燃料集合体組立装置

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【発明の名称】	燃料集合体組立装置
【発明者】	【氏名】種市秀人
【要約】	【課題】ねじ・ナット類のねじ込み作業の自動化も可能とし、仮組立体の両端に対する端部固定部材の取付作業を完全自動化できる燃料集合体組立装置の提供。【解決手段】軽水炉用燃料集合体の自動組立装置において、組立台に横倒し状態で固定保持された仮組立体の上下両端に各々固有構造の上下端部固定部材を取付けるために、固定対象要素の両端部をそれぞれ上下端部固定部材の貫通ソケット穴に嵌合させるための上部取扱装置と下部取扱装置とを備え、これら上部取扱装置および下部取扱装置に固定対象要素の先端部にねじ・ナット類をねじ込むためのねじ込み装置を備えた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数本の燃料棒を互いにほぼ平行に間隔をあけて正方格子配列状に保持した仮組立体の上下両端にそれぞれ固有構造の上下端部固定部材を取付けるための軽水炉用燃料集合体の自動組立装置であって、前記仮組立体をその軸心がほぼ水平となるように横倒し状態で固定保持する組立台と、前記軸心の延長方向で組立台に対して整列配置可能で、仮組立体の前記上端に相当する一端側に装着すべき上端部固定部材を保持して仮組立体の一端部に露呈する固定対象要素の端部を上端部固定部材の貫通ソケット穴に嵌合させるための上部取扱装置と、前記軸心の延長方向で組立台に対して整列配置可能で、仮組立体の前記下端に相当する他端側に装着すべき下端部固定部材を保持して仮組立体の他端部に露呈する固定対象要素の端部を下端部固定部材の貫通ソケット穴に嵌合させるための下部取扱装置と、を備え、前記固定対象要素端部の嵌合が、対応する貫通ソケット穴を貫通して固定部材から突出した先端部へのねじ・ナット類のねじ込み固定で完了するものを含む時、前記上部取扱装置および下部取扱装置は、それぞれ保持する固定部材の前記仮組立体と反対側に前記固定対象要素の先端部にねじ・ナット類をねじ込むためのねじ込み装置を備えていることを特徴とする燃料集合体組立装置。
【請求項２】前記ねじ込み装置は、ねじ・ナット類をねじ込み対象の固定対象要素の先端部に向けて開放可能に保持する保持部と、該保持部を前記固定対象要素の中心軸回りにねじ込む方向に回転させる回転機構と、少なくとも前記保持部と回転機構とを仮組立体に対して近接および離反可能に水平移動させる駆動機構と、を備え、前記ねじ・ナット類を保持した保持部の前記回転機構によるねじ込み回転に伴って、前記駆動機構で保持部を前記仮組立体への近接方向へ水平移動させることによって、前記ねじ・ナット類を対応する固定対象要素の先端部にねじ込ませることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体組立装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽水炉用燃料集合体組立装置に関するものであり、更に詳しくは、ＢＷＲ（沸騰水型原子炉）用燃料集合体の組立における上部タイプレート及び下部タイプレートの自動取付け、或いはＰＷＲ（加圧水型原子炉）用燃料集合体の組立における上部ノズル及び下部ノズルの自動取付けを行う際のねじ・ナット類をねじ込みむための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＢＷＲ用燃料集合体の組立に際しては、燃料集合体の高さ方向に間隔をあけて配置されるべき複数のスペーサと、スペーサ内の数セル分の位置に配置された１～数本の水管要素（ウォーターロッドまたはウォーターチャンネル）とによって燃料集合体用スケルトンを構成し、このスケルトン内の複数の燃料棒収納セル内にそれぞれ燃料棒を挿入することにより水管要素と共にこれら燃料棒を互いにほぼ平行に間隔をあけて正方格子配列に従った束状の仮組立体とし、この仮組立体の一端と他端にそれぞれ固有構造の端部固定部材としての上部タイプレートと下部タイプレートを手作業で位置合わせ及び取付け作業を行って固定し、最終的に全体の外周をチャンネルボックスで囲んで組立を終えている。
【０００３】この場合上部タイプレートや下部タイプレートなどの上下端部固定部材に対する仮組立体側の固定対象要素はウォーターロッドやウォーターチャンネルなどの水管要素またはタイロッドとしての１～数本の燃料棒であり、これら固定対象要素の端部が端部固定部材側の貫通ソケット穴に確実に嵌合するように、仮組立体及び端部固定要素の双方の寸法公差等の誤差要因に基づく位置ずれを修正しながら手作業で行っていた。
【０００４】ＰＷＲ用燃料集合体の組立の場合も同様であり、この場合は、燃料集合体の高さ方向に間隔をあけて配置されるべき複数の支持格子と、支持格子内の一部のセル位置に配置された複数本の制御棒用及び炉内計装用案内シンブル管とによって燃料集合体用骨格を構成し、この骨格内の複数の燃料棒収納セル内にそれぞれ燃料棒を挿入することにより各案内シンブル管と共にこれら燃料棒を互いにほぼ平行に間隔をあけて正方格子配列に従った束状の仮組立体とし、この仮組立体の両端にそれぞれ固有構造の端部固定部材、即ち一端側には上部ノズルを、他端側には下部ノズルをそれぞれ手作業で位置合わせおよび取付け作業を行って固定していた。
