JP2000348900A

JP2000348900A - 超電導高周波加速空胴の製造方法

Info

Publication number: JP2000348900A
Application number: JP11159476A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sakai; 達哉境
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】内周面に溶接跡が残らない超電導高周波加速
空胴を製造する。【解決手段】軸方向の両端に開口１１ａ、１１ｂを有
する複数のセル１１を軸方向に配列して開口どうしを接
触させて、接触部をセルの内周面側から溶接することに
よって、複数のセルで一つの空胴本体１を作成して、こ
の空胴本体１の両端開口１ａ、１ｂにフランジ４１を取
付けて超電導高周波加速空胴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空胴本体の空胴内
に高周波電力を入力して電界を発生させ、この電界によ
り荷電粒子を加速させる超電導高周波加速空胴の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＬＳＩ製造工程におけるＸ線リ
ソグラフィに使用される電子、陽電子などの荷電粒子を
高周波加速空胴を用いて加速する場合がある。

【０００３】このように、高周波加速空胴は高周波電力
を荷電粒子に供給するものであり、高周波加速空胴内で
は荷電粒子の速度に同期した数十ＭＨｚから数ＧＨｚ程
度の高周波の高電界により発生し、荷電粒子はこの高周
波電界により電力が供給される。荷電粒子ビームを効率
良く加速するため、高周波加速空胴にはより高い加速電
界が求められる。超電導高周波加速空胴は従来の常電導
高周波加速空胴より高い加速電界を得られることから次
世代の粒子加速器に適用される。

【０００４】図１２は、超電導高周波加速空胴における
実際の使用状態を示す断面模式図である。この超電導高
周波加速空胴は、空胴本体１とこの空胴本体１の両端に
取付られたフランジ２ａ、２ｂとで構成されている。フ
ランジ２ａ、２ｂには、荷電粒子ビーム４ａ、４ｂを空
胴本体１内へ入出力させるためのビームパイプ３ａ、３
ｂが取付けられている。

【０００５】この超電導高周波加速空胴は、図示すよう
に、液体ヘリウム５が充満された液体ヘリウム糟６内に
収納されている。この液体ヘリウム糟６は輻射熱シール
ド材７で覆われ、さらに、その外側を真空容器８で覆わ
れている。さらに、液体ヘリウム糟５には、ヘリウム供
給ポート９が取付けられ、空胴本体１のフランジ近傍位
置には、空胴本体１内へ高周波電力を供給するための入
力カプラポート１０が取付けられている。

【０００６】このように構成された超電導高周波加速空
胴クライオシステムにおいて、液体ヘリウム５中で冷却
された超電導高周波加速空胴に入力カプラポート１０か
ら高周波電力を入力した状態で、ビームパイプ３ａから
荷電粒子ビーム４ａを空胴本体１内へ供給すると、この
荷電粒子は高周波電力の速度に同期せられて、ビームパ
イプ３ｂから加速された荷電粒子ビーム４ｂとして出力
される。

【０００７】このように、荷電粒子を加速させる超電導
高周波加速空胴は、例えば、図１３に示す手順で製造さ
れる。

【０００８】まず、図１３（ａ）に示す軸方向の両端に
開口１１ａ、１１ｂを有した半割セル１１を多数個製造
する。具体的には、例えばＮｂ等の超電導材料を型を用
いた絞り加工等で成形し、他の半割セル１１との接合部
（接触部）となる開口１１ａ、１１ｂを機械加工で規定
寸法に仕上げる。

【０００９】そして、第１工程においては、図１３
（ｂ）に示すように、２個の半割セル１１における互い
の開口１１ａどうしを接触させて、この接触部を半割セ
ル１１の外周面側より電子ビーム溶接（ＥＢＷ）等で溶
接して一体化して一つのユニット１２を製作する。

【００１０】第２工程においては、図１３（ｃ）に示す
ように、第１工程で製造された複数個のユニット１２を
互いの開口１１ｂが接触するように軸方向に配列し、ま
た両端側にそれぞれに同じくＮｂ等の超電導材料で円筒
状に形成されたビームポート１３を接触するように配列
させる。そして、各接触部を図１３（ｄ）に示すように
ユニット１２の外面側より電子ビーム溶接（ＥＢＷ）等
で溶接して一体化して１つの空胴本体１を製作する。

【００１１】そして、この空胴本体１の両端の開口１
ａ、１ｂに、図１２に示したフランジ２ａ、２ｂを取付
ける。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示した超電導高周波加速空胴の製造方法においても未
だ解消すべき次のような課題があった。

