JP3381487B2 - 原子力プラント制御棒駆動装置用ローラ及びそれを用いた制御棒駆動装置 - Google Patents

原子力プラント制御棒駆動装置用ローラ及びそれを用いた制御棒駆動装置

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    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉プラントに
おいて制御棒駆動装置に使用される摺動部材に耐摩耗性
と同時に耐食性，耐衝撃性に優れた耐摩耗合金を用いた
原子力プラント制御棒駆動装置並びに原子力プラント制
御棒駆動装置用ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来原子力プラントにおける摺動部材に
はコバルト基合金が使用されており、制御棒のガイド用
ローラやブッシュ等にはステライトと称するコバルト合
金が適用されている。この合金はコバルトを主成分と
し、クロムを２８〜３０％、炭素を２〜２.５％ 、さら
にタングステン，鉄，ニッケルを少量含有している。高
クロムであるために耐食性が良く、また高炭素であるた
めに硬さが高く耐摩耗性に優れている。
【０００３】しかしながら、この合金部材が高温高圧の
原子炉水中におかれるとコバルトが炉水中に溶出し、こ
れが燃料被覆管表面に付着して放射化され、再び溶出し
て炉水中を循環する。その結果、プラント定期検査や補
修時における被爆線量が増大し運転休止期間が長期化し
てプラントの稼働率を低下させる。
【０００４】このようなコバルトの溶出による線量の増
大を防止するにはコバルト基合金に替わる耐摺動材料を
適用する必要が有る。
【０００５】コバルトを成分元素としない耐摺動材料と
して、既に特公昭５９−５２２２８号が開示されてい
る。これはローラ材にニッケル基合金を用いたものであ
るが、耐摩耗性がコバルト基合金に及ばないため機械的
荷重の高い摺動部では摩耗による寸法変化が大きくな
り、長期間の使用に耐えられない。また、特公昭５８−
２３４５４号にはクロム，ニオブを添加したニッケル基
合金が開示されているが、ステライトに比べ衝撃値が低
くスクラム時の衝撃荷重に対する信頼性に難点があっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来材料の難点を解決するためになされたもので、高温水
中，高荷重下で原子炉制御棒の円滑な駆動を長期間にわ
たって保証するため、耐摩耗性がステライトより優れ、
かつスクラム時の高速駆動による衝撃荷重に対しても信
頼性が高く、またコバルトの溶出がなく、被爆線量を低
減した耐摩耗性合金を用いた原子力プラント制御棒駆動
装置並びに原子力プラント制御棒駆動装置用ローラを提
供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、クロムを１５
〜３０重量％含有する鉄基又はニッケル基合金よりな
り、硬さがＨｖ１００〜３００である軟質基地中に、粒
径が２０〜１００μｍでヴィッカース硬さが１０００〜
２０００よりなる非析出及び非晶出硬質粒子が体積比で
５〜３０％分散した焼結合金よりなることを特徴とする
原子力プラント制御棒駆動装置用ローラにある。
【０００８】本発明は、重量でＣ０.０５％ 以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２％以下，Ｃｒ１５〜３０％及びＮｉ８
〜２０％を含有する鉄基合金よりなり、硬さがＨｖ１０
０〜３００である軟質基地中に、粒径が２０〜１００μ
ｍでヴィッカース硬さが1000〜２０００よりなる非析出
及び非晶出硬質粒子が体積比で５〜３０％分散した焼結
