(57)【要約】【課題】製造コスト及び製品コストを抑えつつ、容器本体の耐食性の向上を図る放射性物質収納容器の製造方法及び放射性物質収納容器並びに異種材料の接合方法を提供する。【解決手段】放射性物質収納容器を構成する容器本体の主材となる第１金属塊Ａと、耐食性を有する第２金属塊Ｂとを予め鍛造によって接合することで接合金属塊Ｚを形成し、該接合金属塊Ｚを容器成形型５０に挿入して熱間拡張によって放射性物質収納容器の容器本体を一体成形する製造方法を用いることとした。また、容器本体の主材となる第１金属をビレット成形型に鋳込んだ後、該ビレット成形型に耐食性を有する第２金属を鋳込むことにより第１金属層と第２金属層とを有する接合金属塊Ｚを形成し容器本体を一体成形する製造方法を実現した。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備える放射性物質収納容器の製造方法であって、
前記容器本体の主材となる第１金属塊と、耐食性を有する第２金属塊とを鍛造によって接合することで接合金属塊を形成し、
該接合金属塊を前記容器本体の容器成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする放射性物質収納容器の製造方法。
【請求項２】
下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備える放射性物質収納容器の製造方法であって、
前記容器本体の主材となる第１金属をビレット成形型に鋳込んだ後、該ビレット成形型に耐食性を有する第２金属を鋳込むことにより第１金属層と第２金属層とを有する接合金属塊を形成し、
該接合金属塊を前記容器本体の形状をなす容器成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする放射性物質収納容器の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の放射性物質収納容器の製造方法において、
前記第１金属及び前記第２金属の鋳込みを真空状態で行うとともに、得られた前記接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近で圧縮することを特徴とする放射性物質収納容器の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の放射性物質収納容器の製造方法において、
前記第２金属を前記ビレット成形型に数回に分けて鋳込むことを特徴とする放射性物質収納容器の製造方法。
【請求項５】
下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備えた放射性物質収納容器であって、
前記容器本体は、この胴体部分に配された主材となる第１金属と、前記開口部側に配された耐食性を有する第２金属とを有して一体成形されてなることを特徴とする放射性物質収納容器。
【請求項６】
異なる金属材料を組み合わせて接合する異種材料の接合方法であって、
第１金属塊と第２金属塊との両方を融点の高い方の再結晶温度に加熱して組み合わせるとともに、融点の高い方の降伏点以上の応力を与えるように圧縮して接合することを特徴とする異種材料の接合方法。
【請求項７】
異なる金属材料を組み合わせて接合する異種材料の接合方法であって、
第１金属をビレット成形型に鋳込んだ後、該ビレット成形型に前記第１金属よりも融点が低い第２金属を前記第１金属の融点以下で鋳込むことにより第１金属と第２金属とを接合することを特徴とする異種材料の接合方法。
【請求項８】
請求項７記載の異種材料の接合方法において、
前記第１金属及び前記第２金属の鋳込みを真空状態で行うとともに、得られた接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近で圧縮することを特徴とする異種材料の接合方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８記載の異種材料の接合方法において、
前記第２金属を前記ビレット成形型に数回に分けて鋳込むことを特徴とする異種材料の接合方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の異種材料の接合方法によって形成された接合金属塊を、所定形状をなす成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする異種材料接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み核燃料集合体や放射性物質を収容して搬送・貯蔵する放射性物質収納容器の製造方法及び放射性物質収納容器に関し、また、異なる金属材料を接合するための異種材料の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、解体処理されるとともに、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。そして、これらの使用済燃料は、再処理を行うまでの間、密閉された状態で貯蔵されている。このような高放射性物質の貯蔵方法としては、貯蔵プール等による湿式法、あるいは、核燃料用キャスク（放射性物質収納容器）等による乾式法が知られている。
