(57)【要約】【課題】金属ガスケットによるシールの接触圧力の低下を防ぎ、且つシール性能を向上できること。【解決手段】金属ガスケット２０は、フープ径Ｄｆの異なる二個のスプリング３０ａ，３０ｂとを同心状に配置し、両者を外被４０によって被覆しながら結合する、いわゆるダブルリングタイプのものである。スプリング３０は、板材から一部Ｓが重なるように略円形板巻状に成形され、シール時の圧縮により重なり部分Ｓが摺動して全体的にスプリング３０の径が小さくなる。即ち、スプリング３０の径が小さくなるだけであるから、スプリング３０による接触面が大きくなるのが抑制され、単位面積当たりの接触圧力の低下を防止できる。このため、確実なシールが可能になる。【選択図】　　　　　　図１
2004125536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リサイクル燃料集合体を収納する放射性物質格納容器の胴本体、およびその胴本体のキャビティ開口に取り付ける蓋、の間に介在してキャビティ内の密封を維持する金属ガスケットにおいて、
金属ガスケットは、一部で重なる部分を有する略円形板巻状であり且つフープ径の異なる二個のリング状のスプリングを同心状に配置すると共に、前記各スプリングを外被により被覆してこの外被によりリング間を接続して一体化したものであることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
リサイクル燃料集合体を収納する放射性物質格納容器の胴本体、およびその胴本体のキャビティ開口に取り付ける蓋、の間に介在してキャビティ内の密封を維持する金属ガスケットにおいて、
金属ガスケットは、断面形状が一部で重なる部分を有する略円形板巻状でその表面に凹凸が在り且つフープ径の異なる二個のリング状のスプリングを同心状に配置すると共に前記各スプリングを内被により被覆して二重リングを構成し、更に、前記内被上に外被を被覆すると共にこの外被によりリング間を接続して一体化し、
前記内被は外被より硬質な材料からなることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項３】
上記請求項１または２の金属ガスケットを、リサイクル燃料集合体を収納するキャスクの胴本体、およびその胴本体のキャビティ開口に取り付ける蓋、の間に介在させたことを特長とする放射性物質格納容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リサイクル燃料集合体を収納するキャスク等の密封に用いる金属ガスケットおよび放射性物質格納容器に関する。
【従来の技術】
【０００２】
核燃料サイクルの終期にあって燃焼を終えた核燃料集合体を、リサイクル燃料集合体という。リサイクル燃料集合体は、ＦＰなど高放射能物質を含むので熱的に冷却する必要があるから、原子力発電所の冷却ピットで長期間冷却される。その後、遮蔽容器であるキャスクに収納され、トラック等で再処理施設に搬送、貯蔵される。キャスク内には、高放射能物質が収容されているので、４０〜６０年が見込まれる貯蔵期間中における当該キャスクの密封には厳重なる注意が必要である。
【０００３】
図６は、従来のキャスクの構造を示す断面図である。図７は、図８に示したキャスクの一部拡大図である。このキャスク５００は、ステンレス製または炭素鋼製の胴本体５０１と、キャスク外面を構成する外筒５０２と、胴本体５０１と外筒５０２との間に充填される水素を含有した高分子材料のレジン５０３と、胴本体５０１の下部に溶接され、レジン５０４を封入した構造の底板５０５と、胴本体５０１に溶接一体化したフランジ部５０６に設けた一次蓋５０７及び二次蓋５０８とから構成される。リサイクル燃料集合体を収納するバスケット５１３は、胴本体５０１のキャビティ５０９内に配置される。前記一次蓋５０７と二次蓋５０８は、ボルト５１０、５１１によってフランジ部５０６に固定され、二次蓋５０８にはレジン５１２が封入されている。
【０００４】