合金よりなることを特徴とする原子力プラント制御棒駆
動装置用ローラにある。
【０００９】本発明は、重量でＣ０.０５％ 以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２％以下，Ｃｒ１５〜３０％を含むニッ
ケル基合金よりなり、硬さがＨｖ１００〜３００である
軟質基地中に、粒径が２０〜１００μｍでヴィッカース
硬さが１０００〜２０００よりなる非析出及び非晶出硬
質粒子が体積比で５〜３０％分散した焼結合金よりなる
ことを特徴とする原子力プラント制御棒駆動装置用ロー
ラにある。
【００１０】本発明は、重量でＣ０.０５％ 以下，Ｓｉ
１％以下，Ｍｎ２％以下，Ｃｒ１５〜３０％及びＡｌ６
％以下を含むニッケル基合金よりなり、硬さがＨｖ１０
０〜３００である軟質基地中に、粒径が２０〜１００μ
ｍでヴィッカース硬さが1000〜２０００よりなる非析出
及び非晶出硬質粒子が体積比で５〜３０％分散した焼結
合金よりなることを特徴とする原子力プラント制御棒駆
動装置用ローラにある。
【００１１】本発明は、前記硬質粒子が炭化物又は窒化
物よりなることを特徴とする前述の原子力プラント制御
棒駆動装置用ローラにある。
【００１２】本発明は、前記硬質粒子がクロム炭化物又
はクロム窒化物よりなることを特徴とする前述の原子力
プラント制御棒駆動装置用ローラにある。
【００１３】本発明は、前記焼結合金が、鉄基合金又は
ニッケル基合金粉末と非酸化物硬質粉末との混合粉末を
加熱加圧焼結することにより得られることを特徴とする
前述の原子力プラント制御棒駆動装置用ローラにある。
本発明は、原子力プラントの制御棒駆動装置であって、
ハウジングと、該ハウジング内に設けられた中空ピスト
ンと、該中空ピストンを上下に駆動する駆動ピストン
と、前記中空ピストンと前記ハウジング内のチューブと
の間で該チューブに設けられたローラと、該ローラの回
転軸となるピンとを備えた制御棒駆動装置において、前
記ローラが前述の焼結合金によって構成されることを特
徴とする原子力プラントの制御棒駆動装置にある。
【００１４】本発明は、モータによって回転するピスト
ン駆動用ネジを通じて駆動ピストンにより中空ピストン
を介して制御棒を上下に駆動する制御棒駆動機構を有す
る原子力プラント制御棒駆動装置であり、前記中空ピス
トンとハウジング内に設けられたチューブとの間に該中
空ピストンがスムースに移動できるようにローラとピン
とが設けられているものにおいて、前記ローラが前述の
焼結合金によって構成されることを特徴とする原子力プ
ラントの制御棒駆動装置にある。
【００１５】原子力プラントの制御棒駆動装置は従来の
水圧駆動式のものから電動モータによる微動駆動が可能
な新しいタイプのものに変わりつつある。この新タイプ
の制御棒駆動装置では中空ピストンの動きを円滑にする
ため、ガイドローラが使用されるが、従来の制御棒用ロ
ーラに比べ桁違いに負荷荷重が大きく、より高い耐摩耗
性が要求される。また、緊急時のピストンの高速駆動に
対しては衝撃荷重による破損に対する高い信頼性が要求
される。
【００１６】このローラにおいて、摩耗は主としてロー
ラ内周面とローラを支持する固定ピンの表面で生ずる。
この場合、摩耗は高温水中における無潤滑摩耗であり、
ローラとピンの相対的なすべり運動による凝着摩耗とな
る。この凝着摩耗においては、接触部で凝着による剪断
応力が生じ、摺動面近傍に塑性流動層が形成される。繰
返し摺動を受けることによって、最終的に塑性流動層の
一部が破断分離し摩耗粉となる。したがって、凝着摩耗
による損傷を少なくするには、接触部での塑性変形を抑
制すべく合金には一定レベル以上の硬さあるいは強度を
付与することが必要である。そのために合金成分の調整
による硬質相の析出強化あるいは分散強化が図られてい
