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JP5448784B2 - ショットピーニング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ショットピーニング装置に関する。
ショットピーニングとは、冷間加工の一種であり、鉄あるいは非鉄金属の球体であるショット材を高速度で金属表面に衝突させることにより、金属表面に圧縮応力を発生させ、繰返し荷重に対する疲労強度を向上させる。化学プラントの圧力容器や原子炉容器などでは、例えば、溶接による接合部の疲労強度を向上させるため、溶接部にショットピーニングを施工する。
従来、例えば、特許文献１には、原子炉容器蓋の下面と管台とのＪ溶接部およびＪ溶接部に隣接する面をショットピーニングする超音波ショットピーニング装置が開示されている。この超音波ショットピーニング装置は、ディスクと、振動子がディスクに形成された回収孔に挿入されている超音波ピーニングヘッドと、ディスクの外周面に接しつつこの外周面を囲う状態で配置された筒状をなして上縁がショットピーニングを施工する部分の傾斜と同じ傾斜のチャンバとを備えている。
特開２００６−３４６７７５号公報
ところで、ショット材は、ショットピーニングを施工するにあたって金属表面に衝突させる数を設定し、この数に応じた施工時間を設定することで、施工箇所に付与する圧縮応力が決定する。すなわち、ショット材の数が減少すると、圧縮応力が低下することになる。そして、特に、原子力設備におけるショットピーニング施工では、放射線を扱う領域内への作業者の立ち入り時間を少なくするため、ショットピーニングの施工を一度で済ませたい要望があることから、一度の施工で圧縮応力を一定にする必要がある。したがって、一度の施工で圧縮応力を一定にするには、ショット材の数の減少、すなわちショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止する必要があり、特許文献１に記載の超音波ショットピーニング装置のように、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止するチャンバを有したものが適用される。
また、原子力設備では、ショット材が施工箇所の周囲に飛散した場合、原子力設備内にショット材が残留し、原子力設備の機能に影響を与えるおそれがあるため、飛散したショット材を全て回収する必要があり、多大な労力を要し、かつ放射線被曝の危険を伴う。この理由からも、特に、原子力設備におけるショットピーニングの施工に際しては、特許文献１に記載の超音波ショットピーニング装置のように、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止するチャンバを有したものが適用される。
しかしながら、ショットピーニングの施工箇所は、常に同じ形状であるとは限らない。例えば、溶接部の肉盛り厚さは所定以上と設計されているため、肉盛り厚さが常に定まっているわけではない。また、ショットピーニングの施工箇所は、常に平坦な面であるとは限らない。例えば、ショットピーニングの施工箇所が入隅部のように屈曲した形状である場合、チャンバ形状が複雑になる。このような事情のため、施工箇所とチャンバとの間にショット材が通過し得る隙間が生じる場合があり、この場合には、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止できなくなる。
本発明は上述した課題を解決するものであり、ショットピーニングの施工箇所の形状に対応し、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止することのできるショットピーニング装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明のショットピーニング装置は、原子力設備における溶接部にショット材を衝突させて圧縮応力を与えるショットピーニング装置において、振動子により前記ショット材に運動エネルギーを付与する運動エネルギー付与手段と、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子の周りを共に囲み、かつ前記施工箇所の形状に従い状態を変化させつつ当該囲んだ領域内に前記ショット材を留める包囲手段と、を備えたことを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、包囲手段が、溶接部の肉盛り厚さや、溶接部を含む施工箇所の形状に対応して状態を変化することで、溶接部を含む施工箇所および振動子の周りを共に囲んだ領域内にショット材を留められるため、ショットピーニングの施工箇所の形状に対応し、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止できる。
特に、対象となる施工箇所が原子力設備である場合では、ショット材の数を一定に保つことができるため、施工箇所に与える圧縮応力が低下する事態を防ぎ、ショットピーニングの施工を一度で済ませられることから、放射線を扱う領域内への作業者の立ち入り時間を少なくできる。しかも、特に、対象となる施工箇所が原子力設備である場合では、原子力設備内にショット材を残留させる事態を防ぐ結果、ショット材を回収する作業をなくすことができると共に、原子力設備の機能に影響を与えるおそれがない。
また、本発明のショットピーニング装置では、前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に向けて進退可能に設けられ、前記施工箇所に向けて付勢されて前記施工箇所に接触し、前記施工箇所の形状に従い進退状態が変化することを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、施工箇所の形状に従って包囲手段の状態を変化させることができ、上述の効果が得られる。
また、本発明のショットピーニング装置では、前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に向けて進退可能に設けられ、前記施工箇所に向けて押圧されて前記施工箇所に接触し、前記施工箇所の形状に従い進退状態が変化することを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、施工箇所の形状に従って包囲手段の状態を変化させることができ、上述の効果が得られる。
