JP3306040B2 - 原子炉内構造物の保全・補修装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽水炉型原子炉に
おける原子炉圧力容器内の炉内構造物にレーザ光を照射
することにより、炉内構造物を保全および補修するため
の原子炉内構造物の保全・補修装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水炉型原子炉、例えば沸騰水型原子炉
の原子炉圧力容器内の炉内構造物は、オーステナイト系
ステンレス鋼または高ニッケル合金などの十分な耐食性
と高温強度を有する材料で構成されているものの、高温
高圧環境下での長期に亘る運転および中性子照射に起因
する材料劣化の問題が懸念されている。特に、炉内構造
物の溶接部近傍は、溶接入熱による材料の鋭敏化および
引張り残留応力の影響で潜在的に応力腐食割れが発生す
る可能性を有している。

【０００３】ところで、レーザピーニングは、上記の予
防保全として有効な技術であり、パルスレーザを照射し
た材料表面にプラズマを発生させ、その衝撃波の運動エ
ネルギーを利用して材料表面の引張り残留応力を圧縮応
力に変え、これにより応力腐食割れの３要因（材料、環
境、応力）の一つである応力因子（溶接時の引張り残留
応力）を除去して溶接部近傍の応力腐食割れを防止する
手段である。

【０００４】図１０は原子炉圧力容器内に設置されたシ
ュラウドを一部破断して示す斜視図、図１１は図１０の
縦断面図である。図１０および図１１に示すように、原
子炉圧力容器１内にはシュラウド２が設置され、このシ
ュラウド２は上部胴３，中間部胴４および下部胴５がそ
れぞれリング状部材６，７を介して溶接により固着され
ている。そして、中間部胴４は上下に２分割され、中間
上部胴４ａと中間下部胴４ｂとが溶接により結合されて
いる。

【０００５】したがって、シュラウド２内においては、
リング状部材６と中間部胴４との間に溶接線８が、中間
上部胴４ａと中間下部胴４ｂとの間に溶接線９が、中間
部胴４とリング状部材７との間に溶接線１０が、リング
状部材７と下部胴５との間に溶接線１１がそれぞれ形成
される。

【０００６】また、シュラウド２の下部胴５は、バッフ
ルプレート１２で支持されるサポートシリンダ１３に溶
接されることで、溶接線１４が形成される。このサポー
トシリンダ１３は、シュラウドサポートレグ１５を介し
て原子炉圧力容器１の底部に支持されている。

【０００７】さらに、シュラウド２内には、図示しない
燃料集合体を上下で保持するための上部格子板１６およ
び炉心支持板１７が取り付けられている。この炉心支持
板１７には、制御棒を上下動させる制御棒案内管１８の
上端が支持され、この制御棒案内管１８の下端には、制
御棒駆動機構ハウジング１９が配置されている。そし
て、シュラウド２の周囲には、８体あるいはそれ以上の
個数のジェットポンプ２０が配置されている。

【０００８】上記のようにシュラウド２内においては、
リング状部材６と中間部胴４との間に溶接線８が、中間
上部胴４ａと中間下部胴４ｂとの間に溶接線９が、中間
部胴４とリング状部材７との間に溶接線１０が、リング
状部材７と下部胴５との間に溶接線１１がそれぞれ形成
され、またシュラウド２の下部胴５とサポートシリンダ
１３との間には溶接線１４が形成され、これらの溶接線
の近傍に沿って応力腐食割れが発生することが諸外国の
事例で報告されている。

【０００９】シュラウド２の内側からこれらの溶接線に
接近するためには、原子炉上部から保全・補修装置を挿
入する必要がある。しかしながら、シュラウド２の内側
には、上部胴３と中間部胴４との間に上部格子板１６が
据え付けられ、また中間部胴４と下部胴５との間には炉
心支持板１７が据え付けられているため、シュラウド２
の中間部胴４の内側へは、上部格子板１６の格子枠（内
法寸法約２９５ｍｍ×２９５ｍｍ）を通過し、シュラウ
ド２の下部胴５の内側へはさらに炉心支持板１７の制御
棒案内管取付用開口部（φ２７６ｍｍ）を通過して保全
・補修装置を挿入する以外にない。

【００１０】そのため、上部格子板１６の格子枠および
炉心支持板１７の制御棒案内管取付用開口部を通過して
シュラウド２内の溶接線に内側から接近し、レーザ光を
照射する装置としては、特開平１０−２１６９８３号公
報に開示されたレーザ保全・補修装置がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−２１６９８３号公報に開示されたレーザ保全・補
修装置では、シュラウドの内側にレーザ光を照射するこ
とが可能であるものの、Ｘリンクの伸展アームを伸ばし
て照射ヘッドをレーザ照射位置に接近させる構造である
ため、炉心支持板１７の直下に位置する下部胴５内面の
溶接線１１へレーザ光を照射することが困難である。

【００１２】すなわち、図１２および図１３に示すよう
に炉心支持板１７は、リング状部材７に数十個のスタッ
ドボルト２１にて固定されているため、このスタッドボ
ルト２１がレーザ保全・補修装置の下部胴５内面の溶接
線１１への接近を妨げ、施工を困難にしていた。

【００１３】また、溶接線１１は隅肉溶接であるため、
下部胴５の内面とリング状部材７との双方に亘ってレー
ザ光を照射する必要がある。この場合、リング状部材７
が内側に張り出しているため、斜め下方からレーザ光を
照射しなければならないが、上記従来のレーザ保全・補
修装置では、導光部材を水平旋回、水平伸縮、垂直旋
回、垂直伸縮動作を付与する機構が設けられているだけ
であるため、溶接線１１に対して斜め下方からレーザ光
を照射することが困難である。

