JP3548650B2 - 原子炉の制御棒締結機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における、制御棒と、この制御棒を上下に駆動する制御棒駆動装置とを締結するための、いわゆるバイオネット・カップリング式の制御棒締結機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に、従来の制御棒締結機構が適用される沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の要部が示されている。図１０において、中性子吸収材を含む制御棒１と、この制御棒１の下方に位置する制御棒駆動装置２が示されている。また、図１０に符号３で示すのは原子炉圧力容器（ＲＰＶ）、符号４で示すのは炉心支持板、符号５で示すのは燃料集合体である。ここで、上記制御棒１には核的・機械的な寿命があるため、原子炉の運転期間中に何度か交換されることが想定されており、定期点検において制御棒駆動装置２から脱着される。
【０００３】
このため、図１０に示す制御棒１と制御棒駆動装置２とは、いわゆるバイオネット・カップリング式の制御棒締結機構６によって脱着自在に締結されている。この制御棒締結機構６は、制御棒１の下端部に設けられたカップリングソケット７と、制御棒駆動装置２の上部に設けられたカップリングスパッド８との組合わせよりなっている。
【０００４】
図１１に示すように、上記カップリングソケット７は、制御棒１の下端部に設けられた本体７０と、この本体７０の底部に開口７４する挿着孔７２と、この挿着孔７２の下部内周面において周方向に等間隔で設けられた４つのソケット凸部１００とを有している。一方、上記カップリングスパッド８は、カップリングソケット７の挿着孔７２内に対して挿脱可能となるとともに、その上端部外周面に上記ソケット凸部１００に対応して設けられた４つのスパッド凸部１１０を有している。上記ソケット凸部１００は、挿着孔７２の周方向に対して略水平な上面１０４を有し、上記スパッド凸部１１０は、ソケット凸部１００の上面１０４に対応する底面１１４を有している。
【０００５】
また、カップリングスパッド８は、全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる４つのスリット８２によって、各スパッド凸部１１０に対応する４つの板ばね体８４に分割されている。また、カップリングスパッド８の内側に、カップリングスパッド８と同軸に延びる略円柱形状のコンプレッションロッド８６が設けられている。
【０００６】
次に、図１２及び図１３により、制御棒１と制御棒駆動装置２とを締結する場合の動作について説明する。まず、図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、カップリングスパッド８の上端部を、スパッド凸部１１０がソケット凸部１００同士の間を通るように、カップリングソケット７の挿着孔７２内に挿入する。そして、スパッド凸部１１０の底面１１４がソケット凸部１００の上面１０４より上まで達した後（図１３（ａ）の二点鎖線参照）、図１２（ｃ）〜（ｄ）に示すように、カップリングスパッド８をその軸線回りに略４５度の角度で矢印Ｒ方向に回動させることにより、スパッド凸部１１０の底面１１４とソケット凸部１００の上面１０４とを対向させる（図１３（ａ）の実線参照）。
【０００７】
ここで、上記ソケット凸部１００は、その締結時のカップリングスパッド８の回動方向Ｒ側とは反対側の面が垂直面１０２をなし、上記スパッド凸部１１０は、上記回動方向Ｒ側の面が垂直面１１２をなしている（図１３参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の制御棒締結機構には、以下のような問題点がある。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、スパッド凸部１１０の底面１１４がソケット凸部１００の上面１０４より上まで達しないような不完全挿入状態のままカップリングスパッド８を回動させると、ソケット凸部１００の垂直面１０２にスパッド凸部１１０の垂直面１１２が当接し、これらの垂直面１０２，１１２がカップリングスパッド８の回転力を直接受け止めてしまう。
【０００９】
このため、カップリングスパッド８の回転力が、カップリングソケット７やカップリングスパッド８を介して、制御棒１や制御棒駆動装置２に捩じり応力として作用し、制御棒１や制御棒駆動装置２の変形や破損につながるおそれがある。特に、カップリングスパッド８の板ばね体８４は、このような捩じりによって変形しやすくなっている。
【００１０】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、カップリングソケットに対してカップリングスパッドを不完全挿入状態で回動させた場合においても、制御棒や制御棒駆動装置の変形や破損を防止することのできる原子炉の制御棒締結機構を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、原子炉の制御棒と、この制御棒の下方に位置する制御棒駆動装置とを締結するための制御棒締結機構において、前記制御棒の下端部に設けられた本体と、この本体の底部に開口する挿着孔と、この挿着孔の下部内周面において周方向に間隔をおいて設けられた複数のソケット凸部とを有するカップリングソケットと、前記制御棒駆動装置の上部に設けられ、前記カップリングソケットの挿着孔内に対して挿脱可能となるとともに、その上端部外周面に前記複数のソケット凸部に対応して設けられた複数のスパッド凸部を有するカップリングスパッドとを備え、前記ソケット凸部は、前記挿着孔の周方向に対して略水平な上面を有し、前記スパッド凸部は、前記ソケット凸部の上面に対応する底面を有し、前記制御棒と前記制御棒駆動装置とを締結する場合、前記カップリングスパッドの上端部を、前記スパッド凸部が前記ソケット凸部同士の間を通るように、前記カップリングソケットの挿着孔内に挿入し、前記スパッド凸部の底面が前記ソケット凸部の上面より上まで達した後、前記カップリングスパッドをその軸線回りに回動させることにより、前記スパッド凸部の底面と前記ソケット凸部の上面とを対向させるようになっており、前記スパッド凸部は、前記締結時のカップリングスパッドの回動方向側の面全体が、この回動方向に対して傾斜する斜面をなし、前記ソケット凸部は、その前記締結時のカップリングスパッドの回動方向側とは反対側の面全体が、前記スパッド凸部の斜面と同方向に傾斜する斜面をなしていることを特徴とする。
【００１２】
この第１の手段によれば、制御棒と制御棒駆動装置とを締結する場合、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させると、スパッド凸部の斜面がソケット凸部の斜面に当接し、スパッド凸部がソケット凸部の斜面上を摺動する。このことにより、スパッド凸部とソケット凸部との接触面において、カップリングスパッドの回転力の一部を各々の斜面方向に逃がし、カップリングソケットとカップリングスパッドに作用する応力、及び、これらを介して制御棒と制御棒駆動装置に作用する応力を低減させることができる。
【００１３】
第２の手段は、上記第１の手段において、スパッド凸部の斜面は、締結時のカップリングスパッドの回動方向に対して上方に傾斜していることを特徴とする。
【００１４】
この第２の手段によれば、スパッド凸部の斜面は締結時のカップリングスパッドの回動方向に対して上方に傾斜し、ソケット凸部の斜面はスパッド凸部の斜面と同方向に傾斜しているので、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させると、スパッド凸部の斜面がソケット凸部の斜面に当接し、スパッド凸部がソケット凸部の斜面上を、カップリングスパッドの回動方向に対して上方に摺動する。このことにより、カップリングスパッドの回動に伴って、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面に達するまで、カップリングスパッドをカップリングソケットの挿着孔内で上昇させ、その後、スパッド凸部の底面とソケット凸部の上面とを対向させることができる。