また、本発明のショットピーニング装置では、前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に先端が向き、当該方向に進退可能に設けられた棒状部材として構成され、当該棒状部材は、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子の周りを共に囲み、当該囲んだ領域外への前記ショット材の通過を妨げる態様で複数並設して配置され、かつ前記施工箇所の形状に従い進退状態が変化することを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、施工箇所の細かな形状に倣って各棒状の可動部の進退状態が変化するので、ショットピーニングの施工箇所の形状に細かに対応し、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止できる。
また、本発明のショットピーニング装置では、前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に向けて噴射された流体により、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子の周りを共に囲み、かつ前記施工箇所の形状に従って前記施工箇所に突き当たる流体の噴射長が変化することを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、施工箇所の形状に従って包囲手段の状態を変化させることができ、上述の効果が得られる。
また、本発明のショットピーニング装置では、前記溶接部を含む施工箇所および振動子を共に囲む領域を施工箇所に向けて窄める態様で流体が噴射されていることを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、ショット材を留める領域の内側に向けてショット材を押し込むことになるので、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を噴射された流体によってより確実に防止できる。
また、本発明のショットピーニング装置では、前記包囲手段は、前記溶接部を含む前記施工箇所の形状に従い状態が変化する可動部と、固定の壁部とで、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子を共に囲みつつ当該囲んだ領域内に前記ショット材を留めることを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、固定の壁部を施工箇所の平面部分など形状が規定された部位に対応して設け、この位置を基準として包囲手段を配置できるので、包囲手段を施工箇所に対して容易に、かつ適した部位に配置できる。
上述の目的を達成するために、本発明のショットピーニング装置は、溶接部にショット材を衝突させて圧縮応力を与えるショットピーニング装置において、振動子により前記ショット材に運動エネルギーを付与する運動エネルギー付与手段と、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子を共に囲み、かつ前記施工箇所の形状に従い状態を変化させつつ当該囲んだ領域内に前記ショット材を留める包囲手段と、を備えたことを特徴とする。
このショットピーニング装置によれば、包囲手段が、溶接部の肉盛り厚さや、溶接部を含む施工箇所の形状に対応して状態を変化することで、溶接部を含む施工箇所および振動子の周りを共に囲んだ領域内にショット材を留められるため、ショットピーニングの施工箇所の形状に対応し、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止できる。
本発明によれば、ショットピーニング施工する部分の形状に対応し、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止できる。
図１は、本発明の実施の形態１に係るショットピーニング装置の概略斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るショットピーニング装置の概略側断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係るショットピーニング装置の使用状態を示す概略側断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係るショットピーニング装置の概略側断面図である。 図５は、本発明の実施の形態３に係るショットピーニング装置の概略側断面図である。
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
以下に説明するショットピーニング装置は、特に、原子力設備における溶接部を含む施工箇所にショット材を衝突させて圧縮応力を与えることに適しているが、対象となる施工箇所は、原子力設備に限らない。
［実施の形態１］
図１〜図３は、本実施の形態に係るショットピーニング装置を示す。図１に示すように、本実施の形態のショットピーニング装置１は、包囲手段（チャンバとも呼ばれる）２を備えている。包囲手段２は、底部２１の周囲を可動部２２および壁部２３で囲み、底部２１に対向して開口する開口部２４が形成されている。
可動部２２は、棒状部材として構成されており、底部２１に対して立設され、かつ底部２１の周りに沿って複数並んで配置されている。この可動部２２は、本実施の形態においては、矩形状に形成された底部２１の対向する２辺に沿って複数並設されている。この棒状の可動部２２は、各々の間隔が、ショットピーニングに用いるショット材Ｂが通過できない寸法に設計されている。
また、棒状の可動部２２は、底部側ガイド部２５ａおよび開口側ガイド部２５ｂの穴に挿通され、各ガイド部２５ａ，２５ｂの穴に案内されつつ立設された延在方向に進退移動が可能に設けられている。底部側ガイド部２５ａの穴には、圧縮バネ２２ａが配置され、可動部２２は、この圧縮バネ２２ａにより開口部２４側に常に移動する態様で付勢されている。また、底部側ガイド部２５ａと開口側ガイド部２５ｂとの間には、隙間２５ｃが形成され、この隙間２５ｃに対応する可動部２２の周囲に、抜け止め用のフランジ２２ｂが設けられている。可動部２２は、圧縮バネ２２ａにより開口部２４側に付勢されつつ、開口側ガイド部２５ｂにフランジ２２ｂが当接することで、可動部２２の開口部２４側の移動が規制される。
