JP2001143898A

JP2001143898A - 超電導高周波空胴およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001143898A
Application number: JP32832599A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Obara; 一浩小原; Kazutoshi Takaishi; 和年高石; Masayuki Ishikawa; 昌幸石川; Sumiichi Shibuya; 純市澁谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】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することにある。【解決手段】素材管に複数のセル間のつなぎ目となる部
分を形成する工程と、この工程で形成されたセル間の一
方のつなぎ目部分部に対応させて固定側金型を、他方の
つなぎ目部分に対応させて可動側金型をそれぞれ配置す
る工程と、素材管内部の両金型に対応する部位をシール
治具により閉塞してシールする工程と、一方のシール治
具に有する圧力媒体流入口より圧力媒体を注入する工程
と、可動側金型を固定側金型に寄せて前記素材管を膨出
させることによりセルを成形するバルジ工程と、一方の
シール治具の圧力媒体流出口より圧力媒体を抜取ると共
に、両シール治具を除去する工程とを備え、前記素材管
の各セル間のつなぎ目部分に対して上記各工程を順繰返
してマルチセルを成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームの
加速器に使用される超電導高周波加速空胴とその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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】近年では、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）
を利用して、超ＬＳＩ微細加工（リソグラフィ）や物質
研究等、生命科学等の広範な科学技術分野まで適用範囲
を広げている。

【０００４】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。

【０００５】この高周波加速空胴内に供給された高周波
は、発振によって高電界を発生させ、荷電粒子ビームを
加速する。この場合、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
さ部分を流れてジュール損失を生じる。

【０００６】ところで、ＣｕやＡｌ等で作られた常電導
高周波加速空胴で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。

【０００７】しかし、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いない。さらに、高周波加速空
胴の冷却上でも問題になり、常電導高周波加速空胴の適
用には限界がある。

【０００８】そこで、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ように、電気抵抗がほぼ
０Ωである超電導材で高周波加速空胴を形成することが
考えられる。

【０００９】超電導高周波加速空胴の使用分野は多方面
に渡るが、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。

【００１０】従来、超電導高周波加速空胴は、次のよう
な工程の製造方法により作られている。

【００１１】例えば図４（Ａ）に示すように、上型２２
と下型２１とを用いて平板状の超電導材料２３をプレス
加工し、図１１（Ｂ）に示す形状にする。

【００１２】次いで、図４（Ｃ）に示す開先加工をし
て、図４（Ｄ）に示すハーフセル２５を成形する。続い
て、図４（Ｅ）に示すように２つのハーフセル２５を図
４（Ｆ）のように合わせた後、電子ビーム溶接により図
４（Ｇ）のようなシングルセル２６を作る。

【００１３】更に、図４（Ｈ）のような複数個のシング
ルセル２６を電子ビーム溶接により接合し、図１１
（Ｉ）に示すようなマルチセル（多連空胴）２８を作
る。

【００１４】なお、図４（Ｇ）及び（Ｉ）において、２
７はビーム溶接により接合部に形成されたビード線であ
る。

【００１５】また、上記とは異なる超電導高周波加速空
胴の製造方法としては、例えば特開平６−４７５６７号
公報に示されるようなものがある。この製造方法は、図
５に示すように、凹形状金型３２ｂを用いて超電導材料
製のパイプ３１の両開口端にそれぞれ凸形状金型３２ａ
を押し込んで、連結ハーフセル３３を成形し、このよう
に成形された複数個の連結ハーフセル３３を連接させ、
その両端部に別途に作られたハーフセル３５を突合わせ
てその接続部を溶接接合することによって、マルチセル
３６を形成することでアイリス部３４の溶接を不要とし
たものである。

【００１６】しかし、この方法では、連結ハーフセル２
の押し広げられた接合端部、つまり赤道部を外側から溶
接することになり、溶接欠陥を生じやすい。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の超電
導高周波加速空胴の製造方法においては、電子ビーム溶
接が不可欠であり、溶接欠陥により超電導状態の破壊
（クエンチ）が生じる。

【００１８】さらに、溶接ビードの存在によりキャビテ
ィ性能が低下する。また、溶接前には、半セルやビーム
ポートなどの部品の高い成形精度が要求され、成形精度
が確保出来ない場合には、溶接時に溶け落ちてしまう。
その上、溶接後には、キャビティ内面の研磨などが必要
となる。

【００１９】このように、電子ビーム溶接には、多大な
手間と時間がかかり、キャビティ製作コストの面で、好
ましくない。

【００２０】本発明は上述した問題点を解決するために
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加速多連空胴の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、次のような工程により超電導高周波加速
空胴を製造するものである。

