JPH0719805A - 棒の端面の直角度を測定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 棒を回転させる必要なしに長手方向の中心軸
に対する棒の端面の直角度を測定するための方法および
装置を提供する。 【構成】 棒１０の中心軸に対して実質的に垂直に取付
けられた平らな板２６を含んでいる。 【効果】 本発明の方法に従えば、この板２６を棒１０
の端面に接触させて配置し、そして棒１０の端面に接触
した板の傾斜角を測定することにより、棒１０の端面の
直角度が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は測定装置に関するものであって、
更に詳しく言えば、原子炉の炉心において使用すべき燃
料棒のごとき棒の端面の直角度を測定するための装置に
関する。

【０００２】

【発明の背景】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のごとき原子
炉においては、複数の細長い燃料棒を横方向に沿って互
いに離隔した状態で配置することによって燃料バンドル
が形成される。通例、かかる燃料棒は柱状に堆積された
核燃料ペレットを内部に収容した円筒形の管から成って
いる。各々の管の末端には中実の円柱状端栓（または末
端キャップ）が（たとえば溶接により）固定状態で接合
され、それによって密閉部材が形成されている。

【０００３】通例、複数の燃料棒は正方形の配列状態
（たとえば、８×８の正方形配列状態）を成して配置さ
れている。この場合、個々の燃料棒はそれらの両端に配
置された上部タイプレートおよび下部タイプレートによ
って互いに離隔した状態に保持されており、また両タイ
プレート間には複数のスペーサグリッドが縦方向に沿っ
て互いに離隔しながら配置されている。これらのタイプ
レートおよびスペーサグリッドは、それぞれの燃料棒を
受入れて隣接する燃料棒間の横方向間隔を維持するため
に役立つ個々のセルを有している。

【０００４】各々の燃料棒を製造するためには、管材を
適当な長さに切断することによって２つの端面が形成さ
れる。次いで、常法に従って各々の管に核燃料ペレット
が装填される。次に、管と同じ外径を有する末端キャッ
プが管のそれぞれの端部に装着され、そして溶接され
る。かかる末端キャップを管そのものと正しく整列させ
るためには、管および末端キャップの合せ面のいずれも
が実質的に「直角」でなければならない。すなわち、そ
れぞれの合せ面が管の長手方向の中心軸に対して実質的
に垂直に配置されていなければならないのである。もし
末端キャップが管の端面に対して直角に取付けられてお
らず、従ってそれの延長線上に存在していなければ、末
端キャップは管の中心軸に対して傾斜している。その結
果、末端キャップの一部は管そのものの外径から半径方
向に沿って外方に突出することになる。こうして生じた
末端キャップと管そのものとの不整列状態は、完成した
燃料棒を燃料バンドルとして組立てる際の精度に影響を
及ぼす。末端キャップの不整列状態が甚だしければ、燃
料バンドルの適正な組立てが妨げられることにもなる。

【０００５】それ故、製造プロセス中においては、各々
の管の端面の直角度を測定することにより、それの直角
度が許容差の範囲内にあるかどうかを判定するのが通例
である。もしそうでなければ、所要の直角度許容差を満
足するように管の端面を再び機械加工しなければならな
い。管の端面の直角度に関する通常の指標の１つは、全
ゲージ振れ（ＴＩＲ）と呼ばれるものである。このＴＩ
Ｒを求めるためには、通常のダイヤルゲージが管の端面
に隣接して設置される。その場合、ダイヤルゲージの触
針は管の端面に接触しながら管の中心軸とほぼ平行にな
るように配置される。次いで、通常のジグを用いて管を
それの中心軸の回りに回転させながらダイヤルゲージを
読むことにより、最小点と最大点との間における管の端
面の軸方向位置の最大差が測定される。この差がＴＩＲ
の読みである。

【０００６】各々の燃料棒は約４ｍの長さおよび約１２
ｍｍの外径を有するから、燃料棒用の管全体をそれの中
心軸の回りに回転させる際には、管そのものの損傷やそ
れの外面上における不要のかき傷を防止するために特殊
な設備が必要となる。更にまた、管を回転させる際にダ
イヤルゲージの触針は必然的に管の端面を摩擦する。こ
れは触針の摩耗をもたらすと共に、管の端面を傷つける
可能性もある。

【０００７】

【発明の概要】本発明に従えば、棒を回転させる必要な
しに長手方向の中心軸に対する棒の端面の直角度を測定
するための方法および装置が提供される。本発明の装置
は、棒の中心軸に対して実質的に垂直に取付けられた平
らな板を含んでいる。本発明の方法に従えば、この板を
棒の端面に接触させて配置し、そして棒の端面に接触し
た板の傾斜角を測定することにより、棒の端面の直角度
が求められる。

