JPH0347615A - 湾曲状真空用アルミニウム中空押出型材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
れる湾曲状アルミニウム中空押出型材の製造方法に関す
る。

この明細書において、「アルミニウム」という語には、
純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとす
る。また、この明細書において、「不活性ガス」という
語には、周期表のアルゴンガス、ヘリウムガス等の他に
アルミニウムに対して不活性な窒素ガス等を含むものと
する。

従来の技術と発明の課題 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
、製品になっ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皮膜が
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皮膜が生成する。

そして水和酸化物の生成反応の温度が高い程水和酸化皮
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皮膜が形成
される。このような水和酸化皮膜の膜質は、水分の存在
しない環境で形成されるアルミニウム酸化皮膜に比べて
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、通常の押出加工により成形されたアルミニウ
ム製パイプの内面には、成形特水分を含んだ大気との接
触により水和酸化皮膜が生成される。しかもこの水和酸
化皮膜は、押出時高温にさらされるため、水和酸化皮膜
の生成反応が促進されて厚膜となっている。この水和酸
化皮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皮膜が
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
なってもなかなか除去できない。したがって、これが粒
子加速用パイプの真空度向上阻害の原因になっている。

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皮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。

そこで、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、押出されつつある中空型材
の中空部内を、水分を含んだ大気と接触しないような雰
囲気に保ちつつアルミニウム製中空押出型材を押出成形
し、中空部内面に酸化皮膜を形成する方法が提案された
。

この方法において、水分を含んだ大気と接触しないよう
な雰囲気に保つ方法としては、中空部内に酸素混合不活
性ガスを供給する方法（特公昭５９−１９７６９号）、
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
する方法（特公昭６１−３７００５号）、中空部内を真
空引きする方法（特公昭６１−３７００６号）、中空部
内に幣燥空気または純酸素を供給する方法（特開昭６３
−３１３６１２号）などがある。

これらの方法により、真直ぐな真空用中空アルミニウム
押出型材を製造する場合には、内面にちみつな酸化皮膜
を有するものを得られることが分かっている。

ところで、湾曲状真空用アルミニウム中空押出型材を製
造する場合には、従来、上記のような方法で真直ぐな中
空押出型材を形成した後、この中空押出型材に冷間で曲
げ加工を施していた。

しかしながら、この方法で製造した場合、真直ぐな中空
押出型材の内面に形成されてぃたちみつな酸化皮膜が、
冷間での曲げ加工により破壊され、内部を高真空状態に
したさいの放出ガス係数が大きくなるという問題があっ
た。また、曲げ加工のさいに用いる加工油により内面が
汚染されるという問題もあった。

この発明の目的は、上記問題を解決した湾曲状真空用ア
ルミニウム中空押出型材の製造方法を提供することにあ
る。

課題を解決するための手段 この発明による湾曲状真空用アルミニウム中空押出型材
の製造方法は、押出されつつある中空型材の内部を、水
分を含んだ大気と接触せずかつ酸素含有ガス雰囲気に保
ちっつ押出成形し、押出し直後の高温の型材に、その内
部を上記雰囲気に保ったままで曲げ加工を施すことを特
徴とするものである。

上記方法において、曲げ加工は、押出用ダイスの押出方
向前方に、型材の軸線と直交する面内で移動する可動ガ
イドを配置しておき、押出直後の高温の型材を可動ガイ
ドに導き、可動ガイドを移動させることによって施す。

押出型材を製造するビレットとしては、通常の押出成形
に使用されるＪＩＳＡ１００Ｏ系、ＪＩＳ　Ａ６０００
系などからなるものが用いられるが、押出性および機械
的強度の点から、ＪＩＳ　Ａ６０６１および月Ｓ　Ａ６
０６３などのＡ／−Ｍｇ−３ｉ系合金からなるものが好
ましい。また、上記ビレットとして純度９９．９重量％
以上の高純度アルミニウム製芯材と上記Ａ／−Ｍｇ−８
ｉ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。

押出されつつある中空型材の中空部内を、水分を含んだ
大気と接触しないような雰囲気に保つ方法としては、次
に述べるような公知の方法を適用できる。

その１は、アルミニウム製中空押出型材を押出成形する
にあたり、当初より酸素０．５〜３０容量％、とくに１
〜１０容量％、残部不活性ガスよりなる混合ガスを、押
出されつつある型材の中空部内に供給しながら行う方法
である。

