加工装置
【課題】設置環境によって装置剛性を高くすることができない場合であっても、びびり振動の発生を抑制し得て、加工を行うことができる加工装置を提供する。
【解決手段】被加工物に対して所定の加工を行う工具１０ｃが取り付けられる加工装置本体１０ａと、加工装置本体１０ａに取り付けられて被加工物への加工方向に周波数可変に振動を発生する慣性加振機１５と、加工装置本体１０ａに取り付けられて振動状態を検出する振動状態検出部１６，１７と、振動状態検出部１６，１７による振動状態検出結果に基づいて振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整するためのＴＭＤ２０と、を備えている。
【解決手段】被加工物に対して所定の加工を行う工具１０ｃが取り付けられる加工装置本体１０ａと、加工装置本体１０ａに取り付けられて被加工物への加工方向に周波数可変に振動を発生する慣性加振機１５と、加工装置本体１０ａに取り付けられて振動状態を検出する振動状態検出部１６，１７と、振動状態検出部１６，１７による振動状態検出結果に基づいて振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整するためのＴＭＤ２０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の内面に対して固定されて被加工物の内面に所定の加工を行う加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子炉容器の管台内部での保守作業は、原子炉容器内部が通常時において冷却水で満たされたていることから、水中環境下で実施する必要があった。しかしながら、水中環境下での作業では全ての機器を防水仕様の設計とする必要があり、防水仕様とすることで機器の容積及び質量が増加し取扱いが困難となる。また、使用した機器は冷却水に含まれる放射線に曝されるため、引き上げ後に除染作業が必要となってしまう。このため、近年では、原子炉容器の管台内部での保守作業を気中環境で行う場合がある。
【０００３】
具体的には、原子炉容器内部の冷却水の水位を管台よりも低下させた後に内部に架台を設置する。そして、この架台内部において、作業員が管台内部に検査装置を挿入して固定し、所望の範囲で超音波探傷検査（ＵＴ検査）を行う。
【０００４】
さらに、このＵＴ検査によって配管内部に欠陥部を発見した場合、エコーによって発見した内質欠陥の大きさや位置から、無人の加工装置を用いて配管の加工を行う。この際、配管を加工装置で行う場合、例えば、配管内面を切削加工する場合、装置振動等によってびびり振動が発生するため、このびびり振動に応じて工具による切込み量を可変制御することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０７４５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した加工装置では、びびり振動の発生を根本的に抑制する技術ではなく、しかも、びびり振動に応じて工具による切込み量を可変制御するものである。従って、加工装置を用いた場合にびびり振動を発生させないためには、加工装置として剛性の高い旋削加工装置が必要であるが、旋削加工装置の剛性を高くすると寸法及び重量が大きくなり、配管内面への設置が困難となってしまう。
【０００７】
そこで、配管内面への設置を容易にするため、旋削加工装置の重量を軽くすると、今度は旋削加工装置の剛性が低くなってびびり振動が発生し易くなり、旋削加工表面の荒れや旋削加工装置の工具損傷によって加工が困難となってしまう虞がある。しかも、上述した原子炉容器内部といった特殊な環境下では、旋削加工装置を配管に設置した状態の振動特性は実際には配管に設置しなければ取得することができないにも拘らず、配管位置（内質欠陥位置）に作業員が近づくことは難しく、びびり振動を効果的に抑制することが困難であるという問題が生じていた。
【０００８】
そこで、本発明は、設置環境によって装置剛性を高くすることができない場合であっても、びびり振動の発生を抑制し得て、加工を行うことができる加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の加工装置は、被加工物の内面に対して固定されて被加工物の内面に所定の加工を行う加工装置であって、被加工物に対して所定の加工を行う工具が取り付けられる加工装置本体と、前記加工装置本体に取り付けられて被加工物への加工方向に周波数可変に振動を発生する加振部と、前記加工装置本体に取り付けられて振動状態を検出する振動状態検出部と、該振動状態検出部による振動状態検出結果に基づいて振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整するための調整部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、加工装置本体を駆動させて被加工物の内面に所定の加工を行う際に発生するびびり振動を振動状態検出部による振動状態検出結果に基づいて調整部で振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整することにより、設置環境によって装置剛性を高くすることができない場合であっても、びびり振動の発生を抑制し得て、加工を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の加工装置は、前記調整部として、錘と、該錘を前記加工装置本体に対して支持する弾性体と、から構成されたチューンドマスダンパを備え、その特性値が前記錘の重量値または前記弾性体の弾性率であることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、調整部としての錘の重量値や弾性体の弾性率を調整することにより、加工装置本体で発生した慣性加振力を加振部とで相互に打ち消し合う際のずれを調整部としてのチューンドマスダンパによって調整することができ、びびり振動の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の加工装置は、設置環境によって装置剛性を高くすることができない場合であっても、びびり振動の発生を抑制し得て、加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工装置を示し、（Ａ）は原子炉の概念図、（Ｂ）は加工装置としての旋削加工装置を原子炉内に設置した状態の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、（Ａ）は旋削加工装置の説明図、（Ｂ）はチューンドマスダンパの側面図、（Ｃ）はチューンドマスダンパの正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、（Ａ）はびびり振動抑制のための調整ルーチンのフロー図、（Ｂ）は調整概念の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例２を示し、（Ａ）は旋削加工装置の説明図、（Ｂ）はチューンドマスダンパの側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例３を示す旋削加工装置の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例４を示す旋削加工装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の一実施形態に係る加工装置について、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の加工装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る加工装置を示し、図１（Ａ）は原子炉の概念図、図１（Ｂ）は加工装置としての旋削加工装置を原子炉内に設置した状態の説明図である。
【００１７】