なお、棒状の可動部２２の上記構成は一例であり、立設された延在方向に進退移動が可能に設けられていればよく、上記構成に限らない。
壁部２３は、板部材として構成されており、底部２１に対して立設して固定されている。この壁部２３は、本実施の形態においては、矩形状に形成された底部２１にて、可動部２２の設けられていない対向する２辺に沿って立設されている。
また、図２に示すように、ショットピーニング装置１は、底部２１に、運動エネルギー付与手段２６が設けられている。運動エネルギー付与手段２６は、ショット材Ｂを加速してショットピーニングに必要なエネルギーをショット材Ｂに与えるためのものである。本実施の形態において、運動エネルギー付与手段２６は、発振手段２６ａと、ショットピーニング用振動子（以下、振動子という）２６ｂとを含んで構成されている。
発振手段２６ａは、ショット材Ｂを加速するために所定の周波数、かつ所定の振幅で振動するものであり、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子が用いられる。また、振動子２６ｂは、包囲手段２の底部２１の表面に設けられ、かつ底部２１の形状に合わせて矩形状に形成され、発振手段２６ａの振動をショット材Ｂへ伝達するものである。振動子２６ｂには、発振手段２６ａが直接または間接的に取り付けられている。図には明示しないが、振動子２６ｂに発振手段２６ａを間接的に取り付ける場合は、例えば、振動伝達部材を介して発振手段２６ａを振動子２６ｂへ取り付ける形態がある。
また、図には明示しないが、発振手段２６ａには、当該発振手段２６ａに所定周波数の電気信号を与えて発振手段２６ａを所定周期の周波数で振動させる制御装置が接続される。制御装置により運動エネルギー付与手段２６の発振手段２６ａを所定周期の周波数（例えば超音波領域の周波数）で駆動することで、図２に示すように、ショット材Ｂと接触する振動子２６ｂを、当該振動子２６ｂから包囲手段２の開口部２４へ向かう方向と平行な方向（図２中の矢印Ｖ方向）へ所定周期の周波数で振動させ、ショット材Ｂを開口部２４に向けて加速させる。
上述したショットピーニング装置１によりショットピーニングを施工する際、図２に示すように、包囲手段２は、その開口部２４を、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕに向けて配置され、底部２１（振動子２６ｂ）、可動部２２および壁部２３で囲む領域内に、複数のショット材Ｂが格納される。ショット材Ｂには、例えば鋼球や、非鉄金属（例えばセラミックスのような非金属）の球体が用いられ、施工箇所Ｕの材質や使用条件などに応じて、適切な種類が用いられる。また、ショット材Ｂの球形は、高精度で形成されており、複数のショット材Ｂは全て同一径である。
施工箇所Ｕに向けて配置された包囲手段２は、壁部２３の開口部２４側の端が、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて配置される。一方、包囲手段２の可動部２２は、壁部２３の上記配置により、開口部２４側の端が、圧縮バネ２２ａの付勢力により施工箇所Ｕの表面に対して接触する。これにより、包囲手段２は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
ショットピーニング装置１は、上記のように包囲手段２を配置した後、運動エネルギー付与手段２６によりショット材Ｂを加速させてショットピーニングに必要なエネルギーをショット材Ｂに与える。これにより、ショット材Ｂが開口部２４へ向かって打ち出され、施工箇所Ｕの表面へ打ち込まれて当該表面へ圧縮応力を与える。このように、ショットピーニング装置１は、超音波ショットピーニングにより施工箇所Ｕをショットピーニングする。なお、本実施の形態において、ショットピーニングは超音波ショットピーニングに限定されるものではないが、厳密に施工管理をする観点からは、超音波ショットピーニングを用いることが好ましい。
本実施の形態のショットピーニング装置１は、特に、屈曲または湾曲した形状の施工箇所Ｕへの施工に適している。具体的には、図３に示すように、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕが、屈曲した入隅として形成されている場合、施工箇所Ｕの平坦部分に壁部２３を配置し、施工箇所Ｕの屈曲部分に対応して可動部２２を配置する。これにより、壁部２３は、その開口部２４側の端を、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて設けられる。一方、可動部２２は、その開口部２４側の端が、圧縮バネ２２ａの付勢力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面に対して接触することで、施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、屈曲した形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。また、図には明示しないが、湾曲した形状の施工箇所Ｕに対しても同様に、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲むことが可能である。
また、図には明示しないが、施工箇所Ｕの形状は、上述した入隅に限らず、出隅の場合もある。この場合でも、施工箇所Ｕの平坦部分に壁部２３を配置し、施工箇所Ｕの屈曲部分または湾曲部分に対応して可動部２２を配置する。これにより、壁部２３は、その開口部２４側の端を、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて設けられる。一方、可動部２２は、その開口部２４側の端が、圧縮バネ２２ａの付勢力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面に対して接触することで、施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、屈曲または湾曲した形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
