JP2013147817A - Method for repairing slab track, and laser irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軌道スラブ下部に骨材を含む樹脂からなる填充層が設けられたスラブ式軌道の補修方法、及びその填充層の切断にも利用可能なレーザー照射装置に関する。 The present invention relates to a repair method for a slab type track in which a filling layer made of a resin containing aggregate is provided below a track slab, and a laser irradiation apparatus that can be used for cutting the filling layer.
高速鉄道において、スラブ式軌道が広く採用されている。スラブ式軌道では、軌道スラブと路盤コンクリートとの間には、緩衝材としての填充層が設けられる。この填充層は、振動、車両の荷重、温度変化により経年劣化が進むため、定期的な補修が必要となる。スラブ式軌道の補修方法として、劣化部分を削り取って、補修材料で埋める方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In high-speed railways, slab type tracks are widely used. In the slab type track, a filling layer as a cushioning material is provided between the track slab and the roadbed concrete. This filling layer needs to be periodically repaired because it deteriorates with age due to vibration, vehicle load, and temperature change. As a method for repairing the slab type track, there has been proposed a method in which a deteriorated portion is scraped and filled with a repair material (see, for example, Patent Document 1).
図7は、スラブ式軌道の概略図であり、特許文献1の図1を引用したものである。なお、同図における符号は変更した。同図によれば、スラブ式軌道では、路盤コンクリート100上にコンクリート製の軌道スラブ110が設置され、また、路盤コンクリート100には軌道スラブ110への横荷重を支持するために円柱状の突起120が立設される。軌道スラブ110上には締結具130によってレール140が直結され、当該レール140は、軌道スラブ110と路盤コンクリート100との間に設けられた填充層150(以下単に「填充層」という)によって弾性的に支持される。特許文献1では、この填充層150は、セメント、アスファルト乳剤及び細骨材を混合したCAモルタル(セメントアスファルトモルタル)で構成されている。 FIG. 7 is a schematic view of a slab type track, which is cited from FIG. In addition, the code | symbol in the same figure was changed. According to the figure, in the slab type track, a concrete track slab 110 is installed on the roadbed concrete 100, and a columnar protrusion 120 is provided on the roadbed concrete 100 to support a lateral load on the track slab 110. Is established. A rail 140 is directly connected to the track slab 110 by a fastener 130, and the rail 140 is elastic by a filling layer 150 (hereinafter simply referred to as “filling layer”) provided between the track slab 110 and the roadbed concrete 100. Supported by In Patent Document 1, the filling layer 150 is composed of CA mortar (cement asphalt mortar) in which cement, asphalt emulsion and fine aggregate are mixed.
図8(A)〜(C)は、従来のスラブ式軌道の補修方法を示す説明図であり、特許文献1の図2(A)〜(C)を引用したものである。なお、同図における符号は必要に応じて変更した。そして、特許文献1の記載の補修方法では、填充層150の劣化部分を回転式カッター21で削り取り、削り部22を処理した後(図6(A))、あて木23を介してバイブレータ24で振動を加えながら、削り取られた部分に補修材料Aを押し込み(図6(B))、その後、詰め込まれた補修材料Aの表面を平滑に処理している(図6(C))。特許文献1には、補修材料Aとして、ラジカル硬化性の合成樹脂を基材とし、これに高分子弾性材料の小片(例えば、ゴムチップ)と無機骨材(例えば、珪砂)とを混合したものを使用できると記載されている。以下、珪砂等の骨材を含む樹脂を「含骨材樹脂」という。 FIGS. 8A to 8C are explanatory diagrams showing a conventional method for repairing a slab-type track, and are cited from FIGS. 2A to 2C of Patent Document 1. FIG. In addition, the code | symbol in the figure was changed as needed. And in the repair method of patent document 1, after shaving off the degradation part of the filling layer 150 with the rotary cutter 21, and processing the shaving part 22 (FIG. 6 (A)), with the vibrator 24 via the barb 23 While applying vibration, the repair material A is pushed into the scraped portion (FIG. 6B), and then the surface of the packed repair material A is processed smoothly (FIG. 6C). In Patent Document 1, as a repair material A, a radical curable synthetic resin is used as a base material, and a mixture of a small piece (for example, a rubber chip) of a polymer elastic material and an inorganic aggregate (for example, silica sand). It is described that it can be used. Hereinafter, a resin containing an aggregate such as silica sand is referred to as “bone-containing resin”.
特許文献1に記載された技術によれば、スラブ式軌道の補修において、軌道スラブを持ち上げることなく、軌道スラブ下部の填充層の劣化部分を回転式カッターで効率よく切削し、除去することができる。しかしながら、補修材料としてCAモルタルから含骨材樹脂(特に珪砂を含むもの)を採用することになったため、填充層が硬くなり、次回の補修時においてこの含骨材樹脂の部分を再び回転式カッターで切削、除去することは難しい。さらに、近年では、降雪を伴う寒冷地のスラブ式軌道において、軌道スラブ下部の填充層には、水分の凍結、融解の繰り返しによる劣化が少ないMMA(methyl methacrylate:メタクリル酸メチル)樹脂に無機骨材として珪砂を含有させたもの(以下「強化MMA樹脂」という)が多く採用されている。この強化MMA樹脂は、非常に硬いため、ダイヤモンドブレードのカッターを使用しても切断、切削することは容易ではない。また、かかるスラブ式軌道の補修は、車両の運行がない夜間において行われることが多いので、物理的な切断刃を用いた作業は、騒音が大きく、周辺の生活環境への影響が大きいという問題がある。 According to the technique described in Patent Document 1, in the repair of a slab type track, the deteriorated portion of the filling layer under the track slab can be efficiently cut and removed by a rotary cutter without lifting the track slab. . However, since it was decided to use bone-containing resin (especially containing silica sand) from CA mortar as the repair material, the filling layer became hard, and this bone-containing resin portion was again turned into a rotary cutter during the next repair. It is difficult to cut and remove. Furthermore, in recent years, in a slab-type track in a cold region with snowfall, the filling layer under the track slab has an inorganic aggregate in MMA (methyl methacrylate) resin that is less deteriorated due to repeated freezing and thawing of water. In many cases, a material containing silica sand (hereinafter referred to as “reinforced MMA resin”) is used. Since this reinforced MMA resin is very hard, it is not easy to cut and cut using a diamond blade cutter. In addition, such slab track repairs are often performed at night when there is no vehicle operation, so work with physical cutting blades is noisy and has a significant impact on the surrounding living environment. There is.
本発明は、前述した問題に鑑みてなされたものであって、強化MMA樹脂であっても切削、切断可能な装置、方法を提供することを目的の一つとし、さらには、スラブ式軌道をその設置場所において補修する方法及び軌道スラブ下部の填充層も切断することができる簡易で運搬可能な構成のレーザー照射装置、方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method capable of cutting and cutting even a reinforced MMA resin. It is an object of the present invention to provide a method of repairing at the installation location and a laser irradiation apparatus and method having a simple and transportable configuration capable of cutting the filling layer under the track slab.
前述した課題を解決するため、本発明のスラブ式軌道の補修方法は、軌道スラブ下部に骨材を含む樹脂からなる填充層が設けられたスラブ式軌道の補修方法であって、前記スラブ式軌道の設置場所に、ファイバを介して伝送されるレーザーを前記填充層に照射するレーザーヘッド、流体供給手段及び吸引手段を運搬し、前記レーザーヘッドに設けられた前記流体供給手段の第1の流体供給口から前記填充層に対し流体を噴射しながら、前記レーザーヘッドから前記ファイバを介して伝送されたレーザーを前記填充層に照射しつつ、前記填充層に沿って前記レーザーヘッドを移動させて前記レーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を走査して前記填充層の少なくとも一部を除去し、前記填充層の少なくとも一部を除去する際に、前記レーザーの照射箇所から生じる融解屑を前記吸引手段によって吸引することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the slab track repair method of the present invention is a slab track repair method in which a filling layer made of resin containing aggregate is provided at a lower portion of the track slab, and the slab track A laser head for irradiating the filling layer with a laser transmitted via a fiber, a fluid supply means, and a suction means are transported to the installation location of the first fluid supply of the fluid supply means provided in the laser head The laser head is moved along the filling layer while irradiating the filling layer with a laser transmitted from the laser head through the fiber while ejecting a fluid from the mouth to the filling layer. Scanning at least the part of the filling layer by scanning the irradiation part and the fluid jetting part, and when removing at least part of the filling layer, Melting scrap resulting from elevation position, characterized in that suction by the suction means.
さらに、上記スラブ式軌道の補修方法において、前記流体供給手段は、前記レーザーヘッドのレーザーの照射口を前記第1の流体供給口として、前記レーザーの照射口から前記填充層のレーザー照射箇所に前記流体を噴射することが好ましい。また、前記流体供給手段は、第2の流体供給口を有し、前記第2の流体供給口から、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向に向かって前記流体を供給することが好ましい。 Furthermore, in the repair method of the slab type track, the fluid supply means uses the laser irradiation port of the laser head as the first fluid supply port to the laser irradiation position of the filling layer from the laser irradiation port. It is preferable to eject the fluid. Further, the fluid supply means has a second fluid supply port, and supplies the fluid from the second fluid supply port in a counter scanning direction opposite to the scanning direction of the laser head. preferable.
さらに、上記スラブ式軌道の補修方法において、前記吸引手段の吸引口は、前記レーザーヘッドに対して、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向側に設けられることが好ましい。 Furthermore, in the repair method of the slab type track, the suction port of the suction unit is preferably provided on the side opposite to the scanning direction of the laser head opposite to the scanning direction of the laser head.
さらに、上記スラブ式軌道の補修方法において、前記填充層と略平行に配置されたスライドレールを用いて、少なくとも前記レーザーヘッドを移動させてもよいし、前記軌道スラブ上に締結された軌道レールを用いて、少なくとも前記レーザーヘッドを移動させてもよい。 Furthermore, in the repair method of the slab type track, at least the laser head may be moved using a slide rail arranged substantially parallel to the filling layer, or the track rail fastened on the track slab It may be used to move at least the laser head.
さらに、上記スラブ式軌道の補修方法において、前記レーザーヘッドの全部又は一部を内包するフードを有し、前記フードには前記吸引手段の吸引口が設けられることが好ましい。さらに、前記フードを前記レーザーヘッドと共に移動させてもよいし、前記フードは、前記移動手段とは独立して設けられており、前記フード内において、前記レーザーヘッドを移動させてもよい。また、前記フードの先端を前記スラブ式軌道に当接させて閉鎖的な空間を形成し、前記閉鎖的な空間内において前記填充層の少なくとも一部を除去することが好ましい。 Furthermore, in the repair method of the slab type track, it is preferable that the hood includes a hood that includes all or part of the laser head, and the hood is provided with a suction port of the suction means. Furthermore, the hood may be moved together with the laser head, or the hood may be provided independently of the moving means, and the laser head may be moved within the hood. Further, it is preferable that a front end of the hood is brought into contact with the slab type track to form a closed space, and at least a part of the filling layer is removed in the closed space.
