JP7041991B2 - レーザー処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー処理装置に関し、特に、構造物などの被処理物の表面にレーザー光を照射して塗膜や付着物を剥離する装置に関するものである。

従来から、構造物などの被処理物の表面を処理する表面処理装置には、被処理物の表面にレーザー光を照射することにより表面の塗膜や付着物を剥離するものがある。

このような表面処理装置では、レーザー光の照射により生じた塗膜や付着物などの剥離物（粉塵や微小断片など）を含む蒸散されたガスを回収する必要があり、特許文献１には、このような剥離物を吸い込むバキューム手段を備えた表面処理装置が開示されている。

特開２０１８－１１９９号公報

ところが、特許文献１に開示の表面処理装置では、被処理物に対するレーザー光の照射により生じた剥離物により光学系が汚れるのを抑制することはできるが、剥離物がレーザー光の進路を妨げることによりレーザー光による表面処理効率が低下するという問題があった。

本発明は、被処理物に対するレーザー光の照射により生じた剥離物がレーザー光の進路を妨げるのを防止することができるレーザー処理装置を得ることを目的とする。

本発明は、以下の項目を提供する。

（項目１）
レーザー処理装置であって、前記レーザー処理装置は、
レーザー光を被処理物の表面に照射するためのレーザーヘッドと、
前記レーザーヘッドを支持するための筐体であって、前記筐体は、前記レーザー光を前記被処理物の表面にある照射領域に照射することによって発生するガスを前記筐体内に閉じ込めることが可能であるように構成されている、筐体と、
前記ガスを前記筐体の外部に強制的に排出するために、前記筐体内の気体の流れを制御するための気流制御手段と
を備え、
前記気流制御手段は、前記筐体の上部にある少なくとも１つの給気口から前記筐体の下部にある前記照射領域に向かって気体が流れ、かつ、前記筐体の下部にある前記照射領域から前記筐体の上部にある少なくとも１つの排気口に向かって気体が流れるように、前記筐体内の気体の流れを制御する、レーザー処理装置。

（項目２）
前記筐体は、前記被処理物の表面と接触する部分にブラシ材を含み、
前記気流制御手段は、前記ブラシ材を介して前記筐体の外部から吸入された気体が前記少なくとも１つの排気口に向かって流れるように、前記筐体内の気体の流れをさらに制御
する、項目１に記載のレーザー処理装置。

（項目３）
前記気流制御手段は、前記少なくとも１つの排気口から前記筐体の外部に前記ガスを強制的に排出する排気手段と、前記筐体の外部から前記少なくとも一つの給気口に強制的に気体を供給する給気手段とをさらに備える、項目１または項目２に記載のレーザー処理装置。

（項目４）
前記筐体は、上部に前記レーザーヘッドを支持するレーザーヘッド支持部を備え、前記給気口は、前記排気口よりも前記レーザーヘッド支持部に近い位置に配置される、項目１から項目３のいずれか一項に記載のレーザー処理装置。

（項目５）
前記給気口は、前記レーザーヘッド支持部を囲む環状領域に、複数設けられている、項目１または項目４に記載のレーザー処理装置。

（項目６）
前記筐体は、前記照射領域に対向する略水平な前記筐体上部と、前記筐体上部に略直交する筒状の側壁を備えた筐体下部とを含む、項目１から項目５のいずれか一項に記載のレーザー処理装置。

（項目７）
前記筐体を載せる移動体をさらに備える、項目１から項目６のいずれか一項に記載のレーザー処理装置。

（項目８）
前記被処理物は、少なくとも一部が磁石に吸着可能な材料で構成されており、
前記移動体は、電磁石および永久磁石の磁力により前記被処理物に吸着するよう構成されている、項目７に記載のレーザー処理装置。

（項目９）
前記移動体は、
前記移動体を自走させる自走手段
を有する、項目７または項目８に記載のレーザー処理装置。

本発明によれば、被処理物に対するレーザー光の照射により生じた剥離物がレーザー光の進路の妨げとなるのを防止することができるレーザー処理装置を得ることができる。

図１は、本発明のレーザー処理装置１００の一例の概要を示す図である。 図２は、本発明の実施形態１によるレーザー処理装置１００を説明するための斜視図である。 図３は、図２に示すレーザー処理装置１００の筐体１１０およびレーザーヘッド１２０を説明するための平面図であり、図３（ａ）は、筐体１１０およびレーザーヘッド１２０を筐体上面側から見た構造を示し、図３（ｂ）は、筐体１１０およびレーザーヘッド１２０を筐体下面側から見た構造を示す。 図４は、図２に示す筐体１１０およびレーザーヘッド１２０を移動させる移動体１００ａを説明するための模式図である。 図５は、図２に示すレーザー処理装置１００の筐体１１０内での気流の流れを説明するための図であり、図２のＸ１－Ｘ１線断面の構造を模式的に示している。 図６は、アスファルトに白線塗料の塗布により形成された横断歩道を示す塗膜を実施形態１のレーザー処理装置１００で除去する処理を示す平面図である。