【００１５】
第３の手段は、上記第１または第２の手段において、ソケット凸部の上面側に、スパッド凸部の底面側を受入れるための凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この第３の手段によれば、上記第１または第２の手段において、制御棒と制御棒駆動装置とを締結した状態で、制御棒駆動装置でカップリングスパッドを降下させて制御棒の引抜きを行う場合、スパッド凸部の底面側が、対向するソケット凸部の上面側の凹部に受入れられるので、スパッド凸部の底面とソケット凸部の上面側との間のずれを防いで、安定した制御棒の引抜きを行うことができる。
【００１７】
第４の手段は、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、カップリングスパッドは全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる複数のスリットによって、各スパッド凸部に対応する複数の板ばね体に分割されており、前記複数のスリットは、その上部における幅が他の部分における幅より狭くなっていることを特徴とする。
【００１８】
この第４の手段によれば、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させた場合に、スパッド凸部に作用する力が、板ばね体をカップリングスパッドの周方向へ変形させようとするが、カップリングスパッドの複数のスリットは、その上部における幅が他の部分における幅より狭くなっているので、板ばね体がわずかに変形した段階でスリットの上部が塞がり、板ばね体上部のスリット側の面同士が接触して、板ばね体が周方向に互いに支持し合う。このことにより、カップリングスパッドの周方向への板ばね体の過大な変形を防止することができる。
【００１９】
第５の手段は、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、カップリングスパッドは全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる複数のスリットによって、各スパッド凸部に対応する複数の板ばね体に分割されており、このカップリングスパッドの内側に、カップリングスパッドと同軸に延びる略円柱形状のコンプレッションロッドが設けられ、このコンプレッションロッドの側面に、前記カップリングスパッドの各スリット内に沿って延びるリブ状のストッパが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この第５の手段によれば、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させた場合に、スパッド凸部に作用する力が、板ばね体をカップリングスパッドの周方向へ変形させようとするが、コンプレッションロッドの側面に、カップリングスパッドの各スリット内に沿って延びるリブ状のストッパが設けられているので、板ばね体がわずかに変形した段階で、板ばね体のスリット側面がストッパに当接し、板ばね体が対応するストッパによって周方向に支持される。このことにより、カップリングスパッドの周方向への板ばね体の過大な変形を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図１乃至図９に示す本発明の実施の形態において、図１０乃至図１３に示す従来例と同一の構成部分には同一符号を付すとともに、必要に応じて図１０及び図１２を参照して説明する。
【００２２】
第１の実施形態
図１乃び図２は本発明の第１の実施形態を示す図である。図１には、図１０に示すような沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における、制御棒１と、この制御棒１の下方に位置する制御棒駆動装置２とを締結するためのバイオネット・カップリング式の制御棒締結機構６Ａが示されている。この制御棒締結機構６Ａは、制御棒１の下端部に設けられたカップリングソケット７Ａと、御棒駆動装置２の上部に設けられたカップリングスパッド８との組合わせよりなっている。
【００２３】
図１に示すように、上記カップリングソケット７Ａは、略円柱形状をなす本体７０と、この本体７０の底部に開口７４する挿着孔７２と、この挿着孔７２の下部内周面において周方向に等間隔で設けられた４つのソケット凸部１０とを有している。一方、上記カップリングスパッド８Ａは、カップリングソケット７Ａの挿着孔７２内に対して挿脱可能となるとともに、その上端部外周面に上記ソケット凸部１０に対応して設けられた４つのスパッド凸部２０を有している。
【００２４】
図１及び図２に示すように、上記ソケット凸部１０は、挿着孔７２の周方向に対して略水平な上面１４を有し、上記スパッド凸部２０は、ソケット凸部１０の上面１４に対応する底面２４を有している。また、スパッド凸部２０は、締結時のカップリングスパッド８Ａの回動方向（図１の矢印Ｒ参照）側の面全体が、この回動方向Ｒに対して下方に傾斜する斜面２２をなしている。一方、ソケット凸部１０は、その締結時のカップリングスパッド８Ａの回動方向Ｒ側とは反対側の面全体が、スパッド凸部２０の斜面２２と同方向（回動方向Ｒに対して下方）に傾斜する斜面１２をなしている。
【００２５】
また、図１に示すように、カップリングスパッド８Ａは、全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる４つのスリット８２によって、各スパッド凸部２０に対応する４つの板ばね体８４に分割され、スクラム時の衝撃を吸収できるようになっている。また、カップリングスパッド８Ａの内側に、カップリングスパッド８Ａと同軸に延びる略円柱形状のコンプレッションロッド８６が設けられている。
【００２６】
ここで、本実施形態において図１０に示す制御棒１と制御棒駆動装置２とを締結する場合は、図１２に示す従来例の場合と同様、まずカップリングスパッド８Ａの上端部を、スパッド凸部２０がソケット凸部１０同士の間を通るように、カップリングソケット７Ａの挿着孔７２内に挿入する。そして、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さより上まで達した後、カップリングスパッド８Ａをその軸線回りに略４５度の角度でＲ方向に回動させることにより、スパッド凸部２０の底面２４とソケット凸部１０の上面１４とを対向させるようになっている。
【００２７】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について，図２を参照して説明する。本実施形態によれば、制御棒１と制御棒駆動装置２とを締結する場合、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さまで達していない不完全挿入状態（図２（ａ）の二点鎖線参照）でカップリングスパッド８Ａを回動させると、スパッド凸部２０の斜面２２がソケット凸部１０の斜面１２に当接し（図２（ａ）の実線参照）、ソケット凸部１０の斜面が１２スパッド凸部２０の斜面２２上を相対的に上方に摺動する（図２（ｂ）参照）。
【００２８】
このことにより、スパッド凸部２０とソケット凸部１０との接触面１２，２２において、カップリングスパッド８Ａの回転力の一部を各々の斜面１２，２２方向に逃がし、カップリングソケット７Ａとカップリングスパッド８Ａに作用する応力、及び、これらを介して制御棒１と制御棒駆動装置２に作用する応力を低減させることができる。
【００２９】
