JP6226293B2 - 棒状部材の保持および回転装置、溶接設備および溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向軸を有する棒状部材を該軸方向に保持し、該軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置に関する。ここで、棒状部材とは、本発明では、主に核燃料棒をいう。また、この核燃料棒が充填される被覆管及び上部栓を含んでもよく、この装置は、上部栓を被覆管に溶接する溶接室に付随し、核燃料棒を軸方向に保持し、該軸周りに回転させる。

被覆管への上部栓の溶接は、上部栓と被覆管との間の合わせ面において、被覆管の軸に対して直角に配置される電極により行われる。従って、溶接を確実に行うには、上部栓が取り付けられる被覆管の位置合わせの際に、非常に高い精度が要求される。また、溶接電極は固定されているため、上部栓の全周に亘る溶接を行うためには、被覆管及び上部栓のアセンブリを、被覆管の軸回りに回転させる。

その結果、核燃料の被覆管と栓との間の溶接を行う装置は、被覆管及び上部栓のアセンブリを、被覆管及び上部栓のアセンブリの所与の軸位置で保持し、所与の軸位置を保持したまま、被覆管の軸回りにアセンブリを回転する装置を含む。

特許文献１は、燃料棒の終端栓の溶接装置を記述している。この装置は、中空シャフトの端部に組み込まれる把持装置を含み、この把持装置は軸方向に分割され、また、中空シャフトの周りに組み込まれる把持装置を閉じる閉鎖部品を有し、把持装置は、中空シャフトの軸方向に移動可能である。栓が取り付けられた棒が、中空シャフト及び把持装置に挿入され、閉鎖部品がピストンを用いて軸方向に移動され、その結果、棒上で把持装置が締められ、棒を軸方向に保持する。中空シャフトを回転する手段が備えられている。また、この装置は、把持装置を軸方向に位置合わせするラックと、ラックを移動するために液体により動かされるピストンと、栓が取り付けられた棒の端部を溶接室の停止部に向けて押圧する機構と、を有する。

この装置は、非常に複雑であり、互いに対して移動する多数の部品を含み、溶接前の棒の組み込みは、多数のステップを含む。

特許文献２は、栓を燃料棒に溶接する装置を記述しており、棒を締め付けるための、コレットホルダーに組み込まれたコレットを含む。このコレットは、棒上でコレットを締めるコレットホルダーを動かす複数の水圧または空圧ジャッキにより、被覆管に締め付けられる。

この装置は、複数のジャッキを必要とし、装置が大きくなる。また、用いられるジャッキの数に比例して、密閉の問題が生じる。

従って、本発明の目的の一つは、軸を有する棒状部材を保持し、その軸回りに回転させる、製造が簡易で確実な装置を提供することである。

本発明の目的は、軸を有する棒状部材を保持し、その軸回りに回転させる装置であって、棒状部材を収容する長手方向軸を有する収容部と、棒状部材を締め付ける手段と、を含み、この締め付ける手段が、軸方向の力の適用により棒状部材を把持する把持手段を含み、この把持力が、リニアアクチュエータにより提供され、押し出し部を介して把持手段に伝達される、装置により達成される。この押し出し部は、一方では、ヨークにより連結されるリニアアクチュエータにより動かされ、収容部の軸に垂直な軸回りに回転し、長手方向軸に対して連結軸とは反対側で、リニアアクチュエータに連結される。リニアアクチュエータが起動されると、ヨークは連結軸回りに旋回し、押し出し部を長手方向軸に沿って動かし、棒状部材を把持手段で締め付ける。把持手段は、棒状部材を、しっかり保持したまま、回転させることができるように、長手方向軸回りに回転自在であるように取り付けられる。

このように、この装置は、単一のリニアアクチュエータのみを含むため、把持手段が単純化されている。また、密閉問題が、低減されている。さらに、単一のリニアアクチュエータのみに関するため、制御が単純化されている。

本発明の目的は、長手方向軸を有する棒状部材を軸方向に保持し、該棒状部材を軸周りに回転させる以下の如き構成を有する棒状部材の保持および回転装置によって達成される。即ち、該装置は、
前記装置の長手方向軸と一直線上にある前記棒状部材の周囲を把持する花弁状部位を有し前記装置の長手方向軸に沿って移動することにより、前記花弁状部位を半径方向に接近させて前記棒状部材の周囲に半径方向の締め付け力を付与することが可能な、手段と、
前記半径方向の締め付け力を与えることが可能なように前記手段の花弁状部位を互いに半径方向に締め付ける手段と、を備え、
該締め付ける手段は、
半径方向の締め付け力を与えることが可能な前記手段に軸方向の力を付与するための押し出し部と、
前記軸方向の力の作用により、半径方向の締め付け力を与えることが可能な前記手段に力を与えるよう、前記長手方向軸に移動する締め付け具と、
前記装置の前記長手方向軸に平行な軸のリニアアクチュエータと、
前記押し出し部に並進可能に取り付けられたヨークと、
前記ヨークの位置に応じて前記リニアアクチュエータを制御する制御手段と、を含み、
前記ヨークは、長手方向軸に直交するも交差しない第一の軸回りに回転可能であり、該第一の軸が固定され、前記ヨークは、前記第一の軸と平行で前記長手方向軸を挟んで前記第一の軸とは反対側に位置する第二の直交する軸で回動するように前記リニアアクチュエータに連結され、
前記リニアアクチュエータは前記ヨークを前記直交する第一の軸（Y）回りに回転させ、
前記押し出し部は、前記ヨークの中を自在に回転可能であり、
前記棒状部材に半径方向の締め付け力を与えることが可能な前記手段および前記押し出し部を回転させる手段を含むことを特徴とする長手方向軸を有する棒状部材を該軸方向に保持し、該軸周りに回転させる構成を有する。

この軸方向に保持し、回転させる装置は、
内部に前記押し出し部がスライド自在に組み込まれる、長手方向軸の中空のシャフトであって、前記押し出し部が該中空のシャフトに取り付けられて回転する中空のシャフトと、
内部に前記中空のシャフトが取り付けられる軸受と、
前記棒状部材に半径方向の締め付け力を与えることが可能な前記手段及び前記押し出し部を回転させる、前記中空のシャフトを直接回転する手段と、
を含んでもよい。