【００２２】請求項１に対応する発明は、荷電粒子ビー
ムにエネルギを与える高周波加速空胴の製造方法におい
て、素材管に複数のセル間のつなぎ目となる部分を形成
する工程と、この工程で形成されたセル間の一方のつな
ぎ目部分に対応させて固定側金型を、他方のつなぎ目部
分に対応させて可動側金型をそれぞれ配置する工程と、
前記素材管内部の前記両金型に対応する部位を圧力媒体
の流出を防ぐシール治具により閉塞してシールする工程
と、前記一方のシール治具に有する圧力媒体流入口より
圧力媒体を注入する工程と、前記可動側金型を前記固定
側金型側に移動させて前記素材管を膨出させるバルジ工
程と、このバルジ工程により前記素材管にセルの成形が
完了した後、前記一方のシール治具の圧力媒体流出口よ
り圧力媒体を抜取ると共に、前記両シール治具を除去す
る工程とを備え、前記素材管の各セル間のつなぎ目部分
に対して上記各工程を順繰返してマルチセルを成形す
る。

【００２３】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の超電導高周波空胴の製造方法において、前
記可動側金型に対応するシール治具は、バルジ加工時に
素材管を加圧する可動側金型の動きに追従させる。

【００２４】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の超電導高周波加速空胴の製造方法におい
て、前記可動側金型に対応するシール治具は、バルジ加
工時の圧力媒体の圧力による弾性変形により素材管内径
に固定され、圧力媒体の流出を防ぐ。

【００２５】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の超電導高周波加速空胴の製造方法におい
て、前記可動側金型に対応するシール治具の外径が、バ
ルジ加工時の圧力媒体の圧力により弾性変形して前記素
材管に固定され、圧力媒体の圧力を除荷すると前記セル
の最小内径よりも小さく収縮し、セル内部より前記シー
ル治具の取出しを可能とする。

【００２６】請求項５に対応する発明は、請求項１乃至
請求項４のいずれかに対応する発明の製造方法によって
製造された超電導高周波空胴である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００２８】図１は、本発明による超電導高周波加速空
胴の製造方法を説明するための第１の実施の形態を示す
ものである。

【００２９】図１（ａ）に示すように素材管としてＮｂ
などの超電導材料またはＣｕなどの良熱伝導材料からな
る円筒体１を引抜き加工、押出し加工などにより製造す
る。この円筒体１の両端部にスウェージング加工などよ
り、図１（ｂ）に示すようにビームポートとなる部位を
形成する。この部位はセル間のつなぎ目となる部分であ
る。

【００３０】ここで、図１（ｂ）を図２により具体的に
説明する。

【００３１】図２（ａ）は、円筒体１を示す。図２
（ｂ）は、円筒体１の両端部にスウェージング加工など
によりビームポートとなる部位を形成する工程を示す。
スウェージング加工は、スウェージング金型９を円筒１
の軸方向より押しつけ加工する。図２（ｃ）は、ビーデ
ィング加工などにより、セル間のつなぎ目となる部分を
形成する工程を示す。ビーディング加工では、ビーディ
ング可動金型１０を回転させながら円筒体１の側面に押
しつけ、ビーディング固定金型１１で受けることによ
り、溝となる部分を形成する。ビーディング固定金型１
１の形状は、図のように山形形状としない方が、加工性
が良く成形精度が良い。図２（ｄ）は、ビーディングに
よりビームポートと溝部分を成形したものであるであ
る。

【００３２】このように製作された円筒体１に、図１
（ｃ）に示すようにバルジ加工に用いる固定側金型２と
可動側金型３とをビームポートとなる部位に対応させて
それぞれ配置すると共に、固定側金型２側に固定側シー
ル治具５を、可動側金型３側に可動側シール治具６をそ
れぞれ配置する。

【００３３】ここで、図１（ｃ）を図３により具体的に
説明する。

【００３４】図３（ａ）は、スウェージングを終了した
円筒体１に、円筒体１を保持できるように軸方向に複数
分割した固定側金型２および可動側金型３を配置し、固
定側シール治具５および可動側シール治具６により、圧
力媒体４が漏れないようにシールする工程である。

【００３５】バルジ加工を行う際に固定する金型側の円
筒体内部には、従来から用いられているＯリングによる
シール治具を配置する。固定側シール治具５には、圧力
媒体４を注入するための圧力媒体流入口７および内部圧
力を一定に保つための圧力媒体流出口８が設けられてい
る。

【００３６】また、可動金型側の円筒内部には、カップ
型の可動側シール治具６を配置する。この場合、カップ
型シール治具６の先端は、平坦な形状でもよい。

【００３７】このカップ型のシール治具６は、アイリス
部の内径よりも小さい外径となっているため、アイリス
内部に配置することができる。図３（ｂ）は、液圧の媒
体となる流体４を固定側のシール治具５より注入した状
態である。

【００３８】図３（ｃ）は、液圧を例えば５０ｋｇｆ／
ｃｍ２程度バルジ加工時の状態まで上昇させる工程を示
す。この時の内圧により、カップ型の可動側シール治具
６に対して外側に拡がるような力が作用する。

【００３９】この力により、治具開口部が拡がりシール
される。また、可動側シール治具６は、カップ形状にな
っているため、内圧と外圧（大気圧）との差を生じる部
分が大きくなり、開口部の弾性変形量が大きく拡大され
る。