本実施の形態においては、図１（Ａ）に示すように、原子炉１の内部において、上部構造体である上蓋及び内部構造体である炉心構造物が取り外され、上部が開口した原子炉容器２を示している。また、原子炉容器２の下方には、配管として複数のノズル３が突出されている。さらに、原子炉容器２には、図１（Ｂ）に示すように、ノズル３に加工装置としての旋削加工装置１０をノズル３の内部に設置するための設置台４が設置される。そして、図示を略すクレーンのワイヤ５によって旋削加工装置１０が、設置台４に予め設置されている移送機構６に設置されたうえで、移送機構６によってノズル３の内部に移送される。また、ノズル３の内部に移送された旋削加工装置１０は、加工装置本体１０ａの周壁から突出可能なクランプ機構１０ｂを突出させることでノズル３の内部所定位置で固定される。
【００１８】
加工装置本体１０ａは、クランプ機構１０ｂが周壁に設けられた筒状の本体支持部１１と、本体支持部１１内に中心軸Ｌに沿う方向を送り方向Ｘとして進退可能に配設された送り方向可動部１２と、中心軸Ｌ回りの回転方向Ｒに回転可能な旋回可動部１３と、旋回可動部１３に径方向を切込み方向Ｙとして進退可能に設けられた切込み方向可動部１４とを備える。
本体支持部１１には、図示しない送り方向駆動機構が設けられていて、該送り方向駆動機構により送り方向可動部１２を送り方向Ｘに進退させることが可能である。送り方向可動部１２には、中心軸Ｌに沿うようにして、先端側に開口する軸挿通孔１２ａが形成されている。
また、旋回可動部１３は、軸挿通孔１２ａに挿入され、回転方向Ｒに回転可能な軸部１３ａと、軸部１３ａの先端に設けられた円盤状のディスク１３ｂとを有している。送り方向可動部１２には、図示しない旋回駆動機構が設けられていて、該旋回駆動機構により旋回可動部１３を回転方向Ｒに所望の回転数で回転させることが可能となっている。旋回可動部１３のディスク１３ｂには、切込み方向可動部１４が中心軸Ｌと直交する方向に進退可能に設けられている。切込み方向可動部１４には、切込み方向可動部１４が進退する方向に突出するようにして切削工具１０ｃが取り付けられている。また、旋回可動部１３のディスク１３ｂには、図示しない切込み方向駆動機構が設けられていて、該切込み方向駆動機構により切込み方向可動部１４を中心軸Ｌに直交する方向に進退させ、当該中心軸Ｌに直交する径方向の一方向を切込み方向Ｙとして切削工具１０ｃを突出させて切削することが可能となっている。
尚、本実施の形態において、切削工具１０ｃについて、その加工種類や工具種類、或いは、加工装置本体１０ａについて、駆動方式等の構成や条件は、公知の技術を適用することができる。また、例えば、切削工具１０ｃで切削したノズル３の切り屑を回収する等、その他の各種構成等を装備させることも任意である。
【００１９】
（実施例１）
図２は本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、図２（Ａ）は旋削加工装置の説明図、図２（Ｂ）はチューンドマスダンパの側面図、図２（Ｃ）はチューンドマスダンパの正面図、図３は本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、図３（Ａ）はびびり振動抑制のための調整ルーチンのフロー図、図３（Ｂ）は調整概念の説明図である。
【００２０】
旋削加工装置１０は、加工装置本体１０ａの後方（中心軸Ｌに沿って切削工具１０ｃが取り付けられた側と反対側）に、加工装置本体１０ａに振動を発生させる慣性加振機１５と、その際の振動特性を検出する力センサ（又は歪センサ）１６及び加速度計１７と、を備えている。また、加工装置本体１０ａの後方及び前方（の何れか一方でも良い）には、チューンドマスダンパ（以下、「ＴＭＤ」と称する）２０を備えている。図２においては、後方のＴＭＤ２０は、送り方向可動部１２の後端面に設けられ、また、前方のＴＭＤ２０は、ディスク１３ｂの前端面に設けられている。尚、ＴＭＤ２０は旋削加工装置１０の前方または後方の片側に設置するよりも前後方設置したほうが振動抑制力は高い。
【００２１】
慣性加振機１５は、実際に図示しない旋回駆動機構を駆動させて切削工具１０ｃにより切削加工を行う前に、旋削加工装置１０をノズル３に設置した状態で旋削加工装置１０を強制的に振動させることで、旋削加工装置１０及び旋削加工装置１０が固定されるノズル３などを含めた振動系に振動を発生させる。尚、予め旋削加工装置１０が振動し易い方向が把握されていることから、慣性加振機１５は、概ねその振動方向に振動させる。
【００２２】
力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号は、必要に応じてアンプ等（図示せず）で増幅した後にＦＦＴアナライザ１８に入力される。
【００２３】
ＦＦＴアナライザ１８は、力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号を周波数解析することでモニタリングする。
【００２４】
ここで、旋削加工装置１０やノズル３の内壁に発生するびびり振動は、装置の固有振動数近傍で発生する振動であり、力センサ１６及び加速度計１７によって装置の固有振動数と対応する周波数の振動が検出され、その検出信号はＦＦＴアナライザ１８に出力される。
【００２５】
ＦＦＴアナライザ１８では、力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号をモニタリングし、装置の固有振動数近傍で振動が検出されると、これを示す旨の信号を図示しないモニタやプリンタ等の出力装置（図示せず）に出力する。
【００２６】
ＴＭＤ２０は、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、加工装置本体１０ａに固定されたダンパ機能を有するゴム等の複数の粘弾性体２１と、この粘弾性体２１に保持された錘２２と、この錘２２に着脱可能な調整用錘２３と、を備えている。尚、粘弾性体２１は加工装置本体１０ａの錘２２、２３の重心を基準に三等分位置に配置されている。
【００２７】
従って、ＴＭＤ２０の固有振動数を測定すると共に、ＦＦＴアナライザ１８でモニタリングした結果をＴＭＤ２０の固有振動数に反映して調整することにより、旋削加工装置１０のびびり振動を抑制することができる。
【００２８】
この際、旋削加工装置１０をノズル３に設置した状態で、切削前に慣性加振機１５を駆動させて旋削加工装置１０の動特性を測定し、ＴＭＤ２０の調整用錘２３の質量を手動で調整（交換）する。尚、ＴＭＤ２０を調整する場合には、旋削加工装置１０をノズル３の外部に出してから行う。
【００２９】
以下、錘質量の具体的な調整を図３に基づいて説明する。
【００３０】
（ステップＳ１）
ステップＳ１では、ＴＭＤ２０の初期設定を行う。
まず、予め当該旋削加工装置１０のＴＭＤ２０単体について、固有振動数ｆと、錘質量Ｍとの関数Ｐ（ｆ）を求めておく。関数Ｐ（ｆ）は、例えば近似式（１）として求めることができる。
Ｍ＝Ｐ（ｆ）＝（ｆ／ａ）ｂ ・・・・・（１）
ここで、ａ、ｂは定数である。
なお、関数Ｐは、粘弾性体２１を構成するものとして選定した防振ゴムの特性に依存するものであり、上記は一例であり、必ずしも式（１）のような指数関数となるわけではない。
また、粘弾性体２１を構成するものとして選定した防振ゴムの温度特性に基づいて、固有振動数に対する温度の影響を考慮するためのＴＭＤ２０の固有振動数の補正係数Ｑ（Ｑは雰囲気温度ｔの関数：以下、Ｑ（ｔ）とする）を求め、式（１）を温度補正した式（２）を求める。
Ｍ＝（Ｑ（ｔ）×ｆ／ａ）ｂ ・・・・・（２）
さらに、予めシミュレーション解析により、旋削加工装置１０の固有振動数ｆ１と、ＴＭＤ２０の最適な固有振動数ｆ２とを求めておく。
そして、式（２）における固有振動数ｆに、求めたＴＭＤ２０の最適な固有振動数ｆ２を代入するとともに、推定される現地の雰囲気温度の値をＱ（ｔ）に代入することで、現地の推定温度ｔにおいて最適とされる固有振動数となる錘質量Ｍを求めることができる。
そして、求めた錘質量ＭをＴＭＤ２０の錘質量の初期値として決定し、ステップＳ２に移行する。