例えば、回転を生じる前記手段は、電気モーターと、前記電気モーターに噛み合う第一のギアと、前記第一のギア及び前記中空のシャフトに取り付けられて回転する前記中空のシャフトと同軸の第二のギアを囲むチェーンと、を含む。

前記リニアアクチュエータを制御する前記制御手段が、締め付け位置における前記ヨークの位置を検出するための少なくとも一つの第一のセンサーを含んでもよい。例えば、前記リニアアクチュエータを制御する前記制御手段は、前記ヨークに強固に結合される金属性の部品を含み、前記第一のセンサーが誘導センサーであり、該第一のセンサーによる前記金属製の部品の存在の検出が、締め付け位置に対応する。

この軸方向に保持し、回転させる装置は、緩め位置を検出する第二のセンサーを含むことが有利である。

さらなる特徴によれば、前記リニアアクチュエータは、空気圧式ジャッキであり、前記装置が、前記ジャッキと前記ヨークとを連結する軸方向の力の伝達シャフトと、前記軸方向の力の伝達シャフトと前記ヨークとの間の連結部とをさらに含み、該連結部が、前記直交する第二の軸回りで前記ヨークに連結されるユニバーサルジョイントを含み、該ユニバーサルジョイントが、前記軸方向の力の伝達シャフトと交差し、該軸方向の力の伝達シャフトが前記ユニバーサルジョイントに連結されてもよい。

この軸方向に保持し、回転させる装置は、前記ユニバーサルジョイントと前記軸方向の力の伝達シャフトの自由端との間に圧縮されて取り付けられる弾性手段を含んでもよい。

この軸方向に保持し、回転させる装置は、前記弾性手段の負荷を調整する手段を含んでもよい。

また、この軸方向に保持し、回転させる装置は、前記ヨークの角度変位を制限する機械的停止手段を含んでもよい。前記機械的停止手段は、前記軸方向の力の伝達シャフトの前記自由端に取り付けられる少なくとも一つのストップと、固定された反スラスト軸受とを含み、前記軸方向の力の伝達シャフトが前記固定された反スラスト軸受と交差し、前記ストップが、反スラスト軸受の前記ヨークと前記軸方向の力の伝達シャフトのとの間の前記連結部とは反対側の面に配置されることが有利である。

また、前記連結部と前記反スラスト軸受との間の前記軸方向の力の伝達シャフト上に、ストップを含んでもよい。また、前記軸方向の力の伝達シャフト上の前記ストップまたは前記機械的停止手段の前記ストップの軸に沿う位置は、調整可能であることが好ましい。

さらなる特徴によれば、前記ヨークは、前記直交する第一の軸及び前記直交する第二の軸との間に形成される穴と、該穴において、前記直交する第一の軸及び前記直交する第二の軸と平行な軸回りに旋回可能であるように取り付けられるハブと、該ハブに取り付けられる回転軸受と、を含み、前記押し出し部が、該回転軸受に取り付けられる。

本発明の他の目的は、上部栓を核燃料棒に溶接するための溶接設備であって、本発明による、軸方向に保持し、回転させる装置と、溶接室と、を含み、前記燃料棒が棒状部材を形成し、前記装置が、前記燃料棒が締め付けにより軸方向に支持され、その軸回りに旋回する、長手方向軸に貫通する収容部を含み、前記溶接室が、前記燃料棒が挿入される端部とは反対側の前記貫通する収容部の一端部に配置され、前記上部栓が取り付けられる前記燃料棒の端部が、前記貫通する収容部から前記溶接室の溶接エリアに出現し、前記溶接室が、前記上部栓を前記燃料棒に溶接する手段を含む、溶接設備である。

前記溶接室は、前記装置の前記長手方向軸と一直線上にある、前記燃料棒の前記上部栓に対するストップを含むことが有利である。

前記溶接室は、真空を生じ、不活性ガスを注入し、前記溶接室の雰囲気を分析する手段を含み、流体チャネルが、真空を生じ、不活性ガスを注入する手段を溶接エリアに接続してもよい。

前記ストップは、長手方向のチャネルによって貫通され、前記流体チャネルが、前記ストップの前記長手方向のチャネルを通じて、前記溶接エリアに接続されることが好ましい。前記流体チャネルは、例えば、前記ストップに取り付けられて回転するチューブにより形成され、該チューブは軸受に取り付けられ、前記ストップは前記棒により回転される。

この溶接設備は、前記棒の前記上部栓と前記被覆管との間の合わせ面に対する前記溶接手段の位置を観察する手段を含んでもよい。

また、この溶接設備は、前記棒の回転速度、及び／または、前記雰囲気の品質、及び／または、締め付けレベル、及び／または、前記合わせ面に対する前記溶接手段の位置に応じて、溶接を許可し、または許可しないための確認手段を含んでもよい。

本発明の他の目的は、本発明による設備を用いる溶接方法であって、以下のステップを含む。
−前記上部栓が取り付けられた前記燃料棒を、前記上部栓が前記溶接室の前記ストップにもたれるまで、前記装置の前記収容部に挿入するステップ、
−前記燃料棒の締め付け手段を操作するステップ、
−前記燃料棒を回転させるステップ、
−前記溶接エリアにおいて真空を生じるステップ、
−不活性ガスを注入するステップ、
−溶接ステップ。

溶接の前に、前記燃料棒の回転速度、及び／または、前記雰囲気の品質、及び／または、締め付けレベル、及び／または、前記合わせ面に対する前記溶接手段の位置が、確認されることが好ましい。

