(57)【要約】      （修正有）【課題】被覆管を水密にすることができるとともに、試料の自重によって被覆管端栓が被覆管から容易に脱落することがなく、かつ繰り返し被覆管へ着脱することのできる被覆管用端栓を提供する。【解決手段】照射試験用試料が内部に収容される被覆管の端部を封止する被覆管用端栓１であって、前記被覆管の内側に位置する鍔状の頭部と、少なくとも一部が被覆管の外側に位置するとともに雄ねじ部を備えた軸部とを有し、かつ被覆管の軸線方向に往復動するシャフト５と、前記シャフト５における雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を備えたねじ穴を有する回動ノブ２と、前記シャフト５の軸部を内挿するとともに、少なくとも一部が被覆管の内側に挿入されるスリーブ３と、前記シャフト５の頭部における座面と、前記被覆管の内側に位置する前記スリーブ３の端面とによって挟圧されるＯリング４と、を備える。【選択図】図１
2016156796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射試験用試料が内部に収容される被覆管の端部を封止する被覆管用端栓であって、
前記被覆管の内側に位置する鍔状の頭部と、少なくとも一部が被覆管の外側に位置するとともに雄ねじ部を備えた軸部とを有し、かつ被覆管の軸線方向に往復動するシャフトと、
前記シャフトにおける雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を備えたねじ穴を有する回動ノブと、
前記シャフトの軸部を内挿するとともに、少なくとも一部が被覆管の内側に挿入されるスリーブと、
前記シャフトの頭部における座面と、前記被覆管の内側に位置する前記スリーブの端面とによって挟圧されるＯリングと、
を備えることを特徴とする被覆管用端栓。
【請求項２】
前記スリーブは、前記被覆管の内径よりも小さい外径を有する被覆管挿入部と、前記被覆管の内径よりも大きい外径を有する胴部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の被覆管用端栓。
【請求項３】
前記スリーブは、外周面に突起部を備え、
前記被覆管は、前記突起部が挿入されるスリットを備え、
前記スリットは、前記被覆管の端面から前記被覆管の軸線方向と平行な方向に延在するガイド部と、前記ガイド部の一端から前記被覆管の周方向に延在する係合部と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の被覆管用端栓。
【請求項４】
前記スリーブは、螺合により前記被覆管と結合することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の被覆管用端栓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆管用端栓に関し、特に、被覆管内部を液密に維持することができるとともに、繰り返し被覆管へ着脱することのできる被覆管用端栓に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉内の放射線環境下における物質の特性を把握するために、試料に中性子線等の放射線を照射する照射試験が行われる。照射試験における一つの形態では、中空筒状の容器である被覆管内部に照射試験用試料を封入し、被覆管の開口端部に被覆管用端栓を装着した後に、原子炉内に被覆管を設置することがある。
【０００３】
減速材として水を用いる照射試験では、原子炉内は水によって満たされ、被覆管は水中に設けられる。被覆管に収容される照射試験用試料として、放射性物質を用いることがある。放射性物質を照射試験用試料に用いて照射試験を行う際に、水が被覆管内部に浸入し、照射試験用試料と水とが混ざり合うと、原子炉内の水が放射性物質で汚染されてしまう。被覆管内部への水の浸入を防止することができるように、被覆管用端栓は被覆管を水密にすることのできる部材でなければならない。
【０００４】
照射試験中、又は照射試験の前後において、被覆管の一方の端部が下向きとなり、他方の端部が上向きとなるように、被覆管が取り扱われることがある。この際、下方に位置する被覆管の端部には、内部に収容された照射試験用試料の自重による圧力が加わる。照射試験用試料の重量は数ｋｇに達することがある。被覆管における被覆管用端栓の取り付け強度が弱いと、照射試験用試料の自重に耐え切れず、前記端部から被覆管用端栓が脱落してしまうことがある。被覆管用端栓が脱落すると、被覆管内部に収容された照射試験用試料が周囲に飛散してしまう。被覆管用端栓は、被覆管内部における試料の自重による圧力が加わった際にも、容易に被覆管から脱落しないように、強力に被覆管に装着されている必要がある。
【０００５】
従来、上記課題を解決するために、被覆管の内部に照射試験用試料を収容し、被覆管の端部開口に被覆管用端栓を装着した後に、溶接によって被覆管用端栓を被覆管に固着させることが広く行われている。しかし、一旦、溶接によって被覆管用端栓を被覆管に固着させてしまうと、照射試験終了後に被覆管内から照射試験用試料を取り出す際に、被覆管を破損させることなく、被覆管用端栓のみを被覆管から取り外すことができないという問題がある。溶接後に被覆管から試料を取り出すには、被覆管の一部を切断することが広く行われている。切断後の被覆管と、被覆管に固着された被覆管用端栓とは、再度照射試験に用いることができず、使い捨てられる。放射性物質を照射試験用試料として用いる照射試験においては、使用後の被覆管と被覆管用端栓とは放射線材料となり、被覆管と被覆管用端栓とが使い捨てにされることにより、大量の放射性廃棄物が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
