Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

Radiation Resistivity Characteristics of a Linear motion guideusing the Rice-Bran-Ceramic slider
Yuichi Watanabe1,A), Joichi KusanoB), Kazuo HokkirigawaC),Takeshi Yamaguchi C),Yoshiharu Shirata D)
A)High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
B)
Japan Atomic Energy Agency
2-4 Shirakata-Shirane, Tokai, Naka, Ibaraki, 319-1195
C)
Tohoku University
01-6-6 Aoba, Aramaki, Aoba-ku, SENDAI, Miyagi, 980-8579
D)
PREFACT Co.,LTD2552 Nokawa, Hikone, Yamagata, 999-3727
Abstract
High power proton beam in the J-PARC accelerator raises heavy radiation in the accelerator’s tunnel in case of beam
manipulation at the injection or the extraction section. Stable operation with reliable devices is one of the important
themes of the J-PARC although the high dose situation. This report shows a result of gamma ray irradiation
examination about a linear motion guide using a unique slider, called RB-ceramic slider, to stand the high dosecondition. The drive
performance has been confirmed no deterioration through the dose of up to 50MGy.

RB(米糠)セラミックスを用いたリニアモーションガイドの耐放射線性するものであり、高放射線環境での使用に対し非常に魅力的なものである。しかしながら、RBガイドの放射線環境での使用実績はこれまでになかったため、機能実証の意味を込めて、放射線照射とその後の機能確認試験を行い、一定の評価が得られたため、ここに報告する。

１．はじめに日本原子力開発研究機構(JAEA)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)が共同で、茨城県東海村に大強度陽子加速器(J-PARC)を建設し、現在一部運転が開始されている。J-PARCで加速される陽子ビームは、高エネルギー・大強度の故に加速器入出射部等の３．目的と用途
ビーム輸送中の軌道変更およびビーム整形に伴うロスビームにより強い放射線(中性子線、γ線等)を発生
3.1 RBガイドの注目理由する。施設全般が安定して長期間の運転が可能とな・メンテナンスフリーの材料るように優れた素材や機器を用いて、放射線の影響・転がり駆動ではなく、面接触での摺動による機能低下を最小限にとどめることは重要な課・荷重に対する面圧が比較的大きい題である。今回、耐放射線特性の評価を行ったRB
セラミックスを用いたリニアモーションガイドは、一般的なボールやグリースを用いないセラミックス摺動型の直動機器である。このRBセラミックスリニアモーションガイドにγ線を照射し、積算線量レベル毎の摩擦抵抗等を計測した結果、50MGyまでの動作健全性を確認した。

２．RBガイドRBセラミックス(RB：米ぬかを資源有効利用のために採用してセラミックス化したもの)を摺動部に使用した「RBガイド：RBG」は大気中の使用条件であれば保守の必要性が無いという大きな特徴を有
1

最大の理由はメンテナンスフリーにある。高放射線環境で定期的な保守作業が必要という事は作業者の放射線被ばくを伴うものであり、使用環境を考慮した慎重な計画が必要となるが、メンテナンスフリーの機器は、この意味で大きなメリットがある。
また、セラミックスということからは腐食性ガスの環境中でも使用が可能と思われ、J-PARCの閉じられた空間で、強い放射線がある場合のNOxが想定される環境中でも安定に動作することが期待できる。

3.2 J-PARCにおけるリニアモーションガイドの主たE-mail: yuichi.watanabe@kek.jp-770-Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

る用途
・加速器ビームラインの駆動挿入型ビームモニタの駆動ガイド
・遠隔操作による保守、交換を予定する機器(電磁石・遮蔽体等)の位置制御ガイド
高放射線環境にある精密機器・重量機器の駆動が必要な機能に対し、安定したストロークを提供することが重要であり、環境条件としては大気中から高真空環境まで期待されている。駆動方向は水平方向が基本となるが、垂直、斜め駆動なども想定され、J-PARC実機でも導入されている。ガイドレールの固定方法がより重要と考えられる。

