JP2003185777A - 沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法及び沸騰水型原子炉用制御棒 - Google Patents

沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法及び沸騰水型原子炉用制御棒

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JP2003185777A JP2001383262A JP2001383262A JP2003185777A JP 2003185777 A JP2003185777 A JP 2003185777A JP 2001383262 A JP2001383262 A JP 2001383262A JP 2001383262 A JP2001383262 A JP 2001383262A JP 2003185777 A JP2003185777 A JP 2003185777A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造の容易化及び製造コストの低減を図ること
のできる沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法及びこの方
法により製造される沸騰水型原子炉用制御棒を提供す
る。 【解決手段】タイロッド４と、このタイロッド４の軸方
向上部に取り付けたハンドル５と、タイロッド４の軸方
向下部に取り付けた落下速度リミッタ６と、シース８と
を備える沸騰水型原子炉用制御棒１の製造方法におい
て、各辺先端部４ａにシース８固定用の段差部４ｂを備
えたタイロッド４を形成し、この段差部４ｂに、シース
８の凸部８ａをはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡ
Ｇレーザ光２３を、ビーム中心軸２３Ａの位置がタイロ
ッド段差部４ｂの端面４ｂ１の位置よりも少なくともタ
イロッド軸心４Ａ側にずれるように設定して照射するこ
とにより、タイロッド４の長手方向において少なくとも
一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、シ
ース８をタイロッド４に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉の
出力を制御する沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法及び
沸騰水型原子炉用制御棒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉の圧力容器に
は、減速材を兼ねた冷却材が収容されるとともに、原子
炉圧力容器の中央部には多くの燃料集合体が装荷された
炉心が配置される。燃料集合体の間には制御棒が挿入・
引抜自在に設置され、原子炉の起動・停止、反応度補
償、負荷追従などの制御は、炉心への制御棒の挿入・引
抜により行われる。
【０００３】この制御棒は通常、横断面略十字形のタイ
ロッドの軸方向上部にハンドルを取り付けるとともにタ
イロッドの軸方向下部に下部支持部材（または落下速度
リミッタ、以下同様）を取り付け、さらにハフニウム
（Ｈｆ）や炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）等の反応度制御材をそ
れぞれ内包させた４つのシースをハンドルの下端部、下
部支持部材の上端部、及びタイロッドの略十字形端部に
それぞれ溶接により固定した構造となっている。このと
き、上記のシースとハンドル、シースと下部支持部材、
シースとタイロッドの略十字型端部との溶接において
は、スポット溶接とした場合の非溶接箇所への炉水含有
異物の侵入による腐食を防止するため、元来、ＴＩＧ溶
接による完全溶け込み溶接が行われていた。
【０００４】ところで、上述したように制御棒は燃料集
合体間に挿入・引抜されることにより原子炉の起動・停
止、反応度補償、負荷追従等を行うものであり、原子炉
の運転中には燃料集合体間の狭い間隙を上下動する。こ
のため、制御棒の製造時においては高い加工精度が要求
されることになる。
【０００５】しかし、元来行われていた上記ＴＩＧ溶接
は入熱量が多く、溶接による変形が大きくなる傾向にあ
った。そこで、製造時の変形を極力防止するために、特
開２０００−３２９８８５公報記載のようにＴＩＧ溶接
に代わり入熱量の少ないレーザ溶接を用いる方法が既に
提唱されている。
【０００６】上記従来技術では、完全溶け込み溶接とす
るために、例えばタイロッドとシースとの溶接において
はタイロッドの各辺先端部に段差部を設け、その段差部
にシースのＵ字形両先端部をはめ込んだ状態で、レーザ
光をビーム中心軸位置がタイロッドの段差部端面位置よ
りタイロッド軸心と反対方向に０．１〜２．０ｍｍの範
囲でずらすようにして、直接シース先端部に照射し、こ
れにより裏波ビードを確保するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には以下のような課題が存在する。すなわち、タ
イロッドの各辺先端部に設ける上記段差部の幅は通常
０．５ｍｍ程度であり、すなわちタイロッドの段差部と
シース先端部との重なり代も０．５ｍｍ程度である。こ
のため、万一レーザ光のビーム中心軸位置に誤差が生じ
この微小な重なり代の幅から外れて照射された場合、レ
ーザ光の照射による熱がタイロッドに熱伝達されにくい
ためシースが過熱され、シース先端部が溶け落ち溶接不
良となる可能性がある。
【０００８】また、レーザ光の照射位置が上記重なり代
に収まっていても、レーザ光の照射による熱がタイロッ
ドに良好に熱伝達されるためにはタイロッドの段差部と
シース先端部との接触面積が大きくなければならず、そ
のためにはタイロッドの段差部の形状が精密に矩形状に
加工されている必要がある。すなわち、例えば上記タイ
ロッドの段差部の隅部にＲ形状等が残っていると、タイ
ロッドとシースとの接触面積は小さくなり良好な熱伝達
が行われず、これによってもシース先端部が溶け落ち溶
接不良となる可能性がある。
【０００９】これらを防ぐために、上記従来技術におい
てはレーザ光の照射位置が上記重なり代から外れないよ
うにレーザ溶接において高精度の制御が必要となり、ま
たタイロッドの段差部の精密な機械加工も必要となる。
これらの結果、制御棒の製造の容易化が困難となり、さ
らには製造コストの増大を招いていた。
【００１０】なお、以上はタイロッドとシースとの溶接
を例にとって説明したが、前述したシースとハンドルと
の溶接、シースと下部支持部材（又は落下速度リミッ
タ）との溶接についても同様の課題が存在する。
【００１１】本発明の目的は、製造の容易化及び製造コ
ストの低減を図ることのできる沸騰水型原子炉用制御棒
の製造方法及びこの方法により製造される沸騰水型原子
炉用制御棒を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、十字形横断面形状のタイロッド
と、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドル
と、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持
部材または落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記
十字形横断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断
面形状のシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製
造方法において、前記十字形の各辺先端部に前記シース
固定用の段差部を備えた前記タイロッドを形成し、この
タイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字形両
先端部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレー
ザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記
段差部の端面位置よりも少なくともタイロッド軸心側に
ずれるように設定して照射することにより、前記タイロ
ッドの長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接
となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイ
ロッドに固定する。
【００１３】本発明においては、タイロッドとシースと
のレーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ
光を、ビーム中心軸位置がタイロッド段差部の端面位置
よりも少なくともタイロッド軸心側にずれるように設定
して照射する。この場合、レーザ光は直接シースに照射
されるのではなく、まずタイロッド表面に照射され、そ
の後タイロッド表面→タイロッド段差部→段差部に接す
るシースという入熱経路で熱伝達されることとなる。こ
のため、ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置か
ら多少偏差が生じたとしても熱は必ず段差部とシース等
との接触部を通過してシース等に伝達されることとな
り、ビーム中心軸位置をタイロッド段差部端面位置より
タイロッド軸心と反対側にずらして設定する従来方法の
ようにシース等へ直接レーザ照射されることでシース等
が溶け落ち溶接不良を招く可能性はない。これにより、
上記従来方法のようにシース等溶け落ち防止のためにビ
ーム中心軸位置を高精度に制御しなくても、シース等の
溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。した
がって、レーザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造
の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができ
る。
【００１４】（２）上記目的を達成するために、また本
発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロ
ッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロ
ッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下
速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形
状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシース
とを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におい
て、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差
部を備えた前記タイロッドを引き抜き加工により形成
し、このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記
Ｕ字形両先端部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、前
記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続
的な溶接となるようなＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レー
ザ光によるレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイロ
ッドに溶接固定する。
【００１５】上記（１）で説明したように、例えばレー
ザ光ビーム中心軸位置をタイロッド軸心側にずらすよう
にすれば、タイロッドの段差部形状を精密に矩形状に加
工せず例えば断面形状において隅部にＲ形状等が残った
ままであっても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶
接接合性を確保できる。これにより、タイロッド素材→
引き抜き加工にて横断面概略十字形のタイロッド形成→
段差部を矩形状に機械加工、といった工程で通常行う制
御棒製造行程において、機械加工の工程を省略し、引き
抜き加工のみによって段差部を備えたタイロッドを一挙
に形成することが可能となる。したがって、機械加工工
程がなくなった分、制御棒の製造の容易化、さらには製
造コストの低減を図ることができる。
【００１６】（３）上記目的を達成するために、また本
発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロ
ッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロ
ッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下
速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形
状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシース
とを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におい
て、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差
部を備えた前記タイロッドを引き抜き加工により形成
し、このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記
Ｕ字形両先端部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、Ｙ
ＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位
置が前記段差部の端面位置よりも少なくともタイロッド
軸心側にずれるように設定して照射することにより、前
記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続
的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを
前記タイロッドに固定する。
【００１７】（４）上記目的を達成するために、また本
発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロ
ッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロ
ッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下
速度リミッタと、少なくとも前記ハンドルの下端部に固
定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製
造方法において、前記ハンドルの下端部に、前記シース
固定用の段差部を形成し、この段差部に、前記シースの
上縁部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレー
ザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記
段差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定
して照射することにより、前記シースの上縁部に沿って
少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接
を行い、前記シースを前記ハンドルに固定する。
【００１８】本発明においては、シースとハンドルとの
レーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光
を、ビーム中心軸位置がハンドル下端部に設けた段差部
の端面位置よりも少なくとも反シース側（組立後におけ
る上側）にずれるように設定して照射する。この場合
も、上記（１）同様、レーザ光は直接シースに照射され
るのではなく、まずハンドル表面に照射され、その後ハ
ンドル表面→ハンドル段差部→段差部に接するシースと
いう入熱経路で熱伝達されることとなる。したがって、
ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏
差が生じたとしても、シース等が溶け落ち溶接不良を招
く可能性はないので、上記（１）同様、ビーム中心軸位
置を高精度に制御しなくても、シース等の溶け落ちを防
止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レー
ザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造の容易化、さ
らには製造コストの低減を図ることができる。
【００１９】（５）上記目的を達成するために、また本
発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロ
ッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロ
ッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下
速度リミッタと、少なくとも前記下部支持部材又は前記
速度リミッタの上端部に固定されるシースとを備える沸
騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記下部支
持部材又は前記速度リミッタの上端部に、前記シース固
定用の段差部を形成し、この段差部に、前記シースの下
縁部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ
光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段
差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定し
て照射することにより、前記シースの下縁部に沿って少
なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を
行い、前記シースを前記下部支持部材又は前記速度リミ
ッタに固定する。
【００２０】本発明においては、シースと下部支持部材
又は落下速度リミッタとのレーザ溶接の際、ＹＡＧレー
ザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が下部
支持部材又は落下速度リミッタ上端部に設けた段差部の
端面位置よりも少なくとも反シース側（組立後における
下側）にずれるように設定して照射する。この場合も、
上記（１）同様、レーザ光は直接シースに照射されるの
ではなく、まず下部支持部材又は落下速度リミッタ表面
に照射され、その後下部支持部材又は落下速度リミッタ
表面→段差部→段差部に接するシースという入熱経路で
熱伝達されることとなる。したがって、ビーム中心軸位
置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとし
ても、シース等が溶け落ち溶接不良を招く可能性はない
ので、上記（１）同様、ビーム中心軸位置を高精度に制
御しなくても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶接
接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が
容易となり、制御棒の製造の容易化、さらには製造コス
トの低減を図ることができる。
【００２１】（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つ
において、好ましくは、前記レーザ溶接の際、溶着促進
のための溶接棒を用いて溶接を行う。
【００２２】（７）上記（６）において、さらに好まし
くは、前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態におけ
る前記シースの内周面と前記段差部の底面との間のギャ
ップをＧ（ｍｍ）、前記シースを前記段差部にはめ込ん
だ状態における前記シースの内周面と前記段差部の底面
との重なり代をＬ（ｍｍ）、シース側へ向かう方向を
正、その反対側へ向かう軸方向を負とした場合におけ
る、前記レーザ光のビーム中心軸位置から前記シースの
端部までの距離をＡ（ｍｍ）、前記レーザ光のビームの
集光径をＤ（ｍｍ）、前記レーザ溶接による入熱量をＨ
（ｋＪ／ｃｍ）、溶接長１ｍ当たりの前記溶接棒の供給
量をＷ（ｇ／ｍ）、としたとき、Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.
