(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の本体（３）が、中央貫通孔（５）、円周方向に延びるダイ溝（９）を備えた周面（７）及び環状の本体を中央貫通孔から周面に延び中央貫通孔のところで１８０°未満の第１の円周角（α1）を有する開口（１１）を備えたダイ（１）と、
断面寸法減少部分（２９）を有する円筒状のアーバー（２３）であって、この断面寸法減少部分が、ダイの開口をこの断面寸法減少部分と整列させるとダイをアーバーと同軸整列関係となるように通過させることができ、またダイの開口が断面寸法減少部分との整列関係から離脱する捕捉位置にダイを移動できる大きさである円筒状のアーバー（２３）と、
ダイをアーバー上の捕捉位置に保持するロック手段（３３、１３）とより成り、
環状の本体の開口（１１）は周面（７）のところで第２の円周角（α2）を有し、第２の円周角（α2）は中央貫通孔（５）のところの第１の円周角（α1）よりも小さいことを特徴とするピルガーダイ組立体。
【請求項２】
ロック手段は、ダイとアーバーのうちの一方に設けたキー溝（１３）と、ダイとアーバーのうちの他方に固定され、キー溝に嵌合するとアーバー上でのダイの回転を阻止するキー（３３）とより成る請求項１のピルガーダイ組立体。
【請求項３】
ダイは第１の側面（１５）を有し、キー溝は第１の側面から中央貫通孔に沿って軸方向に延び、キーはアーバーに固定されている請求項２の組立体。
【請求項４】
アーバーに固定されたキーは断面寸法減少部分（２９）と軸方向にオーバーラップし、このキーはダイが断面寸法減少部分を通過する際ダイから円周方向に離れる方向に向いており、ダイの第１の側面に設けた凹部（２１）は、キー溝がキーと整列するようにアーバー上でダイを回転させ、キー溝がキーと係合するように軸方向移動させると、このキーを受け入れる請求項３の組立体。
【請求項５】
ダイは第１の側面とは反対側に第２の側面（１７）を有し、ロック手段は、アーバーに固定され、キー溝がキーと係合した状態で第２の側面に押圧される停止部材（３９）をさらに含む請求項３または４の組立体。
【請求項６】
開口の円周方向の広さは、中央貫通孔のところの第１の円周角よりも周面のところの方が大きい請求項１乃至５のうち任意の一項の組立体。
【請求項７】
アーバーの断面寸法減少部分（２９）は、アーバーのこの部分に亘って延びる平坦部より成る請求項１乃至６のうち任意の一項の組立体。
【請求項８】
環状の本体（３）が、中央貫通孔（５）、円周方向に延びるダイ溝（９）を備えた周面（７）、及び環状の本体を中央貫通孔から周面に延び中央貫通孔のところで１８０°未満の第１の円周角（α1）を有する開口（１１）を有し、
環状の本体は、第１の側面（１５）と、第１の側面から中央貫通孔に沿って軸方向に延びるキー溝（１３）とを有し、
環状の本体の開口（１１）は周面（７）のところで第２の円周角（α2）を有し、第２の円周角（α2）は中央貫通孔（５）のところの第１の円周角（α1）よりも小さいことを特徴とするピルガーダイ（１）。
【請求項９】
環状の本体の第１の側面に設けた凹部（２１）は、開口からキー溝へ中央貫通孔の周りに円周方向に延びる請求項８のピルガーダイ（１）。
【請求項１０】
開口の円周方向の広さは、中央貫通孔のところよりも周面のところの方が大きい請求項８のピルガーダイ（１）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、金属の冷間成形装置に関し、さらに詳細には、原子力発電所用の燃料棒の製造に用いるジルコニウム合金管の横断面を減少させるピルガー装置に関する。
【０００３】
【背景情報】
ピルガー圧延機は、延性のある管体を軸方向に引き延ばし直径を減少させる成形装置である。周面の一部にテイパー付き溝を備えた１対の対向ローラーまたはダイが、マンドレル上に支持された管体を押圧する。これらのダイは外径を減少させ、それと同時に、マンドレルがローラーダイの力で管体がつぶれるのを防止し、その内径を決定する。これらのダイは、管体を徐々に冷間成形するようにサイクル方式で作動される。管体は、行程毎に縦方向軸に沿って進行しながら回転される。
【０００４】
ピルガー成形法は、原子燃料の被覆に用いるジルコニウム合金管のような高精度の管体の製造に使用される。この機械は、毎分最大約２５０の加工及び戻り行程サイクルで作動する。
【０００５】
従来より、ダイはリング形で、シャフトまたはアーバー上に熱収縮により装着され、このシャフトまたはアーバーはその両端を支承されて協調回転をするように歯車と結合されている。通常、環状のダイには一対の対向するダイのタイミングを同期させるためにシャフトまたはアーバー上のキーと係合するキー溝が設けられている。
【０００６】
かかる従来型ピルガーダイを交換するには、クレーンを使用してピルガー装置から数百ポンドの重さのダイとアーバーを取り外す必要がある。その後、使用済みダイを加熱してシャフトから取り外した後、新しいダイを熱収縮により定位置に装着する。これには、平均３時間を十分に越える時間がかかる。
