JPH11285868A

JPH11285868A - レーザ照射による部材の補修方法および装置およびこの装置に補修方法を実行させるプログラムを記録した媒体

Info

Publication number: JPH11285868A
Application number: JP10088540A
Authority: JP
Inventors: Arata Ito; 新伊藤; Tomoyuki Ito; 智之伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】補修すべき部材をレーザ照射により表面改質
し、その寿命を延長できる方法および装置、およびこの
作業を実行させるプログラム媒体を提供する。【解決手段】補修すべき部材である細管１内を水で満た
し、またこの細管１内にレーザ照射ノズル部８を挿入し
て水中でこの細管１の内面に可視光パルスレーザを照射
し、この細管１の内面に瞬間的な超高圧を発生させてピ
ーニング効果により表面を改質し、駆動モータ７により
このレーザ照射ノズル部８を回転させるとともに軸方向
に引抜き、所定の補修すべき部分の表面改質を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば既存の原
子力発電設備等、既存の設備等の部材にレーザを照射す
ることによりこの部材を補修する方法、およびこの方法
を実施する補修装置、およびこの補修装置に上記の補修
方法を実行させるためのプログラムを記録した媒体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば上記のような原子力発電設備は
所定の寿命、たとえば３０年ないし４０年の寿命で設計
されている。しかし、この原子力発電設備を構成する全
ての機器や部品が上記の寿命ではなく、たとえば圧力容
器等の構造部材は点検、補修等を行うことにより、設計
寿命を６０年程度まで延長することが可能である。した
がって、このような構造部材等の設計寿命を延長させる
ことができれば、その他の機器や部品を必要に応じて交
換または補修することにより、この原子力発電設備の寿
命を上記のような６０年程度まで延長することができ
る。

【０００３】このような原子力発電設備やその他の既存
の設備の寿命を延長することは、この既存の設備の取り
壊しや新たな設備の建設のコストを低減できるばかりで
はなく、資源の消費を低減し、また既存の設備の取り壊
しによる廃棄物の発生を抑制することができ、地球環境
の保全の意味からも望ましいことである。

【０００４】一般に、既存の構造部材等の寿命を延長さ
せる場合には、この構造部材の劣化する可能性のある部
分、たとえば溶接部についてその健全性を検査し、必要
に応じてこの溶接部に補修を加えて寿命を延長すること
が行われている。しかし、既存の設備が大規模な場合に
は、この補修のためにこの設備を分解または解体するこ
とは困難であり、稼働状態と同様な状態でこの設備の構
造部材を補修する必要がある。

【０００５】しかし、このような設備の構造部材は複雑
でかつ狭隘な部分を有する構造をなしており、このよう
な構造部材の狭隘な内部を補修することは困難であっ
た。特に、原子力発電設備では、作業者の放射線被曝の
対策を講じなければならず、作業者の接近や作業時間に
多くの制約があり、上記のような作業は極めて困難なも
のとなる。

【０００６】このような問題を解決するためには、遠隔
操作の可能なロボットを設備の内部に挿入し、このロボ
ットにより寿命の延長のための補修を行うことが考えら
れる。しかし、この構造部材の補修すべき部分は、極め
て狭隘な部分があり、たとえば上記の原子力発電設備の
圧力容器では、この圧力容器を貫通して溶接されている
計装配管の内径は９ｍｍ程度しかなく、このような細管
の溶接部分の補修等を行えるロボットは開発されていな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に基づいてなされたもので、原子力発電設備等の既存の
設備の構造部材等の狭隘な内部をも補修することができ
る部材の補修方法、およびこの補修方法を実施するロボ
ット形の補修装置、およびこの補修装置に上記の補修方
法を実行させるプログラムを記録した媒体を提供するも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載されたレ
ーザ照射による部材の補修方法の発明は、補修すべき部
材の内部に水を充填して少なくとも補修すべき部分を水
没させる過程と、光フアイバを含むケーブルと、このケ
ーブルの先端部に設けられ上記の光フアイバを介して伝
送された可視光レーザを集光して照射する光学系を内蔵
したレーザ照射ノズルとを補修すべき部材の補修すべき
部分に挿入する過程と、上記のレーザ照射ノズルから上
記の補修すべき部分に集光されたパルス状の可視光レー
ザを照射し、この補修すべき部分の表面のレーザ照射部
分に局部的な高圧を瞬間的に発生させ、この高圧による
ピーニング効果によりこの補修すべき部分の表面改質を
おこなう過程と、上記のレーザ照射ノズルを移動させつ
つ上記のパルス状のレーザ照射過程を繰り返す過程、と
を備えたことを特徴とするものである。

【０００９】この可視光レーザを補修すべき部分に照射
することにより、照射スポットの部分では補修すべき部
材の表面の原子層にして数層程度が瞬時に蒸発してプラ
ズマ状態となり、衝撃的な超高圧状態が発生し、圧縮応
力が発生する。そして、このような圧縮応力によるピー
ニング効果により、この部材の表面の改質がなされ、こ
の部材の寿命を延長し、補修をおこなうことができる。
このレーザ照射のスポット径は、０．５ｍｍ程度とする
ことができ、高いエネルギ密度が容易に得られるので、
十分なピーニング効果が得られるとともに、この可視光
レーザを照射するレーザ照射ノズル部等の照射部分を極
めて小形に形成することができ、たとえば内径が９ｍｍ
程度の細管内でもこのレーザ照射ノズル部を挿入して補
修をおこなうことができる。

【００１０】また、本発明の補修方法は、この補修すべ
き部分内に水を充填し、補修すべき部分を水没させた状
態で可視光レーザを照射する。この可視光レーザは、水
中での減衰率が小さく、高いエネルギ密度で補修すべき
部分に照射をおこなうことができる。また、この可視光
レーザの照射により補修すべき部材の表面の材料が蒸発
した場合に、その周囲に水が存在しているため、より小
さいエネルギ密度でより高圧が発生し、上記のようにレ
ーザ照射ノズル部をより小形化することができる。

【００１１】さらに、上記のような補修は、補修すべき
部材内に水を充填した状態でおこなわれるため、特に原
子力発電設備等では、この水により放射線が遮蔽される
ので、作業員の被曝線量が少なくなり、作業の際の接近
性や作業時間等の制約条件が緩くなり、より能率的に作
業をおこなうことができる。

【００１２】また、好ましい実施形態によれば、前記の
補修すべき部分の表面に照射する可視光レーザの照射ス
ポットの光形のパターンは、リング状のパターンであ
る。したがって、このようなパターンの可視光レーザの
照射により、補修すべき部分の表面により高圧が発生
し、表面改質の効果をより高めることができる。

【００１３】また、好ましい実施形態によれば、前記の
パルス状の可視光レーザを照射して補修すべき部分の表
面のレーザ照射部分に局部的な高圧を瞬間的に発生させ
る過程において発生する超音波または赤外線を検出し、
この検出された超音波または赤外線を、予め測定された
超音波強度または赤外線強度と表面改質の状態との関連
性に対応させてこの表面改質の状態を測定する。

【００１４】したがって、このレーザの照射により表面
改質作業の際に、この改質の状態を直ちに検出して作業
状態を監視し、より正確かつ確実な補修をおこなうこと
ができ、また作業能率も向上する。

【００１５】また、請求項６に記載された本発明のレー
ザ照射による部材の補修装置は、可視光を伝送する光フ
アイバを有する可撓性のケーブルと、上記のケーブルの
基端部に接続され上記の光フアイバを介してパルス状の
可視光レーザを送るレーザ発振装置と、上記のケーブル
の先端部に設けられ，上記の光フアイバを介して伝送さ
れてきた可視光レーザを集光して補修すべき部材の補修
すべき部分の表面に照射するレーザ照射ノズル部と、上
記のケーブルおよびレーザ照射ノズル部を補修すべき部
材内に挿入した状態で上記のレーザ照射ノズル部を補修
すべき部分の表面に沿って移動させる駆動機構とを具備
したことを特徴とするものである。

【００１６】したがって、外部のレーザ発振装置からこ
のケーブル内の光フアイバを介して可視光レーザをレー
ザ照射ノズル部に送り、このレーザ照射ノズル部はこの
可視光レーザを補修すべき部分に照射するだけであるの
で、このレーザ照射ノズル部は小形に形成することがで
きる。よって、水が充填された補修すべき部材の内部の
狭い隙間にもこのレーザ照射ノズル部を挿入でき、パル
ス状のレーザ照射を行いながらこのレーザ照射ノズル部
を移動させることにより遠隔的に補修作業をおこなうこ
とができ、作業が容易で能率的であるとともに、原子力
発電設備等では、作業者の被曝線量を低減でき、作業能
率も向上する。

【００１７】また、本発明の補修装置の好ましい実施形
態によれば、上記のレーザ照射ノズル部は、可視光レー
ザを側方に向けて照射するものであり、またこのレーザ
照射ノズル部はケーブルに対してモータにより回転され
るものである。したがって、このレーザ照射ノズル部を
細管内に挿入し、このレーザ照射ノズル部から細管の内
周面に向けてパルス状のレーザを照射しながらこのレー
ザ照射ノズル部を回転させつつケーブルを引き抜いて細
管内を軸方向に移動させれば、この細管内の補修を効率
的におこなうことができる。

【００１８】また、本発明の補修装置の好ましい実施形
態によれば、レーザ照射ノズル部の基端部には接続部材
が取り付けられており、この接続部材は駆動機構により
回動され、このレーザ照射ノズル部は首振り作動をす
る。従って、隅肉溶接部等の略平板状の補修部分の表面
に沿って、パルス状の可視光レーザを連続的に照射し、
補修作業を行うことができる。

【００１９】また、本発明の補修装置の好ましい実施形
態によれば、前記のレーザ照射ノズル部内には、前記の
光フアイバの先端から放射された可視光レーザをリング
状の光形のパターンに変換する組み合わせ円錐反射鏡が
内蔵されており、補修すべき部分の表面には上記のリン
グ状の光形のパターンの可視光レーザが照射されるもの
である。よって、より小さなエネルギにより照射部によ
り高い圧力を発生させることができ、表面改質の効果を
高めることができるとともに、組み合わせ円錐反射鏡は
小形のものであるので、このレーザ照射ノズル部を小形
に形成することができる。

【００２０】また、本発明の補修装置の好ましい実施形
態によれば、レーザ発振装置と光フアイバの入口との間
には電界シヤッター付の半透明ミラーが配置されてお
り、また前記の光フアイバの長さは、前記のレーザ発振
装置から発振された１パルスの可視光レーザのパルス先
端が補修すべき部分の表面で反射されてこの光フアイバ
内を戻り上記の半透明ミラーを通過する前に、この１パ
ルスの可視光レーザの後端が上記の半透明ミラーを通過
する長さに設定されている。

【００２１】したがって、パルス状の可視光レーザを発
振した後に、このパルスが照射部で反射してこの電界シ
ャッター付の半透明ミラーまで戻って来る前に、この電
界シャッターを作動させてこの反射パルスを他の光路に
反射し、この反射パルスがレーザ発振装置内に入射する
のを防止し、これを保護することができる。

【００２２】また、本発明の補修装置の好ましい実施形
態によれば、レーザ照射ノズル部内には、可視光レーザ
を偏向する反射鏡が内蔵されており、またこのレーザ照
射ノズル部には、上記の反射鏡で偏向された可視光レー
ザを通過させて外部に照射するレーザ照射ノズル孔が形
成されており、また上記の反射鏡を冷却する冷却材流路
が形成されており、この冷却材流路を流通した冷却材は
上記のレーザ照射ノズル孔を通過して外部に流出するよ
うに構成されているものである。

