(57)【要約】【課題】鍛造用ポンチにおいて、ポンチの磨耗を防止すると共に引き抜き時の鍛造品の損傷を防止する。【解決手段】鍛造用ポンチ４１において、押込ロッド４２の先端部に第１ポンチ４３を着脱自在に連結し、この第１ポンチ４３の先端外周部に外径よりもやや大きいリング形状の第２ポンチ４６を着脱自在に連結し、第２ポンチ４６の先端部に外径がこの第２ポンチ４６の外径よりもやや大きいリング形状の第１保護板４８を着脱自在に設ける。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイ内に充填した鍛造素材に押し込むことで該鍛造素材を所定形状に加工する鍛造用ポンチにおいて、押込ロッドの先端部に連結される第１ポンチと、該第１ポンチの先端部に着脱自在に設けられて外径が該第１ポンチの外径よりもやや大きい第２ポンチとを具えたことを特徴とする鍛造用ポンチ。
【請求項２】
請求項１において、前記第２ポンチの先端部に外径が該第２ポンチの外径よりもやや大きい第１保護板を着脱自在に設けたことを特徴とする鍛造用ポンチ。
【請求項３】
請求項１において、前記第２ポンチ及び前記第１保護板はリング形状をなし、前記第１ポンチの先端部に該第２ポンチ及び該第１保護板を支持する第２保護板を設けたことを特徴とする鍛造用ポンチ。
【請求項４】
請求項３において、前記第１ポンチと前記第２ポンチと前記該第１保護板は複数の連結ピンにより連結され、前記第１ポンチと前記第２保護板は中心部を貫通する連結軸により連結されたことを特徴とする鍛造用ポンチ。
【請求項５】
請求項１において、少なくとも前記第２ポンチと前記第２保護板は多角形をなすことを特徴とする鍛造用ポンチ。
【請求項６】
請求項１において、前記第２ポンチの先端面は外周側が所定角度後方に傾斜していることを特徴とする鍛造用ポンチ。
【請求項７】
請求項１において、前記第２ポンチの側面は先端側が拡径するように所定角度傾斜していることを特徴とする鍛造用ポンチ。
【請求項８】
請求項１において、前記第２ポンチはリング形状をなし、前記第１ポンチの外周部に嵌合すると共に先端面が該第１ポンチの先端面よりも後方に位置していることを特徴とする鍛造用ポンチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイ内に充填した鍛造素材に押し込んで所定形状に加工する鍛造用ポンチに関し、特に、燃焼を終えた使用済燃料集合体などの放射性廃棄物を収容するキャスクの製造に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
核燃料サイクルの終期にあって、燃焼を終えて使用できなくなった核燃料集合体を使用済燃料集合体と称するが、この使用済燃料集合体はＦＰなどの高放射能物質を含んでおり、熱的に冷却する必要があることから貯蔵用キャスクに収容され、原子力発電所の冷却ピットで約６０年間冷却状態で貯蔵される。その後、この使用済燃料集合体は、貯蔵用キャスクから輸送用キャスクに移され、トラック等で再処理施設に搬送貯蔵される。この場合、キャスク内には、高放射能物質を収容することとなるため、このキャスクの密封には高い信頼性が要求される。
【０００３】
一般に、このキャスクは、金属製あるいはコンクリート製であって、使用済燃料集合体を収容するキャビティが形成された底付の胴部と、この胴部の上部開口を閉止する一次蓋及び二次蓋とから構成されている。従って、水中で胴部のキャビティに使用済燃料集合体を収容し、一次蓋を固定して上部開口を閉止した後、内部の水を除去すると共にヘリウムガスを充填して負圧状態とし、二次蓋を固定している。この場合、胴部と一次蓋及び二次蓋との間に金属ガスケットが介装されることで、キャビティ内が長期間にわたって密封状態が維持されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した金属製のキャスクにて、一般に、胴部は筒体の下端部に底板を溶接により固定して構成されている。ところが、キャスクが大型部材であり、筒体に底板を固定するための溶接作業には、大掛かりな溶接設備が必要となり、設備コストが増加してしまうという問題がある。また、この筒体と底板との溶接には長い作業時間を要してしまい、作業コストが増加してしまう。更に、キャスクは高放射能物質を収容して密封には高い信頼性が要求されることから、高精度な溶接作業が必要となり、作業効率が良くない。
