【事件の表示】
　特許第３１７２７３１号「高燃焼度燃料集合体用構造材及び燃料集合体」の請求項１ないし３に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３１７２７３１号の請求項１ないし３に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
本件特許第３１７２７３１号の手続の経緯の概要は以下の通りである。
　平成４年２月２６日　　　特許出願
　平成１３年３月３０日　　特許権の設定の登録
　平成１３年６月４日　　　特許掲載公報発行
　平成１３年１２月４日　　特許異議申立人、株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパンより、請求項１乃至３に係る特許に対して特許異議の申立て
　平成１４年２月２６日付　取消理由通知
　平成１４年５月７日　　　意見書及び訂正請求書提出
　
　
２．訂正の適否
（１）訂正事項
　ａ．特許請求の範囲の請求項１ないし３において「構造材」を「被覆管」と訂正する。
　ｂ．発明の名称及び発明の詳細な説明の【0001】【0012】【0013】【0014】【0021】【0022】【0029】において「構造材」を「被覆管」と訂正する。
  ｃ．発明の詳細な説明の【0022】において「尚、本発明で得られた高燃焼度燃料集合体用構造材は・・・健全性を保つことができる。」なる記載を削除する。
       
(２)新規事項の有無、訂正の目的の適否及び拡張・変更の存否
　上記訂正事項ａは、訂正前の特許明細書の段落【００２２】の「本発明で得られた高燃焼度燃料集合体用構造材は沸騰水型原子炉燃料集合体の構成材として、燃料被覆管，燃料チャンネルボックス又は燃料スペーサを構成すれば良好に健全性を保つことができる。」という記載に基づき、特許請求の範囲に記載された「構造材」を、「被覆管」に限定するものであるから、願書に添付した明細書に記載された事項の範囲内の訂正であって、特許請求の範囲の減縮を目的とする訂正に該当し、また、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　また、上記訂正事項ｂ及びｃは、上記訂正事項ａの訂正に伴い、特許請求の範囲と発明の詳細な説明との間に生じた不整合を解消するものであるから、願書に添付した明細書又は図面に記載された事項の範囲内の訂正であって、明りょうでない記載の釈明を目的とする訂正に該当し、また、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
(３)むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正請求は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律１１６号）附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、特許法第１２０条の４第３項において準用する平成６年法律第１１６号による改正前の特許法第１２６条第１項ただし書き及び第２項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
　
３．本件特許
　上記のごとく、訂正は認められるので、本件請求項１ないし３に係る発明は、訂正請求書に添付された全文訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１ないし３に記載された、以下のとおりのものである。（以下、「本件発明１」ないし「本件発明３」という。）
「【請求項１】ジルコニウム合金のジルカロイ２によって形成され、該ジルカロイ２を８３０℃以上まで加熱・急冷した後の所定の熱処理が行われた沸騰水型原子炉用の高燃焼度燃料集合体用被覆管において、
前記高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度であり、
前記所定の熱処理の条件を定量化した次式で表現されるΣＡｉ値が
２×１０−１９以上２×１０−１８以下の範囲であることを特徴とした高燃焼度燃料集合体用被覆管。
ΣＡｉ＝ｔ・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
ｔ；温度Ｔにおける保持時間（時間）
Ｔ；焼鈍温度（Ｋ）
Ｑ；活性化エネルギー
Ｒ；気体定数
Ｑ／Ｒ；４００００
　【請求項２】前記請求項１に記載の被覆管において、前記ΣＡｉ値が、２×１０−１９以上１×１０−１８以下の範囲であることを特徴とした高燃焼度燃料集合体用被覆管。