【００１４】そこで、本発明は上記事情を考慮してなさ
れたもので、炉内構造物の施工部に対し、容易に制御可
能な照射角度でレーザ光を照射して炉内構造物の残留応
力改善、表面改質、溶接補修などを行う原子炉内構造物
の保全・補修装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、レーザ光発振装置と、この
レーザ光発振装置のレーザ光を導くように接続された導
光手段と、この導光手段からのレーザ光を集光して原子
炉圧力容器内の炉内構造物の施工部に照射する照射ヘッ
ドと、この照射ヘッドに前記導光手段からのレーザ光を
導くとともに、前記照射ヘッドを遠隔にて旋回駆動、上
下動および前後駆動させる遠隔作業装置とを有し、上記
照射ヘッドに液体噴射ノズルを設け、このノズルの内側
から施工部に向けてレーザ光を照射させるとともに水を
噴射させる構成としたものである。

【００１６】請求項１記載の発明によれば、レーザ光発
振装置のレーザ光を導光手段を介して遠隔作業装置の照
射ヘッドに導き、この照射ヘッドを遠隔作業装置により
旋回駆動，上下動，前後駆動させるとともに、液体噴射
ノズルの内側から施工部に向けてレーザ光を照射させる
とともに水を噴射させたから、炉内構造物の施工部に対
して適切な距離で任意の方向からレーザ光を照射するこ
とができ、施工中に発生する金属粉や水中に浮遊するご
みなどのレーザ光散乱物質をレーザ光の光路上から除去
し、レーザ光路の妨害を未然に防ぐことができる。これ
により、炉内構造物の残留応力改善、表面改質、溶接補
修などを行うことができる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００３１】図１は本発明に係る原子炉内構造物の保全
・補修装置の第１実施形態の全体構成を示す斜視図、図
２は図１の保全・補修装置においてオペレーションフロ
アに設置した機器からシュラウドの上部に設置した機器
までを示す斜視図である。

【００３２】本実施形態の保全・補修装置は、水中下に
おいて原子炉内の構造物にパルス状のレーザ光を照射し
て材料表面に発生させたプラズマによる衝撃波で材料表
面に圧縮残留応力を生じさせることにより、材料表面の
引張り応力が要因となる応力腐食割れや疲労破壊を防止
するものである。

【００３３】原子炉建屋のオペレーションフロア２２の
原子炉ウェル２３の近傍には、図１に示すように基台２
４が設置され、この基台２４上には表面処理用のＹＡＧ
レーザ光を発振するレーザ光発振装置としてのレーザ発
振器２５と、レーザ光軸を調整するためのＨｅ−Ｎｅガ
イドレーザ発振器２６と、レーザ光軸のずれを検出して
レーザ光軸の位置を調整する自動アライメント制御装置
２７とが設置されるとともに、基台２４の近傍には、後
述する旋回台車、遠隔作業装置および照射ヘッドなどの
駆動手段の作動を遠隔にて制御するための制御装置２８
が設置されている。

【００３４】一方、原子炉ウェル２３の上部には、オペ
レーションフロア２２上の基台２４から原子炉中心まで
延びる桟橋２９が設置され、この桟橋２９の先端部には
レーザ光の向きを変えるミラーボックス３０が設置さ
れ、このミラーボックス３０は、円筒状の導光手段とし
ての遮光管３１を介して自動アライメント制御装置２７
およびレーザ発振器２５と光路が接続されている。

【００３５】原子炉内のシュラウド２には、上部フラン
ジ２ａの上面をシュラウド２の中心軸回りに走行する旋
回台車３２が設置され、この旋回台車３２は、図２に示
すように旋回駆動機構３３を駆動させ車輪３４を回転駆
動させることにより上部フランジ２ａの上面を周回走行
する。また、旋回台車３２は、位置決め機構３５が上部
格子板１６のシュラウド２中央の格子枠に嵌り込むこと
で、シュラウド２中央の格子枠に固定される。一方、桟
橋２９からは導光手段としての上部導光管３６が懸吊さ
れ、この上部導光管３６は旋回台車３２の旋回中心に設
置されたミラーボックス３７まで延びている。このミラ
ーボックス３７の上部には、漏斗状に形成され上部導光
管３６の下端部を案内するガイド部材３８が取り付けら
れている。

【００３６】さらに、旋回台車３２上のミラーボックス
３７は、伸縮可能な導光手段としての水平導光管３９を
介してミラーボックス４０に光路が接続され、水平導光
管３９には伸縮駆動機構４１が取り付けられ、この伸縮
駆動機構４１は、駆動源である駆動モータ４２と、この
駆動モータ４２の回転軸に固着されたピニオン４３と、
このピニオン４３と噛合するラック４４とから構成さ
れ、駆動モータ４２を駆動させることにより水平導光管
３９が旋回台車３２上を伸縮し、シュラウド２内の任意
の位置にミラーボックス４０の位置を合せることができ
る。そして、ミラーボックス４０には、その鉛直下方に
導光手段としての中間導光管４５が配置されている。

【００３７】次に、図１の保全・補修装置においてオペ
レーションフロア２２に設置した機器からシュラウド２
の上部に設置した機器までの作用を説明する。

【００３８】レーザー発振器２５から出射されたＹＡＧ
レーザ光は、原子炉ウェル２３上部の原子炉中心まで遮
光管３１を通り、ミラーボックス３０で鉛直下方に反射
され、桟橋２９から懸吊した上部導光管３６を通り、旋
回台車３２の旋回中心に設置したミラーボックス３７で
水平に反射され、後述する遠隔作業装置５０の設置位置
に応じて長さを変える水平導光管３９を通り、この水平
導光管３９の先端のミラーボックス４０で再び鉛直下方
に反射し中間導光管４５から遠隔作業装置５０の上端に
達する。

