(57)【要約】  【課題】  本発明は、加工刃の水から受ける抵抗をさらに減らし、原子力発電プラントの保全工事などの水中環境下で又は水中環境下での狭隘部で、使用可能な又は小型軽量な水中環境用機械式切断装置を提供することである。  【解決手段】  本発明は、加工刃の水から受ける抵抗をさらに減らすために加工刃の回転板の表面形状の工夫し、または水抵抗低減を目的とした機構を設ける。例えば、回転板の表面にディンプル加工又はディンプル加工を施したカバーを設ける。またはディンプル加工した回転板又はカバーの表面に界面活性剤のコーティングを施す。あるいは加工刃の一部を筐体で包囲し、筐体内への気体供給し部分的に気中環境を作る。また、加工刃の一部を筐体で包囲し、回転板の回転の方向に水流、または微細空気泡を含んだ水の水流を与えることで、回転を補助する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部のない回転板の周囲に複数の刃を有する円盤状の加工刃と、加工対象を処理できるように前記加工刃を移動させる加工刃移動手段とを有し、水中環境において前記加工刃を回転させて前記加工対象を切断又は切削或いは研磨する前記処理を行なう水中環境用機械式切断装置において、
前記回転板の水の抵抗を低減する水抵抗低減手段を有することを特徴とする水中環境用機械式切断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中環境用機械式切断装置において、
前記水抵抗低減手段は前記回転板の表面にディンプル加工、界面活性剤のコーティングのうち少なくとも一方を施したことであることを特徴とする水中環境用機械式切断装置。
【請求項３】
請求項１に記載の水中環境用機械式切断装置において、
前記水抵抗低減手段はディンプル加工、界面活性剤のコーティングのうち少なくとも一方を施した円盤状のカバーで前記回転板を挟み込むことであることを特徴とする水中環境用機械式切断装置。
【請求項４】
請求項１に記載の水中環境用機械式切断装置において、
前記水抵抗低減手段は、加工時に前記加工刃を部分的に覆う筐体と、前記筐体内を気中環境に保持する保持手段とを有することを特徴とする水中環境用機械式切断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の水中環境用機械式切断装置において、
前記水抵抗低減手段は、前記筐体を前記加工刃の移動に追随して移動させる筐体移動手段を有することを特徴とする水中環境用機械式切断装置。
【請求項６】
請求項１に記載の水中環境用機械式切断装置において、
前記水抵抗低減手段は、前記加工刃を加工時に部分的に覆う筐体と、前記加工刃の前記回転の方向に水流を、または微細空気泡を含んだ水流を与え、前記回転を補助する回転補助手段を有することを特徴とする水中環境用機械式切断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水中環境用機械式切断装置において、
前記水抵抗低減手段は、前記回転板の表面にまたは前記回転板に固定した円盤状のカバーに設けられた複数の突起を有し、前記回転補助手段は前記突起が前記水流を受けるようにすることを特徴とする水中環境用機械式切断装置。
【請求項８】
開口部のない回転板の周囲に複数の刃を有する円盤状の加工刃を、加工対象を処理できるように移動させ、水中環境において前記加工刃を回転させて前記加工対象を切断又は切削或いは研磨する前記処理を行なう水中環境用機械式切断方法において、
前記回転板の水の抵抗を低減する水抵抗低減ステップを有することを特徴とする水中環境用機械式切断方法。
【請求項９】
請求項８に記載の水中環境用機械式切断方法において、
加工時に前記加工刃を部分的に筐体で覆い、前記水抵抗低減ステップは前記筐体内を気中環境に保持する保持ステップを有することを特徴とする水中環境用機械式切断方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の水中環境用機械式切断方法において、
前記水抵抗低減ステップは、前記筐体を前記加工刃の移動に追随して移動させる筐体移動ステップを有することを特徴とする水中環境用機械式切断方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の水中環境用機械式切断方法において、