さらに、上記スラブ式軌道の補修方法において、前記填充層の幅の中心に焦点を合わせて、前記レーザーヘッドからレーザーを照射することが好ましい。 Furthermore, in the repair method of the slab type track, it is preferable that the laser head irradiates the laser with focusing on the center of the width of the filling layer.
さらに、上記スラブ式軌道の補修方法において、前記填充層の少なくとも一部を除去した後、その部分に補修材料を詰め込んでもよい。 Furthermore, in the repair method of the slab type track, after removing at least a part of the filling layer, a repair material may be packed in the part.
また、本発明のレーザー照射装置は、スラブ式軌道の軌道スラブ下部に設けられた骨材を含む樹脂からなる填充層を切断する装置であって、レーザー発振器と、前記レーザー発振器から出力されるレーザーを伝送するファイバと、前記ファイバを介して伝送されるレーザーを前記填充層に照射するレーザーヘッドと、前記レーザーヘッドにその一部が設けられ、前記填充層に対し流体を噴射する流体供給手段と、前記レーザーの照射箇所から生じる融解屑を吸引する吸引手段と、前記レーザーヘッドを移動させて前記レーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を走査する移動手段と、を備え、前記レーザーヘッドは、前記ファイバを介して伝送されるレーザーを集光する集光手段と、前記レーザーの照射箇所に前記流体を噴射する前記流体供給手段の第1の流体供給口と、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向に向かって前記流体を供給する前記流体供給手段の第2の流体供給口と、を有することを特徴とする。 Further, the laser irradiation apparatus of the present invention is an apparatus for cutting a filling layer made of a resin including an aggregate provided below a slab type track slab, a laser oscillator and a laser output from the laser oscillator , A laser head that irradiates the filling layer with a laser transmitted through the fiber, and a fluid supply means that is partly provided in the laser head and injects a fluid to the filling layer , Suction means for sucking molten debris generated from the laser irradiation location, and moving means for moving the laser head to scan the laser irradiation location and the fluid injection location, the laser head, Condensing means for condensing the laser transmitted through the fiber, and the fluid supply for injecting the fluid to the laser irradiation location A first fluid supply port of the stage; and a second fluid supply port of the fluid supply means for supplying the fluid in a counter-scanning direction opposite to the scanning direction of the laser head. To do.
さらに、上記レーザー照射装置において、前記レーザーヘッドは、前記集光手段を格納するケーシングを有し、前記流体供給手段は、前記ケーシングの先端に設けられたレーザーの照射口を第1の流体供給口として、前記レーザーの照射口から前記流体を直噴状又は扇状に噴射することが好ましい。 Furthermore, in the laser irradiation apparatus, the laser head has a casing for storing the light collecting means, and the fluid supply means uses a laser irradiation port provided at a tip of the casing as a first fluid supply port. As above, it is preferable that the fluid is ejected directly or fan-shaped from the laser irradiation port.
さらに、上記レーザー照射装置において、前記流体供給手段は、前記レーザーヘッドに対して、前記レーザーヘッドの走査方向側に前記第2の流体供給口を有し、前記第2の流体供給口から、前記レーザーの照射箇所に対し、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向に向かって前記流体を供給することが好ましい。 Further, in the laser irradiation apparatus, the fluid supply means has the second fluid supply port on the scanning direction side of the laser head with respect to the laser head, and from the second fluid supply port, It is preferable that the fluid is supplied to a laser irradiation position in a counter scanning direction opposite to the scanning direction of the laser head.
さらに、上記レーザー照射装置において、前記吸引手段の吸引口は、前記レーザーヘッドに対して、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向側に設けられることが好ましい。 Furthermore, in the laser irradiation apparatus, it is preferable that the suction port of the suction unit is provided on the side opposite to the scanning direction of the laser head opposite to the scanning direction of the laser head.
さらに、上記レーザー照射装置において、前記移動手段は、前記走査方向に沿って配置されたスライドレールと、前記レーザーヘッドを支持して前記スライドレール上を移動するスライドユニットと、を有していてもよいし、前記レーザーヘッドを支持して前記軌道スラブ上に締結された軌道レール上を移動するスライドユニットを有していてもよい。また、前記移動手段は、前記填充層と前記レーザーヘッドとの照射距離、前記充填層の高さ方向における照射位置又は前記充填層に対する前記レーザーの照射方向を調整する手段を有することが好ましい。 Further, in the laser irradiation apparatus, the moving means may include a slide rail arranged along the scanning direction and a slide unit that supports the laser head and moves on the slide rail. Alternatively, a slide unit that supports the laser head and moves on a track rail fastened on the track slab may be provided. Moreover, it is preferable that the said moving means has a means to adjust the irradiation distance of the said filling layer and the said laser head, the irradiation position in the height direction of the said filling layer, or the irradiation direction of the said laser with respect to the said filling layer.
さらに、上記レーザー照射装置において、前記レーザーヘッドの全部又は一部を内包するフードを有し、前記フードには前記吸引手段の吸引口が設けられていることが好ましい。さらに、前記フードは、前記移動手段によって前記レーザーヘッドがと共に移動可能に構成されていてもよいし、前記フードは、前記移動手段とは独立して設けられており、前記移動手段は、前記フード内において、前記レーザーヘッドを移動可能に構成されていてもよい。また、前記フードは、先端に摺動補助手段を有することが好ましい。 Furthermore, the laser irradiation apparatus preferably includes a hood that includes all or part of the laser head, and the hood is provided with a suction port of the suction means. Furthermore, the hood may be configured such that the laser head can be moved together with the moving means, or the hood is provided independently of the moving means, and the moving means includes the hood. Inside, the laser head may be configured to be movable. Moreover, it is preferable that the said food | hood has a sliding assistance means at the front-end | tip.
さらに、上記レーザー照射装置において、前記吸引手段の吸引口は、前記移動手段によって前記レーザーヘッドと共に移動可能に構成されていることが好ましい。 Furthermore, in the laser irradiation apparatus, it is preferable that the suction port of the suction unit is configured to be movable together with the laser head by the moving unit.
また、本発明のレーザー照射装置は、レーザー発振器と、前記レーザー発振器から出力されるレーザーを伝送するファイバと、前記ファイバを介して伝送されるレーザーを被加工物に照射するレーザーヘッドと、前記レーザーヘッドにその一部が設けられ、前記被加工物に対し流体を噴射する流体供給手段と、前記レーザーの照射箇所から生じる融解屑を吸引する吸引手段と、前記レーザーヘッドを移動させて前記レーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を走査する移動手段と、を備え、前記レーザーヘッドは、前記ファイバを介して伝送されるレーザーを集光する集光手段と、前記レーザーの照射箇所に前記流体を噴射する前記流体供給手段の第1の流体供給口と、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向に向かって前記流体を供給する前記流体供給手段の第2の流体供給口と、を有する。 The laser irradiation apparatus of the present invention includes a laser oscillator, a fiber that transmits a laser output from the laser oscillator, a laser head that irradiates a workpiece with a laser transmitted through the fiber, and the laser. A part of the head is provided, a fluid supply means for ejecting a fluid to the workpiece, a suction means for sucking molten debris generated from the laser irradiation position, and the laser head is moved to move the laser. And a moving means for scanning an irradiation location and a fluid ejection location, wherein the laser head condenses a laser beam transmitted through the fiber, and ejects the fluid to the laser irradiation location. The fluid supply means, the fluid supply means, and the fluid in a direction opposite to the scanning direction of the laser head. Having a second fluid supply inlet of the fluid supply means for supplying.
本発明によれば、軌道スラブ下部に、全部又は一部が含骨材樹脂(強化MMA樹脂を含むが、以下、明示しない限り単に含骨材樹脂と記載する。)からなる填充層が設けられたスラブ式軌道をその設置場所において補修することができる。また、運搬・移動可能に構成したレーザー照射装置によって、硬度の高い材料を、その設置場所において短時間に安全に切断することができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。 According to the present invention, a filling layer made of a bone-containing resin (including a reinforced MMA resin, hereinafter, simply referred to as a bone-containing resin unless otherwise specified) is provided below the track slab. The slab track can be repaired at the installation location. In addition, a material having high hardness can be safely cut in a short time at the installation location by a laser irradiation device configured to be transportable and movable. Other effects will be described in the mode for carrying out the invention.
本発明のレーザー照射装置は、被加工物として、含骨材樹脂を少なくとも一部に含む部材であっても切削、切断可能に構成された装置である。含骨材樹脂は、通常、非常に硬いため、切断することが難しく、ダイヤモンドブレードを使用しても刃先が摩耗してしまう。さらに、樹脂(MMA樹脂)それ自体は、熱反応によって融解するが、冷却されるとすぐに再凝固してしまうので、この点からも切断することが難しい材料である。 The laser irradiation apparatus of the present invention is an apparatus configured to be capable of cutting and cutting even a member including at least part of a bone-containing resin as a workpiece. Since the bone-containing resin is usually very hard, it is difficult to cut it, and even if a diamond blade is used, the cutting edge is worn. Furthermore, although the resin (MMA resin) itself melts by a thermal reaction, it is re-solidified as soon as it is cooled. Therefore, it is difficult to cut from this point.
本発明のレーザー照射装置は、鉄道の軌道スラブ下部に形成された含骨材樹脂からなる填充層を軌道スラブの設置場所において切削、切断する用途に特に適している。ただし、これに限定されず、その他の材料からなる被加工物を切削、切断する場合や、鉄道の軌道スラブ以外の被加工物にも適用できる。 The laser irradiation apparatus of the present invention is particularly suitable for use in cutting and cutting a filler layer made of a bone-containing resin formed under a railroad track slab at a place where the track slab is installed. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a case where a workpiece made of other materials is cut and cut, or to a workpiece other than a railroad track slab.
