JPS6137004B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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アルミニウム製中空押出形材
の製造法に関する。

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
においても未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
り、この点につき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。

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置かれると、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。

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。

本出願人は、上記の問題を解決するため、押し
出し直後の中空形材の先端開口部を密封するこ
と、引続き所定長さ押出した後の形材を切断する
と同時に切断端を密封すること、両密封端部を切
断することよりなる真空用アルミニウム製中空押
出形材の製造法を先に提案した（特開昭58―
77712号公報参照）。

上記提案方法によれば、押出成形時、形材の中
空部内面がほぼ大気と接触しない状態に保持さ
れ、その結果形材内面に問題のある水和酸化物が
生成せず、代わりに水和酸化部より膜質がちみつ
で膜厚が薄い酸化膜が形成せられるから、水和酸
化膜に較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
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、高真空度低を保つこと
ができるし、従来のように真空度を高めるために
面倒な作業を省略ないし軽減することができる。
もちろん、この発明の方法によつて得られた中空
押出形材は、粒子加速用パイプに限らず高真空を
保つ必要のある製品に用いることができる。

ところで、上記提案方法では、押出成形の素材
として押出性および機械的強度の点から、A6061
およびA6063などのアルミニウム―マグネシウム
―ケイ素系合金の使用を推奨している。しかしな
がら、この合金を使用すると、皮膜中にマグネシ
ウム等が拡散しているため、アルミニウムとマグ
ネシウム等の酸化皮膜が形成せられ、アルミニウ
ム単体の酸化皮膜が形成せられる純アルミニウム
を素材として使用した場合に較べて皮膜のちみつ
さに劣る。とすれば、押出形材の素材として純ア
ルミニウムを使用すればよいかのようであるが、
アルミニウム―マグネシウム―ケイ素系合金に較
べて強度が小さいため、製品として要求せられる
強度を得るには不必要に厚肉の押出形材を製造せ
ざるを得ない。

この発明の目的は、上記両者の長所を兼ね備え
た真空用アルミニウム製中空押出形材の製造法を
提供することにある。

この発明は、すでに提案した上記真空用アルミ
ニウム製押出形材において、押出し用ビレツトと
して、純アルミニウム製芯材とアルミニウム―マ
グネシウム―ケイ素系合金製皮材よりなる複合材
を用い、得られた中空押出形材に芯材および皮材
とそれぞれ対応する純アルミニウムよりなる内層
およびアルミニウム―マグネシウム―ケイ素系合
金よりなる外層を形成するとともに、純アルミニ
ウムよりなる内層にちみつな酸化膜を形成するこ
とを特徴とするものである。

この発明においても、上記提案方法と同様、先
端開口部密封後、単に押出しを続けるよりも、そ
の過程において形材の中空部から真空引きを行な
う方が好ましい。また真空引きを行なう代わり
に、形材の押出し当初より、中空部内に不活性ガ
スのみを供給するか、あるいは酸素と不活性ガス
の混合ガスを供給してもよい。後者の場合、混合
ガスの適当な割合は、酸素0.5〜30容量％とくに
１〜10容量％、残部不活性ガスである。不活性ガ
スとしては、アルゴンおよびヘリウムが一般的で
ある。両密封端部は、押出成形後、中空押出形材
の使用地に送られてから切断除去してもよいし、
送る前の段階で切断除去しておいてもよい。

複合ビレツトは、アルミニウム―マグネシウム
―ケイ素系合金の複合ビレツトの中心部を中ぐり
し、その中空部に別途製作した純アルミニウムの
丸棒を挿入することによつて得てもよいし、純ア
ルミニウムのビレツトをアルミニウム―マグネシ
ウム―ケイ素系合金で鋳ぐるむことによつても得
られる。

