(57)【要約】【課題】応力腐食割れの危険性を増加させる恐れがないガイド体の支持構造を有する原子炉用制御棒を提供する。【解決手段】制御棒本体１の表面側に、周囲部材に対する円滑駆動のためのガイド機構を有するものにおいて、ガイド機構は、制御棒本体に形成された孔部に配置されて表面側に突出するガイド体５と、このガイド体を制御棒本体に支持し、かつ自身は制御棒内に非回転として固定保持されるガイド体支持部材７とを備える。ガイド体支持部材７の制御棒への固定保持手段２３は、機械的拘束手段とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内に設けられた出力制御用の原子炉用制御棒であって、制御棒本体の表面側に、周囲部材に対する円滑駆動のためのガイド機構を有するものにおいて、前記ガイド機構は、前記制御棒本体に形成された孔部に配置されて表面側に突出するガイド体と、このガイド体を前記制御棒本体に支持し、かつ自身は前記制御棒内に非回転として固定保持されるガイド体支持部材とを備え、前記ガイド体支持部材の前記制御棒への固定保持手段は、機械的拘束手段としたことを特徴とする原子炉用制御棒。
【請求項２】
前記ガイド体は、前記制御棒本体に形成された孔部内に回転可能に配置されたローラであり、前記ガイド体支持部材は前記ローラを支持するローラ支持ピンであり、前記機械的拘束手段は、前記制御棒本体に形成した平坦部を有する支持ピン挿入孔と、この支持ピン挿入孔の前記平坦部に係止される前記支持ピンの平坦部と、前記支持ピンを前記制御棒本体に固定するかしめ部または点溶接部である請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項３】
前記ガイド体は、前記制御棒本体に形成された孔部内に非回転として固定配置され、その表面が前記ガイド体の外方に突出する耐磨耗性部材である請求項１記載の原子炉用制御棒。
【請求項４】
前記ガイド機構は、前記制御棒本体のブレード部および下端部の両方、もしくはいずれか一方に設けられている請求項１から３までのいずれかに記載の原子炉用制御棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は沸騰水型原子炉に適用される原子炉用制御棒に係り、特にブレード等のガイド機構を改良した原子炉用制御棒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉に適用される原子炉用制御棒（以下、「制御棒」という。）には、挿入・引き抜き動作の際に確実かつ滑らかに作動させる役目を受け持つガイド機構が設けられている。
【０００３】
また、この制御棒の下端部にも、制御棒案内管内で確実かつ滑らかに作動させる役目を受け持つガイド機構が設けられている。
【０００４】
これらのガイド機構の従来構成について、図１１〜図１５を参照して説明する。図１１は、制御棒の全体構成を示している。図１２は、図１１に示した制御棒におけるブレード上端のガイド機構（Ａ部）を拡大して示す断面図であり、図１３は、図１２の左側面図である。図１４は、制御棒における基部のガイド機構（Ｂ部）の拡大図であり、図１５は、図１４のＣ−Ｃ線断面図である。
【０００５】
図１１に示すように、制御棒１は、制御棒本体として断面十字型のブレード１ａを有しており、下端部１ｂが図示しない制御棒駆動機構に連結されて昇降駆動される。これらブレード１ａに、ガイド機構２が設けられるとともに、制御棒本体基部としての下端部１ｂにもガイド機構３が設けられている。
【０００６】
ブレード１ａのガイド機構２は、図１２および図１３に示すように、ブレード１ａの板厚方向の貫通孔４内に配置されたガイドローラ５と、ブレード１ａの板幅方向のシリンダ孔６内に配置されてローラ５を支持するローラ支持ピン６とを有している。シリンダ孔６の入口部には、ピン固定具８が溶接部９により固定されている。
【０００７】
ローラ支持ピン６と、ピン固定具８とは、それらの向き合う端部に形成された段部７ａ，８ａを互いに重合することにより、回り止めされている。
【０００８】
また、下端部のガイド機構３は、図１４および図１５に示すように、制御棒本体下端の板厚方向の貫通孔１０内に配置されたガイドローラ１１と、下端部の板厚方向のシリンダ孔１２内に配置されてガイドローラ１１を支持するローラ支持ピン１３とを有している。シリンダ孔１２の両端部には、ピン固定具１４がそれぞれ溶接部１５により固定されている。
【０００９】
ローラ支持ピン１３と、ピン固定具１４とは、それらの向き合う端部に形成された段部１３ａ，１４ａを互いに重合することにより、回り止めされている。
【００１０】
