JP5997639B2 - 原子炉用制御棒およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉用制御棒およびその製造方法に係わり、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な原子炉用制御棒およびその製造方法に関する。

沸騰水型原子炉に用いられる制御棒は、横断面が十字形をしており、原子炉の運転中において燃料集合体が装荷された炉心に出し入れされて原子炉出力を制御する。制御棒は、運転サイクルの末期には炉心から全て引抜かれる。

その制御棒の一例が、特開平９−６１５７６号公報に記載されている。この制御棒は、ブレードを構成するシース内に中性子吸収材である扁平なハフニウム筒状体を配置している。２本のハフニウム筒状体が制御棒の軸方向に存在する。特開平９−６１５７６号公報は、その制御棒の製造について以下のように説明している。

ハンドルがタイロッドの上端部に取り付けられる。ハンドルは、ハンドル本体およびハンドル本体から下方に向かって伸びる上部舌状部を有する。下部支持部材本体および下部支持部材本体から上方に向かって伸びる下部舌状部を有する下部支持部材が、タイロッドの下端部に取り付けられる。ハンドル、タイロッドおよび下部支持部材の集合体をフレームと称する。

ハンドルの上部舌状部が上部ハフニウム筒状体の上端部に挿入され、上部ハフニウム筒状体が上部舌状部にピンで固定される。下部支持部材の下部舌状部が下部ハフニウム筒状体の下端部に挿入され、下部ハフニウム筒状体が下部舌状部位にピンによって固定される。上部舌状部に取り付けられた複数の上部ハフニウム筒状体、および下部舌状部に取り付けられた複数の下部ハフニウム筒状体が、横断面がＵ字状であるステンレス鋼製のシース内に挿入される。その後、シースの上端、下端および側端が、ハンドル、下部支持部材およびタイロッドにそれぞれ溶接される。シースの側端部には制御棒の軸方向に複数のタブ（突起部）が形成されており、これらのタブがタイロッドに溶接される。シースおよび複数のハフニウム筒状体で１つのブレードが形成される。制御棒は、タイロッドから四方に伸びる４枚のブレードを有する。

構造部材に圧縮残留応力を付与する技術として、ウォータージェットピーニング（例えば、特許第３１６２１０４号公報参照）、レーザーピーニング（例えば、特開平７−２４６４８３号公報参照）およびワイヤピーニング（例えば、特開平６−１５５１７２号公報参照）が知られている。

特開平９−６１５７６号公報 特許第３１６２１０４号公報 特開平７−２４６４８３号公報 特開平６−１５５１７２号公報

特開平９−６１５７６号公報に記載された制御棒では、シースの側端部に形成された複数のタブとタイロッドが溶接により接合される。シースのタブとタイロッドの溶接部において、入熱した側の反対側に形成される溶融部の領域は裏波と呼ばれる。

一般に、シースとタイロッドの溶接部では、シースとタイロッドが互いに溶融され一体化して接合されることが好ましい。すなわち、裏波部に融合不良などの欠陥が生じていないことが好ましい。制御棒の品質の信頼性を確保するために、この裏波部に欠陥が生じていないことの検査が容易にできることが求められている。また、仮に検査により、仮に欠陥が検出された場合には、その補修が容易にできることが好ましい。

特開平９−６１５７６号公報に記載された制御棒では、シースとタイロッドの溶接部の裏波は、溶接後にはブレードを構成するシースによって遮られて外観観察などの検査を行うことができない。

本発明の目的は、タイロッドとシースの溶接部の裏面の検査を容易に行うことができる原子炉用制御棒およびその製造方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、横断面がＵ字状をしており、両側端部がタイロッドに第３溶接部でそれぞれ取り付けられ、タイロッドから四方に伸びている複数のシースと、それぞれのシース内に配置された中性子吸収部材とを備え、
シースの両側端部のうちの１つの側端部である第１側端部に前記タイロッドに向かって突出した複数の第１突出部が形成されており、両側端部のうちの他の側端部である第２側端部にタイロッドに向かって突出した複数の第２突出部が形成されており、
複数の第１突出部は、タイロッドの軸方向において、複数の第２突出部に対してずれて配置され、
第３溶接部に含まれる、第１突出部と前記タイロッドの溶接部である第１溶接部の裏面が、タイロッドと第２側端部の間でタイロッドの軸方向において隣り合う第２突出部の相互間に形成された第２開口部に対向しており、
第３溶接部に含まれる、第２突出部とタイロッドの溶接部である第２溶接部の裏面が、タイロッドと第１側端部の間でタイロッドの軸方向において隣り合う第１突出部の相互間に形成された第１開口部に対向していることにある。

複数の第１突出部は、タイロッドの軸方向において、複数の第２突出部に対してずれて配置され、第１突出部と前記タイロッドの第１溶接部の裏面が、タイロッドと第２側端部の間でタイロッドの軸方向において隣り合う第２突出部の相互間に形成された第２開口部に対向しているので、第１溶接部の裏面の検査を第２開口部を通して容易に行うことができる。また、第２突出部とタイロッドの第２溶接部の裏面が、タイロッドと第１側端部の間でタイロッドの軸方向において隣り合う第１突出部の相互間に形成された第１開口部に対向しているので、第２溶接部の裏面の検査を第１開口部を通して容易に行うことができる。

本発明によれば、原子炉制御棒において、タイロッドとシースの溶接部の裏面の検査を容易に行うことができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の原子炉用制御棒の側面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の拡大図である。 図３のＯ−Ｏ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 図３のＤ−Ｄ断面図である。 図５および図６に示すタイロッドとシースの溶接部の裏面を研磨砥石で研磨する状態を示す説明図である。 タイロッドとシースの溶接部の裏面を研磨する研磨砥石を示す説明図である。 研磨砥石において複数の砥粒が軟質バインダで結合されている状態を示す説明図である。 発熱によりシース表面に圧縮残留応力が発生する過程を示す説明図で、（Ａ）は発熱過程を示す説明図、（Ｂ）は発熱後の収縮過程を示す説明図、（Ｃ）は収縮によりシース表面に引張残留応力が発生して圧縮残留応力が付与される状態を示す説明図である。 塑性変形によりシース表面に圧縮残留応力が発生する過程を示す説明図で、（Ａ）はシース表面を塑性変形させる状態を示す説明図、（Ｂ）は塑性変形によりシース表面に圧縮残留応力が付与される状態を示す説明図である。 従来の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部を示す拡大図である。 図１３のＥ−Ｅ断面図である。 本発明の他の実施例である実施例２の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の裏面にショットピーニングを施している状態を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例３の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の拡大図である。 本発明の他の実施例である実施例４の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の横断面図である。 図１７に示す実施例４の原子炉用制御棒の他のタイロッドとシースの溶接部の横断面図である。 本発明の他の実施例である実施例５の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の拡大図である。 図１９のＦ−Ｆ断面図である。 図１９のＧ−Ｇ断面図である。 図１９のＨ−Ｈ断面図である。 図１９のＩ−Ｉ断面図である。 本発明の他の実施例である実施例６の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部にウォータージェットピーニングを施工するウォータージェットピーニング装置の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例６の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の裏面にウォータージェットピーニングを施工している状態を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例７の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の裏面にレーザーピーニングを施工している状態を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例８の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部にロッドピーニングを施工するロッドピーニング装置の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例８の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の裏面にロッドピーニングを施工している状態を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例９の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部に押し潰し加工を施工する押しつぶし加工装置の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例９の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の裏面に鋼球による押し潰し加工を施工している状態を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例９の原子炉用制御棒のタイロッドとシースの溶接部の裏面にローラーによる押し潰し加工を施工している状態を示す説明図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の原子炉用制御棒を、図１から図７を用いて説明する。本実施例の制御棒１は沸騰水型原子炉に用いられる制御棒である。

本実施例の制御棒１は、横断面が十字形をしていて軸心にタイロッド２が配置され、このタイロッド２から四方に伸びる４枚のブレード３を有する。ハンドル５がタイロッド２の上端部に取り付けられ、下部支持部材６がタイロッド２の下端部に取り付けられる。下部支持部材６は、下部支持板（または落下速度リミッタ）である。

