(57)【要約】【課題】燃料被覆管などの細管の先端側に作用する流体力の計測への適用を可能にするとともに、構造を簡素化しつつ精度よく流体力を計測することを可能にする荷重計測装置を提供する。【解決手段】流路Ｒ中に配置されて流路Ｒ中の流体から流体力Ｆを受ける受感部１０と、後端１５ｂ側を固定し、先端１５ａ側を自由端にして設けられるとともに先端１５ａ側に受感部１０を接続して配設されたロッド１５と、ロッド１５に取り付けられ、受感部１０に流体力Ｆが作用するとともにロッド１５に生じるせん断力を計測するための歪みゲージ１６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路中に配置されて前記流路中の流体から流体力を受ける受感部と、
後端側を固定し、先端側を自由端にして設けられるとともに前記先端側に前記受感部を接続して配設されたロッドと、
前記ロッドに取り付けられ、前記受感部に流体力が作用するとともに前記ロッドに生じるせん断力を計測するための歪みゲージとを備えていることを特徴とする荷重計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷重計測装置において、
前記歪みゲージは、感応方向が前記ロッドの軸線に対して４５度の角度で交差するように配設されていることを特徴とする荷重計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の荷重計測装置において、
一対の歪みゲージを備えており、
前記一対の歪みゲージが、互いの感応方向が前記ロッドの軸線に対して４５度の角度で交差するように、且つ互いの感応方向が直交するように配設されていることを特徴とする荷重計測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の荷重計測装置において、
前記受感部が着脱手段によって前記ロッドの先端側に着脱可能に接続して設けられていることを特徴とする荷重計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路中を流れる流体から受ける流体力を計測するための荷重計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、原子炉では、炉心の中性子量を計る検出器を通すための導通管のシンブルチューブを炉心に挿入する。このとき、シンブルチューブの流動振動摩耗に対する健全性を評価するため、原子炉内の流路中を流れる冷却水（流体）からシンブルチューブが受ける力（流体力）を精度よく把握する必要がある。また、核燃料の燃料被覆管が受ける流体力を精度よく把握する必要がある。
【０００３】
このような燃料被覆管などの細管に作用する流体力（荷重）を計測する手段として荷重計測装置が用いられている。また、この種の荷重計測装置Ａには、例えば図７に示すように、自由端同士を対向させて配設された一対のカンチレバー１、２と、一対のカンチレバー１、２をそれぞれ支持する一対の支持部材３、４と、一対のカンチレバー１、２にピン支持させ、両持ち状態で設けられて流体力Ｆを受ける円筒状の受感部５と、カンチレバー１、２と受感部５の間で力を伝達するＯリングなどの力伝達部材６と、カンチレバー１、２に取り付けた歪みゲージ７とを備えて構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして、この荷重計測装置Ａでは、カンチレバー１、２に取り付けた歪みゲージ７によって曲げ歪みを検出することで、受感部５で受けた流体力Ｆを計測（把握）することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１５７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の荷重計測装置Ａにおいては、一対のカンチレバー１、２にピン支持させて、受感部５が両持ち状態で設けられているため、燃料被覆管などの細管の先端側（自由端側）に作用する流体力Ｆの計測に適用することが困難であった。
なお、例えば上記従来の荷重計測装置Ａの構成から一方のカンチレバー２（及び一方の支持部材４、力伝達部材６など）を除き、受感部５を片持ち状態で支持するように構成することで燃料被覆管などの細管の先端側に作用する流体力Ｆの計測に適用できるようにすることも考えられるが、この場合には、他方のカンチレバー１（及び他方の支持部材３、力伝達部材６など）で受感部５を好適に支持することが困難になる。
【０００７】