【０００３】
その内、乾式法は、水に代わり空気によって高放射性物質の自然冷却を行う貯蔵方法であり、湿式法に比較して運転コストが低いことから注目を集め、開発が進められている。また、乾式法に用いる核燃料用キャスクには種々の構造のものがあるが、一般には、中性子遮蔽体をなすレジン材を外周面に備えて主たる材料が金属製とされた容器本体を有する金属製キャスク（放射性物質収納容器）が広く用いられている。ここで用いられる金属材料は一般に合金元素の含有量が少ないＳＡ３５０等の低合金鋼が主流である。
【０００４】
また、その他の核燃料用キャスクとして、遮蔽体としてコンクリートを用いたコンクリートキャスク（放射性物質収納容器）が使用されており、このコンクリートキャスクの場合、使用済燃料を格納するキャニスタ（放射性物質収納容器）を介して使用済燃料を収容し貯蔵する形態が一般的である。
【０００５】
したがって、本明細書に言う放射性物質収納容器とは、使用済み核燃料等を収納するキャニスタや各種のキャスクと呼ばれる容器の他、例えば、使用済み核燃料等を溶かしてからコンデンスして固形化したものなど、各種の放射性廃棄物を収納する容器を包含する。
【０００６】
さて、上述の金属製キャスク、あるいはキャニスタは、下端である底部が閉塞された筒状の容器本体と、容器本体の上端の開口部を封止する蓋体とを備え、通常、以下の工程によって高放射性物質である使用済燃料を封入する。まず、上端の開口部が開いた容器本体内を水で満たし、この状態で容器本体に使用済燃料を入れる。これにより、使用済燃料を水によって一時的に遮蔽する。
【０００７】
続いて、容器本体の開口部を一次蓋（蓋体）によって閉じ、容器本体の開口部を密閉する。そして、一次蓋に設けられた排水口から容器本体内の水を排水し、この排水口を封止する。その後、更に、一次蓋に重ねて二次蓋（蓋体）を配置して容器本体に固定する。これにより、使用済燃料を格納する空間の密閉性が高められている。
【０００８】
容器本体内の水分除去について詳細に説明すると、容器本体内に溜まった水を排水ポンプで吸い上げる水分除去の他に、真空ポンプで真空排気することにより容器本体内を乾燥させる、いわゆる真空乾燥が一般的に行われている。そして、二次蓋を取り付けた後、一次蓋と二次蓋との間を同じく真空乾燥することで水分の除去が行われている。
【０００９】
このような真空乾燥を行う上で、容器本体の開口部付近の断面を示した図６の断面図に示すように、一次蓋３及び二次蓋４などの蓋体と容器本体２との間に位置する金属製のシール部材５、蓋体固定用の各ボルト穴２３，２４、及びこの周辺は、水中における使用済燃料の収納作業のために水分が付着して多量に残留することが常である。
これらシール部材５、ボルト穴２３，２４、及びこの周辺である各蓋体３，４と開口部の壁面Ｗ１と隙間に水分が残留した場合、入り込んだ水分が時間の経過とともに金属製キャスク１の内部で蒸発し、その内部の他の場所で凝縮して水滴となる可能性がある。
【００１０】
そして、水滴となり得る残留水分が凝縮と蒸発を長期に渡って繰り返すと、水分中に含まれる僅かな不純物が濃縮し、腐食の原因となることがある。特に、シール部材５が装着される周辺部は形状が複雑であり、こすれが生じるような狭隘な部分であるため、水分が残留する可能性が高い。
【００１１】
そのため、金属製のシール部材５やその周辺が腐食しないようにするために、金属製キャスク１の中の水分量が許容される残留水分量以下になったことが確認できるまで真空乾燥を長時間継続する必要がある。
そして、さらなる腐食防止対策として、腐食を防止できるステンレス鋼を材料とするクラッド板３ａ，４ａ，２１，２２を各蓋体３，４の壁面や開口部の壁面Ｗ１に貼り合わせるとともに、ボルト穴２３，２４にステンレス製のヘリサート１７，１８を一旦挿入してからボルト１５，１６をねじ込む手法が用いられている。
【００１２】
ところで、容器本体２を製造するにあたり、この底部を含んで鍛造にて一体成形する製造方法が既に開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
この製造方法によれば、金属塊をなす金属ビレット（インゴットとも言う。）を成型用コンテナ内において熱間拡張することで底部と胴部とを一体成形した厚肉の底付容器を得ることができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−１２４７７８号に係る国際公開番号ＷＯ−０１／８２３０８号（第２図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような金属製キャスクを一例とする放射性物質収納容器において、この容器本体の開口部における腐食を防止するためには、例えばステンレス製のクラッド板やボルト固定用として嵌め込まれるステンレス製のヘリサートなどを用いた腐食防止対策が必要であることを説明した。これは、容器本体の主材となる金属材料としてＳＡ３５０（ＬＦ５とも呼ばれる。）と呼ばれるクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）等の含有量が少ない炭素鋼が用いられており、このような低合金鋼が耐食性に優れていないからである。