る。もちろん、硬さを過度に高くすると靭性が低下し衝
撃荷重で割れやすくなるので適正なレベルに調整する必
要が有る。従来材料におけるこのような硬質相は摺動面
における塑性変形を抑制するという面で耐摩耗性の向上
に有効であったが、耐摩耗性に対し最も本質的な凝着の
抑制ということに対してはあまり効果がなかった。すな
わち従来材料における硬質相の大きさは比較的小さいた
め、塑性流動によって硬質相の表面が母相の金属によっ
て容易に覆われてしまうため凝着の抑制に効果がなかっ
た。また、制御棒駆動機構におけるガイドローラは高温
水中で長期間使用されるため、それに耐えうる十分な耐
食性も兼ね備えている必要がある。
【００１７】本発明はかかることがらを考慮してなされ
たものである。すなわち、本発明の最も重要な点は、塑
性流動によって表面が完全に覆われることのない充分な
大きさをもった硬質相を比較的軟らかい基地中に適度に
分散することである。このような粗大硬質相は塑性流動
を抑制することはもちろん、塑性流動によって全部の表
面を覆われることがないから、たえず摩耗表面に露出し
凝着を抑制できるのである。粗大硬質相を分散する他の
理由は、相手材との摺動により一部に損耗が生ずると、
粗大硬質相の露出した部分が細かく砕かれて摺動面に密
に分散し、さらに軟らかい基地中に埋め込まれることに
より、損耗前の状態よりもはるかに強固な摺動面が形成
されることにある。すなわち、軟らかい基地中に粗大硬
質相が微粒子となって分散することによって自己補償機
能が発現し、それにより飛躍的に耐摩耗性が向上するの
である。この場合硬質相は炭化物，窒化物あるいは硼化
物であり、塑性流動により表面を完全に覆われることな
く凝着の抑制に寄与するには、少なくとも２０ミクロン
の大きさが必要である。硬質相は大きくなるほど凝着抑
制に効果があるが１００ミクロンを超えるとその効果が
飽和し、かえって衝撃特性が低下する。この粗大硬質相
の分散量も本発明の合金にとって重要な因子である。す
なわち、粗大硬質相の量が体積比で５％以上になるとそ
の効果が顕著になり、３０％以上になるとかえって摩耗
量の増加がみられることから、５〜３０％とした。
【００１８】基質相については細かく砕けた硬質相が埋
め込まれるに充分な軟らかさが必要であるとともに、高
温水に対する耐食性を確保することから、Ｈｖ３００以
下の硬さを有し、クロムを固溶したニッケルあるいは鉄
基合金を選んだ。クロム量は１５ｗｔ％以下では高温水
中での耐食性が充分でなく、３０ｗｔ％以上になるとか
えって靭性が低下することから、１５〜３０％とした。
特に、２０〜２５％が好ましい。
【００１９】Ｃは基地を強化するのになくてはならない
ものであるが、基地を軟らかく保つには０.０５％ 以
下、特に０.０３％ 以下が好ましく、下限値は０.００
５％ が好ましい。
【００２０】Ｓｉは合金粉末を製造する際の脱酸剤等に
添加されるもので、１％以下が好ましい。特に、０.０
５〜０.５％が好ましい。
【００２１】ＭｎはＳｉと同様であり、２％以下が好ま
しく、より０.１〜０.５％が好ましく、Ｓｉと同様に製
造上から無添加とすることができる。
【００２２】Ａｌは耐酸化性及び基地の強化をするため
に６％以下添加される。特に、Ｎｉ基合金に対しての添
加が好ましい。
【００２３】Ｆｅ基合金に対してはＮｉはオーステナイ
ト系ステンレス鋼とするために８〜２０％加えられる。
特に８〜１３％が好ましい。
【００２４】硬質粒子は、合金に対して非析出及び非晶
質相からなる。硬質粒子は非酸化物が基地との密着性が
高いため好ましく、炭化物，窒化物，硼化物，珪化物が
好ましく、より炭化物及び窒化物が好ましい。これらの
硬質粒子は硬すぎると相手材を摩耗するので、適度の硬
さを有するものが良く、Ｈｖ１０００〜２１００が好ま
