SDTL用 タ ン ク − 端 板 金 属 シ ー ル
柿崎真二1,A)、壁ૌ 善三གྷA)、川澄 敏廣A) 藤原 節夫A) 南 正晴B)
A)
三菱重工業 名古屋航空宇宙システム製作所〒455-8515 愛知県名古屋市港区大江町10番地
B)
三菱重工業‫ݗ‬砂研究所〒676-8686 兵庫県‫ݗ‬砂市荒井町新浜2-1-1

概要
J-PARCのリニアック൉に০置されるSDTLは円筒状のタンクにドリフトチューブを取付け,タンクの両側に端板を取付ることによって共振空洞を構成する.
タンク−端板間の真空シールにはバイトンOリングが用いられてきたが,放射線および‫ݗ‬真空度達成の観点からタンク−端板間に金属製真空シールを用いることが要求されている.またタンク両端に取付られる両端板間‫״‬離は,タンク全ସの機械加工精度よりも厳しい公差となるので,タンク−端板間をその調整代とするので,金属製真空シールにはつぶし量に0.5mm程度の幅を持たせるという従来にはない特性が必要となる.この厳しい要求をE-SEALとよばれる金属製シールにインジウムめっきを施すことによって満たせることを実証したࠟ験の概要を報告す
る.

１．スケールモデルࠟ験るが, これは内圧が‫ݗ‬い状態で使用し, 多少のリークも‫׳‬容する状態であるので, 溝深さをもっと浅くする必要があると推測した. そこで上蓋を締付るボ
ルトとクルトップとで溝深さを徐々に浅くしていき,真空を安定してシールできる溝深さを調査した. 図
2,3にその結果を示す. 図の縦ࡃはシール溝深さを表している.
6.05.55.0
4.5
4.03.5

最初に実機の36％サイズで0.05mm厚のインジウム3.0めっきを施したE-SEALを3本入手し,図1に示すような形態でのࠟ験を行った.3本のうち2本は図1中に
図2 溝深さࠟ験結果(○リークあり, ●リークなし)あるクルトップと締付ボルトを調整することによってE-SEALのシール溝深さを変化させて,‫ݗ‬真空を達6.0成できるシール溝深さを調べ,残りの1本によりସ時間(100時間)にわたる経過を調査した.
シール溝深さE-SEALリークディテクタへ 定盤ダイアルゲージクルトップ締付ボルト上蓋
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0

図1 スケールモデルࠟ験概要図

1.1!!溝深さ決定ࠟ験
E-SEALのカタログ上のシール溝深さは4.6mmであ1E-mail: sinzi_kakizaki@mhi.co.jp

図3溝深さࠟ験結果(○リークあり, ●リークなし)
シ ー ル 溝 深 さ が 4.4~ 4.3mm と な る あ た り で リ ー ク がとまり, そのまま 溝深さ を浅くし ていって もリー クする よ う なこ と は ֬き な か った . ま たリ ー ク が 止
ま っ た 時 点 で 上 蓋 を 外 し て E-SEALを シ ー ル 溝 か ら 取出し, 再 度シール 溝に装 着し上蓋 を載せて 同じシ ール溝深さまで 締めると再 度リークを止 めることが できた. これら の結果 をふ まえて , シー ル溝深 さを カタ ロ グ 値 よ り 若 干 浅 い 3.8mmと す る こ と に し た .

1.2!!100時間経過ࠟ験
3本目のE-SEALを使い, 初期のシール溝深さを4.5mmとして, 0.1mm刻みでシール溝深さを浅くし,3.8mmとなった時点から約100時間の間の変化を測定した. 図4に測定結果を示す. 縦ࡃはシール溝深さを表している.

のでこの値に決定した.
E-SEALにはシールの外側の圧力が‫ݗ‬い外圧型とシールの内側の圧力が‫ݗ‬い場合に使用する内圧型の2種་が存在する. なぜ2つの型が存在するのかというと, ‫ݗ‬温‫ݗ‬圧状態では圧力を利用してシール面への反力を稼ぐことが出来るからである. スケールモ
デルࠟ験ではシールの内側を真空にするため, 外圧型を用いたが詳細に検討をすると 図6の①に空気溜りが出来ることがわかった.

①②真空側大気側外圧型AB①②真空側大気側内圧型

6.05.53.5

図6 外圧型から内圧型への変更理由
真空シールとして使用する場合大気圧は反力に寄与する程度は೪常に低いので, 内圧型を使用しても問題ないと判断し, 次のステップ(実物大ࠟ験)には内圧型を使用することとした. また図5中②の൉分にも空気溜りが出来る がE-SEAL表面のインジウ ム
めっき൉に約1.5mmのスリットをいれることによってӕ消することが出来ることを確認した.

3.0

２．実物大ࠟ験

5.04.54.0

図4 100時間経過ࠟ験結果
シール溝深さを3.8mm にしてから1日に1回ずつヘリウムリークテストを行ったがいずれもリークは認められなかった.

