JPH05196790A - 燃料棒における端栓の溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料棒に端栓を溶接するにあたって、溶接時
の熱変形による影響を受けることなく、燃料棒と端栓と
の間の当接圧力を所望の状態に保持することができて、
均一でかつ良好な品質の溶接部を得ることができる燃料
棒における端栓の溶接装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 把持機構Ｆ３によって燃料棒Ｐを把持し、加
圧機構Ｆ１によって把持機構Ｆ３を当接部材１９に接近
する方向に押圧した状態で、トーチによって上記燃料棒
Ｐの端栓Ｃを溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、核燃料ペレットが挿入
された燃料棒に端栓を溶接する燃料棒における端栓の溶
接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子炉に使用される燃料集合体
を構成する複数の燃料棒には、各々、多数の燃料ペレッ
トが挿入されている。

【０００３】従来より、この燃料棒を作製するには、一
端を封止した燃料棒に所定量の燃料ペレットを挿入する
とともに、これら燃料ペレットを管中で固定するため
に、スプリングを挿入して他端を端栓にて封止してい
る。この場合、燃料ペレットおよびスプリングを管内に
挿入して端栓を溶接するのであるが、挿入されたスプリ
ングに対抗して燃料棒の端部と端栓とを当接させるべ
く、燃料棒に端栓を一旦圧入して双方を互いに当接させ
た後、燃料棒に端栓を溶接していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記燃料棒
の構成から、溶接時の熱膨張による端栓の緩みを防ぎ、
かつ一定の溶接状態を得るために、燃料棒および端栓の
位置関係を固定して溶接を行うと、溶接時の燃料棒の熱
変形、すなわち、燃料棒の軸方向の膨張，収縮により応
力が変化し、燃料棒と端栓との当接状態が変化するので
溶接状態が一様でなくなるという問題があり、高精度な
溶接を施そうとすると相当な熟練を要していた。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、燃料棒に端栓を溶接する
にあたって、溶接時の熱変形による影響を受けることな
く、燃料棒と端栓との間の当接圧力を所望の状態に保持
することができて、均一でかつ良好な品質の溶接部を得
ることができる燃料棒における端栓の溶接装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１は、内部に燃料ペレットが収容さ
れ、かつ端部に端栓が取り付けられた燃料棒の上記端栓
を溶接する溶接装置であって、内部に上記燃料棒が挿通
され、かつこの燃料棒の外周を把持する把持機構と、こ
の把持機構に対向して設けられ、かつ上記把持機構に上
記燃料棒が挿通されたときに上記端栓が当接する当接部
材と、上記把持機構と当接部材との間に設けられ、かつ
上記燃料棒の先端部の外周にこの燃料棒の直径方向から
対峙するトーチとが備えられてなり、上記把持機構と当
接部材とが互いに接近離間可能に設けられ、かつ上記把
持機構と当接部材のうち一方に、互いに接近する方向に
押圧する加圧機構が設けられたものである。

【０００７】また、本発明の請求項２は、上記把持機構
と当接部材のうち一方に、端栓の溶接に先立って所定位
置に固定し、かつその固定を上記端栓の溶接時に開放す
る位置決め機構が設けられたものである。

【０００８】さらに、本発明の請求項３は、上記当接部
材に当接した端栓と把持機構に把持された燃料棒との間
の圧力を測定する測定手段と、この測定手段の測定値に
基づいて加圧機構を制御する制御手段とを備えたもので
ある。

【０００９】さらにまた、本発明の請求項４は、加圧機
構が、把持機構あるいは当接部材を押圧する弾発部材
と、この弾発部材を伝達機構を介して操作する電動モー
タとから構成されたものである。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１にあっては、把持機構によっ
て燃料棒を把持し、加圧機構によって把持機構あるいは
当接部材を互いに接近する方向に押圧した状態で、トー
チによって上記燃料棒の端栓を溶接する。

【００１１】また、本発明の請求項２にあっては、端栓
の溶接に先立って、あらかじめ位置決め機構によって、
把持機構あるいは当接部材を所定位置に固定した状態
で、先端に端栓が取り付けられた燃料棒を、その先端か
ら把持機構の内部に挿通して、この燃料棒に取り付けら
れた端栓を当接部材に当接し、次いで、把持機構によっ
て燃料棒の所定位置を把持した後、上記位置決め機構に
よる固定状態を解除して上記把持機構あるいは当接部材
を移動可能状態にする。

【００１２】さらに、本発明の請求項３にあっては、測
定手段によって測定された端栓と燃料棒との間の圧力値
に基づいて、制御手段によって加圧機構を制御して溶接
時の端栓と燃料棒との間の圧力を調整する。