　【請求項３】前記請求項１又は請求項２に記載の被覆管を用いた燃料集合体。」
　
　
４．特許異議の申立ての理由の概要　
　特許異議申立人は下記の甲第１ないし７号証を提出し、以下のとおり主張している。
　
「本件請求項１、２、及び３に係る各特許発明は、甲第１号証乃至甲第７号証記載のものに基いて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものである。したがって、本件の各請求項にかかる特許発明は特許法第１１３条第１項第２号の規定により取り消すべきものである。」
　
　                                記
甲第１号証：１９８９年発行　Zirconium  in  the  Nuclear  Industry;　Eighth  International  Symposium,  ASTM STP1023、 Microstructure　and  Corrosion  Studies  for  Optimized  PWR  and  BWR  Ziracaloy  Cladding
甲第２号証：欧州特許出願公開第４４６９２４号明細書
甲第３号証：甲第１号証におけるＦＩＧ．５の等分散検定結果
甲第４号証：（財）原子力安全研究協会発行　昭和６１年８月１５日第２版「軽水炉燃料のふるまい」
甲第５号証：１９９１年発行　Zirconium  in  the  Nuclear  industry;　Ninth  International  Symposium,  ASTM  STP1132、 Controlled  Composition　 Zircaloy-2  Uniform  Corrosion  Resistance
甲第６号証：１９８４年１２月発行”BWR  FUEL BUNDLE  EXTENDED  BURNUP  PROGRAM  Final Report  (DOE/ET/34031-18)
甲第７号証：１９９１年４月のフランスで行われた「International Topical  Meeting  on  LWR  Fuel  Performance」での”BWR  Fuel Performance  and  Recent  R＆D  Activities  in  Japan
　
　
５．取消理由通知の概要
　当審より平成１４年２月２６日付で通知した取消理由通知における理由は、請求項１ないし３の請求項に係る発明は、その出願前日本国内または外国において頒布された下記の刊行物１ないし７に記載された発明に基づいて、その出願前にその発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定に違反して特許されたものである、というものである。
　
　　　　　　　　　　　　　　　　　記
刊行物１：特公昭６１−４５６９９号公報
刊行物２：１９８９年発行　Zirconium  in  the  Nuclear  Industry;　Eighth  International  Symposium,  ASTM STP1023、 Microstructure　and  Corrosion  Studies  for  Optimized  PWR  and  BWR  Ziracaloy  Cladding（上記甲第１号証）
刊行物３：欧州特許出願公開第４４６９２４号明細書（上記甲第２号証）
刊行物４：（財）原子力安全研究協会発行　昭和６１年８月１５日第２版「軽水炉燃料のふるまい」（上記甲第４号証）
刊行物５：１９９１年発行　Zirconium  in  the  Nuclear  industry;　Ninth  International  Symposium,  ASTM  STP1132、 Controlled  Composition　 Zircaloy-2  Uniform  Corrosion  Resistance（上記甲第５号証）
刊行物６：１９８４年１２月発行”BWR  FUEL BUNDLE  EXTENDED  BURNUP  PROGRAM  Final Report  (DOE/ET/34031-18)（上記甲第６号証）
刊行物７：１９９１年４月のフランスで行われた「International Topical  Meeting  on  LWR  Fuel  Performance」での”BWR  Fuel Performance  and  Recent  R＆D  Activities  in  Japan（上記甲第７号証）
　
６．各刊行物の記載事項
（１）上記刊行物１には、
