JP6526580B2

JP6526580B2 - レーザピーニング加工ヘッド、レーザピーニング加工装置およびレーザピーニング加工方法

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Publication number: JP6526580B2
Application number: JP2016008172A
Authority: JP
Inventors: 克典椎原; 航大野村; 千田　格; 格千田; 一人今崎; 剛前原; 大治小林
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: JP2017127887A

Description

本発明の実施形態は、配管内レーザピーニング加工を行うのに適したレーザピーニング加工ヘッドおよびそれを備えたレーザピーニング加工装置、ならびに、それを用いた配管内レーザピーニング加工方法に関する。

金属材料の表面改質技術として、ショットピーニングやウォータジェットピーニングおよびレーザピーニングが一般的に知られている。レーザピーニングでは、ハイパワーのパルスレーザを材料表面に照射し、材料表面に生じたアブレーションで発生したプラズマを塗装や水膜等で材料表面に閉じ込めることにより、プラズマ圧力から発生する衝撃波を材料側へ伝達する。これにより、金属材料の表面改質を行うことができる。国内では、プラズマを閉じ込めるために水中や水膜を使用することが多く、海外では事前に塗装等の前処理を行うことで材料表面に発生したプラズマ圧力を閉じ込め、金属材料の表面改質処理を行うのが一般的である。

プラズマ圧力を封じ込めるために水中もしくは水膜を使用するレーザピーニング法を配管内面で行う場合に、配管内面中心に施工ヘッドを位置決め可能な位置決め機構を有した施工ヘッドを配管内に挿入する技術が知られている。その場合に、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光ファイバーにて施工ヘッドまで伝送し、レーザ光を集光光学系にて集光するとともに、ミラーで回転することによりレーザ光を配管内面表面照射し、水流を施工部位に供給しながらレーザピーニングを行う。

特許第３６９５８３４号公報

上述のような従来技術によれば、配管内面での装置位置、すなわち照射レーザスポット径の管理を行うことができる。しかし、レーザ照射時に発生するキャビテーションおよび材料表面から発生する加工屑が配管内面に滞留し、連続的に施工を行う際にキャビテーションや加工屑がレーザ光伝送の阻害要因となり配管内表面に必要な出力、スポット径でレーザ光を伝送できない可能性がある。さらに、配管の一方が閉止されているような場合には、キャビテーションや加工屑の滞留がさらに顕著となり十分な表面改質処理を行えない問題もある。

配管内表面を対象とした従来のレーザピーニング加工装置では、レーザ照射時に発生するキャビテーションや加工屑が施工ヘッド周辺に滞留してレーザ光の伝送を阻害する。そのため、連続施工を行う際にレーザ光が減衰、拡散し、材料表面の施工に必要なレーザ出力、レーザスポット径で照射できず、十分なピーニング効果を得られないという課題がある。

本発明の実施形態は、配管内面のレーザピーニングを行う場合に、レーザ照射時に発生した加工屑などがレーザ光路上に滞留することなく排出され、その加工屑などが配管内でのレーザ照射に悪影響を及ぼさないなど、安定したレーザピーニングの施工ができるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一つの実施形態に係るレーザピーニング加工ヘッドは、施工対象配管内に挿入されて前記施工対象配管の内面にレーザ光を照射して前記施工対象配管の内面にピーニング加工を行うレーザピーニング加工ヘッドであって、入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、前記筒状部材の外側に取り付けられて、当該レーザピーニング加工ヘッドが前記施工対象配管内に挿入されたときに前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に形成される環状空間に流路を形成する仕切り板と、前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口する流路水供給ノズルと、前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口し、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、を有する、ことを特徴とする。

また、本発明の一つの実施形態に係るレーザピーニング加工装置は、前記レーザピーニング加工ヘッドと、レーザ光源と、水源から供給された給水を前記入口端部に送る給水配管と、前記水源から前記給水配管に水を送る給水ポンプと、を有することを特徴とする。