加工時に前記加工刃を部分的に筐体で覆い、前記水抵抗低減ステップは、前記加工刃の前記回転の方向に水流で、または微細空気泡を含んだ水流で、前記回転を補助する回転補助ステップを有することを特徴とする水中環境用機械式切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中環境において円盤状の加工刃（回転カッター、回転砥石等）を高速回転させ、加工対象を切断又は切削或いは研磨する水中環境用機械式切断装置及び水中環境用機械式切断方法に係わり、特に原子力発電プラントの保全・改造工事における放射化された構造物の水中環境用機械式切断装置及び水中環境用機械式切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの保全・改造工事には、機械式の切断又は切削或いは研磨工法（以下、単に切断工法という）としてアブレイシブウォータージェット切断工法、ディスクカッター工法、回転砥石による工法などの技術が従来から採用されている。例えば、従来の加工刃（回転カッター、回転砥石等）による切断では、加工刃が水から受ける抵抗に負けないよう回転駆動源を強力化、大型化することが必須であった。そして、同時に加工刃が水から受ける抵抗を低減するため、水との摩擦が小さい材質、製法の加工刃を選定するなど対策していた。
【０００３】
特許文献１は、ワイヤソー切断装置において、ワイヤソーを駆動させ、側面に開口部を有する駆動用プーリーの両側面をドーナツ状円板で閉塞し、内部に密閉された空間を設け、駆動プーリーの開口部の水中での回転抵抗を低減する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２は、ワイヤソーを円筒又は半円筒内に収め、その中に加圧流体を流入させて、或いはワイヤソーの方向を転換するガイドシープに向けて加圧流体を噴出させて、ワイヤソーの水中可動部分の抵抗を低下させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２７６６号公報
【特許文献２】特開平６−９１６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の円盤状の加工刃(以下、単に加工刃という)は、凹凸や穴のない回転板の周囲に複数の刃(カッター又は砥石等）を有している。従来、水中環境下に回転式の切断工法を適用する場合、水の粘性の作用により、気中環境に比べ、特に加工刃が受ける抵抗が大きいため、その損失に見合った回転駆動源が必要であり、装置の設定スペースが狭隘である場合などに、回転駆動源の大きさに制約を受け、適用できない課題があった。また、水中遠隔での取扱性を考えた場合にも、気中環境の装置と同様サイズの回転駆動源を有する小型軽量な装置である方が有利である。
【０００７】
また、装置製作期間の短縮、製作コスト低減を目的とし、既存の気中用切断装置を水中仕様に改造し流用する場合においても、水の抵抗により切断性能が低下してしまうため、水から受ける抵抗を減らす必要がある。
【０００８】
特許文献１では、開口部を有する側面をドーナツ状円板で平面にすることで、水から受ける抵抗を低減しているが、回転式の切断工法では、回転板は既に平面を有しており、さらに水から受ける抵抗を減らす要求がある。
【０００９】
特許文献２に開示された技術は、ワイヤソーやワイヤソーの方向転換するような小型なガイドシープの水から受ける抵抗の低下に有効であるが、それ自体が切断に関与する大型の円盤状の加工刃の水から受ける抵抗の低減には有効ではない。
【００１０】
従って、本発明の第１の目的は、円盤状の加工刃が水から受ける抵抗をさらに減らし、原子力発電プラントの保全工事などの水中環境下で使用可能な水中環境用機械式切断装置または水中環境用機械式切断方法を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、原子力発電プラントの保全工事などの水中環境下での狭隘部で使用可能な小型軽量な水中環境用機械式切断装置または水中環境用機械式切断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記のいずれかの目的を達成するために、加工刃の回転板の表面形状を工夫し、または水抵抗低減を目的とした機構を設ける。より具体的に、下記に示すような工夫又は機構を設けてもよい。
【００１２】
第１に、開口部のない回転板の周囲に複数の刃を有する円盤状の加工刃の表面にディンプル加工を施す、又はディンプル加工を施した円盤状のカバーで回転板を挟み込む。これにより回転板の表面に生じる水との境界層剥離を抑制し、回転板が受ける抵抗を低減する。また、回転板の表面に界面活性剤をコーティングすることにより、回転板と水の間の摩擦を減らし、回転板が水から受ける抵抗を低減する。
【００１３】
第２に、加工時に前記加工刃を部分的に覆う筐体を設け、筐体内に空気などの気体を供給し、部分的に気中環境を作ることで、水の抵抗を低減する。また、筐体を前記加工刃の移動に追随して移動させ、筐体が加工対象に接触したときに停止させることで、水中環境に放出する気体を低減する。
