(57)【要約】【課題】  本発明は、研磨及び材料除去の少なくとも１つのための軌道式研磨工具（１００）を提供する。【解決手段】  本軌道式研磨工具は、第１の軸線の周りで回転可能なハウジング組立体（２００）のハウジング（２４０）を含むことができる。軌道式研磨工具はまた、ハウジングを通って延びる第２の軸線の周りで回転可能な少なくとも１つの砥石車（２５０）を含むことができ、砥石車は、対象物の内面から材料を除去するように構成される。ハウジングを回転させるモータ（１１０）、砥石車を対象物の内面に接触させるように構成された複数のローラ（２２０）をさらに含むことができる。【選択図】      図１
2006051599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨及び材料除去の少なくとも１つのための軌道式研磨工具（１００）であって、
ハウジング（２４０）と少なくとも１つの砥石車（２５０）とを備えたハウジング組立体（２００）を含み、
前記ハウジング及びハウジング組立体が、第１の軸線の周りで回転可能であり、
前記少なくとも１つの砥石車が、前記ハウジングを通って延びる第２の軸線の周りで回転可能であり、
前記少なくとも１つの砥石車が、対象物の内面から材料を除去するように構成されている、
軌道式研磨工具。
【請求項２】
前記少なくとも１つの砥石車及びハウジングを回転させるモータ（１１０）をさらに含む、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項３】
前記対象物の内面に対して押圧力を加えて、前記少なくとも１つの砥石車を該対象物の内面に接触させるように構成された複数のローラ（２２０）をさらに含む、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項４】
前記ハウジング組立体に結合され、かつ前記対象物の外面に接触するように構成された工具マウント（１５０）をさらに含む、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項５】
前記少なくとも１つの砥石車が、ユーザの介入なしで前記対象物の内面から材料を除去するのを終了するように構成されている、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項６】
前記ハウジング組立体が、除去すべき材料が前記対象物の所定の直径から取除かれるまで、前記少なくとも１つの砥石車に該対象物の内面に対する押圧力を維持するようにさせる、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項７】
前記第１及び第２の軸線が異なる平面内に位置する、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項８】
前記少なくとも１つの砥石車が、前記ハウジングが前記第１の軸線の周りで回転するのとは異なる速度で前記第２の軸線の周りで回転する、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項９】
前記少なくとも１つの砥石車及びハウジングが、同一方向に回転する、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの砥石車及びハウジングが、異なる方向に回転する、請求項１記載の軌道式研磨工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には研磨工具に関し、より具体的には、ターゲットホールからの研磨及び材料除去の少なくとも１つのための軌道式研磨工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の内部部品に対して改造又は補修を行う工程において、取外した部品の残留片を除去するために、現存構造を機械加工することがしばしば行われる。この機械加工を行う１つの方法は、放電加工（ＥＤＭ）である。放電加工法は、電極から、それから残留片が除去されることになるターゲット工作物ベース金属に流れる電流を使用する。この方法によると、後に、再凝固したベース金属と電極残留物とからなる薄い改鋳層が機械加工した工作物表面上に残る。この改鋳層は、極度に硬質かつ粗面であり、工作物のベース金属内に延びる望ましくない微細な割れが存在する場合がある。特に工作物のベース金属がインコネル合金を含む場合には、改鋳層と付随する微細割れとを除去することがしばしば必要になる。
【０００３】
