特開 2022-134857 塗膜除去方法及び塗膜除去装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022134857

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】塗膜除去方法及び塗膜除去装置

(51)【国際特許分類】

   E04G 23/02 20060101AFI20220908BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20220908BHJP

   B23K 26/36 20140101ALI20220908BHJP

   E01D 22/00 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

E04G23/02 Z

B23K26/00 G

B23K26/36

E01D22/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021034311

(22)【出願日】2021-03-04

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(71)【出願人】

【識別番号】000198318

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ検査計測

(71)【出願人】

【識別番号】509338994

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩインフラシステム

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸口 雄介

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 浩

(72)【発明者】

【氏名】大阿見 尚弥

(72)【発明者】

【氏名】武川 哲

【テーマコード（参考）】

2D059

2E176

4E168

【Ｆターム（参考）】

2D059GG22

2D059GG39

2E176BB03

2E176BB36

2E176DD61

2E176DD64

4E168AD03

4E168CB04

4E168DA24

4E168DA26

4E168DA28

4E168DA32

4E168DA40

4E168EA15

4E168EA17

4E168JA02

4E168JA11

(57)【要約】

【課題】既設構造物における構造部材の表面に施された塗装の塗膜を除去することができ、構造部材の素地調整面にレーザ光が照射されたとしても、その素地調整面に及ぼす形状や組成の変化を少なく抑え得る塗膜除去方法及び塗膜除去装置を提供する。
【解決手段】レーザ発振器２と、レーザ発振器２から供給されるレーザ光Ｌを鋼材Ｗに照射するレーザヘッド４と、レーザヘッド４からのレーザ光Ｌを鋼材Ｗの表面上で走査させる走査機構６と、レーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの出力，スポット径及び走査機構６によるレーザ光Ｌの走査速度をコントロールする制御部１０を備え、制御部１０は、鋼材Ｗの素地調整面Ｗａに存在する凹凸を残すべく設定したレーザ条件でレーザヘッド４及び走査機構６を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

既設構造物の構造部材における素地調整面上に塗装された塗膜を除去する塗膜除去方法であって、
前記構造部材の素地調整面に存在する凹凸を残すべく設定されたレーザ条件で前記塗膜に対してレーザ光を照射しつつ走査する塗膜除去方法。

【請求項2】

前記塗膜に対してレーザ光を照射しつつ直線状に走査する請求項１に記載の塗膜除去方法。

【請求項3】

前記レーザ条件は、レーザ光の出力が１０００Ｗ以下であり、レーザ光のスポット径とレーザ光の走査速度との積でレーザ光の出力を除した量であるフルエンスが０．１５Ｊ／ｍｍ^２以下である請求項１又は２に記載の塗膜除去方法。

【請求項4】

フルエンスを０．１５Ｊ／ｍｍ^２以下とするためのレーザ光の走査速度が９．０ｍ／ｓ以上である請求項３に記載の塗膜除去方法。

【請求項5】

既設構造物の構造部材における素地調整面上に塗装された塗膜を除去する塗膜除去装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を前記構造部材に照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドからのレーザ光を前記構造部材の表面上で走査させる走査機構と、
前記レーザヘッドから照射されるレーザ光の出力，スポット径及び前記走査機構によるレーザ光の走査速度をコントロールする制御部を備え、
前記制御部は、前記構造部材の素地調整面に存在する凹凸を残すべく設定したレーザ条件で前記レーザヘッド及び前記走査機構を制御する塗膜除去装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、橋梁や建築物等の既設構造物における構造部材の表面に施された塗装の塗膜を除去するのに好適な塗膜除去方法及び塗膜除去装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

上記した橋梁や建築物等の既設構造物を長期にわたって安全に使用するためには、鋼材（構造部材）の腐食を防ぐべく、鋼材の表面に施された塗装の塗膜を定期的に剥がして除去し、再塗装する必要がある。

【0003】

従来において、鋼材の表面の塗膜を除去する方法としては、例えば、特許文献１に記載された塗膜除去方法がある。
この塗膜除去方法は、レーザヘッドから照射されるレーザ光の照射点を円状に回転走査させつつ、鋼材に対して水平にレーザヘッドを移動させることで、塗膜を除去するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５５７４３５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記したようなレーザ光による塗膜除去方法では、塗膜のはく離性の向上を図るために比較的高出力のレーザ光が採用される。

【0006】

しかしながら、塗膜の除去が済んでいる箇所に対して高出力のレーザ光を継続して照射すると、塗装前の鋼材の素地調整面に存在していた数μｍの微小な凹凸がほとんど消滅してしまう。

【0007】

このように、鋼材の素地調整面の微小な凹凸が消滅すると、塗膜除去後の再塗装の段階において、新たに塗装される塗膜の素地調整面に対する密着力が弱くなってしまい、塗装面の耐久性が低下する虞がある。

