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WO2018198427A1 - レーザ洗浄装置及びレーザ洗浄方法 - Google Patents

レーザ洗浄装置及びレーザ洗浄方法 Download PDF

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WO2018198427A1
WO2018198427A1 PCT/JP2017/045588 JP2017045588W WO2018198427A1 WO 2018198427 A1 WO2018198427 A1 WO 2018198427A1 JP 2017045588 W JP2017045588 W JP 2017045588W WO 2018198427 A1 WO2018198427 A1 WO 2018198427A1
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WO
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cleaned
laser
laser cleaning
cleaning apparatus
blowing
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Application number
PCT/JP2017/045588
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English (en)
French (fr)
Inventor
伸緒 横村
上山　幸嗣
道雄 小川
遥平 佐々木
亮介 遠藤
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to CN201780089820.4A priority patent/CN110730694B/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a laser cleaning apparatus that degreases metal parts by irradiating laser light, and a laser cleaning method using the laser cleaning apparatus.
  • rust prevention oil is applied to the surface when shipped from the manufacturer. Further, when machining metal parts, since cutting oil or press oil is used, oil adheres to the surface of the metal parts. The adhesive is easily peeled off from the surface of the metal part to which oil has adhered. Therefore, when bonding to a metal part to which oil has adhered, it is necessary to go through a degreasing and cleaning process that removes the oil that has adhered to the surface of the metal part.
  • wet cleaning using a cleaning liquid has been widely used as a degreasing cleaning technique.
  • the method of using a cleaning liquid has a large burden such as an increase in manufacturing cost, an increase in manufacturing steps, and environmental measures. Therefore, laser cleaning is used as a dry cleaning technique that does not use a cleaning liquid.
  • Laser cleaning is a cleaning method that utilizes a phenomenon called laser ablation, in which constituent materials are explosively emitted when a material is irradiated with high energy density laser light.
  • laser cleaning has a problem of redeposition of scattered oil.
  • an apparatus that suppresses the reattachment of the oil scattered with the irradiation of the laser beam by causing the suction unit and the blowing unit to follow the scanning portion of the laser beam (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses the reattachment of the removed oil and the uneven cleaning of the oil, and also prevents the distortion of the metal part that is the part to be cleaned. It is possible to obtain a laser cleaning device that can be used.
  • a laser cleaning apparatus includes a work stage that holds a component to be cleaned, a heating device that heats the component to be cleaned, a blower mechanism that blows gas to the surface of the component to be cleaned, and a surface of the component to be cleaned. And a laser beam irradiating section for irradiating the laser beam and a moving mechanism for moving the spot of the laser beam irradiated on the surface of the component to be cleaned relative to the component to be cleaned.
  • the present invention provides a laser cleaning apparatus capable of preventing uneven cleaning of a part to be cleaned by increasing the temperature of the oil component adhering to the part to be cleaned and improving fluidity.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a cleaning process using the laser cleaning apparatus of the first embodiment. It is a figure which shows the 1st modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 1. FIG. It is a figure which shows the 2nd modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 1. FIG. It is a figure which shows the 3rd modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a figure which shows the 1st modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the 2nd modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the 3rd modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the 4th modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the outline of the laser cleaning apparatus by Embodiment 2 of this invention. It is a schematic diagram explaining the effect
  • FIG. It is a figure which shows the 2nd modification of the laser cleaning apparatus of Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the outline of the laser cleaning apparatus by Embodiment 3 of this invention. It is a figure which shows the outline of the laser cleaning apparatus by Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a laser cleaning apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of the operation of the laser cleaning apparatus 100 as viewed from the front
  • FIG. 3 is a schematic view of the operation of the laser cleaning apparatus 100 as viewed from the side.
  • the laser cleaning apparatus 100 includes a base 11, a laser unit 1, a column 13, a work stage 12, and an XY stage 15.
  • a column 13 and an XY stage 15 are attached to the base 11.
  • the laser unit 1 is supported by the column 13.
  • the work stage 12 is fixed on the XY stage 15.
  • the laser unit 1 irradiates a metal part 23A, which is a part to be cleaned, held on the work stage 12 with a laser beam 21.
  • the laser light source and the laser driving device of the laser unit 1 are disposed outside the laser cleaning device 100.
  • a YAG laser (wavelength 1064 nm) is used as the laser light source.
  • the laser light source may be a carbon dioxide laser (wavelength 10.6 ⁇ m).
  • the laser unit 1 has a deflection mechanism using a galvano mirror that reciprocally scans the spot S of the laser light 21 at a constant angle.
  • the diameter of the spot S of the laser beam 21 can be changed by exchanging lenses used in the laser optical system.
  • the deflection mechanism of the laser light 21 is not limited to the scanning method, and may be a diffusion method.
  • the work stage 12 has a holding mechanism (not shown) that holds the metal part 23A. Further, the XY stage 15 can be moved in the X and Y directions indicated by arrows in FIG. 1 by a driving device (not shown). The work stage 12 can move the metal part 23 ⁇ / b> A in the XY direction by moving with the movement of the XY stage 15. The moving speed of the XY stage 15 is set to a speed at which cleaning unevenness does not occur.
  • the laser beam 21 is placed in a rectangular range of the metal component 23A held on the work stage 12. Irradiation can be performed.
  • the column 13 has an elevating mechanism that moves the laser unit 1 up and down.
  • the laser unit 1 is movable in the vertical direction with respect to the parts to be cleaned on the work stage 12 by the lifting mechanism of the column 13. Thereby, even if the metal part 23A has an uneven shape, the laser beam 21 can be focused on the surface of the metal part 23A.
  • the laser cleaning device 100 has a blower mechanism 3 and a suction mechanism 5.
  • the blower unit 3 is supported on the base 11 by the blower unit holding mechanism 4.
  • the suction unit 5 is supported on the base 11 by the suction unit holding mechanism 6.
  • the blowing unit holding mechanism 4 can adjust the position and blowing angle of the blowing unit 3.
