JPH07106380B2 - 真空用アルミニウム製中空押出型材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、たとえばシンクロトロンなどの加速器に使
用される超高真空用のチャンバ、粒子加速用パイプ、薄
膜製造装置、表面分析装置、核融合装置、半導体リソグ
ラフィのＸ線源として使用される小型シンクロトロン軌
道放射（SOR）などの高真空装置に用いられる真空用ア
ルミニウム製中空押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。また、この明細書に
おいて、不活性ガスとは、アルゴンガス、キセノンガ
ス、ヘリウムガスなどの周期表の不活性ガスの他に、窒
素ガスなどのアルミニウムに対して不活性なガスも含む
ものとする。

従来の技術 たとえば粒子加速用パイプに用いられる真空用アルミニ
ウム製中空押出型材は、従来、わずか押出された型材の
先端を機械的に押し潰し、押出されつつある中空型材の
中空部内に、酸素混合不活性ガスを供給し、この不活性
ガス中に含まれる酸素により中空部内面にちみつで薄い
酸化皮膜を形成することによって製造されている（特公
昭59-19769号公報参照）。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の方法では、わずか押出された型材
の先端を機械的に押し潰しているので、微細な隙間が存
在するのは不可避であり、しかも型材内部に水分の分圧
が大気中の水分の分圧よりも低いために、大気中の水分
が上記押し潰し部分に存在する微細な隙間から型材内部
に侵入する。したがって、型材内面にわずかの水和酸化
物が形成されることとなり、これに真空度低下物質が吸
着、吸蔵するおそれがある。ちなみに、従来の方法で製
造された中空型材の中空部内面の放出ガス係数は10^-13T
orr・l/s・cm²のオーダとなる。これは、たとえば粒子加
速パイプのような超高真空を要求される製品に用いられ
る型材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、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
型材の製造する方法を提供することにある。

課題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、アルミニウム製中空型材をわずか押出成形する
こと、わずか押出された型材の先端を押し潰すとともに
溶接することによって先端開口を密封すること、わずか
押出されかつ先端開口が密封された型材内部を真空引き
すること、および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、押出成形を
継続し、中空部内面に酸化皮膜が形成された中空押出型
材を得ることよりなるものである。

上記において、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高純度アルミニウム、JIS
A 1000系、JIS A 6000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 A 6061およ
びJIS A 6063などのAl-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高純度アルミニウム製
芯材と上記Al-Mg-Si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方法としては、次
に述べるような方法を適用できる。

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、真空引き後酸素0.5〜30容量％、とくに１〜1
0容量％、残部不活性ガスよりなる混合ガスを、押出さ
れつつある型材の中空部内に供給しながら行う方法であ
る。そして。所定長さ押出した後、型材を切断するとと
もに切断端も上記先端と同様に密封する。この場合、両
密封端部は、押出成形後、中空押出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。

その２は、上記のその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
ぼ99.99％であり、微量の酸素が不純物として必ず含ま
れている。

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プレッサで圧縮して、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、−50℃以下であることが望
ましい。純酸素は、純度100％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、真空引き後も押
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供給しない方
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、押出直後の型材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、型材の中空部内面に厚さ
20〜30Å程度のちみつで薄い酸化皮膜が得られる。

また、上記において、押出温度は300〜450℃にすること
が好ましい。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
化物が生成し、真空度低下物質が吸着、吸蔵しやすくな
るからである。

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 わずか押出された型材の先端開口を密封するまでの間に
型材内部に侵入していた大気中の水分は、先端開口の密
封後の真空引きにより除去される。しかも、わずか押出
された後の型材の先端を押し潰すとともに溶接すること
によって先端開口を密封すると、その後継続される押出
作業中、大気中の水分が型材内部に侵入するのが防止さ
れる。したがって、侵入した水分が原因となる水和酸化
物の生成が防止される。