【００１３】さらにまた、本発明の請求項４にあって
は、加圧機構の電動モータの回転を制御して、伝達機構
を介して弾発部材によって把持機構あるいは当接部材を
押圧することにより、制御応答性を向上させて溶接時の
端栓と燃料棒との間の圧力を所望の状態に保持する。

【００１４】

【実施例】以下、図１ないし図１１に基づいて本発明の
実施例を説明する。

【００１５】本発明に係る燃料棒における端栓の溶接装
置（以下、本装置という。）の第１実施例は、図１に全
体の側断面が、図２に側面外観が示されており、概略、
燃料棒Ｐが挿通される主軸１と、この主軸１の一方の先
端に取り付けられ、端栓Ｃが圧入された燃料棒Ｐを把持
する把持機構Ｆ３と、上記主軸１に挿通された燃料棒Ｐ
の端栓Ｃが当接する当接部材１９と、燃料棒Ｐおよび端
栓Ｃとを溶接するトーチ１６（図６参照）とからなり、
さらに、把持機構Ｆ３により燃料棒Ｐを把持するときに
その把持機構Ｆ３を固定し、かつ端栓Ｃの溶接時にその
固定を開放する位置決め機構Ｆ２と、端栓Ｃの溶接時に
主軸１を当接部材１９に向けて所定圧力にて押圧する加
圧機構Ｆ１とが設けられたものである。

【００１６】以下、本装置を詳細に説明すると、主軸１
は、燃料棒Ｐが挿通可能に中空に形成され、その先端に
把持機構Ｆ３が設けられている。そして、この把持機構
Ｆ３は、主軸１の先端に螺着されたコレット２と、この
コレット２の外周に環装されたコレットクロージャー４
およびノーズリング３と、コレットクロージャー４を主
軸１の先端方向へ押圧するチャックシリンダ６およびピ
ストン８とから構成されている。

【００１７】上記把持機構Ｆ３のコレット２は、主軸１
に挿通された燃料棒Ｐの先端部が突出可能に形成され、
かつ燃料棒Ｐの外周を把持すべくその径方向に複数に分
割されている。また、このコレット２は、図３に示され
るように、その燃料棒Ｐの突出側の先端近傍が、燃料棒
Ｐの突出方向にいくにしたがい拡径されたテーパーに形
成され、さらにその拡径部の先端側外周には段付加工が
施されている。

【００１８】なお、説明の便宜上、主軸１の軸方向、す
なわち燃料棒Ｐの挿通方向を軸方向といい、燃料棒Ｐの
端栓Ｃが溶接される、上記コレット２から突出する側の
端部を一端、その反対側の端部を他端という。

【００１９】このようなコレット２が取り付けられた主
軸１の一端側には、筒状であって他端側にドーナツ状の
鍔が付設され、かつ一端側の先端部内周面側に上記コレ
ット２のテーパー部に係合するテーパー部が形成された
コレットクロージャー４が環装され、主軸１の周面上を
軸方向に摺動することにより、コレット２を縮径または
開放するようになっている。

【００２０】また、上記コレットクロージャー４の外周
には、一端側に開口底部を有する筒状のノーズリング３
が環装されており、その開口底部にて上記コレット２の
段付部を係止することにより、該コレット２の先端のみ
を燃料棒Ｐの軸方向に突出させるようになっている。さ
らに、ノーズリング３の他端側には鍔が設けられ、この
ノーズリング３の鍔と上記コレットクロージャー４の鍔
との間には、弾性部材９が介装されて、軸方向において
互いに離反する方向へ付勢されている。

【００２１】上記コレットクロージャー４およびノーズ
リング３は、ともに主軸１，コレット２の回転にともな
って回転可能に形成されており、これら主軸１，コレッ
ト２，コレットクロージャー４，ノーズリング３の回転
部分は、ハウジングでもあるチャックシリンダ６および
これに螺着されたコレット調整リング５に、軸受け６
ｂ，８ｂ，５ｂを介して回転自在に支持されている。

【００２２】上記チャックシリンダ６は、有底の二重円
筒状に形成されたシリンダであって、外筒６ｊと内筒６
ｋとによって、環状のシリンダ室６ｖが形成されてい
る。また、主軸１は、この内筒６ｋとの間に取り付けら
れた上記軸受け６ｂによって支持されている。そして、
シリンダ室６ｖにはドーナツ状のピストン８が挿入され
ており、図示しないが別途設けられた油圧，空圧などの
加圧手段により、このピストン８が軸方向に進退するよ
うになっている。

【００２３】また、符号７は、シリンダ室６ｖに油，空
気等の加圧媒体を導入する入口導管が形成された導管ブ
ロックであり、また符号８ｃ，８ｃは、それぞれＯリン
グ等のシール部材である。