  • the suction unit holding mechanism 6 can adjust the position of the suction unit 5 and the air blowing angle.
  • FIG. 2 and 3 show a state where the gas 22 is blown from the blower unit 3 to the oil component 24 attached to the surface of the metal part 23A held on the work stage 12 and the laser beam 21 is irradiated. It is a schematic diagram.
  • FIG. 2 shows a state seen from the side with respect to the traveling direction of the laser light
  • FIG. 3 shows a state seen from the front side with respect to the traveling direction of the laser light.
  • the blower unit 3 blows the gas 22 to the surface of the metal part 23 ⁇ / b> A held on the work stage 12.
  • the blower unit 3 has a heat source (not shown), and the gas 22 is blown after being heated in the blower unit 3.
  • the temperature at which the gas 22 is heated is the flash point of the oil 24 attached to the metal part 23A from around 40 ° C. at which the oil 24 attached to the metal part 23A starts flowing when the gas 22 is blown.
  • the range is less than (approximately 200 ° C.).
  • the temperature at which the oil component 24 starts to flow is referred to as a flow start temperature.
  • the flow start temperature is a temperature obtained by utilizing the method described in the rust prevention oil pour point test method described in JIS 2246.
  • the oil component 24 whose fluidity is increased by the heated gas 22 sent from the blower unit 3 is scattered.
  • the oil component 24 is removed in the order of irradiating the laser beam 21 to the oil component 24 remaining on the surface of the metal part 23A.
  • the oil component 24 can be efficiently and uniformly removed from the surface of the metal part 23A. If this order is reversed, unevenness occurs in the removal of the oil component 24, so adjustment of the position of the blower unit 3 and the blower direction is important.
  • the cleaning efficiency is deteriorated depending on the shape of the metal part 23A. Therefore, in the laser cleaning apparatus 100 of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the gas 22 sent from the blower unit 3 irradiates the oil component 24 attached to the metal part 23A across the optical path of the laser light 21. As a result, the blower unit holding mechanism 4 is adjusted. Here, the influence on the power of the laser beam 21 and the shape of the spot S due to the gas 22 crossing the optical path of the laser beam 21 is negligibly small.
  • the range in which the gas 22 blown from the blower unit 3 hits is set to be wider than the range in which the spot S of the laser light 21 scans.
  • the range in which the gas 22 is blown in the direction perpendicular to the surface of the metal part 23A is set to be higher than the height from the surface of the metal part 23A to the thickness of the oil component 24 attached to the metal part 23A.
  • the angle formed by the direction of the gas 22 blown from the blower unit 3 and the surface of the metal part 23A is set to 70 ° or less. This is to prevent the oil component 24 from scattering and reattaching the oil component 24 to the rear of the traveling direction of the spot S of the laser light 21.
  • the suction unit 5 sucks the scattered matter 25 such as the oil 24 scattered from the surface of the metal part 23A.
  • the suction unit 5 is disposed above the work stage 12 as shown in FIG.
  • the suction unit 5 is adjusted by the suction unit holding mechanism 6 to a position and posture at which the scattered matter 25 can be sucked.
  • the suction unit holding mechanism 6 has a pipe for collecting the sucked scattered matter 25.
  • the laser cleaning apparatus 100 of the first embodiment configured as described above, the column 13 fixed to the base 11, the laser unit 1 supported by the column 13, the XY stage 15, and the XY stage 15 are fixed.
  • the working stage 12, the air blowing unit 3 for heating and blowing the gas 22, and the suction unit 5 are provided.
  • the laser cleaning apparatus 100 according to the first embodiment blows the gas 22 heated from the blower unit 3 to the oil 24 attached to the surface of the metal part 23A, thereby heating and scattering the oil 24.
  • the metal part 23A is moved by the XY stage 15, and the laser unit 21 irradiates the oil component 24 remaining on the surface of the metal component 23A by the laser unit 1 to scatter the oil component 24 from the surface of the metal component 23A. Yes.
  • the scattered matter 25 such as the oil 24 scattered from the surface of the metal part 23 ⁇ / b> A is sucked and collected by the suction unit 5. Therefore, it is possible to remove the oil component 24 without causing the scattered oil component 24 to adhere to the surface of the metal part 23 ⁇ / b> A and without causing unevenness. Furthermore, it is possible to suppress the occurrence of distortion of the metal part 23A due to a temperature difference between the portion irradiated with the laser light 21 and other portions.
  • the focal point of the laser unit 1, the positions and angles of the blower unit 3 and the suction unit 5 are adjusted.
  • the metal part 23A is held on the work stage 12 by a holder (not shown) (S1).
  • the gas 22 heated from the blower unit 3 is blown to the metal part 23A to raise the temperature of the metal part 23A and the oil component 24 (S2).
  • the temperature at this time is set based on the type of oil component 24 adhering to the metal part 23A.
  • the temperature is set low, and when the oil component 24 having low fluidity at normal temperature is set, the temperature is set high. . However, it is kept below the flash point of oil 24.
  • the movement of the XY stage 15 is started and the irradiation of the laser light 21 from the laser unit 1 is started (S5).
  • the spot S of the laser beam 21 finishes scanning the surface of the metal part 23A, the blowing of the gas 22 by the blowing unit 3 and the suction of the scattered matter 25 by the suction unit 5 are continued (S6).
  • the cleaned metal part 23A is transported to the next process (S7).
  • the cleaning of the oil component 24 attached to the surface of the metal part 23A is completed.
  • the irradiation angle of the laser beam 21 to the work stage 12 when the laser beam 21 is not deflected is vertical, This is not a limitation.
  • the irradiation angle of the laser beam 21 to the work stage 12 when the laser beam 21 is not polarized may be set within a range where the effect of laser ablation can be obtained.
  • blower unit 3 and the suction unit 5 are arranged one by one, but the present invention is not limited to this.
  • two or more blower units 3 and suction units 5 may be arranged according to the arrangement of the laser unit 1, or two or more of only one of the blower unit 3 and the suction unit 5 may be arranged. .
