超导加速空腔以及超导加速空腔的制造方法

摘要

本发明提供能够提高产品的可靠性且能够降低制造成本的超导加速空腔以及超导加速空腔的制造方法。本发明所涉及的超导加速空腔的制造方法具备：束射管形成工序，将超导材料加工成筒状而形成束射管(7)；端板接合工序，通过焊接使以构成收容冷却件的套管的端部的方式形成为环状的端板(9)的内周面与由束射管形成工序形成的束射管(7)中的一端部的外周部接合；端部单元接合工序，通过焊接使以构成空腔部的方式由超导材料形成为环状的端部单元(21)的隔圈部(11)与束射管(7)中的一端部的内周部接合。

说明书

技术领域

本发明涉及超导加速空腔及超导加速空腔的制造方法。

背景技术

超导加速空腔对在内部通过的带电粒子进行加速。该超导加速空腔构 成为，在组合多个中央部鼓起的圆筒形状的单元的空腔主体的端部连接束 射管。空腔主体以及束射管由超导材料构成，例如由铌制成。

为了保持超导状态，需要至少将空腔主体保持为极低温状态。因此， 一般利用钛制或不锈钢制的套管来覆盖空腔主体的周围，在套管的内部收 容例如液体氦而将空腔主体冷却至极低温状态

此时，保持套管与超导加速空腔之间的接合部的气密性尤为重要。虽 然现有的接合部夹装垫圈而接合、或使用滤材而接合，但不能得到足够的 气密性。

为了得到足够的气密性，如专利文献1所示，提出有如下的超导加速 空腔的方案：该超导加速空腔具备铌制的带有突起的环，该带有突起的环 具有遍及外周部整周上的突起部，通过焊接使钛制的套管与突起部的前端 接合，接着通过焊接使空腔主体及束射管与带有突起的环的两端部接合。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3416249号公报

发明要解决的问题

然而，在专利文献1所示的超导加速空腔中，作为构件而需要制造带 有突起的环。并且，在接合各构件的情况下，焊接位置形成有三处，存在 制造成本增加的问题。

并且，由于在带有突起的环的两端部接合空腔主体以及束射管的两处 位置的焊接需要分别从内侧空间侧进行，因此焊接方向形成为相对于接合 部倾斜的方向，难以设定焊接位置。由于该难以实施的焊接需要两处位置， 因此极有可能因脱离视线等而导致产生焊接不合格，存在产品的可靠性降 低的问题。

发明内容

本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种能够提高产品的可靠性且 能够降低制造成本的超导加速空腔及超导加速空腔的制造方法。

用于解决问题的方法

为了解决上述课题，本发明采用以下的方法。

即，本发明的第一方式是一种超导加速空腔，该超导加速空腔具备： 束射管，该束射管由超导材料形成为两端开口的筒状；端板，该端板以构 成收容冷却件的套管的端部的方式形成为环状，且通过焊接使内周面与所 述束射管中的一端部的外周部接合；以及端部单元(end cell)，该端部单 元以构成超导加速空腔部的方式由超导材料形成为环状，且通过焊接使隔 圈(iris)部与所述束射管的一端部中的内周部接合。

根据本发明的第一方式所涉及的超导加速空腔，通过焊接使构成套管 的端部的端板的内周面与形成为两端开口的筒状的束射管的一端部的外 周部接合，通过焊接使端部单元的隔圈部与束射管的一端部中的内周部接 合。

这样，由于通过焊接使端板与束射管接合，因此能够在任何条件下都 能充分地保持气密性。

另外，由于端部单元直接焊接于束射管，因此焊接方向形成为相对于 接合部倾斜的方向的焊接有一处。因此，由于产生脱离视线等的概率变小， 因此能够抑制焊接不合格的产生，从而能够提高产品的可靠性。

