JPH01245977A - 核燃料棒の端栓溶接装置に用いる部品供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、核燃料棒の端栓溶接装置に用いる部品供給装
置に関する。

Ｂ、従来の技術 原子炉に使用される核燃料棒は、第４図に示す核燃料棒
要素１０を複数本集合して成る。各要素１０は、一端を
端栓１１でプラグされたジルコニウム合金製またはステ
ンレス鋼製の被覆管１２を有し、そのなかに所要数のベ
レット１３を充填し。

更にばね１４を挿入した後に管内を不活性ガスで置換し
、ペレット１３をばね力で管端に抑圧定置するため被覆
管１２の他端を端栓１５で封止して構成される。一般に
、端栓１５はＴＩＧ　（タングステンイナートガス溶接
）Ｉ接やレーザ溶接にて管端に溶接される（例えば特開
昭６０−１１３１９８号公報あるいは特公昭５３−３８
３９６号公報参照）。

核燃料棒要素１０の内部に高圧の（例えば３０気圧）不
活性ガスを封入した燃料棒要素の製造の場合、溶接チャ
ンバ内を例えば３０気圧程度まで加圧して端栓溶接が行
なわれるため、チャンバの耐圧性から最小限のチャンバ
容積にて各種作業を行ない、かつ、チャンバ内の密閉性
を考慮する必要がある。このため、発明者等は先に、溶
接チャンバ外から被覆管１２内にばね１４を挿入し、か
つ端栓１５を圧入することのできるばね部材供給装置を
提案した。

このばね部材供給装置は溶接チャンバと離接可能な筒体
を有し、・筒体を鉛直状態にしてばねを筒体内に挿入し
、ばね保持部材により筒体と同軸で保持する。次いで筒
体を水平状態として溶接チャンバに密着させ、溶接チャ
ンバ内および筒体内をヘリウムガスで置換する。その後
、端栓を先端に装着したばね押し棒でばねを押動して被
覆管内に挿入し、端栓を被覆管に圧入する。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 しかし５このばね部材供給装置にあっては、外径の小さ
いばねの保持部材を拡開しなから端栓が筒体内をばね押
し棒と共に移動するので、ばね保持部材などの内部構造
が複雑となる。

本発明の目的は、このような問題を解決した核燃料棒の
端栓溶接装置に用いる部品供給装置を提供することにあ
る。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明に係る部品供給装置は、主チャンバ内に一端が挿
入された被覆管にばねを挿入し、その−端に端栓を圧入
して該端栓を周溶接する核燃料棒の端栓溶接装置に用い
られるものであって、ばぬを収容保持するばね収容体お
よび端栓を回転可能に保持する端栓収容体とを保持し、
両収容体のいずれかを択一的に被覆管と同軸位置に割り
出す割り出し手段と、押出し部材を有し、被覆管と同軸
位置に割り出される収容体を主チャンバ内の所定位置ま
で押出してばね収容体と被覆管とを接近させると共に端
栓を被覆管に圧入する収容体押出し手段と、ばね収容体
に収容されたばねを該収容体から被覆管内に押出し挿入
するばね押出し手段と、少なくとも２つの収容体が収容
され主チャン）＜と連通接続される副チャンバとを具備
するものである。

８６作用 副チャンバを主チャンバに連通接続し、割り出し手段に
よって、まずばね収容体を被覆管と同軸位置に割り出す
。収容体押出し手段によってばね収容体を押出し主チャ
ンバ内の所定位置まで挿入する。次に、ばね押出し手段
によってばね収容体内のばねを押し出して被覆管内に挿
入する。ばね収容体を副チャンバの元位置に復帰させ、
割り出し手段によって、端栓収容体を被覆管と同軸位置
に割り出す。収容体押出し手段によって端栓収容体を主
チャンバに挿入し端栓を被覆管に圧入する。

その後で、端栓を周溶接して被覆管の先端を封止する。

Ｆ、実施例 第１図〜第３図により一実施例を説明する。なお、第４
図と同様の箇所には同一の符号を付す。

まず第１図（ａ）、（ｂ）〜第３図に基づいて溶接装置
全体の構成を説明する。

この溶接装置は、例えばヘリウムガス中で端栓１５を溶
接するために被覆管１２の端部が挿入される主チャンバ
１００を有し、この主チャンバ１００に次の（１）〜（
８）の各装置が設けられて構成される。

