(57)【要約】  表面から汚染物質を洗浄するための表面洗浄システムであって、該システムは、高強度レーザビーム（３）を発生するレーザデバイス（２）と、汚染物質上に少なくとも１つのレーザスポット（３’）としてビームを投射する投射光学系と、表面洗浄システムと表面との互いに対する長手方向の変位速度を判定するコントロールデバイス（６）であって、レーザデバイスおよびレーザスポットのパターンをもたらす投射光学系を制御するように構成されたコントロールデバイス（６）と、を有し、レーザスポットはスポットサイズを有し、パターンはスポットサイズまでの間隔を有する。
2017507265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面洗浄システムであって、表面から汚染物質を洗浄するためのシステムにおいて、該システムは、
高強度レーザビームを発生するレーザデバイスと、
汚染物質上に少なくとも１つのレーザスポットとして前記ビームを投射する投射光学系と、
前記表面洗浄システムと前記表面との互いに対する長手方向の変位速度を判定するコントロールデバイスであって、前記レーザデバイスおよびレーザスポットのパターンをもたらす前記投射光学系を制御するように構成されたコントロールデバイスと、を有し、
前記レーザスポットはスポットサイズを有し、前記パターンは前記スポットサイズまでの間隔を有する前記レーザスポットを含む、システム。
【請求項２】
前記スポットの各々につき０．５ジュール／ｃｍ２のエネルギ、特に、各スポットにつき１．５〜３．５ジュール／ｃｍ２の間のエネルギを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
スポットサイズが５０〜５００ミクロンである、前出の請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントロールデバイスは横手方向に間隔をおいて配置された少なくとも２つのスポットを提供するように構成されている、前出の請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記表面は列車のレールの走行面である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記表面洗浄システムは列車上に取り付けられ、 前記表面は列車のレールの走行面である、前出の請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは車両上、特に、列車上に取り付けられ、前記表面は前記車両が走る走行面であり、特に、前記走行表面は列車のレールであり、使用中の前記システムが、前記走行表面に対する、長手方向変位速度を有し、前記レーザデバイスは、パルス繰返し率を有するパルスレーザビームを発生する用途で設けられ、前記コントロールデバイスは、前記長手方向変位速度に対する前記パルス繰返し率を線形的に制御するために設けられ、前記パルス繰返し率は長手方向変位速度の増加と共に増加する、前出の請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
表面洗浄システムを使用して表面から汚染物質洗浄する方法において、該方法は、
前記洗浄システムと前記表面との相互変位速度を判定することと、
前記汚染物質上に一連のレーザスポットを向けることであって、各レーザスポットは少なくとも前記レーザスポットのエリアで前記表面から前記汚染物質を除去するための十分なエネルギを含む、ことと、
前記汚染物質上にレーザスポットのパターンの前記レーザスポットを提供することであって、前記パターンは前記スポットサイズまでの間隔を有するレーザスポットである、ことと、
を含む方法。
【請求項９】
前記パターンは、前記変位に対して横手方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つのスポットを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法はレール上を走る列車に適用され、前記表面が前記レールの走行表面であり、特に前記列車は運転速度で、より詳細には少なくとも６０ｋｍ／ｈの速度で、また、より詳細には少なくとも９０ｋｍ／ｈの速度で走る、請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記レーザスポットを提供するレーザビームはパルス繰返し率を有し、前記パルス繰返し率は相互変位速度へ線形的に調節し、前記パルス繰返し率は増加する相互変位速度と共に増加する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、表面洗浄システムおよび方法に関し、詳細には金属基板を洗浄するための、より詳細には、金属基板から、圧縮された葉の残留物、油、石油カーボン液体、氷、水および一般的な土による汚染物質を洗浄するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