なお、この場合、ソケット凸部１０が上方に押し上げられるため、カップリングソケット７Ａがカップリングスパッド８Ａに対して上方に離れ（図２（ｂ）参照）、制御棒１と制御棒駆動装置２の締結が行われない状態になるが、この状態は制御棒駆動装置着脱機（図示せず）によって検知（カップリングチェック）され、締結作業のやり直しが行われることになる。
【００３０】
第２の実施形態
図３乃び図４は本発明の第２の実施形態を示す図である。図３に示す本実施形態の制御棒締結機構６Ｂは、上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａのソケット凸部１０を有するカップリングソケット７Ａと、スパッド凸部２０を有するカップリングスパッド８Ａとに代えて、ソケット凸部３０を有するカップリングソケット７Ｂと、スパッド凸部４０を有するカップリングスパッド８Ｂを備えたものであり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。
【００３１】
図３及び図４に示すように、上記ソケット凸部３０は、挿着孔７２の周方向に対して略水平な上面３４を有し、上記スパッド凸部４０は、ソケット凸部３０の上面３４に対応する底面４４を有している。また、スパッド凸部４０は、締結時のカップリングスパッド８Ｂの回動方向（図３の矢印Ｒ参照）側の面全体が、この回動方向Ｒに対して上方に傾斜する斜面４２をなしている。一方、ソケット凸部３０は、その締結時のカップリングスパッド８Ｂの回動方向Ｒ側とは反対側の面全体が、スパッド凸部４０の斜面４２と同方向（回動方向Ｒに対して上方）に傾斜する斜面３２をなしている。
【００３２】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について、図４を参照して説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部４０の斜面は締結時のカップリングスパッド８Ｂの回動方向に対して上方に傾斜し、ソケット凸部３０の斜面はスパッド凸部４０の斜面と同方向に傾斜しているので、スパッド凸部４０の底面がソケット凸部３０の上面３４の高さまで達していない不完全挿入状態（図４（ａ）の二点鎖線参照）でカップリングスパッド８Ｂを回動させると、スパッド凸部４０の斜面４２がソケット凸部３０の斜面３２に当接し（図４（ａ）の実線参照）、スパッド凸部４０がソケット凸部３０の斜面３２上を、カップリングスパッド８Ｂの回動方向Ｒに対して上方に摺動する（図４（ｂ）参照）。
【００３３】
このことにより、カップリングスパッド８Ｂの回動に伴って、スパッド凸部４０をその底面４４がソケット凸部３０の上面３４の高さに達するまで上昇させ（図４（ｂ）参照）、その後、スパッド凸部４０の底面４４とソケット凸部３０の上面３４とを対向させることができる（図４（ｃ）参照）。このため、上記不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ｂを回動させた場合であっても、制御棒１と制御棒駆動装置２の締結を行うことが可能となる。
【００３４】
第３の実施形態
図５乃至図７は本発明の第３の実施形態を示す図である。図５に示す本実施形態の制御棒締結機構６Ｃは、上記第２の実施形態の制御棒締結機構６Ａのソケット凸部１０を有するカップリングソケット７Ａと、スパッド凸部２０を有するカップリングスパッド８Ａとに代えて、ソケット凸部５０を有するカップリングソケット７Ｃと、スパッド凸部６０を有するカップリングスパッド８Ｃを備えたものであり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。
【００３５】
また、図５乃至図７に示す本実施形態のソケット凸部５０は、上記第２の実施形態のソケット凸部３０の上面３４に対応する上面側に凹部５４が設けられている点で、上記第２の実施形態のソケット凸部３０と異なり、その他の構成は図３及び図４に示す上記第２の実施形態のソケット凸部３０と同様である。このソケット凸部５０の凹部５４は、挿着孔７２周方向の両端に設けられた末広がり形状の突起部５６，５７によって挟まれて形成されている。
【００３６】
また、図５乃至図７に示す本実施形態のスパッド凸部６０は、上記第２の実施形態のスパッド凸部４０の底面４４を、ソケット凸部５０の凹部５４に対応する形状の底面６４に変えた点で、上記第２の実施形態のスパッド凸部４０と異なり、その他の構成は図３及び図４に示す上記第２の実施形態のスパッド凸部４０と同様である。
【００３７】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について、図６及び図７を参照して説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部６０の底面６４がソケット凸部５０の突起部５６の高さまで達していない不完全挿入状態（図６（ａ）の二点鎖線参照）でカップリングスパッド８Ｃを回動させると、スパッド凸部＆０の斜面４２がソケット凸部５０の斜面３２に当接し（図６（ａ）の実線参照）、スパッド凸部６０がソケット凸部５０の斜面３２上を、カップリングスパッド８Ｃの回動方向Ｒに対して上方に摺動する（図６（ｂ）参照）。
【００３８】
このことにより、カップリングスパッド８Ｃの回動に伴って、スパッド凸部６０をその底面６４がソケット凸部５０の突起部５６の高さに達するまで上昇させ（図６（ｂ）参照）、その後、スパッド凸部６０の底面６４とソケット凸部５０の上面側の凹部５４とを対向させることができる（図６（ｃ）参照）。このため、上記不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ｃを回動させた場合であっても、制御棒１と制御棒駆動装置２の締結を行うことが可能となる。
【００３９】
また、上記のようにスパッド凸部６０の底面６４とソケット凸部５０の上面側の凹部５４とを対向させた状態において、制御棒駆動装置２でカップリングスパッド８Ｃを降下（図７の矢印Ｐ参照）させて制御棒１の引抜きを行う場合、図７（ａ）に示すように、スパッド凸部６０の底面６４側が、対向するソケット凸部５０の上面側の凹部５４に受入れられるので、スパッド凸部６０の底面６４側とソケット凸部５０の上面側との間のずれを防いで、安定した制御棒１の引抜きを行うことができる。
【００４０】
また、図７（ｂ）に示すように、スパッド凸部６０の底面６４とソケット凸部５０の上面側の凹部５４とが、カップリングスパッド８Ｃの回動方向に対して多少ずれた状態から制御棒１の引抜きを行った場合でも、上記末広がり形状の突起部５６，５７によってスパッド凸部６０の底面６４側が凹部５４内に導かれ、上記のようなずれが補正された状態で確実な制御棒１の引抜きを行うことができる。
【００４１】
なお、以上説明した第１乃至第３の実施形態の制御棒締結機構６Ａ〜６Ｃにおいて、それぞれのソケット凸部１０，３０，５０およびスパッド凸部２０，４０，６０の少なくとも傾斜面１２〜４２の部分に、摩擦低減のための表面処理（例えばＭｏＳ２ やグラファイト等の固体潤滑膜）を施すことが好ましい。このような表面処理を施すことにより、不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ａ〜８Ｃを回動させた場合において、上記傾斜面１２〜４２間に作用する摩擦力を低減させ、これにより制御棒１と制御棒駆動装置２に作用する力を低減させるとともに、カップリングソケット７Ａ〜７Ｃとカップリングスパッド８Ａ〜８Ｃによる締結動作の円滑化を図ることができる。
【００４２】
第４の実施形態