【００３１】
（ステップＳ２）
ステップＳ２では、現地における加振試験を行う。具体的には、旋削加工装置１０をノズル３に設置し、慣性加振機１５を駆動させる。そして、慣性加振機１５による振動の周波数を変化させながら、力センサ１６によって作用する力を計測し、また、加速度計１７によって発生する加速度を計測する。また、上述した粘弾性体２１の弾性力変化を考慮して現場温度を計測してステップＳ３へと移行する。
【００３２】
（ステップＳ３）
ステップＳ３では、力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号をＦＦＴアナライザ１８でモニタリングして、モニタリングされた検出信号に基づいて旋削加工装置１０の振動特性を解析する。ここで、ＴＭＤ２０の推定のずれが小さい場合、旋削加工装置１０の固有振動数の前後の周波数に２つのピークが発生するため、この場合にはステップＳ４へと移行する。また、ＴＭＤ２０の推定のずれが大きい場合、旋削加工装置１０の実固有振動数にピークが発生するため、この場合にはステップＳ５へと移行する。
【００３３】
（ステップＳ４）
ステップＳ４では、ステップＳ３の解析で得られた振動特性に基づいて、旋削加工装置１０による旋削加工時におけるびびり振動発生に起因する特性値の一つである固有振動数について、びびり振動が発生しないように、固有振動数のパラメータとなる値の少なくとも一つについて変更すべき値を算出する。本実施形態では、固有振動数のパラメータとなる特性値としてＴＭＤ２０の調整用錘２３の質量を選択し、当該質量を算出する。
具体的には、まず、ステップＳ３で取得された振動特性で確認された周波数の２つのピークの高さの比Ｈを読み取る。次に、読み取った２つのピークの高さの比Ｈを以下の式（３）に代入して、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ３を求める。ここで、ｆ２は、ステップＳ１で予めシミュレーション解析により求められたＴＭＤ２０の最適な固有振動数である。
ｆ３＝｛Ｑ（ｔ０）／Ｑ（ｔ１）｝・ｆ２−ΔＳ（Ｈ） ・・・・・（３）
ここで、ｔ０は、現地の推定温度、ｔ１は、現地の実温度、ΔＳは、ＴＭＤ２０の実際に最適とされる固有振動数ｆ３と現在のＴＭＤ２０の固有振動数ｆ２に温度補正を掛けた値とのずれ量と、現在のＴＭＤ２０の固有振動数で取得される振動特性で読み取られる２つのピークの高さの比との関係を表す関数であり、予めシミュレーション解析を実施することで求められる。
そして、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ３を求めたら、当該固有振動数ｆ３を式（２）における固有振動数ｆに、現地で計測される雰囲気温度を式（２）における温度ｔに代入することにより、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として最適な錘質量Ｍを求め、ステップＳ６へと移行する。
【００３４】
（ステップＳ５）
ステップＳ５では、ステップＳ３の解析で得られた振動特性に基づいて、ステップＳ４同様に旋削加工装置１０が旋削加工時にびびり振動が発生しない固有振動数となるようなＴＭＤ２０の錘質量Ｍを算出する。具体的には、まず、ステップＳ３で取得された旋削加工装置１０の固有振動数ｆ４、すなわち振動特性で確認されたピークが発生する周波数を検出する。そして、以下の式（４）に検出された固有振動数ｆ４を代入することにより、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ５を求める。
ここで、ｆ１、ｆ２は、ステップＳ１で予めシミュレーション解析により求められた旋削加工装置１０の固有振動数と、ＴＭＤ２０の最適な固有振動数である。
ｆ５＝（ｆ２／ｆ１）×ｆ４ ・・・・・（４）
そして、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ５を求めたら、当該固有振動数ｆ５を式（２）における固有振動数ｆに、現地で計測される雰囲気温度を式（２）における温度ｔに代入することにより、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として最適な錘質量Ｍを求め、ステップＳ６へと移行する。
【００３５】
（ステップＳ６）
ステップＳ６では、ステップＳ４またはステップＳ５で算出したＴＭＤ２０の錘質量Ｍを決定してステップＳ７へと移行する。尚、算出された錘質量は、調整用錘２３の重量で調整をする。
【００３６】
（ステップＳ７）
ステップＳ７では、ステップＳ６で決定した錘質量Ｍとなるように、ＴＭＤ２０の調整用錘２３の錘質量を現場調整する。具体的には、本実施例では、移送機構６によってノズル３から設置台４へと旋削加工装置１０を引き戻し、クレーン（ワイヤ５）により旋削加工装置１０を原子炉容器２から引き上げた後に、調整用錘２３を決定された錘質量のものに手動で交換した後に、再びノズル３の内部に移送する。そして、調整が完了したら加工を開始する。
【００３７】
このように、本発明の旋削加工装置１０にあっては、びびり振動の発生を予め現場にて測定し、ＴＭＤ２０の錘質量を調整することによって旋削加工装置１０の振動をＴＭＤ２０の振動で相殺し、びびり振動の発生を抑制することができる。また、本発明の旋削加工装置１０にあっては、切削加工前においてびびり振動の発生を抑制するようにＴＭＤ２０の錘質量を調整することによって、びびり振動が生じうる状態で切削加工を行うことを抑制することができる。
【００３８】
（実施例２）
図４は本発明の旋削加工装置１０の実施例２を示す。上記実施例１では、実際の加工前に、旋削加工装置１０による旋削加工時におけるびびり振動発生に起因する特性値の一つである固有振動数について、びびり振動が発生しないように、固有振動数のパラメータとなる値としてＴＭＤ２０の錘質量を人為的に調整した例を示したが、この実施例２では、上記特性値の調整を自動で行うものである。また、実施例２においては、固有振動数のパラメータとなる値としてＴＭＤ２０の錘質量のみならず、バネ定数ｋの調整も行う。
なお、上記実施例１と同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、上記実施例１のＴＭＤ２０と異なるＴＭＤ３０を主として説明する。
【００３９】
ＴＭＤ３０は、本実施例では旋削加工装置１０の前後方（前後の一方でも可）に設置されており、図４（Ｂ）に示すように、加工装置本体１０ａに固定されたダンパ機能を有するゴム等の複数の粘弾性体３１と、二種類の錘３２及び調整用錘３３と、を備えている。また、粘弾性体３１は加工装置本体１０ａの錘３２、３３の重心を基準に三等分位置に配置されており、その軸線と同軸上には支持軸３４が突出されている。
【００４０】
支持軸３４は、錘３２及び調整用錘３３を防振ゴム３５，３６を介して保持している。また、支持軸３４は、ＴＭＤ調整コントローラ１９によって支持軸３４の軸線方向に沿って進退動する直動機構３７，３８を備えている。
【００４１】
直動機構３７，３８は、軸線方向に沿って進退動することにより、防振ゴム３５，３６を圧縮・復帰させる。従って、防振ゴム３５，３６を圧縮させた場合には、その径が太くなることから、錘３２及び調整用錘３３が支持軸３４に質量を直結させることができる。したがって、防振ゴム３５，３６が伸張している状態では、錘３２及び調整用錘３３はＴＭＤ３０としての振動発生には寄与しないこととなる。また、防振ゴム３５，３６は、ゴムからなることから、歪に対してバネ定数ｋが非線形性を示すこととなり、これを利用して直動機構でゴムを潰してＴＭＤ２０のバネ定数ｋも変化させることができる。
【００４２】
このような構成においては、実施例１のステップＳ１と同様に、予めＴＭＤ３０の錘質量及びバネ剛性を調整したうえで、ノズル３に旋削加工装置１０を設置する。
【００４３】
