JP2936332B2 - 大型ナット着脱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は大型のナットを着脱する装置に係り、特に原
子炉圧力容器に用いるナットの着脱に好適な着脱装置に
関する。

〔従来の技術〕

原子炉圧力容器は、第11図に示すように上鏡１と胴体
２をスタッドボルト３により接続し、圧力容器全体を密
閉するように構成されている。第12図はスタッドボルト
３による上鏡１と胴体２の接続状態の詳細を示す。スタ
ッドボルト３は、第12図に示すように胴体２の胴体フラ
ンジ2Aとスタッドボルト３のねじ部3Aにより接続し、そ
の上面より突出し、上鏡フランジ1Aに形成された貫通孔
1Bを貫通して上鏡フランジ1Aより上に他端のねじ部3Bが
突出している。このねじ部3Bにナット４およびワッシャ
５を介してスタッドボルト３で上鏡１と胴体２を接続し
ている、 このスタッドボルト３は、上鏡フランジ1Aの円周方向
にナット４およびワッシャがほとんど接触する程度に近
接されて多数配置されている。ナット４およびワッシャ
５は円筒状をしており、ナット４にはそれを回して緩め
るための溝4Aがその上端部に放射状に形成されており、
ワッシャ５には第５図に示すように溝5Aが形成されてい
る。

原子炉圧力容器では燃料交換のため年１回の定期検査
時に上鏡１の開、閉が行われ、上鏡１を開くときには、
スタッドボルト３に取り付けられているナット４および
ワッシャ５を全数取り外して上鏡１を取り除き、上鏡１
を閉じる時はナット4,ワッシャ５をスタッドボルト３に
取り付けて上鏡１を締め付ける。

従来、これらのナット，ワッシャの着脱作業は手作業
で行われてきたが作業者の被曝低減および被曝環境下で
の作業時間の短縮の必要性から遠隔自動にて、これらの
作業を行うナット，ワッシャの着脱装置が開発され実用
に供せられている。

この着脱装置として、第14図および第15図に示すもの
がある。（特開昭62−79975号公報）この着脱装置は第1
3図に示すような原子炉圧力容器の上鏡１に架台９で固
定された円環上の軌道10に沿って旋回方向に走行するス
テーション11から昇降用アーム12により吊り下げて使用
される。なお、第13図（Ｂ）に示す13はボルト清掃装
置、14はスタッドテンショナであるが、ボルト清掃装置
13,スタッドテンショナ14の説明はここでは省く。第14
図の着脱装置はナット4,ワッシャ５を掴んだ状態を示
し、第15図はナット4,ワッシャ５を掴む以前の状態を示
す。着脱装置８でスタッドボルト３に螺合しているナッ
ト４とワッシャ５とを取り外す場合、まず最初に以下の
動作によりナット４およびワッシャ５を把持する。すな
わち、第13図に示すステーション11の旋回方向および半
径方向への移動により、装置の中心軸を目的とするスタ
ッドボルト３の中心軸と一致させる。次に第13図（Ｂ）
のモータ68により第13図，第14図および第15図の昇降用
アーム12を駆動し、ナット着脱装置８全体を一定のスト
ロークだけナット４側へ降下させる。

この場合、ナット着脱装置８全体が一定のストローク
で下降するが、それ以降は第15図の昇降用アーム12,モ
ータ15、モータ取付板16,支持板17,ナット18および固定
軸19Aからなる部材（以下、上部部材という）は固定さ
れて移動しない。そして、この上部部材以外の部分がエ
アシリンダ22の作動によって第15図から第14図の状態に
下降する。このときの降下量は、第13図（Ｂ）に示すモ
ータ68に取り付けられたロータリエンコーダ69で計測さ
れる。また、ナット着脱装置８のナット回転駆動部24
は、予め巻下げておき、チャック27は開いておく。

第15図において、モータ15を時計方向に回転すると可
動軸19Bとナット18との噛み合せによって、第15図おけ
る上記した上部部材以外の部分が第15図の状態より第14
図に示す状態に下降して、回転用つめ29がナット４の上
面に当接し第15図における上記した上部部材以外の部分
が停止する。

