JPH08165515A - レーザ照射トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 照射しようとする配管に傾きがある場合で
も、未照射部分や重複照射部分なく均一にレーザ光を照
射させ得るようにする。 【構成】 レーザ照射トーチを、配管６内へ挿入して、
光ファイバ１からのレーザ光２を、レンズユニット３
８、反射ミラー４、出射窓５を介して配管６内面へ照射
させ、このとき、トーチ本体７を回転させたり、支持ケ
ーシング８ごとトーチ本体７を配管６の軸方向へ移動さ
せたりすることにより、配管６内面を表面改質させる場
合に、レンズユニット３８を上下動させることによっ
て、光ファイバ１先端とレンズユニット３８との距離を
変化し、レーザ光２の焦点距離を変化させることができ
るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ照射トーチに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、原子炉などに用いられる配管
は、その交換が容易でないため、耐触性を向上させるこ
とによって、その寿命を延長させる必要がある。そのた
めに、配管の内面などを改質（表面改質）することが従
来から行われている。

【０００３】これらの表面改質にはレーザ照射トーチが
用いられている。

【０００４】図３は、従来のこの種のレーザ照射トーチ
の概念図である。

【０００５】図に示すように、レーザ照射トーチは、光
ファイバ１から出射されるＹＡＧレーザ光などのレーザ
光２を集光レンズ３で集光すると共に、反射ミラー４で
軸心とほぼ直交する方向へ反射して出射窓５から配管６
の内面へ照射させるようにしたトーチ本体７と、トーチ
本体７を回転可能に支持す支持ケーシング８と、支持ケ
ーシング８内にトーチ本体７の軸心と同軸となるよう設
けられ、減速機構９を介してトーチ本体７を回転するモ
ータ１０とで形成されている。

【０００６】尚、図では、光ファイバ１は、モータ１０
の出力軸１１を中空として、そこを通すようにしてあ
る。又、１２は配管６内面に予め塗布されたセラミック
粉などの表面改質用の前処理層である。

【０００７】このようなレーザ照射トーチを、原子炉な
どの配管６内へ挿入して、光ファイバ１からのレーザ光
２を、集光レンズ３、反射ミラー４、出射窓５を介して
配管６内面へ照射させ、このとき、モータ１０、減速機
構９を介してトーチ本体７を回転させたり、支持ケーシ
ング８ごとトーチ本体７を配管６の軸方向へ移動させた
りすることにより、配管６内面のセラミック粉などの前
処理層１２を塗布された部分を表面改質させるようにす
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ照射トーチには、以下のような問題があっ
た。

【０００９】即ち、図４に示すように、表面処理を施そ
うとする配管６が、その溶接部分１３で熱歪などによっ
て傾いてしまっているような場合に、トーチ本体７と配
管６との距離が周方向の各位置で変化することになるの
で、照射するレーザ光２の焦点距離を常に一定としてお
くと、図５・図６に示すように、トーチ本体７から離れ
た位置（例えば、位相が９０゜の位置）ではレーザ光２
の照射幅ｃが０゜や１８０゜における標準の照射幅ａの
場合よりも狭くなり、トーチ本体７に近い位置（例え
ば、位相が２７０゜の位置）ではレーザ光２の照射幅ｂ
が標準の照射幅ａの場合よりも広くなってしまう。

【００１０】すると、トーチ本体７の回転によりレーザ
光２が周回してきた時に、本来ならば図７（イ）のよう
に前回照射部分に対して隙間なく隣接するよう照射され
るべきところが、照射幅ｃが狭い部分には図７（ロ）に
示すような未照射部分が、又、照射幅ｂが広い部分には
図７（ハ）に示すような一部重複照射部分ができてしま
い、全体として均一な表面処理が行われなくなってしま
う。

