JPH02290613A - 真空用アルミニウム製中空押出型材の製造法 - 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」二の利用分野 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バイブ、薄膜製造装置、表面分析装
置、核融合装置などの高真空装置に用いられる真空用ア
ルミニウム製中空理出型材の製造法に関する。

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

従来の技術と発明の課題 たとえば粒子加速用バイブの材料には、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
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
じても減衰時間が短いこと、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、いかにしてバイブ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℃で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なっていたが
、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いまだ充分に満足し得るもの
ではなかった。

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。

そして永和酸化物の生成反応の温度が高い程永和酸化皮
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永和酸化皮膜が形成
される。このような永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、成形時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。この永和酸
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、ノ１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
された上述の永和酸化皮膜はさらに成長するとともにす
でに吸若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、水分を含んだ人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倶給
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
内に乾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。

しかしながら、上記いずれの方法においても、押出成形
時の押出温度は５００℃程度であり、酸化物の一部が結
晶化するので、成形された中空押出型材の中空部内面に
形成された酸化皮膜は非結晶質皮膜の一部が結晶化した
状態となり、ちみつな皮膜が形成されなくなることがあ
る。

したがって、真空度低下物質が吸着、吸蔵しやすくなり
、製造された中空型材の中空部内面の放出ガス係数は１
　０””３７ｏｒｒ拳ｐ　／　ｓ　ａ　ｃ−のオーダー
となる。これは、たとえば粒子加速パイプとしては未だ
満足すべき値ではない。

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ブなどの用途に適
した真空用アルミニウム製中空押出型材を製造する方法
を提供することにある。

問題点を解決するための手段 この発明による真空用アルミニウム製中空押出型材の製
造法は、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
化皮膜を形成するにあたり、押出温度を３００〜４５０
℃として押出成形することを特徴とするものである。

上記において、押出温度を３００〜４５０℃に限定した
のは、３００℃未満であるとアルミニウムの押出成形を
行うことができず、４５０℃を越えると結晶化した酸化
物が生成するからである。

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ＪＩＳＡＩＯＯＯ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ＪＩＳＡ６
０６３などのＡ／−Ｍｇ−Ｓｉ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アルミニウム製芯
材と上記Ａ／−Ｍｇ−Ｓｔ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Ｊｊ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９６、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Ｈ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洪給を継続し、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■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、ヘリウムが一般的である
。

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。現在工業的に得られる不活性ガスの純度はほほ
９９．９９％であり、微二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、ヘリウムが一般的である。

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ブレッサで圧縮して、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、一５０℃以下であること
が望ましい。純酸素は、純度１　０　０　９６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、
押出成形時中空部内に何も共給しない方法と、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＋」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、型材の中空部内而に永和
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
、粒子加速用パイプ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 押出温度が３００〜４５０℃の範囲内であれば、押出成
形時に結晶化された酸化物は生成せず、形成された酸化
皮膜は非結晶状態の酸化物のみからなる。

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）は中央にガス
噴射口（６）を有するボート・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
たガス通路、（ｌ１）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（ｌ３）が混合ガス供給口（ｌ１）に
接続せられている。（ｌ４）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
る中空押出型材（１５）　（１Ｇ）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（１５）（１（ｉ）のそれぞれに合致した形状の
ものが用いられる。所定長さの両押出型材（１５）（１
Ｂ）が交互に連結せられて無端状の粒子加速用のバイブ
（図示略）が組立てられるのである。両図において、（
１７）（１８）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一以下同様）　、（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
両中空部（１７）（Ｉｇ）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）　（１ｇ）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）　（１ｇ）および
真空用中空部（ｌ９）のそれぞれ一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（１５）を製造する具体的な
実施例について述べる。

実施例１ まずダイスを苛性洗浄した後ＪＩＳＡ６０６３のビレッ
ト（２）を押出温度３５０℃、押出速度１０ｍ／１ｎ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（ｌ２）より酸素７容量％、残部
アルゴンよりなる混合ガス（２Ｂ）を導管（１３）、通
路（１０）　（９）を経て噴出口（６）より圧力２〜３
　ｋｇ　／　ｃ一で噴出し、押出されつつある型材（Ｉ
５）の中空部内に供給した。

そして僅か押出された後の型材（ｌ５）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（２７）を形成した。

その後も混合ガス（２Ｂ）の供給を継続し、所定長さ押
出した後、型材（ｌ５）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）を形成した（第
４図参照）。その後混合ガス（２６）を密封したままの
型材（ｌ５）を２５０℃まで強制空冷し、続いて自然冷
却した後引張り矯正した。

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（ｌ５）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
寸法の中空理出型材を製造した。

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、これを１５０゜Ｃで２４時間脱
ガス処理し、２０時間経過後の真空度をｌＦ１定したと
ころ、放出ガス係数は７Ｘ　１　０−”　Ｔｏｒ『・ｌ
　／　ｓ　−　ｃｄであった。

実施例２ また、上記実施Ｎ１においてＪＩＳＡ６０６３のビレッ
ト（２）の代わりにＪＩＳＡＩＮ９９からなるビレット
を使用し、かつ時効処理を行なわず、他は上記と同様な
方法で中空押出型祠を製造した。この押出型材の内面に
はちみつでかつ薄い酸化皮膜が形成されており、これを
１５０℃で２４時間脱ガス処理し、２０時間経過後の真
空度をΔＰＩ定したところ、放出ガス係数は５×１　０
−”　Ｔｏｒｒ＊　／／ｓ　−ｃ一以下であった。

比較のために、押出温度を５００℃とした他は上記実施
例１と同様な方法で中空押出型材を製造した。そして、
これを１５０゜Ｃで２４時間脱ガス処理し、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２　Ｘ
　１　０−１３Ｔｏｒｒ・ρ／ｓ−ｃシであった。

さらに、比較のために、押出温度を５００℃とした他は
上記実施例２と同様な方法で中空押出型材を製造した。

そして、これを１５０℃で２４時間脱ガス処理し、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
ＩＸ１０３ＴＯｒｒＩ＋１／ｓ＃ｃシであった。

発明の効果 この発明の真空用アルミニウム製中空押出型＋４の製造
法によれば、製造されたアルミニウム」空押出型材の中
空部内面に形成された酸化皮膜は非結晶状態の酸化物の
みからなるので、従来の結晶化された酸化物の混在した
酸化皮膜に比べて真空度低下物質の吸着、吸蔵は著しく
少なく、かつ吸岩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
低下物質が型材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。

【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■−■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）　（１Ｇ）・・・中空押出型祠。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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
   を形成するにあたり、押出温度を３００〜４５０℃とし
   て押出成形することを特徴とする真空用アルミニウム製
   中空押出型材の製造法。