Hydro-formed Ti bellows with the same flexibility as the welded ones

溶接ベローズ並みの柔軟性を有するTi成形ベローズの開発

松栄 雅樹*; 荒川 覚*; 田中 俊弘*; 澤 宗司*; 荻原 徳男; 菅沼 和明 

Matsue, Masaki*; Arakawa, Satoru*; Tanaka, Toshihiro*; Sawa, Soji*; Ogiwara, Norio; Suganuma, Kazuaki

J-PARC 3GeVシンクロトンにおいては、純Ti製の成形ベローズを用いる。空間的な制約から400mm、ベローズ長100mmで100N/mm以下の反力が要求される。そこで、可能な限り柔軟なベローズを成形方式で実現させようと試作開発を行った。なるべく薄い板を用いて、かつ、山数を稼ぐことが重要である。この溶接ベローズに似た構造を実現するには、プレス加工により、ベローズの山及び谷を密着させる、いわゆる、密着曲げの技術が必要である。Tiには伸びが小さい、また、スプリングバック効果が大きいという問題があるが、曲げと熱処理を組合せることにより、この問題を解決した。50mmのベローズを試作し、軸直角方向でも4N/mmという十分柔軟なベローズが実現できること、また、十分寿命が長いことを確認した。さらに、400mmの原型機を試作・評価のうえ、実機ベローズを供給した。

At the 3 GeV-RCS in J-PARC project, pure Ti is adopted as a material for bellows. The space available for the bellows is so narrow that the requirements are hard. To make the hydro-formed bellows like the welded ones, it is essential to bend and press the Ti plates and to keep the 2 sides facing each other in close contact. The repetition of the combination of bending (pressing) with annealing enables us to realize the close contact of Ti plates. We produced the experimental bellows with the inner diameter of 50 mm. It shows suitable performance: (1) spring rates are 1.5 N/mm (axial) and 4.0 N/mm (lateral), respectively; (2) endurance test shows the fatigue life of over than 1 million cycles with the displacement of 20 mm. Thus we have succeeded in developing the hydro-formed bellows with the same flexibility as the welded ones. Now we have completed the performance tests about the prototype of the large bellows (400 mm in a diameter), and mass production has been performed.