本発明は、以下の説明及び添付図面を用いて、より理解されるであろう。

本発明による、上部栓を核燃料被覆管に溶接する溶接設備の一実施形態の、上から見た斜視図である。 図１の溶接設備の上面図である。 図２の平面A-Aに沿う断面図である。 軸方向に保持し、回転させる装置を示す図３の詳細図である。 装置の入り口に位置する、軸方向に保持し、回転させる装置の一部分の3/4斜視図である。 図５に示す部分の長手方向断面図である。 図６の平面A-Aに沿う部分断面図である。 燃料棒が設備に配置されている、図３と同じ図である。 溶接電極が、上部栓と被覆管との間の合わせ面に対向する、溶接室に配置された上部栓の側面図である。 上部栓が取り付けられ、図１の溶接設備により溶接される、核燃料棒の概略図である。 保持装置のクランプ手段のバリエーションの分解斜視図である。

軸方向に保持し、回転させる装置が、核燃料の製造分野において、上部栓を核燃料被覆管に溶接する溶接設備と関連して説明される。しかしながら、この軸方向に保持し、回転させる装置は、棒状部材が、クランプにより保持され、同時に軸回りに回転される必要のある、全ての分野で用いられてもよい。

記述される例における棒状部材は、核燃料棒である。この核燃料棒は、一端が密閉され、他端が開放するチューブにより形成される被覆管を含み、その中に核燃料が、例えば積み重ねられるペレットの形態で配置される。この棒は、被覆管の開放端を密閉する、上部栓と呼ばれる栓を含む。上部栓と被覆管との間の密閉は、被覆管と上部栓との間の円形の結合部のエリアでの溶接により、行われる。溶接は、本発明による設備で行われる作業である。上部栓は、棒の内部の圧縮後に、後工程で密閉される貫通経路を含む。この作業は、シール溶接と呼ばれる。

以下の説明では、"上流"及び"下流"という表現は、設備への棒状部材の挿入方向に対して考慮されたい。図において、これは右から左への方向である。

図１、図２及び図３において、本発明による溶接設備の一例が確認できる。この設備は、棒状部材を軸方向に保持し、その軸回りに回転させる装置Ｄと、溶接室Ｃとを含む。棒状部材を軸方向に保持し、その軸回りに回転させる装置Ｄは、以降、簡略化のため、"保持装置"と呼ぶ。

保持装置Ｄ及び溶接室Ｃは、スタンド２．２上に取り付けられたプレート２．１が取り付けられた、テーブル２の上に配置されている。

保持装置Ｄ及び溶接室Ｃは、長手方向軸Xに沿って一直線上に並び、溶接を目的とする燃料棒用の経路を形成し、上部栓が取り付けられた燃料棒の端部は、保持装置Ｄを突き抜け、溶接室Ｃに出現する。

図１０において、本発明による設備により溶接される棒状部材（燃料棒）６が、確認できる。長手方向軸X1の燃料棒６は、長手方向の一端が開放する被覆管８と、上部栓１０とを含む。被覆管には、上部栓が取り付けられる前に、燃料が充填される。合わせ面と呼ばれる、被覆管と上部栓との間の接合部１１は、円形の形状であり、軸X1を中心とする。被覆管８の他端は、下部栓１２により密閉されており、この下部栓は、核燃料が充填される前に、被覆管に溶接される。

図４において、保持装置Ｄの長手方向断面図が確認できる。この保持装置は、テーブル２のプレート２．１に取り付けられるフレーム１３を含む。図例では、フレーム１３は、二つの平行なブラケット１３．１及び１３．２を含み、これらは、テーブル２の面及び長手方向軸Xに垂直であり、プレート２．１に取り付けられるクロスメンバー１３．３により連結されている。例えば、クロスメンバー１３．３は、ねじ１３．４（図２で確認可能）によりプレートに取り付けられる。

ブラケット１３．１、１３．２双方は、長手方向軸Xの円形の貫通経路１３．１１、１３．２１を有し、これらの経路１３．１１、１３．２１は、玉軸受と共に、後述するシャフト用の軸受を形成する。

この装置は、燃料棒６を収容する長手方向軸Xの貫通する収容部１４を含む。収容部１４は、燃料棒６を収容部１４へ挿入可能とするために開口する、長手方向の第一の端部１６と、溶接室Ｃに現れる長手方向の第二の端部１８とを含む。この収容部１４は、図８において詳細に確認でき、燃料棒６がその中に配置されている。

保持装置Ｄは、棒状部材、即ち、燃料棒６、より具体的には被覆管８をクランプするクランプ手段２０を含む。保持装置Ｄに設置される際、燃料棒６はクランプ手段に収容される。また、保持装置Ｄは燃料棒６の長手方向軸X周りの回転を可能とするように構成されている。この目的のために、クランプ手段は、長手方向軸X周りに回転可能であり、燃料棒を共に長手方向軸X周りに回転させるように取り付けられる。

この目的のために、保持装置Ｄは、ブラケット１３．１、１３．２の貫通経路１３．１１、１３．２１内で旋回するように組み込まれる、シャフト１５を含む。このシャフト１５は、クランプ手段の長手方向部位を収容するための、長手方向軸Xの貫通経路１５．１を含む。

シャフト１５は、ブラケット１３．１、１３．２の貫通経路１３．１１、１３．２１にそれぞれ取り付けられる、玉軸受１７．１、１７．２に組み込まれる。

図例では、玉軸受１７．１、１７．２は、長手方向軸Xに組み込まれる、玉軸受である。

図例では、玉軸受１７．１は、ねじによりブラケットに取り付けられる二つのクランプフランジ１９．１と２３．１との間で、ブラケット１３．１に保持されている。玉軸受１７．２は、開口部１３．２１における肩部１３．２２とクランプフランジ１９．２との間で、ブラケット１３．２に固定設置されている。クランプフランジ１９．２は、例えば、ねじにより、ブラケットに保持される。

他の設置方法も、考えられる。

シャフト１５は、密閉状態で旋回可能である。この目的のために、例えばリップシールタイプの密閉手段２１．１、２１．２が、燃料棒が収容部１４に挿入される方向における、玉軸受１７．１、１７．２の上流及び下流のシャフト周りに設置される。上流のシール２１．１は、玉軸受のクランプフランジ１９．１、１９．２に対向する、ブラケット１３．１、１３．２に取り付けられるフランジ２３．１、２３．２に収容される。このシールは、燃料棒の方向において、玉軸受に含まれる、オイルまたは潤滑油タイプのグリース物質のいかなる漏れをも防ぐ。