【００２３】したがって、この冷却材により、反射鏡等
の光学要素を効率的に冷却することができるとともに、
上記のレーザ照射ノズル孔から流出する冷却材の流れに
より、レーザ照射部分で発生する微粒子等を効率的に除
去でき、可視光レーザのパルスを効率的に照射すること
ができる。

【００２４】また、本発明の補修装置の好ましい実施形
態によれば、レーザ照射ノズル部内には電界または磁界
内の電磁流体または電気流体により集光作用をなす流体
レンズが内蔵されており、またこの流体レンズの作動を
制御する制御装置が設けられている。したがって、この
流体レンズを制御することにより、照射される可視光レ
ーザの焦点等を簡単に制御することができる。

【００２５】また、本発明の補修装置の好ましい実施形
態によれば、レーザ照射ノズル内には可視光レーザを偏
向する反射鏡が内蔵されており、この反射鏡は小形の複
数の反射要素からなるアレイ形の反射鏡である。したが
って、このアレイを構成する反射要素の方向等を制御す
ることにより、より迅速確実に照射される可視光レーザ
の方向等を制御することが可能となる。

【００２６】また、本発明の記録媒体は、コンピュータ
により上記のような補修装置を制御して部材の補修を実
行させるためのプログラムを記録した媒体である。この
ような記録媒体は、上記の各種の補修装置を制御するコ
ンピュータに各種の制御手順を指令するプログラムが記
録されており、これらの記録媒体を使用することによ
り、コンピュータによって上記の補修装置の作動を制御
し、上述したような各種の補修方法を自動的に正確に実
行させることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
形態を説明する。図１ないし図６は本発明の第１の実施
態様を示し、このものは、たとえば原子炉圧力容器に接
続されている計測用の細管等、管状の補修すべき部材の
内面に可視光レーザを照射して表面改質をおこなう方法
と装置、およびこの装置にこの方法を実行させるための
プログラム手順を記録した媒体に関するものである。

【００２８】まず、この装置の概要を説明する。図１に
は、この装置の概略的な構成を示す。原子炉圧力容器１
１には、補修すべき部材たとえば細管１としての計装管
６９が接続されており、この計測管６９内には水が充満
されるとともに、本発明の細管内面レーザ補修装置１３
が挿入され、水中で可視光パルスレーザを照射して表面
改質をおこなう。この計測管６９に原子炉監視用の検出
器（図示せず）を挿入、引き抜きする装置７１には、こ
の細管内面レーザ補修装置１３の出入れ装置１５が設置
され、複合ケーブル１２を巻き取る巻取装置２９に結合
されている。この複合ケーブル１２内には光フアイバ２
が内蔵されている。

【００２９】また、青色を中心とした可視光レーザを発
振する可視光レーザ発振装置２５から発振されたレーザ
光は、電界シャッター付半透明ミラー１７を通過してレ
ーザパルス分配装置１６に導かれるように構成されてい
る。このレーザ光は、このレーザパルス分配装置１６で
複数本の光フアイバ２８に導入され、これらの光フアイ
バ２８の他端部は、上記の巻取装置２９を介して上記の
複合ケーブル１２に結合されている。

【００３０】この細管内面レーザ補修装置１３の複合ケ
ーブル１２内の光フアイバ２と光フアイバ２８の長さ
は、レーザ発振装置２５から発振されたパルス状のレー
ザ光が複合ケーブル１２の先端部に取り付けられたレー
ザ照射ノズル部８より上記の細管１の内面に照射された
レーザ光が反射して上記の光フアイバ内を逆に伝送され
て来る際に、このパルスの後端が上記の電界シヤッター
付き半透明ミラー１７を通過した後に、このパルスの先
端の反射レーザ光がこの電界シヤッター付き半透明ミラ
ー１７に到達するような長さに設定されている。そし
て、このレーザ発振装置２５から発振されたパルス状の
レーザ光の後端がこの電界シヤッター付き半透明ミラー
１７を通過した後、上記の反射レーザ光のパルス先端が
この電界シャッター付き半透明ミラー１７まで戻って来
る前に、この電界シヤッター付き半透明ミラーの電界が
切られ、反射して戻って来たレーザ光がこの半透明ミラ
ー１７で反射し、他の光路を通過して光ダンパ２６に入
射して減衰されるように構成されている。なお、この電
界シャッター付き半透明ミラー１７は、上記の反射して
来たレーザ光パルスが通過する間だけ電界が切られ、こ
の反射レーザ光パルスの後端が反射した後は、再び電界
が印加され、前記のレーザ発振装置２５からの次のパル
スの発振に備える。

【００３１】また、上記の計装管６９には、送水ポンプ
３０および流量調整装置３１が接続され、この計装管６
９内に所定の流量で注水し、その内部に水を充填すると
ともに、所定の流速でこの水を流通させるように構成さ
れている。このような水の流れにより、この計装管６９
の内面に可視光レーザを照射した際に発生する微粒子等
の不純物をこの水の流れにより除去する。

【００３２】また、この細管内面レーザ補修装置１３に
は、超音波検出装置３２が設けられ、上記の細管１の内
面に可視光レーザを照射して超高圧が発生した際に生じ
る超音波がこの計装管６９を介して伝搬され、この超音
波検出装置３２によって検出されるように構成されてい
る。この検出された超音波は、予め測定された上記のレ
ーザ光の照射による表面の改質の状態と発生する超音波
の強度等の関係のデータと比較され、この表面改質の作
業状態を監視することができるように構成されている。

【００３３】また、この補修装置には赤外線検出装置３
３が設けられている。上記の電界シヤッター付き半透明
ミラーで反射された戻りのレーザ光は、さらに半透明ミ
ラー２７に送られる。そして、この半透明ミラー２７に
より、この戻りのレーザ光は反射され、前述した光ダン
パ２６に入射される。また、この戻りのレーザ光には、
レーザ光が照射された部分から発生した赤外線が含まれ
ており、この赤外線は上記の半透明ミラー２７を透過
し、上記の赤外線検出装置３３に入射し、検出される。
この検出された赤外線は、上述の超音波と同様に、予め
測定された赤外線と表面改質の状態との関係のデータと
比較され、このレーザ照射による表面改質の作業状態の
監視がなされる。

【００３４】また、この細管内面レーザ補修装置１３に
は、制御装置９が設けられ、この制御装置９によって、
上記の可視光パルスレーザ発振装置２５、レーザパルス
分配装置１６、出入れ装置１５、レーザ照射ノズル部８
の回転、電界シヤッター付き半透明ミラー１７、送水ポ
ンプ３０、流量調整装置３１、超音波検出装置３２、赤
外線検出装置３３の作動や、検出した信号の処理等を行
うように構成されている。この制御装置９は、コンピュ
ータが用いられ、上記のような制御や測定を実施するプ
ログラムが記録された媒体からの指令により、上記のよ
うな制御手順を実施するものである。

【００３５】次に、図２を参照して上記の作動のタイミ
ング等の関係を説明する。この図には、前述の可視光パ
ルスレーザ発振装置２５から細管内面レーザ補修装置１
３までの光学系の光フアイバ２を含む複合ケーブル１２
と前記の電界シヤッター付き半透明ミラー１７の設置位
置、および可視光パルスレーザ発振装置２５と電界シヤ
ッター付き半透明ミラー１７の作動タイミングを示した
ものである。

【００３６】上記の可視光パルスレーザのパルス幅をΔ
Ｔ₀、周期をＴ、光フアイバ２の長さをＬ、光の速度を
ａとし、前述したように、上記の可視光パルスレーザ発
振装置２５から発振されたパルスの先端が上記の半透明
ミラー１７を通過し、細管１の内面で反射して再度この
半透明ミラー１７に戻って来る前に、このパルスの後端
がこの半透明ミラー１７を通過するようにこの光フアイ
バの長さＬが設定されている。

【００３７】反射して戻って来た可視光パルスレーザ
は、この半透明ミラーで反射し、電界シヤッター１８を
通り、前述の光ダンパ２６に入射し、赤外線成分はこれ
を透過して前記の赤外線検出装置３３に入射するように
構成されている。

【００３８】前述のコンピュータからなる制御装置９
は、上記の可視光パルスレーザ発振装置２５、電界シヤ
ッター付き半透明ミラー１７、電界シヤッター１８の作
動タイミングを制御し、この作動は前記のプログラムを
記録した媒体からの指令により実行される。可視光パル
スレーザ発振装置２５と電界シヤッター１８の作動は、
可視光パルスレーザのパルス幅ΔＴ₀に対応して所定の
タイミングに調整されるように構成されている。この制
御装置９には、上記の可視光パルスレーザのパルス幅Δ
Ｔ₀および光フアイバ２の長さＬの入力値を用いて、こ
の可視光パルスレーザ発振装置２５と電界シヤッター１
８の作動を制御できるプログラムが入力可能な構成であ
り、このプログラムによって上記のような制御信号を出
力する。

【００３９】また。図３には前述したレーザ照射ノズル
部８の構成を示す。このレーザ照射ノズル部８には、後
述するような組合わせ円錐反射鏡６が内蔵され、可視光
レーザがリング形の光形のパターンに変換される。ま
た、このレーザ照射ノズル部８には、これを回転駆動す
るモータ機構が組み込まれている。このモータ機構は、
固定側すなわち前記の複合ケーブル側に固定された中空
軸２３を備えており、このレーザ照射ノズル部８はベア
リング２１を介してこの中空軸２３に回転自在に支承さ
れている。そして、回転側すなわちこのレーザ照射ノズ
ル部８側には永久磁石１９が取り付けられており、また
固定側すなわち中空軸２３側には回転子２２を包囲する
ようにコイル２０が設けられ、電磁形のモータを構成し
ている。このようなモータ機構は、上記の複合ケーブル
内に設けられた電線（図示せず）等から給電され、所定
の回転数でこのレーザ照射ノズル部８を回転駆動する。

【００４０】また、上記の光フアイバ２は、上記の中空
軸２３内を貫通し、その先端面はこのレーザ照射ノズル
部８の中心に位置している。この光フアイバ２の先端面
に対向して、上記の組合わせ円錐反射鏡６が設けられ、
これによりリング状の光形となったレーザ光は、集光レ
ンズ３により集光され、反射鏡５により偏向され、この
レーザ照射ノズル部８の外筒の周面に形成されたレーザ
照射ノズル孔から速報すなわち径方向に照射され、細管
１の内面に所定の径のリング形の光形の照射スポットを
形成して照射される。

【００４１】図４には、上記の組合わせ円錐反射鏡６の
構成を示す。このものは、円錐台部材１４の内部に、内
面が鏡面４０に仕上げられた円錐台形の穿孔が形成され
ており、この穿孔の内部に同心状に円錐部材すなわち円
錐反射鏡１０が挿入されており、この円錐反射鏡１０の
外面の円錐面は鏡面４１に仕上げられており、これらの
鏡面４０，４１が互いに対向している。上記の円錐反射
鏡１０は、支持柱３９を介して上記の集光レンズ３と一
体化されており、また上記の円錐台反射鏡１４はスペー
サ３８によりこの集光レンズ３と所定の位置関係に保持
されている。