また、本発明の一つの実施形態に係るレーザピーニング加工方法は、施工対象配管内にレーザピーニング加工ヘッドを挿入して前記施工対象配管の内面にレーザピーニング加工を行う方法であって、前記レーザピーニング加工ヘッドは、入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、前記筒状部材の外側に取り付けられた仕切り板と、前記筒状部材に取り付けられた流路水供給ノズルと、前記筒状部材に取り付けられて、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、を有し、当該方法は、前記筒状部材を、前記奧端部を先頭にして前記施工対象配管内に挿入し、前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に環状空間を形成し、前記仕切り板によって前記環状空間に流路を形成し、前記流路水供給ノズルから前記流路に水を流出させ、前記レーザ照射窓から前記流路に水を流出させるとともに前記流路に流出する水の中をレーザ光が透過するように前記レーザ照射窓からレーザ光を前記施工対象配管の内面に照射する、ことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、レーザピーニングを安定に施工することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。図１のレーザピーニング加工装置のＩＩ−ＩＩ線矢視横断面図。図１のレーザピーニング加工装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視横断面図。本発明の第２の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。図４のレーザピーニング加工装置のＶ−Ｖ線矢視横断面図。本発明の第３の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。図６のレーザピーニング加工装置のＶＩＩ部拡大図。図６のレーザピーニング加工装置のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視横断面図。図６のＶＩＩ部拡大図である図７に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図。図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視横断面図である図８に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図。本発明の第４の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。本発明の第５の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。

以下、本発明に係るレーザピーニング加工装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分については共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。図２は図１のレーザピーニング加工装置のＩＩ−ＩＩ線矢視横断面図である。図３は図１のレーザピーニング加工装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視横断面図である。

この実施形態のレーザピーニング加工装置は、たとえば、運転休止中の原子炉において、原子炉圧力容器１０に接続された施工対象配管１１を補修するためにその施工対象配管１１の内側にレーザピーニング加工を行うための装置である。施工対象配管１１は、横断面がたとえば円形である。原子炉圧力容器１０の開口部１２に施工対象配管１１が接続され、施工対象配管１１の先端（奥側）１３は弁（図示せず）などにより閉止されているものとする。このとき、原子炉圧力容器１０および施工対象配管１１の内部には炉水が溜まっている。

レーザピーニング加工装置は、レーザピーニング加工ヘッド２０と、レーザ光源２１と、水源２２と、給水ポンプ２３と、給水配管２４とを有する。

レーザピーニング加工ヘッド２０は、筒状部材３０と、レーザ伝送部材３１と、集光部材３２と、偏向部材３３と、レーザ照射窓３４と、複数の仕切り板３５と、流入流路水供給ノズル（流路水供給ノズル）３６と、流出流路水供給ノズル（流路水供給ノズル）３７と、フィルタ３８、３９と、回転駆動装置４０とを備えている。

筒状部材３０は、直線的に延びる円筒状であって、入口端部３０ａと奧端部３０ｂとを備え、奧端部３０ｂは閉じている。原子炉圧力容器１０内の開口部１２を通して施工対象配管１１内に、奧端部３０ｂを先頭として筒状部材３０の途中まで挿入して、施工対象配管１１内面のレーザピーニング加工を行う。

集光部材３２および偏向部材３３は筒状部材３０内に設置され、レーザ伝送部材３１は入口端部３０ａを通して筒状部材３０内に挿入されている。レーザ照射窓３４は筒状部材３０の側面に設けられている。レーザ伝送部材３１は、原子炉圧力容器１０の外に配置されたレーザ光源２１から伝送されたレーザ光を集光部材３２に伝送するものであって、たとえば光ファイバーである。集光部材３２は、レーザ光を集光するものであって、図１に示す例では２個の凸レンズからなり、図２に示すように、レンズ支持具４１を介して筒状部材３０に支持されている。偏向部材３３は、集光部材３２を通ったレーザ光の向きをレーザ照射窓３４に向けるものであって、たとえば反射鏡である。

筒状部材３０の入口端部３０ａには給水配管２４が接続され、水源２２から給水配管２４を経由して、給水ポンプ２３により、筒状部材３０内部に水が供給されるようになっている。

筒状部材３０の外側面に沿って２枚の仕切り板３５が、筒状部材３０をはさんで反対側に取り付けられている。仕切り板３５は筒状部材３０の軸方向および半径方向に広がる長方形の平板状である。筒状部材３０を施工対象配管１１に挿入したときに、施工対象配管１１の内面と筒状部材３０の外側面とにはさまれた環状空間ができる。仕切り板３５は、この施工対象配管１１の内面と筒状部材３０の外側面とにはさまれた環状空間に流路を形成するための構成であり、本実施形態においては環状空間は、２枚の仕切り板３５によって周方向に分割され、流入流路４２と流出流路４３とに仕切られる。