【０００７】
着脱のためアーバー上を横方向に摺動可能な馬蹄形の開口を備えたダイにより、ピルガーダイの交換時間の減少が試みられている。このダイは、軸方向クランプ部材によりアーバー上の定位置に固定される。この方法によると、アーバー上へのダイの熱収縮による装着、ピルガー装置のサドルからのアーバーの取り外しが不要になり、その結果交換時間が顕著に減少する。しかしながら、アーバーとダイを毎分２５０またはそれ以上のサイクルで往復運動させると、ダイをアーバー上に保持するのを困難にする力が発生する。平坦部を有するアーバーにピルガーダイを装着する他の方法は、ＳＵ−Ａ−５０５  ４５４、ＳＵ−Ａ−１  ２７１  ５９４及びＳＵ−Ａ−５２８  ９６７に記載されている。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、環状の本体が、中央貫通孔と、円周方向に延びるダイ溝を備えた周面とを有する迅速交換式ピルガーダイ組立体に関する。この環状の本体には、中央貫通孔から周面へ貫通する、中央貫通孔のところで１８０°未満の第１の円周角を有する開口が形成されている。円筒状のアーバーは断面寸法減少部分を有し、この断面寸法減少部分大きさは、ダイの開口をこの断面寸法減少部分と整列させるとダイをアーバーと同軸整列関係となるように通過できるようにする。ダイはその後、ダイの開口が断面寸法減少部分との整列関係から離脱する捕捉位置に移動できる。ロック手段は、ダイをアーバー上の捕捉位置に保持する。ロック手段は、ダイとアーバーのうちの一方に設けたキー溝と、ダイとアーバーのうちの他方に固定され、キー溝に嵌合するとアーバー上でのダイの回転を阻止するキーとより成る。
【０００９】
この組立法により、ダイのアーバー上への装着及びアーバーからの取り外しは、熱収縮及び膨張によらずに迅速且つ容易に行うことができる。従って、アーバーへのダイの装着を、アーバーをピルガー装置に取り付けたままの状態で行うことができる。開口が１８０°未満であるため、ダイをアーバーの断面寸法減少部分と整列させ、アーバーにより捕捉される位置まで摺動させた後、ダイはアーバー上に位置するため、ダイをアーバー上に保持する問題が解消する。
【００１０】
アーバー上の断面寸法減少部分は、平坦部であるのが好ましい。これにより、ダイを回転して捕捉位置に位置決めできる。
【００１１】
好ましくは、キー溝はダイに形成されて、ダイの第１の側面から中央貫通孔に沿って軸方向に延び、一方、キーはアーバーに固定されている。ロック手段は、アーバーに固定され、キー溝がキーと係合した状態で第２の側面に押圧される停止部材を含むようにしてもよい。本発明の実施例では、アーバーに固定されたキーは平坦部と軸方向にオーバーラップするが、このキーはダイが平坦部を通過するた際ダイから円周方向に離れる方向に位置する。この例では、ダイの第１の側面に設けた凹部は、キー溝がキーと整列するようにアーバー上でダイを回転させ、キー溝がキーと係合するように軸方向移動させると、このキーを受け入れる。
【００１２】
環状の本体の開口は、周面のところで、第１の円周角よりも小さい第２の円周角を有する。開口の円周方向の広さは、中央貫通孔のところよりも周面のところの方が大きいのが好ましい。これにより、装着時、ダイを平坦部と係合させるための進み角が得られる。
【００１３】
本発明は、アーバーとの組立体だけでなく上述したダイにも向けられている。
【００１４】
【好ましい実施例の説明】
図１−３を参照して、本発明のピルガーダイ１は、中央の貫通孔５を備えた環状の本体３を有する。環状の本体３の周面７には、円周方向に延びる半円形のテイパー付きダイ溝９が設けられている。環状の本体３はまた、貫通孔５から周面７へ延びる開口１１を有する。この開口１１は、貫通孔５のところの第１の円周角α1と、周面のところの第２の円周角α2とを有する。角度α1は、後述する目的で１８０°未満である。第２の円周角α2は、好ましくは第１の円周角α1よりも小さい。しかしながら、図２からわかるように、開口１１は距離ｄ1で示す貫通孔５のところよりも距離ｄ2で示す周面７のところの方が広い。このような好ましい構成にする理由は、アーバー上へのピルガーダイ１の装着に関連して後述する。
【００１５】
ピルガーダイ１はキー溝１３を有るが、このキー溝１３は貫通孔５から半径方向外方に且つ貫通孔に沿って第１の側面１５から軸方向に延びる。環状の本体３の第１の側面１５と第２の側面１７とは共に、ダイ２の全体重量を減少させ、手で把持出来るようにする環状の凹部１９を有する。さらに第１の側面１５には、後述する目的で開口１１からキー溝１３に通じる溝２１が設けられている。
【００１６】