前記バスケット５１３は、ボロン（Ｂ）とアルミニウムと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、このキャスク５００のキャビティ５０９内にはヘリウムガスが負圧状態で充填されている。その一方、一次蓋５０７と二次蓋５０８の間の空隙内は正圧となり、これによってキャスク５００内部と外部との間に圧力障壁を形成している。また、二次蓋５０８には、蓋間空間の圧力を測定するための孔５１４が設けられており、この孔５１４の出口には圧力センサー５１５が設けられている。
【０００５】
前記一次蓋５０７には、キャスク５００内のガスを置換するためのバルブ５１６が設けられており、当該バルブ５１６はバルブカバー５１７によって覆われている。一次蓋５０７と胴本体５０１との間、二次蓋５０８と胴本体５０１との間の密封には、長期間に渡って密封機能を維持する観点から耐熱性、耐食性を有し耐久性の高い金属ガスケット５１８、５１９を用いる。
【０００６】
図８は、キャスクのシールに使用する金属ガスケット及びキャスクのシール部を示す拡大図である。なお、一次蓋５０７と胴本体５０１，５０６との間及び二次蓋５０８と胴本体５０１，５０６との間のシール部は同様のシール構造となる。ガスケット溝５２５は機械加工により形成され、使用する金属ガスケット５１８、５１９は二連リング構造のものを用いる。この金属ガスケット５１８、５１９は、腐食や高温酸化に強いインコネル（商標名：ニッケル系合金）によって製作したコイルスプリング５２１に、同じくインコネル製の内被５２２で被覆し、さらに、アルミニウム製の外被５２３により内外輪をまとめて被覆した構成である。図８（ａ）に、金属ガスケット５１８（５１９）の使用前における状態を示す。金属ガスケット５１８（５１９）は、二次蓋５０８等と胴本体５０１等とが固定されると、その締付け力によって図８（ｂ）のように変形し、密封機能を発揮する。
【０００７】
ガスケット溝５２５に対しては、外被５２３部分に設けたボルト穴を用いて固定する。前記金属ガスケット５１８、５１９には、例えば原子力用キャスクに対する使用実績が多い、日本バルカー工業株式会社製「トライバック」やフランス国のＣＥＦＩＬＡＣ社製の「ヘリコフレックスシール」などを用いることができる。また、このようなものの他、下記特許文献１に記載されているような、櫛形の矩形板材を板巻状に成形したスプリングに外皮を設けた金属ガスケットが知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−６３２６９号公報　Ｐ４−５　図４
【０００９】
上記コイルスプリング５２１を用いた金属ガスケット５１８（５１９）の場合、シール時につぶされると内部のコイルスプリング５２１が楕円変形して曲率半径が大きくなり、接触面積が増大して単位面積あたりの接触圧力が減少する。この結果、金属ガスケット５１８（５１９）のシール性能が低下する恐れがある。これに対して、上記特許文献１に記載の金属ガスケットによれば、スプリングの重なり合っている部分が摺動し、スプリングの断面半径が小さくなる。これにより、接触面積の増大を防止し、適正な接触圧力を保持することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の金属ガスケットは、シングルリング構造であるため、リサイクル燃料集合体を収納するキャスクなどへの適用においては、そのシール性能が不十分になるという問題点がある。また、シール性能を高めるため、上記コイルスプリング５２１を用いた二重リング状の金属ガスケット５１８（５１９）を用いる場合、上述の通り単位面積当たりの接触圧力が低下してシール性能が不十分になるという問題点がある。
【００１１】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金属ガスケットによるシールの接触圧力の低下を防ぎ、且つシール性能を向上できる金属ガスケットおよび放射性物質格納容器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による金属ガスケットは、リサイクル燃料集合体を収納する放射性物質格納容器の胴本体、およびその胴本体のキャビティ開口に取り付ける蓋、の間に介在してキャビティ内の密封を維持する金属ガスケットにおいて、金属ガスケットは、一部で重なる部分を有する略円形板巻状であり且つフープ径の異なる二個のリング状のスプリングを同心状に配置すると共に、前記各スプリングを外被により被覆してこの外被によりリング間を接続して一体化したものであることを特徴とする。
