電子ビーム加速管用高性能基台の開発
瀬古 繁喜1,A)、鈴木 昭夫 A)、村井 信義 A)、山崎 武久 B)、竹田 繁 C)、松本 浩 C)A)
B)(株)竹中工務店 技術研究所 〒270-1395 千葉県印西市大塚 1-5-1(株)竹中工務店 原子力・エネルギー施設本部 〒104-8182 東京都中央区銀座 8-21-1
C)

高エネルギー加速器研究機構 〒305-0801 茨城県つくば市大穂 1-1

概要
従来加速管のアライメントは、鋼製架台上にボルト調整によって固定されているのが一般的である。
しかし、この 方法では鋼材の熱的変形、ボルトのゆるみなどによってアライメントの長期安定性に問題がある。この問題を解決するために、鋼製架台に代わって剛性の高い超高強度低収縮コンクリート製の基台を採用し、加速管と一体的な可変型微調整機構(以下、ムーバーと略記する)を基台の研磨面に直接密着固定する方式の「加速管用高性能基台」の開発を行った。本基台は、グラウト注入・固着によって床版と一体構造となるため、ゆるみ変形などを生じる部分がなく、加速管アライメントの長期安定性確保に有効に作用する。
本報では、基台コンクリート及びグラウト材 の物性評価を行うと共に、基台を高精度に据付け調整し、床版に一体的に固定するまでの一連の施工試験を行い、加速管アライメントを確保する新しい方式の可能性について検証した結果を示す。

加速管可変微調整機構(ムーバー)

頂部研磨面

超高強度低収縮コンクリート製基台

無収縮
セルフレベリンググラウト
コンクリート床または岩盤

図１：加速管基台の構成概念

１．はじめに電子ビーム加速管アライメントの長期安定性のために、鋼製架台に代わる「コンクリート製高性能基台」の開発を行った。先ず、基台本体に使用するコンクリート及び基台を床版に固定するためのグラウ
図２：加速管及び基台の配置図
ト材について要求性能を満足する材料を選定し、基台の製作を行った。次に三次元的に変位を制御でき2.2 加速管基台据付けの精度管理る基台据付け治具を用いて基台の据付け試験を行い 、基台据付け時における精度管理は、図３に示すよ据付け精度について検証した。以下に研究開発内容
うなビームセンターを基準として定めた
X 方向、Yについて述べる
方向、 Z 方向について、計測・調整を行う項目を設定して行った。

２．加速管基台の概要

基台センター

2.1 加速管基台の構成概念
加速管基台の構成概念を図１に示す。基台は超高強度低収縮コンクリート製とし、無収縮セルフレベ
リンググラウト材を用いてコンクリート床または岩盤に固定される。精密研磨された基台上面にはムーバーが固定される。加速管及び基台の配置図を図２に示す。基台は 1,080ｍｍ間隔で設置され、加速管を支持する構造である。

1

E- mail: seko.shigeki@takenaka.co.jp

X方向変位

ビームセンター
Z

高さY
研磨面
Y方向変位
水平度（Y方向傾斜）
X
水平度（X方向傾斜）基 台：計測調整項目

図３：基台据付け時の精度管理概要

３．基台用コンクリート及びグラウト材の物性検討膨張し、その後収縮に転じており、今後材齢とともに膨張量はゆるやかに小さくなると考えられる。
3500

3.1 基台コンクリートの物性基台に採用した超高強度低収縮コンクリートの圧縮強度を図４に示す。材齢 13 週での基台コンクリー
トの圧縮強度は 166N／㎜ 2 であり、比較用の一般的なコンクリートの圧縮強度 38N／㎜ 2 に比べて約 4.4倍であった。研磨加工した基台上面を 110 ㎜ピッチの格子に区切って、格子交点の平面度を測定した結果を表１に示す。製作した 4 体の基台の凹凸最大値は 2.3μ m〜10.6μ m の範囲にあり、高精度に加工できた。
超高強度低収縮コンクリートの乾燥収縮ひずみと乾燥材齢の関係を図５に示す。供試体による試験結果では、超高強度低収縮コンクリートの乾燥収縮ひずみは一般的なコンクリートに比べて約 42%であった。基台本体の乾燥収縮ひずみは供試体より更に小さく、材齢 21 週で 111×10-6 であり、基台全長 680㎜に対する収縮量は 75μ m となった。
表１：平面度の測定結果

200180

圧縮強度(N/mm2)

160140120基台No.

