JP4073070B2 - Tig溶接用内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、管路等の補修方法として用いられる溶接手段を備えた溶接用内視鏡装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、工業用分野におけるボイラー、ガスタービンエンジン、化学プラント等の配管、自動車エンジン等の内部の傷や腐食等の観察や検査時に、工業用内視鏡が広く利用されている。
その中で、配管内の傷や腐食等の欠陥部位を発見して補修することが望まれており、補修する装置として、特開平2−38847号公報に示されるような溶接用内視鏡装置が開発されている。これにより、大がかりな工事をすることなく傷や腐食に対して補修することができる。
【0003】
溶接用内視鏡装置として、金属の高品質溶接や、ビード観の良好性、ビードの余盛の大きさの調整、適用板厚の範囲の広さを期待して、タングステン不活性ガス(Tungsten Inert Gas)を用いたTIG溶接を利用することが考えられる。
このTIG溶接は、タングステン電極を母材に短絡させずにTIGアークを発生させるために、通常、高電圧の高周波を発生させて電極と母材間に印加させる外部に設けられた高周波発生装置が用いられている。この高周波は電極母材間に火花放電を起こすだけでよく、アーク起動後は自動的に切れるよう制御されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
溶接用内視鏡装置では、配管等による対象部位や使用する場所により、内視鏡の挿入部の長さあるいは、高周波発生装置と内視鏡を結ぶケーブルの長さを長尺にすることが望まれる。
しかしながら、TIG溶接を用いた溶接用内視鏡装置では、内視鏡の挿入部や、高周波発生装置と内視鏡とを結ぶケーブルが長尺になると、大地(アース)と高周波ケーブル間の分布静電容量により高周波が大地(アース)に漏れ、タングステン電極先端から高周波が発生しにくくなる。すなわち、高周波ケーブルと大地とでコンデンサを形成することになり、それがケーブルのある部分で並列にコンデンサを形成して、そこから高周波が漏れるという現象が生じる。
【0005】
本発明は、その点に鑑みてなされた発明であって、その目的とするところはTIG溶接用内視鏡装置における内視鏡の挿入部あるいは外部装置とを結ぶケーブルが長尺となった場合でも確実にアークを発生させ、確実に溶接作業を行う装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
その解決手段として、本発明によるTIG溶接用内視鏡装置は、先端部に観察手段を有する内視鏡と、前記内視鏡の先端部に配設され、タングステン電極、及び接地電極を有するマイクロ溶接具と、補修部にシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、前記先端部の温度を検知する温度センサと、前記内視鏡の外部に配置され、前記タングステン電極及び前記接地電極に電気的に接続する溶接電源と、前記内視鏡に設けられ、前記タングステン電極と前記接地電極との間にアークを発生させるアーク発生手段と、前記温度センサの出力に応じて所定の閾値温度以下となるように前記先端部の温度を調整する制御部とを備えたことを特徴としている。
【0007】
この構成により、内視鏡内のアーク発生手段によりタングステン電極と接地電極との間にアークを発生させてTIG溶接を行うときの内視鏡先端部の温度を調整することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1乃至図12は本発明の第1の実施形態を示し、図1は溶接用内視鏡装置の全体図、図2は内視鏡の先端側を示す図、図3乃至図5は内視鏡の湾曲部の空気圧アクチュエータを示す図、図6乃至図8はマイクロ溶接具のタングステン溶接部の先端部を示す図、図9はマイクロ溶接具のタングステン溶接部の分解図、図10乃至図12はアクチュエータ発生機構を示す図である。
【0009】
図1は溶接用内視鏡装置の全体図である。
その構成は、溶接用内視鏡1と、内視鏡1に接続され照明光を供給する光源装置2と、内視鏡1からの映像信号をテレビ信号に処理するカメラコントロールユニット(CCUという)3と、CCU3に接続され画像を映し出すモニタ4を備えている。
そして、内視鏡1の第1湾曲部5及び第2湾曲部6を湾曲駆動するための駆動制御部と、内視鏡1の先端に設けられたマイクロ溶接具としてタングステン溶接部7及び溶加材供給部8を備えた補修用マニピュレータを湾曲駆動するための駆動制御部を備えた湾曲制御装置9と、湾曲制御装置9に接続され内視鏡1の第1湾曲部5及び第2湾曲部6を湾曲操作するための内視鏡用湾曲操作部10と、補修用マニピュレータを湾曲操作するマニピュレータ用湾曲操作部11を備えている。
【0010】
さらに、内視鏡のマイクロ溶接具に接続された溶接駆動制御装置12と、キーボードを有する溶接入力装置13と、溶接駆動装置12によりシールドガスとして用いられるArガスのボンベ14からの供給量を制御する制御弁15と、制御弁15に接続されシールドガスをマイクロ溶接具に供給するシールドガス供給管16を備えている。
【0011】
図2は内視鏡1の先端側部分を示す。内視鏡1は細長い挿入部18を有し、先端側から順に硬性ヘッド部19、第1湾曲部5、第2湾曲部6、可撓性のチューブ部材からなる可撓管部を20を連接して構成されている。
硬性ヘッド部19の先端面には、観察のための視覚機能となる観察光学系21と、照明のための照明光学系22が配設されている。さらに、硬性ヘッド部19には前述したタングステン溶接部7と溶加材供給部8でなるマイクロ溶接具の補修用マニピュレータが設けられている。
【0012】
図3乃至図5に第1湾曲部5及び第2湾曲部6の構成を示す。
第1、第2湾曲部5、6は空気圧アクチュエータ23で構成される。その構成は、シリコンやポリウレタン等の柔軟な材料でなる複数の空気室24を有するマルチルーメンチューブ25を母材として、各空気室24の基端側に例えばテフロンチューブ、シリコンチューブ等の接続チューブ26を接続して、空気室24の開口部と接続チューブ26との隙間をシリコン等の充填剤27で充填するとともに、空気室24の先端開口部にも充填剤で充填している。
【0013】
また、各接続チューブ26に接続チューブの26の内径より多少大きい外径を有するエアチューブ28を圧入して、接続チューブ26の外側からケブラー等の強い繊維29で縛り付けている。マルチルーメンチューブ25の外表面には例えばステンレスの密着コイルバネ30を外装し、さらにその外側に例えばステンレス線を編み込んで筒状にしたブレード31を外装して空気圧アクチュエータ23を構成している。
【0014】
この構成により、空気室24の一つに空気が供給されると、空気室24の部分が密着コイルバネ30及びブレード31の作用で軸方向にのみ伸長し、その結果空気が供給されていない空気室24側に撓み湾曲する。そして、空気室24内の空気が排出されることで元の真直な状態に復帰する。これにより、各空気室24への空気の供給、排出の制御をすることで任意の方向の湾曲が可能になるとともに、第1湾曲部5及び第2湾曲部6でより複雑な湾曲制御が可能になる。
なお、エアチューブ28は接続チューブ26を介してマルチルーメンチューブ25に接続せずに、直接、マルチルーメンチューブ25に接続しても良い。
【0015】
図6乃至図8にタングステン溶接部7の先端部の構成を示す。マニピュレータ部32と先端キャップ33は、マニピュレータ部32の先端内面に設けた雌ネジ部34に先端キャップ33の基端外面に設けた雄ネジ部35により螺合により取り付けられる。そして、先端キャップ33には、タングステン電極36と接地電極37が突出するとともに、シールドガス供給口38が設けられている。
タングステン電極36はカシメ部材39を介して電線40に接続されている。シールドガス供給口38にはシールドガス供給管16に接続された例えば金属でなる接続パイプ41がネジ42で螺合して(ネジでなく嵌入でも良い)接続される。