この場合、わずか押出された後の型材の先端開口部を密
封し、その後も混合ガスの供給を継続し、所定長さ押出
した後、型材を切断するとともに切断端を密封する方法
と、型材の先端開口部を密封することなく行なう方法と
がある。前者の場合、両密封端部は、押出成形後、中空
押出型材の使用場所へ送られてから切断開口してもよい
し、送る前の段階で切断開口してもよい。

不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒
素ガス等が一般的である。

その２は、上記その１の方法において、混合ガスの代わ
りに不純物としての酸素を含む不活性ガスを用いる方法
である。現在工業的に得乞れる不活性ガスの純度はほぼ
９９．９９％であり、微量の酸素が不純物として必ず含
まれている。この方法においても、不活性ガスとしては
、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等が一般的で
ある。

その３は、上記その１の方法において、混合ガスの代わ
りに乾燥空気または純酸素を用いる方法である。乾燥空
気は、たとえば大気をコンプレッサで圧縮して、乾燥剤
が入れられた除湿器内を通過させることなどにより得ら
れる。この方法において乾燥剤としては公知のものを使
用することができるが、その中でも合成ゼオライトを用
いることが好ましい。また、乾燥空気の露点は、−３０
℃以下であることが好ましく、−５０℃以下であること
が望ましい。純酸素は、純度１００％の酸素であり、こ
れは水分を含まない。

その４は、上記その１の方法において、押出されつつあ
る型材の中空部内を真空にする方法である。この場合、
押出成形特中空部内に何も供給しない方法と、中空部内
を真空引きする方法とがある。後者の場合、型材の中空
部から少なくとも押出当初のみ真空引きし、押出直後の
型材の先端開口部を密封し、所定長さ押出した後、型材
を切断するとともに切断端を密封する。

真空引きは、押出当初のみならず押出工程中継続的に行
なってもよい。この方法では、中空部内に残存した酸素
により酸化皮膜が形成される。

上記いずれの方法によっても、型材の中空部内面に水和
酸化皮膜が生成することはなく、厚さ２０〜３０人程度
のちみつな酸化皮膜が得られる。

なお、この発明の方法によって得られた中空押出型材は
、粒子加速用バイブに限らず高真空を保つ必要がある装
置に用いることができる。

作　　　用 押出されつつある中空型材の内部を、水分を含んだ大気
と接触せずかつ酸素含有ガス雰囲気に保ちつつ押出成形
すると、内面にちみつな酸化皮膜を有する押出型材が形
成される。また、押出し直後の高温の型材に、その内部
を上記雰囲気に保ったままで曲げ加工を施すと、この曲
げ加工のさいにちみつな酸化皮膜が破壊されたとしても
、曲げ加工後再度ちみつな酸化皮膜が形成される。しか
も内面が汚れない。

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図には押出加工装置が示されており、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・ビレット、（３）（４）はビレット（２）を
押圧するダミー・ブロックおよびステム、（５）は中央
にガス噴射口（６）を有するボートＱ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
けられた混合ガス供給口、（１２）は混合ガス容−器で
、これに取付けられた導管（１３）が混合ガス供給口（
１１）に接続せられている。（１４）はボルスタ、（１
５）はボルスタ（１４）の前方に配置された可動ガイド
で、押出方向と直交する面内で移動自在となされている
。

可動ガイド（１５）には、ガイド孔（ＩＢ）が形成され
ている。ガイド孔（１６）にポート・ホール・ダイス雄
型（５）および同雌型（７）の間を通過してきた押出直
後の中空押出型材（２０）が通るようになっている。ガ
イド孔（１Ｂ）の周縁は、曲面状となされており、型材
（２０）の外面部に傷を与えないようになされている。

可動ガイド（１５）の移動・停止および移動距離は、た
とえば図示しない制御装置によって電気的に制御される
ようになっている。

第１図に示す押出加工装置により、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バイブ
に用いられる湾曲状中空押出型材（２０）　（２１）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（２０）　（２１）のそれぞれ
に合致した形状のものが用いられる。所定長さの両押山
型材（２０）（２１）が交互に連結せられて無端状の粒
子加速用のパイプ（図示路）が組立てられるのである。