過去においては、改鋳層は、ホーニング又は適当な研磨剤を用いた重研磨によって除去されてきた。従来型のホーニングによる改鋳層除去は、垂直及び水平方向ホールの両方に適用されてきた。原子炉環境での改鋳層除去は一般的に、大きな動力、堅牢な構造、複雑な運動及び作動、並びに据付け時の精密な位置決めの工具段取りを必要とする。改鋳層除去システムの切削手段は一般的に、砥石を支持しかつ大きな機械荷重に適応する能力がある複合支持ヘッドを備えた個別の砥石を含む。
【０００４】
工作物のホール直径が、約３．００インチ以上に増加すると、特に水平中心線のホールの場合に、原子炉内での空間及びアクセス性の制約条件によりホーン加工を実行することが一層困難になる可能性がある。さらに、ホーニング工程は、ホーニング加工が実際に許容可能な表面状態を形成したこと確認するために、その後の表面の冶金学的検査を必要とする。重研磨による改鋳層除去は、より大きな寸法をした垂直中心線のホールの場合に、直径方向に０．０５０インチほども除去するように実行されている。改鋳層除去工具は一般的に、研磨手段を空間的に位置決めし、工具を工作物表面に対して保持し、かつ工具を回転させるのに必要な動力を供給する機構を特徴としている。一般に、工作物の表面を研磨するのに必要な運動の一部は、手動インタフェースを介して与えられる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態は、研磨及び材料除去の少なくとも１つのための軌道式研磨工具に関する。軌道式研磨工具は、第１の軸線の周りで回転可能なハウジング組立体のハウジングを含むことができる。軌道式研磨工具はまた、ハウジングを通って延びる第２の軸線の周りで回転可能な少なくとも１つの砥石車を含むことができ、該少なくとも１つの砥石車は、対象物の内面から材料を除去するように構成される。
【０００６】
本発明の別の例示的な実施形態は、研磨及び材料除去の少なくとも１つのための軌道式研磨工具に関する。軌道式研磨工具は、第１の軸線の周りで回転可能なハウジングを含むことができる。軌道式研磨工具はまた、第１の軸線の周りと同時にハウジングを通って延びる第２の軸線の周りで回転可能な少なくとも１つの砥石車を含むことができる。
【０００７】
本発明は、単に例示として示したものであり、従って本発明の例示的な実施形態に限定するものではない、同様の要素を同じ参照符号で表した添付の図面を参照して、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することで、一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の例示的な実施形態による軌道式研磨工具の実施例の側面断面図である。軌道式研磨工具１００は、改鋳層（材料層）を除去するために及び／又は液体中に沈めた工作物のターゲットホールの内面を研磨するために使用することができる。工作物は原子炉の一部とすることができるが、工作物は、材料除去及び／又は研磨を必要とするターゲットホールを有する任意の表面とすることができる。図１に示すように、軌道式研磨工具１００は、下で述べるように、モータ１１０、ハウジング組立体２００、駆動構成部品１７０及び工具マウント１５０を所定の位置に保持する工具ベース１０５を含む。
【０００９】
モータ１１０
図１に示すように、モータ１１０は、駆動構成部品１７０に回転力を与え、駆動構成部品１７０は次に、ハウジング組立体２００と該ハウジング組立体２００のアブレイシブホイール（砥石車）２５０とを回転させる。モータ１１０は、支持ばね１１５によって工具ベース１０５に取付けることができる。さらに、モータは、水のような液体中に沈めることができる油圧モータとすることができる。これに代えて、モータ１１０は、当技術分野では公知のような、要素を特定の方向に回転させる電気式、空気圧式又はその他の形式のモータとすることができる。
【００１０】
駆動構成部品１７０
図１に示すように、軌道式研磨工具１００の駆動構成部品１７０は、モータ１１０と相互作用して、ハウジング組立体２００と該ハウジング組立体２００の砥石車２５０とを回転させることができる。図１に示すように、駆動構成部品１７０は、駆動部１７５、１９２、１９４と、シャフト１８４、２５２と、ローラチェーン１８０とを含むことができる。
【００１１】
作動中、モータ１１０は、モータ駆動部１７５を第１の方向に回転させることができる。モータ駆動部１７５は、残りの駆動部１７０と噛合って、ハウジング組立体２００の砥石車２５０とハウジング組立体２００とを第２の方向に回転させることができる。第１の方向は時計回りの運動とすることができ、一方、第２の方向は反時計回りの運動とすることができ、或いは逆も同様である。砥石車２５０及びハウジング組立体２００は、上記の構成を使用して同一方向に回転することができるが、砥石車２５０及びハウジング組立体２００はまた、駆動構成部品の１つ又はそれ以上を取外すか又は付加することによって、別々の方向に回転させることができる。
