JPS5919769B2 - 真空用アルミニウム製中空押出形材の製造法 - 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。

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

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、最近になってアルミ
ニウムがこの用途に適していることが分かり、使用され
るようになってきている。

その理由は、アルミニウムの力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。

したがって、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１５
０℃２４時間程度の加熱脱ガス処理を繰返して行なった
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っていたが、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
った。

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、その表面に水利酸化膜が生
成する。

そして水和酸化物の生成反応の温度が高い程水利酸化膜
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。

このような水利酸化膜の膜質は、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、成形特水分を含んだ大
気との接触により水利酸化膜が生成される。

しかもこの水利酸化膜は、押出時高温にさらされるため
、水利酸化膜の生成反応が促進されて厚膜となっている
。

この水利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。

しかもこれは水利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
された上述の水利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。

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形材の製造法を提供
することにある。

この発明による真空用アルミニウム製中空押出形材の製
造法は、アルミニウム中空押出形材を押出成形するにあ
たり、押出されつつある形材の中空部内に酸素混合不活
性ガスを供給することを特徴とするものである。

上記において、押出形材の素材としては、押出性および
機械的強度の点から、Ａ６０６１およびＡ６０６３など
のＡｔ−Ｍｌｌ−８ｉ系合金が好ましい。

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。

酸素と不活性ガスの混合割合は、酸素０．５〜３０容量
％とくに１〜１０容量％、残部不活性ガスが好ましく、
この酸素混合不活性ガスを押出されつつある形材の中空
部内に供給することにより、中空押出形材の内面に厚さ
２０〜３０Ａ程度の酸化膜が得られる。

従来方法で製造されたアルミニウム製加速用パイプでは
、その真空度が充分満足しうるまで高くない理由は、上
述したようにアルミニウム表面に水和酸化膜が形成せら
れており、この水利酸化膜に吸蔵された状態になってい
る真空度低下物質がパイプ内に放出されるからであるが
、この発明の真空用アルミニウム製中空押出形材の製造
法によれば、アルミニウム中空押出形材を押出成形する
にあたり、押出されつつある形材の中空部内に酸素混合
不活性ガスを供給するものであるから、中空押出形材の
内面は水分を含んだ大気と接触することはなく、同内面
に問題のある水利酸化膜が生成しない。

他力上記供給酸素混合不活性ガス中の酸素により、同内
面に酸化膜が形成せられる。

この酸化膜の膜質はちみつでかつその膜厚は薄いから、
水利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。

したがって、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。

また形材の中空部内に酸素のみを供給するこさが考えら
れるが、酸素だけであればダイスに付着している油が押
出時の温度の高い中空押出形材に転移したりすると爆発
の危険性がある。

しかしながら、この発明によれば、不活性ガスの存在に
よりこのようなおそれがない。

なお、この発明の方法によっ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は中央に混合ガス噴射口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
た混合ガス通路、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形材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形材１
５，１６のそれぞれに合致した形状のものが用いられる
。

所定長さの両押山形材１５，１６が交互に連結せられて
無端状の粒子加速用パイプ（図示せず）が組立てられる
のである。

両図において、１７，１Ｂ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
雨中空部１７゜１９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・ヒーク線取付用溝である。

上記中空押出形材１５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のビレット２を押出温度５００℃、
押出速度１０７Ｆ１ ／１ｎｉＩｔで押出す。

このさい潤滑油は使用しない。

前記押出と同時に混合ガス容器１２より酸素７容量％、
残部アルゴンよりなる混合ガス２６を導管１３、通路１
０゜９を経て噴出口６より圧力２〜３ｋｇ／ｃｆｆｌで
噴出し、押出されつつある形材１５の中空部内に供給す
る。

そして僅か押出された後の形材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力
の密封端部２７を形成する。

その後も混合ガス２６の供給を継続し、所定長さ押出し
た後、形材１５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２８を形成する（第４図参照）。

その後混合ガス２６を密封したま＼の形材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＼の状態で１８０℃で６時間時効処理を行
なう。

最後に形材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形
材をうる。

他の中空押出形材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２７，２Ｂ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。

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、１Ｏ−１３Ｔｏｒｒ、７ ／
ｓ 、 ｃｒｉｔ以下の放出ガス係数が得られた。

これは、従来では全く予期し得ない現象によるものであ
る。

すなわち、内面の酸化膜が、形材内部の残留ガスを吸着
する真空ポンプの作用をする特性に基くものである。

【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■−ｎ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
図の形材と組合わせて用いられる他の形材の第２図相当
断面図、第４図は混合ガス密封状態の形材の縦断面図で
ある。 １５．１６・・・・・・中空押出形材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミニウム中空押出形材を押出成形するにあたり
   、押出されつつある形材の中空部内に酸素混合不活性ガ
   スを供給することを特徴とする真空用アルミニウム製中
   空押出形材の製造法。