(57)【要約】【課題】  高速炉用燃料集合体に用いられるラッパ管へのスペーサパッド形成を容易に行うことのできるラッパ管用スペーサパッド形成装置を得る。【解決手段】  高速炉用燃料集合体に用いられる正六角形状のラッパ管の予め定められた位置にスぺーサパッドを形成する装置において、ラッパ管のスペーサパッド形成部分を含む部分の長手方向の全周囲を覆い、予め定められた位置にスぺーサパッド形状の窪みが形成されたダイス枠と、このダイス枠の窪みと対向するラッパ管内部位置に挿入され、スぺーサパッド形状の突起が外壁に形成されたパンチ材と、このパンチ材を外側に押付けるパンチ押付け手段とを備えるもの。【選択図】        図１
2006145364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速炉用燃料集合体に用いられる正六角形状のラッパ管の予め定められた位置にスぺーサパッドを形成する装置において、
ラッパ管のスペーサパッド形成部分を含む部分の長手方向の全周囲を覆い、予め定められた位置にスぺーサパッド形状の窪みが形成されたダイス枠と、
このダイス枠の窪みと対向するラッパ管内部位置に挿入され、スぺーサパッド形状の突起が外壁に形成されたパンチ材と、
このパンチ材を外側に押付けるパンチ押付け手段とを備えたことを特徴とするラッパ管用スペーサパッド形成装置。
【請求項２】
前記パンチ材の内壁にはラッパ管の長手方向に対して傾斜した傾斜壁が形成され、
前記パンチ押付け手段として、前記パンチ材の傾斜壁に当接摺動する対向傾斜壁を備え、ラッパ管内部の長手方向の移動によって前記パンチ材を外方へ押圧するくさび材を備えたことを特徴とする請求項１に記載のラッパ管用スペーサパッド形成装置。
【請求項３】
前記ダイス枠の窪みとこれに対向する前記パンチ材とが、前記ラッパ管の６つの側壁のうちの２つ以上を同時に加工するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のラッパ管用スペーサパッド形成装置。
【請求項４】
前記２つ以上配置されたパンチ材同士が互いに弾性部材で連結されていることを特徴とする請求項３に記載のラッパ管用スペーサパッド形成装置。
【請求項５】
前記パンチ押付け手段としてのくさび材は、油圧或いはねじ締結力でラッパ管内部の長手方向の移動を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のラッパ管用スペーサパッド形成装置。
【請求項６】
前記ダイス枠、パンチ材、又は、くさび材の表面にメッキコーティング処理又は表面硬化処理を施したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のラッパ管用スペーサパッド形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
高速炉用燃料集合体を製造する工程の内、ラッパ管にスペーサパッドを形成する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は高速炉燃料集合体の外観を表す説明図である。図に示す通り、高速実験炉「常陽」の高速炉用燃料集合体５１は、プルトニウムとウランとの混合酸化物を焼結したペレット５４を被覆管５３内に充填し、ヘリウムガスとともに密封して燃料ピン５２とし、これを正六角形状のラッパ管５５と呼ばれるステンレス鋼製の鞘のなかに束ねて収納した構成である。燃料集合体５１は下部にエン卜ランスノズル５６、燃料ピン５２束の下に中性子遮蔽体５７を有する。（非特許文献１参照）
【０００３】
ラッパ管５５内の燃料ピン５２の配列は、炉心の出力密度を高くし、増殖性能を向上させるため、稠密な正六角形格子配列としている。燃料ピン５２はその下端部のみを固定され、燃料ピン５２間隔は燃料ピン１本毎に巻かれたワイヤスペーサ５８で保たれている。この方式は構造が簡単であり、中性子照射下での燃料ピン５２の寸法変化に対しても、比較的柔軟に対応できる特徴がある。
【０００４】
ラッパ管５５には、隣接する燃料集合体との間隔を保持するためのスペーサパッド５９が、中間部に設けられており、スペーサパッド５９表面には、対磨耗性の向上のための硬質クロムめっきが施されている。
【０００５】
スペーサパッド５９のような形状を形成しようとする場合、一般的には、被成型品をスペーサパッド形状の窪みを有する金型（以下「ダイス」という）とスぺーサパッド形状の突起を有する金型（以下「パンチ」という）とではさみ、一方又は両方から圧力を加えて形成する方法がよく用いられている。また、他には、被成型品とダイスとを密着させ、周囲を液体で覆い、液体に圧力をかけることによって形成する方法もある。
【０００６】