  • the metal part 23A and the oil component 24 are heated by the heated gas 22 blown from the blower unit 3.
  • the heating method is not limited to this. Absent.
  • the heater unit 16 may be disposed above the work stage 12 to heat the metal part 23 ⁇ / b> A and the oil component 24.
  • the heater unit 16 heats the metal part 23A and the oil component 24 by far infrared radiation heat.
  • the heater unit 16 has a rectangular parallelepiped shape, and as shown in FIG. 5, the longitudinal direction is arranged along the X direction in which the XY stage 15 is moved when the metal component 23A is cleaned. Further, as shown in FIG. 5, two heater units 16 may be arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other.
  • the number of heater units 16 is not limited to two, and the shape is not limited to a rectangular parallelepiped.
  • the number of heater units 16 may be three or more, and the shape may be any shape as long as the surface of the metal part 23A can be efficiently heated.
  • the heater unit 16 may be disposed. Thereby, even if it takes time to increase the temperature of the oil component 24 in the heated gas 22 depending on the type of the oil component 24, the heater unit 16 can accelerate the temperature increase of the oil component 24, and the cleaning process is performed. Time can be shortened.
  • a heater unit 17 may be arranged on the work stage 12 itself, as in the laser cleaning device 120 of the second modification shown in FIG.
  • the heater unit 17 has a heater that can simultaneously heat the entire range of the work stage 12 that holds the metal part 23A. Thereby, the whole metal part 23A and the oil component 24 can be heated without unevenness, and further, the laser beam 21 can be irradiated in a state where the heating to the oil component 24 is maintained. Therefore, the oil component 24 can be removed from the surface of the metal part 23A without unevenness.
  • the robot arm 18 may be arranged as a transport mechanism for the metal part 23A.
  • the robot arm 18 has a plurality of axes and joints, and the tip can move in a three-dimensional direction. By attaching an attachment according to the application, the tip of the robot arm can be gripped / released / carried like a human arm and hand.
  • the metal part 23A can be processed automatically and continuously.
  • the robot arm 18 holds the metal part 23 ⁇ / b> A by a holding mechanism (not shown) and transports the metal part 23 ⁇ / b> A to an arbitrary position on the work stage 12.
  • a foreign matter removing mechanism 7 composed of a spatula, a brush, a cloth, or the like may be arranged.
  • the foreign matter 26 that adheres to the surface of the metal part 23 ⁇ / b> A and is difficult to remove by air blowing and laser irradiation other than oil can be removed by the foreign matter removing mechanism 7.
  • FIG. FIG. 9 is a schematic diagram of a laser cleaning apparatus 200 according to the second embodiment.
  • the laser cleaning device 200 according to the second embodiment has a rotating device 14 that does not scan the laser light 21 but rotates and holds the cylindrical metal part 23B to be cleaned. 1 different from the laser cleaning apparatus 100 of FIG. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • 10 is a schematic view of the operation of the laser cleaning apparatus 200 as viewed from the front
  • FIG. 11 is a schematic view of the operation of the laser cleaning apparatus 200 as viewed from the side.
  • the laser cleaning device 200 has a rotating device 14 that is detachably fixed on the work stage 12.
  • the rotating device 14 has a function of holding the cylindrical metal part 23B by a holding mechanism (not shown) and rotating the metal part 23B around the rotation axis.
  • the holding mechanism of the rotating device 14 has the same mechanism as a lathe chuck.
  • the laser cleaning device 200 rotates the metal part 23B in the direction of the arrow R by the rotating device 14.
  • the gas 22 heated by the oil component 24 adhering to the surface of the cylindrical metal component 23B is ventilated by the blower unit 3, and the metal component 23B and the oil component 24 are heated.
  • the gas 22 which blows from the ventilation unit 3 causes the oil component 24 to scatter from the surface of the metal component 23B by the temperature of the metal component 23B and the oil component 24 rising.
  • suction of the scattered matter 25 is started by the suction unit 5.
  • the XY stage 15 is moved in the direction of arrow D, and the laser unit 21 irradiates the oil component 24 of the metal part 23B with the laser beam 21.
  • the direction in which the metal part 23 ⁇ / b> B is rotated by the rotating device 14 may be the direction opposite to the arrow R.
  • the gas 22 can be blown uniformly to the oil component 24 on the surface of the cylindrical metal part 23B, and the oil component 24 can be scattered and sucked.
  • the oil component 24 of the metal part 23B can be irradiated with the laser beam 21 without unevenness. Therefore, the oil component 24 can be removed from the metal component 23B without unevenness, and the oil component 24 scattered from the metal component 23B can be prevented from reattaching to the metal component 23B. Furthermore, it is possible to suppress the occurrence of distortion of the metal part 23B due to the temperature difference between the part irradiated with the laser light 21 and the other part in the metal part 23B.
  • the heated gas 22 is blown from the blower unit 3 to heat the metal part 23B and the oil component 24.
  • the present invention is not limited to this.
  • the heater unit 16 may be disposed above the work stage 12 to heat the metal part 23B and the oil component 24. Furthermore, you may heat using both ventilation of the heated gas 22 and the heater unit 16. FIG.
  • the robot arm 18 may be arranged as a transport mechanism for the metal part 23B according to the second embodiment, as in the laser cleaning device 220 of the second modification shown in FIG.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a laser cleaning apparatus 300 according to the third embodiment.
  • the laser cleaning apparatus 300 according to the third embodiment is different from the first embodiment in that the laser unit 1 is supported by the robot arm 19.
  • the configuration of the robot arm 19 is the same as that of the robot arm 18 shown in the second modification of the second embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the robot arm 19 holds the laser unit 1 by a holding mechanism (not shown). And the laser unit 1 can be rotated centering
  • the laser unit 1 can be moved in the XYZ directions by the robot arm 19. Therefore, instead of the column 13 and the XY stage 15, the robot arm 19 may be used as a moving mechanism.
  • FIG. FIG. 15 is a schematic diagram of a laser cleaning apparatus 400 according to the fourth embodiment.