仕切り板３５は、施工対象配管１１の内面に衝突したときに施工対象配管１１の内面に損傷を与えないように、施工対象配管１１の内面よりも柔らかい材質であるのが好ましい。たとえば、施工対象配管１１や筒状部材３０は炭素鋼やステンレス鋼などの金属でできており、仕切り板３５はプラスチック製である。

レーザ照射窓３４は流出流路４３に向かって開口している。レーザ照射窓３４はレーザ光が透過するだけでなく、入口端部３０ａから筒状部材３０内に供給された水が流出できるようになっている。レーザ照射窓３４から流出流路４３に流出する水は、筒状部材３０の入口端部３０ａ側すなわち施工対象配管１１の開口部１２に向かうように、レーザ照射窓３４の向きが調整されている。レーザ伝送部材３１内を伝送された後のレーザ光は、筒状部材３０内の水中を通り、レーザ照射窓３４を透過し、施工対象配管１１の内面に向かうが、その際に、レーザ照射窓３４を通って流出する水中を通る。

筒状部材３０の側面に、流入流路水供給ノズル３６および流出流路水供給ノズル３７が取り付けられている。流入流路水供給ノズル３６は、流入流路４２に向かって開口し、筒状部材３０内の水が流入流路４２に向かって、かつ、筒状部材３０の奧端部３０ｂ側すなわち施工対象配管１１の先端１３に向かって流出するように構成されている。これと同様に、流出流路水供給ノズル３７は、流出流路４３に向かって開口し、筒状部材３０内の水が流出流路４３に向かって、かつ、筒状部材３０の入口端部３０ａ側すなわち施工対象配管１１の開口部１２に向かって流出するように構成されている。図１に示す例では、２個の流入流路水供給ノズル３６と１個の流出流路水供給ノズル３７が示されているが、これらの個数はいくつであってもよい。

流入流路水供給ノズル３６を通じて流入流路４２内に流出する水の流れにより、流入流路４２内の水が施工対象配管１１の先端１３側（奧側）に駆動され、流出流路水供給ノズル３７およびレーザ照射窓３４を通じて流出流路４３に流出する水の流れにより、流出流路４３内の水が開口部１２に向けて駆動される。その結果、原子炉圧力容器１０内の水が開口部１２から流入流路４２内に吸い込まれ、この開口部１２から流入流路４２内に吸い込まれた水と、水源２２から給水ポンプ２３、給水配管２４、筒状部材３０内を経由して、レーザ照射窓３４、流入流路４２および流出流路４３に流出した水は施工対象配管１１内で混合して、流出流路４３の開口部１２から原子炉圧力容器１０内に流出する。

筒状部材３０の側面に、フィルタ３８，３９が取り付けられている。フィルタ３８，３９は、軸方向に垂直な面に広がっていて、一つのフィルタ３８は、レーザ照射窓３４の奥側（上流側）で流出流路４３全体を覆うように配置されている。このフィルタ３８により、施工対象配管１１の先端１３側から固形異物がレーザ照射窓３４付近を通るのが阻止される。

もう一つのフィルタ３９は、施工対象配管１１の開口部１２に近い位置で流入流路４２全体を覆うように配置されている。このフィルタ３９は、原子炉圧力容器１０内の固形異物が施工対象配管１１内に流入するのを阻止する。

回転駆動装置４０は、筒状部材３０をその回転軸の周りに回転させるものであって、電動機４６と、この電動機４６によって回転する駆動歯車４７とを有する。ここで、回転軸は、筒状部材３０の軸方向、すなわち入口端部３０ａと奧端部３０ｂとを結ぶ直線の方向であって筒状部材３０の中央を通る軸である。筒状部材３０の外周に沿って被駆動歯車４８が形成され、駆動歯車４７と被駆動歯車４８とがかみ合うことにより、電動機４６の回転駆動力が筒状部材３０に伝達されて筒状部材３０が回転する。筒状部材３０は軸受４９によって回転支持されている。

