JPH02229687A - 物品の抵抗を減少する方法およびその方法によつて処理された物品 - Google Patents

物品の抵抗を減少する方法およびその方法によつて処理された物品

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JPH02229687A
JPH02229687A JP2001143A JP114390A JPH02229687A JP H02229687 A JPH02229687 A JP H02229687A JP 2001143 A JP2001143 A JP 2001143A JP 114390 A JP114390 A JP 114390A JP H02229687 A JPH02229687 A JP H02229687A
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ピーター・ユーグ・デイツキンソン
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光線を使用する製造および表面処理、と
くに、限定的ではないが、紫外レーザ光線を使用する方
法に関する。一特徴によれば、本発明は関連した抵抗の
少ない物品の製造に関する.本発明はまた物品表面層の
処,理、たとえば塗装された物品からペイントを剥離す
る、ペイントの剥離に関する. 最近の研究は、もし表面が流れの局部的方向に整合する
一連の長い小リプを形成するように波状にされるならば
、表面の流体力学的抵抗(ドラグ)は減少されることを
示している.これは抵抗減少を達成する方法を約束し、
2〜4%の値がM. J.Walshの論文“粘性抵抗
減少技術としての小リブAIAA Journal, 
 1 9 8 3年2月21日、pp.485〜486
)に引用されている.航空機における抵抗の数パーセン
トの減少は、航空機を推進するのに必要な燃料量を減少
し、運転コストをかなり減少する.しかしなから、実際
、航空機のような構造物に小リブを設けることは困難で
ある.ヨーロッパ特許出願第205, 289号は抵抗
を減少すべき面に取り付けられかつ接着される抵抗減少
板を開示している.板は押出しによるかまたはエンボス
技術によって形成され、その上面に小リプまたは同様の
構造を形成するパターン付き面を支持する。上記のよう
に、小リブを局部的境界層の局部的流れ方向に整合する
ことが必要である.航空機の翼のような複雑な二重湾曲
表面の横方向の境界層の流れ分布は,平行でなく、また
面を横方向にいちじるしく変化する.しかして、もしエ
ンボスまたは押し出し板はヨーロッパ特許出願第205
289号によって示唆されたように使用されるならば、
形状の異なった多くの異なった板が必要であり、また隣
接する板の間の境界層が確実に抵抗を増加しないように
することは困難である。また板の使用は、板を航空機に
接着するのに必要な接着剤とともに、もちろん重量増加
の欠陥を生ずる。
米国特許第4.700,910号はパターンが押し出し
ビニールテープによって形成された同様の抵抗減少方式
を開示している. 米国特許第4.414.059号はエクシマレーザを使
用する表面処理方法を開示し、該方法によれば、層の上
のフォトレジスト材料のマスクのような表面コーティン
グの選択された区域は、マスクの形状を変更するように
研磨される。米国特許第4,414.059号はエクシ
マレーザを使用して抵抗減少パターンを形成することの
示唆することもなく、また物品の再コーティングにおけ
る予備的工程として物品からコーティングを剥離する可
能性について示唆することもない.さらに、上記米国特
許は集積回路等を形成するミクロリトグラフ法以外の方
式の使用を開示してもいない. 本発明の一特徴によれば、物品の抵抗を減少する方法が
提供され、該方法は前記物品の表面にレーザ光線を投射
して前記面にパターンを形成し前記面に関連する抵抗を
減少することを含んでいる.本発明の別の特徴によれば
、表面層を有する物品を処理する方法が提供され、該方
法は前記表面層にレーザ光線を照射して少くとも前記層
の一部を除去しその後前記物品に別の層を塗布すること
を含んでいる. 本発明の別の特徴によれば、塗装された物品を準備して
つぎのべイントNをうけ入れる方法が提供され、該方法
は前記物品にレーザ光線を照射して少くともそこからペ
イント層のあるものを除去することを含んでいる。
ここに記載する実施例は、たとえば航空機または流体中
に浸漬する他の物品のような物品が紫外レー.ザ光線を
使用してその選択された表面部分を研磨することにより
その上に抵抗減少パターンを形成される.物品が塗装さ
れるかまたはポリマコーティングを有する場合に使用す
る特殊な一実施例において、該方法はペイントまたはコ
ーティングの選択された部分を除去して抵抗減少パター
ンを形成する.このようにして、多分ロボットまたは他
の同様のプログラムされた機械を使用して、物品は、航
空機の表面形状および局部的境界層の流れの方向に従っ
て形成された、適当な抵抗減少パターン(たとえば小リ
ブ)を形成される。しかして、従来開示された装置に比
較して、本発明の方法は小リブ構造を局部的境界層の空
気流に一層容易に整合させることができる。また板の端
部効果による抵抗の増加および板によって生ずる重量の
問題およびそれらの接着の問題を減少することができる
以下、本発明の非限定的実施例を図面を参照して詳細に
記載する. まず第1図において、本発明による方法を実施する光学
的レイアウトの代表例はエクシマレーザ10を存し、エ
クシマレーザ10は紫外線レーザビームパルスをビーム
操作光学装置12を通してマスクl4に、ついでイメー
ジレンズ方式l6を通してターゲット1日に照射する.
