(57)【要約】【課題】フォーク型動翼植込部の一つの貫通孔に対して１台の加工装置で一度に施工を完結できるようにして、レーザピーニングの施工効率の向上、施工コストの低減を実現する。【解決手段】実施形態によるレーザピーニング装置は、レーザ光を貫通孔６の内周面に向けて照射する照射ヘッド１０と、照射ヘッド１０と連結され、貫通孔６の少なくとも全長分のストロークを流体圧力により伸長可能であり照射ヘッド１０に回転を伝達可能な入れ子型の多重管からなる多重連結部１６と、レーザ発振器１１からレーザ光を導くレーザ光路を形成し照射ヘッド１０にレーザ光を導入する導光管１８、１９と、多重連結部１６を同軸に収容し、多重連結部１６に回転を与えて貫通孔６の内周面に対する周方向のレーザ照射位置を制御するヘッド回転機構１４と、貫通孔６内での照射ヘッド１０の軸方向の位置を制御するヘッド軸方向制御手段と、照射ヘッド１０に液体を供給する送液手段と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンのディスクと動翼を結合する動翼植込構造においてロータ軸方向に貫通する貫通孔の内周面に対してレーザ光を照射し圧縮残留応力を付与するレーザピーニング装置であって、
レーザ光を前記貫通孔の内周面に向けて照射する照射ヘッドと、
前記照射ヘッドと連結され、前記貫通孔の少なくとも全長分のストロークを流体圧力により伸長可能であり前記照射ヘッドに回転を伝達可能な入れ子型の多重管からなる多重連結部と、
レーザ発振器からレーザ光を導くレーザ光路を形成し前記照射ヘッドにレーザ光を導入する導光管と、
前記多重連結部を同軸に収容し、前記多重連結部に回転を与えて貫通孔内周面に対する周方向のレーザ照射位置を制御するヘッド回転機構と、
前記貫通孔内での前記照射ヘッドの軸方向の位置を制御するヘッド軸方向制御手段と、
前記照射ヘッドに液体を供給する送液手段と、を備え、
前記多重連結部を伸長させながら、前記照射ヘッドを前記貫通孔内で移動させ前記貫通孔の内周面にレーザピーニングを施すようにしたことを特徴とするレーザピーニング装置。
【請求項２】
前記導光管は、前記ヘッド回転機構が配置される側とは前記ディスクを挟んで反対側に配置され、前記貫通孔を通して前記レーザ光が前記照射ヘッドに導入され、前記貫通内を通して照射ヘッドに供給される前記液体の圧力によって前記照射ヘッドの位置が規制されることを特徴とする請求項１に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３】
前記ヘッド軸方向制御手段は、前記ヘッド回転機構が配置される側とは前記ディスクを挟んで反対側に配置され、
前記ヘッド軸方向制御手段は、直線移動する押し棒を有し、前記押し棒を駆動する直動機構と、
前記押し棒の移動量を前記照射ヘッドに伝達し前記移動ヘッドの移動を規制する移動伝達体列と、
前記移動伝達体列を収容し、移動伝達体列を前記貫通孔の出口側まで導く案内管と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザピーニング装置。
【請求項４】
前記移動伝達体列は、同じ大きさの複数の球体が連続する列からなることを特徴とする請求項３に記載のレーザピーニング装置。
【請求項５】
前記ヘッド回転機構を隣接するディスクの間に固定するクランプ装置を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のレーザピーニング装置。
【請求項６】
前記ヘッド回転機構は、前記貫通孔の入口に対して前記照射ヘッドを同軸に調芯する調芯手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のレーザピーニング装置。
【請求項７】
前記調芯手段は、位置決め突起を有する一対の調芯用シリンダと、
施工対象の貫通孔と同一円周上で等距離にその両側に位置する他の貫通孔のそれぞれに前記位置決め突起が嵌合可能な位置に前記一対の調芯用シリンダを支持する支持部材と、を有することを特徴とする請求項６に記載のレーザピーニング装置。
【請求項８】
前記動翼を取り外した箇所に取り付けられ、前記貫通孔を連続させて前記照射ヘッドの案内をする動翼模擬体を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のレーザピーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、構造物の表面にレーザ光を照射し、圧縮残留応力を付与するレーザピーニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントで用いられている蒸気タービンでは、動翼と静翼の組み合わせ１対でタービン段落が形成され、タービン段落は複数段並べられている。
【０００３】