なお、接地電極37は、内視鏡1の先端のマニピュレータ部32の先端キャップ33の部分に設けられることに限られず、内視鏡1の手元側等から引き出されても良い。
【0016】
また、タングステン溶接部7のマニピュレータ部32は、マニピュレータ用湾曲操作部10により所望の方向に湾曲動作できるように、形状記憶合金による湾曲機構や、手元側から操作ワイヤの牽引による湾曲機構、あるいは空気圧アクチュエータからなる湾曲機構を備えている。
溶加材供給部8は溶加材43を図示しない手元側からの操作により供給可能に構成されている。また、後述する他の実施形態による溶加材供給機構を備えても良い。
溶加材供給部8のマニピュレータ部はタングステン溶接部7のマニピュレータ部32と同様にマニピュレータ用湾曲操作部10により湾曲動作可能に湾曲機構を備えている。
【0017】
図9は内視鏡1の先端側の内部構造を示す。
観察光学系21のイメージガイドファイバ44および照明光学系22のライトガイドファイバ45は第2湾曲部の基端側まで延設される。そして、イメージガイドファイバ44のイメージガイド口金46とライトガイドファイバ45のライトガイド口金47は固定部材48に接続固定される。固定部材48は撮像ユニット49に装着される。
【0018】
撮像ユニット49はイメージガイドファイバ44に結像するCCD50と、ライトガイドファイバ45に照明光を供給する例えば白色LEDでなる小型ランプ51と、タングステン溶接部7に連結された溶接部案内チューブ52及び溶加材供給部8の溶加材案内チューブ53を挿通する挿通孔54が設けられている。
撮像ユニット49は、アーク発生部55をロウ付けや半田付け、接着等により固定した連結口金56が取り付けらていれる。溶接部案内チューブ52内に配設されタングステン電極36に電気的に接続される電線57はアーク発生部55に接続される。溶加材案内チューブ53及びCCD50の信号ケーブル58、小型ランプ51の電源供給線59はアーク発生部55に並設して可撓管部20内に挿通される。
【0019】
そして、固定部材48及び連結口金56を取り付けた撮像ユニット49は、第2湾曲部6の基端口金60と固定部材48とを例えば120度の等間隔で3カ所をネジで連結される。また、第2湾曲部6の基端口金60と可撓管部20の先端口金61とはネジ等によって連結される。
【0020】
図10乃至図12はタングステン電極36に対してアークを発生するアーク発生部55を示す図である。アーク発生部55は可撓管部20内の先端側に配置される。アーク発生部55はフレキシブルな金属(例えば超弾性金属)でなる先端側金属管63と基端側金属管64が例えば熱収縮チューブでなる接続チューブ65で連結され、先端側金属管63の先端には口金66が設けられ、基端側金属管64の基端にはガイドチューブ67が例えば熱収縮チューブでなる接続チューブ68を介して連結されている。
【0021】
口金66の内部には接地電極37に接続される電線57を挿通案内するガイド部材69が設けられている。先端側金属管63の基端の内部には圧電素子70が接着やピン等により固設され、電線57に電気的に接続されている。基端側金属管64の内部には慣性体71が配置され、慣性体71は操作ワイヤ72に連結されている。操作ワイヤ72は基端側金属管64の基端内部に設けたガイド部材73を通りガイドチューブ67に挿通し、溶接駆動制御装置12内の駆動部に接続され牽引できる構造になっている。
【0022】
また、慣性体71とガイド部材73との間に圧縮コイルバネ74が固定されている。これにより、操作ワイヤ72を牽引して慣性体71を圧縮コイルバネ74の付勢力に抗してガイド部材73側へ移動させ、操作ワイヤ72の牽引を解除すると慣性体71は圧縮コイルバネ74の付勢力で圧電素子70に衝突し、圧電素子70に起電力を発生させる。
【0023】
次に、この第1の実施形態の作用を説明する。
図1に示す内視鏡1をガス管、ガスタービン等の内部に湾曲動作と手元からの押し込みにより目的部位に導く。目的部位に到達したら、内視鏡1の第1湾曲部5及び第2湾曲部6を内視鏡用湾曲操作部10で操作して、微小傷やクラックがないか目視観察を行う。第1湾曲部5及び第2湾曲部6は、図示しない空気圧源であるコンプレッサから空気を送り、選択的に空気圧アクチュエータ23の空気室24を加圧する。加圧された空気室24は径方向に膨張しようとするが、密着コイルバネ30及びブレード31の作用で径方向の膨張を規制し長手方向に伸びる。空気室24は湾曲部5,6の中心から偏心した位置にあるので、空気室24の伸びに伴い湾曲する。そして、補修部となる微小傷やクラックを発見したときには、補修作業に入る。
【0024】
内視鏡1の第1湾曲部5及び第2湾曲部6を湾曲操作して、硬性ヘッド部19の位置を補修部に対向させてその姿勢を固定保持させる。そして、マニピュレータ用湾曲操作部11により、マイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8を湾曲操作して、補修部に対して正確に位置させる。
【0025】
その状態で溶接入力装置13で、溶接条件(例えば溶接のサイズ、溶接の出力、シールドガスの流量等)を入力し、溶接を開始する指示を行う。開始の指示により、ボンベ14よりArガスが制御弁15を介してシールドガス供給管16に供給され、タングステン溶接部7のシールドガス供給口38より補修部に向けて放出される。このArガスの不活性ガス雰囲気中で、溶接駆動制御装置12は操作ワイヤ72を牽引し、アーク発生部55内の慣性体71を圧縮コイルバネ74の付勢力に抗してガイド部材73側へ移動させる。
【0026】
そして、慣性体71を所定の位置に移動させた後、操作ワイヤ72の牽引を解除する。慣性体71は圧縮コイルバネ74の付勢力で前方に飛び出し圧電素子70に衝突する。圧電素子70はその衝撃で起電力が発生し、その起電力は圧電素子70に接続されている電線57を介して、タングステン電極36と接地電極37間でアークが発生し、その後、タングステン電極7bと補修部との間でアークが発生する。この状態で、溶加材供給部8から溶加材43を供給し、補修部を溶接して補修を行う。
【0027】
この第1の実施形態によれば、内視鏡先端近傍にアーク発生機構を設けたので、高周波発生装置を必要とせず、確実にアークを発生させることができ、作業の効率を高めることができる。また、内視鏡を長尺にしてもアークの発生を確実にできるという効果を奏する。
【0028】
図13は、本発明の第1の実施形態の変形例を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
この変形例は、第1の実施形態の可撓管部20の先端側に設けられたアーク発生部55を、内視鏡1の硬性ヘッド部19内に設けたものである。他の構成は第1の実施形態と同様である。
【0029】
この構成においても第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。
なお、アーク発生部は、内視鏡の先端部側に配置するのが好ましいが、内視鏡の先端部あるいは挿入部の細径化を図るために内視鏡の基端側、例えば外部装置に接続されるコネクタ内に配置しても、従来の内視鏡と外部にあるアーク発生手段としての高周波電源における不具合を改善することができる。
【0030】
図14及び図15は本発明の第2の実施形態を示し、図14は溶接用内視鏡装置を示し、図15はモニタの使用状態を示す図である。第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
第2の実施形態は、第1の実施形態における溶接用内視鏡装置において、溶接する補修部80の大きさに基づいて溶接電源81の出力を制御するものである。
【0031】
その構成は、モニタ4に接続されるマウス等でなる位置指示手段82と、モニタ4を介して接続され位置指示手段82の指定に基づいて補修部80である微小傷の体積を算出する補修部計算部83と、補修部計算部83に接続され補修部80の体積に基づいて溶接電源81の出力を設定する溶接出力設定部84と、この溶接出力設定部84に基づいて設定された溶接出力で出力する溶接電源81とで構成される。
【0032】