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、真空用アルミニウム製中空押出型材の製造
するための押出加工装置の全体構成が示されている。同
図において、押出加工装置は、アルミニウムビレット
（２）をいれるためのコンテナ（１）と、コンテナ
（１）内に入れられたアルミニウムビレット（２）を押
圧するダミーブロック（３）およびステム（４）と、中
央にガス噴射口（６）を有するポートホールダイス雄型
（５）および同雌型（７）と、外周面に酸素混合不活性
ガス供給口（９）を有するダイホルダ（８）と、ボルス
タ（９）と、酸素混合不活性ガス供給装置とを備えてい
る。

ポートホールダイス雄型（５）およびダイホルダ（８）
にはそれぞれガス通路（11）（12）が形成され、両通路
（11）（12）により、ガス噴射口（６）と酸素混合不活
性ガス供給口（９）とが連通せしめられている。

酸素混合不活性ガス供給装置は、導管（15）を介して酸
素混合不活性ガス供給口（９）に接続された酸素混合不
活性ガス容器（14）を備えている。導管（15）の途中に
は、内部にモレキュラシーブや、合成ゼオライトなどが
入れられた複数、たとえば２つの脱水カラム（16）が並
列状に配置されている。導管（15）における酸素混合不
活性ガス供給口（９）と脱水カラム（16）との間の部分
には、供給口（９）側から真空ゲージ（17）および露点
計（18）が、それぞれ２方弁（19）（20）を介して接続
されている。また、導管（15）における酸素混合不活性
ガス容器（14）と脱水カラム（16）との間の部分には、
レギュレータ（22）および流量計（23）が容器（14）側
から設けられている。導管（15）における脱水カラム
（16）と流量計（23）との間の部分には、真空引き用ロ
ータリポンプ（24）が２方弁（25）を介して接続されて
いる。また導管（15）における脱水カラム（16）の両側
部分を連通させるように、真空引き用バイパス管（26）
が設けられている。バイパス管（26）の両端部は３方弁
（27）を介して導管（15）に接続されている。

第２図には、導管（15）の酸素混合不活性ガス供給口
（９）への接続部分が拡大して示されている。第２図に
おいて、酸素混合不活性ガス供給口（９）内には、ステ
ンレス鋼製スリーブ（28）が差し込まれてダイホルダ
（８）に溶接されている。スリーブ（28）の外方に突出
した部分の外周面にはおねじ（28a）が形成されてお
り、この外方への突出部分が雄形継手部材（29）となさ
れている。雄形継手部材（29）のおねじ（28a）の表面
には、全体に銀ろう層（30）が形成されている。導管
（15）には、頂壁に貫通孔（31a）があけられ、かつめ
ねじ（31b）を有するステンレス鋼製袋ナット（31）が
嵌め被せられている。導管（15）の先端には、先細り状
で、かつ大端部の直径が袋ナット（31）の貫通孔（31
a）の直径よりも大きく、小端部の直径がスリーブ（2
8）の内径よりも小さくなされた係合部（15a）が形成さ
れている。そして、係合部（15a）の先端部をスリーブ
（28）内に差し込み、袋ナット（31）のめねじ（31b）
と雄形継手部材（29）のおねじ（28a）とをねじ合わせ
ることによって、導管（15）が酸素混合不活性ガス供給
口（９）に着脱自在にかつ流体密に接続されている。お
ねじ（28a）の表面全体に形成された銀ろう層（30）の
働きにより、押出時の熱により、袋ナット（31）のめね
じ（31b）と雄形継手部材（29）のおねじ（28a）とが焼
付くのが防止され、押出終了後に導管（15）の取外し作
業を簡単に行うことが可能となる。導管（15）の酸素混
合不活性ガス供給口（９）への接続は、第３図に示すよ
うに、係合部（15a）の先端部をスリーブ（28）内に差
し込み、予め導管（15）に嵌め被せられた所定の長さを
有するレンチ（32）により袋ナット（31）を回してめね
じ（31b）をおねじ（28a）にねじ合わせることによって
行われる。上記のようなレンチ（32）を用いるのは、導
管（15）の着脱作業の安全上、作業者が押出加工装置に
近付くことなく、袋ナット（31）を回すことができるよ
うにするためである。

