JP2017124430A - レーザ照射装置及び燃焼抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗膜や表面被覆材の燃焼を抑制することができ、ケレン処理の作業効率の向上を図ることができる、レーザ照射装置及び燃焼抑制方法を提供する。【解決手段】本実施形態に係るレーザ照射装置１は、レーザ光Ｌを照射してケレン処理を行う装置であって、レーザ光Ｌを照射する処理空間Ｓを形成するレーザ照射ヘッド２と、レーザ照射ヘッド２の内部に不活性ガスＧを供給するガス供給部３と、レーザ照射ヘッド２の内部のガス及び塵埃を外部に排出する排出部４と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ照射装置及び燃焼抑制方法に関し、特に、ケレン処理に適したレーザ照射装置及び燃焼抑制方法に関する。

例えば、橋梁等の鋼構造物の接合部には、締結具としてボルト・ナットを使用することが多い。かかるボルト・ナットは、一般に、風雨に晒されることから、表面に防錆等の塗装が施されることが多い。また、長期間の使用により、塗膜が劣化したり、表面に酸化物や汚れが付着したりすることから、定期的に洗浄や塗装の塗り替え等のメンテナンスが必要となる。なお、塗装を塗り替える際には、ケレン処理で古い塗膜や付着物を剥離又は除去してから新しい塗装を施すのが一般的である。

ところで、ボルトヘッドやナットは、鋼構造物の表面から突出した形状を有する突起物であり、その表面の塗膜を剥離する作業はそれ自体が面倒である。加えて、ボルトヘッドやナットと鋼構造物の表面とにより形成される角隅部に入り込んだ塗膜の剥離は特に困難である。

かかるケレン処理には、一般に、電動工具を用いた手作業のほか、鉄粒や砂粒等の投射体を構造物の表面に吹き付けるショットブラスト等が用いられる。しかしながら、電動工具を用いた手作業では作業時間が長くなりやすく、ショットブラストを用いた方法では大量の廃棄物や騒音を生じるという問題がある。そこで、近年ではレーザ光を用いた方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された発明では、ボルトヘッドが突出した構造物表面に先端内周面にミラーを備えたアタッチメントを配置し、レーザ光をミラーに反射させてボルトヘッドの側面に照射するようにしている。

特許第５５７４３５４号明細書

しかしながら、塗膜や表面被覆材は構造物の表面に張り付いていることから、これらをケレンしようとすればレーザ光の強度を高くしなければならず、塗膜や表面被覆材が燃焼してしまう可能性がある。塗膜や表面被覆材が燃焼するとその灰が飛散又は拡散し、作業現場やレーザ照射装置が汚れてしまうという問題がある。作業現場やレーザ照射装置が汚れた場合には、レーザ光の照射効率が低下したり、清掃に時間を要したりすることから、ケレン処理の作業効率が低下することとなる。

本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、塗膜や表面被覆材の燃焼を抑制することができ、ケレン処理の作業効率の向上を図ることができる、レーザ照射装置及び燃焼抑制方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、レーザ光を照射してケレン処理を行うレーザ照射装置において、前記レーザ光を照射する処理空間を形成するレーザ照射ヘッドと、前記レーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給するガス供給部と、前記レーザ照射ヘッドの内部のガス及び塵埃を外部に排出する排出部と、を備えたことを特徴とするレーザ照射装置が提供される。

前記レーザ照射ヘッドは、前記処理空間を区画するとともに前記レーザ光を透過する遮蔽板を備えていてもよい。

前記レーザ照射ヘッドは、ケレン処理を行う場所に固定される基台と、前記基台に接続される筒部と、を備えていてもよい。また、前記ガス供給部は前記筒部に形成され、前記排出部は前記基台に形成されていてもよい。前記筒部は、先端に前記レーザ光を透過可能な遮蔽板を備えていてもよい。

前記ガス供給部は、前記遮蔽板の表面に前記不活性ガスを噴き付けるように構成されていてもよい。

また、本発明によれば、レーザ光を照射してケレン処理を行うレーザ照射装置の燃焼抑制方法であって、前記レーザ光を照射可能な処理空間を形成し、前記処理空間に不活性ガスを供給するようにした、ことを特徴とする燃焼抑制方法が提供される。