以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。

１．本発明のレーザー処理装置の概要
図１は、本発明のレーザー処理装置の構成の概要を示す図である。

本発明のレーザー処理装置１００は、レーザー発振器（図示しない）から出射されたレーザー光Ｌｐを被処理物Ｐｔの表面の照射領域Ｒｐに向けて照射するためのレーザーヘッド１２０と、レーザーヘッド１２０を支持し、レーザー光Ｌｂを被処理物の表面にある照射領域Ｒｐに照射することによって発生するガスを筐体１１０内に閉じ込めるための筐体１１０と、ガスを筐体１１０の外部に強制的に排出するために、筐体１１０内の気体の流れを制御するための気流制御手段１５０とを備えている。

筐体１１０には、さらに筐体１１０の外部から筐体１１０内に気体を供給するための少なくとも１つの給気口１１３と、筐体１１０内の気体を筐体１１０の外部に排気するための少なくとも１つの排気口１１４を備えている。

気流制御手段１５０は、筐体１１０内の気体を少なくとも１つの排気口１１４を介して筐体１１０の外部に強制的に排気する排気手段１５０ａと、筐体１１０の外部から筐体１１０の少なくとも１つの給気口１１３を介してレーザー光Ｌｂの照射領域Ｒｐに向けて気体を供給する給気手段１５０ｂとを備えている。給気手段１５０ｂは給気ポンプなどの強制的に給気するものであってもよいし、自然給気するものであってもよい。自然吸気する場合においては、強制的に排気する排気手段１５０ａが給気手段１５０ｂの役目を果たすようにしてもよい。排気手段１５０ａは排気ポンプなどの強制的に排気するものである。

このような気流制御手段１５０を設けることで、給気手段１５０ｂにより筐体１１０の上部にある少なくとも１つの給気口１１３から筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐに向かって流れる気体の流れを発生させるとともに、排気手段１５０ａにより筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐから筐体１１０の上部にある少なくとも１つの排気口１１４に向かって流れる気体の流れを発生させることが可能となり、その結果、照射領域で発生する剥離物を含む蒸散ガスがレーザー光Ｌｂの進路を妨げることなく筐体１１０の外部に排気することが可能となる。

図１に示す形態において、レーザー処理装置１００は、レーザー発振器と、レーザー発振器から出力されるレーザー光を被処理物の表面に照射するためのレーザーヘッド１２０とは別体としているが、レーザーヘッド１２０とレーザー発振器とを一体としてもよい。

レーザーの種類は、被処理物Ｐｔや処理条件に応じて任意の種類であり得る。１つの実施形態において、レーザーは炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーである。しかしながら、本発明はこれに限定されない。また、レーザー光は、連続発振光であってもよいし、パルス光であってもよい。

被処理物Ｐｔの材質は処理を行うレーザー光Ｌｂを吸収するものであれば任意であり得る。例えば、鋼、鋳鉄などの鉄系金属、アルミニウム、ステンレス、銅などの非鉄金属、コンクリート、石膏などの石材、または、ペンキ、コーティング樹脂などの塗料である。ここで、コーティング樹脂には、アクリル樹脂塗料あるいはウレタン樹脂塗料などの道路線引き用の白線塗料も含まれる。

また、被処理物Ｐｔが適用される部材は、任意の部材であり得る。被処理物Ｐｔが適用される部材として、例えば、橋梁、一般道路、高速道路、鉄道の高架線路、大型タンク、大型設備など、所定の設置場所に固定されていて他の場所に動かすことが困難なものを含むとともに、航空機、船舶、鉄道車両など、整備場所など特定の場所に移動可能なものも含む。

筐体１１０の形状は、レーザー光Ｌｂを被処理物Ｐｔの表面にある照射領域Ｒｐに照射することによって発生するガスを筐体１１０内に閉じ込めることが可能であれば、任意であり得る。例えば、筐体１１０の上部から下部にかけて筐体内空間が狭くなる形状であってもよいし、筐体１１０の上部から下部にかけて筐体内空間が広くなる形状であってもよいし、筐体１１０の上部と下部にかけて筐体内空間が同じ広さである形状であってもよい。１つの実施形態において、筐体１１０は、水平板からなる筐体１１０の上部と上部に対して略直交する側壁を有する筐体１１０の下部とを有し、筐体１１０の上部と下部にかけて筐体内空間が同じ広さのものである円筒状体である。

また、筐体１１０の構成材料は、任意の材料であり得る。１つの実施形態において、鉄やステンレスなどの金属材料である。ただし、本発明はこれに限定されない。例えば、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂あるいは塩化ビニール樹脂などの樹脂材料であってもよい。

筐体１１０の上部に設けられる給気口１１３および排気口１１４の位置は、筐体１１０の上部にある少なくとも１つの給気口１１３から筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐに向かって気体が流れ、かつ、筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐから筐体１１０の上部にある少なくとも１つの排気口１１４に向かって気体が流れるようになる範囲で任意であり得る。好ましい実施形態において、給気口１１３は照射領域Ｒｐに近い筐体１１０の上部の内側に配置し、排気口１１４は給気口１１３よりも筐体１１０の上部の外側に配置される。このような位置にすることで、照射領域Ｒｐで生じたガスがレーザー光Ｌｂの進路から離れた排気口１１４に向かって流れることになり、より効果的にレーザー光Ｌｂの進路を妨げることを防止することが可能となる。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、給気口１１３が排気口１１４よりもレーザー光Ｌｂの進路とは離れた位置に設ける場合であってもよい。