【００３９】ここで、ミラーボックス３０、遠隔作業装
置５０および照射ヘッド５１には、それぞれレトロリフ
レクターを内蔵してあり、レーザー発振器２５からのＹ
ＡＧレーザ光と同時にＨｅ−Ｎｅガイドレーザ発振器２
６から発振されたＨｅ−Ｎｅガイドレーザ光を反射して
自動アライメント制御装置２７に戻してレーザ光軸のず
れを検出し、この自動アライメント制御装置２７に内蔵
された反射鏡、ミラーボックス３０，３７，４０内に設
置された反射鏡および遠隔作業装置５０に組込まれた反
射鏡の取付角度を自動修正することにより、レーザ光軸
の位置を調整する。

【００４０】なお、本実施形態では、水中透過中のエネ
ルギー損失および水中浮遊物による光路障害を防ぐた
め、上部導光管３６の下端および上端には平面ガラスが
取り付けられて水密構造としている。また、旋回台車３
２上に設置したミラーボックス３７上部および中間導光
管４５下部にも平面ガラスが取り付けられ、伸縮可能な
水平導光管３９をシール構造とするとともに、ミラーボ
ックス３７から中間導光管４５までのレーザ光路を水密
構造としている。そして、上記のようにミラーボックス
３７の上部には、漏斗状の上部導光管３６のガイド部材
３８が取り付けられ、このガイド部材３８により上部導
光管３６の据付を容易にしている。

【００４１】なお、図２に示す装置は、特開平１１−１
７４１９１号公報などに開示されているようにレーザ発
振装置からシュラウド上部で旋回する旋回台車に搭載し
た導光光学機材と共通した構成である。

【００４２】図３は図１の保全・補修装置において遠隔
作業装置５０を上部格子板１６と炉心支持板１７との間
に設置した場合を示す斜視図である。そして、図３では
遠隔作業装置５０がシュラウド２の中間部胴４の内面の
レーザ照射を施工する場合を示している。

【００４３】図３に示すように、遠隔作業装置５０は制
御棒案内管１８の上部に設置されている。なお、制御棒
案内管１８を徹去し遠隔作業装置５０の下部部材５２の
形状を変更することで、炉心支持板１７の開口部に直接
遠隔作業装置５０を設置することも可能となる。

【００４４】遠隔作業装置５０は、下部部材５２が制御
棒案内管１８に当接して下部が支持される一方、上部部
材５３が上部格子板１６の格子枠に嵌り込むように角形
状に形成され、上部部材５３がその格子枠に嵌り込んで
上部が支持される。ここで、角形状の上部部材５３は、
上部格子板１６の格子枠に嵌り込んだ後、その格子枠に
対するがたつきをなくすため、図示しないエアシリンダ
方式の拡張機構が装備されている。この上部部材５３中
には、円筒状に形成された作業装置本体５４が下方から
貫通し、この作業装置本体５４は自転旋回駆動機構５５
を駆動することにより旋回駆動する。

【００４５】すなわち、この自転旋回駆動機構５５は、
駆動源である駆動モータ５６と、この駆動モータ５６の
駆動軸に固着された駆動ギヤ５７と、この駆動ギヤ５７
と噛み合い作業装置本体５４の上部に固着された従動ギ
ヤ５８とから構成され、駆動モータ５６を駆動して駆動
ギヤ５７を回転駆動することで、従動ギヤ５８を介して
作業装置本体５４が旋回駆動する。

【００４６】図４は図１の保全・補修装置における遠隔
作業装置の伸展機構および照射ヘッドを斜め後方から見
た斜視図、図５は図４の伸展機構および照射ヘッドを示
す斜視図である。

【００４７】図４に示すように、円筒状の作業装置本体
５４の内部には、上下駆動機構５９が収納され、この上
下駆動機構５９は、作業装置本体５４の内面軸方向に沿
って対向して配置されたガイドレール６０と、上下駆動
体６１に取り付けられたボールねじ６２と、このボール
ねじ６２を回転駆動させて上下駆動体６１を昇降させる
上下駆動用モータ６３とから構成され、この上下駆動用
モータ６３を駆動してボールねじ６２を回転駆動させる
ことで、上下駆動体６１が作業装置本体５４の内部を上
下に移動（昇降）する。

【００４８】なお、この上下駆動機構５９は、上記の構
成に限らず、例えば作業装置本体５４の下部から上下駆
動体６１をジャッキボルトで押上げる方式、あるいは作
業装置本体５４の上部から上下駆動体６１を引上げる方
式とすることもできる。そして、上下駆動体６１には前
後駆動手段としての伸展機構６４が配備され、この伸展
機構６４に照射ヘッド５１が取り付けられている。

【００４９】作業装置本体５４の上端には、図３に示す
ように平面ガラス６５が、作業装置本体５４の貫通孔６
６と上下駆動体６１に設けられた円筒ガイド６７とのス
ライド部には、図４および図５に示すようにシール用の
Ｏリング６８が、上下駆動体６１内に設置した反射鏡６
９で反射されたレーザ光が伸展機構６４の先端に向かう
水平方向の出口開口部には、平面ガラス７０がそれぞれ
封着されることにより、作業装置本体５４から上下駆動
体６１までのレーザ光路を水密構造としている。そし
て、上下駆動体６１の上部には円筒ガイド６７が装備さ
れ、この円筒ガイド６７が作業装置本体５４の貫通孔６
６に挿入され上下スライド可能な構造となっている。

