JPH03226380A - 核燃料棒端栓溶接装置の電極棒自動交換装置及び該装置を用いた電極棒自動交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、核燃料要素の端栓溶接等を行う溶接装置の電
極棒自動交換装置及び該装置を用いた電極棒自動交換シ
ステムに関するものである。

（従来の技術） 原子力発電で使用する核燃料要素の製造工程のうち、端
栓溶接、即ち、燃料被覆管の端部開口部を閉塞固定する
端栓外周の周溶接及び該端栓端面に開孔するＨｅガス封
入孔の対語溶接は、溶接装置の溶接チャンバー内で、上
記端栓溶接部に対し電極ユニットとチャッキング機構の
前面に取り付けた電極棒の突出先端より不活性ガス雰囲
気中でアークを発生せしめて溶接部の金属を溶融、溶着
することによりなされているが、該端栓溶接は核燃料物
質の閉じ込めのため品質上、かなり重要であり、溶接欠
陥や溶接不良が発生しないよう高度な溶接管理が要求さ
れる。

しかも、上記電極棒は溶接に伴うアーク発生によりその
尖鋭な先端が次第に消耗、劣化し、変形して発生アーク
が不安定となって溶接欠陥等発生の大きな要因となり、
更に、これら核燃料要素の内部には、原子炉内装着時に
冷却材の圧力によって押し潰されないように前記端栓の
ガス封入孔を介して２５〜３５ｋｇ／ｃＩ１１のＨｅガ
スが加圧対語されたのち対語溶接されるが、この場合、
Ｈｅガスの加圧量が大きくなればなるほど電極棒先端の
消耗、劣化を助長することから、使用する電極棒１本当
たりの溶接可能な端栓溶接回数が厳しく管理され、各種
溶接条件に応じて先端の消耗、劣化した電極棒（以下使
用済電極棒という）が先端の尖鋭な電極棒（以下新規電
極棒という）に交換されて溶接精度が維持されており、
また使用済電極棒は変形先端が削り直されて再生、使用
されている。

そしてこの場合、上記電極棒の交換は、従来、例えば、
第４図に示す如く、Ｇωの部分がネジ構造になっており
、（１２）のチャック受けを締め込むことにより（ＩＩ
）のチャック部が閉じられ、電極棒（４）を保持すると
いう電極ユニットのチャッキング機構が用いられていて
、管理された溶接回数に達すると作業者にブザーで知ら
せ作業者は、その都度、手作業により溶接チャンバーよ
り電極ユニットを出し、そのチャッキング機構のチャッ
ク部を緩めて使用済電極棒を取出し、新規の電極棒を取
り付けてチャック部を緊締することによりなされている
。

（発明が解決しようとする課Ｂ） ところが、上記の如き電極棒の交換は、すべて直接、作
業員の手作業に頼らざるを得ない、即ち、遠隔操作によ
る自動化の至難な構造となっているため作業者の放射能
被爆の危険性ならびに作業効率等の点において問題があ
り、早急な改善が要望されるところである。

本発明は、かかる実状に鑑みてなされたもので、核燃料
要素の端栓溶接等を行う溶接装置において、電極ユニッ
トのチャッキング機構のチャック部を電極棒の着脱自在
なスプリング力利用のテーパー受けする構造にし、かつ
電極棒の位置決め１着脱確実なハンドリング機構をシス
テム構成することにより、遠隔操作により電極棒の安全
確実、かつ迅速な自動交換を可能ならしめ、作業者の手
作業をすべて廃して被爆を防止し、かつ作業能率を向上
せしめることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 即ち、上記目的を達成するための本発明の特徴は、その
１つは電極棒を、その後端側を前方に向けて長さ方向に
１本づつ送出し、センサーを備えたシュート下端より垂
直に落下させる供給機構と、該給機構より、先端部を上
方に所定長突出させて電極棒を垂直に受け、これを前方
に９０°回転して水平に保持する電極棒受けと、該電極
棒受けと並列に近接し先端部に設けたチャッキング機構
により電極棒をその先端を前方の溶接チャンバーに向け
て水平に保持する電極ユニットと、該電極ユニットと上
記電極棒受けとが夫々保持する電極棒のハンド部による
取り出し、取り付は方向及び該方向に直交する方向に移
動可能で前部にプッシャー及び電極棒保持ハンドを有す
るハンドリング機構と、その移動範囲内に設けた使用済
電極棒のストックエリアよりなる核燃料棒端栓溶接装置
の電極棒自動交換装置の構成にあり、また他の１つは上
記装置の更に具体的な構成として電極ユニットのチャッ
キング機構が、長手方向中心に電極棒チャック孔を貫通
し、かつ先端部の外周に先端側がやや外方に拡開するテ
ーパー部を設けたチャック部と、該テーパー部の外周に
前後移動可能に嵌合し常時はスプリングにより前方向に
押圧されてテーパー部を緊締するテーパー受け及び該テ
ーパー受けの前部に、その前面との間に間隔を存して冠
着された電極ガイドとを備えてなる構成にあり、更に請
求項３記載の発明は、上記装置を用いて電極棒の交換を
行う自動交換システムで、下記の各工程をシーケンス制
御することにある。

