(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腹側が開口したケーシングの背側にケーシング内を負圧にすべく排水するスラストファンを設けると共に、上記ケーシング内に左右一対の走行車輪を設けて水中の壁面に吸着しながら無軌道で走行する水中移動台車を構成し、上記左右一対の走行車輪を境として、一方のケーシングの背側に、水中の壁面を溶接するマイクロ溶接機のレーザ加工ヘッドを配置すると共にこのレーザ加工ヘッドを壁面に対して３次元方向に移動する位置決め機構を介して設け、上記左右一対の走行車輪を境とした他方のケーシングの背側の左右に、上記スラストファンを駆動するためのファン駆動モータを設けたことを特徴とする水中溶接装置。
【請求項２】
上記マイクロ溶接機は、壁面に対して垂直にレーザ光を照射する上記レーザ加工ヘッドと、上記ケーシングに設けられたワイヤリールと、このワイヤリールから取り出されたワイヤをレーザ照射側に繰り出すべく斜めに傾倒して設けられるワイヤフィーダとを備える請求項１記載の水中作業装置。
【請求項３】
上記壁面の溶接部位をモニタリングするＣＣＤカメラユニットを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水中溶接装置。
【請求項４】
上記位置決め機構は、上記マイクロ溶接機の加工ヘッドを支持すると共にこれを壁面側に近接離間するＺ軸移動ユニットと、このＺ軸移動ユニットを壁面と平行に往復動するＹ軸移動ユニットと、このＹ軸移動ユニットをその移動方向と交差方向に往復移動するＸ軸方向ユニットと、このＸ軸方向ユニットを上記水中移動台車側に移動自在に支持する支持ユニットとからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水中溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体が貯留されている原子炉圧力容器やタンク等の内壁面に対する溶接作業を遠隔で行うことができる水中溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、原子炉圧力容器や原子力発電所に備えられているタンク等の内部点検は、被爆等の安全性やコスト等の点から遠隔操作によって制御可能な水中移動台車によって行われている。
【０００３】
このような水中移動台車としては、従来から種々提案されており（実開平３−７９３２３号等）、その一つとして既に本発明者らは図１０，図１１に示すような水中移動台車を提案している（特願平６−３１９９７２号）。
【０００４】
図示するようにこの水中移動台車は、腹側が開口したシャーレ状のケーシングａに、これを水中に浮遊させる浮体ｂと、このケーシングａ内の水を背側に形成された排水口ｆ，ｆから噴出してケーシングａ内を負圧状態にするスラストファンｃ，ｃと、壁面Ｈに吸着した時にケーシングａ内の負圧を保つシールスカートｄと、このケーシングａを壁面Ｈに沿って走行させる駆動手段ｅとを備えたものであり、ファン用モータｍ，ｍでスラストファンｃ，ｃを駆動してケーシングａ内を減圧し、その腹側を壁面Ｈに吸着させることによって駆動手段ｅの走行車輪ｇ，ｇを壁面Ｈに接触させた後、この駆動車輪ｇ，ｇを駆動する駆動モータｈ，ｈを遠隔操作することで壁面Ｈに対してケーシングａを任意の位置に走行移動及び停止自在としたものである。
【０００５】
そして、このような走行移動自在なケーシングａに、水深計やＣＣＤカメラ等の位置検出手段や超音波探傷子（Ultra-soner ）等の検査手段、或いは回転ブラシ等の清掃手段等を付設することで水中において種々の検査・壁面清掃作業等を遠隔で安全に行えるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の水中移動台車にあっては、この水中移動台車自体が吸着して移動する壁面Ｈ自体に対して溶接作業まで行うものについては未だ具体的に提案されていないのが現状である。
【０００７】
すなわち、例えば、原子炉圧力容器等の極めて高い安全性が要求されるものにあっては、その内部機器は勿論、原子炉圧力容器の外殻を構成する鋼製容器自体の点検と補修の一環として場合によっては溶接を施すことが必要となってくるが、従来では鋼製容器に対する溶接作業は、内部の液体を全て抜き出した後、作業員が防護服に身を包み、必要な被爆低減処置（遮蔽・時間制限）を施した上で溶接機器を持参して内部に入り込んで直接人手で作業が行われていた。
