Precise fabrication of X-band accelerating cell for JLCH.

S akai,Y . Higasni，S. Koike, T. Takatomi, S. Koizum i,
M . Yamamoto and T. Higo

National Laboratory for High Energy Physics
1-1, Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305 Japan

Abstruct
A precise fabrication is necessary for realizing an accelerating structure for Japan Linear Collider (JLC). In orderto tune higher mode frequencies of cells o f the structure within a tolerance of about 10-4 level, eadi accelerating cell isdesigned to be fabricated without tuning with the precision o f a few 10'5 level. The precision o f the machining as o f
today is that the flatness is less than 0.5(xm and the diameter control is a few 10"5. The measurements o f thefrequencies o f the machined cells show a possibility for obtaining again 21 few 10'5 level. These measurement results
on dimensional properties and also R F frequency characteristics are described in this paper. Preliminary brazing werealso paformed and described, indicating a possible precise joining method.

X — バンド加速管の精密製作技術の現状
1 ) はじめにJLC (Japan Linear C o llid e r) の主ライナックでは、加速周波数としてX —バ ン ド （1 l V4 2 4GHz) が予定されている。 この主ライナックではウェークフイ一ルドを抑えるために高次モードまでチューニングをどった精密な加速管を、高精度でアライメントしなければならない。 この高次モードの周波数精度は10-4程度必要であるため、加速管を構成する各セルの精度は、それより十分良い10-5程度を目標としている。 このことは、加速セルの内部形状精度が0.
1 戶m オーダーのものを同程度の精度で接合することにより実現可能と考える。

前回の報告ではレギュラーセルの加工のみ報告したが、今回はレギュラーセルの加工とその寸法測定•高周波測定について述べるとともに、 ロ一付もあわせて現在の状況について報告する。
2 ) レギュラーセルの加工、測定

in i
精密旋盤を使用してレギュラーセル（
図 1)の加工テストを行なっている。 このセルの加— <—---- <.1O^~cエで平面度を許容値 1 パm以内に収めること0ODが最も困難であった。現在は、 この 2 年の
2b—I-lr22aTエできるようになった。

rR&D の結果、平面度 0 . 5 パmで安定して加次のことに注意することによりこの平面度0 .5 pm のレギュラーセルを安定に供給する事ができるようになった。第一に加工物の残留応力を熱処理によって加工每に除去すること。第二に加工室の温度を一定に保つことである。図 2 に平面度、図 3 に加工室の温度を示す。 これらより加工室の温度は2 X：以内に保たなければならないことがわかる。

Roughness P-V 0.0001
Flatness0.001.
Perpendicularity 0.001
Coaxiality
0.00T

2 a - 8.3966 +- 0.0037
2b « 21.6815+-0.0D.0006
d «. 8.7464 +- 0.00.0059
g « 6.7467 -*- 0.0059、t *— 0.0059
rd* 0.9999 +- 0.0037
re* 0.9999 +- 0.0027
Brl « 25.68 +- 0.01
Br2 « 29.68 +- 0.01
Br3 « 60.00 +- 0.01
PCD=50.00 +- 0.01
0 0 « 79.9908 1-0.0005

X -b a n d a cc elera tin g c e ll.a /la m d a = 0 .1 6

図1

レギュラーセルDistribution of the Flatn ess of X-band

Environm ental Tem perature

中8000 )alaEJadEal 9sds

(_)

23
2.
5

D:

24
3.
5

9 rn5adE91L
UOOv_5254.

110

120
130
Number of Cell

140

150

N u m b e r of Ceil

図2

図3平面度温度内径の測定方法（
SEM と 3 次元測定器の比較）
これまで、セルの内径の測定はSEM で行なってきたが、SEM での測定の場合、 1 つのセルを測定するのに約半日かかり、多数測定するのは困を比べその可能性を調べた。

図 4 に測定結果を示す。図 4 より双方の測定に約 4 パmのシステマティックな差があることがわかるが、 3 次元測定器を用いてもセルの内径のばらつきはSEM 同様測定できると判断で21.682

2で33」
3 2は解決できる。そこで、接触式 3 次元測定器とSEM で内径を測定し両方(lulu)難である。 もし、SEM のかわりに 3 次元測定器が使用できればこの困難

XI

21.6S15030>

21.681

きる。 3 次元測定器のような接触式の測定器で精密測定を行なう場合、その接するプローブにより測定物が変形することを考慮に入れる必要があるが、今回の測定系の場合、計算によるとその弾性変形は0_5/ nn^