次に、実施例１のステップＳ２と同様に、現地において旋削加工装置１０をノズル３に設置した状態で慣性加振機１５を駆動させ、慣性加振機１５による振動の周波数を変化させながら、力センサ１６によって作用する力を計測すると共に加速度計１７によって発生する加速度を計測し、さらに、現場温度を計測する。
【００４４】
さらに、力センサ１６及び加速度計１７から出力されＦＦＴアナライザ１８で周波数分析がされた検出信号に基づいて、ＴＭＤコントローラ１９は、旋削加工装置１０の振動特性を解析する。具体的には、ＴＭＤコントローラ１９は、ＦＦＴアナライザ１８から出力される検出信号から、上記ステップＳ３のように旋削加工装置１０の固有振動数の前後の周波数に２つのピークが発生しているか、旋削加工装置１０の固有振動数となる位置に１つのピークが発生しているかを判定する。そして、２つのピークが発生していると判定された場合には、式（３）により現地でのＴＭＤ３０の固有振動数を算出する。また、１つのピークが発生していると判定された場合には、式（４）により現地でのＴＭＤ３０の固有振動数を算出する。
そして、ＴＭＤコントローラ１９は、算出した固有振動数となるように直動機構３７、３８の位置を調整する。なお、予めＴＭＤ３０の固有振動数と、直動機構３７、３８の位置関係を把握しておく。
【００４５】
そして、図４（Ｂ）において、粘弾性体３１、錘３１及び防振ゴム３５からなるユニットでは、直動機構３７を動かして防振ゴム３５を圧縮させることで防振ゴム３５のバネ定数を大きくして、これによりＴＭＤ３０の固有振動数を高くすることができる。また、錘３３及び防振ゴム３６からなるユニットでは、直動機構３８を動かして防振ゴム３６を圧縮させることで、ＴＭＤ３０の固有振動数を高くすることができる。なお、、ＴＭＤ３０の固有振動数の調整は、上記両ユニットの両方、またはいずれか一方で行うものとしても良い。
そして、調整が完了した後に、切削工具１０ｃを駆動して加工を開始する。
【００４６】
このように、実施例２の旋削加工装置１０によれば、加工前においてびびり振動の発生を抑制するようにＴＭＤ３０の錘質量及びバネ定数を調整することによって、びびり振動が生じうる状態で切削加工を行うことを抑制することができる。また、旋削加工装置１０をノズル３から引き出して原子炉容器２から引き上げることなく、ノズル３の内部に固定したまま人が近づくことなくＴＭＤ３０の加工前調整を自動で行うことができる。
【００４７】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３を示す。上記各実施例では、ＴＭＤ２０，３０を用いて振動発生に起因する特性値として固有振動数を調整して旋削加工装置１０のびびり振動の発生を相殺するものを示したが、本実施例３では、ＴＭＤ２０，３０を廃止し、振動発生に起因する特性値として切込み量を含む加工条件を変更することによりびびり振動の発生を抑制するものである。なお、上記実施例１と同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略して説明する。
【００４８】
この実施例３においては、ノズル３の内面に対する固定用のクランプ機構１０ｂ及び旋回軸方向（旋回速度）、送り軸方向（送り量）、切込軸方向（切込量）の駆動機構を有する加工装置本体１０ａ、慣性加振機１５、力センサ１６、加速度計１７を備えた構成となっている。
【００４９】
このような構成において、ノズル３に旋削加工装置１０を設置した状態で、実施例1と同様に実際に切削加工を行う前に、慣性加振機１５を用いた加振試験により旋削加工装置１０の振動特性を測定し、初期設定された切削条件でびびり振動が発生しうる場合には、びびり振動が発生しない切削条件（旋回速度、送り量、切込量）に再設定する。この際、びびり振動の限界は試験データまたは切削シミュレーションにより事前に予測しておく。
【００５０】
ところで、この実施例３で示した加工条件の設定変更は、上記実施例１又は実施例２を併用し、実際の加工前に行うことも可能である。例えば、ＴＭＤの錘の重さやバネ定数の調整によって調整し、ＴＭＤのもつ調整幅で調整しきれない場合に、切削条件を変更するようにしても良い。
【００５１】
（実施例４）
図６は、本発明の実施例４を示す。上記実施例２では、ＴＭＤ３０を用いて旋削加工装置１０のびびり振動の発生を加工前に相殺するものを示したが、本実施例４では、ＴＭＤ３０を廃止し、慣性加振機１５によってびびり振動の発生を抑制するものである。なお、上記実施例２と同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略して説明する。
【００５２】
この実施例４においては、ノズル３の内面に対する固定用のクランプ機構１０ｂ及び旋回軸方向（旋回速度）、送り軸方向（送り量）、切込軸方向（切込量）の駆動機構を有する加工装置本体１０ａ、慣性加振機１５、力センサ１６及び加速度計１７とともに、慣性加振機１５を制御する加振制御部４０を備えた構成となっている。また、力センサ１６、加速度計１７は旋削加工装置１０の前後方の両方に配置されている。また、慣性加振機１５としては、加工装置本体１０ａの前方側となるディスク１３ｂの前端面に設けられた慣性加振機１５Ａと、加工装置本体１０ａの後方側となる送り方向可動部１２の後端面に設けられた２台の慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃとを有する。慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃは、互いの振動方向が直交するように設定されている。なお、慣性加振機１５としては、必ずしも加工装置本体１０ａの前後に設けられている必要はなく、また、少なくとも直交する２方向に起振可能な構成であれば、１台の慣性加振機でも良い。また、旋回可動部１３を回転させる図示しない旋回駆動機構は、例えば回転角度検出可能なエンコーダを有するモータを備え、検出された回転角度を加振制御部４０に出力している。
【００５３】
上記の構成においては、実施例１〜３と同様に切削加工前に慣性加振機１５による加振試験によって振動特性を解析したうえで、実際の切削加工中においては、加振制御部４０による制御のもと、びびり振動を相殺し得る周波数、振幅、振動の方向で慣性加振機１５を振動させる。具体的には、加振制御部４０は、図示しない旋回駆動機構から出力された回転角度に基づいて、慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃの合成加振力が旋回と同期するように、慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃによる振動の振幅及び周波数を制御する。これにより、旋削加工中のびびり振動を抑制することができる。また、実際の切削加工中においても、慣性加振機１５を振動させて旋削加工装置１０のびびり振動の発生を力センサ１６と加速度計１７とによってリアルタイムで監視し、ＦＦＴアナライザ１８のモニタリング結果に応じて慣性加振機１５による振動の振幅及び周波数を調整するようにしても良い。これにより、より精度良くびびり振動を抑制することができる。
【００５４】
また、上述した実施例３に、この実施例４の慣性加振機１５の一方（後方）又は双方を調整部として調整する技術を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…旋削加工装置（加工装置）
１０ａ…加工装置本体
１０ｃ…切削工具
１５…慣性加振機（加振部／調整部）
１６…力センサ（振動状態検出部）
１７…加速度計（振動状態検出部）
１８…ＦＦＴアナライザ（調整部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の内面に対して固定されて被加工物の内面に所定の加工を行う加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子炉容器の管台内部での保守作業は、原子炉容器内部が通常時において冷却水で満たされたていることから、水中環境下で実施する必要があった。しかしながら、水中環境下での作業では全ての機器を防水仕様の設計とする必要があり、防水仕様とすることで機器の容積及び質量が増加し取扱いが困難となる。また、使用した機器は冷却水に含まれる放射線に曝されるため、引き上げ後に除染作業が必要となってしまう。このため、近年では、原子炉容器の管台内部での保守作業を気中環境で行う場合がある。