【０００８】
そのため、従来の溶接作業は、被爆量，作業時間，点検コスト等の観点から不都合が大きく、上記水中移動台車を利用した遠隔操作による水中溶接装置の提案が切望されていた。
【０００９】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、原子炉圧力容器等の水中の内壁面に対する溶接作業を遠隔操作で行うことができる新規な水中溶接装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、腹側が開口したケーシングの背側にケーシング内を負圧にすべく排水するスラストファンを設けると共に、上記ケーシング内に左右一対の走行車輪を設けて水中の壁面に吸着しながら無軌道で走行する水中移動台車を構成し、上記左右一対の走行車輪を境として、一方のケーシングの背側に、水中の壁面を溶接するマイクロ溶接機のレーザ加工ヘッドを配置すると共にこのレーザ加工ヘッドを壁面に対して３次元方向に移動する位置決め機構を介して設け、上記左右一対の走行車輪を境とした他方のケーシングの背側の左右に、上記スラストファンを駆動するためのファン駆動モータを設けたものである。
【００１１】
これによって、マイクロ溶接機を壁面の溶接部まで移動させて溶接作業を遠隔操作で行うことができるため、従来多大な労力と時間を要していた原子炉圧力容器等の内壁面に対する溶接作業を安全かつ容易に行うことができる。また、このマイクロ溶接機を壁面に対して３次元方向に移動する位置決め機構を介して備えたため、水中移動台車自体を動かして位置決めを行う必要がなくなる。従って、そのマイクロ溶接機の加工ヘッドを溶接部に精度良く位置させることができるため、高精度の溶接作業を容易に達成することができる。
【００１２】
また、上記マイクロ溶接機は、壁面に対して垂直にレーザ光を照射する上記レーザ加工ヘッドと、上記ケーシングに設けられたワイヤリールと、このワイヤリールから取り出されたワイヤをレーザ照射側に繰り出すべく斜めに傾倒して設けられるワイヤフィーダとを備えるとよい。またさらに、水中溶接装置は、上記壁面の溶接部位をモニタリングするＣＣＤカメラユニットを備えるとよい。そして、位置決め機構としては具体的に、マイクロ溶接機の加工ヘッドを支持すると共にこれを壁面側に近接離間するＺ軸移動ユニットと、このＺ軸移動ユニットを壁面と平行に往復動するＹ軸移動ユニットと、このＹ軸移動ユニットをその移動方向と交差方向に往復移動するＸ軸方向ユニットと、このＸ軸方向ユニットを上記水中移動台車側に移動自在に支持する支持ユニットとから構成したため、これらを順に或いは同時に移動させることで、マイクロ溶接機を３次元方向に移動させることが可能となり、これによってそのマイクロ溶接機の加工ヘッドを任意の位置に精度良く位置させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１〜図３は本発明に係る水中溶接装置の実施の一形態を示したものである。
【００１５】
図示するように、この水中溶接装置は、原子炉圧力容器等の水中の壁面に吸着しながら無軌道で移動する水中移動台車１に、水中の壁面をレーザー溶接するマイクロ溶接機２と、このマイクロ溶接機２を壁面Ｈに対して３次元方向に移動する位置決め機構３とから主に構成されている。
【００１６】
この水中移動台車１は、従来と同様に腹側が開口したシャーレ状のケーシング４の背側にスラストファン５，５が設けられており、内部の水を排水口６，６から排水して内部を負圧にすることでケーシング４を壁面Ｈ側に移動し吸着させるようになっている。このスラストファン５，５は、ケーシング４内に設けられたファン駆動用モータ７，７によって駆動されるようになっており、ケーシング４の上部に接続された操作ケーブル８によって水上（外部）に設けられた制御手段（ＰＣ，ジョイスティック，モニター等）によって遠隔操作されるようになっている。また、このケーシング４内には走行車輪１０，１０と、この走行車輪１０，１０を独立して駆動する車輪駆動用モータ１１，１１が設けられており、壁面Ｈに吸着したケーシング４を壁面Ｈに沿って任意の位置に走行移動させるようになっている。尚、この車輪駆動用モータ１１，１１もファン駆動用モータ７，７と同様、操作ケーブル８を介して外部から遠隔操作されるようになっている。また、このケーシング１内には従来と同様、走行距離を計測するプラニメータ（図示せず）や、このケーシング１を一対の走行車輪１０，１０と共に壁面Ｈ側に３点支持するボールベアリング（図示せず）等が設けられている。さらに、図中１２はケーシング４の吸着性を高めるスカート、１３，１３はこのケーシング４を着脱する際に利用する把持ハンドルである。
