JPH07111197A - 粒子加速器における真空チャンバーの接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅材料からなる真空チャンバーどうしを接続
するための有効な接続構造を提供する。 【構成】 銅材料からなる真空チャンバー２０，２０ど
うしを接続するに際し、その真空チャンバーと同一の銅
材料により形成した管状の継手本体３１の先端部の外周
面に溝３２を形成し、その溝にステンレス材料からなる
リング体３３を嵌着し、そのリング体に同じくステンレ
ス材料からなるフランジ３４を固着してなる継手３０を
用いる。接続するべき双方の真空チャンバーの接続端に
それぞれ上記の継手の基端を溶接して接合し、それら継
手のフランジどうしを締結することによって双方の真空
チャンバーどうしを接続する。または、フランジに代え
て環状のリブを設けた継手を用い、リブどうしを溶接す
ることによって真空チャンバーどうしを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シンクロトロン等の粒
子加速器において真空チャンバーどうしを接続するため
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、シンクロトロン等の粒子加速器か
ら放射されるＳＯＲ光（シンクロトロン放射光）を取り
出し、それを光源としてたとえば超ＬＳＩの製造、医療
分野における診断、分子解析、構造解析等といった様々
な分野において利用しようとする機運があり、そのため
の施設が開発されつつある。

【０００３】図３はＳＯＲ光利用のための小型シンクロ
トロンの概要を示すものである。このシンクロトロンで
は、電子銃等の電子発生装置１で発生させた電子を直線
加速器（ライナック）２で光速近くに加速し、偏向電磁
石３で偏向させて入射路４によりインフレクタ５を介し
て蓄積リング６に入射する。蓄積リング６に入射した電
子は高周波加速空洞７によりエネルギを与えられながら
収束電磁石８で収束され、偏向電磁石９で偏向されて蓄
積リング６内を周回し続ける。そして、偏向電磁石９で
偏向される際にその接線方向にＳＯＲ光が放射され、そ
れが光取り出しラインであるビームライン１０を介して
たとえば露光装置１１に出射されて利用されるのであ
る。

【０００４】上記の蓄積リング６は所定長さの真空チャ
ンバーを多数接続することで環状に構成されるものであ
る。蓄積リング６を構成するための真空チャンバーの素
材としてはアルミニウム合金が用いられることが従来一
般的であり、それら真空チャンバーどうしの接続は、接
続部の真空シール性能を充分に確保し、かつ接続部の内
面側に多少なりとも生じることが避け得ない段差や間隙
を最小限とするべく、真空チャンバーの一端どうしを直
接的に溶接することによって行うことが従来一般的であ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近におい
てはより大規模かつ大出力の粒子加速器の開発が進めら
れており、そのような粒子加速器においてはアルミニウ
ム合金より耐熱性や電気的特性に優れる銅材料を真空チ
ャンバーの素材として用いることが検討されているが、
そのような真空チャンバーの採用を可能とするために
は、それら銅材料からなる真空チャンバーどうしを接続
するための有効な接続構造の開発が不可欠であった。

【０００６】すなわち、上述したようにアルミニウム合
金製の真空チャンバーどうしを直接的に溶接して接続す
ることは特に支障なく行い得るのであるが、銅材料どう
しを溶接するにはアルミニウム合金どうしを溶接する場
合に比してより高温が要求され、単に大気中において溶
接した場合には溶接部の周囲（特に真空チャンバーの内
面）が酸化してしまって真空チャンバーとしての性能を
確保できなくなってしまう。したがって、敢えて溶接し
ようとする場合には、酸化を防止するために真空チャン
バーの内面側を含めて溶接部の周囲全体を真空に保持し
て作業を行わざるを得ないが、真空チャンバーどうしを
順次接続して大規模な環状の蓄積リングを構成する作業
を真空雰囲気下で行うようなことはできるものではな
く、また、溶接後には溶接部の内面に対する後処理を行
うようなことは不可能であるので、そのようなことはほ
とんど現実的ではない。

【０００７】そこで、現実的な手法として、図４あるい
は図５に示すような構造により、銅材料からなる真空チ
ャンバー２０に対してステンレス材料からなるフランジ
２１を取り付け、それらフランジ２１，２１どうしを締
結することにより真空チャンバー２０，２０どうしを接
続することが考えられている。

【０００８】図４に示す構造は、銅材料からなる真空チ
ャンバー２０の外表面にインコネル等を盛り付けること
で中間層２２を形成し、その表面上にステンレス材料か
らなるフランジ２１を溶接するようにしたものである。

【０００９】また、図５に示す構造は、銅材料により形
成された基部２４とステンレス材料により形成された先
端部２５をたとえば圧着により接合するとともに、先端
部２５に同じくステンレス材料からなる上記フランジ２
１を溶接してなる異材継手２６を用い、その異材継手２
６を真空チャンバー２０の先端に溶接して用いるように
したものである。この異材継手２６の真空チャンバー２
０に対する接合は銅材料どうしを溶接することで行うこ
とになるので、その溶接はたとえば真空容器内において
真空雰囲気下で行うこととし、必要に応じて溶接後に溶
接部内面に対する後処理を行う。