しく、より１０００〜１５５０が好ましい。
【００２５】炭化物として、Ｂ4Ｃ(５０００），ＳｉＣ
（４２００），ＴｉＣ(３２００)，ＺｒＣ（２８０
０），ＶＣ（２１００)，ＮｂＣ(２０５０)，ＴａＣ(１
５５０),Ｃｒ3Ｃ2(１３００)，Ｍｏ2Ｃ(１５００)，Ｗ
Ｃ(１７８０）等があるが、ＶＣ以下のヴィッカース硬
さを有するものが好ましい。（ ）内はヴィッカース硬
さである。窒化物としてＳｉ3Ｎ4，ＡｌＮ,Ｃｒ3Ｎ2，
硬化物として、ＴｉＢ2(3370)，ＺｒＢ2(２３００)，Ｖ
Ｂ2(２０７０),ＣｒＢ2(１８００),ＮｂＢ2(２２００)
等、珪化物として、ＴｉＳｉ2(８７０），ＺｒＳｉ(１
１２５），ＶＳｉ2(1090)，Ｎｂ5Ｓｉ2（１０５０），
ＴａＳｉ2(１５６３），Ｃｒ3Ｓｉ2（１２８０），Ｍｏ
Ｓｉ2(１２９０），ＷＳｉ2(１０９０）等がある。
【００２６】Ｆｅ基合金の組成として、重量で、Ｃ０.
０５％ 以下，Ｓｉ１％以下，Ｍｎ２％以下，Ｃｒ１５
〜３０％及びＮｉ８〜２０％を含むステンレス鋼に対し
硬質粒子を５〜３０体積％を含む焼結合金が好ましい。
より好ましくは前述の各元素の好ましい組成とするもの
である。
【００２７】Ｎｉ基合金の組成として、重量で、Ｃ０.
０５％ 以下，Ｓｉ１％以下，Ｍｎ２％以下及びＣｒ１
５〜３０％を含む合金からなり、これに５〜３０体積％
の硬質粒子を含む合金、更にＡｌを前述の含有量を含む
ものが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】実施例１ 表１は摺動摩耗試験に供するローラを焼結法で作製する
ために用いた合金粉末の化学成分を示す。Ａ１〜Ａ６は
クロム量の異なるニッケル合金粉であり、Ａ７〜Ａ１２
はアルミ量の異なるニッケル合金粉である。これらの合
金粉末はアトマイズ法によって平均粒径約１５μｍのも
のを作製した。また、これらの粉末は粒径の異なる炭化
物及び窒化物粒子と種々の割合で混練し、約１２００℃
で、真空中、プレスしながら通電焼結法によってローラ
素材を作製した。さらにこれを機械加工により、外径１
７mm，内径５.５mm ，幅７.５mm のローラとした。焼結
体のボイド率は約１％位であった。
【００２９】
【表１】
【００３０】表２は摺動摩耗試験において相手材となる
ピン材の化学成分（重量％）を示すものである。大気溶
解で作製したインゴットを熱間鍛造で棒状にし、さらに
冷間加工を３０％行った後、機械加工により直径５.５m
m のピンとした。いずれも焼結のままで試験に供した。
平均結晶粒径は３０μｍであった。
【００３１】また、本発明の合金との比較のために市販
のステライト＃３（ローラ）およびヘインズ＃２５（ピ
ン）のコバルト基合金も準備した。
【００３２】
【表２】
【００３３】摺動摩耗試験はローラにピンを挿入して試
験機に装着し、ピンを介してローラをステンレス（SUS3
16L ) 製の回転体に１０kgの荷重で押しつけて行った。
試験環境は実炉条件を模擬した２８８℃高温水中とし
た。
【００３４】表３は硬質相をクロム炭化物としてＣｒ3
Ｃ2粉末を用い、基質相を２０ｗｔ％クロムを含むニッ
ケル合金（Ａ３）とし、炭化物サイズを変えて摩耗減量
との関係をみたものである。クロム炭化物の粒径を種々
変えて焼結した。この場合、炭化物量は体積比で１０％
と一定にした。摩耗試験は摺動速度０.０３cm／ｓ ，走
行距離１０kmで行い、１km当たりの重量減少量を摩耗減
量とした。表３に示すようにクロム炭化物粒子のサイズ
が２０〜３０ミクロン以上になるとローラおよびピンと
もに摩耗量が急激に小さくなり、従来のＣｏ基合金に比
べ著しく小さい摩耗量となる。炭化物が１００ミクロン
以上になるとやや摩耗量が増大することから、好ましい