【００１４】
第３、加工時に加工刃を部分的に覆う筐体を設け、加工刃の回転の方向に水流、または微細空気泡を含んだ水の水流を与えることで、回転を補助する。また、回転板の表面にまたは回転板に固定した円盤状のカバーに複数の突起を設け、突起が水流を受けるようにすることで、水のせん断抵抗を低減する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、加工刃の水から受ける抵抗をさらに減らし、原子力発電プラントの保全工事などの水中環境下で使用可能な機械式切断装置または水中環境用機械式切断方法を提供できる。
また、本発明によれば、原子力発電プラントの保全工事などの水中環境下狭隘部で使用可能な小型軽量な水中環境用機械式切断装置または水中環境用機械式切断方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】原子力発電プラントの使用済燃料プールで燃料貯蔵ラックを切断する実施形態を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態である回転カッター式切断装置の第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態である回転カッター式切断装置による切断方法を示す図である。
【図４】第１の実施例における回転カッターを示す図である。
【図５】第２の実施例における回転カッターを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態である回転カッター式切断装置の第３の実施例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態である回転カッター式切断装置の第４の実施例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態である回転カッター式切断装置の第５の実施例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態である回転カッター式切断装置の第６の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の水中環境用機械式切断装置の実施形態として、図１に概念を示す原子力発電プラントの使用済燃料プール１での燃料貯蔵ラック２の加工刃として回転カッターを用いた回転カッター式切断装置３による切断について説明する。勿論、加工刃として回転砥石等を用いて、加工対象を切断または切削或いは研磨してもよい。
【００１８】
回転カッター式切断装置３で切断する燃料貯蔵ラック２は、水４を張った使用済燃料プール１内に複数体並べて設置してあり、回転カッター式切断装置３は、この燃料貯蔵ラック２間の狭隘なスペースに、気中の作業床５上に設置された台車６上から、遠隔で使用済燃料プール１の床面に設置される。
【００１９】
回転カッター式切断装置３は、作業床５上に設置された操作ユニット７から遠隔で操作され、同じく操作ユニット７から、ケーブルおよびホース類８を介し供給される電力や駆動流体により動作する。
以下、図１に示す実施形態における回転カッター式切断装置３の実施例を説明する。
【００２０】
（実施例１）
図２に本発明の実施形態である回転カッター式切断装置３の第１の実施例を示す。
図２の上図は、回転カッター式切断装置３を上部から見た上面図で、図２の下図は、回転カッター式切断装置３を後述する横行軸駆動用モータ１９の方向から見た側面図である。
【００２１】
回転カッター９は、水や高粘性流体による水流、気流、あるいは電気により駆動する回転用モータ１０の回転により矢印aの向きに高速回転するシャフト１１に取付けられている。このシャフト１１と回転用モータ１０とを保持するカッターベース１２は、横行ベース１３上に固定された前後軸ガイド１４上を移動できる構造であり、前後軸駆動用モータ１５の駆動により回転する前後軸ボールねじ１６により、矢印ｂ方向の走行が可能である。横行ベース１３は、本体ベース１７上に固定された横行軸ガイド１８上を移動できる構造であり、横行軸駆動用モータ１９の駆動により回転する横行軸ボールねじ２０により、矢印ｃ方向の走行が可能である。
【００２２】
この回転カッター式切断装置３を用いて、水中に存在する切断対象物２１を切断する方法を図３で説明する。
まず回転用モータ１０により回転カッター９を矢印ａの切断方向に高速回転させ、次に前後軸駆動用モータ１５の操作により、回転カッター９を所定の位置まで矢印ｂの向きに前進させる。
次に横行軸駆動用モータ１９の駆動により、回転カッター９を矢印ｃの向きに進めることで、切断対象物２１を切断する。
