(57)【要約】【課題】  駆動ねじの駆動ねじの摩耗による電動機に対するトルク増加を抑制できるボールナットの平滑化処理装置及びその平滑化方法を提供することにある。【解決手段】  電動機の回転運動によって回転する駆動ねじと、この駆動ねじの外周に介在されたボールナットと、このボールナットによって上下運動する中空ピストンと、この中空ピストンに連結された制御棒とを備えた制御棒駆動機構であって、前記駆動ねじは水中環境下で使用されるものであり、前記駆動ねじを地面に対して垂直状態に設置し、前記ボールナットに所定の重量を有する重りを搭載させるとともに、前記ボールナットを所定の回数上下に昇降させることで駆動ねじの走行面を平滑化する。【選択図】図２
2014115239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転運動によって回転する駆動ねじと、この駆動ねじの外周に介在されたボールナットと、このボールナットによって上下運動する中空ピストンと、この中空ピストンに連結された制御棒とを備えた制御棒駆動機構であって、
前記駆動ねじは水中環境下で使用されるものであり、
前記駆動ねじを地面に対して垂直状態に設置し、前記ボールナットに所定の重量を有する重りを搭載させるとともに、
前記ボールナットを所定の回数上下に昇降させることで駆動ねじの走行面を平滑化することを特徴とする平滑化処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の平滑化処理装置において、
前記重りは前記ボールナットの両側に均等な重量で搭載されていることを特徴とする平滑化処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の平滑化処理装置において、
前記ボールナットを上下昇降させる際に、駆動ねじとボールナットに摺動部に潤滑剤を用いることを特徴とする平滑化処理装置。
【請求項４】
ボールナットを入手するステップと、
ボールナットを平滑化処理装置にセットするステップと、
平滑化処理作業を行うステップと、
平滑化処理完了のステップと、
走行面の面粗さが良好となったボールナットを制御棒駆動機構に組み込むステップとからなることを特徴とする平滑化処理方法。
【請求項５】
アウターチューブと、前記アウターチューブ内に配置されたガイドチューブと、前記ガイドチューブ内に配置された駆動ねじと、前記駆動ねじと噛み合うボールナットと、前記ボールナットの上に置かれ、上端部が制御棒に連結される中空ピストンと、前記駆動ねじを回転させる電動機とを有した制御棒駆動機構であって、
前記制御棒駆動機構は請求項１〜３の平滑化処理を施した前記駆動ねじを有することを特徴とする制御棒駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒駆動機構に用いられるボールナットにおける駆動ねじの走行面の平滑化処理装置及びその平滑化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）内には、複数の燃料集合体が装荷された炉心が配置されており、この炉心の内部には減速材を兼ねた冷却水（軽水）が存在する。
【０００３】
原子炉圧力容器内に装荷された燃料集合体の相互間には制御棒（ＣＲ）が挿入配置される。この制御棒は、原子炉の起動及び停止、反応度補償及び負荷追従等における原子炉出力の制御を行うものであり、制御棒の炉心からの引き抜き、及び制御棒の炉心への挿入によって行われる。
【０００４】
制御棒は、原子炉圧力容器の底部に設けられた制御棒駆動機構に連結されており、この制御棒駆動機構よって上下方向に移動される。
【０００５】
ＣＲＤの一例は、特開２００９−１７４９４１号公報（特許文献１）の図３に示されている。
【０００６】
この特許文献１に記載された制御棒駆動機構は、ガイドチューブがアウターチューブ内に配置され、ガイドチューブ内には中空ピストンが配置されている。この中空ピストンの先端には原子炉圧力容器内の制御棒と連結している。中空ピストンはボールナットと係合している。このボールナットは中空ピストン内の駆動ねじと噛み合っている。
【０００７】
即ち、制御棒駆動機構の下部に取り付けられた電動機の回転によって駆動ねじが回転すると、ボールナットは駆動ねじの回転によって上下動することになる。ボールナットが上下動すると中空ピストンも同じように上下動するため原子炉圧力容器内の制御棒を上下動させることになる。
【０００８】
このように特許文献１のボールナットは、駆動ねじの回転によって上下動し、中空ピストンを上下動させる。これにより、中空ピストンと連結した制御棒が炉心に出し入れされ、原子炉出力が制御されることになる。
【０００９】
