特開 2024-122880 レーザによるライナの硬化

(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】P2024122880

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】レーザによるライナの硬化

(51)【国際特許分類】

   B29C 63/34 20060101AFI20240902BHJP

【ＦＩ】

B29C63/34

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024009293

(22)【出願日】2024-01-25

(31)【優先権主張番号】23159005

(32)【優先日】2023-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】524033825

【氏名又は名称】サエルテックス マルチコム ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ニルス フヒチョハン

(72)【発明者】

【氏名】オイゲン ウルフ

【テーマコード（参考）】

4F211

【Ｆターム（参考）】

4F211AA39

4F211AA41

4F211AA44

4F211AD16

4F211AG08

4F211AH43

4F211AR07

4F211AR08

4F211AR12

4F211SA13

4F211SC03

4F211SD04

4F211SJ11

4F211SP12

4F211SP27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】パイプまたはカナルの修復のためにライナのレーザ光による硬化のためのより単純な技術を提供する。
【解決手段】パイプまたはカナルの修復のためにライナを硬化させるためのプロセスであって、少なくとも樹脂含浸ファイバチューブを含むライナを、パイプまたはカナルへ挿入する段階、パイプまたはカナルの内側面に対してライナを押圧することにより、ライナを設置する段階、および設置されたライナを通じてデバイスを動かすことにより、樹脂含浸ファイバチューブ内の樹脂系を硬化させる段階、ここで、レーザ光が設置されたライナの内側面に入射し、その結果、樹脂含浸ファイバチューブ内の樹脂系を硬化させるように、少なくとも１つの光学素子により、デバイス内で前記レーザ光が０．５から１７９度までの角度で偏向される、プロセスを含む。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パイプまたはカナルの修復のためにライナを硬化させるためのプロセスであって、
ａ． 少なくとも樹脂含浸ファイバチューブを含むライナを、修復される前記パイプまたは修復される前記カナルへ挿入する段階
ｂ． 前記修復されるパイプまたはカナルの内側面に対して前記ライナを押圧することにより、前記ライナを設置する段階、および
ｃ． 設置された前記ライナを通じてデバイスを動かすことにより、前記樹脂含浸ファイバチューブ内の樹脂系を硬化させる段階、ここで、レーザ光が前記設置されたライナの内側面に入射し、その結果、前記樹脂含浸ファイバチューブ内の前記樹脂系を硬化させるように、少なくとも１つの光学素子により、前記デバイス内で前記レーザ光が０．５から１７９度までの角度で偏向される
が実行される、プロセス。

【請求項2】

前記光学素子は、前記設置されたライナの前記内側面に入射するレーザビームの環状ビームプロファイルを生成するアキシコンを含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記光学素子は、光ガイドを介してレーザ源に接続される、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項4】

前記アキシコンの径は、５から５０ｍｍまでの範囲内にある、請求項２に記載のプロセス。

【請求項5】

少なくとも１つのアキシコンの開口角は、２０度から１５０度までの範囲内にある、請求項２に記載のプロセス。

【請求項6】

前記光学素子は、回折光学素子を含む、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項7】

前記光学素子は、少なくとも２つのアキシコンを含む、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項8】

前記レーザ光の波長は、３２５から６００ｎｍまでの範囲内にある、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項9】

前記樹脂系は、光開始剤を含有し、前記光開始剤の１つの吸収極大は、３２５から６００ｎｍまでの範囲内にある、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項10】

９７５から１８００ｎｍまでの範囲内の波長を有するレーザ光を少なくとも１つのレーザが生成し、前記レーザ光は、前記光学素子に入る前に、周波数変換器により、３２５から６００ｎｍまでの範囲内の波長を有するレーザ光へ変換される、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項11】

パイプまたはカナルの修復のためにライナを硬化させるためのレーザビームの環状ビームプロファイルを生成するための少なくとも１つのアキシコンの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂含浸ライナを硬化させるためにレーザビームが用いられる、パイプまたはカナルの修復のためにライナを硬化させるためのプロセス、および、パイプまたはカナルの修復のためにライナを硬化させるための環状レーザビームプロファイルを生成するためのアキシコンの使用に関する。

