JP2005254244A - Method for manufacturing accelerating tube of electron/positron collider - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のリング状セルから、生産性よく、しかも強固かつ高精度に電子・陽電子コライダー（衝突器）の加速管を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an acceleration tube of an electron / positron collider (collider) with high productivity and high accuracy from a plurality of ring-shaped cells.
一般に電子・陽電子コライダーの加速管は、複数のリング状銅製セルを積層し、これらを接合することにより製造されている。
電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたっては、複数のリング状銅製セルの間に強固、かつ、高精度な接合が要求されることから、これまでは複数のリング状銅製セルの各接合面間に、インサート材として、金や銀などの金属を挿入し、拡散接合させることにより製造されていた（例えば、特許文献１、２参照）。
In general, an acceleration tube of an electron / positron collider is manufactured by laminating a plurality of ring-shaped copper cells and bonding them.
When manufacturing accelerating tubes for electron and positron colliders, strong and highly accurate bonding is required between multiple ring-shaped copper cells. It was manufactured by inserting a metal such as gold or silver as an insert material between the surfaces and performing diffusion bonding (for example, see Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、インサート材として用いる金や銀などの金属は非常に高価であるばかりか、複数のリング状銅製セルの各接合面間の全てに、極薄いインサート材を配置しなければならず、大変手間がかかり、生産性に劣るものであった。 However, metals such as gold and silver used as insert materials are not only very expensive, but very thin insert materials must be placed between each joint surface of a plurality of ring-shaped copper cells. And it was inferior in productivity.
本発明は、このような従来の問題点を解消し、複数のリング状セルから、高価なインサート材を用いることなく生産性よく、しかも強固、かつ、高精度に電子・陽電子コライダーの加速管を製造する方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves such a conventional problem, and from a plurality of ring-shaped cells, without using an expensive insert material, has high productivity, and is strong and highly accurate. An object of the present invention is to provide a method for producing the above.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、接合法としてパルス通電接合法を用い、かつ、リング状セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、さらに接合を特定の条件で行うことにより、目的を達成しうることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
The present inventor has intensively studied to achieve the above object.
As a result, the present inventor used the pulse current joining method as the joining method, used an electrode having elasticity as the electrode in contact with both ends of the ring-shaped cell, and further performed joining under specific conditions. The present invention has been found based on this finding.
即ち、請求項１に係る本発明は、複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用い、真空又は不活性ガス雰囲気中において、前記リング状セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、かつ、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する、ことを特徴とする、電子・陽電子コライダーの加速管の製造方法を提供するものである。 That is, the present invention according to claim 1 uses a pulse current bonding method as a bonding method in which a plurality of ring-shaped cells are laminated and bonded to manufacture an electron-positron collider acceleration tube, and vacuum or inert. In a gas atmosphere, an electrode having elasticity is used as an electrode in contact with both ends of the ring-shaped cell, and pulse energization is performed at a temperature of 200 ° C. to 650 ° C. and a pressure of 1 MPa to 20 MPa in the first stage. Next, in the second stage, joining is performed by pulse energization at a temperature of 700 ° C. to 1000 ° C. and a pressure of 0.01 MPa to 0.9 MPa, and further, 800 ° C. An object of the present invention is to provide an electron / positron collider acceleration tube manufacturing method characterized in that heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. or lower for 0.5 to 3 hours.
次に、請求項２に係る本発明は、前記電極の材質としてカーボンを用い、かつ、前記電極の平面積と、これに接するリング状セルとの平面積との比が、１：１〜１０：１の範囲である電極を用いる、請求項１記載の製造方法を提供するものである。
Next, the present invention according to
さらに、請求項３に係る本発明は、第２段階での処理後及び／又は第３段階での熱処理後、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けてなる、請求項１又は２記載の製造方法を提供するものである。 Furthermore, the present invention according to claim 3 is obtained by spraying an inert gas to the plurality of ring-shaped cells and / or electrodes after the treatment in the second stage and / or the heat treatment in the third stage. Or the manufacturing method of 2 description is provided.
本発明によれば、金や銀などの非常に高価なインサート材を用いる必要がなく、複数のリング状セルのみでダイレクトに接合することができる。このため、大幅なコストダウンが可能となる。
しかも、このため、複数のリング状セルの各接合面間の全てに、極薄いインサート材を配置するという手間が省け、生産性に優れる。
さらに、本発明によれば、複数のリング状セルを強固、かつ、高精度に接合することができ、高精度な加速管を得ることができる。
According to the present invention, it is not necessary to use a very expensive insert material such as gold or silver, and it is possible to directly join only with a plurality of ring-shaped cells. For this reason, a significant cost reduction is possible.
In addition, for this reason, the labor of disposing an extremely thin insert material between all the joint surfaces of the plurality of ring-shaped cells can be saved, and the productivity is excellent.
Furthermore, according to the present invention, a plurality of ring cells can be joined firmly and with high precision, and a highly accurate acceleration tube can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を示す。
請求項１に係る本発明は、電子・陽電子コライダーの加速管の製造方法に関し、複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用い、真空又は不活性ガス雰囲気中において、前記リング状セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、かつ、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する、ことを特徴とするものである。
Embodiments of the present invention will be described below.
The present invention according to claim 1 relates to a method of manufacturing an electron / positron collider acceleration tube. In manufacturing an electron / positron collider acceleration tube by stacking and bonding a plurality of ring-shaped cells, Using a pulse current bonding method, in a vacuum or an inert gas atmosphere, an electrode having elasticity is used as an electrode in contact with both ends of the ring-shaped cell, and a temperature of 200 ° C. or more and 650 ° C. or less is used in the first stage. Joining by pulse energization at a pressure of 1 MPa or more and 20 MPa or less, and then joining by pulse energization at a temperature of 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less and a pressure of 0.01 MPa or more and 0.9 MPa or less in the second stage. Furthermore, in the third stage, heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower for 0.5 to 3 hours.
請求項１に係る発明においては、複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造する。
電子・陽電子コライダーの加速管は、完成後は長さ２０〜３０ｋｍにも及ぶため、一度にそのような極めて長尺なものを作製することはできない。そこで、例えば２０段、或いは６０段など、リング状セルを中心軸方向に（その中央部の貫通孔が連通するように）所定段数重ね接合したものを基本単位として作製し、これを順次つなげて行くことにより、目的とする電子・陽電子コライダーの加速管を製造している。なお、本発明における接合は、基本的に真空又は不活性ガス雰囲気中において行われるため、そのような極めて長い加速管を製造する場合、真空又は不活性ガス雰囲気を維持しつつ一定の長さだけ接合し、少しずつ移動して接合しうるようにしておくことが必要となる。
In the invention according to claim 1, an acceleration tube of an electron / positron collider is manufactured by laminating and joining a plurality of ring-shaped cells.