ところで、従来の原子炉用制御棒においては、ローラ支持ピン７，１３はガイドローラ５，１１と接触することから、耐摩耗性は良いが溶接性が劣る材質が用いられている。そこで、ローラ支持ピン７，１３の回転を防止し、制御棒本体３から脱落防止するために嵌合用の切欠きからなる上記段部を有するローラ支持ピン７，１３と、それに嵌合するピン固定具８，１４で構成し、ピン固定具８，１４は制御棒本体に全周溶接することにより固定している。
【００１１】
なお、従来では、このようなガイド機構２，３についての動作の円滑化、あるいは製造を容易にする等の提案が行われている（例えば特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１５３９８６号公報
【特許文献２】特開平６−３０８２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、ガイドローラ支持ピンのピン固定具を全周溶接により制御棒本体に固定した場合には、溶接時の入熱量が比較的大きくなることから、溶接部近傍には溶接縮みにより表面に引張応力が残留する。
【００１３】
この引張残留応力は、炉水環境と材料の鋭敏化とあいまって、応力腐食割れの危険性を増加させる恐れがあった。
【００１４】
これに対し、ピン固定具を著しい引張応力が残留にしない方法で固定する構成により、ローラ支持ピンの回転防止と制御棒本体からの逸出防止を図ることが可能な構造とすることが望ましい。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、応力腐食割れの危険性を増加させる恐れがないガイド体の支持構造を有する原子炉用制御棒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】
【００１６】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明では、原子炉内に設けられた出力制御用の原子炉用制御棒であって、制御棒本体の表面側に、周囲部材に対する円滑駆動のためのガイド機構を有するものにおいて、前記ガイド機構は、前記制御棒本体に形成された孔部に配置されて表面側に突出するガイド体と、このガイド体を前記制御棒本体に支持し、かつ自身は前記制御棒内に非回転として固定保持されるガイド体支持部材とを備え、前記ガイド体支持部材の前記制御棒への固定保持手段は、機械的拘束手段としたことを特徴とする原子炉用制御棒を提供する。
【００１７】
請求項２に係る発明では、前記ガイド体は、前記制御棒本体に形成された孔部内に回転可能に配置されたガイドローラであり、前記ガイド体支持部材は前記ガイドローラを支持するローラ支持ピンであり、前記機械的拘束手段は、前記制御棒本体に形成した平坦部を有する支持ピン挿入孔と、この支持ピン挿入孔の前記平坦部に係止される前記支持ピンの平坦部と、前記支持ピンを前記制御棒本体に固定するかしめ部または点溶接部である原子炉用制御棒を提供する。
【００１８】
請求項３に係る発明では、前記ガイド体は、前記制御棒本体に形成された孔部内に非回転として固定配置され、その表面が前記ガイド体の外方に突出する耐磨耗性部材である原子炉用制御棒を提供する。
【００１９】
請求項４に係る発明では、前記ガイド機構は、前記制御棒本体のブレード部および下端部の両方、もしくはいずれか一方に設けられている原子炉用制御棒を提供する。
【００２０】
なお、本発明においては、原子炉制御棒本体に形成された孔部に貫通された切欠きを有するローラ支持ピンと、回転防止を図るために設けられたローラ支持ピンの切欠きと嵌合する孔部と、ローラ支持ピンの軸方向移動を防止するために設けられたねじ固定具からなる制御棒案内用保持構造とすることが望ましい。
【００２１】
また、ねじ部材は制御棒本体とかしめ若しくは点溶接により廻り止めされている制御棒案内用ローラ保持構造とすることが望ましい。
【００２２】
また、原子炉制御棒本体に形成された２段の孔部に貫通され、制御棒本体に設けられたスロットに嵌合する頭部を有する端部とねじ部を有する端部を併せ持ったローラ支持ピンと、この支持ピンとねじ結合するナットにより構成される制御棒案内用ローラ保持構造とすることが望ましい。
【００２３】
また、制御棒本体に２段の径の異なる偏芯孔部に貫通され、その孔と貫通して嵌合する２段の径の異なる偏心軸を有するローラ支持ピンと、そのローラ支持ピンの軸方向移動を防止するために取り付けるねじ固定具からなる制御棒案内用ローラ保持構造とすることが望ましい。
【００２４】
また、制御棒本体に設けられたねじと嵌合し、制御棒本体の肉厚よりも肉厚が大きい耐摩耗性に優れた合金からなる部材を締結し、かしめにより固定することが望ましい。
【００２５】