この構成により、図14に示す内視鏡1をガス管、ガスタービン等の内部に湾曲と手元からの押し込みにより目的部位に導き、目視観察により補修部80となる微小傷やクラックの有無を検査する。補修部80をモニタ4上で発見したならば、マウス等の位置指示手段82でモニタ4上に映るカーソルを用いて補修部80の外形に沿って印を▲1▼、▲2▼、▲3▼・・・と付けていく。また、補修部80の厚さをa、bと印を付ける。位置指示手段82による補修部80の入力が完了すると、補修部計算部83にて印が付与された補修部80の外形のデータと厚さのデータに基づいて補修部80の体積を算出する。そして、溶接出力設定部84にて補修部80の体積のデータに基づいて溶接出力が設定される。
【0033】
次に、マニピュレータ用湾曲操作部11により、マイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8を湾曲操作して、補修部80に対して正確に位置させ、Arガスの不活性ガス雰囲気中で溶接を行う。この時の溶接電源81の出力は、溶接出力設定部84で設定された値を出力する。その結果、補修部80に与える熱は必要最小限に抑えられる。
【0034】
この第2の実施形態によれば、補修部の大きさに応じた溶接出力に設定できるので、溶接時の補修部に与える熱を最小限に抑えることができ、補修部以外の部位に熱の影響を与えることなく作業が行えるという効果を奏する。
なお、補修部の大きさの計測に当たっては、マイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8の一方に超音波センサを搭載して、補修部のサイズを計測しても良い。また、レーザ光を操作する光スキャナによるサイズ計測でも良い。
【0035】
図16及び図17は本発明の第3の実施形態における内視鏡を示し、図16はマイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図、図17はタングステン電極と溶接電源との関係を示す図である。第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
第3の実施形態は、第1の実施形態におけるタングステン溶接部7の補修ヘッド部の構成が相違するものであり、タングステン電極36の耐久性を向上させるものである。
【0036】
補修ヘッド部には、3つのタングステン電極36が設けられている。各々の構造は同じなのでそのうちの1つについて説明する。
補修ヘッド部の先端キャップ33内には、タングステン電極36を摺動自在に挿通する貫通孔86が設けられている。タングステン電極36の端部には接続口金87を介してコイル状の形状記憶合金バネ88が電気的に接続されている。形状記憶合金バネ88の基端部は貫通孔86の基端側で固定されている固定口金89に接続固定され、固定口金89を介して電線90に電気的に接続されている。電線90の基端には切換スイッチ91を介して溶接電源92に接続されている。
【0037】
形状記憶合金バネ88は加熱されると収縮し、冷却されると元の長さに戻る二方向性の形状記憶合金でなる。これにより、形状記憶合金バネ88が伸長している通常の温度下ではタングステン電極36は先端キャップ33から突出した状態であり、形状記憶合金バネ88が収縮するとタングステン電極36は先端キャップ33の端面より少し突出するかあるいは引っ込む状態になる。
【0038】
この第3の実施形態の作用を説明する。
溶接電源92がONされると電線90に溶接電源が供給され、形状記憶合金バネ88を介してタングステン電極36に電流が流れる。タングステン電極36と補修部との距離はアークの飛びやすい距離に位置しているので、タングステン電極362補修部との間でアークが発生し電流が流れ、溶接が行われる。形状記憶合金バネ88はある一定時間電流が流れて加熱されると初期状態の長さから収縮し、タングステン電極36は補修部から離れる。
【0039】
これにより、アークが飛ばなくなり、溶接電流が流れなくなる。そして、電流が流れず一定時間経過し、形状記憶合金バネ88が冷やされて、初期の長さに伸長すると、再びタングステン電極36と補修部との間にアークが飛ぶようになり電流が流れる。
3本のタングステン電極36は、切換スイッチ91により交互に電流が流れるよう制御される。これにより、3本のタングステン電極36が交互に先端キャップ33から突出し、常にアークが発生される。
【0040】
この第3の実施形態によれば、1本のタングステン電極を長時間高温にすることがないので、タングステン電極の消耗を最小限に留め、長時間の溶接作業が可能になるという効果を奏する。
【0041】
図18は本発明の第4の実施形態を示し、図18はマイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。この第4の実施形態は第3の実施形態のタングステン電極構造の変形例を示し、同一の構成については同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
タングステン電極36は貫通孔86に摺動自在に設けられている。タングステン電極36の端部には接続口金94を介して電線90が電気的に接続されている。貫通孔86の基端側には電線90を摺動自在に挿通する中空の固定口金95が設けられている。そして、接続口金94の後端部と固定口金95の前端部との間には、電線90を摺動自在に挿通するコイル状の形状記憶合金バネ96が懸架されている。
【0042】
形状記憶合金バネ96は加熱されると収縮し、冷却されると元の長さに戻る二方向性の形状記憶合金でなる。これにより、形状記憶合金バネ96が伸長している通常の温度下では、形状記憶合金バネ96は固定口金95を基準としてタングステン電極36を先端キャップ33から突出させ、形状記憶合金バネ96が加熱され収縮するとタングステン電極36を先端キャップ33の端面より少し突出するかあるいは引っ込む状態になる。
【0043】
この第4の実施形態の作用を説明する。
溶接電源92がONされると電線90に溶接電源が供給され、タングステン電極36に電流が流れる。タングステン電極36と補修部との距離はアークの飛びやすい距離に位置しているので、タングステン電極36と補修部との間でアークが発生し電流が流れ、溶接が行われる。タングステン電極36の温度は上昇し、形状記憶合金バネ96に熱が伝搬される。
【0044】
そして、形状記憶合金バネ96が変態温度に達すると初期状態の長さから収縮し、それに伴いタングステン電極36は補修部から離れる。これにより、アークが飛ばなくなり、溶接電流が流れなくなる。そして、タングステン電極36の温度が下がり、形状記憶合金バネ96の温度も下がると初期の長さに伸長し、再びタングステン電極36が突出し補修部との間にアークが飛ぶようになり電流が流れる。
【0045】
この第4の実施形態においても、第3の実施形態と同じ効果を奏する。
なお、図17に示す切換スイッチ91は、電線90と溶接電源92との間に溶接電流を一定時間ずつ流すように切り換え制御して、タングステン電極36から流れる電流を制限してタングステン電極36の温度上昇を抑える制御に構成しても良い。
【0046】
図19乃至図21は本発明の第5の実施形態を示し、図19はマイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図、図20はタングステン溶接部の先端側断面図、図21は図20のA−A断面図である。
第5の実施形態は、作業空間内を効率的にシールドガスを充満させ溶接作業をできるようにするものである。
【0047】
図19に示す溶接用内視鏡98は、硬性ヘッド部99に第1の補修用マニピュレータとしてのマイクロ溶接具100と、第2の補修用マニピュレータとしてマイクロ研削具101を設けている。
図20にマイクロ溶接具100の先端側断面図を示す。マイクロ溶接具100は先端より先端側円筒部材102と基端側円筒部材103とをフレキシブルな蛇腹104を介して連結されている。先端側円筒部材102の基端側には複数のルーメンを備えた円柱部材105が設けられている。
【0048】