筐体１１０の上部に設けられる給気口１１３および排気口１１４の数は任意であり得る。好ましい実施形態において、給気口１１３は、レーザーヘッド支持部１２０ａを覆う環状領域に複数設ける。レーザーヘッド支持部１２０ａを覆う環状領域に給気口１１３を複数設けることで、複数の給気口１１３から照射領域Ｒｐに向かう給気流がレーザー光Ｌｂの進路および照射領域Ｒｐの周りを覆うように発生することになる。その結果、照射領域Ｒｐで生じたガスがレーザー光Ｌｂの進路に入り込むことをより効果的に抑制することができる。また、レーザー光Ｌｂの進路に入り込むことが抑制されるため、剥離物を含む蒸散ガスがレーザーヘッド１２０へ付着することも防止することが可能となる。環状領域はレーザーヘッド支持部１２０ａを覆うものであれば任意の形状であり得。例えば、略円状であってもよいし、略矩形状であってもよいし、略多角形状であってもよい。

好ましい実施形態において、筐体１１０の上部に設けられる排気口１１４は、複数の給気口１１３を覆う環状領域に複数設ける。このようにすることで、照射領域Ｒｐで生じたガスをレーザー光Ｌｂの進路を妨げることなく効率的に筐体１１０の外部に排気することが可能となる。

気流制御手段１５０は、少なくとも１つの排気口１１３から筐体１１０の外部にレーザー光Ｌｂを被処理物のＰｔの表面にある照射領域Ｒｐに照射することによって発生するガスを強制的に排出する排気手段１５０ａと、筐体１１０の上部にある少なくとも１つの給気口１１３から筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐに向かって気体が流れる気流を生成する給気手段１５０ｂとを備える。なお、給気手段１５０ｂは、照射領域Ｒｐに向かって気体が流れる気流を筐体１１０の外部に設ける給気ポンプなどによって強制的に作り出すようにしてもよいし、筐体１１０の外部に設ける排気ポンプなどのガス排気手段１５０ａが兼用してもよい。排気手段１５０ａによる強制的に作り出される排気流によって生じる筐体１１０内の陰圧によって、給気口１１３から自然に筐体１１０内に気体が給気される。好ましい実施形態において、気体制御手段１５０は強制的に筐体１１０の外部から筐体１１０内に気体を供給する給気手段１５０ｂを備える。強制的に気体を供給する手段を備えることで、給気口１１３からレーザー光Ｌｂを被処理物Ｐｔの表面にある照射領域Ｒｐに向けての気流が効率的に生成することが可能となる。

給気口１１３に供給される気体は、任意であり得る。好ましい実施形態において、無色の空気である。無色であればレーザー光Ｌｂの照射領域Ｒｐへのレーザー光強度の減少を引き起こさないためである。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、気体は酸素などであってもよい。

また、筐体１１０は、被処理物Ｐｔとの接触部に被処理物Ｐｔの表面を傷つけない軟質部材を取り付けていてもよい。

また、レーザー処理装置は、移動可能なものでもよいし、あるいは、所定の場所に固定されたものでもよい。

２．本発明のレーザー処理装置の構成
（実施形態１）
図２は、本発明のレーザー処理装置の一例（１つの実施形態）の構成を示す斜視図である。図３は、図２に示すレーザー処理装置１００の筐体１１０およびレーザーヘッド１２０を説明するための平面図であり、図３（ａ）は、筐体１１０およびレーザーヘッド１２０を筐体上面側から見た構造を示し、図３（ｂ）は、筐体１１０およびレーザーヘッド１２０を筐体下面側から見た構造を示す。

このレーザー処理装置１００は、レーザー発振器（図示せず）から照射されたレーザー光Ｌｂにより被処理物Ｐｔの表面を処理するものであり、レーザー発振器（図示せず）から照射されたレーザー光Ｌｂを照射領域Ｒｐに導くレーザーヘッド１２０と、レーザーヘッド１２０を支持するともに、被処理物Ｐｔの表面のレーザー光Ｌｂの照射領域Ｒｐを覆い、照射領域で発生するガスを前記筐体内に閉じ込めることが可能である筐体１１０と、筐体１１０を載せる移動体１００ａとを備えている。ここで、照射領域Ｒｐは、被処理物Ｐｔの表面のうちのレーザー光Ｌｂが照射される領域である。

また、レーザー処理装置１００は、照射領域Ｒｐで発生するガスを筐体１１０の外部に強制的に排気するために、筐体１１０内の気体の流れを制御するための気流制御手段１５０を備えている。具体的には、気流制御手段１５０は、照射領域Ｒｐで発生するガスを筐体１１０に設けられた少なくとも１つの排気口１１４から筐体１１０の外部に強制的に排気するための気流を生成する排気ポンプなどからなる排気手段１５０ａと、筐体１１０の外部から筐体１１０の少なくとも一つの給気口１１３に強制的に気体を供給する給気ポンプなどからなる給気手段１５０ｂとを備えている。ただし、給気手段は強制的に気体を供給する給気ポンプを備えていなくてもよい。

なお、図２に示す実施形態において、レーザー処理装置１００は、移動体１００ａを有するものとしているが、レーザー処理装置１００は必ずしも移動体１００ａを有するものである必要はなく、移動体１００ａを有さないものであってもよい。

