JPH06190577A - レーザ式管切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管の内面からの切断をバイトを使わずに効率
良く行うことができるようにする。 【構成】 筒状のケーシング３内に、超音波モータ７に
より正逆転され、かつ内部に光ファイバ９が通される中
空回転軸６を支持し、この中空回転軸６の先端部内にレ
ーザ拡散用レンズ群１２を設ける一方、中空回転軸６の
先端部に、レーザ光集束用レンズ群１４とレーザ光を側
方に照射させるミラー１５とを内蔵するミラーケース１
３を螺合し、ミラーケース１３にガイドローラ２９を設
け、ケーシング３に、このガイドローラ２９が嵌合する
軸方向案内溝３０とその先端につながる回転案内溝３１
とを設け、さらにミラーケース１３の先端にワンウェイ
クラッチ１９を介して調心部２０を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管をその内面からレー
ザ光により切断する切断装置に関し、例えば、蒸気発生
器の伝熱管を切断する場合に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントに使用されている蒸気発
生器の伝熱管（以下、チューブと呼ぶ）の検査方法の一
つとして、チューブを抜管して検査する方法がある。つ
まり、検査対象のチューブを切断して引き抜いて検査す
るのである。

【０００３】チューブの切断は、チューブ内に工具を挿
入してチューブを内面側から切断する装置によりなされ
ている。従来のチューブ切断工具の例を図３から図６に
示す。図３は、チューブ切断工具をチューブ内に挿入し
た状態の断面図、図４，図５はそのＭ−Ｍ，Ｎ−Ｎ矢視
断面図であり、図６は切断時の断面図である。

【０００４】図３中、２０１は当該工具の本体をなすス
リーブで、その先端には先端金物２０２が取付けられ、
後端には円柱継手２０３を介して回転軸２０４が連結さ
れている。スリーブ２０１内には上下に摺動可能に操作
軸２０５が挿入されており、その後端部には、操作軸２
０５を上下方向に摺動動作させるための操作用ワイヤ２
０６が連結されている。操作用ワイヤ２０６はスリーブ
２０１、回転軸２０４内を通して後方の操作側に導かれ
ている。

【０００５】前記スリーブ２０１内には、操作軸２０５
を貫通するピン２０７が固定されている。ピン２０７が
貫通する操作軸２０５の孔は長孔２０８となっており、
ピン２０７に対し操作軸２０５は上下に移動できるよう
になっている。操作軸２０５はスリット状に空所２０９
が形成してあり、その中において前記ピン２０７には、
バイト２１０と当て金２１１とがはさみ状に開閉動可能
に枢着されている。

【０００６】操作軸２０５の空所２０９の上部及び下部
にはそれぞれ押し金物部２１２，２１３が形成されてい
る。上部の押し金物部２１２は、操作軸２０５が下降し
たときにバイト２１０と当て金物２１１とを開かせる役
目を果たし、下部の押し金物部２１３は、当該工具のチ
ューブ内への挿入時に、バイト２１０と当て金物２１１
とが開かないようにストッパの役目を果たす。そのた
め、これらの押し金物部２１２，２１３はバイト２１０
と当て金物２１１との挾み角に適合した山形に形成され
ている。なお、スリーブ２０１にもバイト２１０、当て
金物２１１を開くための溝２１７が形成されている。

【０００７】前記スリーブ２０１の下部の円周四箇所に
は振れ止め金物２１４がビス２１８で取付けられてい
る。スリーブ２０１における振れ止め金物２１４に対応
する部分には振れ止め金物２１４が開くことができるよ
うにスリット２１５が形成されている。一方、操作軸２
０５の下部の押し金物部２１３の下側には振れ止め金物
２１４の内側に係合し得るテーパ部２１６が加工され、
操作軸２０５が下降すると、テーパ部２１６により振れ
止め金物２１４が押し開かれるようにしてある。

【０００８】このような従来のチューブ切断工具による
チューブ２２０の切断は以下のようにして行う。操作ワ
イヤ２０６により操作軸２０５を押し上げ、図３に示す
ように押し金物部２１３によりバイト２１０と当て金物
２１１が開かないようにして、当該工具をチューブ２２
０内に挿入する。

【０００９】切断すべき箇所まで挿入したら、操作ワイ
ヤ２０６を引いて操作軸２０５を下降させ、操作軸２０
５の上部の押し金物部２１２により、バイト２１０と当
て金物２１１を開く。バイト２１０の先端の刃物はチュ
ーブ２２０の内面に押し付けられ、また当て金物２１１
の先端部もチューブ２２０の内面の押し当てられる。操
作軸２０５の下降によりその下部の押し金物部２１３
は、バイト２１０、当て金物２１１から離れる。押し金
物部２１３の下降により、その下部のテーパ部２１６は
振れ止め金物２１４を押し開き、振れ止め金具２１４の
先端部はチューブ２２０の内面に接触される。

