(57)【要約】【課題】モールドに固着した金属燃料を削剥することなく、または金属燃料が固着したモールドを破壊することなく、金属燃料が固着したモールドを容易に取り外すことのできる金属燃料成型体製造用モールドホルダーを提供すること。【解決手段】射出成型によって金属燃料成型体を製造する装置に用いるモールドが挿入される開口部を有するモールドホルダーであって、前記開口部の径を金属燃料が固着したモールドが通過することのできる径とし、前記開口部に、縦割可能に形成され、かつ前記金属燃料が固着していないモールドを挿入することのできる内径を有するスペーサを嵌装させ、前記金属燃料成型体を製造する装置に多段に装着されることを特徴とする金属燃料成型体製造用モールドホルダー。【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成型によって金属燃料成型体を製造する装置に用いるモールドが挿入される開口部を有するモールドホルダーであって、前記開口部の径を金属燃料が固着したモールドが通過することのできる径とし、前記開口部に、縦割可能に形成され、かつ前記金属燃料が固着していないモールドを挿入することのできる内径を有するスペーサを嵌装させ、前記金属燃料成型体を製造する装置に多段に装着されることを特徴とする金属燃料成型体製造用モールドホルダー。
【請求項２】
前記金属燃料成型体を製造する装置に二段に装着される請求項１に記載の金属燃料成型体製造用モールドホルダー。
【請求項３】
複数のモールドが挿入される請求項１または２に記載の金属燃料成型体製造用モールドホルダー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属燃料成型体製造用モールドホルダーに関し、さらに詳しくは、金属燃料が固着したモールドを容易に取り外すことのできる金属燃料成型体製造用モールドホルダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
核燃料として使用することのできるウラン（Ｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）もしくはトリウム（Ｔｈ）またはこれらを主材とする金属燃料成型体は、通常、遠心鋳造法または射出成型法によって製造される（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】
日本工業新聞社発行「ＥＮＥＲＧＹ」１９９５年１０月号
【０００４】
この射出成型法によって製造される金属燃料成型体の製造工程の一例を図１に示す。図１（ａ）は金属燃料の原材料溶解工程を、図１（ｂ）はモールド下降・加圧工程を、図１（ｃ）はモールド上昇工程を示している。このような工程を含む金属燃料成型体の製造装置は、通常、その金属燃料成型体の生産規模が１回当たり１０〜２５ｋｇである。
【０００５】
図１において、１は金属燃料成型体製造用モールドホルダーを表し、円板１−１と支持棒１−２とから構成されている。２はモールドを、３は金属燃料の原材料を、４は坩堝を、５は坩堝蓋を、６は加熱手段を表す。図１に示す例においては、モールド２としては石英モールドを使用し、加熱手段６としては誘導加熱コイルを使用している。
【０００６】
金属燃料成型体の製造においては、まず、金属燃料の原材料３、例えば、金属ウランを坩堝４に装荷する。装荷された金属ウランは、加熱手段６、例えば、誘導加熱コイルにより、１４００〜１６００℃に加熱され、溶解される〔図１（ａ）参照〕。溶解を確認した後、金属燃料成型体の製造装置本体（以下、「製造装置本体」ということがある）内を真空ポンプ（図示せず）によって真空とする。そのときの真空度は、通常、２００Ｐａ（ａｂｓ）以下である。真空とした後、モールドホルダー１に挿入され垂下しているモールド２をモーターなどの駆動手段（図示せず）によって上方から降下させて、モールド２の先端を溶解した金属ウラン上面に着湯させる。次いで、着湯を確認した後、製造装置本体内をアルゴンガスなどの不活性ガスにより、０．１８〜０．２５ＭＰａ（ａｂｓ）に加圧することによって、溶解した金属ウランをモールド２内に鋳込む〔図１（ｂ）参照〕。続いて、金属ウランが鋳込まれたモールド２を上昇させた後〔図１（ｃ）参照〕、室温まで冷却される。
【０００７】
冷却後、製造装置本体からモールドホルダー１を取り外し、さらにモールドホルダー１から金属ウランが鋳込まれたモールド２を取り外す。次いで、このモールド２から金属ウランを取り出し、取り出された金属ウランは、規定の仕様に合わせるために両端を切断して全長を調整し、核燃料に供される。
【０００８】
ところが、このような射出成型法による金属燃料成型体の製造にあっては、図２に示すように、モールド２先端外周部に金属燃料（金属ウラン）７が固着して、モールドホルダー１から金属ウランが鋳込まれたモールド２を取り外すことができなくなるという事態を招いていた。このため、モールド２を取り外すには、この固着した金属ウランを削剥しなければならなかった。また、固着した金属ウランを削剥することなくモールド２から鋳込まれた金属ウランを取り出すには、モールド２を破壊せざるを得なかった。