一枚のブレード３において、各ブレード３は、横断面がＵ字状をしているシース４、扁平な筒状体であり中性子吸収部材であるハフニウム部材７Ａ，７Ｂを有する。シース４はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４またＳＵＳ３１６Ｌ等）によって構成される。シース４の上端はハンドル５に溶接され、シース４の下端は下部支持部材６に溶接されている。

Ｕ字状のシース４の両側端部には、複数のタブ（突出部）１２がタイロッド２の軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。タブ１２は、シース４の一部であって、Ｕ字状のシース４の、対向する側端部にそれぞれ形成されており、タイロッド２側に向かって突出している突出部である。シース４の一つの側端部に形成される複数のタブ１２のタイロッド２の軸方向におけるそれぞれの位置と、シース４の他の側端部に形成される複数のタブ１２のタイロッド２の軸方向におけるそれぞれの位置は、異なっている。すなわち、前者の各タブ１２（図３に示すタブ１２Ａ）のタイロッド２の軸方向における位置と、後者の各タブ１２（図３に示すタブ１２Ｂ）のタイロッド２の軸方向における位置は、タイロッド２の軸方向においてずれている。これにより、前者の各タブ１２Ａの、タイロッド２の軸方向の位置には、後者の各タブ１２Ｂが存在していなく、後者の各タブ１２Ｂの、タイロッド２の軸方向の位置には、前者の各タブ１２Ａが存在していない。

シース４の一つの側端部に形成される各タブ１２Ａの、タイロッド２の軸方向における同じ位置において、タイロッド２からシース４の一つの側端部の各タブ１２Ａに向かって突出して各タブ１２Ａに対向する複数のタブ１３（図３に示すタブ１３Ａ）がタイロッド２に形成される。また、シース４の他の側端部に形成される各タブ１２Ｂの、タイロッド２の軸方向における同じ位置において、タイロッド２からシース４の他の側端部の各タブ１２Ｂに向かって突出して各タブ１２Ｂに対向する複数のタブ１３（図３に示すタブ１３Ｂ）がタイロッド２に形成される。各タブ１３Ａの厚みおよび各タブ１３Ｂの厚みは、シース４の厚みと実質的に同じである。

一枚のブレード３において、シース４の一つの側端部の各タブ１２Ａがタイロッド２に形成された各タブ１３Ａに溶接されており、シース４の他の側端部の各タブ１２Ｂがタイロッド２に形成された各タブ１３Ｂに溶接されている。溶接部１４Ａはタブ１２Ａとタブ１３Ａの溶接部であり、溶接部１４Ｂはタブ１２Ｂとタブ１３Ｂの溶接部である（図３および図４参照）。シース４の上端とハンドル５、およびシース４の下端と下部支持部材６も溶接によって接合されている。

タイロッド２の軸方向に細長い開口部１５が、タイロッド２の軸方向において隣り合うタブ１２Ａおよび１３Ａの相互間でタイロッド２とシース４の一つの側端部の間にそれぞれ形成される。タイロッド２の軸方向に細長い開口部１５Ａが、タイロッド２の軸方向において隣り合うタブ１２Ｂおよび１３Ｂの相互間でタイロッド２とシース４の一つの側端部の間にそれぞれ形成される。溶接部１４Ａは開口部１５Ａと対向しており（図２および図５参照）、溶接部１４Ｂは開口部１５と対向している（図６参照）。タイロッド２の図３のＤ−Ｄ断面では、タイロッド２とシース４の両端部のそれぞれの間に開口部が形成され、タイロッド２にシース４側に突出する突出部１９が形成されている。タブ１３Ａおよび１３Ｂが存在する部分では、突出部１９はタイロッド２に形成されていない。

１枚のブレード２のシース４内に形成される空間内に、２つのハフニウム部材７Ａおよび２つのハフニウム部材７Ｂが配置されている。ハフニウム部材７Ａはハフニウム部材７Ｂの上方に位置しており、これらの軸方向の長さは同じである。ハンドル５の下端部に形成された舌状部８Ａがハフニウム部材７Ａの上端部内に挿入され、この状態で、ハフニウム部材７Ａの上端部が舌状部８Ａにピン９Ａで取り付けられている。下部支持部材６の上端部に形成された舌状部８Ｂがハフニウム部材７Ｂの下端部内に挿入され、この状態で、ハフニウム部材７Ｂの下端部が舌状部８Ｂにピン９Ｂで取り付けられている。結果的に、ハフニウム部材７Ａは上端部がハンドル５に取り付けられ、ハフニウム部材７Ｂが下部支持部材６に取り付けられている。沸騰水型原子炉の運転中において、舌状部８Ａ，８Ｂに取り付けられたハフニウム部材７Ａ，７Ｂが熱膨張しても、ハフニウム部材７Ａの下端とハフニウム部材７Ｂの上端が互いに接触しないように、ハフニウム部材７Ａの下端とハフニウム部材７Ｂの上端との間にギャップ（図示せず）が形成されている。

シース４には複数の開口１０が形成され、ハフニウム部材７Ａ，７Ｂにも複数の開口１１がそれぞれ形成されている。

残りの３枚のブレード２も、上述したブレード２と同じ構成を有する。

制御棒１は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に配置され、原子炉出力を制御するために、複数の燃料集合体が装荷された炉心内に制御棒駆動機構（図示せず）によって出し入れされる。制御棒１は、下部支持部材６の下端部に設けられたコネクタ１８によって原子炉圧力容器の底部に設けられた制御棒駆動装置に連結される。制御棒駆動装置は、制御棒１の炉心内への挿入操作、および制御棒１の炉心からの引き抜き操作を行う。原子炉圧力容器内を流れる冷却水は、シース４に形成された一部の開口１０からシース４内に流入し、ハフニウム部材７Ａ，７Ｂとシース４の内面のそれぞれの間に形成される隙間部を上昇しながら、ハフニウム部材７Ａ，７Ｂを冷却する。シース４内に流入した冷却水は、他の開口１０（特に上端部に位置する開口１０）からシース４の外に流出する。

シース４内に流入した冷却水の一部は、ハフニウム部材７Ｂに設けられた小径の開口１１を通ってハフニウム部材７Ｂ内に流入してハフニウム部材７Ｂ，７Ａ内を上昇し、ハフニウム部材７Ａに形成された小径の開口１１を通ってハフニウム部材７Ａ外に流出する。このように、冷却水がハフニウム部材（中性子吸収部材）７Ｂ，７Ａ内に流入することによって、これらのハフニウム部材の冷却が促進される。

本実施例の制御棒１の製造について説明する。

まず、横断面が十字形をしているハンドル５が軸方向に複数のタブ１３Ａおよび複数のタブ１３Ｂが前述のように形成されているタイロッド２の上端に、横断面が十字形をしている下部支持部材６がタイロッド２の下端に、溶接によりそれぞれ取り付けられる。その後、扁平な筒状体の各ハフニウム部材７Ａの上端部が、ピン９Ａにより、ハンドル５に形成されたそれぞれの上部舌状部８Ａに取り付けられる。さらに、扁平な筒状体の各ハフニウム部材７Ｂの下端部が、ピン９Ｂにより、下部支持部材６に形成されたそれぞれの下部舌状部８Ｂに取り付けられる。２本のハフニウム部材７Ａおよび２本のハフニウム部材７Ｂが、タイロッド２から四方に向かって、それぞれ配置される。横断面がＵ字状をした１枚のシース４を、シース４の両側端部に形成されたタブ１２Ａおよび１２Ｂがタイプレート２側を向くように配置して、このシース４をタイロッド２に向かって移動させる。このシース４の移動によって、２本のハフニウム部材７Ａおよび２本のハフニウム部材７Ｂが、シース４内に配置され、やがて、１枚のシース４に形成された各タブ１２Ａがタイロッド２に形成された各タブ１３Ａに突き合され、各タブ１２Ｂがタイロッド２に形成された各タブ１３Ｂに突き合される。残りの３枚のシース４も、同様に、タイロッド２に形成された各タブ１３Ａおよび１３Ｂに突き合わされる。各シース４とタイロッド２において、突き合わされたタブ１２Ａとタブ１３Ａが溶接され、突き合わされたタブ１２Ｂとタブ１３Ｂが溶接される。このようにして、４枚のシース４がタイロッド２に溶接される。

