(57)【要約】【課題】運転状態によって温度と共に炉内構造物の位置が変化しても、プラズマ第一壁等の高温断熱壁の試験用材料を炉内へ確実に搬入、搬出することにある。【解決手段】真空容器１の一部に設けた試料導入用のポート４に真空ベローズ５を介して接続された軸方向に長形な容器７内に搬送用アーム１０を設けると共に、その先端に真空容器内の断熱壁の一部に設けられた開口部に臨ませて配置される試料を固定した搬送用ヘッド１３を着脱自在に取付け、且つ搬送用アームを断熱壁の一部に設けられた開口部に向けて搬送又は退避させる搬送機構部を設けた試料導入装置において、容器７の両端部を支持し、且つその支持点を移動可能にして容器の軸心を自在に調整可能な調芯機構１５を設け、撮像手段１４により撮像された断熱壁の開口部の位置情報に基づいて調芯機構により容器の支持点を移動調整して容器の軸心を補正し、試料を断熱壁の開口部の軸芯に位置決めする。【選択図】　　図１
2004077219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の一部に設けた試料導入用のポートに真空ベローズを介して軸方向に長形な容器を接続し、この容器内に搬送用アームを前記真空容器の内部に向かって直線的に移動可能に設けると共に、この搬送用アームの先端に前記真空容器内の断熱壁の一部に設けられた開口部に臨ませて配置される試料を固定した搬送用ヘッドを着脱自在に取付け、且つ前記搬送用アームを前記真空容器の外側から内部の断熱壁の一部に設けられた開口部に向けて搬送又は退避させる搬送機構部を設け、この搬送機構部と前記ポートとの間の前記容器に少なくとも１個以上の真空ゲートバルブを設けるようにした試料導入装置において、
前記軸方向に長形な容器の両端部を支持し、且つその支持点を移動可能にして前記容器の軸心を自在に調整可能な調芯機構と、前記真空ゲートバルブと前記搬送機構部との間の空間部に撮像面を前記断熱壁の開口部に向けて配設された撮像手段とを備え、
前記撮像手段により撮像された断熱壁の開口部の位置情報に基づいて前記調芯機構により前記容器の支持点を移動調整して前記容器の軸心を補正し、試料を前記断熱壁の開口部の軸芯に位置決めすることを特徴とする試料導入装置。
【請求項２】
真空容器の一部に設けた試料導入用のポートに真空ベローズを介して軸方向に長形な容器を接続し、この容器内に搬送用アームを前記真空容器の内部に向かって直線的に移動可能に設けると共に、この搬送用アームの先端に前記真空容器内の断熱壁の一部に設けられた開口部に臨ませて配置される試料を固定した搬送用ヘッドを着脱自在に取付け、且つ前記搬送用アームを前記真空容器の外側から内部の断熱壁の一部に設けられた開口部に向けて搬送又は退避させる搬送機構部を設け、この搬送機構部と前記ポートとの間の前記容器に少なくとも１個以上の真空ゲートバルブを設けるようにした試料導入装置において、
前記軸方向に長形な容器の反ポート側端部を首振り可能に支持する支持体と、前記容器のポート側端部を支持し、且つその支持点を移動可能にして前記容器の軸心を自在に調整可能な調芯機構と、前記真空ゲートバルブと前記搬送機構部との間の空間部に撮像面を前記断熱壁の開口部に向けて配設された撮像手段とを備え、
前記撮像手段により撮像された断熱壁の開口部の位置情報に基づいて前記調芯機構により前記容器の支持点を移動調整して前記容器の軸心を補正し、試料を前記断熱壁の開口部の軸芯に位置決めすることを特徴とする試料導入装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の試料導入装置において、前記調芯機構は、前記容器の支持点を前記真空ベローズの可動範囲内で前記容器の中心軸と直角な水平方向に移動させる水平移動手段及び垂直方向に移動させる垂直移動手段とから構成されたことを特徴とする試料導入装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の試料導入装置において、前記撮像手段で撮像された断熱壁の開口部の位置情報を画像処理装置により画像処理して前記撮像手段の中心軸に対する前記開口部の軸心のずれ量を自動的に計算し、その結果に基づいて前記調芯機構を移動制御するようにしたことを特徴とする試料導入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば核融合炉の真空容器内に設けられるプラズマ第一壁あるいはダイバータ等の高温断熱壁の試験用材料の導入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核融合炉の真空容器内に設けられるプラズマ第一壁あるいはダイバータ等は、高温のプラズマ環境下に長時間晒されるため、高い耐熱性、耐真空性、耐磁場強度、耐放射線性が要求される。