図21に示すように、ルーメン内には、タングステン電極106や溶加材107、4本の湾曲用ワイヤ108を収容し、その他にシールドガス供給用のルーメン109を備える。図20に示すようにタングステン電極106は基端部に先端側円筒部材102に固定される固定接続具110が設けられ、この固定接続具110を介して電線111に電気的に接続されている。また、タングステン電極106の先端側は先端側円筒部材102の空間部112内に突出している。溶加材107を挿通するルーメンの先端には溶加材107をタングステン電極106の前方に押し出すガイド部材113が突設されている。基端側円筒部材103は先端側円筒部材102のルーメンに対応する複数のルーメンを備えた円柱部材114が設けられている。
【0049】
また、先端側円筒部材102の空間部112を形成する周面には余分なシールドガスを送り出す排気孔115が設けられている。
マイクロ研削具101にはマイクログラインダ116が設けられており、マイクログラインダ116は手元側まで延びるフレキシブルシャフトに接続され、手元側にあるモータ等により回転操作される。また、このマイクロ研削具101は操作ワイヤの操作により任意の方向に湾曲することができる。
また、マイクログラインダ116の他の駆動方法として、マイクログラインダ116にエアタービンを連結し、基端側から空気を送気してエアタービンを回転させ、マイクログラインダ116を回転させても良い。
【0050】
次に第5の実施形態の作用を説明する。
内視鏡98を補修箇所まで挿入し、マイクロ溶接具100を動作させて作業する方法について述べる。
例えばタービン内で補修部80である傷を発見したときに、マイクロ溶接具100を湾曲用ワイヤ108を用いて湾曲操作して、図20に示すように補修部80をマイクロ溶接具100の先端側円筒部材102で包囲するように壁面に押し当てる。その後シールドガスを送り込み、シールドガスで充満した空間部112内で溶接作業を行う。シールドガスの供給が過剰の場合は排気孔115より外に排気される。
【0051】
一方のマイクログ研削具101は溶接作業を始める前に、マイクログラインダ116で表面の付着物等を除去して表面をきれいにしたり、溶接しなくても足りる微小な傷に対して削る作業に用いられる。
【0052】
この第5の実施形態によれば、先端側円筒部材102で補修部80付近を囲むだけで、時間をかけることなく空間部112をシールドガスで充満させることができ、作業の効率が向上する。また、補修部80にマイクロ溶接具100を押し当てて作業を行うのでタングステン電極106の位置固定が確実にできるという効果を奏する。
【0053】
なお、マイクロ溶接具100の先端側円筒部材は102は耐熱性のセラミックで形成しても良いし、耐熱性のある弾性の部材で形成しても良い。また、湾曲用ワイヤ108は4本でなく1本の湾曲用ワイヤで湾曲させる構成にしても良い。また、シールドガスの供給路として専用のルーメンを設けず、タングステン電極106や溶加材107とルーメンとの隙間を利用しても良い。
【0054】
図22は本発明の第6の実施形態を示し、溶接用内視鏡装置を示す図である。第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は説明を省略する。
第6の実施形態はシールドガスの供給に伴い作業空間内の内圧が高まることを抑えるものである。
【0055】
シールドガスとしてArガスを貯蔵するシールドガス供給タンク118はレギュレータ119を介してガス供給管路120に連通する。ガス供給管路120は内視鏡1を介してマイクロ溶接具であるタングステン溶接部7に連通し、タングステン溶接部の先端からArガスを放出する。内視鏡1の硬性ヘッド部19あるいはタングステン溶接部7から基端側までには排気用管路121が配設され、排気装置122に接続されている。
内視鏡1の先端面には圧力センサ123が設けられている。そして、圧力センサ123は信号線124を介して圧力センサ123の圧力をモニタする制御部125に接続されている。制御部125は排気装置122に接続され排気量を制御可能にしている。
【0056】
次に、第6の実施形態の作用を説明する。
図22は、管路内の減肉部や傷に対して補修作業を行う図である。
管内で溶接作業を行うために、シールドガスとしてArガスをレギュレータ119を介して一定の量を放出しアークを発生させる。内視鏡1の先端面にある圧力センサ123で管路内の内圧をセンシングする。制御部125は内圧が一定になるように、シールドガスの送気量に相当する気体を排気装置122により内視鏡を介して外部に排気する。
【0057】
この第6の実施形態によれば、作業空間内の内圧が高くなり、溶接した形状が変化することを抑えることができ、正確な溶接作業が行えるという効果を奏する。
【0058】
図23及び図24は本発明の第7の実施形態を示し、図23及び図24はマイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
この第7の実施形態は、第1の実施形態における内視鏡の硬性ヘッド部及び湾曲部の構成が異なるもので、他の部分は同一の構成である。
【0059】
内視鏡1の硬性ヘッド部127および湾曲部128は上下に2つに分割されている。硬性ヘッド部127の硬性ヘッド上部129にはイメージガイドを含む観察光学系21およびライトガイドを含む照明光学系22を配置し、硬性ヘッド下部130にはマイクロ溶接具としてタングステン溶接部7及び溶加材供給部8を配置している。また、湾曲部128の上部湾曲部131、下部湾曲部132は各々独立して4方向に湾曲可能な構造を備えている。
【0060】
次に第7の実施形態の作用を説明する。
補修作業を行うときに、観察光学系21及び照明光学系22が配された上部湾曲部131、あるいは上部湾曲部131及び下部湾曲部132を相対的に湾曲操作させることで、補修部に近接して観察するだけでなく、補修部から離れた位置から観察することができる。
第7の実施形態によれば、一つの内視鏡で補修部から離れた場所より、溶接作業を観察することができるので、作業性の向上を図ることができるという効果を有する。
【0061】
図25及び図26は本発明の第8の実施形態を示し、図25の内視鏡の先端部を示す図、図26はマイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
第8の実施形態は、溶接時の熱により内視鏡や溶接具が高温になって破壊されることを防止するものであり、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0062】
図25に示すように硬性ヘッド部19にマイクロ溶接具としてタングステン溶接部134及び溶加材供給部8を突設している。
図26はタングステン溶接部134の先端側を示す。タングステン溶接部134は複数の筒状部材135が蛇腹136を介して連結されており、最先端の筒状部材135には例えばステンレスでなる先端口金137が設けられている。先端口金137には4本の湾曲用ワイヤ138の先端が連結され、湾曲用ワイヤ138を牽引することで蛇腹136を介してタングステン溶接部134を湾曲させることができる。
【0063】
また、先端口金137にはタングステン電極139と、先端がタングステン電極139に向かって折曲された接地電極140、熱電対からなる温度センサ141が設けられている。温度センサ141は制御部に接続され、制御部は400℃になると溶接電源を強制的にOFFにするよう制御する。
溶加材供給部8は、基端側に図示しないローラ状の送り機構を備え、適度に溶加材142を供給する。
【0064】
次に第8の実施形態の作用を説明する。
湾曲用ワイヤ138を牽引してタングステン溶接部134を所望の位置に位置させる。そして、接地電極140を補修部に付け、溶接電源によりタングステン電極139に電流を流して溶接作業を行う。作業中、溶接の温度で温度センサ141を含めタングステン溶接部134及び内視鏡1の先端部が加熱されていく。温度センサ141で400℃を検知すると制御部は溶接電源をOFFにする。
【0065】
第8の実施形態によれば、内視鏡1やタングステン溶接部134が、溶接時の発熱により破壊されることを防止できるという効果を奏する。
なお、溶加材供給部8は、補修用マニピュレータに設けられた圧電素子を内蔵したアクチュエータ機構で構成しても良い。