【００１５】
したがって、容器本体の全てを耐食性のあるステンレス鋼などを用いて製造することが腐食防止の観点から理想とされるが、合金元素の含有量が高いステンレス鋼などはＳＡ３５０に比べて高価であるため、容器本体の主材として用いた場合、製品価格を大きく上昇させる要因となる。
特に、金属製キャスクの一構成要素として用いられる容器本体について、この外周部に備えられる中性子遮蔽体を除いた金属部分のみで大きさを例に挙げると、容器本体の金属部分は、厚みが約３０〜４０ｃｍ、高さが約５ｍ、外側の直径約２ｍ強の筒状であるため、この金属部分を全て高価なステンレス鋼を用いることは困難である。
【００１６】
したがって、ＳＡ３５０等の低合金鋼を用いて容器本体を製造せざるをえない。しかし、上述したように蓋体が装着される開口部に腐食防止対策としてクラッド板やヘリサートを溶接やその他の接合手法によって取り付けることによっても製造コストの上昇が危惧される。なぜなら、開口部の内周面の全域、及び各蓋体の外周面の全域に渡ってクラッド板を取り付け、且つ、十カ所以上あるボルト固定用穴にヘリサートを装着して接合することは、多くの部品と材料に加えて多大な作業工数を必要とするからである。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、製造コスト及び製品コストを抑えつつ、容器本体の耐食性の向上を図る放射性物質収納容器の製造方法及び放射性物質収納容器並びに異種材料の接合方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備える放射性物質収納容器の製造方法であって、前記容器本体の主材となる第１金属塊と、耐食性を有する第２金属塊とを鍛造によって接合することで接合金属塊を形成し、該接合金属塊を前記容器本体の容器成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする。
【００１９】
このような放射性物質収納容器の製造方法によれば、第１金属塊と第２金属塊との接合面に発生した酸化物が鍛造によって除去され、酸化物の除去によって確実な接合がなされた接合金属塊が形成される。そして、この接合金属塊を容器本体の型取りを行う容器成形型に挿入し、例えばポンチ等を用いて熱間拡張することで放射性物質収納容器を構成する容器本体が得られることになる。
これによれば、放射線を遮蔽するための厚みを有する容器本体は、主材である第１金属によって大部分が形成されるとともに、残部が耐食性を有した第２金属によって形成されることになる。なお、容器本体における第２金属が配される部分は、接合金属塊が容器成形型に挿入される段階でほぼ決定される。このため、容器本体の開口部の腐食を回避しようとするならば、第２金属を開口部に配するために、接合金属塊における第２金属の部分を容器成形型の開口側に位置させて熱間拡張を行うことが望ましい。また、熱間拡張によって容器本体を形成する際、容器本体の底部については、これを一体成形してもよいし、貫通して両端開口した筒体を形成した後に底部を後付けすることであっても良い。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備える放射性物質収納容器の製造方法であって、前記容器本体の主材となる第１金属をビレット成形型に鋳込んだ後、該ビレット成形型に耐食性を有する第２金属を鋳込むことにより第１金属層と第２金属層とを有する接合金属塊を形成し、該接合金属塊を前記容器本体の形状をなす容器成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする。
【００２１】
このような放射性物質収納容器の製造方法によれば、第１金属層と第２金属層との境界面となる接合面に発生しうる酸化物が第２金属の鋳込みの段階で除去されることになり、第１金属層の上面に第２金属層が接合された接合金属塊が形成される。そして、この接合金属塊を容器本体の型取りを行う容器成形型に挿入し、例えばポンチ等を用いて熱間拡張することで容器本体が得られることになる。
これによれば、厚みを有する容器本体は、主材である第１金属によって大部分が形成されるとともに、残部が耐食性を有した第２金属によって形成されることになる。なお、容器本体にて第２金属が配される部分は、接合金属塊が容器成形型に挿入される段階でほぼ決定されるものである。このため、容器本体の開口部の腐食を回避しようとするならば、第２金属を開口部に配するために、接合金属塊における第２金属層を容器成形型の開口側に位置させて熱間拡張を行うことが望ましい。また、熱間拡張によって容器本体を形成する際、容器本体の底部については、これを一体成形してもよいし、貫通して両端開口した筒体を形成した後に底部を後付けすることであっても良い。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の放射性物質収納容器の製造方法において、前記第１金属及び前記第２金属の鋳込みを真空状態で行うとともに、得られた前記接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近で圧縮することを特徴とする。