【００１３】すなわち、空胴本体１の内表面は表皮効果
により超電導材表面の数マイクロオーダーの非常に薄い
層を高周波電流が流れるため、超電導材内面にわずかの
溶接欠陥があっても電界放出（フィールドエミッショ
ン）を誘発し、予定した性能が得られなくなる。

【００１４】そのため上記のよう空胴本体１を構成する
複数の半割セル１１、ビームポート１３相互を接続する
連結部（開口の接触部）を電子ビーム溶接（ＥＢＷ）に
て外面側より溶接する場合、空胴本体１の内面側まで貫
通した一様な溶け込みが必要とされる。

【００１５】しかし、各半割セル１１を製造する場合に
おいて、型を用いた絞り加工の精度不足による溶接接合
面の厚み寸法、真円度のバラツキや、また、溶接装置の
電圧、電流、溶接速度、焦点距離と対物距離など溶け込
み深さに起因する環境因子条件の影響により、溶接条件
の最適化の選定、確保が非常に困難である。

【００１６】そのため溶接面（内面側）の全面に亘って
一様な貫通溶接がなされないこともあり、溶接の溶け込
み不足による開先溶接線の残り、スパイク等の発生によ
る欠陥、ビーム抜け落ちによる欠陥の発生などの問題が
生じる。一方、空胴本体１の両端開口１ａ、１ｂに取付
けられたフランジ２ａ、２ｂを、空胴本体１を構成する
各半割セル１１やビームポート１３と同じ超電導材料の
Ｎｂ材で製作した場合、Ｎｂ材は非常に高価であること
から超電導高周波加速空胴全体のコストが上昇する。ま
た、Ｎｂ材はステレンス鋼ほどの強度もなく、真空シー
ル性に問題がある。

【００１７】このようなことから、従来の超電導高周波
加速空胴の製造方法では品質的に十分に満足するものを
得ることは困難であった。

【００１８】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、溶接方向や溶接方法を変更することにより、
空胴本体の内周面に溶接に起因する不連続部分が発生す
ることを極力抑制でき、常に、荷電粒子における一定水
準以上の加速特性を確保でき、しかも製造費を低減でき
品質的に安定した超電導高周波加速空胴の製造方法を提
供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に、請求項１の超電導高周波加速空胴の製造方法におい
ては、軸方向の両端に開口を有する複数のセルを軸方向
に配列して開口どうしを接触させて、接触部をセルの内
周面側から溶接することによって、複数のセルで一つの
空胴本体を作成して、この空胴本体の両端開口にフラン
ジを取付けて超電導高周波加速空胴としている。

【００２０】このように構成された超電導高周波加速空
胴の製造方法においては、空胴本体を構成する複数のセ
ル（半割セル）どうしの接合（接触）部分は、空胴本体
の内周面側から溶接される。

【００２１】したがって、この複数のセル（半割セル）
どうしの接合（接触）部分を空胴本体の外側から溶接す
ることに起因して、接合（接触）部分における溶接の溶
け込み不足によって、内周面に接合（接触）部分に沿っ
て、溝（クラック）が残留することはない。よって、空
胴本体の内周面全体に亘って一様な表面仕上げとなり、
荷電粒子に対する良好な加速性能を確保できる。

【００２２】請求項２の超電導高周波加速空胴の製造方
法においては、軸方向の両端に開口を有する複数のセル
を軸方向に配列して開口どうしを接触させて、接触部の
内周側にこの接触部の内周面に接するセルと同一材質の
リングを挿入して、接触部をセルの外周面側から溶接
し、その後、リングを除去することによって、複数のセ
ルで一つの空胴本体を作成して、この空胴本体の両端開
口にフランジを取付けて超電導高周波加速空胴としてい
る。

【００２３】このように構成された超電導高周波加速空
胴の製造方法においては、空胴本体の内周面におけるセ
ル（半割セル）どうしの接合（接触）部分の内周側にこ
の接触部の内周面に接するセルと同一材質のリングが挿
入されている。そして、接触部を空胴本体（セル）の外
周面側から溶接している。

【００２４】この場合、接合（接触）部分の内周側にセ
ルと同一材質のリングが存在するので、溶接のパワーを
故意に大きく設定して、リングも一部溶込まして、後か
ら、この余分に溶け込んだ部分も同時にリングを除去す
れば、空胴本体の内周面全体に亘って一様な表面仕上げ
となる。よって、先の発明とほぼ同様の効果を得ること
ができる。