図８は本発明の第４の実施形態を示す図である。図８に示す本実施形態の制御棒締結機構は、上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａのカップリングスパッド８Ａに代えて、カップリングスパッド８Ｄを備えたものであり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。また、図８に示すように、本実施形態のカップリングスパッド８Ｄは、上端部から下方に延びる４つのスリット８３によって、各スパッド凸部２０に対応する４つの板ばね体８４ａに分割され、この複数のスリット８３のスパッド凸部２０に対応する上部８３ａにおける幅が他の部分８３ｂにおける幅より狭くなっている点で上記第１の実施形態のカップリングスパッド８Ａと異なり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態のカップリングスパッド８Ａと同様である。
【００４３】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ｄを回動させた場合に（図２参照）、スパッド凸部２０に作用する力（ソケット凸部１０からの反力等）が、板ばね体８４ａをカップリングスパッド８Ｄの周方向へ変形させようとするが、カップリングスパッド８Ｄの複数のスリット８３は、その上部８３ａにおける幅が他の部分８３ｂにおける幅より狭くなっているので、板ばね体８４ａがわずかに変形した段階でスリット８３の上部８３ａが塞がり、板ばね体８４ａのスリット上部８３ａ側の面同士が接触して、板ばね体８４ａが周方向に互いに支持し合うようになる。このことにより、板ばね体８４ａのカップリングスパッド８Ｄの周方向への弾性限度を越えるような過大な変形を防止することができる。
【００４４】
第５の実施形態
図９は本発明の第５の実施形態を示す図である。図９に示す本実施形態の制御棒締結機構は、上記第１の実施形態のコンプレッションロッド８６の側面に、カップリングスパッド８Ａの各スリット８２内に沿って延びるリブ状のストッパ８８が設けられている点で上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと異なり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。
【００４５】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ａを回動させた場合に（図２参照）、スパッド凸部２０に作用する力（ソケット凸部１０からの反力等）が、板ばね体８４をカップリングスパッド８Ａの周方向へ変形させようとするが、コンプレッションロッド８６の側面に、カップリングスパッド８Ａの各スリット８２内に沿って延びるリブ状のストッパ８８が設けられているので、板ばね体８４がわずかに変形した段階で、板ばね体８４のスリット８２側の面がストッパ８８に当接し、各板ばね体８４が対応するストッパ８８によって周方向に支持される。このことにより、板ばね体８４のカップリングスパッド８Ａの周方向への弾性限度を越えるような過大な変形を防止することができる。
【００４６】
なお、以上説明した第４及び第５の実施形態において、図１に示す第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａの構成を基本としたものについて説明したが、これに限らず、図３又は図５に示す第２又は第３の実施形態の制御棒締結機構６Ｂ，６Ｃの構成を基本としたものであってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、制御棒と制御棒駆動装置とを締結する場合、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させると、スパッド凸部の斜面がソケット凸部の斜面に当接し、スパッド凸部がソケット凸部の斜面上を摺動する。このことにより、スパッド凸部とソケット凸部との接触面において、カップリングスパッドの回転力の一部を各々の斜面方向に逃がし、カップリングソケットとカップリングスパッドに作用する応力、および、これらを介して制御棒と制御棒駆動装置に作用する応力を低減させることができる。このため、カップリングソケットに対してカップリングスパッドを不完全挿入状態で回動させた場合においても、制御棒や制御棒駆動装置の変形や破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原子炉の制御棒締結機構の第１の実施形態の要部を示す一部破断斜視図。
【図２】図１に示す制御棒締結機構のソケット凸部とスパッド凸部との関係を示す模式図。
【図３】本発明による原子炉の制御棒締結機構の第２の実施形態の要部を示す一部破断斜視図。
【図４】図３に示す制御棒締結機構のソケット凸部とスパッド凸部との関係を示す模式図。
【図５】本発明による原子炉の制御棒締結機構の第３の実施形態の要部を示す一部破断斜視図。
【図６】図５に示す制御棒締結機構の締結時のソケット凸部とスパッド凸部との関係を示す模式図。
【図７】図５に示す制御棒締結機構の制御棒引抜き時のソケット凸部とスパッド凸部との関係作用を示す模式図。
【図８】（ａ）は、本発明による原子炉の制御棒締結機構の第４の実施形態のカップリングスパッド側を示す平面図、（ｂ）は、同じく斜視図。
【図９】（ａ）は、本発明による原子炉の制御棒締結機構の第５の実施形態のカップリングスパッド側を示す平面図、（ｂ）は、同じく斜視図。
【図１０】従来の制御棒締結機構が適用される原子炉の要部を例示する縦断面図。
【図１１】従来の制御棒締結機構の一例を示す一部破断斜視図。
【図１２】図１１に示す制御棒締結機構の締結動作を示す一部破断斜視図。
【図１３】（ａ）は、図１１に示す制御棒締結機構のスパッド凸部とソケット凸部との関係を、通常の締結状態において示す模式図、（ｂ）は、同じくカップリングスパッドの不完全挿入時において示す模式図。
【符号の説明】
１ 制御棒
２ 制御棒駆動装置
６，６Ａ〜６Ｃ 制御棒締結機構
７，７Ａ〜７Ｃ カップリングソケット
８，８Ａ〜８Ｄ カップリングスパッド
１０，３０，５０，１００ ソケット凸部
１２，３２ ソケット凸部の斜面
１４，３４，１０４ ソケット凸部の上面
２０，４０，６０，１１０ スパッド凸部
２２，４２ スパッド凸部の斜面
２４，４４，６４，１１４ スパッド凸部の底面
５４ 凹部
７０ カップリングソケット本体
７２ 挿着孔
７４ 挿着孔の開口
８２，８３ スリット
８３ａ スリットの上部
８３ｂ スリットの他の部分
８４，８４ａ 板ばね体
８６ コンプレッションロッド
８８ ストッパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における、制御棒と、この制御棒を上下に駆動する制御棒駆動装置とを締結するための、いわゆるバイオネット・カップリング式の制御棒締結機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に、従来の制御棒締結機構が適用される沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の要部が示されている。図１０において、中性子吸収材を含む制御棒１と、この制御棒１の下方に位置する制御棒駆動装置２が示されている。また、図１０に符号３で示すのは原子炉圧力容器（ＲＰＶ）、符号４で示すのは炉心支持板、符号５で示すのは燃料集合体である。ここで、上記制御棒１には核的・機械的な寿命があるため、原子炉の運転期間中に何度か交換されることが想定されており、定期点検において制御棒駆動装置２から脱着される。
【０００３】
このため、図１０に示す制御棒１と制御棒駆動装置２とは、いわゆるバイオネット・カップリング式の制御棒締結機構６によって脱着自在に締結されている。この制御棒締結機構６は、制御棒１の下端部に設けられたカップリングソケット７と、制御棒駆動装置２の上部に設けられたカップリングスパッド８との組合わせよりなっている。
【０００４】