964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11×Ｗ−0.807×Ｌで求
められるパラメータＰの値が−０．５以上０．５以下に
なるように、前記レーザ溶接の施工条件を設定して溶接
を行う。
【００２３】（８）上記目的を達成するために、また本
発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロ
ッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロ
ッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下
速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形
状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシース
とを備える沸騰水型原子炉用制御棒において、前記タイ
ロッドは、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用
の段差部を備えており、前記シースの前記Ｕ字形両先端
部は、前記タイロッドの前記段差部にはめ込まれ、ビー
ム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりも少なくとも
タイロッド軸心側にずれるように設定して照射されたＹ
ＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を用いるとともに前
記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続
的な溶接となるようなレーザ溶接によって、前記タイロ
ッドに固定されている。
【００２４】（９）上記目的を達成するために、また本
発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロ
ッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロ
ッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下
速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形
状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシース
とを備える沸騰水型原子炉用制御棒において、前記タイ
ロッドは、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用
の段差部を備えるように、引き抜き加工により形成され
ており、前記シースの前記Ｕ字形両先端部は、前記タイ
ロッドの前記段差部にはめ込まれ、前記タイロッドの長
手方向において少なくとも一部が連続的な溶接となるよ
うなＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を用いたレー
ザ溶接によって、前記タイロッドに固定されている。
【００２５】（１０）上記目的を達成するために、また
本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイ
ロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイ
ロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落
下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面
形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシー
スとを備える沸騰水型原子炉用制御棒において、前記タ
イロッドは、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定
用の段差部を備えるように、引き抜き加工により形成さ
れており、前記シースの前記Ｕ字形両先端部は、前記タ
イロッドの前記段差部にはめ込まれ、ビーム中心軸位置
が前記段差部の端面位置よりも少なくともタイロッド軸
心側にずれるように設定して照射されたＹＡＧレーザ光
またはＣＯ２レーザ光を用いるとともに前記タイロッド
の長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接とな
るようなレーザ溶接によって、前記タイロッドに固定さ
れている。
【００２６】（１１）上記目的を達成するために、また
本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイ
ロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイ
ロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落
下速度リミッタと、少なくとも前記ハンドルの下端部に
固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒に
おいて、前記ハンドルは、その下端部に前記シース固定
用の段差部を備えており、前記シースの上縁部は、前記
ハンドルの前記段差部にはめ込まれ、ビーム中心軸位置
が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるよう
に設定して照射されたＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レー
ザ光を用いるとともに前記シースの上縁部に沿って少な
くとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接によ
って、前記ハンドルに固定されている。
【００２７】（１２）上記目的を達成するために、また
本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイ
ロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイ
ロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落
下速度リミッタと、少なくとも前記下部支持部材又は前
記速度リミッタの上端部に固定されるシースとを備える
沸騰水型原子炉用制御棒において、前記下部支持部材又
は前記速度リミッタは、その上端部に、前記シース固定
用の段差部を備えており、前記シースの下縁部は、前記
下部支持部材又は前記速度リミッタの前記段差部にはめ
込まれ、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置より
も反シース側にずれるように設定して照射されたＹＡＧ
レーザ光またはＣＯ２レーザ光を用いるとともに前記シ
ースの下縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接と
なるようなレーザ溶接によって、前記下部支持部材又は
前記速度リミッタに固定されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の沸騰水型原子炉用
制御棒の製造方法及び沸騰水型原子炉用制御棒の実施の
形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の沸
騰水型原子炉用制御棒の第１の実施の形態の全体構造を
表す一部破断斜視図であり、図２は、図１中II−II断面
による横断面図である。なお、図２には燃料集合体Ｎも
併せて図示している。
【００２９】これら図１及び図２において、沸騰水型原
子炉用制御棒１は、制御棒支持構造体２と、この制御棒
支持構造体２の軸心２Ａ（または後述のタイロッド４の
軸心４Ａ）より四方に延びるように配設された４つのブ
レード３とにより構成され、全体として横断面が十字型
形状をしている。
【００３０】上記制御棒支持構造体２は、横断面が十字
型形状のタイロッド４と、このタイロッド４の上端に嵌
合したハンドル５と、上記タイロッド４の下端に固定さ
れた落下速度リミッタ６とにより構成されている。
【００３１】上記ブレード３は、それぞれが中性子吸収
材としてのハフニウムフラットチューブ７と、このハフ
ニウムフラットチューブ７を覆うシース８とを備えてい
る。このハフニウムフラットチューブ７は、制御棒支持
構造体２の軸心２Ａ方向に２本ずつ、制御棒支持構造体
２の軸心２Ａより四方に拡がる方向に２本ずつ、すなわ
ち１つのブレード３内に計４本ずつ配設されている。こ
のとき、上部に配設されたハフニウムフラットチューブ
７はその上端を上記ハンドル５にピン（図示せず）によ
り固定され、下部に配設されたハフニウムフラットチュ
ーブ７はその下端を上記落下速度リミッタ６の基礎部材
６ａにピン（図示せず）により固定され、さらにこれら
を覆う上記シース８により周囲から押さえられることに
より、これらのハフニウムフラットチューブ７は制御棒
支持構造体２に対し固定されるようになっている。
【００３２】上記シース８は、Ｕ字形に曲げ加工された
例えばステンレス製のプレートであり、その両先端部
（短手方向両先端部）には凸部８ａと凹部８ｂが設けら
れている。この凸部８ａとタイロッド４の各辺先端部４
ａとが溶接され、またシース８の上縁部８ｃとハンドル
５の下端部５ａとが溶接され、さらにシース８の下縁部
８ｄと上記落下速度リミッタ基礎部材６ａの上端部６ａ
１とが溶接されることにより、シース８は制御棒支持構
造体２に対し固定されるようになっている。なお、この
シース８には、冷却材が入出するための複数の冷却孔９
が穿設されている。
【００３３】このように構成される本発明の沸騰水型原
子炉用制御棒の第１の実施の形態の製造工程を、図３を
用いて以下に主要な部材ごとに説明する。
【００３４】（１）シース８ 図３において、ステップ１０で素材を圧延してプレート
１０を形成し、次のステップ２０で、上記プレート１０
の切出しを行い前記凸部８ａ及び凹部８ｂを設け、また
穴開加工を行い前記冷却孔９等を設けてフラットシース
１１に加工する。その後、ステップ３０でプレス機によ
り上記フラットシース１１をＵ字形に曲げ加工し、シー
ス８が出来上がる。
【００３５】（２）タイロッド４ 図３において、まずステップ４０で素材を引抜加工して
引抜タイロッド１２を形成し、次にステップ５０で上記
引抜タイロッド１２の切削加工を行い、タイロッド４
（以下、上記引抜タイロッド１２と区別するために、適
宜切削タイロッド４と記述する）が出来上がる。これら