【００２３】
このような製造方法によれば、第１金属の表面に酸化物が発生しにくくなり、第２金属の鋳込みにおいて、第１金属と第２金属との間に酸化物がほとんどない状態で接合がなされる。さらに、得られた接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近に加熱した状態で圧力を加えて圧縮することで、残留した酸化物が接合面を含む接合金属塊から除去されることになる。なお、接合金属塊の圧縮には衝撃荷重を用いて負荷応力の増大を図ることが好適である。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３記載の放射性物質収納容器の製造方法において、前記第２金属を前記ビレット成形型に数回に分けて鋳込むことを特徴とする。
【００２５】
このような製造方法によれば、第１金属に第２金属を鋳込む際、互いの金属が融点付近に達することで混じり合っていたことが徐々に減少し、第２金属の鋳込み回数に応じて鋳込まれる第２金属の純度は次第に高められることになる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、下端が閉塞されるとともに上端に開口部を有したほぼ筒状の容器本体と、該容器本体の開口部に装着される蓋体とを備えた放射性物質収納容器であって、前記容器本体は、この胴体部分に配された主材となる第１金属と、前記開口部側に配された耐食性を有する第２金属とを有して一体成形されてなることを特徴とする。
【００２７】
このような構成によれば、放射性物質収納容器の一構成要素である容器本体における胴体部分が第１金属によって形成されるとともに、腐食しやすい開口部が耐食性に優れた第２金属によって形成されることになり、これら両金属が容器本体の軸方向においてそれぞれ接合して備わる容器本体が形成されることになる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、異なる金属材料を組み合わせて接合する異種材料の接合方法であって、第１金属塊と第２金属塊との両方を融点の高い方の再結晶温度に加熱して組み合わせるとともに、融点の高い方の降伏点以上の応力を与えるように圧縮して接合することを特徴とする。
【００２９】
このような異種材料の接合方法によれば、第１金属塊と第２金属塊との接合面における酸化物が的確に除去され、互いの金属塊が確実に接合される。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、異なる金属材料を組み合わせて接合する異種材料の接合方法であって、第１金属をビレット成形型に鋳込んだ後、該ビレット成形型に前記第１金属よりも融点が低い第２金属を前記第１金属の融点以下で鋳込むことにより第１金属と第２金属とを接合することを特徴とする。
【００３１】
このような異種材料の接合方法によれば、接合面における酸化物が第２金属の鋳込み段階にて的確に除去され、互いの金属が接合されることになる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の異種材料の接合方法において、前記第１金属及び前記第２金属の鋳込みを真空状態で行うとともに、得られた接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近で圧縮することを特徴とする。
【００３３】
このような異種材料の接合方法によれば、第１金属の表面に酸化物が発生しにくくなり、第２金属の鋳込みにおいて、第１金属と第２金属との間に酸化物がほとんどない状態で接合がなされる。さらに、得られた接合金属塊を融点の高い方の再結晶温度付近に加熱した状態で圧力を加えて圧縮することで、残留した酸化物が接合面を含む接合金属塊から除去されることになる。なお、接合金属塊の圧縮には衝撃荷重を用いて負荷応力の増大を図ることが好適である。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８記載の異種材料の接合方法において、前記第２金属を前記ビレット成形型に数回に分けて鋳込むことを特徴とする。
【００３５】
このような異種材料の接合方法によれば、第１金属に第２金属を鋳込む際、互いの金属が融点付近に達することで混じり合っていたことが徐々に減少し、第２金属の鋳込み回数に応じて鋳込まれる第２金属の純度は次第に高められることになる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の異種材料の接合方法によって形成された接合金属塊を、所定形状をなす成形型に挿入して熱間拡張することを特徴とする異種材料接合体の製造方法である。
【００３７】
このような異種材料接合体の製造方法によれば、第１金属と第２金属とが接合された後、これが熱間拡張によって成形されることで異種材料接合体が形成されることになる。なお、第１金属及び第２金属はそれぞれ１層に限定されるものではなく、複数接合される場合であってもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る金属製キャスク及びこの製造方法について説明する。なお、容器本体を構成する金属として、合金元素の含有量が少ない低合金鋼（第１金属）と、ステンレス鋼のＳＵＳ３０４（第２金属）とを一例に挙げて説明するものとし、これら異なる金属の接合方法についても以下に説明する。