【0066】
図27乃至図32は本発明の第8の実施形態の変形例を示す図である。
図27及び図28に示す変形例は、タングステン溶接部134の先端口金144を、円筒状部材を一部切り欠いた接地電極に構成している。そして、先端口金144とタングステン電極139は電線145を介して溶接電源146に接続されている。
【0067】
図29に示す変形例は、タングステン溶接部134の側面に温度センサ148を設け、温度センサ148付近に設けた穴149を介して温度センサの配線150をタングステン溶接部134内に通し、基端側の溶接電源151内の電源制御部に接続している。
【0068】
図30に示す変形例は、硬性ヘッド部19の側周面に温度センサ153を配し、温度センサ153をベルト154で止めて、内視鏡1の外面に沿って配線155を配している。この場合、溶接電源151をOFFにする設定温度は、例えば内視鏡1の光学系の耐熱温度以下に設定しても良い。
【0069】
図31に示す変形例は、温度センサ156をタングステン溶接部134に張り付け、その配線157をタングステン溶接部134及び内視鏡1の外表面に螺旋状に沿わせている。
【0070】
図32に示す変形例は、内視鏡1の先端部に温度センサ159を張り付け、内視鏡1の外面沿って配線160を配するとともに、それを保護チューブ161で覆って保護している。
なお、図29乃至図32に示す変形例において、タングステン溶接部134は湾曲機構を設けずに、金属部材でその形状が固定されたものに構成しても良い。
【0071】
図33は本発明の第9の実施形態を示し、溶接用内視鏡装置を示す図である。
第9の実施形態は、溶接時の熱により内視鏡やマイクロ溶接具が高温になった場合にシールドガスを用いて冷却し破壊されることを防止するものである。
図33に示すように、内視鏡1の外部にArガスのタンク162が設けられ、タンク162は制御弁163を介して2本のガス管路164に接続されている。ガス管路164は内視鏡1の挿入部18内を通り、硬性ヘッド部19に設けられたマイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8内に各々連通し、外部にArガスを放出可能に開口している。
【0072】
マイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8には温度センサ165が設けられている。また、内視鏡1外部には温度センサ165と接続し閾値温度に対して制御弁163あるいは溶接電源166を制御する温度検出装置167、温度検出装置167の指示により制御弁163の制御及び溶接電源166の出力値の設定やON−OFF動作するスイッチ部168を有する。
【0073】
次に、第9の実施形態の作用を説明する。
2つの温度センサ165でタングステン溶接部7及び溶加材供給部8の先端部の温度を検出する。いずれかの温度センサ165が設定した温度に達すると、温度検出装置167はスイッチ部168に対して指示を出し、Arガスの流量を増やすように制御弁163を制御する。タングステン溶接部7及び溶加材供給部8の先端付近はArガスによって冷却され設定温度より低くなる。なお、温度が危険な状態になる場合には溶接電源166をOFFにするよう制御される。
また他の制御として、Arガスの流量を増やすだけでなく、同時に溶接電源166の出力を下げて冷却効果を高めるようにしても良い。
【0074】
この第9の実施形態によれば、内視鏡1やマイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8が、溶接時の発熱により破壊することを防止でき、溶接電源166を止めることも最小限に抑えることができるので、溶接を効率よく行えるという効果を奏する。
【0075】
図34乃至図36は本発明の第10の実施形態を示し、図34は内視鏡の先端部と温度アダプタを示す図、図35は内視鏡の先端部を示す図、図36は温度アダプタの断面図である。
第10の実施形態は内視鏡先端部に着脱自在な温度センサ付きアダプタを示すものである。
【0076】
図34に示すように、内視鏡1の硬性ヘッド部170には外周に2重ネジ171が設けられている。硬性ヘッド部170の先端面から基端側にはガイド溝172が穿設されている。ガイド溝172の近傍には電気接点173が設けられている。図35に示すように、電気接点173は内視鏡1内に挿通される配線174に接続されている。また、硬性ヘッド部170にはマイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8が設けられている。
【0077】
内視鏡1の硬性ヘッド部170に着脱自在に装着される温度アダプタ175は、外周面に温度センサ176が設けられている。内周面には2重ネジ171に螺合する雌ネジ部177と、ガイド溝172に案内される突起部178と、硬性ヘッド部170の電気接点173に接触する温度センサ176の電極179が設けられている。
【0078】
次に第10の実施形態の作用を説明する。
温度センサ176を内視鏡1の硬性ヘッド部170に装着することにより、高温によるマイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8や内視鏡1が破壊されることを防止するように制御する。
この第10の実施形態によれば、使用環境の温度に応じた温度センサ176を備えた温度センサアダプタ175を複数用意することで、使用環境下において任意に選択できる。また、温度センサ176が壊れたときの修理が容易になるという効果を奏する。
【0079】
図37は本発明の第11の実施形態を示し、内視鏡の先端部を示す図である。
第11の実施形態は、内視鏡のチャンネルに挿通される温度センサプローブを用いたものである。
図37に示すように、内視鏡1の先端面にマイクロ溶接具のタングステン溶接部7及び溶加材供給部8が突設されている。また、内視鏡1の先端面にはマイクロ溶接具の近傍で開口するチャンネル181が手元側の図示しない挿通口金まで配設されている。
【0080】
チャンネル181内には、温度センサプローブ182が挿通される。温度センサプローブ182は内視鏡1先端面から突出可能である。この突出量は手元側で規制するようにしても良い。また、温度センサプローブ182は湾曲機構を備えても良く、例えば、温度センサプローブ182内にワイヤを配設し、そのワイヤを牽引して湾曲させる構成でも良い。
【0081】
次に第11の実施形態について説明する。
温度センサプローブ182を内視鏡の手元側の挿通口金よりチャンネル181内に挿通させ、温度センサプローブ182の先端を内視鏡1先端面から突出させる。そして、溶接時による溶接部近傍の温度の上昇を検知し、マイクロ溶接具や内視鏡1先端部の破損を防止する。
温度センサプローブ182に湾曲機構が備えられている場合は、湾曲操作をして温度センサプローブ182の先端部を目的の位置に誘導し、温度を検出することができる。
この第11の実施形態においても第9の実施形態と同じ効果が得られる。
【0082】
図38は本発明の第8の実施形態乃至第11の実施形態における、溶接電源のON−OFFを制御する他の制御方法を示す図である。
この制御方法は、溶接時の初期段階では、溶接電源をONにして設定温度T1(例えばマイクロ溶接具の材質の耐熱温度以下)に達するまでは溶接電源をONの状態に保持する。そして、設定温度T1に達すると溶接電源をOFFにして、設定温度T1よりも低い設定温度T2になるまでOFFの状態を保持する。そして、十分熱が冷めた設定温度T2に達すると、再び溶接電源をONにするものである。
この制御方法においても、内視鏡及び補修用マニピュレータのマイクロ溶接具を確実に熱から保護することができる。
【0083】
図39乃至図43は本発明の溶接用内視鏡装置の関連技術を示し、図39は溶接用内視鏡装置を示す図、図40はレーザ溶接プローブと制御部を示す図、図41はレーザ溶接プローブの湾曲構造を示す図、図42は溶加材プローブの先端部の断面図、図43はレーザ光の出力の制御を示す図である。
この関連技術は、レーザ溶接を用いた溶接用内視鏡装置のレーザ光の出力を制御するものである。
【0084】