タイロッド２の軸方向に存在するすべてのタブ８とタイロッド２の溶接、すなわち、シース４とタイロッド２の溶接が終了した後、各シース４の上端部とハンドル５、および各シース４の下端部と下部支持部材６の溶接が行われる。

シース４とタイロッド２、ハンドル５および下部支持部材６のそれぞれの溶接が終了した後、タブ１２Ａとタブ１３Ａの溶接部１４Ａおよびタブ１２Ｂとタブ１３Ｂの溶接部１４Ｂのそれぞれの外観検査を実施する。これらの溶接部の外観検査は、表側だけでなく、開口部１５Ａを通して溶接部１４Ａの裏側、および開口部１５を通して溶接部１４Ｂの裏側に対してもそれぞれ行われる。溶接部１４Ａおよび１４Ｂはタイロッド２の軸方向において互いにずれて配置されており、溶接部１４Ａの裏面が開口部１５Ａに対向し、さらに、溶接部１４Ｂの裏面が開口部１５に対向しているので、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏側の外観検査を容易に行うことができる。これらの溶接部の外観検査は、溶接部での割れなどの欠陥の有無を目視で観察するものである。それぞれの溶接部１４Ａおよび１４Ｂに欠陥が存在しない場合には、各溶接部１４Ａの裏波表面、溶接部１４Ａにつながるタブ１２Ａおよび１３Ａのそれぞれの裏面、さらに、各溶接部１４Ｂの裏波表面、溶接部１４Ｂにつながるタブ１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの裏面を研磨する。

この研磨を、図８、図９および図１０を用いて説明する。上記の各箇所の研磨には、回転駆動ヘッド２１に取り付けられた研磨砥石２０が用いられる。タイロッド２のタブとシース４のタブの溶接部の裏波表面の研磨を、溶接部１４Ｂを例に挙げて説明する（図８参照）。回転駆動ヘッド２１に取り付けられた研磨砥石２０を、開口部１５を通してシース４内に挿入し、溶接部１４Ｂの裏波表面に接触させる。この状態で、回転駆動ヘッド２１を回転させて研磨砥石２０を矢印の方向に回転させる（図９参照）。研磨砥石２０は、回転しながら溶接部１４Ｂの裏波表面を研磨する。研磨砥石２０は、図１０に示すように、多数の砥粒２２を柔らかいバインダ２３で結合して構成される。バインダ２としては、紙、布、スポンジ形状材またはブラシ形状材が用いられる。スポンジ形状材を用いることによって、薄いディスク状の研磨砥石を形成することができる。本実施例では、バインダ２３としてスポンジ形状材を用いた研磨砥石２０により、溶接部１４Ｂの裏波表面が研磨される。研磨砥石２０による研磨は、タイロッド２の軸方向における、タブ１２Ｂおよびタブ１３Ｂの幅に対して行われる。溶接部１４Ｂの研磨は、溶接部１４Ｂの表側に対しても行われる。研磨砥石２０を用いた研磨により、溶接部１４Ｂ、タブ１２Ｂおよびタブ１３Ｂのそれぞれの裏面およびこれらの表面が、塑性変形し、発熱する（図１０参照）。

外観検査により溶接部１４Ｂの裏面に割れ等の欠陥が発見された場合には、この欠陥を含む溶接部１４Ｂを、溶接部１４Ｂの裏面および表面から削り取り、削り取った部分に再度溶接を行うことによって削り取った部分を埋める。その後に、再度、外観検査を実施し、この検査により欠陥が検出されない場合には、前述したように、再溶接された溶接部１４Ｂの裏面および表面を研磨砥石２０により研磨する。

研磨砥石２０を用いて溶接部１４Ａおよび１４Ｂおよびこれらの溶接部付近の裏面および表面を研磨することによって、研磨されたそれらの裏面および表面に圧縮残留応力を付与することができる。研磨された溶接部１４Ａおよび１４Ｂ等の裏面および表面に圧縮残留応力が付与される理由を、図１１および図１２を用いて以下に説明する。

研磨砥石２０による溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面加工の機構は、砥粒２２が溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面を叩き、押し潰す過程と、研磨砥石２０の回転に伴って砥粒２２が溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面を擦り取る過程の組み合わせと考えられる。これらの過程により、溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面に塑性変形が生じるとともに発熱が生じる。

研磨砥石２０により研磨された溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面（裏面および表面）が発熱する（図１１（Ａ）参照）。発熱が生じた場合、溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面が冷却過程で収縮しようとするが、溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の内部の材料によって拘束される（図１１（Ｂ）参照）。このため、溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面に引張残留応力が発生する（図１１（Ｃ）参照）。一方、砥粒２２による押し潰しにより溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面が塑性変形する（図１２（Ａ）参照）と、その表面が伸ばされようとするが、内部の材料によって拘束されるため、溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面に圧縮残留応力が発生する（図１２（Ａ）参照）。

研磨による溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面加工は、その表面を叩き、押し潰す過程による塑性変形が、発熱による影響よりも大きいために、溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面の残留応力が圧縮残留応力に変化する。

溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）付近のタブ１２Ａおよびタブ１３Ａ（またはタブ１２Ｂおよび１３Ｂ）の表面（裏面および表面）を研磨した場合においても、上記した現象が生じ、その表面に圧縮残留応力が発生する。

タブ１２Ａとタブ１３Ａの溶接部１４Ａ（またはタブ１２Ｂとタブ１３Ｂの溶接部１４Ｂ）およびこの付近等の表面（裏面および表面）に、上記したように、圧縮残留応力を付与することにより、その表面からの応力腐食割れの発生および進展を抑制することができる。

上記した研磨を実施することにより、溶接部１４Ａ（または溶接部１４Ｂ）の表面、および溶接部１４Ａとタブ１２Ａおよび１３Ａのそれぞれの境界部（または溶接部１４Ｂとタブ１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの境界部）に、仮に微小な割れが生じていたとしても、この割れを削除することができる。

以上に説明した本実施例の制御棒１と特開平９−６１５７６号公報に記載された従来の制御棒の違いを、この従来の制御棒のタイロッドとシースの溶接部を示す図１３および図１４に基づいて説明する。この従来の制御棒では、Ｕ字状のシース４の両側端部に互いに対向しているタブ１６がそれぞれ形成される。シース４の両側端部に形成された各タブ１６は、タイロッド２の軸方向において同じ位置に存在し、互いに対向している（図１４参照）。シース４の両側端部に形成された各タブ１６は、タイロッド２に溶接にて接合されている。溶接部１７はタブ１６とタイロッド２の溶接部である。タイロッド２の軸方向において隣り合うタブ１６の相互間でタイロッド２とシースの間には、それぞれ開口部１５Ｂが形成される。

従来の制御棒におけるタイロッド２とシース４に形成された各タブ１６のように、それぞれ厚さが異なる溶接対象部材を溶接するためには、それぞれの溶接対象部材の接合部（タイロッド２とシース４のタブ１６の接合部）を溶融させる必要がある。このとき、厚さが厚い溶接対象部材であるタイロッド２を十分に溶かす必要があるため、溶接入熱は大きくなる。溶接入熱が大きい場合には、溶接過程において溶接対象部材での高温領域が広くなる。溶接過程において各溶接対象部材の高温になった領域では、この領域全体が室温に戻ったときに引張応力が生じる。このため、タイロッド２における引張残留応力が分布する領域が広くなる。

一方、本実施例の制御棒１では、タイロッド２に形成された、シース４の厚みと実質的に同じであるタブ１３Ａとシースに形成された１２Ａ、およびタイロッド２に形成された、シース４の厚みと実質的に同じであるタブ１３Ｂとシースに形成された１２Ｂを溶融するため入熱量は、特開平９−６１５７６号公報に記載された従来の制御棒におけるタイロッド２とシース４に形成されたタブ１６の溶接に比べて非常に小さくなる。このため、制御棒１において引張応力の発生する領域を、上記した従来の制御棒と比べて狭く抑えることができる。引張残留応力は、溶接部にき裂が発生した場合にそれを進展させる駆動力になる。本実施例の制御棒１では、引張残留応力が発生する領域を狭くできるため、仮にき裂が発生したとしてもその進展を従来の制御棒と比較して小さくすることができる。

