JP7316837B2

JP7316837B2 - 二重管の溶接方法

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Publication number: JP7316837B2
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Inventors: 明啓宮本; 博史原; 優志木村
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Description

本発明は、二重管の溶接方法及び二重管の溶接装置に関する。

電子や陽子などの荷電粒子を超伝導加速空洞により加速する超伝導加速器が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような超伝導加速器は、超伝導材料で形成された超伝導加速空洞を冷媒で冷却することで超伝導化する。これにより超伝導加速空洞の電気抵抗がほぼゼロになり、電力損失なく荷電粒子の加速を効率良く行うことができる。この超伝導加速器で用いられる超伝導加速空洞は、ニオブなどの超伝導材料を板金加工し、電子ビームにより溶接することにより製造される。

特許第３７４６６１１号公報

超伝導加速器のような二重管構造同士を溶接する際、例えば接合する端部とは異なる端部に構造物等が設けられる場合には、当該構造物を避ける方向から電子ビームを照射する必要があり、溶接作業の困難性が高くなる。このため、溶接作業を容易に行うことが求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、溶接作業を容易に行うことが可能な二重管の溶接方法及び二重管の溶接装置を提供することを目的とする。

本開示に係る二重管の溶接方法は、所定の中心軸を中心とした外筒及び内筒を有し、前記中心軸の軸線方向の一方の端部において前記外筒及び前記内筒を一体で固定する構造物が設けられ、前記軸線方向の他方の端部が開放された２つの二重管構造物のそれぞれの前記軸線方向の他方の端部同士を溶接して二重管を形成する二重管の溶接方法であって、少なくとも前記内筒同士が接触又は近接するように、２つの二重管構造物のうち第１構造物の前記他方の端部と第２構造物の前記他方の端部とを対向させることと、対向配置された前記第１構造物及び前記第２構造物に対して前記外筒の側方から前記外筒同士の間を貫通又は通過して前記内筒同士の対向部分に到達するように電子ビームを照射して前記内筒同士を溶接することと、対向配置された前記第１構造物及び前記第２構造物に対して前記外筒の側方から前記外筒同士の対向部分に前記電子ビームを照射して前記外筒同士を溶接することとを含む。

本開示に係る二重管の溶接装置は、所定の中心軸を中心とした外筒及び内筒を有し、前記中心軸の軸線方向の一方の端部において前記外筒及び前記内筒が一体で固定され、前記軸線方向の他方の端部が開放された２つの二重管構造物のそれぞれの前記軸線方向の他方の端部同士を溶接して二重管を形成する二重管の溶接装置であって、少なくとも前記内筒同士が接触又は近接するように、２つの二重管構造物のうち第１構造物の前記他方の端部と第２構造物の前記他方の端部とを対向させる構造物保持部と、対向配置された前記第１構造物及び前記第２構造物に対して前記外筒の側方から電子ビームを照射する電子ビーム照射部と、前記構造物保持部及び前記電子ビーム照射部を制御することにより、対向配置された前記第１構造物及び前記第２構造物に対して前記外筒の側方から前記外筒同士の間を貫通又は通過して前記内筒同士の対向部分に到達するように電子ビームを照射して前記内筒同士を溶接させ、対向配置された前記第１構造物及び前記第２構造物に対して前記外筒の側方から前記外筒同士の対向部分に前記電子ビームを照射して前記外筒同士を溶接させる制御部とを備える。

本開示によれば、溶接作業を容易に行うことが可能な二重管の溶接方法及び二重管の溶接装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る溶接装置の一例を模式的に示す図である。図２は、本実施形態において製造される超伝導加速器の一例を示す断面図である。図３は、本実施形態において製造される超伝導加速器の一例を示す平面図である。図４は、本実施形態に係る二重管の溶接方法の一例を示すフローチャートである。図５は、溶接工程の一例を示す図である。図６は、溶接工程の一例を示す図である。図７は、溶接工程の他の例を示す図である。図８は、溶接工程の他の例を示す図である。図９は、溶接工程の他の例を示す図である。図１０は、溶接工程の他の例を示す図である。図１１は、溶接工程の他の例を示す図である。図１２は、溶接工程の他の例を示す図である。図１３は、溶接工程の他の例を示す図である。図１４は、溶接により形成された超伝導加速器の一部の構成を示す図である。図１５は、溶接工程の他の例を示す図である。