【０００５】この場合、仮組立体に対する上部ノズルや下部ノズルなどの上下の端部固定部材の取付は、仮組立体内の各案内シンブル管を固定対象要素として、端部固定部材側の複数の貫通ソケット穴の全てに仮組立体側の複数の対応する固定対象要素の端部が確実に嵌合するように、仮組立体及び端部固定要素の双方の寸法公差等の誤差要因に基づく位置ずれを個々に修正しながら手作業で行っていた。
【０００６】しかし、このように燃料集合体の仮組立体の両端に対する端部固定部材の取付けに際し、仮組立体側の各固定対象要素を端部固定部材側の各貫通ソケット穴に個々に手作業で位置ずれの修正を行いながら嵌合しているのでは、手間と時間を要する作業となり、特にウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料集合体の組立の場合は、長時間の手作業は作業効率向上の観点だけでなく放射線被曝量を低減する必要性からも自動化への転換が必要とされている。
【０００７】そこで、燃料集合体を機械的に組み立てる自動組立装置が考えられている。このような自動組立装置による燃料集合体の組立手順としては、まず、スペーサと案内シンブル管、あるいはタイロッドからなる骨格を形成しておき、骨格内の各格子開口に燃料棒を引き込んで仮組立体を構成してから、該仮組立体の上下端に上下タイプレートあるいは上下ノズルという端部固定部材を取付て行く方法が一般的となる。
【０００８】このような端部固定部材の取付は、正方格子配列状に保持された複数本の燃料棒の先端を、端部固定部材の対応する各貫通ソケット穴にほぼ同時に嵌合させなければならないが、通常、装置による機械的な組立では、仮組立体を横倒し状態で固定保持し、上下両端部に対して左右方向からの水平移動で各々端部固定部材を挿入嵌合する方式がとられることとなる。
【０００９】このような嵌合方式では、燃料棒先端部位置が水平方向に位置決めされた端部固定部材の貫通ソケット穴の中心軸線上にあるとは限らないため、嵌合取付時に仮組立体側の各燃料棒を端部固定部材の貫通ソケット穴との位置ズレを自動的に補正しながら案内するガイド手段が設けられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料集合体の組立においては、端部固定部材の取付は各燃料棒先端を貫通ソケット穴に嵌合させるだけでなく、ねじ込み作業が必要な場合がある。例えば、ＢＷＲ型では、タイロッド燃料棒が標準燃料棒に比べて上部端栓の上延部が長い分だけ上部タイプレートから突出し、この突出部にロックナットをねじ込むことによって固定作業が完了する。
【００１１】また、ＰＷＲ型燃料集合体においては、下部ノズルの貫通ソケット穴に嵌合している制御棒案内シンブル管の下端口にノズル底部側からスクリューねじをねじ込むことによって制御棒案内シンブル管の下部ノズルへの固定が完了する。
【００１２】このように、仮組立体の上部側および下部側での組立で各種ねじ込み作業が必要となっている。従って、燃料集合体の組立の自動化には、上記の如き各種のねじ・ナット類のねじ込み作業の自動化も必要となる。
【００１３】上記問題点に鑑み、本発明の目的は、軽水炉用燃料集合体の仮組立体の両端に対する端部固定部材の取付作業を完全自動化することのできる燃料集合体組立装置を提供することであり、特に、ねじ・ナット類のねじ込み作業の自動化も可能な燃料集合体組立装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る燃料集合体組立装置は、複数本の燃料棒を互いにほぼ平行に間隔をあけて正方格子配列状に保持した仮組立体の上下両端にそれぞれ固有構造の上下端部固定部材を取付けるための軽水炉用燃料集合体の自動組立装置であって、前記仮組立体をその軸心がほぼ水平となるように横倒し状態で固定保持する組立台と、前記軸心の延長方向で組立台に対して整列配置可能で、仮組立体の前記上端に相当する一端側に装着すべき上端部固定部材を保持して仮組立体の一端部に露呈する固定対象要素の端部を上端部固定部材の貫通ソケット穴に嵌合させるための上部取扱装置と、前記軸心の延長方向で組立台に対して整列配置可能で、仮組立体の前記下端に相当する他端側に装着すべき下端部固定部材を保持して仮組立体の他端部に露呈する固定対象要素の端部を下端部固定部材の貫通ソケット穴に嵌合させるための下部取扱装置と、を備え、前記固定対象要素端部の嵌合が、対応する貫通ソケット穴を貫通して固定部材から突出した先端部へのねじ・ナット類のねじ込み固定で完了するものを含む時、前記上部取扱装置および下部取扱装置は、それぞれ保持する固定部材の前記仮組立体と反対側に前記固定対象要素の先端部にねじ・ナット類をねじ込むためのねじ込み装置を備えたものである。
【００１５】また、請求項２に記載の発明に係る燃料集合体組立装置は、請求項１に記載の燃料集合体組立装置において、前記ねじ込み装置は、ねじ・ナット類をねじ込み対象の固定対象要素の先端部に向けて開放可能に保持する保持部と、該保持部を前記固定対象要素の中心軸回りにねじ込む方向に回転させる回転機構と、少なくとも前記保持部と回転機構とを仮組立体に対して近接および離反可能に水平移動させる駆動機構と、を備え、前記ねじ・ナット類を保持した保持部の前記回転機構によるねじ込み回転に伴って、前記駆動機構で保持部を前記仮組立体への近接方向へ水平移動させることによって、前記ねじ・ナット類を対応する固定対象要素の先端部にねじ込ませるものである。