【０００８】以下の詳細な説明においては、本発明の好
適な実施の態様並びに追加の目的および利点が添付の図
面に関連して一層詳しく記載される。

【０００９】

【好適な実施の態様の説明】先ず図１を見ると、通例は
円筒形の管から成りかつ長手方向の中心軸１２および１
対の環状端面１４を有する細長い燃料棒１０が略示され
ている。かかる燃料棒１０は、たとえば、端面１４の間
において測定して約４ｍの長さＬおよび約１２ｍｍの外
径Ｄ_o を有している。通常のごとく、燃料棒１０は垂直
方向に沿って互いに堆積されて燃料棒１０を実質的に満
たす複数の円柱状核燃料ペレット（図示せず）を含んで
いる。それぞれの端面１４には、通常のごとき１対の端
栓または末端キャップ１６が（たとえば、通常の溶接に
より）固定状態で接合されている。各々の末端キャップ
１６は、燃料棒１０と同じ外径を有する中実の円柱状部
材である。燃料棒１０に接合された場合、各々の末端キ
ャップ１６は燃料棒１０の延長線上に配置され、そして
中心軸１２に対して望ましくない傾斜を生じることなし
に燃料棒１０および末端キャップ１６の全長にわたって
共通の円柱状外面を形成していることが好ましい。

【００１０】末端キャップ１６は、常法に従い、好まし
くはそれの中心軸に対して実質的に垂直に配置された直
角の環状合せ面１６ａを有するように機械加工されてい
る。次の図２には、直角の端面１４ｓ（すなわち、任意
適宜の方法によって測定した場合に中心軸１２に対して
実質的に９０°の角を成して配置された端面１４ｓ）を
有する第１の燃料棒１０ｓが示されている。このような
場合には、末端キャップ１６が中心軸１２に関して同軸
状態になるようにして直角の端面１４ｓに接合されれ
ば、末端キャップ１６は中心軸１２に対して傾斜しな
い。その結果、図２に示されるごとく、燃料棒１０の外
面および（鎖線で示された）末端キャップ１６の外面は
互いに整列し、かつ中心軸１２に対して平行になる。

【００１１】通例、各々の燃料棒１０は長尺の管材から
所定の寸法に切断もしくは機械加工される。それ故、端
面の直角度を測定することにより、それが製造上の許容
差の範囲内にあるかどうかを判定するのが通例である。
次の図３には、測定すべき燃料棒の一例として第２の燃
料棒１０ｍが示されている。この場合の燃料棒１０ｍ
は、中心軸１２に対して直角でない端面１４ｍを有して
いる。すなわち、垂線に対する傾斜角Ｔによって表わさ
れるごとく、端面１４ｍは中心軸１２に対して傾斜して
いる。なお、図示の都合上、図３中における傾斜角Ｔは
著しく誇張されている。図３に示された端面１４の直角
度を常法に従って測定するため、従来のダイヤルゲージ
１８が端面１４ｍに隣接して支持され、そしてそれの触
針２０が端面１４ｍに接触して配置されている。矢印２
２によって表わされるごとく、常法に従って燃料棒１０
ｍを中心軸１２の回りに回転させると、傾斜した端面１
４ｍの回転に応じて触針２０はダイヤルゲージ１８に対
して伸縮する。ダイヤルゲージ１８によって測定される
最大直線変位と最小直線変位との差が符号Ｒによって表
わされる全ゲージ振れ（ＴＩＲ）を意味する。従って、
全ゲージ振れＲは傾斜角Ｔに正比例する。本発明に従え
ば、傾斜角Ｔそのものを使用することにより、燃料棒１
０ｍ自体を回転させることなしに端面１４ｍの直角度が
測定される。

【００１２】更に詳しく述べれば、直角の端面１４ｓを
表わす第１の平面および被測定端面１４ｍを表わす第２
の平面を内部に配置した三次元デカルト座標系Ｘ−Ｙ−
Ｚが略示されている。平面は少なくとも３つの点によっ
て表わされるから、端面１４ｓおよび１４ｍを表わす２
つの平面は円周方向に沿って互いに離隔した３つの点、
Ｐ₁ ^s 、Ｐ₂ ^s 、Ｐ₃ ^s およびＰ₁ ^m 、Ｐ₂ ^m 、Ｐ₃ ^m
をそれぞれ含んでいる。これらの点を表わす符号におい
て、上付き文字はそれぞれの平面を表わし、また下付き
文字はそれぞれの点を表わす。Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系内にお
けるこれらの点の各々は、下付き文字１、２または３並
びに上付き文字ｓまたはｍを有する３つの値（ｘ，ｙ，
ｚ）によって表わされる。２つの平面が空間内において
成す角は、（図３に示された傾斜角Ｔと同等な）夾角Ｔ
の余弦を直角の端面１４ｓの平面および被測定端面１４
ｍの平面内における３つの点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の座標の
関数として表現する公知の三角方程式によって表わされ
る。本発明に従えば、傾斜角Ｔに基づいて端面１４の直
角度を測定するための改良された方法および装置の基礎
を設定するため、０°の傾斜角Ｔが中心軸１２に対して
垂直な端面１４（すなわち、中心軸１２に対して直角の
端面１４）を表わし、また０°でない傾斜角Ｔが直角で
ない端面１４を表わすように上記の三角方程式が修正さ
れる。