図39はレーザ溶接用内視鏡装置の全体を示す。
レーザ溶接用内視鏡装置は、内視鏡191と、内視鏡191に接続されたCCU192と、CCU192に接続されたモニタ193と、内視鏡1に接続された照明用光源装置194と、内視鏡1のチャンネル内に挿通されるレーザ溶接プローブ195と、レーザ溶接プローブ195に接続されたレーザ光源196と、レーザ溶接プローブ195に接続されたフォトダイオードでなる受光部197と、受光部で検知した光の強度に応じてレーザ光源を制御する制御部198と、レーザ溶接プローブ195に接続されレーザ溶接プローブ195の先端部を湾曲操作させるジョイスティック199とレーザ光の出力をONするスイッチ200を備えた溶接プローブ操作部201と、内視鏡191のチャンネル内に挿通される溶加材プローブ202と、溶加材プローブ202に接続され溶加材203の供給及び溶加材プローブ202の先端を湾曲駆動する溶加材制御部204と、溶加材制御部204に接続され溶加材プローブ202の先端部を湾曲操作させるジョイスティック205と溶加材を突出させるスイッチ206を備えた溶加材操作部207からなる。
【0085】
内視鏡191は、観察光学系及びCCDを有する撮像ユニットを含む観察手段208と、照明光学系を有する照明手段209と、レーザ溶接プローブ195を挿通するチャンネルと、溶加材プローブを挿通するチャンネルが設けられている。そして、観察手段208はCCU192に接続され、照明手段209は照明用光源装置194に接続される。その他は第1の実施形態と同様である。
【0086】
図40に示すように、レーザ溶接プローブ195は、レーザ溶接プローブ195内に出射用ファイバ211が配設され、出射用ファイバ211の先端に設けた口金212を介してプローブヘッド部213に固定されている。プローブヘッド部213には出射用ファイバ211から伝送されたレーザ光を出射する出射用光学系214が設けられている。
【0087】
また、レーザ溶接プローブ195内に入射用ファイバ215が配設され、入射用ファイバ215の先端に設けた口金216を介してプローブヘッド部213に固定されている。プローブヘッド部213には補修部から反射されたレーザ光を入射用ファイバ215に入射する入射光学系217が設けられている。
そして、出射用ファイバ211の基端はレーザ光源196に接続され、入射用ファイバの基端は制御部198の受光部197に接続される。
【0088】
図41にレーザ溶接プローブ195の湾曲機構を示す。湾曲機構は断熱材(例えば発泡ウレタン、グラスウール石綿等)でなるチューブ219と、そのチューブ219の両端及び中間部分に設けられたリング状部材220、221、222と、先端側リング状部材220と中間リング状部材221との間に懸架された第1の形状記憶合金プレート223と、第1の形状記憶合金プレート223とは反対側の位置あるいは90度ずれた位置で中間リング状部材221と基端側リング状部材222との間に懸架された第2の形状記憶合金プレート224とが設けられている。
【0089】
各形状記憶合金プレート223、224の表面には加熱用の薄膜ヒータ225、226が貼付され、中間リング状部材221には第1の形状記憶合金プレート223に貼付された薄膜ヒータ225の加熱を制御するIC227が設けられ、基端側リング状部材222には第2の形状記憶合金プレート224に貼付された薄膜ヒータ226の加熱を制御するIC228が設けられている。そして、各ICは基端側に延びる信号線229に接続され、信号線229は溶接プローブ操作部201に接続されている。また、湾曲機構はシリコンやテフロン、ポリウレタン等でなる保護チューブ230で被覆され、先端はノズル部材231を装着している。
【0090】
また、レーザ光源196を制御する制御部198は、低出力のレーザ光を出力し受光部197で検知した光の強度に応じて補修面までの距離を算出し、その算出結果に基づいて高出力のレーザ光を出力するように制御する。
図42は溶加材プローブ202の先端部を示す。湾曲機構はレーザ溶接プローブと同様の構成であるので同一の符号を付し説明は省略する。溶加材プローブ202の先端はノズル部材233が設けられ、ノズル部材233より溶加材203が突出可能になっている。
【0091】
次に、このレーザ溶接用内視鏡装置の作用を説明する。
内視鏡191をガス管やガスタービン等の内部に湾曲と手元からの押し込みにより、内視鏡191の先端部を補修部近傍に位置させる。
そして、内視鏡191のチャンネルを介して先端より突出したレーザ溶接プローブ195を溶接プローブ操作部201のジョイスティック199で湾曲操作する。
【0092】
この時、IC227、228を介して第1の形状記憶合金プレート223及び第2の形状記憶合金プレート224が薄膜ヒータ225、226によって加熱されて湾曲することで、レーザ溶接プローブ195の先端部が任意の方向に湾曲する。レーザ溶接プローブ195の先端を補修位置に定めた後、溶加材プローブ202も溶加材操作部207のジョイスティック205により湾曲させレーザ溶接プローブ195に近接させる。
【0093】
位置を定めたところで溶加材操作部207のスイッチ206を押し、溶加材203を供給する。そして、溶接プローブ操作部201のスイッチ200を押しレーザ光源196をONする。この時レーザ光源196の出力は、図43に示すように初めは低出力で補修面にレーザ光を発し、その反射光を入射用ファイバ215を介して制御部198の受光部197で反射光の強度を検出する。制御部198は反射光の強度に基づいて補修面までの距離を算出し、その計測状態〓の間は低出力のレーザ光を出力させる。そして、計測した距離に基づいて高出力のレーザ光を出力して溶接状態Bとなる。なお、レーザ光源196の出力が高くなると、反射光をカットする構成となっている。
【0094】
このレーザ溶接内視鏡装置によれば、溶接時のレーザ溶接プローブ195と補修面との距離が多少異なっていても補修部に対して同程度の出力とすることができ、均一な溶接作業が可能であるという効果を奏する。なお、図41の湾曲機構は、別の補修用マニピュレータの湾曲装置にも応用できる。
以上、本発明について詳述したが上述した実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨のものであれば種々変形したものも含むものである。
【0095】
本発明の関する発明を付記項として記す。
(付記項1)先端部に観察手段を有する内視鏡と、前記内視鏡の先端部に配設されタングステン電極及び接地電極を有するマイクロ溶接具と、補修部の空間にシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、前記内視鏡の外部に配置され前記タングステン電極及び前記接地電極に電気的に接続する溶接電源と、前記内視鏡に設けられ前記タングステン電極と前記接地電極との間にアークを発生させるアーク発生手段とを備えたことを特徴とする溶接用内視鏡装置。
【0096】
(付記項2)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記アーク発生手段は、内視鏡先端部側に配した。
(付記項3)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記アーク発生手段は、湾曲部の直後に配した。
【0097】
(付記項4)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記観察手段は、固体撮像素子を有する撮像部を含み、前記アーク発生手段は前記撮像部の手元側の内視鏡内に配した。
(付記項5)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記アーク発生手段は内視鏡挿入部の基端側に配した。
【0098】
(付記項6)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記アーク発生手段は外部装置に接続される内視鏡の接続部に配した。