範囲は２０〜１００ミクロンである。
【００３５】
【表３】
【００３６】図２は炭化物の粒径と摩耗減量との関係を
示す線図である。図に示すようにローラは平均粒径１５
〜１２０μｍで高い耐摩耗性を有していることが分る。
また、ピンは炭化物の粒径が大きい程摩耗量が多くな
り、平均粒径５０μｍを越えるとやや急激に摩耗量が増
加することが分かる。特に、ローラ及びピンともに摩耗
量が少ない炭化物の平均粒径は１５〜８０μｍであるこ
とが分かる。より好ましくは２０〜６０μｍである。
【００３７】また、表３に示すオーステナイトステンレ
ス鋼をベースにした合金にクロム炭化物を分散した合金
での摩耗量は粒径が５μｍ以下では多いが、１０〜１０
０μｍではピン及びローラともに摩耗量が少ないが、１
００μｍを越えると摩耗量が多くなることが分る。
【００３８】表４は硬質相を窒化クロムとし、窒化物の
サイズを変えて同様の摩耗試験を行った結果をしめす。
硬質相が窒化クロムの場合でも２０〜１００ミクロンの
範囲で摩耗量が減少し、コバルト基合金よりも良好な耐
摩耗性を示す。表に示すように、窒化クロムを含有する
場合も炭化クロムとほぼ同様の傾向を示していることが
明らかである。
【００３９】炭化クロム及び窒化クロムを含むいずれに
おいてもＣｏ基合金からなるローラ及びピンの合計摩耗
量よりも少ない。
【００４０】
【表４】
【００４１】表５及び図３はＡ３のニッケル合金粉に２
０〜３０ミクロンのクロム炭化物粉を混合して焼結した
場合の、摩耗減量に対するクロム炭化物の混合割合の影
響を示すものである。体積比で３％以下では粗大炭化物
の効果が充分でなく、３０％以上では炭化物の占める部
分が多すぎ、かえって摩耗量が増大することから、混合
割合としては体積比で５〜３０％が適正な範囲である。
より５〜２５％、特に５〜２０％が好ましい。
【００４２】
【表５】
【００４３】表６及び図４は摩耗減量に対する基質相の
硬さの影響をみたものである。Ａ３のニッケル合金組成
にアルミニウムを最大６ｗｔ％まで添加してアトマイズ
粉末を作製した。この粉末に２０〜３０ミクロンのクロ
ム炭化物粉を体積比で１０％混合して作製した焼結体を
さらに１１００℃で溶体化処理した後７５０℃で時効処
理を行いＮｉ3Ａｌ の析出量を変えて基質相の硬さを変
えた。基質相の硬さがＨｖ２００前後の軟らかい場合に
摩耗量が小さく、Ｈｖ３００を越えると摩耗量が増大す
る。一般に合金は硬さの増大にともなって摩耗量が減少
する（ＨＯＬＭの法則）ことが知られているが、ここで
は逆の現象がみられ、粗大炭化物の効果が特異なもので
あることがわかる。摩耗試験を行ったローラの摩耗断面
を詳細に観察した結果、基地が軟らかい場合にのみ細か
く砕けたクロム炭化物が摩耗表面に埋め込まれているの
が観察された。基質相が硬さがＨｖ３００以上の場合に
は、摩擦摺動によって細かく砕けた炭化物がいつまでも
摺動面に残り、アブッレシブ摩耗となるために摩耗量が
増大するものと考えられる。
【００４４】
【表６】
【００４５】表７は溶存酸素を８ppm 含む２８８℃高温
水中に３０００時間放置後の腐食減量をしめす。クロム
を１５ｗｔ％以上含む本発明の合金はステライトより腐
食減量が少なく、すぐれた耐食性を有している。また、
クロムが３０％以上では腐食減量に及ぼす効果が飽和す
る。
【００４６】
【表７】
【００４７】表８はローラ材の靭性をシャルピー衝撃試
験によって調べた結果を示す。本発明の合金は、ステラ
イトよりかなり高い衝撃値を有している。
【００４８】
【表８】
【００４９】実施例２ 図５は沸騰水型原子炉炉心の部分断面図である。
【００５０】本原子炉は蒸気温度２８６℃，蒸気圧力７
０.７atgで運転され、発電出力として５００，８００，
１１００ＭＷの発電が可能である。各名称は次の通りで