【背景技術】

【0002】

樹脂含浸ファイバチューブを硬化させるためにライナが用いられる、パイプおよびカナルの修復におけるレーザの使用は、例えばＥＰ４０１７９０６Ａ１から、既知である。しかしながら、従来技術のプロセスは、硬化させるライナの内側面に対してレーザ源を直接向ける必要があったという点で、不利である。これにより、硬化のために必要とされるデバイスが非常に高価かつ複雑になっていた。

【0003】

ＷＯ９８５１９６０Ａ１は、硬化剤がカプセル化され、カプセルがレーザ照射により硬化剤を放出する、レーザによるライナの硬化を説明している。硬化剤は、光開始剤ではない。カプセルは、レーザ光を必ず吸収することになる。

【0004】

これまで、樹脂含浸ファイバチューブを含むライナのレーザによる硬化は特に難しいという偏見があった。例えば、ＥＰ４０１７９０６Ａ１およびＷＯ９８５１９６０Ａ１は、レーザ源自体がライナの内側面に向けられ得ること、またはレーザ光が回転ミラーを通じてライナの内側面を照射することを説明している。これまで、これらのプロセスは、市場を席巻できていなかった。

【0005】

したがって、本発明の目的は、パイプまたはカナルの修復のためにライナのレーザ光による硬化のためのより単純な技術を提供することである。

【0006】

第１の実施形態において、本発明の目的は、
パイプまたはカナルの修復のためにライナを硬化させるためのプロセスであって、
ａ． 少なくとも樹脂含浸ファイバチューブを含むライナを、修復される前記パイプまたは修復される前記カナルへ挿入する段階
ｂ． 修復される前記パイプまたは前記カナルの内側面に対して前記ライナを押圧することにより、前記ライナを設置する段階、および
ｃ． 設置された前記ライナを通じてデバイスを動かすことにより、前記樹脂含浸ファイバチューブ内の前記樹脂系を硬化させる段階、ここで、レーザ光が前記設置されたライナの内側面に入射し、その結果、前記ファイバチューブ内の前記樹脂系を硬化させ得るように、少なくとも１つの光学素子により、前記デバイス内で前記レーザ光が入射した前記レーザビームに対して０．５から１７９度までの角度で偏向される
が実行される、プロセスにより実現される。

【0007】

例えば、このデバイスは、レーザ光源をライナの外部に配置すること、および、設置されたライナにおいてライナの長手方向に照射するレーザ光を、樹脂系を硬化させるために内側面に偏向させることを可能にする。

【0008】

従来の光源（レーザがない水銀ランプなど）を用いたプロセスに対する、本発明によるプロセスにおいてレーザ光を用いることの重要な利点は、例えば、これまでは強度損失が距離の２乗に比例してきたのに対し、レーザを用いた場合には強度損失が距離にほぼ線形的に比例することである。さらに、レーザ光の色は、最良の可能な態様でライナを硬化させるための光学的条件へ調節され得る。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明によるプロセスは、容易な処理、より低い投資額、硬化のより良い制御およびより良い作業場安全性（例えば、もはや、電気ショックまたは高圧ランプ破裂に起因するリスクがない）を可能にする。

【0010】

［プロセス］
段階ａ．においてライナを挿入することは、ライナをパイプまたはカナルへ挿入すること、または代替的に、パイプまたはチャネル内でライナを反転させることのいずれかにより実行され得る。

【0011】

例えば、段階ｂ．においてライナを設置することは、流体（例えば、圧縮空気、蒸気または水など）を用いてライナを加圧することにより実行され得る。

【0012】

段階ｃ．において、硬化は、例えば、熱的に、または光硬化により実行され得る。硬化が熱的に実行される場合、例えば、熱分解開始剤が樹脂系内に含有され得る。硬化が光硬化により実行される場合、例えば、１つまたはいくつかの光分解開始剤が樹脂系内に含有され得る。

【0013】

段階ｃにおいて、デバイスは、ライナを通じて、好ましくは、１分当たり０．１から５０００ｃｍまでの、特に好ましくは、１分当たり０．２から１０００ｃｍまでの範囲内の速度で動かされる。