【００１６】なお、本発明はＢＷＲ用燃料集合体およびＰＷＲ用燃料集合体のいずれの組立にも適用可能であり、本発明で云う「仮組立体」とは、ＢＷＲ用燃料集合体の場合は、燃料集合体の高さ方向に間隔をあけて配置されるべき複数のスペーサーとスペーサー内の数セル分の位置に配置された１～数本のウォーターロッドまたはウォーターチャンネル等の水管要素とによって構成されたスケルトンの収納セル内に、それぞれタイロッド燃料棒と標準燃料棒を挿入することにより水管要素と共にこれら燃料棒を互いにほぼ平行に間隔をあけて正方格子配列に従った束状の構成体としたものを意味し、またＰＷＲ燃料集合体の場合は、燃料集合体の高さ方向に間隔をあけて配置されるべき複数の支持格子と支持格子内の一部のセル位置に配置された複数本の制御棒用及び炉内計装用案内シンブル管とによって構成された骨格の収納セル内に、それぞれ燃料棒を挿入することにより各案内シンブル管と共にこれら燃料棒を互いにほぼ平行に間隔をあけて正方格子配列に従った束状の構造体としたものを意味する。
【００１７】また、本発明で云う「端部固定部材」とは、ＢＷＲ燃料集合体の場合は上部タイプレート及び下部タイプレートを意味し、またＰＷＲ燃料集合体の場合は上部ノズルおよび下部ノズルを意味し、これらタイプレートやノズルは、それぞれＢＷＲ又はＰＷＲ用仮組立体の上部側および下部側に固有の構造を備えているものである。
【００１８】更に、本発明で云う「固定対象要素」とは端部固定部材の貫通ソケット穴に嵌入されるべき仮組立体側の構成部材であり、ＢＷＲ燃料集合体の場合はウォーターロッドやウォーターチャンネルなどの水管要素やタイロッドとしての１～数本の燃料棒や標準燃料棒が、ＰＷＲ燃料集合体の場合は骨格を構成する制御棒案内シンブル管及び炉内計装用案内シンブル管がこれに相当する。
【００１９】本発明による燃料集合体組立装置による燃料集合体の組立に際しては、予め前工程で準備された仮組立体が組立台上に存し、この複数本の燃料棒を互いにほぼ平行に間隔をあけて正方格子配列状に保持した仮組立体はその軸心がほぼ水平となるように横倒し状態で組立台上に固定されている。
【００２０】本発明においては、組立台に対して仮組立体の軸心の延長方向に整列配置された上端部取扱装置の先端部に仮組立体の一端側に装着し、組立台に対して前記軸心の延長方向で上端部取扱装置とは反対側に整列配置された下端部取扱装置の先端部に仮組立体の他端側に装着すべき下端部固定部材を装着し、これら上下端部固定部材には、それぞれ仮組立体の両端部に露呈する固定対象要素の端部を受け入れて固定するための貫通ソケット穴が備えられており、上下端部取扱装置を駆動してこれらの対応する貫通ソケット穴に対応する固定対象要素の端部を嵌入させながら各上下端部固定部材を仮組立体側に移動させることによって、機械的に上下端部固定部材を仮組立体に取付けて燃料集合体を自動的に組み立てることができ、作業員の被爆量の低減化と作業効率の向上を図ることが可能となる。
【００２１】さらに本発明においては、固定対象要素端部の嵌合が、対応する貫通ソケット穴を貫通して固定部材から突出した先端部へのねじ・ナット類のねじ込み固定で完了するものを含む時、上下部取扱装置それぞれに、各々保持する固定部材の仮組立体と反対側で固定対象要素の先端部にねじ・ナット類をねじ込むためのねじ込み装置を備えることによって、これまで手作業で行っていたねじ込み作業までも自動化でき、燃料集合体組立作業のより完全な自動化が可能となる。
【００２２】また、ねじ込み装置の具体的構成としては、請求項２に記載したように、挟持部によりねじ・ナット類をねじ込み対象の固定対象要素の先端部に向けて開放可能に保持し、この保持部を、回転機構によってねじ込み対象の固定対象要素の中心軸回りにねじ込む方向に回転させ、駆動機構によって少なくともこれら保持部と回転機構とを仮組立体に対して近接および離反方向に水平移動できる構成をとすれば、目的のねじ・ナット類を保持した保持部の回転機構によるねじ込み回転に伴って、前記駆動機構で挟持部を仮組立体への近接方向へ水平移動させることによって、ねじ・ナット類を対応する固定対象要素の先端部にねじ込ませることができる。
【００２３】このようなねじ込み装置においては、保持部を、実際に保持するねじ・ナット類に応じたものに交換可能な構成とすれば、同じねじ込み装置構成で燃料集合体の型や固定部材の種類の違いにも対応することができる。なお、保持部の構成は、対象とするねじ・ナット類に対応したものを適宜用意すればよいが、ねじ・ナット類をねじ込み操作完了まで充分な保持力を維持できると共に、ねじ込み操作完了後は、容易にねじ・ナットの保持状態を解除できる機構とする。