【００２４】そして、上記ピストン８の軸方向の移動
を、主軸１とともに回転するコレットクロージャー４に
伝達すべく、このピストン８の一端側の端面は、上記コ
レットクロージャー４の鍔の他端側の盤面と対峙し、か
つ上記軸受け８ｂが取り付けられている。

【００２５】一方、このようなチャックシリンダ６の一
端側に螺着されたコレット調整リング５は、主軸１なら
びにコレットクロージャー４に環装され、これらに同伴
して回転するノーズリング３を、その鍔との間に介装さ
れた軸受け５ｂを介して軸方向に支持するとともに、主
軸１およびその一端に取り付けられたコレット２のチャ
ックシリンダ６との軸方向における相対位置を微調整す
るものである。図中、符号５ｅは、このコレット調整リ
ング５のロックナットである。

【００２６】また、主軸１は、図１に示されるように、
その他端部をスライド軸受け３１によって回転自在、か
つ軸方向に移動可能に支持されている。

【００２７】このような軸方向に移動可能に支持された
主軸１の一端側に対向して、図１および平断面である図
６に示されるように、当接部材１９は、一端側に端栓Ｃ
が圧入された燃料棒Ｐが主軸１に挿通されたときに、燃
料棒Ｐと端栓Ｃとの当接部分が上記把持機構Ｆ３のコレ
ット２を貫通して、コレット２から突出する所定の挿通
位置にて端栓Ｃの一端面が当接し、この燃料棒Ｐの止り
となるものである。そして、端栓Ｃが当接した状態で、
燃料棒Ｐの回転にともなって回転するように、主軸１と
同軸でかつ回転自在に形成されている。

【００２８】ところで、燃料棒Ｐの一端に溶着される上
記端栓Ｃは、およそ２段の円柱体に形成された定形のも
のであり、その小径部が燃料棒Ｐの一端部にあらかじめ
圧入され、燃料棒Ｐの外径にほぼ等しい大径部との段部
が燃料棒Ｐの端部に当接させられ、係る当接部が溶接さ
れる。そのため、上記当接部材１９は、端栓Ｃが常に軸
方向の所定位置に位置するように固定位置に配設され、
本装置における溶接位置を規定しているのである。

【００２９】また、この当接部材１９の外周には、溶接
時のガスシールド状態を良好に保つべく、上記コレット
２から突出する燃料棒Ｐの端栓Ｃを当接部材１９に当接
させたときに、これら燃料棒Ｐと端栓Ｃとの溶接部分を
包囲するチャンバー１８が設けられている。

【００３０】そして、当接部材１９と燃料棒Ｐを把持し
たコレット２の平面を表わす図６に示されるように、コ
レット２に隣接して、上記チャンバー１８の外周側から
溶接用のトーチ１６が挿入されている。すなわち、この
トーチ１６は、上記当接部材１９によって保持された端
栓Ｃに当接させられる燃料棒Ｐの一端部の外周縁に該燃
料棒Ｐの直径方向から対峙するようになっている。

【００３１】このように本装置では、把持機構Ｆ３の油
圧，空圧などの加圧手段により燃料棒Ｐを所定位置にて
把持するとともに、燃料棒Ｐとその一端部に圧入された
端栓Ｃとを溶接する機能が備えられ、かつ図１および図
４に示される位置決め機構Ｆ２が設けられている。

【００３２】この位置決め機構Ｆ２は、主軸１に挿通さ
れ、当接部材１９に突き当たる所定位置まで挿通された
燃料棒Ｐを把持機構Ｆ３にて把持するときに、その燃料
棒Ｐの軸方向の所定位置にて上記把持機構Ｆ３を固定
し、かつその固定を端栓Ｃの溶接時に開放するものであ
る。

【００３３】ところで、図２には本装置の側面外観が示
されているが、上述した主軸１の一端側を回転自在に支
持するチャックシリンダ６は、ガイド２１によって本装
置の基台Ｂ上にて主軸１とともに軸方向に移動するよう
に形成されている。一方、主軸１の他端側を支持するス
ライド軸受け３１、端栓Ｃが当接する当接部材１９は、
基台Ｂ上に固定されている。

【００３４】上記位置決め機構Ｆ２は、この基台Ｂに配
設されたシリンダ装置２３と、このシリンダ装置２３の
ロッドに主軸１に平行に延設され、軸方向に進退するラ
ック２４と、このラック２４の往復移動によって同一方
向に回転する一対のカム２６，２６と、上記チャックシ
リンダ６の外周に突設され、上記一対のカム２６，２６
によって挟持されるレバー１５とにより構成されてい
る。