【００１３】端面１４ｓおよび１４ｍを表わす２つの平
面を図４のごとくに表記した場合、（図３の傾斜角Ｔに
対応する）両平面間の角Ｔは下記の式によって表わされ
る。

【００１４】

【数１】

【００１５】 式中、 Ａs ＝（ｙ₂ ^s −ｙ₁ ^s ）（ｚ₃ ^s −ｚ₁ ^s ）
−（ｙ₃ ^s −ｙ₁ ^s ）（ｚ₂ ^s −ｚ₁ ^s ） Ｂs ＝（ｘ₃ ^s −ｘ₁ ^s ）（ｚ₂ ^s −ｚ₁ ^s ）−（ｘ₂
^s −ｘ₁ ^s ）（ｚ₃ ^s −ｚ₁ ^s ） Ｃs ＝（ｘ₂ ^s −ｘ₁ ^s ）（ｙ₃ ^s −ｙ₁ ^s ）−（ｘ₃
^s −ｘ₁ ^s ）（ｙ₂ ^s −ｙ₁ ^s ） Ａ_m ＝（ｙ₂ ^m −ｙ₁ ^m ）（ｚ₃ ^m −ｚ₁ ^m ）−（ｙ₃
^m −ｙ₁ ^m ）（ｚ₂ ^m −ｚ₁ ^m ） Ｂ_m ＝（ｘ₃ ^m −ｘ₁ ^m ）（ｚ₂ ^m −ｚ₁ ^m ）−（ｘ₂
^m −ｘ₁ ^m ）（ｚ₃ ^m −ｚ₁ ^m ） Ｃ_m ＝（ｘ₂ ^m −ｘ₁ ^m ）（ｙ₃ ^m −ｙ₁ ^m ）−（ｘ₃
^m −ｘ₁ ^m ）（ｙ₂ ^m −ｙ₁ ^m ） 上記式中、ｘ、ｙおよびｚは直角の端面１４ｓまたは被
測定端面１４ｍの平面を規定する３つの点の測定値を表
わす。この場合、直角の端面１４ｓの平面を規定する３
つの点の測定値に関しては、上付き文字「ｓ」は単に識
別記号として使用されたものであって指数ではないが、
上付き文字は「２」は指数であり、また下付き文字はそ
れぞれの点を識別するためのものである。同様に、被測
定端面１４ｍの平面を規定する３つの点の測定値に関し
ては、上付き文字「ｍ」は単に識別記号として使用され
たものであって指数ではなく、また下付き文字はそれぞ
れの点を識別するためのものである。

【００１６】式(1) を使用すれば、燃料棒１０の中心軸
１２に対して垂直な基準平面（すなわち、直角の端面１
４ｓの平面）と被測定端面１４ｍ平面との間の傾斜角Ｔ
を測定することができる。本発明の好適な実施の態様に
従えば、図２に示されるごとくに直角の端面１４ｓを有
する第１の燃料棒１０ｓを使用することによって基準平
面が設定される。その結果、被測定端面１４ｍを規定す
る３つの点の座標位置を測定しさえすれば、傾斜角Ｔに
よって表わされるような基準平面からのずれを一層容易
かつ正確に測定することができる。この場合、式(1) は
より簡単な形に書き直すことができる。

【００１７】更に詳しく述べれば、３つの所定の点にお
いてそれぞれの端面１４を測定すると共に、直角の端面
１４ｓに関する３つの点のｚ座標を０に較正することに
より、式(1) を下記の形に書き直すことができる。

【００１８】

【数２】

【００１９】 式中、 Ａ＝（ｘ₂ −ｘ₁ ）（ｙ₃ −ｙ₁ ）−（ｘ₃ −
ｘ₁ ）（ｙ₂ −ｙ₁ ） Ｂ＝（ｙ₂ −ｙ₁ ）（ｚ₃ ^m −ｚ₁ ^m ）−（ｙ₃ −
ｙ₁ ）（ｚ₂ ^m −ｚ₁ ^m ） Ｃ＝（ｘ₃ −ｘ₁ ）（ｚ₂ ^m −ｚ₁ ^m ）−（ｘ₂ −
ｘ₁ ）（ｚ₃ ^m −ｚ₁ ^m ） 式(2) 中において、それぞれの座標ｘおよびｙに識別用
の上付き文字ｓまたはｍが付いていないのは、下記のご
とき３個のｚ変位センサの位置によって表わさかつただ
１度しか測定する必要のない一定の値を有するからであ
る。また、これら３個のセンサは各々の端面１４の測定
に先立って０に較正されることが好ましいから、直角の
端面１４ｓの平面に関するｚ座標ｚ₁ 、ｚ₂ およびｚ₃
の各々は０であり、従って式(2) 中にはもはや不要とな
る。それ故、式(2) においては、被測定端面１４ｍ上の
３つの点の座標としてｚ₁ ^m 、ｚ₂ ^m およびｚ₃ ^m を測
定することのみが必要となる。換言すれば、式(2) は直
角の基準端面１４ｓに対する被測定端面１４ｍの傾斜角
Ｔの余弦を表わすものである。被測定端面１４ｍそのも
のが直角であれば傾斜角Ｔは０°になるが、これは被測
定端面１４ｍが直角の基準端面１４ｓに平行であること
を表わしている。所定の直角の端面１４ｓを基準として
被測定端面１４ｍを測定すれば、測定装置の製造時にお
ける整列度の誤差が端面の直角度の測定精度に影響を及
ぼすことはないのである。