【００１３】
略円形板巻状のスプリングは、シール時に加圧されると、前記重なる部分で互いに摺動して全体として径が小さくなる。このため、外被とシール面との接触面積の増大が抑制され、接触圧力の低下を防止できるようになる。また、二重のリング構造にすることでシール性が高まる。なお、前記一部で重なる部分を有する略円形板巻状は、板材を巻いてその端部同士は重なっており、全体的にはその断面が円形になっていることを意味する（以下同様）。
【００１４】
つぎの発明による金属ガスケットは、リサイクル燃料集合体を収納する放射性物質格納容器の胴本体、およびその胴本体のキャビティ開口に取り付ける蓋、の間に介在してキャビティ内の密封を維持する金属ガスケットにおいて、金属ガスケットは、断面形状が一部で重なる部分を有する略円形板巻状でその表面に凹凸が在り且つフープ径の異なる二個のリング状のスプリングを同心状に配置すると共に前記各スプリングを内被により被覆して二重リングを構成し、更に、前記内被上に外被を被覆すると共にこの外被によりリング間を接続して一体化し、前記内被は外被より硬質な材料からなることを特徴とする。
【００１５】
スプリングの表面に凹凸が在る場合、例えばスプリングが櫛歯状の板材を断面円形に曲げ加工したり、或いは針金を成形して実質的に断面形状が一部で重なる部分を有する略円形板巻状とした場合、前記外被がシール性確保のため比較的軟質材料で構成されるため、スプリングの凹凸によりシール面に対する接触圧力にばらつきを生じさせる。このような場合はシールの信頼性が損なわれることになるが、外被よりも硬質な材料からなる内被でスプリングを被覆してからその上に前記外被を被覆すれば、前記凹凸の影響は内被でキャンセルされ、結果的に外被には内被を介して均一な圧力が加わることになる。これにより、接触圧力を均一化してシール性を向上できるようになる。
【００１６】
つぎの発明による放射性物質格納容器は、上記金属ガスケットを、リサイクル燃料集合体を収納するキャスクの胴本体、およびその胴本体のキャビティ開口に取り付ける蓋、の間に介在させたことを特長とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。なお、本発明に係る金属ガスケットの適用範囲は特に限定されるものではなく、例えばキャスクのシールや原子炉格納容器のシール部分等にも適用できる。また、この金属ガスケットは、特に比較的高温環境下で数十年の単位で密閉性能を維持するような用途に適しており、その中でもリサイクル燃料集合体を収納して運搬し、長期間貯蔵するキャスクに好適である。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るキャスクにおけるシール構造を示す説明図である。このキャスクのシール構造１０において、金属ガスケット２０は、フープ径Ｄｆの異なる二個のスプリング３０ａ，３０ｂとを同心状に配置し、両者を外被４０によって被覆しながら結合する、いわゆるダブルリングタイプのものである。即ち、この金属ガスケット２０において、内輪７０と外輪８０とは外皮４０の平面部４０ｃで一体化される。
【００１９】
このシール構造１０は、例えばキャスク５００の二次蓋５０８と胴本体５０１のフランジ部との間に設けられる。なお、キャスクの一次蓋と胴本体５０１との間にも、この発明に係るシール構造及び金属ガスケットは適用できる（以下同様）。前記スプリング３０は、板材から一部Ｓが重なるように略円形板巻状に成形され、シール時の圧縮により重なり部分Ｓが摺動して全体的にスプリング３０の径が小さくなる。即ち、スプリング３０の径が小さくなるだけであるから、スプリング３０による接触面が大きくなるのが抑制され、単位面積当たりの接触圧力の低下を防止できる。このため、確実なシールが可能になる。
【００２０】
