JPH03181326A - ペレット成型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、各種セラミックス粉末、二酸化ウラン粉末
、プルトニウムとウランの混合酸化物粉末等をペレット
状に成型する装置に関するものである。

【従来の技術】

グリーンペレットの例で説明すると、均一でばらつきの
ない焼結密度を有する核燃料ペレットを製造するには、
核燃料粉末を成型して得られたグリーンペレットの密度
が均一なものでなければならない。従来の成型装置を第
９図に示して簡１ｊに説明すると、固定した下バンチ４
にフローティングダイ３の貫通孔１１が１％　ｔｉｆｉ
され、その貫通孔１１の上方には、油圧ダンパー５が取
付いている上ラム１に保持された上パンチ２が上記貫通
孔ｌｉ内に押下げ可能に配設されていて、下パンチ４上
方に当るフローティングダイ３の貫通孔１１部分に充填
された粉末を上パンチ２と下パンチ４で押すことでグリ
ーンペレットとする。粉末充填量の調整は、調整用モー
タ９の正又は逆回転でフローティングダイ３を上下して
行うが、その調整用モータ９の制御装置ＩＯは、上ラム
１に接続されている高さ検出器６と、高さ設定器７と、
その高さ検出器６で測定した値を高さ設定器７に設定し
た値と比較して、一定の範囲から外れているときは正逆
作動信号をモータ９にフィードバックするコンパレータ
８とから構成されていた。 この成型装置の動きを第１Ｏ図に示したカム線図で概説
すると、Ｉ、ＩＩおよび■はそれぞれ上バンチ２の下面
、フローティングダイ３の上面および下パンチ４の上面
の軌跡である。粉末の充填工程■において、成型される
粉末が充填される貫通孔Ｉｔ内側個所の深さは■と■の
差である充填ｆｆ１ａで示される。第１段目の圧縮工程
■ては静止するフローティングダイ３に対して上バンチ
２が上加圧ｊｉｂだけ降下して上加圧を加え、第２段目
の圧縮工程■では上バンチ２とフローティングダイ３と
が相対的位置関係を一定に保ったままプレス下死点まで
降下したのち静止する。これは下バンチ４を下加圧量Ｃ
だけ押込んだと同じであるから下加圧を加えたことにな
る。押出工程■ではフローティングダイ３の上面が下バ
ンチ４上面と一致するところまで押出Ｅｔｅだけ降下し
、一方、上バンチ２は上方に逃げる。 上ラム１の將下量だけ圧縮されたグリーンペレット高さ
ｈは高さ検出器６で検出され、コンパレータ８で設定値
と比較した結果に基づきモータ９は正または逆回転して
フローティングダイ３を上下方向に動かし、充、填ｆｉ
ａの調整がなされる。その際、ペレット高さｈの変化が
油圧ダンパー５の許容範囲Ｙ内であると、上パンチ２に
過剰の加圧力が加わったとき、油圧ダンパー５は斜線部
分で示した油圧ダンパー作動領域のようにその圧力を逃
がし、常に一定の成型圧による成型を可能とする。ただ
し、上記した成型装置ではグリーンペレットの密度変化
に対しては無策であって、作業員がグリーンペレットの
密度測定結果に基づいて手作業で成型圧を調整せざるを
得なかった。

【発明が解決しようとする課題】

一般にダイに充填される粉末は偏流や偏析によりその粒
度分布が変わるため、一定の成型圧でプレスしても、得
られたグリーンペレットの密度は変化する。そこで従来
は上記したように作業員がグリーンペレットの密度測定
結果に基づいて手作業で成型圧を調整していたが、その
作業は仲々面倒であったし、油圧ダンパ一方式では成型
中に成型圧力を容易に変更することができなかったほか
、圧力逃がしに時間遅れが生じて規定値以上の圧力がグ
リーンペレットに加わる場合があった。 更に、従来の成型装置では、例えば嵩密度が下がったた
め或いはグリーンペレットの高さを増すために粉末の充
填Ｅｔａを増加させるべくフローティングダイ３を少し
上昇させると、下加圧、ｌｃが大きくなって下バンチ４
による下加圧が増し、グリーンペレット下側の密度が局
所的に高くなるから、この状態で焼結すると下側の収縮
中が低く円錐台状の歪んだペレットとなるという欠点が
生じた。 本発明の目的は、粉末の充填量を変化させた場合でも成
型したグリーンペレットの上部と下部の密度バランスが
得られ、同峙にグリーンペレットの高さをほぼ一定にな
し得るし、また密度の均一性も確保できる成型装置を提
１３！−することにある。