被覆管を水密に保つことのできる被覆管用端栓を開示した文献として、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、「燃料被覆管の両端に端栓を配置し、一方の端栓に設けられた導入孔を経由して前記燃料被覆管内に加圧媒体を導入し、高温下で前記燃料被覆管の膨張量や破壊内圧を測定することにより燃料被覆管の機械的特性試験を行う燃料被覆管のシール機構において、前記シール機構は、前記機械的特性試験の前は前記燃料被覆管との間に所定の間隔が形成される断面が屈曲した硬質かつ可塑性材料からなるバックアップリングと、前記バックアップリングに隣接して配置される軟質Ｏリングとからなり、・・・前記機械的特性試験時に前記バックアップリングの変形により前記間隙が閉じることを特徴とする燃料被覆管のシール機構」が開示されている（特許文献１の請求項１参照）。しかし、特許文献１に開示されたシール機構は、バックアップリングと軟質Ｏリングとの２つのリング部材が必要であり、構造が複雑である。また、特許文献１に開示されたシール機構は、被覆管の機械的特性試験以外に使用される際に、被覆管に着脱することができないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１５３８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
照射試験中に、原子炉内に存在する水が被覆管内部へ浸入することを防止するために、被覆管を水密にすることのできる被覆管用端栓が求められている。
【０００９】
被覆管用端栓に被覆管内部の試料の自重による圧力が加わった際にも、被覆管用端栓が被覆管から脱落し、照射試験用試料が被覆管の外部へと漏れ出すことを防止するために、被覆管の開口端部に強力に装着されることのできる被覆管用端栓が求められている。
【００１０】
使用済みの被覆管及び被覆管用端栓によって発生する放射性廃棄物の量を低減するために、繰り返し、被覆管に着脱することのできる被覆管用端栓が求められている。
【００１１】
以上のように、本発明の課題は、被覆管を水密にすることができるとともに、試料の自重によって被覆管端栓が被覆管から容易に脱落することがなく、かつ繰り返し被覆管へ着脱することのできる被覆管用端栓を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための手段は、
（１）照射試験用試料が内部に収容される被覆管の端部を封止する被覆管用端栓であって、前記被覆管の内側に位置する鍔状の頭部と、少なくとも一部が被覆管の外側に位置するとともに雄ねじ部を備えた軸部とを有し、かつ被覆管の軸線方向に往復動するシャフトと、前記シャフトにおける雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を備えたねじ穴を有する回動ノブと、前記シャフトの軸部を内挿するとともに、少なくとも一部が被覆管の内側に挿入されるスリーブと、前記シャフトの頭部における座面と、前記被覆管の内側に位置する前記スリーブの端面とによって挟圧されるＯリングと、を備えることを特徴とする被覆管用端栓、
（２）前記スリーブは、前記被覆管の内径よりも小さい外径を有する被覆管挿入部と、前記被覆管の内径よりも大きい外径を有する胴部と、を備えることを特徴とする前記（１）に記載の被覆管用端栓、
（３）前記スリーブは、外周面に突起部を備え、前記被覆管は、前記突起部が挿入されるスリットを備え、前記スリットは、前記被覆管の端面から前記被覆管の軸線方向と平行な方向に延在するガイド部と、前記ガイド部の一端から前記被覆管の周方向に延在する係合部と、を備えることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の被覆管用端栓、
（４）前記スリーブは、螺合により前記被覆管と結合することを特徴とする前記（１）から（３）までのいずれか一項に記載の被覆管用端栓である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の被覆管用端栓においては、回動ノブの回動に応じて、回動ノブのねじ穴における雌ねじ部と螺合する雄ねじ部を備えたシャフトが周方向に回動する。シャフトは、周方向に回動しながら、被覆管の内側を軸線方向に沿って往復動する。具体的に、回動ノブをねじの締付方向に回転させると、シャフトは被覆管の外側に向かって、被覆管の軸線に沿って往動する。シャフトが往動するにつれて、シャフトの頭部とスリーブの先端部との間隔が狭まる。これにより、Ｏリングは、シャフトの頭部における座面と、スリーブの端面とによって挟み付けられることとなり、被覆管の軸線方向とは垂直な方向へ広がるように変形する。Ｏリングの変形により、Ｏリングの外周面と被覆管の内壁面とが密着し、Ｏリングの外周面とシャフトの軸部の外壁面とが密着し、被覆管の端部開口を介した被覆管内部への水の浸入が防止される。以上のように、Ｏリングがシャフトの頭部における座面とスリーブの端面とによって挟圧されることにより、被覆管は水密となる。
【００１４】
また、Ｏリングが挟圧された状態において、変形したＯリングの外周面と被覆管の内壁面とが密着することにより、Ｏリングと被覆管との間に強力な摩擦力が生じる。照射試験中に被覆管の一端が下向きに向けられ、照射試験用試料の重量による圧力が被覆管用端栓に加わっても、Ｏリングと被覆管との間で生じる摩擦力によって、被覆管用端栓が被覆管の端部から脱落することが防止される。
【００１５】
