JP2010145360A

JP2010145360A - 反転使用可能な焼結皿及び焼結皿自動反転装置

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Publication number: JP2010145360A
Application number: JP2008325926A
Authority: JP
Inventors: Mika Kinoshita; 下美佳木; Yasuichi Yanai; 井康市梁; Yoshio Noji; 地好夫野; Haruo Shimizu; 水春雄清
Original assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Current assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP4813543B2

Abstract

【課題】積み上げられた状態で４辺からのペレットの落下を防止でき、かつ、任意の焼結皿のみを反転でき、それによって下方に変形しやすい焼結皿の歪みを平均化する反転使用可能な焼結皿及び焼結皿自動反転装置を提供する。
【解決手段】正方形または長方形の底板２を有し、底版２の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁３，４を有し、前記２辺以外の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁５，６を有するスペーサー無焼結皿１とを有し、前記底板２とペレット落下防止壁３，４，５，６を有し、さらに底版２の上面と下面のそれぞれの周辺部あるいは中心部に非直線的に配置された少なくとも３つのスペーサー７を有するスペーサー付焼結皿８とを有し、前記スペーサー付焼結皿８とスペーサー無焼結皿１を交互に重ねた焼結皿の対を少なくとも一つ有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、核燃料ペレットを積載する焼結皿であって反転使用可能な焼結皿及び該焼結皿を自動反転可能な焼結皿自動反転装置に関する。

特に、本発明は、焼結皿の底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を設け、前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を設けることにより、積み上げられた状態では４辺からのペレットの落下を防止でき、かつ、積み上げられた焼結皿の任意の焼結皿のみを反転し他の焼結皿はそのまま使用でき、それによって下方に凸状に変形しやすい焼結皿の歪みを平均化し、もって長寿命かつ信頼性が高い反転使用可能な焼結皿及び焼結皿自動反転装置に関する。

一般に、核燃料ペレット焼結用移送容器は、スキッドと呼ばれている台板の上に、焼結皿を多段に積み重ねてなる。焼結皿の上には核燃料の成形体ペレットが装荷され、たとえば連続式焼結炉において焼結処理される。

連続式焼結炉における核燃料の焼結は、焼結皿の上に成形体ペレットを装荷した焼結用移送容器を、置換室において不燃性ガス、例えば、窒素ガスにてガス置換した後、連続式焼結炉の硬質セラミック製炉床の上に置き、プッシャーにより炉床の上を滑動させながら、焼結用移送容器に装荷された成形体ペレットを、還元性雰囲気で1600℃以上の高温で処理することで行われ、焼結後の焼結用移送容器は、冷却された後、再び、置換室において水素ガスが室内に洩れないように、窒素ガスによるガス置換を行い、その後、連続式焼結炉から搬出される。

核燃料ペレットの焼結皿は、連続式焼結炉において還元性雰囲気で1600℃以上の高温の条件下に晒される。しかも、核燃料ペレットの焼結処理時には、加熱した後に室温まで冷却する必要があるため、急激な温度変化を受ける。そのため、核燃料ペレットを積載する焼結皿には、急激な温度変化による熱歪みで割れが生じない材料、例えばモリブデン金属板が用いられており、厚さ1.0〜4.0mmのモリブデン金属板を成形して作るようにしている。

しかし、それでも上記急激な温度変化を繰り返し受け、かつ、上面に装荷された核燃料ペレットの重量の関係で、繰り返しの使用によって焼結皿の底版は一般的に下方に凸な状態になる。

これに対して、特許第２９９９３６６号では、下方に凸状態になった焼結皿が、連続式焼結炉の内部で回動しないように、台板に回り止め突起を設け、焼結皿に上下に貫通孔を設けて挿入ロッドを挿通させている。
特公平６−８９１２号公報特許第２９９９３６６号公報

上述したように、核燃料ペレットを積載する焼結皿は、積載方法及び移送システムの観点から、片面にのみ核燃料ペレットを積載している。

そのため、ペレット重量や高温による熱歪み等の影響により、焼結皿は下向きに凸に変形していく。

焼結皿の変形を修復する手段として、昇温・加圧するなどの処置が行われているが、修復した焼結皿は既に内部に温度特性の異なる組織が形成されているために再変形しやすくなる。また、焼結皿はモリブデン製であり重いため、処置を行う作業者への負担が大きい。モリブデン金属は希少金属で高価であり、頻繁に買い換えると製造コストがかさむ問題があった。

変形した焼結皿を使用すると以下の問題があった。
焼結皿が変形することで、積載された核燃料ペレットが上部の焼結皿にあたり、欠けや割れを起こしやすくなる。

また、変形が生じることにより、積み重ねた焼結皿の高さが核的制限値を超えるという問題が生じ、そのため、高さ方向の変形が大きくなると積載段数を減らさなければならなくなる。搬送設備のサイクル時間変更は非常に困難なことから，搬送の単位量が低下し、結果として生産性が低下する問題があった。