近年、発電プラントでは、排気損失改善によるプラント熱効率の向上を図るために、低圧タービンの最終段落やその前段落では、動翼の長翼化が指向されている。動翼を長翼化する場合、プラント運転中には、タービンロータ側のディスクの動翼植込部により大きな遠心力が作用することになる。長翼化したタービン段落では、この大きな遠心力に耐えうるように、ディスクと動翼の結合部には、フォーク型の植込構造が採用されている。
【０００４】
この種のフォーク型植込構造では、動翼の根本の翼植込部はフォーク形状に形成され、ディスクにも同様のディスク植込部が形成されている。これら翼植込部とディスク植込部は、交互に組み合わされ、その結合部を貫通するように設けられた複数本のピン孔に結合ピンが挿入される構造となっている。
【０００５】
このようなフォーク型植込構造では、遠心力による高い引張曲げ応力がピン孔の内面と結合ピンにかかる。ディスクを含むロータと動翼、結合ピンには、この引張曲げ応力に対して十分な強度をもつ材料が採用されている。
【０００６】
また、フォーク型植込構造では、応力腐食割れによる損傷を防止する対策として、翼植込部およびディスク植込部の表面、結合ピンの表面にショットピーニング等の加工を施し、材料表面に圧縮応力を付与することが従来から行われている。
【０００７】
ところで、近年では、フォーク型植込構造において、ピン孔の内周面についても、応力腐食割れによる損傷事例が報告されている。
【０００８】
このようなピン孔内周面の表面に対しては、ショットピーニングの施工が困難である。これに替わる方法として、例えば、レーザを用いたレーザピーニング加工により、ピン孔の内周面に圧縮応力を付与し、材料披露強度を向上させる方法が提案されている。  
また、タービン動翼のフォーク型植込構造のピン孔に対するレーザピーニング加工に特化した施工システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−４３５９５号公報
【特許文献２】特開２０１１−６７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、タービン最終段落およびその前段落では、動翼の長翼化に伴い、フォーク型植込構造はますます大きくなり、その幅は増加する傾向にある。
【００１１】
他方、ロータの長さが延びること、ロータを支持する軸受の軸受間距離が増大することは、タービン建屋を大きくするので、ロータの延長につながるような長翼化は好ましくない。特に、ロータの延長に直結するディスク間の間隔の増加は構造上最小限に抑える必要がある。
【００１２】
このようなことから、タービン動翼の長翼化によって、フォーク型植込構造のディスク自体幅が増大する反面で、隣接するディスクとの間隔は、狭くなる傾向にある。これをフォーク型植込構造を貫通するピン孔の内周面にレーザピーニング加工を施工する観点からみると、レーザ加工装置の施工対象へのアクセスが狭いディスク間隔によって制約を受けることになる。
【００１３】
このため、従来のレーザピーニング装置によるピン孔内周面の施工では、１つのピン孔に対して、ディスク片側から一度に施工できない場合があった。このようなときには、レーザピーニング装置をディスクの他方の側に移動し反対側からの施工を追加し、あるいは、ディスクの両側にそれぞれレーザピーニング装置を配置し、２台の加工装置による同時施工を行う必要があった。
【００１４】
発電プラントの蒸気タービンでは、フォーク型植込構造におけるピン孔は相当な数になることから、施工効率の向上、施工コストの低減のために、１台のレーザピーニング装置で１つのピン孔に対して一度で施工を完結できることが望まれていた。
【００１５】
本発明は、前記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであって、１台の加工装置で１つの貫通孔に対して一度で施工を完結できるようにして、レーザピーニングの施工効率の向上、施工コストの低減を実現できるようにしたレーザピーニング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明に係るレーザピーニング装置は、タービンのディスクと動翼を結合する動翼植込構造においてロータ軸方向に貫通する貫通孔の内周面に対してレーザ光を照射し圧縮残留応力を付与するレーザピーニング装置であって、レーザ光を前記貫通孔の内周面に向けて照射する照射ヘッドと、前記照射ヘッドと連結され、前記貫通孔の少なくとも全長分のストロークを流体圧力により伸長可能であり前記照射ヘッドに回転を伝達可能な入れ子型の多重管からなる多重連結部と、レーザ発振器からレーザ光を導くレーザ光路を形成し前記照射ヘッドにレーザ光を導入する導光管と、前記多重連結部を同軸に収容し、前記多重連結部に回転を与えて貫通孔内周面に対する周方向のレーザ照射位置を制御するヘッド回転機構と、前記貫通孔内での前記照射ヘッドの軸方向の位置を制御するヘッド軸方向制御手段と、前記照射ヘッドに液体を供給する送液手段と、を備え、前記多重連結部を伸長させながら、前記照射ヘッドを前記貫通孔内で移動させ前記貫通孔の内周面にレーザピーニングを施すようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、１台の加工装置で１つの貫通孔に対して一度で施工を完結できるようにして、レーザピーニングの施工効率の向上、施工コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】施工対象である蒸気タービンの動翼とディスクとを結合するフォーク型植込構造を示す断面図である。