【００３５】図１ならびにこの位置決め機構Ｆ２の正断
面図である図４に示されるように、軸方向に進退する上
記ラック２４は、軸方向に直交して設けられた回転自在
な一対の軸２９，２９に各々取り付けられ、周面に凹部
が形成された一対のガイドローラー２５，２５の上記凹
部に係合して、常に主軸１との平行が保持されている。
また、このラック２４の歯面には、軸方向に直交して設
けられた回転自在な一対の軸２８，２８に、各々取り付
けられたピニオンギヤ２７，２７がそれぞれ螺合してい
る。そして、各ピニオンギヤ２７が取り付けられた軸２
８に、上記カム２６が取り付けられている。

【００３６】この軸２８，２８に設けられ、ラック２４
によって同一方向に回動する一対のカム２６，２６は、
図１に示されるように、これらカム２６，２６の間に挿
入される上記レバー１５に対し、側面視して、互いに対
称な配置となるように、上記各ピニオンギヤ２７がラッ
ク２４に螺合している。

【００３７】さらに、本装置における加圧機構Ｆ１は、
主軸１の外周に主軸１の回転にかかわりなく設けられた
もので、図１および図５に示されるように、二重円筒状
の加圧シリンダ１１と、ピストン１３と、連結リング１
４とから構成されている。上記加圧シリンダ１１は、外
筒１１ｊと、この外筒１１ｊの他端部を封止するととも
に、外筒１１ｊよりも短軸である内筒１１ｋとによっ
て、外筒１１ｊと内筒１１ｋとの間にシリンダ室１１ｖ
が形成されている。

【００３８】また、これに挿入された略円筒状のピスト
ン１３は、一端側が肉厚の大径部に形成され、係る大径
部が外筒１１ｊの内周面に嵌入されてピストンを構成
し、また円筒部は、内筒１１ｋの内周面に嵌入されてピ
ストン軸を構成している。さらに、この加圧機構Ｆ１に
おける、筒状のピストン１３の内径は、主軸１よりも僅
かに大径に形成され、主軸１の動きとは独立に機能する
ようになっている。

【００３９】そして、上記シリンダ室１１ｖは、図示し
ないが、油圧，空圧等の加圧手段により加圧され、ピス
トン１３が軸方向に進退するようになっている。さらに
この加圧手段には、シリンダ室１１ｖを加圧する際に、
シリンダ室１１ｖを所定の圧力に保持すべく、圧力制御
機能が具備されている。

【００４０】また、上記連結リング１４は、このように
軸方向に進退する上記ピストン１３の動きを、主軸１を
支持しているチャックシリンダ６に伝達するものであ
り、一端側に鍔が付設された円筒体で、上記鍔がチャッ
クシリンダ６の他端面に、また円筒の他端部が上記ピス
トン１３の一端面にそれぞれ取り付けられている。な
お、符号１２は、シリンダ室１１ｖに加圧媒体を導入す
る入口導管が形成された導管ブロックであり、また符号
１１ｃ，１３ｃは、それぞれＯリング等のシール部材で
ある。

【００４１】次に、複数の燃料ペレットおよびこれら燃
料ペレットを付勢する弾性部材が挿入され、端栓Ｃがあ
らかじめ一端部に圧入された燃料棒Ｐに、上記端栓Ｃを
溶接して燃料棒Ｐを封止する場合の本装置の動作につい
て説明する。

【００４２】上記燃料棒Ｐを本装置の中空に形成された
主軸１、および主軸１の一端側に螺着されたコレット２
に、端栓Ｃが圧入された一端側から挿入していくと、主
軸１の前方にはコレット２に対向して、主軸１と同軸に
形成された当接部材１９が備えられているから、端栓Ｃ
の一端面がこの当接部材１９に突き当たり、溶接すべき
燃料棒Ｐと端栓Ｃとの当接部分が当接部材１９の他端側
から常に定位置となるようにコレット２の一端から突出
させることができる。

【００４３】一方、主軸１およびこれに環装されたコレ
ットクロージャー４，ノーズリング３を回転自在に支持
するチャックシリンダ６は、本装置の基台Ｂにガイド２
１によって軸方向に移動自在に配設され、また、基台Ｂ
には、シリンダ装置２３と、このシリンダ装置２３に設
けられ、主軸１に平行に進退するラック２４と、このラ
ック２４の往復移動によって同一方向に回転する一対の
カム２６，２６と、上記チャックシリンダ６の外周に突
設され、上記一対のカム２６，２６によって挟持される
レバー１５とにより構成された位置決め機構Ｆ２が配設
されている。

【００４４】したがって、シリンダ装置２３の駆動によ
りラック２４を一方に進退させると、図１に示される状
態のように、一対のカム２６，２６が回動してこの一対
のカム２６，２６にレバー１５が定位置にて挟着され、
これにより常にチャックシリンダ６を燃料棒Ｐの軸方向
の所定位置に位置させることができ、燃料棒Ｐをコレッ
ト２から所定長さだけ突出させることができる。