そして、モータ15を左，右に廻して、回転用つめ29が
ナット４の溝4Aに嵌るまで回転させる。

その後に、エアシリンダ22のエアを抜いてスプリング
32でチャック27を第14図に示すように閉じる。（チャッ
ク27の係止用つめ27Aでワッシャ５の溝5Aをつかむ） しかる後、モータ15を左回転させてナット４をスタッ
ドボルト３からはずす。（スタッドボルト３からナット
４を緩める） ところで、ナット４には第15図に示すように回転用つ
め29が入り込む溝4Aがナット４に数ヶ設けられており、
回転用つめ29がこの溝4Aに入った時、係止用つめ27A
が、ワッシャ５の溝5Aに入る位置関係となっている。通
常、ナット４の溝4Aの位置と回転用つめ29の位置は一致
しないので、ナット着脱装置８を降下させた時、回転用
つめ29が常時ナット４の溝4Aに嵌り込むとは限らず、こ
のために回転用つめ29は、ナット４の上端に乗り上げる
状態となることがある。この場合においても、昇降用ア
ーム12は回転用つめ29がナット４の溝4Aに装着される位
置まで降下する。そのため、回転用つめ29が付設されて
いるナット回転駆動部24は昇降アーム12と共に下降する
固定軸（回転はするが、昇降しない軸）19Aに対しスプ
ライン構造上を摺動しながら相対的に上昇する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のナット着脱装置は、ナット４の上下方向の
位置のずれについて考慮されておらず、下記の問題があ
った。

ナット４を係止するために、ナット着脱装置８をナッ
ト４に押し付ける際、ナット着脱装置８の移動量（スト
ローク量）は、常に一定である。このため第13図のスタ
ッドテンショナ14によりナット４を緩めすぎ、ナット４
がワッシャ５から浮き上ってナット４が余分に上昇した
位置にあった場合は、ナット４が浮き上っている距離だ
け縮み量が過剰となり、その押付力による回転用つめ29
と、ナット４との摩擦力がモータ15の回転トルクより大
きくなり、モータ15が回転不能になる場合がある。ま
た、ナット４が回転用つめ29と同じ位置関係のまま回動
し、ナット４の溝4Aと回転用つめ29を係止することがで
きない場合が生じる。

反対に軌道10からの同一ストロークでナット着脱装置
８を移動させても回転用つめ29がナット４あるいはナッ
ト４の溝4Aに届かずにナット４が相対的に余分に下の位
置にある場合には、チャック27の係止用つめ27Aがワッ
シャ５の溝5Aの位置まで達しないことがあり得る。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、
ナットとナット着脱装置との間の位置関係が充分に対応
しない場合にも、常に安定してナットの着脱が可能な大
型ナットの着脱装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的は、ボルトに螺合する大型ナットの上端
面に形成された溝に係合する溝係合部を有し、ボルト軸
心方向において、スプリング手段を介して前記大型ナッ
ト側に移動し、前記溝係合部を前記溝に係合させた状態
で回動させる大型ナット回動部材を備えた大型ナットの
着脱手段において、前記ボルト軸心方向において、前記
大型ナット回動部材の溝係合部と前記大型ナットとが接
触した位置から更に前記大型ナットの前記溝の深さより
小さい移動量で前記スプリング手段を圧縮して、前記大
型ナット回動部材の溝係合部を前記大型ナットに押圧さ
せる手段を設けることによって達成される。

〔作用〕

ナット回動部材の例えばナット回転用つめがナットに
接触した位置から、所定の距離（ナットの溝の深さに相
当する距離）だけ、ナット回動部材がナット側に移動し
た時点で信号を出力し、この信号が出力されたときにナ
ット回動部材のナット側への移動が停止する。

したがって、ナット回動部材とナットとの位置関係に
かかわらず、ナット回動部材はナットに対し同じ位置で
停止する。この結果、ナット回動部材の、例えばナット
回転用つめとナットとの摩擦力は常に一定に保たれ、ナ
ット回動部材をナット側に移動させるためのモータのト
ルク不足やナットがナット回転用つめに追従して回動す
る現象は解消される。