［背景技術］
本件の発明者のうちの１人によるＷＯ０１３２９９０は、その要約書によれば、レールの表面から汚染物質を除去することによりレールを洗浄する方法を開示している。この方法は、高強度パルスレーザビームを生成することと、汚染物質の少なくとも一部分を破壊するようにレーザビームをレールの表面上に向けることと、を含んでいる。好ましくは、汚染物質がガスおよび微細塵埃粒子に直接的に変換されることにより破壊されるように、レーザビームのパラメータは選択される。汚染物質の温度は少なくとも摂氏６０００度まで上げられてもよい。レールの表面から汚染物質を除去することによりレールをクリーンにするための装置は、高強度パルスレーザビームを発生するための手段と、汚染物質の少なくとも一部分を破壊するようにレールの表面上にレーザビームを向けるための手段とを含む。好ましくは、装置は、汚染物質がガスおよび微細塵埃粒子に直接的に変換されることにより破壊されるように、レーザビームのパラメータを選択するための手段を含む。汚染物質の温度は、少なくとも摂氏６０００度まで上げられてもよい。
【０００３】
［発明の概要］
本発明の一局面は、レーザビームを使用して金属表面から物質を除去する効率についての著しい改善を明らかにするものである。
【０００４】
本発明は、金属表面から物質を除去することに関してレーザビームの効率および実用性に顕著な向上をもたらす。その目的のために、本発明は、表面から汚染物質を洗浄するための表面の洗浄システムを提供し、該システムは、高強度レーザビームを発生するためのレーザデバイスを含んでいる。該システムは、汚染物質上の少なくとも１つのレーザスポットとしてビームを投射するための投射光学系を含んでいてもよい。該システムは、表面洗浄システムと表面とでの互いに対する長手方向の変位速度を判定するためのコントロールデバイスを更に備えていてもよい。コントロールデバイスは、レーザデバイスと、レーザスポットのパターンをもたらす投射光学系とを制御するように構成されていてもよい。レーザスポットは、スポットサイズを有し、パターンはスポットサイズまでの間隔を有するレーザスポットを含んでいる。
【０００５】
本発明は、表面洗浄システムを使用して、表面から汚染物質を洗浄する方法に更に関し、該方法は、洗浄システムと表面との相互変位速度を判定することと、汚染物質上に一連のレーザスポットを向けることであって、各レーザスポットは少なくともそのレーザスポットの領域において表面から汚染物質を除去するための十分なエネルギを含む、ことと、汚染物質上にレーザスポットのパターンの形態でレーザスポットを提供することであって、パターンはスポットサイズまでの間隔を有するレーザスポットであることと、を含む。
【０００６】
適用においては、レーザビームについて述べる。多くのレーザデバイスは、レーザパルスの形態で各々出力を生成する。これらのデバイスは、従って、パルスレーザにも言及される。本適用において、レーザビームに言及する場合、そのようなパルスレーザも含むことは理解される。
【０００７】
一般的には、レーザを使用すると、レーザスポットのエネルギまたは強度プロファイルはトップハットカーブ（ｔｏｐ  ｈａｔ  ｃｕｒｖｅ）に非常によく類似する。プロファイルがベル形（ｂｅｌｌ  ｓｈａｐｅ）を有する場合、スポットサイズは、プロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）として定義される。例えば、ダイオードレーザを使用する場合、幾つかの場合には、多数のレーザ光線を発するダイオードが組み合わせられ、これらのレーザダイオードの出力は、光ファイバへ結合され連結される。そのようなセッティングにおいてレーザダイオードを組み合わせる場合、１つ以上の光ファイバに由来するスポットは、トップハットビームプロファイルを生じるか、トップハットビームプロファイルに非常によく類似する。
【０００８】
スポットは、多くの場合ほとんど円形である。しかし、それはもっと細長くてもよく、または楕円であってもよい。他のスポット形も可能であり、適用されてもよい。
【０００９】
更なる実施例が従属クレームおよび明細書において述べられる。
