JPH05346491A - 核燃料成形体の成形装置およびその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】成形体の密度分布を均一化し、焼結しても鼓状
に変形しない核燃料成形体の成形装置を提供する。 【構成】成形装置はダイス10に太径貫通孔部11と細径貫
通孔部12とを有する二段付貫通孔が形成され、この貫通
孔内に挿入される上部細径パンチ13と下部細径パンチ14
および太径パンチからなっている。この細径貫通孔部11
内に核燃料粉末を充填して下部細径パンチ14と上部細径
パンチ13により加圧、圧縮してセンタ用成形体16を形成
する。次に、センタ用成形体16を太径貫通孔部11内へス
ライドさせ、核燃料粉末を太径貫通孔部11内の隙間に充
填し、上部細径パンチ13と交換した太径パンチを挿入し
て圧縮し核燃料成形体を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は核燃料要素に使用する核
燃料ペレットの焼結前の核燃料成形体（グリーンペレッ
ト）の成形装置およびその成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】核燃料物質、例えば二酸化ウランの核燃
料ペレットは従来次の工程により製造されている。六フ
ッ化ウラン（ＵＦ₆ ）を加熱して気体状にし、このＵＦ
₆ をアンモニア水等に注入し、重ウラン酸アンモン（Ａ
ＤＵ）などの化合物として沈殿させ、このＡＤＵを濾過
し洗浄する。次に、ＡＤＵを乾燥焙焼して八酸化三ウラ
ン（Ｕ₃ Ｏ₈ ）の形にし、Ｕ₃ Ｏ₈ を水素還元して二酸
化ウラン（ＵＯ₂ ）にする。

【０００３】そして、図12に示すようにＵＯ₂ を粉砕
し、予備成形、造粒、混合の各工程を経て得た均一粒度
のＵＯ₂ 粉末に結合剤を加えた後、プレスして円柱状の
核燃料成形体つまりグリーンペレットに成形加工する。
この成形体を予備焼結して結合剤を除去する。

【０００４】その後、水素気流中で1600〜1800℃に加熱
し、数時間の本焼結を行う。この本焼結により93〜97％
ＴＤ（ＴＤ：理論密度比）のＵＯ₂ 焼結体が得られ、研
削、高温乾燥工程を経ることにより二酸化ウランの核燃
料ペレットが得られる。

【０００５】これらの工程において、核燃料成形体をプ
レス成形する成形加工工程では図13に示したように円柱
状の貫通孔１を持つダイス２に下パンチ３を挿入し、所
定量のＵＯ₂ 粉末、つまり核燃料粉末４を上部から貫通
孔１内に充填し、上パンチ５を挿入し加圧、圧縮して核
燃料成形体を成形した後、上パンチ５を引き抜き下パン
チ３を押して図14に示したような核燃料成形体６を取り
出すことにより行われる。

【０００６】核燃料成形体６は前述したように本焼結
後、センターレスグラインダーによって外形が均一にな
るように研削して整えられ、高温乾燥して図15中破線ｃ
で示すような密度の均一な二酸化ウランの核燃料ペレッ
ト７に形成される。

【０００７】このようにして、核燃料成形体６は図13に
示したようにダイス２の貫通孔１内に核燃料粉末４を一
定量充填し、上下から上パンチ５および下パンチ３で加
圧し圧縮して成形されている。この核燃料成形体６を加
熱、焼結させ、外形を揃えるために研削したものを核燃
料ペレット７として原子炉用燃料に使用している。図13
は従来の核燃料成形体の成形装置の要部を概略的に示し
ている。

【０００８】この種の核燃料成形体の成形装置で成形さ
れた核燃料成形体６においては、核燃料粉末４とダイス
２の内壁面との間の摩擦力の影響で、図14に示すように
核燃料成形体６の周辺部における密度は周辺部から内側
の中心部８よりも高く、逆に、その中心部８において密
度は最小値となる。図14中ａは径方向の密度分布であ
り、同じくｂは軸方向の密度分布であり、核燃料成形体
６の上方と右方に模式的にそれぞれ示している。