【０００３】
将来、核融合炉が建設され、長期間に亘って運転される場合には、安全性確保の見地から定期的に高温断熱壁の部品交換が行われることが予想されるが、交換作業の難易度、労力を考慮すると交換頻度を極力少なくすることが望まれる。
【０００４】
現在、実験炉においては、様々な材料が試用され評価されてきているが、新たな材料の開発と相まって今後継続的に材料試験が行われることが予定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの情報を収集するためには、炉内に材料を投入し、運転環境下に一定期間晒した後、素早く炉外に搬出する必要があるが、炉内の厳しい環境上、炉の運転を停止した後でなければ炉内にアクセスすることができないため、これら一連の作業をリアルタイムに実施する有効な手段がなかった。
【０００６】
そこで、本出願人は先に特開２００２−２２８６９の公開特許公報に記載されているような試料導入装置を開発した。この試料導入装置は、真空容器の一部に設けられた試料導入用のポートに軸方向に長形な容器を接続し、この容器内に先端に試料を固定する搬送用ヘッドを取付けた搬送用アームを真空容器の内部に向って直線的に移動可能に設けると共に、この搬送用アームを真空容器内部の断熱壁の一部に設けられた開口部に向けて搬送又は退避させる搬送機構部を設ける構成としたものである。
【０００７】
このような試料導入装置とすれば、核融合炉の真空容器内に設けられるプラズマ第一壁あるいはダイバータ等の高温断熱壁の試験用材料の炉内への搬入、搬出を遠隔でリアルタイムに実施可能になるが、炉内構造物は運転の状態によって絶対位置が温度と共に変化するため、外部より材料を搬入し、所定の場所に取付けることが極めて困難であった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、運転状態によって温度と共に炉内構造物の位置が変化しても、真空容器内のプラズマ第一壁あるいはダイバータ等の高温断熱壁の試験用材料を炉内へ遠隔操作により確実に搬入、搬出することができる試料導入装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により試料導入装置を構成する。
【００１０】
請求項１に対応する発明は、真空容器の一部に設けた試料導入用のポートに真空ベローズを介して軸方向に長形な容器を接続し、この容器内に搬送用アームを前記真空容器の内部に向かって直線的に移動可能に設けると共に、この搬送用アームの先端に前記真空容器内の断熱壁の一部に設けられた開口部に臨ませて配置される試料を固定した搬送用ヘッドを着脱自在に取付け、且つ前記搬送用アームを前記真空容器の外側から内部の断熱壁の一部に設けられた開口部に向けて搬送又は退避させる搬送機構部を設け、この搬送機構部と前記ポートとの間の前記容器に少なくとも１個以上の真空ゲートバルブを設けるようにした試料導入装置において、前記軸方向に長形な容器の両端部を支持し、且つその支持点を移動可能にして前記容器の軸心を自在に調整可能な調芯機構と、前記真空ゲートバルブと前記搬送機構部との間の空間部に撮像面を前記断熱壁の開口部に向けて配設された撮像手段とを備え、前記撮像手段により撮像された断熱壁の開口部の位置情報に基づいて前記調芯機構により前記容器の支持点を移動調整して前記容器の軸心を補正し、試料を前記断熱壁の開口部の軸芯に位置決めするものである。
【００１１】
