(57)【要約】【課題】  高価なインサート材を用いることなく生産性よく、しかも強固かつ高精度に電子・陽電子コライダーの加速管を製造する方法を提供すること。【解決手段】  複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、パルス通電接合法を用い、真空又は不活性ガス雰囲気中で、該セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、第１段階で200℃以上650℃以下の温度と1ＭＰａ以上20ＭＰａ以下の加圧力にて、第２段階で700℃以上1000℃以下の温度と0.01MPa以上0.9MPa以下の加圧力にて、それぞれパルス通電接合を行い、第３段階で800℃以上1000℃以下の温度で0.5〜３時間熱処理することを特徴とする該加速管の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用い、真空又は不活性ガス雰囲気中において、前記リング状セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、かつ、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する、ことを特徴とする、電子・陽電子コライダーの加速管の製造方法。
【請求項２】
前記電極の材質としてカーボンを用い、かつ、前記電極の平面積と、これに接するリング状セルとの平面積との比が、１：１〜１０：１の範囲である電極を用いる、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
第２段階での処理後及び／又は第３段階での熱処理後、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けてなる、請求項１又は２記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のリング状セルから、生産性よく、しかも強固かつ高精度に電子・陽電子コライダー（衝突器）の加速管を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子・陽電子コライダーの加速管は、複数のリング状銅製セルを積層し、これらを接合することにより製造されている。
電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたっては、複数のリング状銅製セルの間に強固、かつ、高精度な接合が要求されることから、これまでは複数のリング状銅製セルの各接合面間に、インサート材として、金や銀などの金属を挿入し、拡散接合させることにより製造されていた（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
しかしながら、インサート材として用いる金や銀などの金属は非常に高価であるばかりか、複数のリング状銅製セルの各接合面間の全てに、極薄いインサート材を配置しなければならず、大変手間がかかり、生産性に劣るものであった。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１５４６２号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平１０−３４０７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、複数のリング状セルから、高価なインサート材を用いることなく生産性よく、しかも強固、かつ、高精度に電子・陽電子コライダーの加速管を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、接合法としてパルス通電接合法を用い、かつ、リング状セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、さらに接合を特定の条件で行うことにより、目的を達成しうることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、請求項１に係る本発明は、複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用い、真空又は不活性ガス雰囲気中において、前記リング状セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、かつ、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する、ことを特徴とする、電子・陽電子コライダーの加速管の製造方法を提供するものである。
【０００９】
次に、請求項２に係る本発明は、前記電極の材質としてカーボンを用い、かつ、前記電極の平面積と、これに接するリング状セルとの平面積との比が、１：１〜１０：１の範囲である電極を用いる、請求項１記載の製造方法を提供するものである。
【００１０】
さらに、請求項３に係る本発明は、第２段階での処理後及び／又は第３段階での熱処理後、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けてなる、請求項１又は２記載の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金や銀などの非常に高価なインサート材を用いる必要がなく、複数のリング状セルのみでダイレクトに接合することができる。このため、大幅なコストダウンが可能となる。
しかも、このため、複数のリング状セルの各接合面間の全てに、極薄いインサート材を配置するという手間が省け、生産性に優れる。
さらに、本発明によれば、複数のリング状セルを強固、かつ、高精度に接合することができ、高精度な加速管を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を示す。