【非特許文献１】原子力百科事典ATOMICA、＜大項目＞ 開発中の原子炉および研究炉等、＜中項目＞高速増殖炉、＜小項目＞わが国の高速増殖炉の開発、＜タイトル＞高速実験炉「常陽」と運転・保守経験 (03-01-06-02)、＜更新年月＞ 2003年10月、［平成１６年９月１３日検索］＜URL:http://www-atm.jst.go.jp/atomica/03010602_1.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらスペーサパッド形状の形成方法をラッパ管に適用しようとした場合、スペーサパッドを形成させようとする箇所は、現状ではラッパ管（全長は約２００ｃｍ）の管端から約６０ｃｍもあることに加え、ラッパ管の対面寸法は約８ｃｍと小さいので、一般的に用いられている油圧式プレスではパンチおよび油圧機構をラッパ管内部に挿入することができず、スペーサパッドを形成できないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、ラッパ管へのスペーサパッド形成を容易に行うことのできるラッパ管用スペーサパッド形成装置を得ること、特に、一般的な油圧プレス法では、パンチ或いは油圧機構をラッパ管内部に挿入することができないため実現困難であったラッパ管へのスペーサパッド形成を容易に行うことのできるラッパ管用スペーサパッド形成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載された発明に係るラッパ管用スペーサパッド形成装置は、高速炉用燃料集合体に用いられる正六角形状のラッパ管の予め定められた位置にスぺーサパッドを形成する装置において、
ラッパ管のスペーサパッド形成部分を含む部分の長手方向の全周囲を覆い、予め定められた位置にスぺーサパッド形状の窪みが形成されたダイス枠と、
このダイス枠の窪みと対向するラッパ管内部位置に挿入され、スぺーサパッド形状の突起が外壁に形成されたパンチ材と、
このパンチ材を外側に押付けるパンチ押付け手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載された発明に係るラッパ管用スペーサパッド形成装置は、請求項１に記載のパンチ材の内壁にはラッパ管の長手方向に対して傾斜した傾斜壁が形成され、
前記パンチ押付け手段として、前記パンチ材の傾斜壁に当接摺動する対向傾斜壁を備え、ラッパ管内部の長手方向の移動によって前記パンチ材を外方へ押圧するくさび材を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載された発明に係るラッパ管用スペーサパッド形成装置は、請求項１又は２に記載のダイス枠の窪みとこれに対向する前記パンチ材とが、前記ラッパ管の６つの側壁のうちの２つ以上を同時に加工するように配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載された発明に係るラッパ管用スペーサパッド形成装置は、請求項３に記載の２つ以上配置されたパンチ材同士が互いに弾性部材で連結されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載された発明に係るラッパ管用スペーサパッド形成装置は、請求項１〜４の何れか１項に記載のパンチ押付け手段としてのくさび材は、油圧或いはねじ締結力でラッパ管内部の長手方向の移動を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に記載された発明に係るラッパ管用スペーサパッド形成装置は、請求項１〜５の何れか１項に記載のダイス枠、パンチ材、又は、くさび材の表面にメッキコーティング処理又は表面硬化処理を施したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以上説明した通り、一般的な油圧プレス法では、パンチ或いは油圧機構をラッパ管内部に挿入することができないため実現困難であったラッパ管へのスペーサパッド形成を、容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明では、高速炉用燃料集合体に用いられる正六角形状のラッパ管の予め定められた位置にスぺーサパッドを形成する装置において、ラッパ管のスペーサパッド形成部分を含む部分の長手方向の全周囲を覆い、予め定められた位置にスぺーサパッド形状の窪みが形成されたダイス枠と、このダイスの窪みと対向するラッパ管内部位置に挿入され、スぺーサパッド形状の突起が外壁に形成されたパンチ材と、このパンチ材を外側に押付けるパンチ押付け手段とを備える。これにより、ラッパ管へのスペーサパッド形成を容易に行うことができる。
【００１７】
本発明のパンチ押付け手段としては、ラッパ管内部に挿入されたパンチ材を外側に押付けるものであればよい。より好ましい態様としては、パンチ材の内壁にはラッパ管の長手方向に対して傾斜した傾斜壁が形成され、このパンチ材の傾斜壁に当接摺動する対向傾斜壁を備え、パンチ押付け手段として、ラッパ管内部の長手方向の移動によって前記パンチ材を外方へ押圧するくさび材を備える。