本発明のレーザー照射装置は、流体供給手段によって融解屑を吹き飛ばしつつ、被加工物にレーザーヘッドからレーザーを照射し、さらにレーザーヘッドの周囲に配置された吸引手段によって融解屑を吸引、回収するように構成したことにより、レーザーを照射した際に生じる融解屑を取り除きながら被加工物にレーザーを照射することができるので、含骨材樹脂であっても切断可能なものである。なお、融解屑とは、被加工物の表面にレーザーを照射することによって発生するもの全般を指し、被加工物又はその一部の組成に基づく融解物のほか、飛び散った被加工物等の個体や、表面層の蒸発により生じる反応ガス、煙などの気体も含む。 The laser irradiation apparatus of the present invention irradiates the workpiece with a laser from the laser head while blowing the molten debris by the fluid supply means, and sucks and collects the molten debris by the suction means arranged around the laser head. By being configured in this manner, it is possible to irradiate the workpiece with laser while removing melting waste generated when irradiating the laser, so that even a bone-containing resin can be cut. In addition, molten debris refers to all that is generated by irradiating the surface of a workpiece with a laser, and in addition to a melt based on the workpiece or a part of the composition, an individual such as a scattered workpiece. And gases such as reaction gas and smoke generated by evaporation of the surface layer.
本発明が対象とする被加工物は、半導体ウエハのように精緻な加工や表面の汚染防止を必要とするものではない。このため、融解屑が加工面に付着しないように融解屑を直接レーザーヘッド内部に吸い込むように構成する必要はなく、レーザーヘッドに流体供給手段と吸引手段を併設した簡易な構成とすることができる。 The workpiece to which the present invention is directed does not require precise processing or prevention of surface contamination unlike a semiconductor wafer. For this reason, it is not necessary to construct so that the molten waste is directly sucked into the laser head so that the molten waste does not adhere to the processing surface, and a simple configuration in which the fluid supply means and the suction means are provided in the laser head can be provided. .
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、軌道スラブ下部の填充層を切断するレーザー照射装置の例である。ただし、本発明は、以下の例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present embodiment is an example of a laser irradiation apparatus that cuts the filling layer below the track slab. However, the present invention is not limited to the following examples.
図1は、本実施形態のレーザー照射装置の全体構成を示す概略図である。本レーザー照射装置は、軌道スラブ110の下部に設けられた填充層150を切削、切断するために使用することができる。はじめに、本レーザー照射装置の構成について説明し、次いで、本レーザー照射装置を使用したスラブ式軌道の補修方法について説明する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the laser irradiation apparatus of the present embodiment. This laser irradiation apparatus can be used for cutting and cutting the filling layer 150 provided under the track slab 110. First, the configuration of the laser irradiation apparatus will be described, and then a slab track repair method using the laser irradiation apparatus will be described.
[レーザー照射装置]
本レーザー照射装置は、レーザー発振器1、ファイバ2、レーザーヘッド3及び吸引手段を備え、レーザーヘッド3には流体供給手段の一部の構成(図2参照)が配設される。また、少なくともレーザーヘッド3を移動させる移動手段10を備えてもよい。レーザーヘッド3は、ファイバ2を介してレーザー発振器1に接続され、填充層の設置場所(作業場所)で取り回すことが可能である。また、レーザー発振器1、流体供給手段の流体供給源4及び吸引手段の吸引源8も、運搬、移動可能に構成された装置である。また、本レーザー照射装置は、レーザーの出力、焦点位置、ビーム幅、走査速度等の照射条件を、被加工物の種類、性質等に応じて適宜設定可能であることが好ましい。
[Laser irradiation equipment]
This laser irradiation apparatus includes a laser oscillator 1, a fiber 2, a laser head 3, and suction means, and the laser head 3 is provided with a part of the configuration of fluid supply means (see FIG. 2). Moreover, you may provide the moving means 10 which moves the laser head 3 at least. The laser head 3 is connected to the laser oscillator 1 through the fiber 2 and can be routed at a place where the filling layer is installed (work place). Further, the laser oscillator 1, the fluid supply source 4 of the fluid supply means, and the suction source 8 of the suction means are also configured to be transportable and movable. In addition, it is preferable that the laser irradiation apparatus can appropriately set irradiation conditions such as laser output, focal position, beam width, and scanning speed according to the type and properties of the workpiece.
レーザー発振器1は、公知の構成を採用することができ、例えば、励起源、レーザー媒質、光共振器などで構成される。励起源は、連続発振(CW)型及びパルス発振型のいずれでもよく、アークランプ、フラッシュランプ等を使用することができる。また、使用する光源に応じて励起電流等を加えて駆動するための駆動手段を備えてもよい。レーザー媒質は、固体レーザー(ルビーレーザー、YAGレーザーなど)や半導体レーザー(レーザーダイオード)を採用することができる。特にレーザーダイオード励起のファイバーレーザーを使用することが好ましい。 The laser oscillator 1 can employ a known configuration, and includes, for example, an excitation source, a laser medium, an optical resonator, and the like. The excitation source may be either a continuous oscillation (CW) type or a pulse oscillation type, and an arc lamp, a flash lamp, or the like can be used. Moreover, you may provide the drive means for adding an excitation current etc. and driving according to the light source to be used. As the laser medium, a solid laser (ruby laser, YAG laser, etc.) or a semiconductor laser (laser diode) can be employed. In particular, it is preferable to use a laser diode-excited fiber laser.
半導体レーザーを採用すれば、レーザー発振器1を小型化することができるので、スラブ式軌道が設置された場所まで持ち運び、その設置場所において適宜移動させながら軌道スラブ110下部の填充層150を切断、切削することができるので好ましい。ただし、直接スラブ式軌道に対してレーザー照射するのは、レーザーヘッドであり、レーザー発振器1自体はファイバ2の届く範囲内に配置すればよい。なお、レーザー媒質は、特に限定されるものではなく、そのほか、気体レーザー(CO2レーザー他)などを採用してもよい。 If a semiconductor laser is used, the laser oscillator 1 can be reduced in size, so it is carried to the place where the slab type track is installed, and the filling layer 150 below the track slab 110 is cut and cut while being moved appropriately at the place of installation. This is preferable. However, it is the laser head that directly irradiates the laser to the slab type track, and the laser oscillator 1 itself may be disposed within the reach of the fiber 2. The laser medium is not particularly limited, and a gas laser (CO 2 laser, etc.) may also be employed.
レーザー発振器1から出力されたレーザーは、ファイバ2を介してレーザーヘッド3に伝送される。レーザーヘッド3は、レーザーを集光させて照射する手段のほか、流体を噴射して融解屑を特定の方向に吹き飛ばす流体供給手段の一部の構成を有し、移動手段10によって移動可能に支持される。これによって、本レーザー照射装置はレーザー30の照射箇所及び流体の噴射箇所を特定の方向へ走査することができる。以下、移動手段によるレーザーヘッド3の移動方向において、レーザー30の照射箇所を走査する方向を「走査方向」といい、この走査方向とは反対の方向を「反走査方向」という。レーザーヘッド3の移動方向は軌道スラブの長手方向の端部に沿った方向と平行であることが好ましい。レーザーヘッド3の具体的な構成については図2を用いて後述する。 The laser output from the laser oscillator 1 is transmitted to the laser head 3 through the fiber 2. The laser head 3 has a configuration of a part of a fluid supply unit that jets a fluid and blows away molten debris in a specific direction in addition to a unit that focuses and irradiates a laser, and is supported by a moving unit 10 so as to be movable. Is done. As a result, the present laser irradiation apparatus can scan the irradiation location of the laser 30 and the fluid injection location in a specific direction. Hereinafter, in the moving direction of the laser head 3 by the moving means, the direction of scanning the irradiated portion of the laser 30 is referred to as “scanning direction”, and the direction opposite to the scanning direction is referred to as “anti-scanning direction”. The moving direction of the laser head 3 is preferably parallel to the direction along the longitudinal end of the track slab. A specific configuration of the laser head 3 will be described later with reference to FIG.
流体供給手段は、流体を供給することにより、レーザーをより確実に被加工物の表面に照射させるものであり、特に含骨材樹脂においては、レーザー照射箇所に発生する融解屑が再凝固する前に、流体を噴射して吹き飛ばすことによって、含骨材樹脂の表面にレーザーを照射可能とするものである。さらに、レーザー照射によって被加工物から発生する煙等も、レーザーに対して阻害物となるので、流体供給手段から流体を供給することで煙等を吹き飛ばすことも好ましい。加えて、流体供給手段は、必要に応じてレーザーヘッドや光学系への融解屑による汚染等を防止又は低減するために利用してもよい。 The fluid supply means supplies the fluid to irradiate the surface of the workpiece more reliably, especially in the case of bone-containing resin, before the molten debris generated at the laser irradiation site resolidifies. In addition, the surface of the bone-containing resin can be irradiated with a laser by spraying and blowing off a fluid. Further, since smoke generated from the workpiece by laser irradiation also becomes an obstacle to the laser, it is preferable to blow off the smoke by supplying fluid from the fluid supply means. In addition, the fluid supply means may be used to prevent or reduce contamination of the laser head or the optical system by melting debris as necessary.
流体供給手段は、レーザーヘッド3に配設されたノズル(流体供給口を含む)のほか、流体供給源4及び供給ホース5から構成される。流体供給源4は、供給ホース5を介して、レーザーヘッド3に配設されたノズルに流体を圧送する。流体供給源4は、例えば、タンク、ボンベ及び圧縮機などから構成される。圧送された流体は、レーザーヘッド3に設けられたノズルの流体供給口から、填充層150に噴射される。流体は、作業環境や加工物の性質に応じて、適宜の気体を選択することができる。また、複数の流体供給口、複数の流体供給源を備える構成とすれば、填充層150に対して、異なる方向から異なる種類や異なる圧力の流体を別々に供給することもできる。 The fluid supply means includes a nozzle (including a fluid supply port) disposed in the laser head 3, a fluid supply source 4 and a supply hose 5. The fluid supply source 4 pumps the fluid to a nozzle disposed in the laser head 3 via a supply hose 5. The fluid supply source 4 includes, for example, a tank, a cylinder, a compressor, and the like. The pumped fluid is jetted onto the filling layer 150 from a fluid supply port of a nozzle provided in the laser head 3. As the fluid, an appropriate gas can be selected according to the work environment and the properties of the workpiece. Moreover, if it is set as the structure provided with a some fluid supply port and a some fluid supply source, the fluid of a different kind and a different pressure can also be separately supplied with respect to the filling layer 150 from a different direction.