【００４２】次に、上述のように構成された補修装置を
用いて上記の細管１内の表面改質をおこなう補修方法の
作用を説明する。まず、前記の原子炉圧力容器１１に溶
接された複数本の計装管６９のうち、補修をおこなうべ
きものを選択する。そして、この原子炉の運転の際に炉
心を監視する検出器をこの計装管６９内に出入れする装
置７１に、この選択した計装管６９に対応してその内部
に細管内面レーザ補修装置１３のレーザ照射ノズル部８
を出入れする装置１５を設置する。

【００４３】次に、複合ケーブル１２およびその先端の
レーザ照射ノズル部８をこの計装管６９すなわち補修す
べき細管１の内部に挿入し、上記の出入れ装置１５によ
りこの複合ケーブル１２をこの計装管６９内に挿入し、
その先端のレーザ照射ノズル部８を表面改質すべき所定
の補修する部分に位置させる。なお、このレーザ照射ノ
ズル部８の位置決めは、挿入した複合ケーブル１２の長
さから決定される。

【００４４】そして、パルスレーザ発振装置２５によ
り、水中での減衰の少ない青色を中心としたパルス状の
可視光レーザを作業用の高エネルギー密度で発振する。
また、電界シヤッターに電界を掛け、上記の半透明ミラ
ー２７でこのレーザ光を反射させてレーザパルス分配装
置１６に導く。このレーザパルス分配装置１６は、内部
の反射鏡３６が駆動装置３７により回転されており、レ
ーザパルスはこの反射鏡３６により周期ごとに分配先の
集光光学系に入射される。この入射したレーザ光は、集
光光学系により光径が０．５ｍｍ程度に集光され、光フ
アイバ２８に導入し、巻取装置２９を経由して複合ケー
ブル１２の光フアイバ２８にレーザ光を導入する。

【００４５】上記のレーザ光は、光フアイバ２８から光
フアイバ２に導かれ、この光フアイバ２を介してレーザ
照射ノズル部８に導入される。この光フアイバ２から射
出されたレーザ光は、組み合わせ円錐反射鏡６の円錐反
射鏡１０に照射され、環状に反射された光が円錐台反射
鏡１４でさらに反射され、組み合わせ集光レンズ３に照
射される。そして、この光は集光レンズ３により集光さ
れ、反射鏡５により径方向に反射される。そして、この
径方向に反射された光は、細管１内の水中を伝播し、こ
の細管１の内面の所定位置に焦点を結んで照射される。
これにより、このパルス状の可視光レーザの照射位置で
は、この細管１の内面の表面部分の材料がプラズマ化し
て局部的に瞬間的な超高圧が発生し、これによりピーニ
ング効果が生じ、この部分の表面改質がなされる。

【００４６】上記のようにして、この細管１の内面にパ
ルス状の可視光レーザを照射しながら、前記のモータ７
によりこのレーザ照射ノズル部を回転され、このパルス
状の可視光レーザをこの細管１の内面に周方向に移動さ
せながら照射する。また同時に、前記の出し入れ装置１
５により、複合ケーブル１２を所定の速度で引き抜き、
このレーザ照射ノズル部８を軸方向に移動させる。この
場合の上記のレーザ照射ノズル部８の回転数Ｎと、この
複合ケーブル１２の引き抜き速度すなわちレーザ照射ノ
ズル部８の引き抜き速度Ｖとは、下記の関係を満足する
ように制御される。

【００４７】Ｎ＝（Ｚ／Ｎ₂）×（ΔＡ／πＤ＋Ｎ₀） …（１）Ｚ＝１／Ｔ …（２） ΔＡ＝Ａ／ｎ …（３）Ｖ＝Ａ×Ｎ …（４）ここで、Ｎ；レーザ照射ノズル部８（反射鏡５）の回転数Ｚ；パルスレーザ周波数Ｎ₂；レーザパルス分配数 ΔＡ；照射スポット移動量Ｄ；計装管６９（細管１）の内径Ｎ₀；整数Ｔ；パルス間隔Ａ；照射スポット直径ｎ；照射スポットの重なり数Ｖ；レーザ照射ノズル部８の引き抜き速度上記の複合ケーブル１２の引き抜き量が所定の長さに達
すると、パルスレーザ発振装置２５のレーザ発振が停止
され、出入れ装置１５により複合ケーブル１２およびそ
の先端のレーザ照射ノズル部８が細管１（計装管）から
引き抜かれ、回収される。

【００４８】また、上記のレーザパルスの照射作業に伴
って、前記の送水ポンプ３０を作動させ、流量調整装置
３１で所定の流量に調節された水が出入れ装置１５を介
して計装管６９内に供給され、この水はレーザ照射ノズ
ル部８の周囲を所定の流速で流れて原子炉圧力容器１内
に流出する。このような水の流れにより、レーザパルス
が照射された際に発生する細管１の材料元素の微粒子や
水素ガスをこのレーザパルスの照射光路から排除し、こ
れらの微粒子やガスにより照射されるレーザ光が減衰し
たり散乱するのを防止する。

【００４９】上記の微粒子やガスは、水の流れとともに
移動し、これらと流れる水との相対速度は実質的に零で
ある。したがって、たとえばパルスレーザの発振周波数
が５ｋＨｚの場合に、この水の流速を１０ｍ／ｓとする
と、１回のパルスレーザの照射によって発生した微粒子
やガスは、この水の流れにより２ｍｍ程度下流側に移動
する。したがって、この場合には、照射されるパルスレ
ーザの光径が２ｍｍ以下であれば、次のパルスレーザの
照射の際にはこれらの微粒子やガスはこの次のパルスレ
ーザの光路から排除されている。もちろん、上記のパル
スレーザ発振周波数が小さくなれば、これに対応して水
の流速は遅くてもよい。

【００５０】上記のようなパルスレーザの照射により発
生する微粒子やガスの排除は、細管１内に充填された水
の流動により行われるので、簡単かつ効果的である。す
なわち、このパルスレーザの照射により発生する微粒子
やプラズマは、その噴出速度が数百ｍ／ｓに達するの
で、周囲がガス雰囲気の場合には、これらが遠方まで飛
散するので、この雰囲気ガスを流動させてもこれらを次
のパルスレーザの照射の光路から排除することは困難で
ある。このため、ガス雰囲気中でこのようなパルスレー
ザの照射により表面改質を行う場合には、これら微粒子
やプラズマを電界または磁界で排除する必要があり、装
置が複雑となり、また非能率的となる。

【００５１】これに対して、上記のように水中でパルス
レーザの照射を行えば、その際に発生する微粒子やプラ
ズマは殆ど飛散または拡散せず、前述したように、この
水の流れとほぼ等しい速度で排除され、装置が簡単です
み、また能率的でかつ確実である。

【００５２】また、上記のパルスレーザの照射により、
細管１の内表面の数原子層がプラズマ状態となって噴出
するので、上記のように局部的に超高圧と衝撃波が発生
し、これに伴って超音波が発生する。この超音波は、計
装管６９（細管１）および水中を伝播し、出入れ装置１
５を介して超音波検出装置３２によって検出される。こ
の超音波の強度は、パルスレーザの照射による表面改質
の状態と対応しているので、予め測定されていたこの超
音波強度と表面改質の状態との対応関係のデータと比較
し、この超音波の検出により、この表面改質作業の状況
を監視する。

【００５３】また、上記の細管１の内表面に照射された
パルスレーザの一部は、この内表面で反射され、上記の
レーザ照射ノズル部８の内部の光学系、光フアイバ２８
等を介して逆方向に伝送され、パルスレーザ発振装置２
５内に入射し、この発振装置を損傷することがある。こ
のような不具合を防止するために、前述のように電界シ
ヤッター付半透明ミラー１７により、この反射光がパル
スレーザ発振装置２５内に入射する前に、この電界シヤ
ッターに電界を掛け、この反射光を反射して光ダンパ２
６に入射させる。

【００５４】また、この反射光が光ダンパ２６に入射す
る前の光路には、前記のように赤外線を透過する半透明
ミラー２７が挿入されており、透過した赤外線を赤外線
検出装置３３で検出する。この反射光には、パルスレー
ザの照射により加熱された細管１の内表面から放射され
る赤外線が含まれており、この赤外線の強度は、前述の
超音波と同様に表面改質の状態と対応している。したが
って、この検出した赤外線量と、予め測定しておいた赤
外線量と表面改質の状態との関係のデータとを比較し、
この表面改質作業の状況を監視することができる。

【００５５】上記のように、本発明の装置および方法に
よれば、たとえば原子炉圧力容器１１に溶接された複数
本の計装管６９（細管１）の内表面の表面改質作業等の
点検、保全を水中で遠隔的に行うことができ、この原子
力設備等の機器の長寿命化を達成することができ、しか
も作業は簡単で能率的であり、短時間で作業を行うこと
ができる。

【００５６】また、このように水中でかつ遠隔的に作業
を行うことができるので、特に原子力設備等において
は、作業員の被曝線量が大幅に低減できるので、作業時
間や接近性等の作業の制約が少なくなり、より能率的か
つ確実に作業を行うことができる。

【００５７】また、本発明の装置は、光フアイバ２の出
口部に組合わせ円錐反射鏡６を配置したので、この光フ
アイバ２の出口から、レーザ照射スポットまでの距離を
短くすることができる。よって、この複合ケーブル１２
の先端部のレーザ照射ノズル部８の軸方向の長さを短く
することができ、これらをたとえば細管内に挿入する場
合に、より小さな曲げ半径の部分を通過させることがで
き、作業の適用範囲が拡大するとともに、作業性も良好
となる。

【００５８】また、レーザ照射ノズル部８の集光レンズ
３や反射鏡５に円形の光形のレーザ光が照射されると、
その中心部の温度が高くなり、熱損傷を起こす可能性が
あるが、上述のように組合わせ円錐鏡６によりレーザ光
の光形を環状にしてあるので、中心の高温となるスポッ
ト点が形成されず、これらの光学要素の熱損傷を確実に
防止することができる。

【００５９】また、上述した装置を使用して上記のよう
な方法を実施するには、コンピュータにより所定のプロ
グラムに従って上記の装置を制御して自動的に行うこと
ができる。このコンピュータは、前述した制御装置９に
内蔵させるか、または別に設置したコンピュータにより
通信ケーブル、無線等によりこの制御装置９に信号を送
り、これにより上記のような手順を実行させることがで
きる。

【００６０】このプログラムは、たとえば磁気デイス
ク、光デイスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録し、
これを上記のコンピュータに読み取らせて実行させるこ
とができる。以下、この記録媒体に記録されたプログラ
ムを説明する。

【００６１】図５には、このプログラムのフローシート
を示す。まず、上記のコンピュータを内蔵した制御装置
９の電源を投入し、制御コンピュータにキーボードから
パルスレーザの発振周波数等の入力をおこなう。

【００６２】そして、前記のレーザ発振装置２５の起動
はこのコンピュータにより行い、低出力、たとえば定格
出力の１／１０程度の出力で発振するように制御する。
そして、半透明ミラー１７の電界シャッターへの加電と
このレーザ発振装置とのパルスレーザの発振のタイミン
グが一致するように制御する。また、電界シャッター１
８の加電のタイミングをパルスレーザのパルス幅ΔＴ₀
程度レーザ発振タイミングより遅らせるように制御す
る。

【００６３】また、レーザパルス分配装置１６の駆動装
置３７を駆動制御して反射鏡３６を回転させ、光フアイ
バ２８の入射端構造８８にパルスレーザが入射するよう
にこの反射鏡３６の回転と位相の制御をおこなう。ま
た、前記のレーザ照射ノズル部８の回転を起動し、かつ
定格回転となるように制御する。

