JP2000306697A

JP2000306697A - 超電導高周波空胴の製造方法およびこの方法により製造される超電導高周波空胴

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Publication number: JP2000306697A
Application number: JP11111007A
Authority: JP
Inventors: Kenji Saito; 健治齋藤; Takeo Fujino; 武夫藤野; Hitoshi Inoue; 均井上; Kazuhiro Obara; 一浩小原; Kazutoshi Takaishi; 和年高石; Tomoko Ota; 智子太田; Sumiichi Shibuya; 純市澁谷; Norio Suetake; 則夫末武; Yoshimichi Onishi; 嘉道大西
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、製造が簡単で、かつ製造コストの
低減化に寄与できる高性能で経済的な超電導高周波空胴
の製造方法およびこの方法により製造される超電導高周
波空胴を提供する。【解決手段】超電導材料からなる円筒１、良熱伝導材料
からなる外側円筒２および内側円筒３を用意し、円筒１
を外側円筒２の中空部に挿入するとともに、円筒１の中
空部に内側円筒３を挿入して組立てられたものを、少な
くとも熱間等方加圧接合法を用いて一体接合するととも
に、延伸して一体円筒を形成し、この一体円筒を金型に
取付け、バルジ加工により金型形状に沿った形状に成形
した後、内側円筒３を取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームの
加速器に使用される超電導高周波空胴の製造方法および
この方法により製造される超電導高周波空胴に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、加速器は、電子、陽子、イオン等
の荷電粒子を電磁力で数十億電子ボルト（数ＧｅＶ）程
度の高エネルギ状態に加速するための装置であり、もと
もとは原子核や素粒子の研究のために開発されてきた。

【０００３】ところが、近年になって、真空中をほぼ光
速で伝搬する電子が偏向磁場によりその軌道が曲げられ
たとき、その軌道の接線方向に発生する放射光（ＳＯＲ
光と呼ばれる）を利用することにより、超ＬＳＩ微細加
工（リソグラフィ）や物質研究、あるいは生命科学等の
広範な科学技術分野まで、その適用範囲を広げている。

【０００４】ところで、このような加速器には、荷電粒
子の加速や、ＳＯＲ光として失われたエネルギを補給す
るため、そのビームラインに高周波加速空胴が設けられ
ている。この高周波加速空胴は、空胴内に高周波が供給
されると、発振によって高電界を発生し、荷電粒子ビー
ムを加速させるものである。ところが、高電界が発生す
ると高周波加速空胴の内表面に循環電流が流れ、この電
流は高周波電流であるため、高周波加速空胴の内面の材
質に応じた表皮深さを流れ、ジュール損失を生じる。

【０００５】このため、CuやAl等で作られた常電導高周
波加速空胴により荷電粒子ビームの加速に必要な高電界
を得るには、上述したジュール損失が極めて大きくな
り、このジュール損失を補うために大きな高周波電力を
供給できる大出力の高周波発振器が必要となる。しか
し、現状では、かかる高周波電力を賄えるだけの高周波
発振器は現存しておらず、さらに、高周波加速空胴の冷
却上でも問題になり、常電導による高周波加速空胴の適
用には限界がある。

【０００６】そこで、最近、高周波加速空胴の内面に電
流が流れてもジュール損失が生じない電気抵抗がほぼ０
Ωである超電導材で高周波加速空胴を形成することが考
えられている。

【０００７】そして、このような超電導高周波加速空胴
の使用分野は多方面にわたっており、この中でも、特に
荷電粒子ビーム加速器に関しては近年になって世界各地
で計画、建設が進められている大型電子蓄積リング用と
して、限られた電力、限られた空間の範囲で出来るだけ
高いエネルギを持った電子を得るために超電導高周波加
速空胴の実現が切望されている。

【０００８】従来、このような超電導高周波加速空胴の
製造方法として、例えば特開昭６０−２６１２０２2号
公報に開示されているものがある。この製造方法では、
まず、図８（Ａ）に示すように、高さ１μm程度の粗表
面を有する外径100mm、長さ600mm、肉厚3mmのAlパイプ
１１を回転させながら何回にも分けてその表面にNbをス
パッタリング加工することにより、同図（Ｂ）に示す厚
さ1〜2μmのNb薄膜１２を形成し、さらに、その外側にC
uをスパッタリング加工またはフラッシュメッキ加工に
より同図（Ｃ）に示す厚さ5〜6μmのCuの薄膜１３を密
着させる。