【００２０】更に詳しく述べれば、式(2) によって表わ
されるような上記の着想を利用することにより、図５に
実施の一態様として略示されるような測定装置２４を構
成することができる。かかる測定装置２４は、図１に示
されたような燃料棒１０の端面１４の直角度を測定する
ためのものである。かかる測定装置２４は、平らな板２
６と、端面１４に隣接しながら燃料棒１０の中心軸１２
に対して実質的に垂直になるように板２６を弾性的に取
付けるための取付手段とを含んでいる。また、板２６を
並進させて端面１４に接触させ、それによって板２６を
端面１４の向きに合わせて配置するための並進手段も設
けられている。更にまた、端面１４に接触している板２
６の傾斜角Ｔを中心軸１２に対して測定し、それによっ
て板２６の傾斜状態で表わされる端面１４の直角度を決
定するための測定手段も設けられている。

【００２１】図５に示されるごとく、測定装置２４の取
付手段は互いに反対側に位置する第１の端部２８ａおよ
び第２の端部２８ｂを有する細長い台枠２８を含んでい
て、１本の燃料棒１０を実質的に水平に支持するための
好ましくは静止した棒支持台３０が台枠２８の第１の端
部２８ａに隣接して固定状態で連結されている。取付手
段はまた、好ましくは台枠２８に沿って運動可能もしく
は並進可能でありかつ好ましくは台枠２８の第２の端部
２８ｂに隣接して滑動可能に連結された板支持台３２を
も含んでいる。この場合、板２６は燃料棒１０の中心軸
１２に対して実質的に垂直になるようにして板支持台３
２に取付けられている。本発明に従えば、板２６は燃料
棒１０の中心軸１２に対して実質的に平行に並進させる
ことによって端面１４に接触させられる。そのために
は、棒支持台３０を板２６に向かって移動させてもよい
し、あるいは板２６を取付けた板支持台３２を端面１４
に向かって移動させてもよい。なお、図５に示された好
適な実施の態様においては、棒支持台３０は台枠２８に
固定状態で連結されている。他方、並進手段は板支持台
３２の底面を台枠２８の上面に連結する１個以上の通常
の滑り機構３４を含んでいる。かかる滑り機構３４は、
板支持台３２ひいては板２６を端面１４に向かって並進
させ、それによって板２６を端面１４に接触させるため
に役立つ。

【００２２】次の図６には、棒支持台３０の一具体例が
一層詳しく示されている。かかる棒支持台３０は単純な
Ｖ字形の細長い溝３６を上部に有していて、その中に燃
料棒１０を簡単に支持することができる。燃料棒１０自
体の重量がもたらす摩擦によって溝３６内における燃料
棒１０の縦方向滑動が防止され、またＶ字形の溝形状に
よってそれの横方向運動が防止される。所望ならば、一
方のへりに丁番を付けた細長い板から成る適当なクラン
プ３８を棒支持台３０の上面に取付けることができる。
かかるクランプ３８を開くことによって燃料棒１０の挿
入および取出しを行うことができると共に、それを閉じ
ることにより溝３６内の燃料棒１０を圧迫してそれの運
動を防止することができる。

【００２３】次の図７は、板支持台３２に取付けられた
板２６の端面図である。板支持台３２は、常法に従い、
１対の滑り機構３４によって台枠２８の上面に取付けら
れている。各々の滑り機構３４は、板支持台３２の底面
に固定状態で取付けられた概してＴ字形のレールを、台
枠２８の上面と一体を成して形成された相補的なＴ字形
の溝に嵌合したものから成っている。その結果、滑り機
構３４に沿って板支持台３２を手動的または自動的に並
進させ、それによって板２６を端面１４に接触させるこ
とができる。

【００２４】図７および８に一層詳しく示されるごと
く、並進手段は近位端４０ａにおいて板支持台３２の側
面に固定状態で取付けられた３個の保持ボルト４０を含
んでいる。なお、かかるボルト４０は遠位端に拡大され
た（好ましくは球状の）頭部４０ｂを有していることが
好ましい。それぞれのボルト４０を取巻くようにして３
個の圧縮ばね４２が設けられている。板２６は互いに反
対側に位置する前面２６ｆおよび背面２６ｂを有すると
共に、図７に一層詳しく示されるごとく円形の中心部２
６ｃを前面２６ｆ上に有している。かかる中心部２６ｃ
は、図８に一層詳しく示されるごとく、端面１４ｓに接
触するために役立つ。