以下、本発明に係る二重管の溶接方法及び二重管の溶接装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る溶接装置１００の一例を模式的に示す図である。図１に示すように、溶接装置１００は、チャンバ１０と、電子ビーム照射部２０と、制御部３０とを備える。本実施形態において、溶接装置１００は、対象物に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置である。

チャンバ１０は、電子ビームの照射対象となる二重管構造物を収容する。チャンバ１０は、ステージ１１と、構造物保持部１２とを有する。ステージ１１は、構造物保持部１２を支持する。ステージ１１は、構造物保持部１２を支持した状態で、例えば所定の回転軸を中心として回転可能である。

構造物保持部１２は、電子ビームの照射対象を保持する。構造物保持部１２は、対象物（後述する、第１構造物５１及び第２構造物５２）のうち例えばステージ１１側（上下方向の下側）の端部を保持する構造のみが図示されているが、これに限定されず、ステージ１１とは反対側（上下方向の上側）の端部を保持する構造が設けられてもよい。構造物保持部１２は、ステージ１１が回転することにより、ステージ１１と一体で回転可能である。

電子ビーム照射部２０は、照射部２１と、撮像部２２とを有する。照射部２１は、不図示のカソード電極、グリッド電極、アノード電極、電磁コイル等、電子ビームを照射するための構成が設けられる。照射部２１は、電子ビームの径を調整可能である。撮像部２２は、電子ビームの照射位置の画像を撮像する。撮像された画像は、不図示の表示部により表示可能である。溶接装置１００を操作するオペレータは、撮像された画像を見ることにより、電子ビームが照射される部分の状態を容易に視認することができる。また、オペレータは、撮像された画像を見ながら操作する場合、電子ビームを高精度に照射することが可能となる。

制御部３０は、チャンバ１０及び電子ビーム照射部２０の動作を制御する。制御部３０は、チャンバ１０において、例えばステージ１１及び構造物保持部１２の各動作を制御する。制御部３０は、例えば電子ビーム照射部２０の照射部２１及び撮像部２２の動作を制御する。

図２及び図３は、本実施形態において製造される超伝導加速器４０の一例を示す図である。図２は中心軸を通る平面による断面視、図３は上面視における図をそれぞれ示している。図２及び図３に示す超伝導加速器４０は、例えば同軸１／２波長型超伝導加速器（ＨＷＲ：ＨａｌｆＷａｖｅＲｅｓｏｎａｔｏｒ）である。超伝導加速器４０は、加速空洞４１と、ステム４２と、ビーム管４３と、洗浄ポート４４、４５とを有する。

加速空洞４１は、電子や陽子などの荷電粒子からなる荷電粒子ビームＢを加速するものである。加速空洞４１は、ニオブなどの超伝導材料により例えば円筒状に形成され、中心軸の軸線方向に連続する中空チャンバ形状をなしている。加速空洞４１は、溶接部分４６を介して洗浄ポート４４と接合される。また、加速空洞４１は、溶接部分４８を介して洗浄ポート４５と接合される。

加速空洞４１は、不図示の真空ポンプに接続される接続口を有する。加速空洞４１は、真空ポンプにより真空引きすることで内部を真空状態とすることができる。また、加速空洞４１は、不図示の電力入力部が設けられる。加速空洞４１は、電力入力部により高周波の電力が入力されることにより、荷電粒子ビームＢを加速するための電界を発生させる。

ステム４２は、加速空洞４１の内側に配置され、ニオブなどの超伝導材料により例えば加速空洞４１と同軸の円筒状に形成される。ステム４２は、中心軸の軸線方向に連続する中空チャンバ形状をなしている。つまり、超伝導加速器４０は、加速空洞４１及びステム４２による二重管構造となっている。ステム４２は、溶接部分４７を介して洗浄ポート４４と接合される。また、ステム４２は、溶接部分４９を介して洗浄ポート４５と接合される。

ビーム管４３は、加速空洞４１及びステム４２の中心軸に対して直交する方向に延びている。ビーム管４３は、加速空洞４１及びステム４２を貫通して設けられる。ビーム管４３は、荷電粒子ビームＢを通過させる。

