JPH0735892A - 原子炉圧力容器内の作業装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】作業装置は、ＣＲＤハウジング２の下端のフラ
ンジ４に装着するための着脱機構１９と、ＣＲＤハウジ
ング２の内面に調心して固定する支持部１２と、自由な
方向に駆動できるマニピュレータと、マニピュレータの
先端について目的の作業をするエンドエフェクタ１８
と、これらの動きを制御する制御装置から構成される。 【効果】耐放射線性の問題を低減するとともに作業時間
を短縮して作業が容易に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉圧力容器の炉内
構造物の点検あるいは加工する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子炉圧力容器の炉内構造物の点
検あるいは加工する装置は、例えば、特開昭57−125846
号公報のように圧力容器の上部にある上鏡を取り除いて
上部を開口させた後、燃料交換台車や天井クレーンによ
って上部から吊り下ろされて、炉水中の目標の制御棒駆
動機構（以下ＣＲＤ）ハウジング上端の作業個所に固定
した後、遠隔からの操作により目的の作業をしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記作業方法では次の
ような課題があった。

【０００４】(1）燃料を全て取り出しても上部格子板，
炉心支持板等の炉内構造物が放射化されているので、こ
の場所の通過あるいはケーブル等のようにこの付近に設
置される場合は各要素部品に高い耐放射線性が必要にな
る。

【０００５】(2）作業装置を炉内の炉底部まで挿入する
場合は、操作制御装置間との路程が４０〜５０ｍと長く
なる。またこれに伴って電源、信号等の電圧の減衰対策
としてのケーブルの容量向上が必要になり、ケーブルの
体積と重量が増大する。 (3）上部格子板，炉心支持板の目標の開口部に装置を挿
入させる場合、装置と操作端との距離が離れているこ
と、挿入時は必ず水を張った状態で行うので水中作業に
なること等から位置決めが難しく、操作に時間を要す
る。また作業装置は、防水構造にする必要がある。

【０００６】(4）溶接作業の場合は、炉内に水がある状
態で装置を挿入し、上鏡を取り付けた後に水抜き作業を
するため長い時間がかかる。また水抜き時に装置は炉内
で待機する必要があり、この間に放射線の照射を受け
る。

【０００７】本発明の目的は、原子炉圧力容器の炉底部
構造材の点検作業あるいは加工作業が容易にできる作業
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】原子炉圧力容器下鏡部に
あるＣＲＤハウジングの下端部からＣＲＤハウジング内
に作業装置を挿入し、ＣＲＤハウジング下端のフランジ
に固定する。作業装置の上部をハウジング内面あるいは
ハウジング上端部を利用して固定し、作業装置先端のマ
ニピュレータをハウジング上端の開口部から炉内に繰り
出して目的の作業をする。

【０００９】

【作用】放射線量率の高い炉心部を通過しないので、作
業装置に耐放射線性の低い要素部品でも適用できる。ま
た作業個所近くのＣＲＤハウジングを利用して、そのＣ
ＲＤハウジング下端から圧力容器内面に作業装置を挿入
するので、アクセス距離が短くなる。また作業装置はＣ
ＲＤハウジングの内面と上端部によってガイドされるの
で、位置決めが容易になり、位置決め精度も向上する。

【００１０】

【実施例】図１に示すようにＣＲＤハウジング２は、圧
力容器の下鏡部１内面に溶接されたスタブ３に溶接され
ている。制御棒，制御棒案内管を取り外した後、炉水を
抜いた後にＣＲＤハウジング２内に直線状態の作業装置
１０を挿入し、ＣＲＤハウジング２下端にあるフランジ
４を利用して作業装置１０に具備した着脱機構１９によ
って固定される。作業装置１０の先端にはエンドエフェ
クタ８（この場合はライト付きカメラ）が取り付けら
れ、伸縮アーム１６，１４、ピッチ１７，１５，１３に
よって長さと角度が変えられて目標の溶接部５を検査す
る。またアーム１１はＣＲＤハウジング内面に回転自在
に支持部１２によって固定される。この支持部１２は挿
入時はアーム１１内に格納され、固定時のみ円周の３個
所に配置された３個の支持部１２が押し出されてＣＲＤ
ハウジング２内面に調心して取り付けることができる。
この例では１個所で調心したが、ＣＲＤハウジングの長
さが約４ｍあるので、ＣＲＤハウジング２の内面の長さ
方向の上下２個所で支持した方が調心性は向上する。ア
ーム１１の旋回動作は、作業装置１０内のモータ８によ
ってギヤ８Ａを回転させることにより駆動される。伸縮
アーム１６，１４、ピッチ１７，１５，１３もそれぞれ
のアーム１１，１４，１６に内蔵したモータなどのアク
チュエータによって駆動される。これらの６軸の駆動制
御は、それぞれに内蔵したエンコーダによって長さや角
度が検出され、この情報はケーブル９を介して離れた位
置に設置されている制御装置（図示せず）に送信され、
制御装置で目標値と比較，演算されて目標値になるよう
にアクチュエータを駆動する。これによって目的の状態
に制御される。点検用の作業装置だけでなく、これに替
えて加工用のエンドエフェクタを持つ作業装置を取り付
けることもできる。