【００１０】しかしながら、図４に示す構造において
は、インコネル等の中間層２２と真空チャンバー２０と
の間の接合面強度が必ずしも充分でなく、また、それら
の熱膨張率の差によりベイキング処理（蓄積リング６内
を超高真空とするために、その全体を高温に加熱して内
面に付着している不純物を気化させながら真空排気を行
う処理）の際にそれらの境界面にマイクロクラックが生
じる懸念があった。

【００１１】また、図５に示すような異材継手２６を用
いる場合には、真空チャンバー２０，２０どうしの接続
部に銅材料に対して異種の材料であるステンレス材料が
介在することになるので、その部分で電気的特性や熱的
特性も変化してしまうという不具合があり、その有効性
は必ずしも充分に満足し得るものではない。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、銅材料からなる真空チャンバーどうしを接続するた
めの有効な接続構造を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、粒子加速器において荷電粒子の軌道を構成するため
に互いに接続されて用いられる銅材料からなる真空チャ
ンバーどうしを接続するための構造であって、銅材料か
らなる管状の継手本体の先端部の外周面に全周にわたる
溝を形成し、該溝にステンレス材料からなるリング体を
嵌着し、該リング体にステンレス材料からなるフランジ
を固着してなる継手を用い、接続するべき双方の真空チ
ャンバーの接続端にそれぞれ前記継手の基端を溶接して
接合し、それら継手のフランジどうしを締結することに
よって双方の真空チャンバーどうしを接続することを特
徴とするものである。

【００１４】また、請求項２に記載の発明は、上記の継
手におけるフランジに代えて環状のリブを設けた継手を
用い、それらリブどうしを溶接することによって双方の
真空チャンバーどうしを接続することを特徴とするもの
である。

【００１５】

【作用】本発明は、銅材料からなる真空チャンバーどう
しを継手を介して接続するが、その継手としては、接続
対象の真空チャンバーと同一の銅材料からなる継手本体
にリング体を介してフランジもしくはリブを取り付けた
構成のものを用いる。その継手におけるリング体はステ
ンレス材料により形成し、このリング体の継手本体に対
する取り付けは、継手本体の先端部に形成した溝にリン
グ体をたとえば圧着、圧入、溶接、ろう付け等により嵌
着することで行う。また、フランジやリブはリング体と
同一のステンレス材料により形成し、それらフランジや
リブのリング体に対する取り付けは、それらをたとえば
溶接により固着することで行う。さらに、この継手の真
空チャンバーに対する接続は継手本体の基端を真空チャ
ンバーの先端に直接的に溶接することで行うが、それは
銅材料どうしの溶接となるので、溶接部の酸化を防止す
るべくたとえば真空容器内において真空雰囲気下で行
う。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は第１実施例を示すものであって、本第１実
施例においては、銅材料からなる真空チャンバー２０，
２０どうしを接続するに際し、それら真空チャンバー２
０，２０の先端にそれぞれ継手３０，３０を接合し、そ
れら継手３０，３０どうしをボルトおよびナットにより
締結することで真空チャンバー２０，２０どうしを接続
するようにしている。

【００１７】本第１実施例における継手３０は、真空チ
ャンバー２０と同一の銅材料により形成された管状の継
手本体３１の先端部の外周面に全周にわたって溝３２を
形成し、その溝３２に、ステンレス材料からなるリング
体３３を嵌着し、そのリング体３３に同じくステンレス
材料からなるフランジ３４を溶接してなるものである。

【００１８】継手本体３１の溝３２に対するリング体３
３の嵌着は、たとえば熱間等方圧プレスの手法による圧
着によって行うと良いが、あるいは圧入もしくは溶接や
ろう付けにより行うことでも良い。また、リング体３３
に対するフランジ３４の溶接はステンレス材料どうしで
あるので周知の手法により容易にかつ支障なく行い得
る。さらに、真空チャンバー２０に対する継手３０の溶
接は銅材料どうしの溶接となるので、上述したようにた
とえば真空容器内において真空雰囲気下で行うことと
し、必要に応じて溶接部の内面に対する後処理を行うと
良い。

【００１９】この継手３０は、継手本体３１に嵌着した
リング体３３を介してフランジ３４を溶接するようにし
たので、たとえば図４に示した従来の接続構造による場
合には懸念されるようなマイクロクラックが生じること
がなく、継手本体３１に対するフランジ３４の取り付け
強度を充分に確保することが可能である。また、継手本
体３１の内面側は全て銅材料であって、図５に示した継
手を用いる場合のように接続部に異種材料が介在するこ
とがないので、接続部において電気的特性や熱的特性が
変化してしまうようなこともない。

【００２０】図２は本発明の第２実施例を示すものであ
る。本第２実施例では、上記第１実施例における継手３
０のフランジ３４に代えてリブ４４を設けた継手４０を
用い、それら継手４０，４０のリブ４４，４４どうしを
溶接することで真空チャンバー２０，２０どうしを接続
するようにしたものである。