さらに、上記従来の荷重計測装置Ａにおいては、受感部５で受けた流体力Ｆをカンチレバー１、２に取り付けた歪みゲージ７によって曲げ歪みとして計測するように構成されているため、精度よく流体力Ｆを計測するために受感部５とカンチレバー１、２の支持点（Ｏリング）、すなわち、荷重入力点を一定にしておく必要があった。また、受感部５を両持ち状態で設け、且つ受感部５で受けた流体力Ｆをカンチレバー１、２に取り付けた歪みゲージ７によって曲げ歪みとして計測するため、荷重計測装置Ａの構造が複雑になってしまう。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、燃料被覆管などの細管の先端側に作用する流体力の計測への適用を可能にするとともに、構造を簡素化しつつ精度よく流体力を計測することを可能にする荷重計測装置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】
【０００９】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１０】
本発明の荷重計測装置は、流路中に配置されて前記流路中の流体から流体力を受ける受感部と、後端側を固定し、先端側を自由端にして設けられるとともに前記先端側に前記受感部を接続して配設されたロッドと、前記ロッドに取り付けられ、前記受感部に流体力が作用するとともに前記ロッドに生じるせん断力を計測するための歪みゲージとを備えていることを特徴とする。
【００１１】
この発明においては、後端側を固定し、先端を自由端にして設けられたロッドの先端側（例えば片持ち状態のロッドの支持点から張り出した張り出し部分や連続支持張り状態のロッドの先端側の張り出し部分）に受感部が接続されている。このため、流体力（励振力）が受感部に作用した際には、ロッドの先端側の張り出し部分に曲げ（せん断）歪みが生じる。そして、このとき、ロッドの先端側の張り出し部分には、受感部に作用した流体力の合力と同じ大きさのせん断力がロッドの軸線方向に均等荷重として作用する。
【００１２】
これにより、ロッドに取り付けた歪みゲージでロッドの先端側の張り出し部分に生じるせん断力（せん断応力）を捉えることにより、流体力を計測することが可能になる。また、歪みゲージをロッドの先端側の張り出し部分のどの位置に取り付けても精度よく流体力を計測することが可能になる。
【００１３】
また、本発明の荷重計測装置において、前記歪みゲージは、感応方向が前記ロッドの軸線に対して４５度の角度で交差するように配設されていることが望ましい。
【００１４】
この発明においては、感応方向がロッドの軸線に対して４５度の角度で交差するように歪みゲージをロッドに取り付けることによって、より確実に精度よく流体力を計測することが可能になる。すなわち、流体力が受感部に作用した際には、ロッドの先端側の張り出し部分に、ロッドの軸線に対して４５度の角度方向でせん断力が作用するため、このせん断力の作用方向に感応方向を合わせて歪みゲージを配設しておくことで、より確実に精度よく流体力を計測することが可能になる。
【００１５】
さらに、本発明の荷重計測装置においては、一対の歪みゲージを備えており、前記一対の歪みゲージが、互いの感応方向が前記ロッドの軸線に対して４５度の角度で交差するように、且つ互いの感応方向が直交するように配設されていることがより望ましい。
【００１６】
この発明においては、互いの感応方向がロッドの軸線に対して４５度の角度で交差するように、且つ互いの感応方向が直交するように一対の歪みゲージをロッドに取り付けることによって、さらに確実に精度よく流体力を計測することが可能になる。すなわち、流体力が受感部に作用した際には、ロッドの先端側の張り出し部分に、ロッドの軸線に対して４５度の角度方向でせん断力が作用（せん断応力が生じる）とともに、ロッドの軸方向にも応力（励振力）が発生する。これに対し、互いの感応方向がロッドの軸線に対して４５度の角度で交差するように、且つ互いの感応方向が直交するように一対の歪みゲージをロッドに取り付けることによって、軸方向の励振力をキャンセルすることが可能になり、軸直交方向の励振力のみを計測することができる。これにより、さらに確実に精度よく流体力を計測することが可能になる。
【００１７】
また、本発明の荷重計測装置においては、前記受感部が着脱手段によって前記ロッドの先端側に着脱可能に接続して設けられていることがさらに望ましい。
【００１８】
この発明においては、ピンやネジなどの着脱手段によって受感部をロッドの先端側に着脱可能に接続することができる。これにより、大きさや形状などが異なる受感部を容易に交換することができる。すなわち、受感部の大きさや形状などを容易に変更することが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の荷重計測装置においては、例えば片持ち状態のロッドの支持点から張り出した張り出し部分や連続支持張り状態のロッドの先端側の張り出し部分に設けられた受感部に流体力（励振力）を作用させ、この受感部に流体力が作用するとともにロッドの先端側の張り出し部分に生じるせん断歪み（せん断力）を歪みゲージで捉えることによって、流体力を計測することが可能になる。
【００２０】