【００５０】次に、図３〜図５に基づいて中間導光管４
５から伸展機構６４までの作用を説明する。

【００５１】ＹＡＧレーザ光は旋回台車３２上の水平導
光管３９を通り、ミラーボックス４０で鉛直下方に反射
し、このミラーボックス４０に固定された中間導光管４
５から遠隔作業装置５０の作業装置本体５４の上部から
垂直に入射した後、このレーザ光は、作業装置本体５４
の貫通孔６６、上下駆動体６１の円筒ガイド６７内を通
り、上下駆動体６１内に設置された反射鏡６９で直角に
曲げられ、上下駆動体６１の側面開口部に封着した平面
ガラス７０を通過した後、炉水を透過して伸展機構６４
における後述する左右スイング機構に向かう。

【００５２】ここで、レーザ光が透過する炉水間隙は、
伸展機構６４の移動位置により変化する。上下駆動体６
１内に設置した反射鏡６９の下方には、図５に示すよう
にその反射鏡６９と光軸が繋がったレトロリフレクター
７１と、反射鏡６９の反射角度を調整する角度調整機構
７２とが内蔵され、反射鏡６９を通過したＨｅ−Ｎｅレ
ーザ光を自動アライメント制御装置２７に戻すことで光
軸のずれが調整される。

【００５３】次に、本実施形態の伸展機構６４を図４〜
図６に基づいて説明する。図６は伸展機構の動作を示す
説明図である。

【００５４】なお、本実施形態の伸展機構６４は、遠隔
作業装置５０の上下駆動体６１を構成する機構の一例を
示し、遠隔作業装置５０を構成する伸展機構には異なる
機構、例えば平面リンク方式の駆動機構を用いることも
可能である。

【００５５】図４および図５に示すように、伸展機構６
４は、上下駆動体６１の軸方向に２段に円筒部材７３，
７４を有し、これら円筒部材７３，７４の外周面にはそ
れぞれ全周に亘ってギヤ７５，７６が取り付けられてい
る。また、上下駆動体６１の上部には駆動モータ７７が
取り付けられ、この駆動モータ７７の駆動軸の基端部に
は、円筒部材７３のギヤ７５と噛み合うピニオンギヤ７
８が取り付けられる一方、その先端部には回転機構７９
に固定されたギヤ８０と噛み合うギヤ８１が固着されて
いる。そして、回転機構７９の下端部近傍には、円筒部
材７４のギヤ７６と噛み合うギヤ８２が取り付けられて
いる。

【００５６】これにより、円筒部材７３は駆動モータ７
７を駆動することで、その駆動力を駆動軸、ピニオンギ
ヤ７８およびギヤ７５を介して回転する一方、円筒部材
７４はギヤ８１、回転機構７９のギヤ８０、ギヤ８２お
よびギヤ７６を介して回転する。したがって、円筒部材
７３，７４は駆動モータ７７を駆動することにより、複
数のギヤを介して互いに逆方向に回転することになる。

【００５７】また、円筒部材７３，７４の外周には、そ
れぞれ回り対偶８３で一端が取り付けられる一方、他端
が扇型歯車８４で噛み合う２本の湾曲したクランク腕８
５，８６が取り付けられ、これらのクランク腕８５，８
６の扇型歯車８４の回転中心には、それぞれピン８７，
８８が取り付けられ、これらのピン８７，８８を介して
クランク腕８５，８６に伸展機構６４の伸展部材８９が
取り付けられる。

【００５８】次に、伸展機構６４の動作を図６に基づい
て説明する。

【００５９】クランク腕８５に回り対偶８３を介して接
続される円筒部材７３を時計方向に回転させると同時
に、クランク腕８６に回り対偶８３を介して接続される
円筒部材７４を反時計方向に同角度回転させると、伸展
部材８９は元の位置から円筒部材７３，７４側に後退す
る。なお、伸展部材８９を前進させる場合は、円筒部材
７３，７４をそれぞれ上記と逆方向に回転させる。

【００６０】ここで、伸展部材８９を最も後退させた状
態では、２体のクランク腕８５，８６が２段の円筒部材
７３，７４を包囲した状態となり、上部格子板１６の格
子枠および炉心支持板１７の開口部を通過することので
きる寸法となる。通常の平面リンク方式の伸展機構で
は、突き出し量が増えると撓み量が増加し、上下駆動体
６１の反射鏡６９で水平に反射されたレーザ光の光軸が
伸展機構６４の反射鏡９０の反射位置からずれる問題が
あるのに対し、本実施形態では２本のクランク腕８５，
８６の長さが変化せず撓み変形量が常に一定に保持する
ことができるため、レーザ光路のアライメント調整が容
易になる利点がある。

【００６１】なお、図４において、伸展機構６４を駆動
する回転機構７９には手動回転機構９１が連結され、こ
の手動回転機構９１は、漏水などのために回転機構７９
が動作不能になった場合、オペレーションフロア２２か
ら長い操作ポールにより手動回転機構９１操作して手回
しで伸展機構６４を後退させるために取り付けたもので
ある。

【００６２】次に、照射ヘッド５１の構成を図５に基づ
いて説明する。

【００６３】図５に示すように、伸展機構６４の上部に
取り付けられた照射ヘッド５１は、左右にスイング（首
振り）する左右スイング機構９２と、この左右スイング
機構９２に配置され上下にスイング（首振り）する上下
スイング機構９３と、この上下スイング機構９３に固定
されたノズル９４と、このノズル９４にレーザ光を導光
する複数の光学系とを備えて構成されている。