洗浄ポート４４、４５は、加速空洞４１の内部を洗浄するための洗浄水を導入する導入口である。洗浄ポート４４、４５は、超伝導加速器４０において中心軸の軸線方向の両端に配置される。

このように構成された超伝導加速器４０は、加速空洞４１が冷却されることで超伝導状態とされる。荷電粒子ビームＢは、ビーム管４３から加速空洞４１内に入り、ステム４２を経て加速空洞４１の外部に送り出される。超伝導加速器４０は、荷電粒子ビームＢの粒子流路に沿って複数連接される。隣接する超伝導加速器４０同士は、一方の超伝導加速器４０のビーム管４３と他方の超伝導加速器４０のビーム管４３が不図示の接続管を介し接続される。

上記のように構成される超伝導加速器４０は、ニオブなどの超伝導材料を板金加工し、溶接することにより製造される。例えば、加速空洞４１、ステム４２及びビーム管４３を組み立てる。また、洗浄ポート４４及び洗浄ポート４５をそれぞれ形成する。その後、加速空洞４１、ステム４２及びビーム管４３の組み立て構造物に対して、まず、電子ビームを用いて洗浄ポート４４を溶接する。これにより、図２に示す第１構造物５１が形成される。第１構造物５１は、二重管状の加速空洞４１及びステム４２を有する二重管構造物である。以下、第１構造物５１のうち加速空洞４１を外筒５１ａと表記し、ステム４２を内筒５１ｂと表記する。第１構造物５１は、一方の端部においては外筒５１ａ及び内筒５１ｂが洗浄ポート４４によって一体で固定され、他方の端部においては外筒５１ａ及び内筒５１ｂが開放され、断面が露出した状態となっている。

次に、第１構造物５１に対して、電子ビームを用いて洗浄ポート４５を溶接する。洗浄ポート４５は、洗浄水を導入する開口部分に対して、加速空洞４１に接合させる部分と、ステム４２に接合させる部分とが接続された構成である。洗浄ポート４５は、この加速空洞４１に接合させる部分と、ステム４２に接合させる部分とが二重管状に形成された二重管構造物である。以下、洗浄ポート４５を第２構造物５２と表記し、加速空洞４１に接合させる部分を外筒５２ａと表記し、ステム４２に接合させる部分を内筒５２ｂと表記する。第２構造物５２は、一方の端部（開口部分側の端部）において外筒５２ａ及び内筒５２ｂが一体で固定され、他方の端部においては外筒５２ａ及び内筒５２ｂが開放され、断面が露出した状態となっている。

図４は、本実施形態に係る二重管の溶接方法の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、二重管の溶接方法は、第１構造物５１の他方の端部と第２構造物５２の他方の端部とを対向配置する工程（ステップＳ１０）と、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から外筒５１ａ、５２ａの間を貫通又は通過して内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４５４に到達するように電子ビームを照射して内筒５１ｂ、５２ｂを溶接する工程（ステップＳ２０）と、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に電子ビームを照射して外筒５１ａ、５２ａを溶接する工程（ステップＳ３０）と、を含む。本実施形態に係る二重管の溶接方法は、例えば溶接装置１００を用いて行われる。この場合、制御部３０が溶接装置１００の各部の動作を制御することにより、各ステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０が行われる。なお、各動作については、オペレータが手動で行ってもよい。

ステップＳ１０では、外筒５１ａの端部と外筒５２ａの端部とが対向し、内筒５１ｂの端部と内筒５２ｂの端部とが対向するように、第１構造物５１と第２構造物５２とを構造物保持部１２によって保持する。

ステップＳ２０及びステップＳ３０（以下、溶接工程と表記する場合がある）では、以下の各手法により、外筒５１ａ、５２ａ同士の溶接及び内筒５１ｂ、５２ｂ同士の溶接を行う。

図５及び図６は、溶接工程の一例を示す図である。図５及び図６に示すように、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する際、照射部２１から外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に電子ビームＥＢを照射する。このとき、照射部２１は、当該電子ビームＥＢの一部が、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３を貫通して内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に到達するように照射する。

これにより、まず、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に照射される電子ビームＥＢによって外筒５１ａ、５２ａ同士が溶接される。また、外筒５１ａ、５２ａの間を貫通した電子ビームＥＢａは、内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に照射される。この電子ビームＥＢａによって、内筒５１ｂ、５２ｂが溶接される。つまり、１回の電子ビームＥＢの照射により、外筒５１ａ、５２ａ同士及び内筒５１ｂ、５２ｂ同士が同時に溶接される。