【００２５】板２６はまた、中心部２６ｃを取巻きなが
ら円周方向に沿って互いに離隔した３個の貫通穴４４を
も有している。かかる貫通穴４４を通して３個のボルト
４０がそれぞれ配置されていると共に板支持台３２と板
２６の背面２６ｂとの間にそれぞれのばね４２が圧縮状
態で配置され、それによって板２６が縦方向にそって板
支持台３２から離隔した状態に保持されている。ボルト
４０の頭部４０ｂが板２６の前面２６ｆに接触すること
により、板２６がボルト４０から外れることは防止され
る。その結果、板２６を並進させて静止した端面１４に
接触させた場合、板２６はボルト４０上において並進し
てばね４２を更に圧縮することができる。

【００２６】図８に示されるごとく、燃料棒１０の中心
軸１２に対して実質的に垂直に板２６を取付けるため、
３個のボルト４０は相等しい長さを有することが好まし
い。板２６の貫通穴４４により、板２６はボルト４０に
沿いながら板支持台３２に向かって並進することができ
る。その際、板２６はそれぞれのボルト４０上において
相異なる距離だけ移動し得るから、端面１４が燃料棒１
０の中心軸１２に対する垂線から傾斜していれば、板２
６もその傾斜に順応して傾斜することができる。すなわ
ち、図８中に実線で示されるごとく、板２６は燃料棒１
０の中心軸１２に対して垂直に配置することもできる
し、また鎖線で示されるごとく、板２６は直角でない端
面１４（たとえば、被測定端面１４ｍ）の傾斜角Ｔに合
わせて傾斜角Ｔだけ傾斜させることもできる。このよう
にすれば、板２６そのものを利用して端面１４の傾斜角
Ｔを測定することができる。すなわち、板２６を端面１
４に接触させ、そして（板２６が端面１４に接触してい
る間に）燃料棒１０の中心軸１２に対する板２６の傾斜
角Ｔを測定することにより、端面１４の直角度が求めら
れるのである。板２６はボルト４０およびばね４２によ
り板支持台３２に対して弾性的に取付けられているか
ら、それは空間内において所定の範囲にわたり自由に傾
斜することができる。その結果、板支持台３２を端面１
４に向かって並進させた場合、端面１４の傾斜状態に順
応して板２６が傾斜角Ｔだけ傾斜するのに伴って板２６
はばね４２を更に圧縮する。このようにすれば、端面１
４は先行技術の場合のように回転させずに静止させたま
までよく、そして傾斜し得る板２６から端面１４の傾斜
角Ｔの示度を得ることができるのである。

【００２７】板２６は１つの平面を表わすから、円周方
向に沿って互いに離隔した３つの位置における板２６の
直線変位を測定することにより、燃料棒１０の中心軸１
２への垂線に対する板２６の傾斜角Ｔを求めることがで
きる。そして、このような板２６の傾斜角Ｔが端面１４
の傾斜角Ｔの測定値を与えるのである。それ故、測定手
段は図５、７および８に示されるごとくに３個の通常の
直線変位センサ４６を含むことが好ましい。各々のセン
サ４６は、図８に示されるごとく、（たとえば、板２６
に隣接しながら板支持台３２の側面を貫通して配置され
ることにより）板支持台３２に固定状態で取付けられた
本体４６ｂを有している。各々のセンサ４６はまた、細
長い棒から成る伸縮可能なプローブ４６ｐをも有してい
る。かかるプローブ４６ｐは板２６の背面２６ｂに接触
して配置され、そして板支持台３２に対する板２６上の
対応点の直線変位を測定するために役立つ。各々のセン
サ４６は、公知のごとくにして本体４６ｂに対するプロ
ーブ４６ｐの先端の直線位置を測定するものである。な
お、センサ４６はレン・マシーニング・ツールズ・カン
パニー(Wren Machining Tools Company)から「ソニーゲ
ージ(Sonygage)」の商品名で販売されているような通常
の直線可変差動変圧器から成り得る。図７に示されるご
とくセンサ４６およびそれぞれのプローブ４６ｐは板２
６の中心部２６ｃを取巻きながら円周方向に沿って互い
に離隔して配置されていることが好ましい。この場合、
センサ４６およびそれぞれのプローブ４６ｐは板２６の
外周に近接して配置されていることが好ましい。そうす
れば、センサ４６の測定値の差は中心軸１２からの距離
によって増幅されるから、板２６の傾斜状態はより明確
に表示され、ひいては板２６の中心部２６ｃに接触した
端面１４の直角度がより明確に表示される。