【００１７】
次に、マイクロ溶接機２は、例えば、レーザの微小焦点と高パワー密度と短パルスの特徴を利用したレーザ溶接機の一つであるＹＡＧレーザ加工機が用いられている。このＹＡＧレーザ加工機は、図１〜図３に示すように、位置決め機構３側に取り付けられたレーザ加工ヘッド１５と、このレーザ加工ヘッド１５側に溶接ワイヤＹを繰り出すワイヤフィーダ１６と、この溶接ワイヤＹを供給すべくケーシング４側に設けられたワイヤリール１７と、同じくケーシング４側に固定された中継ボックス１８とから主に構成されており、ワイヤフィーダ１６側に設けられたワイヤフィードモータ１９によってワイヤリール１７に巻き付けられている溶接ワイヤＹをレーザ加工ヘッド１５側に送り出し、レーザ加工ヘッド１５から照射される高密度のレーザの熱によってその溶接ワイヤＹを溶かし、壁面Ｈに肉盛溶接できるようになっている。尚、このマイクロ溶接機２は、ケーシング４側に固定された中継ボックス１８から操作ケーブル８を介して水上（外部）に設けられた制御手段（ＰＣ，ジョイスティック，モニター等）に接続され、水中移動台車１と同様に遠隔操作されるようになっている。
【００１８】
一方、位置決め機構３は、このマイクロ溶接機２を支持して壁面Ｈ側に近接離間するＺ軸移動ユニット２０と、Ｙ軸移動ユニット２１と、Ｘ軸移動ユニット２２と、支持ユニット２３との４つのユニットからなっている。
【００１９】
先ず、支持ユニット２３は、図４に示すように、水中移動台車１側に固定されたコ字形をしたユニット本体２４と、ユニット本体２４の中心部を貫通するボールネジ２５と、ユニット本体２４に固定されたギアユニット２６を介して取り付けられたＸ軸モータ２７とから主に構成されており、このボールネジ２５に螺合するＸ軸移動ユニット２２を図中矢印に示す如くボールネジ２５の長さ方向（Ｘ軸方向）に往復動させるようになっている。
【００２０】
Ｘ軸移動ユニット２２は、図５に示すように支持ユニット２３のボールネジ２５に螺合する筒状のナット部２８と、このナット部２８に直交するように固定されたコ字形のスライドアーム２９と、両端がこのスライドアーム２９に回転自在に軸支されたボールネジ３０と、このスライドアーム２９の端部に設けられたギアボックス３１を介して設けられたＹ軸モータ３２とから主に構成されており、このＹ軸モータ３２によってボールネジ３０を回転させることでこのボールネジ３０に螺合しているＹ軸移動ユニット２１を図中矢印に示す如くボールネジ３０の長さ方向（Ｙ軸方向）に往復動させるようになっている。尚、図３に示すように、このスライドアーム２９には、ナット部材２８を挟んで一対のガイドピン３３，３３がＸ軸移動ユニット２２のユニット本体２４側に挿脱自在に設けられており、Ｘ軸移動ユニット２２を支持ユニット２３側に支持すると共に、Ｘ軸移動ユニット２２の往復動時においてＸ軸移動ユニット２２全体が回転するのを防止するようになっている。
【００２１】
Ｙ軸移動ユニット２１は、図６に示すようにＸ軸移動ユニット２２のボールネジ３０に螺合してスライドアーム２９に沿って往復動するスライド部３４と、このスライド部３４に固定されたＺ軸モータ３５と、ラック＆ピニオン部３６とから主に構成されており、このＺ軸モータ３５によってラック＆ピニオン部３６のピニオンを回転させることで、図７に示すようにＺ軸移動ユニット２０を壁面Ｈ方向（Ｚ軸方向）に往復動（昇降動）するようになっている。
【００２２】
図示するように、このＺ軸移動ユニット２０には、上述したＹＡＧレーザ加工機のレーザ加工ヘッド１５と、このレーザ加工ヘッド１５側に溶接ワイヤＹを繰り出すワイヤフィーダ１６と、ワイヤフィーダモータ１９が一体的に取り付けられており、Ｚ軸移動ユニット２０がＺ軸方向に移動することでこれらを壁面Ｈに対して近接離間するようになっている。さらに、このＺ軸移動ユニット２０にはＣＣＤカメラユニット３７が設けられており、壁面Ｈの溶接部位あるいは装置全体の移動方向をモニタリングするようになっている。