【００１０】この状態で、回転軸２０４を回転させると
スリーブ２０１と共にバイト２１０が旋回し、チューブ
２２０を内面から切断する。当て金物２１１及び振れ止
め金具２１４がチューブ２２０の内面に接触することか
ら、バイト２１０は振れないように保持される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のチューブ切断工具では、バイト２１０を使
用して機械的に切削、切断するため、バイト２１０の損
耗がはげしく、焼き付きなども起こり得る。したがっ
て、頻繁に工具を交換しなければならず、しかもその交
換に時間がかかるという問題がある。

【００１２】バイト２１０の損傷等が生じた場合には、
交換等のためそれを感知する必要があるが、感知のため
には熟練した作業員の水室内での作業（ワイヤの引張、
緩和）が必要であり、作業員の放射線管理上の問題があ
る。

【００１３】また、工具の構造上直轄部の円周方向切断
に限定されてしまうという問題もある。

【００１４】なお、バイトによる機械的切断のほかに、
放電加工による切断法も考えられているが、非常に切断
時間が長いという問題がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明に係る管切断装置の構成は、管内に挿入される筒状の
ケーシング内に、モータにより正逆転され、かつ内部に
レーザ光伝達用の光ファイバが通される中空の回転軸を
支持すると共に、当該回転軸の先端部内にレーザ拡散用
レンズを設ける一方、前記回転軸の外周面におねじ部を
形成し、前記回転軸の前記おねじ部に、レーザ光集束用
レンズと当該レーザ光集束用レンズからのレーザ光を側
方に反射させるミラーとを有するミラーケースを螺合
し、当該ミラーケースと前記ケーングとの間に、前記ミ
ラーケースの軸方向移動のみ許容する軸方向案内部と前
記ミラーケースの回転を許容する回転案内部とを有する
案内機構を構成し、さらに、前記ミラーケースの先端部
に、調心部材が管の内面に接触して調心される調心部を
ワンウェイクラッチを介して設けてあることを特徴とす
る。

【００１６】

【作用】当該レーザ式管切断装置は、先端の調心部より
管内に挿入される。モータにより回転軸を特定方向に回
転することによって案内機構の軸方向案内部を介して回
転軸に対しミラーケースは軸方向に移動し、次いで回転
案内部によりミラーケースは回転される。このとき、光
ファイバにより導かれたレーザ光をレンズを経てミラー
により管内面で集束させることにより、管の内面は円周
方向に溶融切断される。このとき、ワンウェイクラッチ
はフリーの状態にある。前記回転軸と逆方向に回転する
と、ワンウェイクラッチはロックされて調心部によりミ
ラーケースの回転は拘束され、軸方向案内部によりミラ
ーケースは軸方向に移動され、レーザ光により管内面の
軸方向の溶融切断がなされる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明に係るレーザ式管切断装置の一
実施例を図面を参照して説明する。図１（Ａ）は一実施
例に係るレーザ式管切断装置の略上半分の断面図、図１
（Ｂ）はそのＡ−Ａ矢視図、図２は実施例装置の略下半
部の断面図である。図においては、当該管切断装置を、
支持板１に支持されたチューブ２内に挿入した状態を示
す。

【００１８】チューブ２内に挿入される筒状のケーシン
グ３内には、軸受４，５により中空回転軸６が回転自在
に支持されている。中空回転軸６にはケーシング３内に
設けられた超音波モータ７が連結し、超音波モータ７に
より中空回転軸６は正転、逆転される。中空回転軸６の
回転数はケーシング３内に設けたエンコーダ８により検
出される。

【００１９】中空回転軸６には、レーザ光を導く光ファ
イバ９を内蔵したファイバシース１０が通されており、
その先端は軸受１１を介して中空回転軸６に支持されて
いる。ケーシング３の後端側においては、ファイバシー
ス１０とケーシング３とは固定されている。

【００２０】中空回転軸６の先端部内には、レンズ１２
ａ，１２ｂからなるレーザ光拡散用レンズ群１２が組み
込まれている。また、中空回転軸６の先端側の外周面に
はおねじ６ａが形成されている。

【００２１】前記中空回転軸６のおねじ６ａには円筒状
のミラーケース１３のめねじ１３ａが螺合されている。
ミラーケース１３内の軸方向中程には、レンズ１４ａ，
１４ｂからなるレーザ光集束用レンズ群１４が組み込ま
れている。さらに、ミラーケース１３内の先端側には、
軸方向に対し４５°の傾きを持った反射面１５ａを有す
るミラー１５が組み込まれている。