【００２５】請求項３、４の超電導高周波加速空胴の製
造方法においては、接触部に対する溶接を電子ビーム溶
接又はレーザ溶接で実現している。

【００２６】このように、電子ビーム溶接やレーザ溶接
を採用することによって、接触部（接合部）に対する溶
接精度を大幅に向上できる。

【００２７】請求項５の超電導高周波加速空胴の製造方
法は、請求項１又は２における空胴本体の両端開口にフ
ランジを取付ける手順において、空胴本体の両端開口の
外周面に対してセルに比較して高強度金属材質のフラン
ジを外挿し、このフランジの内周面と開口の外周面内と
の隙間にろう材を挿入し、開口の内側にセルに比較して
高熱膨張係数の内リングを挿入して、空胴本体の開口部
分及びその近傍を加熱し、その後、内リングを除去する
ようにしている。

【００２８】このように構成された超電導高周波加速空
胴の製造方法においては、内リングの熱膨張係数はフラ
ンジやセルの熱膨張係数より大きいので、加熱すると、
開口の外周面がフランジの内周面方向に付勢される。そ
の結果、フランジの内周面と開口の外周面内とは、この
隙間に存在するろう材で堅牢に接続される。

【００２９】請求項６の超電導高周波加速空胴の製造方
法は、請求項１又は２における空胴本体の両端開口にフ
ランジを取付ける手順において、空胴本体の両端開口の
外周面に対してセルに比較して高強度金属材質のフラン
ジを外挿し、このフランジの内周面と開口の外周面との
隙間にセルと異なる金属組成を有した金属インサート材
を挿入して、開口の内側にセルに比較して高熱膨張係数
の内リングを挿入して、空胴本体の開口部分及びその近
傍を加熱することによって金属インサート材をフランジ
の内周面の金属と開口の外周面の金属とに拡散接合さ
せ、その後、内リングを除去するようにしている。

【００３０】このように構成された超電導高周波加速空
胴の製造方法においては、内リングの熱膨張係数はフラ
ンジやセルの熱膨張係数より大きいので、加熱すると、
開口の外周面がフランジの内周面方向に付勢される。そ
の結果、フランジの内周面の金属と開口の外周面内の金
属に、この隙間に存在する金属インサート材が拡散され
る。したがって、フランジと開口の外周面とは金属イン
サート材で堅牢に接続される。

【００３１】請求項７の超電導高周波加速空胴の製造方
法は、請求項１又は２における空胴本体の両端開口にフ
ランジを取付ける手順において、空胴本体の両端開口の
外周面に対してセルに比較して高強度金属材質のフラン
ジを外挿し、このフランジの内周面と開口の外周面内と
の隙間にろう材を挿入して、開口の内側に内リングを挿
入して、この内リングの外傷面と開口の内周面との隙間
にガスを封入した金属袋を挿入し、空胴本体の開口部分
及びその近傍を加熱し、その後、内リング及び金属袋を
除去するようにしている。

【００３２】このように構成された超電導高周波加速空
胴の製造方法においては、加熱すると、金属袋に封入さ
れたガスが膨張して、開口の外周面がフランジの内周面
方向に付勢される。その結果、フランジの内周面と開口
の外周面内とは、この隙間に存在するろう材で堅牢に接
続される。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
を用いて説明する。（第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態に係る超
電導高周波加速空胴の製造方法を示す図である。図１
２、図１３に示した超電導高周波加速空胴及び従来の超
電導高周波加速空胴の製造方法における同一部分には同
一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。

【００３４】図１（ａ）は半割セル１１とビームポート
１３との溶接を行う第１工程を示す図。図１（ｂ）はビ
ームポート１３が取付けられた半割セル１１と他の半割
セル１１との溶接を行いユニット１２を製造する第２工
程を示す図。図１（ｃ）は複数のユニット１２及び一対
のビームポート１３から一つの空胴本体１を製造する第
３の工程を示す図である。

【００３５】なお、図１では示していないが、空胴本体
１の両端開口１ａ、１ｂにフランジを取付けて最終の超
電導高周波加速空胴を製造する第４の工程が存在する。

【００３６】図２は、半割セル１１とビームポート１３
との間及び半割セル１１相互間を電子ビーム溶接（ＥＢ
Ｗ）を行うための電子ビーム溶接装置の概略構成を示す
断面模式図である。