【０００３】
具体的には、原子炉容器内部の冷却水の水位を管台よりも低下させた後に内部に架台を設置する。そして、この架台内部において、作業員が管台内部に検査装置を挿入して固定し、所望の範囲で超音波探傷検査（ＵＴ検査）を行う。
【０００４】
さらに、このＵＴ検査によって配管内部に欠陥部を発見した場合、エコーによって発見した内質欠陥の大きさや位置から、無人の加工装置を用いて配管の加工を行う。この際、配管を加工装置で行う場合、例えば、配管内面を切削加工する場合、装置振動等によってびびり振動が発生するため、このびびり振動に応じて工具による切込み量を可変制御することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０７４５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した加工装置では、びびり振動の発生を根本的に抑制する技術ではなく、しかも、びびり振動に応じて工具による切込み量を可変制御するものである。従って、加工装置を用いた場合にびびり振動を発生させないためには、加工装置として剛性の高い旋削加工装置が必要であるが、旋削加工装置の剛性を高くすると寸法及び重量が大きくなり、配管内面への設置が困難となってしまう。
【０００７】
そこで、配管内面への設置を容易にするため、旋削加工装置の重量を軽くすると、今度は旋削加工装置の剛性が低くなってびびり振動が発生し易くなり、旋削加工表面の荒れや旋削加工装置の工具損傷によって加工が困難となってしまう虞がある。しかも、上述した原子炉容器内部といった特殊な環境下では、旋削加工装置を配管に設置した状態の振動特性は実際には配管に設置しなければ取得することができないにも拘らず、配管位置（内質欠陥位置）に作業員が近づくことは難しく、びびり振動を効果的に抑制することが困難であるという問題が生じていた。
【０００８】
そこで、本発明は、設置環境によって装置剛性を高くすることができない場合であっても、びびり振動の発生を抑制し得て、加工を行うことができる加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の加工装置は、被加工物の内面に対して固定されて被加工物の内面に所定の加工を行う加工装置であって、被加工物に対して所定の加工を行う工具が取り付けられる加工装置本体と、前記加工装置本体に取り付けられて被加工物への加工方向に周波数可変に振動を発生する加振部と、前記加工装置本体に取り付けられて振動状態を検出する振動状態検出部と、該振動状態検出部による振動状態検出結果に基づいて振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整するための調整部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、加工装置本体を駆動させて被加工物の内面に所定の加工を行う際に発生するびびり振動を振動状態検出部による振動状態検出結果に基づいて調整部で振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整することにより、設置環境によって装置剛性を高くすることができない場合であっても、びびり振動の発生を抑制し得て、加工を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の加工装置は、前記調整部として、錘と、該錘を前記加工装置本体に対して支持する弾性体と、から構成されたチューンドマスダンパを備え、その特性値が前記錘の重量値または前記弾性体の弾性率であることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、調整部としての錘の重量値や弾性体の弾性率を調整することにより、加工装置本体で発生した慣性加振力を加振部とで相互に打ち消し合う際のずれを調整部としてのチューンドマスダンパによって調整することができ、びびり振動の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の加工装置は、設置環境によって装置剛性を高くすることができない場合であっても、びびり振動の発生を抑制し得て、加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工装置を示し、（Ａ）は原子炉の概念図、（Ｂ）は加工装置としての旋削加工装置を原子炉内に設置した状態の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、（Ａ）は旋削加工装置の説明図、（Ｂ）はチューンドマスダンパの側面図、（Ｃ）はチューンドマスダンパの正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、（Ａ）はびびり振動抑制のための調整ルーチンのフロー図、（Ｂ）は調整概念の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例２を示し、（Ａ）は旋削加工装置の説明図、（Ｂ）はチューンドマスダンパの側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例３を示す旋削加工装置の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例４を示す旋削加工装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の一実施形態に係る加工装置について、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の加工装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る加工装置を示し、図１（Ａ）は原子炉の概念図、図１（Ｂ）は加工装置としての旋削加工装置を原子炉内に設置した状態の説明図である。
【００１７】
本実施の形態においては、図１（Ａ）に示すように、原子炉１の内部において、上部構造体である上蓋及び内部構造体である炉心構造物が取り外され、上部が開口した原子炉容器２を示している。また、原子炉容器２の下方には、配管として複数のノズル３が突出されている。さらに、原子炉容器２には、図１（Ｂ）に示すように、ノズル３に加工装置としての旋削加工装置１０をノズル３の内部に設置するための設置台４が設置される。そして、図示を略すクレーンのワイヤ５によって旋削加工装置１０が、設置台４に予め設置されている移送機構６に設置されたうえで、移送機構６によってノズル３の内部に移送される。また、ノズル３の内部に移送された旋削加工装置１０は、加工装置本体１０ａの周壁から突出可能なクランプ機構１０ｂを突出させることでノズル３の内部所定位置で固定される。
【００１８】
加工装置本体１０ａは、クランプ機構１０ｂが周壁に設けられた筒状の本体支持部１１と、本体支持部１１内に中心軸Ｌに沿う方向を送り方向Ｘとして進退可能に配設された送り方向可動部１２と、中心軸Ｌ回りの回転方向Ｒに回転可能な旋回可動部１３と、旋回可動部１３に径方向を切込み方向Ｙとして進退可能に設けられた切込み方向可動部１４とを備える。
本体支持部１１には、図示しない送り方向駆動機構が設けられていて、該送り方向駆動機構により送り方向可動部１２を送り方向Ｘに進退させることが可能である。送り方向可動部１２には、中心軸Ｌに沿うようにして、先端側に開口する軸挿通孔１２ａが形成されている。