【００４５】そこで、主軸１には、この主軸１の先端に
螺着されたコレット２と、このコレット２の外周に環装
されたコレットクロージャー４およびノーズリング３
と、コレットクロージャー４を主軸１の先端方向へ押圧
するチャックシリンダ６およびピストン８とから構成さ
れる把持機構Ｆ３が設けられているから、この把持機構
Ｆ３によって燃料棒Ｐを把持する。

【００４６】すなわち、チャックシリンダ６には、シリ
ンダ室６ｖが形成されているので、このシリンダ室６ｖ
を加圧手段（図示せず）により所定圧力にて加圧してい
くと、チャックシリンダ６に挿入されたドーナツ状のピ
ストン８が軸方向の一端に向けて移動する。

【００４７】すると、ピストン８は、コレット２に環装
されたコレットクロージャー４の他端側に付設された鍔
を軸受け８ｂを介して押圧し、このコレットクロージャ
ー４を軸方向の一端側に移動させる。また、このコレッ
トクロージャー４には、ノーズリング３が環装され、か
つ、コレットクロージャー４とノーズリング３とは、常
に弾性部材９によって互いに離反する方向に付勢され、
さらに、コレットクロージャー４に環装されたノーズリ
ング３の一端側で、燃料棒Ｐの突出方向へのコレット２
の移動を規制しているから、弾性部材９に対抗してコレ
ットクロージャー４がコレット２の一端側へ接近する。

【００４８】上記コレット２は、径方向に複数分割さ
れ、また外周が燃料棒Ｐの突出方向にいくにしたがい拡
径されたテーパーに形成され、一方、接近するコレット
クロージャー４の一端部内周側には、上記コレット２の
テーパー部に係合するテーパー部が形成されているの
で、コレットクロージャー４のテーパー部がコレット２
のテーパー部を押圧するとともに、これに挿入された燃
料棒Ｐを把持することができるのである。

【００４９】このように、コレット２にて燃料棒Ｐを把
持した状態において、位置決め機構Ｆ２のシリンダ装置
２３を駆動させて、再びラック２４を進退させ一対のカ
ム２６，２６を回動させると、これら一対のカム２６，
２６に挟着されていたレバー１５が開放されて、位置決
め機構Ｆ２による主軸１の固定が解除され、したがっ
て、燃料棒Ｐを把持している把持機構Ｆ３の軸方向への
規制も解除される。

【００５０】次に、主軸１は、上述のようにその軸方向
に移動自在に形成され、さらに、加圧シリンダ１１とピ
ストン１３と連結リング１４とから構成され、主軸１を
当接部材１９に押圧する加圧機構Ｆ１が設けられている
ので、この加圧機構Ｆ１によって主軸１を押圧する。

【００５１】すなわち、上記加圧シリンダ１１は、外筒
１１ｊと内筒１１ｋとによって形成され、これら外筒１
１ｊと内筒１１ｋとの間に形成されたシリンダ室１１ｖ
を、油圧，空圧等の加圧手段（図示せず）により加圧す
ると、これに挿入され、一端側の大径部が外筒１１ｊの
内周面に嵌入されてピストンを構成し、また円筒部が内
筒１１ｋの内周面に嵌入されてピストン軸を構成するピ
ストン１３が、主軸１の軸方向に沿って一端側へ押圧さ
れる。

【００５２】またこの際、上記シリンダ室１１ｖを加圧
する加圧手段には、圧力制御機能が具備されているの
で、当初、燃料棒Ｐに挿入された弾性部材の付勢力にほ
ぼ平衡する程度の所定の圧力にシリンダ室１１ｖを加圧
しておく。

【００５３】すると、上記のように押圧されているピス
トン１３の一端面には、連結リング１４が取り付けられ
ており、この連結リング１４の一端部に付設された鍔が
チャックシリンダ６の他端面に取り付けられているか
ら、軸方向の一端側へ前進しようとするピストン１３の
動きを、主軸１を支持しているチャックシリンダ６に伝
達することができる。

【００５４】このように上記加圧機構Ｆ１による押圧に
より、主軸１に設けられた把持機構Ｆ３によって把持さ
れた燃料棒Ｐは、その一端側に圧入された端栓Ｃが当接
部材１９に突き当てられているので、燃料棒Ｐと端栓Ｃ
とが一定圧力で相互に押圧されることになる。

【００５５】すなわち、あらかじめ主軸１に挿通される
燃料棒Ｐは本装置において所定位置に挿通され、かつ、
主軸１とともに主軸１に設けられた把持機構Ｆ３を位置
決め機構Ｆ２により燃料棒Ｐの所定位置にて固定した後
燃料棒Ｐを把持し、その後、一定の圧力にてこの燃料棒
Ｐを押圧するので、本装置に投入される燃料棒Ｐは、常
に一定の押圧力による端栓Ｃとの当接状態を確保するこ
とができる。