また、図には明示しないが、施工箇所Ｕの形状は、上述した入隅や出隅に限らない。例えば、凸状や凹状で施工箇所Ｕに平坦部分がない場合もある。この場合、壁部２３を設けず、底部２１に可動部２２のみを複数立設した構成とし、この可動部２２を施工箇所Ｕの凸状または凹状に対応して配置する。これにより、可動部２２は、その開口部２４側の端が、圧縮バネ２２ａの付勢力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの凸状または凹状の表面に対して接触することで、施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、様々な形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
また、図には明示しないが、包囲手段２の底部２１、および底部２１の表面に配置される振動子２６ｂの形状は、上述した矩形状に限らない。例えば、施工箇所Ｕの形状により、矩形状ではショットピーニングの施工が困難である場合は、当該施工箇所Ｕの形状に合わせ、円形状、楕円形状、多角形状、不定形状などとしてもよい。この場合、可動部２２や壁部２３は、底部２１および振動子２６ｂの周りを囲む態様で配置される。また、この場合、壁部２３を配置せず可動部２２のみを配置する形態であってもよい。
このように実施の形態１のショットピーニング装置１は、振動子２６ｂによりショット材Ｂに運動エネルギーを付与する運動エネルギー付与手段２６と、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲み、かつ施工箇所Ｕの形状に従い状態を変化させつつ当該囲んだ領域内にショット材Ｂを留める包囲手段２とを備えている。
このショットピーニング装置１によれば、包囲手段２が、溶接部Ｗの肉盛り厚さや、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に対応して状態を変化させることで、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲んだ領域内にショット材Ｂを留められるため、ショットピーニングの施工箇所Ｕの形状に対応し、ショット材Ｂが施工箇所Ｕの周囲に飛散する事態を防止することが可能になる。
この結果、特に、対象となる施工箇所Ｕが原子力設備である場合では、ショット材Ｂの数を一定に保つことができるため、施工箇所Ｕに与える圧縮応力が低下する事態を防ぎ、ショットピーニングの施工を一度で済ませられることから、放射線を扱う領域内への作業者の立ち入り時間を少なくすることが可能になる。しかも、特に、対象となる施工箇所Ｕが原子力設備である場合では、原子力設備内にショット材Ｂを残留させる事態を防ぐ結果、ショット材Ｂを回収する作業をなくすことができると共に、原子力設備の機能に影響を与えるおそれがない。
また、本実施の形態１のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、振動子２６ｂ側から施工箇所Ｕに向けて進退可能に設けられ、施工箇所Ｕに向けて圧縮バネ２２ａにより付勢されて施工箇所Ｕに接触し、施工箇所Ｕの形状に従い進退状態が変化する。
このショットピーニング装置１によれば、施工箇所Ｕの形状に従い包囲手段２の状態を変化させることができ、上述の効果を得ることが可能になる。
また、本実施の形態１のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、振動子２６ｂ側から施工箇所Ｕに先端が向き、当該方向に進退可能に設けられた棒状の可動部２２として構成され、当該棒状の可動部２２は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲み、当該囲んだ領域外へのショット材Ｂの通過を妨げる態様で複数並設して配置され、かつ施工箇所Ｕの形状に従い進退状態が変化する。
このショットピーニング装置１によれば、棒状の可動部２２を、複数並設して配置し、かつ施工箇所Ｕの形状に従い進退状態を変化させる構成としたことにより、施工箇所Ｕの細かな形状に倣って各棒状の可動部２２が進退状態を変化するので、ショットピーニングの施工箇所Ｕの形状に細かに対応し、ショット材Ｂが施工箇所Ｕの周囲に飛散する事態を防止することが可能になる。
また、本実施の形態１のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に従い状態が変化する可動部２２と、固定の壁部２３とで、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂを共に囲みつつ当該囲んだ領域内にショット材Ｂを留める。
このショットピーニング装置１によれば、固定の壁部２３を施工箇所Ｕの平面部分など形状が規定された部位に対応して設け、この位置を基準として包囲手段２を配置できるので、包囲手段２を施工箇所Ｕに対して容易に、かつ適した部位に配置することが可能になる。
なお、実施の形態１において、可動部２２は、複数の棒状部材として構成されていなくてもよく、圧縮バネ２２ａの付勢力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に従って状態が変化する構成であればよい。
また、実施の形態１において、ショットピーニングを施工する際、上述したショットピーニング装置１を必要に応じて溶接部Ｗに沿って移動させる。この場合、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕに接触する可動部２２の先端形状は、移動方向に向く側が、移動に際して溶接部Ｗに乗り上がるように傾斜、湾曲、または球状に形成されていることが好ましい。例えば、図２中に示す矢印Ｘにショットピーニング装置１を移動させる場合は、各可動部２２の先端の少なくとも当該矢印Ｘ方向に向く側を傾斜、湾曲、または球状に形成する。このように構成することにより、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に倣って可動部２２（包囲手段２）の状態を円滑に変化させることが可能である。
［実施の形態２］
本実施の形態について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係るショットピーニング装置の概略側断面図である。