【０００９】次に、電気メッキ法によって、同図（Ｄ）
に示すようにCuの薄膜１３上に、厚さ2mm以上好ましく
は2〜3mmのCu被覆層１４を設け、この後、該被覆層面を
研磨加工して同図（Ｅ）に示す平滑面１５を得、この
後、Alパイプの内側から液圧をかけてバルジ加工による
拡管を行い、同図（Ｆ）に示すように断面十字型状の中
空体１６を得、さらに最終工程として内面のAlを塩酸ま
たは水酸化ナトリウム溶液にて溶解させてキャビティ１
７を得るようにしている。

【００１０】この場合、Nb薄膜１２面に直接Cuの被覆層
１４を設けないのは、直接設けるとCu被覆層１４が良く
密着しないためで、Cuの薄膜１３を介在させることで、
Cuの被覆層１４を強力に密着させている。また、また、
Nb薄膜１２は高融点にして高純度のものを必要するとと
もに、製品を安価にするため、なるべく薄くしなければ
ならず、化学メッキ法による場合には、被膜が厚くな
り、且つ酸素等の不純物が入りやすく、高純度のものを
得ることができないため、スパッタリング加工を用いて
いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の超電
導高周波加速空胴の製造方法では、Nbの薄膜１２を形成
するのにスパッタリング加工を用いているものの、かか
るスパッタリングによりNbの薄膜を形成すると、Nb膜の
厚さの均一化難しく、しかも、形成されるNb薄膜層が多
孔質となるので、後工程で電界研磨、化学研磨を行う場
合も、平滑な表面性状を得られず、さらに、Nb膜の純度
が低いなどの問題もあるため、超電導性を劣化させるお
それがあり、Nbバルク材から得られたキャビティに比べ
低い加速電界になるという問題があった。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、超電導特性の劣化を防止し、製造が簡単で、かつ製
造コストの低減化に寄与できる高性能で経済的な超電導
高周波空胴の製造方法およびこの方法により製造される
超電導高周波空胴を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
超電導材料からなる円筒、良熱伝導材料からなる外側円
筒および内側円筒を用意し、前記円筒を前記外側円筒の
中空部に挿入するとともに、前記円筒の中空部に前記内
側円筒を挿入する第１の工程と、この第１の工程で組立
てられた前記円筒、外側円筒および内側円筒を、少なく
とも熱間等方加圧接合法を用いて一体接合するととも
に、延伸して一体円筒を形成する第２の工程と、前記一
体円筒を所定の形状に成形する第３の工程と、前記所定
形状に成形された一体円筒より内側円筒を取り除く第４
の工程とを具備したことを特徴としている。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記第３の工程は、一体円筒を金型に取付
け、バルジ加工により金型形状に沿った形状に成形する
ことを特徴としている。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記第２の工程前において、前記良熱伝導
材からなる外側円筒の厚さを、前記超電導材からなる円
筒の厚さ以上とすることを特徴としている。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記第２の工程前において、前記良熱伝導
材からなる外側円筒の厚さを、前記良熱伝導材からなる
内側円筒の厚さ以上とすることを特徴としている。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、良熱伝導材からなる外側円筒および内側円
筒、超電導材からなる円筒を前記第２の工程における熱
間等方加圧接合前に予焼鈍することを特徴としている。

【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記第２の工程における熱間等方加圧接合
前の、前記良熱伝導材からなる外側円筒の内側の表面粗
さと前記超電導材からなる円筒の外側の表面粗さを、そ
れぞれ中心線平均粗さ（Ra）で0.2μm以上とすることを
特徴としている。

【００１９】請求項７記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記第２の工程における熱間等方加圧接合
前の、前記良熱伝導材からなる内側円筒の外側の表面粗
さと前記超電導材からなる円筒の内側の表面粗さを、前
記良熱伝導材からなる外側円筒の内側の表面粗さより
も、平滑とすることを特徴としている。