【００１１】ピッチ１７，１５，１３の内部の機構の詳
細を示すと図２になる。図２はピッチ１３を示したもの
で、他のピッチ１７，１５も同じ機構である。アーム１
４はアーム１１とベアリング６２，６３を介して回転自
在に連結されている。アーム１４と一体になったホルダ
５３に固定されたリング型モータのステータ５２とロー
タ５１があり、ロータ５１にはシャフト５０が固定され
ているので、ロータ５１の回転によってシャフト５０も
回転する。またシャフト５０にはハーモニック減速機６
４とブレーキ５６が接続されている。ハーモニック減速
機６４の一方のスプライン５４はホルダ５３に固定さ
れ、他方のスプライン５５はアーム１１と一体になった
ホルダ６７に固定されている。したがってシャフト５０
の回転によりアーム１１とアーム１４の角度が変わる。
この角度はシャフト５０にギヤ６１を介して接続された
エンコーダ６０によって計測され、ケーブル(図示せず)
を介して制御装置（図示せず）に伝送される。またシャ
フト５０には円盤５７が取り付けてあり、ブレーキ５６
を遠隔操作で動作させることにより、制動板５８が円盤
５７に接触して、シャフト５０の回転を制動する。さら
にシャフト５０にはアーム１４の動作角度を制限させる
ためのレバー（図示せず）が付けてあり、このレバーで
リミットスイッチ５９を動作させる。アーム１４より先
にあるアクチュエータ，センサなどのケーブル，チュー
ブは、ホルダ５３の開口部６６と別の開口部６５を介し
てアーム１１内に導くなど、すべてアーム１６，１４，
１１内を通線する。

【００１２】伸縮アーム１４，１６の詳細機構を図３に
示す。図３は伸縮アーム１４について示したもので、伸
縮アーム１６も同じ構造である。アーム１４の内面に沿
ってアーム１４Ａをスライドさせるためモータ７０によ
りねじ７２を回転させ、これに接合している伸縮アーム
１４Ａを伸長させたり、モータ７０の回転方向を逆にし
て収縮させたりする。この移動量は、ねじ７２の回転数
をエンコーダ７１で計数した信号をケーブル７５を介し
て制御装置（図示せず）に送信する。モータ７０もケー
ブル７４を介して制御装置（図示せず）から駆動され
る。ガイドバー７３は、伸縮アーム１４Ａをスライドさ
せるための回り止めとケーブル７５などの通線に利用さ
れる。

【００１３】支持部１２の詳細な機構を図４に示す。ア
ーム１１の中間部に開口部８５を設け、この開口部８５
から支持用のバー８４に取り付けたローラ８２を出し入
れする。ローラ８２をＣＲＤハウジング２に押し付けて
アーム１１を支持する場合は、エアーシリンダ８０でシ
ャフト８１を引いて平行四辺形リンクの角度を立てるこ
とにより、ＣＲＤハウジング２内面に回転自在のローラ
８２の付いたバー８４を押し出す。この場合、円周３個
所（４個所でも可）に等分に配置されているので、ハウ
ジング内面に調心して支持できる。逆にＣＲＤハウジン
グ２にアーム１１を挿入する時や取り出す時は、エアー
シリンダ８０でシャフト８１Ｂを押し出し平行四辺形リ
ンクの角度を緩やかにすることにより、バー８４Ｂと一
体のローラ８２ＢをＣＲＤハウジング２の内面から離す
ことができる。エアーシリンダ８０は、遠隔からチュー
ブ８３を介して空気圧を入れ切れの操作をすることによ
り動作する。

【００１４】図５にシュラウドサポートレグ６の溶接部
７の点検に適用した例について説明する。この場合の作
業装置２０は点検対象の近くのＣＲＤハウジング２に取
り付けられ、着脱機構１９によってＣＲＤハウジング２
下端のフランジ４に取り付けられる。この作業装置２０
は、マニピュレータ２１の先に２軸のロール２２，２７
と４軸のピッチ２４，２５，２６，２８の駆動軸を持
ち、先端のライト付きカメラ２９を操作し、溶接部７の
状態を点検する。この場合もアーム２１内に出し入れ自
在の調心機構（支持部）３９によって調心状態で固定さ
れる。これらの動きは、ケーブル９を介して制御装置
（図示せず）により制御される。