吸引手段は、レーザーヘッド3の近辺に配置される吸引口6、吸引ホース7及び吸引源8から構成される。吸引手段は、吸引口6を介してレーザー30の照射箇所から生じる融解屑60(反応ガスを含む)を吸引する。吸引源8は、例えば、吸引力を付与するポンプ、吸引、回収した融解屑60(反応ガスを含む)を処理する処理室、排気フィルタなどを備える。吸引口6から吸い込まれた融解屑60は、吸引ホース7を介して吸引源8によって回収され、その余の無害な空気などは排気フィルタを介して排出されてもよい。吸引口6は、レーザーヘッド3の全部又は一部を内包するフードに又はフードの内部に設けられることが好ましい。フードについては図2及び図3を用いて後述する。 The suction means includes a suction port 6, a suction hose 7, and a suction source 8 disposed in the vicinity of the laser head 3. The suction means sucks molten debris 60 (including reaction gas) generated from the irradiation position of the laser 30 through the suction port 6. The suction source 8 includes, for example, a pump that applies a suction force, a suction chamber, a processing chamber that processes the recovered molten waste 60 (including reaction gas), an exhaust filter, and the like. The molten waste 60 sucked from the suction port 6 may be collected by the suction source 8 through the suction hose 7, and the other harmless air may be discharged through the exhaust filter. The suction port 6 is preferably provided in or inside the hood that contains all or part of the laser head 3. The hood will be described later with reference to FIGS.
移動手段10は、少なくともレーザーヘッド3を支持し、レーザーヘッド3を移動させることによって、レーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を走査させることができる。移動手段10は、レーザーヘッド3だけではなく、吸引手段、流体供給手段又はレーザー発振器をレーザーヘッドに合わせて移動可能に設けられてもよい。移動手段10の具体的な構成については図5及び図6を用いて後述する。なお、本レーザー装置では、レーザーヘッド3それ自体を小型とすることができ、作業現場において作業者が手動でレーザーヘッド3を移動させて被加工物を切断することもできる。 The moving means 10 supports at least the laser head 3 and moves the laser head 3 to scan the laser irradiation position and the fluid injection position. The moving means 10 may be provided so that not only the laser head 3 but also a suction means, a fluid supply means or a laser oscillator can be moved in accordance with the laser head. A specific configuration of the moving unit 10 will be described later with reference to FIGS. 5 and 6. In this laser apparatus, the laser head 3 itself can be reduced in size, and an operator can manually move the laser head 3 at the work site to cut the workpiece.
[レーザー照射装置によるスラブ式軌道の補修方法]
本実施形態の補修方法では、かかるレーザー照射装置によって、軌道スラブ下部に形成された填充層の全部又は一部を切削した後、補修材料を詰めることもできるし、軌道スラブを交換したり、路盤コンクリートを補修したりすることができる。本発明のレーザー照射装置による補修方法は、図1に示した軌道スラブ下部に略コの字型に設けられた填充層に対しても、図7に示した軌道スラブ下部の全面に設けられた填充層に対しても適用することができる。
[Repair method of slab type track by laser irradiation device]
In the repair method of the present embodiment, after cutting all or part of the filling layer formed under the track slab with such a laser irradiation device, the repair material can be packed, the track slab can be replaced, or the roadbed Concrete can be repaired. The repair method using the laser irradiation apparatus according to the present invention is provided on the entire surface of the lower part of the track slab shown in FIG. 7 for the filling layer provided in a substantially U-shape at the lower part of the track slab shown in FIG. It can also be applied to the filling layer.
図1に示すスラブ式軌道では、填充層150は、コンクリート製の軌道スラブ110と路盤コンクリート(図示省略)との間に、軌道スラブ110の輪郭に沿って略コの字型に設けられ、全部又は一部が含骨材樹脂によって形成される。このような略コの字型に形成された填充層を備えたスラブ式軌道を補修する場合、本レーザー照射装置によって、レーザーを照射し、填充層150の設置方向に沿ってレーザーの照射箇所を走査し、填充層150を切断した後、スラブ板をジャッキ等で持ち上げて新しい填充層の形成、軌道スラブの交換等の補修をする。レーザーヘッドは、レーザー出力、焦点距離、スポット径などを適宜設定可能であり、1回の走査で填充層をその設置方向に沿って切断してもよいし、複数回の走査を繰り返して少しずつ切断溝を深くしていきながら徐々に切断するようにしてもよい。 In the slab type track shown in FIG. 1, the filling layer 150 is provided in a substantially U shape along the contour of the track slab 110 between the track slab 110 made of concrete and the roadbed concrete (not shown). Or a part is formed with a bone-containing material resin. When repairing such a slab-type track having a filling layer formed in a substantially U-shape, the laser irradiation device irradiates a laser, and the laser irradiation location is determined along the installation direction of the filling layer 150. After scanning and cutting the filling layer 150, the slab plate is lifted with a jack or the like to repair the formation of a new filling layer, replacement of the track slab, and the like. The laser head can appropriately set the laser output, focal length, spot diameter, etc., and the filling layer may be cut along the installation direction by one scan, or a plurality of scans may be repeated little by little. You may make it cut | disconnect gradually, making a cutting groove deep.
図7に示したスラブ式軌道では、レール140を弾性的に支持可能なように、軌道スラブ110と路盤コンクリート100との間に、填充層150が設けられている。この填充層150は、軌道スラブ110の下部全面に、セメントとアスファルト乳剤と細骨材とを混合したCAモルタル(セメントアスファルトモルタル)で形成されている。また、軌道スラブ110に作用する横荷重を支持するために路盤コンクリート100に立設された円柱状の突起120と軌道スラブ110との間にも同様のCAモルタルによる填充層160が設けられている。 In the slab type track shown in FIG. 7, a filling layer 150 is provided between the track slab 110 and the roadbed concrete 100 so that the rail 140 can be elastically supported. The filling layer 150 is formed on the entire lower surface of the track slab 110 with CA mortar (cement asphalt mortar) in which cement, asphalt emulsion and fine aggregate are mixed. In addition, the same CA mortar filling layer 160 is also provided between the columnar protrusion 120 erected on the roadbed concrete 100 and the track slab 110 to support a lateral load acting on the track slab 110. .
このような軌道スラブ下部の全面に形成された填充層を補修する場合、図8(A)と同様に、まず、本レーザー照射装置によって、填充層150の劣化部分を、幅(設置状態でのレーザーに対する奥行き)約50〜100mmに渡って削り取る。この場合、レーザーヘッドの高さ(設置状態で填充層150の上下方向)を適宜変更させながら、レーザーの照射箇所を填充層150の設置方向に沿って走査させて、所望の幅まで除去してもよい。また、粗削りを行った後、皮すきを用いて劣化部分を丁寧に取り除くようにしてもよい。劣化部分の除去作業が終わると、削り面に削りかすが残留しないように丁寧に清掃する。また、削り部22が湿っていれば、適宜ガスバーナー等を用いて乾燥させておく。そして、削り部22には汚れが付着しないように表面にテープを貼って養生する。隣り合う軌道スラブ110相互の間隙部分にはバックアップ材を詰め込んで養生する。次に、削り部22にプライマーを塗布した上で補修材料の填充作業を始める。プライマーには補修材料の合成樹脂と同一の合成樹脂が使用され、これに所定割合の硬化剤を添加した上で刷毛やローラーを用いて塗布する。 When repairing the filling layer formed on the entire surface of the lower part of the track slab, first, as in FIG. 8A, the deteriorated portion of the filling layer 150 is first reduced in width (in the installed state) by this laser irradiation device. (Depth with respect to laser) It is scraped over about 50 to 100 mm. In this case, while appropriately changing the height of the laser head (up and down direction of the filling layer 150 in the installed state), the laser irradiation site is scanned along the installation direction of the filling layer 150 and removed to a desired width. Also good. Further, after roughing, the deteriorated portion may be carefully removed using a skin plow. After removing the deteriorated part, clean it carefully so that no shavings remain on the machined surface. Further, if the shaving portion 22 is wet, it is dried using a gas burner or the like as appropriate. Then, the shaving portion 22 is cured by sticking a tape on the surface so that dirt does not adhere. A back-up material is packed in the gap between adjacent track slabs 110 and cured. Next, after a primer is applied to the shaving portion 22, a repair material filling operation is started. A synthetic resin identical to the synthetic resin of the repair material is used for the primer, and a predetermined proportion of a curing agent is added to the primer and then applied using a brush or a roller.
次いで、図8(B)に示すように、補修材料の填充作業では、填充層の一部が除去された間隙部分を補修材料で埋めるため、補修材料Aを適量、こてを用いて削り部22に配る。そして、補修材料Aにあて木23を介してバイブレータ24で振動を加えながら押し込む。これで、補修材料Aが奥まで密実に填充される。次いで、あて木23を取り去った上で、適宜補修材料を加え、図8(C)に示すように、補修材料Aの表面が平滑になるように金ごてを用いて仕上げを行う。 Next, as shown in FIG. 8 (B), in the repair material filling operation, the gap portion from which a part of the filling layer is removed is filled with the repair material. Distribute to 22. And it pushes in against the repair material A, applying vibration with the vibrator 24 through the wood 23. Thus, the repair material A is filled up to the back. Next, after removing the barb 23, a repair material is appropriately added, and finishing is performed using a metal iron so that the surface of the repair material A becomes smooth as shown in FIG. 8C.