【００６４】左右スイング機構９２は、伸展部材８９上
に固定され反射鏡９０が内蔵された取付基台９５と、こ
の取付基台９５の側面に固定された駆動モータ９６と、
この駆動モータ９６の駆動軸に固着された駆動ギヤ９７
と、この駆動ギヤ９７と噛み合う従動ギヤ９８と、この
従動ギヤ９８が外周面に固定され円筒状に形成された左
右スイング部材９９とから構成されている。したがっ
て、左右スイング機構９２は、駆動モータ９６を駆動し
て駆動ギヤ９７を回転させることにより、従動ギヤ９８
を介して左右スイング部材９９が左右方向にスイングす
る。

【００６５】また、上下スイング機構９３は、左右スイ
ング部材９９の上端に固定された箱状のケース１００
と、このケース１００の側面に固定された駆動モータ１
０１と、この駆動モータ１０１の駆動軸に固着された傘
歯車１０２と、この傘歯車１０２と噛み合う傘歯車１０
３およびノズル９４がそれぞれ取り付けられた上下スイ
ング部材１０４と、ケース１００内に設置され左右スイ
ング部材９９の回転中心軸からレーザ光路を屈折する光
学部材１０５，１０６，１０７と、上下スイング部材１
０４に設置されレーザ光を上下スイング部材１０４から
ノズル９４内に向ける反射鏡１０８とを備えて構成され
ている。

【００６６】ノズル９４は、内部に焦点レンズ１０９が
設置されるとともに、その周面にホース１１０が接続さ
れ、このホース１１０を通してノズル９４に噴射水が導
かれる。

【００６７】そして、左右スイング部材９９の回転中心
軸から上下スイング部材１０４の中心軸までレーザ光路
を屈折する光学部材１０５，１０６，１０７の途中に
は、レトロリフレクター１１１が配置され、このレトロ
リフレクター１１１によりＨｅ−Ｎｅレーザ光をオペレ
ーションフロア２２上に設置された自動アライメント制
御装置２７に戻して光軸のずれを検知することができ
る。

【００６８】次に、照射ヘッド５１の作用を説明する。

【００６９】遠隔作業装置５０の上下駆動体６１の側面
開口部に封着した平面ガラス７０を通過し、伸展機構６
４に向けて照射されたレーザ光は、左右スイング機構９
２に設置された９０度の反射鏡９０により一旦垂直に反
射し、照射ヘッド５１の左右スイング部材９９の回転中
心軸に向きを変える。この左右スイング部材９９の回転
中心軸からレーザ光路を屈折する光学部材１０５，１０
６，１０７を経由して上下スイング部材１０４の水平中
心軸に向けられる。この上下スイング部材１０４に設け
られた反射鏡１０８によりレーザ光がノズル９４内に向
けられ、焦点レンズ１０９を通して被照射部である施工
部に照射される。

【００７０】したがって、上記光学機器の構成のため、
ノズル９４がいかなる方向を向いてもレーザの光軸はノ
ズル９４の向きと一致する機構となる。左右スイング機
構９２によりノズル９４の左右方向を制御するととも
に、上下スイング機構９３によりノズル９４の上下方向
を制御することにより、ノズル９４を常に任意の方向に
向けて適切な距離だけ離れた施工部にレーザ光を照射す
ることができる。

【００７１】また、ノズル９４の横からはホース１１０
により噴射水が導かれ、この噴射水をノズル９４先端か
ら噴射し、レーザ光がシュラウド２内面に照射した際に
発生するダストおよび気泡を吹き飛ばし、レーザ光の散
乱を防ぐようにしている。

【００７２】さらに、本実施形態では、上下駆動体６１
の側面開口部に封着した平面ガラス７０の対向面に相当
する伸展機構６４側には、図４に示すように開口部とこ
の開口部を封止する平面ガラス１１２が設けられ、この
平面ガラス１１２から焦点レンズ１０９までを水密構造
とし、レーザ光がシュラウド２内面に照射した際に発生
するダストおよび気泡の影響を受けないような構造とし
ている。

【００７３】そして、本実施形態では、上下駆動体６１
の側面開口部に封着した平面ガラス７０と伸展機構６４
の側面開口部に封着した平面ガラス１１２との相対距離
が変わる間隙に、図４に示すような蛇腹構造体１１３を
取り付けたことにより、レーザ光が水中を透過する際の
浮遊物の影響を排除することが可能である。

【００７４】また、本実施形態では、伸展機構６４を最
も後退させた状態とし、左右スイング機構９２を正面に
向けるとともに、ノズル９４を垂直姿勢とすることで、
照射ヘッド５１を上部格子板１６の格子枠および炉心支
持板１７の開口部を通過可能な寸法となる。

【００７５】さらにまた、本実施形態では、図３に示す
遠隔作業装置５０の自転旋回駆動機構５５と、照射ヘッ
ド５１の左右スイング機構９２とを制御することによ
り、ノズル９４の平面投射方位を常にシュラウド２の内
面に対して常に垂直に向けることもできる。特に、炉心
支持板１７直下の溶接線１１については、上下スイング
部材１０４を制御することにより、図８に示すようにリ
ング部材７の突出部および円周方向に沿って配置された
スタッドボルト２１を回避してスタッドボルト２１の背
面に位置する溶接線１１への施工が可能となる。

