JPH0742483B2

JPH0742483B2 - 粒状物材料の高温圧縮

Info

Publication number: JPH0742483B2
Application number: JP1510271A
Authority: JP
Inventors: ジョンラム，エリック
Original assignee: オーストラリアンニュークリアサイエンスアンドテクノロジーオーガニセイション
Priority date: 1988-09-27
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: EP0483139B1; JPH04502489A; EP0483139A1; WO1990003648A1; DE68924278T2; ATE127954T1; DE68924278D1; EP0483139A4

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は粒状物の高温圧縮、及びかかる圧縮処理で使用
される容器に関する。

粒状の開始物質から密度の高い緻密な塊を形成する方法
は、放射性廃棄物を安全に処分するために用いられてい
る。これは容器内の粒状物材料を高温圧縮（hot pressi
ng）するものである。高温圧縮処理は、単軸のプレス方
法又は静水圧処理により行なうことができる。更に、セ
ラミックスの分野では、粒状の開始物質に高温圧縮処理
を施してセラミック材料の塊又はブロックを作り、この
塊に機械加工を施して機械部品が作られる。

特に、放射性廃棄物を合成岩の基質（synthetic rockma
trix）の中で処分する場合、開始物質は、ベローズ状又
は渦巻き状の（convoluted）側壁を有する略円筒形の容
器内に注がれ、次にベローズを閉じて熱間圧縮処理が行
なわれる。渦巻き状の側壁は蛇腹状（serpentine）の形
状をしている。粒状の開始物質が側壁の回旋領域に入ら
ないようにするためにスクリーンを用いることがある
が、この場合、圧縮作用を受けると、容器の大部分は軸
方向に圧縮されて容積が減少し、壁の部分は折り畳まれ
て半径方向の外向きに伸びて一連のフランジ状成形物が
形成される。

［発明の開示］本発明は粒状物材料の高温圧縮処理に使用される容器を
提供するもので、加工後の最終的な形状はこれまでのも
のよりも有利である。

本発明の容器は、略円筒形で薄肉の金属容器であって、
該容器は、第１の端部が第１の端部壁で閉じられ、第２
の端部は粒状物質を充填した後、蓋で閉じることができ
るようにしており、側壁は第１の端部と第２の端部の中
間部に縮径部を形成し、該側壁は、複数の略円筒形部
と、各々の円筒形部から縮径部まで半径方向の内向きに
伸びる部分を有し、半径方向の内向きに伸びる部分は互
いに隣接しており、容器を充填し、閉じて、熱間静水圧
処理（hot isostatic pressing）を施すと、容器は軸方
向の圧縮力を受けて、半径方向の内向き部は非常に接近
するか又は互いに接触して、圧縮された粒状物材料の容
積（volume）は、圧縮された容器を収容し得る仮想の円
筒形エンベロープの容積に近似するようにしている。

容器には軸方向に所定間隔をあけて２つ以上の縮径部を
設けることもできるが、本発明にあっては、縮径部が１
つの実施例が重要である。

容器の端部と縮径部との間の側壁部は、略樽型の形状と
し、その軸方向の各端部は滑らかな曲線形状にすること
が望ましい。この特徴は、本発明の容器を用いて熱間静
水圧処理を行ない。このゾーンに半径方向内向きの圧縮
力が作用するときに特に有利である。しかしながら、本
発明の容器は熱間単軸プレス加工（hot uniaxial press
ing）にも利用できるものであって、この場合、縮径部
の周囲に抑えリングを設けることが望ましい。抑えリン
グは、側壁の半径方向の内向きに伸びる部分が隣接する
位置に配備される。

容器の半径方向の内向き伸びる部分の相対寸法は、実施
例の大きさや、使用材料に応じて適宜変えることができ
る。本発明であっては、半径方向の内向きに伸びる部分
の寸法は、対向する両部分の間隔に較べてかなり大きい
ものが特に有利である。

半径方向の内向きに伸びる部分は、容器の直結の約10〜
25％程度半径方向に伸びるようにすることが望ましい。
さらに又、半径方向の内向きに伸びる部分の隣り合うも
のどうしの間隔は、容器の直径の５％のオーダとするこ
とが望ましい。