このシャフトは、互いに取り付けられる複数の同軸部品から形成されることが好ましい。

クランプ手段は、シャフト１５に固定されて回転する。

この燃料棒のクランプ手段２０は、保持装置Ｄの入力端部１６から出力端部１８まで延びる。このクランプ手段は、図４で確認できる、溶接室に設けられたコレット２２を含む。コレット２２は、その長さ部分に沿って分割されリング２５に繋がる花弁状部位２４を形成し、この花弁状部位２４は、被覆管８を把持するために、長手方向軸Xを中心に半径方向に互いに接近するように構成されている。換言すると、前記花弁状部位には、半径方向に接近される力が作用され前記棒状部材６の周囲に半径方向の締め付け力を付与して棒状部材を把持することができる。コレット２２の外表面は、溶接室Ｃとは反対側に配される小径の第一の部位２２．１と、溶接室Ｃ側に配されるより大径の第二の部位２２．２とを含み、両部位は、円錐状の肩部２２．３により繋がれている。また、コレットの上流端部にも、円錐状の肩部２２．４が取り付けられている。

また、クランプ手段２０は、花弁状部位が棒状部材を把持するようにコレット２２の花弁状部位に半径方向の力を付与する締め付け手段、即ちコレット引き締め具２６を含む。このコレット引き締め具２６は、この実施例では、内径がコレット２２の外形よりも大きく、コレット２２を収容するチューブから形成される。コレット引き締め具２６のチューブの内径は、溶接室Ｃに向かって配される長手方向端部２８を除いて、略一定であり、この長手方向端部は、内部面取り面３０が取り付けられており、コレット２２が内部面取り面３０に向かって押される際に、コレット２２の花弁状部位２４が長手方向軸を中心に半径方向に締まるように配される円錐状の軸受けエリアを形成する。

図４において、クランプ手段は、「クランプに近い」溶接を可能とする。締め付けコレットは、例えば、溶接される合わせ面から3mmに位置する。

図１１に示すバリエーションにより、「クランプから遠い」溶接が成されてもよい。コレットは、例えば、溶接される合わせ面から60mmに位置する。図１１において、コレット２２、コレット引き締め具２６、及び押し出し部３２のアセンブリの分解斜視図が確認できる。

また、クランプ手段２０は、コレット２２の花弁状部位を半径方向に締め付けるためコレット引き締め具２６の内部面取り面３０に対してコレット２２を押し付ける手段を含む。この手段は、コレット２２と入力端部との間に延在する押し出し部３２により形成される。

図例では、押し出し部３２は、棒状部材６の貫通を可能とする十分な内径のチューブ状のシャフト３４と、シャフト３４の一方の長手方向端部３８に取り付けられ、コレット２２の上に被さる端部部品３６とを含む。

この端部部品３６は、棒状部材６の貫通を可能とするために、中空である。端部部品３６は、例えば、一方の長手方向端部で、シャフト３４の長手方向端部３８にねじ込まれ、他の長手方向端部に、コレット２２の小径部位２２．１の外部周囲を囲み、円錐状の肩部２２．３、２２．４にもたれかかる、二つの内部座部４０を含む。

従って、押し出し部３２が溶接室Ｃの方向において軸方向に移動すると、押し出し部の端部部品３６が、端部部品３６の内部に存在するコレットの円錐状の肩部２２．３、２２．４双方に向かって押圧され、これは、コレット引き締め具２６の内部面取り面３０に向かってコレットを押圧し、複数の花弁状部位を一斉に長手方向軸Xの方向へ移動し、被覆管８をクランプする。

また、保持手段Ｄは、押し出し部３２を長手方向軸に移動させる、動力手段を含む。長手方向の動力手段４２は、図２で確認できる、軸Xに平行な軸X2のリニアアクチュエータ４４を含み、この動力手段は、長手方向軸に平行な力を与え、ヨーク４６が押し出し部３２の上流端部３２．１を囲んでいる。ヨーク４６は、フレーム１３に対して長手方向軸Xに垂直な平面に含まれる軸Y回りに旋回する第一の側方端部４６．１により取り付けられ、軸Yは、軸Xと交わらない。また、ヨーク４６は、軸Yに平行な軸Y1回りに旋回状態で、第二の側方端部４６．２によりリニアアクチュエータ４４に連結され、リニアアクチュエータの動作が、ヨークを軸Y回りに旋回させる。

ヨーク４６は、押し出し部３２の上流端部に、並進運動可能に取り付けられている。図５から図７において、この堅固な連結を実施する手段４８の一例が確認できる。

手段４８は、押し出し部３２の上流端部を囲む玉軸受５０と、玉軸受５０が固定設置されるハブ５２とを含み、リング５３がハブ５２を囲む。ハブ５２はリング５３に連結され、その内部で軸Yに平行な軸Y2回りに旋回可能である。例えば、リング５３を貫通するねじ５４により、この連結が成される。

リング５３自体は、二つのねじ５６により、ヨーク４６の穴４６．３に固定設置されている。図例では、二つのねじ５６は、軸Y2に垂直な軸において、互いに直径方向に対向している。この実施形態は、ハブアセンブリ５２、リング５３及びねじ５４が市販のスペアパーツであり、従って容易に交換可能であることから、メンテナンスの観点から、特に有利である。

しかしながら、ハブ５２がヨーク４６に直接設置される実施形態は、本発明の範囲を超えるものではない。

図例では、玉軸受５０は、二列玉軸受である。玉軸受５０を押し出し部３２に軸方向に固定するために、ロックナットタイプのナット５７が、玉軸受５０の上流の押し出し部に取り付けられている。

リニアアクチュエータ４４がヨーク４６を軸Y回りに旋回させると、押し出し部３２は軸Xに沿って動き、また軸X回りに旋回する。

ハンドホイールナット５８が、玉軸受５０から突出する押し出し部３２の上流端部３２．１部分に取り付けられている。ハンドホイールナット５８は、この部分にねじ込まれ、手段４８をカバーする。