【００６４】また、細管１の内面に照射されたレーザ光
の反射光の赤外線成分を赤外線検出装置３３で検出し、
予めパルスレーザの出力に対して構成してある赤外線量
のデータと比較し、このレーザ光の照射スポットの状態
が所定の条件となっているか否かを判定する。また、前
述の式（４）の速度Ｖでレーザ照射ノズル部８を引き抜
くように巻取装置２９を制御する。また、前記の超音波
検出装置３２により超音波を検出し、前記の赤外線検出
装置３３による赤外線の検出量ととともに予め較正して
ある所定の値となるようにレーザ発振装置２５のレーザ
発振出力を制御する。

【００６５】そして、このレーザ照射ノズル部８の引抜
き量が所定の値になると、レーザ発振装置２５のレーザ
発振を停止する。また、これとともに、レーザ照射ノズ
ル部８の回転を停止し、また前記のレーザパルス分配装
置１６の駆動装置３７の作動を停止させる。

【００６６】なお、図６には、上記のような作動におけ
るレーザ発振装置２５のパルスレーザの発振、電界シャ
ッター付半透明ミラー２７の電界付加、電界シヤッター
１８の電界付加のタイミングを示す。このようにこれら
のタイミングを制御することにより、反射光がレーザ発
振装置２５内に入射するのを防止し、またこの反射光中
の赤外線成分を赤外線検出装置３３に導入する。

【００６７】なお、本発明は上記の第１の実施形態には
限定されない。たとえば、図７には、本発明の第２の実
施形態のレーザ照射ノズル部８の部分を示す。この実施
形態のものは、レーザ照射部からの反射光中の赤外線を
制御するものである。

【００６８】すなわち、パルスレーザを照射した細管１
の内面からは、前述のように反射光が放射され、この反
射光中の赤外線成分はこのパルスレーザの照射による表
面改質の状態を監視するために検出される。しかし、こ
の赤外線は、光学要素に熱損傷を与えるので、上記の監
視用に検出する赤外線以外は、この光学系内に入射させ
ない方が好ましい。

【００６９】この実施形態では、集光レンズ３の表面に
電界シヤッター膜３４が設けられており、また反射鏡２
４の表面にも電界シヤッター膜３５が設けられている。
なお、この実施形態では、この反射鏡２４は凹面鏡に形
成されている。上記の集光レンズ３の電界シヤッター膜
３４は、赤外線を反射して可視光レーザを透過するもの
であり、また反射鏡２４の電界シヤッター膜３５は、赤
外線を透過して可視光レーザを反射するものである。

【００７０】前述のように、細管１の内面にパルスレー
ザを照射すると、その表面近傍が高温となり、赤外線を
放射する。この際に、上記の反射鏡２４の電界シヤッタ
ー膜３５に電界を付加し、この赤外線を透過させて赤外
線が集光レンズ３側に逆行しないようにする。また、上
記の集光レンズ３の電界シヤッター膜３４に電界を付加
し、この赤外線を反射して透過させないようにする。こ
のようにすることにより、この赤外線がこの装置の光学
系内に逆行するのを防止する。

【００７１】なお、可視光パルスレーザが照射されてい
る間は、これらの電界シヤッター膜３４，３５に電界を
付加せず、レーザ光の照射部位からの反射光を逆行さ
せ、前述したようにこの反射光中の赤外線成分を検出し
てレーザ照射による表面改質の状態を検出する。そし
て、このパルスレーザの照射が終了した後は、上記のよ
うにこれらの電界シヤッター膜３４，３５に電界を付加
し、赤外線の逆行を防止する。

【００７２】このパルスレーザが照射されている時間す
なわちパルス幅の時間は短時間であるが、このパルスレ
ーザが終了した後もその照射部位は高温状態であり、多
量の赤外線を放射する。よって、上記のようにこのパル
スレーザのパルス幅だけ赤外線を逆行させても光学系の
損傷は生じることがなく、この逆行した赤外線で上記の
ような表面改質の状態を検出し、この後に赤外線の逆行
を防止することにより、その後に続く赤外線を遮断し、
光学系の損傷を防止することができる。

【００７３】なお、この実施形態では、集光レンズ３お
よび反射鏡２４の両方に電界シヤッター膜３４，３５を
設けたが、いずれか一方に電界シヤッター膜を設けたも
のでも良い。また、この実施形態では、上記の点以外は
前述した第１の実施形態と同様な構成であり、図７中で
第１の実施形態と対応する部分には同じ符号を付してそ
の説明を省略する。

【００７４】また、前述した組合わせ円錐反射鏡６は、
前記の第１の実施形態で使用されているものには限定さ
れない。たとえば、図８には、この組合わせ円錐反射鏡
６の第１の変形例を示す。このものは、円錐反射鏡１０
の円錐反射面を凸面鏡４２としたものである。このもの
は、円錐反射鏡１０の反射面が凸面鏡４２となっている
ので、光フアイバから出射された光がより大きな角度で
拡散され、円錐台反射鏡１４との距離を小さくすること
ができ、この光学系をより小形化することができる。

【００７５】また、図９には、組合わせ円錐反射鏡６の
第２の変形例を示す。このものは、円錐台反射鏡１４の
内面の反射面が、凹面鏡４３として形成されているもの
である。このものは、円錐台反射鏡１４の内面の反射面
が凹面鏡４３となっているため、レーザ光を再び集光す
るのを集光レンズとの組合わせで行い、この集光レンズ
の光学系をより小形化することができる。

【００７６】また、図１０には、組合わせ円錐反射鏡６
の第３の変形例を示す。このものは、円錐反射鏡１０の
反射面を凸面鏡４２とするとともに、円錐台反射鏡１４
の内面の反射面を凹面鏡４３としたものである。このも
のは、上記の第１の変形例のものと、第２の変形例のも
のとの特徴を両方備えているので、集光レンズを含めた
光学系をより小形化することができる。

【００７７】なお、上記の第１ないし第３の変形例の組
合わせ円錐反射鏡は、上述の点以外は前述の第１の実施
形態の組合わせ円錐反射鏡と同様の構成であり、図８な
いし図１０中で第１の変形例のものと対応する部分には
同じ符号を付してその説明は省略する。

【００７８】また、図１１には、組合わせ円錐反射鏡６
の第４の変形例を示す。このものは、可視光レーザの透
過性の材料で円錐台形の部材４７を形成し、この円錐台
形の部材４７の大径側の端部内に同軸状に円錐形の孔４
８を形成し、この円錐台形の部材４７の外面の円錐面を
反射面４４に、また上記の円錐形の孔４８の内面を反射
面４５としたものである。このものは、円錐台形の部材
の小径側の端面からレーザ光が入射し、光学的には前述
の第１の変形例の組合わせ円錐反射鏡と同様の作用をな
す。この実施形態のものは、この組合わせ円錐反射鏡６
が一体の円錐台形の部材４７で形成されているので、光
学要素の狂いがなく、光学的に安定しているとともに、
より小形に形成することができる。

【００７９】また、図１２には組合わせ円錐反射鏡６の
第５の変形例の構成を示す。このものは、円錐形の孔の
内面の反射面を凸面鏡４９としたものである。この実施
形態のものは、光学的には図８に示すような第１の変形
例の組合わせ反射鏡と同様な作用をなす。

【００８０】また図１３には、組合わせ円錐反射鏡６の
第６の変形例の構成を示す。このものは、円錐台形の部
材４７の外面の反射面を凹面鏡５０としたものである。
この実施形態のものは、光学的には図９に示すような第
２の変形例の組合わせ反射鏡と同様な作用をなす。

【００８１】また、図１４には、組合わせ円錐反射鏡６
の第７の変形例の構成を示す。このものは、円錐形の孔
の内面の反射面を凸面鏡４９とし、また円錐台形の部材
４７の外面の反射面を凹面鏡５０としたものである。こ
の実施形態のものは、光学的には図１０で示す第３の変
形例の組合わせ円錐反射鏡と同様な作用をなす。

【００８２】なお、上記の図１２ないし図１４に示す組
合わせ円錐反射鏡は、上記の点以外は前記の図１１に示
す組合わせ円錐反射鏡と同様の構成であり、図１２ない
し図１４中で図１１のものと対応する部分には、同じ符
号を付してその説明は省略する。

【００８３】また、図１５には、組合わせ円錐鏡の第８
の変形例の構成を示す。このものは、前記の図１１に示
す第４の変形例の円錐台形の部材４７の大径側の端部の
環状の端面部を突部状の断面形状とし、この部分をレン
ズ部５１としたものである。この実施形態のものは、こ
の円錐台形の部材の端部にレンズ部５１が一体に形成さ
れ、前述の集光レンズとの組合わせで集光作用を行うの
で、この集光光学系をより小形に形成することができ
る。

【００８４】次に、本発明の第３の実施形態を図１６な
いし図１８を参照して説明する。この実施形態のもの
は、たとえば補修すべき部材が略平板状の板面５４等の
場合に主に適したものである。図１６には、この第３の
実施形態のレーザ照射ノズル部８とその駆動機構の部分
の一部を断面で示す側面図、図１７にはその平面図を示
す。

【００８５】この実施形態のレーザ照射ノズル部８は、
組合わせ円錐反射鏡として、前記の図１５に示すような
組合わせ円錐反射鏡を用いている他は、前述の第１の実
施形態のレーザ照射ノズル部と略同様の構成である。ま
た、このレーザ照射ノズル部８には、レーザ光の照射方
向に、転動球等からなる接触子５９が突設されている。
この接触子５９は、上記の補修すべき部材である板面５
４の表面に接触し、このレーザ照射ノズル部８とこの板
面５４との間の距離を一定に維持し、この板面５４の表
面上に照射されたレーザ光の焦点スポットが正確に結ば
れるように構成されている。

【００８６】また、このレーザ照射ノズル部８の基端部
は接続板５６の先端部に取り付けられており、またこの
接続板５６の基端部は駆動装置５５を介して遠隔操作装
置のマニピュレータ等のアーム５３の先端部に取り付け
られている。なお、この接続板５６とレーザ照射ノズル
部８およびアーム５３等との取り付けは、固定金具５
７，５８によって行われ、またこれらの固定金具５７，
５８は光フアイバ２を所定の位置に保持する。

【００８７】上記の接続板５６の基端部は、水平方向、
すなわち板面５４の面の方向と平行な方向に回動自在に
支承されている。また、上記の駆動装置５５は、超音波
モータまたは超小形の電磁モータ等と、その他の駆動機
構を内蔵しており、上記の接続板５６およびその先端部
のレーザ照射ノズル部８を板面５４と平行な方向に回動
するように駆動する。

【００８８】なお、この実施形態のものは、上記の点以
外は前述した第１の実施形態のものと略同様の構成であ
り、図１６および図１７中で、第１の実施形態に対応し
た部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

【００８９】この第３の実施形態のものは、前述したよ
うに平板状の部材の表面改質作業に適したものである。
たとえば、原子炉圧力容器や、炉内構造物の突合わせ溶
接部または隅肉溶接部の表面改質作業は、以下のような
行程を行う。

【００９０】たとえば、狭隘部の開口に対して壁面にあ
る溶接線のレーザ照射による表面改質作業を行う場合に
は、前述の遠隔操作装置たとえば作業ロボットなどのア
ーム５３の先端部に上記の駆動装置５５やレーザ照射ノ
ズル部８を装着する。そして、このアーム５３を操作し
てこのレーザ照射ノズル部８をこの狭隘部に挿入し、表
面改質する溶接線の位置に対応させる。この場合に、た
とばこのレーザ照射ノズル部８および接続板５６が溶接
線と平行になるように配置する。