外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３を貫通した電子ビームＥＢａは、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に照射される電子ビームＥＢに比べて強度が低下する。このため、照射部２１は、貫通した電子ビームＥＢａの強度が内筒５１ｂ、５２ｂ同士が溶接可能となるように、電子ビームＥＢの照射強度を調整する。

図６に示すように、第１構造物５１及び第２構造物５２を中心軸ＡＸの軸回りに１回転させることで、外筒５１ａ、５２ａ同士及び内筒５１ｂ、５２ｂ同士を同時に溶接することができる。

図７から図９は、溶接工程の他の例を示す図である。図７に示すように、外筒５１ａと外筒５２ａとが対向し、内筒５１ｂと内筒５２ｂとが対向した場合に、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３の距離ｄ１が内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４の距離よりも大きくなるように第１構造物５１及び第２構造物５２を形成しておく。

この状態で、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する際、図８に示すように、外筒５１ａ、５２ａの間を通過させて電子ビームＥＢを内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に到達させる。この内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に照射される電子ビームＥＢにより、内筒５１ｂ、５２ｂ同士が溶接される。内筒５１ｂ、５２ｂ同士が溶接された場合、第１構造物５１と第２構造物５２とが互いに近づく方向に収縮する、いわゆる溶接縮みが生じる。この溶接縮みにより、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３の距離が距離ｄ１から距離ｄ２（ｄ１＞ｄ２）に短縮される。その後、図９に示すように、照射部２１から外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に電子ビームＥＢを照射する。これにより、外筒５１ａ、５２ａ同士が溶接される。溶接縮みによって短縮された後の距離ｄ２が、電子ビームＥＢの径よりも小さくなるように距離ｄ１を調整することにより、電子ビームの径を変更することなく、外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂを溶接することができる。

図１０及び図１１は、溶接工程の他の例を示す図である。なお、図１０及び図１１に示す例においては、図７に示す例と同様に、外筒５１ａと外筒５２ａとが対向し、内筒５１ｂと内筒５２ｂとが対向した場合に、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３の距離が内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４の距離よりも大きくなるように第１構造物５１及び第２構造物５２を形成しておく。

この状態で、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する際、図１０に示すように、スリットＳＬによって電子ビームＥＢの径を縮小し、スリットＳＬから電子ビームＥＢｂを出射する。スリットＳＬの開口部の寸法は、電子ビームＥＢｂが外筒５１ａ、５２ａの間を通過するように設定される。スリットＳＬを通過した電子ビームＥＢｂは、外筒５１ａ、５２ａの間を通過し、内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に到達する。この電子ビームＥＢｂが内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４を照射することにより、内筒５１ｂ、５２ｂ同士が溶接される。

その後、図１１に示すように、照射部２１と外筒５１ａ、５２ａとの間からスリットＳＬを取り除き、照射部２１から外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に電子ビームＥＢを照射する。これにより、外筒５１ａ、５２ａ同士が溶接される。

図１２及び図１３は、溶接工程の他の例を示す図である。図１２に示すように、外筒５１ａと外筒５２ａとが対向し、内筒５１ｂと内筒５２ｂとが対向した場合に、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３の位置と内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４の位置とが中心軸ＡＸの軸線方向においてずれるように、かつ、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３側の端部５１ｃ、５２ｃが内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に向けて傾くように、第１構造物５１及び第２構造物５２を形成しておく。

この状態で、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する際、図１３に示すように、外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３の傾き方向に沿って電子ビームＥＢが外筒５１ａ、５２ａの間を通過するように、当該電子ビームＥＢを照射する。これにより、電子ビームＥＢは、外筒５１ａ、５２ａの間を通過して、内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に到達する。この電子ビームＥＢは、内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４を照射する。これにより、内筒５１ｂ、５２ｂ同士が溶接される。その後、図１３に示すように、外筒５１ａ、５２ａの端部５１ｃ、５２ｃに電子ビームＥＢを照射する。これにより、外筒５１ａ、５２ａ同士が溶接される。