本発明の解決しようとする課題は、積み上げられた状態で４辺からのペレットの落下を防止でき、かつ、積み上げられた焼結皿の任意の焼結皿のみを反転し他の焼結皿はそのまま使用でき、それによって下方に凸状に変形しやすい焼結皿の歪みを平均化し、もって長寿命かつ信頼性が高い反転使用可能な焼結皿及び焼結皿自動反転装置を提供することにある。

なお、特公平６−８９１２号公報は、焼結皿の中に敷板を設け、該敷板を反転できると記載されているが、焼結皿自体は反転して使用することができず、焼結皿自体が変形した場合の問題を解決することはできない。また、この方法では敷板という部品が増加し、敷板の厚さあるいはその変形量により、核的制限値を超えるおそれがある。

本発明による反転使用可能な焼結皿は、
正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有し、前記底版の上面と下面のそれぞれの周辺部あるいは中心部に非直線的に配置された少なくとも３つのスペーサーを有するスペーサー付焼結皿と、
正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有するスペーサー無焼結皿とを有し、
前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に重ねた焼結皿の対を少なくとも一つ有することを特徴とする。

本発明による焼結皿自動反転装置は、
正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有し、前記底版の上面と下面のそれぞれの周辺部に少なくとも３つのスペーサーを有するスペーサー付焼結皿と、正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有するスペーサー無焼結皿とを有し、前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に積み上げた反転使用可能な焼結皿を搬送する搬送ラインの上方に配置されるプラットホームと、
前記プラットホーム上に移動可能に設けられ、前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に積み上げた反転使用可能な焼結皿の所定の焼結皿の下方に差し込んでそれより上の焼結皿を把持する把持手段と、前記把持手段を上下に昇降させる昇降手段とを有する焼結皿持ち上げ装置と、
前記プラットホーム上に移動可能に設けられ、前記焼結皿の最上部の焼結皿の上下に差し込んで把持する把持手段と、前記把持手段が焼結皿を把持した状態で該焼結皿を上下反転する反転手段と、前記反転手段が焼結皿を反転した状態で前記焼結皿を水平面内で９０°回転する回転手段と、前記把持手段と前記反転手段を上下に昇降させる昇降手段とを有する焼結皿反転装置と、
前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に積み上げた反転使用可能な焼結皿の上方位置に接近または待避可能なように、前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置をプラットホーム上で移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする。

本発明による焼結皿自動反転装置はさらに、
前記搬送ラインの近傍に設けられ、前記積み上げられた焼結皿の各焼結皿の底版の歪みをレーザーによって測定するレーザー測定手段と、
前記レーザー測定手段からの測定結果を入力し、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿について、その上方の焼結皿を前記焼結皿持ち上げ装置によって把持して一時的に待避し、前記焼結皿反転装置によって前記歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を反転して再び積み重ね、前記焼結皿持ち上げ装置が把持していた焼結皿を反転した焼結皿上に積み重ねるように、前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置と前記移動手段を制御する制御手段とを有するようにすることができる。

本発明による焼結皿自動反転装置は、
前記焼結皿は識別情報を有し、前記焼結皿の識別情報を読み取る焼結皿識別手段と、
前記レーザー測定手段からの測定結果を入力し、前記焼結皿識別手段の識別情報とマッチングし、各焼結皿の使用回数と歪みの履歴を含む履歴情報を記録する情報処理手段とを有し、
前記制御手段は、使用回数と歪みをファクターに含む閾値を超える焼結皿について、該焼結皿を反転するように前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置と前記移動手段を制御するようにすることができる。

前記焼結皿反転装置の把持手段は、複数の焼結皿の上下に差し込んで複数枚の焼結皿を把持することができるようにすることができる。

本発明による焼結皿は、正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有している。

かかる形状により、本発明による焼結皿は積み重ねた状態で４辺にペレット落下防止壁を有し、ペレットが落下するのを防止できる。また、下向きのペレット落下防止壁を有する辺から、横方向に核燃料の成形体ペレットを装入でき、製造工程上きわめて好都合である。

しかも、本発明の焼結皿は、上下を反転し、しかる後に水平面内で９０°回転させることにより、上下面が反対になっただけで、ペレット落下防止壁はもとの位置に位置することができる。

これにより、積み上げられた焼結皿の任意の焼結皿のみを反転し他の焼結皿はそのまま使用することができる。したがって、各焼結皿が区々に変形する場合、変形が大きい焼結皿のみを反転して使用することができる。

むろん、全部の焼結皿を同時に反転しても使用することができる。

このように、本発明の焼結皿によれば、焼結皿を上下反転して使用できるようにしたことにより、上面あるいは下面からの変形が平均化され、長寿命かつ信頼性が高い焼結皿を得られ、積み重ねた焼結皿の高さが核的制限値を超えるという問題を解消することができる。

