JPH0650349B2 - 燃料バンドル用スペーサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料バンドル用スペーサの製造方法に関する
ものである。

発明の背景 発電用原子炉は公知のエネルギー供給源である。ある種
の原子炉においては、適当な材料（たとえばジルコニウ
ム合金）製の密閉された被覆管中に酸化ウランおよび
（または）酸化プルトニウムを収容したものから成る燃
料棒が核燃料として使用される。一群のかかる燃料棒を
両端の開いた管状のチャネル内に収容することにより、
独立に着脱可能な燃料集合体または燃料バンドルが形成
される。概して直円柱の形状を成すようにして十分な数
のかかる燃料バンドルをマトリクス状に配列することに
より、核分裂反応を持続させることのできる炉心が形成
される。かかる炉心は、冷却材および中性子減速材とし
て役立つ液体（たとえば軽水）中に沈められた状態で設
置される。

典型的な燃料バンドルは、一群の互いに離隔した燃料棒
を上部タイプレートと下部タイプレートとの間に支持す
ることによって形成される。通例、かかる燃料棒は１０
フィートを越える長さおよび1/2インチ程度の直径を有
しており、かつ数分の１インチの間隔で互いに離隔して
いる。燃料棒に沿って適正な冷却材の流れを得るために
は、燃料棒を精密に制御された離隔状態に維持し、それ
によって原子炉運転時における湾曲および振動を防止す
ることが重要である。このような目的のため、複数の燃
料棒スペーサが燃料バンドルの長さ方向に沿って所定の
間隔で使用される。

かかる燃料バンドル用スペーサの設計に際しては、燃料
棒同士の間隔を保持すること、燃料バンドルの形状を保
持すること、燃料棒の熱膨張を可能にすること、燃料棒
の振動を制限すること、燃料バンドルの組立が容易であ
ること、スペーサと燃料棒との間の接触面積を最小にす
ること、通常荷重および異常荷重（たとえば地震荷重）
の作用下でスペーサの構造的健全性が維持されること、
冷却材の流れの変形および制限を最小にすること、耐熱
限界を最高にすること、寄生的中性子吸収を最少にする
こと、並びに自動化への変更費用を含めて製造費を最少
にすることを考慮する必要がある。

本発明の場合と同じ譲受人に譲渡されたマツナー(Matzn
er)等の米国特許第４５０８６７９号明細書中には、上
記のごとき設計上の問題点に対処し得る特異な構造を持
った燃料バンドル用スペーサが開示されている。それに
よれば、スペーサは一群の互いに接合された管状セルま
たはフェルールを周辺支持バンドによって包囲したもの
から成っている。各々のフェルールの内腔は、燃料バン
ドルを構成する燃料棒またはその他の細長い要素の通路
として役立つ。かかるフェルールは互いにスポット溶接
されると共に、周辺支持バンドに対してもスポット溶接
され、それによって構造強度の大きい集合体を形成して
いる。この場合、冷却材の流れ抵抗および寄生的中性子
吸収を低減させるためには、周辺支持バンドおよびフェ
ルールを形成するために使用される金属の厚さをできる
だけ小さくすればよい。中性子吸収はまた、中性子吸収
断面積の小さい材料を用いてフェルールおよび周辺支持
バンドを形成することによって一層低減させることがで
きる。

フェルールの内腔を貫通する燃料棒（またはその他の細
長い要素）は剛性突起と弾性部材との間において側方か
ら支持され、それによって中心に配置される。上記の剛
性突起はフェルールの上端および下端付近においてそれ
の側壁の一部を内方にくぼませることによって形成され
ていて、それにより突起間の軸方向距離を最大にして燃
料棒に対する支持力を高めている。かかる突起はまた、
突出面積を最小にして冷却材の流れの乱れをできるだけ
少なくするため、角方向に沿って離隔して配置されてい
る。

上記の弾性部材は、概して楕円形を成す連続した細長い
ループ状のばねから成っている。かかるばねは、１対の
互いに隣接したフェルールの側壁に設けられたＣ字形の
開口によって形成される互いに反対向きのタブによって
係留状態に保たれる結果、該ばねの両面はそれぞれのフ
ェルールの内腔に突出することになる。このようにし
て、１個のばねが２個のフェルールにおいて燃料棒を角
方向に沿って互いに離隔した２対の突起に対して押付
け、それによりフェルールの内腔中において燃料棒を中
心に配置するために役立つわけである。

典型的な大形原子炉の炉心は８００程度の燃料バンドル
を含み、各々の燃料バンドルは７個ものスペーサ含み、
かつ各々のスペーサは６０個以上もの燃料棒位置決め用
フェルールを含むことがある。このことからわかる通
り、上記のごとき構造を持った燃料棒スペーサを構成す
る多数の部品のかなり複雑な組立は自動化された方式に
従って迅速に実施することが不可欠なのである。

本発明の目的の１つは、実質的に自動化された流れ作業
方式に従って燃料棒スペーサを迅速に製造するための方
法を提供することにある。

また、人手の関与が最小限に抑えられるような上記のご
とき方法を提供することも本発明の目的の１つである。

更にまた、スペーサの製造に際して使用された材料を識
別する追跡記録が保存されるような上記のごとき方法を
提供することも本発明の目的の１つである。

更にまた、生産ライン中における部品および部品集合体
の流れの枢要点において品質保証検査が実施されるよう
な上記のごとき方法を提供することも本発明の目的の１
つである。

更にまた、生産ラインに沿った各々の作業ステーション
の状態が実質的にリアルタイム方式で監視されるような
上記のごとき方法を提供することも本発明の目的の１つ
である。

更にまた、作業ステーションからのデータを処理するこ
とによって修正操作を要求する工程の傾向が検出されか
つ作業員に警告が与えられるような上記のごとき方法を
提供することも本発明の目的の１つである。

