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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024139220
(43)【公開日】2024-10-09
(54)【発明の名称】レーザ付着物除去装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/36 20140101AFI20241002BHJP
B08B 9/027 20060101ALI20241002BHJP
【ＦＩ】
B23K26/36
B08B9/027
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023050066
(22)【出願日】2023-03-27
(71)【出願人】
【識別番号】000001890
【氏名又は名称】三和テッキ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】水間 宏行
【テーマコード（参考）】
3B116
4E168
【Ｆターム（参考）】
3B116AA13
3B116AB53
3B116BC01
4E168AD18
4E168EA17
(57)【要約】
【課題】レーザ付着物除去装置を小径の管体にも適用すると共に、製作コストの低廉化を図る。
【解決手段】レーザ付着物除去装置１は、管体Ｐを支持する管体支持部４と、管体Ｐの内部に挿入されるレーザ照射ユニット１３とを具備させて、管体Ｐの内面へレーザ光Ｌを照射することにより付着物を除去する。管体支持部４には、管体Ｐと共にその軸線方向に移動するスライド機構１９と、管体Ｐを軸線周りに回転させるロール機構１８とを具備させる。レーザ照射ユニット１３は、レーザ光Ｌを収束させる集光レンズ１５と、集光レンズ１５を通したレーザ光Ｌを管体内面へ屈折させるプリズム１６とを備え、管体支持部４上の管体Ｐの移動途上に固定され、相対移動に伴って管体Ｐの内部に挿入される。レーザ照射ユニット１３によるレーザ光Ｌの焦点を管体Ｐの内面へ合致させるようにレーザ照射ユニット１３を管体軸線直交方向に位置変更可能な焦点位置調整部５で支持する。
【選択図】 図１
【解決手段】レーザ付着物除去装置１は、管体Ｐを支持する管体支持部４と、管体Ｐの内部に挿入されるレーザ照射ユニット１３とを具備させて、管体Ｐの内面へレーザ光Ｌを照射することにより付着物を除去する。管体支持部４には、管体Ｐと共にその軸線方向に移動するスライド機構１９と、管体Ｐを軸線周りに回転させるロール機構１８とを具備させる。レーザ照射ユニット１３は、レーザ光Ｌを収束させる集光レンズ１５と、集光レンズ１５を通したレーザ光Ｌを管体内面へ屈折させるプリズム１６とを備え、管体支持部４上の管体Ｐの移動途上に固定され、相対移動に伴って管体Ｐの内部に挿入される。レーザ照射ユニット１３によるレーザ光Ｌの焦点を管体Ｐの内面へ合致させるようにレーザ照射ユニット１３を管体軸線直交方向に位置変更可能な焦点位置調整部５で支持する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
付着物を除去すべき管体を支持する管体支持部と、
前記管体の内部に挿入され、レーザ光を管体の内面へ照射して管体内の付着物を除去するレーザ照射ユニットとを具備し、
前記レーザ照射ユニットは、管体軸線方向のレーザ光に収束させる集光レンズと、前記集光レンズを通したレーザ光を管体内面へ屈折させるプリズムとを具備するレーザ付着物除去装置において、
前記管体支持部は、前記管体と共に管体の軸線方向に移動するスライド機構と、管体を軸線周りに回転させるロール機構とを具備し、
前記レーザ照射ユニットは、管体支持部との相対移動に伴って管体の内部に挿入されるように、前記管体支持部上の前記管体の移動途上に固定され、
レーザ光の焦点を管体内面へ合致させるように、前記レーザ照射ユニットを管体の軸線直交方向に位置変更可能に支持する焦点位置調整部を具備することを特徴とするレーザ付着物除去装置。
前記管体の内部に挿入され、レーザ光を管体の内面へ照射して管体内の付着物を除去するレーザ照射ユニットとを具備し、
前記レーザ照射ユニットは、管体軸線方向のレーザ光に収束させる集光レンズと、前記集光レンズを通したレーザ光を管体内面へ屈折させるプリズムとを具備するレーザ付着物除去装置において、