【００２０】請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の
いずれかに記載の発明において、良熱伝導材からなる内
側円筒として、板材からロール成形後、溶接によって接
合されたものを用いることを特徴としている。

【００２１】請求項９記載の発明は、請求項１乃至８の
いずれかに記載の発明において、超電導材からなる円筒
として、シームレスパイプを用いることを特徴としてい
る。

【００２２】請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９
のいずれかに記載の方法によって製造された超電導高周
波空胴である。

【００２３】この結果、請求項１および２記載の発明に
よれば、該超電導材よりも良熱伝導材を基材とする外側
円筒および内側円筒の間に、超電導材を基材とするの円
筒を配して構成されるパイプを、少なくともHIP接合法
により接合した後、延伸加工し、得られたクラッドパイ
プを金型を用い、バルジ加工することで金型形状に沿っ
た形状に成形し、成形後に良熱伝導材を基材とする内側
円筒を取り除くことで、薄肉超電導体からなる空胴を形
成するようにしたので、従来のスパッタリング加工を用
いたものと比べ、空洞内面には高純度かつ厚さが均一な
超電導材層が得られ、超電導特性の向上を図ることがで
きるとともに、製造も簡単となり、しかも、スパッタリ
ング装置のような大型の設備を必要とせず、製造が簡単
で、かつ製造コストの低減化に寄与できる高性能で経済
的な超電導高周波加速空胴の製造方法を提供できる。

【００２４】また、請求項３記載の発明によれば、延伸
加工する前において、良熱伝導材を基材とする外側円筒
の厚さを、超電導材を基材とする円筒の厚さ以上とする
ことにより、超電導高周波加速空胴の剛性を向上させる
ことができ、剛性が向上させることで、キャビティの変
形を防ぎ、高性能のキャビティを得ることができる。

【００２５】また、請求項４記載の発明によれば、良熱
伝導材を基材とする外側円筒の厚さを、良熱伝導材を基
材とする内側円筒の厚さ以上とすることにより、バルジ
加工後に最も内側の良熱伝導材料円筒３を除去する際
に、除去工程に掛かる時間を減らすことができ、安価か
つ発生電界の高い超電導高周波空胴の製造方法を提供で
きる。

【００２６】また、請求項５記載の本発明によれば、良
熱伝導材を基材とする外側円筒と内側円筒および超電導
材を基材とする円筒を、HIP接合前に予焼鈍することに
より、各材料の変形抵抗が下がりHIP接合を短時間で行
うことができ、超電導材料の劣化を防ぎ、安価かつ発生
電界の高い超電導高周波空胴の製造方法を提供ができ
る。

【００２７】また、請求項６記載の本発明によれば、HI
P接合法により接合する前の、良熱伝導材を基材とする
外側円筒の内側の表面粗さと超電導材を基材とする円筒
の外側の表面粗さを、中心線平均粗さ（Ra）で0.2μm以
上としているので、良熱伝導材を基材とする外側円筒と
超電導材を基材とする円筒の接合強度が向上し、成形途
中ではく離などの欠陥が生じにくくなり、成形性が向上
し、安価かつ発生電界の高い超電導高周波空胴の製造方
法を提供できる。

【００２８】また、請求項７記載の本発明によれば、HI
P接合法により接合する前の、良熱伝導材を基材とする
内側円筒の外側の表面粗さと超電導材を基材とする円筒
の内側の表面粗さを、良熱伝導材を基材とする外側円筒
の内側の表面粗さよりも、平滑としているので、成形後
に良熱伝導材を基材とする内側円筒を除去し易くなり、
安価かつ発生電界の高い超電導高周波空胴の製造方法を
提供できる。

【００２９】また、請求項８記載の本発明によれば、良
熱伝導材を基材とする内側円筒が、板材からロール成形
後、溶接によって接合され筒状に形成されるため、、安
価にパイプを得ることができ、高価なシームレスパイプ
を必要とするものと比べ、安価な超電導高周波空胴の製
造方法を提供できる。