図１１に示すように、上記カップリングソケット７は、制御棒１の下端部に設けられた本体７０と、この本体７０の底部に開口７４する挿着孔７２と、この挿着孔７２の下部内周面において周方向に等間隔で設けられた４つのソケット凸部１００とを有している。一方、上記カップリングスパッド８は、カップリングソケット７の挿着孔７２内に対して挿脱可能となるとともに、その上端部外周面に上記ソケット凸部１００に対応して設けられた４つのスパッド凸部１１０を有している。上記ソケット凸部１００は、挿着孔７２の周方向に対して略水平な上面１０４を有し、上記スパッド凸部１１０は、ソケット凸部１００の上面１０４に対応する底面１１４を有している。
【０００５】
また、カップリングスパッド８は、全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる４つのスリット８２によって、各スパッド凸部１１０に対応する４つの板ばね体８４に分割されている。また、カップリングスパッド８の内側に、カップリングスパッド８と同軸に延びる略円柱形状のコンプレッションロッド８６が設けられている。
【０００６】
次に、図１２及び図１３により、制御棒１と制御棒駆動装置２とを締結する場合の動作について説明する。まず、図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、カップリングスパッド８の上端部を、スパッド凸部１１０がソケット凸部１００同士の間を通るように、カップリングソケット７の挿着孔７２内に挿入する。そして、スパッド凸部１１０の底面１１４がソケット凸部１００の上面１０４より上まで達した後（図１３（ａ）の二点鎖線参照）、図１２（ｃ）〜（ｄ）に示すように、カップリングスパッド８をその軸線回りに略４５度の角度で矢印Ｒ方向に回動させることにより、スパッド凸部１１０の底面１１４とソケット凸部１００の上面１０４とを対向させる（図１３（ａ）の実線参照）。
【０００７】
ここで、上記ソケット凸部１００は、その締結時のカップリングスパッド８の回動方向Ｒ側とは反対側の面が垂直面１０２をなし、上記スパッド凸部１１０は、上記回動方向Ｒ側の面が垂直面１１２をなしている（図１３参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の制御棒締結機構には、以下のような問題点がある。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、スパッド凸部１１０の底面１１４がソケット凸部１００の上面１０４より上まで達しないような不完全挿入状態のままカップリングスパッド８を回動させると、ソケット凸部１００の垂直面１０２にスパッド凸部１１０の垂直面１１２が当接し、これらの垂直面１０２，１１２がカップリングスパッド８の回転力を直接受け止めてしまう。
【０００９】
このため、カップリングスパッド８の回転力が、カップリングソケット７やカップリングスパッド８を介して、制御棒１や制御棒駆動装置２に捩じり応力として作用し、制御棒１や制御棒駆動装置２の変形や破損につながるおそれがある。特に、カップリングスパッド８の板ばね体８４は、このような捩じりによって変形しやすくなっている。
【００１０】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、カップリングソケットに対してカップリングスパッドを不完全挿入状態で回動させた場合においても、制御棒や制御棒駆動装置の変形や破損を防止することのできる原子炉の制御棒締結機構を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、原子炉の制御棒と、この制御棒の下方に位置する制御棒駆動装置とを締結するための制御棒締結機構において、前記制御棒の下端部に設けられた本体と、この本体の底部に開口する挿着孔と、この挿着孔の下部内周面において周方向に間隔をおいて設けられた複数のソケット凸部とを有するカップリングソケットと、前記制御棒駆動装置の上部に設けられ、前記カップリングソケットの挿着孔内に対して挿脱可能となるとともに、その上端部外周面に前記複数のソケット凸部に対応して設けられた複数のスパッド凸部を有するカップリングスパッドとを備え、前記ソケット凸部は、前記挿着孔の周方向に対して略水平な上面を有し、前記スパッド凸部は、前記ソケット凸部の上面に対応する底面を有し、前記制御棒と前記制御棒駆動装置とを締結する場合、前記カップリングスパッドの上端部を、前記スパッド凸部が前記ソケット凸部同士の間を通るように、前記カップリングソケットの挿着孔内に挿入し、前記スパッド凸部の底面が前記ソケット凸部の上面より上まで達した後、前記カップリングスパッドをその軸線回りに回動させることにより、前記スパッド凸部の底面と前記ソケット凸部の上面とを対向させるようになっており、前記スパッド凸部は、前記締結時のカップリングスパッドの回動方向側の面全体が、この回動方向に対して傾斜する斜面をなし、前記ソケット凸部は、その前記締結時のカップリングスパッドの回動方向側とは反対側の面全体が、前記スパッド凸部の斜面と同方向に傾斜する斜面をなしていることを特徴とする。
【００１２】
この第１の手段によれば、制御棒と制御棒駆動装置とを締結する場合、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させると、スパッド凸部の斜面がソケット凸部の斜面に当接し、スパッド凸部がソケット凸部の斜面上を摺動する。このことにより、スパッド凸部とソケット凸部との接触面において、カップリングスパッドの回転力の一部を各々の斜面方向に逃がし、カップリングソケットとカップリングスパッドに作用する応力、及び、これらを介して制御棒と制御棒駆動装置に作用する応力を低減させることができる。
【００１３】
第２の手段は、上記第１の手段において、スパッド凸部の斜面は、締結時のカップリングスパッドの回動方向に対して上方に傾斜していることを特徴とする。
【００１４】
この第２の手段によれば、スパッド凸部の斜面は締結時のカップリングスパッドの回動方向に対して上方に傾斜し、ソケット凸部の斜面はスパッド凸部の斜面と同方向に傾斜しているので、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させると、スパッド凸部の斜面がソケット凸部の斜面に当接し、スパッド凸部がソケット凸部の斜面上を、カップリングスパッドの回動方向に対して上方に摺動する。このことにより、カップリングスパッドの回動に伴って、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面に達するまで、カップリングスパッドをカップリングソケットの挿着孔内で上昇させ、その後、スパッド凸部の底面とソケット凸部の上面とを対向させることができる。
【００１５】
第３の手段は、上記第１または第２の手段において、ソケット凸部の上面側に、スパッド凸部の底面側を受入れるための凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この第３の手段によれば、上記第１または第２の手段において、制御棒と制御棒駆動装置とを締結した状態で、制御棒駆動装置でカップリングスパッドを降下させて制御棒の引抜きを行う場合、スパッド凸部の底面側が、対向するソケット凸部の上面側の凹部に受入れられるので、スパッド凸部の底面とソケット凸部の上面側との間のずれを防いで、安定した制御棒の引抜きを行うことができる。
【００１７】
第４の手段は、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、カップリングスパッドは全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる複数のスリットによって、各スパッド凸部に対応する複数の板ばね体に分割されており、前記複数のスリットは、その上部における幅が他の部分における幅より狭くなっていることを特徴とする。
【００１８】