【００１２】
ハウジング組立体を第２の方向に回転させるために、第１の方向に回転している間のモータ駆動部１７５は、連結駆動部１９２と噛合って、該連結駆動部１９２を第２の方向に回転させることができる。連結駆動部１９２は次に、ハウジング駆動部１９４と噛合って、該ハウジング駆動部１９４を第１の方向に回転させることができる。ハウジング駆動部１９４は次に、ハウジングギア１９６と噛合って、該ハウジングギア１９６を第２の方向に回転させることができる。ハウジングピン１９８を用いてハウジング組立体２００に取付けられたハウジングギア１９６は次に、ハウジング組立体２００を第２の方向に回転させることができる。ハウジングギア１９６は、その周りで該ハウジングギア１９６が摺動回転することができるアクスルとして砥石車駆動シャフト１８４を使用することができる。
【００１３】
ハウジング組立体２００の砥石車２５０を第２の方向に回転させるために、第１の方向に回転している間のモータ駆動部１７５は、ローラチェーン１８０と噛合って、該ローラチェーン１８０を第１の方向に回転させることができる。ローラチェーン１８０は次に、砥石車駆動ギア１８０と噛合って、砥石車駆動シャフト１８４を第１の方向に回転させることができる。砥石車駆動シャフト１８４は次に、砥石車従動シャフト２５２と噛合って、該砥石車従動シャフト２５２を第２の方向に回転させることができる。砥石車従動シャフト２５２は次に、砥石車２５０と噛合って、さらに該砥石車２５０を第２の方向に回転させることができる。
【００１４】
駆動部１７５、１９２、１９４の各々及びハウジングギア１９６は、工具ベース１０５によって所定の位置に支持され、かつ隣接する駆動部のギアと噛合う少なくとも１つのギアを含む。さらに、モータ駆動部１７５及び砥石車駆動部１８２は各々、ローラチェーン１８０と噛合うスプロケットを含む。これに代えて、駆動部１７５、１９２、１９４、ハウジングギア１９６及びローラチェーン１８０の代わりに、プーリ及びベルトを使用することができる。
【００１５】
駆動構成部品１７０の構成により、工作物のターゲットホールと近くの障害物との間に比較的小さい空間が存在するような場所で、軌道式研磨工具１００の配置及び作動が可能になる。また、駆動構成部品１７０の構成により、ハウジング組立体２００及び砥石車２５０を異なる速度で回転させることが可能になる。例えば、砥石車２５０は、ハウジング組立体２００に対して、４４：１の比率で回転することができる。すなわち、砥石車は、ハウジング組立体２００よりも４４倍速く回転することができる。この速度比は、回転駆動構成部品１７０の何れかの寸法を増大又は縮小することによって調整することができる。この実施形態の特徴は、駆動構成部品１７０が、砥石車２５０と同一方向にハウジング組立体２００を回転させることである。これにより、砥石車２５０が回転しながらターゲットホール５０の内面内に向かうことを可能にし、非常に有効な切削研磨条件を作り出すことができる。
【００１６】
ハウジング組立体２００
図２は、本発明の例示的な実施形態記載による、ターゲットホール内でのハウジング組立体の実施例の前面断面図である。図２に示すように、軌道式研磨工具１００のハウジング組立体２００は、ターゲットホール５０の内面を研磨するのに使用できる砥石車２５０を含むことができる。
【００１７】
ハウジング組立体２００は、３つの主要構成部品のグループ、すなわちキャリッジ２３０、ハウジング２４０及び砥石車２５０を含むことができる。図２の例示的な実施形態では、ハウジング組立体２００の一部分を、ターゲットホール５０内にあるものとして示している。以下は、キャリッジ２３０、ハウジング２４０及び砥石車２５０の説明である。
【００１８】
ハウジング組立体２００のハウジング２４０は、キャリッジ２３０及び砥石車２５０を支持することができる。ハウジングは、該ハウジング２４０と共にハウジング組立体２００がモータ１１０と協働して第１の軸線の周りで回転することができるように、ハウジングピン１９８によってハウジングギア１９６に結合される。ハウジング２４０は、ハウジング組立体２００が静止又は回転している状態で、工具ベース１０５のハウジング軸受１０２によって工具ベース１０５内に支持することができる。ハウジング組立体２００のキャリッジ２３０は、ハウジング２４０に取付けることができ、かつターゲットホール５０の内面に対して調整可能な押圧力で砥石車２５０を押付けることができる。この押圧力は、キャリッジ荷重ばねの張力を、所望の押圧力に達するまで変更することによって調整することができる。キャリッジ２３０は、ハウジング組立体２００がターゲットホール５０内で回転するときに、キャリッジ荷重ばね２１０の少なくとも１つを使用してターゲットホール５０の内面に対して荷重ローラ２２０を押付けることができる。