【０００９】このような密度分布を有する核燃料成形体
６を加熱すると、図15のｂに示すように焼結前の密度の
違いが影響して、焼結後に核燃料ペレットが鼓状の変形
となって現れる。

【００１０】図15中鎖線ａは成形後の核燃料成形体６の
外形を示し、実線ｂは焼結後の核燃料ペレット７の外形
を示している。すなわち、実線ｂで示す核燃料ペレット
７が鼓状に変形している状態においてはそのままの状態
では核燃料用被覆管内に装填し、核燃料要素として使用
することはできない欠点がある。

【００１１】このような欠点を解決するために、従来例
では鼓状に変形している実線ｂで示す部分をグラインダ
により研削し、破線ｃで示したように外形を揃えてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、核燃料成形体
６の焼結後、核燃料ペレット７が図15中ｂで示したよう
な鼓状に変形するという現象は、図14で示したように核
燃料成形体６の密度が外周部において高く、中心部８に
おいて低いことから、焼結過程において核燃料成形体６
中の核燃料粉末間の間隙が焼きしまるにより狭くなって
いくと、密度の低いペレット中央部で直径減少が大きく
なることによるとされている。

【００１３】ダイス２内の円柱状貫通孔１に一定量の核
燃料粉末４を充填し、上下のパンチ５，３で加圧する場
合、図16に概念的に示すように、核燃料粉末４とダイス
２の内面９との間に摩擦力が生じる。この摩擦力によっ
て、核燃料成形体６の内部に伝わる圧力が減少し、外周
部において高密度であり、中心部において低密度の核燃
料成形体６ができることになる。

【００１４】従来の技術において成形された核燃料成形
体６にはエンドキャッピングと呼ばれる上部端栓部の剥
離現象がしばしば生じることが知られている。これは核
燃料成形体６の上端が帽子を脱いだように剥がれ落ちる
もので、これが生じた核燃料成形体６は不良品として回
収しなければならない。

【００１５】また、核燃料成形体６の形状が砂時計状と
なるアワーグラス現象によって成形体６の直径が変動
し、その変動量が製造仕様値以内に収まりきれないため
に、本焼結後の核燃料ペレット７の研削を必要とする。

【００１６】成形時においてはダイス２および上下のパ
ンチ５，３と核燃料粉末４の摩擦力などにより核燃料成
形体６中に密度分布および応力分布が生じ、これらが核
燃料ペレット７の製造において問題となっているアワー
グラス、エンドキャッピング、クラックを引き起こす原
因となっているものと考えられる。

【００１７】成形密度はチャンファー部近傍が特に高密
度でありチャンファー部近傍と核燃料成形体内部との密
度差は１〜５％ＴＤである。

【００１８】成形体内の密度差（チャンファー部近傍の
密度と成形体中心および成形体内部との密度差）との関
係を図17に示す。この図17から核燃料（ＵＯ₂ ）ペレッ
トのアワーグラスは成形体内の密度が不均一であるほど
大きくなり、焼結後のペレットの直径変動量を製造仕様
値である 0.1（相対アワーグラス厚さ）以内に抑え、焼
結ペレットの無研削化を実現するためには、成形体内の
密度むらを 0.5％ＴＤ以内に抑えなければならないこと
が推測される。

【００１９】このように従来の核燃料成形体は、焼結後
の焼きしまり等によって核燃料ペレット内の密度が高く
なり、形状が砂時計状となるアワーグラス現象が発生
し、外形が設計値に収まりきれなくなる。この状態で燃
料要素に装荷して炉心で照射を行うと、照射による焼き
しまりやＰＣＩ（ペレット被覆管−相互作用）等が発生
し、燃料の健全性に悪影響を与える。

【００２０】したがって、従来の製造方法では焼結後の
外形研削工程は必要不可欠な工程であるが、この外形研
削工程では大量のＵＯ₂ スクラップおよびロスが発生し
ており、その削減が課題となっている。