【００９１】そして、前述の第１の実施形態と同様に、
パルス状の可視光レーザを照射するとともに、上記の駆
動装置５５によりこの接続板５６を揺動させ、その先端
のレーザ照射ノズル８を溶接線と略直交する方向に、こ
の板面５４の表面に沿って往復移動させる。この往復移
動の範囲は、表面改質すべき部分の状態に対応して設定
されるが、溶接線を補修する場合には、その溶接部とそ
の周囲の熱影響部を含む範囲でこのレーザ照射ノズル部
８を往復移動させる。そして、このようにレーザ照射ノ
ズル部８を往復移動させながら、上記のアーム５３を溶
接線の方向に沿って移動させ、この溶接部の表面改質を
行う。

【００９２】なお、上記のような作業を行う場合におい
て、上記の接続部材５６の揺動速度すなわちレーザ照射
ノズル部８の往復移動速度、アーム５３の溶接線に沿う
方向の移動速度、照射されるパルスレーザのスポット径
やパルス周波数、電界シヤッターの制御による反射光の
制御、発生する超音波や赤外線の検出による改質作業の
監視等は、前記の第１の実施形態の場合と同様である。

【００９３】なお、上記のような作業は、このレーザ補
修装置の制御装置に内蔵されているコンピュータまたは
この制御装置に接続されている外部のコンピュータ等に
より、自動的に制御され、このコンピュータによる制御
作動を指令するプログラムは各種の記録媒体に記録され
ており、このプログラムの例を図１８を参照して説明す
る。

【００９４】まず、上記の遠隔操作装置のアーム５３の
作動を制御し、このアームを狭隘部に挿入し、このアー
ム５３、レーザ照射ノズル部８を溶接線に沿って配置す
る。また、このレーザ照射ノズル部８の接触子５９を板
面５４に接触させて距離を一定に保つように制御する。

【００９５】そして、このレーザ照射ノズル部８がこの
接触子５９を接触させながら、この溶接線と直交する方
向に往復移動しながらこの溶接線に沿って移動するよう
に駆動装置５５等を制御する。また、これとともに、パ
ルスレーザ発振装置を起動し、低出力でパルス発振を行
い、前述の電界シヤッター付き半透明ミラー１７の電界
シヤッター、電界シヤッター１８等とパルスレーザ発振
のタイミングを調整する。

【００９６】そして、前述の赤外線検出装置３３での赤
外線検出量を較正結果と比較してレーザ照射状態の判定
を行い、溶接線に沿って前述の（４）式に示すような関
係を維持してレーザ照射とレーザ照射ノズル部８の移動
を制御する。そして、超音波検出装置３２や赤外線検出
装置３３により超音波や赤外線を検出し、これらの値か
らパルスレーザ発振装置の出力等を制御し、溶接部のレ
ーザ照射による表面改質作業を行う。そして、所定の表
面改質すべき部分の改質作業が終了したら、パルスレー
ザ発振装置の発振を停止し、遠隔操作装置のアーム５３
およびレーザ照射ノズル部８を引抜く。なお、この作業
の終了は、遠隔操作装置のアームの移動量が補修部分の
寸法に対応して移動したことから判定する。

【００９７】また、図１９ないし図２１を参照して、本
発明の第４の実施形態を説明する。この実施形態のもの
は、たとえば補修すべき部材が略平板状の板面５４等の
場合に主に適したもので、特に補修すべき部分たとえば
溶接部が狭隘部の開口に対して底面に位置している場合
等に適したものである。図１９には、この第３の実施形
態のレーザ照射ノズル部８とその駆動機構の部分の一部
を断面で示す平面図、図２０にはその側面図を示す。

【００９８】この実施形態のレーザ照射ノズル部８は、
その前端部にレーザ照射ノズル孔５２が形成されてお
り、レーザ光はこのノズル孔５２から軸方向に向けて前
方に照射される。なお、この実施形態のレーザ照射ノズ
ル部８は、上記のような構成に対応して、反射鏡等が省
略されている以外は、前述した各実施形態のものと同様
の構成である。

【００９９】この実施形態では、前記の遠隔操作装置の
アーム５３の先端部に、枠状をなす取付け構造体６４が
取付けられている。この取付け構造体６４には、その軸
方向と直交する方向にスライド案内部材６２が設けられ
ている。そして、このスライド部材６２には、上記のレ
ーザ照射ノズル部８が取付けられ、このスライド案内部
材６２の方向、すなわち軸方向と直交する方向に摺動ま
たは移動自在に案内されている。

【０１００】また、このレーザ照射ノズル部８は、この
取付け構造体６４の軸方向、すなわち上記のスライド体
６２の摺動方向に向けて取付けられており、このレーザ
照射ノズル部８からのレーザ照射方向は、このスライド
体６２の摺動方向と一致している。そして、上記の取付
け構造体６４の軸方向の先端部には、一対の接触子５９
が設けられている。これらの接触子５９は、たとえば転
動ボール等から構成され、上記の板面５４の表面に移動
自在に接触している。そして、これらの接触子５９によ
り、この取付け構造体６４に取付けられたレーザ照射ノ
ズル部８の先端と板面５４の表面との距離が一定に維持
され、このレーザ照射ノズル部８から照射されたレーザ
光がこの板面５４の表面上に正確に焦点スポットを形成
するように構成されている。

【０１０１】また、この取付け構造体６４には、駆動装
置５５が取付けられており、この駆動装置は超音波モー
タや超小形の電磁モータ等が内蔵されており、駆動プー
リ６３を任意の速度および回転方向で駆動するように構
成されている。また、この取付け構造体６４のスライド
案内部材６４の両端部には、一対のプーリ６１が回転自
在に取付けられている。そして、上記の駆動プーリ６３
とこれらプーリ６１の間には、無端状のベルト６０が掛
け渡されており、このベルト６０の一部は上記のレーザ
照射ノズル部８に取付けられている。したがって、上記
の駆動装置５５によって上記の駆動プーリ６３が回転さ
れると、上記のベルト６０が走行し、上記のレーザ照射
ノズル部８がスライド案内部材６２に沿って往復移動す
る。

【０１０２】上記のような実施形態のものは、上記のア
ーム５３を狭隘部の開口から挿入し、上記の板面５４の
表面に取付け構造体６４の接触子５９を接触させ、レー
ザ照射ノズル部８の先端部を補修すべき部分たとえば溶
接線に合致させる。この場合に、上記のスライド案内部
材６２の方向、すなわちレーザ照射ノズル部８の往復移
動方向がこの溶接線と直交する方向となるように設定す
る。

【０１０３】そして、パルスレーザを照射しながら、こ
のレーザ照射ノズル部８を往復移動させながら、上記の
遠隔装置装置のアーム５３をこの溶接線の方向に沿って
移動させ、この溶接部分のレーザ照射による表面改質作
業を行う。なお、このレーザ照射ノズル部８の往復移動
のストロークは、この溶接部の幅や、熱影響部をカバー
するようなストロークに設定される。また、これらの移
動速度とパルスレーザのスポット径、パルス間隔等は、
前述の第１の実施形態の場合と同様に制御される。

【０１０４】なお、上記のような作業は、このレーザ補
修装置の制御装置に内蔵されているコンピュータまたは
この制御装置に接続されている外部のコンピュータ等に
より、自動的に制御され、このコンピュータによる制御
作動を指令するプログラムは各種の記録媒体に記録され
ており、このプログラムの例を図２１を参照して説明す
る。

【０１０５】まず、上記の遠隔操作装置のアーム５３の
作動を制御し、このアームを狭隘部に挿入し、取付け構
造体６４、レーザ照射ノズル部８を溶接線に対応した位
置に配置する。また、この取付け構造体６４の接触子５
９を板面５４に接触させてレーザ照射ノズル部８の先端
との距離を一定に保つように制御する。

【０１０６】そして、この接触子５９を接触させなが
ら、上記の駆動装置５５の作動を制御し、レーザ照射ノ
ズル部８をこの溶接線と直交する方向に往復移動しなが
らこの溶接線に沿って移動するように制御する。また、
これとともに、パルスレーザ発振装置を起動し、低出力
でパルス発振を行い、前述の電界シヤッター付き半透明
ミラー１７の電界シヤッター、電界シヤッター１８等と
パルスレーザ発振のタイミングを調整する。

【０１０７】そして、前述の赤外線検出装置３３での赤
外線検出量を較正結果と比較してレーザ照射状態の判定
を行い、溶接線に沿って前述の（４）式に示すような関
係を維持してレーザ照射とレーザ照射ノズル部８の移動
を制御する。そして、超音波検出装置３２や赤外線検出
装置３３により超音波や赤外線を検出し、これらの値か
らパルスレーザ発振装置の出力等を制御し、溶接部のレ
ーザ照射による表面改質作業を行う。そして、所定の表
面改質すべき部分の改質作業が終了したら、パルスレー
ザ発振装置の発振を停止し、遠隔操作装置のアーム５
３、取付け構造体６４およびレーザ照射ノズル部８を引
抜く。この作業の終了は、遠隔操作装置のアームの移動
量が補修部分の寸法に対応して移動したことから判定す
る。

【０１０８】また、図２２ないし図２５を参照して本発
明の第５の実施形態を説明する。この実施形態のもの
は、狭隘部には限定されないが、主として隅肉溶接部、
すなわち互いに直交または所定の角度で交差した２つの
平板部９０，９１の間に形成された隅肉溶接部６６の表
面改質作業に適したものである。

【０１０９】この実施形態のレーザ照射ノズル部８は、
その前端部にレーザ照射ノズル孔５２が形成されてお
り、レーザ光はこのノズル孔５２から軸方向に向けて前
方に照射される。なお、この実施形態のレーザ照射ノズ
ル部８は、上記のような構成に対応して、反射鏡等が省
略されている以外は、前述した各実施形態のものと同様
の構成である。

【０１１０】また、６５はビーム状の取付け部材であっ
て、この取付け部材６５は図示しない遠隔操作装置のア
ーム等に取付けられる。そして、この取付け部材６５の
先端部には、駆動装置５５を介して上記のレーザ照射ノ
ズル部８が取付けられている。この駆動装置５５は、超
音波モータまたは超小形の電磁モータ等を内蔵してお
り、組み歯車８９を介して上記のレーザ照射ノズル部８
をその軸線を含む平面内で回転駆動するように構成され
ている。

【０１１１】また、上記のレーザ照射ノズル部８の側面
には、接触子５９が取付けられている。この接触子５９
は、たとえば細長板状の部材で、このレーザ照射ノズル
部８の先端部から所定の長さだけ軸方向に突出してい
る。したがって、この接触子５９の先端が平板部材９
０，９１、隅肉溶接部６６等の表面に接触することによ
り、このレーザ照射ノズル部８の先端とこれらの表面と
の間の距離を一定に維持し、照射されるレーザ光がこれ
らの表面に正確に焦点スポットを結ぶように構成されて
いる。

【０１１２】この実施形態のものは、上記のアームを作
動させ、たとえば一方の平板部材９０の表面にレーザ照
射ノズル部８の接触子５９を接触させて距離を一定に保
ちつつ、このレーザ照射ノズル部８の先端部を補修すべ
き部分たとえば隅肉溶接部６６に対応させる。この場合
に、上記のレーザ照射ノズル部８が往復回動する面がが
この隅肉溶接線と直交する方向となるように設定する。