【００４０】図３（ｄ）は、シールされた状態で可動側
金型３を固定側金型２に寄せて行き、成形終了となった
状態を示す。この後、圧力媒体４の圧力を下げ、可動側
シール治具６が弾性変形量を回復させる。この弾性回復
により、可動側シール治具６の外径は、再びアイリス部
の内径よりも小さい外径となり、キャビティ内部より取
り出すことが可能となる。

【００４１】このようなバルジ工程を経てから、図１
（ｄ）に示すようにシールされた状態で金型を寄せて行
き、成形終了となる。この工程を分割型の金型で繰り返
せば、マルチセルを成形することが可能である。図１
（ｅ）は、マルチセルを成形した３セルの場合を示す。

【００４２】このように本実施の形態では、素材管とし
てＮｂなどの超電導材料またはＣｕなどの良熱伝導材料
からなる円筒体１の両端部にビームポートとなる部位形
成し、セル間のつなぎ目となる部分を形成する工程と、
この工程で形成されたセル間のつなぎ目部分となる一方
の溝部に対応させて固定側金型２を、他方の溝部に対応
させて可動金型３をそれぞれ配置し、且つ前記円筒体１
内部の固定側金型に対応する部位に圧力媒体流入口７及
び流出口８を有する固定側シール治具５を、前記可動側
金型に対応する部位に弾性変形可能な可動側シール治具
６を配置する工程と、前記固定側シール治具５の圧力媒
体流入口７より圧力媒体４を注入し、前記可動側シール
治具を弾性変形させた後、前記可動側金型を固定側金型
に寄せて前記円筒体１の溝部間を膨出させることにより
セルを成形する工程と、この工程によりセルが成形され
た後、前記固定側シール治具の圧力媒体流出口より圧力
媒体を抜取ると共に、前記固定側シール治具及び可動側
シール治具を除去する工程を繰返してマルチセルを成形
するようにしたものである。

【００４３】従って、電子ビーム溶接によりセル相互間
を接合しないでも、超電導高周波空洞を製造できるの
で、製造が簡単で、製造コストの低減化を図ることがで
き、高性能で経済的に有利である。

【００４４】また、このような製造方法により作られた
超電導高周波空洞には、溶接ビードが存在しないため、
キャビティ性能が低下したり、キャビティ内面の研磨な
どが不要となり、これらに要する手間及び時間を大幅に
短縮できる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、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加
速多連空胴の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明による超電導高周波
加速空胴の第１の実施の形態を示す説明図。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１の（ｂ）に示す工程を
具体的に示す説明図。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１の（ｃ）に示す工程を
具体的に示す説明図。

【図４】従来の超電導高周波加速空胴の製造方法の一例
を示す説明図。

【図５】従来の超電導高周波加速空胴の製造方法の他の
例を示す説明図。

【符号の説明】

１…円筒２…固定側金型３…可動側金型４…圧力媒体５…固定側シール治具６…可動側シール治具７…圧力媒体流入口８…圧力媒体流出口９…スウェージング金型１０…ビーディング可動金型１１…ビーディング固定金型１２…キャビティ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川昌幸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Ｆターム(参考） 2G085 AA13 BA05 EA02 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームにエネルギを与える高周
波加速空胴の製造方法において、素材管に複数のセル間のつなぎ目となる部分を形成する
工程と、この工程で形成されたセル間の一方のつなぎ目
部分に対応させて固定側金型を、他方のつなぎ目部分に
対応させて可動側金型をそれぞれ配置する工程と、前記
素材管内部の前記両金型に対応する部位を圧力媒体の流
出を防ぐシール治具により閉塞してシールする工程と、
前記一方のシール治具に有する圧力媒体流入口より圧力
媒体を注入する工程と、前記可動側金型を前記固定側金
型側に移動させて前記素材管を膨出させるバルジ工程
と、このバルジ工程により前記素材管にセルの成形が完
了した後、前記一方のシール治具の圧力媒体流出口より
圧力媒体を抜取ると共に、前記両シール治具を除去する
工程とを備え、前記素材管の各セル間のつなぎ目部分に対して上記各工
程を順繰返してマルチセルを成形することを特徴とする
超電導高周波空胴の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の超電導高周波空胴の製造
方法において、前記可動側金型に対応するシール治具
が、バルジ加工時に素材管を加圧する可動側金型の動き
に追従させ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】請求項１記載の超電導高周波加速空胴の
製造方法において、前記可動側金型に対応するシール治
具が、バルジ加工時の圧力媒体の圧力による弾性変形に
より素材管内径に固定され、圧力媒体の流出を防ぐこと
を特徴とする超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の超電導高周波加速空胴の
製造方法において、前記可動側金型に対応するシール治
具の外径が、バルジ加工時の圧力媒体の圧力により弾性
変形して前記素材管に固定され、圧力媒体の圧力を除荷
すると前記セルの最小内径よりも小さく収縮し、セル内
部より前記シール治具が取出し可能なことを特徴とする
超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の製造方法によって製造された超電導高周波空胴。