【００３０】また、請求項９記載の本発明によれば、超
電導材からなる円筒をシームレスパイプで形成したこと
により、溶接線を有さない高性能のクラッドパイプが得
られ、発生電界の高い超電導高周波空胴の製造方法を提
供できる。

【００３１】また、請求項１０記載の本発明によれば、
上記請求項１乃至９記載の発明により、安価かつ発生電
界の高い超電導高周波空胴を得られる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。

【００３３】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
る超電導高周波加速空胴の製造方法の第１の実施例を説
明するための図である。

【００３４】まず、図１（ａ）に示すようにNbなどの超
電導材料からなる円筒１、Cuなどの良熱伝導材料からな
る外側円筒２および内側円筒３を用意し、この円筒１を
外側円筒２の中空部に挿入するとともに、円筒１の中空
部に内側円筒３を挿入する。

【００３５】ここで、Nbなどの超電導材料からなる円筒
１は、高純度のNbからなる板材を、例えばロール成形機
などで円筒状に成形するとともに、接合部を例えば電子
ビーム溶接等で接合して製造する。外側円筒２は、Cuや
Alなどの良熱伝導材料からなる筒状のものである。この
ような外側円筒２の一方端部には、プレス加工や口絞り
加工、または、切削加工によりフランジ部２ａを形成し
ている。内側円筒３は、CuやAlなどの良熱伝導材料から
なる筒状のものである。このような内側円筒３の一方端
部にも、プレス加工や口絞り加工、または切削加工によ
りフランジ部３ａを形成している。

【００３６】次に、図１（ｂ）に示すように円筒１と外
側円筒２、円筒1と内側内筒３の間を、フランジ部２
ａ、３ａを溶接部位４で接合した後、熱間等方加圧（以
下、HIPと略称する。）接合法により接合してクラッド
パイプを完成する。ここでの工程を図２によりさらに具
体的に説明すると、まず、図２（ａ）に示すように、円
筒１と外側円筒２と内側円筒３を組立て、円筒１と外側
円筒２と内側円筒３の組立て時に生じる間隙による空間
を真空脱気した後、溶接部位４をシール溶接する。この
工程は、真空脱気が可能な電子ビーム溶接等で接合す
る。その後、図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）で組
立てられたパイプをHIP装置８中に入れてHIP接合する。
この場合、HIP接合により円筒１と外側円筒２と内側円
筒３を接合するが、HIP装置８内で高温高圧の等方圧、
例えば800℃、1200kgf/cm²の雰囲気で、良熱伝導材料か
らなる内側円筒３と超電導材料からなる円筒１と良熱伝
導材料からなる外側円筒２を均一に拡散接合させ一体化
することで、クラッドパイプを形成する。

【００３７】次に、図１（ｃ）に示すように、図１
（ｂ）で製作したクラッドパイプを引き延し一体円筒１
０に加工する。ここでの、接合したクラッドパイプを延
伸圧延する工程では、接合したクラッドパイプを、例え
ばピルガーミルなどを用いて、延伸圧延する方法が用い
られる。

【００３８】そして、図１（ｄ）（ｅ）に示すように、
延伸圧延されたクラッドパイプに対してバルジ工程を実
行する。ここでは、まず、図１（ｄ）に示すように、半
割の金型５を対向して配置したバルジ金型を用意し、こ
れら金型５の間に、図１（ｃ）の工程で得られた一体円
筒１０を配置する。そして、一体円筒１０の中心軸の両
端にシール治具６を配置して、その内部に圧力媒体７を
注入して加圧する。圧力媒体は、水、油でもよいし、ゴ
ム、砂やセラミック粉末などの粉体、空気などの気体で
もよい。すると、一体円筒１０は、円筒内部の圧力を、
例えば100kgf/cm²に高めることにより徐々に変形し、最
終的には図１（ｅ）に示すように、金型５の内側に沿っ
た形状となる。この後、金型５およびシール治具６を外
し、圧力媒体７を取り除いて成型品を得る。