【００１１】本発明は、上述の実情に鑑み、照射しよう
とする配管に傾きがある場合でも、未照射部分や重複照
射部分のないように均一にレーザ光を照射し得るように
したレーザ照射トーチを提供することを目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上下方向へ延
びる筒状の支持ケーシングの上部に筒状のトーチ本体を
軸心を中心として回転自在に設け、トーチ本体の軸心位
置に、外部からのレーザ光を送る光ファイバを配置し、
トーチ本体の上端部に、トーチ本体の軸心とほぼ直交す
る方向へレーザ光を反射する反射ミラーを取付けると共
に、トーチ本体の反射ミラーによるレーザ光の反射位置
に出射窓を形成し、光ファイバの上端部と反射ミラーと
の間の位置に、レーザ光を集光するためのレンズユニッ
トを上下動可能に配置したことを特徴とするレーザ照射
トーチにかかるものである。

【００１３】

【作用】本発明の作用は以下の通りである。

【００１４】レーザ照射トーチを、配管内へ挿入して、
光ファイバからのレーザ光を、集光レンズ、反射ミラ
ー、出射窓を介して配管内面へ照射させ、このとき、ト
ーチ本体を回転させたり、支持ケーシングごとトーチ本
体を配管の軸方向へ移動させたりすることにより、配管
内面を表面改質させる。

【００１５】この際、レンズユニットを上下動させるこ
とによって、光ファイバ先端とレンズユニットとの距離
が変化されるので、レーザ光の焦点距離を変化させるこ
とができる。

【００１６】これにより、配管が傾斜している場合で
も、レーザ光の焦点距離を変化させることにより、配管
内面に対するレーザ光の照射幅が常に一定となるように
調整して、未照射部分や重複照射部分をなくすことがで
きるようになる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。

【００１８】図１・図２は、本発明の一実施例であり、
図１はレーザ照射トーチの上部を、図２はレーザ照射ト
ーチの下部を示している。

【００１９】筒状をした中空のトーチ本体７の上端部
に、トーチ本体７の軸心とほぼ直交する方向へレーザ光
２を反射する反射ミラー４を取付け、トーチ本体７の反
射ミラー４によるレーザ光２の反射位置に出射窓５を形
成する。

【００２０】トーチ本体７の下端部を、軸受１４、軸受
１５を介して筒状の支持ケーシング８に回転自在に支持
させる。

【００２１】そして、図２に示すように、支持ケーシン
グ８の下部にモータなどのトーチ本体回転用駆動装置１
６を設け、トーチ本体回転用駆動装置１６の出力軸部１
７を歯車１８、歯車１９、駆動力伝達軸２０、歯車２
１、歯車２２などの駆動力伝達機構２３を介して、回転
用中空回転軸２４の下端部に接続し、回転用中空回転軸
２４の上端部をリング状部材２５を介してトーチ本体７
に一体に固定し、トーチ本体回転用駆動装置１６を駆動
することによりトーチ本体７を回転可能とする。

【００２２】尚、図２中、２６〜２８は支持ケーシング
８の内部に設けられた軸支持部材、２９は軸支持部材２
８と駆動力伝達軸２０との間に設けられた軸受である。
又、駆動力伝達軸２０は、支持ケーシング８の軸心から
ずれた位置に設けられており、回転用中空回転軸２４は
支持ケーシング８の軸心位置に設けられている。

【００２３】トーチ本体回転用駆動装置１６の出力軸部
１７を中空とし、出力軸部１７の中空部及び回転用中空
回転軸２４を通して外部から光ファイバ１を反射ミラー
４の近傍まで導入する。

【００２４】尚、光ファイバ１は保護パイプ３０にて覆
われており、保護パイプ３０の先端にはファイバ保持部
材３１が取付けられている。

【００２５】又、保護パイプ３０の先端部は、トーチ本
体７の先端部に形成した係止部３２と前記リング状部材
２５との間に係止されてトーチ本体７と一体的に回転さ
れるよう設けられた支持筒３３の支持部３４に、軸受３
５を介して回転自在に保持されている。