また、互いにねじ締結により接合されて制御棒本体の肉厚よりも肉厚が大きい部材で、ねじ部をかしめ又は点溶接により固定した制御棒案内構造とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ローラ支持ピン等のガイド体支持部材の回転防止と、軸方向移動の機能を高い残留応力を発生させるような溶接ではない手段で、かつ確実にローラ支持ピン等のガイド体支持部材を固定することができる。したがって、応力腐食割れの発生原因の３要素のうちの１要素である応力因子の存在を無視し得るようにすることができ、応力腐食割れの発生防止を有効に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る沸騰水型原子炉の制御棒の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、従来例と同一部分については、図１１〜図１５と同一説明付して説明し、重複する説明は省略する。
【００２８】
［第１実施形態（図１）］
図１は、本発明の第１実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００２９】
本実施形態の原子炉用制御棒１は、基本的に、原子炉内に設けられた出力制御用の原子炉用制御棒であって、制御棒本体としてのブレード１ａの表面側に、図示省略の周囲部材に対する円滑駆動のためのガイド機構を有するものである。
【００３０】
このような構成において、本実施形態では、ガイド機構が、ブレード１ａの板厚方向に形成された孔部としての貫通孔４に配置されてブレード１ａの表面側に突出するガイド体としてのガイドローラ５と、このガイドローラ５をブレード１ａに支持し、かつ自身はブレード１ａ内に非回転として固定保持されるガイド体支持部材としてのローラ支持ピン７とを備えている。
【００３１】
そして、ローラ支持ピン７のブレード１ａへの固定保持手段２３は、機械的拘束手段とされている。なお、本明細書において、機械的拘束手段には、ビードが連続する溶接を含まないものとする。この機械的拘束手段は、ブレード１ａの板幅方向に沿って形成したシリンダ状の支持ピン挿入孔６と、この支持ピン挿入孔６の奥部に形成された平坦部２１に係止されるローラ支持ピン７の先端の平坦部３１と、支持ピン７をブレード１ａに固定するかしめ部２６または点溶接部とにより構成される。
【００３２】
すなわち、ブレード１ａには、支持ピン挿入孔６の内奥部位置に上面が平坦面２１ａとされた係止孔２１がブレード１ａの板厚方向に沿って形成されている。一方、支持ピン７の挿入端部には、上面が平坦面２２ａとされた小径ピン状の係止部２０が一体に突設されている。
【００３３】
このように、ブレード１ａに設けられた支持ピン挿入孔６を貫通し、切欠き等による平坦面２２ａを有するローラ支持ピン７が、係止孔２１の平坦部面２１ａと当接する構成により、ローラ支持ピン７自身の回転が阻止される。
【００３４】
支持ピン挿入孔６の外側端部の内周面にはねじ部２４が形成され、このねじ部２４には、ローラ支持ピン７の外側端部に当接するねじ固定具２５のねじ部が螺合している。
【００３５】
そして、ねじ固定具２５のねじ部は、かしめ部２６又は点溶接により固定され、これにより緩み防止が図られている。
【００３６】
このような構成とすることにより、ローラ支持ピン７の切欠き部は、ブレード１ａに設けられた支持ピン挿入孔６の平坦部２１と嵌合しているので回転することは無い。また、ローラ支持ピン７の軸方向の移動は、ねじ固定具２５により抑えられることにより防止される。
【００３７】
なお、ねじ部２４の緩み防止に使用される点溶接は、入熱量を最小限とすることができることから、有意な残留応力を発生させることはなく、応力腐食割れに対して悪影響を与えることはない。
【００３８】
以上の第１実施形態によれば、ローラ支持ピン７の回転防止と、軸方向移動の機能を高い残留応力を発生させるような溶接ではない手段で、かつ確実にローラ支持ピン７を固定することができる。したがって、応力腐食割れの発生原因の３要素のうちの１要素である応力因子の存在を無視し得るようにすることができ、応力腐食割れの発生防止を有効に図ることができる。
【００３９】
［第２実施形態（図２、図３）］
図２は本発明の第２実施形態を示す段面図であり、第１実施形態における図１に対応する断面図である。
【００４０】
この第２実施形態では、ローラ支持ピン７が、挿入端側に設けたナット２７と、外側端部に設けた頭部２８とにより、締結されている。すなわち、ブレード１ａにはナット操作を外部から行うための係止孔２１が穿設されており、この係止孔２１内にてナット２７を外部から回転操作することができる。
【００４１】
一方、ローラ支持ピン７のローラ支持ピン７の外側端部には、大径な頭部２８が一体に設けられ、この頭部２８の両側の２面には平行部２９が形成されている。この平行部２９を有する頭部２８が、ブレード１ａに設けた２面の平行部３０を有する孔に嵌合され、これにより回転拘束機能が与えられている。