【００３７】真空ポンプ１４で内部気圧が減圧される真
空容器１５内に取付けられた支持部材１６に対して溶接
対象物を固定する固定治具１７が回転軸１８を介して回
転自在に支持されている。したがって、固定治具１７は
回転軸１８の軸心回りに図示しない回転機構にて回転駆
動される。なお、回転軸１８の軸心と支持部材１６のな
す角度θは任意に変更可能である。

【００３８】図３（ａ）は固定治具１７の断面図であ
り、図３（ｂ）は固定治具１７の正面図である。この固
定治具１７は、回転軸１８の一端が固定された円盤１９
と中央に貫通孔２０ａが形成された押さえ板２０と両者
を固定する複数のねじ棒２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１
ｄとで構成されている。

【００３９】そして、円盤１９上に溶接対象物である筒
状のビームポート１３の一端と半割セル１１の開口１１
ｂとを接触させた状態で載置して、押さえ板２０で半割
セル１１の開口１１ａを押さえて、ねじ棒２１ａ、２１
ｂ、２１ｃ、２１ｄで円盤１９と押さえ板２０とを締付
け固定する。

【００４０】図４は、別の固定治具１７ａの断面図であ
り、この固定治具１７ａにおいては、図３示した固定治
具１７の押さえ板２０の代に、貫通孔２７ａが半割セル
１１の小さい方の開口１１ｂに対応する内径を有した押
さえ板２７が用いられる。

【００４１】このような構造の固定治具１７ａにおいて
は、図示するように、二つのの半割セル１１を大きい方
の開口１１ａどうしを、半割セル１１の内周面側から電
子ビーム溶接（ＥＢＷ）することがが可能である。

【００４２】図２において、高電圧源２２から出力され
た高電圧は真空容器１５内部に連通するケース２３内に
収納された電子ビーム発生器２４へ入力される。電子ビ
ーム発生器２４は電子ビーム２５を出力する。電子ビー
ム発生器２４から出力されたは電子ビーム２５はコイル
２６の地場で収束されて、押さえ板２０の貫通孔２０ａ
を貫通して固定治具１７に固定されたビームポート１３
と半割セル１１との円環状の接触部（接続部）に焦点を
結ぶ。

【００４３】そして、回転軸１８を回転させることによ
って、電子ビーム２５の焦点が円環状の接触部（接続
部）上を移動するので、ビームポート１３と半割セル１
１との接触部（接続部）が半割セル１１の内周面側から
電子ビーム溶接（ＥＢＷ）される。

【００４４】なお、回転軸１８の軸心と支持部材１６の
なす角度θを変更することによってビームポート１３と
半割セル１１の軸方向の任意位置に存在する円環状の接
触部（接続部）を溶接可能である。

【００４５】このように、図２に示した電子ビーム溶接
装置を用いることによって、半割セル１１とビームポー
ト１３との間及び半割セル１１相互間に存在する環状の
接触部（接続部）を内周面側から溶接可能である。

【００４６】次に、図１に示した第１工程から第３工程
までを順を追って説明する。

【００４７】第１工程においては、図１（ａ）に示すよ
うに、図２に示した電子ビーム溶接装置を用いて、予め
製造されている半割セル１１の開口１１ｂとビームポー
ト１３の一方に開口とを、図示するように、半割セル１
１の内周明側から電子ビーム溶接（ＥＢＷ１）する。

【００４８】第２工程においては、図１（ｂ）に示すよ
うに、図２に示した電子ビーム溶接装置を用いて、第１
工程で作成されたビームポート１３が一方の開口１１ｂ
の溶接されている半割セル１１の他方の開口１１ａに、
同一形状の別の半割セル１１の開口１１ａを、図示する
ように、半割セル１１の内周明側から電子ビーム溶接
（ＥＢＷ２）する。そして、一つのユニット１２とす
る。この場合、図４に示した状態の固定治具１７ａを採
用する。

【００４９】第３工程においては、図１（ｃ）に示すよ
うに、図２に示した電子ビーム溶接装置を用いて、第２
工程で作成されたユニット１２のビームポート１３が接
続されていない側の半割セル１１の開口１１ｂにさらに
別の開口１１ｂを、半割セル１１の内周面側から電子ビ
ーム溶接（ＥＢＷ３）する。

【００５０】さらに、この半割セル１１の反対側の開口
１１ａに対して、さらに別の半割セル１１の開口１１ａ
を半割セル１１の内周明側から電子ビーム溶接（ＥＢＷ
３）すしてユニット１２を増設する。このように、順
次、半割セル１１を互いの開口１１ａ、１１ｂどうし半
割セル１１の内周面側から順次電子ビーム溶接（ＥＢＷ
４，ＥＢＷ５，ＥＢＷ６）溶接していく。