【図２】隣り合った段落間に設置された第１実施形態によるレーザピーニング装置の施工開始前の状態を示す断面図である。
【図３】照射ヘッドが貫通孔の出口まで到達して施工が完了した状態にある第１実施形態によるレーザピーニング装置を示す断面図である。
【図４】貫通孔に挿入された照射ヘッド示す断面図である。
【図５】図２におけるＶ−Ｖ断面を示す図である。
【図６】隣り合った段落間に設置された第２実施形態によるレーザピーニング装置の施工開始前の状態を示す断面図である。
【図７】照射ヘッドが貫通孔の出口まで到達して施工が完了した状態にある第１実施形態によるレーザピーニング装置を示す断面図である。
【図８】第３実施形態において、調芯ガイド手段と貫通内の位置関係を示す図である。
【図９】図８におけるＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【図１０】第４実施形態において、動翼模擬体を取り付けた動翼植込部を断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明によるレーザピーニング装置の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、施工対象である蒸気タービンの動翼とディスクとを結合するフォーク型植込構造を示す図である。図１において、参照番号１は、蒸気タービンのロータを示し、参照番号２は、動翼３を保持するディスクを示している。
【００２１】
動翼３の根本側には、複数の翼フォーク４が一定間隔でロータ１の軸方向に並んだ翼植込部が形成されている。同様に、ディスク２には、複数のディスクフォーク５がロータ１の軸方向に一定の間隔で並ぶようになっている。これら翼フォーク４とディスクフォーク５は交互に重なり合うように組み合わせられており、動翼３は、ロータ１の軸方向に拘束されている。
【００２２】
また、重なり合った翼フォーク４とディスクフォーク５を貫通するようにして複数のピン孔（貫通孔）６がロータ１の軸方向に貫通形成されている。各ピン孔６には、図示しない結合ピンが挿入されることで、遠心力を受けてもディスク２の半径方向に拘束されるように、動翼３はディスク２と結合されている。図１に示されるように、このようなフォーク型植込構造は、複数の段落において、ディスク２に対して動翼３を結合する構造に採用されている。
【００２３】
本実施形態によるレーザピーニング装置は、ピン孔６の内周面表面に圧縮残留応力を形成する応力改善処理を施工する。
【００２４】
図２、図３は、本発明の第１実施形態に係るレーザピーニング装置を示す図である。このうち、図２は、隣り合った段落間に設置されたレーザピーニング装置の施工開始前の状態を示している。参照番号１０は、ピン孔６の入口に位置しているレーザ光の照射ヘッドを示している。図３は、照射ヘッド１０がピン孔６の出口まで到達して施工が完了した状態を示す。ディスク２の両側にある端面２ａ、２ｂのうち、端面２ａのある方を施工開始側、端面２ｂのある方を施工完了側とする。
【００２５】
施工対象のディスク２と、施工開始側に隣り合っているディスク２Ａとの間にはスペース７が形成されている。同様に、ディスク２と、施工完了側に隣り合っているディスク２Ｂとの間には、スペース８が形成されている。
【００２６】
本実施形態によるレーザピーニング装置は、レーザ発振器１１から発振されるレーザ光を照射ヘッド１０に導光するレーザ導光部１２と、照射ヘッド１０を回転させるヘッド回転駆動部１４と、照射ヘッド１０と回転駆動部１４とを連結し軸方向に伸縮可能な多重連結部１６と、を有している。
【００２７】
この実施形態では、施工対象のディスク２の両側にあるスペース７、８のうち、レーザ導光部１２は、一方のスペース８に配置され、回転駆動部１４および多重連結部１６を他方のスペース７に配置されている。
【００２８】
まず、レーザ光導光部１２の構成から説明する。
【００２９】
支持構造であるフレーム１７には、導光管１８、１９が支持されている。導光管１８は、ディスク２の半径方向に延びる光路を形成している。導光管１９は、導光管１８と液密に接続され、接続部には、レーザ光を直角に反射する第１の反射ミラー２０が設けられている。導光管１９は、ピン孔６の軸方向と平行なレーザ光の光路を形成するようになっている。第１の反射ミラー２０に入射したレーザ光は方向を変えてピン孔６を通って照射ヘッド１０に導かれる。なお、導光管１９の先端は、ピン孔６から延長する照射ヘッド１０の案内となる延長ガイド２２と同軸に接続されている。