「最終熱間塑性加工したジルコニウム基合金を冷間塑性加工後焼なまし処理する方法において、前記最終熱間塑性加工後で且つ最後の冷間塑性加工前に、前記合金のα相およびβ相を含む温度領域で加熱し急冷する第１の溶体化処理を施すことを特徴とするジルコニウム基合金の製造法。」（第１頁第１欄第２−７行）、
「ジルコニウム基合金の代表的なものとして「ジルカロイ−２」（ジルコニウムにスズ約１．５％、鉄を約０．１％、クロムを０．１％、ニッケルを約０．０５％添加したもの）及び「ジルカロイ−４」（ジルコニウムにスズを約１．５％、鉄を約０．２％、クロムを約０．１％添加したもの）が知られている。」（第２頁第３欄第２６−３２行）（「ジルコニウム−２」は「ジルカロイ−２」の誤記と認められるので、上記のように認定した。）、
「（３）溶体化処理：β鍛造後のブルームをβ領域温度まで予備加熱（通常１０００℃以上で数時間保持）後急冷（通常水冷）する。この溶体化処理により、偏在していた合金元素が均一化され、金属組織は改善される。」（第２頁第４欄第１０−１４行）、
「従来、熱間塑性加工温度及び焼なまし温度は、α＋β遷移温度約８３０℃を越えないよう制限されている。」（第２頁第４欄第３９−４１行）、
「以上本発明によればジルコニウム基合金、特にジルカロイ合金の耐食性を向上できるので、ジルカロイ基合金からなる原子炉用機器、特に燃料棒被覆管、チャンネルボックス、燃料スペーサ、燃料バンドルの寿命が顕著に向上する。」（第５頁第１０欄第１４−１８行）、
と記載されている。
　
（２）上記刊行物２（甲第１号証）には、特許異議申立人提出の訳文を参照すると、
「ＢＷＲ及びＰＷＲの炉内におけるコロージョンと累積焼鈍ファクターΣＡｉ＝ｔｉｅｘｐ（−Ｑ／Ｒｔｉ）との間には明白な関係があり、ＢＷＲでの良好なコロージョンは、累積焼鈍ファクターがΣＡｉ≦１０‐１８ｈであるジルカロイが必要であるという結果が得られた。」（第２１１頁第９行ないし１２行）
と記載されている。
　
　なお、甲第３号証は刊行物２（甲第１号証）におけるＦｉｇ．５に記載されたジルカロイ４とジルカロイ２のデータについての等分散検定結果であって本件出願前に公知な刊行物ではなく、また該Ｆｉｇ．５に示された腐食速度は３５０℃環境下におけるものである。
　
（３）上記刊行物３（甲第２号証）には、特許異議申立人提出の訳文を参照すると、
「改良は、（ａ）焼き入れと最終サイズへの最終冷間圧延間で最大処理温度６２０℃を使用すること、　（ｂ）５２０℃の最大中間焼き鈍し温度での応力除去、　（ｃ）Ａパラメータが４×１０−１９〜７×１０−１８になるように、熱間圧延、熱間圧延後の焼き鈍し、中間焼き鈍し、及び最終焼き鈍しの時間−温度の組み合わせを使用することを特徴とする。」（第１頁左欄第９行ないし右欄第２行）
「ノジュラー腐食テストは静的オートクレーブ内において５００℃で１日間行われた。均一蒸気コロージョンテストは４００℃のもとで３乃至８８日の露出時間で行われた。その結果がＦｉｇ．３に示されている。“＋”はチャンネルストリップを使用したデータを示している。四角形の表示はスペーサを使用したデータを示す。
　Ｆｉｇ．２の処理工程の使用及び最終再結晶化焼き鈍しの制御により均一腐食（４００℃、Ｆｉｇ．３Ａ）及びノジュラー腐食（５００℃、Ｆｉｇ．３Ｂ）の最大の耐食性が得られた。Ｆｉｇ．３は、Ａ−パラメータが４×１０−１９〜７×１０−１８の範囲内にある場合に、均一腐食（コロージョン速度−ｍｇ／ｄｍ２−ｄａｙ）及びノジュラー腐食（重量増加　ｍｇ／ｄｍ２）に対する最大の耐食性が得られたことを示している。」（第４頁左欄第２５行ないし４０行）
と記載されている。
　
（４）上記刊行物４（甲第４号証）には、
「炉外での腐食はジルカロイ−２とジルカロイ−４とに差はなく、重量増加曲線は図４．４．２５のようである。」（第１７５頁右欄第５行ないし６行）
「これらの式は２６０〜４００℃において、ジルカロイ−２と４の両方によくあてはまるものであり、この意味では二つの合金の腐食には差はない。」（第１７６頁左欄第１ないし３行）
と記載されている。
　
（５）上記刊行物５（甲第５号証）には、
「the end-of-exposure weight gains are lowest at intermediate levels of annealing parameter (Fig.14), since TTB is longest for these.」(第２８６頁下から１行ないし第２８７頁第２行）
と記載されており、その日本語訳は、おおよそ次の通りである。
「焼きなましパラメータが中間レベル時、暴露終了時重量増加が最小であり（図１４）、それらのＴＴＢ（time-to-breakaway）は最長である。」
　
（６）上記刊行物６（甲第６号証）には、特許異議申立人提出の訳文を参照すると、