【0014】

プロセスの段階ｃ．において、光学素子は、好ましくは、ライナに沿って、設置されたライナの対称軸の近くで動かされる。特に、段階ｃ．において、光学素子の中心位置は、対称軸から５０％未満、特に非常に好ましくは、設置されたライナの内径の１０％未満ずれる。

【0015】

［樹脂系］
好ましくは、本発明による樹脂系は、ライナを硬化させるための樹脂系である。例えば、樹脂系は、不飽和ポリエステル、ビニールエステルまたはエポキシ樹脂系でできた樹脂系であり得る。好ましくは、本発明による樹脂系は、例えば、アゾ化合物または過酸化物などの熱開始剤も含有し得る。しかしながら、好ましくは、ベンゾイル過酸化物は、環境に対して危険なので、熱開始剤として用いられない。

【0016】

好ましくは、樹脂系は、多くても１重量％の量の粘土粒子を含有し、より好ましくは、粘土粒子を含有しない。

【0017】

好ましくは、樹脂系は、多くても１重量％の量の天然繊維を含有し、より好ましくは、天然繊維を含有しない。

【0018】

追加の充填剤（例えば、水酸化アルミニウムまたは炭酸カルシウム）も含まれ得る。

【0019】

樹脂系は、好ましくは、０．０１から５重量％までの、特に好ましくは、０．０５から１重量％までの範囲内の量の重合開始剤を含有する。開始剤は、光開始剤または熱開始剤、または、光開始剤および熱開始剤の混合物であってよい。

【0020】

好ましくは、光開始剤の少なくとも１つの吸収極大は、２５０から６００ｎｍまでの範囲内に、特に非常に好ましくは、４００から５００ｎｍまでの範囲内にある。

【0021】

［デバイス］
光学素子は、好ましくは、光ガイドに、特に好ましくは、レーザ源からのレーザ光を光学素子に向ける光ファイバケーブルに接続される。

【0022】

レーザ源は、好ましくは、ライナの外部に配置され得る。

【0023】

デバイスは、例えば、ドローン（例えば、飛行ドローン）であってよい。光学素子は、好ましくは、飛行ドローン上に設置される。飛行ドローン上の光学素子は、例えば、光ガイドを介してレーザ源に接続され得る。

【0024】

例えば、デバイスは、光学素子が設置されたキャリッジであってもよい。キャリッジは、例えば、ホイールを有し得る。キャリッジ上の光学素子は、例えば、光ガイドを介してレーザ源に接続され得る。

【0025】

［レーザ光］
好ましくは、レーザ光は、少なくとも１つのレーザにより生成され得る。さらに、いくつかのレーザが、レーザ光を生成するために用いられ得る。いくつかのレーザが用いられる場合、いくつかのレーザのうちの少なくとも２つは、異なる波長を有するレーザ光を発し得る。これには、異なる複数の開始剤、または開始剤の異なる複数の吸収帯が対処され得るという利点がある。

【0026】

光学素子に入るレーザビームの径は、好ましくは、０．１から５０ｍｍまで（特に非常に好ましくは、１から１０ｍｍまで）の範囲内にある。

【0027】

レーザ光（特に、光学素子に入るレーザ光）の波長は、好ましくは、２００から２２００ｎｍまでの範囲内、特に好ましくは、３２５から６００ｎｍまでの範囲内、特に非常に好ましくは、４００から５００ｎｍの範囲内にある。この範囲は、パイプおよびカナルの修復のための従来の樹脂系およびライナがこの狭い波長帯において特に高い透過率を有するように最適化されているので、特に好ましい。ほとんどのライナは、最大で約３００ｎｍを下回る透過損失を有する。その結果、３２５ｎｍを下回る波長は、有利ではない。

【0028】

９７５から１８００ｎｍまでの範囲内の波長を有するレーザ光を少なくとも１つのレーザが生成し、このレーザ光が、光学素子に入る前に、３２５から６００ｎｍまでの範囲内の波長を有するレーザ光へ周波数変換器により変換されるのが好ましいことがある。

