JP5489830B2 - 外導体製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、超伝導加速空洞における高調波カプラの外導体を製造する外導体製造方法に関するものである。
超伝導加速空洞は内部を通る荷電粒子を加速するものである。この超伝導加速空洞が所定の性能を発揮するための一手段として、端部のビームパイプにビーム加速を妨げる高調波を取り除く、言い換えると、超伝導加速空洞内に誘起された高調波を超伝導加速空洞の外に取り出すための高調波（ＨＯＭ）カプラが取り付けられている。（特許文献１参照）
高調波カプラは、内導体、外導体およびピックアップポートで構成されている。外導体は超伝導体、たとえば、ニオブ材で製作され、一端面が開放された筒状をし、この開放部がビームパイプに接合されるように構成されている。外導体の側部には、外部に高調波を取り出す部材のための貫通したポート部が備えられている。外導体の端面は、薄く形成されるとともに突起部が形成されている。外部から突起部を把持して、押し引くことにより外導体を変形させると、外導体と内導体との間隔が微調整できるので、取り出される高調波の波長を微調整できる。
ところで、従来の外導体は、たとえば、ニオブのブロック材から機械加工によって削り出し製品寸法へ加工されている。
このため、機械加工が難しい内面加工が多くなるため、機械加工の工数が多くなり、かつ、材料の無駄が多くなるので、製造時間が多くなり、かつ、製造コストが高くなるという問題がある。
このため、機械加工が難しい内面加工が多くなるため、機械加工の工数が多くなり、かつ、材料の無駄が多くなるので、製造時間が多くなり、かつ、製造コストが高くなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑み、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラの外導体を製造する外導体製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、一端面が開放された筒状の本体部と、該本体部の側部に貫通するように形成されたポート部と、前記本体部の他端面の外部に形成された突起部と、を備える超伝導加速空洞における高調波カプラの外導体を製造する外導体製造方法であって、金属板を深絞り加工し、前記本体部を形成する深絞り工程と、形成された前記本体部につば出し加工し、前記ポート部を形成するポート部形成工程と、前記本体部の外形を機械加工し、整える第一機械加工工程と、を備えている外導体製造方法である。
すなわち、本発明の一態様は、一端面が開放された筒状の本体部と、該本体部の側部に貫通するように形成されたポート部と、前記本体部の他端面の外部に形成された突起部と、を備える超伝導加速空洞における高調波カプラの外導体を製造する外導体製造方法であって、金属板を深絞り加工し、前記本体部を形成する深絞り工程と、形成された前記本体部につば出し加工し、前記ポート部を形成するポート部形成工程と、前記本体部の外形を機械加工し、整える第一機械加工工程と、を備えている外導体製造方法である。
本態様にかかる外導体製造方法によれば、深絞り工程で所定形状の金属板を深絞り加工し、本体部を形成する。その後形成された本体部につば出し加工し、ポート部を形成した後、本体部の外形を機械加工し、整える。
このように、金属板を深絞り加工して本体部を形成するので、加工が難しい本体部の内面加工が大幅に削減できるし、材料の除去量が著しく低減することができる。これにより、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラの外導体を製造することができる。
このように、金属板を深絞り加工して本体部を形成するので、加工が難しい本体部の内面加工が大幅に削減できるし、材料の除去量が著しく低減することができる。これにより、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラの外導体を製造することができる。
前記深絞り工程では、前記本体部における筒部の仕上げ厚さ寸法よりも厚い前記金属板を用いて深絞り加工を行い、前記ポート部形成工程の前に前記本体部における前記筒部の厚さを前記仕上げ厚さ寸法になるように機械加工する第二機械加工工程が備えられているようにしてもよい。