【００３９】最後に、図１（ｆ）に示すように、一体円
筒１０のうちCuなどの良熱伝導材料からなる内側円筒３
を除去する。つまり、図１（ｅ）で述べたバルジ成形
後、溶剤などを用いて良熱伝導材料からなる内側円筒３
のみを除去する。ここで、良熱伝導材料からなる内側円
筒３の融点が、良熱伝導材料からなる外側円筒２の融点
よりも低い場合、加熱して溶融させて除去することがで
きる。これは、例えば、良熱伝導材料からなる内側円筒
３として融点６６０℃のAl、超電導材料からなる円筒１
として融点２４６８℃のNb、良熱伝導材料からなる外側
円筒２として融点１０８３℃のCuを用いる場合である。

【００４０】このような第１の実施の形態によれば、以
下の作用効果が期待できる。

【００４１】まず、発明者らの実験によれば、外側円筒
２および内側円筒３に用いられるCuは伸びが約４０％と
高いので、円筒１のNbとCuのクラッド材とした場合、伸
びはＣｕに支配され良好な伸びを示す。このため、バル
ジ加工のような張出し成形を行った場合も加工性が良
い。

【００４２】また、超電導材料からなる円筒１を含むク
ラッドパイプを延伸圧延することにより、高価なNbの使
用量を少なくすることができ、また、延伸加工前にHIP
接合法による接合を行っているため、円筒１と外側円筒
２と内側円筒３は均等の比率で軸長手方向に延び、延伸
加工前の肉厚比率を保ったまま延伸加工できるようにな
り、超電導材料からなる円筒１に対し所望の厚さを得る
ことができる。この方法ではNbのシームレスパイプを必
要としないので、製造コストの低減に寄与できる。

【００４３】さらに、液圧成形では、プレス加工により
ハーフセルを成形後に電子ビーム溶接により接合する方
法とは異なり、超電導高周波加速空胴全体を納める真空
容器を用意する必要がなく、大気中で加工することがで
きるので、大幅な製造コストの低減に寄与できる。ま
た、電子ビーム溶接により接合するためには、突き合わ
せ溶接を行うため、突き合わせた部品双方に組立て精度
を要求されるが、液圧成形では、この様な工程を必要と
しないため、大幅な製造コストの低減に寄与できる。

【００４４】さらにまた、溶接部位を無くすことによ
り、従来問題となっていた溶接欠陥を原因とする超電導
状態の破壊を防ぐことが出来る。また、スパッタリング
とは異なり、空洞内面には高純度かつ厚さが均一なNb層
が得られるので、後工程の電界研磨、化学研磨を行う際
に、平滑な表面性状を得ることができるため、超電導特
性が向上する。

【００４５】また、バルジ加工後に最も内側の良熱伝導
材料からなる内側円筒３を除去することにより、成形途
中でNb表面が傷つく事がなく、後工程の研磨工程に掛か
る時間を大幅に短縮することが出来、超電導高周波加速
空胴内面の傷に基づく超電導状態の破壊を未然に防ぐこ
とが出来る。

【００４６】そして、このような方法により製造された
超電導高周波加速空胴は、外側全面均一に良熱伝導材料
により被覆されるので、超電導高周波加速空胴の冷却特
性が向上し、空洞内の発生加速電界を高めることができ
る。

【００４７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施形態を図３を用いて説明する。

【００４８】この場合も、図３（ａ）に示すようにNbな
どの超電導材料からなる円筒１、Cuなどの良熱伝導材料
からなる外側円筒２および内側円筒３を用意し、この円
筒１を外側円筒２の中空部に挿入するとともに、円筒１
の中空部に内側円筒３を挿入する。

【００４９】次いで、図３（ｂ）に示すように円筒１と
外側円筒２、円筒1と内側内筒３の間を溶接部位４で接
合した後、「熱間等方加圧接合法」または「HIP接合
法」などで接合してクラッドパイプを完成し、図３
（ｃ）に示すように、図３（ｂ）で製作したクラッドパ
イプを引き延し一体円筒１０を形成する。この第２の実
施の形態では、クラッドパイプを延伸加工する前におい
て、良熱伝導材を基材とする外側円筒２の厚さが、超電
導材を基材とする円筒１および良熱伝導材を基材とする
内側円筒３の厚さ以上になっていることを特徴としてい
る。