（１）ハンドリング機構を、溶接チャンバーより引き出
した電極ユニットの電極ガイド前面まで移動して前部の
プッシャーで押圧し、使用済電極棒を緊締保持するチャ
ック部を緩めて該電極棒をハンドリング機構のハンド部
により取り出し、使用済電極棒のストックエリヤへ搬送
、放出する工程。

（２）複数の電極棒をセットした供給機構のシュートを
通って電極棒を１本電極棒受けへ送出する工程。

（３）電極棒受けで垂直に受けた電極棒の上方に突出す
る先端をシュート下端のセンサーで検出し所定の突出高
さにし、電極棒受けをそのまま前方に９０°回転させて
、電極棒の先端側を所定長さ前方に突出せしめて水平に
保持させる工程。

（４）前記使用済電極棒を放出したハンドリング機構を
、電極棒受けの前面まで移動して該電極ユニットの電極
ガイド前面まで移動し、前部のプッシャーで押圧して緩
めたチャック部に電極棒を挿入し、プッシャーを後退さ
せてチャック部により電極棒を緊締保持させ、次いでハ
ンド部を緩めてハンドリング機構を後退させる工程。

（作用） しかして、上記構成を備えた本発明に係る溶接装置の電
極棒自動交換装置及び該装置を用いた電極棒自動交換シ
ステムによれば、溶接装置の電極棒を交換するに際し、
複数の新規電極棒を、その後端側を前方に向けて供給装
置にセントするだけで１本の電極棒が送出され、センサ
ーで先端が位置決めされて電極棒受けにより先端側を、
所定長さ前方に突出した状態で水平に保持される。

そして、ハンドリング機構を、溶接チャンバーより引き
出した電極ユニット先端の、後部にスプリング付勢テー
パー受けを連結する電極ガイドの前面まで移動して前部
のプッシャーで押圧するとスプリング力に打ち勝ち電極
ガイドとテーパー受けを後退させてチャック部のテーパ
ー部を拡開させ保持する使用済電極棒の緊締を緩めるの
で、該電極棒のハンド部による取り出しが可能となり、
更にそのままストックエリヤまで搬送し放下することが
できる。

しかる後ミ再びハンドリング機構を、電極棒受けの前面
まで移動し、前記所定長さ前方に突出して保持されてい
る新規の電極棒をハンド部により取り出したのち、電極
ユニットの電極ガイド前面まで移動し、更に前部のプッ
シャーを押圧して拡開させたチャック部のテーパー部内
まで電極棒を挿入してプッシャーを後退させ、ハンド部
を緩めてハンドリング機構全体を電極棒受け側に移動さ
せるだけで新規の電極棒は、後部がチャック部のテーパ
ー部により緊締され、先端側が電極ガイドより前方ムこ
所定長さ突出された状態で電極ユニットのチャッキング
機構により正確に保持されることになり、従って、溶接
装置の電極棒の交換が遠隔操作によりすべて自動的に行
われることになる。

（実施例） 以下、更に添付図面にもとづき、本発明の具体的な実施
態様を更に詳細に説明する。

第１図は本発明に係る溶接装置の電極棒自動交換装置の
１実施例を示す一部斜視概略図であり、第２図は第１図
における（イ）部分の拡大正面図、第３図は同第１図に
おけるチャッキング機構の軸線上断面図である。