従来の制御棒駆動機構内に設けられている駆動ねじには平滑化処理が施されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１７４９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１では、制御棒駆動機構内に設けられる駆動ねじは水中環境下で使用される。そのため、水中環境下における初期の駆動ねじの走行面の面粗さは、ボールナット内のボールの転動を阻害し、滑りを生じることによりさらに摩耗状態を進行させてしまう。そのため、上記従来技術の制御棒駆動機構では、電動機に対するトルクを増加させてしまうという課題があった。
【００１２】
そこで本発明の目的は、駆動ねじの走行面の摩耗による電動機に対するトルク増加を抑制できる平滑化処理装置及びその平滑化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、電動機の回転運動によって回転する駆動ねじと、この駆動ねじの外周に介在されたボールナットと、このボールナットによって上下運動する中空ピストンと、この中空ピストンに連結された制御棒とを備えた制御棒駆動機構であって、前記駆動ねじは水中環境下で使用されるものであり、前記駆動ねじを地面に対して垂直状態に設置し、前記ボールナットを所定の重量を有する重りを搭載させるとともに、前記ボールナットに所定の回数上下に昇降させることで駆動ねじの走行面を平滑化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、駆動ねじの駆動ねじの摩耗による電動機に対するトルク増加を抑制可能な平滑化処理装置及びその平滑化方法を提供できる。
【００１５】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る改良型制御棒駆動機構の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る平滑化処理装置の縦断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】図２の部分的な拡大断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る平滑化処理装置の縦断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る軸封型制御棒駆動機構の縦断面図である。
【図７】本発明に係る平滑化処理方法を説明するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ところで、炉心内で生成される中性子の数を調整する手段として制御棒が使われる。この制御棒は中性子を吸収する物質（ホウ素、カドミウム、ハフニウムなど）が収納されており、この制御棒が炉心の深く入れば中性子が多く吸収され、浅く入れば少なく吸収される（なお、中性子の数を緊急に抑えなくてはならない事態が発生した場合は、高圧水を使用するなどして短時間で制御棒を動作させる場合もある）。
【００１８】
このように、制御棒は炉心の中で絶えず上下動作を繰り返すものであり、この上下動作を行っているのが炉心を形成する圧力容器の底面に複数台取り付けられた制御棒駆動機構である。この制御棒駆動機構は圧力容器を貫通し、一部は炉心内の冷却水に浸った状態となっている。
【００１９】
制御棒駆動機構は上部と下部とモータユニットとに大別され、上部は駆動ねじとボールナットが収納された部分である。下部は駆動ねじに回転力伝える駆動軸が収納された部分である。モータユニット部は駆動軸の駆動源となる部分である。
【００２０】
上述したように、制御棒駆動機構の上部と下部が連通しているため、炉心内の冷却水が上部と下部に侵入し、常時水で浸された状態となっている。したがって、特にボールネジは通常、潤滑油の中で使用するのが一般的であるにもかかわらず、制御棒駆動機構のボールナットは高い水圧の水中内で動作することになる。そのため、潤滑油のない環境では溝の走行面に発生した表面粗さ（凹凸）によってボールナットの回転トルクが上昇してしまうという問題があることが分かった。
【００２１】
そこで、この問題を解決すべく本発明の発明者らは、ボールナットを制御棒駆動機構の実機に組み込む前に、実環境と同じ圧力をボールネジの溝の走行面に加えることを考えたものである。つまり、初期状態のボールナットの溝に発生している凹凸面を、実機に組み込む前にあらかじめ平滑化させておくというものである。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の一実施例を備えた制御棒駆動機構を図にしたがって説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施例１に係る制御棒駆動機構の縦断面図である。
【００２４】
図１において、制御棒駆動機構１は圧力容器１００の下部にはハウジング９が接続されている。このハウジング９の下部にはアウターチューブ１１が取り付けられている。このアウターチューブ１１の下方には耐圧部を介して磁力により回転駆動力を伝達する磁気継手１５を有するスプールピース１２と、駆動源である電動機７を有するモータユニット８から接続されている。