補修材料Aは、ラジカル硬化性を有する合成樹脂を基材とし、これに高分子弾性材の小片と無機骨材とを混合すると共に、基材の硬化剤を添加してなるものである。これによると、基材にラジカル重合によって硬化する合成樹脂を採用したため、硬化剤としてラジカル重合開始剤を添加することにより、低温状態においても迅速に硬化して短時間で所要の強度を発現可能である。しかも、高分子弾性材の小片は補修層の弾性を、無機骨材は補修層の圧縮強度をそれぞれ高めるように機能し、これら高分子弾性材の小片並びに無機骨材の配合割合を調整することにより、補修層の圧縮強度並びにばね定数を軌道スラブの弾性支持に適合した所要の値に設定することができる。さらに、基材樹脂の硬化時に発生する反応熱が高分子弾性材の小片や無機骨材に吸収されることで温度上昇が抑制されるため、硬化収縮によるクラックの発生を防止することができる。これに加えて、基材となるラジカル硬化性の合成樹脂がポリエステルアクリレートを主成分とするものであると好ましい。これによると、所要の圧縮強度並びにばね特性を確保するのに適しており、しかも比較的安価で、かつ耐久性に優れている。ポリエステルアクリレートは、より具体的には、無溶剤型ビニルエステル樹脂や変性MMA樹脂であると良い。無溶剤型ビニルエステル樹脂は、スチレン等の溶剤に溶解されておらず、シリカパウダー等により揺変性(チキソトロピー)を与えることによりスラブ下部填充層の補修に適したものとすることができる。他方、変性MMA樹脂は、架橋剤となるモノマーの一部をメチルメタクリレート(MMA)としたもので、粘性を比較的低く調整することによりクラックへの浸透性に優れたものとすることができ、軌道スラブと突起との間の突起周り填充層の補修に適している。 The repair material A is made by using a synthetic resin having radical curability as a base material, mixing a small piece of a polymer elastic material and an inorganic aggregate, and adding a hardener for the base material. According to this, since a synthetic resin that cures by radical polymerization is adopted for the base material, the addition of a radical polymerization initiator as a curing agent can quickly cure even at low temperatures and develop the required strength in a short time. is there. In addition, the small pieces of the polymer elastic material function to increase the elasticity of the repair layer, and the inorganic aggregate functions to increase the compressive strength of the repair layer, and the blending ratio of the small pieces of the polymer elastic material and the inorganic aggregate is adjusted. Thus, the compressive strength and the spring constant of the repair layer can be set to required values adapted to the elastic support of the track slab. Furthermore, since the temperature rise is suppressed by the reaction heat generated when the base resin is cured being absorbed by the small pieces of the polymer elastic material or the inorganic aggregate, the generation of cracks due to curing shrinkage can be prevented. In addition to this, it is preferable that the radical curable synthetic resin serving as the base material contains polyester acrylate as a main component. According to this, it is suitable for ensuring the required compressive strength and spring characteristics, and is relatively inexpensive and excellent in durability. More specifically, the polyester acrylate is preferably a solventless vinyl ester resin or a modified MMA resin. The solventless vinyl ester resin is not dissolved in a solvent such as styrene, and can be made suitable for repairing the lower slab filling layer by imparting thixotropy with silica powder or the like. On the other hand, the modified MMA resin is one in which a part of the monomer serving as a crosslinking agent is methyl methacrylate (MMA), and by adjusting the viscosity to be relatively low, it can be made excellent in crack penetration. Suitable for repairing the filling layer around the protrusion between the track slab and the protrusion.
さらに、高分子弾性材の小片は古タイヤを切断してなるゴムチップであると好ましい。これによると、所要の圧縮強度並びにばね特性を確保するのに適しており、しかも廃物利用によって安価に得ることができるため、大幅なコスト低減が可能となる。この他の高分子弾性材としては、ウレタン樹脂、あるいはエチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA樹脂)等の合成樹脂からなるものでも良く、この場合、基材樹脂の溶剤に容易に溶解しない物性を有するものが望ましい。 Furthermore, the polymer elastic material piece is preferably a rubber chip obtained by cutting an old tire. According to this, it is suitable for ensuring the required compressive strength and spring characteristics, and can be obtained at low cost by using waste, so that a significant cost reduction can be achieved. The other polymer elastic material may be a urethane resin or a synthetic resin such as ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA resin), and in this case, it has physical properties that do not easily dissolve in the solvent of the base resin. Things are desirable.
また、前記の無機骨材は珪砂であると好ましい。無機骨材には、基材樹脂のラジカル硬化反応を阻害しない物性を有するもので、粒径が概ね0.5mm〜5mmのものが望ましく、これより大径であると基材樹脂との混合攪拌操作や填充作業時の作業性が悪化する。これらの条件を満足する無機骨材としては、コストや入手の容易さから珪砂が最も適している。なお、この他の無機骨材としては、ボーキサイト等の天然鉱産物、磁器やセラミック等の焼成物、並びに高炉スラグ等が挙げられる。 The inorganic aggregate is preferably quartz sand. The inorganic aggregate has physical properties that do not hinder the radical curing reaction of the base resin, and preferably has a particle size of about 0.5 mm to 5 mm. If the diameter is larger than this, mixing and stirring with the base resin Workability at the time of operation and filling work deteriorates. Silica sand is most suitable as an inorganic aggregate satisfying these conditions because of cost and availability. Other inorganic aggregates include natural mineral products such as bauxite, fired products such as porcelain and ceramics, and blast furnace slag.
特に、軌道スラブと路盤コンクリートとの間のスラブ下部填充層の補修に使用する場合には、シリカパウダーが添加されていると好ましい。これによると、基材樹脂に揺変性(チキソトロピー)を付与することができ、形崩れし難く型枠を設けることなく、こて作業で填充可能なものとなり、スラブ下部填充層の補修における作業性を大幅に向上させることができる。しかも、この基材樹脂の揺変性により無機骨材や高分子弾性材の小片の沈降を防止する効果が得られる。なお、基材樹脂に揺変性を付与するには、この他、いわゆる体質顔料系の微粉末でも良いが、コストや入手の容易さ、並びに基材樹脂のラジカル硬化反応を阻害しない点でシリカパウダーが最適である。 In particular, when used for repairing the slab lower filling layer between the track slab and the roadbed concrete, it is preferable that silica powder is added. According to this, thixotropy can be imparted to the base resin, it is difficult to lose shape, and it can be filled by trowel work without providing a formwork, and workability in repairing the bottom filling layer of the slab Can be greatly improved. In addition, the thixotropic modification of the base resin provides the effect of preventing sedimentation of small pieces of inorganic aggregate and polymer elastic material. In addition, in order to impart thixotropy to the base resin, a so-called extender-based fine powder may be used, but the silica powder is used in terms of cost and availability and does not hinder the radical curing reaction of the base resin. Is the best.
図2は、レーザーヘッド3及びフード9の構成の例を示す概略平面図である。なお、同図に示した填充層150は、図1に示した略コの字型の填充層150の一部を示したものである。 FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the laser head 3 and the hood 9. The filling layer 150 shown in the figure shows a part of the substantially U-shaped filling layer 150 shown in FIG.
レーザーヘッド3は、ファイバ接続部31、集光手段32、及びこれらを格納するケーシング33、並びに流体供給手段の一部の構成を有する。 The laser head 3 has a configuration of a part of a fiber connection portion 31, a light condensing means 32, a casing 33 for storing them, and a fluid supply means.
ファイバ接続部31は、ファイバ2の出射端に取付けられた光学部材(例えば、石英レンズ)であり、ファイバ2を介して伝送されたレーザーを集光手段32に向けて出射する。 The fiber connection portion 31 is an optical member (for example, a quartz lens) attached to the emission end of the fiber 2, and emits the laser transmitted through the fiber 2 toward the light condensing means 32.
集光手段32は、一枚又は複数枚のレンズから構成される集光光学系であり、出射されたレーザーを高エネルギー密度に集光し、集光されたレーザー30を填充層150に照射する。レーザーヘッド3は、レーザー発振器1の出力を変更することによって、レーザー照射の強さ等を適宜設定可能に構成されることが好ましい。以下、レーザー30の光軸方向を「照射方向」という。 The condensing means 32 is a condensing optical system composed of one or a plurality of lenses, condenses the emitted laser to a high energy density, and irradiates the filling layer 150 with the condensed laser 30. . The laser head 3 is preferably configured such that the intensity of laser irradiation can be appropriately set by changing the output of the laser oscillator 1. Hereinafter, the optical axis direction of the laser 30 is referred to as “irradiation direction”.
集光手段32は、レーザー30の焦点距離を適宜設定することができるが、填充層150の幅(設置状態での奥行き)を略半分とする中心線151に焦点が合うように焦点距離を設定することが好ましい。また、焦点距離を固定にするのではなく、照射箇所に応じて変更するように構成してもよい。レーザーヘッド3から照射されるレーザーは、出力が100W以上、波長が500nm以上であることが好ましく、特に好ましくは、出力200〜500W、波長1060〜1100nmの範囲とすることが好ましい。また、焦点でのエネルギー密度は、材料及び照射時間に応じて適宜設計することができるが、5×10-4〜1.25×10-4W/μm2の範囲とすることが好ましい。なお、レーザーのスポット径についても、エネルギー密度及び非加工物の寸法との関係で適宜設定すればよいが、好ましくは直径20〜200μmの範囲とする。 The condensing means 32 can set the focal length of the laser 30 as appropriate, but sets the focal length so that the center line 151 whose focus width (depth in the installed state) is approximately half is in focus. It is preferable to do. Moreover, you may comprise so that a focal distance may not be fixed but may be changed according to an irradiation location. The laser emitted from the laser head 3 preferably has an output of 100 W or more and a wavelength of 500 nm or more, and particularly preferably has an output of 200 to 500 W and a wavelength of 1060 to 1100 nm. The energy density at the focal point can be appropriately designed according to the material and irradiation time, but is preferably in the range of 5 × 10 −4 to 1.25 × 10 −4 W / μm 2 . The laser spot diameter may be set as appropriate in relation to the energy density and the dimension of the non-workpiece, but preferably has a diameter of 20 to 200 μm.
ケーシング33の先端にはレーザー30を照射するための照射口35が設けられているが、この照射口35は流体供給口を兼ねることもできる。 Although the irradiation port 35 for irradiating the laser 30 is provided at the tip of the casing 33, the irradiation port 35 can also serve as a fluid supply port.
前述したとおり、レーザーヘッド3には、流体供給手段の一部の構成が設けられる。流体供給手段は、流体供給源4(図1参照)、供給ホース5、接続管34、ケーシング33の一部及び第1の流体供給口である照射口35から構成される第1の系統(第1の流体供給手段)を有している。また、流体供給手段は、必要に応じて、流体供給源4(第1の系統と同じであっても、違ってもよい)、供給ホース5、ノズル36及び第2の流体供給口37から構成される第2の系統(第2の流体供給手段)を有していてもよい。 As described above, the laser head 3 is provided with a part of the structure of the fluid supply means. The fluid supply means includes a first system (first unit) including a fluid supply source 4 (see FIG. 1), a supply hose 5, a connection pipe 34, a part of the casing 33, and an irradiation port 35 which is a first fluid supply port. 1 fluid supply means). In addition, the fluid supply means includes a fluid supply source 4 (which may be the same as or different from the first system), a supply hose 5, a nozzle 36, and a second fluid supply port 37 as necessary. The second system (second fluid supply means) may be included.