  • the laser cleaning device 400 according to the fourth embodiment is different from the laser cleaning device 300 according to the third embodiment in that the laser cleaning device 400 according to the fourth embodiment includes the rotating device 14 that holds and rotates the cylindrical metal part 23B to be cleaned. Different. Other configurations are the same as those of the third embodiment.
  • the laser light is also irradiated to the metal part 23A having a shape such as a step, which could not be irradiated with the laser light in the second embodiment. can do.
  • the gas 22 is blown evenly to the oil component 24 on the surface of the cylindrical metal part 23B, similarly to the laser cleaning device 200 according to the second embodiment.
  • the oil component 24 can be scattered and sucked.
  • the oil component 24 of the metal part 23B can be irradiated with the laser beam 21 without unevenness. Therefore, the oil component 24 can be removed from the metal component 23B without unevenness, and the oil component 24 scattered from the metal component 23B can be prevented from reattaching to the metal component 23B. Furthermore, it is possible to suppress the occurrence of distortion of the metal part 23B due to the temperature difference between the part irradiated with the laser light 21 and the other part in the metal part 23B.
  • 1 laser unit laser light irradiation unit
  • 3 air blowing unit air blowing mechanism, heating device
  • 4 air blowing unit holding mechanism 5 suction unit (suction mechanism), 6 suction unit holding mechanism, 7 foreign matter removing mechanism, 11 base, 12 Work stage, 13 columns (movement mechanism), 14 rotation device (movement mechanism), 15 XY stage (movement mechanism), 16, 17 heater unit (heating device), 18, 19 robot arm (conveyance mechanism), 21 laser light, 22 gas, 23A, 23B metal parts (parts to be cleaned), 24 oils (attachments), 25 scattered objects, 100, 110, 120, 130, 140, 200, 210, 220, 300, 400 laser cleaning equipment, S spot .

Landscapes

  • Cleaning In General (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

レーザ洗浄装置１００において、被洗浄部品２３Ａを保持する作業ステージ１２と、被洗浄部品２３Ａを加熱する加熱装置と、被洗浄部品２３Ａの表面に気体２２を送風する送風機構３と、被洗浄部品２３Ａの表面に、レーザ光２１を照射するレーザ光照射部１と、被洗浄部品２３Ａの表面に照射されたレーザ光２１のスポットＳを、被洗浄部品２３Ａに対して相対移動させる移動機構１５とを有する。

Description

レーザ洗浄装置及びレーザ洗浄方法
　本発明は、レーザ光を照射することにより、金属部品を脱脂するレーザ洗浄装置、及びこのレーザ洗浄装置を用いたレーザ洗浄方法に関する。
　鋼材のように、それ自体が防錆機能を持たない金属部品は錆が発生しやすいため、メーカーから出荷される際に、表面に防錆油が塗布されている。また、金属部品を加工する際には、切削油やプレス油が使用されるため、金属部品の表面に油分が付着する。油分が付着した金属部品の表面は、接着剤が剥がれやすくなる。したがって、油分が付着した金属部品に対して接着を行う場合には、金属部品の表面に付着した油分を除去する、脱脂洗浄プロセスを経る必要がある。
　従来、脱脂洗浄技術として、洗浄液を使用するウェット洗浄が広く用いられているが、洗浄液を使用する方法は、製造コストの上昇、製造工数の増加、環境対策といった負荷が大きい。そこで、洗浄液を用いないドライ洗浄技術として、レーザ洗浄が用いられている。
　レーザ洗浄は、高いエネルギー密度のレーザ光を物質に照射したとき、構成物質が爆発的に放出される、レーザアブレーションと呼ばれる現象を利用した洗浄方法である。しかし、レーザ洗浄には、飛散した油分の再付着という課題がある。そこで、吸引手段と送風手段とをレーザ光の走査部位に追従させることにより、レーザ光の照射に伴って飛散した油分の再付着を抑制するものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