Since the acceleration tube of an electron / positron collider extends to 20 to 30 km after completion, such an extremely long tube cannot be produced at a time. Therefore, for example, 20 or 60 stages of ring-shaped cells that are joined in a predetermined number of stages in the direction of the central axis (so that the through-holes in the center thereof communicate with each other) are produced as basic units and connected sequentially. By going, we produce the target electron / positron collider acceleration tube. In addition, since the joining in the present invention is basically performed in a vacuum or an inert gas atmosphere, when manufacturing such an extremely long acceleration tube, only a certain length is maintained while maintaining the vacuum or the inert gas atmosphere. It is necessary to join and move little by little so that they can be joined.
リング状セルは、通常、銅製であるが、これに限定されるものではない。このリング状セルは、１例を挙げれば、直径６１ｍｍ、厚さ８．７４ｍｍの円板の中央部に直径２０ｍｍの空洞（貫通孔）を有するものであるが、これに限定されるものではない。リング状セルとしては一般に用いられているものを使用することができる。 The ring-shaped cell is usually made of copper, but is not limited to this. For example, this ring-shaped cell has a cavity (through hole) having a diameter of 20 mm in the center of a disc having a diameter of 61 mm and a thickness of 8.74 mm, but is not limited thereto. . As the ring-shaped cell, a commonly used cell can be used.
このリング状セルとしては、極めて高精度の寸法加工が施されたものを用いることが好ましい。また、このリング状セルの両面又は片面は、予め洗浄し、汚れや付着物などを取り除いておくことが望ましい。具体的には例えば、超音波等を用い、イソプロパノールなどのアルコール系等の有機溶剤を用いてリング状セルの両面又は片面を洗浄しておくことが望ましい。或いは、リング状セルの両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去して接合を行っても良い。さらには、リング状セルの両面又は片面に、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質を施しておいても良い。このようなアルゴン雰囲気下でのプラズマ処理による界面改質を施すことにより、界面の酸化被膜等を除去し、接合を容易ならしめることができる。 As this ring-shaped cell, it is preferable to use a cell subjected to dimensional processing with extremely high accuracy. Moreover, it is desirable that both sides or one side of the ring-shaped cell be cleaned in advance to remove dirt and adhered matters. Specifically, for example, it is desirable to clean both surfaces or one surface of the ring-shaped cell using an ultrasonic solvent or the like and an alcohol-based organic solvent such as isopropanol. Alternatively, cleaning may be performed on both surfaces or one surface of the ring-shaped cell by sputtering, cleaning liquid, or the like, and foreign matter, oxide film, passive film, or the like on the bonding interface may be removed for bonding. Furthermore, interface modification by plasma treatment under an argon atmosphere or plasma irradiation treatment under atmospheric pressure may be performed on both surfaces or one surface of the ring-shaped cell. By performing such interface modification by plasma treatment in an argon atmosphere, the oxide film and the like at the interface can be removed, and the bonding can be facilitated.
さらに、このリング状セルとしては、空洞部の内面や接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施されたものが好ましい。空洞部の内面や接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施す方法としては、研磨、バフ仕上げ等公知の方法が挙げられる。この処理により空洞部の内面や接合面の表面粗度を０．５μｍ以下の鏡面乃至平滑面に仕上げておくことが望ましい。 Further, the ring-shaped cell is preferably one in which the inner surface of the hollow portion, both surfaces of the bonding surface or one surface thereof are mirror-finished or smoothed. Examples of a method for applying a mirror surface or a smoothing treatment to the inner surface of the hollow portion, both surfaces of the bonding surface, or one surface include known methods such as polishing and buffing. It is desirable to finish the inner surface of the cavity and the surface roughness of the bonding surface to a mirror surface or a smooth surface of 0.5 μm or less by this treatment.
請求項１に係る発明においては、このような複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用いる。パルス通電接合法は、基本的にはパルス通電による自己発熱を利用した接合法である。このパルス通電接合法に用いるパルス通電接合機としては、本発明の方法で特色とする「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられているパルス通電接合機をそのまま用いることができる。
図１は、そのようなパルス通電接合機に複数のリング状セルをセッティングした状態を示す概念図である。
図１において、符号１はリング状セルを示し、符号２は電極を示している。また、符号３は、パルス電流発生機を示し、符号４は、電極を加圧するための加圧手段（例えば、エアーシリンダーや油圧シリンダー）を示している。
なお、図１において、符号２Ａは上ラム電極を示し、符号２Ｂは下ラム電極を示している。但し、これら上下のラム電極は、それぞれ上下の電極２と一体となったものでも良い。また、符号５は真空チャンバーを示している。
In the invention according to claim 1, when a plurality of such ring-shaped cells are stacked and bonded to manufacture an electron / positron collider acceleration tube, a pulse current bonding method is used as a bonding method. The pulse energization joining method is basically a joining method using self-heating by pulse energization. As the pulse energizer used in this pulse energization joining method, a generally used pulse energizer can be used as it is, except for the “electrode having elasticity” which is the feature of the method of the present invention. it can.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a state in which a plurality of ring-shaped cells are set in such a pulse current bonding machine.
In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a ring-shaped cell, and
In FIG. 1, reference numeral 2A denotes an upper ram electrode, and
後述するように、請求項１に係る発明においては、このパルス通電接合を特定の条件下で行う必要がある。
なお、リング状セル１を中心軸方向に複数重ねて積層し、接合するにあたっては、接合後にあたかも１本の部材からなるものであるかのようなものが要求され、高度の直線性が必要である。そのため、Ｖブロックなどを用いて正確な位置決めを行うことが好ましい。
図２は、Ｖブロックを用いて正確な位置決めを行ったリング状セル１を２０段重ねて積層した状態を示す説明図である。符号８はカーボンシートである。
As will be described later, in the invention according to claim 1, it is necessary to perform this pulse energization joining under specific conditions.
In addition, when a plurality of the ring-shaped cells 1 are stacked in the direction of the central axis and joined, it is required that they are composed of one member after joining, and a high degree of linearity is required. is there. Therefore, it is preferable to perform accurate positioning using a V block or the like.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which the ring-shaped cells 1 that have been accurately positioned using the V block are stacked in 20 layers. Reference numeral 8 denotes a carbon sheet.
