除は、送風や吸引、清掃等の補助的な手段
最初に洗浄の原理および特長について述べ、続いにより実施される。て「レーザクリア」およびその適用事例を述べる。

また、アブレーションに際してはエネルギーが蒸発・分解に消費され、飛散物質とともに取り去

2. レーザ洗浄の原理・特長られるため、原理的には母材の温度上昇を抑制で2.1 レーザ洗浄の原理きる。特に Q スイッチパルスレーザのようなレーレーザ洗浄の原理を図 3 の模式図により説明す

ザ持続時間が短く、パルス発振中のレーザ強度のる。

強いレーザ種類を用いる場合は投入エネルギーに

図は洗浄を行いたい材料（母材）の表面に、汚染対する発熱比率を抑える制御が可能である。この物質等（表面層）が付着している状態を示す。ここ

他、紫外光を得られるエキシマレーザやパルス持

図3

レーザ洗浄の原理
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模式図

続時間がフェムト秒程度（10-13 ～ -15s）の超短パルス①および②の特長は、レーザ洗浄が洗浄工程のレーザでは非熱的なアブレーションが可能であ浸透～拡散をレーザ光のエネルギーのみを使用すり、より発熱を抑制可能である。

ることによる。このため洗浄に付加的な材料が不じん

図 4 に、レーザ洗浄装置の構成模式図を示す。

要で、廃棄物の発生や、工程での発塵、化学物質装置の主要部はレーザ発振器、ガルバノスキャナによる浸食などが少なく、環境負荷を抑え、衛生（レーザ光偏向装置）、fq レンズ（集光レンズ）によ的な作業環境を実現できる。

り構成される。ガルバノスキャナに入射したレー加えて、レーザ光は出力制御性、位置制御性に

ザ光は～数百 Hz の高速スキャンにより偏向され、優れ、洗浄点が極小かつ非接触のために洗浄範囲fq レンズにより対象面上に集光される。集光・吸の高精度な形状制御が可能である。④、⑤の特長

収されたレーザエネルギーがアブレーションを引はこれらの特性から得られる。アブレーションにき起こすエネルギー以上となることで表面洗浄がは大きなエネルギーを要する一方で、過大なエネ行われる。レーザ光は連続波（CW）またはパルスルギー投入は母材の損傷をも招くため、適切なエ列として照射されるので、スキャンおよび装置のネルギー制御が必要である。レーザは高い出力制移動により所定の面積が洗浄される。

御性を備えるために、母材がアブレーションされることを回避することができる、以下の条件が成

2.2 レーザ洗浄の特長

り立つエネルギー範囲に制御することが容易であしきい

レーザ洗浄の特長を以下に挙げる。

る。すなわち、アブレーション閾値のエネルギー① 水・薬剤・ブラスト材を使用しない。

が、式（1）の場合、母材を損傷することなく付着② ドライプロセスである。

物のみの洗浄が可能な条件となるが、レーザ光の③ 非接触である。

エネルギー EL を式（2）の範囲に制御すればよい。

④ 母材へのダメージが、薬剤・ブラスト等従来（1）

Ec < Es

Ec ：表面付着物のアブレーション閾値

技術に比べて小さい。

Es ：母材のアブレーション閾値

⑤ 高精度な局所的洗浄が可能。
⑥ 低騒音である。

Ec < EL < Es

図4

レーザ洗浄装置
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（2）

模式図
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一方高精度な局所洗浄が可能であることから、3. レーザクリアマスキングが不要となり、工程の自動化も容易で

LF-100 の仕様・特長

3.1 仕様ある。

レーザクリア「LF-100」の外観（ヘッド外観図・本体表面図・側面図）を図 5 に、仕様一覧を表 1 に示す。

（a）本体正面図（b）本体側面図

図5（c）ヘッド外観図

レーザクリア「LF-100」外観図仕様

表1

レーザクリア「LF-100」仕様

レーザ種類

ファイバーレーザ

レーザ波長

1,085 ～ 1,095nm

発振モード

Q スイッチパルス

レーザ平均出力

0 ～ 100W

レーザ繰り返し周波数

100 ～ 200kHz

スキャン幅

0 ～ 100mm（標準レンズ使用時）

スキャン周波数0 ～ 300Hz

ダイオード寿命

10,000 時間（期待値）

重量39kg（照射ヘッド：2.4kg は含まず）

サイズ
本体 / 照射ヘッド

W642mm×D465mm×H990mm（車輪含む）/W104mm×D370mm×H57mm

電源

50/60Hz

冷却方式

空冷

動作環境条件動作温度範囲：+5 ～ +35℃
動作湿度範囲：75%RH 以下（ただし結露なきこと）
動作雰囲気 ：オイルミスト、粉塵、腐食性及び可燃性ガスのなきこと