【課題を角ｒｌ決するための手段】

本発明の成型装置は、調整用モータによって上ド可能と
したフローティングダイの貫通孔下方には固定された下
パンチを摺動自在に嵌押し、該貫通孔上方には上ラムに
保持された上パンチを押込み可能として、上パンチと下
パンチで該貫通孔内に充填した粉末を圧縮可能としたプ
レスを備えたペレット成型装置であるという点ては従来
と変わりはないが、プレス下死点で上パンチに一足の上
用圧力Ｆ、を！ｊ−えるための油圧ユニットを設けてい
る。その油圧ユニットの制御装置は、ペレットの密度測
定器と、密度設定器と、その測定値と設定値の比較結果
に基づき油圧制御信号を上記油圧ユニットにフィードバ
ックするコンパレータとで構成する。また、上記フロー
ティングダイ調整用モータの制御装置は、下パンチの下
方に設置したロードセルと、そのロードセルによってプ
レス下死点で上パンチが一定加圧を開始する直前に検出
した下加圧力Ｆ１．並びに上記上用圧力ＦＵとの比を測
定するＦＬ／ＦＵ測定器と、ＦＬ／ＦＵ設定値と、その
測定値と設定値との比較結果に基づきモータ制御信号を
上記調整用モータにフィードバックするコンパレータと
で構成するようにしたものである。 上記した密度設定器およびＦ　Ｌ　／　Ｆ　ｕ設定器に
人力する上限■と下限りの値は、 Ｈ＝Ａ＋α　　Ｌ−Ａ　−Ｊｉ とする。但し、Ａは目標値、■はペレット密度又はＦ　
ｔ　／　Ｆ　ｕの平均値の不偏分散である。測定値が上
限Ｈと下限りの範囲内にあるときはフィードバックさせ
ない方がよい。また、フローティングダイ調整用モータ
の制御装置は、下加圧量の上限を常時監視して、上限に
達した場合には成型装置を１１動停止させるよ、うにす
るとよい。

【作　用】

例えば粉末の性状が成型中に変化して嵩密度が低い（高
い）まま成型したためペレット高さｈが代い（高い）と
、下加圧力Ｆ、は通常の値より下がり（上がる）、上用
圧力ＦＵは一定でアルカラ、Ｆ　ｔ　／　Ｆ　ｕ　ｒｆ
ｉｌ、を下がる（上がる）。 このようにＦ　Ｌ　／　Ｆ　ｕ値はペレットの上部と下
部の密度およびベレツト高さと相関関係があるから、Ｆ
　ｔ　／　Ｆ　ｕ値に関する測定値と設定値との比較結
果をフローティングダイ昇降用モータにフィードバック
してフローティングダイを昇降させると、ペレットの上
部と下部の密度の均一化と同１１１にペレット高さも均
一化する。また油圧ユニット発生圧力制御装置はペレッ
ト密度に応して成型圧力を変えるからペレット密度を均
一化する。