【００５１】そして、最終の半割セル１１の開口１１ｂ
に別のビームポート１３の一端をビームポート１３の内
周面側から電子ビーム溶接（ＥＢＷ７）して、一つの空
胴本体１を作成する。

【００５２】第４の工程においては、空胴本体１の両端
開口１ａ、１ｂにフランジを取付けて最終の超電導高周
波加速空胴とする。

【００５３】このような、図２に示した電子ビーム溶接
装置を用いて、第１工程から第３工程で製造された超電
導高周波加速空胴においては、空胴本体１を構成する複
数の半割セル１１相互の接続部（接触部）、最外側の半
割セル１１とビームポート１３との接続部（接触部）
は、結果的に、空胴本体１の内周面側から電子ビーム溶
接（ＥＢＷ）されている。

【００５４】したがって、空胴本体１の外周面側から溶
接した場合に発生する溶け込み不足等に起因する溝（ク
ラック）が発生するのを未然に防止できる。よって、空
胴本体１の内周面全体に亘って一様な表面仕上げとな
り、荷電粒子に対する良好な加速性能を確保できる。

【００５５】（第２実施形態）図５、図６は本発明の第
２実施形態に係る超電導高周波加速空胴の製造方法を示
す図である。図１〜図４に示した第１実施形態の超電導
高周波加速空胴の製造方法と同一部分には同一符号を付
して、重複する部分の詳細説明を省略する。

【００５６】次に、この実施形態製の造方法における第
１工程から第４工程まで順を追って説明する。

【００５７】第１工程においては、図５（ａ）に示すよ
うに、図２に示した電子ビーム溶接装置を用いて、予め
製造されている半割セル１１の小さい開口１１ｂと別の
半割セル１１の小さい開口１１ｂとを、図示するよう
に、半割セル１１の内周明側から電子ビーム溶接（ＥＢ
Ｗ１）して、ユニット１２ａを作成する。図６は、一対
の半割セル１を小さい開口１１ｂどうしで接続する場合
における電子ビーム溶接装置の固定治具１７の取付状態
を示す図である。このように、円盤１９と押さえ板２０
との間に、小さい開口１１ｂどうしを接触させて二つの
半割セル１１を装着することによって、半割セル１１の
内周明側から開口１１ｂどうしの接触部を電子ビーム溶
接が可能である。このように、第１工程において、２個
のユニット１２ａを作成する。

【００５８】第２工程においては、図５（ｂ）に示すよ
うに、図２に示した電子ビーム溶接装置を用いて、第１
工程で作成された２個のユニット１２ａの大きい方の開
口１１ａどうしを接触させて、この接触部（接続部）
を、半割セル１１の内周明側から電子ビーム溶接（ＥＢ
Ｗ２）する。

【００５９】第３工程においては、図５（ｃ）に示すよ
うに、図２に示した電子ビーム溶接装置を用いて、第２
工程で作成された２個のユニット１２ａの連結体の外側
に位置する各半割セル１１の外側の開口１１ａに、別の
半割セル１１の開口１１ａを半割セル１１の内周面側か
ら電子ビーム溶接（ＥＢＷ３、ＥＢＷ４）する。

【００６０】さらに、最後に溶接された半割セル１１の
小さい開口１１ｂに対して、ビームポート１３の一端を
このビームポート１３の外側面側から電子ビーム溶接
（ＥＢＷ５、ＥＢＷ６）して、一つの空胴本体１を作成
する。

【００６１】第４の工程においては、空胴本体１の両端
開口１ａ、１ｂにフランジを取付けて最終の超電導高周
波加速空胴とする。

【００６２】このように構成された第２実施形態の製造
方法においては、各半割セル１１どうしの円環状の接触
部（接続部）は半割セル１１の内周面側から電子ビーム
溶接（ＥＢＷ）されるので、第１実施形態の製造方法と
ほぼ同様の効果を奏することができる。

【００６３】さらに、この第２実施形態の製造方法にお
いては、第１工程で多数のユニット１２ａをまとめて作
成して、第２工程へ搬入すればよい。したがって、超電
導高周波加速空胴全体の製造作業効率を上げることがで
きる。

【００６４】図７、図８は本発明の第３実施形態に係る
超電導高周波加速空胴の製造方法を示す図である。図
５、図６に示した第２実施形態の超電導高周波加速空胴
の製造方法と同一部分には同一符号を付して、重複する
部分の詳細説明を省略する。

