(57)【要約】【課題】ペブルベッド型燃料を製造するための手段として、高品質の球状コアを歩留まりよく合理的に成形することのできる成形材料の充填方法と充填装置を提供する。【解決手段】ペブルベッド型燃料Ｄの球状コアＣを成形するための材料として被覆燃料粒子Ｂとマトリックス材ｃ１とを用意する。材料入口４を上部に有する成形型１を傾斜状に保持して回転させる。傾斜状態で回転する成形型１の球状成形空間２には、成形型外から成形型内にわたる傾斜状の材料供給ガイド５１を介して上記各成形材料を供給する。材料供給ガイド５１を介して球状成形空間２に上記各成形材料を供給しているときには、材料供給ガイド上から球状成形空間２にまで達する長さの回転式攪拌手段（攪拌部材６４）でこれら成形材料を回転攪拌混合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペブルベッド型燃料の球状コアを成形するための材料として被覆燃料粒子とマトリックス材とを用意すること、および、材料入口を上部に有する成形型を傾斜状に保持して回転させること、および、傾斜状態で回転する成形型の球状成形空間には、成形型外から成形型内にわたる傾斜状の材料供給ガイドを介して上記各成形材料を供給すること、および、材料供給ガイドを介して球状成形空間に上記各成形材料を供給しているときには、材料供給ガイド上から球状成形空間にまで達する長さの回転式攪拌手段でこれら成形材料を回転攪拌混合することを特徴とする球状コア用成形材料の充填方法。
【請求項２】
ペブルベッド型燃料の球状コアを成形するための材料として被覆燃料粒子とマトリックス材とを用意すること、および、材料入口を上部に有する成形型を傾斜状に保持して回転させること、および、傾斜状態で回転する成形型の球状成形空間には、成形型外から成形型内にわたる傾斜状の材料供給ガイドを介して上記各成形材料を供給すること、および、材料供給ガイドを介して球状成形空間に上記各成形材料を供給しているときには、材料供給ガイド上から球状成形空間にまで達する長さの回転式攪拌手段でこれら成形材料を回転攪拌混合すること、および、成形材料の供給後、球状成形空間にある成形材料と材料供給ガイド上にある成形材料との合計量が設定した材料充填量の設定値と等しくなったときには成形材料の供給を停止すること、および、成形材料の供給停止後、成形型を直立状態に姿勢変更するとともに材料供給ガイド上に残存している成形材料を球状成形空間に落とし込むことを特徴とする球状コア用成形材料の充填方法。
【請求項３】
成形型の回転方向と攪拌手段の回転方向とが互いに逆である請求項１〜２いずれかに記載の球状コア用成形材料の充填方法。
【請求項４】
相対分離可能な下型と上型とからなる成形型を用い、下型と上型との組立状態をクランプ手段で保持する請求項１〜３いずれかに記載の球状コア用成形材料の充填方法。
【請求項５】
１〜３ｃｍ３／秒の材料供給量で成形材料を球状成形空間へ供給する請求項１〜４いずれかに記載の球状コア用成形材料の充填方法。
【請求項６】
成形型との非接触状態を保持して攪拌手段を球状成形空間に挿入する請求項１〜５いずれかに記載の球状コア用成形材料の充填方法。
【請求項７】
成形型をホルダにより傾斜状に保持して回転させるための回転保持機械と、回転保持機械のホルダで傾斜状に保持された成形型の球状成形空間に成形材料を供給するための傾斜状の材料供給ガイドと、球状成形空間の内部および材料供給ガイドの上部において成形材料を攪拌部材により回転攪拌混合するための攪拌機械とを備えていることを特徴とするペブルベッド型燃料における球状コア成形材料の充填装置。
【請求項８】
相対分離可能な下型と上型とからなる成形型を保持できるホルダを回転保持機械が有していて、その下型と上型との組立状態を保持するためのクランプ具がホルダに設けられている請求項７記載の球状コア成形材料の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はペブルベッド型燃料の球状コアを製造するのに適した成形材料の充填方法と充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペブルベッド型燃料については下記の非特許文献１やその他で周知のように、被覆燃料粒子とマトリックス材との混合物を主体にして構成されるものである。この被覆燃料粒子やペブルベッド型燃料に関する概要を以下に説明する。
【０００３】