【０１１３】そして、パルスレーザを照射しながら、ア
ームをこの隅肉溶接部６６と直交する方向に移動させ、
このレーザ照射ノズル部８を往復移動させ、これととも
に上記の遠隔装置装置のアームをこの隅肉溶接線６６の
方向に沿って移動させ、この溶接部分のレーザ照射によ
る表面改質作業を行う。この場合に、上記の平板部材９
０，９１や隅肉溶接部６６の表面は、互いに角度をもっ
て交差しているので、これらの表面の角度に対応して上
記の駆動装置５５によりこのレーザ照射ノズル部８を回
動させ、このレーザ照射ノズル部８が常にこれらの表面
に対して直交する姿勢となるように制御する。

【０１１４】なお、このレーザ照射ノズル部８の往復移
動のストロークは、この隅肉溶接部６６の幅や、熱影響
部をカバーするようなストロークに設定される。また、
これらの移動速度とパルスレーザのスポット径、パルス
間隔等は、前述の第１の実施形態の場合と同様に制御さ
れる。

【０１１５】なお、上記のような作業は、このレーザ補
修装置の制御装置に内蔵されているコンピュータまたは
この制御装置に接続されている外部のコンピュータ等に
より、自動的に制御され、このコンピュータによる制御
作動を指令するプログラムは各種の記録媒体に記録され
ており、このプログラムの例を図２４および図２５を参
照して説明する。

【０１１６】まず、遠隔操作装置のアームに取り付けた
取付け部材６５およびレーザ照射ノズル部８を隅肉溶接
部６６の一方側の平板部材９０に沿って挿入し、他方の
平板部材９１から所定の距離で停止させる。そして、レ
ーザ照射ノズル部８の接触子５９を平板部材９０、隅肉
溶接部６６、平板部材９１の表面に接触した状態を維持
しながら、このレーザ照射ノズル部８を所定の軌跡で移
動させ、かつ駆動装置５５を制御してこのレーザ照射ノ
ズル部８が常にこれらの表面と直交するように回動制御
する。

【０１１７】また、これとともに、パルスレーザ発振装
置を起動し、低出力でパルス発振を行い、前述の電界シ
ヤッター付き半透明ミラー１７の電界シヤッター、電界
シヤッター１８等とパルスレーザ発振のタイミングを調
整する。

【０１１８】そして、前述の赤外線検出装置３３での赤
外線検出量を較正結果と比較してレーザ照射状態の判定
を行い、溶接線に沿って前述の（４）式に示すような関
係を維持してレーザ照射とレーザ照射ノズル部８の移動
を制御する。そして、超音波検出装置３２や赤外線検出
装置３３により超音波や赤外線を検出し、これらの値か
らパルスレーザ発振装置の出力等を制御し、溶接部のレ
ーザ照射による表面改質作業を行う。そして、所定の表
面改質すべき部分の改質作業が終了したら、パルスレー
ザ発振装置の発振を停止し、遠隔操作装置のアーム、取
付け部材６５およびレーザ照射ノズル部８を引抜く。こ
の作業の終了は、遠隔操作装置のアームの移動量が補修
部分の寸法に対応して移動したことから判定する。

【０１１９】また、図２６および図２７を参照して、本
発明の第６の実施形態を説明する。前述した実施形態の
ものは、細管または補修すべき部材の内部に水を充填
し、この水を流通させることにより、レーザ照射により
補修すべき部分の表面で発生した微粒子やガスを次のパ
ルスレーザの光路から排除していたが、この実施形態の
ものは、レーザ照射ノズル部８から流体を噴射し、上記
の微粒子やガスを除去するとともに、この流体により反
射鏡等を冷却するものである。

【０１２０】図２６には、この実施形態のレーザ照射ノ
ズル部８の概略断面を示す。このものは、レーザ光を径
方向に反射する反射鏡６７の背面側に冷却材流路６８が
形成されている。この冷却材流路６８には、このレーザ
照射ノズル部８内に形成された冷却材供給通路７４を介
して冷却材、たとえば水、が供給される。そして、この
冷却材は、この冷却材流路６８を流通し、この反射鏡６
７を冷却し、パルスレーザまたは反射光等によるこの反
射鏡の過熱を防止し、その熱損傷を防止するように構成
されている。

【０１２１】また、この冷却材流路６８を流通した冷却
材は、冷却材ノズル７２に送られ、この冷却材ノズル７
２から外部に噴出する。この冷却材ノズル７２は、この
レーザ照射ノズル部８のレーザ照射ノズル孔５２の内面
に斜め外方を指向して開口している。したがって、この
冷却材ノズル７２から噴出した冷却材の噴流は、上記の
レーザ照射ノズル孔５２を介して外部に噴出し、パルス
レーザが照射される表面の近傍を流れ、このパルスレー
ザの照射スポットやその光路に流体シャワー幕を形成す
る。なお、この冷却材供給通路７４の途中には、前述し
たような回転駆動モータ７が設けられ、このレーザ照射
ノズル部８の先端部部分が回転するように構成されてい
るので、この部分ではこの流体供給通路７４にはスイベ
ル流体継手７５が形成され、この回転部分を通過して流
体が供給可能となっている。

【０１２２】この実施形態のものは、全体的な作動は前
述した第１の実施形態の作動と同様である。この実施形
態のものは、上記の冷却材の流れにより、反射鏡６７等
の光学要素が冷却されるので、その過熱を防止して熱に
よる損傷を防止する。また、この冷却材は、上記のよう
に冷却材ノズル７２から噴出してパルスレーザの光路や
パルスレーザの照射スポットに流通する冷却材のシャワ
ー幕を形成する。したがつて、このレーサの照射スポッ
トの部分で発生した微粒子やガス等は、この流体シャワ
ー幕によって次のパルスレーザの光路から排除され、次
のパルスレーザの照射の際に、このレーザ光がこれら微
粒子やガスによって散乱されたりすることがない。ま
た、このものは、細管等の補修すべき部材内に充填した
水を流通させる必要がなく、装置が簡単となり、また作
業も容易でかつ能率的となる。

【０１２３】なお、この実施形態のレーザ照射ノズル部
８は、上記の点以外は前述の第１の実施形態のレーザ照
射ノズル部と同様の構成であり、図２６中で第１の実施
形態に対応する部分は同じ符号を付してその説明は省略
する。

【０１２４】なお、上記のような作業は、このレーザ補
修装置の制御装置に内蔵されているコンピュータまたは
この制御装置に接続されている外部のコンピュータ等に
より、自動的に制御され、このコンピュータによる制御
作動を指令するプログラムは各種の記録媒体に記録され
ており、このプログラムの例を図２７に示す。

【０１２５】このプログラムは、上記のレーザ照射ノズ
ル部８の回転開始の後に、上記の冷却材の供給開始およ
びその制御のプログラムを追加した以外は、前述の第１
の実施形態の作業プログラムと同様であり、その説明は
省略する。

【０１２６】なお、上記のレーザ照射ノズル部８の構造
は、上記のものには限定されず、たとえば図２８に示す
ような第７の実施形態のレーザ照射ノズル部８を用いて
もよい。

【０１２７】この実施形態のレーザ照射ノズル部８は、
反射鏡７７の反射面の近傍に、この反射面を指向する方
向の冷却材ノズル７６を形成したもので、この冷却材ノ
ズル７６から噴出した冷却材は、この反射鏡７７の反射
面に沿って流通し、この反射鏡７７を冷却する。

【０１２８】また、この反射鏡７７を冷却した冷却材
は、このレーザ照射ノズル部８のレーザ照射ノズル孔７
８から外部に噴出して冷却材シャワー幕を形成する。こ
のレーザ照射ノズル孔７８は、照射されるパルスレーザ
の光路を妨げない範囲で、この照射されるパルスレーザ
の光軸に対して傾斜している。従って、このレーザ照射
ノズル孔７８から噴出した冷却材の噴流は、この照射さ
れるパルスレーザの光軸に対して角度をもって噴出する
ので、このパルスレーザの照射部位から発生する微粒子
やガスをこの光路の外に効率的に排除し、次のパルスレ
ーザがこれらの微粒子やガスにより散乱されるのを確実
に防止する。

【０１２９】なお、この実施形態のレーザ照射ノズル部
８は、上記の点以外は前述の第１の実施形態のレーザ照
射ノズル部と同様の構成であり、図２８中で第１の実施
形態に対応する部分は同じ符号を付してその説明は省略
する。

【０１３０】また、図２９および図３０には本発明の第
８の実施形態を示す。このものは、前述の第１の実施形
態で使用したような組合わせ円錐反射鏡の代わりに、電
気流体粒子で形成した流体レンズを採用したものであ
る。

【０１３１】図２９には、この実施形態のレーザ小照射
ノズル部８の構成を示す。このレーザ照射ノズル部８内
には、光フアイバ２の出口に近接して流体レンズ９２が
形成されるように構成されている。この光フアイバ２の
出口部分には、吹き出しノズル８１と吸い込みノズル８
２が互いに対向して配置されている。この吹き出しノズ
ル８１には、供給通路８０を介して電気流体粒子が供給
され、この吹き出しノズル８１から噴出した電気流体粒
子は対向した吸い込みノズル８２に吸い込まれ、回収さ
れる。なお、上記の供給通路８０がこのレーザ照射ノズ
ル部８の回転部を通過する部分には、スイベル流体継手
７５の構造が採用されている。

【０１３２】また、これらの吹き出しノズル８１および
吸い込みノズル８２の近傍には、図示しない電極が配置
され、これらの間に電界が発生するように構成されてい
る。この電界は、この装置の制御装置等により制御さ
れ、所定の電界が付加されるように構成されている。

【０１３３】この実施形態のものは、上記の吹き出しノ
ズル８１から電気流体粒子が噴出され、この電気流体粒
子は吸い込みノズル８２から吸い込まれる。そして、パ
ルスレーザを照射する前に、これらの間に電界が付加さ
れ、この電界によって上記の電気流体粒子は流体レンズ
９２を形成する。そして、この後にパルスレーザが上記
の光フアイバ２から照射されると、この光はこの流体レ
ンズ９２を介して集光レンズ３に送られ、補修すべき部
材の表面に焦点スポットを結ぶ。

【０１３４】また、前述した第１の実施形態と同様な方
法で、このパルスレーザの照射による改質の状態を判定
した後に、この結果に対応して付加する電界強度を変
え、上記の流体レンズ９２の焦点距離を調整して所定の
パルスレーザが照射されるように制御をなす。

【０１３５】また、この実施形態のものは、上記のよう
な流体レンズ９２を使用したことにより、この光フアイ
バ２の出口と集光レンズ３との間の距離をより短くする
ことができ、このレーザ照射ノズル部８をより小形に形
成することができる。

【０１３６】なお、この実施形態のものは、上記の点以
外は、前述の第１の実施形態のものとその構成および作
動は同様のものであり、図２９中で第１の実施形態と対
応する部分には同じ符号を付してその説明は省略する。

【０１３７】なお、上記のような作業は、このレーザ補
修装置の制御装置に内蔵されているコンピュータまたは
この制御装置に接続されている外部のコンピュータ等に
より、自動的に制御され、このコンピュータによる制御
作動を指令するプログラムは各種の記録媒体に記録され
ており、このプログラムの例を図３０に示す。