【００２１】スクラップについては再処理後再利用が可
能であるが、ロス分は当然失われてしまい、ウランが高
価である分、燃料全体コストへの影響は大きい。また、
限りある資源の有効利用という観点からもウランの効率
的な利用が重要である。

【００２２】また、核燃料ペレットを焼結後に研削する
という方法は、研削する設備、手間がかかり、さらに、
研削された核燃料屑の回収、再処理にも大きな労力がか
かり、また取扱いも注意する必要がある。

【００２３】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、核燃料成形体内の密度を均一化し、焼結後の
核燃料ペレットの外形変化を防止し、外形を揃えるため
のペレットの研削をする必要のない核燃料成形体を成形
する成形装置およびその成形方法を提供することにあ
る。また、外形研削工程の不要な非均一密度の核燃料成
形体の製造方法を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ダイスに
設けられた円柱状貫通孔内に核燃料粉末を充填するとと
もに上下パンチを挿入して、前記核燃料粉末を前記各パ
ンチで加圧し圧縮して円柱状核燃料成形体を成形する核
燃料成形体の成形装置において、前記貫通孔内には直径
の異なる太径貫通孔部と細径貫通部とが段付形状で形成
され、この太径貫通部と細径貫通孔部内に挿入する上下
部細径パンチおよび太径パンチとを具備してなることを
特徴とする。

【００２５】第２の発明は、ダイスに設けられた円柱状
貫通孔内に核燃料粉末を充填するとともに上下パンチを
挿入して、前記核燃料粉末を前記各パンチで加圧し圧縮
して円柱状核燃料成形体を成形する核燃料成形体の成形
装置において、前記上パンチの下端面にほぼ逆Ｖ字状凹
部を設けるとともに前記下パンチの上端面にほぼＶ字状
凹部を設けてなることを特徴とする。

【００２６】第３の発明は、ダイスに設けられた円柱状
貫通孔内に核燃料粉末を充填するとともに上下パンチを
挿入して、前記核燃料粉末を前記各パンチで加圧し圧縮
して円柱状核燃料成形体を成形する核燃料成形体の成形
装置において、前記上下パンチはそれぞれ対向して同心
円状に複数に分割された棒状パンチ部および環状パンチ
部からなることを特徴とする。

【００２７】第４の発明は、ダイスに設けられた円柱状
貫通孔内に核燃料粉末を充填し、上下パンチにより、前
記核燃料粉末を加圧し圧縮して円柱状核燃料成形体を成
形する核燃料成形体の成形方法において、前記貫通孔に
所定量の核燃料粉末を複数回に分けて充填し、その充填
の都度加圧する複数ステッププレス法を採用することを
特徴とする。

【００２８】

【作用】第１の発明においては、ダイスの貫通孔内に核
燃料粉末を充填し、上下パンチによって成形する核燃料
成形装置において、ダイス貫通孔部分を直径の異なる円
筒段付形状とする。その各貫通孔部内に挿入される直径
の異なる太径と細径の二種類の加圧用上下パンチを設置
する。初めにダイス細径貫通孔部と細径パンチにより核
燃料粉末を成形加圧して細径成形体とした後、細径成形
体を太径貫通孔部へ移行し、この細径成形体を中心とし
てその外周の隙間に核燃料粉末を充填して太径貫通孔部
と太径パンチで最終成形を行う。

【００２９】第２の発明においては、粉砕、予備成形、
造粒、混合の各工程を経て得た均一粒度のＵＯ₂ 粉末を
使って行う成形加工工程において、プレス成形装置に取
り付けるダイスのプレス孔、つまり貫通孔に上下両端面
の中心部に向けてそれぞれ凸状となるように核燃料粉末
を充填した後、上下部とも端面が凹状のパンチで１回目
の予備プレスを行い、次に上下部とも端面がフラットな
パンチと交換して２回目の最終プレスを行う。