このばね力は、砥石車の直径が摩耗により減少し、またターゲットホールの直径が材料層除去及び／又は研磨により増大したときに、砥石車２５０が、ターゲットホール５０の内面と接触した状態を維持すること保証するのを助ける。この変化する幾何学形状に適応するのを助けるために、ハウジング２４０は、ターゲットホール５０の対称軸線からオフセットした回転軸線を有することができる。その結果、ハウジングは、ターゲットホール５０の軸線から離れた軸線の周りで回転することができ、またその偏心量は研磨が進行するにつれて増大する。ハウジング組立体２００が回転すると、荷重ローラ２２０は、ターゲットホール５０の内面に沿って転動する。荷重ローラ２２０によってターゲットホール５０の内面に加えられる押圧力は、ターゲットホール５０の内面に対して砥石車２５０を押付けることを可能にして、砥石車２５０がターゲットホール５０から材料層を除去し及び／又はターゲットホール５０の内面を研磨することができるようにする。各荷重ローラ２２０は、荷重ローラアクセル２２２によって所定の位置に保持することができる。さらに、押圧力は、除去すべき材料がターゲットホール５０の所定の直径から取除かれるまで、ターゲットホール５０の内面に対して維持することができる。
【００１９】
レバー構成になったキャリッジカム２３２を使用してキャリッジ２３０を前進後退させて、キャリッジ２３０のターゲットホール５０への挿入／ターゲットホール５０からの除去を可能にすることができる。これに代えて、キャリッジ２３０がターゲットホール５０内で適当な位置にある場合には、カムを係合させて、キャリッジ２３０がターゲットホール５０の内面に対して調整した押圧力を加えることを可能にすることができる。
【００２０】
ハウジング組立体２００の砥石車２５０は、ターゲットホール５０の内面に研磨力を加えて、該ターゲットホール５０から不要の残留物を除去することができる。図２に示すように、３つのホイールを使用しているが、それ以上又はそれ以下も又使用することができる。砥石車２５０は、砂粒子又は研磨の技術分野で知られている他の材料のような研磨材要素で作ることができる。砥石車２５０は、各砥石車２５０の大半がハウジング内に位置するように、ハウジング２４０及び砥石車従動シャフト２５２によって支持することができる。ハウジング２４０内の軸受（図示せず）は、ハウジング２４０を通って延びる第２の軸線の周りで回転する時に砥石車２５０を支持する。ハウジングの第１の軸線と砥石車２５０の第２のハウジングの軸線とは、異なる平面内にある、すなわち、同一直線上にない。このような構成では、砥石車２５０は高速で回転することができ、またハウジング組立体２００の回転速度は、より低い速度に維持することができる。砥石車２５０は、駆動構成部品１７０及びモータ１１０と協働する砥石車従動シャフト２５２によって回転させることができる。砥石車２５０はさらに、キー２５４によって砥石車従動シャフト２５２に保持されて、砥石車従動シャフト２５２上での砥石車２５０のスリップを防止するのを助けることができる。材料層除去及び／又は研磨が進行するにつれて、キャリッジ荷重ばね２１０は延びて、キャリッジ２３０を半径方向外向きに押付ける。その結果、ハウジング組立体２００は、キャリッジ２３０に対する押圧力を自動調整し、軌道式研磨工具１００が、材料層除去及び／又は研磨工程の間にオペレータの介入なしで作動するのを可能にすることができる。このキャリッジ２３０の運動により、砥石車２５０へのキャリッジ荷重ばね２１０力及び荷重を低下させることができる。この材料層除去及び／又は研磨の進行により可能になる結果として、材料層除去及び／又は研磨工程はより重度ではないものにすることができ、ターゲットホール５０の表面仕上げはより微細なものにすることができる。その上、材料層除去及び／又は研磨工程は、砥石車２５０が摩滅し、またターゲットホール５０の寸法が増大するにつれて、材料層除去及び／又は研磨が減少する点で自動制御式と言える。この摩耗及びターゲットホール５０増大により、材料層除去及び／又は研磨の量を時間によって決めることを可能にすることができる利点を得ることができる。例えば、軌道式研磨工具１００は、たとえ材料層除去及び／又は研磨が８時間で完了する場合であっても、マイナスの作用なしに１０時間に設定しかつ作動させることができる。さらに、ハウジング組立体２００にストッパを付加して、キャリッジ２３０の絶対外向き運動を制限することもできる。
【００２１】
工具マウント１５０