引抜タイロッド１２及び切削タイロッド４の詳細形状を
図４を用いて説明する。
【００３６】図４（ａ）は、上記引抜タイロッド１２の
上（又は下）面図、図４（ｂ）は、切削タイロッド４の
上（又は下）面図である。これら図４（ａ）及び図４
（ｂ）において、引抜タイロッド１２は、上記したよう
にステップ４０にて素材を引抜加工することにより形成
されたタイロッドであり、各辺先端部１２ａの短手方向
両側に段差部１２ｂを備えている。この段差部１２ｂの
隅部１２ｂ１は、若干Ｒ形状となっている。
【００３７】一方、切削タイロッド４も、上記引抜タイ
ロッド１２と同様に前記各辺先端部４ａ両側に段差部４
ｂを備えている。この段差部４ｂは、上記ステップ５０
において引抜タイロッド１２の上記段差部１２ｂが切削
加工され上記隅部１２ｂ１のＲ形状が除去されたことに
より、精密な矩形形状となっている。なお、この段差部
４ｂは、後述のステップ１１０においてシース８をタイ
ロッド４に溶接する際にシース８の両先端部に設けた凸
部８ａをこの段差部４ｂにはめ込むために設けられるも
のである。
【００３８】（３）ハンドル５、落下速度リミッタ６、
その他部品 図３に戻り、ステップ６０で、ハンドル５、落下速度リ
ミッタ６、及び沸騰水型原子炉用制御棒１を構成するそ
の他の部材を素材から機械加工、組立、溶接等を行い製
造する。
【００３９】（４）制御棒支持構造体２ 図３において、ステップ７０で、上記ステップ５０で形
成した切削タイロッド４の上端に上記ステップ６０で形
成したハンドル５を組み付け溶接により固定し、切削タ
イロッド４の下端に上記ステップ６０で形成した落下速
度リミッタ６を同様に溶接により固定し、その他の部品
も適宜組立・溶接を行って制御棒支持構造体２が出来上
がる。
【００４０】（５）ハフニウムフラットチューブ７ 図３において、ステップ８０で、素材を圧延加工するこ
とによりハフニウムプレート１３を形成し、次のステッ
プ９０で、２枚の上記ハフニウムプレート１３，１３の
両端に曲げ加工をし向かい合わせに組立て、継ぎ目を溶
接してハフニウムフラットチューブ７が出来上がる。
【００４１】（６）沸騰水型原子炉用制御棒１ 図３において、ステップ１００で、まず上記（４）で説
明したステップ７０により製造された制御棒支持構造体
２に上記（５）で説明したステップ９０により製造され
たハフニウムフラットチューブ７を組み付ける。このと
き、前述したように上・下部に配設されるハフニウムフ
ラットチューブ７のそれぞれの上・下端を、ハンドル
５、落下速度リミッタ６の基礎部材６ａにピンにより固
定する。
【００４２】次に、上記のようにして制御棒支持構造体
２の四方に配設されたハフニウムフラットチューブ７を
Ｕ字状先端部側から取り込むようにしてそれらフラット
チューブ７を覆うようにシース８を被せ、それぞれのシ
ース８に設けられた前記の凸部８ａを、タイロッド４の
各辺に設けた前記段差部４ｂにはめ込む。このとき、前
記ハンドル下端部５ａ及び前記落下速度リミッタ基礎部
材上端部６ａ１にも上記４ｂと同様に段差部５ｂ（後述
の図９参照）及び段差部６ａｂ（後述の図１１参照）が
設けられており、シース８に設けられた上縁部８ｃ、下
縁部８ｄをこれら段差部５ｂ，６ａｂにそれぞれはめ込
む。
【００４３】ステップ１１０では、上記のシース８の凸
部８ａ、上縁部８ｃ、下縁部８ｄとタイロッド４の段差
部４ｂ、ハンドル下端部５ａの段差部５ｂ、落下速度リ
ミッタ基礎部材上端部６ａ１の段差部６ａｂとのはめ込
み箇所をそれぞれレーザ溶接する。これにより、シース
８が制御棒支持構造体２に固定され、沸騰水型原子炉用
制御棒１が完成する。
【００４４】このような工程から構成される沸騰水型原
子炉用制御棒１の製造方法において、本発明の最も大き
な特徴は、上記ステップ１１０においてシース８の凸部
８ａ、上縁部８ｃ、下縁部８ｄをタイロッド段差部４
ｂ、ハンドル下端部５ａ、落下速度リミッタ基礎部材上
端部６ａ１にそれぞれはめ込んだ状態でレーザ溶接を行
うに際し、ビーム中心軸位置をいずれもシース８の端面
位置よりもシースと反対側にずらして溶接を行うことで
ある。以下、その詳細について、まずシース８とタイロ
ッド４との溶接を例にとって説明する。
【００４５】図５は、上記の溶接の際に使用したＹＡＧ
レーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。この
図５において、ＹＡＧレーザ溶接機１４は、タイロッド
４とシース８を載せる加工テーブル１５と、シース８を
固定する固定金具１６と、レーザ加工装置１７と、後述
のＹＡＧレーザ光２３を出力するレーザ発振器１８と、
制御装置１９とを備えている。
【００４６】上記レーザ加工装置１７は、レール１７ａ
と、このレール１７ａ上を矢印ア方向に移動可能な架台
部１７ｂと、この架台部１７ｂ上に設けられた略Ｌ字形
の支持部材１７ｃと、この支持部材１７ｃの水平部分を
矢印イ方向に移動可能なスライダ１７ｄと、このスライ
ダ１７ｄの下部に垂設された支持棒１７ｅと、この支持
棒１７ｅに沿って矢印ウ方向に移動可能な加工ヘッド１
７ｆとを備えている。このような構造により、上記加工
ヘッド１７ｆは加工テーブル１５に対し矢印ア、イ、及
びウ方向の３軸方向に移動可能なようになっている。
【００４７】また、上記制御装置１９と上記レーザ加工
装置１７の架台部１７ｂ、及び制御装置１９と上記レー
ザ発振器１８とは信号線２０，２１により接続されてお
り、またレーザ発振器１８と加工ヘッド１７ｆとは光フ
ァイバー２２によって接続されている。
【００４８】また、上記制御装置１９には図示しない操
作盤が接続されており、操作者がこの操作盤を操作する
ことで、加工ヘッド１７ｆの位置やレーザの出力等を制
御できるようになっている。
【００４９】以上において、凸部８ａは、特許請求の範
囲各項記載のシースのＵ字形両先端部を構成する。
【００５０】次に、上記構成の切削タイロッド４を用い
て行う本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の第
１の実施の詳細を図６及び図７を用いて説明する。図６
は、上記ＹＡＧレーザ溶接機１４によるシース８とタイ
ロッド４との溶接箇所を一部拡大して表した斜視図であ
り、図７は、図６中VII−VII断面による横断面図であ
る。
【００５１】これら図６及び図７において、本実施の形
態においては、操作者は前述の操作盤を操作し加工ヘッ
ド１７ｆをタイロッド４の長手方向（図６中矢印エ方
向）に移動させつつシース８の凸部８ａとタイロッド４
の段差部４ｂとの連続的なレーザ溶接を行う。このレー
ザ溶接の際は、加工ヘッド１７ｆよりＹＡＧレーザ光２
３が照射されると共に、シールドガス２４が流され溶接
部の酸化を防ぐ。また、溶接直後の溶接ビード（図示せ
ず）は酸化しやすい状態にあるので、トレーラノズル２
５よりトレーラガス２６を溶接ビードに噴き付け酸化を
防ぐ。そして特にこのとき、本実施の形態の最も大きな
特徴としてＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ
（図７参照）の位置をタイロッド段差部４ｂの端面４ｂ
１よりもタイロッド４側（シース８と反対側）にずら
し、タイロッド４の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照
射してレーザ溶接を行う。
【００５２】ここで、ビーム中心軸２３Ａの位置を上記
タイロッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもシース８側
（タイロッド４と反対側）にずらしてレーザ溶接を行う
従来技術においては、前述したように微小な重なり代Ｌ
１（図７参照）内にＹＡＧレーザ光２３の照射位置を制
御せねばならず、万一ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心
軸２３Ａの位置に誤差が生じこの重なり代Ｌ１の幅から
さらにシース８側に外れた位置に照射された場合、ＹＡ
Ｇレーザ光２３の照射による熱がタイロッド４に熱伝達
されにくいためシース８が過熱され、シース８の凸部８
ａが溶け落ち溶接不良となる可能性がある。
【００５３】これに対し、上記本実施の形態において
は、ＹＡＧレーザ光２３はまずタイロッド４の表面に照
射され、その後この照射による熱はタイロッド４の表面
→タイロッド段差部４ｂ→シース８という入熱経路によ
りシース８に熱伝達されることになる。このため、ＹＡ
Ｇレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置に誤差が生
じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても、熱は必
ずタイロッド段差部４ｂとシース８との接触部を通過し
てシース８に伝達されるので、シース８の凸部８ａが溶
け落ち溶接不良を招くことを防止することができる。こ
れにより、上記従来技術と比較しＹＡＧレーザ光２３の
ビーム中心軸２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シ
ース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保でき
る。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰
水型原子炉用制御棒１の製造の容易化、さらには製造コ
ストの低減を図ることができる。
【００５４】以上はシース８とタイロッド４との溶接を
例にとって説明したが、次に、シース８とハンドル５と
の溶接について説明する。図８は、ＹＡＧレーザ溶接機
１４によりシース８とハンドル５とを溶接する際の溶接
箇所を一部拡大して表した斜視図であり、図９は、図８
中IX−IX断面による横断面図である。これらの図８及び
図９において、前述した図６及び図７と同様のものは同
符号を付し、説明を省略する。シース８とハンドル５と
の溶接の際には、図８及び図９に示すように、加工ヘッ
ド１７ｆをシース８の前記上縁部８ｃに沿った方向（図
８中矢印オ方向）に移動させつつ、シース８の上縁部８
ｃとハンドル５の前記下端部５ａに設けた段差部５ｂ
（図９参照）との連続的なレーザ溶接を行う。このと
き、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と
同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位
置をハンドル段差部５ｂの端面５ｂ１（図９参照）より
もハンドル５側（シース８と反対側）にずらし、ハンド
ル５の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ
溶接を行う。
【００５５】この場合においても、ＹＡＧレーザ光２３
の照射による熱はハンドル５の表面→ハンドル段差部５
ｂ→シース８という入熱経路によりシース８に伝達され
ることになり、上記したシース８とタイロッド４との溶
接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸
２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シース８の溶け
落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがっ
て、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用
制御棒１の製造の容易化、さらには製造コストの低減を
図ることができる。
【００５６】次に、シース８と落下速度リミッタ６の基
礎部材６ａとの溶接について説明する。図１０は、ＹＡ
Ｇレーザ溶接機１４によりシース８と落下速度リミッタ
基礎部材６ａとを溶接する際の溶接箇所を一部拡大して
表した斜視図であり、図１１は、図１０中XI−XI断面に
よる横断面図である。これらの図１０及び図１１におい
て、前述した図６及び図７と同様のものは同符号を付
し、説明を省略する。シース８と落下速度リミッタ基礎
部材６ａとの溶接の際には、図１０及び図１１に示すよ
うに、加工ヘッド１７ｆをシース８の前記下縁部８ｄに
沿った方向（図１０中矢印カ方向）に移動させつつ、シ
ース８の下縁部８ｄと落下速度リミッタ基礎部材６ａの
前記上端部６ａ１に設けた段差部６ａｂ（図１１参照）
との連続的なレーザ溶接を行う。このとき、上記したシ
ース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧ
レーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置を落下速度リ
ミッタ基礎部材６ａの上記段差部６ａｂの端面６ａｂ１
（図１１参照）よりも落下速度リミッタ基礎部材６ａ側
（シース８と反対側）にずらし、落下速度リミッタ基礎
部材６ａの表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレ
ーザ溶接を行う。
【００５７】この場合においても、ＹＡＧレーザ光２３
の照射による熱は落下速度リミッタ基礎部材６ａの表面
→落下速度リミッタ基礎部材段差部６ａｂ→シース８と
いう入熱経路によりシース８に伝達されることとなり、
上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様
に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ位置を高
精度に制御しなくても、シース８の溶け落ちを防止し良
好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接
の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用制御棒１の製造
の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができ
る。
【００５８】なお、上記本発明の第１の実施の形態にお
いては、レーザ溶接の際にＹＡＧレーザ光２３を直接被
溶接材であるタイロッド４、ハンドル５、または落下速
度リミッタ基礎部材６ａに照射したが、これに限らず溶
着促進のために溶接棒を用いてもよい（後述の図２３も
参照）。この場合、ＹＡＧレーザ光２３を溶接棒に照射
することになるため、この照射による熱は溶接棒（正確
には溶融した溶接棒）→シース８という入熱経路により
シース８に伝達されることとなり、これによってもシー
ス８の溶け落ちを防止しさらに良好な溶接接合性を確保
できる。
【００５９】次に、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の
製造方法及び沸騰水型原子炉用制御棒の第２の実施の形
態を図１２乃至図１５を参照しつつ説明する。本実施の
形態は、引抜加工により形成した前記引抜タイロッド１
２を、切削加工を行わず引抜加工の状態のままで使用し
て沸騰水型原子炉用制御棒を製造したものである。
【００６０】図１２は、上記本発明の沸騰水型原子炉用
制御棒の第２の実施の形態の全体構造を表す一部破断斜
視図である。この図１２において、前述の本発明の第１
の実施の形態における図１と同様の部分には同符号を付
し、説明を省略する。この図１２において、沸騰水型原
子炉用制御棒１′は、前記引抜タイロッド１２と、この
引抜タイロッド１２の上端に嵌合したハンドル５と、引
抜タイロッド１２の下端に固定された落下速度リミッタ
６とにより構成された制御棒支持構造体２′を備えてい
る。
【００６１】このように構成される本発明の沸騰水型原
子炉用制御棒の第２の実施の形態の製造工程を、図１３
を用いて以下に説明する。この図１３において、前述の
本発明の第１の実施の形態における図３と同様の部分に
は同符号を付し、説明を省略する。シース８の製造工程
であるステップ１０〜ステップ３０、引抜タイロッド１
２の製造工程であるステップ４０、及びハンドル５、落
下速度リミッタ６、その他の部品の製造工程であるステ
ップ６０については、前述の本発明の第１の実施の形態
と同様である。
【００６２】ここで、前述の第１の実施の形態では、図
３においてステップ４０の後ステップ５０にて切削加工
を行ったが、本実施の形態ではこれを行わずそのまま次
のステップ７０で、引抜タイロッド１２の上端にハンド
ル５を組み付け溶接により固定し、引抜タイロッド１２
の下端に落下速度リミッタ６を同様に溶接により固定
し、その他の部品も適宜組立・溶接を行い、制御棒支持
構造体２′が出来上がる。
【００６３】次のハフニウムフラットチューブ７の製造
工程であるステップ８０、ステップ９０、及びこれ以降
の沸騰水型原子炉用制御棒１′の製造工程であるステッ
プ１００及びステップ１１０については、前述の本発明
の第１の実施の形態と同様である。
【００６４】以上において、引抜タイロッド１２は、特
許請求の範囲各項記載の引き抜き加工により形成した十
字型の各辺先端部にシース固定用の段差部を備えたタイ
ロッドを構成する。
【００６５】次に、本実施の形態の沸騰水型原子炉用制
御棒の製造方法の詳細を説明する。図１４及び図１５に
示すように、本実施の形態においては、加工ヘッド１７
ｆを引抜タイロッド１２の長手方向（図１４中矢印キ方
向）に移動させつつシース８の凸部８ａと引抜タイロッ
ド１２の段差部１２ｂとの連続的なレーザ溶接を行う。
このとき、前述の本発明の第１の実施の形態と同様に、
ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ（図１５参
照）の位置を引抜タイロッド段差部１２ｂの端面１２ｂ
２よりも引抜タイロッド１２側（シース８と反対側）に
ずらし、引抜タイロッド１２の表面に直接ＹＡＧレーザ
光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００６６】ここで、前述したように引抜タイロッド１
２の段差部１２ｂは切削加工を行っていないため隅部１
２ｂ１（図１５参照）が若干Ｒ形状となっており、その
ためシース８の凸部８ａは段差部１２ｂの上記端面１２
ｂ２まではめ込むことができない。すなわち、本実施の
形態における重なり代Ｌ２（図１５参照）は、前述の第
１の実施の形態におけるシース８と切削タイロッド４と
の重なり代Ｌ１よりも小さくなる。
【００６７】これにより、ビーム中心軸２３Ａの位置を
引抜タイロッド段差部１２ｂの端面１２ｂ２よりもシー
ス８側（引抜タイロッド１２と反対側）にずらしてレー
ザ溶接を行う従来技術においては、前述の第１の実施の
形態における重なり代Ｌ１よりもさらに微小な重なり代
Ｌ２内にＹＡＧレーザ光２３の照射位置を制御せねばな
らず、レーザ照射位置の制御誤差によるシース８の溶け
落ちの可能性が大きくなる。またこのとき、重なり代Ｌ
２が小さいことによりシース８から引抜タイロッド１２
への熱伝達量も少なく、このため、シース８が溶け落ち
溶接不良を招く可能性は一層大きくなる。
【００６８】これに対し、上記本実施の形態において
は、前述の第１の実施の形態と同様にＹＡＧレーザ光２
３は引抜タイロッド１２の表面に照射されるため、その
照射による熱は引抜タイロッド１２の表面→引抜タイロ
ッド段差部１２ｂ→シース８という入熱経路によりシー
ス８に伝達されることとなる。このため、ＹＡＧレーザ
光２３の照射位置に多少誤差が生じても、シース８の凸
部８ａが溶け落ち溶接不良を招くことを防止することが
できる。
【００６９】すなわち、本実施の形態によれば、ＹＡＧ
レーザ光２３の照射位置を引抜タイロッド１２側（シー
ス８と反対側）にずらすことにより、段差部１２ｂの形
状を精密に矩形状に加工せず断面形状において隅部１２
ｂ１にＲ形状が残ったままである引抜タイロッド１２を
用いても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合
性を確保できる。これにより、素材→引抜加工にて引抜
タイロッド１２形成→段差部１２ｂを矩形状に機械加
工、といった工程で通常行うタイロッド製造行程におい
て、機械加工の工程を省略し、引抜加工のみによる引抜
タイロッド１２を用いて沸騰水型原子炉用制御棒１′の
製造をすることが可能となる。したがって、機械加工工
程がなくなった分、制御棒の製造の容易化、さらには製
造コストの低減を図ることができる。
【００７０】なお、上記本発明の第２の実施の形態にお
いても、前述の第１の実施の形態において説明したよう
に溶着促進のための溶接棒を用いてもよい（後述の図２
３も参照）。この場合も、上記本発明の第２の実施の形
態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】次に、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の
製造方法の第３の実施の形態を図１６乃至図２３を参照
しつつ説明する。本実施の形態は、シース８とタイロッ
ド４との溶接、シース８とハンドル５との溶接、シース
８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの溶接を自動化し
たものである。
【００７２】本願発明者等は、レーザ溶接を自動化する
にあたり、シース８の溶け落ちを防ぎさらに完全溶け込
み溶接となる施工条件を把握するために、各種施工条件
を種々変化させつつシース８とタイロッド４を用いた溶