請求項２に対応する発明は、真空容器の一部に設けた試料導入用のポートに真空ベローズを介して軸方向に長形な容器を接続し、この容器内に搬送用アームを前記真空容器の内部に向かって直線的に移動可能に設けると共に、この搬送用アームの先端に前記真空容器内の断熱壁の一部に設けられた開口部に臨ませて配置される試料を固定した搬送用ヘッドを着脱自在に取付け、且つ前記搬送用アームを前記真空容器の外側から内部の断熱壁の一部に設けられた開口部に向けて搬送又は退避させる搬送機構部を設け、この搬送機構部と前記ポートとの間の前記容器に少なくとも１個以上の真空ゲートバルブを設けるようにした試料導入装置において、前記軸方向に長形な容器の反ポート側端部を首振り可能に支持する支持体と、前記容器のポート側端部を支持し、且つその支持点を移動可能にして前記容器の軸心を調整可能な調芯機構と、前記真空ゲートバルブと前記搬送機構部との間の空間部に撮像面を前記断熱壁の開口部に向けて配設された撮像手段とを備え、前記撮像手段により撮像された断熱壁の開口部の位置情報に基づいて前記調芯機構により前記容器の支持点を移動調整して前記容器の軸心を補正し、試料を前記断熱壁の開口部の軸芯に位置決めするものである。
【００１２】
請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の試料導入装置において、前記調芯機構は、前記容器の支持点を前記真空ベローズの可動範囲内で前記容器の中心軸と直角な水平方向に移動させる水平移動手段及び垂直方向に移動させる垂直移動手段とから構成されたものである。
【００１３】
請求項４に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の試料導入装置において、前記撮像手段で撮像された断熱壁の開口部の位置情報を画像処理装置により画像処理して前記撮像手段の中心軸に対する前記開口部の軸心のずれ量を自動的に計算し、その結果に基づいて前記調芯機構を移動制御するようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態として、核融合実験炉の真空容器内のダイバータ部に適用した試料導入装置の全体構成図である。
【００１６】
図１に示すように、真空容器１の内部には複数の耐熱用タイル２がバックプレート３を介して全面に貼り付けられている。
【００１７】
このような真空容器１の一部分に試料導入装置用のポート４を設け、真空ベローズ５を介して真空容器１の外側から内部に向けて本実施の形態の試料導入装置６を配設するものである。
【００１８】
この試料導入装置６は、一方の開口端が閉塞された管状の第１の容器７、この第１の容器７の他方の開口端に取付けられた中継ボックス８、この中継ボックス８の第１の容器７の取付面と対向する面に一方の開口端が取付けられ、他方の開口端がポート４の側面一部に有する穴周縁部に接続された管状の第２の容器９、これら第１の容器７、中継ボックス８及び第２の容器９の中心軸線上に移動可能に配設された筒状の搬送アーム１０、第１の容器７内に設けられ、搬送アーム１０を真空容器１の内部に向けて直線的に移動させる搬送機構部１１、中継ボックス８近傍の第２の容器９に連通させて設けられた真空ゲートバルブ１２及び搬送アーム１０の先端部に着脱自在に装着された搬送用ヘッド１３とから構成されている。
【００１９】
ここで、上記搬送機構部１１は次のように構成されている。
【００２０】
搬送アーム１０は中継ボックス８の挿入口に設けられたガイド３１により移動可能に保持されている。また、搬送用アーム１０の端部には移動体３２が取付けられ、この移動体３２は中継ボックス８と容器７内の閉塞面側に設置された支持板３３との間に配設されたガイド棒３４に案内されながら移動可能になっている。
【００２１】
また、この移動体３２にはナット３５が取付けられ、このナット３５は支持板３３と中継ボックス８にそれぞれ回転自在に支持されたネジ軸３６に螺合させ、支持板３３に取付けられたモータ３７によりネジ軸３６を回転させることにより、軸方向に移動可能になっている。
【００２２】
本実施形態では、このような構成の試料導入装置６において、真空ゲートバルブ１２と搬送機構部１１との間の空間、本例では中継ボックス８内の空間に撮像面を真空容器１内に貼り付けられた耐熱用タイル２の一部に設けられた試料導入用の開口部に向けて撮像手段１４を配置する。この場合、撮像手段１４は搬送用アーム１０に干渉しない中心軸近傍に配置される。