また、旋回可動部１３は、軸挿通孔１２ａに挿入され、回転方向Ｒに回転可能な軸部１３ａと、軸部１３ａの先端に設けられた円盤状のディスク１３ｂとを有している。送り方向可動部１２には、図示しない旋回駆動機構が設けられていて、該旋回駆動機構により旋回可動部１３を回転方向Ｒに所望の回転数で回転させることが可能となっている。旋回可動部１３のディスク１３ｂには、切込み方向可動部１４が中心軸Ｌと直交する方向に進退可能に設けられている。切込み方向可動部１４には、切込み方向可動部１４が進退する方向に突出するようにして切削工具１０ｃが取り付けられている。また、旋回可動部１３のディスク１３ｂには、図示しない切込み方向駆動機構が設けられていて、該切込み方向駆動機構により切込み方向可動部１４を中心軸Ｌに直交する方向に進退させ、当該中心軸Ｌに直交する径方向の一方向を切込み方向Ｙとして切削工具１０ｃを突出させて切削することが可能となっている。
尚、本実施の形態において、切削工具１０ｃについて、その加工種類や工具種類、或いは、加工装置本体１０ａについて、駆動方式等の構成や条件は、公知の技術を適用することができる。また、例えば、切削工具１０ｃで切削したノズル３の切り屑を回収する等、その他の各種構成等を装備させることも任意である。
【００１９】
（実施例１）
図２は本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、図２（Ａ）は旋削加工装置の説明図、図２（Ｂ）はチューンドマスダンパの側面図、図２（Ｃ）はチューンドマスダンパの正面図、図３は本発明の一実施形態に係る加工装置の実施例１を示し、図３（Ａ）はびびり振動抑制のための調整ルーチンのフロー図、図３（Ｂ）は調整概念の説明図である。
【００２０】
旋削加工装置１０は、加工装置本体１０ａの後方（中心軸Ｌに沿って切削工具１０ｃが取り付けられた側と反対側）に、加工装置本体１０ａに振動を発生させる慣性加振機１５と、その際の振動特性を検出する力センサ（又は歪センサ）１６及び加速度計１７と、を備えている。また、加工装置本体１０ａの後方及び前方（の何れか一方でも良い）には、チューンドマスダンパ（以下、「ＴＭＤ」と称する）２０を備えている。図２においては、後方のＴＭＤ２０は、送り方向可動部１２の後端面に設けられ、また、前方のＴＭＤ２０は、ディスク１３ｂの前端面に設けられている。尚、ＴＭＤ２０は旋削加工装置１０の前方または後方の片側に設置するよりも前後方設置したほうが振動抑制力は高い。
【００２１】
慣性加振機１５は、実際に図示しない旋回駆動機構を駆動させて切削工具１０ｃにより切削加工を行う前に、旋削加工装置１０をノズル３に設置した状態で旋削加工装置１０を強制的に振動させることで、旋削加工装置１０及び旋削加工装置１０が固定されるノズル３などを含めた振動系に振動を発生させる。尚、予め旋削加工装置１０が振動し易い方向が把握されていることから、慣性加振機１５は、概ねその振動方向に振動させる。
【００２２】
力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号は、必要に応じてアンプ等（図示せず）で増幅した後にＦＦＴアナライザ１８に入力される。
【００２３】
ＦＦＴアナライザ１８は、力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号を周波数解析することでモニタリングする。
【００２４】
ここで、旋削加工装置１０やノズル３の内壁に発生するびびり振動は、装置の固有振動数近傍で発生する振動であり、力センサ１６及び加速度計１７によって装置の固有振動数と対応する周波数の振動が検出され、その検出信号はＦＦＴアナライザ１８に出力される。
【００２５】
ＦＦＴアナライザ１８では、力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号をモニタリングし、装置の固有振動数近傍で振動が検出されると、これを示す旨の信号を図示しないモニタやプリンタ等の出力装置（図示せず）に出力する。
【００２６】
ＴＭＤ２０は、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、加工装置本体１０ａに固定されたダンパ機能を有するゴム等の複数の粘弾性体２１と、この粘弾性体２１に保持された錘２２と、この錘２２に着脱可能な調整用錘２３と、を備えている。尚、粘弾性体２１は加工装置本体１０ａの錘２２、２３の重心を基準に三等分位置に配置されている。
【００２７】
従って、ＴＭＤ２０の固有振動数を測定すると共に、ＦＦＴアナライザ１８でモニタリングした結果をＴＭＤ２０の固有振動数に反映して調整することにより、旋削加工装置１０のびびり振動を抑制することができる。
【００２８】
この際、旋削加工装置１０をノズル３に設置した状態で、切削前に慣性加振機１５を駆動させて旋削加工装置１０の動特性を測定し、ＴＭＤ２０の調整用錘２３の質量を手動で調整（交換）する。尚、ＴＭＤ２０を調整する場合には、旋削加工装置１０をノズル３の外部に出してから行う。
【００２９】
以下、錘質量の具体的な調整を図３に基づいて説明する。
【００３０】
（ステップＳ１）
ステップＳ１では、ＴＭＤ２０の初期設定を行う。
まず、予め当該旋削加工装置１０のＴＭＤ２０単体について、固有振動数ｆと、錘質量Ｍとの関数Ｐ（ｆ）を求めておく。関数Ｐ（ｆ）は、例えば近似式（１）として求めることができる。
Ｍ＝Ｐ（ｆ）＝（ｆ／ａ）ｂ ・・・・・（１）
ここで、ａ、ｂは定数である。
なお、関数Ｐは、粘弾性体２１を構成するものとして選定した防振ゴムの特性に依存するものであり、上記は一例であり、必ずしも式（１）のような指数関数となるわけではない。
また、粘弾性体２１を構成するものとして選定した防振ゴムの温度特性に基づいて、固有振動数に対する温度の影響を考慮するためのＴＭＤ２０の固有振動数の補正係数Ｑ（Ｑは雰囲気温度ｔの関数：以下、Ｑ（ｔ）とする）を求め、式（１）を温度補正した式（２）を求める。
Ｍ＝（Ｑ（ｔ）×ｆ／ａ）ｂ ・・・・・（２）
さらに、予めシミュレーション解析により、旋削加工装置１０の固有振動数ｆ１と、ＴＭＤ２０の最適な固有振動数ｆ２とを求めておく。
そして、式（２）における固有振動数ｆに、求めたＴＭＤ２０の最適な固有振動数ｆ２を代入するとともに、推定される現地の雰囲気温度の値をＱ（ｔ）に代入することで、現地の推定温度ｔにおいて最適とされる固有振動数となる錘質量Ｍを求めることができる。
そして、求めた錘質量ＭをＴＭＤ２０の錘質量の初期値として決定し、ステップＳ２に移行する。
【００３１】
（ステップＳ２）
ステップＳ２では、現地における加振試験を行う。具体的には、旋削加工装置１０をノズル３に設置し、慣性加振機１５を駆動させる。そして、慣性加振機１５による振動の周波数を変化させながら、力センサ１６によって作用する力を計測し、また、加速度計１７によって発生する加速度を計測する。また、上述した粘弾性体２１の弾性力変化を考慮して現場温度を計測してステップＳ３へと移行する。
【００３２】
（ステップＳ３）
ステップＳ３では、力センサ１６及び加速度計１７から出力される検出信号をＦＦＴアナライザ１８でモニタリングして、モニタリングされた検出信号に基づいて旋削加工装置１０の振動特性を解析する。ここで、ＴＭＤ２０の推定のずれが小さい場合、旋削加工装置１０の固有振動数の前後の周波数に２つのピークが発生するため、この場合にはステップＳ４へと移行する。また、ＴＭＤ２０の推定のずれが大きい場合、旋削加工装置１０の実固有振動数にピークが発生するため、この場合にはステップＳ５へと移行する。
【００３３】
（ステップＳ４）
ステップＳ４では、ステップＳ３の解析で得られた振動特性に基づいて、旋削加工装置１０による旋削加工時におけるびびり振動発生に起因する特性値の一つである固有振動数について、びびり振動が発生しないように、固有振動数のパラメータとなる値の少なくとも一つについて変更すべき値を算出する。本実施形態では、固有振動数のパラメータとなる特性値としてＴＭＤ２０の調整用錘２３の質量を選択し、当該質量を算出する。
具体的には、まず、ステップＳ３で取得された振動特性で確認された周波数の２つのピークの高さの比Ｈを読み取る。次に、読み取った２つのピークの高さの比Ｈを以下の式（３）に代入して、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ３を求める。ここで、ｆ２は、ステップＳ１で予めシミュレーション解析により求められたＴＭＤ２０の最適な固有振動数である。