ある。炉心は、中性子源パイプ５１，炉心支持板５２，
中性子計装検出管５３，制御棒５４，炉心シュラウド５
５，上部格子板５６，燃料集合体５７，上鏡スプレイノ
ズル５８，ベントノズル５９，圧力容器蓋６０，フラン
ジ６１，計測用ノズル６２，気水分離器６３，シュラウ
ドヘッド６４，給水入口ノズル６５，ジェットポンプ６
６，蒸気乾燥機６８，蒸気出口ノズル６９，給水スパー
ジャ７０，炉心スプレイ用ノズル７１，下部炉心格子７
２，再循環水入口ノズル７３，バッフル板７４，制御棒
案内管７５を具備している。
【００５１】前述の上部格子板５６はリム胴２１，フラ
ンジ２２及びグリットプレート３５を有し、これらには
ＳＵＳ３１６鋼多結晶の圧延材が用いられる。グリット
プレート３５は互いに交叉しているだけで互いに固定は
されていない。また、炉心支持板５２は同じくＳＵＳ３
１６鋼多結晶圧延材が用いられ、一枚の圧延板により製
造され、燃料支持金具を取り付ける穴が設けられ、円周
面で炉容器に固定される。従っていずれも中性子照射を
受ける中心部では溶接部がない構造である。
【００５２】図１は電動モータによる微動駆動可能な制
御棒駆動機構の断面図である。本発明のローラは表１の
試料Ａ４の２５ｗｔ％クロムを含有するニッケル合金粉
と粒径２０〜３０ミクロンのクロム炭化物（Ｃｒ3Ｃ2）
を体積比で１０％混合し実施例１と同様に焼結して作製
したものである。表２に示したピンを実施例１と同様に
製作し３２組装着し、４０年に相当する負荷駆動試験を
実炉を模擬した高温水中循環で行った。その結果、ロー
ラ及びピンとも摩耗による寸法変化は僅少で設計基準を
十分満足するものであった。また、スクラム駆動時の衝
撃荷重での破損も全くみられなかった。
【００５３】本実施例における制御棒駆動機構はモータ
３によって回転するピストン駆動用ネジ９を通して駆動
ピストン７により中空ピストン４を介して制御棒１を上
下に駆動するものであり、原子炉圧力容器２に溶接によ
って接続される。制御棒１は制御棒案内管５の中で駆動
される。水圧駆動ピストン１０は緊急時に水挿入配管８
より水を挿入することにより制御棒１を上方に急速に持
ち上げるようにするもので、駆動ピストン７とは分離さ
れている。特に高温水に接する部分はSUS316Lが使用さ
れる。また、制御棒１は自重で落下する構造になってい
る。
【００５４】また、本実施例におけるローラとピンは図
示されるＡ〜Ｈの各々の位置、中空ピストン４とハウジ
ング６内に設けられた各種チューブとの間に中空ピスト
ンがスムースに移動できるように設けられている。Ａは
バッファ部で、上下に２個所あり、各々４ヶずつ９０度
間隔で設けられる。Ｂはストップピストン部、Ｃはスピ
ンドルヘット部、Ｄはボールねじ上部、Ｅはラッチ支持
部、Ｆはラッチ外側面、Ｇは中空ピストン／ボールナッ
ト部で各々２ヶ所に各４個ずつ設けられる。Ｈはミドル
フランジ部で、円周上に６ヶ設けられる。各部分のロー
ラとピンの形状は次の通りである。
【００５５】図６はＡ部におけるローラ１６にピン１７
を挿入した断面図であり、ピン１７は押えピン１８によ
って回転が拘束される。ピン１７は３段階の直径を有す
る。ローラ１６はピン部で厚肉で、外周面で若干薄肉に
なっている。
【００５６】図７はＣ部における外側部分及び図８は同
じくその内側部分に設けられる断面が相似の卵形のロー
ラ１６にピン１７を挿入した断面図である。Ｄ部は図６
と同じ構造のローラとピンが設けられる。ピン１７は頭
部で太径になっており、ローラ部と頭部との反対面側ま
でがストレートな構造を有する。
【００５７】図９はＧ部及び図１０はＨ部におけるロー
ラ１６とピン１７であり、前者がボールナットローラ・
ピンである。ピン１７は先端部を円錐形で頭部が若干ロ