【００２８】図８に示されるごとく、センサ４６の本体
４６ｂは板支持台３２に対して固定状態で取付けられ、
そしてプローブ４６ｐはセンサ４６の本体４６ｂ内に配
置された通常のばね（図示せず）によって板２６の背面
２６ｂに押付けられている結果、板２６が直角でない端
面１４（たとえば、被測定端面１４ｍ）に接触して傾斜
した場合、複数のセンサ４６はプローブ４６ｐのそれぞ
れの変位を表わす電気信号を発生する。図７および８に
示されるごとく、板２６にはＸ−Ｙ−Ｚ座標系が重ね合
わされているが、これは図４に示されたＸ−Ｙ−Ｚ座標
系と同様なものである。Ｚ軸は板２６の中心部２６ｃの
中心から前面２６ｆに対して垂直かつ外向きに延びてお
り、そして好ましくは燃料棒１０の中心軸１２と平行に
配置されている。図７に示されるごとく、Ｙ軸は鉛直方
向に延びており、またＸ軸は水平方向に延びている。再
び図８について説明すれば、Ｚ軸に平行な方向における
３個のプローブ４６ｐのそれぞれの変位は板２６の傾斜
角Ｔを表わす。板２６が燃料棒１０の中心軸１２に対し
て正確に垂直となるようにして板支持台３２に正確に取
付けられていれば、Ｚ軸に平行な方向におけるセンサ４
６の初期の変位の読みを求めた場合、それらは式(1) 中
における上付き文字「ｓ」の付いたｚ₁ 、ｚ ₂ およびｚ
₃ の読みに一致する。次に、図８中に鎖線で示されるご
とくに板２６を被測定端面１４ｍに接触させながらセン
サ４６の変位の読みを求めれば、それらは式(1) 中にお
ける上付き文字「ｍ」の付いたｚ₁ 、ｚ₂ およびｚ₃ の
読みに一致する。次いで、式(1) を解けば傾斜角Ｔの余
弦が求められ、そしてそれの逆関数が実際の傾斜角Ｔと
なる。

【００２９】とは言え、式(1) を式(2) によって示され
るごとくに簡略化すると共に、端面１４の傾斜角Ｔの測
定精度を向上させるため、測定装置２４は次のようにし
て使用することが好ましい。先ず最初に、直角の端面を
有する基準棒（たとえば、実質的に０°の傾斜角Ｔを示
す直角の端面１４ｓを有する、図２に示されたような第
１の燃料棒１０ｓ）に対して板２６が接触させられる。
次いで、図８中に鎖線で示されたような直角の端面１４
ｓに板２６を接触させながら、３個のセンサ４６を用い
て３つの直線変位値ｚ₁ ^s 、ｚ₂ ^s およびｚ₃ ^s が測定
される。これら３つの初期値は直角の端面１４ｓを表わ
すものであり、従って基準値として使用することができ
る。

【００３０】ところで、図５に示されるごとく、各々の
センサ４６にはそれからの較正出力を適当な直線単位で
求めるためのディジタル型中央処理装置（ＣＰＵ）４８
が付随しているのが普通である。通例、かかるＣＰＵ４
８はゼロリセットボタンを有していて、それを押すこと
により、直角の端面１４ｓの測定時における３つの直線
変位の初期値をゼロに設定することができる。このよう
にすれば、棒支持台３０内に支持された燃料棒１０に対
する板２６の不整列状態が測定方法から排除されること
になる。次に、第１の燃料棒１０ｓが棒支持台３０から
取除かれ、そして測定すべき燃料棒１０（たとえば、図
３に示された第２の燃料棒１０ｍ）が棒支持台３０内に
配置される。次いで、板２６を第２の燃料棒１０ｍの端
面１４ｍに接触させた後、再びセンサ４６を用いてプロ
ーブ４６ｐの位置における板２６の３つのｚ変位が測定
される。その場合のｚ変位は、最初に測定された直角の
端面１４ｓに関するそれぞれのｚ変位との差を表わして
いる。このようにして、第１の燃料棒１０ｓの端面１４
ｓに対する第２の燃料棒１０ｍの端面１４ｍの相対位置
または傾斜状態を測定することにより、両者間の傾斜角
Ｔが求められる。

【００３１】図５に示された測定装置２４はまた、常法
に従って式(2) をプログラムし得る通常のプログラマブ
ルディジタル計算機５０をも含むことが好ましい。かか
る計算機５０は３個のセンサ４６に機能し得る状態で接
続されていて、プローブ４６ｐの位置において測定され
た板２６の３つのｚ変位をそれぞれ表わすｚ₁ 、ｚ₂お
よびｚ₃ 信号を３個のセンサ４６から受信する。この場
合、計算機５０は３つのｚ変位から得られる板２６の傾
斜角Ｔに基づいて端面１４ｍの直角度を計算するように
プログラムされている。

【００３２】図７には３個のセンサ４６の位置が示され
ている。これらのセンサ４６により、Ｚ軸に平行な方向
における板２６上の３つの点Ｐ₁ 、Ｐ₂ およびＰ₃ の変
位が測定される。３個のセンサ４６は空間内においてＸ
軸およびＹ軸に対して固定されているから、３つの点Ｐ
₁ 、Ｐ₂ およびＰ₃ のそれぞれに関連したｘおよびｙ座
標は定数であって、これらの定数は常法に従って図７に
示されたＸ軸およびＹ軸の交点（原点）に対して測定さ
れる。なお、これらのｘおよびｙ値は式(2) のＡ、Ｂお
よびＣパラメータ中に定数として含まれている。式(2)
中における残りの変数はｚ₁ ^m 、ｚ₂ ^m およびｚ₃ ^m で
あるが、これらはそれぞれのセンサ４６から計算機５０
に直接に提供される。それ故、計算機５０は式(2) によ
って表わされる傾斜角Ｔの余弦の値を自動的に計算する
ことができ、次いでその値の逆余弦を用いて傾斜角Ｔの
値そのものを求めることができる。なお、本発明の好適
な実施の態様に従えば、下記の式によって表わされる振
れ幅Ｒを傾斜角Ｔから求めることもできる。