「アブストラクト
　これはＢＷＲ燃料集合体の燃焼度伸長計画の最終報告である。この計画における最高燃焼度燃料集合体は、燃料集合体平均で４５．６ＧＷｄ／ＭＴＵ、最高ペレット燃焼度で５８．７ＧＷｄ／ＭＴＵの燃焼度に達した。１９８３年までの計画の結果がまとめられ、バレシトス原子力センターでのホットセル高温室試験の最終結果が詳細に記載されている。十分なサイト試験及び高温室試験から得られた全ての結果は高燃焼度において良好な性能が期待できることを示している。高燃焼度における燃料棒伸び差に適当に対応するように設計された燃料集合体は、少なくともこの計画で得られたと同じ燃焼度までは信頼できる運転が可能である。」（ix／ｘ頁）
と記載されている。
　
（７）上記刊行物７（甲第７号証）には、特許異議申立人提出の訳文を参照すると、
「８×８ＢＪ燃料は高燃焼度化に対する第１ステップである。図３に示すように、８×８ＢＪ燃料は６２本の燃料棒、２本のウォーターロッド、７個のグリッドタイプのスペーサ及び、上部及び下部タイプレートから構成されている。設計最高集合体燃焼度は４０ＧＷｄ／ｔで、取出平均燃焼度は約３３ＧＷｄ／ｔである。
　次の設計段階、ステップII燃料は既に使用の準備ができており、最初の燃料集合体は１９９１年秋に柏崎原子力発電所２号炉に装荷されるように計画されている。設計最高集合体燃焼度は５０ＧＷｄ／ｔで、取出平均燃焼度は約３８ＧＷｄ／ｔである。取出燃焼度の増加により、幾何学的配置が燃料サイクルコストを最小にするようにされ、４本の中央燃料棒の代わりに太径のウォーターロッドが採用されている。ステップII燃料の他の設計的特徴は、熱水力的特性を改良するためのフェルールタイプのスペーサの導入である。ステップII燃料のアウトラインは８×８ＢＪ燃料と比較して図３に示されている。
　高燃焼度燃料化への第３段階、ステップIII燃料が開発されており、現在機械的及び熱水力的試験を含む炉外試験が行われている。その設計最高燃焼度は６０ＧＷｄ／ｔで、取出平均燃焼度は約４５ＧＷｄ／ｔである。」（第３７頁第６ないし２４行）、
と記載されている。
　
　
７．対比・判断
　上記刊行物１には
「ジルコニウム基合金のジルカロイ２によって形成され、該ジルカロイ２を１０００℃以上まで加熱・急冷した後の焼きなまし処理が行われた沸騰水型原子炉用の燃料集合体用被覆管」の発明（以下、「刊行物１に記載された発明」という。）
　が記載されており、また、上記刊行物１の「ジルコニウム基合金のジルカロイ２」、「焼きなまし処理」が本件発明１の「ジルコニウム合金のジルカロイ２」、「所定の熱処理」に相当することは明らかである。
　従って、本件発明１と上記刊行物１に記載された発明とは、
「ジルコニウム合金のジルカロイ２によって形成され、該ジルカロイ２を８３０℃以上まで加熱・急冷した後の所定の熱処理が行われた沸騰水型原子炉用の燃料集合体用被覆管」である点で一致し、以下の点で相違する。
　相違点：本件発明１では、「高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」の高燃焼度燃料集合体用被覆管であり「前記所定の熱処理の条件を定量化した」「ΣＡｉ値が２×１０−１９以上２×１０−１８以下の範囲である」のに対して、上記刊行物１に記載された発明は、高燃焼度燃料集合体用ではなく、熱処理条件についても明記されていない点。
　
  上記相違点につき検討すると、「高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」の高燃焼度燃料集合体用被覆管であり「前記所定の熱処理の条件を定量化した」「ΣＡｉ値が２×１０−１９以上２×１０−１８以下の範囲である」ものは上記刊行物１ないし７のいずれにも記載されていない。また、「高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」である高燃焼度燃料集合体用被覆管の使用環境に相当する雰囲気条件において、ジルカロイ２材料の腐食とΣＡｉ値との関係がどのようなものであるのかについても、上記刊行物１ないし７のいずれにも記載されていない。すなわち、
（ア）刊行物２（甲第１号証）の第２１１頁第９行乃至第１２行には、ＢＷＲにおいて熱処理条件がΣＡｉ≦１０‐１８なる関係を満たすことが好ましい旨記載されてはいるものの、ΣＡｉの好適値に下限が存在することについては示されておらず、また上記ΣＡｉ≦１０‐１８なる関係についても、該関係が「約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」なる高燃焼度条件下での被覆管雰囲気環境において成立するか否かについては何ら言及されていない。
　