前記管体支持部は、前記管体と共に管体の軸線方向に移動するスライド機構と、管体を軸線周りに回転させるロール機構とを具備し、
前記レーザ照射ユニットは、管体支持部との相対移動に伴って管体の内部に挿入されるように、前記管体支持部上の前記管体の移動途上に固定され、
レーザ光の焦点を管体内面へ合致させるように、前記レーザ照射ユニットを管体の軸線直交方向に位置変更可能に支持する焦点位置調整部を具備することを特徴とするレーザ付着物除去装置。
【請求項2】
前記焦点位置調整部は、前記レーザ照射ユニットを先端部に固定して前記管体支持部上の前記管体の一端に突き合わせる位置に管体軸線方向に固定され、外部からレーザ照射ユニットへのレーザ光の導光路となるユニット支持管と、
このユニット支持管の基端を固定するスライドブラケットと、前記管体支持部を支持する枠体に立設され、前記スライドブラケットと管体軸線直交方向に摺動可能に係合する固定ブラケットと、このスライドブラケットを前記固定ブラケットに対して移動させるブラケット駆動モータとを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ付着物除去装置。
このユニット支持管の基端を固定するスライドブラケットと、前記管体支持部を支持する枠体に立設され、前記スライドブラケットと管体軸線直交方向に摺動可能に係合する固定ブラケットと、このスライドブラケットを前記固定ブラケットに対して移動させるブラケット駆動モータとを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ付着物除去装置。
【請求項3】
前記スライド機構は、前記管体支持部に管体軸線方向へ移動可能に係合する枠体と、
この枠体に回転自在に軸支される駆動歯車と、
この駆動歯車を回転駆動するスライド駆動モータと、
前記枠体に前記駆動歯車と移動方向に異なる対向位置に回転自在に軸支されるガイド歯車と、
一端が前記管体支持部に、他端が管体支持部の移動方向に異なる位置に係止され、前記駆動歯車及び前記ガイド歯車に掛け回されて、前記スライド駆動モータにより引き回されることにより前記管体支持部を移動させるチェーンとを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ付着物除去装置。
この枠体に回転自在に軸支される駆動歯車と、
この駆動歯車を回転駆動するスライド駆動モータと、
前記枠体に前記駆動歯車と移動方向に異なる対向位置に回転自在に軸支されるガイド歯車と、
一端が前記管体支持部に、他端が管体支持部の移動方向に異なる位置に係止され、前記駆動歯車及び前記ガイド歯車に掛け回されて、前記スライド駆動モータにより引き回されることにより前記管体支持部を移動させるチェーンとを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ付着物除去装置。
【請求項4】
前記ロール機構は、前記管体の両端部を支持するホルダと、管体の中間部に接触して外周を転動することにより管体を回転させる回転駆動ローラとを具備し、
前記ホルダは、前記管体支持部に固定され、前記管体を載せ受ける凹部を備えた支持ブロックと、
この支持ブロックにおける前記凹部の対向する傾斜面の下方に下端部を中心に直交方向に揺動可能にそれぞれ軸支される対向一対のローラ脚と、
これらのローラ脚の上端部に回転自在に軸支される対向一対の支持ローラと、
前記ブラケットと前記ローラ脚との間に係止されて、前記支持ローラの外周面を前記傾斜面から突出させて前記管体の外周に接触するように支持ローラを互いに接近する方向に付勢する押しばねと、
前記ブラケットに螺合して前記ローラ脚に接触し、前記支持ローラを前記傾斜面から突出する位置に保持する調整ねじとを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ付着物除去装置。
前記ホルダは、前記管体支持部に固定され、前記管体を載せ受ける凹部を備えた支持ブロックと、
この支持ブロックにおける前記凹部の対向する傾斜面の下方に下端部を中心に直交方向に揺動可能にそれぞれ軸支される対向一対のローラ脚と、
これらのローラ脚の上端部に回転自在に軸支される対向一対の支持ローラと、
前記ブラケットと前記ローラ脚との間に係止されて、前記支持ローラの外周面を前記傾斜面から突出させて前記管体の外周に接触するように支持ローラを互いに接近する方向に付勢する押しばねと、