【０００５】
そこで、キャスクの胴部を鍛造によって製造することが考えられるが、従来のポンチ形状では、ダイ内に充填した鍛造素材にこのポンチを押し込むとき、鍛造素材がポンチを巻き込むように流れ、ポンチの外周面が磨耗しやすく、鍛造時の荷重の増加が生じるため、大型の胴部を製造することが困難となる。また、従来のポンチ形状では、鍛造素材にポンチを押し込んだ後に引き抜くとき、ポンチと鍛造品との間の接触により鍛造品に傷ができてしまう虞がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであり、ポンチの磨耗を防止すると共に引き抜き時の鍛造品の損傷を防止した鍛造用ポンチを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の鍛造用ポンチは、ダイ内に充填した鍛造素材に押し込むことで該鍛造素材を所定形状に加工する鍛造用ポンチにおいて、押込ロッドの先端部に連結される第１ポンチと、該第１ポンチの先端部に着脱自在に設けられて外径が該第１ポンチの外径よりもやや大きい第２ポンチとを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明の鍛造用ポンチでは、前記第２ポンチの先端部に外径が該第２ポンチの外径よりもやや大きい第１保護板を着脱自在に設けたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明の鍛造用ポンチでは、前記第２ポンチ及び前記第１保護板はリング形状をなし、前記第１ポンチの先端部に該第２ポンチ及び該第１保護板を支持する第２保護板を設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明の鍛造用ポンチでは、前記第１ポンチと前記第２ポンチと前記該第１保護板は複数の連結ピンにより連結され、前記第１ポンチと前記第２保護板は中心部を貫通する連結軸により連結されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明の鍛造用ポンチでは、少なくとも前記第２ポンチと前記第２保護板は多角形をなすことを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明の鍛造用ポンチでは、前記第２ポンチの先端面は外周側が所定角度後方に傾斜していることを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明の鍛造用ポンチでは、前記第２ポンチの側面は先端側が拡径するように所定角度傾斜していることを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明の鍛造用ポンチでは、前記第２ポンチはリング形状をなし、前記第１ポンチの外周部に嵌合すると共に先端面が該第１ポンチの先端面よりも後方に位置していることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の第１実施形態に係る鍛造用ポンチの断面、図２に本実施形態の鍛造用ポンチの下面視、図３に本実施形態の鍛造用ポンチを用いたキャスクの製造工程を表す概略、図４に本実施形態のキャスクの断面を示す。
【００１７】
まず、本実施形態のキャスクについて説明する。図４に示すように、胴本体１１はステンレス製あるいは炭素鋼製であって、胴部１２と底部１３により一体に構成され、この胴部１２の外周面及び底部１３の下面には水素を含有した高分子材料のレジン１４，１５が装着されると共に、トラニオン１６が取付けられている。胴本体１１には上部開口１７が形成され、一次蓋１８及び二次蓋１９により閉止可能となっている。この場合、胴本体１１の一次フランジ２０に一次蓋１８が嵌合し、ボルト２１により固定される一方、二次フランジ２２に二次蓋１９が嵌合し、ボルト２３により固定されており、二次蓋１９の上面にはレジン２４が装着されている。
【００１８】