特開平９−６１５７６号公報に記載された従来の制御棒では、横断面がＵ字状をしているシース４の両側端部に形成された各タブ１６は、前述したように、タイロッド２の軸方向において同じ位置に存在する。この結果、シース４の両側端部に形成された各タブ１６とタイロッド２のそれぞれの溶接部１７も、タイロッド２の軸方向において同じ位置に存在する。その従来の制御棒では、シース４の両側端部に形成されて対向している２つのタブ１６のうちの１つのタブ１６とタイロッド２との溶接部１７の裏波は、その２つのタブ１６のうちの他のタブ１６に遮られて外観検査をすることができない。同様に、その２つのタブ１６のうちの後者の他のタブ１６とタイロッド２との溶接部１７の裏波は、その２つのタブ１６のうちの前者の１つのタブ１６に遮られて外観検査をすることができない。すなわち、溶接部１７の裏波部分での溶接欠陥の有無を外観検査により観察することが困難である。これに対し、本実施例の制御棒１では、前述したように、溶接部１４Ａの裏波部分の外観検査は溶接部１４Ａの裏波に対向する開口部１５Ａを通して、溶接部１４Ｂの裏波部分の外観検査は溶接部１４Ｂの裏波に対向する開口部１５を通して、それぞれ容易に実施することができる。このため、溶接部１４Ａの裏波部分および溶接部１４Ｂの裏波部分における割れ等の欠陥の有無を、目視で容易に確認することができる。

本実施例の制御棒１では、上記したように、溶接部１４Ａの裏波部分が開口部１５Ａと対向しているので、開口部１５Ａを通して研磨砥石２０を溶接部１４Ａの裏波部分に接触させることができ、その裏波部分およびこの裏波部分付近のタブ１２Ａおよび１３Ａのそれぞれの裏面を研磨することができる。これにより、溶接部１４Ａの裏面および溶接部１４Ａ付近のタブ１２Ａおよび１３Ａのそれぞれの裏面に圧縮残留応力を付与することができる。溶接部１４Ａの裏面およびタブ１２Ａおよび１３Ａのそれぞれの裏面での応力腐食割れの発生を抑制することができる。また、制御棒１では、溶接部１４Ｂの裏波部分が開口部１５と対向しているので、開口部１５を通して回転砥石２０を溶接部１４Ｂの裏波部分に接触させることができ、その裏波部分およびこの裏波部分付近のタブ１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの裏面を研磨することができる。これにより、溶接部１４Ｂの裏面および溶接部１４Ｂ付近のタブ１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの裏面に圧縮残留応力を付与することができる。溶接部１４Ｂの裏面およびタブ１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの裏面での応力腐食割れの発生を抑制することができる。これに対して、従来の制御棒では、横断面がＵ字状をしているシース４の両端部に形成されたそれぞれのタブ１６が対向しているので、タイロッド２とタブ１６の溶接部１７の裏波部分を研磨することができない。このため、溶接部１７の裏面に圧縮残留応力を付与することができない。

本発明の他の実施例である実施例２の制御棒を、図１５を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｂは沸騰水型原子炉に用いられる制御棒である。

本実施例の制御棒１Ｂは実施例１の制御棒１と同じハード構成を有する。制御棒１Ｂは、制御棒１と、タイロッド２に形成されたタブ１３Ａとシース４に形成されたタブ１２Ａとの溶接部１４Ａ、およびタイロッド２に形成されたタブ１３Ｂとシース４に形成されたタブ１２Ｂとの溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面に圧縮残留応力を付与する手法が異なっている。制御棒１においては溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与は研磨砥石２０を用いた研磨により行っているが、制御棒１Ｂではショットピーニングにより溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与を行っている。

制御棒１Ｂは、圧縮残留応力の付与の工程を除いて制御棒１と同様に製造される。制御棒１Ｂの製造工程において、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏波部分の外観検査でそれらの裏波部分に欠陥が存在しないと判定された場合に、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏波、およびそれぞれの裏波付近に存在するタブ１２Ａ，１３Ａ，１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの裏面に対してショットピーニングが施される。

このショットピーニングを、溶接部１４Ｂへの施工を例に挙げて説明する。ショットピーニングに用いる金属の細粒３２を供給する細粒供給管３１に接続された噴射ノズル３０を、溶接部１４Ｂに対向する開口部１５に挿入し、溶接部１４Ｂおよびタブ１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの裏面と対向させる。ショットピーニングは公知の方法を適用する。このショットピーニングにおいて、細粒供給管３１から供給される金属の多数の細粒３２を、噴射ノズル３０から、ショットピーニングの施工対象面である溶接部１４Ｂおよびタブ１２Ｂおよび１３Ｂのそれぞれの裏面に向かって噴射させ、これらの面に対して高速で衝突させる。噴射された金属の細粒３２が衝突するそれらの面に、圧縮残留応力が付与される。溶接部１４Ａ、およびタブ１２Ａおよび１３Ａのそれぞれの裏面に対しても、開口部１５Ａに噴射ノズル３０を挿入することにより、圧縮残留応力を付与することができる。

本実施例においても、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の他の実施例である実施例３の制御棒を、図１６を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｃは沸騰水型原子炉に用いられる制御棒である。

本実施例の制御棒１Ｃは、制御棒１において、開口部１５Ａの溶接部１４Ａの裏面に対向する部分に開口部１５の水平方向における幅よりも大きくした幅を有する半円状の開口部２５Ａを形成し、さらに、開口部１５の溶接部１４Ｂの裏面に対向する部分に開口部１５の水平方向における幅よりも大きくした幅を有する半円状の開口部２５を形成した構成を有する。開口部２５Ａは、溶接部１４Ａの裏面に対向しており、開口部１５Ａと連通している。開口部２５は、溶接部１４Ｂの裏面に対向しており、開口部１５と連通している。制御棒１Ｃの他の構成は制御棒１と同じである。

開口部２５および２５Ａは、シース４に形成された開口部１０と同じように、冷却水を通水する開口として機能する。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。開口部２５の、タイロッド２の軸心に直交する方向における幅が、開口部１５の、タイロッド２の軸心に直交する方向における幅よりも広く、開口部２５Ａの、タイロッド２の軸心に直交する方向における幅が、開口部１５Ａの、タイロッド２の軸心に直交する方向におけるよりも広いので、開口部２５Ａを通しての溶接部１４Ａの裏波部分の外観検査および開口部２５を通しての溶接部１４Ｂの裏波部分の外観検査がさらに容易に行うことができる。また、研磨砥石２０または噴射ノズル３０の開口部２５および２５Ａへの挿入が幅が広い分容易になり、溶接部１４Ｂおよび１４Ａのそれぞれの裏面付近への圧縮残留応力の付与が容易になる。

本発明の他の実施例である実施例４の制御棒を、図１７および図１８を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｄは沸騰水型原子炉に用いられる制御棒である。

本実施例の制御棒１Ｄは、制御棒１においてタイロッド２に形成されたタブ１３Ａおよび１３Ｂを削除し、シース４の両端部に形成されたタブ１２Ａおよび１２Ｂをタイロッド２にそれぞれ溶接した構成を有する。制御棒１Ｄの他の構成は制御棒１と同じである。