本実施の形態のショットピーニング装置１は、上述した実施の形態１のショットピーニング装置１と同様に、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に従い状態が変化する可動部２７を備えており、当該可動部２７の構成が異なる。従って、実施の形態２では、可動部２７の構成について説明し、上述した実施の形態１と同等部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
可動部２７は、棒状部材として構成されており、底部２１に対して立設され、かつ底部２１の周りに沿って複数並んで配置されている。この可動部２７は、本実施の形態においては、矩形状に形成された底部２１の対向する２辺に沿って複数並設されている。この棒状の可動部２７は、各々の間隔が、ショットピーニングに用いるショット材Ｂが通過できない寸法に設計されている。
また、棒状の可動部２７は、底部側ガイド部２５ａおよび開口側ガイド部２５ｂの穴に挿通され、各ガイド部２５ａ，２５ｂの穴に案内されつつ立設された延在方向に進退移動が可能に設けられている。可動部２７は、底部側ガイド部２５ａの穴に挿通された端部にアクチュエータ２７ａの伸縮ロッド２７ｂが固定されている。アクチュエータ２７ａとしては、空圧シリンダ、油圧シリンダ、サーボモータなどがある。すなわち、可動部２７は、アクチュエータ２７ａにより開口部２４側に押圧される一方、底部２１側に引っ込む態様で進退移動する。このアクチュエータ２７ａは、上述した制御装置（図示せず）により制御できる。
上述したショットピーニング装置１によりショットピーニングを施工する際、図４に示すように、包囲手段２は、その開口部２４を、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕに向けて配置され、底部２１（振動子２６ｂ）、可動部２７および壁部２３で囲む領域内に、複数のショット材Ｂが格納される。
施工箇所Ｕに向けて配置された包囲手段２は、壁部２３の開口部２４側の端が、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて配置される。一方、包囲手段２の可動部２７は、壁部２３の上記配置に応じ、開口部２４側の端が、アクチュエータ２７ａの押圧力により施工箇所Ｕの表面に対して接触する。これにより、包囲手段２は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
ショットピーニング装置１は、上記のように包囲手段２を配置した後、運動エネルギー付与手段２６によりショット材Ｂを加速させてショットピーニングに必要なエネルギーをショット材Ｂに与える。これにより、ショット材Ｂが開口部２４へ向かって打ち出され、施工箇所Ｕの表面へ打ち込まれて当該表面へ圧縮応力を与える。このように、ショットピーニング装置１は、超音波ショットピーニングにより施工箇所Ｕをショットピーニングする。なお、本実施の形態において、ショットピーニングは超音波ショットピーニングに限定されるものではないが、厳密に施工管理をする観点からは、超音波ショットピーニングを用いることが好ましい。
本実施の形態のショットピーニング装置１は、特に、屈曲または湾曲した形状の施工箇所Ｕへの施工に適している。具体的には、図３を参照するように、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕが、屈曲した入隅として形成されている場合、施工箇所Ｕの平坦部分に壁部２３を配置し、施工箇所Ｕの屈曲部分に対応して可動部２７を配置する。これにより、壁部２３は、その開口部２４側の端を、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて設けられる。一方、可動部２７は、その開口部２４側の端が、アクチュエータ２７ａの押圧力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面に対して接触することで、施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、屈曲した形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。また、図には明示しないが、湾曲した形状の施工箇所Ｕに対しても同様に、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲むことが可能である。
また、図には明示しないが、施工箇所Ｕの形状は、上述した入隅に限らず、出隅の場合もある。この場合でも、施工箇所Ｕの平坦部分に壁部２３を配置し、施工箇所Ｕの屈曲部分または湾曲部分に対応して可動部２７を配置する。これにより、壁部２３は、その開口部２４側の端を、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて設けられる。一方、可動部２７は、その開口部２４側の端が、アクチュエータ２７ａの押圧力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面に対して接触することで、施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、屈曲または湾曲した形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
また、図には明示しないが、施工箇所Ｕの形状は、上述した入隅や出隅に限らない。例えば、凸状や凹状で施工箇所Ｕに平坦部分がない場合もある。この場合、壁部２３を設けず、底部２１に可動部２７のみを複数立設した構成とし、この可動部２７を施工箇所Ｕの凸状または凹状に対応して配置する。これにより、可動部２７は、その開口部２４側の端が、アクチュエータ２７ａの押圧力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの凸状または凹状の表面に対して接触することで、施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、様々な形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
また、図には明示しないが、包囲手段２の底部２１、および底部２１の表面に配置される振動子２６ｂの形状は、上述した矩形状に限らない。例えば、施工箇所Ｕの形状により、矩形状ではショットピーニングの施工が困難である場合は、当該施工箇所Ｕの形状に合わせ、円形状、楕円形状、多角形状、不定形状などとしてもよい。この場合、可動部２７や壁部２３は、底部２１および振動子２６ｂの周りを囲む態様で配置される。また、この場合、壁部２３を配置せず可動部２７のみを配置する形態であってもよい。