【００２６】そして、トーチ本体７の反射ミラー４とフ
ァイバ保持部材３１との間の位置に、一枚或いは複数枚
のレンズ３６，３７を備えたレンズユニット３８をトー
チ本体７の軸心を中心として回転可能で且つ上下方向移
動可能に設ける。

【００２７】前記支持筒３３の支持部３４よりも上端側
の部分に上下方向へ摺動可能にレンズ保持体３９を設
け、レンズ保持体３９にレンズユニット３８を固定保持
させると共に、前記支持筒３３の支持部３４よりも下端
側の部分に上下方向へ摺動可能にカムフォロワ保持体４
０を設け、カムフォロワ保持体４０にカムフォロワ４１
を取付け、レンズ保持体３９とカムフォロワ保持体４０
との間を前記支持部３４を上下方向に貫通する連結部材
４２で連結し、前記支持部３４とカムフォロワ保持体４
０との間にカムフォロワ保持体４０を下方へ付勢するス
プリングなどの弾性部材４３を介装する。

【００２８】尚、連結部材４２は、支持部３４の周縁部
に、周方向に対しほぼ等間隔で３本以上設けられるが、
図では１本のみ記載されている。

【００２９】更に、回転用中空回転軸２４と保護パイプ
３０との間の空間に両端が回転用中空回転軸２４よりも
上下に突出するよう焦点距離調整用中空回転軸４４を回
転自在に挿入し、保護パイプ３０と焦点距離調整用中空
回転軸４４との間、及び、焦点距離調整用中空回転軸４
４と回転用中空回転軸２４との間にそれぞれ、スリップ
リング４５，４６を介装する。

【００３０】焦点距離調整用中空回転軸４４の上端部
に、前記カムフォロワ４１の上下動を案内するカム面４
７をその上面に有するカムリング４８を取付け、焦点距
離調整用中空回転軸４４の下端部に、図２に示すよう
に、歯車４９、歯車５０を介してモータなどの焦点距離
調整用駆動装置５１を接続する。

【００３１】該焦点距離調整用駆動装置５１は支持ケー
シング８の軸心から外れた位置に設けられている。

【００３２】尚、６は表面改質を行おうとする配管、１
２は配管６の内面に塗布されたセラミック粉などの前処
理層、５２はレンズ保持体３９と支持筒３３との間に取
付けられたポテンショメータなどのレンズ位置検出器、
５３は反射ミラー４の温度を検出するための熱電対など
の温度検出器である。

【００３３】又、トーチ本体７の内部空間はシールドガ
スを流通させるための通路となっており、トーチ本体７
内部の各部材には適宜シールドガス通路５４などが形成
されている。

【００３４】更に、特に図示しないが、トーチ本体７
は、二重筒構造となっており、内部に反射ミラー４を冷
却するための冷却ガスが流通されるようになっている。

【００３５】次に、作動について説明する。

【００３６】上記レーザ照射トーチを用いて配管６の内
面を表面改質しようとする場合、その配管６が溶接時の
熱歪などによって傾いていないかどうかを予め検査し、
配管６が溶接時の熱歪などによって傾いている場合に
は、その配管６の傾き、或いは、配管６の各部における
レーザ光２の照射距離をデータとして予め取っておく。

【００３７】配管６の各部における照射距離などのデー
タが得られたら、該データを図示しないレーザ照射トー
チの制御装置に設定する。

【００３８】このように制御装置への設定が済んだら、
上記レーザ照射トーチを、原子炉などの配管６内へ挿入
して、光ファイバ１からのレーザ光２を、集光レンズ
３、反射ミラー４、出射窓５を介して配管６内面へ照射
させ、このとき、トーチ本体７を回転させたり、図示し
ない昇降装置を用いて支持ケーシング８ごとトーチ本体
７を配管６の軸方向へ移動させたりすることにより、配
管６内面のセラミック粉などの前処理層１２を塗布され
た部分を表面改質させるようにする。