横断面がＵ字状になっているシース４の両側端部にそれぞれ形成されたタブ１２Ａおよびタブ１２Ｂは、制御棒１と同様に、タイロッド２の軸方向における位置が互いにずれている。タブ１２Ａは、タイロッド２の１つの側面に形成された段付部２６Ｂ上に置かれ、溶接部２７Ａでタイロッド２に接合され（図１７参照）、タブ１２Ｂは、タイロッド２の他の側面に形成された段付部２６Ａ上に置かれ、溶接部２７Ｂでタイロッド２に接合される（図１８参照）。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例の制御棒１Ｄは、実施例１の制御棒１と異なり、タイロッド２のハフニウム部材７Ａ、７Ｂに面する側面に突出部１９が形成されているため、溶接部２７Ａの裏波を開口部１５Ａから直接見ることは困難であり、また、溶接部２７Ｂの裏波を開口部１５から直接見ることは困難である。このため、ファイバースコープを開口部１５Ａからシース４内に挿入することによって溶接部２７Ａの裏波の外観を検査することができる。また、溶接部２７Ｂの裏波の外観検査は、開口部１５からファイバースコープをシース４内に挿入することによって行うことができる。図１４に示す従来の制御棒においても、開口部１５Ｂを通してシース４内にファイバースコープを挿入して溶接部１７の裏波の外観検査を行っている。この従来の制御棒における溶接部１７の裏波の外観検査では、シース４内でファイバースコープ軸心がタイロッド２の軸方向に伸びるように、このファイバースコープを、曲げて、開口部１５Ｂを通してシース内に挿入する必要があるため、溶接部１７の裏面の外観検査に長時間を要している。これに対して、本実施例の制御棒１Ｄでは、溶接部２７Ａの裏面の外観検査を行うときに、ファイバースコープを、開口部１５Ａから、シース４の、この開口部１５Ａに対向する内面に向かって挿入すれば良い。このため、制御棒１Ｄにおける溶接部２７Ａの外観検査は、従来の制御棒に比べて容易にかつより短時間で行うことができる。制御棒１Ｄにおける溶接部２７Ｂの裏波の外観検査についても、溶接部２７Ａのそれと同様である。

本実施例における溶接部２７Ａおよび２７Ｂのそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与は以下のようにすれば可能である。すなわち、先端部が溶接部２７Ａ（または溶接部２７Ｂ）に向かって曲げられた噴射ノズル３０を用いることによって、開口部１５Ａ（または開口部１５）内に挿入した噴射ノズル３０から溶接部２７Ａ（または溶接部２７Ｂ）の裏面に金属の細粒３２を噴射して衝突させるショットピーニングにより溶接部２７Ａ（または溶接部２７Ｂ）の裏面に圧縮残留応力を付与することができる。

本発明の他の実施例である実施例４の制御棒を、図１９から図２３を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｅは沸騰水型原子炉に用いられる制御棒である。

本実施例の制御棒１Ｅは、制御棒１において突出部１９を形成したタイロッド２の替りに突出部１９を形成していないタイロッド２を用いた構成を有する。制御棒１Ｅの他の構成は制御棒１と同じである。

横断面がＵ字状をしているシース４の両端部にタブ３５Ａおよび３５Ｂが形成されている。タブ３５Ａおよび３５Ｂのタイロッド２の軸方向における位置は、制御棒１のタブ１２Ａおよび１２Ｂと同様に、その軸方向において互いにずれている。制御棒１Ｅでは、タイロッド２の、シース４内に配置されたハフニウム部材７Ａおよび７Ｂに対向する側面３３が平面になっている。タイロッド２には、この側面３３から、タブ３５Ａに向かって突出するタブ３４Ａが形成され、タブ３５Ｂに向かって突出するタブ３４Ｂが形成されている。タブ３４Ａとタブ３５Ａは溶接部１４Ａで接合され、タブ３４Ｂとタブ３５Ｂは溶接部１４Ｂで接合されている。溶接部１４Ａと溶接部１４Ｂも、タイロッド２の軸方向において互いにずれている（図１９および図２０参照）。

溶接部１４Ａの裏面は開口部１５Ａに対向しており、溶接部１４Ｂの裏面は開口部１５に対向している。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の他の実施例である実施例６の制御棒を、図２４および図２５を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｆは、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒であり、実施例１の制御棒１と実質的に同じ構成を有する。

制御棒１Ｆは、横断面がＵ字状であるシース４の一つの側端部に形成されたタブ１２Ｂがタイロッド２に溶接部１４Ｂで接合されている（図２５参照）。タブ１２Ｂおよび溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面は、タブ１２Ａが形成されたシース４のもう１つの側端部とタイロッド２の間に形成された開口部１５に面している。図２５に図示されていないが、シース４の側端部に形成されたタブ１２Ａがタイロッド２に溶接部１４Ａで接合されている。タブ１２Ａおよび溶接部１４Ａのそれぞれの裏面は、タブ１２Ａが形成されたシース４の側端部とタイロッド２の間に形成された他の開口部１５Ａに面している。制御棒１Ｆは、タブ１２Ｂおよび溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面、およびタブ１２Ａおよび溶接部１４Ａのそれぞれの裏面に対して、ウォータージェットピーニングにより、圧縮残留応力が付与されている。

溶接により組み立てられた制御棒１Ｆでは、タブ１２Ｂおよび溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面が開口部１５に面し、タブ１２Ａおよび溶接部１４Ａのそれぞれの裏面が他の開口部１５Ａに面しているため、実施例１と同様に、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面の検査を容易に行うことができる。

制御棒１Ｆは、実施例４の制御棒１Ｄと異なり、突出部１９がタイロッド２の、ハフニウム部材７Ａ、７Ｂに面する側面に形成されていない。また、制御棒１Ｆは、実施例１の制御棒１のように、タイロッド２にタブ１３Ａおよび１３Ｂを形成していない。

制御棒１Ｆでは、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に欠陥が生じていないとき、タブ１２Ｂおよび溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面、およびタブ１２Ａおよび溶接部１４Ａのそれぞれの裏面に対し、ウォータージェットピーニングにより、圧縮残留応力が付与される。

ウォータージェットピーニングを用いてこれらの裏面に圧縮残留応力を付与する工程を含む制御棒１Ｆの製造方法を、以下に説明する。制御棒１Ｆの製造方法は、残留圧縮応力を付与する工程を除いて実施例１における制御棒１を製造する方法と同じである。ここでは、ウォータージェットピーニングにより圧縮残留応力を付与する工程を主に説明する。

制御棒１Ｆにおけるタブとタイロッドの溶接部の裏面へのウォータージェットピーニングは、図２４に示す、圧縮残留応力付与装置であるウォータージェットピーニング装置４１を用いて行われる。ウォータージェットピーニング装置４１は、噴射ノズル４７、高圧ポンプ４９および噴射ノズル走査装置を備えている。噴射ノズル走査装置は、走行装置４２、アーム４４、移動装置４５および昇降装置４６を有する。

走行装置４２は、水槽５３内に設置された支持台５０の上面に設けられた一対のガイド部材４３に走行可能に取り付けられている。アーム４４が、走行装置４２に取り付けられ、ガイド部材４３と直交する方向で水平方向に伸びている。移動装置４５が、アーム４４に、アーム４４に沿って移動可能に取り付けられる。昇降装置４６が移動装置４５に昇降可能に取り付けられる。先端に噴射口が形成された噴射ノズル４７は、昇降装置４６の下端部に上下方向において回転可能に取り付けられ、高圧ホース４８によって高圧ポンプ４９に接続される。

実施例１と同様に組み立てられた、ウォータージェットピーニングが施工される制御棒１Ｆが、タイロッドを水平方向に配置した状態で、水５４が蓄えられた水槽５３内に平行に配置された支持台５１および５２のそれぞれの上面に置かれ、支持台５１および５２のそれぞれに取り外し可能に固定される。制御棒１Ｆを取り付ける支持台５１および５２のそれぞれの長さは、制御棒１Ｆの軸方向の長さよりも長くなっている。支持台５１と支持台５２の間には、隙間６４が形成されている。下向きになっている、制御棒１Ｆの１枚のブレードが、この隙間６４内に挿入され、このブレードと直交している２枚のブレードが、支持台５１および５２のそれぞれの上面に置かれている。この状態で、１枚のブレードにおける溶接部１４Ｂが支持台５２の上面に接触し、このブレードと１８０°反対側に存在する他の１枚のブレードにおける溶接部１４Ａが支持台５１の上面に接触している。制御棒１Ｆ、および支持台５１および５２は、水槽５３内の水５４に浸漬されており、支持台５０の上面は水槽５３内の水面よりも上方に位置している。

支持台５０は支持台５１および５２と平行に配置され、支持台５０、および一対のガイド部材４３の長さも制御棒１Ｆの軸方向の長さよりも長くなっている。このため、走行装置４２をガイド部材４３に沿って移動させることにより、噴射ノズル４７が制御棒１Ｆの軸方向の全長に亘って移動可能である。