このように実施の形態２のショットピーニング装置１は、振動子２６ｂによりショット材Ｂに運動エネルギーを付与する運動エネルギー付与手段２６と、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲み、かつ施工箇所Ｕの形状に従い状態を変化させつつ当該囲んだ領域内にショット材Ｂを留める包囲手段２とを備えている。
このショットピーニング装置１によれば、包囲手段２が、溶接部Ｗの肉盛り厚さや、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に対応して状態を変化させることで、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲んだ領域内にショット材Ｂを留められるため、ショットピーニングの施工箇所Ｕの形状に対応し、ショット材Ｂが施工箇所Ｕの周囲に飛散する事態を防止することが可能になる。
この結果、特に、対象となる施工箇所Ｕが原子力設備である場合では、ショット材Ｂの数を一定に保つことができるため、施工箇所Ｕに与える圧縮応力が低下する事態を防ぎ、ショットピーニングの施工を一度で済ませられることから、放射線を扱う領域内への作業者の立ち入り時間を少なくすることが可能になる。しかも、特に、対象となる施工箇所Ｕが原子力設備である場合では、原子力設備内にショット材Ｂを残留させる事態を防ぐ結果、ショット材Ｂを回収する作業をなくすことができると共に、原子力設備の機能に影響を与えるおそれがない。
また、本実施の形態２のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、振動子２６ｂ側から施工箇所Ｕに向けて進退可能に設けられ、施工箇所Ｕに向けてアクチュエータ２７ａにより押圧されて施工箇所Ｕに接触し、施工箇所Ｕの形状に従い進退状態が変化する。
このショットピーニング装置１によれば、施工箇所Ｕの形状に従い包囲手段２の状態を変化させることができ、上述の効果を得ることが可能になる。
また、本実施の形態２のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、振動子２６ｂ側から施工箇所Ｕに先端が向き、当該方向に進退可能に設けられた棒状の可動部２７として構成され、当該棒状の可動部２７は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲み、当該囲んだ領域外へのショット材Ｂの通過を妨げる態様で複数並設して配置され、かつ施工箇所Ｕの形状に従い進退状態が変化する。
このショットピーニング装置１によれば、棒状の可動部２７を、複数並設して配置し、かつ施工箇所Ｕの形状に従い進退状態を変化させる構成としたことにより、施工箇所Ｕの細かな形状に倣って各棒状の可動部２７が進退状態を変化するので、ショットピーニングの施工箇所Ｕの形状に細かに対応し、ショット材Ｂが施工箇所Ｕの周囲に飛散する事態を防止することが可能になる。
また、本実施の形態２のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に従い状態が変化する可動部２７と、固定の壁部２３とで、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂを共に囲みつつ当該囲んだ領域内にショット材Ｂを留める。
このショットピーニング装置１によれば、固定の壁部２３を施工箇所Ｕの平面部分など形状が規定された部位に対応して設け、この位置を基準として包囲手段２を配置できるので、包囲手段２を施工箇所Ｕに対して容易に、かつ適した部位に配置することが可能になる。
なお、実施の形態２において、複数の棒状部材として構成された可動部２７は、各々がアクチュエータ２７ａにより押圧力を付与される構成に限らない。図には明示しないが、例えば、可動部２７自体を、空圧シリンダや油圧シリンダの伸縮ロッドとして構成し、各々の可動部２７に纏めて空圧や油圧による押圧力を付与してもよい。また、可動部２７は、複数の棒状部材として構成されていなくてもよく、押圧力により溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に従って状態が変化する構成であればよい。
また、実施の形態２において、ショットピーニングを施工する際、上述したショットピーニング装置１を必要に応じて溶接部Ｗに沿って移動させる。この場合、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕに接触する可動部２７の先端形状は、移動方向に向く側が、移動に際して溶接部Ｗに乗り上がるように傾斜、湾曲、または球状に形成されていることが好ましい。例えば、図４中に示す矢印Ｘにショットピーニング装置１を移動させる場合は、各可動部２７の先端の少なくとも当該矢印Ｘ方向に向く側を傾斜、湾曲、または球状に形成する。このように構成することにより、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に倣って可動部２７（包囲手段２）の状態を円滑に変化させることが可能である。
［実施の形態３］
本実施の形態について、図面を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係るショットピーニング装置の概略側断面図である。
本実施の形態のショットピーニング装置１は、上述した実施の形態１のショットピーニング装置１と同様に、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に従い状態が変化する可動部２８を備えており、当該可動部２８の構成が異なる。従って、実施の形態３では、可動部２８の構成について説明し、上述した実施の形態１と同等部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
可動部２８は、ノズル２８ａを有しており、当該ノズル２８ａの射出口を開口部２４から外側に向け、底部２１の周りに沿って複数並んで配置されている。この可動部２８は、ノズル２８ａに流体（液体や気体）を供給する供給管２８ｂを有している。図には明示しないが、供給管２８ｂは、流体を貯留する貯留部、および貯留部の流体を圧送するポンプに接続されている。ポンプは、上述した制御装置（図示せず）により制御できる。すなわち、ポンプを稼動することにより貯留部の流体が供給管２８ｂを介してノズル２８ａに供給され、当該流体がノズル２８ａの射出口より噴射される。