（イ）刊行物３（甲第２号証）には「Ａ−パラメータが４×１０−１９〜７×１０−１８の範囲内にある場合に、均一腐食　（コロージョン速度−ｍｇ／ｄｍ２−ｄａｙ）及びノジュラー腐食（重量増加　ｍｇ／ｄｍ２）に対する最大の耐食性が得られたことを示している。」と記載されているものの、ここに示されているのはジルカロイ４に関するものであり、ジルカロイ２のΣＡｉ値条件を何ら示すものではない。異議申立人は、ΣＡｉの腐食に対する影響についてジルカロイ４とジルカロイ２とが同様な性質を有すると主張し、その根拠として刊行物２（甲第１号証）のＦＩＧ．６及び刊行物３（甲第２号証）のＦＩＧ．３Ｂでのジルカロイ２とジルカロイ４との挙動の類似性を挙げているが、そのいずれもΣＡｉの好適値に下限が存在することを示すものではない。異議申立人は、さらに刊行物３（甲第２号証）のＦＩＧ．３Ａ及び刊行物２（甲第１号証）のＦＩＧ．５を挙げてそこに示されたΣＡｉ値と腐食との関係を云々しているが、刊行物３（甲第２号証）のＦＩＧ．３Ａは４００℃条件下でのジルカロイ４の挙動を、刊行物２（甲第１号証）のＦＩＧ．５は３５０℃条件下でのジルカロイ２及び４の挙動を示すものであって、いずれも「高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」である高燃焼度燃料集合体用被覆管の使用環境に相当する雰囲気条件において、ジルカロイ２材料の腐食とΣＡｉ値との関係がどのようなものであるのかについては、何ら示されていない。
　
（ウ）刊行物４（甲第４号証）には、「炉外での腐食はジルカロイ２とジルカロイ４とに差はなく、重量増加曲線は図４．４．２５のようである。」、「これらの式は２６０〜４００℃において、ジルカロイ−２と４の両方によくあてはまるものであり、この意味では二つの合金の腐食には差はない。」と記載されているものの、ここでジルカロイ２とジルカロイ４とに差が無いとされているのは「炉外での腐食」「２６０〜４００℃において」という条件下であり、これが「高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」である高燃焼度燃料集合体用被覆管の使用環境に相当する雰囲気条件と異なることは明らかである。
　
（エ）刊行物５（甲第５号証）の図１４からは、ジルカロイ２の均一腐食の腐食量が中間的なしベルのΣＡｉ値で最も小さくなることが読み取れるものの、ここに示されているものは４２０℃条件下での腐食量であって、これが「高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」である高燃焼度燃料集合体用被覆管の使用環境に相当する雰囲気条件と異なることは明らかである。
　
（オ）刊行物６（甲第６号証）には、「この計画における最高燃焼度燃料集合体は、燃料集合体平均で４５．６ＧＷｄ／ＭＴＵ、最高ペレット燃焼度で５８．７ＧＷｄ／ＭＴＵの燃焼度に達した。」と記載されており、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度である高燃焼度が実施されていることが読み取れるものの、ジルカロイ２の最適なΣＡｉに関する言及は認められない。
　
（カ）刊行物７（甲第７号証）には、「高燃焼度燃料化への第３段階、ステップIII燃料が開発されており、現在機械的及び熱水力的試験を含む炉外試験が行われている。その設計最高燃焼度は６０ＧＷｄ／ｔで、取出平均燃焼度は約４５ＧＷｄ／ｔである。」と記載されており、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度である高燃焼度について読み取れるものの、やはりジルカロイ２の最適なΣＡｉに関する言及は認められない。
　
　そもそも、刊行物２（甲第１号証）のＦＩＧ．５とＦＩＧ．６とに示されている腐食挙動が異なることからも分かるように、異なる条件下においてはΣＡｉ値と腐食との関係も異なるものであると考えることが自然であって、ジルカロイ２に関して（異なる条件下で）ΣＡｉ値が小である領域において腐食が増加することが示されていたとしても、それから直ちに「約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」なる高燃焼度条件下での被覆管雰囲気環境においてΣＡｉ値が小である領域において腐食が増加することが明らかであるとも、それを当業者が容易に想到しうるとも言えない。また、「約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度」なる高燃焼度条件下での被覆管雰囲気環境において、ΣＡｉ値が小なる領域における腐食挙動がどのようなものであるのかを確認する必要について想到することが容易であるとも言えない。