接試験を実施した。図１６は、このときの施工条件の範
囲を示した図である。この溶接試験の結果、溶接後の状
態は、裏波ビードがなく完全溶け込み溶接にならないも
の、完全溶け込み溶接になったもの、シース８が溶け落
ちたものの３種類に大別された。
【００７３】次に、本願発明者等は、これら３種類の状
態を入熱量の大きさに関係する入熱パラメータＰ０を用
いて数値化した。すなわち、入熱量が少なく完全溶け込
み溶接とならなかったものはＰ０＝−1、完全溶け込み
溶接となったものはＰ０＝０、入熱量が多くシース８が
溶け落ちたものをＰ０＝１とした。
【００７４】また、上記３種類の状態に対応する施工条
件を重回帰分析し、次式で与えられる分析パラメータＰ
を得た。 Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11
×Ｗ−0.807×Ｌ 上式において、Ｇはシース凸部８ａをタイロッド段差部
４ｂにはめ込んだ状態におけるシース凸部８ａの内周面
８ａ５とタイロッド段差部４ｂの底面４ｂ３間のギャッ
プ（ｍｍ）（後述の図２１参照）、Ａは、シース８側へ
向かう方向を正、その反対側のタイロッド４へ向かう方
向を負とした場合におけるＹＡＧレーザ光２３のビーム
中心軸２３Ａの位置からシース８の凸部８ａの端部８ａ
１（後述の図２０参照）までの距離（ｍｍ）（以下、適
宜レーザ照射位置Ａと記述する）、ＨはＹＡＧレーザ光
２３による入熱量（ｋＪ／ｃｍ）、ＤはＹＡＧレーザ光
２３のビーム集光径（ｍｍ）、Ｗは溶接長１ｍ当たりの
溶接棒３０の供給量（ｇ／ｍ）、Ｌは、シース凸部８ａ
をタイロッド段差部４ｂにはめ込んだ状態におけるシー
ス凸部８ａの内周面８ａ５とタイロッド段差部４ｂの底
面４ｂ３との重なり代（ｍｍ）（後述の図２０参照）で
ある。
【００７５】図１７は、上記した入熱パラメータＰ０と
分析パラメータＰの相関関係を示す図である。この図１
７によれば、上記の式で表される分析パラメータＰが−
０．５以上０．５以下であれば、入熱パラメータＰ０は
０となり完全溶け込み溶接となることがわかる。すなわ
ち、この図１７により、上記分析パラメータＰを構成す
る溶接条件であるギャップＧ、レーザ照射位置Ａ、入熱
量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗ、重なり代Ｌの
値が与えられれば、分析パラメータＰの値に対して入熱
パラメータＰ０の値が定まるため、この入熱パラメータ
Ｐ０によって溶接後の状態を把握することができる。な
お、本願発明者等の検討によれば、各値の最も良好な条
件として、以下の範囲であることがわかった。すなわ
ち、ギャップＧが０〜０．３（ｍｍ）、レーザ照射位置
Ａが０〜−０．５（ｍｍ）、入熱量Ｈが０．８９±０．
２（ｋＪ／ｃｍ）、ビーム集光径Ｄが０．５７〜０．６
（ｍｍ）、溶接棒供給量Ｗが３．１６〜４．０６（ｇ／
ｍ）、重なり代Ｌが０．３〜０．６（ｍｍ）である。
【００７６】図１８は、上記分析パラメータＰを用いて
自動溶接を行う自動ＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表
す概念構成図である。この図１８において、前述の本発
明の第１の実施の形態における図５と同様の部分には同
符号を付し、説明を省略する。この図１８において、自
動ＹＡＧレーザ溶接機２７は、前記加工ヘッド１７ｆに
取り付けられたレーザスキャン式二次元変位センサ（図
示せず）と、同様に加工ヘッド１７ｆに取り付けられ後
述の溶接棒３０の自動供給を行う溶接棒供給装置（図示
せず）と、前記制御装置１９に信号線２８を介し接続さ
れた演算処理装置２９と、制御装置１９から指示される
溶接開始位置及び溶接終了位置に加工ヘッド１７ｆを移
動させるためのサーボモータ（図示せず）とを備えてい
る。
【００７７】上記演算処理装置２９は、上記レーザスキ
ャン式二次元変位センサの検出値から、溶接開始位置及
び溶接終了位置と、シース８とタイロッド４とのギャッ
プＧ及び重なり代Ｌを算出し、さらにこのギャップＧ及
び重なり代Ｌから上記分析パラメータＰを用いてレーザ
照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量
Ｗを算出するようになっている。
【００７８】次に、上記構成の自動ＹＡＧレーザ溶接機
２７を用いて行う本実施の形態の沸騰水型原子炉用制御
棒の製造方法の詳細を以下に説明する。図１９は、上記
レーザスキャン式二次元変位センサのスキャン方法を示
した図であり、図２０は図１９中XX−XX断面による横断
面図、図２１は図１９中XXI−XXI断面による縦断面図で
ある。これらの図１９乃至図２１において、まず自動Ｙ
ＡＧレーザ溶接機２７は、そのレーザスキャン式二次元
変位センサが図１９中矢印ク方向に自動スキャンするこ
とで、シース８の凹部８ｂの端部８ｂ１（図２０参照）
及びタイロッド４の段差部４ｂの先端側角部４ｂ２（図
２０参照）の座標をそれぞれ検出する。また、図１９中
矢印ケ方向にスキャンすることで、シース８の凸部８ａ
の両側端部８ａ２，８ａ３（図２１参照）の座標を検出
すると共に、タイロッド４の段差部４ｂの底面４ｂ３
（図２１参照）の高さとシース凸部８ａの外周面８ａ４
（図２１参照）の高さを検出する。
【００７９】前記演算処理装置２９は、レーザスキャン
式二次元変位センサの上記２回のスキャンにより得られ
たデータと、例えば操作者により入力されたシース凸部
８ａの奥行き（凸部８ａの端部８ａ１と凹部８ｂの端部
８ｂ１との距離）及びシース８の厚さの値とから、シー
ス８とタイロッド４のギャップＧ及び重なり代Ｌを計算
する。なお、上記スキャンにより得られたシース８の凸
部８ａの両側端部８ａ２，８ａ３の座標が、このまま溶
接開始位置及び溶接終了位置となる。
【００８０】また、演算処理装置２９は、このようにし
て得られたギャップＧ、及び重なり代Ｌにより、前記分
析パラメータＰが−０．５以上０．５以下となるように
レーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒
供給量Ｗを計算する。なおこのとき、本実施の形態にお
いても前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態と
同様にシース８の溶け落ち防止を考慮し、レーザ照射位
置Ａは負（すなわち、タイロッド４方向）となるよう
に、例えば操作者により事前に入力されている。
【００８１】このようにして、演算処理装置２９から溶
接開始・終了位置、ギャップＧ、レーザ照射位置Ａ、入
熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗ、重なり代Ｌ
を得た制御装置１９は前記レーザ加工装置１７及びレー
ザ発振装置１８を制御し、図２２及び図２３に示すよう
に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａをタイロ
ッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもタイロッド４側（シ
ース８と反対側）にずらした位置で溶接棒３０にＹＡＧ
レーザ光２３を照射して、自動で完全溶け込み溶接とな
るようにシース８とタイロッド４との自動レーザ溶接を
行う。
【００８２】以上説明した上記本実施の形態によれば、
ＹＡＧレーザ光２３を溶接棒に照射するため、この照射
による熱は溶接棒３０→シース８という入熱経路により
シース８に伝達されることとなる。このとき特に、前述
の第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様にＹＡ
Ｇレーザ光２３をタイロッド４側にずらした位置で溶接
棒３０に対し照射するので、万一照射位置に誤差が生じ
溶接棒３０から外れたとしても、ＹＡＧレーザ光２３は
タイロッド４の表面に照射される。すなわち、この照射
による熱はタイロッド４の表面→タイロッド段差部４ｂ
→シース８という上記第１の実施の形態と同様の入熱経
路により、シース８に伝達されることになる。したがっ
て、シース８の溶け落ちを確実に防止し、良好な溶接接
合性を確保することができる。
【００８３】さらに本実施の形態によれば、自動ＹＡＧ
レーザ溶接機２７がレーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビー
ム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗを計算して自動で完全溶け
込み溶接となるようにレーザ溶接を行うため、シース８
の溶け落ちをさらに確実に防止し、良好な溶接接合性を
確保することができる。また、自動でレーザ溶接が行え
ることで、溶接作業者の作業負荷の低減及び制御棒の生
産性の向上の効果をも得ることができる。
【００８４】なお、以上はシース８とタイロッド４との
溶接を例にとって説明したが、シース８とハンドル５と
の溶接、シース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの
溶接についても同様の手順で自動溶接を行うことがで
き、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
【発明の効果】本発明によれば、ＹＡＧレーザ光をビー
ム中心軸位置がタイロッドの段差部の端面位置よりもタ
イロッド側にずれるように設定して照射する。これによ
り、ビーム中心軸位置を高精度に制御しなくてもシース
等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保すること
ができ、また、タイロッドの段差部を精密に機械加工し
なくても同様にシース等の溶け落ちを防止し良好な溶接
接合性を確保することができる。したがって、制御棒製
造工程におけるレーザ溶接の制御が容易になり、また機
械加工工程が省略でき、制御棒の製造の容易化、さらに
は製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第１の実施
の形態の全体構造を表す一部破断斜視図である。
【図２】図１中II−II断面による横断面図である。
【図３】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第１の実施
の形態の製造工程を表す工程図である。
【図４】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第１の実施
の形態を構成するタイロッドの製造過程である引抜タイ
ロッドの上（又は下）面図、及び完成後である切削タイ
ロッドの上（又は下）面図である。
【図５】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の