【００２３】
図４に第１の実施例における回転カッター９を示す。
図１で示した回転カッター式切断装置３の回転カッター９は、その回転軸であるシャフト１１と直交する二面を有する回転板９ａと回転板の周囲に設けられた刃９ｂとを有する。実施例１では、回転板９ａの二面に微小なディンプル加工を施す。このディンプル２２により回転板９ａ表面の水流を乱し、水と回転板９ａとの境界層の剥離を抑制し、回転板９ａが受ける抵抗を低減する。また、図には示していないが、ディンプル加工面を、またはディンプル加工に替えて、回転板９ａの二面を界面活性剤でコーティングすることで、回転カッター９と水４の間の摩擦抵抗が低減され、水の粘性による抵抗を低減できる。
【００２４】
（実施例２）
図５に第２の実施例における回転カッター９を示す。
図１に示す回転カッター式切断装置３において、図５に示すように、表面にディンプル加工を施した円盤状のカバー２３で、回転カッター９の回転板９ａを挟み込み、シャフト１１に固定し、回転カッター９とカバー２３を同時に回転させることでも、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、実施例１と同様にディンプル加工面を、またはディンプル加工に替えて界面活性剤でコーティングを施したものや、超音波振動のような周期的な加振を加えることで表面剥離を促進する構造を有するカバー２３を使用することでも、水の抵抗の低減を図ってもよい。
【００２５】
実施例１、２では回転カッター９の二面に工夫を凝らすことで水の抵抗を低減可能としたが、以下に説明する実施例３乃至５は、回転カッター式切断装置３にシステム的な機構を加えることで水の抵抗を低減可能とする例である。
【００２６】
（実施例３）
図６に本発明の実施形態である回転カッター式切断装置３の第３の実施例を示す。
【００２７】
実施例３は、図２に示す回転カッター式切断装置３のカッターベース１２上に、回転カッター９が回転する回転開口部２４ａと、シャフト１１（回転カッター９）を前進方向に移動可能とする下面に設けたシャフト開口部２４ｂとを備えた筐体２４を設け、回転カッター９を部分的に覆う。この筐体２４に気中の作業床５に設置した操作ユニット7内にも設けられたエア供給設備から、ボース類８を構成するエア供給ホース２５を介して空気を供給する。空気の供給により、筐体２４内の水を排除（パージ）し、回転カッター９の一部に部分的に空気層を形成することで、回転カッター９の表面に、水との摩擦が生じない領域ができるので、その領域分の水の抵抗を低減できる。
【００２８】
なお、この方法では、筐体２４と切断対象物２１の隙間、および切断溝から空気が放出されるが、原子力発電プラント内の放射化された構造物を切断する場合においては、この空気が放射性のダストを気中に搬送し、作業床５上の雰囲気線量を上昇させる懸念があるため、回転カッター式切断装置３の上方にガス回収用のフード３１を設け、放出された空気を効率よく回収し、浄化する必要がある。
【００２９】
また、回転カッター９の回転駆動源の回転用モータ１０にエアモータを用いる場合は、駆動エアの排気を筐体２４内に開放し、パージエアとして流用することで系統の簡素化を図ってもよい。
【００３０】
（実施例４）
図７に本発明の実施形態である回転カッター式切断装置３の第４の実施例を示す。
【００３１】
実施例３の構成では、筐体２４が移動しない、即ち固定されていたために、回転カッター９と筐体２４の間から大量の空気が放出されてしまう。実施例４は、大量の空気の放出を避けるために、図７に示すように、回転カッター９と筐体２４を別々に動かせるカバースライド機構２６を有する。カバースライド機構２６は、筐体２４の下面に固定されたガイドレール２６ｒと、バネ２６ｂと、筐体２４の下面に設けられシャフト１１が移動するシャフト開口部２４ｂと有する。
【００３２】
図７の上図に示す状態からカッターベース１２を前進させて、筐体２４が切断対象部材２１と接触した時点から、筐体２４は前進することができなくなり止まる。一方、回転カッター９は、筐体が停止した後もそのまま前進し続け、加工に入ることができる。
【００３３】
この結果、加工中は筐体２４と切削対象物２１の隙間を無くすことができ、空気の放出量を少なくすることができる。
【００３４】
また、筐体２４の下面のシャフト１１が移動するシャフト開口部２４ｂを例えばジャバラ構造とすることで、さらに空気の放出量を少なくなるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、実施例３または実施例４において、筐体２４に供給するのは空気ではなく、その他の気体でもよい。
【００３６】
（実施例５）
図８に本発明の実施形態である回転カッター式切断装置３の第５の実施例を示す。