更にまた、生産の誤りを生じる可能性が最小限に抑えら
れるような上記のごとき方法を提供することも本発明の
目的の１つである。

本発明のその他の目的は、以下の説明を読めば自ら明ら
かとなろう。

発明の要約 本発明に従えば、実質的に自動化された流れ作業方式に
従って燃料バンドル用スペーサを製造するための方法が
提供される。それによれば、細長い継目なし管材からフ
ェルールが切り出され、端面削りおよび面取りが施さ
れ、次いで規定の一様な長さを有するかどうかが検査さ
れる。かかるフェルールはレーザ切削ステーションに送
られ、そこにおいて各フェルールの側壁に所定形成の開
口が形成される。かかるフェルールが送られる次のステ
ーションにおいては、開口切削作業の際に残留したスラ
グを除去して各フェルールの内面に所望の仕上を施すた
めのリーマ通し作業が実施される。次の成形ステーショ
ンにおいては、フェルールの各端の側壁中に１対の角方
向に沿って離隔した突起が形成される。このステーショ
ンを退出した成形済みのフェルールは突起高さ検査ステ
ーションに送られ、そこにおいて４個の突起の各々の高
さが寸法許容差に対して自動的に検査され、そしてこの
検査で不合格となったフェルールは自動的に生産ライン
から排除される。

合格したフェルールはバスケット内に蓄積され、そして
清浄処理ステーションを通過させられる。この地点まで
の生産ラインが正しく機能しているかどうかを調べるた
め、清浄処理済みのフェルールについて目視によるラン
ダム検査が行われる。次いで、フェルールは組立ステー
ションに送られ、そこにおいて２個ずつのフェルールが
ばねを用いて自動的に連結される。こうして得られたサ
ブアセンブリがスペーサ組立ジグ中に自動的に装着され
る。それぞれに係留ばねを伴ったフェルール対の装着が
完了した後、周辺支持バンドを構成する部材がスペーサ
組立ジグ中に手で装着される。次いで、スペーサ組立ジ
グが入力によってレーザ溶接ステーションに送られ、そ
こにおいて該ジグを様々な状態に配置しながらスペーサ
部品同士を接合する多数の溶接を行うことによって剛性
のスペーサ完成品が得られる。次いで、スペーサ完成品
はバフ磨きステーションに送られ、そこにおいて工具き
ずを除去することによって美麗な外観が生み出される。

上記の生産ラインに沿った各種のステーションには、互
いに独立したプログラム可能な論理制御器が付随してお
り、そして各制御器はプロセスコンピュータに接続され
ている。これらの制御器は独立状態でそれぞれのステー
ションの動作を制御すると共に、プロセスコンピュータ
からのポーリングに応じてそれぞれのステーションの動
作状態を繰返して報告する。プロセスコンピュータは、
フェルールの長さや突起の高さが許容範囲外にあるため
に生じる不合格品の数が過大であるなどの望ましくない
傾向が検出された場合には、特定のステーションの動作
を停止させる能力を有している。プロセスコンピュータ
はまた、制御器を介して作用して各種のステーションの
動作を協調させることにより、生産ラインに沿って適正
に調整された円滑な部品の流れを確保するためにも役立
つ。生産ラインに沿った様々な地点において、プロセス
コンピュータにデータが入力されて記録が作成される。
それにより、製造プロセスを出る各々のスペーサ完成品
について、それの組立に際して使用されたジグ、また最
終的にはフェルールを切り出した特定の管材ロットにま
で起源をたどることができるのである。

本発明の内容および目的は、添付の図面を参照しながら
以下の詳細な説明を読むことによって一層明確に理解さ
れよう。なお、全ての図面を通じて同じ部品は同じ参照
番号によって表わされている。

発明の詳細な説明 先ず第１図を見ると、燃料バンドルが２０として示され
ている。かかる燃料バンドル２０は、格子状の上部タイ
プレート２２と格子状の下部タイプレート２３との間に
支持された複数の燃料要素または燃料棒２１を含んでい
る。燃料棒２１は複数の燃料棒スペーサ２４を貫通して
いるが、それらは細長い燃料棒同士を所定の間隔で保持
しかつそれらの横方向振動を制止するための中間支持体
として役立つものである。

各々の燃料棒２１は、核燃料およびその他の物質（たと
えば、燃料親物質、可燃性毒物、不活性物質など）を細
長い被覆管の内部に収容しかつ上部および下部端栓によ
って密封したものから成っている。なお、上部および下
部端栓はそれぞれ上部および下部タイプレートにはまり
込むように形成されている。

燃料バンドル２０はまた、実質的に正方形の横断面を持
った薄肉管状のチャネル２５をも含んでいる。かかるチ
ャネル２５は、上部タイプレート２２、下部タイプレー
ト２３およびスペーサ２４上に滑り嵌めの状態を成すよ
うな寸法を有しており、従って容易に着脱することがで
きる。下部タイプレート２３には、原子炉の圧力容器内
の炉心支持板（図示せず）のソケット中に燃料バンドル
２０を支持するために役立つノーズピース２９が設けら
れている。このノーズピース２９の末端には、燃料バン
ドルを通って上方に流れる加圧冷却材を導入するための
開口３０が設けられている。

スペーサ２４は、第２および３図に示されるごとく、ス
ペーサ２４はマトリクス状に配列された管状セルまたは
フェルール３２から成っている。かかるフェルール３２
の外周同士の接触部は、それらの上端および下端に位置
する溶接部３３および３４によって接合されている。各
々のフェルール３２の内腔は、燃料バンドルを構成する
細長い要素（たとえば燃料棒２１）の通路として役立
つ。