【０００９】
しかしながら、固着した金属ウランを削剥するには、別途、その機械器具を必要とする上に、多大の労力と時間とを要することから、金属燃料成型体の製造効率を低下させることとなる。また、使用した機械器具および削剥された金属ウランは放射性物質であるから、その安全な処分を必要とする。モールドを破壊するということも、同様に金属燃料成型体の製造効率を低下させ、また、モールドの損失ともなり、さらには、破壊されたモールドも放射性物質であることから、その安全な廃棄処分を要請されることとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来の不都合を解消し、モールドに固着した金属燃料を削剥することなく、または金属燃料が固着したモールドを破壊することなく、金属燃料が固着したモールドを容易に取り外すことのできる金属燃料成型体製造用モールドホルダーを提供することをその課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決するために、金属燃料がモールドに固着することは回避できない事態であることを前提に、モールドが挿入されるモールドホルダーの開口部について種々検討を重ねた結果、その開口部に特定のスペーサを嵌装することによって、前記課題が解決できるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。
【００１２】
すなわち、前記課題を解決するためのこの発明の手段は、
射出成型によって金属燃料成型体を製造する装置に用いるモールドが挿入される開口部を有するモールドホルダーであって、前記開口部の径を金属燃料が固着したモールドが通過することのできる径とし、前記開口部に、縦割可能に形成され、かつ前記金属燃料が固着していないモールドを挿入することのできる内径を有するスペーサを嵌装させ、前記金属燃料成型体を製造する装置に多段に装着させることを特徴とする金属燃料成型体製造用モールドホルダーである。
【００１３】
この発明の手段の好ましい態様としては、
前記金属燃料成型体を製造する装置に二段に装着される金属燃料成型体製造用モールドホルダーおよび複数のモールドが挿入される金属燃料成型体製造用モールドホルダー
を挙げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の金属燃料成型体製造用モールドホルダー（以下、単に「モールドホルダー」ということがあり、「モールドホルダー」といった場合、特に断りのない限り、円板１−１を指称する）は、射出成型によって金属燃料成型体を製造する装置に用いるモールドが挿入される開口部を有するモールドホルダーであって、前記開口部の径を金属燃料が固着したモールドが通過することのできる径とし、前記開口部に、縦割可能に形成され、かつ前記金属燃料が固着していないモールドを挿入することのできる内径を有するスペーサを嵌装させ、前記金属燃料成型体を製造する装置に多段に装着されることを特徴とする。
【００１５】
射出成型によって金属燃料成型体を製造する装置については、前記したとおりである。以下、この発明のモールドホルダーを、図面に基づいて説明する。
【００１６】
この発明のモールドホルダーは、金属燃料成型体を製造する装置に多段に装着される。多段であればその段数に制限はないが、図３に示すように、二段に装着されることが好ましい。また、このモールドホルダー１に挿入されるモールドは一本であってもよいが、図３に示すように、複数のモールド２が挿入されることが好ましい。図３において、８はモールドのつばを、９はモールドホルダー上部蓋を表す。
【００１７】
この発明のモールドホルダーの形状に特に制限はないが、図３に示すように、円板状に形成されていることが好ましい。また、その大きさにも制限はなく、金属燃料成型体の製造装置の生産規模によって適宜、決定される。このモールドホルダーに挿入して用いられるモールドは、モールドホルダーが有する前記開口部に相応して管状に形成されている。
【００１８】
このような態様とすることにより、一挙に多数の金属燃料が鋳込まれたモールド２を取得することができ、金属燃料成型体の製造効率を向上させることができる。しかも挿入されたモールド２が堅固に保持されて揺動することがない。また、モールド２には、加工性、耐熱衝撃性およびウランなどとの反応性を考慮して、通常、石英ガラスが用いられるが、比較的破損しやすい材料であることから、一本のモールド２が破損したとしても、製造運転を停止することなく続行することができ、この点からしても製造効率の向上を図ることができる。
【００１９】
また、モールド２は、その両端のうち、溶解した金属燃料に着湯させない側の端部には、モールド２がモールドホルダー１から脱落しないよう、つば８が設けられている。このモールドのつば８は、モールド２から鋳込まれた金属燃料が飛散しないよう、端面は閉止されている。