この発明によれば、押出し直後の中空形材の先
端開口部を密封すること、引続き所定長さ押出し
た後の形材を切断すると同時に切断端を密封する
こと、両密封端部を切断することよりなる真空用
アルミニウム製中空押出形材の製造法において、
押出し用ビレツトとして、純アルミニウム製芯材
とアルミニウム―マグネシウム―ケイ素系合金製
皮材よりなる複合材を用い、得られた中空押出形
材に芯材および皮材とそれぞれ対応する純アルミ
ニウムよりなる内層およびアルミニウム―マグネ
シウム―ケイ素系合金よりなる外層を形成すると
ともに、純アルミニウムよりなる内層にちみつな
酸化膜を形成するものであり、中空押出形材の内
外２層のうち、外層がアルミニウム―マグネシウ
ム―ケイ素系合金であるから、機械的強度を満足
させることができる一方、内層がとくに純アルミ
ニウムよりなるものであるから、アルミニウム―
マグネシウム―ケイ素系合金に較べて一層ちみつ
な酸化膜を得ることができる。

このように膜質のちみつな酸化膜は、水和酸化
膜に較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。

なお、上記酸化膜の膜厚は水和酸化膜に較べて
薄い。

この発明の方法によつて得られた中空押出形材
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。

この発明の実施例を、以下図面を参照して説明
する。

第１図において、押出機は、公知のコンテナ
１、ダミー・ブロツク２、ステム３、ポート・ホ
ール・ダイス雄型４、同雌型５、ダイ・ホルダ６
およびボルスタ７を備えている。雄型４の中央に
は、ガス噴出口８が設けられており、ダイ・ホル
ダ６の下端に設けられたガス供給口９からガス噴
出口８に至るガス通路１０が、雄型４およびダ
イ・ホルダ６に形成せられている。ガス供給口９
には、ガス容器１１に取付けられた導管１２の先
端が接続せられている。

上記押出機により、粒子加速用パイプに用いら
れる中空押出形材１３が押出成形されるのであ
る。もちろんこれを成形するダイスは成形される
べき形材に合致した形状のものが用いられる。

上記中空押出形材１３の製造順序について述べ
る。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の複合ビレツト１４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。複合ビレツト１４
は、純アルミニウム製芯材１８とアルミニウム―
マグネシウム―ケイ素系合金製皮材１７よりなる
ものである。前記押出と同時に混合ガス容器１１
より酸素７容量％、残部アルゴンよりなる混合ガ
ス１５を導管１２、通路１０を経て噴出口８より
圧力２〜３Kg／cm²で噴出し、押出されつつある形
材１３の中空部内に供給する。そして僅か押出さ
れた後の形材１３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１６を形成する。形材１３には、上記芯材
１８および皮材１７とそれぞれ対応する純アルミ
ニウムよりなる内層２０およびアルミニウム―マ
グネシウム―ケイ素系合金よりなる外層１９が形
成せられる。その後も混合ガス１５の供給を継続
し、所定長さ押出した後、形材１３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
２１を形成する。その後混合ガス１５を密封した
ままの形材１３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180℃で
６時間時効処理を行なう。最後に形材１３の両密
封端部１６，２１を油を用いずかつエヤー・ブロ
ーなしで切断除去し、所定寸法の中空押出形材を
うる。上記押出形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、これを150℃で24時間
脱ガス処理し、真空度を測定したところ７×
10^-13Torr.／ｓ・cm²以下の放出ガス係数が得ら
れた。

【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図は混合ガ
ス密封状態の形材の縦断面図である。 １３…中空押出形材、１４…ビレツト、１７…
皮材、１８…芯材、１９…外層、２０…内層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 押出し直後の中空形材の先端開口部を密封す
   ること、引続き所定長さ押出した後の形材を切断
   すると同時に切断端を密封すること、両密封端部
   を切断することよりなる真空用アルミニウム製中
   空押出形材の製造法において、押出し用ビレツト
   として、純アルミニウム製芯材とアルミニウム―
   マグネシウム―ケイ素系合金製皮材よりなる複合
   材を用い、得られた中空押出形材に芯材および皮
   材とそれぞれ対応する純アルミニウムよりなる内
   層およびアルミニウム―マグネシウム―ケイ素系
   合金よりなる外層を形成するとともに、純アルミ
   ニウムよりなる内層にちみつな酸化膜を形成する
   ことを特徴とする方法。