これら図において（Ｓ）は供給装置（１）と電極棒受け
（２）及びハンドリング機構（５）と電極ユニット（３
）ならびにストンクエリア（６）等よりなる電極棒自動
交換装置であり、（Ｃ）は溶接チャンバーである。

第１図に示す如く、供給装置（１）は、長手方向の外周
面に１本の電極棒（４）の嵌入可能な溝（２６）を設け
、一端に軸着されたモーター０８）の駆動により回転す
る円筒体（２５）と、その上面に開口下面を近接して、
開口上端より後端側を前方に向けて投入される複数の電
極棒（４）の並列ストック可能に設けられた電極ストッ
クＧ′７）よりなり、上記円筒体（２Ｓ）の回転により
該円筒体（２５）の溝（２６）が電極ストック０７）の
開口下面に位置したときのみ１本の電極棒（４）が、溝
（２６）内に嵌入して更に円筒体（２５）の回転により
下方に展設したトレイ（１９）の上面に落下する如く設
けられている。

上記トレイθ９）は長手方向中央部が凹状をなし、その
前部には、先端側に電極棒（４）の垂直滑落可能な漏斗
部１２［Ｄを設けたシュート（７）が連接されており、
それらトレイＱ９）及びシュート（力は全体として落下
した電極棒（４）の上記漏斗部ＱΦ力方向の自走流下可
能な如く前方向に下降傾斜して設けられている。

上記シュート７）の漏斗部ＱΦの直下には、該漏斗部Ｃ
２（Ｄより垂直に滑落する電極棒（４）の受け入れ容易
な保持孔を有する電極棒受け（２）が、第１図に示す如
く該電極棒（４）を受け入れる垂直位置と、９０’回転
した水平位置にアクチュエータ（２２）により夫々位置
決め回転されるよう、後述するハンドリング機構駆動部
（２３）に設けられており、また前記シュート７）の漏
斗部＋２［Ｄ下端には、下方の電極棒受け（２）に落下
保持される電極棒（４）が、溶接により消耗する変形先
端の再加工に伴い夫々異なる長さを有することから、後
述の電極ユニットへの取り付は時の電極棒（４）先端位
置が一定になるように、電極棒受け（２）より垂直上方
に突出する電極棒（４）の先端位置を正確に位置決めす
るためのセンサー（７）′が設けられている。

上記センサー（７）′は第２図に示す如く、フォトスイ
ッチ等の透過型のもので前記電極棒受け（２）の回転方
向と直交する検出方向に発光側と受光側とが向き合って
設置されたもので、前記シュート（７）の漏斗部＋２［
Ｄ内を滑落して電極棒受け（２）により後端側を嵌合さ
れ先端を上方に突出している電極棒（４）を電極棒受け
（２）ごとモーター（２１）を駆動して上下動せしめて
電極棒（４）先端により発光が遮断された位置でモータ
ー（２１）を停め電極棒受け（２）の上下動を停止せし
めて先端高さの位置決め調整が行われるように設けられ
ている。

次に本発明装置における電極ユニット（３）のチャッキ
ング機構（８）は、第１図に示す如く溶接チャンバー（
Ｃ）より引き出した時、ハンドリング機構駆動部（２３
）の水平時の電極棒受け（２）と並列に近接する位置に
設けられて第３図に示す通り、長手方向中心に電極棒チ
ャック孔００′を貫通するチャック部０Ｄの先端側が、
やや外方に拡開するテーパー部０４として形成されてお
り、該テーパー部ａ４の外周には、そのテーパー形状に
合致するテーパー内面を有するテーパー受け０９が前後
移動可能に嵌合されていて、該テーパー受けθω後端面
と、スプリング止め００′との間に介装されたスプリン
グ０６）の弾発力によりテーパー受け０５）が常時はテ
ーパー部０１１）を緊締する方向に押圧された状態に位
置しており、また該テーパー受け０５）の前部外周には
、その前面との間に所要の間隔を存して冠着された電極
ガイド面の後部内周が螺着されてテーパー受け０５）と
一体移動可能に設けられ、かつその前面中央には電極棒
（４）の通孔が穿設されている。