図３における直径５００〜１０００μｍの被覆燃料粒子Ａは、核燃料物質の酸化物からなる直径３５０〜６５０μｍの燃料核ａが、第１被覆層ａ１・第２被覆層ａ２・第３被覆層ａ３・第４被覆層ａ４などで多重に覆われたものである。各被覆層のうちで、低密度炭素からなる第１被覆層ａ１は、ガス状の核分裂生成物ＦＰを溜めるためのガス溜め機能と燃料核スウェリングを吸収するためのバッファ機能とを併せもつ。第２被覆層ａ２は高密度等方性炭素からなり、これにはガス状ＦＰの保持機能がある。第３被覆層ａ３は炭化珪素ＳｉＣからなり、固体状ＦＰの保持機能がある。第４被覆層ａ４は第２被覆層ａ２と同様の高密度等方性炭素からなる。したがって第４被覆層ａ４には固体状ＦＰの保持機能があるが、これ以外に第３被覆層ａ３に対する保護機能もある。燃料核ａの場合は、硝酸ウラニル原液をアンモニア溶液中に滴下して重ウラン酸アンモニウム粒子を形成し、当該粒子を乾燥した後、酸化・還元・焼結してつくる。燃料核ａを第１被覆層ａ１〜第４被覆層ａ４で被覆して被覆燃料粒子Ａに仕上げるときは、燃料核ａを高温流動床に導入しＣＶＤ法を実施することで、各層ａ１〜ａ４を燃料核ａの上に形成する。
【０００４】
図３における直径１０００〜２０００μｍのオーバコート粒子Ｂは被覆燃料粒子Ａが黒鉛製のマトリックス材層ｂ１で覆われたものである。オーバコート粒子Ｂの場合は、転動造粒法において、被覆燃料粒子Ａを入れたパン（回転皿）を回転させながらその粒子表面に黒鉛製のマトリックス材層ｂ１を形成することで得られる。
【０００５】
最新の提案では、図３／仮想線のように、低密度炭素からなる第５被覆層ａ５までを被覆燃料粒子Ａの上に形成しておき、この上に黒鉛製のマトリックス材層ｂ１を薄く形成してオーバコート粒子Ｂとするものもある。
【０００６】
なお、上述したうちの粒子Ｂは、粒子Ａの段階と区別するため「オーバコート粒子」と称されたりしているが、広義の意味ではオーバコート粒子Ｂも被覆燃料粒子に含まれるものである。したがって以下においては、オーバコート粒子Ｂを被覆燃料粒子Ｂという。
【０００７】
図４を参照するところのペブルベッド型燃料Ｄは、球状コアＣの外周面に外殻層ｄ１を有する。一例をあげると、ペブルベッド型燃料Ｄは直径６０ｍｍで、外殻層ｄ１が厚さ５ｍｍである。この場合の球状コアＣは、被覆燃料粒子Ｂと黒鉛製マトリックス材ｃ１との混合物をプレス成形した一次成形品からなる。ペブルベッド型燃料Ｄの場合は、はじめ、一次成形品（球状コアＣ）の外周に黒鉛製マトリックス材からなる外殻層ｄ１をプレス成形して二次成形品をつくり、ついで真球度を高めるために、非燃料領域である外殻層ｄ１の表面を研削加工し、その後、研削済みの二次成形品を熱処理したものである。
【０００８】
球状コアＣ（一次成形品）を成形するための成形型（モールド）にとしては、たとえばラバーゴム製で円柱形の外形を有するものが主に用いられる。かかる成形型１につき図５〜図７を参照して具体的にいうと、これは下型１Ａと上型１Ｂと蓋体１Ｃとからなり、これらを合体（組立）することで単一かつ球状の成形空間２が内部に生じる。したがって、下型１Ａ・上型１Ｂ・蓋体１Ｃにおける各内面の主要部分が、成形空間２を三分割するところの各球面部２ａ・２ｂ・２ｃになる。下型１Ａと上型１Ｂとの相対関係についていうと、下型１Ａ側の型合わせ面（上面）には、たとえば上面からみて円形をなす合体用の凹部３ａが形成されており、これと対応する上型１Ｂ側の型合わせ面（下面）には、下面からみて円形をなす合体用の凸部３ｂが形成されている。この凹部３ａ・凸部３ｂを嵌め合わせながら下型１Ａと上型１Ｂとを合体すれば、双方の球面部２ａ・２ｂが単一の球面として精密に連なるようになる。上型１Ｂと蓋体１Ｃとの相対関係についていうと、上型１Ｂには、その上面から球面部２ｂに向けてこれを貫通する逆円錐形（擂り鉢形）の材料入口４が開口されており、かつ、蓋体１Ｃの下面からは材料入口４を閉鎖することのできる逆円錐形の密栓５が突出している。蓋体１Ｃの場合は、また、上記の球面部２ｃが密栓５の下面（内面）にある。
【０００９】
図５〜図７の成形型１を用いて球状コアＣをつくるときは、下型１Ａと上型１Ｂとが合体状態にある成形型１の成形空間２に、被覆燃料粒子Ｂとマトリックス材ｃ１との混合物を充填し、つぎに上型１Ｂに蓋体１Ｃを施し、それから成形型１に全体的に型締め圧を加えて混合物を加圧成形する。かかる成形後、成形物を脱型して取り出すことで図４で説明したところの球状コアＣが得られる。
【００１０】