【００３９】
図１は異なる金属材料を接合して本発明の接合金属塊をなす接合ビレットＺを形成する第１の接合方法を示した説明図である。
図１（ａ）に示すように、クロム（Ｃｒ）等の合金元素の含有量が少ない低合金鋼のＳＡ３５０からなる第１ビレットＡ（第１金属塊）は、鋳造によって形成された段階でその表面に酸化物を有している。また、クロム（Ｃｒ）を１８〜２０％、ニッケル（Ｎｉ）を８〜１０．５％含有するステンレス鋼のＳＵＳ３０４からなる第２ビレットＢ（第２金属塊）においても、鋳造によって形成された段階でその表面に酸化物を有している。
【００４０】
まず、これら各ビレットＡ，Ｂの両方を、融点の高い方の再結晶温度付近まで加熱する。すなわち、この場合、ＳＡ３５０の融点がＳＵＳ３０４よりも高いため、ＳＡ３５０の再結晶温度付近である融点の１／２温度に両ビレットＡ，Ｂを共に加熱する。なお、この温度条件におけるＳＵＳ３０４は、自らの融点以下の温度状態であるため、溶解せずに形態が保持されている。
【００４１】
そして、これら両ビレットＡ，Ｂを接合面で密着させ、これら金属材料の降伏点以上の応力を負荷するように衝撃を用いた圧縮荷重を加える。すなわち、両ビレットＡ，Ｂを鍛造によって接合する。なお、この際の圧縮応力は少なくとも約３０ＭＰａを目標とするため、第１ビレットＡと第２ビレットＢとの接合面の面積から換算して約１万トンのプレス機を用いるとともに、エネルギー値が約１０倍になる速度を与えてプレス用のハンマーを落とす必要がある。
【００４２】
上述のように高温状態とされた両ビレットＡ，Ｂに衝撃荷重による圧縮応力が作用することで、接合面に残留した酸化物は除去されることになり、これによってＳＡ３５０からなる第１ビレットＡとＳＵＳ３０４からなる第２ビレットＢとは接合面にて密着して接合し一体化する。これによって、ＳＡ３５０の第１金属層（同符号Ａを付す。）とＳＵＳ３０４の第２金属層（同符号Ｂを付す。）とを有する接合ビレットＺが形成されることになる。
【００４３】
次に、図２を用いて同様な接合ビレットＺを形成する第２の接合方法について説明する。なお、図２は、本発明に係る第１金属のＳＡ３５０と第２金属のＳＵＳ３０４とを鋳込むことで接合する第２の接合方法を示した説明図であって、（ａ）はＳＵＳ３０４を１回で鋳込む場合を示しており、（ｂ）はＳＵＳ３０４を数回に分けて鋳込む場合を示している。なお、これらの工程は真空引きされた空間内で実施されるものとする。
【００４４】
まず、図２（ａ）に示すように、最初に第１金属である溶湯状態のＳＡ３５０をビレット成形型４０に注ぎ込み、定量を鋳込んだ後、後述するＳＵＳ３０４の鋳込みを考慮してＳＵＳ３０４の融点よりも温度が低くなるまで待つ。これにより、ビレット成形型４０内には高温状態のＳＡ３５０からなる第１ビレットＡが形成される。
【００４５】
そしてこの後、容器３０に入った溶湯状態のＳＵＳ３０４を第１ビレットＡの上方に注ぎ込む。このＳＵＳ３０４の溶湯を注ぎ込む量は、後で説明する容器本体の開口部にて必要とされるＳＵＳ３０４の必要高さに応じて予めほぼ決定されている。
【００４６】
これにより、ＳＡ３５０の第１金属層Ａと、ＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂとの境界面に発生しうる酸化物がＳＵＳ３０４の鋳込みの段階で浮き上がりながら境界面である接合面から除去されることになり、ＳＡ３５０の第１ビレットＡの上面にＳＵＳ３０４の第２ビレットＢが接合された接合ビレットＺが形成される。
【００４７】
さらに、得られた接合ビレットＺをビレット成形型４０から取り出し、該接合ビレットＺをＳＡ３５０の再結晶温度付近である融点の１／２温度にまで加熱又は温度維持させるとともに、図１（ｂ）に示したように衝撃荷重を用いた圧縮荷重を加える。なお、この作業は図１（ｂ）に説明したことと同様であるので詳細な説明を省略する。
このことにより、各金属の鋳込みにおいて発生した酸化物が外部に除去されることになり、ＳＡ３５０とＳＵＳ３０４との接合、及び、接合された接合ビレットＺの靱性が高められることになる。
【００４８】
次に、図２（ｂ）を用いてＳＵＳ３０４の鋳込み方法を変更した場合を説明する。
まず、図２（ａ）を用いて説明したことと同様に、ビレット成形型４０にＳＡ３５０を注ぎ込んでＳＡ３５０の第１ビレットＡを形成する。そして、第１ビレットＡの温度がＳＵＳ３０４の融点よりも低下した段階で、溶湯状態のＳＵＳ３０４を合計鋳込み量の１／４だけ注ぎ込み、符号Ｂ１に示すような薄い金属層を形成する。
【００４９】
そして、１回目に注ぎ込んだＳＵＳ３０４の温度が融点以下に低下して符号Ｂ１の金属層が再結晶した段階で、さらに溶湯状態のＳＵＳ３０４を合計鋳込み量の１／４だけビレット成形型４０内に追加して注ぎ込み、符号Ｂ２に示すような薄い金属層を追加して形成する。