また、上記本発明の焼結皿の形状を基本とし、底版の上面と下面のそれぞれの周辺部に少なくとも３つのスペーサーを有するスペーサー付焼結皿と、かかるスペーサーを設けていないスペーサー無焼結皿を交互に積み重ねることにより、スペーサーによって各焼結皿の間隔を一定に保つことができ、かつ、任意のスペーサー付焼結皿あるいは任意のスペーサー無焼結皿を反転しても、他の焼結皿をそのままに使用することができる効果を有する。

また、スペーサー付焼結皿はスペーサー底版の周辺部に設けられているため、スペーサーの間に横方向に核燃料の成形体ペレットを送入でき、製造工程上好都合である。

本発明の焼結皿自動反転装置は、上述したスペーサー付焼結皿とスペーサー無焼結皿を交互に積み上げた焼結皿を搬送する搬送ラインの上方に配置されるプラットホームと、焼結皿持ち上げ装置と、焼結皿反転装置と、移動手段を有する。

前記焼結皿持ち上げ装置は、積み上げられた焼結皿の所定の焼結皿の下方に差し込んでそれより上の焼結皿を把持する把持手段と、把持手段を上下に昇降させる昇降手段とを有している。

前記焼結皿反転装置は、積み上げられた焼結皿の最上部の焼結皿の上下に差し込んで把持する把持手段と、前記把持手段が焼結皿を把持した状態で該焼結皿を上下反転する反転手段と、前記反転手段が焼結皿を反転した状態で前記焼結皿を水平面内で９０°回転する回転手段と、前記把持手段と前記反転手段を上下に昇降させる昇降手段とを有している。

また、前記移動手段は、積み上げられた焼結皿の上方位置に接近または待避可能なように、前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置をプラットホーム上で移動させることができるように構成されている。

上記構造により、本発明の焼結皿自動反転装置は、所定の焼結皿を反転する場合、焼結皿持ち上げ装置により、対象の焼結皿の上の焼結皿を把持し、移動手段により待避し、次に焼結皿反転装置により対象の焼結皿の上下を反転して水平面内で９０°回転して原の場所に戻し、焼結皿持ち上げ装置によりそれが把持していた焼結皿を対象の焼結皿の上に再度積み上げることができる。

レーザー測定手段と、制御手段をさらに備えた本発明の焼結皿自動反転装置によれば、レーザー測定手段によって積み上げられた焼結皿の各焼結皿の底版の歪みをレーザーによって測定し、制御手段が前記レーザー測定手段からの測定結果を入力し、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿について、その上方の焼結皿を前記焼結皿持ち上げ装置によって把持して一時的に待避し、前記焼結皿反転装置によって前記歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を反転して再び積み重ね、前記焼結皿持ち上げ装置が把持していた焼結皿を反転した焼結皿上に積み重ねるように、前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置と前記移動手段を制御することができる。

これにより、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿が自動的に検出され、自動的に反転され、焼結皿の上面あるいは下面からの変形が平均化され、長寿命かつ信頼性が高い焼結皿を得られる。

本発明の反転使用可能な焼結皿及び焼結皿自動反転装置によれば、焼結皿の変形を緩和
でき、かかる焼結皿変形緩和により、焼結皿修理頻度を低減し、焼結皿の寿命を長期化し、焼結皿によるペレット潰れを回避し、未臨界性を担保する厚さ（核的制限値）を遵守することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるスペーサー無焼結皿を示している。

図１の上部は本実施形態によるスペーサー無焼結皿の平面図、図１の下部は同スペーサー無焼結皿の側面図をそれぞれ示している。

図１に示すように、本実施形態によるスペーサー無焼結皿１は、正方形または長方形の底板２を有し、底版２の対向する２辺（図１の例では上下の２辺）に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁３，４を有し、２辺以外の他の２辺（図１の例では左右の２辺）に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁５，６を有している。

符号７は、焼結皿が積み重ねられた状態で図示しない挿入ロッドを挿通させる貫通孔を示している。

図２は、スペーサー無焼結皿１と組み合わされて使用される本発明の一実施形態によるスペーサー付焼結皿８を示している。図２において、図１と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

スペーサー付焼結皿８は、スペーサー９を有するほか、図１のスペーサー無焼結皿１と同じ構造を有している。

スペーサー９は、底版２の上面と下面のそれぞれの周辺部あるいは中心部に非直線的に少なくとも３つ配置されている。図２の例では、スペーサー９は底板２の上面と下面のそれぞれの面の周辺部に８つ、中心部に１つ配置されている。図２の例では、底板２の上面と下面のスペーサー９の位置が整合しているが整合していなくてもよい。