半径方向の内向きに伸びる部分の半径方向の長さは、容
器の直径の10〜20％の範囲が望ましく、半径方向の内向
きに伸びる両部分の間隔は、容器の直径の約５％にする
ことが望ましい。

側壁の半径方向内向きに伸びる部分は、その隣り合う部
分の間隔は、側壁の略円筒形部分の軸方向長さの約10％
にすることが望ましい。容器の側壁は形状が滑らかに変
化するようにし、渡り部は、容器の軸に対して横方向の
平面内を、縮径部と容器の隣接部（adjacent portion）
の間を伸びている。

また、本発明にあっては、容器の一端部又は望ましくは
両端部の形状を、横端部壁の位置が圧縮工程中に軸方向
へ変位（displacement）できるようにすることが更に望
ましい。これは、容器の端部にて側壁を滑らかに内向き
に屈曲させ、これを容器の本体部から軸方向に遠ざかる
ように伸びるスカート部で終端させることによって達成
される。スカート部はその直径が容器の縮径部と略同じ
であり、フランジの付いた端部壁又は蓋がスカート内で
利用される。そのフランジ部は外向きに伸びてスカート
部の自由端部に溶接されている。これによって、スカー
トの外側周囲の容器端部の環状部は、熱間圧縮中に、軸
方向に変位する。

熱間水圧処理を行なう前に、充填済の容器内の排気を行
なう必要があり、この目的のために、蓋のある端部壁に
排気管を設けることが望ましい。排気管は、真空状態に
なったときにクリンプ加工等によって密封する。

なお、粒状物材料の熱間静水圧処理において、前述した
何れかの形態の容器を用いる点にも本発明は及んでい
る。

少なくとも本発明の望ましい実施例で示された容器を用
いることにより、驚くべき大きな利点がもたらされる。
例えば、放射性廃棄物を含む合成岩基質を製造すると
き、従来のベローズ状容器を圧縮した場合だと、容積の
約40％以上の部分には、密度の高い合成岩が含まれてい
ない。このため、無駄となるスペース部分に比例して、
保管コストが高くなる。これは、地中に数キロメートル
の穴を掘ってその場所に保管しようとするとき、非常に
不利である。

さらに、容器は、圧縮後の取扱い及び保管を容易にする
ために、圧縮工程中の形状変化を予測できるものでなけ
ればならない。

これまで、熱間静水圧処理の開発発展に多大な力が注が
れてきているが、側壁がジャモン岩の形状をしたベロー
ズ状又は回旋状の容器を使用した場合、容器内にピンホ
ールが発生して、これが静水圧プレス機の部品に重大な
損傷を与えることもある。熱間静水圧処理の最中に容器
の圧縮状態をモニターすることは極めて難しい。ガス圧
を高くして使用しなければならない場合、容器内にピン
ホールがあると、容器内も周囲のガス圧に近づいて高圧
になってしまう。このため、内容物の圧縮と高密度化は
達成できなくなる。また、加圧を解除して容器をプレス
機から回収するときに重大な問題が生じる。圧力を速く
下げることは経済的に望ましいが、圧力が余り速く下が
りすぎると、容器内のガス圧は周囲のガス圧よりも非常
に高くなり、従来のベローズ型容器だと軸方向の伸びが
非常に大きくなり、プレス機の部品に衝突してその部品
を損傷することになる。しかし、本発明の容器の場合、
再膨張はほんの僅かに限られている。

粒状物材料からセラミック材の塊又はブロックを作る場
合、部品に仕上げるための後での機械加工を考慮する
と、塊は円板状又は円筒形が望ましい。しかしながら、
従来のように壁がベローズ状になっている容器にプレス
加工を施した場合、容器の機械加工コストが高くなる問
題がある。しかしながら、本発明の容器を用いた場合、
略円板状の形状に成形できるから、材料の損失は殆んど
なく、圧縮された材料を円板状のセラミックブロックに
変形させるための機械加工はほんの僅かでよい。このよ
うな円板状のセラミックブロックは、縮径部を鋸引き
し、薄い金属被覆を機械加工で取り除くことによって得
ることができる。