このように、深絞り加工の後で筒部の厚さを仕上げ厚さ寸法になるように機械加工するので、深絞り加工の精度を低くすることができる。
この場合、金属板の厚さは、仕上げ厚さ寸法との間に突起部が加工できる程度とされることが好ましい。
この場合、金属板の厚さは、仕上げ厚さ寸法との間に突起部が加工できる程度とされることが好ましい。
前記深絞り工程では、加工後に前記本体部における筒部の仕上げ厚さ寸法になる厚さの前記金属板を用いることが好ましい。
このように、深絞り工程で深絞り加工によって形成された本体が、筒部の仕上げ厚さ寸法になるので、すぐにポート部形成工程に入ることができる。特に、加工が困難な本体の内面加工を完全になくすことができる。
なお、金属板の厚さは、筒部の内径および高さが数十ｍｍ程度であれば、筒部の仕上げ厚さ寸法と同じとされる。
なお、金属板の厚さは、筒部の内径および高さが数十ｍｍ程度であれば、筒部の仕上げ厚さ寸法と同じとされる。
前記態様では、前記突起部の一部は、別加工し、前記第一機械加工工程の後で取り付けられるようにされていてもよい。
端面の突起部の一部である、たとえば、突出して形成される突起部の内側壁からの突出高さが金属板の厚さよりも大きい場合には、大きい部分について別加工し、取り付けるようにしてもよい。
本発明によれば、金属板を深絞り加工して本体部を形成するので、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラの外導体を製造することができる。
以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施形態にかかる外導体製造方法について、図１〜図９を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態にかかる外導体製造方法によって製造された高調波カプラが取り付けられた超伝導加速空洞の正面図である。図２は、図１の高調波カプラの概略構成を示す断面図である。図３は、図２の高調波カプラの外導体を示す斜視図である。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施形態にかかる外導体製造方法について、図１〜図９を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態にかかる外導体製造方法によって製造された高調波カプラが取り付けられた超伝導加速空洞の正面図である。図２は、図１の高調波カプラの概略構成を示す断面図である。図３は、図２の高調波カプラの外導体を示す斜視図である。
超伝導加速空洞１には、図１に示されるように、中央部が膨らんだ円筒形状のセル３が、たとえば、９個溶接によって接合され、組み合わされた空洞本体５と、空洞本体５の両端部に取り付けられているビームパイプ７とが備えられている。
一方のビームパイプ７には、マイクロ波を空洞本体５内に投入するためのインプットカプラが取り付けられるインプットポート９と、空洞本体５内に励起されたビーム加速を妨げる高調波を空洞本体５の外部に放出するための高調波カプラ１１と、が取り付けられている。高調波カプラ１１は、他方のビームパイプ７にも取り付けられている。
一方のビームパイプ７には、マイクロ波を空洞本体５内に投入するためのインプットカプラが取り付けられるインプットポート９と、空洞本体５内に励起されたビーム加速を妨げる高調波を空洞本体５の外部に放出するための高調波カプラ１１と、が取り付けられている。高調波カプラ１１は、他方のビームパイプ７にも取り付けられている。
セル３、ビームパイプ７、インプットポート９および高調波カプラ１１は、超伝導材料である、たとえば、ニオブ材で形成されている。
高調波カプラ１１には、図２に示されるように外導体１３と内導体１４と、ピックアップアンテナ１８を内部に挿通させるためのピックアップポート１６とが備えられている。
外導体１３には、図３に示されるように、一端面（図３における下側の面）が開放された円筒状をし、この開放部がビームパイプ７に接合されるように構成されている本体部１５と、本体部１５の側部に貫通するように形成されたポート部１７と、本体部１５の側部に貫通するように形成された内導体１４を接合する取付部２０と、本体部１５の端面１９に突出するように形成された突起部２１とが備えられている。