【００７６】このように本実施形態によれば、レーザ光
発振器２５から出射したＹＡＧレーザ光を導光手段であ
る遮光管３１、上部導光管３６、水平導光管３９などを
介して遠隔作業装置５０の照射ヘッド５１に導き、この
照射ヘッド５１を遠隔作業装置５０により旋回駆動，上
下動，前後駆動させるとともに、左右スイング機構９２
により照射ヘッド５１を垂直軸回りに揺動させたり、上
下スイング機構９３により照射ヘッド５１を水平軸回り
に揺動させることにより、炉内構造物の施工部に対して
適切な距離で任意の方向からレーザ光を照射することが
できる。これにより、炉内構造物の残留応力改善、表面
改質、溶接補修などを行うことができる。

【００７７】また、本実施形態によれば、上下２段の円
筒部材７３，７４の外周に回り対偶で２本のクランク腕
８５，８６が取り付けられ、これらのクランク腕８５，
８６に照射ヘッド５１が固定されていることから、炉内
構造物に対して容易に制御可能な照射距離でレーザ光を
照射することができる。

【００７８】そして、本実施形態によれば、遠隔作業装
置５０および照射ヘッド５１は、原子炉圧力容器１内の
上部格子板１６の格子枠および炉心支持板１７の開口部
を通過可能な寸法としたことにより、シュラウド２の中
間部胴４および炉底部へのアクセスが可能となる。

【００７９】さらに、本実施形態における遠隔作業装置
５０は、上部が上部格子板１６の格子枠に支持される一
方、下部が炉心支持板１７の開口部およびその開口部に
設置された制御棒案内管１８の上端のいずれかで支持さ
れたことにより、上部格子板１６と炉心支持板１７とに
挟まれたシュラウド２の中間部胴４内面全域にアクセス
してレーザ光を照射することが可能となる。

【００８０】そして、本実施形態によれば、上記導光手
段，遠隔作業装置５０および照射ヘッド５１に反射角度
修正用自動アライメント機構を有する反射鏡を内蔵した
ことにより、振動などの外乱などによって導光手段，遠
隔作業装置５０および照射ヘッド５１が振動しても、反
射鏡の角度を微調整してレーザ光軸のずれを修正し、常
に照射ヘッド５１にレーザ光を到達させることができ
る。

【００８１】また、本実施形態によれば、照射ヘッド５
１に施工部のレーザ光散乱物質を除去する液体噴射用の
ノズル９４を設けたことにより、施工中に施工部と照射
ヘッド５１との間に液体を噴射させ、この液体で置換す
ることで、施工中に発生する金属粉や水中に浮遊するご
みなどのレーザ光散乱物質を除去し、レーザ光路の妨害
を未然に防ぐことができる。

【００８２】図７は本発明に係る原子炉内構造物の保全
・補修装置の第２実施形態を示す斜視図である。なお、
前記第１実施形態と同一または対応する部分には、同一
の符号を用いて説明する。以下の各実施形態も同様であ
る。そして、図７では旋回台車３２の図示を省略してあ
る。

【００８３】本実施形態は、シュラウド２の下部胴５の
内面あるいは原子炉炉底部のレーザ照射を施工するため
に遠隔作業装置５０ａを炉心支持板１７と制御棒駆動機
構ハウジング１９の上端との間に設置した場合を示した
例である。

【００８４】本実施形態では、上部格子板１６から遠隔
作業装置５０ａ上端までの水中通過の際のエネルギー損
失と水中透過時の浮遊物による光路障害を回避するた
め、上部格子板１６から遠隔作業装置５０ａの上部ま
で、水密構造の下部導光管１１５が取り付けられてい
る。なお、この下部導光管１１５は、遠隔作業装置５０
ａと分離した形態であるが一体化したものでもよい。

【００８５】遠隔作業装置５０ａの下部は、制御棒駆動
機構ハウジング１９で荷重を受け、その上部は炉心支持
板１７の開口部で支え、炉心支持板１７上に植設された
ガイドピン１７ａに嵌り込む位置決め部材１１６により
方位を決めた上部部材１１７中を作業装置本体５４が貫
通し、自転旋回駆動機構５５により旋回駆動する。遠隔
作業装置５０ａは、その上下に設置した上部部材１１７
および下部部材１１８の形状の違いを除けば、図３に示
す遠隔作業装置５０と同様の構造と機能を備えている。

【００８６】すなわち、作業装置本体５４の内部には、
上下駆動体６１が収納されており、上下駆動機構（図７
では省略）により作業装置本体５４の内部を上下に駆動
する。上下駆動体６１には伸展機構６４が配備され、さ
らにこの伸展機構６４には照射ヘッド５１が取り付けら
れている。そして、遠隔作業装置５０ａの作業装置本体
５４の上部は漏斗状に形成されたガイド部材１１９が設
けられ、このガイド部材１１９により下部導光管１１５
の据付を容易にしている。その他の構成は、前記第１実
施形態と同様であるのでその説明を省略する。

【００８７】次に、本実施形態の作用を説明する。な
お、オペレーションフロア２２に設置したレーザー発振
器２５からシュラウド２の上部に設置した旋回台車３２
までの作用は前記第１実施形態と同様であるのでその説
明を省略する。

【００８８】ＹＡＧレーザ光は、旋回台車３２上の水平
導光管３９を通り、ミラーボックス４０で鉛直下方に反
射し、このミラーボックス４０に固定された中間導光管
４５から下部導光管１１５を通過した後、遠隔作業装置
５０ａの作業装置本体５４の上部から垂直に入光したレ
ーザ光は、上下駆動体６１の中に設置した反射鏡６９で
直角に曲げられ、上下駆動体６１の側面開口に封着した
平面ガラス７０を通過し、さらに炉水を透過して伸展機
構６４の先端部に向かう。そして、前記第１実施形態と
同様の経路を経てノズル９４から施工部に照射される。