特許第５３０２７２４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されたレーザ洗浄装置では、被洗浄部品である金属部品から除去した油分の一部が、金属部品における、洗浄済みの部分に再付着することがある。また、レーザ光の照射のみでは、油分が除去しきれずに、洗浄ムラが発生することがある。また、被洗浄部品である金属部品における、レーザ光が照射された部位と、周囲の部位との温度差により、金属部品に歪が発生するおそれがあった。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、除去した油分の再付着、及び油分の洗浄ムラを抑制するとともに、被洗浄部品である金属部品の歪の発生を抑制することのできる、レーザ洗浄装置を得るものである。
　本発明に係るレーザ洗浄装置は、被洗浄部品を保持する作業ステージと、被洗浄部品を加熱する加熱装置と、被洗浄部品の表面に、気体を送風する送風機構と、被洗浄部品の表面に、レーザ光を照射するレーザ光照射部と、被洗浄部品の表面に照射されたレーザ光のスポットを、被洗浄部品に対して相対移動させる移動機構とを有する。
　本発明は、被洗浄部品に付着している油分の温度を上昇させて、流動性を良くすることにより、被洗浄部品の洗浄ムラを防止することのできる、レーザ洗浄装置を得るものである。
本発明の実施の形態１によるレーザ洗浄装置の概略を示す図である。 実施の形態１によるレーザ洗浄装置の作用を、正面方向からみて説明する模式図である。 実施の形態１によるレーザ洗浄装置の作用を、側面方向からみて説明する模式図である。 実施の形態１のレーザ洗浄装置を用いた洗浄工程を説明する図である。 実施の形態１のレーザ洗浄装置の第１変形例を示す図である。 実施の形態１のレーザ洗浄装置の第２変形例を示す図である。 実施の形態１のレーザ洗浄装置の第３変形例を示す図である。 実施の形態１のレーザ洗浄装置の第４変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２によるレーザ洗浄装置の概略を示す図である。 実施の形態２によるレーザ洗浄装置の作用を、正面方向からみて説明する模式図である。 実施の形態２によるレーザ洗浄装置の作用を、側面方向からみて説明する模式図である。 実施の形態２のレーザ洗浄装置の第１変形例を示す図である。 実施の形態２のレーザ洗浄装置の第２変形例を示す図である。 本発明の実施の形態３によるレーザ洗浄装置の概略を示す図である。 本発明の実施の形態４によるレーザ洗浄装置の概略を示す図である。
　以下、本発明のレーザ洗浄装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ洗浄装置１００の概略を示す図である。また、図２は、レーザ洗浄装置１００の作用を正面から見た模式図であり、図３は、レーザ洗浄装置１００の作用を側面から見た模式図である。図１に示すように、レーザ洗浄装置１００は、ベース１１と、レーザユニット１と、コラム１３と、作業ステージ１２と、ＸＹステージ１５とを有している。
　ベース１１には、コラム１３と、ＸＹステージ１５が取り付けられている。レーザユニット１は、コラム１３に支持されている。また、作業ステージ１２は、ＸＹステージ１５の上に固定されている。
　図２及び図３に示すように、レーザユニット１は、作業ステージ１２に保持された被洗浄部品である金属部品２３Ａに、レーザ光２１を照射する。なお、レーザユニット１のレーザ光源及びレーザ駆動装置は、レーザ洗浄装置１００の外部に配置されている。レーザ光源には、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いる。なお、レーザ光源は、炭酸ガスレーザ（波長１０．６μｍ）であってもよい。
　図３に示すように、レーザユニット１は、レーザ光２１のスポットＳを一定の角度で往復走査させる、ガルバノミラーを用いた偏向機構を有している。レーザ光２１のスポットＳの径は、レーザ光学系に使用されるレンズを交換することによって変更することが可能である。なお、レーザ光２１の偏向機構は、走査方式に限らず、拡散方式であってもよい。
　作業ステージ１２は、金属部品２３Ａを保持する、図示しない保持機構を有している。また、ＸＹステージ１５は、図示しない駆動装置により、図１に矢印で示すＸ方向及びＹ方向に移動可能である。作業ステージ１２は、ＸＹステージ１５の移動に伴って移動することにより、金属部品２３ＡをＸＹ方向に移動させることが可能である。なお、ＸＹステージ１５の移動速度は、洗浄ムラが発生しない速度にしている。
　以上の構成により、例えば、レーザ光２１をＹ方向に走査し、作業ステージ１２をＸ方向に移動させることで、作業ステージ１２上に保持された金属部品２３Ａの矩形の範囲に、レーザ光２１の照射を行うことが可能となる。
　また、コラム１３は、レーザユニット１を上下させる昇降機構を有している。レーザユニット１は、コラム１３の昇降機構により、作業ステージ１２上の被洗浄部品に対し、上下方向に移動可能となっている。これにより、金属部品２３Ａが凹凸のある形状であっても、金属部品２３Ａの表面に、レーザ光２１の焦点を合わせることができる。
　また、レーザ洗浄装置１００は、送風機構３と吸引機構５とを有している。送風ユニット３は、送風ユニット保持機構４により、ベース１１に支持されている。一方、吸引ユニット５は、吸引ユニット保持機構６により、ベース１１に支持されている。送風ユニット保持機構４は、送風ユニット３の位置及び送風角度が調整可能である。一方、吸引ユニット保持機構６は、吸引ユニット５の位置及び送風角度が調整可能である。
　図２及び図３は、作業ステージ１２上に保持された金属部品２３Ａの表面に付着した油分２４に対し、送風ユニット３から気体２２を送風するとともに、レーザ光２１を照射している状態を示す模式図である。図２はレーザ光の進行方向に対して側面側から見た様子を示しており、図３はレーザ光の進行方向に対して正面側から見た様子を示している。
　図２及び図３に示すように、送風ユニット３は、作業ステージ１２上に保持された金属部品２３Ａの表面に気体２２を送風する。送風ユニット３は、図示しない熱源を有しており、気体２２は、送風ユニット３内で加熱されてから送風される。気体２２を加熱する温度は、金属部品２３Ａに付着している油分２４が、気体２２を送風されることで流動を開始する４０℃付近から、金属部品２３Ａに付着している油分２４の引火点（約２００℃）未満の範囲とする。以下、油分２４が流動を開始する温度を、流動開始温度とよぶ。流動開始温度は、ＪＩＳ　２２４６に記載のさび止め油の流下点試験方法に記載された手法を活用して得た温度である。