十分に説明されているように、本文書において参照により組み込まれ、また上述されたれたＷＯ０１３２９９０において既に述べられているように、鉄道システムにおいて、汚染は、しばしばレールに張り付き、取り除くのが難しい被膜として現われることが見い出された。
【００１０】
本発明は、鉄道システムのレールを洗浄する際、特定の用途を有している。ここに使用されるような用語「鉄道システム」は、車輪を有する車両がレール上を走行するシステムと、特に列車用の鉄道システムと、路面鉄道、プレートウエイ、およびモノレールのシステムと、同様のシステムと、の全てを包含する。
【００１１】
葉に近接する鉄道システムにおける列車の移動により、かなりの量の葉がレールの上面に移動し、すぐにそこでは、列車のホイールにより、葉がレール上部において固い被膜へと圧縮されることが知られている。更に、潤滑油、重油、他のカーボン系の流体およびグリースが、列車からレールに遷移する可能性がある。また、水および氷が、大気またはその他からの降水により、より柔軟な被膜を形成する可能性がある。ここで使用される用語「列車」は、鉄道車両、市街電車、モノレール車両およびレール上を走行するように設計された全ての車両を包含する。
【００１２】
葉のような汚染物質による固い被膜、または、潤滑油、重油、グリース、水あるいは氷等の汚染物質によるより柔軟な被膜の存在は、２つの重要な影響をもたらす。第１に、列車の駆動輪とレールとの間の牽引力を減少させ、第２に、列車のホイールとレールとの間の継続的な電気接続を妨げる電気的絶縁層を形成し得る。更に、ホイールとレールとの更なる消耗を引き起こすこと分かった。
【００１３】
好ましくは、レーザビーム、特に各スポットのパラメータは、汚染物質がガスおよび微細塵埃に直接的に変換されることで破壊されるように選択される。このプロセスは、「アブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）」と呼ばれる。汚染物質の温度は少なくとも摂氏５８００度まで上げられてもよい。より詳細には、温度は少なくとも摂氏６０００度まで上げられる。実施例では、温度は摂氏１００００度未満にとどまるだろう。
【００１４】
高強度パルスレーザビームの使用により、汚染物質の破壊は非常に速く起こる。レールが、車両が走る鉄道システムの一部である場合、レーザビーム発生システムは複数の車両のうちの１つに取り付けられ、車両が走っている間動作していてもよい。汚染物質の破壊が迅速に起こるので、破壊プロセスが生じている間、車両が常用速度で走行させられ得ることが期待される。
【００１５】
実施例では、パルスレーザは繰返し率を有し、システムは表面に対する速度を有し、使用時、パルス繰返し率は線形的に速度に関係し、すなわち速度が増加するとパルス繰返し率が増加する。パルスレーザが使用され、パルス繰返し率がそのように線形的に車両速度に関係すると、より良好な洗浄成果が達成されることが分かった。
【００１６】
本発明は更に、データ処理装置上で稼働する際、該データ処理装置を構成するソフトウェアコード部分を含むコンピュータプログラムに関する。
本発明は更に、このコンピュータプログラムの少なくとも一部を伝える信号に関する。
【００１７】
本発明は更に、コンピュータ上で実行されるためのプログラムを表わす信号配列に関し、信号配列はそのコンピュータプログラムを表わす。
「実質的に含む」のように、ここでの用語「実質的に」は、当業者に理解され当業者には明確である。用語「実質的に」は、同様に、「全体に」、「完全に」、「全て」、などを用いる実施例も含んでいてもよい。従って、実施例では、形容詞が実質的に取り除かれていてもよい。適用可能な場合、用語「実質的に」は、また、９５％以上、特に９９％以上、更には９９．５％より大きく、または１００%を含む等、９０％以上を示してもよい。用語「含む（ｃｏｐｍｒｉｓｅ）」については、用語「含む（ｃｏｐｍｒｉｓｅｓ）」が「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ  ｏｆ）」を意味するような実施例も包含する。
【００１８】
例えば、用語「機能的に」は、「機能的に連結された」または「機能的に直通通信」において使用された際、当業者に理解され、当業者には明確である。用語「実質的に」は、「全体に」、「完全に」、「全て」、などを用いる実施例を含んでいてもよい。従って、実施例では、形容詞が実質的に取り除かれていてもよい。従って、例えば、「機能的に直通通信」は、直接的なライブ通信を含む。それは、通信分野の当事者の立場から、「ライブ」として経験される通信も含んでいてもよい。従って、例えばＶＯＩＰのように、デジタル音声データを含む、種々のデータパッケージ間にわずかな時間があってもよいが、これらの時間の量は非常に小さいので、ユーザには、利用可能な、開いた通信線または電話線があるように見える。