【００２３】
この撮像手段１４としては、光学レンズとＣＣＤカメラとを組合せたぺリスコープ構成のものや、光学レンズとの組合せによるファイバスープ構成のものが用いられ、その撮像した画像情報は図示しない画像表示装置に画像表示される。
【００２４】
また、第１の容器７の閉塞側の端部と中継ボックス８の下面部をそれぞれ支持させて調芯機構１５を設置する。この調芯機構１５は第１の容器７と中継ボックス８の支持点を真空ベローズ５の可動範囲内で中心軸と直角な平面上を移動自在な構成となっている。
【００２５】
なお、第１の容器７の軸方向長さは搬送アーム１０の先端部が中継ボックス８に達する位置まで退避可能な長さのものが使用され、また第２の容器９は第１の容器７より径の小さなものが使用されている。さらに、中継ボックス８は試料取出口を有し、常時は蓋体により塞がれている。
【００２６】
図２は調芯機構１５の具体的な構成例を示す正面図である。
【００２７】
図２において、２５はベースで、このベース２５の上方に移動テーブル２２を水平状態にして設け、この移動テーブル２２下面の前後左右には、ベース２５に第１の容器７の中心軸線（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に配設されたガイド板２６に沿って移動する直動軸受２０が取付けられている。
【００２８】
また、移動テーブル２２下面のＹ方向中間位置にネジ穴を有するブロック２７が取付けられ、このブロック２７のネジ穴にガイド板２６の配設方向と同方向に設けられ且つベース２５の一側に回転可能に支持されたネジ軸２１が螺挿されている。
【００２９】
そして、このネジ軸２１には、その支持部に設けられたモータ２３の回転軸が連結され、モータ２３の回転がネジ軸２１に伝達されるようになっている。
【００３０】
一方、移動テーブル２２のＸ方向中間位置の上面両側にガイド穴を有するブロック１６ａが取付けられ、このブロック１６ａのガイド穴に挿脱されるガイド軸１６が移動テーブル２２の上方に水平に設けられる支持板２８の下面に取付けられている。
【００３１】
また、移動テーブル２２のＸ方向及びＹ方向のほぼ中間位置の上面に軸穴を有するブロック２９が取付けられ、このブロック２９の軸穴に支持板２８の下面に取付けられたネジ軸１８の先端部が挿入されている。このブロック２９の上面にネジ軸１８に螺挿されたナット１７が図示しない保持部材により回転可能に保持されている。
【００３２】
そして、ナット１７と移動テーブル２２上に設けられたモータ２４の回転軸との間をプーリ及びベルトからなる回転伝達機構によりモータ２４の回転がナット１７に伝達できるようにしてある。
【００３３】
さらに、支持板２８の上面中央部には、第１の容器７又は中継ボックス８が接続部材を介してジョイント１９により接続されている。
【００３４】
次に上記のように構成された試料導入装置の作用を説明するに、ここでは試験用材料を炉内へ搬入するに先立ち、温度と共に変化する炉内構造物に対する試験用材料の搬入経路の補正について図３により述べる。
【００３５】
図３は撮像手段１４によって撮像された真空容器１の内部の断熱タイル２に設けられた試料導入用の開口部の状態を示している。
【００３６】
初期の状態、例えば常温状態における撮像手段１４の中心軸Ｘ１，Ｙ１と試料導入用の開口部の中心軸Ｘ２，Ｙ２が一致するように調整しておけば、温度上昇に伴って変化する断熱タイル２の位置ずれ量をＸ方向がｅ１、Ｙ軸方向がｅ２として捉えることができる。
【００３７】
このように試料導入装置６の軸心と断熱タイル２の軸心がずれた状態では、試料の挿脱を行うことができない。
【００３８】
そこで、本実施形態では、第１の容器７の閉塞側の端部と中継ボックス８の下面部をそれぞれ支持させて配置した調芯機構１５により次のように調整する。
【００３９】
まず、撮像手段１４と断熱タイル２に設けられた試料導入用開口部のＸ方向のずれ量ｅ１に対しては、モータ２３の駆動によりネジ軸２１を回転させると、ブロック２７がネジ軸上を移動し、移動テーブル２２がガイド板２６に沿ってガイドされる直動軸受２０により水平状態を維持した状態でＸ軸方向に移動する。
【００４０】