マトリクス状に組立てられたフェルール３２は周辺支持
バンド３６によって包囲されているが、外側のフェルー
ル３２と周辺支持バンド３２との接触点は上端および下
端に位置するスポット溶接部３７および３８によって接
合されている。かかる周辺支持バンド３６は４個の同様
なＬ形部材から構成されていて、各々のＬ形部材はマト
リクス状に配列されたフェルール群の１つのかど部を取
り囲むように配置され、そしてそれらの互いに隣接した
末端同士はシーム溶接部４０によって接合されている。
水管４３を収容するためスペーサ２４に設けられた中心
開口を包囲するフェルール３２には、４２の位置におい
てごとくにストラップ４１が溶接されている。これらの
ストラップ４１の２者には、振動を防止するために水管
４３を圧迫するばね４４が担持されている。

フェルール３２の内腔を貫通する燃料棒２１（またはそ
の他の細長い要素）は、弾性ばね４６と概してそれに対
向して配置されかつ軸方向に沿って互いに離隔した２対
の剛性突起４８との間において側方から支持され、それ
によって中心に配置されている。上記の突起４８は、第
４図に最も良く示されるごとく、各々のフェルール３２
の上端および下端付近においてそれの側壁を内方に突出
させて成る２対の側方に離隔した溝部として、該フェル
ールと一体を成すように形成されている。

各々のばね４６は、第３図に最も良く示されるごとく、
各対の隣接したフェルールに取付けられた連続ループ状
の両面ばねである。すなわち、かかるばねの２つの側面
はそれを取付けた１対のフェルールの内腔に突出し、そ
れによってそれぞれのフェルールを貫通する燃料棒を中
心に配置する機能を果たす。

１対のフェルール３２に対してばね４６を係留状態で保
持するため、第４図に示されるごとく、各フェルールの
側壁にはＣ字形の開口５０が設けられている。かかるＣ
字形の開口５０は縦方向に伸びる中心穴５１およびそれ
の両端において円周方向に伸びるノッチ５３から成って
いて、それにより円周方向に沿って突出したタブ５２が
形成されている。先ず最初に、それぞれの中心穴５１同
士が整列しながら向かい合うようにして１対のフェルー
ルが並置される。次いで、整列した中心穴５１の内部に
ばね４６が配置され、そしてフェルールがそれぞれの中
心軸の回りにおいて反対方向に回転させられる。その結
果、第５図に示されるごとく、それぞれのタブ５２がば
ねの内部に反対方向から進入する。このようにして、フ
ェルール対の協力によって閉鎖状態となったノッチ５３
の内部にばね４６が係留されることになる。

Ｃ字形の開口５０を形成する作業と同時に、フェルール
の側壁にはスリット５４（第４図）が形成されるが、そ
れらは突起４８を形成するための後続の成形作業を容易
にするために役立つ。更にまた、フェルールの一端には
基準ノッチ５５が形成される。この基準ノッチ５５は、
後続の工程において所要の前後関係および角方向向きを
示すように各フェルールを配置するために利用される。

次の第６図には、実質的に自動化された流れ作業方式に
従ってスペーサ２４を迅速に製造するための本発明方法
が略示されている。詳しく述べれば、中性子吸収断面積
の小さい金属材料（たとえば、ジルカロイ−２のごとき
ジルコニウム合金）から成る特定ロットの継目なし管６
０が切断ステーション６２に並列状態で配置される。か
かる管６０は約0.64インチ（16.2mm）の内径および約0.
02インチ（0.5mm）の肉厚を有するものであって、それ
らは軸方向に沿ってねじ切り盤に順次に供給される。こ
のねじ切り盤は、たとえば、ブラウン・アンド・シャー
プ(Brown & Sharpe)社製のウルトラマチック・スクリュ
ー・マシーン(Ultramatic Screw Machine)を本発明の目
的に合わせて適宜に改造したものから成ればよい。かか
る管６０から、約1.2インチ（３cm）の正確かつ一様な
長さを持ったフェルールが切り出される。上記のねじ切
り盤には、フェルールの両端に対して端面削りおよび面
取りを施すための適当な付属装置が装備されている。こ
のような機械加工作業の完了後、６４として示されるご
とく、各フェルールの長さを検査することによってその
寸法の健全性が確認される。長さが許容範囲外にあれ
ば、そのフェルールは自動的に生産ラインから排除され
る。適当な長さ検査手段としては、たとえば、ねじ切り
盤から排出された各フェルールの長さを正確に感知する
ことのできる市販の渦電流探針またはレーザ探針を使用
すればよい。切断ステーション６２には、ゼネラル・エ
レクトリック・カンパニー(General Electric Company)
製のシリーズ・ワン・プラス・コントローラ(Series On
e Plus Controller)のごときプログラム可能な論理制御
器（ＰＬＣ）６６が付随している。この制御器６６は、
ねじ切り盤の動作順序を制御しかつ切断ステーションの
動作を監視するようにプログラムされている。プロセス
コンピュータ６８は、ポーリングによって切断ステーシ
ョンの動作状態を知ることができる。すなわち、生産速
度、生産量および長さ検査不合格品数のごとき統計用の
生産データが制御器６６によって収集され、そしてコン
ピュータ６８に伝達される。長さ検査手段６４の定期的
な較正もまた、コンピュータ６８によって実施される。
それに応じて制御器６６は、長さ検査の出力信号を寸法
の適格性に関して評価し、そして不適格な長さを持った
フェルールを独立状態で自動的に排除するように調整さ
れる。各種のデータはコンピュータ６８によって解析さ
れ、それによって切断ステーション６２における工程の
傾向が検出される。工程の限界に向かう望ましくない傾
向が検出された場合には、コンピュータ６８は切断ステ
ーション６２を停止させ、そして修正操作の必要を保守
作業員に知らせる。このようにして、過剰の材料浪費が
回避されることになる。