この第４の手段によれば、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させた場合に、スパッド凸部に作用する力が、板ばね体をカップリングスパッドの周方向へ変形させようとするが、カップリングスパッドの複数のスリットは、その上部における幅が他の部分における幅より狭くなっているので、板ばね体がわずかに変形した段階でスリットの上部が塞がり、板ばね体上部のスリット側の面同士が接触して、板ばね体が周方向に互いに支持し合う。このことにより、カップリングスパッドの周方向への板ばね体の過大な変形を防止することができる。
【００１９】
第５の手段は、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、カップリングスパッドは全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる複数のスリットによって、各スパッド凸部に対応する複数の板ばね体に分割されており、このカップリングスパッドの内側に、カップリングスパッドと同軸に延びる略円柱形状のコンプレッションロッドが設けられ、このコンプレッションロッドの側面に、前記カップリングスパッドの各スリット内に沿って延びるリブ状のストッパが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この第５の手段によれば、上記第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させた場合に、スパッド凸部に作用する力が、板ばね体をカップリングスパッドの周方向へ変形させようとするが、コンプレッションロッドの側面に、カップリングスパッドの各スリット内に沿って延びるリブ状のストッパが設けられているので、板ばね体がわずかに変形した段階で、板ばね体のスリット側面がストッパに当接し、板ばね体が対応するストッパによって周方向に支持される。このことにより、カップリングスパッドの周方向への板ばね体の過大な変形を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図１乃至図９に示す本発明の実施の形態において、図１０乃至図１３に示す従来例と同一の構成部分には同一符号を付すとともに、必要に応じて図１０及び図１２を参照して説明する。
【００２２】
第１の実施形態
図１乃び図２は本発明の第１の実施形態を示す図である。図１には、図１０に示すような沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における、制御棒１と、この制御棒１の下方に位置する制御棒駆動装置２とを締結するためのバイオネット・カップリング式の制御棒締結機構６Ａが示されている。この制御棒締結機構６Ａは、制御棒１の下端部に設けられたカップリングソケット７Ａと、御棒駆動装置２の上部に設けられたカップリングスパッド８との組合わせよりなっている。
【００２３】
図１に示すように、上記カップリングソケット７Ａは、略円柱形状をなす本体７０と、この本体７０の底部に開口７４する挿着孔７２と、この挿着孔７２の下部内周面において周方向に等間隔で設けられた４つのソケット凸部１０とを有している。一方、上記カップリングスパッド８Ａは、カップリングソケット７Ａの挿着孔７２内に対して挿脱可能となるとともに、その上端部外周面に上記ソケット凸部１０に対応して設けられた４つのスパッド凸部２０を有している。
【００２４】
図１及び図２に示すように、上記ソケット凸部１０は、挿着孔７２の周方向に対して略水平な上面１４を有し、上記スパッド凸部２０は、ソケット凸部１０の上面１４に対応する底面２４を有している。また、スパッド凸部２０は、締結時のカップリングスパッド８Ａの回動方向（図１の矢印Ｒ参照）側の面全体が、この回動方向Ｒに対して下方に傾斜する斜面２２をなしている。一方、ソケット凸部１０は、その締結時のカップリングスパッド８Ａの回動方向Ｒ側とは反対側の面全体が、スパッド凸部２０の斜面２２と同方向（回動方向Ｒに対して下方）に傾斜する斜面１２をなしている。
【００２５】
また、図１に示すように、カップリングスパッド８Ａは、全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる４つのスリット８２によって、各スパッド凸部２０に対応する４つの板ばね体８４に分割され、スクラム時の衝撃を吸収できるようになっている。また、カップリングスパッド８Ａの内側に、カップリングスパッド８Ａと同軸に延びる略円柱形状のコンプレッションロッド８６が設けられている。
【００２６】
ここで、本実施形態において図１０に示す制御棒１と制御棒駆動装置２とを締結する場合は、図１２に示す従来例の場合と同様、まずカップリングスパッド８Ａの上端部を、スパッド凸部２０がソケット凸部１０同士の間を通るように、カップリングソケット７Ａの挿着孔７２内に挿入する。そして、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さより上まで達した後、カップリングスパッド８Ａをその軸線回りに略４５度の角度でＲ方向に回動させることにより、スパッド凸部２０の底面２４とソケット凸部１０の上面１４とを対向させるようになっている。
【００２７】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について，図２を参照して説明する。本実施形態によれば、制御棒１と制御棒駆動装置２とを締結する場合、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さまで達していない不完全挿入状態（図２（ａ）の二点鎖線参照）でカップリングスパッド８Ａを回動させると、スパッド凸部２０の斜面２２がソケット凸部１０の斜面１２に当接し（図２（ａ）の実線参照）、ソケット凸部１０の斜面が１２スパッド凸部２０の斜面２２上を相対的に上方に摺動する（図２（ｂ）参照）。
【００２８】
このことにより、スパッド凸部２０とソケット凸部１０との接触面１２，２２において、カップリングスパッド８Ａの回転力の一部を各々の斜面１２，２２方向に逃がし、カップリングソケット７Ａとカップリングスパッド８Ａに作用する応力、及び、これらを介して制御棒１と制御棒駆動装置２に作用する応力を低減させることができる。
【００２９】
なお、この場合、ソケット凸部１０が上方に押し上げられるため、カップリングソケット７Ａがカップリングスパッド８Ａに対して上方に離れ（図２（ｂ）参照）、制御棒１と制御棒駆動装置２の締結が行われない状態になるが、この状態は制御棒駆動装置着脱機（図示せず）によって検知（カップリングチェック）され、締結作業のやり直しが行われることになる。
【００３０】
第２の実施形態
図３乃び図４は本発明の第２の実施形態を示す図である。図３に示す本実施形態の制御棒締結機構６Ｂは、上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａのソケット凸部１０を有するカップリングソケット７Ａと、スパッド凸部２０を有するカップリングスパッド８Ａとに代えて、ソケット凸部３０を有するカップリングソケット７Ｂと、スパッド凸部４０を有するカップリングスパッド８Ｂを備えたものであり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。
【００３１】
図３及び図４に示すように、上記ソケット凸部３０は、挿着孔７２の周方向に対して略水平な上面３４を有し、上記スパッド凸部４０は、ソケット凸部３０の上面３４に対応する底面４４を有している。また、スパッド凸部４０は、締結時のカップリングスパッド８Ｂの回動方向（図３の矢印Ｒ参照）側の面全体が、この回動方向Ｒに対して上方に傾斜する斜面４２をなしている。一方、ソケット凸部３０は、その締結時のカップリングスパッド８Ｂの回動方向Ｒ側とは反対側の面全体が、スパッド凸部４０の斜面４２と同方向（回動方向Ｒに対して上方）に傾斜する斜面３２をなしている。