（仮に、ΣＡｉ値が小なる領域における腐食挙動を確認することが当業者にとって容易であるとしても、本件発明１は高燃焼度条件下で腐食が急激に進展することを防止できるという、当業者が容易に予想し得ない特段の効果を奏するものである）
　
　そして、上記の相違点により、本件発明１は明細書に記載の特有の作用効果を奏するものと認められる。また、本件の請求項２及び３は請求項１を引用しており、本件発明２及び３は当然に上記相違点を有するものである。
　なお、特許異議申立人は平成１５年９月１日提出の上申書において、被覆管腐食の形態（均一腐食であるか、ノジュラー腐食であるか）に関して縷々主張しているが、腐食の形態がどのようなものであるかということ以前に、高燃焼度領域においてΣＡｉ値が小さいとジルカロイ２の腐食が加速されることが公知ではなく、またそのことが公知なジルカロイ４の挙動や高燃焼度領域とは異なる環境でのジルカロイ２の挙動などから類推し得るものとも認められない以上、本件発明１ないし３が上記刊行物１及び２−７（甲第１，２，４−７号証）に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明できたものであるとは認められず、上記上申書における主張は採用できない。
　したがって、本件発明１ないし３は上記刊行物１及び２−７（甲第１，２，４−７号証）に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものではない。
　
　
８．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、本件発明についての特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件発明についての特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１５年１２月１５日（２００３．１２．１５）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
高燃焼度燃料集合体用
被覆管
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　ジルコニウム合金のジルカロイ２によって形成され、該ジルカロイ２を８３０℃以上まで加熱・急冷した後の所定の熱処理が行われた沸騰水型原子炉用の高燃焼度燃料集合体用
被覆管
　前記高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度であり、
　前記所定の熱処理の条件を定量化した次式で表現されるΣＡｉ値が２×１０−１９以上２×１０−１８以下の範囲であることを特徴とした高燃焼度燃料集合体用
被覆管
　　ΣＡｉ＝ｔ・ｅｘｐ（−Ｑ／　ＲＴ）
　　　　ｔ；温度Ｔにおける保持時間（時間）
　　　　Ｔ；焼鈍温度（Ｋ）
　　　　Ｑ；活性化エネルギー
　　　　Ｒ；気体定数
　　Ｑ／Ｒ；４００００
　【請求項２】　前記請求項１に記載の
被覆管
　前記ΣＡｉ値が、２×１０−１９以上１×１０−１８以下の範囲であることを特徴とした高燃焼度燃料集合体用
被覆管
　【請求項３】　前記請求項１又は請求項２に記載の
被覆管
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、燃料の高燃焼度化が進んでも被覆管の酸化の程度が小さく、燃料被覆管の機械的健全性を維持できる高燃焼度燃料集合体用
被覆管
　【０００２】
　【従来の技術】
　沸騰水型原子炉用燃料集合体の高燃焼度化が検討されており、従来は約３２ＧＷｄ／ｔであった燃料集合体取出平均燃焼度が現在までに約３９ＧＷｄ／ｔに増加し、将来は約４５ＧＷｄ／ｔまで引き上げられることが検討されている。
　【０００３】
　現在、我が国で主流となっている原子炉として沸騰水型原子炉、および加圧水型原子炉の２種類が有る。沸騰水型原子炉は炉水を燃料で約２８０℃まで加熱して蒸気を発生させ、直接発電用タービンを回転させて発電する仕組みである。一方、加圧水型原子炉は炉水を燃料で３２０℃以上まで加熱し、加熱した水を蒸気発生器の中の細管を通して、細管回りの水を加熱して蒸気を発生し、その蒸気で発電用タービンを回転させて発電する仕組みである。
　【０００４】
　また、以上のような構造の違いに基づく様々な理由により、沸騰水型原子炉の炉水には酸素が相対的に多く、一方、加圧水型原子炉では酸素が相対的に少なくなっている。
　【０００５】
　このように、沸騰水型原子炉と加圧水型原子炉では同じ原子炉であっても、炉水の温度や炉水中の酸素の含有量などが異なり、その結果、ジルコニウム合金製被覆管の酸化挙動は大きく異なると考えられている。