ビーム処理光学装置12はマスク14に入射するビーム
プロフィルを利用する.マスク14はターゲット18に
入射する紫外線レーザ光線のパターンを画定する.第1
図に示された方式は下記に記載する方法に使用される方
式の基礎を形成するが、特別の用途に対して変形も可能
である.多くの方式において、マスク14がターゲット
の表面に正確にイメージされるため、位置センサを設け
ることが必要である.位置センサは接触感知センサ、非
接触光学的または音響もしくは他のセンサとすることが
できる.多くの実用上の用途に対してレーザ10はター
ゲット面から離され、ある形式のレーザビーム伝達g 
1がレーザビームをレーザ10からターゲット18に伝
達するのに使用される。たとえば関節アームはビームを
一連のミラーによってターゲット,に指向する.別の可
能性は光学繊維方式がレーザビームをターゲットに伝達
するため開発されることである. レーザ10は代表的には約249nmの出力波長を有す
るKrFレーザである.現在利用しうるエクシマレーザ
は200 Wまでの出力を有するが、付加的利点を得る
ため一層強力なレーザも利用可能である. 以下、塗装された面における小リブのレーザ加工のため
本発明者等によって実施された研究の結果を示す。ペイ
ントのエクシマレーザエッチングは249nmおよび3
08nmの二つの波長について研究された。除去率は2
49nmにおいて高い.影響の低い場合(光学エネルギ
密度一Jaa−”)、除去率はビール法則の関係式によ
ってよ《示されることか分かった.すなわち、 D = C r 1 n (F / C z)ここにD
=エッチング深さ/パルス(μm)F子レーザフルエン
ス(Jas−ジ C1およびC2は定数 である. 研究は白色ポリウレタン・グロス・ペイントおよび灰色
マットペイントで実施された.除去率は白色ボリウレク
ン・ペイントに対してもつとも高くなる.ペイントの公
式化はそれらをレーザ処理に対して一層適するものとす
るため変形することができる.白色ペイントの場合(I
CIポリウレタンF 210−0731,  シンナ8
51−808 )の場合、CIおよびC2に対してそれ
ぞれ0.7および0.24となる。
第2図には、アルミニウム層上の白色ペイントの平均エ
ッチング深さ/ショットの経験的および実験的(ビール
法則)値が、レーザフルエンスに対してプロットされて
いる.実験゛的曲線は実線で理論的曲線は破線である。
このペイント除去の限界値は0.24Jcs−”である
.ビール法則の関係式は0.5Jcm−’まではよく一
致するが、その上では役割が終わる。最高効率に対して
ビール法則によって曲線の範囲で作用することが必要で
ある。
第3図において、航空機の露出面、たとえば翼面、,プ
ロペラ面、ボートの表面または管内面のような“湿った
”面の抵抗を減少する小リブ構造のプロフィルの例が示
されている。小リブ構造は隣接する全体的にV型の溝を
有し、各溝は局部的境界空気流のベクトルに整合する。
Sおよびhの最小値は(第3図参照)それぞれ0.07
1fiおよび0.051鰭で示されている。丸い谷底は
良い結果を生じ、多分加工し易い. 商業的旅客機の表面積は通常300〜400m”である
.第2図のデータに基づいて、簡単な第1次解析は出力
0.5k−の高出力レーザが50ないし100時間程度
の期間航空機に胴体全体に亘り、第3図に示す小リブ構
造を加工するのに使用されうろことを示している. 第1図に示す装置は二つの方法、すなわち、小リブの製
造またはペイントまたは大面積のポリマコーティングの
除去を実施するのに使用することができる.第1の方法
によれ〜ば、マスク14はその横方向に延びる一連の平
行棒を備えた孔よりなる.全体的に第1図に示された方
式は、小リプを設けられる航空機のような、物品の面を
加工するため取付τナられる,この方法において、物品
の小面積の表面は紫外レーザ光線によって研磨される。
この例において、物品は塗装された面を有し、ペイント
材料は研磨されるものとする。しかしながら、他の用途
において表面層を金属またはセラミック等から研磨され
る.塗装された表面へのマスクの投影は一連の平行溝を
紫外線照射加工して、第3図に示す型の小リブ構造を形
成する.それは尖った溝の先端に対しては好ましいが、
ある場合にはバーがマスクに投影される溝の間を小さい
平坦部分とすることができる.しかしなから、平坦部の
大きさは溝幅の5%に縮小することができる.ある用途
において、ペイントの形式は適当な形状の溝の形成を促
進するため変形することができる,上記のように、レー