【００５６】次に、主軸１およびコレット２，コレット
クロージャー４，ノーズリング３の把持機構Ｆ３の回転
部分は、チャックシリンダ６、およびこれに螺着された
コレット調整リング５に、軸受け６ｂ，８ｂ，５ｂを介
して回転自在に支持されているので、図示しないが別途
設けられた駆動装置により、これらを所定の速度で回転
させる。

【００５７】そして、回転するコレット２に隣接し、か
つ燃料棒Ｐの一端部の外周縁に該燃料棒Ｐの直径方向か
ら対峙するトーチ１６が挿入されているから、このトー
チ１６によって燃料棒Ｐと端栓Ｃとの当接部分を溶接し
ていく。すると、上記のように、これら燃料棒Ｐと端栓
Ｃとの当接部分は、加圧機構Ｆ１により所定圧力にて押
圧保持された状態であり、かつ、加圧機構Ｆ１は、圧力
制御手段（図示せず）により常に一定の圧力に保持され
るようになっており、溶接時の燃料棒Ｐの熱変形による
押圧力の変動に対応してこのシリンダ室１１ｖを常に一
定に保圧するから、燃料棒Ｐと端栓Ｃとの溶接部分が常
時、一定の当接圧力に保持され、応力変化を来たすこと
がなく、溶接部分全周に亙って一様な溶接状態を得るこ
とができる。

【００５８】また、当接部材１９の外周に、上記コレッ
ト２から突出する燃料棒Ｐの端栓Ｃとの溶接部分を包括
するチャンバー１８が設けられているので、溶接時のガ
スシールド状態を良好に保つことができる。

【００５９】このように、本装置にあっては、あらかじ
め主軸１に挿通される燃料棒Ｐが本装置における所定位
置まで挿通され、かつ、主軸１に設けられた把持機構Ｆ
３を位置決め機構Ｆ２により燃料棒Ｐの所定位置に位置
させて燃料棒Ｐの所定位置を把持し、その後、一定の圧
力にてこの燃料棒Ｐを押圧するので、溶接を施すべき燃
料棒Ｐのそれぞれに、常に一定のばらつきのない押圧力
による端栓Ｃとの当接状態を確保することができる。そ
して、所定圧力にて押圧保持された状態であって、か
つ、溶接時に加圧機構Ｆ１が溶接時の燃料棒Ｐの熱変形
による押圧力の変動に対応して、常に一定の圧力に保持
するから、燃料棒Ｐと端栓Ｃとの溶接部分は常に一定の
当接圧力に保持され、応力に変化を来たすことがなく、
したがって溶接部分全周に亙って一様な溶接状態を得る
ことができる。

【００６０】図７は、上記第１実施例の概略構成を示し
た図であり、このように流体圧駆動の加圧シリンダ１１
からなる加圧機構Ｆ１によって把持機構Ｆ３をチャンバ
ー１８（当接部材１９）側に押圧した場合には、その押
し付け力が、図８に示すように、溶接前から溶接中、溶
接後に至るまで、ほぼ一定の値に保持される。これに対
して、従来の固定状態の把持機構およびチャンバー（当
接部材）を用い、燃料棒および端栓の位置関係を固定し
て溶接を行った場合には、図９に示すように、溶接中に
燃料棒の熱変形により押し付け力が上昇して、燃料棒と
端栓との当接状態が変化することにより、溶接状態が一
様に保持できない。

【００６１】ところで、上記第１実施例においては、加
圧機構Ｆ１として流体圧シリンダを使用しており、その
構造的な摩擦により、細かな押し付け力の制御を行うの
には限界がある。このため、上記押し付け力をより細か
く制御したい場合には、図１０に示すように、把持機構
Ｆ４として、従来同様、固定状態のもの、すなわち、図
１ないし図７に示す上記第１実施例においては、ガイド
２１を除去して、チャックシリンダ６を基台Ｂに直接固
定したものを使用すると共に、把持機構Ｆ４側には加圧
機構Ｆ１および位置決め機構Ｆ２を取り付けず、燃料棒
Ｐを把持する機能のみを持たせる一方、上記当接部材１
９を装着したチャンバー４０は、ガイド４１を介して、
基台Ｂに水平方向に移動自在に配設し、かつ上記チャン
バー４０に、上記位置決め機構Ｆ２と同様の構成の位置
決め機構（図示せず）と、上記チャンバー４０を把持機
構Ｆ４側に押圧する加圧機構Ｆ５と、上記端栓Ｃと燃料
棒Ｐとの間の圧力を測定する測定手段（荷重変換器，ロ
ードセル）４２と、この測定手段４２の測定値に基づい
て加圧機構Ｆ５を制御する制御手段４３とを付設したも
のである。