【実施例】

第１図に示した本発明の実施例において、第９図と同し
各部には同じ符号を付している。使用される非同時三段
圧縮式のウィズドロウ・メカニカルプレスは、調整用モ
ータ９によって上下可能としたフローティングダイ３の
貫通孔１１下方に、固定された下バンチ４が摺動自在に
嵌押され、また上ラム１に保持された上パンチ２を上記
貫通孔１１内に押下げ可能として、上バンチ２と下バン
チ４で該貫通孔ｌｌ内に充填した粉末を圧縮可能として
いるたけてなく、油圧ユニット１２を設けて、プレス下
死点で上記上パンチ２に一定の上用圧力ＦＵを与えるこ
とができるようになっている。 このプレスの動きを第２図に、カム線図を第３図に示し
、第９図と比較すると、粉末の充填工程■、第１段目の
圧縮工程■、第２段目の圧縮工程■および押出工程■で
は変わりはないが、第二段口の圧縮工程■に続いて、フ
ローティングダイ３が静止するプレス下死点で、上パン
チ２は加圧ユニット１２で発生した一定圧力（Ｐ。 ｋｇ　／　ｃａｌ　）に押されて一定加圧ｊｌｄだけ降
下し、一定加圧時間を押し続ける第三段口の圧縮工程■
がある。一定加圧量ｄを保証する上パンチ２の作動範囲
は４〜６ＩＩＩｍ程度、一定加圧時間ｔは０．５〜５秒
程度である。図中、Ｘは後述する加圧ユニット圧力制御
装置１３により通常４〜６秒程度の成型サイクル中に２
〜６Ｔｏｎ／ｃ４程度の範囲で適宜変更可能である一定
加圧作動範囲、斜線部分は一定加圧作動領域である。 上記した油圧ユニット■の圧力制御装置Ｉ３は、第１図
に示したように、成型されたペレットの密度を測定する
密度測定器１４と、ペレットの密度設定器１５と、上記
密度測定器１４の出力と密度設定器１５に設定した値と
を所定のサンプリングポイント毎に比較して、その結果
に応じて上記油圧ユニット１２に加圧制御信号をフィー
ドバックするコンパレータ１６とから構成されている。 密度設定器１５に人力されるペレット密度の初期値は、
ペレット密度の平均値の不偏分散をＶ（この不偏分散は
、平均値の経時的変化がないと見做される短時間での測
定結果によるものである。）、目標値をＡとするとき、
下式から求められる上限Ｈおよび下限りとする。 Ｈ＝Ａ＋Ｊ覆−Ｌ−Ａ−ｌ；ｉ ペレットの密度と成型圧力の関係を示した第５図の例で
は５０パンチング毎に１回のサンプリングポイントとし
ている。第６図に示した加圧制御のフローチャートで説
明すると、ステップ！０１でサンプリングポイントか否
かがＩ’ｌｌ別され、サンプリングポイントに当るとき
は、密度、１１１１定器１４て測定されたグリーンペレ
ットの密度の１個又は複数個の平均値がステップ＋０２
で算出し、その結果をコンパレータ１６に送って密度設
定器１５に人力したペレット密度の初期値範囲（Ｈ，Ｌ
）とステップ＋０３および！０４で比較し、範囲外にあ
る場合はステップ１０５および１０８で成型圧力を１ス
テツプ増加又は減少させる制御信号を抽圧ユニット１２
にフィードバックすることで加圧ユニット１２の発生圧
力Ｐ。ｋｇ　／　ｃ−を調整する。第５図の例では２回
目のサンプリングポイントで設定値Ｈ以上となったため
に成型圧力を初期値から１ステツプ減少させている。ま
た第５図の例では３回目、４回目等のサンプリングポイ
ントでは設定範囲（ＨＳＬ）内にある。 このような場合には本質的に制御不要範囲としてフィー
ドバックを行わない方が制御系の安定度の向上を図る点
で良い。尚、第５図には、下加圧力／上加圧力と下加圧
量の関係も併せて示しているが、この場合は５パンチン
グ毎に１回のサンプリングポイントとしている。 密度設定器１５に人力されるペレット密度の設定値は、