21.6805

21.68程度である。 よって、約 4 //mのシステマティックな差はプローブが接触することによる弾性変形によって生じたものではなく他の要因によるものであると考えられる。
図4SEM と3 次元測定器の比較

共振周波数と内径の測定結果
精密加工された 4 2 枚の加速セルについて共振周波数とその内径を測定した。各セルの共振周波数の測定は超精密
V ブロック上で、 レ ギ ュ ラ ー セル両端をハ ー フ セルで挟み込み、面圧が一定になるように荷重を加え、両端板より揷入したブロ一ブにより測定した。図 5 に各セルの真空 • 温度補正を行なった共振周波数の測定結果を示す。同じものの内径を 3 次元測定器により測定し結果を図6 に示す。セルナンパ一 1 0 0 〜 1 1 4 の加工精度が著しく悪いのは切れの悪いバイトを使用したためであり、セルナンバー 1 1 5 で新しいバイトに交換した。又、セルナンバー 1 2 0 を境にしてセルの周波数は大きく変化しているが、セルの内径測定ではそれに対応する変化があらわれていない。 この原因については現在のところ不明である。その後加工したセルについては1 0 - 5の精度で安定して加工されていることがわかる。
Mesured 2b11.0155

21.6865 「%aP

11.0150

21.6855
11.0145

cxP

iooo6

21.6845

11.0140 '21.6835

11.0135

100110120130140150

Cell Number (K???)

図52L682?00

110120130

Cell Number [K-???]

セル周波数

図6- 5 9 -セルの内径1401503 ) 加速管の接合
従来、加速管の接合は電子ビーム熔接や電鋳法等によって行われてきた。 しかし、JLC用 X —バンド加速管では形状 精 度 0 . 1 p m オーダーで仕上げられた加速セルを同程度の精度で接合する必要があり、 これらの方法では熱による変形、 内部の汚染等が大きく、 /zmオーダ一での接合は非現実的である。 そこでこれらに替わる手段として、精密ろう付けのテストに着手した。
ろう付けは、共試体の溶解を防ぐために、 1 0 ー5台の真空度でヒータ一を入れ、共 試 体 温度 が 8 0 5X： (銀ろうの場合） に到達したときヒーターを落とす条件で行っている。 シートろうが表面でうねり等変形している場合や、 ワイヤー（線材）が溝に対して十分クリアランスがなく溝壁面に接触し固定されている場合、 ろうがセル内部に流出したり、 コンタクト面がろう付けされずに巣が生じたり（
図 7 ) 、セル全体が傾く（図 8 ) 等様々な問題が生ずることがわかった。 これらを防ぐために、 シ ー ト ろ う （厚 さ 5 0 パm ) については表面のうねりや傷を含めた厚さを 5 0 パm+ 2 0 パm に押さえる必要がある。 そのため我々は、平 面 度 1 0 " m のセラミック板にろうをはさみ、真 空 炉 で 3 00 〜 4 0 0 C 6 0 分の熱処理を行なっている。又、 ワイヤ一は常温では非常に硬く成型が困難なため、適当な熱処理( 図 9 ) を行ない溝に接触しないよう成型している。 このように成型したシートろうとワイヤ一を使用してろう付した も のを 図 1 0 に示している。 この場合、接合による境界面は見られず非常に良く接合されていることがわかる。
以上のような方法により、美しいろう付面が得られることがわかったが、形状変化については測定して い な い 。 今
後 ろう 付け 前後 のセル の寸 法。共振周波数の変化を測定し、形状変化を調べる予定である。

^\謂:

s_02020202020202TWC3戈0100200300400500600700

TH (°C)
図 9 熱処理による変イ匕

図 105 ) まとめ
レギュラーセルの加工 R&Dを行ってきた結果、 1 0 —5程度でセルを供給できる見通しがついた。現状では、加工と測定は別々に行なっているが、今後量産化に向けて加工中にセルの寸法変化を測定するシステムを開発する予定である。 また、精密フライス盤によるカプラーセルの加工テストにも着手する予定である。
接合に つ い て は 、 今回は精密ろう付けを行ないその接合面を観察した に と どまった が 、 今後は、寸法変化の測定を行なう予定である。 また、常温拡散接合等、様々な接合方法に つ い て 検討を行なって い き た い 。

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