【００３０】
レーザ導光部１２は、隣り合うディスク２間のスペース８に入れた状態で固定できるように、次のようなクランプ装置２３が設けられている。クランプ装置２３はフレーム１７に固定されたエアシリンダから構成されている。クランプ部２３ａが伸びると、このときの反力で、フレーム１７は、施工対象段落のディスク２の端面２ｂに押し付けられるので、レーザ導光部１２全体を固定することができるようになっている。
【００３１】
次に、照射ヘッド１０を回転させるヘッド回転駆動部１４と、照射ヘッド１０とヘッド回転駆動部１４とを連結し軸方向に伸縮可能な多重連結部１６について説明する。
【００３２】
ここで、図４は、ピン孔６に挿入されている照射ヘッド１０を示している。照射ヘッド１０には、ピン孔６を通って入射したレーザ光を集光して、ピン孔６の内周面に向けて反射する第２の反射ミラー２４が設けられている。照射ヘッド１０の側面には、レーザ光が通過する開口部２５が形成されている。
【００３３】
このような照射ヘッド１０は、多重連結部１６を介して回転駆動部１４と連結され、多重連結部１６の伸長とともに、ピン孔６内で軸方向の移動が可能に構成されている。
【００３４】
図２に示されるように、ヘッド回転駆動部１４は、円筒状のフレーム２６を支持構造として用いている。本実施形態では、モータとして、扁平型のＡＣサーボモータの一種であるダイレクトドライブモータ２７が用いられている。このダイレクトドライブモータ２７の回転子２８には、多重連結部１６の後端部が結合されている。
【００３５】
他方、多重連結部１６は、内管３０ａが外管３０ｂに嵌合した二重連結管が用いられている。  
図５に示されるように、内管３０ａは多角形、図５の場合は略四角形の横断面形状を有している。外管３０ｂの内面の形状は内管３０ａの横断面形状に倣って外管３０ｂの内面と内管３０ａの外面との間には０．０１mm以下の隙間になるように加工されている。これによって、内管３０ａは軸方向へのスライド移動が許容されるとともに、ダイレクトドライブモータ２７に駆動される外管３０ｂからお互いの角部を介して内管３０ａにトルク伝達が可能になっている。なお、トルク伝達をより強化する場合には、多角形断面の構造と組み合わせて、内管３０ａと外管３０ｂとをキー溝と滑りキーを用いて結合するようにしてもよい。
【００３６】
以上のようなヘッド回転駆動部１４および多重連結部１６を支持するフレーム２６には、隣り合うディスク２間のスペース７に入れてから固定できるように、次のようなクランプ装置３２が設けられている。
【００３７】
クランプ装置３２は、フレーム２６において、ダイレクトドライブモータ２７とは反対側の端部に固定されている。この場合、クランプ装置３２は、エアシリンダから構成されており、クランプ部３４が押し出されると、クランプ部３４の先端は、施工対象のディスクの端面２ａに当接する。そして、さらにクランプ部３４が端面２ａに押すと、その反力でフレーム２６の反対側が隣にある段落のディスク２Ｂの端面２ｄに押し付けられる。これによって、フレーム２６を固定することができる。
【００３８】
図２に示されるように、クランプ装置３２の中心部には、多重連結部１６と同軸にガイドブッシュ３５が設けられている。このガイドブッシュ３５は、ピン孔６と同じ内径を有しており、施工開始時には、照射ヘッド１０をピン孔６の入口に導く案内として機能するようになっている。
【００３９】
照射ヘッド１０をピン孔６内で前進させるためには、多重連結部１６を伸長させる必要がある。そして所定の照射位置に照射ヘッド１０を位置決めするためには、照射ヘッド１０のピン孔６の軸方向の位置を制御する必要がある。
【００４０】
そこで、本実施形態によるレーザピーニング装置では、多重連結部１６の伸長量を制御する次のような軸方向位置制御手段が構成されている。
【００４１】
多重連結部１６を構成している外管３０ｂの後端部には、液体注入管３６が継手を介して接続されている。
【００４２】
照射ヘッド１０が取り付けられている内管３０ａの先端部は閉じられており、液体注入管３６から多重連結部１６の内管３０ａに水などの液体が注入されると、その圧力で内管３０ａは照射ヘッド１０とともにピン孔６内で伸長するようになっている。
【００４３】
他方、ピン孔６内でのレーザピーニング施工中は、レーザ導光部１２の導光管１８、１９を通って、送液装置３８から供給される液体が施工対象のピン孔６を介して照射ヘッド１０に送られてくるので、この液体の圧力によって、多重連結部１６の伸長は規制されることになる。したがって、多重連結部１６内の液体の圧力と、照射ヘッド１０に送られてくる液体の圧力とのバランスを調整することにより、照射ヘッド１０を送る速度を調整したり、あるいは、照射ヘッド１０を任意の軸方向位置の位置に位置決めするといった位置制御を行うことができる。