上記した上限Ｈと下限りの二つに限られるものではない
。要すればＨ，Ｈ，・・・ＬｌＬｌ・・・と更に細分化
して多段のフィードバック制御を行ってもよい。例示す
ると、３つのグループに分けた場合の設定値（Ｈ，Ｌ）
（Ｈ＋Ｌ＋　）（Ｈ２、Ｌ２　）は、 Ａ＋Ｊｖ　Ａ±２にｉ　　　Ａ＋３Ｊｖそのステップｍ
　（＋）、（２）、（３）は、０．８１６２．０９ａ３
．２１％／Ｖ である。第７図は細分化した場合のフローチャートであ
って、ステップ１０７〜１１０が増えている。 再び第１図に戻って、つぎに、フローティングダイ調整
用モータ９の制御装置１７について説明する。この制御
装置１７は、Ｆ　１．　／　Ｆ　ｕ　１ｌＩＩ定器１９
と、Ｆ　Ｌ　／　Ｆ　ｕ設定器２０と、上記Ｆ　ｔ　／
　Ｆ　ｕ測定器の出力とＦ　Ｌ／　Ｆ　ｕ設定器に設定
した値とを定められたサンプリングポイント毎に比較し
、その結果に応して調整用モータ９にモータ制御信号を
フィードバックするコンパレータ２１とから構成されて
いる。ここで下側圧力Ｆ、とは、下パンチ４の下方に設
置したロードセル１８の出力を示した第４図でいうと、
プレス下死点に至って第二段目の圧縮工程■が終り、上
バンチ２が一定加圧を開始する第三段目の圧縮工程■の
直前にサンプリングした出力を指す。また上棚圧力ＦＵ
とは、上記上パンチ２にかかる一定加圧すなわち油圧ユ
ニット１１での発生圧力Ｐ□ｋｇ／ｃｌ＃と、上パンチ
２の頭部面積５ｏｃｊ（定数）の積Ｐ。ＸＳｏ（ｋｇ）
と定義する。 Ｆ　Ｌ／　Ｆ　ｕ設定器２０に人力する上限Ｈおよび下
限りは、前記した式において、ＶはＦ　Ｌ／　ＦＵの平
均値の不偏分散とし、目標値Ａは焼結後のペレットの直
径の上下差が零に近くて上棚圧力Ｆｕと下加圧力ＦＬの
バランスがとれているＦ　１．　／　Ｆ　ｕ値とする。 ＰｏｘＳｏおよびＦｌ、／Ｆ　１１の計算は装置内のマ
イコンによって計算される。第８図に示した下加圧量制
御のフローチャートで説明すると、Ｆ　＋、　／　Ｆ　
ｕ　ａＰｌ定器１９　テｆｌＦ＋定された１個又は複数
個の平均値がステップ２０２で算出され、その結果をコ
ンパレータ２１に送って、Ｆ　Ｌ／　Ｆ　ｕ設定器２０
に人力した初期値範囲（Ｈ，Ｌ）とステップ２０３およ
び２０４で比較し、範囲外にある場合は、ステップ２０
５および２０Ｂで下加圧量を１ステツプ増加又は減少さ
せる制御信号をモータ９にフィードバックすることで、
フローティングダイ３を昇降して充填量換言すれば下加
圧量を調整する。本例ではステップ２０７で常に下加圧
量Ｃの上限を監視していて、もし下加圧量Ｃが上限に達
した場合は成型装置に供給される粉末がなくなったこと
を意味すると判断して、成型装置を自動停止させ、終了
としている。 上述した成型圧力と下加圧力（充填量）のフィードバッ
クは、亙いに干渉することなく、独立に作動すると共に
、動作ポイントが最適値からずれてきた場合は協調して
これを元に戻そうと働く。 以上は全て中−のダイセットであったが、複数のダイセ
ットを持つ成型機の場合には、個々のダイセットについ
て密度上下バランスのフィードバック制御を独立して設
ければよい。これによりダイセット間の充填量のばらつ
きを押さえられる。 ■発明の効果】 本発明は、Ｆ　ｔ　／　Ｆ　ｕの計測値と設定値との比
較結果をフローティングダイ昇降用モータにフィードバ
ックしてフローティングダイを昇降させ充填量を増加減
少するようにしたから、成型中に粉末の性状が変化した
場合でもグリーンペレットの上部と下部の密度の偏差を
抑えること、換言すれば焼結ペレットの直径歪を減少す
ることに貢献するだけでなく、ペレットの高さを所定の