このことを繰り返し、最終的にＳＵＳ３０４における第２金属層を目標とする容器本体の開口部における必要高さまで到達させる。なお、ＳＵＳ３０４を合計鋳込み量の１／４づつ鋳込むことについては特に限定するものではない。
【００５０】
これにより、ＳＡ３５０の第１金属層が第１ビレットＡとして１層形成されるとともに、ＳＵＳ３０４の第２金属層が時系列に従って数層組み合わせて形成された状態で接合された接合ビレットＺが形成されることになる。これによって、接合ビレットＺにおけるＳＵＳ３０４の各金属層は、鋳込みの段階を追う毎にＳＡ３５０からなる第１ビレットＡとの接触が回避されることになり、ＳＡ３５０と混じり合うことがなくなって自らの純度が高められることになる。
【００５１】
さらに、得られた接合ビレットＺをＳＡ３５０の再結晶温度付近である融点の１／２温度にまで加熱又は温度維持させるとともに、図１（ｂ）に示したように衝撃荷重を用いた圧縮荷重を加える。なお、この作業は図１（ｂ）及び上記に既に説明したことと同様であるので説明を省略する。
このことにより、各金属の鋳込みにおいて発生した酸化物が外部に除去されることになり、ＳＡ３５０とＳＵＳ３０４との接合、及び、接合された接合ビレットＺの靱性が高められることになる。
【００５２】
さて、以上説明した各接合方法から得た接合ビレットＺを用いて、金属製キャスクの一構成要素となる容器本体２の成形方法について図３を参照しながら説明する。なお、図における（ａ）〜（ｄ）は時系列に沿って成形過程を順に示している。
【００５３】
ＳＡ３５０とＳＵＳ３０４との接合材料である接合ビレットＺは、後述する容器成形型５０に挿入される前に温度確認がなされ、１２５０℃に達するように加熱される。この温度は、２つの金属の中で融点が高い金属であるＳＡ３５０の再結晶温度付近の温度であり、これらの材料種及び厚肉とされた容器本体２の鍛造に対して最も適した温度として決定された温度である。
【００５４】
そして、図３（ａ）に示すように、第２金属塊Ｂがこの容器成形型５０の開口側に位置するように加熱された接合ビレットＺを容器成形型５０に挿入し、挿入した接合ビレットＺの上面中央部にポンチ６０を当てて鍛造方向（紙面下方向）に圧縮荷重を加える。
なお、容器成形型５０は、金属製キャスクの容器本体の外観形状に合わせた内壁面が形成されている。また、ポンチ６０の下端部の外周形状は、鍛造する容器本体の内部形状に合わせて形成されている。
【００５５】
接合ビレットＺは、図に示すようにこの下方が容器成形型５０の容積に比べて小さく、鍛造前の段階では、接合ビレットＺの外周面が容器成形型５０の内壁面と接していない。このことは、厚肉の容器本体２を鍛造によって成形することを容易に可能とするためである。このことは、鍛造する容器本体が大きいからに他ならず、この条件で厚肉を得るように成型するためにはポンチ６０に多大な荷重が必要となるからである。
【００５６】
したがって、上述したことを考慮し、接合ビレットＺの下方を予め小さく形成しておくことによれば、鍛造時に圧縮荷重を受けた部分は容器成形型５０の軸中心から外側に向かって比較的容易に押し出されることになり、ポンチ６０を用いた鍛造を容易なものとすることが可能である。なお、接合ビレットＺに与える荷重を考慮しない場合であれば、接合ビレットＺの形状はこれに限定されるものではない。
【００５７】
そして、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、ポンチ６０に荷重を加えながら該ポンチ６０を容器成形型５０の底部に向かって押し込み、目標とする容器本体の形状を徐々に成形していく。この際、接合ビレットＺの上部に位置するＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂにおけるポンチ６０の圧縮荷重を受けにくい側方の部分は、ＳＵＳ３０４がほぼ同等な位置にとどまり、ポンチ６０の圧縮荷重を直に受ける中央の部分は、ポンチ６０の下降に伴って下方に引き延ばされる。
これによって、図３（ｄ）に示すように、ほぼ形状が整った容器本体２’の開口部付近は、ＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂから形成されることになり、また、容器本体２の内壁面についても、ＳＡ３５０に変わってＳＵＳ３０４の薄い層が軸方向に沿って形成されることになる。
【００５８】
このように接合ビレットＺを用いた鍛造によって底部を有して一体成形がなされた容器本体２は、この内壁面及び外壁面が機械加工によって仕上げがなされ、図４に示すように、開口部に一次蓋３等が装着されることで、金属製キャスク１をとして機能することなる。なお、図４は金属製キャスク１の開口部付近を拡大して示した断面図である。
【００５９】
図に示すように、容器本体２の成形が終了した段階で容器本体２の上端である開口部付近はＳＵＳ３０４の第２金属層２Ｂが配された構造となり、且つ、開口部から連続して容器本体２の内壁面Ｗ１の表面に同様なＳＵＳ３０４の第２金属層２Ｂが配された構造となる。そして、容器本体２の内壁面Ｗ１を除く容器本体２の開口部から胴体の下方の部分、すなわちＳＵＳ３０４との境界面Ｖより下方及び外側の部分は、ＳＡ３５０の第１金属層２Ａが配された構造となる。