［図面の簡単な説明］本発明を添付の図面に基づいて説明する。なお、図面は
単に例示したものにすぎない。

第１図は、本発明の容器の一実施例であって、容器は充
填されて圧縮する前の状態を示す説明図である。

第２図は、第１図の容器を圧縮した後の状態を示す説明
図であり、第１図及び第２図ともに縮尺は正確でない。

第３図は容器の第２実施例の断面図である。

［発明を実施するための最良の形態］第１図を参照すると、容器（10）は略円筒形の側壁（1
1）、底部となる壁（12）、及び上蓋（13）とから構成
され、上蓋からは排気管（14）が伸びている。側壁（1
1）は、２つの樽型部（15）（16）を有しており、断面
形状は浅い凹状である。中間の縮径部（17）は、容器の
軸に対して略直角に伸びる渡り壁部（18）によって、各
樽型部に繋がっている。

容器の軸方向の各端部に関しては、側壁（11）は半径方
向内向きの肩部（19）を有し、該肩部は軸方向に伸びる
スカート（20）に繋がっている。肩部（19）は外向きに
伸びて、基部壁（12）のスカート部（22）及びケースの
蓋（13）と、溶接（21）により夫々繋がっている。

蓋（13）を取り付ける前に、容器には、セラミック粉
末、又は放射性廃棄物と合成岩の混合物の如き粒状物材
料（23）が充填される。第１図に示すように、排気管
（14）はセラミックファイバーフィルター（24）に通じ
ており、該フィルターは穴付きスクリーンによってキャ
ップ（13）の中に維持されている。この特徴は、放射性
廃棄物を処理する場合のように、固体粉末材料が排気ガ
スと共に出ていくことを絶対避けねばならないときに非
常に重要である。

圧縮した後、管（14）は第２図の符号（26）で示す位置
でクリンプ又はシールされる。熱間静水圧処理をした
後、第２図に示す如く軸方向長さが実質的に短くなり、
さらに直径もまた小さくなる。渡り壁部（18）は互いに
接近して接触することもある。基部壁（12）と端部キャ
ップ（13）の位置は、肩部（19）の変形に伴って軸方向
を内向きに変化する。

本発明をセラミック材料の成形に適用するとき、第２図
から明らかなように、２つのセラミック円板を作ること
ができるから、複雑で費用のかかる機械加工の後工程を
必要とすることはなく、またセラミック材料の損失も殆
んどない。

用途によっては、容器を軟鋼から作ることができるが、
ステンレス鋼の中でも選ばれたグレードのより高価で高
品質の合金を必要とする場合もある。

第３図に本発明の他の実施例を示しており、これは熱間
の単軸プレスに特に適している。なお、第３図の要素の
中で第１図及び第２図の要素に対応するものについて
は、同じ引用符号を付している。

容器（10）は、略円筒形の側壁（11）、基部壁（12）及
び蓋（27）を有しており、蓋（27）には補強した開口
（28）を設けている。側壁（11）は、４つの樽型形状部
（29）（30）（31）（32）を有しており、これらは縮径
した中間部（17）によって仕切られている。縮径部（1
7）は、容器の軸方向と略直角に伸びる渡り壁部（18）
を介して樽型形状部に繋がっている。

容器の周囲には、縮径部（17）と半径方向に伸びる渡り
部（18）が形成する凹部に金属リング（33）が設けられ
る。これらのリングは、容器が加熱されて単軸方向のプ
レス作用を受けるときに有用であり、プレス中、この抑
えリングによってベローズの撓みの発生は防止され、ス
ペースの無駄となる捩れが防止される。