請求項１に係る本発明は、電子・陽電子コライダーの加速管の製造方法に関し、複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用い、真空又は不活性ガス雰囲気中において、前記リング状セルの両端部に接する電極として弾性力を有するものを用い、かつ、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する、ことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１に係る発明においては、複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造する。
電子・陽電子コライダーの加速管は、完成後は長さ２０〜３０ｋｍにも及ぶため、一度にそのような極めて長尺なものを作製することはできない。そこで、例えば２０段、或いは６０段など、リング状セルを中心軸方向に（その中央部の貫通孔が連通するように）所定段数重ね接合したものを基本単位として作製し、これを順次つなげて行くことにより、目的とする電子・陽電子コライダーの加速管を製造している。なお、本発明における接合は、基本的に真空又は不活性ガス雰囲気中において行われるため、そのような極めて長い加速管を製造する場合、真空又は不活性ガス雰囲気を維持しつつ一定の長さだけ接合し、少しずつ移動して接合しうるようにしておくことが必要となる。
【００１４】
リング状セルは、通常、銅製であるが、これに限定されるものではない。このリング状セルは、１例を挙げれば、直径６１ｍｍ、厚さ８．７４ｍｍの円板の中央部に直径２０ｍｍの空洞（貫通孔）を有するものであるが、これに限定されるものではない。リング状セルとしては一般に用いられているものを使用することができる。
【００１５】
このリング状セルとしては、極めて高精度の寸法加工が施されたものを用いることが好ましい。また、このリング状セルの両面又は片面は、予め洗浄し、汚れや付着物などを取り除いておくことが望ましい。具体的には例えば、超音波等を用い、イソプロパノールなどのアルコール系等の有機溶剤を用いてリング状セルの両面又は片面を洗浄しておくことが望ましい。或いは、リング状セルの両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去して接合を行っても良い。さらには、リング状セルの両面又は片面に、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質を施しておいても良い。このようなアルゴン雰囲気下でのプラズマ処理による界面改質を施すことにより、界面の酸化被膜等を除去し、接合を容易ならしめることができる。
【００１６】
さらに、このリング状セルとしては、空洞部の内面や接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施されたものが好ましい。空洞部の内面や接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施す方法としては、研磨、バフ仕上げ等公知の方法が挙げられる。この処理により空洞部の内面や接合面の表面粗度を０．５μｍ以下の鏡面乃至平滑面に仕上げておくことが望ましい。
【００１７】
請求項１に係る発明においては、このような複数のリング状セルを積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用いる。パルス通電接合法は、基本的にはパルス通電による自己発熱を利用した接合法である。このパルス通電接合法に用いるパルス通電接合機としては、本発明の方法で特色とする「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられているパルス通電接合機をそのまま用いることができる。
図１は、そのようなパルス通電接合機に複数のリング状セルをセッティングした状態を示す概念図である。
図１において、符号１はリング状セルを示し、符号２は電極を示している。また、符号３は、パルス電流発生機を示し、符号４は、電極を加圧するための加圧手段（例えば、エアーシリンダーや油圧シリンダー）を示している。
なお、図１において、符号２Ａは上ラム電極を示し、符号２Ｂは下ラム電極を示している。但し、これら上下のラム電極は、それぞれ上下の電極２と一体となったものでも良い。また、符号５は真空チャンバーを示している。
【００１８】
後述するように、請求項１に係る発明においては、このパルス通電接合を特定の条件下で行う必要がある。
なお、リング状セル１を中心軸方向に複数重ねて積層し、接合するにあたっては、接合後にあたかも１本の部材からなるものであるかのようなものが要求され、高度の直線性が必要である。そのため、Ｖブロックなどを用いて正確な位置決めを行うことが好ましい。
図２は、Ｖブロックを用いて正確な位置決めを行ったリング状セル１を２０段重ねて積層した状態を示す説明図である。符号８はカーボンシートである。
【００１９】
請求項１に係る発明においては、このような複数のリング状セル１を積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、前記リング状セルの両端部に接する電極２として弾性力を有するものを用いる。
ここで電極２としては、弾性力を有するもの、かつ、通電可能なものであれば、その構造や材質は特に限定されず、カーボン材でも、モリブデン材でも良いが、好ましくはカーボン材である。
【００２０】
請求項２に記載したように、電極２の材質としてはカーボンを用い、かつ、電極２の平面積と、これに接するリング状セルとの平面積との比が、１：１〜１０：１の範囲である電極２を用いることが望ましい。
カーボンは、耐熱性が高く、しかも素材自体にも若干の弾力性があることから、電極２の材質として好適である。
また、電極２の平面積と、これに接するリング状セルとの平面積との比を、１：１〜１０：１の範囲とすることにより、リング状セルの異常過熱を回避することができ、接合時のリング状セルの温度ムラを回避することができる。
【００２１】
請求項１に係る発明においては、弾性力を有する電極２を用いることが必要である。