被覆管用端栓を被覆管に装着し、Ｏリングを挟圧、変形させた状態から、ねじの弛緩方向に回動ノブを回転させることにより、シャフトは被覆管の内側へ向かって、被覆管の軸線方向に沿って復動する。シャフトの復動により、シャフトの頭部とスリーブの先端部との間隔が広がる。これにより、Ｏリングは、シャフトの頭部における座面とスリーブの端面とによる挟圧状態を脱し、無圧力条件下における初期形状へと戻る。初期形状におけるＯリングは被覆管の内壁面とは密着せず、Ｏリングと被覆管との間で摩擦力は生じないので、被覆管用端栓は被覆管から容易に取り外し可能となる。このように、Ｏリングがシャフトの頭部における座面とスリーブの端面とによって挟圧、変形されてない状態において、被覆管用端栓を被覆管の開口端部に取り付けることができる。以上より、回動ノブをねじの締付方向と弛緩方向とにそれぞれ回転させることによって、被覆管用端栓を被覆管に繰り返し着脱させることができる。
【００１６】
スリーブは、被覆管の内径よりも大きい外径を有する胴部を備えることにより、胴部の端部と被覆管の端部とで引っ掛かりが生じることとなる。これにより、スリーブ全体が被覆管の内側へと陥入することが防止される。
【００１７】
被覆管用端栓を被覆管へ装着する際に、スリーブにおける突起部とスリットとが係合することにより、被覆管の軸線方向に沿ったスリーブの移動が防止される。具体的に、突起部は、スリットにおけるガイド部に挿入された後に、係合部へと到達する。係合部は、被覆管の周方向に延在しており、スリーブの突起部と係合することによって、被覆管の軸線方向に沿ったスリーブの移動を防止する。照射試験用試料の自重等によって被覆管用端栓に圧力が加えられても、スリーブの係合部に突起部が挿入させていると、被覆管用端栓が被覆管から脱落することがより一層防止される。また、スリーブの係合部に突起部を挿入させることにより、スリーブ全体が被覆管の内側へと陥入することも防止される。
【００１８】
スリーブは、螺合により被覆管と結合することが好ましい。スリーブと被覆管とを螺合によって結合させると、スリーブが軸線方向に沿って変位することが防止される。よって、被覆管の内側に収容された照射試験用試料の自重により、被覆管の軸線方向に沿った圧力が被覆管用端栓に加わった際にも、簡単に被覆管用端栓が被覆管から脱落することがより一層防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、被覆管用端栓の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、被覆管と被覆管に装着された被覆管用端栓の一例とを示す、被覆管の軸線方向に沿った面で切断された断面概略図である。図２（ａ）には、被覆管用端栓におけるＯリングが挟圧されていない状態が示され、図２（ｂ）には、被覆管用端栓におけるＯリングが挟圧力された状態が示される。
【図３】図３は、被覆管に設けられた、スリーブに対応する突起部を備えた被覆管用端栓の他の一例を示す斜視図である。図３（ａ）には被覆管用端栓のみが示され、図３（ｂ）には被覆管におけるスリットの係合部に、スリーブの突起部が係合された状態が示される。
【図４】図４は、被覆管と被覆管に設けられた、スリーブに対応する突起部を備えた被覆管用端栓の一例とを示す、被覆管の軸線方向に沿った面で切断された断面概略図である。
【図５】図５は、被覆管と被覆管に設けられた被覆管用端栓の他の一例とを示す、被覆管の軸線方向に沿った面で切断された断面概略図である。
【図６】図６は、被覆管と被覆管に設けられた被覆管用端栓の他の一例とを示す、被覆管の軸線方向に沿った面で切断された断面概略図である。
【図７】図７は、固定ピンによって被覆管用端栓が固定される例を示し、図７（ａ）はスリーブの斜視図であり、図７（ｂ）はシャフトの斜視図であり、図７（ｃ）は被覆管と被覆管に設けられた被覆管用端栓の他の一例とを示す、被覆管の軸線方向に沿った面で切断された断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を用いて本発明に係る被覆管用端栓の具体例について説明する。
【００２１】
図１に示されるように、本発明に係る被覆管用端栓１は、回動ノブ２と、スリーブ３と、Ｏリング４と、シャフト５とを有する。
【００２２】
回動ノブ２は、図１のように円柱状体に形成される。図２のように、回動ノブ２の底面の中心近傍において、円柱状体の軸線方向に沿って、ねじ穴８が設けられる。ねじ穴８は、シャフト５における雄ねじ部７Ａと螺合する雌ねじ部７Ｂを備えてなる。つまり、回動ノブ２のねじ穴８における内周面には、雄ねじ部７Ａのねじ山及びねじ溝に対応するねじ溝及びねじ山が設けられる。回動ノブに設けられるねじ穴の形状、ねじ穴の軸線方向長さ、ねじ穴の内径、ねじ山及びねじ溝の構造等は、適宜設計変更することができる。図１に示される例では、ねじ穴８は回動ノブ２の一方の底面のみに開口するように形成されているが、回動ノブの一方の底面から他方の底面まで貫通するようにねじ穴が形成されていてもよい。回動ノブ２におけるねじ穴８には、シャフト５の軸部５Ｂが挿入される。シャフト５が締め付けられるに従って、シャフト５の軸部５Ｂはねじ穴８の底部へ向かって深く入り込んでいく。
【００２３】