【００２４】例えば、ＢＷＲ用燃料集合体において、上部タイプレートを上部取扱装置によって仮組立体の一端部に取付ける際に、上部タイプレートから突出したタイロッド燃料棒の先端部へロックナットをねじ込む場合には、この上部取扱装置に設置されたねじ込み装置の保持部として、ロックナットを外周から挟持できると共にねじ込み作業終了後の駆動機構による後退で容易に挟持状態を解除できるものを取付け、またＰＷＲ用燃料集合体においては、下部ノズルを下部取扱装置によって仮組立体の他端部に取り付ける際には、制御棒案内シンブル管の下管端内に下部ノズルの貫通ソケット穴の下方からシンブルスクリューねじをねじ込む場合には、下部取扱装置に設置されたねじ込み装置の保持部として、シンブルスクリューねじの頭部を回転運動の伝達可能に係止保持できると共にねじ込み作業終了後の駆動機構による後退で容易に係止状態を解除できるものを取付ける構成とすれば良い。
【００２５】なお、本発明のねじ込み装置では、駆動機構によって少なくとも保持部および回転機構を水平移動させることによって、保持部に保持されたねじ・ナット類を対象とする固定要素の先端に近づけるものであるが、駆動機構はねじ込み装置全体を水平移動させる構成が設計上簡便である。
【００２６】しかし、ねじ・ナット類の固定要素先端への接触後のねじ込みのための回転に伴った進行は、この駆動機構による更なる装置全体の水平移動によっても可能であるが、ねじ込みの回転に伴った水平移動の微妙な駆動制御が困難である場合は、ねじ込み装置の全体的な移動とは別に、保持部のみを部分的にねじ込み方向へ移動させる機構をさらに備えたものとしても良い。
【００２７】例えば、保持部と回転機構との間にバネ機構を組み込んだものが挙げられる。即ち、保持部のねじ・ナット類が固定要素先端に接触した後も、さらにねじ込み完了までに必要な水平移動分の距離を駆動機構で装置全体を進行させれば、バネ機構は収縮され、それによって生じる付勢力で保持部のねじ・ナット類は接触位置のままでねじ込み方向へ押される。そこで、回転機構よる保持部の回転を介したねじ・ナット類のねじ込み回転を始めれば、回転に伴ってバネ機構の付勢力が推進力となってねじ・ナット類は所定の位置まで螺合が進みねじ込みが完了できる。
【００２８】また、このようなねじ込み装置においては、ねじ込み開始時にねじ・ナット類が対象とする固定要素の先端との位置が合致している必要があるので、保持部がねじ込み開始可能な所定位置に来ていることを確認するための位置検出器を設けておくことが望ましい。このような位置検出器には、保持部あるいはねじ・ナット類の位置が確認できる方式のものであれば広く利用可能であるが、できるだけ占有領域が小さく簡単な装置設計のものが好ましい。例えば、光学式センサーを利用したものや、近接センサーを利用したものなどが利用可能である。
【００２９】また、この位置検出器は、ねじ・ナット類が所定量ねじ込まれたことを確認するのにも利用できるものが好ましい。例えば、ナットのねじ込みは或るストローク進むことになるため、そのストローク分に相当する保持部位置に検出対象物を設ければ、その検出によってねじ込み完了が確認できる。
【００３０】また、上記位置検出器とは別にねじ込み完了を確認する手段を設けておくことが望ましい。例えば、ナットがねじ込まれるねじ部のねじ目ピッチが既知であれば、ねじ込み完了までのナットの回転数がストローク／ピッチで算出できることから、保持部や回転機構、例えばトルクモータのねじ込みトルクなどの回転数を監視する回転検出器を設置すれば、必要数の回転が行われねじ込みが完了したことを確認でき、ねじの不本意な噛み込みが発生した時も検知できる。例えば、マイクロフォトセンサーとスリット板を利用したものや、ロータリーエンコーダーを利用したものなどが使用可能である。
【００３１】なお、通常は、一仮組立体において複数本の固定要素に対してねじ込み作業が必要となる場合が多いことから、ねじ込み装置は、保持部と回転機構とのねじ込み操作部を一組のみ持つ構成に限らず、複数組設けて複数の固定要素に対して同時にねじ込み作業を行う構成としても良い。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態としての燃料集合体組立装置を、ＢＷＲ用燃料集合体の組立を例に取って図示の実施態様と共に以下に説明する。図１は、本実施形態の燃料集合体組立装置の全体構成図であり、図２は、本組立装置のねじ込み装置を備えた上部取扱装置の概略構成図であり、図３は保持部の形状を示す部分拡大図、図４は、ねじ込み装置によるねじ込み操作を説明する各動作過程における部分模式図である。
【００３３】本実施形態では、図８に側断面図で示したように、間隔を開けて配置すべき複数のスペーサー４の中央３×３燃料棒相当領域を占めるセル内にウォーターチャンネル３を配置して構成されたスケルトンの９×９正方格子状配列の収納セル内に、それぞれ８本のタイロッド燃料棒２と６４本の標準燃料棒を挿入してなる仮組立体１０に対し、各燃料棒先端を上部タイプレート６の貫通ソケット穴７に嵌合させると共に貫通孔ソケット穴７貫通して突出したタイロッド燃料棒２の上部延長部８にロックナット９をねじ込むことによって上部タイプレート６の仮組立体１０への固定を完了するものを対象とする組立装置について説明する。