ペブルベッド型燃料の製造で、球状コア（一次成形品）を成形するときの要諦がいくつかある。その一つはウラン燃料の均一燃焼を保証することのできる品質を確保することである。他の一つは成形割れの原因になる成形材料中への空気混入を防止して一次成形品の歩留まりを向上させることである。さらに他の一つは下型・上型の連結部（凹部３ａ・凸部３の境界）などへ成形材料が漏れ出すのを防止して成形ミスを回避することである。
【非特許文献１】原子力百科事典  ＡＴＭＩＣＡ［平成16年12月 7日インターネット検索］＜ＵＲＬ：http://www-atm.jst.go.jp/atomica/03030301_1.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した球状コアＣをモールド成形するときは、被覆燃料粒子Ｂと黒鉛製マトリックス材ｃ１とを成形型１の成形空間２において均一に分散させることが重要である。こうすることがウラン燃料の均一燃焼を保証することに通じる。しかしながら被覆燃料粒子Ｂとマトリックス材ｃ１との間にはかなりの密度差があって密度の大きい被覆燃料粒子Ｂが下方やその他の箇所に偏在したり局在したりするため、両者の均一分散性が低いものになる。その対策として、図６のごとく成形空間２の成形材料を攪拌用治具Ｘで攪拌し、被覆燃料粒子Ｂとマトリックス材ｃ１との均一分散性を高めるうようにしている。この攪拌で一応の成果が得られるかのごとくである。けれども図６の攪拌用治具Ｘを用いる場合は、攪拌可能領域Ｚ１に対し、成形空間２の一部に治具Ｘの届かない攪拌困難領域が生じ、それが未攪拌領域Ｚ２となるため、ここの均一分散性を確かなものにすることができない。ゆえに球状コアＣの品質低下を招くおそれがある。
【００１２】
攪拌用治具Ｘによるときは、また、治具Ｘの先端が下型１Ａと上型１Ｂとの型合わせ部付近に衝突することが少なからずあり、その際の衝撃で図７のごとく凹部３ａと凸部３ｂとの境界に間隙Ｇが生じたりする。こうして生じた間隙Ｇにはマトリックス材ｃ１が侵入して事後の適正な型締めを阻害する。したがって成形材料の充填後、成形型１に型締め圧を加えて加圧成形するとき、型全体に均一な圧が掛からない。これが原因で一次成形品に割れが生じて成形ミスになる。
【００１３】
一方で成形材料（被覆燃料粒子Ｂ・マトリックス材ｃ１の混合物）を成形空間２に充填するとき、空気を巻き込んだり取り込んだりした成形材料がそのまま成形空間２に入り込んで気泡を残留させる。気泡が残留した状態での成形も、一次成形品に割れが発生して失敗に終わる。
【００１４】
本発明はこのような技術上の課題に鑑み、ペブルベッド型燃料を製造するための手段として、高品質の球状コアを歩留まりよく合理的に成形することのできる成形材料の充填方法と充填装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１に係る球状コア用成形材料の充填方法は、所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項１記載の充填方法は、ペブルベッド型燃料の球状コアを成形するための材料として被覆燃料粒子とマトリックス材とを用意すること、および、材料入口を上部に有する成形型を傾斜状に保持して回転させること、および、傾斜状態で回転する成形型の球状成形空間には、成形型外から成形型内にわたる傾斜状の材料供給ガイドを介して上記各成形材料を供給すること、および、材料供給ガイドを介して球状成形空間に上記各成形材料を供給しているときには、材料供給ガイド上から球状成形空間にまで達する長さの回転式攪拌手段でこれら成形材料を回転攪拌混合することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に係る球状コア用成形材料の充填方法は、所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項２記載の充填方法は、ペブルベッド型燃料の球状コアを成形するための材料として被覆燃料粒子とマトリックス材とを用意すること、および、材料入口を上部に有する成形型を傾斜状に保持して回転させること、および、傾斜状態で回転する成形型の球状成形空間には、成形型外から成形型内にわたる傾斜状の材料供給ガイドを介して上記各成形材料を供給すること、および、材料供給ガイドを介して球状成形空間に上記各成形材料を供給しているときには、材料供給ガイド上から球状成形空間にまで達する長さの回転式攪拌手段でこれら成形材料を回転攪拌混合すること、および、成形材料の供給後、球状成形空間にある成形材料と材料供給ガイド上にある成形材料との合計量が設定した材料充填量の設定値と等しくなったときには成形材料の供給を停止すること、および、成形材料の供給停止後、成形型を直立状態に姿勢変更するとともに材料供給ガイド上に残存している成形材料を球状成形空間に落とし込むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に係る球状コア用成形材料の充填方法は、請求項１〜２いずれかに記載の方法において、成形型の回転方向と攪拌手段の回転方向とが互いに逆であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に係る球状コア用成形材料の充填方法は、請求項１〜３いずれかに記載の方法において、相対分離可能な下型と上型とからなる成形型を用い、下型と上型との組立状態をクランプ手段で保持することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項５に係る球状コア用成形材料の充填方法は、請求項１〜４いずれかに記載の方法において、１〜３ｃｍ３／秒の材料供給量で成形材料を球状成形空間へ供給することを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項６に係る球状コア用成形材料の充填方法は、請求項１〜５いずれかに記載の方法において、成形型との非接触状態を保持して攪拌手段を球状成形空間に挿入することを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項７に係る球状コア用成形材料の充填装置は、所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項２記載の充填装置は、成形型をホルダにより傾斜状に保持して回転させるための回転保持機械と、回転保持機械のホルダで傾斜状に保持された成形型の球状成形空間に成形材料を供給するための傾斜状の材料供給ガイドと、球状成形空間の内部および材料供給ガイドの上部において成形材料を攪拌部材により回転攪拌混合するための攪拌機械とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項８に係る球状コア用成形材料の充填装置は、請求項７記載の装置において、相対分離可能な下型と上型とからなる成形型を保持できるホルダを回転保持機械が有していて、その下型と上型との組立状態を保持するためのクランプ具がホルダに設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る球状コア用成形材料の充填方法はつぎのような効果を有する。
(1) 傾斜状態で回転する成形型の球状成形空間に、傾斜状の材料供給ガイドを介して成形材料を供給し、それを回転式の攪拌手段で回転攪拌混合するから、成形空間における成形材料は被覆燃料粒子とマトリックス材とが均一に分散した混合物になる。さらにいうと、成形型内だけでなく材料供給ガイド上からすでに回転攪拌混合が行われているので、成形空間における被覆燃料粒子：マトリックス材は相対的な均一分散性がきわめて高いものになる。このようにして充填された後の成形材料をモールド成形したときは高品質の球状コア（一次成形品）が得られる。それがウラン燃料の均一燃焼を保証するペブルベッド型燃料の製造に通じ、炉心設計に基づく出力も簡単に得られる。このような効果が得られる被覆燃料粒子とマトリックス材との均一分散性は、成形型の回転方向と攪拌手段の回転方向とが互いに逆である場合にさらに顕著となる。
(2) 傾斜状態の成形型を直立状態にしたとき、材料供給ガイド上にある攪拌済みの成形材料を成形空間に落とし込むとができる。これは成形空間をすべて攪拌済みの成形材料で満たすことができるということである。したがって一次成形品たる球状コアは、部分的にも品質低下が起こりがたく、品質保証をより高いものにすることができる。
(3) 成形材料は傾斜した材料供給ガイド上を滑落しながら緩やかな速度で成形空間に落ち込んでゆく。これは直接かつ一挙の投入でなく、成形材料を少量単位で成形空間に供給するのであるから、気泡の巻き込みや取り込みがほとんどない。したがって気泡残留に起因した球状コアの成形割れが起こりがたく、良品の成形歩留まりを高めることができる。
(4) 攪拌手段が成形型との非接触状態を保持しており、成形型の下型と上型もこれの組立状態をクランプ手段で保持されているから、下型と上型との連結部間には、事後の適正な型締めを阻害する有害な間隙が全くといってよいほど生じない。したがって一次成形品の成形ミスもほとんど起こらず、この点でも良品の成形歩留まりを高めることができる。