高調波カプラ１１には、図２に示されるように外導体１３と内導体１４と、ピックアップアンテナ１８を内部に挿通させるためのピックアップポート１６とが備えられている。
外導体１３には、図３に示されるように、一端面（図３における下側の面）が開放された円筒状をし、この開放部がビームパイプ７に接合されるように構成されている本体部１５と、本体部１５の側部に貫通するように形成されたポート部１７と、本体部１５の側部に貫通するように形成された内導体１４を接合する取付部２０と、本体部１５の端面１９に突出するように形成された突起部２１とが備えられている。
本体部１５の端面１９は、厚さが側面（筒部）よりも薄く形成されている。本体部１５の側面には、端面１９側に近接した部分に溝２３が全周に亘り形成されている。これらにより本体部１５の端面１９は比較的容易に変形される。
ポート部１７は、本体部１５から外側に向けて突出するように形成されている。ポート部１７は、略円形断面をしたパイプ状をし、先端部にピックアップポート１６が接合される接合面が備えられている。
ピックアップポート１６およびポート部１７で形成された円筒空間に、外部に高調波を取り出すピックアップアンテナ１８が挿通される。
ポート部１７は、本体部１５から外側に向けて突出するように形成されている。ポート部１７は、略円形断面をしたパイプ状をし、先端部にピックアップポート１６が接合される接合面が備えられている。
ピックアップポート１６およびポート部１７で形成された円筒空間に、外部に高調波を取り出すピックアップアンテナ１８が挿通される。
取付部２０は、本体部１５のポート部１７に略対向する位置に、図４に示されるように本体部１５が矩形状に切り抜かれて形成されている。
突起部２１は、高さ方向の中間部分に凹部が設けられている。図示しない把持部材が外部から突起部２１の凹部を把持して、押し引くことにより端面１９を変形させ、本体部１５の内部に設置された内導体１４との間隔を調整することができる。
突起部２１は、高さ方向の中間部分に凹部が設けられている。図示しない把持部材が外部から突起部２１の凹部を把持して、押し引くことにより端面１９を変形させ、本体部１５の内部に設置された内導体１４との間隔を調整することができる。
以下、外導体１３の製造方法について図５〜図９に基づいて説明する。製造する外導体１３の概略寸法は、たとえば、本体部１５の内径が、４２ｍｍ、外径が、４８ｍｍ、高さが７０ｍｍ、端面１９の厚さが１．５ｍｍ、突起部２１の高さが４ｍｍである。
厚さが６ｍｍ、外径が１２５ｍｍのニオブ材の円板（金属板）を準備する。この円板を図５に示される第一粗形２５に深絞り加工する（深絞り加工工程）。第一粗形２５の概略寸法は、たとえば、内径が４１．５ｍｍ、外径が５３．５ｍｍ、高さが７０ｍｍ、厚さが６ｍｍである。
厚さが６ｍｍ、外径が１２５ｍｍのニオブ材の円板（金属板）を準備する。この円板を図５に示される第一粗形２５に深絞り加工する（深絞り加工工程）。第一粗形２５の概略寸法は、たとえば、内径が４１．５ｍｍ、外径が５３．５ｍｍ、高さが７０ｍｍ、厚さが６ｍｍである。
次いで、図６に示される第二粗形２７になるように、突起部２１が加工される部分２９を除いて内径および外径が製品寸法である内径が、４２ｍｍ、外径が、４８ｍｍとなるように機械加工される（第二機械加工工程）。このとき、端面１９が加工される部分２９では、端面１９の厚さ１．５ｍｍおよび突起部２１の高さ４ｍｍを確保できる程度の厚さとなるように内側が切削されている。
このように、深絞り加工の後で本体部１５の側面の厚さを仕上げ厚さ寸法になるように機械加工するので、深絞り加工の精度が低くても寸法を調整して確実に仕上げ厚さ寸法とすることができる。
このように、深絞り加工の後で本体部１５の側面の厚さを仕上げ厚さ寸法になるように機械加工するので、深絞り加工の精度が低くても寸法を調整して確実に仕上げ厚さ寸法とすることができる。
第二粗形２７には、つば出し加工によってポート部１７が加工される（ポート部形成工程）。つば出し加工は、たとえば、バルジ加工とバーリング加工とを組み合わせて行われる。
第二粗形２７が装着される空洞に加えてポート部１７に対応する空洞が備えられた型に、第二粗形２７が装着される。