【００３３】 Ｒ＝Ｄ_o ×Ｔａｎ（Ｔ） (3) 図３に示されたダイヤルゲージ１８から求められる全ゲ
ージ振れ（ＴＩＲ）と同等な振れ幅Ｒは、基本的な三角
法により、燃料棒１０の外径Ｄ_o と傾斜角Ｔの正接との
積として求めることができる。公知のごとく、傾斜角Ｔ
の正接は（１−Ｃｏｓ（Ｔ））／Ｃｏｓ（Ｔ）に等し
い。なお、傾斜角Ｔの余弦の値は板２６に接触した３個
のセンサ４６のＺ軸方向位置の測定値に基づいて式(2)
から求められる。それ故、計算機５０は全ゲージ振れ
（ＴＩＲ）または振れ幅Ｒを表わす端面１４の直角度パ
ラメータを燃料棒１０の外径Ｄ_o と傾斜角Ｔの正接との
積として計算するようにプログラムすればよい。

【００３４】このように、式(1) によって表わされかつ
図４に示されるような空間内における２つの平面間の角
に関する公知の関係式を利用することにより、本発明の
測定装置２４は燃料棒１０を回転させずに端面１４の傾
斜角Ｔを測定し、それによって燃料棒１０の端面１４の
直角度を簡単かつ正確に測定することができる。ばね４
０によって弾性的に支持された板２６を端面１４に接触
させることにより、板２６は端面１４の傾斜角Ｔに順応
して配置されるから、端面１４に損傷を与える可能性は
最少限に抑えられる。このようにして、端面１４の傾斜
角Ｔは板２６の対応する傾斜角Ｔにより間接的に測定さ
れるのである。最初に直角の端面１４ｓを使用すれば、
測定装置２４を構成する複数の部品間における組立時の
誤差を排除することによって被測定端面１４ｍの直角度
の測定精度をさらに向上させるための基準値が得られ
る。その結果、燃料棒１０が棒支持台３０内に正確に配
置されかつ板支持台３２が端面１４に接触するように再
現可能に並進させられる限り、端面１４の直角度の正確
な測定を達成することができるのである。

【００３５】以上、好適な実施の態様に関連して本発明
を説明したが、上記の説明に基づけば様々な変更態様が
可能であることは当業者にとって自明であろう。それ
故、本発明の真の精神および範囲から逸脱しない限り、
かかる変更態様の全てが前記特許請求の範囲によって包
括されることを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】末端キャップを装着すべき２つの端部を有する
円筒形の管から成る原子炉用燃料棒の概略立面図であ
る。

【図２】長手方向の中心軸に対して垂直に配置された直
角の端面を有する燃料棒の一部分を示す側面図である。

【図３】直角でない傾斜した端面を有する燃料棒の一部
分と、先行技術に従って全ゲージ振れ（ＴＩＲ）を測定
するため該端面に接触させた通常のダイヤルゲージとを
示す側面図である。

【図４】３つの点によって規定される基準端面の平面お
よび３つの対応する点によって規定される被測定端面の
平面を内部に配置した三次元デカルト座標系を示す略図
である。

【図５】棒を支持する棒支持台および棒の端面の直角度
を測定するための平らな板を支持する板支持台を含む、
図１〜３に示されたような燃料棒の端面の直角度を測定
するための装置を示す概略立面図である。

【図６】図５に示された測定装置の棒支持台の、線６−
６に関する横断面図である。

【図７】図５に示された測定装置の板支持台の、線７−
７に関する横断面図である。

【図８】図７中の線８−８に関する板および板支持台の
部分縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 燃料棒 １２ 長手方向の中心軸 １４ 端面 １４ｍ 被測定端面 １４ｓ 基準端面 １６ 末端キャップ １８ ダイヤルゲージ ２０ 触針 ２４ 測定装置 ２６ 平らな板 ２６ｂ 背面 ２６ｃ 中心部 ２６ｆ 前面 ２８ 台枠 ２８ａ 第１の端部 ２８ｂ 第２の端部 ３０ 棒支持台 ３２ 板支持台 ３４ 滑り機構 ４０ 保持ボルト ４０ａ 近位端 ４０ｂ 頭部 ４２ 圧縮ばね ４４ 貫通穴 ４６ 直線変位センサ ４６ｂ 本体 ４６ｐ プローブ ４８ ディジタル型中央処理装置 ５０ ディジタル計算機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カート・ダグラス・エリス アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウィルミントン、ホバート・ドライブ、 2906番 (72)発明者 ハロルド・ブレックリイ・キング，ジュニ ア アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ライツビレ・ビーチ、アイランド・ドライ ブ、10番 (72)発明者 デビット・ケント・アンダーウッド アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ストークスダール、フラットロック・ロー ド、8100番

