JP3564369B2 - 一体型ロック部材を備えたボルト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２個の構造部材を締結するためのボルトに関し、特にボルトの緩みを防止するために、変形して構造部材の一方に填り合う一体式のロック部材を持つボルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
過去２０年間において、商業的原子力発電事業は、板、管などの内部構造部材を締結するために元々原子炉圧力容器内に設けられたボルトが、放射線、高温、高圧、流体励起振動及び高速水流及び／又は蒸気流に多年曝された後に弛んだり、腐食を受けたりすることを問題にするようになってきた。従って、いくつかのプラントでは、操作員がボルトの頭を構造部材にタック溶接する例があった。しかしながら、応力腐食割れに感受性の高い溶接を生ずるかも知れない溶接金属及び熱影響部の応力及び成分変化を最小にするために困難な物理的条件の下で非常に注意深く溶接を行わなければならなかった。
【０００３】
原子炉容器の内部構造部材を締結するための交換用ボルトは、ボルトを拘束するために構造部材の皿座ぐりされたボルト穴の側壁に加工形成された凹みに係合するように（例えばクリンピングにより）変形されるロック部材を備えて形成されてきた。例えば、加圧水型原子炉において原子炉圧力容器の炉心槽内のバッフル板と形成板とを締結するための分離型ロック部材付きボルトを示すバログの米国特許第４、６８３、１０８号、ブラウシルドの米国特許第４、７１１、７６０号、及びファブリスの米国特許第５、７７１、２６６号並びに「原子炉圧力容器の内部構造におけるボルトの交換」と題され、沸騰水型原子炉における圧力容器内のコアシュラウドとコアサポートとを締結するための一体型ロック部材付きボルトを示すクリスティァン ヒルリッヒの１９９７年９月付けカーベーウー（ＫＷＵ）サービスレポートを参照されたい。これらのボルトは、直径が１／２インチ（１２．７ｍｍ）〜約５／８インチ（１５．９ｍｍ）以上で長さが約２インチ（５０．８ｍｍ）以上のオーダーのものである。又、それらは一般に、オーステナイト系ステンレス鋼（例えば３１６型又は３４７型）又はニッケル合金（例えば合金Ｘ−７５０）から製作される。これらの交換ボルトは、カーベーウーのサービスレポートやレイマー等の米国特許第４、９９１、２８０号に示されたものと同様の工具及び装備を用いて水没された停止原子炉容器内で取り付けられ、変形が施される。
【０００４】
原子力発電産業は、ボルトの取付操作を単純化するために２分割ボルトよりは一体型交換ボルトを使用することを好んでいる。しかしながら、交換用ボルトのロック部材は、それらが現用の工具によって容易に変形されるように設計されなければならない。一体型交換ボルトの構造は成功裏に組み込まれ、原子炉圧力容器の内部構造物を締結するために使用されてきたが、原子力発電産業は、ロック部材の変形部それ自身が応力腐食割れに感受性を持つことがあることに関心を持っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術のボルトのようには応力腐食割れに対する感受性を有しないロック部材を備えた、原子炉圧力容器の内部構造物のような２個の構造部材を締結するための一体型ボルトを提供することである。更なる目的は、現存の工具を使用して実質的に変形を施すことができるロック部材を持つ一体型交換用ボルトを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的に鑑み、本発明は２個の構造部材を締結するためのボルトに存在する。ボルトは、好ましくは肩部を有する頭部、構造部材の一方に螺合するためにボルト頭部から延びるねじ付き軸部及び他方の構造部材と咬み合うためにボルト頭部から延出する一体型ロック部材を持っている。一体型ロック部材は、軸部の降伏応力より低い降伏応力を有している。有利なことには、このようなロック部材の変形部は応力腐食割れに対して感受性が低くなる。
【０００７】
本発明の好適な実施形態において、ロック部材は焼きなまされた状態にある。好ましい実施において、頭部からロック部材を削りだし、頭部や軸部を焼きなましすることなく、最も好ましくは高周波（ＲＦ）誘導加熱によってロック部材を選択的に焼きなましすることによりボルトが製作される。細かく制御される誘導加熱によって、ロック部材は全体的に或いは部分的に焼きなましされる。