【００３９】この際、支持ケーシング８の下部に取付け
られたモータなどのトーチ本体回転用駆動装置１６を駆
動することにより、トーチ本体回転用駆動装置１６の出
力軸部１７に取付けられた歯車１８、歯車１９、駆動力
伝達軸２０、歯車２１、歯車２２、回転用中空回転軸２
４、リング状部材２５を介してトーチ本体７が回転駆動
される。

【００４０】そして、配管６が傾斜している場合、トー
チ本体７から配管６内面までの距離が周方向の各部で変
化することになるので、レーザ光２の照射幅を常に一定
にするためには、レーザ光２の焦点距離を配管６内面ま
での距離に応じて変化させる必要がある。

【００４１】そこで、図示しない制御装置が、予め設定
した前記距離などのデータに基づき、支持ケーシング８
の下部に取付けられたモータなどの焦点距離調整用駆動
装置５１を駆動して、歯車５０、歯車４９、焦点距離調
整用中空回転軸４４を介してカムリング４８のカム面４
７を回転させる。

【００４２】すると、弾性部材４３によってカム面４７
に圧着されているカムフォロワ４１がカム面４７に案内
されて上下動し、カムフォロワ保持体４０、連結部材４
２、レンズ保持体３９を介してレンズユニット３８が上
下動される。

【００４３】レンズユニット３８の位置は、レンズ保持
体３９と支持筒３３との間に取付けられたポテンショメ
ータなどのレンズ位置検出器５２により検出される。

【００４４】このように、レンズユニット３８を上下動
させることによって、光ファイバ１先端を固定するファ
イバ保持部材３１とレンズユニット３８との距離が変化
されるので、レーザ光２の焦点距離を変化させることが
できる。

【００４５】従って、配管６が傾斜している場合でも、
レーザ光２の焦点距離を変化させることにより、配管６
内面に対するレーザ光２の照射幅が常に一定となるよう
に調整して、未照射部分や重複照射部分をなくすことが
できるようになる。

【００４６】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ照
射トーチによれば、照射しようとする配管に傾きがある
場合でも、未照射部分や重複照射部分のないように均一
にレーザ光を照射させることができるという優れた効果
を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるレーザ照射トーチの
上部を示す側方断面図である。

【図２】図１の下部を示す側方断面図である。

【図３】従来例の概略側方断面図である。

【図４】レーザ照射トーチに対して配管が傾斜している
場合の状況を示す概略側方断面図である。

【図５】図４の部分拡大図である。

【図６】レーザ光の照射幅を示す展開図である。

【図７】（イ）は図６の０゜又は１８０゜の位相におけ
る照射状態を示す図であり、（ロ）は図６の９０゜の位
相における未照射部分ができる照射状態を示す図であ
り、（ハ）は図６の２７０゜の位相における重複照射部
分ができる照射状態を示す図ある。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ２ レーザ光 ４ 反射ミラー ５ 出射窓 ７ トーチ本体 ８ 支持ケーシング ３８ レンズユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｆ 3/101 (72)発明者 森重 徳男 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 平田 末美 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向へ延びる筒状の支持ケーシング
   の上部に筒状のトーチ本体を軸心を中心として回転自在
   に設け、トーチ本体の軸心位置に、外部からのレーザ光
   を送る光ファイバを配置し、トーチ本体の上端部に、ト
   ーチ本体の軸心とほぼ直交する方向へレーザ光を反射す
   る反射ミラーを取付けると共に、トーチ本体の反射ミラ
   ーによるレーザ光の反射位置に出射窓を形成し、光ファ
   イバの上端部と反射ミラーとの間の位置に、レーザ光を
   集光するためのレンズユニットを上下動可能に配置した
   ことを特徴とするレーザ照射トーチ。