JPH0262084B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、たとえばシンクロトロンなどの加
速器に使用される粒子加速用パイプのような高真
空状態で用いられる真空用アルミニウム製中空押
出型材の製造法に関する。

この明細書において、アルミニウムとは純アル
ミニウムおよびその合金を含むものとする。

従来技術とその問題点 この種の粒子加速用パイプの材料には、いまま
で主としてステンレスが使用されてきたが、最近
になつてアルミニウムがこの用途に適しているこ
とが分かり、使用されるようになつてきている。
その理由は、アルミニウムの方がステンレスに比
べて誘導放射能を生じにくくかつ生じても減衰時
間が早いこと、熱伝導性および電気伝導性が良好
であること、表面のガス放出係数が小さいこと、
軽量であること、加工性が良いことなどの点で優
れているからである。この粒子加速用パイプの内
部は、粒子を高速で通す必要上、高真空に保たな
ければならない。したがつて、いかにしてパイプ
内部を高真空にするかということが重要な課題と
なる。

従来、粒子加速用パイプの内部を高真空にする
ために、パイプ内面を有機溶剤等により脱脂処理
した後、約150℃で24時間程度の加熱脱ガス処理
を繰返して行なつたり、またこの処理と組合わせ
て水素ガス、アルゴンガス、酸素ガスなどの中で
の放電洗浄を行なつていたが、このような作業は
長時間を要して非能率的であるうえに、真空度の
点においてもいまだ充分に満足し得るものではな
かつた。

ところで粒子加速用パイプ内部の高い真空度を
保持するためには、製品になつた後におけるパイ
プ内壁からの放出ガスを減らすことが重要であ
る。この点につき本発明者らは実験研究を重ねた
結果アルミニウム製パイプの内面の皮膜状態が真
空度に大きく影響を与えることが判明した。

アルミニウムは、周知のように、非常に酸化さ
れ易い金属であり、微量の酸素に触れただけで表
面に酸化膜が形成される。また、水、湿気などの
水分の存在する環境下におかれると、その表面に
水和酸化膜が生成する。そして水和酸化物の生成
反応の温度が高い程水和酸化膜の成長は著しく、
高温環境ではアルミニウム表面にベーマイトまた
はバイアライトなどの水和酸化膜が形成される。
このような水和酸化膜の膜質は、水分の存在しな
い環境で形成されるアルミニウム酸化膜に比べて
非常に粗で多孔質状でありかつその孔形態も複雑
にいり込んでいる。加えて膜厚も厚い。

ところで、通常の押出成形によるアルミニウム
製パイプの内面には、成形時水分を含んだ大気と
の接触により水和酸化膜が生成される。しかもこ
の水和酸化膜は、押出時高温にさらされるため、
水和酸化膜の生成反応が促進されて厚膜となつて
いる。この水和酸化膜の膜質は上述のとおりのも
のであり、かつ厚膜であるために皮膜に多くの水
分が吸着する。しかも皮膜がちみつさに欠けるた
めに、成形後においても大気中に存在する水分、
ハイドロカーボン、二酸化炭素および一酸化炭素
などの真空度低下物質が皮膜に吸着する。このよ
うな真空度低下物質は、前記ガス中における放電
洗浄時や真空引き時においてすらなお若干存在し
ているために前記同様皮膜に吸着する。しかもこ
れは水和酸化膜が上記のようなものであるために
皮膜内にいわば吸蔵された形態になる。その結果
これの脱離が困難な状態となり、真空引きを行な
つてもなかなか除去できない。したがつて、これ
が粒子加速用パイプの真空度向上阻害の原因にな
つている。また押出成形後のアルミニウム製パイ
プの機械的強度を高めるために、高温加熱後、水
冷および空冷などの焼入れ処理が行なわれるが、
このさいにも押出成形時に形成された上述の水和
酸化膜はさらに成長するとともにすでに吸着され
ている真空度低下物質は皮膜に内蔵される形とな
る。

従来、上記問題点を解決した真空用アルミニウ
ム製中空押出型材の製造法として、押出されつつ
ある型材の中空部内に不純物としての酸素を含む
不活性ガスを供給し、この不活性ガス中に含まれ
る酸素により、中空押出型材の内面にちみつで薄
い酸化膜を形成することを特徴とする方法が知ら
れている（特公昭61−37005号公報参照）。