【００４２】
このように、本実施形態では、ローラ支持ピン７の軸方向の移動を防止するためにローラ支持ピン７をねじ結合するナット２７と、そのナット２７を組み入れるためのスペースを確保するためのブレード１ａに設けられたスロット部とを有する構成とされている。
【００４３】
なお、ナット２７から突出しているローラ支持ピン７のねじ部分を、かしめ又は点溶接とすることによりナットの緩み止めの機能を果たす構成としてもよい。
【００４４】
このような構成により、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、ローラ支持ピン７の回転は制御棒本体３のスロットで回転が防止され、またナット２７により軸方向の移動が防止される。
【００４５】
そして、本実施形態においても、軸方向移動の機能を高い残留応力を発生させるような溶接ではない手段で、かつ確実にローラ支持ピン７を固定することができる。したがって、応力腐食割れの発生原因の３要素のうちの１要素である応力因子の存在を無視し得るようにすることができ、応力腐食割れの発生防止を有効に図ることができる。
【００４６】
［第３実施形態（図４、図５）］
図４は本発明の第３実施形態を示す断面図であり、図５は、図４のＤ−Ｄ線に沿う拡大断面図である。
【００４７】
この第３実施形態では、ローラ支持ピン７が図１のものと異なっている。すなわち、ローラ支持ピン７の回転拘束として、ローラ支持ピン７の片端に一体に設けられた偏心軸３１と、その偏心軸３１と嵌合できるような制御棒本体に貫通された偏心孔部としての係止孔２１と、ローラ支持ピン７の軸方向の移動を防止する第１実施形態と同様のねじ固定具２５とを有する構成とされている。
【００４８】
他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４９】
このような構成とすることにより、ローラ支持ピン７は偏心軸３１により回転防止が図られ、なおかつねじ固定具２５により軸方向移動が防止される。
【００５０】
本実施形態においても、軸方向移動の機能を高い残留応力を発生させるような溶接ではない手段で、かつ確実にローラ支持ピン７を固定することができる。したがって、応力腐食割れの発生原因の３要素のうちの１要素である応力因子の存在を無視し得るようにすることができ、応力腐食割れの発生防止を有効に図ることができる。
【００５１】
［第４実施形態（図６、図７）］
図６は本発明の第４実施形態を示す断面図であり、図７は図６のＥ−Ｅ線断面図である。
【００５２】
この第４実施形態は、ガイド体が、制御棒本体に形成された孔部内に非回転として固定配置され、その表面がガイド体の外方に突出する耐磨耗性部材とされている。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、ブレード１ａより肉厚が大きく、かつ耐摩耗性を有する合金からなる円盤状の制御棒案内具３２を有している。この制御棒案内具３２の外周には、ねじ部３５が形成されている。そして、ブレード１ａ側のねじ部３４に制御棒案内具３２のねじ部３５を螺合させた構成とされている。
【００５４】
なお、この制御棒案内具３２の緩み防止には、ねじ部３５を、ブレード１ａの一側面に形成した係止孔２１の内径部にて、しめ処理をすることにより行っている。
【００５５】
本実施形態においても、軸方向移動の機能を高い残留応力を発生させるような溶接ではない手段で、かつ確実にローラ支持ピン７を固定することができる。したがって、応力腐食割れの発生原因の３要素のうちの１要素である応力因子の存在を無視し得るようにすることができ、応力腐食割れの発生防止を有効に図ることができる。
【００５６】
特に、本実施形態では、このような構成とすることにより、ローラに比べて摺動性は若干低下するものの、制御棒案内機能は同等に保たれ、なおかつ溶接しない構成となることから、応力腐食割れの要因となる残留応力を排除することができる。
【００５７】
［第５実施形態（図８、図９）］
図８は本発明の第５実施形態を示す断面図であり、図９図８のＦ−Ｆ線断面図である。
【００５８】
この第５実施形態では、第４実施形態の一体構造の制御棒案内具３２に代えて、１対の耐摩耗性の良い部材からなる制御棒案内具３６，３７を、これにより制御棒本体１ａを挟み込むようにして、螺合締結構造により接合させた構成としている。
【００５９】
また、この制御棒案内具３６，３７は、緩み防止のためにねじ部を係止孔２１内で、かしめ部２６により係止することで、又は点溶接にて固定するようにしている。他の構成は、第４実施形態とほぼ同様である。
【００６０】