【０００８】
本発明の好ましい実施において、ロック部材は、例えば、一方の構造部材にあるボルト穴の壁の凹み領域に１以上の領域を圧し込むことにより変形される。別の実施において、ボルト穴の壁に圧縮係合するために、その凹みにはまり込んだ領域から離れた１以上の中間領域においてロック部材は付加的に変形を受ける。
【０００９】
本発明の他の実施形態において、ロック部材は、このロック部材と構造部材の間の干渉係合をもたらすためにフレア状の先端部又は中間の膨出部を有している。好ましくは、フレア状端部又は中間の膨出部は、ボルト穴の壁の凹み内に圧し込まれる。他の実施形態において、ロック部材は、干渉係合を齎すためにフレア状先端部及び中間の膨出部の双方を有している。ロック部材は好ましくは選択的に誘導加熱によって焼きなましされるが、焼きなましが必要でない使用例も幾つかある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
特許請求の範囲に記載された発明は、添付の図面に、例示のためのみにではあるが図示された好適な実施形態の詳細な説明からより明らかになろう。
【００１１】
次に詳しくは図面、特に図１を参照するに、ボルト１２とロック部材１４から一般に構成される一体形ボルト・ロック部材１０が示されている。図示されるように、ロック部材は近接端１５から先端１６へ延びるほぼ円筒形の形状を有する。ボルト１２は、六角頭１８と肩部２０を有する頭部１７及び頭部１７から延び出してねじ２４を有する軸部２２を持っている。好ましくは、六角頭は、後からのボルトの超音波検査を容易にするため締付工具を係合するために採用されているが、星形頭部（図示しない）やフィリップス型頭部（図示しない）のような他の頭部形状も代用として使用できる。好ましくは、ロック部材１４は頭部１７から削り出されるが、他の実施形態（図示しない）においては、ボルトの頭部に溶接された別の部材でも良い。
【００１２】
一体型ボルト・ロック部材１０は好ましくは、オーステナイト系ステンレス鋼のような適当な鋼材から製作される。最も好もしくは、一体型ボルト・ロック部材１０は歪み硬化型３１６型又は３４７型ステンレス鋼から製作された高強度材料で約６５、０００ｐｓｉ（４５７ｋｇ／ｍｍ^２）の最小耐力を有している。一体型ボルト１０は又、６９０合金又はＸ−７５０合金のようなニッケル基合金又は他の適当な合金から製作される。好ましくは、ロック部材１４は、例えば誘導加熱又は他の適当な手段により選択的に焼きなましされて軟化される。例えば、一体型ボルト・ロック部材１０は、軸部２２に沿って保持され、ロック部材は高周波コイルの内部に導入される。それからロック部材１４は、頭部１７、軸部２２又はねじ部２４を焼きなましすることなく迅速に焼きなましされる。
【００１３】
図２及び図３は、圧力容器のバッフル板３２と形成板３４のような２個の構造部材を締結する図１の一体型ボルト・ロック部材１０を示している。皿部分３８と、バッフル板３２内の隣接するボルト穴部分４０と、形成板３４内のねじ部分４４を持つ先端ボルト穴部分４２とを有するボルト穴３６の中に一体型ボルト・ロック部材１０が延びている。図３に最も良く示されるように、ボルト穴の皿部分３８の壁は、バッフル板３２内に削り込まれる４個の凹み部分４６を有している。他の構造（図示しない）において、１乃至６個又はそれ以上の凹みが設けられる。図２及び図３に示されるように、使用中にボルト１２が弛むのを防止することを目的として凹み部分４６にはまり合うようにロック部材１４はクリンピングによって円周方向に離れた位置４８で変形されている。又、応力腐食割れ又は他の状態の結果としてボルト１２が分断されても、ボルト１２の頭部１７はその位置に留まる。都合がよいことには、ロック部材１４の軟らかい焼きなまし金属は、過大な応力を発生することなく全体的に変形される。
【００１４】
図４は図３と同様なものであり、別のロック構造を示している。図３に示される皿穴３８の壁内の凹み４６に填り合うロック部材１４のクリンブ部分４８に加えて、比較的軟らかいロック部材１４は、圧縮されて皿頭部分３８に係合するクリンブ部４８の間の１以上の第２変形部５０を設けることにより更に変形される。図示されるように、そのような変形部５０は４個ある。このような構造は、ボルト・ロック部材１０を所定量締付け、弛め（例えば８分の１回転）、第２の変形部をクリンプし、ボルト・ロック部材１０を所定量（そしてこれによりクリンプ変形５０を凹みから外し）或いは他の点まで再締付し、そしてその後第１