　【０００６】
　具体的には、加圧水型原子炉の燃料被覆管では、「均一腐食」と呼ばれる被覆管の全面に渡ってほぼ一様な厚さの酸化膜が厚く生成し、被覆管肉厚がその分薄くなって、高燃焼下での燃料の健全性を損なう恐れのあることが知られている。一方、沸騰水型原子炉の燃料被覆管では、炉水の温度が低いことから、均一腐食はあまり成長せず、代わりに、炉水中の酸素が多いことに起因して発生すると考えられる瘤状の酸化膜が発生し、加圧水型原子炉用燃料と同様に被覆管肉厚がその分薄くなって、高燃焼度下での燃料の健全性を損なう恐れがあると考えられていた。
　【０００７】
　以上のように沸騰水型原子炉では、被覆管の酸化を低減し、高燃焼度下における燃料の健全性を維持するためには、瘤状の酸化をいかに低減するかが重要であり、そのために被覆管の化学組成や熱処理について様々な研究、検討がなされてきており、燃料被覆管についても瘤状酸化を低減する観点にのみ基づいた方法で製造されていた。
　【０００８】
　具体的には、瘤状腐食は被覆管の製造工程中で最低一度はジルコニウム合金を約８３０℃以上まで加熱・急冷し、それ以降は必要最小限な熱処理に抑え、極力熱を加えないようにする種々の提案がなされている。図３は従来の被覆管の製造工程を示す工程図である。
　【０００９】
　例えば、最終熱間加工後でかつ最終冷間加工前に一旦８３０℃以上に加熱・急冷する方法（特公昭６１−４５６９９号，図３（ａ））、ジルニウム合金製品の表面のみをレーザービーム等で９７０℃以上に加熱する方法（特開昭５５−１００９４７号）、第１回目の冷間圧延と中間焼鈍以降で且つ最終冷間工程前に９５０℃以上に加熱・冷却する方法（特開昭５８−２５４６７号，図３（ｂ））等が知られている。
　【００１０】
　【発明が解決しようとする課題】
　ところで、燃焼度の増加は、燃料集合体を構成する材料、特にジルコニウム合金製燃料被覆管に対する負荷が増大することにつながる。即ち、被覆管は高燃焼度化に伴って、炉水との接触時間や中性子照射量、及び熱的負荷が増大する。このことは、被覆管と炉水とが反応して被覆管の酸化（Ｚｒ＋２Ｈ２Ｏ→ＺｒＯ２＋２Ｈ２）が進行することを意味する。被覆管の酸化が進行すると被覆管の肉厚が減少し、燃料被覆管としての機械的健全性が損なわれる可能性が生じる。
　【００１１】
　しかしながら、前述の特公昭６１−４５６９９号及び特開昭５８−２５４６７号で作製されたものは、従来の燃焼度では良好なものの、燃料の高燃焼度化に伴い、逆に、酸化を加速することが明らかとなり、例えば、前述の方法で得られた被覆管では、肉厚が酸化によって、その分薄くなり、燃料の健全性を損なう恐れのあることが明らかになった。
　【００１２】
　本発明は、集合体燃焼度が、例えば４２ＧＷ／ｔを超える高燃焼度領域までの全ての範囲に渡って、燃料集合体用構造材の酸化が最小限に抑えられ、燃料の機械的健全性が保たれる高燃焼度燃料集合体用
被覆管
　【００１３】
　【課題を解決するための手段】
　本発明に係る高燃焼度燃料集合体用
被覆管
被覆管
　前記高燃焼度が、約４２ＧＷｄ／ｔ以上の燃料集合体平均燃焼度であり、
　前記所定の熱処理の条件を定量化した次式で表現されるΣＡｉ値が２×１０−１９以上２×１０−１８以下の範囲である。
　　ΣＡｉ＝ｔ・ｅｘｐ（−Ｑ／　ＲＴ）
　　　　ｔ；温度Ｔにおける保持時間（時間）
　　　　Ｔ；焼鈍温度（Ｋ）
　　　　Ｑ；活性化エネルギー
　　　　Ｒ；気体定数
　　Ｑ／Ｒ；４００００
　【００１４】
　更に好ましくは、前記ΣＡｉ値が２×１０−１９以上１×１０−１８以下の範囲である高燃焼度燃料集合体用
被覆管
　【００１５】
　【作用】
　ジルコニウムは低温（８６２℃以下）において安定なα相（稠密六方格子）及び高温（９６０℃）以上においては安定なβ相（体心立方格子）を有し、これに合金元素を添加することにより、α相からβ相に変態を開始する温度（α＋β遷移温度）が約３０℃低下することが知られている。
　【００１６】
　このジルコニウム合金に所定の熱処理を加えることによって酸化が抑制できることのメカニズムは、未だ充分に解明されているわけではないが、ＡＳＴＭ　ＳＴＰ　１０２３，１９８９およびＡＮＳ＆ＥＮＳ会議，１９９１によれば、８３０℃以上に加熱・急冷するとジルコニウム合金の成分である鉄，ニッケル，クロムとジルコニウムとの金属間化合物がジルコニウム母材中に溶け込み、その後の熱処理を抑えることによりこれら金属間化合物の析出を防止することにより、ジルコニウム合金の瘤状腐食に対する特性が向上すると考えられている。
　【００１７】