摺動接点ブレード６０が、ハンドホイールナット５８の下方に、ハンドホイールナットの周囲に接して設置されている。このような摺動接点ブレード６０が２つ、Ｖ字型に配置され、フレームに取り付けられている。ハンドホイールナット５８及び摺動接点ブレード６０は、溶接を行うために、電流源から燃料棒まで電流を伝える。

以下、ヨーク４６のアセンブリを詳細に説明する。

ヨーク４６は、ブラケット１３．１の上流面に固定される取り付けプレート６２上で、軸Y回りに連結され、旋回可能である。取り付けプレート６２は、シャフト１５周りに取り付け可能であるように、開口部６４が設けられている。

シャフト６６は、取り付けプレート６２と、ヨークの側端部４６．１を回転可能に固定する。

リニアアクチュエータ４４は、溶接室Ｃに沿って、テーブル２に設置されている。このリニアアクチュエータは、例えば、電気ジャッキである。このリニアアクチュエータは、クランプ力を良好に制御し、燃料棒または装置Ｄに損傷を与える可能性のある過度のクランプの危険性を排除する、空気圧式ジャッキであることが好ましい。

ジャッキ４４は、伝達シャフト６８及び連結部７０を介して、ヨークと連結されている。

連結部７０は、軸Y1回りでヨーク４６に連結される、ユニバーサルジョイント７２と、シャフト６８の経路の穴７４とを含んでいる。

シャフト６８は、ユニバーサルジョイントによりヨークに直接連結されず、ユニバーサルジョイント７２とシャフト６８に取り付けられたストップ７８との間で圧縮されて取り付けられる螺旋ばね７６を介して、連結されることが有利である。ストップ７８は、ばね７６の負荷を調整するために、シャフト６８に沿って動くことが好ましい。ストップ７８は、例えば、刻み付きナットである。ばねの利用は、一定のクランプ力の維持を可能とする。実際には、ばねの負荷は、ある変位を超えるとばねが圧縮され、ヨークが旋回を停止するように校正される。ユニバーサルジョイント７２においてシャフト６８の回転を防ぐ手段が、備えられている。図例では、これは鍵穴型である。また、シャフト６８の軸方向の変位を制限し、その結果、ヨーク４６の旋回と、押し出し部３２の軸方向の変位とを制限するために、機械的停止手段８０が備えられていることが有利である。

図例では、機械的停止手段８０は、ヨーク４６の上流のプレートに取り付けられる、切り欠き部８４を備えるプレート８２を含み、シャフト６８の上流端部が、切り欠き部８４に収容され、ストップ８６が、プレート８２の上流のシャフトに取り付けられ、溶接室Ｃの方向におけるシャフトの軸方向の変位が制限される。また、ストップ８６の位置は、シャフト６８に沿って調整されることが有利であり、ストップは、ナット及びホイールにより形成されることが有利である。

装置Ｄの状態、すなわち、クランプ手段が締められた状態か締められていない状態か、を検出する手段が備えられることが有利である。図例では、この検出手段８８は、ヨーク４６に固定されるフラグと呼ばれる金属製の部品９０と、フラグ９０に対して横方向に位置する二つの誘導センサー９２、９４とを含む。一方のセンサー９２の位置は、クランプ手段が締められた状態でフラグが取るべき位置に対応し、他方のセンサー９４の位置は、クランプ手段が開放状態でフラグが取るべき位置に対応する。

フラグ９０は、装置の検出される唯一の金属部品であるように、センサー９２及び９４からある距離に配置されている。

フラグ９０は、シャフト６８に取り付けられることが好ましいが、これは、シャフトの移動が、ヨーク４６に対して、純粋に軸方向であるからである。第一のセンサー９２は、第二のセンサー９４に対して、下流位置にある。

センサーのタイプが限定されないことは、明確に理解されるであろう。それらは、光学センサー、または他のセンサーであってもよい。フラグは、ヨークの位置を代表する他の部位、例えばヨーク自体に取り付けられてもよい。

バリエーションとして、圧力センサーが、機械的停止手段８０に設置されてもよい。

計測される圧力に応じて、棒がクランプ状態であるか否かが確認される。

他のバリエーションでは、クランプ手段の締め付け状態を検出するセンサーが一つのみであり、締め付けされない状態が、例えば、プレート８２上の機械的停止手段における接触センサーで検出されてもよい。センサー９２、９４は、ジャッキ４４の制御部に接続され、フラグの検出は、ジャッキ４４を停止させる。

非常に高いセンサーの位置精度を提供し、その結果、アクチュエータの制御において非常に高い精度を提供するために、シャフトに沿うセンサー９２、９４の軸方向の位置の調整手段が含まれることが、非常に有利である。この手段は、センサーの軸方向の位置のマイクロメータ調整を可能とする。例えば、目盛付き定規（不図示）が、センサーのブラケットに沿ってテーブルに取り付けられ、この定規に沿うセンサーの位置が調整されてもよい。

また、この装置は、棒状部材を軸X回りに回転させる手段９６を含む。

手段９６は、シャフト及びジャッキに沿って、横方向に配置される。この装置は、長手方向軸Xに平行な軸X3を有する。図例では、手段９６は、モーター９８と、モーター９８のシャフトに噛み合うギア１００と、シャフト１５のギア１０２と、ギア１００とギア１０２とを連結するチェーン（不図示）と、を含む。図例では、ギア１０２は、シャフト１５の周辺部位を形成し、ブラケット１３．１とブラケット１３．２との間に位置する。

押し出し部３２は、シャフト１５に取り付けられて回転する。図例では、図６で確認でき、押し出し部３２に支持され、シャフト１５の経路の壁に作られた溝（不図示）に差し込まれる、ピン１０４により、強固な連結が成されている。シャフト１５と押し出し部３２とを取り付け回転させる他の手段が提供されてもよい。ピンと溝の寸法は、押し出し部を十分に軸方向に変位させて、コレット２２を閉じるように選択される。