【００２１】すなわち、本第２実施例において用いる継
手４０は、第１実施例の継手３０と同様に、銅材料から
なる管状の継手本体４１の先端部に溝４２を形成し、そ
の溝４２に、ステンレス材料からなるリング体４３をた
とえば圧着することによって嵌着し、そのリング体４３
にステンレス材料からなる環状のリブ４４を溶接した構
成とされている。そして、本第２実施例においては、そ
れら継手４０，４０のリブ４４，４４どうしを突き合わ
せて密着させ、それらの外周縁部を全周にわたって溶接
することで、継手４０，４０を介して真空チャンバー２
０，２０どうしを接続するようにしている。なお、リブ
４４はステンレス材料により形成されているので、それ
らリブ４４，４４どうしの溶接は大気中においても支障
なく行い得ることはもとより、その溶接は比較的低温で
行うことができるとともにリブ４４は継手本体４１の外
方に大きく突出しているので、リブ４４の外周部におい
て行う溶接の熱が継手本体４１の内面側にまで悪影響を
及ぼすことはなく、接続部の内面側が酸化されてしまう
といった懸念はない。

【００２２】本第２実施例の構造によれば、上記第１実
施例と同様に優れた接続強度が得られることはもとよ
り、ボルトおよびナットを用いてフランジ３４，３４ど
うしを締結する第１実施例の場合に比して接続部の所要
スペースを削減でき、かつ、接続部の内面側において多
少なりとも生じることが避け得ない段差や間隙をより小
さくすることができる。さらに、図５に鎖線で示してい
る如く、リブ４４，４４どうしの溶接部つまり双方のリ
ブ４４，４４の外周縁部を切除することによってそれら
の接続を解除して蓄積リングを解体することも可能であ
るし、解体後にはリブ４４，４４どうしを再び溶接し直
すことで再度の接続も可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上で説明したように、請求項１に記載
の発明は、銅材料からなる継手本体の先端部に形成した
溝内にステンレス材料からなるリング体を嵌着し、その
リング体に同じくステンレス材料からなるフランジを固
着してなる構成の継手を用い、その継手を銅材料からな
る真空チャンバーに溶接して、それら継手のフランジど
うしを締結することによって双方の真空チャンバーどう
しを接続するようにしたので、銅材料からなる真空チャ
ンバーどうしを強固に接続し得るとともに、接続部に異
種材料が介在してしまうことがないから電気的特性や熱
的特性が変化してしまうようなこともないという優れた
効果を奏し、その結果、粒子加速器の蓄積リングとして
銅材料からなる真空チャンバーを採用することが可能と
なる。また、請求項２に記載の発明は、フランジに代え
てリブを設けた継手を用い、それらリブどうしを溶接す
ることによって真空チャンバーどうしを接続するように
したので、上記と同様の効果を奏することに加えて、接
続部の所要スペースをより削減できるとともに、接続部
の内面側における段差や間隙をより小さくすることがで
きるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接続構造の第１実施例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の接続構造の第２実施例を示す断面図で
ある。

【図３】小型シンクロトロンの概要を示す図である。

【図４】従来の接続構造の一例を示す断面図である。

【図５】従来の接続構造の他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

２０ 真空チャンバー ３０ 継手 ３１ 継手本体 ３２ 溝 ３３ リング体 ３４ フランジ ４０ 継手 ４１ 継手本体 ４２ 溝 ４３ リング体 ４４ リブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子加速器において荷電粒子の軌道を構
   成するために互いに接続されて用いられる銅材料からな
   る真空チャンバーどうしを接続するための構造であっ
   て、銅材料からなる管状の継手本体の先端部の外周面に
   全周にわたる溝を形成し、該溝にステンレス材料からな
   るリング体を嵌着し、該リング体にステンレス材料から
   なるフランジを固着してなる継手を用い、接続するべき
   双方の真空チャンバーの接続端にそれぞれ前記継手の基
   端を溶接して接合し、それら継手のフランジどうしを締
   結することによって双方の真空チャンバーどうしを接続
   してなることを特徴とする粒子加速器における真空チャ
   ンバーの接続構造。
2. 【請求項２】 粒子加速器において荷電粒子の軌道を構
   成するために互いに接続されて用いられる銅材料からな
   る真空チャンバーどうしを接続するための構造であっ
   て、銅材料からなる管状の継手本体の先端部の外周面に
   全周にわたる溝を形成し、該溝にステンレス材料からな
   るリング体を嵌着し、該リング体にステンレス材料から
   なる環状のリブを固着してなる継手を用い、接続するべ
   き双方の真空チャンバーの接続端にそれぞれ前記継手の
   基端を溶接して接合し、それら継手のリブどうしを互い
   に密着させてそれらの外周縁部を全周にわたって溶接す
   ることによって双方の真空チャンバーどうしを接続して
   なることを特徴とする粒子加速器における真空チャンバ
   ーの接続構造。