図１４は、溶接により形成された超伝導加速器４０の一部の構成を示す図である。図１４に示すように、加速空洞４１の内面４１ａにおいては、溶接部分４８によって内側に突出する突出部４１ｂが形成される。また、ステム４２の外面４２ａにおいて、溶接部分４９によって外側に突出する突出部４２ｂが形成される。

例えば、溶接部分４９が溶接部分４８に対して中心軸ＡＸの軸線方向において同じ位置に配置される場合（図中破線で示す仮想の溶接部分４９ａ）、溶接部分４８と仮想の溶接部分４９ａとの間では、電界が集中しやすくなる。このため、予期しない放電等が生じやすくなる。一方、図１４に示す例では、溶接部分４８と溶接部分４９とが中心軸ＡＸの軸線方向にずれている、つまり、突出部４１ｂと突出部４２ｂとが中心軸ＡＸの軸線方向にずれている。この場合、突出部４１ｂと突出部４２ｂとの間の距離ｄ４は、仮想の溶接部分４９ａが設けられる場合の突出部４１ｂと突出部４９ｂとの距離ｄ３に比べて大きくなるため、電界の集中が抑制される。

図１５は、溶接工程の他の例を示す図である。例えば、図７から図１３に示す例のように内筒５１ｂ、５２ｂを溶接した後、外筒５１ａ、５２ａを溶接する場合には、図１５に示すように、外筒５１ａ、５２ａを構成する材料と同一材料（例えば、ニオブ等）の溶接材５５を外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に配置して電子ビームＥＢを照射してもよい。

以上のように、本実施形態に係る二重管の溶接方法は、所定の中心軸ＡＸを中心とした外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂを有し、中心軸ＡＸの軸線方向の一方の端部において外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂを一体で固定する洗浄ポート４４、４５が設けられ、軸線方向の他方の端部が開放された第１構造物５１及び第２構造物５２のそれぞれの軸線方向の他方の端部同士を溶接して二重管を形成する二重管の溶接方法であって、少なくとも内筒５１ｂ、５２ｂ同士が接触又は近接するように、第１構造物５１の他方の端部と第２構造物５２の他方の端部とを対向させることと、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から外筒５１ａ、５２ａ同士の間を貫通又は通過して内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分に到達するように電子ビームを照射して内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接することと、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分に電子ビームを照射して外筒５１ａ、５２ａ同士を溶接することとを含む。

また、本実施形態に係る二重管の溶接装置１００は、所定の中心軸ＡＸを中心とした外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂを有し、中心軸ＡＸの軸線方向の一方の端部において外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂを一体で固定する洗浄ポート４４、４５が設けられ、軸線方向の他方の端部が開放された第１構造物５１及び第２構造物５２のそれぞれの軸線方向の他方の端部同士を溶接して二重管を形成する二重管の溶接装置１００であって、少なくとも内筒５１ｂ、５２ｂ同士が接触又は近接するように、第１構造物５１の他方の端部と第２構造物５２の他方の端部とを対向させた状態で第１構造物５１と第２構造物５２とを保持可能な構造物保持部１２と、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から電子ビームを照射する電子ビーム照射部２０と、構造物保持部１２及び電子ビーム照射部２０を制御することにより、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から外筒５１ａ、５２ａの間を貫通又は通過して内筒５１ｂ、５２ｂの対向部分５４に到達するように電子ビームを照射して内筒５１ｂ、５２ｂを溶接させ、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から外筒５１ａ、５２ａの対向部分５３に電子ビームを照射して外筒５１ａ、５２ａを溶接させる制御部３０とを備える。

本実施形態によれば、対向配置された第１構造物５１及び第２構造物５２に対して外筒５１ａ、５２ａの側方から外筒５１ａ、５２ａ同士の間を貫通又は通過して内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分に到達するように電子ビームを照射して内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接するため、外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂを固定する洗浄ポート４４、４５が配置される場合においても、洗浄ポート４４、４５を迂回するように電子ビームを照射する必要が無く、外筒５１ａ、５２ａの側方から電子ビームを照射することで、外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂの溶接を行うことができる。これにより、溶接作業を容易に行うことが可能となる。

