(57)【要約】      （修正有）【課題】  加速管の共振周波数を略一定にでき、安価にかつきれいに製造できる加速管の製造方法を提供する。【解決手段】  円筒状のスペーサと有孔円板状のディスクを交互に複数個重ね合せて管構造４５とした後、管構造４５の外周に電鋳層を形成し一体化した素管を備えた加速管の製造方法において、管構造４５を無機材料からなる本体無機電鋳液４１に浸漬させ、供試体５５を本体無機電鋳液４１と略同一の液組成を有する供試体無機電鋳液５１に浸漬させた後、管構造４５および供試体５５で同一の電流密度によって電鋳を開始し、供試体５５の電着応力を随時計測し、その計測値と目標電着応力との偏差に応じて電流密度を増減させて電鋳を進行させることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のスペーサと有孔円板状のディスクを交互に複数個重ね合せて管構造とした後、該管構造の外周に電鋳層を形成し一体化した素管を備えた加速管の製造方法において、
前記管構造を無機材料からなる本体無機電鋳液に浸漬させ、
供試体を前記本体無機電鋳液と略同一の液組成を有する供試体無機電鋳液に浸漬させた後、
前記管構造および前記供試体で同一の電流密度によって電鋳を開始し、
前記供試体の電着応力を随時計測し、その計測値と目標電着応力との偏差に応じて前記電流密度を増減させて電鋳を進行させることを特徴とする加速管の製造方法。
【請求項２】
電鋳開始時の前記電流密度は、予め前記本体無機電鋳液と略同一の液組成を有する予備無機電鋳液によって電流密度−電着応力線図を作成し、該電流密度−電着応力線図における目標電着応力となる電流密度とされることを特徴とする請求項１に記載の加速管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速管の加速部を構成する素管は、円筒状のスペーサと有孔円板状のディスクを交互に複数個積み重ねて軸方向に荷重をかけた状態で電鋳され、形成される電析物の層すなわち電鋳層によって一体化されている。
この時、電鋳層には引張応力である電着応力が作用するため、電鋳層は縮み、それに応じて薄肉のスペーサは内側に向けて突出するように変形する。これにより、素管の共振周波数は、電鋳の前後で変化することになる。しかも、この変形量すなわち共振周波数の変化量は電鋳応力の大きさによって変動する。
従来、この電鋳には、特許文献１に示されるように電鋳液として有機添加剤を含有する酸性硫酸銅光沢浴が用いられていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−４５４９８号公報（段落［０００６］〜［００１２］，及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるような有機添加剤を含有する電鋳液では、有機添加剤の濃度が定量的に管理できないこと、および有害な有機添加剤の分解生成物が電鋳液中に蓄積されていくことによって電着応力が制御できない。このため、電鋳後の共振周波数が素管毎に大きく異なるという問題があった。
従来の加速管製造においては、電鋳後、素管の周囲にボルトを装着しこのボルトを油圧を用いて進退させスペーサを変形させることにより共振周波数を揃えるというチューニングを行っていた。このため、製造工数が多くなり、素管にボルト跡が残り見栄えが悪くなる等の問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、加速管の共振周波数を略一定にでき、安価にかつきれいに製造できる加速管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる加速管の製造方法は、円筒状のスペーサと有孔円板状のディスクを交互に複数個重ね合せて管構造とした後、該管構造の外周に電鋳層を形成し一体化した素管を備えた加速管の製造方法において、前記管構造を無機材料からなる本体無機電鋳液に浸漬させ、供試体を前記本体無機電鋳液と略同一の液組成を有する供試体無機電鋳液に浸漬させた後、前記管構造および前記供試体で同一の電流密度によって電鋳を開始し、前記供試体の電着応力を随時計測し、その計測値と目標電着応力との偏差に応じて前記電流密度を増減させて電鋳を進行させることを特徴とする。