(付記項7)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記アーク発生手段は、前記接地電極に接続された圧電素子と、慣性体と、前記慣性体に連結したばね手段と、前記慣性体を前記ばね手段の付勢に抗して手元側に移動させ前記ばね手段の付勢力で前記圧電素子に衝突させる牽引手段とを設けた。
【0099】
(付記項8)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記マイクロ溶接具はマイクロ溶接具本体の先端から突出可能な複数のタングステン電極を備え、前記複数のタングステン電極を交互に突出させるスライド手段を設けた。
(付記項9)付記項8の溶接用内視鏡装置において、前記スライド手段は、前記タングステン電極に接続され加熱により収縮し前記タングステン電極を前記マイクロ溶接具本体内に退避させる形状記憶合金ばねと、アークの熱を前記形状記憶合金ばねに伝達する加熱手段とを設けた。
【0100】
(付記項10)付記項9の溶接用内視鏡装置において、前記加熱手段は、前記タングステン電極と溶接電源とを前記形状記憶合金ばねを介して電気的に接続してなる。
(付記項11)付記項9の溶接用内視鏡装置において、前記加熱手段は、前記タングステン電極に前記形状記憶合金ばねを連結し、前記タングステン電極を介してアークの熱を伝達する。
【0101】
(付記項8乃至付記項11の課題)
溶接内視鏡装置においては、電極が高温になり、電極の消耗や破損、または内視鏡の破損の可能性がある。そこで、その目的とするところは、溶接時に発生する熱によるタングステン電極の耐久性を向上することにある。
(付記項8乃至付記項11の効果)
複数のタングステン電極をマイクロ溶接具の先端から交互に突出して溶接を行うことにより、タングステン電極のアークの熱による耐久性を向上できる。
【0102】
(付記項12)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記マイクロ溶接具は、前記タングステン電極及び前記接地電極を囲む円筒部材と、前記円筒部材の内部に連通しシールドガスを供給するシールドガス供給手段とを設けた。
(付記項13)付記項12の溶接用内視鏡装置において、前記円筒部材を耐熱性の材質とした。
(付記項14)付記項12の溶接用内視鏡装置において、前記円筒部材をセラミックスとした。
【0103】
(付記項12乃至付記項14の課題)
溶接用内視鏡装置においては、シールドガスを溶接部に流して、溶接部が酸化するを防止している。広い空間でシールドガスを充満させるには、多量にシールドガスを流す必要があるとともに、完全に空気と置換することが難しい。そこで、その目的とするところは、少量のシールドガスで確実にシールドして、確実に溶接を行う装置を提供することにある。
また、溶接内視鏡装置において、溶接デバイスを正確に位置させ、その後確実に補修箇所に固定するのは難しい。そこで、その目的とするところは、溶接時に電極を確実に位置固定することにある。
【0104】
(付記項12乃至付記項14の効果)
溶接部を円筒部材により狭い空間で閉じて溶接することができるので、シールドガスの量を少なく、確実にシールドさせることができ、作業が効率的である。
またマイクロ溶接具を補修箇所に押し当てながらの作業となり、確実に位置固定でき、正確な作業ができる。
【0105】
(付記項15)付記項1の溶接用内視鏡装置において、前記マイクロ溶接具の温度を検出する温度センサを設けた。
(付記項16)付記項15の溶接用内視鏡装置において、前記温度センサを熱電対とした。
【0106】
(付記項17)付記項15の溶接用内視鏡装置において、前記温度センサを前記マイクロ溶接具の先端部の外部または内部に設けた。
(付記項18)付記項15の溶接用内視鏡装置において、前記温度センサを前記内視鏡の先端部の外部または内部に設けた。
【0107】
(付記項19)付記項15の溶接用内視鏡装置において、前記温度センサを前記内視鏡の先端部に対して着脱自在とした。
(付記項20)付記項16の溶接用内視鏡装置において、前記温度センサは、前記内視鏡先端部に対して着脱自在なアダプタに設けた。
【0108】
(付記項21)付記項15の溶接用内視鏡装置において、前記温度センサの出力に応じて前記溶接電源の出力を変化させる制御手段を設けた。
(付記項22)付記項15の溶接用内視鏡装置において、前記温度センサの検知する温度に閾値を設け、閾値温度に達したら溶接電源を切る制御手段を設けた。
【0109】
(付記項15乃至付記項22の課題)
溶接内視鏡装置においては、電極が高温になり、電極の消耗や破損、または内視鏡の破損の可能性がある。そこで、その目的とするところは、溶接時に発生する熱に対して、温度があるレベル以上に高温とならない装置を提供することにある。
(付記項15乃至付記項22の効果)
温度センサを用いた制御により、溶接時に発生する熱を最小限に抑えることができ、内視鏡やマイクロ溶接具の破損の防止ができる。
【0110】
(付記項23)先端部に観察手段を有する内視鏡と、前記内視鏡の先端部に設けたマイクロ溶接具と、溶接する補修部の大きさを計測する計測手段と、前記計測手段の出力に応じて前記溶接電源の出力を変化させる溶接制御部とを設けたことを特徴とする溶接用内視鏡装置。
(付記項24)付記項23の溶接用内視鏡装置において、前記補修部を撮像しモニタに画像を映す撮像手段とを備え、前記計測手段は前記モニタを通じて前記補修部の大きさを入力する入力手段を備える。
【0111】
(付記項25)先端部に観察手段を有する内視鏡と、前記内視鏡に配設されたレーザ溶接具と備えた溶接用内視鏡装置において、前記レーザ溶接具はレーザ光源からのレーザ光を伝送する第1のレーザファイバと、出射されたレーザ光の反射光を受光部に伝送する第2のレーザファイバと、前記受光部の出力に基づいて前記レーザ光源の光の強さを制御する制御部を含むことを特徴とする溶接用内視鏡装置。
【0112】
(付記項26)付記項25の溶接用内視鏡装置において、前記受光部は、光の強度を検知するフォトダイオードとした。
(付記項27)付記項25の溶接用内視鏡装置において、前記制御部は、初めに低レベルのレーザ光を出力し、前記受光部の出力に基づいて距離を計測する距離計測手段と、前記距離計測手段に基づいて高レベルのレーザ光を出力する。
【0113】
(付記項28)先端部に観察手段を有する内視鏡と、前記内視鏡の先端部に設けられたマイクロ溶接具と備えた溶接用内視鏡装置において、前記内視鏡先端部からシールドガスを放出するシールドガス供給手段と、前記内視鏡先端部より前記シールドガスを外部に排気する排気手段と、前記シールドガスの放出に伴い作業空間内の圧力を検知する圧力センサと、前記圧力センサに基づき排気手段の排気量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする溶接用内視鏡装置。
【0114】
(付記項28の課題)
溶接用内視鏡装置においては、シールドガスを溶接部に流して、溶接部が酸化するのを防止している。溶接作業をパイプ内の閉空間で作業を行うときに、シールドガスが充満すると内圧が高まり、溶接箇所が外部に突出するなど変形の可能性がある。そこで、その目的とするところは、溶接を正確に行う装置を提供することにある。
(付記項28の効果)
排気手段でシールドガスによる作業空間の内圧を制御でき、正確に溶接が行える。
【0115】
(付記項29)先端部に観察手段を有する内視鏡と、前記内視鏡の先端部に配設されタングステン電極及び接地電極を有するマイクロ溶接具と、補修部の空間にシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、前記内視鏡の外部に配置され前記タングステン電極及び前記接地電極に電気的に接続する溶接電源とを備えたことを特徴とする溶接用内視鏡装置。
(付記項30)付記項29の溶接用内視鏡装置において、前記接地電極は前記タングステン電極よりも前記マイクロ溶接具前方に突き出すように設ける。
【0116】
【発明の効果】
以上述べた通り本発明によれば、TIG溶接である溶接用内視鏡装置の長さが長尺となってもアークを確実に発生できるため、補修作業を確実にこなすことができる。また短いものから長尺までの溶接内視鏡装置を提供でき、使用用途が拡がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1の実施形態を示し、溶接用内視鏡装置の全体図である。