変形部４８をクリンプすることによって得られる。
【００１５】
図５乃至図８は、皿穴３８の壁又は皿穴３８の壁の凹みに圧入されるように設計された他の一体型ボルト・ロック部材構造を示している。各構造は、六角頭１８を備えた頭部１７とねじ２４を備えた軸部とを持つボルト１２を有している。図５は、頭部１７に連続した近接端５６から先端５８へ延びて外向きにフレア−状に広がった壁を持つロック部材１４を示している。図６は、隣接端６４から中壁ポイント６６まで延びている概して円筒形の部分６２と中壁ポイント６６から先端７０に延びている外向きにフレア−状に広がった部分６８とを持つほぼ円筒形の部分６２を備えたロック部材６０を有する同様な構造を有している。図７は、端部７６、７８と中間膨出部８０とを備えたほぼ円筒形の形状を持つロック部材７４を示している。
【００１６】
図８は、フレア−状先端部８６と中間膨出部８８とを持つロック部材８４を示している。好ましくは、膨出部８０はロック部材の回りを３６０°延びている。又、更に好ましくは、フレア状端部又は中間膨出部は、ボルト穴の壁の１以上の凹みに圧し込まれている。好ましくは、図４に例示されるように壁には４個の離れた凹みがあり、圧し込まれた領域を持つ中間膨出部がその中に延入している。一体型ボルト・ロック部材をその位置に保持するためにロック部材に実質的な圧縮力を導入する締まりばめ式の一体型ボルト・ロック部材は、腐食割れに対して十分な抵抗性がある。このようにして図８に示され（そしてボルト体から機械加工された非焼きなましの一体型ロック部材を有する）、直径ベースで０．０１２インチ（０．３０ｍｍ）の締まりばめ代を持つ圧し込まれた中間膨出部と直径ベースで０．００６インチ（０．１５ｍｍ）の締まりはめ代を持つ交換用バッフルボルトは、効果があることが実証された。
【００１７】
本発明の本実施形態が示され、説明されたけれども、発明の以下の請求項の範囲内でそのほかの種々のやり方で実施されうることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一体形ロック部材付きボルトの第１実施形態を示す部分断面図である。
【図２】図２は、第１の実施に従って２個の構造部材に締め付けられた図１の一体形ロック部材付きボルトの部分断面図である。
【図３】図３は、図２の３−３線に沿う一体形ロック部材付きボルトの端面図である。
【図４】図４は、第２のロック構造を示す、図３と同様な図である。
【図５】図５は、本発明の一体形ロック部材付きボルトの第２実施形態を示す部分断面図である。
【図６】図６は、本発明の一体形ロック部材付きボルトの第３実施形態を示す部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の一体形ロック部材付きボルトの第４実施形態を示す部分断面図である。
【図８】図８は、本発明の一体形ロック部材付きボルトの第５実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０ 一体形ボルト・ロック部材
１２ ボルト
１４ ロック部材
１５ 近接端
１６ 先端
１７ 頭部
１８ 六角頭
２０ 肩部
２２ 軸部
２４ ねじ
３２ バッフル板
３４ 形成板
３６ ボルト穴
３８ 皿部分
４０ ボルト穴部分
４２ 先端ボルト穴部分
４４ ねじ部分
４６ 凹み部分

Claims (3)

1. ２個の構造部材を締結するためのボルトであって、頭部と、該頭部から延びるねじ付きの軸部と、該２個の構造部材の一つに係合して該ボルトを該構造部材にロックするための一体形ロック部材とを有し、該ロック部材は該軸部の降伏応力より小さい降伏応力を持つボルト。
2. 前記ロック部材は、前記頭部に隣接した近接端及びフレア−状先端部を持つ請求項１に記載のボルト
3. 前記ロック部材は、該ボルトの前記頭部に隣接した端部から先端部まで延びる壁を持ち、該壁が該両端部の間に３６０°の膨出部を持つ請求項１に記載のボルト。

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