スペーサー９が周辺部あるいは中心部に配置されるのは、スペーサー９の間で横方向から、核燃料の成形体ペレットを装入できるようにするためである。したがって、核燃料の成形体ペレットを装入する側の周辺部では、核燃料の成形体ペレットを装入する妨げにならないように、スペーサー９を配置するのが好ましい。

また、スペーサー９が非直線的に少なくとも３つ配置されるのは、スペーサー付焼結皿８自体、および、隣接するスペーサー無焼結皿１を安定的に支承するためである。安定的に支承することができる限り、その数や配置は任意である。

図３は、本発明の一実施形態による上下部スペーサー付焼結皿１０を示している。

上下部スペーサー付焼結皿１０は、積み重ねられた焼結皿の上部あるいは下部に使用される焼結皿であり、底版１１を有し、底版１１の２辺から垂直に立ち上がるペレット落下防止壁１２，１３を有している。ペレット落下防止壁１２，１３と同じ側の底版１１の面には、スペーサー１４が設けられている。スペーサー１４が底版１１の上面と下面のそれぞれの周辺部あるいは中心部に非直線的に少なくとも３つ配置されている点は、スペーサー付焼結皿８の場合と同じである。

符号１５は貫通孔を示している。

図４は、上下部スペーサー無焼結皿１６を示している。

図４において、図３と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図４の上下部スペーサー無焼結皿１６は、スペーサー１４がないことを除いて、上下部スペーサー付焼結皿１０と同じである。

図５に、積み重ねられた焼結皿を示している。符号１７は、核燃料の成形体ペレットを示している。

なお、本明細書において、「スペーサー無焼結皿」と「スペーサー付焼結皿」を包含していうとき、「スペーサー無焼結皿」と「スペーサー付焼結皿」と「上下部スペーサー付焼結皿」と「上下部スペーサー無焼結皿」を包含していうとき、及び「積み重ねられた焼結皿」を指すとき、まとめて「焼結皿」ということにしている。

図５に示されているように、積み重ねられた焼結皿は、スペーサー無焼結皿１とスペーサー付焼結皿８を交互に積み重ね、少なくとも１つのスペーサー無焼結皿１とスペーサー付焼結皿８の対を有している。

スペーサー無焼結皿１とスペーサー付焼結皿８を交互にどの程度積み重ねるかは、核的制限値、連続式焼結炉のスループットによって決定される。

図５から分かるように、本発明によるスペーサー無焼結皿１とスペーサー付焼結皿８を交互に積み重ねことにより、焼結皿は積み重ねた状態で４辺にペレット落下防止壁を有し、核燃料の成形体ペレット１７が落下するのを防止できる。

また、下向きのペレット落下防止壁を有する辺から、横方向に核燃料の成形体ペレット１７を装入できるため、核燃料の成形体ペレット１７を装荷しては焼結皿１または８を積み重ね、さらに核燃料の成形体ペレット１７を装荷することができる。

スペーサー無焼結皿１またはスペーサー付焼結皿８は、上下を反転し、しかる後に水平面内で９０°回転させることにより、上下面が反対になっただけで、ペレット落下防止壁はもとの位置に位置することができる。

これにより、積み上げられた焼結皿の任意の焼結皿のみを反転し他の焼結皿はそのまま使用することができる。

したがって、各焼結皿がまちまちに変形する場合、変形が大きい焼結皿のみを反転して使用することができる。むろん、全部の焼結皿を同時に反転しても使用することができる。

上下部スペーサー付焼結皿１０または上下部スペーサー無焼結皿１６は、ペレット落下防止壁を提供する。もっとも、上下部スペーサー付焼結皿１０や上下部スペーサー無焼結皿１６の代わりに、スペーサー付焼結皿８またはスペーサー無焼結皿１を使用することにより、ペレット落下防止壁を提供することができる。したがって、上下部スペーサー付焼結皿１０や上下部スペーサー無焼結皿１６は、本発明に不可欠な要素ではない。しかし、スペーサー付焼結皿８またはスペーサー無焼結皿１を使用すると最上部上向きもしくは最下部下向きのペレット落下防止壁が無用であるので、上下部スペーサー付焼結皿１０や上下部スペーサー無焼結皿１６を使用するのが好ましい。なお、図５は模式図であり、スペーサー９は短く描き表しているが、スペーサー９はペレット１７より長いことが必要である。

以上の焼結皿を使用した本発明の焼結皿自動反転装置について説明する。

図６は、本発明の一実施形態による焼結皿自動反転装置を示している。

図６において、符号１８は積み重ねられた焼結皿を示しており、符号１９は積み重ねられた焼結皿１８を搬送する搬送ラインを示している。

本実施形態の焼結皿自動反転装置２０は、搬送ライン１９をまたがるようにして架設された台座２１を有し、台座２１は搬送ライン１９の上方に配置されたプラットホーム２２を支承している。