【００３４】このＢＷＲ仮組立体１０に端部固定部材である上部タイプレート６および下部タイプレート５を取付ける本組立装置は、図１の装置全体の概略構成図に示すように、主にＢＷＲ仮組立体１０の軸心がほぼ水平となるように横倒し状態で固定保持する組立台４０と、組立台４０の軸心延長方向で組立台４０に対して両側にそれぞれ整列配置される上部タイプレート６用の上部取扱装置３０および下部タイプレート５用の下部取扱装置５０から構成されるものである。
【００３５】上部取扱装置３０には、図２に示すように、上部タイプレート６を組立台４０に対面する先端部に支持し、仮組立体１０に近接移動して仮組立体１０の一端側に露呈している各燃料棒の上端部をガイド手段２１で案内しつつ上部タイプレート６の各貫通ソケット穴７へ嵌入させる上部固定部材取付け装置３１と、全燃料棒先端部の貫通ソケット穴７への嵌入後にタイロッド燃料棒２の上端延長部８にロックナット９をねじ込んでワッシャー止めするためのねじ込み装置３２が備えられている。
【００３６】上部固定部材取付け装置３１の上部タイプレート６取付け（燃料棒先端の貫通ソケット穴への嵌合）のための仮組立体１０への水平（近接方向）移動は、上部取扱装置３０全体を水平移動させることによって行えるが、ねじ込み装置３２は、上部取扱装置３０内で専用の駆動機構（不図示）によって独立して水平移動できる構成とすれば、ねじ込み作業を開始するための近接移動およびねじ込み作業後の離反移動が上部タイプレートの６の嵌合作業とは別の工程として容易に駆動制御できる。
【００３７】ねじ込み装置３２は、タイロッドの上端延長部８に対してロックナット９を回転させながら仮組立体１０側へ押し込むことによってねじ込み操作を行うものであり、ねじ込み回転運動を与えるための回転機構としてトルクモータ３３を備え、トルクモータ３３の回転運動をジョイント部３４を介して先端部がロックナット９を挟持する保持部３６となっているねじ込み棒３５へ伝達する構成となっている。
【００３８】また、本実施形態のねじ込み棒３５は、内部にバネ機構３７を備え、水平方向に伸縮可能なものとした。これは、バネ機構３７を収縮させた際の付勢力を、ロックナット９をねじ込むための推進力として利用するものである。
【００３９】なお、本実施形態においては、ロックナット９の保持部３６での挟持は、仮組立体１０への近接移動の際などに、振動によってロックナット９が外れて落ちることがないように充分な保持力を維持できる機構のものが必要であるが、ねじ込み完了後にはロックナット９の挟持状態を容易に解除できるものとする。例えば、図３の部分拡大図に示すようにボールプランジャ２２を利用した挟持機構とすれば、ねじ込み完了後のねじ込み装置の仮組立体１０からの離反移動に伴う保持部３６の後退のみによってロックナット９を表面に傷を付けることなく容易に離すことができる。
【００４０】以上のようなトルクモータ３３からジョイント部３４、ねじ込み棒３５、保持部３６までの一組のねじ込み操作部によって一本のタイロッド燃料棒２の上端延長部８に対するロックナット９のねじ込み作業が行えるが、上部取扱装置３０に備えられるねじ込み操作部を一組とする構成に限らず、複数組のねじ込み操作部を設けて同時に複数本のタイロッドへのロックナット９のねじ込み作業を行う構成としても良い。本実施形態で組み立てるＢＷＲ燃料集合体では、８本のタイロッド燃料棒２が配置されており、ねじ込み装置３２は８組のねじ込み操作部持つ構成とすれば、全タイロッド燃料棒２に対するロックナット９のねじ込み作業を一度に行える。
【００４１】また、ねじ込み操作を開始するには、ロックナット９が対象となるタイロッド燃料棒２の上端延長部８の先端に接する位置に保持部３６が達していなければならない。各タイロッド燃料棒２の上端延長部８に対する保持部３６位置の軸合わせは、予め仮組立体１０内のタイロッド燃料２の配列位置に応じて上部タイプレート６の対応する貫通ソケット穴７と共に仮組立体１０の中心軸に直交する面内での位置調整を工業用テレビジョンカメラ等の撮像装置を利用する方法などで行っておけば良い。これによって、保持部３６の位置決めは、タイロッド燃料棒軸上の水平移動の位置確認によってのみ行えば良い。
【００４２】そこで、本実施形態では、ねじ込み装置３２に保持部３６の位置確認を行うための位置検出器３８を設けた。位置検出器３８としては、ねじ込み装置３２の仮組立体１０に対する近接方向への水平移動で保持部３６が所定位置に達したことを確認できるものとした。
【００４３】例えば、タイロッド燃料棒２の上端延長部８の先端にロックナット９が接するねじ込み開始位置に来た時の保持部３６の特定部位を特徴付け、この特徴部分を検出する構成が簡便である。検出方法としては、光学式センサーによる測距装置を利用したものが挙げられる。即ち、保持部３６のねじ込み棒３５側の段差部３６ｘで位置検出器３８から保持部３６側面までの距離が変化することから、保持部３６が前記ねじ込み開始位置に来たときの段差部３６ｘの垂直上方に位置検出器３８を設置すれば、水平移動に伴ってセンサーから保持部３６側面までの距離を経時的に測定していき、前記段差部３６ｘで測定値の変化が検出されれば、保持部３６およびロックナット９がねじ込み開始位置に達したと判断することができる。