【００６５】この第３実施形態製造方法においては、図
５（ｃ）に示した、第２実施形態の製造方法の第３工程
における最も外側に位置する各半割セル１１の開口１１
ｂにビームポート１３の一端を溶接する手法が異なる。

【００６６】すなわち、図８（ａ）（ｂ）に示すよう
に、各半割セル１１の開口１１ｂとビームポート１３と
の接触面の内周側に、この接触部の内周面の接するよう
に、半割セル１１とビームポート１３と同一材質のリン
グ２８を挿入する。そして、半割セル１１の外周面側か
ら接触部（接続部）を電子ビーム溶接（ＥＢＷ）する。
その後、内面の加工仕上線３９の外側の余分部分をリン
グ２８と共に、機械的に除去し仕上げすることで空胴本
体１を製作する。

【００６７】この場合、最終溶接である半割セル１１と
ビームポート１２との接触面（接続面）等の電子ビーム
の入射角θの制限による内面側から電子ビーム溶接（Ｅ
ＳＷ）が困難な場合においても、半割セル１１とビーム
ポート１２との接触面の厚み寸法に対応したビーム電流
に対してビーム電流値をやや強めにし、リング２８内に
溶接の一部が溶け込む条件を選定しておくことで、溶接
部４０が加工仕上線３９より深く溶け込むことで欠陥の
ない良好な溶接面が得られる。

【００６８】このように、リング２８を用いることによ
って、たとえ半割セル１１の外周面側から電子ビーム溶
接（ＥＢＷ）したとしても、型を用いた絞り加工の精度
不足による溶接接合面の厚み寸法、真円度のバラツキ
や、また、溶接装置の環境因子条件の影響による溶け込
み不足や、抜け落ちなどの問題が排除できる。

【００６９】また、上述した第１、第２、第３の実施形
態においては、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）を採用した。
しかし、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）と同様に、高エネル
ギー密度の溶接法であるレーザ溶接により上記方法によ
る製作を行っても同等の効果が得られる。

【００７０】（第４実施形態）図９、図１０は本発明の
第４実施形態に係る超電導高周波加速空胴の製造方法を
示す図である。図１〜図４に示した第１実施形態の超電
導高周波加速空胴の製造方法と同一部分には同一符号を
付して、重複する部分の詳細説明を省略する。

【００７１】この第４実施形態製造方法においては、複
数の半割セル１１及び一対のビームポート１３を用いて
空胴本体１を製造するまでの工程は、前述した第１〜第
３実施形態におけるいずれの製造方法を採用してもよ
い。そして、この第４実施形態製造方法においては、空
胴本体１の両端開口１ａ、１ｂにフランジ４１を取付け
る第４工程に特徴を有する。

【００７２】すなわち、図１０に示すように、空胴本体
１の両端開口１ａ、１ｂであるビームポート１３の先端
部に半割セル１１及びビームポート１３と線膨張係数の
異なるステンレス鋼等の高強度金属材料からなるフラン
ジ４１を外挿し、両端開口１ａ、１ｂであるビームポー
ト１３の内側に半割セル１１及びビームポート１３の超
電導材より線膨張係数の大きな材料からなる離形処理を
施された内リング４３を挿入する。さらに、ビームポー
ト１３の外周面とフランジ４１の内周面との間にろう材
４２を挿入すうる。

【００７３】そして、真空雰囲気中でビームポート１３
の外周面とフランジ４１とからなる被接合体をその融点
以下の温度に加熱して、真空ろう付を行う。フランジ４
１、ビームポート１３、及び内リング４３は熱膨張によ
り半径方向に膨張する。このとき内リング４３の線膨張
係数は（例えばCu 17×10-6,SUS304 17.3×10-6）、ビ
ームポート１３の線膨張係数（例えばＮｂ7.1×10-6）
より大きく、フランジ４１の線膨張係数は（例えばSUS3
16 16.5×10-6）、内リング４３の線膨張係数と同等か
あるいは小さい。