シャフト５は、鍔状の頭部５Ａと軸部５Ｂとを有する。軸部５Ｂは、軸線方向に長尺状である棒状に形成されていればよい。軸部５Ｂの少なくとも一部には、雄ねじ部７Ａが設けられる。すなわち、軸部５Ｂの少なくとも一部の外表面には、ねじ山とねじ溝とが設けられる。シャフト５の軸部５Ｂにおいて雄ねじ部７Ａが設けられる位置は特に制限されないが、軸部５Ｂにおける一方の端部近傍に設けられることが好ましい。軸部５Ｂにおける他方の端部には、鍔状の頭部５Ａが設けられる。頭部５Ａの形状は特に制限されないが、軸部５Ｂの軸線方向とは垂直な方向における頭部５Ａの径の長さが、軸部５Ｂの軸線方向とは垂直な方向における軸部５Ｂの径の長さよりも大きければよい。頭部５Ａにおいて、軸部６Ｂと接する面は座面６と称される。また、頭部５Ａにおいて座面６Ｂとは反対側に存在し、被覆管１０に挿入される際に、挿入方向における先端面となる面は、天井面と称されることがある。座面の形状は特に限定されない。図２に示される例では、座面６は軸部５Ｂの軸線と垂直に形成される。座面は、軸部５Ｂの軸線と垂直に形成されていなくてもよい。例えば、図２に示されるような軸部の軸線方向に沿った面で切断された際の断面図において、座面はスカート形状となる面であってもよい。また、図１及び図２に示される例では、頭部５Ａは略円柱形状に形成されているが、その他の形状であってもよい。頭部の形状の具体例として、略多角柱形状、略半球形状、略多角錐台形状、略円錐台形状等であってもよい。
【００２４】
シャフト５は、頭部５Ａが被覆管１０の内側に位置し、軸部５Ｂの少なくとも一部が被覆管１０の外側に位置する。図２では、シャフト５の軸線と被覆管１０の軸線とが一致するように、シャフト５が配置される。シャフト５は、被覆管１０の軸線方向に沿って往復動することができる。また、被覆管１０の外側に位置する軸部５Ｂは、スリーブ３又は回動ノブ２に内挿される。
【００２５】
スリーブ３は、内側に貫通孔を有する筒状体に形成される。スリーブ３の貫通孔は、軸部５Ｂの外径よりも大きく、かつ頭部５Ａの外径よりも小さい内径を有する。スリーブ３の貫通孔には、シャフト５の軸部５Ｂのみが挿入される。スリーブ３における一方の端面と頭部５Ａの座面６とが相対向するように、シャフト５の頭部５Ａはシャフト３の外側に位置する。スリーブにおける貫通孔の内径の大きさは、特に制限されないが、シャフトの軸部の外径よりも僅かに大きいことが好ましい。これにより、軸部５Ｂとスリーブ３の貫通孔との間に大きな隙間ができることによってシャフト５がスリーブ３の軸線方向とは垂直な方向に位置ずれを起こすことが防止されるとともに、シャフト５の軸部５Ｂをスリーブ３に容易に挿入することができる。貫通孔の軸線方向における長さは、シャフトの軸部の軸線方向における長さよりも小さければよい。これにより、シャフトの軸部がスリーブの貫通孔に挿入されると、シャフトの軸部の一端部がスリーブの端面から突出し、この突出するシャフトの軸部の一端部が前記回動ノブのねじ穴に挿入される。スリーブの端面の形状、大きさ等は、Ｏリングに十分な大きさの挟圧力を加えることができる限りにおいて、特に制限されない。
【００２６】
スリーブ３は、被覆管１０に内挿される。これにより、スリーブ３の少なくとも一部が、被覆管１０の内側に位置する。被覆管１０の内側に位置するスリーブ３の端面は、頭部５Ａの座面と対向する。スリーブ３の端面と、この端面に対向する頭部５Ａの座面との間には、Ｏリング４が設けられる。図２では、図の右方向へ向かって、シャフト５が被覆管１０の内側を往動し、シャフト５の座面６とスリーブ３の端面との間が狭まり、やがて図２（ｂ）に示されるようにＯリング４が挟圧される。
【００２７】
スリーブは、内側に貫通孔を備えた筒状部材であればよく、特に形状は制限されない。例えば、図２に示されるスリーブ３は、被覆管１０の内径よりも小さい外径を有する被覆管挿入部３Ａと、被覆管１０の内径よりも大きい外径を有する胴部３Ｂとからなる形状を有する。被覆管挿入部３Ａは被覆管１０の内側に位置する一方で、胴部３Ｂは被覆管１０の外側に位置する。被覆管挿入部３Ａと胴部３Ｂとの境界面には、軸線方向とは垂直な方向に胴部３Ｂの一方の端面が張り出した張出部が形成される。この張出部が被覆管１０の端部に引っ掛かることによって、スリーブ３全体が被覆管１０の内側に陥入してしまうことが防止される。
【００２８】
Ｏリング４は、シャフトの頭部５Ａにおける座面６と、被覆管１０の内側に位置するスリーブ３の端面との間に設けられる。Ｏリング４は、図２（ａ）のように前記座面６とスリーブ３の端面とによって圧力を加えられていない初期状態と、図２（ｂ）のように前記座面６とスリーブ３の端面とによって圧力を加えられた挟圧状態との２つの状態をとることができる。図２（ａ）のように、前記初期状態において、Ｏリング４の軸線とは垂直な方向におけるＯリング４の断面形状は略円形である。初期状態において、Ｏリング４の外周面と被覆管１０の内壁面とは密着せず、Ｏリング４の外周面とシャフト５の軸部５Ｂにおける外周面ともまた密着しない。一方で、図２（ｂ）のように、前記挟圧状態においては、Ｏリング４の軸線とは垂直な方向におけるＯリング４の断面形状は、挟圧方向に短辺を有する略楕円形となる。前記挟圧状態において、Ｏリング４の外周面と被覆管１０の内壁面とが密着し、Ｏリング４の外周面と軸部５Ｂの外周面とが密着する。これにより、被覆管１０の外部に存在する水が、Ｏリング４と被覆管１０との密着部及びＯリング４と軸部５Ｂとの密着部を越えて、被覆管１０の内部へと浸入することが防止される。
【００２９】
Ｏリングは、市販の製品を用いることができる。本願発明の効果を奏する限りにおいて、Ｏリングの形状、大きさ等は特に制限されない。また、被覆管用端栓を繰り返し着脱するうちに、Ｏリングの変形が繰り返され、Ｏリングのシール機能が低下してしまうことがある。Ｏリングのシール機能が低下した際には、本発明に係る被覆管用端栓から使用済みのＯリングのみを取り外し、新品のＯリングと交換することによって、被覆管用端栓を繰り返し使用することができるようになる。
【００３０】