【００４４】本実施形態では、保持部３６がこのねじ込み開始位置に達した時点から、少なくとも、ロックナッド９がねじ込みによりタイロッド燃料棒２の上端延長部８を組立台４０側に向かって進むべきストローク分の距離をさらに水平移動させる。これによって、保持部３６はタイロッド燃料棒２の上端延長部８の先端にロックナッド９を当接させた位置のまま、ねじ込み棒３５内のバネ機構３７が縮み、後のねじ込みに必要な推進力となる付勢力を生じさせる。
【００４５】なお、上記位置検出器３８は、ねじ込み完了の確認にも用いるものとする。本実施形態では、所定のねじ込みが完了した際に位置検出器３８の直下位置に来るねじ込み棒３５の部位に窪み３６ｙを形成し、位置検出器３８で該窪み３６ｙが検出されればロックナット９のねじ込みが完了したと判断するものである。
【００４６】また本実施形態では、ねじ込み装置３２に、上記位置検出器３８とは別にねじ込み完了を確認するための検出器として、回転検出器３９を設置した。この回転検出器３９は、予めタイロッド燃料棒２の上端延長部８のねじ目ピッチとねじ込み移動のストロークからねじ込みに必要なロックナット９の回転数を求めておき、回転検出器３９でねじ込み棒３５の回転を監視し、所定回転数が検出できれば、ロックナット９のねじ込みが完了したと判断するものである。このような検出器によるねじ込みの確認によって、ロックナット９の噛み込みによるねじ込み不全も検出できる。
【００４７】以上の構成を備えた本組立装置のねじ込み装置３２によるロックナット９のねじ込み操作は図３に示すように進められる。ここでは、説明の簡便のため、一組のねじ込み操作部による動作で説明する。
【００４８】まず、予め各保持部３６にロックナット９を挟持させて、上部タイプレート６と共に、仮組立体１０の中心軸に直交する面内での位置合わせを行っておく。次いで、上部取扱装置３０の仮組立体１０への近接移動によって、仮組立体１０の一端側に露呈する各燃料棒先端を貫通ソケット穴７へ嵌入させて、上部タイプレート６の嵌合を行う。この全燃料棒先端の貫通ソケット穴７への嵌入が終了した時点で、タイロッド燃料棒２の上端延長部８が貫通ソケット穴７を貫通して上部タイプレート６の上面から突出する。
【００４９】そこで、上部固定部材取付け装置３１による上部タイプレート６の保持状態を維持したままで、位置検出器３８を作動させながら、ねじ込み装置３２を駆動機構（不図示）により仮組立体１０に対して近接する方向へ水平移動させる（図４（ａ））。この移動によってロックナット９を挟持した保持部３６がタイロッド燃料棒２の先端に近づくが、前述の如く位置検出器３８によって保持部３６が所定のねじ込み開始位置に達したことを検出するまで移動を続ける。
【００５０】保持部３６がねじ込み開始位置に達したことが確認されたら、少なくとも実際のねじ込みに必要なストローク分の距離だけさらにねじ込み装置３２を前進させる。これによって、ねじ込み棒３５内のバネ機構３７が縮み、保持部３６に対してバネ機構２７の復元力による付勢力がねじ込み方向へ作用する（図４（ｂ））。
【００５１】このように保持部３６がねじ込み開始位置でねじ込み方向への付勢力を得た状態においてトルクモータ３３を駆動させる。このトルクモータ３３の回転運動は、モータ回転軸に連通されたジョイント部３４を介してねじ込み棒３５へ伝達され、保持部３６がねじ込み方向への回転を始め、それに伴ってロックナット９がタイロッド燃料棒２の上端延長部８のねじ目に螺合していく。この回転力と、バネ機構３７の付勢力による推進力によって、ロックナット９のねじ込みが進められる（図４（ｃ））。
【００５２】このねじ込みの進行は、位置検出器３８と回転検出器３９によって監視し、位置検出器３８の検出により、保持部３６がねじ込み完了位置に達したことを確認すると共に、回転検出器３９によってねじ込み棒３５がねじ込みに必要な回転数分を回転したことを確認する。
【００５３】これらの検出器によるロックナット９のタイロッド燃料棒２へのねじ込み完了が確認されたら、トルクモータ３３の駆動を停止し、ねじ込み装置３２を仮組立体１０から離反する方向に水平移動させる。この移動に伴って保持部３６もロックナット９を放してタイロッド燃料棒２の上端延長部８から後退する。さらに、上部取扱装置３０全体を後退させることによって、仮組立体１０への上部タイプレート６の取付固定が完了する。
【００５４】なお、ＢＷＲ用燃料集合体の組立においては、以上のような上部タイプレート６の仮組立体１０の上端部への取付は、下部取扱装置５０による下部タイプレート５の仮組立体１０の下端部への取付を終了してから行った方が簡便である。これは、下部タイプレート５の仮組立体１０への固定が、タイロッド燃料棒２の雄ネジ加工された下端部を下部タイプレート５の雌ネジ加工された貫通ソケット穴へのねじ込みによって行われるためである。
【００５５】即ち、下部取扱装置５０においては、下部タイプレート５の貫通ソケット穴に単に着底状態で下端部が挿入される標準燃料棒２とは別に、タイロッド燃料棒２のみを挟持し、これを軸回転させながら貫通ソケット穴へ嵌入させなければならないが、タイロッド燃料棒２の上端部が固定される前であればそのタイロッド燃料棒２自身のねじ込み作業が容易であると共に、下端側で固定されていれば上端側でのロックナット９のねじ込み作業が安定して行えるためである。
【００５６】従って、本組立装置の下部取扱装置５０には、上部取扱装置３０のようなねじ・ナット類をねじ込むためのねじ込み装置３２は必要なく、下部固定部材取付装置５１に、タイロッド燃料棒２をねじ込むための機構を備えれば良い。