【００１９】
更に、説明および特許請求の範囲における第１、第２、第３等の用語は同様の要素間の識別のために使用され、必ずしも連続する順または時間順を記載するためのものではない。従って、そのように使用された用語は適切な状況下で交換可能であり、また、ここに説明された発明の実施例はここに説明または図示された以外の順序で動作が可能である、ということは理解される。
【００２０】
ここでのデバイスまたは装置は、動作中説明される他のものの中にある。当業者に明らかであるように、本発明は、操作の方法、または操作中のデバイスに限定されない。
【００２１】
上述の実施例が本発明を制限するのではなく説明するということ、また、その当業者は追加された請求項の範囲から逸脱せずに多数の他の実施例を設計することができるということ、は注目されるべきである。請求項では、括弧内の如何なる参照符号も、請求項を制限するものとして解釈されないものとする。動詞「含む」の使用およびその活用動詞は、要素の存在または請求項で述べられる以外のステップを除外しない。要素に先行する冠詞「１つの」は、そのような要素の複数の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの個別の要素を含むハードウェア、および適切にプログラムされたコンピュータにより実行されてもよい。いくつかの手段を列挙するデバイスまたは装置の請求項において、これらの手段の幾つかのものは、ハードウェアの１つおよび同様のアイテムによって具体化されてもよい。ある手段が相互に異なる従属クレームで詳述されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。
【００２２】
本発明は、明細書で記載されおよび／または添付図面で示された特徴的な機能の１つ以上を含む装置またはデバイスに更に当てはまる。本発明は、明細書で記載されおよび／または添付図面で示された特徴的な機能の１つ以上を含む方法またはプロセスに更に関する。
【００２３】
本特許で議論された様々な態様は、追加の利点を提供するために組み合わせることができる。更に、特徴のうちの幾つかは、1つ以上の分割出願の根拠を形成することができる。
【００２４】
本発明の実施例について、添付された概略図（図中、対応する参照符号は対応する部品を示す）を参照しつつ、例示のみの方法で以下に説明する。
図面は必ずしも縮尺ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】洗浄システムを概略的に示す。
【図２】表面上のレーザスポットの例を表している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［好ましい実施形態の説明］
図１では、洗浄システムが模式的に示されている。洗浄システム１は１つ以上のレーザビーム３を発生するためのレーザデバイス２を含む。洗浄システムは、１つ以上のレーザビーム３を修正し、レーザスポット３’内のこれらレーザビームを、表面上に、ここではレール５の走行表面に密着した汚染部９上に投射するための投射光学系４を更に含む。
【００２７】
洗浄システム１は、洗浄される表面および洗浄システムの相互の縦移動速度を決定するための、レーザデバイス２と、投射光学系４と、少なくとも１つのセンサ７に機能的に連結されるコントロールシステム６とを含む。
【００２８】
図２では、レール５の表面上にどのように汚染部９が含まれるかが示される。洗浄デバイスとレール表面とが互いに長手方向において速度Ｄで変位する。コントロールシステム６は、センサ７に基づいて、速度Ｄの大きさを判定する。本実施例では、コントロールシステム６は、ここでは２つの横方向のレーザスポット１２、１２’が発生されるような方法で、レーザデバイス２と投射光学系とを制御する。レーザスポット１２、１２’は同一の直径Ｗｓを有するが、互いの直径はコントロールシステム６により可変である。
【００２９】
レーザスポット１２、１２’は、互いの中心から中心までの距離がＤｓである状態にあり、距離Ｄｓは、運用上の要求に応じてコントロール６により変えることができる。レーザスポット１２，１２’の間の間隔Ａｓは、正比例で変化することになる。重要な態様は、距離Ａｓが常にスポット１２または１２’の半径であることであり、スポット間の汚染も有効に除去されることが見出された。特に、コントロールシステム６は、次のレーザスポット間の間隔も長手方向においてスポット１２または１２’の直径の距離に維持されるような方法で、レーザデバイス２および／または投射光学系４を速度Ｄの値に基づいて制御する。