【００５０】このような第２の実施の形態によれば、以
下の作用効果が期待できる。

【００５１】この場合、外側円筒２および内側円筒３に
用いられるCuは、円筒１のNbと比較して約1.7倍の弾性
係数を有しているため、円筒１の厚みに比べて、Cuから
なる外側円筒２の厚さの比率を大きくすることにより、
超電導高周波加速空胴の剛性を向上させることができ、
剛性を向上させることで、キャビティの変形を防ぎ、高
性能のキャビティを得ることができる。

【００５２】また、良熱伝導材を基材とする外側円筒２
の厚さを、良熱伝導材を基材とする内側円筒３の厚さ以
上とすることにより、バルジ加工後に最も内側の良熱伝
導材料の内側円筒３を除去する際に、除去工程に掛かる
時間を減らすことができ、安価かつ発生電界の高い超電
導高周波空胴の製造方法を提供できる。

【００５３】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施形態を図４を用いて説明する。

【００５４】この場合、図４（ａ）に示すようにCuなど
の良熱伝導材料からなる外側円筒２および内側円筒３を
焼鈍炉９にて予焼鈍するとともに、同図（ａ）’に示す
ようにNbなどの超電導材料からなる円筒１を焼鈍炉９に
て予焼鈍し、その後、図４（ｂ）（ｃ）に示すように円
筒１と外側円筒２と内側円筒３を組立て、ＨＩＰ接合法
により接合する。つまり、この第３の実施の形態では、
円筒１、外側円筒２および内側円筒３をHIP接合する前
に予焼鈍を行うことを特徴としている。

【００５５】このような第３の実施の形態によれば、以
下の作用効果が期待できる。

【００５６】この場合、良熱伝導材を基材とする外側円
筒２と内側円筒３および超電導材を基材とする円筒１
を、HIP接合する前に予焼鈍することにより、各材料の
変形抵抗が下がりHIP接合を短時間で行うことができ
る。この結果、長時間HIPを行った際に生じる危険のあ
る超電導材料の劣化を防ぎ、安価かつ発生電界の高い超
電導高周波空胴の製造方法を提供できる。

【００５７】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施形態を図５を用いて説明する。

【００５８】この場合も、図５（ａ）に示すように、Nb
などの超電導材料からなる円筒１、Cuなどの良熱伝導材
料からなる外側円筒２および内側円筒３を用意し、この
円筒１を外側円筒２の中空部に挿入するとともに、円筒
１の中空部に内側円筒３を挿入する。

【００５９】次に、図５（ｂ）に示すように円筒１と外
側円筒２、円筒1と内側内筒３の間を溶接部位４で接合
した後、HIPなどで接合してクラッドパイプを完成す
る。

【００６０】この場合、HIP接合法により接合する前
の、良熱伝導材を基材とする外側円筒２の内側２０１の
表面粗さと、超電導材を基材とする円筒１の外側１０１
の表面粗さを中心線平均粗さ（Ra）で0.2μm以上として
いる。

【００６１】そして、図５（ｃ）に示すように図５
（ｂ）で製作したクラッドパイプを引き延し一体化す
る。

【００６２】このような第４の実施の形態によれば、以
下の作用効果が期待できる。

【００６３】HIP接合法により接合する前の良熱伝導材
を基材とする外側円筒２の内側２０１の表面粗さと、超
電導材を基材とする円筒１の外側１０１の表面粗さを中
心線平均粗さ（Ra）で0.2μm以上としているので、良熱
伝導材を基材とする外側円筒２と超電導材を基材とする
円筒１の接合強度が向上する。これにより、成形途中
で、はく離などの欠陥が生じにくくなり、成形性が向上
し、安価かつ発生電界の高い超電導高周波空胴の製造方
法を提供できる。

【００６４】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施形態を図６を用いて説明する。

【００６５】この場合も、図６（ａ）に示すようにNbな
どの超電導材料からなる円筒１、Cuなどの良熱伝導材料
からなる外側円筒２および内側円筒３を用意し、この円
筒１を外側円筒２の中空部に挿入するとともに、円筒１
の中空部に内側円筒３を挿入する。