モーターの回転を棒に伝えるために、プーリー及びベルトが備えられてもよい。

防御カバー（不図示）が、両ギアとチェーンとをカバーしてもよい。

以下、図１、図３、及び図８で特に確認できる、溶接室Ｃを説明する。

溶接室Ｃは、保持装置Ｄの下流に配置されている。

溶接室Ｃは、密閉空間１０７を区切るケース１０５で形成され、外部環境よりわずかに圧力が高く、制御される雰囲気において溶接が行われる室である。

溶接室Ｃは、ケース１０５を貫通して取り付けられ、長手方向軸に対して直角に配置される、電極１０８により形成される、溶接手段１０６を含む。図９において、上部栓１０と被覆管８との間の合わせ面１１の正面に軸方向に向かって位置し、被覆管８の横方向にできるだけ近く位置する、電極の先端１１０が確認できる。ケース１０５は、電極エリアにおいて溶接室の両側壁に設けられる密閉された側方窓１１１を含み（図１参照）、電極１０８に対する合わせ面１１の位置を観察可能とする。図２において、合わせ面を照明する光源１１３が確認できる。また、反対側の側方窓１１１の前に、カメラが備えられる（不図示）。

また、溶接室Ｃは、燃料棒６の合わせ面１１を電極１０８に対向するように配置する手段を含む。図例では、この手段は、上部栓１０に対するストップ１１２により形成され、その軸方向の位置は、上部栓の寸法、及び、特にその長さに応じて、調整可能である。また、ストップ１１２は、上部栓１０のサイズに応じて、交換可能である。

ストップ１１２は、燃料棒６がストップ１１２に対して停止した際に、合わせ面１１が電極１０８に対向して正面に配置されるように調整される。電極１０８の横方向の位置は、電極１０８を溶接室Ｃにより多くまたはより少なく差し込むことにより、調整される。

溶接室Ｃは、溶接室及び燃料棒における雰囲気を制御する手段を含む。この手段は、微量の酸素を除去するために溶接室及び棒において真空を生じる吸引手段と、ヘリウム等の不活性ガスを注入する手段と、雰囲気を分析し酸素の存在を確認する手段とを含む。

図例では、ストップ１１２は中空であり、吸引及び不活性化は、ストップ１１２及び吸引及び不活性化手段に接続されるチャネル１１４を通じて行われる。チャネル１１４は、ストップから溶接室Ｃの下流エリアに向かって延びる、長手方向軸のチューブ１１６で形成される。

図例では、ストップ１１２は、ガスが通過可能な中空の棒１１２．１及び中空の頭部１１２．２を含む。中空の頭部１１２．２は、上部栓１０の自由端の収容部を形成する。一方、中空の棒１１２．１は、チャネルにねじ込み可能とするねじ山１１２．３を有する。そして、中空の棒１１２．１を、より深くまたはより浅くチューブ１１６にねじ込むことにより、ストップ１１２の位置を軸方向に容易に調整できる。

ストップ１１２は、上部栓とストップとの間の相対運動により上部栓が傷つけられないように、燃料棒６により、軸X回りに回転する方が好ましい。一方、チューブ１１６も、回転する。例えば、チューブは、一対の玉軸受１１８により、支持される。バリエーションとして、チューブ１１６及びストップ１１２は、別々に駆動されてもよい。そして、駆動手段９６と、チューブ１１６及びストップ１１２の駆動手段とを同期させる手段が提供される。

図１に示す例では、ケース１０５は、溶接手段を保持する第一の部位１０５．１と、内部に流体用のチューブ１１６が延びる第二の部位１０５．２とにより形成されており、第二の部位１０５．２は、例えば、密閉状態で、第一の部位にねじ込まれている。

溶接室Ｃは、装置Ｄ及び溶接室Ｃのメンテナンスのために、燃料棒６の上部栓１０が通り抜ける装置Ｄの下流端にアクセスできるように、保持装置Ｄに対して、軸方向に移動可能であることが、非常に有利である。

図例では、ケース１０５は、長手方向軸Xに平行で、テーブル２のプレート２．１にねじ込まれるねじ１２４により貫通される、二つの貫通溝１２２を備える、ベースプレート１２０を含む。ねじ１２４が緩められた場合、ベースプレート１２０は、長手方向軸Xに沿って、スライド可能である。ねじ１２４が締められた場合、ベースプレート１２０は、軸方向に固定される。溶接室Ｃを動かすために、ハンドル１２６が備えられることが有利である。

以下、本発明による設備の操作を説明する。

核燃料棒の溶接への適用においては、操作開始時に、核燃料を含む棒が密閉されていないため、本設備は、グローブボックス内に配置されることに留意されたい。

開始状態においては、クランプ手段は緩められ、従って、押し出し部３２は後方位置にあり、フラグ９０は第二のセンサー９４に対向している。

上部栓１０が取り付けられた燃料棒６が、上部栓を先頭に、入口１６を通じて収容部１４に挿入される。燃料棒６は、上部栓１０が溶接室Ｃにおいてクランプ手段から抜け出て、ストップ１１２にもたれるまで、長手方向軸Xに沿って移動される。

燃料棒６の挿入及び抜き取りは、自動的に行われることが好ましい。そして、クランプ手段が作動される。

これを行うために、ジャッキ４４が起動され、ジャッキ４４の伝達シャフト６８が下流に動かされる。続いて、ヨーク４６が、反時計周りで、軸Y回りに旋回し、押し出し部３２をシャフト１５内及びコレット引き締め具２６内でスライドさせ、これによりコレット２２が内部面取り面３０に対して押し付けられ、その結果、花弁状部位２４を、燃料棒６の被覆管８に接して、長手方向軸Xに向かって締め付ける。締め付けは、コレットの両端と、肩部２２．３とにおける、三点での締め付けである。フラグ９０が第一のセンサー９２の前に達すると、ジャッキ４４は停止する。

燃料棒が被る収縮は、確認されることが好ましい。これを行うために、溶接前後で、燃料棒の長さの計測が行われる。長さの差異が所与の範囲から外れる場合、クランプに問題がある。