図３は、本発明の例示的な実施形態による、工作物上で作動している軌道式研磨工具の詳細平面図である。例えば、図１及び図３に示すように、工具マウント１５０は、工具ベース１０５に取付け、支持ばね１１５によって工具ベース１０５に対して支持することができる。工具マウント１５０を使用して、工作物３０２に対して所定の位置に軌道式研磨工具１００を保持することができる。工具マウント１５０は、作動中に軌道式研磨工具１００を適当に位置決めしかつ安定させることができるように、工作物３０２の端縁部にしっかりと締結することができる。工具ベース１０５の位置決めストッパ１０４は、工具マウント１５０と共同して働いて安定性をもたらす。本発明の特徴は、ハウジング組立体２００により偏心回転を維持することができることである。すなわち、ハウジング組立体２００は、作動の間にターゲットホール５０内で揺れ動く可能性がある。例えば、図１に示すように、偏心回転状態を支援するために、工具ベース１０５は、支持ばね１１５の列によって工具マウント１５０上で浮動することができる。支持ばね１１５は、工具ベース１０５の上方及び下方に配置することができ、かつ予荷重を加えることができる。支持ばね１１５は、適当なコンプライアンス（ゆるやかに加えた荷重に抵する）量と動的応答性（急激に加えた荷重に抵する）とを備えるように選択される。支持ばね１１５はまた、工具ベース１０５が６度の自由度で移動することを許すことができる。しかしながら、必要に応じてストッパを使用することによって、これらの自由度のいかなるものも排除して、工具の機能要件を満すことができる。図１の例示的な実施形態では、位置決めストッパ１０４は、軌道式研磨工具１００の線形運動を、ターゲットホール５０の中心線の方向に制約するように設けられる。これにより、軌道式研磨工具１００が所定の位置に固定された時に、砥石車が適当に設置されることを保証することができる。取付クランプ１５０は、遠隔据付け時にまたターゲットホール５０及び砥石車２５０の寸法が作動中に変化した時に発生する可能性がある位置的誤差を、軌道式研磨工具１００が調整することを可能にすることができる。ばね支持した構成部品の重量に対する支持ばね１１５を強化することにより、軌道式研磨工具１００内での回転速度から生じるより低い高エネルギー周波数に応答しないように軌道式研磨工具１００を調整することを可能にする。例示的な実施形態における周波数は、モータ１１０の速度以上に維持することができる。
【００２２】
上記の軌道式研磨工具１００は、原子力プラント内のアクセスするのが困難な領域に設置されたターゲットホール５０からの材料層除去及び／又は該ターゲットホール５０の研磨に適したものとすることができる。本発明の利点は、軌道式研磨工具１００が、該軌道式研磨工具１００の遠隔据付けを可能にすること、ターゲットホール５０内で自動センタリングすること、ターゲットホール５０の制御した材料層除去及び／又は研磨を維持すること、及びターゲットホール５０から除去されることになる材料層の量の自動制御を備えることができることである。さらに、本発明は、材料層除去及び／又は研磨を、作動の開始又は停止のために動力を切換える必要がある場合を除いて、オペレータの介入なしで進行させることを可能にすることができる。本発明は、改鋳層除去のために開発されてきたが、本発明はターゲットホールから材料層を除去すること及び／又はターゲットホールの内面を研磨することが望まれるような状況に適用可能にすることができる。さらに、本発明は、金属構造体におけるホールに対処しているが、アブレイシブホイール材料を適当に選定した後に、他の材料に適用可能にすることができる。
【００２３】
本発明を様々な実施形態に関して説明してきたが、本発明の例示的な実施形態は特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることを、当業者には理解されたい。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の例示的な実施形態による軌道式研磨工具の実施例の側面断面図。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、ターゲットホール内でのハウジング組立体の実施例の正面断面図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、工作物上で作動している軌道式研磨工具の詳細平面図。
【符号の説明】
【００２５】
５０  ターゲットホール
１００  軌道式研磨工具
１０５  工具ベース
１１０  モータ
１１５  支持ばね
１５０  工具マウント
１７０  駆動構成部品
２００  ハウジング組立体
２１０  キャリッジ荷重ばね
２２０  荷重ローラ
２３０  キャリッジ
２４０  ハウジング
２５０  砥石車
【図１】
2006051599.tif 000003
【図２】
2006051599.tif 000004
【図３】
2006051599.tif 000005