　レーザ洗浄装置１００を用いた金属部品２３Ａの洗浄工程は、まず、送風ユニット３から送出される加熱された気体２２によって流動性が高くなった油分２４を飛散させる。そして次に、金属部品２３Ａの表面に残った油分２４に対して、レーザ光２１を照射するという順序で、油分２４の除去を行う。これにより、金属部品２３Ａの表面から、効率的に、ムラなく油分２４を除去することが可能となる。この順序が逆になると、油分２４の除去にムラが生じてしまうため、送風ユニット３の位置及び送風方向の調整が重要となる。
　図２において、金属部品２３Ａを洗浄する際には、ＸＹステージ１５を、矢印Ｄの方向に移動させながら行う。すると、レーザ光２１のスポットＳは、作業ステージ１２上で、相対的に、矢印Ｄと逆の方向に移動する。この場合、気体２２を金属部品２３Ａに送風する位置は、図２に示すように、金属部品２３Ａの表面上で、レーザ光２１のスポットＳが進行する方向の前方となるように、送風ユニット保持機構４を調整する。
　なお、気体２２を金属部品２３Ａに送風する位置を、レーザ光２１のスポットＳから大きく離間させてしまうと、金属部品２３Ａの形状によっては洗浄効率が悪くなる。そこで、実施の形態１のレーザ洗浄装置１００では、図２に示すように、送風ユニット３から送出される気体２２が、レーザ光２１の光路を横切って、金属部品２３Ａに付着した油分２４に照射されるように、送風ユニット保持機構４を調整している。ここで、レーザ光２１の光路を気体２２が横切ることによる、レーザ光２１のパワー及びスポットＳの形状への影響は、無視できるほど小さい。
　また、水平面内において、送風ユニット３から送風される気体２２が当たる範囲は、レーザ光２１のスポットＳが走査する範囲より広くなるように設定する。そして、金属部品２３Ａの表面に垂直な方向における、気体２２が送風される範囲は、金属部品２３Ａの表面から、金属部品２３Ａに付着した油分２４の厚みまでの高さよりも高くなるように設定する。さらに、送風ユニット３から送風される気体２２の方向と、金属部品２３Ａの表面とがなす角度は、７０°以下に設定する。これは、レーザ光２１のスポットＳの進行方向の後方に、油分２４が飛散して、油分２４が再付着することを抑制するためである。
　一方、吸引ユニット５は、金属部品２３Ａの表面から飛散した油分２４などの飛散物２５を吸引する。吸引ユニット５は、図１に示すように、作業ステージ１２の上方に配置される。吸引ユニット５は、吸引ユニット保持機構６により、飛散物２５を吸引可能な位置及び姿勢に調整される。また、吸引ユニット保持機構６は、吸引した飛散物２５を回収する配管を有している。
　このように構成された実施の形態１のレーザ洗浄装置１００によれば、ベース１１に固定されたコラム１３と、コラム１３に支持されたレーザユニット１と、ＸＹステージ１５と、ＸＹステージ１５に固定された作業ステージ１２と、気体２２を加熱して送風する送風ユニット３と、吸引ユニット５とを有している。これにより、実施の形態１のレーザ洗浄装置１００は、金属部品２３Ａの表面に付着した油分２４に、送風ユニット３から加熱された気体２２を送風して、油分２４を加熱するとともに飛散させている。そして、ＸＹステージ１５により金属部品２３Ａを移動させるとともに、レーザユニット１により金属部品２３Ａの表面に残る油分２４に対してレーザ光２１を照射して、金属部品２３Ａの表面から油分２４を飛散させている。さらに、金属部品２３Ａの表面から飛散した油分２４などの飛散物２５を、吸引ユニット５で吸引して回収している。よって、飛散した油分２４を、金属部品２３Ａの表面に再付着させることなく、また、油分２４をムラなく除去することができる。さらに、レーザ光２１が照射される部分と他の部分との温度差による金属部品２３Ａの歪の発生を抑制することができる。
　次に、図４を用いて、実施の形態１によるレーザ洗浄装置１００を用いて、被洗浄部品の洗浄を実施する工程（Ｓ１～Ｓ７）を説明する。
　まず、被洗浄部品としての金属部品２３Ａの表面形状に基づいて、レーザユニット１の焦点、送風ユニット３及び吸引ユニット５の位置及び角度を調整する。次に、金属部品２３Ａを図示しない保持具により作業ステージ１２に保持する（Ｓ１）。
　次に、金属部品２３Ａに、送風ユニット３から加熱された気体２２を送風して、金属部品２３Ａ及び油分２４の温度を上昇させる（Ｓ２）。このときの温度は、金属部品２３Ａに付着する油分２４の種類に基づいて設定する。金属部品２３Ａに付着している油分２４が、常温で流動性の高い油分２４である場合には、温度を低く設定し、常温では流動性が低い油分２４の場合には、温度を高く設定する。ただし、油分２４の引火点未満に留める。
　金属部品２３Ａ及び油分２４の温度が上昇することで、送風ユニット３から送風する気体２２が、金属部品２３Ａに付着している油分２４を飛散させる（Ｓ３）。これと同時に、吸引ユニット５による飛散物２５の吸引を開始する（Ｓ４）。
　次に、ＸＹステージ１５の移動を開始するとともに、レーザユニット１からのレーザ光２１の照射を開始する（Ｓ５）。レーザ光２１のスポットＳが、金属部品２３Ａの表面を走査し終えるまで、送風ユニット３による気体２２の送風と、吸引ユニット５による飛散物２５の吸引を継続する（Ｓ６）。そして、洗浄された金属部品２３Ａを、次工程に搬送する（Ｓ７）。以上により、金属部品２３Ａの表面に付着した油分２４の洗浄が終了する。
　なお、実施の形態１のレーザ洗浄装置１００では、図２及び図３に示すように、レーザ光２１を偏向させていないときの、レーザ光２１の作業ステージ１２に対する照射角度は垂直であるが、これに限るものではない。例えば、レーザ光２１を偏光させていないときの、レーザ光２１の作業ステージ１２に対する照射角度は、レーザアブレーションの効果を得られる範囲で角度を付けても良い。
　また、実施の形態１のレーザ洗浄装置１００では、送風ユニット３及び吸引ユニット５は、１つずつ配置したが、これに限るものではない。例えば、送風ユニット３と吸引ユニット５は、レーザユニット１の配置に応じて、それぞれ２つ以上配置してもよいし、送風ユニット３と吸引ユニット５の一方のみを２つ以上配置してもよい。
　また、実施の形態１によるレーザ洗浄装置１００では、送風ユニット３から送風する、加熱された気体２２によって、金属部品２３Ａ及び油分２４を加熱していたが、加熱する方法は、これに限るものではない。例えば、図５に示す第１変形例のレーザ洗浄装置１１０のように、作業ステージ１２の上方に、ヒータユニット１６を配置して、金属部品２３Ａ及び油分２４を加熱してもよい。