【００３２】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について、図４を参照して説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部４０の斜面は締結時のカップリングスパッド８Ｂの回動方向に対して上方に傾斜し、ソケット凸部３０の斜面はスパッド凸部４０の斜面と同方向に傾斜しているので、スパッド凸部４０の底面がソケット凸部３０の上面３４の高さまで達していない不完全挿入状態（図４（ａ）の二点鎖線参照）でカップリングスパッド８Ｂを回動させると、スパッド凸部４０の斜面４２がソケット凸部３０の斜面３２に当接し（図４（ａ）の実線参照）、スパッド凸部４０がソケット凸部３０の斜面３２上を、カップリングスパッド８Ｂの回動方向Ｒに対して上方に摺動する（図４（ｂ）参照）。
【００３３】
このことにより、カップリングスパッド８Ｂの回動に伴って、スパッド凸部４０をその底面４４がソケット凸部３０の上面３４の高さに達するまで上昇させ（図４（ｂ）参照）、その後、スパッド凸部４０の底面４４とソケット凸部３０の上面３４とを対向させることができる（図４（ｃ）参照）。このため、上記不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ｂを回動させた場合であっても、制御棒１と制御棒駆動装置２の締結を行うことが可能となる。
【００３４】
第３の実施形態
図５乃至図７は本発明の第３の実施形態を示す図である。図５に示す本実施形態の制御棒締結機構６Ｃは、上記第２の実施形態の制御棒締結機構６Ａのソケット凸部１０を有するカップリングソケット７Ａと、スパッド凸部２０を有するカップリングスパッド８Ａとに代えて、ソケット凸部５０を有するカップリングソケット７Ｃと、スパッド凸部６０を有するカップリングスパッド８Ｃを備えたものであり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。
【００３５】
また、図５乃至図７に示す本実施形態のソケット凸部５０は、上記第２の実施形態のソケット凸部３０の上面３４に対応する上面側に凹部５４が設けられている点で、上記第２の実施形態のソケット凸部３０と異なり、その他の構成は図３及び図４に示す上記第２の実施形態のソケット凸部３０と同様である。このソケット凸部５０の凹部５４は、挿着孔７２周方向の両端に設けられた末広がり形状の突起部５６，５７によって挟まれて形成されている。
【００３６】
また、図５乃至図７に示す本実施形態のスパッド凸部６０は、上記第２の実施形態のスパッド凸部４０の底面４４を、ソケット凸部５０の凹部５４に対応する形状の底面６４に変えた点で、上記第２の実施形態のスパッド凸部４０と異なり、その他の構成は図３及び図４に示す上記第２の実施形態のスパッド凸部４０と同様である。
【００３７】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について、図６及び図７を参照して説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部６０の底面６４がソケット凸部５０の突起部５６の高さまで達していない不完全挿入状態（図６（ａ）の二点鎖線参照）でカップリングスパッド８Ｃを回動させると、スパッド凸部＆０の斜面４２がソケット凸部５０の斜面３２に当接し（図６（ａ）の実線参照）、スパッド凸部６０がソケット凸部５０の斜面３２上を、カップリングスパッド８Ｃの回動方向Ｒに対して上方に摺動する（図６（ｂ）参照）。
【００３８】
このことにより、カップリングスパッド８Ｃの回動に伴って、スパッド凸部６０をその底面６４がソケット凸部５０の突起部５６の高さに達するまで上昇させ（図６（ｂ）参照）、その後、スパッド凸部６０の底面６４とソケット凸部５０の上面側の凹部５４とを対向させることができる（図６（ｃ）参照）。このため、上記不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ｃを回動させた場合であっても、制御棒１と制御棒駆動装置２の締結を行うことが可能となる。
【００３９】
また、上記のようにスパッド凸部６０の底面６４とソケット凸部５０の上面側の凹部５４とを対向させた状態において、制御棒駆動装置２でカップリングスパッド８Ｃを降下（図７の矢印Ｐ参照）させて制御棒１の引抜きを行う場合、図７（ａ）に示すように、スパッド凸部６０の底面６４側が、対向するソケット凸部５０の上面側の凹部５４に受入れられるので、スパッド凸部６０の底面６４側とソケット凸部５０の上面側との間のずれを防いで、安定した制御棒１の引抜きを行うことができる。
【００４０】
また、図７（ｂ）に示すように、スパッド凸部６０の底面６４とソケット凸部５０の上面側の凹部５４とが、カップリングスパッド８Ｃの回動方向に対して多少ずれた状態から制御棒１の引抜きを行った場合でも、上記末広がり形状の突起部５６，５７によってスパッド凸部６０の底面６４側が凹部５４内に導かれ、上記のようなずれが補正された状態で確実な制御棒１の引抜きを行うことができる。
【００４１】
なお、以上説明した第１乃至第３の実施形態の制御棒締結機構６Ａ〜６Ｃにおいて、それぞれのソケット凸部１０，３０，５０およびスパッド凸部２０，４０，６０の少なくとも傾斜面１２〜４２の部分に、摩擦低減のための表面処理（例えばＭｏＳ２ やグラファイト等の固体潤滑膜）を施すことが好ましい。このような表面処理を施すことにより、不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ａ〜８Ｃを回動させた場合において、上記傾斜面１２〜４２間に作用する摩擦力を低減させ、これにより制御棒１と制御棒駆動装置２に作用する力を低減させるとともに、カップリングソケット７Ａ〜７Ｃとカップリングスパッド８Ａ〜８Ｃによる締結動作の円滑化を図ることができる。
【００４２】
第４の実施形態
図８は本発明の第４の実施形態を示す図である。図８に示す本実施形態の制御棒締結機構は、上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａのカップリングスパッド８Ａに代えて、カップリングスパッド８Ｄを備えたものであり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。また、図８に示すように、本実施形態のカップリングスパッド８Ｄは、上端部から下方に延びる４つのスリット８３によって、各スパッド凸部２０に対応する４つの板ばね体８４ａに分割され、この複数のスリット８３のスパッド凸部２０に対応する上部８３ａにおける幅が他の部分８３ｂにおける幅より狭くなっている点で上記第１の実施形態のカップリングスパッド８Ａと異なり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態のカップリングスパッド８Ａと同様である。
【００４３】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ｄを回動させた場合に（図２参照）、スパッド凸部２０に作用する力（ソケット凸部１０からの反力等）が、板ばね体８４ａをカップリングスパッド８Ｄの周方向へ変形させようとするが、カップリングスパッド８Ｄの複数のスリット８３は、その上部８３ａにおける幅が他の部分８３ｂにおける幅より狭くなっているので、板ばね体８４ａがわずかに変形した段階でスリット８３の上部８３ａが塞がり、板ばね体８４ａのスリット上部８３ａ側の面同士が接触して、板ばね体８４ａが周方向に互いに支持し合うようになる。このことにより、板ばね体８４ａのカップリングスパッド８Ｄの周方向への弾性限度を越えるような過大な変形を防止することができる。
【００４４】
第５の実施形態