【００２０】
この発明のモールドホルダーを用いて金属燃料成型体を製造するに当たっては、まず、前記モールドホルダー１にモールド２が挿入されて組み込まれる〔図３（ａ）参照〕。次いで、モールド２を組み終えた状態〔図３（ｂ）参照〕を経て、モールドホルダー上部蓋９が装着される〔図３（ｃ）参照〕。このモールドホルダー上部蓋９は、モールド２が溶解した金属燃料に着湯したときまたは加圧されて溶解した金属燃料がモールド２内に鋳込まれたとき、モールド２がモールドホルダー１から外れないようにするために装着される。
【００２１】
図３（ａ）におけるモールド２が挿入されるときの状態を示すＡ部およびＢ部の拡大図を図４に示す。図４において、１０はモールド２が挿入される円形の開口部を表す。この開口部１０の径は、従来は、モールド２が上下移動したときに左右に揺動しないように、モールド２の外径に合致させていた。また、このようにすることにより、モールド２が溶解した金属燃料に着湯したときの衝撃によって破損することを防止することができると共に、溶解した金属燃料を効率よくモールド２内に鋳込むことができるからである。しかしながら、前記のとおり、モールド２先端外周部に金属燃料が固着した場合、モールドホルダー１から金属燃料が鋳込まれたモールド２を取り外すことができなくなるのである。この金属燃料の固着形態は、図５に示すように、モールド２間に渡ることもあり、このような場合はより一層、モールド２の破壊を強いられる状態となる。
【００２２】
そこで、この発明のモールドホルダー１においては、まず、前記開口部１０の径を金属燃料が固着したモールド２が通過することのできる径としたのである。この開口部１０の径は、これまでの経験および実験によって得られた固着する金属燃料の厚さに関するデータに基づいて決定された。
【００２３】
そして、この発明のモールドホルダー１は、前記開口部１０の径を金属燃料が固着したモールド２が通過することのできる径とすると共に、前記開口部１０に、縦割可能に形成され、かつ前記金属燃料が固着していないモールド２を挿入することのできる内径を有するスペーサを嵌装させ、前記金属燃料成型体を製造する装置に多段に装着される。
【００２４】
図６に、前記スペーサが嵌装され、このスペーサにモールドが挿入されたこの発明のモールドホルダーを示す。図６において、１１はスペーサを、１２はスペーサのつばを表す。
【００２５】
モールドホルダー１が有する開口部１０に嵌装されるスペーサ１１は管状に形成され、その内径は、金属燃料７が固着していないモールド２を挿入することのできる径であることを要し、かつ縦割（軸方向への分割）可能に形成されていることを要する。スペーサ１１を縦割可能とするには、例えば、単に縦割された複数のスペーサ片を組み合わせて形成されていてもよく、スペーサ片の縦割線面に相補的凹凸部を設けて複数のスペーサ片が相互に嵌め込まれるように形成されていてもよい。すなわち、後記するように、固着した金属燃料７がスペーサ１１に接触して、スペーサ１１がモールドホルダー１から外れるとき縦割されるように形成されていれば、その形態は不問である。このように形成することによって、次回に使用するスペーサ１１を簡便に復元することができる。縦割されて得られるスペーサ片の数に制限はないが、２〜３片が好ましく、図７に示すように２片に縦割されることがより好ましい。
【００２６】
縦割することのできないスペーサにあっては、図８に示すように、金属燃料が先端外周部に固着したモールド２をモールドホルダー１から引き抜こうとする場合、モールド２にスペーサが取り付けられた状態のままにあることにより、また、スペーサのつば１２の存在により、下段モールドホルダー１からモールド２を引き抜くことはできなくなる。
【００２７】
これに対し、縦割可能に形成されたスペーサ１１にあっては、図９に示すように、モールド２を引き抜くとき、固着した金属燃料７がスペーサ１１に接触して、スペーサ１１がモールドホルダー１から外れるとき縦割されるので、モールド２は容易に引き抜くことができるのである。
【００２８】
前記スペーサ１１は、その上端につば１２を有している。このスペーサのつば１２は、モールドホルダー１からスペーサ１１を脱落させないために取り付けられている。つば１２を有しないスペーサにあっては、スペーサが加熱溶解された金属燃料中に落下し、スペーサが不純物として金属燃料に混入される可能性があり、つば１２は、このような事態を回避する機能を果たす。
【００２９】
金属燃料成型体の製造装置は、加圧および減圧状態下に運転され、また、この装置に装荷されるモールドは、こような圧力変動を受けると共に上下運動も行われるため、これらの事象によりスペーサ１１が脱落したときは、前記のとおりの不都合を招く。したがって、モールドホルダー１の移動によって生じる上方へ向かう力により、スペーサのつば１２側から外れることのないよう、スペーサ１１の全長をモールドホルダー１の板厚の３〜５倍とすることが好ましい。スペーサ１１の全長は長いほど外れにくくなるが、前記スペーサ１１の全長は、モールド２の挿入、取り外しなどに要する時間と労力を考慮して決定されたものである。