被覆管は、中空筒状の形状を有し、内部には照射試験用試料（以下、単に「試料」と称することがある。）が収容される。試料には、放射性物質が使用される場合がある。試料の具体例として、ウランをペレット状に成形した部材（「燃料ペレット」と称されることもある。）が挙げられる。燃料ペレットの形状及び大きさ等は特に制限されないが、直径が約１０ｍｍ、高さが約１０ｍｍである円柱形状の燃料ペレットが一般的に用いられる。被覆管の内側において、燃料ペレットの軸線と被覆管の軸線とが略同一となるように、燃料ペレットは一列に配列して挿入される。燃料ペレットが被覆管の内側に収容された後、被覆管の開口端部は被覆管用端栓により封止される。内側に燃料ペレットを収容し、開口端部が端栓により封止された被覆管は、燃料棒と称されることもある。被覆管の材料としては、主成分であるジルコニウムと、スズ、鉄、クロム等の微量成分とを含むジルコニウム合金を用いることができる。このジルコニウム合金は、ジルカロイと称されることがある。ジルカロイは、中性子を吸収しにくく、高温水中における耐腐食性にも優れており、軽水炉用の被覆管の材料として好適に用いられる。
【００３１】
被覆管は、通常、軸線方向の両端に２つの開口端部を有する。本発明の被覆管用端栓は、被覆管の２つの開口端部の両方に装着されてもよく、被覆管の２つの開口端部のうちいずれか一方にのみ装着されてもよい。具体的には、被覆管の２つの開口端部のうち一方の端部には、溶接によって被覆管に固着された固定端栓を設け、他方の端部に本発明の被覆管用端栓を設け、他方の端部を繰り返し開閉できるようにすることができる。
【００３２】
被覆管は、その端部においてスリットを有していることが好ましい。また、スリーブの被覆管挿入部における外周面には、前記スリットに挿入することのできる大きさ及び形状を備えた突起部が設けられることが好ましい。スリットに突起部を内挿することによって、スリーブと被覆管との周方向における取付け位置が決定される。また、突起部がスリットの係合部に係合することによって、被覆管用端栓が被覆管から軸線方向に容易に脱落してしまうことが防止される。
【００３３】
スリットは、例えば図３に示されるように、ガイド部１７Ａと係合部１７Ｂとを備えることが好ましい。ガイド部１７Ａは、被覆管４０の端面から被覆管の軸線方向と平行に延在する。また、係合部１７Ｂは、ガイド部１７Ａの一端から被覆管の周方向に延在する。より具体的には、係合部１７Ｂは、ガイド部１７Ａの被覆管４０の端面に位置する端部とは反対側の端部において、ガイド部１７Ａと連通する。突起部３９がガイド部１７Ａに位置していると、スリーブ３３は被覆管４０の軸線方向に沿って往復動することができるが、スリーブ３３は被覆管４０の周方向に回動することができない。一方で、突起部３９が係合部１７Ｂに位置していると、スリーブ３３は被覆管４０の周方向に沿って回動することはできるが、被覆管４０の軸線方向に沿って往復動することができない。突起部３９を係合部１７Ｂに挿入することにより、スリーブ３３が被覆管４０の軸線方向に沿って変位することがより確実に防止される。より具体的には、被覆管４０の一方の端部を鉛直下向きとすることによって、被覆管４０の内部に収容された試料の自重による圧力が被覆管用端栓３１に加わった際にも、被覆管用端栓３１が被覆管４０の軸線方向に沿って、被覆管４０の外側に向かって往動することが防止される。これにより、被覆管用端栓３１が被覆管４０から脱落することがより確実に防止される。また、突起部３９が係合部１７Ｂに位置すると、スリーブ３３が被覆管４０の軸線方向に沿って、被覆管４０の内側に向かって復動することが防止される。これにより、スリーブ３３が被覆管の内側へと陥入することがより確実に防止される。
【００３４】
突起部は、前記スリットに挿入可能である限りにおいて、その形状を適宜設計変更することができる。突起部の形状の具体例として、円柱形状、多角柱形状、球形状等が挙げられる。
【００３５】
突起部は、スリーブとは別の部材により形成されていてもよい。例えば、図７に示される例では、スリーブ７３における貫通孔７３Ｃに固定ピン７９を貫通させ、固定ピン７９の表面と貫通孔７３Ｃ周辺の表面とを溶接することによって、スリーブ７３の外周面において固定ピン７９により突起部が形成される。
【００３６】
図７（ａ）に示される例では、スリーブ７３は被覆管挿入部７３Ａにおいて貫通孔７３Ｃを備える。貫通孔７３Ｃは、スリーブ７３の外壁面と内壁面とを貫通するように設けられる。貫通孔７３Ｃの口径は、後述する固定ピンの口径よりも大きければよい。また、図７（ｂ）に示される例では、シャフト７５は、その軸部７５Ｂにおいて、長穴７５Ｃを備える。長穴７５Ｃは、シャフト７５の軸部７５Ｂの外側面を、シャフト７５の軸線方向とは垂直な方向に、貫通する孔である。シャフト７５が往復動する際に、固定ピン７９とシャフト７５とが引っ掛かりを生じ、シャフト７５の往復動が妨げられないように、長穴７５Ｃはシャフトの軸線方向に沿って長手形状を形成する。
【００３７】
被覆管用端栓を組み立てる際には、シャフト７５にスリーブ７３を取り付け、スリーブ７３における貫通孔７３Ｃとシャフト７５における長穴７５Ｃとが連通するように、スリーブ７３の周方向における組み付け位置を調節する。次に、筒形の固定ピン７９を貫通孔７３Ｃ及び長穴７５Ｃに貫通させ、固定ピン７９とスリーブ７３とを溶接等によって固定させる。被覆管用端栓を被覆管８０に取付ける際には、シャフト７５に、Ｏリング７４を径方向に伸ばして取り付けた後に、回動ノブ７２を取り付ける。次に、スリーブ７３の外周面から突出する固定ピン７９の端部を、被覆管８０の外周面に設けられたスリットに沿って移動させる。固定ピン７９の端部が、スリットにおける係合部に位置することにより、被覆管用端栓が被覆管８０から軸線方向に沿って変位することがより一層防止される。
【００３８】