筐体１１０は、レーザーヘッド１２０を支持するためのレーザーヘッド支持部１２０ａと、筐体１１０内に気体を供給する給気口１１３と、筐体１１０内の気体を筐体１１０の外部に排出する排気口１１４とを含む。ここで、レーザーヘッド支持部１２０ａは筐体１１０の略中央に位置し、給気口１１３はレーザーヘッド支持部１２０ａの外側に位置し、排気口１１４は給気口１１３の外側に位置する。すなわち、給気口１１３は、排気口１１４よりもレーザーヘッド支持部１２０ａに近い位置に配置されている。ここで、給気口１１３は、レーザーヘッド支持部１２０ａを覆う環状領域に複数設けられている。

以下、より具体的に説明する。

（レーザーヘッド１２０）
レーザーヘッド１２０は、ケーブル接続部１２１と、反射部１２２と、集光部１２３とを有する。

ここで、ケーブル接続部１２１は、レーザー光Ｌｂを伝搬させる光ケーブル２０（例えば、光ファイバーケーブル）を反射部１２２に接続するものである。

反射部１２２は、光ファイバーケーブル２０からのレーザー光Ｌｂを照射領域Ｒｐに向けて反射するものであり、レーザー光Ｌｂを反射する反射ミラー１２２ａと、反射ミラー１２２ａを支持して搖動可能に支持するミラーホルダ１２２ｂと、反射ミラー１２２ａを搖動させるミラー駆動部１２２ｃとを有する。好ましい実施形態において、反射ミラーはガルバノミラーである。ガルバノミラーを用いることにより、照射領域を広範囲にすることが可能となる。ただし、本発明はこれに限定されず、反射ミラー１２２ａは揺動不能に所定角度で固定されていてもよい。

集光部１２３は、反射部１２２で反射されたレーザー光Ｌｂを照射領域Ｒｐに集光するものであり、集光レンズ１２３ａと、集光レンズ１２３ａを支持して保持する円筒形状のレンズホルダー１２３ｂとを有する。

このレンズホルダー１２３ｂは、筐体１１０の上部１１１の略中央部に取り付けられ、このレンズホルダー１２３ｂ上にはミラーホルダ１２２ｂが取り付けられ、ミラーホルダ１２２ｂの側部にはケーブル接続部１２１が取り付けられている。ここで、ミラーホルダ１２２ｂおよびレンズホルダー１２３ｂは、レーザーヘッド１２０を支持するレーザーヘッド支持部１２０ａを構成している。

このような構成のレーザーヘッド１２０では、光ファイバーケーブル２０から導入されたレーザー光Ｌｂは、反射ミラー１２２ａで反射され、集光レンズ１２３ａで集光されて被処理物Ｐｔの表面上に光スポットを形成するようにレーザー光Ｌｂの進路が形成される（図５を参照）。

従って、被処理物Ｐｔの表面に形成された光スポットは、反射ミラー１２２ａをミラー駆動部１２２ｃにより搖動させることにより、被処理物Ｐｔの表面上の２点間を往復することとなり、線状のレーザー光照射領域を被処理物Ｐｔの表面に形成する。この線状のレーザー光照射領域が形成された状態で、光スポットが往復する方向に交差する方向（ほぼ直交する方向）にレーザー処理装置１００を移動させることにより、被処理物Ｐｔの表面には面状（具体的には矩形状）のレーザー光照射領域が形成される。これにより、被処理物Ｐｔの所定の広さの領域がレーザー光Ｌｂにより処理されることとなる。

（筐体１１０）
筐体１１０は、照射領域Ｒｐに対向する略水平な円板状の上部１１１と、上部１１１と略直交する円筒型の側壁を含む下部１１２とからなり、照射領域Ｒｐを覆うドーム型の筐体である。円板状の上部１１１の略中央には、レーザーヘッド支持部１２０ａが設けられ、さらに、レーザーヘッド支持部１２０ａの外側を覆う環状領域に環状給気部材１１３ａが配置されており、環状給気部材１１３ａには、複数の給気口１１３としての開口が一定間隔で形成されている。ここで、複数の給気口１１３には、気流制御手段１５０を構成する、筐体１１０の外部に設けられる給気手段１５０ｂである給気ポンプ（図示せず）にホースなどの配管（図示せず）を介して接続されている。給気手段１５０ｂから圧送されてくる圧縮空気の給気口１１３を介して筐体１１０内に強制的に供給される。給気口１１３は、給気手段１５０ｂから供給される気体Ｓｆが照射領域Ｒｐに向かうように形成されている。なお、この給気ポンプからなる給気手段１５０ｂは筐体１１０に直接（例えば、上部１１１）に取り付けられていてもよい。

筐体１１０の円板状の上部１１１のうちの環状給気部材１１３ａの外側には、複数の排気口１１４としての開口が形成され、それぞれの排気口１１４には、排気管１１４ａが接続されている。排気管１１４ａは、気流制御手段１５０を構成する、筐体１１０内の気体を筐体１１０の外部に強制的に排出するための吸引ポンプ（図示せず）などの排気手段１５０ａにホースなどの配管（図示せず）を介して接続されている。