【0029】

代替的に、少なくとも１つのレーザにより生成されたレーザ光が、９７５から１８００μｍまでの範囲内の、特に好ましくは、１２００から１５００μｍまでの範囲内の波長を有するのが好ましいこともある。その場合、このレーザ光は、例えば、赤外レーザ光である。この代替手段の利点は、ガラスファイバの電力損失およびコストにある。ＵＶレーザ光の透過のためのファイバが比較的高価であり、電力損失（例えば、１００ｍ当たり１０～３０％、＞６ｄＢ／ｋｍ）をもたらさないのに対し、赤外レーザ光の透過のためのファイバは、費用対効果が高く、非常に低い損失（１０００ｍ当たり０．１％；＜１ｄＢ／ｋｍ）を有する。同じ理由で、電気通信タスクに赤外レーザ光および赤外線ガラスファイバが用いられる。追加的に、レーザ光からの保護は、ＵＶレーザシステムよりも赤外線レーザシステムの場合に、より重要ではない。そうして生成されたレーザ光は、次に、好ましくは、光学素子の前の周波数変換器（例えば、非線形光学結晶など）により、３２５から６００ｎｍまでの範囲内の波長を有するレーザ光へ変換され得る。

【0030】

レーザ光または少なくとも１つのレーザは、例えば、パルス化されてよく、または連続的であってよい。

【0031】

レーザ光または少なくとも１つのレーザは、好ましくは、ライナの長手方向において光学素子へ放射する。

【0032】

好ましくは、連続的ビームの強度またはパルス化レーザ光の平均強度（１０^９から１０^１６Ｗ／ｍ^２までの範囲内のもの）を有するレーザ光が、本発明による方法において用いられる。通常、この強度は、単位面積当たりの電力、つまり、ワット毎平方メートル、つまり、Ｗ／ｍ^２として定義される。レーザのパルス持続時間は、好ましくは、１０から３５０フェムト秒までの範囲内にある。レーザのパルスエネルギーは、好ましくは、１から２０ｍＪ（ミリジュール）の範囲内にある。レーザの繰り返し率は、好ましくは、０．１から５０ｋＨｚまでの範囲内にある。

【0033】

［光学素子］
光学素子は、反射性、屈折性および／または回折性のものであってよい。

【0034】

特に、いくつかのレーザによりレーザ光が生成される場合、いくつかの光学素子も用いられ得る。

【0035】

光学素子に起因して、レーザ光は、好ましくは、円錐の表面に伝搬する。これにより、ライナの内側面上の環状照射が生成される。

【0036】

好ましくは、この角度は、５から１５０度までの範囲内、特に非常に好ましくは、１０度から８５度までの範囲内であってよい。

【0037】

光学素子は、回転ミラーを含み得る。これにより、レーザビームが設置されたライナの内側面に入射し、その結果、樹脂系を硬化させ得るように、デバイスの移動中、レーザビームを偏向させることが可能になる。ミラーの前のレーザビームの方向に対するミラーの角度は、好ましくは、±０．１度から８９．９度の範囲内、特に非常に好ましくは、３０度から６０度の範囲内にある。

【0038】

好ましくは、少なくとも１つの光学素子は、設置されたライナの内側面に入射する環状ビームプロファイルを有するレーザビームを生成する少なくとも１つのアキシコンを含む。その結果、樹脂系は、硬化し得る。特に好ましくは、光学素子は、検流または回転要素を含まない。アキシコンは、環状ビームプロファイルを生成する円錐レンズである。ライナを硬化させ、その結果、硬化中のライナ自体における事故のリスクを最小化する場合、レーザ源が実際にはライナの外部に配置され得る、という利点がアキシコンにはある。さらに、光学素子は、現在用いられている各種ＵＶ光を用いる場合よりもはるかに容易かつ高速に挿入され得る。さらに、従来技術とは対照的に、光源は、ライナ内で熱をほとんど生成しない。加えて、この技術により、大幅に小さい径を有するパイプ内でライナを硬化させることが可能になる。アキシコンは、凸または凹であり得る。アキシコンまたは出現した光円錐の開口角は、好ましくは、１度から１８０度までの範囲内、特に非常に好ましくは、２０度から１５０度までの範囲内、より好ましくは、４０度から１３０度までの範囲内にある。アキシコンの開口角は、出現した光の限界角度として定義される。故に、アキシコンまたは出現した光円錐のこの開口角は、入射レーザビームに対する出現した光の角度の大きさの２倍である（段階ｃ．でのように、例えば、偏向角としても指定される）。