第１の実施の形態におけるシース溶接の際に使用したＹ
ＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。
【図６】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の
第１の実施の形態におけるシースとタイロッドとの溶接
箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図７】図６中VII−VII断面による横断面図である。
【図８】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の
第１の実施の形態におけるシースとハンドルとの溶接箇
所を一部拡大して表した斜視図である。
【図９】図８中IX−IX断面による横断面図である。
【図１０】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法
の第１の実施の形態におけるシースと落下防止リミッタ
との溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図１１】図１０中XI−XI断面による横断面図である。
【図１２】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第２の実
施の形態の全体構造を表す一部破断斜視図である。
【図１３】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第２の実
施の形態の製造工程を表す工程図である。
【図１４】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法
の第２の実施の形態におけるシースと引抜タイロッドと
の溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図１５】図１４中XV−XV断面による横断面図である。
【図１６】溶接試験の施工条件を示した図である。
【図１７】入熱パラメータＰ０と分析パラメータＰの相
関関係を示す図である。
【図１８】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法
の第３の実施の形態におけるシース溶接の際に使用した
自動ＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図で
ある。
【図１９】レーザスキャン式二次元変位センサのスキャ
ン方法を示した図である。
【図２０】図１９中XX−XX断面による横断面図である。
【図２１】図１９中XXI−XXI断面による縦断面図であ
る。
【図２２】本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法
の第３の実施の形態におけるシースとタイロッドとの自
動溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図２３】図２２中XXIII−XXIII断面による横断面図で
ある。
【符号の説明】
１ 沸騰水型原子炉用制御棒 ４ タイロッド ４Ａ タイロッド軸心 ４ａ 各辺先端部 ４ｂ 段差部 ４ｂ１ 端面 ５ ハンドル ５ａ 下端部 ５ｂ 段差部 ６ 落下速度リミッタ ６ａ１ 上端部 ８ シース ８ａ 凸部（Ｕ字形両先端部） ８ｃ 上縁部 ８ｄ 下縁部 １２ 引抜タイロッド（タイロッド） ２３ ＹＡＧレーザ光 ２３Ａ ビーム中心軸 ３０ 溶接棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 紀昭 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者 足立 昇司 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】十字形横断面形状のタイロッドと、このタ
    イロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タ
    イロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または
    落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断
    面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシ
    ースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法にお
    いて、 前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を
    備えた前記タイロッドを形成し、 このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字
    形両先端部をはめ込み、 そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レ
    ーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よ
    りも少なくともタイロッド軸心側にずれるように設定し
    て照射することにより、前記タイロッドの長手方向にお
    いて少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ
    溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定するこ
    とを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。
  2. 【請求項２】十字形横断面形状のタイロッドと、このタ
    イロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タ
    イロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または
    落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断
    面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシ
    ースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法にお
    いて、 前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を
    備えた前記タイロッドを引き抜き加工により形成し、 このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字
    形両先端部をはめ込み、 そのはめ込んだ状態で、前記タイロッドの長手方向にお
    いて少なくとも一部が連続的な溶接となるようなＹＡＧ
    レーザ光またはＣＯ２レーザ光によるレーザ溶接を行
    い、前記シースを前記タイロッドに溶接固定することを
    特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。
  3. 【請求項３】十字形横断面形状のタイロッドと、このタ
    イロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タ
    イロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または
    落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断
    面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシ
    ースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法にお
    いて、 前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を
    備えた前記タイロッドを引き抜き加工により形成し、 このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字
    形両先端部をはめ込み、 そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レ
    ーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よ
    りも少なくともタイロッド軸心側にずれるように設定し
    て照射することにより、前記タイロッドの長手方向にお
    いて少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ
    溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定するこ
    とを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。
  4. 【請求項４】十字形横断面形状のタイロッドと、このタ
    イロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タ
    イロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または
    落下速度リミッタと、少なくとも前記ハンドルの下端部
    に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒
    の製造方法において、 前記ハンドルの下端部に、前記シース固定用の段差部を
    形成し、 この段差部に、前記シースの上縁部をはめ込み、 そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レ
    ーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よ
    りも反シース側にずれるように設定して照射することに
    より、前記シースの上縁部に沿って少なくとも一部が連
    続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シース
    を前記ハンドルに固定することを特徴とする沸騰水型原