従って、移動テーブル２２をＸ方向のずれ量ｅ１に相当する分だけ移動調整すれば、撮像手段１４の中心軸Ｘ１と試料導入用開口部の中心軸Ｘ２が一致するように調整される。
【００４１】
次に撮像手段１４と断熱タイル２に設けられた試料導入用開口部のＹ方向のずれ量ｅ２に対しては、モータ２４の駆動により回転伝達機構を介してナット１７が回転すると、ネジ軸１８がナット１７の回転より垂直方向に移動し、支持板２８がブロック１６ａのガイド穴に挿入されたガイド軸１６によりガイドされながらＹ軸方向に移動する。
【００４２】
従って、移動テーブル２２をＹ方向のずれ量ｅ２に相当する分だけ移動調整すれば、撮像手段１４の中心軸Ｙ１と試料導入用開口部の中心軸Ｙ２が一致するように調整される。
【００４３】
この場合、撮像手段１４の中心軸と試料導入用開口部の中心軸の位置合わせは、撮像手段１４で撮像した位置情報を図示しないモニタに表示し、その画像を目視確認しながらマニュアル操作により行われる。
【００４４】
このように調芯機構１５により第１の容器７及び中継ボックス８の支持点をＸ方向及びＹ方向に移動させて、撮像手段１４の中心軸と試料導入用開口部の中心軸とが合致するように調整することにより試料の挿脱を円滑に行うことができる。
【００４５】
図４は本発明による試料導入装置の第２の実施形態を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００４６】
第２の実施形態では、中継ボックス８の下面部を前述した調芯機構１５により支持させ、第１の容器７の下面部をベース上に垂直に取付けられた支持体３０に接続部材を介してジョイントにより接続するようにしたものである。この場合、第１の容器７は、調芯機構１５による中継ボックス８のＸ方向及び垂直方向の移動に対して支持体３０に首振り自在に支持されている。
【００４７】
このように調芯機構１５を片側の中継ボックス８だけに配置しても前述と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
上記実施の形態では、撮像手段１４により撮像された位置情報をモニタに表示し、その画像を目視確認しながらマニュアル操作により軸芯合わせを行うようにしたが、撮像手段１４により撮像された位置情報を画像処理装置に入力して画像処理により撮像手段１４の中心軸に対する断熱壁の開口部軸心のずれ量を自動的に計算し、その結果に基づいて調芯機構１５を駆動制御して自動的に軸心合わせを行うこともできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、運転状態によって温度と共に炉内構造物の位置が変化しても、真空容器内のプラズマ第一壁あるいはダイバータ等の高温断熱壁の試験用材料を炉内へ遠隔操作により確実に搬入、搬出することができる試料導入装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による試料導入装置を核融合実験炉の真空容器内のダイバータ部に適用した第１の実施形態を示す全体構成図。
【図２】同実施形態における試料導入装置の調芯機構を示す正面図。
【図３】同実施形態にいて、撮像手段により撮像された真空容器内の断熱タイルに設けられた試料導入用開口部の状態の説明図。
【図４】本発明による試料導入装置を核融合実験炉の真空容器内のダイバータ部に適用した第２の実施形態を示す全体構成図。
【符号の説明】
１…真空容器
２…耐熱用タイル
３…バックプレート
４…ポート
５…真空ベローズ
６…試料導入装置
７…第１の容器
８…中継ボックス
９…第２の容器
１０…搬送アーム
１１…搬送機構部
１２…真空ゲートバルブ
１３…搬送用ヘッド
１４…撮像手段
１５…調芯機構
１６…ガイド軸
１７…ナット
１８…ネジ軸
１９…ジョイント
２０…直動軸受
２１…ネジ軸
２２…移動テーブル
２３，２４…モータ
２４…ネジ軸
２５…ベース
２６…ガイド板
２７，２９…ブロック
２８…支持板
３０…支持体
【図１】
2004077219.tif 000003
【図２】
2004077219.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004077219.tif 000006