図９は本発明の第５の実施形態を示す図である。図９に示す本実施形態の制御棒締結機構は、上記第１の実施形態のコンプレッションロッド８６の側面に、カップリングスパッド８Ａの各スリット８２内に沿って延びるリブ状のストッパ８８が設けられている点で上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと異なり、その他の構成は図１に示す上記第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａと同様である。
【００４５】
次に、このような構成よりなる本実施形態の作用について説明する。本実施形態によれば、スパッド凸部２０の底面２４がソケット凸部１０の上面１４の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッド８Ａを回動させた場合に（図２参照）、スパッド凸部２０に作用する力（ソケット凸部１０からの反力等）が、板ばね体８４をカップリングスパッド８Ａの周方向へ変形させようとするが、コンプレッションロッド８６の側面に、カップリングスパッド８Ａの各スリット８２内に沿って延びるリブ状のストッパ８８が設けられているので、板ばね体８４がわずかに変形した段階で、板ばね体８４のスリット８２側の面がストッパ８８に当接し、各板ばね体８４が対応するストッパ８８によって周方向に支持される。このことにより、板ばね体８４のカップリングスパッド８Ａの周方向への弾性限度を越えるような過大な変形を防止することができる。
【００４６】
なお、以上説明した第４及び第５の実施形態において、図１に示す第１の実施形態の制御棒締結機構６Ａの構成を基本としたものについて説明したが、これに限らず、図３又は図５に示す第２又は第３の実施形態の制御棒締結機構６Ｂ，６Ｃの構成を基本としたものであってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、制御棒と制御棒駆動装置とを締結する場合、スパッド凸部の底面がソケット凸部の上面の高さまで達していない不完全挿入状態でカップリングスパッドを回動させると、スパッド凸部の斜面がソケット凸部の斜面に当接し、スパッド凸部がソケット凸部の斜面上を摺動する。このことにより、スパッド凸部とソケット凸部との接触面において、カップリングスパッドの回転力の一部を各々の斜面方向に逃がし、カップリングソケットとカップリングスパッドに作用する応力、および、これらを介して制御棒と制御棒駆動装置に作用する応力を低減させることができる。このため、カップリングソケットに対してカップリングスパッドを不完全挿入状態で回動させた場合においても、制御棒や制御棒駆動装置の変形や破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原子炉の制御棒締結機構の第１の実施形態の要部を示す一部破断斜視図。
【図２】図１に示す制御棒締結機構のソケット凸部とスパッド凸部との関係を示す模式図。
【図３】本発明による原子炉の制御棒締結機構の第２の実施形態の要部を示す一部破断斜視図。
【図４】図３に示す制御棒締結機構のソケット凸部とスパッド凸部との関係を示す模式図。
【図５】本発明による原子炉の制御棒締結機構の第３の実施形態の要部を示す一部破断斜視図。
【図６】図５に示す制御棒締結機構の締結時のソケット凸部とスパッド凸部との関係を示す模式図。
【図７】図５に示す制御棒締結機構の制御棒引抜き時のソケット凸部とスパッド凸部との関係作用を示す模式図。
【図８】（ａ）は、本発明による原子炉の制御棒締結機構の第４の実施形態のカップリングスパッド側を示す平面図、（ｂ）は、同じく斜視図。
【図９】（ａ）は、本発明による原子炉の制御棒締結機構の第５の実施形態のカップリングスパッド側を示す平面図、（ｂ）は、同じく斜視図。
【図１０】従来の制御棒締結機構が適用される原子炉の要部を例示する縦断面図。
【図１１】従来の制御棒締結機構の一例を示す一部破断斜視図。
【図１２】図１１に示す制御棒締結機構の締結動作を示す一部破断斜視図。
【図１３】（ａ）は、図１１に示す制御棒締結機構のスパッド凸部とソケット凸部との関係を、通常の締結状態において示す模式図、（ｂ）は、同じくカップリングスパッドの不完全挿入時において示す模式図。
【符号の説明】
１ 制御棒
２ 制御棒駆動装置
６，６Ａ〜６Ｃ 制御棒締結機構
７，７Ａ〜７Ｃ カップリングソケット
８，８Ａ〜８Ｄ カップリングスパッド
１０，３０，５０，１００ ソケット凸部
１２，３２ ソケット凸部の斜面
１４，３４，１０４ ソケット凸部の上面
２０，４０，６０，１１０ スパッド凸部
２２，４２ スパッド凸部の斜面
２４，４４，６４，１１４ スパッド凸部の底面
５４ 凹部
７０ カップリングソケット本体
７２ 挿着孔
７４ 挿着孔の開口
８２，８３ スリット
８３ａ スリットの上部
８３ｂ スリットの他の部分
８４，８４ａ 板ばね体
８６ コンプレッションロッド
８８ ストッパ
Claims (5)
- 原子炉の制御棒と、この制御棒の下方に位置する制御棒駆動装置とを締結するための制御棒締結機構において、
前記制御棒の下端部に設けられた本体と、この本体の底部に開口する挿着孔と、この挿着孔の下部内周面において周方向に間隔をおいて設けられた複数のソケット凸部とを有するカップリングソケットと、
前記制御棒駆動装置の上部に設けられ、前記カップリングソケットの挿着孔内に対して挿脱可能となるとともに、その上端部外周面に前記複数のソケット凸部に対応して設けられた複数のスパッド凸部を有するカップリングスパッドと、
を備え、
前記ソケット凸部は、前記挿着孔の周方向に対して略水平な上面を有し、
前記スパッド凸部は、前記ソケット凸部の上面に対応する底面を有し、
前記制御棒と前記制御棒駆動装置とを締結する場合、前記カップリングスパッドの上端部を、前記スパッド凸部が前記ソケット凸部同士の間を通るように、前記カップリングソケットの挿着孔内に挿入し、前記スパッド凸部の底面が前記ソケット凸部の上面より上まで達した後、前記カップリングスパッドをその軸線回りに回動させることにより、前記スパッド凸部の底面と前記ソケット凸部の上面とを対向させるようになっており、
前記スパッド凸部は、前記締結時のカップリングスパッドの回動方向側の面全体が、この回動方向に対して傾斜する斜面をなし、
前記ソケット凸部は、その前記締結時のカップリングスパッドの回動方向側とは反対側の面全体が、前記スパッド凸部の斜面と同方向に傾斜する斜面をなしていることを特徴とする原子炉の制御棒締結機構。 - 前記スパッド凸部の斜面は、前記締結時のカップリングスパッドの回動方向に対して上方に傾斜していることを特徴とする請求項１記載の原子炉の制御棒締結機構。
- 前記ソケット凸部の上面側に、前記スパッド凸部の底面側を受入れるための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の原子炉の制御棒締結機構。
- 前記カップリングスパッドは全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる複数のスリットによって、各スパッド凸部に対応する複数の板ばね体に分割されており、
前記複数のスリットは、その上部における幅が他の部分における幅より狭くなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の原子炉の制御棒締結機構。 - 前記カップリングスパッドは全体として略円筒形状をなすとともに、その上端部から下方に延びる複数のスリットによって、各スパッド凸部に対応する複数の板ばね体に分割されており、
このカップリングスパッドの内側に、カップリングスパッドと同軸に延びる略円柱形状のコンプレッションロッドが設けられ、
このコンプレッションロッドの側面に、前記カップリングスパッドの各スリット内に沿って延びるリブ状のストッパが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の原子炉の制御棒締結機構。
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