また、スプリング３０ｂの内側には、周方向に多数の水抜き穴１０１を穿孔するようにしても良い。この水抜き穴１０１は、内部に侵入した水を外部に出すためのものであり、その位置は、径方向内側で且つ厚さ方向（図中高さ方向）の略中央となる。例えば、下方に設けた場合は、外被４０と干渉するので当該外被４０にも穿孔加工を行う必要が生じるためである。また、シール面９０の近くに設けると、外被４０とシール面９０との間に水が浸入し易くなり、水を抜き難い状態になるからである。具体的に好ましい水抜き穴１０１の位置は、径方向内側の線Ｌを中心に±４５°以内である。一方、小径のスプリング３０ａは、金属ガスケットの内側に重なり部分Ｓが位置するため、シール時の圧縮により重なり部分Ｓが摺動して隠れないような位置に水抜き穴１０１を穿孔する必要がある。
【００２１】
外被４０の材料には、アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの軟質金属が用いられており、密封性能を確保する。また、スプリング３０には腐食や高温酸化に強いインコネル（登録商標）、ステンレス等のニッケル系合金を用いて、高温環境下においても弾性を維持できるようにしてある。より高温の耐久性を向上させたいときには、Ｃｏ含有量の多いナイモニック（登録商標）等を使用することもできる。
【００２２】
二次蓋５０８や一次蓋、及び胴本体５０１には、放射線を遮蔽すると共に機械的強度を保つためステンレス鋼や炭素鋼が用いられる。その一方、金属ガスケット２０の外被４０には密封性能を発揮させるため、アルミニウムや銀等の軟質金属が用いられている。このため、異種金属の接触により両者間に電位差が発生して、金属ガスケット２０が電解腐食を起こし密封漏れの原因となる。このため、キャスクの二次蓋５０８や胴本体５０１の材料には、モリブデンを含むＳＵＳ３１７またはＳＵＳ６２５を使用して、電解腐食を防止するようにしている。
【００２３】
また、ＳＵＳ３１７またはＳＵＳ６２５は溶接性に優れているので、キャスクのように一般的に溶接部分が多いものに適している。さらに、ＳＵＳ３１７及びＳＵＳ６２５のほかに、ＳＵＳ３１４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３２６、ＳＵＳ３４５などを用いることもできる。また、二次蓋５０８及び胴本体５０１にＳＵＳ３１７などを用いなくても、同材による肉盛りを施すことでシール面９０を形成するようにしてもよい（図示省略）。
【００２４】
また、キャスクの二次蓋５０８や胴本体５０１の材料として使用するモリブデンを含むＳＵＳ３１７またはＳＵＳ６２５よりも腐食電位の高いアルミニウムを外被４０として使用してもよい。このようにすれば、二次蓋５０８や胴本体５０１よりも交換が容易な金属ガスケット２０の外被４０の方が腐食されやすくなるので、二次蓋５０８や胴本体５０１が電解腐食から守られる。
【００２５】
なお、上記実施の形態において、内被４０の穴の位置が径方向内側（二個のリングの中心を繋いだ線Ｌ）に向かって穿孔されているのは、仮に斜め下方に向いている場合、特に内被４０と外被５０を貫通して水抜き穴１０１が穿孔されているとき、外被５０とシール面９０ｂとの間に水が浸入し易くなり、水を抜き難い状態になるからである。また、外被５０の加工を必要とする場合があるからである。具体的に好ましい水抜き穴１０１の位置は、内側方向の線Ｌを中心に±４５°以内、更に好ましくは±２０°以内である。
【００２６】
なお、金属ガスケットを境にしてヘリウム側（キャビティ側）と大気または雨側とで、前者側に金又は銀メッキを、後者側に亜鉛メッキを施しても良い。また、中央付近に銅やニッケル等のメッキをしても良い。
【００２７】
以上のシール構造１０および金属ガスケット２０によれば、シール面９０に対する単位面積当たりの接触圧力の低下を防止できると共に、二重リングによりシール性を格段に向上できる。特に、キャスクのような放射性物質を格納する容器のシールに好適である。
【００２８】
（実施の形態２）