进而，由于不需要带有突起的环，因此能够减少部件件数。由此，基 于焊接位置的减少的加工工时的减少也一并能够降低制造成本。

本发明的第二方式是一种超导加速空腔的制造方法，该超导加速空腔 的制造方法具备：束射管形成工序，在该束射管形成工序中，将超导材料 加工成筒状而形成束射管；端板接合工序，在该端板接合工序中，通过焊 接使以构成收容冷却件的套管的端部的方式形成为环状的端板的内周面 与由束射管形成工序形成的束射管中的一端部的外周部接合；以及端部单 元接合工序，在该端部单元接合工序中，通过焊接使以构成超导加速空腔 部的方式由超导材料形成为环状的端部单元的隔圈部与所述束射管中的 所述一端部的内周部接合。

根据本发明的第二方式所涉及的超导加速空腔的制造方法，在束射管 形成工序中，将超导材料加工成筒状而形成束射管。然后，在端板接合工 序中，通过焊接使以构成收容冷却件的套管的端部的方式形成为环状的端 板的内周面与束射管中的一端部的外周部接合。然后，在端部单元接合工 序中，通过焊接使以构成超导加速空腔部的方式由超导材料形成为环状的 端部单元的隔圈部与束射管中的一端部的内周部接合。

这样，由于通过焊接使端板与束射管接合，因此能够充分地保持气密 性。

另外，由于端部单元直接焊接于束射管，因此焊接方向形成为相对于 接合部倾斜的方向的焊接有一处。因此，由于产生脱离视线等的概率变小， 因此能够抑制焊接不合格的产生，从而能够提高产品的可靠性。

进而，由于不需要带有突起的环，因此能够减少部件件数。由此，基 于焊接位置的减少的加工工时的减少也一并能够降低制造成本。

在本发明的第二方式中，优选地，所述束射管形成工序具备：深拉工 序，在该深拉工序中，对由超导材料形成的板材进行深拉加工而加工成有 底筒状；以及第一机械加工工序，在该第一机械加工工序中，除去有底筒 状的底部而形成两端开口的筒状体且将所形成的筒状体调整为规定尺寸， 并且对将所述端板接合在所述筒状体的一端部外周部的端板接合部进行 加工。

在本发明的第二方式中，在深拉工序中，对由超导材料形成的板材进 行深拉加工而加工成有底筒状。接着，在第一机械加工工序中，除去有底 筒状的底部而形成两端开口的筒状体，并且将形成的筒状体调整为规定尺 寸，进而对在筒状体的一端部外周部接合端板的端板接合部进行加工。

在深拉工序中对板材进行深拉加工，当形成有底筒状时，板厚随着朝 向底而呈变小的趋势。换言之，有底筒状的开口一侧的端部的板厚比靠近 底的部分大。

一般地，由于端板的厚度比束射管的厚度大，因此在端板接合工序中， 在通过焊接使端板的内周面与束射管中的一端部的外周部接合的情况下， 担心熔融部分到达束射管的内周侧。

在本发明的第二方式中，由于利用深拉加工而形成束射管，因此能够 将筒状体中的有底筒状的开口一侧设为一端部，从而能够抑制端板接合时 的熔融部分到达束射管的内周侧。

在所述第一机械加工工序中，也可以对将安装用的凸缘的内周部接合 在所述筒状体的另一端部外周部的凸缘接合部进行加工。

一般地，由于通过焊接使连结用或安装用的凸缘安装于束射管的端部 单元的相反一侧的端部(另一端部)，因此也可以在第一机械加工工序中 对安装该凸缘的凸缘接合部进行加工。

在该情况下，也可以在所述第一机械加工工序与所述端板接合工序之 间，具备通过焊接使所述凸缘与所述凸缘接合部接合的凸缘接合工序。

另外，在本发明的第二方式中，也可以在所述端部单元接合工序之前 具备第二机械加工工序，在该第二机械加工工序中，对将所述端部单元的 隔圈部接合在所述筒状体的一端部中的内周部的单元接合部进行加工。