【０１３８】このプログラムは、レーザ照射ノズル部８
の回転開始の後に、光フアイバ２の前方に流体レンズ９
２を形成するための手順と、レーザの照射状態を判定し
た後に、この照射状態が所定の状態でない場合には、そ
れに対応して付加する電界を制御して流体レンズ９２の
焦点距離を調整する手順を追加した他は、前述した第１
の実施形態のプログラムと同様であり、その説明は省略
する。

【０１３９】また、前述した各実施形態では、レーザ照
射ノズル部８からは一定の方向のパルスレーザが照射さ
れるように構成され、このレーザ照射ノズル部を機械的
に回転または移動させることにより、このパルスレーザ
の照射位置を移動させるように構成されていた。しか
し、上記のような機械的な回転および移動の代わりに、
またはこれら機械的な回転および移動に加えて、光学的
に照射されるパルスレーザの方向を変えて、このパルス
レーザの照射部位を移動させるように構成しても良い。

【０１４０】図３１には、このような第９の実施形態の
場合に使用される小形アレイ反射鏡８３を示す。このも
のは、ベース８５の上に複数の支柱部材８６が所定のパ
ターンで立設されている。そして、これらの支柱部材８
６の先端部には、複数の小形反射鏡８４が傾動可動に搭
載されている。また、これらの小形反射鏡８４の端部と
上記のベース８５とは、形状記憶合金８７により連結さ
れている。これらの形状記憶合金８７は、通電加熱され
ることにより、伸縮作動を行うように構成されている。
なお、これら形状記憶合金８７は、上記の小形反射鏡８
４が全て一定の方向に傾斜するように、通電加熱により
伸張する特性のものと、通電加熱により短縮する特性の
ものとが交互に配置されている。

【０１４１】上記のような小形アレイ反射鏡は、前述し
たようなレーザ照射ノズル部８の内部に反射または偏向
要素として組み込まれる。そして、上記の形状記憶合金
８７の通電加熱の状態を制御することにより、小形反射
鏡８７が図３２に示すように傾斜し、またこの傾斜角度
を制御することができる。これにより照射されるパルス
レーザの方向を制御し、その照射部位を移動させること
ができる。また、このような小形アレイ反射鏡により、
照射されるパルスレーザの焦点位置を変えることも可能
であり、これによって表面改質する部分の表面に凹凸が
ある場合でも、この凹凸に対応して照射パルスレーザの
焦点位置を調整することができる。

【０１４２】また、上記の小形アレイ反射鏡は、小形の
ものであり、形状記憶合金８７も極めて小形の部品であ
るため、通電電流に対する応答性が極めて早く、上記の
ような照射部位の移動や焦点距離の調整を迅速に行うこ
とができ、より高い精度でパルスレーザの照射スポット
を制御し、より能率的かつ正確に表面改質の作業を行う
ことができる。

【０１４３】なお、本発明は上記の各実施形態には限定
されるものではない。たとえば、本発明のものは、必ず
しも原子炉圧力容器等の原子炉設備の部材の補修用に限
定されるものではなく、各種の部材の補修に適用できる
ことはもちろんである。

【０１４４】

【発明の効果】上述のごとく本発明の補修方法は、この
補修すべき部分内に水を充填し、補修すべき部分を水没
させた状態で可視光レーザを照射する。この可視光レー
ザは、水中での減衰率が小さく、高いエネルギ密度で補
修すべき部分に照射をおこなうことができる。また、こ
の可視光レーザの照射により補修すべき部材の表面の材
料が蒸発した場合に、その周囲に水が存在しているた
め、より小さいエネルギ密度でより高圧が発生し、上記
のようにレーザ照射ノズル部をより小形化することがで
きる。

【０１４５】さらに、上記のような補修は、補修すべき
部材内に水を充填した状態でおこなわれるため、特に原
子力発電設備等では、この水により放射線が遮蔽される
ので、作業員の被曝線量が少なくなり、作業の際の接近
性や作業時間等の制約条件が緩くなり、より能率的に作
業をおこなうことができる。

【０１４６】また、本発明の補修装置は、外部のレーザ
発振装置から複合ケーブル内の光フアイバを介して可視
光レーザをレーザ照射ノズル部に送り、このレーザ照射
ノズル部はこの可視光レーザを補修すべき部分に照射す
るだけであるので、このレーザ照射ノズル部は小形に形
成することができる。よって、水が充填された補修すべ
き部材の内部の狭い隙間にもこのレーザ照射ノズル部を
挿入でき、パルス状のレーザ照射を行いながらこのレー
ザ照射ノズル部を移動させることにより遠隔的に補修作
業をおこなうことができ、作業が容易で能率的であると
ともに、原子力発電設備等では、作業者の被曝線量を低
減でき、作業能率も向上する。

【０１４７】また、本発明の記録媒体は、コンピュータ
により上記のような補修装置を制御して部材の補修を実
行させるためのプログラムを記録した媒体である。この
ような記録媒体は、上記の各種の補修装置を制御するコ
ンピュータに各種の制御手順を指令するプログラムが記
録されており、これらの記録媒体を使用することによ
り、コンピュータによって上記の補修装置の作動を制御
し、上述したような各種の補修方法を自動的に正確に実
行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のレーザ補修装置の全
体の概略図。