しかしながら、この方法では、不活性ガスの価
格が高いために製造コストが高くなるという問題
がある。

そこで、このような問題を解決したコストの安
い方法として、上記酸素を含む不活性ガスの代わ
りに乾燥空気または乾燥空気と酸素との混合気を
用いる方法も提案されている（特開昭61−232015
号公報参照）。

しかしながら、乾燥空気中にもメタンガスなど
のハイドロカーボン、二酸化炭素および一酸化炭
素などが含まれているので、この方法で製造され
た中空押出型材の内面の酸化膜には、やはりハイ
ドロカーボン、二酸化炭素および一酸化炭素など
の炭素化合物が付着し、内部を高真空にしたさい
の放出ガス係数が大きくなつて真空度が低下する
という問題がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、内部
を真空に保つことが要求される粒子加速用パイプ
などの用途に適した真空用アルミニウム製中空押
出型材を安価に製造する方法を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段 この発明による真空用アルミニウム製中空押出
型材の製造法は、アルミニウム中空押出型材を押
出成形するにあたり、押出されつつある型材の中
空部内に純酸素を供給することを特徴とするもの
である。

上記において、押出型材を製造するビレツトと
しては、押出性および機械的強度の点から、
A6061およびA6063などのAl−Mg−Si系合金か
らなるものが好ましい。また、上記ビレツトとし
て純アルミニウム製芯材と上記Al−Mg−Si系合
金製皮材とからなるものを用いることが一層好ま
しい。

純酸素は、純度100％の酸素であり、水分を含
まない。

純酸素を押出されつつある型材の中空部内に供
給することにより、中空押出型材の内面に厚さ20
〜30Å程度の酸化膜が得られる。

なお、この発明の方法によつて得られた中空押
出型材は、粒子加速用パイプに限らず高真空を保
つ必要がある製品に用いることができる。

作 用 アルミニウム中空押出型材を押出成形するにあ
たり、押出されつつある型材の中空部内に純酸素
を供給するものであるから、中空押出型材の内面
は水分を含んだ大気と接触することはなく、同内
面に問題のある水和酸化膜が生成せず、ちみつで
かつ膜厚の薄い酸化膜が形成される。しかも、こ
の酸化膜には、乾燥空気を用いた場合のように、
空気中に含まれるメタンガスなどのハイドロカー
ボン、二酸化炭素および一酸化炭素などが付着す
ることはない。

実施例 この発明の実施例を、以下図面を参照して説明
する。

第１図には押出機が示されており、同図におい
て、１はコンテナ、２はコンテナ１内のアルミニ
ウム・ビレツト、３，４はビレツト２を押圧する
ダミー・ブロツクおよびステム、５は中央にガス
噴射口６を有するポート・ホール・ダイス雄型、
７は同雌型、８はダイ・ホルダ、９，１０は雄型
５およびダイ・ホルダ８に形成せられたガス通
路、１１はダイ・ホルダ８に設けられたガス供給
口、１２はガス容器で、これに取付けられた導管
１３がガス供給口１１に接続せられている。１４
はボルスタである。

第１図の押出機により、第２図および第３図に
示されているような横断面を有する粒子加速用パ
イプに用いられる中空押出型材１５，１６が押出
成形されるのである。もちろん両者を成形するダ
イスは成形されるべき型材１５，１６のそれぞれ
に合致した形状のものが用いられる。所定長さの
両押出型材１５，１６が交互に連結せられて無端
状の粒子加速用パイプ（図示略）が組立てられる
のである。両図において、１７，１８は横断面楕
円形の粒子流通中空部（粒子加速用パイプに組込
時−以下同様）、１９はこれに隣接する横断面方
形の真空引き用中空部、２０は両中空部１７，１
８間の隔壁で、これには所定間隔おきに連通孔が
あけられる。２１，２２は粒子流通中空部１７，
１８の一側に設けられた横断面小円形の冷却水流
通中空部、２３，２４および２５は粒子流通中空
部１７，１８および真空用中空部１９のそれぞれ
一側に設けられた加熱脱ガス処理用シーズ線取付
用溝である。