【００８９】このように本実施形態によれば、遠隔作業
装置５０ａをシュラウド２の下部胴５の内面に設置し、
遠隔作業装置５０ａの自転旋回駆動機構５５と、照射ヘ
ッド５１の左右スイング機構９２を制御することによ
り、ノズル９４の平面投射方位を常にシュラウド２の内
面に垂直に向けることもできる。特に、炉心支持板１７
直下の溶接線１１については、図８に示すようにリング
部材７の突出部および円周方向に沿って配置されたスタ
ッドボルト２１を回避してスタッドボルト２１の背面に
位置する溶接線１１への施工が可能となる。

【００９０】また、本実施形態によれば、遠隔作業装置
５０ａは、上部が炉心支持板１７の開口部に支持される
一方、下部が制御棒駆動機構ハウジング１９の上端で支
持されたことにより、シュラウド２の下部胴５内面およ
び原子炉炉底部全域にアクセスしてレーザ光を照射する
ことが可能となる。

【００９１】図９は本発明に係る原子炉内構造物の保全
・補修装置の第３実施形態における照射ヘッドを示す斜
視図である。

【００９２】図９では作業装置本体５４内の上下駆動体
６１に配備された前後駆動手段としての平面リンク方式
の伸展機構１２０と、この平面リンク方式の伸展機構１
２０に取り付けられた照射ヘッド１３０との構成を示し
ている。

【００９３】伸展機構１２０は４本の平面リンク１２１
を有し、この４本の平面リンク１２１は、上部２本の各
一端が上下駆動体６１に水平軸の回り対偶１２２により
取り付けられるとともに、下部２本の各一端が後述する
ボールねじのすべり対偶に水平軸の回り対偶１２３によ
り取り付けられ、さらに上下２本の平面リンク１２１の
各他端が水平軸の回り対偶１２４により取り付けられて
構成されている。そして、４本の平面リンク１２１内の
一本のアームを導光アーム１２５とし、この導光アーム
１２５の内部はレーザ光が通過可能な構造になってい
る。

【００９４】また、伸展機構１２０は、すべり対偶１２
６が螺合したボールねじ１２７を有し、このボールねじ
１２７の一端が水密に保持されたサーボモータ１２８の
駆動軸に連結されている。したがって、このサーボモー
タ１２８を駆動してボールねじ１２７を回転させると、
すべり対偶１２６が垂直方向に往復動し、４本の平面リ
ンク１２１の回り対偶１２２と１２４との相対位置が変
化して回り対偶１２３の水平軸が進退可能となり、照射
ヘッド１３０が進退可能となる。

【００９５】照射ヘッド１３０は、上下スイング機構１
３１を有し、この上下スイング機構１３１は、伸展する
回り対偶１２４の水平軸となる上下スイング部材１３２
と、平面リンク１２１の上部２本の間に固定されたサー
ボモータ１３３と、このサーボモータ１３３と伸展する
回り対偶１２４との間に巻き掛けられた駆動ベルト１３
４と、上下スイング部材１３２に固定されたノズル１３
５と、導光アーム１２５の両端に設置された反射鏡１３
６，１３７と、上下スイング部材１３２内に設置された
反射鏡１３８と、ノズル１３５内に設置された集光レン
ズ１３９とを備えて構成されている。

【００９６】また、ノズル１３５の横からは、前記第１
実施形態と同様にホース１４０により噴射水が導かれ、
この噴射水をノズル１３５先端から噴射し、レーザ光が
シュラウド２内面に照射した際に発生するダストおよび
気泡を吹き飛ばしレーザ光の散乱を防ぐようにしてい
る。

【００９７】さらに、上下スイング部材１３２に組み込
まれた反射鏡１３８の背面側には、レトロリフレクター
１４１が配置され、このレトロリフレクター１４１によ
りＨｅ−Ｎｅレーザ光をオペレーションフロア２２上の
自動アライメント制御装置２７に戻して光軸のずれを検
知することができる。

【００９８】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００９９】上下駆動体６１に設けた反射鏡６９で反射
したレーザ光は、伸展機構１２０の導光アーム１２５内
の反射鏡１３６，１３７を経由し、照射ヘッド１３０の
上下スイング部材１３２の水平中心軸に向けられる。こ
の上下スイング部材１３２にはレーザ光をノズル１３５
内に向ける反射鏡１３８が配置されている。このような
光学機器の構成のため、ノズル１３５がいかなる方向を
向いてもレーザ光の光軸はノズル１３５の向きと一致す
る機構となる。

【０１００】また、上述した自転旋回駆動機構５５によ
りノズル１３５の左右方向を制御するとともに、上下ス
イング機構１３２によりノズル１３５の上下方向を制御
することにより、ノズル１３５を任意の方向に向けて適
切な距離だけ離れた施工部にレーザ光を照射することが
できる。

【０１０１】さらに、本実施形態では、作業装置本体５
４の上端に取り付けた水密用の平面ガラス６５からノズ
ル１３５の焦点レンズ１３９までを水密構造とし、レー
ザ光がシュラウド２内面に照射した際に発生するダスト
および気泡の影響を受けないような構造としている。

【０１０２】そして、本実施形態では、伸展機構１２０
を最も後退させた状態とし、ノズル１３５を垂直姿勢と
することで、照射ヘッド１３０を上部格子板１６の格子
枠および炉心支持板１７の開口部を通過可能な寸法とな
る。