凹凸最大値(µm)

A
B
C
D

3.7
10.6
3.7
2.3

100
8060
4020

ひずみ(×10-6)

3000
2500
2000
1500
1000
500
00123

図６：グラウトの膨張・収縮ひずみと材齢の関係

４．基台の据付け試験
4.1 基台通り芯の調整
基台据付け試験における、基台据付け実験機器配置状況を図７に、試験実施状況を写真１および写真２に示す。通り芯調整方法は、基台上面に計測用定規を設置し、トランシットで計測用定規のターゲット(A)、(B)を視準して、基準通り芯からの位置ずれをチェックした。位置ずれの修正は、基台据付け治具の位置決め調整押しボルトにより、ターゲット(A)、(B)のセンター軸が「基準通り芯」に一致するように調整した。

0基台用ｺﾝｸﾘｰﾄ

一般ｺﾝｸﾘｰﾄ

図４：コンクリートの圧縮強度（材齢 13 週）
一般ｺﾝｸﾘｰﾄ供試体
基台用ｺﾝｸﾘｰﾄ供試体
基台本体-6ひずみ(×10 )

1000
900
800
700600

写真１：基台通り芯調整状況

5004003002001000051015202530

乾燥材齢 (週)

図５：乾燥収縮ひずみと乾燥材齢の関係

3.2 グラウト材の物性
グラウト材に関する膨張・収縮ひずみと材齢の関係を図６に示す。材齢 3 日におけるグラウト材のひずみは 2560×10-6 の膨張となった。グラウトは一旦

4

材齢(日)

写真２：基台高さ調整状況

4.2 基台の高さ及び水平度の調整
基台高さの計測は、計測用定規に垂直に取付けられたバーコードスケール目盛りを、デジタルレベルが 0.1 ㎜の単位まで自動的に読み取る方法とした。また、基台研磨面の水平度(X、Y 方向)は電子水準器により計測した。高さ及び水平度の調整は、据付け治具に設置されている 3 箇所のレベリングブロックにより行った。

4.3 基台固定用グラウトの充填

表２：基台の据付け精度
項目

単位

高さ (読み値 )水平度

X方向
Y方向(mm)(mm/m)

ﾀｰｹﾞｯﾄA
ﾀｰｹﾞｯﾄ B(mm)

基台芯間距離(Y方向)

(mm)

X方向変位

基台据付時
ｸﾞﾗｳﾄ充填後21日
基台 No.1 基台 No.2 基台 No.1 基台 No.2
140.4

140.4

140.3

140.4

0.00

0.00

-0.10

-0.02

0.00

0.01

-0.01

-0.01

00

0.1

00

0

0.1

1080.501080.5

６．まとめ

基台の据付完了後、基台固定用グラウトを手押し式ポンプで基台底部に圧入した。グラウトは十分なセルフレベリング性を有しており、基台底部および周辺部まで充填されたことが目視で確認できた。

５．基台の据付け精度
基台据付時及びグラウト充填後の据付け精度を表２に示す。基台据付時における 2 台の基台は、高さ、水平度、X 方向変位および Y 方向変位ともに殆ど差異の無い状態で設置できた。
グラウト充填後 21 日経過時点での基台据付け精度は、以下のような変化がみられた。①基台高さは 2つの基台間で 0.1mm の差となった。②水平度は-0.01〜-0.10mm/m の変動を生じた。③ビーム直交方向 (X方向)は 0〜0.1mm の変動を生じた。④基台芯間距離(Y 方向)は据付け時と差異がなかった。以上よりグラウト充填後 21 日経過時までの据付け精度変化は小さ
く、加速管アライメントを確保する新しい方式の可能性が得られた。今後乾燥収縮による精度変動は収束することから、基台据付け精度は最終的に要求精度を十分に確保する見通しである。また、今後測定を継続し、アライメントの長期安定性についてデータを蓄積する予定である。

加速管用高性能基台の開発で得られた結果を以下にまとめる。
①基台用コンクリートの圧縮強度は 166N／㎜ 2 であり、一般的なコンクリートの約 4.4 倍であった。
②基台上面の研磨精度は凹凸の差異が 2.3μ m〜10.6μm の範囲にあり、高精度に加工できた。
③基台本体の全長 680 ㎜に対する乾燥収縮量は乾燥
材齢 21 週時点で 75μｍとなった。
④据付け時の精度は、高さ、水平度、ＸＹ方向変位とも殆ど誤差の無い状態で目標ポイントに設置できた。
⑤グラウト充填後の据付け精度の変化は、2 台の高さの差が 0.1mm となり、水平度が 0.01〜0.1mm/m、ビーム直交方向変位が 0〜0.1mm の変動を生じた。
以上の結果より、グラウト充填後 21 日経過時点において本開発基台が加速管アライメントを安定的に保持できることが明らかとなった。長期安定性についても要求精度を十分に確保できる可能性があり、今後継続して測定を実施する予定である。

図７：施工実験機器設置状況