第1の系統は、供給ホース5を介して流体供給源4から圧送される流体が、照射口35を兼ねる第1の流体供給口から、填充層150におけるレーザーの照射箇所に向けて噴射される。これによって、レーザーの照射箇所から生じる融解屑を吹き飛ばし、照射箇所において樹脂が再凝固するのを防ぐことができる。さらに、図2では、ノズルとしてケーシング33の一部を利用し、第1の系統が照射口35を兼ねる第1の流体供給口から流体を噴射する構成を採用しているため、ケーシング33内への融解屑の流入を防止又は低減することができる。第1の系統では、流体として気体を用いることが好ましい。この気体としては、乾燥空気、窒素、二酸化炭素、不活性ガス(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンなど)を適宜選択可能である。特に、被加工物から有毒な反応ガス(例えば、塩素)を生じるおそれがある場合、これらの発生を低減するため、窒素又は不活性ガスを供給することが好ましい。 In the first system, the fluid pumped from the fluid supply source 4 via the supply hose 5 is ejected from the first fluid supply port that also serves as the irradiation port 35 toward the laser irradiation position in the filling layer 150. . Thereby, it is possible to blow away the molten debris generated from the laser irradiation location and prevent the resin from re-solidifying at the irradiation location. Further, in FIG. 2, a configuration in which a part of the casing 33 is used as a nozzle and the first system ejects fluid from the first fluid supply port that also serves as the irradiation port 35 is adopted. Inflow of molten debris can be prevented or reduced. In the first system, gas is preferably used as the fluid. As this gas, dry air, nitrogen, carbon dioxide, or an inert gas (for example, helium, neon, argon, etc.) can be appropriately selected. In particular, when there is a possibility of generating a toxic reaction gas (for example, chlorine) from the workpiece, it is preferable to supply nitrogen or an inert gas in order to reduce the generation of these.
同図に示したように、レーザーの光軸と流体の噴射軸とが同軸となる場合、第1の流体供給口35から噴射される流体の噴射方向は、レーザー30の照射方向と同じになるので、レーザー照射箇所に流体を供給することができ、融解屑を効果的に取り除くことができ、レーザーを被加工物の表面に照射することができる。さらに、融解屑がレーザーヘッド3の先端付近に付着すること、あるいは融解屑がレーザーヘッド3の内部に入ることを効果的に防止することができる。 As shown in the figure, when the laser optical axis and the fluid ejection axis are coaxial, the ejection direction of the fluid ejected from the first fluid supply port 35 is the same as the irradiation direction of the laser 30. Therefore, the fluid can be supplied to the laser irradiation location, the molten debris can be effectively removed, and the laser can be irradiated to the surface of the workpiece. Furthermore, it is possible to effectively prevent the molten debris from adhering to the vicinity of the tip of the laser head 3 or the molten debris from entering the laser head 3.
また、第1の流体供給口35は、噴射される流体の形状がソリッド(直進、直噴)となるように構成されることが好ましい。これによって、填充層150の内部深くまでレーザーが到達する場合であっても、その照射箇所に流体を吹き付けることができ、溶解屑を吹き飛ばし被加工物表面にレーザーを照射させることができる。流体供給手段の第1の系統から噴射される流体の流量としては、被加工物の材料、加工深さ、流体供給口の大きさ、流体の種類に応じて、融解屑をレーザー照射が可能な程度に除去できるよう適宜設定される。 Moreover, it is preferable that the first fluid supply port 35 is configured so that the shape of the fluid to be ejected is solid (straight forward, direct injection). As a result, even when the laser reaches deep inside the filling layer 150, the fluid can be sprayed onto the irradiated portion, and the surface of the workpiece can be irradiated with the melt by blowing away the molten waste. As the flow rate of the fluid ejected from the first system of the fluid supply means, it is possible to irradiate molten debris with laser according to the material of the workpiece, the processing depth, the size of the fluid supply port, and the type of fluid. It is set appropriately so that it can be removed to the extent.
なお、同図に示した流体供給手段の第1の系統の構成は一例であって、これに限定されない。例えば、第1の系統をケーシング33とは別体のノズルを用いて構成し、ケーシングの照射口35近傍にノズルの噴射口を配置してもよい。また、第1の流体供給口の配置、個数及び形状は適宜設定することができる。例えば、第1の流体供給口を照射口35とは別に設け、光軸と噴射軸とを同軸としなくてもよい。また、流体の噴射形状がソリッド(直進、直噴)ではなく、フルコーン(円錐形)になるように構成してもよい。さらには、次に述べる第2の系統の機能を併せ持たせることもできる。すなわち、レーザー照射箇所の融解屑の除去と、走査方向における融解屑の除去の2つの機能を持つように設計することも可能である。 In addition, the structure of the 1st system | strain of the fluid supply means shown to the figure is an example, Comprising: It is not limited to this. For example, the first system may be configured using a nozzle separate from the casing 33, and the nozzle injection port may be disposed near the irradiation port 35 of the casing. The arrangement, number and shape of the first fluid supply ports can be set as appropriate. For example, the first fluid supply port may be provided separately from the irradiation port 35, and the optical axis and the ejection axis may not be coaxial. Moreover, you may comprise so that the injection shape of a fluid may become a full cone (cone shape) instead of solid (straight advance, direct injection). Furthermore, the second system function described below can also be provided. That is, it is also possible to design so as to have two functions: removal of molten debris at a laser irradiation location and removal of molten debris in the scanning direction.
第2の系統は、主にレーザーの照射箇所の走査方向における溶解屑や煙等を除去するために設けられ、照射箇所に対し、一方向から斜め方向に流体を供給する。第2の系統では、供給ホース5を介して流体供給源4から圧送される流体を照射箇所に対して供給する。第2の系統による流体の供給方向は、概ね反走査方向となるように設定することが好ましい。第2の流体供給口37は、供給する流体の形状が直噴、フルコーン(円錐形)などになるように構成されることが好ましい。第2の流体供給口37から供給される流体の圧力は、第1の流体供給口から噴射される流体の圧力より低く設定されることが好ましい。ただし、これらに限定されず、流体供給手段の第2の系統については様々な構成を採用することが可能であり、例えば、ある程度の面積を有する平面パネルからなるファンによって流体が送出されるように構成されてもよい。 The second system is provided mainly to remove melting debris, smoke, and the like in the scanning direction of the laser irradiation location, and supplies fluid to the irradiation location from one direction to an oblique direction. In a 2nd system | strain, the fluid pumped from the fluid supply source 4 is supplied with respect to an irradiation location via the supply hose 5. FIG. The fluid supply direction by the second system is preferably set so as to be approximately the anti-scanning direction. The second fluid supply port 37 is preferably configured such that the shape of the fluid to be supplied is a direct injection, a full cone (conical shape), or the like. The pressure of the fluid supplied from the second fluid supply port 37 is preferably set lower than the pressure of the fluid ejected from the first fluid supply port. However, the present invention is not limited thereto, and various configurations can be adopted for the second system of the fluid supply means. For example, the fluid is sent out by a fan composed of a flat panel having a certain area. It may be configured.
第2の系統では、ある程度の拡がりを持ちながら、第1の系統による流体の直噴を妨げないように、流体を噴射するので、第1の流体供給口から噴射された流体によって照射箇所から分離された融解屑を特定の方向へ吹き飛ばすことができる。このため、融解屑(煙を含む)が照射箇所の走査方向に飛散することがなく、レーザーの照射を妨げることが少ない。また、簡易な吸引手段によって、融解屑を容易に吸引、回収することができる。 In the second system, the fluid is ejected so as not to interfere with the direct fluid ejection by the first system while having a certain degree of spread, so that the fluid is ejected from the first fluid supply port and separated from the irradiation site. The melted debris can be blown off in a specific direction. For this reason, molten debris (including smoke) does not scatter in the scanning direction of the irradiated portion, and the laser irradiation is hardly hindered. Further, the molten debris can be easily sucked and collected by a simple suction means.
なお、第2の系統では、流体として、気体を使用してもよいし、液体(霧状の液体(スチーム)を含む)を使用してもよい。気体としては、第1の系統と同様に、乾燥空気、窒素、不活性ガスを適宜選択可能である。また、液体としては、水、引火性のない溶剤などを使用することができる。ただし、液体を使用する場合、レーザーの透過を妨げないような形状で噴射する必要がある。 In the second system, a gas or a liquid (including a mist-like liquid (steam)) may be used as the fluid. As the gas, as with the first system, dry air, nitrogen, and an inert gas can be appropriately selected. As the liquid, water, a non-flammable solvent, or the like can be used. However, when using a liquid, it is necessary to eject the liquid in a shape that does not hinder the transmission of the laser.
同図では、流体供給手段として、二つの独立した系統を説明したが、これに限定されない。被加工物の態様に応じて、何れか一方の系統を使用してもよい。 In the figure, two independent systems have been described as the fluid supply means, but the present invention is not limited to this. Either one of the systems may be used depending on the form of the workpiece.
レーザーヘッド3の全部又は少なくともその先端部は、フード9に覆われるように配置されることが好ましく、フード9には吸引手段の吸引口6が設けられることが好ましい。フード9は、填充層150の設置場所において簡易的なチャンバー(処理室)として使用することができる。また、フード9内には、有毒な反応ガスを検知可能なセンサを設けてもよく、これによって有毒ガスの発生を作業者に対して警告するように構成してもよい。さらに、フード9には内部のレーザー照射位置が確認できるように、透明な窓(必要に応じてレーザー光を減衰させて目の損傷を防ぐようにする)を設けてもよい。また、フード9は、反走査方向の側により多くの空間を設けるように配置されることが好ましい。 The whole or at least the tip of the laser head 3 is preferably disposed so as to be covered with the hood 9, and the hood 9 is preferably provided with a suction port 6 of suction means. The hood 9 can be used as a simple chamber (processing chamber) at the place where the filling layer 150 is installed. Further, a sensor capable of detecting a toxic reaction gas may be provided in the hood 9 so that the operator is warned of the generation of the toxic gas. Further, the hood 9 may be provided with a transparent window (attenuating the laser light as necessary to prevent damage to the eyes) so that the internal laser irradiation position can be confirmed. The hood 9 is preferably arranged so as to provide more space on the side in the anti-scanning direction.
フード9は、その先端部を填充層150(被加工物)の表面に当接し、閉鎖的な空間を形成できるようにすることが好ましい。ここで、閉鎖的な空間とは、完全に閉鎖、密閉された空間であることが好ましいが、若干の隙間が空いていてもよい。フード9をレーザーヘッド3と共に移動させる場合、フード9の先端部の被加工物の表面側に摺動補助手段を設けることが好ましい。摺動補助手段としては、タイヤやローラーであってもよいし、可撓性の部材によって形成された刷毛状又はカーテン状の部材を設けてもよい。 It is preferable that the front end of the hood 9 abuts on the surface of the filling layer 150 (workpiece) so that a closed space can be formed. Here, the closed space is preferably a completely closed and sealed space, but a slight gap may be opened. When the hood 9 is moved together with the laser head 3, it is preferable to provide a sliding assist means on the surface side of the workpiece at the tip of the hood 9. The sliding assist means may be a tire or a roller, or a brush-like or curtain-like member formed by a flexible member.