（１）溶接機１１０：第２図に示すとおり、溶接ｆｉｌ
ｌｏは、レーザヘッド１１１と、レーザ電源・制御部１
１２とから成り、主チャンバ１００に取付けられた石英
窓１０１を介してレーザヘッド１１１から発振されるレ
ーザ光を主チャンバ１００内に導き、端栓１５を周溶接
する。レーザヘッド１１１はレーザ電源・制御部１１２
によって制御される。

（２）フィルター金具抜き取り装置１３０：被覆管１２
の先端に仮止めされているフィルター金具１６（第３図
）を抜き取る装置である。このフィルター金具抜き取り
装置１３０は、第２図および第３図に示すとおり、主チ
ャンバ１００に取付けた球面座１０２によって揺動可能
に支持され、先端のグリッパ１３１が主チャンバ１００
内に挿入される。この抜き取り装置１３０は、揺動装置
１４０に揺動されてグリッパ１３１で把持したフィルタ
ー金具１６を被覆管１２から抜き取る。この揺動装置１
４０は、主チャンバ１００に取付けられたブラケット１
０３に基端部が支持された空圧シリンダ１４１と、その
出力ロット１４２と、一端が出力ロット１４２に他端が
抜き取り装置１３０にそれぞれ連結されるレバー１４３
とから成る。

（３）フィルター金具排出装置１５０：フィルター金具
排出袋−１１１５０はフィルター金具抜き取り装置１３
０で抜き取られたフィルター金具１６を主チャンバ１０
０の外部に排出するものであり、主チャンバ１００の下
部に取付けられる。この排出装置ｉ！１５０は、第３図
に示すとおり、抜き取られたフィルター金具１６を受は
取る筒体１５１と、この筒体１５１を排出口１５２まで
移動させる空圧シリンダ１５３とを有し、排出口１５２
からフィルター金具１６を排出する。

（４）冷却・振れ止め装置１７０：これは、主チャンバ
１００の内部に同軸に設けられ、挿入された被覆管１２
の先端を支持し、かつ溶接部を冷却する。この装置１７
０は、第３図に示すように、被覆管１２を支持する冷し
全兼用コレットチャック１７１を有し、このコレットチ
ャック１７１は、不図示のドライバにより外筒１７２ａ
、１７２ｂを互いに逆方向に回転させると被覆管１２の
軸方向に進退し、被覆管を緊締、解放する。

（５）位置決め装置１９０：第３図に示すように、主チ
ャンバ１００の下部に取付けられ、被覆管１２の挿入方
向と直交方向に進退する位置決め部材１９１と、その駆
動用空圧シリンダ１９２とから成り、位置決め部材１９
１を被覆管１２の挿入路に進出させて被覆管１２の先端
を当接させることにより、溶接時の位置決めを行う。

（６）供給装置２００：主チャンバ１００の右端に取付
けられ、主チャンバ１００に挿入された被覆管１２内に
ばね１４を挿入し、被覆管１２の端部に端栓１５を圧入
する装置である。

ここで１本発明に係る部品供給装置２００について第１
図（ａ）、（ｂ）により詳述する。

この供給装置２００は主チャンバ１００と密閉接続され
て連通される副チャンバ２０１を有する。

副チャンバ２０１内には、所定間隔をおいて配置された
円板２０２，２０３と環状円板２０４とが第１図（ｂ）
に示すようにタイロッド２０５Ａ。

２０５Ｂで連結されて一体に回転可能に設けられる。こ
れらの円板２０２，２０３にはばね用筒体（ばね収容体
）２０６と、端栓用筒体（端栓収容体）２ｏ７とが保持
される。

ばね用筒体２０６は外筒２０６Ａと内筒２０６Ｂの２重
構造とされ、外筒２０６Ａの後端部にはモータ保持筒２
０８が設けられ、その内部にモータ２０９が設けられる
。モータ出力軸には、内筒２０６Ｂ内に挿通されるねじ
棒２１０が連結される。ねじ捧２１０は、内筒２０６Ｂ
の長孔２１１にピン２１２を挿入して回り止めされたナ
ツト２１３と螺合し、ねじ捧２１０の回転によりナツト
２１３が内筒２０６Ｂの長孔２１１に沿って進退する。

ばね１４はねじ棒２１０と内筒２０６Ｂとの間に挿入収
容され、前進するナツト２１３により押出される。モー
タ保持筒２０８の後端にはカップリング２１４が設けら
れる。

端栓用筒体２０７の先端には、端栓収容孔２１５が穿設
され、その底部にはスラストベアリング２１６が設けら
れるとともにばね２１７が挿入される。また収容孔２１
５には一対のニードルベアリング２１８，２１９も設け
られている。端栓１５は、ニードルベアリング２１８，
２１９で回転可能に支持され、被覆管１２への圧入時の
スラスト荷重がスラストベアリング２１６で支承される
。この筒体２０７の後端部にもカップリング２２０が設
けられる。