次に、所要の長さを持ったフェルール３２は開口切削ス
テーション７０に送られる。ここにおいては、各フェル
ールを自動的に取扱うことにより、それの側壁の精密に
制御された位置にＣ字形の開口５０、スリット５４およ
び基準ノッチ５５が形成される。この開口切削ステーシ
ョン７０は、本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された
「薄肉管状部品に複雑な形状の開口を機械加工するため
の装置」と称するマンシー(Muncy)等の同時係属米国特
許出願第２７９００７号明細書中に開示されたごとくに
構成されたものであることが好ましい。詳しく述べれ
ば、開口切削ステーション７０はコヒーレント・ゼネラ
ル・モデルＭ４８−２(Coher‐ent General Model M48-
2)炭酸ガスレーザのごとき切削用の複光束レーザに向け
て１対のフェルールを適宜に配置するためのフェルール
取扱い装置を含むことが好ましい。かかる１対のフェル
ールは独立したアーバ上に取付けられ、そして独立した
入射レーザビームに対して同時に暴露される。その結
果、プログラム可能な論理制御器７２と協力して動作す
る計算機数値制御器（ＣＮＣ）［たとえば、ゼネラル・
エレエクトリック・カンパニー製のＭＣ２０００］によ
って精密に制御されたフェルール側壁の相対位置に各種
の開口（すなわち、Ｃ字形の開口５０、スリット５４お
よび基準ノッチ５５）が形成される。制御器７２は切断
ステーション用の制御器６６と同様にゼネラル・エレエ
クトリック・カンパニー製のシリーズ・ワン・プラス・
コントローラから成っていればよいが、これはコンピュ
ータ６８に接続されていて、それによりコンピュータ６
８はポーリング方式に従って開口切削ステーションの状
態を知ることができる。レーザの動作パラメータは制御
器７２を介してコンピュータ６８に伝達され、そこにお
いて工程の傾向が解析される。製造プロセスを損なう傾
向が検出された場合には、コンピュータ６８は開口切削
ステーション７０を停止させて修正操作を要求すること
ができる。統計用の生産データもまた、記録保存目的の
ためにコンピュータ６８に伝達される。変調用の可視光
ビームが開口切削作業を監視することにより、開口の形
成が適正に行われていることが確認され、そしてその結
果が制御器７２に報告される。そうでなければ、制御器
７２は開口切削ステーション７０を停止させ、そして
（たとえば２秒間隔で）反復的に行われる次回のポーリ
ングに際してコンピュータ６８に警告を与える。それに
応じて、コンピュータ６８はこのような状況を作業員に
警告することになる。

次に、開口切削済みのフェルールは内面研摩ステーショ
ン７４に送られ、そこにおいて内面が軽く機械加工され
る。それにより、レーザ切削時の残留スラグが除去され
ると共に、所望の表面仕上が達成される。基本的には、
これはリーマ通し作業である。すなわち、各フェルール
が自動的に振動供給装置からチャック内に送られ、そし
て炭化タングステン製のリーマが該フェルールの内腔に
通される。かかる内面研摩ステーション７４の動作は、
制御器６６および７２と同じ種類の制御器７６によって
独立状態で制御される。なお、この制御器７６はやはり
コンピュータ６８に接続されていて、それからのポーリ
ングに応じてステーションの状態を報告する。このリー
マ通し作業を受けるべく待機しているフェルールの数を
センサが監視し、そして制御器７６に信号を送ることに
より、必要な場合にはフェルールを補給するために供給
装置が作動される。また、別のセンサがこの内面研摩ス
テーション７４を通過するフェルールの進行状況を監視
し、そして動作の不調があれば制御器７６に報告する。
更にまた、統計用の生産データが制御器７６によって収
集され、そして定期的にコンピュータ６８に伝達され
る。内面研摩ステーション７４は、動作の不調、フェル
ールの欠如、供給装置のから状態などの理由のために制
御器７６によって停止させられることがあり、また作業
時間の終了、フェルール生産量の達成、別のステーショ
ンの停止による生産ラインの停止などの理由のためにコ
ンピュータ６８によって停止させられることがある。

内面研摩ステーション７４を出たフェルール３２は成形
ステーション７８に送られる。この成形ステーション７
８は、本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された「自動成
形装置」と称するキング(King)等の同時係属米国特許出
願第２７９００９号明細書中に記載されたごとくに構成
されていることが好ましい。詳しく述べれぱ、この成形
ステーション７８は内面研摩ステーション７４から送ら
れたフェルールを蓄積するためのホッパを含んでいる。
必要に応じ、一定量のフェルールがホッパから振動供給
装置内に排出され、そして１列に並べられた状態で傾斜
管を通して送られる。この傾斜管に沿って置換え機構が
配置されている。この置換え機構は、各フェルールの前
端に基準ノッチ５５が存在するかどうかを探知し、そし
て前端にノッチを持たないフェルールについては前後を
逆転させる。このようにして前端にノッチを持った状態
に配置されたフェルールは、順次に位置決め機構に到達
する。この位置決め機構は各フェルールの基準ノッチ５
５を探知し、そして所望の角方向向きを示すように該フ
ェルールを保持するために役立つ。次いで、取上げ・配
置機構が各フェルールをつかみ、そして規定の角方向向
きを乱すことなしに該フェルールを金型の内部に配置す
る。そこにおいて、フェルールの側壁に４個の突起４８
が同時に形成される。

成形ステーション７８にもまた、各種のステーションの
動作を協調させかつ制御するようにプログラムされた独
立の制御器８０が付随している。この制御器８０もまた
コンピュータ６８に接続されていて、ステーション６
２、７０および７４の場合と同様な種類のデータをコン
ピュータ６８に伝達する。