【００１８】
これにより、特に、一般的な油圧プレス法では、パンチ或いは油圧機構をラッパ管内部に挿入することができないため実現困難であったラッパ管へのスペーサパッド形成を、本発明により、ラッパ管のスペーサパッド形成部分を含む部分の長手方向の全周囲をダイス枠で覆い、ダイス枠の窪みに対向するラッパ管内部の所定の位置にパンチ材を挿入し、パンチ押付け手段としてのくさび材を挿入・押し込むだけで、容易にスペーサパッドを形成させることができる。
【００１９】
図１は本発明のスペーサパッド形成装置の一実施例の構成を示す説明図である。図に示す通り、本発明の原理は次の通りである。まず、スペーサパッドを形成させようとする箇所にダイス枠１１の窪み１２を合わせてラッパ管１３の全周をダイス枠１１で拘束する。これによりスペーサパッド形成の際にラッパ管１３に加わる応力によるスぺーサパッドを除くラッパ管１３の変形を防止することができる。
【００２０】
次に、ラッパ管１３の内部にパンチ材１４を挿入し、スペーサパッドを形成させようとする箇所にパンチ材１４の突起１５を合わせて固定する。パンチ材１４の突起１５の反対側にはパンチ傾斜壁１６が形成されており、更に、パンチ押付け手段としてのくさび材１７にはパンチ材１４のパンチ傾斜壁１６に当接摺動するくさび傾斜壁１８が形成されている。パンチ傾斜壁１６とくさび材傾斜壁１８とは同じ傾斜角度であるため、くさび材１７をラッパ管１３の長手方向に移動させることにより、互いの傾斜壁が摺動することによってパンチ材１４を外側に押付ける。
【００２１】
移動したパンチ材１４はラッパ管１３を塑性変形させながら外側に拡がり、ついにはパンチ材・ラッパ管・ダイス枠が密着する。その後、パンチ押付け手段のくさび材１７の移動を元に戻すと、若干のスプリングバックを伴ってスぺーサパッドが形成される。
【００２２】
本発明において、パンチ材およびパンチ押付け手段のくさび材に設けた傾斜壁の傾斜角はくさび材の長手方向の移動によって、くさび材の傾斜壁に当接摺動するパンチ材が長手方向に対して傾くことなく外方に移動するものであればよい。そのため、互いの傾斜壁の傾斜角を等しく（即ち、互いの錯角を等しく）する。好ましくは、互いの傾斜角は、３〜１０°であることが望ましい。傾斜角が小さすぎると、くさび材を押し込む際の抵抗は小さくなるが、押し込む距離を大きくしなければならず、効率的ではない。傾斜角が大きすぎると、くさび材を押し込む距離は小さくできるが、押し込む際の抵抗が大きくなり、押し込むことができない。
【００２３】
即ち、ラッパ管内部の長手方向の移動によってパンチ材を外方へ押圧するくさび材をラッパ管の内部に挿入して、ラッパ管の長手方向に対して傾斜した傾斜壁が形成されたパンチのテーパ部とくさび材のテーパ部とを密着させる。この状態でくさび材を押し込むと、テーパ部でくさび材と接しているパンチがくさび材のテーパ部上をすべりながら外側に拡がる。さらにくさび材を押し込むと、パンチはラッパ管を塑性変形させながら外側に拡がり、ついにはパンチ材・ラッパ管・ダイス枠が密着する。その後、くさび材を引き抜くと、若干のスプリングバックを伴ってスぺーサパッドが形成される。
【００２４】
本発明のスペーサパッド形成装置では、同時に形成させるスぺーサパッドを複数個にすることが容易である。即ち、ダイス枠の窪み、パンチの突起、くさび材の傾斜壁を複数個設けることによって、形成手順を変えることなく複数個のスペーサパッドを同時に形成させることができる。なお、複数個のスペーサパッドを形成させる際は２方向又は３方向とするのがよい。即ち、スペーサパッドを一度に形成する際にくさび材の対向傾斜壁を均等になるように配すればよい。より具体的には、対向する２つの側壁か、互いに１２０°回転した３つの側壁について同時にスペーサパッドを一度に形成するのが好ましい。これは、１方向をプレスした際の反力を利用して他の方向も同時にプレスすることが効率的なためである。
【００２５】
従って、好ましくは、ダイス枠の窪みとこれに対向するパンチ材とが、ラッパ管の６つの側壁のうちの２つ以上を同時に加工するように配置されている。これにより、スペーサパッド形成工程が少なくなり、形成時間が短縮される。配置は、好ましくは長手軸に対して対称な２つ以上の側壁を選ぶ方がパンチ材とくさび材との構成が簡略化される。
【００２６】
前述のスペーサパッド形成装置においては、好ましくは、２つ以上配置されたパンチ材同士が互いに弾性部材で連結される。これにより、くさび材を押し込んだ後に引き抜いた場合にパンチ材が押し込む前の状態に戻り、連続して他の側壁でスペーサパッドを形成する場合や他のラッパ管でのスペーサパッドを形成する場合に操作が容易となる。また好ましくは、パンチ押付け手段としてのくさび材は、油圧或いはねじ締結力でラッパ管内部の長手方向の移動を行うものである。
【００２７】
本発明のスペーサパッド形成装置では、好ましくは、ダイス枠、パンチ材、又は、くさび材の表面にメッキコーティング処理又は表面硬化処理を施すことにより、互いの当接摺動やラッパ管への押圧等による摩耗や傷の発生を低減することができる。