具体的な実施例を参照して本発明を説明したが、その他
にも多くの形態を実施できることは理解されるべきであ
る。例えば、圧縮処理や容器内に入れられる物質等に適
合させるために、縮径部の数を変えることもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−21097（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−138997（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−90100（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−118200（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開44381（1982) 欧州特許出願公開296855（1988)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の端部は第１の端部壁（12）によって
閉じられ、第２の端部は粒状物質（23）を充填した後、
蓋（13）で閉じることができるようにしており、側壁は
第１の端部と第２の端部の中間部に少なくとも１つの縮
径部（17）を形成し、更に側壁から各縮径部（17）まで
１対の半径方向内向きに伸びる部分（18）を形成し、縮
径部（17）と端部（12）（13）の間或いは縮径部（17）
（17）間の側壁（15）（16）は中央部が緩やかに膨らん
で樽形をなし、容器に粒状物質を直接に充填してから蓋
を閉じて、熱間静水圧処理を施すと、容器（10）の側壁
（11）は軸方向にかなりの圧縮力を受けて、各対の半径
方向内向き部（18）が非常に接近するか又は互いに接触
するようにしており、粒状物質は圧縮されて、各半径方
向内向き部、蓋（13）及び端部壁（12）から離れて伸び
ている側壁の部分（15）（16）を外向きに屈曲して、浅
く外向きに凸状の構造を形成し、側壁（11）の殆どの軸
方向の長さを形成するという特性を有し、圧縮された粒
状物質の体積は、圧縮された容器を収容し得る仮想の円
筒形エンベロープの容積に近似するようにしていること
を特徴とする金属容器。
【請求項２】半径方向を内向きに伸びる部分（18）は、
容器（10）の直径の約10〜25％程度半径方向に伸びてい
る請求の範囲第１項に記載の容器。
【請求項３】半径方向を内向きに伸びる部分（18）の隣
り合うものどうしの間隔は、容器（10）の直径の５％の
オーダである請求の範囲第１項又は第２項に記載の容
器。
【請求項４】側壁（11）の半径方向内向きに伸びる部分
（18）は、その隣り合う部分の間隔が、略円筒形部分
（15）（16）の軸方向長さの約10％である請求の範囲第
１項乃至第３項の何れかに記載の容器。
【請求項５】容器の第１の端部壁及び第２の端部壁の中
間部に１つの縮径部（17）を含んでいる請求の範囲第１
項乃至第４項の何れかに記載の容器。
【請求項６】容器（10）の軸方向に間隔をあけて複数の
縮径部（17）を含んでいる請求の範囲第１項乃至第４項
の何れかに記載の容器。
【請求項７】容器の周囲に、側壁（11）の半径方向内向
きに伸びる隣り合う部分（18）の間に、各縮径部（17）
を取り囲むように延びる金属リング（33）を含んでお
り、容器が単軸プレスの熱間圧縮作用を受けると、各リ
ング（33）によって容器の外側への変形が防止されるよ
うにしている請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記
載の容器。
【請求項８】各部分（15）（16）の軸方向の端部は滑ら
かに屈曲した形状であって、半径方向の内向き（19）に
屈曲している請求の範囲第１項乃至第７項の何れかに記
載の容器。
【請求項９】第１及び第２の各端部にて、側壁（11）は
滑らかに半径方向を内向き（19）に屈曲して、容器の本
体部から遠ざかる方向に軸方向に伸びるスカート（20）
で終端しており、スカートはその直径が容器の縮径部と
略同じであり、フランジの付いた端部壁（12）（13）が
スカート内に収容されるようにして、容器に充填した
後、溶接（21）されるようにしており、これによって、
スカート周囲に環状部（19）を形成し、容器（10）の熱
間圧縮中に、端部壁（12）（13）の主要部を軸方向に変
位できるようにしている請求の範囲第１項乃至第８項の
何れかに記載の容器。
【請求項１０】容器（10）の一端には排気管（14）が設
けられ、容器を充填して閉じた後、容器（10）の排気を
行ない、排気管（14）をクリンプして密閉（26）し、熱
間静水圧処理を行なうことができるようにしている請求
の範囲第１項乃至第９項の何れかに記載の容器。
【請求項１１】請求の範囲第１項乃至第６項、又は第８
項乃至第10項の何れかに記載の容器に、粒状のセラミッ
ク開始物質を充填し、容器内の排気を行ない、熱間静水
圧処理を施す工程からなる密度の高いセラミック材料を
形成する方法。
【請求項１２】請求の範囲第１項乃至第10項の何れかに
規定された容器を使用し、該容器に熱間単軸プレス加工
を施す工程を有している密度の高いセラミック材料を形
成する方法。