2022年9月10日、Alex Fraser
レーザー洗浄
プラズマクリーニングとレーザークリーニングは、溶接、コーティング、接着接合などのその後の製造プロセスのために表面前処理を行う場合に使用する表面洗浄方法です。レーザークリーニングでは光の力で汚染物質を除去し、プラズマクリーニングではプラズマと呼ばれるイオン化ガスを使用します。
メーカーの多くは、レーザークリーニングとプラズマクリーニングの違いの把握に難しさを感じています。要するに、どちらも化学洗浄のような溶剤や化学薬品を必要としない非接触プロセスであるため、サンドブラストやドライアイス洗浄機のような研磨技術に代わるものとして求められています。
このページでは、どの方法がより良い結果になるのか、またその理由について説明します。しかし違いについて説明する前に、それぞれの方法について簡単に概要を説明しましょう。
プラズマクリーニングとは
プラズマクリーニングはプラズマ処理の一種で、電子が原子から分離されるほどに高温のイオン化ガスであるプラズマを使用して、表面の汚染物質を炭化させて除去します。プラズマは、アルゴンや酸素などの気体分子を、より高いエネルギー状態に達してイオン化（原子や分子が電荷を帯びている状態）するまで加熱することによって得られます。
プラズマクリーニングは、プラスチック、金属、セラミックを含むあらゆる種類の表面を洗浄するために使用する汎用的なプロセスです。主に油、粉塵、電解質、塗料などの有機汚染物質を除去するために使用します。錆や酸化物のような他の種類の汚染物質を除去する場合には、効率が低下します。
レーザークリーニングとは
レーザークリーニングは、レーザーアブレーションを使用して表面の汚染物質を除去するプロセスです。特定の波長の、集中した光線であるレーザービームは、表面に向けられます。汚染物質はレーザービームのエネルギーを吸収するため、基材との化学結合が切れるところまで加熱され、粉塵やヒュームとなって飛散します。
レーザークリーニングは主に金属から汚染物質を除去するために使用しますが、セラミックや石の洗浄にも使用できます。プラスチックやゴムにはほとんど適しません。このプロセスにより、酸化物、腐食、塗料、油、粉塵、電解質など、あらゆる種類の汚染物質を除去することができます。しかし、厚いミルスケールを除去する効率は低くなります。
レーザークリーニングとプラズマクリーニングの主な違い
洗浄処理速度
レーザークリーニングはプラズマクリーニングよりもはるかに高速です。後者は時間の大部分を機械部品の移動に費やし、実際に洗浄する時間が短いため、デューティサイクルが比較的遅いのです。
レーザークリーニングは、レーザー光の方向を管理するために超高速回転ミラー（ガルバノミラー）を使用します。例えば、電池の製造において、溶接のための表面前処理時に、レーザービームをある電池から次の電池に移動するのに約100マイクロ秒しかかかりません。
プラズマクリーニングでは、ノズルを表面上に移動させてガントリー方式で洗浄する必要があります。このような機械的な動きはガルバノミラーほど速くなく、洗浄プロセスを低速化します。電池の製造においては、ノズルをすべての個々の電池の上に移動させる必要があるため、必要以上に長いプロセスになります。
溶接部の機械的強度
溶接前に表面を洗浄する場合、レーザークリーニングはプラズマクリーニングよりも強力で一貫性のある溶接が可能になります。これは、品質保証が6σ（3.4エラー/100万回）または7σ（0.02エラー/100万回）を要求するバッテリー業界のような厳しい仕様制限のある業界では特に重要です。
プラズマクリーニングした溶接部は、通常1000 gf（グラム重）以下で破断します。また、これらの溶接には一貫性が極めて少なく、仕様の制限を安定して満たすことが難しく、工程能力指数（Cpk）が1を下回ります。
レーザークリーニングでは、溶接は3000～5000 gfの間でしか壊れません。レーザークリーニングのCpkは2に近く、仕様制限の遵守に問題はありません。
クリーニング品質
場合によっては、プラズマ処理によって炭化した残留物が表面に付着したままになることがあり、たとえ二次的なクリーニング工程があったとしても、これらの汚染物質を除去することは大変難しくなります。多くのメーカーが酸化物を除去しようとする際、この問題に直面しています。
プラズマクリーニングと同様に、レーザークリーニングの性能は除去する汚染物質によって異なります。レーザークリーニングでは、汚染物質がレーザーの波長を適切な比率で吸収しなければなりません。この場合、汚染物質は空気中に飛散するため、表面には何も残りません。
例えば、当社のレーザークリーニングシステムは1,064 nmの波長を生成し、酸化物、粉塵、油、コーティング、電解質などのさまざまな汚染物質によく吸収されます。この波長では、クリアコートなどの一部の汚染物質を適切に除去することはできません。
粗さレベル
レーザークリーニングシステムは、表面の洗浄と粗面化の両方に使用でき、接着結合のような用途に必要な完全な表面前処理を提供します。一方、プラズマクリーニングは汚染物質の除去にしか使用できません。
結論
これまで、プラズマ技術は溶剤、研磨剤、化学薬品の使用を避けるべき用途での洗浄においては最適な方法でした。その後レーザー技術が急速に進歩し、現在ではプラズマ技術より良い結果を出しています。
多くのメーカーは、速度と一貫性の生産要件を満たすために、プラズマクリーニングの代わりにレーザー技術を導入し始めています。