(5) 成形型を傾斜状態で回転させることを主体にしたものであるが、かかる傾斜回転やその関連手段には、これを実施する上での技術難度がないので有利であり、材料の混合割合の変更や、コアの製造条件の変更などにともなう攪拌条件の最適化も簡単にはかれる。
(6) 球状コアたる一次成形品について、良品の成形歩留まりを高めて成形ミスの発生を抑制するから、生産性を高める方向での合理化がはかれる。
【００２４】
本発明に係る球状コア用成形材料の充填装置はつぎのような効果を有する。
(7) 充填装置は回転保持機械・材料供給ガイド・攪拌機械など少ない構成要素を主体にして構成されたものである。これは上述した充填方法の合理的な実施に有用なものであり、しかも装置構成に無駄がないのでイニシャルコストが高額化しない。
(8) 成形型を回転保持機械にセットしさえすれば、あとはそれを回転させながら成形材料を成形空間に入れるだけである。したがって高品質の球状コアを成形する上で難しい操作が要求されないだけでなく、ランニングコストも低く抑えることができる。
(9) 成形型が相対分離可能な下型と上型とからなる場合において、その下型と上型との組立状態を保持するためのクランプ具が回転保持機械のホルダが設けられている充填装置であれば、上述した充填方法による球状コアの成形時、下型と上型との連結部間に発生しがちな有害間隙の対策も簡単に講じられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る球状コア用成形材料の充填方法と充填装置について、これらの実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２６】
図１・図２に例示されたところの成形型１は図５〜図７を参照して述べたものと同じものであり、下型１Ａと上型１Ｂと蓋体１Ｃとからなる。したがって、この成形型１の詳細については、既述の内容を参照することで省略する。
【００２７】
図１における基台１１は水平状態にしたり任意角度の傾斜状態にしたりすることのできるものである。この基台１１は下面の一側端に支点部１２を備え、下面の他側端に昇降操作機械１６を備えている。基台１１の支点部１２は、基台一側端の下面にある軸孔部１５が軸１３と軸受１４とを介して回転自在に支持するという周知構造のものである。昇降操作機械１６はシリンダとピストンとを主体にした周知のジャッキ（油圧式または空気圧式のもの）からなり、そのジャッキの伸縮端部１７と基台一側端の下面にある連結部１８とが連結ピン１９を介して基台他側端の下部に連結されている。
【００２８】
図１の基台１１上に装備されるもののうちで主要な一つは、成形型１を保持して回転させるための回転保持機械２１である。この回転保持機械２１はホルダ２２とモータ２６とを主体にして構成される。そのうちのホルダ２２は成形型１の外形に対応した内部形状を有する上面開放型の容器からなる。ホルダ２２の上部開口端には複数のクランプ具２３が設けられている。これらのクランプ具２３は、ホルダ２２内に装填された成形型１すなわち下型１Ａと上型１Ｂとが分離しないように保持するためのもので、軸ピン２４を支点にして内方や外方へ自在に倒すことができる。かかるクランプ具２３については、図１実線のように内方へ倒れたときがクランプ状態であり、かつ、図１点線の直立状態から図２仮想線のように外方へ倒れたときがクランプ解除状態である。一例でいうと、クランプ状態にするときは、軸ピン２４をボルト製にするとともにこれに付されたナット（図示せず）でクランプ具２３を締め付け固定すればよく、クランプ解除状態にするときはそのナットを弛めればよい。ホルダ２２は、また、これに装填された成形型１の取り出しを容易するため分解可能な構造となっている。ちなみに図１の例においては、ホルダ２２がアンダ部材２２ａとアッパ部材２２ｂとからなり、両部材２２ａ・２２ｂがこれらの連結端部に形成された一対の雌ネジ２２ｃ・雄ネジ２２ｄで分解可能に結合されている。図１での分解可能なホルダ２２すなわち横割り分解可能な容器は一例にすぎない。したがって分解可能なホルダ２２の構成はほかにもある。それはたとえば、ヒンジを用いた片開き式または両開き式の開閉手段でホルダ２２の周壁面の一部をドアのように開閉自在に設けるものである。これで開放されるホルダ周壁の大きさは全ホルダ周壁の二分の一以上である。