【００５７】次に、本発明の他の実施形態としての燃料集合体組立装置を、ＰＷＲ用燃料集合体の組立を例に取って図示の実施態様と共に以下に説明する。図５は、本実施形態の燃料集合体組立装置の下部取扱装置の概略構成図であり、図６（ａ）はねじ込み操作部一組分の構成を示す部分図、図６（ｂ）はねじ込み操作部の保持部の構成を示す部分拡大図であり、図７は本実施形態のねじ込み装置によるねじ込み操作の過程を示す説明図である。
【００５８】本実施形態では、図９に側断面図で示したように、間隔を開けて配置すべき複数の支持格子１４内の一部のセル位置に２４本の制御棒案内シンブル管１２を配置接合して構成された骨格の１７×１７正方格子状配列の収納セル内に、それぞれ２６４本の燃料棒をまた中央に１本の炉内計装用案内シンブル管１３を挿入してなる仮組立体２０に対し、各シンブル管１２の下端を下部ノズル１６の貫通ソケット穴１７に嵌合させ、その貫通ソケット穴１７を介して制御棒案内シンブル管１２の下管端１８内にシンブルスクリューねじ１９をねじ込むことによって下部ノズル１６の仮組立体２０への固定を完了するものを対象とする組立装置について説明する。
【００５９】このＰＷＲ仮組立体２０に端部固定部材である上部ノズル１５および下部ノズル１６を取付ける組立装置としては、図１に示した装置と同様に、主にＰＷＲ仮組立体２０の軸心がほぼ水平となるように横倒し状態で固定保持する組立台４０と、組立台４０の軸心延長方向で組立台４０に対して両側にそれぞれ整列配置される上部取扱装置３０および下部取扱装置５０から構成されるものである。
【００６０】但し、上部取扱装置３０には、上部ノズル１５の取付け用の固有構造を備えた上部固定部材取付け装置３１を設置すると共に、下部取扱装置５０には、下部ノズル１６取付け用の固有構造を備えた下部固定部材取付け装置５１を設置するものである。
【００６１】下部取扱装置５０には、図５に示すように、下部ノズル１６を組立台４０に対面する先端部に支持し、仮組立体２０に近接移動して仮組立体２０の一端側に露呈している各シンブル管（１２，１３）下端部をガイド手段（不図示）で案内しつつ下部ノズル１６の各貫通ソケット穴１７へ嵌入させる下部固定部材取付け装置５１と、全シンブル管（１２，１３）下端部の貫通ソケット穴１７への嵌入後に制御棒案内シンブル管１２の下管端１８内にシンブルスクリューねじ１９をねじ込むためのねじ込み装置５２が備えられている。
【００６２】下部固定部材取付け装置５１の下部ノズル１６取付け（シンブル管下端の貫通ソケット穴への嵌合）のための仮組立体２０への近接移動は、下部取扱装置５０全体を水平移動させることによって行う構成とし、ねじ込み装置５２は、下部取扱装置５０内で専用の駆動機構（不図示）によって独立して水平移動する支持テーブルＴ上に設置する構成とすることによって、ねじ込み作業を開始するための近接移動およびねじ込み作業後の離反移動を下部ノズル１６の嵌合作業とは別の工程として容易に駆動制御できるものとした。
【００６３】ねじ込み装置５２は、下部ノズル１６の貫通ソケット穴１７に嵌合した状態の制御棒案内シンブル管１２の下管端１８内に貫通ソケット穴１７の底面側からシンブルスクリューねじ１９を回転させながら仮組立体１０側へ押し込むことによってねじ込み操作を行うものであり、図５および図６（ａ）に示すようにねじ込み回転運動を与えるための回転機構としてトルクモータ５３を備え、トルクモータ５３の回転運動をジョイント部５４を介して先端部がシンブルスクリューねじ１９の保持部５６となっているねじ込み棒５５へ伝達する構成となっている。
【００６４】また、本実施形態のねじ込み装置５２においても、ねじ込み棒５５にバネ機構５７を組込んで水平方向に伸縮可能なものとし、バネ機構５７を収縮させた際の付勢力が、シンブルスクリューねじ１９をねじ込むための推進力として利用できるものとした。
【００６５】なお、本実施形態においては、保持部５６は、図６（ｂ）に示すように、シンブルスクリューねじ１９の頭部に先端を差し込んでシンブルスクリューねじ１９をねじ込み棒５６からの回転運動を伝達可能に係止支持できるドライバー構造を備えるたものとした。この保持部５６の構造は、仮組立体２０への近接移動の際などに、振動によってシンブルスクリューねじ１９が外れて落ちることがないように充分な保持力を維持できるだけでなく、ねじ込み完了後には保持部５６を仮組立体２０に対して離反方向に後退するだけでシンブルスクリューねじ１９の頭部からドライバー構造が抜けて容易に離れるものである。
【００６６】本実施形態においては、以上のようなトルクモータ５３からジョイント部５４、ねじ込み棒５５、保持部５６までのねじ込み操作部を、シンブルスクリューねじ１９をねじ込むべき制御棒案内シンブル管１２の本数分である２４組設け、同時に全制御棒案内シンブル管１２の下管端１８内へのシンブルスクリューねじ１９のねじ込み作業を行える構成とした。
【００６７】以上の構成を備えた本組立装置のねじ込み装置５２によるシンブルスクリューねじ１９のねじ込み操作は図７に示すように進められる。ここでは、説明の簡便のため、一組のねじ込み操作部による動作で説明する。