【００３０】このように２段階プレスすると、核燃料成
形体の中心部に周辺部より多くの核燃料粉末を充填する
ことになり、核燃料成形体の焼結後は周辺部より中心部
の方が密度の高い外形研削工程が不要な非均一密度の核
燃料ペレットが得られる。

【００３１】第３の発明においては、核燃料成形体の中
央部において、核燃料粉末を周辺部よりも厚く充填する
ことによって核燃料成形体中央部の圧力が高くなるよう
考慮し、結果として燃料密度分布が平坦化される。燃料
密度分布を平坦化することによって、この核燃料成形体
を加熱した際、その焼結過程においてその核燃料成形体
全体がほぼ同等に焼きしまり、核燃料ペレットの焼結後
における直径分布を、軸方向にほぼ同等にすることがで
きる。

【００３２】以上のことから、核燃料粉末をダイスの貫
通孔内に充填し、上下のパンチによって成形する核燃料
成形体の成形装置において、半径方向に分割された棒状
と環状の複数のパンチを設けることで、核燃料成形体に
おける密度分布を平坦化し、核燃料ペレット焼結後の直
径分布を軸方向にほぼ同等にすることによって、ひいて
はペレット焼結後に行われる、外形を揃えるための研削
工程を省くことができる。

【００３３】第４の発明においては核燃料粉末を円柱状
にプレス成形する方法において、円柱状の貫通孔を持つ
ダイスに下パンチを挿入し、所定量の粉末を上部から数
回に分け入れ、その都度上パンチを挿入して圧縮する、
いわゆる複数ステッププレス方法を採用する。この複数
ステッププレス法により、密度が他の部分と比べて低く
なる中央部を高圧プレスして成形体内の密度むらを均一
にするとともに、高密度であるチャンファー部近傍との
密度むらを 0.5％ＴＤ以内にすることができる。

【００３４】したがって、第４の発明によれば、アワー
グラス、エンドキャピング、クラックを引き起こす原因
になっていると考えられる密度むらを 0.5％ＴＤ以内に
抑えることによって、それらの現象を未然に防ぐことが
できる。

【００３５】

【実施例】図１および図２を参照しながら本発明に係る
核燃料成形体の成形装置の第１の実施例を説明する。

【００３６】図１中符号10はダイスを部分的に示したも
ので、このダイス10は図示してないプレス成形装置に取
り付けられるもので、このダイス10には中央部を貫通し
て直径の異なる太径貫通孔部11と細径貫通孔部12が段付
形状で形成されている。上方の太径貫通孔部11は核燃料
成形体の直径に対応させており、下方の細径貫通孔部12
は太径貫通孔部11の直径よりも小さい核燃料成形体の約
１／２の中心部分に相当する直径を有している。

【００３７】細径貫通孔部12にはこの細径貫通孔部12の
内径と見合った外径を有する上部細径パンチ13と下部細
径パンチ14が上下から挿入される。これらの上下部細径
パンチ13，14は図示してないプレス成形装置に上下動自
在でかつ着脱自在に取り付けられる。

【００３８】また、図２に示したように上部細径パンチ
13の代りに太径貫通孔部11の内径と見合った外径を有す
る太径パンチ15が取り付けられる。この太径パンチ15は
上部細径パンチ13がセンタ用成形体16を形成したのち、
プレス成形装置から取り外され、所定形状の核燃料成形
体を成形するためにプレス成形装置に取り付けられるも
のである。

【００３９】次に図１および図２により核燃料成形体を
形成する方法を説明する。まず、最初に図１に示したよ
うにダイス10の細径貫通孔部12に下部細径パンチ14を挿
入し、細径貫通孔部12内に核燃料粉末を充填し、上下部
の細径パンチ13，14で加圧し圧縮して細径のセンタ用成
形体16を成形する。このセンタ用成形体16を加圧成形
後、図２に示したように下部細径パンチ14を上方にスラ
イドさせてセンタ用成形体16を太径貫通孔部11に押し上
げる。