　この事象は以下の式で示されるΣＡｉ値で定量化が可能であり、ΣＡｉ値が１０−１８以下、好ましくは２×１０−１９以下の時に優れた特性を示すと言われていた。
　【００１８】
　　ΣＡｉ＝ｔ・ｅｘｐ（−Ｑ／　ＲＴ）　　　　　　　　　　　…（１）
　　　　ｔ；温度Ｔにおける保持時間（時間）
　　　　Ｔ；焼鈍温度（Ｋ）（８３０℃以上に加熱・冷却した後の熱処理温度）
　　　　Ｑ；活性化エネルギー
　　　　Ｒ；気体定数
　　Ｑ／Ｒ；４００００
　【００１９】
　例えば、前述の特公昭６１−４５６９９号および特開昭５８−２５４６７号で作製された被覆管のΣＡｉは２×１０−１９以下であり、特開昭５５−１００９４７号のものでは１×１０−１９である。
　【００２０】
　ところで、後述する図１に示す通り、このΣＡｉ値は集合体燃焼度が約４２ＧＷ／ｔを超える高燃焼度領域では、燃料の高燃焼度化に伴い、逆に、酸化を加速することが明らかとなった。
　【００２１】
　本発明では、ジルコニウムと、鉄，ニッケル，クロムの何れか１種以上とのジルコニウム合金によって形成され、８３０℃近傍以上に加熱・急冷する熱処理を与えられた高燃焼度燃料集合体用構造材において、熱処理の条件が前記（１）式で表現されるΣＡｉ値であり、該ΣＡｉ値が２×１０−１９以上２×１０−１８以下の範囲であるものであるため、集合体燃焼度が約４２ＧＷ／ｔを超える高燃焼度領域までの全ての範囲に渡って、燃料集合体用
被覆管
　【００２２】
　即ち、後述する図２に示す通り、集合体燃焼度が４２ＧＷ／ｔのような高燃焼度領域では、前記ΣＡｉ値と酸化膜厚との関係は、ΣＡｉ値が２×１０−１９以上２×１０−１８以下（好ましくは２×１０−１９以上１×１０−１８以下）の範囲で酸化膜厚が最小となる。このため、燃料集合体用
被覆管
尚、本発明で得られた高燃焼度燃料集合体用構造材は沸騰水型原子炉燃料集合体の構成材として、燃料被覆管，燃料チャンネルボックス又は燃料スペーサを構成すれば良好に健全性を保つことができる。
　【００２３】
　【実施例】
　８３０℃加熱以降の加熱工程を種々に変化させて、前記（１）式で示されるΣＡｉ値を変化させたジルカロイ−２製被覆管を作製した。これら種々のジルカロイ−２製被覆管を燃料集合体に組み込んで沸騰水型原子炉において照射試験を行った。燃料集合体の燃焼度は４２ＧＷｄ／ｔとした。結果を次の表１に示す。
　【００２４】
　【表１】
　【００２５】
　表１に示されたように、従来よりΣＡｉ値が１０−１８以下、好ましくは２×１０−１９以下の時に優れた特性を示すと言われていたが、ΣＡｉ値が最小である実験例１０では、酸化膜厚が７０μｍと肥大していることが判明した。
　【００２６】
　そこで、表１の実験例１（ΣＡｉ＝８×１０−１８），実験例４（ΣＡｉ＝１×１０−１８），及び実験例１０（ΣＡｉ＝７×１０−２０）を用いて、燃焼度を変化させた時の酸化膜厚さの変化を測定した。図１はその結果を示す線図であり、図に示されているように、ΣＡｉ値が最小である実験例１０は集合体燃焼度が小さい時には酸化膜厚さはほとんど発生しないが、燃焼度が３０ＧＷｄ／ｔを越えるに従い、次第に酸化膜の発生を加速することが明らかとなった。
　【００２７】
　ところで、図２は表１のΣＡｉ値と酸化膜厚との関係を示す線図である。図２に示されるように、ΣＡｉ値が２×１０−１９以上で２×１０−１８以下の範囲で酸化膜が極小となり、そのなかでも２×１０−１９以上で１×１０−１８以下の範囲が最も好ましいことが判る。
　【００２８】
　以上のように、熱処理の条件を前述の（１）式で表現されるΣＡｉ値が２×１０−１９以上２×１０−１８以下の範囲とした被覆管とすることにより、集合体燃焼度が約４２ＧＷ／ｔを超える高燃焼度領域までの全ての範囲に渡って、被覆管の酸化が最小限に抑えられ、燃料の機械的健全性が保たれる。尚、ΣＡｉ値の条件は、燃料被覆管だけでなく、他の集合体用構造材（例えば、燃料チャンネルボックス又は燃料スペーサ）にも当然使用可能である。
　【００２９】
　【発明の効果】
　以上説明した通り、本発明によれば、ジルコニウムと、鉄，ニッケル，クロムの何れか１種以上とのジルコニウム合金によって形成され、８３０℃近傍以上に加熱・急冷する熱処理を与えられた高燃焼度燃料集合体用
被覆管
被覆管
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　燃焼度変化と酸化膜厚変化との関係を示す線図である。
　【図２】
　表１のΣＡｉ値と酸化膜厚との関係を示す線図である。
　【図３】
　従来の被覆管の製造工程を示す工程図であり、ａ図は最終熱間加工後でかつ最終冷間加工前に一旦８３０℃以上に加熱・急冷する工程、ｂ図はジルニウム合金製品の表面のみをレーザービーム等で９７０℃以上に加熱する工程を示す。