なお、プラットホーム２２は、搬送ライン１９の上方に配置されていればよく、建造物等の構造部材によって支承されていてもよい。

焼結皿自動反転装置２０はさらに、プラットホーム２２上に移動可能に設けられた焼結皿持ち上げ装置２３と焼結皿反転装置２４を有している。

プラットホーム２２上には、積み重ねられた焼結皿１８の上方位置に接近または待避可能なように、焼結皿持ち上げ装置２３と焼結皿反転装置２４をプラットホーム２２上で移動さる移動手段２５を有している。図６の例では、移動手段２５は、レールと図示しない駆動手段とからなり、焼結皿持ち上げ装置２３と焼結皿反転装置２４を図６のＸ方向に移動させることができる。

なお、移動手段２５は積み重ねられた焼結皿１８の上方位置に接近または待避可能であればよく、図６のＸ方向に限られず、たとえば図６のＸ方向に直交する方向に焼結皿持ち上げ装置２３と焼結皿反転装置２４を移動させることができるようにしてもよい。

焼結皿自動反転装置２０は、搬送ライン１９の近傍に設けられ、積み重ねられた焼結皿１８の各焼結皿の底版の歪みをレーザーによって測定するレーザー測定手段２６，２７を含む。

レーザー測定手段２６は、搬送ライン１９に沿って焼結皿の底版の歪みを測定でき、レーザー測定手段２７は、搬送ライン１９に直交する方向に沿って焼結皿の底版の歪みを測定できる。

搬送ライン１９に直交する方向のレーザー測定手段２７は、搬送ライン１９の走行に邪魔にならない場所に配設され、あるいは少なくとも待避できるようにする。

さらに、本実施形態の焼結皿自動反転装置２０は、レーザー測定手段２６，２７からの測定結果を入力し、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿について、その上方の焼結皿を焼結皿持ち上げ装置２３によって把持して一時的に待避し、焼結皿反転装置２４によって歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を反転して再びそれを積み重ね、続いて焼結皿持ち上げ装置２３が把持していた焼結皿を前記反転した焼結皿上に積み重ねるように、焼結皿持ち上げ装置２３と焼結皿反転装置２４と移動手段２５を制御する制御手段（図示せず）を有している。

また、焼結皿に付された識別情報を読み取る焼結皿識別手段（図示せず）と、前記レーザー測定手段からの測定結果を入力し、前記焼結皿識別手段の識別情報とマッチングし、各焼結皿の使用回数と歪みの履歴を含む履歴情報を記録する情報処理手段（図示せず）を有している。

積み重ねられた焼結皿１８を含めた核燃料ペレット焼結用移送容器は、図７に示すように、成形工程と焼結工程と研削工程の各工程を経て再び成型工程から開始する。焼結皿自動反転装置２０は図７に示すように、研削工程の終了後と次の成形工程の間に配置される。

成形工程では，一般的な成形機でＵ粉末を連続式に加圧して成形体ペレットを作る。成形機から連続式に抜き出された成形体（直径約10ｍｍ,高さ約10ｍｍ）を、一定の個数分自動的に切り出して一列に並べる。これら並べられた複数の成形体を焼結皿へスライドして載荷させる。焼結皿は定められたピッチで送られ、最終的にはほぼ全面に成形体ペレットが載荷される。

このように成形体ペレットを載荷させるに場合にはスライド操作、すなわち横方向に核燃料の成形体ペレットを押して焼結皿上に載荷させることが不可欠であるが、本発明の焼結皿によれば、２辺の落下防止壁が下向きに立ち下がっているため、スライド操作の障害となる落下防止壁が存在せず、成形工程で積み重ねられた焼結皿を９０度回転するメカニズムと併用し、次々と焼結皿を積み重ねては核燃料の成形体ペレットを載荷させることができる。

最終的に別の容器にこれらの焼結皿を所定の複数段重ねた後、いったん貯蔵庫に収納して焼結工程に搬送される。比較的密度の低い成形体はこの焼結工程で堅いセラミック状態となる。

焼結後は所定の直径にそろえる研削工程が行われる。ここでも焼結皿から焼結ペレットをスライドして整列装置に供給する必要から、９０度焼結皿を回転するメカニズムと併用する。

以下に、焼結皿持ち上げ装置２３と焼結皿反転装置２４の詳細とその作用を説明する。

図８は焼結皿持ち上げ装置２３を搬送ライン１９の方向から見た側面図である。

図８に示すように、焼結皿持ち上げ装置２３は、プラットホーム２２上に移動可能に設けられ、積み重ねられた焼結皿１８の所定の焼結皿の下方に差し込んでそれより上の焼結皿を把持する把持手段２８と、把持手段２８を上下に昇降させる昇降手段２９とを有している。