走行装置４２をガイド部材４３に沿って移動させると、噴射ノズル４７は、制御棒１Ｆの軸方向に移動する。移動装置４５をアーム４４に沿って移動させると、噴射ノズル４７は制御棒１Ｆのブレードの幅方向に移動する。昇降装置４６は噴射ノズル４７を上下方向に移動させる。走行装置４２、移動装置４５および昇降装置４６により、噴射ノズル４７を制御棒１Ｆのウォータージェットピーニング開始点に位置合わせする。すなわち、走行装置４２をガイド部材４３に沿って移動させ、移動装置４５をアーム４４に沿って移動させることにより、噴射ノズル４７を、１枚のブレードにおいて制御棒１Ｆのハンドルに最も近くに位置する溶接部１４Ｂの真上に位置させる。この状態で、昇降装置４６を下降させて噴射ノズル４７を開口部１５内に挿入させ、噴射ノズル４７の先端が所定位置まで下降したとき、昇降装置４６の下降を停止する。その後、噴射ノズル４７を上下方向において回転させることにより、噴射ノズル４７の噴射口を溶接部１４Ｂの裏面に対向させる（図２５参照）。

高圧ポンプ４９が駆動され、高圧ポンプ４９で昇圧された高圧水が高圧ホース４８を通って噴射ノズル４７に供給される。この高圧水は、噴射ノズル４７の噴射口から溶接部１４Ｂの裏面に向かって噴流６２となって噴射される。噴射された噴流６２に含まれた多数のキャビテーション気泡が崩壊することによって発生する衝撃波が、溶接部１４Ｂの裏面、タイロッド２の、シース４の内側領域に面する側面６３およびタブ１２Ｂの裏面にそれぞれ衝突し、溶接部１４Ｂの裏面、タイロッド２の側面６３およびタブ１２Ｂの裏面にそれぞれ圧縮残留応力が付与される。噴射ノズル４７は、噴流６２を噴射しながら、走行装置４２によりその溶接部１４Ｂに対向する１つの開口部１５内で制御棒１Ｆの軸方向に移動される。これで、１つの溶接部１４Ｂの裏面に対して、制御棒１Ｆの軸方向におけるウォータージェットピーニングが施工される。

１つの溶接部１４Ｂの裏面に対するウォータージェットピーニングの施工が終了した後、高圧ポンプ４９が停止され、昇降装置４６を上方に向かって移動させる。噴射ノズル４７の噴射口が開口部１５よりも上方に到達したとき、昇降装置４６の上昇が停止される。その後、走行装置４２が制御棒１Ｆの軸方向に移動され、ウォータージェットピーニングが施工された溶接部１４Ｂの隣に位置する別の溶接部１４Ｂの真上まで噴射ノズル４７が移動される。そして、昇降装置４６が下降され、噴射ノズル４７の噴射口がその別の溶接部１４Ｂの真上に位置する別の開口部１５内に挿入される。この状態で、前述したように、噴射ノズル４７の噴射口から高圧水の噴流６２が噴射され、噴流６２に含まれるキャビテーション気泡の崩壊により発生する衝撃波により、別の溶接部１４Ｂの裏面等に圧縮残留応力が付与される。

以上のように、支持台５１および５２の上に置かれた１枚のブレードにおいて、Ｕ字状のシース４の一つの側端部における複数の溶接部１４Ｂの裏面に対して、ウォータージェットピーニングが順番に施工される。このブレードのその側端部における全ての溶接部１４Ｂの裏面へのウォータージェットピーニングの施工が終了した後、昇降装置４６により、噴射ノズル４７の噴射口の位置を、隙間６４に挿入されたブレードとタイロッド２を中心として１８０°反対側に位置する他のブレードの上端よりも上方まで上昇させ、移動装置４５により噴射ノズル４７をこのブレードの真上を通過させてアーム４４の先端側に移動させる。噴射ノズル４７は、ウォータージェットピーニングが施工されたブレード２とタイロッド２を中心にして１８０°反対側に位置するブレード（支持台５１の上面に置かれたブレード）の真上に位置する。この状態で、噴射ノズル４７を水平面内で１８０°回転させる。この回転により、噴射ノズル４７の噴射口は、垂直状態のブレードの側面に面している。

昇降装置４６を下降させ、その噴射口が、支持台５１の上面に接触している溶接部１４Ａの真上で軸方向において隣り合っているタブ１２Ａの間に形成された開口部１５Ａ内に挿入されるまで下降される。噴射ノズル４７の噴射口が開口部１５Ａ内に挿入された状態でこの噴射口から高圧水の噴流６２が噴射され、溶接部１４Ａの裏面に対してウォータージェットピーニングが施工される。前述の溶接部１４Ｂの裏面に対するウォータージェットピーニングの施工と同様に、制御棒１Ｆの軸方向に存在する全ての溶接部１４Ａの裏面に対して、ウォータージェットピーニングが施工される。支持台５１の上面に接触しているブレードの全溶接部１４Ａに対するウォータージェットピーニングの施工が終了した後、制御棒１Ｆが持ち上げられ、支持台５１および５２の上方で制御棒１Ｆを９０°回転させ、他の１枚のブレード（例えば、支持台５２に接触してウォータージェットピーニングが施工されたブレード）を隙間６４内に挿入する。支持台５１および５２にそれぞれ接触しているブレードにおいて、支持台５１に接触する各溶接部１４Ａおよび支持台５２に接触する各溶接部１４Ｂに対するウォータージェットピーニングを施工する。制御棒１Ｆを９０°ずつ回転させて全てのブレードにおける溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に対して、ウォータージェットピーニングを施工する。

制御棒１Ｆでは、溶接部１４Ｂの裏面に対向して開口部１５が形成され、溶接部１４Ａの裏面に対向して開口部１５Ａが形成されているため、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に対して、ウォータージェットピーニングによる圧縮残留応力の付与を容易に行うことができる。

本実施例は引用例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の他の実施例である実施例７の制御棒を、図２６を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｇは、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒であり、実施例６の制御棒１Ｆと実質的に同じ構成を有する。制御棒１Ｇでは、圧縮残留応力が、レーザーピーニングにより、タブ１２Ａとタイロッド２の溶接部１４Ａの裏面およびタブ１２Ｂとタイロッド２の溶接部１４Ｂの裏面に付与されている。

開口部１５Ａが溶接部１４Ａの裏面に対向し、開口部１５が溶接部１４Ｂの裏面に対向しているので、実施例１と同様に、溶接により組み立てられた制御棒１Ｇでは、組み立て後において溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面の検査を容易に行うことができる。

溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に欠陥が生じていないとき、制御棒１Ｇにおいて、タブ１２Ｂおよび溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面、およびタブ１２Ａおよび溶接部１４Ａのそれぞれの裏面に対し、レーザーピーニングが施工され、圧縮残留応力が付与される。レーザーピーニングの施工には、圧縮残留応力付与装置であるレーザーピーニング装置が用いられる。レーザーピーニング装置は、図２４に示すウォータージェットピーニング装置４１において噴射ノズル４７をレーザー照射ヘッド５５に、高圧ホース４８を光ファイバ５６に替えた構成を有する。レーザーピーニング装置の他の構成はウォータージェットピーニング装置４１と同じである。

実施例６におけるウォータージェットピーニングの施工と同様に、支持台５０，５１及び５２が、水５４を蓄えた水槽５３内に配置されている。支持台５１および５１が水５４に浸漬され、レーザーピーニングを施工する制御棒１Ｇも水５４に浸漬されている。レーザーピーニングを施工する制御棒１Ｇは、制御棒１Ｆと同様に、１枚のブレードが支持台５１の上面に置かれて他の１枚のブレードが支持台５２の上面に置かれ、支持台５１および５２に取り外し可能に固定される。走行装置４２、移動装置４５及び昇降装置４６のそれぞれを移動させ、レーザー照射ヘッド５５の先端部を、例えば、溶接部１４Ｂの裏面と対向して形成された開口部１５内に挿入する。