胴本体１１内にはキャビティ２５が形成され、このキャビティ２５には使用済燃料集合体を収容するバスケット２６が配設されている。このバスケット２６はボロンとアルミニウムの複合材料によって形成した複数のセルから構成されている。また、一次蓋１８にはベント・ドレンプラグ２７及びカバー２８が装着され、このベント・ドレンプラグ２７にドレンパイプ２９が連結されてキャビティ２５内に延出されている。また、二次蓋１９には圧力封入孔３０が形成され、この圧力封入孔３０にカバー３１が装着されている。
【００１９】
そして、キャスクは内部に高放射能物質を含む使用済燃料集合体を収容することから、長期間にわたってキャビティ２５の高い密封状態を維持する必要がある。そのため、胴本体１１の一次フランジ２０と一次蓋１８との間には金属ガスケット３２が介装されると共に、二次フランジ２２と二次蓋１９との間には金属ガスケット３２が介装されている。
【００２０】
従って、キャスク内に使用済燃料集合体を貯蔵する場合、まず、水中で胴本体１１内のバスケット２６に使用済燃料集合体を収容し、上部開口１７に一次蓋１８を嵌合してボルト２１により固定する。次に、キャビティ２５内の水をベント・ドレンプラグ２７及びドレンパイプ２９を用いて除去すると共に、ヘリウムガスを充填して負圧状態とし、上部開口１７に二次蓋１９を嵌合してボルト２３により固定する。そして、圧力封入孔３０から一次蓋１８と二次蓋１９との間に圧力空気を充填して圧力障壁を形成する。この場合、胴本体１１と一次蓋１８との間には金属ガスケット３２が高圧縮状態で介装され、胴本体１１と二次蓋１９との間には金属ガスケット３３が高圧縮状態で介装されており、キャビティ２５内は長期間にわたって密封状態が維持されることとなる。
【００２１】
次に、本実施形態の鍛造用ポンチについて説明する。図１及び図２に示すように、鍛造用ポンチ４１において、押込ロッド４２の先端部には円盤形状をなす第１ポンチ４３が着脱自在に嵌合し、この第１ポンチ４３の先端部に中央突出部４４と結合リング部４５が一体形成されている。第２ポンチ４６は外周部が八角形のリング形状をなすと共に、上面にリング溝４７が形成されており、内周面が第１ポンチ４３の中央突出部４４に傾斜面を介して嵌合すると共に、リング溝４７が結合リング部４５に嵌合しており、外周面（側面）が先端（下端）にいく程拡径する傾斜面をなし、先端部の外径が第１ポンチ４３の外径よりもやや大きく設定されている。
【００２２】
また、第２ポンチ４６はその先端部にリング形状をなす第１保護板４８が設けられ、この第１保護板４８と第１ポンチ４３及び第２ポンチ４６を貫通する連結ピン４９により着脱自在に連結されており、この第１保護板４８は外径が第２ポンチ４６の外径よりもやや大きく設定されている。第１ポンチ４３の先端部には円盤形状をなす第２保護板５０が設けられ、第１保護板４８に係止してこれを支持しており、この第２保護板５０と第１ポンチ４３を貫通する連結軸５１により着脱自在に連結されている。
【００２３】
ここで、このように構成された本実施形態の鍛造用ポンチ４１によるキャスクの胴部１２の鍛造作業について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、底付円筒形状をなすダイＤ内に所定温度に加熱した所定形状を有する鍛造素材Ｍを充填する。次に、図３（ｂ）に示すように、第１ポンチ４３、第２ポンチ４６、第１保護板４８、第２保護板５０等が組み立てられた鍛造用ポンチ４１を押込ロッド４２の先端部に連結し、図示しない押込み工具により鍛造用ポンチ４１をダイＤ内の鍛造素材Ｍに対して押し込んでいく。そして、図３（ｃ）に示すように、鍛造用ポンチ４１をダイＤ内における所定の押込み位置まで押し込むと、鍛造素材Ｍは内部が八角形の空洞となった有底円筒形状に製造される。
【００２４】
続いて、図３（ｄ）に示すように、押込ロッド４２を引き抜くと、鍛造用ポンチ４１は高温の鍛造素材Ｍに係止しているために内部に残留し、押込ロッド４２だけが取り外される。この状態で鍛造素材Ｍが冷却されると、鍛造用ポンチ４１と鍛造素材Ｍとの係止が外れ、ダイＤを逆さにすると、第１ポンチ４３及び第２ポンチ４６が落下して内部から取り除かれる。この場合、鍛造用ポンチ４１は第１ポンチ４３と第２ポンチ４６に分割され、第２ポンチ４６の外径よりも第１保護板４８外径の方がやや大きく形成されているため、第１ポンチ４３及び第２ポンチ４６が鍛造素材Ｍから容易に脱落する。