続いて、燃料棒６は、装置Ｄ及び溶接室Ｃにおいて、軸方向に固定される。

合わせ面１１と電極１０８の相対位置は、カメラにより確認されることが好ましい。この相対位置が不十分である場合、燃料棒６が動かされる。

合わせ面１１が電極１０８に対して正しく配置された場合、電気モーター９８が起動されてシャフト１５を長手方向軸X回りに回転させ、また燃料棒６が固定されたクランプ手段も駆動する。そして、燃料棒が、長手方向軸X回りで回転する。同時に、溶接室Ｃ内及び燃料棒内において、ストップ１１２を通じて真空が作り出される。上部栓は貫通経路を含むことを想起されたい。従って、上部栓１０が存在しても、燃料棒の内部は流体的にアクセス可能である。これは、溶接室Ｃ内及び合わせ面１１に残る、溶接には好ましくない酸素を排出可能とする。

続いて、不活性ガスが溶接室Ｃ及び燃料棒６に流される。酸素濃度が所与の閾値を下回るかどうかを確認するために、その分析が行われる。

酸素濃度が十分に低い場合、また、燃料棒の速度が一貫している場合、溶接手段が起動される。続いて、上部栓１０と被覆管８との間の合わせ面１１に、溶接が形成される。

燃料棒６の全周囲に沿って溶接が成されると、溶接手段が停止され、燃料棒６の回転が停止される。

伝達シャフト６８が上流方向に移動して、ヨーク４６に時計回り方向の回転を生じるように、ジャッキ４４が操作される。フラグ９０が第二のセンサー９４に対向すると、ジャッキ４４が停止する。続いて、コレット２２の花弁状部位を解放しながら、押し出し部３２が後退し、花弁状部位が燃料棒６から離れる。そして、燃料棒が解放される。

続いて、燃料棒が設備から外される。こうして、シール溶接の作業が行われる。

本発明による設備、及び、特に保持装置Ｄは、実現が容易でロバストであり、操作が容易である。また、棒状部材に対して、棒状部材の傷付きを防止することにより、また、設備に対して、設備の事故による破損の危険性を防ぐことから、非常に高い操作安全性を提供する。

また、この設備は、異なるサイズの棒状部材、より具体的には異なるサイズの棒状部材の上部栓に対して、容易に適用可能である。

また、保持装置、従って、設備は、ジャッキが溶接室に対して横方向に配置され、保持装置の端部には配置されていないため、軸方向の障害物がほとんどない。また、単一のジャッキが用いられているため、横方向の障害物が制限されている。

FR 2 683 935 FR 2 245 055

Claims (23)