これにより、本発明の荷重計測装置によれば、燃料被覆管などの細管の先端側（自由端側）に作用する流体力の計測に適用することが可能になる。また、歪みゲージをロッドの先端側の張り出し部分のどの位置に取り付けても精度よく流体力を計測することが可能であり、また、荷重入力点を一定にしておく必要がなく、従来の荷重計測装置と比較し、荷重計測装置の構造を簡素化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷重計測装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る荷重計測装置の計測ロッド（ロッド）及び歪みゲージを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る荷重計測装置の計測ロッド（ロッド）及び歪みゲージを示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る荷重計測装置の模式図と、計測ロッドに作用するせん断力を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る荷重計測装置の変形例を示す図であり、計測ロッド（ロッド）及び歪みゲージを示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る荷重計測装置の変形例を示す図である。
【図７】従来の荷重計測装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る荷重計測装置について説明する。本実施形態は、例えば、流路中を流れる冷却水（流体）から核燃料の燃料被覆管などの細管が受ける流体力を精度よく把握するための荷重計測装置に関するものである。
【００２３】
本実施形態の荷重計測装置Ｂは、図１に示すように、流路Ｒ中に配置されて流路Ｒ中の流体から流体力Ｆを受ける受感部１０と、受感部１０を支持する支持計測部１１とを備えて構成されている。
【００２４】
また、支持計測部１１は、支持部材１２と、計測ロッド支持部材１３と、ひずみゲージ１６の配線を取り出すためのチューブ１４と、計測ロッド（本発明に係るロッド）１５とを備えて構成されている。
【００２５】
支持部材１２は、軸線Ｏ１方向後端１２ｂから先端１２ａ側に向けて軸線Ｏ１中心に穿設されたチューブ挿通孔１２ｃと、チューブ挿通孔１２ｃに連通して軸線Ｏ１中心に穿設されるとともに、チューブ挿通孔１２ｃよりも大径で形成されて先端１２ａに開口する嵌合孔１２ｄとを備えて、略円筒状に形成されている。また、本実施形態において、支持部材１２はジルカロイ製とされている。そして、  支持部材１２のチューブ挿通孔１２ｃにチューブ１４が挿通して設けられている。
【００２６】
計測ロッド支持部材１３は、後端１３ｂ側に支持部材１４の嵌合孔１２ｄに嵌合して接続するための小径部１３ｃを備え、先端１３ａ側に外径が支持部材１２の外径と同径の大径部１３ｄを備えて形成されている。また、この計測ロッド支持部材１３は、軸線Ｏ１方向後端１３ｂから先端１３ａに軸線Ｏ１中心に貫通する断面方形状の計測ロッド接続孔１３ｅを備えて略円筒状に形成されている。さらに、小径部１３ｃには、外周面から径方向内側に凹み、周方向に繋がる保持溝が形成され、この保持溝にＯリングなどのシール部材１３ｆが嵌め込んで取り付けられている。
【００２７】
そして、計測ロッド支持部材１３は、嵌合孔１２ｄに小径部１３ｃを嵌合、接着して支持部材１２に一体に取り付けられている。また、本実施形態において、この計測ロッド支持部材１３はステンレス製とされている。
【００２８】
計測ロッド１５は、図１から図３に示すように、断面形状が計測ロッド支持部材１３の計測ロッド接続孔１３ｅと同形同大の方形状に形成されている。そして、計測ロッド１５は、軸線Ｏ１方向後端１５ｂ側を計測ロッド接続孔１３ｅに嵌合させ、先端１５ａ側を計測ロッド支持部材１３の軸線Ｏ１方向外側に張り出した状態で配設されている。これにより、計測ロッド１５は、後端１５ｂ側を計測ロッド支持部材１３に固定して支持され、先端１５ａを自由端にして片持ち状態（あるいは連続支持張り状態）で設けられている。また、本実施形態において、計測ロッド１５は、ステンレス製とされ、受感部１０及び計測ロッド支持部材１３の剛性よりも十分に小さな曲げ剛性となるように形成されている。
【００２９】
さらに、計測ロッド１５には、計測ロッド支持部材１３の先端１３ａから外側に張り出した部分の外周面の４つの面にそれぞれ、歪みゲージ１６が取り付けられている。また、本実施形態において、これら歪みゲージ１６は、図３に示すように、感応方向Ｔ１が計測ロッド１５の軸線Ｏ１に対して４５度の角度θ１で交差するように配設されている。
なお、例えば計測ロッド１５やチューブ１４が中空状に形成され、この計測ロッド１５やチューブ１４の中空部などを通じて配線が各歪みゲージ１６に接続されている。