成形ステーション７８を出た成形済みのフェルール３２
は、順次に突起高さ検査ステーション８２に送られる。
この突起高さ検査ステーション８２は、本発明の場合と
同じ譲受人に譲渡された「自動計測装置」と称するリー
ブズ(Reeves)等の同時係属米国特許出願第２７９００８
号明細書中に記載されたごとくに構成されていることが
好ましい。ここにおいては、基準ノッチ５５を利用する
ことにより、各フェルールが（必要ならば）正しい前後
関係を示すように置換えられ、次いで所定の角方向向き
を示すように配置される。このように配置した後、取上
げ・装置機構が各フェルールをアーバ上に装着し、そし
てフェルールの外周面上の隣接部位に対する各突起の高
さが複数の渦電流探針によって測定される。許容範囲外
の突起高さを有することが判明したフェルールは、自動
的に生産ラインから排除される。この突起高さ検査ステ
ーション８２の動作は、前述の制御器と同じ種類の独立
した制御器８４によって制御される。ステーションの状
態並びに合格品および不合格品の数に関する統計データ
がコンピュータ６８からのポーリングに応じてそれに伝
達される。かかる突起高さの検査に不合格となったフェ
ルールの数が過大である場合には、コンピュータ６８は
突起高さ検査ステーション８２を停止させると共に、通
例は成形ステーション７８をも停止させる。上記の同時
係属米国特許出願明細書中に記載のごとく、コンピュー
タ６８は渦電流探針を較正するためにも役立つ。

突起高さ検査ステーション８２を通過したフェルールは
バスケット８６内に蓄積され、そして清浄処理ステーシ
ョン８８を通過させられる。ここにおいては、フェルー
ルが２個の脱脂タンク、２個のＤＩ水洗タンク、および
乾燥機によって自動的に処理される。清浄処理ステーシ
ョン８８を出た後、フェルールのバスケットはフェルー
ル品質保証検査ステーション９０に送られる。そこにお
いては、品質保証技術者がフェルールをランダムに検査
することにより、スペーサ製造プロセスの生産ライン部
分が正しく機能しているかどうかが判定される。清浄処
理ステーション８８は制御器９２によって制御されると
共に、制御器９２はコンピュータ６８からのポーリング
に応じてステーションの状態、作業パラメータなどをそ
れに報告する。各々のバスケット８６は固有のバーコー
ドが記入されたラベルを担持しているが、そのバーコー
ドは清浄処理ステーション８８に入る際に読取器（ＢＣ
Ｒ）９３によって読取られ、また清浄処理ステーション
８８を出る際に別の読取器９４によって読取られる。バ
ーコード読取器の出力はコンピュータ６８に伝達され、
そして完成したフェルールとそれを切り出した特定の管
材ロットとを関係づけると共に、清浄処理ステーション
８８を通過するバスケット８６を追跡するために使用さ
れる。

ステーション９０におけるフェルール品質保証検査の
後、フェルールの入った各々のバスケットは組立ステー
ション９６に送られる。途中において、バスケットのバ
ーコードは読取器９７によって読取られ、そしてコンピ
ュータ６８に入力される。その目的は、フェルールのバ
スケットが品質保証検査に合格した適正な種類のもので
あることを確認することにある。組立ステーション９６
は、本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された「自動組立
装置」と称するモレノ(Moreno)等の同時係属米国特許出
願第２７９００６号明細書中に記載されたごとくに構成
されていることが好ましい。詳しく述べれば、この組立
ステーション９６に送られた各々のバスケットからホッ
パ内にフェルールが投入され、そこから必要に応じて一
定量のフェルールが振動ボウルフィーダ内に排出され
る。かかるフェルールは１列に並んでボウルフィーダを
出た後、傾斜管中を前進して位置決め機構に到達する。
この位置決め機構は、基準ノッチ５５を利用して（必要
ならば）正しい前後関係を示すようにフェルールを置換
えると共に、かかるフェルールを２つの平行な列に分け
て装着ヘッドに供給するために役立つ。次いで、Ｃ字形
開口５０の中心穴（第４図）同士が互いに向かい合うよ
うな正しい角方向向きを示すように１対のフェルールが
配置される。次に、装着ヘッドはこのような角方向向き
を示す１対のフェルールを回転テーブル上に取付けられ
たフェルール取付具の互いに独立したポースト上に装着
する。装着済みのフェルール取付具は、フェルール対に
ばね４６を自動的に取付けるための位置に送られる。次
いで、フェルール取付具はばね固定位置に送られ、そこ
においてそれぞれのフェルールが反対方向に回転させら
れ、それにより第５図に関連して上記に説明されたごと
くにしてばね４６が係留状態に固定される。次いで、フ
ェルール取付具はスペーサ組立位置に送られる。そこに
おいては、取上げ・装着機構が係留ばねを伴ったフェル
ールをフェルール取付具から取上げ、そして第６図中に
９８として略示されたスペーサ組立ジグ中にこのサブア
センブリを装着する。上記の同時係属米国特許出願第２
７９００６号明細書中に開示されたごとく、かかるスペ
ーサ組立ジグは三軸位置決めテーブルによって様々な状
態に配置され、それによって各々のサブアセンブリがス
ペーサ組立ジグ中の様な位置に装着される。スペーサ組
立ジグ中にサブアセンブリを規則正しく装着すれば、第
２図に示されるようなマトリクス状のフェルール配列状
態が得られる。かかる組立ステーション９６において
は、４個のフェルール取付具を使用することにより、４
対のフェルールに関して位相のずれた４つの組立工程を
同時に実施することができる。