前記ブラケットに螺合して前記ローラ脚に接触し、前記支持ローラを前記傾斜面から突出する位置に保持する調整ねじとを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ付着物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、管体の内面に付着した汚染物や錆等の付着物をレーザ光照射により除去する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、固定された管体の内面にレーザ光を反射ミラーで管体軸線直交方向に屈折させて照射し、管体の内面に付着した放射性物質等の除染を行い回収する管体内面除染装置が特許文献１に開示されている。この管体内面除染装置は、レーザー光を管体内面に照射するレーザー光照射プローブと、レーザー光照射プローブを管体内に挿入して管軸方向に移動させる直動機構と、反射ミラーを羽根車と共に管体軸線周りに回転させる回転機構と、管体内に圧縮空気を供給する圧縮空気送気手段とを備える。レーザー光照射プローブを管体内で直動させると共に羽根車を圧縮空気で回転させて反射ミラーを回転させ、レーザ光を管体内面に照射して管体内面の放射性物質を削剥し、管体内に形成された空気流で削剥された除染物を管体から排出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2022-54423号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の装置は、配管内に挿入するレーザ光照射プローブに回転機構を光学系部材に組み付けなければならず、レーザ光照射プローブを小型にしたり配置の工夫等が必要となって複雑な機構にならざるを得ず、小型化に制約があり、従って小径の管体に適用できないし、製作が容易でなくコスト高になるという問題がある。
そこで本発明は、管体に挿入する光学系部材を最小限に抑えて簡易な構成にし、小型化して小径の管体にも適用されると共に、製作コストの低廉化を図るレーザ付着物除去装置を提供することを課題とする。
そこで本発明は、管体に挿入する光学系部材を最小限に抑えて簡易な構成にし、小型化して小径の管体にも適用されると共に、製作コストの低廉化を図るレーザ付着物除去装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ付着物除去装置１は、付着物を除去すべき管体Ｐを支持する管体支持部４と、管体Ｐの内部に挿入され、レーザ光Ｌを管体Ｐの内面へ照射して管体Ｐ内の付着物を除去するレーザ照射ユニット１３とを具備させる。レーザ照射ユニット１３は、管体軸線方向のレーザ光Ｌに収束させる集光レンズ１５と、集光レンズ１５を通したレーザ光Ｌを管体Ｐ内面へ屈折させるプリズム１６とを具備させる。管体支持部４は、管体Ｐと共に管体Ｐの軸線方向に移動するスライド機構１９と、管体Ｐを軸線周りに回転させるロール機構１８とを具備させる。レーザ照射ユニット１３は、管体支持部４との相対移動に伴って管体Ｐの内部に挿入されるように、管体支持部４上の管体Ｐの移動途上に固定され、レーザ光Ｌの焦点を管体Ｐの内面へ合致させるように、レーザ照射ユニット１３を管体Ｐの軸線直交方向に位置変更可能に支持する焦点位置調整部５を具備させる。
【発明の効果】
【0006】
本発明のレーザ付着物除去装置によれば、光学系を固定して管体を回転させつつ移動させるため、管体に挿入する光学系の部材を最小限に抑えた簡易な構成により、小型化して小径の管体にも適用できると共に、安価に提供できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明のレーザ付着物除去装置の斜視図である。
【図3A】焦点位置調整部の斜視図である。
【図3B】焦点位置調整部の正面図である。
【図3C】焦点位置調整部の側面図である。
【図3D】焦点位置調整部の平面図である。
【図4A】レーザ照射ユニットの縦断面図である。
【図4B】レーザ照射ユニットの平面図である。
【図4C】レーザ照射ユニットの正面図である。
【図5】移動前後のレーザ照射ユニットの正面図である。
【図6】管体支持部の斜視図である。
【図7A】ホルダの断面図である。
【図7B】ホルダの平面図である。
【図7C】ホルダの正面図である。