【０００７】
このように、電鋳に無機材料からなる本体無機電鋳液および供試体無機電鋳液を用いているので、電鋳を定量的に処理できる。
そして、略同一の電鋳条件（電鋳液組成、電流密度）で電鋳される供試体における電着応力を随時測定し、その計測値と目標電着応力との偏差に応じて電流密度を増減させているので、電鋳作業の進行に伴い電鋳液組成が変化して電着応力が目標から差異が生じても、電流密度を増減させて目標に沿う方向へ電鋳量を変化させる。このため、製造された素管の電着応力を略一定の値に維持することができるので、電着応力に基づく共振周波数変動量を略一定、すなわち共振周波数を略一定にすることができる。
【０００８】
また、このように、素管の共振周波数を略一定にした素管が製造できるので、従来必要としたチューニング作業を不要とでき、引っ張り用の穴がないきれいな製品を得ることができるし、工数が少なく安価に製造できる。
さらに、略一定の共振周波数を有する素管を備えているので、一様な共振周波数の加速管を得ることができる。
なお、ここで「無機電鋳液」とは、有機添加剤が含有されていない電鋳液を意味している。この無機電鋳液の成分としては、例えば硫酸−硫酸銅あるいはピロリン酸−ピロリン酸銅が用いられる。
【０００９】
本発明にかかる加速管の製造方法では、電鋳開始時の前記電流密度は、予め前記本体無機電鋳液と略同一の液組成を有する予備無機電鋳液によって電流密度−電着応力線図を作成し、該電流密度−電着応力線図における目標電着応力となる電流密度とされることを特徴とする。
【００１０】
このように、電鋳開始時の電流密度は、予め本体無機電鋳液と略同一の液組成を有する予備無機電鋳液を用いて電鋳を行い、電流密度−電着応力線図を作成し、この電流密度−電着応力線図における目標電着応力となる電流密度とされているので、電鋳作業の初期にはほとんど目標電着応力から偏差を生じない。このため、電流密度の調節回数を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電鋳に定量的に処理できる無機材料からなる本体無機電鋳液および供試体無機電鋳液を用い、略同一の電鋳条件で電鋳される供試体における電着応力を随時測定し、その計測値と目標電着応力との偏差に応じて電流密度を増減させているので、電着応力に基づく共振周波数変動量を略一定にした素管、すなわち加速管を製造することができる。
また、共振周波数を略一定にした素管が製造できるので、チューニング作業が不要となり、きれいな製品を得ることができるし、工数が少なく安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図を用いて説明する。
図１は、本発明の加速管の製造方法が対象とする加速管１の主要部分の概略構成を示し、上部が断面を示す部分断面図である。
加速管１には、多数の共振空洞を形成する素管３と、素管３に加速用の高周波を導入する入口カプラ５と、高周波を排出する出口カプラ７と、素管３の外周を覆う外管９とが備えられている。
【００１３】
図２は、素管３の構成を示す縦断面図である。
素管３は、純銅製の中空円筒であるスペーサ１１と、純銅製の有孔円板であるリング１３とが交互に複数積み重ねられ、それらが外側に設けられた電鋳層１５によって一体化されるように構成されている。
スペーサ１１とその前後のディスク１３により共振空洞１７が構成されている。
図３は、素管３の一部を示す部分断面図であり、電着層１５に生じる電着応力によって電着層１５と薄肉ノスペーサ１１とが変形する様子を破線で示している。
【００１４】
入口カプラ５は、図示しない例えばエレクトロンのような高周波源と接続され、この高周波源からの高周波を共振空洞１７へ導入するように構成されている。