ｆ３＝｛Ｑ（ｔ０）／Ｑ（ｔ１）｝・ｆ２−ΔＳ（Ｈ） ・・・・・（３）
ここで、ｔ０は、現地の推定温度、ｔ１は、現地の実温度、ΔＳは、ＴＭＤ２０の実際に最適とされる固有振動数ｆ３と現在のＴＭＤ２０の固有振動数ｆ２に温度補正を掛けた値とのずれ量と、現在のＴＭＤ２０の固有振動数で取得される振動特性で読み取られる２つのピークの高さの比との関係を表す関数であり、予めシミュレーション解析を実施することで求められる。
そして、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ３を求めたら、当該固有振動数ｆ３を式（２）における固有振動数ｆに、現地で計測される雰囲気温度を式（２）における温度ｔに代入することにより、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として最適な錘質量Ｍを求め、ステップＳ６へと移行する。
【００３４】
（ステップＳ５）
ステップＳ５では、ステップＳ３の解析で得られた振動特性に基づいて、ステップＳ４同様に旋削加工装置１０が旋削加工時にびびり振動が発生しない固有振動数となるようなＴＭＤ２０の錘質量Ｍを算出する。具体的には、まず、ステップＳ３で取得された旋削加工装置１０の固有振動数ｆ４、すなわち振動特性で確認されたピークが発生する周波数を検出する。そして、以下の式（４）に検出された固有振動数ｆ４を代入することにより、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ５を求める。
ここで、ｆ１、ｆ２は、ステップＳ１で予めシミュレーション解析により求められた旋削加工装置１０の固有振動数と、ＴＭＤ２０の最適な固有振動数である。
ｆ５＝（ｆ２／ｆ１）×ｆ４ ・・・・・（４）
そして、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として実際に最適とされる固有振動数ｆ５を求めたら、当該固有振動数ｆ５を式（２）における固有振動数ｆに、現地で計測される雰囲気温度を式（２）における温度ｔに代入することにより、現地に設置された旋削加工装置１０のＴＭＤ２０として最適な錘質量Ｍを求め、ステップＳ６へと移行する。
【００３５】
（ステップＳ６）
ステップＳ６では、ステップＳ４またはステップＳ５で算出したＴＭＤ２０の錘質量Ｍを決定してステップＳ７へと移行する。尚、算出された錘質量は、調整用錘２３の重量で調整をする。
【００３６】
（ステップＳ７）
ステップＳ７では、ステップＳ６で決定した錘質量Ｍとなるように、ＴＭＤ２０の調整用錘２３の錘質量を現場調整する。具体的には、本実施例では、移送機構６によってノズル３から設置台４へと旋削加工装置１０を引き戻し、クレーン（ワイヤ５）により旋削加工装置１０を原子炉容器２から引き上げた後に、調整用錘２３を決定された錘質量のものに手動で交換した後に、再びノズル３の内部に移送する。そして、調整が完了したら加工を開始する。
【００３７】
このように、本発明の旋削加工装置１０にあっては、びびり振動の発生を予め現場にて測定し、ＴＭＤ２０の錘質量を調整することによって旋削加工装置１０の振動をＴＭＤ２０の振動で相殺し、びびり振動の発生を抑制することができる。また、本発明の旋削加工装置１０にあっては、切削加工前においてびびり振動の発生を抑制するようにＴＭＤ２０の錘質量を調整することによって、びびり振動が生じうる状態で切削加工を行うことを抑制することができる。
【００３８】
（実施例２）
図４は本発明の旋削加工装置１０の実施例２を示す。上記実施例１では、実際の加工前に、旋削加工装置１０による旋削加工時におけるびびり振動発生に起因する特性値の一つである固有振動数について、びびり振動が発生しないように、固有振動数のパラメータとなる値としてＴＭＤ２０の錘質量を人為的に調整した例を示したが、この実施例２では、上記特性値の調整を自動で行うものである。また、実施例２においては、固有振動数のパラメータとなる値としてＴＭＤ２０の錘質量のみならず、バネ定数ｋの調整も行う。
なお、上記実施例１と同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、上記実施例１のＴＭＤ２０と異なるＴＭＤ３０を主として説明する。
【００３９】
ＴＭＤ３０は、本実施例では旋削加工装置１０の前後方（前後の一方でも可）に設置されており、図４（Ｂ）に示すように、加工装置本体１０ａに固定されたダンパ機能を有するゴム等の複数の粘弾性体３１と、二種類の錘３２及び調整用錘３３と、を備えている。また、粘弾性体３１は加工装置本体１０ａの錘３２、３３の重心を基準に三等分位置に配置されており、その軸線と同軸上には支持軸３４が突出されている。
【００４０】
支持軸３４は、錘３２及び調整用錘３３を防振ゴム３５，３６を介して保持している。また、支持軸３４は、ＴＭＤ調整コントローラ１９によって支持軸３４の軸線方向に沿って進退動する直動機構３７，３８を備えている。
【００４１】
直動機構３７，３８は、軸線方向に沿って進退動することにより、防振ゴム３５，３６を圧縮・復帰させる。従って、防振ゴム３５，３６を圧縮させた場合には、その径が太くなることから、錘３２及び調整用錘３３が支持軸３４に質量を直結させることができる。したがって、防振ゴム３５，３６が伸張している状態では、錘３２及び調整用錘３３はＴＭＤ３０としての振動発生には寄与しないこととなる。また、防振ゴム３５，３６は、ゴムからなることから、歪に対してバネ定数ｋが非線形性を示すこととなり、これを利用して直動機構でゴムを潰してＴＭＤ２０のバネ定数ｋも変化させることができる。
【００４２】
このような構成においては、実施例１のステップＳ１と同様に、予めＴＭＤ３０の錘質量及びバネ剛性を調整したうえで、ノズル３に旋削加工装置１０を設置する。
【００４３】
次に、実施例１のステップＳ２と同様に、現地において旋削加工装置１０をノズル３に設置した状態で慣性加振機１５を駆動させ、慣性加振機１５による振動の周波数を変化させながら、力センサ１６によって作用する力を計測すると共に加速度計１７によって発生する加速度を計測し、さらに、現場温度を計測する。
【００４４】
さらに、力センサ１６及び加速度計１７から出力されＦＦＴアナライザ１８で周波数分析がされた検出信号に基づいて、ＴＭＤコントローラ１９は、旋削加工装置１０の振動特性を解析する。具体的には、ＴＭＤコントローラ１９は、ＦＦＴアナライザ１８から出力される検出信号から、上記ステップＳ３のように旋削加工装置１０の固有振動数の前後の周波数に２つのピークが発生しているか、旋削加工装置１０の固有振動数となる位置に１つのピークが発生しているかを判定する。そして、２つのピークが発生していると判定された場合には、式（３）により現地でのＴＭＤ３０の固有振動数を算出する。また、１つのピークが発生していると判定された場合には、式（４）により現地でのＴＭＤ３０の固有振動数を算出する。
そして、ＴＭＤコントローラ１９は、算出した固有振動数となるように直動機構３７、３８の位置を調整する。なお、予めＴＭＤ３０の固有振動数と、直動機構３７、３８の位置関係を把握しておく。
【００４５】
そして、図４（Ｂ）において、粘弾性体３１、錘３１及び防振ゴム３５からなるユニットでは、直動機構３７を動かして防振ゴム３５を圧縮させることで防振ゴム３５のバネ定数を大きくして、これによりＴＭＤ３０の固有振動数を高くすることができる。また、錘３３及び防振ゴム３６からなるユニットでは、直動機構３８を動かして防振ゴム３６を圧縮させることで、ＴＭＤ３０の固有振動数を高くすることができる。なお、、ＴＭＤ３０の固有振動数の調整は、上記両ユニットの両方、またはいずれか一方で行うものとしても良い。
そして、調整が完了した後に、切削工具１０ｃを駆動して加工を開始する。
【００４６】