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クラス 4

AC100V

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15A（最大消費電力 1.5kW）

3.2 特長① 自動車：溶接前後処理、金型洗浄、酸化膜除レーザクリア「LF-100」の特長を、2.2 節で示し

去、塗装剥離はくり② 航空機：部品洗浄、塗装剥離たものを含め、以下に示す。

③ 食品：ベーキングプレート等の油脂・焦げ① 水・薬剤・ブラスト材を使用しない。

ざんし

残滓の洗浄

② ドライプロセスである。
③ 非接触である。

④ 電力：鉄塔のメンテナンス（除錆等）④ 母材へのダメージが小さい。

⑤ 原子力：火力タービンの洗浄、除染⑤ 高精度な局所的洗浄が可能。

⑥ 半導体製造：IC パッケージ金型の洗浄、パーティクル除去⑥ 低騒音である。
⑦ 空冷のレーザを用い取り扱いが簡便である。

⑦ 文化財・美術品：さびなどコンタミ層の除去⑧ 小型・軽量で足場の悪い現場での使用も可能。

⑧ 橋梁：塗装剥離・除錆⑨ Q スイッチ型のファイバーレーザを使用し低⑨ 産業機械：板金加工（局所塗膜剥離）
このようにさまざまな業種・目的で使用されて入熱・高効率である。

いるが、特に溶接前処理、塗膜除去、除錆、金型⑩ ロボットやスライダーと組み合わせた自動洗浄は需要が多い例である。放射性物質の除染目化に対応している。
⑪ 家庭用コンセント（AC100V）で駆動できる。

的では遠隔・非接触で使用可能な特長が適合す以上のうち、⑦「空冷」⑧「小型・軽量」と⑨「Qる。

スイッチファイバーレーザ使用」は差別化された
4.2 レーザクリアの適用事例特長である。⑦と⑧は特に現場で使用する際に重要であり、不安定かつ空間の制約の大きい場所で「橋梁におけるボルト部の素地調整作業」は不可欠である。これは小型高出力化に適した再塗装を伴う補修を要する橋梁が増加しておファイバーレーザを使用していることも寄与してり、再塗装工程にレーザ洗浄を使用する例も報告いる。加えて⑨は 2.1 節で述べたように発熱を抑されている。鋼道路橋の再塗装時素地調整の施工えた洗浄に有効な方式である。現在レーザ洗浄装基準は「鋼道路橋防食便覧（平成 26 年）」に規定さ置は多くのメーカーより発売されており、なかにれるように Rc-Ⅰ塗装系（ふっ素樹脂塗装）におい

うたは 1kW 以上の平均出力を謳 う製品もあり、「レーては第 1 種ケレンが要求されている。第 1 種ケレ

ザクリア」はそれらより低出力であるが、現時点

ンでは、さび、旧塗膜を全て除去し鋼材面を露出で空冷 Q スイッチファイバーレーザは最大で 100Wさせること、除錆度として ISO Sa2 1/2 相当とするクラスであり、パルスエネルギーの大きさや集光ことが定められており、一般的にはブラスト工法性に優れ、作業性や高効率・高品質を併せ持つ製により施工される。レーザクリアはこれと同等の品であると考えている。

除去性能が得られるため、代替として、あるいはあいブラストの適用が困難な狭隘箇所・ボルト等の凹

4. 用途・適用事例

凸面に適用してより完全な素地調整を実現するた

4.1 レーザ洗浄の用途例

めの方法として適用が検討されている。
本稿では橋梁のボルト素地調整の例を紹介す

レーザ洗浄は以下のような業種・適用箇所で使る。

用されている。
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図 6 は橋梁に使用される M22 ボルト・ナットで、膜厚約 400mm ふっ素樹脂塗料系の塗装除去の状況を示す。図 6（a）はレーザ照射の状態で、レーザが照射されている部位では塗膜が蒸散・プラズマ化している様子を示している。図 6（b）は除去完了した状態を示し、塗膜が完全除去され、ボルトの地肌が露出し、酸化等で黒変することなく金属光沢を見せている。
5. おわりに（a）レーザ照射中の状態「レーザクリア」は高効率で作業性に優れ、工場での自動化にも、現場での環境改善にも貢献するレーザ洗浄装置である。発塵の低減・化学薬品使用量の低減を図ることができ、環境問題・労働環境の改善への寄与が期待できる。これらの課題に積極的に取り組むツールとして「レーザクリア」をご活用いただければ幸いである。
（b）除去完了状態

図6ボルト部レーザ洗浄状態

機器装置事業部
メカトロシステム部部長

松坂 文夫
TEL. 045-791-3525
FAX. 045-791-3538—

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