出口カプラ７は、多数の共振空洞１７を通ってきた高周波を導出するものであり、その導出側に高周波を吸収し熱に変換するダミーロード１９が設けられている。
外管９と素管３との間に形成された空間は、冷却水通路２１を構成している。冷却水通路２１を通る冷却水によって素管３を一定温度に維持するようにしている。これにより、共振空洞の容積を一定に保ち、共振周波数が変動しないようにしている。
【００１５】
このように構成された加速管１では、高周波源からの高周波が入口カプラ５から導入され、各共振空洞１７に加速電場が形成される。この加速電場によって電子入口２３から投入される電子等のビームは順次加速されて電子出口２５から放出される。
【００１６】
次に、本実施形態における加速管の製造方法を実施する製造装置３０について、図４により説明する。
製造装置３０には、本体電鋳部３１と、供試体電鋳部３３と、電源装置３５と、歪計測器３７とが備えられている。
本体電鋳部３１には、本体電鋳槽３９と、本体電鋳槽３９に貯留された本体無機電鋳液４１と、本体無機電鋳液４１に浸漬された複数の本体電極４３とが備えられている。
電鋳作業では、複数のスペーサ１１とディスク１３とが交互に積み重ねられ、押え棒４７によって軸線方向に荷重を掛けられた状態とされた管構造４５（図２（ａ）参照）が、本体無機電鋳液４１に浸漬され、本体電極４３に対向する電極を構成する。
【００１７】
供試体電鋳部３３には、供試体電鋳槽４９、供試体電鋳槽４９に貯留された供試体無機電鋳液５１と、供試体無機電鋳液５１に浸漬された供試体電極５３と、供試体電極５３に対向する電極として機能する供試体５５とが備えられている。
供試体５５は、銅製の板材であり、その一方の面には、歪ゲージ５７が貼り付けられるとともに銅が電析しないようにマスキングが施されている。
歪計測器３７は、歪ゲージ５７の歪量を計測するものである。
電源装置３５は、一方で本体電極４３と供試体電極５３とに同じ電流を供給し、他方で管構造４５の押え棒４７と供試体５５との同じ電流を供給するように構成されている。
【００１８】
以下、本実施形態にかかる加速管の製造方法に関し、素管３の製造について説明する。
図５は素管３を製造するフローを示している。
まず、管構造４５を形成する（Ｘ）。すなわち、複数のスペーサ１１とディスク１３とを図２（ａ）に示されるように、交互に積み重ねる。次いで、中心軸線部に存在する空間に押え棒４７を挿通し、押え棒４７の両端部をボルトによって締めて、スペーサ１１およびディスク１３の積み重ねの軸線方向に荷重が掛けられた状態とする。
【００１９】
次いで、この管構造４５を本体無機電鋳液４１に浸漬させて後述するように電鋳作業を行い（Ｙ）、管構造４５の外側に銅を電析させ電鋳層１５を形成する。この電鋳層１５によってスペーサ１１とディスク１３とを一体化する。
その後、外表面を切削して、余分な電鋳層１５を削り、表面を整形して（Ｚ）、素管３を完成させる。
【００２０】
次に、電鋳作業（Ｙ）について、図６に基づき詳細に説明する。
まず、製造する素管３に対して目標とする電着応力を設定する電鋳条件の設定（Ａ）を行う。
これは、本体無機電鋳液４１として、硫酸７２ｇ／Ｌ、硫酸銅（五水和物、以下同じ）２１６ｇ／Ｌの液組成を用い、電流密度７．５Ａ／ｄｍ２、本体無機電鋳液４１温度２６℃、および正転２０秒−反転４秒のパターンの周期的極性反転通電（ＰＲ通電）の条件で電鋳した。この時の電着応力と共振周波数の変動量との関係を図７に示す。
なお、共振周波数の変動量とは、電鋳前の管構造４５（図２（ａ））と電鋳後の管構造４５（図２（ｂ））との共振周波数の差を言う。図３に示すように電鋳後では電鋳層１５の電着応力によって共振空洞１７の容積が減少するので、共振周波数は小さくなる。
【００２１】
ここで、Ｓバンドとは、高周波の周波数がＳバンド（２．６〜４ＧＨｚ）に入る、例えば２８５６ＭＨｚの周波数を持つ加速管１のことである。Ｃバンドとは、高周波の周波数がＣバンド（４〜８ＧＨｚ）に入る、例えば５７１２ＭＨｚの周波数を持つ加速管１のことである。