【００３０】
受感部１０は、例えばステンレス製やポリカーボネートなどの樹脂製とされ、断面円形のブロック状に形成されている。また、受感部１０は、図１に示すように、その外径が計測ロッド支持部材１３や支持部材１２の外径と同径で形成されている。さらに、本実施形態の受感部１０は、後端１０ｂ側に、外周縁から軸線Ｏ１方向後方側に延びて周方向に繋がる筒状の突部１０ｃを備えて形成されている。また、受感部１０には、突部１０ｃで囲まれて軸線Ｏ１方向後方側を向く後端面１０ｂから先端１０ａ側に向けて凹む断面方形状の接続孔１０ｄが軸線Ｏ１中心に形成されている。この接続孔１０ｄは計測ロッド１５の断面形状と同形同大で形成されている。
【００３１】
そして、このように形成した本実施形態の受感部１０は、接続孔１０ｄに計測ロッド１５の自由端である先端１５ａ側を嵌合し、計測ロッド１５に接続して配設されている。このとき、受感部１０は、突部１０ｃの突端と計測ロッド支持部材１３の先端１３ａとの間に所定の隙間をあけて配設されている。また、受感部１０の突部１０ｃで囲まれた内空部中に配されるように、歪みゲージ１６が計測ロッド１５に取り付けられている。
【００３２】
上記構成からなる本実施形態の荷重計測装置Ｂによって流体力Ｆを計測する際には、少なくとも受感部１０が流路Ｒ中に配置される所定位置に荷重計測装置Ｂを設置する。このとき、受感部１０が後端１０ｂ側に筒状の突部１０ｃを備えて形成されているため、流路Ｒ中を流れる流体の流れ場に影響を与えることを最小限に抑えることができる。
【００３３】
そして、このように設置した荷重計測装置Ｂは、図１及び図４に示すように、片持ち状態（後端固定−先端フリー）や連続支持張り状態（先端フリー）の計測ロッド１５の先端１５ａ側に受感部１０が接続されているため、この受感部１０に流体力（荷重、励振力）Ｆが作用すると、計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分に曲げ（せん断）歪みが生じる。また、荷重計測装置Ｂが片持ち状態や連続支持張り状態の計測ロッド１５の先端１５ａ側に受感部１０を接続して構成されていることで、計測ロッド１５の先端側の張り出し部分には、受感部１０に作用した流体力Ｆの合力と同じ大きさのせん断力が計測ロッド１５の軸線Ｏ１方向に均等荷重として作用する。
【００３４】
このため、計測ロッド１５に取り付けた歪みゲージ１６でせん断歪み（曲げ歪み）が検出され、予め求めておいた受感部１０に作用する荷重Ｆと計測ロッド１５に生じるせん断歪みの関係から、受感部１０に作用した流体力Ｆが計測（把握）される。また、このとき、計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分には、流体力Ｆの合力と同じ大きさのせん断力が均等荷重として作用するため、計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分のどの位置に歪みゲージ１６が取り付けられていても精度よく流体力Ｆが計測されることになる。
【００３５】
さらに、流体力Ｆが受感部１０に作用した際には、計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分に、計測ロッド１５の軸線Ｏ１に対して４５度の角度方向でせん断力が作用することになる。これに対し、本実施形態の荷重計測装置Ｂでは、その感応方向Ｔ１が計測ロッド１５の軸線Ｏ１に対して４５度の角度θ１で交差するように歪みゲージ１６が配設されているため、すなわち、計測ロッド１５に作用するせん断力の作用方向に感応方向Ｔ１を合わせて歪みゲージ１６が配設されているため、より確実に精度よく流体力Ｆが計測されることになる。
【００３６】
したがって、本実施形態の荷重計測装置Ｂにおいては、後端１５ｂ側を固定し、先端１５ａを自由端にして設けられた計測ロッド１５の先端１５ａ側に接続した受感部１０に流体力Ｆを作用させ、この受感部１０に流体力Ｆが作用するとともに計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分に生じるせん断歪み（せん断力）を歪みゲージ１６で捉えることによって、流体力Ｆを計測することが可能になる。また、歪みゲージ１６を計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分のどの位置に取り付けても精度よく流体力Ｆを計測することが可能になる。
【００３７】
これにより、本実施形態の荷重計測装置Ｂによれば、燃料被覆管などの細管の先端側（自由端側）に作用する流体力Ｆの計測に適用することが可能になる。また、歪みゲージ１６を計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分のどの位置に取り付けても精度よく流体力を計測することが可能であり、また、荷重入力点を一定にしておく必要がなく、従来の荷重計測装置Ａと比較し、荷重計測装置Ｂの構造を簡素化することが可能になる。