また、筐体１１０の被処理物Ｐｔとの接触部には被処理物Ｐｔの表面を保護するための軟質部材としてブラシ材１３０が設けられている。そのため、ブラシ材１３０はこれが被処理物Ｐｔの表面に接触しても被処理物Ｐｔの表面を傷つけることがないものである。軟質部材は、ブラシ材の他に、例えば、ゴム、シリコーンなどであり得る。また、好ましい実施形態において、軟質部材は気体が通過可能な空孔や空隙を備えている。

なお、この実施形態１では、筐体１１０は、複数の給気口１１３を有するものとしているが、筐体１１０は、給気口１１３を１つだけ有するものであってもよい。さらに、この実施形態１では、筐体１１０は、複数の排気口１１４を有するものとしているが、筐体１１０は、排気口１１４を１つだけ有するものであってもよい。

筐体１１０を構成する筐体上部１１１および筐体下部１１２の構成材料は、１つの実施形態において、ステンレスである。ただし、本発明はこれに限定されない。筐体１１０の材料は任意であり得る。

（気流制御手段１５０）
本発明の気流制御手段１５０は、筐体１１０の上部にある少なくとも１つの給気口１１３から筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐに向かって気体が流れ、かつ、筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐから筐体１１０の上部にある少なくとも１つの排気口１１４に向かって気体が流れるように気流を制御するものである。

具体的には、気流制御手段１５０は、筐体１１０の上部１１１にある少なくとも１つの給気口１１３から筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐに向かって流れる気体を生成する給気手段１５０ｂと、筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐから筐体１１０の上部１１２にある少なくとも１つの排気口１１４に向かって流れる気体を強制的に生成する排気手段１５０ａとを備えている。具体的には、給気手段１５０ｂは、筐体１１０の外部に設けた給気ポンプであり、排気手段１５０ａは、筐体１１０の外部に設けた排気ポンプである。しかし、本発明はこれに限定されない。排気ポンプからなる排気手段１５０ａが給気手段１５０ｂの機能を備えていてもよい。

また、筐体１１０の被処理物Ｐｔと接触する部分にブラシ材１３０を用いることにより、筐体１１０の下部１１２の側壁と被処理物Ｐｔとの間に気体が通過可能な空隙が生成され、気流制御手段１５０による排気口１１４から筐体１１０の外部に排気する排気流の流れに誘導されて、ブラシ材１３０を介して筐体１１０の外部から吸入された気体が少なくとも１つの排気口１１４に向かって流れる気流が発生する。この流れに誘導されて、照射領域Ｒｐで生じたガスは排気口１１４から筐体１１０の外部に排出する流れとなるため、より効果的にレーザー光Ｌｂの進路を妨げることを防止することが可能となる。

（移動体１００ａ）
この実施形態のレーザー処理装置１００では、移動体１００ａは台車であり、装置筐体１１０を載せるシャーシ１０１と、シャーシ１０１に取り付けられた前輪１０２および後輪１０３とを有する。シャーシ１０１は台車１００ａの前後方向に延びる左右一対の縦フレーム１０１ａと、台車１００ａの幅方向に延びる前後一対の横フレーム１０１ｂとを有する。

好ましい実施形態において、被処理物Ｐｔは少なくとも一部が磁石に吸着する材料（軟磁性材料）で構成されている。台車１００ａは、台車１００ａを、被処理物Ｐｔの軟磁性材料で構成されている部分に載せたときに磁石の磁力で台車１０１ａが被処理物Ｐｔに吸着可能になっている。例えば、台車１００ａは、シャーシ１０１または車輪に磁力のオン／オフの切り替え可能な電磁石あるいは永久磁石を設けたものである。

さらに、図２に示すレーザー処理装置１００は自走可能な構成となっており、以下に自走可能な構成について説明する。

図４は、図２に示すレーザー処理装置１００を自走させる移動体（台車）１００ａを説明するための模式図である。

移動体１００ａは、移動体１００ａを自走させる自走手段１０と、移動体１００ａの自走を制御する自走制御手段１１とをさらに有する。

１つの実施形態において、自走手段１０は、後輪１０３、後輪モータ１０３ａ、モータ駆動手段１３、前輪１０２、前輪１０２の操舵部１０２ａ、および操舵部駆動手段１２を含む。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、前輪１０２にのみモータを設けてもよいし、前輪１０２および後輪１０３にモータを設けてもよい。ここでは、自走手段１０を構成する操舵部駆動手段１２、モータ駆動手段１３、および自走制御手段１１は、レーザー処理装置１００を構成する移動体１００ａに含まれているが、これらの手段１１～１３は、移動体１００ａあるいはレーザー処理装置１００の外部の機器として設けられていてもよい

ここで、後輪モータ１０３は後輪１０３を回転させるモータであり、モータ駆動手段１３は、後輪モータ１０３に駆動電流を供給するものである。操舵部１０２ａは、前輪１０２の操舵を可能とする機構であり、操舵部駆動手段１２は、前輪１０２の操舵部１０２ａを駆動するものである。

また、自走制御手段１１は、移動体１００ａに搭載されている障害物センサー１１ａのセンサー出力に基づいてモータ駆動手段１３および操舵部駆動手段１２を制御する。ここで、障害物センサー１１ａは、移動体１００ａの移動方向（進行方向）における障害物を検出する。具体的には、自走制御手段１１は、移動体１００ａの移動方向（進行方向）に障害物が検出されると、モータ駆動手段１３を制御して駆動モータ１０３ａを停止したり、あるいは、操舵部駆動手段１２を制御して進行方向を変更したりする。