【0008】

したがって、たとえ、塗膜の除去が済んでいる箇所に対してレーザ光が照射されたとしても、鋼材の素地調整面に及ぼす微小凹凸の消滅といった過度な形状変更や素地調整面の組成変化を少なく抑え得るレーザ条件の構築が望まれており、これを解決することが従来の課題となっている。

【0009】

本開示は、上記した従来の課題を解決するためになされたもので、既設構造物における構造部材の表面に施された塗装の塗膜を除去することができるのは勿論のこと、構造部材の素地調整面に対してレーザ光が照射されるような場合であったとしても、その素地調整面に及ぼす形状や組成の変化を少なく抑えることが可能な塗膜除去方法及び塗膜除去装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の第１の態様は、既設構造物の構造部材における素地調整面上に塗装された塗膜を除去する塗膜除去方法であって、前記構造部材の素地調整面に存在する凹凸を残すべく設定したレーザ条件で前記塗膜に対してレーザ光を照射しつつ走査する構成としている。

【0011】

また、本開示の第２の態様は、前記塗膜に対してレーザ光を照射しつつ直線状に走査する構成としている。

【0012】

さらに、本開示の第３の態様において、前記レーザ条件は、レーザ光の出力が１０００Ｗ以下であり、レーザ光のスポット径とレーザ光の走査速度との積でレーザ光の出力を除した量であるフルエンスが０．１５Ｊ／ｍｍ^２以下である構成としている。

【0013】

さらにまた、本開示の第４の態様は、フルエンスを０．１５Ｊ／ｍｍ^２以下とするためのレーザ光の走査速度が９．０ｍ／ｓ以上である構成としている。

【0014】

一方、本開示の第５の態様は、既設構造物の構造部材における素地調整面上に塗装された塗膜を除去する塗膜除去装置であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を前記構造部材に照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドからのレーザ光を前記構造部材の表面上で走査させる走査機構と、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光の出力，スポット径及び前記走査機構によるレーザ光の走査速度をコントロールする制御部を備え、前記制御部は、前記構造部材の素地調整面に存在する凹凸を残すべく設定したレーザ条件で前記レーザヘッド及び前記走査機構を制御する構成としている。

【0015】

本開示に係る塗膜除去方法及び塗膜除去装置において、レーザにはファイバーレーザや半導体レーザやＹＡＧレーザを用いるのが一般的であるが、これらのレーザに限定されない。

【発明の効果】

【0016】

本開示に係る塗膜除去方法及び塗膜除去装置によれば、既設構造物における構造部材の表面に施された塗装の塗膜を除去することができるのは言うまでもなく、構造部材の素地調整面にレーザ光が照射されるような場合であったとしても、その素地調整面に及ぼす形状や組成の変化を少なく抑えることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の一実施形態に係る塗膜除去方法に用いられる塗膜除去装置を示す概略説明図である。

【図2】図１のレーザ塗膜除去装置による塗膜除去状況の拡大斜視説明図である。

【図3】図１のレーザ塗膜除去装置によるレーザ条件であるフルエンスを説明するためのレーザ光の走査面積概念図である。

【図4】種々のフルエンスに対応するレーザ光の出力とレーザ光の走査面積との関係を示すグラフである。

【図5】本開示の一実施形態に係る塗膜除去方法で得られた構造物の素地調整面を示す拡大図である。

【図6】本開示の一実施形態に係る塗膜除去方法のレーザ条件とは異なるレーザ条件による塗膜除去方法で得られた構造物の素地調整面を示す拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本開示の一実施形態に係る塗膜除去方法に用いられるレーザ塗膜除去装置を示している。

【0019】

図１に概略的に示すように、このレーザ塗膜除去装置１は、例えば、橋梁を構成する鋼材（構造部材）Ｗの表面に塗装された塗膜Ｗｍを剥がして除去するためのものであって、レーザ発振器２と、内蔵した光学系３によりレーザ発振器２から供給されるレーザ光Ｌを集光して鋼材Ｗの表面に照射するレーザヘッド４と、レーザ発振器２からのレーザ光Ｌをレーザヘッド４へ導く光ファイバ５と、レーザヘッド４からのレーザ光Ｌを鋼材Ｗの表面上で走査させる走査機構６と、レーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの出力，レーザ光Ｌのスポット径及び走査機構６によるレーザ光Ｌの走査速度等を制御する制御部１０を備えている。

【0020】

走査機構６は、レーザヘッド４とともにケース９に保持されており、レーザヘッド４からのレーザ光Ｌを反射するスキャナミラー６ａと、このスキャナミラー６ａを所定の範囲で回動させるスキャナモータ６ｂとから構成されている。

【0021】

この実施形態では、レーザヘッド４からのレーザ光Ｌをスキャナミラー６ａによって鋼材Ｗに向けて反射し、このスキャナミラー６ａを所定の範囲で回動させることで、図２にも示すように、レーザ光Ｌを鋼材Ｗの表面上で直線状に走査させて（ジグザグに往復移動させて）塗膜Ｗｍを除去するようになっている。