環状円板２０４には内歯車２２１が付設され、この内歯
車２２１に小歯車２２２が噛合している。

この小歯車２２２は、副チャンバ２０１の後端面に偏心
して設置されているモータ２２３の出力軸と連結される
。したがって、このモータ２２３を駆動すると小歯車２
２２を介して内歯車２２１が回転し、タイロッド２０５
Ａ、２０５Ｂで一体化された円板２０２〜２０４が一体
に回転する。この回転によって、筒体２０６および２０
７の軸心が主チャンバ１００に挿入される被覆管１２の
軸心と順次に合致され、ばね１４の挿入および端栓１５
の圧入が可能となる。

副チャンバ２０１の後面には、被覆管１２と同軸のブツ
シャ２４１を有する押出し装置２４０が設けられる。こ
のブツシャ２４１の先端は副チャンバ２０１内に挿入さ
れ、その先端に上述した筒体２０６，２０７のカップリ
ング２１４，２２０と係合するカップリング２４２が設
けられる。ブツシャ２４１は、長溝２４３に係合する回
転止め部材２４４によって回転が阻止されるねじ棒２４
５に接続される。ねじ捧２４５には、このねじ棒２４５
とともにボールねじを構成するボールホルダ２４６が外
挿される。ボールホルダ２４６にはタイミングギア２４
７が固着され、タイミングベル２４８を介してモータ２
４９の回転が伝達され、これによりボールホルダ２４６
が回転すると、図示せぬボールとねじ捧２４５との噛み
合いによってねじ捧２４５が進退し、プッシャヤ２４１
が進退する。

（７）回転シール装置３００：主チャンバ１００の左端
に取付けられ、主チャンバ１００に被覆管１２を挿通し
、かつ溶接時に回転する被覆管１２と主チャンバ１００
との間を封止するとともに、真空から３０気圧まで変動
する主チャンバ１００内を確実に封止する。このため、
第３図に示すとおり、チャンバ内側から順に、ウィルソ
ンシール３０１とメカニカルシール３０２と成形シール
３０３とが設けられる。ウィルソンシール３０１とメカ
ニカルシール３０２は、被覆管１２が内挿される筒体３
０４に外挿され、筒体３０４の外周面と主チャンバ１０
０との間を封止する。

この筒体３０４は種々の外径の被覆管１２に対応するた
めに設けられ、端栓溶接時に回転する被覆管１２と同期
して歯車３０５を介して回転する。

成形シール３０３は、シール性を確実にするため抑圧装
置３２０で押圧される。この抑圧装置３２０は、主チャ
ンバ１００に取付けられた空圧シリンダ３２１と、その
シリンダロッド３２２と、シリンダロッド３２２に一端
が連結されたレバー３２３と、被覆管１２に外挿されレ
バー３２３によって成形シール３０３を押圧する抑圧部
材３２４とから成る。

（８）更に、この溶接装置は、第２図に示すとおり、被
覆管１２を把持し回転する把持・回転袋＠４００と、主
チャンバ１００および供給装置２０ｏの内部を真空排気
する真空・排気装置５００と、主チャンバ１００および
供給装置２００の内部にヘリウムガスを加圧封入するヘ
リウムガス加圧装置６００とを備えている。なお、第２
図において、４５０は被覆管１２を回転させるモータ、
４５１はタイミングギア、４５２はモータの回転を把持
・回転袋［４００に伝達するタイミングベルト、４５３
はタイミングギア、４５４はモータの回転を回転シール
族＠３００に伝達するタイミングベルトである。

以上の構成により次のようにして端栓１５を被覆管１２
に溶接する。

今、前工程にて、端栓１１で一端が塞がれた被覆管１２
内にペレット１３が充填され、被覆管１２の他端がフィ
ルター金具１６（第３図）で封止されているものとする
。内筒２０６Ｂ内には、ねじ棒２１０にばね１４が外挿
され、端栓収容孔２１５には端栓１５が保持されている
ものとする。

かかる被覆管１２は次のようにして処理される。

■供給装置２００の副チャンバ２０１を主チャンバ１０
０に密閉接続する。例えば主チャンバ１００と副チャン
バ２０１とを自動着脱可能なカップリング装置を設けて
おき、副チャンバ２０１を主チャンバ１００に押圧する
と両者が結合して密閉接続されるように構成できる。