組立ステーション９６には、独立状態で動作するプログ
ラム可能な論理制御器１００［たとえば、ゼネラル・エ
レクトリック・カンパニー製のシリーズ・シックス・コ
ントローラ(Series‐Six Con‐troller)が付随してい
る。他のステーションの場合と同じく、この制御器１０
０はコンピュータ６８からのポーリングに応じてステー
ションの状態および統計用の生産データを報告する。制
御器１００は、フェルール対の装着時におけるスペーサ
組立ジグ９８の配置状態をはじめとする組立ステーショ
ン９６の様々な動作を協調させる。動作の不調が生じた
場合には、制御器１００が組立ステーション９６を停止
させると共に、その報告を受けたコンピュータ６８がこ
の事実を保守作業員に警告する。他のステーションにお
ける異常のために必要となれば、コンピュータ６８は組
立ステーション９６を停止させることもできる。

各々のスペーサ組立ジグ９８はバーコード付きのラベル
を担持していて、組立ステーション９６への導入に先立
って読取器１０２がそのバーコードをコンピュータ６８
中に読込むことにより、スペーサの種類とジグの種類と
が正しく対応していることが確認される。スペーサ組立
ジグ中にフェルールが完全に装着され、かつ周辺支持バ
ンド３６を構成する４個の部材およびばね４４を支持し
たストラップ４１（第２図）がスペーサ組立ジグ中に手
で装着された後、スペーサ組立ジグのバーコードは別の
読取器１０４によって再び読取られる。かかるジグ識別
データは、ジグ追跡目的のためにコンピュータ６８中に
入力される。

各種のスペーサ部品を完全に装着した各々のスペーサ組
立ジグ９８は溶接ステーション１０６に送られ、そこに
おいて多軸位置決め機構上に取付けられる。この溶接ス
テーション１０６は、本発明の場合と同じ譲受人に譲渡
された「管理された環境中において部品集合体を自動的
に溶接するための装置」と称するマンシー(Muncy)等の
同時係属米国特許出願第２７９０１０号明細書中に開示
されたごとくに構成されている。不活性ガス雰囲気を収
容した溶接ボックス内に配置された位置決め機構上にス
ペーサ組立ジグを取付け、そして様々な状態に配置しか
つ移動させながら多数のスポット溶接部３３、３７、４
２およびシーム溶接部４０（第２および３図）を形成す
ることにより、構造的に剛性のスペーサ部品集合体２４
が製造される。なお、これらの溶接作業は全て連続的に
実施される。かかる溶接目的のためには、１５００ワッ
トのピーク出力を有するコヒーレント・ゼネラル・モデ
ルＳ−５１(Coherent General Model S-51)炭酸ガスレ
ーザのごとき適当なレーザ溶接機によって発生されるレ
ーザビームが使用される。

溶接ステーション９６の動作は、プログラム可能な論理
制御器１０８と協力して動作する計算機数値制御器（Ｃ
ＮＣ）によって制御される。制御器１０８は、コンピュ
ータ６８からのポーリングに応じてステーションの状態
および様々な溶接作業パラメータをそれに報告する。レ
ーザ溶接作業中におけるスペーサ組立ジグの位置決めは
制御器１０８によって制御される。各回の溶接作業の完
了後、コヒーレント・ゼネラル・モデルＳ−８１５(Coh
erent General Model S-815)Ｎｄ：ＹＡＧレーザのごと
き独立のレーザがコンピュータ６８によって割当てられ
た固有の（英数字による）通し番号を周辺支持バンド３
６の表面上に刻印する。コンピュータ６８は、各スペー
サの通し番号をそれの組立に際して使用された特定のス
ペーサ組立ジグ９８のバーコードと対応させる。

完成したスペーサ２４は、ジグから取外された後、コン
ベヤに載せられてバフ磨きステーション１１０に送られ
る。そこにおいては、専用の工具を具備しかつ適宜にプ
ログラムされたロボットがコンベヤから各スペーサを取
上げ、該スペーサの４つの側面をバフ車に接触させ、そ
してバフ磨き済みのスペーサを出口側のコンベヤ上に載
せる。かかる作業は、工具きずを取除いてスペーサの外
面に美麗な外観を付与するためのものである。バフ磨き
ステーション１１０の動作は制御器１１２によって制御
されると共に、制御器１１２はコンピュータ６８に接続
されていて、ポーリングに応じてステーションの状態、
製品数などをそれに報告する。かかるスペーサ製造プロ
セスの終了に際し、各スペーサはステーション１１４に
おいて最後の品質保証検査を受ける。ここにおいては、
スペーサの外観、溶接部の完全性、部品の配置ミス、部
品の欠落などに関する目視検査が行われる。スペーサの
欠陥が発見されれば、品質保証技術者が操作員インタフ
ェース端末装置１１６を通して欠陥スペーサの通し番号
をコンピュータ６８に入力する。その結果、欠陥スペー
サに関して製造プロセスを逆にたどることによって得ら
れるデータ、すなわち、それの組立に際して使用された
特定のジグ、フェルールを切り出した管材ロット、並び
にばね、バンドおよびストラップのロットがディスプレ
イ上に表示されるか、あるいはプリンタによって印字さ
れる。

次の第７図は、操作員インタフェース端末装置１１６の
ＣＲＴスクリーン１１８上に常時見られる製造プロセス
の概略表示を示している。この表示は、生産ラインに沿
った各種の作業ステーションを略示している。各々の作
業ステーションは、それらの現在の状態を表わす色で表
示される。たとえば、緑色で表示されたステーションは
正常動作状態にあることを示している一方、赤色で表示
されたステーションは制御器またはコンピュータによっ
て停止させられた状態にあることを示している。また、
ステーションが様々な状態にあること（たとえば、該ス
テーションが監視中であること、あるいは該ステーショ
ンが停止寸前であること）を表わすためにその他の色を
使用することもできる。このような概略表示は、たとえ
ば２秒間隔でポーリングを受ける度に更新される。