上述した本発明のレーザ照射装置及び燃焼抑制方法によれば、レーザ光を照射する処理空間に不活性ガスを供給して処理空間内の酸素濃度を低下させるようにしたことから、塗膜や表面被覆材等のように構造物の表面に張り付いている物体をケレンする際に、高強度のレーザ光を照射した場合であっても、処理空間における塗膜や表面被覆材等の燃焼を抑制することができる。したがって、灰の飛散や拡散を抑制することができ、清掃時間の短縮やレーザ光の照射効率の維持を図ることができ、ケレン処理の作業効率の向上を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係るレーザ照射装置を示す全体構成図である。 橋梁の一部を示す部分拡大図である。 本発明の第二実施形態に係るレーザ照射装置を示す全体構成図である。 本発明の第三実施形態に係るレーザ照射装置を示す全体構成図である。 本発明の他の実施形態に係るレーザ照射装置を示す部分拡大図であり、（ａ）は第四実施形態、（ｂ）は第五実施形態、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図５（ｂ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係るレーザ照射装置を示す全体構成図である。図２は、橋梁の一部を示す部分拡大図である。

本発明の第一実施形態に係るレーザ照射装置１は、図１に示したように、レーザ光Ｌを照射してケレン処理を行う装置であって、レーザ光Ｌを照射する処理空間Ｓを形成するレーザ照射ヘッド２と、レーザ照射ヘッド２の内部に不活性ガスＧを供給するガス供給部３と、レーザ照射ヘッド２の内部のガス及び塵埃を外部に排出する排出部４と、を備えている。

ケレン処理は、例えば、突起物Ｐの表面にコーティングされた塗膜や表面被覆材、突起物Ｐの表面に発生した錆等を剥離又は除去する処理である。突起物Ｐは、例えば、橋梁等の鋼構造物の接合部に固定されている。図２に示したように、橋梁５は、例えば、Ｉ型鋼により構成される主桁５１と、主桁５１のウェブ部の接合部に配置される添接板５２と、主桁５１のフランジ部の接合部に配置されるフランジ連結板５３と、を有している。かかる主桁５１を突き合わせて接合する際に、添接板５２及びフランジ連結板５３に複数のボルト５４及びナット５５が使用される。突起物Ｐは、例えば、主桁５１を構成する鋼材の表面に突出したボルト５４及びナット５５によって構成される。

なお、突起物Ｐは、ボルト５４及びナット５５によって構成されるものに限定されず、リベット、構造物の形状等、構造物の表面に突出した種々の突起物を含む趣旨である。また、構造物は、橋梁等の鋼構造物に限定されるものではなく、コンクリート構造物等の他の構造物であってもよい。

また、本実施形態に係るケレン処理は、突起物Ｐの表面をケレンする処理に限定されるものではなく、例えば、鋼構造物やコンクリート構造物等の平らな塗装面や舗装面をケレンする処理であってもよいし、構造物のコンクリート・樹脂・ライニング等をはつる処理であってもよいし、構造物の洗浄や除染等を行う処理であってもよい。

レーザ照射装置１は、例えば、ＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ等のレーザ発振器を備えた本体部１１と、本体部１１に接続されたレーザ照射ヘッド２と、本体部１１及びレーザ照射ヘッド２を昇降可能に支持する支持部１２と、を備えている。レーザ発振器は、例えば、構造物及び突起物Ｐの種類やケレン処理の対象に応じて任意に選択して使用することができる。

レーザ照射ヘッド２は、例えば、図１に示したように、ケレン処理を行う場所に固定される基台２１と、基台２１に接続される筒部２２と、を備えている。基台２１は、例えば、ケレン処理対象の突起物Ｐの外周を囲う壁面部２１ａと、壁面部２１ａの下端に配置され構造物の表面に当接する底面部２１ｂと、壁面部２１ａの上端に形成されたフランジ部２１ｃと、を備えている。壁面部２１ａは、少なくともケレン処理対象の突起物Ｐに隣接する他のボルト５４とフランジ部２１ｃとが干渉しない高さに設計される。