ホルダ２２についてさらにいうと、当該ホルダ２２が外部ホルダとそこに出し入れ自在に嵌め込まれる内部ホルダとからなるとき、外部ホルダを単なる上面開放型の容器とし、内部ホルダについては縦割り分解可能な容器または横割り分解可能な容器としたり、さらには周壁面が片開き式あるいは両開き式のものにしたりする。この場合において、内部ホルダの上端部には、既述のクランプ具２３を設けてよいし、また、出し入れ用の取手を設けても構わない。ホルダ２２に関しては上記以外の構成として、リング状をなす雌型のスプライン部材２５がホルダ下面に取り付けられている。一方でホルダ回転用のモータ２６は、周知の回転軸（出力軸）２７を有するものからなる。モータ２６の回転軸２７の先端には、上記雌型スプライン部材２５と噛み合い自在に対応する雄型のスプライン部材２８が取り付けられている。モータ２６は、基台１１上に設けられた支点部２９を介して起立や傾斜が自在なるように取り付けられた支持台３２に装着される。図示の例でいうと、支点部２９は基台１１上に設けられた軸３０とその軸受３１とからなり、支持台３２は下面に軸孔部３３を有するものからなる。かかる態様において、支持台３２の軸孔部３３が軸３０と軸受３１とで回転自在に支持されることにより支持台３２が起立傾斜自在に設けられ、その支持台３２にモータ２６が装着されて止具３４で固定される。上記のホルダ２２は、雌型のスプライン部材２５と雄型のスプライン部材２８とを介して支持台３２上のモータ２６と離脱可能に連結される。
【００２９】
図１において傾斜姿勢で回転する当該ホルダ２２に対しては、これを支持するための傾斜支持器具４１が基台１１上に装備される。傾斜支持器具４１は基台１１上のレール４２に沿って移動自在な移動台４３と、移動台４３を固定するため、該移動台４３からレール４２に向けてねじ込まれた止具４４と、移動台４３の上面より立ち上がる中空の下部支柱材４５と、支点軸４６を介して下部支柱材４５の上部側に上下回動自在に取り付けられたローラ保持部材４７と、ローラ保持部材４７の回動調整状態を固定するため下部支柱材４５の上部側からローラ保持部材４７に向けてねじ込まれた止具４８と、ローラ保持部材４７の傾斜した上面側に回転自在に設けられた互いに平行な二本の支持ローラ４９とからなる。この傾斜支持器具４１の両支持ローラ４９が傾斜姿勢で回転するホルダ２２に接してこれを安定に支持する。
【００３０】
図１の基台１１上に装備される他の一つは材料供給ガイド５１である。材料供給ガイド５１とこれに付帯する構成はつぎのとおりである。基台１１上にはレール６５に沿って移動自在な移動台６６が設けられる。さらに移動台６６上にはレール５２に沿って移動自在な移動台５３が設けられる。この移動台５３も該移動台５３からレール５２に向けてねじ込まれた止具５４で固定することができる。移動台５３の上には下部支柱材５５ａと上部支柱材５５ｂとからなる伸縮自在な支柱５５が設けられる。この場合の上部支柱材５５ｂは下部支柱材５５ａに対して上下方向に出し入れ自在であり、かつ、下部支柱材５５ａの上部外周面からその内部にねじ込まれた止具５５ｃによって下部支柱材５５ａに対する上部支柱材５５ｂの調整状態を固定することができる。上部支柱材５５ｂの上端部には、上面にスライダ５６を備えたガイド台５７が傾斜自在に連結される。その具体的構成は周知の手段でよい。一例をあげれば、上部支柱材５５ｂとガイド台５７との関節部分をボルト製の軸ピン５８で屈伸自在に連結し、その軸ピン５８をナット（図示せず）で締め付けたり弛めたりすることで、ガイド台５７の傾斜角度が調整できる。ガイド台５７上のスライダ５６もたとえば止ネジのような止具でスライド調整位置を固定することができる。材料供給ガイド５１はこのようなガイド台５７上のスライダ５６に対して、ねじ止め・溶接・接着など周知の手段で連結される。
【００３１】
図１の基台１１上に装備される上記以外の一つは攪拌機械６１である。攪拌機械６１はモータ６２とその出力軸６３に対して脱着自在に連結された長い棒状の攪拌部材６４とからなる。この装備も材料供給ガイド５１の場合に準じた手段で下記のようになされる。基台１１上にはレール６５に沿って移動自在な前記移動台６６があり、かかる移動台６６も該移動台６６からレール６５に向けてねじ込まれた止具６７で固定することができる。移動台６６の上には、下部支柱材６８ａと上部支柱材６８ｂと止具６８ｃとからなる伸縮自在な支柱６８が前記支柱５５の外側に隣接して設けられる。この場合の上部支柱材６８ｂも前記と同様、止具６８ｃによって調整状態を固定することができる。上部支柱材６８ｂの上端部には上面にスライダ６９を備えたガイド台７０が傾斜自在に連結される。その具体的構成も前記と同様でよい。したがって上部支柱材６８ｂとガイド台７０との関節部分をボルト製の軸ピン７１で屈伸自在に連結し、その軸ピン７１をナット７２で締め付けたり弛めたりすることで、ガイド台７０の傾斜角度が調整できる。ガイド台７０上のスライダ６９も前記と同様、スライド調整位置を止具で固定することができる。攪拌機械６１のモータ６２も、こうしたガイド台７０上のスライダ６９に対して、ねじ止め・溶接・接着など周知の手段で連結される。