　ヒータユニット１６は、遠赤外線の放射熱により、金属部品２３Ａ及び油分２４を加熱する。ヒータユニット１６は、直方体の形状をしており、図５に示すように、金属部品２３Ａの洗浄時にＸＹステージ１５を移動させるＸ方向に沿って、長手方向を配置する。また、ヒータユニット１６は、図５に示すように、長手方向が平行になるように、２つ配置してもよい。ヒータユニット１６の数は２つに限るものではなく、形状も直方体に限るものではない。例えば、ヒータユニット１６の数は３つ以上であってもよく、形状は、金属部品２３Ａの表面を効率的に加熱することができる形状であれば、どのような形状であってもよい。さらに、送風ユニット３により、加熱された気体２２を送風することに加えて、ヒータユニット１６を配置してもよい。これにより、油分２４の種類によって、加熱した気体２２では、油分２４の温度上昇に時間を要する場合であっても、ヒータユニット１６により、油分２４の温度上昇を早めることができ、洗浄工程にかかる時間を短縮することができる。
　さらに、図６に示す第２変形例のレーザ洗浄装置１２０のように、作業ステージ１２自体に、ヒータユニット１７を配置してもよい。ヒータユニット１７は、作業ステージ１２における、金属部品２３Ａを保持する範囲の全体を、同時に加熱することができるヒータを有している。これにより、金属部品２３Ａ及び油分２４の全体をムラなく加熱することができ、さらに、油分２４への加熱を維持した状態で、レーザ光２１を照射することができる。よって、金属部品２３Ａの表面から、ムラなく油分２４を除去することができる。
　また、図７に示す第３変形例のレーザ洗浄装置１３０のように、金属部品２３Ａの搬送機構として、ロボットアーム１８を配置してもよい。ロボットアーム１８は、複数の軸と関節を有しており、先端部は三次元方向に移動可能である。ロボットアームの先端部は、用途に応じたアタッチメントを取り付けることにより、人間の腕および手の動作と同様に、つかむ・放す・運ぶなどの作業をすることができる。ロボットアーム１８を用いることにより、金属部品２３Ａを自動かつ連続的に処理することができる。ロボットアーム１８は、図示しない保持機構によって、金属部品２３Ａを保持し、作業ステージ１２上の任意の位置に金属部品２３Ａを搬送する。
　また、図８に示す第４変形例のレーザ洗浄装置１４０のように、ヘラ、刷毛または布などにより構成される異物除去機構７を配置してもよい。これにより、金属部品２３Ａの表面に付着する、油分以外の送風及びレーザ照射により除去が困難な異物２６を、異物除去機構７によって除去することができる。
　実施の形態２．
　図９は、実施の形態２によるレーザ洗浄装置２００の概略図である。実施の形態２によるレーザ洗浄装置２００は、レーザ光２１を走査せず、被洗浄対象である円筒状の金属部品２３Ｂを保持して回転させる回転装置１４を有している点が、実施の形態１のレーザ洗浄装置１００とは異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。また、図１０は、レーザ洗浄装置２００の作用を正面から見た模式図であり、図１１は、レーザ洗浄装置２００の作用を側面から見た模式図である。
　実施の形態２によるレーザ洗浄装置２００は、作業ステージ１２の上に着脱可能に固定された、回転装置１４を有している。回転装置１４は、図示しない保持機構によって、円筒状の金属部品２３Ｂを保持し、金属部品２３Ｂの回転軸を中心に回転させる機能を有する。回転装置１４の保持機構は、旋盤のチャックと同様の機構を有する。
　図１０及び図１１に示すように、レーザ洗浄装置２００は、回転装置１４により、金属部品２３Ｂを矢印Ｒの方向に回転させる。そして、送風ユニット３により、円筒状の金属部品２３Ｂの表面に付着した油分２４に加熱された気体２２を送風し、金属部品２３Ｂ及び油分２４を加熱する。そして、金属部品２３Ｂ及び油分２４の温度が上昇することで、送風ユニット３から送風する気体２２が、金属部品２３Ｂの表面から、油分２４を飛散させる。これと同時に、吸引ユニット５により、飛散物２５の吸引を開始する。次に、ＸＹステージ１５を矢印Ｄの方向に移動させるとともに、レーザユニット１により、金属部品２３Ｂの油分２４に、レーザ光２１を照射する。なお、回転装置１４により、金属部品２３Ｂを回転させる方向は、矢印Ｒと逆の方向であってもよい。
　これにより、実施の形態２のレーザ洗浄装置２００によれば、円筒状の金属部品２３Ｂの表面の油分２４に、ムラなく気体２２を送風するとともに、油分２４を飛散及び吸引することができる。また、金属部品２３Ｂの油分２４に、ムラなくレーザ光２１を照射することができる。よって、金属部品２３Ｂから油分２４をムラなく除去することができるとともに、金属部品２３Ｂから飛散した油分２４が、金属部品２３Ｂに再付着することを抑制できる。さらに、金属部品２３Ｂにおける、レーザ光２１が照射される部分と、他の部分との温度差による、金属部品２３Ｂの歪の発生を抑制することができる。
　また、実施の形態２では、送風ユニット３から加熱した気体２２を送風して、金属部品２３Ｂと油分２４を加熱していたが、これに限るものではない。例えば、図１２に示す第１変形例のレーザ洗浄装置２１０のように、作業ステージ１２の上方に、ヒータユニット１６を配置して、金属部品２３Ｂと油分２４を加熱してもよい。さらに、加熱した気体２２の送風と、ヒータユニット１６の両方を用いて加熱してもよい。
　また、実施の形態２による金属部品２３Ｂの搬送機構として、図１３に示す第２変形例のレーザ洗浄装置２２０のように、ロボットアーム１８を配置してもよい。
　実施の形態３．
　図１４は、実施の形態３によるレーザ洗浄装置３００を示す概略図である。実施の形態３によるレーザ洗浄装置３００は、レーザユニット１をロボットアーム１９によって支持している点が、実施の形態１とは異なる。ロボットアーム１９の構成は、実施の形態２の第２変形例で示したロボットアーム１８と同様である。他の構成は実施の形態１と同様である。
　ロボットアーム１９は、図示しない保持機構によってレーザユニット１を保持する。そして、レーザ光と直交する軸を中心として、レーザユニット１を回転させることができる。よって、実施の形態３によるレーザ洗浄装置３００では、レーザユニット１のレーザ光の照射位置及びレーザ光の照射角度を、ロボットアーム１９によって制御することができる。これにより、実施の形態３によるレーザ洗浄装置３００によれば、実施の形態１ではレーザ光を照射することができなかった、段差等の形状を有する金属部品２３Ａに対しても、レーザ光を照射することができる。
　なお、実施の形態３では、ロボットアーム１９によって、レーザユニット１をＸＹＺ方向に移動させることが可能である。従って、コラム１３及びＸＹステージ１５に替えて、ロボットアーム１９を移動機構として用いてもよい。
　実施の形態４．
　図１５は、実施の形態４によるレーザ洗浄装置４００の概略図である。