【００３０】
図１は、例えば、鉄道機関車、キャリッジ、トラックあるいは他の乗り物のホイールをサポートするのに適した鉄道システムにおけるレール５を示す。そのようなホイールは、外部の円錐面およびフランジを有するものである。ホイールのフランジがレール５の側面上で下方へ延びる一方、ホイールの外部の円錐面がレールトップ面の上部と通常接触するように、レールのトップ面は大抵の場合わずかに凸面である。乗り物の通過により拾い上げられた葉、または、潤滑油、重油、グリース、水あるいは氷等、他の汚染物質が、レール５のトップ面上に延びる被膜９を形成するようになる。葉または氷の場合、この被膜９は硬いであろう。被膜９が連続的であれば、ホイールの外部の円錐面はレール５の表面と接触しないであろう。被膜９が電気的に絶縁していれば（通常はそうである）、ホイールとレール５との間に電気的な連続性はないであろう。
【００３１】
実際的な実施例では、システム１はＮｄ：ＹＡＧ（ネオジム−イットリウム−アルミニウム−ガーネット）レーザ、または１０６０〜１０６４ ナノメータの間の波長のビームおよびパルスビームを発生する同様のレーザを含む。各パルスの長さは１５〜１００ナノセカンドの間であり得る。パルス繰返し率は例えば２５ｋヘルツであり得る。これは、汚染物質が実質量の可視光線を吸収しない場合に、必要な放射を赤外領域において加える。或いは、例えば、１つ以上のダイオードレーザが適用されてもよい。
【００３２】
各パルスにおけるエネルギは、実施例では少なくとも１ジュールである。これは、少なくとも５０ワットのレーザビームの平均電力を供給する。１０ナノ秒パルス長さのピーク電力は、例えば、少なくとも１００メガワットである。そのような実施例における、単位面積当たり、１パルス当たりのレーザビームエネルギは、１センチメートル平方当たり１．５〜３．５ジュールである。レーザビームは、例えば８〜１５ミリメートルの断面積のビーム直径に焦点を結ぶ。
【００３３】
上記パラメータを有するレーザビーム発生システムは、例えば、レール１の表面３上の１ミリメートルの厚さおよび１．２５センチメートルの幅より少ない汚染物質（油、グリース、葉の残留物および他の一般的なレールヘッド汚染物質）の被膜を除去（削磨）することにより除去するであろう。上記のようなレーザビーム発生システムが鉄道車両に取り付けられる場合、汚染物質の被覆９は、運転中の列車の通常速度までの速度、例えば毎時１６０ｋｍまで速度で車両が走行している間に破壊されるであろうということが期待される。
【００３４】
スポットサイズは、１０−１０００ミクロンの間、特に５０−５００ミクロンの間であり得る。実施例では、スポットサイズは５０−３００ミクロンである。システムは、１−１０ｃｍの効果的な洗浄幅を提供するだろう。特にレールへ洗浄を適用する場合、洗浄幅は１−５ｃｍである。従って、パターンは、約１０−５００のレーザスポットの横列を含んでいてもよい。
【００３５】
システムは、汚染物質の被膜のソフタまたは液体の一部または全ての破壊にも使用することができる。
レーザビーム発生システム１がレールの表面から汚染物質を除去するために鉄道システムにおける車両で使用される場合、上部から放射されたレーザビームはレール表面の的確な部分に当たるよう設定される。レールのトラックが比較的直線状で、車両が比較的ゆっくり移動している場合、レーザビームの位置はそれ以上の調節を必要としなくてもよい。より速い速度で、あるいは目立ったカーブを有するトラック上で、コントロールシステムは、レール１および除去される汚染物質の被膜を的確に狙うレーザビームを保持するように要求される。
【００３６】
適切なコントロールシステムは、上記のようなレーザビーム発生デバイスを更に含む洗浄システム１に含まれ、また、鉄道システムにおいてレール車両で運ばれるように設計される。
【００３７】
上述したようなスペクトロメータを使用して、物質から形成されている対象物の表面にて反射された合成ビームにおける光の波長を分析することにより、多くの物質の組成の特定を行うことができることが知られている。
【００３８】
物質は、特定の波長成分を有する光ビームで照射された際に、その物質の表面にて反射される異なる波長の光の量により表わされる、特有の「特徴的性質」を有する。光源が、特定の波長成分を有する光ビームを生成するように配置され、この合成ビームがレール５の表面上に向けられるとともに反射して戻る場合、１つまたは複数のセンサの出力を分析することにより、光ビームが葉または他の汚染物質の被膜の表面から反射されたものであるかどうかを判断することが可能である。汚染物質がそれぞれ異なる「特徴的物質」を有するためである。