請求項１に係る発明においては、このような複数のリング状セル１を積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、前記リング状セルの両端部に接する電極２として弾性力を有するものを用いる。
ここで電極２としては、弾性力を有するもの、かつ、通電可能なものであれば、その構造や材質は特に限定されず、カーボン材でも、モリブデン材でも良いが、好ましくはカーボン材である。
In the invention according to claim 1, in manufacturing an acceleration tube of an electron / positron collider by laminating and bonding a plurality of such ring-shaped cells 1, the
The
請求項２に記載したように、電極２の材質としてはカーボンを用い、かつ、電極２の平面積と、これに接するリング状セルとの平面積との比が、１：１〜１０：１の範囲である電極２を用いることが望ましい。
カーボンは、耐熱性が高く、しかも素材自体にも若干の弾力性があることから、電極２の材質として好適である。
また、電極２の平面積と、これに接するリング状セルとの平面積との比を、１：１〜１０：１の範囲とすることにより、リング状セルの異常過熱を回避することができ、接合時のリング状セルの温度ムラを回避することができる。
As described in
Carbon is suitable as a material for the
Moreover, abnormal overheating of the ring cell can be avoided by setting the ratio of the plane area of the
請求項１に係る発明においては、弾性力を有する電極２を用いることが必要である。
弾性力を有する電極２としては、例えば、つるまきバネのようなバネを用いたものが挙げられる。バネ材としては、ステンレス製でも良いが、カーボン製が好ましい。なお、１回限りの使用の場合には、カーボンシートを積み重ねることによっても弾性力を有する電極２とすることができる。
以下、「弾性力を有する電極」を単に「弾性電極」と称することがある。また、「弾性力を有するカーボン製の電極」は単に「弾性カーボン電極」と称することがある。
In the invention which concerns on Claim 1, it is necessary to use the
Examples of the
Hereinafter, the “electrode having elasticity” may be simply referred to as “elastic electrode”. The “carbon electrode having elasticity” may be simply referred to as “elastic carbon electrode”.
通常、このようなバネの上下にカーボンブロックの平板を配置したものを弾性力を有する電極２として用いる。図３は、電極２として、そのようなバネ６の上下にカーボンブロックの平板７を配置したものを示す断面説明図である。
また、バネ６単独の他に、バネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー９を充填したものを用いることもできる。図４は、電極２として、そのようなバネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー９を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板７を配置したものを示す断面説明図である。
Usually, a carbon block flat plate arranged above and below such a spring is used as the
Further, in addition to the
さらには、バネ６を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー９をカーボンブロックの平板７の間に充填したものを用いることもできる。図５は、電極２として、バネ６を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー９をカーボンブロックの平板７の間に充填したものを示す断面説明図である。カーボンチップ又はカーボンファイバー９は、塊となると弾性を有し、接合時のパルス電流の通り道となるので、接合するリング状セル１へパルス電流をより効率的に供給することができる。
また、カーボンチップ又はカーボンファイバー９は、パルス電流で発熱することから、接合するリング状セル１への熱供給が可能となる。
Further, a carbon chip or
Moreover, since the carbon chip or the
通常、カーボンブロックの平板７、バネ６、カーボンチップ又はカーボンファイバー９の外周は、厚さ０．２ｍｍ程度のカーボンシートで巻かれ包まれている。
上下のカーボンブロックの平板７のうち、一方のカーボンブロックの平板７をＳＵＳ製等の針金で縛るなどして固定し、他方のカーボンブロックの平板７は自由に上下動できるようにしておく、ことが好ましい。
Usually, the outer periphery of the carbon block
Among the upper and lower carbon block
本発明において、リング状セル１の両端部に接する電極２として弾性力を有するものを用いる理由は次のとおりである。
即ち、パルス通電接合中に、接合材料であるリング状セル１が昇温し、ある一定温度以上になると降伏応力が減衰する。
例えば、本発明の第１段階では、２００℃以上６５０℃以下の温度と、比較的低温であるが、第２段階になると、７００℃以上１０００℃以下の温度と、かなり高温で行う。
このような高い温度となると、接合材料であるリング状セル１が軟化し、降伏応力が減衰する。接合材料であるリング状セル１が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こるということは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合材料であるリング状セル１が昇温し、降伏応力が減衰するのに伴い、加圧力をそれ以下の範囲で徐々に下げることが望ましい。つまり、降伏応力と加圧力の最も適切な応答性のある接合加圧力に調節することが良い。
しかも、パルス通電時における加熱によりリング状セル１が発熱し、膨張することから、加熱膨張による加圧力の上昇をも考慮しなければならない。
このため、第１段階と比べて、第２段階では、加圧力を下げている。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力を増大させることができる。
しかしながら、接合材料であるリング状セル１の加熱による膨張分を適宜測定し、或いは降伏応力の減衰を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱めるようなことは実際上困難である。
そこで本発明では、弾性力を有する電極２を用いることにより、パルス通電時における加熱膨張による加圧力の上昇を適宜抑えることができる。この結果、寸法精度が良好な製品に仕上げることができる。
In the present invention, the reason why an
That is, during pulse current bonding, the ring-shaped cell 1 that is a bonding material is heated, and when the temperature exceeds a certain temperature, the yield stress is attenuated.
For example, in the first stage of the present invention, the temperature is 200 ° C. or more and 650 ° C. or less and a relatively low temperature, but in the second stage, the temperature is 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less and is considerably high.
At such a high temperature, the ring-shaped cell 1 that is a bonding material is softened, and the yield stress is attenuated. When the ring-shaped cell 1 that is a bonding material is softened, the applied pressure is dispersed and lateral deformation occurs. When the deformation which swells laterally occurs, the pressure is dispersed in the lateral direction and does not apply in the joining direction, so that the responsiveness of the applied pressure is deteriorated and a good result cannot be obtained. Therefore, it is desirable to gradually lower the applied pressure in a range below that as the ring-shaped cell 1 as the bonding material is heated and the yield stress is attenuated. That is, it is good to adjust to the joining pressure with the most appropriate responsiveness of the yield stress and the pressure.
In addition, since the ring-shaped cell 1 generates heat and expands due to heating at the time of pulse energization, it is necessary to consider an increase in pressure force due to heating and expansion.
For this reason, compared with the first stage, the pressure is reduced in the second stage. Thereby, the fall of joining force can be prevented and joining force can be increased compared with the case where adjustment of applied pressure is not performed.
However, it is practically difficult to appropriately measure the expansion due to heating of the ring-shaped cell 1 that is a bonding material, or measure the attenuation of the yield stress as appropriate, and decrease the applied pressure one by one in accordance with this.
Therefore, in the present invention, by using the
即ち、本発明の第２段階などでは、自己発熱によりリング状セル１がかなり高温となり膨張することから、膨張した分だけ加圧力を弱めることが必要となる。
この場合、通常の弾性力のない電極であると、加熱による膨張分を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱める必要がある。
しかしながら、このような弾性力を有する電極（弾性カーボン電極）２を用いると、加熱による膨張分を吸収し、パルス通電時における加熱膨張による加圧力のいわば必然的に起こる上昇をある程度自動的に抑えることができる。また、リング状セル１にかかる偏圧を防ぎ、より寸法精度の高い仕上がりとすることができる。
通常のカーボン電極を使用すると、リング状セル１の各部位の寸法にバラツキが発生し、精度を確保することができないが、このような弾性カーボン電極２を使用することにより、リング状セル１の各部位の寸法の偏差をなくし、寸法精度の良い仕上がりとすることができる。
That is, in the second stage of the present invention, the ring-shaped cell 1 expands at a considerably high temperature due to self-heating, so it is necessary to weaken the applied pressure by the amount of expansion.
In this case, if the electrode has no normal elasticity, it is necessary to appropriately measure the amount of expansion due to heating and to weaken the applied pressure one by one.