【００６０】
以上説明した構造が形成されることによれば、容器本体２の開口部に施されるボルト穴２３の加工がＳＵＳ３０４に対して施されることとなり、一次蓋３等の取り付けにおいて耐食性を有するボルト１５等を用いることによれば、万が一、水分が残留した場合であっても、この残留水分による腐食を防止することができる。
また、一次蓋３等の各蓋体が嵌め合わされる開口部の内壁面Ｗ１と隙間に、万が一、水分が残留した場合であっても、この表面が耐腐食性を有するＳＵＳ３０４であることにより、開口部周辺の腐食を防止することができる。この場合、一次蓋３等についてもステンレス鋼を材料として形成することが望ましい。
さらに、容器本体２の底部を含めた内壁面Ｗ１が全てＳＵＳ３０４によって保護されるので、容器本体２内の腐食をより確実に防止することができる。
【００６１】
さらに、従来における腐食防止対策として備えられたクラッド板やヘリサート等の取り付けを必要としないことにより、製造コストを大幅に低減することができる。
また、耐食性を有するＳＡ３５０に比べて高価なＳＵＳ３０４を用いることによって製品コストの増大が懸念されるが、上述した腐食防止対策を不要としたこと、及びＳＵＳ３０４の第２金属層Ｂが主に容器本体２の開口部に限定して配されること、及び、これに伴って容器本体２の容積の約８０％が安価なＳＡ３５０によって構成されること等の利点により、容器本体２、つまりは、金属製キャスク１の製品コストを低く抑えることができる。そして、腐食を防止することを可能として高い密閉性能を維持する信頼性の高い金属製キャスク１を実現することが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態では容器本体２の内壁面の全域に渡って耐食性を有するＳＵＳ３０４が配される場合を説明したが、製造の過程で容器本体２の開口部のみにＳＵＳ３０４等の第２金属が配される場合でもあってもよい。この場合であっても、開口部周辺の腐食を確実に回避することができる。
【００６３】
また、本実施形態においては、金属製キャスク１を構成する容器本体２を例に挙げて説明したが、これに限定解釈されるものではなく、金属製の容器や筒などに対しても同様な製造を行って同様な効果を得ることができる。
一例を挙げて説明すると、本発明に係る放射性物質収納容器の１つとしてコンクリートキャスク等に収容されるキャニスタがある。該キャニスタについても先に説明した接合ビレットを用いた製造方法によって得ることが可能である。
【００６４】
キャニスタは、一端が閉塞された筒状の容器本体を有し、この容器本体内に格子状のバスケットが備えられることで、該バスケットにより支持された状態の使用済燃料集合体を複数体封入することが可能とされている。
そして、上記容器本体は、封入された放射性物質が外部に漏洩しないよう、開口部に蓋体を溶接によって接合することで密閉構造を有している。
【００６５】
このようなキャニスタの容器本体についても本実施形態の製造方法を用いて異種の金属が接合された接合ビレットから形成することが可能であり、製造コスト、及びこれに伴う製品コストの低減を図りつつ、腐食を防止して高い密閉性能を維持する信頼性の高いキャニスタを実現することが可能である。
【００６６】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る第２の実施形態について図５を用いて説明する。図５は先の実施形態にて説明した同様な製造工程を経て得られた接合ビレットから配管８０（異種材料接合体）を製造する過程を示した説明図である。なお、本実施形態に用いられる接合ビレットＺ’は、上述した実施形態の接合ビレットＺと比較して、この中央に炭素鋼の第１金属層Ａを配し、この第１金属層Ａを挟むようにステンレス鋼の第２金属層Ｂを第１金属層Ａの両側に配して形成されるものである。この接合ビレットＺ’の製造方法については上述した製造方法とほぼ同等であるので、その説明は省略するものとする。
【００６７】
図５（ａ）に示すように、３つの各金属層からなる接合ビレットＺ’は、高温化に加熱されて圧縮されることにより、接合面の酸化物が除去されて接合されることで得ることができる。そして、得られた接合ビレットＺ’を再結晶温度付近まで加熱した後、これを目標とする配管８０の形状に合わせた成形型７０に挿入し、ポンチ６０によってこの中央部を押し込んで接合ビレットＺ’の底部を貫くように鍛造による成型を行う。
【００６８】
これにより、図５（ｂ）に示すような両端部にステンレス鋼の第２金属層Ｂを有するとともに、この中央部に炭素鋼の第１金属層Ａを有する配管８０が１つ得られることになる。
そして、配管８０同士を連設する場合に溶接を用いることによれば、溶接後の熱処理の低減が図られることになる。すなわち、ステンレス鋼は溶接時の変形が小さいので、溶接歪を除去する熱処理を多く必要としないからである。
【００６９】
したがって、配管同士を効率的に接続することができ、作業効率の向上、及び作業現場での作業性を高めることができる。そして、炭素鋼を配管８０の主材として用いることにより、製品コストの上昇を抑えることができる。
【００７０】