【００３９】
１つまたは複数のセンサの出力は、光ビームを反射してレーザビームデバイス２へ信号を送る物質のその性質を判定するコントロールシステム６に供給される。レーザビームデバイス２は、汚染物質が検知された場合、洗浄されるべき表面上にビームまたはスポットを当てる。レーザビームデバイス２は、そのような汚染物質が検知されない場合は、ビームまたはスポットを離れさせ、または、ビームあるいはスポットをスイッチオフさせる。
【００４０】
実施例では、表面洗浄システムはレーザレールヘッドクリーナ（ＬＲＣ）の一部である。レーザレールヘッドクリーナ（ＬＲＣ）は、列車の運転のためにクリーンで安全な接触面を提供するように、走っている２本のレールの表面の洗浄部分で使用するために、一般的には、道路／レール車両、特に鉄道車両に取り付けられるように設計された製品である。
【００４１】
ＬＲＣは、「水平ベッド」鉄道車両上で形成される自立した製品であるように設計されており、従って、機関車または他の列車（例えば貨物列車)にそれが装着されることができるだけでなく、様々な列車、地下鉄、市街電車等に設計および設置される能力を有する。
【００４２】
制御され安全な方法でレールヘッドまでレーザビームを送ることによりＬＲＣは作用する。レールヘッドから汚染を除去するのはレーザビームである。
このプロセスを使用して除去することができる汚染のタイプは、密着した葉の残留物と、グリース、油、航空燃料、ガソリン、パラフィン等の炭素系液体と、氷と、水と、一般的な汚れおよびススを含んでいるが、それらに限定されない。
【００４３】
一旦レーザがオンになり定常状態に達すれば、ＬＲＣの操作は自動である。機関士は単純に普通の方法で車両を運転する必要がある。レーザの活動（オンしてトラックに点火し、オンするがビームダンプに点火し、オフする）のことを機関士に通知するために、機関士は運転室内にＬＲＣコントロールボックスを有しているだろう。また、機関士はいつでもシステムを無効にし、およびＬＲＣをオフにする能力を有しているだろう。
【００４４】
ＬＲＣ製品はそれが動作する国の鉄道基準を満たすものとして認定され、また、国際的なレーザ安全基準に常に準拠するであろう。
上記説明および図面が本発明の幾つかの実施例を示すために含まれ、保護の範囲を制限しないことも明らかである。本開示から始まり、多くの更なる実施例が当業者には明確になる。これらの実施例は、保護の範囲内および本発明の要素内のものであり、先行技術および本特許の開示の明らかな組み合わせである。
【図１】
2017507265.tif 000003
【図２】
2017507265.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月4日(2015.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、表面洗浄システムおよび方法に関し、詳細には金属基板を洗浄するための、より詳細には、金属基板から、圧縮された葉の残留物、油、石油カーボン液体、氷、水および一般的な土による汚染物質を洗浄するためのシステムおよび方法に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
［背景技術］
本件の発明者のうちの１人によるＷＯ０１３２９９０は、その要約書によれば、レールの表面から汚染物質を除去することによりレールを洗浄する方法を開示している。この方法は、高強度パルスレーザビームを生成することと、汚染物質の少なくとも一部分を破壊するようにレーザビームをレールの表面上に向けることと、を含んでいる。好ましくは、汚染物質がガスおよび微細塵埃粒子に直接的に変換されることにより破壊されるように、レーザビームのパラメータは選択される。汚染物質の温度は少なくとも摂氏６０００度まで上げられてもよい。レールの表面から汚染物質を除去することによりレールをクリーンにするための装置は、高強度パルスレーザビームを発生するための手段と、汚染物質の少なくとも一部分を破壊するようにレールの表面上にレーザビームを向けるための手段とを含む。好ましくは、装置は、汚染物質がガスおよび微細塵埃粒子に直接的に変換されることにより破壊されるように、レーザビームのパラメータを選択するための手段を含む。汚染物質の温度は、少なくとも摂氏６０００度まで上げられてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