弾性力を有する電極２としては、例えば、つるまきバネのようなバネを用いたものが挙げられる。バネ材としては、ステンレス製でも良いが、カーボン製が好ましい。なお、１回限りの使用の場合には、カーボンシートを積み重ねることによっても弾性力を有する電極２とすることができる。
以下、「弾性力を有する電極」を単に「弾性電極」と称することがある。また、「弾性力を有するカーボン製の電極」は単に「弾性カーボン電極」と称することがある。
【００２２】
通常、このようなバネの上下にカーボンブロックの平板を配置したものを弾性力を有する電極２として用いる。図３は、電極２として、そのようなバネ６の上下にカーボンブロックの平板７を配置したものを示す断面説明図である。
また、バネ６単独の他に、バネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー９を充填したものを用いることもできる。図４は、電極２として、そのようなバネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー９を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板７を配置したものを示す断面説明図である。
【００２３】
さらには、バネ６を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー９をカーボンブロックの平板７の間に充填したものを用いることもできる。図５は、電極２として、バネ６を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー９をカーボンブロックの平板７の間に充填したものを示す断面説明図である。カーボンチップ又はカーボンファイバー９は、塊となると弾性を有し、接合時のパルス電流の通り道となるので、接合するリング状セル１へパルス電流をより効率的に供給することができる。
また、カーボンチップ又はカーボンファイバー９は、パルス電流で発熱することから、接合するリング状セル１への熱供給が可能となる。
【００２４】
通常、カーボンブロックの平板７、バネ６、カーボンチップ又はカーボンファイバー９の外周は、厚さ０．２ｍｍ程度のカーボンシートで巻かれ包まれている。
上下のカーボンブロックの平板７のうち、一方のカーボンブロックの平板７をＳＵＳ製等の針金で縛るなどして固定し、他方のカーボンブロックの平板７は自由に上下動できるようにしておく、ことが好ましい。
【００２５】
本発明において、リング状セル１の両端部に接する電極２として弾性力を有するものを用いる理由は次のとおりである。
即ち、パルス通電接合中に、接合材料であるリング状セル１が昇温し、ある一定温度以上になると降伏応力が減衰する。
例えば、本発明の第１段階では、２００℃以上６５０℃以下の温度と、比較的低温であるが、第２段階になると、７００℃以上１０００℃以下の温度と、かなり高温で行う。
このような高い温度となると、接合材料であるリング状セル１が軟化し、降伏応力が減衰する。接合材料であるリング状セル１が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こるということは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合材料であるリング状セル１が昇温し、降伏応力が減衰するのに伴い、加圧力をそれ以下の範囲で徐々に下げることが望ましい。つまり、降伏応力と加圧力の最も適切な応答性のある接合加圧力に調節することが良い。
しかも、パルス通電時における加熱によりリング状セル１が発熱し、膨張することから、加熱膨張による加圧力の上昇をも考慮しなければならない。
このため、第１段階と比べて、第２段階では、加圧力を下げている。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力を増大させることができる。
しかしながら、接合材料であるリング状セル１の加熱による膨張分を適宜測定し、或いは降伏応力の減衰を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱めるようなことは実際上困難である。
そこで本発明では、弾性力を有する電極２を用いることにより、パルス通電時における加熱膨張による加圧力の上昇を適宜抑えることができる。この結果、寸法精度が良好な製品に仕上げることができる。
【００２６】
即ち、本発明の第２段階などでは、自己発熱によりリング状セル１がかなり高温となり膨張することから、膨張した分だけ加圧力を弱めることが必要となる。
この場合、通常の弾性力のない電極であると、加熱による膨張分を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱める必要がある。
しかしながら、このような弾性力を有する電極（弾性カーボン電極）２を用いると、加熱による膨張分を吸収し、パルス通電時における加熱膨張による加圧力のいわば必然的に起こる上昇をある程度自動的に抑えることができる。また、リング状セル１にかかる偏圧を防ぎ、より寸法精度の高い仕上がりとすることができる。
通常のカーボン電極を使用すると、リング状セル１の各部位の寸法にバラツキが発生し、精度を確保することができないが、このような弾性カーボン電極２を使用することにより、リング状セル１の各部位の寸法の偏差をなくし、寸法精度の良い仕上がりとすることができる。
【００２７】
請求項１に係る発明においては、上述したように、複数のリング状セル１を積層し、接合させて電子・陽電子コライダーの加速管を製造するにあたり、接合法としてパルス通電接合法を用い、かつ、このパルス通電接合を特定の条件下で行う必要がある。
即ち、請求項１に係る発明においては、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理することが必要である。
【００２８】
請求項１に係る発明においては、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度とＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行う。簡単に言えば、この第１段階では、高荷重、低温でパルス通電による接合を行う。この第１段階は、いわば仮接合ということもできる。この第１段階により精度を確保する。