【００２５】
そして、有底円筒形状の鍛造素材ＭをダイＤから抜き取り、内部を所定の形状に切削加工することで、第１保護板４８や第２保護板５０を取り除くことができる。
【００２６】
このように第１実施形態の鍛造用ポンチ４１にあっては、押込ロッド４２の先端部に第１ポンチ４３を着脱自在に連結し、この第１ポンチ４３の先端外周部に外径よりもやや大きいリング形状の第２ポンチ４６を着脱自在に連結し、第２ポンチ４６の先端部に外径がこの第２ポンチ４６の外径よりもやや大きいリング形状の第１保護板４８を着脱自在に設けている。
【００２７】
従って、鍛造素材Ｍへの鍛造用ポンチ４１の押込み時には、第１保護板４８が鍛造素材Ｍの流れを受け止めることで、鍛造素材Ｍの流れが第１ポンチ４３や第２ポンチ４６に大きく作用することはなく、各ポンチ４３，４６の磨耗を防止することができる。また、鍛造用ポンチ４１の押込み終了後には、外径の大きい第１保護板４８が鍛造素材Ｍ内に残留し、外径の小さい第１ポンチ４３及び第２ポンチ４６が取り外されることとなり、第１保護板４８と製造品（鍛造素材）Ｍとの接触によるこの製造品Ｍの損傷を防止することができる。
【００２８】
なお、上述の実施形態では、鍛造用ポンチ４１を、第１ポンチ４３、第２ポンチ４６、第１保護板４８、第２保護板５０等で構成したが、第１ポンチ４３、第２ポンチ４６、第１保護板４８で構成したり、第１ポンチ４３と第２ポンチ４６だけで構成して第２ポンチ４６を交換可能としてもよい。
【００２９】
図５に本発明の第２実施形態に係る鍛造用ポンチの断面（図６のＶ−Ｖ断面）、図６に本実施形態の鍛造用ポンチの下面視、図７に図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す。
【００３０】
第２実施形態において、図５乃至図７に示すように、鍛造用ポンチ６１において、押込ロッド６２の先端部には円盤形状をなす第１ポンチ６３が着脱自在に嵌合し、この第１ポンチ６３の先端部に中央突出部６４が一体形成されている。第２ポンチ６５は外周部が八角形のリング形状をなし、内周面が第１ポンチ６３の中央突出部６４に傾斜面を介して嵌合している。また、この第２ポンチ６５は先端面が第１ポンチ６３の先端面よりも後方に位置しており、外径が第１ポンチ６３の外径よりもやや大きく設定されている。
【００３１】
そして、第２ポンチ６５は外周面（側面）が先端（下端）にいく程拡径する傾斜面をなし、その傾斜角度θ１　＝５°（３°〜５°の範囲の適当）となっている。また、第２ポンチ６５の先端面（下面）は中央部がほぼ平坦面をなし、外周部が所定角度後方（上方）に傾斜する傾斜面をなし、その傾斜角度θ２　＝５°（３°〜５°の範囲の適当）となっている。
【００３２】
従って、第２実施形態の鍛造用ポンチ６１にあって、鍛造素材への鍛造用ポンチ６１の押込み時には、第２ポンチ６５が鍛造素材の流れを受け止めることとなるが、外周面に傾斜角度θ１　が設定されると共に、先端面外周部に傾斜角度θ２　が設定されているため、鍛造素材の巻き込みを防止することができ、第２ポンチ６５の磨耗や損傷を防止することができる。また、鍛造用ポンチ６１の押込み終了後には、外径の大きい第２ポンチ６５が鍛造素材内に残留し、外径の小さい第１ポンチ６３が取り外されることとなるが、第２ポンチ６５の傾斜形状によりその後容易に鍛造素材内から取り外すことができ、製造品（鍛造素材）との接触によるこの製造品の損傷を防止することができる。
【００３３】
なお、上述した各実施形態では、鍛造用ポンチ４１，６１を八角形状としたが、その他の多角形状や円形状としてもよい。
【００３４】
また、上述した各実施形態では、本発明の鍛造用ポンチを放射性廃棄物を収容するキャスクの製造作業に適用して説明したが、これに限らず、有底筒状体の製造作業であればどの分野に適用してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の鍛造用ポンチによれば、押込ロッドの先端部に第１ポンチを連結し、この第１ポンチの先端部に外径が第１ポンチの外径よりもやや大きい第２ポンチを着脱自在に設けたので、鍛造用ポンチの押込み後の引抜き時には、分割された第１ポンチ及び第２ポンチを容易に鍛造素材内から取り外すことができ、製造品との接触によるこの製造品の損傷を防止することができる。