フード9に設けられた吸引口6は、レーザーの照射によって発生する融解屑60を効率よく吸引できるように配置されることが好ましい。例えば、レーザーの照射位置の近傍に吸引口を配置してもよい。また、第2の流体供給口37によって反走査方向に吹き飛ばされた融解屑60を効率よく吸引できるように、レーザーヘッド3に対して反走査方向の側に吸引口6を配置して、反走査方向の側に、より強い吸引力を付与するように構成してもよい。 It is preferable that the suction port 6 provided in the hood 9 is arranged so that the molten waste 60 generated by laser irradiation can be efficiently sucked. For example, a suction port may be arranged in the vicinity of the laser irradiation position. Further, the suction port 6 is arranged on the side in the anti-scanning direction with respect to the laser head 3 so that the molten waste 60 blown off in the anti-scanning direction by the second fluid supply port 37 can be efficiently sucked, and the anti-scanning is performed. You may comprise so that a stronger suction | attraction force may be provided to the direction side.
移動手段10は、流体供給手段が設けられたレーザーヘッド3、及び吸引手段の吸引口6が設けられたフード9を支持し、これらを共に移動させる。これによって、レーザーの照射箇所、流体の噴射箇所及び融解屑の吸引点を共に移動することができる。 The moving means 10 supports the laser head 3 provided with the fluid supply means and the hood 9 provided with the suction port 6 of the suction means, and moves them together. Thereby, the laser irradiation location, the fluid ejection location, and the melting dust suction point can be moved together.
図3は、フードの構成の別の例を示す概略図である。フードの別の構成として、レーザーヘッド3の全部及びそれを支持する移動手段10を覆うように配置してもよい。フード9において、レーザーヘッド3の反走査方向の側に吸引手段の吸引口6が設けられる。フード9は、その先端部を填充層150(被加工物)の表面に密着させて、填充層150の長手方向の端部全部を覆う閉鎖的な空間を形成できる。また、図3においては、フード9と移動手段10とが独立しているので、フード9の内部においてレーザーヘッド3を支持した移動手段10を移動させることができる。これによって、簡易的なチャンバー(処理室)として設置されたフード9は固定されたままで、その内部においてレーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を移動させることができる。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another example of the configuration of the hood. As another configuration of the hood, the entire laser head 3 and the moving means 10 that supports the laser head 3 may be disposed so as to be covered. In the hood 9, a suction port 6 of suction means is provided on the side of the laser head 3 in the anti-scanning direction. The hood 9 can form a closed space that covers the entire end of the filling layer 150 in the longitudinal direction by bringing the tip of the hood 9 into close contact with the surface of the filling layer 150 (workpiece). In FIG. 3, since the hood 9 and the moving means 10 are independent, the moving means 10 that supports the laser head 3 can be moved inside the hood 9. As a result, the hood 9 installed as a simple chamber (processing chamber) remains fixed, and the laser irradiation point and the fluid injection point can be moved inside the hood 9.
図4は、吸引手段の構成の別の例を示す概略図である。前述したとおり、有毒ガスが発生するおそれがある場合、フードを使用してレーザーの照射箇所の周囲を閉鎖、密閉し、作業者の安全を確保することが好ましいが、有毒ガスが発生しないか、又は影響が少ない場合には、フードを設けずに、吸引手段のみを配置する構成としてもよい。吸引手段の吸引口6は、レーザーヘッド3とともに移動手段10によって移動可能に支持される。これによって、開空間において、レーザーの照射箇所、流体の噴射箇所及び吸引点が移動する。 FIG. 4 is a schematic view showing another example of the configuration of the suction means. As mentioned above, when there is a possibility of generating toxic gas, it is preferable to use a hood to close and seal the area around the laser irradiation area to ensure the safety of the operator. Or when there is little influence, it is good also as a structure which arrange | positions only a suction means, without providing a hood. The suction port 6 of the suction means is movably supported by the moving means 10 together with the laser head 3. Thereby, in the open space, the laser irradiation position, the fluid injection position, and the suction point move.
図5は、移動手段の例を示す説明図である。移動手段10は、填充層150の長手方向と略平行となるように路盤コンクリート100に取付けられたスライドレール90、そのスライドレール90上を移動するスライドユニット91から構成される。スライドレール90は、1個の軌道スラブ110の縦の長さよりも長いことが好ましく、これによって、スライドレール90を取付け直すことなく、1個の填充層150を連続して切断することができる。スライドユニット91は、少なくともレーザーヘッド3を支持し、これとともにフード9を支持してもよい。スライドユニット91は、自動又は手動でスライドレール90上を走行することができる。スライドユニット91は、填充層150に対するレーザーヘッド3の位置を調整する位置調整機構を備えてもよい。位置調整機構によって、填充層とレーザーヘッドとの照射距離、充填層の高さ方向における照射位置、充填層に対するレーザーの照射方向等を適宜調整することができる。なお、図においては、レーザーヘッド3から照射されるレーザーの照射方向は填充層表面の法線に対して垂直であるが、かかる構成に限定されるものではなく、斜めに照射してもよい。例えば、レーザーの光軸が填充層表面の法線から走査方向に角度を持つように傾斜させてもよい。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the moving means. The moving means 10 includes a slide rail 90 attached to the roadbed concrete 100 so as to be substantially parallel to the longitudinal direction of the filling layer 150, and a slide unit 91 that moves on the slide rail 90. The slide rail 90 is preferably longer than the vertical length of the single track slab 110, whereby the single filling layer 150 can be continuously cut without reattaching the slide rail 90. The slide unit 91 may support at least the laser head 3 and may support the hood 9 together with the laser head 3. The slide unit 91 can travel on the slide rail 90 automatically or manually. The slide unit 91 may include a position adjustment mechanism that adjusts the position of the laser head 3 with respect to the filling layer 150. By the position adjusting mechanism, the irradiation distance between the filling layer and the laser head, the irradiation position in the height direction of the filling layer, the irradiation direction of the laser with respect to the filling layer, and the like can be appropriately adjusted. In the figure, the irradiation direction of the laser irradiated from the laser head 3 is perpendicular to the normal line of the surface of the filling layer, but is not limited to this configuration, and may be irradiated obliquely. For example, the optical axis of the laser may be inclined so as to have an angle in the scanning direction from the normal line of the filling layer surface.
図6は、移動手段の別の例を示す説明図である。移動手段10は、軌道スラブ110に締結されたレール140をスライドレール92として利用し、レーザーヘッド3を支持してスライドレール92上を移動するスライドユニットを有する。スライドユニットは、例えば、スライドレール92上を走行するスライド部93、少なくともレーザーヘッド3を保持する保持部94、及び、スライド部93と保持部94とを連結するアーム部95を有していてもよい。保持部94は、レーザーヘッド3とともに、これとともにフード9又は/及び吸引口6を保持してもよい。かかるスライドユニットは、填充層150に対するレーザーヘッド3の位置及び向きを調整する位置調整機構を備えてもよい。かかる位置調整機構によれば、填充層とレーザーヘッドとの照射方向についての照射距離、高さ方向についてのレーザーの照射位置、填充層表面の法線に対するレーザーの照射方向を適宜設定することができる。なお、図6では、一対のレール140のうち、一方のレールをスライドレール92として利用したが、鉄道車両のように、一対のレール140をスライドレール92として利用してもよい。この場合、スライド部93は鉄道車両のようにかなりの重量の設備を積載することが可能であることから、スライド部93にレーザー照射装置のレーザー発振器、流体供給手段の供給源、吸引手段の吸引源、電源等の重く嵩張る部分を積載して、レーザーヘッドと同時に移動させることも可能である。また、被加工物の材質によっては、レーザーが反射してレーザーヘッド3内に戻りファイバ2を損傷することがあるので、この場合、被加工物表面の法線に対してやや角度をもってレーザーを照射するように構成してもよい。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing another example of the moving means. The moving means 10 has a slide unit that supports the laser head 3 and moves on the slide rail 92 using the rail 140 fastened to the track slab 110 as the slide rail 92. For example, the slide unit may include a slide portion 93 that travels on the slide rail 92, a holding portion 94 that holds at least the laser head 3, and an arm portion 95 that connects the slide portion 93 and the holding portion 94. Good. The holding part 94 may hold the hood 9 and / or the suction port 6 together with the laser head 3. Such a slide unit may include a position adjustment mechanism that adjusts the position and orientation of the laser head 3 with respect to the filling layer 150. According to such a position adjusting mechanism, the irradiation distance in the irradiation direction between the filling layer and the laser head, the laser irradiation position in the height direction, and the laser irradiation direction with respect to the normal of the filling layer surface can be set as appropriate. . In FIG. 6, one of the pair of rails 140 is used as the slide rail 92, but the pair of rails 140 may be used as the slide rail 92 as in a railway vehicle. In this case, since the slide unit 93 can be loaded with a considerable amount of equipment like a railway vehicle, the laser unit of the laser irradiation device, the supply source of the fluid supply unit, and the suction unit of the suction unit are attached to the slide unit 93. It is also possible to load heavy and bulky parts such as a power source and a power source and move them simultaneously with the laser head. Also, depending on the material of the workpiece, the laser may be reflected back into the laser head 3 and damage the fiber 2. In this case, the laser is irradiated at a slight angle with respect to the normal of the workpiece surface. You may comprise.
また、可視光でないレーザーを採用した場合、作業者にとって、レーザーの照射箇所を視認することが難しいので、例えば、スライドユニットなどに赤外線マーカーを配設する構成としてもよい。また、スライドユニットなどにカメラ及びモニタを設けて、例えば、十字型の基準線(クロスヘアーカーソル)によって照射箇所を特定できる構成としてもよい。 In addition, when a laser that is not visible light is employed, it is difficult for the operator to visually recognize the laser irradiation location. For example, an infrared marker may be provided on a slide unit or the like. Moreover, it is good also as a structure which can provide a camera and a monitor in a slide unit etc., and can specify an irradiation location with a cross-shaped reference line (crosshair cursor), for example.
[実施例]
本実施形態のレーザー照射装置の一つの実施例として以下のとおり設計し、この装置を使用して軌道スラブ下部の填充層を切断した。レーザー発振器1としてファイバーレーザーを使用し、レーザー出力を500W、波長を1080nmに設定した。流体供給手段の第1の系統は、レーザーの照射口(直径1.5mm)から圧縮空気0.5Mpaを20リットル/分で噴出し、第2の系統は、レーザーの照射口に対して走査方向側にノズル先端の流体供給口(直径1.0mm)を反走査方向に向けて配置されており、流体供給口から圧縮空気0.5Mpaを20リットル/分で噴出した。
[Example]
As an example of the laser irradiation apparatus of the present embodiment, the following design was performed, and the filling layer under the track slab was cut using this apparatus. A fiber laser was used as the laser oscillator 1, the laser output was set to 500 W, and the wavelength was set to 1080 nm. The first system of the fluid supply means ejects 0.5 Mpa of compressed air from the laser irradiation port (diameter 1.5 mm) at 20 liters / minute, and the second system scans the laser irradiation port with respect to the scanning direction. A fluid supply port (1.0 mm in diameter) at the tip of the nozzle was disposed on the side facing the anti-scanning direction, and 0.5 Mpa of compressed air was ejected from the fluid supply port at 20 liters / minute.