【0039】

光学素子は、好ましくは、少なくとも２つのアキシコンも含み得る。したがって、１つのアキシコンが凹であってよく、１つのアキシコンが凸であってよい。電力分配を最適化するために、リングの径は、両方のアキシコンの互いからの距離を変えることにより調節され得る。

【0040】

少なくとも１つのアキシコンの材料は、好ましくは、ガラス（特に、石英ガラス）またはプラスチックである。

【0041】

好ましくは、アキシコンの径は、２から６００ｍｍの範囲内、特に非常に好ましくは、２０から５０ｍｍの範囲内にある。アキシコンの径は、好ましくは、レーザビームの径よりも大きい。

【0042】

アキシコンの縁部の厚さは、好ましくは、２から１０ｍｍまでの範囲内にある。

【0043】

光学素子は、少なくとも１つの回折光学素子（ＤＯＥ）も含み得る。この回折光学素子により、例えば、レーザビームを整形することが可能になる。

【0044】

［使用］
別の実施形態において、本発明の目的は、パイプまたはカナルの修復のためにライナを硬化させるためのレーザビームの環状ビームプロファイルを生成するための少なくとも１つのアキシコンの使用により実現される。

【0045】

［例示的な実施形態］
例えばＥＰ２５７３４４２Ａ１において説明されているような、ＵＶ光により硬化される市販の樹脂含浸ライナが用いられた。３００ｍｍの径を有するパイプが、４ｍｍの壁厚を有するライナに合わせられた。用いられた樹脂系（例えば、ＡＯＣにより作製されたＬ０５０－ＬＣＷ－０３ ＦＣ）は、光開始剤として０．１重量％のＩｒｇａｃｕｒｅ ８１９を含有していた。修復中、ライナは、修復されるパイプへ挿入され、次に、圧縮空気を用いて膨張させられていた。再生増幅器を有するＴｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３レーザ発振器、および下流光パラメトリック発振器（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｉｎｃ． ｃｏｍｐａｎｙにより作製されたＴＯＰＡＳ ＰｒｉｍｅタイプのＯＰＯ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｉｎｃ． ｃｏｍｐａｎｙにより作製されたＡｓｔｒｅｌｌａチタンサファイアレーザ、６ｍＪのＨＥバージョン；繰り返し率１ｋＨｚ；平均電力１Ｗ、パルスピーク強度：３×１０^１５Ｗ／ｍ^２、パルス持続時間４０フェムト秒）により、レーザビームが生成された。ＯＰＯ出口における波長は、４５０ｎｍだった。レーザビームは、この目的では一般的である１００ｍの長さの、５９．８度（偏向角の２倍）の開口角を有する光ファイバケーブルを通じて、アキシコン（製造者：Ｔｈｏｒｌａｂｓ；タイプ：ＡＸ１２４０－Ａ、直径１／２"、物理角度：４０度、偏向角：２９．９度、中心厚１０．３ｍｍ、ＡＲコーティング３５０～７００ｎｍ、Ｒ_ａｖｇ＜０．５％）へ向けられた。偏向角は、設置されたライナの内側面にレーザビームを環状に投射した５３２ｎｍで測定された。環状レーザ光がライナの内側面全体を照射するように、キャリッジが、ライナ全体を通じ、設置されたライナ内でほぼ同心円状にアキシコンを引き寄せた。速度は、１分当たり３．６ｍｍに設定された。

【0046】

したがって、光開始剤を活性化させることができ、樹脂を硬化させることができた。

【0047】

個々に、および任意の組み合わせの両方で本明細書および特許請求の範囲の開示されている、本発明の特徴は、本発明の様々な実施形態の実現に必須であり得る。本発明は、説明されている実施形態に限定されない。特許請求の範囲に含まれる限りにおいて、本発明は、当業者の知識を考慮に入れて変更され得る。

【外国語明細書】