以上説明したレーザピーニング加工装置を用いて施工対象配管１１の内部にレーザピーニング加工を施すに当たっては、あらかじめ原子炉圧力容器１０内および施工対象配管１１内に炉水を溜めておき、図１〜図３に示すように、このレーザピーニング加工装置のレーザピーニング加工ヘッド２０の筒状部材３０の一部を施工対象配管１１内に挿入する。そして、給水ポンプ２３により、水源２２から給水配管２４を経て筒状部材３０内に水を供給する。筒状部材３０内の水は、流入流路水供給ノズル３６、流出流路水供給ノズル３７およびレーザ照射窓３４を通じて筒状部材３０の外側に流出し、原子炉圧力容器１０内から開口部１２を通じて施工対象配管１１内に流入した水とともに、開口部１２の流出流路４３から原子炉圧力容器１０内に排出される。

原子炉圧力容器１０内の炉水内の固形異物は、流入流路４２に設けられたフィルタ３９で捕獲され、また、施工対象配管１１内の固形異物は、流出流路４３において、レーザ照射窓３４の上流側のフィルタ３８で捕獲される。それにより、レーザ照射窓３４付近には比較的きれいな水が供給される。

さらに、流入流路水供給ノズル３６、流出流路水供給ノズル３７およびレーザ照射窓３４を通じて流出する水の流れにより、施工対象配管１１内の水の流れが促進され、レーザピーニング加工によって生じるキャビテーションや加工屑が効率よく流出流路４３を通じて筒状部材３０の外側に排出される。それにより、レーザ光路上でレーザ伝送阻害要因となりうるクラッドなどの屑が速やかに除去され、安定したピーニング加工を行うことができる。

また、回転駆動装置４０により、筒状部材３０を、それに取り付けられた偏向部材３３、レーザ照射窓３４、仕切り板３５などとともに回転させることができる。また、レーザピーニング加工ヘッド２０を施工対象配管１１の軸方向に動かして挿入・引き抜きを繰り返すことにより、施工対象配管１１内面全体にレーザピーニング加工を施すことができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。図５は、図４のレーザピーニング加工装置のＶ−Ｖ線矢視横断面図である。

この第２の実施形態では、レーザピーニング加工ヘッド２０ａが、キャビテーションノズル５５、５６と、高圧水管５７とを備えている。キャビテーションノズル５５、５６は筒状部材３０の側面に取り付けられている。高圧水管５７は、キャビテーションノズル５５、５６に、筒状部材３０内よりも高圧の高圧水を供給するものであって、筒状部材３０の内部を軸方向に延びて配置され、入口端部３０ａを貫通している。

第１の実施形態と同様に、筒状部材３０内に水を供給する給水配管２４や給水ポンプ２３が設置されている。この実施形態では、さらに、高圧給水配管５８および高圧給水ポンプ５９が設けられている。高圧給水配管５８は高圧水管５７に接続されている。

水源２２の水が、高圧給水ポンプ５９で昇圧され、高圧給水配管５８および高圧水管５７を経てキャビテーションノズル５５、５６に送られる。

キャビテーションノズル５５、５６は、水中で高圧水の噴射を行うことによりキャビテーションを起こさせるものである。キャビテーションノズル５５、５６を施工対象配管１１の内面に向けて水中で高圧水の噴射を行うことにより、施工対象配管１１の内面の洗浄を行うことができる。また、キャビテーションノズル５５、５６を流出流路４３で施工対象配管１１の開口部１２側に向けることにより、第１の実施形態における流出流路水供給ノズル３７（図１）と同様に、流出流路４３における開口部１２側への水の流れを促進する効果もある。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。図７は、図６のレーザピーニング加工装置のＶＩＩ部拡大図である。図８は、図６のレーザピーニング加工装置のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視横断面図である。図９は、図６のＶＩＩ部拡大図である図７に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図である。図１０は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視横断面図である図８に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図である。

この第３の実施形態は第２の実施形態の変形であって、レーザピーニング加工ヘッド２０ｂにおけるフィルタ３８ａ、３９ａが、折りたたみ可能に構成されている。フィルタ３８ａは、第２の実施形態におけるフィルタ３８（図４）に対応するものであって、流出流路４３に設けられている。同様に、フィルタ３９ａは、第２の実施形態におけるフィルタ３９に対応するものであって、流入流路４２に設けられている。フィルタ３８ａとフィルタ３９ａの構造は同様であるから、ここではフィルタ３８ａについて説明する。