【００２３】
次に、以上のような構成をした本発明の水中溶接装置の作用を説明する。
【００２４】
図１に示すように、先ず従来と同様水中移動台車１を壁面Ｈに吸着させた後、これを壁面Ｈに沿って走行させながらＣＣＤカメラユニット３７によって壁面Ｈを監視し、壁面Ｈに発生した孔食，ひび割れ等の欠陥部を探索することになる。この結果、欠陥部が見つかったなら、水中移動台車１をその位置で停止させた後、位置決め機構３によってマイクロ溶接機２を３次元方向に移動させてその欠陥部直上に位置決めした後、その欠陥部を高密度のレーザー光によって母材と共に溶融させると共に溶接ワイヤＹを供給し、これをその溶接部に肉盛り溶接することで溶接作業を遠隔で行うことが可能となる。尚、このように壁面Ｈに発生した欠陥部を本発明装置で直接溶接する他に、研削手段を備えた別の水中移動台車によってその欠陥部を予め研削して開先を形成しておき、この開先部に対して本発明装置を用いて溶接を施すようにしても良い。
【００２５】
ここで位置決め機構３の動きとしては、例えば、水中移動台車１を溶接部の近傍に停止させた後、Ｘ軸モータ２７，Ｙ軸モータ３２をそれぞれ交互に或いは同時に駆動してＸ軸移動ユニット２０，Ｙ軸移動ユニット２１をそれぞれＸ軸，Ｙ軸方向に動かしながらＺ軸移動ユニット２０を溶接部の直上に位置させ、その後、Ｚ軸モータ３５を駆動してＺ軸移動ユニット２０をＺ軸方向、すなわち壁面Ｈ側に接近移動させてマイクロ溶接機２のレーザ加工ヘッド１５を溶接部に接近させた後、マイクロ溶接機２を駆動してレーザ加工ヘッド１５から照射されるレーザーと溶接ワイヤＹによって溶接部に対して肉盛り溶接を施すことになる。尚、この位置決めに際して、Ｘ軸移動ユニット２０，Ｙ軸移動ユニット２１，Ｚ軸移動ユニット２０の移動量はそれぞれＸ軸モータ２７，Ｙ軸モータ３２，Ｚ軸モータ３５内に設けられたロータリーエンコーダ（図示せず）によって、また、溶接時の溶接ワイヤＹの繰り出し量等はワイヤフィードモータ１９に設けられたタコジェネ（図示せず）によってそれぞれ検出され、中継ボックス１８，操作ケーブル８を介して外部の制御部側に随時リアルタイムで送られることになるため、高い精度で位置決め制御を行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、従来、人手によって行われていた水中壁面の溶接作業を作業員に頼ることなく遠隔操作で行うことが可能となり、従来、危険性，多大な労力，コストを要している原子炉圧力容器等の内壁面の溶接作業であっても安全かつ容易，低コストで行うことが可能となる等といった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水中溶接装置の実施の一形態を示す平面図である。
【図２】本発明に係る位置決め機構の実施の一形態を示す平面図である。
【図３】図２中Ａ−Ａ矢視図である。
【図４】位置決め機構の支持ユニットを示す平面図である。
【図５】位置決め機構のＸ軸移動ユニットを示す平面図である。
【図６】位置決め機構のＹ軸移動ユニットを示す平面図である。
【図７】位置決め機構のＺ軸移動ユニットを示す平面図である。
【図８】従来の水中移動台車の一例を示す部分破断平面図である。
【図９】図８に示す従来の水中移動台車を示す断面図である。
【符号の説明】
１  水中移動台車
２  マイクロ溶接機
３  位置決め機構
15  加工ヘッド
20  Ｚ軸移動ユニット
21  Ｙ軸移動ユニット
22  Ｘ軸移動ユニット
Ｈ  壁面
【図１】
0004099846.tif 000002
【図２】
0004099846.tif 000003
【図３】
0004099846.tif 000004
【図４】
0004099846.tif 000005
【図５】
0004099846.tif 000006
【図６】
0004099846.tif 000007
【図７】
0004099846.tif 000008
【図８】
0004099846.tif 000009
【図９】
0004099846.tif 000010