軌道スラブの輪郭の寸法は、おおよそ、長さが4300mm、幅が2220mm、厚みが160mmであり、その下部に略コの字型に形成された填充層150は、長手部分及び短手部分の幅(設置状態での奥行き)が約50mm、厚み(設置状態での高さ)が40〜100mmである。かかるコの字型の填充層150は、骨材として珪砂を使用した強化MMA樹脂で全部が形成されている。填充層150の長手方向と略平行となるようにスライドレール90を設置し、そのスライドレール90上を走行可能なようにスライドユニット91を取り付けた。 The outline dimensions of the track slab are approximately 4300 mm in length, 2220 mm in width, and 160 mm in thickness, and the filling layer 150 formed in a substantially U-shape at the bottom is the width of the long part and the short part. The (depth in the installed state) is about 50 mm, and the thickness (height in the installed state) is 40 to 100 mm. The U-shaped filling layer 150 is entirely made of reinforced MMA resin using silica sand as an aggregate. The slide rail 90 was installed so as to be substantially parallel to the longitudinal direction of the filling layer 150, and the slide unit 91 was attached so as to be able to travel on the slide rail 90.
レーザーヘッド3は、填充層150の幅(50mm)の中心線(加工表面から25mm)に焦点を設定し、スライドユニット91の走行によって、40mm/分の走査速度で、填充層150の高さの半分のところを填充層150に沿って水平方向に走査した。また、焦点でのスポット径が25μmとなるように設定した。本例では、1枚の填充層150(1枚の軌道スラブにおける片側分)を約108分で切断することができた。 The laser head 3 is focused on the center line (25 mm from the processing surface) of the width (50 mm) of the filling layer 150, and the height of the filling layer 150 is increased at a scanning speed of 40 mm / min as the slide unit 91 travels. The half was scanned along the filling layer 150 in the horizontal direction. The spot diameter at the focal point was set to 25 μm. In this example, one filling layer 150 (one side of one track slab) could be cut in about 108 minutes.
以上説明したとおり、本発明によれば、従来の切断刃では切断することが難しかった含骨材樹脂をレーザー照射により短時間で安全に切断することができる。また、レーザー照射装置を運搬・移動可能に構成したので、含骨材樹脂からなる填充層をその設置場所において切断、切削することができる。また、レーザーヘッドに流体供給手段を配設したので、照射箇所から生じる融解屑を流体によって吹き飛ばしながら被加工物を連続して切断することができる。また、融解屑を特定の方向に吹き飛ばすことで、簡易な吸引手段を用い容易に融解屑を回収することができる。また、レーザーヘッドの全部又は一部を内包するフードは作業現場において簡易的なチャンバーとして使用できるので、作業者を有毒な反応ガスに曝すおそれが少ない。さらに、被加工物への物理的な接触を伴う切断刃を使用せず、静粛なレーザー発振器を採用したので、夜間の作業であっても周辺環境への騒音の影響が少ない。 As described above, according to the present invention, the bone-containing resin, which was difficult to cut with a conventional cutting blade, can be safely cut in a short time by laser irradiation. In addition, since the laser irradiation apparatus is configured to be transportable / movable, the filler layer made of the bone-containing resin can be cut and cut at the installation location. In addition, since the fluid supply means is provided in the laser head, the workpiece can be continuously cut while the molten debris generated from the irradiated portion is blown away by the fluid. Further, by blowing away the molten debris in a specific direction, the molten debris can be easily recovered using a simple suction means. Moreover, since the hood containing all or part of the laser head can be used as a simple chamber at the work site, there is little risk of exposing the worker to toxic reaction gas. Furthermore, since a quiet laser oscillator is used without using a cutting blade with physical contact with the work piece, the influence of noise on the surrounding environment is small even during night work.
1 レーザー発振器
2 ファイバ
3 レーザーヘッド
4 流体供給源手段の第1の系統
5 供給ホース
6 吸引口
7 吸引ホース
8 吸引源
9 フード
10 移動手段
30 レーザー
60 融解屑(反応ガス、煙を含む)
110 軌道スラブ
150 填充層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Fiber 3 Laser head 4 1st system | strain 5 of fluid supply source means Supply hose 6 Suction port 7 Suction hose 8 Suction source 9 Hood 10 Moving means 30 Laser 60 Molten debris (including reaction gas and smoke)
110 Track slab 150 Filling layer
Claims (25)
前記スラブ式軌道の設置場所に、ファイバを介して伝送されるレーザーを前記填充層に照射するレーザーヘッド、流体供給手段及び吸引手段を運搬し、
前記レーザーヘッドに設けられた前記流体供給手段の第1の流体供給口から前記填充層に対し流体を噴射しながら、前記レーザーヘッドから前記ファイバを介して伝送されたレーザーを前記填充層に照射しつつ、前記填充層に沿って前記レーザーヘッドを移動させて前記レーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を走査して前記填充層の少なくとも一部を除去し、
前記填充層の少なくとも一部を除去する際に、前記レーザーの照射箇所から生じる融解屑を前記吸引手段によって吸引することを特徴とするスラブ式軌道の補修方法。 A repair method for a slab type track in which a filling layer made of resin containing aggregate is provided at the bottom of the track slab,
Carrying a laser head, a fluid supply means and a suction means for irradiating the filling layer with a laser transmitted through a fiber to the installation place of the slab type track,
While the fluid is ejected from the first fluid supply port of the fluid supply means provided in the laser head to the filling layer, the filling layer is irradiated with the laser transmitted from the laser head through the fiber. While moving the laser head along the filling layer to scan the laser irradiation location and the fluid injection location to remove at least a portion of the filling layer,
A method for repairing a slab-type track, wherein, when removing at least a part of the filling layer, molten debris generated from the laser irradiation spot is sucked by the suction means.
レーザー発振器と、
前記レーザー発振器から出力されるレーザーを伝送するファイバと、
前記ファイバを介して伝送されるレーザーを前記填充層に照射するレーザーヘッドと、
前記レーザーヘッドにその一部が設けられ、前記填充層に対し流体を噴射する流体供給手段と、
前記レーザーの照射箇所から生じる融解屑を吸引する吸引手段と、
前記レーザーヘッドを移動させて前記レーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を走査する移動手段と、を備え、
前記レーザーヘッドは、前記ファイバを介して伝送されるレーザーを集光する集光手段と、前記レーザーの照射箇所に前記流体を噴射する前記流体供給手段の第1の流体供給口と、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向に向かって前記流体を供給する前記流体供給手段の第2の流体供給口と、を有するレーザー照射装置。 A device for cutting a filling layer made of a resin containing aggregate provided at a lower part of a track slab of a slab track,
A laser oscillator,
A fiber for transmitting a laser output from the laser oscillator;
A laser head for irradiating the filling layer with a laser transmitted through the fiber;
A part of which is provided in the laser head, and fluid supply means for ejecting fluid to the filling layer;
Suction means for sucking molten debris generated from the laser irradiation spot;
Moving means for moving the laser head to scan the laser irradiation spot and the fluid jetting spot, and
The laser head includes a condensing unit that condenses a laser transmitted through the fiber, a first fluid supply port of the fluid supply unit that ejects the fluid to an irradiation position of the laser, and the laser head. And a second fluid supply port of the fluid supply means for supplying the fluid in the opposite scanning direction opposite to the scanning direction.
前記流体供給手段は、前記ケーシングの先端に設けられたレーザーの照射口を第1の流体供給口として、前記レーザーの照射口から前記流体を直噴状又は扇状に噴射することを特徴とする請求項13に記載のレーザー照射装置。 The laser head has a casing for storing the light collecting means,
The fluid supply means uses the laser irradiation port provided at the front end of the casing as a first fluid supply port, and jets the fluid from the laser irradiation port in a direct injection shape or a fan shape. Item 14. A laser irradiation apparatus according to Item 13.
前記フードには前記吸引手段の吸引口が設けられていることを特徴とする請求項13ないし19の何れか1項に記載のレーザー照射装置。 A hood containing all or part of the laser head;
The laser irradiation apparatus according to claim 13, wherein the hood is provided with a suction port of the suction means.
前記移動手段は、前記フード内において、前記レーザーヘッドを移動可能に構成されていることを特徴とする請求項20に記載のレーザー照射装置。 The hood is provided independently of the moving means,
The laser irradiation apparatus according to claim 20, wherein the moving means is configured to be able to move the laser head in the hood.
前記レーザー発振器から出力されるレーザーを伝送するファイバと、
前記ファイバを介して伝送されるレーザーを被加工物に照射するレーザーヘッドと、
前記レーザーヘッドにその一部が設けられ、前記被加工物に対し流体を噴射する流体供給手段と、
前記レーザーの照射箇所から生じる融解屑を吸引する吸引手段と、
前記レーザーヘッドを移動させて前記レーザーの照射箇所及び流体の噴射箇所を走査する移動手段と、を備え、
前記レーザーヘッドは、前記ファイバを介して伝送されるレーザーを集光する集光手段と、前記レーザーの照射箇所に前記流体を噴射する前記流体供給手段の第1の流体供給口と、前記レーザーヘッドの走査方向とは反対の反走査方向に向かって前記流体を供給する前記流体供給手段の第2の流体供給口と、を有するレーザー照射装置。 A laser oscillator,
A fiber for transmitting a laser output from the laser oscillator;
A laser head for irradiating a workpiece with a laser transmitted through the fiber;
A part of which is provided in the laser head, and fluid supply means for ejecting fluid to the workpiece;
Suction means for sucking molten debris generated from the laser irradiation spot;
Moving means for moving the laser head to scan the laser irradiation spot and the fluid jetting spot, and
The laser head includes a condensing unit that condenses a laser transmitted through the fiber, a first fluid supply port of the fluid supply unit that ejects the fluid to an irradiation position of the laser, and the laser head. And a second fluid supply port of the fluid supply means for supplying the fluid in the opposite scanning direction opposite to the scanning direction.
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- 2012-01-18 JP JP2012007849A patent/JP2013147817A/en active Pending
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