【００４４】
本実施形態によるレーザピーニング装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用および効果について説明する。
【００４５】
まず、本実施形態によるレーザピーニング装置は、施工対象であるタービン段落のフォーク型植込構造に次のように設置される。
【００４６】
図２において、レーザ導光部１２は、施工対象タービン段落のディスク２の一方の端面２ｂ側にあるスペース８に設置される。そして、導光管１９と、これからレーザピーニング加工を施工するピン孔６と、が同芯になるように、導管管１９の位置を調整する。  
調芯が終わったら、クランプ装置２３を作動させて、クランプ部２３ａを隣のディスク２Ａの端面２ｃに対して押し付ける。このようにして、レーザ導光部１２のフレーム１７を向き合ったディスク２の端面２ｂ、２ｃの間でしっかりと固定することができる。
【００４７】
これに対して、ヘッド回転駆動部１４および多重連結部１６を支持するフレーム２６は、施工対象のディスク２の他方の端面２ａ側にあるスペース７に配置される。この場合もピン孔６にガイドブッシュ３５が同芯になるように調芯を行う。その後、クランプ装置３２を作動させ、クランプ部３４を端面２ａに対して押し付けると、ヘッド回転駆動部１４を隣り合ったディスク２の端面２ａ、２ｄの間で固定することができる。
【００４８】
次に、ピン孔６の内周面に対するレーザピーニング加工について説明する。
【００４９】
図２に示されるように、加工開始前では、照射ヘッド１０は、施工対象のピン孔６の入口近傍に位置している。このとき、照射ヘッド１０は、ガイドブッシュ３５によって支持され、内管３０ａは外管３０ｂの内部に収容されている。この状態で、照射ヘッド１０はピン孔６と同軸に位置決めされている。
【００５０】
そこで、液体注入管３６から多重連結部１６の内部に液体を注入する。このとき内管３０ａは、注入された液体の圧力で外管３０ｂをスライドしながら押し出され、照射ヘッド１０がピン孔６に挿入される。これと同時に、送液装置３８から供給される液体を、導光管１８、１９、ピン孔６を通して照射ヘッド１０に供給する。また、レーザ発振器１１からレーザ光を出力させる。
【００５１】
照射ヘッド１０を多重連結部１６の伸長とともにピン孔６内を送っていく過程では、ダイレクトドライブモータ２７が起動され、その回転トルクは多重連結部１６から照射ヘッド１０に伝達される。これによって、照射ヘッド１０を回転させることができる。
【００５２】
レーザ発振器１１からレーザ光を出力すると、レーザ光は、導光管１８、１９を経路として、第１反射ミラー２０からピン孔６を通り、照射ヘッド１０に導かれる。図４に示されるように、レーザ光は、照射ヘッド１０内の第２反射ミラー２４によって集光されるとともに、ピン孔６の半径方向に方向を変え、開口部２５を通ってピン孔６の内周面を指向して照射される。そして、照射ヘッド１０では、送液装置３８から供給される液体が開口部２５からピン孔６の内周面に向けて噴射されるので、レーザ光の照射により、ピン孔６の内周面の表面に圧縮応力を発生させ、圧縮残留応力領域を形成することができる。
【００５３】
このようにして、多重連結部１６を伸長させながら、照射ヘッド１０をピン孔６内を出口まで送る場合、内管３０ａの長さが施工対象であるディスク２の幅よりも長くなっているので、ピン孔６の内周面全面へのレーザピーニング加工が可能である。
【００５４】
以上のように本実施形態によれば、隣接するディスク２との間隔が狭くなっている場合でも、施工対象のディスク２の両側のスペース７、８にレーザピーニング装置の構成部分を分割して配置しているので、施工対象ディスク２へのアクセスが狭いディスク間隔によって制約を受けることがない。
【００５５】
しかも、１つのピン孔６に対して、ディスク２の片側から一度に施工することができるので、レーザピーニングの効率を大幅に高めることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態によるレーザピーニング装置について、図６、図７を参照して説明する。なお、図２、図３に示した第１実施形態と、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５７】
この第２実施形態は、直動機構の移動量を照射ヘッド１０に伝える伝達体列を利用して、多重連結部１６の伸長量を制御し、照射ヘッド１０の軸方向位置を制御するようにした実施の形態である。
【００５８】
図６は、隣り合った段落間のスペース７、８に設置された施工開始前のレーザピーニング装置を示す。図７は、照射ヘッド１０がピン孔６の出口まで到達して施工が完了した状態のレーザピーニング装置を示す。
【００５９】
この第２実施形態では、照射ヘッド１０にレーザ光を導光するレーザ導光部１２と、照射ヘッド１２に回転を与えるヘッド回転駆動部１４は、施工開始側のスペース７に配置され、照射ヘッド１０の軸方向位置制御機構６０は、反対側のスペース８に配置されている。