端末装置１１６には、制御および報告目的のために使用
される複数の機能ボタン１２０が設けられている。第１
のボタンを押せば、特定のステーションの状態または進
行中の製造プロセスの状態（たとえば、製造中のスペー
サの種類、使用中の管材、ばねなどのロット）を選択す
るためのメニューが表示される。第２のボタンを押せ
ば、特定のステーションまたは全てのステーションを始
動させるための選択メニューが表示される。特定のステ
ーションの始動が選択された場合でも、コンピュータが
それを始動すべきでないと判断すれば、その旨が表示さ
れる。その際には、たとえば、該ステーションは動作不
能である、該ステーションは再較正または工具交換を必
要とする、次のステーションのホッパが一杯である、な
どのような説明が同時に表示される。

第３のボタンを押せば、特定のステーションまたは全て
のステーションを停止させるための選択メニューが表示
される。第４のボタンを押せば、いずれかのバーコード
読取器が読み違いを生じた場合に操作員がバスケットま
たはジグの識別番号を入力することができる。第５のボ
タンは、各種のステーションを別種のスペーサの製造に
切換えるために必要な各種の操作（たとえば、工具交換
や再較正）を制御するために使用される。各々の操作が
完了すれば、その旨がコンピュータに報告される。コン
ピュータは、全ての切換え操作の完了が報告されるまで
はステーションの始動を禁止する。

第６のボタンを押せば、スペーサの製造に際して使用さ
れる部品の新しいロット番号を入力することができる。
このボタンはまた、現在使用中の部品ロット番号および
各ロット中に残留する部品の数を呼び出すためにも使用
される。第７のボタンを押せば、ステーション９０およ
び１１４において得られた品質保証検査結果を入力する
ことができる。目視検査によってフェルールおよびスペ
ーサ完成品が合格となった場合には、その結果をバスケ
ットまたはスペーサの識別番号と共に入力することがで
きる。不合格となった場合には、別の入力方法が使用さ
れる。すなわち、様々な不合格理由を含むメニューが表
示されるから、その内の該当する項目を入力すればよ
い。不合格となったフェルールを入れたバスケットの識
別番号または不合格となったスペーサの通し番号もま
た、この時点で入力される。第８のボタンを押せば、い
ずれかのステーションにおける警報状態に操作員が気付
いたことをコンピュータに知らせることができる。

このようにして、上記のごとき目的（以上の説明から明
らかとなる目的を含む）が効果的に達成されることが理
解されよう。また、本発明の範囲から逸脱することな
く、本明細書中に記載された実施の態様に様々な変更を
加えることもできる。それ故、上記の説明中に述べられ
た全ての事項は例示的なものと解すべきであって、本発
明の範囲を制限するものと解すべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料バンドルの部分切欠き立面図、第２図は第
１図の料料バンドルにおいて使用される燃料棒スペーサ
の平面図、第３図は第２図のスペーサの部分断面側面
図、第４図は第２および３図のスペーサにおいて使用さ
れる燃料棒位置決め用フェルールの部分切欠き立面図、
第５図は第２および３図のスペーサの組立に際して使用
されるフェルール対−係留ばねサブアセンブリの水平断
面図、第６図は本発明の燃料バンドル用スペーサ製造方
法において実施される各種の工程を示す概略ブロック
図、そして第７図は第６図の製造方法のコンピュータに
よる概略表示を示す図である。 図中、２０は燃料バンドル、２１は燃料棒、２４は燃料
棒スペーサ、３２はフェルール、３３および３５はスポ
ット溶接部、３６は周辺支持バンド、３７および３８は
スポット溶接部、４０はシーム溶接部、４１はストラッ
プ、４２はスポット溶接部、４４はばね、４６はばね、
４８は突起、５０はＣ字形の開口、５１は中心穴、５２
はタブ、５３はノッチ、５４はスリット、５５は基準ノ
ッチ、６０は管、６２は切断ステーション、６４は長さ
検査手段、６６は制御器、６８はプロセスコンピュー
タ、７０は開口切削ステーション、７２は制御器、７４
は内面研摩ステーション、７６は制御器、７８は成形ス
テーション、８０は制御器、８２は突起高さ検査ステー
ション、８４は制御器、８６はバスケット、８８は清浄
処理ステーション、９０はフェルール品質保証検査ステ
ーション、９２は制御器、９３および９４はバーコード
読取器、９６は組立ステーション、９７はバーコード読
取器、９８はスペーサ組立ジグ、１００は制御器、１０
２および１０４はバーコード読取器、１０６は溶接ステ
ーション、１０８は制御器、１１０はバフ磨きステーシ
ョン、１１２は制御器、１１４はスペーサ品質保証検査
ステーション、１１６は操作員インタフェース端末装
置、１１８はＣＲＴスクリーン、そして１２０は機能ボ
タンを表わす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック・カール・ショエニグ，ジュ ニア アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウィルミントン、エコー・ファームズ・ブ ルーバード、3848番 (56)参考文献 特開 昭61−193096（ＪＰ，Ａ)