【0022】

この場合、制御部１０では、レーザ光Ｌを鋼材Ｗの素地調整面Ｗａに照射した場合でも素地調整面Ｗａに存在する凹凸が残るように設定したレーザ条件でレーザヘッド４及び走査機構６のスキャナモータ６ｂを制御するようになっている。

【0023】

上記レーザ条件を決めるにあたっては、まず、レーザ光Ｌの出力を高く設定し過ぎると他の条件に関係なく素地調整面Ｗａの微小な凹凸が消滅してしまうので、レーザ光Ｌの出力の上限を１０００Ｗとする。

【0024】

レーザ光Ｌの出力を図３に示すレーザ光ＬのスポットＳの面積ＳＡで除したエネルギ密度（Ｗ／ｍｍ^２）は、スポット径Ｄが小さい程大きくなって単位時間当たりの入熱量が増えるので、確実な塗膜の除去を行ううえでスポット径Ｄを０．１５ｍｍとしてエネルギ密度を大き目に設定する。

【0025】

また、レーザ光Ｌのスポット径Ｄと図３に示すレーザ光Ｌの走査速度Ｖ（ｍ／ｓ）との積（走査面積Ａ（ｍ^２／ｓ））でレーザ光Ｌの出力を除した量であるフルエンスは、０．２Ｊ／ｍｍ^２以下とすることが望ましく、より望ましくは０．１５Ｊ／ｍｍ^２以下であり、より望ましくは０．１３Ｊ／ｍｍ^２以下とする。

【0026】

ここで、種々のフルエンスに対応するレーザ光Ｌの出力とレーザ光Ｌの走査面積Ａとの関係を図４に示す。この図４のグラフから判るように、レーザ光Ｌの出力とレーザ光Ｌの走査面積Ａとの関係において、フルエンスは基準線I～IIIの各傾きとして表されており、本実施形態では、フルエンスが０．１３Ｊ／ｍｍ^２の傾きの基準線Iを指標として、この基準線I上ないし近傍にレーザ光Ｌの出力及びレーザ光Ｌの走査面積Ａがそれぞれ位置するようにエネルギ密度及びレーザ光Ｌの走査速度Ｖを設定するようにしている。

【0027】

これにより、フルエンスを０．１３～０．１５Ｊ／ｍｍ^２とするために、レーザ光Ｌの走査速度Ｖは、９．０ｍ／ｓ以上とすることが望ましく、より望ましくは１２．０ｍ／ｓ以上であり、より望ましくは１５．０ｍ／ｓ以上となるように設定している。

【0028】

このように、本実施形態において、制御部１０では、レーザ光Ｌの出力の上限を１０００Ｗとすると共にスポット径Ｄを０．１５ｍｍとしたうえで、フルエンスを０．１３～０．１５Ｊ／ｍｍ^２とするために、レーザ光の走査速度が９．０～１５．０ｍ／ｓとなるように走査機構６のスキャナモータ６ｂを制御するようになっている。

【0029】

そこで、基準線Iを指標として設定した表１に示す条件No.１と、基準線IIを指標として設定した条件No.２のもとで、橋梁を構成する鋼材Ｗの表面に塗装された塗膜Ｗｍの除去を行った。なお、諸条件に関係なく素地調整面の微小な凹凸が消滅してしまう例として、基準線IIIに基づいて設定した条件No.３の場合を表１に併せて記載した（表１における表面状態（×））。

【0030】

【表1】

【0031】

条件No.１による塗膜除去では図５に示す結果が得られ、一方、条件No.２による塗膜除去では図６に示す結果が得られた。

【0032】

図５から判るように、条件No.１による塗膜除去では素地調整面の濃淡の度合いが「濃」である。これは素地調整面に存在している微小な凹凸が多数残っていることを示している（表１における表面状態（〇））。これに対して、図６から判るように、条件No.２による塗膜除去では素地調整面の濃淡の度合いが「淡」である。これは素地調整面に存在している微小な凹凸がかなり消滅していることを示している（表１における表面状態（△））。

【0033】

したがって、本実施形態に係る塗膜除去方法及び塗膜除去装置によれば、素地調整面Ｗａに及ぼす形状や組成の変化を少なく抑えつつ、鋼材Ｗの表面に施された塗装の塗膜Ｗｍを除去し得ることが実証できた。

【0034】

上記した実施形態では、本開示に係る塗膜除去方法及び塗膜除去装置により、橋梁を構成する鋼材（構造部材）Ｗの表面に塗装された塗膜Ｗｍを除去する場合を示したが、これに限定されるものではなく、本開示に係る塗膜除去方法及び塗膜除去装置を、例えば、鉄塔を構成する鋼材の塗膜除去に適用することが当然可能である。

【0035】

本開示に係る塗膜除去方法及び塗膜除去装置の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ レーザ塗膜除去装置（塗膜除去装置）
４ レーザヘッド
６ 走査機構
６ａ スキャナミラー
６ｂ スキャナモータ
１０ 制御部
Ｌ レーザ光
Ｗ 鋼材（構造部材）
Ｗａ 素地調整面
Ｗｍ 塗膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】