【図2】図2は本発明の第1の実施形態を示し、内視鏡の先端側を示す図である。
【図3】図3は本発明の第1の実施形態を示し、内視鏡の湾曲部の空気圧アクチュエータを示す図である。
【図4】図4は本発明の第1の実施形態を示し、内視鏡の湾曲部の空気圧アクチュエータを示す図である。
【図5】図5は本発明の第1の実施形態を示し、内視鏡の湾曲部の空気圧アクチュエータを示す図である。
【図6】図6は本発明の第1の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部の先端部を示す図である。
【図7】図7は本発明の第1の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部の先端部を示す図である。
【図8】図8は本発明の第1の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部の先端部を示す図である。
【図9】図9は本発明の第1の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部の分解図である。
【図10】図10は本発明の第1の実施形態を示し、アクチュエータ発生機構を示す図である。
【図11】図11は本発明の第1の実施形態を示し、アクチュエータ発生機構を示す図である。
【図12】図12は本発明の第1の実施形態を示し、アクチュエータ発生機構を示す図である。
【図13】図13は本発明の第1の実施形態の変形例を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
【図14】図14は本発明の第2の実施形態を示し、溶接用内視鏡装置を示す図である。
【図15】図15は本発明の第2の実施形態を示し、モニタの使用状態を示す図である。
【図16】図16は本発明の第3の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
【図17】図17は本発明の第3の実施形態を示し、タングステン電極と溶接電源との関係を示す図である。
【図18】図18は本発明の第4の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
【図19】図19は本発明の第5の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
【図20】図20は本発明の第5の実施形態を示し、タングステン溶接部の先端側断面図である。
【図21】図21は本発明の第5の実施形態を示し、図20のA−A断面図である。
【図22】図22は本発明の第6の実施形態を示し、溶接用内視鏡装置を示す図である。
【図23】図23は本発明の第7の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
【図24】図24は本発明の第7の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
【図25】図25は本発明の第8の実施形態を示し、内視鏡の先端部を示す図である。
【図26】図26は本発明の第8の実施形態を示し、マイクロ溶接具のタングステン溶接部を示す図である。
【図27】図27は本発明の第8の実施形態の変形例を示す図である。
【図28】図28は本発明の第8の実施形態の変形例を示す図である。
【図29】図29は本発明の第8の実施形態の変形例を示す図である。
【図30】図30は本発明の第8の実施形態の変形例を示す図である。
【図31】図31は本発明の第8の実施形態の変形例を示す図である。
【図32】図32は本発明の第8の実施形態の変形例を示す図である。
【図33】図33は本発明の第9の実施形態を示し、溶接用内視鏡装置を示す図である。
【図34】図34は本発明の第10の実施形態を示し、内視鏡の先端部と温度アダプタを示す図である。
【図35】図35は本発明の第10の実施形態を示し、内視鏡の先端部を示す図である。
【図36】図36は本発明の第10の実施形態を示し、温度アダプタの断面図である。
【図37】図37は本発明の第11の実施形態を示し、内視鏡の先端部を示す図である。
【図38】図38は本発明の第8の実施形態乃至第11の実施形態における、溶接電源のON−OFFを制御する他の制御方法を示す図である。
【図39】図39は本発明の溶接用内視鏡装置の関連技術を示し、溶接用内視鏡装置を示す図である。
【図40】図40は本発明の溶接用内視鏡装置の関連技術を示し、レーザ溶接プローブと制御部を示す図である。
【図41】図41は本発明の溶接用内視鏡装置の関連技術を示し、レーザ溶接プローブの湾曲構造を示す図である。
【図42】図42は本発明の溶接用内視鏡装置の関連技術を示し、溶加材プローブの先端部の断面図である。
【図43】図43は本発明の溶接用内視鏡装置の関連技術を示し、レーザ光の出力の制御を示す図である
【符号の説明】
1 内視鏡
7 タングステン溶接部
8 溶加材供給部
16 シールドガス供給管
19 硬性ヘッド部
36 タングステン電極
37 接地電極
43 溶加材
55 アーク発生部
70 圧電素子
71 慣性体
72 操作ワイヤ
74 圧縮コイルバネ
Claims (8)
- 先端部に観察手段を有する内視鏡と、
前記内視鏡の先端部に配設され、タングステン電極、及び接地電極を有するマイクロ溶接具と、
補修部にシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、
前記先端部の温度を検知する温度センサと、
前記内視鏡の外部に配置され、前記タングステン電極及び前記接地電極に電気的に接続する溶接電源と、
前記内視鏡に設けられ、前記タングステン電極と前記接地電極との間にアークを発生させるアーク発生手段と、
前記温度センサの出力に応じて所定の閾値温度以下となるように前記先端部の温度を調整する制御部と
を備えたことを特徴とするTIG溶接用内視鏡装置。 - 前記制御部は、前記溶接電源の出力、及び前記シールドガスの供給の内、少なくとも何れか一方を制御し、前記先端部の温度を調整することを特徴とする請求項1に記載のTIG溶接用内視鏡装置。
- 前記先端部に着脱自在な内視鏡アダプタを有し、
前記温度センサが、前記内視鏡アダプタに設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のTIG溶接用内視鏡装置。 - 前記内視鏡が挿通のためのチャンネルを有し、
前記温度センサが、前記チャンネルに挿通される温度センサプローブであることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のTIG溶接用内視鏡装置。 - 前記シールドガスを外部に排気する排気手段と、
前記補修部近傍の圧力を検知する圧力センサとを有し、
前記制御部は、前記圧力センサの出力に応じて前記排気手段の排気量を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のTIG溶接用内視鏡装置。 - 前記補修部の大きさを計測する計測手段を有し、
前記制御部は、前記計測手段の出力に応じて前記溶接電源の出力を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のTIG溶接用内視鏡装置。 - 前記アーク発生手段は、慣性体と、前記慣性体に連結したばね手段と、前記接地電極に接続された圧電素子とからなることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載のTIG溶接用内視鏡装置。
- 前記マイクロ溶接具は、このマイクロ溶接具本体の先端から突出可能な複数のタングステン電極を備え、前記複数のタングステン電極を交互に突出させることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のTIG溶接用内視鏡装置。
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