【００３２】
図１において、材料容器８１は成形材料すなわち被覆燃料粒子Ｂとマトリックス材ｃ１との混合物を入れて取り扱うためのものである。
【００３３】
本発明に係る成形材料の充填は添付の図面を参照して以下のように実施される。
【００３４】
図１において、傾斜姿勢のホルダ２２は傾斜支持器具４１の支持ローラ４９で支えられている。このホルダ２２には蓋体１Ｃを取り外した成形型１すなわち下型１Ａと上型１Ｂとがセットされており、その下型１Ａと上型１Ｂとが分離しないようにクランプ具２３でクランプされている。これに対して材料供給ガイド５１は、傾斜した姿勢でその先端部を成形型１の材料入口４内に向けている。材料供給ガイド５１のこの姿勢は、移動台５３・６６の位置を調整したり、支柱５５の高さを調整したり、ガイド台５７の傾斜角度を調整したり、スライダ５６の位置を調整したりすることで得られる。一方で攪拌機械６１も、傾斜した姿勢において攪拌部材６４の先端を成形型１の材料入口４から成形空間２内に進入させている。かかる攪拌機械６１の姿勢も、移動台６６の位置を調整したり、支柱６８の高さを調整したり、ガイド台７０の傾斜角度を調整したり、スライダ６９の位置を調整したりすることで得られる。
【００３５】
上記の準備を終えた後は、回転保持機械２１のモータ２６と攪拌機械６１のモータ６２とを回転させる。この場合の両モータ２６・６１の回転は互いに同一方向でもよいが、通常は一方を時計回り方向、他方を反時計回り方向というように互いに逆回転させる。したがってホルダ２２および成形型１の回転方向と、成形型１の内部に介入した攪拌部材６４の回転方向とが逆になる。かかる運転状態において、材料容器８１内にある所定量の成形材料を一定の供給速度で材料供給ガイド５１上に投下すると、それが材料供給ガイド５１上を滑走しながら１〜３ｃｍ３／秒程度の材料供給量で成形空間２へ供給されていく。
【００３６】
上記における成形材料は、材料供給ガイド５１上において、成形空間２に入る前から攪拌部材６４で攪拌される。これに加え、成形空間２へ進入した後の成形材料は、成形型１と攪拌部材６４との異方向回転（相対的逆回転）下で高度の攪拌作用を受ける。したがって被覆燃料粒子Ｂとマトリックス材ｃ１は、材料供給ガイド５１上での事前の回転攪拌作用と成形空間２に進入してからの異方向回転攪拌作用とを受けて均一に分散した混合物状態を呈し、その均一分散状態で成形空間に堆積していく。もちろん成形材料の供給は低速で行われるから気泡の巻き込みや取り込みが起こりがたく、しかも攪拌部材６４が成形型１に対して非接触であり、下型１Ａと上型１Ｂも分離しないようにクランプされているので、これらの連結部間に間隙が生じるという不具合も発生しない。
【００３７】
材料容器８１から材料供給ガイド５１を通じて成形空間２へ供給すべき成形材料の量は自明のとおり、その成形空間２の容積と対応したものである。それで材料容器８１内にある所定量の成形材料（成形空間容積と等価な量の成形材料）を材料供給ガイド５１上へ投下し終えたときには、成形材料の供給が完了する。けれどもホルダ２２で保持された成形型１が傾斜状態にあるため成形空間２が成形材料で完全に満たされず、一部の成形材料が材料供給ガイド５１上に残る。この時点でホルダ２２をその内部の成形型１とともに垂直に起こし、材料供給ガイド５１や攪拌部材６４も同様に変位させる。これに際しては昇降操作機械１６を伸長させ、支点部１２を支点にして基板１１を図１の反時計回り方向へ所定距離だけ押し上げればよい。ただしホルダ２２については、転倒などがないように、軸受３１と軸孔部３３とにわたりロックピン（図示せず）を差し込んでおくのがよい。基板１１をこのように操作したときは、材料供給ガイド５１上に残存していた成形材料が垂直状態の成形空間２にすべて落ち込み、成形空間２が成形材料で完全に満たされるので所定の材料充填が完了する。さらにいうと、この段階で成形空間２に落ち込む成形材料は、材料供給ガイド５１上ですでに攪拌作用を受けているので被覆燃料粒子Ｂとマトリックス材ｃ１とが均一な分散状態にあり、成形空間２に至ってもその均一分散状態を維持する。もちろんこのとき、成形材料を攪拌部材６４で攪拌してよく、それによって材料の均一分散性をより完全なものにすることができる。