■まず、成形シール３０３を緩めておく。そして把持・
回転装置４００と回転シール装置３００を貫通して、被
覆管１２をフィルター金具側のみ主チャンバ１００内に
挿入する。このとき被覆管１２の先端は第３図に示すと
おり、冷却・振れ止め装置１７０まで達せず、回転シー
ル装置３００の筒体３０４から若干突出した状態で支持
される。

■真空・排気装置ｉ！５００により主チャンバ１００と
供給装置２００における副チャンバ２０１の内部を真空
排気後、ヘリウムガス加圧装置６００により両チャンバ
１００，２０１を大気圧より大きい低圧ヘリウムガスで
置換する。

■フィルター金具波き取り装置１３０でフィルター金具
１６を抜き取り、抜き取られたフィルター金具は溶接終
了後、フィルター金具排出装置１５０により主チャンバ
１００の外に排出する。

■位置決め装置１９０により被覆管１２を位置決めする
。すなわち１位置決め用空圧シリンダ１９２により位置
決め部材１９１を被覆管１２の進路中に突出し、被覆管
１２を図示しない搬送装置により前進させて位置決め部
材１９１に当接させてその先端を位置決めする。位置決
め後、成形シール３０３を押圧装置３２０で押圧して被
覆管１２とシール用筒体３０４との間のシール性を高め
る。

■供給装置２００によりばね１４を被覆管１２内に挿入
する。これは次のように行なわれる。

（■−１）割り出し用モータ２２３により小歯車２２２
．内歯車２２１を介して円板２０２〜２０４を回転させ
、筒体２０６を被覆管１２と同軸となるように第１図（
ａ）の状態に割り出す。

モータ２４９によりタイミングベルト２４８を介してタ
イミングギア２４７を回転させると、ボールホルダ２４
６が回転してねじ捧２４５が前進し、ブツシャ２４１に
より筒体２０６が前進する。筒体２０６の先端が主チャ
ンバ１００内に挿入され被覆管１２の先端と接近した所
定の位置に達するとブツシャ押出し用モータ２４９が停
止し、筒体２０６の押出しも停止される。

（■−２）ばね押出し用モータ２０９によりばね１４が
外挿されたねじ棒２１０が回転すると、ナツト２１３が
前進しはね１４を押し出す。筒体２０６は被覆管１２と
同軸にあり、かつ筒体２０６の先端は被覆管１２の先端
に接近して対峙しているから、筒体２０６から押出され
るばね１４が被覆管１２内に挿入される。ばね１４が被
覆管１２内に挿入されるとばね押出し用モータ２０９が
逆転しナツト２１３が元の位置まで復帰する。これと同
時にブツシャ押出し用モータ２４９を逆転させて筒体２
０６をブツシャ２４１により後退させて副チャンバ２０
１内の所定位置に復帰させる。

（■−３）割り出し用モータ２２３により小歯車２２２
を介して環状円板２０４を回転すると、筒体２０６のカ
ップリング２１４がブツシャ２４１のカップリング２４
２から外れ、環状円板２０４が１８０度回転すると、ブ
ツシャカップリング２４２が筒体２０７のカップリング
２２０と係合する。このとき、筒体２０７が被覆管１２
と同軸上に配置される。

■供給装［２００により端栓１５を被覆管１２の他端に
一次圧入する。これは次のように行なわれる。

（■−１）再びブツシャ押出し用モータ２４９を回転さ
せてブツシャ２４１を前進させると、筒体２０７が前進
して主チャンバ１００に挿入され、端栓１５がばね１４
を押圧しつつ被覆管１２の先端に圧入される。端栓１５
が所定位置まで圧入されるとモータ２４９が停止する。

筒体２０７の外径と主チャンバ１００と副チャンバ２０
１とを連通ずる通路１０４の内径とが略等しく１通路１
０４の内周面には成形パツキン１０５が設けられている
ので、筒体２０７が主チャンバ１００内に挿入された状
態では、主チャンバ１００は副チャンバ２０１から隔離
されて密閉される。

ヘリウムガス加圧装置６００により主チャンバ１００の
内部をヘリウムガスで例えば３０気圧程度に加圧する。

このとき、被覆管１２内も３０気圧のヘリウムガスで置
換される。この状態で被覆管内が所要の圧力で安定する
のを待って上部端栓を最終圧入する。なお、この工程で
は、供給装置２００の内部は主チャンバ１００の内部と
は隔離されているから加圧されない。