図-3にγ線照射に伴う摺動特性の変化を示す。

3.3 γ線照射試験の目的
・RBセラミックス自体の耐放射線性が未知
・Assyとしてのレール、キャリッジの組合せの耐放射線性が未知
・RBセラミックスとキャリッジ接合が接着で固定
・結論から述べると、50MGyまでのγ線照射による摺動特性への影響は見られなかった。
・観察された摩擦係数は、未照射のRef.品と殆ど差が無く、数値的にはサンプル固定条件設定不良の影 響 と 思 わ れ る 一 部 の 突 出 値 を 除 き 0.2 以 下 となった。
・摺動特性測定の時期は9月から2月までに亘り、測定室内の室温はほぼ一定(22~23℃)であるが、湿レール、キャリッジという構造材はSUS304であ度は季節により大きく変化した(RH 60%~20%)。
り基本的に耐放射線性は高いが、多孔質物質である
この湿度変化が摩擦係数にどの程度の影響を与えRBセラミックスの摺動材が、仮に放射線ダメージたかは良く分からない。
でRBセラミックス内部トラップガスの膨潤で膨らむ場合は摺動特性に影響を与える恐れがあると判断。 ・上記の湿度の影響が仮に殆ど無いと仮定すると、γ線照射量が40MGyを超えたレベルから、荷重を加えた場合の相対的な摩擦係数がやや上昇気味に接着剤そのものの耐放射線性に関するいくつかのある。
データはあるが RBガイド 実機の接合状態での耐放・興味深い点は、未照射のRef.サンプルにおいて、射線特性は不明。
無負荷時の摩擦係数が時に0.2を上回り、見かけ上の摩擦が大きくなるような測定結果が得られて４．各種特性試験の結果と評価いる。26MGyサンプルの測定時に径方向押しネジを堅い方向に締めたが、直進性が保たれている場
4.1 照射と摺動試験の結果合は摩擦係数に差は現れなかった。(µ=0.13~0.14・サンプルの範囲)
数量：4体(γ線照射用:3体、未照射のref.体:1体)
形式：Type LGS012
レール長：140mm
4.2 真空中ガス放出特性試験の結果
・γ線照射
真空試験にはRef.サンプルをガラス容器に入れて日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所コバ
排気特性を計測、併せて放出ガスをQマスで測定しルト照射施設で実施た。
空間線量率：12kGy/h~14kGy/h
照射期間：2007/7/27~2008/2/5
総照射時間：3,357時間
・初期のガス圧は高いものの排気経過時間と共にγ線照射線量：最大51MGy
圧力は着実に低下する。
-771-

Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)の色は比較的透明に近いことから、飴色の変色部分は接着剤のはみ出し部分が空気と触れるための放射線誘起の酸化劣化が進んで起きている現象と思われる。
・照射品サンプル間でも、40MGyレベルサンプルと50MGyサンプルの剪断状況は若干の差があり、50MGyサンプルの接着材破断の状況が明瞭である。
従って、接着力低下はγ線照射量依存の傾向が見られる。

・排気途中のガス分解等によるガス放出は少ないと見られる(ガラス容器系と同じ減圧勾配)。

・系へ放出されるガスの殆どが水:M=18であった。
(その他、炭化水素系のガスは見られない)。
・他のガススペクトルとしてM=28,44が見られるがCO,CO2と思われる。
・一方、図7のRBセラミックス表面の拡大写真から・以上のことからRBG内に吸蔵されているガスは空は、未照射サンプルと50MGy照射品の表面に違い気=N2+O2およびH2Oと見られ、他の汚染ガスはトは見られない。このことはRBセラミックスの多ラップされていないと判断できる。
孔質構造に変化が起きてはいなく、放射線に対し・真空特性の結論として、真空中におけるRBガイ安定な構造体であることが窺える。摺動特性試験
ドが摩擦係数の課題をクリアできれば、真空系への摩擦係数に差が見られないことの理由と考えらの導入の際の発生ガスの問題は無いと云える。仮れる。に高真空条件で摩擦係数が上昇すると仮定しても、・同様に、この構造体はγ線の積算照射量が50MGy現実的に必要な駆動トルクとその時の摩耗粉の発という高い数値にも経時特性が変化せず、安定で生程度により、使用可能な条件は十分得られるとあると同時に、照射線量率が10kGy/hを超える高思われる。
い空間線量率の照射に対しても外観および摺動特性に変化を示さなかったということから、極めて4.3 キャリッジ-RBセラミックス接着材の剪断・接高い耐放射線特性を有していると云える。
着強度試験の結果
図6に剪断試験後のRBセラミックス接着材の拡大写真を示す。

５．まとめと今後の課題

・50MGyまでのγ線照射による摺動特性・摩擦係数への影響はみられない。真空中ガス放出について
は初期のガス放出量は極めて多いが、殆どは水で・剪断試験の破面観側結果からは、未照射サンプルあり、真空系を汚すガスは見られない 。と50MGy照射品では破断発生位置が異なることから、接着の強度変化が起きていることが分かった。 ・大気中・高放射線環境における使用に関しては、殆ど問題がないことが実証されたが、高真空環境
・未照射サンプルは基材破壊を起こしており、RBにおける特性は現状では未解明であり、高真空環セラミックスの部分で割れている。このことはエ境下の摺動特性詳細の把握と低摩擦駆動特性の実ポキシ系と云われている接着剤の接着強度は、現を進めたい。
RBセラミックスの剪断強度を上回っており十分な接着力を示している。
・50MGy照射品は接着破壊(界面破壊)を起こしてお６．謝辞り、キャリッジとRBセラミックスの接着境界面
・今回の延べ4回におよぶ駆動特性測定の際に、多からの分離となっている。このことは、γ線の照忙な時期にも関わらず、毎回、丁寧なセットアッ射により接着剤が変質=硬化劣化し、接着力が低プと長時間の測定のサポートをいただきました東下したものと考えられる。
北大学堀切川研究室の相内亮慶氏に、最終段階の・写真で見られる接着剤の色は、未照射品は透明に剪断試験では高橋克志氏にお世話になりました。
近い色合いだったものが照射品は飴色に変色して厚く御礼申し上げます。
いる。但し、SUSとRBセラミックスの接着面部分-772-