係合部は、被覆管の周方向に延在する。係合部は、被覆管の周方向であって、かつ回動ノブの締付方向と同じ方向に延在することがより好ましい。図３（ｂ）において、係合部１７Ｂは、回動ノブ３２の締付方向と同じ方向に延在する。より詳しくは、回動ノブ３２を鉛直上方向に、シャフト３５の頭部３５Ａを鉛直下方向に配置し、ガイド部１７Ａを正面から観察した際に、係合部１７Ｂは時計回りに向かって延在する。係合部が回動ノブの締付方向と同じ方向に延在すると、被覆管用端栓を被覆管から取り外す際に、回動ノブをねじの弛緩方向へと回転させても、誤ってスリーブも同様にねじの弛緩方向へと回転することによって突起部がガイド部へと達することが防止される。図３（ｂ）に示される例では、係合部１７Ｂはガイド部１７Ａと略直角に形成されている。係合部は、ガイド部と直角以外の角度で交わるように形成されていてもよい。
【００３９】
被覆管は、前記突起部と係合可能であるスリット以外の構造、部材等を有していてもよい。例えば、被覆管の内壁面において、スリットの代わりに、突起部に係合する溝部が設けられていてもよい。
【００４０】
スリーブは、螺合により被覆管と結合することが好ましい。具体的には、スリーブの被覆管挿入部における外壁面の少なくとも一部に雄ネジ部が設けられ、被覆管の端部近傍の内壁面に前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が設けられていればよい。スリーブが被覆管へ挿入される際に、スリーブの雄ネジ部と被覆管の雌ネジ部とが螺合することによって、スリーブは周方向に回転しながら、被覆管の軸線方向に沿って変位する。例えば、図５に示される例では、スリーブ５５の雄ネジ部と被覆管６０の雌ネジ部との間における螺合によって、螺合部５９が形成される。一旦スリーブと被覆管とが螺合により結合すると、スリーブが弛緩方向に回転しない限り、スリーブが被覆管の軸線方向に沿って変位することがない。よって、被覆管用端栓の軸線方向における変位がより確実に防止され、スリーブが被覆管の内側へ向かって陥入してしまうこと、及び試料の自重によって被覆管用端栓が被覆管から脱落してしまうことがより確実に防止される。
【００４１】
図６に示されるスリーブ６３は、外径が被覆管７０の内径よりも大きい胴部を有さない。スリーブ６３は、軸線方向の全体にわたって、被覆管７０の内部に位置する。回動ノブ６２の端面外径は被覆管７０の内径よりも大きく、回動ノブ６２の端面が被覆管７０の開口端面に引っかかることによって、被覆管用端栓全体が被覆管７０の内側へ陥入することが防止される。
【００４２】
次に、図６に示される被覆管用端栓の使用方法について説明する。まず、シャフト６５の軸部６５Ｂの一端を回動ノブ６２におけるねじ穴６８に装着する。次に、Ｏリング６４が挟圧されていない状態のまま、シャフト６５の頭部６５Ａを先端とするように、被覆管７０の端部と回動ノブ６２とを把持しながらスリーブ６３を被覆管７０に挿入する。スリーブ６３全体が被覆管７０内に挿入された後、被覆管７０の端面に回動ノブ７２の端面が引っかかることにより、被覆用端栓全体が被覆管７０の内部へ落ち込んでしまうことが防止される。次いで、被覆管用端栓７０を把持しながら、回動ノブ６２をねじの締付方向に回転させると、回動ノブ６２は被覆管７０に引っかかることにより、回動ノブ６２が軸線方向に沿って変位することがない。この際に、回動ノブ６２の雌ねじ部と螺合する雄ねじ部を備えたシャフト６５が、ねじの締付方向へ回転しながら、軸線方向に沿って被覆管７０の外側へと向かって往動する。シャフト６５が往動するにつれて、頭部６５Ａの座面とスリーブ６３の端面との間の間隔が狭まり、やがて頭部６５Ａの座面とスリーブ６３の端面とによって、Ｏリングは挟圧され、変形する。被覆管用端栓を被覆管から取り外す際には、被覆管７０の端部を把持しながら回動ノブ６２をねじの弛緩方向へと回転させる。回動ノブ６２の回転に伴い、シャフト６５は、ねじの弛緩方向へと回転しながら、被覆管７０の内側へ向かって、軸線方向に沿って復動する。シャフト６５の復動によって、頭部６５Ａの座面とシャフト６３の端面との間の間隔が広がり、Ｏリング６４が挟圧状態を解かれる。Ｏリング６４が挟圧状態を解かれ、初期形状に戻ることによって、Ｏリング６４は被覆管７０の内壁面に密着しなくなり、被覆管用端栓は被覆管７０の外側に容易に取り外されることができるようになる。
【００４３】
回動ノブ、スリーブ、及びシャフトは、特に材質は制限されず、通常は金属製である。回動ノブ、スリーブ、及びシャフトは、前記ジルカロイによって形成されることが好ましい。回動ノブ、スリーブ、及びシャフトが前記ジルカロイによって形成されていると、照射試験中の高温水中においても、被覆管用端栓が腐食してしまうことを防止することができる。
【００４４】
試料を収容した被覆管は、原子炉における圧力容器中に設置される。原子炉としては、発電用原子炉、実験炉、研究炉等が挙げられる。また、原子炉の種類としては、軽水炉及び重水炉が挙げられる。原子炉中には、原子炉の炉心から熱を取り出す機能を有する冷却材、又は核分裂によって生じる高速の中性子の速度を減速する機能を有する減速材として、軽水又は重水等の水が満たされる。
【００４５】
次に、本発明に係る被覆管用端栓の作用について説明する。
【００４６】
まず、本発明に係る被覆管に試験用試料を収容する。通常、試験用試料は円柱形状のペレットである。試験用試料は、被覆管の開口部から１つずつ順番に被覆管の内部へ向かって押し込まれるようにしながら、被覆管に収容される。
【００４７】
試料を被覆管に収容した後に、被覆管の開口端部に装着する被覆管用端栓を準備する。具体的には、Ｏリングの穴にシャフトの軸部を通し、次いでスリーブにシャフトの軸部を挿入するによって、シャフトの座面とスリーブの端面との間にＯリングが配置される。次に、スリーブにおけるＯリングと接する端面とは反対側の端面から突出するシャフトの軸部を、回動ノブのねじ穴に挿入する。シャフトの軸部に設けられた雄ねじ部と、ねじ穴に設けられた雌ねじ部とが螺合することによって、シャフトに回動ノブが装着される。この際、回動ノブを締め付けすぎないように調節し、シャフトの頭部の座面とスリーブの端面とによってＯリングが挟圧、変形することがないようにする。具体的には、Ｏリングが挟圧変形しない程度に、回動ノブにおけるねじ穴とシャフトの軸部の一部とが螺合する。