ここで第１段階での温度が２００℃未満であると、リング状セル１の接合が不充分となる。一方、６５０℃を超えると、加圧力でリング状セル１の変形が起こり、精度を確保することができない。
また、第１段階での加圧力が１ＭＰａ未満であると、リング状セル１の密着性が不充分で、続く第２段階での接合時にリング状セルの異常発熱を惹き起こす。一方、２０ＭＰａを超えると、リング状セル１のつぶれが大きくなり、寸法精度の確保が困難となる。
この第１段階での接合における温度と圧力の保持時間は、少なくとも１５分以上必要である。
【００２９】
次に、請求項１に係る発明においては、第２段階で、より温度を上げ、より加圧力を下げ、パルス通電による接合を行う。簡単に言えば、この第２段階では、低荷重、高温でパルス通電による接合を行う。この第２段階は、いわば本接合ということもできる。この第２段階により、強固な接合を確保する。
【００３０】
具体的には、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行う。
ここで第２段階での温度が７００℃未満であると、リング状セル１の接合が不充分となり、真空漏れの危険性が発生する。一方、１０００℃を超えると、過熱でリング状セル１の変形・縮みが発生し、精度を確保することができない。
また、第２段階での加圧力が０．０１ＭＰａ未満であると、加圧力が低過ぎて電極２とリング状セル１との間に隙間ができ、プラズマが発生し、異常な高熱でリング状セル１の表面を溶かしてしまうおそれがある。一方、０．９ＭＰａを超えると、リング状セル１の変形がみられる。
さらに、この第２段階を行わない場合には、接合するリング状セル１に亀裂が発生し、接合が不充分となってしまう。
【００３１】
この第２段階では、リング状セル１の熱の発散を防止し、温度ムラを防ぐために、リング状セル１外周に反射板１０を設置することが好ましい。図６は、反射板１０の１態様を示す説明図である。図６では１重の反射板を示したが、これに限定されるものではなく、２重以上の多重の反射板であってもよい。反射板の材質などとしては特に制限はないが、通常はＳＵＳなどで肉薄（例えば０．１ｍｍ厚）のものが用いられる。
【００３２】
以上の第１段階と第２段階では、パルス通電による接合を行うが、次の第３段階では、パルス通電を止め、所定の熱処理を行う。
なお、パルス通電の条件等については後述する。
【００３３】
さらに、請求項１に係る発明においては、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する。この第３段階は、いわば相互拡散接合処理ということもでき、接合をより完全ならしめるためのものである。
ここで第３段階での温度が８００℃未満であると、拡散が不充分で接合強度が確保されない危険性がある。一方、１０００℃を超えると、リング状セルが部分的に軟化し、変形を生じる。
この第３段階は、接合をより完全ならしめるためのものであり、もはやパルス通電も加圧も行わない。
この第３段階における温度の保持時間が０．５時間未満であると、接合が不充分の箇所が存在し、ねじり試験等でリング状セルが分離してしまう。一方、３時間を超えると、リング状セルの長さ方向の寸法が縮み、所望の指定寸法を満足できなくなる。
【００３４】
請求項１に係る本発明においては、上記した３段階の工程を連続して行ってもよいし、また、各段階でリング状セル１を別の炉などの装置に入れ直して（不連続的に）工程を進めてもよい。さらには、第１段階と第２段階とを同一の装置で行った後、第３段階のみを別の装置で行ってもよい。
【００３５】
以下、パルス通電の条件等について述べる。
請求項１に係る本発明の第１段階と第２段階においては、複数のリング状セル１を積層し、積層された面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、接合すべき複数のリング状セル１のみに通電させる。
【００３６】
即ち、所定の圧力で加圧した状態で、一対の電極をあて、接合すべき複数のリング状セル１のみに通電させる。
図１では、電極方向と接合界面加圧方向とが同じものを示しているが、電極方向と接合界面加圧方向とは、異なっていても良いし、同じであっても良い。
接合部材であるリング状セル１と接する電極２の形状は、接合部材であるリング状セル１の形状に合わせ、円盤状でも、通電可能なローラー状でも良いし、さらには彫り込んだものであっても良い。
【００３７】
ここで「のみに通電させる。」とは、接合すべき複数のリング状セル以外に通電するようなものを使用しないということであり、換言すると放電プラズマ焼結法で一般に用いられている、接合部材を取り囲むようなカーボン型を使用しないということである。
電極間に接合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型を使用しないことによって、通電可能なカーボン型を使用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合をし、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡大した。
【００３８】
このとき、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることができる。これにより長尺の部材などを短時間に効率良く接合することができる。
このような外部から強制的に加熱する手段としては特に制限はないが、ニクロム線等の直接加熱方式、或いは、マイクロ波誘導加熱、ミリ波誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式が最も好ましい。この他に高周波加熱等が挙げられ、これらの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いることができる。
外部から強制的に加熱する際の加熱時間は、一般的には６０分以下とすれば良い。
【００３９】