本発明の移動可能なレーザー処理装置１００は、移動体１００ａを有するものに限定されない。例えば、移動可能なレーザー処理装置１００は、移動体１００ａを設けず筐体１１０に直接自走手段（車輪）を有するものであってもよい。さらに、レーザー処理装置１００は、１つの実施形態において、被処理物Ｐｔに磁力で吸着する固定手段を有する。磁力で吸着する手段により、被処理物Ｐｔの処理面が略垂直な面に対してレーザー処理装置を固定することが可能となり、船体やコンテナなどの側面の塗膜や付着物を除去する処理を行うことが可能となる。

レーザー処理装置１００を被処理物Ｐｔに固定する手段は磁力による吸着手段に限定されない。

上述のように、移動可能なレーザー処理装置１００では自走可能であることにより、人による作業が危険または困難な船体やコンテナなどの側面の塗膜や付着物を除去する作業を自動化することが可能となる。

なお、レーザー処理装置１００の自走可能な構成の一例としては、上述のようにレーザー処理装置１００が、筐体１１０を載せる移動体１００ａを備え、移動体１００ａが自走させる自走手段１０と、自走手段１０を制御する自走制御手段１１とを備えた構成が挙げられるが、レーザー処理装置１００の自走可能な構成はこれに限定されず、例えば、レーザー処理装置１００を、自走可能な移動体１００ａで牽引する構成としたものでもよい。

３．本発明のレーザー処理装置１００による被処理物Ｐｔの表面処理
次にレーザー処理装置１００による被処理物Ｐｔの表面処理を説明する。

図５は、図２に示すレーザー処理装置１００の気流制御手段１５０による、筐体１１０内での気流の流れを説明するための図であり、図２のＸ１－Ｘ１線断面の構造を模式的に示している。なお、図５では、図面の簡略化のため、レーザー処理装置１００の筐体１１０、レーザーヘッド１２０、および気流制御手段１５０のみ示し、移動体１００ａは省略している。

例えば、船体の側壁などの被処理物Ｐｔの表面をレーザー光Ｌｂにより処理する場合、被処理物Ｐｔの表面の処理対象となる領域上にレーザー処理装置１００を配置する。

光ファイバーケーブル２０からケーブル接続部１２１を介してレーザーヘッド１２０に導入されたレーザー光Ｌｂは反射部１２２の反射ミラー１２２ａで反射され、集光部１２３の集光レンズ１２３ａで集光されて被処理物Ｐｔの表面上に光スポットを形成する。また同時に、レーザーヘッド１２０ではミラー駆動部１２２ｃにより反射ミラー１２２ａの搖動動作が行われており、これにより被処理物Ｐｔの表面上では、レーザー光Ｌｂによる光スポットは２点間を往復することとなり、線状のレーザー光照射領域が形成される。

この線状のレーザー光照射領域が形成されている状態で、被処理物Ｐｔの表面で光スポットが往復する方向に交差する方向（ほぼ直交する方向）Ｙにレーザー処理装置１００を移動させることにより、被処理物Ｐｔの表面にはレーザー光Ｌｂの照射領域として概略矩形領域が形成される。これにより、被処理物Ｐｔの所定の広さの領域がレーザー光Ｌｂにより処理されることとなる。

このとき、被処理物Ｐｔの照射領域Ｒｐ（線状のレーザー光照射領域）では、レーザー光Ｌｂによる加熱により表面の塗膜や付着物を含む蒸散ガスが発生するが、筐体１１０内では、筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐで発生した剥離物を含む蒸散ガスＳｐは、図５に示すように、気流制御手段１５０によって制御された筐体１１０内での気流Ｅｆ２に乗って、レーザー光Ｌｂの進路を妨げることなく、排気口１１４から筐体１１０の外部に排出されるものである。

レーザー処理装置１００による被処理物Ｐｔの表面の処理を行うにあたって、気体制御手段１５０は、給気手段１５０ｂを介して、レーザーヘッド支持部１２０ａの外側の環状給気部材１１３ａ（環状領域）に設けられた複数の給気口１１３から筐体１１０内に向けて気体を供給することにより、レーザーヘッド支持部１２０ａの外側の給気口１１３から照射領域Ｒｐに向う第１の気流（給気流）Ｓｆの流れを発生させる。レーザー光Ｌｂが照射されることにより照射領域Ｒｐで剥離物を含む蒸散ガスＳｐが発生するが、蒸散ガスＳｐはレーザー光Ｌｂの進路を含む照射領域Ｒｐから上部１１１の給気口１１３の内側に位置するレーザーヘッド支持部１２０ａの方に向かって流れようとしても、第１の気流Ｓｔに妨げられることになるため、レーザー光Ｌｂの進路への侵入が抑制されることとなる。