底面部２１ｂには、突起物Ｐを有する構造物の表面に吸着する磁石２１ｄが埋め込まれていてもよい。基台２１の固定手段として磁石を用いることにより、鋼材表面に基台２１を容易に固定させることができ、特に、図２に示した主桁５１のウェブ部の連結部に固定された突起物Ｐに対してもレーザ照射装置１を横向きに固定することができる。なお、基台２１の固定手段は、磁石に限定されるものではなく、吸盤や固定治具を用いるようにしてもよい。また、壁面部２１ａが十分な肉厚を有する場合には、底面部２１ｂを省略し、壁面部２１ａに磁石２１ｄを埋め込むようにしてもよい。

フランジ部２１ｃには、支持部１２が配置されている。支持部１２は、例えば、フランジ部２１ｃ上に固定された直動アクチュエータ１２ａと、直動アクチュエータ１２ａの先端に固定されたヘッダ１２ｂと、ヘッダ１２ｂの移動を案内するガイド１２ｃと、ヘッダ１２ｂに接続されレーザ照射ヘッド２を拘束する拘束部１２ｄと、を有している。なお、図１では、説明の便宜上、拘束部１２ｄを点線で図示している。

ヘッダ１２ｂは、例えば、断面Ｌ字形状を有しており、直動アクチュエータ１２ａの先端部と直動アクチュエータ１２ａの側面部に配置されたガイド１２ｃとに接続されている。拘束部１２ｄは、例えば、略環状に形成されており、レーザ照射ヘッド２の外周面に当接して締め付けられることによってレーザ照射ヘッド２を拘束する。

支持部１２は、直動アクチュエータ１２ａを作動させることにより、本体部１１及びレーザ照射ヘッド２をケレン対象物に対して接近又は離反させることができる。かかる操作により、レーザ光Ｌの照射位置を機械的に調整することができる。なお、レーザ光Ｌの焦点は、本体部１１内の光学系によって調整される。

筒部２２は、例えば、レーザ照射装置１の本体部１１に接続されレーザ光Ｌの通る空間を形成する第一筒部２２ａと、第一筒部２２ａの先端のフランジ部にボルト等によって接続された第二筒部２２ｂと、を備えている。第一筒部２２ａ及び第二筒部２２ｂは、略円筒形状を有しているが、かかる形状に限定されるものではない。

第二筒部２２ｂの内面には、レーザ光Ｌを突起物Ｐに向かって反射させる複数の反射ミラー２２ｃが周方向に所定の間隔で配置されている。反射ミラー２２ｃの傾斜角度は一定の角度であってもよいし、調整可能に構成されていてもよい。なお、突起物Ｐの上面をケレンする場合には、レーザ光Ｌを反射ミラー２２ｃに反射させずに、本体部１１から直にレーザ光Ｌを照射させるようにすればよい。

ガス供給部３は、例えば、筒部２２に形成されたガス供給路３１と、不活性ガスＧを貯蔵するガスタンク３２と、ガスタンク３２からガス供給路３１に不活性ガスＧを供給するポンプ３３と、を備えている。ガスタンク３２及びポンプ３３は、レーザ照射装置１に近接した位置に配置してもよいし、離隔した位置に配置してもよい。

ガス供給路３１は、例えば、第一筒部２２ａのフランジ部及び第二筒部２２ｂの壁面部を貫通し処理空間Ｓに連通するように形成される。かかるガス供給路３１は、第二筒部２２ｂの周方向の複数箇所に所定の間隔で形成される。なお、図示したガス供給路３１の構成は単なる一例であり、かかる構成に限定されるものではない。

排出部４は、例えば、基台２１に形成された排出路４１と、ガス及び塵埃を回収する回収タンク４２と、排出路４１と回収タンク４２とを接続し処理空間Ｓ内を吸引するポンプ４３と、を備えている。回収タンク４２及びポンプ４３は、レーザ照射装置１に近接した位置に配置してもよいし、離隔した位置に配置してもよい。