パルス電流としては通常直流が用いられ、請求項１に係る本発明においては、デューティー比、つまりパルスのＯＮとＯＦＦの比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が８６〜９９．９％、好ましくは９０〜９９．９％のパルス電流を流すことが好ましい。
このようなパルスのＯＮ時間の比率の高いパルス電流を流し、自己発熱により全体を緩やかに昇温させて、なるべく部材全体を均一に昇温させることが好ましい。
【００４０】
また、パルス電流としては、１００〜５００００Ａ、好ましくは３００〜３００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。
電流密度に換算すると、パルス電流としては、５０Ａ／ｃｍ２〜５００Ａ／ｃｍ２、好ましくは８０Ａ／ｃｍ２〜１５０Ａ／ｃｍ２の電流供給が可能なものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。
【００４１】
上記したように、請求項１に係る本発明では、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度とパルス１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理する。
ここで第１段階と第２段階は、いずれもパルス通電によるものであって、自己発熱により温度を上げ所定温度としているが、第３段階はパルス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げ所定温度とする必要がある。
【００４２】
前記したように、請求項１に係る本発明では、第１段階でいわば仮接合を行い、次に第２段階でいわば本接合を行う。
この第２段階における本接合では、上記したように接合部材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合部材であるリング状セル１のみに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面間にパルス電流を流すことによって、いわば通電衝撃による液相での接合界面の原子間微小溶融が行われる。
第２段階では、上記したようなパルス電流を流し、必要に応じて外部から強制的に加熱しながら通電させ、接合部材である銅製のリング状セル１の溶融点（１０８３℃）の６５％以上、９０％未満まで自己発熱により温度を上昇させる。より具体的には、前記したように７００℃以上１０００℃以下の温度まで自己発熱により温度を上昇させる。この温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）を、０．５〜６０分間程度保持することにより、パルス電流の通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせ、第２段階での接合を行う。このような液相状態での原子間微小溶融は、これまで全く行われていない。なお、この際には真空雰囲気としておくことが望ましいが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行っても良い。
【００４３】
請求項１に係る本発明においては、このようにして第２段階において通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、第３段階において所定の条件で熱処理する。この第３段階での熱処理により、相互拡散されることから、この第３段階における熱処理を「相互拡散接合処理」ということもできる。このような相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時間で接合することができる。１回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場合も考えられることから、１回だけでなく、それ以上の複数回にわたる相互拡散接合処理を行ってもよい。
これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行うことにより、固相状態で接合することは行われてきたが、これと第３段階で行う相互拡散接合処理とは全く異なる。第３段階で行う、パルス通電における相互拡散接合処理はこれまで他に見られない。
【００４４】
このような第３段階における相互拡散接合処理は、接合部材である銅製のリング状セル１の溶融点（１０８３℃）の７０％以上、９０％未満で行うことができる。より具体的には、前記したように８００℃以上１０００℃以下の温度で行う。この温度は、前記第２段階における原子間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い温度である。前記したように、この第３段階はパルス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げる必要がある。
【００４５】
なお、本発明でいう「温度」とは、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部においては材料成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促していると推測される。
【００４６】
この第３段階における相互拡散接合処理を行う際には、パルス電流は流さない。また、加圧は特に必要ないが、前段階からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。この第３段階における相互拡散接合処理を行う際には、８００℃以上１０００℃以下の温度に達したときの温度（ピーク温度）を０．５〜３時間、好ましくは１．０〜１．５時間保持することが望ましい。これにより極めて強固かつ短時間に接合することができる。
【００４７】
請求項１に係る本発明では、上記したように第２段階において通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて第３段階にて所定条件にて熱処理する相互拡散接合処理を行うこと、つまり一旦液相状態として原子間微小溶融をさせた後に、相互拡散接合処理すること、が必要である。