図２は、この発明の実施の形態２に係るキャスクにおけるシール構造を示す説明図である。このシール構造１１において、金属ガスケット２１は、スプリング機能を有する内被３１と、その内被３１に積層した外被４１とにより曲げ形成された構造である。この金属ガスケット２１を製造するには、まず板状の内被３１と外被４１とを積層して拡散接合等により接合し、図２に示すような形状に曲げ成形を行う。具体的には、内被３１及び外被４１の両側を略円形板巻状に曲げ、一部で重なる部分Ｓを作る。内輪７１は、内被３１ａと外被４１ａとから構成され、外輪８１は、内被３１ｂと外被４１ｂとから構成される。内輪７１と外輪８１とは平面部３１ｃ，４１ｃで接続される。
【００２９】
外被４１の材料には、アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの軟質金属が用いられており、密封性能を確保する。また、内被３１には腐食や高温酸化に強いインコネル（登録商標）等のニッケル系合金を用いて、高温環境下においても弾性を維持できるようにしてある。より高温の耐久性を向上させたいときには、Ｃｏ含有量の多いナイモニック（登録商標）等を使用することもできる。
【００３０】
この金属ガスケット２１を、二次蓋５０８および胴本体５０１の間に介在させ、内部の密封を行う。シールした状態で内輪７１と外輪８１とはその外被４１でシール面９０ａ，９０ｂに所定圧力で接触する。この金属ガスケット２１は、シールした状態で上下方向に圧縮されるが、重なり部分Ｓが摺動して全体的に内外輪７１，８１の径が小さくなる。即ち、スプリングとして機能する内外輪７１，８１の径が小さくなるだけであるから、外被４１とシール面９０との接触面が大きくならない。この結果、当該金属ガスケット２１による接触圧力の低下を防止し、シールを確実に行える。また、二重リング構造になっているので、キャスクなどの高い機密性を要求される製品に好適なものとなる。
【００３１】
（実施の形態３）
図３は、この発明の実施の形態３に係るキャスクにおけるシール構造を示す説明図である。図４は、図３に示したスプリングの製造方法を示す説明図である。図５は、図３の金属ガスケットによるシール状態を示す説明図である。このシール構造１２において、金属ガスケット２２は、フープ径Ｄｆの異なる二個のスプリング３２ａ，３２ｂとを同心状に配置し、これらに内被４２ａ，４２ｂを被覆すると共に、両者を外被５２によって被覆しながら結合する、いわゆるダブルリングタイプのものである。即ち、この金属ガスケット２２は、外被５２により内輪７２と外輪８２とをまとめて被覆した構成で、内輪７２と外輪８２とは外皮５２の平面部５２ｃで一体化されている。内輪７２は、スプリング３２ａ，内被４２ａ及び外被５２ａから構成され、外輪８２は、スプリング３２ｂ，内被４２ｂ及び外被５２ｂから構成される。
【００３２】
このシール構造１２は、例えばキャスク５００の二次蓋５０８と胴本体５０１のフランジ部との間に設けられる。なお、キャスク５００の一次蓋と胴本体５０１との間にももちろんこの発明に係るシール構造及び金属ガスケットは適用できる。前記スプリング３２は、板材から一部Ｓが重なるように略円形板巻状に成形され、シール時の圧縮により重なり部分Ｓが摺動して全体的にスプリング３２の径が小さくなる。即ち、スプリング３２の径が小さくなるだけであるから、スプリング３２による接触面が大きくなるのを抑制し、単位面積当たりの接触圧力の低下を防止できる。このため、確実なシールが可能になる。
【００３３】
外被５２は、アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの軟質金属が用いられており、密封性能を確保する。内被４２およびスプリング３２には、腐食や高温酸化に強いインコネル（登録商標）、ステンレス等のニッケル系合金を用いて、高温環境下においても弾性を維持できるようにしてある。より高温の耐久性を向上させたいときには、Ｃｏ含有量の多いナイモニック（登録商標）等を使用することもできる。
【００３４】