排出路４１は、例えば、基台２１の壁面部２１ａ及びフランジ部２１ｃを貫通し処理空間Ｓに連通するように形成される。排出路４１の処理空間Ｓに面した排出口は、ケレン処理により生じた剥離屑を含む塵埃を吸引する必要があることから、横幅の広いスリット状に形成するようにしてもよい。排出口は、壁面部２１ａの周方向の複数箇所に所定の間隔で形成される。排出路４１の出口は、図示したように、フランジ部２１ｃの一箇所に集約し、排出路４１を壁面部２１ａ内で分岐させて複数の排出口に連通させるようにしてもよい。なお、図示した排出路４１の構成は単なる一例であり、かかる構成に限定されるものではない。

本実施形態では、ガス供給部３を筒部２２に形成し、排出部４を基台２１に形成している。かかる構成により、筒部２２の壁面部や基台２１の壁面部２１ａ等を有効に利用しつつ、不活性ガスＧの供給やガス及び塵埃の排出に十分な流路を容易に確保することができる。

上述したレーザ照射装置１によれば、ケレン対象の突起物Ｐを覆うようにレーザ照射ヘッド２を配置してレーザ光Ｌを照射可能な処理空間Ｓを形成し、ガス供給部３により処理空間Ｓに不活性ガスＧを供給するようにしたことから、処理空間Ｓ内の空気を不活性ガスＧによって置換し、処理空間Ｓ内の酸素濃度を低下させることができる。したがって、高強度のレーザ光Ｌを照射した場合であっても、塗膜や表面被覆材等の燃焼を抑制することができる。

また、排出部４によりケレン処理前に処理空間Ｓ内の空気を排出することにより、処理空間Ｓ内の空気を不活性ガスＧによって容易に置換することができる。このとき、処理空間Ｓ内の雰囲気は、塗膜や表面被覆材等が燃焼しない程度の酸素濃度に低下させることができれば、不活性ガスＧによって充満させる必要はない。また、排出部４によりケレン処理中に処理空間Ｓ内を吸引することにより、ケレン処理によって生じた塵埃を外部に容易に排出することができる。

このように、本実施形態に係るレーザ照射装置１及び燃焼抑制方法によれば、処理空間Ｓにおける塗膜や表面被覆材等の燃焼を抑制したことにより、灰の飛散や拡散を抑制することができ、清掃時間の短縮やレーザ光Ｌの照射効率の維持を図ることができ、ケレン処理の作業効率の向上を図ることができる。

次に、本発明の第二実施形態に係るレーザ照射装置１について、図３を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係るレーザ照射装置を示す全体構成図である。なお、上述した第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図３に示した第二実施形態に係るレーザ照射装置１は、レーザ照射ヘッド２に処理空間Ｓを区画するとともにレーザ光Ｌを透過する遮蔽板２３を配置したものである。具体的には、遮蔽板２３はレーザ照射ヘッド２の筒部２２（第二筒部２２ｂ）の開口部を封止するように配置されている。なお、遮蔽板２３は、例えば、ガラス板によって構成されるが、他の素材によって構成してもよい。

また、遮蔽板２３は、筒部２２（第二筒部２２ｂ）の先端付近、具体的には、反射ミラー２２ｃとガス供給路３１のガス供給口との間の位置に配置することが好ましい。かかる位置に遮蔽板２３を配置することにより、処理空間Ｓの容積を小さくすることができるとともに、ガス供給路３１から処理空間Ｓに不活性ガスＧを供給する際に不活性ガスＧを遮蔽板２３の表面に容易に噴き付けることができる。

このように、処理空間Ｓの容積を小さくすることにより、処理空間Ｓに供給する不活性ガスＧの分量を低減することができ、処理空間Ｓ内を吸引する吸引力を低減することができる。したがって、ガスタンク３２及び回収タンク４２の小型化並びにポンプ３３，４３の小容量化を図ることができる。

また、上述したように、ガス供給部３は、遮蔽板２３の表面に不活性ガスＧを噴き付けるように構成されていることから、遮蔽板２３の表面を不活性ガスＧによってクリーニングすることができ、遮蔽板２３の表面の付着物による温度上昇を抑制することができ、レーザ光Ｌの照射効率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、遮蔽板２３の表面に沿って外縁部から中心に向かって放射状に不活性ガスＧが供給されるように構成されているが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、ガス供給路３１の供給口を遮蔽板２３の表面に不活性ガスＧをより強く噴き付けるように上方に傾斜させるようにしてもよい。