【００４０】下部細径パンチ14の上端面は太径貫通孔部
11の下端、つまり段付面で停止し、その状態で太径貫通
孔部11内の隙間に再度核燃料粉末を充填する。核燃料粉
末を完全に充填したのち、上部細径パンチ13に代えて取
り付けた太径パンチ15で加圧成形すると、センタ用成形
体16を中心とした所定形状の核燃料成形体17が得られ
る。

【００４１】このようにして成形された核燃料成形体17
内の密度分布は従来例と異なり、図３に示すように径方
向ａも軸方向ｂの密度分布も一定で均一化している。し
たがって、この核燃料成形体17を高温度で焼結して得ら
れた核燃料ペレットは図４に示したように焼きしまりに
より大きさは若干縮少するが、外形の変化は発生せず、
そのまま燃料要素に組み込んで使用することができる。
なお、図４中鎖線18は成形直後の核燃料成形体17の外形
を、実線19は焼結後の核燃料ペレットの外形を示してい
る。

【００４２】しかして、この第１の実施例によれば均一
な密度分布の核燃料成形体を成形することができ、この
ため、焼結後の核燃料ペレットの外形変化も発生しなく
なり、従来の課題として指摘されていた研削工程の必要
もなくなる。また、従来の研削面の表面粗さに比べ、無
研削ペレットの表面粗さは小さくなり、燃料棒として使
用した場合でも、被覆管とペレット間の伝熱特性も改善
され、燃料熱的性能も向上する。

【００４３】次に、図５（Ａ），（Ｂ）を参照しながら
本発明に係る核燃料成形体の成形装置の第２の実施例を
説明する。図５（Ａ）中符号20はダイスで、このダイス
20には中央部を貫通して貫通孔21が設けられている。こ
の貫通孔21内の上方には下端面にほぼ逆Ｖ字状凹部22が
設けられた上パンチ23が挿入され、貫通孔21内の下方に
は上端面にほぼＶ字状凹部24が設けられた下パンチ25が
挿入される。

【００４４】なお、ダイス20、上パンチ23および下パン
チ25は図示してないプレス成形装置に着脱自在に取り付
けられている。また、貫通孔21の内径は核燃料成形体の
直径に対応させている。

【００４５】図５（Ｂ）は図５（Ａ）における上パンチ
23および下パンチ25の代りに図13に示した上パンチ５お
よび下パンチ３をダイス20に挿入した状態を示し、その
他は図５（Ａ）と同様である。

【００４６】次に上記成形装置を使用して核燃料成形体
の成形方法を説明する。本実施例の成形方法は図６に示
すように、核燃料ペレットの外形研削工程を削除し、第
１および第２の成形加工工程(1) ，(2) の２段階として
いる。この２段階の成形加工工程の内容を図５（Ａ），
（Ｂ）に示す。

【００４７】まず核燃料ペレット貫通孔21に均一に造粒
した核燃料粉末を充填する。この時上下パンチ23，25の
形状に合わせて核燃料粉末を充填し、側部についてはそ
のまま、上下部については中心部が高くなる、例えば円
錐状になるようにする。この状態で第１の成形加工工程
(1) のプレスを行い両端面が突出した山形状の核燃料成
形体26を得る。

【００４８】次に、図５（Ｂ）に示したように上部およ
び下部のパンチを従来例と同じフラット形状のパンチ
３，５に交換し、第２の成形加工工程(2) のプレスを行
う。この時、中心部が圧縮され、外観上は従来例の核燃
料成形体と同一であるが、内部の密度は中心部へ向かう
ほど高くなる核燃料成形体を得ることができる。つま
り、周辺部より中心部の密度が高くなる。

【００４９】なお、第１の成形加工工程(1) のプレスで
得た柱状成形体の形状を生かしたまま、第２の成形加工
工程(2) のプレスを行う必要があるので、第１の成形加
工工程(1) のプレス圧力は第２の成形加工工程(2) より
低く設定する。