また、本発明装置におけるハンドリング機構（５）は、
第１図に示す通り前記電極棒受け（２）を設けたハンド
リング機構駆動部（２３）の下面に、所要高さを有して
前後、左右移動可能に設けられ、かつその下端には電極
棒の把持、解放自在なハンド部（５）が設けられている
。

また、該ハンドリング機構（５）のハンド部（５）′の
前方には、下部中央に該ハンド部（５）′が把持する電
極棒（４）の挿脱に充分な大きさの通孔を有して、油圧
シリンダ（２４）の弾発力によりハンドリング機構（５
）とは別途の前後移動が可能で、かつ前記電極ユニット
（３）先端の電極ガイド側面に対する正面よりの押圧可
能なプッシャー（９）が設けられており、更に、上記ハ
ンドリング機構（５）の移動範囲内には前記電極ユニッ
日３）のチャフキング機構（８）からハンド部（５）′
により取り出した使用済電極棒（４）を搬送して放出す
るストックエリア（６）が設けられている。

そして、このようにして形成された本発明装置は本発明
のシステムに従って、供給装置（１）より送出した１本
の電極棒（４）を電極棒受け（２）によりその先端を位
置決めして水平に保持させておき、他方、ハンドリング
機構（５）を使用済電極棒（４）′を保持しているチャ
フキング機構（８）の前面まで移動してプッシャー（９
）により更に押圧移動するとスプリング０６）力に打ち
勝って電極ガイド０■とそれに連接するテーパー受け０
５）を押し込んでテーパー０４）を拡開させてチャック
を緩め、電極棒（４）′がフリーな状態となり、ハンド
部（５）′で把持して取り出した後ストックエリア（６
）まで搬送して放出することができる。

そして新規電極棒（４）の取り付けは、供給機構（１）
より送付され電極棒受け（２）により予め位置決めされ
保持されている１本の電極棒（４）をハンドリング機構
（５）を移動してハンド部（５）′で把持して取り出し
た後、電極ユニット（３）の前面に移動してプッシャー
（９）で押圧してチャックを緩めてから電極棒（４）を
挿入してからプッシャー（９）を後退させて電極棒（４
）をチャックさせた後、ハンド部（５）′を緩めて電極
棒受け（２）方向に移動することにより取りつけること
ができる。

この場合、上記ハンドリング機構（５）のプッシャー（
９）とハンド部（５）゛は各々独自の駆動を持ち、用途
に応じた動作が必要となり、シーケンス制御により一連
の動作を構成しておく。

また、電極棒（４）を成る一定の位置へ供給するため、
ハンドリング機構（５）のハンド部（５）′による交換
動作を行う前に電極棒（４）の先端位置をセンサー（７
）′で予め検出し位置決めを行ってからノ１ンドリング
するようシステム機能を構成しておく。

そして、このような機能を設けておくことにより、新規
電極棒（４）の安定した確実な取付動作が可能となり、
第１図に示す電極ユニ・ノド（３）が溶接チャンバー（
Ｃ）内に戻った時に電極棒（４）の先端は常に一定の位
置にあって他の装置の構成物への接触や衝突が防止され
るのである。

（発明の効果） 本発明は以上のように原子燃料要素の端栓溶接等を行う
溶接装置の電極ユニ・ントにおける電極棒のチャッキン
グ機構を、そのチャ・ツク部の先端部をテーパー受けす
る構造にしてスプリングの弾発力をも利用した電極棒の
着脱容易な機構とすることにより簡単な電極棒の供給機
構やハンドリング機構を併設するだけで電極棒の交換が
可能となり、自動遠隔操作が実現でき、作業者の被爆低
減を図ることができる。

しかも、電極棒の位置決め、ハンドリング機構をシステ
ム構成とすることにより、安定した確実な電極棒の取付
動作が可能となるのみならず、使用済電極棒の取り出し
、排出ならびに新規電極棒の供給、取付けを一連の動作
として制御し、システム構成することによりＢＷＲ，Ｐ
ＷＨの核燃料要素の溶接装置の電極棒自動交換に応用す
ることができる。