図８中、符号１８は積み重ねられた焼結皿１８、符号２６は搬送ライン１９の方向に沿って焼結皿の歪みを測定するレーザー測定手段、符号２７は搬送ライン１９の方向に直角な方向に沿って焼結皿の歪みを測定するレーザー測定手段を示している。

把持手段２８は、シリンダー機構を有し、把持のための腕を水平に、すなわち図８に示したＹ方向に伸縮させることができ、把持手段２８の下端の把持部を所定の焼結皿の下方に差し込んでそれより上の焼結皿を把持することができるように構成されている。

昇降手段２９は、シリンダー機構あるいは任意に構成できる昇降機構を有し、把持手段２８を垂直方向に、すなわち図８に示したＺ方向に昇降させることができ、把持手段２８の下端の把持部が積み重ねられた焼結皿１８の任意の高さの焼結皿に届くようにする。

レーザー測定手段２６，２７が積み上げられた焼結皿１８の各焼結皿の底版の歪みを測定し、測定結果を制御手段に出力する。制御手段は、レーザー測定手段２６，２７からの測定結果を入力し、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を発見すると、移動手段２５を制御して焼結皿持ち上げ装置２３を積み重ねられた焼結皿１８の上方に移動させ、次に焼結皿持ち上げ装置２３を制御して歪みが所定の閾値を超えた焼結皿（反転しようとする焼結皿）の上方の焼結皿を把持させ、再び移動手段２５を制御して焼結皿持ち上げ装置２３を一時的に待避させる。

図９は焼結皿持ち上げ装置２３が反転しようとする焼結皿の上方の焼結皿を把持して待避している状態を示す。

次に、制御手段は、移動手段２５を制御して焼結皿反転装置２４を搬送ライン１９上の焼結皿の上方に移動させ、続いて焼結皿反転装置２４を制御して歪みが所定の閾値を超えた焼結皿のみを把持させ、上下反転させ、水平面内で９０°回転させ、さらに焼結皿上に積み重ねるように制御する。なお、上記上下反転させさらに水平面内で９０°回転させることをまとめて「反転」という。

図１０は、焼結皿反転装置２４が、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿１８ａ（反転対象焼結皿１８ａ）を把持し、それを反転させようとするところを示している。

焼結皿反転装置２４は、搬送ライン上の焼結皿の最上部の反転対象焼結皿１８ａの上下に差し込んで把持する把持手段３０と、把持手段３０が反転対象焼結皿１８ａを把持した状態で該焼結皿１８ａを上下反転する反転手段３１と、反転手段３１が反転対象焼結皿１８ａを反転した状態で前記焼結皿１８ａを水平面内で９０°回転する回転手段３２と、把持手段３０と反転手段３１を上下に昇降させる昇降手段３３とを有している。

なお、図１０の例では、昇降手段３３が回転手段３２の上に付いており、昇降手段３３が回転手段３２と把持手段３０と反転手段３１を昇降させるようになっているが、回転手段３２を昇降手段３３の上に設け、昇降手段３３が把持手段３０と反転手段３１を昇降させ、回転手段３２が把持手段３０と反転手段３１と昇降手段３３全体を回転させるようにしてもよい。

図１１に、把持手段３０と反転手段３１の詳細を示す。

把持手段３０は、図示しない反転対象焼結皿１８ａを挟持するための把持爪３０ａ，３０ｂを有している。上部の把持爪３０ａは下部の把持爪３０ｂに対して可動に構成され、下部の把持爪３０ｂを反転対象焼結皿１８ａの下部に差し込んで上部の把持爪３０ａを下方に移動させることにより、把持爪３０ａ，３０ｂによって反転対象焼結皿１８ａを掴むことができるようになっている。

反転手段３１は、把持手段３０の一部に介在し、図１０に示す破線を中心に把持爪３０ａ，３０ｂを回転させる。図１０の例では反転手段３１は、落下防止爪３１ａを有している。落下防止爪３１ａは反転対象焼結皿１８ａの縁に当接できるように可動に設けられている。

反転対象焼結皿１８ａを上下反転させるときは、反転手段３１は、把持爪３０ａ，３０ｂが反転対象焼結皿１８ａを掴んでいる状態で、落下防止爪３１ａが下方の半円の軌跡を描くように、図１０に示す破線を中心に把持爪３０ａ，３０ｂを１８０°回転させる。

反転中は落下防止爪３１ａが反転対象焼結皿１８ａの落下を防止し、反転後は反転対象焼結皿１８ａの上下面が反転前の逆になり、ただし、立ち上がりのペレット落下防止壁と立ち下がりのペレット落下防止壁の位置が反転前の状態から９０°回転した状態になっている。