【００５０】次に上記の方法で得た核燃料成形体を電気
炉にて焼結する。従来例では焼結を行うとアワーグラス
状の焼結体ができるが、本実施例では中心部の密度を高
くしているため焼きしまりが発生せず、外形が均一な核
燃料ペレットが得られる。

【００５１】以上説明した本実施例によって成形される
核燃料成形体は、外形が均一であるため外形研削工程を
必要とせず、よって従来例での課題となっている外形研
削工程での核燃料スクラップおよびロスは発生しない。
このため燃料全体のコストが低下し、また資源の有効利
用も図れる。

【００５２】図６は核燃料ペレットを得るまでの工程の
流れを示している。図６を図12に示す従来例と対比して
みると、本実施例では第１および第２の成形加工工程が
(1)，(2) の２段階になっているが、研削工程を省略す
ることができる。

【００５３】次に図７および図８を参照して本発明に係
る核燃料成形体の成形装置の第３の実施例を説明する。

【００５４】本実施例は、核燃料成形体の成形装置に複
数対のパンチを設け、ダイスの内面と核燃料粉末との摩
擦力の影響を相殺するように核燃料成形体の中央部に多
くの核燃料粉末を充填するもので、核燃料成形体の密度
分布を平坦化することによって、焼結後の核燃料ペレッ
トの鼓状の変形を防止し、研削工程を省くことができる
ようにしている。

【００５５】すなわち、図７中、符号27はダイスで、中
央部を貫通して貫通孔28が設けられている。貫通孔28の
内径は核燃料成形体の外径と対応している。この貫通孔
28内には上方から同心円状に複数に分割された中央の棒
状パンチ部29、中間の小径環状パンチ部30、外側の大径
環状パンチ部31からなる上部パンチ32が挿入される。

【００５６】また、貫通孔28内には下方から同様に分割
された中央の棒状パンチ部29ａ、中間の小径環状パンチ
部30ａ、外側の大径環状パンチ部31ａからなる下部パン
チ33が挿入される。

【００５７】なお、棒状パンチ部29，29ａ、小径環状パ
ンチ部30，30ａ、大径環状パンチ部31，31ａはそれぞれ
任意の加圧力を付与することができ、それぞれ別々に上
下動自在に図示してないプレス装置に取り付けられてい
る。図７（Ａ）は核燃料粉末34を充填して上下部パンチ
32，33でプレスする直前の状態を、図７（Ｂ）はプレス
時の状態を示している。

【００５８】しかして、上記核燃料成形体の成形装置は
同心円状に配置された各パンチ部29，29ａ，30，30ａ，
31，31ａを図７（Ａ）に示すように上下部パンチ32，33
間の距離を大径環状パンチ部31，31ａから棒状パンチ部
29，29ａにかけて漸次広げることで充填する核燃料粉末
34の量を核燃料成形体35の中心部に厚くなるようにコン
トロールできる。また、核燃料成形体35を成形する際に
は環状パンチ部30，30ａ，31，31ａはそれぞれ等しい距
離を保つように調整される。

【００５９】図９は本実施例に係る核燃料成形体の成形
装置により成形された核燃料成形体35の密度分布と、従
来の成形装置により成形された核燃料成形体の密度分布
とを比較して示したものである。従来の核燃料成形体の
成形装置により成形された核燃料成形体では、ダイス27
の内面と核燃料粉末との摩擦力により、核燃料成形体の
外周部において密度が高く、中心部において密度が低く
なっている。

【００６０】一方、本実施例に係る核燃料成形体の成形
装置により成形された核燃料成形体の場合には、低密度
となりやすい核燃料成形体の中央部により多くの核燃料
粉末が充填されているので、成形後の核燃料成形体の密
度分布は平坦なものとなっている。

【００６１】この結果、図10に示すように、従来の成形
装置により成形された核燃料成形体を焼結させたものに
ついて、焼結した後の核燃料ペレットの直径分布は、核
燃料成形体の中央部において上部、下部よりも直径が短
くなっていることに対し、本実施例に係る成形装置によ
り成形された核燃料成形体の場合には、平坦なものにな
っている。したがって、本実施例に係る成形装置により
成形された核燃料成形体35の場合には焼結後の研削工程
が不必要となる。