However, when an electrode (elastic carbon electrode) 2 having such an elastic force is used, the expansion due to heating is absorbed, and so-called increase in pressure caused by heating expansion during pulse energization is automatically suppressed to some extent. be able to. Moreover, the uneven pressure applied to the ring-shaped cell 1 can be prevented, and a finish with higher dimensional accuracy can be achieved.
If a normal carbon electrode is used, the size of each part of the ring-shaped cell 1 varies, and accuracy cannot be ensured. However, by using such an
請求項１に係る発明においては、上述したように、複数のリング状セル１を積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用い、かつ、このパルス通電接合を特定の条件下で行う必要がある。
即ち、請求項１に係る発明においては、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理することが必要である。
In the invention according to claim 1, as described above, when a plurality of ring-shaped cells 1 are stacked and bonded to manufacture an acceleration tube of an electron / positron collider, a pulse current bonding method is used as a bonding method, And it is necessary to perform this pulse energization joining under specific conditions.
That is, in the invention according to claim 1, joining is performed by pulse energization at a temperature of 200 ° C. or higher and 650 ° C. or lower and a pressure of 1 MPa or higher and 20 MPa or lower in the first stage, and then 700 ° C. or higher and 1000 ° C. in the second stage. Joining by pulse energization at a temperature of ≦ ° C. and a pressure of 0.01 MPa or more and 0.9 MPa or less, and further heat-treating at a temperature of 800 ° C. or more and 1000 ° C. or less for 0.5 to 3 hours is necessary.
請求項１に係る発明においては、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度とＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行う。簡単に言えば、この第１段階では、高荷重、低温でパルス通電による接合を行う。この第１段階は、いわば仮接合ということもできる。この第１段階により精度を確保する。
ここで第１段階での温度が２００℃未満であると、リング状セル１の接合が不充分となる。一方、６５０℃を超えると、加圧力でリング状セル１の変形が起こり、精度を確保することができない。
また、第１段階での加圧力が１ＭＰａ未満であると、リング状セル１の密着性が不充分で、続く第２段階での接合時にリング状セルの異常発熱を惹き起こす。一方、２０ＭＰａを超えると、リング状セル１のつぶれが大きくなり、寸法精度の確保が困難となる。
この第１段階での接合における温度と圧力の保持時間は、少なくとも１５分以上必要である。
In the invention which concerns on Claim 1, it joins by pulse energization with the temperature of 200 degreeC or more and 650 degrees C or less and the applied pressure of MPa or more and 20 MPa or less at the 1st step. In short, in this first stage, bonding is performed by pulse energization at a high load and low temperature. This first stage can be said to be temporary joining. This first stage ensures accuracy.
Here, when the temperature in the first stage is lower than 200 ° C., the ring-shaped cell 1 is not sufficiently bonded. On the other hand, if it exceeds 650 ° C., the ring-shaped cell 1 is deformed by the applied pressure, and accuracy cannot be ensured.
Further, if the applied pressure in the first stage is less than 1 MPa, the adhesion of the ring-shaped cell 1 is insufficient, and abnormal heat generation of the ring-shaped cell is caused at the time of joining in the subsequent second stage. On the other hand, if it exceeds 20 MPa, the ring-shaped cell 1 will be crushed and it will be difficult to ensure dimensional accuracy.
The holding time of the temperature and pressure in the joining in the first stage needs to be at least 15 minutes.
次に、請求項１に係る発明においては、第２段階で、より温度を上げ、より加圧力を下げ、パルス通電による接合を行う。簡単に言えば、この第２段階では、低荷重、高温でパルス通電による接合を行う。この第２段階は、いわば本接合ということもできる。この第２段階により、強固な接合を確保する。 Next, in the invention according to claim 1, in the second stage, the temperature is further increased, the applied pressure is further decreased, and the joining by pulse energization is performed. Simply put, in this second stage, bonding is performed by pulse energization at a low load and high temperature. This second stage can be said to be a main joining. This second stage ensures a strong bond.
具体的には、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行う。
ここで第２段階での温度が７００℃未満であると、リング状セル１の接合が不充分となり、真空漏れの危険性が発生する。一方、１０００℃を超えると、過熱でリング状セル１の変形・縮みが発生し、精度を確保することができない。
また、第２段階での加圧力が０．０１ＭＰａ未満であると、加圧力が低過ぎて電極２とリング状セル１との間に隙間ができ、プラズマが発生し、異常な高熱でリング状セル１の表面を溶かしてしまうおそれがある。一方、０．９ＭＰａを超えると、リング状セル１の変形がみられる。
さらに、この第２段階を行わない場合には、接合するリング状セル１に亀裂が発生し、接合が不充分となってしまう。
Specifically, in the second stage, joining is performed by pulse energization at a temperature of 700 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower and a pressure of 0.01 MPa or higher and 0.9 MPa or lower.
Here, if the temperature in the second stage is lower than 700 ° C., the ring-shaped cell 1 is not sufficiently joined, and a risk of vacuum leakage occurs. On the other hand, when the temperature exceeds 1000 ° C., deformation and shrinkage of the ring-shaped cell 1 occur due to overheating, and accuracy cannot be ensured.
Further, if the applied pressure in the second stage is less than 0.01 MPa, the applied pressure is too low, a gap is formed between the
Further, if this second stage is not performed, cracks occur in the ring-shaped cells 1 to be joined, and the joining becomes insufficient.
この第２段階では、リング状セル１の熱の発散を防止し、温度ムラを防ぐために、リング状セル１外周に反射板１０を設置することが好ましい。図６は、反射板１０の１態様を示す説明図である。図６では１重の反射板を示したが、これに限定されるものではなく、２重以上の多重の反射板であってもよい。反射板の材質などとしては特に制限はないが、通常はＳＵＳなどで肉薄（例えば０．１ｍｍ厚）のものが用いられる。
In this second stage, it is preferable to install the
以上の第１段階と第２段階では、パルス通電による接合を行うが、次の第３段階では、パルス通電を止め、所定の熱処理を行う。
なお、パルス通電の条件等については後述する。
In the first stage and the second stage described above, joining by pulse energization is performed, but in the next third stage, pulse energization is stopped and predetermined heat treatment is performed.
The conditions for pulse energization will be described later.
さらに、請求項１に係る発明においては、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する。この第３段階は、いわば相互拡散接合処理ということもでき、接合をより完全ならしめるためのものである。
ここで第３段階での温度が８００℃未満であると、拡散が不充分で接合強度が確保されない危険性がある。一方、１０００℃を超えると、リング状セルが部分的に軟化し、変形を生じる。
この第３段階は、接合をより完全ならしめるためのものであり、もはやパルス通電も加圧も行わない。
この第３段階における温度の保持時間が０．５時間未満であると、接合が不充分の箇所が存在し、ねじり試験等でリング状セルが分離してしまう。一方、３時間を超えると、リング状セルの長さ方向の寸法が縮み、所望の指定寸法を満足できなくなる。
Furthermore, in the invention which concerns on Claim 1, it heat-processes at the temperature of 800 to 1000 degreeC at the 3rd stage for 0.5 to 3 hours. This third stage can also be called an interdiffusion bonding process, and is for making the bonding more complete.