这样一来，例如，利用端板的接合，即使束射管的内周面发生变形等， 也能够对良好的单元接合部进行加工。

单元接合部也可以在第一机械加工工序中进行加工

发明效果

根据本发明，由于通过焊接使构成套管的端部的端板的内周面与形成 为两端开口的筒状的束射管的一端部的外周部接合，通过焊接使端部单元 的隔圈部与束射管的一端部中的内周部接合，因此能够抑制焊接不合格的 产生，从而能够提高作为产品的超导加速空腔的可靠性。

另外，由于能够减少部件件数，因此基于焊接位置的减少的加工工时 的减少也一并能够降低制造成本。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔的主视图。

图2是示出图1的超导加速空腔的制造方法的一例的说明图。

图3是示出本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔制造方法中 的束射管形成工序的金属板被深拉加工的状态的剖视图。

图4是示出本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔制造方法中 的束射管形成工序的被第一机械加工的状态的剖视图。

图5是示出本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔制造方法中 的束射管形成工序的凸缘接合状态的剖视图。

图6是示出本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔制造方法中 的端板接合工序状态的剖视图。

图7是示出本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔制造方法中 的被第二机械加工的状态的剖视图。

图8是示出本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔制造方法中 的端部单元接合工序的剖视图。

图9是示出本发明的第一个实施方式所涉及的超导加速空腔制造方法 中的空腔主体接合状态的剖视图。

具体实施方式

以下，结合图1～图9对本发明的一个实施方式进行详细的说明。

图1是本发明的一个实施方式所涉及的超导加速空腔1的主视图。

如图1所示，超导加速空腔1具备：空腔部(超导加速空腔部)5， 该空腔部(超导加速空腔部)5通过焊接使例如九个中央部鼓出的圆筒形 状的单元3接合并组合而成；一对束射管7，该一对束射管7安装于空腔 部5的两端部。

在各束射管7的空腔部5侧安装有构成以覆盖空腔部5的方式形成的 容器亦即套管的两端部的端板9。

虽省略图示，但束射管7具备安装有输入耦合器的输入端口、以及用 于将妨碍在空腔部5内励起的波束加速的高次谐波释放到空腔部5的外部 的高次谐波耦合器等。

空腔部5在单元3之间形成有最凹下的部分亦即隔圈部11。单元3的 轴线方向L的中央部为最鼓出的部分。将该最鼓出的部分称作赤道部13。

图2是示出图1的超导加速空腔1的制造方法的一例的说明图。基于 图2对超导加速空腔1的制造方法进行说明。

首先，作为各构成构件而制造束射管7、端板9以及半单元15。

半单元15是单元3以赤道部13为边界而在轴线方向L上分割成两部 分的构件。半单元15通过对例如作为超导材料的铌材料进行深拉加工而 形成。

两个半单元15以相互的隔圈部11彼此重合的方式被焊接，从而形成 哑铃状构件(dumbbell)17。哑铃状构件17制造有例如八个。

与此同时地，制造两个端件(end parts)19。端件19包括束射管7、 端板9、以及半单元15。由于该半单元15是构成空腔部5的端部的构件， 因此以下称作端部单元21。

通过焊接使哑铃状构件17的一端的赤道部13与一方的端件19的端 部单元21的赤道部13接合。通过焊接使下一个哑铃状构件17与被接合 了的哑铃状构件17的另一端接合。重复上述操作，最后接合另一方的端 件19而形成超导加速空腔1。

这是对超导加速空腔1的制造方法的一例进行说明的实施方式，超导 加速空腔1的制造方法并不局限于此，能够使用各种方法来制造超导加速 空腔1。

以下，结合图3～图8对端件19的构造以及制造方法进行具体的说明。

如图5所示，束射管7是例如铌制的中空圆筒构件，在一端设置有凸 缘23。虽省略图示，但束射管7具备输入端口、与高次谐波耦合器的安装 部等。

首先，对制造束射管7的束射管制成工序进行说明。将铌材的厚度为 3～6mm的圆板深拉加工成图3所示的粗形状构件25(深拉工序)。粗形 状构件25形成为具有底部27以及开口部(一端部)29的圆筒形状(有底 筒状)。