次に、本発明の第三実施形態に係るレーザ照射装置１について、図４を参照しつつ説明する。ここで、図４は、本発明の第三実施形態に係るレーザ照射装置を示す全体構成図である。なお、上述した第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図４に示した第三実施形態に係るレーザ照射装置１は、第一実施形態に係るレーザ照射装置１において、不活性ガスＧを反射ミラー２２ｃの表面に噴き付けるようにガス供給路３１を構成したものである。かかる実施形態によれば、反射ミラー２２ｃの表面を不活性ガスＧによってクリーニングすることができ、反射ミラー２２ｃの表面の付着物による温度上昇を抑制することができ、レーザ光Ｌの照射効率の低下を抑制することができる。

次に、本発明の他の実施形態に係るレーザ照射装置１について、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図５は、本発明の他の実施形態に係るレーザ照射装置を示す部分拡大図であり、（ａ）は第四実施形態、（ｂ）は第五実施形態、を示している。なお、上述した第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、各図において、説明の便宜上、本体部１１、支持部１２、ガスタンク３２、ポンプ３３、回収タンク４２、ポンプ４３の図を省略してある。

図５（ａ）に示した第四実施形態に係るレーザ照射装置１は、ガス供給路３１及び排出路４１の両方をレーザ照射ヘッド２の筒部２２に形成したものである。ガス供給路３１及び排出路４１は、例えば、筒部２２の周方向に交互に複数配置される。かかる実施形態によれば、ガス供給部３及び排出部４を筒部２２に集約することができ、基台２１を容易に取り扱うことができる。

図５（ｂ）に示した第五実施形態に係るレーザ照射装置１は、ガス供給路３１及び排出路４１の両方をレーザ照射ヘッド２の基台２１に形成したものである。ガス供給路３１及び排出路４１は、例えば、壁面部２１ａの周方向に交互に複数配置される。かかる実施形態によれば、ガス供給部３及び排出部４を基台２１に集約することができ、筒部２２を容易に取り扱うことができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、基台２１及び筒部２２は一体に形成されていてもよい、第三実施形態〜第五実施形態に係るレーザ照射装置１に遮蔽板２３を配置してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ レーザ照射装置
２ レーザ照射ヘッド
３ ガス供給部
４ 排出部
５ 橋梁
１１ 本体部
１２ 支持部
１２ａ 直動アクチュエータ
１２ｂ ヘッダ
１２ｃ ガイド
１２ｄ 拘束部
２１ 基台
２１ａ 壁面部
２１ｂ 底面部
２１ｃ フランジ部
２１ｄ 磁石
２２ 筒部
２２ａ 第一筒部
２２ｂ 第二筒部
２２ｃ 反射ミラー
２３ 遮蔽板
３１ ガス供給路
３２ ガスタンク
３３ ポンプ
４１ 排出路
４２ 回収タンク
４３ ポンプ
５１ 主桁
５２ 添接板
５３ フランジ連結板
５４ ボルト
５５ ナット

Claims (7)

1. レーザ光を照射してケレン処理を行うレーザ照射装置において、
   前記レーザ光を照射する処理空間を形成するレーザ照射ヘッドと、
   前記レーザ照射ヘッドの内部に不活性ガスを供給するガス供給部と、
   前記レーザ照射ヘッドの内部のガス及び塵埃を外部に排出する排出部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
2. 前記レーザ照射ヘッドは、前記処理空間を区画するとともに前記レーザ光を透過する遮蔽板を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
3. 前記レーザ照射ヘッドは、ケレン処理を行う場所に固定される基台と、前記基台に接続される筒部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
4. 前記ガス供給部は前記筒部に形成され、前記排出部は前記基台に形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ照射装置。
5. 前記筒部は、先端に前記レーザ光を透過可能な遮蔽板を備えている、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ照射装置。
6. 前記ガス供給部は、前記遮蔽板の表面に前記不活性ガスを噴き付けるように構成されている、ことを特徴とする請求項２又は５に記載のレーザ照射装置。
7. レーザ光を照射してケレン処理を行うレーザ照射装置の燃焼抑制方法であって、
   前記レーザ光を照射可能な処理空間を形成し、前記処理空間に不活性ガスを供給するようにした、
   ことを特徴とする燃焼抑制方法。