【００１５】ロール２２，２７の詳細な機構を図６で説
明する。図６はロール２２に適用した例であるが、ロー
ル２７の場合も同じ構造になる。アーム２３はベアリン
グ９８，９８Ｂを介してアーム２１と回転自在に連結さ
れている。リング型モータのステータ８７はアーム２１
と一体になったホルダ９９に固定されている。またシャ
フト８８は、モータのロータ８６に固定されているの
で、モータ駆動により回転する。このシャフト８８には
ハーモニック型減速機８９が取り付けられ、一方のスプ
ライン９１はホルダ９９に固定され、他方のスプライン
９０はアーム２３に固定されているので、シャフト８８
の回転が減速されてアーム２３を回転させる。またシャ
フト８８にはブレーキ９２も取り付けられ、ブレーキ９
２を動作させると、シャフト８８と一体の円盤９３に制
動板９４が押し付けられてシャフト８８の回転を制動さ
せる。またロール２２軸の回転角度は、ギヤ９５を介し
て連結されたエンコーダ９７によって計測される。また
シャフト８８にはレバー（図示せず）が取り付けられ、
リミットスイッチ９６を動作させることにより、ロール
２２が回転する範囲を規制する。またシャフト８８には
貫通孔１００を設け、ロール２２より先のアクチュエー
タ，センサなどのケーブル，チューブを通す。さらに図
５の調心機構（支持部）３９は、図１の支持部１２と異
なりロール２２でそれより先のアーム２３などを回転さ
せることができるので、回転自在に支持する必要がな
い。すなわちアーム２１内の調心機構(支持部)３９の詳
細は図７に示すように、シャフト８１Ｂを伸ばした状態
にすると、バー８４ＢはＣＲＤハウジング２内面から離
れた状態になるので、ハウジング２内に挿入あるいは取
り外しができる。所定の位置でアーム２１をハウジング
２に調心して固定する場合は、エアシリンダ８０を空気
圧で動作させてシャフト８１を縮めると、平行四辺形リ
ンクにより円周３個所のバー８４をハウジング２内面に
押し付けることによりハウジングに固定できる。

【００１６】次に２本のＣＲＤハウジングを利用して２
台の作業装置を取り付け、協調作業する例を図８に示
す。一方のＣＲＤハウジング２の下端のフランジ４に
は、マニピュレータ３１先端に溶接用のトーチ３２を持
つ図５と同じ６軸の作業装置３０のが取り付けられる。
他方のＣＲＤハウジング２Ｂのフランジ４Ｂには、マニ
ピュレータ３１Ｂ先端にライト付きカメラ３３を持つ６
軸の作業装置３０Ｂが取り付けられる。両マニピュレー
タ３１，３１Ｂにはそれぞれ調心機構（支持部）３９，
３９ＢによってＣＲＤハウジング内面に固定される。こ
れによって作業装置３０の溶接状態を、他方の作業装置
３０Ｂのライト付きカメラ３３で監視する。また溶接ト
ーチ３２の通過する軌跡を予めカメラ３３でたどって位
置情報を得て、この位置情報に基づいて溶接トーチをガ
イドする。などの協調作業ができる。この場合も両作業
装置は、ケーブル９Ａ，９Ｂを介して制御装置（図示せ
ず）によって協調制御される。

【００１７】ＣＲＤハウジングの上部開口部の寸法は、
１００mmφ以下であるので作業装置のアームの外径が制
限を受ける。このため作業装置のアームは、小型化が必
要になるとともに目的の作業をさせるためには剛性の確
保が必要になる。しかし駆動軸数を多くしたり、アーム
の長さを長くするにしたがい剛性は低下する。そこで図
９のように作業装置４０のアーム４１の中間部にシュラ
ウドサポートレグ６を把持する補助アーム４２を設け、
作業中は把持機構４４でサポート６を把持することによ
り実質的な剛性を高める。アーム４１のどの位置に補助
アーム４２を付けるかは、エンドエフェクタの動きの自
由度と剛性との兼ね合いで問題になるが、適用個所を限
定する専用装置にすれば把持機構４２までを単純化でき
るので、それより先端の自由度を高めることができる。