【００３８】
上記のようにして材料充填を終えた後は、各スライダ５６・６９をそれぞれのガイド台５７・７０に沿って上方へ移動させる。この操作で材料供給ガイド５１や攪拌部材６４を成形型１内から退却させながら型外へと引き離す。ついで、図２のようにクランプ具２３をクランプ解除状態にしたりホルダ２２を分解したりして下型１Ａと上型１Ｂとによる成形型１をそこから取り出す。しかるのち、成形型１の成形空間２や材料入口４を蓋体１Ｃで閉じて成形型１を完全な組立状態にする。
【００３９】
成形型１内に成形材料を充填した後は既述のとおり、成形型１に全体的に型締め圧を加えて混合物を加圧成形する。この成形で図４で述べたような球状コア（一次成形品）Ｃが得られる。以下、球状コアＣの外周に黒鉛製マトリックス材からなる外殻層ｄ１をプレス成形して二次成形品をつくり、その真球度を高めるため外殻層ｄ１の表面研削をした後、研削済みの二次成形品を熱処理することでペブルベッド型燃料Ｄが得られる。
【００４０】
上述した球状コア成形のための成形材料の充填方法において、成形型１がセットされたホルダ２２を起立状態にするとき、その起立動作と同期して攪拌部材６４を成形型１内から徐々に退却させてもよいし、起立動作開始前に攪拌部材６４を成形型１内から退却させてもよい。さらに材料供給ガイド５１や攪拌機械６１をそれぞれのガイド台５７・７０に沿って移動させるための手段、すなわち、各スライダ５６・６９を操作するための手段については、手動・自動のいずれであってもよい。そのうちの一例でジ軸を利用して送りを掛けるものは、手動のハンドルまたはモータからの動力伝達でネジ軸を正逆回転させてスライダ５６・６９を所定方向へ往復動できるようにする。その他の例では、ベルト伝動手段・チェーン伝動手段・歯車伝動手段など周知の伝動手段を用いてスライダ５６・６９を所定方向へ往復動できるようにする。
【００４１】
図１・図２で説明した成形材料の充填装置については下記のような実施形態もある。その一つは、基板１１上における分解可能なホルダ２２を所定の傾斜状態に固定することである。この場合は支持台３２を直接基板１１上に固定してそこにモータ２６を所定の角度で取り付け、所定角度で傾斜するモータ２６の回転軸２７にホルダ２２を連結する。このようにしてモータ２６やホルダ２２を所定の角度で固定するとき、傾斜支持器具４１は省略してもよい。さらに支柱５５・６８については伸縮しないものも採用することができ、ガイド台５７・７０も傾斜角度が変更できないものも採用できる。このほか材料容器８１は、計量式のホッパに変えることができる。この場合はホッパの投入口を材料供給ガイド５１の上端部側に配置する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のペブルベッド型燃料における球状コア用成形材料の充填方法と充填装置は、はじめ成形型を傾斜状態にし、あとで成形型を垂直状態にするという技術内容を主体にしたものであるから実施形態のようにすることで実現する。しかもそれがペブルベッド型燃料を得る上で有用かつ有益なものであるから産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明方法と本発明装置の一実施形態を略示した要部縦断正面図である。
【図２】図１における成形型を直立させた状態を示した要部縦断正面図である。
【図３】被覆燃料粒子の一例を示した縦断面図である。
【図４】ペブルベッド型燃料の一例を示した縦断面図である。
【図５】球状コア用成形型の一例を示した半裁正面図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ  被覆燃料粒子
Ｂ  被覆燃料粒子（オーバコート粒子）
Ｃ  球状コア
ｃ１  マトリックス材
Ｄ  ペブルベッド型燃料
１  成形型
１Ａ  下型
１Ｂ  上型
１Ｃ  蓋体
２  成形空間
２ａ  球面部
２ｂ  球面部
２ｃ  球面部
４  材料入口
１１  基台
２１  回転保持機械
２２  ホルダ
２３  クランプ具
２６  モータ
５１  材料供給ガイド
６１  攪拌機械
６２  モータ
６３  出力軸
６４  攪拌部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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