【００６６】次に、図６（ｂ）に示すように円筒１と外
側円筒２、円筒1と内側内筒３の間を溶接部位４で接合
した後、HIPなどで接合してクラッドパイプを完成す
る。

【００６７】この場合、HIP接合法により接合する前の
良熱伝導材を基材とする内側円筒３の外側３０１の表面
粗さと超電導材を基材とする円筒１の内側１０２の表面
粗さを、中心線平均粗さ（Ra）で0.2μm以上とした良熱
伝導材を基材とする外側円筒２の内側２０１の表面粗さ
よりも平滑としている。

【００６８】そして、図６（ｃ）に示すように図６
（ｂ）で製作したクラッドパイプを引き延し一体化す
る。

【００６９】このような第５の実施の形態によれば、以
下の作用効果が期待できる。

【００７０】良熱伝導材を基材とする内側円筒３の外側
３０１の表面粗さと超電導材を基材とする円筒１の内側
１０２の表面粗さを、中心線平均粗さ（Ra）で0.2μm以
上とした良熱伝導材を基材とする外側円筒２の内側２０
１の表面粗さよりも平滑としているので、良熱伝導材を
基材とする内側円筒３と超電導材を基材とする円筒１の
接合強度を低下させることができ、これにより、バルジ
加工後に、最も内側の良熱伝導材料からなる内側円筒３
を除去する際に、除去工程に掛かる時間を短縮すること
ができ、安価かつ発生電界の高い超電導高周波空胴の製
造方法を提供できる。

【００７１】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施形態を図７を用いて説明する。

【００７２】この場合、まず、図７（ａ）に示すよう
に、Nbなどの超電導材料からなる円筒１は、高純度のNb
からなる板材を、例えばロール成形機などで円筒状に成
形するとともに、溶接部となる接合線１００を例えば電
子ビーム溶接等で接合して製造し、また、外側円筒２
は、Cuなどの良熱伝導材を基材とする板材を、例えば絞
り加工などで円筒状に成形しシームレスパイプとして製
造し、そして、内側円筒３は、Cuなどの良熱伝導材を基
材とする板材を例えばロール成形機などで円筒状に成形
するとともに、溶接部となる接合線１００を例えば電子
ビーム溶接等で接合して製造している。

【００７３】そして、図７（ｂ）に示すように、Nbなど
の超電導材料からなる円筒１を、Cuなどの良熱伝導材料
からなる外側円筒２に挿入し、さらにCuなどの良熱伝導
材料からなる内側円筒３を内側に挿入するようにしてい
る。

【００７４】このような第６の実施の形態によれば、以
下の作用効果が期待できる。

【００７５】この場合、良熱伝導材を基材とする内側円
筒3は、板材からロール成形後、溶接によって接合して
筒状に形成することにより、安価にパイプを得ることが
できる。また、バルジ加工の際は、良熱伝導材を基材と
する外側円筒２がシームレスパイプからなっているた
め、バルジ加工の際の成形性には何ら問題が生じること
もなく、このため、超電導高周波空胴の安価な製造方法
を提供できる。

【００７６】（第７の実施の形態）次に、本発明の第７
の実施形態を説明する。

【００７７】この場合、Nbなどの超電導材料からなる円
筒１は、高純度のNb板材を例えば絞り加工などで成形し
てシームレスの円筒状として製造する。また、Cuなどの
良熱伝導材を基材とする内側円筒３は、その板材を例え
ばロール成形機などで円筒状に成形し、接合部を例えば
電子ビーム溶接等で接合して円筒状と形成し、さらにCu
などの良熱伝導材を基材とする外側円筒２は、その板材
を例えば絞り加工などで円筒状に成形している。

【００７８】このような第７の実施の形態によれば、Nb
などの超電導材料からなる円筒１は、例えば絞り加工な
どで成形してシームレスの円筒状とすることにより、溶
接線を有しない高性能のクラッドパイプを得ることがで
き、このため、発生電界の高い高性能な超電導高周波空
胴の製造方法を提供できる。

【００７９】なお、上述した各実施の形態では、超電導
高周波加速空胴が単独の空胴となったものを述べたが、
複数の空胴、例えば３連、５連、９連といった超電導高
周波加速空胴などでも、複数の空胴の接合部を電子ビー
ム溶接やＹＡＧレーザ溶接によって接合するか、または
バルジ加工などにより多連空胴を形成すれば実現するこ
とができる。