Ｈｏｃｈｇｅｓｃｈｗｉｎｄｉｇｋｅｉｔｓ−Ｒｅｉｎｉｇｕｎｇ  ｖａｎ  Ｓｃｈｉｅｎｅｎｏｂｅｒｆｌｉｉｃｈｅｎ  ｍｉｔｔｅｌｓ  Ｌａｓｅｒｓｔｒａｈｌｕｎｇ、Ｄｉｅｔｅｒ  Ｈｏｆｆｍａｎｎ  ｅｔ  ａｌ．，ｅｂ  １０２  （２００４  Ｈｅｆｔ  ８−９は、そのアブストラクトによれば、「ホイールレールコンタクトを改善するための第三世代の高性能レーザシステムは開発過程にあり、実験室で最適化されたと記載されている。テストベイでの実験後、２つのレーザシステムがサービスレール車両に取り付けられた。第１の結果は、期待される洗浄成果が従来の洗浄方法と比較して十分であることを示している。
［発明の概要］
本発明の一局面は、レーザビームを使用して金属表面から物質を除去する効率についての著しい改善を明らかにするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明は、金属表面から物質を除去することに関してレーザビームの効率および実用性に顕著な向上をもたらす。その目的のために、本発明は請求項１のレール表面洗浄システムを提供する
本発明は請求項９の方法に更に関する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
適用においては、レーザビームについて述べる。多くのレーザデバイスは、レーザパルスの形態で各々出力を生成する。これらのデバイスは、従って、パルスレーザにも言及される。本適用において、レーザビームに言及する場合、そのようなパルスレーザも含むことは理解される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
一般的には、レーザを使用すると、レーザスポットのエネルギまたは強度プロファイルはトップハットカーブ（ｔｏｐ  ｈａｔ  ｃｕｒｖｅ）に非常によく類似する。プロファイルがベル形（ｂｅｌｌ  ｓｈａｐｅ）を有する場合、スポットサイズは、プロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）として定義される。例えば、ダイオードレーザを使用する場合、幾つかの場合には、多数のレーザ光線を発するダイオードが組み合わせられ、これらのレーザダイオードの出力は、光ファイバへ結合され連結される。そのようなセッティングにおいてレーザダイオードを組み合わせる場合、１つ以上の光ファイバに由来するスポットは、トップハットビームプロファイルを生じるか、トップハットビームプロファイルに非常によく類似する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
スポットは、多くの場合ほとんど円形である。しかし、それはもっと細長くてもよく、または楕円であってもよい。他のスポット形も可能であり、適用されてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
更なる実施例が従属クレームおよび明細書において述べられる。
十分に説明されているように、本文書において参照により組み込まれ、また上述されたれたＷＯ０１３２９９０において既に述べられているように、鉄道システムにおいて、汚染は、しばしばレールに張り付き、取り除くのが難しい被膜として現われることが見い出された。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上を移動する装輪車を含む鉄道システムのレール（５）の表面を汚染物質（９）から洗浄するためのレール表面洗浄システム（１）であって、前記システム（１）は、
前記装輪車が前記レール上を移動している間に前記レール上に高強度レーザビーム（３）を発生するための、前記装輪車上に取り付けられるように設計されたレーザデバイス（２）と、
汚染物質（６）上の少なくとも１つのレーザスポット（１２、１２’）として前記ビーム（３）を投射する投射光学系（４）であって、前記レーザスポット（１２、１２’）はスポットサイズを有する、投射光学系（４）と、
前記レール（５）の前記表面に対する、前記表面洗浄システム（１）の長手方向の変位速度（Ｄ）を判定するためのコントロールデバイス（６）であって、前記レーザデバイス（２）およびレーザスポット（１２、１２’）のパターンをもたらす前記投射光学系（４）を制御するように構成され、前記パターンが前記レーザスポット（１２、１２’）各々の少なくとも０．５ジュール／ｃｍ２のエネルギを有する前記レーザスポット（１２、１２’）を含みスポットサイズまでの間隔を有する、コントロールデバイス（６）と、を含むシステム。
【請求項２】