【００２８】
また、ラッパ管の対面寸法或いはスぺーサパッドを形成させる位置が異なっても、そのラッパ管の対面寸法に合致させたダイス枠や形成位置の変更等を選択することにより、同様の手順でスぺーサパッドを形成させることができる。
【実施例】
【００２９】
図２は本実施例によるスペーサパッド形成装置の主要部の正面構成を示す説明図である。図３は図２のスペーサパッド形成装置の主要部の断面構成を示す説明図である。図４は図２のスペーサパッド形成装置の主要部の成形後の断面構成を示す説明図である。本実施例では、高速実験炉「常陽」炉心燃料集合体に使用されるラッパ管に適用した説明図である。
【００３０】
図２に示す通り、本実施例のスペーサパッド形成装置は、ラッパ管２３の互いに１２０°変位した３方向の管壁にスペーサパッド３９を同時に形成させる装置である。このため、ダイス枠２１には３個の窪み２２を設けた。窪み２２の深さはプレス後のスプリングバックを考慮して約２ｍｍとした。ダイス枠２１は炭素鋼で製作し、窪み２２の表面に硬質クロムめっきを施した。パンチ材２４の突起２５の高さはプレス後のスプリングバックを考慮して約２ｍｍとした。パンチ材２４の突起２５の反対側に形成されたパンチ傾斜壁２６の傾斜角（即ち、傾斜壁と突起２５が形成された面との角度）は５°とした。
【００３１】
３個のパンチ材２４同士をスプリング３０で結合した。スプリング３０はくさび材２７を抜いた際にパンチ材２４が原位置に戻るための力を生じさせるためのものである。パンチ材２４は炭素鋼で製作し、表面に硬質クロムめっきを施した。さらにパンチ傾斜壁２６には樹脂製のパッドを設けた。これは、くさび材２７のくさび傾斜壁２８とのすべりを向上させるとともに、金属表面の潤滑が不完全なために生じる摩擦熱によって金属同士が融着して傷等が生じる「かじり」を防止するためである。
【００３２】
くさび材２７のくさび傾斜壁２８の傾斜角はパンチ材２４のパンチ傾斜壁２６と同様に５°とした。くさび材２７は炭素鋼で製作し、表面に硬質クロムめっきを施した。さらにくさび傾斜壁２８の表面に潤滑油を塗布した。
【００３３】
図３に示す通り、これらを用いて、ラッパ管２３のスペーサパッド３９を形成させようとする箇所をダイス枠２１で全周に亘って拘束し、パンチ材２４をラッパ管２３のスペーサパッド３９を形成させようとする箇所に挿入して固定し、くさび材２７をラッパ管２３内部に挿入してパンチ材２４のパンチ傾斜壁２６とくさび材２７のくさび傾斜壁２８との面同士を密着させた。
【００３４】
図４に示す通り、この状態で、ラッパ管２３の一端側から油圧ジャッキを用いてくさび材２７を押し込み、スペーサパッド３９を形成させた。
【００３５】
このようにして得られたラッパ管２３のスペーサパッド３９の寸法および外観を検査したところ良好な結果が得られた。なお、本実施例ではくさび材２７の挿入に油圧ジャッキを用いたが、他の方法、例えばねじ締結力を用いた方法も有効である。
【００３６】
また、本実施例では耐摩耗性向上のためにダイス枠・パンチ材・くさび材の表面に硬質クロムめっきを施したが、ニッケルめっき等のコーティング法、あるいは浸炭等の表面硬化法も有効である。
【００３７】
一般的な油圧プレス法ではパンチあるいは油圧機構をラッパ管内部に挿入することができないため実現困難であったラッパ管へのスペーサパッド形成が、本発明により、ラッパ管の所定の位置をダイス枠で覆い、ラッパ管内部の所定の位置にパンチを挿入し、くさび材を挿入・押し込むだけで、容易にスペーサパッドを形成させることができる。
【００３８】
また、ラッパ管の対面寸法あるいはスぺーサパッドを形成させる位置が異なっても同様の手順で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のスペーサパッド形成装置の一実施例の構成を示す説明図である。
【図２】本実施例によるスペーサパッド形成装置の主要部の正面構成を示す説明図である。
【図３】図２のスペーサパッド形成装置の主要部の断面構成を示す説明図である。
【図４】図２のスペーサパッド形成装置を用いた成形後の主要部の断面構成を示す説明図である。
【図５】高速炉燃料集合体の外観を表す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１、２１…ダイス枠、
１２、２２…窪み、
１３、２３…ラッパ管、
１４、２４…パンチ材、
１５、２５…突起、
１６、２６…パンチ傾斜壁、
１７、２７…くさび材、
１８、２８…くさび傾斜壁、
３０…スプリング、
３９…スペーサパッド、
【図１】
2006145364.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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