Here, if the temperature in the third stage is less than 800 ° C., there is a risk that the diffusion is insufficient and the bonding strength is not ensured. On the other hand, if it exceeds 1000 ° C., the ring-shaped cell is partially softened and deformed.
This third stage is intended to make the joining more complete and no longer applies pulse or pressurization.
When the temperature holding time in the third stage is less than 0.5 hour, there are insufficiently joined portions, and the ring-shaped cells are separated in a torsion test or the like. On the other hand, if it exceeds 3 hours, the dimension in the length direction of the ring-shaped cell shrinks and the desired specified dimension cannot be satisfied.
請求項１に係る本発明においては、上記した３段階の工程を連続して行ってもよいし、また、各段階でリング状セル１を別の炉などの装置に入れ直して（不連続的に）工程を進めてもよい。さらには、第１段階と第２段階とを同一の装置で行った後、第３段階のみを別の装置で行ってもよい。 In the present invention according to claim 1, the above-described three-stage process may be performed continuously, and the ring-shaped cell 1 is reinserted into another furnace or the like at each stage (discontinuously). ) The process may be advanced. Further, after the first stage and the second stage are performed by the same apparatus, only the third stage may be performed by another apparatus.
以下、パルス通電の条件等について述べる。
請求項１に係る本発明の第１段階と第２段階においては、複数のリング状セル１を積層し、積層された面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、接合すべき複数のリング状セル１のみに通電させる。
Hereinafter, conditions for pulse energization will be described.
In the first stage and the second stage of the present invention according to claim 1, a plurality of ring-shaped cells 1 are stacked, and a plurality of pieces to be joined are pressed while being pressed at a predetermined pressure so that the stacked surfaces are brought into close contact with each other. Only the ring cell 1 is energized.
即ち、所定の圧力で加圧した状態で、一対の電極をあて、接合すべき複数のリング状セル１のみに通電させる。
図１では、電極方向と接合界面加圧方向とが同じものを示しているが、電極方向と接合界面加圧方向とは、異なっていても良いし、同じであっても良い。
接合部材であるリング状セル１と接する電極２の形状は、接合部材であるリング状セル１の形状に合わせ、円盤状でも、通電可能なローラー状でも良いし、さらには彫り込んだものであっても良い。
That is, in a state of being pressurized at a predetermined pressure, a pair of electrodes is applied, and only a plurality of ring cells 1 to be joined are energized.
In FIG. 1, the electrode direction and the bonding interface pressure direction are the same, but the electrode direction and the bonding interface pressure direction may be different or the same.
The shape of the
ここで「のみに通電させる。」とは、接合すべき複数のリング状セル以外に通電するようなものを使用しないということであり、換言すると放電プラズマ焼結法で一般に用いられている、接合部材を取り囲むようなカーボン型を使用しないということである。
電極間に接合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型を使用しないことによって、通電可能なカーボン型を使用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合をし、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡大した。
Here, “only energize” means that no energies other than a plurality of ring-shaped cells to be joined are used. In other words, the joining is generally used in the discharge plasma sintering method. This means that a carbon mold surrounding the member is not used.
By not using a carbon type that can be energized to enclose a joining member other than the joining member between the electrodes, a decrease in current density due to the use of a carbon type that can be energized is prevented, and direct temperature control of the band part on the side of the joining member is achieved. In addition, it enables efficient joining, and at the same time, it eliminates the shape restrictions of joining members that have only been able to be made only in the shape of a disk or a cylinder in the carbon mold so far. The joint range was expanded.
このとき、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることができる。これにより長尺の部材などを短時間に効率良く接合することができる。
このような外部から強制的に加熱する手段としては特に制限はないが、ニクロム線等の直接加熱方式、或いは、マイクロ波誘導加熱、ミリ波誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式が最も好ましい。この他に高周波加熱等が挙げられ、これらの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いることができる。
外部から強制的に加熱する際の加熱時間は、一般的には６０分以下とすれば良い。
At this time, it is possible to energize the vicinity of the butted joint surfaces while forcibly heating from the outside. Thereby, a long member etc. can be joined efficiently in a short time.
There are no particular restrictions on the means for forcibly heating from the outside, but direct heating methods such as nichrome wire or induction heating methods such as microwave induction heating, millimeter wave induction heating, submillimeter wave induction heating are the most. preferable. In addition, high-frequency heating and the like can be mentioned, and one of these can be used alone, or two or more can be used in combination.
The heating time for forcibly heating from the outside may generally be 60 minutes or less.
パルス電流としては通常直流が用いられ、請求項１に係る本発明においては、デューティー比、つまりパルスのＯＮとＯＦＦの比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が８６〜９９．９％、好ましくは９０〜９９．９％のパルス電流を流すことが好ましい。
このようなパルスのＯＮ時間の比率の高いパルス電流を流し、自己発熱により全体を緩やかに昇温させて、なるべく部材全体を均一に昇温させることが好ましい。
Direct current is normally used as the pulse current. In the present invention according to claim 1, the duty ratio, that is, the ON / OFF ratio of the pulse (ON / ON + OFF) is 86 to 99.9%, preferably 90 to 99.99. It is preferable to flow 9% pulse current.
It is preferable that a pulse current having a high ON time ratio of such a pulse is supplied, the temperature of the entire member is gradually increased by self-heating, and the temperature of the entire member is increased as uniformly as possible.
また、パルス電流としては、１００〜５００００Ａ、好ましくは３００〜３００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。
電流密度に換算すると、パルス電流としては、５０Ａ／ｃｍ２〜５００Ａ／ｃｍ２、好ましくは８０Ａ／ｃｍ２〜１５０Ａ／ｃｍ２の電流供給が可能なものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。
Moreover, as a pulse current, the thing of the range of 100-50000A, Preferably 300-30000A is used, and a voltage is 100V or less.
In terms of current density, the
上記したように、請求項１に係る本発明では、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度とパルス１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する。
ここで第１段階と第２段階は、いずれもパルス通電によるものであって、自己発熱により温度を上げ所定温度としているが、第３段階はパルス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げ所定温度とする必要がある。
As described above, in the present invention according to claim 1, bonding is performed by pulse energization at a temperature of 200 ° C. or more and 650 ° C. or less and a pressure of 1 MPa or more and 20 MPa or less of the pulse in the first stage, and then 700 in the second stage. Joining is performed by pulse energization at a temperature not lower than 1000 ° C. and not higher than 1000 ° C. and a pressure applied not lower than 0.01 MPa and not higher than 0.9 MPa. To do.
Here, both the first stage and the second stage are based on pulse energization, and the temperature is raised to a predetermined temperature by self-heating. However, since the third stage is not based on pulse energization, the temperature is increased by external heating. Needs to be raised to a predetermined temperature.