【０１０３】このように本実施形態によれば、遠隔作業
装置５０の自転旋回駆動機構５５と、照射ヘッド１３０
の上下スイング機構１３１とを制御することにより、ノ
ズル１３５の照射方位および位置を適切に制御すること
ができる。特に、炉心支持板１７直下の溶接線１１につ
いては、上下スイング機構１３２によりノズル１３５を
上下にスイングさせることで、リング部材７の突出部お
よび円周方向に沿って配置されたスタッドボルト２１を
回避してスタッドボルト２１の背面に位置する溶接線１
１への施工が可能となる。

【０１０４】また、本実施形態によれば、前後駆動手段
を平面リンク構造としたことにより、平面リンク１２１
を用いて光学部材を配置させることが可能となり、レー
ザ光を照射ヘッド１３０まで導く光学部材の構成が簡素
化されるとともに、レーザ光の光軸調整も容易になる。

【０１０５】そして、平面リンク１２１に光学部材を配
置したことにより、上下駆動体６１に設けた反射鏡６９
から上下スイング部材１３２の反射鏡１３８まで水密状
態となるため、レーザ光が炉水中を透過する際の浮遊物
の影響を排除することができる。

【０１０６】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
ることなく種々の変更が可能である。例えば、上記各実
施形態において、レーザを照射しない場合には、同じ光
学部材により検査部位の目視観察を行うこともできるた
め、目視検査装置としても利用することができる。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る原子
炉内構造物の保全・補修装置によれば、レーザ光発振装
置のレーザ光を導光手段を介して遠隔作業装置の照射ヘ
ッドに導き、この照射ヘッドを遠隔作業装置により旋回
駆動，上下動，前後駆動させることにより、炉内構造物
の施工部に対して適切な距離で任意の方向からレーザ光
を照射することができる。これにより、炉内構造物の残
留応力改善、表面改質、溶接補修などを行い、信頼性の
高い保全・補修装置を提供することができる。

【０１０８】特に、本発明に係る原子炉内構造物の保全
・補修装置によれば、従来の装置では施工が不可能であ
ったリング部材の突出部および円周方向に沿って配置さ
れたスタッドボルトの背面に位置する溶接線を、上下ス
イング部材により施工を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉内構造物の保全・補修装置
の第１実施形態の全体構成を示す斜視図。

【図２】図１の保全・補修装置においてオペレーション
フロアに設置した機器からシュラウドの上部に設置した
機器までを示す斜視図。

【図３】図１の保全・補修装置において遠隔作業装置を
上部格子板と炉心支持板との間に設置した場合を示す斜
視図。

【図４】図１の保全・補修装置における遠隔作業装置の
伸展機構および照射ヘッドを斜め後方から見た斜視図。

【図５】図４の伸展機構および照射ヘッドを示す斜視
図。

【図６】図５の伸展機構の動作を示す説明図。

【図７】本発明に係る原子炉内構造物の保全・補修装置
の第２実施形態を示す斜視図。

【図８】図７の保全・補修装置をスタッドボルトの背面
に位置する溶接線への施工状態を示す斜視図。

【図９】本発明に係る原子炉内構造物の保全・補修装置
の第３実施形態における照射ヘッドを示す斜視図。

【図１０】原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドを
一部破断して示す斜視図。

【図１１】図１０の縦断面図。

【図１２】図１１においてＡ方向矢視図。

【図１３】図１１におけるＢ部拡大断面図。

【符号の説明】

１ 原子炉圧力容器 ２ シュラウド ３ 上部胴 ４ 中間部胴 ５ 下部胴 １１ 溶接線 １６ 上部格子板 １７ 炉心支持板 ２５ レーザ発振器（レーザ光発振装置） ２６ Ｈｅ−Ｎｅガイドレーザ発振器 ２７ 自動アライメント制御装置 ２８ 制御装置 ３１ 遮光管（導光手段） ３６ 上部導光管（導光手段） ５０ 遠隔作業装置 ５１ 照射ヘッド ５４ 作業装置本体 ５５ 自転旋回駆動機構 ５９ 上下駆動機構 ６１ 上下駆動体 ６４ 伸展機構（前後駆動手段） ７１ レトロリフレクター ７２ 角度調整機構 ７３，７４ 円筒部材 ８５，８６ クランク腕 ８９ 伸展部材 ９２ 左右スイング機構 ９３ 上下スイング機構 ９４ ノズル ９９ 左右スイング部材 １０４ 上下スイング部材 １２０ 伸展機構（前後駆動手段） １２１ 平面リンク １３０ 照射ヘッド １３１ 上下スイング機構 １３２ 上下スイング部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 勝彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 島村 光明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 増田 陽一 東京都港区芝大門一丁目４番４号 アイ テル技術サービス株式会社内 (72)発明者 桜井 善茂 東京都港区芝大門一丁目４番４号 アイ テル技術サービス株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−206869（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−104949（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−174191（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−216983（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 19/02 G21D 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光発振装置と、このレーザ光発振
   装置のレーザ光を導くように接続された導光手段と、こ
   の導光手段からのレーザ光を集光して原子炉圧力容器内
   の炉内構造物の施工部に照射する照射ヘッドと、この照
   射ヘッドに前記導光手段からのレーザ光を導くととも
   に、前記照射ヘッドを遠隔にて旋回駆動、上下動および
   前後駆動させる遠隔作業装置とを有し、上記照射ヘッド
   に液体噴射ノズルを設け、このノズルの内側から施工部
   に向けてレーザ光を照射させるとともに水を噴射させる
   構成としたことを特徴とする原子炉内構造物の保全・補
   修装置。