【００６２】次に図11により核燃料成形体の成形方法の
第１の実施例を説明する。本実施例では円柱状の核燃料
成形体を核燃料粉末からプレス成形する方法において、
複数ステッププレス方法を採り入れ、また必要に応じて
中央部を高圧プレスすることによって、核燃料成形体内
の密度を均一にすることを特徴とする。

【００６３】すなわち、図11において、第１のプレス成
形36は円柱状の貫通孔を持つダイスに下パンチを挿入
し、所定量の核燃料粉末39の一部を上部から入れ、上パ
ンチを挿入し第１のプレス成形36を行い矢印で示す偏平
柱状成形体36ａを形成させる。

【００６４】次に核燃料粉末39をさらに加えた第２のプ
レス成形37により、矢印で示す二段重ねの柱状成形体37
ａを形成させる。最後に、所定量の核燃料粉末39の残り
を加えた第３のプレス成形38により、三段重ねの成形体
38ａを有する核燃料成形体40を形成させる。

【００６５】このように、複数のステッププレス方法に
より核燃料成形体40を得ることができる。プレス圧力は
それぞれの成形体内部をプレス成形する時に高圧中央プ
レスとし、高密度となるチャンファー部近傍との密度差
が 0.5％ＴＤとなるように核燃料粉末39をプレス成形す
る。

【００６６】上記実施例により形成される核燃料成形体
は、従来の成形体では成形体の内部に密度むらがあり、
アワーグラス、エンドキャッピング、クラックを引き起
こす原因となっていたが、これらの現象が未然に抑えら
れる密度むら 0.5％ＴＤを得ることができる。

【００６７】なお、本実施例では複数ステッププレス方
法で説明したが、この方法において核燃料成形体の中央
部を高圧プレスすることによって成形体内の密度を均一
にすることができる。

【００６８】上述した核燃料成形体の成形方法によれ
ば、アワーグラス、エンドキャッピング、クラック等の
現象を未然に抑えることができ、ペレットの不良品やＵ
Ｏ₂ 焼結ペレットの研削によるＵＯ₂ スクラップをなく
し、製造コスト、廃液処理の発生量を低減することがで
きる。

【００６９】

【発明の効果】本発明に係る成形装置によれば、核燃料
成形体の密度分布を平坦化することによって、焼結後の
核燃料ペレットの鼓状の変形を防止し、研削工程を省く
ことができる。

【００７０】また、本発明に係る成形方法によれば核燃
料成形体の密度むらを抑えることによって、アワーグラ
ス、エンドキャッピングおよびクラック等の現象を未然
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る核燃料成形体の成形装置の第１の
実施例の要部を示すとともに中間製品のセンタ用成形体
を得る状態を示す縦断面図。

【図２】図１における装置で最終製品のセンタ用成形体
を中心にした核燃料成形体を得る状態を示す縦断面図。

【図３】図１の成形装置で得た核燃料成形体と、その密
度分布を説明するための概念図。

【図４】図１の成形装置で得た核燃料成形体およびその
焼結後の核燃料ペレットの外形を示す模写図。

【図５】（Ａ）は本発明に係る核燃料成形体の成形装置
の第２の実施例の要部を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）
で得られた核燃料成形体を他の成形装置でさらにプレス
する状態を示す縦断面図。

【図６】図５における成形装置で核燃料成形体を得ると
ともに核燃料ペレットを得るまでの工程を示す流れ線
図。

【図７】（Ａ）は本発明に係る核燃料成形体の成形装置
の第３の実施例の要部を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）
の成形装置の加圧状態を示す縦断面図。