また、気体制御手段１５０は、筐体１１０の外部に設けた排気手段１５０ａにより、筐体１１０の上部１１２に設けた複数の排気口１１４から筐体１１０内の気体を強制的に排出する気体の流れを発生させる。具体的には、気体制御手段１５０は、排気手段１５０ａにより、排気口１１４からの筐体１１０内の気体の強制的排気において、被処理物Ｐｔとの接触部に設けられるブラシ１３０の隙間を通して外部の気体が筐体１１０内に引き込まれつつ排気口１１４に向かう強い第２の気流（排気流）Ｅｆ１と、照射領域Ｒｐで発生した剥離物を含む蒸散ガスＳｐを排気口１１４に向かって流す弱い第２の気流（排気流）Ｅｆ２とを生じさせる。より具体的には、第１の気流（給気流）Ｓｆによってレーザー光Ｌｂの進路への侵入が抑制された照射領域Ｒｐで発生した剥離物を含む蒸散ガスＳｐが、その後、排気口１１４に向かう強い第２の気流Ｅｆ１に誘導されることで排気口１１４に向かう弱い第２の気流（排気流）Ｅｆ２となって排気口１１４から外部に排気される。なお、図２～図５に示す形態において、筐体１１０の下部１１２に被処理物Ｐｔの表面を傷つけないブラシ材１３０を設けているが、筐体１１０の下部１１２にブラシ材１３０などの被処理物Ｐｔの表面を保護する部材を設けなくてもよい。

気体制御手段１５０は、給気手段１５０ｂによって筐体１１０の上部１１２にある少なくとも１つの給気口１１３から筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐに向かって流れる第１の気流Ｓｆを発生させるとともに、排気手段１５０ａによって筐体１１０の下部にある照射領域Ｒｐから筐体１１０の上部１１２にある少なくとも１つの排気口１１４に向かって流れる第２の気流（Ｅｆ１とＥｆ２）を発生させることにより、より効果的に、照射領域Ｒｐで発生するガスＳｐがレーザー光Ｌｂの進路を妨げるのを防止することが可能となる。好ましい実施形態において、給気手段１５０ｂは筐体１１０の外部から筐体１１０内に強制的に気体を供給する給気ポンプなどである。そのようにすることで、より効果的に、照射領域Ｒｐで発生する剥離物を含む蒸散ガスＳｐがレーザー光Ｌｂの進路を妨げるのを防止する効果が得られる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。強制的に気体を供給する給気ポンプを設けず、排気手段１５０ａに給気手段１５０ｂの機能を兼用させ、排気手段により筐体内の気体を排気することによる筐体内の陰圧を利用し給気口から自然給気させてもよい。

また、排気口１１４は筐体１１０の下部１１２に設けるよりも上部１１１に設ける方が筐体１１０内を陰圧にする効果が優れており、より効率的に照射領域Ｒｐで発生する剥離物を含む蒸散ガスＳｐがレーザー光Ｌｂの進路を妨げるのを防止する効果が得られる。

このように、本実施形態１のレーザー処理装置１００は、被処理物Ｒｐの表面の照射領域Ｒｐを覆う筐体１１０と、照射領域Ｒｐにレーザー光Ｌｂを導くレーザーヘッド１２０と、レーザーヘッド１２０を支持するレーザーヘッド支持部１２０ａとを備え、筐体１１０は、筐体内に気体を供給する給気口１１３と、筐体内の気体を外部に排出する排気口１１４とを含む。ここで、レーザーヘッド支持部１２０ａは筐体に取り付けられ、給気口１１３はレーザーヘッド支持部１２０ａの外側（周囲）に設けられ、排気口１１４は給気口１１３の外側（周囲）に設けられている。

このため、本実施形態１のレーザー処理装置１００では、照射領域Ｒｐで発生した剥離物を含む蒸散ガスＳｐは、給気口１１３から供給される給気流Ｓｆの流れにより、レーザー光Ｌｂの進路への侵入が抑制されるともに、排気口１１４に向かう排気流Ｅｆ１の流れに引き込まれる排気流Ｅｆ２の流れによって排気口に排気されることにより、より確実にレーザー光Ｌｂの進路への蒸散ガスＳｐの侵入を防止することが可能となる。

その結果、被処理物Ｐｔに対するレーザー光Ｌｂの照射により生じた剥離物によりレーザーヘッド支持部１２０ａに取り付けられているレーザー光の光学系が汚れるのをさらに回避することができるレーザー処理装置１００を得ることができる。

また、この実施形態１では、レーザーヘッド支持部１２０ａの外側（周囲）の環状領域に給気口１１３を複数設けることで、複数の給気口１１３から照射領域Ｒｐに向かう給気流を生じさせることにより、給気流がレーザー光Ｌｂの進路を全方位的に覆うことが可能となり、照射領域Ｒｐで生じた剥離物を含む蒸散ガスＳｐがレーザー光Ｌｂの進路に侵入するのをさらに確実に防止することができる。

また、複数の給気口１１３が配置されている環状領域の外側（周囲）に複数の排気口１１４を配置することで、照射領域Ｒｐで生じた剥離物を含む蒸散ガスＳｐをより効果的に排気口１１４に引き込むことができるため、照射領域Ｒｐで生じた剥離物を含む蒸散ガスＳｐがレーザー光Ｌｂの進路に侵入するのをより確実に防止することができる。

なお、上記実施形態１では、レーザー処理装置１００を用いた表面処理として、船体の側壁に付いている塗膜あるいは付着物を剥離する処理を説明したが、実施形態１のレーザー処理装置による表面処理の対象となる被処理物は、上述した通り、アスファルトなどの舗装道路の路面に白線塗料（例えば、アクリル樹脂塗料）の塗布により形成された横断歩道などを示す塗膜でもよい。