    子炉用制御棒の製造方法。
  5. 【請求項５】十字形横断面形状のタイロッドと、このタ
    イロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タ
    イロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または
    落下速度リミッタと、少なくとも前記下部支持部材又は
    前記速度リミッタの上端部に固定されるシースとを備え
    る沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、 前記下部支持部材又は前記速度リミッタの上端部に、前
    記シース固定用の段差部を形成し、 この段差部に、前記シースの下縁部をはめ込み、 そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レ
    ーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よ
    りも反シース側にずれるように設定して照射することに
    より、前記シースの下縁部に沿って少なくとも一部が連
    続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シース
    を前記下部支持部材又は前記速度リミッタに固定するこ
    とを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項記載の沸騰水
    型原子炉用制御棒の製造方法において、前記レーザ溶接
    の際、溶着促進のための溶接棒を用いて溶接を行うこと
    を特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。
  7. 【請求項７】請求項６記載の沸騰水型原子炉用制御棒の
    製造方法において、 前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記
    シースの内周面と前記段差部の底面との間のギャップを
    Ｇ（ｍｍ）、 前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記
    シースの内周面と前記段差部の底面との重なり代をＬ
    （ｍｍ）、 シース側へ向かう方向を正、その反対側へ向かう軸方向
    を負とした場合における、前記レーザ光のビーム中心軸
    位置から前記シースの端部までの距離をＡ（ｍｍ）、 前記レーザ光のビームの集光径をＤ（ｍｍ）、 前記レーザ溶接による入熱量をＨ（ｋＪ／ｃｍ）、 溶接長１ｍ当たりの前記溶接棒の供給量をＷ（ｇ／
    ｍ）、としたとき、 Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11
    ×Ｗ−0.807×Ｌ で求められるパラメータＰの値が−０．５以上０．５以
    下になるように、前記レーザ溶接の施工条件を設定して
    溶接を行うことを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の
    製造方法。
  8. 【請求項８】十字形横断面形状のタイロッドと、このタ
    イロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タ
    イロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または
    落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断
    面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシ
    ースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒において、 前記タイロッドは、前記十字形の各辺先端部に前記シー
    ス固定用の段差部を備えており、 前記シースの前記Ｕ字形両先端部は、前記タイロッドの
    前記段差部にはめ込まれ、ビーム中心軸位置が前記段差
    部の端面位置よりも少なくともタイロッド軸心側にずれ
    るように設定して照射されたＹＡＧレーザ光またはＣＯ
    ２レーザ光を用いるとともに前記タイロッドの長手方向
    において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレ
    ーザ溶接によって、前記タイロッドに固定されているこ
    とを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
  9. 【請求項９】十字形横断面形状のタイロッドと、このタ
    イロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タ
    イロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または
    落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断
    面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシ
    ースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒において、 前記タイロッドは、前記十字形の各辺先端部に前記シー
    ス固定用の段差部を備えるように、引き抜き加工により
    形成されており、 前記シースの前記Ｕ字形両先端部は、前記タイロッドの
    前記段差部にはめ込まれ、前記タイロッドの長手方向に
    おいて少なくとも一部が連続的な溶接となるようなＹＡ
    Ｇレーザ光またはＣＯ２レーザ光を用いたレーザ溶接に
    よって、前記タイロッドに固定されていることを特徴と
    する沸騰水型原子炉用制御棒。
  10. 【請求項１０】十字形横断面形状のタイロッドと、この
    タイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記
    タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材また
    は落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横
    断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状の
    シースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒において、 前記タイロッドは、前記十字形の各辺先端部に前記シー
    ス固定用の段差部を備えるように、引き抜き加工により
    形成されており、 前記シースの前記Ｕ字形両先端部は、前記タイロッドの
    前記段差部にはめ込まれ、ビーム中心軸位置が前記段差
    部の端面位置よりも少なくともタイロッド軸心側にずれ
    るように設定して照射されたＹＡＧレーザ光またはＣＯ
    ２レーザ光を用いるとともに前記タイロッドの長手方向
    において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレ
    ーザ溶接によって、前記タイロッドに固定されているこ
    とを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
  11. 【請求項１１】十字形横断面形状のタイロッドと、この
    タイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記
    タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材また
    は落下速度リミッタと、少なくとも前記ハンドルの下端
    部に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御
    棒において、 前記ハンドルは、その下端部に前記シース固定用の段差
    部を備えており、 前記シースの上縁部は、前記ハンドルの前記段差部には
    め込まれ、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よ
    りも反シース側にずれるように設定して照射されたＹＡ
    Ｇレーザ光またはＣＯ２レーザ光を用いるとともに前記
    シースの上縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接
    となるようなレーザ溶接によって、前記ハンドルに固定
    されていることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
  12. 【請求項１２】十字形横断面形状のタイロッドと、この
    タイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記
    タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材また
    は落下速度リミッタと、少なくとも前記下部支持部材又
    は前記速度リミッタの上端部に固定されるシースとを備
    える沸騰水型原子炉用制御棒において、 前記下部支持部材又は前記速度リミッタは、その上端部
    に、前記シース固定用の段差部を備えており、 前記シースの下縁部は、前記下部支持部材又は前記速度
    リミッタの前記段差部にはめ込まれ、ビーム中心軸位置
    が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるよう
    に設定して照射されたＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レー
    ザ光を用いるとともに前記シースの下縁部に沿って少な
    くとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接によ
    って、前記下部支持部材又は前記速度リミッタに固定さ
    れていることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
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