上記中空押出型材１５の製造順序について述べ
る。ガス容器１２中には水分を含まない純度100
％の純酸素を入れておく。そして、まずダイスを
苛性洗浄した後560℃で３時間均質化処理した
A6063のビレツト２を押出温度500℃、押出速度
10ｍ／minで押出す。このさい潤滑油は使用しな
い。前記押出と同時にガス容器１２より純酸素２
６を導管１３、通路１０，９を経て噴出口６より
圧力２〜３Kg／cm²で噴出し、押出されつつある型
材１５の中空部内に供給する。そして僅か押出さ
れた後の型材１５の先端開口部をプレスで圧接し
て密封し、第１図に示されているような一方の密
封端部２７を形成する。その後も純酸素２６の供
給を継続し、所定長さ押出した後、型材１５をシ
ヤーで切断すると同時に切断端を密封し、他方の
密封端部２８を形成する（第４図参照）。その後
乾燥空気２６を密封したままの型材１５を250℃
まで強制空冷し、続いて自然冷却した後引張り矯
正する。つぎにそのままの状態で180℃で６時間
時効処理を行なう。最後に型材１５の両密封端部
２７，２８を油を用いずかつエヤー・ブローなし
で切断し、所定寸法の中空押出型材をうる。他の
中空押出型材１６もダイスを代えるだけで上記と
同様にして製造せられる。

なお、上記両密封端部２７，２８は、押出成形
中空押出型材の使用地に送られてから切断除去し
てもよい。

上記押出型材の内面にはちみつでかつ薄い酸化
膜が形成されており、これに150℃で24時間脱ガ
ス処理し、真空度を測定したところ、放出ガス係
数は２×10^-13Torr・／ｓ・cm²以下であつた。

比較のために、純酸素を供給する代わりに酸素
20voi％を含み残部アルゴンからなる混合ガスを
供給した他は上記実施例と同様な方法で中空押出
型材を製造したところ、この押出型材の内面には
ちみつでかつ薄い酸化膜が形成されており、これ
に150℃で24時間脱ガス処理し、真空度を測定し
たところ、放出ガス係数は２×10^-13Torr・／
ｓ・cm²であつた。

さらに、比較のために、純酸素を供給しない他
は上記実施例と同様な方法で中空押出型材を製造
したところ、この押出型材の内面には粗で多孔質
状の酸化膜が形成されており、これに150℃で24
時間脱ガス処理し、真空度を測定したところ、放
出ガス係数は５×10^-12Torr・／ｓ・cm²であつ
た。

発明の効果 この発明の真空用アルミニウム製中空押出型材
の製造法によれば、製造された中空押出型材の内
面には問題のある水和酸化膜が生成せず、ちみつ
でかつその膜厚の薄い酸化膜が形成される。この
酸化膜は水和酸化膜に比べて真空度低下物質の吸
着、吸蔵は著しく少なく、かつ吸着吸蔵されてい
ても脱ガス処理により簡単にこれを除去すること
ができる。しかも、乾燥空気を用いる場合のよう
に、空気中に含まれるメタンガスなどのハイドロ
カーボン、二酸化炭素および一酸化炭素などが付
着することはない。したがつて、真空度低下物質
がパイプ内に放出される量が非常に少なくなり、
高真空度を保つことができるし、従来のように真
空度を高めるための面倒な作業を省略ないし軽減
することができる。さらに、純酸素は不活性ガス
に比べて安価であるので、従来の不活性ガスを使
用する方法に比べてコストが安くなる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すもので、第１図
は押出成形途上を示す縦断面図、第２図は第１図
の−線にそう断面図、第３図は粒子加速用パ
イプをつくるさい第２図の型材と組合わせて用い
られる他の型材の第２図相当断面図、第４図は混
合ガス密封状態の型材の縦断面図である。 １５，１６……中空押出型材、２６……純酸
素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミニウム中空押出型材を押出成形するに
   あたり、押出されつつある型材の中空部内に純酸
   素を供給することを特徴とする真空用アルミニウ
   ム製中空押出型材の製造法。