また、ナット回動部材がナットに付設されるワッシャ
の溝に係合してワッシャをボルトから取り外すチヤック
を有し、このチヤックとナット回転用つめの位置関係が
予め設定されている場合、チヤックがワッシヤの溝に達
しない現象も解消される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の大型ナットの着脱装置の一実施例を
示す断面図、第２図は第１図におけるナット回転駆動部
を含む下部詳細図、第３図（Ａ）、（Ｂ）はその要部状
態図、第４図は第１図におけるナット把持機構部の斜視
図、第５図は本発明の大型ナットの着脱装置が適用され
るナット，ワッシヤの斜視図である。なお、第１図にお
いて、（）内の数字は第14図及び第15図に示す符号に相
当し、第２図の右側はチヤックがワッシヤ溝に係止して
いる状態、第２図の左側はチヤックが開脚している状態
を示している。

この大型ナットの着脱装置は、第１図に示すよう昇降
用アーム40に取り付けられたモータ取付板42にモータ41
が搭載され、モータ41の出力軸43はギア44を貫通してス
プランイ軸45に接続されている。ギア46はギア44に噛合
すると共にボールスクリュー軸47に接続され、ボールス
クリュー軸47の回転によりボールナット49、ベアリング
を介してスプラインハブ50及びスプラインハブ50に接続
されたナット回転駆動部60を上下方向に駆動する。エア
シリンダ52を取り付けたエアシリンダ固定板51面上に
は、センサ53が設置されている。エアシリンダ51の先端
部には、リング54が設けられ、リング55及びベアリング
56を介してリング57をスプリング58の付勢力に抗して下
方に移動できる構造となっている。リング57には、その
下面の周方向に所定の間隔で複数個の板59が固定されて
いる。そして、第３図に示すようにチャック61の内面側
に固定されると共に穴の上部側になるにつれて半径方向
内側に傾斜した楕円穴61Aが形成され、内部に角柱状の
空間部を有する収納部61Bに板59が遊嵌され、また、板5
9の側面に固定されたピン59Aが楕円穴61Aに遊嵌されて
いる。したがって、チャック61は板59の上下方向の移動
に伴い、円筒65に対して支点65Aを中心に揺動可能とな
っている。

前記スプラインハブ50には回転軸62が接続固定され、
回転軸62にはスプライン軸63が接続固定されている。ス
プライン軸63にはセンサ53の設置位置に対応して検出体
48が設けられスプラインハブ66がその軸方向に摺動自在
に設けられ、スプラインハブ66とエアシリンダ固定板51
との間はベアリングが配設されている。このスプライン
ハブ66にリング57が固着されると共にスプラインハブ66
に円筒65が連設されており、この円筒65とリング57との
間にスプリング58が装着されている。また、円筒65とス
プライン軸63の下端部との間に圧縮スプリング67が装着
され、円筒65に対する上下方向の復元力を付与するよう
になっている。

更に昇降用アーム40は第10図に示す制御装置70からの
指令によって回転量が制御される駆動モータ68によって
昇降自在となっており、駆動モータ68の出力軸と同軸に
ロータリエンコーダ69が取り付けられ、駆動モータ68の
回転量、即ち昇降用アーム40の上下方向の移動量による
ナット着脱装置８の上下方向の移動量が計測できるよう
になっている。

次に上記した大型ナットの着脱装置の作用について説
明する。

第13図（Ａ）（Ｂ）に示すステーション11の旋回及び
半径方向の移動によって着脱装置８の中心軸を、ナット
4,ワッシヤ５を掴もうとするスタッドボルト３の中心軸
と一致させる。このとき、ナット回転駆動部60は予め巻
き上げ、チャック61は開いた状態となっている。