【００７４】したがって、ビームポート１３とフランジ
２１とは、両者の線膨張の差による面圧が働いた状態に
おいてろう材４２により、真空ろう付が行われ、接合面
に十分な強度を得ることができる。その結果、接合面の
全面に渡って一様な接合がなされ、十分な気密性を得る
ことができ、品質的に優れ、しかも図１２で示した従来
のNｂ製のフランジ２ａ、２ｂに代わり、SUS（ステンレ
ス）製のフランジ４１を使用することができる。次に、
予め離形処理が施された内リング４１を前述した加工仕
上げ線に沿って取り除くことによって、最終的な超電導
高周波加速空胴が得られる、その結果、低コストで堅牢
な超電導高周波加速空胴を製造できる。ちなみに、内リ
ング４３を入れないで真空ろう付した場合、ビームポー
ト１３の径を１００ｍｍとし、ろう材４２にパラジウム
ろうを使用し、ろう付温度の９１０℃に加熱した時点で
（１）式から理解できるようにビームポート１３とフラ
ンジ４１との間に０．４３ｍｍのギャップδが発生する
ことが確認された。通常健全なる接合が行われるにはギ
ャップδは０．１ｍｍ以下であることから、ろう材４２
が流出してしまい、健全な接合はできない。

【００７５】ギャップδ=[100mm×910℃×(16.5×10-6/℃-7.1×10-6/℃)]／2=0.43 mm …(1) （第５実施形態）次に、本発明の第５実施形態に係わる
超電導高周波加速空胴の製造方法を説明する。この第５
実施形態の製造方法においては、図１０に示す第４実施
形態の製造方法におけるろう材４２の代わりに、ビーム
ポート１３とフランジ４１と異なった組成、組織をもっ
た金属インサート材を挿入し、ビームポート１３及びフ
ランジ４１を含む空胴本体１を真空炉にて拡散温度まで
加熱する。

【００７６】その結果、フランジ４１の内周面の金属と
ビームポート１３の外周面内の金属に、この隙間に存在
する金属インサート材が拡散される。したがって、フラ
ンジ４１とビームポート１３の外周面とは金属インサー
ト材で堅牢に接続される。

【００７７】その後、予め離形処理が施された内リング
４１を前述した加工仕上げ線に沿って取り除くことによ
って、最終的な超電導高周波加速空胴が得られる、その
結果、第４実施形態低の製造方法と同様に、低コストで
堅牢な超電導高周波加速空胴を製造できる。

【００７８】（第６実施形態）図１１は本発明の第６実
施形態に係る超電導高周波加速空胴の製造方法を示す図
である。図１０に示した第４実施形態の超電導高周波加
速空胴の製造方法と同一部分には同一符号を付して、重
複する部分の詳細説明を省略する。

【００７９】この第６実施形態においては、ビームポー
ト１３の外周面とフランジ４１の内周面との間にろう材
４２を挿入する。また、ビームポート１３の内側に内リ
ング４３を挿入する。さらに、この内リング４３の外周
面とビームポート１３の内周面との隙間に不活性ガスを
封入した金属袋４４を挿入し、空胴本体１のフランジ４
１を含むビームポート１３部分及びその近傍を加熱し、
その後、内リング４３及び金属袋４４を除去する。

【００８０】この場合、空胴本体１のフランジ４１を含
むビームポート１３部分及びその近傍を加熱すると、金
属袋４４に封入された不活性ガスが膨張して、ビームポ
ート１３の外周面がフランジ４１の内周面方向に付勢さ
れる。その結果、フランジ４１の内周面とビームポート
１３の外周面内とは、この隙間に存在するろう材４２で
堅牢に接続される。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導高
周波加速空胴の製造方法においては、空胴本体を構成す
る各セル相互間の接続部（接触部）をセルの内側から溶
接している。また、各セル相互間の接続部（接触部）の
内側に同一材質のリングを挿入した状態でセルの外側か
ら溶接している。

【００８２】したがって、空胴本体の内周面に溶接に起
因する不連続部分が発生することを極力抑制でき、常
に、荷電粒子における一定水準以上の加速特性を確保で
き、しかも製造費を低減でき品質的に安定した超電導高
周波加速空胴を得ることができる。

【００８３】また、空胴本体の材料と線膨張係数の異な
るステンレス鋼等の高強度金属材料からなるフランジを
配置し、その空胴本体の開口の内周側に空胴本体の超電
導材より線膨張係数の大きな材料からなる内リングを設
け、真空ろう付にて一体化している。

【００８４】したがって、線膨張係数の異なる異種材料
の接合において接合部に十分な強度を得ることができ、
接合部の全面に亘って一様な接合がなされ、また披接合
体に変形を与えることなく、十分な気密性を得ることが
でき品質に優れた、しかも低コストな超電導高周波加速
空胴を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わる超電導高周波加
速空胴の製造方法における各製造工程を示す図