【００４８】
次に、被覆管の開口端部より、被覆管用端栓を被覆管に装着する。この際、被覆管用端栓のシャフトの頭部を挿入先端としながら、被覆管用端栓が被覆管の内部に挿入される。被覆管用端栓を挿入する際には、Ｏリングは挟圧されておらず、Ｏリングの外側面と被覆管の内側面とは密着しないので、Ｏリングによって生じる摩擦力が被覆管用端栓の挿入を妨げることがない。図２のように、スリーブ３が被覆管１０の内径よりも大きい外径を有する胴部３Ｂを備える例では、胴部３Ｂの挿入方向における端部と被覆管１０の開口端部とが係合するまで、被覆管用端栓が被覆管１０の内側へと挿入される。
【００４９】
図３及び図４のように、スリーブ３３の外周面に突起部３９が設けられる例においては、被覆管用端栓３１を被覆管４０に装着する際に、突起部３９とスリット１７とを係合させる。具体的には、ガイド部１７Ａの端部から突起部３９をスリット１７に挿入し、突起部３９がガイド部１７Ａに沿うように、被覆管用端栓３１を被覆管４０の軸線方向に沿って被覆管４０の内側へと押し込む。突起部３９がガイド部１７Ａと係合部１７Ｂとの境界部に達すると、突起部３９が係合部１７Ｂに沿うように、スリーブ３３を被覆管４０の周方向に沿って回転させる。突起部３９がスリット１７の係合部１７Ｂに位置していると、係合部１７Ｂにおける内壁面によって突起部３９の軸線方向における変位が防止される。これにより、被覆管４０の軸線方向に沿った被覆管用端栓３１の変位が防止される。例えば、被覆管用端栓３１が装着された被覆管４０の開口端部を誤って鉛直下向きに向けてしまうことにより、被覆管用端栓３１に被覆管４０内部の試料自重による圧力が加わっても、被覆管用端栓３１が被覆管４０から抜け落ちてしまうことが防止される。
【００５０】
図５で示される、スリーブ５３と被覆管６０とが螺合によって結合する例について説明する。スリーブ５３が被覆管６０に挿入される際に、スリーブ５３はネジの締付方向に回転しながら、被覆管４０の軸線方向に沿って被覆管４０に挿入される。スリーブ５３が被覆管４０に挿入された後には、スリーブ５３に設けられた雄ネジ部と被覆管４０の内周面に設けられた雌ネジ部との螺合によって、螺合部５９が形成される。螺合部５９が形成されると、スリーブ５３は、ネジの弛緩方向へ回転しない限り、スリーブ５３の軸線方向に沿って変位しない。これにより、被覆管用端栓が被覆管の軸線方向に沿って変位することが防止される。例えば、被覆管用端栓が装着された被覆管６０の開口端部を誤って鉛直下向きに向けてしまうことにより、被覆管用端栓に被覆管６０内部の試料自重による圧力が加わっても、被覆管用端栓が被覆管６０から抜け落ちてしまうことが防止される。
【００５１】
尚、本願図面には図示していないが、シャフトの頭部における天井面に、スプリング等の付勢部材が設けられていてもよい。付勢部材は、被覆管の内側において収容される試料を軸線方向に沿って押し込み、各試料同士の間の隙間を小さくし、被覆管の軸線方向に沿った試料の位置ずれが起きることが防止される。
【００５２】
次に、回動ノブをねじの締付方向へと回転させる。具体的には、図１における回動ノブ２を一方の手で把持し、他方の手でスリーブの胴部３Ｂ及び被覆管１０の端部を把持し、回動ノブ２をねじの締付方向へと回転させる。回動ノブ２がねじの締付方向に回転すると、最初に回動ノブ２はスリーブ３の端面に向かって、軸線方向に沿って変位する。やがて、図１（ａ）で示されるように、互いに対向する回動ノブ２の端面とスリーブ３の胴部３Ｂにおける端面とが面接触し、回動ノブ２は軸線方向に沿って被覆管１０の内側方向へと変位できなくなる。さらに回動ノブ２をねじの締付方向へと回転させ続けると、被覆管１０の軸線方向に沿って回動ノブ２が変位することなく、軸線方向における位置を固定されたままで、周方向に回動ノブ２が回転する。このように、回動ノブ２は、周方向に回転する一方で軸線方向に沿って変位せず、回動ノブ２のねじ穴８における雌ねじ部７Ｂと螺合するシャフト５が軸線方向に沿って変位する。回動ノブ２の締付時には、シャフト５は、被覆管１０の外部へ向かって往動する。シャフト５が往動するに伴って、徐々にシャフト５の頭部５Ａとスリーブ３との間における間隔が狭まっていき、やがてシャフト５の座面とスリーブ３の端面とによってＯリング４が挟圧される。挟圧されたＯリング４は、押しつぶされるように変形し、断面形状が楕円状、又は扁円状になる。これにより、Ｏリング４の外周面は、被覆管１０の内壁面、シャフト５の頭部５Ａにおける座面６、シャフト５の軸部５Ｂにおける外側面、及び被覆管１０の内側に位置するスリーブ３Ａの端面とそれぞれ密着する。このようにＯリングが挟圧、変形されることにより、被覆管用端栓が締付状態となる。
【００５３】
被覆管用端栓が締付状態となった後に、被覆管が照射試験に用いられる。具体的には、水を満たした原子炉内に、被覆管用端栓が装着された被覆管が設置される。この際に、被覆管の周囲に存在する水が、被覆管の開口端部における僅かな隙間から被覆管の内部へと入り込もうとする。被覆管用端栓が前記締付状態であると、密着したＯリングによって軽水の浸入が妨げられ、水がＯリングの密着部を超えて被覆管の内部へと浸入することが防止される。よって、照射試験においても、被覆管の内部に収容された試料に、水が混入することがない。
【００５４】