上下反転後、図１０に示す回転手段３２により、反転対象焼結皿１８ａを水平面内で９０°回転させ、これにより、立ち上がりのペレット落下防止壁と立ち下がりのペレット落下防止壁の位置が反転前の状態になる。

次に昇降手段３３により、反転（上下反転と９０°回転）した反転対象焼結皿１８ａを、搬送ライン１９上の積み重ねられた焼結皿上に戻す。これにより、積み重ねられた焼結皿の最上部の焼結皿のみが反転されて載置された状態になる。

続いて、制御手段により、移動手段２５を制御して、焼結皿反転装置２４を待避させ、さらに移動手段２５を制御して、焼結皿持ち上げ装置２３を搬送ライン１９上の積み重ねられた焼結皿上に移動させ、焼結皿持ち上げ装置２３を制御して、焼結皿持ち上げ装置２３が保持していた焼結皿を、反転した焼結皿の上部に積み重ねる。

以上の操作により、最初に積み重ねられていた焼結皿１８のうち、歪みが所定の閾値を超えた反転対象焼結皿１８ａのみが反転されて上下面が反対になり、他の焼結皿はそのままの状態で積み重ねられている状態になる。

元のように積み重ねられた焼結皿を含む移送容器は、図７に示すように、成型工程に送られ、核燃料の成形体ペレットを載荷して、順次焼結工程と研削工程に送られる。

なお、上述した反転手段３１の落下防止爪３１ａは、万一の焼結皿の落下を防止するためのものであり、把持爪３０ａ，３０ｂによる把持を確実することにより、省略することができる。

また、上述した実施形態では、レーザー測定手段２６，２７によって歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を発見したときに、当該歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を反転するようにしていたが、本発明は焼結皿の使用履歴と組み合わせて、所定の焼結皿を反転させるようにすることができる。

この場合、焼結皿に識別情報を付し、焼結皿の識別情報を読み取る焼結皿識別手段と、レーザー測定手段２６，２７からの測定結果を入力し、焼結皿識別手段からの識別情報とマッチングし、各焼結皿の使用回数と歪みの履歴を含む履歴情報を記録する情報処理手段とを備えるようにする。

上記情報処理手段の記録により、たとえば所定回数以上使用した焼結皿を一律に反転対象焼結皿としたり、あるいは、所定回数と所定量の歪みの組合せにより所定の焼結皿を反転対象焼結皿としたり、実施の状況や経験値に合わせて焼結皿を反転させることができる。

また、上述した実施形態では、一枚の反転対象焼結皿１８ａのみを反転させる場合について説明したが、本発明は、複数枚あるいは積み重ねられた焼結皿の全部を一度に反転させるようにしてもよい。この場合、上述した反転手段３１の落下防止爪３１ａを設けることが好ましい。

また、上述した実施形態では、レーザー測定手段２６，２７を併用し、レーザー測定手段２６，２７によって所定の歪みを生じた焼結皿を反転させるようにしていたが、本発明はレーザー測定手段２６，２７に頼らず、目視検査によって所定の焼結皿を反転させるようにしてもむろんよい。この場合、前記制御手段は、捜査員によって手動で操作できるインターフェースを有するのが好ましい。

その場合においても、焼結皿の上面あるいは下面からの変形が平均化され、長寿命かつ信頼性が高い焼結皿を得られる効果を得られる。

最後に、本発明による効果を数値データによって説明する。

従来のように反転する動作を行わずに核燃料ペレットを模擬したモリブデン製ペレットを積載して焼結工程を５回繰り返した焼結皿６枚と、１回使用ごとに全焼結皿の反転動作を行い、モリブデン製ペレットを積載して焼結工程を５回行った焼結皿６枚の変形量を測定したところ、反転動作を行わなかった焼結皿の下方向の最大変形量は０．７ｍｍ、反転動作を行った焼結皿の最大変形量は０．６ｍｍと同程度であった。

しかし、反転を行わなかった焼結皿は全体的に下方向に変形が進んでいるのに対し、反転を行った焼結皿は上方向の変形と下方向の変形が交互に見られた。

さらに焼結回数を進めたところ、反転を行なった焼結皿は７０回焼結した段階での最大変化量が１ｍｍ程度であったのに対し、反転を行わなかった焼結皿は２８回使用の段階で最大４ｍｍの変形量が見られた。

この結果より、本発明による焼結皿自動反転装置の導入による焼結皿の変形の緩和は効果的であることは明らかである。

本発明の一実施形態によるスペーサー無焼結皿の平面と側面を示す図面。本発明の一実施形態によるスペーサー付焼結皿の平面と側面を示す図面。本発明の一実施形態による上下部スペーサー付焼結皿の平面と側面を示す図面。本発明の一実施形態による上下部スペーサー無焼結皿の平面と側面を示す図面。本発明の焼結皿を積み重ねた状態の側面を示す図。本発明の一実施形態による焼結皿自動反転装置の側面図。本発明による焼結皿自動反転装置を使用するタイミングを示す説明図。本発明の一実施形態による焼結皿持ち上げ装置を搬送ラインの方向から見た側面図。本発明の一実施形態による焼結皿持ち上げ装置が反転しようとする焼結皿の上方の焼結皿を把持して待避している状態を示す側面図。本発明の一実施形態による焼結皿反転装置が、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を把持して反転させようとするところを示す側面図。把持手段と反転手段の詳細を示す斜視図。