【００６０】
まず、レーザ導光部１２及びヘッド回転駆動部１４の構成について説明する。  
ディスク２の半径方向に延びる導光管４０は、支持構造としてのフレーム４１に支持されている。この導光管４０は、伸縮可能な多重連結部１６に接続されている。多重連結管１６は、第１実施形態と同様に、内管３０ａと外管３０ｂとから構成されている。発振器１１からのレーザ加工は、導光管４０の内部に配置された第１の反射ミラー２０で反射し、多重連結部１６の管内を通って照射ヘッド１０に導かれるようになっている。
【００６１】
照射ヘッド１０には、第２反射ミラー２４が設けられ、反射ミラー２４で集光されたレーザ光は、開口部２５を通ってピン孔６の内周面に向けて照射される（図４参照）。この点は第１実施形態と同様である。
【００６２】
また、導光管４０には、送液装置３８から液体が導入され、液体は多重連結部１６を通って照射ヘッド１０に送られ、開口部２５から噴射される。このときの液体の圧力は、内管３０ａを外管３０ｂからスライドさせ、照射ヘッド１０を前進させる方向に作用することになる。
【００６３】
次に、ヘッド回転駆動機構１４について説明する。
【００６４】
この第２実施形態によるヘッド回転駆動機構１４では、サーボモータ４２の回転を歯車機構を介して多重連結部１６に伝達している。サーボモータ４２には、駆動側のかさ歯車４３が取り付けられ、これに噛み合う従動側のかさ歯車４４は多重連結部１６の外管３０ｂの後端部に連結されている。
【００６５】
この第２実施形態においても、図５に示したように、内管３０ａは略四角形の横断面形状を有しており、内管３０ａは軸方向に移動が許容されるとともに外管３０ｂから回転が伝達される。
【００６６】
次に、ヘッド回転駆動機構１４とは反対側のスペース８に配置されている照射ヘッド１０の軸方向の位置を制御する軸方向位置制御機構６０について説明する。  
この第２実施形態による軸方向位置制御機構６０は、押し棒６１を直線移動させる直動機構６２と、この押し棒６１の移動量を移動伝達媒体としての球体列６４によって先端の球体６４ａまで伝達する。
【００６７】
球体列６４は、複数個の同じ大きさの球体からなり、案内管６５に収容されて隣り合う球体同士が接触し合うことで１つの列をなしている。この案内管６５は、ディスク２の半径方向に延びる部分と、その先の直角に曲がった部分とからなり、フレーム６７に固定されている。案内官６５の先端はピン孔６と同軸の延長ガイド２２に接続されている。延長ガイド２２には、軸方向位置制御機構６０の設置の際に、球体列６４の案内管６５からの脱落を防止する止め具６６が取り付けられている。
【００６８】
次に、球体列６４に移動量を入力する押し棒６１を駆動する直動機構６２について説明する。
【００６９】
この直動機構６２は、ボールねじ軸７０とナット部７１を有するボールねじ機構によって、押し棒６１をその長さ方向に移動させる機構である。
【００７０】
ボールねじ軸７０は、軸受７２、７３を介して支持されており、ナット部７１は押し棒支持台７４に固定されている。また、ボールねじ軸７０は、カップリング７５を介してサーボモータ７６と連結されている。押し棒支持台７４の移動は、一対のガイドロッド７７ａ、７７ｂによって案内される。ガイドロッド７７ａ、７７ｂの両端部には、押し棒支持台７４の脱落を防止するストッパ７８が取り付けられている。
【００７１】
図６、図７に示されるように、レーザピーニング加工開始時では、照射ヘッド１０はピン孔６の入口にある。このとき直動機構６２では、押し棒６１は上がった位置にある。球体列６４は、照射ヘッド１０と押し棒６１の間で、各球体が接触し合って隙間なく連続している。球体列６４の先頭の球体６４ａは、照射ヘッド１０に接触しており、後尾の球体６４ｂは、押し棒６１に接触している。したがって、照射ヘッド１０の前進とともに、押し棒６１を下方に移動させると、球体列６４もつられて移動し、押し棒６１の移動量を照射ヘッド１０に伝達することができる。押し棒６１を停止させると、その位置に照射ヘッド１０を位置決めすることができる。こうして図７に示されるように、照射ヘッド１０は、ピン孔６の出口まで進むことになる。押し棒６１の移動ストロークは、ピン孔６の全長よりも長く設定されている。また、押し棒６１の移動量は、サーボモータ７６の位置制御によって、高精度に制御することができるので、ピン孔６の軸方向のどの位置でも照射ヘッド１０の位置決めを高精度に行うことが可能である。
【００７２】
次に、第２実施形態によるレーザピーニング装置の作用および効果について説明する。
まず、第２実施形態によるレーザピーニング装置は、施工対象段落のフォーク型植込構造に、図６に示すように設置される。
【００７３】
ヘッド回転駆動部１４および伸縮連結部１６を支持するフレーム４１は、施工開始側のスペース７に配置される。その際には、ピン孔６の入口に対してガイドブッシュ３５が同芯になるように調芯を行ない、その後、クランプ装置３２を作動させ、ヘッド回転駆動部１４のフレーム４１を隣り合ったディスク２の断面２ａ、２ｄの間で固定することができる。