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(A)細長い管材を切断して短い管状フェル
   ールを得、(B)各フェルールの長さを検査して不適格な
   長さを持ったフェルールを廃棄し、(C)各フェルールの
   側壁に所定形状の開口を切削し、(D)各フェルールの側
   壁を成形してそれに所定の表面構造を付与し、(E)各フ
   ェルールの各表面構造の決定寸法を検査して不適格な決
   定寸法を持ったフェルールを廃棄し、(F)一連のフェル
   ールを係留ばねにより２個ずつ連結してサブアセンブリ
   を形成し、(G)スペーサ組立ジグ中に一連のサブアセン
   ブリを装着し、(H)前記スペーサ組立ジグ中に周辺支持
   バンドを装着し、(I)所定の相互接触部位において前記
   フェルール同士および前記フェルールと前記周辺支持バ
   ンドとを接合することによって構造的に剛性のスペーサ
   完成品を形成し、かつまた(J)前記工程(A)〜(G)および
   (I)の実施を独立状態で自動的に制御監視すると共に、
   状態および生産データを共通の製造プロセスコンピュー
   タに報告するために役立つ互いに独立した制御器を装備
   する諸工程から成ることを特徴とする、自動化された流
   れ作業方式に従って燃料バンドル用スペーサを製造する
   ための方法。
2. 【請求項２】前記開口切削工程(C)と前記成形工程(D)と
   の間において各フェルールの内面を研摩する工程が追加
   包含される請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】前記決定寸法検査工程(E)と前記連結工程
   (F)との間において各フェルールに清浄処理を施す工程
   が追加包含される請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】各々のスペーサ完成品の外面にバフ磨きを
   施す工程が追加包含される請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】前記開口切削工程(C)が切削用レーザビー
   ムによって実施される請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】前記接合工程(I)が溶接用レーザビームに
   よって実施される請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】前記開口切削工程(C)が各フェルールの一
   端に基準ノッチを形成することを含んでいて、前記基準
   ノッチを前記成形工程(D)、前記決定寸法検査工程(E)お
   よび前記連結工程(F)において利用することによって各
   フェルールの所要の配置状態が達成される請求項１記載
   の方法。
8. 【請求項８】前記コンピュータによって割当てられた固
   有の通し番号を各々のスペーサ完成品上に自動的に刻印
   する工程が追加包含される請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】前記接合工程(I)が溶接用レーザビームに
   よって実施され、かつ前記刻印工程が画線用レーザビー
   ムによって実施されると共に、前記接合工程(I)および
   前記刻印工程がいずれも不活性ガス雰囲気中において実
   施される請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】前記装着工程(G)および(H)において使用
    される各々のスペーサ組立ジグを一意的に識別する符号
    化されたジグラベルを前記コンピュータ中に読込む工程
    が追加包含される結果として、前記コンピュータは各々
    のスペーサ完成品の通し番号とそれの組立に際して使用
    された特定のジグとを対応させることができる請求項８
    記載の方法。
11. 【請求項１１】各スペーサの製造に際して使用される管
    材、ばねおよびバンドのロットを一意的に識別するデー
    タを前記コンピュータ中に入力する工程が追加包含され
    る結果として、前記コンピュータは各々のスペーサ完成
    品についてそれの組立に使用された部品の起源をたどる
    ことができる請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】各種の制御器に対して状態および生産デ
    ータを送信するよう定期的かつ反復的にポーリングを行
    い、様々な製造工程の総合的な流れ作業制御を行い、い
    ずれかの製造工程に関して作業状態の変動があればそれ
    を認識し、かついずれかの製造工程に関して必要ならば
    警告および警報を発するように前記コンピュータをプロ
    グラムする工程が追加包含される請求項１１記載の方
    法。
13. 【請求項１３】前記決定寸法検査工程(E)において合格
    したフェルールをバスケット内に蓄積して清浄処理ステ
    ーションを通過させると共に、前記清浄処理ステーショ
    ンへの進入およびそこからの退出に際して各バスケット
    を一意的に識別する符号化されたバスケットラベルを前
    記コンピュータ中に読込むことによって前記コンピュー
    タ中にバスケット追跡記録を得る工程が追加包含される
    請求項１１記載の方法。
14. 【請求項１４】前記清浄処理ステーションを出た各バス
    ケット内のフェルールに関して目視による品質保証検査
    を行い、そしてこの品質保証検査の結果をバスケットラ
    ベルから読取った識別データと共に前記コンピュータに
    入力する工程が追加包含される請求項１３記載の方法。
15. 【請求項１５】各々のスペーサ完成品に関して目視によ
    る品質保証検査を行い、そしてこの品質保証検査の結果
    を該スペーサ完成品の通し番号と共に前記コンピュータ
    に入力する工程が追加包含される請求項１４記載の方
    法。
16. 【請求項１６】前記開口切削工程(C)が切削用レーザビ
    ームによって実施され、前記接合工程(I)が不活性ガス
    雰囲気中において溶接用レーザビームにより実施され、
    かつ前記刻印工程が画線用レーザビームによって実施さ
    れる請求項１５記載の方法。
17. 【請求項１７】前記開口切削工程(C)が各フェルールの
    一端に基準ノッチを形成することを含んでいて、前記基
    準ノッチを前記成形工程(D)、前記決定寸法検査工程(E)
    および前記連結工程(F)において利用することによって
    各フェルールの所要の配置状態が達成される請求項１６
    記載の方法。
18. 【請求項１８】各種の制御器に対して状態および生産デ
    ータを送信するよう定期的かつ反復的にポーリングを行
    い、様々な製造工程の総合的な流れ作業制御を行い、い
    ずれかの製造工程に関して作業状態の変動があればそれ
    を認識し、かついずれかの製造工程に関して必要ならば
    警告および警報を発するように前記コンピュータをプロ
    グラムする工程が追加包含される請求項１７記載の方
    法。
19. 【請求項１９】前記開口切削工程(C)と前記成形工程(D)
    との間において各フェルールの内面を研摩する工程が追
    加包含される請求項１８記載の方法。
20. 【請求項２０】各々のスペーサ完成品の外面にバフ磨き
    を施す工程が追加包含される請求項１９記載の方法。