【図8A】スライド機構の一部の斜視図である。
【図8B】スライド機構の他の一部の斜視図である。
【図8C】スライド機構の他の一部の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
図１，図２に示すように、レーザ付着物除去装置１は、内周面に錆などの付着物がある管体Ｐを管軸線周りに回転させつつ管軸線方向に直線的に移動させて、管内周面に照射したレーザ光のアブレーションにより管体Ｐの内面の付着物を除去する装置である。
図１，図２に示すように、レーザ付着物除去装置１は、内周面に錆などの付着物がある管体Ｐを管軸線周りに回転させつつ管軸線方向に直線的に移動させて、管内周面に照射したレーザ光のアブレーションにより管体Ｐの内面の付着物を除去する装置である。
【0009】
レーザ付着物除去装置１は、枠体２に沿って平行に延びる本体３と、この本体３の先端にセットした管体Ｐを突き合わせるように支持する管体支持部４とを具備する。
【0010】
本体３は、長尺の矩形をなす枠体２の長手方向一端に直立する焦点位置調整部５と、焦点位置調整部５から枠体２に沿って長手方向他端側へ平行に延びるユニット支持管６と、ユニット支持管６内を通って先端部のレーザ照射ユニット８に達する光学系７とを具備する。
【0011】
焦点位置調整部５は、図３Ａから図３Ｄに示すように、枠体２の一端部から垂直に立ち上がった固定ブラケット９と、固定ブラケット９に垂直方向に摺動可能に係合し、枠体２に対して上下の固定位置を変更可能なスライドブラケット１０と、スライドブラケット１０を駆動するブラケット駆動モータ１１とを具備する。
【0012】
ユニット支持管６は、枠体２に対して平行を保ちつつ上下位置を変更可能にスライドブラケット１０に基端が固定され、先端が枠体２の長手方向ほぼ中間部に達する。
【0013】
光学系７は、ユニット支持管６の基端部に導入されて内部を先端部まで延びて、図示しない外部のレーザ発振器から出射されるレーザをユニット支持管６内へ導く導光路としての光ファイバー１２と、ユニット支持管６の先端部に固定されてレーザ光を管体Ｐの内面へ照射するレーザ照射ユニット１３とを具備する。
【0014】
レーザ照射ユニット１３は、図４Ａから図４Ｃに示すように、レーザを管体支持部４にセットした管体Ｐの軸線方向の線状のレーザ光Ｌに収束させるコリメータ１４と、このレーザ光Ｌの焦点を管体Ｐの内面位置に焦点を合わせる集光レンズ１５と、管体Ｐの軸線に沿って投射されたレーザ光Ｌを直交方向に屈折させて管体Ｐの内面へ照射するプリズム１６とを具備する。図５に示すように、レーザ光Ｌの焦点位置は、管体支持部４にセットした管体Ｐの内面に合致するように、径の異なる管体Ｐ１，Ｐ２に応じて焦点位置調整部５により上下に位置調整できる。
【0015】
管体支持部４は、図１，図２Ａから図２Ｃ，図６に示すように、枠体２のほぼ半部にわたる矩形状のスライド板１７と、管体Ｐを支持しつつ軸線周りに回転させるロール機構１８と、スライド板１７を枠体２長手方向に移動させるスライド機構１９とを具備する。
【0016】
ロール機構１８は、スライド板１７上の中間部に固定された回転駆動モータ２０と、回転駆動モータ２０の水平の回転軸に軸着され、ブラケット２１ａで支持された駆動ローラ２１と、スライド板１７上の両端部に固定されたホルダ２２とを具備する。
【0017】
ホルダ２２は、図７Ａから図７Ｃに示すように、管体Ｐを載せ受けるＶ字状受け凹部を備えた備えた支持ブロック２３と、この支持ブロック２３の下方に基端部が互いに間隔を置いてそれぞれ平行に軸支された対向一対のローラ脚２４，２４と、ローラ脚２４の上端部にそれぞれ回転自在に軸支された支持ローラ２５と、ローラ脚２４，２４を互いに接近する方向に付勢する押しばね２６と、ローラ脚２４を押して支持ローラ２５を傾斜面２３ａから突出させる調整ねじ２７とを具備する。支持ブロック２３は、Ｖ字状受け凹部を形成する対向する傾斜面２３ａ，２３ａを備え、各傾斜面２３ａを管体軸線方向に二分して間隔を開け、ローラ脚２４及び支持ローラ２５を配置可能な組み込み空間を有する。ローラ脚２４は、支持ブロック２３の傾斜面２３ａの下方に基端部を中心に水平軸で揺動可能に支持され、支持ローラ２５はローラ脚２４の揺動に従って外周面がＶ字状受け凹部に出没可能に配置される。押しばね２６は、支持ブロック２３とローラ脚２４との間に係止されて支持ローラ２５を管体Ｐに弾性的に接触させる。調整ねじ２７は、支持ブロック２３に螺合して先端がローラ脚２４に接し、支持ローラ２５を傾斜面２３ａから突出させる。ホルダ２２は、調整ねじ２７により管体Ｐの径に応じて支持ローラ２５，２５間の開きを調整できると共に、押しばね２６により支持ローラ２５を管体Ｐの外周に弾力的に支持することによって、管体Ｐに駆動ローラ２１を適切に圧接させる。