【００３８】
また、本実施形態の荷重計測装置Ｂにおいては、流体力Ｆが受感部１０に作用した際には、計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分に、計測ロッド１５の軸線Ｏ１に対して４５度の角度方向でせん断力が作用するため、このせん断力の作用方向に感応方向Ｔ１を合わせて歪みゲージ１６を配設しておくことで、より確実に精度よく流体力Ｆを計測することが可能になる。
【００３９】
以上、本発明に係る荷重計測装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４０】
例えば、本実施形態では、支持計測部１１が支持部材１２と計測ロッド支持部材１３とチューブ１４と計測ロッド１５とを備えて構成されているものとしたが、計測ロッド１５とこれを支持する部材のみで構成してもよく、この場合においても本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
【００４１】
また、荷重計測装置Ｂを構成する受感部１０や計測ロッド１５、計測ロッド支持部材１３、チューブ１４、支持部材１２の材質及び形状を特に限定する必要はない。
【００４２】
さらに、図５に示すように、計測ロッド１５の外周面の４つの面にそれぞれ一対の歪みゲージ１６ａ、１６ｂ（１６）を設けるようにし、これら一対の歪みゲージ１６ａ、１６ｂを、互いの感応方向Ｔ１、Ｔ２が計測ロッド１５の軸線Ｏ１に対して４５度の角度θ１、θ２で交差するように、且つ互いの感応方向Ｔ１、Ｔ２が直交するように配設するようにしてもよい。そして、この場合には、さらに確実に精度よく流体力Ｆを計測することが可能になる。すなわち、流体力Ｆが受感部１０に作用した際には、計測ロッド１５の先端１５ａ側の張り出し部分に、計測ロッド１５の軸線Ｏ１に対して４５度の角度方向でせん断力が作用（せん断応力が生じる）。そして、これとともに、計測ロッド１５の軸Ｏ１方向にも応力が発生する。これに対し、互いの感応方向Ｔ１、Ｔ２が計測ロッド１５の軸線Ｏ１に対して４５度の角度θ１、θ２で交差するように、且つ互いの感応方向Ｔ１、Ｔ２が直交するように一対の歪みゲージ１６ａ、１６ｂが計測ロッド１５に取り付けられていることにより、軸Ｏ１方向の励振力Ｆをキャンセルすることが可能になり、軸直交方向の励振力Ｆのみを計測することができる。これにより、さらに確実に精度よく流体力Ｆを計測することが可能になる。
【００４３】
また、図６に示すように、ピンやネジなどの着脱手段１７によって受感部１０を計測ロッド１５の先端１５ａ側に着脱可能に接続して設けるようにしてもよい。この場合には、大きさや形状などが異なる受感部１０を容易に交換することができる。すなわち、受感部１０の大きさや形状などを容易に変更することが可能になる。
【００４４】
さらに、計測ロッド支持部材１３と計測ロッド１５をピンやネジなどの着脱手段１８によって着脱可能に接続するようにしてもよい。この場合には、断面形状（径など）が異なる計測ロッド１５を容易に交換して取り付けることができ、歪み出力の大きさに応じて、断面形状が異なる計測ロッド１５に選択的に交換することで、確実に精度よく流体力Ｆを計測することが可能になる。
【符号の説明】
【００４５】
１      カンチレバー
２      カンチレバー
３      支持部材
４      支持部材
５      受感部
６      力伝達部材
７      歪みゲージ
１０    受感部
１０ａ  先端
１０ｂ  後端
１０ｃ  突部
１０ｄ  接続孔
１１    支持計測部
１２    支持部材
１２ａ  先端
１２ｂ  後端
１２ｃ  チューブ挿通孔
１２ｄ  嵌合孔
１３    計測ロッド支持部材
１３ａ  先端
１３ｂ  後端
１３ｃ  小径部
１３ｄ  大径部
１３ｅ  計測ロッド接続孔
１３ｆ  シール部材
１４    チューブ
１４ａ  先端
１５    計測ロッド
１５ａ  先端
１５ｂ  後端
１６    歪みゲージ
１６ａ  歪みゲージ
１６ｂ  歪みゲージ
１７    着脱手段
１８    着脱手段
Ａ      従来の荷重計測装置
Ｂ      荷重計測装置
Ｆ      流体力（荷重、励振力）
Ｏ１    軸線
Ｔ１    感応方向
Ｔ２    感応方向
【図１】
2012088168.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012088168.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012088168.tif 000007
【図６】
2012088168.tif 000008
【図７】
2012088168.tif 000009