1.3!!スケールモデルࠟ験でわかったことインジウムめっきを施したE-SEALが真空シールとして使用可能であることを実証した. ここでシール溝深さを3.8mm にした理由を示す. まずE-SEALの変形モードについて記す必要がある. 図5にE-SEALの変形の仕方を示す.
(A)(B)(C)(D)

図5 E-SEALの変形
シール溝を浅くしていくにつれA→B→C →Dという形で変化する. E-SEALのカタログ上の溝深さはBの状態に相当し, E-SEALには塑性変形を生じない. Cの状態になると塑性変形を生じるが反力がなくなるわけではない. ࠟ験でのリークがとまりはじめるのはB→Cに移行するあたりである.
タンク-端板の真空シールには空洞ସを調整する必要があるため, 溝深さがNominal値 0.1mm変化してもリークが止まる必要がある. 図4のC,Dの状態で使用すると反力が安定している溝深さが存在する. その中間値をNominal 値とすることし, その溝深さが3.8mmであると,シールメーカよりアドバイスを得たスケールモデルࠟ験で真空シールとしてE-SEALが使用可能であることが実証できた. そこでSDTL実機に即したࠟ験として実物大ࠟ験を行うことにした.
この実物大ࠟ験の目的は①SDTL実機(タンクおよび端板)の真空シール面は機械加工上の制限から表面粗度が6S程度しか期待できない. 表面粗度が6S程度の仕上がりでも真空シールとして使用可能かを判断する. ②スケールモデルࠟ験によって決定したシール
溝深さの確認. ③内圧型E-SEALが使用可能か否か.
8
図7に実物大ࠟ験の概要図を示す.
.
A締付ボルト12コクルトップ12コ 2.54 cm. f730ダイアルゲージ盲蓋3

図7

実物大ࠟ験概要図DEE-SEALのインジウムめっき厚はスケールモデルで使用した0.05mmの他に, 真空シール面の荒れをカバー可能なように0.1mmおよび0.15mmのものも用意した. 締付ボルトおよび溝深さ調整用クルトップの数も実機と同様の本数とした.

3.1!!インジウムめっき厚0.05mmの場合
E-SEALインジウムめっき厚が0.05mmのࠟ験結果を図8に示す.
5.5

E-SEAL初期‫ژ‬さE-SEAL
90 回転
表裏反転

5.0

溝深
さ

4.5

エアだまりのエアが中に放出

一旦上蓋を外す

溝深さध定値
4.0

3.0

図8ࠟ験結果(●：リークなし,○リークあり)
図8中のঢ়い横線はスケールモデルࠟ験で決定した
3.8mmというシール溝深さを表している.シール溝深さを3.8mmとすれば 0.2mmの幅を十分確保でき,かつスプリングバック性も備わっていることが確認できた.シール溝深さを3.1mmまで浅くした時にリークを֬こしているが,これはインジウムめっき൉のスリットを入れなかったことが原因であると考えられる.

2.2!!インジウムめっき厚0.15mmの場合
インジウムめっきを厚くするとめっき自体の品ࡐ低下によって肝心な真空リーク性能が得られない可能性がある.そこでインジウムめっき厚0.15mmのESEALもインジウムめっき厚が0.05mmのE=SEALと同等な性能を得られるかを確認するためにࠟ験を行った.
ࠟ験結果を図9に示す.
E-SEAL初期‫ژ‬さ5.0

E-SEAL
90 回転
表裏反転

E-SEAL
90 回転
表裏反転

4.5

溝深
さ

2.3 実物大ࠟ験の結果を得て実機大のࠟ験においてもインジウムめっきを施したE-SEALが真空シールとして使用可能であることを実証できた.また使用可能なシール溝深さ範囲もスケールモデルのࠟ験と良く一致していることも確認できた.インジウムめっき厚については0.05mmのものも0.15mmのものも問題ないことを確認できた.実機に適用する場合シール面粗度に多少のマージンを持たせることから0.1mmを適用することとした.

３. 実機への適用

3.55.5

このࠟ験に用いたE-SEALは予めインジウムめっき面にエア௣がしのスリットを০けた.シール溝深さを3.8mmに০定した場合,十分なスプリングバック性を持っており,また短時間ではあるが再使用性を兼ね備えていることを確認できた.またインジウ
めっき厚が0.15mmでもめっきの品ࡐに大きな問題がないことも確認した.

16時間放置
回転表裏反4.0

3.5

溝深さध定値
3.02.5

図9ࠟ験結果(●：リークなし,○リークあり)

実物大ࠟ験でE-SEALが良好な結果を示したので,
S3タンクの組立に適用をした.S3タンクは2002年の12月にKEKにおいて大஢力ࠟ験を実施しており,良好な結果を示したので,S3以降のSDTLタンク組立に全数適用する予定である.