符号の説明

１スペーサー無焼結皿
２底板
３ペレット落下防止壁
４ペレット落下防止壁
５ペレット落下防止壁
６ペレット落下防止壁
７貫通孔
８スペーサー付焼結皿
９スペーサー
１０上下部スペーサー付焼結皿
１１底版
１２ペレット落下防止壁
１３ペレット落下防止壁
１４スペーサー
１５貫通孔
１６上下部スペーサー無焼結皿
１７核燃料の成形体ペレット
１８積み重ねられた焼結皿
１８ａ反転対象焼結皿
１９搬送ライン
２０焼結皿自動反転装置
２１台座
２２プラットホーム
２３焼結皿持ち上げ装置
２４焼結皿反転装置
２５移動手段
２６レーザー測定手段
２７レーザー測定手段
２８把持手段
２９昇降手段
３０把持手段
３０ａ把持爪
３０ｂ把持爪
３１反転手段
３１ａ落下防止爪
３２回転手段
３３昇降手段

Claims

正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有し、前記底版の上面と下面のそれぞれの周辺部あるいは中心部に非直線的に配置された少なくとも３つのスペーサーを有するスペーサー付焼結皿と、
正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有するスペーサー無焼結皿とを有し、
前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に重ねた焼結皿の対を少なくとも一つ有することを特徴とする反転使用可能な焼結皿。
正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有し、前記底版の上面と下面のそれぞれの周辺部に少なくとも３つのスペーサーを有するスペーサー付焼結皿と、正方形または長方形の底板を有し、前記底版の対向する２辺に上向きに立ち上がるペレット落下防止壁を有し、前記２辺以外の前記底版の他の２辺に下向きに立ち下がるペレット落下防止壁を有するスペーサー無焼結皿とを有し、前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に積み上げた反転使用可能な焼結皿を搬送する搬送ラインの上方に配置されるプラットホームと、
前記プラットホーム上に移動可能に設けられ、前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に積み上げた反転使用可能な焼結皿の所定の焼結皿の下方に差し込んでそれより上の焼結皿を把持する把持手段と、前記把持手段を上下に昇降させる昇降手段とを有する焼結皿持ち上げ装置と、
前記プラットホーム上に移動可能に設けられ、前記焼結皿の最上部の焼結皿の上下に差し込んで把持する把持手段と、前記把持手段が焼結皿を把持した状態で該焼結皿を上下反転する反転手段と、前記反転手段が焼結皿を反転した状態で前記焼結皿を水平面内で９０°回転する回転手段と、前記把持手段と前記反転手段を上下に昇降させる昇降手段とを有する焼結皿反転装置と、
前記スペーサー付焼結皿と前記スペーサー無焼結皿を交互に積み上げた反転使用可能な焼結皿の上方位置に接近または待避可能なように、前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置をプラットホーム上で移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする焼結皿自動反転装置。
前記搬送ラインの近傍に設けられ、前記積み上げられた焼結皿の各焼結皿の底版の歪みをレーザーによって測定するレーザー測定手段と、
前記レーザー測定手段からの測定結果を入力し、歪みが所定の閾値を超えた焼結皿について、その上方の焼結皿を前記焼結皿持ち上げ装置によって把持して一時的に待避し、前記焼結皿反転装置によって前記歪みが所定の閾値を超えた焼結皿を反転して再び積み重ね、前記焼結皿持ち上げ装置が把持していた焼結皿を反転した焼結皿上に積み重ねるように、前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置と前記移動手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の焼結皿自動反転装置。
前記焼結皿は識別情報を有し、前記焼結皿の識別情報を読み取る焼結皿識別手段と、
前記レーザー測定手段からの測定結果を入力し、前記焼結皿識別手段の識別情報とマッチングし、各焼結皿の使用回数と歪みの履歴を含む履歴情報を記録する情報処理手段とを有し、
前記制御手段は、使用回数と歪みをファクターに含む閾値を超える焼結皿について、該焼結皿を反転するように前記焼結皿持ち上げ装置と前記焼結皿反転装置と前記移動手段を制御することを特徴とする請求項３記載の焼結皿自動反転装置。
前記焼結皿反転装置の把持手段は、複数の焼結皿の上下に差し込んで複数枚の焼結皿を把持することができることを特徴とする請求項２に記載の焼結皿自動反転装置。