【００６２】上記加圧機構Ｆ５は、上記チャンバー４０
を把持機構Ｆ４側に押圧するスプリング（弾発部材）４
４と、このスプリング４４に係合し、かつスプリング４
４を水平方向に移動させるナット体４５と、このナット
体４５にねじ込まれたボールネジ軸４６と、このボール
ネジ軸４６に連結され、かつボールネジ軸４６を回転さ
せるパルスモーター４７とから構成されている。そし
て、上記ナット体４５およびボールネジ軸４６によっ
て、パルスモーター４７の回転を直線運動に変換する伝
達機構が構成されている。

【００６３】また、上記測定手段４２は、上記当接部材
１９にかかる圧力を測定するものである。そして、この
測定手段４２によって測定された測定値は、上記制御手
段４３のコントローラー４８に入力されており、このコ
ントローラー４８において、あらかじめ入力され、かつ
格納されている押し付け力の設定データに上記測定値が
一致するように、ドライバー４９を介して、上記パルス
モーター４７をフィードバック制御するように構成され
ている。

【００６４】上記のように構成された本発明の第２実施
例においては、まず、図示しない位置決め機構によっ
て、チャンバー４０（当接部材１９）を所定位置に固定
した状態で、把持機構Ｆ４の内部に燃料棒Ｐを挿通し、
燃料棒Ｐの先端に装着された端栓Ｃを当接部材１９に当
接した後、上記把持機構Ｆ４によって燃料棒Ｐを把持す
る。次いで、上記位置決め機構によるチャンバー４０
（当接部材１９）の固定状態を解除して移動可能状態と
すると、スプリング４４の押圧力によって、チャンバー
４０（当接部材１９）が把持機構Ｆ４側に押し付けられ
る。この状態において、燃料棒Ｐの端栓Ｃの溶接が行わ
れる。

【００６５】この場合、上記コントローラー４８によっ
て、測定手段４２が測定している押し付け力の測定値
と、あらかじめ入力されている設定値とが一致するよう
に、ドライバー４９を介して、パルスモーター４７を制
御することにより、あらかじめ入力されている設定値に
したがって押し付け力が調整されて、例えば、図１１に
示すような押し付け力、すなわち、溶接途中まで一定の
圧力で、かつ溶接後半から冷却処理にかけては徐々に圧
力を減少させる等きめ細かな制御が可能となる。これに
より、溶接部に残留応力が残ることがなく、また、内面
アンダーカット、溶接部外径オーバーサイズ等の溶接部
の欠陥の発生も防止されて、より品質の良好な溶接継ぎ
手が得られる。

【００６６】なお、上記第２実施例においては、加圧機
構Ｆ５のパルスモーター４７を制御手段４３によって制
御して、チャンバー４０（当接部材１９）を移動調整す
ることにより、上記端栓Ｃと燃料棒Ｐとの間の圧力を操
作するように説明したが、これに限らず、図１ないし図
７に示す第１実施例において、流体圧シリンダからなる
加圧機構Ｆ１の代わりに上記加圧機構Ｆ５を配設して、
把持機構Ｆ３を移動調整するようにしてもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
は、内部に燃料ペレットが収容され、かつ端部に端栓が
取り付けられた燃料棒の上記端栓を溶接する溶接装置で
あって、内部に上記燃料棒が挿通され、かつこの燃料棒
の外周を把持する把持機構と、この把持機構に対向して
設けられ、かつ上記把持機構に上記燃料棒が挿通された
ときに上記端栓が当接する当接部材と、上記把持機構と
当接部材との間に設けられ、かつ上記燃料棒の先端部の
外周にこの燃料棒の直径方向から対峙するトーチとが備
えられてなり、上記把持機構と当接部材とが互いに接近
離間可能に設けられ、かつ上記把持機構と当接部材のう
ち一方に、互いに接近する方向に押圧する加圧機構が設
けられたものであるから、把持機構によって燃料棒を把
持し、加圧機構によって把持機構あるいは当接部材を互
いに接近する方向に押圧した状態で、トーチによって上
記燃料棒の端栓を溶接することにより、燃料棒に端栓を
溶接するにあたって、溶接時の熱変形による影響を受け
ることなく、燃料棒と端栓との間の当接圧力を所望の状
態に保持することができて、均一でかつ良好な品質の溶
接部を得ることができる。