このように、実施例２の旋削加工装置１０によれば、加工前においてびびり振動の発生を抑制するようにＴＭＤ３０の錘質量及びバネ定数を調整することによって、びびり振動が生じうる状態で切削加工を行うことを抑制することができる。また、旋削加工装置１０をノズル３から引き出して原子炉容器２から引き上げることなく、ノズル３の内部に固定したまま人が近づくことなくＴＭＤ３０の加工前調整を自動で行うことができる。
【００４７】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３を示す。上記各実施例では、ＴＭＤ２０，３０を用いて振動発生に起因する特性値として固有振動数を調整して旋削加工装置１０のびびり振動の発生を相殺するものを示したが、本実施例３では、ＴＭＤ２０，３０を廃止し、振動発生に起因する特性値として切込み量を含む加工条件を変更することによりびびり振動の発生を抑制するものである。なお、上記実施例１と同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略して説明する。
【００４８】
この実施例３においては、ノズル３の内面に対する固定用のクランプ機構１０ｂ及び旋回軸方向（旋回速度）、送り軸方向（送り量）、切込軸方向（切込量）の駆動機構を有する加工装置本体１０ａ、慣性加振機１５、力センサ１６、加速度計１７を備えた構成となっている。
【００４９】
このような構成において、ノズル３に旋削加工装置１０を設置した状態で、実施例1と同様に実際に切削加工を行う前に、慣性加振機１５を用いた加振試験により旋削加工装置１０の振動特性を測定し、初期設定された切削条件でびびり振動が発生しうる場合には、びびり振動が発生しない切削条件（旋回速度、送り量、切込量）に再設定する。この際、びびり振動の限界は試験データまたは切削シミュレーションにより事前に予測しておく。
【００５０】
ところで、この実施例３で示した加工条件の設定変更は、上記実施例１又は実施例２を併用し、実際の加工前に行うことも可能である。例えば、ＴＭＤの錘の重さやバネ定数の調整によって調整し、ＴＭＤのもつ調整幅で調整しきれない場合に、切削条件を変更するようにしても良い。
【００５１】
（実施例４）
図６は、本発明の実施例４を示す。上記実施例２では、ＴＭＤ３０を用いて旋削加工装置１０のびびり振動の発生を加工前に相殺するものを示したが、本実施例４では、ＴＭＤ３０を廃止し、慣性加振機１５によってびびり振動の発生を抑制するものである。なお、上記実施例２と同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略して説明する。
【００５２】
この実施例４においては、ノズル３の内面に対する固定用のクランプ機構１０ｂ及び旋回軸方向（旋回速度）、送り軸方向（送り量）、切込軸方向（切込量）の駆動機構を有する加工装置本体１０ａ、慣性加振機１５、力センサ１６及び加速度計１７とともに、慣性加振機１５を制御する加振制御部４０を備えた構成となっている。また、力センサ１６、加速度計１７は旋削加工装置１０の前後方の両方に配置されている。また、慣性加振機１５としては、加工装置本体１０ａの前方側となるディスク１３ｂの前端面に設けられた慣性加振機１５Ａと、加工装置本体１０ａの後方側となる送り方向可動部１２の後端面に設けられた２台の慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃとを有する。慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃは、互いの振動方向が直交するように設定されている。なお、慣性加振機１５としては、必ずしも加工装置本体１０ａの前後に設けられている必要はなく、また、少なくとも直交する２方向に起振可能な構成であれば、１台の慣性加振機でも良い。また、旋回可動部１３を回転させる図示しない旋回駆動機構は、例えば回転角度検出可能なエンコーダを有するモータを備え、検出された回転角度を加振制御部４０に出力している。
【００５３】
上記の構成においては、実施例１〜３と同様に切削加工前に慣性加振機１５による加振試験によって振動特性を解析したうえで、実際の切削加工中においては、加振制御部４０による制御のもと、びびり振動を相殺し得る周波数、振幅、振動の方向で慣性加振機１５を振動させる。具体的には、加振制御部４０は、図示しない旋回駆動機構から出力された回転角度に基づいて、慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃの合成加振力が旋回と同期するように、慣性加振機１５Ｂ、１５Ｃによる振動の振幅及び周波数を制御する。これにより、旋削加工中のびびり振動を抑制することができる。また、実際の切削加工中においても、慣性加振機１５を振動させて旋削加工装置１０のびびり振動の発生を力センサ１６と加速度計１７とによってリアルタイムで監視し、ＦＦＴアナライザ１８のモニタリング結果に応じて慣性加振機１５による振動の振幅及び周波数を調整するようにしても良い。これにより、より精度良くびびり振動を抑制することができる。
【００５４】
また、上述した実施例３に、この実施例４の慣性加振機１５の一方（後方）又は双方を調整部として調整する技術を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…旋削加工装置（加工装置）
１０ａ…加工装置本体
１０ｃ…切削工具
１５…慣性加振機（加振部／調整部）
１６…力センサ（振動状態検出部）
１７…加速度計（振動状態検出部）
１８…ＦＦＴアナライザ（調整部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の内面に対して固定されて被加工物の内面に所定の加工を行う加工装置であって、
被加工物に対して所定の加工を行う工具が取り付けられる加工装置本体と、前記加工装置本体に取り付けられて被加工物への加工方向に周波数可変に振動を発生する加振部と、前記加工装置本体に取り付けられて振動状態を検出する振動状態検出部と、該振動状態検出部による振動状態検出結果に基づいて振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整するための調整部と、を備えていることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記調整部として、錘と、該錘を前記加工装置本体に対して支持する弾性体と、から構成されたチューンドマスダンパを備え、その特性値が前記錘の重量値または前記弾性体の弾性率であることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項１】
被加工物の内面に対して固定されて被加工物の内面に所定の加工を行う加工装置であって、
被加工物に対して所定の加工を行う工具が取り付けられる加工装置本体と、前記加工装置本体に取り付けられて被加工物への加工方向に周波数可変に振動を発生する加振部と、前記加工装置本体に取り付けられて振動状態を検出する振動状態検出部と、該振動状態検出部による振動状態検出結果に基づいて振動発生に起因する特性値の少なくとも一つを振動発生減衰方向に調整するための調整部と、を備えていることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記調整部として、錘と、該錘を前記加工装置本体に対して支持する弾性体と、から構成されたチューンドマスダンパを備え、その特性値が前記錘の重量値または前記弾性体の弾性率であることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７９６６２（Ｐ２０１２−１７９６６２Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２３１１（Ｐ２０１１−４２３１１）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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