【００３０】
この発明のモールドホルダーを形成する材料としては、高硬度、耐熱性、耐衝撃性、耐化学性などを有する材料であれば特に制限はないが、金属、サーメット、セラミックスなどが好ましい。金属材料としては、ステンレスが好ましく用いられる。また、モールドホルダーに付帯するモールド、スペーサなども、モールドホルダーを形成する材料と同質の材料により形成することが好ましい。
【００３１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００３２】
（実施例）
１回の製造工程において４８本の金属燃料成型体を製造する装置（装置本体はステンレス製、金属燃料の原材料を溶解する坩堝は黒鉛製）を用い、下記条件で金属燃料成型体を製造した。
【００３３】
金属燃料の原材料：金属ウラン
坩堝への装荷量：１８Ｋｇ
加熱・溶解条件
加熱手段：誘導加熱コイル
温度：１４００〜１６００℃（最高１５７０℃）
時間：１．５時間（最高温度保持時間、昇温および降温時間を除く）
製造装置本体の真空度：モールドへの鋳込み時は、２００Ｐａ以下、金属燃料の原材料の溶解時は、大気圧〜０．１２０ＭＰａ
モールドホルダーおよびモールドの降下、着湯駆動手段：サーボモーター
モールドへの鋳込み
鋳込み用ガス：アルゴン
圧力：０．２〜０．３ＭＰａ
モールドへの金属ウランの固着状態
厚さ：０．５〜１．０ｍｍ
幅と長さ：モールド全面に亘り、モールド先端から４０ｍｍ
モールドホルダー
装着状態：二段
厚さ：１０ｍｍ
直径：２００ｍｍ
開口部の径：１０ｍｍ
モールド
長さ：５００ｍｍ
外径：８ｍｍ
本数：３２
スペーサ
２分割縦割式
内径：８ｍｍ
全長：３０ｍｍ（モールドホルダー厚さの３倍）
モールドホルダーおよびモールドの上昇、次いで室温まで冷却
【００３４】
評価：金属ウランが固着したモールドをなんら支障なく容易に取り外すことのできた。このため、後続の工程、金属ウランが鋳込まれたモールドから金属ウランを取り出す工程および取り出された金属ウランの両端を切断して全長を調整する工程は、きわめて円滑に進行した。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、モールドに固着した金属燃料を削剥することなく、または金属燃料が固着したモールドを破壊することなく、金属燃料が固着したモールドを容易に取り外すことのできる金属燃料成型体製造用モールドホルダーが提供され、核燃料として使用することのできるウラン（Ｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）もしくはトリウム（Ｔｈ）またはこれらを主材とする金属燃料の製造分野に寄与するところはきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属燃料成型体の製造工程の一例を示す図である。
【図２】モールドに金属燃料が固着した状態を示す図である。
【図３】この発明の金属燃料成型体製造用モールドホルダーにモールドを挿入して組み込む過程を示す図である。
【図４】図３（ａ）におけるＡ部およびＢ部の拡大図である。
【図５】モールドに金属燃料が固着した別の状態を示す図である。
【図６】スペーサにモールドが挿入されたこの発明の金属燃料成型体製造用モールドホルダーおよびモールドを引き抜く状態を示す図である。
【図７】縦割可能なスペーサを示す図である。
【図８】開口部に挿入したスペーサがモールド先端に固着した金属燃料によって引き上げられ、開口部よりスペーサが外れてそのスペーサが２分割されることにより、モールドが金属燃料成型体製造用モールドホルダーから抜ける前の状態を示す図である。
【図９】開口部に挿入したスペーサがモールド先端に固着した金属燃料によって引き上げられ、開口部よりスペーサが外れてそのスペーサが２分割されることにより、モールドが金属燃料成型体製造用モールドホルダーから抜ける状態を示す図である。
【符号の説明】
１  金属燃料成型体製造用モールドホルダー
１−１  円板
１−２  支持棒
２  モールド
３  金属燃料の原材料
４  坩堝
５  坩堝蓋
６  加熱手段
７  固着した金属燃料
８  モールドのつば
９  金属燃料成型体製造用モールドホルダー上部蓋
１０  開口部
１１  スペーサ
１２  スペーサのつば
【図１】
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【図２】
2004212352.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004212352.tif 000007
【図６】
2004212352.tif 000008
【図７】
2004212352.tif 000009
【図８】
2004212352.tif 000010
【図９】
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