【００３６】
請求項２の発明の鍛造用ポンチによれば、第２ポンチの先端部に外径が第２ポンチの外径よりもやや大きい第１保護板を着脱自在に設けたので、鍛造素材への鍛造用ポンチの押込み時には、第１保護板が鍛造素材の流れを受け止めることで、鍛造素材の流れが第１ポンチや第２ポンチに大きく作用することはなく、各ポンチの磨耗を防止することができる一方、鍛造用ポンチの押込み終了後の引抜き時には、外径の大きい第１保護板が鍛造素材内に残留し、外径の小さい第１ポンチ及び第２ポンチが取り外されることとなり、第１保護板と製造品との接触によるこの製造品の損傷を防止することができる。
【００３７】
請求項３の発明の鍛造用ポンチによれば、第２ポンチ及び第１保護板をリング形状とし、第１ポンチの先端部に第２ポンチ及び第１保護板を支持する第２保護板を設けたので、第２保護板により第２ポンチと第１保護板との連結を容易に行うことができる。
【００３８】
請求項４の発明の鍛造用ポンチによれば、第１ポンチと第２ポンチと第１保護板を複数の連結ピンにより連結し、第１ポンチと第２保護板を中心部を貫通する連結軸により連結したので、第１ポンチと第２ポンチと第１保護板とを高精度に位置決めすることができると共に、この位置決めを容易に行うことができる。
【００３９】
請求項５の発明の鍛造用ポンチによれば、少なくとも第２ポンチと第２保護板を多角形としたので、製造品の使用目的に合わせた形状に成形することができる。
【００４０】
請求項６の発明の鍛造用ポンチによれば、第２ポンチの先端面外周側を所定角度後方に傾斜させたので、鍛造素材への鍛造用ポンチの押込み時には、第２ポンチが鍛造素材の流れを受け止めることとなるが、先端面外周部が傾斜しているため、鍛造素材の流動性を向上して巻き込みを防止することができ、第２ポンチ６５の磨耗や損傷を防止することができる。
【００４１】
請求項７の発明の鍛造用ポンチによれば、第２ポンチの側面の先端側が拡径するように所定角度傾斜させたので、鍛造素材への鍛造用ポンチの押込み時には、第２ポンチが鍛造素材の流れを受け止めることとなるが、外周面が傾斜しているため、鍛造素材の巻き込みを防止することができ、第２ポンチの磨耗や損傷を防止することができる一方、鍛造用ポンチの押込み終了後の引抜き時には、外径の大きい第２ポンチが鍛造素材内に残留し、外径の小さい第１ポンチが取り外されることとなるが、第２ポンチの傾斜形状によりその後容易に鍛造素材内から取り外すことができ、製造品との接触によるこの製造品の損傷を防止することができる。
【００４２】
請求項８の発明の鍛造用ポンチによれば、第２ポンチをリング形状とし、第１ポンチの外周部に嵌合させると共に先端面を第１ポンチの先端面よりも後方に位置させたので、鍛造用ポンチの引抜き時に、鍛造素材内から第２ポンチを容易に取り外すことができ、製造品との接触によるこの製造品の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鍛造用ポンチの断面図である。
【図２】本実施形態の鍛造用ポンチの下面図である。
【図３】本実施形態の鍛造用ポンチを用いたキャスクの製造工程を表す概略図である。
【図４】本実施形態のキャスクの断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る鍛造用ポンチの断面（図６のＶ−Ｖ断面）図である。
【図６】本実施形態の鍛造用ポンチの下面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１１　胴本体
１２　胴部
１３　底部
１７　上部開口
１８　一次蓋
１９　二次蓋
２５　キャビティ
４１，６１　鍛造用ポンチ
４２，６２　押込ロッド
４３，６３　第１ポンチ
４６，６５　第２ポンチ
４８　第１保護板
４９　連結ピン
５０　第２保護板
５１　連結軸
【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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