図６は、アスファルトに白線塗料の塗布により形成された横断歩道を示す塗膜を実施形態１のレーザー処理装置１００で剥離する処理を示す平面図である。

なお、この場合は、レーザー処理装置１００は路面Ｒａ上を走行するだけであるので、磁石の磁力で台車である移動体を被処理物に吸着させる機能は、レーザー処理装置には不要である。

図６に示すように、レーザー処理装置１００を処理対象となる横断歩道Ｃｗの白線塗膜の近くに配置し、レーザー処理装置１００が横断歩道Ｃｗを示す白線塗膜（被処理物）Ｐｔ１上を通過するように移動させる。この場合、レーザー処理装置１００の自走制御は、レーザー処理装置１００の移動体１００ａの自走制御手段１１に人が有線あるいは無線のリモコンを使って走行のための指令を与えることにより行ってもよい。

ただし、レーザー処理装置１００が横断歩道を示す白線塗膜（被処理物）Ｐｔ１上を移動させる方法は限定されるものではなく、任意であり得る。例えば、レーザー処理装置１００は、カメラを有し、自動制御手段１１がカメラからの画像情報の解析により横断歩道Ｃｗを示す白線塗料Ｐｔ１の位置を認識し、レーザー処理装置１００が白線塗料Ｐｔ１上を通過するように自動制御手段１１が操舵部駆動手段１２およびモータ駆動手段１３を制御する構成としてもよい。

あるいは、横断歩道Ｃｗを示す白線塗膜Ｐｔ１のうちで剥離すべき部分を囲むように路面Ｒａ上に囲い部材（図示せず）を設置し、実施形態１のレーザー処理装置１００を囲い部材内で走行させるようにしてもよい。この場合、レーザー処理装置１００の障害センサー１１ａが囲い部材を障害物として検出することで、進行方向を変えたり停止したりすることで、横断歩道Ｃｗを示す白線塗膜Ｐｔ１のうちで剥離すべき部分を除去することができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、レーザー処理装置の分野において、被処理物に対するレーザー光の照射により生じた剥離物を含むガスがレーザー光の進路を妨げるのを防止することができるレーザー処理装置を提供することができるものとして有用である。

１００ レーザー処理装置
１１０ 筐体
１１３ 給気口
１１４ 排気口
１２０ レーザーヘッド
１３０ ブラシ材
１５０ 気流制御手段
Ｅｆ、Ｅｆ１、Ｅｆ２ 第２の気流（排気流）
Ｓｆ 第１の気流（給気流）
Ｌｂ レーザー光
Ｐｔ 被処理物

Claims (8)

1. レーザー処理装置であって、前記レーザー処理装置は、
   レーザー光を被処理物の表面に照射するためのレーザーヘッドと、
   前記レーザーヘッドを支持するための筐体であって、前記筐体は、前記レーザー光を前記被処理物の表面にある照射領域に照射することによって発生するガスを前記筐体内に閉じ込めることが可能であるように構成されている、筐体と、
   前記ガスを前記筐体の外部に強制的に排出するために、前記筐体内の気体の流れを制御するための気流制御手段と
   を備え、
   前記筐体は、上部に前記レーザーヘッドを支持するレーザーヘッド支持部と複数の給気口と複数の排気口とを備え、前記給気口は、前記排気口に対して前記レーザーヘッド支持部の近くに配置され、
   前記気流制御手段は、前記レーザーヘッドの外部であって前記筐体の上部にある前記複数の給気口から前記筐体の下部にある前記照射領域に向かって気体が流れ、かつ、前記筐体の下部にある前記照射領域から前記筐体の上部に前記複数の排気口に向かって気体が流れることで、前記筐体内の気体の流れが前記レーザー光の進路を妨げないように制御する、レーザー処理装置。
2. 前記筐体は、前記被処理物の表面と接触する部分にブラシ材を含み、
   前記気流制御手段は、前記ブラシ材を介して前記筐体の外部から吸入された気体が前記複数の排気口に向かって流れるように、前記筐体内の気体の流れをさらに制御する、請求項１に記載のレーザー処理装置。
3. 前記気流制御手段は、前記複数の排気口から前記筐体の外部に前記ガスを強制的に排出する排気手段と、前記筐体の外部から前記複数の給気口に強制的に気体を供給する給気手段とをさらに備える、請求項１または請求項２に記載のレーザー処理装置。
4. 前記複数の給気口は、前記レーザーヘッド支持部を覆う環状領域に設けられている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザー処理装置。
5. 前記筐体は、前記照射領域に対向する略水平な前記筐体上部と、前記筐体上部に略直交する筒状の側壁を備えた筐体下部とを含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザー処理装置。
6. 前記筐体を載せる移動体をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザー処理装置。
7. 前記被処理物は、少なくとも一部が磁石に吸着可能な材料で構成されており、
   前記移動体は、電磁石および永久磁石の磁力により前記被処理物に吸着するよう構成されている、請求項６に記載のレーザー処理装置。
8. 前記移動体は、
   前記移動体を自走させる自走手段
   を有する、請求項６または７に記載のレーザー処理装置。

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