なお、高周波の周波数が大きくなると、同じ加速エネルギーを得るために、加速管長を短縮でき、加速管１を小型化できる。
本実施形態では、Ｓバンドの加速管１を製造するものとして説明する。
そして、この共振周波数の変動量を１６７ＫＨｚと設定し、その時の電着応力３．０３ｋｇｆ／ｍｍ２（２９．７１４ＭＰａ）を目標電着応力と設定する。
【００２２】
次いで、個々の管構造４５へ電鋳するため、製造装置３０における電鋳作業の準備（Ｂ）に入る。
本体無機電鋳液４１の液組成と略同一の液組成を有する予備無機電鋳液（図示せず）を用いて電鋳を行い、電流密度−電着応力線図を作成する。この時、予備無機電鋳液の組成は、例えば硫酸が６２．４ｇ／Ｌ、硫酸銅が２１６ｇ／Ｌであった。
この予備無機電鋳液は、本体無機電鋳液４１の液組成を計測して同一条件の液組成を作成している。なお、本体無機電鋳液４１に余裕があれば、本体無機電鋳液４１を別容器に移して予備無機電鋳液としてもよい。
【００２３】
そして、予備無機電鋳液温度２６℃、および正転２０秒−反転４秒のＰＲ通電の条件で電鋳した。この結果、電流密度と電着応力との関係６０は図８に示されるようであった。
関係６０において目標とする電着応力３．０３ｋｇｆ／ｍｍ２に対応する電流密度８．０Ａ／ｄｍ２を初期電流密度として設定する。
この時、電着作業時間Ｔ０を想定して、電着応力３．０３ｋｇｆ／ｍｍ２の時間経過に伴う変化を図示しない電源装置３５の制御部に入力する。この電着応力変化７０は例えば図９に示されるようになる。
【００２４】
一方、図５の工程（Ｘ）で形成された管構造４５および本体電極４３を本体無機電鋳液４１に浸漬させる。
そして、本体無機電鋳液４１の一部を供試体無機電鋳液５１として供試体電鋳槽４９に移す。これにより、供試体無機電鋳液５１の液組成は、本体無機電鋳液４１の液組成と略同一となる。なお、供試体無機電鋳液５１は、別途本体無機電鋳液４１と同一液組成として作成してもよい。
供試体無機電鋳液５１に、供試体５５および供試体電極５３を浸漬させる。
電源装置３５の一方の端子から本体電極４３と供試体電極５３とに電線を接続し、他方の端子から管構造４５の押え棒４７と供試体５５とに電線を接続する。
この状態で、電源装置３５から電流密度８．０Ａ／ｄｍ２の電流を流して電鋳を開始する。
【００２５】
電鋳作業に入ると、所定時間毎あるいは適宜間隔をおいて供試体５５の電鋳応力を測定する（Ｃ）。
供試体５５では、片面に電鋳層が形成され、その電鋳層の電鋳応力によって長手方向に反りが生じる。この反りによる歪ゲージの歪を歪計測器３７で測定する。供試体５５は純銅製であるのでヤング率がわかっており、かつ寸法もわかっているため、歪量から電着応力が算出できる。
そして、本体電鋳部３１と供試体電鋳部３３とは、略同一の電鋳条件により電鋳されているので、供試体５５で算出された電着応力は管構造４５における電着応力と略同一と推定できる。
【００２６】
そして、電着作業開始からＴ１時間後における算出された電着応力を図示しない制御部へ入力し、制御部へ格納された電着応力変化７０と比較する（Ｄ）。
比較した結果、電着応力変化７０と差異（偏差）があれば、その差異量に応じて電流密度を変更する（Ｅ）。
今、例えば、図９に示されるように、Ｔ１時間後の算出された電着応力が、電着応力変化７０のＴ１時間の大きさよりΔＦ小さいとすると、電流密度を例えば８．５Ａ／ｄｍ２に上げて電着量を増加させるようにする。
次に、Ｔ２時間後に算出された電着応力が、電着応力変化７０より大きくなった場合には、電流密度を例えば８．０Ａ／ｄｍ２に下げる。
【００２７】
このように、（Ｃ）〜（Ｅ）を繰り返し（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５・・・）て電鋳作業を進め、電着作業時間Ｔ０を経過した時点で電鋳作業を終了する（Ｆ）。
なお、供試体５５の歪を測定する頻度は、例えば、２４時間に１回程度でよい。