請求項２記載の発明は上記交換装置におけるチャフキン
グ機構として単にプッシャーによるだけで電極棒の取り
出し、挿入が出来、自動交換を容易とすることができる
。

請求項３記載の発明は上記装置を用いた一連の操作とし
て電極棒の自動交換の工業的利用を図る上に極めて効果
的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る溶接装置の電極棒自動交換装置の
一実施例を示す一部破断斜視概略図、第２図は第１図に
おける（イ）部分の拡大正面図、第３図は同第１図にお
けるチャッキング機構の軸線上断面図、第４図は従来の
チャッキング機構の軸線上断面図である。 （Ｓ）　　・・・溶接装置の電極棒自動交換システム。 （Ｃ）　　・・・溶接チャンバー （１）・・・供給装置、（２）・・・電極棒受け１（３
）・・・電極ユニット、　　（４）・・・電極棒。 （５）・・・ハンドリング機構、（５）’・・ハンド部
。 （６）・・・ストックエリア１（７）・・・シュート。 （７）′・・センサー、（８）・・チャフキング機構。 （９）・・・プッシャー、　（１１）　　・・・チャッ
ク部。 （１３）・・・電極ガイド、　（１４）・・・テーパー
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極棒を、その後端側を前方に向けて長さ方向に１
   本づつ送出し、センサーを備えたシュート下端より垂直
   に落下させる供給機構と、該供給機構より先端部を上方
   に所定長突出させて電極棒を垂直に受け、これを前方に
   ９０°回転して水平に保持する電極棒受けと、該電極棒
   受けと並列に近接配設され先端部に設けたチャッキング
   機構により上記電極棒をその先端を前方の溶接チャンバ
   ーに向けて水平に保持する電極ユニットと、該電極ユニ
   ットと上記電極棒受けとが夫々保持する電極棒のハンド
   部による取出し、取付け方向及び該方向に直交する方向
   に移動可能で前部にプッシャー及び電極棒保持ハンドを
   有するハンドリング機構ならびに該ハントリング機構の
   上記移動範囲内に設けた使用済電極棒のストックエリア
   からなることを特徴とする核燃料棒の端栓溶接装置の電
   極棒自動交換装置。 ２、電極ユニットのチャッキング機構が、長手方向中心
   に電極棒チャック孔を貫通し、かつ先端部の外周に先端
   側がやや外方に拡開するテーパー部を設けたチャック部
   と、該テーパー部の外周に前後移動可能に嵌合し常時は
   スプリングにより前方向に押圧されてテーパー部を緊締
   するテーパー受け及び該テーパー受けの前部にその前面
   との間に間隔を存して冠着された電極ガイドを備えて構
   成されていることを特徴とする請求項１記載の核燃料棒
   端栓溶接装置の電極棒自動交換装置。 ３、核燃料棒の端栓溶接装置の電極棒を交換するに際し
   、請求項１記載の装置を用いて下記（１）乃至（４）に
   亘る一連の工程をシーケンス制御することを特徴とする
   電極棒自動交換システム。 （１）ハンドリング機構を、溶接チャンバーより引き出
   した電極ユニットの電極ガイド前面まで移動して前部の
   プッシャーで押圧し、使用済電極棒を緊締保持するチャ
   ック部を緩めて該電極棒をハンドリング機構のハンド部
   により取り出し、使用済電極棒のストックエリヤへ搬送
   、放出する工程。 （２）複数の電極棒をセットした供給機構のシュートを
   通って電極棒を１本電極棒受けへ送出する工程。 （３）電極棒受けで垂直に受けた電極棒の上方に突出す
   る先端をシュート下端のセンサーで検出し所定の突出高
   さにし、電極棒受けをそのまま前方に９０°回転させて
   、電極棒の先端側を所定長さ前方に突出せしめて水平に
   保持させる工程。 （４）前記使用済電極棒を放出したハンドリング機構を
   、電極棒受けの前面まで移動して該電極ユニットの電極
   ガイド前面まで移動し、前部のプッシャーで押圧して緩
   めたチャック部に電極棒を挿入し、プッシャーを後退さ
   せてチャック部により電極棒を緊締保持させ、次いでハ
   ンド部を緩めてハンドリング機構を後退させる工程。