前記したように、請求項１に係る本発明では、第１段階でいわば仮接合を行い、次に第２段階でいわば本接合を行う。
この第２段階における本接合では、上記したように接合部材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合部材であるリング状セル１のみに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面間にパルス電流を流すことによって、いわば通電衝撃による液相での接合界面の原子間微小溶融が行われる。
第２段階では、上記したようなパルス電流を流し、必要に応じて外部から強制的に加熱しながら通電させ、接合部材である銅製のリング状セル１の溶融点（１０８３℃）の６５％以上、９０％未満まで自己発熱により温度を上昇させる。より具体的には、前記したように７００℃以上１０００℃以下の温度まで自己発熱により温度を上昇させる。この温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）を、０．５〜６０分間程度保持することにより、パルス電流の通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせ、第２段階での接合を行う。このような液相状態での原子間微小溶融は、これまで全く行われていない。なお、この際には真空雰囲気としておくことが望ましいが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行っても良い。
As described above, in the present invention according to claim 1, provisional joining is performed in a first stage, and then so-called final joining is performed in a second stage.
In the main joining in the second stage, as described above, the carbon mold surrounding the joining member is not used, and only the ring-shaped cell 1 that is the joining member is energized to increase the current density, and the pulse current between the joining interfaces. In other words, the interatomic minute melting of the bonding interface in the liquid phase due to the electric shock is performed.
In the second stage, the pulse current as described above is applied, and if necessary, it is energized while forcibly heating from the outside, and 65% or more of the melting point (1083 ° C.) of the copper ring-shaped cell 1 that is the joining member. The temperature is raised by self-heating to less than 90%. More specifically, as described above, the temperature is raised to 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less by self-heating. By maintaining the temperature (peak temperature) when this temperature range is reached for about 0.5 to 60 minutes, the interatomic micromelting in the liquid phase of the bonding interface due to the pulsating impact of the pulse current is caused, and the second stage Join with Such interatomic micromelting in the liquid phase has not been performed at all. In this case, a vacuum atmosphere is desirable, but it may be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas.
請求項１に係る本発明においては、このようにして第２段階において通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、第３段階において所定の条件で熱処理する。この第３段階での熱処理により、相互拡散されることから、この第３段階における熱処理を「相互拡散接合処理」ということもできる。このような相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時間で接合することができる。１回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場合も考えられることから、１回だけでなく、それ以上の複数回にわたる相互拡散接合処理を行ってもよい。
これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行うことにより、固相状態で接合することは行われてきたが、これと第３段階で行う相互拡散接合処理とは全く異なる。第３段階で行う、パルス通電における相互拡散接合処理はこれまで他に見られない。
In the present invention according to claim 1, after performing interatomic micro-melting in the liquid phase of the bonding interface by energizing impact in the second stage in this way, heat treatment is performed under predetermined conditions in the third stage. Since mutual diffusion is caused by the heat treatment in the third stage, the heat treatment in the third stage can also be referred to as “interdiffusion bonding treatment”. By performing such an interdiffusion bonding process, it is possible to bond completely and in a short time. Since it may be considered that a single interdiffusion bonding process does not completely bond, the interdiffusion bonding process may be performed not only once but multiple times.
In the past, so-called tempering treatment has been performed after sintering, so that joining in a solid phase has been performed, but this is completely different from the interdiffusion bonding treatment performed in the third stage. No other interdiffusion bonding process in pulse energization performed in the third stage has been seen so far.
このような第３段階における相互拡散接合処理は、接合部材である銅製のリング状セル１の溶融点（１０８３℃）の７０％以上、９０％未満で行うことができる。より具体的には、前記したように８００℃以上１０００℃以下の温度で行う。この温度は、前記第２段階における原子間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い温度である。前記したように、この第３段階はパルス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げる必要がある。 The interdiffusion bonding process in the third stage can be performed at 70% or more and less than 90% of the melting point (1083 ° C.) of the copper ring-shaped cell 1 that is a bonding member. More specifically, as described above, the temperature is 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. This temperature is about the same as or slightly higher than the temperature at the time of interatomic micromelting in the second stage. As described above, since the third stage is not based on pulse energization, it is necessary to increase the temperature by external heating.
なお、本発明でいう「温度」とは、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部においては材料成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促していると推測される。 The “temperature” in the present invention refers to the temperature when the surface in the vicinity of the joint surface, that is, the surface of the joint surface side band is measured using, for example, an infrared pyroscope, a radiation thermometer, a thermocouple, or the like. At present, the temperature of the bonding interface cannot be actually measured. The bonding interface is actually in a very small range, and it is assumed that the temperature above the melting point is repeated in a very short time, and the plastic flow is promoted by repeating the high-temperature and high-pressure vapor state of the material components in the minute local area.
この第３段階における相互拡散接合処理を行う際には、パルス電流は流さない。また、加圧は特に必要ないが、前段階からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。この第３段階における相互拡散接合処理を行う際には、８００℃以上１０００℃以下の温度に達したときの温度（ピーク温度）を０．５〜３時間、好ましくは１．０〜１．５時間保持することが望ましい。これにより極めて強固かつ短時間に接合することができる。 When the interdiffusion bonding process in the third stage is performed, no pulse current flows. Further, although pressurization is not particularly necessary, pressurization from the previous stage may be performed as it is. When performing the interdiffusion bonding process in the third stage, the temperature (peak temperature) when the temperature reaches 800 ° C. or more and 1000 ° C. or less is 0.5 to 3 hours, preferably 1.0 to 1.5. It is desirable to keep the time. Thereby, it can join very strongly and in a short time.
請求項１に係る本発明では、上記したように第２段階において通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて第３段階にて所定条件にて熱処理する相互拡散接合処理を行うこと、つまり一旦液相状態として原子間微小溶融をさせた後に、相互拡散接合処理すること、が必要である。
このような液相状態とした後の相互拡散接合処理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現象を指しており、明らかにここでいう液相状態とした後の相互拡散接合処理とは異なっているが、そのような液相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させる点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固相拡散」とは明確に異なる。
In the first aspect of the present invention, as described above, after the interatomic micro-melting in the liquid phase of the bonding interface by the current-carrying impact in the second stage, the heat treatment is subsequently performed under predetermined conditions in the third stage. It is necessary to perform diffusion bonding processing, that is, to perform interdiffusion bonding processing after interatomic micromelting once in a liquid phase state.
The interdiffusion bonding process after the liquid phase state is used refers to the mutual diffusion bonding process after the liquid phase state in pulse energization, and is different from the conventionally known liquid phase diffusion bonding. The conventionally known liquid phase diffusion bonding refers to a phenomenon that occurs when a low melting point member is inserted between the bonding surfaces, and clearly differs from the mutual diffusion bonding processing after the liquid phase state described here. However, it has been found that such diffusion in the liquid phase state occurs even in pulse energization. In addition, this “interdiffusion bonding treatment after being in a liquid phase state” is “solid phase diffusion” in which it is not melted but diffused in a solid phase state in that it is melted and then liquid phase state is allowed to cause mutual diffusion. Are clearly different.