次に第13図（Ａ）（Ｂ）に示す駆動モータ68の駆動に
より昇降用アーム40によって着脱装置８全体を下降させ
る。着脱装置８全体が下降してナット回転用つめ64がナ
ット４に接すると、ナット回転用つめ64,案内板31及び
円筒65とこの円筒65に連接されたスプラインハブ66、こ
のスプラインハブ66に固定又はベアリングを介して接続
されたリング51,エアシリンダ52,リング54,リング55,リ
ング57,板59,チャック61等は一体となって停止する。

一方、昇降用アーム40,モータ41,モータ取付板42,モ
ータ出力軸43,ギヤ44,スプライン軸45,ギヤ46,ボールス
クリュー軸47,ボールナット49,スプランインハブ50,ナ
ット駆動部60,スプライン軸63は下降を続ける。

したがって、ナット回転駆動部60等の下降は停止して
も、スプライン軸63を含む装置上部は下降を続けるため
に、スプライン軸63等のナット回転駆動部60はリンク51
に対して相対的に下降する。このため、第６図に示すよ
うにナット回転駆動部60に設られた検出体48がセンサ53
の検出範囲内に入り、第７図に示すように検出体48の検
出部48Aを検出する。センサ53からの検出信号は、第10
図に示す制御装置70に入力され、制御装置70からの指令
信号によって駆動モータ68が停止する。

制御装置70には、回転用つめ64がナット４の上端に接
触して停止したときのナット回転駆動部60のストローク
よりも大きく、回転用つめ64がナット４の溝4Aに入り込
んだ状態で回転用つめ64とナット４が接触して停止した
ときのナット回転駆動部60のストロークよりも小さい値
が設定値として入力されており、駆動モータ68が停止
し、ナット回転駆動部60が停止した位置のストロークと
設定値を比較する。比較の結果、ナットが回転駆動部60
が停止した位置のストロークが、設定値よりも小さい場
合、回転用つめ64がナット４の溝4Aに係止していないと
判断され、制御装置70から駆動モータ41に対し、回転指
令信号が出力され、駆動モータ41は低速で回転し、第８
図に示すようにナット回転用つめ64はナット４上を回転
し、第９図に示すようにナット４の溝4Aに係止する。

このとき、ナット回転用つめ64のナット４に対する押
付力は、ナット回転用つめ64がナット４の上端に接触し
た後、センサ53が作動するまでのナット回転駆動部60の
ストロークで決定されるため、常に一定の値となり、ナ
ット４の位置変化やナット着脱装置８の取付位置の変化
等による押付力の過小又は過大がなくなり、ナット回転
用つめ64を確実にナット４の溝4Aに係止させることがで
きる。

その後、エアシリンダ52のピストンを上方に動かす
と、ピストン先端部のリング54のリング55に対する押圧
作用が解除され、スプリング57及び圧縮スプリング67の
付勢力によってリング55は板59と共に上方に移動する。
この結果、第３図に示すように板59に固定されたピン59
Aが楕円穴61の上端に当接し、チャック61を閉じてワッ
シヤ５の溝5Aに係止させる。

また、比較の結果、ナット回転駆動部60のストローク
が設定値よりも大きい場合、ナット回転用つめ64がナッ
ト４の溝4Aに係止していると判断され、エアシリンダ52
のピストンを上方に動かし、上記同様の機構によりチヤ
ック61を閉じてワッシヤ５の溝5Aに係止させる。

このように本発明の大型ナットの着脱装置において
は、ナット４が浮き上がっていても、あるいはナット着
脱装置８の取付位置が上方にずれていても、第８図に示
すようにナット回転用つめ64がナット４の溝4Aに乗り上
げていても、センサ53が検出体48の検出部48Aを検出す
るまでスプラインハブ66と同期して昇降する下部側部材
中のナット回転用つめ64が下降するので、ナット４を必
要以上に押し付けることがなく、モータ41の回転によっ
てナット４の溝4Aにナット回転用つめ64を嵌合すること
ができる。