【００２２】ミラーケース１３における前記ミラー１５
による反射方向側にはタングステンプレート１６が設け
られており、このタングステンプレート１６には照射口
１７が設けられている。タングステンプレート１６はミ
ラー１５の反射面１５ａの防塵の役目を果たすと共に、
レンズ群１４とミラー１５との間に形成される空間１８
にケーシング３内等を通して供給される圧縮空気や窒素
ガスの集束を行う役目を果たす。

【００２３】ミラーケース１３の先端には、ワンウェイ
クラッチ１９を介して調心部２０が設けられている。調
心部２０は、ミラーケース１３と一体の軸２１の回りに
設けられたガイド軸２２と、ガイド軸２２に摺動自在に
嵌合された二つのスライダ２３と、二つのスライダ２３
間に渡され、かつ開閉動自在な複数のリンク２４と、各
リンク２４に設けられ、チューブ２の内面に当接するロ
ーラ２５と、ガイド軸２２に設けられたばね受２６とス
ライダ２３との間及びワンウェイクラッチ１９に設けら
れたばね受２７とスライダ２３との間にそれぞれ設けら
れた圧縮ばね２８とからなっている。この調心部２０で
は、リンク２４、ローラ２５、圧縮ばね２８等が調心部
材を構成している。

【００２４】圧縮ばね２８のばね力によってローラ２５
が半径方向に押し出され、チューブ２の内面に弾力的に
当触することにより当該調心部２０はチューブ２の内周
面に対し心出しされる。

【００２５】ミラーケース１３の後端側の外周面には円
周方向に等間隔にガイドローラ２９が設けられている一
方、ケーシング３には、ガイドローラ２９が嵌合する軸
方向案内部として軸方向案内溝３０が形成され、軸方向
案内溝３０の先端には、回転案内部としては、環状の回
転案内溝３１が形成されている。

【００２６】したがって、前記超音波モータ７により中
空回転軸６が回転すると、ガイドローラ２９が軸方向案
内溝３０にありミラーケース１３の回転が拘束されてい
ることから、ミラーケース１３は軸方向に移動する。ま
た、ガイドローラ２９が軸方向案内溝３０から外れて回
転案内溝３１に達すると、ミラーケース１３は拘束を解
かれて回転する。

【００２７】つまり、本実施例では、ガイドローラ２
９、軸方向案内溝３０、回転案内溝３１により案内機構
が構成されているのである。なお、ミラーケース１３の
軸方向移動の所定のストロークを検出するため、中空回
転軸６の後端には、リミットスイッチ３２が設けられて
いる。また、ミラーケース１３の回転角は、中空回転軸
６の回転を検出する前記エンコーダ８により検出され
る。

【００２８】ケーシング３の後端側には細径部３ａが形
成してあり、その外側には細径部３ａとの間に隙間３３
をあけてゴム状弾性材製の保持袋３４が設けられてい
る。前記隙間３３にはケーシング３に設けたミクロチュ
ーブ３５が開口しており、ミクロチューブ３５は、後方
において圧縮空気源に接続されている。

【００２９】したがって、ミクロチューブ３５を通して
隙間３３内に圧縮空気を導入して保持袋３４をふくらま
せ、チューブ２の内面に押し付けることにより、ケーシ
ング３はチューブ２の内面に対し固定される。

【００３０】ケーシング３の後端部外周面には抜け止め
部３ｂが加工してあり、ここに可撓性のあるコンジット
ケーブル３６が接続されている。このコンジットケーブ
ル３６を操作することにより、当該工具は管内への挿
入、管からの引き抜きがなされる。なお、コンジットケ
ーブル３６内には、前記ファイバシース１０、ミクロチ
ューブ３５、必要な電線等が収納される。

【００３１】ケーシング３の外周面には、当該管切断装
置の位置を検出するための位置センサ３７が設けられて
いる。位置センサ３７には、濁電流探傷センサなどを使
用され、チューブ２内を通るときに支持板１を検出し、
その位置を基準として位置を測定する。

【００３２】次に、上記構成の管切断装置によるチュー
ブ２の切断作業について説明する。先ず、切断対象とな
っているチューブ２に管切断装置を先端の調心部２０か
ら挿入する。以後、コンジットケーブル３６を操作して
装置のチューブ２内への挿入がなされる。なお、コンジ
ットケーブル３６の操作は、蒸気発生器であれば水室外
から遠隔操作によりなされる。

【００３３】管切断装置が切断作業を開始すべき位置に
来たら、管切断装置を停止させる。なお、この位置は前
述の位置センサ３７により検出される。管切断装置を停
止させたら、ケーシング３の下部の保持袋３４をふくら
ませてチューブ２の内周面に押し付け、もって管切断装
置を固定する。

【００３４】次に、超音波モータ７を駆動して中空回転
軸６を回転し、ガイドローラ２９と軸方向案内溝３０と
の係合を介してミラーケース１３を軸方向上方に押し出
す。なお、ここでは、超音波モータ７を右回りに回転さ
せた場合に、ミラーケース１３が軸方向上方へ移動する
ものとする。