実施例５は、回転カッター９を筐体２４でカバーする実施例３、４とは異なり、回転カッター９の回転を補助する水流によって、回転カッター９が受ける水の抵抗を低減する例である。
【００３７】
実施例５は、図２に示す回転カッター式切断装置３のカッターベース１２上に、回転カッター９の前進方向に水流開口部２７ａを有する筐体２７を設け、回転カッター９を部分的に覆う。また、実施例５は、筐体２７内に噴流ノズル２８を設け、回転カッター９の回転方向と同じ向きの水流を作ることにより、回転カッター９が受ける水の抵抗を低減する。水の供給は、作業床５あるいは使用済燃料プール１内に設置した操作ユニット7内に設けられた給水ポンプから、ホース類８を構成する給水ホース２９を介して行う。
【００３８】
回転カッター９の直径によって直径方向の周速度が異なるため、噴流ノズル２８の位置に応じてノズル穴径を調整してもよい。水に微細空気泡を加えて噴流を供給し、回転カッター９が受ける水の抵抗を低減してもよい。
【００３９】
（実施例６）
図９に本発明の実施形態である回転カッター式切断装置３の第６の実施例を示す。
実施例６は、実施例５の装置構成に、実施例２に示した表面にディンプル加工を施した円盤状のカバー２３の代わりに、回転を促進するような突起３０ｔを有する突起付きカバー３０を少なくとも回転板９ａの片面に設ける。噴流ノズル２８から出た噴流のエネルギーを突起３０ｔで受けることができ、カッター回転用モータ１０の負荷低減に利用することができる。
突起付きカバー３０を片面のみ設ける場合は、他面に実施例２のカバー２３を設けてもよい。
【００４０】
（実施例７）
実施例７は、上記した実施例１または２の技術を、実施例３〜４または実施例５の技術と併用した実施例である。
実施例７においても、水の粘性による抵抗を低減することができる。
【００４１】
以上説明した実施形態によれば、加工刃の水から受ける抵抗をさらに減らし、原子力発電プラントの保全工事などの水中環境下で使用可能な機械式切断装置または水中環境用機械式切断方法を提供できる。
また、以上説明した実施形態によれば、気中サイズの回転駆動源と同様サイズの回転駆動源を水中切断に用いることができるので、原子力発電プラントの保全工事などの水中環境下狭隘部で使用可能な小型軽量な水中環境用機械式切断装置または水中環境用機械式切断方法を提供できる。
【符号の説明】
【００４２】
１：使用済燃料プール                    ２：燃料貯蔵ラック
３：回転カッター式切断装置              ４：水
５：作業床                              ６：台車
７：操作ユニット                        ８：ケーブルおよびホース類
９：回転カッター                        ９ａ：回転板
９ｂ：刃                                １０：カッター回転用モータ
１１：シャフト                          １２：カッターベース
１３：横行ベース                        １４：前後軸ガイド
１５：前後軸駆動用モータ                １６：前後軸ボールねじ
１７：本体ベース                        １８：横行軸ガイド
１９：横行軸駆動用モータ                ２０：横行軸ボールねじ
２１：切断対象部材                      ２２：ディンプル
２３：カバー                            ２４：筐体
２４ａ：回転開口部                      ２４ｂ：シャフト開口部
２５：エア供給ホース                    ２６：カバースライド機構
２６ｂ：バネ                            ２６ｒ：ガイドレール
２６ｓ：スライダ                        ２７：筐体
２７ａ：水流開口部                      ２８：噴流ノズル
２９：水供給ホース                      ３０：突起付きカバー
３０ｔ：突起                            ３１：ガス回収用のフード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013141723.tif 000009
【図８】
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【図９】
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