1. 長手方向軸（X1）を有する棒状部材（６）を該軸（X1）方向に保持し、該軸（X1）回りに回転させる棒状部材の保持および回転装置であって、
   該棒状部材の保持および回転装置は長手方向軸（X）を有し、
   前記長手方向軸（X）と一直線上にある前記棒状部材（６）の周囲を把持する花弁状部位（２４）を有し前記長手方向軸（X）に沿って移動することにより、前記花弁状部位を半径方向に接近させて前記棒状部材（６）の周囲に半径方向の締め付け力を付与することが可能な手段（２２）と、
   前記半径方向の締め付け力を与えるように前記手段（２２）の花弁状部位を互いに半径方向に締め付ける手段と、を備え、
   該締め付ける手段は、
   前記半径方向の締め付け力を付与することが可能な前記手段（２２）に対し軸方向の力を付与するようにした押し出し部（３２）と、
   前記軸方向の力の作用により、半径方向の締め付け力を与えることが可能な前記手段（２２）の花弁状部位に力を与えて前記棒状部材（６）を締め付ける締め付け具（２６）と、
   前記装置の前記長手方向軸（X）に平行な軸（X2）のリニアアクチュエータ（４４）と、
   前記押し出し部（３２）に並進可能に取り付けられたヨーク（４６）と、
   前記ヨーク（４６）の位置に応じて前記リニアアクチュエータ（４４）を制御する制御手段と、
   を含み、
   前記ヨーク（４６）は、前記長手方向軸（X）に直交するも交差しない第一の軸（Y）回りに回転可能であり、該第一の軸（Y）が固定され、前記ヨーク（４６）は、前記第一の軸（Y）と平行で前記長手方向軸（X）を挟んで前記第一の軸（Y）とは反対側に位置する第二の直交する軸（Y1）で回動するように前記リニアアクチュエータ（４４）と連結され、
   前記リニアアクチュエータ（４４）は前記ヨーク（４６）を前記第一の軸（Y）回りに回転させ、
   前記押し出し部（３２）は、前記ヨーク（４６）の中を自在に回転可能であり、
   前記棒状部材（６）に半径方向の締め付け力を与えることが可能な前記手段（２２）および前記押し出し部（３２）を回転させる手段（９６）を含むことを特徴とする棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
2. 内部に前記押し出し部（３２）がスライド自在に組み込まれ前記長手方向軸（X）を有する中空のシャフト（１５）であって、前記押し出し部が該中空のシャフト（１５）に取り付けられて回転する中空のシャフトと、
   内部に前記中空のシャフト（１５）が取り付けられる軸受と、
   前記棒状部材（６）に半径方向の締め付け力を与えることが可能な前記手段（２２）および前記押し出し部（３２）を回転させる、前記中空のシャフト（１５）を直接回転する手段（９６）と、を含む請求項１に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
3. 前記中空のシャフト（１５）を直接回転する手段（９６）が、電気モーター（９８）と、前記電気モーター（９８）に噛み合う第一のギア（１００）と、前記第一のギア（１００）及び前記中空のシャフト（１５）に取り付けられて回転する前記中空のシャフト（１５）と同軸の第二のギア（１０２）を囲むチェーンと、を含む請求項２に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
4. 前記リニアアクチュエータ（４４）を制御する前記制御手段が、締め付け位置における前記ヨーク（４６）の位置を検出するための少なくとも一つの第一のセンサー（９２）を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
5. 前記リニアアクチュエータ（４４）を制御する前記制御手段が、前記ヨーク（４６）に強固に結合される金属性の部品（９０）を含み、前記第一のセンサー（９２）が誘導センサー（９２）であり、該第一のセンサーによる前記金属製の部品（９０）の存在の検出が、締め付け位置に対応する、請求項４に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
6. 緩め位置を検出する第二のセンサー（９４）を含む請求項４または５に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
7. 前記リニアアクチュエータ（４４）が、空気圧式ジャッキであり、前記装置が、前記空気圧式ジャッキ（４４）と前記ヨーク（４６）とを連結する軸方向の力の伝達シャフト（６８）と、前記軸方向の力の伝達シャフト（６８）と前記ヨーク（４６）との間の連結部（７０）とをさらに含み、該連結部（７０）が、前記第二の直交する軸（Y1）回りで前記ヨーク（４６）に連結されるユニバーサルジョイント（７２）を含み、該ユニバーサルジョイント（７２）が、前記軸方向の力の伝達シャフト（６８）と交差し、該軸方向の力の伝達シャフト（６８）が前記ユニバーサルジョイント（７２）に連結される請求項１〜６のいずれか１項に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
8. 前記ユニバーサルジョイント（７２）と前記軸方向の力の伝達シャフト（６８）の自由端との間に圧縮されて取り付けられる弾性手段（７６）を含む請求項７に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
9. 前記弾性手段（７６）の負荷を調整する手段を含む請求項８に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
10. 前記ヨーク（４６）の角度変位を制限する機械的停止手段（８０）を含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
11. 前記機械的停止手段（８０）が、軸方向の力の伝達シャフト（６８）の自由端に取り付けられる少なくとも一つのストップ（８６）と、固定された反スラスト軸受（８２）とを含み、前記軸方向の力の伝達シャフト（６８）が前記固定された反スラスト軸受（８２）と交差し、前記ストップ（８６）が、反スラスト軸受（８２）の前記ヨーク（４６）と前記軸方向の力の伝達シャフト（６８）との間の前記連結部（７０）とは反対側の面に配置される請求項７を引用する請求項１０に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
12. 前記連結部（７０）と前記反スラスト軸受（８２）との間の前記軸方向の力の伝達シャフト（６８）上に、ストップ（７８）を含む請求項１１に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
13. 前記軸方向の力の伝達シャフト（６８）上の前記ストップ（７８）及び／または前記機械的停止手段（８０）の前記ストップ（８６）の軸に沿う位置が調整可能である請求項１２に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
14. 前記ヨークが、前記第一の軸（Y）及び前記第二の直交する軸（Y1）との間に形成される穴（４６．３）と、該穴（４６．３）において、前記第一の軸（Y）及び前記第二の直交する軸（Y1）と平行な軸（Y2）回りに連結されるように取り付けられるハブ（５２）と、該ハブ（５２）に取り付けられる回転軸受（５０）と、を含み、前記押し出し部（３２）が、該回転軸受（５０）に取り付けられる請求項１〜１３のいずれか１項に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置。
15. 上部栓（１０）を核燃料棒に溶接するための溶接設備であって、
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の棒状部材を軸方向に保持し、軸周りに回転させる棒状部材の保持および回転装置と、溶接室（Ｃ）と、を含み、
    前記棒状部材（６）が前記核燃料棒であり、
    前記装置は、前記核燃料棒が締め付けにより軸方向に支持されてその軸回りに旋回する長手方向軸（X）が貫通する収容部（１４）を含み、
    前記溶接室（Ｃ）が、前記核燃料棒が挿入される端部（１６）とは反対側の前記収容部（１４）の一端部（１８）に配置され、前記上部栓（１０）が取り付けられる前記核燃料棒（６）の端部が、前記収容部（１４）から前記溶接室（Ｃ）の溶接エリアに出現し、前記溶接室（Ｃ）が、前記上部栓（１０）を前記核燃料棒に溶接する溶接手段（１０６）を含む溶接設備。
16. 前記溶接室が、前記装置の前記長手方向軸（X）と一直線上にある前記核燃料棒（６）の前記上部栓（１０）のストップ（止め）（１１２）を含む請求項１５に記載の溶接設備。
17. 前記溶接室（Ｃ）が、真空を生じ、不活性ガスを注入し、前記溶接室の雰囲気を分析する手段を含み、流体チャネル（１１４）が、真空を生じ、不活性ガスを注入する手段を溶接エリアに接続する請求項１５または１６に記載の溶接設備。
18. 前記ストップ（１１２）が、長手方向のチャネルによって貫通され、流体チャネル（１１４）が、前記ストップ（１１２）の前記長手方向のチャネルを通じて、前記溶接エリアに接続される請求項１６に記載の溶接設備。
19. 前記流体チャネル（１１４）が、前記ストップ（１１２）に取り付けられて回転するチューブ（１１６）により形成され、該チューブ（１１６）が軸受に取り付けられ、前記ストップ（１１２）が前記核燃料棒（６）により回転される請求項１８に記載の溶接設備。
20. 前記核燃料棒（６）の前記上部栓（１０）とクラッディング（８）との間の合わせ面（１１）に対する前記溶接手段（１０６）の位置を観察する手段を含む請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の溶接設備。
21. 前記核燃料棒（６）の回転速度、及び／または、前記雰囲気の品質、及び／または、締め付けレベル、及び／または、合わせ面に対する前記溶接手段の位置に応じて、溶接を許可し、または許可しないための確認手段を含む請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の溶接設備。
22. 請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の設備を用いる溶接方法であって、以下のステップを含む溶接方法。
    前記上部栓（１０）が取り付けられた前記核燃料棒（６）を、前記上部栓（１０）が前記溶接室（Ｃ）のストップ（１１２）にもたれるまで、前記棒状部材の保持および回転装置の前記収容部（１４）に挿入するステップ、
    前記棒状部材の締め付け手段を操作するステップ、
    前記核燃料棒（６）を回転させるステップ、
    前記溶接エリアにおいて真空を発生するステップ、
    不活性ガスを注入するステップ、および
    溶接するステップ。
23. 溶接の前に、前記核燃料棒（６）の回転速度、及び／または、前記雰囲気の品質、及び／または、締め付けレベル、及び／または、合わせ面に対する前記溶接手段の位置が、確認される請求項２２に記載の溶接方法。