本実施形態に係る二重管の溶接方法において、二重管は、１／２波長型共振器である。１／２波長型共振器は、中心軸ＡＸの軸線方向の両端に洗浄ポート４４、４５が設けられる。この洗浄ポート４４、４５を迂回するように電子ビームを照射して溶接することが困難であるが、本実施形態では、このような照射を行わなくても、外筒５１ａ、５２ａの側方から電子ビームを照射することで、外筒５１ａ、５２ａと内筒５１ｂ、５２ｂとの溶接を行うことができる。

本実施形態に係る二重管の溶接方法において、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する際、外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分に照射する電子ビームの一部を貫通させて内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分に到達させる。これにより、１回の電子ビームの照射により外筒５１ａ、５２ａと内筒５１ｂ、５２ｂとを同時に溶接することができる。

本実施形態に係る二重管の溶接方法において、他方の端部同士を対向させた場合に外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分の距離が内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分の距離よりも大きくなるように二重管構造物が形成され、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する際、外筒５１ａ、５２ａ同士の間を通過させて電子ビームを内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分に到達させる。これにより、外筒５１ａ、５２ａの側方から電子ビームを照射することで、内筒５１ｂ、５２ｂの溶接を容易に行うことができる。

本実施形態に係る二重管の溶接方法において、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する場合、溶接縮みにより外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分の距離が電子ビームの径よりも小さくなるように電子ビームを内筒５１ｂ、５２ｂに照射する。この構成では、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する際の溶接縮みを利用して、外筒５１ａ、５２ａ同士の距離を短縮させることにより、電子ビームの径を変更することなく、外筒５１ａ、５２ａ及び内筒５１ｂ、５２ｂを溶接することができる。

本実施形態に係る二重管の溶接方法において、他方の端部同士を対向させた場合に外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分の距離が内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分の距離よりも大きくなるように二重管構造物が形成され、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する場合、外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分の距離よりも電子ビームの径を小さく絞った状態として外筒５１ａ、５２ａ同士の間を通過させて内筒５１ｂ、５２ｂに電子ビームを照射し、外筒５１ａ、５２ａ同士を溶接する場合、内筒５１ｂ、５２ｂに照射する場合よりも電子ビームの径を大きくした状態で外筒５１ａ、５２ａに電子ビームを照射する。これにより、外筒５１ａ、５２ａの側方から電子ビームを照射することで、内筒５１ｂ、５２ｂの溶接を容易に行うことができる。また、内筒５１ｂ、５２ｂの溶接後、外筒５１ａ、５２ａを同一方向から溶接することができる。

本実施形態に係る二重管の溶接方法において、他方の端部同士を対向させた場合に外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分の位置と内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分の位置とが中心軸ＡＸの軸線方向においてずれるように二重管構造物が形成され、かつ、外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分が内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分に向けて傾くように形成され、内筒５１ｂ、５２ｂ同士を溶接する場合、外筒５１ａ、５２ａ同士の間を対向部分の傾き方向に電子ビームを通過させることで電子ビームを内筒５１ｂ、５２ｂ同士の対向部分に到達させる。これにより、外筒５１ａ、５２ａの側方から電子ビームを照射することで、内筒５１ｂ、５２ｂの溶接を容易に行うことができる。また、溶接後に形成される超伝導加速器４０において、溶接部分による突出部４１ｂと突出部４２ｂとが中心軸ＡＸの軸線方向にずれている。この場合、突出部４１ｂと突出部４２ｂとの間の距離ｄ４が、仮想の溶接部分４９ａが設けられる場合の突出部４１ｂと突出部４９ｂとの距離ｄ３に比べて大きくなるため、電界の集中が抑制される。

本実施形態に係る二重管の溶接方法において、外筒５１ａ、５２ａ同士を溶接する場合、外筒５１ａ、５２ａを構成する材料と同一材料の溶接材５５を外筒５１ａ、５２ａ同士の対向部分に配置して電子ビームを照射する。これにより、外筒５１ａ、５２ａを容易かつ確実に溶接することができる。

本発明の技術範囲は上記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適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態において、電子ビームＥＢの径を縮小する際、スリットＳＬを用いる構成を説明したが、これに限定されない。例えば、照射部２１を制御することにより、内筒５１ｂ、５２ｂに照射する場合と外筒５１ａ、５２ａに照射する場合とで、電子ビームＥＢの径を変化させてもよい。