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向の中心軸に対する棒の端面の直
   角度を測定するための装置において、(a) 平らな板、
   (b) 前記棒の前記中心軸に対して実質的に垂直になるよ
   うにして前記板を前記棒の前記端面に隣接して取付ける
   ための取付手段、(c) 前記板を並進させて前記棒の前記
   端面に接触させるための並進手段、および(d) 前記棒の
   前記端面に接触した前記板が前記棒の前記中心軸に対し
   て示す傾斜角を測定することによって前記棒の前記端面
   の直角度を求めるための測定手段の諸要素を含む装置。
2. 【請求項２】 前記取付手段が、(1) 互いに反対側に位
   置する第１および第２の端部を有する台枠、(2) 前記台
   枠の前記第１の端部に隣接しながら前記台枠に連結され
   て、前記棒を支持するために役立つ棒支持台、並びに
   (3) 前記台枠の前記第２の端部に隣接しながら前記台枠
   に連結されて、前記板を前記棒の前記中心軸に対して実
   質的に垂直に取付けるために役立つ板支持台を含む請求
   項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記棒支持台が前記台枠に固定状態で連
   結されていると共に、前記並進手段が(1) 前記板支持台
   ひいては前記板が前記棒の前記端面に向かって並進運動
   を行い得るように前記板支持台を前記台枠に取付けるた
   めの滑り機構、(2) 近位端において前記板支持台に固定
   状態で連結されかつ遠位端において拡大された頭部を有
   する３個の保持ボルト、および(3) 前記保持ボルトのそ
   れぞれを取巻くように配置された３個の圧縮ばねを含ん
   でおり、前記板は互いに反対側に位置する前面および背
   面、前記棒の前記端面に接触させるための前記前面の中
   心部、並びに前記中心部を取巻きながら円周方向に沿っ
   て互いに離隔して配置されかつ前記保持ボルトを通すた
   めに役立つ３個の穴を有し、前記ばねは前記板の前記背
   面に接触して配置され、かつ前記保持ボルトの前記頭部
   は前記板の前記前面に接触して配置されている結果、前
   記保持ボルト上において前記板を並進させて前記棒の前
   記端面に接触させた場合に前記ばねを更に圧縮すること
   ができると共に、前記棒の前記中心軸に対する垂線から
   の前記棒の前記端面のずれに応じて前記板を前記保持ボ
   ルト上において傾斜させることができる請求項２記載の
   装置。
4. 【請求項４】 前記測定手段が３個の変位センサを含ん
   でいて、前記センサの各々は前記板支持台に固定状態で
   連結された本体を有すると共に、前記板の前記背面に接
   触して配置されかつ前記保持ボルト上において前記板を
   並進させた場合に前記板支持台に対する前記板の直線変
   位を測定するために役立つ伸縮可能なプローブを有し、
   かつ３個の前記プローブは前記板の前記中心部を取巻き
   ながら円周方向に沿って互いに離隔して配置されている
   結果、前記センサの測定値の差は前記板の傾斜状態を表
   わし、ひいては前記板の前記中心部に接触した前記棒の
   前記端面の直角度を表わす請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 前記測定手段が３個の前記センサに機能
   し得る状態で接続されて３つの変位を表わす信号を３個
   の前記センサから受信するために役立つ計算機を更に含
   み、前記計算機は前記３つの変位から求められる前記板
   の前記傾斜角に基づいて前記棒の前記端面の直角度を計
   算することができる請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 長手方向の中心軸に対する棒の端面の直
   角度を測定するための方法において、(a) 前記棒の前記
   端面に平らな板を接触させて位置づけ、次いで(b) 前記
   棒の前記端面に接触した前記板が前記棒の前記中心軸に
   対して示す傾斜角を測定することによって前記棒の前記
   端面の直角度を求める工程を含む方法。
7. 【請求項７】 前記工程(b) が、円周方向に沿って互い
   に離隔した３つの位置における前記板の直線変位を測定
   し、そして３つの前記変位から前記棒の前記中心軸への
   垂線に対する前記板の傾斜角を求めることを含む請求項
   ６記載の方法。
8. 【請求項８】 (a) 先ず最初に実質的に０°の傾斜角を
   有する第１の棒の直角の端面に前記板を接触させて位置
   づけて３つの前記変位を測定し、次いで(b)第２の棒の
   端面に前記板を接触させて位置づけて３つの前記変位を
   測定し、そして前記第１の棒の前記端面に接触した前記
   板に関する３つの前記変位と前記第２の棒の前記端面に
   接触した前記板に関する３つの前記変位との差から前記
   傾斜角を求めることを更に含む請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 前記端面が外径を有する場合において、
   前記外径と前記傾斜角の正接との積に等しい直角度パラ
   メータを計算することを更に含む請求項８記載の方法。