ザビームはプログラムされた操作装置によって動かされ
小リブ構造を加工する。この技術はマスク14と一緒に
またはその代わりに使用することができるが、現在では
好ましくない.また溝を加工するため走査が使用される
第2の方法おいては、第1図の装置が、物品の再塗装の
前の一次処理として、ペイントまたはポリマコーティン
グを塗装またはコーティングされた物品から剥離するた
め使用される。この例において、マスク14は必要でな
いが、長方形の孔付きマスクを塗装された物品への入射
ビームの周辺を限定するため使用することができる. 種々の方法に関して、レーザ10は正確に制御しうる厚
さの層を研磨するように作動される.この方法の特殊な
利点は物品がいくつかの重なったペイント層を有する場
合、この方法はペイント層の除去をきわめて制御された
方法で助け、頂部コーティングだけの除去を可能にして
、再塗装の準備のため下塗りを露出したままにする.こ
の方法は、基礎の金属まで剥離するのに比較して、かな
りの時間およびコストが節約される.さらに、レーヂ法
は、その化学的剥離が下側の複合材料を損傷するためう
け入れ得ない場合、航空機に一層広く使用されるように
なった複合材料からペイントを剥離するのにとくに有用
である. 上記の方法の例は紫外線帯域のレーザ投射を使用したが
、この帯域外側のレーザ投射も使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に使用される光学的レイアウト
を示し、 第2図は代表的の平均エッチング深さ/ショット対代表
的エクシマレーザに対するおよび特殊なペイントサンプ
ルに対するエクシマレーザの影響を示すグラフであり、 第3図は物品の表面抵抗を減少する代表的小リブプロフ
ィルの断面図である. 10・・・・・エクシマレーザ,12−・ビーム処理光
学装置.14・−・・−マスク,16・・−・・レンズ
装置,18・・・・・ターゲット ブリストル.ファイルトン.ピー.オー.ボソウアーパ
イ・リサーチ・センター.ブリティッシュ・エアロスベ
イス・パブリック・リミテッド・カンパニー内 手続補正書 (自発) 平成2年2月27日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、物品の表面にレーザ光線を照射して前記表面にパタ
    ーンを形成し前記表面に関連する抵抗を減少することを
    含む、物品の抵抗を減少する方法。 2、前記パターンが一連の長い溝を有し該溝は一連の長
    い小リブを前記表面に画定する請求項1記載の方法。 3、前記各溝は2つの側壁を有し該側壁は溝の基部に向
    かつて収斂する請求項2記載の方法。 4、前記溝は全体的にV型断面である請求項3記載の方
    法。 5、表面を照射する工程がレーザ光線をいイメージ形成
    装置、たとえばマスク装置を通すことを含み、該装置が
    少くとも前記パターンの一部を画定する請求項1ないし
    4のいずれかに記載の方法。 6、前記表面が少くともその一部に表面層を含み前記パ
    ターンが前記層に形成される請求項1ないし5のいずれ
    かに記載の方法。 7、前記層が、たとえば、ペイントまたは他のポリマ材
    料の被覆である請求項6記載の方法。 8、表面層を有する物品を処理する方法であつて、該方
    法が前記表面層にレーザ光線を照射して少くとも前記層
    の一部を除去しその後別の層を前記物品に塗布すること
    を含む表面層を含む物品を処理する方法。 9、前記表面層がたとえばペイントまたは他のポリマ材
    料のコーティングである請求項8記載の方法。 10、前記別の層がたとえばペイントまたは他のポリマ
    材料のコーティングである請求項8または9記載の方法
    。 11、ペイントの別の層をうけ入れるため塗装された物
    品を準備する方法であつて、該方法が前記物品にレーザ
    光線を照射して少くともペイントのある部分をそこから
    除去することを含む方法。 12、前記レーザ光線が紫外線波長帯域にある請求項1
    ないし11のいずれかに記載の方法。 13、請求項1ないし12のいずれかの方法によつて作
    られまたは処理された物品。
JP2001143A 1989-01-11 1990-01-09 物品の抵抗を減少する方法およびその方法によつて処理された物品 Pending JPH02229687A (ja)

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