【００１８】把持機構４４の詳細を図１０に示す。補助
アーム４２の先端に付けられた左右対称に設けられた１
組の爪１１８，平行四辺形リング１１３，ヒンジ１１４
及び長孔１１６を持つリンク１１５は、エアーシリンダ
１１０によりシャフト１１１を引き下げると、連結部１
１２が連結部１１２Ｂの位置まで下げられ、平行四辺形
リンク１１３Ｂの角度になる。これに伴って爪１１８Ｂ
も閉じる方向に動作するので、対象物を把持することが
できる。すなわち、エアーシリンダ１１０でシャフト１
１１を直線状の往復動作をさせることにより、把持とそ
の解除ができる。

【００１９】アーム先端のエンドエフェクタは、監視カ
メラ，溶接用トーチの他、超音波，液体浸透，渦電流な
どの点検用作業端，研磨，研削，切削，放電，溶断など
の加工用作業端があり、これらは目的に応じて交換され
る。

【００２０】本実施例によれば以下の効果がある。

【００２１】(1）高放射線領域の炉心部を通らないの
で、作業装置に使用する要素部品を低い耐放射線性のも
のにできる。

【００２２】(2）作業装置と制御装置間のケーブルの長
さを大幅に短くできる。これによって信号の減衰が少な
くなるのでケーブルを細くでき、小型化，軽量化が図れ
る。 (3）炉水のない状態でも作業装置を取り付けできるの
で、炉水の水抜き，水張りの作業を最小限にでき、作業
時間を大幅に短縮できる。また作業装置の防水対策が不
要になり、機構部を単純化できるとともに故障に対する
信頼性も向上する。

【００２３】(4）ＣＲＤハウジング下端のフランジを利
用するので、作業に見合った作業装置の交換が簡単に行
える。

【００２４】(5）隣り合うＣＲＤハウジングに２台以上
の作業装置を取り付けることにより、協調した複雑な作
業ができる。

【００２５】(6）ＣＲＤハウジングの内面あるいは上端
部を利用して作業装置を調心状態で固定できるので、作
業端までの距離が近くなり、位置決め精度が向上する。

【００２６】(7）マニピュレータの中間部に把持機構を
設けることにより、実質的な剛性が向上する。その分マ
ニピュレータを細くできるので小型化にもつながる。

【００２７】(8）ケーブル，チューブはすべてアーム内
あるいは駆動機構部内を通線するので、装置の着脱時や
作業時において、周辺の構造物や他の作業アームと干渉
しなくなるので、作業性が向上する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉圧力容器の炉底
部構造材の点検作業あるいは加工作業が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】炉底部のＣＲＤハウジングに作業装置を取り付
けた部分断面図。

【図２】ピッチ軸の断面図。

【図３】伸縮アームの断面図。

【図４】支持部の部分断面図。

【図５】ＣＲＤハウジングに別の作業装置を取り付けた
部分断面図。

【図６】ロール軸の断面図。

【図７】他の支持部の部分断面図。

【図８】２本のＣＲＤハウジングに２台の作業装置を取
り付けた部分断面図。

【図９】ＣＲＤハウジングにマニピュレータの把持部を
持つ作業装置を取り付けた部分断面図。

【図１０】把持機構の部分断面図。

【符号の説明】 １…圧力容器下鏡、２…ＣＲＤハウジング、３…スタ
ブ、４…フランジ、６…シュラウドサポートレグ、９…
ケーブル、１０…作業装置、１１…アーム、１２…支持
部、１３，１５，１７…ピッチ、１４…伸縮アーム、１
８…エンドエフェクタ、１９…着脱機構。

フロントページの続き (72)発明者 黒沢 孝一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 岩塚 信好 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉圧力容器の炉内構造物を検査，加工
   する作業装置において、ＣＲＤハウジング内から作業装
   置を挿入し下端フランジに装着する機構と、前記ＣＲＤ
   ハウジング内面に調心して支持する支持部と、前記ＣＲ
   Ｄハウジング内から容器内に繰り出される前記作業装置
   のマニピュレータと、前記マニピュレータに取り付けら
   れて前記容器内で目的の作業をするエンドエフェクタ
   と、前記作業装置あるいは前記マニピュレータに内蔵さ
   れる複数のセンサ及びアクチュエータと、角度，位置な
   どの複数のセンサからの情報に基づいて複数のアクチュ
   エータを遠隔から制御する制御部からなる原子炉圧力容
   器内の作業装置。
2. 【請求項２】請求項１において、隣接する前記複数のＣ
   ＲＤハウジングに取り付けられる前記複数の作業装置を
   協調させながら作業させる原子炉圧力容器内の作業装
   置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記ＣＲＤハウジング
   内から炉内に繰り出される前記マニピュレータの一部を
   炉内の構造物に固定する手段を設けた原子炉圧力容器内
   の作業装置。