【００３５】ミラーケース１３のガイドローラ２９が回
転案内溝３１まで来たら、レーザ発信装置を作動させ、
レーザ光を光ファイバ９を通してレンズ群１２，１４に
導き、さらにミラー１５より反射させてチューブ２の内
面に集束させる。レーザ光の集束照射によりチューブ２
の内面は溶融される。図中、３８がレーザ光の集光点、
即ち溶融部である。また、エア又はＮ₂ ガスを導いて照
射口１７から噴出させ、溶融部を吹き飛ばし、切断を行
う。

【００３６】この状態で、ミラーケース１３は回転さ
れ、レーザ光が旋回することによりチューブ２の円周方
向へ切断がなされる。この際、ミラーケース１３の回転
角は前述のようにエンコーダ８で検出される。このと
き、ワンウェイクラッチ１９は、フリー状態にあり、先
端側は調心部２０で保持される。なお、レーザ光による
切断は効率が良く、数分程度で全周の切断が終了する。

【００３７】円周方向切断の後、超音波モータ７を左回
転させると、ワンウェイクラッチ１９はロック状態とな
り、ミラーケース１３の回転は拘束され、ミラーケース
１３は、ガイドローラ２９と縦方向案内溝３０の係合を
介して下方へ引き込まれる。したがって、レーザ光によ
る切断を継続しておけば、チューブ２の軸方向への切断
がなされる。

【００３８】チューブ２の切断後、管切断装置はチュー
ブ２から抜き出される。この後、チューブ２と支持板１
との溶接部が除去され、抜去装置によりチューブ２が抜
き出されると共に、水室のマンホールから回収され、検
査に供される。

【００３９】上記実施例は、蒸気発生器のチューブ２の
切断に使用した例であるが、本装置は細径管一般に適用
できる。また、上記実施例では、ミラーケース１３の案
内機構として、ミラーケース１３側にガイドローラ２９
を設け、ケーシング３側に溝３０，３１を設けている
が、逆に、ケーシング３側にガイドローラを設け、ミラ
ーケース１３側に溝を形成するようにしてもよい。さら
に、モータとしても超音波モータ７に限らず、スペース
が許せば通常の小型モータでもよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係るレーザ式管切断装置によれ
ば、レーザ光で管の切断を行うため、切断時間が従来の
機械式のものに比べ飛躍的に短縮できる。また、工具の
損傷ということがないので、その点検のための作業が不
要となり、交換作業も不要となる。したがって、作業効
率が向上すると共に、放射線管理の上でも好ましくな
る。さらに、円周方向切断のみならず軸方向切断もでき
るので、適用範囲が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は一実施例に係るレーザ式管切断装置の
略上半部の断面図であり、（Ｂ）はそのＡ−Ａ矢視端面
図である。

【図２】一実施例に係るレーザ式管切断装置の略下半部
の断面図である。

【図３】従来の管切断装置の一例の断面図である。

【図４】図３中のＭ−Ｍ矢視断面図である。

【図５】図３中のＮ−Ｎ矢視断面図である。

【図６】従来の管切断装置による切断状態の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 支持板 ２ チューブ ３ ケーシング ６ 中空回転軸 ７ 超音波モータ ８ エンコーダ ９ 光ファイバ １０ ファイバシース １２ レーザ光拡散用レンズ群 １３ ミラーケース １４ レーザ光集束用レンズ群 １５ ミラー １９ ワンウェイクラッチ ２０ 調心部 ２９ ガイドローラ ３０ 縦方向案内溝 ３１ 回転案内溝 ３４ 保持袋 ３６ コンジットケーブル ３７ 位置センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 重夫 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 古谷 茂 兵庫県神戸市兵庫区和田宮通７丁目１番14 号 西菱エンジニアリング株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管内に挿入される筒状のケーシング内
   に、モータにより正逆転され、かつ内部にレーザ光伝達
   用の光ファイバが通される中空の回転軸を支持すると共
   に、当該回転軸の先端部内にレーザ拡散用レンズを設け
   る一方、前記回転軸の外周面におねじ部を形成し、 前記回転軸の前記おねじ部に、レーザ光集束用レンズと
   当該レーザ光集束用レンズからのレーザ光を側方に反射
   させるミラーとを有するミラーケースを螺合し、当該ミ
   ラーケースと前記ケーングとの間に、前記ミラーケース
   の軸方向移動のみ許容する軸方向案内部と前記ミラーケ
   ースの回転を許容する回転案内部とを有する案内機構を
   構成し、 さらに、前記ミラーケースの先端部に、調心部材が管の
   内面に接触して調心される調心部をワンウェイクラッチ
   を介して設けてあることを特徴とするレーザ式管切断装
   置。