光ファイバ５６に接続されたレーザー発信器（図示せず）で発生したパルス時間幅が数ナノ秒から数十ナノ秒のレーザーを、光ファイバ５６を通してレーザー照射ヘッド５５に伝える。このレーザーは、水中において、レーザー照射ヘッド５５から溶接部１４Ｂの裏面に向かって照射される。このレーザーの照射によって高圧のプラズマが発生し、これに伴って衝撃力が発生する。この衝撃力により溶接部１４Ｂの裏面に圧縮残留応力が付与される。制御棒１Ｇの軸方向における走行装置４２の移動、および昇降装置４６の上昇および下降を繰り返しながら、制御棒１Ｇの軸方向に存在する各溶接部１４Ｂの裏面に対して残留圧縮応力を付与する。実施例６と同様にして、制御棒１Ｇに存在する全ての溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に対して、レーザーピーニングが施工され、圧縮残留応力が付与される。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の他の実施例である実施例８の制御棒を、図２７および図２８を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｈは、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒であり、実施例１の制御棒１と実質的に同じ構成を有する。制御棒１Ｈでは、圧縮残留応力が、ロッドピーニングにより、タブ１２Ａとタイロッド２の溶接部１４Ａの裏面およびタブ１２Ｂとタイロッド２の溶接部１４Ｂの裏面に付与されている。

開口部１５Ａが溶接部１４Ａの裏面に対向し、開口部１５が溶接部１４Ｂの裏面に対向しているので、実施例１と同様に、溶接により組み立てられた制御棒１Ｈでは、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面の検査を容易に行うことができる。

溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に欠陥が生じていないとき、制御棒１Ｈにおいて、タブ１２Ｂおよび溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面、およびタブ１２Ａおよび溶接部１４Ａのそれぞれの裏面に対し、ロッドピーニングが施工され、圧縮残留応力が付与される。ロッドピーニングの施工には、圧縮残留応力付与装置であるロッドピーニング装置４１Ａが用いられる。

ロッドピーニング装置４１Ａは、複数の細いロッド５８が取り付けられたバイブレータ５７およびバイブレータ走査装置を備えている。バイブレータ走査装置は、走行装置４２Ａおよび４２Ｂ、アーム４４、移動装置４５および昇降装置４６を有する。ロッドピーニング装置４１Ａの、複数の細いロッド５８が取り付けられたバイブレータ５７は、特開平６−１５５１７２号公報の図４に記載された、複数の細線ワイヤを取り付けたバイブレータにおいて、複数の細線ワイヤを複数の細いロッド５８に取り替えた構成を有する。

走行装置４２Ａは、床面に設置された支持台５２の上面に設けられた一対のガイド部材４３Ａに走行可能に取り付けられている。走行装置４２Ｂは、床面に設置された支持台５１の上面に設けられた一対のガイド部材４３Ｂに走行可能に取り付けられている。支持台５１および５２の相互間には、制御棒１Ｈの１枚のブレードが挿入される隙間６４が形成される。アーム４４Ａが、走行装置４２Ａおよび４２Ｂに取り付けられ、ガイド部材４３Ａおよび４３Ｂと直交する方向で水平方向に伸びている。移動装置４５が、アーム４４Ａに、アーム４４に沿って移動可能に取り付けられる。昇降装置４６が移動装置４５に昇降可能に取り付けられる。バイブレータ５７は、昇降装置４６の下端部に上下方向において回転可能に取り付けられる。

ロッドピーニングを施工する制御棒１Ｈが、支持台５１および５２のそれぞれの上面に固定される。すなわち、制御棒１Ｈの１枚のブレードが隙間６４内に挿入され、このブレードと直交する２枚のブレードが、支持台５１および５２のそれぞれの上面に置かれ、これらの支持台に固定される。走行装置４２Ａ，４２Ｂ、移動装置４５及び昇降装置４６のそれぞれを移動させ、バイブレータ５７に取り付けられた各ロッド５８を、例えば、溶接部１４Ｂの裏面と対向して形成された開口部１５内に挿入する。各ロッド５８の先端が溶接部１４Ｂの裏面に接触したとき、昇降装置４６の下降を停止する。

バイブレータ５７には、コンプレッサ（図示せず）に接続された空気ホース（図示せず）が接続されている。ロッドピーニングを施工するとき、作動用空気がコンプレッサから空気ホースを通してバイブレータ５７に供給される。この作動用空気によりバイブレータ５７が作動し、各ロッド５８を振動させる。振動する各ロッド５８が先端部で溶接部１４Ｂの裏面を打撃する。溶接部１４Ｂの裏面の打撃された部分は押しつぶされ、この部分に引張の塑性ひずみが発生する。この塑性ひずみよる変形が周囲に拘束されることにより、ロッドピーニングによる、溶接部１４Ｂの裏面の打撃部には、圧縮残留応力を付与することができる。制御棒１Ｈの軸方向における走行装置４２Ａ，４２Ｂの移動、および昇降装置４６の上昇および下降を繰り返しながら、各ロッド５８により、制御棒１Ｈの軸方向に存在する各溶接部１４Ｂの裏面に対して打撃を加えて残留圧縮応力を付与する。実施例６と同様にして、制御棒１Ｈに存在する全ての溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に対して、ロッドピーニングが施工され、圧縮残留応力が付与される。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の他の実施例である実施例９の制御棒を、図２９および図３０を用いて説明する。本実施例の制御棒１Ｉは、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒であり、実施例１の制御棒１と実質的に同じ構成を有する。制御棒１Ｉでは、圧縮残留応力が、押し潰し加工により、タブ１２Ａとタイロッド２の溶接部１４Ａの裏面およびタブ１２Ｂとタイロッド２の溶接部１４Ｂの裏面に付与されている。

開口部１５Ａが溶接部１４Ａの裏面に対向し、開口部１５が溶接部１４Ｂの裏面に対向しているので、実施例１と同様に、溶接により組み立てられた制御棒１Ｉでは、溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面の検査を容易に行うことができる。

溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に欠陥が生じていないとき、制御棒１Ｉにおいて、タブ１２Ｂおよび溶接部１４Ｂのそれぞれの裏面、およびタブ１２Ａおよび溶接部１４Ａのそれぞれの裏面に対し、押し潰し加工が施工され、圧縮残留応力が付与される。押し潰し加工の施工には、圧縮残留応力付与装置である押し潰し加工装置４１Ｂが用いられる。

押し潰し加工装置４１Ｂは、実施例８で用いられるロッドピーニング装置４１Ａにおいてバイブレータ５７およびロッド５８を押し潰し加工用ヘッド５９に替えた構成を有する。押し潰し加工装置４１Ｂの他の構成はロッドピーニング装置４１Ａと同じである。押し潰し加工用ヘッド５９は下端部に鋼球６０を回転可能に取り付けている。

ロッドピーニングを施工する制御棒１Ｉが、支持台５１および５２のそれぞれの上面に固定される。すなわち、制御棒１Ｉの１枚のブレードが隙間６４内に挿入され、このブレードと直交する２枚のブレードが、支持台５１および５２のそれぞれの上面に置かれ、これらの支持台に固定される。走行装置４２Ａ，４２Ｂ、移動装置４５及び昇降装置４６のそれぞれを移動させ、押し潰し加工用ヘッド５９に取り付けられた鋼球６０を、例えば、溶接部１４Ｂの裏面と対向して形成された開口部１５内に挿入する。昇降装置４６を下降させて鋼球６０を溶接部１４Ｂの裏面に押し付け、鋼球６０に圧縮荷重を加える。鋼球６０に加えられた圧縮荷重により溶接部１４Ｂが押し潰される。この結果、溶接部１４Ｂの裏面に塑性変形が生じ、その裏面に圧縮残留応力が付与される。走行装置４２Ａ，４２Ｂを制御棒１Ｉの軸方向に移動させ、押し潰し加工用ヘッド５９を一つの開口部１５内でその軸方向に移動させる。鋼球６０は、溶接部１４Ｂの裏面に押し付けられながら、制御棒１Ｉの軸方向に移動される。一つの開口部１５に対向する溶接部１４Ｂの裏面の、制御棒１Ｉの軸方向における全長に亘って圧縮残留応力が付与される。