■把持・回転装置４００により被覆管１２を回転しつつ
溶接機１１０で端栓１５を被覆管１２に周溶接する。

このとき、被覆管１２の先端は冷却・振れ止め装置１７
０により確実に保持され、かつコレットチャック１７１
により溶接時の熱を吸収するから。

適切な溶は込み深さで溶接される。また、回転シール装
置３００によって、主チャンバ１００が確実に密閉され
る。

■３０気圧の主チャンバ１００内のヘリウムガスを排出
し、被覆管１２を主チャンバ１００から抜き取り、全作
朶が終了する。

以上の実施例の構成において、モータ２２３゜小歯車２
２２．内歯車２２１９円板２０２〜２０４によって割り
出し手段を、押出し装置２４０が収容体押出し手段を、
モータ２０９．ねじ捧２１０、ナツト２１３によりばね
押出し手段を構成する。

なお１割り出し装置は実施例のように回転割り出しに限
定されず、上下または左右にシフトさせて割り出すよう
な装置でもよい。また、副チャンバ２０１へのばね１４
および端栓１５の搬入については、副チャンバ２０１を
第１図（ａ）の水平面内で回転させたり、第１図（、）
の紙面内で９０度回転させたり、種々の形態が実施でき
る。

Ｇ０発明の効果 本発明によれば、副チャンバ内にばね収容体と端栓収容
体とを並置し、順次に割り出しして被覆管と同軸上に配
置し、同軸にされた収容体を共通の押出し手段で押動し
て主チャンバ内に挿入し。

ばねについては更に収容体から別の押出し手段によって
被覆管内に押出し挿入するようにしたので。

従来のような複雑なばね保持部材が不要となり、構成が
簡素化され信頼性が向上する。

また、実施例のように、端栓を被覆管に圧力するために
その収容体を主チャンバに挿入しているときは、その収
容体の外周面と主チャンバの入口通路との間で主チャン
バを密閉すれば、その後、主チャンバの気圧を高くして
も副チャンバ内の圧力は主チャンバに左右されず、副チ
ャンバの耐圧性は主チャンバよりも低くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を説明するもので、
第１図（ａ）が本発明に係る部品供給装置の詳細断面図
、第１図（ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図、第２図は本発明
に係る部品供給装置を備えた溶接装置の全体概略構成図
、第３図は主チャンバ側の詳細断面図、第４図は核燃料
棒要素の断面図である。 １２：被覆管　　　　　１３：ペレット１４：ばね　　
　　　　１５：上部端栓１００：主チャンバ　　１１０
：溶接装置１３０：フィルター金具抜き取り装置 １５０：フィルター金具排出装置 １７０：冷却・振れ止め装置 １９０：位置決め装置　２００：部品供給装置２０１：
副チャンバ　　２０２，２０３：円板２０４：環状円板 ２０５Ａ、２０５Ｂ：タイロッド ２０６：筒体　　　　２０６Ａ：外筒 ２０６Ｂ　：内筒　　　　２０７二筒体２０９：ばね押
し出し用モータ ２１０：ねじ捧　　　　２１３：ナツト２１４．２２０
，２４２：カップリング２１５：端栓収容孔　　２２１
：内歯車２２２：小歯車 ２２３：割り出し用モータ ２４０：押出し装置　　２４１：プッシャ２４５：ねじ
捧　　　　２４６：ボールホルダ２４９：押出し用モー
タ ３００：回転シール装置 ４００：把持・回転装置 ５００：真空・排気装置 ６００：ヘリウムガス加圧装置 特許出願人　　株式会社島津製作所 特許出願人　　株式会社日立製作所 代理人弁理士　　　永　井　冬　紀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主チャンバ内に一端が挿入された被覆管にばねを挿入し
   、その一端に端栓を圧入して該端栓を周溶接する核燃料
   棒の端栓溶接装置に用いる部品供給装置において、前記
   ばねを収容保持するばね収容体および前記端栓を回転可
   能に保持する端栓収容体を保持し、前記両収容体のいず
   れかを択一的に前記被覆管と同軸位置に割り出す割り出
   し手段と、押出し部材を有し、前記被覆管と同軸位置に
   割り出される前記収容体を前記主チャンバ内の所定位置
   まで押出して、ばね収容体と被覆管とを接近させると共
   に前記端栓を被覆管に圧入する収容体押出し手段と、前
   記ばね収容体に収容されたばねを該収容体から前記被覆
   管内に押出し挿入するばね押出し手段と、少なくとも前
   記２つの収容体が収容され前記主チャンバと連通接続さ
   れる副チャンバとを具備することを特徴とする核燃料棒
   の端栓溶接装置に用いる部品供給装置。