フィルタ３８ａでは、筒状部材３０の周りで周方向に複数に分割された平板状のフィルタ片６５が互いに隣接して配列されている。各フィルタ片６５は、筒状部材３０に固定された蝶番６６によって取り付けられている。通常時は、図７および図８に示すように、各フィルタ片６５の広がる面が筒状部材３０の軸方向に垂直になるように配置され、複数のフィルタ片６５全体で流出流路４３を覆うように配置される。フィルタ３８ａを折りたたむときは、図９および図１０に示すように、各フィルタ片６５の広がる面が筒状部材３０の側面に沿うように配置され、流出流路４３内の水がフィルタ３８ａを通らずに流通できるようになる。

各フィルタ片６５の駆動は、レーザピーニング加工ヘッド２０ｂを施工対象配管１１に挿入した状態で、図示しない駆動装置により、遠隔で行うことができるものとする。

この第３の実施形態で、たとえば、レーザピーニング加工を行う前に、キャビテーションノズル５５、５６から高圧水を噴射させるキャビテーション洗浄を行う。これにより、施工対象配管１１内面に付着したクラッドなどを除去する。これと同時に、レーザ照射窓３４および流入流路水供給ノズル３６から水を流出させる。このときフィルタ３８ａ、３９ａを、図９および図１０に示すように折りたたんでおく。このときフィルタ３８ａ、３９ａを折りたたんでおくことにより、クラッドなどの固体異物がフィルタ３８ａ、３９ａへ付着するのを防ぐことができ、流入流路４２、流出流路４３内の水の流れが促進される。

キャビテーション洗浄の後に、フィルタ３８ａ、３９ａを、図７および図８に示すように展開し、レーザピーニング加工を行う。

［第４の実施形態］
図１１は、本発明の第４の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。

この第４の実施形態は第１の実施形態の変形である。

この実施形態では、レーザピーニング加工ヘッド２０ｃが、フィルタ洗浄ノズル７０、７１と、洗浄用水管７２とを備えている。フィルタ洗浄ノズル７０、７１は、それぞれ、流出流路４３、流入流路４２内に取り付けられたフィルタ３８、３９の近傍に配置され、しかも、フィルタ３８、３９に対して、通常時の流れの向きの逆の向きに水を送るように向けられている。洗浄用水管７２は、フィルタ洗浄ノズル７０、７１に水を供給するものであって、筒状部材３０の内部を軸方向に延びて配置され、入口端部３０ａを貫通している。

第１の実施形態と同様に、筒状部材３０内に水を供給する給水配管２４や給水ポンプ２３が設置されている。この第４の実施形態では、給水ポンプ２３の下流側の分岐部７３で、給水配管２４から洗浄用水配管７４が分岐していて、洗浄用水配管７４の下流側が洗浄用水管７２に接続されている。分岐部７３の下流側の給水配管２４には給水弁７５が接続され、分岐部７３の下流側の洗浄用水配管７４には洗浄用水弁７６が接続されている。

この第４の実施形態に係るレーザピーニング加工装置の通常運転時には、給水弁７５が開いていて、洗浄用水弁７６が閉じている。この状態ではフィルタ洗浄ノズル７０、７１に水が供給されず、第１の実施形態と同様に、レーザピーニング加工が行われる。

この第４の実施形態において、フィルタ３８、３９の洗浄を行うときは、レーザ光源２１の運転を停止した状態で、給水弁７５を閉じ、洗浄用水弁７６を開き、給水ポンプ２３を作動する。これにより、施工対象配管１１内の水の流れが通常運転時と逆になり、フィルタ３８、３９の逆洗を行うことができる。このように逆洗を定期的に行うことにより、フィルタ３８、３９の性能を回復させることができる。

なお、このフィルタ３８、３９の洗浄は、レーザピーニング加工ヘッド２０ｃを施工対象配管１１から抜き出した状態で行ってもよい。これにより、フィルタ３８、３９に付着したクラッドなどの異物が施工対象配管１１内を汚染する事態を回避できる。

［第５の実施形態］
図１２は、本発明の第５の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。

この第５の実施形態は第１の実施形態の変形である。

この第５の実施形態では、レーザピーニング加工ヘッド２０ｄが、平板状の仕切り板３５に代えて螺旋状の仕切り板３５ａを備えている。この仕切り板３５ａは、筒状部材３０の外側に固定され、筒状部材３０の外側面に沿って螺旋状に形成されている。レーザピーニング加工ヘッド２０ｄが施工対象配管１１内に挿入されたときに、施工対象配管１１内面と筒状部材３０の外側面との間に形成される環状空間が、仕切り板３５ａによって螺旋状の空間８０に仕切られる。螺旋状の仕切り板３５ａは１枚でも複数枚でもよい。すなわち、本実施形態においても仕切り板３５ａが施工対象配管１１の内面と筒状部材３０の外側面とにはさまれた環状空間に流路を形成するものである点は第１の実施形態と同様であるが、本実施形態において環状空間に仕切り板３５ａにより形成される流路は螺旋状流路となる。