接着，进入到第一机械加工工序。在第一机械加工工序中，将第一粗 形状构件25在图3所示的切断位置31切断，从而形成除去了底部27的 筒状体。

然后，内外直径、厚度等被加工成规定尺寸，并且在开口部29侧端 部的外周部加工端板接合部33，在开口部29的相反一侧端部的外周部加 工凸缘接合部35，从而形成束射管主体37。

此时，也可以在束射管主体37加工输入端口、与高次谐波耦合器的 安装部等。

接着，如图5所示，通过焊接使例如铌钛制的凸缘23与束射管主体 37的凸缘接合部35接合。

由此，能够制造出束射管7。

接着，进入到在束射管7接合端板9的端板接合工序。端板9构成供 液体氦导入的氦套管的两端部，例如，钛制的端板19所接合的内周部的 厚度为例如10～19mm，比束射管7的厚度大数倍。

如图6所示，束射管7的端板接合部33与端板9的内周面吻合，以 形成焊接坡口的方式保持。向该焊接坡口照射例如波束39并进行电子波 束焊接，将端板9接合于束射管7。焊接方法并不局限于电子波束焊接。

另外，在本实施方式中，虽然将端板接合部33的长度与端板9的厚 度设为大致相等，但并不局限于此。例如，当将端板接合部33的长度设 为比端板9的厚度大、并且使下侧(波束39的入射侧的相反一侧)部分 朝外侧突出时，由于端板接合部33能够支承端板9，因此能够以更简易且 稳定的方式进行高品质的焊接。

接着，如图7所示，对在束射管主体37的开口部29侧端部的内周部 接合端部单元21的隔圈部11的单元接合部41进行加工(第二机械加工 工序)。

这样，当在端板接合工序之后对单元接合部41进行加工时，例如， 利用端板9的接合，即使束射管7的内周面发生变形等，也能够对良好的 单元接合部41进行加工。

单元接合部41也可以在上述第一机械加工工序中进行加工。

接着，进入到在束射管7接合端部单元21的端部单元接合工序。

如图8所示，端部单元21以隔圈部11与束射管7的单元接合部41 嵌合的方式被保持。向端部单元21与束射管7之间的接合部照射例如波 束39而进行电子波束焊接，并将端板9接合于束射管7。焊接方法并不局 限于电子波束焊接。

此时，由于波束39从端部单元21的内部空间侧进行照射，因此照射 方向形成为相对于接合部倾斜的方向。

如图9所示，通过焊接使哑铃状构件17的半单元15的一方的赤道部 13与这样形成的端件19的端部单元21的赤道部13接合。

如上所述，哑铃状构件17被依次接合，最后另外的端件19被接合， 从而制造出超导加速空腔1。

这样，由于通过焊接使端板19与束射管7的外周部接合，因此能够 充分地保持气密性。

另外，由于端部单元21直接焊接于束射管7，因此焊接方向形成为相 对于接合部倾斜的方向的焊接有一处。因此，由于与该倾斜的焊接位置有 两处的情况相比，能够减小产生脱离视线等的概率，因此能够抑制焊接不 合格的产生，从而能够提高超导加速空腔1的可靠性。

进而，由于通过焊接端板9而进行稳地接合而不需要以往使用的带有 突起的环，因此能够减少部件件数。由此，基于焊接位置的减少的加工工 时的减少也一并能够降低制造成本。

本发明并不局限于以上说明了的实施方式，也可以在不脱离本发明的 主旨的范围内进行各种变形。

例如，在本实施方式中，虽然使用深拉加工而将束射管7加工成筒状， 但并不局限于此。例如，也可以对矩形状的板材进行弯曲加工，通过焊接 来接合两端部而形成为筒状。

附图标记说明

1 超导加速空腔

5 空腔部

7 束射管

9 端板

11 隔圈部

21 端部单元

23 凸缘

33 端板接合部

35 凸缘接合部

37 束射管主体

41 单元结合部