　実施の形態４によるレーザ洗浄装置４００は、被洗浄対象である円筒状の金属部品２３Ｂを保持して回転させる回転装置１４を有している点が、実施の形態３のレーザ洗浄装置３００とは異なる。他の構成は、実施の形態３と同様である。
　これにより、実施の形態４によるレーザ洗浄装置４００によれば、実施の形態２ではレーザ光を照射することができなかった、段差等の形状を有する金属部品２３Ａに対しても、レーザ光を照射することができる。
　また、実施の形態４によるレーザ洗浄装置４００によれば、実施の形態２のレーザ洗浄装置２００と同様に、円筒状の金属部品２３Ｂの表面の油分２４に、ムラなく気体２２を送風するとともに、油分２４を飛散及び吸引することができる。また、金属部品２３Ｂの油分２４に、ムラなくレーザ光２１を照射することができる。よって、金属部品２３Ｂから油分２４をムラなく除去することができるとともに、金属部品２３Ｂから飛散した油分２４が、金属部品２３Ｂに再付着することを抑制できる。さらに、金属部品２３Ｂにおける、レーザ光２１が照射される部分と、他の部分との温度差による、金属部品２３Ｂの歪の発生を抑制することができる。
　１　レーザユニット（レーザ光照射部）、３　送風ユニット（送風機構、加熱装置）、４　送風ユニット保持機構、５　吸引ユニット（吸引機構）、６　吸引ユニット保持機構、７　異物除去機構、１１　ベース、１２　作業ステージ、１３　コラム（移動機構）、１４　回転装置（移動機構）、１５　ＸＹステージ（移動機構）、１６，１７　ヒータユニット（加熱装置）、１８，１９　ロボットアーム（搬送機構）、２１　レーザ光、２２　気体、２３Ａ，２３Ｂ　金属部品（被洗浄部品）、２４　油分（付着物）、２５　飛散物、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，２００，２１０，２２０，３００，４００　レーザ洗浄装置、Ｓ　スポット。

Claims (14)

  1. 　被洗浄部品の表面にレーザ光を照射して、
    　前記被洗浄部品の表面から、付着物を除去するレーザ洗浄装置であって、
    　前記被洗浄部品を保持する作業ステージと、
    　前記被洗浄部品を加熱する加熱装置と、
    　前記被洗浄部品の表面に気体を送風する送風機構と、
    　前記被洗浄部品の表面に、前記レーザ光を照射するレーザ光照射部と、
    　前記被洗浄部品の表面に照射された前記レーザ光のスポットを、前記被洗浄部品に対して相対移動させる移動機構とを有する、
    　レーザ洗浄装置。
  2. 　前記移動機構は、
    　前記レーザ光照射部を、互いに直交する３軸方向のうち、いずれかの１軸もしくは２軸もしくは３軸の方向に移動する機構を有する、
    　請求項１に記載のレーザ洗浄装置。
  3. 　前記移動機構は、
    　前記レーザ光と直交する軸を中心として、前記レーザ光照射部を回転させる機構を有する、
    　請求項１に記載のレーザ洗浄装置。
  4. 　前記加熱装置は、前記送風機構による加熱された前記気体の送風、前記作業ステージもしくは前記被洗浄部品の周囲に設置されたヒータ、前記レーザ洗浄装置が設置される部屋もしくは区画に設けられた空調機器のいずれかである、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ洗浄装置。
  5. 　前記加熱装置は、
    　前記付着物の温度が、４０℃から前記付着物の引火点未満の温度になるまで加熱する、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ洗浄装置。
  6. 　前記送風機構は、前記被洗浄部品の表面における、前記スポットの進行方向の前方に、前記気体を送風する、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  7. 　前記被洗浄部品に送風される前記気体は、
    　前記被洗浄部品に照射される前記レーザ光の光路を横切る、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  8. 　前記送風機構の、前記被洗浄部品の表面に沿う方向の送風範囲は、
    　前記レーザ光の、前記被洗浄部品の表面に沿う方向の照射範囲よりも広い、
    　請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  9. 　前記送風機構の、前記被洗浄部品の表面に対して垂直な方向の送風範囲は、
    　前記被洗浄部品の表面から、前記付着物の表面までよりも広い、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  10. 　前記送風機構の、前記被洗浄部品の表面に対する前記気体の送風角度は、
    　０°から７０°の範囲である、
    　請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  11. 　前記レーザ光照射部は、
    　前記送風機構により前記気体が送風された後の前記被洗浄部品の表面に、前記レーザ光を照射する、
    　請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  12. 　前記送風による飛散物及び前記レーザ光の照射による飛散物を吸引する、
    　吸引機構を有する、
    　請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  13. 　前記被洗浄部品を搬送する搬送機構を有する、
    　請求項１から１２のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置。
  14. 　請求項１から１３のいずれか一項に記載のレーザ洗浄装置を用いたレーザ洗浄方法であって、
    　前記被洗浄部品を前記レーザ洗浄装置まで搬送し、保持する工程と、
    　前記被洗浄部品に付着した付着物を加熱する工程と、
    　流動開始温度以上の温度まで加熱された前記付着物を、前記送風機構の送風により吹き飛ばす工程と、
    　前記送風により吹き飛ばされた前記付着物を、吸引ユニットにより吸引する工程と、
    　前記送風により前記付着物が削減されたエリアに、前記レーザ光を照射する工程と、
    　前記レーザ光の照射により発生した飛散物を、前記吸引ユニットにより吸引する工程と、
    　洗浄済みの前記被洗浄部品を次工程に搬送する工程とを有する、
    　レーザ洗浄方法。
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