このような液相状態とした後の相互拡散接合処理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現象を指しており、明らかにここでいう液相状態とした後の相互拡散接合処理とは異なっているが、そのような液相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させる点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固相拡散」とは明確に異なる。
【００４８】
このような第２段階において液相状態とした後の第３段階における熱処理（相互拡散接合処理）によれば、ねじり試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られ、接合すべきリング状セル１を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合することができる。
【００４９】
なお、請求項３に記載したように、第２段階での処理後及び／又は第３段階での熱処理後、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けることが好ましい。
即ち、第２段階のパルス電流通電後の冷却時に、及び／又は、第３段階での熱処理後、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けることが好ましい。
これにより冷却を速め、例えば第２段階のパルス電流通電後の冷却時に、複数のリング状セル及び／又は電極に不活性ガスを吹き付けた場合には、速やかに第３段階に移行でき、生産性を高めることができる。
ここで不活性ガスとしては、例えば窒素ガス、アルゴンガスなどを挙げることができるが、なかでもアルゴンガスは製品の仕上がりに光沢を付与できることから特に好ましい。
【００５０】
本発明は以上の如きものである。このようにして本発明によれば、複数のリング状セルから、金や銀などの高価なインサート材を用いることなく生産性よく、しかも強固、かつ、高精度に電子・陽電子コライダーの加速管を製造することができる。なお、接合完成後、ロウ付け等の所望の公知各種熱処理を施すこともできる。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。
【００５２】
実施例１
（１）接合
接合するリング状セル１として、表面粗度が０．５μｍ以下であり、直径６１ｍｍ、厚さ８．７４ｍｍの円板の中央部に直径２０ｍｍの空洞を有する銅製のもの２０枚を用いた。
このリング状セル１をまず超音波を用い、イソプロパノールで洗浄した。
次いで、このリング状セル１を２０枚、図１、図２に示すようにパルス通電接合機に、Ｖブロックを用い正確に積み上げて配置した。電極２としては、上側電極として、図４に示すような、バネ６の周囲に、カーボンチップ９を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板７（直径１００ｍｍ×厚さ９３ｍｍ）を配置した構造を有する弾性カーボン電極を用いた。また、下側電極として、図５に示すような、バネ６を用いずに、カーボンチップ９をカーボンブロックの平板７（直径１００ｍｍ×厚さ６７ｍｍ）の間に充填した構造を有する弾性カーボン電極を用いた。
その後、２ＭＰａの加圧力にてパルス通電（２０００Ａ）による第１段階の接合を行った。通電面積が約２６ｃｍ２であることから、電流密度は約８０Ａ／ｃｍ２であり、パルス比は９８：２とした。このとき温度は最大３００℃まで上昇した。
なお、上記温度までの昇温時間は３０分間であり、上記温度での保持時間は６０分間とした。また、寸法測定を行うため、９０分間かけて放冷した。
以上の操作の間、雰囲気は１０Ｐａ以下の真空に保った。
【００５３】
次に、０．０４ＭＰａの加圧力にてパルス通電（２８００Ａ）による第２段階の接合を行った。このとき電流密度は約１１０Ａ／ｃｍ２であり、パルス比は１０：１とした。このとき温度は最大８００℃の温度まで上昇した。
なお、上記温度までの昇温時間は６０分間であり、上記温度での保持時間は３分間とした。また、１２０分間かけて放冷した。
以上の操作の間、雰囲気は１０Ｐａ以下の真空に保った。
即ち、真空炉において、接合面を密着させるように０．０４ＭＰａの圧力で加圧した状態で、接合すべきリング状セル１の両端に一対の電極をあて、接合すべきリング状セル１のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にパルス比が１０：１のパルス電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は８００℃であり、保持時間は〜３分間であり、ピーク電流は１１０Ａ／ｃｍ２であった。
なお、この第２段階では、リング状セル１の周囲に反射板１０を１重に巻き付け覆った。
第２段階終了後、リング状セル１の表面に付着したカーボンを、真鍮ワイヤ、ディスクグラインダ、粘着テープ、イソプロパノールを用いて剥離・除去した。
【００５４】
しかる後、パルス通電を止め、外部加熱により８５０℃の温度において第３段階の熱処理を行った。
なお、上記温度までの昇温時間は６０分間であり、上記温度での保持時間は１１０分間とした。また、３０分間かけて放冷した。
以上の操作の間、雰囲気は５Ｐａ以下の真空に保った。
即ち、第２段階における液相での原子間微小溶融させた後の２０段のリング状セル１について、この２０段のリング状セル１を８５０℃の温度で１１０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。
【００５５】
このようにして、厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管を製造した。
【００５６】
（２）ねじり破壊試験