【００２５】
モータユニット８は電動機７を備えており、この電動機７の駆動軸６は磁気継手１５の構成要素である外側磁気継手１４に接続されている。この外側磁気継手１４は、制御棒駆動機構ハウジング９の下端の耐圧部であるスプールピース１２の圧力隔壁を介して磁気継手１５の構成要素である内側磁気継手１３と磁気的に結合している。
【００２６】
内側磁気継手１３は駆動軸５と接続され、駆動軸５の上方には駆動ねじ３が結合される。この駆動ねじ３に螺合されたボールナット４が駆動ねじ３の回転によって昇降する。ボールナット４の上面には、中空ピストン１０が載置され、中空ピストン１０の先端には、制御棒２が係合されている。
【００２７】
制御棒駆動機構１は、モータユニット８の電動機７の回転駆動力を磁気継手１５を介し駆動ねじ３に伝達し、ボールナット４を上下動させることにより、制御棒２を昇降駆動する構造となっている。この制御棒２の昇降により、炉心への挿入・引抜量が調整され、炉出力が調整される。
【００２８】
前記制御棒駆動機構１の駆動ねじ３の平滑化処理方法を図１〜２に基づいて説明する。
【００２９】
図２は本発明の実施例１に係る平滑化処理装置の縦断面図である。
【００３０】
図２において、平滑化処理装置１６の架台２０の軸受１８、及び架台１９の軸受１７を用いて駆動ねじ３を地面に対して垂直な状態に保持させている。この駆動ねじ３と電動機２１とは連結されている。平滑化処理装置１６にはボールナット４の回転を抑制し、ボールナット４を上下にガイドするためのガイドレール２４が取り付けられている。また平滑化処理装置１６にはボールナット４に対して荷重を加えるための重り２２を取り付けるための架台２３が備え付けられている。
【００３１】
この平滑化処理装置１６を用いて、架台２３に制御棒２の重量と中空ピストン１０の重量の合計値と同程度の重り２２を左右均等に設置されている。この重り２２によって、ボールナット４に実使用時と同程度の荷重がボールナット４の左右に均等に加えられることになる。駆動ねじ３とボールナット４の摺動部に潤滑材を塗布した状態でボールナット４を所定の回数上下に昇降させることで駆動ねじ３の走行面に平滑化処理を施すことができる。
【００３２】
図３は図２のＡ部拡大断面図である。
【００３３】
図３において、ボールナット４はナット４ａの内壁に螺旋状の溝４ｂが形成されている。ナット４ａの内壁には駆動ねじ３が貫通するように挿入されている。この駆動ねじ３の外周には螺旋状の溝３ａが形成されている。この溝３ａとナット４ａの溝４ｂによって螺旋状の空間２５が形成される。この空間２５内にボール４ｃが多数収納されている。ナット４ａにはボール４ｃを回収するための通路２６が形成されている。この通路２６と空間２５とはタング２７によって連通するようになっている。
【００３４】
つまり、図２に示した電動機２１の回転によって駆動ねじ３が矢印方向（反時計方向）に回転するとボールナット４のボール４ｃが空間２５内を移動する。移動範囲内を移動完了したボール４ｃは回収のためのタング２７から通路２６を通って元の空間２５に戻る。
【００３５】
ナット４ａの上部に取り付けられた架台２３の上部には重り２２が搭載されている。図３では重り２２を左右均等に搭載している。矢印で示すように、重り２２によってナット４ａとボール４ｃに対して加重２８が上から加わることになる。
【００３６】
図４は図２の部分的な拡大断面図である。
【００３７】
図４において、加重２８が加わったボール４ｃが反時計方向に回転すると、駆動ねじ３の溝３ａであるボール走行面に発生した凹凸面３ｂを押し潰しながら回転することになる。
【００３８】
このように本実施例による平滑化処理では、実使用時に近い条件のもと平滑化処理を施すことができるため、潤滑材を用いることで平滑化処理時の駆動ねじの走行面の摩耗状態の進行のリスクを低減することができる。
【００３９】
また、前記平滑化処理を施した駆動ねじ３を制御棒駆動機構１に取り付けることで、駆動ねじの走行面の摩耗による電動機に対するトルク増加を抑制することができる。
【実施例２】
【００４０】
図５は本発明の実施例２に係る平滑化処理装置の縦断面図である。
【００４１】
なお、実施例１と同一番号は同一物であるため、その説明は省略する。
【００４２】
図５において、本実施例においては平滑化処理装置１６を用いて、架台２３に制御棒２の重量と中空ピストン１０の重量の合計値と同程度の重り２２を左右不均一に設置したものである。
【００４３】
これにより、ボールナット４に実使用時と同程度の荷重をボールナット４の左右不均一に加え、潤滑材を駆動ねじとボールナット４の間に塗布した状態で平滑化処理を施すことになる。
【００４４】
このように本実施例では、左右の荷重の比率を変化させることで、駆動ねじの走行面の平滑化される箇所が変化するため、左右の荷重の比率を変化させ複数回平滑化処理を行うことができる。したがって、幅広い駆動ねじの走行面を平滑化することができるので、本実施例においても実施例１の平滑化処理で生じる効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４５】