このような第２段階において液相状態とした後の第３段階における熱処理（相互拡散接合処理）によれば、ねじり試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られ、接合すべきリング状セル１を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合することができる。 According to the heat treatment (interdiffusion bonding treatment) in the third stage after the liquid phase state in the second stage as described above, it is strong enough to be recognized as having the same characteristics as the base material in a torsion test or the like. Bonding is obtained, and the ring-shaped cells 1 to be bonded can be bonded extremely firmly and reliably in a short time and at low cost.
なお、請求項３に記載したように、第２段階での処理後及び／又は第３段階での熱処理後、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けることが好ましい。
即ち、第２段階のパルス電流通電後の冷却時に、及び／又は、第３段階での熱処理後、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けることが好ましい。
これにより冷却を速め、例えば第２段階のパルス電流通電後の冷却時に、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けた場合には、速やかに第３段階に移行でき、生産性を高めることができる。
ここで不活性ガスとしては、例えば窒素ガス、アルゴンガスなどを挙げることができるが、なかでもアルゴンガスは製品の仕上がりに光沢を付与できることから特に好ましい。
In addition, as described in claim 3, it is preferable to spray an inert gas on the plurality of ring-shaped cells and / or electrodes after the treatment in the second stage and / or the heat treatment in the third stage.
That is, it is preferable to spray an inert gas on the plurality of ring-shaped cells and / or electrodes at the time of cooling after energizing the pulse current in the second stage and / or after the heat treatment in the third stage.
This speeds up the cooling. For example, when an inert gas is blown onto a plurality of ring-shaped cells and / or electrodes during the cooling after the second stage pulse current application, the third stage can be quickly shifted to the productivity. Can be increased.
Here, examples of the inert gas include nitrogen gas and argon gas. Among them, argon gas is particularly preferable because it can give gloss to the finished product.
本発明は以上の如きものである。このようにして本発明によれば、複数のリング状セルから、金や銀などの高価なインサート材を用いることなく生産性よく、しかも強固、かつ、高精度に電子・陽電子コライダーの加速管を製造することができる。なお、接合完成後、ロウ付け等の所望の公知各種熱処理を施すこともできる。 The present invention is as described above. Thus, according to the present invention, the acceleration tube of an electron / positron collider is produced from a plurality of ring-shaped cells with high productivity and high accuracy without using expensive insert materials such as gold and silver. Can be manufactured. In addition, after joining is completed, it is possible to perform desired various known heat treatments such as brazing.
次に、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not restrict | limited at all by these.
実施例１
（１）接合
接合するリング状セル１として、表面粗度が０．５μｍ以下であり、直径６１ｍｍ、厚さ８．７４ｍｍの円板の中央部に直径２０ｍｍの空洞を有する銅製のもの２０枚を用いた。
このリング状セル１をまず超音波を用い、イソプロパノールで洗浄した。
次いで、このリング状セル１を２０枚、図１、図２に示すようにパルス通電接合機に、Ｖブロックを用い正確に積み上げて配置した。電極２としては、上側電極として、図４に示すような、バネ６の周囲に、カーボンチップ９を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板７（直径１００ｍｍ×厚さ９３ｍｍ）を配置した構造を有する弾性カーボン電極を用いた。また、下側電極として、図５に示すような、バネ６を用いずに、カーボンチップ９をカーボンブロックの平板７（直径１００ｍｍ×厚さ６７ｍｍ）の間に充填した構造を有する弾性カーボン電極を用いた。
その後、２ＭＰａの加圧力にてパルス通電（２０００Ａ）による第１段階の接合を行った。通電面積が約２６ｃｍ２であることから、電流密度は約８０Ａ／ｃｍ２であり、パルス比は９８：２とした。このとき温度は最大３００℃まで上昇した。
なお、上記温度までの昇温時間は３０分間であり、上記温度での保持時間は６０分間とした。また、寸法測定を行うため、９０分間かけて放冷した。
以上の操作の間、雰囲気は１０Ｐａ以下の真空に保った。
Example 1
(1) Joining As the ring-shaped cell 1 to be joined, 20 pieces of copper having a surface roughness of 0.5 μm or less and having a cavity with a diameter of 20 mm in the center of a disc having a diameter of 61 mm and a thickness of 8.74 mm are used. Using.
The ring cell 1 was first washed with isopropanol using ultrasonic waves.
Next, 20 ring-shaped cells 1 were accurately stacked using a V block in a pulse current bonding machine as shown in FIGS. 1 and 2. As the
Thereafter, first-stage bonding was performed by pulse energization (2000 A) with a pressure of 2 MPa. Since the current-carrying area was about 26 cm 2 , the current density was about 80 A / cm 2 and the pulse ratio was 98: 2. At this time, the temperature rose to a maximum of 300 ° C.
The temperature rising time to the above temperature was 30 minutes, and the holding time at the above temperature was 60 minutes. Moreover, in order to measure a dimension, it stood to cool over 90 minutes.
During the above operation, the atmosphere was kept at a vacuum of 10 Pa or less.
次に、０．０４ＭＰａの加圧力にてパルス通電（２８００Ａ）による第２段階の接合を行った。このとき電流密度は約１１０Ａ／ｃｍ２であり、パルス比は１０：１とした。このとき温度は最大８００℃の温度まで上昇した。
なお、上記温度までの昇温時間は６０分間であり、上記温度での保持時間は３分間とした。また、１２０分間かけて放冷した。
以上の操作の間、雰囲気は１０Ｐａ以下の真空に保った。
即ち、真空炉において、接合面を密着させるように０．０４ＭＰａの圧力で加圧した状態で、接合すべきリング状セル１の両端に一対の電極をあて、接合すべきリング状セル１のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にパルス比が１０：１のパルス電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は８００℃であり、保持時間は〜３分間であり、ピーク電流は１１０Ａ／ｃｍ２であった。
なお、この第２段階では、リング状セル１の周囲に反射板１０を１重に巻き付け覆った。
第２段階終了後、リング状セル１の表面に付着したカーボンを、真鍮ワイヤ、ディスクグラインダ、粘着テープ、イソプロパノールを用いて剥離・除去した。
Next, second-stage joining was performed by pulse energization (2800 A) with a pressure of 0.04 MPa. At this time, the current density was about 110 A / cm 2 and the pulse ratio was 10: 1. At this time, the temperature rose to a maximum temperature of 800 ° C.
The temperature rising time to the above temperature was 60 minutes, and the holding time at the above temperature was 3 minutes. Moreover, it stood to cool over 120 minutes.
During the above operation, the atmosphere was kept at a vacuum of 10 Pa or less.