前記スプリング３２は、図４（ａ）に示すように、矩形短冊状の板の長手方向一端縁をベース３０１として、他端縁に多数のスリット３０３を入れ、多数の櫛歯３０２を形成する。この板を図中一点差線で示す方向を軸として略円形板巻状に折り曲げ、同図（ｂ）に示すような断面板巻状で全体がリング状のスプリング３２を形成する。こうして曲げ成形したスプリング３２には、ベース３０１部分が重なり部分Ｓとなり、櫛歯３０３上を摺動可能となる。
【００３５】
このスプリング３２はその表面が櫛歯のようにスリットが入ったものであるから、軟質金属で構成した外被５２のみを介してシールすると、スリット３０２に外被５２が入り込み、シール面９０の接触圧力に変動が起きる。このため、図５に示したように、薄い硬質金属である内被４２を外被５２とスプリング３２との間に介在させ、スプリング３２の櫛歯３０３により一旦内被４２を押し、その内被４２により外被５２を押すようにすれば、外被５２に対して均一かつ全面的に圧力を加えることができる。これにより、外被５２は、均一の接触圧力を持ってシール面９０に接触することになるから、確実なシールが可能になる。
【００３６】
二次蓋５０８や一次蓋、及び胴本体５０１には、放射線を遮蔽すると共に機械的強度を保つためステンレス鋼や炭素鋼が用いられる。その一方、金属ガスケット２２の外被５２には密封性能を発揮させるため、アルミニウムや銀等の軟質金属が用いられている。このため、異種金属の接触により両者間に電位差が発生して、金属ガスケット２２が電解腐食を起こし密封漏れの原因となる。このため、キャスクの二次蓋５０８や胴本体５０１の材料には、モリブデンを含むＳＵＳ３１７またはＳＵＳ６２５を使用して、電解腐食を防止するようにしている。
【００３７】
また、ＳＵＳ３１７またはＳＵＳ６２５は溶接性に優れているので、キャスクのように一般的に溶接部分が多いものに適している。さらに、ＳＵＳ３１７及びＳＵＳ６２５のほかに、ＳＵＳ３１４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３２６、ＳＵＳ３４５などを用いることもできる。また、二次蓋５０８及び胴本体５０１にＳＵＳ３１７などを用いなくても、同材による肉盛りを施すことでシール面９０を形成するようにしてもよい（図示省略）。
【００３８】
また、キャスクの二次蓋５０８や胴本体５０１の材料として使用するモリブデンを含むＳＵＳ３１７またはＳＵＳ６２５よりも腐食電位の高いアルミニウムを外被５２として使用してもよい。このようにすれば、二次蓋５０８や胴本体５０１よりも交換が容易な金属ガスケット２２の外被５２の方が腐食されやすくなるので、二次蓋５０８や胴本体５０１が電解腐食から守られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、金属ガスケット内の水分を除去して長期間にわたって十分な密封性能を発揮させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るキャスクのシール構造を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るキャスクのシール構造を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係るキャスクのシール構造を示す説明図である。
【図４】図３に示したスプリングの製造方法を示す説明図である。
【図５】図３の金属ガスケットによるシール状態を示す説明図である。
【図６】従来のキャスクの構造を示す断面図である。
【図７】図６に示したキャスクの一部拡大図である。
【図８】キャスクのシールに使用する金属ガスケット及びキャスクのシール部を示す拡大図である。
【符号の説明】
１０　　　シール構造
２０　　　金属ガスケット
３０　　　スプリング
４０　　　外被
９０　　　シール面
【図１】
2004125536.tif 000003
【図２】
2004125536.tif 000004
【図３】
2004125536.tif 000005
【図４】
2004125536.tif 000006
【図５】
2004125536.tif 000007
【図６】
2004125536.tif 000008
【図７】
2004125536.tif 000009
【図８】
2004125536.tif 000010