【図２】同第１実施形態に係わる超電導高周波加速空胴
の製造方法で用いられる電子ビーム溶接装置の断面模式
図

【図３】同電子ビーム溶接装置内に組込まれた固定治具
の概略構成を示す図

【図４】同じく同電子ビーム溶接装置内に組込まれた固
定治具の概略構成を示す図

【図５】本発明の第２実施形態に係わる超電導高周波加
速空胴の製造方法における各製造工程を示す図

【図６】同電子ビーム溶接装置内に組込まれた固定治具
の概略構成を示す図

【図７】本発明の第３実施形態に係わる超電導高周波加
速空胴の製造方法における各製造工程を示す図

【図８】同じく第３実施形態に係わる超電導高周波加速
空胴の製造方法の要部を示す図

【図９】本発明の第４実施形態に係わる超電導高周波加
速空胴の製造方法における各製造工程を示す図

【図１０】同じく第４実施形態に係わる超電導高周波加
速空胴の製造方法の要部を示す図

【図１１】本発明の第６実施形態に係わる超電導高周波
加速空胴の製造方法の要部を示す図

【図１２】超電導高周波加速空胴が組込まれた超電導高
周波加速空胴クライオシステムの全体構成図

【図１３】従来の超電導高周波加速空胴の製造方法にお
ける各製造工程を示す図

【符号の説明】

１…空胴本体１ａ、１ｂ、１１ａ，１１ｂ…開口１１…半割セル１２，１２ａ…ユニット１３…ビームポート１７，１７ａ…固定治具２５…電子ビーム２８…リング４１…フランジ４２…ろう材４３…内リング４４…金属袋

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向の両端に開口を有する複数のセル
を軸方向に配列して開口どうしを接触させて、接触部を
セルの内周面側から溶接することによって、前記複数の
セルで一つの空胴本体を作成して、この空胴本体の両端
開口にフランジを取付けて超電導高周波加速空胴とする
ことを特徴とする超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項２】軸方向の両端に開口を有する複数のセル
を軸方向に配列して開口どうしを接触させて、接触部の
内周側にこの接触部の内周面に接する前記セルと同一材
質のリングを挿入して、前記接触部をセルの外周面側か
ら溶接し、その後、前記リングを除去することによっ
て、前記複数のセルで一つの空胴本体を作成して、この
空胴本体の両端開口にフランジを取付けて超電導高周波
加速空胴とすることを特徴とする超電導高周波加速空胴
の製造方法。
【請求項３】前記接触部に対する溶接は電子ビーム溶
接で実施されることを特徴とする請求項１又は２記載の
超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項４】前記接触部に対する溶接はレーザ溶接で
実施されることを特徴とする請求項１又は２記載の超電
導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項５】前記空胴本体の両端開口にフランジを取
付ける手順は、前記空胴本体の両端開口の外周面に対して前記セルに比
較して高強度金属材質のフランジを外挿し、このフラン
ジの内周面と前記開口の外周面内との隙間にろう材を挿
入し、前記開口の内側に前記セルに比較して高熱膨張係
数の内リングを挿入して、前記空胴本体の開口部分及び
その近傍を加熱し、その後、前記内リングを除去するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の超電導高周波加速
空胴の製造方法。
【請求項６】前記空胴本体の両端開口にフランジを取
付ける手順は、前記空胴本体の両端開口の外周面に対して前記セルに比
較して高強度金属材質のフランジを外挿し、このフラン
ジの内周面と前記開口の外周面との隙間に前記セルと異
なる金属組成を有した金属インサート材を挿入して、前
記開口の内側に前記セルに比較して高熱膨張係数の内リ
ングを挿入して、前記空胴本体の開口部分及びその近傍
を加熱することによって前記金属インサート材をフラン
ジの内周面の金属と開口の外周面の金属とに拡散接合さ
せ、その後、前記内リングを除去することを特徴とする
請求項１又は２記載の超電導高周波加速空胴の製造方
法。
【請求項７】前記空胴本体の両端開口にフランジを取
付ける手順は、前記空胴本体の両端開口の外周面に対して前記セルに比
較して高強度金属材質のフランジを外挿し、このフラン
ジの内周面と前記開口の外周面内との隙間にろう材を挿
入して、前記開口の内側に内リングを挿入して、この内
リングの外傷面と前記開口の内周面との隙間にガスを封
入した金属袋を挿入し、前記空胴本体の開口部分及びそ
の近傍を加熱し、その後、前記内リング及び金属袋を除
去することを特徴とする請求項１又は２記載の超電導高
周波加速空胴の製造方法。