【００７４】
他方、軸方向位置制御機構は、反対側の加工終了側のスペース８に設置される。その後、案内管１９の先端の延長ガイド２２が、ピン孔６の出口部と同芯になるように位置を調整する。調芯が終わったら、クランプ装置２３を作動させれば、軸方向位置制御機構６０をディスク２の端面２ｂ、２ｃの間で固定することができる。
【００７５】
この段階では、ピン孔６内には球体列６４の球体は充填されていない。そこで、案内管６５の先端にある止め具６６を抜き取り、球体が案内管６５から出られるようにする。その上で、押し棒６１をストローク上限まで移動させれば、図６に示されるように、ピン孔６内に球体列６１を隙間無く入れることができる。
【００７６】
次に、施工対象段落のピン孔６の内周面に対するレーザピーニング加工について説明する。
【００７７】
図６に示されるように、照射ヘッド１０は、ガイドブッシュ３５によって支持され、内管３０ａは外管３０ｂの内部に収容されている。この状態で、照射ヘッド１０はピン孔６と同軸に位置決めされている。
【００７８】
そこで、導光管４０には送液装置３８から液体が導入される。この液体を多重連結部１６の内部に液体を注入する。このとき内管３０ａは、注入された液体の圧力で外管３０ｂをスライドしながら前進し、照射ヘッド１０がピン孔６に挿入される。
【００７９】
以上のような照射ヘッド１０の前進を規制するために、軸方向位置制御機構６０の押し棒６１は、照射ヘッド１０の移動と同期して少しずつ下がり、球体列６４は照射ヘッド１０に押されて案内管６５内を移動することになる。そして、押し棒６１を停止させると、その照射ヘッド１０は押し棒６１の移動量に対応した軸方向の目的とする照射位置に位置決めされる。
【００８０】
また、ヘッド回転駆動機構１４では、サーボモータ４２が起動され、照射ヘッド１０は、回転を始める。このときレーザ発振器１１からはレーザ光を出力させ、導光管４０を通し、反射ミラー２０に反射させる。反射したレーザ光は、多重連結部１６の管内を通って第２反射ミラー２４で集光され、ピン孔６の内周面に照射される。レーザ光の照射の間、照射点の周りには、導光管４０流れてきた水が噴射されて水膜を形成しているので、プラズマ発生の衝撃によりピン孔６の内周面に圧縮残留応力を付与することができる。
【００８１】
照射ヘッド１０が回転する際には、照射ヘッド１０は、球体列６１の球体が滑らかに当接した状態で回転するので、照射ヘッド１０の軸方向の位置には、誤差を及ぼすような影響を与えることはない。
【００８２】
このようにして第２実施形態によるレーザピーニングの場合、押し棒６１の移動量を球体列６４によって照射ヘッド１０に伝達し、照射ヘッド１０のピン孔６の軸方向の位置を精密に位置決めできるので、狙った部位に正確に圧縮残留応力を付与することができる。この手順を繰り返し、照射位置を変更していくことによって、ピン孔６の入口から出口に到るまで、必要な部位に正確にレーザピーニングを施すことができる。
【００８３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態によるレーザピーニング装置について、図８、図９を参照して説明する。
【００８４】
この第３実施形態は、第１実施形態または第２実施形態のレーザピーニング装置に、照射ヘッド１０とピン孔６との調芯を容易にする調芯ガイド手段を付加した実施の形態である。
【００８５】
ここで、図８は、ヘッド回転駆動部１４のクランプ装置３２に設けられる調芯ガイド手段と、ディスク２のピン孔６との位置関係を示す図である。図９は、図８におけるＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【００８６】
図８において、フォーク型動翼植込部では、ピン孔６は同心円状に所定のピッチで配列している。ピン孔６は、施工対象の孔である。このピン孔６から円周方向両側に２個分等しい距離にあるピン孔６ａ、６ｂが、調芯に利用されるピン孔である。施工対象のピン孔６は、調芯されることによって、ヘッド回転駆動部１４が保持している多重連結部１６の軸心上にある。
【００８７】
そこで、このような調芯を容易に行えるように、クランプ装置３２には周方向の両側に延びるように腕部８０ａ、８０ｂが取り付けられ、この腕部８０ａ、８０ｂによって調芯用シリンダ８２ａ、８２ｂが保持されている。なお、腕部８０ａ、８０ｂは、ピン孔６ａ、６ｂに合わせて長さを変えられるようにしてもよい。
【００８８】
調芯用シリンダ８２ａ、８２ｂのピストンロッドの先端には、テーパの付いた円すい型の位置決め突起８４が設けられており、ビストンロッドが前進すると、それぞれ位置決め突起８４がピン孔６ａ、６ｂに嵌合するようになっている。
【００８９】