値に近づけることが同時にできる点で甚だ優れている。 また本発明は、グリーンペレット密度の計測値と設定値
との比較結果を油圧ユニットにフィードバックして成型
圧力を調節するようにしたから、均一な密度を持つグリ
ーンペレットが得られることになる。これらの効果が両
々相俟って製品の歩留まりを向上させることができる。 ４、図面のｆｆｌ′ｌ　１１１−な説明第１図は本発明
になるペレット成型装置の説明図、第２図はその成型工
程を順番に示した説明図、第３図はそのカム線図、第４
図はロードセルの出力を示した図、第５図は成型工程中
のグリーンペレットの密度と成型圧力の関係および下加
圧力／上加圧力と下加圧量の関係を併せ示した図、第６
図はペレット密度制御のフローチャート、第７図は第６
図の制御を多段に行う場合のフローチャート、第８図は
ペレットの上部と下部の密度均一化のためのフローチャ
ート、第９図は従来のペレット成型装置の説明図、第１
０図はそのカム線図である。 １・・・上ラム、２・・・上パンチ、３・・・フローテ
ィングダイ、４・・・下パンチ、９・・・調整用モータ
、１１・・・貫通孔、１２・・・油圧ユニット、１３・
・・油圧ユニットの制御装置、１４・・・密度測定器、
１５・・・密度設定器、１Ｂ・・・コンパレータ、１７
・・・フローティングダイ調整用モータの制御装置、１
８・・・ロードセル、１９・・・下側圧力Ｆｔ／上加圧
力ＦＵ測定器、２０・・・Ｆ　ｔ　／　Ｆ　ｕ設定器、
２１・・・コンパレータ。 第 Ｕ 図 ”薯 図 ■ ■ ■ ■ ■ 笛 図 第 図 一時間 第 図 第 図 第 ７ 図 笛 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、調整用モータによって上下可能としたフローティン
   グダイの貫通孔下方には固定された下パンチを摺動自在
   に嵌挿し、該貫通孔上方には上ラムに保持された上パン
   チを押込み可能として、上パンチと下パンチで該貫通孔
   内に充填した粉末を圧縮可能としたプレスを備えたペレ
   ット成型装置において、プレス下死点で上記上パンチに
   一定の上加圧力Ｆ＿Ｕを与えるための油圧ユニットを設
   け、その油圧ユニットの制御装置は、ペレットの密度測
   定器と、密度設定器と、その測定値と設定値の比較結果
   に基づき油圧制御信号を上記油圧ユニットにフィードバ
   ックするコンパレータとで構成し、また、上記フローテ
   ィングダイ調整用モータの制御装置は、下パンチの下方
   に設置したロードセルと、そのロードセルによってプレ
   ス下死点で上パンチが一定加圧を開始する直前に検出し
   た下加圧力Ｆ＿Ｌ並びに上記上加圧力Ｆ＿Ｕとの比を測
   定するＦ＿Ｌ／Ｆ＿Ｕ測定器と、Ｆ＿Ｌ／Ｆ＿Ｕ設定器
   と、その測定値と設定値との比較結果に基づきモータ制
   御信号を上記調整用モータにフィードバックするコンパ
   レータとで構成したことを特徴とするペレット成型装置
   。 ２、密度設定器およびＦ＿Ｌ／Ｆ＿Ｕ設定器に入力され
   る上限Ｈと下限Ｌの設定値は、Ａを目標値、Ｖをペレッ
   ト密度又はＦ＿Ｌ／Ｆ＿Ｕの平均値の不偏分散とすると
   き、下式によって得る請求項１の成型装置。 Ｈ＝Ａ＋√Ｖ Ｌ＝Ａ−√Ｖ ３、測定値が上限Ｈと下限Ｌの範囲内にあるときはフィ
   ードバックを行なわなくした請求項１の成型装置。 ４、フローティングダイ調整用モータの制御装置は、下
   加圧量の上限を常時監視して、上限に達した場合には成
   型装置を自動停止させるようにした請求項１の成型装置
   。