まず、第二粗形２７の内部空間に流動性のある加圧媒体を導入し、加圧媒体を加圧するバルジ加工が実施される。加圧媒体が加圧されると、図７に示されるように第二粗形２７の一部がポート部１７に対応する空洞に張出されるように膨らまされる。
次に、第二粗形２７の内部空間からバルジ加工によって膨らまされた部分に工具を押し付けて図８に示されるようにポート部１７を形成するバーニング加工を行う。
このようにして、ポート部１７が形成される。
第二粗形２７が装着される空洞に加えてポート部１７に対応する空洞が備えられた型に、第二粗形２７が装着される。
まず、第二粗形２７の内部空間に流動性のある加圧媒体を導入し、加圧媒体を加圧するバルジ加工が実施される。加圧媒体が加圧されると、図７に示されるように第二粗形２７の一部がポート部１７に対応する空洞に張出されるように膨らまされる。
次に、第二粗形２７の内部空間からバルジ加工によって膨らまされた部分に工具を押し付けて図８に示されるようにポート部１７を形成するバーニング加工を行う。
このようにして、ポート部１７が形成される。
次いで、図９に示されるように、第二粗形２７に端面１９、取付部２０、突起部２１および溝２３が機械加工によって形成される（第一機械加工工程）。
このように、第二粗形２７の部分２９では、端面１９の厚さ１．５ｍｍおよび突起部２１の高さ４ｍｍを確保できる程度の厚さがあるので、突起部を一体として形成することができる。
このように、第二粗形２７の部分２９では、端面１９の厚さ１．５ｍｍおよび突起部２１の高さ４ｍｍを確保できる程度の厚さがあるので、突起部を一体として形成することができる。
このように、ニオブ材の円板を深絞り加工して本体部１５を形成するので、加工が難しい本体部１５の内面加工を大幅に削減することができる。また、機械加工が限定された範囲であるので、機械加工による材料の除去量を著しく低減することができる。
これらにより、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラ１１の外導体１３を製造することができる。
これらにより、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラ１１の外導体１３を製造することができる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかる外導体製造方法について、図１０〜図１４を用いて説明する。
本実施形態は、外導体製造方法の工程が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
次に、本発明の第二実施形態にかかる外導体製造方法について、図１０〜図１４を用いて説明する。
本実施形態は、外導体製造方法の工程が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
本実施形態にかかる外導体製造方法で製造される外導体１３は、第一実施形態で製造される外導体１３と略同じ構成である。
厚さが３ｍｍ、外径が１２５ｍｍのニオブ材の円板（金属板）を準備する。この円板を図１０に示される粗形３１に深絞り加工する（深絞り加工工程）。粗形３１の概略寸法は、たとえば、内径が４２ｍｍ、外径が４８ｍｍ、高さが７０ｍｍ、厚さが３ｍｍであり、本体部１５の内径および外径が製品寸法となるように加工されている。
厚さが３ｍｍ、外径が１２５ｍｍのニオブ材の円板（金属板）を準備する。この円板を図１０に示される粗形３１に深絞り加工する（深絞り加工工程）。粗形３１の概略寸法は、たとえば、内径が４２ｍｍ、外径が４８ｍｍ、高さが７０ｍｍ、厚さが３ｍｍであり、本体部１５の内径および外径が製品寸法となるように加工されている。
円板の厚さは、深絞り加工後に本体部１５における筒部の仕上げ厚さ寸法になる厚さのものを用いる。本実施形態のように、本体部１５の内径が４０〜５０ｍｍ、高さが６０〜８０ｍｍ、仕上げ厚さが２〜３ｍｍであれば、円板の厚さは、本体部１５の仕上げ厚さ寸法と同じとされる。
次いで、図１１に示されるように、粗形３１は、第一実施形態と同様に、つば出し加工によってポート部１７が加工される（ポート部形成工程）。
次いで、図１１に示されるように、粗形３１は、第一実施形態と同様に、つば出し加工によってポート部１７が加工される（ポート部形成工程）。
このように、深絞り工程で深絞り加工によって形成された粗形３１が、本体部１５の仕上げ厚さ寸法になるので、すぐに次のポート部形成工程に入ることができる。