調芯用シリンダ８２ａ、８２ｂは、その位置決め突起８４が施工対象のピン孔６のある同一円周上に位置し、かつ位置決め突起８４の中間にピン孔６が位置するように腕部８０ａ、８０ｂによって保持されている。
【００９０】
ヘッド回転駆動部１４を設置する際には、ピン孔６ａ、６ｂに対して、調芯用シリンダ８２ａ、８２ｂの位置をおおよそ合わせておく。そして、調芯用シリンダ８２ａ、８２ｂのピストンロッドを押し出すと、位置決め突起８４がピン孔６ａ、６ｂに嵌合するので、この状態では、ヘッド回転駆動部１４に収容されている照射ヘッド１０は、ピン孔６に対して軸心が合っている。
【００９１】
本実施形態によれば、設置時に照射ヘッド１０をピン孔６に対して位置合わせする手順を容易にすることができることに加えて、次のような利点がある。  
すなわち、ピン孔６の内周面へのレーザ照射の方向がどの方向に向かっているかを判別する基準に調芯ガイド手段を利用することができる。具体的には、腕部８０ａ、８０ｂを基準にして、レーザ照射の方向が、例えば、ディスクの半径方向中心に向かう方向であるか、半径方向外側に向かう方向であるかを区別することができる。
【００９２】
ピン孔６の内周面には、ピンを介して連結された動翼３が受ける遠心力によって応力が集中する箇所が存在するが、ピン孔６の内周面全体ではなくその応力集中箇所に集中してレーザ照射を行うことによって、施工効率を向上させることが可能になる。
【００９３】
（第４実施形態）  
次に、本発明の第４実施形態によるレーザピーニング装置について、図１０を参照して説明する。  
これまで説明した第１実施形態乃至第３実施形態は、動翼３をディスク２にあらかじめ植え込んだ状態で、ピン孔６にレーザピーニングを施す実施の形態である。  
これに対して、第４実施形態は、ディスク２から動翼３が取り外された状態で、ディスク２側のピン孔６に限定してレーザピーニングを施す実施の形態である。動翼３を新しく交換する補修を実施するタービンにおいて、ピン孔６の内周面を補強するような場合を想定した実施の形態である。
【００９４】
図９において、参照番号９０は動翼模擬体を示している。この動翼模擬体９０は、実際にディスク２に取り付けられる動翼と同じ構造の翼フォーク４を有しており、ディスクフォーク５と嵌合して、フォーク型植込構造を構成するようになっている。ただし、翼の部分は不要である。動翼模擬体９０をディスク２に嵌め込んだ状態では、ディスク２に動翼３を正規に植え込んだ場合と同様に連続するピン孔６ができることになる。このような動翼模擬体９０は、ディスク２の全周に亘って取り付けられるものではなく、施工箇所に限って取り付けられるものである。
【００９５】
以上のような動翼模擬体９０を照射ヘッド１０の案内として取り付けることによって、ディスク２側のピン孔６の内周面みを対象にしてレーザピーニングを施工することが可能である。その場合、照射ヘッド１０は、動翼模擬体９０を通過するときには、レーザ照射を中断し、ディスク２のピン孔６の内周面に対してのみレーザ照射を行うことも可能である。このように動翼模擬体９０通過する時間を短縮することで、ピン孔６の施工時間を短縮することができる。
【００９６】
以上、本発明に係るレーザピーニング装置について、好適な実施形態を挙げて説明したが、これらの実施形態は、例示として挙げたもので、発明の範囲の制限を意図するものではない。もちろん、明細書に記載された新規な装置、方法およびシステムは、様々な形態で実施され得るものであり、さらに、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、種々の省略、置換、変更が可能である。請求項およびそれらの均等物の範囲は、発明の主旨の範囲内で実施形態あるいはその改良物をカバーすることを意図している。
【符号の説明】
【００９７】
１…ロータ、２…ディスク、３…動翼、４…翼フォーク、５…ディスクフォーク、６…ピン孔（貫通孔）、１０…照射ヘッド、１１…レーザ発振器、１２…レーザ導光部、１４…ヘッド回転駆動部、１６…多重連結部、１７…フレーム、１８…導光管、１９…導光管、２０…第１反射ミラー、２２…延長ガイド、２３…クランプ装置、２４…第２反射ミラー、  ２５…開口部、２６…フレーム、３０ａ…内管、３０ｂ…外管、３２…クランプ装置、３４…クランプ部、３５…ガイドブッシュ、３６…液体注入管、３８…送液装置、４０…導光管、４１…フレーム、４２…サーボモータ、４３…かさ歯車、４４…かさ歯車、６０…軸方向位置制御機構、６１…押し棒、６２…直動機構、６４…球体列、６５…案内管、７０…ボールねじ軸、７１…ナット部、７２、７３…軸受  、７４…押し棒支持台、７６…サーボモータ、７７ａ、７７ｂ…ガイドロッド、７５…ストッパ、８２ａ、８２ｂ…調芯用シリンダ、８４…位置決め突起、９０…動翼模擬体
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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