That is, in a vacuum furnace, a pair of electrodes are applied to both ends of the ring-shaped cell 1 to be bonded in a state where pressure is applied at a pressure of 0.04 MPa so as to bring the bonded surfaces into close contact, and only the ring-shaped cell 1 to be bonded is applied. By energizing, the current density was increased, and a pulse current having a pulse ratio of 10: 1 was allowed to flow between the bonding interfaces, thereby causing interatomic micromelting in the liquid phase of the bonding interface due to energization impact. At this time, the junction temperature (joint side band surface temperature) was 800 ° C., the holding time was ˜3 minutes, and the peak current was 110 A / cm 2 .
In this second stage, the
After completion of the second stage, the carbon adhering to the surface of the ring-shaped cell 1 was peeled off and removed using a brass wire, a disk grinder, an adhesive tape, and isopropanol.
しかる後、パルス通電を止め、外部加熱により８５０℃の温度において第３段階の熱処理を行った。
なお、上記温度までの昇温時間は６０分間であり、上記温度での保持時間は１１０分間とした。また、３０分間かけて放冷した。
以上の操作の間、雰囲気は５Ｐａ以下の真空に保った。
即ち、第２段階における液相での原子間微小溶融させた後の２０段のリング状セル１について、この２０段のリング状セル１を８５０℃の温度で１１０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。
Thereafter, the pulse energization was stopped, and a third stage heat treatment was performed at a temperature of 850 ° C. by external heating.
The temperature raising time to the above temperature was 60 minutes, and the holding time at the above temperature was 110 minutes. Moreover, it stood to cool over 30 minutes.
During the above operation, the atmosphere was kept at a vacuum of 5 Pa or less.
That is, with respect to the 20-stage ring-shaped cell 1 after interatomic micro-melting in the liquid phase in the second stage, the 20-stage ring-shaped cell 1 is held at a temperature of 850 ° C. for 110 minutes, thereby causing mutual diffusion. Bonded.
このようにして、厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管を製造した。 In this way, an acceleration tube made of a ring-shaped cell joint having a thickness of about 175 mm was manufactured.
（２）ねじり破壊試験
このようにして得られた厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、接合面をねじるようにレンチを用いて、１８０°と３６０°の２種のねじり破壊試験を行った。図７は、リング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、１８０°ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。図８は、リング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、３６０°ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。
その結果、図７、図８に示すように、レンチで両接合片が大変形してねじれても接合部から剥離破断しなかった。
(2) Torsional fracture test For the test piece cut out from the acceleration tube made of the ring-shaped cell joint having a thickness of about 175 mm obtained in this way, 180 ° and 360 ° using a wrench to twist the joint surface. Two types of torsional fracture tests were conducted. FIG. 7 is a photographic image diagram showing a state after a 180 ° torsional fracture test is performed on a test piece cut out from an acceleration tube made of a ring-shaped cell joined body. FIG. 8 is a photographic image diagram showing a state after a 360 ° torsional fracture test is performed on a test piece cut out from an acceleration tube made of a ring-shaped cell joined body.
As a result, as shown in FIGS. 7 and 8, even if both the joining pieces were deformed and twisted with a wrench, they did not peel and break from the joint.
（３）寸法変化の測定結果
次に、このようにして得られた厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管について、図９に示す４箇所の測定部位（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）における寸法変化を調べた。結果を図１０に示す。
図１０によれば、本発明の方法のように弾性カーボン電極を用いることにより、著しく寸法変化が小さく（偏差がほとんどなく）、寸法精度の高い仕上がりとすることができることが分かる。
(3) Dimensional change measurement result Next, with respect to the acceleration tube made of the ring-shaped cell joint having a thickness of about 175 mm obtained in this way, four measurement sites (A, B, C, The dimensional change in D) was examined. The results are shown in FIG.
According to FIG. 10, it can be seen that by using the elastic carbon electrode as in the method of the present invention, the dimensional change is remarkably small (there is almost no deviation), and a finish with high dimensional accuracy can be achieved.
比較例１
実施例１において、第２段階の接合を行わなかったこと以外は、実施例１（１）と同様にして接合し、次に、実施例１（２）と同様にしてねじり破壊試験を行った。結果を図１１に示す。
図１１によれば、得られた厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管に亀裂が入ってしまい、接合が不充分であったことが分かる。
Comparative Example 1
In Example 1, except that the second stage bonding was not performed, the bonding was performed in the same manner as in Example 1 (1), and then the torsional fracture test was performed in the same manner as in Example 1 (2). . The results are shown in FIG.
According to FIG. 11, it can be seen that the obtained acceleration tube made of the ring-shaped cell joint having a thickness of about 175 mm cracked and the joining was insufficient.
比較例２
実施例１において、弾性カーボン電極の代わりに、通常のカーボン電極を用い、かつ、第２段階の処理を４回に分けて行ったこと以外は、実施例１（１）と同様にして接合し、次に、実施例１（３）と同様にして寸法変化を測定した。結果を図１２に示す。
図１２によれば、通常のカーボン電極を用いると、各部位の寸法にバラツキが生じ、精度を確保できないことが分かる。
Comparative Example 2
In Example 1, bonding was performed in the same manner as in Example 1 (1) except that a normal carbon electrode was used instead of the elastic carbon electrode and the second stage treatment was performed in four steps. Next, the dimensional change was measured in the same manner as in Example 1 (3). The results are shown in FIG.
According to FIG. 12, it can be seen that when a normal carbon electrode is used, the dimensions of each part vary and the accuracy cannot be ensured.
請求項１に係る本発明の方法によれば、金や銀などの非常に高価なインサート材を用いる必要がなく、複数のリング状セルのみでダイレクトに接合することができ、しかも、このため、複数のリング状セルの各接合面間の全てに、極薄いインサート材を配置するという手間が省け、生産性に優れる。
さらに、請求項１に係る本発明によれば、複数のリング状セルを強固かつ高精度に接合することができ、高精度な加速管を得ることができる。
従って、本発明は、加速管の製造に極めて有効に利用することができる。
According to the method of the present invention according to claim 1, it is not necessary to use a very expensive insert material such as gold or silver, and can be directly joined only by a plurality of ring-shaped cells, and for this reason, This eliminates the trouble of arranging an extremely thin insert material between all the joint surfaces of a plurality of ring-shaped cells, and is excellent in productivity.
Furthermore, according to the first aspect of the present invention, a plurality of ring-shaped cells can be joined firmly and with high precision, and a highly accurate acceleration tube can be obtained.
Therefore, the present invention can be used very effectively for the production of an acceleration tube.
１ リング状セル
２ 電極
２Ａ 上ラム電極
２Ｂ 下ラム電極
３ パルス電流発生機
４ 加圧手段
５ 真空チャンバー
６ バネ
７ カーボンブロックの平板
８ カーボンシート
９ カーボンチップ又はカーボンファイバー
１０ 反射板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ring-shaped
Claims (3)
The manufacturing method of Claim 1 or 2 which sprays an inert gas to several ring-shaped cell and / or an electrode after the process in a 2nd step, and / or the heat processing in a 3rd step.
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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