両図において、（２２）（２３）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）（
２４）は型材（２１）において粒子流通中空部（２３）
に隣接する横断面方形の真空引き用中空部、（２５）は
型材（２１）における雨中空部（２３）　（２４）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。

（２Ｂ）（２７）は粒子流通中空部（２２）　（２３）
の−側に設けられた横断面小円形の冷却水流通中空部、
（２Ｂ）（２９）および（３０）は粒子流通中空部（２
２）（２３）および真空引き用中空部（２４）のそれぞ
れ−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。

以下に、上記中空押出型材（２０）を製造する具体例に
ついて述べる。

まずダイスを苛性洗浄した後ＪＩ３Ａ６０６３のビレッ
ト（２）を押出温度５００℃、押出速度１０ｍ／ｍｌｎ
で押出した。このさい潤滑油は使用しなかった。前記押
出と同時に混合ガス容器（１２）より酸素１０容量％、
残部アルゴンよりなる混合ガス（３１）を導管（１３）
、通路（ｉｏ）　（９）を経て噴出口（６）より圧力３
　ｋｇ　／　ｃ−で噴出し、押出されつつある型材（２
０）の中空部（２２）内に供給した。そして僅か押出さ
れた後の型材（２ｏ）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（
３２）を形成した。その後も混合ガス（３１）の供給を
継続し、型材（２０）を、その密封端部（３２）側から
可動ガイド（１５）のガイド孔（１６）に通した。そし
て、可動ガイド（１５）を第１図上方に移動させ、型材
（２ｏ）の外面部をガイド孔（１Ｂ）の周縁部で第１図
上方に押圧して、上方に変位させた。すると、ダイス孔
（１Ｂ）を通過する材料は、上部を流れる押出材料の押
出速度が、下の押出速度よりも小さくなり、その結果押
出型材（２０）が湾曲させられた。

なお、可動ガイド（１５）の移動量と、その移動後の位
置において得られる押出型材（２０）の湾曲部の曲率半
径との関係を予め求めておき、その関係にしたがって可
動ガイド（１５）を移動させることによって、所望の曲
率半径を持つように湾曲させることができる。所定長さ
押出した後、型材（２０）をシャーで切断すると同時に
切断端を密封し、他方の密封端部（３３）を形成した（
第４図参照）。その後混合ガス（３１）を密封したまま
の型材（２０）を２５０℃まで強制空冷し、続いて自然
冷却した。つぎにそのままの状態で１８０℃で６時間時
効処理を行ない、最後に型材（２０）の両密封端部（３
２）（３３）を油を用いずかつエヤー・ブローなしで切
断し、所定寸法の湾曲状中空押出型材を製造した。

上記押出型材の内面にはちみつでかつ薄い酸化皮膜が形
成されていた。そして、これに１３０℃で２４時間脱ガ
ス処理を施し、２０時間経過後の真空度を測定したとこ
ろ、放出ガス係数はｌＸｌ０−”　Ｔｏｒｒ＊　／／ｓ
　ｅｃシであった。

発明の効果 この発明の方法によれば、上述のようにして、内面にち
みつな酸化皮膜を有するとともに、内面が加工油等で汚
染されていない真空用湾曲状アルミニウム中空押出型材
を製造することができる。したがって、この押出型材の
内面からの放出ガス係数が小さくなり、内部を高真空に
維持することが可能となる。

【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
形途上を示す水平縦断面図、第２図は第１図の■−■線
にそう断面図、第３図は粒子加速用バイブをつくるさい
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）・・・可動ガイド、（２０）（２１）・・・湾
曲状中空押出型材、（３１）・・・混合ガス。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、押出されつつある中空型材の内部を、水分を含んだ
   大気と接触せずかつ酸素含有ガス雰囲気に保ちつつ押出
   成形し、押出し直後の高温の型材に、その内部を上記雰
   囲気に保ったままで曲げ加工を施すことを特徴とする湾
   曲状真空用アルミニウム中空押出型材の製造方法。 ２、押出用ダイスの押出方向前方に、型材の軸線と直交
   する面内で移動する可動ガイドを配置しておき、押出直
   後の高温の型材を可動ガイドに導き、可動ガイドを移動
   させることによって型材に曲げ加工を施すことを特徴と
   する請求項１記載の湾曲状真空用アルミニウム中空押出
   型材の製造方法。