【００６８】まず、予め各保持部５６にシンブルスクリューねじ１９を頭部から差し込んで支持状態とし、下部ノズル１６と共に、仮組立体２０の中心軸に直交する面内での軸合わせを行っておく。次いで、下部取扱装置５０の仮組立体２０への近接移動によって、仮組立体２０の他端側に露呈する各シンブル管（１２，１３の下端を貫通ソケット穴１７へ嵌入させて下部ノズル１６の嵌合を行う。これらの全シンブル管の貫通ソケット穴１７への嵌入が終了した時点で、制御棒案内シンブル管１２の下管端１８が貫通ソケット穴１７を介して下部ノズル１６の底面側に露呈する。
【００６９】そこで、下部固定部材取付け装置５１による下部ノズル１６の保持状態を維持したままで、ねじ込み装置５２を支持テーブルＴごと駆動機構（不図示）により仮組立体２０に対して近接する方向へ水平移動させる。この移動によって保持部５６が下部ノズル１６の底面に近づき、シンブルスクリューねじ１９が下部ノズル１６の底面側から上面側で制御棒案内シンブル管１２の下端が嵌入している貫通ソケット穴１７内へ挿入されていき、シンブルスクリューねじ１９の先端が制御棒案内シンブル管１２の下管端１８に達する（図７（ａ））。
【００７０】このシンブルスクリューねじ１９の先端の挿入が進んで雄ねじ目部分が制御棒案内シンブル管１２の下管端１８内の雌ねじ目に掛かると、スクリューねじ１９のそれ以上の水平方向の進行は規制されるが、ここをねじ込み開始位置として、少なくとも実際のねじ込みに必要なストローク分の距離だけ更にねじ込み装置５２を前進させる。これによってねじ込み棒５５のバネ機構２７が縮み、保持部５６に対してバネ機構５７の復元力による付勢力がねじ込み方向へ作用する。
【００７１】このように保持部５６がねじ込み開始位置でねじ込み方向への付勢力を得た状態においてトルクモータ５３を駆動させれば、このトルクモータ５３の回転運動はモータ回転軸に連通されたジョイント部５４を介してねじ込み棒５５へ伝達され、保持部５６がねじ込み方向への回転を始め、それに伴ってシンブルスクリューねじ１９が制御棒案内シンブル管１２の下管端１８内のねじ目に螺合していく。この回転力と、バネ機構５７の付勢力による推進力によって、スクリューねじ１９のねじ込みが進められる（図７（ｂ））。
【００７２】このねじ込みの進行は、ねじ込み棒５５がねじ込みに必要な回転数分を回転したことを確認できる回転検出器（不図示）などの検出手段によって監視し、ねじ込みが完了したことを確認する。
【００７３】このようにシンブルスクリューねじ１９の制御棒案内シンブル管１２の下管端１８内へのねじ込み完了が確認されたら、トルクモータ５３の駆動を停止し、ねじ込み装置５２を支持テーブルＴによって仮組立体２０から離反する方向に水平移動させる（図７（ｃ））。この移動に伴ってドライバー状のチャック部がスクリューねじ１９の頭部から抜けて離れて保持部５６が後退する。さらに、下部取扱装置５０全体を後退させれば、仮組立体２０への上部タイプレート６の取付固定が完了する。
【００７４】なお、ＰＷＲ用燃料集合体の組立においては、以上のような下部ノスル１９の仮組立体２０の下端部への取付は、上部取扱装置３０による上部ノズル１５の仮組立体２０の上端部への取付を終了してから行った方が簡便である。これは、上部ノズル１５の仮組立体２０への固定が、制御棒案内シンブル管１９の上端部を上部ノズル１５の貫通ソケット穴内へ嵌入後の溶接固着によって行われるためである。即ち、上部ノズル１５の取付け終了後では、制御棒案内シンブル管１９が上端部で固定されており、下管端１８でのねじ込み作業が安定した状態で行えるためである。
【００７５】以上の実施形態に示すように、ＢＷＲ燃料集合体の組立の際の上部取扱装置による上部タイプレートの取付けためのねじ込み装置と、ＰＷＲ燃料集合体の組立の際の下部取扱装置による下部ノズルの取付けのためのねじ込み装置とは、保持部の構成以外は共通する構成のものが使用可能であるため、ねじ込み装置としては、保持部を対象のねじ・ナット類に応じたものに交換できる構成とすれば、装置設計は簡便であり、たとえば、上記実施形態で示した場合の他にリングナットのねじ込みや、シンブル管を支持格子内に挿入する際に先端に仮ねじ込みするためのガイド用のシンブル管キャップの取り外し、シンブル管仮ねじ込みなど、様々なねじ込み操作に利用できる。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の燃料集合体組立装置によれば、各種ねじ・ナット類のねじ込み作業の自動化も可能であり、軽水炉用燃料集合体の仮組立体の両端に対する端部固定部材の取付作業の自動化をより完全なものとし、作業者の被爆低減と共に燃料集合体の組立速度を一定レベルで確保することも可能となるという効果がある。

【出願人】	【識別番号】０００１６５６９７【氏名又は名称】原子燃料工業株式会社
【出願日】	平成１２年１２月１９日（２０００．１２．１９）
【代理人】	【識別番号】１０００９２０８２【弁理士】【氏名又は名称】佐藤正年（外１名）
【公開番号】	特開２００２－１８１９８８（Ｐ２００２－１８１９８８Ａ）
【公開日】	平成１４年６月２６日（２００２．６．２６）
【出願番号】	特願２０００－３８５１２２（Ｐ２０００－３８５１２２）