また、電鋳作業時間Ｔ０は、あくまで目安であり、例えば、電鋳層１５の表面に凹凸が見られるような場合には、Ｔ０時間よりも長く電鋳作業をする等、作業現場での判断で変更することは可能である。
【００２８】
このように、有機添加剤を含まない本体無機電鋳液および供試体無機電鋳液を用いているので、電鋳を定量的に処理できる。
そして、略同一の電鋳条件（電鋳液組成、電流密度）で電鋳される供試体５５における歪を随時測定し、電着応力を算出し、その算出値と目標とする電着応力変化７０との差異に応じて電流密度を増減させているので、電鋳作業の進行に伴い電鋳液組成が変化して電着応力が目標とする電着応力変化から差異が生じても、電流密度を増減させて目標に沿う方向へ電鋳量を変化させる。このため、製造された素管３の電着応力を略一定の値に維持することができるので、電着応力に基づく共振周波数変動量を略一定、すなわち共振周波数を略一定にすることができる。
【００２９】
また、このように、素管３の共振周波数を略一定にした素管３が製造できるので、従来必要としたチューニング作業を不要とでき、引っ張り用の穴がないきれいな製品を得ることができるし、工数が少なく安価に製造できる。
さらに、略一定の共振周波数を有する素管３を備えているので、一様な共振周波数の加速管１を得ることができる。
また、さらに、電鋳開始時の電流密度は、予め本体無機電鋳液４１と略同一の液組成を有する予備無機電鋳液を用いて電鋳を行い、電流密度−電着応力線図（図８）を作成し、この電流密度−電着応力線図における目標電着応力となる電流密度とされているので、電鋳作業の初期にはほとんど目標電着応力から偏差を生じない。このため、電流密度の調節回数を低減することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、算出した電着応力と電着応力変化７０との差異に応じて電流密度を増減するように制御しているが、これに限定されるものではない。
例えば、算出された電着応力が大きい場合には、電流の供給を停止するような制御とし、制御部を簡単な構成としてもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、電鋳開始時の電流密度として、予め本体無機電鋳液４１と略同一の液組成を有する予備無機電鋳液を用いて電鋳を行い、電流密度−電着応力線図（図８）を作成し、この電流密度−電着応力線図における目標電着応力となる電流密度としているが、これに限定されることはなく、適当な電鋳密度例えば標準として７．５Ａ／ｄｍ２としてもよい。この場合には、電鋳開始当初に電着応力変化７０からの偏差が大きくなる場合も想定されるので、供試体の歪を測定する最初の時間を短く設定しておいた方が好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態で製造した加速管の部分縦断面図である。
【図２】電鋳前後の素管を示す縦断面図である。
【図３】電鋳後の素管の変形を示す部分縦断面図である。
【図４】本発明を実施する製造装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態の加速管の製造フローを示すフロー図である。
【図６】本発明の一実施形態の電鋳作業フローを示すフロー図である。
【図７】標準条件で電鋳した時の電着応力と共振周波数の変動量との関係図である。
【図８】電鋳作業を行う電鋳液組成で電鋳した時の電着応力と電流密度との関係図である。
【図９】電鋳時間と電鋳応力の関係図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  加速管
３  素管
１１  スペーサ
１３  ディスク
１５  電鋳層
４１  本体無機電鋳液
４５  管構造
５１  供試体無機電鋳液
５５  供試体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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