ーラ部より大径になっている。
【００５８】図１１は制御棒駆動機構１１によって駆動
される制御棒１，燃料集合体（Ａ），（Ｂ），中央燃料
支持金具１４，炉心支持板１２の組立て配置図である。
図１１（Ａ）はハンドルを有しない燃料集合体で、図１
１（Ｃ）のｂ部に配置される。同じく（Ｂ）はハンドル
を有し図１１（Ｃ）のａに配置される。支持金具１４は
炉心支持板１２に接して固定され、燃料集合体を支持す
るものである。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、合金組成としてコバル
トをまったく含まないので、制御棒駆動装置における摺
動部材として高温高圧の炉水中へのコバルトの溶出がな
いので誘導放射化による被爆線量を低く押さえることが
できる。また、耐摩耗性がステライトより優れているの
で、摩滅による摺動部材の寸法変化が少なく精密な駆動
が可能となる。さらに耐摩食性，耐衝撃性に優れている
ので長時間の運転や緊急時の高速駆動に対しても高い信
頼性を確保できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御棒駆動装置の断面図。
【図２】摩耗減量と炭化物の粒径との関係を示す線図。
【図３】摩耗減量と炭化物含有量との関係を示す線図。
【図４】摩耗減量とビッカース硬さとの関係を示す線
図。
【図５】原子炉の部分断面図。
【図６】ピンとローラの断面図。
【図７】ピンとローラの断面図。
【図８】ピンとローラの断面図。
【図９】ピンとローラの断面図。
【図１０】ピンとローラの断面図。
【図１１】制御棒駆動機構と燃料集合体と制御棒との組
立図。
【符号の説明】
１，５４…制御棒、２…圧力容器、３…モータ、４…中
空ピストン、５…制御棒案内管、６…ハウジング、７…
駆動ピストン、８…水挿入配管、９…ピストン駆動用ネ
ジ、１０…水圧駆動ピストン、１１…制御棒駆動機構、
１２…炉心支持板、１３…燃料棒、１４…燃料支持金
具、１５…チャンネルボックス、１６…ローラ、１７…
ピン、１８…押えピン、７５…制御棒案内管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越石 正人 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 白木 智美 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭59−229466（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−64804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−84808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−270736（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87741（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−52228（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 304 C22C 19/05 C22C 38/08 C22C 38/40 G21C 7/10

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】クロムを１５〜３０重量％含有する鉄基又
    はニッケル基合金よりなり、硬さがＨｖ１００〜３００
    である軟質基地中に、粒径が２０〜１００μｍでヴィッ
    カース硬さが１０００〜２０００よりなる非析出及び非