【0018】
スライド機構１９は、図８Ａから図８Ｃに示すように、スライド板１７の底部において枠体２の上面の長手方向の平行一対のレール２ａに摺動自在に係合する係合溝２８ａを有するスライド片２８と、枠体２上の長手方向一端部に固定される水平の回転軸を有するスライド駆動モータ２９と、このスライド駆動モータ２９の回転軸に結合する駆動歯車３０と、枠体２上の長手方向他端部に固定される縦方向に回転自在に支持されるガイド歯車３１と、両端がスライド板１７上の長手方向に異なる位置に係止され、駆動歯車３０及びガイド歯車３１に掛け回されるチェーン３２とを具備する。スライド機構１９は、スライド駆動モータ２９の駆動による駆動歯車２９の回転によりガイド歯車３０と協働してチェーン３２を引き回し管体支持部４を枠体２上で長手方向に直線的に移動させる。
【0019】
この実施形態のレーザ付着物除去装置においては、枠体２の一端側の初期位置に配置してある管体支持部４の両ホルダ２２のＶ字状受け凹部に管体Ｐを載せ置く。このとき、ホルダ２２の調整ねじ２７をねじ込み位置を変更して、管体Ｐの径に応じた支持ローラ２５，２５間の開きを調整し、管体Ｐに駆動ローラ２１を適切に圧接させる。また、管体Ｐの径に応じてレーザの焦点位置を管体Ｐの内面高さに一致させるため、焦点位置調整部５のモータ１１によりスライダ１０上をユニット支持管６もろともレーザ照射ユニット１３を上下に移動させて照射位置を調整する。
【0020】
管体支持部４に管体Ｐを載せてから、ロール機構１８の駆動ローラ２１を回転させながら、スライド機構１９の移動駆動モータ２８によりチェーン３１を引き回して管体支持部４を枠体２上で移動させる。光学系７のレーザ照射ユニット１３が管体Ｐに挿入されてから、コリメータ１４及び集光レンズ１５を介してレーザ光Ｌを収束させ、プリズム１６によって直交方向に屈折させ、管体Ｐの内面位置に焦点を合わせてある線状レーザ光Ｌを管体Ｐの内面へ照射して付着物を除去する。管体Ｐの回転及び直進により管体Ｐの内面をレーザ光Ｌが螺旋状に走査するので、内面全体の付着物を連続的に効率よく除去する。管体Ｐに挿入されるユニット支持管６には組み込まれる部材はレーザ照射ユニット１３及び光学系７のみになるから、簡易な構成で小型化が可能になり、小径の管体Ｐに対しても適用できる。
【符号の説明】
【0021】
１ レーザ付着物除去装置
２ 枠体
２ａ レール
３ 本体
４ 管体支持部
５ 焦点位置調整部
６ ユニット支持管
７ 光学系
８ レーザ照射ユニット
９ 固定ブラケット
１０ スライドブラケット
１１ ブラケット駆動モータ
１２ 光ファイバー
１３ レーザ照射ユニット
１４ コリメータ
１５ 集光レンズ
１６ プリズム
１７ スライド板
１８ ロール機構
１９ スライド機構
２０ 回転駆動モータ
２１ 駆動ローラ
２１ａ ブラケット
２２ ホルダ
２３ 支持ブロック
２３ａ 傾斜面
２４ ローラ脚
２５ 支持ローラ
２６ 押しばね
２７ 調整ねじ
２８ スライド片
２８ａ 係合溝
２９ スライド駆動モータ
３０ 駆動歯車
３１ ガイド歯車
３２ チェーン
Ｌ レーザ光
Ｐ 管体
２ 枠体
２ａ レール
３ 本体
４ 管体支持部
５ 焦点位置調整部
６ ユニット支持管
７ 光学系
８ レーザ照射ユニット
９ 固定ブラケット
１０ スライドブラケット
１１ ブラケット駆動モータ
１２ 光ファイバー
１３ レーザ照射ユニット
１４ コリメータ
１５ 集光レンズ
１６ プリズム
１７ スライド板
１８ ロール機構
１９ スライド機構
２０ 回転駆動モータ
２１ 駆動ローラ
２１ａ ブラケット
２２ ホルダ
２３ 支持ブロック
２３ａ 傾斜面
２４ ローラ脚
２５ 支持ローラ
２６ 押しばね
２７ 調整ねじ
２８ スライド片
２８ａ 係合溝
２９ スライド駆動モータ
３０ 駆動歯車
３１ ガイド歯車
３２ チェーン
Ｌ レーザ光
Ｐ 管体
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】