なお、本実施形態においては、配管８０の両端部にステンレス鋼を配し、この中央部に炭素鋼を配することとして説明したが、溶接性のよい金属材料を適宜用いることが望ましい。
【００７１】
さて、以上説明した各実施形態において、接合ビレットＺ，Ｚ’の形状は中実の略円筒形状とした場合を説明したが、鍛造によって成型する形状に合わせて適宜変更することとしてもよい。
例えば、図１（ｂ）にて得られた接合ビレットＺのＳＵＳ３０４からなる第２金属層Ｂの中央部をポンチ６０に合わせてくり抜き、鍛造の容易化と材料の有効利用を図ることとしてもよい。そして、このように第２金属層Ｂ、あるいは接合前の第２ビレットＢの形状を変更することによれば、鍛造における第２金属の移動する領域が変化し、構造を適宜変更することも容易に可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の放射性物質収納容器の製造方法及び放射性物質収納容器並びに異種材料の接合方法においては以下の効果を奏する。
請求項１及び請求項２記載の発明によれば、第１金属と第２金属との接合時の酸化物を除去して確実に接合された異なる２つの金属材料からなる放射性物質収納容器の容器本体を得ることができる。これにより、容器本体の主たる材料として第１金属を用いることで放射性物質収納容器のコストを安価に抑えつつ、容器本体の開口部における腐食を第２金属によって回避することが容易に可能となる。そして、これに伴って、開口部における腐食防止対策が不要となり、放射性物質収納容器の製造コストを低減することができる。
【００７３】
請求項３記載の発明によれば、真空状態で鋳込みを行い、得られた接合金属塊を圧縮することにより酸化物の除去がより確実に実施されることになり、接合強度の向上を図って異種材料の接合による容器本体の強度を高く維持することが可能となる。
【００７４】
請求項４記載の発明によれば、第１金属を有するビレット成形型に第２金属を数回に分けて鋳込むことにより、鋳込まれた第２金属の純度を序々に高めることができ、容器本体における第２金属が配される部分の耐食性をより高めることができる。
【００７５】
請求項５記載の発明によれば、耐食性を有する第２金属が開口部に配されることで開口部における腐食防止対策を不要として、放射性物質収納容器の製造に関わるコストを大幅に削減することができる。
【００７６】
請求項６及び請求項７記載の発明によれば、異なる金属材料とされた第１金属塊と第２金属塊とを確実に接合することができ、各金属の特性をそれぞれの部分で有する汎用性の高い接合材料を提供することができる。また、必要とされる特性を有した金属を部分的に備えることができるので、接合材料を安価に提供することができる。
【００７７】
請求項８記載の発明によれば、真空状態で鋳込みを行い、得られた接合金属塊を圧縮することにより酸化物の除去がより確実に実施されることになり、接合強度の向上を図って異種材料の接合による容器本体の強度を高く維持することが可能となる。
【００７８】
請求項９記載の発明によれば、第１金属を有するビレット成形型に第２金属を数回に分けて鋳込むことにより、鋳込まれた第２金属の純度を序々に高めることができ、第２金属が配される部分の特性をより高めることができる。
【００７９】
請求項１０記載の発明によれば、それぞれの金属に応じた特性を有する異種材料接合体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る異種の金属材料を接合して接合金属塊を形成する第１の接合方法を示した説明図である。
【図２】本発明に係る異種の金属材料を接合して接合金属塊を形成する第２の接合方法を示した説明図であって、（ａ）は第２金属を１回で鋳込む場合を示しており、（ｂ）は第２金属を数回に分けて鋳込む場合を示している。
【図３】本発明に係る接合金属塊を用いた容器本体の成形過程について説明する説明図である。
【図４】本発明に係る放射性物質収納容器をなす金属製キャスクの開口部付近を拡大して示した断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における接合金属塊から配管を製造する過程を示した説明図である。
【図６】従来の放射性物質収納容器をなす金属製キャスクの開口部付近を拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
１　金属製キャスク（放射性物質収納容器）
２　容器本体
３　一次蓋（蓋体）
４　二次蓋（蓋体）
５　金属製のシール部材
２Ａ　容器本体におけるＳＡ３５０の層（第１金属層）
２Ｂ　容器本体におけるＳＵＳ３０４の層（第２金属層）
５０　容器成形型
６０　ポンチ
８０　配管（異種材料接合体）
Ａ　第１ビレット（第１金属塊），第１金属層
Ｂ　第２ビレット（第２金属塊），第２金属層
Ｚ　接合ビレット（接合金属塊）
Ｖ　境界面
【図１】
2004144653.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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【図６】
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