【図８】図７（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向を切断して
示す横断面図。

【図９】図７における装置で成形した核燃料成形体と従
来例の核燃料成形体との密度分布を比較して示す特性
図。

【図１０】図７における装置で成形した核燃料成形体を
焼結した核燃料ペレットと従来例による核燃料ペレット
の直径分布を比較して示す特性図。

【図１１】本発明に係る核燃料成形体の成形方法の第１
の実施例を示す工程図。

【図１２】従来の核燃料ペレットの製造工程を示す流れ
線図。

【図１３】従来の核燃料成形体の成形装置の要部を示す
縦断面図。

【図１４】図13の成形装置で得た核燃料成形体と、その
密度分布を説明するための概念図。

【図１５】図13の成形装置で得た核燃料成形体およびそ
の焼結後の核燃料ペレットの外径を示す模写図。

【図１６】図13の成形装置における核燃料成形体とダイ
ス壁との摩擦力を示す概念図。

【図１７】二酸化ウラン焼結体のアワーグラスと核燃料
成形体の密度不均一性との関係を示す曲線図。

【符号の説明】

１…貫通孔、２…ダイス（従来例）、３…下パンチ、４
…核燃料粉末、５…上パンチ、６…核燃料成形体（グリ
ーンペレット）、７…核燃料ペレット、８…中心部、９
…内面、10…ダイス（第１の実施例）、11…太径貫通孔
部、12…細径貫通孔部、13…上部細径パンチ、14…下部
細径パンチ、15…太径パンチ、16…センタ用成形体、17
…核燃料成形体、18…鎖線、19…実線、20…ダイス（第
２の実施例）、21…貫通孔、22…逆Ｖ字状凹部、23…上
パンチ、24…Ｖ字状凹部、25…下パンチ、26…両端面が
山形状の核燃料成形体、27…ダイス（第３の実施例）、
28…貫通孔、29，29ａ…棒状パンチ部、30，30ａ…小径
環状パンチ部、31，31ａ…大径環状パンチ部、32…上部
単位、33…下部パンチ、34…核燃料粉末、35…核燃料成
形体、36…第１のプレス成形、37…第２のプレス成形、
38…第３のプレス成形、39…核燃料粉末、40…核燃料成
形体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 佐代子 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイスに設けられた円柱状貫通孔内に核
   燃料粉末を充填するとともに上下パンチを挿入して、前
   記核燃料粉末を前記各パンチで加圧し圧縮して円柱状核
   燃料成形体を成形する核燃料成形体の成形装置におい
   て、前記貫通孔内には直径の異なる太径貫通孔部と細径
   貫通部とが段付形状で形成され、この太径貫通部と細径
   貫通孔部内に挿入する上下部細径パンチおよび太径パン
   チとを具備してなることを特徴とする核燃料成形体の成
   形装置。
2. 【請求項２】 ダイスに設けられた円柱状貫通孔内に核
   燃料粉末を充填するとともに上下パンチを挿入して、前
   記核燃料粉末を前記各パンチで加圧し圧縮して円柱状核
   燃料成形体を成形する核燃料成形体の成形装置におい
   て、前記上パンチの下端面にほぼ逆Ｖ字状凹部を設ける
   とともに前記下パンチの上端面にほぼＶ字状凹部を設け
   てなることを特徴とする核燃料成形体の成形装置。
3. 【請求項３】 ダイスに設けられた円柱状貫通孔内に核
   燃料粉末を充填するとともに上下パンチを挿入して、前
   記核燃料粉末を前記各パンチで加圧し圧縮して円柱状核
   燃料成形体を成形する核燃料成形体の成形装置におい
   て、前記上下パンチはそれぞれ対向して同心円状に複数
   に分割された棒状パンチ部および環状パンチ部からなる
   ことを特徴とする核燃料成形体の成形装置。
4. 【請求項４】 ダイスに設けられた円柱状貫通孔内に核
   燃料粉末を充填し、上下パンチにより、前記核燃料粉末
   を加圧し圧縮して円柱状核燃料成形体を成形する核燃料
   成形体の成形方法において、前記貫通孔に所定量の核燃
   料粉末を複数回に分けて充填し、その充填の都度加圧す
   る複数ステッププレス法を採用することを特徴とする核
   燃料成形体の成形方法。