また、ナット着脱装置８の取付位置が上方に位置ずれ
している場合にもナット４にナット回転用つめ64が突き
当るまで下降し、その後にセンサ53により検出体48の検
出部48Aを検出するまで下降するので、ナット4,ワッシ
ヤ５の位置に関係なくナット着脱装置８を確実に下降で
き、チヤック61によってナット4,ワッシヤ５を掴むこと
ができる。

上記した実施例では、センサ53をエアシリンダ固定板
51面上に設置し、検出体48の検出部48Aをナット回転駆
動部60中のスプライン軸63に設けた例を示したが、セン
サ53をエアシリンダ固定板51以外のスプラインハブ66と
一体的に昇降する部材に設け、検出部48Aをスプライン
軸63と一体的に昇降する他の部材側に設けもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ナット着脱装置と着脱
の対象となるナットとの間の位置関係が変化しても常に
安定して確実にナットを掴むことができるので、例えば
原子力圧力容器のスタットボルトに螺合するナットの着
脱作業を高い信頼性で自動化することができ、かつ作業
者の被曝低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大型ナットの着脱装置の一実施例を示
す断面図、第２図は第１図におけるナット回転駆動部を
含む下部詳細図、第３図は（Ａ），（Ｂ）はその要部状
態図、第４図は第１図におけるナット把持機構部の斜視
図、第５図は本発明の大型ナットの着脱装置が適用され
るナット，ワッシヤの斜視図、第６図及び第７図は第１
図のＡ部詳細図、第８図及び第９図は各々第６図及び第
７図に対応するナット着脱装置とナット，ワッシヤの位
置関係を示す説明図、第10図は本発明におけるナット着
脱装置の昇降用モータの制御系統図、第11図は原子力圧
力容器の断面図、第12図は第11図のＡ部拡大断面図、第
13図（Ａ）は本発明に係る大型ナットの着脱装置を設置
した自動ナット着脱装置の平面図、第13図（Ｂ）は第13
図（Ａ）の側面図、第14図及び第15図は従来の大型ナッ
トの着脱装置におけるナット，ワッシヤの把持状態を示
す断面図である。 ４……ナット、4A……溝、５……ワッシヤ、5A……溝、
31……案内板、40……昇降用アーム、41……モータ、43
……モータ出力軸、45……スプライン軸、47……ボール
スクリュー軸、48……検出体、48A……検出部、50……
スプラインハブ、52……エアシリンダ、53……センサ、
54……リング、55……リング、56……リング、58……ス
プリング、59……板、60……ナット回転駆動部、61……
チヤック、62……回転軸、63……スプライン軸、64……
ナット回転用つめ、65……円筒、66……スプラインハ
ブ、67……スプリング、68……モータ、69……ロータリ
エンコーダ、70……制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 守男 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (56)参考文献 特開 昭61−297084（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−292330（ＪＰ，Ａ) 実公 平３−14308（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23P 19/06 B25B 21/00 540

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボルトに螺合する大型ナットの上端面に形
   成された溝に係合する溝係合部を有し、ボルト軸心方向
   において、スプリング手段を介して前記大型ナット側に
   移動し、前記溝係合部を前記溝に係合させた状態で回動
   させる大型ナット回動部材を備えた大型ナットの着脱手
   段において、 前記ボルト軸心方向において、前記大型ナット回動部材
   の溝係合部と前記大型ナットとが接触した位置から更に
   前記大型ナットの前記溝の深さより小さい移動量で前記
   スプリング手段を圧縮して、前記大型ナット回動部材の
   溝係合部を前記大型ナットに押圧させる手段を設けたこ
   とを特徴とする大型ナットの着脱装置。
2. 【請求項２】大型ナット回動部材が、ボルト軸心方向に
   駆動モータを介して昇降自在に設けられたスプライン軸
   と、該スプライン軸に嵌合されたスプラインハブと同期
   して前記スプライン軸に対して昇降自在に設けられ、ナ
   ットの溝に係合される係合部と、前記スプライン軸の位
   置を検出する検出部と、その検出結果に基づいて前記駆
   動モータによるスプライン軸のボルト軸心方向の移動量
   を制御する制御部とを有する請求項１に記載の大型ナッ
   トの着脱装置。