被覆管を原子炉中に設置する際に、被覆管用端栓が設けられた被覆管の端部を鉛直下向きに向けながら被覆管を操作することがある。この際に、被覆管内に収容された試料は、重力によって被覆管の下方向へスライドし、本発明に係る被覆管用端栓におけるシャフトの天井面と接するようになる。つまり、試料の自重によって、被覆管用端栓には、被覆管から軸線方向に脱落する方向へと圧力が加えられる。本発明に係る被覆管用端栓は、前記締付状態において、変形したＯリングと被覆管の内壁面との間に十分な大きさの摩擦力が生じるので、試料の自重による圧力に耐え切れずに、被覆管用端栓が被覆管から抜け落ちることが防止される。
【００５５】
また、図３及び図４の例のように、突起部３９がスリット１７の係合部１７Ｂに係合されることにより、スリーブ３３の軸線方向に沿った変位が防止され、試料の自重による圧力に耐え切れずに、被覆管用端栓３１が被覆管４０から脱落することがより一層防止される。
【００５６】
さらに、図５の例のように、被覆管６０とスリーブ５３とが螺合により結合すると、スリーブ５３の軸線方向に沿った変位が防止され、試料の自重による圧力に耐え切れずに、被覆管用端栓が被覆管６０から脱落することがより一層防止される。
【００５７】
照射試験が終了した後に、被覆管が原子炉から抜き出され、次いで被覆管から試料が取り出される。被覆管から試料を取り出すために、まず、被覆管の端部から被覆管用端栓が取り外される。被覆管用端栓を取り外すには、回動ノブを把持しながら、スリーブの胴部及び被覆管の端部を把持し、回動ノブをねじの弛緩方向へと回転させる。回動ノブを回転させると、回動ノブは軸線方向に変位することなく、周方向に回転する。回動ノブの周方向への回転に伴って、回動ノブのねじ穴における雌ねじ部と螺合する雄ねじ部を備えたシャフトは、被覆管の内側へと向かって被覆管の軸線方向に沿って復動する。シャフトの復動に伴って、シャフトの頭部とスリーブとの間の隙間が徐々に大きくなっていく。この過程で、Ｏリングは、シャフトの座面とスリーブの端面とによる挟圧状態を解かれ、圧力を加えられていない状態における初期形状へと復帰する。図２（ａ）に示されるように、初期状態のＯリング４は、断面形状が略円形であって、被覆管１０の内壁等と密着することがない。回動ノブ及びスリーブを把持しながら、被覆管用端栓を被覆管の軸線方向外側へと引っ張ることによって、被覆管の端部から被覆管用端栓を脱離させることができる。 
【００５８】
図３及び図４のように、スリーブ３３が突起部３９を有する例においては、スリーブ３３を係合部１７Ｂに沿って回転させた後に、ガイド部１７Ａに沿って被覆管４０の外側方向へとスリーブ３３を変位させることによって、被覆管用端栓３１を被覆管４０から脱離させることができる。
【００５９】
図５のように、スリーブ５３と被覆管６０とが螺合する例においては、スリーブ５３をネジの弛緩方向へと回転させながら、被覆管６０の軸線方向に沿って、被覆管６０の外側方向へとスリーブ５３を変位させることによって、被覆管用端栓を被覆管６０から脱離させることができる。
【００６０】
以上のように、本願発明に係る被覆管用端栓は、往復動するシャフトの座面と被覆管に挿入されたスリーブの端面とによりＯリングが挟圧されることによって、被覆管内部
を水密に保つことができる。
【００６１】
また、本願発明に係る被覆管用端栓は、挟圧により変形したＯリングが被覆管の内壁面に密着することにより、Ｏリングと被覆管との間で摩擦力が生じ、被覆管用端栓が被覆管から脱落することが防止される。
【００６２】
さらに、本願発明に係る被覆管用端栓においては、Ｏリングが挟圧されておらず、被覆管用端栓を被覆管に着脱することのできる着脱状態と、Ｏリングが挟圧されており、被覆管用端栓が被覆管を水密に保つ締付状態とが、回動ノブの操作によって繰り返し実現される。よって、一度被覆管から取り外した後の被覆管用端栓であっても、回動ノブの操作によって繰り返し被覆管に着脱させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１、３１                    被覆管用端栓
２、３２、５２、６２、７２        回動ノブ
３、３３、５３、６３、７３        スリーブ
３Ａ、３３Ａ、５３Ａ、７３Ａ      被覆管挿入部
３Ｂ、３３Ｂ、５３Ｂ、７３Ｂ      胴部
７３Ｃ                            貫通孔
４、１４、３４、５４、６４、７４  Ｏリング
５、１５、３５、５５、６５、７５    シャフト
５Ａ、１５Ａ、３５Ａ、５５Ａ、６５Ａ、７５Ａ    頭部
５Ｂ、１５Ｂ、、３５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂ、７５Ｂ  軸部
７５Ｃ                            長穴
６、１６                          座面
７Ａ、３７Ａ、５７Ａ、６７Ａ、７７Ａ    雄ねじ部
７Ｂ、３７Ｂ、５７Ｂ、６７Ｂ、７７Ｂ    雌ねじ部
８、３８、５８、６８、７８              ねじ穴
１０、４０、７０、８０                  被覆管
１７                スリット
１７Ａ              ガイド部
１７Ｂ              係合部
３９                突起部
５９                螺合部
７９                固定ピン
Ａ                  シャフトの往動方向
Ｂ                  シャフトの復動方向
【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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