本実施例は図１と共通であるため、図２を例として説明する。
【００４６】
本実施例は平滑化処理装置１６を用いて、架台２３に制御棒２の重量と中空ピストン１０の重量の合計値よりも重い荷重をボールナット４に加えたものである。
【００４７】
さらに、駆動ねじ３とボールナット４の摺動部に潤滑材を塗布した状態でボールナット４を所定の回数上下に昇降させることで駆動ねじ３の走行面を平滑化処理したものである。
【００４８】
このように本実施例の平滑化処理によれば、駆動ねじ３の走行面を硬化させ、走行面の摩耗を低減できるので、本実施例においても実施例１の平滑化処理で生じる効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４９】
図６は本発明の実施例３に係る軸封型制御棒駆動機構の縦断面図である。
【００５０】
図６において、本図に示した制御棒駆動機構２９は図１に示した制御棒駆動機構１とは構成が若干異なる。つまり、図１に示した制御棒駆動機構１は上部と下部に侵入した冷却水がモータユニト８側に侵入しないように内側磁気継手１３と外側磁気継手１４とを完全に隔離した。しかし図６の制御棒駆動機構２９は電動機３０により駆動される回転軸６に軸封パッキン３１を装着して水密にシールされた軸封型の制御棒駆動機構２９となっている。
【００５１】
本実施例では、この軸封型の制御棒駆動機構２９においても平滑化処理を行うことによって実施例１と同じ平滑化処理で生じる効果を得ることができる。
【００５２】
次に、本発明による平滑化処理方法を図７を使って説明する。
【００５３】
図７は本発明に係る平滑化処理方法を説明するためのフロー図である。
【００５４】
図７において、
（１）市販のボールナットを入手する（ステップ１０１）。
（２）平滑化が必要なボールナットを平滑化処理装置に組み込む（スッテプ１０２）。
（３）平滑化処理装置で駆動ねじの平滑化処理を行う（ステップ１０３）。
（４）平滑化処理完了（ステップ１０４）。
（５）面粗さが良好な場合は制御棒駆動機構の実機に組み込む（ステップ１０５）。
【００５５】
以上ごとく本発明によれば、ボールナットを制御棒駆動機構の実機に組み込む前に平滑化処理を施すため、冷却水の環境の中でも駆動ねじの磨耗による電動機のトルク増加を抑制することができるものである。
【００５６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されたものではない。またある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、またある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…制御棒駆動機構、              ２…制御棒、
３…駆動ねじ、                    ３ａ…溝、
３ｂ…凹凸面、                    ４…ボールナット、
４ａ…ナット、                    ４ｂ…溝、
４ｃ…ボール、                    ５…駆動軸、
６…駆動軸、                      ７…電動機、
８…モータユニット、              ９…ハウジング、
１０…中空ピストン、              １１…アウターチューブ、
１２…スプールピース、            １３…内側磁気継手、
１４…外側磁気継手、              １５…磁気継手、
１６…平滑化処理装置、            １７…軸受、
１８…軸受、                      １９…架台、
２０…架台、                      ２１…電動機、
２２…重り、                      ２３…架台、
２４…ガイドレール、              ２５…空間、
２６…通路、                      ２７…タング、
２８…加重、                      ２９…制御棒駆動機構、
３０…電動機、                    ３１…軸封パッキン、
１００…圧力容器。
【図１】
2014115239.tif 000003
【図２】
2014115239.tif 000004
【図３】
2014115239.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014115239.tif 000007
【図６】
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【図７】
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