このようにして得られた厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、接合面をねじるようにレンチを用いて、１８０°と３６０°の２種のねじり破壊試験を行った。図７は、リング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、１８０°ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。図８は、リング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、３６０°ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。
その結果、図７、図８に示すように、レンチで両接合片が大変形してねじれても接合部から剥離破断しなかった。
【００５７】
（３）寸法変化の測定結果
次に、このようにして得られた厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管について、図９に示す４箇所の測定部位（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）における寸法変化を調べた。結果を図１０に示す。
図１０によれば、本発明の方法のように弾性カーボン電極を用いることにより、著しく寸法変化が小さく（偏差がほとんどなく）、寸法精度の高い仕上がりとすることができることが分かる。
【００５８】
比較例１
実施例１において、第２段階の接合を行わなかったこと以外は、実施例１（１）と同様にして接合し、次に、実施例１（２）と同様にしてねじり破壊試験を行った。結果を図１１に示す。
図１１によれば、得られた厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管に亀裂が入ってしまい、接合が不充分であったことが分かる。
【００５９】
比較例２
実施例１において、弾性カーボン電極の代わりに、通常のカーボン電極を用い、かつ、第２段階の処理を４回に分けて行ったこと以外は、実施例１（１）と同様にして接合し、次に、実施例１（３）と同様にして寸法変化を測定した。結果を図１２に示す。
図１２によれば、通常のカーボン電極を用いると、各部位の寸法にバラツキが生じ、精度を確保できないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
請求項１に係る本発明の方法によれば、金や銀などの非常に高価なインサート材を用いる必要がなく、複数のリング状セルのみでダイレクトに接合することができ、しかも、このため、複数のリング状セルの各接合面間の全てに、極薄いインサート材を配置するという手間が省け、生産性に優れる。
さらに、請求項１に係る本発明によれば、複数のリング状セルを強固かつ高精度に接合することができ、高精度な加速管を得ることができる。
従って、本発明は、加速管の製造に極めて有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】パルス通電接合機に複数のリング状セルをセッティングした状態を示す概念図である。
【図２】Ｖブロックを用いて正確な位置決めを行ったリング状セル１を２０段重ねて積層した状態を示す説明図である。
【図３】電極２として、バネ５の上下にカーボンブロックの平板７を配置しものを示す断面説明図である。
【図４】電極２として、バネ６の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー９を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板７を配置したものを示す断面説明図である。
【図５】電極２として、バネ６を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー９をカーボンブロックの平板７の間に充填したものを示す断面説明図である。
【図６】反射板１０の１態様を示す説明図である。
【図７】実施例１において、リング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、１８０°ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。
【図８】実施例１において、リング状セル接合物からなる加速管より切り出した試験片について、３６０°ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。
【図９】実施例１における各部位の寸法変化の測定部位（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を示す説明図である。
【図１０】実施例１における各部位の寸法変化の測定結果を示すグラフである。
【図１１】比較例１におけるねじり破壊試験を行った後における厚さ約１７５ｍｍのリング状セル接合物からなる加速管の写真像図である。
【図１２】比較例２における各部位の寸法変化の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１  リング状セル
２  電極
２Ａ  上ラム電極
２Ｂ  下ラム電極
３  パルス電流発生機
４  加圧手段
５  真空チャンバー
６  バネ
７  カーボンブロックの平板
８  カーボンシート
９  カーボンチップ又はカーボンファイバー
１０  反射板
【図１】
2005254244.tif 000003
【図２】
2005254244.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005254244.tif 000006
【図５】
2005254244.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005254244.tif 000009
【図８】
2005254244.tif 000010
【図９】
2005254244.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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