制御棒１Ｉの軸方向における走行装置４２Ａ，４２Ｂの移動、および昇降装置４６の上昇および下降を繰り返しながら、鋼球６０により、制御棒１Ｉの軸方向に存在する各溶接部１４Ｂの裏面に対して打撃を加えて残留圧縮応力を付与する。実施例６と同様にして、制御棒１Ｉに存在する全ての溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に対して、押し潰し加工が施工され、圧縮残留応力が付与される。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。

下端部に鋼球６０を取り付けた押し潰し加工用ヘッド５９の替りに、図３１に示すように、下端部にローラー６１を取り付けた押し潰し加工用ヘッド５９Ａを用いて、制御棒１Ｉに存在する全ての溶接部１４Ａおよび１４Ｂのそれぞれの裏面に対して、押し潰し加工を施工してもよい。押し潰し加工用ヘッド５９Ａは押し潰し加工装置４１Ｂの昇降装置４６に取り付けられており、昇降装置４６を下降させることによってローラー６１が溶接部１４Ｂ（または溶接部１４Ａ）の裏面に押し付けられ、押し潰し加工用ヘッド５９と同様に溶接部１４Ｂ（または溶接部１４Ａ）の裏面に圧縮残留応力を付与する。

前述した実施例１〜９のそれぞれは、横断面がＵ字状をしているシース４内に、中性子吸収部材であるハフニウム部材の替りに、中性子吸収部材である、Ｂ_４Ｃを充填した複数の中性子吸収棒を配置した制御棒に対して適用しても良い。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ…制御棒、２…タイロッド、３…バンドル、４…シース、５…ハンドル、６…下部支持部材、７Ａ，７Ｂ…ハフニウム部材、１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ…タブ、１４Ａ，１４Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ…溶接部、１５Ａ，１５Ｂ，２５，２５Ａ…開口部、２０…研磨砥石、２２…砥粒、２３…バインダ、３０…噴射ノズル、３２…細粒、４１…ウォータージェットピーニング装置、４１Ａ…ロッドピーニング装置、４１Ｂ…押し潰し加工装置、４４…アーム、４５…、４６…昇降装置、４６…噴射ノズル、５０，５１，５２…支持台、５５…レーザー照射ヘッド、５７…バイブレータ、５８…ロッド、５９，５９Ａ…押し潰し加工用ヘッド。

Claims (14)

1. タイロッドと、前記タイロッドの一端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの他端部に取り付けられた下部支持部材と、横断面がＵ字状をしており、両側端部が前記タイロッドに第３溶接部でそれぞれ取り付けられ、上端部が前記ハンドルに第４溶接部で取り付けられて下端部が前記下部支持部材に第５溶接部で取り付けられ、前記タイロッドから四方に伸びている複数のシースと、それぞれのシース内に配置された中性子吸収部材とを備え、
   前記シースの前記両側端部のうちの１つの前記側端部である第１側端部に前記タイロッドに向かって突出した複数の第１突出部が形成されており、前記両側端部のうちの他の前記側端部である第２側端部に前記タイロッドに向かって突出した複数の第２突出部が形成されており、
   前記複数の第１突出部は、前記タイロッドの軸方向において、前記複数の第２突出部に対してずれて配置され、
   前記第３溶接部に含まれる、前記第１突出部と前記タイロッドの溶接部である第１溶接部の裏面が、前記タイロッドと前記第２側端部の間で前記タイロッドの軸方向において隣り合う前記第２突出部の相互間に形成された第２開口部に対向しており、
   前記第３溶接部に含まれる、前記第２突出部と前記タイロッドの溶接部である第２溶接部の裏面が、前記タイロッドと前記第１側端部の間で前記タイロッドの軸方向において隣り合う前記第１突出部の相互間に形成された第１開口部に対向していることを特徴とする原子炉用制御棒。
2. 前記タイロッドは、前記シースの第１突出部に対向して前記シースの前記第１側端部に向かって伸びる第３突出部を形成しており、さらに、前記シースの第２突出部に対向して前記シースの前記第２側端部に向かって伸びる第４突出部を形成しており、
   前記第１溶接部が前記第１突出部と前記第３突出部の溶接部であり、前記第２溶接部が前記第２突出部と前記第４突出部の溶接部である請求項１に記載の原子炉用制御棒。
3. 前記第１開口部の、前記第２溶接部の裏面に対向している部分での、前記タイロッドの軸心に直交する方向における幅が、前記第１開口部の、前記第２溶接部の裏面に対向していない部分での、前記タイロッドの軸心に直交する方向における幅よりも広くなっており、前記第２開口部の、前記第１溶接部の裏面に対向している部分での、前記タイロッドの軸心に直交する方向における幅が、前記第２開口部の、前記第１溶接部の裏面に対向していない部分での、前記タイロッドの軸心に直交する方向における幅よりも広くなっている請求項１または２に記載の原子炉用制御棒。
4. 前記タイロッドの、シース内の前記中性子吸収部材に対向する側面が平面である請求項１または２に記載の原子炉用制御棒。
5. 前記第１開口部に対向する前記第２溶接部の裏面、および前記第２開口部に対向する前記第１溶接部の裏面に、それぞれ、圧縮残留応力が付与されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子炉用制御棒。
6. タイロッドの上端にハンドルを取り付け、前記タイロッドの下端に下部支持部材を取り付け、横断面がＵ字状をしているシース内に中性子吸収材を配置した状態で、前記シースを前記タイロッドから四方に伸びるように配置して前記シースの両側端部を前記タイロッドに溶接にて接合し、
   前記シースの両側端部の前記タイロッドへのそれぞれの接合は、前記両側端部のうちの１つの前記側端部である第１側端部に前記タイロッドに向かって突出する複数の第１突出部が形成されており、前記両側端部のうちの他の前記側端部である第２側端部に前記タイロッドに向かって突出する複数の第２突出部が形成されており、さらに、前記複数の第１突出部は、前記タイロッドの軸方向において、前記複数の第２突出部に対してずれて配置されている前記シースを用いて、前記タイロッドと前記第２側端部の間で前記タイロッドの軸方向において隣り合う前記第２突出部の相互間に、前記第１突出部と前記タイロッドの第１溶接部の裏面と対向する第２開口部を形成し、前記タイロッドと前記第１側端部の間で前記タイロッドの軸方向において隣り合う前記第１突出部の相互間に、前記第２突出部と前記タイロッドの第２溶接部の裏面と対向する第１開口部を形成するように、前記複数の第１突出部および前記複数の第２突出部を前記タイロッドに溶接することによって行うことを特徴とする原子炉用制御棒の製造方法。
7. 前記第１突出部と前記タイロッドの溶接が、前記タイロッドに形成された、前記シースの第１突出部に対向して前記シースの前記第１側端部に向かって伸びる第３突出部と前記第１突出部とを溶接することであり、
   前記第２突出部と前記タイロッドの溶接が、前記タイロッドに形成された、前記シースの第２突出部に対向して前記シースの前記第２側端部に向かって伸びる第４突出部と前記第２突出部とを溶接することである請求項６に記載の原子炉用制御棒の製造方法。
8. 前記第２開口部を通して前記第１溶接部の裏面に圧縮残留応力を付与し、前記第１開口部を通して前記第２溶接部の裏面に圧縮残留応力を付与する請求項６または７に記載の原子炉用制御棒の製造方法。
9. 前記第１溶接部および前記第２溶接部のそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与は研磨により行う請求項８に記載の原子炉用制御棒の製造方法。
10. 前記第１溶接部および前記第２溶接部のそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与はショットピーニングにより行う請求項８に記載の原子炉用制御棒の製造方法。
11. 前記第１溶接部および前記第２溶接部のそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与はウォータージェットピーニングにより行う請求項８に記載の原子炉用制御棒の製造方法。
12. 前記第１溶接部および前記第２溶接部のそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与はレーザーピーニングにより行う請求項８に記載の原子炉用制御棒の製造方法。
13. 前記第１溶接部および前記第２溶接部のそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与はロッドピーニングにより行う請求項８に記載の原子炉用制御棒の製造方法。
14. 前記第１溶接部および前記第２溶接部のそれぞれの裏面への圧縮残留応力の付与は押しつぶし加工により行う請求項８に記載の原子炉用制御棒の製造方法。

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