【００６８】また、本発明の請求項２は、上記把持機構
と当接部材のうち一方に、端栓の溶接に先立って所定位
置に固定し、かつその固定を上記端栓の溶接時に開放す
る位置決め機構が設けられたものであるから、端栓の溶
接に先立って、あらかじめ位置決め機構によって、把持
機構あるいは当接部材を所定位置に固定した状態で、先
端に端栓が取り付けられた燃料棒を、その先端から把持
機構の内部に挿通して、この燃料棒に取り付けられた端
栓を当接部材に当接し、次いで、把持機構によって燃料
棒の所定位置を把持した後、上記位置決め機構による固
定状態を解除して上記把持機構あるいは当接部材を移動
可能状態にすることにより、移動可能な把持機構あるい
は当接部材を、溶接に先立って初期位置に戻すことがで
きて、把持機構が燃料棒の所定位置を把持することがで
き、かつ繰り返し多数の端栓を溶接しても、常に溶接条
件を一定に保つことができる。

【００６９】さらに、本発明の請求項３は、上記当接部
材に当接した端栓と把持機構に把持された燃料棒との間
の圧力を測定する測定手段と、この測定手段の測定値に
基づいて加圧機構を制御する制御手段とを備えたもので
あるから、測定手段によって測定された端栓と燃料棒と
の間の圧力値に基づいて、制御手段によって加圧機構を
制御して溶接時の端栓と燃料棒との間の圧力を調整する
ことにより、きめ細かな押し付け力の制御が可能とな
り、溶接部に残留応力が残ることを防ぐことができ、か
つ内面アンダーカット、溶接部外径オーバーサイズ等の
溶接部の欠陥の発生も防止することができて、より品質
の良好な溶接部を得ることができる。

【００７０】さらにまた、本発明の請求項４は、加圧機
構が、把持機構あるいは当接部材を押圧する弾発部材
と、この弾発部材を伝達機構を介して操作する電動モー
タとから構成されたものであるから、加圧機構の電動モ
ータの回転を制御して、伝達機構を介して弾発部材によ
って把持機構あるいは当接部材を押圧することにより、
制御応答性を向上させることができ、溶接時の端栓と燃
料棒との間の圧力を所望の状態に容易に保持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の側断面図である。

【図２】本発明の第１実施例の外観を示す側面図であ
る。

【図３】把持機構を示す側断面図である。

【図４】位置決め機構の正断面図である。

【図５】加圧機構を示す側断面図である。

【図６】主軸先端部と当接部材および溶接用のトーチを
示す平断面図である。

【図７】本発明の第１実施例の概略構成図である。

【図８】本発明の第１実施例を用いた場合の押し付け力
の変化を示す特性図である。

【図９】従来の端栓の溶接装置を用いた場合の押し付け
力の変化を示す特性図である。

【図１０】本発明の第２実施例の概略構成図である。

【図１１】本発明の第２実施例を用いた場合の押し付け
力の変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１６ トーチ １９ 当接部材 ４２ 測定手段（荷重変換器，ロードセル） ４３ 制御手段 ４４ スプリング（弾発部材） ４５ ナット体 ４６ ボールネジ軸 ４７ パルスモーター Ｆ１ 加圧機構 Ｆ２ 位置決め機構 Ｆ３・Ｆ４ 把持機構 Ｆ５ 加圧機構 Ｐ 燃料棒 Ｃ 端栓

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に燃料ペレットが収容され、かつ端
   部に端栓が取り付けられた燃料棒の上記端栓を溶接する
   溶接装置であって、内部に上記燃料棒が挿通され、かつ
   この燃料棒の外周を把持する把持機構と、この把持機構
   に対向して設けられ、かつ上記把持機構に上記燃料棒が
   挿通されたときに上記端栓が当接する当接部材と、上記
   把持機構と当接部材との間に設けられ、かつ上記燃料棒
   の先端部の外周にこの燃料棒の直径方向から対峙するト
   ーチとが備えられてなり、上記把持機構と当接部材とが
   互いに接近離間可能に設けられ、かつ上記把持機構と当
   接部材のうち一方に、互いに接近する方向に押圧する加
   圧機構が設けられたことを特徴とする燃料棒における端
   栓の溶接装置。
2. 【請求項２】 把持機構と当接部材のうち一方に、端栓
   の溶接に先立って所定位置に固定し、かつその固定を上
   記端栓の溶接時に開放する位置決め機構が設けられたこ
   とを特徴とする請求項１記載の燃料棒における端栓の溶
   接装置。
3. 【請求項３】 当接部材に当接した端栓と把持機構に把
   持された燃料棒との間の圧力を測定する測定手段と、こ
   の測定手段の測定値に基づいて加圧機構を制御する制御
   手段とを具備したことを特徴とする請求項１または２記
   載の燃料棒における端栓の溶接装置。
4. 【請求項４】 加圧機構が、把持機構あるいは当接部材
   を押圧する弾発部材と、この弾発部材を伝達機構を介し
   て操作する電動モータとから構成されたことを特徴とす
   る請求項３記載の燃料棒における端栓の溶接装置。