また、上記実施形態においては、二重管が１／２波長型共振器である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。二重管は、中心軸の軸線方向の一方の端部において外筒及び内筒を一体で固定する構造物が設けられ、軸線方向の他方の端部が開放された構成であれば、他の構造物であってもよい。

１０チャンバ
１１ステージ
１２構造物保持部
２０電子ビーム照射部
２１照射部
２２撮像部
３０制御部
４０超伝導加速器
４１加速空洞
４１ａ内面
４１ｂ，４２ｂ，４９ｂ突出部
４２ステム
４２ａ外面
４３ビーム管
４４，４５洗浄ポート
４６，４７，４８，４９溶接部分
４９ａ仮想の溶接部分
５１第１構造物
５１ａ，５２ａ外筒
５１ｂ，５２ｂ内筒
５１ｃ，５２ｃ対向部分
５２第２構造物
５３，５４対向部分
５５溶接材
１００溶接装置
Ｂ荷電粒子ビーム
ＥＢ，ＥＢａ，ＥＢｂ電子ビーム
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４距離
ＡＸ中心軸
ＳＬスリット

Claims

所定の中心軸を中心とした外筒及び内筒を有し、前記中心軸の軸線方向の一方の端部において前記外筒及び前記内筒を一体で固定する構造物が設けられ、前記軸線方向の他方の端部が開放された２つの二重管構造物のそれぞれの前記軸線方向の他方の端部同士を溶接して二重管を形成する二重管の溶接方法であって、
少なくとも前記内筒同士が接触又は近接するように、２つの二重管構造物のうち第１構造物の前記他方の端部と第２構造物の前記他方の端部とを対向させることと、
対向配置された前記第１構造物及び前記第２構造物に対して前記外筒の側方から前記外筒同士の間を貫通又は通過して前記内筒同士の対向部分に到達するように電子ビームを照射して前記内筒同士を溶接することと、
対向配置された前記第１構造物及び前記第２構造物に対して前記外筒の側方から前記外筒同士の対向部分に前記電子ビームを照射して前記外筒同士を溶接することと
を含む二重管の溶接方法。
前記二重管は、１／２波長型共振器である
請求項１に記載の二重管の溶接方法。
前記内筒同士を溶接する際、前記外筒同士の対向部分に照射する前記電子ビームの一部を貫通させて前記内筒同士の対向部分に到達させる
請求項１又は請求項２に記載の二重管の溶接方法。
前記他方の端部同士を対向させた場合に前記外筒同士の対向部分の距離が前記内筒同士の対向部分の距離よりも大きくなるように前記二重管構造物が形成され、
前記内筒同士を溶接する際、前記外筒同士の間を通過させて前記電子ビームを前記内筒同士の対向部分に到達させる
請求項１又は請求項２に記載の二重管の溶接方法。
前記内筒同士を溶接する場合、溶接縮みにより前記外筒同士の対向部分の距離が前記電子ビームの径よりも小さくなるように前記電子ビームを前記内筒に照射する
請求項４に記載の二重管の溶接方法。
前記他方の端部同士を対向させた場合に前記外筒同士の対向部分の距離が前記内筒同士の対向部分の距離よりも大きくなるように前記二重管構造物が形成され、
前記内筒同士を溶接する場合、前記外筒同士の対向部分の距離よりも前記電子ビームの径を小さく絞った状態として前記外筒同士の間を通過させて前記内筒に前記電子ビームを照射し、
前記外筒同士を溶接する場合、前記内筒に照射する場合よりも前記電子ビームの径を大きくした状態で前記外筒に前記電子ビームを照射する
請求項１又は請求項２に記載の二重管の溶接方法。
前記他方の端部同士を対向させた場合に前記外筒同士の対向部分の位置と前記内筒同士の対向部分の位置とが前記中心軸の軸線方向においてずれるように前記二重管構造物が形成され、かつ、前記外筒同士の対向部分が前記内筒同士の対向部分に向けて傾くように形成され、
前記内筒同士を溶接する場合、前記外筒同士の間を前記対向部分の傾き方向に前記電子ビームを通過させることで前記電子ビームを前記内筒同士の対向部分に到達させる
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の二重管の溶接方法。
前記外筒同士を溶接する場合、前記外筒を構成する材料と同一材料の溶接材を前記外筒同士の対向部分に配置して前記電子ビームを照射する
請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の二重管の溶接方法。