上述したショットピーニング装置１によりショットピーニングを施工する際、図５に示すように、包囲手段２は、その開口部２４を、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕに向けて配置され、底部２１、可動部２８および壁部２３で囲む領域内に、複数のショット材Ｂが格納される。
施工箇所Ｕに向けて配置された包囲手段２は、壁部２３の開口部２４側の端が、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて配置される。一方、包囲手段２の可動部２８は、ノズル２８ａから噴射された流体が施工箇所Ｕの表面に突き当たって流体の壁をなす。これにより、包囲手段２は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
ショットピーニング装置１は、上記のように包囲手段２を配置した後、運動エネルギー付与手段２６によりショット材Ｂを加速させてショットピーニングに必要なエネルギーをショット材Ｂに与える。これにより、ショット材Ｂが開口部２４へ向かって打ち出され、施工箇所Ｕの表面へ打ち込まれて当該表面へ圧縮応力を与える。このように、ショットピーニング装置１は、超音波ショットピーニングにより施工箇所Ｕをショットピーニングする。なお、本実施の形態において、ショットピーニングは超音波ショットピーニングに限定されるものではないが、厳密に施工管理をする観点からは、超音波ショットピーニングを用いることが好ましい。
本実施の形態のショットピーニング装置１は、特に、屈曲または湾曲した形状の施工箇所Ｕへの施工に適している。具体的には、図３を参照するように、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕが、屈曲した入隅として形成されている場合、施工箇所Ｕの平坦部分に壁部２３を配置し、施工箇所Ｕの屈曲部分に対応して可動部２８を配置する。これにより、壁部２３は、その開口部２４側の端を、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて設けられる。一方、可動部２８は、ノズル２８ａから噴射した流体が溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面に突き当たって流体の壁をなし、かつ施工箇所Ｕに突き当たる流体の噴射長が施工箇所Ｕの形状に応じて変化する。これにより、包囲手段２は、屈曲した形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。また、図には明示しないが、湾曲した形状の施工箇所Ｕに対しても同様に、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲むことが可能である。
また、図には明示しないが、施工箇所Ｕの形状は、上述した入隅に限らず、出隅の場合もある。この場合でも、施工箇所Ｕの平坦部分に壁部２３を配置し、施工箇所Ｕの屈曲部分または湾曲部分に対応して可動部２８を配置する。これにより、壁部２３は、その開口部２４側の端を、施工箇所Ｕの表面に対して接触またはショット材Ｂが通過しない隙間を空けて設けられる。一方、可動部２８は、ノズル２８ａから噴射した流体が溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面に突き当たって流体の壁をなし、かつ施工箇所Ｕに突き当たる流体の噴射長が施工箇所Ｕの形状に応じて変化することで、流体の壁が施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、屈曲または湾曲した形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
また、図には明示しないが、施工箇所Ｕの形状は、上述した入隅や出隅に限らない。例えば、凸状や凹状で施工箇所Ｕに平坦部分がない場合もある。この場合、壁部２３を設けず、底部２１の周りに沿って可動部２８を複数立設した構成とし、この可動部２８を施工箇所Ｕの凸状または凹状に対応して配置する。これにより、可動部２８は、ノズル２８ａから噴射した流体が溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面に突き当たって流体の壁をなし、かつ施工箇所Ｕに突き当たる流体の噴射長が施工箇所Ｕの形状に応じて変化することで、流体の壁が施工箇所Ｕの形状に倣って設けられる。これにより、包囲手段２は、様々な形状の施工箇所Ｕに対し、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの表面および振動子２６ｂの周りを共に囲む。
また、図には明示しないが、包囲手段２の底部２１、および底部２１の表面に配置される振動子２６ｂの形状は、上述した矩形状に限らない。例えば、施工箇所Ｕの形状により、矩形状ではショットピーニングの施工が困難である場合は、当該施工箇所Ｕの形状に合わせ、円形状、楕円形状、多角形状、不定形状などとしてもよい。この場合、可動部２８や壁部２３は、底部２１および振動子２６ｂの周りを囲む態様で配置される。また、この場合、壁部２３を配置せず可動部２８のみを配置する形態であってもよい。
このように実施の形態３のショットピーニング装置１は、振動子２６ｂによりショット材Ｂに運動エネルギーを付与する運動エネルギー付与手段２６と、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲み、かつ施工箇所Ｕの形状に従い状態を変化させつつ当該囲んだ領域内にショット材Ｂを留める包囲手段２とを備えている。
このショットピーニング装置１によれば、包囲手段２が、溶接部Ｗの肉盛り厚さや、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に対応して状態を変化させることで、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲んだ領域内にショット材Ｂを留められるため、ショットピーニングの施工箇所Ｕの形状に対応し、ショット材Ｂが施工箇所Ｕの周囲に飛散する事態を防止することが可能になる。