    晶出硬質粒子が体積比で５〜３０％分散した焼結合金よ
    りなることを特徴とする原子力プラント制御棒駆動装置
    用ローラ。
  2. 【請求項２】重量でＣ０.０５％ 以下，Ｓｉ１％以下，
    Ｍｎ２％以下，Ｃｒ１５〜３０％及びＮｉ８〜２０％を
    含有する鉄基合金よりなり、硬さがＨｖ１００〜３００
    である軟質基地中に、粒径が２０〜１００μｍでヴィッ
    カース硬さが１０００〜2000よりなる非析出及び非晶出
    硬質粒子が体積比で５〜３０％分散した焼結合金よりな
    ることを特徴とする原子力プラント制御棒駆動装置用ロ
    ーラ。
  3. 【請求項３】重量でＣ０.０５％ 以下，Ｓｉ１％以下，
    Ｍｎ２％以下，Ｃｒ１５〜３０％を含むニッケル基合金
    よりなり、硬さがＨｖ１００〜３００である軟質基地中
    に、粒径が２０〜１００μｍでヴィッカース硬さが１０
    ００〜２０００よりなる非析出及び非晶出硬質粒子が体
    積比で５〜３０％分散した焼結合金よりなることを特徴
    とする原子力プラント制御棒駆動装置用ローラ。
  4. 【請求項４】重量でＣ０.０５％ 以下，Ｓｉ１％以下，
    Ｍｎ２％以下，Ｃｒ１５〜３０％及びＡｌ６％以下を含
    むニッケル基合金よりなり、硬さがＨｖ１００〜３００
    である軟質基地中に、粒径が２０〜１００μｍでヴィッ
    カース硬さが１０００〜2000よりなる非析出及び非晶出
    硬質粒子が体積比で５〜３０％分散した焼結合金よりな
    ることを特徴とする原子力プラント制御棒駆動装置用ロ
    ーラ。
  5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１つにおいて、前
    記硬質粒子が炭化物又は窒化物よりなることを特徴とす
    る原子力プラント制御棒駆動装置用ローラ。
  6. 【請求項６】請求項１〜４のいずれか１つにおいて、前
    記硬質粒子がクロム炭化物又はクロム窒化物よりなるこ
    とを特徴とする原子力プラント制御棒駆動装置用ロー
    ラ。
  7. 【請求項７】請求項１〜４のいずれか１つにおいて、前
    記焼結合金が、鉄基合金又はニッケル基合金粉末と非酸
    化物硬質粉末との混合粉末を加熱加圧焼結することによ
    り得られることを特徴とする原子力プラント制御棒駆動
    装置用ローラ。
  8. 【請求項８】原子力プラントの制御棒駆動装置であっ
    て、ハウジングと、該ハウジング内に設けられた中空ピ
    ストンと、該中空ピストンを上下に駆動する駆動ピスト
    ンと、前記中空ピストンと前記ハウジング内のチューブ
    との間で該チューブに設けられたローラと、該ローラの
    回転軸となるピンとを備えた制御棒駆動装置において、
    前記ローラが請求項１〜７のいずれかに記載の焼結合金
    によって構成されることを特徴とする原子力プラントの
    制御棒駆動装置。
  9. 【請求項９】モータによって回転するピストン駆動用ネ
    ジを通じて駆動ピストンにより中空ピストンを介して制
    御棒を上下に駆動する制御棒駆動機構を有する原子力プ
    ラント制御棒駆動装置であり、前記中空ピストンとハウ
    ジング内に設けられたチューブとの間に該中空ピストン
    がスムースに移動できるようにローラとピンとが設けら
    れているものにおいて、前記ローラが請求項１〜７のい
    ずれかに記載の焼結合金によって構成されることを特徴
    とする原子力プラントの制御棒駆動装置。
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