図４及び５を参照して、ピルガーダイ１が装着されるアーバー２３は円筒形のシャフトであり、このシャフトは、アーバーがピルガー装置に取付けられると２７で略示する軸受が係合する軸受表面２５を含む多数の軸方向に離隔した表面を有する。ダイ１は、これら軸受表面２５の間でアーバー上に装着される。本発明によると、アーバー２３の部分２９は断面寸法が小さく、この部分は、本発明の好ましい実施例によると、アーバー上に延びる平坦な表面である。平坦部２９から円周方向に離隔したアーバー上には、軸方向に向いた卵形のキー用凹部３１がある。キー３３は１対の半円形の耳部３５を有し、この耳部を貫通するネジ３７によりキー３３がキー用凹部３１に着座固定される。キー３３から軸方向に離隔する着脱自在の停止ネジ３９は、アーバーの表面から上方に延びる。この例示的な構成では、軸受表面２５間のアーバー上の軸方向空間が狭いため、図４からキー３３は平坦部２９と軸方向にオーバーラップすることがわかる。
【００１７】
図５及び６からわかるように、ピルガーダイ１は、開口１１を平坦部２９と整列させ、ダイ２をアーバーと同軸整列関係になるまで横方向に摺動することによって、アーバー２３上に装着する。貫通孔５のところの開口の幅ｄ1（図２を参照）は、平坦部２９のところの最も広い寸法部分で隙間が形成されるように選択する。ここで、第２の円周角α2が貫通孔５のところの第１の円周角α1よりも小さいが、開口の周面のところの幅ｄ2が貫通孔のところの幅ｄ1よりも広く作られている理由がわかる。ｄ2をｄ1よりも大きくすることにより、開口はダイをアーバー上で案内するための進み角を有する。これは、例えば、角度α2をα1と等しくしても可能である。しかしながら、所要長さのダイ溝９を形成するために十分な周面７を確保する必要性も存在する。もちろん、この後者の要件は、ｄ2をｄ1を等しくすることによって最大限に満足することができる。しかしながら、その場合、ダイをアーバー上に案内するにあたり有用な進み角は得られない。本発明の実施例において、開口１１は角度α3で規定され、開口１１の側面４１及び４３は角度α3を規定する半径方向線と平行であるが距離ｘだけずれている。図示の本発明の特定実施例において、角度α3は６０°であり、距離ｘは１インチであるが、他の角度及びずれを用いても良い。
【００１８】
ピルガーダイ１は、アーバー２３との同軸整列関係に配置した後、捕捉位置へ移動させる。捕捉位置は、開口１１が平坦部２９との整列関係から離脱するようにダイを回転させ（及び／又は）軸方向に移動させた位置を意味する。
【００１９】
叙上のように、アーバー上の軸受表面２５間の軸方向空間には制約があるため、キー３３は平坦部２９と軸方向にオーバーラップする。しかしながら、第1の側面１５に設けた溝２１は、キー溝１３がキー３３と整列するまでダイをアーバー上で回転するのを可能にする隙間を与える。その後、ダイをキー３３上に軸方向に押圧し、停止ネジ３７を取り付けてダイがキー溝３３から離脱しないようにする。従って、ダイ１のキー溝１３、アーバー上のキー３３及び停止ネジ３７は、ダイを捕捉位置（図６を参照）に固定するロック機構４５を構成することがわかる。ダイ１と、ダイが固定されるアーバー２３とは、ピルガーダイ組立体４７を形成する。
【００２０】
ダイ１の取り外しは、装着と同様、簡単である。停止ネジ３９を取り外し、ダイを軸方向に摺動させてキー溝１３をキー３３から離脱させた後、ダイを回転させて開口１１をアーバー上の平坦部２９と整列させ、最後に開口１１を平坦部２９により形成されたアーバーの断面寸法減少部分上で引き抜くことにより、ダイを取り外す。本発明に従って、摩耗したダイを取り外し新しいダイと交換するに要する時間は、従来のピルガーダイに必要な３時間以上とは対照的に、約１０分であるに過ぎない。時間を節減する重要な部分は、ダイの交換がピルガー装置のサドルからアーバーを取り外すことなく、またダイを加熱することなしに行える点である。
【００２１】
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当業者は種々の変形例及び設計変更を開示全体に鑑みて想到できることがわかる。従って、図示説明した特定の構成は例示の目的を持つもので本発明の範囲を限定するものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲の全幅及び任意且つ全ての均等物の範囲を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明によるピルガーダイの斜視図である。
【図２】  図２は、図１のダイの平面図である。
【図３】  図３は、図２の線３−３に沿うダイの断面図である。
【図４】  図４は、本発明によるアーバーの立面図である。
【図５】  図５は、図４の線５−５に沿うアーバーの断面図であり、ダイがアーバー上への装着位置にある状態を示す。
【図６】  図６は、本発明によるピルガーダイ組立体の斜視図である。
【図１】
0004380919.tif 000002
【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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