【図２】第１の実施形態のレーザ補修装置の要部を示す
概略図。

【図３】第１の実施形態のレーザ照射ノズル部の縦断面
図。

【図４】第１の実施形態の組合わせ円錐反射鏡の縦断面
図。

【図５】第１の実施形態で使用されるプログラム媒体の
フローシート。

【図６】第１の実施形態の装置の作動のタイミングチャ
ート。

【図７】第２の実施形態のレーザ照射ノズル部の縦断面
図。

【図８】組合わせ円錐反射鏡の第１の変形例の縦断面
図。

【図９】組合わせ円錐反射鏡の第２の変形例の縦断面
図。

【図１０】組合わせ円錐反射鏡の第３の変形例の縦断面
図。

【図１１】組合わせ円錐反射鏡の第４の変形例の縦断面
図。

【図１２】組合わせ円錐反射鏡の第５の変形例の縦断面
図。

【図１３】組合わせ円錐反射鏡の第６の変形例の縦断面
図。

【図１４】組合わせ円錐反射鏡の第７の変形例の縦断面
図。

【図１５】組合わせ円錐反射鏡の第８の変形例の縦断面
図。

【図１６】第３の実施形態のレーザ照射ノズル部の一部
を断面で示す側面図。

【図１７】図１６のＡ−Ａ矢視平面図。

【図１８】第３の実施形態で使用されるプログラム媒体
のフローシート。

【図１９】第４の実施形態のレーザ照射ノズル部の一部
を断面で示す平面図。

【図２０】図１９のＡ−Ａ矢視側面図。

【図２１】第４の実施形態で使用されるプログラム媒体
のフローシート。

【図２２】第５の実施形態のレーザ照射ノズル部の一部
を断面で示す側面図。

【図２３】図２２のＡ−Ａ矢視側面図。

【図２４】第５の実施形態で使用されるプログラム媒体
のフローシート。

【図２５】第５の実施形態で使用されるプログラム媒体
のフローシート。

【図２６】第６の実施形態のレーザ照射ノズル部の一部
を断面で示す側面図。

【図２７】第６の実施形態で使用されるプログラム媒体
のフローシート。

【図２８】第７の実施形態のレーザ照射ノズル部の一部
を断面で示す側面図。

【図２９】第８の実施形態のレーザ照射ノズル部の一部
を断面で示す側面図。

【図３０】第８の実施形態で使用されるプログラム媒体
のフローシート。

【図３１】第９の実施形態の小形アレイ反射鏡の断面
図。

【図３２】第９の実施形態の小形アレイ反射鏡の作動状
態の断面図。

【符号の説明】

１細管２光フアイバ３集光レンズ５反射鏡６組合わせ円錐反射鏡８レーザ照射ノズル部９制御装置１５出入れ装置２５パルスレーザ発振装置２９巻取装置５２レーザ照射ノズル孔５３遠隔操作装置のアーム５５駆動装置７８レーザ照射ノズル孔８３小形アレイ反射鏡９２流体レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】補修すべき部材の内部に水を充填して少
なくとも補修すべき部分を水没させる過程と、光フアイバを含むケーブルと、このケーブルの先端部に
設けられ上記の光フアイバを介して伝送されたパルス状
の可視光レーザを集光して照射する光学系を内蔵したレ
ーザ照射ノズルとを、上記の補修すべき部材内の補修す
べき部分に挿入する過程と、上記のレーザ照射ノズルから上記の補修すべき部材の補
修すべき部分に集光されたパルス状の可視光レーザを照
射し、この補修すべき部分の表面のレーザ照射部分に局
部的な高圧を瞬間的に発生させ、この高圧によるピーニ
ング効果によりこの補修すべき部分の表面改質をおこな
う過程と、上記のレーザ照射ノズルを移動させつつ上記のパルス状
のレーザ照射過程を繰り返す過程、とを備えたことを特
徴とするレーザ照射による部材の補修方法。
【請求項２】前記の補修すべき部材は管状の部材であ
り、また前記のレーザ照射ノズルを移動させつつパルス
状のレーザ照射を繰り返す過程は、このレーザ照射ノズ
ルを上記の管状の部材内で回転させつつ軸方向に移動さ
せるものであることを特徴とする請求項１のレーザ照射
による部材の補修方法。
【請求項３】前記の補修すべき部材の少なくとも補修
すべき部分は略平板状をなしており、また前記のレーザ
照射ノズルを移動させつつパルス状のレーザ照射を繰り
返す過程は、このレーザ照射ノズルを上記の略平板状の
補修すべき部分に沿って移動させるものであることを特
徴とする請求項１のレーザ照射による部材の補修方法。
【請求項４】前記の補修すべき部分の表面に照射する
可視光レーザの照射スポットの光形のパターンは、リン
グ状のパターンであることを特徴とする請求項１のレー
ザ照射による部材の補修方法。
【請求項５】前記のパルス状の可視光レーザを照射し
て補修すべき部分の表面のレーザ照射部分に局部的な高
圧を瞬間的に発生させる過程において発生する超音波ま
たは赤外線を検出する過程と、この検出された超音波ま
たは赤外線を、予め測定された超音波強度または赤外線
強度と表面改質の状態との関連性に対応させてこの表面
改質の状態を測定する過程とを備えたことを特徴とする
請求項１のレーザ照射による部材の補修方法。
【請求項６】内部に可視光を伝送する光フアイバを有
する可撓性のケーブルと、上記のケーブルの基端部に接続され上記の光フアイバを
介してパルス状の可視光レーザを送るレーザ発振装置
と、上記のケーブルの先端部に設けられ，上記の光フアイバ
を介して伝送されてきた可視光レーザを集光して補修す
べき部材の補修すべき部分の表面に照射するレーザ照射
ノズル部と、上記のケーブルおよびレーザ照射ノズル部を補修すべき
部材内に挿入した状態で上記のレーザ照射ノズル部を補
修すべき部分の表面に沿って移動させる駆動機構とを具
備したことを特徴とするレーザ照射による部材の補修装
置。
【請求項７】前記の光フアイバは前記のケーブルの中
心部に配置されており、また前記のレーザ照射ノズル部
は上記のケーブルに対して上記の光フアイバを中心軸と
して回転自在に取り付けられており、またこのレーザ照
射ノズル部内には少なくとも集光レンズ要素および光軸
偏向反射要素が内蔵されており、上記の光フアイバの端
部から軸方向に放射された可視光レーザを集光および偏
向して側方に照射し、また上記の駆動機構は、このレー
ザ照射ノズル部内に内蔵されこのレーザ照射ノズル部を
上記のケーブルに対して回転させるモータを備え、上記
の光フアイバはこのモータの中心部を軸方向に貫通して
配置されており、上記のモータにより上記のレーザ照射
ノズル部を回転させることにより可視光レーザの照射ス
ポットを管状の補修すべき部材の内面に周方向に移動さ
せ、また上記のレーザ照射ノズル部とケーブルとを軸方
向に移動させることにより、上記の可視光レーザの照射
スポットをこの管状の補修すべき部材の軸方向に移動さ
せるものであることを特徴とする請求項６のレーザ照射
による部材の補修装置。
【請求項８】前記のレーザ照射ノズル部の基端部には
細長状の接続部材の一端部が取り付けられており、この
接続部材は前記のケーブルに沿ってその基端部側に延長
されており、前記の駆動機構は、この接続部材を回動駆
動して上記のレーザ照射ノズル部を略平面状の補修すべ
き部分の表面に沿って移動させる回動機構を備え、また
上記のレーザ照射ノズル部とケーブルとを軸方向に移動
させるものであることを特徴とする請求項６のレーザ照
射による部材の補修装置。
【請求項９】前記の駆動機構は、前記のレーザ照射ノ
ズル部を補修すべき部分の表面に沿って移動させるアー
ム機構を備えており、このアーム機構に前記のレーザ照
射ノズル部が取り付けられており、またこのアーム機構
とレーザ照射ノズル部との間には、このレーザ照射ノズ
ル部と補修すべき部分の表面との間の距離を調整する距
離調整機構が設けられていることを特徴とする請求項６
のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項１０】前記のレーザ照射ノズル部内には、前
記の光フアイバの先端から放射された可視光レーザをリ
ング状の光形のパターンに変換する組み合わせ円錐反射
鏡が内蔵されており、補修すべき部分の表面には上記の
リング状の光形のパターンの可視光レーザが照射される
ものであることを特徴とする請求項６のレーザ照射によ
る部材の補修装置。
【請求項１１】前記の組み合わせ円錐反射鏡は、内部
に形成した円錐台形の孔の内面を鏡面化した円錐台部材
と、この円錐台部材の内部に上記の円錐台形の孔と同軸
に配置され外面を鏡面化した円錐部材とを備えているこ
とを特徴とする請求項１０のレーザ照射による部材の補
修装置。
【請求項１２】前記の円錐部材の外面の鏡面または前
記の円錐台形部材の内面の鏡面を曲面状として凹または
凸鏡面に形成したことを特徴とする請求項１１のレーザ
照射による部材の補修装置。
【請求項１３】前記の組み合わせ円錐反射鏡は、可視
光レーザの透過性の材料で形成された円錐台形の部材の
台側から円錐形の孔を同軸状に穿設し、この円錐形部材
の外面の円錐面および上記の円錐形の孔の内面の円錐面
を反射面に形成し、上記の円錐台形の部材の先端側の端
面から前記の光フアイバから放射された可視光レーザを
この円錐台形の部材内に入射させ、上記の円錐面の反射
面で反射させるものであることを特徴とする請求項１０
のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項１４】前記の円錐台形の部材の外面の反射面
または前記の円錐形の孔の内面の反射面を曲面状として
凹または凸鏡面に形成したことを特徴とする請求項１３
のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項１５】前記の円錐台形の部材の台側の部分の
前記円錐形の孔の周囲の環状の部分は環状の凸部とし、
この部分からこの円錐台形の外側に放射される可視光レ
ーザにレンズ作用を与えることを特徴とする請求項１３
のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項１６】前記のレーザ発振装置と前記の光フア
イバの入口との間には電界シヤッター付の半透明ミラー
が配置されており、また前記の光フアイバの長さは、前
記のレーザ発振装置から発振された１パルスの可視光レ
ーザのパルス先端が補修すべき部分の表面で反射されて
この光フアイバ内を戻り上記の半透明ミラーを通過する
前に、この１パルスの可視光レーザの後端が上記の半透
明ミラーを通過する長さに設定されており、また上記の
電界シャッター付の半透明ミラーの作動を制御する制御
装置を備え、この制御装置は、前記のレーザ発振装置か
ら発振された１パルスの可視光レーザの後端がこの電界
シヤッター付の半透明ミラーを通過するまではこの電界
シヤッター付の半透明ミラーが可視光レーザを透過させ
る作動モードとし、この後に補修すべき部分の表面で反
射した可視光レーザの１パルスの先端がこの電界シヤッ
ター付の半透明ミラーまで戻って来る前にこの電界シヤ
ッター付の半透明ミラーを反射する作動モードとし、反
射して戻って来た１パルスの可視光レーザをこの電界シ
ヤッター付の半透明ミラーによって反射させてこのレー
ザ発振装置に入射するのを防止することを特徴とする請
求項６のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項１７】前記の電界シヤッター付の半透明ミラ
ーにより反射された１パルスの可視光レーザの光路には
光ダンパが配置されており、反射された可視光レーザは
この光ダンパ内に入射することを特徴とする請求項１６
のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項１８】前記のレーザ照射ノズル部内に内蔵さ
れた反射鏡または集光レンズの表面に赤外線用の電界シ
ヤッター膜を被覆し、またこの電界シヤッター膜を制御
する制御装置を備え、この制御装置は可視光レーザのパ
ルス発振に対応してこの赤外線用の電界シヤッター膜の
作動モードを制御し、可視光レーザの照射により補修す
べき部分の表面から放射される赤外線を反射または透過
させてこの赤外線が前記の光フアイバの出口に入射する
のを防止するものであることを特徴とする請求項６のレ
ーザ照射による部材の補修装置。
【請求項１９】前記のレーザ照射ノズル部内には、可
視光レーザを偏向する反射鏡が内蔵されており、またこ
のレーザ照射ノズル部には、上記の反射鏡で偏向された
可視光レーザを通過させて外部に照射するレーザ照射ノ
ズル孔が形成されており、また上記の反射鏡を冷却する
冷却材流路が形成されており、この冷却材流路を流通し
た冷却材は上記のレーザ照射ノズル孔を通過して外部に
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
６のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項２０】前記の冷却材は、前記の反射鏡の反射
面の裏面側を流れるように前記の冷却材流路が形成され
ていることを特徴とする請求項１９のレーザ照射による
部材の補修装置。
【請求項２１】前記の冷却材は、前記の反射鏡の反射
面側を流れるように前記の冷却材流路が形成されている
ことを特徴とする請求項１９のレーザ照射による部材の
補修装置。
【請求項２２】前記のレーザ照射ノズル部内には電界
または磁界内の電磁流体または電気流体により集光作用
をなす流体レンズが内蔵されており、またこの流体レン
ズの作動を制御する制御装置が設けられており、この制
御装置によって上記の流体レンズが制御され照射される
可視光レーザのビームが制御されることを特徴とする請
求項６のレーザ照射による部材の補修装置。
【請求項２３】前記のレーザ照射ノズル内には可視光
レーザを偏向する反射鏡が内蔵されており、この反射鏡
は小形の複数の反射要素からなるアレイ形の反射鏡であ
ることを特徴とする請求項６のレーザ照射による部材の
補修装置。
【請求項２４】前記の複数の反射要素はリング状に配
置され、リング状のアレイ形の反射鏡を構成しているこ
とを特徴とする請求項２３のレーザ照射による部材の補
修装置。
【請求項２５】コンピュータにより請求項７の装置を
制御して部材の補修を実行させるためのプログラムを記
録した媒体であって、上記のコンピュータから、上記のレーザ発振装置に対し
て、所定の間隔と強さのパルス状の可視光レーザを間隔
的に発振させるための制御信号を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の駆動機構に対して、前
記のモータを上記の可視光レーザのパルスの発振間隔と
対応した所定の回転速度で回転させて前記のレーザ照射
ノズル部を所定の速度で回転させる制御信号を出力させ
る手順と、上記のコンピュータから、上記の駆動機構に対して、前
記のケーブルを上記の可視光レーザのパルスの発振間隔
に対応した所定の速度で移動させて前記のレーザ照射ノ
ズル部を所定の速度で軸方向に移動させる制御信号を出
力させる手順と、を記録した媒体。
【請求項２６】コンピュータにより請求項８の装置を
制御して部材の補修を実行させるためのプログラムを記
録した媒体であって、上記のコンピュータから、上記のレーザ発振装置に対し
て、所定の間隔と強さのパルス状の可視光レーザを間隔
的に発振させるための制御信号を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の駆動機構に対して、前
記の回動機構により前記の接続部材を上記の可視光レー
ザのパルスの発振間隔と対応した所定の速度で回動させ
て前記のレーザ照射ノズル部を所定の速度で移動させる
制御信号を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の駆動機構に対して、前
記のケーブルを上記の可視光レーザのパルスの発振間隔
に対応した所定の速度で移動させて前記のレーザ照射ノ
ズル部を所定の速度で軸方向に移動させる制御信号を出
力させる手順と、を記録した媒体。
【請求項２７】コンピュータにより請求項１６の装置
を制御して部材の補修を実行させるためのプログラムを
記録した媒体であって、上記のコンピュータから、上記のレーザ発振装置に対し
て、所定の間隔と強さのパルス状の可視光レーザを間隔
的に発振させるための制御信号を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の駆動機構に対して、上
記のレーザ照射ノズル部を上記の可視光レーザのパルス
の発振間隔と対応した所定の速度で移動させる制御信号
を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の電界シヤッター付の半
透明ミラーに対し、上記のパルス状の可視光レーザの発
振間隔に対応してその作動モードを制御し前記の補修す
べき部分で反射して戻って来たパルス状の可視光レーザ
の先端から後端までを反射させてレーザ発振装置への入
射を阻止する制御信号を出力させる手順と、を記録した
媒体。
【請求項２８】コンピュータにより請求項１９の装置
を制御して部材の補修を実行させるためのプログラムを
記録した媒体であって、上記のコンピュータから、上記のレーザ発振装置に対し
て、所定の間隔と強さのパルス状の可視光レーザを間隔
的に発振させるための制御信号を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の駆動機構に対して、上
記のレーザ照射ノズル部を上記の可視光レーザのパルス
の発振間隔と対応した所定の速度で移動させる制御信号
を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の冷却材の供給機構に対
し、上記のパルス状の可視光レーザの発振間隔に対応し
て冷却材の供給作動を制御しこのパルス状の可視光レー
ザの発振に対応して冷却材の流通を制御する制御信号を
出力させる手順と、を記録した媒体。
【請求項２９】コンピュータにより請求項１２の装置
を制御して部材の補修を実行させるためのプログラムを
記録した媒体であって、上記のコンピュータから、上記のレーザ発振装置に対し
て、所定の間隔と強さのパルス状の可視光レーザを間隔
的に発振させるための制御信号を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の駆動機構に対して、上
記のレーザ照射ノズル部を上記の可視光レーザのパルス
の発振間隔と対応した所定の速度で移動させる制御信号
を出力させる手順と、上記のコンピュータから、上記の流体レンズに対し、上
記のパルス状の可視光レーザの発振間隔に対応してこの
流体レンズの作動を制御しこのパルス状の可視光レーザ
の補修すべき部分への照射を制御する制御信号を出力さ
せる手順と、を記録した媒体。