本実施形態においても、軸方向移動の機能を高い残留応力を発生させるような溶接ではない手段で、かつ確実にローラ支持ピン７を固定することができる。したがって、応力腐食割れの発生原因の３要素のうちの１要素である応力因子の存在を無視し得るようにすることができ、応力腐食割れの発生防止を有効に図ることができる。
【００６１】
特に、本実施形態の構成によると、制御棒案内具自身に加わる荷重はねじ部ではなく、制御棒本体側で受け持つことができることから、強度的な信頼性が向上する。
【００６２】
［第６実施形態（図１０）］
図１０は本発明の第６実施形態を示している。
【００６３】
上述した各実施形態では、制御棒上部に設けられた例を示したものに対し、本実施形態では、制御棒下部に適用した構成例について説明する。
【００６４】
図１０に示すように、本実施形態では、構成要素として、制御棒上部と同様に、ローラ１１を貫通するローラ支持ピン１３の端部に切欠部３７ａを有し、制御棒下部に設けられた平面部３６ａを有する係止孔３６と嵌合し、回転が拘束される。また、ローラ支持ピン１３はねじ固定具４０により軸方向に固定され保持される。
【００６５】
すなわち、ブレード１ａには、支持ピン挿入孔１２の内奥部位置に上面が平坦面３６ａとされた係止孔３６が形成されている。一方、支持ピン１３の挿入端部には、上面が平坦面３６ａとされた小径ピン状の係止部３７が一体に突設されている。
【００６６】
このように、ブレード１ａに設けられた支持ピン挿入孔１２を貫通し、切欠き等による平坦面３７ａを有するローラ支持ピン１３が、係止孔３６の平坦部面３６ａと当接する構成により、ローラ支持ピン１２自身の回転が阻止される。
【００６７】
支持ピン挿入孔１２の外側端部の内周面には雌ねじ３９が形成され、この雌ねじ３９には、ローラ支持ピン１３の外側端部に当接するねじ固定具４０のねじ部４１が螺合している。
【００６８】
そして、ねじ固定具４０のねじ部４１は、かしめ部３８又は点溶接により固定され、これにより緩み防止が図られている。
【００６９】
このような構成とすることにより、ローラ支持ピン１３の切欠き部は、ブレード１ａに設けられた平坦部２１と嵌合しているので回転することは無い。また、ローラ支持ピン１３の軸方向の移動は、ねじ固定具４０により抑えられることにより防止される。
【００７０】
なお、ねじ部２４の緩み防止に使用される点溶接は、入熱量を最小限とすることができることから、有意な残留応力を発生させることはなく、応力腐食割れに対して悪影響を与えることはない。
【００７１】
本実施形態においても、軸方向移動の機能を高い残留応力を発生させるような溶接ではない手段で、かつ確実にローラ支持ピン１３を固定することができる。したがって、応力腐食割れの発生原因の３要素のうちの１要素である応力因子の存在を無視し得るようにすることができ、応力腐食割れの発生防止を有効に図ることができる。
【００７２】
なお、本実施形態は制御棒下部ローラ部への本実施例の一適用例を示すもので、上述した各実施形態を同様に適用可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る制御棒の第１実施形態を示す断面図。
【図２】本発明に係る制御棒の第２実施形態を示す断面図。
【図３】図２の左側面図。
【図４】本発明に係る制御棒の第３実施形態を示す断面図。
【図５】図４のＤ−Ｄ線断面図。
【図６】本発明に係る制御棒の第４実施形態を示す断面図。
【図７】図６のＥ−Ｅ線断面図。
【図８】本発明に係る制御棒の第５実施形態を示す断面図。
【図９】図８のＦ−Ｆ線断面図。
【図１０】制御棒本体を示す全体図。
【図１１】制御棒の全体構成を示す構成図。
【図１２】図１１に示した制御棒におけるブレード上端のガイド機構（Ａ部）を拡大して示す断面図。
【図１３】図１２の左側面図。
【図１４】図１１に示した制御棒における基部のガイド機構（Ｂ部）の拡大図。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１  原子炉用制御棒
１ａ  ブレード
５  ガイドローラ
６  支持ピン挿入孔
７  ローラ支持ピン
２０  係止部
２１ａ  平坦面
２１  係止孔
２２ａ  平坦面
２３  固定保持手段
２４  ねじ部
２５  ねじ固定具
２６  かしめ部
２７  ナット
２８  頭部
２９  平行部
３０  平行部
３１  偏心軸
３２  制御棒案内具
３４  ねじ部
３５  ねじ部
３６  係止孔
３６ａ  平面部
３７  制御棒案内具
３８  かしめ部
３９  雌ねじ
４０  ねじ固定具
４１  ねじ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2005227048.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005227048.tif 000017