この結果、特に、対象となる施工箇所Ｕが原子力設備である場合では、ショット材Ｂの数を一定に保つことができるため、施工箇所Ｕに与える圧縮応力が低下する事態を防ぎ、ショットピーニングの施工を一度で済ませられることから、放射線を扱う領域内への作業者の立ち入り時間を少なくすることが可能になる。しかも、特に、対象となる施工箇所Ｕが原子力設備である場合では、原子力設備内にショット材Ｂを残留させる事態を防ぐ結果、ショット材Ｂを回収する作業をなくすことができると共に、原子力設備の機能に影響を与えるおそれがない。
また、本実施の形態３のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、振動子２６ｂ側から施工箇所Ｕに向けて噴射された流体により、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂの周りを共に囲み、かつ施工箇所Ｕの形状に従って施工箇所Ｕに突き当たる流体の噴射長が変化する。
このショットピーニング装置１によれば、施工箇所Ｕの形状に従い包囲手段２の状態を変化させることができ、上述の効果を得ることが可能になる。
また、本実施の形態３のショットピーニング装置１では、図５に示すように、ノズル２８ａが開口部２４の内側に向けて設けられ、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂを共に囲む領域を施工箇所Ｕに向けて窄める態様で流体が噴射されている。
このショットピーニング装置１によれば、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂを共に囲む領域を施工箇所Ｕに向けて窄める態様で流体が噴射されていることにより、ショット材Ｂを前記領域の内側に向けて押し込むので、ショット材Ｂが周囲に飛散する事態を噴射された流体によってより確実に防止することが可能になる。
また、本実施の形態３のショットピーニング装置１では、包囲手段２は、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕの形状に従い状態が変化する可動部２８と、固定の壁部２３とで、溶接部Ｗを含む施工箇所Ｕおよび振動子２６ｂを共に囲みつつ当該囲んだ領域内にショット材Ｂを留める。
このショットピーニング装置１によれば、固定の壁部２３を施工箇所Ｕの平面部分など形状が規定された部位に対応して設け、この位置を基準として包囲手段２を配置できるので、包囲手段２を施工箇所Ｕに対して容易に、かつ適した部位に配置することが可能になる。
以上のように、本発明に係るショットピーニング装置は、ショットピーニング施工する部分の形状に対応し、ショット材が施工箇所の周囲に飛散する事態を防止することに適している。
１ ショットピーニング装置
２ 包囲手段
２１ 底部
２２ 可動部
２２ａ 圧縮バネ
２２ｂ フランジ
２３ 壁部
２４ 開口部
２５ａ 底部側ガイド部
２５ｂ 開口側ガイド部
２５ｃ 隙間
２６ 運動エネルギー付与手段
２６ａ 発振手段
２６ｂ 振動子
２７ 可動部
２７ａ アクチュエータ
２７ｂ 伸縮ロッド
２８ 可動部
２８ａ ノズル
２８ｂ 供給管
Ｂ ショット材
Ｕ 施工箇所
Ｗ 溶接部

Claims (5)

  1. 原子力設備における溶接部にショット材を衝突させて圧縮応力を与えるショットピーニング装置において、
    振動子により前記ショット材に運動エネルギーを付与する運動エネルギー付与手段と、
    前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子の周りを共に囲み、かつ前記施工箇所の形状に従い状態を変化させつつ当該囲んだ領域内に前記ショット材を留める包囲手段と、
    を備え、
    前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に先端が向き、当該方向に進退可能に設けられた棒状部材として構成され、当該棒状部材は、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子の周りを共に囲み、当該囲んだ領域外への前記ショット材の通過を妨げる態様で複数並設して配置され、かつ前記施工箇所の形状に従い進退状態が変化することを特徴とするショットピーニング装置。
  2. 前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に向けて進退可能に設けられ、前記施工箇所に向けて付勢されて前記施工箇所に接触し、前記施工箇所の形状に従い進退状態が変化することを特徴とする請求項１に記載のショットピーニング装置。
  3. 前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に向けて進退可能に設けられ、前記施工箇所に向けて押圧されて前記施工箇所に接触し、前記施工箇所の形状に従い進退状態が変化することを特徴とする請求項１に記載のショットピーニング装置。
  4. 原子力設備における溶接部にショット材を衝突させて圧縮応力を与えるショットピーニング装置において、
    振動子により前記ショット材に運動エネルギーを付与する運動エネルギー付与手段と、
    前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子の周りを共に囲み、かつ前記施工箇所の形状に従い状態を変化させつつ当該囲んだ領域内に前記ショット材を留める包囲手段と、
    を備え、
    前記包囲手段は、前記振動子側から前記施工箇所に向けて噴射された流体により、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子の周りを共に囲み、かつ前記施工箇所の形状に従って前記施工箇所に突き当たる流体の噴射長が変化するとともに、前記溶接部を含む施工箇所および振動子を共に囲む領域を施工箇所に向けて窄める態様で流体が噴射されることを特徴とするショットピーニング装置。
  5. 前記包囲手段は、前記溶接部を含む前記施工箇所の形状に従い状態が変化する可動部と、固定の壁部とで、前記溶接部を含む施工箇所および前記振動子を共に囲みつつ当該囲んだ領域内に前記ショット材を留めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のショットピーニング装置。
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