第１図の装置により、たとえば第４図および第５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（35）（36）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（35）（36）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（35）（36）が交互
に連結せられて無端状の粒子加速用のパイプ（図示略）
が組立てられるのである。両図において、中空押出型材
（35）（36）はそれぞれ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）（37）（38）
を有している。第４図に示す型材（35）の粒子流通中空
部（37）には、これに隣接する横断面方形の真空引き用
中空部（39）が設けられており、両中空部（37）（39）
間の隔壁（40）に所定間隔おきに連通孔があけれる。粒
子流通中空部（37）（38）の一側に横断面小円形の冷却
水流通中空部（41）（42）設けられ、粒子流通中空部
（37）（38）および真空用中空部（39）のそれぞれ一側
に加熱脱ガス処理用シーズ線取付用溝（43）（44）およ
び（45）が設けられている。

以下に、上記中空押出型材（35）を製造する具体的な実
施例について述べる。

実施例 まずダイスを苛性洗浄した後純度99.99wt％の高純度ア
ルミニウムからなるビレット（２）を押出温度300℃、
押出速度7m/minで押出した。このさい潤滑油は使用しな
かった。そして僅か、たとえば１〜2m押出された後押出
を一旦停止し、型材（35）の先端開口部をプレスで押し
潰すとともに溶接して密封して第１図に示されているよ
うな一方の密封端部（47）を形成した。ついで３方弁
（27）を真空引き用バイパス管（26）側に切り替えると
ともに２方弁（25）を開き、さらにレギュレータ（22）
を閉じた状態で、ロータリポンプ（24）によって導管
（15）内部および型材（35）内部を真空引きするととも
に、押出を再開した。その後、３方弁（27）を脱水カラ
ム（16）側に切り替えるとともに２方弁（25）を閉じ、
さらにレギュレータ（22）を開いた状態で、混合ガス容
器（14）より酸素７容量％、残部アルゴンよりなる混合
ガス（46）を、脱水カラム（16）に通してその露点を下
げた後、導管（15）、通路（12）（11）を経て噴射口
（６）より圧力1.1〜1.5kg/cm²で噴出し、押出されつつ
ある型材（35）の中空部内に供給した。その後も混合ガ
ス（46）の供給を継続し、さらに所定長さ押出した後、
型材（35）をシャーシで切断すると同時に切断端を上記
と同様にして密封し、他方の密封端部（48）を形成した
（第５図参照）。その後混合ガス（46）を密封したまま
の型材（35）を自然冷却した後引張り矯正した。最後に
型材（35）の両密封端部（47）（48）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140℃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１×10^-14Torr・l/s・cm²であった。

比較のために、僅か押出され後の型材（35）の先端開口
部をプレスで押し潰すだけで溶接をせず、その他上記実
施例と同様な方法で中空押出型材を製造し、上記実施例
と同様にして真空度を測定したところ、放出ガス係数１
×10^-13Torr・l/s・cm²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材の製造法
によれば、上述のようにして、押出当初に型材内部を侵
入していた大気中の水分が除去されるとともに、その後
に続く押出作業中、大気中の水分が型材内部に侵入する
のが防止されるので、侵入した水分が原因となる水和酸
化物の生成が防止される。したがって、製造されたアル
ミニウム中空押出型材の中空部内面に形成された酸化皮
膜に存在する水和酸化物量は極めて微量となり、真空度
低下物質の吸着、吸蔵は著しく少なくなるとともに、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
することができるようになる。その結果、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図の部分拡大図、
第３図は導管をダイホルダの酸素混合不活性ガス供給口
に接続する方法を示す断面図、第４図は第１図のIV-IV
線にそう断面図、第５図は粒子加速用パイプをつくるさ
い第４図の型材と組合わせて用いられる他の型材の第４
図相当断面図、第６図は混合ガス密封状態の型材の縦断
面図である。 （35）（36）……中空押出型材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 照夫 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−137113（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−313612（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム製中空型材をわずか押出成形
   すること、わずか押出された型材の先端を押し潰すとと
   もに溶接することによって先端開口を密封すること、わ
   ずか押出されかつ先端開口が密封された型材内部を真空
   引きすること、および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、押出成
   形を継続し、中空部内面に酸化皮膜が形成された中空押
   出型材を得ることよりなる真空用アルミニウム製中空押
   出型材の製造法。