第１の実施形態では筒状部材の外側に仕切り板３５により形成される流路は流入流路と流出流路から構成されたが、この実施形態では、筒状部材３０の外側に流入流路は形成されず、螺旋状流路として形成される螺旋状の空間８０は流出流路となる。筒状部材３０の側壁に複数の流出流路水供給ノズル３７が配置されている。流入流路水供給ノズル３６は、螺旋状の空間８０よりも奧端部３０ｂ側に配置されている。

また、この実施形態では、第１の実施形態と同様に、レーザ照射窓３４の上流側すなわち奧端部３０ｂ側にフィルタ３８が配置されている。しかし、この実施形態では、第１の実施形態における流入流路４２に設けるフィルタ３９（図１）に相当するものはない。

この実施形態では、回転駆動装置４０により筒状部材３０が回転すると、それに伴って螺旋状の仕切り板３５ａが回転し、それによって、螺旋状の空間８０内の水が施工対象配管１１の開口部１２に向かって駆動される。

また、第１の実施形態と同様に、水源２２から供給される水は、給水ポンプ２３で昇圧され、給水配管２４を通して筒状部材３０内に送られる。筒状部材３０内の水は、流入流路水供給ノズル３６、流出流路水供給ノズル３７およびレーザ照射窓３４を通じて筒状部材３０の外側に流出し、開口部１２から原子炉圧力容器１０内に排出される。

この実施形態によれば、螺旋状の仕切り板３５ａの回転によって螺旋状の空間８０内の水が施工対象配管１１の開口部１２に向かって駆動されるので、レーザピーニング加工による加工屑が停滞することなく施工対象配管１１の外に排出される。

さらに、この実施形態では、原子炉圧力容器１０内の炉水が開口部１２から施工対象配管１１内に流入することはなく、水源２２から供給される水だけが施工対象配管１１内に流入する。そのため、原子炉圧力容器１０内の炉水に固形異物が混ざっている場合にも、その炉水を使用せずにレーザピーニング加工を行うことができ、炉水の汚れに対する配慮が不要となる。

［他の実施形態］
上記実施形態の説明では、集光部材３２として２個の凸レンズを用いる例を示したが、集光部材３２としてはこれに限定するものではなく、たとえば凹面鏡を用いたものでもよい。

偏向部材３３として、反射鏡を用いる例を示したが、反射鏡に代えてプリズムを用いることもできる。また、偏向部材３３として凹面鏡を用いることにより、集光部材３２と偏向部材３３を兼用させることもできる。

上記各実施形態において、流入流路水供給ノズル３６および流出流路水供給ノズル３７の数は任意である。特に、流出流路水供給ノズル３７は全くなくてもレーザピーニング加工ヘッドとして機能させることはできる。

上記各実施形態において、流入流路水供給ノズル３６は、流入流路４２内の水を奧端部３０ｂ側に駆動するように奧端部３０ｂ側を向いていることが好ましい。しかし、レーザ照射窓３４や流出流路水供給ノズル３７からの水流などによって、流入流路４２、流出流路４３内の水流が十分に確保できるのであれば、流入流路水供給ノズル３６の向きが、たとえば流入流路４２の軸方向成分を持たなくてもよい。

上記各実施形態において、回転駆動装置４０はレーザピーニング加工ヘッドの一部であることは必須ではなく、レーザピーニング加工ヘッドとは別に回転駆動装置を設けてもよい。また、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管１１の軸方向に駆動する装置（図示せず）についても、同様に、レーザピーニング加工ヘッドの一部としてもよいし、レーザピーニング加工ヘッドとは別の装置としてもよい。