各スポット（１２、１２’）につき１．５〜３．５ジュール／ｃｍ２の間のエネルギを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記スポットサイズが５０〜５００ミクロンである、前出の請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントロールデバイス（６）は横手方向に間隔をおいて配置された少なくとも２つのスポット（１２、１２’）を提供するように構成されている、前出の請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
横手方向に間隔を置いて配置された前記少なくとも２つのスポット（１２、１２’）は同一の直径（Ｗｓ）を有し、また前記間隔（Ａｓ）は少なくとも前記レーザスポットの半径である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記システム（１）は列車上に取り付けられ、前記走行表面は列車レール（５）であり、使用中の前記システム（１）が、前記走行表面に対する、長手方向変位速度（Ｄ）を有し、前記レーザデバイス（２）は、パルス繰返し率を有するパルスレーザビーム（３）を生成する用途で設けられ、前記コントロールデバイス（６）は、前記長手方向変位速度（Ｄ）に対する前記パルス繰返し率を線形的に制御するために設けられ、前記パルス繰返し率は長手方向変位速度（Ｄ）の増加と共に増加する、前出の請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記レールの表面から反射された合成ビーム中の光の波長の分析により汚染物質の正体を判定するためのスペクトロメータを更に含む、前出の請求項のいずれか１項に記載の前記システム。
【請求項８】
光ビームが葉または他の汚染物質の被膜の表面から反射されているかを分析するために、レール（５）の表面上に向けられ、もとへ反射された波長の成分の光ビームを生成する光源を更に含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項９】
前出の請求項のいずれか１項に記載の前記レール表面洗浄システム（１）を使用して、汚染物質（９）からレールシステムのレール（５）の表面を洗浄する方法において、概方法は、
前記洗浄システム（１）および前記表面の相互変位速度（Ｄ）を判定することと、
前記の汚染物質（９）上に一連のレーザスポット（１２）を向けることと、各レーザスポット（１２）は少なくとも前記レーザスポット（１２）のエリアで前記表面から前記汚染物質（９）を除去するための十分なエネルギを含み、
レーザスポット（１２、１２’）のパターンの前記レーザスポット（１２）に、前記汚染物質（９）上における前記スポット各々の少なくとも０．５ジュール／ｃｍ２のエネルギを提供することと、前記パターンは前記スポットサイズまでの間隔を有するレーザスポット（１２）である、を含む方法。
【請求項１０】
前記パターンは、前記変位に対して横手方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つのスポット（１２、１２’）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記レーザスポットは、１．５〜３．５ジュール／ｃｍ２の範囲のエネルギを含む、請求項９から請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、レール（５）上を走る列車に適用され、前記表面が前記レール（５）の走行表面であり、前記列車は少なくとも６０ｋｍ／ｈの速度（Ｄ）で走る、請求項９から請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法はレール（５）上を走る列車に適用され、前記表面が前記レール（５）の走行面であり、前記列車は少なくとも９０ｋｍ／ｈの速度（Ｄ）で走る、請求項９から請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザスポット（１２、１２’）を提供するレーザビーム（３）はパルス繰返し率を有し、前記パルス繰返し率は相互変位速度（Ｄ）に対して線形的に調節をし、前記パルス繰返し率は増加する相互変位速度（Ｄ）と共に増加する、請求項１２から請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
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