【００８０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、製
造が簡単で、かつ製造コストの低減化に寄与できる高性
能で経済的な超電導高周波空胴の製造方法およびこの方
法により製造される超電導高周波空胴を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法
の第１の実施の形態を説明するための図。

【図２】第１の実施の形態のクラッドパイプの製造工程
を説明するための図。

【図３】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法
の第２の実施の形態を説明するための図。

【図４】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法
の第３の実施の形態を説明するための図。

【図５】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法
の第４の実施の形態を説明するための図。

【図６】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法
の第５の実施の形態を説明するための図。

【図７】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法
の第６の実施の形態を説明するための図。

【図８】従来の超電導高周波加速空胴の製造方法の一例
を説明するための図。

【符号の説明】

１…円筒２…外側円筒３…内側円筒２ａ、２ｂ…フランジ部１０…一体円筒４…溶接部位５…金型６…シール治具７…圧力媒体８…HIP装置９…焼鈍炉１００…接合線

フロントページの続き (71)出願人 000003078 株式会社東芝神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 (72)発明者齋藤健治茨城県つくば市梅園２丁目27−14 (72)発明者藤野武夫茨城県つくば市竹園１丁目801−502 (72)発明者井上均茨城県つくば市竹園３丁目112−304 (72)発明者小原一浩東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者高石和年神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者太田智子神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者澁谷純市神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者末武則夫神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者大西嘉道東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内Ｆターム(参考） 2G085 AA13 BA08 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導材料からなる円筒、良熱伝導材料
からなる外側円筒および内側円筒を用意し、前記円筒を
前記外側円筒の中空部に挿入するとともに、前記円筒の
中空部に前記内側円筒を挿入する第１の工程と、この第１の工程で組立てられた前記円筒、外側円筒およ
び内側円筒を、少なくとも熱間等方加圧接合法を用いて
一体接合するとともに、延伸して一体円筒を形成する第
２の工程と、前記一体円筒を所定の形状に成形する第３の工程と、前記所定形状に成形された一体円筒より内側円筒を取り
除く第４の工程とを具備したことを特徴とする超電導高
周波空胴の製造方法。
【請求項２】前記第３の工程は、一体円筒を金型に取
付け、バルジ加工により金型形状に沿った形状に成形す
ることを特徴とする請求項１記載の超電導高周波空胴の
製造方法。
【請求項３】前記第２の工程前において、前記良熱伝
導材からなる外側円筒の厚さを、前記超電導材からなる
円筒の厚さ以上とすることを特徴とする請求項１記載の
超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項４】前記第２の工程前において、前記良熱伝
導材からなる外側円筒の厚さを、前記良熱伝導材からな
る内側円筒の厚さ以上とすることを特徴とする請求項１
記載の超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項５】良熱伝導材からなる外側円筒および内側
円筒、超電導材からなる円筒を前記第２の工程における
熱間等方加圧接合前に予焼鈍することを特徴とする請求
項１記載の超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項６】前記第２の工程における熱間等方加圧接
合前の、前記良熱伝導材からなる外側円筒の内側の表面
粗さと前記超電導材からなる円筒の外側の表面粗さを、
それぞれ中心線平均粗さ（Ra）で0.2μm以上とすること
を特徴とする請求項１記載の超電導高周波加速空胴の製
造方法。
【請求項７】前記第２の工程における熱間等方加圧接
合前の、前記良熱伝導材からなる内側円筒の外側の表面
粗さと前記超電導材からなる円筒の内側の表面粗さを、
前記良熱伝導材からなる外側円筒の内側の表面粗さより
も、平滑とすることを特徴とする請求項１記載の超電導
高周波加速空胴の製造方法。
【請求項８】良熱伝導材からなる内側円筒として、板
材からロール成形後、溶接によって接合されたものを用
いることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載
の超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項９】超電導材からなる円筒として、シームレ
スパイプを用いることを特徴とする請求項１乃至８のい
ずれか記載の超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項１０】特許請求項１乃至９のいずれかに記載
の方法によって製造された超電導高周波空胴。