第１ないし第４の実施形態で、流入流路４２のフィルタ３９や流出流路４３のフィルタ３８などの設置は省略してもよい。

上記複数の実施形態の特徴を適宜組み合わせてもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…原子炉圧力容器、１１…施工対象配管、１２…開口部、１３…先端、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…レーザピーニング加工ヘッド、２１…レーザ光源、２２…水源、２３…給水ポンプ、２４…給水配管、３０…筒状部材、３０ａ…入口端部、３０ｂ…奧端部、３１…レーザ伝送部材、３２…集光部材、３３…偏向部材、３４…レーザ照射窓、３５，３５ａ…仕切り板、３６…流入流路水供給ノズル（流路水供給ノズル）、３７…流出流路水供給ノズル（流路水供給ノズル）、３８、３８ａ、３９、３９ａ…フィルタ、４０…回転駆動装置、４１…レンズ支持具、４２…流入流路、４３…流出流路、４６…電動機、４７…駆動歯車、４８…被駆動歯車、４９…軸受、５５、５６…キャビテーションノズル、５７…高圧水管、５８…高圧給水配管、５９…高圧給水ポンプ、６５…フィルタ片、６６…蝶番、７０、７１…フィルタ洗浄ノズル、７２…洗浄用水管、７３…分岐部、７４…洗浄用水配管、７５…給水弁、７６…洗浄用水弁、８０…螺旋状の空間（流出流路）

Claims

施工対象配管内に挿入されて前記施工対象配管の内面にレーザ光を照射して前記施工対象配管の内面にピーニング加工を行うレーザピーニング加工ヘッドであって、
入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、
前記筒状部材の外側に取り付けられて、当該レーザピーニング加工ヘッドが前記施工対象配管内に挿入されたときに前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に形成される環状空間に流路を形成する仕切り板と、
前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口する流路水供給ノズルと、
前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口し、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、
前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、
前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、
前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、
を有する、
ことを特徴とするレーザピーニング加工ヘッド。
前記仕切り板は前記環状空間を周方向に分割し、前記流路が当該仕切り板により流入流路と流出流路に仕切られることを特徴とする請求項１に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記仕切り板は前記環状空間を螺旋状に仕切り、前記流路が当該仕切り板により螺旋状流路として形成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記入口端部と前記奧端部とを結ぶ線を軸として前記筒状部材を回転させる回転駆動装置をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記流路水供給ノズルは、前記筒状部材の内側から外側に前記奧端部方向に向けて水を流出するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口し、前記筒状部材の内側から外側に前記入口端部方向に向けて水を流出する流出流路水供給ノズル、
をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記レーザ照射窓は、当該レーザ照射窓から流出する水が前記環状空間内で前記入口端部の方向に流れるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記筒状部材に取り付けられて、前記筒状部材の内側から外側に向けて水を噴出して前記筒状部材の外側でキャビテーションを起こさせるキャビテーションノズルと、
前記施工対象配管の外の高圧水源から、前記入口端部を通じて前記筒状部材内を通り、前記キャビテーションノズルに、前記レーザ照射窓から流出する水よりも高圧の高圧水を供給する高圧水管と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記流路内で前記レーザ照射窓と前記奥端部との間に配置されたフィルタをさらに備え、
前記フィルタは、前記筒状部材の外壁に沿って延びる折りたたみ姿勢を取れるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記筒状部材に取り付けられて、通常運転時の水の流れとは逆向きの洗浄水を前記フィルタに吹き付付けるフィルタ洗浄ノズルをさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
前記仕切り板は、前記施工対象配管よりも柔らかい材料からできていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッドと、
レーザ光源と、
水源から供給された給水を前記入口端部に送る給水配管と、
前記水源から前記給水配管に水を送る給水ポンプと、
を有することを特徴とするレーザピーニング加工装置。
施工対象配管内にレーザピーニング加工ヘッドを挿入して前記施工対象配管の内面にレーザピーニング加工を行う方法であって、
前記レーザピーニング加工ヘッドは、
入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、
前記筒状部材の外側に取り付けられた仕切り板と、
前記筒状部材に取り付けられた流路水供給ノズルと、
前記筒状部材に取り付けられて、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、
前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、
前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、
前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、
を有し、
当該方法は、
前記筒状部材を、前記奧端部を先頭にして前記施工対象配管内に挿入し、
前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に環状空間を形成し、
前記仕切り板によって前記環状空間に流路を形成し、
前記流路水供給ノズルから前記流路に水を流出させ、
前記レーザ照射窓から前記流路に水を流出させるとともに前記流路に流出する水の中をレーザ光が透過するように前記レーザ照射窓からレーザ光を前記施工対象配管の内面に照射する、
ことを特徴とするレーザピーニング加工方法。