したがって、第一実施形態では寸法を調整するために必要であった第二機械加工工程が不要とできる、特に、加工が困難な本体の内面加工を完全になくすことができるので、第一実施形態に比べても機械加工工数を大幅に低減できるし、機械加工による材料の除去量をなくすことができる。
したがって、第一実施形態では寸法を調整するために必要であった第二機械加工工程が不要とできる、特に、加工が困難な本体の内面加工を完全になくすことができるので、第一実施形態に比べても機械加工工数を大幅に低減できるし、機械加工による材料の除去量をなくすことができる。
次いで、図１２に示されるように、粗形３１に端面１９、取付部２０、突起部３５の取付部３３および溝２３が機械加工によって形成される（第一機械加工工程）。
端面１９は、粗形３１から厚みが略半分の１．５ｍｍとなるように削り出される。取付部３３は、ドーナツ形状に削り残されて形成される。
突起部３５は別途機械加工で形成される。突起部３５は、図１３に示されるように、略円筒形状をし、溝３７で２つの部分に分割され、一端部側の部分は取付部３３に嵌合する嵌合部３９とされている。
端面１９は、粗形３１から厚みが略半分の１．５ｍｍとなるように削り出される。取付部３３は、ドーナツ形状に削り残されて形成される。
突起部３５は別途機械加工で形成される。突起部３５は、図１３に示されるように、略円筒形状をし、溝３７で２つの部分に分割され、一端部側の部分は取付部３３に嵌合する嵌合部３９とされている。
次に、図１４に示されるように、突起部３５の嵌合部３９が取付部３３に嵌合され、溶接によって固定して取り付けられる。この溶接としては電子ビーム溶接あるいはレーザービーム溶接が用いられる。
このように、ニオブ材の円板を深絞り加工して本体部１５を仕上げ厚さ寸法に形成するので、加工が難しい本体部１５の内面加工を削減することができ、機械加工による材料の除去量を著しく低減することができる。
これらにより、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラ１１の外導体１３を製造することができる。
これらにより、安価に、かつ、材料を節約して高調波カプラ１１の外導体１３を製造することができる。
なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
１ 超伝導加速空洞
１１ 高調波カプラ
１３ 外導体
１５ 本体部
１７ ポート部
２１，３５ 突起部
１１ 高調波カプラ
１３ 外導体
１５ 本体部
１７ ポート部
２１，３５ 突起部
Claims (4)
- 一端面が開放された筒状の本体部と、
該本体部の側部に貫通するように形成されたポート部と、
前記本体部の他端面の外部に形成された突起部と、を備える超伝導加速空洞における高調波カプラの外導体を製造する外導体製造方法であって、
金属板を深絞り加工し、前記本体部を形成する深絞り工程と、
形成された前記本体部につば出し加工し、前記ポート部を形成するポート部形成工程と、
前記本体部の外形を機械加工することにより前記突起部の高さ方向の中間部分に凹部を形成し、整える第一機械加工工程と、
前記突起部を押すことによりまたは前記凹部を把持して引くことにより前記他端面を変形させ、前記本体部の内部に設置された内導体と前記他端面との間隔を調整する工程とを備えていることを特徴とする外導体製造方法。 - 前記深絞り工程では、前記本体部における筒部の仕上げ厚さ寸法よりも厚い前記金属板を用いて深絞り加工を行い、
前記ポート部形成工程の前に前記本体部における前記筒部の厚さを前記仕上げ厚さ寸法になるように機械加工する第二機械加工工程が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の外導体製造方法。 - 前記深絞り工程では、加工後に前記本体部における筒部の仕上げ厚さ寸法になる厚さの前記金属板を用いることを特徴とする請求項１に記載の外導体製造方法。
- 前記突起部の一部は、別加工し、前記第一機械加工工程の後で取り付けられるようにされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の外導体製造方法。
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